JP2002039185A - 動圧軸受およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低速回転時の摩耗を防ぐ。 【解決手段】 回転多面鏡１と一体である軸３は、動圧
発生溝２ａを有するスリーブ２に嵌挿され、動圧軸受を
構成する。スリーブ２の軸受面には、フラシュめっき皮
膜２１による導電化処理のうえで、固形潤滑剤を含有す
る複合無電解めっき皮膜２２が形成される。これは、簡
単な成膜工程で形成され、軸受面の耐摩耗性と潤滑性を
大幅に向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームプリ
ンタやバーコード読取装置等において光ビームを高速走
査するための偏向走査装置の回転多面鏡等を回転支持す
る動圧軸受およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームプリンタやバーコード読取
装置等に用いられる偏向走査装置は、高速回転する回転
多面鏡によってレーザビーム等の光ビームを偏向走査す
る。レーザビームプリンタ等の画像形成装置において
は、回転多面鏡によって得られた走査光を回転ドラム上
の感光体に結像させて静電潜像を形成し、感光体の静電
潜像を現像装置によってトナー像に顕像化し、これを記
録紙の記録媒体に転写して定着装置へ送り、記録媒体上
のトナーを加熱定着させることで印刷（プリント）が行
なわれる。

【０００３】近年、このような偏向走査装置ではますま
す高速化や高精度化が進み、これに対応するために、回
転多面鏡の軸受部には、低騒音で回転精度の高い非接触
型の動圧軸受が用いられている。

【０００４】図７は、一従来例による動圧軸受を示すも
ので、これは、複数の反射面１０１ａを有する回転多面
鏡１０１と一体的に回転する軸１０２と、これを回転自
在に嵌合させたスリーブ１０３を有し、スリーブ１０３
は軸受ハウジング１０４と一体である。スリーブ１０３
の下端には、軸１０２の下端をスラスト方向に支持する
球面部１０６ａを備えたスラスト受け１０６が固定さ
れ、軸１０２の上部にはフランジ１０７が固着されてい
る。回転多面鏡１０１は、押えバネ等を含む弾性押圧機
構１０８によってフランジ１０７の上面に押圧されてこ
れと一体化され、軸１０２とともに回転するように構成
されている。

【０００５】フランジ１０７の外周部には、ロータマグ
ネット１０９を保持するヨーク１０９ａが固着されてお
り、ロータマグネット１０９は、軸受ハウジング１０４
に固定されたベース板１０５上のステータコイル１１０
に対向するように配設されている。図示しない駆動回路
から供給される駆動電流によってステータコイル１１０
が励磁されると、ロータマグネット１０９が軸１０２お
よび回転多面鏡１０１とともに高速回転する。

【０００６】スリーブ１０３は、軸１０２の回転によっ
て軸１０２との間に流体膜を形成し、該流体膜の動圧に
よって軸１０２を非接触で回転支持する動圧軸受を構成
する。軸１０２の外周面には、軸１０２の下端から上向
きに間隔を置いて、第１の動圧発生溝１０２ａと、第２
の動圧発生溝１０２ｂが形成されている。また、スラス
ト受け１０６の上面にも、軸１０２の下端と対向する部
位に動圧スラスト軸受を構成する浅溝（図示せず）が設
けられている。

【０００７】軸１０２の回転とともに、スリーブ１０３
との間の軸受間隙の流体１１１が各動圧発生溝１０２
ａ，１０２ｂの中央部に吸い込まれ、高圧領域を発生さ
せる。この高圧領域によって軸１０２とスリーブ１０３
がラジアル方向に非接触な状態で支持される。このよう
に非接触で回転するため、例えば金属接触を伴なう滑り
軸受に比べて低騒音および高い回転精度などの特性を得
られるばかりでなく、組立部品点数の点からも転がり軸
受等に比べて小型化・低コスト化できるという利点を有
する。

