(57)【要約】【課題】回転体が安定に回転する原理であるジャイロ効果に着目することによって、真円形ラジアル軸受を採用しつつ、小型で高速且つ高精度で回転する回転機構を提供する。【解決手段】回転機構１０は支持部材１２と回転体１４を備えている。支持部材１２の中空軸部１６は流体軸受の外輪又は支持側として構成され、回転体１４の軸部１８は流体軸受の内輪又は回転側として構成される。ピボット軸受２６は、底面に位置する凹状半球面３０と、先端に位置する凸状半球面３２より構成される。ラジアル軸受２８は、底面から離間して中空軸部１６の上端近傍の円筒状内周面３４と、先端から離間して軸より拡径した円筒状ランド部３６より構成される。ラジアル軸受２８を真円形流体軸受として構成することにより、不釣合い振動や外部衝撃に強く、また、回転体１４のジャイロ効果により流体軸受に起因する振れ回り振動が安定化される構成となっている。【選択図】  図１
2004278721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸方向で離間する二つ位置で回転体を支持部材に対して流体軸受により支持し、前記回転体に駆動力を与える回転機構において、
前記回転体を支持する一方の流体軸受をピボット軸受として構成するとともに、前記回転体を支持する他方の流体軸受を真円形ラジアル軸受として構成し、
回転軸回りの前記回転体の極慣性モーメントを、前記回転軸に直交し重心を通る直径軸回りの前記回転体の慣性モーメントの１／２より大きく構成したことを特徴とする、流体軸受回転機構。
【請求項２】
前記ピボット軸受が球面軸受である、請求項１記載の流体軸受回転機構。
【請求項３】
前記ピボット軸受が円錐軸受である、請求項１記載の流体軸受回転機構。
【請求項４】
前記ピボット軸受が、当該ピボット軸受の端部に向って流体の圧力を発生させる傾斜溝を備えている、請求項２又は３記載の流体軸受回転機構。
【請求項５】
前記ピボット軸受は、当該ピボット軸受の端部から離間した領域に傾斜溝を備えている、請求項４記載の流体軸受回転機構。
【請求項６】
前記回転体に駆動力を与えるために、前記回転体及び前記支持部材の一方がロータを備え、前記回転体及び前記支持部材の他方がステータを備え、前記ステータが前記ピボット軸受の端部に向って前記回転体を吸引するように構成されている、請求項１乃至５のいずれかに記載の流体軸受回転機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザスキャナやディスク記憶装置などで使用される小型で高速且つ高精度で回転することが要求される回転体において、流体軸受で回転体が支持された回転機構に関するものである。本発明は、例えば、回転体をスピンドルとした回転機構の支持構造として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタや複写機に使用されるレーザスキャナや磁気ディスク記憶装置では、ディスク形回転体の軸部が空気潤滑や油潤滑による流体軸受で支持されている。
図８はレーザスキャナ用流体軸受回転機構を示し、図９は磁気ディスク装置における流体軸受回転機構を示している。
【０００３】
図８では、多角形ミラー８を搭載した回転体１の中央にある軸２の下端が流体スラスト軸受３，４で支持され、軸の上部円筒部分５ａと下部円筒部分５ｂが対向するラジアル流体軸受（ジャーナル流体軸受）６ａ，６ｂで半径方向に支持されている。スラスト軸受およびラジアル軸受の静止側または回転側の軸受面には、傾斜溝又は螺旋溝が加工されている。回転によりこの溝が外部の流体を軸受面内部に掻き込み、軸受面の圧力は隙間が減少した部分が局所的に高くなる性質があるので、回転体１の中心線は上下軸受の中心を通る軸受中心線に位置決めされる。また回転機構に振動や衝撃力が作用したときには、潤滑流体は軸受隙間から瞬間的に出たり入ったりすることができないので回転体と軸が接触することが無く、減衰効果が強く、振動と衝撃に強い。
【０００４】
