JPH0293115A - セラミック製回転軸 - 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〕 本発明はレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンス
ピンドルやＶＴＲのシリンダモータ等をはじめ各種高精
密機械に適用される動圧型のセラミック製回転軸に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来よりＬＢＰのポリゴンスピンドルやＶＴＲのシリン
ダモータ等をはじめ各種高精密機械に使用される動圧型
回転軸として鉄鋼材料を主体とした金属より成る回転軸
が一般に採用されており、軸受面に対向する該回転軸の
外周面には流体圧力発生用の溝が研削等の機械加工や、
エツチング等の化学的処理により形成されていた。

しかし乍ら、かかる従来の回転軸に採用される機械構造
用炭素鋼や合金鋼等は、機械加工性に優れ機械的強度が
大であるという特長を有するものの、上記鉄鋼材料はそ
の比重が約７乃至８と比較的大きいため、ラジアル動圧
作動流体及びスラスト動圧作動流体として空気を使用す
る場合には、低速回転域でのスラスト剛性または前記回
転軸の浮上量が不足し、スラスト軸受での焼付きが発生
し易いという問題があった。また、油等の液体を使用す
る場合にも、損失トルクが高くなり勝ちであり、駆動源
の出力を大とする等の処置を講しなければならないとい
う欠点があった。更に、従来の金属より成る回転軸は、
起動時及び停止時の軸受との接触による摩耗が避は難い
こと等から起動トルクが増大すること及び回転軸の耐久
性等の問題があった。

そこで、かかる従来の回転軸の問題点を解決するために
、スラスト剛性が高い上に十分な浮上量が得られ、かつ
損失トルクを大巾に減少させることが可能な前記金属よ
りも比重が小さくかつ耐摩耗性及び耐食性に優れたアル
ミナ、ジルコニア、窒化珪素、サイアロン、炭化珪素等
の各種セラミック材製の動圧型回転軸が採用されるよう
になってきている（特開昭６０−２０５０１１号公報参
照）。

これら動圧型回転軸は、例えば第４図及び第５図に示す
如く、動圧作動流体として空気を使用した場合、流体圧
力発生用のへリングボーン型の溝１５を設けた回転軸１
１が軸受部１２に内挿され、回転軸１１の一端には駆動
力伝達気構（不図示）が一般に付設される。

駆動に際しては回転軸１１が偏心して回転することによ
り回転軸１１と軸受１２との間に介在する空気が回転軸
１１の回転方向に動き出すとともに、回転軸１１の表面
に設けたヘリングボーン型の溝１５により前記空気の巻
き込み量が増加し、その結果、回転軸１１と軸受１２と
の隙間の小なる部分の圧力がより大となり、該圧力によ
って回転軸１１に作用する負荷を支持し、隙間を所定の
値に保ち、無接触で高精度の回転を得んとするものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし乍ら、前記軸受部に内挿された動圧型セラミック
製回転軸は耐食製に優れ、摩擦が小さいという優れた特
徴を有するものの、前記へリングボーン型等の所定の深
さの溝を設けて動圧を発生させる回転軸にあっては、該
回転軸の外周面に前記溝が一定間隔に形成されているこ
とから、該博が空気を巻き込むことにより発生する圧力
が回転軸に形成された溝の数に応じて微小な変動を生じ
ると考えられ、その結果、ラジアル回転精度を全回転数
領域において高精度に保持できないという問題があった
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はセラミックより成る真円度が１μｍ以下でかつ
外表面を円滑に研摩加工された回転軸で一 あって、該回転軸の外周面及び／もしくは端面には所定
間隔に平行状、ヘリングボーン状または螺旋状等の形態
を成す微小・な研削条痕の集合群から成る動圧発生部を
設けたことにより、前記回転軸の外周面及び／もしくは
端面と動圧発生群とで段差を生ぜず、微小な動圧の変動
を解消し、ラジアル回転精度を向上することが可能とし
たものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づき詳細に説明する。

第１図は軸受部に内挿された本発明に係るセラミック製
回転軸の一実施例を示す一部破断面図であり、第２図は
第１図の回転駆動状態を説明するための横断面図であり
、第３図は第１図のセラミック製回転軸Ａ部の表面の研
削条痕を示す拡大図である。

第１図、第２図及び第３図において、本発明に係るセラ
ミック製回転軸１は軸受部２に内挿され、該セラミック
製回転軸１の外周面には軸芯と略平行かつ円周方向に略
等間隔に微小な研削条痕３の集合群４から成る動圧発生
部が形成されている。

