JP2631399B2 - 動圧型回転軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザービームプリンタ（LBP）のポリゴン
スピンドルやVTRのシリンダーモータ等をはじめ各種高
精密機械に適用されるセラミック製の動圧型回転軸受装
置に関するものである。

〔従来の技術〕 従来よりLBPのポリゴンスピンドルやVTRのシリンダモ
ータ等をはじめ各種高精密機械に使用される動圧型回転
軸受装置として、鉄鋼材料を主体として金属より成る回
転軸と軸受を組み合わせたものが一般に採用されてお
り、前記軸受面に対向する前記回転軸の外周面には流体
圧力発生用の溝が研削等の機械加工や、エッチング等の
化学的処理により形成されていた。

しかし乍ら、かかる従来の回転軸に採用される機械構
造用炭素鋼や合金鋼等は、機械加工性に優れ機械的強度
が大であるという特長を有するものの、前記鉄鋼材料は
その比重が約７乃至８と比較的大きいため、ラジアル動
圧作動流体及びスラスト動圧作動流体として空気を使用
する場合には、低速回転域でのスラスト剛性または前記
回転軸の浮上量が不足し、スラスト軸受での焼付けが発
生し易いという問題があった。また、油等の液体を使用
する場合にも、損失トルクが高くなり勝ちであり、駆動
源の出力を大とする等の処理を講じなければならないと
いう欠点があった。更に、従来の金属より成る動圧型回
転軸受装置は、起動時及び停止時の回転軸と軸受との接
触による摩耗が避け難いこと等から、起動トルクが増大
すること及び動圧型回転軸受装置としての耐久性等に問
題があった。

そこで、かかる従来の動圧型回転軸受装置の問題点を
解決するために、スラスト剛性が高い上に十分な浮上量
が得られ、かつ損失トルクを大巾に減少させることが可
能な前記金属よりも比重が小さくかつ耐摩耗性及び耐食
性に優れたアルミナ、ジルコニア、窒化珪素、サイアロ
ン、炭化珪素等の各種セラミック材が動圧型回転軸受装
置に採用されるようになってきている（特開昭60−2050
11号公報参照）。

これら動圧型回転軸受装置は例えば第４図及び第５図
に示す如く、動圧作動流体として空気を使用した場合、
流体圧力発生用のヘリングボーン型の溝15を設けた回転
軸12が軸受部11に内挿され、回転軸12が軸受部11に内挿
され、回転軸12の一端に駆動力伝達機構（不図示）が一
般に付設される。

駆動に際しては回転軸12が偏心して回転することによ
り回転軸12と軸受部11との間に介在する空気が回転軸12
の回転方向に動き出すとともに、回転軸12の表面に設け
たヘリングボーン型の溝15により前記空気の巻き込み量
が増加し、その結果、回転軸12と軸受部11との隙間の小
なる部分の圧力がより大となり、該圧力によって回転軸
12に作用する負荷を支持し、隙間を所定の値に保ち、無
接触で高制度の回転を得んとするものである。

〔発明が解決すようとする問題点〕

しかし乍ら、前記セラミック材から成る動圧型回転軸
受装置は耐食性に優れ、摩擦が小さいという優れた特徴
を有するものの、前記回転軸にヘリングボーン型の所定
の深さの溝を設けて動圧を発生させる動圧型回転軸受装
置にあっては、前記回転軸の外周面に前記溝が一定間隔
に形成されていることから、該溝が空気を巻き込むこと
により発生する圧力が回転軸に形成された溝の数に応じ
て微小な変動を生じると考えられ、その結果、ラジアル
回転制度を全回転数領域において高精度に保持できない
という問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はの動圧型回転軸受装置はセラミックより成る
真円度が１μｍ以下でかつ内周面を円滑に研摩加工され
た軸受部でかつ該軸受部の内周面には所定間隔に平行
状、ヘリングボーン増または螺旋状等の種々の形態を成
す微小な研削条痕の集合群から成る動圧発生部が設けら
れ、該軸受部に真円度が１μｍ以下で表面あらさが0.8
μRa以下のセラミックスから成る回転軸を内挿したこと
により、前記軸受部の内周面において動圧発生部との段
差を生ぜず、微小な動圧の変動を解消し、ラジアル回転
精度を向上することが可能としたものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明に係るセラミック製動圧型回転軸受装
置の一実施例を示す一部破断面図であり、第２図は第１
図の回転駆動状態を説明するための横断面図であり、第
３図は第１図のセラミック製軸受部Ａ部の内周面の研削
条痕を示す拡大図である。

第１図、第２図及び第３図において、本発明に係るセ
ラミック製軸受部１は内部に円滑な外表面を有するセラ
ミック製回転軸２が挿入され、該セラミック製軸受部１
の内周面には軸芯と略平行かつ円周方向に略等間隔に微
小な研削条痕３の集合群４から成る動圧発生部が形成さ
れている。

