JPH06307437A - 動圧気体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】固定軸１２の外周面とスリーブ１４の内周面と
の接触時に、両周面間に作用する摩擦力を低減し、起動
トルクの低減と耐久性の向上とを図る。 【構成】スリーブ１４の高速回転時には、動圧溝１６、
１６により発生する動圧により、スリーブ１４の内周面
と固定軸１２の外周面とが非接触状態となる。スリーブ
１４の内周面と固定軸１２の外周面との少なくとも一方
の面に、合成樹脂のコーティング膜を形成する。この結
果、スリーブ１４の回転速度が遅く、上記両周面同士が
接触した場合にも、両周面間に作用する摩擦力を小さく
出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る動圧気体軸受装置
は、例えば光偏向装置に組み込んで、高速回転するポリ
ゴンミラーを支承する為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】光偏向装置に組み込んで高速で回転する
ポリゴンミラーを支承する為に、例えば特開平２−１７
３６１０号公報に記載されている様な動圧気体軸受装置
がある。この従来から知られた動圧気体軸受装置は、図
２〜３に示す様に構成されている。

【０００３】ポリゴンミラー１は、円輪状の回転体２の
外周面に固定している。この回転体２の内周面にはラジ
アル軸受筒３の外周面を、同じく回転体２の上下両端面
にはスラスト軸受板４ａ、４ｂの下面又は上面を、それ
ぞれ軸受隙間を介して対向させている。上記ラジアル軸
受筒３の外周面にはヘリングボーン状の動圧溝５を、上
側のスラスト軸受板４ａの下面及び下側のスラスト軸受
板４ｂの上面には、図３に示す様な螺旋状の動圧溝６
を、それぞれ形成している。一方、上記ポリゴンミラー
１の下面にはロータ７を、基板８の上面にはステータ９
を、それぞれ固定し、これらロータ７とステータ９とを
対向させる事で、上記ポリゴンミラー１を回転させる為
の電動モータ１０を構成している。

【０００４】光偏向装置の使用時、上記ステータ９に通
電してポリゴンミラー１並びに回転体２を回転させる
と、前記各動圧溝５、６により生じる動圧により上記回
転体２が、前記ラジアル軸受筒３及びスラスト軸受板４
ａ、４ｂに対し非接触状態に保持される。従って、回転
体２とラジアル軸受筒３及びスラスト軸受板４ａ、４ｂ
との間に殆ど摩擦が作用せず、回転体２並びにポリゴン
ミラー１の回転に要する力の軽減、回転に伴う摩擦熱の
発生防止を図れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の動圧気体軸受装置の場合、回転体２並びにポリゴン
ミラー１の起動、停止時に、これら回転体２の内周面及
び下面と、ラジアル軸受筒３の外周面及び下側のスラス
ト軸受板４ｂの上面とが強く擦れ合ってしまう。即ち、
動圧気体軸受装置の場合、気体（主として空気）の動圧
を支持力として利用する事により、上記各面同士が接触
する事を防止しているが、気体の場合、上記支持力に大
きく影響する粘度が極めて小さい為、回転部材の回転速
度が相当に高くならない限り、十分な支持力を得られな
い。そして、回転速度が低く、従って支持力が不十分で
ある間は、上記各面同士が擦れ合う。

【０００６】この為、ポリゴンミラー１を停止状態から
回転させる場合に要するトルクが大きくなり、上記電動
モータ１０の出力を大きくせざるを得なかった。又、上
記ポリゴンミラー１の起動、停止時に上記各面同士の擦
れ合い部分での摩耗を防止する為に上記ラジアル軸受筒
３及び各スラスト軸受板４ａ、４ｂを、耐摩耗性に優れ
たセラミックにより構成していた。

【０００７】ところが、上記各部材３、４ａ、４ｂをセ
ラミックにより構成するので、材料コスト並びに加工コ
ストが嵩み、動圧気体軸受装置の製作費が高くなる。
又、擦れ合い面をセラミックにより構成しても、起動ト
ルクの低減を図る事は困難で上記電動モータ１０の出力
を低減する事は出来ない。

【０００８】本発明は、上記回転体２等の回転部材と、
ラジアル軸受筒３及びスラスト軸受板４ａ、４ｂ等の固
定部材との間に作用する摩擦力の低減を図る事により、
起動トルクの低減を図ると同時に、各部材の摩耗を防止
して動圧気体軸受装置の耐久性を向上させるものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の動圧気体軸受装
置は、従来の動圧気体軸受装置と同様に、回転しない部
材に設けられた支承面と、回転する部材に設けられ、微
小隙間を介して上記支承面と対向する被支承面と、上記
支承面と被支承面との少なくとも一方の面に形成された
動圧溝とを備えている。

