JPH08210350A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ラジアル動圧軸受の動トルクや発熱の増大を押
さえ、かつ高速回転駆動に最適なモータを搭載できる寸
法制約の少ない高速回転対応の動圧軸受装置を提供す
る。 【構成】ミラー６を取付けた回転部材１３がラジアル動
圧軸受Ｒとスラスト磁気軸受Ｓｍを介して固定部材に支
持されてモータＭによって回転駆動される動圧軸受装置
において、回転部材１３の内部にはスラスト磁気軸受Ｓ
ｍ、外部にラジアル動圧軸受Ｒを設けると共に、モータ
Ｍとラジアル動圧軸受Ｒとの軸方向位置が異なる構成と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動圧軸受装置に係り、
特に、光偏向装置のような高速回転を要求される用途に
適した動圧軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の動圧軸受装置としては、例えば図
３に示すようなものがある。この従来例は、ハウジング
１の下部のベース板１Ａの中心部に立設された固定軸２
に回転部材である回転スリーブ３がラジアル動圧流体軸
受Ｒ及びスラスト磁気軸受Ｓｍを介して回転自在に支持
されている。

【０００３】その回転スリーブ３の外周面に、ミラー６
が搭載される。そして、回転スリーブ３の内周面にロー
タマグネット７が取り付けられると共に、そのロータマ
グネット７と径方向にエアギャップを介して対向するス
テータコイル８が固定軸２の外周面に取付けられて回転
スリーブ回転駆動用のモータＭが構成されている。この
動圧軸受装置は、回転スリーブ３の内部に設けられたモ
ータＭで回転スリーブ３を固定軸２と非接触に回転させ
ることにより、搭載したミラー６を高速回転させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光偏向装置用の動圧軸
受装置はデジタル複写機やレーザプリンタなどに用いら
れているが、それらのプリント速度の高速化に伴い、ま
すます高速回転が必要になってきている。しかしなが
ら、このようにモータＭを回転スリーブ３の内部空間に
配置する従来の動圧軸受装置では、モータＭの外径が大
きいのでラジアル動圧軸受Ｒの軸受面を構成する回転ス
リーブ外周面の直径が必然的に大きくなってしまうた
め、あまり高速回転を行うことができないという問題点
がある。

【０００５】すなわち、動圧軸受の動トルクや発熱は、
軸受すきまに存在する空気の粘性抵抗によるものである
が、その粘性抵抗は軸受面直径の３乗に比例するため、
直径の大きいものほど高速回転では大きな駆動力を必要
とし、発熱も大きくなる。軸受の発熱が大きくなると、
回転スリーブとミラーとの熱膨張差に起因して回転中に
ミラーの位置がずれ、不釣り合いによる振動が大きくな
るという性能面への影響も無視できない。

【０００６】また一方、回転スリーブ３の内部空間にモ
ータを配置するという寸法上の制約のもとでは、高速回
転に必要な駆動力を有する最適なモータを自由に設計す
ることができないという問題点もある。そこで本発明
は、ラジアル動圧軸受の動トルクや発熱の増大を押さ
え、かつ駆動に最適なモータを自由に設計できるように
した、寸法制約の少ない高速回転対応の動圧軸受装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の動圧軸受装置は、ミラーを取付けた回転部
材の内部にスラスト磁気軸受、外部にラジアル動圧軸受
を設けると共に、モータとラジアル動圧軸受との軸方向
位置が異なる構成とした。

【０００８】

【作用】本発明の動圧軸受装置にあっては、ラジアル動
圧軸受の外径を小さくすることができる。そのため、軸
受すきまの空気の粘性抵抗が小さくなり、高速回転でも
ラジアル動圧軸受の動トルクや発熱が抑制される。ま
た、モータの寸法が規制されないため、モータ設計上の
寸法の自由度が大きい。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例の断面図であ。先ず構
成を説明すると、この動圧軸受装置のハウジング１１
は、下部がベース板１１Ａで塞がれ、そのベース板１１
Ａの中心部に固定軸１２が立設されている。そして、ハ
ウジング１１と下部ベース板１１Ａと固定軸１２とが固
定部材を構成している。この固定軸１２に、ミラー６を
搭載する回転部材としてアルミ合金製（表面硬化処理を
施しても良い）の回転スリーブ１３が、ラジアル動圧軸
受Ｒとスラスト磁気軸受Ｓｍとを介して回転自在に支持
されている。

【００１０】ラジアル動圧軸受Ｒは、回転スリーブ１３
の外周面に設けられた円筒状の一方のラジアル軸受面１
４及びこれにラジアル軸受すきまを介して対向させたハ
ウジング１１の内周面の他方のラジアル軸受面１５を備
え、それら両ラジアル軸受面１４，１５の少なくとも一
方にヘリングボーン状の動圧発生用の溝を有して構成さ
れている。

