JPH0565917A - 動圧空気軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的容易に製作でき、かつ焼付を防止す
る。 【構成】 動圧空気軸受を構成する回転体２あるいは円
筒状軸受１の少なくとも一方の対向面に樹脂被膜１４を
形成し、動圧発生用のスパイラル状の溝を形成した面若
しくはそれと対向する面のいずれかに疵や打痕による突
起１３があっても、あるいは回転中の振動等に起因する
回転体２と軸受１との接触が生じても、回転体２と軸受
１との直接接触を防いで溶着が起らないようにしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は動圧空気軸受装置に関す
る。更に詳述すると、本発明は、高速回転する軸例えば
レーザ走査用モータや高速スピンドルモータ等のような
高速で回転するモータのロータを支持するのに用いて好
適な動圧空気軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ走査用モータ、磁気ドラム用モー
タ、ジャイロモータあるいは高速スピンドルモータのよ
うな高速で回転するモータ等には、高速回転を可能とす
るため、回転に基づく相対運動による動圧空気でロータ
部を支持する動圧空気軸受が採用されている。この動圧
空気軸受は、回転体の外周面とこれを支承する円筒状の
軸受部材の内周面のいずれかの周面にスパイラル状の動
圧発生用溝を形成し、回転体と軸受部材との間で動圧空
気軸受を構成するようにしている。この動圧空気軸受
は、回転時に動圧を発生させて回転体を浮揚させて支持
するため、回転体と軸受部材との間には一定の軸受隙間
（通常、最大５μｍ）が形成されている。このため、回
転中に回転体と軸受部材とが接触して摩擦熱を発生し、
接触部分の溶融により軸と軸受が凝着するいわゆる焼付
現象を惹き起こす危険がある。一般的には起動停止時の
軸受負荷能力の低い状態での接触による摩耗が焼付の引
き金となるが、また外力を受けた際の振動等によって高
速回転時に接触する場合にも起こる。

【０００３】そこで、従来は、高硬度で摩耗の少い材料
が焼付きに有利であるとの観点から、回転軸に焼入れ鋼
を使用し、更に硬質クロムメッキを施したり、または焼
入硬化型のステンレス鋼を使用する場合が多い。また、
相手側の軸受部材にも同様の材料を使用するか、銅合金
を使用する場合が多い。また、セラミック質材料で軸受
を形成したり、軸受内面又は回転軸表面へセラミック質
材料の被覆を実施することも考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、焼入れ
鋼などの硬質金属材料の使用が完全な焼付対策となって
いないことは、衆目の一致するところであり、かかる動
圧軸受の泣き処ともなっている。また、セラミック系材
料の使用は技術的、コスト的に難点を有し、実用的とは
言い難い。即ち、セラミックは硬質で加工精度が出し難
いことから、数μｍの軸受隙間をあけかつ５〜２０μｍ
の浅いスパイラル状の溝を必要とする動圧空気軸受の製
作には不向きである。

【０００５】本発明は、比較的製作工法が容易であり、
かつ焼付を生じることのない動圧空気軸受を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は、回転軸とそれを回転自在に支持する軸受
部材との相対向する面のいずれかにスパイラル状の溝を
設け、回転時に前記スパイラル状溝の作用で軸受隙間の
空気圧を高めて軸受荷重を支承する動圧空気軸受におい
て、前記回転軸と前記軸受部材との対向面の少なくとも
いずれか一方に樹脂被膜を形成するようにしている。こ
こで、樹脂被膜は、軸受隙間以上の厚さで、回転時の軸
受内発熱に因る熱膨張によって悪影響が出ない程度の厚
さ、好ましくは軸受隙間の２倍以上の厚さで、回転時の
軸受内発熱に因る熱膨張によって悪影響が出ない程度の
厚さ、最も好ましくは約１０μｍの厚さに形成されてい
る。また、樹脂被膜の材料は特に限定されるものではな
いが、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニル、ナイロン等が好
ましいものの１つとして挙げられる。

【０００７】

【作用】したがって、回転中に回転体と軸受部材とが接
触しても、金属と樹脂との接触であるため柔かい樹脂側
が摩耗し焼付けを起こすことはない。しかも、摩耗粉は
微細粉末となって動圧空気の流れと共にスパイラル状溝
内を通過して軸受外部に排出される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。尚、本実施例はレーザプリンタ
やファクシミリ等の光学走査装置に使用されているポリ
ゴンミラーを高速回転させるモータに適用したものであ
る。

