JPH05209622A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】軸方向の高さの低い、立ち上がり時間の短い、
しかも回転中の振動が小さい軸受装置を提供する。 【構成】一方のラジアル軸受面14を有するスリーブ13を
他方のラジアル軸受面15を有する固定軸12に嵌合し、両
ラジアル軸受面の少なくとも一方にヘリングボーン状の
みぞ16を設けて対向させるとともに、スリーブ13は固定
軸12に吸引型のスラスト磁気軸受Ｓによって浮上支持
し、スリーブ13の外周面に固定した環状のフランジ２３
にミラー50を取付けた。吸引型のスラスト磁気軸受を用
いたため高さが低く、起動トルクも小さいので立ち上が
りが早い。スリーブのフランジとミラーをほぼ同じ線膨
張係数にすればミラーの熱膨張による釣り合いのくずれ
が抑制されて回転振動が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、情報機器，映像機器
などに用いられる光偏向装置等の軸受装置の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の光偏向装置用の軸受装置
としては、例えば図３に示されるものがある。この従来
例は、ハウジング（スリーブ）１の中心部に円筒状孔２
が設けてあり、この円筒状孔２の内周面に円筒状のラジ
アル軸受面３が設けられ、底面には中央部に凸球面状の
隆起部４を有するスラスト軸受面５が設けられている。

【０００３】ハウジング１の円筒状孔２には、回転部材
である軸６が嵌合されている。この軸６の外周面には、
前記ラジアル軸受面３と対向するラジアル受面７が設け
られている。また、軸６の一方の端面には、前記スラス
ト軸受面５と対向する平面状の他方のスラスト軸受面９
が設けてある。軸６のラジアル受面７には、スラスト軸
受の作用をおこなうスパイラル状のみぞ８ａ及びラジア
ル軸受用のヘリングボーン状のみぞ８ｂからなる動圧発
生用のみぞ８が設けられて、動圧みぞ付流体軸受（この
例の流体は空気）が構成されている。

【０００４】軸６の静止時は、軸下端のスラスト受面９
がハウジングのスラスト軸受面５の隆起部４に接触して
アキシアル荷重を受ける。しかし、軸６の回転時は、そ
の回転に伴ってラジアル受面７に設けたスパイラル状の
みぞ８ａで発生する動圧をスラスト軸受面５とスラスト
受面９との間に導き、その圧力でアキシアル荷重を受け
る。したがって、軸受装置の定格運転中、軸６はハウジ
ング（スリーブ）１と非接触で回転する。

【０００５】上記軸６の上部にはミラー５０が取付けら
れている。そのミラー５０は、軸６と共に駆動モータ６
０で回転駆動される。この駆動モータ６０の永久磁石か
らなるロータ磁石６１は、鉄合金製のケース６３を介し
て軸６に取付けられている。一方、ロータ磁石６１と半
径方向に対向するステータコイル６４は、ハウジング１
に取付けられている。この従来例の場合、上記ミラー５
０及びロータのケース６３は、軸６の外径面にすきまば
めで嵌合され、且つ、ロータのケース６３はミラー５０
を挟んで軸６のフランジ部６ａにねじ６５で固定されて
いる。また、ロータ磁石６１はそのケース６３に接着剤
により固着されている。

【０００６】上記ミラー５０はアルミ合金製、ケース６
３は鉄合金製、軸６はカーボン繊維入りのアルミ複合合
金製であり、それらの線膨張係数がいずれも異なってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような光偏向装置
は、レーザプリンタやデジタル複写機に使われるが、装
置全体の小型化のために軸方向高さの低いものが要求さ
れている。しかし、従来例では、ラジアル受面にアキシ
アル荷重を支持するための軸方向長さの長いスパイラル
状のみぞ８ａが必要なため、軸方向の高さを低くできな
いという問題があった。

