JPH03265710A - 気体スラスト軸受 - 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、気体スラスト軸受に関し、特に動圧を発生す
るスパイラル溝を形成した気体スラスト軸受に関するも
のである。

従来の技術 近年、流体圧を利用したスラスト軸受の二種として軸受
の対向面にスパイラル溝を形成した動圧型の流体スラス
ト軸受が提案され、高性能でかっ高圧流体源を必要とし
ないため、ポリゴンミラースキャナにおける軸受装置等
、民生機器用のスラスト軸受として注目されている。特
に流体として空気等の気体を用いたものは高速回転に適
するとともに、オイル等を用いた場合のように粘性変化
による特性の変化が小さく、かつ保守が容易である等の
特長を備えている。

発明が解決しようとする課題 ところが、気体スラスト軸受においては、特に軽量な荷
重を支持する場合に、スラスト荷重の変化に対して軸受
面間の隙間が大きく変化してしまい、軸受のスラスト剛
・性が低く、振動等に対する軸受性能の安定性が低いと
いう問題があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、簡単な構成でスラス
ト剛性を高めることができる気体スラスト軸受を提供す
ることを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の気体スラスト軸受は、上記目的を遠戚するため
、回転軸心回りに相対回転可能でかつ軸心方向に互いに
対向する一対の軸受面を設け、この一対の軸受面の少な
くとも一方に、第１のスパイラル溝を形成するとともに
、その内周部に大気に連通された環状溝を介して第１の
スパイラル溝とは逆方向の第２のスパイラル溝を形成し
たことを特徴とする。

作用 本発明の気体スラスト軸受によれば、一対の軸受面を第
１のスパイラル溝にて正圧が発生するように相対回転す
ると、第１のスパイラル溝にて軸受面を互いに離間させ
る力が発生してスラスト荷重が支持されるとともに第２
のスパイラル溝にて軸受面を互いに吸引させる力が発生
する。そして、第２のスパイラル溝は荷重支持用の第１
のスパイラル溝に対して小さい面積に形成されかつ軸受
面の内周部に形成されて回転周速度も小さいために、そ
の軸受特性は軸受面間の隙間の変化に対して発生する吸
引力の変化が小さく、その結果第１と第２のスパイラル
溝により発律する力を台底すると、第１のスパイラル溝
のみの場合に対して軽量なスラスト荷重領域における軸
受剛性が高くなり、軽量な荷重を支持する場合に剛性の
高い気体スラスト軸受が得られる。又、第１と第２のス
パイラル溝の間に大気に連通した環状溝を設けているの
で、各スパイラル溝による作用がそれぞれ確実に得られ
、同−深さのスパイラル溝にて所望の作用が得られる。

実施例 以下、本発明をポリゴンミラースキャナの軸受に適用し
た一実施例を第１図〜第４図を参照しながら説明する。

第３図において、１は円筒容器状の本体ケースで、その
軸心位置に軸体２の下端部が嵌着固定されている。本体
ケース１の内底部に形成された小径孔部３内に軸受材料
から威る薄板円板状のスラスト軸受板４が嵌着固定され
、その上面に第１スラスト軸受面５が形成されている。

この第１スラスト軸受面５には、第１図に示すように、
径方向の中間部に環状溝６が形成され、この環状溝６と
外周との間に第１のスパイラル溝７（梨地にて表示した
部分）が形成され、環状溝３ ６から内周部に向かって第２のスパイラル溝８が形成さ
れている。この第２のスパイラル溝８は第１のスパイラ
ル溝７に対して捩れ方向が逆になるように形成されてい
る。又、これら第１と第２のスパイラル溝７．８はエツ
チングやショツトブラスト加工、若しくは無電解メツキ
等にて形成され、同−深さの溝に形成されている。環状
溝６は、スラスト軸受板４を貫通する連通穴９、本体ケ
ース１の内底面に形成された環状溝１０ａと貫通穴１０
ｂから成る連通路１０を介して大気に連通されている。

