JPH0478313A - 動圧軸受装置 - 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、情報機器、事務機、測定機器等に用いられる
動圧軸受装置に関する。

（従来の技術〕 従来のこの種の動圧軸受装置としては、特開平２−５７
７１６号公報に提示されたものがある。

このものは、一方のスラスト軸受面と円筒状の一方のラ
ジアル軸受面とを有するハウジングに、軸部材が回転可
能に配設されている。その軸部材の他方のスラスト軸受
面はハウジングの一方のスラスト軸受面に対向している
。また、軸部材の他方のラジアル軸受面はハウジングの
一方のラジアル軸受面に対向している。また、一方のス
ラスト軸受面の外周部と他方のスラスト軸受面の外周部
との間に圧力室を設けると共に、一方のラジアル軸受面
と他方のラジアル軸受面との少なくとも一方に、動圧発
生用の溝を設けている。そして、動圧発生用の溝により
、軸部材の回転中に、一方のラジアル軸受面と他方のラ
ジアル軸受面との間のすきま内の流体を圧力室へ流入さ
せるように構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような動圧軸受装置は、軸部材に例えば多面鏡を取
付けて、周面対同形の駆動モータで回転駆動するように
して、レーザスキャナに用いられる。しかして、レーザ
スキャナが用いられるレーザプリンタやデジタル複写機
では、電源を入れてから短時間でコピー可能となること
が望まれているから、この場合の動圧軸受装置は、定常
回転に達する迄の立ち上がり時間が短いことが不可欠の
要件となる。

ところで、上記立ち上がり時間は、駆動モータの起動ト
ルクが小さいほど短く、また回転部のイナーシャの小さ
いほど短くなる。すなわち、駆動モータに同一型式のも
のを選定すれば、あとは回転部の外形寸法が小さく、重
量が軽いほど有利となる。しかし、回転部を構成するも
ののうち、多面鏡及びモータロータの重量は、プリンタ
や複写機の型式に応して決まってしまうから、回転軸自
体の重量を軽減することが重要なポイントになる。

更に、動圧軸受装置の回転軸は、起動・停止時にはハウ
ジングと接触回転するから、摺動性が良好で、且つ耐摩
耗性が良いことが要求される。

そこで本発明者らは、比重が比較的小さく、かつ摺動性
の良いものとして、アルミニウム合金の表面にアルマイ
ト処理のような表面処理を施したものにつき検討を重ね
てきた。しかし、アルミニウム合金に表面処理をすると
、寸法精度を確保するための後加工が必要であり、表面
処理自体のコストとその加工コストが高くて、実用化の
点で問題があった。

また、アルミニウム合金では十分軽いとはいえず、立ち
上がり時間を更に短縮したいという要求に満足に応えら
れないという問題が生じていた。

本発明は、このような従来の問題点を解決して、立ち上
がり時間が短く、量産性にも優れた低コストの動圧軸受
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の動圧軸受装置にあっては、軸受部材は一方のス
ラスト軸受面と円筒状の一方のラジアル軸受面とを有し
、軸部材は一方のスラスト軸受面に対向する他方のスラ
スト軸受面と一方のラジアル軸受面に対向する他方のラ
ジアル軸受面とを有している。そして、一方のラジアル
軸受面と他方のラジアル軸受面との少なくとも一方に、
動圧発生用の溝を設けである。軸受部材と軸部材とのい
ずれか一方は回転部材であり、その回転部材はスラスト
軸受面とラジアル軸受面とが合成樹脂からなる。

〔作用〕

軸受部材と軸部材とのいずれか一方を、スラスト軸受面
とアシアル軸受面が合成樹脂製の回転部材としたから、
重量が軽減されて、立ち上がり時間が短くなる。また、
成型加工が可能であるから、量産性にも優れている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は第１の実施例の縦断面図である。軸受部材とし
てのハウジング１０は、上側部材１０ａと下側部材１０
ｂとにより空気等の気体を密封した構造になっており、
下側部材１０ｂには円筒状孔１１が設けである。この円
筒状孔１１の内周面には円筒状の一方のラジアル軸受面
１２が設けられ、底面には中央部に凸球面状の隆起部１
３ａを有する一方のスラスト軸受面１３が設けられてい
る。

