(57)【要約】【課題】  ポリゴンモータに使用されるブラシレスモータのオイル動圧軸受において、回転軸の始動及び停止時の振れ回りによる回転軸とスリーブの摺動を低減し、動圧軸受の長寿命化を実現する。【解決手段】  先端部が球状凸部に加工された回転軸を有する流体動圧軸受装置において、回転軸の先端を工具をあてて除去加工することにより、回転軸の中心線と前記球状凸部の最大突出位置のズレが、軸とスリーブの半径差の最小値より小さくなるような加工方法を用いて加工する。【選択図】  図１
2008051242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部が凸面に加工された回転軸の該先端部を支持する支持部と、前記回転軸に対して設定間隔を設けて嵌合する嵌合部と、を有する流体動圧軸受装置に用いられる回転軸であって、
該回転軸の中心線と該凸面の最大突出位置とのズレが、前記回転軸と前記嵌合部が対向するところの半径差の最小値より小さくなるように該回転軸の先端部に工具をあてて除去する加工方法を用いて前記回転軸が加工されていることを特徴とする流体動圧軸受装置の回転軸。
【請求項２】
先端部が凸面に加工された回転軸の該先端部を支持する支持部と、前記回転軸に対して設定間隔を設けて嵌合する嵌合部と、を有する流体動圧軸受装置に用いられる回転軸の加工方法において、
該回転軸の中心線と該凸面の最大突出位置とのズレが、前記回転軸と前記嵌合部が対向するところの半径差の最小値より小さくなるように該回転軸の先端部に工具をあてて除去加工することを特徴とする流体動圧軸受装置の回転軸の加工方法。
【請求項３】
先端部が凸面に加工された回転軸と、前記回転軸の凸面を支持する支持部と、前記回転軸に対して設定間隔を設けて嵌合する嵌合部と、を有する流体動圧軸受装置において、
該回転軸の中心線と該凸面の最大突出位置のズレが、前記回転軸と前記嵌合部が対向するところの半径差の最小値より小さくなるように該回転軸の先端部に工具をあてて除去する加工方法を用いて前記回転軸が加工されていることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項４】
該軸受部材にはヘリングボーン状の動圧発生溝が設けられ、前記回転軸と前記軸受部材の間隙にはオイルが充填されることを特徴とする請求項３記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
先端部が凸面に加工され、回転多面鏡に回転駆動を付与する回転軸と、前記回転軸の凸面を支持する支持部と、前記回転軸に対して設定間隔を設けて嵌合する嵌合部と、を有する回転多面鏡駆動装置において、
該回転軸の中心線と該凸面の最大突出位置のズレが、前記回転軸と前記嵌合部が対向するところの半径差の最小値より小さくなるように該回転軸の先端部に工具をあてて除去する加工方法を用いて前記回転軸が加工されていることを特徴とする回転多面鏡駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧軸受装置に関し、例えば電子写真画像形成プロセスを用いたプリンター、複写機、ＦＡＸ等に使用される偏向ミラー駆動モータの軸受として適用される流体動圧軸受装置及び流体動圧軸受装置の軸の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のオイル動圧軸受装置として、図７、図８に示すように軸が嵌合するスリーブの内周面に、軸方向に間隔をおいて２ヵ所の軸受面Ａ、Ｂを設けている。２ヵ所の軸受面にはヘリングボーン状の動圧発生用の溝が設けられ、軸とスリーブとの隙間には潤滑用のオイルが充填されている。
【０００３】
軸が回転すると、動圧発生用の溝と軸との間に圧力が発生して流体動圧潤滑がなされる。また２ヵ所の軸受面の間と、スリーブ開口部の近くには軸受面の隙間よりも大きな隙間のリセス部（オイルたまり部）Ｃ、Ｄ、Ｅがそれぞれ設けられている。
【０００４】
上記したオイル動圧軸受装置に関するものでは、オイル動圧軸受装置の軸のスラスト方向の支持を、軸の下部に設けた球状凸部先端部をスラスト板でピボット受けすることで、高速回転時も損失が殆ど無く軸のスラスト支持を実現している。（例えば特許文献１及び２参照。）
なお、図１はこのようなオイル動圧軸受装置を適用したブラシレスモータを示している。
【特許文献１】特開平６−１８０４３３号公報