【０００９】図１に本発明の動圧空気軸受を組込んだポ
リゴンミラー駆動用モータの一実施例を示す。このポリ
ゴンミラー駆動用モータは、ポリゴンミラー７を支持す
る円筒状の回転体（ロータ）２と、この回転体２を嵌合
させて該回転体２との間に動圧空気軸受を構成する円筒
状軸受１と、この円筒状軸受の中央に設置されステータ
組を構成する鉄心４と駆動用巻心（コイル）５と、前記
回転体２の内周面に固着されロータ組を構成する駆動用
マグネット３とから主に成る。ロータ組とステータ組と
の間、例えば回転軸心上において対向する鉄心４の上端
と回転体２とに夫々回転体浮上用のマグネット６ａ，６
ｂが設けられている。マグネット６ａ，６ｂは同極同士
を向い合せてその反撥力により回転体２を浮上させ、ス
ラスト方向においてロータ組とステータ組とが非接触と
なるように支承している。また、回転体２にはポリゴン
ミラー７等の被回転物が取付けられる。更に、回転体２
の下方には回転を検知するためのセンサー等の電子部品
８が取付けられる。回転体２の外周面には、図２に示す
ように、動圧発生のためのスパイラル状の溝９がエッチ
ングなどによって５μｍ〜２０μｍの深さで形成されて
いる。この回転体２の上部にはポリゴンミラー７を嵌め
込むためのボス１０が、中央部にはエアポケット用の溝
１１が設けられている。尚、回転体２の内部空間と外部
とは図示していない小径の連通孔を以って連通されてい
る。

【００１０】以上のように構成されたポリゴンミラー駆
動用モータによると、駆動コイル５に通電されると、駆
動用マグネット３が回転付勢されて回転体２がポリゴン
ミラー７と共に回転を開始する。このとき、回転中、ス
パイラル状溝９の中の空気は圧縮され且つ空気圧を高め
ながら１対のスパイラル状溝９のお互いの近接する端部
へ向って流れ、溝１１に達し更に図１の空気導通孔１２
を経て外部へ流通する。

【００１１】このような構造の動圧空気軸受の回転体２
を加工するには、焼入鋼等の研削によるよりは、アルミ
合金を旋削加工して作成する方が加工コストの点で遥か
に有利である。また、軸受１も熱膨張係数を合せる意味
から、同じアルミ合金を使用することが望ましい。しか
しながらアルミ合金は軟いため、加工々程等で疵、打痕
が付き易いという欠点がある。通常、疵や打痕は、せっ
かく平滑に仕上げられた表面へ数μｍ程度の突起１３を
局所的に形成することが避けられない。これらの突起１
３は、通常アルミ合金に対して実施されるメッキやアル
マイト等の表面処理によっても改善されず、この部分の
接触により容易に焼付の原因となることがわかった。し
たがって、加工工程や組立工程時に疵等を付けないよう
に取扱いに注意が必要であるし、良品と不良品との検査
選別の手間がかかり、更に不良品の廃却ロス等、大きな
支障となっている。

【００１２】このような疵、打痕による焼付の防止に
は、軸受１若しくは回転体２の少なくとも一方の対向面
へ樹脂被膜１４を施すこと、好ましくは軸受隙間の２倍
以上の厚さの樹脂を塗布することが極めて有効である。

【００１３】以下樹脂被膜１４について詳細に述べる。

【００１４】図３に軸受１と回転体２が軸受隙間ｅで嵌
合されている状態を示す。同図において、回転体２の表
面には高さｄの疵ないし打痕による突起１３が生じてい
る。

【００１５】この状態において、今、ｄ＞２ｅの場合、
組立時の嵌合は困難であり、直ちに不良品と判明する。

【００１６】しかし、２ｅ≧ｄ≧ｅの場合、回転体２は
軸受１に嵌合するものの回転時の正常な軸受隙間はｅで
あるから、回転の初期に焼付をおこす危険は極めて大き
い。

【００１７】更に、ｄ＜ｅの場合、正常回転の状態では
焼付は起こらない。しかしながら、回転体２は偏肉に基
づく遠心力に起因する軸振れや、外部振動、外部モーメ
ント等の作用により、軸受隙間ｅが変動する。したがっ
て、この場合でも焼付の危険を有している。

【００１８】図４は軸受１の内面へ厚さｔの樹脂層１４
が被覆されており、前述のように回転体２と軸受１との
嵌合が可能な限界であるｄ＝２ｅの突起１３を有する回
転体２が嵌合されている状態を示す。突起１３の近傍に
於ける軸受隙間は２ｅとなっており、この状態で回転を
始めると、正常な軸受隙間ｅとなるためには突起１３と
樹脂層１４との間に摩滅が進行しなければならない。通
常、この接触点が金属同士の場合は前述のように摩擦熱
で溶融し、凝着焼付をおこす。しかしながら金属と樹脂
の場合、お互いに溶け合うことはないので、突起１３部
分かあるいはそれに接触している樹脂部分１４の摩耗が
進行するのみで焼付きをおこすことはない。摩耗粉は微
細粉末となって、空気の流れと共に図２に示す動圧発生
用の溝９を経て、溝１１に至り更に空気孔１２から排出
される。

【００１９】図５は樹脂層１４の摩滅のみが進行し、遠
心力、外部振動等の作用で、軸受隙間ｅが零となるまで
偏った状態を示す。この状態においてｔ≧ｄ＝２ｅであ
れば突起１３からは軸受１の表面まで到達することはな
い。この状態において、接触は平滑面同士となり接触面
が拡大し、深さ方向の摩滅は減少する。

