JPH05106632A - 動圧流体軸受およびこの軸受を用いたポリゴンスキヤナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、動圧流体軸受およびこの軸受を用
いたポリゴンスキャナに関し、固定軸と回転軸との間に
くさび形状の軸受すき間を形成することにより、形状が
単純で軸受面の加工が容易で、低コストで、かつ、検査
が容易で信頼性が高くでき、また、ポリゴンスキャナの
動圧流体軸受を、量産時の低コスト化ができ、かつ信頼
性を高くできることを目的とする。 【構成】 外側および内側のいずれか一方に軸受面22ａ
有する固定軸22と、該固定軸に回転自在に嵌合する回転
軸23と、を備えた動圧流体軸受において、前記固定軸と
回転軸との間に形成される軸受すき間25は、軸に垂直な
断面形状が周上の同一方向に狭部25ａを有する２個以上
のくさび形状を有するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動圧流体軸受およびこ
の軸受を用いたポリゴンスキャナ、例えば、レーザプリ
ンタ、デジタル複写機、レーザファックス等に用いられ
るポリゴンスキャナの軸受、特に、動圧流体軸受、およ
びＶＴＲモータやハードディスク用モータの動圧流体軸
受およびこの軸受を用いたポリゴンスキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の動圧流体軸受を用いたポリゴンス
キャナとしては、例えば、特開平１−３００２１６号公
報に記載された図３（ａ）に示すようなものがある。図
３（ａ）に示すポリゴンスキャナ１は、ハウジング２の
台座に固定された円棒状の固定軸３に嵌合する中空回転
軸４を設け、中空回転軸４の軸方向中央にポリゴンミラ
ー５を取付けるフランジ部４ａを設けたものである。し
かしながら、このような構造は、中空回転軸４の加工コ
ストが高くなるため、図３（ｂ）に示すようなポリゴン
スキャナ６が考えられている。図３（ａ）と同じ構成に
は同じ符号をつける。

【０００３】図３（ｂ）に示すポリゴンスキャナ６は固
定軸３に嵌合する中空回転軸４の先端部にフランジ部を
設け、この先端部の内周面に嵌合して位置決めされたミ
ラー押え７によりポリゴンミラー５をフランジ部上に固
定するものである。これらのポリゴンスキャナ１および
ポリゴンスキャナ６は、固定軸３の外周部に上下にヘリ
ングボーン溝８Ａ，８Ｂが形成され、中空回転軸４が回
転を開始すると、中空回転軸４と固定軸３との間の隙間
の空気の圧力が高まり、動圧空気軸受を形成し、非接触
でラジアル方向に中空回転軸４を支持している。また、
アキシャル方向の軸受は、上蓋２Ａ、中空回転軸４の上
端および固定軸３の上端部にそれぞれ固定された磁石９
Ａ，９Ｂ，９Ｃと、ミラー押え７に設けられた上下振動
減衰用微細穴10で構成されるスラスト磁気軸受で、磁石
の磁極の反発により中空回転軸４を浮上させ非接触に支
持している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のポリゴンスキャナの動圧流体軸受にあって
は、動圧空気軸受を構成するためのヘリングボーン溝８
Ａ，８Ｂを形成するための加工はエッチングにより行っ
ており、工程が多く複雑であり、加工コストが大きくな
る。また、円筒面のエッチングであるため加工が難しく
溝不良品も発生する。そのため、溝形状の検査を目視で
行っているが、円筒面に多数の溝があるため溝検査も難
しく、溝不良品の混入もあり、全体として信頼性を低下
させている。

【０００５】また、回転軸の内径は研削と、ラップ加工
または、ホーニング加工で寸法、真円度、円筒度等が高
精度に仕上げられており、加工コストが高くなるという
問題点がある。最も基本的な動圧流体軸受としては軸受
の展開面が平面である真円軸受が知られている。この真
円軸受は水平にして回転させる場合は比較的安定した回
転が得られる。これは、水平にすることにより動圧効果
が得やすくなるためである。図４の断面図により説明す
ると、水平にされた回転軸13は重力により軸受中心Ｏか
ら偏心させられ、軸受14との間にはくさび状すき間15が
形成される。この状態で回転軸13が回転すると粘性をも
つ流体がくさび状すき間に押し込められ、圧力が高ま
り、軸受中心Ｏに向かう支持力Ｆが回転軸に働く。その
結果回転軸は安定して回転する。

