JP2008175254A - 回転軸の支持方法 - Google Patents

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康夫 有川
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Abstract

【課題】回転軸と支持部材とのガタをなくし、高精度に回転することができる回転軸の支持方法を提供する。
【解決手段】支持部14を構成する第1支持部材21及び第2支持部材22は、ガイド軸24を介して第1固定部材15に固定されている。第3支持部材23は、回転軸12の方向に付勢された加圧機構に取り付けられている。この3つの支持部材21,22,23によって回転軸12を支持すると共に、第3支持部材23の付勢力によって隙間(ガタ)が詰められ、常に三点で支持することができる。よって、回転軸12を回転させたとしても、隙間に起因する振動などの影響を受けずに回転軸12をスムーズに回転させることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、回転軸の支持方法に関し、特に、回転軸と支持部材との間に隙間を生じさせない回転軸の支持方法に関する。
上記した回転軸は、例えば、記録再生装置(例えば、CDやDVD)などのディスクを回転させるために用いられる。この回転軸を支える軸受け構造は、例えば、転がり軸受け構造や滑り軸受け構造などがある。転がり軸受け構造としては、ボールベアリングを用いたものや、荷重の大きな部分に対応させるローラベアリングなどが挙げられる。一方、滑り軸受け構造としては、例えば、特許文献1に記載のように、自動旋盤などに用いられるガイドブッシュなどが挙げられる。
図4(a)は、ガイドブッシュ111の周辺を回転軸112の先端側から見た側面図である。図4(b)は、ガイドブッシュ111の周辺を上方から見た上面図である。例えば、図4に示すように、ガイドブッシュ111を用いた滑り軸受け構造の場合、被加工材である回転軸112が細いことに起因して、回転軸112とガイドブッシュ111との隙間113がどの部分に発生するか明確でなく、更に、回転軸112を決まって支持する部分が明確となっていない。このような回転軸112に刃工具としてのバイト114から側圧が加わっている場合には、側圧を加えている側と反対側に支持する部分が存在することとなるが、側圧の方向が一定でない場合には、支持する部分が都度変わり不安定な状態となる。よって、回転軸112が隙間(ガタ)113分移動するため、回転軸112の位置精度が悪くなる。また、ボールベアリングなどを用いた転がり軸受け構造においても、隙間に起因して悪影響を及ぼす。
図5(a)は、回転軸112の支持方法を上方から見た上面図である。図5(b)は、回転軸112の支持方法を回転軸112の先端側から見た側面図である。最近では、図5に示すように、ハードディスクの回転軸112に使われるような、流体軸受け構造が用いられる。この軸受け構造によれば、回転軸112が液体または気体を介して軸受スリーブ121に挿入されている。液体又は気体の入る隙間は、例えば、0.5μm〜1μm程度である。回転軸112は、軸受スリーブ121に案内されて回転すると共に、回転により生じた圧力(動圧)により回転軸112を保持する軸受け構造となっている。
また例えば、図6に示すように、板バネ131のような付勢部材を用いて回転軸112に側圧を加え、回転軸112と軸受け132との隙間(ガタ)を片側に寄せる方法が用いられる。
特開平9−225702号公報
しかしながら、流体軸受け構造では、軸受けの精度が高められるものの、回転軸112に側圧が加わった場合には、液体や気体に変位が生じ、結果的に、回転軸112の回転精度及び位置精度を低下させるという問題がある。
また、付勢部材を用いた構造では、回転軸112が板バネ131及び軸受け132の二点で支持されており、付勢力を加えている方向に対しては安定した状態となっているものの、付勢力を加えていない方向に対しては、不安定な状態となっている。これらのことから、振動などが発生し高速の回転ができないなど、高精度に回転させることが困難であるという問題がある。
