JPH02309012A - 動圧軸受回転装置 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は動圧流体軸受を使った回転装置に関するもので
、特に軸方向の精度が高くかつ焼付現象を防止するよう
にした動圧回転装置に関するものである。

［従来技術］ 近年、高速あるいは高精度の回転を行なう回転装置に関
する要求は高まってきており、例えば、レーザービーム
プリンタ、ＶＴＲ回転シリンダ等がそれらの代表となる
。そして、このような高精度な回転装置を得るために、
従来、非接触で回転する動圧流体軸受が用いられている
。

′ｓ４図は、従来のレーザービームプリンタの偏向走査
モータを示す断面図である。この偏向走査モータでは、
外筒１の底面に０リング２を介してフランジ部材３が固
定され、フランジ部材３の中央には固定軸４が固定され
ている。

固定軸４の周面にはへリングボーン溝やスパイラル溝か
らなる浅漬５が刻設され、そのまわりに回転スリーブ６
が回転自在に嵌合されている。

回転スリーブ６内の固定軸４の上端面に近接する位置に
は、中心部に絞り孔７を有するスラスト板８が固定され
ている。そして、回転スリーブ６の内面と、固定軸４の
外周部と、スラスト板８とにより、空気を媒体とした動
圧流体軸受が構成されている。

回転スリーブ６の上部フランジ部２８には多面ｖｋｇが
固定され、回転スリーブ６の下部外周には駆動手段とし
てのロータマグネット１０が固定され、ロータマグネッ
ト１０の端面部には動バランスをとるためのバランスリ
ング１１が固定されている。

また、ロータマグネット１０に対向する位置には外筒１
に固定されたステータ１２が、回転スリーブ６に圧入さ
れたスラスト板８と固定軸４とからなるスラスト軸受の
圧力発生方向と反対方向（スラスト板８と固定軸４を互
いに押１）付ける方向）に軸方向力が働くように配置さ
れている。すなわち、ステータの鉄心１２ａおよびコイ
ル（巻き線）１２ｂをロータマグネット１０に対する軸
方向中立位置より図中下側にずらして配置し、これによ
り、ロータマグネット１０および回転スリーブ６に軸方
向力が作用するようにしている。

また、磁界の変化を検出するホール素子１３並びに磁界
の変化からＰＬＬ制御のための回転数を得るホールＩＣ
（図示せず）などがプリント基板１４およびホルダー１
５を介してステータ１２に固定され、これらを含んでＤ
Ｃモータが構成されている。

また、外筒１には、多面鏡９で走査されるレーザ光が入
出射するガラス窓２４、モータの電気系統を接続するコ
ネクタ２１．２２が設けられ、さらに上部にはキャップ
２７がＯリング１６を挟んで固定されている。

［発明が解決しようとする課！！Ｉ］ しかしながら、上記従来例では、静止時においてもスラ
スト動圧軸受の圧力発生方向と反対方向の軸方向力が働
いているために、起動および停止時において、スラスト
動圧軸受を構成している固定軸４とスラスト板８が強い
軸方向力によりて押さえつけられるとともに、スラスト
軸受部が非接触状態となるのに必要な回転速度が高くな
ってしまうため、スラスト軸受部の損傷を受けやすい。

一方、ロータマグネット１０とステータコイル１２の中
心位置を合わせて軸方向力がほとんど働かないような位
置にすると、起動・停止時のスラスト軸受部の損傷は受
けにくくなるが、回転時においても軸方向力が働かない
ために自重のみを支持することになり、スラストの浮上
量つまり軸方向の位置精度が不安定となるとともにスラ
スト軸受剛性が弱くなるため、外部からの振動によって
も軸方向の位置が定まらないという欠点がある。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点に鑑み、ス
ラスト軸受の損傷を防止すること、さらにスラスト方向
の位置を高精度に保つことである。

