| 【発明の名称】 |
動圧軸受およびその製造方法ならびに光偏向走査装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】森永 寿一
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| 【要約】 |
【課題】安定した動圧軸受性能を有し、しかもスリーブを樹脂成形部品とすることで低コストな動圧軸受を実現する。
【解決手段】スリーブ２は、回転軸３の下端部３ａを支持するスラスト板７と一体成形された樹脂部品である。スリーブ２の内周面には深さ１５μｍ以下の動圧発生溝２ａ，２ｂが設けられ、回転軸３は金属製であり、その外周面には、深さ３０μｍ以上の負圧防止溝３ｂ〜３ｄが設けられる。スリーブ２のアンダーカットが浅いため、樹脂成形における無理抜きが容易であり、回転軸３に充分な深さの負圧防止溝３ｂ〜３ｄを設けることで軸受性能を安定化する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内周面に深さ１５μｍ以下の動圧発生溝を備えた成形部品であるスリーブと、外周面に深さ３０μｍ以上の凹所を備えた軸を有し、該軸と前記スリーブを互いに回転自在に嵌合させた動圧軸受。
【請求項２】 スリーブが、樹脂製の成形部品であることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受。
【請求項３】 軸が金属製であることを特徴とする請求項１または２記載の動圧軸受。
【請求項４】 請求項１ないし３いずれか１項記載の動圧軸受と、該動圧軸受によって回転自在に支持された回転多面鏡と、該回転多面鏡を回転駆動する駆動手段を有する光偏向走査装置。
【請求項５】 内周面に深さ１５μｍ以下の動圧発生溝を備えたスリーブを成形する工程と、成形されたスリーブに回転自在に嵌合する軸の外周面に深さ３０μｍ以上の凹所を加工する工程を有する動圧軸受の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】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およびその製造方法ならびに光偏向走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザプリンタやデジタル複写機の画像形成装置の内部にはスキャナ光学系が備えられているが、レーザビームをスキャンするためのスキャナ光学系において高速回転する回転多面鏡を支える軸受には、安定した滑らかな回転が得られる動圧軸受が用いられてきている。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軸受に、動圧軸受が幅広く使用されてきている。
【０００３】図５は、一従来例による光偏向走査装置の動圧軸受を示すもので、これは、軸１０１を軸受孔内に回転自在に支持するスリーブ１０２と、スリーブ１０２の下面に固定されて前記軸受孔を封鎖するスラスト板１０４と、スリーブ１０２の軸受孔の内側面と軸１０１の外側面の間や、スラスト板１０４と軸１０１の端面の間に充填されたオイル１０６によって構成されている。
【０００４】スリーブ１０２の軸受孔の上端部、下端部、および中央部はそれぞれ大径部１０５ａ〜１０５ｃとなっており、上端の大径部１０５ａには円周溝１０８が設けられ、これらは、いわゆる負圧防止溝、油溜まりとして軸方向の圧力分布の低圧領域に配設されている。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の間には、それぞれ動圧発生溝１０７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１０１の上端部はスリーブ１０２の軸受孔より上方に突出し、その上部にボス部１０３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１０１が回転するとスリーブ１０２の軸受孔に設けられた動圧発生溝１０７の作用でオイル１０６に動圧を発生させ、軸１０１はスリーブ１０２の軸受孔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１０１が浮上した状態で支持される。
