JPH03229014A - 動圧軸受装置 - 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】 〔卒業上の利用分野〕 本発明は、情報機器、音響機器、映像機器等に用いられ
る、特に軸方向高さが低く、且つ量産性にも優れた動圧
軸受装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の動圧軸受装置としては、例えば第３図に示すよう
なものがある。このものはスキャナユニットに用いたも
ので、ハウジング１ａのフランジ１に軸部材２の一方の
端部が固定され、その軸部材２に、動圧気体軸受を介し
てスリーブ３が回転可能に嵌合されている。すなわち、
スリーブ３は内径面に設けた円筒状のラジアル軸受面４
と天井面に設けたスラスト軸受面５とを有し、このスリ
ーブ３に嵌合する軸部材２は、ラジアル軸受面４に対向
するラジアル受面６とスラスト軸受面５に対向するスラ
スト受面７とを有している。ラジアル受面６には、軸方
向の両端部にヘリングボーン状溝８が設けられると共に
、中間部に一方向のスパイラル溝９が設けられている。

そのヘリングボーン状溝８でラジアル負荷能力を、又ス
パイラル溝９でスラスト負荷能力を、それぞれ分担して
いる。

スリーブ３は、回転状態でヘリングボーン状溝８のポン
ピング作用によりラジアル軸受すきまに発生ずる気体圧
で半径方向に支持される。又、スリーブ３の一方の端部
には、流通穴１０を有するスラスト受１１が取り付けで
ある。そして、スリーブ３の回転に伴うスパイラル溝９
のポンピング作用によりラジアル軸受すきまに発生する
上方への気体の流れが、前記流通穴１０の近傍で絞られ
る。これによりスラスト受１１の下面のスラスト軸受面
５と、これに対向する軸部材２の端面のスラスト受面７
との間に形成された気体圧力で、スリーブ３は、軸方向
に浮上して支持される。

スリーブ３の上部外周面には多面鏡１２が嵌合されてい
る。ハウジング１ａの側壁には、多面鏡１２と水平方向
に対向する位置に透明材質の窓１３が設けである。

またスリーブ３の下部外周面には、ロータマグネット１
４が嵌合固定されている。このロータマグネット１４と
半径方向に対向させて、ステータコイル１５がハウジン
グ１ａの側壁に取り付けられている。それらロータマグ
ネット１４とステータコイル１５とにより周面対向形の
駆動モータを構成している。

このスキャナユニットは、駆動モータの作動によりスリ
ーブ３が軸部材２に支持されて回転すると、多面鏡１２
に入射したレーザ光が反射して窓１３を通り、外部に置
かれた感光ドラム等の図示しない目標物に照射されるよ
うになっている。

（発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のスキャナユニットにおける動圧軸
受装置にあっては、軸部材２のラジアル受面〇にヘリン
グボーン状溝８とスパイラル溝９とが併設された構成で
あり、次のような種々の問題点があった。

■　スラスト負荷能力を確保するためにはスパイラル溝
９を備えたラジアル受面６の面積を太き（するごとが必
要であり、必然的に軸長を長くし、また軸径を太くしな
ければならない。したがって、軸径を細くし又軸長を短
くして、装置全体を高さの低い小形軽量のものにするこ
とは困難であった。

■　軸部材２の材質はステンレス鋼、スリーブ３の材質
は、線膨張係数を同しにして軸受ずきま変化を小さくす
るため及び摺動性の見地から、構造用鋼にメツキを施し
たものを用いている。

そのため、回転するスリーブ３の重量が重くて慣性が大
きいと共に起動トルクが大で装置の回転始動の立ち上が
りに時間がかかる。

■　スリーブ３は構造用鋼にメツキを施したものである
から硬くて、加工の容易なボール転遣方式により内径面
に動圧発生用溝を塑性加工することができない。かとい
って、先ず内径面に動圧発生用溝を転造した後にメンキ
すると、メツキ厚さのばらつきが大きいので動圧発生用
溝の必要寸法精度を確保することができない。そのため
、相手部材のステンレス鋼製の軸部材２の外径面にエツ
チングで溝加工しなければならず、加工コストが高くな
る。

