(57)【要約】【課題】オイルがスリーブの下部に送られることによる軸部材の浮上と、オイルが逆にスリーブの上部に送られることによるオイルの漏れ出しを確実に回避する。【解決手段】動圧軸受装置のヘリングボーン状の動圧発生溝７ａ、７ｂの折り返し線Ａ、Ｂを上方へずらすことで、オイル６を上方へ送る輸送力Ｒを発生させる。このときのずらし量を、Ｌ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 ‥‥Ｌn （Ｌ1 、Ｌ2 ‥‥‥Ｌn はｎ個の動圧発生溝の各幅）としたとき、α＝α1 ＋α2 ‥‥αn ＝０．０１２Ｌ〜０．０５０Ｌ（α1 、α2 ‥‥‥αn は各動圧発生溝における折り返し線のずらし量）とすることにより、軸部材の浮上と、オイルの漏れ出し等を同時に回避することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に回転自在に嵌合する軸部材およびスリーブ部材と、両者の間に介在する動作流体とを有し、前記軸部材およびスリーブ部材の少なくとも一方には、１つの折り返し線を有するヘリングボーン状の動圧発生溝がｎ個設けられており、該動圧発生溝により前記動作流体に動圧を発生させる動圧軸受装置であって、各動圧発生溝に設けられた前記折り返し線は、各動圧発生溝の幅方向の中心から上方へずらして配置され、そのずらし量αと前記動圧発生溝の幅Ｌとの関係が、Ｌ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 ‥‥Ｌn （Ｌ1 、Ｌ2 ‥‥‥Ｌn はｎ個の動圧発生溝の各幅）としたとき、α＝α1 ＋α2 ‥‥αn ＝０．０１２Ｌ〜０．０５０Ｌ（α1 、α2 ‥‥‥αn は各動圧発生溝における折り返し線のずらし量）であることを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項２】
請求項１記載の動圧軸受装置からなる軸受部と、該軸受部によって回転支持された回転多面鏡とを備えていることを特徴とする偏向走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザプリンタや光ディスク装置、磁気ディスク装置等に用いられる動圧軸受装置及び偏向走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタやデジタル複写機等に用いられる偏向走査装置には、高速回転する回転多面鏡を支える軸受部に、安定した滑らかな回転を得るための動圧軸受装置が用いられている。また、光ディスクや磁気ディスク等の情報記憶機器においても、高速で回転するディスクを支えるために、動圧軸受が幅広く使用されてきている。
【０００３】
図４の（ａ）、（ｂ）は、従来例における動圧軸受装置の横断面図を示すもので、図４の（ａ）は軸部材が取り付けられた状態、図４の（ｂ）は軸部材が取り付けられていない状態を示している。この動圧軸受装置は、軸部材１０１と、軸部材１０１を軸受孔１０５内に回転自在に支持するスリーブ１０２と、スリーブ１０２の下端に固定されて軸受孔１０５を封鎖する円板１０３と、円板１０３に支持されたスラスト板１０４とによって構成されている。また、スリーブ１０２の軸受孔１０５の内側表面と軸部材１０１の外側表面との間のクリアランスや、スラスト板１０４と軸部材１０１の端面の間は動作流体であるオイル１０６が充填されている。
【０００４】
スリーブ１０２の軸受孔１０５の内側表面には、上端、下端、及び中央にそれぞれ大径部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが設けられている。また、上端の大径部１０５ａと中央の大径部１０５ｃの間と、中央の大径部１０５ｃと下端の大径部１０５ｂの間とには、それぞれ１つの折り返し線を有するヘリングボーン状の動圧発生溝１０７ａ、１０７ｂが形成されている。また、スラスト板１０４の上面にはスパイラル溝が形成されている。軸部材１０１の上端部はスリーブ１０２の軸受孔１０５より上方に突出し、その上部に図示しないボス部が固定されている。
