JPS5945845B2 - 回転装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体潤滑軸受によつて支持される回転伝達装
置に関するものであり、低トルクで、かつスラスト方向
の高い剛性を有し、長期使用後もスラスト支持部に良好
な潤滑状態を維持させることの出来る流体軸受構造を提
供する。

以下、本発明をＶＴＲの回転ヘッドアセンブリに適用し
た実施例について説明する。

すなわち、近年録画の長時間化、装置のポータブル化に
ともない、高記録密度化、コンパクト化の要請が高まり
、従来の玉軸受構造によるシリンダを有するＶＴＲは、
多くの難題を抱えていた。

そこで、より高精度な回転性能を実現するものとして、
流体軸受の適用が考えられるが、次の様な問題点があつ
た。例えば、民生用ＶＴＲが量産品であるために、コン
パクト、ローコストであること、潤滑油が長期にわたり
漏洩なく保持されること、ヘッド位置が部材の熱膨張の
影響を受けないこと、組立時におけるヘッドの軸方向位
置の調整が出来ること、シリンダの姿勢によつてヘッド
の軸方向位置の変化が僅少なこと等の課題があつた。

本発明者らは、これらの課題に対する解答として多くの
提案をしてきたが、特に上記ヘッドの軸方向位置の調整
と姿勢差の問題に関しては第１〜２図の様な軸受構造を
提案し、出願済である。

すなわち、２８は回転ヘッド部である上部シリンダ、２
９は上部シリンダ２８に装着したヘッド、３０は下部シ
リンダであり、基板である下部ハウジング４０に固定さ
れている。４１、４２はヘッド２９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
用と固定側用であり、回転側用４１はボルト４３でもつ
て回転スリープ４４に、固定側用４２はボルト６５でも
つて、下部シリンダ３０に固定される。

４４は回転スリーブであり、上部シリンダ２８を装置の
上方向から着脱自在になる様に固着している。

４５は上部プタであり、潤滑流体漏洩防止のためのオイ
ルシール４６を介して、回転スリーブ４４の上端面に、
ボルト４７でもつて固着される。

４８，４９，５０は本装置の回転部に、回転１駆動力を
与えるための、ダイレクト・ドライブモータのステータ
４８、ロータ・マグネツト４９、及びマグネツト収納ケ
ース５０である。

２８，４４，４１，５０，４９で、本装置の主要な回転
部を構成している。

下部ハウジング４０に固定された中止軸５１には非真円
軸受の一種であるスパイラル・グルーブベアリング５２
，５３が上下に形成されて訃り、流体軸受特有の不安定
現象であるオイルホワールの発生を防止した軸受構造と
なつている。

（以下、スパイラルグルーブベアリングをＳＧＢという
。）５４は、中心軸５１の開放端側に設けられたスラス
ト軸受のつば、５５はつぱ５４の中心部に形成されたマ
イクログルーブである。中心軸５１と、回転スリーブ４
４の間には潤滑油としての磁性流体５６が隈なく封じ込
められて訃り、回転スリーブ４４の下端開口部には磁性
流体５６の漏洩を防止するための磁気シールが設けられ
ている。

５７は磁気シールのための永久磁石、５８はその収納ス
ースであり、回転スリーブ４４に固定されている。

５９は、磁気シールの開口端に設けられたオイルシール
である。

さて、流体軸受による本シリンダ構造は、一端を基板（
下部ハウジング４０）に固定された中心軸５１に潤滑油
膜を介して回転可能に係合された回転スリーブ４４が、
ＤＤモータによつて、旋回する構造になつて訃り、流体
潤滑の特徴を生かした高精度な回転機能を得ることに成
功している。

また、上部，下部シリンダ２８，３０、ＤＤモータのロ
ータ４９、ステータ４８の内側に位置する個所に流体軸
受が形成されて訃り、ラジアル荷重に対して、十分に大
きな油膜剛性を得ることが出来、また従来の玉軸受支持
によるシリンダ構造の様な、玉軸受収納のための口スズ
パンがなく、コンパクトな構成となつている。第１図の
シリンダ構造において次の点が主要なポイントとなつて
いる。

