(57)【要約】【課題】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、動圧流体軸受装置において、回転軸を中空スリーブに挿入した際、オイル溜り部においては、空気層が発生する。空気層が温度変化により、膨張・収縮し軸受負荷変動の発生や寿命の著しい低下を引き起こす問題を解決し、軸受装置内に空気層を介在させることなく、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。【解決手段】少なくとも２組の動圧発生溝１０３、１０４を有した中空スリーブ１０２と回転軸１０１とを有し、動圧発生溝１０３、１０４の間が折り返し部２０７を有した第１のテーパ部２０８と第２のテーパ部２０９を設けることにより、軸受装置内に空気層を介在させることなく、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が得られる。【選択図】図１
2005320985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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組の動圧発生溝を有し、前記２組の動圧発生溝の間が折り返し部を有した軸方向に沿って上方から折り返し部に向かって径が大きくなる第１のテーパ部と下方から折り返し部へ向かって径が大きくなる第２のテーパ部で連通していることを特徴とする動圧流体軸受装置。
【請求項２】
回転軸と２組の動圧発生溝の間に配置された第１のテーパ部と第２のテーパ部の折り返しとの隙間をΔＲとした場合、５０μｍ≦ΔＲ≦３００μｍに設定した請求項１記載の動圧流体軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
図５に従来の動圧流体軸受装置の構造を示す。図５において回転軸１０１が中空スリーブ１０２に回転自在に挿入され、中空スリーブ１０２内径面に、円筒状の動圧発生溝１０３、１０４が軸方向に間隔をおいて、二ヶ所に設けられている。
【０００４】
中空スリーブ１０２の内径面には、二ヶ所の動圧発生溝１０３、１０４の間に軸受隙間１０５より大きな隙間のオイル溜り部１０６が設けてある。このオイル溜り部１０６から軸受隙間１０５に連なる箇所は、軸受隙間１０５に向かって狭くなるテーパ部１０７となっており、前記テーパ部１０７のテーパ角度θの大きさは、１０°よりも大きく６０°より小さい角度に形成されている。
なお、オイル溜り部１０６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１０８が設けられている。
【特許文献１】特開平６−１３７３２０号公報（第４頁、図１）
【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、上記従来の構成では、回転軸１０１を中空スリーブ１０２に挿入した際、軸受隙間１０５には、表面張力によりオイルが保持されるが、オイル溜り部１０６においては、表面張力が働かず、空気層１０９が発生すると共に、テーパ部１０７においても、オイル溜り部１０６の内径の大きさによっては、表面張力が働かず空気層１０９が生じ、軸受隙間１０５部へ、オイルを供給するどころか、空気層１０９を供給することとなり、軸受隙間１０５部で油膜切れが生じ、軸受負荷変動の発生や寿命の著しい低下を引き起こすと共に、オイル溜り部１０６は、中空スリーブ１０２の空間体積に占める割合が大きく、オイル注入した場合に、オイル溜り部１０６において、空気層１０９が生じてしまうと、中空スリーブ１０２内のオイル注入量に大きなバラツキが生じてしまい、オイル注入量不足や中空スリーブ１０２から溢れ出すという課題があった。
【０００６】
また、動圧軸受装置内部に、空気層１０９が介在する場合、動圧軸受装置の温度変化により、空気層１０９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１０６の空気層１０９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１０８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１０８からは、空気層１０９だけでなく、オイル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。