JPH01312219A - 固定軸の回りを回転する回転装置 - 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】 本発明は、事務機、映像機器、情報機器及び光学機器等
において使用される回転装置に関するものである。

従来、この種の機器、例えばレーザビームプリンタ等に
使用される回転多面鏡光偏光器の回転装置には、多面鏡
を取付けた軸の両端を玉軸受で支持する構造が多く用い
られている。このような回転多面鏡光偏光器では、高速
回転中の多面鏡の回転精度か良くない場合及び回転むら
がある場合、プリントされる印字かぼける。そのため、
回転多面鏡光偏光器を支持する軸受に要求される動的回
転精度は非常に厳しい。

しかも、最近、プリンタの高速化、小形化に伴って、回
転多面鏡光偏光器の回転数は、従来の数千「ｐ■から最
近は飲方ｒｐ＠まで高速化し、また回転装置自体も小形
化の方向にある。

これに対し、従来のような玉軸受を用いたスピンドル装
置では、玉軸受の軌道輪の加工上の形状誤差に基づく振
動、玉の通過による振動及び保持器に起因する振動や、
玉軸受に封入されているグリースが回転中の玉に不規則
にかみ込まれることによって起こる回転むらなどが避け
られず、そのために要求される回転精度や回転むらを満
足することが困難になってきている。また、高速化に伴
って玉軸受の寿命が短くなり、信頼性の面からも問題が
生じてきた。

さらに、この種の軸受では多面鏡の汚れを防止するため
には、飛散、蒸発のおそれがあるグリースを使用しない
ことが望ましい。それにも拘らず、玉軸受は通常グリー
ス潤滑のため、グリースの飛散、蒸発による多面鏡の性
能劣化か避けられない。なお、磁性流体シールを用いて
も、磁性流体に使用される油自身の飛散、蒸発が避けら
れず、汚れ防止のための木質的な対策となり得ない。

このほが、玉軸受では通常予圧調整が必要であるために
組立てか必ずしも容易でないし、動的回転精度を維持す
るために取付誤差がないように組立てることは量産上か
らも困難であった。

本発明は上記従来技術における欠点を改良すること、即
ち動的回転精度、高速ての信頼性及び耐久性の向上を図
るとともに、軸受が支持する回転軸の回りを清浄に保つ
ことのできる回転装置を提供することを目的としてなさ
れたものてあり、特に高速回転時の回転体の振れまわり
運動を小さくした回転装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明においては、固定軸
と、この回りを回転可能な回転体との間に設けられた動
圧発生用溝により発生される動圧を利用して回転体を回
転支持する回転装はを採用することとした。

詳述すると、本発明にかかる回転装置は、基台と、該基
台に一端か固定されて固定端となり他端が自由端とされ
た固定軸と、該固定軸に被装され該固定軸まわりを回転
する筒状部材と。

該筒状部材を回転させる駆動要素と、前記筒状部材にそ
の軸方向において前記駆動要素よりも前記固定軸の固定
端寄りに固定された被回転体と、前記固定軸の外径面又
は／及び該外径面と共働する前記筒状部材の内径面に動
圧発生用の溝を備える動圧気体軸受部と、で構成される
。

次に１本発明の実施例を図面をもとに説明する。

本発明にかかる回転装置の全体を示す添付図面において
、一端（上端）を基台５０に固設され、他端（下端）が
自由端とされた固定軸ｌＯの外径面１３にはほぼその全
長にわたって動圧発生用のらせん溝１２が設けられ、こ
の固定軸ｌＯに、底部２２（スラスト軸受部）及び筒状
部材２４（スリーブ）から成る回転体２０が、開放端を
上向きにして被装されている。固定軸１０の下端面１４
は平坦面とされ、スラスト軸受部２２のこれに対向する
上面２６は凸球面とされている。また、スラスト軸受部
２２にはその中心部に軸方向に延びる軸穴２８が形成さ
れている。

スリーブ２４の内径面２３は一般には円筒面である。し
かし、前記固定軸ｌＯの溝１２に対応して動圧発生用溝
を形成しても良い。また。

スリーブ２４の外径面には底部２２寄りにロータ３２が
固定されるとともに、その開放端寄り、即ち固定軸ｌＯ
の固定端（第１図中上端）寄りには回転多面鏡３０か固
定されている。

上記基台５０と一体化され円筒状のハウジング５２には
、その下方寄りに、前記ロータ３２に対向してステータ
５４か固定されるとともに、上方寄りにはレーザ光を通
すための窓５６が形成されている。ハウジング５２の下
方開口はカバー５８により覆われている。