本発明は、回転軸と支持部材とのガタをなくし、効率的に高精度に回転することができる回転軸の支持方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る回転軸の支持方法は、回転軸の外周に接触可能な3つの支持部材によって前記回転軸を支持し、前記回転軸を回転させると共に前記回転軸を回転自在に回転支持することを特徴とする。
この方法によれば、丸棒の回転軸の外周を3つの支持部材によって支持するので、回転軸を支持する位置を決めることができると共に、ガタの無い状態で保持することが可能となる。よって、回転軸を回転させたとしても、回転軸を3点で支持しているので、回転軸が不安定な状態になることを防ぐことができる。これにより、回転軸を安定した状態で支持することが可能となり、スムーズに効率よく回転させることができる。
本発明に係る回転軸の支持方法では、前記3つの支持部材は、本体に固定された第1支持部材及び第2支持部材と、前記回転軸側に付勢される付勢手段に固定された第3支持部材とを有することを特徴とする。
この方法によれば、本体に固定された第1支持部材及び第2支持部材によって回転軸を支持する位置を決めることが可能となり、第3支持部材の付勢力によって回転軸を前記2つの支持部材に押し付けているので隙間が詰められ、回転軸と3つの支持部材との間に隙間(ガタ)が生じることを無くすことができる。よって、回転軸を回転させたとしても、回転軸と支持部材との間に隙間を発生させることなく、不安定な状態(例えば、振動など)になることを防ぐことができる。その結果、回転軸をスムーズに回転させることができ、高い軸受け精度及び高回転で回転させることが可能となる。
本発明に係る回転軸の支持方法では、前記第1支持部材及び前記第2支持部材は、前記回転軸を介し前記第3支持部材の付勢力を受ける側に配置されていると共に、前記第3支持部材の位置を基準として均等な角度に割り振られて配置されていることが望ましい。
この方法によれば、第1支持部材及び第2支持部材によって、第3支持部材の付勢する力をバランスよく受け止めることが可能となり、安定した状態で回転軸を支持することができる。
本発明に係る回転軸の支持方法では、前記3つの支持部材は、中央に丸孔を有する回転可能なローラと、前記丸孔の中に挿入されたガイド軸とをそれぞれ有すると共に、前記第3支持部材の前記付勢力を含む面が前記第1支持部材及び前記第2支持部材の前記ローラの外周面と交差して配置され、前記第1支持部材及び前記第2支持部材は、前記ガイド軸が前記本体に固定されており、前記第3支持部材は、前記付勢力が前記回転軸の軸方向に対し垂直に作用するように配置されていると共に、前記ガイド軸が前記付勢手段に固定されていることを特徴とする。
この方法によれば、第1支持部材及び第2支持部材のローラは、第3支持部材の付勢力によって、ガイド軸と回転軸とに挟まれて回転するので、回転軸を隙間(ガタ)の無い状態で回転させることができる。更に、第3支持部材のローラも、回転軸側に付勢されたガイド軸と回転軸とによって挟まれて回転するので、回転軸を隙間の無い状態で回転させることができる。よって、回転軸をガタが無くスムーズに回転させることができる。加えて、回転軸をローラを用いた回転軸受けで受けるので、回転軸に与える付加(摩擦など)を抑えることができる。更に、耐熱性や耐磨耗の面で優れ、長寿命に適した支持方法を提供することができる。また、第3支持部材の付勢力が回転軸の軸方向に対し垂直に作用するように第3支持部材が配置されていると共に、付勢力を含む面とローラの外周面とが交差するように3つの支持部材が配置されているので、付勢力と反力との間で偶力が発生することを抑制でき、回転軸を高精度に回転させることができる。
本発明に係る回転軸の支持方法では、前記ローラの外周面は、鏡面仕上げ加工が施されていることが望ましい。
この方法によれば、外周面が鏡面仕上げ加工されたローラを用いて回転軸を支持するので、ローラを回転させた際の回転軸の位置ずれを少なくすることができる。よって、回転軸をスムーズに回転させることができる。
本発明に係る回転軸の支持方法では、前記第1支持部材、前記第2支持部材、前記第3支持部材は、前記回転軸を滑り接触で支持する滑り支持部材を有することを特徴とする。
この方法によれば、滑り支持部材の同じ面で回転軸を支持するので、上記した転がり軸受けと比較して、回転軸のラジアル方向の位置ズレを抑えることができる。更に、転がり軸受けと比較して、簡単な軸受け構成によって回転軸を支持することができる。