【０００６】しかしながら、この真円軸受を垂直にして
回転させる場合は不安定となる。すなわち、垂直の場合
は、回転軸を偏心させる力がなくなり軸受との間にはく
さび状すき間が形成されない。この状態で軸が回転して
も粘性をもつ流体が押し込められて圧力が高まる部分が
ないため、軸受中心に向かう支持力が回転軸に働かなく
なる。その結果回転軸の回転は不安定となる。

【０００７】垂直にしても安定した回転が得られる動圧
流体軸受としては溝付きの軸受が知られており、ポリゴ
ンスキャナ、ＶＴＲ用のモータに実用化されている。従
来例における図３（ａ），（ｂ）における軸受がこれに
あたる。圧力発生の機構は真円軸受のくさび状すき間の
場合とは多少異なり、溝に沿って空気が押し込められて
圧力を高める機構である。しかしながら、円筒面に深さ
の均一な溝を設けることは、加工が面倒であり、製造コ
ストが高くなるという問題点がある。

【０００８】そこで、本発明は、このような従来技術を
背景になされたものであり，固定軸と回転軸との間に２
個以上のくさび形状の軸受すき間を形成することによ
り、形状が単純で軸受面の加工が容易で、低コストで、
かつ、検査が容易で信頼性が高くでき、また、くさび形
状の断面を、軸方向に対して、周方向に連続してずら
し、螺旋状に形成することにより、すき間に発生する圧
力分布を全周上で均等にでき、また、くさび形状の断面
を、内側の軸受面が円筒形で、外側の軸受面をくさび形
状に加工することにより、加工形状が単純でエッチング
加工と比較し、加工が容易にでき、また、くさび形状の
断面を、外側の軸受面が円筒形で、内側の軸受面を全部
または一部を樹脂でくさび形状に成形加工することによ
り、エッチング加工に対し、成形加工が容易にできる動
圧流体軸受を提供し、また、ポリゴンスキャナの動圧流
体軸受を、前述のくさび形状の軸受すき間を有する軸受
とすることにより、低コストでかつ信頼性が高いポリゴ
ンスキャナを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る動圧流体軸受は、外側および内側のいずれか一方に軸
受面を有する固定軸と、該固定軸に回転自在に嵌合する
回転軸と、を備えた動圧流体軸受において、前記固定軸
と回転軸との間に形成される軸受すき間は、軸に垂直な
断面が周上の同一方向に狭部を有する２個以上のくさび
形状を備えることを特徴とするものであり、請求項２記
載の発明は、上記構成に加えて、前記軸受すき間は、く
さび形状の断面が軸方向に対して周方向に連続してずれ
螺旋状に形成されてなることを特徴とするものであり、
請求項３記載の発明は、上記請求項１または２記載の構
成に加えて、前記固定軸および回転軸のいずれか一方の
内側に形成された軸受面は円筒形状であることを特徴と
するものであり、請求項４記載の発明は、上記請求項１
または２記載の構成に加えて、前記固定軸および回転軸
のいずれか一方の外側に形成された軸受面は円筒形状で
あって、前記軸受面に対向する前記回転軸および固定軸
の全部または一部は樹脂からなることを特徴とするもの
であり、請求項５記載の発明に係るポリゴンスキャナ
は、上記請求項１、２、３または４記載の動圧流体軸受
を備え、該動圧流体軸受の固定軸はハウジングに固定さ
れ、前記動圧流体軸受の回転軸はポリゴンミラーを固定
して回転体を構成し、該回転体を軸方向に支持する軸受
手段と、前記回転体を駆動するモータと、を備えたこと
を特徴とするものである。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明では、固定軸と回転軸との
間に形成される軸受すき間が断面で２個以上のくさび形
状としているので、形状が単純で、軸受面の変化が少な
く、目視時の変化が大きく見易い。請求項２記載の発明
では、固定軸と回転軸との間の軸受すき間が、くさび形
状の断面を軸方向に対して周方向に連続にずらして螺旋
状に形成されているので、回転軸が回転すると、流体は
軸受すき間の狭部に集まり高圧となり、軸中心方向の付
勢力を発生する。この付勢力は回転により、周方向およ
び螺旋形に沿って軸方向に連続的にずれて移動し全体と
して均一な圧力分布となる。

【００１１】請求項３記載の発明では、軸受すき間が内
側の軸受面を円筒形状とし、外側の軸受面をくさび形状
とするので、外側の軸受面はヘリングボーン溝に比較
し、極めて単純な形状を形成している。請求項４記載の
発明では、軸受すき間が外側の軸受面を円筒形状とし、
この軸受面に対向する内周面を形成する固定軸または回
転軸の全部または一部が樹脂からなるので、内周面のく
さび状形状は樹脂の成形加工でできる。

