JPH04150753A - 磁性流体軸受を具備するモータおよびポリゴンミラーモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁性流体軸受を有するモータに関し、更に詳
しくはポリゴンミラーを駆動する光ビーム走査装置に好
適なモータに関する。

〔従来の技術〕

レーザービームプリンタの光走査用ポリゴンミラーモー
タなどでは、高速低振動の回転実現するために、摩擦負
荷の小さい軸受によって、回転体を支持する必要が有り
、動圧空気軸受でラジアル方向の荷重を支持し、磁気軸
受でスラスト方向の荷重を支持する手段がとられている
。

例えば、特開昭６４−３３１８号は、モータの上部に磁
気軸受を設け、ロータと枠体との間に動圧ラジアル軸設
を設け、また、外乱によって、ロータに振動が生じた場
合、速やかに抑制するため、密閉空気室と外気が小孔で
通じるようにしている６また、実公平１−１２５３２号
の例によれば、モートル駆動力源の両側に動圧ラジアル
軸受を設け、下部に磁気軸受を設け、さらに外乱などに
よって、ロータが上下した場合に、部品相互の破壊的な
衝突を防止するため、磁気軸受の上下に緩衝部材を設け
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術によれば、外乱による振動を抑制するため
、密閉空気部に小孔をあけ、振動の減衰を速めたり、ダ
ンパを用いて金属部材の衝突を防止しているが、主に運
転中のスラスト方向の振動対策であり、ラジアル方向の
外乱および始動停止時のラジアル軸受接触対策に配慮を
されておらず。

軸受部で接触をし、発生した庫耗粉がミラーを破壊した
り、軸受部に焼付を生じる危険があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもの
で、高始動停止頻度に耐え、低振動で安定して高速回転
するモータに得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、一方に開孔端をも
った流体軸受ユニットの流体を磁性流体とし、開孔部に
流体もれ止めの第一のシールを設ける。

そして、外側にモータマグネット、上部にポリゴンミラ
ーを装着し、モータマグネットとポリゴンミラーの中間
に、磁気軸受の回転部マグネットを設けたカシプロータ
を軸受ユニットに挿入する。

前述、モータマグネットに対向する位置にモータの固定
子を配置し、磁気軸受回転部マグネットに対向する位置
に磁気軸受固定部マグネットを設けて、第二、第三の磁
性流体シールとしたことを特徴とする。

さらに、マグネットの支持部材にモータマグネットと磁
気軸受回転部マグネットを、二重円筒状に一体化し、モ
ータマグネットにラジアル配向、磁気軸受マグネットに
スラスト配向をし、インサートモールドしたことを特徴
としたもの°である。

〔作用〕

流体軸受の流体を磁性流体にすることによって、軸受の
剛性が向上する。これによって、ロータのバランスが適
当にとられているので、流体中にあるロータのシャフト
が、ラジアル軸受の金属部分と接触することがなくなり
、始動停止を繰返しても、シャフトや軸受が摩耗しない
ので、モータの０Ｎ−ＯＦＦ寿命が長くなるように作用
する。

また、磁性流体のベースになっている潤滑油は、空気よ
り粘性がはるかに高いので、外乱によって、ロータに振
動が生じに＜＜、また、振動が生じても、速かに減衰す
るように作用する。

そして、この効果を維持するために、磁性流体軸受の開
孔端にマグネットによる磁気シールとモータが回転する
と、磁性流体を内部に押込むように作用する動圧シール
をセットして設け、モータを反転した時などに、磁性流
体が漏れるのを防止するよう作用させる。

さらに万一、磁性流体が漏れた場合、カシプロータの内
側に沿って出たものは、ロータマグネットに付着させ、
第二のシールとして作用させるにの第二のシールも突破
した磁性流体は、磁気軸受の主に固定部に吸引付着させ
、第３のシールとして作用させ、磁性流体がポリゴンミ
ラーモートルに付着し、レーザー光の反射率が低下させ
ないよう、トリプルシール構造として作用する。

また、磁気軸受を、ロータの重心近傍を配置することに
よって、ロータのスラスト方向の自重を保持することは
もちろん、ラジアル方向の保持力も発生させ、ラジアル
振動の振制をさせるよう作用させる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明
する。

第１図は、インナーロータ形モータを用いた場合の実施
例で、シャフト１．支持部材２が焼嵌固定され、支持部
材の円筒部外周にモータマグネット４と磁気軸受回転部
マグネット５をインサートモールドによって形成し、上
部にポリゴンミラー３を装着して、カップロータユニッ
ト形成する。

ハウジング７にステータコイル８を装着し、−方の開口
端に磁気軸受の固定部マグネット６をセットし、他の開
口端のモールドマグネット４の下方に、位置検出素子９
を配置し、固定子ユニットを形成する。