さらに、回転体２０を、多面鏡３０及び円板６２に夫々
固定された永久磁石６４及び６６から成る補助スラスト
磁気軸受で吸引、支持するようにしである。

以、Ｈの構成になる回転装置においてロータ３２とステ
ータ５４（駆動要素）との共働によって、回転体２０か
駆動され、固定軸ＩＯの回りに添付図面にＬ方から見て
時計方向に回転すると、動圧発生用溝１２等の作用によ
り周囲の気体は添付図面中下力（矢印六方向）に進み、
ラジアル軸受を形成する前記外径面１３とスリーブ３２
の内径面２３との間の環状空間４２に流入する。この環
状空間４２に流入した空気は、さらに回転体２０の回転
により固定軸ｌＯの自由端のスラスト端面１４とこれと
共働するスラスト軸受部２２のスラスト端面２６との間
に形成される圧力室４４に流れた後、スラスト軸受部２
２の軸穴２８を通って回転体２０の外界に流出する。こ
のように圧力室４４に流入した後ここから外界に流出す
る動圧気体によりスラスト軸受か形成される。

これにより、回転体２０の静止時及び低速回転時には回
転体２０のスラスト端面２６は固定軸ｌＯのスラスト端
面１２と磁気軸受６４゜６６の吸引により接触している
が、中速及び高速回転中には回転体２０の回転に伴って
、ラジアル軸受の環状空間４２より流出し、軸穴２８に
て圧力調整された圧力室ｌＯの空気によって形成される
スラスト気体軸受膜によってスラスト軸受部２２のスラ
スト端面２６、即ち回転体２０は支持される。

本実施例によれば、回転中の回転体２０は、半径方向に
は固定軸１０の外径面１３とスリーブ２４内径而２３と
の間に形成されるラジアル気体軸受部により、軸方向に
はラジアル気体軸受部の動圧発生ＩＪ１２等の作用によ
って生じる気体膜で形成されるスラスト気体軸受部によ
って非接触で支持される。このように１回転中の回転体
２０は動圧気体軸受膜で非接触となるため、軸受に起因
する回転むらか避けられるとともに、ラジアル軸受には
動圧による予圧効果が働き、高速回転でも回転体２０の
ラジアル振れを極めて小さく抑えることができる。

また、本実施例では、スラスト軸受部は、ラジアル軸受
部から動圧効果によって流出する気体を利用し、スラス
ト端面２６のほぼ中央に開［コする軸穴２８から流出す
る気体を絞ることによってスラスト負荷能力を生じさせ
るようにしている。そのため、４１ｊ造かきわめて簡単
となり、コスト的に有利である。

また、回転体２０の停止時にスラスト端面１４と２６と
か接触することによって摩擦粉が生じても、この摩耗粉
は軸穴２８を経由して軸受の外部へ排出されるため、摩
耗粉が端面の摩耗を加速するのを防ぐことができる。ま
た、スラスト端面２６を凸球面に形成しているため、動
圧気体軸受の欠点の一つとされている大きな回転体２０
の起動トルクを著しく減少させることが可能であるとと
もに、回転停止時の接触による摩ＪＬを軽減することか
できる。さらに、ラジアル軸受部とスラスト軸受部とか
動圧気体軸受として一体的に形成され、回転体２０のス
リーブが片持ち状の固定軸１０によって支持されている
ことにより、軸受装置全体の構造か簡単となる。しかも
、この軸受装置は組立精度の影響をほとんど受けない。

また、駆動モータを構成するロータ３２及びステータ５
４は通常発熱しやすいが、動圧作用によりラジアル軸受
部の軸受すきま４２から流入し、スラスト軸受部に開口
する軸穴２８を介して流出する気体流か発生し、この気
体流の作用により駆動モータが自動的に冷却される。

なお、前記スラスト端面２６を凸球面に形成したのは、
回転体２０の起動トルクを減少させるとともに回転停止
時の損傷を軽減するためである。この場合、回転体２０
の起動トルクの減少及び回転停止時の損傷を軽減するた
めには、ここに示した実施例のように凸球面を形成する
スラスト端面２６に軸穴２８を形成する方が効果的であ
る。このようにすれば、凸球面状のスラスト端面２６が
軸穴２８にくい込むことが防止されるからである。

また、スラスト端面２６を形成するスラスト軸受部２２
として、摺動性の良い合成樹脂又は耐摩耗性の良いセラ
ミックなどの材料から成る部材を用いた。これにより、
回転体２０の起動時におけるスラスト端面での起動トル
クが減少し、しかも起動停止時の耐摩耗性が向上する。

ところで、この種の動圧気体軸受装置においては、回転
体２０の回転速度が高速で、しかも回転時の振れの小さ
いことが要求される。しかるに、回転体２０に比較的重
量の大きい回転多面鏡３０が固定されている場合には、
僅かなアンバランスから１回転体２０の回転速度の上昇
に伴い片持ち梁状の固定軸ｌＯの振動に起因する回転体
２０の振れ回り現象が生じることがある。この振回り現
象は、固定軸ｌＯと回転体２０との間に形成される動圧
軸受部の焼付きに結びつき、そのために回転体２０の限
界速度をそれほど向上させられないことがあった。

