JPH0439410A - 動圧型気体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ポリゴンミラースキャナ等の主軸部に用いら
れ、ラジアル軸受に動圧発生溝を有し、この発生圧力に
よりラジアルおよびスラスト軸受を浮上させる動圧型気
体軸受装置に関し、外部から軸受に振動が加わった時に
ラジアル軸受の圧力の変化が無く安定した回転が得られ
る。信頼性の高い動圧型気体軸受装置に関するものであ
る。

従来の技術 従来から、動圧型気体軸受装置としては、種々の構成が
提案されており、例えばポリゴンミラースキャナに適用
したものとしては、第７図に示すものが知られている。

以下図面を参照しながら、上述した従来の動圧型気体軸
受装置の一例について説明する。第７図は、従来の動圧
型気体軸受装置の断面図である。

１２は本体でその中央部に軸体１３が固定されている。

この軸体１３にはスリーブ１４が適切な隙間をあけて回
転自在にはめ合わされている。軸体１３の外周にはヘリ
ングボーン状の動圧発生溝１３ａ、１３ｂと、ヘリカル
状の動圧発生溝１３Ｃが形成されている。本体１２には
、モータ１７のステータ１５が固定され、スリーブ１４
にはロータ１６が固定されている。スリーブ１４の上部
には圧力調整穴１８ａを有するスラスト受は部材１８が
固定され、スリーブ１４のフランジ部１４ａにはポリゴ
ンミラー１９が固定板２０を介してネジ等により固定さ
れている。２１の防塵カバーと２１Ａの磨きガラスはポ
リゴンスキャナーの外部からのゴミ及び水分の侵入を防
止するものである。

以上のように構成された動圧型気体軸受装置について、
以下その動作について説明する。まず、モータ１７に通
電され回転が始まると、動圧発生溝１３ａ、１３ｂのポ
ンピング作用によりスリーブ１４は無接触で回転する。

また停止中には軸体１３とスラスト受は部材１８は接触
をしているが回転によりヘリカル状の動圧発生溝１３ｃ
のボンピング作用により、スラスト方向の圧力を発生し
て浮上する。回転が始まったばかりの状態では、まだ回
転体の自重を持ち上げるだけの圧力が発生していないの
で圧力調整穴１８ａは軸体１３の端面により閉ざされて
いるが、回転数が充分に上がり、回転体が浮上すると圧
力調整穴は閉口し圧力が高くならないように一定圧力に
自己調整する。

尚、レーザー光が磨きガラス２１Ａを通過して図中りか
ら入光しポリゴンミラー１９が反射する。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、次の様な問題点が
ある。即ち、第７図の従来例では本軸受装置に強い振動
、とくに縦方向から振動が加えられてスラスト受は材１
８が上下に振動を始めると、圧力調整穴１８ａが軸体１
３端面にたたき突けられ、開閉を繰り返すので、第８図
に示すように、ラジアル圧力までもが変動を繰り返すよ
うになりポリゴンミラーの回転精度に悪影響を及ぼして
いた。

本発明は上記問題点に鑑み、外部から振動が加えられて
も、回転精度がほとんど変わらず安定回転できる動圧型
気体軸受装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の動圧型気体軸受装
置は、片持ち支持された軸体を有し、その外周に回転自
在なスリーブとスリーブに固定された軸端面に当接する
蓋を有し、軸体の外周にヘリングボーン溝と、その最高
圧力部と軸体自由端の端面に連通ずる穴を有し、その連
通穴は両端が開放され、その途中に少なくとも１ケ所の
圧力絞り穴と前記蓋に圧力調整穴を設けて構成したもの
である。

また、本発明はヘリングボーン溝の代わりに、２組の非
対称形のヘリングボーン溝の中間高圧部から軸体自由端
に連通穴を設けるものである。

更に、本発明は銅合金の軸体の表面にフッ素粉を含むニ
ッケルまたはコバルコ鍍金を施したものである。

作　　　用 本発明は、上記した構成によって、連通穴と少なくとも
１つの圧力絞り穴の働きにより、振動が加わって圧力調
整穴が開閉されても、ラジアル圧力があまり変化しない
ので、良好な回転性能が維持できるものである。