【０００６】軸１０１の上端のボス部１０３には図示しない回転多面鏡等が一体的に結合され、これを回転駆動するために、モータのロータ等も固着されている。
【０００７】近年、コンピュータ周辺機器や情報関連機器のコストダウンを達成する必要から、動圧軸受のコストダウンが要求されてきている。動圧軸受のコストダウンに有効な手段の一つに、例えば特開平１０−３０６８２２号公報に示されているような、樹脂材料を射出成形することで、内周面に動圧発生溝を有するスリーブを安価に加工する方法がある。この方法は、従来は真鍮等の金属スリーブに動圧発生溝を加工し、底部を別部品で塞いで動圧軸受のスリーブ（円筒部品）とする構成の軸受を、射出成形で１ショット成形することで大幅なコストダウンを可能とする技術である。
【０００８】射出成形でスリーブを加工する場合、前記公報にも記載されているように、金型のコアピンに形成された動圧発生溝形状が型内に充填された樹脂に転写され、無理抜きによって離型される。「無理抜き」とは、製品のアンダーカット形状部を、金型にスライド等のアンダーカット処理機構を設けずに無理やり離型する（抜く）方法で、アンダーカット量が小さい場合やアンダーカット機構を設けることが金型設計上困難な場合、また、樹脂が比較的割れにくく永久変形しにくい場合に用いられる一般的な手法である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、射出成形で加工される従来の樹脂製のスリーブを使用した動圧軸受には、以下のような未解決の課題があった。
【００１０】動圧軸受においては、前述のように、動圧軸受を構成するスリーブに動圧発生溝よりも深い負圧防止溝や油溜まりを軸方向の圧力分布の低圧領域に形成しておく必要がある。
【００１１】動圧軸受の設計上必要な動圧発生溝の深さは５〜１５μｍ程度である。従って、内周面に動圧発生溝を有するスリーブを射出成形で加工する場合、動圧発生溝形状のアンダーカット量が１５μｍ以下と微小なため、動圧発生溝のみであれば、動圧軸受の性能上要求される真円度といった精度を確保した上での無理抜きが可能である。
【００１２】一方、負圧防止溝や油溜まりは、例えば特開平２−１５４８０８号公報にも示されているように動圧発生溝よりもさらに深い溝であることが望ましいが、アンダーカット量の大きな負圧防止溝等を無理抜きすると、無理抜き時の変形が大きくなるために、高精度が要求される動圧発生溝部分の真円度や円筒度に悪影響を及ぼし、動圧軸受の機能上必要な精度が得られなくなる。従って、従来の樹脂製のスリーブの内周面に動圧発生溝と負圧防止溝や油溜まりを設けた動圧軸受では、負圧防止溝や油溜まりの深さを充分にとることができないという問題点があった。
【００１３】仮に、負圧防止溝の深さを動圧発生溝と同じ１５μｍ以下程度とすれば、真円度・円筒度等の精度上は問題無く無理抜きにより射出成形で加工できるが、負圧防止溝が浅いために充分な負圧防止効果が得られない。その結果、連続回転時やスタート・ストップ時に軸とスリーブが接触しやすくなり、充分な耐久性が得られないという問題があったり、軸とスリーブの上下方向（スラスト方向）の位置が不安定になって装置性能が安定しないという不都合があった。
【００１４】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、充分な深さの負圧防止溝等を備えており、従って耐久性と安定した軸受性能を有し、しかも製造コストの低い動圧軸受およびその製造方法ならびに光偏向走査装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために本発明の動圧軸受は、内周面に深さ１５μｍ以下の動圧発生溝を備えた成形部品であるスリーブと、外周面に深さ３０μｍ以上の凹所を備えた軸を有し、該軸と前記スリーブを互いに回転自在に嵌合させたことを特徴とする。
【００１６】スリーブが、樹脂製の成形部品であるとよい。
【００１７】軸が金属製であるとよい。
