JP2006217682A - モータユニット、モータ温度制御装置、モータ温度判定方法、モータ温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの回転による軸受部材の温度を正確に判断する。
【解決手段】 モータ駆動回路７０は、駆動制御部７２、駆動部７４を含んで構成されている。駆動制御部７２へは、全体制御ユニット６０からの基準クロック、マグネット位置検出器６２からの速度信号が入力される。駆動部７４へは、モータ駆動電源５８からの駆動電流が供給されると共に、全体制御ユニット６０からの、回転／停止制御信号が入力される。電流値検出器７６は、モータ駆動電源５８と駆動部７４との間に介在され、モータ駆動電流の電流値を検出可能とされている。信号変換器７８へは、電流値検出器７６で検出された電流値が電流検出信号として入力される。信号変換器７８では、入力された電流検出信号が温度信号へ変換され、全体制御ユニット６０へ出力される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、モータユニット、モータ温度制御装置、モータ温度判定方法、及び、モータ温度制御方法に係り、特に、シャフトを回転させるモータの回転動作時の温度を判定可能なモータユニット及びモータ温度判定方法、前記モータユニット、前記モータ温度判定方法で判定された温度に基づいてモータ等の温度制御を行なうモータ温度制御装置及びモータ温度制御方法に関する。

従来、モータの回転軸受構造にはさまざまなタイプのものが提案されてきた。特に比較的低負荷の小型モータの例としては、
ａ）回転部と固定部の間に回転自在な複数の球形部材を配したもの（ボールベアリング）。

ｂ）棒状部材とこれを挿入する中空円筒部材によって構成されたもの（すべり軸受）。磨耗低減の為、中空円筒部材に潤滑油を含浸させたタイプもある
ｃ）棒状部材とこれを挿入する中空円筒部材によって構成され、その間隙に潤滑油が充填されたもの（オイル軸受）。

ｄ）上記ｃ）の棒状部材の表面、乃至は中空円筒部材の内側面、乃至はその両方に微細溝などを設け、両部材間に充填された潤滑油などの流体に動圧を発生させるようにしたもの（動圧流体軸受）。

ｅ）上記ｂ）の棒状部材の表面、乃至は中空円筒部材の内側面、乃至はその両方に微細溝などを設け、両部材間に存在する空気などの気体に動圧を発生させるようにしたもの（動圧空気軸受）。
などがよく利用されている。

ところで上記いずれのタイプの軸受構造も、長期間使用しているうちに部材の磨耗や潤滑油の劣化などによって、次第に軸受としての性能が劣化していく。具体的には、回転時の抵抗が増大する、振動や騒音が増大する、回転体の位置精度が悪くなる、充填されている潤滑油などが漏れ出すなどである。また劣化が更に進むと、最終的には回転抵抗が極大となったり、軸受を構成する部材が破損したりして、もはや回転不能状態となる。一般的には、この回転不能状態に至った場合を軸受故障と呼んでいる。しかし現実には、劣化が進んで軸受として必要な性能を満たせなくなったり、望まない不具合が生じてきた時点で、すでに軸受としての役を果たさなくなったと見なすことが妥当である。従ってモータなどの軸受寿命を考える場合は、軸受の劣化が進行して要求性能を満足できなくなったか、初期にはなかった不具合が発生した状態を軸受の故障と定義し、また使用開始から故障に至るまでの期間を軸受の寿命とすることが多い。

以下の説明においても、軸受の故障、寿命という語句は前記定義に基づいて用いる。

ところで、一般に軸受の寿命と軸受部温度とには密接な関係があって、軸受部温度が高くなると軸受の劣化が急激に進み、寿命が短くなることが知られている。そこで軸受部の温度が過度に上昇するような場合は、強制空冷ＦＡＮなどを設けてモータを冷却するといった対策が取られている。

しかし一方、強制空冷ＦＡＮを設けることは、ＦＡＮが電力を消費するので省エネルギーの観点からは決して好ましいことではない。またＦＡＮの動作音や振動なども問題である。さらには、モータの用途によっては、できるだけモータに風を当てたくない場合もある。例えば光偏向用ミラーを搭載したモータなどでは、塵芥が光偏向用ミラーに付着するのを防ぐためにモータの周囲をカバーで覆ったりすることがあるが、ＦＡＮで風を当てることは塵で汚れた空気を絶えずモータに吹き付けることになるので、塵芥がモータ周囲のカバー内部に侵入しやすくなり、ミラーに塵芥が付着して反射率が低下してしまうことが起き易くなるといった問題が報告されている。そこでモータ冷却のためにやむ無くＦＡＮを設ける場合であっても、モータの軸受の温度が低い場合にはＦＡＮを停止しておき、温度が高くなった場合にのみＦＡＮを動作させるなどの、なるべくＦＡＮを動作させる時間を短くする工夫が従来より行われてきた。

