JPH05336692A - 気体動圧軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】外周面にヘリングボーン溝よりなる気体動圧ラ
ジアル軸受部を形成し、一端を曲面状に形成した回転軸
と、この回転軸を嵌合支持する軸受ブッシュと、この軸
受ブッシュの前記回転軸を嵌合した際に曲面状に形成さ
れた一端が位置する側に設けられた受け台と、この受け
台の前記軸受ブッシュ側に設けられたスラスト受部とを
有する気体動圧軸受において、前記スラスト受部の径を
前記軸受ブッシュの内周面の径より小さく形成し、前記
受台の前記軸受ブッシュの内周面に対応する位置に貫通
孔を形成し、前記受台の前記スラスト受部を設けた反対
側に前記気体動圧ラジアル軸受部に供給する気体中の浮
遊塵埃などを除去するためのフィルタを前記受け台の前
記スラスト受部を配置した反対側近傍位置に設けた。 【効果】通常の環境下で使用できる高精度で、且つ組立
性及び取扱い性の高い気体動圧軸受を提供することが可
能である。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームプリンタ
などのレーザスキャニング用のスキャナモータなどに使
用される気体動圧軸受に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザビームプリンタのレーザス
キャニングに使用されるポリゴンミラー駆動用スキャナ
モータにおいては、潤滑流体としての空気を大気中の空
気をそのまま使用するものではなく、気体動圧軸受部を
密閉構造物を用いて密閉し、その密閉された空間にあら
かじめ浮遊塵埃などを除去したクリーンな空気や気体を
注入して利用していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したような構成の
従来の気体動圧軸受では、以下に述べるような問題点が
発生してくる。

【０００４】気体動圧軸受部を密閉構造物を用いて完全
密閉し、その密閉空間にクリーンな空気を注入して利用
する構造であると、装置の小形化やコスト低減を図るこ
とが困難であり、また、密閉構造物内で発塵を起こして
しまうとその目的は全く果たされないものとなってしま
っていた。

【０００５】発塵の要因としては大きく２つあり、１つ
目は回転軸と軸受ブッシュとの摩擦により発生する磨耗
粉である。これは長時間使用した場合に障害をもたらす
ものである。また、２つ目の要因としては、密閉構造物
内の各部品（モータ用部品，軸受け要部品，ミラー及び
マウント用部品など）からの発塵であり、これが多数の
部品のいずれかに付着すると、ポリゴンミラーが回転し
て密閉構造物内の空気を攪拌したときに塵埃が巻き上げ
られ、それが軸受隙間内に吸引されるといった場合であ
る。

【０００６】このように、密閉構造物内で発塵を起こし
てしまうと、軸受隙間内に存在する気体を常にクリーン
な状態に保つことができなくなるので、軸振れを発生し
たり回転精度の悪化の要因となってしまっていた。 ［発明の構成］

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記したよう
な技術的課題を解決するためになされたものであり、外
周面にヘリングボーン溝よりなる気体動圧ラジアル軸受
部を形成し、一端を曲面状に形成した回転軸と、この回
転軸を嵌合支持する軸受ブッシュと、この軸受ブッシュ
の前記回転軸を嵌合した際に曲面状に形成された一端側
が位置する側に設けられた受け台と、この受け台の前記
軸受ブッシュ側に設けられたスラスト受部とを有する気
体動圧軸受において、前記気体動圧ラジアル軸受部に供
給する気体中の浮遊塵埃などを除去するためのフィルタ
を、前記受け台の前記スラスト受部を配置した反対側近
傍位置に設け、前記気体動圧ラジアル軸受部を構成する
２つのヘリングボーン溝の軸方向長さを、下側ヘリング
ボーン溝の軸方向長さが上側ヘリングボーン溝の軸方向
長さより長くなるように形成して、気体の流れを形成す
るように構成した気体動圧軸受を提供するものである。

【０００８】

【作用】本発明の気体動圧軸受は上記したような構成に
より、潤滑流体である空気に流れが生じ、軸受隙間に供
給されて上昇する潤滑流体である空気は、フィルタを介
して浮遊塵埃などを除去したクリーンな空気であるの
で、軸受隙間内を上昇する空気を常にクリーンな状態に
保つことができるようになる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００１０】まず、第１の実施例として、本発明の気体
動圧軸受をポリゴンミラー駆動用モータに適用したもの
を、図１をの総組立図を基に説明する。図中１は、中空
円筒状の一端側にフランジ部を形成してなる軸受ハウジ
ングである。この軸受ハウジング１の中空円筒状部分の
内部には、中空円筒状の軸受ブッシュ２が嵌挿され接着
固定されている。この軸受ブッシュ２は窒化珪素や炭化
珪素，ジルコニヤ，アルミナなどのセラミック材料によ
り形成している。軸受ハウジング１のフランジ部の上側
には、プリント配線基板３がネジにより固定されてい
る。このプリント配線基板３の上面には、ステータコイ
ル４が接着固定されている。

