JPS5857811B2 - 磁気記録再生装置の回転ヘッドアセンブリ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＶＴＲの回転ヘッド・シリンダ部に備わる流体
軸受装置に関し、ＶＴＲの中枢をなしているともいえる
回転ヘッド等の要部を流体軸受に封入される潤滑油によ
る汚染から守り、さらには装置の組立てが容易にできる
ようにすることなどを目的とする。

ところでＶＴＲの回転ヘッド・シリンダ部は、従来、玉
軸受による支持構造になっていた。

しかし、近年の録画の長時間化にともなう高記録密度化
、コンパクト化の要請によるＶＴＲ装置の高精度化等の
状況の変化によって玉軸受構造には限界があり、そのた
め、様々な角度からヘッドアセンブリの軸受構造の検討
がなされてきた。

その一つに、粘性流体の潤滑作用を利用した流体軸受の
適用の試みがある。

但し、ＶＴＲの様な電子機器に流体軸受の適用を考えた
とき、次の様な問題点があげられる。

（１）オイルの漏洩防止が難しい。

工作機械の様に、随時オイルの交換、補給が出来る場合
ならともかく、市販のＶＴＲの様な電子機器では、軸受
の潤滑油は補給の必要なく、完全に封じ込められた構造
でなければならない。

オイルが漏洩すると、流体軸受の潤滑効果（剛性、負荷
容量）が低下するだけでなく、軸受部が潤滑油の枯渇に
よって、固体接触し焼きっけが発生したりする。

また、空気の混入によって、低い周波数成分を持つ不安
定な振動が発生し、装置の回転精度を著しく阻害する。

このオイルの漏洩防止のためのシール対策として接触型
シールと非接触型シールの２種類に大きく分類出来る。

接触型シールには、例えばメカニカルシール、リップシ
ール等があるが、回転軸にシール圧による負荷が加わり
、せっかくの流体軸受の高精度を回転機能が（均一な負
荷トルクと油膜厚さ）が失なわれてしまう。

非接触型シールとしては、ラビリンスシール、ビスコシ
ール（ダイナミック・シール）等がある。

ラビリンスシールは、簡単ではあるが流体抵抗の大きな
流体経路を構成しない限り、長期使用中のオイル漏洩を
完全に防止することは出来ない。

ビスコシールは、本質的には圧力水頭に抗して作動する
スクリューポンプであり、軸の静止状態での漏洩防止は
難しい。

上記いずれのシールの方法も、ＶＴＲの様な電子機器の
流体軸受構造とした場合、多くの問題がある。

（２） ローコスト・コンパクト設計が難しい。

特に民間用のＶＴＲ等では、量産加工性にすぐれ低コス
トである事が必要条件であり、いかに性能的に優れてい
ても、この条件にそぐわない限り商品としての価値は薄
れてしまう。

流体軸受は、現在まで産業機器の分野で多く使用されて
おり、例えば静圧空気軸受によるＶＴＲ等が放送局用と
して用いられてきた。

しかし、民間用への展開を考えたとき、高圧源を必要と
する上記放送局用ＶＴＲはコスト面、量産性、コンパク
ト性（家庭用品としての）の点で大きな難があった。

オイルを用いた流体軸受の場合も、上記（１）で述べた
様にシールの方法に同様な難題（ローコスト・コンパク
ト設計）があった。

（３）シリンダ組立時のオイルの封じ込め及び補給、交
換が難しい。

前述のように回転ヘッドを始めとしてＶＴＲシリンダの
各部品は、オイルによる汚染を極力嫌い例えば、ヘッド
に耐着すれば信号検出ミス（ドロップ・アウト）等が発
生する。

そのため、シリンダ組立時におけるオイル注入作業にお
いて極力オイルがシリンダの各部品に汚染しない様な方
策をとらねばならない。

また、オイルの封じ込めの際には、油圧治具の配管、部
品洗滌等の手間のかかる作業が多く、作業の効率アップ
を計らない限、り流体軸受を備えたシリンダ部の量産製
作は難しい。

本発明は上述のような従来における問題を解決しようと
するもので、以下に図面を用い、その実施例を説明する
。

第１図は本発明の一実施例である流体軸受装置が適用さ
れたＶＴＲのシリンダ部を示す。

図において、１は回転シリンダである上部シリンダ、２
は回転する側のハウジングの一部をなす回転スリーブ、
３は上部シリンダツク、４はガスケット、５はボルトで
ある。

