JPH0313614Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、レーザービームプリンタ等のポリゴ
ンミラースキヤナーに多用される動圧気体軸受に
関する。

＜従来技術＞ 動圧空気軸受において軸体を回転側とするか固
定側とするかは任意であるが、例えば軸体を回転
側としたものを例にとり、従来構成を第５図によ
つて説明する。

同図において、１は、高速回転される軸体で、
ラジアル外周面２と、スラスト端面３とを有して
おり、上記ラジアル外周面２には、動圧発生用の
溝４が形成されている。５は、上記軸体１を軸支
するためのスリーブで、適宜取に付け手段によつ
て保持されており、上記ラジアル外周面２と協働
するラジアル内周面６を有していると共に、その
端面には上記スラスト端面３と協働するスラスト
底面８をもつスラスト軸受部材７が固着されてい
る。９は、上記スラスト軸受部材７の中心に穿設
された気体の流通孔である。なお、１０は、前記
スリーブ５の図示上端側に設けられた気体流入用
の流入口、１１は、前記スラスト端面３とスラス
ト底面８との間に形成されるポケツト（圧力室）
である。

上記構成において、前記軸体１の非回転時には
前記スラスト端面３とスラスト底面８とは接触し
た状態にある。そして、この状態から軸体１が回
転すると、前記溝４の作用により公知の如く前記
流入口１０から流入した気体が、前記ラジアル外
周面２とラジアル内周面６との間の微少隙間を通
つて図示下方に導かれてポンプアツプされ、この
気体圧力によつて軸体１を浮上させる。軸体１が
浮上すると加圧されたポケツト１１は、前記スラ
スト軸受部材７の流通孔９を介して外部と連通
し、ポケツト１１内の気体は流通孔９から流出す
ることになつて、ポケツト１１内の圧力は、常に
軸体１を含む回転系の自重及び回転系にかかる磁
気的吸引力とこれにかかる外気圧とがバランスを
保つように自己調整され、公知のように軸体１は
浮上した状態で回転を続けることになる。

＜考案が解決しようとする問題点＞ ところで上記構成において、前記流通孔９から
吐出される気体はポケツト１１内の圧力を適正状
態に保つように作用する。この流通孔９による所
謂オリフイス効果による圧力調整メカニズムは、
ポケツト１１内の圧力変動を調整する上で重要で
且つ調芯作用にも大きく関係し、このため流通孔
９はシビアな寸法精度、位置精度が要求される
が、この微小径穿孔加工が相当に困難である。ま
た、起動、停止毎に流通孔９近傍と前記スラスト
端面３が接触を繰り返すため、流通孔９の孔縁が
摩擦損傷を起こし易く、このため軸受信頼精度を
劣化させるという問題もある。そしてまた、この
摩擦損傷に対処するため、前記スラスト軸受部材
７を高硬度の耐摩耗性材料になすと、加工の難易
度が増し、精度の高い流通孔９の穿孔はより一層
困難になるという問題があつた。

＜考案の目的＞ 従つて本考案の解決すべき技術的課題は上記従
来欠点の解消にあり、その目的とするところは、
前記した流通孔の摩擦損傷とは本質的に全く無縁
な形状とし、かつ、前記した従来の圧力調整メカ
ニズム以上に安定度の高い回転機能を果たすこと
ができ、容易な加工技術にて、高い加工精度を得
ることを可能とした動圧気体軸受を提供すること
にある。

＜問題点を解決するための手段＞ 本考案の上記した目的は、スリーブ側にはラジ
アル内周面並びにスラスト底面が設けられ、軸体
側には上記ラジアル内周面と協働するラジアル外
周面並びに上記スラスト底面と協働するスラスト
端面が設けられると共に、上記スリーブの円筒状
孔の端部に、上記スラスト底面をもつスラスト軸
受部材を固着してなる動圧気体軸受において、前
記スラスト軸受部材の外周の一部に、前記円筒状
孔の内径と一致する弧状外周部と扇形切り欠き部
とを円周方向に断続的に形成して、上記弧状外周
部を前記円筒状孔に嵌め合わすことによりスラス
ト軸受部材を前記スリーブに固着すると共に、ス
ラスト軸受部材の残余の外周にはその母線方向に
沿つて、前記円筒状孔の内周面と微少間隔離間し
た円周面と、該円周面を浅く刻設してなる環状溝
とを複数づつ形成することによつて達成される。

