JPH05118322A - 動圧軸受装置 - Google Patents
動圧軸受装置Info
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- JPH05118322A JPH05118322A JP10238392A JP10238392A JPH05118322A JP H05118322 A JPH05118322 A JP H05118322A JP 10238392 A JP10238392 A JP 10238392A JP 10238392 A JP10238392 A JP 10238392A JP H05118322 A JPH05118322 A JP H05118322A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低温および高温時において、高速、高精度で
かつ信頼性の高い機能が達成できる動圧流体軸受を提供
する。 【構成】 相互に回転可能に嵌合する軸１とスリーブ２
とを有し、前記軸の外周面とこれに対向するスリーブの
内周面間に浅溝１４による動圧発生部を形成した動圧軸
受装置において、前記軸１はスリーブ２より熱膨張係数
の大きい材料で構成する。好ましくは、前記軸１の半径
をｒ、その熱膨張係数をａ、前記スリーブ２の熱膨張係
数をｂ、当該軸受の使用温度範囲上限温度と下限温度と
の温度差を△ｔとして、 ０＜ａ−ｂ＜５×１０-3／（ｒ×△ｔ） の関係を成立させる。
かつ信頼性の高い機能が達成できる動圧流体軸受を提供
する。 【構成】 相互に回転可能に嵌合する軸１とスリーブ２
とを有し、前記軸の外周面とこれに対向するスリーブの
内周面間に浅溝１４による動圧発生部を形成した動圧軸
受装置において、前記軸１はスリーブ２より熱膨張係数
の大きい材料で構成する。好ましくは、前記軸１の半径
をｒ、その熱膨張係数をａ、前記スリーブ２の熱膨張係
数をｂ、当該軸受の使用温度範囲上限温度と下限温度と
の温度差を△ｔとして、 ０＜ａ−ｂ＜５×１０-3／（ｒ×△ｔ） の関係を成立させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、動圧軸受装置に関し、
例えばレーザービームプリンタ等において偏向走査装置
の回転装置として用いる動圧軸受装置に関するものであ
る。
例えばレーザービームプリンタ等において偏向走査装置
の回転装置として用いる動圧軸受装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、高速および高精度の回転を行なう
回転装置に関する要求が高まり、特に、レーザービーム
プリンタ等では高速かつ高精度な回転装置を得るために
非接触で回転する動圧流体軸受が用いられている。
回転装置に関する要求が高まり、特に、レーザービーム
プリンタ等では高速かつ高精度な回転装置を得るために
非接触で回転する動圧流体軸受が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術においては、動圧流体軸受回転装置を高温および低温
の環境条件で使用する場合、以下のような欠点があっ
た。
術においては、動圧流体軸受回転装置を高温および低温
の環境条件で使用する場合、以下のような欠点があっ
た。
【０００４】まず、低温環境において用いる場合、室温
時より流体の粘性が大きくなり、抵抗損失が増大しモー
タの電流値を大きくしなければならない。また、負荷変
動が大きくなりモータを高精度で制御することが困難に
なる。
時より流体の粘性が大きくなり、抵抗損失が増大しモー
タの電流値を大きくしなければならない。また、負荷変
動が大きくなりモータを高精度で制御することが困難に
なる。
【０００５】一方、高温環境で使用する場合、室温時よ
り流体の粘性が小さくなり、損失が小さくなりすぎてモ
ータのラジアル剛性が低下する。このため、回転多面鏡
の倒れが大きくなり、高精度の偏向機能が得られなくな
る。
り流体の粘性が小さくなり、損失が小さくなりすぎてモ
ータのラジアル剛性が低下する。このため、回転多面鏡
の倒れが大きくなり、高精度の偏向機能が得られなくな
る。
【０００６】本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みなさ
れたものであって、低温および高温時において、高速、
高精度でかつ信頼性の高い機能が達成できる動圧流体軸
受の提供を目的とする。
れたものであって、低温および高温時において、高速、
高精度でかつ信頼性の高い機能が達成できる動圧流体軸
受の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】前記目的を達
