JPH0235215A - 回転装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、回転軸の両端に設けられた流体軸受によって
スラスト荷動を支持する回転装置に関するものであり、
その目的とするところは両スラスト軸受の一方の圧力特
性を他方と比へて、すきまの変化に対して推力の変化が
大きい特性とすることにより装置の姿勢変化によるスラ
スト方向の回転軸の移動を催少にした軸受構造を提供し
ようとするものである。

スラスト、ラジアル両荷重を支持するために、従来、例
えば第６図のように２つの推力軸受からなる軸受構造が
用いられている。

１は回転軸、２は回転軸に設けられたフライホイール、
３６．３７は回転軸の両端に設けた円錐スパイラル、グ
ループ軸受、３８．３９はハウジング、４０．４１は円
錐スパイラルグループ軸受３６．３７とハウジング３８
．３９の間に封じ込められた潤滑油である。円錐スパイ
ラルグループ軸受３６．３７は回転軸１の回転によって
円錐スパイラルグループの底面（回転軸１の端面）に向
けて潤滑油を圧送する推力軸受としての作用を有するた
め、回転軸１の両端面に圧力が発生し方向の異なる２つ
の推進力によってスラスト方向の位置規制を行う。また
軸受３６．３７の円錐面でラジアル方向荷重も支持する
ことが出来る。このように流体軸受構造は、流体軸受特
有の不安定現象であるオイルホワールの防止も兼ねてス
パイラルグループのボンピング作用を効果的に用いたコ
ンパクトな構成きなっている。

しかし、このような構造を近年増々高精度化されつつあ
るポータプル型の磁気テープ画像記録再生装置（以下Ｖ
ＴＲと記す）シリンダ等に適用した場合、次のような問
題点がある。即ち、ポータプルＶＴＲの場合、装置は姿
勢に関係なく使用され、第６図のような水平状態のみな
らず、垂直状態においても使用される。

水平状態において、例えばヘッドが設けられるフライホ
イール２の軸方向位置は回転軸の両端円錐面状の軸受３
６，３７の底面に発生するポンピング圧力の平衡で゛決
まることになり、フライホイール２の荷重Ｗは平衡位置
に影響を与えない。

しかし装置の姿勢が変化する時、一方の円錐面には荷重
Ｗの軸方向分力が加わることになるため、力の平衡条件
は水平状態と違い、フライホイール２に設けられたヘッ
トの軸方向の位置は変化する。

従って、ポータプルＶＴＲのシリンダに第６図のような
流体軸受構造を適用した場合、」−記ヘツト位置の姿勢
差は重大な欠陥となる。ＶＴＲシリンダは装置のコンパ
クト化高記録密度化によってますまず高精度なものが要
求される傾向にあり、上記の例において、姿勢差による
ヘッドの軸方向変化を２μ以内に収める要望があった。

本発明は従来の流体軸受構造にともなう上記のような問
題点を解決するもので、すなわち、すきまの変化に対す
る軸方向の推力の変化の特性が大幅に異なる２つのスラ
スト軸受を軸の両端部に設け、回転部の軸方自分の変化
による姿勢差を極力催少にすることに成功したもので、
以下本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の原理を示す基本構成図で、１は回転軸
、２は回転軸１に設けられたフライホイール、３は回転
軸１の一方端部に形成された平衡型スパイラル軸受、４
は回転軸１の他端部に形成された推力軸受、５は回転軸
１の一方端面に形成されたスラスト軸受としてのマイク
ログループ軸受、６，７は軸受３，４を収納するハウジ
ング、８は装置の基板である。９，１０は回転軸の左右
の端面を示し、１１．１２は軸受３，４とハウジング６
．７の間に封し込められた潤滑油である。

回転軸１の一方端面９側の中央部には第２図に示すよう
な微小径の突出部が設けられており、その表面にはスパ
イラル溝が形成されたマイクログループ軸受５が設けら
れている。平衡型スパイラル軸受３の表面には潤滑油が
丁度ハウジング６の中央部に圧送されるような溝が左右
対称に形成されている。推力軸受４には、潤滑油１２を
右端面に向けて圧送する一方向のスパイラル溝が形成さ
れている。

本実施例は、上記のような３つの軸受３，４゜５によっ
て、本装置のラジアルスラスト両方向を支持しておりそ
れぞれの作用は次の通りである。

（イ）回転軸１の一方端に形成された平衡型スパイラル
軸受３は、流体軸受の不安定現象である第イルホワール
の防止も兼ねておもにラジアル荷重の支持に用いられる
。−右端面９例のスパイラル溝は、潤滑油１１を第３図
の矢印のように右方に移動させる作用があるため、−右
端面９の回転軸１の外周側は負圧ぎみになる。（但し中
央部のマイクログループ軸受５の面には大きな正圧が発
生している。） （口〉　回転軸１の他方端部に形成された推力軸受４は
オイルホワールの防止とラジアル支持及びスラスト支持
も兼ねている。潤滑油１１は、ポンピング作用により推
力軸受の底面（他方端面１０）に向けて圧送されるため
底面に発生する圧力によって第１図の矢印：ｆ２のよう
に回転軸１を左方に移動させる力となる。