【００１１】軸受ハウジング１の底部には、底蓋５がネ
ジ止めされており、この底蓋５の上記軸受ブッシュ２の
内周に対応する中央部分には、潤滑流体である空気を取
り入れるための取入口が設けられており、この取入口の
うちの下側半分には、吸入する空気中に存在している浮
遊塵埃などを除去するセラミックフィルタ１６が固定さ
れている。そして、この底蓋５の上面には、軸受ハウジ
ング１の円筒部分の内周面に接するように受け台６が設
けられている。上記底蓋５とセラミックフィルタ１６及
び受け台６とにより区切られた部分は、空気溜り１７と
して常にクリーンな空気が存在するようになっている。
この受け台６には、上記軸受ブッシュ２の内周面と対応
する位置に複数個の貫通孔が設けられている。更に、受
け台６の上面で且つ軸受ブッシュ２の内周部には、スラ
スト受部７が配置されている。このスラスト受部７は、
上記軸受ブッシュ２と同様に、窒化珪素や炭化珪素，ジ
ルコニヤ，アルミナなどのセラミック材料により形成さ
れている。そして、このスラスト受部７の径は、上記軸
受ブッシュ２の内周面の径より小さく形成されており、
スラスト受部７の外周面と軸受ブッシュ２の内周面とは
空隙を介して配置されている。

【００１２】このような構成とすることにより、気体動
圧軸受内に吸入する気体は、まずセラミックフィルタ１
６により浮遊塵埃などを除去されてクリーンな状態にさ
れる。そして、このクリーンな空気は受け台６の貫通
孔、及び軸受ブッシュ２の内周面とスラスト受部７の外
周面との間に存する空隙を通過することにより、気体動
圧軸受内に供給される。

【００１３】軸受ブッシュ２とスラスト受部７をセラミ
ック材料により形成することにより、油動圧に比較して
も摩擦損失（軸ロス）を極めて小さくすることができ、
さらには温度変化の影響を受けにくいなどにより、モー
タの低トルク化，高速化，起動時間の短縮，軸振れ精度
と回転精度（回転速度変動率）の高精度化，及び組立性
や取扱い性を容易にすることが可能となる。

【００１４】中空円筒状の軸受部を設けた軸受ブッシュ
２の内部には、例えばステンレス鋼の焼き入れ品により
形成された回転軸８が、軸上ブッシュ２の内周面と数μ
ｍの軸受隙間（図示しない）を存するように回転自在に
嵌合支持されている。このように軸受ブッシュ２をセラ
ミック材料により形成し、回転軸８の材質をステンレス
鋼の焼き入れ品とした材料の組合せとすることにより、
気体動圧軸受にとって最も懸念される回転軸８の焼き付
きを防止することができるようになる。この回転軸８
は、一端側が例えば曲面状に形成されており、受け台６
の上面で、且つ軸受ブッシュ２の内周に設けられたスラ
スト受部７と点接触し、スラスト受部７は回転軸８のス
ラスト負荷荷重、即ちロータの自重及びロータマグネッ
ト１１の吸引力を受けるように構成され、滑りスラスト
軸受としている。回転軸８の外周面には、気体動圧ラジ
アル軸受部として、２つのヘリングボーン溝１４ａ，１
４ｂからなる動圧軸受部１４と、ヘリングボーン溝１５
ａ，１５ｂからなる動圧軸受部１５が形成されている。
これらヘリングボーン溝１４ａ，１４ｂ及びヘリングボ
ーン溝１５ａ，１５ｂは、それぞれ溝部の幅，丘部の
幅，溝深さが等しく形成されており、気体の吸入角度は
異なる方向を向いて相対向して形成されている。しか
し、ヘリングボーン溝１４ａ，１４ｂ及びヘリングボー
ン溝１５ａ，１５ｂの軸方向長さは異なっており、どち
らも下側に位置するヘリングボーン溝１４ｂ，１５ｂ
は、上側に位置するヘリングボーン溝１４ａ，１５ａの
軸方向長さより長く形成されている。

