(57)【要約】【課題】  回転による起動、停止時の摺動面の摩耗が小さく、使用姿勢や状態による振動衝撃にも強く、更にコストが安い動圧流体軸受を提供する。【解決手段】  本発明は、支持体１２と該支持体１２の回りを回転する回転体４０とを有する動圧流体軸受において、支持体１２および回転体４０の少なくとも一方の摺動面にテトラヘデラルアモルファスカーボンの膜を形成したことを特徴とする。支持体１２および回転体４０は、プラスチックにより形成されている。テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜は、フィルタード・カソーディック・バキューム・アーク・テクノロジー法を用いて形成される。また、支持体１２の摺動面にテトラヘデラルアモルファスカーボンの膜を形成する前に支持体１２の外周面に動圧溝１６、１８を形成する。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と該支持体の回りを回転する回転体とを有する動圧流体軸受において、
前記支持体および前記回転体の少なくとも一方の摺動面にテトラヘデラルアモルファスカーボンの膜を形成したことを特徴とする動圧流体軸受。
【請求項２】
前記支持体および前記回転体の少なくとも一方は、非金属材料又は金属材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の動圧流体軸受。
【請求項３】
前記支持体および前記回転体の少なくとも一方は、アルミ系非金属材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の動圧流体軸受。
【請求項４】
前記支持体および前記回転体の少なくとも一方は、プラスチックにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の動圧流体軸受。
【請求項５】
前記支持体および回転体の少なくとも一方は、セラミックスにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の動圧流体軸受。
【請求項６】
前記テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜は、フィルタード・カソーディック・バキューム・アーク・テクノロジー法を用いて形成されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の動圧流体軸受。
【請求項７】
前記テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜は０．１μｍ以上の厚さで形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の動圧流体軸受。
【請求項８】
前記支持体の摺動面に前記テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜を形成する前に前記支持体の外周面に形成された動圧溝を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の動圧流体軸受。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の動圧流体軸受を有する光走査装置。
【請求項１０】
支持体と該支持体の回りを回転する回転体とを有する動圧流体軸受の製造方法であって、
前記支持体および前記回転体の少なくとも一方の摺動面にテトラヘデラルアモルファスカーボンの膜を形成する工程を含むことを特徴とする動圧流体軸受の製造方法。
【請求項１１】
前記テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜は、フィルタード・カソーディック・バキューム・アーク・テクノロジー法を用いて形成されることを特徴とする請求項１０に記載の動圧流体軸受の製造方法。
【請求項１２】
前記支持体の摺動面に前記テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜を形成する前に前記支持体の外周面に動圧溝を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の動圧流体軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動圧流体軸受、光走査装置および動圧流体軸受の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光走査装置の回転多面鏡を回転させるために動圧空気軸受が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１のような金属材を用いて軸受を構成した場合、軸受のクリアランスが４〜８μｍと隙間が狭く湿度や異物など齧って焼付きが発生し、致命的なトラブルが発生するという問題がある。この問題を解決するため、例えば特許文献２のように湿度等に強いセラミックの軸受が使用されている。
【０００３】
しかし、セラミックの軸受の材料は高く、脆い、また軸受の回転、停止に対してセラミック材同士摺動面において摩耗が著しく進行し、耐久性等に問題がある。更にこの問題を解決するため、例えば特許文献３のようにセラミックの軸受の摺動面に非晶硬質炭素膜を形成する事で摩耗を防いでいる。
【特許文献１】特開平４−１３１５１４号公報
【特許文献２】特開昭６３−３８７１５号公報