しかし、ここに示した実施例によれば、固定軸ｌＯの一
端（上端）を基台５０に固定し、カップ状の回転体２０
をスラスト軸受部２２を下方にして固定軸ｌＯに被せる
ようにした。そして、スリーブ２４の上端寄りに１回転
多面鏡３０を、下端寄りにロータ３２を夫々固定し、さ
らに多面鏡３０と蓋部材６２との間に補助磁気軸受６４
及び６６を配置したのである。

即ち、固定軸ｌＯの固定端寄り（スリーブ２４の開放端
寄り）に比較的重量の大きい回転多面鏡３０が固定され
ているので１回転体２０の回転速度が上昇しても、片持
ち梁状の固定軸ｌＯの振動に起因する回転体２０の振れ
回り現象か生じることが防止され、高速回転限界を高め
ることのできる効果がある。

なお１本発明は上記実施例に限定して解釈されるべきで
はなく、その趣旨を損ねない範囲内置いて適宜変更、改
良が可能である。

例えば、回転体２０の底部２２と円筒部２４とは同一部
材により一体的に形成しても良いし、固定軸ｌＯ及び回
転体２０のスリーブ２４に形成する動圧発生用溝は、上
記実施例に示した以外の形状の溝パターンを用いても良
い、また、上記実施例とは反対に、固定軸ｌＯの下端面
１２を凸球面に形成しても良いし、固定軸ｌＯ及びスラ
スト軸受部２２の双方を凸球面に形成しても良い、また
、一方の端面を凸球面とし、他方の共働する端面を凸球
面よりわずかに半径の大きい凹球面で形成しても良い、
また、固定軸ｌＯのスラスト端面を形成する上端面又は
下端面１２のみに合成樹脂又はセラミックなどの材料か
ら成る部材を用いても良い。

以上述べてきたように、本発明によれば、回転体の回転
精度が良く、回転むらがなく、高速回転に適し、回転体
の起動トルクが小さくされた。ａ用軸受部を含む回転装
置が得られる。

また、グリース、油等の潤滑剤及びシール用流体により
固定軸の回りが汚染されることがなく、組立て容易で組
立精度が良く、量産性に優れた回転装置が得られる。

さらに、本発明にかかる回転装置によれば、固定軸の固
定端寄りに比較的重量の大きい被回転体が筒状部材に固
定されているので、回転体の回転速度が上昇しても１片
持ち梁状の固定軸の振動に起因する回転体の振れ回り現
象が生しることが防止され１回転体の高速回転限界を高
めることのできる等１種々の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す正面断面図、第２図
は本発明の第２実施例を示す正面断面図である。 ［主要部分の符号の説明］ １０−・・固定軸　　　　　３０−・・被回転体１２−
・・動圧発生用溝　　３２・・・ロータ２０・・・回転
体　　　　　４４・・・圧力室２２−・・底部　　　　
　　５４・・・ステータ２４−・・筒状部材 ２　Ｂ−・・穴 手続補正書口式） 昭和６３年６月２３日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示　平成１年特許願第２４０１０号名称　
　（４２０）　　日本精工株式会社４、代理人 （発送口：平成４年５月３０日） ６、補正の対象　　明細書の「図面の簡単な説明」の欄
７、補正の内容　別紙のとおり （１）明細書第１４頁第１１〜１３行目の［正面断面図
、・・・・・・・・・である、」を「正面断面図である
。」に訂正する

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基台と、 該基台に一端が固定されて固定端となり、 他端が自由端とされた固定軸と、 該固定軸に被装され、該固定軸まわりを回転する筒状部
   材と、 該筒状部材を回転させる駆動要素と、 前記筒状部材に、その軸方向において、前記駆動要素よ
   りも前記固定軸の固定端寄りに固定された被回転体と、 前記固定軸の外径面又は／及び該外径面と共働する前記
   筒状部材の内径面に動圧発生用溝を備える動圧気体軸受
   部と、 から成ることを特徴とする固定軸の回りを回転する回転
   装置。 ２、前記固定軸の動圧発生用溝が、前記固定軸の外径面
   に形成されている特許請求の範囲第１項に記載の回転装
   置。 ３、前記駆動要素が、前記筒状部材の外径面に固定され
   るロータと、該ロータに対応して前記基台側に固定され
   るステータとから成る特許請求の範囲第１項に記載の回
   転装置。 ４、前記被回転体が、前記筒状部材の外径面に固定され
   る回転多面鏡光偏光器の多面鏡である特許請求の範囲第
   １項に記載の回転装置。