また、前記セラミック製回転軸１は研削条痕３の集合群
４部を除く外表面の面粗さが中心線平均粗さで表示する
と０．８μＲａ以下の面粗度を有し、かつセラミック製
回転軸１の表面形状精度、即ち真円度が１μｍ以下でな
ければならない。前記表面粗さが０．８μＲａを越える
か、または真円度が１μｍを越えると所期の回転精度が
得られず、その上、剛性が低下することから前記セラミ
ック製回転軸１が軸受部２とかじり付きを生じる恐れが
ある。

更に前記研削条痕３は第３図に示す如く、略円周方向と
同一方向に並んだ集合群４を形成し、個々の研削条痕３
は深さが２μｍ乃至１０μｍ、長さが１ｍｍ乃至２１１
１１１１％かつ巾が１０μｍ乃至１００μｍであること
が望ましく、前記各寸法が下限値に満たない場合には剛
性、負荷容量がいずれも低下し、他方、前記各寸法が上
限値を越える場合には、ラジアル回転精度が低下する上
、セラミック製回転軸１の強度上の長期信頼性が劣る恐
れがある。

一方、前記研削条痕３の集合体４は、研削条痕３の長さ
方向に対して直角方向に１ｍｍの長さ当たり前記研削条
痕３の深さ及び巾の寸法を満足した８個乃至１８個の研
削条痕から成り、前記集合群４のｌａｗと隣り合う集合
群４同志の間隔Ｗ゛の関係が、 Ｑ、　　３＜　　　　　　　　　　＜０．　８を満足す
ることが望ましい。

なお、前記研削条痕３の集合体４が前記望ましい数値を
満足しない場合には、ラジアル回転精度の低下とともに
剛性及び負荷容量が低下してしまい動圧型回転軸として
実用的でない。

稼動に際しては、軸受部２に内挿されたセラミック製回
転軸１が軸受部２の内径に対して偏心して回転すること
により、前記回転軸１と軸受部２との間に介在する空気
が該回転軸１の回転方向に動き出し、該回転軸１と軸受
部２との隙間の小なる部分の空気の圧力が該隙間の大な
る部分より大となり、前記回転軸１を支持する。

この際、前記回転軸１の表面に設けた研削条痕３の集合
群４が、前記空気の巻き込みを増加させることにより、
前記圧力を増大せしめ、該圧力によってセラミック製回
転軸１に作用する負荷を、前記隙間を所定の値に保つつ
つ無接触で支持することになる。

更に、前記空気の巻き込みを左右する研削条痕３の集合
群４は、前記回転軸１の外周面及び／もしくは端面と段
差を生じないことから、微小な圧力変動を解消すること
が可能となる。

本発明に係る前述のセラミック製回転軸を評価するため
、回転精度測定装置を使用して回転精度を極座標表示法
によりリサージュ図を描かせたところ、第７図に示す様
な従来のへリングボーン型の溝を設けたセラミック製回
転軸のりサージュ図に認められる円周上の凹凸が、本発
明にかかるセラミック製回転軸では全回転領域において
第６図に示すリサージュ図の様にほとんど解消している
ことが確認された。

８〜 また、前記研削条痕の集合群は、各々前記研削条痕及び
集合群の望ましい数値関係を満足すれば、ヘリングボー
ン条または螺旋状等の種々の形態でも同様の精度が得ら
れることを確認している。

〔発明の効果〕

以上、述べたように本発明はセラミック製回転軸の外表
面に段差のない動圧発生用の研削条痕の集合群を形成す
ることから、摩擦が小さいことは勿論、全回転数領域に
亘って回転軸のフレのない高精度のラジアル回転精度を
得ることができ、各種高精度機械等に広範囲に適用し得
る超精密高速回転の安定性及び信頼性を著しく向上せし
めた動圧型のセラミック製回転軸を得ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミック製回転軸の一実施例を
示す一部断面図、第２図は第１図の回転駆動状態を説明
するための断面図、第３図は第１図のセラミック製団転
軸Ａ部表面の研削条痕を示す拡大図、第４図は従来のセ
ラミック製回転軸を示す一部断面図、第５図は第４図の
回転駆動状態を説明するための断面図、第６図は本発明
に係るセラミック製回転軸のりサージュ図、第７図は従
来のセラミック製回転軸のりサージュ図である。 １・・・セラミック製回転軸 ３・・・研削条痕 ４・・・集合群

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真円度が１μｍ以下のセラミックスより成る円滑
   な表面を有する回転軸の外周面及び／もしくは端面に、
   平行状、ヘリングボーン状または螺旋状等の形状をした
   微小な研削状痕の集合群から成る動圧発生部を設けたこ
   とを特徴とするセラミック製回転軸。