JPH0418512A - 動圧空気軸受モータ - 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） 本考案は、動圧空気軸受によってロータ部分を支持する
モータに関する。更に詳述すると、本考案は高速回転す
るモータ、特にポリゴンミラー等を回転させる光学走査
装置のモータに使用して好適な動圧空気軸受モータに関
する。

（従来の技術） レーザ走査用モータ、磁気ドラム用モータ、ジャイロモ
ータ、高速スピンドルモータ等のような高速で回転する
モータには、回転に基つく相対運動による動圧でロータ
部を支持する動圧空気軸受が採用されている０例えば、
レーザビームプリンタやファクシミリ等に用いられてい
るポリゴンミラーを用いた光学走査装置では、従来第３
図に示すような動圧空気軸受モータが使用されている。

この動圧空気軸受モータは、マグネット１０２を取付け
た回転体１０１の外周面１０３とコイル１０５を中央に
配置した円筒状の軸受部材１０４の内周面１０６との間
に動圧軸受１０７を構成して径（ラジアル）方向の支持
を図る一方、回転＃１０１と軸受部材１０４との間に磁
石１０８．１０９の吸引力を利用したスラスト磁気軸受
１１０を構成して軸（アキシャル）方向の支持を図るよ
うにしたものである。更に、この動圧空気軸受モータで
は軸方向の振動を磁気軸受１１０だけでは抑えることが
難しいことから、回転体１０１と軸受部材１０４との間
でモータ内部を密閉すると共に該内部空間１１１とモー
タ外部１１２とを連通させる小さな通気孔１１３を設け
てエアダンパーを構成し、制振効果を得るようにしてい
る。

小さな通気孔１１３は空気の出入りに対して抵抗となる
ため、回転体１０１の振動に対するダンパーとして作用
し、回転体１０１の軸方向の振動を抑制する。小孔から
成る通気孔１１３は高い周波数の振動に対して効果があ
り、低い周波数の振動の場合には振動に応じて空気が容
易に通気孔１１３を逼り抜けるためダンパーとしての効
果はない、尚、符号１１４はポリゴンミラーである。

そこで、スラスト軸受にも動圧空気軸受を使用すること
が考えられる。この場合、起動・停止時にはスラスト軸
受面が接触するため、摩耗に強いセラミック等で構成さ
れることが多く、また、起動時には大きなトルクを必要
とする。これらを避けるために、起動・停止時に電磁石
によってスラスト軸受面を浮かす等の手段を取ることも
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、セラミックスは脆性材料であるため加工
が難しい、また、スラスト磁気軸受として電磁石を使用
すると＃Ｊ遣が複雑になり電磁石をコントロールする手
段が必要となる。更に、起動時に回転体と軸受部とが接
触しているタイプでは大きな起動トルクが必要となる問
題を有している。

本発明では低い周波数の振動を抑制することができると
共に構造が簡単でかつ低トルクで起動し得る動圧空気軸
受モータを提供することを目的とする。

（課組を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明の動圧空気軸受は、
回転体とこの回転体を収容する円筒状の軸受部材とを嵌
合させて前記回転体の外周面と前記軸受部材の内周面と
の間でラジアル動圧空気軸受を構成すると共に前記回転
体側と前記軸受部材側との間に永久磁石から成るスラス
ト磁気軸受を設け、前記回転体の内部に取付けたマグネ
ットと前記軸受部材の中央に配室されて前記軸受部材に
固定されたステータ側コイルとの間でモータを構成する
一方、前記回転体と前記軸受部材とで形成されるモータ
内部空間を密閉して前記ラジアル動圧空気軸受部分から
のみ空気の出入りを可能とすると共に前記軸受部材の出
口側端面とこれに対向する前記回転体側の平面の少くと
も一方に上記空気の出入りを規制するよう作用する動圧
発生用溝を形成するようにしている。

（作用） したがって、モータ起動に際しては、スラスト磁気軸受
によって軸受部材の端面と回転体側の平面との間には隙
間が確保されており、低トルクで起動する。そして、回
転を開始すると、ラジアル動圧空気軸受が機能し始め、
回転体をラジアル方向に保持すると共にモータ内部の空
気をスラスト動圧空気軸受部分からモータ外部に排出す
る。この空気の排出によりモータ内部の圧力が低下する
ため回転体か下降して回転体側平面と軸受部材の端面と
の間の隙間を狭める。すると、対向する軸受部材の端面
と回転体側の平面とがスラスト動圧空気軸受として機能
し、空気をモータ内部に送る圧力が生ずる。更に隙間か
小さくなると、スラスト動圧空気軸受のポンプ作用とラ
ジアル動圧空気軸受のポンプ作用かバランスし、回転体
の下降が停止して定常回転となる。