（１）回転スリーブ４４の内壁に流体軸受が形成されて
おり、その上端は密封構造である。

（２）中心軸５１の密封側に、スラスト軸受のつば５４
及び中心軸５１の端部にマイクログルーブ５５が形成さ
れており、この部分が上部シリンダ２８に設けられたヘ
ツド２９の軸方向高さを規制する。

（３）回転スリーブ４４の上端には、上部シリンダ２８
が設けられている。

（４）回転スリーブ４４の下端には、駆動手段としての
ＤＤモータが設けられている。

上記（１）〜（４）が、本シリンダの基本構造であり、
例えば、上記（１）は、潤滑流体の密封性を高めるのに
効果的な条件であり、また、上記（３）は、ヘツド２９
の交換時（長期使用による摩耗のために）上部シリンダ
２８を簡易に上方から取りはずし可能とするために必要
な条件であつた。

第２図は、第１図に訃けるスラスト軸受部の詳細図であ
る。

５４はスラスト軸受のつば、５５は第１のスラスト軸受
であるマイクログルーブ、６０は上端面、６１は上端面
６０の裏面に形成された第２のスラスト軸受であるへリ
ンクホーンである。

６２，６３は上下のラジアルスパイラルグルーブ、６４
は中心軸５１の細径部である。

上端面６０は平坦になつて訃り、その中央部には微小径
の突出部１００が設けられ、その表面にはスパイラルグ
ルーブが形成されている。この部分がマイクログルーブ
である。δ１はマイクログルーブ５５と上部プタ４５間
のすきま、δ２はへリンクホーンとその対向面間のすき
間、δ３は突出部１００の上端面６０からの突出量であ
る。マイクログルーブ５５に形成されたグルーブは潤滑
流体５６を、図の矢印のごとくつば５４の中心部に圧送
させる作用がある。

（図では、マイクログルーブ５５の溝部を黒く図示して
いる。）また、へリンクホーン６１の溝も、矢印の方向
に、潤滑流体を圧送する。前記マイクログルーブ５５及
び、へリンクホーン６１に発生する圧力と、回転部全体
の重量の軸方向分力の３つの力の平衡によつて、固定さ
れた中心軸５１に対する回転部２８，４４，４１，５０
，４９の相対変位が決まることになる。

第２図のスラスト軸受構造は、マイクログル一ブ５５と
へリンクホーン６１の外径寸法が大きく異なるため、そ
の変位・圧力特性も大幅に異なる。

つまり、マイクログルーブ５５が、その相対移動面間の
すきま：δ１が極度に小さいときのみ大きな負荷能力を
有するが、へリンクホーン６１の方は大きな負荷能力を
有するにもかかわらず、すきま：δ２に対して鈍感であ
る。マイクログルーブ５５の特性は、すきま：δ１が僅
少の場合のみ大きな発生圧力があり、微少な面積に卦け
る鋭敏な圧力のエツジでもつて荷重を支持する流体力学
的なピボツト軸受とも言うべき軸受構造である。

それに対して、軸受の有効面積が大きく、外径の大きな
へリンクホーン６１は、軸方向位置に対して極めて鈍感
な特性となつている。

上記２つのスラスト軸受の組み合わせにより、本シリン
ダ構造は次の様な特徴を有する。

（１）中心軸５１の上部先端部位置するところにマイク
ログループ５５が設けられているがマイクログルーブ５
５面の浮上量が微少なために、上記先端部の基準面Ｓか
らの高さの精度さえだしておけば、組立後、回転状態で
のヘツド２９高さ：Ｈは、高い精度で確保出来る。

