JPS6110939A - モ−タ装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、動圧気体軸受を備えるモータ装置に係り、詳
しくは固定軸と該軸に回転可能に嵌装さλまたスリーブ
等とからなり、上記軸の外周面あるいはスリー゛ブの内
周面に形成された動圧発生溝により回転時に動圧気体軸
受が形成されるように構成されたモータ装置の改良に関
する。

（ロ）従来技術 一般に、動圧気体軸受は、回転ムラ、軸の振れ回り等に
関ずろ回転精度が極めてよく、また回転に際しての騒音
、振動が小さく、更にその寿命が長い等の良好な特性を
有していることから、ＶＴＲのモータ装置あるいはオー
ディオプレイヤーのモータ装置として広く用いられてお
り、中でも、高速回転、高精度回転を必要とするレーザ
ビームプリンタ（ＬＢＰ）の光偏向多面鏡を回転さぜる
モータ装置において、その軸受手段として好適なものと
して用いられている。そ（７て、」二記動圧気体幀受の
構造ど１７−Ｃは、適用される装置に対応して様々な形
式のものがあるが、上記したＬ　Ｆ３　Ｐ用モータ装置
等において１．１：以下に説明する第１図に示すような
構成を備えている３、 即ち、モータ装置］は、各構成部材を収納するためのモ
ー“り）１−　ス２を有しており、該ケース２に下端を
固定するように（７−Ｃ軸３が立設されている。そして
、該軸３には回転可能にスリーブ５が嵌装さ第１ており
、また該スリーブ５上部の中心部分に１．を合成樹脂か
らなりその中央部分に絞り孔６ａを有するスラスト板６
が固設されていて、該スラスト板６の下端面と上記した
軸３の上端面とが接離ずろ、Ｐ、うになっている。また
、上記スリーブ５の上部外周には、光偏向多面鏡等の適
宜の被回転装置７か配設され、同しくスリーブ５の下方
外周には磁石９が固設されていて、更に該磁石９と対向
する−に記、１；−タケース２の内側にはステータ１０
が配設されている。そして、上記軸３の外周１ｆ１）あ
るいはスリーブ５の内周面シζは、動圧発生溝であるス
パイラル状の溝３８が形成されている。

なお、スリーブ５、磁石９等からなる回転体の回転状態
の検知は、磁石９に近接して設けらオ］たポール素子１
）及びフォトディテクク１２に、１、って行われ、また
磁石９の下端部には回転体のバランス調整を行わせるた
めのリング状部材１３が付設されている。

従来のモータ装置１は上記のように構成されているので
、ステータ１０に電流が流されると、それによって発生
される回転磁界により磁石９等からなる回転体が回転駆
動され、その際例えば軸３の外周に刻設されたスパイラ
ル状の動圧発生溝３ａの働きにより、軸３とスリーブ５
との間隙に矢印へで示すように空気が流入され、スラス
ト板６の絞り孔６ａから流量を調整されつつ排出され、
軸３とスリーブ５との間に軸受作用を行う空気膜が形成
される。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 ところで、上記従来技術として示したモータ装置１にお
ける動圧気体軸受は、モータ装置１の定常回転時に１．
Ｕ　’ノ’、；アル方向及びスラスト方向の荷重に対し
て４ｄ分な負荷容置を有しているものの、その低速回転
時には−」二記した空気膜の剛性が非常に小さく、特に
そのスラスト方向の負荷古風が極めて小さいため、モー
タ装置１が起動して所定の回転数に達するまでは、スラ
スト方向荷重によりスラスト板０のｒ面と軸３の上端面
と１よ接触状態の、１まモータ装置１が回転する。その
ため、スラスト板６が摩れし、遂にはモータ装置］が起
動ｊ７なくなるという不都合があった。そして、上記不
都合をなくずへく、スラスト板６を構成する材料として
摺動性の良い合成樹脂を選定し、かつ軸３の下端面に接
触するスラスト板６下面の面積を小さくするＪ、うに−
ｒ二失したものも提案されたが、そＡ］によってもモー
タ装置１が起動、停止を繰返ず内にプラスｌ−板６下面
の摩耗が進行し、モータ装置１の起動トルクが漸次増加
し、遂にはモータ装置１が回転しなくなってしまうとい
う欠点かぁ−。

た。

（ニ）問題を・解決するための手段 本発明は、−ヒ述した問題点を解消ずろンとを目的とし
、−上記したスリーブ、スラスト板、被回転装置そして
磁石からなる回転体の重量Ｗ、と該重量方向に作用ずろ
磁石とステータ間の軸方向吸引力Ｗ２とを加えたスラス
ト方向荷重Ｗ（ｇ）と、上記回転体の浮上開始回転角速
度ω。（ｒａｄ／５ｅｅ）との間に、Ｗ　ｃｏ　。≦２
０００００なる関係を満足ずろように動圧気体軸受を用
いたモータ装置を構成することを特徴としている。