しかしながら、前述のようにモータの温度によってＦＡＮの動作を制御する場合には、モータの軸受温度を検出する為の温度センサをどこに設けるかが問題であった。温度センサの配置例としては、例えば特許文献１、特許文献２に示されたものなどがある。特許文献１の例では、モータの回転体のすぐ横に温度センサを設けている。この場合、温度センサはモータの回転体近傍に発生する空気流の温度を検出することになる。また、特許文献２では、モータ回転軸上方に温度センサを配置している。この場合、温度センサは、モータによって暖められてケース上方に集まった空気の温度を検出している。

しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載された温度センサの位置では、軸受部の内側の温度を直接検出することはできない。モータ寿命延長のためにモータの冷却を行う場合は、軸受部の温度を直接検出することが理想的である。しかしながら、軸受部材内部に温度センサを直接配置することは技術的に難かしく、またコスト高となりやすい。しかしながら温度センサを軸受部から離れたところに配置してしまうと、軸受部と温度センサの間にどうしても温度差が生じてしまう。またさらに軸受部の温度変化が実際に温度センサへ熱伝播するまでの遅延時間が急激に大きくなる場合がある。これらは軸受部と温度センサ間の距離や、あいだに介在するものの材質などによって大きく左右されるが、ＦＡＮを動作させたり停止させたりするときの温度を設定する際には、これら温度差や熱伝播の遅延時間を考慮して、十分なマージンを持たせた値にしなければならない。その結果、本来必要な温度よりも低い温度になってからもＦＡＮの動作を継続させねばならない場合も生じ、結果的にＦＡＮの動作時間は本来必要な時間以上に長くなってしまう。

しかもモータを小型化すればするほど、軸受部近傍に温度センサを配置することが困難になるため、従来は、前述の特許文献１、特許文献２の例のように、モータ周囲の空気を介した位置に温度センサを配置せざるを得ない場合が多かった。勿論このような配置では、前述の温度勾配や熱的遅延は極めて大きくなってしまうので、前記温度マージンも十分大きくせざるを得なくなり、ＦＡＮの動作時間が必要以上に長くなってしまうことはどうしても避けられない問題であった。
特開平８−３２４０６８号公報 特開平１０−２０６７７６号公報

本発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、モータの回転による軸受の温度を正確に判断可能な、モータユニット、モータ温度判定方法、及び、前記モータユニット、前記モータ温度判定方法で判定された温度に基づいてモータの温度制御を行なうモータ温度制御装置及びモータ温度制御方法、を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載のモータユニットは、シャフト部材と、前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータと、前記モータの駆動電流を検出可能な駆動電流検出手段と、前記駆動電流検出手段で検出された駆動電流に基づいて、前記挿入部の温度を判定する温度判定手段と、を備えている。

また、請求項９に記載のモータ温度判定方法は、シャフト部材と、前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータの駆動電流を検出し、前記検出された駆動電流に基づいて、前記挿入部の温度を判定するものである。

軸受部材の挿入部に挿入されたシャフト部材が回転するときにシャフト部材と挿入部との間に発生する摺動抵抗は、両者の接触部位の温度によって変化する。したがって、モータの回転を維持するために必要な回転トルク、すなわちモータを駆動させるためのモータ駆動電流も、この温度変化に伴って変化するという特性を有する。そこで、この特性を利用して挿入部の温度判定を行なう。すなわち、モータの駆動電流を検出し、検出された駆動電流に基づいて、挿入部の温度を判定する。

上記構成によれば、特別に温度センサなどを必要とせず、挿入部の温度を判定することができる。また、検出された駆動電流に基づいて挿入部の温度を判定するので、軸受の外側に温度センサを配置した場合と比較して、正確に温度判定を行なうことができる。

なお、請求項１に記載の発明のモータユニットの温度判定手段は、請求項２に記載のように、前記駆動電流と前記挿入部の温度との対応関係に基づいて、前記駆動電流から得られる駆動電流情報を前記挿入部の温度を示す挿入部温度情報に変換すること、により挿入部の温度を判定することができる。

また、請求項９に記載の発明のモータ温度判定方法は、請求項１０に記載のように、前記温度の判定は、前記駆動電流と前記挿入部の温度との対応関係に基づいて、前記駆動電流から得られる駆動電流情報を前記挿入部の温度を示す挿入部温度情報に変換すること、を特徴とすることができる。

また、請求項１または請求項２に記載の発明のモータユニットは、請求項３に記載のように、前記シャフト部材と前記軸受部材の間隙に潤滑剤が充填されていること、を特徴とすることができる。

また、請求項９または請求項１０に記載の発明のモータ温度判定方法は、請求項１１に記載のように、前記シャフト部材と前記軸受部材の間隙に潤滑剤が充填されていること、を特徴とすることができる。

