JPH02150504A - 動圧型回転軸受装置 - Google Patents
動圧型回転軸受装置Info
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- JPH02150504A JPH02150504A JP30553888A JP30553888A JPH02150504A JP H02150504 A JPH02150504 A JP H02150504A JP 30553888 A JP30553888 A JP 30553888A JP 30553888 A JP30553888 A JP 30553888A JP H02150504 A JPH02150504 A JP H02150504A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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ヲハじめ各種
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。
スピンドルやＶＴＲのシリンダーモータ等ヲハじめ各種
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た金属より成
る回転軸と軸受を組み合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、エツチング等の
化学的処理により形成されていた。
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た金属より成
る回転軸と軸受を組み合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、エツチング等の
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Ｌコ優れ機械的強度
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
生し昌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。
用炭素鋼や合金鋼等は、機械加工性Ｌコ優れ機械的強度
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
生し昌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６０−２０
５０１１号公報参照）。
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６０−２０
５０１１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
体圧力発生用のへ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１
１に内挿され、回転軸１２の一端には駆動力伝達機構（
不図示）が一般に付設される。
示す如く、動圧作動流体として空気を使用した場合、流
体圧力発生用のへ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１
１に内挿され、回転軸１２の一端には駆動力伝達機構（
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１
１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。
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１
１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。
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。
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。
本発明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
リングボーン状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０．８μＲ
ａ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。
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
リングボーン状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０．８μＲ
ａ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。
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。
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。
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０．８μｔｎ 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０．８
μｍ 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。
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０．８μｔｎ 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０．８
μｍ 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１００ μｍ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。
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１００ μｍ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 □、３ ＜ ＜０．８を満足するこ
とが望ましい。
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 □、３ ＜ ＜０．８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
として実用的でない。
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
として実用的でない。
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。
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。
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
。
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セ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ン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
り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受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。
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ン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
り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受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群は、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。
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。
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。
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。
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
軸受装置のりサージュ図、第７図は従来の動圧型回転軸
受装置のりサージュ図である。 １・・・セラミック製軸受部 ３・・・研削条痕 ４・・・集合群
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
軸受装置のりサージュ図、第７図は従来の動圧型回転軸
受装置のりサージュ図である。 １・・・セラミック製軸受部 ３・・・研削条痕 ４・・・集合群
Claims (1)
- 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30553888A JP2631399B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 動圧型回転軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30553888A JP2631399B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 動圧型回転軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02150504A true JPH02150504A (ja) | 1990-06-08 |
| JP2631399B2 JP2631399B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=17946362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30553888A Expired - Fee Related JP2631399B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 動圧型回転軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2631399B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993020023A1 (en) * | 1992-03-31 | 1993-10-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Sliding member and production thereof |
| WO2001018413A1 (fr) | 1999-09-03 | 2001-03-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Palier a pression dynamique et moteur a broche comprenant le palier a pression dynamique |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP30553888A patent/JP2631399B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993020023A1 (en) * | 1992-03-31 | 1993-10-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Sliding member and production thereof |
| US5543371A (en) * | 1992-03-31 | 1996-08-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Slide member and method of manufacturing the same |
| US5776600A (en) * | 1992-03-31 | 1998-07-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Slide member and method of manufacturing the same |
| WO2001018413A1 (fr) | 1999-09-03 | 2001-03-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Palier a pression dynamique et moteur a broche comprenant le palier a pression dynamique |
| US6749339B1 (en) | 1999-09-03 | 2004-06-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hydrodynamic bearing assembly and spindle motor having the same |
| US7033078B2 (en) | 1999-09-03 | 2006-04-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hydrodynamic bearing assembly and spindle motor having the same |
| US7360950B2 (en) | 1999-09-03 | 2008-04-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hydrodynamic bearing assembly |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2631399B2 (ja) | 1997-07-16 |
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