（２）軸方向荷重が変化しても、マイクログルーブ５５
の浮上量の変化が僅少であるため、装置の姿勢差による
ヘツド位置の変化が僅少である。

（３）マイクログルーブ５５の径が小さいため、静止時
において、その対向面（上部プタ４５）との密着面積及
び密着部の回転半径が小さいため、回転始動時低トルク
でよい。さて、ポータブルＶＴＲ装置の普及によつて、
性能向上の目標は近年増々レベルアツプし、ポータブル
ＶＴＲがバツテリ一内蔵であることから、低消費電力・
低トルクである要望が強くなつてきた。

それゆえ、流体軸受を用いたＶＴＲシリンダの場合、軸
受の負荷能力に対して、粘性摺動抵抗による損失トルク
は極力僅少であることが要求される。

第１図の構造において、流体軸受の負荷トルクは１、上
下のラジアルＳＧＢ６２，６３ ２、へリンクホーン軸受６１ ３、マイクログルーブ５５ の３つの要素から決定される。

マイクログルーブ５５が消費する動力はその外径が小さ
いために僅少であるのに対して、へリンクホーン軸受６
１は外径が大なるゆえに、全体の消費電力に対して占め
る比率は大きい。

そこで本発明者らは、第２図のへリンクホーンスラスト
軸受を用いる代りに、第３図で示す様な一方向のみに圧
送作用を有するＳＧＢ（以下シングル型ＳＧＢという。

）を適用する試みを行つた。第３図は、以下示す表１の
条件下に訃けるへリンクホーン軸受６１とシングル型Ｓ
ＧＢのすきま：δに対する負荷能力の特性を実測したグ
ラフである。第４図から分る様に、同一のすきま：δの
条件、下では、シングル型ＳＧＢの方が負荷能力の点で
優れていることが分かる。

また、スラスト軸受の損失トルクは、その外径：Ｄとす
きま：δに大きく依存し、溝パターンの形状による違い
は少ない。

すなわち、シングル型ＳＧＢを用いた方がつば５４の外
径寸法：Ｄを小さく形成出来、シリンダ全体の消費電力
も少なくてすむ（第３図口参照）。

ところが、シングル型ＳＧＢを用いて、回転ヘツドアセ
ンブリを構成した場合長期ライフテストの結果、以下述
べる様なトラベルが発生した。第４図はスラスト軸受部
の構成を示す図で、６５はシングル型ＳＧＢｌ６６はマ
イクログルーブ、６７はスラスト軸受のつば、６８は上
部プタ、６９はオイルシール、７０はプタ取付ボルトで
ある。図に卦いて各矢印は各グルーブのポンピング作用
により潤滑流体が受ける力の方向を示す。矢印Ａはシン
グル型ＳＧＢ６５、矢印Ｂはマイクログルーブ６６、矢
印Ｃｌ，Ｃ２は上部ラジアルＳＧＢ６２によつて潤滑流
体が受ける力の方向を示す。正常な回転状態に｝いては
、回転スリーブ４４の開口部に設けられた磁性流体シー
ル（永久磁石５７）と中心軸５１と回転スリーブ間の表
面張力の効果によつて、潤滑流体の流動はない。また、
回転スリーブ４４の上端部が密封構造であるという点が
、上記潤滑流体の流動防止に極めて効果的な役割を果た
す。

つまり、万年筆のインクが漏れにくいと同じ原理で、本
シリンダ構造は基本的に漏れにくい構造となつている。

ところが、上部プタ６８と回転スリーブ４４間のシール
が不十分な場合、長期使用後矢印Ｅのごとく、外気から
気泡が混入し、マイクログルーブ６６の潤滑状態を著し
く劣化させることが分かつた。

その理由は、負荷能力を向土させるために用いたシング
ル型ＳＧＣ６５のポンピング作用の分だけ軸方向に圧力
のアンバランスを生じ、その結果、つば６７の上部が負
圧ぎみとなり、空気の混入を容易にしたものである。上
部プタ６８と回転スリーブ４４の間に設けるオイルシー
ルは、コンパクト性が要求される回転ヘツドアセンブリ
の特質上、シンプルな構成が要求され、また、長期使用
後の劣化等の問題から、量産品としてのミリンダの信頼
性向上には大きな問題点が残されていた。