【００２０】本来、回転体２は遠心力の基となる偏肉を
修正するいわゆるダイナミックバランス（バランスプレ
ートを回転体２に装着したり、回転体２にバランス調整
用の穴を明ける）を取るのが通常であり、定常的にｅ＝
０となることはない。したがって図５の状態まで進行す
ることは偶発的な外力によって、稀におこる程度であろ
う。

【００２１】疵、打痕などによる突起１３が無い場合で
も、前述のように偶発的な外力により、たまたま軸受隙
間ｅが零となっても、樹脂と金属との組合せは焼付に対
して有効である。この樹脂被膜１４は軸受１側に形成し
てもよいし、回転体２側であってもよい。樹脂被膜の層
１４の厚さは前述のようｔ≧２ｅであれば効果的であ
る。通常、軸受隙間ｅは最大５μｍ程度に設定されるた
めｔ≧１０μｍであればよい。

【００２２】一方、動圧空気軸受は一般に高速回転で使
用される例が多く、その場合、軸受隙間ｅの空気流の粘
性抵抗のために発熱量が大きく、それによる熱膨張の影
響を受け易い。しかも、軸受隙間ｅは小さくかつかなり
厳密に設定されるため、熱膨張は小さく抑えねばならな
い。そこで、樹脂層１４は一般に熱膨張係数が大きく、
又熱伝導率も金属より小さいので、塗布する樹脂層１４
の厚さはできるだけ薄い方がよい。このため、樹脂被膜
１４の厚さは約１０μｍ程度とすることが好ましい。

【００２３】樹脂被膜１４を形成するための樹脂の塗布
方法は、エポキシ樹脂等の電着塗装が膜厚の均一性、膜
厚管理の点から好ましい。その他、エポキシ樹脂、ポリ
塩化ビニル、ナイロン等の静電乾式吹付塗装、流動浸漬
塗装があり、この場合は膜厚管理に難点があるため、ス
パイラル溝９を加工してない側例えば図１の実施例の場
合には軸受１側へ厚目に塗装し、その後旋削加工により
直径を仕上げるのがよい。

【００２４】他方、相手となる回転体２または軸受１の
対向面には無電解ニッケルメッキ、アルマイト等の表面
処理を施したり、場合によっては同様の樹脂層を適当な
厚さで塗布してもよい。この場合、相手となる樹脂層と
溶着をおこさない樹脂組合せを選定する必要があるが、
これはそれほど困難な作業ではない。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の動圧空気軸受は、回転体あるいは円筒状軸受の少なく
とも一方の対向面に樹脂被膜を形成するようにしている
ので、表面の疵や打痕による突起があっても、あるいは
回転中の振動等に起因する回転体と軸受との接触が生じ
ても、樹脂皮膜が接触して軸と軸受との直接接触を防い
で溶着が起るのを防止する。特に、樹脂被膜の肉厚を軸
受隙間の２倍以上、好ましくは約１０μｍにした場合、
樹脂被膜が熱伝導、熱膨張を阻害することなく、焼付を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動圧空気軸受をポリゴンミラー用モー
タに実施した一例を示す中央縦断面図である。

【図２】回転体の表面に形成された動圧発生用溝の一例
を示す正面図である。

【図３】従来の動圧空気軸受の回転体と軸受との関係の
一例を示す部分拡大縦断面図である。

【図４】本発明の要部たる回転体と軸受との対向面部分
を拡大して示す部分拡大断面図である。

【図５】本発明の要部たる回転体と軸受との対向面部分
の他の実施例を示す部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 円筒状軸受 ２ 回転体 ９ 動圧発生用の溝 １３ 突起 １４ 樹脂被膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸とそれを回転自在に支持する軸受
   部材との相対向する面のいずれかにスパイラル状の溝を
   設け、回転時に前記スパイラル状溝の作用で軸受隙間の
   空気圧を高めて軸受荷重を支承する動圧空気軸受におい
   て、前記回転軸と前記軸受部材との対向面の少なくとも
   いずれか一方に樹脂被膜を形成したことを特徴とする動
   圧空気軸受装置。
2. 【請求項２】 前記樹脂被膜は前記軸受隙間以上の厚さ
   で、回転時の軸受内発熱に因る熱膨張によって悪影響が
   出ない程度の厚さであることを特徴とする請求項１記載
   の動圧空気軸受装置。
3. 【請求項３】 前記樹脂被膜は前記軸受隙間の２倍以上
   の厚さで、回転時の軸受内発熱に因る熱膨張によって悪
   影響が出ない程度の厚さであることを特徴とする請求項
   ３記載の動圧空気軸受装置。
4. 【請求項４】 前記樹脂被膜は約１０μｍであることを
   特徴とする請求項１記載の動圧空気軸受装置。