【０００８】ところが軸の回転速度が定常値に達しない
起動時や停止時には、軸とスリーブが接触して摩耗粉が
発生し、また、衝撃等が原因で回転不能となるおそれも
ある。

【０００９】そこで、軸やスリーブの軸受面に、ニッケ
ルめっきやアルマイト皮膜等の陽極酸化膜、あるいは吹
き付け潤滑塗装膜を設けることで、硬度、耐摩耗性およ
び潤滑性等を向上させる技術が開発されている（特開昭
６３−２３５７１９号公報、特開平７−２７１３１号公
報参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、軸やスリーブ等の軸受面にニッケルめ
っき皮膜や陽極酸化膜、あるいは吹き付け潤滑塗装膜を
形成することで耐摩耗性や潤滑性を与える方法は、起動
時や停止時に摩耗粉が発生するのを防ぐには効果的であ
るが、皮膜の均一性を確保するのが難しく、さらには環
境汚染に対する対策のためにコスト高であるという未解
決の課題がある。

【００１１】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、互いに嵌合する軸部
やスリーブ部に潤滑性と耐摩耗性を有する複合無電解め
っき皮膜を形成することで摩耗粉の発生を回避して、す
ぐれた軸受性能を長期間維持できる安価で高性能な動圧
軸受およびその製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【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、相対的に回転自在に嵌合する
軸部およびスリーブ部を有し、前記軸部および前記スリ
ーブ部の少なくとも一方に、固形潤滑剤を含有する複合
無電解めっき皮膜が形成されていることを特徴とする。

【００１３】軸部およびスリーブ部の少なくとも一方に
導電化処理を行なったうえで、固形潤滑剤を含有する複
合無電解めっき皮膜が形成されているとよい。

【００１４】複合無電解めっき皮膜の表面粗さが２．０
μｍ以下であるとよい。

【００１５】複合無電解めっき皮膜の動摩擦係数が０．
３ミュー以下であるとよい。

【００１６】

【作用】軸部やスリーブ部の嵌合面に、二硫化モリブデ
ン、グラファイト等の固形潤滑剤を含有する複合無電解
めっき皮膜を設けることで、軸部とスリーブ部が接触し
たときの摩耗粉の発生を防ぐ。

【００１７】上記の複合無電解めっき皮膜は低コストで
あり、膜厚制御も容易であるから、軸部やスリーブ部の
皮膜の膜厚を変えることで、軸受間隙の隙間寸法を所定
の値に調整できる。

【００１８】成膜工程が簡単で安価な固形潤滑剤を含有
する複合無電解めっき皮膜によって耐摩耗性を有する潤
滑膜を形成することで、始動時や停止時等の低速回転時
に摩耗粉が発生するのを防ぎ、安価で軸受性能のすぐれ
た動圧軸受を実現できる。

【００１９】このような動圧軸受を軸受部に用いること
で、偏向走査装置の高性能化と低価格化に貢献できる。

【００２０】

【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。

【００２１】図１の（ａ）は一実施の形態による動圧軸
受を軸受部とする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
偏向走査手段である回転多面鏡１と、図６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
部（軸受部材）であるスリーブ２と、該スリーブ２に回
転自在に嵌合する軸部（軸受部材）である軸３と、該軸
３に固着された回転部材であるロータボス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ベース板６に固定されたステ
ータコイル７を有し、該ステータコイル７はロータフレ
ーム５ａの内側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を回転させるモータを構成する。回転多
面鏡１は押さえ板８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。

【００２２】ベース板６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７が励磁さ
れると、ロータマグネット５が軸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。

【００２３】スラスト受け９はスリーブ２に固設され、
軸３の球面状の端部３ａが当接するよう配置され、ピボ
ット軸受を構成している。スリーブ２の嵌合面である軸
受面には、図１の（ｂ）に示すように、動圧発生溝２ａ
が刻設され、軸３が回転すると、軸受間隙の流体が動圧
発生溝２ａの中央部に取り込まれ、高圧状態となって軸
３をスリーブ２から離間させる。

