JP7269693B2 - galvano motor - Google Patents
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Description
例えばレーザ加工装置においては、被加工物上の複数の位置にレーザを照射するために、レーザ発振器から出射されたレーザを反射するためのガルバノミラーが設けられるが、本発明はこのガルバノミラーを回転させるためのガルバノモータに関する。 For example, in a laser processing apparatus, a galvanomirror for reflecting the laser emitted from the laser oscillator is provided in order to irradiate the laser onto a plurality of positions on the workpiece. related to a galvano motor for
従来の一般的なガルバノモータは、例えば特許文献1に開示されているように、ガルバノミラーが固定される回転軸と、回転軸の周りに配置された永久磁石と、回転軸の両端を支持する玉軸受と、永久磁石の周りに配置されたコイル等を含む構造となっている。
上記の如く回転軸を玉軸受で指示するガルバノモータにおいては、ラジアル剛性は高くできるが、決まった角度範囲で連続して回転揺動動作を行なうと、軸受内で局所的な油膜切れが発生して軸受が損傷しやすいため、給油機構や定期的な給油などが必要となり、装置が大型化したりメンテナンスが必要となってしまう。
For example, as disclosed in
As described above, in a galvano motor in which the rotating shaft is supported by a ball bearing, the radial rigidity can be increased. Since the bearings are easily damaged by the pressure, a lubricating mechanism and periodic lubrication are required, which increases the size of the device and requires maintenance.
このような欠点を解決するために、機械的軸受の代わりに空気軸受を用いる構造が一般的に知られているが、ガルバノモータにおいて空気軸受を採用するためには、回転軸の加工精度を上げなければならない。
一方、最近のガルバノモータにおいては、加工スループット向上のために高速動作が必要で、高速になるほど駆動機構に用いられる永久磁石とコイルでの発熱が大きくなり、回転軸の温度が上昇する。回転軸はねじれに対する剛性が要求され、回転軸の材料は温度上昇によって剛性が低下しにくい材質のもの、例えば炭化珪素が選ばれる。
しかしながら、このような材料は一般的に加工性が悪く、加工精度を上げるためには加工費が高くなる欠点をもっている。さらには、スラスト方向の動きを抑えるために回転軸に薄肉形状の部分を形成したりすると、そこが脆く破損しやすい性質もあり、スラスト方向の軸受の強度を確保できない欠点がある。
In order to solve such drawbacks, a structure using air bearings instead of mechanical bearings is generally known. There must be.
On the other hand, recent galvanometer motors require high-speed operation in order to improve processing throughput. As the speed increases, the permanent magnets and coils used in the drive mechanism generate more heat, increasing the temperature of the rotating shaft. The rotating shaft is required to have rigidity against torsion, and the material of the rotating shaft is selected from a material whose rigidity does not easily decrease due to temperature rise, such as silicon carbide.
However, such materials generally have poor workability, and have the disadvantage that processing costs increase in order to improve processing accuracy. Furthermore, if a thin-walled portion is formed on the rotating shaft in order to suppress movement in the thrust direction, that portion is fragile and easily damaged, and there is a drawback in that the strength of the bearing in the thrust direction cannot be ensured.
そこで本発明は、コストを抑えてラジアル方向の空気軸受を採用することができ、またスラスト方向の軸受の強度を確保できるガルバノモータを提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a galvanometer motor in which a radial air bearing can be employed at a reduced cost and the strength of the thrust direction bearing can be ensured.
上記課題を解決するため、本願において開示される発明のうち、代表的なガルバノモータは、固定子側構造体の内部でガルバノミラーが固定された回転軸であって材質が炭化珪素であるものが回転するガルバノモータにおいて、材質がアルミニウム合金である円筒部材であって径方向に延びた二つの平面部を有するフランジが形成されたものが前記回転軸に挿入され、前記円筒部材の水平方向に延びた外周面に対面する前記固定子側構造体の内周面には空気の噴出部が形成され、前記フランジの前記平面部のうちの前記回転軸の軸方向で見てガルバノモータの内部側となる方の第2の平面部に対面する前記固定子側構造体の第1の対抗面には空気の噴出部が形成され、また前記フランジの前記平面部のうちの前記回転軸の軸方向で見てガルバノモータの外部側となる方の第1の平面部に対面する前記固定子側構造体の第2の対抗面には空気の噴出部が形成され、前記外周面と前記内周面とでラジアル方向の空気軸受が形成され、前記第1の平面部と前記第2の対抗面とでスラスト方向の空気軸受が形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, among the inventions disclosed in the present application, a typical galvano motor is a rotating shaft to which a galvano mirror is fixed inside a stator-side structure and is made of silicon carbide. In the rotating galvano motor, a cylindrical member made of an aluminum alloy and having a flange having two flat portions extending in a radial direction is inserted into the rotating shaft and extends in the horizontal direction of the cylindrical member. An air ejection portion is formed on the inner peripheral surface of the stator-side structure facing the outer peripheral surface of the stator-side structure. An air ejection portion is formed on the first facing surface of the stator-side structure facing the second flat portion of the flange. An air ejection portion is formed on the second opposing surface of the stator-side structure facing the first flat portion on the outer side of the galvano motor when viewed, and the outer peripheral surface and the inner peripheral surface are formed. A radial air bearing is formed by the first flat portion and the second opposing surface, and a thrust air bearing is formed by the first flat portion and the second opposing surface.