【特許文献３】特開平８−９３７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、コストが高いセラミック材に、更に非晶硬質炭素膜の形成しているため、軸受のコストが高くなる。また膜を形成する母材がセラミックで脆性材料であることから衝撃に弱いと問題が発生する。近年プリンタや複写機等の出力スピードが早いのを望む声が高く、益々光走査装置の回転スピ-トが早くなり、軸受の接触による摩耗や振動衝撃にクラックが益々重要になって来る。又、省エネ等環境問題に配慮して起動、停止の回数が益々増える傾向にある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、回転による起動、停止時の摺動面の摩耗が小さく、使用姿勢や状態による振動衝撃にも強く、更にコストが安い動圧流体軸受、光走査装置および動圧流体軸受の製造方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、支持体と該支持体の回りを回転する回転体とを有する動圧流体軸受において、前記支持体および前記回転体の少なくとも一方の摺動面にテトラヘデラルアモルファスカーボン（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｃａｒｂｏｎ：ｔａ−ｃ）の膜を形成したことを特徴とする。本発明によれば、回転による起動、停止時の摺動面の摩耗が小さく、使用姿勢や状態による振動衝撃にも強く、更にコストが安い動圧流体軸受を提供することができる。
【０００７】
また、前記支持体および前記回転体の少なくとも一方は、非金属材料又は金属材料により形成されていると良い。前記支持体および前記回転体の少なくとも一方は、アルミ系非金属材料により形成されていると良い。前記支持体および前記回転体の少なくとも一方は、プラスチックにより形成されていると良い。前記支持体および回転体の少なくとも一方は、セラミックスにより形成されている良い。
【０００８】
前記テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜は、フィルタード・カソーディック・バキューム・アーク・テクノロジー（ＦＣＶＡ：Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｃａｔｈｏｄｉｃ  Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）方法を用いて形成されると良い。特に、前記テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜は０．１μｍ以上の厚さで形成されていると良い。
【０００９】
本発明の動圧流体軸受は、前記支持体の摺動面に前記テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜を形成する前に前記支持体の外周面に形成された動圧溝を有する。本発明によれば、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜の効果を得ながら動圧溝により回転を安定させることができる。本発明は上記動圧流体軸受を有する光走査装置である。
【００１０】
本発明は、支持体と該支持体の回りを回転する回転体とを有する動圧流体軸受の製造方法であって、前記支持体および前記回転体の少なくとも一方の摺動面にテトラヘデラルアモルファスカーボンの膜を形成する工程を含む。本発明によれば、回転による起動、停止時の摺動面の摩耗が小さく、使用姿勢や状態による振動衝撃にも強く、更にコストが安い動圧流体軸受を提供することができる。前記テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜は、ＦＣＶＡ方法を用いて形成されると良い。
【００１１】
本発明の動圧流体軸受は、前記支持体の摺動面に前記テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜を形成する前に前記支持体の外周面に動圧溝を形成する工程をさらに含む。本発明によれば、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜の効果を得ながら動圧溝により回転を安定させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転による起動、停止時の摺動面の摩耗が小さく、使用姿勢や状態による振動衝撃にも強く、更にコストが安い動圧流体軸受、光走査装置および動圧流体軸受の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る光走査装置の概要図である。図１に示すように、光走査装置１００では、光源１０２から出射された光ビーム１０４はコリメートレンズ１０６によって略平行拘束され、光偏向器１０に備えられた回転多面鏡２６によって、反射される。回転多面鏡２６は一定の回転数で矢印Ａ方向へ回転しており、回転多面鏡２６によって反射された光ビーム１０４は、結像レンズ郡１０８を透過した後、被走査媒体１１０上を矢印方向Ｂ方向に沿って略一定の速度で走査される。反射鏡１１２と受光素子１１４とで構成され、光ビーム１０４の位置を検出する第１の検出装置１１６と、反射鏡１１８と受光素子１２０とで構成され、光ビーム１０４の位置を検出する第２の検出装置１２２と、がそれぞれ配設されている。
【００１４】
また、第１の検出装置１１６及び第２の検出装置１２２は、回転多面鏡２６で走査された光ビーム１０４の通過する画像エリア外の光路上の特定位置に設けられており、反射鏡１１２によって反射された光ビーム１０４は受光素子１１４によって受光され、反射鏡１１８によって反射された光ビーム１０４は受光素子１２０によって受光される。
