JP2000205257A - 回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動圧軸受を用い回転ユニットが高速回転を行
う回転装置で、動バランスの小さな領域においても回転
不安定性が発生するのを避ける。 【解決手段】 回転ユニット２にはリング状の磁性体５
１を設け、ハウジング５０には磁性体５１に対向した位
置に一方向への吸引力が生じる永久磁石５２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はポリゴンミラーを用
いた光偏向装置やモータ等の高速回転を行う回転装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリゴンミラーを回転体として高速回転
する光偏向装置や回転軸を中心として高速回転するモー
タでは、回転体と非回転体との間に動圧軸受を設けて、
高速回転が行われる。図６は動圧軸受を設けた回転装置
の一例を示す断面図である。支持ベース上に固設したラ
ジアル固定部材に対して対向して回転する回転ユニット
はラジアル動圧軸受部において相互の間でのラジアル動
圧回転が行われる。またラジアル固定部材の両軸端部に
はラジアル固定部材の軸と垂直面をなすスラスト固定部
材が設けられていて、上下に位置したスラスト固定部材
とスラスト固定部材に挟まれた形で回転する回転ユニッ
トはスラスト動圧軸受部においてスラスト動圧回転が行
われる。

【０００３】ラジアル動圧軸受部及び／又はスラスト動
圧軸受部には軸受面に対称に形成された動圧発生溝があ
って、回転ユニットの高速回転によって発生する風は動
圧発生溝に導入され、対称に形成された動圧発生溝から
は強力な風圧が生じてラジアル固定部材と回転ユニット
との間には数μｍ単位の間隙が形成されて、両者の間で
の抵抗を低下させ、ラジアル動圧軸受部において高速回
転がなされるようになっている。またスラスト固定部材
と回転ユニットとの間においても微小な間隙が形成され
て、回転ユニットは僅かに浮上した状態でスラスト動圧
軸受部において高速回転がなされるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の動圧軸受部に対
称の動圧発生溝を設けた回転装置では、回転ユニットの
高速回転中に発生する接触を防止し、振動を低減するた
めに動バランスを小さくするのが一般的であるが、動バ
ランスが小さ過ぎるとかえって回転の不安定現象が生じ
るようになる。従来の回転装置では調整にあたって、動
バランスの上限は振動の許容限界、下限は安定性の許容
限界によって規定し、その規定された上限と下限とで挟
まれた範囲内になるよう動バランス修正するか、または
ラジアル動圧軸受部での固定部（ラジアル固定部材）と
回転体（回転ユニット）との間のギャップを適性化する
ことによって高速回転における安定性を得ていた。

【０００５】本発明は動バランスの小さな領域において
も回転の不安定性が発生しないで、調整範囲が広くとら
れて生産性に優れた高速回転で安定した回転性能が得ら
れる回転装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、外筒軸受を
有した回転ユニットが、ベース又はハウジングに固定し
た内筒軸受との間で回転する動圧軸受を有した回転装置
において、前記回転ユニットにはリング状の磁性体を設
け、前記ベース又はハウジングには前記磁性体に対向し
た位置に一方向への吸引力が生じる永久磁石を設けたこ
とを特徴とする回転装置（請求項１の発明）及び外筒軸
受を有した回転ユニットが、ベース上に固定した内筒軸
受との間で回転する動圧軸受を有した回転装置におい
て、前記回転ユニットにはトルク発生用の永久磁石を設
け、前記ベース上にはリング状に設ける複数のマグネッ
トコイルを内筒軸受に対して偏心して配置したことを特
徴とする回転装置（請求項２の発明）及び外筒軸受を有
した回転ユニットが、ハウジング内に固定した内筒軸受
との間で回転する動圧軸受を有した回転装置において、
前記回転ユニットの外周面と前記ハウジングの内面との
間の距離を空気圧を発生させる狭い箇所を設けたことを
特徴とする回転装置（請求項３の発明）により達成され
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の回転装置の一実施の形態
として、回転ユニットにポリゴンミラーを固設して高速
回転を行う光偏向装置を用いて説明を行う。図１は回転
装置の断面構成を示している。固定したラジアル軸１１
の外側には円筒状をしたセラミック材やステンレス材等
を材料とする内筒軸受１２が固設され、ラジアル軸１１
と内筒軸受１２とでラジアル固定部材を構成している。
内筒軸受１２の両側端部にはラジアル軸に略垂直方向に
円板状をしたセラミック材やステンレス材を材料とした
上スラスト軸受１３Ａと、下スラスト軸受１３Ｂとが固
設され、それぞれスラスト固定部材を構成している。上
記のラジアル固定部材とスラスト固定部材とは一体とな
って回転装置の本体固定部を構成し、支持ベース板３に
固定されている。