上部シリンダ１は回転スリーブ２と取りはずし自在にか
ん合（テーパ２°）されボルト５で締結されている。

上部シリンダ１、回転スリーブ２、上部シリンダふた３
で内部に流体軸受の回転する側のハウジングを構成して
いる。

ガスケット４は潤滑流体の漏洩を防止するため設けられ
ており、またボルト５は上部シリンダふた３をガスマッ
ト４を介して回転スリーブ２に締結するためのものであ
る。

６はヘッドで被回転部として上部シリンダ１に取り付け
られ、ヘッド調整ネジ７によって突き出し量、割り出し
角の微調整が出来るようになっている。

８は中心固定軸、９は流体軸受、１０はピボット軸受で
ある。

流体軸受９には、リン青銅（ＦＢＢＩ）を用い、表面に
はエツチング加工によるスパイラル溝加工を施こしてい
る。

中心固定軸８には合金工具鋼（ＳＫＤ−１）を用いてお
り、上端部はピボット軸受１０を形成している。

上部シリンダフタ３は高炭素クロム鋼（ＳｕＪ ）また
、回転スリーブ２は回転部の軽量化（低イナーシヤ化）
を計るため、硬質アルミ（ＡＩ−Ｐ３−Ｈ）をそれぞれ
用いている。

１１は下部ハウジングであり、中心固定軸８を支持する
基板の機能をも兼ねている。

１２は回転駆動手段であるＤＤ全モータアマター、マグ
ネット、１３はロークリトランスの回転側をなしヘッド
信号検出用回転側フェライト、１４は同じくロータリー
トランスの固定側をなす固定側フェライト、１５はポジ
ション・ロータ、１６は回転スリーブ止メネジ、１７は
ＰＧ（パルスジェネレータ）コイル、１８は流体軸受潤
滑部、１９は固定シリンダである下部シリンダ、２０は
中心固定軸止メネジ、２１はラビリンス部である。

アマター・マグネット１２は、マグネット・ケース２２
に収納されており、またマグネット・ケース２２は回転
スリーブ２に圧入かん合し固着する。

回転側用フェライト１３は、接着剤によって回転スリー
ブ２に、固定側用フェライト１４は固定板２３に装着し
たフェライト取付リング２４に、やはり接着剤でもって
固着される。

２５はＤＤ全モータコイル、２６はコイル取付基板、２
７はポジション・ステータである。

ポジション・ステータ２７、ポジション・ロ−タ１５は
一般のＤＣモータのブラシに和尚するもので、回転子、
ここではＤＤモータアマターマグネット１２の回転位置
の検出を行う。

下部シリンダ１９は下部ハウジング１１に下部シリンダ
取付ボルト２８でもって取付けられる。

第２図は第１図に示したシリンダ部の構成要素をなす流
体軸受ユニットを示す。

図に示すように流体軸受９、中心固定軸８、ピボット軸
受１０、回転スリーブ２、上部シリンダフタ３、潤滑油
２９、ガスケット４、ボルト、ラジアル軸受部３０、ス
ラスト軸受上部３２、スラスト軸受下部３１で流体軸受
ユニット３３を構成している。