尚、スラスト軸受板４の内周部には第２のスパイラル溝
８を形成していない部分が設けられている。

軸体２のスラスト軸受板４から上方に突出した部分の上
部と下部の外周面には互いにねじれ方向が逆のヘリカル
溝１１ａ、ｌｌｂが形成されている。この軸体２の外周
に軸受材料から威る軸受スリーブ１２が数μｍ〜１０μ
ｍの間隙１３をあけて回転自在に嵌合され、軸体２と軸
受スリーブエ２にて気体ラジアル軸受１４が構成されて
いる。

４− 軸受スリーブ１２の外周面の下部にはポリゴン旦う−１
５が嵌合固定されている。このポリゴンミラー１５の下
部には、小径孔部３内に嵌入してスラスト軸受板４と対
向するスラスト軸受部１６が設けられ、その下面にて第
１スラスト軸受面５に対向する第２スラスト軸受面１７
が形成され、これら第１、第２スラスト軸受面５．１７
にて気体スラスト軸受１８が構成されている。また、第
２スラスト軸受面１７に対して軸受スリーブ１２の下端
部が５〜１０μｍ程度下方に突出され、この軸受スリー
ブ１０の突出部にて第１スラスト軸受面５の内周部に当
接する突部１９が構成されている。

軸受スリーブ１２の外周面の上部にはポリゴンミラー１
５を回転駆動するモータ２０のロータ２１が嵌合固定さ
れている。このロータ２１は、軸受スリーブ１２に嵌合
された断面形状コ字状の磁気回路形成部材２２と、その
下側フランジ２２ａ上に固着された磁石２３にて構成さ
れている。磁石２３と磁気回路形成部材２２の上側フラ
ンジ２２ｂの間の空間にステータコイル２４が挿入配置
されている。このステータコイル２４はコイル基板２５
に設けられ、このコイル基板２５が本体ケース１の上端
にポリゴンミラー１５の上部を覆うように設けられた蓋
体２６に取付けられている。

又、本体ケース１の外周壁には、ポリゴンミラー１５の
外周の反射面に対してレーザ光を入出射させる窓２７が
形成されている。

以上の構成において、モータ２０のステータコイル２４
に通電すると、ロータ２１が回転駆動され、軸受スリー
ブ１２を介してポリゴンミラー１５が、例えば１〜２万
ｒｐｍの高速で回転する。

その際、軸体２の外周のヘリカル溝１１ａ、１１ｂのボ
ンピング作用によって間隙１３内のエア圧力が高められ
、軸受スリーブ１２が軸体２に対して非接触で回転自在
に支持される。

又、ポリゴンごラー１５の回転に伴ってその下部のスラ
スト軸受部】６が回転し、第１のスラスト軸受面５に対
して第２のスラスト軸受面１７が第１図の矢印方向に回
転し、第１のスパイラル溝７のポンピング作用にてその
外周部のエアが軸心に向かって圧送され、一方策２のス
パイラル溝８のボンング作用にて内周部のエアが大気に
連通した環状溝６に向かって吸引され、その結果第１と
第２のスラスト軸受面５．１７間に第２図に示すような
圧力分布が発生し、第１のスパイラル溝７にて発生した
正圧にて第２スラスト軸受面１７がスラスト荷重に抗し
て１０〜１５μｍ程度浮上し、突部１９と第１スラスト
軸受面５の内周部の間の当接部も離間して、第１、第２
スラスト軸受面５．１７間でも非接触で回転自在に支持
される。　又、この気体スラスト軸受１８において、第
１のスパイラル溝７による軸受特性は第４図に仮想線で
示すようになり、第２のスパイラル溝８による軸受特性
は同破線で示すようになる。即ち、第２のスパイラル溝
８は、荷重支持用の第１のスパイラル溝７に対して小さ
い面積に形成されかつ内周部に形成されて回転周速度も
小さいため、第１と第２のスラスト軸受面５．１７間の
隙間δの変化に対して発生する負のスラスト荷重の変化
の小さい軸７ 受持性を示す。その結果、第１と第２のスパイラル溝７
．８により発生する力を合成すると、第４図に実線で示
すように比較的軽量なスラスト荷重領域において剛性の
高い軸受特性が得られる。即ち、所定のスラスト荷重Ｗ
において、第１のスパイラル溝７のみの場合の軸受特性
の勾配βに対して、第１と第２のスパイラル溝７．８を
設けた場合の軸受特性の勾配αが大きく、隙間δの変化
に対してスラスト荷重の変化が大きくなるため、それだ
け軸受の剛性が高くなっている。こうして、剛性の高い
気体スラスト軸受が得られるため、スラスト方向の振動
等に対して安定性の高い軸受が得られる。