【００１２】請求項５記載の発明では、ポリゴンスキャ
ナが断面くさび形状の軸受すき間を有する動圧流体軸受
を備えているので、軸受すき間の形状は単純で、軸受面
の変化は少なく、目視時の変化は大きく見易い。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は、本発明の請求項１，４および５に係る動圧
流体軸受を用いたポリゴンスキャナの第１実施例を示す
図である。まず、構成について説明する。図１におい
て、20はポリゴンスキャナであり、ポリゴンスキャナ20
は、金属部材からなり、ハウジング21の下部の台座21Ａ
に圧入固着または焼きばめなどにより固定され外側に断
面が真円である軸受面22ａを有する固定軸22と、固定軸
22に回転自在に嵌合し軸受面22ａに対向する内周面23ｃ
との間に軸受すき間25を形成した中空回転軸23と、を備
えた動圧流体軸受24を有している。軸受すき間25は、固
定軸22の外側に形成された軸受面22ａを断面真円の円筒
形状に加工し、中空回転軸23の樹脂被覆した内周部23Ａ
を成形加工することにより形成されている。

【００１４】固定軸22と中空回転軸23との間に形成され
る軸受すき間25は、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、
軸に垂直な断面形状が周上の同一方向にこの実施例では
反時計方向に、狭部25ａを有する３個のくさび形状を有
している。軸受すき間25の平均した軸受すき間間隔は十
数μｍ以下であり、図には大きく示している。各軸受す
き間25は、狭部25ａから広部25ｂまでの周長は同じであ
り、狭部25ａおよび広部25ｂはそれぞれ軸断面に垂直に
形成され、単純な形状を形成している。

【００１５】中空回転軸23の先端にはフランジ部23ａが
設けられ、フランジ部23ａの上面にはポリゴンミラー26
を載置し、さらに、内筒部27ａを中空回転軸23の内筒部
に嵌合して位置決めされるミラー押え27によりポリゴン
ミラー26を回転軸と同軸に位置決めし、上方より押えて
固定して回転体35の一部を構成している。具体的には、
ねじ28を、ミラー押え27、ポリゴンミラー26、フランジ
部23ａにまたがって螺合することにより、ポリゴンミラ
ー26をフランジ部23ａに固定している。

【００１６】このミラー押え27は中央部に環状の磁石30
ｂを保持しておた、マグネットホルダとしての機能を持
っている。またミラー押え27の中央には、上下振動減衰
用微細穴31が形成されており、スラスト軸受にダンピン
グ特性を持たせるようにしている。さらにミラー押え27
には回転体不釣合修正用のバランス修正溝27ｂが形成さ
れている。

【００１７】中空回転軸23の軸方向中央にはロータマグ
ネット32が嵌装され、さらに、ロータマグネット32の下
方にバランス修正溝33ａが形成されたバランスリング33
が装着されている。したがって、ポリゴンミラー26、ミ
ラー押え27、ロータマグネット32、バランスリング33等
が取付けられた中空回転軸23が動圧空気軸受型ポリゴン
スキャナの回転体35を構成している。回転体35は不釣合
による回転時の振動を小さくするため、上下のバランス
修正溝27ｂ，33ａで数ｍｇ以下の不釣合量にバランス修
正されている。

【００１８】中空回転軸23が嵌合されている固定軸22は
上端部に磁石30ｃが固定されている。回転体35が回転を
開始すると、中空回転軸23が図１（ｂ）、（ｃ）に示す
時計方向に回転することにより、粘性をもつ流体、この
場合には空気が、くさび状のすき間25の狭部25ａに押し
込められ、中空回転軸23と固定軸22の間のすき間25の圧
力が高まり軸受中心に向かう支持力が周方向３個所で働
き、その支持力が回転して、動圧軸受を形成し、非接触
でラジアル方向に回転体35を支持する。

【００１９】一方、アキシャル方向の軸受は上蓋36、中
空回転軸23上端部、および固定軸22上端部に固定された
磁石30ａ，30ｂ，30ｃと上下振動減衰用微細穴31で構成
されているスラスト磁気軸受である。磁石の磁極は互い
に向かいあう面を同極として磁石30ｂは上下から反発さ
せられ、回転体35を浮上させ非接触で支持している。磁
石30ａ，30ｂ，30ｃおよび上下振動減衰用微細穴31は、
軸受手段37を構成している。

