JP2002006251A - 動圧空気軸受型光偏向器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 頻繁に起動停止を繰り返すような使用形態に
おいても、最大限の性能を発揮でき、回転多面鏡による
風切り音を抑え、騒音の発生を極力抑えることのできる
動圧空気軸受型光偏向器を提供する。 【解決手段】 ケースに立設した固定軸と、前記固定軸
の外周をヘリングボーン溝その他の動圧発生部からなる
ラジアル動圧空気軸受により回転自在に支持された回転
軸とを備え、前記回転軸と一体的に回転する回転多面鏡
その他のロータ部をケースとカバ部材により密閉したケ
ース内に収容するとともに、前記ロータ部を回転させる
ことにより前記ケース内の空気をケース外部へと排出
し、該ケース内を減圧あるいは真空化するポンプ機構を
備える動圧空気軸受型光偏向器において、ケース内の圧
力が所定の圧力に到達するまでは、使用回転速度よりも
遅い所定の回転速度以下でロータ部を回転駆動すること
により、回転多面鏡等により発生する風切り音を低減さ
せることにより動圧空気軸受型光偏向器を構成してい
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、情報機器、画像機
器、計測機器等に搭載される動圧空気軸受型光偏向器に
関し、さらなる騒音の低下を計り得る高性能な動圧空気
軸受型光偏向器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、ロータ部を回転させること
により、ケースとカバ部材により密閉されたケース内の
空気をケース外部へと排出し、このケース内を減圧ある
いは真空化することのできるポンプ機構を備えた動圧空
気軸受型光偏向器について、特開平０９−０６１７４２
号、特開平１０−２０６７８０号、特許第２６４５７６
８号、特許第２６４５７７３号、特願平１１−１５９５
３９号等により提案している。このポンプ機構を備える
動圧空気軸受型光偏向器を図６乃至図１４を参照して説
明する。

【０００３】図６はポンプ機構を備える動圧空気軸受型
光偏向器の一例を示す縦断面図であり、図７は図６の動
圧空気軸受型光偏向器のポンプ機構周辺部を示す半断面
図である。

【０００４】１１ａは略中央部に固定軸２１ａが立設さ
れた基台で、ステータコイル６３が固着されたハウジン
グ１３ａで、その周囲を取り囲むことによりケース１５
ａが構成されている。固定軸２１ａの外周には、ラジア
ル動圧空気軸受３１ａにより回転自在に支持された回転
軸２３ａが係合されており、この回転軸２３ａに回転多
面鏡６１、ロータヨーク６３等が取り付けられることに
よりロータ部が構成されている。このロータ部を、基台
１１ａ、ハウジング１３ａからなるケース１５ａと、レ
ーザ光透過窓（図示せず）の形成されたカバ部材１７ａ
とにより密閉したケース内に収容することにより、実質
的に密閉されたミラー室１９ａにおいて、回転多面鏡を
含むロータ部が高速で回転することとなる。

【０００５】ここで、ポンプ機構を備える動圧空気軸受
型光偏向器においては、図７に示すように、ロータ部が
回転することにより、ラジアル動圧空気軸受３１ａに動
圧が発生するとともに、このラジアル動圧空気軸受３１
ａの両端部に刻設されたヘリングボーン溝からなる第
一、第二のポンプ機構４１ａ，４３ａによって、図中矢
印で示したように、ケース内（ミラー室１９ａ）の空気
が第一、第二の吸入孔４５ａ，４７ａから吸引され、固
定軸２１ａの略中心部に形成された大気連通孔４９ａ、
フィルタ５１ａを介してケース外部へと排出され、時間
の経過とともにケース内を略真空状態まで減圧すること
ができる。

【０００６】このようにケース内（ミラー室１９ａ）の
圧力を減圧あるいは真空化することにより、ロータ部が
回転する際の空気抵抗を大幅に低減することができるた
め、モータの損失を抑えることができるとともに、回転
多面鏡６１が高速回転することにより発生する風切り音
を大幅に抑えることができる。