（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

尚、本実施例はレーザプリンタやファクシミリ等の光学
走査装置に使用されているポリゴンミラーの回転駆動装
置に適用したものである。

ポリゴンミラー回転駆動装置は、ポリゴンミラー１４を
支持して回転する回転体（ロータ）１と、この回転体１
を収容して該回転体１との間に動圧空気軸受７、スラス
ト磁気軸受１０及びスラスト動圧空気軸受２０を構成す
る円筒状の軸受部材４と、この軸受部材４の中央に配置
されてコイル５を支持するセンターボール１５と、該セ
ンターボール１５を支持し軸受部材４の底部を塞ぐベー
ス部材１６と、軸受部材４側に固定された駆動コイル５
と回転体１側に固定されたロータマグネット２とによっ
て構成される制御用小形モータ１７とから主に成る。

前記軸受部材４は底面にベース部材１６を固定すること
によって底を塞ぎ、嵌合する回転体１との間で実質的に
密閉された空間１１を形成する。

この内部空間１１はラジアル動圧空気軸受７の僅かの隙
間１３によってモータ外部１２と連通しており、ラジア
ル動圧空気軸受７の隙間１３以外には空気の出入りする
所はないので、回転体１が軸方向に振動する際には実質
的な密閉空間となってエアダンパーを構成する６通常、
ラジアル動圧空気軸受７の隙間１３は、数四〜数＋ＩＪ
１１程度に設定されている。

また、軸受部材４の上端部には当該モータをレーザープ
リンタ等の光走査装置のハウジング３１等に取付けるた
めのフランジ３２が径方向に突出するように一体的に形
成されている。

前記ベース５部材１６には軸受部材４の中央に配置され
るセンターボール１５か一体成形固定されている。セン
ターボール１５の外周面にはステータコア１９が嵌めら
れ、更にこのステータコア１９に嵌め込まれたコイル板
１８の間にコイル５が巻回されている。

また、センターボール１５と回転体１にはスラスト磁気
軸受１０を構成する一対のリング状のマグネット８，９
が互いに対向するように固着されている。これらのマグ
ネット８，９は対向する而が互いに反発し合う極となる
ように、軸方向に着磁されている。そして、各マグネッ
ｌ−８，９は軸方向の中心位置が互いにずれるように配
置されることによって軸方向の吸引力が発生し、これに
よってポリゴンミラー１４等を支持する回転体１が浮上
し、モータ停止時におけるスラスト動圧空気軸受部分の
隙間Ｃを０．１間〜０．０１ｎｓのオーダで保持する。

前記回転体１は軸受部材４に収容される大円間部１ｂと
軸受部材４の外に突出する小円筒部１ａとから構成され
、大円筒部１ｂと小円筒部１ａとの境界の肩部分ＩＣで
ポリゴンミラー１４を支持するように設けられている。

ポリゴンミラー１４は、回転体１の小円筒部１ａに嵌め
られ、その上に例えばミラー押え２２を載せてこのミラ
ー押え２２を回転体１にねじ等で正めっけることにより
固定されている。また、この回転体の段部ＩＣと連続す
るフランジ２３が径方向に突出するように回転体１と一
体的に形成されている。この回転体１のフランジ２３と
これに対向する軸受部材４の端面４ａとは、互いに平行
な環状平面を構成し、少くともいずれか一方の面に渦巻
き消２１を形成することによってスラスト動圧空気軸受
２０を構成している。このスラスト動圧空気軸受２０は
、外から内へ空気が集まる方向にグループ２１が切られ
ている０例えば外側から内側に向かうほど溝幅が狭くな
るような渦巻き溝が形成されている。

グループ２１は回転体１のフランジ２３あるいは軸受部
材４の端面４ａのいずれか一方に形成すれば足りる。ま
た、回転体１のフランジ２３部分をなくして、ポリゴン
ミラー１４の下面を利用してスラスト動圧空気軸受２０
を構成しても良い。

回転体１の大円筒部１ｂの外周面３には動圧発生用のグ
ループ２４がエツチング等により約５１１１〜２０四の
深さで形成されている。このグループ２４の形状、配置
等については特に限定を受けるものではなく、本実施例
の場合には軸受部材４の円周面６との間の軸受隙間１３
に沿って空気が排出される方向に所望形状・長さで切ら
れている。