また、軸体とスリーブの間の衝撃に対する摩擦、摩耗が
少ないものである。

実　　施　　例 以下本発明の一実施例の動圧型気体軸受装置をポリゴン
スキャナに適用した一実施例について、第１図〜第６図
を参照しながら説明する。第１図において、１は本体で
、その中央部に軸体２の下端部が固定されている。軸体
２の外周は、２ａに示す一対のヘリングボーン状の動圧
発生溝を有し、その最高圧力部分には２ｂに示す周溝を
有し、またこの周溝から軸体２の上端面へ、加圧された
気体を圧送するための連通穴２ｃを有する。連通穴２Ｃ
の少なくとも１ケ所には、細穴を有する圧力絞り穴８が
取り付けられている。３は回転自在に設けられたスリー
ブであり軸固定端側には、圧力調整穴７ａを有する蓋７
が固定されている。スリーブ３の上端近傍には、摩耗粉
を閉じこめるための、段状のゴミ溜り３ａと、ポリゴン
ミラーを取す付けるためのフランジ部３ｂを有している
。

蓋７はネジ等によりポリゴンミラーを固定する役割もは
たしている。スリーブ３には、ロータ磁石５が取り付け
られ、本体１には、ステータ４が取り付けられ、４と５
で、モータ６を構成する。本体１には、ガラス１０ａを
有する、防塵カバー１０が取り付けられている。

以上のように構成された動圧型気体軸受装置について、
第１図〜第３図を用いてその動作を説明する。第１図に
おいて、モータ６のステータ４に通電がされると、ロー
タ５が回転駆動され、スリーブ３と共に、蓋７、ポリゴ
ンミラー９が例えば、毎分３万回転の高速で回転し、図
中りの様にレーザー光が入射し、ポリゴンミラー９が反
射する。その回転状態において、ヘリングボーン溝２ａ
のボンピング作用によりスリーブ３との間で気体の圧力
が高められ、スリーブ３は無接触で高速回転スる。ヘリ
ングボーン溝２ａにより圧力が高められた気体の一部は
、周溝２ｂから連通穴２ｃを通って軸体の自由端に導か
れ、細穴を有する絞り穴部材８を通り、蓋７に向かって
吹き出される。

これにより第１図中、矢印Ａ方向に浮上刃を発生する。

一方、回転体の重量と、ロータ磁石５がステータ４を吸
引する力は図中、矢印Ｂ方向にはたらきＡ方向とＢ方向
の力がバランスすることにより、図中Ｃに示す浮上量が
得られる。この時ヘリングボーン溝２ａによるラジアル
方向の圧力分布と、圧力絞り穴８から吹き出されて高め
られる、スラスト方向圧力分布は、第２図に示す通りで
ある。スリーブ３の上端部に設けられた３ａの段部は回
転の起動時に蓋７または、軸体２から摩耗粉が発生した
時に遠心力によりそれが回収されるためのゴミ溜りであ
る。防塵カバー１０とガラス１０ａは外部からのゴミの
侵入と、ミラー９の結露を防止するものである。

第１図において、本軸受装置に外部から強い振動が加え
られると、回転体は振動し、蓋７は軸体２の端面にたた
きつけられ、圧力調整穴７ａは開閉させられるが、ラジ
アル軸受と圧力調整穴の間を結ぶ連通穴には、圧力絞り
８が設けられているのでラジアル軸受部の圧力は、はと
んど変化しない。

以上のように本実施例によれば、圧力調整穴が開閉して
もラジアル軸受の圧力がほとんど変化しないので強い振
動が加えられても回転性能が変化しない。

第１図の本実施例において、軸体２は高力黄銅等の銅合
金の表面にフッ素樹脂の微粉末を体積比で５パーセント
以上４０パーセント以内含んだニッケルまたは、コバル
トの鍍金を施したものであり、またスリーブ３は、ｓ　
ｕ　ｓ　３０４等のオーステナイト系ステンレス銅であ
り、これらの材料の組合せは耐摩耗性に優れ、本発明の
動圧型気体軸受装置のように耐振動性能が要求される軸
受装置には、最適である。また摩擦係数が小さく軸受装
置の起動時のモータ電流を小さく抑えることができる。