＜作用＞ 本考案は上述した如くすることで、前記円筒状
孔の内周面と微少間隔離間した円周面と、該円周
面を浅く刻設してなる環状溝とによる、連続微小
凹凸をもつ狭い気体流通路によつて、軸受内部と
外部（外気）とが連通する。この微小凹凸をもつ
狭い気体流通路はその流体摩擦抵抗係数が大き
く、大なる圧力低下を実現し、軸受内部の加圧
（動圧効果）による回転系の浮上を計れると共に、
前記単一微小径の流通孔９と略々等価のオリフイ
ス効果による圧力調整メカニズムとして重要な機
能を果たす。従来のような中央１箇所に微小流通
孔を形成したスラスト軸受と比べて、本考案によ
るスラスト軸受は、スラスト軸受の周囲全周にわ
たつて均一な流通孔を形成しているので、回転作
動中の圧力変動に対して、即座に応答し、常に安
定した一定の回転状態を持続できるのである。

また、微小凹凸をもつ狭い気体流通路は研削盤
等の加工精度の良い機械で、容易に高い精度で加
工可能である。更に摩擦損傷に強い例えば高硬度
に焼入れした高速度鋼にも容易に加工可能となる
し、上記した微小凹凸をもつ狭い気体流通路には
全く摩擦損傷は生じない。

＜実施例＞ 以下本考案を第１図〜第４図に示した１実施例
によつて説明する。第１図は前記第３図に対応す
る一部切断した要部正面図、第２図はスラスト軸
受部材の斜視図、第３、４図は原理説明図であ
る。なお、第１図において前記した第３図示の従
来構成と均等の部材・部位には同一符号を付し、
その説明は重複を避けるため省略する。

図において、１２はスラスト軸受部材で、例え
ば高硬度に焼入れした高速度鋼よりなつている。
１３は、該スラスト軸受部材１２のスラスト底面
で、例えば曲率Ｒ＝150mm程度の弧状面として形
成され、これは円筒研削盤、成型研削盤にて精度
良く加工できると共に、同心度及び面精度も比較
的容易に確保できる。

１４…は、スラスト軸受部材１２の外周母線方
向に沿つて形成された複数個の円周面で、前記ス
リーブ５の円筒状孔の内径よりも僅かに小さい外
径を持つように設定されていて、該実施例におい
ては上記円筒状孔の内径と円周面１４の外径との
差は0.005〜0.01mm程度とされている。１５…は、
上記円筒面１４を刻設する如く形成された浅い環
状溝で、これも外周母線方向に沿つて複数個形成
されている。これら円周面１４、環状溝１５の数
は任意で、また、図示では総べての円周面１４の
外径を等しくしてあるが、各外周面１４の外径を
各々僅かづつ異らせても良く、或いはまた、円周
面１４、環状溝１５の母線方向の長さを各々異な
らせても良く、何れにせよ両者１４，１５の加工
は前記円筒研削盤によつて容易に精度よく行うこ
とが出来る。

１６…は、上記スラスト軸受部材１２に形成さ
れた弧状外周部で、該弧状外周部１６の外周は、
上述と同様手段によつて前記スリーブ５の円筒状
孔の内径と等しく設定・形成されている。１７…
は扇形切り欠き部で、上記弧状外周部１６を円周
方向に断続的に区切るように適宜手段で切削・形
成されており、前記した環状溝１５よりも充分大
きな断面積をもつようにされている。

上記構成をとるスラスト軸受部材１２は、前記
スリーブ５の円筒状孔の端部に、前記弧状外周部
１６を強嵌合することによつて固着されており、
この結果、軸受内部の前記ポケツト１１と外部大
気側とは、前記円周面１４…と環状溝１５…とで
形成される微小凹凸をもつ狭い気体流通路、並び
に比較的大きな隙間たる前記切り欠き部１７とに
よつて連通する。上記した微小凹凸をもつ狭い気
体流通路は大なる圧力降下を実現し、前記ポケツ
ト１１内に生じるポンプアツプされた圧力と外気
側とに大きな格差をもたせる。