本発明は、流体軸受で構成される上記回転ヘツドアセン
ブリの問題点を解消し、その長期使用後の信頼性の向上
を計つたものである。

すなわち、ポンピング作用のアンバランスを是正するた
めに、土部ラジアルＳＧＢを非対称に形成することによ
り、スラスト軸受部の空気の混入を防止し、信頼性を向
上させたもので、第５図にその原理を示す。

第５図口は、各グループの圧力分布を示すモデル図で、
ａはシングル型ＳＧＢ２Ｏ２、ｂはマイクログルーブ２
０３、Ｃｌ，Ｃ２は上部ラジアルＳＧＢ，．ｄｌ，ｄ２
は下部ラジアルＳＧＢ２Ｏｌの圧力分布である。

本発明と比較するために、第６図に従来例を示す。

スラスト軸受にシングル型ＳＧＢ６５を用いた従来例（
第６図）では、上記ＳＧＢ６５のポンピング圧力によつ
て、土部ラジアルＳＧＢ６２の圧力が既に土昇して卦り
、それゆえ、回転スリーブ４４の開口部には、シールす
べき圧力：ΔＰが発生する。それに対して本発明では、
シングル型ＳＧＢのポンピング圧力をキヤンセルする様
に、すなわち、２組のグルーブ２００−１，２００−２
で形成される上部ラジアルＳＧＢ２ＯＯを非対称（Ｂ１
くＢ２）とすることにより、上記シール圧：△Ｐ？Ｏと
することが出来た。さて、ポンピング圧力のアンバラン
スを解消するために形成した非対称ＳＧＢ２ＯＯの溝パ
ターン形状は次の様にして決定した。

第７図イは、グルーブの長さ：Ｂをパラメータとして、
軸方向の圧力差：△Ｐに対するポンピング流量：Ｑを、
以下示す表２の条件下に訃いて求めたものである。

さらに、第７図口はグルーブ長さ：Ｂに対するポンプ圧
力：Ｐを示すもので、上記ポンプ圧力：Ｐとは、第７図
イにおけるポンプ流量：Ｑ＝Ｏのときの値を示す。

さて、表１の条件で構成されるシングル型スラストＳＧ
Ｂの最大発生圧力はＰ＝０，７２Ｋ９／ＣＩｎ２であつ
た。

第７図口から、上記圧力：Ｐを得るためのラジアルＳＧ
Ｂのグルーブ長さ：Ｂ＝０．８ｗｗｎであり、それゆえ
、第５図の実施例で示す様に、上部ラジアルＳＧＢを非
対称にするためには、Ｂ２−Ｂ１＝０．８Ｗｒ１ｎとな
る様にパターン形状を決めればよい。

第８図は本発明の他の実施例を示すもので、上下のラジ
アルＳＧＢ２Ｏ４，２Ｏ５を共に非対称とすることによ
り、シングル型ＳＧＢ２Ｏ２のポンピング作用によるア
ンバランスを解消させたものである。すなわち、Ｂ１−
Ｂ２＝０．４ｍｎとすることにより、非対称性を極力押
えて、本発明の目的を達成出来る。例えば、軸受長さ：
Ｂ１＋馬＝６７ｍで構成した場合、Ｂ１＝２．８Ｔｍｒ
Ｌ，Ｂ２＝３．２Ｔｒｍとすればよい。第９図は本発明
のさらに他の実施例に訃ける回転ヘツドアセンブリを示
すもので、３００は上部シリンダ、３０１は下部ハウジ
ング、３０２はヘツド、３０３は下部シリンダ、３０４
は回転スリーブ、３０５は中心軸、３０６及び３０７は
ＤＤモータのロータ及びステータ、３０８はスラスト軸
受のつば、３０９はマイクログルーブ、３１０は中心軸
３０５の径小部、３１１は上部ラジアルＳＧＢ、３１２
は下部ラジアルＳＧＢｌ３ｌ３は磁性流体シール部、３
１４は軸径小部である。