そこで本発明は、上記従来の問題点に着目してなされた
ものであり、その目的とするところは、全体に小型軽量
で、磨耗が少なく長寿命で、且つ量産に適した低コスト
の動圧軸受装置を提供して、上記従来の問題点を解決す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の動圧軸受装置の軸部材は基台部と該基台部に立
設された軸部とを備え、該軸部にスリーブが嵌合し、該
スリーブの内径面に設けた円筒状のラジアル軸受面が軸
部に設けたラジアル受面と対向し、前記スリーブの一方
の端面に設けたスラスト軸受面が基台部に設けたスラス
ト受面と対向し、前記ラジアル軸受面とラジアル受面と
の少なくとも一方に動圧発生用の溝を設け、前記スラス
ト軸受面とスラスト受面との少なくとも一方に動圧発生
用の溝を設け、前記基台部と軸部とは一体成形された合
成樹脂からなる。

（作用〕 基台部と軸部とを摺動性の良い合成樹脂で一体成形した
ため、起動・停止時の軸受面と受面との磨耗を防ぐこと
ができて、優れた耐久性が得られ長寿命である。加えて
、焼きばめなどの面倒な組立作業が不要となり製作が容
易で低コストである。

また、従来はスラスト負荷容量を大きくするために軸方
向寸法及び軸径をいずれも大きくしたが、本発明のスラ
スト軸受は、基台部にスラスト受面を設けると共に、こ
れに対向するスラスト軸受面をスリーブの一方の端面に
設けて、そのスラスト軸受面とスラスト受面との少なく
とも一方に動圧発生用の溝を設けるものとしたから、軸
部の長さを短く且つ軸径も細くでき、軸受装置全体の高
さを低くして小型化できる。

又スラスト軸受面とスラスト受面との間のスラスト軸受
すきまは内側が外側より狭くすると、停止時のスラスト
軸受面とスラスト受面との接触面積が小さ（なり、起動
トルクが小さく始動の立ち上がりが早い。且つ起動停止
動作による摩耗粉のかみこみを防止して軸受面の摩耗も
最小であり、耐久性が良い。

又、スリーブは炭素繊維を含むアルミ合金で形成すると
、スリーブの切削加工及び内径面への動圧発生用の溝加
工が容易であり、且つ回転部分が軽量になるから低トル
クであると共に始動時の立ち上がりも一層早くなる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の第１実施例を示すものである。軸部
材２０は、基台部２１と、その基台部２１に立設された
軸部２２とを備えて合成樹脂で一体成形されている。そ
の軸部材２ｏに、スリーブ２３が微小なラジアル軸受す
きまｒを介して回転可能に嵌合されている。スリーブ２
３は、内径面に設けた円筒状のラジアル軸受面２４を有
すると共に、一方の端面（下端面）に設けたスラスト軸
受面２５を有している。このスラスト軸受面２５は、内
側から外側に向かってテーパ状に凸形円すい而に形成さ
れている。なお、Ｔは輸送時のスリーブ２３の抜けの防
止のために、軸部２２の外径面に取付けた止め輪ストッ
パである。

スリーブ２３が嵌合する軸部材２０の軸部２２の外径面
には、前記ラジアル軸受面２４に対向するラジアル受面
２６を有している。又、基台部２１の上面には、前記ス
ラスト軸受面２５に対向する平面状のスラスト受面２７
が設けられている。

この対向するスラスト軸受面２５とスラスト受面２７と
の間に設けられているスラスト軸受すきまＳは、起動ト
ルクを小さくするために、内側が外側より狭くなってい
る。

前記軸部２２のラジアル受面２６には、軸方向の両端部
に動圧発生用のへリングボーン状の溝（不図示）が形成
されている。このヘリングボーン状の溝のパターンはく
の字状あるいはハの字状のパターンでよい。なおこの実
施例では、ラジアル軸受用の動圧発生用の溝であるヘリ
ングボーン状の溝を軸部２２のラジアル受面２６に設け
たが、これに限らず、スリーブ２３のラジアル軸受面２
４に形成してもよく、更にはラジアル軸受面２４とラジ
アル受面２６との双方に設けてもよい。

方、前記スラスト軸受面２５とスラスト受面２７との少
なくとも一方に、図示されないヘリングボーン状または
スパイラル状のスラスト軸受用の動圧発生用の溝が塑性
加工、エツチング加工等により設けられている。このよ
うに構成したため、従来は軸部２２の中間部に設けてい
たスパイラル状のスラスト軸受用の動圧発生用の溝が省
略できて、その分、軸部２２の軸長が短縮されている。