（ハ）マイクログループ軸受５に形成されたスパイラル
溝は、ハウジング６の一方端面との間の相対的な回転に
よって潤滑油１１を軸端の中心部に第３図の矢印のよう
に流入する作用を有し、グループ面にはスパイラル溝の
ボンピング作用とくさび効果によって圧力が発生する。

グループ径ｄが小さいため発生圧力とすきま：δ１の関
係は第４図イのようにすきまの変化に対して推力の変化
が大きい特性となる。また、マイクログループ軸受５に
発生する圧力は第１図の矢印ｆ　の方向に回転軸１を移
動させる力となる。

本装置は上記のように軸方向の位置によって発生圧力の
は七んと変化しない推力軸受４と極径小ですきまの変化
に対して推力変化の大きい特性の鋭敏なマイクログルー
プ軸受５を組み合わせたので、ＶＴＲのシリンダ等に応
用した場合、ヘット位置に姿勢差が生しるのを確実に防
止できるようになった。

第４図の曲線１は、ずきま：δＩ（第３図参照）に対す
るマイクログループの負荷容量特性を示すものであり、
回転数：ω−１８００ｒｐｍ、潤滑油粘度：η−１５ｃ
ｓｔ、及び下記の表１に従って、マイクログループを構
成した場合である。

（以下余白） マイクログループ軸受５の特性は、すきまが催少の場合
のみ大きな発生圧力があるが、それに対して推力軸受は
軸方向位置に対して極めて鈍感な特性となっている。

曲線口は、装置の水平状態において、マイクログループ
の発生圧力と平衡する軸方向の力を示しおもに推力軸受
４の推進カニｆ２の特性から決まるものである。

実施例において推力軸受４の端面とハウジング７の軸方
向すきま：δ２（第１図参照）がほぼ２５μのとき、ｆ
、、＝３００ｇとなるように構成した。

上記：ｆ２に加えて平衡型スパイラル軸受３の一方端面
の負荷発生の効果：　ｆ２＝５０ｇ程度加わる。従って
水平状態の平衡位置は、第４図における曲線イと曲線口
が交差する点で決まることになり、実施例では、すきま
：δ、、＝１．２５μとなる。曲線ハは、ハウジング６
の側を底面にした装置の垂直状態におけるマイクログル
ープと平衡する力を示し、上記推力軸受４の推進カニｆ
２に本装置回転部の荷重：Ｗ＝２００ｇが回転軸１が垂
直方向になることによって、力ｆ３となったものである
。このとき、曲線イと曲線ハの交点が垂直状態における
平衡位置を示し、実施例ではすきまδｌ−２＝１μとな
る。従って、本装置において水平状態と垂直状態の姿勢
差はδ−１，２５μｍ１．００．２５μであり、ＶＴＲ
シリンダの仕様を十分に満足することが出来るようにな
った。

実施例においては、マイクログループ軸受５は回転軸１
の端面に形成したが、ハウジング６側に形成してもよい
。

また、実施例ではスパイラルグループ（らぜん溝）を用
いているが、中心方向に潤滑流体が圧送される作用を有
する直線溝でもよい。あるいは、正負荷容量が得られる
ならば、円周方向ですきまがステップ状に変化するステ
ップ軸受でも、本装置に適用することが出来る。

マイクログループ径ｄは小さい程すきまの変化に対する
推力の変化の大きさは大きく鋭敏となるが、このように
鋭敏な特性を得る他の方法としてスパイラルグループの
溝深さを十分に浅くしてもよい。推力軸受として、本実
施例では円柱形状のスパイラル軸受を用いたが、例えば
第６図で用いているような円錐スパイラル軸受を用いて
もよい。

あるいは球面、円形面（平面）に潤滑流体を圧送する溝
を形成して、すきまの変化に対する推力の変化が小さい
鈍感な軸受を構成してもよい。あるいは、径を十分太き
（しそれゆえ圧力特性の鈍感なステップ軸受、傾斜平面
軸受等を用いて推力軸受の代用として本装置に適用する
ことが出来る。

