JP3901270B2 - Dynamic pressure air bearing type optical deflector - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は光走査により印刷又は読み取りを行う各種装置に使用される動圧空気軸受型光偏向器、特に、動圧軸が専ら垂直以外の方向において使用される動圧空気軸受型光偏向器に関する。
【0002】
【従来の技術】
図12は従来の動圧空気軸受型光偏向器の縦断面図である。6は動圧スリーブで、一方の端部がフランジ8を介してケース1に片持ちに支持されており、その内周にはラジアル隙間Cをもって動圧軸7が間挿されている。この動圧スリーブ6の両端面には、アキシャル隙間S1,S2を隔てて動圧軸7に固着された2個のアキシャル軸受9,9が設けられており、これらにより動圧空気軸受部が構成されている。ケース1の一方の端部にはフランジ8が固着され、内周面にはマグネットワイヤ3が巻回されたステータコア2と、通電切換用のホール素子12等が搭載された結線用の基板13とが固着され、他方の端部にはカバー14が固着されており、これらにより固定子が構成されている。一方のアキシャル軸受9の外周にはマグネット保持部材5が固着され、このマグネット保持部材5の前記ステータコア2と対向する位置にはロータマグネット4が固着されている。また、他方のアキシャル軸受9の外周にはミラー保持部材10が固着され、このミラー保持部材10には単面鏡あるいは多面鏡による回転鏡11(以下、単に「回転鏡」という)が搭載されている。さらに、回転鏡11が搭載されていない側の動圧軸7の端部には、バランス修正部材15が固着されており、これらにより回転子が構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の動圧空気軸受型光偏向器においては、動圧軸を専ら垂直方向において使用する場合には特に問題とならないが、光走査系の構成上の理由等から、動圧軸を専ら垂直以外の方向において使用する場合、特に水平方向において使用する場合には、起動・停止時の動圧がまったく発生しない状態及びモータの加速・減速時の動圧が十分に発生しない状態においては、回転部材側の重量が動圧空気軸受部の重力方向下側に作用して、動圧軸7と動圧スリーブ6との接触面圧となり、特に、回転部材側の重量が大きい場合には高面圧による摺動となり、起動摩擦トルクが大きいことによる起動不良や、起動・停止の繰り返し寿命の劣化を生じるという問題を抱えていた。
【0004】
本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、これらの欠点を除去するためになされたものであり、動圧軸を専ら垂直以外の方向において使用する場合においても、動圧軸と動圧スリーブとの間の接触面圧を低下させ、起動摩擦トルクが小さく、起動・停止の繰り返し寿命の長い動圧空気軸受型光偏向器を得ることを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明はヘリングボーン溝その他の動圧発生部による動圧軸受を介して互いに回転可能に嵌合する動圧軸および動圧スリーブからなる動圧空気軸受部を備え、この動圧空気軸受部を介して回転鏡その他の回転部材を回転可能に支持する、動圧軸を専ら垂直以外の方向、特に水平方向において使用する動圧空気軸受型光偏向器において、回転部材側に軸方向に設けられた略リング状の強磁性材よりなる複数個のコアと、これら各々のコアと対向しこれらコアよりも上部に位置する固定部材側に設けられたラジアル方向に調整可能な調節機能を備える複数個のラジアルマグネットとからなる、回転鏡その他の回転部材側に加わる重力を緩和する方向に作用する磁気的補正手段を設けることにより動圧空気軸受型光偏光器を構成している。
【0006】
【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。
【0007】
図1は発明者が考えた第1の実施の形態の動圧空気軸受型光偏向器の縦断面図であり、図2は図1のII−II断面図である。また、図3は磁気的補正手段の作用を説明する図である。
【0008】
6は動圧スリーブで、一方の端部がフランジ8を介してケース1に片持ちに支持されており、その内周にはラジアル隙間Cをもって動圧軸7が間挿されている。この動圧スリーブの両端面には、アキシャル隙間S1,S2を隔てて動圧軸7に固着された2個のアキシャル軸受9,9が設けられており、これらにより動圧空気軸受部が構成されている。ケース1の一方の端部にはフランジ8が固着され、内周面にはマグネットワイヤ3が巻回されたステータコア2と、通電切換用のホール素子12等が搭載された結線用の基板13とが固着され、他方の端部にはカバー14が固着されており、これらにより固定子が構成されている。(以下、動圧空気軸受部の動圧スリーブ6等の非回転部と、この固定子とを含めて「固定部材側」と称する。)
一方のアキシャル軸受9の外周にはマグネット保持部材5が固着され、このマグネット保持部材5の前記ステータコア2と対向する位置にはロータマグネット4が固着されている。また、他方のアキシャル軸受9の外周にはミラー保持部材10が固着され、このミラー保持部材10には回転鏡11が搭載されている。さらに、回転鏡11が搭載されていない側の動圧軸7の端部には、バランス修正部材15が固着されており、これらにより回転子が構成されている。(以下、動圧空気軸受部の動圧軸7等の回転部と、この回転子とを含めて「回転部材側」と称する。)
