专利名称：空气动压轴承及其光偏转器的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有耐久性的空气动压轴承以及将该空气动压轴承作为轴承装入的光偏转器。
背景技术：
回转多面镜型的光偏转器有时用动压轴承作为其回转多面镜的轴承。作为动压轴承，通常使用液体动压轴承，这种轴承利用由油等液体润滑材料产生的动压，在特开平11-294458公报中公开了这种形式的油动压轴承。
该公报公开的油动压轴承具有圆筒状的轴承本体和以回转自如的状态支承于其中的回转轴，轴承本体由烧结金属形成，并在其轴承本体的内周面上，向轴承轴线方向形成ㄑ字状的动压发生槽。
然而，这种液体动压轴承与空气动压轴承相比，因注入轴承的液体润滑剂密度高，尤其会使高速回转时的回转阻力增大，会增大譬如回转驱动源的电机耗电力等。又由于润滑油在使用过程中会劣化，因此，通常在约30,000rpm的连续回转时，轴承寿命只能保证3,000小时左右。
为此，虽然也可以利用空气润滑剂来取代液体润滑剂而形成空气动压轴承，但在传统液体动压轴承原有的构造下利用空气来取代液体润滑剂时，存在着以下的问题。
即，动压轴承在回转轴的转速超过所定转速时，会因润滑剂产生的动压而形成上浮回转状态(非接触回转状态)，而在此之前，回转轴是在与轴承本体接触的状态下回转。因此，未注入油等液体润滑剂的空气动压轴承会因接触回转而导致磨损量增大，使轴承寿命大大缩短。
为消除这一弊病，重要的是以高精度形成空气动压轴承的动压发生槽，以低回转状态产生所需的动压，并缩短接触回转状态的时间。然而，传统的动压发生槽通常是沿着轴承轴线方向在轴承本体的内周面上倾斜成ㄑ字状。因此，即使用金属模形成槽，因下部切除而不能从金属模中拔出，因此如上述的公报所示，要靠坯料的热膨胀系数差异和回弹效果进行脱模。但这种方法工序复杂，生产效率低，成本又高。
又，无论是加热或冷却后利用热膨胀系数的差异进行脱模，还是利用回弹进行脱模，若轴承的直径小，上述效果就不明显，有时还不能进行脱模。因此，这种方法不能用于小型、小径的空气动压轴承的生产。
发明内容
本发明鉴于上述问题，目的在于提供一种可实现长寿命化的空气动压轴承。
本发明的另一目的在于，提供一种可简单而又高精度形成动压发生槽的空气动压轴承。
本发明的又一目的在于，提供一种具有上述新的空气动压轴承的回转多面镜型的光偏转器。
为实现上述目的，本发明的空气动压轴承包括轴构件、可相对回转地支承该轴构件的轴承构件、以及在该轴构件与轴承构件的对置面间形成的由空气产生动压作用的动压发生槽，其特征在于，所述轴承构件由烧结合金形成，在所述轴构件和所述轴承构件中至少一方的所述对置面上配置有固体润滑材料。
其中，所述轴承构件可由以铜或铁为主要成分的烧结合金形成。
又，可将所述固体润滑材料做成由树脂构成的润滑膜形态，所述树脂中混合有从氟、碳、二硫化钼中选择的至少1种。
或者，也可将所述固体润滑材料做成电沉积涂膜的形态，所述电沉积涂膜由混合有下列(a)～(d)中1种共聚物和双顺丁烯二酰亚胺树脂的含氟树脂电沉积涂料构成。
(a)丙烯酸或甲基丙烯酸的氟化烷基酯(b)丙烯酸或甲基丙烯酸的氨基衍生物(c)丙烯酸或甲基丙烯酸的羟基衍生物(d)苯乙烯、丙烯酸或甲基丙烯酸的酯也可不用以上形态，而是将所述固体润滑材料做成混入所述烧结合金用的金属粉末后烧结成的固体润滑粉末。
并且，所述固体润滑粉末可使用从碳石墨、二硫化钼和氮化硼中选择的至少1种，所述固体润滑材料可以是将混合有该固体润滑粉末的树脂混入所述金属粉末后烧结而成。