【０００５】
このように構成された動圧軸受装置において、軸部材１０１が回転するとスリーブ１０２の軸受孔１０５に設けられた動圧発生溝１０７ａ、１０７ｂの作用でオイル１０６に動圧を発生させ、軸部材１０１はスリーブ１０２の軸受孔１０５に非接触で回転する。またスラスト方向についてもスラスト板１０４に設けられたスパイラル溝の作用で動圧を発生し軸部材１０１が浮上した状態で支持される。この動圧軸受装置を偏向走査装置に使用する場合は、軸部材１０１の上端のボス部に図示しない回転多面鏡等が一体的に結合されており、これを回転駆動するために、モータのロータ等も軸部材１０１に固着されている。
【０００６】
図５に示すように、折り返し線Ａを有するヘリングボーン状の動圧発生溝１０７ａによって、動圧発生溝１０７ａの中央の折り返し線Ａに向かう動圧ａ１、ａ２が発生する。これによりオイル１０６は中央の折り返し線Ａに向かって流動する。また、ヘリングボーン状の動圧発生溝１０７ｂによって、動圧発生溝１０７ｂの中央の折り返し線Ｂに向かう動圧ｂ１、ｂ２が発生する。これによりオイル１０６は中央の折り返し線Ｂに向かって流動する。通常ａ１＝ａ２、ｂ１＝ｂ２となるように設計することで、軸部材１０１が安定して回転することを可能としている。
【０００７】
しかしながら、スリーブ１０２の下端を密閉する円板１０３は、通常加締めることによって組み付けられる。そのため、図６の（ａ）に示すように、スリーブ１０２の軸受孔１０５の下端の内径が広がってしまい、軸受孔１０５の円筒度が悪化してしまう。その結果、上下の動圧発生溝１０７ａ、１０７ｂにおける圧力バランスがａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２となってしまう。その結果、図６の（ｂ）に示すように、スリーブ１０２の下端に向かって矢印Ｒ１で示す方向にオイルを送る輸送力が発生する。この輸送力（圧力）は（ａ１−ａ２）＋（ｂ１−ｂ２）で表される。この時スリーブ１０２の下端は密閉されているため、行き場のないオイルは軸部材１０１を矢印Ｒ２で示すように押し上げるように流動する。このため、モータのロータや回転多面鏡の反射面の高さが安定しないという課題が発生していた。
【０００８】
この課題を解決するために、特開２００２−１０６５４８号公報（特許文献１）には、ヘリングボーン状の動圧発生溝１０７ａ、１０７ｂの中央の折り返し線の位置を、図７の（ａ）に示すように、中央から所定量だけ上方にずらして配設することが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１０６５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献１に記載されたように、ヘリングボーン状の動圧発生溝の中央の折り返し線の位置を、中央から所定量だけ上方にずらして配設する場合、動圧発生溝１０７ａ、１０７ｂの中央からのずらし量と動圧ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２との定量的な関係は明確ではなかった。そのため、中央の折り返し線のずらし量が少ないと依然として（ａ１＋ｂ１）＞（ａ２＋ｂ２）のままとなり、充分な効果を得ることができなかった。また、中央の折り返し線のずらし量が多過ぎると（ａ１＋ｂ１）＜（ａ２＋ｂ２）となり、スリーブ１０２の上方へ向かってオイル１０６を送る輸送力が発生してしまう。このオイルを上方へ送る輸送力が大きい場合は、図７の（ｂ）に示すように、スリーブ１０２の下端のオイルは極端に減り、またスリーブ１０２の上端からオイルが漏れ出していた。そのため、動圧発生溝１０７ｂは正常な動圧を発生できなくなり、軸部材１０１の軸回転が安定せず、軸部材１０１とスリーブ１０２等が接触してしまうといった課題が生じていた。