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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Gaslagerstruktur
im allgemeinen, und speziell betrifft sie eine hydrodynamischen
Gaslagerstruktur, die einen sich mit einer großen Geschwindigkeit drehenden
Rotator trägt,
sowie ein Verfahren zur deren Herstellung.
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Hintergrund-Technik
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In
den letzten Jahren wird von einem Rotationsantriebselement gemeinsam
mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit eine hohe Rotationsgenauigkeit
gefordert, wie etwa bei einem optischen Ablenk-Scanner beispielsweise
von einer Magnetaufzeichnungsvorrichtung oder eines Laserstrahldruckers.
Um einen Präzisionsmotor,
für den
eine solche hohe Rotationsgeschwindigkeit und Rotationsgenauigkeit
gefordert werden, mit einer höheren
Geschwindigkeit zu drehen, wird der Einsatz eines Gaslagers (hydrodynamisches
Gaslager) für das
Rotationsantriebselement vorgeschlagen. In dem Rotationsantriebselement,
welches dieses Gaslager einsetzt, wird Luft mit Druck in wenigstens
einen Freiraum zwischen einem Radialgaslagerkörper und einem Rotator eingeführt, wenn
der Rotator sich dreht. Auf diese Weise wird der Luftdruck im Zwischenraum
erhöht, und
der Rotator dreht sich durch das Gaslager mit einer großen Geschwindigkeit.
Daher wird, indem das Gaslager eingesetzt wird, die Aufrechterhaltung
der Rotationsgenauigkeit auch während
der Hochgeschwindigkeitsdrehung erwartet.
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Im
zuvor erwähnten
Radialgaslager wird ein Spaltabstand durch Exzentrizität eines
Wellenkörpers
im Lagerkörper
ausgebildet, wie z.B. in Gas Bearing" von Shinichi Tohgo, Kyoritsu Shuppan
(1984) gezeigt. Druck wird erzeugt, wenn Luft durch diesen Spaltabstand
hindurch tritt, da die Luft zusammengedrückt wird. So wird es möglich, den
Wellenkörper
und den Lagerkörper
in einer berührungsfreien
Weise zu tragen.
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Gemäß „About
Whirl of Gas Bearing" von
Atsunobu Mori, Seiten 481 bis 488, „Lubrication" Vol. 20, Nr. 7 (1975)
wird jedoch in einem zylindrischen Achslager ein instabiles Phänomen, das „Whirl
(Wirbelung)" (H/W) genannt
wird, beobachtet, wenn es in einem unbelasteten Zustand eingesetzt
wird, wie etwa im Fall des Tragens einer vertikalen Welle oder dergleichen.
Dieses Phänomen
ist derart, dass die Welle durch die Zentrifugalkraft gegen die
Lageroberfläche
gepresst wird und innerhalb des Lagers wirbelt. Im zylindrischen
Achslager weichen das Lagerzentrum und das Rotationszentrum durch
eine statische Belastung voneinander ab, wodurch Druck in einem
Teil erzeugt wird und eine stabile Drehung bewirkt wird. Im Fall
des Einsatzes des zylindrischen Achslagers für eine vertikale Struktur,
d.h. eine Struktur, die eine vertikale Welle oder dergleichen trägt, wird
jedoch das Lager in einem unbelasteten Zustand eingesetzt, und folglich ändert sich
ein druckerzeugender Punkt durch Störungen und die Drehung wird
instabil.
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Im
Fall der Anwendung des zuvor erwähnten
hydrodynamischen Gases, das an einem Rotation antreibenden Teil
einer Magnetaufzeichnungsvorrichtung, wie einem Festplattenantrieb
oder einem Laserdrucker, muss der zuvor erwähnte instabile Faktor beseitigt
werden, da die Positionsgenauigkeit des Rotators als wichtig angesehen
wird.
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Dementsprechend
wird in der japanischen Patent-Publikation Nr. 4-21844 (entspricht
der japanischen Patent-Offenlegung Nr. 58-224324) und äquivalent
dazu in der US-A-4512626
vorgeschlagen, das der erzeugte Druck zunimmt, indem flache Nuten
hauptsächlich
auf einer Seite eines als Rotator dienenden Wellenkörpers ausgebildet
werden, in welchem Gas durch Rotation in der Umfangsrichtung gleichverteilt
strömt,
wodurch die Wirbelstabilität
bei der Hochgeschwindigkeitsdrehung verbessert wird, d.h. um ein
Wirbelphänomen zu
verhindern. Es werden in Umfangsrichtung asymmetrische Nuten offenbart,
welche die Rotationsrichtung beschränken.
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Weiterhin
wird in der japanischen Patent-Offenlegung Nr. 8-312639 ein Mittel
zur Formung von mindestens drei Nuten, die sich in der axialen Richtung
auf einem Wellenkörper
und in der Umfangsrichtung gleichmäßige verteilt erstrecken, zur
Steuerung der Nutform vorgeschlagen, wodurch die Wirbelstabilität bei der
Hochgeschwindigkeitsrotation verbessert und ein Wirbelphänomen verhindert
wird.