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、軸受装置内に空気層を介在させることなく、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、２組の動圧発生溝の間にあるオイル溜り部が、折り返し部を有した軸方向に沿って上方から折り返し部に向かって径が大きくなる第１のテーパ部と下方から折り返し部へ向かって径が大きくなる第２のテーパ部で連通しているものであり、オイル溜り部が折り返しを有した軸方向に沿って上方から折り返し部に向かって径が大きくなる第１のテーパ部と下方から折り返し部へ向かって径が大きくなる第２のテーパ部で動圧発生溝と連通していることにより、オイル溜り部でのオイル保持性を向上させ、空気層の発生を無くすと共に、オイル溜り部でのオイル循環を可能とし、オイル劣化を抑制し、オイル内に介在する微小な気泡が発生した場合においても、微小な気泡を軸受外部へ確実に排出できるとしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転軸挿入時に発生する動圧軸受装置内の空気層を防止することができ、オイル溜り部でのオイル循環を可能とし、オイル劣化を抑制し、オイル内に介在する微小な気泡が発生した場合においても、微小な気泡を軸受外部へ確実に排出できるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明は、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、前記スリーブの内周面又は軸の外周面のいずれか一方には、少なくとも２組の動圧発生溝を有し、前記２組の動圧発生溝の間が折り返し部を有した軸方向に沿って上方から折り返し部に向かって径が大きくなる第一のテーパ部と下方から折り返し部へ向かって径が大きくなる第２のテーパ部で連通していることを特徴とする動圧流体軸受装置としたものであり、オイル溜り部が折り返しを有した軸方向に沿って上方から折り返し部に向かって径が大きくなる第一のテーパ部と下方から折り返し部へ向かって径が大きくなる第２のテーパ部で動圧発生溝と連通していることにより、オイル溜り部でのオイル保持性を向上させ、回転軸挿入時に発生する空気層を無くすと共に、中空スリーブの空間体積に占める割合が大きいオイル溜り部に、空気層が生じないことから、当然のことながら、中空スリーブ内のオイル注入量にバラツキが生じることなく、安定したオイル注入量を得る事ができる。また、前記テーパ部により、オイル溜り部でのオイル循環を可能とし、オイル劣化を抑制し、オイル内に微小な気泡が発生した場合においても、微小な気泡を軸受外部へ確実に排出できるという作用を有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、軸と２組の動圧発生溝の間に配置されたテーパ部の折り返しとの隙間をΔＲとした場合、５０μｍ≦ΔＲ≦３００μｍである請求項１記載の動圧流体軸受装置としたものであり、オイルの表面張力は、ΔＲが５０μｍ未満の場合、急激に表面張力が増加し、ΔＲが３００μｍを超えると、表面張力は無くなることから、オイル溜り部の折り返し部と軸との隙間を、５０μｍ≦ΔＲ≦３００μｍとすることにより、オイル溜り部での軸受損失を著しく増加させることなく、且つ、表面張力不足から、回転軸挿入時にオイル溜り部でのオイルの落ち込みによる空気層発生を防止するという作用を有する。
【実施例】
【００１２】
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。
【００１３】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における動圧流体軸受装置の側断面図である。図１において、図５と同じ構成については、同じ符号を用い、説明を省略する。
【００１４】
図１において中空スリーブ１０２の動圧発生溝１０３、１０４と回転軸１０１の間には
、軸受隙間１０５を保ってオイル２０６が満たされており、オイル溜り部１０６は、動圧発生溝１０３、１０４に連通するように、折り返し部２０７を有した、回転軸１０１方向に沿って上方から折り返し部２０７に向かって径が大きくなる第１のテーパ部２０８と下方から折り返し部２０７へ向かって径が大きくなる第２のテーパ部２０９から構成されている。
【００１５】
また、図２ａ、図２ｂは、中空スリーブ１０２に回転軸１０１を挿入している模式図である。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。
【００１６】
図２ａにおいて、回転軸１０１が中空スリーブ１０２に挿入される場合、回転軸１０１がオイル溜り部１０６の折り返し部２０７に到達した際においても、表面張力２１０が働いており、くさび効果により動圧発生溝１０３方向へ保持された状態を保っている。更に、図２ｂに示す通り、回転軸１０１が動圧発生溝１０４へ到達しようとする状態においては、動圧発生溝１０４に向かって、表面張力が増加するように構成されている。
【００１７】
また、図３は、回転軸１０１が回転した場合のオイル溜り部１０６の詳細図である。図３において、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。