また、銅合金は連通穴２ｃや、ヘリングボーン溝２ａの
加工が容易であり、またスリーブと熱膨張係数が同じで
あるので、広い温度範囲で使用することが可能である。

第４図は第１図の変形応用例である。軸体２の外周の動
圧発生溝２ｄが軸体の両端が長い２組のへリングポーン
溝から構成されている。この場合の発生圧力の分布は、
第４図の通りであり、第２図と同じである。

第５図は第１図の変形応用例であるが、ヘリングボーン
溝２ｅが軸自由端側が長い、非対称形状をしている。こ
の場合スラスト方向の支持力は小さくなるが、軸体２の
端面において、スラスト方向の剛性が高くなる。

第６図は第１図の変形応用例である。圧力調整穴８が第
６図においては、軸体２の外周近傍に設けられている。

圧力分布は第２図と同じである。

尚、ヘリングボーン溝２ａ、２ｄ、２ｅは、スリーブ３
の内周に設けても同じである。

尚、絞り穴部材８は、軸体２と同一部材として一体的に
設けられてもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、ラジアル軸受と蓋の圧力調整穴
の間を、絞り穴を有する連通穴により連通しておくこと
により、強い振動が加えられてもラジアル軸受の圧力が
変動せず、安定して回転する動圧型気体軸受装置の構成
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明動圧型気体軸受装置の一実施例の断面図
、第２図は第１図の圧力発生の分布図、第３図は本発明
動圧型気体軸受装置の加振時の圧力変動の図、第４図は
第２図の変形例の圧力発生の分布図、第５図は第２図の
変形例の圧力発生の分布図、第６図は第２図の変形例の
圧力発生の分布図、第７図は従来の動圧型気体軸受装置
の断面図、第８図は従来例の加振時の圧力変動の図であ
る。 １・・・・・・本体、２・・・・・・軸体、２ａ、２ｄ
、２ｅ・・・・・・ヘリングボーン溝、２ｂ・・・・・
・周溝、２ｃ・・・・・・連通穴、３・・・・・・スリ
ーブ、３ａ・・・・・・段部、３ｂ・・・・・・フラン
ジ部、４・・・・・・ステータ、５・・・・・・ローフ
磁石、６・・・・・・モータ、７・・・・・・蓋、７ａ
・・・・・・圧力調整穴、８・・・・・・絞り穴、９・
・・・・・ポリゴンミラー　１０・・・・・・防塵カバ
ー　１０ａ・・・・・・ガラス。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名トー本（Ａ ｆｆｉ８−３１濠 りｃ−一一亀追々 ′Ｊ　５　Ｎ １−−−モータ Ｓ・−−）Ｅ力綬り貢？ ９−−−〆す］ソくラー イＤ−−−戸Ａ）轡１カバ・ 帥＾−−−力゛ラス 第６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）片持ち支持された軸体と、この軸体の外周に回転
   自在に支持されたスリーブと、このスリーブの一端に固
   定された蓋を有し、前記軸体の外周または、前記スリー
   ブの内周の少なくともいずれか一方にヘリングボーン溝
   を有し、前記ヘリングボーン溝の最高圧力部分から、前
   記軸体の自由端側の端面の前記蓋とは当接しない部分に
   通じる連通穴を有し前記連通穴に少なくとも１ヶ所の穴
   径の小さな圧力絞り部と、前記蓋に圧力調整穴を有する
   動圧型気体軸受装置。
2. （２）ヘリングボーン溝は、前記軸体の自由端側が短い
   、非対称形状である請求項１記載の動圧型気体軸受装置
   。
3. （３）型持ち支持された軸体と、この軸体の外周に回転
   自在に支持されたスリーブと、このスリーブの一端に固
   定された蓋を有し、前記軸体の外周または、前記スリー
   ブの内周の少なくともいずれか一方に、２組の軸体の両
   端側が長い非対称形状のヘリングボーン溝を有し前記２
   組のヘリングボーン溝の間から軸体の自由端側の端面の
   前記蓋には接しない部分に通じる連通穴を有し、前記連
   通穴に少なくとも１ケ所の穴径の小さな圧力絞り部と、
   前記蓋に圧力調整穴を有する動圧型気体軸受装置。
4. （４）軸体は表面にフッ素の粉末を含むニッケルまたは
   コバルトのコーティングを施した銅合金であり、前記ス
   リーブはオーステナイト系ステンレスからなることを特
   徴とする請求項１または３記載の動圧型気体軸受装置。