シャフト部材と軸受部材の間隙に潤滑剤を充填すると、潤滑剤の潤滑作用により、シャフト部材と軸受部材の間の摺動抵抗は小さくなり、両部材の磨耗スピードも低減される。この潤滑剤には粘性抵抗があるため、モータの回転を維持するときには、駆動軸に結合したギアやカムなどに伝達される伝達トルクの他に、潤滑剤の粘性抵抗に起因する損失トルクと、回転体が周辺の空気を掻き乱すことによって生じる風損抵抗に起因する損失トルクなどの合算値に対抗する回転トルクが必要とされる。

このとき前者の粘性抵抗は潤滑剤の温度によって一意に決まり、一方後者の風損トルクはモータの回転速度によって一意に決まる。モータの回転速度は、通常モータが具備している速度フィードバック信号で容易に判断でき、またこの速度フィードバック信号を用いてモータを定速制御している場合などは、モータは常に設定された一定速度で回転するよう制御されるので、あらためて回転速度を検出する必要がない。従って、モータの回転を維持するために必要な回転トルク、すなわちモータの駆動電流の大きさを検出することにより潤滑剤の粘性抵抗、すなわち潤滑剤の温度を判定することができる。この潤滑剤は、シャフト部材と軸受部材の間隙に充填されていることから、軸受部材の挿入部の温度として扱うことができる。

このように、シャフト部材と軸受部材の間隙に潤滑剤が充填されている場合には、両部材の摩耗を抑制することができる。また、潤滑剤の粘性抵抗に起因する損失トルクは潤滑剤の温度によって一意に決まり、潤滑剤は軸受部材の挿入部に充填されていることから、損失トルクに応じて変化する回転トルクすなわち駆動電流に基づいて、軸受部材の挿入部の温度を正確に判定することができる。

また、請求項３に記載の発明のモータユニット、及び、請求項１１に記載のモータ温度判定方法は、請求項４、請求項１２に記載のように、前記潤滑剤に動圧が発生することで、前記シャフト部材と前記軸受部材が非接触状態となることを特徴とすることもできる。

この場合、潤滑剤の粘性抵抗は、動圧発生のメカニズムに密接に関係するため、潤滑剤の温度が変化したときのモータの駆動電流の変化は、動圧の発生がない場合よりもさらに顕著となる。このため、潤滑剤に動圧が発生する場合に、モータの駆動電流の大きさを検出することで、容易に軸受部材の挿入部の温度を判定することができる。

また、請求項１または請求項２に記載の発明のモータユニットは、請求項５に記載のように、前記シャフト部材と前記軸受部材との間に介在する気体に動圧が発生することで、前記シャフト部材と前記軸受部材が非接触状態となることを特徴とすることもできる。

また、請求項９または請求項１０に記載の発明のモータ温度判定方法は、請求項１３に記載のように、前記シャフト部材と前記軸受部材との間に介在する気体に動圧が発生することで、前記シャフト部材と前記軸受部材が非接触状態となること、を特徴とすることもできる。

上記のように、軸受部材に挿入部が形成され、この挿入部にシャフト部材が挿入される軸受構造では、モータが回転すると、シャフト部材と軸受部材の間に介在している気体によって動圧が発生する。この気体による動圧発生のメカニズムには、気体の粘性抵抗が密接に関係しており、気体の粘性抵抗が大きいほど発生する動圧が大きくなるという傾向がある。

一方、気体の粘性抵抗は、気圧や湿度、気体成分などの条件が一定であれば、空気の温度によって変化することが知られている。従って、軸受部材とシャフト部材との間隙部の気体の温度が変化すると、発生する動圧の大きさも増減することになる。

また動圧が発生している状態では、シャフト部材もしくは軸受部材に回転を妨げる方向のトルクが発生する。この回転を妨げるトルクの大きさは、発生している動圧の大きさと密接に関係がある。

すなわち、上記の軸受構造では、前記間隙部に介在する気体の温度が変化すると、気体の粘性が変化し、シャフト部材もしくは軸受部材の回転を妨げようとするトルクの大きさも変化する。

ところで、上記構成のモータの回転を維持するときには、駆動軸に結合したギアやカムなどに伝達される伝達トルクの他に、前述の動圧発生に起因した回転を妨げようとする損失トルクと、回転体が周辺の空気を掻き乱すことによって生じる風損抵抗に起因する損失トルクとの合算値などに対抗するだけの回転トルクが必要とされる。

このとき先に説明したように前者の損失トルクは、前記間隙部の気体の温度によって左右され、一方後者の風損トルクは、モータの回転速度によって一意に決まる。モータの回転速度は、通常モータが具備している速度フィードバック信号で容易に判断でき、またこの速度フィードバック信号を用いてモータを定速制御している場合などは、モータは常に設定された速度で回転するよう制御されるので、あらためて回転速度を検出する必要がない。