［ｔ１題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明では、釉と、軸のラジア
ル軸受面を有するスリーブおよび軸のスラスト軸受面を
有するスラスト板を備えた動圧軸受と、ステータおよび
ロータを有し軸とスリーブとを相互に相対回転させる回
転駆動手段とを備えた動圧軸受回転装置において、ロー
タとステータを、静止時にはロータを含む回転体に働く
釉釉方向の力がほぼ零であり、回転時にはスラスト軸受
面に発生する軸方向の動圧と反対方向の力がステータと
ロータ間に働くような位置関係で配置するようにしてい
る。

ステータはコイル部を有し、コイル部は専ら回転力を発
生する駆動用コイル部と軸方向の力を発生する軸方向力
発生用コイル部に分割されている場合もある。

さらに、スラスト浮上量すなわちスラスト軸受面とこれ
に対向する軸端面間の距離を測定するセンサを備え、そ
の出力に基づいて軸方向力発生用コイル部に流す電流を
制御するようにしてもよい。

［作用］ この構成において、静止時には通常、スラスト板と軸と
は接触しており、回転駆動を開始するとスラスト軸受面
と軸端面間に生ずる動圧によりスラスト軸受面と軸端面
間は離れてスラスト浮上の状態となり回転駆動終了時に
は再びスラスト板と軸とは接触状態となるが、静止時つ
まりコイル部に電流が流れていない時には回転体にはそ
の自重を除けば軸方向力がほとんど働かず、回転駆動時
つまりコイルに電流が流れている時には回転体に対して
コイルに流れる電流による電磁力がスラスト動圧軸受の
圧力発生方向と反対の軸方向力が作用する。したがフて
、回転駆動開始時および終了時においてスラスト軸受面
と軸端面間に働く押圧力は小さく摩擦力は微小であり、
一方、駆動時においては軸方向の動圧と前記電磁力とが
バランスして回転体は所定のスラスト浮上量を保って安
定した回転が行なわれる。すなわち、これにより、スラ
スト軸受部分の損傷が防止され、かつ回転体のスラスト
方向の位置が高精度に保たれる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の′ｓ１の実施例に係る動圧軸受回転装
置を示す断面図である。この装置は同図に示すように、
外筒１の底面に０リング２を介してフランジ部材３が固
定され、フランジ部材３の中央の孔にはモータ内部へ伸
びる固定軸４が焼嵌め等で圧入固定されている。

固定軸４の局面にはへリングボーン溝やスパイラル溝か
らなる浅溝５が刻設され、そのまわりに２〜２０μｍの
隙間を介して回転スリーブ６が回転自在に嵌合されてい
る。

回転スリーブ６内の固定軸４の上端面近傍には、中心部
に絞り孔７を有するスラスト板８が圧入固定されている
。そして、これら回転スリーブ６の内面と、固定軸４の
外周部と、スラスト板８とにより、空気等を媒体とした
動圧流体軸受が構成されている。

回転スリーブ６の上部フランジ２８の上側には多面鏡９
が圧入またはビス止め等で固定され、回転スリーブ６の
下部近傍の外周には、回転駆動手段としてのロータマグ
ネット１０が扱者されており、ロータマグネット１０の
端面部には勤バランスをとるためのバランスリング１１
が固定されている。

また、ロータマグネット１０に対向する位置には、外筒
１に固定されたステータ１２が配置され、磁界の変化を
検出するホール素子１３ならびに磁界の変化からＰＬＬ
制御のための回転数を得るホールＩＣ（図示せず）など
がプリント基板１４およびホルダー１５を介してステー
タ１２に固定され、これらによっていわゆるＤＣモータ
すなわち回転駆動手段が構成されている。

また、外ｉｆには多面鏡９で走査されるレーザ光が入射
および出射するガラス窓２４が取り付けられ、ざらにモ
ータの電気系統を接続するためのコネクタ部材２１．２
２が設けられている。

