JPS6238568B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、回転軸の両端に設けられた流体軸受
によつ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べて、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
転軸の移動を僅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、グルーブ軸受、３８，３９はハウジ
ング、４０，４１は円錐スパイラルグルーブ軸受
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ブ
軸受３６，３７は回転軸１の回転によつて円錐ス
パイラルグルーブの底面（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つの推進力によつ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
グルーブのポンピング作用を効果的に用いたコン
パクトな構成となつている。 しかし、このような構造を近年増々高精度化さ
れつつあるポータブル型の磁気テープ画像記録再
生装置（以下VTR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
ブル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、例えばヘツドが設けられる
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３６，３７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
に設けられたヘツドの軸方向の位置は変化する。
従つて、ポータブル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、上記ヘツド
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つてま
すます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、姿勢差によるヘツドの軸方向変
化を２μ以内に収める要望があつた。 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、回転部の軸方向分の変化による姿勢差を極力
僅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ブ軸
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の間に封じ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
示すように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
ルーブ軸受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、上記のように３つの軸受３，４，
５によつて、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オ
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。一方端面９側のスパイ
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、一方端面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ブ軸受５の面には大き
な正圧が発生している。） (ロ) 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１
０）に向けて圧送されるため底面に発生する圧
力によつて第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) マイクログルーブ軸受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
対的な回転によつて潤滑油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、
グルーブ面にはスパイラル溝のポンピング作用
とくさび効果によつて圧力が発生する。グルー
ブ径ｄが小さいため発生圧力とすきま：δ_１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
ログルーブ軸受５に発生する圧力は第１図の矢
印f₁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つて発
生圧力のほとんど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ブ軸受５を組み合わせたの
で、VTRのシリンダ等に応用した場合、ヘツド
位置に姿勢差が生じるのを確実に防止できるよう
になつた。 第４図の曲線イは、すきま：δ_１（第３図参
照）に対するマイクログルーブの負荷容量特性を
示すものであり、回転数：ω＝1800rpm、潤滑油
粘度：η＝15cst、及び下記の表１に従つて、マ
イクログルーブを構成した場合である。

【表】 マイクログルーブ軸受５の特性は、すきまが僅
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
特性となつている。 曲線ロは、装置の水平状態において、マイクロ
グルーブ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の推進力：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：δ_２（第１図参照）がほぼ25
μのとき、f₂＝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。従つ
て水平状態の平衡位置は、第４図における曲線イ
と曲線ロが交差する点で決まることになり、実施
例では、すきま：δ_1-1＝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ブと平衡する力を示
し、上記推力軸受４の推進力：f₂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
ことによつて、力f₃となつてものである。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δ_1-2＝１μと
なる。従つて、本装置において水平状態と垂直状
態の姿勢差はδ＝1.25μ−1.0＝0.25μであり、
VTRシリンダの仕様を十分に満足することが出
来るようになつた。 実施例においては、マイクログルーブ軸受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ブルーブ（らせん
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
がステツプ状に変化するステツプ軸受でも、本装
置に適用することが出来る。 マイクログルーブ径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
スパイラルグルーブ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、径を十分大きくしそれゆえ圧力特性の
鈍感なステツプ軸受、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
イラルグルーブ軸受、４は推力軸受、５はマイク
ログルーブ軸受を示す。１３は下部ハウジング、
１４は上部ハウジング、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
グネツトである。２０は上部シリンダ、２１は上
部シリンダ２０に装着したヘツド、２２は下部シ
リンダであり、下部ハウジング１３に固定されて
いる。２３，２４はヘツド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はブツシユ
で、回転軸１と連結されさらに上部シリンダ２０
はブツシユ２５に装着される。また、ロータリー
トランスの回転側用は接着剤によつて、ブツシユ
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トラン
ス取付リング２６に接着剤で固定されている。２
７はモータのロータマグネツト、２８はマグネツ
ト収納ケース、２９はモータの電機子コイル、３
０はモータのステータ、３１はステータ取付ベー
スである。ロータマグネツト２７、マグネツト収
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
ツト２７は、マグネツト収納ケース２８の内側に
固着され、さらにマグネツト収納ケース２８はブ
ツシユ２５にケース取付ボルト３２によつて固定
されている。２０，２５，２６，２７，２８で本
装置の回転部を構成している。３３は下部ハウジ
ング１３と一体で製作された固定スリーブであ
り、ステータ３０の内側に設けられている。平衡
型スパイラルグルーブ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ブ軸受５が形
成されている。３４は下部ハウジング蓋、３５は
上部ハウジング１４と下部シリンダ３３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ツド２１位置の軸方向変化
を僅少にしたシリンダ構造となつている。そして
ヘツド２１の高さはマイクログルーブ軸受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。従つて、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、シリンダのヘツド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
荷重が比較的少ない場合には、これは必ずしも必
要としない。 以上の通り、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
つの流体軸受によつて回転軸を支持しているた
め、回転軸の姿勢差によつ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する。

【図面の簡単な説明】

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ブ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。 １……回転軸、３……平衡型スパイラル軸受、
４……推力軸受、５……マイクログルーブ軸受
（スラスト軸受）、６，７，１３，１４……ハウジ
ング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、前記回転軸の
   端面又は前記ハウジングの前記端面に対向する対
   向面のいずれかに形成され、前記端面と対向面と
   の間のすきまが円周方向において変化するよう設
   けられ、前記すきまに設けられた潤滑油を端面の
   中心部に流入するよう作用させると共に、前記推
   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る回転装置。 ２ スラスト軸受はその外径が回転軸の軸径より
   も小さいスパイラルグルーブ軸受である特許請求
   の範囲第１項に記載の回転装置。