上記ハウジング１０の円筒状孔１１には、回転部材であ
る軸部材２０が配設されている。軸部材２０の外周面に
は、一方のラジアル軸受面１２と対向する他方のラジア
ル軸受面２２が設けられている。この他方のラジアル軸
受面２２ムこは、スパイラル状の動圧発生用の溝２４が
設けられている。

軸部材２０の一方の端面には、一方のスラスト軸受面１
３と対向する平面状の他方のスラスト軸受面２３が設け
である。他方のスラスト軸受面２３の外周部と一方のス
ラスト軸受面１３の外周部との間の空間に、圧力室３０
が形成されている。

軸部材２０の軸方向中心線上には、流通穴４０が設けら
れている。この流通穴４０は、他方のスラスト軸受面２
３の中央部に開口する絞り穴４０ａと、絞り穴４０ａか
ら他方のスラスト軸受面２３とは反対側の他方の軸方向
端面倒に向かって順次拡径する小径穴４０ｂと、中径穴
４０ｃと、これらを経て他方の端面に開口する大径穴４
０ｄとから構成されている。流通穴４０は、絞り穴４０
ａが流通穴４０の他の個所より小径である。

軸部材２０の他方のスラスト軸受面２３における絞り穴
４０ａの周囲は、軸部材２０の静止時に、一方のスラス
ト軸受面１３の隆起部１３ａと接触する環状の接触面２
３ａとなっている。

軸部材２０の上端部にはフランジ部２５が設けである。

そして、軸部材２０の外周面に嵌合した多面鏡５０を、
フランジ部２５とヨーク５１とにより挟着して取り付け
て、回転部材を構成している。

上記の軸部材２０は、合成樹脂を成形して形成されるが
、その比重は２以下が好ましい。回転部材の重量が軽く
なるからである。

なお、軸部材２０を成形する合成樹脂材料としては、摺
動性が良ければ特に限定はされないが、例えば炭素繊維
を１５〜３０重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂
（以下、ＰＴＦＥという）を１０〜２０重量％、シリコ
ーン油を１〜５重量％含むポリフェニレンサルファイド
樹脂からなるからなる合成樹脂を用いると、強度的にも
優れ、しかも良好な摺動性が得られるので好ましい。

また、上記組成のうちのシリコーン油１〜５重量％に代
えてパーフロロポリエーテル油またはクロロフロロポリ
エーテル油を１〜１５重景％含有するポリフェニレンサ
ルファイド樹脂からなるからなるプラスチックを用いる
と、−層摩耗が小さくて耐久性に優れ、摩擦トルクの小
さい軸部材を得ることができる。

軸部材２０に取付けられるヨーク５１には、円環状のロ
ータマグネ・７ト５２が取り付けられている。このロー
タマグネント５２と半径方向に対向するステータコイル
５３は、ハウジング１０の下側部材１０ｂに取り付けら
れている。

一方、軸部材２０の相手部材であるハウジング１０の下
側部材１０ｂは外周部材１０ｃを有し、この外周部材１
０ｃの内径面には、加熱硬化型接着剤層６０を介して、
熱硬化性樹脂層６１が一体成形されている。熱硬化性樹
脂層６１が円筒状孔１１を構成し、また上側部材１０ａ
及び外周部材１０ｃはアルミニウム合金製である。

上記加熱硬化型接着剤層６０は、エポキシ系やポリイミ
ド系やポリベンズイミタゾール系接着剤を、２０〜４０
μｍの厚さに塗布してなる。なお、これらの加熱硬化型
接着剤には、硬化剤を適量添加して、熱硬化性樹脂Ｊｉ
６１の硬化時間に見合った硬化時間とすることにより、
ハウジングの下側部材１．　Ｏｂと熱硬化性樹脂層６１
との間の接着強度を高めることが好ましい。

熱硬化性樹脂層６１は、金型を用いて射出成形されてい
る。すなわち、上記の加熱硬化型接着剤層６０を形成し
たハウジングの下側部材Ｊｏｂの円筒状孔１１内に、１
４０〜１８０°Ｃに調節した内型を挿入して、この内型
と加熱硬化型接着剤層６０との間の環状空間に、加熱溶
融したフェノール変性エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を
、射出圧力３００〜６００　ｋｇｆ／ｃｄで注入する。

