JP2003214428A - High-speed rotating body - Google Patents

High-speed rotating body

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JP2003214428A
JP2003214428A JP2002377915A JP2002377915A JP2003214428A JP 2003214428 A JP2003214428 A JP 2003214428A JP 2002377915 A JP2002377915 A JP 2002377915A JP 2002377915 A JP2002377915 A JP 2002377915A JP 2003214428 A JP2003214428 A JP 2003214428A
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JP
Japan
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rotating body
bearing
dynamic pressure
radial
gas dynamic
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Application number
JP2002377915A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Kuwayama
洋一 桑山
Hiroyuki Izume
裕之 井爪
Naoyuki Jinbo
直幸 神保
Kazushige Ono
一茂 大野
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Ibiden Co Ltd
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0402Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means combined with other supporting means, e.g. hybrid bearings with both magnetic and fluid supporting means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/026Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with helical grooves in the bearing surface to generate hydrodynamic pressure, e.g. herringbone grooves

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small high-speed rotating body having vibration resistance, and excellent rotation accuracy stable in a wide range from slow rotation to fast rotation, in a high-speed rotating body having a predetermined load and rotating with high speed. <P>SOLUTION: This rotating body is miniaturized by combining a herringbone gas dynamic-pressure bearing with a magnetic bearing to enhance the rigidity of a radial bearing. Unstable vibration of the high-speed rotating body generated by the miniaturization is restrained, and an unstable dynamic pressure distribution produced at both ends of the bearing is absorbed by a circumferential groove formed at both ends of a herringbone gas dynamic-pressure slot formed on a fixed shaft, so that good and stable rotation is enabled. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばポリゴンミ
ラーの回転支持装置のように高精度で安定回転の要請の
強い高速回転体に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed rotating body, such as a rotary supporting device for a polygon mirror, which has a strong demand for highly accurate and stable rotation.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばレーザープリンタやバーコードリ
ーダ、ファクシミリやレーザ複写機などにはポリゴンミ
ラーが用いられている。こうしたポリゴンミラーは回転
数が早いほど能率が向上するので、20000rpm以
上の回転数が要求されるようになってきた。従来、この
ような高速回転体の軸受には、例えば精密ボールベアリ
ングが用いられてきた。しかしながら、焼き付き、摩耗
等の問題で長期の安定した回転精度を維持することが困
難で、16000rpm程度が使用の限界であった。
2. Description of the Related Art For example, polygon mirrors are used in laser printers, bar code readers, facsimiles and laser copying machines. Since the efficiency of such a polygon mirror increases as the rotation speed increases, a rotation speed of 20000 rpm or more has been required. Conventionally, for example, a precision ball bearing has been used as a bearing for such a high-speed rotating body. However, it is difficult to maintain stable rotation accuracy for a long period of time due to problems such as seizure and abrasion, and the limit of use is about 16000 rpm.

【0003】そこで、かかる高速回転を行う回転体を支
持するために溝付き気体動圧軸受が用いられる。前記溝
付き気体動圧軸受は回転体を空気膜を介して非接触で支
持するという軸受機構であることから、低騒音で低摩擦
損失といった特徴を有している反面、軸受の負荷能力が
低いため外的な振動に弱く回転体の振れが生じ易く、安
定した回転精度を得ることが困難であった。
Therefore, a grooved gas dynamic pressure bearing is used to support such a rotating body rotating at a high speed. Since the grooved gas dynamic pressure bearing is a bearing mechanism that supports a rotating body in a non-contact manner via an air film, it has features of low noise and low friction loss, but has a low bearing load capacity. Therefore, it is weak against external vibration, and shake of the rotating body easily occurs, so that it is difficult to obtain stable rotation accuracy.

