JPH11247843A - 動圧気体ジャーナル軸受 - Google Patents
動圧気体ジャーナル軸受Info
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- JPH11247843A JPH11247843A JP4576498A JP4576498A JPH11247843A JP H11247843 A JPH11247843 A JP H11247843A JP 4576498 A JP4576498 A JP 4576498A JP 4576498 A JP4576498 A JP 4576498A JP H11247843 A JPH11247843 A JP H11247843A
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
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- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ホワール等の不安定振動の抑制、製造コスト
の低減。 【解決手段】 軸1の外周面に3本の軸方向の動圧発生
用溝2と丘部3とを円円周方向に交互に設け、軸1とス
リーブ5とを軸受隙間4を介して嵌合している。1本の
動圧発生用溝2の円周方向長さをAg、円周方向に隣り
合った動圧発生用溝2の間の丘部3の円周方向長さをA
rとして、Ag:Ar=1:1〜1:2の範囲に設定し
ている。
の低減。 【解決手段】 軸1の外周面に3本の軸方向の動圧発生
用溝2と丘部3とを円円周方向に交互に設け、軸1とス
リーブ5とを軸受隙間4を介して嵌合している。1本の
動圧発生用溝2の円周方向長さをAg、円周方向に隣り
合った動圧発生用溝2の間の丘部3の円周方向長さをA
rとして、Ag:Ar=1:1〜1:2の範囲に設定し
ている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸とスリーブとの
間の軸受隙間に発生する動圧気体膜によって軸又はスリ
ーブの回転を非接触支持する動圧気体ジャーナル軸受に
関し、特に、レーザビームプリンタのポリゴンミラーモ
ータ用軸受に好適である。
間の軸受隙間に発生する動圧気体膜によって軸又はスリ
ーブの回転を非接触支持する動圧気体ジャーナル軸受に
関し、特に、レーザビームプリンタのポリゴンミラーモ
ータ用軸受に好適である。
【0002】
【従来の技術】動圧気体ジャーナル軸受として最も基本
的なものは、軸受展開面が平面となる真円形軸受である
が、ある回転数以上になるとホワールと呼ばれる自励的
な振動現象が生じて回転精度が著しく劣化するという問
題がある。特に、軸受系を鉛直方向に配置して用いる場
合が多いポリゴンミラーモータのように、回転体(軸ま
たはスリーブ)の自重等による偏心力が作用しない場合
は極低回転数領域からホワールが発生し、回転が不安定
となる。
的なものは、軸受展開面が平面となる真円形軸受である
が、ある回転数以上になるとホワールと呼ばれる自励的
な振動現象が生じて回転精度が著しく劣化するという問
題がある。特に、軸受系を鉛直方向に配置して用いる場
合が多いポリゴンミラーモータのように、回転体(軸ま
たはスリーブ)の自重等による偏心力が作用しない場合
は極低回転数領域からホワールが発生し、回転が不安定
となる。
【0003】上記のホワールを防止するため、例えば図
3に示すようなヘリングボーン形の動圧発生用溝を軸の
外周面やスリーブの内周面に形成することが知られてい
る。同図に示す構成では、軸1の外周面に多数のヘリン
グボーン形の動圧発生用溝2が円周等間隔に形成され、
スリーブ5の内周面が平滑に形成されている。スリーブ
5が固定で、軸1が回転する場合は、軸1が同図の矢印
の方向に回転する。逆に、軸1が固定で、スリーブ5が
回転する場合は、スリーブ5が同図の矢印と逆方向に回
転する。軸1又はスリーブ5の回転に伴う動圧発生用溝
2の作用によって、軸受周辺の気体(空気)が軸受隙間
に向けて引き込まれ、軸受隙間内に動圧気体膜が形成さ
れる(動圧作用)。そして、その動圧気体膜によって、
軸1又はスリーブ5はホワール等の不安定振動を生じる
ことなく回転自在に非接触支持される。
3に示すようなヘリングボーン形の動圧発生用溝を軸の
外周面やスリーブの内周面に形成することが知られてい
る。同図に示す構成では、軸1の外周面に多数のヘリン
グボーン形の動圧発生用溝2が円周等間隔に形成され、
スリーブ5の内周面が平滑に形成されている。スリーブ
5が固定で、軸1が回転する場合は、軸1が同図の矢印
の方向に回転する。逆に、軸1が固定で、スリーブ5が
回転する場合は、スリーブ5が同図の矢印と逆方向に回