本発明に係る回転軸の支持方法では、前記滑り支持部材は、前記回転軸との接触面に鏡面仕上げ加工が施されていることが望ましい。
この方法によれば、鏡面仕上げ加工された滑り支持部材を用いて回転軸を支持するので、回転軸を支持する際の回転軸の位置ずれを少なくすることができると共に、回転軸との摩擦抵抗を少なくすることが可能となる。よって、回転軸をスムーズ及び高精度に回転させることができる。
本発明に係る回転軸の支持方法では、前記3つの支持部材は、前記回転軸のスラスト方向に複数配置されていることが望ましい。
この方法によれば、回転軸におけるスラスト方向を複数の支持部材によって支持するので、回転軸の一端側と他端側との軸位置がずれることを抑えることができる。更に、複数配置したことにより、回転軸におけるスラスト方向のある範囲や配置された近傍においては、振動を抑えることが可能となり、スムーズに回転させることができる。
以下、本発明を具体化した実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、回転軸の支持構造及び支持方法を、回転軸の先端側から見た側面図である。図2は、図1に示す回転軸の支持構造及び支持方法を上方から見た平面図であり、(a)は第1支持部と第2支持部とを含めた範囲を示す平面図、(b)は第3支持部材の位置に対して第1支持部材及び第2支持部材の位置がずれた場合を示す平面図である。以下、回転軸の支持構造及び支持方法を、図1及び図2を参照しながら説明する。
図1及び図2に示すように、回転軸12は、3つの支持部材(21,22,23)で構成される支持部14によって支持されている。また、回転軸12は、上記したように、例えば、CDやDVDなどのディスクを回転させるために用いられる。
支持部14は、回転軸12のラジアル方向を三点で支持するために用いられ、3つの支持部材としての第1支持部材21と第2支持部材22と第3支持部材23とを有する。詳述すると、第1支持部材21及び第2支持部材22は、本体に取り付けられている。第3支持部材23は、回転軸12側に付勢力を与えると共に、回転軸12方向にスライド可動することが可能に設けられている。更に、第3支持部材23は、付勢力が回転軸12の軸方向に対し垂直に作用するように配置されている。
また、図2(a)に示すように、3つの支持部材(21,22,23)は、第3支持部材23の付勢力Fを含む面Mが、第1支持部材21及び第2支持部材22の外周面(ローラ25a,25bの外周面)と交差するように配置されている。図2(b)に示すように、第3支持部材23の付勢力Fを含む面と、第1支持部材21及び第2支持部材22の反力F’を含む面とが距離L分ずれる場合(L=0でない場合)、付勢力Fと反力F’との間で偶力が発生する。よって、回転軸12の回転精度に悪影響を及ぼす。しかしながら、本実施形態では、上記したように付勢力Fを含む面Mとローラ25a,25bの外周面とが交差するように3つの支持部材(21,22,23)が配置されているので、付勢力Fと反力F’との間で偶力が発生することを抑制でき、回転軸12の回転精度を向上させることができる。
また、第1支持部材21〜第3支持部材23は、回転軸12が外部からの力を受けたとしても影響を受けにくいような位置に配置することが望ましい。また、スライド可動する第3支持部材23の配置位置を基準に、第1支持部材21と第2支持部材22との角度を均等に割り振って配置するようにしてもよい。第1支持部材21〜第3支持部材23は、例えば、転がり軸受けであり、ガイド軸24(24a,24b,24c)と、ローラ25(25a,25b,25c)とを有する。
ローラ25は、回転軸12を支持する外周面に鏡面仕上げ加工が施されている。鏡面仕上げ加工は、例えば、表面粗さが0.1μm以下の加工である。このように、各ローラ25(25a,25b,25c)の外周面に鏡面仕上げ加工を施すことにより、回転軸12をスムーズに高精度に回転させることが可能となる。
第1支持部材21は、第1固定部材15に両端が固定された第1ガイド軸24aと、中央に丸孔を有し第1ガイド軸24aをガイドにして回転する第1ローラ25aとを備える。回転軸12は、第1ガイド軸24aが第1固定部材15に固定されていることにより、第1ローラ25aを押し付けて回転する際、第1支持部材21側への位置が固定される。
