(57)【要約】【課題】  起動時の摩擦・摩耗の増大や負荷容量の低下しない良好な流体潤滑膜によってジャーナルを支承することができる多円弧フォイル流体軸受を提供する。【解決手段】  隣り合う頂点部４４を連結することにより形成される円弧面部４５の全長が軸受保持部材３０側に膨出した形状となるようにしたので、フォイル４０の軸受摺動面を構成する円弧面部４５に従来のように変曲点が形成されないため、起動時にジャーナル２０が強く接触する部分が解消されており、摩擦・摩耗の増大や流体軸受の負荷容量低下を抑制することができる。また、回転時における大きな隙間部５１を構成する頂点部４４から小さな隙間部５２まで良好な末狭まりの楔形状を形成することができるので流体潤滑膜が形成され易く軸受の負荷容量を大きくすることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャーナルの外周を空隙を介して囲む軸受保持部材と、前記空隙に配置されて前記ジャーナルと対向する軸受摺動面を構成し且つ複数個の頂点部と該複数個の頂点部の隣り合う頂点部を連結することにより形成される複数個の円弧面部とを有する多円弧の閉ループ形状のフォイルと、該フォイルと対向する前記軸受保持部材との空隙に充填された粘弾性体又は弾性体又は粘弾性体と弾性体の複合体と、から構成され、前記ジャーナルと前記軸受摺動面との相対回転により形成される流体潤滑膜によってジャーナルを支持する多円弧フォイル流体軸受において、
前記隣り合う頂点部を連結することにより形成される円弧面部の全長が前記軸受保持部材側に膨出した形状となるようにしたことを特徴とする多円弧フォイル流体軸受。
【請求項２】
前記複数個の頂点部は、一方の円弧面部を構成するフォイル用薄板の一端部と、他方の円弧面部を構成するフォイル用薄板とを係合により連結することで形成されることを特徴とする請求項１記載の多円弧フォイル流体軸受。
【請求項３】
ジャーナルの外周を空隙を介して囲む軸受保持部材と、前記空隙に配置されて前記ジャーナルと対向する軸受摺動面を構成し且つ複数個の頂点部と該複数個の頂点部の隣り合う頂点部を連結することにより形成される複数個の円弧面部とを有する多円弧の閉ループ形状のフォイルと、該フォイルと対向する前記軸受保持部材との空隙に充填された粘弾性体又は弾性体又は粘弾性体と弾性体の複合体と、から構成され、前記ジャーナルと前記軸受摺動面との相対回転により形成される流体潤滑膜によってジャーナルを支持する多円弧フォイル流体軸受の製造方法において、
複数個の平坦なフォイル薄板の端辺を係合して形成される複数個の頂点部と該複数個の頂点部の隣り合う頂点部を連結することにより形成される複数個の面とを有する閉ループの前記フォイルを製作する第１工程と、
前記軸受保持部材との位置決めが形成され且つベース盤の中央に前記ジャーナル軸を模した軸柱が立設される組立用治具を用いて、前記第１工程によって製作された閉ループ状のフォイルの内部ループ空間を前記軸柱に貫通して前記面の全長が前記軸受保持部材側に膨出した形状となるように膨出状円弧面部を形成する第２工程と、
前記組立用治具のベース盤の位置決めに前記軸受保持部材を嵌挿する第３工程と、
前記フォイルと前記軸受保持部材との空隙に、粘弾性体又は弾性体又は粘弾性体と弾性体の複合体を充填する第４工程と、
前記組立用治具から多円弧フォイル流体軸受を取り外す第５工程と、
からなることを特徴とする多円弧フォイル流体軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャーナルの外周を空隙を介して囲む軸受保持部材と、前記空隙に配置されて前記ジャーナルと対向する軸受摺動面を構成し且つ複数個の頂点部と該複数個の頂点部の隣り合う頂点部を連結することにより形成される複数個の円弧面部とを有する多円弧の閉ループ形状のフォイルと、該フォイルと対向する前記軸受保持部材との空隙に充填された粘弾性体又は弾性体又は粘弾性体と弾性体の複合体と、から構成され、前記ジャーナルと前記軸受摺動面との相対回転により形成される流体潤滑膜によってジャーナルを支持する多円弧フォイル流体軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のような構成に係る多円弧フォイル流体軸受としては、本出願人が先に提案した特開２００５−２９９９２２号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
