JPH05336694A - モータの回転軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】外周面にヘリングボーン溝よりなる気体動圧ラ
ジアル軸受を形成した回転軸と、この回転軸を嵌合支持
する軸受ブッシュと、前記回転軸のスラスト負荷荷重を
受けるスラスト受部とを有するモータの回転軸受装置に
おいて、前記軸受ブッシュの前記スラスト受部を設けた
側に内部に潤滑油を貯蔵する有底筒状の潤滑油容器を設
け、前記スラスト受部をこの潤滑油容器内の底部に配置
し、前記回転軸の一端側に設けられ前記スラスト受部と
接触する曲面を有するスラスト負荷部を設け、少なくと
も前記スラスト受部と前記曲面との接触部分を潤滑油に
浸漬した。 【効果】摩擦損失が小さく、低トルクでの起動及び高速
回転駆動を容易に実現でき、また、オイルミストの発生
や飛散を防止することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームプリンタ
などのレーザスキャニングに使用されるポリゴンミラー
駆動用スキャナモータなどに利用される、ヘリングボー
ン溝を有するモータの回転軸受装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザビームプリンタのレーザス
キャニングに使用されるポリゴンミラー駆動用モータに
おいては、軸支持のための軸受としては潤滑流体に潤滑
油を用いた油動圧軸受が一般的に利用されている。ま
た、希に空気動圧軸受を用いたものも存在するが、それ
らのスラスト負荷荷重の受け方は、磁気浮上タイプのも
のや，油動圧スラスト軸受，回転軸にフランジ形状の部
分を設けてこの部分で動圧で受けるタイプのものであっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したような構成の
従来のモータの回転軸受装置では、以下に述べるような
問題点が発生してくる。

【０００４】油動圧スラスト軸受タイプや、回転軸にフ
ランジ形状の部分を設けた動圧スラスト軸受タイプの場
合、共に大きな起動トルク（面接触のため）を必要とし
ている。また、アキシャルギャップタイプのモータにお
いては、ロータマグネットの吸引力もスラスト負荷荷重
に加算されるため、安価で低トルク化，高速化，軸振れ
精度と回転精度（回転速度変動率）の高精度化などを要
求する小型高精度のモータにあっては、これらの若干の
変動などが大きな不良要因となっていた。

【０００５】また、磁気浮上タイプについては、磁気セ
ンターのズレによるラジアル負荷荷重の増大と軸振れ精
度への悪影響があり、軸振れ精度と回転精度（回転速度
変動率）の高精度化を要求するスキャナ用モータには不
適当であった。更に、アキシャルギャップタイプのスキ
ャナ用モータにおいては、そのロータマグネットの吸引
力以上の磁気反発力を必要とし、モータの構造上極めて
矛盾した構成となってしまっていた。 ［発明の構成］

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記したよう
な技術的課題を解決するためになされたものであり、外
周面にヘリングボーン溝よりなる気体動圧ラジアル軸受
を形成した回転軸と、この回転軸を嵌合支持する軸受ブ
ッシュと、前記回転軸のスラスト負荷荷重を受けるスラ
スト受け部とを有するモータの回転軸受け装置におい
て、前記軸受ブッシュの前記スラスト受部を設けた側に
内部に潤滑油を貯蔵する有底筒状の潤滑油容器を設け、
前記スラスト受部をこの潤滑油容器内の底部に配置し、
前記回転軸の一端側に設けられ前記スラスト受部と接触
する曲面を有するスラスト負荷部を設け、少なくとも前
記スラスト受け部と前記曲面との接触部分を潤滑油に浸
漬し、前記軸受ブッシュと前記潤滑油容器との境にポー
ルピースを設け、このポールピースと前記回転軸との接
触面に磁性流体を設け、前記ポールピース下面にマグネ
ットを設けることにより磁気シールを構成した。或い
は、前記回転軸の前記スラスト負荷部を設けた一端側端
部の外周面にヘリングボーン溝を形成した。