【００１５】
一方、光ビーム１０４は一走査毎に反射鏡１１２で反射され、図示しない光検出器によって電気信号として変換される。変換された電気信号は、主走査の書き込み位置を決定するために用いられ、図示しない制御装置によって、所望の書き込み位置に相当する主走査の書き込みタイミングを決定し、変調回路にて変調された光ビーム１０４が光源１０２から出射され、矢印Ｃ方向に回転する被走査媒体１１０上に記録画像の潜像が形成される。走査方向を被走査媒体１１０上で矢印Ｂ方向と反対方向にする必要がある場合、光ビーム１０４の位置を検出するには、反射鏡１１８及び受光素子１２０からなる第２の検出装置１２２が使用される。
【００１６】
このように、画像エリア外に設けられた第１の検出装置１１６及び第２の検出装置１２２の出力を、光偏向器１０の回転方向に応じて、光検出タイミングが画像書き込み前か、画像書き込み後かを判断し、書き込みタイミングを決定してやることにより、光偏向器１０の双方向走査が可能となる。
【００１７】
図２は本発明の実施形態に係る光偏向器の構造を示す図である。図３（ａ）は回転スリーブと回転多面鏡の一部の断面図、同図（ｂ）は支持体の斜視図を示す図である。
【００１８】
図２に示すように、光偏光器１０には支持体１２が備えられており、この支持体１２はネジ（不図示）によってベース１４に固定されている。支持体１２の外周面には、数μｍ〜数十μｍの動圧溝１６、１８が周方向に沿って複数形成されている。また、支持体１２には円筒状の回転スリーブ２０が支持体１２との間に数μｍ〜数十μｍの間隙を設けて回転可能に挿通されている。回転スリーブ２０の外周には、環状の駆動マグネット２２が外嵌されている。この駆動マグネット２２の天面には、フラン２４が設けられており、このフラン２４の上に回転多面鏡２６が載置され、バネ２８によって回転スリーブ２０に固定されている。
【００１９】
駆動マグネット２２には隣接する区分が異極となるようにＮ極とＳ極とが着磁されている。また、駆動マグネット２２の軸方向の対向した位置には、駆動コイル３０が配置されており、この駆動コイル３０に順次通電を行うことによって、回転スリーブ２０と、駆動マグネット２２、回転多面鏡２６で構成される回転体４０が回転する。支持体１２の摺動面にはテトラヘデラルアモルファスカーボンの膜６０が形成されている。支持体１２の回りを回転する回転体の一部を構成する回転スリーブ２０の摺動面にテトラヘデラルアモルファスカーボンの膜５０が形成されている。
【００２０】
以上のような構成によって、回転体４０が回転すると、支持体１２と回転スリーブ２０との間隙には動圧が発生し、回転スリーブ２０は支持体１２の半径方向に対して非接触で支持され（いわゆるラジアル動圧空気軸受）、回転体４０を高速で安定して回転させることができる。なお、光偏光器１０のうち回転多面鏡２６を除いた部分が動圧空気軸受となる。
【００２１】
図４（ａ）は、テトラヘデラルアモルファスカーボンの分子構造を示す図、（ｂ）は非結晶硬質炭素の分子構造をそれぞれ示す図である。ダイヤモンドとグラファイト（黒鉛）は、同じ炭素原子から作られている。ダイヤモンドは、炭素原子のｓｐ3結合からなる結晶構造をしている。グラファイトは、炭素原子のｓｐ2結合からなる結晶構造をしている。テトラヘデラルアモルファスカーボンは、炭素原子ｓｐ3結合および炭素原子ｓｐ2結合の非晶質構造をしている。水素は含まない。ＦＣＶＡ法によるテトラヘデラルアモルファスカーボンの膜は、ｓｐ3結合を４０〜８０％含む。
【００２２】
テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜５０、６０は、ＦＣＶＡ法を用いて形成される。ここで、ＦＣＶＡ法とは同じ炭素原子からなる黒鉛からダイヤモンド薄膜をコーティングするものを指す。具体的には、膜を形成する支持体１２又は回転スリ-ブ２０をセット治具に配置して、セット治具を温度が８０℃以上である真空チャンバ内の所定位置に配置する。そして、炭素原子の基になる黒鉛を装置の所定の位置にセットし、バキュームーアーク放電により、炭素プラズマを作り出し、電磁気的空間フィルターによりイオン化した炭素のみ抽出する。次に、イオン化された炭素をスキャニングすると共に支持体１２又は回転スリーブ２０を配置したセット治具は決められた回転スピ-ト回転する事で支持体１２又は回転スリーブ２０に０．１μｍ以上の一様なダイヤモンド薄膜を形成する。
【００２３】
なお、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜５０、６０は、０．１μｍ以上の厚さで形成されているのが良い。より好ましくは、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜５０、６０は、特に０．１μｍ以上１μｍ以下の厚さで形成されているのがよい。また、支持体１２に動圧溝１６、１８を形成するときは、まず、支持体１２の外周面に動圧溝１６、１８を形成し、次いで、支持体１２の摺動面に、動圧溝１６、１８の上からテトラヘデラルアモルファスカーボンの膜６０を形成するとよい。これにより、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜の効果を得ながら動圧溝により回転を安定させることができる。
【００２４】