本发明的空气动压轴承的又一特征在于，所述动压发生槽向轴承轴线方向延伸。
另一方面，本发明的光偏转器包括回转多面镜和回转自如地支承该回转多面镜的空气动压轴承，其特征在于，所述空气动压轴承采用上述结构。
在将所述回转多面镜安装在所述空气动压轴承的所述轴构件侧时，该轴构件最好采用在轴中心具有中空部的结构。
又，此时最好是通过将金属板塑性变形，使所述轴构件形成所述中空部。
附图的简单说明
图1为采用本发明的回转多面镜型光偏转器的半剖视图。
图2表示电沉积涂膜的膜厚与发生烧结前的转速之间的关系。
图3表示图1的光偏转器的空气动压轴承上的动压发生槽，其中，(a)为轴承构件的端面图，(b)为立体图。
图4表示图3的动压发生槽另1例，其中，(a)为轴承构件的端面图，(b)为立体图。
图5为表示图1光偏转器另1例的剖视图。
实施发明的最佳形态下面，参照图纸说明具有本发明的空气动压轴承的回转多面镜型光偏转器一例。
(整体结构)本例光偏转器1具有安装用框架2，该框架2例如安装在激光打印机的本体机架(未图示)上。圆筒状的轴承支座3以垂直立起的状态固定在框架2上，圆筒状的轴承构件4同轴地支承于该轴承支座3的内侧，在该轴承构件4的内侧支承着回转自如的回转轴(轴构件)5，它的下端面也在回转自如的状态下受止推轴承板6的支承。在本例中，在轴承构件4与回转轴5之间构成空气动压轴承1A，又，在止推轴承板6与回转轴下端面之间构成空气动压轴承1B。因此在轴承构件4的内周面4a上形成动压发生槽4b，在止推轴承板6的表面也形成动压发生槽6a。
回转轴5的上端部分从轴承构件4的上端向上方凸出，圆盘状的轮毂7以同轴状态固定在该凸出部分，正六角形的回转多面镜8以同轴状态载放于在该轮毂7的外周面形成的环状阶梯面上。利用固定在回转轴5上端的夹板9将该回转多面镜8固定在轮毂7上。
另一方面，在轴承支座3的外周，固定着具有多个呈放射状凸出的凸极的定子芯11，各凸极上绕有定子线圈12。与其相对应，在轮毂7的下端面上固定着圆环状的轭铁13，在该轭铁13的内周面上，以围住定子芯11的状态安装着环状的驱动磁铁14。
一旦向卷绕在定子芯11上的定子线圈12通电，则在驱动磁铁14和定子芯11的电磁作用下，回转侧构件、即回转轴5以及通过轮毂7安装于其上的回转多面镜8回转。
构成本例空气动压轴承1A的轴承构件4是一种烧结轴承，由以铜或铁为主要成分的金属粉末构成的烧结合金制成。在与轴承构件4的与回转轴5对置的面、即形成动压发生槽4b的内周面4a上，形成·配置有固体润滑材料。
(固体润滑材料)作为本例中固体润滑材料的配置形态，可以将氟、碳、二硫化钼中至少1种固体润滑粉末与环氧树脂或聚酰胺亚胺等树脂混合后形成混合液，将此混合液以所定的厚度涂敷在轴承构件内周面4a上形成润滑膜。也可不用涂敷方式，而是将轴承构件4浸渍在混合液中，使轴承构件内周面4a附上润滑膜。
还可用混合有下列(a)～(d)中1种共聚物和双顺丁烯二酰亚胺树脂的含氟树脂电沉积涂料，在轴承构件内周面上形成电沉积涂膜。
(a)丙烯酸或甲基丙烯酸的氟化烷基酯(b)丙烯酸或甲基丙烯酸的氨基衍生物(c)丙烯酸或甲基丙烯酸的羟基衍生物(d)苯乙烯、丙烯酸或甲基丙烯酸的酯在此场合，最好含氟树脂电沉积涂料含有PTFE及/或二硫化钼。例如，PTFE的含有量最好是15～20％。