この固定部材であるステータコア2を、回転部材の回転中心軸であるCLに対して、下方向に所定量偏心させることにより、磁気的補正手段を構成している。
【0009】
この磁気的補正手段を図3を参照して詳細に説明すると、ロータマグネット4に作用する磁気吸引力Fは輪郭Hの分布となり、総和として重力方向Gと逆向きの磁気吸引力を生じることとなり、動圧軸7、回転鏡11、ロータマグネット4等の回転部材側の重量がこの磁気吸引力により減算されるため、起動時及び停止時の動圧軸7と動圧スリーブ6との接触面圧を低減することができ、起動・停止時の不具合をなくすことができるとともに、動圧空気軸受部の寿命を向上することができる。
【0010】
なお、動圧スリーブ6が固定部材側、動圧軸7が回転部材側の場合について説明したが、動圧スリーブ6にロータマグネット4を固着して回転部材側とし、動圧軸7をケース1に固着して固定部材側としても同様に構成できることは勿論のこと、アキシャル軸受9,9を公知の磁気スラスト軸受に変更するなどは任意の事項であり、フランジ8やマグネット保持部材5、ミラー保持部材10等の構成要素は、必要に応じて任意に使用することができることは言うまでもない。
【0011】
次に発明者が考えた異なる実施の形態について、図4ないし図8を参照して詳細に説明する。なお、発明者が考えた異なる実施の形態の説明に際し、発明者が考えた第1の実施の形態と同一要件については、同一の符号を付与することにより、詳細な説明を省略する。
【0012】
図4は発明者が考えた第2の実施の形態の動圧空気軸受型光偏向器の縦断面図、図5は図4のV−V断面図である。また、図8は磁気的補正手段の作用を説明する図である。18はリング状の強磁性材からなるコアで、マグネット保持部材5の端部に固着されている。このコア18に対向し、かつ、このコア18よりも上部に位置する固定部材側であるケース1に、厚さ方向に着磁されたラジアルマグネット16を所定の間隔を隔てて固着することにより、磁気的補正手段を構成している。
【0013】
この磁気的補正手段を図8を参照して詳細に説明すると、コア18には重力方向Gと逆向きに、ラジアルマグネット16の磁気吸引力Fが生じることとなり、このコア18を固着したマグネット保持部材5を介して、動圧軸7、回転鏡11、ロータマグネット4等の回転部材側の重量がこの磁気吸引力により減算されるため、発明者が考えた第1の実施の形態の動圧空気軸受型光偏向器と同様に、起動時及び停止時の動圧軸7と動圧スリーブ6との接触面圧を低減することができ、起動・停止時の不具合をなくすことができるとともに、動圧空気軸受部の寿命を向上することができる。
【0014】
なお、動圧スリーブ6と動圧軸7のどちらを回転部材側としても良いことや、フランジ8等の構成要素を必要に応じて任意に変更できることは、発明者が考えた第1の実施の形態と同様である。
【0015】
また、図示はしていないが、ラジアルマグネット16をリング状に形成するとともに径方向に着磁し、コア18と対向する位置の固定部材側であるケース1に、コア18の外周とラジアルマグネットの内周との間隔が、上側で狭く下側で広くなるように固着しても同様の効果を得ることができる。
【0016】
さらに、強磁性材からなるコア18に変えて、径方向に着磁されたリング状マグネットをマグネット保持部材5等の回転部材側に固着し、これと対向する面の磁極が異極となるように着磁されたラジアルマグネット(図4等の16のように厚さ方向に着磁されたもの、あるいは径方向に着磁されたリング状のもの(図示せず))を、重力方向Gと逆向きに磁気吸引力が生じるように固定部材側に固着しても、リング状マグネットと対向する面の磁極が同極となるように着磁されたラジアルマグネットを、重力方向Gと逆向きに磁気反発力が生じるように固定部材側に固着しても同様の効果を得ることができる。
【0017】
加えて、図6に示すように、ラジアルマグネット16の両側面を、強磁性材からなる2枚のヨーク17で挟持することにより、磁気吸引力あるいは磁気反発力を効率良く、コア18あるいは図示せぬリング状マグネットに作用させることができる。
【0018】
また、前記発明者が考えた第2の実施の形態の動圧空気軸受型光偏光器において、コア18を複数の珪素鋼板の積層構造としたり、強磁性材の焼結構造とすることにより、光偏光器の定格回転時において、磁気的補正手段により副次的に生じる渦電流損を低減することができる。
【0019】
次に本発明の第1の実施の形態の動圧空気軸受型光偏向器について、図9ないし図11を参照して詳細に説明する。なお、本発明の第1の実施の形態の説明に際し、発明者が考えた第1乃至第2の実施の形態と同一要件については、同一の符号を付与することにより、詳細な説明を省略する。
【0020】
