(57)【要約】【課題】動圧軸受を使用したスキャナーモータ等において、回転軸の回転により潤滑油が固定スリーブ内から排出されるのを防ぐ。【解決手段】ポリゴンミラー５と結合された回転軸１は、固定スリーブ１０内に回転自在に嵌合し、動圧発生用溝１６によって回転軸１と固定スリーブ１０の軸受間隙の潤滑油に動圧を発生させる。回転軸１は、２つの動圧発生用溝１６の間に逃げ溝１７を有し、その溝面には保油機能のある多孔質皮膜２０が化成処理によって形成され、軸受間隙から潤滑油が排出されるのを防ぐことで、モータの駆動を長期的に安定させる。【選択図】図１
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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およびスリーブを有し、前記軸と前記スリーブの間に充填された潤滑油によって動圧を発生させる動圧軸受装置において、前記軸と前記スリーブは、前記動圧を発生するための軸受間隙を有する動圧発生部と、前記動圧発生部より大きい軸受間隙を形成する逃げ部と、を備えており、前記逃げ部における前記軸および前記スリーブの少なくとも一方に、化成処理による多孔質皮膜を形成したことを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項２】
前記逃げ部は、前記軸および前記スリーブの少なくとも一方に形成された環状溝を有し、前記環状溝の溝面に前記多孔質皮膜を形成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】
前記多孔質皮膜はリン酸塩微結晶集合体を有することを特徴とする請求項１または２記載の動圧軸受装置。
【請求項４】
前記リン酸塩微結晶集合体はリン酸マンガンであることを特徴とする請求項３記載の動圧軸受装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか１項記載の動圧軸受装置によって回転多面鏡を回転支持することを特徴とする回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザービームプリンター（ＬＢＰ）などのスキャナーモータに搭載される動圧軸受装置および回転装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なＬＢＰ等の記録装置の動作原理は、レーザー発信源から照射されたレーザー光を感光ドラムの外周の感光面に走査し、感光面のレーザー光を受光した部分を露光して帯電させる。その帯電部にトナーを付着させ、トナーを紙やその他の記録媒体に転写させることにより記録を行うものである。通常は、回転するポリゴンミラー（回転多面鏡）を用いることにより、レーザー発信源から照射されたレーザー光を感光ドラムの外周に走査させている。
【０００３】
このようなＬＢＰにおいて、近年では記録の高速化と高精度化に伴って、スキャナーモータに対し２００００ｒｐｍ以上の高速回転や回転むら低減等の高性能化の要求が高まっている。
【０００４】
一般的には、ＬＢＰのスキャナーモータはポリゴンミラーとスピンドルモータとから構成されている。すなわち、スピンドルモータの回転軸にポリゴンミラーが取り付けられて、スピンドルモータの回転軸の回転によりポリゴンミラーが回転する。ポリゴンミラーは、ミラー面の法線ベクトルがスピンドルモータの軸と直交するように固定されており、このポリゴンミラーが高速で回転することにより、前記ＬＢＰの感光ドラム上にレーザービームが高精度に走査される。
【０００５】
図３は、従来の軸回転タイプのポリゴンミラー付きスキャナーモータを示す。モータの回転軸１０１には取付けリング１０２が固定されている。取付けリング１０２にはロータヨーク１０３が固定され、ロータヨーク１０３には駆動マグネット１０４が固定されている。取付けリング１０２の上部基準面にはポリゴンミラー１０５が取り付けられ、波ワッシャ１０６と平ワッシャ１０７と止め金具１０８により押圧固定されている。このようにして結合されている回転軸１０１とロータヨーク１０３とポリゴンミラー１０５とが、このモータの回転体となる。
【０００６】
一方、固定部材であるハウジング１０９には、固定スリーブ１１０、鉄基板１１１、回転力を付与するためのステータコア１１２とが固定されている。鉄基板１１１には駆動ＩＣ等の回路部品１１４が実装されている。固定スリーブ１１０の下端部には固定磁石１１３が、回転軸１０１の下端部には浮上磁石１１５がそれぞれ固着され、回転軸１０１は回転自在に保持されている。回転軸１０１の外周には動圧を発生させるために、上下２箇所に動圧発生用溝１１６が形成されている。また、固定スリーブ１１０と回転軸１０１間には潤滑油が充填され、スムーズな回転を行うことができる。
【０００７】