上記した特許文献１に記載される多円弧フォイル流体軸受の構造は、図５に示すようになっている。しかして、図５において、多円弧フォイル流体軸受１は、ジャーナル２の外周を空隙を介して囲む軸受保持部材３と、空隙に配置されてジャーナル２と対向する軸受摺動面を構成し且つ一個又は複数個の頂点部４ａと該頂点部４ａの個数に対応する個数の膨出状の円弧面部４ｂとを有する多円弧の閉ループ形状のフォイル４と、該フォイル４と軸受保持部材３との空隙に充填された粘弾性体６（又は弾性体又は粘弾性体と弾性体の複合体）と、から構成され、ジャーナル２と軸受摺動面との相対回転により形成される流体潤滑膜によってジャーナル２を支持する。なお、上記した円弧面部４ｂとは、ジャーナル２をフォイル４と同軸に配したときにジャーナル２の直径Ｄに対応するフォイル４の円弧部分をいうものである。また、頂点部４ａと軸受保持部材３の内周面との間には、間隙Ｃ１が形成されている。
【０００４】
そして、上記の構造を有する多円弧フォイル流体軸受１の目的は、楔状流体潤滑膜が形成し易く軸受負荷能力が大きく且つ起動停止時にジャーナル２と軸受摺動面が接触することによって発生する摩耗粉が軸受摺動面から排出し易いというものである。また、製作時において軸受隙間の設定を容易に行うことができると共に製作および組立てが簡単であり、小径のジャーナル２を支持する場合にも好適であるところにある。
【特許文献１】特開２００５−２９９９２２号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、図５に示す構造を有する多円弧フォイル流体軸受１は、例えば、磁気ディスクドライブモータ又はポリゴンミラースキャナーモータ又はリアプロジェクションテレビのカラーホイールモータのジャーナル軸受として使用されるが、多円弧の閉ループ形状のフォイル４を構成する際に、複数のフォイル薄板の端辺を重ね合わせて溶接等で接着し、内部ループ空間をジャーナル軸受２を模した治具によって押し広げることで頂点部４ａと膨出円弧面部４ｂとを構成するため、頂点部４ａと円弧面部４ｂとの間に円弧面部４ｂの膨出方向と逆方向に膨出する変曲部４ｃが形成され、円弧面の一部がジャーナル軸受２に対して軸受保持部材３側へ凸形状となっている。このため、変曲部４ｃで流体膜の厚さが最も薄くなり、楔状流体膜が形成され難いので、起動時の摩擦・摩耗の増大や、流体軸受の負荷容量低下の原因になっている。
【０００６】
本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、良好な流体潤滑膜を形成することによって負荷容量を大きくすることができる多円弧フォイル流体軸受及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明が採用した手段を、図面を参照して説明すると、図１に示すように、ジャーナル２０の外周を空隙を介して囲む軸受保持部材３０と、前記空隙に配置されて前記ジャーナル２０と対向する軸受摺動面を構成し且つ複数個の頂点部４４と該複数個の頂点部４４の隣り合う頂点部４４を連結することにより形成される複数個の円弧面部４５とを有する多円弧の閉ループ形状のフォイル４０と、該フォイル４０と対向する前記軸受保持部材３０との空隙に充填された粘弾性体６０（又は弾性体又は粘弾性体と弾性体の複合体）と、から構成され、前記ジャーナル２０と前記軸受摺動面との相対回転により形成される流体潤滑膜によってジャーナル２０を支持する多円弧フォイル流体軸受１０において、前記隣り合う頂点部４４を連結することにより形成される円弧面部４５の全長が前記軸受保持部材３０側に膨出した形状となるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る発明が採用した手段を、図面を参照して説明すると、図２に示すように、請求項１記載の多円弧フォイル流体軸受１０において、前記頂点部４４の連結構造は、一方の円弧面部を構成するフォイル用薄板４１の一端部と、他方の円弧面部を構成するフォイル用薄板４１の他端部とを係合により連結することで形成されることを特徴とする。ここで、係合とは、一方の薄板を他方の薄板に差し込むことにより連結することをいう。
【０００９】
更に、請求項３に係る発明が採用した手段を、図面を参照して説明すると、図４に示すように、ジャーナル２０の外周を空隙を介して囲む軸受保持部材３０と、前記空隙に配置されて前記ジャーナル２０と対向する軸受摺動面を構成し且つ複数個の頂点部４４と該複数個の頂点部４４の隣り合う頂点部４４を連結することにより形成される複数個の円弧面部４５とを有する多円弧の閉ループ形状のフォイル４０と、該フォイル４０と対向する前記軸受保持部材３０との空隙に充填された粘弾性体６０（又は弾性体又は粘弾性体と弾性体の複合体）と、から構成され、前記ジャーナル２０と前記軸受摺動面との相対回転により形成される流体潤滑膜によってジャーナル２０を支持する多円弧フォイル流体軸受１０の製造方法において、複数個の平坦なフォイル薄板４１の端辺