次に流体軸受ユニットおよび流体軸受シリンダの組立方
法について、以下に説明する。

（１）流体軸受ユニットの組立 第３図に示すように中心固定軸８の端部に、流体軸受９
のスリーブを圧入し、さらに、ピボット軸受１０を先端
部に装着する。

このとき、スラスト軸受上部３２からピボット軸受１０
の先端部の突出量が所定の寸法（δΣ１５μ〜２５μ程
度）になる様に圧入寸法を調整する。

中心固定軸８を回転スリーブ２に内封して、さらに、上
部シリンダフタ３をガスケット４を介してボルト５でも
って回転スリーブ３に固着する。

（２）潤滑油の封じ込め 第４図を用い流体軸受ユニットに潤滑油を封じ込める方
法を説明する。

図において、３４は０１Ｊング、３５は潤滑油流通路、
３６は油圧配管継手、３７はパイプ、３８はボックスで
ある。

ボックス３８の上部は回転スリーブ２が挿入出来る様に
中空になっており、回転スリーブ２の下端部と密着する
部分に０１Ｊング３４が設けられている。

さて、潤滑油の流体軸受ユニットへの封じ込めは、次の
様にして行う。

まず、流体軸受ユニット３３をボックス３８に挿入した
状態で、流体軸受ユニット３３を上部から加圧（荷重：
Ｆ二５ｋｇ〜１０ｋｙ）する。

すると回転スリーブ２の下端開口部は０リング３４と密
着した状態となり、流体軸受ユニット３３の潤滑油を封
じ込められる部分、すなわち軸受潤滑油１８、ラビリン
ス部２１は大気と遮断された状態となる。

この状態を維持しつつ、パイプ３７に連結された真空ポ
ンプ（図示せず）を作動させ、吸気する。

真空達成度を確認後、パイプ３７の連結を潤滑油２９が
封じ込められたタンク（図示せず）に切り換える。

かくして、潤滑油はパイプ３７、潤滑油流通路３５を通
って軸受潤滑部１８、ラビリンス部２１にくまなく封じ
込められる。

（３）シリンダ全体の組立 第５図は流体軸受ユニット３３を用いシリンダ部を組立
てる工程の概略を示す。

潤滑油が封じ込められた流体軸受ユニット３３にロータ
リートランス（回転側）のフェライト１３等を装着する
。

次に、ロータリートランス（固定側）のフェライト１４
、ＰＧコイル１７等を取り付けた固定板２３を下部シリ
ンダ１９に固着する。

下部シリンダ１９を中間部に狭ルだ状態で、マグネット
ケース２２を流体軸受ユニット３３に装着し、次にコイ
ル取付基板２６を下部シリンダ１９に、ポジション・ロ
ータ１５を流体軸受ユニット３０にそれぞれ締結する。

次にポジション・ステータ２７を内蔵した下部ハウジン
グ１１に流体軸受ユニット３３の中心固定軸８を挿入す
る。

しかる後、下部シリンダ１９と下部ハウジング１１を下
部シリンダ取付ボルト２８で締結する。

次に、中心固定軸８を上下方向に微動させる事により流
体軸受ユニット３３の軸方向の高さを調節して中心固定
軸止メネジ２０でもって締結する。

最後に、上部シリンダ１を流体軸受ユニット３３に取り
付けて回転スリーブ止メネジ１６でもって締結すれば流
体軸受シリンダの組立は完了する。

さて、流体軸受ユニット３３を用いた流体軸受シリンダ
部の構造及び組立てにおける利点を列記すると、下記の
様になる。

（１）極めて清浄な環境下で、装置の組立作業を行うこ
とが出来る。

例えば、従来のＶＴＲシリンダは、玉軸受による回転支
持構造となっていたが、これを流体軸受構造に変えた場
合、次の様な問題を生じていた。

ここで一般にＶＴＲシリンダは、テープ、ヘッド間の相
対速度を均一に保つ必要があるため、極めて高精度な回
転精度が要求されるが、軸受の転転負荷が大きくなると
トルク変動につながり回転ムラを誘発する。

そのため、流体軸受の粘性負荷は小さい程回転精度の点
で好ましい結果が得られる。

一方、最近のＶＴＲシリンダは、ポータプル化、低トル
ク化の傾向にあり、またＤＤモータは低消費電力である
事が要求される。

例えば、第１図に示したシリンダ部の例では、潤滑油２
９の粘度はη＝１０ｃｓｔ〜２０ｃｓｔ （３７，８℃
において）の低粘度にすると製品性能上好ましい結果が
得られた。