転する。軸1又はスリーブ5の回転に伴う動圧発生用溝
2の作用によって、軸受周辺の気体(空気)が軸受隙間
に向けて引き込まれ、軸受隙間内に動圧気体膜が形成さ
れる(動圧作用)。そして、その動圧気体膜によって、
軸1又はスリーブ5はホワール等の不安定振動を生じる
ことなく回転自在に非接触支持される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ヘリングボーン形の動
圧発生用溝を形成した動圧気体ジャーナル軸受は、鉛直
配置された場合でも安定した軸支持機能を有するもので
あるが、10〜20本程度の動圧発生用溝をエッチン
グ、転造、レーザー加工等によって数μmオーダの深さ
で形成する必要があり、そのため製造コストが高くつく
という問題がある。また、ヘリングボーン形の動圧発生
用溝を形成した場合、軸又はスリーブの回転が一方向に
制限されるため、組み込み方向の確認が必要になって、
組立作業が複雑化する。
圧発生用溝を形成した動圧気体ジャーナル軸受は、鉛直
配置された場合でも安定した軸支持機能を有するもので
あるが、10〜20本程度の動圧発生用溝をエッチン
グ、転造、レーザー加工等によって数μmオーダの深さ
で形成する必要があり、そのため製造コストが高くつく
という問題がある。また、ヘリングボーン形の動圧発生
用溝を形成した場合、軸又はスリーブの回転が一方向に
制限されるため、組み込み方向の確認が必要になって、
組立作業が複雑化する。
【0005】一方、動圧発生用溝の形状として、へリン
グボーン形に代えて形状の簡単な軸方向溝形を採用する
試みもなされたが、ホワール等の不安定振動に対する抑
制効果を得るためには軸受隙間を極めて小さくしなけれ
ばならず、軸の外周面やスリーブの内周面の真円度や表
面あらさといった加工精度上の問題が生じ、現実的な解
決策とはなっていないのが実状である。
グボーン形に代えて形状の簡単な軸方向溝形を採用する
試みもなされたが、ホワール等の不安定振動に対する抑
制効果を得るためには軸受隙間を極めて小さくしなけれ
ばならず、軸の外周面やスリーブの内周面の真円度や表
面あらさといった加工精度上の問題が生じ、現実的な解
決策とはなっていないのが実状である。
【0006】そこで、本発明は、ホワール等の不安定振
動に対して高い抑制効果があり、しかも軸受隙間を極小
に設定する必要のない構成を提供しようとするものであ
る。
動に対して高い抑制効果があり、しかも軸受隙間を極小
に設定する必要のない構成を提供しようとするものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、軸の外周面又はスリーブの内周面のいず
れか一方に3本の軸方向の動圧発生用溝を円周等間隔に
形成し、かつ、各動圧発生用溝の円周方向長さと、円周
方向に隣り合った動圧発生用溝間の丘部の円周方向長さ
との比を1:1〜1:2の範囲内にした。
め、本発明は、軸の外周面又はスリーブの内周面のいず
れか一方に3本の軸方向の動圧発生用溝を円周等間隔に
形成し、かつ、各動圧発生用溝の円周方向長さと、円周
方向に隣り合った動圧発生用溝間の丘部の円周方向長さ
との比を1:1〜1:2の範囲内にした。
【0008】ここで、軸方向の動圧発生用溝は、軸の外
周面又はスリーブの内周面における軸受部分の軸方向全
域に連続して形成しても良いし、あるいは、軸方向に断
続的に形成しても良い。この3本の動圧発生用溝を円周
等間隔に配列し、その円周方向長さと丘部の円周方向長
さとの比を1:1〜1:2の範囲内に設定することによ
り、軸受隙間を極小にすることなく、ホワール等の不安
定振動を効果的に抑制することが可能となる。このよう
な動圧気体ジャーナル軸受は、鉛直方向に配置された場
合でも安定した軸受機能を発揮する。また、軸方向の動
圧発生用溝は形状が簡単であり、本数も3本と少なくて
良いため、製造コストの低減になる。さらに、へリング
ボーン形の動圧発生用溝を設けた構成に比べ、回転体の
回転方向を問わないので、組み込み作業も容易である。
周面又はスリーブの内周面における軸受部分の軸方向全
域に連続して形成しても良いし、あるいは、軸方向に断
続的に形成しても良い。この3本の動圧発生用溝を円周
等間隔に配列し、その円周方向長さと丘部の円周方向長
さとの比を1:1〜1:2の範囲内に設定することによ
り、軸受隙間を極小にすることなく、ホワール等の不安
定振動を効果的に抑制することが可能となる。このよう
な動圧気体ジャーナル軸受は、鉛直方向に配置された場
合でも安定した軸受機能を発揮する。また、軸方向の動
圧発生用溝は形状が簡単であり、本数も3本と少なくて
良いため、製造コストの低減になる。さらに、へリング
ボーン形の動圧発生用溝を設けた構成に比べ、回転体の