（、Ｉ、）作用 」１記手段の採用により、モータ装置の低速回転時に気
体動圧軸受のスラグ１一方向の負荷容量が小さくて■、
また、モータ装置が激しく起動、停止を繰返しても、ス
ラスト板に作用する荷重をスラスト板自体の材料が有す
る摩耗限界値以内におさえ、スラスト板の摩耗の進行が
防止される。

（へ）実施例 以下、本発明を具体化した実施例について説明する。

一般に、摺接する材料の摩耗は種々の要因により進行ず
ろものであるが、代表的には材料の単位１ｆｉｉ債当り
に加わる圧力Ｐとオイ料と相手部材どの摺接速度Ｖに影
響され、材料の摩耗の度合はそれらの積であろｌ）Ｖ値
で表わされる。そして、上記しノ：モーＪ、Ｉ装置】に
おいて、回転体の重量をＷｏ、磁石９とスグーク１０と
の間に作用する回転体の重＋７５．方向の軸方向吸引力
をＷ２、そして動圧気体軸受に」、って生ずるスラスト
方向負荷客景をＷ３とすると、」二５己の圧力（ま １）　ｃｙＷ、　＋　ｗ２−　ｗ、、　−−−（１）（
但し、■＜：定数、η：気体の粘性係数、Ｒ：軸３の半
径、ω：回転体の回転角速度、Ｉ−一軸受有効長さ） て表わされ、また、ＶＬｘω　　　（３）なる関係を有
（７ているから、ｗ＝ｗ、＋ｗ２−−−（Ｊとおくと、
（１）式からＰＶは、 となる。上記（５）式からωの変化に」：るＰＶの最大
となり、このｐ　ｖ　ｍａｘを与える回転角速度ω、は
、上となる。ところで、回転体がン乎」二する際には、
その時の回転角速度ω。にてＰ＝Ｏとなるので、」１記
（１）、　［２１、ｆ４］式から Ｋ　　Ｔ）　Ｒ３ ｗ＝、　　　ω。　　　（８） なる関係があり、上記（８）式及び（７）式からが導き
出され、（９）式からＰ　Ｖ　ｍａにを与える回転角速
度（・ハは、回転体の浮上開始回転角速度ω。の汐の関
係にあることが分かる。また、Ｐは（］、１．　（２１
，Ｆ４１式から となｌ：ｌ　、−Ｊ１記（１０）式はＰが回転角速度ω
に関して直線的に減少することを表わずから、」−記Ｐ
　Ｖ　＋ｎａにを与える回転角速度□ハにおける圧力１
３．は、回転体の静ｌＦ時にｉ、＋　Ｉ）る圧力Ｐ。の
半分どなることが分がる１、従って、スラス１−板６の
摺動半径をｒとすると、 ””−−−’ｕ−５０、ユｘ　　　ｄｘ−１で、ｒｏｂ
。

−６・　　（１）） Ｐ　Ｖ　ｍａに＝　　　Ｏｔｘ　　Ｗｏ）。　　　　（
１乃６πｒ となり、以−１−のことから、前記したモーフ装Ｍ１の
スラスト板ＩにおけるＰＶ値の最大値Ｐ　Ｖ　ｍａｘば
、スラスト方向何重Ｗと回転体の浮上開始回転角速度ω
。との積に比例的に関連することが判明した。

そして、スラスト板６として用いられる合成樹脂材料に
つい−（、Ｗ（ｇ）及びω（ｒａｄ／５ｅｅ）を様々に
変えて多数の実験を行ったところ、第２図のグラフに○
印て示すように耐久性が充分てあったものと同じくＸ印
で示すように耐久性が十分てなかったものとの分布が得
られ、それらの分布からＷω−２０００００なる曲線を
境にしてそれより下側てあればプラス１−板６の耐久性
が良好であることが判明した。

従って、上記数式から誘導された結論と上記実験結果と
から、Ｗω。≦２０００００なる関係を満足すれば、合
成樹脂製スラスト板６の耐久性を向上し得ることが判明
した。

さて、以上において運転時における合成樹脂製スラスト
板６に耐久性を持たせるためのＷ　（ＩＪ　ｏ≦２ｏｏ
ｏｏｏなる関係を見出だずことができたが、以下にＷω
０≦２０００００なる関係を満足させるための具体的手
段について考察を加える。、前記（６）式を整理すると
、 となるから、この（６）′式からり、Ｒ，Ｗをそれぞれ
変更すればＰＶ値即ちＷω。を小さくし得ることが理解
される。しかしながら、軸受有効長さしを小さくすると
、動圧気体軸受自体の負荷容量が減少してしまうため、
この変更は好ましくなく、ニした、φｄ＋　３の半径１
（を大きくすると、固定軸端部とスラスト板との間にて
きる空気だめの部分も大きくなり、この部分の自動振動
で生しるエアハンマ等の有害な振動か発生ずるため、こ
の変更も好ましくない。−・力、スラスト方向荷重Ｗは
前記（４）式に示１７たように、回転体の重量Ｗ、と磁
石９とステータ１０間の軸方向吸引力Ｗ２との和である
が、この内Ｗ１は回転体の構成部材であるスリーブ５等
の材料を例えば鉄からアルミニウムに変え、またその構
造を肉抜きあるいは肉薄とすることにより簡単に減少さ
せることができる。次に、Ｗ２の方は、第３図に示すよ
うに、磁石９の上下方向中心位置をステータ１０の上下
方向中心位置より上方ｄ、に配置すると、磁石９即ち回
転体はステータＪＯにより下向きに吸引力Ｗ２を受ける
ことになり、従っ′ＣＷ＝ｗ、＋ｗ２＞ｗ、となり、ま
た、第４図に示すように、磁石９の一ヒ下方向中心位置
をステータ］０の上ｆ方向中心位置より下方ｄ−ζ配置
すると、この場合磁石９はステータ１０により上向きに
吸引力Ｗ２を受けることになり、従ってＷ＝Ｗ、−Ｗ２
＜Ｗｌとなることから、第４図に示すような構成をｈ用
ずろ乙とにより、Ｗ’ｅ減少させることができる。