【００１０】特に、本発明の動圧気体軸受装置に於いて
は、上記支承面と被支承面との少なくとも一方の面に、
合成樹脂のコーティング膜を形成した事を特徴としてい
る。

【００１１】

【作用】上述の様に構成される本発明の動圧気体軸受装
置の場合、回転速度が低くて十分な動圧を発生せず、支
承面と被支承面とが摺接しても、両面同士の間に作用す
る摩擦力は小さい。従って、起動トルクの低減と共に、
両面の摩耗防止を図れる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の第一実施例を示している。ハ
ウジング１１は、光偏向装置の基板等に固定される。こ
のハウジング１１の中心部には、回転しない部材である
固定軸１２が、上記ハウジング１１の上面から突出する
状態で、固設されている。この固定軸１２は、オーステ
ナイト系ステンレス鋼等の非磁性材により造られてお
り、上端面には円板状の永久磁石１３を固定している。

【００１３】又、支承面である、上記固定軸１２の外周
面には、合成樹脂のコーティング膜を形成している。こ
のコーティング膜を形成する為の合成樹脂としては、ナ
イロン、ポリ四弗化エチレン、ポリイミドアミド等、摩
擦係数の低い合成樹脂が好ましく使用出来る。実施例で
は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）に
弗素樹脂を混入したものを使用している。尚、上記固定
軸１２の外周面を、窒化後に熱処理する事で硬化させて
おけば、この外周面にコーティング膜を形成する以前
に、この外周面に擦り傷や打痕が付きにくくなって、コ
ーティング処理以前に於ける固定軸１２の取扱性向上を
図れる。

【００１４】一方、上記固定軸１２の周囲には、回転す
る部材である円筒状のスリーブ１４を、回転自在に設け
ている。このスリーブ１４は、非磁性で且つ加工が容易
な材料であるアルミニウム合金により造られている。
又、このスリーブ１４の内径Ｒは、上記固定軸１２の外
径Ｄよりも僅か（例えば６〜２０μｍ）に大きくしてい
る。従って、上記固定軸１２の外周面とスリーブ１４の
内周面との間には、３〜１０μｍ程度の微小のラジアル
軸受隙間が、全周に亙って存在する。尚、上記固定軸１
２を構成するオーステナイト系ステンレス鋼と、上記ス
リーブ１４を構成するアルミニウム合金との熱膨張率の
差は小さいので、温度変化による上記ラジアル軸受隙間
の寸法変化は小さい。

【００１５】上記スリーブ１４の上端部内周面で、上記
永久磁石１３の外周面と対向する部分には、円環状の磁
性体１５を固定している。この磁性体１５と永久磁石１
３との間に作用する吸引力により、上記スリーブ１４は
浮上状態に保たれる。即ち、これら磁性体１５と永久磁
石１３とがスラスト軸受を構成する。尚、永久磁石１３
と磁性体１５との間の隙間は、ラジアル軸受隙間より大
きい。

【００１６】又、被支承面である、上記スリーブ１４の
内周面には、その全周に亙り動圧溝１６、１６を形成し
ている。従って、上記スリーブ１４が高速で回転する
と、このスリーブ１４の内周面と前記固定軸１２の外周
面との間に動圧が発生し、これら内外両周面同士が非接
触状態となる。即ち、上記動圧溝１６、１６が、ラジア
ル軸受の一部を構成する。

【００１７】又、上記スリーブ１４の外周面にはロータ
７を、上記ハウジング１１の内面でこのロータ７と対向
する部分にはステータ９を、それぞれ設けて、上記スリ
ーブ１４を高速回転させる為の電動モータ１０を構成し
ている。光偏向装置を構成するポリゴンミラー１は、上
記スリーブ１４の外周面に設けたフランジ１７にねじ
（図示せず）で固定している。ポリゴンミラー１は通常
加工が容易で熱膨張率が２３×１０^-6位のアルミニウム
合金が用いられているので、スリーブ１４を構成するア
ルミニウム合金として、JIS A 2017、或はJIS A 7075を
使用すれば、このスリーブ１４とポリゴンミラー１との
熱膨張率をほぼ等しく出来る。この結果、回転中の発熱
に伴う温度変化によってポリゴンミラー１がスリーブ１
４に対しずれにくくなり、ずれに伴う回転振動が発生し
にくくなって、光偏向装置の性能向上に寄与する。