【００１８】本発明の動圧軸受の製造方法は、内周面に深さ１５μｍ以下の動圧発生溝を備えたスリーブを成形する工程と、成形されたスリーブに回転自在に嵌合する軸の外周面に深さ３０μｍ以上の凹所を加工する工程を有することを特徴とする。
【００１９】
【作用】スリーブの内周面の深さ１５μｍ以下の動圧発生溝は、スリーブを樹脂成形するときに無理抜きによって大きな変形を生じることなく、真円度や円筒度を高精度に保つことができる。また、軸の外周面には深さ３０μｍ以上の負圧防止溝等の凹所を設けて、安定した動圧効果によるすぐれた軸受性能と耐久性を確保する。
【００２０】スリーブを樹脂成形することで部品コストを低減し、しかも、軸側に設けられた充分な深さの負圧防止溝による動圧効果等によって、安価でしかも安定性と耐久性にすぐれた動圧軸受を実現できる。
【００２１】このような動圧軸受を光偏向走査装置の回転多面鏡の軸受部に用いることで、光偏向走査装置の高性能化と低価格化に貢献できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】図１は一実施の形態による動圧軸受を含む光偏向走査装置の主要部を示すもので、これは、多角柱形状の側面に複数の反射面１ａを有する回転多面鏡１と、図４に示す光学箱５０と一体である軸受ハウジングに支持されたスリーブ２と、該スリーブ２に回転自在に嵌合する金属製の軸である回転軸３と、該回転軸３に固着されたロータボス４と、その下面に一体的に結合されたロータフレーム５ａと、前記軸受ハウジングと一体である図示しないモータ基板に固定されたステータコイル６を有し、該ステータコイル６はロータフレーム５ａの内周面に支持されたロータマグネット５とともに回転多面鏡１を回転駆動する駆動手段であるモータを構成する。回転多面鏡１は図示しない押さえ板によってロータボス４に押圧され、ロータボス４とロータフレーム５ａとロータマグネット５等を含む回転部と一体化されている。なお、前述のように回転軸３は金属製であり、特に、回転安定性とコストの面から、例えばステンレス等の金属を用いるのが望ましい。
【００２４】モータ基板上の駆動回路と制御回路を経て供給された駆動電流によってステータコイル６が励磁されると、ロータマグネット５が回転軸３や回転多面鏡１とともに回転し、回転多面鏡１の反射面１ａに照射されたレーザビーム等の光ビームを偏向走査する。
【００２５】スリーブ２の下端には、スラスト板７が一体成形され、回転軸３の下端部３ａをスラスト方向に支持する。回転軸３とスリーブ２の間の軸受間隙および回転軸３の下端部３ａとスラスト板７の間の間隙には、オイルが充填され、スリーブ２の内周面には、深さ１５μｍ以下のヘリングボーン状の動圧発生溝２ａ，２ｂが刻設される。回転軸３の外周面には、動圧発生溝２ａ，２ｂを除くスリーブ２の内周面に対向して深さ３０μｍ以上の凹所である負圧防止溝３ｂ〜３ｄが設けられている。
【００２６】前記モータの駆動によって回転軸３が回転すると、軸受間隙のオイルは各動圧発生溝２ａ，２ｂの中央部に取り込まれ、オイルの圧力が高まって回転軸３をスリーブ２から離間して非接触で支持する。
【００２７】図１の（ｂ）に示すように、スリーブ２はスラスト板７と一体成形された樹脂製の成形部品である。スリーブ２の樹脂材料には、例えば、耐オイル性能と温度変動時の寸法安定性を考慮し、無機材料を６５Ｗｔ％添加したポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂（ポリプラスチック株式会社製フォートロン６１６５Ａ６）を用いている。
【００２８】前述のように、スリーブ２の内周面には、軸方向に分割された二か所に、例えば、深さ８μｍのヘリングボーン状の動圧発生溝２ａ，２ｂが設けられており、これらは、成形加工時にスリーブ２の内周面に形成されるため、スリーブ２の製造工程は簡単かつ低コストである。スリーブ２は、片方だけが開口して回転軸３の挿入口となっており、反対側の端部に一体成形されたスラスト板７が回転軸３の下端部３ａと接触してスラスト軸受を構成する。
【００２９】スリーブ２の内径加工目標値は、例えば、動圧発生溝２ａ，２ｂの凸部分（内径の最小部）でφ３．０１２ｍｍとし、軸受組付時に対応する部分の回転軸３の外径をφ３．０００ｍｍとすることで、動圧発生部のオイルギャップを６μｍとした。また、スリーブ２の肉厚は、円筒部もスラスト部も共に１．４ｍｍとした。