更に、従来はスラスト負荷容量を大きくするために、軸
方向寸法のみならず軸径をも大きくしたが、この実施例
では軸方向寸法と共に、軸部２２の軸径も小さくされて
いる。

上記軸部材２０を成形するプラスチック材料としては、
摺動性が良ければ特に限定はされないが、例えば炭素繊
維を１５〜３０重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹
脂（以下、ＰＴＦＥという）を１０〜２０重量％、シリ
コーン油を１〜５重量％含むポリフェニレンサルファイ
ド樹脂からなるからなるプラスチックを用いると、良好
な摺動性が得られるので好ましい。また、上記組成のう
ちのシリコーン油１〜５重量％に代えてパーフロロポリ
エーテル油またはクロロフロロポリエーテル油を１〜１
５重量％含有するポリフェニレンサルファイド樹脂から
なるからなるプラスチックを用いると、−層磨耗が小さ
（て耐久性に優れ、摩擦トルクの小さい軸部材を得るこ
とができる。

軸部材２０のラジアル受面２６及びスラスト受面２７は
、精度を出すために一体成形後に切削加工される。

この実施例の軸部材２０にあっては、軸部２２は軸端を
除いて中空状にしている。また基台部２１も含めて全体
の肉厚がなるべく均一になるようにしている。厚肉部分
があったり、厚さの変化があると成形時に巣ができやす
いので、これを防くためであり、更には成形材料のコス
ト低減を図るものである。なお、軸部２２の軸端を閉じ
ないで、軸全体を中空状にしても良い。

上記スリーブ２３の材質は、摺動性と耐摩耗性との向上
と軽量化とを意図して、炭素繊維を含むアルミニウム合
金とされ、例えばシリコンが９〜１６ｗｔ％、銅が１〜
４ｗｔ％、マグネシウムが１〜３ｗｔ％、鉄が１〜５ｗ
ｔ％、炭素繊維が１〜１０ｗｔ％、そして残部がアルミ
ニウムの配合にした。アルミニウム合金を用いれば、鋼
より軟らかいので加工容易という利点もある。

なお、炭素繊維が１ｗｔ％より少ないと摺動性が低くな
る。炭素繊維が１０ｗｊ％より多いと、スリーブ２３の
内径面に転造方式で動圧発生用の溝を成形する場合には
、転造面に凹凸が生じ易い。

炭素繊維はアルミニウムより硬く、炭素繊維とアルミニ
ウムとでは塑性変形量が異なるからである。

しかし、炭素繊維は、摺動性をあまり重視しない場合は
１ｗｔ％より少なくしてもよく、また転造方式によらず
に動圧発生用の溝を成形する場合などは１０ＷＬ％より
多くしてもよい。

第１図中、３５はポリゴンミラーで、スリーブ２３の外
面にバランスリング３６と共に固定されている。またロ
ータ３７がスリーブ２３の外面段部に固着されるととも
に、これに周対向させたステータ３８が基板３９を介し
て基台部２１上に固定されている。

次に作用を説明する。

基台部２１と軸部２２とを摺動性の良い合成樹脂の一体
成形品としたため、起動・停止時にラジアル受面２６や
スラスト受面２７がスリーブのラジアル軸受面２４やス
ラスト軸受面２５と接触しても磨耗を防くことができて
、優れた耐久性が得られ長寿命である。加えて、従来の
基台と軸とが別体のもので行われている焼きばめなどの
面倒な組立作業が不要となり、製作が容易で低コストで
ある。

また、ラジアル軸受面２４とラジアル受面２６とでなる
ラジアル軸受部にはへリングボーン状の溝を設けてラジ
アル負荷のみを支持せしめ、スラスト負荷については、
スラスト軸受面２５とスラスト受面２７とでなるスラス
ト軸受部にスラスト負荷能力を有する動圧発生用の溝を
形成して支持せしめる構成とした。そのため、従来スラ
スト負荷能力を得るべく軸部材２０のラジアル受面２６
に設けていたスパイラル状の動圧発生用の溝が省略され
た。その結果、スラスト負荷能力を増大させながら、軸
方向寸法及び軸径が短縮されて装置が小型化できる。