を係合して形成される複数個の頂点部４４と該複数個の頂点部４４の隣り合う頂点部４４を連結することにより形成される複数個の面とを有する閉ループの前記フォイル４０を製作する第１工程と、前記軸受保持部材３０の位置決め１０３が形成され且つベース盤１０１の中央に前記ジャーナル軸を模した軸柱１０２が立設される組立用治具１００を用いて、前記第１工程によって製作された閉ループ状のフォイル４０の内部ループ空間を前記軸柱１０２に貫通して前記面の全長が前記軸受保持部材３０側に膨出した形状となるように膨出状円弧面部４５を形成する第２工程と、前記組立用治具１００のベース盤１０１の位置決め１０３に前記軸受保持部材３０を嵌挿する第３工程と、前記フォイル４０と前記軸受保持部材３０との空隙に、粘弾性体６０（又は弾性体又は粘弾性体と弾性体の複合体）を充填する第４工程と、前記組立用治具１００から多円弧フォイル流体軸受１０を取り外す第５工程と、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明においては、隣り合う頂点部４４を連結することにより形成される円弧面部４５の全長が軸受保持部材３０側に膨出した形状となるようにしたので、フォイル４０の軸受摺動面を構成する円弧面部４５に従来のように変曲点が形成されないため、起動時にジャーナル２０が強く接触する部分が解消されており、摩擦・摩耗の増大や流体軸受の負荷容量低下を抑制することができる。また、フォイル４０とジャーナル２０との間の軸受隙間５０は、大きな隙間部５１を構成する頂点部４４から小さな隙間部５２まで良好な末狭まりの楔形状を形成することができるので流体潤滑膜が形成され易く軸受の負荷容量を大きくすることができる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明においては、頂点部４４の一方の円弧面部を構成するフォイル用薄板４１の一端部と他方の円弧面部を構成するフォイル用薄板４１の他端部とを係合により連結させることにより、フォイル用薄板４１の面を円弧面としたときに変曲点の存在しない全周面を膨出状とした円弧面部４５を簡単に形成することができる。
【００１２】
更に、請求項３に係る発明においては、複数個の平坦なフォイル薄板４１の端辺を係合して形成される頂点部４４と隣り合う頂点部４４を連結することにより形成される複数個の面とを有する閉ループの前記フォイル４０と軸受保持部材３０とを組立用治具１００に装着して、フォイル４０と軸受保持部材３０との空隙に粘弾性体６０（又は弾性体又は粘弾性体と弾性体の複合体）を充填し、組立用治具１００から多円弧フォイル流体軸受１０を取り外すだけで、本発明に係る多円弧フォイル流体軸受１０を製造することができ、フォイル４０の製造と組立が簡単であることに加えて軸受隙間設定の容易な多円弧フォイル流体軸受１０を製造でき、量産性に適した製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。まず、図１、図２、及び図４を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る多円弧フォイル流体軸受の断面図であり、図２は、第１実施形態に使用するフォイルの連結構造を示すフォイル用薄板の正面図（Ａ）と組み立て斜視図（Ｂ）であり、図４は、第１実施形態に係る多円弧フォイル流体軸受の製造過程を説明するための説明図である。
【００１４】
第１実施形態における多円弧フォイル流体軸受１０は、ジャーナル２０の外周を空隙を介して囲む軸受保持部材３０と、空隙に配置されてジャーナル２０と対向する軸受摺動面を構成し且つ３個の頂点部４４と該３個の頂点部４４の隣り合う頂点部４４を連結することにより形成される３個の円弧面部４５とを有する多円弧の閉ループ形状の多円弧フォイル４０と、該多円弧フォイル４０と対向する軸受保持部材３０との空隙に充填された粘弾性体６０（又は弾性体又は粘弾性体と弾性体の複合体）と、から構成されている。そして、ジャーナル２０と軸受摺動面との相対回転により形成される流体潤滑膜によってジャーナル２０を支持するものである。
【００１５】
多円弧フォイル４０は、図２（Ａ）に示すように、一端部に係合切込み溝４２が形成されると共に他端部に係合突片４３が形成された平坦な方形状のフォイル用薄板４１を３個用意し、その３個のフォイル用薄板４１同士において、図２（Ｂ）に示すように、一のフォイル用薄板４１の係合切込み溝４２に隣り合うフォイル用薄板４１の係合突片４３を差し込んで係合することにより、三角形状の閉ループのフォイル４０を構成する。また、係合切込み溝４２と係合突片４３との係合部分には、３枚のフォイル用薄板４１同士の結合を強くすると共に粘弾性体６０の充填時に軸受摺動面への流入を防止するために、接着剤を塗布しても良い。なお、フォイル４０は、ステンレス、リン青銅、真鍮、銅、アルミニウム等の金属薄板又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂薄板が使用され、その厚さは１０〜５００μｍのものが使用される。
