JP2020031527A - ガルバノモータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、コストを抑えてラジアル方向とスラスト方向の両方向に空気軸受を採用することができるガルバノモータを提供する。【解決手段】回転軸１の材質とは異なった円筒部材１１であって径方向に延びた二つの平面部を有するフランジ１３が形成されたものが前記回転軸１に挿入され、前記円筒部材１１に対面する前記固定子側構造体４の第１の対抗面には空気の噴出部５、６が形成され、また前記フランジ１３の前記平面部のうちの前記回転軸１の軸方向で見てガルバノモータの外部側となる方の第１の平面部に対面する前記固定子側構造体４の第２の対抗面には空気の噴出部７、８が形成され、前記外周面と前記第１の対抗面とでラジアル方向の空気軸受が形成され、前記第１の平面部と前記第２の対抗面とでスラスト方向の空気軸受が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

例えばレーザ加工装置においては、被加工物上の複数の位置にレーザを照射するために、レーザ発振器から出射されたレーザを反射するためのガルバノミラーが設けられるが、本発明はこのガルバノミラーを回転させるためのガルバノモータに関する。

従来の一般的なガルバノモータは、例えば特許文献１に開示されているように、ガルバノミラーが固定される回転軸と、回転軸の周りに配置された永久磁石と、回転軸の両端を支持する玉軸受と、永久磁石の周りに配置されたコイル等を含む構造となっている。
上記の如く回転軸を玉軸受で指示するガルバノモータにおいては、ラジアル剛性は高くできるが、決まった角度範囲で連続して回転揺動動作を行なうと、軸受内で局所的な油膜切れが発生して軸受が損傷しやすいため、給油機構や定期的な給油などが必要となり、装置が大型化したりメンテナンスが必要となってしまう。

このような欠点を解決するために、機械的軸受の代わりに空気軸受を用いる構造が一般的に知られているが、ガルバノモータにおいて空気軸受を採用するためには、回転軸の加工精度を上げなければならない。
一方、最近のガルバノモータにおいては、加工スループット向上のために高速動作が必要で、高速になるほど駆動機構に用いられる永久磁石とコイルでの発熱が大きくなり、回転軸の温度が上昇する。回転軸はねじれに対する剛性が要求され、回転軸の材料は温度上昇によって剛性が低下しにくい材質のもの、例えば炭化珪素が選ばれる。
しかしながら、このような材料は一般的に加工性が悪く、加工精度を上げるためには加工費が高くなる欠点をもっている。さらには、スラスト方向の動きを抑えるために回転軸に薄肉形状の部分を形成したりすると、そこが脆く破損しやすい性質もあり、スラスト方向の軸受の強度を確保できない欠点がある。

特許第5943669号

そこで本発明は、コストを抑えてラジアル方向の空気軸受を採用することができ、またスラスト方向の軸受の強度を確保できるガルバノモータを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本願において開示される発明のうち、代表的なガルバノモータは、固定子側構造体の内部でガルバノミラーが固定された回転軸が回転するガルバノモータにおいて、前記回転軸の材質とは異なった円筒部材であって径方向に延びた二つの平面部を有するフランジが形成されたものが前記回転軸に挿入され、前記円筒部材に対面する前記固定子側構造体の第１の対抗面には空気の噴出部が形成され、また前記フランジの前記平面部のうちの前記回転軸の軸方向で見てガルバノモータの外部側となる方の第１の平面部に対面する前記固定子側構造体の第２の対抗面には空気の噴出部が形成され、前記外周面と前記第１の対抗面とでラジアル方向の空気軸受が形成され、前記第１の平面部と前記第２の対抗面とでスラスト方向の空気軸受が形成されていることを特徴とする。

なお、本願において開示される発明の代表的な特徴は以上の通りであるが、ここで説明していない特徴については、以下に説明する実施例に適用されており、また特許請求の範囲にも示した通りである。

本発明によれば、コストを抑えてラジアル方向の空気軸受を採用することができ、またスラスト方向の軸受の強度を向上することができるガルバノモータを得ることが可能となる。

本発明の実施例１となるガルバノモータの概略断面図である。 図１における回転軸を中心にした組立体を説明するための概略斜視図である。 本発明の実施例２となるガルバノモータの図１と同様の概略断面図である。 図３における固定子側構造体側に取付けた永久磁石の例を示す概略側面図である。 図３におけるフランジ側に取付けた永久磁石の例を示す概略側面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
実施例１
図１は本発明の実施例１となるガルバノモータの概略断面図である。ここでは、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、ガルバノモータとして必要な全てを示している訳ではない。
図１において、１は図示していないガルバノミラーが固定される回転軸であり、この材質は温度上昇によって剛性が低下しにくい炭化珪素とする。２は回転軸１の周りに配置された永久磁石、３は永久磁石２に対向する配置で固定子側構造体に取付けられたコイル、４はコイル３や図示していない磁気回路構成用のヨーク等を保持する固定子側構造体であり、固定子側構造体４自身がヨークの機能を持つ構造になっていてもよい。この固定子側構造体４の内部で回転軸１は回転するように構成されている。