成するため、本発明においては、軸材料をスリーブより
熱膨張係数の大きい材料で構成する。これにより、高温
時および低温時において、高精度で制御性の良好な偏向
装置が得られる。
成するため、本発明においては、軸材料をスリーブより
熱膨張係数の大きい材料で構成する。これにより、高温
時および低温時において、高精度で制御性の良好な偏向
装置が得られる。
【０００８】
【実施例】図２は、本発明が適用される動圧流体軸受を
用いたレーザービームプリンタの偏向走査装置の回転装
置を示す。回転軸１とスリーブ２は相互に回転可能に嵌
合されている。スリーブ２の下端部にはスラスト板３が
固定板４とともに配置され、外筒５が固定されている。
回転軸１にはフランジ６が固定される。フランジ６の上
部には回転多面鏡７が固定され、下部には駆動用マグネ
ット８を内面に装着したヨーク９が固定される。駆動用
マグネット８と対向する位置には外筒５に固定されたス
テータ１０が配置される。スラスト板３には、回転軸１
の下端部と対向する面に浅溝１１が刻設され動圧スラス
ト軸受が構成される。また、回転軸１の外周面には、ス
リーブ２の内周面と対向する位置にヘリングボーン状の
浅溝１４が上下２ヵ所に刻設され動圧ラジアル軸受が構
成される。さらに、スリーブ開口部近傍には動圧スラス
ト軸受に潤滑流体が流れるようなスパイラル状の浅溝１
５が刻設されている。また、スリーブ２には前記ヘリン
グボーン状の浅溝１４とスパイラル状の浅溝１５の間の
位置に凹部１６を設けるとともに小径孔１７を設けるこ
とによって、油やグリース等の液体潤滑流体を用いて動
圧流体軸受の安定性を確保している。
用いたレーザービームプリンタの偏向走査装置の回転装
置を示す。回転軸１とスリーブ２は相互に回転可能に嵌
合されている。スリーブ２の下端部にはスラスト板３が
固定板４とともに配置され、外筒５が固定されている。
回転軸１にはフランジ６が固定される。フランジ６の上
部には回転多面鏡７が固定され、下部には駆動用マグネ
ット８を内面に装着したヨーク９が固定される。駆動用
マグネット８と対向する位置には外筒５に固定されたス
テータ１０が配置される。スラスト板３には、回転軸１
の下端部と対向する面に浅溝１１が刻設され動圧スラス
ト軸受が構成される。また、回転軸１の外周面には、ス
リーブ２の内周面と対向する位置にヘリングボーン状の
浅溝１４が上下２ヵ所に刻設され動圧ラジアル軸受が構
成される。さらに、スリーブ開口部近傍には動圧スラス
ト軸受に潤滑流体が流れるようなスパイラル状の浅溝１
５が刻設されている。また、スリーブ２には前記ヘリン
グボーン状の浅溝１４とスパイラル状の浅溝１５の間の
位置に凹部１６を設けるとともに小径孔１７を設けるこ
とによって、油やグリース等の液体潤滑流体を用いて動
圧流体軸受の安定性を確保している。
【０００９】本発明の実施例を図１に基づいてさらに説
明する。図１において、（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞ
れ、高温時、室温時、および低温時の軸受断面を示すも
のであり、回転軸１、スリーブ２および潤滑流体が充填
された嵌合隙間２０が描かれている。室温（ｂ図）にお
ける嵌合隙間２０は通常片側１０μｍ程度である。これ
に対し、高温（ａ図）においては嵌合隙間２０は小さく
なり、一方低温（ｃ図）においては嵌合隙間２０は大き
くなる。これは、回転軸１がスリーブ２よりも熱膨張係
数が大きいためである。例えば、回転軸１をアルミニウ
ム、マグネシウム、銅などの金属で構成した場合、スリ
ーブ２は鉄系合金で構成する。また、回転軸１をプラス
チックで構成した場合、スリーブ２はアルミニウム、マ
グネシウム、あるいは銅系合金で構成する。この場合、
潤滑流体の粘度によっては、スリーブ２を鉄系合金で構
成してもよい。また、回転軸１を鉄系合金で構成した場
合、スリーブ２をセラミックで構成してもよい。
明する。図１において、（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞ
れ、高温時、室温時、および低温時の軸受断面を示すも
のであり、回転軸１、スリーブ２および潤滑流体が充填
された嵌合隙間２０が描かれている。室温（ｂ図）にお
ける嵌合隙間２０は通常片側１０μｍ程度である。これ
に対し、高温（ａ図）においては嵌合隙間２０は小さく
なり、一方低温（ｃ図）においては嵌合隙間２０は大き
くなる。これは、回転軸１がスリーブ２よりも熱膨張係
数が大きいためである。例えば、回転軸１をアルミニウ
ム、マグネシウム、銅などの金属で構成した場合、スリ
ーブ２は鉄系合金で構成する。また、回転軸１をプラス
チックで構成した場合、スリーブ２はアルミニウム、マ
グネシウム、あるいは銅系合金で構成する。この場合、
