JP2001271827A - Dynamic pressure gas bearing device - Google Patents

Dynamic pressure gas bearing device

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JP2001271827A
JP2001271827A JP2000087418A JP2000087418A JP2001271827A JP 2001271827 A JP2001271827 A JP 2001271827A JP 2000087418 A JP2000087418 A JP 2000087418A JP 2000087418 A JP2000087418 A JP 2000087418A JP 2001271827 A JP2001271827 A JP 2001271827A
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dynamic pressure
groove
sleeve
pressure generating
shaft body
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Takafumi Asada
隆文 淺田
Keigo Kusaka
圭吾 日下
Tsutomu Hamada
力 浜田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the large increase of the floating quantity of a sleeve in a thrust direction during the high speed rotation of a dynamic pressure gas bearing and during the abrupt change of the rotating speed. SOLUTION: The dynamic pressure gas bearing is provided with a dynamic pressure generation groove on either one of the outer peripheral surface of a shaft body and the inner peripheral surface of the sleeve to impart floating force to the sleeve by the rotation of the sleeve. In the dynamic pressure gas bearing, a groove deeper than the dynamic pressure generation groove is formed on the outer peripheral surface of the shaft body or the inner peripheral surface of the sleeve. When the sleeve floats by the prescribed quantity or larger from the shaft body, a part, imparting the floating quantity, of the dynamic pressure generation groove is opposed to the deep groove. Surfacing force is thereby reduced to always maintain the constant floating quantity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザプリンタの
ポリゴンスキャナ等の回転主軸部に用いられる動圧気体
軸受装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrodynamic gas bearing device used for a rotary spindle such as a polygon scanner of a laser printer.

【0002】[0002]

【従来の技術】動圧気体軸受装置の従来の例について図
7の断面図を参照しながら説明する。図7において、フ
レーム27の中央部に軸体21が固定されている。軸体
21には、軸受穴22Aと回転体取付用のフランジ部2
2Bを有するスリーブ22が適切な隙間を保って回転可
能に填め込まれている。軸体21の外周面にはヘリング
ボーン形状の動圧発生溝21A、21Bと、ヘリカル形
状の動圧発生溝21Cが形成されている。動圧発生溝2
1A、21B、21Cは、ジグザグのつながった溝で形
成されているが、一点鎖線で仕切られたそれぞれの領域
の溝を動圧発生溝21A、21B、21Cとして区別す
る。フレーム27にはモータ26のステータ25が固定
され、スリーブ22にはロータ24が固定されている。
スリーブ22の上端部は蓋23で密閉され、蓋23の内
壁面には当接部23Aが突出している。当接部23Aは
中央近傍に圧力調整穴23Bを有する。以上のように構
成された動圧気体軸受装置について、その動作について
説明する。モータ26のステータ25に通電し、スリー
ブ22を回転させると、動圧発生溝21A、21B、2
3Cの既知のポンピング作用によりスリーブ22はラジ
アル方向に力を受け軸体21に接触せずに回転する。ま
たヘリカル形状の動圧発生溝21Bのポンピング作用に
より、スリーブ22はスラスト方向(図の上方)の力を
受けてスラスト方向に浮上する。その結果、停止中には
軸体21に接触している当接部23Aは、回転中には、
軸体21から離れる。
2. Description of the Related Art A conventional example of a dynamic pressure gas bearing device will be described with reference to a sectional view of FIG. In FIG. 7, the shaft 21 is fixed to the center of the frame 27. The shaft 21 has a bearing hole 22A and a flange portion 2 for attaching a rotating body.
A sleeve 22 having 2B is rotatably fitted with an appropriate gap. Herringbone-shaped dynamic pressure generating grooves 21A and 21B and a helical dynamic pressure generating groove 21C are formed on the outer peripheral surface of the shaft body 21. Dynamic pressure generating groove 2
1A, 21B, and 21C are formed by zigzag-connected grooves, but grooves in respective regions separated by alternate long and short dash lines are distinguished as dynamic pressure generation grooves 21A, 21B, and 21C. The stator 25 of the motor 26 is fixed to the frame 27, and the rotor 24 is fixed to the sleeve 22.
The upper end of the sleeve 22 is sealed by a lid 23, and a contact portion 23 </ b> A protrudes from the inner wall surface of the lid 23. The contact portion 23A has a pressure adjustment hole 23B near the center. The operation of the hydrodynamic gas bearing device configured as described above will be described. When the stator 25 of the motor 26 is energized and the sleeve 22 is rotated, the dynamic pressure generating grooves 21A, 21B, 2
Due to the known pumping action of 3C, the sleeve 22 receives a force in the radial direction and rotates without contacting the shaft 21. Further, the sleeve 22 receives the force in the thrust direction (upward in the figure) and floats in the thrust direction by the pumping action of the helical dynamic pressure generating groove 21B. As a result, the contact portion 23A that is in contact with the shaft 21 during the stop is rotated during the rotation.
Move away from the shaft 21.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の図
7に示す従来例の構成では、次の様な問題点があった。
軸体21の長さが5から30ミリメートルの動圧気体軸
受装置では、定常回転数が例えば毎分3〜4万回転であ
り、この回転数で適切な浮上量が得られるように設計さ
れている。回転数が例えば毎分5万回転以上になると、
定常回転数では数10ミクロンメータであったスラスト
方向の浮上量(図7のh5)が例えば2〜3ミリメート
ル以上の過大な値になり、上下方向の振動を生じて正常
な回転が出来なくなる場合がある。また、毎分4万回転
以下のときでも、回転数が急激に変化すると浮上量が過
大な値になることがあった。
However, the configuration of the conventional example shown in FIG. 7 has the following problems.
In a dynamic pressure gas bearing device having a shaft body 21 having a length of 5 to 30 millimeters, a steady rotation speed is, for example, 30,000 to 40,000 rotations per minute, and a design is made such that an appropriate floating amount can be obtained at this rotation speed. I have. When the number of revolutions is, for example, 50,000 or more per minute,
In the case where the flying height in the thrust direction (h5 in FIG. 7) which was several tens of micrometers at the steady rotation speed becomes an excessive value of, for example, 2 to 3 mm or more, and vertical rotation occurs, and normal rotation cannot be performed. There is. Also, even at 40,000 revolutions per minute or less, the flying height sometimes becomes an excessive value if the revolution speed changes abruptly.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の動圧気体軸受装
置は、ヘリングボーン形状の溝であって、前記溝の頂点
から第1の方向へ向かう溝の長さが、前記頂点から前記
第1の方向とは異なる第2の方向へ向かう溝の長さより
長い第1の動圧発生溝と、前記第1の動圧発生溝に隣接
するヘリングボーン形状の第2の動圧発生溝とを外周面
に有し、前記第1の方向の端部で支持されている軸体、
及び前記軸体に回転可能に填められ、前記第1及び第2
の動圧発生溝の境界近傍に対向する内壁面に溝を有する
とともに、前記軸体の第2の方向の端部に対向する、所
定の直径の圧力調整穴を有する蓋を有するスリーブを備
える。スリーブの回転速度の増加により、軸体の第2の
方向の端部と蓋との間の空間の圧力が増大するとスリー
ブの浮上量が増加しスリーブ内壁面の溝が第1及び第2
の動圧発生溝の境界近傍からずれる。その結果、第1及
び第2の動圧発生溝のそれぞれの動圧発生作用が変化
し、前記空間の圧力が減少して浮上量が減少する。これ
によりスリーブは常に一定の浮上量を保って回転する。
A hydrodynamic gas bearing device according to the present invention is a herringbone-shaped groove, wherein a length of a groove from a top of the groove in a first direction is equal to the length of the groove from the top. A first dynamic pressure generating groove longer than a length of a groove directed in a second direction different from the first direction, and a herringbone-shaped second dynamic pressure generating groove adjacent to the first dynamic pressure generating groove. A shaft having an outer peripheral surface and supported at an end in the first direction;
And the first and second shafts are rotatably mounted on the shaft body.
A sleeve having a groove on an inner wall surface facing near the boundary of the dynamic pressure generating groove, and a lid having a pressure adjusting hole of a predetermined diameter facing an end of the shaft body in the second direction. When the pressure in the space between the end of the shaft body in the second direction and the lid increases due to the increase in the rotational speed of the sleeve, the floating amount of the sleeve increases, and the grooves on the inner wall surface of the sleeve become first and second.
From the vicinity of the boundary of the dynamic pressure generating groove. As a result, the dynamic pressure generating action of each of the first and second dynamic pressure generating grooves changes, so that the pressure in the space decreases and the flying height decreases. As a result, the sleeve always rotates while maintaining a constant floating amount.