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、オイルがスリーブの下部に送られることによる軸部材の浮上を確実に防ぎ、かつ、オイルが逆にスリーブの上部に送られることによるオイルの漏れ出しや、スリーブと軸部材のかじり等のトラブルも効果的に回避できる動圧軸受装置及び偏向走査装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の動圧軸受装置は、相対的に回転自在に嵌合する軸部材およびスリーブ部材と、両者の間に介在する動作流体とを有し、前記軸部材およびスリーブ部材の少なくとも一方には、１つの折り返し線を有するヘリングボーン状の動圧発生溝がｎ個設けられており、該動圧発生溝により前記動作流体に動圧を発生させる動圧軸受装置であって、各動圧発生溝に設けられた前記折り返し線は、各動圧発生溝の幅方向の中心から上方へずらして配置され、そのずらし量αと前記動圧発生溝の幅Ｌとの関係が、Ｌ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 ‥‥Ｌn （Ｌ1 、Ｌ2 ‥‥‥Ｌn はｎ個の動圧発生溝の各幅）としたとき、α＝α1 ＋α2 ‥‥αn ＝０．０１２Ｌ〜０．０５０Ｌ（α1 、α2 ‥‥‥αn は各動圧発生溝における折り返し線のずらし量）であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の偏向走査装置は、前記動圧軸受装置からなる軸受部と、該軸受部によって回転支持された回転多面鏡とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
動圧発生溝の折り返し線のずらし量を最適化することで、スリーブに対する軸部材の浮上を防ぎ、かつ、オイル漏れや、軸部材と軸受孔がかじる等の不具合を回避する。これによって、軸受性能の安定した動圧軸受装置を実現できる。このような動圧軸受装置を回転多面鏡の軸受部に用いることで、偏向走査装置の高速化、高性能化に大きく貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に示すように、軸部材１とスリーブ２の間や、円板３上のスラスト板４とスリーブ２の下端の間にオイル６が充填される動圧軸受装置において、軸受孔５内のオイル６による動圧のアンバランスによって、オイル６がスリーブ２の下部に送られることによる軸部材１の浮上を確実に防ぐとともに、オイル６が逆にスリーブ２の上部に送られることによるオイル６の漏れ出しや、スリーブ２と軸部材１のかじり等のトラブルも確実に回避するために、図２に示すように、スリーブ２の軸受孔５に設けられるヘリングボーン状の動圧発生溝７ａ、７ｂの折り返し線Ａ、Ｂのずらし量の合計値α＝０．０１２〜０．０５０Ｌ（Ｌ＝Ｌａ＋Ｌｂ）となるように設定する。
【実施例１】
【００１５】
図１の（ａ）は実施例１による偏向走査装置の主要部を示す断面図であり、光ビームを偏向走査するための反射面１１ａを有する回転多面鏡１１とこれを回転駆動するための駆動部を示している。図１の（ｂ）および（ｃ）は、動圧軸受装置の断面図を示すもので、図１の（ｂ）は軸部材１が取り付けられた状態、図１の（ｃ）は軸部材１が取り付けられていない状態を示している。
【００１６】
図１の（ａ）に示すように、軸部材１は永久磁石１２ａとヨーク１２ｂからなるロータ１２と回転多面鏡１１とで一体化されている。また、スリーブ２は、駆動コイル１３ａとステータコア１３ｂからなるステータ１３及び回路基板１４と一体化され、軸部材１とスリーブ２は相互に回転可能に嵌合されている。
【００１７】
ステータコア１３ｂは多極のポールシュウを有し、各ポールシュウに駆動コイル１３ａが巻回されている。多極に磁化された永久磁石１２ａの回転位置により順次通電が切り替えられ、ロータ１２とステータ１３との間に回転力を発生する。駆動コイル１３ａが巻回されたステータコア１３ｂは、駆動回路を構成する回路部品とともに回路基板１４に固定され、回路基板１４は、スリーブ２と一体化されている。このようなロータ部とステータ部をそれぞれ個別に作成し、モータとしての組み立てが行われる。スリーブ２内に、オイル注油装置により規定量の動作流体であるオイル６が注油された後、スリーブ２の内径に回転可能に嵌合する軸部材１が挿入されてモータが完成する。