注入された熱硬化性樹脂は、加熱硬化型接着剤層６０と
の間に生じる硬化反応によって、ハウジングの下側部材
１０ｂの円筒状孔内面に強固に固着し、熱硬化性樹脂層
６１が形成される。例えば、加熱硬化型接着剤としてエ
ポキシ系接着剤を使用し、熱硬化性樹脂としてフェノー
ル変性エポキシ樹脂を使用すると、接着剤と樹脂との間
にエポキシ基の開環重合反応が起こり、接着剤と樹脂と
が強固に結合する。そのため、熱硬化性樹脂層６１はハ
ウジングの下側部材１０ｂに強固に接着される。前記加
熱硬化型接着剤と熱硬化性樹脂とは、いずれも高温時に
硬化が促進される。

なお、上記熱硬化性樹脂層６】の成形工程に用いる内型
の外周面に、動圧発生用の溝の形状に対応する微小の高
さの突条を設けることにより、熱硬化性樹脂層６１の内
径面である一方のラジアル軸受面１２に、動圧発生用の
溝を設けてもよい。

以上のようにして形成されたハウジングの下側部材１０
ｂに接合したハウジング１０の上側部材１０ａには、多
面鏡５０と水平方向に対向する位置に透明材質の窓１５
が設けである。

次に作用を述べる。

上記構成の動圧軸受装置は、軸部材２０が回転すると、
動圧発生用の溝２４のポンピング作用により、ハウジン
グ１０内の気体が一方のラジアル軸受面１２と他方のラ
ジアル軸受面２２との間の半径方向の軸受すきまｒに吸
入されて圧力室３０に流入する。ついで、圧力室３０か
ら軸部材２０の絞り穴４０ａを経て流通穴４０を上昇し
、流通穴４０の大径穴４０ｄからハウジング１０内に排
出される。この気体の圧力室３０における圧力は、軸部
材２０の浮上量によって適度に調整され、この気体圧力
によって軸部材２０は、起動・停止時を除き、一定の微
少の浮上量を維持しながら回転する。

軸部材２０の他方のスラスト軸受面２３に開口する絞り
穴４０ａは流通穴４０のうちで最も小径になっているが
、この絞り穴４０ａを大径にすると、気体の絞り効果が
少なくなってスラスト負荷能ツ〕が低下する。また、軸
部材２０の静止時に、他方のスラスト軸受面２３の一方
のスラスト軸受面１３との接触面２３ａの外径が太き（
なって、起動トルクの増加を招くので、絞り穴４０ａの
大径化は好ましくない。しかし、絞り穴４０ａ以外の小
径穴４０ｂ、中径穴４０ｃおよび大径穴４０ｄについて
は、射出成形の金型の加工により、任意の大きさの内径
に加工することが容易である。

これらの穴の内径を大きくすれば、軸部材２０の重量を
より軽減することができ、軸部材２０を含む回転部材の
回転の立ち上がり時間を一層短縮することができる。

また、この実施例では、軸部材２０の流通穴４０の小径
穴４０ｂに、フィルタ４５が取り付けられている。この
ようにフィルタ４５を取り付けると、軸部材２０の起動
、停止時に発生する摩耗粉等の粉塵がハウジング１０内
に飛散するのを防止することができる。

軸部材２０は、合成樹脂からなる。そのため、比重を２
以下に抑えられる。因みに、合成樹脂の比重は、一般に
１〜１．５であり、カーボンファイバー等を含み比重が
１．５を越える合成樹脂でも、比重２を越えない。これ
に対して、アルミニウム合金の比重は約２．８であるか
ら、従来のアルミニウム合金製に比べて、更に重量の軽
い軸部材２０が得られる。したがっで、本実施例の軸部
材２０を有する動圧軸受装置を用いたレーザスキャナは
、回転部材の回転の立ち上がり時間が、従来より短い。

また、合成樹脂は摺動性が良いから、回転部材の起動・
停止時の耐久性が良い。

また、軸部材２０は射出成形で加工できるから、量産す
ることが容易である。厳しい成形精度が要求される場合
は、軸受面及び取付は面の後加工として切削加工を行う
必要があるが、厳しい成形精度が要求されない場合には
、後加工は全く不要であり、加工コストが低くなる。

なお、上記実施例で軸体２０の他方のラジアル軸受面２
２に設けた動圧発生用の溝２４は、ハウジング１０の円
筒状孔１１の一方のラジアル軸受面１２に設けてもよく
、軸体２０の他方のラジアル軸受面２２と円筒状孔１１
の一方のラジアル軸受面１２との双方に設けてもよい。