【００１６】
そして、上記のように構成された閉ループのフォイル４０を、図４（Ｂ）に示す組立用治具１００によって軸受保持部材３０に組み付けて多円弧フォイル流体軸受１０を作製する。組付用治具１００は、軸受保持部材３０の外形寸法に合致する位置決め用の凹部１０３が形成されるベース盤１０１の中央にジャーナル２０を模した軸柱１０２が立設されて構成されるものである。なお、軸受保持部材３０と組立用治具１００の位置決めは、上述の例のみではなく、軸受保持部材３０の内径やノックピンを利用して組立用治具１００に組み付ける方法等もある。
【００１７】
次いで、図４（Ｂ），（Ｃ）に示すように、組立用治具１００の軸柱１０２に閉ループの多円弧フォイル４０の内部ループ空間を貫通させる。このジャーナル２０を模した軸柱１０２の直径は、適用するジャーナル２０の直径とほぼ同じであるが、所定の軸受隙間５０が形成されるような径とすることが望ましい。その後、軸受保持部材３０をベース盤１０１の凹部１０３に装着した後、ゴムバンド１１０を巻き付けたままの多円弧フォイル４０と軸受保持部材３０との空隙に粘弾性体６０を適量充填して硬化させる。硬化後、組付用治具１００から取り外すことにより、多円弧フォイル流体軸受１０を完成することができる。なお、粘弾性体としては、シリコーン系やアクリル系等のゴム材料や高分子ゲルが使用される。また、粘弾性体に代えてばねや波状フォイルからなる弾性体を使用しても良く、さらに、上記の粘弾性体と弾性体を組み合わせた複合体を用いてもよい。
【００１８】
上記のようにして製造された多円弧フォイル流体軸受１０に、ジャーナル２０を支持したときに、ジャーナル２０と多円弧フォイル４０の軸受摺動面との間には所定の軸受隙間５０が設けられており、その軸受隙間５０の分布は、頂点部４４の近傍部分の大隙間部５１が最も大きく、２つの頂点のほぼ中間部分での小隙間部５２で最小となっている。また、軸受隙間５０は、最も小さい部分での小隙間部５２でジャーナル２０の径の約３/１０００以下に設計するのが一般であり、実際の軸受隙間５０は、大きくても１０μｍ以下である。また、ジャーナル２０の回転振動を小さくするには、軸受隙間５０を小さく設定するとよい。第１実施形態（後に詳述する他の実施形態も同じ。）における多円弧フォイル流体軸受１０においては、静止時に軸受隙間５０がほとんどない状態でも多円弧フォイル４０とそれを支持する粘弾性体６０の弾性効果により、ある回転数以上で流体潤滑膜を形成しジャーナル２０を浮上させることができる。なお、図１において多円弧フォイル４０の厚さ及び軸受隙間５０は、理解し易いように誇張して図示してある。
【００１９】
しかして、上記のように構成される多円弧フォイル流体軸受１０の作用について説明すると、ジャーナル２０が回転すると、頂点部４４付近の大隙間部５１の近傍より流体が引き込まれ、隙間形状が末狭まりになっている小隙間部５２に向かって流体潤滑膜が発生する。この流体潤滑膜と粘弾性体６０の復元力と減衰力とにより、回転に伴う不釣合いな振動などを支持、減衰し、安定した高精度回転を実現することができる。この場合、多円弧フォイル４０の軸受摺動面を構成する円弧面部４５に従来のように変曲点が形成されないため、起動時にジャーナル２０が強く接触する部分が解消されており、摩擦・摩耗の増大を抑制することができると共に、流体軸受としての負荷容量を大きくすることができる。なお、回転の起動時又は停止時にジャーナル２０と軸受摺動面が直接接触することによって軸受摺動面で発生する摩耗粉を、頂点部４４に近い大隙間部５１から外部に排出されやすい構造であるため、長時間安定した軸受性能を維持できる。
【００２０】
また、上記した第１実施形態においては、多円弧フォイル４０の円弧面部４５を構成するための頂点部４４における連結構造として、係合切込み溝４２と係合突片４３とで構成していたが、この連結構造以外の連結構造であっても良い。このような他の連結構造を採用した実施形態を図３を参照して説明する。図３は、第２実施形態に係る多円弧フォイル流体軸受の断面図（Ａ）とフォイル用薄板の正面図（Ｂ）である。
【００２１】