【０００８】一方、操作性の面から起動時間の短く、定
格回転数に到達するまでの立ち上がり時間の短いものが
求められている。すなわち、レーザプリンタおよびデジ
タル複写機においては、スイッチを入れてから使用でき
るまでの時間が短いことが好まれるため、使用回転数に
到達するまでの時間がなるべく短い光偏向装置が求めら
れている。しかし、従来例では、静止時にはスラスト軸
受部は軸端面とスリーブ底面とが接触しているので起動
摩擦トルクが大きく、またアキシアル負荷容量確保のた
め軸方向長さを長くする必要があり、軸６とフランジ部
６ａのイナーシャが大きくなって、立ち上がり時間を短
くすることが難しかった。

【０００９】さらに、記録密度の向上及び印字速度の高
速化に伴い、ますます高速回転への要求が高まってい
る。しかも、印字品質の向上を図るためには、回転中に
光偏向装置から発生する振動を極力小さくおさえる必要
がある。このように回転数が速くなると、回転部の不釣
り合いによる遠心力は速度の２乗に比例して大きくなる
ため、不釣り合いをいかに小さく抑えるかがますます重
要になってくる。しかしながら、回転数が高くなるとミ
ラー５０の風損及び軸受部の摩擦による発熱が大きくな
るので、常温状態でいくら精密に不釣り合い修正（バラ
ンス修正）をしていても、温度上昇に伴ってそれぞれの
材質の線膨張係数の違いにより、ミラー５０及びロータ
磁石６１の重心がスリーブ１の回転中心に対して僅かに
移動して、時間とともに装置の振動が大きくなるという
問題があった。また、高温状態で予め不釣り合いを修正
しても、今度は回転初期の振動が大きくなったり、或い
は温度上昇により不規則に重心が移動するため定常時の
振動を小さくする効果がほとんどないといった状態であ
った。これは、従来例では、ミラー５０と軸６及びロー
タ磁石のケース６３と軸６との間のはめあい面に僅かな
すきまがあることおよびミラー５０とロータ磁石のケー
ス６３とフランジ６ａの線膨張係数の違い、さらにはロ
ータ磁石６１とケース６３との間のすきまが接着剤によ
り接着されているために、熱膨張によって僅かではある
がすきま内および接着層を不規則に移動する現象に起因
している（ロータ磁石６１とケース６３との熱膨張によ
り、ロータ磁石６１とケース６３との間の接着剤は弾性
変形する）。 最近の印字品質の向上に伴い、ますます
装置の低振動化が要求され、従来はそれほど問題にされ
なかったが、このような高速回転に伴う発熱によって生
じる不釣り合いに起因する振動の影響は無視し得なくな
っている。

【００１０】そこで、この発明は、軸方向の高さの低
い、立ち上がり時間の短い、しかも回転中の振動が小さ
い軸受装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するこ
の発明は、固定軸にスリーブが嵌合し、そのスリーブに
設けた一方のラジアル軸受面が固定軸に設けた他方のラ
ジアル軸受面と対向し、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ヘリングボー
ン状のみぞを設け、前記スリーブは固定軸に吸引型のス
ラスト磁気軸受によって支持され、前記スリーブの外周
面に固定した環状のフランジにミラーを取付けた。

【００１２】

【作用】この発明によれば、スラスト軸受に吸引型の磁
気軸受を用いたので、ラジアル軸受面にスラスト軸受用
のスパイラルみぞが不要となり軸方向の高さを低くする
ことができるとともに、スラスト軸受部は静止時および
回転時とも非接触のため起動摩擦トルクが小さい。ま
た、軸方向長さを短くできるので、イナーシャが小さ
い。そして、ミラー固定用のフランジは必要に応じてス
リーブ外周面に焼きばめ，かしめ又は圧入などの手段に
より固着しており、はめあい面のすきまをなくしてい
る。従って、スリーブのフランジはミラーとほぼ同じ線
膨張係数とすると、ミラーをフランジにねじ止めするだ
けで、発熱時には線膨張係数の違いによってミラーの重
心がスリーブの回転中心に対して移動することによる釣
り合いのくずれが少ない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。従来と同一または相当する部分には同一の符号を
付している。図１は一実施例の縦断面図である。ハウジ
ング１１は、図示しない上側部材を取り付けることによ
り必要に応じて空気等の気体を密封できる構造になって
おり、その中心部には固定軸１２が立設されている。こ
の固定軸１２に、ラジアル軸受すきまを介してスリーブ
１３が回転自在に嵌合されている。