【0005】本発明の他の観点の動圧気体軸受装置は、
ヘリングボーン形状の溝であって、前記溝の頂点から第
1の方向へ向かう溝の長さが、前記頂点から前記第1の
方向とは異なる第2の方向へ向かう溝の長さより長い第
1の動圧発生溝と、前記第1の動圧発生溝に隣接するヘ
リングボーン形状の第2の動圧発生溝とを内周面に有
し、前記第2の方向の端部に、所定の直径の圧力調整穴
を設けた蓋を有するスリーブ、及び前記スリーブに回転
可能に挿入され、前記第1及び第2の動圧発生溝の境界
近傍に対向する外壁面に溝を有するとともに、前記第1
の方向の端部で支持されている軸体を備える。スリーブ
の回転速度の増加により、軸体の第2の方向の端部と蓋
との間の空間の圧力が増大するとスリーブの浮上量が増
加し軸体外周面の溝が第1及び第2の動圧発生溝の境界
近傍からずれる。その結果、第1及び第2の動圧発生溝
のそれぞれの動圧発生作用が変化し、前記空間の圧力が
減少して浮上量が減少する。これによりスリーブは常に
一定の浮上量を保って回転する。
[0005] A dynamic pressure gas bearing device according to another aspect of the present invention comprises:
A first groove having a herringbone shape, wherein a length of a groove from a vertex of the groove in a first direction is longer than a length of a groove from the vertex in a second direction different from the first direction. And a herringbone-shaped second dynamic pressure generating groove adjacent to the first dynamic pressure generating groove on the inner peripheral surface, and a predetermined end is provided at an end in the second direction. A sleeve having a lid provided with a pressure adjustment hole having a diameter, and a groove rotatably inserted into the sleeve, and having a groove on an outer wall surface facing a boundary between the first and second dynamic pressure generating grooves, and 1
A shaft supported at the end in the direction of. When the pressure in the space between the end of the shaft in the second direction and the lid increases due to the increase in the rotational speed of the sleeve, the floating amount of the sleeve increases, and the grooves on the outer peripheral surface of the shaft are reduced by the first and second grooves. It deviates from the vicinity of the boundary of the dynamic pressure generating groove. As a result, the dynamic pressure generating action of each of the first and second dynamic pressure generating grooves changes, so that the pressure in the space decreases and the flying height decreases. As a result, the sleeve always rotates while maintaining a constant floating amount.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下本発明の動圧気体軸受装置の
好適な実施例について、図1から図6を参照して説明す
る。 《第1実施例》図1は本発明の第1実施例における動圧
気体軸受装置の断面図である。図1において、フレーム
7の中央部に固定軸1が固定されている。固定軸1に、
軸受穴2Aと回転体取付用のフランジ部2Bを有するス
リーブ2が、適切な隙間を保って回転可能に填められて
いる。固定軸1の外周面には、外周面と軸受穴2Aとの
間の隙間に圧力を発生させるための第1の動圧発生溝1
Aと第2の動圧発生溝1Bが形成されている。動圧発生
溝1A、1Bは、ジグザグのつながった溝で形成されて
いるが、一点鎖線1Fで示す動圧が最低となる溝の屈曲
点を結ぶ水平な動圧最低線で仕切られたそれぞれの領域
の溝を動圧発生溝1A、1Bとして区別する。動圧発生
溝1A及び1Bは、それぞれの下側の溝の長さが上側の
溝の長さより長い、変形ヘリングボーン形状を有する。
変形ヘリングボーン形状により、スリーブ2が回転する
とき、固定軸1とスリーブ2の間の気体が既知のポンピ
ング作用により図の上方に運ばれ空間3Cの気圧が高く
なる。上方に運ばれる気体の量は、上側の溝と下側の溝
の長さの差が大きい程多くなる。フレーム7にはモータ
6のステータ5が固定され、スリーブ2にはロータ4が
固定されている。スリーブ2の上部には蓋3が取付けら
れている。蓋3の内壁面には固定軸1の上端部1Cに対
向して突出する当接部3Aが設けられている。当接部3
Aの中央近傍には圧力調整穴3Bが形成されている。ス
リーブ2の内周面に、環状の溝を形成するための径大部
2Cが形成されている。径大部2Cは、その中央部が第
1の動圧発生溝1Aと第2の動圧発生溝1Bの境界部に
対向する位置に来るように形成されている。径大部2C
では、固定軸1の外周面とスリーブ2の円周面との間の
間隔が大きいので、動圧発生溝1A及び1Bによるポン
ピング作用は働かない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the hydrodynamic gas bearing device of the present invention will be described below with reference to FIGS. << First Embodiment >> FIG. 1 is a sectional view of a hydrodynamic gas bearing device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a fixed shaft 1 is fixed to a central portion of a frame 7. On the fixed shaft 1,
A sleeve 2 having a bearing hole 2A and a flange 2B for attaching a rotating body is rotatably fitted with an appropriate gap. A first dynamic pressure generating groove 1 for generating pressure in a gap between the outer peripheral surface and the bearing hole 2 </ b> A is formed on the outer peripheral surface of the fixed shaft 1.
A and a second dynamic pressure generating groove 1B are formed. Each of the dynamic pressure generating grooves 1A and 1B is formed by a zigzag continuous groove, and is separated by a horizontal dynamic pressure minimum line connecting bending points of the groove with the lowest dynamic pressure indicated by a dashed line 1F. The grooves in the area are distinguished as dynamic pressure generating grooves 1A and 1B. Each of the dynamic pressure generating grooves 1A and 1B has a modified herringbone shape in which the length of the lower groove is longer than the length of the upper groove.
Due to the deformed herringbone shape, when the sleeve 2 rotates, the gas between the fixed shaft 1 and the sleeve 2 is carried upward by a known pumping action, and the air pressure in the space 3C increases. The amount of gas carried upward increases as the difference between the lengths of the upper and lower grooves increases. The stator 5 of the motor 6 is fixed to the frame 7, and the rotor 4 is fixed to the sleeve 2. A lid 3 is attached to an upper part of the sleeve 2. The inner wall surface of the lid 3 is provided with a contact portion 3A protruding opposite to the upper end 1C of the fixed shaft 1. Contact part 3
A pressure adjustment hole 3B is formed near the center of A. On the inner peripheral surface of the sleeve 2, a large-diameter portion 2C for forming an annular groove is formed. The large-diameter portion 2C is formed such that its central portion is located at a position facing the boundary between the first dynamic pressure generating groove 1A and the second dynamic pressure generating groove 1B. Large diameter part 2C
Since the distance between the outer peripheral surface of the fixed shaft 1 and the peripheral surface of the sleeve 2 is large, the pumping action by the dynamic pressure generating grooves 1A and 1B does not work.

