(57)【要約】【課題】  起動時にジャーナルの回転姿勢や駆動方式に影響されることなく、安定した流体潤滑膜で高精度回転を達成できる多円弧フォイル気体軸受を提供する。【解決手段】  ジャーナル２の軸端から見た平面視において、２個のフォイル４１，４２のうち、１個のフォイル４１の各頂点部４１ａが他のフォイル４２の円弧面部４２ｂに位置するように円周方向に位相を違えて配置したので、多円弧フォイル気体軸受１の剛性が、低い部分と高い部分が相互に補い合い、局所的な軸受剛性の低い部分がなくなり、起動時におけるジャーナル２の移動又は倒れ込み等の現象を低減することができると共に、ジャーナル２全周面にわたって流体潤滑膜を存在させ、ジャーナル２の安定した高精度回転を保つことができる。【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一個又は複数個の頂点部と該頂点部の個数に対応する個数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気体軸受において、
前記閉ループ形状のフォイルを前記ジャーナルの軸方向に沿って複数個設け、前記ジャーナルの軸端から見た平面視において、前記複数個のフォイルのうち、少なくとも１個のフォイルの各頂点部が他のフォイルの円弧面部に位置するように円周方向に位相を違えて配置したことを特徴とする多円弧フォイル気体軸受。
【請求項２】
前記複数個のフォイルは、前記ジャーナルの軸方向に隣接又は所定の距離をおいて配置されたことを特徴とする請求項１記載の多円弧フォイル気体軸受。
【請求項３】
前記複数個のフォイルは、少なくとも１つのフォイルの頂点数が、他のフォイルの頂点数と異なることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多円弧フォイル気体軸受。
【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一個又は複数個の頂点部と該頂点部の個数に対応する個数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気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気体軸受としては、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気体軸受の構造は、図５に示すようになっている。しかして、図５において、多円弧フォイル気体軸受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的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４ｂ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気体軸受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気体軸受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、起動時に多円弧フォイル気体軸受１の剛性の低い頂点部４ａ方向にジャーナルが移動、又は該頂点部４ａ方向にジャーナル２が倒れこみ、該頂点部４ａと膨出状の円弧面部４ｂとの変曲部４ｃにジャーナル２が強く接触し、起動摩擦力の増大及び変曲部４ｃでの摩耗の増大を招いている。
【０００６】
また、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は、粘度の低い気体であるが故に、頂点部４ａから変曲部４ｃにかけて流体潤滑膜が途切れ、ジャーナル２の安定した高回転精度が得られないこともある。
【０００７】
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、起動時にジャーナルの回転姿勢や駆動方式に影響されないと同時に、ジャーナル２全周にわたって安定して存在する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気体軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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２の外周を空隙を介して囲む軸受保持部材３と、前記空隙に配置されて前記ジャーナル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４１ａ，４２ａと該頂点部４１ａ，４２ａの個数に対応する個数の円弧面部４１ｂ，４２ｂとを有する多円弧の閉ループ形状のフォイル４１，４２と、該フォイル４１，４２と対向する前記軸受保持部材３との空隙に充填された粘弾性体６１，６２（粘弾性体に代えて弾性体又は粘弾性体と弾性体の複合体でも良い。）と、から構成され、前記ジャーナル２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２を支持する多円弧フォイル気体軸受１において、前記閉ループ形状のフォイル４１，４２を前記ジャーナル２の軸方向に沿って複数個（図示の場合には、２個）設け、前記ジャーナル２の軸端から見た平面視（図の矢視Ｃ）において、前記複数個のフォイル４１，４２のうち、少なくとも１個のフォイル４１の各頂点部４１ａが他のフォイル４２の円弧面部４２ｂに位置するように円周方向に位相を違えて配置したことを特徴とする。