回転軸１には永久磁石２の他にも部品が取付けられている。すなわち、回転軸１の左右には、他の部分より若干径が大きいストッパ部９、１０が形成されている。このような回転軸２の形状は、ストッパ部９、１０以外を切削することにより実現される。
図２は回転軸１を中心にした組立体を説明するための概略斜視図であるが、回転軸１には、図２に示すように、空気軸受用円筒部材１１がストッパ部９に当接するまで、また空気軸受用円筒部材１２がストッパ部１０に当接するまで回転軸２の端部から挿入され、それぞれ焼嵌めにより固定されている。一方の空気軸受用円筒部材１１の外径は一様であるが、他方の空気軸受用円筒部材１２には外径の大きなフランジ１３が形成してある。
図２では省略して示してあるが永久磁石２は周方向（回転方向）に４分割されており、それぞれ回転軸１のストッパ部９と１０の間に取付けられている。
なお、ここでの空気軸受用円筒部材１１、１２の材質は、精密加工がしやすいアルミニウム合金である。

図１において、空気軸受用円筒部材１１の水平方向に延びた外周面１１ａに対面する固定子側構造体４の内周面１１ｂ及び空気軸受用円筒部材１２の水平方向に延びた外周面１２ａに対面する固定子側構造体４の内周面１２ｂには、それぞれ空気吹き出し口５、６が周方向（回転方向）に複数個形成されている。
また、同様にして、フランジ１３の平面１３１ａに対面する固定子側構造体４の対抗面１３１ｂ及びフランジ１３の平面１３２ａに対面する固定子側構造体４の対抗面１３２ｂには、それぞれ空気吹き出し口７、８が周方向（回転方向）に複数個形成されている。
これらの空気吹き出し口５〜８には、固定子側構造体４内に形成された図示していない通路を介して圧縮空気が導かれるようになっている。

空気軸受用円筒部材１１の外周面１１ａ、１２ａは空気軸受用円筒部材１１、１２を回転軸１に挿入した後に精密加工が施され、固定子側構造体４の内周面１１ｂ、１２ｂ、対抗面１３１ｂ、１３２ｂは回転軸１を固定子側構造体４の内部に挿入する前に精密加工が施される。
このような構造により、空気軸受用円筒部材１１の外周面１１ａと固定子側構造体４の内周面１１ｂとで、また空気軸受用円筒部材１１の外周面１２ａと固定子側構造体４の内周面１２ｂとで、それぞれラジアル方向の空気軸受が形成される。さらに、フランジ１３の平面１３１ａと固定子側構造体４の対抗面１３１ｂとで、またフランジ１３の平面１３２ａと固定子側構造体４の対抗面１３２ｂとで、それぞれスラスト方向の空気軸受が形成される。

以上の実施例１によれば、回転軸１における空気軸受の箇所は精密加工が容易なアルミニウム合金の空気軸受用円筒部材１１、１２で覆うようにしているので、高精度加工が困難な炭化珪素を空気軸受の作用面とすることを避けることができる。
また、フランジ１３は慣性２次モーメントを小さくするために薄肉形状にする必要があるが、ここもアルミニウム合金なので炭化珪素よりは強靭性があり、薄肉形状にしても破損しにくくなり、スラスト方向の軸受の強度を確保できる。
さらに、スラスト方向の空気軸受を実現するために、回転軸１自身に径の大きいフランジを形成せず回転軸１を覆う空気軸受用円筒部材１２に形成しているので、アルミニウム合金と比較して高価な炭化珪素の削りしろはストッパ部９、１０の高さだけとなり、最終加工形状に近い素材の炭化珪素を加工するため、加工費を抑えることができる。

なお、実施例１においては、空気軸受用円筒部材１１、１２の位置決め用に回転軸１にストッパ部９、１０が形成されているが、他の手段により空気軸受用円筒部材１１、１２の位置決めができるのであれば、ストッパ部９、１０は必要ない。

また、実施例１においては、スラスト方向の空気軸受を実現するために、空気軸受用円筒部材１２の方にだけフランジ１３を形成しているが、もう一つの空気軸受用円筒部材１１側にも形成してもよい。この場合、それぞれのフランジの片面だけを空気軸受として、二つのフランジで双方向のスラスト方向の空気軸受としてもよい。