潤滑流体の粘度によっては、スリーブ２を鉄系合金で構
成してもよい。また、回転軸１を鉄系合金で構成した場
合、スリーブ２をセラミックで構成してもよい。
【００１０】本発明の実施例の効果を以下に詳細に説明
する。図３は一般的な潤滑流体の温度による粘度の変化
を示す。図３に示すように、潤滑流体は、低温では粘度
が大きく、高温では粘度が小さくなる。このことは、モ
ータの負荷抵抗に関していうと、低温ではモータのロス
が大きく、高温ではモータのロスが小さいことになる。
即ち、温度変化によるモータの電流値の変動が大きくな
る。
する。図３は一般的な潤滑流体の温度による粘度の変化
を示す。図３に示すように、潤滑流体は、低温では粘度
が大きく、高温では粘度が小さくなる。このことは、モ
ータの負荷抵抗に関していうと、低温ではモータのロス
が大きく、高温ではモータのロスが小さいことになる。
即ち、温度変化によるモータの電流値の変動が大きくな
る。
【００１１】図４は、回転軸１とスリーブ２との間の嵌
合隙間２０に対するモータのロスの関係を示す。図から
分るように、嵌合隙間２０が小さければモータのロスが
大きく、逆に嵌合隙間２０が大きければモータのロスが
小さい。これを、ηを潤滑流体の粘性、ΔＲを嵌合隙
間、ωを回転数、Ｒを軸半径として式で表せば、 （モータのロス） ηω2 Ｒ4 ／ΔＲ となる。
合隙間２０に対するモータのロスの関係を示す。図から
分るように、嵌合隙間２０が小さければモータのロスが
大きく、逆に嵌合隙間２０が大きければモータのロスが
小さい。これを、ηを潤滑流体の粘性、ΔＲを嵌合隙
間、ωを回転数、Ｒを軸半径として式で表せば、 （モータのロス） ηω2 Ｒ4 ／ΔＲ となる。
【００１２】一方、回転軸１とスリーブ２の嵌合隙間２
０が５μｍ以下になると焼付きやかじり等が発生しやす
くなる。従って、回転軸１の半径をｒ［ｍｍ］、使用温
度範囲上限と下限との温度差を△ｔとすると、焼付きや
かじり等を発生しにくくするためには、回転軸１の熱膨
張係数ａとスリーブ２の熱膨張係数ｂが以下の関係を満
たすことが必要である。
０が５μｍ以下になると焼付きやかじり等が発生しやす
くなる。従って、回転軸１の半径をｒ［ｍｍ］、使用温
度範囲上限と下限との温度差を△ｔとすると、焼付きや
かじり等を発生しにくくするためには、回転軸１の熱膨
張係数ａとスリーブ２の熱膨張係数ｂが以下の関係を満
たすことが必要である。
【００１３】
【数１】 よって
【００１４】
【数２】
【００１５】さらに回転軸１は、図２に示すように、ロ
ーター部である回転多面鏡７、フランジ６、駆動用マグ
ネット８、ヨーク９等が取り付けられており、落下や衝
撃による回転軸１の座屈がないような剛性が必要であ
る。すなわち、下記の関係を満足させる必要がある。
ーター部である回転多面鏡７、フランジ６、駆動用マグ
ネット８、ヨーク９等が取り付けられており、落下や衝
撃による回転軸１の座屈がないような剛性が必要であ
る。すなわち、下記の関係を満足させる必要がある。
【００１６】
【数３】
【００１７】ここで、例えば、回転軸１にはおよそ１０
０ｇ程度の加重があるとし、落下や衝撃による加速度を
６Ｇ程度とし、衝撃荷重であるので一般的に行なうよう
に静加重の２倍の力と考えると、Ｗ＝０．１×６×２で
ある。また、Ｌ＝４０、回転半径を２ｍｍとして最小断
面２次モーメントＩ＝２4 ／６４とすると、回転軸１の
剛性に関し、下記の関係が得られる。
０ｇ程度の加重があるとし、落下や衝撃による加速度を
６Ｇ程度とし、衝撃荷重であるので一般的に行なうよう
に静加重の２倍の力と考えると、Ｗ＝０．１×６×２で
ある。また、Ｌ＝４０、回転半径を２ｍｍとして最小断
面２次モーメントＩ＝２4 ／６４とすると、回転軸１の
剛性に関し、下記の関係が得られる。
【００１８】
【数４】 よって
【００１９】
【数５】
【００２０】ここで、例えば軸１をアルミニウム、スリ
ーブ２を鉄系合金で構成すれば、５℃〜４５℃の温度変
化では軸１とスリーブ２間に２μｍ程度の嵌合隙間２０
の変化がある。また、軸１を鉄系合金にし、スリーブ２
をセラミック（アルミナ）にすれば、５℃〜４５℃の温
度変化では１μｍ程度の嵌合隙間の変化がある。
ーブ２を鉄系合金で構成すれば、５℃〜４５℃の温度変
化では軸１とスリーブ２間に２μｍ程度の嵌合隙間２０
の変化がある。また、軸１を鉄系合金にし、スリーブ２
をセラミック（アルミナ）にすれば、５℃〜４５℃の温
度変化では１μｍ程度の嵌合隙間の変化がある。
【００２１】回転軸１の半径が２ｍｍ、長さが４０ｍｍ
程度であれば、アルミニウムおよび鉄の縦弾性係数はそ
れぞれ７８００と２１０００［Ｋｇ／ｍｍ2 ］であり、
回転軸１は要求される剛性を充分満たしている。最近の
エンジニアリングプラスチックにおいては、縦弾性係数