従って、モータを回転を維持するために必要な回転トルク、すなわちモータの駆動電流の大きさを検出することにより、気体の粘性抵抗、すなわち前記間隙部の気体の温度を判定することができる。ここで前記間隙部は、通常極めて狭く、間隙部に存在する気体の温度と、軸受部材の挿入部の温度とは等しいと考えても差し支えない。

以上説明したように、間隙部に介在する気体の粘性抵抗に起因する損失トルクは、この気体の温度によって一意に決まることから、損失トルクに応じて変化する回転トルクすなわち駆動電流に基づいて、軸受部材の挿入部の温度を正確に判定することができる。

また、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明のモータユニット、及び、請求項９〜請求項１３は、請求項６、請求項１４に記載のように、前記モータが、前記シャフト部材に取り付けられて回転しつつ光ビームを偏向走査する回転多面鏡を一定速度で回転させるために用いられるモータであることを特徴とすることもできる。

光ビームを偏向走査する回転多面鏡を回転させるために用いられるモータの場合、光走査を常に一定の速度で行う必要から、モータは非常に高い精度で一定速度に制御される。またこの種のモータでは、その動力は回転多面鏡を回転させるためだけに用いられ、ギアやカムなどに伝達される伝達トルクが存在しない。更には、このような用途のモータは常に設定された一定速度で回転するよう制御されているので、あらためて回転速度を検出する必要がない。

以上のことから、光ビームを偏向走査する回転多面鏡を回転させるために用いられるモータの場合、モータ駆動電流の大きさを検出することで、軸受部材の挿入部の温度をより正確に判定することができる。また、その温度判定は、他の動力伝達用途のモータと比較して、簡単かつ精度良く行うことができる。

請求項７に記載の発明のモータユニット温度制御装置は、シャフト部材と、前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータと、 前記モータの駆動電流を検出可能な駆動電流検出手段と、前記駆動電流検出手段で検出された駆動電流に基づいて、前記挿入部の温度を判定する温度判定手段と、前記挿入部、前記モータ、及び前記モータが搭載されたハウジングの少なくとも１つを冷却可能な冷却装置と、前記温度判定手段で判定された温度に基づいて、前記冷却装置の動作を制御する冷却装置制御手段と、を備えている。

また、請求項１５に記載の発明のモータ温度制御方法は、シャフト部材と、前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータ、の駆動電流を検出し、前記検出された駆動電流に基づいて、前記挿入部の温度を判定し、 前記判定された温度に基づいて、前記挿入部、前記モータ、及び前記モータが搭載されたハウジングの少なくとも１つを冷却するための冷却装置の動作を制御するものである。

軸受部材の挿入部に挿入されたシャフト部材が回転するときにシャフト部材と挿入部との間に発生する摺動抵抗は、両者の接触部位の温度によって変化する。したがって、モータの回転を維持するために必要な回転トルク、すなわちモータを駆動させるためのモータ駆動電流も、この温度変化に伴って変化するという特性を有する。そこで、この特性を利用して温度判定手段で温度の判定を行なう。すなわち、駆動電流検出手段でモータ駆動電流を検出し、温度判定手段で、駆動電流検出手段で検出された駆動電流に基づいて、挿入部の温度を判定する。

上記構成によれば、特別に温度センサなどを必要とせず、挿入部の温度を判定することができる。また、検出された駆動電流に基づいて挿入部の温度を判定するので、軸受の外側に温度センサを配置した場合と比較して、正確に温度判定を行なうことができる。

さらに、正確に判断された挿入部の温度に基づいて冷却装置で挿入部、モータ、モータが搭載されたハウジングの少なくとも１つの冷却を行なうので、冷却装置の動作時間が必要以上に長くなったり、モータの前記挿入部が設定温度より高温になるのを防止することができる。

請求項８に記載の発明は、シャフト部材と、前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータと、前記モータの駆動電流を検出可能な駆動電流検出手段と、前記挿入部、前記モータ、及び前記モータが搭載されたハウジングの少なくとも１つを冷却可能な冷却装置と、前記駆動電流検出手段で検出された駆動電流が所定の冷却開始値以上の場合に、前記冷却装置を駆動させ、前記駆動電流検出手段で検出された駆動電流が所定の冷却停止値よりも小さい場合に、前記冷却装置を停止させる冷却制御手段と、を備えている。

また、請求項１６に記載の発明は、シャフト部材と、前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータ、の駆動電流を検出し、前記検出された電流値が所定の冷却開始値以上の場合に、前記挿入部、前記モータ、及び前記モータが搭載されたハウジングの少なくとも１つを冷却するための冷却装置を駆動させ、前記検出された電流値が所定の冷却停止値よりも小さい場合に、前記冷却装置を停止させるものである。

