JPH04236303A - 動圧空気軸受の隙間測定方法及び同測定装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザプリンタやデジタ
ル複写機用高速ポリゴンミラー駆動用のスキャナモータ
ー等に用いられる動圧空気軸受の軸受隙間測定方法及び
軸受隙間測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ラジアル方向に動圧空気軸受を用いたス
キャナモーターにおいては軸受隙間の管理は非常に重要
である。なぜなら軸受隙間が所定の値より狭すぎると軸
受損が増大して温度上昇が大きくなってしまい、広すぎ
ると軸受剛性が低下して外乱振動に対し弱く信頼性が悪
くなってしまうからである。また高速回転するポリゴン
ミラーの面倒れ特性を悪化させることにもなるからであ
る。この軸受隙間の管理のため、従来は動圧空気軸受の
回転軸の内径及び固定軸の内径を測定し、これらの径の
差から隙間を算出していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの方法
では測定に手間がかかってコストアップの要因となり、
しかもポイント測定であるため算出された隙間値が必ず
しも実際の隙間と一致しない場合もあり、余り望ましい
測定方法ではなかった。

【０００４】この点を解決するため種々提案がなされて
いるが、例えば特公昭６４−１０６８７号公報に示され
る動圧流体軸受では、動圧空気軸受を構成する軸等の一
部又は全部を自己潤滑性樹脂で構成し、その樹脂には導
電性材料を混入し、非接触状態で相対的に回転する動圧
流体軸受において固定側と回転側の導通性をチェックす
ることにより非接触回転数を測定し、組立状態を確認す
る技術が開示されている。ところがこの測定方法におい
てチェック可能な項目は軸及び軸受の表面状態のみであ
り、動圧軸受能力として重要な隙間の判定にはあまり有
用な技術とはなっておらず、また回転体との導通をチェ
ックするためブラシ機構が必要となり、ブラシの接触状
態変化により測定値にバラツキが生じやすいという問題
を内包している。

【０００５】本発明はこれら従来の諸問題を解決し、低
コストでかつ高精度に軸受隙間を測定可能な方法及び装
置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る動圧空気軸
受の隙間測定方法は上記目的を達成するために、動圧空
気軸受を用いるモーターの軸受隙間を測定する方法にお
いて、モーター全損失のうち風損、鉄損及び銅損をほぼ
ゼロとし、軸受隙間をモーターの駆動電流値によって測
定するようにしたものである。

【０００７】また本発明に係る動圧空気軸受の隙間測定
方法は上記目的を達成するために、少なくともラジアル
方向の軸受に動圧空気軸受を用いるモーターの軸受隙間
を測定する方法において、固定軸の外周に回転軸を嵌装
し、フェライトプラスチック磁石からなるロータマグネ
ットを磁力により該回転軸の外周部に取付けると共に磁
性粉を混入した樹脂リングをバックヨークとし、これら
の磁気ギャップ間に巻線を施した巻き枠を配し、モータ
ー全損失のうち風損、鉄損及び銅損をほぼゼロとしたイ
ンナーロータ方式のモーター部を構成し、軸受隙間を該
モーター部の駆動電流値によって測定するようにしたも
のである。

【０００８】さらに本発明に係る動圧空気軸受の隙間測
定装置は上記目的を達成するために、フェライトプラス
チック磁石からなり固定軸の外周に嵌装した回転軸の外
周に磁力で脱着可能なロータマグネットと、磁性粉を混
入した樹脂をリング状にしてなるバックヨークと、上記
ロータマグネットとバックヨークとの磁気ギャップ間に
配する巻線を施した巻き枠と、及び上記固定軸、回転軸
及びバックヨークを取付けるハウジングとからなり、モ
ーター全損失のうち風損、鉄損及び銅損をほぼゼロとし
たインナーロータ方式のモーター部を構成して軸受隙間
をモーターの駆動電流値によって測定可能とした構成と
したものである。

【０００９】

【実施例】図５はレーザプリンタやデジタル複写機用高
速ポリゴンミラー駆動用のスキャナモーターの構成を示
す部分断面図である。本発明の実施例を説明する前にこ
のスキャナモーターの構成を説明する。図中１は固定軸
、２は中空の回転軸、４はポリゴンミラーである。回転
軸２は例えばマルテンサイト系ステンレス（例えばＳＶ
Ｄ４２０Ｊ２）で形成し、その先端に形成したフランジ
部２ａの上面にポリゴンミラー４を載置している。ポリ
ゴンミラー４は、ミラー押さえ６の内筒部６ａを回転軸
２の内径部に篏合して位置決めすることにより回転軸２
の軸心と同軸に位置決めすると共にネジ２１を、ミラー
押さえ６、ポリゴンミラー４、フランジ部２ａにまたが
らせて螺合することにより回転軸２に係止固定されてい
る。ミラー押さえ６は磁石５ｂを保持しており、マグネ
ットホルダとしての機能も有している。またミラー押さ
え６の中央には、上下振動減衰用微細穴７を形成してあ
り、スラスト軸受にダンピング特性を持たせるようなっ
ている。さらにミラー押さえ６には回転体不釣合修正用
のバランス修正溝６ｂを形成してある。そして回転軸２
の中央から固定軸１側の端部にかけてロータマグネット
３ａを嵌装し、このロータマグネット３ａの下方にはバ
ランス修正溝２２ａが形成されたバランスリング２２が
装着してある。即ち、ポリゴンミラー４、ミラー押さえ
６、ロータマグネット３ａ、バランスリング２２等を取
付けた回転軸２が動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの回
転体３０を構成し、上下のバランス修正溝６ｂ、２２ａ
で数ｍｇ以下の不釣合量にバランス修正し不釣合による
回転時の振動を小さくしている。

