JP2504063B2 - 軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、音響機器，映像機器，事務用機器などに
使用される軸受装置に関する。

〔従来の技術〕

従来音響機器，映像機器などの磁気ヘッド用回転シリ
ンダの軸受装置としては、例えば上部シリンダに固着さ
れたスリーブを下部シリンダに固着された軸体の周りに
回転可能に嵌挿し、その軸体の外周面に動圧発生溝を設
けてスリーブを半径方向に支持する動圧形のラジアル軸
受を構成するとともに、スリーブの上端部の内周面に球
状体を圧入固着してスラスト受けとし、このスラスト受
けと前記軸体の上端の平面とを潤滑剤を介してまたは介
さないで対向させてスリーブを軸方向に支持するピボッ
ト形のスラスト軸受を構成した構造のものが知られてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

この種の軸受装置にあっては、軸受使用中における磁
気ヘッドの高さの変化をできるだけ少なくすることが必
要とされており、例えば高さの変化を５μｍ以内に抑え
ることが要求されている。

そこで、従来のピボット形のスラスト軸受にあって
は、スラスト受けには、軸受用鋼球（SUJ2）に焼入れ，
焼戻し処理を施したもの（硬さH_RC60〜66）を使用し、
一方、軸体はステンレス丸鋼（SUS420J2）に焼入れ，焼
戻し処理を施したもの（硬さH_RC45〜60）を使用してい
る。

しかしながら、その軸受装置についても、例えば2000
時間に及ぶ長期の摩耗試験を行った結果は第４図に示す
通りであって、スラスト受けを構成する球体１及びこれ
を支持する軸体２の当接面は、いずれも大きく摩耗し、
その摩耗量の総計は14μｍに達した。（第４図（ａ）に
示す球体及び第４図（ｂ）に示す軸端面はいずれも軸方
向と径方向との倍率を10:1に変えて表してある。） これは、球体の摩耗粉が球体と軸体との接触面に噛み
込まれることによって軸体端面の摩耗が促進されるため
と考えられる。

この発明はこのような従来の問題点に着目してなされ
たものであり、その目的とするところは、スラスト受け
となる球体の硬度を極めて高くすることにより、スラス
ト軸受全体の摩耗を減少せしめ、軸方向精度を長期間に
わたり所定の範囲内に維持し得る軸受装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するこの発明の軸受装置は、軸体と
該軸体に嵌挿されたスリーブとの何れか一方が他方にラ
ジアル軸受を介して回転可能に支持されるとともに、ス
リーブの一端部に球体からなるスラスト受けが固着さ
れ、該スラスト受けとスラスト受けに軸方向に対向して
接触する軸体の端面との間にスラスト軸受が構成されて
いる軸受装置において、前記スラスト受けは超硬合金か
らなり、前記スラスト受けの硬度を軸体端面の硬度より
も高くするとともに、前記軸体の端面に、前記スラスト
受けの半径より僅かに大きい曲率半径の凹球面を直接形
成したものである。

〔作用〕

超硬合金からなる球状のスラスト受けの硬度が軸体端
面の硬度より高くなっているうえ、このスラスト受けが
接する軸体の端面が、スラスト受けの半径より僅かに大
きい曲率半径の凹球面に形成されたものであるから摩耗
粉が生じにくく、従って摩耗粉による摩耗の促進がな
く、軸体のスラスト軸受面の摩耗量も極めて微量のまま
である。また、前記凹球面は軸体に直接形成されている
から、凹球面の中心を軸体の軸心に一致させて形成した
後には偏心するおそれがない。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明
する。

第１図は、この発明の軸受装置を磁気ヘッド用回転シ
リンダーに適用した実施例を示す縦断側面図である。

この軸受装置は、固定軸である軸体10の下端部が下部
シリンダ11に圧入等により固着されている。一方、その
軸体10の周りに回転可能に嵌挿されたスリーブ12は、上
部シリンダ13に固着されている。軸体10の外周面にはヘ
リングボーン状の動圧発生溝14a,14bを設けてスリーブ1
2を半径方向に支持する動圧形のラジアル軸受14を構成
している。

