JPH0730785B2 - 気体動圧軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばポリゴンミラー
の回転支持装置のように安定回転の要請の強い回転装置
に使用する気体動圧軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばレーザプリンタやバーコードリー
ダやレーザ複写機などにはポリゴンミラーが用いられ、
かかるポリゴンミラーは回転数が早いほど能率が向上す
るので、３０，０００ｒｐｍ程度の高速回転を行ってい
る。このように高速回転を行う回転軸を支持するため
に、気体動圧軸受が用いられているが、高速回転のため
にいわゆるみそすり運動や振れが生じやすく好適な支持
が困難であった。みそすり運度や振れが生ずると映像が
乱れるので、安定した回転が要請される。

【０００３】例えば特開昭５９−２８７５７号公報に開
示されている技術では回転体の摺動面に金属を用い、ス
ラスト荷重がかからないような構造になっている。しか
しながら、高速回転時に、ラジアル荷重が増加すると、
通常行われているヘリングボーン形状の動圧発生溝によ
る空気膜では支持が困難となり、バランス調整もやっか
いとなる。

【０００４】また、本出願人に係る特開昭６３−２４１
５１５号公報に開示されている技術では空気膜による加
圧発生用の軸受が設けられており、本発明をよく理解す
るために、図２を参照して、前記先行技術について説明
する。

【０００５】図２において、レーザプリンタでは、半導
体レーザやガスレーザなどからなるレーザユニットから
のレーザ光が窓１３から回転体３の外周面に形成したミ
ラー２に反射され、感光体の表面に照射するようになっ
ており、その回転体３にはマグネット７がバックアップ
リング９で一体的に取付けられている。この回転体３は
その中心に設けた固定軸５によってラジアルスラストを
受け、また自重はスラスト板１０で受けるようになって
いる。なお図示していないが回転体３の上部にスラスト
板を設けたものも知られている。この固定軸５およびス
ラスト板１０にはその摺動面にヘリングボーン形状の溝
１１が形成され、空気膜による動圧発生を行いスラスト
力を支えるようになっている。

【０００６】固定軸５はモータケーシング４に固定され
ており、このモータケーシングにはマグネット７に対し
てステータコイル６が設けられている。

【０００７】しかしながら、かかる先行技術では、マグ
ネットとして円形状のものを複数個使用しているので高
速回転に際してマグネットの所が変形する傾向があっ
た。そのために回転軸にふれが生ずることが解った。そ
の他の従来技術としては、特開昭６１−２９６３２５号
公報には動圧流体軸受式スキャナーユニットが示されて
おり、特開昭６０−９８２１３号公報にはラジアルスリ
ーブ及びスラスト板がセラミックで形成された動圧流体
軸受が示されている。しかし、これ等の従来技術ではス
ラスト荷重を１方向について支持するのみであり、みそ
すり運動や揺れを防止するのには不十分であった。ま
た、実願昭５９−１３７９２９号（実開昭６１−５２７
１８号）のマイクロフィルムには、ラジアル動圧軸受の
両側に設けられたスラスト軸受の両方に、周動面の動圧
発生溝が形成された装置が示されている。しかし、この
軸受装置は合成樹脂製であるため、経時的な材料劣化が
生じると共に、摺動性に問題があるため所謂「かじり付
き」が発生する。従って、高速、高負荷、高温環境下で
の運転が困難である。また、合成樹脂は加工精度を高く
することが出来ない、熱変形が非常に大きい、剛性が小
さい、という問題がある。これに加えて、回転軸と軸受
の一部とが一体化されているので、軸受が摩耗した場合
には回転軸全体を交換しなければならないという問題も
存在する。さらに、これ等の従来技術においては、ラジ
アル軸受を構成するヘリングボーン形状の動圧溝が２組
以上形成する必要があるため、ヘリングボーン形状の動
圧溝を形成する部材及び装置全体が大型化してしまうと
いう問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、回転体を支持するにあたって回転軸がみそすり運
動や振れを生ずることなく安定した回転を保持する気体
動圧軸受を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の気体動圧軸受
は、基台と、その基台の中央部に立設した主軸が中央部
を貫挿しているラジアル円筒部と、そのラジアル円筒部
の端面に固定され、そして前記主軸が中心部を貫通して
いる上部及び下部スラスト板と、前記ラジアル円筒部の
外周面および前記上部及び下部スラスト板で回転自在に
支持されるラジアルスリーブとを備え、前記ラジアルス
リーブはラジアル方向に一様な厚さを有し、そして外周
には外部回転体が取付けられており、前記ラジアル円筒
部の外周面と前記ラジアルスリーブの内周面のいずれか
一方に一組のヘリングボーン形状の動圧発生溝を形成す
ることにより前記ラジアル円筒部の外周面と前記ラジア
ルスリーブの内周面との間に構成されたラジアル動圧軸
受と、前記ラジアルスリーブの端部と前記上部スラスト
板のいずれか一方にスパイラル動圧発生溝を形成するこ
とにより前記ラジアルスリーブの端部と前記上部スラス
ト板との間に構成されたスラスト動圧軸受と、前記ラジ
アルスリーブの端部と前記下部スラスト板のいずれか一
方にスパイラル動圧発生溝を形成することにより前記ラ
ジアルスリーブの端部と前記下部スラスト板との間に構
成されたスラスト動圧軸受とを備えており、前記ラジア
ルスリーブと前記上部及び下部スラスト板がセラミック
製であることを特徴としている。