【００２４】動圧発生溝２ａを有するスリーブ２は樹脂
製であり、その軸受面に、図１の（ｃ）に示すように、
フラシュめっき皮膜２１を設けるいわゆる導電化処理を
行なったうえで、潤滑膜として固形潤滑剤を含有する複
合無電解めっき皮膜２２を形成する。フラシュめっき皮
膜２１は、スリーブ２の基材が非金属の樹脂であるた
め、軸受面を導電化するのに必要であり、一般的なめっ
き工程によるめっき皮膜でもよい。スリーブ２が金属製
であれば、フラシュめっき皮膜２１は省略することがで
きる。

【００２５】固形潤滑剤を含有する複合無電解めっき皮
膜２２は、めっき可能な無電解めっき液に、潤滑性を与
えるための二硫化モリブデンやグラファイトを分散させ
て、化学反応による無電解めっきによって形成される潤
滑膜である。

【００２６】このように、動圧発生溝２ａを有するスリ
ーブ２の軸受面に潤滑性を有する複合無電解めっき皮膜
２２を施すことで、前記軸受面の潤滑性と耐摩耗性を向
上させて、スリーブ２と軸３が接触したときの摩耗粉の
発生を防ぎ、軸受部の摩耗粉による回転不良等のトラブ
ルを回避する。

【００２７】本実施の形態によれば、動圧軸受の軸やス
リーブの軸受面の摩耗による回転不良等を防止して、長
期にわたって安定した良好な回転状態を維持できる。ま
た、回転中の膜剥れのおそれもなく、成膜工程も、無電
解めっきであるから簡単で、従って低コストである。ま
た、膜の均一性を確保するのが容易である。

【００２８】さらに、皮膜の膜厚を変化させる膜厚制御
も容易であるから、軸とスリーブの間すなわち軸受間隙
の隙間寸法を簡単に補正（調整）することができるとい
う利点もある。

【００２９】なお、本実施の形態はスリーブの内面に固
形潤滑剤を含有する複合無電解めっき皮膜を設けたもの
であるが、軸の外表面（嵌合面）に同様の皮膜を形成し
てもよいし、軸とスリーブの双方の嵌合面に同様の皮膜
を設けてもよい。

【００３０】上記の固形潤滑剤を含有する複合無電解め
っき皮膜は、めっき可能な無電解めっき液中に、潤滑性
フィラーとして作用する微粒子を分散させたものを用い
て、金属または非金属の軸受面に形成される。以下にそ
の工程を詳しく説明する。

【００３１】動圧軸受の軸やスリーブが樹脂等の非金属
である場合には、化学めっき処理あるいは金属めっき等
の表面導電化処理を施したうえに複合無電解めっきを行
なう。

【００３２】無電解めっき液は、ニッケル塩として硫酸
ニッケル、塩化ニッケル等、還元剤としては、次亜リン
酸ソーダ、緩衝剤として酢酸ソーダ、安定剤としてクエ
ン酸ソーダを規定濃度に調合し、この中に固形潤滑剤と
して二硫化モリブデン、グラファイト、窒化ホウ素等を
分散し、めっき液とする。

【００３３】潤滑性フィラーとしては平均粒径０．０２
〜０．５μｍの二硫化モリブデンが好ましい。

【００３４】次に、潤滑性については、静摩擦係数（ミ
ュー＝μ）で表わされ、図２に示すような測定方法によ
り、ＬとＨを求め、μ＝Ｈ／Ｌで算出される。

【００３５】また、動摩擦係数としては、表面性能試験
機（ヘイドン）で評価する。動摩擦係数としては、０．
３ミュー以下が好ましく、特に０．１ミュー以下が最適
である。

【００３６】加工プロセスとしては、一般に知られてい
る無電解めっき法でよい。

【００３７】上記の固形潤滑剤を含有する複合無電解め
っき皮膜は、潤滑性を有し、かつ充分な高い耐摩耗性、
耐傷性、高密着性あるいは高耐溶剤性等のすぐれた性能
を有する。