また、スリーブ12の軸方向上端部の内周面にスラスト
受けとしての球状体15が圧入固着されており、そのスラ
スト受け15と軸体10の上端面10Aとを潤滑剤を介してま
たは介さないで対向させて、スリーブ12を軸方向に支持
するピボット形のスラスト軸受Ｓを構成している。軸体
10の上端面10Aは第３図に拡大して示されるように凹球
面30が形成されている。すなわち、第３図に示すよう
に、超硬合金からなるスラスト受け15の凸球面15Aに対
向する軸体10の上端面10Aは、平面ではなく半径方向中
央部に凹球面30を有している。その凹球面30の曲率半径
Rsはスラスト受け15の凸球面15Aの曲率半径Rxより大き
くして構成されている。

而して、軸体10は焼入れ，焼戻し処理又は析出硬化処
理等の熱処理を施した硬さH_RC45〜60のステンレス丸鋼
（SUS420J2.SUS630.SUS631等）よりなるのに対して、ス
ラスト受け15はHv1300以上の超硬合金製であり、例えば
WC−Co合金その他のタングステンカーバイト基の合金か
らなっている。

上記のスリーブ12の上端部の内周面には、軸体10の上
端部とスラスト受け15との間の空気を外気に連通させる
空気抜き溝16が軸方向に設けてあり、スリーブ12の中間
部にも半径方向に貫通する空気抜き穴17を設けて、軸体
10の外周面とスリーブ12との間の空気を外気に連通さ
せ、軸受組立時における空気抵抗を軽減するとともに油
等の潤滑剤中に含まれる気泡を外部へ逃がすようにして
いる。

軸受装置の回転駆動モータは、円筒状のロータマグネ
ット18をスリーブ12の外周面に固着されたディスク19に
取付け、ロータマグネット18の外周面に円筒面で対向す
るステータコイル20を下部シリンダ11の側壁に取付けて
形成されている。

また、下部シリンダ11には、スリーブ12の外周に配設
した円筒状の固定側ロータリトランス21を取付け、この
固定側ロータリトランス21の外周面に円筒面で対向する
回転側ロータリトランス22を前記のディスク19に取付け
て、上部シリンダ13に取付けられた磁気ヘッド23から取
り出した信号を回転側ロータリトランス22を経て固定側
ロータリトランス21に伝達するようになっている。

次に作用を説明する。

上記の軸受装置は、スリーブ12と軸体10との間のラジ
アル軸受14のすきまに、油（合成炭化水素油，ふっ素油
等）、グリースなどの潤滑剤を充填して駆動するか、あ
るいは空気などの気体を潤滑剤に用いて駆動するように
なっており、下部シリンダ11に固着された回転駆動モー
タのステータコイル20に通電すると、ロータマグネット
18に回転力が発生してスリーブ12とこれに直接又は間接
に固着された各付属品とは一体となって回転する。スリ
ーブ12が回転すると、軸体10の動圧発生溝14a,14bによ
る動圧が発生してラジアル軸受14のすきまに流体膜が生
成され、この流体膜の圧力によりスリーブ12は軸体10に
対して非接触状態を保って半径方向に支持されるととも
に、スラスト受け15が軸体10の上端面と点接触するの
で、スリーブ12は軸体10の上端面10Aによって軸方向に
支持されて回転する。

スラスト受け15に前記超硬合金製の球体を用いた軸受
装置の耐摩耗性能を確認するために、軸受端面10Aを軸
体10の軸心に対して直角な平面として行ったスラスト軸
受けＳの2000時間に及ぶ摩耗試験の結果が第２図に示さ
れる。軸体にSUS420J2、潤滑剤に合成炭化水素油を使用
した（第２図（ａ）に示すスラスト受け及び第２図
（ｂ）に示す軸端面はいずれも軸方向と径方向との倍率
を10対１に変えて表してある。）。