【０００７】

【作用】本発明のモータの回転軸受装置は上記したよう
な構成により、ラジアル負荷荷重に対しては気体動圧ラ
ジアル軸受構造を利用し、スラスト負荷荷重に対しては
滑りスラスト軸受構造を利用し、更に軸受部分を潤滑油
に浸漬して摩擦損失の小化を図っているので、ロータの
組立自重と磁気吸引力の相当大きなスラスト負荷荷重を
受けることができ、しかも低トルクで短時間にモータを
起動することが容易にできるようになる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【０００９】まず、第１の実施例として図１のポリゴン
ミラー駆動用モータの総組立図を基に説明する。図中１
は、中空円筒状の一端側にフランジ部を形成してなる軸
受ハウジングである。この軸受ハウジング１の中空円筒
状部分の内部には、中空円筒状の軸受ブッシュ２が嵌挿
され接着固定されている。この軸受ブッシュ２は、窒化
珪素や炭化珪素，ジルコニヤ，アルミナなどのセラミッ
ク材料により形成している。軸受ハウジング１のフラン
ジ部の上側には、プリント配線基板３がネジにより固定
されている。このプリント配線基板３の上面には、ステ
ータコイル４が接着固定されている。

【００１０】軸受ハウジング１の底部には、底蓋５がネ
ジ止めされており、この底蓋５と上記軸受ハウジング１
とにより囲まれている部分には、内部に潤滑油を貯蔵し
た容器状の潤滑油容器６が配置されている。この潤滑油
容器６内底部には、上記軸受ブッシュ２と同様に窒化珪
素や炭化珪素，ジルコニヤ，アルミナなどのセラミック
材料により形成されたスラスト受部７が固定配置されて
いる。

【００１１】このように、軸受ブッシュ２とスラスト受
部７をセラミック材料により形成することにより、油動
圧に比較しても摩擦損失（軸ロス）を極めて小さくする
ことができ、さらには温度変化の影響を受けにくいなど
により、モータの低トルク化，高速化，起動時間の短
縮，軸振れ精度と回転精度（回転速度変動率）の高精度
化，及び組立性や取扱い性を容易にすることが可能とな
る。

【００１２】上記中空円筒状の軸受部を設けた軸受ブッ
シュ２の内部には、例えばステンレス鋼の焼き入れ品に
より形成された回転軸８が、軸受ブッシュ２の内周面と
数μｍの軸受隙間（図示しない）を存するように回転自
在に嵌挿支持されている。このように軸受ブッシュ２を
セラミック材料により形成し、回転軸８の材質をステン
レス鋼の焼き入れ品とした材質の組合せとすることによ
り、気体動圧軸受にとって最も懸念される回転軸８の焼
き付きを防止することができるようになる。この回転軸
８の下端部には、一端が曲面状に形成されたスラスト負
荷部１８が曲面状部分を下に向けて固定配置されてい
る。このスラスト負荷部１８の曲面状部分の上端部に
は、リング状の油切り１８ａが形成されている。

【００１３】このスラスト負荷部１８の曲面状部分は、
上記した潤滑油容器６内に設けられたスラスト受部７と
点接触し、スラスト受部７は、回転軸８のスラスト負荷
荷重、即ちロータの自重及びロータマグネット１１の吸
引力を受けるように構成されている。このとき、スラス
ト負荷部１８の曲面状部分とスラスト受部７とが点接触
する部分は、潤滑油容器６内に貯蔵された潤滑油に浸漬
された状態となっているので、スラスト軸受部分の耐磨
耗性を良くし、更に長寿命化を図ることができるように
なる。更に、スラスト負荷部１８に形成している油切り
１８ａを、潤滑油の油面より若干低い位置に設定してい
るので、回転軸８に沿って上昇しようとする潤滑油は回
転軸８の回転による作用（遠心力）によって上昇を規制
され、潤滑油の中へ還元することができるようになり、
オイルミストの発生や飛散を防止することができるよう
になる。

【００１４】回転軸８の外周面には、気体動圧軸受とし
て、上下２組のヘリングボーン溝よりなる動圧軸受部１
６，１７を形成し、気体動圧ラジアル軸受としており、
これらの動圧軸受部１６，１７を形成するヘリングボー
ン溝は、溝部の幅，丘部の幅，溝深さが等しく形成され
ており、吸入角度は異なる方向で等しく相対向して形成
されている。