また、軸部２２の軸径とスリーブ２３の内径を小さくす
ると共に、回転部材であるスリーブ２３の材質にアルミ
ニウム合金を用いることで軽量化が達成されて、立ち上
がり時間が短く、且つ起動トルクの小さい動圧軸受装置
が得られる。

さらに、アルミニウム合金は鋼より柔らかいので加工が
容易であり、したがってスリーブ２３の内周面であるラ
ジアル軸受面２４に転造によってヘリングボーン状の溝
を加工する作業が容易に自動化でき、量産可能である。

また、炭素繊維入りのアルミニウム合金を用いれば、特
に摺動性の優れたものが得られる。

動作について説明すると、装置が停止している状態では
スリーブ２３が下がっているが、スラスト軸受面２５が
テーパ状のため、その内周縁側のみが基台部２１のスラ
スト受面２７に当接し、接触面積が最小に保たれている
。この状態から、ステータ３８のコイルに通電すると、
ロータ３７に回転力が発生する。これにより、スリーブ
２３が回転し始める。この起動に際して、スラスト軸受
面２５とスラスト受面２７との接触面積が少ないので起
動トルクは極めて小さく、回転の立ち上がりが早い。更
に起動時や停止時に摩耗粉を噛み込むことも少なく、耐
久性も向上する。

スリーブ２３が回転し始めると、ラジアル軸受部に形成
されているヘリングボーン状の動圧発生用の溝のボンピ
ング作用で、ラジアル軸受すきまｒ内の空気の圧力が高
くなり、スリーブ２３は軸部２２に対して非接触を保っ
て半径方向に支持される。

同時に、スリーブ２３の下面において、スラスト軸受部
に形成された動圧発生用の溝のボンピング作用で、スラ
スト軸受すきまＳ内の空気の圧力が高くなり、スリーブ
２３は基台部２１に対して非接触を保って軸方向に浮上
支持される。

第２図に第２実施例を示す。

この実施例は、スリーブ２３のスラスト軸受面２５Ａが
テーパ状ではなく段付の平面とされている点が第１実施
例とは異なっている。すなわち、スラスト軸受面２５Ａ
の内周縁に微小高さの突部２８が形成されており、この
突部２８によりスラスト軸受ずきまＳはその内側が外側
より狭くなっている。そのため起動トルクが低減でき、
更に、起動停止時の摩耗粉のかみこみを防止して耐久性
の向上が実現される。

また、この実施例のラジアル軸受部の動圧発生用の溝は
、スリーブ２３のラジアル軸受面２４の上下に設けたく
の字状パターンのへリングボーン状の溝３０と、この上
下のへリングポーン状の溝３０を軸方向に連結する中間
部の直線溝３１とで形成されている。ヘリングボーン状
の溝３０及び直線溝３１を後述するボール転遣方式でス
リーブ２３の内径面に形成しており、これにより溝加工
が容易となり優れた量産性が得られる。

その他の作用効果は上記第１実施例の場合と同様である
。

ここで、上記第２実施例のラジアル軸受面２４における
動圧発生用の溝３０のボール転造加工については、本出
願人が先に提示した動圧発生用溝の加工装置（特開昭６
３−２３０２１８号公報）によるものが好適に利用でき
る。

これは動圧軸受装置のスリーブ内径面に動圧発生用の溝
を塑性加工するものであり、加工装置の円筒状シャフト
の一方の軸端には軸と直角方向に貫通穴が設けである。

この貫通穴の内周面は円筒面であり、その軸線はシャフ
トの軸心を通って長さ方向中心線と直交する方向になっ
ている。

上記の貫通穴には、例えば３個のほぼ同一直径のボール
が一列に転勤可能に挿入されており、これらのボールは
液加ニスリーブより硬質で、且つ被加工物に接する複数
のボールを内包する外接円の直径が、液加ニスリーブの
内径よりも大きくなるように構成されている。

