JP2000145765A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 潤滑流体としてオイルを用いる場合のみなら
ず空気等の他の流体を用いる場合であっても、簡易な構
成で、正逆いずれの方向においても良好な動圧を得るこ
とを可能とする。 【解決手段】 回転部材３の回転方向が変化するに伴っ
て正圧及び負圧を発生する動圧発生溝５１，５２が互い
に入れ替わっても、外部連通孔２１，２２に設けた孔開
閉手段２３，２４によって、常に、正圧が発生する動圧
発生溝に対応する外部連通孔を閉塞させ、かつ負圧が発
生する動圧発生溝に対応する外部連通孔を開放させるこ
とによって、回転方向にかかわらず必要な正圧を常時保
持するとともに無用な負圧状態を解消させたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、潤滑流体に動圧を
発生させ、その動圧により回転部材を回転自在に支持す
るように構成した動圧軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ポリゴンミラー、磁気ディスク、
光ディスク等の各種回転板を回転駆動させるための動圧
軸受装置に関する提案が種々行われている。動圧軸受装
置においては、固定部材側の動圧軸受面と、回転部材側
の動圧軸受面とが所定の隙間を介して周状に対向するよ
うに配置されており、その対向隙間に動圧軸受部が形成
されている。また、上記両対向動圧面のうちのいずれか
一方側には、動圧発生溝が形成されており、動圧軸受部
内に注入された空気やオイル等の潤滑流体が、回転時に
動圧発生溝のポンピング作用により加圧され、当該潤滑
流体の動圧によって回転部材が固定部材に対して回転可
能に支持されるようになっている。

【０００３】このような動圧軸受装置においては、通
常、回転部材の回転方向は一方向に決められており、そ
の回転方向に対応して支持圧力を発生するように動圧発
生溝の傾斜方向が設定されている。一方、場合によって
は正方向と逆方向との両方向に回転を要求されることが
あることから、特開平１−２０６１１０号公報に開示さ
れたような正逆回転可能な動圧軸受装置の提案もなされ
ている。このものでは、図６に示されているように、正
方向回転に対応して支持圧力を発生する正方向動圧発生
溝１と、逆方向回転に対応して支持圧力を発生する逆方
向動圧発生溝２とが設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな両方向回転に対応した動圧軸受装置は、潤滑流体と
してオイルを用いたものに限られており、空気を潤滑流
体とした装置には適用することができない。すなわち、
いずれかの方向に回転を継続させた場合には、正方向動
圧発生溝１及び逆方向動圧発生溝２のうちの一方は回転
方向に対応していないことから、図７（ｂ）に示されて
いるように負圧状態となる。なお、図７（ｂ）では、逆
方向動圧発生溝２が負圧となった状態を表している。

【０００５】このとき、オイルを潤滑流体に用いた動圧
軸受装置では、上述した負圧領域に存在する溝部（図７
（ｂ）では逆方向動圧発生溝２）がオイル切れとなっ
て、図７（ｃ）に示されているように大気圧状態とな
り、その結果、無用な負圧は生じることがなくなり、回
転部材の支持は良好に行われる。これに対して、空気を
潤滑流体に用いる装置では、図７（ｂ）のように形成さ
れた負圧領域がそのまま存在してしまい、支持圧力であ
る正圧が負圧により相殺される方向にバランスしてしま
い、良好な支持動圧が得られなくなって動圧軸受の機能
を著しく低下させてしまう。

【０００６】そこで本発明は、簡易な構成で、あらゆる
潤滑流体に対して良好な軸受特性を得ることができるよ
うにした両方向回転の支持可能な動圧軸受装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、固定部材に対して回転部
材が周状に面対向しつつ回転可能に配置されているとと
もに、上記固定部材及び回転部材の両対向面に動圧面が
それぞれ形成され、これら両対向動圧面のうちの少なく
とも一方側に、上記回転部材の回転に伴い支持圧力を発
生する動圧発生溝が凹設された動圧軸受装置において、
上記動圧発生溝が、前記回転部材の正方向への回転に対
応して支持圧力を発生する正方向動圧発生溝と、逆方向
への回転に対応して支持圧力を発生する逆方向動圧発生
溝とを含み、これら正方向動圧発生溝及び逆方向動圧発
生溝の各々における最大圧力発生部位にそれぞれ対面す
るようにして、前記固定部材に対して外部連通孔が貫通
形成され、上記外部連通孔には、正方向回転時に前記正
方向動圧発生溝及び逆方向動圧発生溝にそれぞれ対面す
る各外部連通孔を閉塞及び開放し、かつ逆方向回転時に
は上記逆方向動圧発生溝及び正方向動圧発生溝にそれぞ
れ対面する各外部連通孔を閉塞及び開放する孔開閉手段
が設けらている。