【特許文献２】特開２００１−５９５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のオイル動圧軸受においては、特に回転の始動時や停止時等の軸とスリーブに十分な動圧が発生していない状態では、軸とスリーブが機械接触してしまう。このため、その磨耗による形状の劣化や、磨耗により生じるスラッジがオイルと化学反応することでオイルを変質させ、安定した動圧形成を損ない、オイル動圧軸受の寿命低下となる問題点があった。この軸とスリーブの摩耗は、軸の回転中心と軸の球状凸部先端とのズレにより球状凸部先端を中心に軸が振れ回りし、軸受の下側動圧発生部で軸の外周がスリーブ内面を強く擦ることにより発生する。この軸の振れ回りは、軸の回転数が大きくなると軸受の動圧発生部に形成される動圧で矯正され軸とスリーブの接触は生じなくなるが、起動時と停止時には必ず繰り返し発生している。また、近年、ブラシレスモータの立上げ時間を短縮化し、ブラシレスモータを用いるプリンター等の出力開始時間を短縮化するニーズが高まっており、始動時のブラシレスモータの角加速度を大きくする傾向がある。このため、始動時の上記軸とスリーブの摺擦が強くなる傾向がある。
【０００６】
そこで、この軸の振れ回りを防止するために軸の回転中心と軸の球状凸部先端とのズレ△ｓと、回転軸とスリーブとの間隔△ｄの関係を、△ｓ＜△ｄとなるように回転軸を加工する必要がある。
【０００７】
このとき、軸の球状部先端位置をヘッダー加工等の塑性加工で仕上げる場合、型合せの精度により、△ｓ＜△ｄを確保することは困難である。また、鋳造や射出成形等の成形加工で得られる軸は、硬度や耐摩耗性能等を満足することが困難な為、流体動圧軸受の長寿命化には適さない。
【０００８】
そこで、本発明は、動圧軸受装置の回転軸に関して、回転軸先端の加工を成形加工することで生じる回転軸の硬度低下による耐摩耗性能低下等や、塑性加工することで生じる加工精度のバラツキを防止して、回転軸の回転開始時の軸の触れ回りによる軸受部材との摺擦を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための、本発明の構成は、先端部が凸面に加工された回転軸の該先端部を支持する支持部と、前記回転軸に対して設定間隔を設けて嵌合する嵌合部と、を有する流体動圧軸受装置に用いられる回転軸であって、
該回転軸の中心線と該凸面の最大突出位置とのズレが、前記回転軸と前記嵌合部が対向するところの半径差の最小値より小さくなるように該回転軸の先端部に工具をあてて除去する加工方法を用いて前記回転軸が加工されていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記課題を解決するための、本発明の別の構成は、先端部が凸面に加工された回転軸の該先端部を支持する支持部と、前記回転軸に対して設定間隔を設けて嵌合する嵌合部と、を有する流体動圧軸受装置に用いられる回転軸の加工方法において、
該回転軸の中心線と該凸面の最大突出位置とのズレが、前記回転軸と前記嵌合部が対向するところの半径差の最小値より小さくなるように該回転軸の先端部に工具をあてて除去加工することを特徴とする。
【００１１】
また、前記課題を解決するための、本発明の別の構成は、先端部が凸面に加工された回転軸と、前記回転軸の凸面を支持する支持部と、前記回転軸に対して設定間隔を設けて嵌合する嵌合部と、を有する流体動圧軸受装置において、
該回転軸の中心線と該凸面の最大突出位置のズレが、前記回転軸と前記嵌合部が対向するところの半径差の最小値より小さくなるように該回転軸の先端部に工具をあてて除去する加工方法を用いて前記回転軸が加工されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
動圧軸受装置の回転軸に関して、回転軸の硬度低下による耐摩耗性能低下等や、加工精度のバラツキを防止して、回転軸の回転開始時の軸の触れ回りによる軸受部材との摺擦を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施例）
本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施例のオイル動圧軸受装置を適用したブラシレスモータの断面図である。図２はオイル動圧軸受装置を示す軸及びスリーブの概略断面図で、図３はオイル動圧軸受装置の下視概略断面図で、図７及び図８は従来のオイル動圧軸受装置の断面図及びその説明図である。
【００１４】
図１に示すように、回転軸２は永久磁石６が固定されたヨーク５と取付け部材４とで一体化されロータ部を構成する。真鍮等の金属材質からなるスリーブ１には、ステータコア７が固定された回路基板８が一体化されステータ部を構成する。ステンレス等の金属材質からなる軸２と軸受部材としてのスリーブ１は相互に回転可能に嵌合されている。