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In
Experimenten ist durch die Erfinder jedoch nachgewiesen worden,
dass es die folgenden Probleme gibt, wenn die Nuten auf einem Wellenkörper nach
den zuvor erwähnten
Vorschlägen
geformt werden, obwohl ein Wirbelphänomen bei der Hochgeschwindigkeitsrotation
unterdrückt
werden kann:
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11 ist eine Querschnittsansicht eines
Wellenkörpers.
Wie in 11 gezeigt, werden drei Abschnitte
von Nuten 13 auf der Außenumfangsfläche des
Wellenkörpers 1 ausgebildet.
In diesem Fall hat die Form der Nuten 13 in der Umfangsrichtung
des Wellenkörpers 1 eine
seitlich symmetrische Form. Die Außenumfangsfläche des
Wellenkörpers 1 hat
Abschnitte, die mit einem Kreis umschrieben werden, der einen Durchmesser
Daußen hat
und mit einem Kreis eingeschrieben werden, der einen Durchmesser
Dinnen hat. Der durchschnittliche Durchmesser
des Wellenkörpers 1 wird
als Dm angegeben.
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Wenn
eine hydrodynamische Gaslagerstruktur mit dem Wellenkörper 1 ausgebildet
wird, der einen solchen Querschnitt hat, ist es möglich, ein
Wirbelphänomen
bei der Hochge schwindigkeitsrotation zu unterdrücken. Jedoch ergibt sich eine
Dispersion in der Rotationsfrequenz zu der Zeit des Rotierens/Startens
des Wellenkörpers 1,
um sich von solch einem Zustand, bei dem der Wellenkörper und
ein Lagerkörper
in einem berührungsfreien
Zustand miteinander sind, hin zu einem Kontaktzustand zu verschieben,
oder in der Rotationsfrequenz, wenn der Wellenkörper und der Lagerkörper von
einem berührungsfreien
Zustand hin zu einem Kontaktzustand hin verschoben werden, wenn
sich die Rotationsgeschwindigkeit von einem Zustand der stationären Drehung
mit einer großen
Geschwindigkeit verringert, um die Drehung zu stoppen, d.h. eine „gleitende
Rotationszahl".
Insbesondere hat sich ein solches Problem ergeben, dass sich diese
Gleit-Rotationsfrequenz
extrem erhöhen
kann. So hat es ein derartiges Problem gegeben, dass es unmöglich ist,
den Wellenkörper
und den Lagerkörper
bei einer niedrigen Rotationsfrequenz vom Kontaktzustand zu dem
berührungsfreien
Zustand hin zu verschieben, sondern der Wellenkörper und der Lagerkörper sind
bei einer verhältnismäßig hohen
Rotationsfrequenz beim Starten oder Stoppen der Drehung ununterbrochen
miteinander in Kontakt, wodurch Abriebsstaub erzeugt wird. Zusätzlich hat
es auch ein solches Problem gegeben, dass ein Abrieb zwischen dem
Wellenkörper
und dem Lagerkörper
durch den Abriebsstaub verursacht wird.
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Es
ist nachgewiesen worden, dass die zuvor erwähnte Dispersion der Gleit-Rotationsfrequenz
mit der Tatsache korreliert ist, dass die äußere Randform des Wellenkörpers von
einer vollständigen
Rundheit abweicht, wie in 11 gezeigt.
Es ist nämlich
nachgewiesen worden, dass die zuvor erwähnte Dispersion der Gleit-Rotationsfrequenz
groß ist,
wenn die Unrundheit (= (Radius des umschreibenden Kreises: Daußen/2) – (eingeschriebener
Kreisradius: Dinnen/2)) des äußeren Randbereichs
des Wellenkörpers 1 außerhalb
der Nut groß ist.
In der Herstellung des Wellenkörpers
hat es ein derartiges Problem gegeben, dass eine Wahrscheinlichkeit
zunimmt, einen Wellenkörper
herzustellen, dessen Gleit-Rotationsfrequenz hoch ist, und die Herstellungsausbeute
infolgedessen absinkt.
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Dementsprechend
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine hydrodynamische
Gaslagerstruktur zur Verfügung
zu stellen, die wirkungsvoll ein Wirbelphänomen unterdrückt, und
dazu geeignet ist, ein Verschleißphänomen bei Beginn oder beim
Beenden der Rotation zu verhindern, und einen optischen Ablenkscanner
bereitzustellen, der die Lagerstruktur umfasst.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, eine hydrodynamische
Gaslagerstruktur zur Verfügung
zu stellen, die geeignet ist, die Dispersion einer Gleit-Rotationsfrequenz
bei Beginn oder beim Beenden der Rotation zu unterdrücken, und
einen optischen Ablenkscanner bereitzustellen, der die Lagerstruktur umfasst.