エンドブラケット１０には後述する軸受や磁性流体をそ
の内側に充填する筒状部１０Ａを形成し、この筒状部Ａ
ｌ０Ａの双方の開口部にラジアル軸受１１をセットし、
上部の開口端に動圧シール１２と磁気シール１３をセッ
トし、底部の開口端に蓋１４をし、磁性流体１５を注入
し、磁性流体軸受ユニットを形成する。

そして、固定子ユニットに磁性流体軸受ユニットを固定
し、その開口端にカップロータユニットのシャフトを挿
入し、ポリゴンミラーモータを形成する。

第２図は、第１図構成の変形で、多量生産に適するよう
、固定子ユニットを磁性流体軸受ユニットを一体化した
ポリゴンミラーモータである。

以下本発明の動作について説明する。

カップロータユニットのシャフト１を流体軸受ユニット
に挿入すると、磁気軸受の回転部マグネット５と固定部
マグネット６が、それぞれスラスト方向に逆特性に着磁
されているので吸引状態になる。このスラスト方向吸引
力は、モータ運転時に磁気軸受が高温になっても、カッ
プロータユニットの自重より大きく設定すると、流体軸
受ユニットの磁性流体中に浮上させることができる。

従って、カップロータユニットに駆動力を付与すると、
流体の剛性が高いため、シャフト１とラジアル軸受１１
が接触することなく、滑らかに回転をはじめる。そして
、徐々に回転数を高くすると、カップロータユニットの
残留不釣合のため。

振動が増加するが、シャフト１．ラジアル軸受１１の真
円度を１〜２μｍ程度に設定してあれば、金属接触する
ことない。

しかし、シャフト１とラジアル軸受１１の間のクリアラ
ンスが大きいと、カップロータユニットにすりこぎ運転
が生じ、ポリゴンミラー３のレーザー光反射面の面倒れ
が大になり、これが実際の使用時に画像むらが生じ、レ
ーザビームプリンタのレーザースキャナとして使用でき
なくなる。従って、前記クリアランスは３−５μｍ程度
を確保するようにしている。

モータ運転時の姿勢が鉛直の場合には、振動の面で、何
ら問題ないが、シャフト１の振動によって、磁性流体１
５がシャフト１に沿って上昇し、支持部材２の内側に流
れ出たり、運転時の高温のため、蒸気したりする。これ
を防止するため、磁気シール１３は上昇してくる磁性流
体１５を保持し、動圧シール１２は、磁性流体１５を図
面上下方に押戻すように働くとともに、蒸発面積を減少
させ、ラジアル軸受１１の潤滑寿命を長くするとともに
、粘度上昇による軸受損失の上昇をおさえる。

万一、流体軸受ユニットより流失し、支持部材２の内側
に付着した磁性流体１５は、重力によって下向し、遠心
力によって径方向に移動し、第２のシール部であるマグ
ネット４の下端部であるＡ部に付着する。Ａ部をオーバ
ーフローしたものは、遠心力によって、モータ内のＢ部
に飛ばされる。

モータ内のＢ部に飛散し、蒸気化した磁性流体がモータ
外に出ようとすると、第三のシールである、磁気軸受固
定部マグネット６で捕捉し、ポリゴンミラー３側に飛散
するのを防止する。すなわち、本発明は、トリプルシー
ル構造を具備するモータである。

第３図は、モータマグネット４と磁気軸受回転部マグネ
ット５を一体形成したものである。

モータマグネット４は、ラジアル磁場配向をし、ラジア
ル方向に強磁界が得られるようにする。磁気軸受回転部
５は、スラスト方向配向をし、着磁をするため、同心の
三重円筒形状とし、かつ、スラスト配向部のマグネット
の外径をラジアル配向部のマグネット外径より大とする
。尚、矢印は磁場配向の方向を示している。

そして、支持部材２をインサートモールドすることによ
って、ロータユニットの組立時間の短縮と初期誤差（不
釣合）を小さくすることができ、後工程の不釣合修正時
間を短縮することができる。

尚、我々の試算によればこの初期誤差は２〜５■−１程
度であった。

磁気軸受のマグネット５，６は、単にロータユニットを
浮上させるだけならば、モータ内のどの位置に配置して
もよいが、磁性流体１５のシール。

ロータユニットの保持およびラジアル方向の制振の観点
からラジアル軸受１１の範囲外に同軸精度を高めて配置
して、見掛上の軸受スパンを長くし、磁気軸受のラジア
ル方向保持成分によって一層の安定化を図っている。