は３０００［Ｋｇ／ｍｍ2 ］以上の製品も種々ある。ま
た、熱膨張係数がアルミニウムとほぼ同等の２．４×１
０-5程度の製品も種々できているので、回転軸１をプラ
スチック製にして上述の効果を得ることも可能である。
程度であれば、アルミニウムおよび鉄の縦弾性係数はそ
れぞれ７８００と２１０００［Ｋｇ／ｍｍ2 ］であり、
回転軸１は要求される剛性を充分満たしている。最近の
エンジニアリングプラスチックにおいては、縦弾性係数
は３０００［Ｋｇ／ｍｍ2 ］以上の製品も種々ある。ま
た、熱膨張係数がアルミニウムとほぼ同等の２．４×１
０-5程度の製品も種々できているので、回転軸１をプラ
スチック製にして上述の効果を得ることも可能である。
【００２２】すなわち、図２の動圧軸受は、図５に示す
ように、低温時においては、軸１とスリーブ２との嵌合
隙間２０が大きくなり、モータロスが小さくなるが、潤
滑流体についてみれば粘性が大きくなりモータロスは逆
に大きくなる。従って、この２つの現象により、図６に
示すように、モータロスの変動はなくなる。
ように、低温時においては、軸１とスリーブ２との嵌合
隙間２０が大きくなり、モータロスが小さくなるが、潤
滑流体についてみれば粘性が大きくなりモータロスは逆
に大きくなる。従って、この２つの現象により、図６に
示すように、モータロスの変動はなくなる。
【００２３】一方、高温時においては、軸１とスリーブ
２との嵌合隙間２０が小さくなり、モータロスが大きく
なるが、潤滑流体の粘性が小さくなりモータロスが小さ
くなる。従って、高温においても、この２つの現象によ
り、モータロスの変動がなくなる。特に高温において
は、嵌合隙間２０が小さくなるので、軸の振れ回り量を
小さくすることができる。
２との嵌合隙間２０が小さくなり、モータロスが大きく
なるが、潤滑流体の粘性が小さくなりモータロスが小さ
くなる。従って、高温においても、この２つの現象によ
り、モータロスの変動がなくなる。特に高温において
は、嵌合隙間２０が小さくなるので、軸の振れ回り量を
小さくすることができる。
【００２４】本発明の別の実施例を図７に示す。この実
施例においては、スリーブを２つの部材で構成し、スリ
ーブ２の内周にセラミックの軸受部材２１が装着されて
いる。このような構成においては、凹部１６や小径孔１
７のような複雑な加工部分を別材料のスリーブ部材で構
成することができ、加工性、コストの点で有利になる。
施例においては、スリーブを２つの部材で構成し、スリ
ーブ２の内周にセラミックの軸受部材２１が装着されて
いる。このような構成においては、凹部１６や小径孔１
７のような複雑な加工部分を別材料のスリーブ部材で構
成することができ、加工性、コストの点で有利になる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、回転軸をスリーブ
より熱膨張係数が大きい材料で構成することにより、高
温時および低温時ともにレーザープリンタ等の偏向走査
装置を高精度で信頼性高く制御することができる。
より熱膨張係数が大きい材料で構成することにより、高
温時および低温時ともにレーザープリンタ等の偏向走査
装置を高精度で信頼性高く制御することができる。
【図１】 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ異なる温度に
おける本発明に係る動圧流体軸受の横断面図である。
おける本発明に係る動圧流体軸受の横断面図である。
【図２】 本発明が適用される動圧流体軸受の縦断面図
である。
である。
【図３】 潤滑流体の温度と粘性（トルク）の関係のグ
ラフである。
ラフである。
【図４】 動圧流体軸受の嵌合隙間とトルクの関係のグ
ラフである。
ラフである。
【図５】 本発明に係る動圧流体軸受における、温度変
化に対する嵌合隙間の変化を示すグラフである。
化に対する嵌合隙間の変化を示すグラフである。
【図６】 本発明に係る動圧流体軸受における、温度変
化に対するモータロスの変化を示すグラフである。
化に対するモータロスの変化を示すグラフである。
【図７】 本発明の別の実施例に係る動圧流体軸受の要
部断面図である。
部断面図である。
１：回転軸、２：スリーブ、１４：浅溝、２０：嵌合隙
間。
間。
Claims (4)
- 【請求項１】 相互に回転可能に嵌合する軸とスリーブ
とを有し、前記軸の外周面とこれに対向するスリーブの
内周面間に浅溝による動圧発生部を形成した動圧軸受装
置において、前記軸はスリーブより熱膨張係数の大きい
材料で構成されたことを特徴とする動圧軸受装置。 - 【請求項２】 前記スリーブを複数の部材で構成し、前
記軸と対向する部分に該軸より熱膨張係数の小さい材料
からなる部材を装着したことを特徴とする請求項１記載