【０００７】図８乃至図１４は、ポンプ機構を備える動
圧空気軸受型光偏向器の他の構成例を示すものであり、
図８乃至図９の動圧空気軸受型光偏向器は、ラジアル動
圧空気軸受３１ｂの両端部に別途吸引用のヘリングボー
ン溝を刻設することにより、ラジアル動圧空気軸受３１
ｂの軸受剛性を高めることができるものであり、図１０
乃至図１１の動圧空気軸受型光偏向器は、スラスト軸受
３３ｃ，３３ｄにポンプ機能を持たせることにより、軸
方向の寸法を抑えることができるものである。また、図
１２はラジアル動圧空気軸受３１ｅの一方の端部のみに
ポンプ機構４１ｅを設けることにより、同様に軸方向の
寸法を抑えることができるものであり、図１４は中空の
スリーブを固定軸２１ｇとしたものであるが、基本的に
は、図６乃至図７に示した動圧空気軸受型光偏向器と同
様の効果を得ることができる。なお、図１３の（Ａ）乃
至（Ｃ）は、ラジアル動圧空気軸受の他の構成例を示し
たものであるが、ヘリングボーン溝に限らず、種々の形
式の動圧空気軸受が適用可能である。

【０００８】このように、ポンプ機構を備える動圧空気
軸受型光偏向器は、その使用回転速度において、ケース
とカバ部材により密閉されたケース内の圧力を大気圧に
比べてかなり低い圧力に減圧あるいは真空化することが
できるため、回転多面鏡等による風損や風切り音を大幅
に低減することができ、消費電力も低く抑えることがで
きる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、省エネルギー
に対する関心が高まるにつれ、待機時等の不要な電源は
極力供給しないように設計されるようになり、画像機器
等に搭載される動圧空気軸受型光偏向器も、頻繁に起動
停止を繰り返すようになってきている。前記ポンプ機構
を備える動圧空気軸受型光偏向器においては、ロータ部
の回転が停止すると、ポンプ機構による減圧・真空化の
機能が停止され、ケース内の圧力が大気圧に戻ってしま
うことから、再起動時には減圧の効果がなくなり、所定
の圧力に到達するまでは、風切り音が発生するという問
題が生じるようになってきた。

【００１０】本発明は、頻繁に起動停止を繰り返すよう
な使用形態においても、最大限の性能を発揮でき、回転
多面鏡による風切り音を抑え、騒音の発生を極力抑えた
動圧空気軸受型光偏向器を得ることを目的としている。

【００１１】本発明の目的と新規な特徴は、次の説明を
添付図面と照らし合わせて読むことにより、より完全に
明らかになるであろう。ただし、図面はもっぱら解説の
ためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するも
のではない。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はケースに立設した固定軸と、前記固定軸の
外周をヘリングボーン溝その他の動圧発生部からなるラ
ジアル動圧空気軸受により回転自在に支持された回転軸
とを備え、前記回転軸と一体的に回転する回転多面鏡そ
の他のロータ部をケースとカバ部材により密閉したケー
ス内に収容するとともに、前記ロータ部を回転させるこ
とにより前記ケース内の空気をケース外部へと排出し、
該ケース内を減圧あるいは真空化するポンプ機構を備え
る動圧空気軸受型光偏向器において、ケース内の圧力が
所定の圧力に到達するまでは、使用回転速度よりも遅い
所定の回転速度以下でロータ部を回転駆動することによ
り、回転多面鏡等により発生する風切り音を低減させる
ことにより動圧空気軸受型光偏向器を構成している。

【００１３】また、起動時に前記所定の回転速度まで一
旦加速させ、ケース内の圧力が所定の圧力に到達した後
に使用回転速度まで再び加速させるステップ制御を採用
したことにより動圧空気軸受型光偏向器を構成してい
る。

【００１４】さらに、起動時にケース内の圧力が所定の
圧力に到達するまでは、所定の回転速度以上とならない
ようにゆっくり加速させるスローアップ制御を採用した
ことにより動圧空気軸受型光偏向器を構成している。

【００１５】加えて、待機時にケース内の圧力が所定の
圧力を維持できる程度の回転速度でロータ部の回転を維
持させる待機モードを備えたことにより動圧空気軸受型
光偏向器を構成している。

【００１６】

【実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。

【００１７】図１は、ポンプ機構を備える動圧空気軸受
型光偏向器のモータを起動した直後からのケース内圧力
の推移を模式的に示したものであり、ロータ部の回転速
度が使用回転速度Ｒ３（例えば、３０，０００ｒｐｍ）
で回転させた場合と、それよりも遅い所定の回転速度Ｒ
２（例えば、１０，０００ｒｐｍ）で回転させた場合の
２つについて示している。両者を比較すると、回転速度
が遅い場合と早い場合とでは、最終到達圧力（真空度）
には大きな差が認められるが、最終到達圧力に到達する
までの時間にはそれほど大きな差は認められない。