また、ハウジング１０内体は非密閉構造のユニットとし
、このユニットを他の密封構造の装置に収容してもよい
。

さらに、起動停止時に発生する摩耗粉が少ない場合は、
フィルタ４５を省略してもよい。

また、機能上は必ずしも必要ではないが、他方のスラス
ト軸受面２３と一方のスラスト軸受面１３との少なくと
も一方に補助的な動圧発生用のみぞを設けてもよい。

さらに、一方のスラスト軸受面１３に隆起部１３ａを設
けないで、他方のスラスト軸受面２３に隆起部を設けて
もよい。

第２図に第２の実施例を示す。

この実施例では、軸部材２０が合成樹脂からなる軸２０
ａと、軸２０ａの上部の外周面と一体になっているアル
ミ合金製のフランジ部分２０ｂとから構成されている。

軸２０ａは上部に円周みぞ６０を有し、この円周みぞ６
０にフランジ部分２０ｂの内周部が入っており、軸２０
ａはフランジ部分２０ｂと一体になるようにインサート
成形されている。なお、軸２０ａとフランジ部分２０ｂ
とを接着してもよい。フランジ部分２０ｂの外周面にア
ルミ合金からなる多面鏡５０とヨーク５１とが嵌合し、
この多面鏡５０とヨーク５１とは円周方向の３ケ所でボ
ルトによってフランジ部分２０ｂに軸方向に取付けられ
ている。従って、多面鏡５０とフランジ部分２０ｂとの
線膨張係数がほぼ等しいので、高速回転時の温度上昇に
よって多面鏡５０の重心が軸部材２０の重心に対して半
径方向に移動するのを防止できる。それゆえに、回転中
におけるつり合いの崩れが少なく、振動の徐々の増大を
防ぐことができる。

第３図に第３の実施例を示す。

この実施例の軸部材１２０は、固定部材である。

基台部１２１に軸部１２２が立設されて、合成樹脂で一
体成形されている。その軸部材１２０に、軸受部材とし
てのスリーブ１２３が、微小なラジアル軸受すきまｒを
介して嵌合されている。

スリーブ１２３は回転部材である。そして、第１の実施
例と同様の合成樹脂からなっている。そのスリーブ１２
３は、内径面に設けた円筒状の一方のラジアル軸受面１
２４を有すると共に、一方の端面（下端面）に設けた一
方のスラスト軸受面１２５を有している。この一方のス
ラスト軸受面１２５は、段付の平面とされている。すな
わち、一方のスラスト軸受面１２５の内周縁に微小高さ
の突部１２８が形成されている。

スリーブ１２３が嵌合する軸部材１２０の軸部１２２の
外径面には、前記一方のラジアル軸受面１２４に対向す
る他方のラジアル軸受面１２６を有している。又、基台
部１２１の上面には、前記一方のスラスト軸受面１２５
に対向する平面状の他方のスラスト軸受面１２７が設け
られている。

この対向する一方のスラスト軸受面１２５と他方のスラ
スト軸受面１２７との間に設けられているスラスト軸受
すきまＳは、上記突部１２８により内側が外側より狭く
なっている。そのため起動トルクが低減でき、更に、起
動停止時の摩耗粉のかみこみを防止して耐久性の向上が
実現される。

もっとも、一方のスラスト軸受面１２５を平面状にして
、他方のスラスト軸受面１２７の内周部に微小高さの突
部を設けてもよく、又は一方のスラスト軸受面１２５を
凸形円すい面にしてもよい。

この実施例では、一方のラジアル軸受面１２４に動圧発
生用の溝１３０が形成されている。この動圧発生用の１
３０は、スリーブ１２３の一方のラジアル軸受面１２４
の上下に設けた「＜」の字状パターンのへリングボーン
状の溝１３０ａと、この上下のへリングボーン状の溝１
３０ａを軸方向に連結する中間部の直線溝１３０ｂとで
形成されている。ヘリングボーン状の溝１３０ａ及び直
線溝１３０ｂは、後述するボール転造方式でスリーブ１
２３の内径面に形成されている。これにより溝加工が容
易となり、優れた量産性が得られる。

なお、一方のラジアル軸受面１２４と他方のラジアル軸
受面１２６との少なくとも一方に設けるヘリングボーン
状の溝は、軸方向の三箇所ではなくて三箇所以上にあっ
てもよく、また一箇所のみにあってもよい。