図９に示す磁気ディスク装置の流体軸受回転機構の場合には、中心軸が支持部材に設けられ、円筒内面側が回転体に設けられている。この場合においても、スラスト軸受対３，４に傾斜溝が加工され、ラジアル軸受５ａ，６ａおよび５ｂ，６ｂのどちらかに傾斜溝が加工されている。一般に回転による微小な外乱発生をなくすには、固定側に溝を形成する。傾斜溝により軸受内部の圧力が高まり、更に回転体の移動によって軸受隙間が狭まる領域では圧力が高まる性質があるので、外乱条件下でも回転体の中心線が軸の中心線からずれにくい性質がある。特に流体軸受は減衰効果が強く、対衝撃性能が高いという特徴を備えている。
【０００５】
また、スラスト軸受を備えず、２つのラジアル軸で回転体を支持する受流体軸受も提案されている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１８８６２３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の溝加工されたスラスト軸受とラジアル軸受からなる流体軸受回転機構は、以下に示す問題があった。
（１）第１の問題
スラスト軸受及びラジアル軸受の軸受面に溝加工が必要なため製造コストがかかるという問題がある。
しかし、スラスト軸受の溝をなくすと、傾斜溝が持っていた圧力発生効果がなくなり、軸受としての負荷を支える機能と位置決め機能が失われる。またラジアル軸受の溝をなくすと、軸は回転速度の半分の速度で旋回するようになり、この不安定な旋回運動のため高精度回転機構としての機能を果たさなくなる。この理由は、真円形ラジアル軸受では軸が偏心したとき、狭まりつつある隙間領域に正の圧力、広がりつつある隙間領域に負の圧力が発生し、軸の偏心方向と直角方向で且つ回転方向の軸受反力が生じるので、特に垂直軸の場合には回転側が回転方向に回転速度の約半分の速度で旋回してしまうのである。流体軸受で傾斜溝付きラジアル軸受が使用されるのは、溝を形成することにより軸の偏心方向の軸受反力を高めて軸受に通常のばねの作用を持たせ、不安定な旋回を生じなくさせるためである。
（２）第２の問題
この種の軸受隙間は１〜３マイクロメートルであるため、その１／５以下の加工精度を実現するのが容易でない。また、溝加工は軸受面の真円度や同心度等の加工精度を低下させる効果があり、溝加工を施すことにより、回転精度が低下し、部品毎の特性のばらつきが大きくなる。
（３）第３の問題
ラジアル軸受には溝があるために、溝のない真円軸受に比べて平均隙間が大きくなり、軸受の減衰効果が真円軸受より小さくなることである。溝の深さは隙間とほぼ同じであるが、発生する圧力は隙間の３乗に逆比例するので、軸受隙間が等しい真円軸受に比べて溝付き軸受の振動や衝撃に対する減衰効果は真円軸受の半分以下であり、また不釣合い力に対する軸受反力も小さくなるので不釣合い振動が大きくなるという問題がある。
（４）第４の問題
従来のラジアル軸受とスラスト軸受構成では各軸受面の加工精度とともに、ラジアル軸受面とスラスト軸受面の直角度の加工精度が重要となり流体軸受回転機構の生産性を高めるための阻害要因となっていた。
【０００８】
本発明は、少なくとも一つのラジアル軸受から傾斜溝をなくし、他のラジアル軸受とスラスト軸受とを一体化するすことによって、上記問題を解決することを課題・目的とする。すなわち、（１）溝付きのラジアル軸受を滑らかな面を持つ真円形ラジアル軸受に変えることができれば、製造が容易となり、製造コストが削減され、生産性が向上する。（２）真円型軸受を採用することにより、同一の軸受隙間なら振動や衝撃に対する減衰効果を高め不釣合い振動を小さくすることができる。（３）回転体が安定に回転する原理であるジャイロ効果に着目することによって、真円形ラジアル軸受を採用しても、小型で高速且つ高精度で回転する回転機構を提供できる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、回転軸方向で離間する二つ位置で回転体を支持部材に対して流体軸受により支持し、前記回転体に駆動力を与える回転機構において、前記回転体を支持する一方の流体軸受をピボット軸受として構成するとともに、前記回転体を支持する他方の流体軸受を真円形ラジアル軸受として構成し、回転軸回りの前記回転体の極慣性モーメントを、前記回転軸に直交し重心を通る直径軸回りの前記回転体の慣性モーメントの１／２より大きく構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明では、上記課題を解決し、目的を達成するために、ジャイロ効果を用いる。