本実施例では、上部ラジアルＳＧＢを非対称とする様に
グルーブのパターンを形成Ｌ信頼性の向上を計り、かつ
、駆動トルクを低下することが出来た。上述の実施例で
示した軸受構造は、軸が固定されてスリーブが回転する
場合であるが、以下の実施例のように固定されたスリー
ブ内を回転軸が収納された構造に対しても本発明が適用
できる。

第１０図は本発明のさらに他の実施例を示す軸回転構造
による回転シリンダである。４００は上部シリンダ、４
０１は下部ハウジング、４０２はヘツド、４０３は回転
スリーブ、４０４は回転軸、４０５及び４０６はＤＤモ
ータのロータとステータ、４０７はスラスト軸受のつば
、４０８はマイクログルーブ、４０９は回転軸４０４の
径小部、４１０は上部ラジアルＳＧＢｌ４ｌｌは下部ラ
ジアルＳＧＢ、４１２は下部シリンダである。

実施例では、下部ラジアルＳＧＢ４ｌｌを非対称に構成
している。

以上、本発明を流体軸受構造による回転ヘツドアセンブ
リに適用した場合について実施例を上げ説明してきた。

すなわち、本発明に卦いては通常対象な２つの溝パター
ンで形成されるラジアルスパイラルグルーブの溝パター
ンをスラストスパイラルグルーブのポンピング作用をキ
ヤンセルする様に、非対称に形成することにより、１空
気混入等による信頼性の低下を招くことなく軸受トルク
を低下できる。

２ラジアル剛性、スラスト剛性になんら影響を与えるこ
となく従来同様簡易な構成で実現出来る。

ことを特徴を有するものである。

本発明は、オイル等を潤滑流体として、ラジアル、スラ
ストの溝付軸受を用いる回転装置に、その信頼性向上を
目的として幅広く適用することが出来る。

例えば、磁気デイスク，プレイヤー，ビデオデイスク，
レザープリンターの回転ミラー等に適用出来、その工業
的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は流体軸受による回転ヘツドアセンブリの従来例
を示す正面断面図、第２図はスラスト軸受の詳細図で、
イはマイクログルーブ、口は正面断面図、ハはへリンク
ホーン軸受の矢視図、第３図イはスラスト軸受のすきま
、負荷能力特性を示すグラフ、口はすきまに対する消費
電流のグラフ、第４図はシングル型ＳＧＢで示Ｌイは正
面断面図、口は矢視図、第５図イ，口は本発明のラジア
ルＳＧＢの矢視図とその原理を示すグラフ、第６図イ，
口は従来のラジアルＳＧＢを示す図、第７図イは△Ｐ．
ｌ！ｌ：Ｑのグラフ、口はＢとＰのグラフ、第８図は本
発明の他の実施例を示す原理図、第９図及び第１０図は
それぞれ本発明のさらに他の実施例の回転ヘツドアセン
ブリの断面図である。 ４４・・・・・・スリーブ、５１・・・・・・軸、５４
・・・・・・つば、５５・・・・・・溝パターン、６２
・．．・・・溝パターンＡ、６３・・・・・・溝パター
ンＢ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一方を開放端とする軸と、この軸の開放端側に設け
   られたスラスト軸受のつばと、前記軸及び前記つばを収
   納し、潤滑流体を介して相対的に回転可能に係合された
   スリーブと、前記つばの開放端側の相対移動面に設けら
   れた前記つばよりも径小のスラスト軸受と、この径小の
   スラスト軸受が設けられている側とは反対側の前記つば
   の相対移動面に形成され、一方向のみに潤滑流体を圧送
   する作用を有する溝パターンと前記軸と前記スリーブの
   相対移動面に形成され、前記開放端側、及びその反対側
   のそれぞれに潤滑流体を圧送する作用を有する溝パター
   ンＡ、溝パターンＢより構成され、前記溝パターンＡ、
   Ｂのグルーブ長さ、溝深さ、すきま、軸径、グルーブ幅
   、リツジ幅、スパイラル角度のいずれかが異なることを
   特徴とする回転装置。