JPH0316530B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、事務機、映像機器、情報機器及び光
学機器等において使用される回転装置に関するも
のである。

従来、この種の機器、例えばレーザビームプリ
ンタ等に使用される回転多面鏡光偏光器の回転装
置には、多面鏡を取付けた軸の両端を玉軸受で支
持する構造が多く用いられている。このような回
転多面鏡光偏光器では、高速回転中の多面鏡の回
転精度が良くない場合及び回転むらがある場合、
プリントされる印字がぼける。そのため、回転多
面鏡光偏光器を支持する軸受に要求される動的回
転精度は非常に厳しい。

しかも、最近、プリンタの高速化、小形化に伴
つて、回転多面鏡光偏光器の回転数は、従来の数
千rpmから最近は数万rpmまで高速化し、また回
転装置自体も小形化の方向にある。

これに対し、従来のような玉軸受を用いたスピ
ンドル装置では、玉軸受の軌道輪の加工上の形状
誤差に基づく振動、玉の通過による振動及び保持
器に起因する振動や、玉軸受に封入されているグ
リースが回転中の玉に不規則にかみ込まれること
によつて起こる回転むらなどが避けられず、その
ために要求される回転精度や回転むらを満足する
ことが困難になつてきている。また、高速化に伴
つて玉軸受の寿命が短くなり、信頼性の面からも
問題が生じてきた。

さらに、この種の軸受では多面鏡の汚れを防止
するためには、飛散、蒸発のおそれがあるグリー
スを使用しないことが望ましい。それにも拘ら
ず、玉軸受は通常グリース潤滑のため、グリース
の飛散、蒸発による多面鏡の性能劣化が避けられ
ない。なお、磁性流体シールを用いても、磁性流
体に使用される油自身の飛散、蒸発が避けられ
ず、汚れ防止のための本質的な対策となり得な
い。

このほか、玉軸受では通常予圧調整が必要であ
るために組立てが必ずしも容易でないし、動的回
転精度を維持するために取付誤差がないように組
立てることは量産上からも困難であつた。

本発明は上記従来技術における欠点を改良する
こと、即ち動的回転精度、高速での信頼性及び耐
久性の向上を図るとともに、軸受が支持する回転
軸の回りを清浄に保つことのできる回転装置を提
供することを目的としてなされたものであり、特
に高速回転時の回転体の振れまわり運動を小さく
した回転装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明において
は、固定軸と、この回りを回転可能な回転体との
間に設けられた動圧発生用溝により発生される動
圧を利用して回転体を回転支持する回転装置を採
用することにした。

詳述すると、本発明にかかる回転装置は、基台
と、該基台に一端が固定されて固定端となり、他
端が自由端とされた固定軸と、該固定軸に被装さ
れ該固定軸まわりを回転する筒状部材と、該筒状
部材を回転させる駆動要素と、前記筒状部材にそ
の軸方向において、前記駆動要素よりも前記固定
軸の固定端寄りに固定された被回転体と、前記固
定軸の外径面又は／及び該外径面と共働する前記
筒状部材の内径面に動圧発生用の溝を備える動圧
気体軸受部と、で構成される。

次に、本発明の実施例を図面をもとに説明す
る。

本発明にかかる回転装置の全体を示す添付図面
において、一端（上端）を基台６２に固設され、
他端（下端）が自由端とされた固定軸１０の外径
面１３にはほぼその全長にわたつて動圧発生用の
らせん溝１５が設けられ、この固定軸１０に、底
部２２（スラスト軸受部）及び筒状部材２４（ス
リーブ）から成る回転体２０が、開放端を上向き
にして被装されている。固定軸１０の下端面１４
は平坦面とされ、スラスト軸受部２２のこれに対
向する上面２６は凸球面とされている。また、ス
ラスト軸受部２２にはその中心部に軸方向に延び
る軸穴２８が形成されている。

スリーブ２４の内径面２３は一般には円筒面で
ある。しかし、前記固定軸１０の溝１５に対応し
て動圧発生用溝を形成しても良い。また、スリー
ブ２４の外径面には底部２２寄りにロータ３２が
固定されるとともに、その開放端寄り、即ち固定
軸１０の固定端（第１図中上端）寄りには回転多
面鏡３０被回転体が固定されている。

上記基台６２と一体化された円筒状のハウジン
グ５２には、その下方寄りに、前記ロータ３２に
対向してステータ５４が固定されるとともに、上
方寄りにはレーザ光を通すための窓５６が形成さ
れている。ハウジング５２の下方開口はカバー５
８により覆われている。