【００１８】図２は、回転多面鏡６１による風切り音及
びモータ固有の振動音による騒音と、ケース内圧力との
関係を模式的に示したものであり、ロータ部の回転速度
が使用回転速度Ｒ３で回転させた場合と、それよりも遅
い所定の回転速度Ｒ２で回転させた場合の２つについて
示している。両者を比較すると、モータ固有の振動音に
よる騒音レベルは、全域においてそれほどの差は認めら
れないが、回転多面鏡により発生する風切り音を含めた
騒音レベルでは、最大で２０ｄＢ程度もの差が認めら
れ、特に回転速度が異なっていても、概ねケース内の圧
力がＰｓに下がった時点からＰｅに至るまでの間は、ケ
ース内圧力の低下に伴って、騒音レベルが急激に低下し
ている。ただし、これらのデータは、搭載される回転多
面鏡の大きさや形状、モータの仕様等により変化するた
め、あくまでも、ある条件下での計測データではある
が、多少の差が存在するにせよ、基本的に同じ傾向を示
すものであることに変わりはない。

【００１９】そこで、本発明の動圧空気軸受型光偏向器
にあっては、使用回転速度Ｒ３で起動した場合の騒音レ
ベルに比べて、例えば、５ｄＢ程度低い騒音レベルとな
る、使用回転速度Ｒ３よりも遅い所定の回転速度Ｒ２で
起動させ、その後使用回転速度Ｒ３まで加速させても、
この騒音レベルよりも低い騒音レベルとなるように、ケ
ース内圧力が所定の圧力Ｐ２に到達するまでは、所定の
回転速度Ｒ２以下でロータ部を回転駆動することによ
り、回転多面鏡で発生する風切り音を低減させている。

【００２０】特に、回転多面鏡による風切り音の周波数
ｆｘは、モータ固有の振動音の周波数ｆ１のＮ倍（Ｎは
回転多面鏡の面数）であり、さらに、この周波数の高長
波成分も発生することから、必然的に騒音の周波数が高
くなり、余計に耳障りとなり易いという傾向があるた
め、風切り音による騒音を低減する効果は非常に大きな
ものとなる。

【００２１】図３は、これらを具体的に実現するための
制御方法として、ステップ制御を採用した場合のチャー
ト例を示したもので、起動開始直後からケース内圧力が
所定の圧力Ｐ２に到達するまでは、ロータ部の回転速度
を使用回転速度Ｒ３よりも遅い、所定の回転速度Ｒ２に
設定し、ケース内圧力が所定の圧力Ｐ２に到達した後
に、使用回転速度Ｒ３に段階的に設定している。

【００２２】図４は、同様にスローアップ制御を採用し
た場合のチャート例を示したもので、起動開始直後から
ケース内圧力が所定の圧力Ｐ２に到達するまでは、ロー
タ部の回転速度が所定の回転速度Ｒ２を越えないよう
に、ロータ部の回転速度をゆっくりと加速するように設
定している。この例では、ケース内圧力が所定の圧力Ｐ
２に到達した後も、ゆっくりと使用回転速度Ｒ３まで加
速するように設定しているが、一気に加速するように設
定しても何ら問題はない。

【００２３】このように、本発明の動圧空気軸受型光偏
向器にあっては、ステップ制御、スローアップ制御の何
れを採用した場合においても、ケース内圧力が起動時に
は略大気圧であったものが、所定の圧力Ｐ２に到達する
までは、使用回転速度Ｒ３よりも遅い所定の回転速度Ｒ
２以下でロータ部が駆動されるため、起動時の不十分な
減圧下においても、回転多面鏡により発生する風切り音
を大幅に抑制することができ、使用回転速度Ｒ３におい
ても、風切り音による耳障りな騒音を大幅に抑制するこ
とができる。

【００２４】なお、必ずしも所定の圧力Ｐ２を直接検知
する必要はなく、起動開始からの時間を管理したり、モ
ータの駆動電流を管理するなど、実質的に種々の方法に
より実現することが可能である。また、所定の圧力Ｐ
２、所定の回転速度Ｒ２などは、モータの仕様等に応じ
て、適宜適当な値を設定することができる。