そのため、回転体は、回転軸方向で離間する二つ位置の一方をピボット軸受により支持され、回転軸方向で離間する二つ位置の他方をラジアル軸受で支持されている。本発明において、ピボット軸受及びラジアル軸受は流体軸受であり、回転体が高速回転することに適している。さらに、ラジアル軸受は流体軸受であることから、ピボット軸受を支点として回転体が歳差運動を行うことを許す構造である。
【００１１】
また、本発明の回転機構では、ラジアル軸受は、傾斜溝や螺旋溝が形成されていない真円形軸受として構成されている。傾斜溝や螺旋溝が形成されていない真円形のラジアル軸受を採用しても、回転体はジャイロ効果によるワール安定性が増すので、高精度回転機構を実現できる利点がある。
【００１２】
さらに、本発明では、力学的なパラメータが一定の範囲にある場合には、回転体が安定して回転することに着目している。すなわち、本発明では、回転軸回りの回転体の極慣性モーメントＩｐを、回転軸に直交し重心を通る直径軸回りの回転体の慣性モーメントＩｄの１／２より大きくすること（Ｉｐ／Ｉｄ＞０．５）により、真円形軸受の不安定交換にジャイロ効果が打ち勝つことに着目している。この原理については、以下の実施形態の欄において図面及び数式を参照して詳細に説明する。
【００１３】
ピボット軸受は、実施態様として、球面軸受又は円錐軸受として構成されている。球面軸受の場合は、例えば、回転体が傾斜しても支点において一定の隙間が確保される。一方、円錐軸受の場合は、ピボット軸受として円錐面傾斜角を選定することにより、スラスト方向の許容荷重を重視する用途やラジアル方向の許容荷重を重視する用途に応じて設計を変更できる柔軟性がある。
【００１４】
ピボット軸受は、そのピボット軸受の中心端部に向って流体の圧力を発生させる傾斜溝を備えていることが好ましい。傾斜溝を形成することにより、ピボット軸受の中心端部に向って流体圧力が作用し、その圧力に応じて振動や衝撃を吸収する効果が増大する。
【００１５】
また、ピボット軸受は、そのピボット軸受の端部から離間した領域に傾斜溝を備えていることが好ましい。傾斜溝が形成されていない領域は、高い圧力を保持した流体溜りとして機能し、流体に含まれるゴミを排除して高速回転に寄与する。
【００１６】
本発明の好適実施形態では、回転体に駆動力を与えるために、回転体及び支持部材の一方がロータを備え、他方がステータを備え、ステータがピボット軸受の端部に向って回転体を吸引するように構成されている。こうすることにより、回転体が支持部材から離反したり浮上したりすることなく、ピボット軸受に高い圧力が発生し、高い軸受剛性をもたせることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による流体軸受回転機構の実施形態について説明する。本発明の流体軸受回転機構は、回転軸方向で離間する二つ位置で回転体を支持部材に対して支持し、モータ等によって駆動力を与えることで回転体を回転させる構造を対象としている。この種の流体軸受回転機構は、例えば、レーザスキャナ用流体軸受回転機構や、磁気ディスク装置における流体軸受回転機構として採用される。
【００１８】
支持部材と回転体との関係は、以下の説明から明らかになるが、回転体が軸状部分を備え、支持部材が回転体の軸状部分を支持する形態や、支持部材が軸状部分を備え、回転体が支持部材の軸状部分の回りを回転する形態がある。
【００１９】
本発明では、ピボット軸受と真円形ラジアル軸受とを組合せて回転体を支持する構成となっている。ピボット軸受と真円形ラジアル軸受との関係も、以下の説明で明らかになるが、ピボット軸受が下端に位置し、真円形ラジアル軸受が上方に位置する形態や、ピボット軸受が上端に位置し、真円形ラジアル軸受の下方に位置する形態がある。
【００２０】