【００１４】スリーブ１３の内周面に一方のラジアル軸
受面１４が設けられ、固定軸１２の外周面に設けた他方
のラジアル軸受面１５とラジアル軸受すきまα１を隔て
て対向している。前記一方のラジアル軸受面１４と他方
のラジアル軸受面１５との少なくとも一方に（この実施
例では一方のラジアル軸受面１４に）、動圧発生用のヘ
リングボーン状のみぞ１６が設けられ、ラジアル流体軸
受Ｒを構成している。スリーブ１３は、固定軸１２の自
由端側に設けられた吸引型のスラスト磁気軸受Ｓによっ
て支持されている。

【００１５】スラスト磁気軸受Ｓは、この実施例では、
例えばＳＵＳ４４０Ｃ，ＳＵＳ４２０Ｊ２などのステン
レス鋼のような磁性体材料からなる固定軸先端部１８
と、スリーブ１３の内面に固着された円筒状永久磁石２
０の内面とがスラスト軸受すきまα２を隔てて対向する
ことにより生じる吸引力によって、スリーブ１３を固定
軸１２にたいして非接触に支持する構成である。前記ス
ラスト軸受すきまα２はラジアル軸受すきまα１より大
きくしてある。固定軸先端部１８は、固定軸１２の本体
と一体でも別体でもよいが、一体に形成した方がラジア
ル軸受面１４，１５との同軸度が確保しやすくて磁気吸
引力のアンバランスが生じにくく、しかも部品点数が少
ないので好ましい。この先端部１８の近傍（図では固定
軸本体との間）には周溝１８ａを設けてある。これによ
り固定軸１２の外径面の周溝１８ａの縁部に永久磁石の
磁束を集中させて、固定軸１２に対するスリーブ１３の
軸方向位置を定める。この周溝１８ａがないと軸方向の
どこでも吸引されるので、スリーブ１３の軸方向の位置
が決まらない。この場合、固定軸１２の先端が脆くて欠
けやすい永久磁石ではないから、スリーブ１３を固定軸
１２に挿入して行う組立が容易である。また、固定軸１
２に非磁性体材料を用いると、上記とは逆に固定軸１２
に永久磁石を取付け、スリーブ１３に磁性体を用い、ス
リーブ１３に内周溝を設けることもできる。なお、スリ
ーブ１３を非磁性体の材料とし、スリーブ１３に永久磁
石を固定してもよい。また、スリーブ１３を磁性体の材
料とし、スリーブ１３に固定した永久磁石の上下端面の
磁極の一部が空気に接するようにしても良い。また、固
定軸１２を磁性体の材料とし、固定軸１２に固定した永
久磁石の上下端面の磁極の一部が空気に接するようにし
ても良い。

【００１６】なお、スラスト軸受Ｓとして磁気軸受を用
いると、軸方向の剛性が低いので外部振動により回転部
が上下に振動しやすい。そこで、この実施例では、スリ
ーブ１３の下部外周面１３ａと、これに対面するハウジ
ング１１の内周面１１ｂとの間のすきまＣ１を半径方向
で１００μｍ以下に小さくして、スリーブ１３の下面と
ハウジング１１との間の空間の空気がすきまＣ１から流
出入する際の抵抗によるエアダンパＥを設けることによ
って、軸方向の動きを抑制している。