【0007】固定軸1の長さが7〜30ミリメートルの
範囲の本実施例の動圧気体軸受装置では、圧力調整穴3
Bの内径は約0.1ミリメートルであり、動圧発生溝1
A、1Bの深さは3〜20ミクロンメータである。径大
部2Cの内径は軸受穴2Aの内径より20〜250ミク
ロンメータ大きくなされている。以上のように構成され
た第1実施例の流体軸受装置について、図1から図3を
用いてその動作を説明する。図1において、モータ6の
ステータ5に通電すると、ロータ4が固定されたスリー
ブ2は図の上方から見たとき時計方向に回転する。動圧
発生溝1A及び1Bが変形ヘリングボーン形状を有する
ので、固定軸1とスリーブ2間の気体が固定端1Dから
自由端1Eに向けて運ばれる。その結果、固定軸1の上
部端1Cと蓋3との間の空間3Cの気圧が高くなる。こ
れにより、スリーブ2は回転軸に平行なスラスト方向の
浮上力を受ける。規定の回転数で回転するとき、スリー
ブ2は停止時より50ミクロン以上浮上する。この状態
で圧力調整穴3Bの開口が完全に確保されるように、圧
力調整穴3Bの位置と穴径が設定されている。
In the hydrodynamic gas bearing device according to the present embodiment in which the length of the fixed shaft 1 is in the range of 7 to 30 mm, the pressure adjusting hole 3
B has an inner diameter of about 0.1 millimeter, and the dynamic pressure generating groove 1
The depth of A and 1B is 3 to 20 micrometers. The inner diameter of the large diameter portion 2C is larger than the inner diameter of the bearing hole 2A by 20 to 250 micrometers. The operation of the hydrodynamic bearing device of the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, when the stator 5 of the motor 6 is energized, the sleeve 2 to which the rotor 4 is fixed rotates clockwise when viewed from above. Since the dynamic pressure generating grooves 1A and 1B have a deformed herringbone shape, gas between the fixed shaft 1 and the sleeve 2 is carried from the fixed end 1D to the free end 1E. As a result, the pressure in the space 3C between the upper end 1C of the fixed shaft 1 and the lid 3 increases. As a result, the sleeve 2 receives a floating force in the thrust direction parallel to the rotation axis. When rotating at a specified number of revolutions, the sleeve 2 floats by 50 microns or more from the stop. The position and diameter of the pressure adjustment hole 3B are set so that the opening of the pressure adjustment hole 3B is completely secured in this state.