【００１５】
ステータコア７は多極のポールシュウ（駆動コイルを巻回す部位）を有し、各ポールシュウには駆動コイル９が巻回されている。多極に磁化された永久磁石６の回転位置により順次通電が切り替えられ、永久磁石６とステータコア７との間に回転力を発生する。
【００１６】
駆動コイル９が巻回されたステータコア７は駆動回路を構成する回路部品とともに回路基板８に固定されている。さらに回路基板８はスリーブ１と一体化されている。ロータ部とステータ部がそれぞれ形成された後、モータとしての組立が行われる。
【００１７】
まずスリーブ１の内面にオイル注入装置により規定の量のオイルが注油された後、スリーブ１の内径に回転可能に嵌合されるように回転軸２が挿入されてモータが完成する。
【００１８】
次に、図８を参照して、図１のブラシレスモータに適用されたオイル動圧軸受装置について説明する。図８に示すように、軸受部である貫通孔を有する円筒形状をしたスリーブ１は、その内面に軸方向に間隔をおいて２箇所の軸受面（嵌合部）Ａ、Ｂと、軸受面Ａ、Ｂの内径寸歩よりも大きな内径寸歩を有するオイル溜り部Ｃ、Ｄ、Ｅが設けられている。
【００１９】
前記軸受面Ａ、Ｂの表面にはヘリングボーン状の深さ寸法が数ミクロンの溝がそれぞれ複数本加工され、軸が回転すると、溝の屈曲位置Ａ−１及びＢ−１で圧力が最大となるように動圧が発生する。さらにスリーブ１の下端部の開口部を塞ぐための円板２１が固定されている。
【００２０】
次に本実施例に関する、軸受部としての動圧軸受装置のスラスト受け部（支持部）について説明する。動圧軸受装置のスラスト受け部は図８に示すように前記円板２１の上面に軸２を受けるためのナイロン等の摺動性に優れた材質からなるスラスト板３が配置されている。本実施例ではスリーブ１及びスラスト受け部により動圧軸受装置の回転軸を軸受する軸受部を構成している。図７にしめすように、軸２の下端部に設けられた球状凸部（凸面）２−１とスラスト板３がスリーブ１の中心線ほぼ延長上の近傍で常時点接触している。また、スラスト板３の上面及び球状２−１部は前記オイルで浸され、前記点接触部も潤滑されている。
【００２１】
軸２の球状凸部２−１の加工は、切削や研削など除去加工により行っている。ここで、図４は加工機における加工概略図、図５は加工機の軸の保持手段概略図である。図４及び図５において、加工前の軸１２をチャック部１５のツメ部１４で、図５の矢印方向に回転するチャック部１５の回転中心１１と同軸となるように、３方向から均等に保持する。軸２の先端部の加工はツメ部１４とともに軸２を回転させながら、軸を矢印Ｐ側に送るのと同時に切削工具１３を矢印Ｑ方向に出入りさせることで、精度の良い軸の球状部先端の加工を実現する。ここで、軸２に対し、加工後に流体動圧軸受のスリーブと嵌合する領域を保持して球状先端部の加工を行うことで、球状先端部の位置ズレを低減することができる。さらに、動圧を発生する図８の軸受面Ａ、Ｂに対向する範囲を加圧保持すると後述する球状先端部の位置ズレの精度を向上させることが出来る。また、前記保持により軸受面Ａ、Ｂに対向する範囲に微細な傷が生じる不具合を避けるため、軸受けＡ，Ｂに対向する範囲の近傍を加圧保持しても、有効である。尚、軸１２を位置決め保持し、上記のような加工を行う加工装置としては、例えばＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）旋盤加工装置等が良い。
【００２２】
次に図２及び図３において軸２の球状部先端２−２の構成について説明する。軸２を軸受する軸受面である前記へリングボーン状溝の屈曲位置Ａ−１及びＢ−１に対向する動圧発生部としてのＡ−２及びＢ−２位置の軸２の中心を結んだ中心線２−３に対する球状部先端２−２のズレ量を△ｓとする。また、動圧発生部における軸２とスリーブ２間距離の最小隙間を△ｄとする。即ち、軸２の中心線とスリーブ１の中心線を同軸に設けたときの、動圧発生部（嵌合部）における軸２の外面とスリーブ１の内面との最小距離を△ｄとする。（△ｄは、スリーブ１もしくは軸２に溝が設けられている場合も同様に、軸２の中心線とスリーブ１の中心線を同軸に設けたときの、動圧発生部（嵌合部）におけるスリーブ１の表面と軸２の表面の最小値となる。）このとき、本実施例のオイル動圧軸受装置は△ｓ＜△ｄの関係式を満足するように、軸２の中心線２−３に対する球状部２−１の先端２−２のズレ量を設定している。
【００２３】