即ち、一般に第３図示のように、狭い隙間δの
平行な静止面間をＶの平均速度で流体が流れてい
るとすれば、長さｌの間で生じる圧力低下は次式
で与えられる。

ΔP＝P₁−P₂＝λrlV²／4δg 但し、λは摩擦係数、ｒは流体の比重量、ｇは重
力の加速度である。

従つて、上式から明らかなようにδが極く小さ
いと圧力低下量ΔPは大きくなる。また、第４図
示のように流通路の一方に凹凸を付けると、上式
のλが著しく増大し、圧力低下も非常に大きくな
る。

そして、軸体１の非回転時には、該軸体１はそ
のスラスト端面３が前記スラスト底面１３に接触
した状態にあつて、前述した従来例と同様にこの
状態から軸体１が回転すると、前記溝４の作用に
より前記流入口１０から流入した気体が、前記ラ
ジアル外周面２とラジアル内周面６との間の微少
隙間を通つて図示下方に導かれてポンプアツプさ
れ、上述した如く前記微小凹凸をもつ狭い気体流
通路による圧力低減効果によつて前記ポケツト１
１内が加圧されて、この気体圧力によつて軸体１
が浮上する。軸体１が浮上して回転を続けると、
微小凹凸をもつ狭い気体流通路はオリフイス効果
によつてポケツト１１内の圧力を適正値に自己調
整するように働き、適正量の気体の吐出によつて
軸体１は安定した高速回転を持続することにな
る。

上述した該実施例の動圧気体軸受によれば、オ
リフイス効果をもつ軸受内部と外部との気体流通
路の精度の高い加工が比較的容易・確実に行わ
れ、且つスラスト軸受部材１２に高硬度の耐摩耗
性材料を用いているので、起動・停止時の摩擦損
傷も著しく低減できる。

なお、実施例においては、軸体１を回転側とし
スリーブ５を固定側としているが、これは逆の関
係であつてもよく、また、前記弧状外周部１６と
切り欠き部１７は、前記微小凹凸をもつ気体流通
路の中程に位置させてもよく、本考案の精神を逸
脱しない範囲で種々の変形は総べて本件登録請求
の範囲に含まれること勿論である。

＜効果＞ 以上のように本考案によれば、従来と比べて、
圧力変動に極めて高速に応答して常に安定した回
転精度を持続する圧力調整メカニズムの機能を果
たす部位の加工が容易・確実で、高い加工精度が
保証でき、かつ流通孔の摩擦損傷が本質的に発生
しない動圧気体軸受を提供でき、その価値は多大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本考案の実施例に係り、第１
図は一部切断した要部正面図、第２図はスラスト
軸受部材の斜視図、第３図及び第４図は原理説明
図、第５図は従来例に係る一部切断した要部正面
図である。 図中、１は軸体、２はラジアル外周面、３はス
ラスト端面、４は動圧発生用の溝、５はスリー
ブ、６はラジアル内周面、１０は流入口、１１は
ポケツト、１２はスラスト軸受部材、１３はスラ
スト底面、１４は円周面、１５は環状溝、１６は
弧状外周部、１７は切り欠き部である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 スリーブ側にはラジアル内周面並びにスラスト
   底面が設けられ、軸体側には上記ラジアル内周面
   と協働するラジアル外周面並びに上記スラスト底
   面と協働するスラスト端面が設けられると共に、
   上記スリーブの円筒状孔の端部に、上記スラスト
   底面をもつスラスト軸受部材を固着してなる動圧
   気体軸受において、 前記スラスト軸受部材の外周の一部に、前記円
   筒状孔の内径と一致する弧状外周部と扇形切り欠
   き部とを円周方向に断続的に形成して、上記弧状
   外周部を前記円筒状孔に嵌め合わすことによりス
   ラスト軸受部材を前記スリーブに固着すると共
   に、スラスト軸受部材の残余の外周にはその母線
   方向に沿つて、前記円筒状孔の内周面と微少間隔
   離間した円周面と、該円周面を浅く刻設してなる
   環状溝とを複数づつ形成したことを特徴とする動
   圧気体軸受。