第2支持部材22は、第1支持部材21と同様の構成になっており、第1固定部材15に両端が固定された第2ガイド軸24bと、中央に丸孔を有し第2ガイド軸24bをガイドにして回転する第2ローラ25bとを備える。回転軸12は、第2ガイド軸24bが第1固定部材15に固定されていることにより、第2ローラ25bを押し付けて回転する際、第2支持部材22側への位置が固定される。
第3支持部材23は、回転軸12の方向に付勢力を与える付勢手段としての加圧機構26に両端が固定された第3ガイド軸24cと、中央に丸孔を有し第3ガイド軸24cをガイドにして回転する第3ローラ25cとを備える。加圧機構26は、例えば、バネの付勢力を利用しており、第2固定部材16にスライド可能に取付けられている。つまり、回転軸12は、回転可能に位置が固定された第1支持部材21及び第2支持部材22と、回転軸12の方向に付勢された第3支持部材23とによって、三点で支持することが可能となっている。
以上のような構成によれば、第3支持部材23の付勢力によって隙間(ガタ)が詰められ、常に三点(第1支持部材21〜第3支持部材23と、回転軸12との接触点)で回転軸12を支持することができる。これにより、回転軸12が回転したとしても、回転軸12と、回転軸12を支持する支持部14との間に隙間を発生させることなく、回転可能にしっかり支持された状態で回転させることができる。更に、回転軸12側への付勢力(加圧力)が適切に調整されていることにより、回転軸12をスムーズに回転させることができる。
また、第1ローラ25a〜第3ローラ25cは、丸孔の内周とガイド軸24(24a,24b,24c)とが接触して回転するので、内周から外周までの厚みWの寸法が、各ローラ25(25a,25b,25c)の全周に亘って均一となっていることが要求される。特に、回転軸12の位置を決めている第1ローラ25a及び第2ローラ25bの厚みWの寸法が精度高く仕上げられていることが望ましい。各ローラ25は、例えば、栓ゲージを製造する方法を用いることにより、0.5μm以内の精度で加工することが可能である。厚みWの寸法にバラツキが生じることにより、第1ローラ25a及び第2ローラ25bが回転した際、回転軸12の位置精度に悪影響を及ぼす。
また、図2に示すように、支持部14は、回転軸12におけるスラスト方向(回転軸12の一端から他端までの間)に2箇所配置されている。2つの支持部14は、第1支持部14aと、第2支持部14bとである。なお、第1支持部14aと第2支持部14bとは、同様の構成になっている。回転軸12を第1支持部14a及び第2支持部14bで支持することにより、回転軸12における支持部14(14a,14b)から離れた部分で振動していたとしても、支持部14(14a,14b)付近では振動を抑えて回転させることができる。よって、回転軸12をより安定した状態で高速回転させることが可能となる。なお、回転軸12の長さに応じて、支持部14の配置数を増やすようにしてもよい。
次に、回転軸12の支持方法を、図1及び図2を参照しながら説明する。
支持部14に回転軸12が設置されていない状態では、ローラ25とガイド軸24との間に隙間を有するので、各支持部材(21,22,23)は不安定な状態となっている。
次に、回転軸12を、第1支持部14a及び第2支持部14bによって支持する。回転軸12の取付方法としては、加圧機構26を押し戻しながら、第1支持部材21〜第3支持部材23によって囲まれた領域を広げ、そのあと、この領域に回転軸12を挿入するようにする。また、固定されている第2固定部材16を、例えば、フリーにすると共にスライド移動させて挿入する領域を広げ、回転軸12を設置したあと、第2固定部材16を正規の位置に戻して固定させるようにしてもよい。
そして、第3支持部材23の位置を正規の位置に戻すことにより(図1の状態)、第3支持部材23の付勢力を回転軸12に与える。そして、回転軸12によって押された第1ローラ25a及び第2ローラ25bは、ローラ25の内周がガイド軸24と接触することで回転位置が決まる。以上により、回転軸12の位置が、第1支持部材21〜第3支持部材23によって固定される。更に、第3支持部材23の付勢力によって、回転軸12を隙間(ガタ)の無い状態で支持することができる。