ところが、低粘度潤滑油を封じ込めた軸受構造の場合、
潤滑油が外部に漏洩しやすく様々な作業をともなうシリ
ンダの組立時に他部品を汚染するという問題があった。

特に、ヘッド等が潤滑油の汚染を極力嫌う。

いうまでもなくＶＴＲは、特に清浄な環境が要求され微
量の油でもヘッドに付着すると、周囲の塵埃が固着し、
ヘッド信号のドロップアウトが発生したりする。

また、シリンダ、テープ等にオイルが付着すると、シリ
ンダとテープ間の摩擦力が変化し、テープテンションの
コントロール機能に狂いを生ずる。

本発明では、流体軸受の回転支持部を潤滑油を封じ込め
た状態で、ユニット化する事により上記のような問題点
を解消した。

例えば、第２図に示したような構造からなる流体軸受ユ
ニット３３は上部がガスケット４を介し上部シリンダふ
た３により完全に密封されており、一方回転スリーブ２
の下端開口部４０においては流体軸受９と開口部４０の
間に形成された十分長い流体経路（ラビリンス部２１）
におけるラビリンス流体抵抗と、表面張力の効果によっ
て潤滑油の漏洩が防止されるようになっている。

流体軸受ユニット３３はこの様に漏洩防止策が十分にな
されているため、組立作業時に装置（シリンダ）の−構
成要素部品として自由に取り扱うことが出来る。

なおここで、流体軸受ユニットは第２図に示すように回
転スリーブの密封側の外径：φＤ３に対し、開口側の外
径：φＤ１を十分に小さく、長いスリーブ状の細径部を
形成している。

密封側の径の大きい部分（φＤ３で示すところ）は、例
えば、第１図に示したようにロータリー・トランスのフ
ェライト１３、上部シリンダ１等を取りつけるのに有効
であり、開口側の回転スリーブ２の細径部は径小である
ためにＤＤモークケース１２、コイル取付基板２６、ポ
ジションロータ１５等を順次第５図のごとく上部から装
着していくことが出来、装置の組立が極めて容易である
。

また、本装置は第５図のごとく、組立てることにより、
定期的なヘッドの交換においてオイルの汚れを最も嫌う
上部シリンダ１の取りはずし装着も容易に出来る。

（２）潤滑油の封じ込めが容易である。

装置の回転支持部をユニット化したため 本装置では潤
滑油の封じ込めが極めて簡易である。

第４図を用い潤滑油の封じ込め方法を説明した様にボッ
クス３８の中に流体軸受ユニット３３を挿入かつ上部か
ら加圧（荷重二Ｆ）した状態で吸気・潤滑油の注入作業
を行えばよい。

この方法に従えば、同時に複数個の流体軸受ユニット３
３に潤滑油を封じ込める事が出来る。

ここで第６図を用い潤滑油の封じ込めをスピード・アッ
プした「マルチ、サプライ方式」とも言うべき、潤滑油
封入装置により潤滑油を封入する方法について説明する
。

図において、４１は上記装置における下部ボックス、４
２は上部プレート、４３は支柱、４４は潤滑油流通路、
４５はエアシリンダ、４６はスライドブツシュ、４７は
ユニット押工板、４８はバネ、４９は油圧配管継手であ
る。

下部ボックス４１には２本の支柱４３が固定されており
、支柱４３をガイドにして上部プレート４２が上下方向
に摺動出来る。

下部ボックス４１にはまた流体軸受ユニット３３を複数
組取り付けられる様になっており（図では４組）、内部
は、潤滑油流通路４４が形成されている。

上部プレート４２は、エアーシリンダ４５によって上下
に移動し、バネ４８を介したユニット押え板４７によっ
て流体軸受ユニット３３を上部から加圧する。

この様に第６図で示した装置を用いると、複数組の流体
軸受ユニット３３に同時に潤滑油を封じ込める事が出来
、量産を目的としたシリンダの組立作業のスピードアッ
プを計る事が出来る。

第２図に示した流体軸受ユニット３３には、回転スリー
ブ２の密封側（ピボット軸受１０が形成されている側）
にスラスト軸受１６が形成されている。

このスラスト軸受７６により軸方向の移動が規制される
ため、ユニット３３を胡み立てた後は中心固定軸８と回
転スリーブ２が分離することはない。

スラスト軸受７６を回転スリーブ２の密封側に形成すれ
ば、必然的に密封側の回転スリーブ径は犬となるが、そ
の代り、開口側のスリーブを径小とすることが出来る。

（なお、開口側にスラスト軸受を形成した場合の状態に
ついては図示せず）。

第１図から分かる様に回転スリーブ２の密封側は元来ス
ペース上制約されるものでなり、シたがって回転スリー
ブ２の径が大きくなる事はシリンダ構造上さして支障に
はならない。