【００１５】このようなタイプの軸受装置においては、
上下２組の動圧軸受部１６，１７のそれぞれにかかる負
荷荷重は大幅に異なり、その比にして動圧軸受部１６：
動圧軸受部１７は２：１から３：１、或いはそれ以上と
なることもある。そこで、その上下相異なる負荷荷重を
最も効率良く受けるためには、上下それぞれの軸方向長
さをこの比に按分するようにする。したがって、本実施
例においては、上側の動圧軸受部１６の軸方向長さを２
とした場合、下側の動圧軸受部１７の軸方向長さが１と
なるように構成している。

【００１６】この回転軸８の回転に伴って発生するラジ
アル負荷荷重、即ちロータの残留アンバランスによる振
れ回り（遠心力）荷重を、ヘリングボーン溝からなる動
圧軸受部１６，１７の回転により発生する気体動圧によ
り受けるように構成されている。

【００１７】回転軸８の他端側（上端側）には、焼きバ
メされたフランジ９が固定されており、このフランジ９
を介してロータヨーク１０がネジ止めされている。この
ロータヨーク１０の下面には、リング状のロータマグネ
ット１１が接着固定されており、このロータマグネット
１１は、プリント配線基板３上に設けられているステー
タコイル４と若干の空隙を設けて対向している。更に、
フランジ９の上側には、ポリゴンミラー１２がミラー押
さえ１３によりマウントされて固定されている。

【００１８】上記軸受ハウジング１のフランジ部分から
上側に配置されている構成品、即ちプリント配線基板
３，ステータコイル４，フランジ９，ロータヨーク１
０，ロータマグネット１１，ポリゴンミラー１２，ミラ
ー押さえ１３及び回転軸８の上側の一部などは、有底筒
状の密閉構造物１４内に収納されており、この密閉構造
物１４と軸受ハウジング１のフランジ部分とにより密閉
されており、外気と遮断される構成となっている。この
密閉構造物１４の側面の一部には、レーザ光を通過させ
るためのレーザ光通過窓１４ａが設けられている。上記
軸受ハウジング１のフランジ部分と密閉構造物１４とに
より密閉された部分には、潤滑流体である例えば空気１
５が封入されている。

【００１９】以下、本実施例のポリゴンミラー駆動用モ
ータの回転軸受装置の動作及び作用について説明する。
図示しない電源装置が投入されると、ロータを機械的に
一体構成している、ロータヨーク１０，ロータマグネッ
ト１１，ポリゴンミラー１２，及びヘリングボーン溝か
らなる２組の動圧軸受部１６，１７を外周面に有する回
転軸８が回転駆動を開始する。このとき、２組の動圧軸
受部１６，１７を構成するヘリングボーン溝によって、
軸受ハウジング１のフランジ部分と密閉構造物１４とに
より密閉された空気１５を吸入（ポンピング）して、軸
受隙間内の圧力を上昇させる働きをする。その結果、回
転数が所定の回転数以上に達したとき、回転軸８の外周
面と軸受ブッシュ２の内周面とは、潤滑流体である空気
１５を介して非接触で回転を行う。

【００２０】詳しく説明すると、密閉されていた空気１
５は、回転軸８の回転に伴って回転するヘリングボーン
溝よりなる動圧軸受部１６，１７により吸入（ポンピン
グ）され、軸受隙間の圧力を上昇させる働きをする。こ
の結果、動圧軸受部１６，１７のそれぞれを構成する、
対向する２つのヘリングボーン溝の間に位置する平坦部
１６ａ，１７ａの軸受隙間内の圧力が最も上昇する。と
ころで、動圧軸受部１６，１７のヘリングボーン溝の軸
方向の長さは、動圧軸受部１６の方が長いため、この動
圧軸受部１６で発生する圧力のほうが、動圧軸受部１７
で発生する圧力より高められることになる。

【００２１】上記したように、軸受ブッシュ２の材質を
セラミック材料にしたことにより、モータの起動時，停
止時で回転軸８が所定の回転数以下で、回転軸８と軸受
ブッシュ２とが無潤滑で、滑り軸受状態にあるときに起
こりやすい、回転軸８と軸受ブッシュ２との磨耗や焼き
付きを防止することができる。