固定スリーブ１１０は、ハウジング１０９の中央部貫通穴内に嵌合されており、固定スリーブ１１０の内径に１〜２μｍ程度のクリアランスをもって回転軸１０１が挿入されている。固定スリーブ１１０内に回転軸１０１が挿入された状態で、ハウジング１０９の貫通穴の下端部は封止部材１１８により塞がれている。これにより、回転軸１０１の高速回転時における動圧発生の安定性と回転安定性とが保証される。ステータコア１１２の突極の周りには、回転磁界を発生するための巻線コイル１１９が取り付けられている。
【０００８】
ロータヨーク１０３の、回転軸１０１に対する同軸度と鉄基板１１１に対する平行度は、ハウジング１０９の加工精度により保証されている。すなわち、駆動マグネット１０４が固着されたロータヨーク１０３は取付けリング１０２の第１の基準面（下面側）にかしめられて固定され、取付けリング１０２は回転軸１０１に圧入される。また、取付けリング１０２の第２の基準面（上面側）にはポリゴンミラー１０５が、波ワッシャ１０６を介して、平ワッシャ１０７と回転軸１０１の止め溝にはめ込まれた止め金具１０８とにより、強固に押圧固定されている。このため、２００００ｒｐｍ以上の高速回転においても回転運動のバランスのずれは生じない。
【０００９】
通常、運動バランスは、ロータヨーク１０３の外縁部の絞り部とポリゴンミラー１０５の上面外周部溝（図示せず）とをＵＶ接着剤等により固着する際に位置合わせすることにより調整される。ポリゴンミラー１０５の外周ミラー面と回転軸１０１の平行度は、前述したように、取付けリング１０２とポリゴンミラー１０５のそれぞれの基準面により保証されるので、良好な光走査が可能である。
【００１０】
このような構成において、ステータコア１１２に取り付けられた巻線コイル１１９に電流を流し、回転位相検出手段（図示せず）からの信号に従って各相（例えば３相）の巻線コイルに流れる電流を切りかえると、回転磁界が発生する。この磁界が駆動マグネット１０４に反発力を生じさせ、駆動マグネット１０４、ロータヨーク１０３、回転軸１０１、ポリゴンミラー１０５は一体的に回転する。
【００１１】
このような構成要素によって、スキャナーモータはＬＢＰの心臓部として働いている。
【００１２】
しかしながら、回転の安定性に重要な役割をしている潤滑油が、回転軸の回転により、固定スリーブと回転軸間の間隙から外に出てしまうというという課題がある。この現象は、潤滑油切れによる回転ストップ等の駆動の安定性に対する問題や、飛散した潤滑油がポリゴンミラーの鏡面に付着して光学系に悪影響を与えてしまうという問題を生じる。
【００１３】
このような問題点に対して、特許文献１では、保油機能を持った材料により、飛散した潤滑油を吸収し、ポリゴンミラーの鏡面に潤滑油がつかないようにする技術が開示されている。
【００１４】
また、保油機能を向上させる例として、特許文献２には、軸表面にリン酸マンガンの微結晶構造を持たせ、保油機能を向上させた例が開示されている。また、微結晶の製造技術については、特許文献３に開示されている。さらに特許文献４には、リン酸マンガン微結晶を用いた各種モータ類や圧縮機などが開示されている。
【特許文献１】特開平９−１９７３２３号公報
【特許文献２】特開２００３−０４９７５４号公報
【特許文献３】特開平７−０９０６１１号公報
【特許文献４】特開平４−０３６４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献２ないし特許文献４に開示された技術は、いずれも、ギヤやスプライン等の摺動面の摩擦を低減するためのものである。また、特許文献１に開示された構成においては、スキャナーユニットの回転軸の回転により、軸受オイルが固定スリーブ内から排出されてしまうという問題があり、スキャナーモータとして長期的に安定した駆動をさせるのが難しい。
【００１６】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、動圧を発生する潤滑油の長期的保持を行うことで、スキャナーモータ等の長期的安定駆動を実現することのできる動圧軸受装置および回転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】
【００１７】
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およびスリーブを有し、前記軸と前記スリーブの間に充填された潤滑油によって動圧を発生させる動圧軸受装置において、前記軸と前記スリーブは、前記動圧を発生するための軸受間隙を有する動圧発生部と、前記動圧発生部より大きい軸受間隙を形成する逃げ部と、を備えており、前記逃げ部における前記軸および前記スリーブの少なくとも一方に、化成処理による多孔質皮膜を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
多孔質皮膜が潤滑油に浸るように構成することで、潤滑油を軸受間隙に安定保持することができる。これによって、スリーブ外へ潤滑油が漏れて、潤滑油がなくなることを抑えて、駆動の安定性を向上させることができ、高速回転駆動への適用を可能にすることができる。