【０００８】また、請求項２記載の発明では、上記請求
項１記載の正方向動圧発生溝及び逆方向動圧発生溝は、
互いに連通するように繋げられている。

【０００９】さらに、請求項３記載の発明では、上記請
求項１記載の前記孔開閉手段は、正圧で閉塞され負圧で
開放される弁機構から構成されている。

【００１０】さらにまた、請求項４記載の発明では、上
記請求項１記載の正方向動圧発生溝及び逆方向動圧発生
溝は、ラジアル動圧発生溝又はスラスト動圧発生溝を構
成している。

【００１１】本発明においては、回転部材の回転方向が
変化するに伴って正圧及び負圧を発生する動圧発生溝が
互いに入れ替わっても、孔開閉手段によって、常に、正
圧が発生する動圧発生溝に対応する外部連通孔が閉塞さ
れ、かつ負圧が発生する動圧発生溝に対応する外部連通
孔が開放されることとなり、回転方向にかかわらず必要
な正圧が常時保持されるとともに無用な負圧状態が解消
され、正逆いずれの方向においても良好な動圧が得られ
るようになっている。

【００１２】このとき、本発明のように、孔開閉手段と
して弁機構を用いれば、簡易な構成で確実な切り替え動
作が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、それに先立って、本発明を適用する空気
動圧軸受を備えた軸回転型のポリゴンミラー駆動用モー
タの構造について図面に基づき説明する。

【００１４】図２に示されたポリゴンミラー駆動用モー
タは、デジタルコピー、レーザプリンタ等におけるレー
ザスキャナーを構成するものであって、１００００〜３
００００ＲＰＭ程度の高速回転をするため、軸受には非
接触で回転支持可能な空気動圧軸受等が用いられてい
る。

【００１５】すなわち、図２において、ベース１にネジ
止め固定された中空円筒状の軸受部材（固定部材）２内
に、数μｍ〜十数μｍの隙間を隔てて軸部材としてのロ
ータ（回転部材）３が挿入されており、当該ロータ３の
外周面側の動圧面４に形成された正逆両回転用のラジア
ルヘリングボーン溝５と、軸受部材２の内周面側の動圧
面とで構成される空気動圧発生部６によって、上記ロー
タ３が高速回転可能に支承される構成になされている。
さらに上記ベース１の中央柱状部１ａの外周には、駆動
コイル７が嵌合固定されており、その駆動コイル７に周
対向するようにして、駆動用の磁気回路をつくる環状マ
グネット８が配置されている。この環状マグネット８
は、上記ロータ３の内部に鉄製のヨーク９を介して配置
されており、上記駆動コイル７と共にモータ駆動部を構
成している。上記正逆両回転用のラジアルヘリングボー
ン溝５は、正逆の両回転方向に対応するようにして互い
に反対方向に向けて配置された正方向動圧発生溝５１及
び逆方向動圧発生溝５２を備えているが、その詳細構造
については後述する。

【００１６】上記ロータ３の先端部（図示上端部）には
環状凸部１１が設けられており、この環状凸部１１に対
してポリゴンミラー１２が嵌合されている。このポリゴ
ンミラー１２上には、波形ばね１３を介してバランスプ
レート１４が同軸に載置されており、そのバランスプレ
ート１４側から差し込まれた固定ネジ１５がロータ３の
環状凸部１１に螺着されることによってポリゴンミラー
１２の固定が行われている。

【００１７】さらに、上記ベース１の中央柱状部１ａの
上部外周及びバランスプレート１４の内周には、一対の
環状マグネット１６，１７が周対向するように取り付け
られている。これらの各環状マグネット１６，１７に
は、軸方向に極性を逆にして着磁が行われており、これ
によって磁気スラスト軸受が構成されている。

【００１８】このとき、上記ロータ（軸部材）３は、ア
ルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属より形成さ
れ、当該ロータ３の外周面（動圧面）には、ＳｉＣメッ
キが施されているとともに、上述した動圧発生用溝５
が、切削加工により軸方向に一対形成されている。