【００１０】

【作用】上述した様な構成を具備する本発明の気体動圧
軸受によれば、セラミック製のラジアルスリーブは中心
部すなわち半径方向内側がラジアル円筒部で支持され、
その端面が上下一対のスラスト板（上部及び下部スラス
ト板）で支持され、ラジアルスリーブとラジアル円筒部
との間の面にはヘリングボーン形状の動圧発生溝が形成
され、ラジアルスリーブとスラスト板との間の面にはス
パイラル形状の動圧発生溝が形成されているので、ラジ
アルスリーブは半径方向についても、軸方向について
も、確実に支持されている。そのため、回転中でも振れ
やみそすり運動が生じない。しかも動圧発生溝が設けら
れており、あらかじめ回転数は設計上定められているの
で、その回転数に見合ったクリアランスとすればよい。
すなわち高速回転のときはクリアランスが大きくても圧
力が大となり、振れやみそすり運動が生じない。しかも
ラジアルスリーブの半径方向内方にヘリングボーン形状
の溝を設け、両端面すなわち軸方向にスパイラル形状の
溝を設けたために、比較的に均一な力を作用でき、振れ
などをなくすことができる。また、本発明においては、
ラジアル円筒部と主軸とは別体に構成されているので、
ラジアル（動圧）軸受が摩耗した場合にはラジアル円筒
部のみを交換すれば良く、主軸全体を交換する必要が無
い。そのため、保守に費やされる労力が従来技術に比較
して非常に少なくなる。さらに、本発明においては、前
記ラジアル円筒部の外周面と前記ラジアルスリーブの内
周面のいずれか一方に一組のヘリングボーン形状の動圧
発生溝のみを形成することによりラジアル動圧軸受を構
成しているので、軸受を構成する部材及び装置全体の小
形化が可能となる。そして、本発明によれば、ラジアル
スリーブ及び上部及び下部スラスト板はセラミックで構
成されており、その他の部材についても合成樹脂の様な
材料、すなわち加工精度を高くすることが出来ず、熱変
形が非常に大きく、剛性が小さい材料、は使用していな
い。従って、精密機械等についても使用可能である。

【００１１】したがって、本発明によれば、例えばレー
ザプリンタやレーザ複写機のように高速回転するポリゴ
ンミラーを支持する回転軸であっても振動の生じない軸
受を得ることができる。

【００１２】

【好ましい実施の態様】本発明の実施に際し、ラジアル
円筒部とスラスト板とは主軸の端部に設けた締付け手段
に挟持するのが好ましい。

【００１３】また、前記締付け手段は主軸に螺設したね
じにねじ込まれるナットで構成するのが好ましい。

【００１４】さらに本発明の気体動圧軸受の外部回転体
がモータの一部を構成し、そして該モータが前記ラジア
ルスリーブを駆動するようにするのが好ましい。

【００１５】そして、前記モータの一部にモータ用のマ
グネットを設けるのが好ましい。

【００１６】

【実施例】以下、図１を参照して、本発明のポリゴンミ
ラーの支持手段に適用した実施例について説明する。

【００１７】図１において、図示の装置はモータケーシ
ングを構成する基台２０を備え、その上面にはコイル基
板２１が止めボルト２２によって取付けられ、その内部
には、モータを構成する鉄心２３およびコイル２４が設
置されている。そして基台２０の中心には主軸２５が下
止めナット２６で固定されており、その主軸２５の外周
には外周にヘリングボーン形状の動圧発生溝２７ａを有
するラジアル円筒部２７が設けられている。そしてこの
ラジアル円筒部２７の外周には回転体Ｒを構成するリン
グ状のセラミック製のラジアルスリーブ２８が回転自在
に設けられている。ここで、ラジアルスリーブ２８の内
周面に同様な動圧発生溝を設け得ることは自明である。
このセラミック製のラジアルスリーブ２８を挾んで上下
にセラミック製の上部スラスト板２９および下部スラス
ト板３０が設けられ、回転体Ｒの軸方向のスラスト荷重
を受けるようになっている。この上下のスラスト板２
９、３０のセラミック製のラジアルスリーブ２８側の面
にはそれぞれスパイラル形状の動圧発生溝２９ａ、３０
ａが形成されている。しかしながらラジアルスリーブ２
８のスラスト板２９、３０側の面に同様に動圧発生溝を
設けてもよいことは自明である。そして、セラミック製
のラジアルスリーブ２８の下部外周にはリング状のヨー
ク３１が焼ばめされている。このヨーク３１は例えば鋼
製であり、その下方に延びるリング部３２の内側にリン
グ状のマグネット３３ａが接着により取付けられてい
る。そのヨーク３１の上側には、外周面からの平面形状
が多角形であってその外周面に鏡面Ｍが形成されたアル
ミ製のロータ３３が位置している。そしてセラミック製
のラジアルスリーブ２８とアルミ製のロータ３３との間
には中間リング３４が配置されており、該中間リング３
４はセラミック製のラジアルスリーブ２８の外周面に例
えば、焼ばめにより固定されており、アルミ製のロータ
３３は中間リング３４の外周面に焼ばめにより固定され
ている。これらのアルミ製のロータ３３および中間リン
グ３４は外部回転体を構成している。中間リング３４の
材質は、セラミックよりも弾性変形量が大きくアルミ合
金よりも弾性変形量が小さい材質で形成されており、例
えばステンレス製である。