本发明者对在轴承构件内周面4a上形成由含氟树脂电沉积涂料构成的电沉积涂膜时的膜厚和发生烧结前的转速之间的关系进行了测定。其结果见图2。在该图中，曲线I表示所用的电沉积涂料是在含氟树脂电沉积涂料中含有PTFE，曲线II表示在含氟树脂电沉积涂料中含有PTFE和二硫化钼，曲线III表示在含氟树脂电沉积涂料中含有二硫化钼。无论哪一种场合，若将电沉积涂膜厚度做成5μm以上，则可获得所需的轴承寿命。特别是在上述线曲II的场合(在含氟树脂电沉积涂料中含有PTFE和二硫化钼)和曲线III的状态(在含氟树脂电沉积涂料中含有二硫化钼)时，当膜厚大于8μm时具有非常长的寿命。
在上述的说明中，润滑膜是在轴承构件4的内周面4a上形成的，但也可以是在回转轴5的外周面5a上形成。
其次，作为在由烧结体构成的轴承构件4侧配置固体润滑材料的方法，也可不形成润滑膜，而是将固体润滑材料混入烧结合金用的金属粉末后，通过烧结该金属粉末，使固体润滑粉末混入轴承构件4的内部。
在此场合，作为固体润滑粉末，可使用从碳石墨、二硫化钼和氮化硼中至少选择1种。
又，也可不直接将这种固体润滑粉末混入金属粉末中，而是将混合有固体润滑粉末的树脂混入金属粉末后进行烧结。
(动压发生槽)在本例的空气动压轴承1a上，在轴承构件4的内周面4a形成的动压发生槽4b沿着轴承轴线的方向笔直延伸。图3(a)、(b)是轴承构件4的端面图和立体图，如图所示，动压发生槽4b为正八角形，稍大于轴承构件内周面4a与回转轴5外接的正八角形，由此将该轴承构件内周面4a与止推轴承板外周面5a之间作出了区分。
在此场合，动压发生槽4b沿着轴承构件4成形时的金属模拔出方向、即轴承轴线1a的方向笔直延伸。因此，可高精度、简单并低成本地制造形成有动压发生槽4b的轴承构件4。
图4(a)、(b)是表示具有又一形状的动压发生槽的轴承构件4A的端面图和立体图。该轴承构件4A是在圆形内周面41上以90度间隔形成4个动压发生槽42，各动压发生槽42沿着轴承轴线方向笔直延伸。具有这种动压发生槽42的轴承构件4A也可高精度地简单制造。
(回转轴的变形例)图5为表示具有本发明空气动压轴承的回转多面镜型光偏转器另1例的剖视图。该光偏转器21的基本结构与图1所示的光偏转器1相同，在对应的部分标记相同的符号，并省略其说明。本例光偏转器21的特征在于，该空气动压轴承的结构件、即回转轴5A具有中空部51，可减轻该回转轴的重量。
即，由于在小径的回转轴与轴承构件间形成的动压发生槽不能产生充分大的动压，因此在构成空气动压轴承时，必须将回转轴5A的外径和轴承构件4的内径设定为所定尺寸以上。结果空气动压轴承的回转轴5A必然要变粗，会增加它的质量。并且回转轴5A上还要通过轮毂7放置回转多面镜8，从而光偏转器21的回转部分的整体质量也会增大。
然而，由于是用受空气动压轴承支承回转部分，故若能减小回转部分的质量，则可以更低的转速使空气动压轴承移行至上浮回转状态(非接触回转状态)。即，可缩短接触回转状态的时间，减少轴承磨损量，延长轴承的寿命。又由于可减小回转轴5A的轴端51与止推轴承板6间的接触阻力，故可减小该止推轴承部分的磨损量，延长它的寿命。在此基础上，若可减小回转部分的质量，则还可减少回转用的消耗电力。
鉴于以上各点，本例光偏转器21在其回转轴5A的轴中心形成中空部51，以使回转轴轻量化。具有这种中空部51的回转轴5A可通过对金属板作冲压加工、以使其塑性变形(如拉深加工)而形成。由此可低成本地制造在轴中心具有中空部的回转轴。在此场合，对金属板的材质无特别的限定，可采用铁、铝、铜等。又，通过用固体润滑材料将回转轴51的外周面包覆，可提高回转性能。
综上所述，本发明是用烧结金属形成轴承构件，该轴承构件以相对回转自如的状态支承构成空气动压轴承的轴构件，并在它们的对置面上配置固体润滑材料。因此，可减轻轴承部分在回转起动时、回转停止时产生的接触回转状态下的轴承磨损量，可在以往采用液体动压轴承的轴承部分直接使用本发明的空气动压轴承。