【００１７】上記スリーブ１３の外周面には、ミラー固
定用フランジ２３が、焼きばめ，かしめまたは圧入など
の手段で固着されている。また、駆動用モータ６０のケ
ース６３がスリーブ１３の外周面に必要に応じて焼きば
め，かしめまたは圧入により固着されている。そして、
ミラー５０は、スリーブ１３の外周面にすきまばめされ
てミラー固定用フランジ２３の上に載置されたうえ、ミ
ラー面の精度劣化を防ぐアルミ合金製の押さえ板２４を
被せてねじ２５を締め付け、ミラー固定用フランジ２３
に固定されている。このように、ミラー固定用フランジ
２３をスリーブ１３と分離したので、スリーブ１３とミ
ラー固定用フランジ２３とを別材質にして機能性を高め
ることができる。すなわち、これにより、ミラー固定用
フランジ２３と押さえ板２４にはミラー５０とほぼ同じ
線膨張係数をもつアルミ合金などを用いることができ、
温度上昇時はミラー５０と前記フランジ２３とが半径方
向に同量膨張するからミラー５０の重心移動が防止さ
れ、高速回転時の釣り合い性が向上する。また、スリー
ブ１３には固定軸１２との摺動性の良い材料、例えば構
造用鋼にフッ素樹脂を含浸したニッケル系のめっきを施
したもの，炭化けい素カーボン繊維を含むアルミ複合合
金またはセラミックスなどを使用し、一方、固定軸１２
には錆にくいステンレス鋼，ちっ化したステンレス鋼，
セラミックスまたは構造用鋼に表面処理した材料などを
用いることができる。その場合、スリーブ１３の線膨張
係数と固定軸１２の線膨張係数とがほぼ同じになるよう
に材料を選定すれば、温度変化による軸受の半径方向す
きまの変化を少なくすることができる。

【００１８】なお、駆動用モータ６０のロータ磁石６１
とケース６３との間は接着により固定してもよいが、焼
きばめまたは圧入にすると高速回転での釣り合いのくず
れをより少なくできる。また、ケース６３の外周面６３
ａは、ハウジング１１の外側部の内周面１１ｃに対面す
るように配設して、高速回転のためロータ磁石６１が万
一破壊するような場合でも、遠心力で外部に破片が飛び
だすことがないように安全を考慮している。

【００１９】また、ケース６３の内周面には、ロータ磁
石６１の両側にバランス修正用接着剤をつけるかど部６
６が設けられており、回転時のバランス修正の精度を向
上させるとともに、遠心力による接着剤の飛散を防止し
ている。また、永久磁石２０はスリーブ１３の内径面に
接着してもよいが、焼きばめまたは圧入により固着する
と、高速で使用する場合には回転中のつりあいのくずれ
がなく好ましい。また、永久磁石２０の外周面はスリー
ブ１３で拘束されるので、高速回転時における永久磁石
２０の遠心破壊を防止できる。

【００２０】なお、２６はモータ基板である。次に作用
を述べる。上記構成の軸受装置は、スリーブ１３が、磁
気吸引型のスラスト軸受Ｓにより固定軸１２に対して軸
方向に支持されている。そのため、ラジアル流体軸受Ｒ
にスラスト軸受の作用を行うスパイラル状のみぞを設け
る必要がなくなり、装置の軸方向の高さが低くでき且つ
構造が簡単である。

【００２１】また、磁気吸引型のスラスト軸受Ｓとした
ため、スリーブ１３は磁気吸引力で常時引きつけられて
おり、輸送時に抜け止めなどの手段を設ける必要はない
し、使用姿勢の制約もないから縦，横，斜め等自由に設
定できる。さらには、回転部の自重を支持するスラスト
軸受部が静止時も回転時も非接触となるので、起動摩擦
トルクが小さく、また軸方向長さを短くできるのでイナ
ーシャが小さい。その結果、装置の立ち上がり時間が短
縮される。

【００２２】また、スラスト磁気軸受Ｓの一方を永久磁
石、他方は磁性体としたため高価な永久磁石が１個です
み、組立ても容易となるから軸受装置のコストが安く、
しかも量産が容易である。また、ミラー固定用のフラン
ジ２３はミラー５０とほぼ同じ線膨張係数の材質とし、
且つスリーブ１３の外周面に焼きばめ，かしめ又は圧入
などの手段により固着することによりはめあい面のすき
まをなくしたため、回転による発熱でミラー５０が膨張
するとフランジ２３も同じだけ半径方向に膨張する。し
たがって、ミラー５０の重心位置は殆ど変化しない。ま
た、ロータ磁石６１およびケース６３についても、焼き
ばめ，かしめ又は圧入などの手段で相手部材にすきまな
く固着することができ、同様に温度上昇による重心の移
動が防止される。それゆえ、重心移動による釣り合いの
くずれが少なく、回転中の振動が小さい。

