JPH0280808A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、回転軸部の円筒状外周面又は同回転軸部の円
筒状外周面を回転自在に支承する固定軸受部のいずれか
一方の周面に動圧発生用グルーブを設けてなる動圧軸受
装置に関する。

（従来の技術〉 回転軸部の円筒状外周面又は同回転軸部の円筒状外周面
を回転自在に支承する固定軸受部のいずれか一方の周面
に動圧発生用クループを設けてなるラジアル動圧軸受で
は、回転軸部が回転するとき、動圧発生用グルーブの中
を液状あるいはガス状の潤滑剤が流動し、その流動方向
に向かって漸次圧力が増大して軸受内部の圧力を高め、
軸受としての負荷能力を高めるようになっている。

第８図ないし第コー０図は、従来の動圧軸受装置の動圧
発生用クループの各種形状を示す。いずれの例でも、固
定軸受部３１内に回転自在に支承された回転軸部３２の
外周面に一組の複数の動圧発生用グルーブ３ａと別の組
の複数の動圧発生用クループ３ｂとが対をなして形成さ
れている。各動圧発生用グルーブ３ａ、３ｂは回転軸部
の各端部から他方の端部に向い、かつ中心軸線に対し一
定の傾きをもって形成されている。また、−組の動圧発
生用クループ３ａの傾きの向きに対し他の組の動圧発生
用グルーブ３ｂの傾きの向きは互いに逆向きになってい
る。

いま、回転軸部３２か所定の向きに回転してグルーブ３
ａ、３ｂか矢印２４で示す向きに移動したとすると、ク
ループ３ａ、３ｂの内部を空気などの潤滑剤（以下、空
気として説明する）が矢印５ａ、５ｂで示すように、対
をなすクループ３ａ。

３ｂの互いに遠い方の端から互いに近い方の端に向かっ
て流れる。この空気の流れによって回転軸部３２と固定
軸受部３１との間に動圧力が発生し、回転軸部３２が固
定軸受部３１に対して非接触で支承される。

第１０図の例は、回転軸部３２の一端部側を一対のクル
ープ３ａ、３ｂの形成部から分離し、この分離部に同分
離部の全幅にわたって第３の複数のグルーブ３ｃを形成
すると共に、このグルーブ３ｃ形成部に対応する固定軸
受部３１の底部を閉鎖した形にしたものである。この例
では、回転軸部３２か矢印２４方向に回転するとき空気
か矢印５ｃで示すようにグルーブ３ｃを通じて固定軸受
部３１の閉鎖された底部に流れ込み、同底部に動圧が発
生する。即ち、グルーブ３Ｇと固定軸受部３１の底部と
によってスラスト軸受が構成されることになる。

（発明が解決しようとする課題） 動圧軸受装置の用途の一つに、ポリゴンミラー即動用モ
ータの軸受装置がある。レーザープリンターの部品とし
てポリゴンミラー駆動用モータを使用する場合、モータ
の軸方向の扁平化が要求され、そのために回転軸の軸長
を短くすることが要求される。しかるに、上記従来の動
圧軸受装置によれば、回転軸の軸長を短くしようとする
と必然的にクループの長さが短くなり、動圧力を充分に
高くすることができないという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、動圧発生用グルーブを改良することによ
り、小型化、特に薄型化を可能にした動圧軸受装置を提
供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、動圧発生用クループが、同動圧発生用クルー
プの設けられた回転軸部又は固定軸受部の周面の一端部
より他端部に向いかつ方向を一方向に揃えて形成され、
上記動圧発生用グルーブの他端が、同動圧発生用クルー
プの設けられた回転軸部又は固定軸受部の周面の他端部
までは達していないことを特徴とスル。

（作用） 固定軸受部に対して回転軸部を相対回転させると、各動
圧発生用グルーブを通じて同グルーブの一端部から他端
部に向かって流体が流れる。動圧発生用グルーブの一端
部は、同グルーブが設けられた回転軸部又は固定軸受部
の周面の他端部までは達していないため、上記グルーブ
の他端部において大きな動圧が発生する。