【００１９】一方、上記軸受部材２は、例えばポリカー
ボネート等の熱可塑性樹脂よりなる樹脂成形品であり、
当該軸受部材２の内周面（動圧面）には、潤滑性樹脂層
として例えばポリアミドイミドとポリ四弗化エチレン
（ＰＴＦＥ）を主成分とする塗装膜が形成されている。
上記樹脂成形品としての軸受部材２には、無機フィラー
としての例えばガラスファイバーが所定量充填されてい
る。この充填量は、ガラスファイバーを充填した樹脂成
形品の熱膨張係数が動圧発生部６を構成する相手側の軸
部材３、すなわちアルミニウムまたはアルミニウム合金
の熱膨張係数とほぼ同等となるような充填量となってい
る。

【００２０】ここで、上述した正逆両回転用のラジアル
ヘリングボーン溝５を構成している正方向動圧発生溝５
１及び逆方向動圧発生溝５２は、特に図１に１本の溝を
例として記載したように、軸方向に連続的するようにし
て形成されており、図示上側の正方向動圧発生溝５１
は、回転方向の一方側である正方向回転に対応して支持
圧力を発生する溝構造を備えているとともに、逆方向動
圧発生溝５２は、回転方向の他方側である逆方向回転に
対応して支持圧力を発生する溝構造を有している。

【００２１】すなわち、これら正方向動圧発生溝５１及
び逆方向動圧発生溝５２のそれぞれは、周方向に対して
略対称的な角度で延在する一対の傾斜溝部どうしを略
「く」の字形状に閉じるように合流させた構成になされ
ており、その一対の傾斜溝からなる正方向動圧発生溝５
１及び逆方向動圧発生溝５２のそれぞれが、図２に示さ
れているように周方向に所定のピッチで反対向きに多数
並設されている。このとき、上記正方向動圧発生溝５１
及び逆方向動圧発生溝５２の各々を構成している一対の
傾斜溝部のうち、内側すなわち他方側の動圧発生溝側に
隣接する溝部どうしは、互いに連通するように繋げられ
ており、その繋げられた部分に相当する溝部５３が、正
方向動圧発生溝２５及び逆方向動圧発生溝２６の双方で
兼用される溝構成になされている。

【００２２】そして、これら正方向動圧発生溝５１及び
逆方向動圧発生溝５２を構成している一対の傾斜溝部が
合流している頂部は、ロータ３の回転時における最大圧
力発生部になされるが、その最大圧力は、回転方向に対
応した側の動圧発生溝の頂部に発生し、回転方向に対応
していない反対側用の動圧発生溝の頂部には負圧が発生
しようとする。しかしながらこの負圧は、以下に説明す
る通気構成によって良好に解消されるようになってい
る。

【００２３】すなわち、図１には、上述した正方向動圧
発生溝５１及び逆方向動圧発生溝５２のうちの一組のみ
を表しているが、これら正方向動圧発生溝５１及び逆方
向動圧発生溝５２の各々における傾斜溝部どうしの合流
頂部、すなわち最大圧力発生部位５１ａ，５２ａに対面
するようにして、前記軸受部材（固定部材）２に外部連
通孔２１，２２が貫通形成されている。

【００２４】これらの外部連通孔２１，２２の各々は、
周方向に複数個形成されており、軸受部材（固定部材）
２の内周壁面に対して大径の開口部が設けられていると
ともに、その大径開口部から外方側へ向かう途中部分に
段部が形成されており、その段部から外側の部分が小径
通路に形成されている。そして、上記段部に対して、孔
開閉手段としてのリード弁２３，２４が設けられてお
り、当該リード弁２３，２４によって上記外部連通孔２
１，２２の開閉が行われるようになっている。

【００２５】上記リード弁２３，２４は、軸受部材（固
定部材）２の内部側空間が正圧となったときには閉塞さ
れ、負圧となったときには開放されるように取り付けら
れているが、ロータ３の回転方向によって開閉動作が反
対になされる。すなわち、まず正方向回転時において
は、正方向動圧発生溝５１に対面するリード弁２３が閉
塞されて当該正方向動圧発生溝５１による正圧が保持さ
れるとともに、逆方向動圧発生溝５２に対面するリード
弁２４は開放される。これにより、上記逆方向動圧発生
溝５２により発生させられようとする負圧に応じて、外
部の大気が外部連通孔２２を通して軸受部材２内に導入
され、負圧状態が解消させられて略大気圧になされる。

