JPH08170642A - 動圧磁気軸受型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 更なる小型化と、安定した回転性能とを得る
ことができる動圧磁気軸受型モータを提供すること。 【構成】 中空の回転体８は固定軸１１に対して回動自
在に外嵌されている。動圧発生用溝１２ａ，ｂは固定軸
１１に上下対称に設けられている。ラジアル空気軸受は
動圧発生用溝１２ａ，ｂからの動圧により、固定軸１１
に対し垂直な方向に回転体８を支持する。スラスト磁気
軸受３は固定軸１１に対し平行な方向に回転体８を支持
する。また、ラジアル空気軸受が回転体８を支持するた
めに、固定軸１１に対して垂直な方向に発生させている
動圧が、十分に大きくかつほぼ均一になっている範囲内
に、スラスト磁気軸受３が回転体８を支持する中心点ｃ
を配置するようにしている。このため、十分な小型化を
果たし、コニカル振動を防止すると共に、安定した回転
を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は動圧磁気軸受型モータに
関し、特にラジアル軸受を動圧空気軸受とし、またスラ
スト軸受を磁気軸受とすることにより、該モータの小型
化と安定した性能とを得ることができる動圧磁気軸受型
モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気磁気軸受は、ボールベアリン
グや滑り軸受と比較して、高速回転する必要のあるモー
タに適しているため、レーザプリンタ、複写機、および
ファクシミリ装置等における光偏向器、ビデオテープレ
コーダ（ＶＴＲ）等の磁気ヘッド駆動用モータや、遠心
分離機の駆動用モータ等のように高速回転する必要のあ
るモータに利用されている。

【０００３】前記空気磁気軸受を用いたモータを利用し
た機器の一例としては、例えば図７に示すような構成の
光偏向器がある。図において、固定軸１０１にはヘリン
グボーン状の動圧発生用溝１０２が２組設けられ、台座
１０３に固定されている。回転スリーブ１０４は、固定
軸１０１に対して回動自在に設けられている。前記回転
スリーブ１０４には、フランジ１０６が設けられてお
り、また該回転スリーブ１０４の下部には、永久磁石１
０９およびバランスリング１１０が圧入や接着等の方法
によって取付けられている。前記フランジ１０６には、
回転多面鏡１０５およびキャップ１０７がネジ止めされ
ている。前記回転スリーブ１０４、回転多面鏡１０５お
よびキャップ１０７等により、回転体が構成されてい
る。また、ステータコア１１２には、コイル１１１が巻
回され、基板１１３に固定されており、該基板１１３は
前記台座１０３に固定されている。前記回転体を回動さ
せるための駆動用モータは、前記永久磁石１０９、コイ
ル１１１およびステータコア１１２等によって構成され
ている。ケース１１７は前記台座１０３に固定され、一
方ケース１１８はガラス窓１２０を有し、前記回転体や
ステータコア１１２等を覆うように設けられ、前記ケー
ス１１７に固定されている。

【０００４】このような光偏向器では、前記コイル１１
１に通電した場合に、前記永久磁石１０９とステータコ
ア１１２との間に生ずる磁気的吸引力により、該永久磁
石１０９とステータコア１１２との回転軸方向の位置が
ずれないように支持される。このように、前記永久磁石
１０９とステータコア１１２とにより、磁気的なスラス
ト軸受が構成されている。また、前記光偏向器では、前
記回転スリーブ１０４が回動すると、動圧発生用溝１０
２により、固定軸１０１の周囲に高い動圧が発生する。
この動圧により回転スリーブ１０４が固定軸１０１に対
して非接触に、かつ該固定軸１０１に対して垂直方向の
位置がずれないように支持される。

【０００５】以上のように、図７のモータによれば、固
定軸１０１に設けられた２組の動圧発生溝１０２によ
り、２箇所にラジアル軸受が構成されている。該ラジア
ル軸受およびスラスト軸受により、前記回転体を高速に
安定して回転させることができる。しかしながら、年
々、光偏向器等は小型化が急速に進んでおり、前記空気
磁気軸受を用いたモータでは大きすぎて、新しい光偏向
器等に対応することができないという問題があった。