以下、最良の実施形態を例示し、本発明による流体軸受回転機構を詳細に説明する。図１は、流体軸受回転機構の第１実施形態を示す断面図である。回転機構１０は、支持部材１２と、この支持部材１２に回転可能に支持された回転体１４を備えている。
【００２１】
支持部材１２は、ベース１３の中心から鉛直方向上方に延びる中空軸部１６を備えている。軸部１６は、有底の中空形状をしており、後述する回転体１４の軸部が流体軸受の回転軸として挿入される。回転体１４は、鉛直方向下方に延びる軸部１８を備えている。また、回転体１４は、ディスク円板２０を水平に搭載するキャップ状のベース２２を備えている。支持部材１２及び回転体１４は、軸部１８の中心線２４を基準に同心上に設けられる。
【００２２】
支持部材１２の中空軸部１６は流体軸受の外輪又は支持側として構成され、回転体１４の軸部１８は流体軸受の内輪又は回転側として構成される。中空軸部１６と軸部１８との間には隙間があり、この隙間に流体を充填することにより流体軸受が構成される。
流体軸受は、軸鉛直方向下方のピボット軸受２６と、鉛直方向上方のラジアル軸受２８より構成され、それぞれの軸受２６，２８は、回転軸２４が延びる方向で離間する２つの位置で同心上に設けられている。
ピボット軸受２６は、中空軸部１６の底面に位置する凹状半球面３０と、軸部１８の先端に位置する凸状半球面３２より構成される。ラジアル軸受２８は、中空軸部１６の底面から離間して中空軸部１６の上端近傍の円筒状内周面３４と、軸部の先端から離間して軸より拡径した円筒状ランド部（ジャーナル部）３６より構成される。
上記流体軸受の構成により、回転体１４はピボット軸受２６を支点として、中心軸２４を中心に回転可能に構成される。また、ラジアル軸受２８を流体軸受として構成することにより、回転体１４は振れ回り運動（歳差運動やみそすり運動とも言う）を許される。したがって、回転体１４は、ジャイロの回転体として回転可能な構成となっている。
このような回転機構を製作するにはピボット軸受２６とラジアル軸受２８を分離して加工し、組み立てによって中心を一致させても良いが、ピボット軸受２６とラジアル軸受２８を一体加工すればピボット軸受２６の中心とラジアル軸受２８の軸中心線を加工機の精度で一致させることができる。
【００２３】
図２は、ピボット軸受２６の拡大図である。ピボット軸受２６は、球面の緯度がゼロ度の位置から緯度約６０度の範囲にわたって螺旋溝が形成されており、軸部１８の回転によってピボット軸受内の緯度９０度の領域に向かって高い圧力が発生するようになっている。溝が形成されているθの角度領域は隙間が小さく数マイクロメートル以下であるが、溝が形成されてない下端の部分は大きな隙間になっていてもよい。下端の大きな隙間は、流体溜りとして機能し、例えば、回転中に生じるゴミ等を貯留するようになっている。
図２では、回転体１４の凸状半球面３２に螺旋溝が形成されているが、支持部材１２の凹状半球面３０に螺旋溝や傾斜溝が形成されていてもよい。
【００２４】
一方、ラジアル軸受２８は、支持部材１２側においても回転体１４側においても溝が形成されていない真円流体軸受である。ラジアル軸受を真円流体軸受として構成することにより、同じ軸受隙間の螺旋溝や傾斜溝を備えた流体軸受に比べて、流体の持つ減衰効果を高くできる。また、不釣合い振動を小さくすることができる。
ラジアル軸受２８の外側（開口側）には潤滑流体をシールするための工夫が施されていることが好ましい。すなわち、ランド部（ジャーナル部）３６の外側の軸部１８には上方に向って径が小さくなる微小な逆テーパがついており、回転によって潤滑流体に生じる遠心力のシール効果が発揮される。また、ラジアル軸受２８の境界領域を越えた上側の部品の表面には撥油剤が塗られていることが好ましい。さらに、支持部材側には潤滑流体をプールする微小なチャンバ３７などを加工してもよい。本発明はこれらのシール手段を排除するものではなく、これらのシール効果を備えた手段を付加することが好ましい。
【００２５】