これにより、軸２は図１のブラシレスモータ１０の始動及び停止時に軸２の中心に対する球状部先端２−２のズレにより生じる軸２の振れ回りが生じても、軸２とスリーブ１が強く摺擦されることは殆ど無い。即ち、図３のように、動圧軸受下部の動圧発生部において軸２の外周２−４とスリーブ１−５の内面には隙間△ｇがほぼ確保される。尚、ブラシレスモータ１０を始動及び停止する際、オイル動圧軸受の動圧発生部に十分な動圧が発生するまでは軸２とスリーブ１は軽く接触する。しかし、本件が課題とする軸２の中心線に対する球状部先端２−２のズレによる接触に比べ強く擦られるものではなく、オイル動圧軸受寿命への影響は軽微である。
【００２４】
ところで、上記した軸２の球状部先端２−２の加工においては、図６に加工精度の分布を示すように、球状部２−１の先端２−２のズレ量△ｓは概ね（本実施例においては９９．７％超の範囲）動圧発生部の最小隙間△ｄよりも小さくできる。また、僅かに△ｓ≧△ｄとなるものについては、例えば投影機等の検査により先端２−２のズレ量△ｓを選別することによりブラシレスモータ１０のオイル動圧軸受には△ｓ＜△ｄとなる軸のみ用いることができる。
【００２５】
また、軸の球状部先端位置をヘッダー加工等の塑性加工で仕上げる場合、型合せの精度により、△ｓ＜△ｄを確保することは困難である。また、鋳造や射出成形等の成形加工で得られる軸は、硬度や耐摩耗性能等を満足することが困難な為、流体動圧軸受の長寿命化には適さない。
【００２６】
以上説明した実施例は、オイル動圧軸受についてのみ説明したが、本件はこれに限るものではなく、スラスト方向にピボット受部を持ったものなら、例えば流体動圧媒体として空気を用いた空気動圧軸受装置についても良い。
【００２７】
また、スリーブ側にヘリングボーン状溝を設けたものについて説明したが、本件はこれに限るものではない。軸にヘリングボーンを設けたものでもよく、或いは十分な動圧を形成できるものなら、スリーブ及び軸ともヘリングボーン状溝が形成されていない流体動圧軸受についてでもよい。
【００２８】
また、ヘリングボーン状溝の屈曲位置の軸中心を用いて軸の中心線を定義したものについて説明したが、本件はこれに限るものではなく、例えばヘリングボーン状溝の有無に関らず、軸とスリーブが最も近接する範囲から軸の中心線を定義しても良い。
【００２９】
また、スリーブの内周面及び軸の外周面は円筒状であるものについて説明したが、例えば断面が真円に対し凸部を持ったスリーブ又は軸に対しては、夫々スリーブについては内接円、軸については外接円からスリーブと軸の隙間と軸の中心線を定義を行うと良い。
【００３０】
本実施例で説明したオイル動圧軸受装置は、プリンター等の画像形成装置に用いられる回転多面鏡駆動装置としても適用できることは言うまでもない。この場合、プリンター等の出力開始時間の短縮化、始動時のブラシレスモータの角加速度を大きくできるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例のオイル動圧軸受装置を適用したブラシレスモータの断面図
【図２】本発明の実施例のオイル動圧軸受装置を示す軸及びスリーブの概略断面図
【図３】本発明の実施例のオイル動圧軸受装置の下視概略断面図
【図４】本発明の実施例の軸加工概略図
【図５】本発明の実施例の軸加工時の軸保持手段概略図
【図６】本実施例の軸加工による加工精度分布
【図７】従来のオイル動圧軸受装置の断面図
【図８】従来のオイル動圧軸受装置の断面図
【符号の説明】
【００３２】
１  スリーブ
１−３  スリーブ円中心
１−５  スリーブ内面
２  軸
２−１  球状部
２−２  球状部先端
２−３  軸の中心線
２−４  始動時の軸の外周
２−５  定常回転中の軸の外周
３  スラスト受け
４  取付け部材
５  ヨーク
６  永久磁石
７  ステータコア
８  回路基板
９  駆動コイル
１０  ブラシレスモータ
１１  チャック部のセンター
１２  加工前の軸
１３  切削工具
１４  ツメ部
１５  チャック部
Ａ、Ｂ  軸受面
Ｃ、Ｄ、Ｅ  オイル溜り部
Ａ−１、Ｂ−１  へリングボーン状溝の屈曲位置
Ａ−２、Ｂ−２  軸のへリングボーン状溝の屈曲位置対向位置
△ｄ  軸の外周半径とスリーブ内周半径の差
△ｇ  始動時の軸の外周とスリーブ内周の最小隙間
△ｓ  軸の中心線に対する球状凸部の中心のズレ
【図１】
2008051242.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008051242.tif 000007
【図６】
2008051242.tif 000008
【図７】
2008051242.tif 000009
【図８】
2008051242.tif 000010