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Zusätzlich ist
noch ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die Herstellungsausbeute
eines Wellenkörpers
in einer hydrodynamischen Gaslagerstruktur zu verbessern.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
Erfindung stellt eine hydrodynamische Gaslagerstruktur zur Verfügung, wie
in Anspruch 1 dargelegt. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung
einer hydrodynamischen Gaslagerstruktur, wie in Anspruch 4 dargelegt.
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Erfindungsgemäß wird ein
hohler zylindrischer Lagerkörper
gegenüber
einem säulenförmigen Wellenkörper angeordnet,
wobei ein Zwischenraum in der radialen Richtung eingehalten wird.
Wenn der Wellenkörper
und der Lagerkörper
so angeordnet sind, dass die jeweiligen Mittelachsen miteinander übereinstimmen, wird
ein im Wesentlichen zylindrischer Zwischenraum durch die Außenumfangsfläche des
Wellenkörpers
und die Innenumfangsfläche
des Lagerkörpers
gebildet. Der Wellenkörper
hat eine Nut, die in der axialen Richtung an der Außenumfangsfläche verläuft. Dabei
bedeutet die Nut, dass es eine deutliche Abweichung der Außenumfangsfläche des
Wellenkörpers
von einer vollständig
runden Form in zentraler Richtung gibt, und dass die Umrisslinie
der Außenumfangsfläche nach
der Nutausbildung nicht notwendig von konkaver Form ist.
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Hinsichtlich
der konkaven Teile, wie etwa Schleif-Markierungen von feiner Breite
in einem konkaven Bereich auf einem nutbildenden Abschnitt der vorliegenden
Erfindung, wird angenommen, dass keine davon als die Nut enthalten
ist. Solch ein konkaver Bereich mit einer feinen Breite wird in
einer auslassenden Weise auch in den Zeichnungen gezeigt, die im
folgenden beschrieben werden. Es schließt nämlich ein konkaver Bereich,
der in der vorliegenden Erfindung als die Nut angesehen wird, keinen
konkaven Bereich von einer feinen Breite ein, der durch ein Oberflächenrauheitsmessinstrument
ermittelt wird, schließt
aber die Welligkeit ein, die mit einem Unrundheitsmesser nachweisbar
ist, und der grobe Wert der Breite des konkaven Bereichs, der in der
vorliegenden Erfindung als die Nut angesehen wird, übersteigt
das Maß von
30 μm.
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Die
Nut hat eine in Umfangsrichtung asymmetrische Form, so dass der
Umfangsabstand a zwischen dem Schnittpunkt von einer Linie, die
den tiefsten Punkt der Nut und die Mitte des Wellenkörpers verbindet, mit
der äußeren Umfangslinie
des Wellenkörpers,
und zwar bevor die Nut gebildet wird und wobei eine Kante der Nut
stromabwärts
eines Luftstroms positioniert wird, der erzeugt wird, wenn entweder
der Wellenkörper oder
der Lagerkörper
sich in Bezug auf den Schnittpunkt dreht, größer wird als der Umfangsabstand
b zwischen dem Schnittpunkt und der anderen Kante der Nut, der in
Bezug auf den Schnittpunkt stromaufwärts des Luftstroms in einem
Querschnitt senkrecht zur Achse positioniert ist.
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Die
Nut, die wie oben beschrieben definiert ist, wird konkret wie folgt
mit Bezug auf 1 beschrieben. Wie in 1 gezeigt,
ist ein Schnittpunkt 15 der Schnittpunkt von einer Linie
C, die den tiefsten Punkt 14 der Nut und die Mitte O eines
Wellenkörpers
verbindet, mit der äußeren Umfangslinie
Q in einem Querschnitt senkrecht zu der Achse. Es wird angenommen,
dass ein Luftstrom in der Richtung erzeugt wird, die durch den Pfeil P
angegeben ist, wenn sich entweder der Wellenkörper oder ein Lagerkörper dreht.
Ein Abstand a (In der vorliegenden Erfindung wird ein Umfangsabstand
durch die Größe eines
zentralen Winkels ausgedrückt,
der dem Abstand entspricht, wie in 1 gezeigt.
Nämlich
ein Winkel γa
in 1) ist der Umfangsabstand zwischen dem Schnittpunkt 15 und
einer Kante 16 der Nut, der in Bezug auf den Schnittpunkt 15 stromabwärts des
Luftstroms P positioniert ist. Ein Abstand b (entsprechend ein Winkel γb, der in 1 gezeigt
ist), ist der Umfangsabstand zwischen dem Schnittpunkt 15 und
der anderen Kante 17 der Nut, der in Bezug auf den Schnittpunkt 15 stromaufwärts des
Luftstroms P positioniert ist. Die Nut 11 hat im Umfangsabstand
eine asymmetrische Form, so dass der Abstand a im Querschnitt senkrecht
zur Achse, d.h. dem Querschnitt, der in 1 gezeigt ist,
größer wird
als der Abstand b.