図１に戻り、流体軸受回転機構１０は、回転体１４に回転駆動力を与えるための駆動手段が設けられている。この駆動手段は、支持部材１２の中空軸部１６の周囲に設けられたステータ３８と回転体１４のベース２２に設けられたロータ４０よりなる。ステータ３８とロータ４０は、僅かな隙間をもって径方向に対峙している。ステータ３８を通電すると回転体１４は駆動力を与えられる。
この駆動手段は、例えば、ロータ４０に対してステータ３８をピボット軸受側に変位させ、通電時にステータ３８がロータ４０をピボット軸受側に吸引させる構成とすることが好ましい。ステータ３８を通電すると、ロータ４０及び回転体１４は駆動力を与えられるが、同時に回転体１４はピボット軸受２６に向って吸引される。こうすることにより、軸部１８はスラスト方向に位置決められるとともに、ラジアル方向にも位置決めされる。また、ピボット軸受２６における圧力が増大し、軸受の剛性が増大するので、回転体１４の回転が安定することになる。さらに、通電時にステータ３８がロータ４０をピボット軸受側に吸引させる構成とすることにより、回転体１４が支持部材１２から飛び出すこともなくなる。
具体的には、定常回転時には回転体１４の自重の約１０倍以上のスラスト荷重をピボット軸受２６に与え、スラスト方向の浮上隙間を２μｍ前後にすることが望ましい。
【００２６】
本発明の特徴の１つとして、回転体１４は比較的扁平な形をしており、回転体の極慣性モーメントが、回転体の回転軸に直交し重心を通る直径軸回りの慣性モーメントの半分より大きいことである。このように構成された流体軸受回転機構では、真円ラジアル流体軸受の不安定効果に対して回転体のジャイロ効果が大きくなり、真円形ラジアル軸受を採用しても、回転機構は安定して回転することができる。
以下に図１に示す流体軸受回転機構１０のモデルに基づき、安定となる流体軸受回転機構の条件を説明する。
【００２７】
図３は、流体軸受回転機構の解析モデルを示す概要図である。回転する部分は、質量中心位置ｄに回転体１４が取り付けられており、ピボット軸受２６の支点からｄ１の位置をラジアル軸受２８で支持され、軸部１８の下端のピボット軸受２６は支点としてモデル化されている。回転体１４はこまのように回転し、傾き振動することができる。ラジアル軸受２８の油膜反力は真円形ラジアル軸受の短軸受理論により計算することができる。
【００２８】
軸受反力は、
【数１】
2004278721.tif 000003
の形で表される。ここで係数Ａ＝８μπ（Ｌ／Ｃ）３Ｒで、μ：潤滑流体の粘性、Ｌ：ラジアル軸受の軸受幅、Ｃ：ラジアル軸受の軸受半径隙間、Ｒ：ラジアル軸受の軸部１８の軸受半径である。
【００２９】
また回転体のＸ，Ｙ軸回りの回転角θｘ，θｙに関する運動方程式は
【数２】
2004278721.tif 000004
で与えられる。ここでＩｄは回転体の質量中心（重心）を通る直径回りの慣性モーメント、Ｉｐは中心線２４回りの極慣性モーメントである。数式（１）を数式（２）へ代入し、λに関する特性方程式の根を解くと、λ＝−α±２πｆｉで表される複素根、または、λ＝−αで表される実根が得られる。複素根の場合、ｆが系の固有振動数（Ｈｚ）を表し、実部のαが負の場合不安定で、振動が自励的に増大することを意味する。一方、αが正ならば振動が減衰し、安定であることを意味する。本発明の真円形ラジアル軸受で支持された回転機構系は、一般に一対の共役な複素根−α１±２πｆ１ｉと２つの負の実根をもつ。このうち２つの実根−αは常に負で安定である。そこで複素根の値が問題となる。
【００３０】
図４は回転体１４のジャイロ効果の強さを示すＩｐ／Ｉｄ  の値を０．６６，０．５，０．３３と変化させたとき、回転速度の変化に対する複素根−α１±２πｆ１ｉのα１の値と、虚部の固有振動数ｆ１の変化である。図４（ｂ）から分かるように、固有振動数ｆ１は、Ｉｐ／Ｉｄの値に係わらず常に回転速度の１／２となっている。これが流体軸受で支持された回転体１４に固有な旋回振動である。