【００２０】モータ部38はその方式がインナーロータ型
といわれるものであり、ロータマグネット32、コイル部
32Ａ、スロット鉄心32Ｂ、ホール素子32Ｃ等で構成さ
れ、励磁切り換えによりポリゴンスキャナの回転体35が
回転するようになっている。次に、作用について説明す
る。請求項１記載の発明では、固定軸22と中空回転軸23
との間に形成される軸受すき間25が固定軸22の外側の軸
受面22ａは断面真円であり、中空回転軸23は樹脂被覆し
た内周部23ｂを成形加工して形成され、３個のくさび形
状を有しているので、形状が単純で、加工が極めて容易
で、軸受面の変化が少なく、目視時の変化が大きく見易
く、検査も容易である。このため、検査の信頼性も高
い。

【００２１】また、軸受すき間25は固定軸22が金属部材
からなり、断面が真円であるので、外径加工は容易であ
り、また、中空回転軸23の内周部のくさび形状の加工
が、中空回転軸23の内周部を樹脂の成形加工によりくさ
び形状に形成するので、従来のヘリングボーン溝に比較
し、形状が極めて単純であり、かつ、従来のエッチング
加工より極めて少ない工程で加工でき、加工コストが安
くできる。このため、製造コストが低減でき量産時に低
コスト化ができる。

【００２２】次に、本発明の第２実施例につき説明す
る。図２（ａ），（ｂ）は、本発明の請求項１，４およ
び５に係る動圧流体軸受を用いたポリゴンスキャナの第
２実施例の要部を示す。第１実施例と同じ構成には同じ
符号をつける。第２実施例の動圧流体軸受41は、固定軸
22と中空回転軸23との間に形成された軸受すき間25を周
上に４個有する場合である。この実施例では、中空回転
軸23の回転により、支持力が周上４個所で働き、より安
定した動圧軸受を形成する。その他の構成、作用効果は
第１実施例と同じである。

【００２３】また、軸受すき間25は動圧流体軸受41の周
上８個またはその以上設けてもよいのは勿論である。次
に、本発明の第３実施例につき説明する。図２（ｃ）
は、本発明の請求項１，３および５に係る動圧流体軸受
を用いたポリゴンスキャナの第３実施例の要部を示す図
で、第１実施例と同じ構成には同じ符号をつける。

【００２４】第３実施例の動圧流体軸受51は、金属部材
からなる固定軸22と、金属部材らかなる中空回転軸23と
の間に形成された軸受すき間25が、回転軸23の内側に形
成された断面が真円の軸受面23ｄと固定軸22の外周部に
形成されたくさび状の外周面22ｂから形成された場合で
ある。これらの製作時には、回転軸23の断面真円の内面
は、円筒加工で容易にできる。固定軸22の外周面22ｂ
は、真円外径を有する部材から外周部を切削または研削
等の加工をしてくさび形状とすることにより容易にでき
る。

【００２５】本発明では、形状が単純であるので、従来
のエッチングによりヘリングボーン溝を形成するのに比
較して，大幅に少ない工程により加工できる。このた
め、第１実施例の作用効果と同様に大幅な低コスト化が
できる。次に、本発明の第４実施例につき説明する。図
２（ｄ）は本発明の請求項１，２，４および５に係る動
圧流体軸受を用いたポリゴンスキャナの第４実施例の要
部を示す図で、第１実施例と同じ符号には同じ符号をつ
ける。

【００２６】第４実施例の動圧流体軸受61は、固定軸22
と中空回転軸23との間に形成される軸受すき間25がくさ
び形状の断面を軸方向に対して周方向に連続してずらし
螺旋状に形成した場合である。固定軸22の外周面22ｂお
よび中空回転軸23の内周面23ｃは、第１実施例と同様に
して形成できる。本発明では、軸受すき間25がくさび形
状の断面を軸方向にずらした螺旋状に形成されているの
で、中空回転軸23が回転すると、流体の空気は軸受すき
間の狭部に集まり高圧となり、軸中心方向に向う支持力
が発生する。この支持力は回転により周方向に移動し、
螺旋形状の軸受すき間25によって軸方向に連続的にずれ
て移動し、全周上での圧力分布が均等にできる。このた
め、中空回転軸23の回転はさらに一層安定させることが
できる。

【００２７】なお、前述の第１，２および４実施例にお
いては、動圧流体軸受の中空回転軸23が樹脂被覆した内
周部にくさび形成を形成した場合について説明したが、
本発明においては、この実施例に限らず、中空回転軸23
全部または中空回転軸23および固定軸22全部が樹脂部材
であってもよいのは勿論である。また、前述の第３実施
例では、固定軸22および中空回転軸23が金属部材からな
る場合について説明したが、本発明ではこの実施例に限
らず、この場合も固定軸22および中空回転軸23の一部ま
たは全部が樹脂であってもよいのは勿論である。