【0008】図2の(a)及び図3の(a)は、図1の
上部の拡大図である。図2の(b)及び図3の(b)
は、上端部1Cと蓋3との間の空間3Cの圧力分布を示
すグラフであり、縦軸は圧力Pを示し、横軸は、前記空
間3Cの左端から右端間の位置を示す。図2の(c)及
び図3の(c)は固定軸1とスリーブ2間の圧力分布を
示すグラフであり、縦軸はスリーブ2の回転軸に沿う方
向の位置を示し、横軸は圧力Pを示す。図2の(a)に
おいて、第1の動圧発生溝1Aの互いに方向の異なる溝
の形成範囲を示す長さL1が長さL2より短いので、図
2の(c)に示すように、空間3Cの圧力は圧力調整穴
3Bの近傍を除いて上昇し、P1となる。圧力P1によ
り、スリーブ2は2〜20ミクロン程度浮上した状態
で、自重と圧力P1による浮上力が釣り合い、図2の
(a)に示す一定の浮上量h1を維持して非接触で回転
する。固定軸1とスリーブ2の隙間の圧力は、図2の
(b)に示すように、動圧発生溝の1Aの頂部で最大の
圧力P3となり、上端部1Cの近傍で圧力P1となる。
径大部2Cでは圧力は上昇しない。前記の圧力P3によ
り、スリーブ2は固定軸1に非接触で保持されて回転す
る。
FIGS. 2A and 3A are enlarged views of the upper part of FIG. 2 (b) and 3 (b)
Is a graph showing the pressure distribution in the space 3C between the upper end 1C and the lid 3, in which the vertical axis indicates the pressure P and the horizontal axis indicates the position between the left end and the right end of the space 3C. FIGS. 2C and 3C are graphs showing the pressure distribution between the fixed shaft 1 and the sleeve 2, wherein the vertical axis indicates the position of the sleeve 2 in the direction along the rotation axis, and the horizontal axis indicates the pressure. Indicates P. In FIG. 2A, since the length L1 indicating the formation range of the first hydrodynamic groove 1A in which the directions are different from each other is shorter than the length L2, as shown in FIG. The pressure of 3C rises except for the vicinity of the pressure adjustment hole 3B and becomes P1. With the pressure P1, the sleeve 2 floats by about 2 to 20 microns, and its own weight and the levitation force due to the pressure P1 are balanced, and the sleeve 2 rotates in a non-contact manner while maintaining a constant levitation amount h1 shown in FIG. As shown in FIG. 2B, the pressure in the gap between the fixed shaft 1 and the sleeve 2 becomes the maximum pressure P3 at the top of the dynamic pressure generating groove 1A, and becomes the pressure P1 near the upper end 1C.
The pressure does not increase at the large diameter portion 2C. Due to the pressure P3, the sleeve 2 rotates while being held in non-contact with the fixed shaft 1.