【００２２】次に、本発明の第２の実施例について図２
を参照しながら説明する。上記第１の実施例との相違点
は潤滑油容器周辺に限られるものであるので、他の同一
構成要素に関しては同一符号を付すことにより説明を省
略する。

【００２３】軸受ハウジング１の底部には、底蓋５がネ
ジ止めされており、この底蓋５と軸受ハウジング１とに
より囲まれている部分には、内部に潤滑油を貯蔵した潤
滑油容器２２が配置されている。この潤滑油容器２２の
内底部には、軸受ブッシュ２と同様に窒化珪素や炭化珪
素，ジルコニヤ，アルミナなどのセラミック材料によ形
成されたスラスト受部７が固定配置されており、内部に
は潤滑油が貯蔵されている。

【００２４】潤滑油容器２２と軸受ブッシュ２との境に
は、環状をなすポールピース２１が設けられており、こ
のポールピース２１と回転軸８との境にはリング状の磁
性流体１９が設けられている。また、潤滑油容器２２の
開口部の内側には、ポールピース２１と接するように環
状をなすマグネット２０が配置されている。これら磁性
流体１９とマグネット２０，ポールピース２１とにより
磁気シールを構成することにより、気体動圧軸受側とス
ラスト軸受側との境界を完全にシールすることができる
ようになる。このような構成とすることにより、スラス
ト軸受側の潤滑油が気体動圧軸受側に侵入することを防
止することが可能となる。

【００２５】また、第３の実施例として図３に示してい
るように、潤滑油の気体動圧軸受側への侵入を防止する
ために、回転軸８の動圧軸受側とスラスト軸受との境の
部分に、ヘリングボーン溝２３を形成することにより、
回転軸８の回転の作用により、上昇しようとする潤滑油
を潤滑油容器６内に還元するように構成することも可能
である。

【００２６】上記第１乃至第３の実施例においては、ア
キシャルギャップタイプのモータに適用した場合につい
てのみ説明しているが、ラジアルギャップタイプのモー
タや、油動圧ラジアル軸受においても適用することがで
き、同様の効果を得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明のモータの回転軸受装置において
は、気体動圧軸受側とスラスト軸受側とを完全に遮断
し、スラスト軸受側を潤滑油を利用した油潤滑状態とな
るため、どちらの軸受部においても摩擦損失が小さく、
低トルクでの起動及び高速回転駆動を容易に実現でき、
また、オイルミストの発生や飛散を防止することができ
るという優れた効果を奏することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１の実施例を示す断面図

【図２】本発明第２の実施例を示す断面図

【図３】本発明第３の実施例を示す断面図

【符号の説明】

１ 軸受ハウジング ２ 軸受ブッシュ ６ 潤滑油容器 ７ スラスト受部 ８ 回転軸 １８ スラスト負荷部 １８ａ 油切り ２１ ポールピース

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面にヘリングボーン溝よりなる気体動
   圧ラジアル軸受を形成した回転軸と、この回転軸を嵌合
   支持する軸受ブッシュと、前記回転軸のスラスト負荷荷
   重を受けるスラスト受部とを有するモータの回転軸受装
   置において、前記軸受ブッシュの前記スラスト受部を設
   けた側に内部に潤滑油を貯蔵する有底筒状の潤滑油容器
   を設け、前記スラスト受部をこの潤滑油容器内の底部に
   配置し、前記回転軸の一端側に設けられ前記スラスト受
   部と接触する曲面を有するスラスト負荷部を設け、少な
   くとも前記スラスト受部と前記曲面との接触部分を潤滑
   油に浸漬したことを特徴とするモータの回転軸受装置。
2. 【請求項２】前記軸受ブッシュと前記潤滑油容器との境
   にポールピースを設け、このポールピースと前記回転軸
   との接触面に磁性流体を設け、前記ポールピース下面に
   マグネットを設けることにより磁気シールを構成したこ
   とを特徴とする請求項１記載のモータの回転軸受装置。
3. 【請求項３】前記回転軸の前記スラスト負荷部を設けた
   一端側端部の外周面にヘリングボーン溝を形成したこと
   を特徴とする請求項１記載のモータの回転軸受装置。