回転方向を問わないので、組み込み作業も容易である。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1お
よび図2を参照して説明する。なお、図中のクロスハッ
チングを施した部分は溝領域を表している。
よび図2を参照して説明する。なお、図中のクロスハッ
チングを施した部分は溝領域を表している。
【0010】図1(A)に示すように、軸1の外周面に
3本の軸方向の動圧発生用溝2と丘部3とを円周方向に
交互に設け、軸1とスリーブ5とを僅かな軸受隙間4を
介して嵌合している。図1(B)は軸1の外周面の展開
図で、円周方向に同一寸法形状の3本の動圧発生用溝2
が等間隔で形成されている。スリーブ5の内周面は平滑
面である。尚、図1は、動圧発生用溝2を軸1の外周面
における軸受部分の軸方向全域にわたって連続して形成
した場合を例示しているが、図2に示すように、動圧発
生用溝2を軸方向に断続的に形成しても良い。また、動
圧発生用溝をスリーブ5の内周面に形成し、軸1の外周
面を平滑面としても良い。
3本の軸方向の動圧発生用溝2と丘部3とを円周方向に
交互に設け、軸1とスリーブ5とを僅かな軸受隙間4を
介して嵌合している。図1(B)は軸1の外周面の展開
図で、円周方向に同一寸法形状の3本の動圧発生用溝2
が等間隔で形成されている。スリーブ5の内周面は平滑
面である。尚、図1は、動圧発生用溝2を軸1の外周面
における軸受部分の軸方向全域にわたって連続して形成
した場合を例示しているが、図2に示すように、動圧発
生用溝2を軸方向に断続的に形成しても良い。また、動
圧発生用溝をスリーブ5の内周面に形成し、軸1の外周
面を平滑面としても良い。
【0011】1本の動圧発生用溝2の円周方向長さをA
g、円周方向に隣り合った動圧発生用溝2の間の丘部3
の円周方向長さをArとして、両者の比率を、 Ag:Ar=1:1〜1:2 α=Ag/Ar=1〜2 の範囲に設定している。
g、円周方向に隣り合った動圧発生用溝2の間の丘部3
の円周方向長さをArとして、両者の比率を、 Ag:Ar=1:1〜1:2 α=Ag/Ar=1〜2 の範囲に設定している。
【0012】図4〜図7は、上記構成とした場合の効果
を実証するために行った解析結果を示すもので、その解
析対象は、軸(固定軸)の外周面に軸方向の動圧発生用
溝が形成され、その軸の外周面にラジアル軸受隙間を介
して嵌合されたスリーブが回転する形式であり、この軸
受系を鉛直に設置したものである。また、動圧発生用溝
の本数は1本から6本までを対象とし、図中に表記が無
い場合は、安定限界ベアリング数Λが0.5以下で、実
用上、ホワール等の不安定振動の抑制効果が期待できな
いと判断した場合である。ここで、ベアリング数とは無
次元された物理量であり、回転数に正比例し平均軸受半
径隙間の2乗に反比例する。図4〜図7に示したベアリ
ング数(Λ=1〜8程度)は、特に精密な加工で軸受隙
間を極小にしなくても通常の量産加工で得られる軸受隙
間と、実用的な回転数の組合せで与えられる程度のもの
である。各図に示したMは無次元化された回転スリーブ
の質量であり、この無次元化質量を固定して回転数を徐
々に増加させていくと、ホワールが発生し始める限界の
ベアリング数が存在する。なお、溝深さと平均半径軸受
隙間との比率は、ここでは1:1としている。
を実証するために行った解析結果を示すもので、その解
析対象は、軸(固定軸)の外周面に軸方向の動圧発生用
溝が形成され、その軸の外周面にラジアル軸受隙間を介
して嵌合されたスリーブが回転する形式であり、この軸
受系を鉛直に設置したものである。また、動圧発生用溝
の本数は1本から6本までを対象とし、図中に表記が無
い場合は、安定限界ベアリング数Λが0.5以下で、実
用上、ホワール等の不安定振動の抑制効果が期待できな
いと判断した場合である。ここで、ベアリング数とは無
次元された物理量であり、回転数に正比例し平均軸受半
径隙間の2乗に反比例する。図4〜図7に示したベアリ
ング数(Λ=1〜8程度)は、特に精密な加工で軸受隙
間を極小にしなくても通常の量産加工で得られる軸受隙
間と、実用的な回転数の組合せで与えられる程度のもの
である。各図に示したMは無次元化された回転スリーブ
の質量であり、この無次元化質量を固定して回転数を徐
々に増加させていくと、ホワールが発生し始める限界の
ベアリング数が存在する。なお、溝深さと平均半径軸受
隙間との比率は、ここでは1:1としている。
【0013】図4は連続溝形軸受(図1に示す形態の軸
受)で、M=0.5とした場合の解析結果を示す。同図
によれば、溝本数(動圧発生用溝の本数)N=3とした
場合に安定限界ベアリング数Λが極大となり、溝本数N
が3より少なくても多くても安定限界ベアリング数Λが
低下することがわかる。また、溝本数N=3の場合、動