【００１８】
回転軸１０１が回転することにより、第１のテーパ部２０８の近傍では、オイル２０６は折り返し部２０７の方向へ向かう力が働き、第２のテーパ部２０９の近傍においても、オイル２０６は、折り返し部２０７の方向へ向かう力が働いており、オイル溜り部１０６でオイル２０６は循環する流れ２１２が働く。気泡２１１は、回転軸１０１の回転により生じる微小な気泡２１１である。
【００１９】
上記構成により回転軸１０１が中空スリーブ１０２に挿入された場合、オイル溜り部１０６に施されている第１のテーパ部２０８において、動圧発生溝１０３に向かって表面張力２１０が増加しており、くさび効果により動圧発生溝１０３方向へオイル２０６は保持されて、更に、第２のテーパ部２０９では、動圧発生溝１０４に向かって、表面張力２１０が増加することから、オイル溜り部１０６への空気流入を確実に防止できる。
【００２０】
また、オイル２０６に働く表面張力２１０によって、オイル２０６を保持することにより、中空スリーブ１０２に回転軸１０１を挿入する際に生じる空気層を無くすことが出来ると共に、回転軸１０１が回転することにより、第１のテーパ部２０８の近傍では、オイル２０６は折り返し部２０７の方向へ向かう力が働き、第２のテーパ部２０９の近傍においても、オイル２０６は、折り返し部２０７の方向へ向かう力が働いており、オイル溜り部１０６でオイル２０６が循環することから、オイル２０６の劣化を抑制することができる。更に、回転軸１０１の回転により、オイル２０６には、微小に気泡２１１が発生するが、回転軸１０１が回転を停止した場合には、中空スリーブ１０２内圧開放と共に、第１のテーパ部２０８及び第２のテーパ部２０９に沿って、気泡２１１は、軸受外部へ排出される。
【００２１】
（実施例２）
図４ａは、隙間と表面張力の関係を示したグラフであり、図４ｂは、隙間と軸受損失の関係を示したグラフである。
オイルを表面張力により、安定して保持する場合、表面状態を考慮した場合、５Ｐａ以上の表面張力が必要となる。表面張力は、隙間が５０μｍを境として、急激に増加し、３００μｍを超えると、必要とされる５Ｐａを下回ることがわかる。
【００２２】
一方、表面張力＝軸受損失となることは、一般的に知られていることであるが、軸受損失については、表面張力が増加する５０μｍを境として、急激に増加していることが解る
。
図１において、回転軸１０１とオイル溜り部１０６の折り返し部２０７の隙間を５０μｍ≦ΔＲ≦３００μｍすることにより、オイル保持に十分な表面表力が得られると共に、軸受損失が殆ど増加しない領域にオイル溜り部１０６の隙間ΔＲを設定する事ができることから、オイル保持性に優れた、低軸受損失なオイル溜り部１０６に空気層の発生しない動圧流体軸受装置が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の動圧流体軸受装置は、動圧軸受装置内の空気層の発生を防止することができ、動圧発生溝部へ、オイル溜り部からスムーズにオイル供給が行えるという有利な効果を有し、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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１における動圧流体軸受装置を示す側断面図
【図２】本発明の実施例１の説明図、（ａ）は本発明の実施例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）は本発明の実施例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
【図３】本発明の実施例１における動圧流体軸受装置の動作説明のための詳細図
【図４】本発明の実施例２の説明図、（ａ）は本発明の実施例２における動圧流体軸受装置の効果説明のための隙間と表面張力のグラフ、（ｂ）は本発明の実施例２における動圧流体軸受装置の効果説明のための隙間と軸受損失のグラフ
【図５】従来の動圧流体軸受装置の側断面図
【符号の説明】
【００２５】
１０１  回転軸
１０２  中空スリーブ
１０３、１０４  動圧発生溝
１０５  軸受隙間
１０６  オイル溜り部
１０７  テーパ部
１０８  空気抜き孔
１０９  空気層
２０６  オイル
２０７  折り返し部
２０８  第１のテーパ部
２０９  第２のテーパ部
２１０  表面張力
２１１  気泡
２１２  循環する流れ
θ  テーパ角度
ΔＲ  テーパ部の折り返しとの隙間
【図１】
2005320985.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005320985.tif 000006
【図５】
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