このように構成したシャフトに所定の回転速度と送り速
度とを与えて、定置された液加ニスリーブの内径面に挿
入する。いま液加ニスリーブがスリーブ２３の場合は、
例えばシャフトを左回転でスリーブ２３の下端側に挿入
し、一定距離送った後、逆回転にして更に同−距離送る
。これにより、シャフトのボールに押圧されて、スリー
ブ２３の内径面に“くの字状“のベリングボーン溝が形
成される。引き続きシャフトを、今度は回転を停止した
まま前方に送る。スリーブ２３の他端側近くに到達した
ら、再びシャフトを左回転させつつ送り、一定距離送っ
た後、逆回転にして更に同−距離送る。これによりスリ
ーブ２３の他端側の内径面に′くの字状゛′のヘリング
ボーン溝が形成される。

かくして、スリーブ２３の内面であるラジアル軸受面２
４に、第２図に示すような軸方向に連なるパターンを有
する動圧発生用の溝３０が容易に形成される。

なお、上記各実施例において、駆動モータとしてのロー
タ３７及びステータ３８には周対向形を用いた。これは
、モータの吸引力によるアキシアル荷重を小さくするこ
とができるので、スラスト軸受の負荷容量の点から、平
面対向形に比べて有利なためである。しかし、平面対向
形のモータでも良い。

又、上記各実施例では、スリーブ２３にポリゴンミラー
を搭載したものを示したが、スリーブ２３に磁気ディス
クや光ディスクを搭載してもよく、またスリーブ２３に
ビデオテープレコーダやディジタルオーディオテーブレ
コーダ等の磁気ヘッドシリンダの上シリンダを搭載して
もよい。なお、磁気ヘッドシリンダの場合は、スリーブ
２３に上シリンダを搭載するかわりに、スリーブ２３と
上シリンダとを一体構造にしてもよい。

さらに、スラスト軸受面２５．２５Ａを平面状にして、
スラスト受面２７の内周部に微小高さの突部を設けても
よく、又はスラスト受面２７を凸形円すい面にしてもよ
い。

アルミニウム合金は切削加工が容易なので、アルミ合金
からなるスリーブのスラスト軸受面２５Ａに微小高さの
突部２８を設けることは加工が容易であり、またスラス
ト軸受面２５を凸形円すい面にすることも加工が容易で
ある。さらに、射出成形によってスラスト受面２７を任
意の形状にすることも容易である。

また、ラジアル軸受面２４とラジアル受面２６との少な
くとも一方に設けるヘリングボーン状の溝は、軸方向の
三箇所ではなくて三箇所以上にあってもよく、また一箇
所のみにあってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、軸部と基台部と
を摺動性のよい合成樹脂の一体成形品となし、且つスリ
ーブの内径面に設けた円筒状のラジアル軸受面とこれに
対向して軸部に設けたラジアル受面との少なくとも一方
に動圧発生用の溝を設け、さらにスリーブの一方の端面
に設けたスラスト受面とこれに対向して基台部に設けた
スラスト軸受面との少なくとも一方に別の動圧発生用の
溝を設けるものとした。そのため、起動・停止時の軸受
面及び受面の磨耗が防止されて耐久性に優れると共に、
面倒な組立作業が不要で製作容易で量産性に優れた低コ
ストの軸受装置を提供できるという効果が得られる。ま
た、軸受装置の高さを低く、軸径も細くでき、小型化・
軽量化できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部継断面図、第２図は
第２実施例の要部縦断面図、第３図は従来の動圧軸受装
置の一例を示す縦断面図である。 ２．２０は軸部材、３，２３はスリーブ、４゜２４はラ
ジアル軸受面、５，２５．２５Ａはスラスト軸受面、６
．２６はラジアル受面、７，２７はスラスト受面、８．
３０は動圧発生用の溝、２１は基台部、２２は軸部、Ｓ
はスラスト軸受すきま。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸部材は基台部と該基台部に立設された軸部とを
   備え、該軸部にスリーブが嵌合し、該スリーブの内径面
   に設けた円筒状のラジアル軸受面が軸部に設けたラジア
   ル受面と対向し、前記スリーブの一方の端面に設けたス
   ラスト軸受面が基台部に設けたスラスト受面と対向し、
   前記ラジアル軸受面とラジアル受面との少なくとも一方
   に動圧発生用の溝を設け、前記スラスト軸受面とスラス
   ト受面との少なくとも一方に動圧発生用の溝を設け、前
   記基台部と軸部とは一体成形された合成樹脂からなる動
   圧軸受装置。