まず、図３において、第２実施形態に係る多円弧フォイル流体軸受１０は、軸受摺動面を構成する多円弧フォイル８０の構成が第１実施形態に係る多円弧フォイル流体軸受１０と相違するだけで他の構成は同じである。しかして、第２実施形態に係る多円弧フォイル８０は、図３（Ｂ）に示されるように、一端部に端辺に沿って上から中程までスリット形成される上係合溝８２と他端部に端辺に沿って下から中程までスリット形成される形成される下係合溝８３が形成された平坦な方形状のフォイル用薄板８１を５個用意し、その５個のフォイル用薄板８１同士において、図３（Ａ）に示すように、一のフォイル用薄板８１の上係合溝８２に隣り合うフォイル用薄板８１の下係合溝８３を差し込んで係合することにより、五角形状のフォイル８０を構成する。また、上係合溝８２と下係合溝８３との係合部分には、５個のフォイル用薄板８１同士の結合を強くすると共に粘弾性体６０の充填時に軸受摺動面への流入を防止するために、接着剤を塗布しても良い。このように構成される第２実施形態に係る多円弧フォイル流体軸受１０においても、５個の頂点部８４と該５個の頂点部８４とを連結する内周ループ面がその全長に亘って外側に向って膨出した円弧面部８５となった多円弧フォイル８０となっている。つまり、多円弧フォイル８０の頂点部８４における連結構造が、従来のように溶接等による接着構造ではなく、上係合溝８２と下係合溝８３との係合による係合頂点部となっているので、フォイル用薄板８１の内周ループ面がその全長に亘って変曲点のない軸受保持部材３０側に向って膨出した円弧面部８５となるものである。なお、上係合溝８２と下係合溝８３との係合による係合頂点部を有する多円弧フォイルとして、２個以上のフォイル用薄板を使用したものでも良い。
【００２２】
以上、本発明における実施形態について詳述してきたが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で幾通りもの設計変更を行うことが可能である。例えば、フォイル４１の頂点数は、２〜５個に限定されない。また、本発明に係る多円弧フォイル流体軸受１０においては、起動時又は停止時又は低回転時にフォイル４０，８０とジャーナル２０との間の摩擦と摩耗を低減させる必要がある。そのために、ジャーナル２０の外周面とフォイル４０，８０の内周面の少なくともどちらか一方に摩擦特性の優れたクロムメッキやＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の硬質皮膜やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＭｏＳ２（二硫化モリブデン）などの固体潤滑剤のコーティングを施すことが望ましい。
【００２３】
また、本発明に係る多円弧フォイル流体軸受１０においては、高速回転（10,000rpm以上）における高精度回転を、給気機構の必要ない気体潤滑で達成することができるので、ハードディスクドライブ用モータや、ポリゴンミラースキャナーモータ、あるいはリアプロジェクションテレビのカラーホイールモータの軸受として応用するのに好適である。なお、本発明に係る多円弧フォイル流体軸受において、潤滑流体は気体の他に水系や油系の液体の場合においても適用できる。
【００２４】
なお、以上説明した実施形態では、ジャーナル２０が回転し、軸受摺動面であるフォイル４０，８０、粘弾性体６０及び軸受保持部材３０が静止している場合について説明してきたが、本発明の多円弧フォイル流体軸受１０では、ジャーナル２０が静止し、フォイル４０，８０、粘弾性体６０及び軸受保持部材３０が回転する場合においても適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係る多円弧フォイル流体軸受の断面図である。
【図２】第１実施形態に使用するフォイルの連結構造を示すフォイル用薄板の正面図（Ａ）と組み立て斜視図（Ｂ）である。
【図３】第２実施形態に係る多円弧フォイル流体軸受の断面図（Ａ）とフォイル用薄板の正面図（Ｂ）である。
【図４】第１実施形態に係る多円弧フォイル流体軸受の製造過程を説明するための説明図である。
【図５】従来の多円弧フォイル流体軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  多円弧フォイル流体軸受
２０  ジャーナル
３０  軸受保持部材
４０  多円弧フォイル
４１  フォイル用薄板
４２  係合切込み溝
４３  係合突片
４４  頂点部
４５  円弧面部
５０  軸受隙間
５１  大隙間部
５２  小隙間部
６０  粘弾性体
８０  多円弧フォイル
８１  フォイル用薄板
８２  上係合溝
８３  下係合溝
８４  頂点部
８５  円弧面部
１００  組立用治具
１０１  ベース盤
１０２  軸柱
１０３  凹部（位置決め）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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