なお、本願において開示される発明の代表的な特徴は以上の通りであるが、ここで説明していない特徴については、以下に説明する実施例に適用されており、また特許請求の範囲にも示した通りである。 The typical features of the invention disclosed in the present application are as described above, but features not described here are applied to the embodiments described below, and are also included in the scope of claims. As shown.
本発明によれば、コストを抑えてラジアル方向の空気軸受を採用することができ、またスラスト方向の軸受の強度を向上することができるガルバノモータを得ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to obtain a galvanometer motor in which it is possible to reduce the cost, adopt a radial air bearing, and improve the strength of the bearing in the thrust direction.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
実施例1
図1は本発明の実施例1となるガルバノモータの概略断面図である。ここでは、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、ガルバノモータとして必要な全てを示している訳ではない。
図1において、1は図示していないガルバノミラーが固定される回転軸であり、この材質は温度上昇によって剛性が低下しにくい炭化珪素とする。2は回転軸1の周りに配置された永久磁石、3は永久磁石2に対向する配置で固定子側構造体に取付けられたコイル、4はコイル3や図示していない磁気回路構成用のヨーク等を保持する固定子側構造体であり、固定子側構造体4自身がヨークの機能を持つ構造になっていてもよい。この固定子側構造体4の内部で回転軸1は回転するように構成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Example 1
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a galvanometer motor that is
In FIG. 1,
回転軸1には永久磁石2の他にも部品が取付けられている。すなわち、回転軸1の左右には、他の部分より若干径が大きいストッパ部9、10が形成されている。このような回転軸2の形状は、ストッパ部9、10以外を切削することにより実現される。
図2は回転軸1を中心にした組立体を説明するための概略斜視図であるが、回転軸1には、図2に示すように、空気軸受用円筒部材11がストッパ部9に当接するまで、また空気軸受用円筒部材12がストッパ部10に当接するまで回転軸2の端部から挿入され、それぞれ焼嵌めにより固定されている。一方の空気軸受用円筒部材11の外径は一様であるが、他方の空気軸受用円筒部材12には外径の大きなフランジ13が形成してある。
図2では省略して示してあるが永久磁石2は周方向(回転方向)に4分割されており、それぞれ回転軸1のストッパ部9と10の間に取付けられている。
なお、ここでの空気軸受用円筒部材11、12の材質は、精密加工がしやすいアルミニウム合金である。
Parts other than the
FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining the assembly centered on the rotating
Although not shown in FIG. 2, the
In addition, the material of the air bearing
図1において、空気軸受用円筒部材11の水平方向に延びた外周面11aに対面する固定子側構造体4の内周面11b及び空気軸受用円筒部材12の水平方向に延びた外周面12aに対面する固定子側構造体4の内周面12bには、それぞれ空気吹き出し口5、6が周方向(回転方向)に複数個形成されている。
また、同様にして、フランジ13の平面131aに対面する固定子側構造体4の対抗面131b及びフランジ13の平面132aに対面する固定子側構造体4の対抗面132bには、それぞれ空気吹き出し口7、8が周方向(回転方向)に複数個形成されている。
これらの空気吹き出し口5~8には、固定子側構造体4内に形成された図示していない通路を介して圧縮空気が導かれるようになっている。
In FIG. 1, on the inner
Similarly, the
Compressed air is led to these
空気軸受用円筒部材11の外周面11a、12aは空気軸受用円筒部材11、12を回転軸1に挿入した後に精密加工が施され、固定子側構造体4の内周面11b、12b、対抗面131b、132bは回転軸1を固定子側構造体4の内部に挿入する前に精密加工が施される。