実施例２
次に、本発明の実施例２を説明する。図３は実施例２となるガルバノモータの図１と同様の概略断面図である。図１と同じものについては、同じ番号を付けてある。
実施例１と異なるのは、ガルバノモータのフランジ１３より内部側にある空気吹き出し口７を用いる側の空気軸受を磁気軸受にした点である。
図３において、固定子側構造体４の空気吹き出し口７があった部分に永久磁石１４を、またフランジ１３の永久磁石１４の対面位置に永久磁石１５を取付け、永久磁石１４と１５とでスラスト方向の磁気軸受を形成してある。

図４（ａ）、（ｂ）の各々は、固定子側構造体４側に取付けた永久磁石１４の例を示すもので、固定子側構造体４の永久磁石１４側を見た側面図である。（ａ）に示すように円弧形の永久磁石１４を２個、あるいは（ｂ）に示すように四角形の永久磁石１４を２個、互いに180度離れて配置したものでよい。

また図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各々は、フランジ１３側に取付けた永久磁石１５の例を示すもので、フランジ１３の永久磁石１５側を見た側面図である。（ａ）に示すように円形の永久磁石１５を２個、（ｂ）に示すように四角形の永久磁石１４を２個、あるいは（ｃ）に示すように四角形と円形の永久磁石１５を、互いに180度離れて配置したものでよい。
なお、フランジ１３の慣性２次モーメントを小さくするために、フランジ１３側の永久磁石１５は固定子側構造体４側の永久磁石１４よりも小型軽量なものが望ましい。

永久磁石１５はフランジ１３と同心円の帯形状のもの、永久磁石１４もこれに合わせた形状にしてもよいが、ガルバノモータにおいては回転軸１が１回転することはなく、限られた角度範囲で動作するものであるから、永久磁石１４と１５の形状は帯形状とせずに、上記の例のように小さくしてもよい。
ただしこの場合、永久磁石１４、１５のいずれかの円周方向の長さは、ガルバノモータが最大角度で動作しても、磁気軸受を構築できるように設定しておく必要がある。

以上の実施例２においても、フランジ１３を回転軸１自身に形成せず回転軸１を覆う空気軸受用円筒部材１２に形成しているので、加工費を抑えることができる。
また、空気吹き出し口７を用いる空気軸受の場合、図１での部分Ｐ１における回転軸方向の固定子側構造体４の厚みＴが大きいが、実施例２によれば、この部分を磁気軸受にしたことにより、図３での部分Ｐ２におけるこの厚みが小さくなり、ガルバノモータの回転軸方向の長さを短くでき、小型軽量化を図ることができる。

１：回転軸 ２、１４、１５：永久磁石 ３：コイル ４：固定子側構造体
５〜８：空気吹き出し口 ９、１０：ストッパ部 １１、１２：空気軸受用円筒部材
１３：フランジ

Claims (4)

1. 固定子側構造体の内部でガルバノミラーが固定された回転軸が回転するガルバノモータにおいて、前記回転軸の材質とは異なった円筒部材であって径方向に延びた二つの平面部を有するフランジが形成されたものが前記回転軸に挿入され、前記円筒部材に対面する前記固定子側構造体の第１の対抗面には空気の噴出部が形成され、また前記フランジの前記平面部のうちの前記回転軸の軸方向で見てガルバノモータの外部側となる方の第１の平面部に対面する前記固定子側構造体の第２の対抗面には空気の噴出部が形成され、前記外周面と前記第１の対抗面とでラジアル方向の空気軸受が形成され、前記第１の平面部と前記第２の対抗面とでスラスト方向の空気軸受が形成されていることを特徴とするガルバノモータ。
2. 請求項１に記載のガルバノモータにおいて、前記フランジの前記平面部のうちの前記回転軸の軸方向で見てガルバノモータの内部側となる方の第２の平面部には永久磁石が取付けられ、前記第２の平面部に対面する前記固定子側構造体の第３の対抗面には永久磁石が取付けられ、前記第２の平面部と前記第３の対抗面とでスラスト方向の磁気軸受が形成されていることを特徴とするガルバノモータ。
3. 請求項２に記載のガルバノモータにおいて、前記第２の平面部に取付けられる永久磁石は前記第３の対抗面に取付けられる永久磁石より軽量であることを特徴とするガルバノモータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のガルバノモータにおいて、前記回転軸の材質は炭化珪素、前記円筒部材の材質はアルミニウム合金であることを特徴とするガルバノモータ。
   

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