JP2598049B2 - 動圧流体軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は動圧流体軸受に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、レーザビームプリンタ等に用いられる多面鏡
（ポリゴンミラー）回転軸、VTPシリンダーヘッドスピ
ンドル、磁気ディスクスピンドル等の軸受は高速、高精
度での回転を満足することが強く要望され、高速回転時
に回転むらが非常に少なく、回転トルクも小しく安定し
ているような軸受性能を保持するためにオイルやグリー
スを潤滑油とした動圧流体軸受が用いられて来た。この
ような動圧流体軸受は、定常回転時固定側と回転側の間
に高圧の流体層を発生させ微小な隙間（２〜10μｍ程
度）を保持しながら、非接触で回転することに特徴があ
り、その軸受性能（回転精度、回転ムラ、回転トルク
等）もそれに由来している。そしてこのような微小な隙
間の保証は固定側と回転側の摩耗粉によるグリース、オ
イル等の劣化等に伴う軸受性能の低下や焼付きというよ
うな軸受にとっては致命的なトラブルを防止するうえで
きわめて重要である。しかし、潤滑油と金属表面との親
和性がとぼしいため、回転時に潤滑油が排出され、金属
接触が発生してしまう。よって摩耗が起こってしまうと
いう欠点があった。

そこで、この接触に伴って生じる表面の摩耗を極力抑
えるため対向面に焼入れや硬質メッキを施す等表面を硬
くする必要があったが、焼入れすると軸受に歪みが生
じ、硬質メッキの場合、メッキ層の厚みを高精度にコン
トロールしてメッキするのは容易ではないので、表面を
研磨等の方法によって再度仕上げる必要もあった。な
お、このような硬化手段を用いても表面からの摩耗粉は
グリースを始めとする潤滑油等の液体の劣化を早め、回
転トルクの変化を来たすこともしばしばあり、実使用に
おいて決して好ましい状態とは言えず、また、これら金
属系の表面は、その表面エネルギーが大きいため、液体
の移動抵抗が大きく、運転開始後定常回転に至るまでの
時間が長くなるなどの欠点を内在していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べたように、従来の技術においては、相対回転
する金属製対抗面に潤滑油を定方向に遠く溝を形成した
動圧流体軸受において、その対抗面の簡易な加工により
摩耗粉の発生を極力防止抑制し、しかも運転開始後定常
回転に至までの時間の短い動圧液体軸受は得られないと
いう問題点があった。

〔問題を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するために、この発明は、相対回
転する金属製対向面に潤滑油を定方向に導く溝を形成し
た動圧流体軸受において、前記対向面の少なくとも一方
に合成樹脂からなる薄膜を0.01〜5.0μｍの厚さに形成
し、かつ前記潤滑油として、飽和脂肪酸もしくはアミノ
化合物からなる油性向上剤を添加した潤滑油、または官
能基を有する含フッ素重合体もしくは官能基を有するオ
ルガノポリシロキサンからなる潤滑油を用いたという手
段を採用したものである。

まず、この発明における合成樹脂とは、一般汎用樹脂
であり、液体状にて塗布可能なものである。たとえば、
エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹
脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテルサ
ルホン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等々が挙
げられ、これらの単独もしくは併用であってもかまわな
い。

このような合成樹脂の薄膜を相対する少なくとも一方
の面に形成させることによって、金属接触が発生せず、
摩耗が起こらない。さらに、潤滑油として官能基を有す
るもの、また油性向上剤添加油等々を用いる場合、この
合成樹脂の薄膜により、薄膜上に単分子膜レベルの吸着
膜が形成される。この吸着膜は金属表面上にも形成され
るが合成樹脂の薄膜上の方が剪断力に強い吸着膜を形成
することができる。この潤滑性の吸着膜が形成されると
表面エネルギーが小さくなり、液体の移動抵抗が小さ
く、運転開始後定常回転に至るまでの時間が短く安定で
きるため、より好ましい組み合わせといえる。ここで、
合成樹脂の薄膜とは、軸受のクリアランスを考慮して0.
01〜5.0μｍ程度の厚さのものである。また、官能基を
有する潤滑油とは、フルオロポリエーテル重合体、フル
オロアルキル重合体等の含フッ素重合体もしくはオルガ
ノポリシロキサンであり、油性向上剤とは飽和脂肪酸、
アミノ化合物等々である。