【００１８】
このように、回転多面鏡１１を回転支持する軸受部である動圧軸受装置は、軸部材１を軸受孔５内に回転自在に支持するスリーブ２と、スリーブ２の下端に固定されて前記軸受孔５を封鎖する円板３及びこれに支持されたスラスト板４と、スリーブ２の軸受孔５の内側面と軸部材１の外側面の間や、スラスト板４と軸部材１の端面の間に充填されたオイル６によって構成されている。
【００１９】
スリーブ２の軸受孔５の上端部、下端部、及び中央部はそれぞれ大径部５ａ、５ｂ、５ｃとなっており、上端の大径部５ａと中央の大径部５ｃの間と、中央の大径部５ｃと下端の大径部５ｂの間とには、それぞれヘリングボーン状の動圧発生溝７ａ、７ｂが形成されている。また、スラスト板４の上面にはスパイラル溝が形成されている。
【００２０】
このように構成された動圧軸受装置において、軸部材１が回転するとスリーブ２の軸受孔５に設けられた動圧発生溝７ａ、７ｂの作用によりオイル６に動圧を発生させ、軸部材１はスリーブ２の軸受孔５に非接触で回転する。またスラスト方向についてもスラスト板４に設けられたスパイラル溝の作用で動圧を発生し軸部材１が浮上した状態で支持される。円板３はスリーブ２の下端の開口部を塞ぐための加締めにより固定され、その影響でスリーブ２の下端部の内径が広がって円筒度が悪化し、軸受間隙が拡大している。
【００２１】
そこで図２に示すように、ヘリングボーン状の動圧発生溝７ａ、７ｂの折り返し線Ａ、Ｂの両方またはそのうちの一方を、ヘリングボーン状の動圧発生溝７ａ、７ｂの幅Ｌａ、Ｌｂの中央よりもスリーブ２の上方側にずらして配置している。これによりａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２の圧力差が発生するため、スリーブ２の下端部の内径が広がることにより発生するａ１＜ａ２、ｂ１＜ｂ２の動圧の不均衡を相殺する。
【００２２】
オイル６を下側に送り込む作用を相殺し、しかも輸送力Ｒ＝（ａ２−ａ１）＋（ｂ２−ｂ１）を極力小さくして軸部材１の浮上を確実に回避するために、各動圧発生溝７ａ、７ｂの幅の合計値Ｌ（Ｌａ＋Ｌｂ）と、折り返し線Ａ、Ｂのずらし量の合計値αとの間に、α＝０．０１２Ｌ〜０．０５０Ｌの関係が成立するように、各折り返し線Ａ、Ｂのずらし量を設定する。
【００２３】
（実験例１）
図１に示した偏向走査装置を使って、動圧発生溝７ａ、７ｂの折り返し線Ａ、Ｂのずらし量と軸部材１の浮上量に関する実験を行った。軸部材１はＳＵＳにより形成され、軸長さ２５ｍｍで軸径はφ３ｍｍである。スリーブ２は真鍮により形成され、軸受孔５と軸部材１とのクリアランスは６μｍである。スリーブ２の内側表面にはヘリングボーン状の動圧発生溝が２つ形成されている。第１の動圧発生溝７ａの軸方向の幅はＬ1 （Ｌａ）＝３ｍｍで、第２の動圧発生溝７ｂの軸方向の幅はＬ２（Ｌｂ）＝２ｍｍである。ステータ１３はステータコア１３ｂに駆動コイル１３ａが巻かれたものであり、ロータ１２は外形がφ２５ｍｍの鉄のヨーク１２ｂに永久磁石１２ａが取り付けられたものである。潤滑油となるオイル６にはエステル系オイルを使用することができ、オイル量はスリーブ２の上端部よりも２ｍｍ低い位置まで満たされている。一般にこの値は動圧軸受装置の機能を発揮するために最低限必要とされる量である。
【００２４】
この偏向走査装置を回転数２００００ｒ／ｍｉｎで回転させ、１０秒後における軸部材の浮上量を測定した。浮上量は軸部材の上端面を軸上からレーザー測長器にて回転中の軸部材の高さを測定することにより測定した。またこの時、スリーブの上端からオイルの漏れ出しがあるかどうかを１００ｈ程度の偏向走査装置の連続駆動を行い、その後偏向走査装置を分解してスリーブ上端からの漏れ出しが有るか無いかを観察した。