図から明らかなように、Hv1300以上の超硬合金からな
るスラスト受け15には全く摩耗が認められず、軸体10と
の当接面は滑らかなままの状態であった。一方、軸体10
の上端面10Aには、スラスト受け15との当接部分に摩耗
による僅かな窪みが認められたが、その摩耗量は４μｍ
に過ぎなかった。かくして、この軸受装置を用いれば長
時間使用しても磁気ヘッドの軸方向の高さ変化を５μｍ
以内に抑えることが可能となる。ましてや、本実施例は
軸体10の端面10Aを前記の通り凹球面30としているた
め、スラスト受け15の凸球面15Aと軸体10の端面10Aとの
接触面積が端面10Aが平面のものより大きくなる。その
結果単位面積当たりの接触面圧が低下して、軸体10の端
面10Aの摩耗を一層減少させることができるという利点
がある。

次に、軸体10端面の凹球面30を形成する方法を説明す
る。まず、固定軸として使用する軸体10の外周面に嵌挿
可能な内径をもつ円筒状体を用意し、この円筒状体の内
周面の一方の軸方向端部に軸体10よりも硬さの高い押圧
体を圧入等により固定した治具（図示を省略）を使用し
て、この治具に軸体10を挿入する。押圧体は軸体10と対
向する面が半径方向中央部に凸球面を有し、また軸体10
の硬さはH_RC45〜60である。この押圧体としては球体を
用いてもよい。軸体10を固定して治具の押圧体を軸体の
端面10Aに押圧して所定の押圧荷重を与えるか、または
固定した治具の押圧体に対して軸体10を押圧するか、或
いは治具と軸体10との双方を軸方向に押圧して軸体の端
面10Aに治具の押圧体による押圧荷重を与える。なお、
この円筒状体の一方の端部内周面には軸体10と押圧体と
の間の空気を外気に連通させる空気抜き溝が設けられて
いる。これにより、軸体の端面10Aは軸体10よりも硬さ
の高い押圧体によって塑性変形すると共にスプリングバ
ックし、軸体の端面10Aには押圧体の凸球面の曲率半径
より大きな曲率半径Rsの凹球面30が形成される。

上記の治具の円筒状体と軸体10との間の半径方向すき
まを、製品として使用するスリーブ12と軸体10との間の
半径方向すきまよりも小さくでき、軸体の端面10Aに軸
体10の軸心からの偏心が少ない凹球面30を形成すること
ができる。

また、治具の押圧体の凸球面の曲率半径を製品として
使用するスラスト受け15の球面15Aの曲率半径Rxとは異
なるものを用いることにより、それぞれの押圧体の凸球
面の曲率半径に応じた曲率半径Rsをもつ凹球面30を軸体
の端面10Aに形成することができる。

なお、上記の治具の代わりに、製品として使用するス
ラスト受け15を製品として使用するスリーブ12に圧入等
の手段により固定し、これに他の付属品を取付けたもの
又は取付けないものを使用してもよく、この場合は軸体
10についても予め下部シリンダ11に圧入等の手段により
固定しておいて又は固定しないで、前記と同様の操作を
行うことにより、軸体の端面10Aに凹球面30を形成する
こともできる。

このようにした場合には、軸体10に、スラスト受け15
が固着されたスリーブ12を嵌挿して所定の押圧荷重を与
えて、凹球面30を形成すると同時に組立も完成した軸受
装置が得られる。

なお、焼入れ焼戻し又は析出硬化処理等の熱処理前の
硬度の低い軸体の端面10Aに凹球面30を塑性変形によっ
て形成すると、焼入れ焼戻し又は析出硬化処理等の熱処
理工程を経て軸体10の硬さが高くなる迄の途中工程で
は、軸体10,の取り扱いによって軸体10の凹球面30及び
外径面等に傷が付きやすいし、凹球面30には熱処理変形
が生ずる。しかし、熱処理後の硬さの高い軸体の端面10
Aに凹球面30を塑性変形によって形成すると、軸体10は
硬度が高いので凹球面30及び外径面等へは傷が付きにく
い。また、塑性変形された凹球面30には熱処理を施す必
要がないので凹球面30には熱処理変形が生じない。