【００２８】また、前述の実施例においては、動圧流体
軸受は外側に軸受面を有する固定軸22と固定軸22に回転
自在に嵌合する中空回転軸23からなる場合について説明
したが、本発明においては、この実施例に限らず内側に
軸受面を有する中空状の固定軸23Ａと、固定軸23Ａに回
転自在に嵌合する柱状の回転軸22Ａからなる場合であっ
てもよい。図１（ｂ）、図２（ａ）、（ｃ）には、固定
軸22Ａと、回転軸23Ａをそれぞれ（ ）で示し、回転方
向を矢印Ａに示している。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１記載の
発明によれば、固定軸と回転軸との間に２個以上のくさ
び形状の軸受すき間を形成しているので、形状が単純で
軸受面の加工が容易で、低コストで、かつ、検査が容易
で検査の信頼性が高くできる。また、請求項２記載の発
明によれば、軸受すき間が、くさび形状の断面を軸方向
に対して周方向に連続してずらし、螺旋状に形成してい
るので、軸受すき間に発生する圧力分布を全周上で均等
にできる。

【００３０】また、請求項３記載の発明によれば、軸受
すき間がくさび形状の断面を内側の軸受面が円筒形で、
外側の軸受面をくさび形状に加工しているので、加工形
状が単純でエッチング加工と比較し、加工が容易で、少
ない工程ででき、低コストにできる。また、請求項４記
載の発明によれば、くさび形状の断面を、外側の軸受面
が円筒形で内側の軸受面を全部または一部を樹脂で成形
加工しているので、エッチング加工に対し、成形加工が
容易にでき、量産時の低コスト化ができる動圧流体軸受
を提供でき、また、請求項５記載の発明によれば、ポリ
ゴンスキャナは動圧流体軸受を、前述のくさび形状の軸
受すき間を有する軸受としているので、前述の効果に加
えて，さらに，低コストでかつ信頼性が高くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１，４，および５記載に係る動
圧流体軸受を用いたポリゴンスキャナの第１実施例を示
す図で、（ａ）はその全体断面図、（ｂ）はその要部断
面図、（ｃ）は（ｂ）のその要部斜視図である。

【図２】本発明の請求項１記載に係る動圧流体軸受の他
の実施例の要部を示す図で、（ａ）はその断面図、
（ｂ）は（ａ）の斜視図、（ｃ）はさらに他の実施例の
断面図、（ｄ）はさらにまた他の実施例の斜視図であ
る。

【図３】従来の動圧流体軸受を用いたポリゴンスキャナ
を示す図で、（ａ）はその全体断面図、（ｂ）はその他
の全体断面図である。

【図４】従来の動圧流体軸受のモデルを示す断面図であ
る。

【符号の説明】

３ 固定軸 20 ポリゴンスキャナ 22 固定軸 23 中空回転軸 24，41，51，61 動圧流体軸受 25 軸受すき間 26 ポリゴンミラー 29 軸受手段 35 回転体 37 軸受手段 38 モータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外側および内側のいずれか一方に軸受面を
   有する固定軸と、該固定軸に回転自在に嵌合する回転軸
   と、を備えた動圧流体軸受において、前記固定軸と回転
   軸との間に形成される軸受すき間は、軸に垂直な断面が
   周上の同一方向に狭部を有する２個以上のくさび形状を
   備えることを特徴とする動圧流体軸受。
2. 【請求項２】前記軸受すき間は、くさび形状の断面が軸
   方向に対して周方向に連続してずれ螺旋状に形成されて
   なることを特徴とする請求項１記載の動圧流体軸受。
3. 【請求項３】前記固定軸および回転軸のいずれか一方の
   内側に形成された軸受面は円筒形状であることを特徴と
   する請求項１または２記載の動圧流体軸受。
4. 【請求項４】前記固定軸および回転軸のいずれか一方の
   外側に形成された軸受面は円筒形状であって、前記軸受
   面に対向する前記回転軸および固定軸の全部または一部
   は樹脂からなることを特徴とする請求項１または２記載
   の動圧流体軸受。
5. 【請求項５】請求項１、２、３または４記載の動圧流体
   軸受を備え、該動圧流体軸受の固定軸はハウジングに固
   定され、前記動圧流体軸受の回転軸はポリゴンミラーを
   固定して回転体を構成し、該回転体を軸方向に支持する
   軸受手段と、前記回転体を駆動するモータと、を備えた
   ことを特徴とするポリゴンスキャナ。