【００２５】
第１の動圧発生溝の折り返し線のずらし量の大きさα1 、第２の動圧発生溝の折り返し線のずらし量の大きさα2 を表１に示すように変更した各サンプル１〜９について実験を行い、α（α1 ＋α2 ）と、Ｌ（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）の関係を調べた。
【００２６】
【表１】
2004301325.tif 000003
【００２７】
表１の結果を図３の（ａ）のグラフに示す。グラフの横軸は折り返し線のずらし量（合計値）αであり、縦軸は軸部材の浮上量である。このグラフからわかるように、ずらし量αが０．０１２Ｌ以下のサンプル１〜３では、軸部材の浮上を完全に抑えることができない。また、ずらし量αが０．０５０Ｌ以上のサンプル８、９では、スリーブの上端からオイルが漏れ出し、スリーブの下端のオイルが極端に減り、動圧軸受の耐久を大きく損ねることとなる。
【００２８】
（実験例２）
実験例１と同様に図１に示した偏向走査装置を使って、動圧発生溝の折り返し線のずらし量と軸部材の浮上量に関する実験を行った。軸部材は、軸長さ３０ｍｍで軸径はφ３ｍｍである。スリーブの軸受孔と軸部材とのクリアランスは４μｍである。スリーブの内側表面にはヘリングボーン状の動圧発生溝が２つ形成されている。第１の動圧発生溝の軸方向の幅はＬ１＝４ｍｍで、第２の動圧発生溝の軸方向の幅はＬ２＝３ｍｍである。ステータはステータコアに駆動コイルが巻かれたものであり、ロータは外形がφ３５ｍｍの鉄のヨークに永久磁石が取り付けられたものである。オイルにはエステル系オイルを使用し、オイルの量はスリーブの上端部よりも１ｍｍ低い位置まで満たされている。
【００２９】
この偏向走査装置を回転数３５０００ｒ／ｍｉｎで回転させ、１０秒後における軸部材の浮上量を測定した。浮上量は軸部材の上端面を軸上からレーザー測長器にて回転中の軸部材の高さを測定することにより測定した。またこの時、スリーブの上端からオイルの漏れ出しがあるかどうかを１００ｈ程度の偏向走査装置の連続駆動を行い、その後偏向走査装置を分解してスリーブ上端からの漏れ出しが有るか無いかを観察した。
【００３０】
第１の動圧発生溝の折り返し線のずらし量の大きさα1 、第２の動圧発生溝の折り返し線のずらし量の大きさα2 を表２に示すように変更して実験を行った。
【００３１】
実験例１と異なり実験例２においては、ずらし量の大きさα1 、α2 を大きく変えて実験を行った。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
表２の結果を図３の（ｂ）のグラフに示す。グラフの横軸は折り返し線のずらし量（合計値）αであり、縦軸は軸部材の浮上量である。このグラフからわかるように、ずらし量αが０．０１２Ｌ以下のサンプル１０〜１２では、軸部材の浮上を完全に抑えることができない。また、ずらし量αが０．０５０Ｌ以上のサンプル１７、１８では、スリーブの上端からオイルが漏れ出し、スリーブの下端のオイルが極端に減り、動圧軸受装置の耐久を大きく損ねることとなる。
【００３４】
（実験例３）
実験例１と同様に図１に示した偏向走査装置を使って、動圧発生溝の折り返し線のずらし量と軸部材の浮上量に関する実験を行った。軸部材は、軸長さ３０ｍｍで軸径はφ２．５ｍｍである。スリーブの軸受孔と軸部材とのクリアランスは３μｍである。スリーブの内側表面にはヘリングボーン状の動圧発生溝が複数形成されている。ステータはステータコアに駆動コイルが巻かれたものであり、ロータは外形がφ３５ｍｍの鉄のヨークに永久磁石が取り付けられたものである。オイルにはエステル系オイルを使用し、オイルの量はスリーブの上端部よりも１ｍｍ低い位置まで満たされている。
【００３５】