一方、図４（ａ）のα１から、この旋回振動はＩｐ／Ｉｄ＝０．６６のとき実部が負で安定、Ｉｐ／Ｉｄ＝０．３３のとき実部が正で不安定となっている。またＩｐ／Ｉｄ＝０．５のとき零で安定と不安定の境界になっている。これから回転速度の１／２の旋回振動はＩｐ／Ｉｄ＞０．５の領域で安定になることが分かる。これはＩｐ／Ｉｄが０．５を越えると回転体１４のジャイロ効果が強くなり、真円ラジアル流体軸受の不安定効果に打ち勝って回転体１４が安定になるからである。一般に、回転体の章動の振動数はＩｐω／Ｉｄ（ω：回転体の角速度）に比例し、よって半径方向の位置決めばね効果はＩｐω／Ｉｄの二乗に比例する。図４において、α１の絶対値が回転体速度の２乗に比例して増大し、安定性が増加するのは回転体の半径方向の位置決めのばね効果が（Ｉｐω／Ｉｄ）２に比例するためと考えられる。
【００３１】
図５は磁気ディスク回転機構の代表例として、回転体の質量がｍ＝３９．４ｇ，Ｉｄ＝２．３９×１０−５ｋｇｍ２，Ｉｐ／Ｉｄ＝１．２５，ｄ＝１０ｍｍ，ｄ１＝５ｍｍ，軸部の軸径３ｍｍのとき、ラジアル軸受の軸受長さＬとラジアル軸受の軸受隙間Ｃの比Ｌ／Ｃを横軸にとり回転速度１００００ｒｐｍにおける減衰率α１の変化である。図５中の縦線はＬ＝３ｍｍ，Ｃ＝２μｍ，Ｒ＝１．５ｍｍの時の値を示している。これから軸受長さＬが短く、軸受隙間Ｃが大きくなるほど、大きな減衰効果が発揮される。これは、流体軸受反力の大きさを小さくした方が回転体の安定性を高められることを意味している。したがって、流体軸受は不釣合い振動を小さくしたり、外部からの耐衝撃性を高める観点から設計すればよいことになる。
【００３２】
なお、図には示していないが、解析により回転体の質量中心位置ｄ、ピボット軸受からラジアル軸受までの長さｄ１はあまり旋回振動の安定性には影響していないことが明らかになっている。しかし、回転体の軸の下端は支点になっていることが重要で、もし軸端がラジアル軸受で支持され軸が半径方向に運動できるようになっていると、上記説明の安定性が実現できないことは明らかである。
【００３３】
以上のように、流体を用いた真円ラジアル軸受で支持された回転体がワール安定性をもつためには、回転体の力学パラメータがＩｐ／Ｉｄ＞０．５を満たし、且つ、回転体がジャイロとして機能するようにピボット軸受で支持されていることが必要且つ十分な条件である。このように構成することにより、高速回転時に安定な流体軸受回転機構を実現することができる。
【００３４】
図６は本発明による流体軸受回転機構の他の実施形態を示し、軸部１８の下端のピボット軸受を溝付き円錐軸受として構成した例である。図１と同じ符号は同じ部材を示している。
ピボット軸受２６ａは、中空軸部１６の底面に位置して上方に開放する円錐面と、軸部１８の先端に位置する裁頭円錐面より構成される。この構成により、回転体１４はピボット軸受２６ａを支点として、中心軸２４を中心に回転可能に構成される。
円錐軸受の頂角を小さくすれば、図１のピボット軸受より軸受面を広くすることができ、ラジアル方向の許容荷重が大きくなるので、ピボット軸受２６ａの支点効果を高めることができる。また、潤滑流体の掻きこみを行う溝を設けた場合、溝形成領域も広くすることができるので、スラスト軸受効果をも高めることができる。必要な支点効果を得るにはスラスト方向に加える負荷力も重要で、必要な支点効果が得られる負荷力は実験的に調べ、このスラスト負荷力を駆動モータの吸引力で与えればよい。また円錐軸受の場合には下端軸受も上部軸受と一体加工することが容易であるので、二つの軸受の同心精度を高めることができる。
【００３５】
図７は、本発明による流体軸受回転機構のさらに他の実施形態を示している。
本実施形態の流体軸受回転機構で、支持部材が軸状部分を備え、回転体が支持部材の軸状部分の回りを回転する形態である。また、本実施形態の流体軸受回転機構は、ピボット軸受が上端に位置し、真円形ラジアル軸受が下方に位置する形態である。
【００３６】
支持部材１１２は、ベース１１３の中心から鉛直方向上方に延びる軸部１１６を備えている。回転体１１４は、鉛直方向下方に延びる中空軸部１１８を備えている。また、回転体１１４は、ディスク円板１２０を水平に搭載するキャップ状のベース１２２を備えている。回転体１１４の中空軸部１１８には、支持部材１１２の軸部１１６が流体軸受の回転軸として同心上に挿入される。
【００３７】