さらに、外筒１上部には、キャップ２７が０リング１６
を挟んで固定されている。

以上の構成は、ロータマグネット１０と前記ステータ１
２との軸方向の位置関係以外については第４図の従来例
と同様である。

次に、この位置関係について説明する。ステータ１２に
おける鉄心１２ａはロータマグネット１０の位置に対し
軸方向に中立的な位置に配置されている。したがって、
ステータＩ２に電流が流れていない状態においては軸方
向力がほとんど作用せず、スラスト軸受部に負荷される
軸方向力は１２ｂはロータマグネット１０の位置に対し
、スラスト軸受部より遠ざかる方向にずれて配置される
。したがって、ステータ１２に電流を流すことによって
電磁力が作用し、ロータマグネット１０および回転スリ
ーブ６には図中下側つまりスラスト軸受の動圧発生方向
と反対側の軸方向力が作用する。

よって、回転駆動手段によって回転スリーブ６や多面鏡
９等の回転体が回転している状態では、前記電磁力と回
転体自重とスラスト軸受の動圧圧力による浮上刃との釣
り合いによって回転体の軸方向の位置を規制することが
できる。

したがって、静止時においてはスラスト軸受に対して回
転体の自重だけが作用しているため、起動・停止（特に
停止時）においては固定軸４とスラスト板８とが接触状
態で回転する時間が短かくなるとともに接触時における
摩擦力が小さくなるため、スラスト軸受の損傷をほとん
ど無くすことができる。さらに、定常回転時については
、前記電磁力と自重とスラスト軸受の浮上刃で軸方向の
位置を規制することかで籾るため、回転体の軸方向の位
置を高精度に保つことができる。

第２図は本発明の第２の実施例に係る動圧回転装置を示
す断面図である。同図に示すようにこの装置においては
、外筒５１にフランジ部材５２が固定され、フランジ部
材５２の中央にはスラスト方向支持用の浅溝５３が刻設
されたスラスト受部材５４が固定され、ざらに円筒状の
スリーブ５５が固定されている。スリーブ５５には、回
転軸５６が２〜３０μｍの隙間を介して回転自在に嵌合
されている。

回転＠５６の周面にはへリングボーン溝５７が刻設され
、一方の軸端部は前記スラスト方向支持用の浅溝５３と
対向している。尚、回転軸５６には潤滑油の飛散防止用
の浅漬５８が刻設され、一方、スリーブ５５にはスラス
ト軸受の圧力発生を安定に保つための小径穴５９が設け
られている。

これら回転軸５６の外周部と、スリーブ５５と、スラス
ト方向支持用の浅溝５３が刻設されたスラスト受部材５
２とにより潤滑油を媒体とした動圧流体軸受が構成され
ている。

回転軸５６の上部フランジ６０には多面１ｊｉ６１が固
定されるとともに回転ヨーク６２が固定されており、回
転ヨーク６２の内周部にはロータマグネット６３が固定
されている。ローターマグネット６３に対向する位置に
は、外筒５１に固定されたステータ６４が配置されてい
る。

ここで、ステータ６４が有する鉄心６４ａはロータマグ
ネット６３に対して軸方向に中立的な位置に配置されて
いるため、ステータ６２に電流が流れていない状態にお
いては軸方向力はほとんど作用しない。

一方、ステータ６４のコイル（巻き線）部６４ｂは、ロ
ータマグネット６３の位置に対し、スラスト軸受部より
遠ざかる方向にずれて配置されている。したがって、ス
テータ６４に電流を流すことによって電磁力が作用し、
ロータマグネット６３および回転軸５６には図中下側つ
まりスラスト軸受の動圧発生方向と反対側の軸方向力が
作用する。よって、回転駆動手段によって回転軸５６や
、多面ｕｔ、６１が回転している状態では、前記電磁力
と回転体の自重とスラスト軸受の動圧圧力による浮上刃
との釣り合いによりて軸方向の位置を規制することがで
きる。

このように、スラスト軸受部が動圧圧力により支持する
軸受構成であれば、軸回転であっても、同様の作用を得
ることができる。

第３図は本発明の第３の実施例に係る動圧回転装置を示
す断面図である。第１図と同一の構成要素には同一番号
を符しである。

第３図において、ロータマグネット１０とステータ１２
との軸方向の位置関係について説明するゆステータ１２
における鉄心１２ａは、第１図の装置と同様、ロータマ
グネット１０の位置に対し、軸方向に中立的な位置に配
置されている。