〔実施例〕

実施例1: 潤滑油を流体とする図に示すような動圧流体軸受にお
いて、ヘリングボン溝５のあるSUS304製の軸２をポリエ
ステル樹脂（東洋紡社製：バイロン150 A）がメチルエ
チルケトンにて0.5重量％に分散した塗液へ浸漬し、毎
分80mmの速度で引き挙げ、120℃、30分で焼成し、約１
μｍ皮膜４を形成させ、この軸２を試験片としてSUS304
製のハウジング１の中に挿入した。また、潤滑油として
炭化水素油（ヘキサデカン）に油性向上剤としてミリス
チン酸を10^-2mol/1添加したものを用い、これを2000時
間連続運転させて400時間ごとのトルク（ｇ・cm）を測
定した。このトルクの変動の大きいもの（×印）、小さ
いもの（○印）として二段評価し、また2000時間試験終
了後に摺動部に摩耗痕があるどうかを調べた。得られた
結果を表にまとめた。なお、上記皮膜４は図示例の場
合、軸２の外周面に形成したものを示したが、ハウジン
グ１の内面および軸２のスラスト力を受けるスラスト軸
受３の上面に設けるようにしてもよい。

実施例2: 潤滑油として、末端にカルボキシ基を有するフルオロ
ポリエーテル重合体（伊国モンテフルオス社製：フォン
ブリン/Z−DIACID）を用いた以外、実施例１と全く同様
の方法にて試験した。得られた結果を表に併記した。

比較例： 軸２にポリエステル樹脂を被覆しないものを用いた以
外、実施例１と全く同様の試験を行ない、得られた結果
を表に併記した。

表の結果から、軸２に合成樹脂の皮膜４を形成させな
いでステンレス鋼同士で潤滑油中にて回転させた比較例
は回転直後に低い回転トルク値を示したが、次第に上昇
する傾向を示した。また、軸２とハウジング１には円周
方向に摺動痕（摩耗痕）が見られた。

これに対して、軸２に合成樹脂の皮膜４を形成させた
実施例１および２は、いずれも回転開始直後からの低い
回転トルクを保持しつづけた。また、軸２およびハウジ
ング１の皮膜４および金属面に摩耗痕は確認されなかっ
た。

以上のことから、軸表面の合成樹脂薄膜により金属と
の接触を防止でき、摩耗が起こらないため、回転トルク
を安定させることができる。

〔効果〕 この発明の動圧流体軸受は、金属製対抗面に形成され
た動圧を発生する溝の寸法精度を実質的に低下させるこ
となく、合成樹脂製の薄膜および吸着性の強い所定の潤
滑油を介在させて前記対抗面の接触を防止することによ
り、摩耗粉の発生を極力防止制御し、しかも運転開始後
定常回転に至るまでの時間が短い等、摺動特性の優れた
軸受であるため、この発明の意義はきわめて大きいと言
える。

【図面の簡単な説明】

図は実施例に用いた動圧流体軸受の構造を示すための模
式化した断面図である。 １……ハウジング、２……軸、 ３……スラスト軸受、４……皮膜、 ５……ヘリングボン溝。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対回転する金属製対向面に潤滑油を定方
   向に導く溝を形成した動圧流体軸受において、前記対向
   面の少なくとも一方に合成樹脂からなる薄膜を0.01〜5.
   0μｍの厚さに形成し、かつ前記潤滑油として、飽和脂
   肪酸もしくはアミノ化合物からなる油性向上剤を添加し
   た潤滑油、または官能基を有する含フッ素重合体もしく
   は官能基を有するオルガノポリシロキサンからなる潤滑
   油を用いたことを特徴とする動圧流体軸受。