【0004】前記問題に対しては、これまでに例えば特
開昭60−98213号公報に開示され、図5の断面図
に示すように、軸受長51を大きくすることで軸受剛性
を高め、該回転体52の振れを抑制するという気体動圧
軸受を用いた高速回転体53や、特開昭63−2664
20号公報に開示れさ、図6の断面図に示すように、ラ
ジアル気体動圧軸受61の両端にスラスト気体動圧軸受
62a、62bを設け、スラスト方向に発生する気体動
圧により該回転体63の振れを抑制し、かつ、回転軸6
1を小型化した高速回転体が提案されている。
The above problem has been disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-98213, and as shown in the cross-sectional view of FIG. 5, the bearing length 51 is increased to increase the bearing rigidity. A high-speed rotating body 53 using a gas dynamic pressure bearing for suppressing the swing of the rotating body 52, and Japanese Patent Laid-Open No. 63-2664.
As shown in the sectional view of FIG. 6, which is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 20, the thrust gas dynamic pressure bearings 62a and 62b are provided at both ends of the radial gas dynamic pressure bearing 61, and the rotor is driven by the gas dynamic pressure generated in the thrust direction. It suppresses the runout of 63 and the rotary shaft 6
A high-speed rotating body in which 1 has been downsized has been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来技
術に開示され回転体の支持に前記ラジアル剛性を高めた
長軸の気体動圧軸受を用いた高速回転体は、従来のボー
ルベアリングを用いた高速回転体に比べ該回転体が大き
くなり、装置を大型化している。また、気体動圧軸受
は、良好な回転精度をえるために円筒度、真円度、面粗
度などの形状精度を1μm程度まで求める精密な加工を
必要とするのが一般的である。このため、回転軸が長軸
であることは、加工が困難となる。また加工可能であっ
ても製造コストが高く実用的でない。
By the way, the conventional ball bearing is used in the high-speed rotating body disclosed in the above-mentioned prior art and using the long-axis gas dynamic pressure bearing having the increased radial rigidity for supporting the rotating body. The rotating body is larger than the high-speed rotating body, and the size of the apparatus is increased. Further, the gas dynamic pressure bearing generally requires precise processing for obtaining shape accuracy such as cylindricity, roundness, and surface roughness to about 1 μm in order to obtain good rotation accuracy. For this reason, if the rotation axis is a long axis, processing becomes difficult. Even if it can be processed, the manufacturing cost is high and it is not practical.

【0006】また、回転体のラジアル気体動圧軸受の両
端に、スラスト動圧軸受を設けた高速回転体では、前記
回転体が起動する際にスラスト軸受面の接触面積が大き
くなり、回転初期に大きな起動トルクを必要とする。さ
らに、該スラスト軸受面では、リンギング現象(平滑な
平面の間での吸着現象)が起き易く回転体の起動ができ
ないことがある。
Further, in a high-speed rotating body in which thrust dynamic pressure bearings are provided at both ends of the radial gas dynamic pressure bearing of the rotating body, the contact area of the thrust bearing surface becomes large when the rotating body is started, and the initial contact period of the rotation becomes large. Requires large starting torque. Further, on the thrust bearing surface, a ringing phenomenon (adsorption phenomenon between smooth flat surfaces) is likely to occur, and the rotating body may not be activated.

【0007】また一般に、円筒状の内径を研削加工した
場合、その両端が円筒中心部に比べ内径が大きくあるい
は小さくなり易い。つまり、図2(a)、(b)に示し
たように回転軸端部の内径が円弧状に加工される。この
ため、前記ラジアル軸受の軸受両端部では、軸受すきま
が変化し回転数の上昇により不安定な動圧分布が生じ易
くなり、前記回転体に予測不可能な振動の発生、同期振
動固有振動数での回転体の振れの増幅やスラスト方向の
磁力バランスとの共振によるコニカルモードの振動が発
生する。この結果、回転体の軸受部と固定軸が接触した
り、衝撃による振動が減衰しないことが起きる。
Further, in general, when a cylindrical inner diameter is ground, the inner diameters of both ends thereof are likely to be larger or smaller than the central portion of the cylinder. That is, as shown in FIGS. 2A and 2B, the inner diameter of the end of the rotary shaft is machined into an arc shape. Therefore, at both ends of the radial bearing, an unstable dynamic pressure distribution is likely to occur due to a change in the bearing clearance and an increase in the number of revolutions, and an unpredictable vibration is generated in the rotating body and a synchronous vibration natural frequency. Vibration of the conical mode occurs due to amplification of vibration of the rotating body and resonance with magnetic force balance in the thrust direction. As a result, the bearing of the rotating body and the fixed shaft may come into contact with each other, or vibration due to impact may not be attenuated.