【００３８】固形潤滑剤を含有する複合無電解めっき皮
膜の表面粗さ（Ｒｚ）は、好ましくは、２．０μｍ以下
である。

【００３９】固形潤滑剤の微粒子の分散量については、
無電解めっき分との比率との相関があり、微粒子が過多
になると微粒子の脱落で製品完成後ゴミの発生原因とな
り、少ないと潤滑性が低くなる傾向があり、好ましくは
めっき液１００重量部に対して０．５〜１５重量部、特
には、１〜７重量部の範囲が好ましい。また、微粒子の
形状に関しては定型で良く、これをめっき液と共に規定
量を容器に入れボールミルによって２４時間以上分散し
た後、脱塩水を用いて、好ましくは５〜２０ｗｔ％に希
釈、特には、７〜１７ｗｔ％の固形分となるように希釈
する。

【００４０】上記めっき液をビーカーに入れ、９５〜１
００℃に加熱し、予め、めっき前処理を施しておいた軸
受部材を投入し、３０分間めっきし、完成する。

【００４１】この時のめっき皮膜の厚さは、０．２〜５
０μｍと任意の膜厚を得ることができる。また、潤滑性
を有する微粒子の含有量は好ましくは１〜７ｗｔ％、特
には、３〜５ｗｔ％である。

【００４２】このように、めっき液中に固形潤滑剤の微
粒子を分散し、めっき皮膜を形成することにより、共析
効果によって潤滑性を著しく向上できる。

【００４３】膜の物性面では、表面粗さの向上と耐摩耗
性の向上によって軸受の焼き付き等を防ぐ効果に加え
て、例えば吹き付け塗装で見られる微粒子の脱落による
ゴミ発生は皆無で、密着性も問題なく、例えば硬度はビ
ッカース５００であった。

【００４４】微粒子の共析量についてはＸ線マイクロア
ナライザーにより確認される。

【００４５】表面粗さの測定は東京精密社製、商品名
「Ｓｕｒｆｃｏｍ」によって測定した。

【００４６】（実施例１）黄銅材およびリン青銅材を基
材とするスリーブの内面に以下の工程で固形潤滑剤を含
有する複合無電解めっき皮膜を形成した。

【００４７】めっき液として、硫酸ニッケル３０ｇ／リ
ットル、次亜リン酸ソーダ１０ｇ／リットル、酢酸ソー
ダ１０ｇ／リットル、クエン酸ソーダ１０ｇ／リットル
の混合溶液に対し、二硫化モリブデン粒子２ｗｔ％を添
加し、ボールミルにて２４時間分散した後、脱塩水を用
いて全容量が２リットルになるように希釈し、めっき液
を製作した。次に、上記スリーブをアルカリクリーナ
（パクナＪＹ３０．ユケン化学社製）３０ｇ／リット
ル、６０℃で５分間処理し、水洗い後フラシュめっき処
理として塩化ニッケル５０ｇ／リットル、塩酸３０ｍｌ
／リットル、５Ａ／ｄｍ² 、室温で５分間処理し、水洗
い後、前記めっき液を用いて複合無電解めっき皮膜を施
した。

【００４８】無電解めっきの条件は、９８℃、３０分処
理し、次いで水洗いし、１００℃の雰囲気の乾燥炉にて
１５分乾燥し、完成した。

【００４９】塗膜の特性については図１の装置に組み込
み評価したところ高潤滑性、高耐久性である動圧軸受で
あることが判明した。スリーブの表面粗さを測定した結
果を図３に示す。

【００５０】（実施例２）アルミニウム材を基材とする
スリーブの内面にアルミニウム表面の化成処理を、重ク
ロム酸ソーダ５ｇ／リットル、５０℃で２分間行なった
以外は実施例１と同じ工程で無分解めっきを行なった。

【００５１】（実施例３）ステンレス材を基材とするス
リーブの内面にステンレス表面のフラシュめっき処理
を、実施例１と同様に５分間行ない、実施例１と同じ工
程で無電解めっきを行なった。