【００１１】また、スラスト磁気軸受Ｓｍは、固定軸１
２の自由端部に固着した永久磁石からなる一方の磁石部
材１８及び回転スリーブ１３の内周面に圧入または焼き
ばめ等の手段で固着した他方の磁石部材１９を備え、両
磁石部材１８，１９がラジアル軸受すきまより大きなす
きまで非接触に半径方向に対向して吸引し合う吸引形ス
ラスト磁気軸受として構成されている。両磁石部材１
８，１９の磁化方向は半径方向でも軸方向でも良い。

【００１２】回転スリーブ１３の上部の底部には段部２
０が設けてあり、そこに回転スリーブ１３とほぼ同じ熱
膨張係数を有するアルミ合金製のミラー６が取付けられ
る。モータＭは、ラジアル動圧軸受Ｒと軸方向位置が異
なる。モータＭは回転部材である回転スリーブ１３の外
部であって回転スリーブ１３より大径のハウジング内部
空間１１Ｓ内に配設されている。すなわち、回転スリー
ブ１３の下部に圧入，焼きばめ，かしめ等の手段により
回転スリーブ１３より大径のヨーク２２が固着され、ハ
ウジング内部空間１１Ｓ内に位置させたそのヨーク２２
の端部にロータマグネット２３が固着され、ヨーク２２
とロータマグネット２３がロータ２４を構成している。
ロータマグネット２３の内周面は、固定軸１２に根元に
固定されたステータ２５の外周面とエアギャップを介し
て半径方向に対向して周対向モータを構成している。

【００１３】次に作用を述べる。ミラー６を搭載した回
転スリーブ１３は、スラスト磁気軸受Ｓｍの軸方向に幾
らかずらして対向させてある両磁石部材１８，１９の磁
気吸引力で、固定軸１２に対して常時非接触に軸方向に
浮上支持されている。モータＭのステータ２５のアマチ
ュアコイルに図外の制御回路を介して所定の電流を流す
ことによりロータ２４が回転し、同時に回転スリーブ１
３が回転する。すると、ラジアル動圧軸受Ｒの動圧発生
用の溝のポンピング作用により、対向するラジアル軸受
面１４，１５の間の半径方向のラジアル軸受すきまに動
圧が発生して、回転スリーブ１３はハウジング１１の内
周面のラジアル軸受面１５に対しても完全に非接触に支
持され、短い立ち上がり時間で高速の定常回転に到達す
る。

【００１４】高速回転に達すると、従来のモータ内蔵回
転スリーブであれば外径の大きいラジアル動圧軸受Ｒか
らかなり発熱する。しかるに、この実施例の場合、モー
タＭは回転スリーブ１３の外部に配置されているので、
モータＭの外径にかかわりなく回転スリーブ１３の外周
面（一方のラジアル軸受面）１４の直径は従来よりかな
り小さくできる。そのため、ラジアル動圧軸受Ｒのラジ
アル軸受すきまに存在する空気の粘性抵抗が小さくな
り、高速回転時の動圧軸受の動トルクや発熱を小さくで
きる。

【００１５】また、モータＭを回転スリーブ１３の外部
に配置したため、回転スリーブ１３の寸法の制約を受け
ずに必要な駆動力のモータを設計することができる。モ
ータＭのロータ２４の外径を大きくしすぎると風損が大
きくなり、逆に小さすぎると所要の駆動力が得られない
ことになるが、この実施例によればモータ設計の寸法自
由度が大きいので、最適なサイズのモータＭを設置でき
る利点がある。

【００１６】また、高速回転時のミラー６の風損、およ
びスラスト磁気軸受Ｓｍの軸受面と空気との摩擦による
発熱が回転スリーブ１３に伝わり熱膨張が生じても、こ
の実施例では回転スリーブ１３とミラー６とをほぼ同じ
熱膨張係数を有するアルミ合金製としたことにより、熱
膨張差によって回転スリーブ１３とミラー６との重心位
置がずれて回転に不釣り合いが生じ装置が振動する現象
が防止される。

【００１７】また、この実施例においては、回転スリー
ブ下部へのモータのロータ２４の取付け及び回転スリー
ブ内周面へのスラスト磁気軸受の磁石部材１９の取付け
を、いずれも焼きばめまたは圧入で行っているため、回
転スリーブ１３が熱膨張してもロータ２４及び磁石部材
１９の重心の回転中心に対する移動が少なく、この点か
らも装置の回転のバランス保持，振動防止が図られてい
る。