【０００６】この問題を解決するために、特開昭６１−
２６９１１８号公報には、１組の動圧発生用溝１０２を
有する固定軸１０１と回転スリーブ１０４とにより、ラ
ジアル空気軸受を構成し、その下部に固定側磁気リング
１３０と、回転側磁気リング１３１とにより、スラスト
磁気軸受を構成するようにして、小型化された空気磁気
軸受を用いたモータの技術が提案されている。なお、図
中の他の符号は、図７の対応する符号と、同一または同
等物を示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、レーザプリン
タ、複写機、およびファクシミリ装置等は、小型化、高
画質化が急速に進んでいる。このため、小型で安定性が
高く、また高速性、高信頼性を兼ね備えた低コストな動
圧磁気軸受型モータの必要性が高まってきているが、前
記公開公報に開示された技術では、これに十分に応える
ことが困難になってきた。前記公開公報の空気磁気軸受
を用いたモータでは、図８に示すように、ラジアル軸受
の下部にスラスト軸受が設けられており、未だ高さが高
いため、十分な小型化を実現することができないという
問題がある。また、ラジアル軸受が１組だけ設けられ、
その下部にスラスト軸受が設けられているため、該スラ
スト軸受に僅かな偏心があると、該スラスト軸受部の回
転が不安定になり、スラスト軸受を中心とするコニカル
振動の発生が増長されるという問題がある。本発明の目
的は、前記した従来技術の問題点を除去し、更なる小型
化と、安定した回転性能とを得ることができる動圧磁気
軸受型モータを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、前記固定軸または回転体の一方であっ
て、その対向部に上下対称になるように設けられた一対
または一体の動圧発生用溝と、前記動圧発生用溝が発生
する動圧により、固定軸に対し垂直な方向に前記回転体
を支持するラジアル空気軸受と、前記動圧発生用溝で発
生された動圧が、十分に大きくかつほぼ均一になってい
る範囲内に、前記回転体を支持する中心点を配置し、前
記固定軸に対し平行な方向に回転体を支持するスラスト
磁気軸受とを具備した点に特徴がある。

【０００９】

【作用】本発明によれば、前記ラジアル空気軸受が回転
体を支持するために、固定軸に対して垂直な方向に発生
させている動圧が、十分に大きくかつほぼ均一になって
いる範囲内に、前記スラスト磁気軸受が回転体を支持す
る中心点を配置するようにしている。このため、動圧磁
気軸受型モータの全高を低く抑えることができ、十分な
小型化が可能になる。また、コニカル振動の発生を防止
することができ、前記動圧磁気軸受型モータの回転体
は、安定して回転することが可能になる。

【００１０】

【実施例】以下に、図面を参照して本発明の動圧磁気軸
受型モータについて詳細に説明する。図１は前記動圧磁
気軸受型モータが適用される光偏向器の構成を示す部分
断面図である。なお、図は見易くするために、本発明と
関係のない部分は便宜上省略されている。図において、
１はレーザ光を偏向するための回転多面鏡、３は回転側
リング３ａおよび固定側リング３ｂにより構成されるス
ラスト磁気軸受である。前記回転側リング３ａおよび固
定側リング３ｂは、どちらか一方が永久磁石であり、他
方は磁性体あるいは永久磁石である。回転側リング３ａ
および固定側リング３ｂの両方が永久磁石の場合には、
例えば図３に示すようにリングの縦方向に分極するのが
好適である。４はリング状の駆動用コイル５が複数設置
された制御用基板、６は駆動用ヨーク、７は凹状のハウ
ジング、７ａは前記ハウジング７の中央に設けられた凸
部である。

【００１１】８は後述する固定軸１１の外径より、僅か
に大きい内径を有する筒状の中空回転体、９は前記中空
回転体８の外壁に固定軸１１に対して垂直な方向に形成
され、その上面に前記回転多面鏡１が固着され、その側
面および下面に、それぞれ回転側リング３ａおよび駆動
用磁石１０が固着されるフランジである。１１は上下端
に凹部が設けられた固定軸であり、この固定軸１１は前
記凹部と凸部７ａとが組合わされ、ネジ１４によりフラ
ンジ７に固定される。１２ａ，１２ｂは前記固定軸１１
の外壁に上下対称になるように設けられたヘリングボー
ン状の動圧発生用溝、１３は前記中空回転体８の内壁と
固定軸１１の外壁とによって構成される間隙である。前
記固定軸１１および中空回転体８により、ラジアル空気
軸受が構成される。前記駆動用コイル５、駆動用ヨーク
６および駆動用磁石１０により、駆動用モータが構成さ
れる。