【0008】そこで、本発明は上記問題に対処するため
になされたもので、その目的は、回転体が小型で、起動
トルクが小さく回転初期から高速回転まで安定した良好
な回転精度と、強い耐震性を達成する高速回転体を提供
することにある。
Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a small rotating body, a small starting torque, a stable rotation accuracy from the initial rotation to high-speed rotation, and a strong earthquake resistance. The object is to provide a high-speed rotating body that achieves the property.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の高速回転体の特徴は、ハウジングと、前記
ハウジングに固定軸を立設し、該固定軸の外側に回転自
在に支持された回転軸からなるラジアル気体動圧軸受
と、外周にリング状マグネットを固着させた回転体を前
記回転軸の外周に固定し、前記リング状マグネットと同
一平面上にあり、ラジアル方向に一定のすきまを保持す
る前記ハウジングに固定されたリング状マグネットから
なるラジアル方向とスラスト方向を支持する磁気軸受部
と、を備えた高速回転体であって、前記ラジアル気体動
圧軸受による負荷能力と前記磁気軸受によるラジアル方
向の負荷能力とを合成し、偏芯率(偏芯率=ラジアル軸
受中心からの回転体中心のずれ量/ラジアル軸受すき
ま)0.3〜0.7としたこと。また、前記ラジアル気
体動圧の負荷能力が、使用回転域で前記磁気軸受のラジ
アル負荷能力より大きくなること。そして前記固定軸の
軸受面には、ヘリングボーン気体動圧発生溝と、前記ヘ
リングボーン気体動圧発生溝の両端にあり前記ヘリング
ボーン気体動圧発生溝と連続する円周状の溝形成したこ
と。さらに、前記円周状の溝を、その溝幅の1/3〜2
/3が前記回転軸のラジアル軸受面に対して外に突出す
るように位置させたことにある。
To achieve the above object, the high-speed rotating body of the present invention is characterized in that a housing and a fixed shaft are erected on the housing and rotatably supported outside the fixed shaft. A radial gas dynamic pressure bearing consisting of a rotating shaft and a rotating body having a ring-shaped magnet fixed to the outer periphery are fixed to the outer periphery of the rotating shaft, are on the same plane as the ring-shaped magnet, and are fixed in the radial direction. A high-speed rotating body including a radial direction and a magnetic bearing portion supporting a thrust direction, which is composed of a ring-shaped magnet fixed to the housing that holds a clearance, and has a load capacity and the magnetic force of the radial gas dynamic pressure bearing. Eccentricity ratio (eccentricity ratio = deviation of the center of the rotor from the radial bearing center / radial bearing clearance) 0.3 to 0.7 It was. Further, the load capacity of the dynamic pressure of the radial gas is larger than the radial load capacity of the magnetic bearing in the operating rotation range. And, on the bearing surface of the fixed shaft, a herringbone gas dynamic pressure generating groove and a circumferential groove which is located at both ends of the herringbone gas dynamic pressure generating groove and is continuous with the herringbone gas dynamic pressure generating groove is formed. . Furthermore, the circumferential groove is ⅓ to 2 of the groove width.
/ 3 is located so as to project outward with respect to the radial bearing surface of the rotary shaft.

【0010】[0010]

【作用】回転体は磁気軸受により回転停止状態でも固定
軸と非接触状態に保持される。また前記回転体は、回転
数の上昇とともに固定軸と回転軸のすきまにヘリングボ
ーン溝による気体動圧が発生し、前記磁気軸受による磁
力と合成され、回転初期から高速回転までの広い範囲で
外的な衝撃に対しラジアル、スラスト両方向に高い軸受
剛性と減衰性能を有することになる。また、前記回転体
の高速化にともないヘリングボーン溝による気体動圧の
負荷能力が磁気軸受の負荷能力より大きくなり、回転体
に発生するホワール運動(回転体の公転運動)を抑制し
高速回転下でより高い回転精度を可能にする。
The rotating body is held by the magnetic bearing in a non-contact state with the fixed shaft even when the rotating body is stopped. Further, in the rotating body, a gas dynamic pressure is generated by the herringbone groove in the clearance between the fixed shaft and the rotating shaft as the number of rotations increases, and the gas is combined with the magnetic force by the magnetic bearing, so that it is outside in a wide range from the initial rotation to high-speed rotation. It has high bearing rigidity and high damping performance in both radial and thrust directions against a dynamic impact. Further, as the speed of the rotating body increases, the load capacity of gas dynamic pressure due to the herringbone groove becomes larger than the load capacity of the magnetic bearing, and whirl motion (revolution motion of the rotating body) generated in the rotating body is suppressed to reduce the high speed rotation. Enables higher rotation accuracy.