前記実施例で説明した回転スピンドルにおいては、軸
体10の周りのスリーブ12とその付属部品とが回転する構
造になっているが、これとは反対にスリーブ12を下部シ
リンダ11に固定し、上部シリンダ13に固着した軸体10が
スリーブ12に支持されて回転する構造ものについても前
記同様にこの発明を適用することができる。

なお、ふっ素油又はふっ素油ベースの潤滑剤は合成炭
化水素油に比べると防錆性が劣るのでふっ素油又はふっ
素ベースの潤滑剤を使用すると軸受が錆びやすくなる。
この場合はスラスト受け15に超硬合金、軸体10に析出硬
化型のステンレス鋼（SUS630.SUS631等）、スリーブ12
に快削黄鋼等を使用して錆の発生を防止することが好ま
しい。

また、上部シリンダ13の上方に上ドラムを配設し、こ
の上ドラムと下部シリンダ11とを一体にしても良い。

さらに、スリーブ12に設けた空気抜き穴17は使用条件
によっては省略することもできる。

また、スリーブ12と軸体10との間に構成されるラジア
ル軸受については、前記実施例で説明した動圧形流体軸
受に限定されるものではなく、静圧形流体軸受でもよ
く、また流体軸受以外のすべり軸受或いは転がり軸受を
用いることも可能である。

なお、ロータマグネットとステータコイルとが平面で
対向する平面形モータを用いてもよい。ロータマグネッ
ト18とステータコイル20とが円筒面で対向する周対向形
モータでも、平面対向形モータでも、スリーブ12の軸体
10からの抜けを防止するために、ロータマグネットとス
テータコイルとで生ずる軸方向吸引力によって、スラス
ト受け15が軸体10の方へ吸引されるようにしておくこと
が好ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、スラスト受
けを球体にするとともに、軸体端面の前記スラスト受け
に接する面をスラスト受けの半径より僅かに大きい曲率
半径の凹球面とし、さらに超硬合金からなるスラスト受
けの硬度は軸体端面の硬度より高いので、軸体端面の摩
耗を著しく減少させることができて、長期間にわたり所
定の軸方向精度を維持する高性能の軸受装置が提供でき
る。また前記凹球面を軸体端面に直接形成したから、凹
球面を形成したプレートを軸体端面に配置することによ
りスラスト受けと軸体との間にプレートを介在させるこ
とに比較して、動作中にスラスト受けと凹球面とが偏心
するおそれがなく、軸方向及び周方向精度も維持できて
さらに高性能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を磁気ヘッド用回転シリンダに適用し
た実施例を示す縦断側面図、第２図は超硬合金製の球体
からなるスラスト受けを平面の軸端面に対向させて使用
した場合の摩耗試験の結果を示す要部拡大図（但し軸方
向と径方向との拡大倍率は異なる）であり、同図（ａ）
はスラスト受けを表し同図（ｂ）は軸端面を表す図、第
３図は第１図の要部拡大側面図、第４図は従来の軸受装
置における摩耗試験の結果を示す要部拡大図（但し軸方
向と径方向との拡大倍率は異なる）であり、同図（ａ）
はスラスト受けを表し同図（ｂ）は軸端面を表す図であ
る。 10は軸体、10Aは軸体の端面、12はスリーブ、14はラジ
アル軸受、15はスラスト受け、Ｓはスラスト軸受、30は
凹球面である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸体と該軸体に嵌挿されたスリーブとの何
   れか一方が他方にラジアル軸受を介して回転可能に支持
   されるとともに、スリーブの一端部に球体からなるスラ
   スト受けが固着され、該スラスト受けにスラスト受けた
   軸方向に対向して接触する軸体の端面との間にスラスト
   軸受が構成されている軸受装置において、前記スラスト
   受けは超硬合金からなり、前記スラスト受けの硬度を軸
   体端面の硬度よりも高くするとともに、前記軸体の端面
   に、前記スラスト受けの半径より僅かに大きい曲率半径
   の凹球面を直接形成したことを特徴とする軸受装置。