図9は本発明の第1の実施の形態の動圧空気軸受型光偏向器の縦断面図であり、図10は図9のX−X断面図である。また、図11は複数の磁気的補正手段の作用を説明する図である。ミラー保持部材10及びマグネット保持部材5の各々の端部には、リング状の強磁性材からなるコア18,18がそれぞれ固着されており、発明者が考えた第2の実施の形態と同様に、各々のコア18,18に対向し、かつ、このコア18,18よりも上部に位置する固定部材側であるフランジ8及びカバー14に、厚さ方向に着磁されたラジアルマグネット16を各々所定の間隔を隔てて、長穴を介してネジ19により固着することにより、複数の磁気的補正手段を備えるとともに、ラジアル方向に調整可能な調節機構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。
【0021】
複数の磁気的補正手段を設けたこと及びラジアル方向に調整可能な調節機構を設けたことによる作用を、図11を参照して詳細に説明すると、各々のコア18,18に対向するラジアルマグネット16,16により、回転部材側には重力方向Gと逆向きの磁気吸引力F1及びF2が作用し、回転鏡11、動圧軸7等の回転部材側の重心位置COGに生じる自重Wは、前記磁気吸引力F1及びF2により減算され、かつ、各々のラジアルマグネット16,16の長穴により、ラジアルマグネット16,16とコア18,18との隙間GAPを各々調整することができ、L1×F1=L2×F2とすることによりモーメントMも除去され、起動・停止時の動圧軸7と動圧スリーブ6との間に生じる接触面圧を低減することができ、発明者が考えた第1、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 また、動圧軸7を斜めにして使用する場合においても、各々のGAPを適宜調整することにより、最適な条件を設定することができる。
【0022】
なお、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、公知技術との組み合わせができることは言うまでもない。
【0023】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明による動圧空気軸受型光偏光器の構造によれば、起動時及び停止時あるいは動圧の発生が不十分な状態に、回転部材側の自重により生じる動圧空気軸受部の接触面圧を、ステータコアの偏心あるいは別部材による磁気吸引力あるいは磁気反発力により低減することができるので、起動・停止時の起動摩擦トルクを低減し、起動不良を低減できるとともに、起動・停止の繰り返し寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 発明者が考えた第1の実施の形態の動圧空気軸受型光偏光器の縦断面図。
【図2】 図1のII−II断面図。
【図3】 発明者が考えた第1の実施の形態の磁気的補正手段の作用を説明する図。
【図4】 発明者が考えた第2の実施の形態の動圧空気軸受型光偏光器の縦断面図。
【図5】 図4のV−V断面図。
【図6】 発明者が考えた第2の実施の形態の他の磁気的補正手段の構成例を示す、動圧空気軸受型光偏光器の縦断面図。
【図7】 発明者が考えた第2の実施の形態の他の磁気的補正手段の構成例を示す、動圧空気軸受型光偏光器の動圧軸受部周辺を示す縦断面図。
【図8】 発明者が考えた第2の実施の形態の磁気的補正手段の作用を説明する図。
【図9】 本発明の第1の実施の形態の動圧空気軸受型光偏光器の縦断面図。
【図10】 図9のX−X断面図。
【図11】 本発明の第1の実施の形態の磁気的補正手段の作用を説明する図。
【図12】 従来の動圧空気軸受型光偏光器の縦断面図。
【符号の説明】
1:ケース、 2:ステータコア、
4:ロータマグネット、 5:マグネット保持部材、
6:動圧スリーブ、 7:動圧軸、
8:フランジ、 9:アキシャル軸受、
10:ミラー保持部材、 11:回転鏡、
12:ホール素子、 13:結線用基板、
14:カバー、 15:バランス修正部材、
16:ラジアルマグネット、 17:ヨーク、
18:コア、 19:ネジ、
C:ラジアル隙間、 S1,S2:アキシャル隙間、
CL:回転中心軸、 G:重力方向、
F1,F2:磁気吸引力、 COG:重心、
GAP:隙間。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a hydrodynamic air bearing type optical deflector used in various apparatuses that perform printing or reading by optical scanning, and more particularly to a hydrodynamic air bearing type optical deflector in which a hydrodynamic axis is used exclusively in a direction other than vertical. .