なお、装置の構造上第３図のような配置にせざるを得な
い場合があるが、この場合は、許容される範囲で磁石９
とステータ１０との間隔を拡げると、磁石９とステータ
１０間の吸引力の軸方向成分即ちＷ２が減少され、Ｗを
減少さぜる乙とがてきる。

（ト）発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、動圧気体軸受を用
いたモータ装置１を、スリーブ５、合　′成樹脂製スラ
スト板６、被回転装置７そして磁石９からなる回転体の
重量Ｗ１と該重量方向に働く磁石９とステータ１０間の
軸方向吸引力Ｗ２とを加えたスラスト方向荷重Ｗ（ｇ）
と、上記回転体の浮上開始回転角速度ω。（ｒａｄ／５
ｅｃ）との間に、Ｗω。≦２ｏｏｏｏｏなろ関係を満足
するように構成したので、モータ装置１の運転時におけ
る合成樹脂製プラスｌ−板６のＰＶ値を充分小さくする
ことがてき、スラスト板【）の耐久性を大幅に向上さぜ
、モータ装置１の寿命を大きく延長させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は動ノＩ：気体軸受を有するモータ装置の一般的
構造を示すｆｉ＆断正断固面図２図は本発明に係るスラ
スト方向荷重Ｗと浮上開始回転角速度（ＩＪ。との関係
を求めるための実験結果を示すグラフ、第３図及び第４
図は磁石とステータとの配置にそれぞれ変更を加えたモ
ータ装置の縦断正面図である。 １　モータ装置　、　２　モータケース　、３　軸　、
　３ａ　動圧発生溝　、　５　スリーブ　、　６　スラ
スト板　、　７　被回転装置　、　９　磁石　、　　］
０　ステータ、Ｗｌ　　回転体の重量　、Ｗ２　　軸方
向吸引力　、　Ｗ・スラスト方向荷重　、ｏ）。 浮」二開始回転角速度

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）下端をモータケース２に固定し上端を自由端とし
   た軸３と、該軸に対して回転可能に嵌装されたスリーブ
   ５と、該スリーブの上部に固設され上記軸の上端と接離
   するように配設された合成樹脂製のスラスト板６と、上
   記スリーブ上方に装着された適宜の被回転装置７と、上
   記スリーブ下方外周に固定された磁石９と、そして該磁
   石と対向するモータケース内側に配設されたステータ１
   ０とからなり、上記軸の外周面又はスリーブの内周面に
   形成された動圧発生溝３ａにより回転時に動圧気体軸受
   が形成されるように構成されたモータ装置１において、 上記スリーブ、スラスト板、被回転装置そして磁石から
   なる回転体の重量Ｗ＿１と該重量方向に働く磁石とステ
   ータ間の軸方向吸引力Ｗ＿２とを加えたスラスト方向荷
   重Ｗ（ｇ）と、上記回転体の浮上開始回転角速度ω＿０
   （ｒａｄ／ｓｅｃ）との間に、Ｗω＿０≦２０００００
   なる関係を満足するように構成したことを特徴とするモ
   ータ装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載したモータ装置１に
   おいて、 回転体の重量Ｗ＿１を可及的に軽量化するように構成し
   て、スラスト方向荷重Ｗを減少させるようにしたことを
   特徴とするモータ装置。
3. （３）特許請求の範囲第２項に記載したモータ装置１に
   おいて、 磁石９をステータ１０に対して相対的に変位した関係に
   配置し、スラスト方向荷重Ｗを減少させるようにしたこ
   とを特徴とするモータ装置。
4. （４）特許請求の範囲第３項に記載したモータ装置１に
   おいて、 磁石９の上下方向中心位置をステータ１０の上下方向中
   心位置より下方に配置したことを特徴とするモータ装置
   。
5. （５）特許請求の範囲第３項に記載したモータ装置１に
   おいて、磁石９とステータ１０との間隔を許容される範
   囲で可及的に大きく形成したことを特徴とするモータ装
   置。