前述のように、軸受部材の挿入部の温度は、シャフト部材を回転駆動させる駆動電流の電流値に依存している。そこで、駆動電流が所定の冷却開始値以上の場合に、挿入部、モータ、モータが搭載されたハウジングの少なくとも１つを冷却するための冷却装置を駆動させて挿入部を直接的もしくは間接的に冷却する。これにより、挿入部が高温になりすぎるのを防止することができる。また、駆動電流が所定の冷却停止値よりも小さい場合に、前記冷却装置を停止させる。これにより、必要以上に冷却装置が駆動されるのを防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、モータの駆動電流に基づいて軸受部材の挿入部の温度を正確に判定することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の実施形態について説明する。

図１には、本発明の実施形態であるモータユニット温度制御装置９０ハウジング１１が組み込まれた光走査装置１０の概略構成が示されている。

次に光走査装置１０の作用について説明する。半導体レーザ１２から出射されたレーザビームは、コリメータレンズ１４などの光学系を介して回転多面鏡２６へと入射される。回転多面鏡２６に入射されたレーザビームは、一定速度で回転する回転多面鏡２６の反射鏡面によって逐次反射偏向されてゆき、走査レンズ２８などの走査光学系を介した後に、感光体ドラムＤへと出射される。また光偏向装置２０は、回転多面鏡２６とこれを回転駆動するためのモータ３１とからなり、モータ３１は、モータ回転駆動基板３０、回転体３４、及びスリーブ部材３２、ステータコイル５４などで構成されている。

次にスリーブ部材３２と回転体３４の概略構造を図３を用いて説明する。
図３に示すように、スリーブ部材３２はその内部に、ラジアル軸受部４０及びスラスト軸受部４２とからなる、シャフト部材４４を挿入可能な略円柱形状の挿入部３６を有している。

また、回転体３４は、シャフト部材４４、シャフト部材４４の一端に板バネ４６で装着された回転多面鏡２６、シャフト部材４４に嵌着されたヨーク部材５０、ヨーク部材５０の内周面に配置され、Ｎ極Ｓ極が交互に着磁された駆動マグネット５２とから構成されている。シャフト部材４４は、スリーブ部材３２に挿入可能な円柱棒状であり、その側面には溝深さが数μｍ程度のヘリングボーン状の動圧発生溝３８が上下２箇所に形成され、スラスト軸受部４２に当接される端面４５はＲ曲面に形成されている。なお、動圧発生溝３８は、ラジアル軸受部４０の内側部（挿入部３６）へ形成することもできる。またシャフト部材４４と挿入部３６の隙間は、数μｍから数十μｍ程度であって、その隙間には潤滑油Ｊが充填されている。

モータ回転駆動基板３０は、モータ駆動回路７０、駆動マグネット５２とスラスト方向に対向する位置に配設されたマグネット位置検出器６２などからなる。マグネット位置検出器６２は、駆動マグネット５２の磁極を検知して速度信号を生成する。この速度信号は、後述するモータ駆動回路７０内の駆動制御部７２へ入力される。

図４には、本発明のモータユニット温度制御装置９０の概略ブロック図が示されている。モータユニット温度制御装置９０は、全体制御ユニット６０、モータ駆動回路７０、電流値検出器７６、信号変換器７８、及び冷却装置８０を備えている。

全体制御ユニット６０は、各種制御回路、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどで構成されており、モータ駆動回路７０と接続されている。

モータ駆動回路７０は、駆動制御部７２、駆動部７４などから構成されている。また駆動制御部７２へは、全体制御ユニット６０からの基準クロック、マグネット位置検出器６２からの速度信号が入力される。駆動部７４へは、モータ駆動電源５８からの駆動電流が供給されると共に、全体制御ユニット６０からの回転／停止制御信号が入力される。

電流値検出器７６は、モータ駆動電源５８と駆動部７４との間に介在し、モータ駆動電源５８から駆動部７４へ供給されるモータ駆動電流の電流値を検出し、信号変換器７８に電流検出信号を出力する。信号変換器７８では、電流値検出器７６から入力された電流検出信号が、温度信号へ変換され、全体制御ユニット６０へ出力される。全体制御ユニット６０は、信号変換器７８からの温度信号に基づいて、冷却装置８０の送風動作を制御する。冷却装置８０はモータ３１に送風してその温度を下げる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

モータ駆動回路７０では、全体制御ユニット６０からの回転／停止制御信号が「停止」を指示する値から「回転」を指示する値に変化すると、駆動部７４はステータコイル５４への通電を開始する。これによってモータ３１の回転が開始される。このとき、マグネット位置検出器６２は、駆動マグネット５２の磁界の変化を検知して速度信号を生成し、駆動制御部７２へ出力する。

次に、駆動制御部７２は、入力された速度信号と全体制御ユニット６０から入力される基準クロックとを用いて、モータ３１の回転速度と全体制御ユニット６０から指示されている設定速度とを比較し、比較結果が「現在速度＜設定速度」のときは、駆動電流を増加して加速するよう、駆動部７４に指示する。逆に「現在速度＞設定速度」のときは、駆動電流を減少させて減速するよう駆動部７４に指示する。駆動部７４では、駆動制御部７２の指示に基づいて、ステータコイル５４に通電される駆動電流を増減させ、以上の如く、モータ３１の回転速度が設定速度になるよう制御が行なわれている。