第４図にアウターロータ形モータを用いた例について示
す。特徴的なのは、モータマグネット４が支持部材２の
内側にあり、強力であるため第二のシールが、強力で磁
性流体は、カップロータユニット外まで出ることがない
、ただし、カップロータユニット外に漏洩したとしても
磁気軸受回転部マグネット５および磁気軸受固定部マグ
ネット６との相互作用で形成される第３のシールを構成
具備させたので、それ以上の漏洩はなく、ポリゴンミラ
ーの汚損が未然に防止される。

第５図は、面対向形モータを用いた場合の例である。

この例で、磁性流体は、はとんどモータマグネット４の
０部に付着し、ロータユニット外にほとんどもれること
がない。ただし、この場合も前記第４図ヤ説明したと同
様に、マグネット５，６により、更に蒸気の漏洩を防止
している。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、高始動停止頻度に耐え、
トリプルシール構造によって、ミラー汚損を防止した高
速低振動のポリゴンミラーモータを提供できる効果があ
る。

尚、このモータは、ポリゴンミラーモータとしてだけで
なく、磁性流体蒸気を極端にきらう装置を駆動する小形
、高速のモータとして広く利用できるものであり、それ
らのモータも本発明で包含されることは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図はインナーロータ形モータの縦断面図、第２図は
インナーロータ形モータの固定子ユニットと軸受ユニッ
トを一体化した縦断面図、第３図はモータマグネットの
他の構造図、第４図はアウタロータ形モータの縦断面図
、第５図は面対向形モータの縦断面図である。 １・・・シャフト、２・・・支持部材、３・・・ポリゴ
ンミラー、４・・・モータマグネット、５・・・磁気軸
受回転部マグネット、６・・・磁気軸受固定部マグネッ
ト、７・・・ハウジング、８・・・ステータコイル、９
・・・位置検出素子、１０・・・エンドブラケット、１
１・・・ラジアル軸受、１２・・・動圧シール、１３・
・・磁気シール、１４・・・蓋、１５・・・磁気流体。 第 図 第 図 第 図 スラスト配向 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンドブラケットに形成あるいは形設された筒状部
   と、この筒状部に配されたラジアル軸受と、このラジア
   ル軸受を含む筒状部の内部に充填された磁性流体と、前
   記ラジアル軸受に回転支持されたシャフトと、このシャ
   フトに固定された回転子と、この回転子に対向して配さ
   れた回定子と、これらの回転子や固定子を包囲するハウ
   ジングとを具備するモータにおいて、 前記回転子に磁気軸受回転部マグネットを設け、このマ
   グネットに近接した磁気軸受固定部マグネットを前記ハ
   ウジングに設けたことを特とする磁性流体軸受を具備す
   るモータ。２、請求項１において、 前記磁性軸受回転部マグネットは、それ自体円筒体であ
   ることを特徴とする磁性流体軸受を具備するモータ。 ３、エンドブラケットに形成あるいは形設された筒状部
   と、この筒状部に配されたラジアル軸受と、このラジア
   ル軸受を含む筒状部の内部に充填された磁性流体と、前
   記ラジアル軸受に回転支持されたシャフトと、このシャ
   フトに固定され、かつ、ポリゴンミラーを担持した回転
   子と、この回転子に対向して配された回定子と、これら
   の回転子や固定子を包囲するハウジングとを具備するモ
   ータにおいて、 前記回転子に磁気軸受回転部マグネットを設け、このマ
   グネットに近接した磁気軸受固定部マグネットを前記ハ
   ウジングに設けたことを特とするポリゴンミラーモータ
   。 ４、ポリゴンミラーを装着した回転子と駆動コイルと、
   回転子の位置検出器および回転数検出器を装着した固定
   子部分と、磁気シールおよび動圧シールを装着した磁性
   流体軸受ユニットと、磁気軸受とを主要素として構成さ
   れたポリゴンミラーモータにおいて、 軸受ユニットのシールで第１の流体シールを行ない、回
   転子のマグネットで第２の流体シールを行ない、磁気軸
   受のマグネットによつて、第３の流体シールを行なう、
   磁性流体のトリプルシール構造を設けたことを特徴とす
   るポリゴンミラーモータ。 ５、請求項４において、 前記モートルの構成は、円筒形の磁気軸受を、ポリゴン
   ミラーとモータ駆動力源の間に配置し、スラスト向官の
   保持力を付与したことを特徴とするポリゴンミラーモー
   タ。 ６、請求項４において、 前記磁気軸受の回転部は、マグネット支持部材をインサ
   ートモールドし、二重円筒マグネットを形成して、その
   大径円筒部にスラスト方向着磁を行なつたことを特徴と
   するポリゴンミラーモータ。