【0011】また、前記固定軸の軸受面に設けたヘリン
グボーン溝の両端にあり、前記ヘリングボーン溝と連続
し深さの大きい円周状の溝は、回転体の両端で発生する
不安定な動圧分布を抑制する。
Further, the circumferential grooves, which are located at both ends of the herringbone groove provided on the bearing surface of the fixed shaft and are continuous with the herringbone groove and have a large depth, are unstable at both ends of the rotating body. Suppress dynamic pressure distribution.

【0012】[0012]

【発明の効果】上記作用説明のように本発明によれば、
高速回転体の軸受剛性を高めると同時に、高速回転にと
もなう不安定振動の発生とホワール運動を抑制するよう
にしたので、前記回転体が、小型で、かつ外的な衝撃に
強い耐震性を有するとともに、従来の気体軸受では困難
であった低速回転域から高速回転域までの広い範囲で高
い回転精度が維持できるようになる。
As described above, according to the present invention,
The bearing rigidity of the high-speed rotating body is increased, and at the same time, the occurrence of unstable vibration and whirl motion due to high-speed rotation is suppressed, so that the rotating body is small and has a strong earthquake resistance against external impact. At the same time, it becomes possible to maintain high rotation accuracy in a wide range from a low speed rotation range to a high speed rotation range, which has been difficult with conventional gas bearings.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、その前
に、気体動圧軸受とホワール運動の原理について説明す
る。 〈気体動圧軸受の原理〉気体動圧軸受の基本原理は、気
体の粘性流体としての性質を利用するもので、図3の概
念図で示す2つの効果によって負荷能力を発生させる。
図3(a)に示す第一の効果は、相対する2つの面3
1、32のすべり運動によって末狭まりのすきま33へ
気体が引きずり込まれる際、圧力を発生し、これが面の
押しつけ力、すなわち負荷を支え、滑り面の間に気体膜
がつくられる動圧効果である。図3(b)に示す第二の
効果は、2つの面34、35が押しつけられ、速度をも
って接近する際、2つの面34、35間の気体36をそ
の接近速度に比例する割合で排除しなければならず、こ
の排除により圧力発生が起こって、これが2つの面の押
しつけ力に対抗する。いわば非定常な気体膜生成の動圧
効果で特にスクイーズ効果という。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, but before that, the principles of the gas dynamic pressure bearing and the whirl motion will be described. <Principle of Gas Dynamic Pressure Bearing> The basic principle of the gas dynamic pressure bearing utilizes the property of gas as a viscous fluid, and the load capacity is generated by the two effects shown in the conceptual diagram of FIG.
The first effect shown in FIG. 3 (a) is that two opposing surfaces 3
When the gas is dragged into the narrowing clearance 33 due to the sliding motion of 1, 32, pressure is generated, which exerts a pressing force of the surface, that is, a load, and a gas film is formed between the sliding surfaces. is there. The second effect shown in FIG. 3 (b) is that when the two surfaces 34, 35 are pressed against each other and approach each other at a speed, the gas 36 between the two surfaces 34, 35 is eliminated at a rate proportional to the approach speed. This must be done, and this displacement causes a pressure buildup, which opposes the pressing forces of the two surfaces. It is a so-called squeeze effect because it is an unsteady dynamic pressure effect of gas film formation.