さらに、第２のスパイラル溝８により発生する負のスラ
スト荷重が大きくなるように設計することによってスラ
スト荷重Ｏの線と交差するような軸受特性を得ることも
できる。この場合、例えば回転軸心が水平になってスラ
スト荷重が０になるような状態になっても安定した軸受
性能を有する気体スラスト軸受を得ることができる。

そして、このような回転状態で窓２７からポリゴンくラ
ー１５の反射面に図示しないレーザ光が入射すると、こ
れを反射してレーザ光の走査が行われる。

一方、停止状態において、第１、第２スラスト軸受面５
．１７間で結露が生した場合でも、突部１９と第１スラ
スト軸受面５の内周部が接触しているだけで、これら軸
受面５．１７の大部分は接触していないため結露による
吸着現象のために起動が不可能になるということはなく
、円滑に起動することができる。特に、突部１９を内周
部に設けたことにより、接触抵抗によるトルクが小さく
なり、−層起動が円滑に行われる。

発明の効果 本発明の気体スラスト軸受によれば、第１のスパイラル
溝にて軸受面を互いに離間させる力が発生してスラスト
荷重が支持されるとともに第２のスパイラル溝にて軸受
面を互いに吸引させる力が発生し、これら第１と第２の
スパイラル溝により発生する力が合成されることによっ
て、第１のスパイジル溝のみの場合に対して軽量なスラ
スト荷重領域における軸受剛性が高くなり、振動等に対
して安定性の高い気体スラスト軸受を得ることができ、
さらに必要に応じてスラスト荷重がＯの状態でも安定性
のある気体スラスト軸受を得ることもでき、又第１と第
２のスパイラル溝の間に大気に連通した環状溝を設けて
いるので、各スパイラル溝による作用がそれぞれ確実に
得られ、同−深さのスパイラル溝にて所望の作用が得ら
れるため、安価に所望の軸受剛性を有する気体スラスト
軸受を得ることができるという効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明をポリゴンごラースキャナのス
ラスト軸受部に適用した一実施例を示し、第１図は気体
スラスト軸受の一方の軸受面の平面図、第２図は同一対
の軸受面間の圧力分布図、第３図はポリゴンミラースキ
ャナの縦断正面図、第４図は気体スラスト軸受の特性図
である。 ５　　　　第１スラスト軸受面 ６−−−−−−−−・−環状溝 １ ８　　　　− １７・−−−−−−−−−−・ １　　Ｂ−−−−− 第１のスパイラル溝 第２のスパイラル溝 第２スラスト軸受面 気体スラスト軸受。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸心回りに相対回転可能でかつ軸心方向に互いに対
   向する一対の軸受面を設け、この一対の軸受面の少なく
   とも一方に、第１のスパイラル溝を形成するとともに、
   その内周部に大気に連通された環状溝を介して第１のス
   パイラル溝とは逆方向の第２のスパイラル溝を形成した
   ことを特徴とする気体スラスト軸受。