（実施例） 以下、第１図ないし第７図を参照しながら本発明にがか
る動圧軸受装置の実施例について説明する。

第１図において、円筒状の固定軸受部１の内部には外周
面が円筒状の回転軸部２が嵌められ、回転軸部２は固定
軸受部１内において回転自在に支承されている。回転軸
部２の」一端にはポリゴンミラー１６が一体に取付けら
れている。固定軸受１の上端面はスラス１〜受け８とな
っており、このスラス１〜受け８には、第２図に示すよ
うに多数のスパイラル状のグルーブ１０が円周方向に並
列的に形成されている。グルーブ１０はスラスト方向の
動圧発生用である。グルーブ１０が形成された固定軸受
１の上端面には、ポリゴンミラー１６の下端面９が対向
している。回転軸部２にはその下端から突出させた形で
円筒状の開動マグネツ１−６が固着されている。固定軸
受部１の内周面には駆動マグネット６と対向する位置に
おいて固定子コア５が固定され、固定子コア５には駆動
コイル７が巻かれている。

回転軸部２の円筒状の外周面には、回転軸部２の一端で
ある図において下端１］−から他端である図において」
一端］２に向い複数のラジアル方向動圧発生用クループ
３が形成されている。各グルーブ３は軸線に対し所定の
傾き角度をもって形成され、しかも、総てのグルーブ３
の傾きの方向を一方向に揃えて並列に形成されている。

従って、従来の動圧軸受装置のように向きの異なるグル
ーブを対にして用いるものではない。上記各動圧発生用
クループ３の傾き角度は、矢印１３で示す回転軸部２の
回転移動方向に対し回転方向の先方から見て鋭角的に形
成されている。−に記各グルーブ３の端末２３は回転軸
部２の周面の他端１２に達することなく途中でとぎれて
いる。図示の例の場合、動圧発生用クループ３の軸方向
の長さは回転軸部２の軸方向の長さの１／２よりも長く
なっている。

固定軸受部１の底部には回路基板７か取付けられている
。

なお、第３図に示すように、回転軸部２の内周側に円筒
状ヨーク２１を嵌合固着し、さらにその内周側に円筒状
ロータマグネット２０を嵌合同着し、回路基板１７に固
定して立ち上がらせた支柱１８を固定子としてその外周
側に駆動コイル１９を巻き、同コイル」９を」二対マグ
ネット２０に対し所定の間隙をおいて対向させてもよい
。回転軸部２の外周面にラジアル方向動圧発生用グルー
ブ３を形成し、固定軸受部１の」一端面８とポリゴンミ
ラー１６の下端面９との間でスラスト動圧軸受を形成す
ることは第１図の実施例と同様である。

以上述べた各実施例ではスラスト動圧軸受を、搭載物の
一例であるポリゴンミラー１６を直接利用して形成して
いたが、回転軸部２の一部をスラスト方向の動圧発生用
のクループ】−０に対向させるようにしてもよい。また
、スラスト方向動圧発生用グルーブをポリゴンミラー１
６の下端面９に形成し、これを固定軸受１の」一端面に
対向させてもよい。ラジアル方向の動圧発生用グルーブ
３は、回転軸部２の上端１２側から下端１１側に向かっ
て形成してもよい。

いま、駆動用マグネット６と駆動用コイル７を有してな
るモータによって回転軸部２が回転駆動され、同回転軸
部２の表面が矢印１３で示す向きに移動するものとする
。この移動によって流体（以下、空気として説明する）
が動圧発生用グルーブ３を通って矢印１−４で示すよう
に回転軸部２の下端側からグルーブ３の端末２３側に向
かって流れる。空気の粘性抵抗のために空気は圧縮され
、グルーブ３の奥方に至るに従って圧力が高まる。

また、回転軸部２と共にポリゴンミラー１６が回転し、
スラスト方向の動圧発生用グルーブ１０を経て空気が流
れ込み、圧縮されてスラスト方向にかかる力を支承する
。このスラスト方向の動圧軸受の作用により、回転軸部
２の下端１１からグルーブ３を経て流れ込んだ空気か上
記スラスト方向の動圧軸受部の狭い空隙抵抗のために上
端１２から漏洩するのを軽減する効果がある。