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of a conventional hydrodynamic air bearing type optical deflector.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional dynamic pressure air bearing type optical deflector, there is no particular problem when the dynamic pressure shaft is used exclusively in the vertical direction. However, the dynamic pressure shaft is exclusively used for reasons of the configuration of the optical scanning system. When used in a direction other than vertical, particularly when used in the horizontal direction, in a state where no dynamic pressure is generated at the time of start / stop and when dynamic pressure is not generated at the time of acceleration / deceleration of the motor, The weight on the rotating member side acts on the lower side in the direction of gravity of the dynamic pressure air bearing portion, resulting in a contact surface pressure between the
[0004]
The present invention has been made in order to eliminate these drawbacks in view of the above-described conventional drawbacks. Even when the dynamic pressure shaft is used exclusively in a direction other than vertical, the dynamic pressure shaft and the dynamic pressure sleeve are provided. It is intended to obtain a dynamic pressure air bearing type optical deflector having a low starting friction torque and a long starting / stopping service life.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention comprises a hydrodynamic air bearing portion comprising a hydrodynamic shaft and a hydrodynamic sleeve that are rotatably fitted to each other via a hydrodynamic bearing by a herringbone groove or other dynamic pressure generating portion. Rotating in the dynamic pressure air bearing type optical deflector that supports the rotary mirror and other rotating members rotatably through this dynamic pressure air bearing portion, and uses the dynamic pressure shaft exclusively in directions other than vertical, especially in the horizontal direction. A plurality of cores made of a substantially ring-shaped ferromagnetic material provided in the axial direction on the member side, and a radial direction provided on the fixed member side facing the respective cores and positioned above the cores. Dynamic pressure air bearing type light polarization by providing a magnetic correction means that acts in a direction to relieve gravity applied to the rotating mirror and other rotating members, comprising a plurality of radial magnets with possible adjustment functions Constitute a.