なお、支持体１２および回転体４０を構成する回転スリーブ２０は、非金属材料又は金属材料により形成されていてもよい。また、支持体１２および回転体４０を構成する回転スリーブ２０は、アルミ系非金属材料により形成されていてもよい。さらに、支持体１２および回転体４０を構成する回転スリーブ２０は、プラスチックにより形成されていてもよい。また、支持体１２および回転体４０は、セラミックスにより形成されていてもよい。本発明の実施形態によれば、回転による起動、停止時の摺動面の摩耗が小さいため耐摩擦性にも強く、使用姿勢や状態による振動衝撃にも強く、更にコストが安い動圧流体軸受を提供することができる。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明の実施例について説明する。
【表１】
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【００２６】
テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜を形成した場合とダイアモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ（比較例）の膜を形成した場合の比較を表１に示す。ここでは、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜の成膜方法は、ＦＣＶＡ法を用いる。ダイアモンドライクカーボンの膜の成膜方法は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）／ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いる。
【００２７】
成膜温度は、ＦＣＶＡ法が８０℃、ＣＶＤ／ＰＶＤ法が２００℃であるため、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜の方が成膜温度が低いので安く膜を形成することができる。成膜速度は、ＦＣＶＡ法では１．５ｎｍ／ｓ、ＣＶＤ／ＰＶＤ法では０．５ｎｍ／ｓであるため、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜の方が成膜速度が早いので、膜を安く形成することができる。膜厚は、ＦＣＶＡ法では０．１μｍ、ＣＶＤ／ＰＶＤ法では１．５μｍであるため、成膜の膜厚が広い形成ができる。
【００２８】
硬度は、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜が６４ＧＰａ、ダイアモンドライクカーボンの膜が１５ＧＰａであるため、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜の硬度の方が４倍程度高いので、キズ付きにくいという特性がある。ヤング率は、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜が５０９ＧＰａ、ダイアモンドライクカーボンの膜が１２０ＧＰａであるため、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜のヤング率の方が４倍高いため変形し難い。
【００２９】
摩擦係数は、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜が０．０８、ダイアモンドライクカーボンの膜が０．１４であるため、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜の摩擦係数の方が１．８倍程度低いので、省エネルギーで実現できる。臨界負荷は、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜が１２５０ｍＮ、ダイアモンドライクカーボンの膜が１９０ｍＮであるため、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜の臨界負荷の方が６．６倍程度高いので大きな力にも耐えることができる。
【００３０】
ＦＣＶＡ法の場合、適用基材は、金属、セラミックス、ガラス、プラスチックなどであるのに対して、ＣＶＤ／ＰＶＤ法の場合、適用基材は、金属、セラミックス、ガラスなどである。したがって、テトラヘデラルアモルファスカーボンの膜の場合、プラスチックにも適用できるため、ダイアモンドライクカーボンの膜よりも適用範囲が広い。
【００３１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。上記は実施形態では動圧空気軸受について述べたがこれは動圧オイル軸受等ほかの動圧流体軸受にも同様に適用出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る露光装置の概要図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光偏向器の構造を示す図である。
【図３】（ａ）は回転スリーブと回転多面鏡の一部の断面図、（ｂ）は支持体の斜視図を示す図である。
【図４】（ａ）は、テトラヘデラルアモルファスカーボンの分子構造を示す図、（ｂ）は非結晶硬質炭素の分子構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００  光走査装置
１０  光偏光器
１２  支持体
１４  ベース
１６、１８  動圧溝
２０  回転スリーブ
２２  駆動マグネット
２６  回転多面鏡
３０  駆動コイル
４０  回転体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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