【０００８】一方、回転装置の高速回転を行うユニット
である回転ユニット２には回転軸を中心とした円筒状の
外筒軸受２１が一体として設けられていて、外筒軸受２
１の内径より前記の固定された内筒軸受１２の外径の方
が数μｍの調整された微小間隔だけ大きい。この外筒軸
受２１の内周面２１ａと内筒軸受１２の外周面１２ａと
で、ラジアル動圧軸受部を構成し、回転ユニット２は本
体固定部に対しラジアル動圧軸受部においてラジアル回
転が行われる。

【０００９】また外筒軸受２１の上端面２１ｂＡは上ス
ラスト軸受１３Ａのスラスト面１３ａＡと対向し、同じ
く外筒軸受２１の下端面２１ｂＢは下スラスト軸受１３
Ｂのスラスト面１３ａＢと対向しスラスト動圧軸受部を
構成し、回転ユニット２は本体固定部に対しスラスト動
圧軸受部においてスラスト回転が行われる。

【００１０】図１に示した回転装置（光偏向装置）で
は、回転ユニット２に端面を鏡面とした正多角形の形状
をしたポリゴンミラー２２が、ミラー中心と回転ユニッ
ト２の回転中心とが合致するよう調整され取り付けられ
ている。

【００１１】また回転ユニット２の支持ベース板３に対
向した底面には、多磁極対のリング状をしたトルク発生
用の永久磁石２３が固設されている。支持ベース板３上
には複数のマグネットコイル３１を同一円上に配置した
プリント基板３２が取付けられ、マグネットコイル３１
内には磁界の変化を検知する検知素子としてホール素子
３３が取付けられている。ホール素子３３はスピードセ
ンサとポジションセンサとしての機能を有していて、ホ
ール素子３３が検知した検知信号に基づいてマグネット
コイル４への電流制御がなされて、ポリゴンミラー２２
を設けた回転ユニット２は高速回転が行われる。

【００１２】動圧軸受を用いた回転装置では、従来は動
バランスの上限は振動限界、下限は安定性限界によって
規定し、上限と下限との範囲内を許容調整範囲として調
整を行っていたのに対し、本発明による回転ユニットに
ラジアル方向で一定方向に外力を加える手段を設けるこ
とにより動バランスが小さな領域においても回転不安定
性が発生しないこととなり、その結果 動バランス調整の修正領域が拡大することとなり、そ
の結果生産マージンが向上する。

【００１３】ラジアル動圧軸受部におけるラジアル方
向の間隙の調整許容範囲が拡大することにより生産マー
ジンが向上する。

【００１４】動バランスの小さな領域においても調整
が可能となった結果、外部振動が低減する。

【００１５】回転時の不安定振動が抑えられるように
なった結果、回転中に発生する異音が低減される。

【００１６】回転時の不安定振動による動圧軸受部に
おけるコスレが回避されるようになった結果、使用可能
とする回転装置のライフは長寿命化することとなる。

【００１７】高速回転域においても安定した回転が得
られるため、より高速化をはかることが可能となる。

【００１８】〜の効果を奏することとなる。

【００１９】本発明の光偏向装置を例として説明した回
転装置は、動バランスの小さな領域においても回転の不
安定性が発生しない動圧軸受とした回転装置で、以下の
実施の形態によって詳しく説明する。

【００２０】（実施の形態１）請求項１に係わる発明の
実施の形態であって、回転ユニットにラジアル方向で一
定方向に外力を加える手段として永久磁石を用い、一方
向への磁力による吸引力によって、動バランスの小さな
領域においても高速回転時に回転の不安定性が発生しな
い動圧軸受とした回転装置である。

【００２１】図２は実施の形態１の説明図で、図２
（ａ）は側断面図、図２（ｂ）は平面図を示している。
回転する回転ユニット２には例えば鉄等の磁性を有した
リング状の磁性体５１を設け、固定した支持ベース板３
又は回転装置の側面を覆うようにして固定したハウジン
グ５０には単数又は複数の永久磁石５２を設け、磁性体
５１と永久磁石５２との間で生じる吸引力によって、回
転ユニット２をラジアル方向に一定の引張力が生じるよ
うにしている。この際の引張力は永久磁石５２の磁力や
永久磁石５２と磁性体５１との距離Ｄ等によって決まる
もので、この引張力が作用して動バランスの小さな領域
においても高速回転時に回転の不安定性が生じないよう
にする引張力の調整と設定が行われる。