ここで、現在速度と設定速度との速度差が大きい場合には、駆動電流の増減幅は大きくなり、また前記速度差が小さい場合には、駆動電流の増減幅も小さくなる。すなわち、回転速度がほぼ設定値に等しく安定しているときには、駆動電流の増減は極微であり、殆ど変動のない一定値となっている。

ところで、本実施形態のモータ３１では、シャフト部材４４が回転すると、動圧発生溝３８が形成されていることから動圧が発生し、シャフト部材４４とスリーブ部材３２とが非接触状態となるため、両部材の磨耗が極めて少なく、スリーブ部材３２の寿命が飛躍的に延長されている。

次に、この動圧発生作用について説明する。

シャフト部材４４が回転すると、挿入部３６の間隙に充填されている潤滑油Ｊもこれにつられて回転を始めるが、特に動圧発生溝３８の存在する部分は、他の部分よりも強く回転するため、潤滑油Ｊの流速は場所によって異なることとなる。動圧発生溝３８を形成する向きや長さ、挿入部３６の間隙の大きさ、潤滑油Ｊの粘性抵抗などを適当に選択すると、潤滑油Ｊの圧力が部分的に高まり(動圧)、しかもこの圧力は間隙が狭くなるほど高くなる。これにより、シャフト部材４４とスリーブ部材３２が近づいて接触しそうになると、その接近した部分の潤滑油Ｊの圧力は急激に高まり、これによってシャフト部材４４は強く押し戻され、シャフト部材４４とスリーブ部材３２との接触が防がれるのである。

このように、動圧を発生させるための動圧発生溝３８を設けたことで、潤滑油Ｊによる回転抵抗が、動圧発生溝３８を設けない場合よりも大きくなり、回転を維持する為に必要な回転トルクが余計に必要となる。その回転トルクの大きさは、潤滑油Ｊの粘性抵抗に大きく左右されるが、潤滑油Ｊの粘性抵抗は、温度と密接に関係があり、温度が上がると潤滑油Ｊの粘性抵抗は下がる傾向にある。従って潤滑油Ｊの温度が上がりすぎると、発生する動圧が減少し、シャフト部材４４とスリーブ部材３２の非接触状態が保てなくなって、磨耗によりスリーブ部材３２の寿命が短くなってしまうおそれがある。また一般に、潤滑油Ｊは、温度が上がるとその性能の劣化が激しくなるため、潤滑油Ｊの温度が必要以上に上がることはオイル寿命の点でも好ましくない。

ところで、先に説明したように、本実施形態のモータ３１は、動作中の回転速度が常に一定になっている。従ってモータ３１の回転を妨げようとする回転抵抗のうち、回転体３４が周囲の空気を掻き乱すことによって生じる回転抵抗分（風損）は、回転速度によってほぼ定まるものであるから、動作中は常に一定である。一方、挿入部３６で発生する回転抵抗分（軸受損）は、潤滑油Ｊが動圧を発生することに起因する回転抵抗でほぼ定まるものである。この潤滑油Ｊの回転抵抗は、動圧発生溝３８の回転速度と潤滑油Ｊの粘性抵抗に大きく影響されるが、先に説明したように、モータ３１の回転速度は一定であり、また潤滑油Ｊの粘性抵抗は潤滑油Ｊの温度によって増減するものであるから、結局モータ３１を回転維持するために必要な回転トルクは、潤滑油Ｊの温度によってのみ変化すると考えられる。

ここで、モータ３１の回転を維持するために必要な回転トルクは、ステータコイル５４に通電される駆動電流によって生み出されている。本実施形態では、ステータコイル５４に通電される駆動電流は、すべてモータ駆動電源５８から電流値検出器７６を経由して、駆動部７４へ供給されている。従って、電流値検出器７６で検出された電流値を調べることにより、潤滑油Ｊの温度を知ることが可能である。しかし実際には、駆動電流と潤滑油Ｊの温度との関係は単純な比例関係ではなく、また駆動電流には、モータ駆動回路７０の消費電流分や、モータ駆動回路７０が発生する動作ノイズなども含まれている。そこで電流値検出器７６からの電流検出信号を、一旦信号変換器７８に送る。そして、信号変換器７８は、電流検出信号から、モータ駆動回路７０の消費電流分や、モータ駆動回路７０が発生する動作ノイズなどを取り除いた後の電流信号に対し、図５に示す変換テーブルＴを使って変換処理が施される。変換テーブルＴの電流信号αと温度値βは、予め実験やその他情報から得たデータである。例えば、電流信号がα１であった場合には、β１が挿入部３６の温度であり、β１が温度信号として全体制御ユニット６０に出力される。温度信号の出力は、モータ３１の動作時には、常時実行されている。