さらに、回転体２０を、多面鏡３０及び基台６
２に夫々固定された永久磁石６４及び６６から成
る補助スラスト磁気軸受で吸引、支持するように
してある。

以上の構成になる回転装置においてロータ３２
とステータ５４（駆動要素）との共働によつて、
回転体２０が駆動され、固定軸１０の回りに添付
図面に上方から見て時計方向に回転すると、動圧
発生用溝１５等の作用により周囲の気体は添付図
面中下方（矢印Ａ方向）に進み、ラジアル軸受を
形成する前記外径面１３とスリーブ２４の内径面
２３との間の環状空間４２に流入する。この環状
空間４２に流入した空気は、さらに回転体２０の
回転により固定軸１０の自由端のスラスト端面１
４とこれを共働するスラスト軸受部２２のスラス
ト端面２６との間に形成される圧力室４４に流れ
た後、スラスト軸受部２２の軸穴２８を通つて回
転体２０の外界に流出する。このように圧力室４
４に流入した後ここから外界に流出する動圧気体
によりスラスト軸受が形成される。

これにより、回転体２０の静止時及び低速回転
時には回転体２０のスラスト端面２６は固定軸１
０のスラスト端面１２と磁気軸受６４，６６の吸
入により接触しているが、中速及び高速回転中に
は回転体２０の回転に伴つて、ラジアル軸受の環
状空間４２より流出し、軸穴２８にて圧力調整さ
れた圧力室４の空気によつて形成されるスラスト
気体軸受膜によつてスラスト軸受部２２のスラス
ト端面２６、即ち回転体２０は支持される。

本実施例によれば、回転中の回転体２０は、半
径方向には固定軸１０の外径面１３とスリーブ２
４内径面２３との間に形成されるラジアル気体軸
受部により、軸方向にはラジアル気体軸受部の動
圧発生用溝１５等の作用によつて生じる気体膜で
形成されるスラスト気体軸受部によつて非接触で
支持される。このように、回転中の回転体２０は
動圧気体軸受膜で非接触となるため、軸受に起因
する回転むらが避けられるとともに、ラジアル軸
受には動圧による予圧効果が働き、高速回転でも
回転体２０のラジアル振れを極めて小さく抑える
ことができる。

また、本実施例では、スラスト軸受部２２は、
ラジアル軸受部から動圧効果によつて流出する気
体を利用し、スラスト端面２６のほぼ中央に開口
する軸穴２８から流出する気体を絞ることによつ
てスラスト負荷能力を生じさせるようにしてい
る。そのため、構造がきわめて簡単となり、コス
ト的に有利である。

また、回転体２０の停止時にスラスト端面１４
と２６とが接触することによつて摩擦粉が生じて
も、この摩耗粉は軸穴２８を経由して軸受の外部
へ排出されるため、摩耗粉が端面の摩耗を加速す
るのを防ぐことができる。また、スラスト端面２
６を凸球面に形成しているため、動圧気体軸受の
欠点の一つとされている大きな回転体２０の起動
トルクを著しく減少させることが可能であるとと
もに、回転停止時の接触による摩耗を軽減するこ
とができる。さらに、ラジアル軸受部とスラスト
軸受部とが動圧気体軸受として一体的に形成さ
れ、回転体２０のスリーブが片持ち状の固定軸１
０によつて支持されていることにより、軸受装置
全体の構造が簡単となる。しかも、この軸受装置
は組立精度の影響をほとんど受けない。

また、駆動モータを構成するロータ３２及びス
テータ５４は通常発熱しやすいが、動圧作用によ
りラジアル軸受部の軸受すきま４２から流入し、
スラスト軸受部に開口する軸穴２８を介して流出
する気体流が発生し、この気体流の作用により駆
動モータが自動的に冷却される。

なお、前記スラスト端面２６を凸球面に形成し
たのは、回転体２０の起動トルクを減少させると
ともに回転停止時の損傷を軽減するためである。
この場合、回転体２０の起動トルクの減少及び回
転停止時の損傷を軽減するためには、ここに示し
た実施例のように凸球面を形成するスラスト端面
２６に軸穴２８を形成する方が効果的である。こ
のようにすれば、凸球面状のスラスト端面２６が
軸穴２８にくい込むことが防止されるからであ
る。

また、スラスト端面２６を形成するスラスト軸
受部２２として、摺動性の良い合成樹脂又は耐摩
耗性の良いセラミツクなどの材料から成る部材を
用いた、これにより、回転体２０の起動時におけ
るスラスト端面での起動トルクが減少し、しかも
起動停止時の耐摩耗性が向上する。