回転体１１４の中空軸部１１８は流体軸受の外輪又は回転側として構成され、支持部材１１２の軸部１１６は流体軸受の内輪又は支持側として構成される。中空軸部１１８と軸部１１６との間には隙間があり、この隙間に流体を充填することにより流体軸受が構成される。
流体軸受は、軸鉛直方向上方のピボット軸受１２６と、鉛直方向上下方のラジアル軸受１２８より構成され、それぞれの軸受１２６，１２８は、回転軸が延びる方向で離間する２つの位置で同心上に設けられている。ピボット軸受及びラジアル軸受の構成は、図１の実施形態と同じである。また、ピボット軸受に傾斜溝を設け、ラジアル軸受に溝は設けない構成についても、図１の実施形態と同じである。
このように、軸受が、図１及び図６と上下逆になっている構造では、流体の封止に注意を払う必要があるが、シールを用いること、ランド部（ジャーナル部）にテーパを設けること、撥油剤を塗布すること、潤滑流体をプールする微小なチャンバを設けることにより、十分なシール効果を得ることができる。
【００３８】
流体軸受回転機構１１０は、回転体１１４に回転駆動力を与えるための駆動手段が設けられている。この駆動手段は、中空軸部１１８を囲繞する支持部材１１２の円筒壁１２４の周囲に設けられたステータ１３０と回転体１１４のベース１２２に設けられたロータ１３２よりなる。ステータ１３０とロータ１３２は、僅かな隙間をもって径方向に対峙している。ステータ１３０を通電すると回転体１１４は駆動力を与えられる。図１の実施形態と同様に、通電時、ピボット軸受に圧力をかける方向にステータ１３０がロータ１３２を吸引する構成とすることが好ましい。
【００３９】
本発明では、３つの実施形態を例示したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきでない。例えば、図７の実施形態において、支持部材と回転体が逆の関係であってもよい。この場合、回転体は、支持部材から下方に抜け出るので、回転体を下方から支持するスラスト部材を設け、起動時にモータの吸引力により、ピボット軸受に向って回転体が浮上し、その回転体がスラスト部材から離反するように構成してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明は、従来不安定になるために用いられなかった簡単な構造の真円形ラジアル軸受を用いながら、高速回転時に安定な流体軸受回転機構を提供することができる。また溝付き軸受に対して真円軸受は同じ軸受隙間なら等価隙間が小さいので減衰効果が大きく、また不釣合い振動を小さくでき、回転機構の耐衝撃性と回転精度を高める効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による流体軸受回転機構の実施形態を示す断面図。
【図２】球面状のピボット軸受の拡大断面図。
【図３】図１の流体軸受回転機構の解析モデルを示す概要図。
【図４】流体軸受回転機構の解析モデル系の特性方程式の複素根の実部と固有振動数の関係を示すグラフ。
【図５】回転速度の１／２の旋回振動の減衰率に及ぼす軸受寸法の影響を説明するグラフ。
【図６】本発明による流体軸受回転機構の他の実施形態を示す断面図。
【図７】本発明による流体軸受回転機構のさらに他の実施形態を示す断面図。
【図８】従来のレーザスキャナ用流体軸受回転機構を示す断面図。
【図９】従来の磁気ディスク装置用流体軸受回転機構を示す断面図。
【符号の説明】
１０  流体軸受回転機構
１２  支持部材
１４  回転体
１６  中空軸部
１８  軸部
２６  ピボット軸受
２８  真円形ラジアル軸受
３８  ステータ
４０  ロータ
【図１】
2004278721.tif 000005
【図２】
2004278721.tif 000006
【図３】
2004278721.tif 000007
【図４】
2004278721.tif 000008
【図５】
2004278721.tif 000009
【図６】
2004278721.tif 000010
【図７】
2004278721.tif 000011
【図８】
2004278721.tif 000012
【図９】
2004278721.tif 000013