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Hier
zeigen die Positionen der beiden Ränder 16 und 17 der
Nut 11 Punkte, in denen die Profillinie S der Nut 11 im
Querschnitt, der in 1 gezeigt wird, sich mit der Äußeren Umfangslinie
Q schneidet. Weiterhin definiert die vorliegende Erfindung die Form
einer tatsächlichen
Nut in einer Umrisszeichnung, die den Ort einer Tiefe von der Außenumfangsfläche des
Wellenkörpers
angibt, von einem Querschnittsprofil der Nut aus abgelesen, dem
mit einem Unrundheitsmesser in der Umfangsrichtung gefolgt wird.
In einem solchen Profil der Nut ist im Falle des Bearbeitens der
Nut, um seine Grundlinie zu bilden, eine feine Umfangswellenform
enthaften. In einem konkaven Teil der Nut, die in der vorliegenden
Erfindung definiert wird, ist ein konkaver Teil entlang solch einer
feiner Umfangswellenform nicht enthalten. Z. B. ist ein konkaver
Teil einer feinen Breite, wie oben beschrieben, nicht in der Nut
der vorliegenden Erfindung enthalten.
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Vorzugsweise
besteht die Nut aus mindestens zwei konkaven Teilen, deren Tiefen
sich wesentlichen voneinander unterscheiden, und die nacheinander
in der Umfangsrichtung des Wellenkörpers ausgebildet sind.
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Gemäß der erfindungsgemäßen hydrodynamischen
Gaslagerstruktur, die oben beschrieben ist, können die folgenden grundlegenden
Effekte erzielt werden:
- (i) Verhinderung eines
Verschleißphänomens,
bei Beginn oder beim Beenden der Rotation.
- (ii) Unterdrückung
der Dispersion einer Gleit-Rotationsfrequenz bei Beginn oder beim
Beenden der Rotation.
- (iii) Verbesserung der Herstellungsausbeute des Wellenkörpers in
der hydrodynamischen Gaslagerstruktur.
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Weiterhin
zeigt ein optische Ablenkscanner, der die hydrodynamische Gaslagerstruktur
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst, die zuvor genannten Funktionen/Effekte.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Teil-Querschnittsansicht, welche die Schnittform der Nut in
einer hydrodynamischen Gaslagerstruktur zeigt, die eine Ausführungsform
der vorliegende Erfindung darstellt.
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2 ist
eine Darstellung, die einen schematischen Querschnitt einer hydrodynamischen
Gaslagerstruktur zeigt, die Nuten mit seitlich symmetrischen Schnittformen
hat, um die Ursache der Dispersion einer Gleit-Rotationsfrequenz
zu veranschaulichen.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, welche die hydrodynamische Gaslagerstruktur
zeigt, welches eine Ausführungsform
der vorliegende Erfindung darstellt.
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4 ist
eine schematische Darstellung, die ein Rotationsantriebsteil eines
optischen Ablenkscanners zeigt, der die hydrodynamische Gaslagerstruktur
umfasst, welche die Ausführungsform
der vorliegende Erfindung darstellt.
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5 ist
eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform einer Laserdruckervorrichtung zeigt,
die den optischen Ablenkscanner einsetzt, der die hydrodynamische
Gaslagerstruktur umfasst, welche die Ausführungsform der vorliegende
Erfindung darstellt.
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6A und 6B sind
schematische Teil-Längsschnittansichten,
die zum Definieren einer effektiven Länge des Lagers in der hydrodynamischen
Gaslagerstruktur eingesetzt werden, welche eine Ausführungsform
der vorliegende Erfindung darstellt.
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7 ist
eine Teil-Schnittansicht, welche die Form einer Nut zeigt, die in
einer Probe A von Beispiel 1 ausgebildet ist.
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8 ist
eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Wellenkörpers.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Wenn
die Struktur einer hydrodynamische Gaslagerstruktur ausgebildet
wird, wobei eine Nut geformt wird, die sich seitlich in der axialen
Richtung erstreckt, und die eine in der Umfangsrichtung auf der
Außenumfangsfläche eines
Wellenkörpers
seitlich symmetrische Form hat, ist ein Wirbelphänomen bei der Hochgeschwindigkeitsrotation
verschwunden, weil die Interaktion zwischen dem Strom der Luft und
der Nut bei der langsamen Rotation so erzeugt werden kann, dass
der Wellenkörper
und ein Lagerkörper
in Kontakt miteinander kommen, um ein Verschleißphänomen bei der Rotation mit
einer verhältnismäßig hohen
Geschwindigkeit zu verursachen, selbst wenn feine Unregelmäßigkeiten
eines Teils ohne die Nut auf der Außenumfangsfläche des
Wellenkörpers
bestehen, d.h., selbst wenn die Unrundheit des Wellenkörpers verhältnismäßig klein
ist. Dieses kann ein Problem verursachen, das zu Verschleiß führt.