【0009】図3の(a)は、回転数が規定の回転数を
超えて上昇し空間3Cの圧力が増加して、浮上量h2が
1〜2ミリメートルになった状態を仮定的に示す拡大断
面図である。浮上量が増えた結果、径大部2Cは第1の
動圧発生溝1Aの形成域に移動し、図2の(a)の長さ
L2は長さL3に減少する。長さL1は変化しないの
で、長さL2から長さL3への減少により、空間3Cの
圧力は図3の(c)に示すように圧力P2に減少する。
その結果スリーブ2は降下し、図2の(a)に示す元の
位置に戻り安定した回転を保つ。図2の(a)及び図3
の(a)において、長さL3は、長さL2から長さh2
を減算した値である。また、長さS2は、長さS1と長
さh2を加算した値である。本実施例の当接部3Aは球
面であるが平面であっても良い。図1において、圧力調
整穴3Bは蓋3の中心から距離eだけ偏心させるのが望
ましい。距離eの値は例えば0.1〜0.5ミリメート
ルである。本実施例によれば、空間3Cの気圧が増加し
てスリーブ2の浮上量が増加すると、動圧発生溝1Aと
1Bの境界部に位置した径大部2Cが動圧発生溝1Aの
方に移動する。その結果動圧発生溝1Aの下側の溝の、
空間3Cへの気体の移送に寄与する部分の長さが短くな
り、空間3Cの気圧の上昇が抑制される。また動圧発生
溝1Bの上側の溝の、空間3Cへの気体の移送を抑制す
る部分の長さが長くなり、空間3Cの気圧の上昇が抑制
される。上記の両作用により、空間3Cに運ばれる気体
の量が減少して圧力が低下し、浮上量は減少する。また
径大部2Cの中央部が動圧発生溝1Aと1Bの境界部に
来るようにしたことにより、スリーブ2が定常状態で回
転するときの径大部2C内の圧力が安定し、スリーブ2
の軸方向の位置が安定する。その結果、スリーブ2は図
2の(a)に示す一定の浮上量h1を維持して回転す
る。
FIG. 3A is an enlarged view showing a hypothetical condition in which the number of revolutions rises above a prescribed number of revolutions, the pressure in the space 3C increases, and the flying height h2 becomes 1 to 2 millimeters. It is sectional drawing. As a result of the increase in the flying height, the large-diameter portion 2C moves to the area where the first dynamic pressure generating groove 1A is formed, and the length L2 in FIG. 2A decreases to the length L3. Since the length L1 does not change, the pressure in the space 3C decreases to the pressure P2 as shown in FIG. 3C by the decrease from the length L2 to the length L3.
As a result, the sleeve 2 descends, returns to the original position shown in FIG. 2A, and maintains a stable rotation. FIG. 2A and FIG.
(A), the length L3 is changed from the length L2 to the length h2.
Is subtracted. The length S2 is a value obtained by adding the length S1 and the length h2. The contact portion 3A of the present embodiment is spherical, but may be flat. In FIG. 1, it is desirable that the pressure adjusting hole 3B is eccentric from the center of the lid 3 by a distance e. The value of the distance e is, for example, 0.1 to 0.5 mm. According to this embodiment, when the air pressure in the space 3C increases and the floating amount of the sleeve 2 increases, the large-diameter portion 2C located at the boundary between the dynamic pressure generating grooves 1A and 1B moves toward the dynamic pressure generating groove 1A. Moving. As a result, of the lower groove of the dynamic pressure generating groove 1A,
The length of the portion contributing to the transfer of the gas to the space 3C is reduced, and an increase in the atmospheric pressure in the space 3C is suppressed. In addition, the length of a portion of the upper groove of the dynamic pressure generating groove 1B that suppresses the transfer of gas to the space 3C is increased, and an increase in the pressure of the space 3C is suppressed. By both of the above actions, the amount of gas carried to the space 3C is reduced, the pressure is reduced, and the flying height is reduced. In addition, since the central portion of the large diameter portion 2C is located at the boundary between the dynamic pressure generating grooves 1A and 1B, the pressure in the large diameter portion 2C when the sleeve 2 rotates in a steady state is stabilized, and
Is stable in the axial direction. As a result, the sleeve 2 rotates while maintaining a constant flying height h1 shown in FIG.