一方、開口側は第５図にシリンダ組立の概略を示したこ
とからも分かる様に、様々な部品が装着されるため、回
転スリーブ２外径はできるだけ小さい方が好ましい。

むろん、第２図の流体軸受ユニット３３は十分この点を
満足した構造になっている。

次に第７図は流体軸受ユニットの回転スＩＪ−ブ２の開
口部４０近傍に磁性流体による磁気シールを施こした例
を示し、５０は永久磁石、５１はヨーク、５２はヨーク
止メネジ、５３は突縁部、５４は磁性流体、５６は中心
固定軸細径部である。

永久磁石５０は径方向に磁化されており、永久磁石を収
納したヨーク５１は中心固定軸８に止メネジ５２でもっ
て固着されている。

磁性流体５４は潤滑油タンク５５に封じ込められており
、磁束集中化のため設けられた突縁部５３の近傍で捕促
され、磁気シールが遠戚される。

ヨーク５１は、第４図で説明した様な潤滑油２９の封じ
込め作業の後、中心固定軸細径部５６の下端部から挿入
する。

ヨーク５１へ外径（φＤ２ ）は回転スリーブ２の外径
（φＤＩ）よりも幾分小さ目になる様に構成する事によ
り第５図におけるマグネットケース２２、ポジション・
ロータ３５等の装着作業を磁気シールがない場合と同様
に行う事が出来る。

磁性流体は磁性粒子の懸濁液からできていて、普通加圧
ガスの密封シール等に用いられる。

本発明では任意の組成からなる磁性流体が適用出来る。

例えば、ジエステル、フルオニ−チル油、石油等をベー
ス液とし、一方フエライト、マグネタイト等の磁性材料
を上記ベース液に懸濁させる磁性微粒子とした任意の組
成の磁性流体が使用出来る。

また、磁性流体は流体軸受油膜部全体に封じ込める必要
はなく、磁気シールを行う部分だけでもよく、その場合
流体潤滑の部分には通常の潤滑油を（例えばタービン油
を）、磁気シールが構成されている部分には磁性流体を
用いるというように、通常の潤滑油と磁性流体を使い分
けてもよい。

第７図に示した様に、回転スリーブ２の開口端に磁気シ
ールを設ける事により、潤滑油の漏洩防止がより完全と
なり、シリンダの組立作業がさらに容易となる。

第８図は第２図に示した流体軸受ユニット３３の回転ス
リーブ２に上部シリンダ１を装着するためのネジ部７４
を形成した例を示す。

上部シリンダ１（ここでは２点鎖線で示す）と流体軸受
ユニット３３は取付ボルト７５により着脱自在になって
いる。

この様に、流体軸受ユニット３３に装着する物（例えば
上部シリンダ１）に合わせて回転スリーブ２の形状・寸
法を決めればよい。

さて、本発明の一実施例としてこれまで説明してきたシ
リンダ部においては、一端が基板に固定される中心固定
軸と、そのまわりを回転可能に係合された回転スリーブ
とにより構成されたものに流体軸受ユニットが適用され
ている場合であった。

流体軸受ユニットはその逆の場合、つまり、スリーブが
固定され、軸が回転するようになったものにも同様に適
用出来ることはいうまでもない。

第９図は、ＶＴＲのシリンダ部がそのような構成になっ
ていて、本発明の他の実施例である軸受装置が適用され
た場合を示す。

図において、５７は回転軸、５８は固定側のハウジング
をなす固定スリーブ、５９は固定スリーブふた、６０は
ピボット軸受、６１は流体軸受、６２は下部ハウジング
、６３はアマター・マグネット、６４はマグネット収納
ケース、６５はステータ、７２は固定スリーブ取付ボル
ト、６６はブツシュ、６７はケース取付ボルトである。

回転軸５７にはブツシュ６６が圧入かん合され、さらに
、ブツシュ６６には上部シリンダ１が取りはずし自在に
装着されている。

ＤＤモータのステータ６５の内壁に位置する回転軸５１
には流体軸受６１が形成され、回転軸５７と固定スリー
ブ５８の間で形成される流体潤滑部６８には潤滑油２９
が封じ込められている。