【００１５】このように、ヘリングボーン溝１４ａ，１
４ｂ、及びヘリングボーン溝１５ａ，１５ｂのそれぞれ
の軸方向長さを異なるように形成することにより、潤滑
流体である空気に流れを形成し、セラミックフィルタ１
６や受け台６の貫通孔を通過してきた空気を、気体動圧
ラジアル軸受部分を介して上方から排出させるように構
成している。

【００１６】この回転軸８の回転にともなって発生する
ラジアル負荷荷重、即ちロータの残留アンバランスによ
る振れ回り（遠心力）荷重を、回転軸８の外周に形成さ
れたヘリングボーン溝１４ａ，１４ｂ、及びヘリングボ
ーン溝１５ａ，１５ｂからなる動圧軸受部が回転するこ
とにより、気体動圧を発生させて受けるように構成され
ている。

【００１７】以下、本実施例のポリゴンミラー駆動用モ
ータの回転軸受装置の動作及び作用について説明する。
図示しない電源装置が投入されると、ロータを機械的に
一体構成しているロータヨーク１０，ロータマグネット
１１，ポリゴンミラー１２及び動圧軸受部を構成するヘ
リングボーン溝１４ａ，１４ｂ，及びヘリングボーン溝
１５ａ，１５ｂを外周に有する回転軸８が回転駆動を開
始する。すると、この回転軸８の回転に伴って、ヘリン
グボーン溝１５ｂにより、下方の空気溜り１７中に存在
するセラミックフィルタ１６を介しているクリーンな空
気を吸入（ポンピング）して、上昇する流れを形成す
る。クリーンな空気が上昇すると、ヘリングボーン溝１
５ａ，１５ｂの間に形成されている平坦部１５ｃに対応
する軸受隙間内の圧力が上昇する。しかし、回転軸８が
回転を続けていると、その間、空気溜り１７に存在する
空気は絶え間なく軸受隙間を上昇するので、平坦部１５
ｃに対応する軸受隙間の圧力は高くなり続ける。ここ
で、ヘリングボーン溝１５ａの軸方向長さは、ヘリング
ボーン溝１５ｂの軸方向長さより短いので、平坦部１５
ｃに対応する軸受隙間の圧力は、まず初めにヘリングボ
ーン溝１５ａが発生可能な圧力より高くなってしまう。
すると、ヘリングボーン溝１５ｂから供給されてくる空
気は、ヘリングボーン溝１５ａを通過して上昇すること
となる。

【００１８】一方、もう一対のヘリングボーン溝１４
ａ，１４ｂからなる動圧軸受部１４においては、ヘリン
グボーン溝１５ａを通過してきた空気を、ヘリングボー
ン溝１４ｂにより吸入（ポンピング）し、ヘリングボー
ン溝１４ａ，１４ｂの間に形成されている平坦部１４ｃ
に対応する軸受隙間の圧力を高める。このとき、ヘリン
グボーン溝１４ａの軸方向長さは、ヘリングボーン溝１
４ｂの軸方向長さより短いので、発生可能な圧力は小さ
く、徐々に高まる平坦部１４ｃに対応する軸受隙間の圧
力を抑えきれなくなり、したがって、ヘリングボーン溝
１４ｂにより供給される空気は、このヘリングボーン溝
１４ａを通過して、軸受ブッシュ２の上端と回転軸８と
の間から排出されることとなる。このような構成とする
ことにより、潤滑流体である空気に流れが生じ、軸受隙
間を上昇する潤滑流体である空気は、浮遊塵埃などを除
去したクリーンな空気であるので、軸受隙間内を流動す
る空気を常にクリーンな状態に保つことができる。

【００１９】上記第１の実施例においては、ヘリングボ
ーン溝１４ａ，１４ｂの軸方向長さを、異なるように形
成しているが、これらの軸方向長さは同一であっても同
様の効果を奏することが可能であり、空気の上昇する流
れをとめない範囲内であれば良い。

【００２０】次に、本発明の第２の実施例として図２を
参照しながら説明する。本実施例仁王手は、上記第１の
実施例と構成においてはほぼ同一であるので、同一の構
成要件においては同一符号を付すことにより説明は省略
する。図中２０は取付具であり、底蓋５の下方側にネジ
止めされている。この取付具２０の中央部には、軸方向
に貫通した貫通孔が設けられており、底蓋５に設けられ
ているセラミックフィルタ１６と対応している。この貫
通孔の他端側には、パイプ２１が接続されており、この
パイプ２１は図示しない気体供給装置につながってい
る。この図示しない気体供給装置はポンプのような役割
をするものである。