【０００９】
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１に示すように、請求項１記載の多円弧フォイル気体軸受１において、前記複数個のフォイル４１，４２は、前記ジャーナル２の軸方向に隣接又は所定の距離ｄをおいて配置されたことを特徴とする。
【００１０】
また、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３に示すように、請求項１又は請求項２記載の多円弧フォイル気体軸受１において、前記複数個のフォイル４５，４６は、少なくとも１つのフォイル４５の頂点数（図示の場合、３個）が、他のフォイル４６の頂点数（図示の場合、２個）と異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明においては、ジャーナル２の軸端から見た平面視において、複数個のフォイル４１，４２のうち、少なくとも１個のフォイル４１の各頂点部４１ａが他のフォイル４２の円弧面部４２ｂに位置するように円周方向に位相を違えて配置したので、多円弧フォイル気体軸受１の剛性の低い部分と高い部分が相互に補い合い、局所的に軸受剛性の低い部分がなくなり、起動時におけるジャーナル２の移動又は倒れ込み等の現象を低減することができる。また、一方のフォイル４１とジャーナル２の隙間５１に形成された流体潤滑膜が、そのフォイル４１の頂点部４１ａ近傍で途切れたとしても、他のフォイル４２とジャーナル２との隙間５２に形成された流体潤滑膜が存在し、ジャーナル２全周にわたって流体潤滑膜が発生して支持されるために、ジャーナル２の安定した高精度回転を保つことができる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明においては、複数個のフォイル４１，４２が、ジャーナル２の軸方向に隣接又は所定の距離ｄをおいて配置されても、ジャーナル２の高精度回転を維持することができる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明においては、複数個のフォイル４５，４６において、少なくとも１つのフォイル４５の頂点数が、他のフォイル４６の頂点数と異なることにより、多円弧フォイル気体軸受の軸受剛性及び弾性がジャーナル２の軸方向に変化し、また、回転時に形成される流体潤滑膜の剛性及び弾性もジャーナル２の軸方向に変化しジャーナル２を支持するので、ジャーナル２の回転特性に最適な流体潤滑膜を発生させ、安定した高精度回転を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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気体軸受の断面図（Ａ）、Ａ−Ａ断面図（Ｂ）、Ｂ−Ｂ断面図（Ｃ）である。
【００１５】
第１実施形態における多円弧フォイル気体軸受１は、１つの軸受保持部材３の内部に上下２つのフォイル４１，４２を有したものである。そして、上側フォイル４１及び下側フォイル４２は、それぞれ多円弧の閉ループ形状となっており、２個の頂点部４１ａ，４２ａと膨出状の円弧面部４１ｂ，４２ｂとを有する。また、各フォイル４１，４２の外周と軸受保持部材３との間の空隙には、各フォイル４１，４２に対応するように上側粘弾性体６１と下側粘弾性体６２とが充填されている。なお、本実施形態（他の実施形態においても同じ。）における円弧面部４１ｂ，４２ｂは、図５に示す従来例と同じように、ジャーナル２の直径に対応するフォイル４１，４２の円弧部分である。
【００１６】
フォイル４１，４２は、２枚の平坦な方形状薄板を重ね合わせてその両端辺をスポット、シーム、レーザ等の溶接や接着剤やロウ付け等の方法で接合され、軸に装着すると各フォイル４１，４２の頂点部４１ａ，４２ａ（接合部が頂点部を構成する）と膨出状の円弧面部４１ｂ，４２ｂとを有する多円弧の閉ループ形状となる。また、フォイル４１，４２は、軸受保持部材３の内部に装着される際に、ジャーナル２の端部から見た平面視（図の矢視Ｃ）において、上側フォイル４１の頂点部４１ａと下側フォイル４２の頂点部４２ａが円周方向に９０°の位相を違えてジャーナル２の軸方向に距離ｄ（距離ｄを０として隣接させても良い。）を置いて配置されている。なお、フォイル４１，４２は、ステンレス鋼、リン青銅、真鍮、銅、アルミニウム等の金属薄板が使用され、その厚さは１０〜１００μｍである。また、粘弾性体６１，６２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。更に、粘弾性体６１，６２に代えて弾性体（例えば、ばねや波状フォイル等）を使用してもよいし、粘弾性体と弾性体とを組み合わせた複合体を使用してもよい。
【００１７】