【００２６】一方、逆方向回転時においては、逆方向動
圧発生溝５２に対面するリード弁２４が閉塞されて当該
逆方向動圧発生溝５２による正圧が保持されるるととも
に、正方向動圧発生溝５１に対面するリード弁２３は開
放される。これにより、上記正方向動圧発生溝５１によ
り発生させられようとする負圧に応じて、外部の大気が
外部連通孔２１を通して軸受部材２内に導入され、負圧
状態が解消させられて略大気圧になされる。

【００２７】このように、本実施形態においては、ロー
タ３の転方向が変化するに伴って正圧及び負圧を発生す
る動圧発生溝５１，５２が互いに入れ替わっても、孔開
閉手段を構成するリード弁２３，２４によって、常に、
正圧が発生する動圧発生溝５１又は５２に対応する外部
連通孔２１又は２２が閉塞され、かつ負圧が発生する動
圧発生溝５１又は５２に対応する外部連通孔２１又は２
２が開放されることとなり、回転方向にかかわらず必要
な正圧が常時保持されるとともに無用な負圧状態が解消
され、正逆いずれの方向においても良好な動圧が得られ
るようになっている。

【００２８】また、本実施形態では、孔開閉手段として
のリード弁機構を用いているので、極めて簡易な構成
で、通路の切替え動作が確実に得られる。

【００２９】また、図３に示されている実施形態が、上
述した実施形態と異なる点は、外部連通孔３１，３２
が、段付き状態ではなく同一径の通路から構成されてい
る点であり、他の構成は上述した実施形態と同様であ
る。従って、このような実施形態においても上述した実
施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

【００３０】さらに、図４に示されている実施形態で
は、前述した図３にかかる実施形態における孔開閉手段
としてのリード弁の代わりに、スプール弁機構４１が採
用されている。このスプール弁機構４１は、中空円筒状
部材からなる切替筒４１ａを備えており、当該切替筒４
１ａが、軸受部材（固定部材）２の外周壁面に対して軸
方向に摺動自在に取り付けられている。そして、駆動源
４１ｂからの出力が、図示を省略した伝達変換機構を介
して上記切替筒４１ａに伝達されることによって、当該
切替筒４１ａが軸方向に適宜往復移動されるように構成
されている。

【００３１】すなわち、上記切替筒４１ａは、正方向回
転時においては、図示のように上昇した位置に移動され
ており、これによって正方向動圧発生溝５１に対面する
外部連通孔２１が閉塞され、当該正方向動圧発生溝５１
による正圧が保持されるとともに、逆方向動圧発生溝５
２に対面する外部連通孔２２が開放されて、当該逆方向
動圧発生溝５２による負圧が解消されるようになってい
る。一方、逆方向回転時においては、上記切替筒４１ａ
が図示の位置から外部連通孔２１，２２の軸方向配置ピ
ッチ分だけ下降移動され、逆方向動圧発生溝５２に対面
する外部連通孔２２が閉塞されて当該逆方向動圧発生溝
５２による正圧が保持されるとともに、正方向動圧発生
溝５１に対面する外部連通孔２１が開放されて当該正方
向動圧発生溝５１による負圧が解消されるようになって
いる。このように、本実施形態においても、上述した各
実施形態と同様な作用・効果を得ることができる。

【００３２】一方、図５に示された実施形態は、スラス
ト軸受を構成するスラスト板６０に対して本発明を適用
した場合を表しており、図示は省略したが、そのスラス
ト板６０に対して図示垂直方向に対面するようにして固
定部材（軸受スリーブ）が配置されている。上記スラス
ト板６０には、正回転に対応して支持圧力を発生する半
径方向外側の正方向動圧発生溝６１と、逆方向回転に対
応して支持圧力を発生する半径方向内側の逆方向動圧発
生溝６２とのそれぞれが、略「く」の字形状の溝形状に
形成されており、両者６１，６２が反対側に向かって閉
じる形状で互いに連通されている。

【００３３】一方、これら正方向動圧発生溝６１及び逆
方向動圧発生溝６２の各々を構成している一対の傾斜溝
どうしの合流頂部、すなわち最大圧力発生部位６１ａ，
６２ａに対面するようにして、上述した固定部材（軸受
スリーブ）に外部連通孔（図示省略）が貫通形成されて
いる。これらの外部連通孔は、上記固定部材（軸受スリ
ーブ）に対して周方向に複数個形成されており、前述し
た実施形態と同様な弁機構等からなる孔開閉手段が付設
されている。このように本発明は、スラスト軸受に対し
ても同様に適用することができるものである。

【００３４】以上、本発明者によってなされた発明の実
施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能であるというのはいうまでもない。