【００１２】図２は、前記中空回転体８が回転した時
に、前記動圧発生用溝１２ａ，１２ｂによって、間隙１
３に生じる空気の圧力分布を示す説明図である。図に示
す範囲Ａは、前記中空回転体８が回転した時に、最も大
きな動圧が発生する範囲である。この範囲Ａは、前記動
圧発生用溝１２ａ，１２ｂの間隔とほぼ一致し、該範囲
Ａでは、回転体をラジアル方向に対して支持するのに必
要な動圧が得られる。前記スラスト磁気軸受３が前記回
転体を指示するための環状の中心点が、前記範囲Ａ内に
配置されている。図４は前記スラスト磁気軸受３が回転
体を支持する環状の中心点について説明した断面図であ
る。図において、ａは前記回転側リング３ａの、ｂは前
記固定側リング３ｂのそれぞれ環状の中心に位置する中
心点である。ｃは前記スラスト磁気軸受３の環状の中心
（一点鎖線ｄ）に位置する中心点である。この中心点ｃ
は前記回転軸１１に対して垂直に交わる線分上の前記中
心点ａ，ｂを結んだ線分の中点である。

【００１３】このような構成の動圧磁気軸受型モータで
は、前記回転側リング３ａはフランジ９に、前記固定側
リング３ｂはハウジング７に、それぞれ一般的なはめ合
い公差で固定される。このため、前記回転側リング３ａ
および固定側リング３ｂは、通常その軸心が数十μｍ偏
心して固定される。本実施例では、図５に示されている
ように、例えば前記回転側リング３ａが、矢印Ｘの方向
に偏心しているものとして説明を続ける。なお、図５は
図１から回転多面鏡１、ネジ１４を除去した時の平面図
を示している。

【００１４】この時、前記したような偏心により、該回
転側リング３ａと固定側リング３ｂとの間隔が狭まって
いる部分ｘに、この間隔の他の部分より少し大きな磁
力、すなわち図５に示す力Ｆ１が発生する。このため、
前記力Ｆ１は該回転側リング３ａを矢印Ｘの方向に移動
させようとする。また、所定の回転制御方法によって、
前記回転側リング３ａが固着された回転体が回転する
と、間隙１３の狭い部分ｙに、該間隙１３の他の部分よ
り大きな動圧、すなわち図５に示す力Ｆ２が発生する。
このため、前記力Ｆ２は回転体を矢印−Ｘの方向に移動
させようとする。

【００１５】前記力Ｆ１と力Ｆ２とにより、前記回転側
リング３ａおよび固定側リング３ｂは平衡を保とうす
る。このため、前記回転体の軸心と固定軸１１の軸心と
を０．１〜０．５μｍ程度偏心させて、該回転体が回転
するようになる。したがって、前記回転体は安定して回
転することができるようになる。なお、空気軸受の分野
では、回転体が固定軸に対して０．１〜０．５μｍ程度
一定方向に偏心する力を受けて回転すると、該回転体の
回転が安定することは、既に一般的に知られている。

【００１６】以上のように、本実施例では、スラスト磁
気軸受３は、固定軸１１に対して垂直な同一平面内にラ
ジアル空気軸受と共に設けられている。このため、モー
タの高さを低くすることができ、十分な小型化を実現す
ることができる。また、スラスト磁気軸受３が回転体を
支持する中心点ｃは、ラジアル空気軸受が固定軸１１に
垂直な方向に発生させている圧力の均一な部分、すなわ
ち図２に示す範囲Ａ内に配置されている。このため、ラ
ジアル空気軸受を１組だけ設けた場合でも、前記回転側
リング３ａおよび固定側リング３ｂの軸心の偏心に起因
するコニカル振動の発生を防止することができ、回転体
は安定して回転することができる。

【００１７】また、モータの回転体が安定して回転して
いるので、該回転体は回転速度の変化に滑らかに追随す
る。このため、解像度切替え動作等により、モータの定
常回転数を切替える必要がある場合でも、短時間でモー
タの定常回転数を切替えることができる。また、レーザ
プリンタや複写機等に使用することにより、該各装置の
様々な設定変更に素早く対処することができる。また、
前記回転側リング３ａおよび固定側リング３ｂを、それ
ぞれ一般的なはめ合い公差で組立てることができる。こ
のため、従来のモータに比べ余り精度を気にせずに組立
てることができ、組立てコストが軽減される。また、前
記固定軸１１が取外し可能で、かつ高い組付け精度を要
求されない。このため、該固定軸１１を上下逆さまに取
付け、駆動用コイル５に電流を逆向きに流すことによ
り、回転体の回転方向を簡単に変更することができる。