【0010】《第2実施例》本発明の第2実施例を図4
から図6を参照して説明する。図4において、フレーム
17の中央部に固定軸11が固定されている。本実施例
の固定軸11の外周面には、動圧発生溝は設けられてい
ない。この固定軸11には、軸受穴12Cとフランジ部
12Dを有するスリーブ12が適切な隙間を空けて回転
可能に填められている。スリーブ12の内壁面には変形
ヘリングボーン形状の第1の動圧発生溝12Aと第2の
動圧発生溝12Bが形成されている。動圧発生溝12
A、12Bは、ジグザグのつながった溝で形成されてい
るが、一点鎖線12Fで示す動圧が最低となる溝の屈曲
点を結ぶ水平な動圧最低線で仕切られたそれぞれの領域
の溝を動圧発生溝12A、12Bとして区別する。フレ
ーム17にはモータ16のステータ15が固定され、ス
リーブ12にはロータ14が固定されている。スリーブ
12の上部には蓋13が設けられている。蓋13の内壁
面には固定軸11の上端部1Cと対向する当接部13A
が設けられ、当接部13Aの中央近傍には圧力調整穴3
Bが設けられている。固定軸11の外周面に環状の溝を
形成するための径小部11Dが設けられている。この径
小部11Dは、スリーブ12の内周面の第1の動圧発生
溝12Aの圧力が最も高い部分に設けられている。本実
施例の流体軸受装置の各部の寸法の例としては、固定軸
11の長さが7〜30ミリメートル、圧力調整穴13B
の内径は約0.1ミリメートル、動圧発生溝12A、1
2Bの深さは3〜20ミクロンメータである。固定軸1
1の径小部11Dの外径は固定軸11の外径より20〜
250ミクロンメータ小さくしている。
<< Second Embodiment >> A second embodiment of the present invention is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the fixed shaft 11 is fixed to the center of the frame 17. No dynamic pressure generating groove is provided on the outer peripheral surface of the fixed shaft 11 of this embodiment. A sleeve 12 having a bearing hole 12C and a flange portion 12D is rotatably fitted on the fixed shaft 11 with an appropriate gap. A first dynamic pressure generation groove 12A and a second dynamic pressure generation groove 12B having a deformed herringbone shape are formed on the inner wall surface of the sleeve 12. Dynamic pressure generating groove 12
A and 12B are formed of zigzag continuous grooves, but grooves in respective areas separated by horizontal dynamic pressure minimum lines connecting bending points of the grooves where the dynamic pressure indicated by the dashed line 12F is the lowest are formed. They are distinguished as dynamic pressure generating grooves 12A and 12B. A stator 15 of a motor 16 is fixed to the frame 17, and a rotor 14 is fixed to the sleeve 12. A lid 13 is provided on the upper part of the sleeve 12. A contact portion 13A facing the upper end 1C of the fixed shaft 11 is provided on the inner wall surface of the lid 13.
Is provided near the center of the contact portion 13A.
B is provided. A small-diameter portion 11 </ b> D for forming an annular groove is provided on the outer peripheral surface of the fixed shaft 11. The small-diameter portion 11D is provided on the inner peripheral surface of the sleeve 12 at a portion where the pressure of the first dynamic pressure generation groove 12A is highest. As an example of the dimensions of each part of the hydrodynamic bearing device of the present embodiment, the length of the fixed shaft 11 is 7 to 30 mm, and the pressure adjusting hole 13B
Has an inner diameter of about 0.1 mm, and the dynamic pressure generation grooves 12A, 1
The depth of 2B is 3-20 microns meter. Fixed shaft 1
The outer diameter of the small diameter portion 11D is 20 to 20 times smaller than the outer diameter of the fixed shaft 11.
It is 250 microns smaller.

【0011】以上のように構成された第2実施例の動圧
気体軸受装置について、図4〜図6を用いてその動作を
説明する。図4は第2実施例の動圧気体軸受装置の断面
図である。図5の(a)及び図6の(a)は図4の上部
の拡大断面図である。図5の(b)及び図6の(b)は
それぞれ図2の(b)及び図3の(b)に対応し、図5
の(c)及び図6の(c)はそれぞれ、図2の(c)及
び図3の(c)に対応している。図4において、モータ
16のステータ15に通電すると、ロータ14が固定さ
れたスリーブ12は回転を始める。スリーブ12の動圧
発生溝12Aと12Bのそれぞれのポンピング作用によ
り気圧が上昇して、スリーブ12は固定軸11に接触せ
ずに支持される。動圧発生溝12A及び12Bは図4に
示すように、下側の溝の長さが上側の溝の長さより長
い、変形ヘリングボーン形状を有するので、スリーブ1
2が回転すると、固定軸11とスリーブ12との隙間の
気体は固定軸11の固定端11E側から自由端11F側
へ運ばれる。その結果上端部11Cと蓋13との間の空
間13Cの気圧が上昇し、スリーブ12は固定軸11に
対してスラスト方向に浮上して回転する。スリーブ12
がスラスト方向に50ミクロン以上浮上した時に圧力調
整穴13Bの開口が完全に確保されるように穴の位置と
穴径が設定されている。図5の(a)に示すように、第
1の動圧発生溝12Aにおいて、長さL4とL5の比率
に応じて、図5の(c)に示すように、スラスト方向に
圧力P3が発生する。この圧力P3により、スリーブ1
2が2〜20ミクロン程度浮上した状態でスリーブ12
の自重と浮上力が釣り合い、図5にh3で示す一定の浮
上量を維持して非接触で回転する。
The operation of the thus configured hydrodynamic gas bearing device of the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a sectional view of the hydrodynamic gas bearing device of the second embodiment. FIGS. 5A and 6A are enlarged cross-sectional views of the upper part of FIG. FIGS. 5B and 6B correspond to FIGS. 2B and 3B, respectively.
(C) and (c) of FIG. 6 correspond to (c) of FIG. 2 and (c) of FIG. 3, respectively. In FIG. 4, when the stator 15 of the motor 16 is energized, the sleeve 12 to which the rotor 14 is fixed starts rotating. The air pressure rises due to the respective pumping action of the dynamic pressure generating grooves 12A and 12B of the sleeve 12, and the sleeve 12 is supported without contacting the fixed shaft 11. As shown in FIG. 4, the dynamic pressure generating grooves 12A and 12B have a deformed herringbone shape in which the length of the lower groove is longer than the length of the upper groove.
When 2 rotates, gas in the gap between the fixed shaft 11 and the sleeve 12 is carried from the fixed end 11E side of the fixed shaft 11 to the free end 11F side. As a result, the air pressure in the space 13C between the upper end 11C and the lid 13 rises, and the sleeve 12 floats in the thrust direction with respect to the fixed shaft 11 and rotates. Sleeve 12
The hole position and the hole diameter are set so that the opening of the pressure adjusting hole 13B is completely secured when the surface of the pressure adjusting member 13 floats by 50 microns or more in the thrust direction. As shown in FIG. 5A, in the first dynamic pressure generating groove 12A, a pressure P3 is generated in the thrust direction according to the ratio between the lengths L4 and L5, as shown in FIG. 5C. I do. Due to this pressure P3, the sleeve 1
2 with the surface of the sleeve 12 floating about 2 to 20 microns.
The self-weight and the levitation force are balanced, and the rotor rotates in a non-contact manner while maintaining a constant levitation amount indicated by h3 in FIG.