回転軸５７の先端には、ピボット軸受６０が設けられて
おり、フタ５９はボルト６９でもって固定スリーブ５８
に締結され、また、固定スリーブ５８は下部ハウジング
６２にボルト７２でもって締結されている。

なお図において、６はヘッド、１３はヘッド信号検出用
回転側フェライト、１４は同固定側フェライト、１９は
下部シリンダ、２４はフェライト取付リング、２８は下
部シリンダ取付ボルトである。

第１０図は第９図における回転軸５７、固定スリーブ５
８、固定スリーブふた５９から構成される流体軸受ユニ
ット７０部分を取出して示す。

ユニット取付穴７３を利用して、下部ハウジングに装着
出来る。

第２図等において既に説明した流体軸受ユニット３３と
、基本構造は変わりはなく、また、第４図、第６図にお
いて説明した潤滑油の封じ込め方法、さらには第７図に
おいて説明し、潤滑油の漏洩防止を完全にした磁気シー
ルの方法等も同様に適用出来る。

以上のように本発明の適用により、組立が容易で、組立
時他部品へのオイルの汚染がない流体軸受シリンダが実
現出来た。

なお、本発明をＶＴＲシリンダに適用した場合について
、実施例をあげ説明してきたが、他に流体軸受の装備が
考えられる装置についても、本発明を適用することが出
来ることはいうまでもなく、例えば、音響機器であるビ
デオ・ディスク、テープレコーダ、プレイヤー等、ある
いは産業機器であるシート・ディスク、磁気ドラム装置
等にも幅広い応用と展開が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である流体軸受装置を適用し
たＶＴＲのシリンダ部の断面図、第２図は同シリンダ部
の要部をなす流体軸受ユニットの断面図、第３図は上記
流体軸受ユニットの組立方法を説明するための図、第４
図は同流体軸受ユニットに潤滑油を封じ込める方法を説
明するための断面図、第５図は上記ＶＴＲのシリンダ部
の組立て方法を説明するための分解断面図、第６図は複
数組の上記流体軸受ユニットに同時に潤滑油を注入する
ときに用いられる装置の一部断面正面図、第７図は上記
流体軸受ユニットの第１の変形の断面図、第８図は同流
体軸受ユニットの第２の変形の断面図、第９図は本発明
の他の実施例である流体軸受装置を適用したＶＴＲのシ
リンダ部の断面図、第１０図は同シリンダ部の要部をな
す流体軸受ユニットの断面図である。 １・・・・・・上部シリンダ、２・・・・・・回転スリ
ーブ、６・・・・・・ヘッド、８・・・・・・中心固定
軸、９，６１・・・・・・流体軸受、１１，６２・・・
・・・下部ハウジング、１８゜６８・・・・・・流体軸
受潤滑部、１９・・・・・・下部シリンダ、２１・・・
・・・ラビリンス部、２９・−・・・・潤滑油、３３゜
７０・・・・・・流体軸受ユニット、３５・・・・・・
潤滑油流通路、５７・・・・・・回転軸、５８・・・・
・・固定スリーブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 軸と潤滑油を介在して係合し、一方を密封側、他方
   を開口側とするハウジングにより流体軸受ユニットを構
   成し、前記軸を中心とし、円筒面を有する固定シリンダ
   と、前記軸もしくはハウジングのいずれか一方に固着し
   た回転シリンダと、前記流体軸受ユニットの密封側に固
   着したフタと前記軸の密封側端部と前記フタの内面との
   間で形成されるスラスト軸受と、前記軸と前記ハウジン
   グの間で形成されるラジアル軸受と、前記回転シリンダ
   ならびに前記固定シリンダの円筒面に接触して相対的に
   摺動するテープを近接して位置させたヘッドとを有する
   磁気記録再生装置の回転ヘッドアセンブリにおいて、前
   記ハウジングの開口側の外径は、密側側のそれよりも小
   さく、スリーブ状に形成された細径部を有し、かつ、こ
   の細径部の外側には、前記回転シリンダの駆動手段を配
   置し、組立時前記流体軸受ユニット内部に潤滑油が封入
   された状態で、装置の軸芯方向に流体軸受ユニットを挿
   入することにより、前記回転駆動手段及び回転シリンダ
   が装着出来る構成とした磁気記録再生装置の回転ヘッド
   アセンブリ。