【００１９】
また、高速回転駆動時、または回動開始時や停止時などに多孔質皮膜がスリーブまたは軸と接触して、多孔質材料が剥がれ落ちるのを防ぐために逃げ部を形成する。これによって、多孔質皮膜の欠けを防ぎ、多孔質材料が潤滑油に混入して悪影響を与えるのを回避できる。
【００２０】
このように本発明によれば、多孔質材料の剥がれによる潤滑油の劣化を防ぎ、かつ駆動を安定化することで、長寿命で高性能な動圧軸受装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、回転装置であるスキャナーモータの全体的な構成を示す。モータの回転軸（軸）１に取付けリング２が固定されている。取付けリング２にはロータヨーク３が固定され、ロータヨーク３には駆動マグネット４が固定されている。取付けリング２の上部基準面にはポリゴンミラー（回転多面鏡）５が取り付けられ、波ワッシャ６と平ワッシャ７と止め金具８により押圧固定されている。このようにして結合されている回転軸１とロータヨーク３とポリゴンミラー５とが、スキャナーモータの回転体となる。
【００２３】
一方、固定部材であるハウジング９には、固定スリーブ（スリーブ）１０と、鉄基板１１と、駆動マグネット４に回転力を付与するためのステータコア１２とが固定されている。鉄基板１１には駆動ＩＣ等の回路部品１４が実装されている。固定スリーブ１０の下端部には固定磁石１３が、回転軸１の下端部には浮上磁石１５がそれぞれ固着され、回転軸１は回転自在に保持されている。回転軸１の外周には、上下２箇所に動圧発生用溝１６が形成され、上下の動圧発生用溝１６の間には、回転軸１の表面に形成された凹状の逃げ部を構成する逃げ溝（環状溝）１７が配設されている。この逃げ溝は回転軸に対向する固定スリーブ１０の内面に配設されても良く、また両方に配設されても同様の効果を得ることができる。また、固定スリーブ１０と回転軸１の間の軸受間隙には潤滑油が充填され、スムーズな回転を行うことができる。
【００２４】
固定スリーブ１０は、ハウジング９の中央部貫通穴内に嵌合されており、固定スリーブ１０の内径に１〜２μｍ程度のクリアランスをもって回転軸１が挿入されている。固定スリーブ１０内に回転軸１が挿入された状態で、ハウジング９の貫通穴の下端部は封止部材１８により塞がれている。これにより、回転軸１の高速回転時における動圧発生の安定性と回転安定性とが保証される。ステータコア１２の突極の周りには、回転磁界を発生するための巻線コイル１９が取り付けられている。
【００２５】
回転軸１に形成された逃げ溝１７の内面（溝面）には、リン酸マンガン微結晶を主成分とする微細凹凸を有する多結晶体保油材である多孔質皮膜２０が形成されている（図１の（ｂ）参照）。リン酸マンガン微結晶以外でも、保油機能を持つ材料であればよいが、リン酸マンガンは他の種類の化成処理膜より硬く、耐磨耗性に優れる化成処理膜として技術的に確立されている材料であることから、この材料を用いることが好ましい。なお、微細凹凸は、リン酸マンガン処理以外に、リン酸亜鉛マンガン、リン酸亜鉛などのリン酸塩を用いた化成処理においても確認されており、保油効果を示す。
【００２６】
逃げ溝はスリーブ側に配設されても良く、また、多孔質皮膜はこれらの逃げ溝内内部に形成されても、逃げ溝に対向した相手側の部分に形成されても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、微結晶集合体が逃げ溝部ではなく、動圧発生部またはその近傍にあると、モータが高速回転したときに、その高い動圧によって剥がれ落ちる。また軸と軸受が接触している回転停止状態から回転を開始する時や、逆に停止する時に、微結晶集合体が接触することにより剥がれ落ちる。このように微結晶集合体が剥がれ落ちると、潤滑油がバラバラになった微結晶を含んでグリース状になり、回転負荷が上がる。これを防ぐために、微結晶保油部分を凹形状の逃げ部に形成し、微結晶集合体が剥がれ落ちるのを防止する。凹形状の逃げ部の深さや大きさは任意に設定できるが、微結晶の大きさにあわせて深さを調整することが望ましい。また逃げ部の形状は、相対的に回転自在に嵌合する軸およびスリーブの間に任意に形成されて良いが、形成の容易さ、及び微結晶集合体を逃げ部のみに形成するためのマスキングなどの作業の容易性から、環状に形成することが望ましい。
【００２８】
本実施の形態によれば、固定スリーブ１０の外へ潤滑油が排出されるのを抑えて、駆動の安定性を上げることができる。また、潤滑油の保油状態を高めて、高速回転駆動への適用を可能にすることができる。さらに、付加的な機能として、潤滑油によるポリゴンミラー光学系への影響を低減できる。
【００２９】
また、上記のスキャナーモータをＬＢＰに搭載することにより、ＬＢＰの動作信頼性を向上させることができる。
【実施例１】
【００３０】