【0012】回転数が規定の回転数を超えて増加し、図
6の浮上量h4に示すように、スリーブ12が大幅に
(1〜2ミリメートル)浮上した場合には、軸部11の
径小部11Dと第1の動圧発生溝12Aとの相対位置が
変化し、長さL5が減少して長さL6となる。長さL4
は変わらないため、空間13Cの圧力は図6の(c)に
示すように圧力P4に低下する。その結果スリーブ12
の浮上力が、スリーブ12の自重より小さくなり、回転
体は図5に示す元の位置に戻り安定して回転する。な
お、図4において固定軸11の径小部11Dは第1の動
圧発生溝12Aの最高圧力部分に対向して設けられてい
るが、第2の動圧発生溝12Bの最高圧力部分に対向す
る位置に設けても良い。以上のように本発明実施例によ
れば、軸受の回転数が規定値より増加した時、及び急激
に変化した時にスラスト方向のスリーブ12の浮上量が
過大になることがなく安定した浮上量が得られる。
When the number of revolutions exceeds the prescribed number of revolutions and the sleeve 12 rises significantly (1-2 mm) as shown by the flying height h4 in FIG. 6, the diameter of the shaft 11 becomes small. The relative position between the portion 11D and the first dynamic pressure generation groove 12A changes, and the length L5 decreases to the length L6. Length L4
Since the pressure does not change, the pressure in the space 13C decreases to the pressure P4 as shown in FIG. The resulting sleeve 12
Is smaller than the own weight of the sleeve 12, and the rotating body returns to the original position shown in FIG. 5 and stably rotates. In FIG. 4, the small diameter portion 11D of the fixed shaft 11 is provided to face the highest pressure portion of the first dynamic pressure generating groove 12A, but is opposed to the highest pressure portion of the second dynamic pressure generating groove 12B. May be provided. As described above, according to the embodiment of the present invention, when the rotation speed of the bearing is increased from the specified value or when the bearing is rapidly changed, the floating amount of the sleeve 12 in the thrust direction does not become excessively large, and the stable floating amount is increased. can get.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上の各実施例で詳細に説明したよう
に、本発明の動圧気体軸受装置は、通常の回転時には第
1と第2の動圧発生溝が気体を固定軸の固定端側から自
由端側に運びスラスト方向に充分浮上させるとともに、
過浮上が生じた時には、第1動圧発生溝とその対向面の
相対位置がずれる様構成する事により前記第1と第2の
動圧発生溝による浮上力を減少させて過浮上を防止す
る。
As described in detail in each of the above embodiments, in the dynamic gas bearing device of the present invention, the first and second dynamic pressure generating grooves allow the gas to flow through the fixed end of the fixed shaft during normal rotation. From the side to the free end and lift it up sufficiently in the thrust direction,
When over-floating occurs, the relative position between the first dynamic pressure generating groove and its opposing surface is shifted to reduce the floating force of the first and second dynamic pressure generating grooves to prevent over-floating. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例における動圧気体軸受の断
面図
FIG. 1 is a sectional view of a hydrodynamic gas bearing according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)は図1における動圧気体軸受の上部の拡
大断面図(b)及び(c)は圧力分布を示すグラフ
2A is an enlarged cross-sectional view of the upper part of the dynamic pressure gas bearing in FIG. 1, and FIGS. 2B and 2C are graphs showing pressure distribution.

【図3】(a)は図1の動圧気体軸受においてスリーブ
の浮上量が増加した状態を示す拡大断面図(b)及び
(c)は圧力分布を示すグラフ
3A is an enlarged sectional view showing a state in which the floating amount of a sleeve is increased in the dynamic pressure gas bearing of FIG. 1, and FIGS. 3B and 3C are graphs showing pressure distribution.

【図4】本発明の第2実施例における動圧気体軸受の断
面図
FIG. 4 is a sectional view of a dynamic pressure gas bearing according to a second embodiment of the present invention.

【図5】(a)は図4における動圧気体軸受の上部の拡
大断面図(b)及び(c)は圧力分布を示すグラフ
5A is an enlarged cross-sectional view of the upper part of the hydrodynamic gas bearing in FIG. 4, and FIGS. 5B and 5C are graphs showing pressure distribution.

【図6】(a)は図4の動圧気体軸受においてスリーブ
の浮上量が増加した状態を示す拡大断面図(b)及び
(c)は圧力分布を示すグラフ
6A is an enlarged sectional view showing a state in which the floating amount of a sleeve is increased in the dynamic pressure gas bearing of FIG. 4, and FIGS. 6B and 6C are graphs showing pressure distribution.