ところで、この種の動圧気体軸受装置において
は、回転体２０の回転速度が高速で、しかも回転
時の振れの小さいことが要求される。しかるに、
回転体２０に比較的重量の大きい回転多面鏡３０
が固定されている場合には、僅かなアンバランス
から、回転体２０の回転速度の上昇に伴い片持ち
梁状の固定軸１０の振動に起因する回転体２０の
振れ回り現象が生じることがある。この振回り現
象は、固定軸１０と回転体２０との間に形成され
る動圧軸受部の焼付きに結びつき、そのために回
転体２０の限界速度をそれほど向上させられない
ことがあつた。

しかし、ここに示した実施例によれば、固定軸
１０の一端（上端）を基台６２に固定し、カツプ
状の回転体２０をスラスト軸受部２２を下方にし
て固定軸１０に被せるようにした。そして、スリ
ーブ２４の上端寄りに、回転多面鏡３０を、下端
寄りにロータ３２を夫々固定し、さらに多面鏡３
０と基台６２との間に補助磁気軸受６４及び６６
を配置したのである。

即ち、固定軸１０の固定端寄り（スリーブ２４
の開放端寄り）に比較的重量の大きい回転多面鏡
３０が固定されているので、回転体２０の回転速
度が上昇しても、片持ち梁状の固定軸１０の振動
に起因する回転体２０の振れ回り現象が生じるこ
とが防止され、高速回転限界を高めることのでき
る効果がある。

なお、本発明は上記実施例に限定して解釈され
るべきではなく、その趣旨を損ねない範囲内置い
て適宜変更、改良が可能である。

例えば、回転体２０の底部２２と円筒部２４と
は同一部材により一体的に形成しても良いし、固
定軸１０及び回転体２０のスリーブ２４に形成す
る動圧発生用溝は、上記実施例に示した以外の形
状の溝パターンを用いても良い。また、上記実施
例とは反対に、固定軸１０の下端面１２を凸球面
に形成しても良いし、固定軸１０及びスラスト軸
受部２２の双方を凸球状に形成しても良い。ま
た、一方の端面を凸球面とし、他方の共働する端
面を凸球面よりわずかに半径の大きい凹球面で形
成しても良い。また、固定軸１０のスラスト端面
を形成する下端面１２のみに合成樹脂又はセラミ
ツクなどの材料から成る部材を用いても良い。

以上述べてきたように、本発明によれば、回転
体の回転精度が良く、回転むらがなく、高速回転
に適し、回転体の起動トルクが小さくされた、動
圧軸受部を含む回転装置が得られる。

また、グリース、油等の潤滑剤及びシール用流
体により固定軸の回りが汚染されることがなく、
組立て容易で組立精度が良く、量産性に優れた回
転装置が得られる。

さらに、本発明にかかる回転装置によれば、固
定軸の固定端寄りに比較的重量の大きい被回転体
が筒状部材に固定されているので、回転体の回転
速度が上昇しても、片持ち梁状の固定軸の振動に
起因する回転体の振れ回り現象が生じることが防
止され、回転体の高速回転限界を高めることがで
きる等、種々の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す正面断面図
である。 主要部分の符号の説明、１０……固定軸、３０
……被回転体、１２……動圧発生用溝、３２……
ロータ、２０……回転体、４４……圧力室、２２
……底部、５４……ステータ、２４……筒状部
材、２８……穴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基台と、 該基台に一端が固定されて固定端となり、他端
   が自由端とされた固定軸と、 該固定軸に被装され、該固定軸まわりを回転す
   る筒状部材と、 該筒状部材を回転させる駆動要素と、 前記筒状部材に、その軸方向において、前記駆
   動要素よりも前記固定軸の固定端寄りに固定され
   た被回転体と、 前記固定軸の外径面又は／及び該外径面と共働
   する前記筒状部材の内径面に動圧発生用溝を備え
   る動圧気体軸受部と、 から成ることを特微とする固定軸の回りを回転す
   る回転装置。 ２ 前記固定軸の動圧発生用溝が、前記固定軸の
   外径面に形成されている特許請求の範囲第１項に
   記載の回転装置。 ３ 前記駆動要素が、前記筒状部材の外径面に固
   定されるロータと、該ロータに対応して前記基台
   側に固定されるステータとから成る特許請求の範
   囲第１項に記載の回転装置。 ４ 前記被回転体が、前記筒状部材の外径面に固
   定される回転多面鏡光偏光器の多面鏡である特許
   請求の範囲第１項に記載の回転装置。