次に、回転軸12を回転させる。回転軸12が回転する際、各ローラ25(25a,25b,25c)の内周の一部に隙間(ガタ)が生じているものの、回転軸12とガイド軸24とによって挟まれたローラ25の部分に隙間が発生しないため(隙間が片側に寄せられているため)、回転軸12は常に三点で支持されている。更に、回転軸12は、第3支持部材23の付勢力が適切に調整されていることから、回転軸12と支持部14との間にガタを発生させることなく、スムーズに回転させることが可能となっている。
以上のような構成の支持部14によって回転軸12を支持することにより、従来の流体軸受け構造や付勢部材を用いた構造と比較して、回転軸12と回転軸12を支える支持部14との間に隙間(ガタ)がなく、更に、回転位置が固定されているので、安定した状態でスムーズに高い回転数で回転させることができる。
以上詳述したように、本実施形態の回転軸の支持方法によれば、以下に示す効果が得られる。
(1)本実施形態によれば、第1固定部材15に固定された第1支持部材21及び第2支持部材22によって回転軸12の位置を決めることが可能となり、第3支持部材23の付勢力によって回転軸12を第1支持部材21及び第2支持部材22に押し付けているので、回転軸12を支持することができると共に、回転軸12と3つの支持部材21,22,23との間の隙間を詰めてガタを無くすことができる。よって、回転軸12を回転させた際、回転軸12と支持部14との間に前記隙間を発生させず、不安定な状態(例えば、隙間による振動など)になることを防止でき、高精度に回転させることができる。
(2)本実施形態によれば、第1支持部材21〜第3支持部材23を構成するローラ25(25a〜25c)によって回転軸12を転がり軸受けで支持するので、回転軸12に与える影響(例えば、発熱や傷、摩擦、振動など)を抑えることが可能となる。更に、第3支持部材23によって付勢力(加圧力)が適切に調整されているので、回転軸12をスムーズに回転させることが可能となり、回転軸12を高い回転数で回転させることができる。加えて、効率良く回転させることができ、回転の立ち上がりを早くさせることができる。
(3)本実施形態によれば、回転軸12の位置を決めている第1支持部材21の第1ローラ25a及び第2支持部材22の第2ローラ25bの厚みWの寸法を高精度に形成し、その他の部分(例えば、第1支持部材21及び第2支持部材22の丸孔の内周とガイド軸24(24a,24b)との隙間、第3支持部材23全体)の精度は回転軸12の回転精度に影響を与えないので、支持部14を高精度に形成するためにかかる支持部14全体のコストを抑えることができる。
(4)本実施形態によれば、付勢力Fを含む面Mとローラ25a,25bの外周面とが交差するように3つの支持部材(21,22,23)が配置されているので、付勢力Fと反力F’との間で偶力が発生することを抑制できる。よって、回転軸12をスムーズに回転させることが可能となり、回転精度を向上させることができる。
なお、実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。
(変形例1)
上記したように、第1支持部14a及び第2支持部14bがローラ25(25a,25b,25c)を用いた転がり軸受けであることに限定されず、図3に示すような、第3支持部51による滑り軸受けであってもよい。図3は、回転軸12の支持構造及び支持方法を回転軸12の先端側から見た側面図である。第3支持部51は、第1プレート52に位置が固定された第4支持部材53及び第5支持部材54と、回転軸12の方向に付勢されると共に回転軸12方向への加圧力が適切に調整された第6支持部材55とを有して構成されている。第4支持部材53〜第6支持部材55は、例えば、回転軸12との接触面の表面粗さが小さい(例えば、0.1μm以下の鏡面研磨加工)板状の滑り支持部材によって構成されている。そして、回転軸12は、第4支持部材53〜第6支持部材55の接触面で滑りながら支持されている。これによれば、転がり軸受けに比べて回転軸12に対する摩擦抵抗が増え回転効率が低下するものの、常に同じ面(第4支持部材53〜第6支持部材55の接触面)で支持しているので、各ローラ25(25a,25b,25c)の厚みWの精度に起因する回転軸12の位置がずれることを無くすことができる。加えて、転がり軸受けの構造と比較して、簡単な構造にすることが可能となり、かかるコストを抑えることができる。
(変形例2)