【００２２】なお本実施形態において、回転ユニット２
を構成する部材が磁性体である場合には、その外周をリ
ング状とすることによって磁性体５１の代用とし、別部
品として磁性体５１を回転ユニット２に新たに設けなく
ともよい。

【００２３】（実施の形態２）請求項２に関わる発明の
実施の形態であって、回転ユニットにラジアル方向で一
定方向に外力を加える手段として、回転ユニットを駆動
回転する駆動モータの電磁力による作用を用い、動バラ
ンスの小さな領域においても回転の不安定性が発生しな
い動圧軸受とした回転装置である。

【００２４】図１に示した回転装置（光偏向装置）の駆
動モータ（ポリゴンモータ）は図３に示すリング状に設
けた複数のマグネットコイル３１とリング状に配設した
複数の磁極対をもった永久磁石２３とを有している。図
３（ａ）はプリント基板３２上に設けたマグネットコイ
ル３１の配置関係を示す平面図で、図３（ｂ）は高速回
転する回転ユニット２に固定した永久磁石２３の平面図
を示している。本実施の形態においては図３（ａ）に示
す如く、６組のマグネットコイル３１（３１ａ１，３１
ａ２・・・）が同一円上に等配され、マグネットコイル
３１ａ１，３１ａ２が対向して位置し、同じくマグネッ
トコイル３１ｂ１，３１ｂ２、マグネットコイル３１ｃ
１，３１ｃ２がそれぞれ対向して位置している。またマ
グネットコイル３１ａ１，３１ｂ１，３１ｃ１内にはそ
れぞれ磁界の変化を検知するホール素子３３が設けられ
３個のホール素子はスピードセンサとポジションセンサ
としての機能を有している。またマグネットコイル３１
（３１ａ１，３１ａ２・・・）に対向しては図３（ｂ）
に示すように同一円上に４極対８極の磁極をもった永久
磁石２３が設けられている。制御部はホール素子３３が
検知した検知信号に基づいてマグネットコイル３１の電
流制御がなされて回転ユニット２の高速回転が行われ
る。

【００２５】ここで回転ユニット２の高速回転は次のよ
うにして行われる。即ち図４（ａ）に示すように、永久
磁石２３とリング状に設けた複数のマグネットコイル３
１とは共に永久磁石２３の磁力中心と、マグネットコイ
ル３１の通電によって生じる磁力の中心とが、内筒軸受
１２の回転軸を中心とする同一半径の円上に設けられて
いて、永久磁石２３の磁力と通電時のマグネットコイル
３１の磁力とは、回転ユニット２の回転方向への引力又
は斥力として作用し、複数のマグネットコイル３１への
通電の切替えによって上記の引力又は斥力は引継がれて
回転ユニット２の高速回転が行われる。

【００２６】本実施形態の回転装置は、リング状に設け
た複数のマグネットコイル３１を内筒軸受の軸心に対し
て偏心して配置するようにしたもので、図４（ｂ）はΔ
だけ偏心させて設けた状態を示している。かかる構成と
することにより偏心方向に位置した永久磁石２３と、そ
こを通過して通電されるマグネットコイル３１との間で
は回転ユニット２の回転方向への引力又は斥力の外に回
転ユニット２をラジアル方向に引張り又は押圧する力が
作用することとなる。

【００２７】本実施形態の回転装置では、駆動モータの
回転中に生じる回転ユニット２に作用するラジアル方向
への一方向への外力により、回転装置の動圧軸受部にお
いては動バランスの小さな領域においても高速回転時に
回転の不安定性が発生することはない。

【００２８】（実施の形態３）請求項３に係わる発明の
実施の形態であって、回転ユニットにラジアル方向で一
定方向に外力を加える手段として、ハウジングの中で回
転する回転装置の回転に伴って生じる回転ユニットの周
囲の空気圧の差を用いるもので、動バランスの小さい領
域においても回転の不安定性が発生しない動圧軸受とし
た回転装置である。

【００２９】図５は実施の形態３についての説明図であ
る。図５（ａ）は回転ユニット２の高速回転に伴って生
じる空気の流れを示したもので、回転ユニット２の極く
近くにおいては回転ユニット２の周速度に近い線速度
（風速）をもって空気の移動が行われ、回転ユニット２
から離れるに従って空気の移動速度は急激に低下する。

【００３０】図５（ｂ）は本実施形態の一例を示した平
面図で、ハウジング５０の内壁面に回転ユニット２の外
周面と僅かな距離をおいて近接壁面８１を設け、近接壁
面８１の回転上流側端部８１ａには続いて回転上流側に
回転ユニット２の外周から次第に遠ざかる形状の近接勾
配壁面８２ａを設けている。かかる構成とすることによ
り、回転ユニット２の回転に伴って生じた空気流は近接
勾配壁面８２ａと回転ユニット２との間を移動する間に
押し込められて空気は圧縮された形の定常状態となり、
図上Ｐａの位置においては、空気圧の差によって回転ユ
ニット２のラジアル方向にＦａの押圧力が作用する。