【００１８】なお、図１中符号３５は、ラジアル円筒部
２７と上下のスラスト板２９、３０とを固定する上止め
ナットを示す。

【００１９】コイル基部２１でモータのコイル２４に流
れる電流を制御することによって、公知の態様にてマグ
ネット３３ａに回転トルクが印加される。そして、マグ
ネット３３ａに印加されたトルクは、ヨーク３１、セラ
ミック製ラジアルスリーブ２８、中間リング３４を介し
てアルミ製のロータ３３に伝達されるので、鏡面Ｍが高
速回転するのである。そしてセラミック製のラジアルス
リーブ２８はラジアル円筒部２７によって支持されてお
り、軸方向のスラストは上下のスラスト板２９、３０に
支持される。

【００２０】ここで、回転体Ｒが高速回転すると遠心力
を生じ、その遠心力によって生ずる弾性変形量はセラミ
ック製のラジアルスリーブ２８とアルミ製のロータ３３
とでは異なる。しかし、ステンレス製の中間リング３４
の存在により該変形量の差異は緩和されるのである。

【００２１】そして、セラミック製のラジアルスリーブ
２８はラジアル円筒部２７、上下のスラスト板２９、３
０によって三方向から保持されているので、回転体Ｒが
上下方向あるいは半径方向にぶれてしまうことはない。

【００２２】そして半径方向はヘリングボーン形状の動
圧発生溝２７ａによって、また軸方向はスパイラル形状
の動圧発生溝２９ｃ、３０ａによって回転数に応じた適
正なクリアランスを維持できるので、ラジアルスリーブ
２８に振れやみそすり運動が生じない。

【００２３】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、ラジアルス
リーブをラジアル円筒部の外側に設け、そして上下のス
ラスト板で支持し、かつ構造に適した動圧発生溝を設け
たので、ラジアルロータが振れてクリアランスが狭くな
ると圧力が上昇して適正なクリアランスを保つことがで
き、ラジアルロータの振れやみそすり運動を防止でき
る。したがって、安定した回転を保証するの気体動圧軸
受として回転軸すなわちラジアルロータを常に正しく保
持して回転させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をポリゴンミラーの回転支持装置に適用
した例を示す断面正面図。

【図２】先行技術を示す断面正面図。

【符号の説明】

２５・・・主軸 ２７・・・ラジアル円筒部 ２８・・・セラミック製のラジアルスリーブ ２９・・・上部スラスト板 ３０・・・下部スラスト板 ３１・・・ヨーク ３３ａ・・・マグネット ３３・・・アルミ製のロータ ３４・・・中間リング Ｍ・・・鏡面 Ｒ・・・回転体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金森 利也 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (56)参考文献 特開 昭61−296325（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−98213（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−52718（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台と、その基台の中央部に立設した主
   軸が中央部を貫挿しているラジアル円筒部と、そのラジ
   アル円筒部の端面に固定され、そして前記主軸が中心部
   を貫通している上部及び下部スラスト板と、前記ラジア
   ル円筒部の外周面および前記上部及び下部スラスト板で
   回転自在に支持されるラジアルスリーブとを備え、前記
   ラジアルスリーブはラジアル方向に一様な厚さを有し、
   そして外周には外部回転体が取付けられており、前記ラ
   ジアル円筒部の外周面と前記ラジアルスリーブの内周面
   のいずれか一方に一組のヘリングボーン形状の動圧発生
   溝を形成することにより前記ラジアル円筒部の外周面と
   前記ラジアルスリーブの内周面との間に構成されたラジ
   アル動圧軸受と、前記ラジアルスリーブの端部と前記上
   部スラスト板のいずれか一方にスパイラル動圧発生溝を
   形成することにより前記ラジアルスリーブの端部と前記
   上部スラスト板との間に構成されたスラスト動圧軸受
   と、前記ラジアルスリーブの端部と前記下部スラスト板
   のいずれか一方にスパイラル動圧発生溝を形成すること
   により前記ラジアルスリーブの端部と前記下部スラスト
   板との間に構成されたスラスト動圧軸受とを備えてお
   り、前記ラジアルスリーブと前記上部及び下部スラスト
   板がセラミック製であることを特徴とする気体動圧軸
   受。