【００１０】一方、回転軸２に嵌合した固定軸１は、上
端に磁石５ｃを固定し、圧入固着あるいは焼きばめなど
の方法で下端部を台座２０に堅固に固定してある。また
、固定軸１の表面には動圧空気軸受を構成するためのへ
リングボーン溝１ａ、１ｂを上下一対ずつ設けてある。 このため回転体３０が回転を開始すると、回転軸２と固
定軸１との隙間の圧力が高まって動圧軸受を形成し、非
接触でラジアル方向に回転体３０を支持するようになっ
ている。また、アキシャル軸受は、上蓋２５、回転軸２
の上端部及び固定軸１の上端部に固定した磁石５ａ、５
ｂ、５ｃと上下振動減衰用微細穴７とで構成している。 磁石５ａ、５ｂ、５ｃの磁極は対向面を同極とし、真ん
中の磁石５ｂは上下の磁石５ａ、５ｃからの反発により
回転体３０を浮上させて非接触状態で支持するようにな
っている。

【００１１】この回転体３０の駆動手段となるモータ部
はインナーロック型といわれるものであり、ロータマグ
ネット３ａ、コイル部３ｃ、スロット鉄心３ｂ、ホール
素子３ｄ等で構成され、励磁切り換えにより回転体３０
を回転させるようになっている。

【００１２】このようなラジアル動圧空気軸受の性能を
左右する特性値として軸受剛性がある。この軸受剛性Ｋ
は以下の式で与えられる。

【数１】

【数２】 ただし、Ｋ：軸受剛性、Ｐａ：周囲圧力、Ｌ：軸受長、
Ｄ：軸受径、Ｃｒ：軸受隙間、Λ：軸受数、μ：気体の
粘性係数、ω：回転角速度、Ｒ：軸半径である。これら
の式から同形状の動圧軸受の場合に軸受剛性Ｋを左右す
るのは軸受隙間Ｃｒであり軸受剛性Ｋは軸受隙間Ｃｒの
３乗に反比例することがわかる。従って軸受隙間Ｃｒの
寸法管理を非常に厳しくせざるを得ない。また軸受剛性
Ｋは高いほど良く、軸受隙間Ｃｒを狭くすれば達成でき
るが、摩擦による軸受損失が増大して発熱量が大きくな
り、温度上昇へとつながってしまうので好ましくない。

【００１３】本発明の一実施例を図１ないし図３により
説明する。図１中の回転軸２、固定軸組立体（１と２０
）以外が本発明の実施例に係る隙間測定装置であり、図
中４１はロータマグネット、４２はステータ、４３はバ
ックヨーク、４４はホール素子、４５はプリント基板、
そして４６はハウジングで、これらがモーター部を構成
する。本発明の原理はモーター部の駆動電流値により軸
受隙間を一意的に決定することにある。モーター全損失
は風損、鉄損、銅損及び軸受損の合計であり、軸受損Ｔ
ｆは

【数３】 で示される。ただし、Ａ：軸受の形状によって決まる定
数、ω：回転角速度、Ｃｒ：軸受隙間であり、軸受隙間
Ｃｒは軸受損Ｔｆと一意的な関係になる。そこでその他
の損失を無視できるほど小さくすることによりモーター
駆動電流と軸受隙間との間にリニアな関係が成立する。 この状態を達成させるためにロータマグネット４１の材
質はフェライトのプラスチック磁石とし、ステータ４２
はスロット鉄心を有せぬ樹脂性の巻き枠に巻線を施して
形成したものを採用し、またバックヨーク４３の材質に
は磁性粉を混入した樹脂（例えばダイセー工業製Ｐ．Ｂ
．Ｔ．ｃｏｎＰＵＮＤ：商標）を用いて鉄損をほぼ０に
している。即ち、ロータマグネット４１やバックヨーク
４３に導電性があるとステータ４２の巻線からの磁束が
鎖交する際にうず電流が発生して鉄損が生ずるが、上述
のようにロータマグネット４１やバックヨーク４３を構
成すると導電性がなく、ほとんど鉄損が生じなくなる。 また軸受損Ｔｆの違いによる電流変化で鉄損が変化する
と、測定したモーター駆動電流には鉄損分が含まれるこ
とになって誤差が大きくなるが、上述の構成ではこれも
生じない。また、風損についてはモーター回転数を数千
回とすることによりほぼ０とし、銅損についてもステー
タ４２の巻線を太い線で少なく巻くことで達成するもの
である。