【００２５】図５は、ロータ部の回転速度とケース内の
最終到達圧力との関係を模式的に示したものであるが、
図１の起動開始直後からのケース内圧力の推移に示すよ
うに、同一の回転速度では、起動直後からある程度の時
間が経過しなければ、最終到達圧力までには到達しない
が、一旦最終到達圧力に到達してしまえば、後はその時
の回転速度に応じた最終到達圧力を維持することができ
る。例えば、図５に示すように、使用回転速度Ｒ３でロ
ータ部を回転駆動させ、ケース内圧力が所定の圧力Ｐ２
以下となった後に、最終到達圧力が所定の圧力Ｐ２であ
る回転速度ＲＬでロータ部を回転駆動し続ければ、ケー
ス内圧力を所定の圧力Ｐ２で維持することができる。

【００２６】したがって、ケース内圧力が所定の圧力Ｐ
２を維持できる程度の回転速度ＲＬでロータ部の回転を
維持させる待機モードを備えることにより、再び使用回
転速度Ｒ３にまで加速させた際に、使用回転速度Ｒ３に
到達するまでの時間を短縮し、再起動時のレスポンスを
高めることができる。また、待機モード時のロータ部の
回転速度は、使用回転速度Ｒ３に比べてかなり遅いた
め、回転多面鏡の風切り音による騒音も小さく、モータ
の消費電力も少ないことから、起動停止を繰り返すこと
なく省エネルギー化を計ることができる。

【００２７】なお、ロータ部が回転していない状態のケ
ース内圧力は大気圧と同じであり、この大気圧を基準と
して説明している関係から、気圧を示す［ａｔｍ］を用
いている。ＳＩ単位系の［Ｐａ］に変換するには、１
［ａｔｍ］＝０．１０１３２５［ＭＰａ］で換算すれば
よい。

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明にあ
っては次に列挙する効果を得ることができる。

【００２８】（１）ケースに立設した固定軸と、前記固
定軸の外周をヘリングボーン溝その他の動圧発生部から
なるラジアル動圧空気軸受により回転自在に支持された
回転軸とを備え、前記回転軸と一体的に回転する回転多
面鏡その他のロータ部をケースとカバ部材により密閉し
たケース内に収容するとともに、前記ロータ部を回転さ
せることにより前記ケース内の空気をケース外部へと排
出し、該ケース内を減圧あるいは真空化するポンプ機構
を備える動圧空気軸受型光偏向器において、ケース内の
圧力が所定の圧力に到達するまでは、使用回転速度より
も遅い所定の回転速度以下でロータ部を回転駆動するこ
とにより、回転多面鏡等により発生する風切り音を低減
させることにより動圧空気軸受型光偏向器を構成してい
るため、起動時の不十分な減圧下においても、回転多面
鏡により発生する風切り音を大幅に抑制することがで
き、使用回転速度においても、風切り音による耳障りな
騒音を大幅に抑制することができる。

【００２９】（２）起動時に前記所定の回転速度まで一
旦加速させ、ケース内の圧力が所定の圧力に到達した後
に使用回転速度まで再び加速させるステップ制御を採用
することにより動圧空気軸受型光偏向器を構成している
ため、（１）と同様の効果が得られるとともに、必ずし
も所定の圧力を直接検知する必要はなく、種々の方法に
より簡単に実現することができる。

【００３０】（３）起動時にケース内の圧力が所定の圧
力に到達するまでは、所定の回転速度以上とならないよ
うにゆっくり加速させるスローアップ制御を採用するこ
とにより動圧空気軸受型光偏向器を構成しているため、
（２）と同様の効果を得ることができる。

【００３１】（４）待機時にケース内の圧力が所定の圧
力を維持できる程度の回転速度でロータ部の回転を維持
させる待機モードを備えることにより動圧空気軸受型光
偏向器を構成しているため、（１）と同様の効果を得ら
れるとともに、再び使用回転速度まで加速させる際に、
使用回転速度に到達するまでの時間を短縮し、再起動時
のレスポンスを高めることができる。また、待機モード
時のロータ部の回転速度は、使用回転速度に比べてかな
り遅いため、回転多面鏡の風切り音による騒音も小さ
く、モータの消費電力も少ないことから、起動停止を繰
り返すことなく省エネルギー化を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ポンプ機構を備える動圧空気軸受型光偏向器に
おける起動開始直後からの経過時間とケース内圧力との
関係を示す図。