【００１８】本実施例では、前記固定軸１１に設けられ
た１組の動圧発生用溝１２ａ，１２ｂが、該固定軸１１
の外壁に上下対称になるように設けられているが、本発
明はこれに限らず、図６に示すように、“逆くの字状”
で、かつ上下対称になるように動圧発生用溝１２を設け
るようにしてもよい。この場合、図に示す範囲Ａ´で
は、図２に示す範囲Ａと同様に、回転体をラジアル方向
に対して支持するのに必要な圧力が得られる。また、該
範囲Ａ´は前記動圧発生用溝１２の中央部分とほぼ一致
する。

【００１９】また、本実施例では、動圧発生溝１２が固
定軸１１に設けられていたが、本発明はこれに限定され
ず、中空回転体８の内壁に設けるようにしてもよい。ま
た、本実施例では、固定軸と、これに回動自在に外嵌さ
れた回転体からなるタイプのモータを例にして説明した
が、中空の固定軸と、これに回動自在にない関された回
転軸とからなるタイプのモータであってもよいことは勿
論である。さらに、前記動圧磁気軸受型モータに回転多
面鏡が取付けられた光偏向器に代えてホログラムディス
クを取付けるようにしてもよい。また、本実施例では、
動圧磁気軸受型モータが光偏向器に適用された場合につ
いて説明したが、これに限らず、ＶＴＲ等の磁気ヘッド
駆動用や、遠心分離機等の高速回転駆動用のモータに適
用させるようにしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、スラスト磁気軸受は、固定軸に対して垂直な
同一平面内にラジアル空気軸受と共に設けられている。
このため、動圧磁気軸受型モータの高さを低くすること
ができ、十分な小型化を実現することができる。また、
前記ラジアル空気軸受が回転体を支持するために、固定
軸に対して垂直な方向に発生させている動圧が、十分に
大きくかつほぼ均一になっている範囲内に、前記スラス
ト磁気軸受が回転体を支持する中心点を配置するように
している。このため、前記ラジアル空気軸受を１組だけ
設けた場合でも、スラスト磁気軸受に起因するコニカル
振動の発生を防止することができ、動圧磁気軸受型モー
タの回転体は安定して回転することができる。また、動
圧磁気軸受型モータの回転体が安定して回転し、該回転
体の回転速度の変化に滑らかに追随することができる。
このため、解像度切替え動作等により、モータの定常回
転数を切替える必要がある場合でも、短時間でモータの
定常回転数を切替えることができる。また、レーザプリ
ンタや複写機等に使用することにより、該各装置の様々
な設定変更に素早く対処することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 動圧磁気軸受型モータが適用される光偏向器
の構成を示す部分断面図である。

【図２】 動圧発生用溝によって生じる圧力分布を示す
説明図である。

【図３】 スラスト磁気軸受を構成するリングの着磁状
態を示す部分断面図である。

【図４】 スラスト磁気軸受が回転体を支持する環状の
中心点について説明した断面図である。

【図５】 スラスト磁気軸受を構成するリングおよび回
転体の位置関係と、回転時に回転体に対して作用する力
とを概念的に説明した説明図である。

【図６】 動圧発生用溝によって生じる圧力分布を示す
説明図である。

【図７】 従来の動圧磁気軸受型モータが適用された光
偏向器の構成を示す部分断面図である。

【図８】 従来の動圧磁気軸受型モータが適用された光
偏向器の構成を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１…回転多面鏡、３…スラスト磁気軸受、４…制御用基
板、５…駆動用コイル、６…駆動用ヨーク、７…ハウジ
ング、８…中空回転体、９…フランジ、１０…駆動用磁
石、１１…固定軸、１２ａ，１２ｂ…動圧発生用溝、１
３…間隙。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定軸と、該固定軸に対して回動自在に
   配置された回転体と、該回転体を回転させる駆動手段と
   を備えた動圧磁気軸受型モータにおいて、 前記固定軸または回転体の一方であって、その対向部に
   上下対称になるように設けられた一対または一体の動圧
   発生用溝と、 前記動圧発生用溝が発生する動圧により、固定軸に対し
   垂直な方向に前記回転体を支持するラジアル空気軸受
   と、 前記動圧発生用溝で発生された動圧が、十分に大きくか
   つほぼ均一になっている範囲内に、前記回転体を支持す
   る中心点を配置し、前記固定軸に対し平行な方向に回転
   体を支持するスラスト磁気軸受とを具備した点を特徴と
   する動圧磁気軸受型モータ。