この実施例では、多面鏡５０．その取付用フランジ部２
５．ヨーク５１．ロータマグネット５２は軸受部材（ス
リーブ１２３）の方に取り付けられ、一方、ステータコ
イル５３は軸部材１２０の方に取り付けられている。

その他の作用効果は上記第１実施例の場合と同様である
。

ここで、上記第３の実施例の一方のラジアル軸受面１２
４における動圧発生用の溝１３０のボール転造加工につ
いては、本出願人が先に提示した動圧発生用溝の加工装
置（特開昭６３−２３０２１８号公報）によるものが好
適に利用できる。

これは動圧軸受装置のスリーブ内径面に動圧発生用の溝
を塑性加工するものであり、加工装置の円筒状シャフト
の一方の軸端には軸と直角方向に貫通穴が設けである。

この貫通穴の内周面は円筒面であり、その軸線はシャフ
トの軸心を通って長さ方向中心線と直交する方向になっ
ている。

上記の貫通穴には、例えば３個のほぼ同一直径のボール
が一列に転勤可能に挿入されており、これらのボールは
液加ニスリーブより硬質で、且つ被加工物に接する複数
のボールを内包する外接円の直径が、液加ニスリーブの
内径よりも大きくなるように構成されている。

このように構成したシャフトに所定の回転速度と送り速
度とを与えて、定置された液加ニスリーブの内径面に挿
入する。いま液加ニスリーブがスリーブ１２３の場合は
、例えばシャフトを左回転でスリーブ１２３の下端側に
挿入し、一定距離送った後、逆回転にして更に同−距離
送る。これにより、シャフトのボールに押圧されて、ス
リーブ１２３の内径面に“くの字状゛′のヘリングボー
ン溝１３０ａが形成される。引き続きシャフトを、今度
は回転を停止したまま前方に送る。これにより中間の直
線溝１３０ｂが形成される。スリーブ１２３の他端側近
くに到達したら、再びシャフトを左回転させつつ送り、
一定距離送った後、逆回転にして更に同−距離送る。こ
れにより、スリーブ１２３の他端例の内径面に“くの字
状°゛のヘリングボーン溝１３０ａが形成される。

かくして、スリーブ１２３の内面である一方のラジアル
軸受面１２４に、第３図に示すような軸方向に連なるパ
ターンを有する動圧発生用の溝１３０ａが容易に形成さ
れる。

なお、上記各実施例において、駆動モータとしてのロー
タマグネット５２及びステータコイル５３には、周対向
形を用いた。これは、モータの吸引力によるアキシアル
荷重を小さくすることができるので、スラスト軸受の負
荷容量の点から、平面対向形に比べて有利なためである
。しかし、平面対向形のモータでも良い。

又、上記各実施例では、軸部材２０．スリーブ１２３等
の回転部材に、多面鏡５０を搭載したものを示したが、
磁気ディスクや光ディスクを搭載してもよく、また、ビ
デオテープレコーダやディジタルオーディオテープレコ
ーダ等の磁気ヘッドシリンダの上シリンダを搭載しても
よい。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、軸受部材と軸部
材とのいずれか一方は回転部材であり、その回転部材は
スラスト軸受面とラジアル軸受面とが合成樹脂からなる
ものとした。そのため、重量が軽減されて、立ち上がり
時間が短く、また、摺動性が良いので耐久性に優れ、さ
らに成型加工が可能で量産性にも優れた低コストの動圧
軸受装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の縦断面図、第２図は第
２の実施例の縦断面図、第３図は第３の実施例の縦断面
図である。 図中、１０．１２３は軸受部材、１２，１２４は一方の
ラジアル軸受面、１３，１２５は一方のスラスト軸受面
、２０，１２０は軸部材、２２゜１２６は他方のラジア
ル軸受面、２３，１２７は他方のスラスト軸受面、２４
，１３０は動圧発生用の溝である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸受部材は一方のスラスト軸受面と円筒状の一方
   のラジアル軸受面とを有し、軸部材は一方のスラスト軸
   受面に対向する他方のスラスト軸受面と一方のラジアル
   軸受面に対向する他方のラジアル軸受面とを有し、前記
   一方のラジアル軸受面と他方のラジアル軸受面との少な
   くとも一方に、動圧発生用の溝を設けた動圧軸受装置に
   おいて、前記軸受部材と軸部材とのいずれか一方は回転
   部材であり、該回転部材はスラスト軸受面とラジアル軸
   受面とが合成樹脂からなることを特徴とする動圧軸受装
   置。