【図7】従来の動圧気体軸受装置の断面図FIG. 7 is a sectional view of a conventional hydrodynamic gas bearing device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11 固定軸 1A、12A 動圧発生溝 1B、12B 上端部 2、12 スリーブ 2A、12C 軸受穴 2B、12D フランジ部 3、13 蓋 3A、12A 当接部 3B、13B 圧力調整穴 3C、13C 空間 4、14 ロータ 5、15 ステ−タ 6、16 モータ 7、17 フレーム 1,11 Fixed shaft 1A, 12A Dynamic pressure generating groove 1B, 12B Upper end 2,12 Sleeve 2A, 12C Bearing hole 2B, 12D Flange 3,13 Lid 3A, 12A Contact part 3B, 13B Pressure adjusting hole 3C, 13C Space 4, 14 Rotor 5, 15 Stator 6, 16 Motor 7, 17 Frame

フロントページの続き (72)発明者 浜田 力 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 3J011 AA04 AA11 BA02 CA03 KA02 MA07 Continued on the front page (72) Inventor Riki Hamada 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F term (reference) 3J011 AA04 AA11 BA02 CA03 KA02 MA07

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ヘリングボーン形状の溝であって、前記
溝の頂点から第1の方向へ向かう溝の長さが、前記頂点
から前記第1の方向とは異なる第2の方向へ向かう溝の
長さより長い第1の動圧発生溝と、前記第1の動圧発生
溝に隣接するヘリングボーン形状の第2の動圧発生溝と
を円筒形外周面に有し、前記第1の方向の端部で支持さ
れている軸体、 前記軸体に回転可能に填められ、前記第1の動圧発生溝
と第2の動圧発生溝の境界近傍に対向する内壁面に横溝
を有するスリーブ、及び、 前記スリーブの端部に固定され前記軸体の第2の方向の
端部に対向する所定の直径の圧力調整穴を有する蓋を備
える動圧気体軸受装置。
1. A groove having a herringbone shape, wherein a length of a groove from a vertex of the groove in a first direction is different from a groove in a second direction different from the first direction. A first dynamic pressure generating groove longer than a length, and a herringbone-shaped second dynamic pressure generating groove adjacent to the first dynamic pressure generating groove on a cylindrical outer peripheral surface; A shaft body supported at an end, a sleeve rotatably fitted to the shaft body, and having a lateral groove on an inner wall surface facing a boundary between the first dynamic pressure generating groove and the second dynamic pressure generating groove; A dynamic gas bearing device having a lid fixed to an end of the sleeve and having a pressure adjusting hole of a predetermined diameter facing an end of the shaft body in a second direction.
【請求項2】 前記スリーブ内周面の横溝の位置は、前
記スリーブが前記軸体に対して所定の安定位置に浮上し
ているときに、前記軸体外周面の第1の動圧発生溝と第
2の動圧発生溝との接続部の動圧最低線が、その横溝の
実質的に中央部の高さに来るように選ばれていることを
特徴とする請求項1記載の動圧気体軸受装置。
2. The position of the lateral groove on the inner peripheral surface of the sleeve is such that the first dynamic pressure generating groove on the outer peripheral surface of the shaft body is located when the sleeve is floating at a predetermined stable position with respect to the shaft body. 2. The dynamic pressure according to claim 1, wherein the lowest line of the dynamic pressure at the connection between the second groove and the second dynamic pressure generating groove is selected so as to be substantially at the height of the center of the lateral groove. Gas bearing device.
【請求項3】 ヘリングボーン形状の溝であって、前記
溝の頂点から第1の方向へ向かう溝の長さが、前記頂点
から前記第1の方向とは異なる第2の方向へ向かう溝の
長さより長い第1の動圧発生溝と、前記第1の動圧発生
溝に隣接するヘリングボーン形状の第2の動圧発生溝と
を円筒形内周面に有するスリーブ、 前記スリーブに回転可能に挿入され、前記第1及び第2
の動圧発生溝の境界近傍に対向する外壁面に横溝を有す
る軸体及び前記スリーブの端部に固定され前記軸体の第
2の方向の端部に所定の直径の圧力調整穴を設けた蓋を
備える動圧気体軸受装置。
3. A groove having a herringbone shape, wherein a length of a groove from a vertex of the groove in a first direction is different from a groove in a second direction different from the first direction. A sleeve having a first dynamic pressure generating groove longer than a length and a herringbone-shaped second dynamic pressure generating groove adjacent to the first dynamic pressure generating groove on a cylindrical inner peripheral surface; rotatable by the sleeve And the first and second
A shaft body having a lateral groove on the outer wall surface facing the boundary of the dynamic pressure generating groove, and a pressure adjusting hole fixed to an end of the sleeve and having a predetermined diameter at an end of the shaft body in a second direction. A dynamic pressure gas bearing device having a lid.
【請求項4】 前記軸体の横溝の位置は、前記スリーブ
が前記軸体に対して所定の安定位置に浮上しているとき
に、前記スリーブ内面の第1の動圧発生溝と第2の動圧
発生溝との接続部の動圧最低線が、その横溝の実質的に
中央部の高さに来るように選ばれていることを特徴とす
る請求項3記載の動圧気体軸受装置。
4. The position of the lateral groove of the shaft body is such that, when the sleeve is floating at a predetermined stable position with respect to the shaft body, the first dynamic pressure generating groove on the inner surface of the sleeve and the second dynamic pressure generating groove 4. The dynamic pressure gas bearing device according to claim 3, wherein the dynamic pressure minimum line at the connection with the dynamic pressure generating groove is selected so as to be substantially at the height of the center of the lateral groove.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004081400A1 (en) * 2003-03-13 2004-09-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fluid bearing device

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