【００３５】例えば、上述した各実施形態のように、動
圧発生溝を回転部材（軸体）側に設ける場合のみなら
ず、固定部材側に形成する場合であっても、本発明は同
様に適用することができる。

【００３６】さらに、上述した各実施形態は、潤滑流体
として空気を用いた動圧軸受装置の場合であるが、オイ
ル等の液体を用いた装置に対しても本発明は同様に適用
することができる。

【００３７】さらにまた、本発明は、上述したモータ以
外に用いられる動圧軸受装置、例えば、ハードディスク
駆動用（ＨＤＤ）モータ等に設けられる動圧軸受装置に
対しても本発明は同様に適用することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、回転部材の
回転方向が変化するに伴って正圧及び負圧を発生する動
圧発生溝が互いに入れ替わっても、外部連通孔に設けた
孔開閉手段によって、常に、正圧が発生する動圧発生溝
に対応する外部連通孔を閉塞させ、かつ負圧が発生する
動圧発生溝に対応する外部連通孔を開放させることによ
って、回転方向にかかわらず必要な正圧を常時保持する
とともに無用な負圧状態を解消させたものであるから、
正逆いずれの方向においても良好な動圧を得ることがで
き、潤滑流体としてオイルを用いる場合のみならず空気
等の他の流体を用いる場合であっても、常に良好な軸受
特性を簡易な構成で得ることができる。

【００３９】また、本発明のように、孔開閉手段として
弁機構を用いることによって一層簡易な構成で確実な切
り替え動作を可能とすれば、上述した効果をさらに高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる両回転用動圧軸受
装置の構造を表した模式的断面説明図である。

【図２】本発明を適用する動圧軸受を備えた軸固定型の
ポリゴンミラー駆動用モータの一例を表した横断面説明
図である。

【図３】本発明の他の実施形態にかかる両回転用動圧軸
受装置の構造を表した模式的断面説明図である。

【図４】本発明の更に他の実施形態にかかる両回転用動
圧軸受装置の構造を表した模式的断面説明図である。

【図５】本発明の更に他の実施形態にかかる両回転用動
圧軸受装置の構造を表した模式的断面説明図である。

【図６】一般の両回転動圧軸受装置の構造を表した外観
斜視説明図である。

【図７】一般の両回転動圧軸受装置における動圧の発生
状態を表した模式的説明図である。

【符号の説明】

２ 軸受部材（固定部材） ３ ロータ（回転部材） ５ 正逆両回転用ラジアルヘリングボーン溝 ６ 空気動圧発生部 ５１，６１ 正方向動圧発生溝 ５２，６２ 逆方向動圧発生溝 ５１ａ，５２ａ 最大圧力発生部位 ２１，２２，３１，３２ 外部連通孔 ２３，２４ リード弁（孔開閉手段） ４１ スプール弁機構（孔開閉手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部材に対して回転部材が周状に面対
   向しつつ回転可能に配置されているとともに、上記固定
   部材及び回転部材の両対向面に動圧面がそれぞれ形成さ
   れ、これら両対向動圧面のうちの少なくとも一方側に、
   上記回転部材の回転に伴い支持圧力を発生する動圧発生
   溝が凹設された動圧軸受装置において、 上記動圧発生溝が、前記回転部材の正方向への回転に対
   応して支持圧力を発生する正方向動圧発生溝と、逆方向
   への回転に対応して支持圧力を発生する逆方向動圧発生
   溝とを含み、 これら正方向動圧発生溝及び逆方向動圧発生溝の各々に
   おける最大圧力発生部位にそれぞれ対面するようにし
   て、前記固定部材に対して外部連通孔が貫通形成され、 上記外部連通孔には、正方向回転時に前記正方向動圧発
   生溝及び逆方向動圧発生溝にそれぞれ対面する各外部連
   通孔を閉塞及び開放し、かつ逆方向回転時には上記逆方
   向動圧発生溝及び正方向動圧発生溝にそれぞれ対面する
   各外部連通孔を閉塞及び開放する孔開閉手段が設けらて
   いることを特徴とする動圧軸受装置。
2. 【請求項２】 前記正方向動圧発生溝及び逆方向動圧発
   生溝は、互いに連通するように繋げられていることを特
   徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
3. 【請求項３】 前記孔開閉手段は、正圧で閉塞され負圧
   で開放される弁機構から構成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の動圧軸受装置。
4. 【請求項４】 正方向動圧発生溝及び逆方向動圧発生溝
   は、ラジアル動圧発生溝又はスラスト動圧発生溝を構成
   していることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装
   置。