JP4487701B2 - 動圧流体軸受装置、及びそれを備えたポリゴンスキャナモータ - Google Patents

Description

本発明はレーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータなどに使用される高速回転・高精度・長寿命に適した動圧軸受装置に関するものである。

従来、この高速回転・高精度・長寿命に適する動圧流体軸受装置の一つとして、下記のようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。

図４に従来の動圧流体軸受装置の構造を示す。図４において中空スリーブ１０２の内周面に、円筒状の動圧発生溝１０３、１０４が軸方向に間隔をおいて、上下二ヶ所に設けられ、回転軸１０１が動圧発生溝１０３、１０４から構成されるラジアル軸受面１０５、１０６により、オイル１１１を介して支持されている。

また、中空スリーブ１０２の軸方向に対して、上記二組のラジアル軸受面１０５、１０６の中間部には、軸受隙間より内径の大きいオイル溜り部１０９が備えられている。

ラジアル軸受面１０５、１０６からオイル溜り部１０９への連続部は、一定の角度で徐々に内径が大きくなるテーパ部１０７、１０８が設けられており、このテーパ角度θの大きさは、１０°よりも大きく６０°よりも小さい角度で設定されている。

尚、オイル溜り部１０９の中間部には、中空スリーブ１０２を半径方向に貫通する空気抜き孔１１０が設けられている。
特開平６−１３７３２０号公報（第４頁、図１）

しかしながら、上記従来の構成では、中空スリーブ１０２に設置された二ヶ所のラジアル軸受面１０５、１０６にオイル１１１が塗布されるが、この状態で中空スリーブ１０２を軸方向に対して鉛直方向で長時間放置すると、重力によってオイル１１１がラジアル軸受面１０５の位置からテーパ部１０７を伝って、オイル溜り部１０９へと移動し、回転軸１０１を中空スリーブ１０２に挿入した際に、ラジアル軸受面１０５に適正なオイル量が確保できないという課題があった。

同時に、ラジアル軸受面１０５には、表面張力により一定のオイル１１１が保持されるが、オイル溜り部１０９においては、表面張力が働かず、空気層１１２が発生すると共に、テーパ部１０７においても、オイル溜り部１０９の内径の大きさによっては、表面張力が働かず空気層１１２が生じ、この空気層１１２が、オイル溜り部１０９からテーパ部１０７を伝い、ラジアル軸受面１０５に混入し、結果としてラジアル軸受面１０５において油膜切れや軸受負荷変動の発生、寿命の低下などの原因となる。

また、動圧軸受装置内部に、空気層１１２が介在する場合、動圧軸受装置の温度変化により、空気層１１２が膨張・収縮する為、これもまた、軸受負荷変動の発生や寿命の著しい低下を引き起こす原因となる。このオイル溜り部１０９の空気層１１２が発生することを前提として、中空スリーブ１０２を半径方向に貫通する空気抜き孔１１０が設けられているが、低温から高温環境下で、起動停止を繰り返す、本動圧流体軸受装置にあっては、中空スリーブ１０２を半径方向に貫通する空気抜き孔１１０からは、空気層１１２だけでなく、オイル１１１が流出するという課題があると共に、半径方向への孔加工は、加工時
間を要し、動圧軸受装置を安価に製造することが困難であるという課題を有していた。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、オイル塗布後のラジアル軸受面１０５からのオイル欠落を防止し、回転軸１０１挿入後、ラジアル軸受面１０５に適正なオイル量を保持し、さらには、高速回転時において、空気層１１２がラジアル軸受面１０５に混入するのを防ぎ、安価で、高速回転・高精度・長寿命に適する動圧流体軸受装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の動圧流体軸受装置は、中空スリーブの内周面における、上側ラジアル軸受面とオイル溜り部の連続部に円周溝を形成している。

本構成によって、上側ラジアル軸受面のオイル欠落を防止し、中空スリーブへの回転軸挿入後に、上側ラジアル軸受面のオイル量が適正に保持され、オイル量不足による軸受負荷変動の発生を効果的に抑制できる。

また、高速回転時に空気層がオイル溜り部からラジアル軸受部に混入するのを阻止できるために、オイルが空気層の膨張力によって中空スリーブ上方から漏出する、または軸受負荷変動が著しく悪化してしまうという課題を解決できる。

請求項１記載の発明によれば、中空スリーブの上側ラジアル軸受面にオイルが塗布された後のオイル欠落を防ぎ、上側ラジアル軸受面に適正なオイル量を保持するという有利な効果が得られる。また、高速回転時にオイル溜り部に介在する空気層が軸受部に混入することを防止することができるという有利な効果が得られる。

また、回転軸とラジアル軸受面の隙間体積に相当する容積の円周溝を形成することで、ラジアル軸受面に塗布されたオイルが仮に円周溝に入り込んだとしても、オイルが円周溝から溢れることなく、円周溝に留まり、さらに、回転軸が挿入された場合に、円周溝が有する毛管圧よりも回転軸とラジアル軸受面の隙間が有する毛管圧が十分に大きいために、オイルが回転軸とラジアル軸受面の隙間に戻され、適正なオイル量を保持する効果を奏する。

なお、上記動圧流体軸受装置をポリゴンスキャナモータに用いることにより、高速回転、高精度、長寿命、省エネルギー、静音性が求められるポリゴンスキャナモータに非常に有用である。

以下本発明のより具体的な実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における動圧流体軸受装置を備えたポリゴンスキャナモータの側断面図である。図１において、図４と同じ構成については、同じ符号を用い、説明を省略する。