【0014】〈ホワール運動発生の原理〉図4はラジア
ル軸受のホワール運動を説明するための模式図である。
簡単のため、垂直軸を想定して、重力の影響は考えない
ものとする。今、仮に、角速度ωで回転している回転軸
41がeだけ偏心したとすると、固定軸受42と回転軸
41の間の気体潤滑膜には動圧効果によって圧力が発生
し、回転軸41を元の軸受中心43へ戻そうとする力F
eのほかに、これを振り回そうとする力Fωが発生す
る。そして、回転軸41が角速度Ωで振れまわり始める
と、今度は、スクイーズ効果による圧力が発生して、そ
の振れ回りを抑えようとする力FΩが生まれる。
<Principle of Generation of Whirl Motion> FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the whirl motion of the radial bearing.
For simplicity, the vertical axis is assumed and the effect of gravity is not considered. Now, if the rotating shaft 41 rotating at the angular velocity ω is eccentric by e, pressure is generated in the gas lubrication film between the fixed bearing 42 and the rotating shaft 41 by the dynamic pressure effect, and the rotating shaft 41 is rotated. Force F to return to the original bearing center 43
In addition to e, a force Fω that attempts to swing it is generated. Then, when the rotating shaft 41 starts to whirling at an angular velocity Ω, a pressure due to the squeeze effect is generated, and a force FΩ for suppressing the whirling is generated.

【0015】軸受で支持する回転体41の質量をmとす
ると、回転体41に作用する遠心力はmeΩとなるの
で、meΩ=Feになる角速度Ωで振れ回ろうとす
る。そのとき、もしFω=FΩならば、振れ回りを減速
する力も加速する力もなく、定常的な一定半径44の振
れ回りが持続する。Fω<FΩならば、振れ回りは減速
され、遠心力が小さくなって次第に治まる。逆に、Fω
>FΩならば、振れ回りは加速され、遠心力が勝って、
ますます激しくなる。したがい、ホワール運動の発生を
抑制するには、気体膜反力の求心成分Feを大きくす
る。気体膜反力の変動成分におよぼす動圧効果の影響
を、スクイーズ効果を減じることなく、弱めるというこ
とが必要になる。本発明は、前記気体膜反力の求心成分
Feをヘリングボーン形状の溝による動圧と磁気軸受に
よる磁力によって、大きくしたことでホワール運動を抑
制している。
Assuming that the mass of the rotating body 41 supported by the bearing is m, the centrifugal force acting on the rotating body 41 is meΩ 2 , so that it tries to swing around at an angular velocity Ω such that meΩ 2 = Fe. At that time, if Fω = FΩ, there is no decelerating force or accelerating force, and the steady whirling with a constant radius 44 continues. If Fω <FΩ, the whirling speed is reduced, the centrifugal force becomes smaller, and the whirlpool gradually subsides. Conversely, Fω
If> FΩ, whirling is accelerated, centrifugal force wins,
It gets more and more intense. Therefore, in order to suppress the occurrence of whirl motion, the centripetal component Fe of the gas film reaction force is increased. It is necessary to weaken the influence of the dynamic pressure effect on the fluctuation component of the gas film reaction force without reducing the squeeze effect. The present invention suppresses the whirl motion by increasing the centripetal component Fe of the gas film reaction force by the dynamic pressure of the herringbone-shaped groove and the magnetic force of the magnetic bearing.

【0016】次に、本発明の一実施例を図面を用いて説
明すると、図1は同実施例に係わる高速回転ポリゴンミ
ラーの概略の断面構造を示している。アルミ製ハウジン
グ11の中央にセラミック製固定軸12を立設する。こ
のセラミック製固定軸12は、セラミック製回転軸13
の軸受面の中心部14に最高圧力部が発生するよう、軸
方向に対して互いに反対方向に角度のついた深さ6〜8
ミクロンの動圧発生溝すなわち、ヘリングボーン動圧発
生溝15a,15bを形成した。さらに、このヘリング
ボーン気体動圧発生溝15a、15bの両端に深さ10
ミクロンの円周状の溝16a、16bを形成した。ま
た、この円周溝16a、16bは、幅が2.0mmでそ
の溝幅の1/3が回転軸13の軸受面より外側に位置す
るようにした。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic sectional structure of a high-speed rotating polygon mirror according to the embodiment. A ceramic fixed shaft 12 is erected in the center of an aluminum housing 11. The ceramic fixed shaft 12 is a ceramic rotary shaft 13
The depth 6 to 8 angled in opposite directions to the axial direction so that the highest pressure portion is generated in the central portion 14 of the bearing surface of
Micron dynamic pressure generating grooves, that is, herringbone dynamic pressure generating grooves 15a and 15b were formed. Further, the herringbone gas dynamic pressure generating grooves 15a and 15b have a depth of 10 at both ends.
Micron circumferential grooves 16a, 16b were formed. The circumferential grooves 16a and 16b have a width of 2.0 mm, and 1/3 of the groove width is located outside the bearing surface of the rotary shaft 13.