【００３０】図２は、スリーブ２を成形するのに使用される金型の構造を説明する図である。これは、ピンポイントゲートの３プレート構造の金型となっており、射出成形機から射出される樹脂は、１次スプルＳ1 からランナＲ、２次スプルＳ2 、ピンポイントゲートＧを経て、キャビティＣに充填される。動圧発生溝２ａ，２ｂは、金型に組込まれたコアピンＫの外周部に加工された深さ８μｍのヘリングボーン溝を樹脂に転写することで形成され、エジェクタピンＥによって可動側金型から突き出される際に無理抜きで離型される。
【００３１】なお、上記の金型ではエジェクタピンで円筒部品のフランジ部分を突くことで離型しているが、成形部品であるスリーブの開口部の端面をエジェクタピンまたはスリーブで突き出す構成でもよい。
【００３２】スリーブ２の内周面に設けられているアンダーカット形状は深さが１５μｍ以下の動圧発生溝２ａ，２ｂのみであり、深さ３０μｍ以上の負圧防止溝３ｂ〜３ｄは、回転軸３に加工されているため、スリーブ２が、無理抜きによる離型を行なう安価な樹脂成形部品であっても、形状精度等を損なうことなく成形できる。なお、動圧発生溝２ａ，２ｂは、スリーブ内周の基準面に対して凹形状あるいは凸形状のいずれかでよい。いずれの場合も、深さが１５μｍ以下であれば、形状精度を損なうことなく無理抜きが可能である。
【００３３】回転軸３の形状は、図１の（ｃ）に示すように、スリーブ２に設けられた動圧発生溝２ａ，２ｂの間に相当する位置に、例えば、深さ０．２ｍｍの負圧防止溝３ｃを有し、また、動圧発生溝２ａの上側に相当する位置に深さ０．２ｍｍの負圧防止溝３ｂ、動圧発生溝２ｂの下側に相当する位置に深さ０．２ｍｍの負圧防止溝３ｄが設けられている。前述のように回転軸３の下端部３ａは球形状となっており、スリーブ２と一体であるスラスト板７と点接触することで回転自在なスラスト軸受を構成する。
【００３４】図３は、上記のスリーブの動圧発生溝部分の内周部断面形状を説明するもので、株式会社ミツトヨ製真円度測定器ＲＡ７２６で測定した結果を示している。１周あたり８個の動圧発生溝があり、溝深さは７〜８μｍである。溝先端部のみを部分選択して計算した真円度は０．８μｍであった。また、溝先端部の内径は、ボアゲージで測定したところ、φ３．０１２ｍｍであった。
【００３５】オイルを用いた動圧軸受では、スリーブと回転軸のギャップが５〜１０μｍ程度であるため、従来の樹脂製のスリーブを使用した動圧軸受では、使用されるオイルの量は０．０１ｃｃ以下になり、軸受組立時に円筒部品内に注入するオイル量の管理が困難であった。
【００３６】本実施の形態では、オイルの動圧効果を安定化するために負圧防止溝の深さを充分に深くしたため、これによってオイルの量が増加し、注入するオイル量の制御が容易になるというメリットもあった。
【００３７】上記のスリーブと回転軸を用いて、オイル動圧軸受を組み立て、実機に組み込んで性能を評価したところ、ジッター・軸受剛性・耐久性（連続運転およびスタートストップ繰り返し）等のすべての軸受特性で問題無い性能が確認できた。また、従来の金属製のスリーブを使用する動圧軸受と比較して、回転軸の加工費が負圧防止溝を付加した分だけ高くなるものの、スリーブのコストが大幅に削減されるため、軸受全体では大幅なコスト低減が可能であることが確認された。
【００３８】なお、比較例として、スリーブの内周面に深さ３０μｍの負圧防止溝を付加するために、動圧発生溝（深さ８μｍ）と負圧防止溝（深さ３０μｍ）を有するコアピンを製作し、射出成形を行なったが、無理抜きのアンダーカット量が３０μｍとなったために離型時の変形が大きくなり、得られた成形部品の動圧発生溝先端部の真円度が５．２μｍとなり、動圧軸受としては使用できない精度のスリーブしか得られなかった。この結果から、少なくとも深さ３０μｍ以上の負圧防止溝を必要とする場合は、本発明が極めて有効であることがわかった。