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Bei
der hydrodynamischen Gaslagerstruktur, welche die Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, wird andererseits eine Nut
gebildet, die eine in Umfangsrichtung asymmetrische Schnittform
hat. Diese Nut hat nämlich
eine solche asymmetrische Form, dass das Verhältnis von a/b in 1 die
Zahl 1 übersteigt,
wie in 1 gezeigt und wie bereits beschrieben. Weiterhin
hat diese Nut mindestens zwei konkave Teile, die im allgemeinen
nacheinander in der Umfangsrichtung des Wellenkörpers gebildet werden, deren
Tiefen sich wesentlichen voneinander unterscheiden. In diesem Fall
wird eine hydrodynamische Gaslagerstruktur, weiche Gas hydrodynamisch
erzeugt, ausgebildet, indem der tiefe konkave Teil auf einer Seite
angeordnet wird, in die Gas durch Rotation strömt, d.h. auf einer Seite stromaufwärts eines
Luftstroms, der durch Rotation erzeugt wird. Deshalb kann das Auftreten
von Wirbelung unterdrückt
werden und die Gleit-Rotationsfrequenz kann
gesenkt werden, auch im Fall, wenn die Anordnung in seiner Rotationsrichtung
mit einer verhältnismäßig langsamen
Geschwindigkeit gedreht wird. Folglich wird es möglich, die Dispersion der Gleit-Rotationsfrequenz zu
unterdrücken,
und eine Verbesserung der Herstellungsausbeute für den Wellenkörper kann
auch dann erreicht werden, wenn die Unrundheit des Wellenkörpermaterials
verhältnismäßig groß ist. Wenn
die Rotationsrichtung umgekehrt wird, erhöht sich die Gleit-Rotationsfrequenz. 2 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch eine hydrodynamische Gaslagerstruktur
zeigt, die Nuten mit einer seitlich symmetrischen Schnittform hat.
In Bezug auf 2 wird angenommen, dass ein
Wellenkörper 1 nicht-zentriert
innerhalb eines Wellenkörpers 2 angeordnet
ist und sich schnell dreht. Die Nuten 13, die eine seitlich
symmetrische Form in der Umfangsrichtung haben, werden auf der Außenumfangsfläche des
Wellenkörpers 1 ausgebildet.
Der Lagerkörper 2 dreht
sich in eine Richtung, die durch den Pfeil R angegeben ist. In diesem
Moment wird die Mitte (Markierung O) des Lagerkörpers 2 aus der Mitte
(Markierung X) des Wellenkörpers 1 in
einer Richtung, die durch den Pfeil D angegeben ist, versetzt. Zu
dieser Zeit ist eine Richtung, die durch auf Grund von durch Rotation
erzeugter Hydrodynamik verursacht wird, durch Pfeil F angegeben.
Der Winkel θ zwischen
der Versetzungsrichtung D und der Richtung F, die durch die Hydrodynamik
verursacht wird, wird als ein Exzenterwinkel definiert. Das Auftreten
von Wirbeln, das die Ursache der Zunahme der Gleit-Rotationsfrequenz
bei Beginn der Rotation oder beim Beenden der Rotation ist, hängt hauptsächlich von
der Größe des Exzenterwinkels
in der stabilen Rotation ab. Während
es in der japanischen Patent-Publikation
Nr. 4-21844 beschrieben wird, dass die Wirbelungs-Stabilität (hauptsächlich bei
der Hochgeschwindigkeitsrotation) sich verbessert, wenn die erzeugte
Hydrodynamik hoch ist, gehen die Erfinder eher davon aus, dass die
Wirbelungs-Stabilität
mehr durch den Exzenterwinkel beeinflusst wird, und dass Wirbelung
leicht auftritt, wenn eine Kraft vor der Versetzungsrichtung erzeugt
wird.
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Dieser
Exzenterwinkel übt
einen großen
Einfluss auf die Wirbelungs-Stabilität aus, selbst wenn derselbe
sich etwas ändert.
Ein Unterschied von z.B. 1° des
Exzenterwinkels θ hat
eine Bedeutung für
das Vorhandensein/Nicht-Vorhandensein des Auftretens von Wirbelung.
Nämlich
selbst wenn eine Änderung
des Exzenterwinkels θ im
Falle der Ausbildung von Nuten, die eine in Umfangsrichtung asymmetrische
Schnittform haben, geringfügig
ist, hat es als Ergebnis einen Effekt des Unterdrückens von
Wirbelung.
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Die
Dispersion der Gleit-Rotationsfrequenz, die aus einer Abweichung
von einer vollständigen
Rundheit eines anderen Teils als der Nut resultiert, wird auch durch
die Zunahme oder die Dispersion des zuvor erwähnten Exzenterwinkels θ verursacht.
Indem eine Nut gebildet wird, die eine in Umfangsrichtung asymmetrische
Form hat, kann folglich die Dispersion der Gleit-Rotationsfrequenz,
die aus der Abweichung von einer vollständigen Rundheit resultiert,
infolgedessen auch unterdrückt
werden.