【0017】ハウジング11の内周には、前記セラミッ
ク製固定軸12と同軸状の位置にリング状マグネット2
3を接着固定した。また、セラミック製回転軸13の外
周には、焼きばめによりアルミ製フランジ17を固定し
た。このアルミ製フランジ17は、下面とその外周に凹
部を有しリング状マグネット18、19が接着固定され
ている。次に、アルミ製ポリゴンミラー20をこのアル
ミ製フランジ18の上に接着剤あるいはボルトで固定
し、回転体21を構成した。
On the inner circumference of the housing 11, a ring-shaped magnet 2 is provided at a position coaxial with the ceramic fixed shaft 12.
3 was adhesively fixed. An aluminum flange 17 is fixed to the outer circumference of the ceramic rotary shaft 13 by shrink fitting. This aluminum flange 17 has a lower surface and a concave portion on the outer periphery thereof, and ring-shaped magnets 18 and 19 are fixedly adhered thereto. Next, the polygonal mirror 20 made of aluminum was fixed onto the flange 18 made of aluminum with an adhesive or bolts to form the rotating body 21.

【0018】回転体21は、セラミック製固定軸12に
挿入される。このとき、回転体21の内径とセラミック
製固定軸12のすきま22は5ミクロン程度に設定し
た。また回転体外周のリング状マグネット19とハウジ
ング11のリング状マグネット23のすきま24は1.
5mmにした。この2つのリング状マグネット19、2
3の磁気吸引力により回転体21は、軸線方向の移動を
固定されるとともに、ラジアル方向を回転停止状態でも
回転可能にする。また、2つのリング状マグネット1
9、23は、軸受中心に対し同心位置に固定されている
が、磁気バランスが微妙な差を持ち、回転体21は軸受
中心より2.5μm(偏芯率=0.5)偏心した状態に
位置した。このため10000rpm以下でも大きな動
圧が発生させることができ、また耐振性を向上させるこ
とができた。
The rotating body 21 is inserted into the ceramic fixed shaft 12. At this time, the inner diameter of the rotating body 21 and the clearance 22 of the ceramic fixed shaft 12 were set to about 5 μm. Further, the clearance 24 between the ring-shaped magnet 19 on the outer periphery of the rotating body and the ring-shaped magnet 23 of the housing 11 is 1.
It was set to 5 mm. These two ring-shaped magnets 19 and 2
Due to the magnetic attraction force of 3, the rotating body 21 is fixed in its movement in the axial direction, and is rotatable in the radial direction even when the rotation is stopped. Also, two ring-shaped magnets 1
9 and 23 are fixed concentrically with respect to the bearing center, but the magnetic balance has a slight difference, and the rotor 21 is eccentric to the bearing center by 2.5 μm (eccentricity = 0.5). It was located. Therefore, a large dynamic pressure can be generated even at 10,000 rpm or less, and vibration resistance can be improved.

【0019】次に回転体21の起動は、ハウジング11
に固定したコイル25とアルミ製フランジ17に接着固
定したマグネット18で構成するモータと図示しない回
転制御装置により行われる。回転体21が、モータによ
り起動し回転数の上昇とともに軸受すきま22にヘリン
グボーン気体動圧発生溝15a、15bによる圧力が発
生し、ラジアル方向の負荷能力を発生する。このラジア
ル方向の負荷能力の増大により軸受の耐振性が向上する
とともに、回転体のホワールが抑制されホワール半径が
小さくなり回転精度が向上した。
Next, the rotation body 21 is started by the housing 11
It is carried out by a motor composed of a coil 25 fixed to the above and a magnet 18 adhered and fixed to the aluminum flange 17 and a rotation control device (not shown). The rotating body 21 is started by the motor, and as the number of rotations increases, pressure is generated in the bearing clearance 22 by the herringbone gas dynamic pressure generating grooves 15a and 15b, and a load capacity in the radial direction is generated. The increased load capacity in the radial direction improves the vibration resistance of the bearing, suppresses the whirl of the rotating body, reduces the whirl radius, and improves the rotation accuracy.