そこで次に、上記実施例における動圧軸受で発生する圧
力と、第８図ないし第１０図に示す従来の動圧軸受で発
生する圧力とを比較する。第４図は従来の動圧軸受を、
第５図は本発明の上記実施例にがかる動圧軸受をそれぞ
れ模型的に示す。第４図において、動圧発生用グルーブ
３ａ、３ｂの回転軸に対する傾き角度をＯ１各グルーブ
の幅をＢ、グルーブのピッチをＢ′、回転軸部の表面の
移動速度をＶｒ、動圧発生用グルーブの回転軸方向の長
さ成分を１１とし、回転軸方向をＸで表すものとする。

また、第５図において、動圧発生用グルーブ３の回転軸
方向Ｘの長さ成分を］０、回転軸部２のグルーブ３が形
成されていない部分の回転軸方向Ｘの長さ成分を１２と
する。

第６図は、グルーブ３における空気の流れを回転軸方向
、即ちＸ方向の成分で表したときの軸受部の仮想断面を
示すもので、ｈは回転軸部２の表面に形成されたグルー
ブ３の深さを示し、ｈ′は回転軸部２と固定軸受部１間
の隙間の間隔を示す。

Ｕは、回転軸部表面の移動速度Ｖｒに基づくグルーブの
側壁２６の相対速度のＸ方向の成分を示すもので、 ｕ　＝Ｖ　ｒ　９５１ｍθ１ｃｏｓＯ で表される。

第６図のＸ−Ｚｍ標に対して空気の流れの速さＵと空気
圧Ｐとの間にナビエストークスの基礎方程式から、ｐの
変化量の小さい範囲で の近似式が得られる。ここで、ｇは重力の加速度、Ｒは
気体定数、Ｔは絶対温度、ヤは空気の粘性抵抗である。

但し、気体の圧縮性のため、Ｕはｐに反比例し、」二の
式でＵはＰの函数であり、厳密な解を得ることは困難で
あるが、Ｐの変化の少ない範囲ではＵの誤差範囲も少な
くなるので、Ｕを独立に扱っても比較検討のための計算
式としては充分である。

上記０式から第４図のクループの端末における圧力を割
算すると、 の近似式が得られる。ここで、ｐｏは大気圧である。

一方、本発明にかかる第５図の場合、空気の流れはクル
ープ３の端末２３を経て回転軸部２の上端１２から外気
への漏洩かおこり、そのときのグルーブ３の端末の２３
における圧力は、で表される。第４図、第５図における
回転軸部の外径、軸長を同じとすると、本発明の実施例
におけるグルーブ３の長さ１１は、従来例のクループの
長さのほぼ２倍の長さに設定することかできる。

−例として、Ｂ／Ｂ’　＝０．４．ｈ＝９μｍ、ｈ’＝
７μｍ、θ＝４５°、　Ｖｒ＝１．８８４Ｘ１０３ｃｍ
／ｓ、ν１、．５２５Ｘ１０−２ｃｍ−ｓ４．　Ｒ＝２
９．２７Ｘ１０２ｃｍ／に、　Ｔ＝２９３°に、第４図
の１１＝１ｃｍ、第５図の１１−２ｃｍとして０式より
気圧Ｐを計算すると、第４図の場合Ｐ　”　１．８３Ｐ
ｏ　＋第５図の場合ｐ＝］、７７ｐｏとなり、はぼ同じ
値を示す。しかしながら、第１図、第２図について説明
したようにスラスト動圧軸受を併用する場合、第５図に
おける回転軸部２の−１−端１２からの空気の漏洩が少
なくなるため、上記の計算値よりも圧力が高くなる。仮
りに、」二対空気の漏洩が完全に阻止されるとすれば０
式を適用することができ、Ｐ＝３．］Ｐｏとなり、本発
明を適用した方がかなり高くなる。以上のことを定性的
に勘案すれば、本発明にかかる前記実施例では、第８図
ないし第１０図に示す従来例における一方のグルーブ３
ａか果たす役割を、グルーブ８を有してなるスラスト動
圧軸受が代替し、これによって大きな圧力を得ることが
できるという効果を奏するものであることが理解できる
。