【００３１】またハウジング５０の内壁面の回転ユニッ
ト２の外周面と僅かの距離をおいて位置した近接壁面８
１の回転下流側端部８１ｂには、続いて回転下流側に回
転ユニット２の外周面から次第に遠ざかる形状の近接勾
配壁面８２ｂを設けている。かかる構成とすることによ
り、図上Ｐｂの位置近傍の回転ユニット２に極めて近接
した空気は回転ユニット２の回転に伴って持ち去られ、
これを補充する空気流は不充分となって空気は希薄な定
常状態となり、Ｐｂの位置においては空気圧の差によっ
て回転ユニット２のラジアル方向にＦｂの負の押圧力
（引張力）が作用する。

【００３２】例えば上記に説明したような回転ユニット
２の外周面とハウジング５０の内壁面との間に、僅かの
間隙をもった近接壁面８１を設け回転する回転ユニット
２に対して、ラジアル方向に一定方向の空気圧による外
力が加えられることにより、回転装置の動圧軸受部にお
いては動バランスの小さな領域においても高速回転時に
回転の不安定性が発生することはない。

【００３３】

【発明の効果】動圧軸受を用いた回転装置では、従来は
動バランスの上限は振動限界、下限は安定性限界によっ
て規定し、上限と下限との範囲内を許容調整範囲として
調整を行っていたのに対し、本発明（請求項１，２，
３）による回転ユニットにラジアル方向で一定方向に外
力を加える手段を設けることにより動バランスが小さな
領域においても回転不安定性が発生しないこととなり、
その結果 動バランス調整の修正領域が拡大することとなり、そ
の結果生産マージンが向上する。

【００３４】ラジアル動圧軸受部におけるラジアル方
向の間隙の調整許容範囲が拡大することにより生産マー
ジンが向上する。

【００３５】動バランスの小さな領域においても調整
が可能となった結果、外部振動が低減する。

【００３６】回転時の不安定振動が抑えられるように
なった結果、回転中に発生する異音が低減される。

【００３７】回転時の不安定振動による動圧軸受部に
おけるコスレが回避されるようになった結果、使用可能
とする回転装置のライフは長寿命化することとなる。

【００３８】高速回転域においても安定した回転が得
られるため、より高速化をはかることが可能となる。

【００３９】〜の効果を奏することとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転装置の断面構成図。

【図２】実施の形態１の断面図及び平面図。

【図３】マグネットコイル及び永久磁石の平面図。

【図４】実施の形態２の説明図。

【図５】実施の形態３の説明図。

【図６】回転装置の構成を示す断面図。

【符号の説明】

２ 回転ユニット １１ ラジアル軸 １２ 内筒軸受 １３Ａ 上スラスト軸受 １３Ｂ 下スラスト軸受 ２１ 外筒軸受 ２３ 永久磁石 ３１ マグネットコイル ５０ ハウジング ５１ 磁性体 ５２ 永久磁石 ８１ 近接壁面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H045 AA14 AA24 AA49 AA53 3J011 AA20 BA02 3J102 AA01 AA08 BA04 BA19 CA10 DA03 DA10 DA12 GA02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外筒軸受を有した回転ユニットが、ベー
   ス又はハウジングに固定した内筒軸受との間で回転する
   動圧軸受を有した回転装置において、 前記回転ユニットにはリング状の磁性体を設け、前記ベ
   ース又はハウジングには前記磁性体に対向した位置に一
   方向への吸引力が生じる永久磁石を設けたことを特徴と
   する回転装置。
2. 【請求項２】 外筒軸受を有した回転ユニットが、ベー
   ス上に固定した内筒軸受との間で回転する動圧軸受を有
   した回転装置において、 前記回転ユニットにはトルク発生用の永久磁石を設け、
   前記ベース上にはリング状に設ける複数のマグネットコ
   イルを内筒軸受に対して偏心して配置したことを特徴と
   する回転装置。
3. 【請求項３】 外筒軸受を有した回転ユニットが、ハウ
   ジング内に固定した内筒軸受との間で回転する動圧軸受
   を有した回転装置において、 前記回転ユニットの外周面と前記ハウジングの内面との
   間の距離を空気圧を発生させる狭い箇所を設けたことを
   特徴とする回転装置。
4. 【請求項４】 前記回転ユニットは、ポリゴンミラーを
   有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記
   載の回転装置。