【0020】上記のように構成した高速ポリゴンミラー
を30000rpmで回転させ、その回転精度を測定し
た結果を従来技術によるものと比較して表1に示す。表
1に示した結果より、本発明の高速回転体は、極めて優
れた回転性能であることが認められた。
The high-speed polygon mirror configured as described above is rotated at 30,000 rpm and the rotation accuracy is measured. The results are shown in Table 1 in comparison with those of the prior art. From the results shown in Table 1, it was confirmed that the high speed rotating body of the present invention has extremely excellent rotating performance.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す高速回転ポリゴンミラ
ーの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a high-speed rotating polygon mirror showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の回転軸の形状を説明するための模式図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the shape of a rotating shaft of the present invention.

【図3】気体動圧軸受の原理を説明するための模式図で
ある。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the principle of a gas dynamic pressure bearing.

【図4】気体動圧軸受を用いた回転体に発生するホワー
ル運動を説明するための模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining whirl motion that occurs in a rotating body that uses a gas dynamic pressure bearing.

【図5】従来技術を説明するためのポリゴンミラーの断
面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a polygon mirror for explaining a conventional technique.

【図6】従来技術を説明するための小型化したポリゴン
ミラーの断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a miniaturized polygon mirror for explaining a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 アルミ製ハウジング 12 セラミック製固定軸 13 セラミック製回転軸 14 ラジアル軸受の中心部 15a,15b ヘリングボーン動圧発生溝 16a,16b 円周状の溝 17 アルミ製フランジ 18 リンク状マグネット 19 リング状マグネット 20 アルミ製ポリゴンミラー 21 高速回転体 22 セラミック製回転軸とセラミック固定軸との間の
すきま 23 リング状マグネット 24 磁気軸受すきま 25 コイル 31,32 相対する2つの面 33 末狭りのすきま 34,35 押しつけられる2つの面 36 気体 41 回転軸 42 固定軸受 43 軸受中心 44 ホワール運動の軌跡 51 軸受 52 回転体 53 高速回転体 61 ラジアル気体動圧軸 62a,62b スラスト気体動圧軸受 63 回転体 64 高速回転体
11 Aluminum Housing 12 Ceramic Fixed Shaft 13 Ceramic Rotation Shaft 14 Radial Bearing Centers 15a, 15b Herringbone Dynamic Pressure Generation Grooves 16a, 16b Circumferential Groove 17 Aluminum Flange 18 Link Magnet 19 Ring Magnet 20 Aluminum polygon mirror 21 High-speed rotating body 22 Clearance between ceramic rotary shaft and ceramic fixed shaft 23 Ring magnet 24 Magnetic bearing clearance 25 Coil 31, 32 Two opposing surfaces 33 Narrowing clearance 34, 35 Pressing Two planes 36 Gas 41 Rotating shaft 42 Fixed bearing 43 Bearing center 44 Track of whirl motion 51 Bearing 52 Rotating body 53 High speed rotating body 61 Radial gas dynamic pressure shafts 62a, 62b Thrust gas dynamic pressure bearing 63 Rotating body 64 High speed rotating body