圧発生用溝と丘部の円周方向長さの比率αの値が1:1
または1:2のときに安定限界ベアリング数Λが最大値
となる。つまり、円周方向長さを、比率αが1:1の動
圧発生用溝より短くしても(比率α=1:3)、比率α
が1:2の動圧発生用溝より長くしても(比率α=2:
1)、安定限界ベアリング数Λが低下することがわか
る。
受)で、M=0.5とした場合の解析結果を示す。同図
によれば、溝本数(動圧発生用溝の本数)N=3とした
場合に安定限界ベアリング数Λが極大となり、溝本数N
が3より少なくても多くても安定限界ベアリング数Λが
低下することがわかる。また、溝本数N=3の場合、動
圧発生用溝と丘部の円周方向長さの比率αの値が1:1
または1:2のときに安定限界ベアリング数Λが最大値
となる。つまり、円周方向長さを、比率αが1:1の動
圧発生用溝より短くしても(比率α=1:3)、比率α
が1:2の動圧発生用溝より長くしても(比率α=2:
1)、安定限界ベアリング数Λが低下することがわか
る。
【0014】図5と図6は連続溝形軸受(図1に示す形
態の軸受)で、図5はM=0.75、図6はM=1.0
とした場合の解析結果を示す。両図の場合も、やはり溝
本数N=3とした場合に安定限界ベアリング数Λが極大
となり、それぞれにおいて動圧発生用溝と丘部の円周方
向長さの比率αの値が1:1または1:2のときに安定
限界ベアリング数Λが最大値となっている。なお、図6
においては、比率αの値が2:1の場合に、どの溝本数
に対しても安定化効果が認められなかった。
態の軸受)で、図5はM=0.75、図6はM=1.0
とした場合の解析結果を示す。両図の場合も、やはり溝
本数N=3とした場合に安定限界ベアリング数Λが極大
となり、それぞれにおいて動圧発生用溝と丘部の円周方
向長さの比率αの値が1:1または1:2のときに安定
限界ベアリング数Λが最大値となっている。なお、図6
においては、比率αの値が2:1の場合に、どの溝本数
に対しても安定化効果が認められなかった。
【0015】図7は部分溝形軸受(図2に示す形態の軸
受)で、M=0.75とした場合の解析結果を示す。
尚、図2(B)に示す動圧発生用溝2と丘部3の軸方向
長さBgとBrの比率は1:1としている。この場合
も、溝本数N=3として動圧発生用溝と丘部の円周方向
長さの比率αが1:1または1:2のときに、若干の差
が認められるが安定限界ベアリング数Λが最大となって
いる。また、比率αの値が2:1の場合には、どの溝本
数に対しても安定化効果が認められない。
受)で、M=0.75とした場合の解析結果を示す。
尚、図2(B)に示す動圧発生用溝2と丘部3の軸方向
長さBgとBrの比率は1:1としている。この場合
も、溝本数N=3として動圧発生用溝と丘部の円周方向
長さの比率αが1:1または1:2のときに、若干の差
が認められるが安定限界ベアリング数Λが最大となって
いる。また、比率αの値が2:1の場合には、どの溝本
数に対しても安定化効果が認められない。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、軸受隙間を特に小さく
しなくても実用回転数の領域でホワール等の不安定振動
を効果的に抑止することができ、特に、高回転精度が要
求されたポリゴンモータ用として好適な軸受を得ること
ができる。また、軸方向の動圧発生用溝は形状が簡単で
あり、本数も3本と少なくて良いため、製造コストの低
減になる。さらに、へリングボーン形の動圧発生用溝を
設けた構成に比べ、回転体の回転方向を問わないので、
組み込み作業も容易である。
しなくても実用回転数の領域でホワール等の不安定振動
を効果的に抑止することができ、特に、高回転精度が要
求されたポリゴンモータ用として好適な軸受を得ること
ができる。また、軸方向の動圧発生用溝は形状が簡単で
あり、本数も3本と少なくて良いため、製造コストの低
減になる。さらに、へリングボーン形の動圧発生用溝を
設けた構成に比べ、回転体の回転方向を問わないので、
組み込み作業も容易である。
【図1】本発明の一実施形態を示す図で、同図(A)は
動圧気体ジャーナル軸受の断面図、同図(B)は軸の外
周面の展開図である。
動圧気体ジャーナル軸受の断面図、同図(B)は軸の外
周面の展開図である。
【図2】本発明の他の実施形態を示す図で、同図(A)
は動圧気体ジャーナル軸受の断面図、同図(B)は軸の
外周面の展開図である。
は動圧気体ジャーナル軸受の断面図、同図(B)は軸の
外周面の展開図である。
【図3】従来のヘリングボーン形の動圧発生用溝を形成
した動圧気体ジャーナル軸受の断面図である。
した動圧気体ジャーナル軸受の断面図である。
【図4】本発明の効果を実証するためのグラフ図で、連
続溝形軸受(図1に示す形態)で無次元化質量M=0.