【００５２】（比較例）それぞれ黄銅材、リン青銅材、
アルミニウム材、ステンレス材を基材とするスリーブの
内面に一般的な無電解ニッケルめっき工程と無電解コン
ポジットめっき工程でめっきを施し、実施例１〜３と同
様に図１の装置に組み込み評価したところ、図４および
図５に示すように表面粗さが大きくて、回転ムラ、ある
いは焼き付き等の現象が発生し、また、密着不良等の品
質上の欠陥もあった。実施例１〜３と、比較例の無電解
ニッケルめっき、無電解コンポジットめっきの膜性能を
まとめて表１に示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】この表から、固形潤滑剤の微粒子を分散さ
せた複合無電解めっき皮膜は摩耗粉の発生を防ぐうえで
極めて有効な潤滑膜であることがわかる。

【００５５】図６は偏向走査装置全体を示すもので、こ
れは、レーザ光等の光ビーム（光束）を発生する光源装
置である光源５１と、前記レーザ光を回転多面鏡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５１
ａ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、結像手段である結像レンズ系５２を経て
回転ドラム上の結像面である感光体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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】

【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。

【００６４】動圧軸受の嵌合面に潤滑性と耐摩耗性を有
する固形潤滑剤を含有する複合無電解めっき皮膜を設け
ることで、低速回転時の摩耗粉の発生によるトラブルを
回避し、安価でしかもすぐれた軸受性能と耐久性を有す
る動圧軸受を実現できる。このような動圧軸受を偏向走
査装置の回転多面鏡等の軸受部に用いることで、偏向走
査装置の高性能化と低価格化に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態による動圧軸受および偏向走査装
置の主要部を示すもので、（ａ）はその模式断面図、
（ｂ）はスリーブの内面の動圧発生溝を示す断面図、
（ｃ）はスリーブの内面の一部分を拡大して示す拡大部
分断面図である。

【図２】潤滑性を表わす静摩擦係数を測定する方法を説
明する図である。

【図３】実施例１のスリーブの表面粗さを測定した結果
を示すグラフである。

【図４】無電解ニッケルめっき膜の表面粗さを測定した
結果を示すグラフである。

【図５】無電解コンポジットめっき膜の表面粗さを測定
した結果を示すグラフである。

【図６】偏向走査装置全体を示す図である。

【図７】一従来例を示す模式断面図である。

【符号の説明】 １ 回転多面鏡 ２ スリーブ ２ａ 動圧発生溝 ３ 軸 ５ ロータマグネット ７ ステータコイル ２１ フラシュめっき皮膜 ２２ 固形潤滑剤を含有する複合無電解めっき皮膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的に回転自在に嵌合する軸部および
   スリーブ部を有し、前記軸部および前記スリーブ部の少
   なくとも一方に、固形潤滑剤を含有する複合無電解めっ
   き皮膜が形成されていることを特徴とする動圧軸受。
2. 【請求項２】 軸部およびスリーブ部の少なくとも一方
   に導電化処理を行なったうえで、固形潤滑剤を含有する
   複合無電解めっき皮膜が形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の動圧軸受。
3. 【請求項３】 複合無電解めっき皮膜の表面粗さが２．
   ０μｍ以下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。
4. 【請求項４】 複合無電解めっき皮膜の動摩擦係数が
   ０．３ミュー以下であることを特徴とする請求項１ない
   し３いずれか１項記載の動圧軸受。
5. 【請求項５】 複合無電解めっき皮膜が、モリブデン化
   合物、炭化化合物、窒化化合物のうちの少なくとも１つ
   を含有することを特徴とする請求項１ないし４いずれか
   １項記載の動圧軸受。
6. 【請求項６】 相対的に回転自在に嵌合する軸部および
   スリーブ部の少なくとも一方に、固形潤滑剤を含有する
   複合無電解めっき皮膜を形成する工程を有する動圧軸受
   の製造方法。