フロントページの続き (72)発明者 井爪 裕之 岐阜県揖斐郡揖斐川町北方1丁目1番地 イビデン株式会社大垣北工場内 (72)発明者 神保 直幸 岐阜県揖斐郡揖斐川町北方1丁目1番地 イビデン株式会社大垣北工場内 (72)発明者 大野 一茂 岐阜県揖斐郡揖斐川町北方1丁目1番地 イビデン株式会社大垣北工場内 Fターム(参考) 3J011 AA10 AA11 BA02 CA02 KA02 MA03 SD10 3J102 AA01 AA08 BA03 BA04 BA17 BA18 CA02 CA03 CA11 CA22 DA07 DA36 GA02 Continued front page    (72) Inventor Hiroyuki Izume             1-1 Kitakita, Ibigawa-cho, Ibi-gun, Gifu Prefecture             Ibiden Co., Ltd. Ogaki Kita Factory (72) Inventor Naoyuki Jimbo             1-1 Kitakita, Ibigawa-cho, Ibi-gun, Gifu Prefecture             Ibiden Co., Ltd. Ogaki Kita Factory (72) Inventor Kazushige Ohno             1-1 Kitakita, Ibigawa-cho, Ibi-gun, Gifu Prefecture             Ibiden Co., Ltd. Ogaki Kita Factory F term (reference) 3J011 AA10 AA11 BA02 CA02 KA02                       MA03 SD10                 3J102 AA01 AA08 BA03 BA04 BA17                       BA18 CA02 CA03 CA11 CA22                       DA07 DA36 GA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ハウジングと、前記ハウジングに固定軸
を立設し、該固定軸の外側に回転自在に支持された回転
軸からなるラジアル気体動圧軸受部と、外周にリング状
マグネットを固着した回転体を前記回転軸の外周に固定
し、前記リング状マグネットと同一平面上にあり、ラジ
アル方向に一定のすきまを保持する前記ハウジングに固
着されたリング状マグネットからなるラジアル方向とス
ラスト方向を支持する磁気軸受部と、を備えた高速回転
体であって、前記ラジアル気体動圧軸受による負荷能力
と前記磁気軸受によるラジアル方向の負荷能力とを合成
し、偏芯率(偏芯率=ラジアル軸受中心からの回転体中
心のずれ量/ラジアル軸受すきま)0.3〜0.7とし
たことを特徴とする高速回転体。
1. A housing, a radial gas dynamic pressure bearing portion comprising a rotating shaft rotatably supported on the outside of the housing, a fixed shaft provided upright on the housing, and a ring-shaped magnet fixed to the outer circumference. A rotating body is fixed to the outer periphery of the rotating shaft, is on the same plane as the ring-shaped magnet, and supports the radial direction and the thrust direction, which is composed of a ring-shaped magnet fixed to the housing that maintains a constant clearance in the radial direction. A high-speed rotating body including a magnetic bearing portion for performing eccentricity (eccentricity ratio = radial bearing) by combining the load capacity of the radial gas dynamic pressure bearing and the load capacity of the magnetic bearing in the radial direction. High-speed rotating body, characterized in that the amount of displacement of the center of the rotating body from the center / radial bearing clearance) is 0.3 to 0.7.
【請求項2】 前記回転体を支持するヘリングボーン気
体動圧軸受の負荷能力が、前記回転体の使用回転数域
で、前記磁気軸受のラジアル負荷能力より大きくなるこ
とを特徴とする請求項1に記載の高速回転体。
2. The load capacity of the herringbone gas dynamic pressure bearing for supporting the rotating body is larger than the radial load capacity of the magnetic bearing in the operating speed range of the rotating body. The high-speed rotating body described in.
【請求項3】 前記ラジアル気体軸受において、前記固
定軸の軸受面にヘリングボーン気体動圧発生溝と、該ヘ
リングボーン気体動圧発生溝の両端に連続する円周状の
溝を形成したことを特徴とする請求項1および請求項2
に記載の高速回転体。
3. In the radial gas bearing, a herringbone gas dynamic pressure generating groove is formed on the bearing surface of the fixed shaft, and a circumferential groove is formed at both ends of the herringbone gas dynamic pressure generating groove. Claims 1 and 2 characterized
The high-speed rotating body described in.
【請求項4】 前記固定軸の軸受面に形成した、前記円
周状の溝が前記ヘリングボーン気体動圧発生溝より深い
ことを特徴とする請求項1および請求項3に記載の高速
回転体。
4. The high-speed rotating body according to claim 1, wherein the circumferential groove formed on the bearing surface of the fixed shaft is deeper than the herringbone gas dynamic pressure generating groove. .
【請求項5】 前記円周状の溝を、その溝幅の1/3〜
2/3が前記回転軸のラジアル軸受面に対して外に突出
するように位置させたことを特徴とする請求項3又は請
求項4に記載の高速回転体。
5. The circumferential groove is ⅓ of the groove width.
The high-speed rotating body according to claim 3 or 4, wherein 2/3 is positioned so as to project outward with respect to a radial bearing surface of the rotary shaft.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008503693A (en) * 2004-06-15 2008-02-07 エル−シャファイ,アリ Instability control method for fluid film bearings

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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