また、ポリゴンミラー１６などの搭載物は通常第１図に
示すようにスラスト軸受の上部に配置される。搭載物に
は犬なり小なり偏荷重があり、この偏荷重に基つく所謂
すりこき運動が負荷として作用するため、この負荷がか
かる部分もしくはその近傍で動圧力か最も高くなるのが
望ましい。その点ても本発明にかかる前記実施例の場合
は再高圧部分が負荷点に近くなるという利点がある。

このように、図示の実施例のようにスラスト動圧軸受を
併用することにより、動圧軸受装置を扁平に構成するこ
とかできるという点で極めて有利であるが、前述のよう
に、スラスト動圧軸受を併用しなくても、より扁平な構
成にしながら従来の動圧軸受装置と同等の最高空気圧を
得ることができ、充分な実用性を有することがわかった
。

動圧発生用のグルーブは、固定軸受部側に設けても差し
支えない。

なお、第７図に示すように、回転軸部２の一端１１から
他端１２に向かって形成したグルーブ３のほかに、同グ
ルーブ３の奥端から一定の距離をおいて別の複数のグル
ーブ２５をグルーブ３と同じ方向に、かつ、同じ角度で
形成してもよい。グルーブ２５の端部は回転軸部２の他
端部１２までは達していない。このように、グルーブ３
とグルーブ２５が不連続状態で形成されていても、双方
のグルーブの間の回転軸部２の表面に沿って空気がグル
ーブ３からグルーブ２５に至り、空気圧が増大する。従
って、グルーブ２５とグルーブ３は連続してつながった
１本のグルーブと同じ効果をもたらすものとみなすこと
ができる。このように、グルーブ３を通じて流れ込んだ
空気の圧力をさらに増大させる方向に作用するものであ
れば、グルーブ３とは別のグルーブを設けても差し支え
ない。

（発明の効果） 本発明によれは、動圧発生用グルーブは、同動圧発生用
グルーブか設けられた回転軸部又は固定軸受部の周面の
一端部より他端部に向いかつ方向を一方向に揃えて形成
され、上記動圧発生用グルフの他端は、同動圧発生用ク
ループが設けられた回転軸部又は固定軸受部の周面の他
端部まては達していないため、上記グルーブの他端側に
おける流体の流れが制限されて圧力が高まり、上記グル
ーブの一定の長さ当たりの圧力を高くすることかでき、
回転軸部及び固定軸受部の軸方向の寸法を短くして、小
型で薄型の動圧軸受装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にがかる動圧軸受装置の一実施例を示す
断面図、第２図は同上実施例中のスラスト受は部を示す
平面図、第３図は本発明にがかる動圧軸受装置の別の実
施例を示す断面図、第４図は従来の動圧軸受装置の要部
を概略的に示す側面図、第５図は本発明にがかる動圧軸
受装置の要部を概略的に示す側面図、第６図は動圧軸受
装置のクループの部分の断面展開図、第７図は本発明に
がかる動圧軸受装置の別の実施例を概略的に示す側面図
、第８図ないし第１０図は従来の動圧軸受装置の各種の
例を示す断面図である。 １・・・・固定軸受部　２・・・・回転軸部　３・・・
・動圧発生用グルーブ　１１・・・・回転軸部の一端１
２・・・・回転軸部の他端　２３・・・・グルーブの他
口 へ− 娘

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸部の円筒状外周面又はこの回転軸部の円筒状外周
   面を回転自在に支承する固定軸受部の内周面のいずれか
   一方の周面に複数の動圧発生用グルーブを設けてなる動
   圧軸受装置において、上記動圧発生用グルーブは、同動
   圧発生用グルーブが設けられた回転軸部又は固定軸受部
   の周面の一端部より他端部に向いかつ方向を一方向に揃
   えて形成され、上記動圧発生用グルーブの他端は、同動
   圧発生用グルーブが設けられた回転軸部又は固定軸受部
   の周面の他端部までは達していないことを特徴とする動
   圧軸受装置。