この偏向走査装置を回転数４００００ｒ／ｍｉｎで回転させ、２０秒後における軸部材の浮上量を測定した。浮上量は軸部材の上端面を軸上からレーザー測長器にて回転中の軸部材の高さを測定することにより測定した。またこの時、スリーブの上端からオイルの漏れ出しがあるかどうかを１００ｈ程度の偏向走査装置の連続駆動を行い、その後偏向走査装置を分解してスリーブ上端からの漏れ出しが有るか無いかを観察した。
【００３６】
動圧発生溝の数が２つの場合、３つの場合、４つの場合について実験を行った。この時の各動圧発生溝の折り返し線のずらし量の大きさをα1 、α2 、α3 、α4 、各動圧発生溝の幅をＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、Ｌ4 とし、α＝α1 ＋α2 ＋α3 ＋α4 、Ｌ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 ＋Ｌ3 ＋Ｌ4 とする。
【００３７】
【表３】
2004301325.tif 000005
【００３８】
表３の結果を図３の（ｃ）のグラフに示す。グラフの横軸は折り返し線のずらし量（合計値）αであり、縦軸は軸部材の浮上量である。このグラフからわかるように、ずらし量αが０．０１２Ｌ以上であれば、軸部材の浮上を完全に抑えることができる。また、ずらし量αが０．０５０Ｌ以上のサンプル２４では、スリーブの上端からオイルが漏れ出し、スリーブの下端のオイルが極端に減り、動圧軸受装置の耐久を大きく損ねることとなる。
【００３９】
以上示した実験例１〜３から、ｎ個の動圧発生溝の折り返し点のずらし量α1 、α2 ・・・・αn の合計αを、０．０１２Ｌ以上とすることにより、前記輸送力Ｒが、オイルを上側に送り込み過ぎる程の大きな輸送力になるのを防ぐことができる。また、０．０５０Ｌ以下にすることにより、オイルがスリーブの上部から漏れ出したり、または、動圧発生溝が正常な動圧を発生しなくなり、軸部材とスリーブの軸受孔がかじる等のトラブルを防ぐことができる。
【００４０】
なお、実験の結果、軸部材の軸径がφ２〜φ４ｍｍ、また軸部材とスリーブとのクリアランスが半径にて３〜８μｍ、軸部材の回転速度が２００００〜４００００ｒ／ｍｉｎであれば上記の条件で同様の効果を達成することができることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施例１による偏向走査装置を示すもので、（ａ）はその模式断面図、（ｂ）は（ａ）のスリーブのみを示す断面図、（ｃ）は（ａ）の動圧軸受装置を示す断面図である。
【図２】実施例１における動圧発生溝の圧力バランスを説明する図である。
【図３】実験例１〜３による折り返し線のずらし量と軸部材の浮上量の関係を示すグラフである。
【図４】一従来例による動圧軸受装置を示す図である。
【図５】図４の従来例における動圧発生溝の圧力バランスを示す図である。
【図６】図４の従来例における動圧発生溝の圧力バランスの劣化を示す図である。
【図７】動圧発生溝の折り返し線のずらし量が不適切である場合の動圧発生溝の圧力バランスの劣化によるオイル漏れおよび軸部材のかじりを説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    軸部材
２    スリーブ
３    円板
４    スラスト板
５    軸受孔
５ａ、５ｂ、５ｃ    大径部
６    オイル
７ａ、７ｂ    動圧発生溝
１１    回転多面鏡
１２    ロータ
１２ａ    永久磁石
１２ｂ    ヨーク
１３    ステ−タ
１３ａ    駆動コイル
１３ｂ    ステ−タコア
１４    回路基板
【図１】
2004301325.tif 000006
【図２】
2004301325.tif 000007
【図３】
2004301325.tif 000008
【図４】
2004301325.tif 000009
【図５】
2004301325.tif 000010
【図６】
2004301325.tif 000011
【図７】
2004301325.tif 000012