【００３９】図４は光偏向走査装置の主要部を示すもので、これは、レーザ光等の光ビーム（光束）を発生する光源５１と、前記光ビームを回転多面鏡１の反射面１ａに線状に集光させるシリンドリカルレンズ５１ａとを有し、前記光ビームを回転多面鏡１の回転によって偏向走査し、結像光学系である結像レンズ系５２を経て回転ドラム上の感光体５３に結像させる。結像レンズ系５２は球面レンズ５２ａ、トーリックレンズ５２ｂ等を有し、感光体５３に結像する点像の走査速度等を補正するいわゆるｆθ機能を有する。
【００４０】前記モータによって回転多面鏡１が回転すると、その反射面１ａは、回転多面鏡１の軸線まわりに等速で回転する。前述のように光源５１から発生され、シリンドリカルレンズ５１ａによって集光される光ビームの光路と回転多面鏡１の反射面１ａの法線とがなす角、すなわち該反射面１ａに対する光ビームの入射角は、回転多面鏡１の回転とともに経時的に変化し、同様に反射角も変化するため、感光体５３上で光ビームが集光されてできる点像は回転ドラムの軸方向（主走査方向）に移動（走査）する。
【００４１】結像レンズ系５２は、回転多面鏡１において反射された光ビームを感光体５３上で所定のスポット形状の点像に集光するとともに、該点像の主走査方向への走査速度を等速に保つように設計されたものである。
【００４２】感光体５３に結像する点像は、回転多面鏡１の回転による主走査と、感光体５３を有する回転ドラムがその軸まわりに回転することによる副走査に伴なって、静電潜像を形成する。
【００４３】感光体５３の周辺には、感光体５３の表面を一様に帯電するための帯電装置、感光体５３の表面に形成される静電潜像をトナー像に顕像化するための現像装置、前記トナー像を記録紙に転写する転写装置（いずれも不図示）等が配置されており、光源５１から発生する光ビームによる記録情報が記録紙等にプリントされる。
【００４４】検出ミラー５４は、感光体５３の表面における記録情報の書き込み開始位置に入射する光ビームの光路よりも主走査方向上流側において光ビームを反射して、フォトダイオード等を有する受光素子５５の受光面に導入する。受光素子５５はその受光面が前記光ビームによって照射されたときに、走査開始位置（書き出し位置）を検出するための走査開始信号を出力する。
【００４５】光源５１は、ホストコンピュータからの情報を処理する処理回路から与えられる信号に対応した光ビームを発生する。光源５１に与えられる信号は、感光体５３に書き込むべき情報に対応しており、処理回路は、感光体５３の表面において結像する点像が作る軌跡である一走査線に対応する情報を表す信号を一単位として光源５１に与える。この情報信号は、受光素子５５から与えられる走査開始信号に同期して送信される。
【００４６】なお、回転多面鏡１、結像レンズ系５２等は光学箱５０に収容され、光源５１等は光学箱５０の側壁に取り付けられる。光学箱５０に回転多面鏡１、結像レンズ系５２等を組み付けたうえで、光学箱５０の上部開口に図示しないふたを装着する。
【００４７】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているので、次に記載するような効果を奏する。
【００４８】動圧発生溝を有するスリーブを低コストな樹脂成形によって製作し、軸の外周面に充分な深さの負圧防止溝等を設けて動圧効果を改善することで、安価でしかも安定性と耐久性にすぐれた動圧軸受を実現できる。
【００４９】このような動圧軸受を用いることで、光偏向走査装置の性能向上と低価格化に大きく貢献できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２７日（１９９９．１２．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９５９９１
【弁理士】
【氏名又は名称】阪本 善朗
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１８２７４０（Ｐ２００１−１８２７４０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月６日（２００１．７．６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６８７４３ |
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