グループ２４は回転体１の外周面３又は軸受部材４の内
周面６の少くとも一方に形成すれば足りる。

この回転体１の大円筒部１ｂの外周面３及び軸受部材４
の内周面６特に動圧空気軸受を構成する部位には、耐摩
耗性を向上させるための表面処理を施すことが好ましい
６例えば特開昭６３−２３５７１９号に開示されている
ような耐摩耗性被膜あるいは潤滑性被膜を施すように設
けられている。尚、回転体１の内周面側には円筒状のヨ
ーク２５が固定され、このヨーク２５の更に内側には円
筒状の駆動マグネッｈ　２が固定されている。

尚、前記回転体１には、回転体１の加工誤差やポリゴン
ミラー１４を回転体１に取付ける際の取付誤差等によっ
てポリゴンミラー１４を含む回転系全体の重心位置が回
転軸上からすれて回転バランスを崩し振動するのを防ぐ
ため、必要に応じてバランス調整例えばバランス調整用
の穴をあけることなどが行なわれる。

以上のように構成されている本発明の動圧空気軸受モー
タは、次のように作動する。

モータ起動に際しては、スラスト磁気軸受ｌＯによって
回転体］のフランジ２３と軸受部材４の端面４ａとの間
のスラスト動圧空気軸受２０には隙間Ｃが確保されてお
り、低トルクで起動する。

そして、回転を開始すると、ラジアル動圧空気軸受７が
機能し始め、回転体１をラジアル方向に保持すると共に
モータ内部１１の空気を隙間１３からモータ外部１２に
排出する。この空気の排出によりモータ内部１１の圧力
が低下し、モータ外部１２との圧力差によりスラスト磁
気軸受１０の力等に抗して回転体１が下降する０回転体
１が下降して回転体１のフランジと軸受部材４の端面４
ａとの開の隙間Ｃが小さくなると、スラスト動圧空気軸
受２０が機能しだし、空気をモータ内部１１に送る力が
発生する。更に隙間Ｃが小さくなると、スラスト動圧空
気軸受２０のポンプ作用とラジアル動圧空気軸受７のポ
ンプ作用がバランスし、回転体１の下降が停止して定常
回転となる。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明の動圧空気軸受
モータは、停正時にはスラスト磁気軸受で回転体が浮上
しているので、スタート・ス１〜ツブ時には相手側部材
と非接触で回転することから、小さな起動電流で済み、
接触面や構成部材にも硬い材料を採用しなくとも良く、
加工が容易である。

また、本発明の動圧空気軸受モータは、スラスト磁気軸
受がマグネットのため外部にコントロール手段を必要と
しない。

更に、本発明の動圧空気軸受モータは、ラジアル動圧空
気軸受とスラスト空気軸受とが釣合う状態で回転体を軸
方向に保持しているため、スラスト磁気軸受だけの従来
のものよりスラスト方向の軸受則性が高い。

しかも、本発明によると、回転体と軸受部材とによって
構成される内部空間かラジアル動圧空気軸受とスラスト
動圧空気軸受以外は密閉されているため、内部空間の空
気が空気ばれどなってスラスト方向にショックが加えら
れても回転体の上下動は小さく抑えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す中央半裁断面図である
。 第２図は第１図の■−■線断面図である。 第３図は従来の動圧空気軸受モータの一例を示す中央縦
断面図である。 １・・・回転体、 ２・・・マグネット、 ３・・・回転体の外周面、 ４・・・軸受部材、 ａ・・・軸受部材の出口側端面、 ・コイル、 ・・回転体の内周面、 ・・ラジアル動圧空気軸受、 ０・・・スラスト磁気軸受、 １・・・内部空間、 ２・・・モータ外部空間、 ３・・・ラジアル動圧空気軸受の隙間、７・・・モータ
、 ０・・・スラスト動圧空気軸受、 １・・・渦巻き清、 ３・・・フランジ（１’ｉｉ１転体側平面）。 特許出願人　　株式会社　三ｔＩｊｊｍ　ｍ製作所代　
理　人　　弁理士　　村　瀬　　−美第

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転体とこの回転体を収容する円筒状の軸受部材とを嵌
   合させて前記回転体の外周面と前記軸受部材の内周面と
   の間でラジアル動圧空気軸受を構成すると共に前記回転
   体側と前記軸受部材側との間に永久磁石から成るスラス
   ト磁気軸受を設け、前記回転体の内部に取付けたマグネ
   ットと前記軸受部材の中央に配置されて前記軸受部材に
   固定されたステータ側コイルとの間でモータを構成する
   一方、前記回転体と前記軸受部材とで形成されるモータ
   内部空間を密閉して前記ラジアル動圧空気軸受部分から
   のみ空気の出入りを可能とすると共に前記軸受部材の出
   口側端面とこれに対向する前記回転体側の平面の少くと
   も一方に上記空気の出入りを規制するよう作用する動圧
   発生用溝を形成したことを特徴とする動圧空気軸受モー
   タ。