上記のようにして出力された温度信号は、回転体３４の周囲に温度センサを配置して温度検知する場合の温度信号と比較し、より正確に挿入部３６の温度に対応している。また、回転体３４周囲の温度センサで温度検知を行なう場合、挿入部３６から温度センサの位置まで温度変化が伝播するのに少なからず時間を必要とし、検知された温度はどうしても精度の低いものとなってしまう。一方、本実施形態によれば、上述のように、挿入部３６の温度変化は駆動電流にすぐに反映されるので、時間的誤差もほとんど生じず、正確な温度をリアルタイムに得ることができる。

全体制御ユニット６０には、冷却装置８０の制御を行なうための冷却装置制御部６１が備えられ、冷却装置制御部６１には、冷却装置８０の作動を開始するための冷却開始温度、及び、冷却装置８０の作動を停止するための冷却停止温度が記憶されている。冷却開始温度と冷却停止温度とは、同じ温度でも異なる温度でもよい。

冷却装置制御部６１では、信号変換器７８から入力された温度信号に基づいて、図６に示す冷却判断処理が行なわれる。

まず、ステップＳ１０で入力されてくる温度信号を読み取り、ステップＳ１２で温度信号が冷却開始温度以上かどうかを判断する。判断が否定された場合には、ステップＳ１０へ戻る。判断が肯定された場合には、ステップＳ１４で、冷却装置８０へ作動信号を送信する。これにより、冷却装置８０が作動してモータ３１への送風がなされる。すると潤滑油Ｊ温度も徐々に下がってゆき、同時に駆動電流も変化し、信号変換器７８から出力される温度信号の示す温度値も徐々に減少していく。

次に、ステップＳ１６で、再び入力されてくる温度信号を読み取る。このときの温度信号は、先の温度信号よりも所定時間経過後に入力されたものである。ステップＳ１８で、温度信号が冷却停止温度よりも低いかどうかを判断する。判断が否定された場合には、冷却装置８０での冷却が必要な温度であるため、ステップＳ１６へ戻る。判断が肯定された場合には、冷却装置８０での冷却が不要な温度であり、停止してもよいため、ステップＳ２０で、冷却装置８０へ停止信号を送信する。これにより、冷却装置８０が停止する。

ステップＳ２０の処理後は、またステップＳ１０へ戻り、上記の処理を繰り返す。

上記冷却判断処理によれば、挿入部３６の正確な温度に基づいて、冷却装置８０を駆動させたり、停止させたりすることができる。したがって、冷却装置８０の作動が遅れて、挿入部３６の温度が高くなり過ぎたり、挿入部３６の温度が低くなったにもかかわらず冷却装置８０が作動し続けるといったことを回避することができる。

なお、本実施形態では、冷却装置８０を備えたモータユニット温度制御装置９０について説明したが、冷却装置８０をモータユニット温度制御装置９０の構成要素とせず、図７に示すように、外付けの装置としてもよい。

また、本実施形態では、信号変換器７８からは、挿入部３６の実際の温度値を温度信号として出力したが、出力する温度信号は、挿入部３６の温度に対応する情報であれば、必ずしも実際の温度値でなくてもよい。例えば、電流値検出器７６で検出された電流値が所定値以上であれば、冷却装置８０をオンするためのオン信号とし、所定値未満であれば冷却装置８０をオフするためのオフ信号としてもよい。

また、本実施形態では、全体制御ユニット６０から冷却装置８０へ作動／停止信号を出力したが、図８に示すように、冷却装置８０の作動オン・オフを切り替える冷却スイッチ８４を設け、電流値検出器７６で検出された電流値の大・小に基づいて冷却スイッチ８４のオン・オフを行って、全体制御ユニット６０を介さずに冷却装置８０を制御してもよい。

本実施形態のモータユニット温度制御装置の組み込まれた光走査装置の概略構成を示す側面図である。 本実施形態のモータユニットを含む光偏向装置のスリーブ部材に回転体が挿入されている状態の側断面図である。 本実施形態のモータユニットを含む光偏向装置のスリーブ部材に回転体が挿入されていない状態の側断面図である。 本実施形態のモータユニット温度制御装置の概略ブロック図である。 本実施形態の変換テーブルを示す図である。 本実施形態の冷却判断処理のフローチャートである。 本実施形態のモータユニットの変形例の概略ブロック図である。 本実施形態のモータユニットの他の変形例の概略ブロック図である。