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Andererseits
gibt es ein derartiges Problem, dass die Starrheit des Wellenkörpers wegen
des Luftstroms entlang der Nut absinkt. Die Nut, die eine in Umfangsrichtung
asymmetrische Schnittform hat, ist in der Wirkung der Unterdrückung eines
Wirbelphänomens
besser als eine Nut, die eine in Umfangsrichtung symmetrische Schnittform
hat, wenn diese die gleiche Schnittfläche hat wie die Nut, welche
die in Umfangsrichtung symmetrische Schnittform hat. Folglich kann
ein erwünschter
Effekt erzielt werden, indem eine verhältnismäßig flache Nut ausgebildet
wird. Infolgedessen kann die Starrheit des Wellenkörpers verbessert
werden.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch eine hydrodynamische Gaslagerstruktur
zeigt, welche die Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Nuten 11 sind auf
der Außenumfangsfläche eines
Wellenkörpers 1 ausgebildet.
Ein hohler zylindrischer Lagerkörper 2 wird
dem Wellenkörper 1 gegenüber angeordnet,
wobei ein Zwischenraum in der Radialrichtung eingehalten wird. Der
Lagerkörper 2 wird
so angeordnet, dass er sich in eine Richtung dreht, die durch den
Pfeil R gezeigt ist.
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Die
Details eines Rotationsantriebsteils (Antriebsteil für einen
Polygonspiegel), welches die oben beschriebene hydrodynamische Gaslagerstruktur
umfasst, sind in 4 gezeigt. Der in 4 gezeigte
Rotationsantriebsteil wird in eine Laserdruckervorrichtung eingebaut,
die in 5 gezeigt ist.
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Auf 4 Bezug
nehmend ist eine feste Welle 1 an ein Gehäuse 3 eines
Antriebsmotors 500 als ein Wellenkörper (Welle) befestigt, der
aus Keramikmaterial besteht. Eine Rotationshülle 2 ist drehbar
mit der festen Welle 1 als ein Lagerkörper (Hülle) verbunden, der aus Keramikmaterial
besteht. In 3 gezeigte Nuten, in 1 im
Detail, sind auf der äußeren Umfangsoberfläche der
festen Welle (Welle) 1 in einer Vielzahl von Bereichen
ausgebildet und angeordnet. Ein Flansch 4, der aus Aluminium,
Messing oder ähnlichem
besteht ist am äußeren Rand
der Rotationshülle 2 durch
Schrumpfanpassung oder ähnliches
befestigt. Ein Antriebsmagnet 5 ist an dem äußeren Rand
dieses Flansches 4 durch Anhaften oder ähnliches befestigt. Weiterhin
ist ein Substrat 6 an dem Gehäuse 3 befestigt. Ein
Stator 7 ist auf dem Substrat angeordnet, so dass er gegenüber dem
Antriebsmagneten 5 liegt, wodurch der Antriebsmotor 500,
der die Rotationshülle 2 dreht,
aufgebaut ist.
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Am
unteren Ende der Rotationshülle 2 ist
andererseits ein zweiter Permanentmagnet so befestigt, dass die
selbe Art von Magnetpol wie von einem ersten Permanentmagnet 8,
welcher auf der festen Welle angeordnet ist, sich in der vertikalen
Richtung gegenüber
liegen. Auf einem Bereich des Gehäuses 3 ist in der Nähe der Rotationshülle 2 ein
dritter Permanentmagnet 10 so angeordnet, dass eine abstoßende Kraft
in eine Richtung wirkt, so dass der zweite Permanentmagnet 9,
der am unteren Ende der Rotationshülle 2 befestigt ist,
gegen den ersten Permanentmagnet 8, der auf der festen
Welle vorgesehen ist, gedrückt
wird.
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Weiterhin
ist ein Deckel 109, der die feste Welle 1 bedeckt,
am oberen Ende der Rotationshülle 2 vorgesehen.
Dadurch wird ein Luftreservoir 20 zwischen der Rotationshülle 2 und
der festen Welle 1 gebildet. Ein Lüftungsloch 32 ist
in diesem Deckel 109 vorgesehen, um den Zusammenbau der
Rotationshülle 2 und
der festen Welle 1 zu vereinfachen. Ein Dichtungselement 33 wird
befestigt, um das Lüftungsloch 32 nach
dem Zusammenbau zu versiegeln.
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Ein
rotierender Polygonspiegel 101 ist an dem Flansch 4 durch
Blattfedern 102 oder ähnliches
befestigt. Der so aufgebaute Antriebsmotor 500 wird in
die optische Box 104 des optischen Ablenkscanners wie in 5 gezeigt
eingebaut. Der rotierende Polygonspiegel 101 wird durch
den Antriebsmotor 500 gedreht. Auf 5 Bezug
nehmend ist eine Lasereinheit 105 auf der optischen Box 104 angeordnet.