【図２】ポンプ機構を備える動圧空気軸受型光偏向器に
おけるケース内圧力と騒音との関係を示す図。

【図３】本発明の動圧空気軸受型光偏向器のステップ動
作の一例を示す図。

【図４】本発明の動圧空気軸受型光偏向器のスローアッ
プ動作の一例を示す図。

【図５】ポンプ機構を備える動圧空気軸受型光偏向器に
よるケース内圧力の最終到達圧力を示す図。

【図６】ポンプ機構を備える第１の動圧空気軸受型光偏
向器の縦断面図。

【図７】図６のポンプ機構を示す半断面図。

【図８】ポンプ機構を備える第２の動圧空気軸受型光偏
向器の縦断面図。

【図９】図８のポンプ機構を示す半断面図。

【図１０】ポンプ機構を備える第３の動圧空気軸受型光
偏向器の縦断面図。

【図１１】図１０のポンプ機構を示す平面図。

【図１２】ポンプ機構を備える第４の動圧空気軸受型光
偏向器の半断面図。

【図１３】ポンプ機構を備える動圧空気軸受型光偏向器
に適用可能なラジアル動圧空気軸受の他の例を示す図。

【図１４】ポンプ機構を備える第５の動圧空気軸受型光
偏向器の縦断面図。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ，１１ｃ：基台、 １３ａ，１３ｂ，
１３ｃ：ハウジング、１５ａ，１５ｂ，１５，１５ｅ，
１５ｇ：ケース、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｅ，１
７ｇ：カバ部材、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｅ，１
９ｇ：ミラー室、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｅ，２
１ｇ：固定軸、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｅ，２３
ｇ：回転軸、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｅ，３１
ｇ：ラジアル動圧空気軸受、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，
３３ｄ，３３ｅ，３３ｇ：スラスト軸受、４１ａ，４１
ｂ，４１ｃ，４１ｅ，４１ｇ，４３ａ，４３ｂ，４３
ｇ：ポンプ機構、４５ａ，４５ｂ，４５ｅ，４５ｇ，４
７ａ，４７ｂ，４７ｇ：吸入孔、４９ａ，４９ｂ，４９
ｃ，４９ｄ，４９ｅ，４９ｆ，４９ｇ，４９ｈ，４９
ｉ：大気連通孔、５１ａ，５１ｂ，５１ｅ，５１ｇ：フ
ィルタ、５３ｇ，５５ｇ：封止部材、６１：回転多面
鏡、 ６３：ステータコイル、 ６５：ロータヨー
ク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 7/08 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ (72)発明者 戴 海鳴 埼玉県入間市新久下新田110−１ 日本電 産コパル電子株式会社内 Ｆターム(参考） 2C362 BA08 BA10 BA33 BA34 DA24 2H045 AA24 AA33 AA56 DA41 3J011 BA02 BA08 CA02 KA02 KA03 5H605 AA05 BB07 BB10 BB14 BB17 CC04 DD05 DD09 EB06 5H607 AA04 BB01 BB07 BB09 BB14 BB25 CC01 DD03 DD09 DD14 FF06 GG01 GG12 GG14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケースに立設した固定軸と、前記固定軸の
   外周をヘリングボーン溝その他の動圧発生部からなるラ
   ジアル動圧空気軸受により回転自在に支持された回転軸
   とを備え、前記回転軸と一体的に回転する回転多面鏡そ
   の他のロータ部をケースとカバ部材により密閉したケー
   ス内に収容するとともに、前記ロータ部を回転させるこ
   とにより前記ケース内の空気をケース外部へと排出し、
   該ケース内を減圧あるいは真空化するポンプ機構を備え
   る動圧空気軸受型光偏向器において、 ケース内の圧力が所定の圧力に到達するまでは、使用回
   転速度よりも遅い所定の回転速度以下でロータ部を回転
   駆動することにより、回転多面鏡等により発生する風切
   り音を低減させたことを特徴とする動圧空気軸受型光偏
   向器。
2. 【請求項２】起動時に前記所定の回転速度まで一旦加速
   させ、ケース内の圧力が所定の圧力に到達した後に使用
   回転速度まで再び加速させるステップ制御を採用したこ
   とを特徴とする請求項１記載の動圧空気軸受型光偏向
   器。
3. 【請求項３】起動時にケース内の圧力が所定の圧力に到
   達するまでは、所定の回転速度以上とならないようにゆ
   っくり加速させるスローアップ制御を採用したことを特
   徴とする請求項１記載の動圧空気軸受型光偏向器。
4. 【請求項４】待機時にケース内の圧力が所定の圧力を維
   持できる程度の回転速度でロータ部の回転を維持させる
   待機モードを備えたことを特徴とする請求項１、２また
   は３記載の動圧空気軸受型光偏向器。