また、ジャーナル２を支持したときに、ジャーナル２と各フォイル４１，４２との間には所定の軸受隙間５１，５２が設けられており、その隙間５１，５２の分布は、頂点部４１ａ，４２ａの近傍部分の軸受隙間５１，５２が最も大きく、２つの頂点のほぼ中間部分での軸受隙間５１，５２で最小となっている。なお、静止時においては、中間部分での軸受隙間５１，５２の位置でジャーナル２と上側フォイル４１と下側フォイル４２とが接触している。また、軸受隙間５１，５２は、最も小さい部分での軸受隙間５１，５２でジャーナル２の径の約３/１０００以下に設計するのが一般である。また、ジャーナル２の回転振動を小さくするには、軸受隙間５１，５２を小さく設定するとよい。本実施形態（他の実施形態も同じ。）における多円弧フォイル気体軸受においては、静止時に軸受隙間５１，５２がほとんどない状態でもフォイル４１，４２とそれを支持する粘弾性体６１，６２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２を浮上させることができる。なお、図１〜図５においてフォイル４１，４２の厚さ及び軸受隙間５１，５２は、理解し易いように誇張して図示してある。
【００１８】
しかして、上記のように構成される多円弧フォイル気体軸受１の作用について説明すると、多円弧フォイル軸受の剛性の低い頂点部４１ａ，４２ａの位相を違えてフォイル４１，４２を、距離ｄを介してジャーナル２の軸方向に配置されているので、多円弧フォイル気体軸受１の剛性の低い部分と高い部分が相互に補い合い、局所的に軸受剛性の低い部分がなくなるため、起動時におけるジャーナル２の移動又は倒れ込み等の現象の低減につながり、安定したジャーナル２の起動ができる。
【００１９】
また、ジャーナル２が回転すると、頂点部４１ａ，４２ａ付近の軸受隙間５１，５２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中間部分に向かって流体潤滑膜が発生する。この場合、フォイル４１，４２は、各フォイル４１，４２の頂点部４１ａ、４２ａの位相を違えて、距離ｄを介してジャーナル２の軸方向に配されているので、上側フォイル４１とジャーナル２の軸受隙間５１に形成された流体潤滑膜が、当該フォイル４１の頂点部４１ａ近傍で途切れたとしても、下側フォイル４２とジャーナル２との隙間５２に形成された流体潤滑膜が存在し、ジャーナル２全周にわたって流体潤滑膜が発生する。この流体潤滑膜と粘弾性体６１，６２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。
【００２０】
上記した第１実施形態においては、２個の頂点部と２個の円弧面部とを有する上下２つのフォイル４１，４２でジャーナル２に支承したものについて説明したが、２つ以上のフォイルで支承したものでも良い。このような第１実施形態の変形例として、図２に基づいて説明する。図２は、第１実施形態の変形例に係る多円弧フォイル気体軸受の断面図（Ａ）、Ａ−Ａ線断面図（Ｂ）、Ｂ−Ｂ線断面図（Ｃ）である。
【００２１】
第１実施形態の変形例に係る多円弧フォイル気体軸受１は、軸受保持部材３の上下の端部にそれぞれ設けられ且つ２個の頂点部４３ａと２個の円弧面部４３ｂとを有する多円弧の閉ループ形状の２つの外側フォイル４３と、その２つの外側フォイル４３の内側の軸受保持部材３に距離ｄ１を有して設けられ且つ２個の頂点部４４ａと２個の円弧面部４４ｂとを有する多円弧の閉ループ形状の２つの内側フォイル４４と、それに対応する軸受保持部材３との空隙に充填される外側粘弾性体６３、内側粘弾性体６４とにより構成されている。つまり、この変形例においては、２つの外側フォイル４３と２つの内側フォイル４４との合計４つのフォイルでジャーナル２を支承する構造であり、２つの内側フォイル４４相互間は、距離ｄ２を有するように設定されている。
【００２２】
ここで、外側フォイル４３の頂点部４３ａと内側フォイル４４の頂点部４４ａとは、平面視（図の矢視Ｃ）において９０°の位相を違えて、ジャーナル２の軸方向に、上記した距離ｄ１及びｄ２（ｄ１、ｄ２≧０）を置いて配置してある。外側フォイル４３のフォイル幅と内側フォイル４４のフォイル幅とは、必ずしも一致しなくてもよく、図示するように、外側フォイル４３のフォイル幅を内側フォイル４４のフォイル幅よりも大きく形成しても良いし、外側フォイル４３同士又は内側フォイル４４同士のフォイル幅も必ずしも同一でなくても良い。また、各フォイル４３，４４の材質や厚さ、又は粘弾性体６３，６４の材質や硬度も、ジャーナル２の回転特性に合わせて、安定した起動および高精度回転が得られるように、相互にフォイル及び粘弾性体と異種異形のものを選択し使用してもよい。そして、上記のように構成される第１実施形態の変形例においても、第１実施形態と同じように、多円弧フォイル気体軸受１の剛性の低い部分と高い部分が相互に補い合い、局所的に軸受剛性の低い部分がなくなるため、起動時におけるジャーナル２の移動又は倒れ込み等の現象の低減につながり、安定したジャーナル２の起動ができると共に、回転に伴う不釣合い振動などを外内のフォイル４３，４４に形成される流体潤滑膜と粘弾性体６３，６４の復元力と減衰力とにより支持、減衰され、安定した高精度回転を実現することができる。
【００２３】
上記した第１実施形態及びその変形例においては、２個の頂点部と２個の円弧面部とを有する上下２つのフォイル４１，４２又は外内４つのフォイル４３，４４でジャーナル２に支承したものについて説明したが、頂点部の個数の異なる複数個のフォイルで支承したものでも良い。このような実施形態（第２実施形態）として、図３に基づいて説明する。図３は、第２実施形態の変形例に係る多円弧フォイル気体軸受の断面図（Ａ）、Ａ−Ａ線断面図（Ｂ）、Ｂ−Ｂ線断面図（Ｃ）である。
【００２４】