Ein Laserstrahl LB, der durch diese Lasereinheit ausgestrahlt wird,
wird durch die Linsen 106 und 107 gesammelt, um
ein Ablenkscannen in Bezug auf einen Photorezeptor 108,
welcher ein Aufzeichnungsmedium ist, bei der Drehung des rotierenden
Polygonspiegels durch den Antriebsmotor 500 durchzuführen.
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Beispiel
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Ein
Wellenkörper,
der aus einem aus Siliziumnitrid (der Hauptbestandteil ist Si3N4) gesinterten
Körper besteht,
dessen Durchmesser 8 mm ist, wurde bereitgestellt. Ein Lagerkörper wurde
so bereitgestellt, dass der Mittelwert der Dicke eines Zwischenraums
zwischen dem Wellenkörper
und dem Lagerkörper
2,8 μm war.
Das Gesamtgewicht eines Rotators einschließlich des Lagerkörpers, der
aus dem gesinterten Körper
aus Siliziumnitrid bestand, war 50 g. Die Effektivlänge L des
Lagers (siehe 6A und 6B) einer
so wie in 3 gezeigt ausgebildeten hydrodynamischen
Gaslagerstruktur war 20 mm. Hier ist die Effektivlänge eines
Lagerkörpers
die Länge
eines Lagerkörperteils,
der wie in 6A und 6B gezeigt
gegenüber
dem Wellenkörper angeordnet
ist, bis zu der Erzeugung von hydrodynamischen Effekten erwartet
werden kann. Vertikale Nuten, die später beschrieben werden, wurden
dreifach auf dem Wellenkörper
in der Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen ausgebildet,
um das Rotationsverhalten zu untersuchen. Hinsichtlich der Bearbeitungsgenauigkeit
(Unrundheit) der Teile, welche die Lagerstruktur bilden, war die
des Wellenkörpers
ungefähr
0,17 μm, und
die des Lagerkörpers
war ungefähr
0,45 μm.
Der Lagerkörper
wurde in Bezug auf den Wellenkörper
gedreht. Der Lagerkörper
wurde mit einem Dauermagneten hinsichtlich der Schubrichtung flotiert.
50 Proben des Wellenkörpers
und des Lagerkörpers
einer solchen Kombination wurden für jede Form der entsprechenden Nut
vorbereitet.
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Konkret
wurden Proben A bis D bereitgestellt, wie in Tabelle 1 gezeigt.
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In
der Probe A wurde eine Nut, wie die in 7 gezeigte,
auf einem Wellenkörper
mit 8 mm Durchmesser ausgebildet, indem die folgende Bearbeitung
durchführt
wurde: Zuerst wurde die Nut auf dem Wellenkörper ausgebildet, indem einmal
Schleifen mit einem Schleifstein, der eine flache Schleifoberfläche hat,
in einer zur Achse parallelen Richtung mit einer Schnitttiefe von
5 μm durchführt wurde,
danach sukzessives Schleifen einmal mit einer Schnitttiefe von 5 μm, wobei
der Wellenkörper
um 4° in
der Umfangsrichtung gedreht wurde, einmal mit einer Schnitttiefe
von 2,5 μm,
wobei der Wellenkörper
um 4° in
der Umfangsrichtung gedreht wurde, und einmal Schleifen mit einer
Schnitttiefe von 2,5 μm,
wobei letztmalig der Wellenkörper
um 4° in
der Umfangsrichtung gedreht wurde. Wie in der Spalte der Anmerkungen
in der Tabelle 1 beschrieben, ist die Nutausbildung in diesem Fall
durch die numerischen Werte der Tiefen der sukzessive geschnittenen
konkaven Teile angegeben, worauf als Nutausbildung mit 5-5-2,5-2,5 μm Bezug genommen
wird. Die ausgearbeiteten Formen der Nuten können hiernach durch einen solchen
Ausdruck angegeben werden.
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Wenn
die Form dieser Nut nach dem Schleifen mit einem Unrundheitsmesser
bestätigt
wurde, ist eine Nut erzielt worden, die eine in Umfangsrichtung
asymmetrische Schnittform hat, wie in 7 gezeigt.
Weil die Bearbeitung in der Umfangsrichtung in Einheiten von 4° durchgeführt wurde,
war ein Teil zwischen den jeweiligen bearbeiteten Nuten leicht flach.
Die maximale Tiefe dmax eines Teils einer
durchschnittlichen Probe, der mit der Schnitttiefe von 5 μm geschliffen
wurde, war 5,2 μm,
und die maximale Tiefe des Teils, der mit der Schnitttiefe von 2,5 μm geschliffen
wurde, war 2,7 μm.
Während
der tiefste Punkt des Teils, der mit der Schnitttiefe von 5 μm geschliffen
wurde, in 7 entweder (1) oder (2) war,
waren die Umfangsabstände
a und b (d.h. die Zentralwinkel, die diesen Abständen entsprechen) von diesem
Punkt zur rechten Kante und zur linken Kante der Nut 11° bzw. 9°, und unter
der Annahme, dass (2) der tiefste Punkt war, war das Verhältnis von
a/b gleich 1,22. Andererseits waren unter der Annahme, dass (1)
der tiefste Punkt war, gleichermaßen die Abstände a und
b gleich 15° bzw.