の動圧軸受装置。 - 【請求項３】 前記軸の半径をｒ、その熱膨張係数を
ａ、前記スリーブの熱膨張係数をｂ、当該動圧軸受装置
の使用温度範囲上限温度と下限温度との温度差を△ｔと
して、 ０＜ａ−ｂ＜５×１０-3／（ｒ×△ｔ） の関係が成立することを特徴とする請求項１記載の動圧
軸受装置。 - 【請求項４】 前記軸は一端をスラスト板で支承され他
端側に回転負荷を取り付けられており、前記軸の縦弾性
係数をＥ、その最小断面モーメントをＩ、前記スラスト
板から回転負荷までの距離をＬ、前記軸への加重をＷと
して、 Ｅ＞Ｌ2 Ｗ／０．２５π2 Ｉ の関係が成立することを特徴とする請求項３記載の動圧
軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10238392A JPH05118322A (ja) | 1991-06-10 | 1992-03-30 | 動圧軸受装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-163400 | 1991-06-10 | ||
| JP16340091 | 1991-06-10 | ||
| JP10238392A JPH05118322A (ja) | 1991-06-10 | 1992-03-30 | 動圧軸受装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05118322A true JPH05118322A (ja) | 1993-05-14 |
Family
ID=26443099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10238392A Pending JPH05118322A (ja) | 1991-06-10 | 1992-03-30 | 動圧軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05118322A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5628569A (en) * | 1993-10-18 | 1997-05-13 | Kabushiki Kaisha Sankyo Seiki Seisakusho | Fluid bearing unit and manufactured method thereof |
| US6206572B1 (en) * | 1998-02-05 | 2001-03-27 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Bearing device |
| WO2005036001A1 (ja) * | 2003-10-14 | 2005-04-21 | Ntn Corporation | 動圧軸受装置 |
| JP2008309199A (ja) * | 2007-06-12 | 2008-12-25 | Toyota Motor Corp | 軸受構造 |
-
1992
- 1992-03-30 JP JP10238392A patent/JPH05118322A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5628569A (en) * | 1993-10-18 | 1997-05-13 | Kabushiki Kaisha Sankyo Seiki Seisakusho | Fluid bearing unit and manufactured method thereof |
| US6206572B1 (en) * | 1998-02-05 | 2001-03-27 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Bearing device |
| WO2005036001A1 (ja) * | 2003-10-14 | 2005-04-21 | Ntn Corporation | 動圧軸受装置 |
| CN100458197C (zh) * | 2003-10-14 | 2009-02-04 | Ntn株式会社 | 动力轴承装置 |
| US7591591B2 (en) | 2003-10-14 | 2009-09-22 | Ntn Corporation | Dynamic bearing device |
| JP2008309199A (ja) * | 2007-06-12 | 2008-12-25 | Toyota Motor Corp | 軸受構造 |
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