第１実施形態ではジャーナルの軸方向に配置された、上側フォイル４１及び下側フォイル４２の頂点数は、何れも２個で構成されているが、第２実施形態では、上側フォイル４５の頂点数は３個、下側フォイル４６の頂点数は２個、と異なっており、上側フォイル４５の頂点部４５ａと下側フォイル４６の頂点部４６aとが、平面視（図の矢視Ｃ）で同じ位置に存在しないように、位相を違えて配置されている。また、第２実施形態に係る多円弧フォイル気体軸受１においては、前述した各実施形態と同様に、各フォイル４５，４６に対応する円弧面部４５ｂ，４６ｂ、粘弾性体６５，６６、隙間５５，５６とを有している。このように、上側フォイル４５と下側フォイル４６の頂点数が異なるので、多円弧フォイル気体軸受の軸受剛性及び弾性をジャーナルの軸方向に変化させ、ジャーナル２の回転特性に最適な流体潤滑膜を形成し、安定した高精度回転を得ることができる。
【００２５】
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、２〜３個に限定されない。
【００２６】
本発明に係る多円弧フォイル気体軸受においては、起動時又は停止時又は低回転時にフォイル４１〜４６とジャーナル２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２の外周面とフォイル４１〜４６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。
【００２７】
本発明に係る多円弧フォイル気体軸受においては、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、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、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。具体的には、ハードディスクドライブ用モータの回転スピンドル７０に応用した場合には、図４（Ａ）に示すように、ジャーナル２に有底円筒状のディスク固定部材７１（ディスクは図示省略）を固定すると共に、ジャーナル２を支承するための多円弧フォイル気体軸受１（図１に示す多円弧フォイル気体軸受１と同じ構造）の軸受保持部材３を固定台上に固定する。一方、ディスク固定部材７１の内周面に磁石７２が固定され、軸受保持部材３の外周面にコイル７３が周設されている。しかして、コイル７３に電気を通電すると、磁石７２とコイル７３に流れる電流の作用によりディスク固定部材７１が高精度に高速回転する。なお、図４（Ａ）に示したものは、図１に示す多円弧フォイル気体軸受１をそのままハードディスクドライブ用モータの回転スピンドルに応用したものであるが、図４（Ｂ）に示すように、ジャーナル２に有底円筒状のディスク固定部材８１（複数のディスク８３が固定されている。）を固定すると共に、ジャーナル２を支承するための多円弧フォイル気体軸受として、該軸受の軸受保持部材３が円筒状の軸固定部材８４の内周上下に離れて固定された構造を有する回転スピンドル８０であっても良い。この場合には、軸受保持部材３がそれぞれ上下のフォイル４１，４２に対応するように形成され、その上下の軸受保持部材３が、固定台上に固定される軸固定部材８４の内周上下に固定される。そして、軸固定部材８４の外周面にコイル８５が周設され、ディスク固定部材８１の内周面に磁石が固定されている。そして、図４（Ｂ）に示すハードディスクドライブ用モータの回転スピンドルも、コイル８５に電気を通電すると、磁石８２とコイル８５に流れる電流の作用によりディスク固定部材８１が高精度に高速回転する。
【００２８】
なお、以上説明した実施形態では、ジャーナル２が回転し、軸受摺動面であるフォイル４１〜４６、粘弾性体６１〜６６及び軸受保持部材３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気体軸受では、ジャーナル２が静止し、フォイル４１〜４６、粘弾性体６１〜６６及び軸受保持部材３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】
【００２９】
【図１】第１実施形態に係る多円弧フォイル気体軸受の断面図（Ａ）、Ａ−Ａ線断面図（Ｂ）、Ｂ−Ｂ線断面図（Ｃ）である。
【図２】第１実施形態の変形例に係る多円弧フォイル気体軸受の断面図（Ａ）、Ａ−Ａ線断面図（Ｂ）、Ｂ−Ｂ線断面図（Ｃ）である。
【図３】第２実施形態に係る多円弧フォイル気体軸受の断面図（Ａ）、Ａ−Ａ線断面図（Ｂ）、Ｂ−Ｂ線断面図（Ｃ）である。
【図４】実施形態に係る多円弧フォイル気体軸受を応用したハードディスクドライブ用モータの断面図である。
【図５】多円弧フォイル気体軸受の従来例に係る断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
２    ジャーナル
３    軸受保持部材
４    フォイル
４１  上側フォイル
４１ａ  頂点部
４１ｂ  円弧面部
４２  下側フォイル
４２ａ  頂点部
４２ｂ  円弧面部
４３  外側フォイル
４３ａ  頂点部
４３ｂ  円弧面部
４４  内側フォイル
４４ａ  頂点部
４４ｂ  円弧面部
４５  上側フォイル
４５ａ  頂点部
４５ｂ  円弧面部
４６  下側フォイル
４６ａ  頂点部
４６ｂ  円弧面部
５１〜５６  軸受隙間
６１〜６６  粘弾性体
【図１】
2007239962.tif 000003
【図２】
2007239962.tif 000004
【図３】
2007239962.tif 000005
【図４】
2007239962.tif 000006
【図５】
2007239962.tif 000007