[0006]
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0007]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a hydrodynamic air bearing type optical deflector according to a first embodiment considered by the inventors, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the magnetic correction means.
[0008]
A
The
[0009]
This magnetic correction means will be described in detail with reference to FIG. 3. The magnetic attractive force F acting on the
[0010]
Although the case where the
[0011]
Next, different embodiments considered by the inventors will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the different embodiments considered by the inventor, the same reference numerals are given to the same requirements as those of the first embodiment considered by the inventor, and the detailed description is omitted.
[0012]
4 is a longitudinal sectional view of a hydrodynamic air bearing type optical deflector according to a second embodiment considered by the inventor, and FIG. 5 is a VV sectional view of FIG. FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the magnetic correction means.
[0013]
This magnetic correction means will be described in detail with reference to FIG. 8. A magnetic attractive force F of the
[0014]
It should be noted that either the
[0015]
Although not shown, the
[0016]
Further, instead of the core 18 made of a ferromagnetic material, a ring-shaped magnet magnetized in the radial direction is fixed to the rotating member side such as the
[0017]
In addition, as shown in FIG. 6, both sides of the
[0018]
Further, in the dynamic pressure air bearing optical polarizer of the second embodiment considered by the inventor, the
[0019]
Next, the dynamic pressure air bearing type optical deflector according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the first embodiment of the present invention, the same reference numerals are given to the same requirements as those of the first and second embodiments considered by the inventor, and the detailed description is omitted. .
[0020]
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the dynamic pressure air bearing type optical deflector according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a sectional view taken along line XX of FIG. FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of a plurality of magnetic correction means.
[0021]
The operation of providing a plurality of magnetic correction means and providing an adjustment mechanism that can be adjusted in the radial direction will be described in detail with reference to FIG. 11. A
[0022]
The present invention is not limited to this embodiment, and it goes without saying that it can be combined with known techniques.
[0023]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the structure of the dynamic pressure air bearing type optical polarizer according to the present invention, the motion generated by the weight of the rotating member at the time of starting and stopping or in a state where the generation of dynamic pressure is insufficient. The contact surface pressure of the compressed air bearing can be reduced by the eccentricity of the stator core or the magnetic attraction force or magnetic repulsion force of another member, reducing the starting friction torque at the start / stop and reducing the starting failure. In addition, it is possible to improve the repeated life of starting and stopping.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a hydrodynamic air bearing type optical polarizer of a first embodiment considered by the inventor.
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the magnetic correction means of the first embodiment considered by the inventor.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a hydrodynamic air bearing type optical polarizer of a second embodiment considered by the inventor.
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a dynamic pressure air bearing type optical polarizer showing a configuration example of another magnetic correction means of the second embodiment considered by the inventor.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the periphery of a dynamic pressure bearing portion of a dynamic pressure air bearing type optical polarizer, showing a configuration example of another magnetic correction unit of the second embodiment considered by the inventor.
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the magnetic correction means of the second embodiment considered by the inventor.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a dynamic pressure air bearing type optical polarizer according to the first embodiment of the present invention.
10 is a sectional view taken along line XX in FIG.
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the magnetic correction unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of a conventional hydrodynamic air bearing type optical polarizer.
[Explanation of symbols]
1: Case, 2: Stator core,
4: Rotor magnet, 5: Magnet holding member,
6: Dynamic pressure sleeve, 7: Dynamic pressure shaft,
8: Flange, 9: Axial bearing,
10: Mirror holding member, 11: Rotating mirror,
12: Hall element 13: Substrate for connection
14: Cover, 15: Balance correction member,
16: radial magnet, 17: yoke,
18: Core, 19: Screw,
C: radial gap, S1, S2: axial gap,
CL: rotation center axis, G: direction of gravity,
F1, F2: magnetic attractive force, COG: center of gravity,
GAP: gap.
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