【００２１】本実施例においては、ヘリングボーン溝１
４ａ，１４ｂ、及びヘリングボーン溝１５ａ，１５ｂの
軸方向長さを、上記第１の実施例と同様に下側に位置す
るヘリングボーン溝１４ｂ，１５ｂを、上側に位置する
ヘリングボーン溝１４ａ，１５ａより長く形成したもの
について説明しているが、特には決まっておらず、同じ
長さとして、供給する空気に圧力を加えて空気の流れを
発生させる構造としても同様の効果を得ることが可能で
ある。

【００２２】また、本実施例においては、セラミックフ
ィルタ１６を底蓋５に組み込んだ構成としているが、気
体供給装置などにおいて、供給する空気をあらかじめフ
ィルタなどを通してクリーンな状態としておくなど、気
体動圧軸受にクリーンな空気が供給されるように構成さ
れていれば、同様の効果を得ることが可能である。フィ
ルタを気体供給装置に設ける構成とすると、フィルタの
交換も容易になり、また、セラミックフィルタを合わせ
て利用する構成とすると、よりクリーンな気体を気体動
圧軸受部に供給することが可能となる。

【００２３】上記第１及び第２の実施例においては、フ
ィルタとしてセラミックフィルタを適用した場合につい
てのみ説明しているが、繊維のほつれの発生しない特殊
ポリプロピレン繊維や不織布などのフィルタを適用して
実施することでも、同様の効果を奏することが可能であ
る。

【００２４】また、上記第１及び第２の実施例において
は、アキシャルギャップタイプのポリゴンミラー駆動用
モータに適用したものについて説明しているが、これら
の組み合わせに限られるものではなく、ラジアルギャッ
プタイプのモータや、固定軸タイプの空気動圧軸受にお
いても適用が可能であり、これらについても同様の効果
を奏することが可能である。

【００２５】更に、上記第１及び第２の実施例において
は、スラスト軸受の構造をピポット方式の軸受を適用し
ているが、これを空気動圧軸受タイプとして適用するな
どの変更も可能である。

【００２６】また、上記第１及び第２の実施例において
は、潤滑流体として空気を適用しているが、粘性係数の
小さい（空気と同レベル）他の気体を適用して実施して
も同様の効果を得ることが可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明の気体動圧軸受においては、気体
動圧軸受内に供給される気体を、常に浮遊塵埃などを含
まないクリーンな状態の気体とすることが可能であるの
で、密閉構造物を用いてクリーンな気体を密閉する必要
がなく、また、塵埃などによる精度の悪化を引き起こす
こともないので、モータを小形化することが可能であ
り、更に通常の環境の下でも使用することができる高精
度な軸受を提供することが可能となる。また、組み立て
時においても、密閉構造物内に塵埃が入らないようにク
リーンルーム内で組み立てるなどの煩わしさも排除する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１の実施例を示す縦断面図

【図２】本発明第２の実施例を示す縦断面図

【符号の説明】

１ 軸受ハウジング ２ 軸受ブッシュ ６ 受け台 ７ スラスト受部 ８ 回転軸 １４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ ヘリングボーン溝 １６ セラミックフィルタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面にヘリングボーン溝よりなる気体動
   圧ラジアル軸受部を形成し一端を曲面状に形成した回転
   軸と、この回転軸を嵌合支持する軸受ブッシュと、この
   軸受ブッシュの前記回転軸を嵌合した際に曲面状に形成
   された一端が位置する側に設けられた受け台と、この受
   け台の前記軸受ブッシュ側に設けられたスラスト受部と
   を有する気体動圧軸受において、前記気体動圧ラジアル
   軸受部に供給する気体中の浮遊塵埃などを除去するため
   のフィルタを前記受け台の前記スラスト受部を配置した
   反対側近傍位置に設けたことを特徴とする気体動圧軸
   受。
2. 【請求項２】前記気体動圧ラジアル軸受部を構成する２
   つのヘリングボーン溝の軸方向長さを、下側ヘリングボ
   ーン溝の軸方向長さが上側ヘリングボーン溝の軸方向長
   さより長くなるように形成して、気体の流れを形成する
   ことを特徴とする請求項１記載の気体動圧軸受。