【００１４】次に本実施例装置による実際の動圧軸受隙
間の検査方法を説明する。まず回転軸２のフランジ部２
ａの下側にローラマグネット４１を装着する。回転軸２
は上述のようにマルテンサイト系ステンレス等であるた
め、ローラマグネット４１は自らの磁力で回転軸２の外
周に吸着する。このようにローラマグネット４１を取付
けた回転軸２の内側に台座２０に固定して組立体とした
固定軸１を挿入する。このときロータマグネット４１と
バックヨーク４５の吸引によりアキシャル方向における
回転体２の位置決めがなされる。そしてモーター電源を
投入し図示せぬ制御回路によりＰＬＬ制御を行ない数千
回転（例えば５０００ｒｐｍ）に同期回転させる。予め
軸１、２のマスターを作り標準隙間と駆動電流の関係を
例えば図３のような表にして明確にしておけば同期回転
時の駆動電流を読んで軸受全体の隙間に換算できる。な
お図３中のＸは軸受隙間の設計使用幅で、「ＯＫ」の部
分は軸受隙間がこの設計使用幅Ｘの範囲内である電流値
の部分であり、「ＮＧ」の部分は軸受隙間が設計使用幅
の範囲外にある電流値の部分である。

【００１５】なお図４に示すようなステータ５０に磁性
体からなる積層鋼板を用いても軸受隙間をモーター駆動
電流によって測定できる。図１ないし３の実施例のほう
がより誤差なく測定できるが、本発明の方法を実施する
にあたっては、図４の例のように構成しても構わない。 また本実施例は先の実施例とほぼ同じ構成、作用となる
ので、共通する部分には共通する符号を付すにとどめ、
重複する説明は省略する。

【００１６】

【発明の効果】本発明に係る動圧空気軸受の隙間測定方
法及び隙間測定装置は以上説明してきたように、モータ
ー全損失のうち風損、鉄損及び銅損をほぼゼロとしてモ
ーター部を構成し、軸受隙間をモーター部の駆動電流に
よって測定するようにしたので、動圧空気軸受の軸受隙
間を低コストで高精度に測定できるようになるという効
果がある。また従来のようなポイント測定ではないので
、測定された隙間値が実際の隙間と一致しないというこ
ともなくなり、レーザプリンタやデジタル複写機用高速
ポリゴンミラー駆動用のスキャナモーター等を高精度に
組み上げることができ、これらを用いる機器の信頼性を
向上させることができるようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例を示す部分断面図であ
る。

【図２】図２は図１中の回転軸と固定組立体の組み合わ
せを示す部分断面図である。

【図３】図３は図１の装置における軸受隙間の測定に用
いる隙間とモーター駆動電流の関係を示すグラフである
。

【図４】図４は本発明の他の実施例を示す部分断面図で
ある。

【図５】図５はレーザプリンタやデジタル複写機用高速
ポリゴンミラー駆動用のスキャナモーターの構成を示す
部分断面図である。

【符号の説明】

１：固定軸 ２：回転軸 ４：ポリゴンミラー ２０：固定軸の台座 ４１：ロータマグネット ４２、５０：ステータ ４３：バックヨーク ４４：ホール素子 ４５：プリント基板 ４６：ハウジング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　動圧空気軸受を用いるモーターの軸受
   隙間を測定する方法において、モーター全損失のうち風
   損、鉄損及び銅損をほぼゼロとし、軸受隙間をモーター
   の駆動電流値によって測定することを特徴とする動圧空
   気軸受の隙間測定方法。
2. 【請求項２】　　少なくともラジアル方向の軸受に動圧
   空気軸受を用いるモーターの軸受隙間を測定する方法に
   おいて、固定軸の外周に回転軸を嵌装し、フェライトプ
   ラスチック磁石からなるロータマグネットを磁力により
   該回転軸の外周部に取付けると共に磁性粉を混入した樹
   脂リングをバックヨークとし、これらの磁気ギャップ間
   に巻線を施した巻き枠を配してモーター全損失のうち風
   損、鉄損及び銅損をほぼゼロとしたインナーロータ方式
   のモーター部を構成し、軸受隙間を該モーター部の駆動
   電流値によって測定することを特徴とする動圧空気軸受
   の隙間測定方法。
3. 【請求項３】　　フェライトプラスチック磁石からなり
   固定軸の外周に嵌装した回転軸の外周に磁力で脱着可能
   なロータマグネットと、磁性粉を混入した樹脂をリング
   状にしてなるバックヨークと、上記ロータマグネットと
   バックヨークとの磁気ギャップ間に配する巻線を施した
   巻き枠と、及び上記固定軸、回転軸及びバックヨークを
   取付けるハウジングとからなり、モーター全損失のうち
   風損、鉄損及び銅損をほぼゼロとしたインナーロータ方
   式のモーター部を構成して軸受隙間をモーターの駆動電
   流値によって測定可能としたことを特徴とする動圧空気
   軸受の隙間測定装置。