上記したように、転がり軸受け構造として、第1支持部材21〜第3支持部材23をローラ25(25a〜25c)とガイド軸24(24a〜24c)とを有して構成されることに代えて、例えば、ベアリングを用いて構成するようにしてもよい。
(変形例3)
上記したように、CD、DVD、ハードディスクなどの記録再生装置などに回転軸12が適用されることに限定されず、例えば、プリンタや自動車など回転する軸を支持する部分に適用するようにしてもよい。
実施形態に係る回転軸の支持構造及び支持方法を回転軸の先端側から見た側面図。 実施形態に係る回転軸の支持構造及び支持方法を上方から見た平面図であり、(a)は第1支持部と第2支持部とを含めた範囲を示す平面図、(b)は第3支持部材の位置に対して第1支持部材及び第2支持部材の位置がずれた場合を示す平面図。 回転軸の支持構造及び支持方法の変形例を示す側面図。 従来の回転軸の支持構造及び支持方法を示す模式図であり、(a)は回転軸の先端側から見た側面図、(b)は上方から見た平面図。 従来の回転軸の支持構造及び支持方法を示す模式図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は回転軸の先端側から見た側面図。 従来の回転軸の支持構造及び支持方法を示す模式図。
符号の説明
12…回転軸、14…支持部、14a…第1支持部、14b…第2支持部、15…第1固定部材、16…第2固定部材、21…第1支持部材、22…第2支持部材、23…第3支持部材、24…ガイド軸、24a…第1ガイド軸、24b…第2ガイド軸、24c…第3ガイド軸、25…ローラ、25a…第1ローラ、25b…第2ローラ、25c…第3ローラ、26…付勢手段としての加圧機構、51…第3支持部、52…第1プレート、53…第4支持部材、54…第5支持部材、55…第6支持部材。

Claims (8)

  1. 回転軸の外周に接触可能な3つの支持部材によって前記回転軸を支持し、
    前記回転軸を回転させると共に前記回転軸を回転自在に回転支持することを特徴とする回転軸の支持方法。
  2. 請求項1に記載の回転軸の支持方法であって、
    前記3つの支持部材は、本体に固定された第1支持部材及び第2支持部材と、前記回転軸側に付勢される付勢手段に固定された第3支持部材とを有することを特徴とする回転軸の支持方法。
  3. 請求項2に記載の回転軸の支持方法であって、
    前記第1支持部材及び前記第2支持部材は、前記回転軸を介し前記第3支持部材の付勢力を受ける側に配置されていると共に、前記第3支持部材の位置を基準として均等な角度に割り振られて配置されていることを特徴とする回転軸の支持方法。
  4. 請求項2又は請求項3に記載の回転軸の支持方法であって、
    前記3つの支持部材は、中央に丸孔を有する回転可能なローラと、前記丸孔の中に挿入されたガイド軸とをそれぞれ有すると共に、前記第3支持部材の前記付勢力を含む面が前記第1支持部材及び前記第2支持部材の前記ローラの外周面と交差して配置され、
    前記第1支持部材及び前記第2支持部材は、前記ガイド軸が前記本体に固定されており、
    前記第3支持部材は、前記付勢力が前記回転軸の軸方向に対し垂直に作用するように配置されていると共に、前記ガイド軸が前記付勢手段に固定されていることを特徴とする回転軸の支持方法。
  5. 請求項4に記載の回転軸の支持方法であって、
    前記ローラの外周面は、鏡面仕上げ加工が施されていることを特徴とする回転軸の支持方法。
  6. 請求項2又は請求項3に記載の回転軸の支持方法であって、
    前記第1支持部材、前記第2支持部材、前記第3支持部材は、前記回転軸を滑り接触で支持する滑り支持部材を有することを特徴とする回転軸の支持方法。
  7. 請求項6に記載の回転軸の支持方法であって、
    前記滑り支持部材は、前記回転軸との接触面に鏡面仕上げ加工が施されていることを特徴とする回転軸の支持方法。
  8. 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の回転軸の支持方法であって、
    前記3つの支持部材は、前記回転軸のスラスト方向に複数配置されていることを特徴とする回転軸の支持方法。
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