図１において、中空スリーブ１０２の内周面に形成された動圧発生溝１０３、１０４より構成されるラジアル軸受面１０５、１０６と回転軸１０１の間には、一定の軸受隙間を保ってオイル１１１が満たされており、前記ラジアル軸受面１０５、１０６の中間部には前記軸受隙間より内径の大きなオイル溜り部１０９が備えられ、前記ラジアル軸受面１０５、１０６と前記オイル溜り部１０９の連続部に円周溝１１３が形成されている。

図１に示した構成において、図２（ａ）は中空スリーブ１０２に回転軸１０１が挿入される以前の組立時において、鉛直方向に立てられた中空スリーブ１０２のラジアル軸受面１０５、１０６にオイル１１１が塗布された、ラジアル軸受面１０５からオイル溜り部１０９にわたる部分の拡大模式図を示している。尚、図１と同じ構成については、同じ符号を用い、説明を省略する。

図２（ａ）の構成において、ラジアル軸受面１０５に塗布されたオイル１１１は、そのまま放置するとオイル自重２０１の影響で下方へと垂れ下がるが、円周溝１１３の直前で、中空スリーブ１０２の内周面とオイル１１１の接触角度が大きくなり、オイル下端部の表面張力が増大する。よって、オイル１１１がラジアル軸受面１０５からオイル溜り部１０９へ流出するのを防止できる。

また、図２（ｂ）に示すように、例えば上側ラジアル軸受長さｗ１が４ｍｍ、軸受隙間ｄ１が６μｍの場合、円周溝１１３の溝幅ｗ２を３００μm、深さｄ２を１００μｍに設定することにより、仮に中空スリーブ１０２に振動や衝撃が加わり、オイル１１１が円周溝１１３に入り込んだ場合でも、ラジアル軸受面１０５に塗布されたオイル量よりも円周溝１１３の体積が大きいためにオイル１１１が円周溝１１３から溢れ出ることはなく、尚且つ、回転軸１０１が挿入された際に、円周溝１１３の毛管圧２０３よりも、回転軸１０１とラジアル軸受面１０５で構成される軸受隙間の毛管圧２０２の方が大きくなるために、毛細管現象によって、円周溝１１３内のオイル１１１はラジアル軸受面１０５に戻される。以上の機能により、ラジアル軸受面１０５に適正なオイル量が保持され、回転軸１０１の高速回転時にラジアル軸受面１０５の油膜切れによる、軸受負荷変動の発生、軸受部の焼付きなどを効果的に抑制することができる。

図３は、回転軸１０１が中空スリーブ１０２に挿入された後の円周溝１１３周辺の拡大模式図を示している。尚、図１と同じ構成については、同じ符号を用い、説明を省略している。

図３の構成において、回転軸１０１の高速回転時に、オイル溜り部１０９中に介在する空気層１１２が、空気層の動き３０１のように、オイル溜り部１０９からラジアル軸受面１０５の方向へ移動しても、円周溝１１３によって堰き止められるために、ラジアル軸受面１０５に混入するのを防止でき、軸受負荷変動の抑制、回転ムラの低減、軸受寿命の向上に有用である。

本発明の動圧流体軸受装置は、組立時の軸受部のオイル欠落を防ぎ、且つ、高速回転時にオイル溜り部に介在する空気層が軸受部に混入するのを防止する機能を有し、レーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータなどに使用される高速回転・高精度・長寿命に適した動圧軸受装置として有用である。

本発明の実施の形態１における動圧流体軸受装置を備えたポリゴンスキャナモータの側断面図 （ａ）本発明の実施の形態１における動圧流体軸受装置の動作説明のための第１模式図、（ｂ）本発明の実施の形態１における動圧流体軸受装置の動作説明のための第２模式図 本発明の実施の形態１における動圧流体軸受装置の動作説明のための第３模式図 従来の動圧流体軸受装置の側断面図

符号の説明

１０１ 回転軸
１０２ 中空スリーブ
１０３、１０４ 動圧発生溝
１０５、１０６ ラジアル軸受面
１０７、１０８ テーパ部
１０９ オイル溜り部
１１０ 空気抜き孔
１１１ オイル
１１２ 空気層
１１３ 円周溝
２０１ オイル自重
２０２ 軸受隙間の毛管圧
２０３ 円周溝の毛管圧
３０１ 空気層の動き
θ テーパ角度
ｄ１ 軸受隙間長さ
ｄ２ 円周溝深さ
ｗ１ 上側ラジアル軸受長さ
ｗ２ 円周溝幅長さ

Claims (1)

1. 中空スリーブとこの中空スリーブに回転自在に挿入される回転軸とを有し、前記中空スリーブの内周面、又は回転軸の外周面のいずれか一方には、少なくとも２組の動圧発生溝が形成されたラジアル軸受面を備え、前記中空スリーブと前記回転軸が所定の軸受隙間を有して対向すると共に、前記２組のラジアル軸受面の中間に前記軸受隙間より大きな内径のオイル溜り部を有し、軸方向に前記上側ラジアル軸受面から前記オイル溜り部への連続部に、少なくとも前記２組の内の一方の動圧発生溝と回転軸の隙間に保持されるオイル量と同量の容積を有する円周溝が備えられ、
   さらに、円周溝で生じる毛管圧が、オイル溜り部と回転軸の隙間で生じる毛管圧より大きく、且つ、動圧発生溝と回転軸の隙間で生じる毛管圧より小さく設定されたことを特徴とする動圧流体軸受装置。
   

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