本実施例では、リン酸マンガン化成膜によるスキャナーモータの長寿命化検討の結果に関して述べるが、多孔質皮膜の材料や製造方法はこれに限定されることはない。
【００３１】
リン酸マンガン微結晶集合体の多孔質皮膜をステンレス製の回転軸の凹部（逃げ溝）に形成した。回転軸はステンレス製であり、リン酸マンガン化成処理材料は、ホスニン１３０Ｒ（商標名．理工協産株式会社製）を使用した。
【００３２】
回転軸の表面清浄のために予めアセトンによる洗浄とアルカリ脱脂を行った。その後、化成処理および水洗、乾燥を行った。
【００３３】
回転軸は、固定スリーブと対向して動圧を発生する部分をリング状のマスキング治具でマスキングし、化成処理を行った。これにより回転軸の凹部以外の面にはリン酸塩微結晶集合体は形成されず、モータの回転によってリン酸塩微結晶集合体が剥がれ落ちることを防止できる。
【００３４】
マスキングされなかった凹部にはリン酸塩微結晶集合体の多孔質皮膜が形成され、保油機能を果たす。図２は、ステンレス製の回転軸上の化成被膜に関するＳＥＭ像である。ＳＥＭによる観察により、５０〜１００μｍ規模のリン酸マンガン微結晶による微細凹凸ができていることが分かる。この凹凸部に潤滑油が捕獲され保油効果を発揮する。
【００３５】
化成処理の条件は、ホスニン１３０Ｒを濃度１０ｖｏｌ％になるように純水で薄め、処理温度９０℃の条件で１０分間化成処理を行い、化成処理後十分に水洗した後乾燥を行った。
【００３６】
（比較例１）
比較例１として、実施例１と同様の構成で、リン酸マンガン化成皮膜を形成しない回転軸を、図１に示したスキャナーモータユニットに組み込み、実機による耐久試験を行った。
【００３７】
（比較例２）
比較例２として、回転軸の固定スリーブと対向する面に凹部を設けず、動圧発生部を含む回転軸の表面全体にリン酸マンガン化成皮膜を形成した。この回転軸を用いて、比較例１と同様に耐久試験を行った。
【００３８】
表１は、実施例１と、比較例１、２の耐久試験結果を示す。
【００３９】
耐久試験の条件として、スキャナーモータの回転スピードを４０，０００ｒｐｍ、環境温度８０℃の条件下において起動電流値の経時変化を検討した。
【００４０】
【表１】
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実施例１および比較例１、２においては初期状態において駆動電流値が同じであり、初期特性に違いは見られない。しかしながら、耐久性に違いが見られる。リン酸マンガン化成処理を行った実施例１においては７，０００ｈでも起動電流が安定しているが、化成処理を行っていない比較例１では、５，０００ｈ付近で一度電流値が下がり、その後、駆動電流が上昇し、モータの回転が止まってしまった。また、凹部を設けず、動圧発生部を含む全面にリン酸マンガン処理を行った比較例２は、６，０００ｈを超えると電流の上昇が起り、実施例１ほどの駆動安定はなかった。
【００４１】
回転の止まってしまった原因等についてスキャナーユニットを分解し確認したところ、比較例１においては殆ど潤滑剤がなくなっていた。また、比較例２においては、リン酸塩微結晶集合体の剥離がみられ、潤滑油の汚濁が認められた。一方、実施例１に関しては、潤滑油量および粘度の変化は顕著には表れておらず、駆動電流値も安定している。このことから、リン酸マンガン化成処理を動圧発生部以外の凹部に行うことにより、モータの長寿命化、品質安定化に貢献できることがわかった。
【００４２】
本実施例においては回転軸側に潤滑油を保持する多孔質皮膜を形成する逃げ部を設けたが、この逃げ部を固定スリーブ側に設けても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
ＬＢＰ等に搭載するスキャナーモータ以外にも、回転部材を有する様々な回転装置に広範囲に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】一実施の形態による動圧軸受装置を示すもので、（ａ）はその模式断面図、（ｂ）は回転軸のみを示す一部断面立面図である。
【図２】リン酸マンガン微結晶のＳＥＭ観察像である。
【図３】一従来例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    回転軸
２    取付けリング
３    ロータヨーク
４    駆動マグネット
５    ポリゴンミラー
６    波ワッシャ
７    平ワッシャ
８    止め金具
９    ハウジング
１０    固定スリーブ
１１    鉄基板
１２    ステータコア
１３    固定磁石
１４    回路部品
１５    浮上磁石
１６    動圧発生用溝
１７    逃げ溝
１８    封止部材
１９    巻線コイル
２０    多孔質皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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