【００１８】図２に第２の実施例を示す。この実施例
は、スラスト磁気軸受Ｓｍを反発形磁気軸受とし、かつ
モータＭを面対向モータとした点が第１の実施例とは異
なっている。モータＭは、ベース１１Ａの平面上に多数
のアマチュアコイルを全体として平らな円環状に配列し
てなるステータ２５に、アキシアル方向のエアギャップ
を介してドーナツ板状のロータ磁石２３を平面対向に配
して構成されている。スラスト磁気軸受Ｓｍを反発形磁
気軸受にすると、第１の実施例と違って、磁石のラジア
ル吸引力の磁気アンバランスに基づくラジアル負荷を小
さくできるので、ラジアル動圧軸受Ｒの起動・停止時の
損傷を小さくできる利点がある。

【００１９】すなわち第１の実施例の場合には、固定軸
１２の一端部と回転スリーブ１３の内周面とにそれぞれ
固着した円筒状の両磁石部材１８，１９の半径方向の取
付け誤差に伴う心ずれ及び着磁むら等によりラジアル方
向の磁気吸引力のアンバランスが生じる。一方、スラス
ト磁気軸受Ｓｍのエアギャップは、回転の起動摩擦トル
クを小さくするためラジアル流体軸受Ｒのラジアル軸受
すきまより大きくして常時非接触を保つようにしている
ので、ラジアル流体軸受Ｒの動圧がラジアル軸受すきま
を維持するのに十分な大きさにない回転スリーブ１３の
起動時及び停止時においては、対向する両軸受面１４，
１５が接触回転する。したがって、ラジアル方向の磁石
吸引力のアンバランスによるラジアル負荷により、ラジ
アル動圧軸受Ｒの軸受面１４，１５が起動・停止時に損
傷を受けやすい。

【００２０】これに対し、この第２の実施例のスラスト
磁気軸受Ｓｍは、両磁石部材１８，１９を平面対向に装
着して、その磁気反発力で回転スリーブ１３を固定軸１
２に対し軸方向に浮上支持している。当然のことなが
ら、両磁石部材１８，１９の半径方向の取付け誤差に伴
う心ずれや着磁むらにより磁気反発力のラジアル方向の
アンバランスが生じるが、上記のようなラジアル方向の
磁気吸引力によるラジアル負荷に比べて小さいのでラジ
アル動圧軸受Ｒの軸受面１４，１５の起動・停止時の損
傷は小さい。

【００２１】なお、ハウジング１１内はハウジング１１
と回転スリーブ１３との間のラジアル軸受すきまを介し
て密封されているが、ベース１１Ａに小穴３０を設け
て、ハウジングの内部空間１１Ｓを空気ダンパとして機
能させることにより、外部振動による回転スリーブ１３
のアキシアル方向の振動を減少させることができる。も
っとも、ラジアル動圧軸受Ｒのラジアル軸受すきまの大
きさが前記小穴３０の機能を果たし得るものであれば、
改めて小穴３０を設けなくても良い。

【００２２】なお、スラスト磁気軸受Ｓｍが第１の実施
例のもののように吸引形スラスト磁気軸受の場合は、一
対の磁石部材１８，１９のうちの一方を磁石に代えて強
磁性体としても良い。また、動圧軸受装置を光偏向装置
等の本体へ組み込む前にハウジング１１内にゴミなどの
異物が侵入しないようにするため、ハウジング１１にミ
ラー６を覆うカバーを取り付けて動圧軸受装置全体を密
閉すると、輸送時や組立時の取り扱いが容易になる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の動圧軸受
装置によれば、ラジアル動圧軸受Ｒの大きさはモータＭ
に規制されないのでラジアル動圧軸受Ｒの外径を小さく
することができ、その結果、ラジアル軸受すきまの空気
の粘性抵抗が低減されて高速回転でもラジアル動圧軸受
の動トルクや発熱が抑制されるという効果を奏する。

【００２４】また、モータの寸法がラジアル動圧軸受Ｒ
に規制されないため、モータ設計上の寸法の自由度が大
きくなり、高速回転に必要な駆動力を有する最適なモー
タを設置することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例の断面図である。

【図３】従来の軸受装置の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

６ ミラー １１ ハウジング １２ 固定軸 １３ 回転部材（回転スリーブ） Ｍ モータ Ｒ ラジアル動圧軸受 Ｓｍ スラスト磁気軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ミラーを取付けた回転部材がラジアル動
   圧軸受とスラスト磁気軸受を介して固定部材に支持され
   てモータによって回転駆動される動圧軸受装置におい
   て、前記回転部材の内部には前記スラスト磁気軸受、外
   部に前記ラジアル動圧軸受を設けると共に、前記モータ
   とラジアル動圧軸受との軸方向位置が異なることを特徴
   とする動圧軸受装置。