【００１８】上述の様に構成される本発明の動圧気体軸
受装置の使用時には、前記ステータ９に通電し、このス
テータ９とロータ７とにより構成される電動モータ１０
によって、上記スリーブ１４並びにポリゴンミラー１を
回転させる。

【００１９】スリーブ１４の回転速度が上昇するのに伴
なって、このスリーブ１４の内周面と固定軸１２の外周
面との間に動圧が発生し、両周面同士が接触する事がな
くなる。スリーブ１４の起動、停止時、このスリーブ１
４の回転速度が十分に高くない間は、スリーブ１４の内
周面と固定軸１２の外周面とが摺接するが、固定軸１２
の外周面には合成樹脂のコーティング膜が形成されてい
る為、両周面間に働く摩擦力は僅少になる。従って、起
動、停止を繰り返した場合にも、上記両周面の摩耗は極
く少なく抑えられる。尚、固定軸１２の外周面に合成樹
脂のコーティング膜を形成する際、合成樹脂にカーボン
ファイバを混入してコーティング膜に導電性を持たせる
と、固定軸１２とアルミニウム合金のスリーブ１４との
間の起動停止時の接触状態を導通の有無でモニター出来
るので好ましい。即ち、完成時の回転検査で導通を測定
して、非接触状態になる回転数を調べる事により軸受の
合否を判断出来る利点がある。

【００２０】又、図示の実施例では、スリーブ１４の内
周面にのみ動圧溝１６、１６を形成しているが、この動
圧溝１６、１６は、上記内周面に代えて固定軸１２の外
周面に形成したり、或はこれら両周面に形成してもよ
い。但し、スリーブ１４及び固定軸１２をアルミニウム
合金製にすると、スリーブ１４及び固定軸１２は軟らか
いので動圧溝１６、１６を転造等の塑性加工で容易に加
工出来る。

【００２１】又、アルミニウム合金製のスリーブ１４の
表面にニッケルメッキ、アルマイト等の表面処理を施す
事は、このスリーブ１４の表面を傷付きにくくして、ス
リーブ１４の取扱性を向上させる事から好ましい。表面
処理としては、アルマイトよりも導電性のあるニッケル
メッキ、例えばカニフロン、ニダックスメッキ、クリー
ンエス処理（何れも商品名）等が好ましい。更に、スリ
ーブ１４の内周面にも合成樹脂のコーティング膜を形成
しても良く、又スリーブ１４の内周面にのみにコーティ
ング膜を形成しても良い。尚、固定軸１２にアルミニウ
ム合金を用いると、温度変化による軸受隙間の寸法が少
ないので好ましいが、組立時に表面が傷付き易いという
問題があるので、固定軸１２の表面にニッケルメッキ、
アルマイト等の表面処理を施すと良い。又、スリーブ１
４の合成樹脂のコーティング膜に導電性を持たせて支承
面と被支承面との間の接触状態を導通でモニター出来る
様にすると、回転検査が容易となるので好ましい。

【００２２】

【発明の効果】本発明の動圧気体軸受装置は、以上に述
べた通り構成され作用する為、特に面倒な加工作業を必
要とする事なく、従来から使用されていた動圧気体軸受
装置に簡単な改良を施すだけで、起動トルクの低減を図
ると同時に、耐久性を向上させる事が出来る。又、支承
面と被支承面との摩擦力は小さいので回転する部材及び
回転しない部材として摺動性を多少犠牲にしても加工性
の良い材料を選定出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断面図。

【図２】従来構造の１例を示す縦断面図。

【図３】図２のＡ−Ａ視図。

【符号の説明】

１ ポリゴンミラー ２ 回転体 ３ ラジアル軸受筒 ４ａ、４ｂ スラスト軸受板 ５、６ 動圧溝 ７ ロータ ８ 基板 ９ ステータ １０ 電動モータ １１ ハウジング １２ 固定軸 １３ 永久磁石 １４ スリーブ １５ 磁性体 １６ 動圧溝 １７ フランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 茂 神奈川県藤沢市鵠沼神明３−６−10

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転しない部材に設けられた支承面と、
   回転する部材に設けられ、微小隙間を介して上記支承面
   と対向する被支承面と、上記支承面と被支承面との少な
   くとも一方の面に形成された動圧溝とを備えた動圧気体
   軸受装置に於いて、上記支承面と被支承面との少なくと
   も一方の面に合成樹脂のコーティング膜を形成した事を
   特徴とする動圧気体軸受装置。