また、前記セラミック製軸受部１は研削条痕３の集合
群４部を除く内周面の表面あらさが中心線平均あらさで
表示すると0.8μm Ra以下の面粗度を有し、かつセラミ
ック製軸受部１の表面の形状精度、即ち真円度が１μｍ
以下でなければならない。前記表面粗さが0.8μm Raを
越えるか、または真円度が１μｍを越える場合には所期
の回転精度が得られず、その上、剛性が低下することか
ら、前記セラミック製回転軸２が軸受部１とかじり付き
を生じる恐れがある。

更に前記研削条痕３は第３図に示す如く、略円周方向
と同一方向に並んだ集合群４を形成し、個々の研削条痕
３は深さが２μｍ乃至10μｍ、長さが1mm乃至2mm、かつ
巾が10μｍ乃至100μｍであることが望ましく、前記各
寸法が下限値に満たない場合には剛性、負荷容量がいず
れも低下し、他方、前記各寸法が上限値を越える場合に
は、ラジアル回転精度を全回転数領域において高精度に
保持すること困難となる。

一方、前記研削条痕３の集合群４は、研削条痕３の長
さ方向に対して直角方向に1mmの長さ当たり前記研削条
痕３の深さ及び巾の寸法を満足した８個乃至18個、望ま
しくは10個以上の研削条痕から成り、前記集合群４の巾
ｗと隣合う集合群４同志の間隙ｗ′の関係が を満足することが望ましい。

なお、前記研削条痕３の集合群４が前記望ましい数値
を満足しない場合には、ラジアル回転精度の低下ととも
に剛性及び負荷容量が低下してしまい動圧型回転軸受装
置といして実用的ではない。

稼動に際しては、軸受部１に内挿されたセラミック製
回転軸２が軸受部１の内径に対して偏心して回転するこ
とにより、前記回転軸２と軸受部１との間に介在する空
気が該回転軸２の回転方向に動き出し、該回転軸２と軸
受部１との隙間の小なる部分の空気圧力が該隙間の大き
な部分より大となり、前記回転軸２を支持する。

この際、前記軸受部１の表面に設けた研削条痕３の集
合群４が前記空気の巻き込み量を増加させることによ
り、前記圧力を増大せしめ、該圧力によってセラミック
製回転軸２に作用する負荷を、前記隙間を所定の値に保
ちつつ、無接触で支持することになる。

更に、前記空気の巻き込みを左右する研削条痕３の集
合群４は、前記軸受部１の内周面において段差を生じな
いことから、微小な圧力変動を解消することが可能とな
る。

本発明に係る前述のスラミック製動圧型回転軸受装置
を評価するため、回転精度測定装置を使用して回転精度
を極座標表示法によりリサージュ図を描かせたところ、
第７図に示す様な従来のセラミック製回転軸にヘリング
ボーン型の溝を設けたセラミック製動力型回転軸受装置
のリサージュ図に認められる円周上の凹凸が、本発明に
係るセラミック製動圧型回転軸装置では全回転数領域に
おいて第６図に示すリサージュ図の様にほとんど解消し
ていることが確認された。

また、前記研削条痕の集合は、夫々前記研削条痕及び
集合群の望ましい数値関係を満足すれば、ヘリングボー
ン状または螺旋状等の種々の形態でも同様の精度が得ら
れることを確認している。

〔発明の効果〕

以上、述べたように本発明はセラミック製軸受部の内
周面に段差のない動圧発生用の研削条痕の集合群を形成
することから、摩擦が小さいことは勿論、全回転数領域
にわたって回転軸のフレのない高精度のラジアル回転精
度を得ることができ、各種高精度機械等に広範囲に適用
し得る超精密高速回転の安定性および信頼性を著しく向
上せしめた動圧型のセラミック製回転軸受装置を得るこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミック製動圧型回転軸受装置
の一実施例を示す一部破断面図、第２図は第１図の回転
駆動状態を説明するための横断面図、第３図は第１図の
セラミック製軸受部Ａ部内周面の研削条痕を示す拡大
図、第４図は従来の動圧型回転軸受装置を示す一部破断
面図、第５図は第４図の回転駆動状態を説明するための
横断面図、第６図は本発明に係るセラミック製動圧型回
転軸受装置のリサージュ図、第７図は従来の動圧型回転
軸受装置のリサージュ図である。 １……セラミック製軸受部 ３……研削条痕 ４……集合群

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真円度が１μｍ以下のセラミックスより成
   る円滑な表面を有する軸受部の内周面に、平行状、ヘリ
   ングボーン状または螺旋状等の形状をした微小な研削条
   痕の集合群から成る動圧発生部を設け、前記軸受部に真
   円度が１μｍ以下で表面あらさが0.8μRa以下のセラミ
   ックスより成る回転軸を内挿して成る動圧型回転軸受装
   置。