5とした場合の溝本数Nと安定限界ベアリング数Λの関
係を示し、αは動圧発生用溝と丘部の円周方向長さの比
率である。
続溝形軸受(図1に示す形態)で無次元化質量M=0.
5とした場合の溝本数Nと安定限界ベアリング数Λの関
係を示し、αは動圧発生用溝と丘部の円周方向長さの比
率である。
【図5】本発明の効果を実証するためのグラフ図で、連
続溝形軸受(図1に示す形態)で無次元化質量M=0.
75とした場合の溝本数Nと安定限界ベアリング数Λの
関係を示す。
続溝形軸受(図1に示す形態)で無次元化質量M=0.
75とした場合の溝本数Nと安定限界ベアリング数Λの
関係を示す。
【図6】本発明の効果を実証するためのグラフ図で、連
続溝形軸受(図1に示す形態)で無次元化質量M=1.
0とした場合の溝本数Nと安定限界ベアリング数Λの関
係を示す。
続溝形軸受(図1に示す形態)で無次元化質量M=1.
0とした場合の溝本数Nと安定限界ベアリング数Λの関
係を示す。
【図7】本発明の効果を実証するためのグラフ図で、部
分溝形軸受(図2に示す形態の軸受)で無次元化質量M
=0.75とした場合の溝本数Nと安定限界ベアリング
数Λの関係を示す。
分溝形軸受(図2に示す形態の軸受)で無次元化質量M
=0.75とした場合の溝本数Nと安定限界ベアリング
数Λの関係を示す。
1 軸 2 動圧発生用溝 3 丘部 Ag 動圧発生用溝の円周方向長さ Ar 丘部の円周方向長さ Bg 動圧発生用溝の軸方向長さ Br 丘部の軸方向長さ 4 軸受隙間 5 スリーブ
Claims (2)
- 【請求項1】 軸とスリーブとを僅かな軸受隙間を介し
て嵌合した動圧気体ジャーナル軸受において、軸の外周
面又はスリーブの内周面のいずれか一方に3本の軸方向
の動圧発生用溝を円周等間隔に形成し、かつ、各動圧発
生用溝の円周方向長さと、円周方向に隣り合った動圧発
生用溝間の丘部の円周方向長さとの比を1:1〜1:2
の範囲内にしたことを特徴とする動圧気体ジャーナル軸
受。 - 【請求項2】 レーザビームプリンタのポリゴンミラー
モータに用いられる請求項1記載の動圧気体ジャーナル
軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4576498A JPH11247843A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 動圧気体ジャーナル軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4576498A JPH11247843A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 動圧気体ジャーナル軸受 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11247843A true JPH11247843A (ja) | 1999-09-14 |
Family
ID=12728370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4576498A Withdrawn JPH11247843A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 動圧気体ジャーナル軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11247843A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002295457A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-09 | Nippon Densan Corp | 動圧軸受装置、回転駆動装置および記録装置ならびに動圧軸受装置の製造方法 |
| CN115899083A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-04-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种大气等离子体抑制微振的气体静压轴承 |
-
1998
- 1998-02-26 JP JP4576498A patent/JPH11247843A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002295457A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-09 | Nippon Densan Corp | 動圧軸受装置、回転駆動装置および記録装置ならびに動圧軸受装置の製造方法 |
| CN115899083A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-04-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种大气等离子体抑制微振的气体静压轴承 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050510 |