【００２３】図２にこの発明の第２の実施例を示す。こ
の実施例は、駆動モータ６０が上記第１の実施例のアウ
ターロータ形式ではなく、ロータ磁石６１をスリーブ１
３の外周面に圧入，焼きばめ等により直接に固着してス
テータコイル６４の内側に配したいわゆるインナーロー
タ形式のモータである。このため、ロータケースが不要
となり、部品点数が少ない。ただし、ロータ磁石６１に
は外周面に補強部材がないので、回転による遠心破壊に
強い材料を用いる必要がある。

【００２４】また、この実施例の固定軸１２は、例えば
非磁性体のステンレス鋼やセラミックスを用いた非磁性
体であり、その軸端にスラスト磁気軸受Ｓを構成する磁
性体リング（または円板）３０が固着してある。これに
より、第１の実施例における固定軸１２の先端部の周溝
１８ａを無くすことができ、その分高さを低くできる利
点がある。なお、周溝１８ａの軸方向長さのぶん、ラジ
アル軸受の幅を長くすることもできる。

【００２５】ミラー５０は、部品点数を減らすため第１
の実施例における押さえ板２４を省いて、フランジ２３
に直接にねじ２５で取付けられている。また、スリーブ
１３の上端部にはバランス修正用の接着剤が塗布可能な
内周面３１が、下端部には同じく周溝の内周面３２がそ
れぞれ設けられている。その他の構成および作用・効果
は第１の実施例とほぼ同じである。

【００２６】なお、上記各実施例では、駆動モータ６０
に周対向モータを使用しており、ロータ磁石６１とステ
ータコイル６４との間に吸引力が働いて軸方向に負荷能
力を有している。したがって、アキシアル剛性を多少犠
牲にすれば、スラスト磁気軸受Ｓを特に設けずに、駆動
モータに吸引型のスラスト磁気軸受の機能を兼ねさせ、
スラスト磁気軸受を備えた駆動モータとしても良い。軸
方向面対向モータを使用する場合は、もちろんスラスト
磁気軸受Ｓが必要である。

【００２７】また、固定軸１２に固定した永久磁石がス
リーブ１３に固定した永久磁石と半径方向に対向して、
吸引型のスラスト磁気軸受を構成しても良い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、スリーブのフランジの線膨張係数をミラーとほぼ同
じ同じにできるので、ミラーをスリーブと焼きばめしな
くてもねじ止めするだけで回転中の温度上昇によるミラ
ーの膨張による重心の移動は生じないから、回転時の振
動を小さくでき、またミラーの取付けを容易にできると
共にミラーの面の精度劣化を少なくできる。

【００２９】また、吸引型のスラスト磁気軸受によりア
キシアル荷重を支持するものとしたため、ラジアル軸受
面にスラスト軸受の作用を行うスパイラルみぞが不要と
なり、その結果、軸方向の高さが低い軸受装置を提供で
きる。しかも、スラスト軸受すきまはラジアル軸受すき
まより大きいので、スラスト軸受は静止時および回転時
とも非接触であり、起動摩擦トルクが小さいから立ち上
がり時間の短い軸受装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の縦断面図である。

【図２】この発明の他の実施例の縦断面図である。

【図３】従来の軸受装置の一例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１２ 固定軸 １３ スリーブ １４ 一方のラジアル軸受面 １５ 他方のラジアル軸受面 １６ ヘリングボーン状のみぞ ２３ フランジ ５０ ミラー Ｓ スラスト磁気軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定軸にスリーブが嵌合し、該スリーブ
   に設けた一方のラジアル軸受面が固定軸に設けた他方の
   ラジアル軸受面と対向し、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ヘリングボ
   ーン状のみぞを設け、前記スリーブは固定軸に吸引型の
   スラスト磁気軸受によって支持され、前記スリーブの外
   周面に固定した環状のフランジにミラーを取付けた軸受
   装置。