符号の説明

２０ 光偏向装置
２６ 回転多面鏡
３１ モータ
３２ スリーブ部材
３４ 回転体
３６ 挿入部
３８ 動圧発生溝
４０ ラジアル軸受部
４２ スラスト軸受部
４４ シャフト部材
５２ 駆動マグネット
６０ 全体制御ユニット
６１ 冷却装置制御部
７０ モータ駆動回路
７２ 駆動制御部
７４ 駆動部
７６ 電流値検出器
７８ 信号変換器
８０ 冷却装置
８４ 冷却スイッチ
９０ モータユニット温度制御装置
９２ モータユニット
Ｄ 感光体ドラム
Ｊ 潤滑油
Ｌ レーザビーム
Ｔ 変換テーブル

Claims (16)

1. シャフト部材と、
   前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、
   を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータと、
   前記モータの駆動電流を検出可能な駆動電流検出手段と、
   前記駆動電流検出手段で検出された駆動電流に基づいて、前記挿入部の温度を判定する温度判定手段と、
   を備えたモータユニット。
2. 前記温度判定手段は、前記駆動電流と前記挿入部の温度との対応関係に基づいて、前記駆動電流から得られる駆動電流情報を前記挿入部の温度を示す挿入部温度情報に変換すること、を特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
3. 前記シャフト部材と前記軸受部材の間隙に潤滑剤が充填されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータユニット。
4. 前記潤滑剤に動圧が発生することで、前記シャフト部材と前記軸受部材が非接触状態となることを特徴とする請求項３に記載のモータユニット。
5. 前記シャフト部材と前記軸受部材との間に介在する気体に動圧が発生することで、前記シャフト部材と前記軸受部材が非接触状態となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータユニット。
6. 前記モータが、前記シャフト部材に取り付けられて回転しつつ光ビームを偏向走査する回転多面鏡を一定速度で回転させるために用いられるモータであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のモータユニット
7. シャフト部材と、
   前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、
   を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータと、
   前記モータの駆動電流を検出可能な駆動電流検出手段と、
   前記駆動電流検出手段で検出された駆動電流に基づいて、前記挿入部の温度を判定する温度判定手段と、
   前記挿入部、前記モータ、及び前記モータが搭載されたハウジングの少なくとも１つを冷却可能な冷却装置と、
   前記温度判定手段で判定された温度に基づいて、前記冷却装置の動作を制御する冷却装置制御手段と、
   を備えたモータユニット温度制御装置。
8. シャフト部材と、
   前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、
   を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータと、
   前記モータの駆動電流を検出可能な駆動電流検出手段と、
   前記挿入部、前記モータ、及び前記モータが搭載されたハウジングの少なくとも１つを冷却可能な冷却装置と、
   前記駆動電流検出手段で検出された駆動電流が所定の冷却開始値以上の場合に、前記冷却装置を駆動させ、前記駆動電流検出手段で検出された駆動電流が所定の冷却停止値よりも小さい場合に、前記冷却装置を停止させる冷却制御手段と、
   を備えたモータユニット温度制御装置。
9. シャフト部材と、前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータの駆動電流を検出し、
   前記検出された駆動電流に基づいて、前記挿入部の温度を判定する、モータ温度判定方法。
10. 前記温度の判定は、前記駆動電流と前記挿入部の温度との対応関係に基づいて、前記駆動電流から得られる駆動電流情報を前記挿入部の温度を示す挿入部温度情報に変換すること、を特徴とする請求項９に記載のモータ温度判定方法。
11. 前記シャフト部材と前記軸受部材の間隙に潤滑剤が充填されていること、を特徴とする請求項９または請求項１０に記載のモータ温度判定方法。
12. 前前記潤滑剤に動圧が発生することで、前記シャフト部材と前記軸受部材が非接触状態となることを特徴とした請求項１１に記載のモータ温度判定方法。
13. 前記シャフト部材と前記軸受部材との間に介在する気体に動圧が発生することで、前記シャフト部材と前記軸受部材が非接触状態となることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のモータ温度判定方法。
14. 前記モータが、前記シャフト部材に取り付けられて回転しつつ光ビームを偏向走査する回転多面鏡を一定速度で回転させるために用いられるモータであることを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載のモータ温度判定方法。
15. シャフト部材と、前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータ、の駆動電流を検出し、
    前記検出された駆動電流に基づいて、前記挿入部の温度を判定し、
    前記判定された温度に基づいて、前記挿入部、前記モータ、及び前記モータが搭載されたハウジングの少なくとも１つを冷却するための冷却装置の動作を制御する、
    モータ温度制御方法。
16. シャフト部材と、前記シャフト部材を挿入可能な挿入部を有し、この挿入部に挿入された前記シャフト部材を回転自在に保持する軸受部材と、を含んで構成され、前記シャフト部材を回転駆動させるモータ、の駆動電流を検出し、
    前記検出された電流値が所定の冷却開始値以上の場合に、前記挿入部、前記モータ、及び前記モータが搭載されたハウジングの少なくとも１つを冷却するための冷却装置を駆動させ、前記検出された電流値が所定の冷却停止値よりも小さい場合に、前記冷却装置を停止させる、
    モータ温度制御方法。

Images