一方、ステータ１２のコイル（巻き線）部に関しては、
ロータマグネット１０に対して回転駆動するためのコイ
ル部１２ｂは軸方向に中立的な位置に配置されているが
、さらに、コイル部１２ｂのスラスト軸受部と反対方向
側（図中、コイル１２ｂの下側）にコイル部１２ｃが配
置されている。したがって、ステータ１２に電流を流す
ことにより、コイル部１２ｂでは回転駆動するための電
磁力が作用し、コイル部ｉ２ｃでは電磁力がロータマグ
ネット１０および回転スリーブ６に対して図中下側つま
りスラスト軸受の動圧発生方向と反対側の軸方向力が作
用するようになっている。

よって、第１図の場合と同様に回転駆動手段によってス
リーブ６等の回転体が回転している状態では、コイル部
１２ｃにより作用する電磁力と回転体の自重とスラスト
軸受の動圧圧力による浮上刃との釣り合いによって回転
体の軸方向の位置を規制することができるため、上述と
同様の効果を得ることができる。

なお、ステータ１２のコイル部１２ｂとコイル部１２ｃ
を別口路にし、定常回転または非接触状態となった時の
みコイル部１２ｃに所定の電流を流して軸方向力が作用
するようにすることにより、一層スラスト軸受の損傷を
小さくすることが可能である。また、コイル部１２ｃの
電流値を制御することにより、浮上量を安定させること
も可能である。さらにまた、浮上量を測定するセンサー
を設け、その出力に基づいてコイル部１２ｃに流す電流
値を制御することにより、一定の浮上量を確保すること
が可能となり、かつ、浮上量を所望の値に変化させるこ
とも可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、回転駆動手段であ
るロータマグネットとステータを、静止時つまりコイル
部に電流が流れていない時には両者間の軸方向力がほと
んど働かず、回転駆動時つまりコイルに電流が流れてい
る時には回転体に対してコイルに流れる電流による電磁
力がスラスＩ・動圧軸受の圧力発生方向と反対の軸方向
力が作用するような位置関係で配置するようにしたため
、スラスト軸受の損傷を防止することができ、さらに回
転体のスラスト方向の位置を高精度に保つことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係る動圧軸受回転装
置を示す断面図、 第２図は、本発明の第２の実施例に係る動圧軸受回転装
置を示す断面図、 第３図は、本発明の第３の実施例に係る動圧軸受回転装
置を示す断面図、そして 第４図は、従来例に係る動圧軸受回転装置を示す断面図
である。 ４；固定軸、 ５；動圧発生溝、 ６：回転スリーブ、 ８ニスラスト板、 ９：多面鏡、 １０：ロータマグネット、 １２；ステータ。 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸と、軸のラジアル軸受面を有するスリーブおよ
   び軸のスラスト軸受面を有するスラスト板を備えた動圧
   軸受と、ステータおよびロータを有し軸とスリーブとを
   相互に相対回転させる回転駆動手段とを備えた動圧軸受
   回転装置において、ロータとステータを、静止時にはロ
   ータを含む回転体に働く軸軸方向の力がほぼ零であり、
   回転時にはスラスト軸受面に発生する軸方向の動圧と反
   対方向の力がステータとロータ間に働くような位置関係
   で配置ししたことを特徴とする動圧軸受回転装置。
2. （２）ステータはコイル部を有し、コイル部は専ら回転
   力を発生する駆動用コイル部と軸方向の力を発生する軸
   方向力発生用コイル部に分割されていることを特徴とす
   る請求項１記載の動圧軸受回転装置。
3. （３）スラスト浮上量を測定するセンサを備え、その出
   力に基づいて軸方向力発生用コイル部に流す電流を制御
   することを特徴とする請求項２記載の動圧軸受回転装置
   。