另外，如果能使用空气动压轴承来取代液体动压轴承，由于空气的密度低于油等液体润滑剂，故高速回转时的回转阻力小，从而可减轻驱动用电机的电力消耗。而且空气不会如液体润滑剂那样劣化，故可延长轴承的寿命，譬如可保证连续回转状态下50,000小时的轴承寿命。
另外，采用本发明的空气动压轴承时，在其构件上形成的动压发生槽可沿该构件成形时的金属模拔出方向、即沿轴承轴线方向笔直延伸。在此场合，可简单低成本地大量生产具有高精度动压发生槽的空气动压轴承。
而本发明的回转多面镜型光偏转器由于设有上述空气动压轴承，故可延长其轴承部分的寿命。
而如果其回转轴采用在轴中心设有中空部的轻型结构，则可减轻包括回转多面镜在内的回转部分的质量，降低轴承部分的摩损，还可降低驱动电机的电力消耗。
权利要求
1.一种空气动压轴承，包括轴构件、可相对回转地支承该轴构件的轴承构件以及在这些轴构件与轴承构件的对置面间形成的由空气产生动压作用的动压发生槽，其特征在于，所述轴承构件由烧结合金形成，在所述轴构件和所述轴承构件中至少一方的所述对置面上配置有固体润滑材料。
2.如权利要求1所述的空气动压轴承，其特征在于，所述轴承构件由以铜或铁为主要成分的烧结合金形成。
3.如权利要求1所述的空气动压轴承，其特征在于，所述固体润滑材料配置成润滑膜形态，该润滑膜由至少混有从氟、碳、二硫化钼中选择的1种树脂构成。
4.如权利要求1所述的空气动压轴承，其特征在于，所述固体润滑材料做成电沉积涂膜的形态，所述电沉积涂膜由混合有下列(a)～(d)中1种共聚物和双顺丁烯二酰亚胺树脂的含氟树脂电沉积涂料构成，(a)丙烯酸或甲基丙烯酸的氟化烷基酯(b)丙烯酸或甲基丙烯酸的氨基衍生物(c)丙烯酸或甲基丙烯酸的羟基衍生物(d)苯乙烯、丙烯酸或甲基丙烯酸的酯
5.如权利要求1所述的空气动压轴承，其特征在于，所述固体润滑材料是混入所述烧结合金用金属粉末后烧结而成的固体润滑粉末。
6.如权利要求5所述的空气动压轴承，其特征在于，所述固体润滑粉末是从碳石墨、二硫化钼和氮化硼中选择的至少1种，所述固体润滑材料是将混合有该固体润滑粉末的树脂混入所述金属粉末后烧结而成。
7.如权利要求1所述的空气动压轴承，其特征在于，所述动压发生槽沿轴承轴线方向形成。
8.一种光偏转器，具有回转多面镜和回转自如地支承该回转多面镜的空气动压轴承，其特征在于，所述空气动压轴承采用权利要求1的结构。
9.如权利要求8所述的光偏转器，其特征在于，所述回转多面镜安装在所述空气动压轴承的所述轴构件侧，该轴构件在其轴中心具有中空部。
10.如权利要求9所述的光偏转器，其特征在于，所述轴构件通过使金属板塑性变形来形成所述中空部。
全文摘要
一种具有高耐久性空气动压轴承的回转多面镜型光偏转器,回转多面镜型光偏转器(1)具有支承回转多面镜(8)的空气动压轴承(1A),构成该轴承的轴承构件(4)由金属圆筒状体构成,在其内周面(4a)上形成沿着轴承轴线(1a)方向笔直延伸的动压发生槽(4b)。在轴承构件(4)的内周面(4a)或回转轴(5)的外周面(5a)中的一方配置有固体润滑材料。采用固体润滑材料,在回转起动和回转停止时的接触状态下,可减少轴承磨损量,延长轴承的寿命。
文档编号B41J2/44GK1350129SQ01135838
公开日2002年5月22日 申请日期2001年10月23日 优先权日2000年10月24日
发明者石塚丰, 中川久弥, 滝泽道明, 桑泽隆文, 小林寿政, 饭泽章敏, 竹村政夫 申请人:株式会社三协精机制作所