5°, und
das Verhältnis
von a/b war 3. Das Verhältnis
von a/b überstieg
1 ob (1) oder (2) als tiefster Punkt angenommen wurde, und so wurde
die Erfüllung
der Bedingungen für
die Nut in der hydrodynamischen Gaslagerbasisstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht. Hier bedeutet die Tiefe der Nut eine Abweichung
des Wellenkörpers
von einer vollständig
runden Form in Zentralrichtung. Dadurch war es möglich, einen Wellenkörper zu
erhalten, auf dem Nuten in Umfangsrichtung in drei Bereichen mit
gleichmäßiger Verteilung
ausgebildet waren.
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Ähnlich zu
Probe A wurde dann bei der Probe B eine Nutung mit 10-10-5-2,5-2,5 μm durchgeführt. Als die
Nutform ähnlich
zu Probe A bestätigt
war, war die maximale Tiefe einer durchschnittlichen Probe 10,2 μm; Winkel,
die den Umfangsabständen a und b von dem tiefsten Punkt
zu beiden Kanten der Nut entsprechen, waren unter der Annahme, dass
ein zweiter konkaver Bereich von links aus der tiefste Punkt war,
14° bzw.
10°, und
das Verhältnis
von a/b war 1,4. Dadurch war es möglich einen Wellenkörper zu
erhalten, in dem Nuten in drei Bereichen gleichverteilt ausgebildet
waren.
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Als
Vergleichsbeispiel wurde Proben C und D durch Ausführen von
Verfahren, die den oben genannten ähnlich sind, vorbereitet. Nutung
von 6-6-6 μm
wurde in der Probe C durchgeführt,
und eine Ausbildung von Nuten wurde in der Probe D nicht durchgeführt. Messergebnisse
der zuvor genannten Formen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Dann
wurden als Rotationsverhalten das Vorhandensein/Nicht-Vorhandensein
des Auftretens von Wirbelung (H/W) bei der Hochgeschwindigkeitsrotation
(Rotationsfrequenz: 25000 U/min) und die Rotationsfrequenzen (Gleit-Rotationsfrequenzen)
gemessen, bei denen die Lagerkörper
und die Wellenkörper
in Kontakt mit einander kamen, wenn sich die Rotationsfrequenzen
von der Hochgeschwindigkeitsrotation (auf natürliche Weise) allmählich verringern,
jeweils in Bezug auf die Drehung im Uhrzeigersinn und auf die Drehung entgegen
dem Uhrzeigersinn. Für
die Gleit-Rotationsfrequenzen wurden die Mittelwerte und die Maximalwerte in
der Gesamtheit der vorbereiteten Proben berechnet. Tabelle 2 zeigt
diese Ergebnisse.
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In
der Probe C, die mit Nuten ausgebildet war, welche in Umfangsrichtung
symmetrische Schnittflächen
haben, war es möglich,
das Auftreten von Wirbelung bei der Hochgeschwindigkeitsrotation
zu unterdrücken,
wobei die Probe keine Rotationsanisotropie bei Absenken der Rotationsfrequenz
zeigte, sowohl der Maximalwert als auch der Mittelwert waren in
einer vorgegebenen Drehrichtung (d.h. in diesem Fall die Drehrichtung
im Uhrzeigersinn) groß,
und deren Dispersion war ebenfalls groß.
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Bei
den Proben A und B, die mit Nuten ausgebildet waren, welche in Umfangsrichtung
asymmetrische Schnittformen haben, war es auf der anderen Seite
nicht nur möglich,
das Auftreten von Wirbelung bei der Hochgeschwindigkeitsreaktion
zu unterdrücken,
sondern es waren auch sowohl der Mittelwert und der Maximalwert
der Gleit-Rotationsfrequenz
in einer vorgegebenen Richtung (Drehung im Uhrzeigersinn) klein,
und deren Dispersion war ebenfalls klein.
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Industrielle
Verfügbarkeit
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Gemäß der oben
beschriebenen hydrodynamischen Gaslagerstruktur, kann ein Wirbel-Phänomen wirkungsvoll
verhindert werden, es wird möglich,
die Dispersion einer Gleit-Rotationsfrequenz
bei Beginn oder beim Beenden der Rotation zu unterdrücken, und
ein Verschleißphänomen kann
effektiv verhindert werden, während
die Herstellungsausbeute des Wellenkörpers bei der Herstellung der
hydrodynamischen Gaslagerstruktur verbessert werden kann. Deshalb
ist die beschriebene hydrodynamische Gaslagerstruktur zum Einsatz
für ein
Rotationsantriebsteil eines optischen Ablenkscanners geeignet.