以下、本発明の具体応用例であるＶＴＲのシリンダにつ
いて説明する。

第５図において、１は回転軸、３は平衡型スパイラルグ
ループ軸受、４は推力軸受、５はマイクログループ軸受
を示す。１３は下部ハウジング、１４は」二部ハウジン
グ、１５は上部ハウジング蓋、１６．１７は軸受油膜部
の潤滑油で、磁性流体が用いられている。１８．１９は
磁気シールマグネッＩ・である。２０は上部シリンダ、
２１は上部シリンダ２０に装着したヘット、２２は下部
シリンダであり、下部ハウジング］３に固定されている
。２３．２４はヘラ１く２１の信号を無接触で回転側か
ら固定側へ伝達するロータリートランスの回転側用と固
定側用である。２５はブツシュで゛、回転軸１と連結さ
れさらに−」二部シリンダ２０はプツシ：３２５に装着
される。また、Ｉコータリートランスの回転側用は接着
剤によって、ブツシュ２５に固定され、ロータリートラ
ンスの固定側用は下部シリンダ２２に装着したロータリ
ー１〜ランス取イマ１シリンダ２６に接着剤で固定され
ている。

２７はモータのロータマグネッＩ・、２８はマグネット
収納ケース、２９はモータの電機子コイル、３０はモー
タのステータ、３１はステータ取付へ−スである。ロー
タマグネッｌ−２７、マグネット収納ケース２８、電機
子コイル２９、ステータ３０で本装置の駆動部を構成し
ている。ロータマグネット２７は、マグネット収納ケー
ス２８の内側に固着され、さらにマグネット収納ケース
２８はブツシュ２５にケース取付ボルト３２によって固
定されている。２０，２５，２６，２７．２８て本装置
の回転部を構成している。３３は下部／’％ウジング１
３と一体で製作された固定スリーブであり、ステータ３
０の内側に設けられている。平衡型スパイラルグループ
３は固定スリーブ３３と係合され、下端面にはマイクロ
グループ軸受５が形成されている。３４は下部ノ＼ウジ
ング蓋、３５は」二部ハウジング１４と下部シリンダ３
３を連結するための基板である。この実施例においては
、装置の姿勢変化によるヘッド２１位置の軸方向変化を
催少にしたシリンダ構造となっている。そしてヘッド２
１の高さはマイクログループ軸受５が設けられている位
置で決まり、上部に設けられた（軸方向変位に対して推
力変化の小さい）推力軸受４の位置の影響を受けない。

従って、推力軸受４が構成される部分は軸方向の高さ精
度に関しては十分に粗くてよく、機械加工あるいは装置
の組立、シリンダのヘット２１交換時の手間は極めて簡
易となる。

なお、上記各実施例では回転軸の一方端部に平衡型スパ
イラル軸受を設けているが、半径方向の荷重が化較的少
ない場合には、これは必ずしも必要としない。

以」−の通り、本発明の回転装置は、すきまの変化に対
する軸方向の推力の変化の特性が異なる２つの流体軸受
によって回転軸を支持しているため、回転軸の姿勢差に
よって生じる回転軸の軸方向の荷重の変化に対し、その
位置の変化を小さくすることが出来、常に一定の位置に
回転軸を保つことが可能となる効果を有し、特に、突出
部を設けこの突出部の端面にスラスト軸受用の溝を形成
しているため、 ■　ハウジングと回転軸とが接触状態にあっても接触部
分が少ないため始動時低トルクで始動でき、■　回転軸
端面に直接溝を加工した場合に比べ、回転軸端面加工時
の加工上のうねりや面の凹凸の影響をうけに＜＜、安定
した軸受効果が得られる利点を有する。

■　突出部の溝を半球としたものが、従来よりあるが、
対向する球状の凹面が塑性加工等で形成されるため、深
さ方向の加工精度を確保するのかむつかしく、結果とし
て、ハウジングの高さ（軸方向の位置）の精度を確保す
ることが困難となるが、本発明では先端が平面の突出部
であるため対向面も平面でもよく加工が精度良（行なえ
る。

４、図面の簡単説明 第１図は本発明の原理を示す断面図、第２図と第３図は
マイクログループ軸受の拡大正面図及び要部断面図、第
４図は軸受部のすきまと圧力特性のグラフ、第５図は本
発明の一実施例であるＶＴＲシリンダの正面断面図、第
６図は従来の流体軸受構造を示す断面図である。

■・・・・・・回転軸、３・・・・・・平衡型スパイラ
ル軸受、４・・・・・・推力軸受、５・・・・・・マイ
クログループ軸受（スラスト軸受）、６，７，１３．１
４・・・・・・ハウジング。

代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名Ｃ）ｃｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転軸と、この回転軸をその軸方向及び半径方向
   に流体軸受により支持するハウジングとを有する回転装
   置において、前記回転軸端部の少なくとも一方に形成さ
   れた推力軸受と、この推力軸受よりもすきまの変化に対
   して軸方向の推力の変化が大きく、かつ前記推力軸受と
   は逆向きの軸推進力を与えるように設けた溝を有するス
   ラスト軸受とから構成され、このスラスト軸受は回転軸
   の軸径より小さい径を有し、その先端部を平面とした突
   出部と、この突出部の平らな端面又は端面に対向する前
   記ハウジングの対向平面に形成された溝とを有する回転
   装置。