このような構造により、空気軸受用円筒部材11の外周面11aと固定子側構造体4の内周面11bとで、また空気軸受用円筒部材11の外周面12aと固定子側構造体4の内周面12bとで、それぞれラジアル方向の空気軸受が形成される。さらに、フランジ13の平面131aと固定子側構造体4の対抗面131bとで、またフランジ13の平面132aと固定子側構造体4の対抗面132bとで、それぞれスラスト方向の空気軸受が形成される。
The outer
With such a structure, the outer
以上の実施例1によれば、回転軸1における空気軸受の箇所は精密加工が容易なアルミニウム合金の空気軸受用円筒部材11、12で覆うようにしているので、高精度加工が困難な炭化珪素を空気軸受の作用面とすることを避けることができる。
また、フランジ13は慣性2次モーメントを小さくするために薄肉形状にする必要があるが、ここもアルミニウム合金なので炭化珪素よりは強靭性があり、薄肉形状にしても破損しにくくなり、スラスト方向の軸受の強度を確保できる。
さらに、スラスト方向の空気軸受を実現するために、回転軸1自身に径の大きいフランジを形成せず回転軸1を覆う空気軸受用円筒部材12に形成しているので、アルミニウム合金と比較して高価な炭化珪素の削りしろはストッパ部9、10の高さだけとなり、最終加工形状に近い素材の炭化珪素を加工するため、加工費を抑えることができる。
According to the first embodiment described above, the air bearing portion of the rotating
In addition, the
Furthermore, in order to realize an air bearing in the thrust direction, a large-diameter flange is not formed on the rotating
なお、実施例1においては、空気軸受用円筒部材11、12の位置決め用に回転軸1にストッパ部9、10が形成されているが、他の手段により空気軸受用円筒部材11、12の位置決めができるのであれば、ストッパ部9、10は必要ない。
In
また、実施例1においては、スラスト方向の空気軸受を実現するために、空気軸受用円筒部材12の方にだけフランジ13を形成しているが、もう一つの空気軸受用円筒部材11側にも形成してもよい。この場合、それぞれのフランジの片面だけを空気軸受として、二つのフランジで双方向のスラスト方向の空気軸受としてもよい。
In the first embodiment, the
実施例2
次に、本発明の実施例2を説明する。図3は実施例2となるガルバノモータの図1と同様の概略断面図である。図1と同じものについては、同じ番号を付けてある。
実施例1と異なるのは、ガルバノモータのフランジ13より内部側にある空気吹き出し口7を用いる側の空気軸受を磁気軸受にした点である。
図3において、固定子側構造体4の空気吹き出し口7があった部分に永久磁石14を、またフランジ13の永久磁石14の対面位置に永久磁石15を取付け、永久磁石14と15とでスラスト方向の磁気軸受を形成してある。
Example 2
Next, Example 2 of the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 1 of the galvanometer motor according to the second embodiment. The same numbers are assigned to the same parts as in FIG.
The difference from the first embodiment is that the air bearing on the side using the
In FIG. 3, a
図4(a)、(b)の各々は、固定子側構造体4側に取付けた永久磁石14の例を示すもので、固定子側構造体4の永久磁石14側を見た側面図である。(a)に示すように円弧形の永久磁石14を2個、あるいは(b)に示すように四角形の永久磁石14を2個、互いに180度離れて配置したものでよい。
4(a) and 4(b) each show an example of the
また図5(a)、(b)、(c)の各々は、フランジ13側に取付けた永久磁石15の例を示すもので、フランジ13の永久磁石15側を見た側面図である。(a)に示すように円形の永久磁石15を2個、(b)に示すように四角形の永久磁石14を2個、あるいは(c)に示すように四角形と円形の永久磁石15を、互いに180度離れて配置したものでよい。
なお、フランジ13の慣性2次モーメントを小さくするために、フランジ13側の永久磁石15は固定子側構造体4側の永久磁石14よりも小型軽量なものが望ましい。
5(a), (b), and (c) each show an example of the
In order to reduce the second moment of inertia of the
永久磁石15はフランジ13と同心円の帯形状のもの、永久磁石14もこれに合わせた形状にしてもよいが、ガルバノモータにおいては回転軸1が1回転することはなく、限られた角度範囲で動作するものであるから、永久磁石14と15の形状は帯形状とせずに、上記の例のように小さくしてもよい。
ただしこの場合、永久磁石14、15のいずれかの円周方向の長さは、ガルバノモータが最大角度で動作しても、磁気軸受を構築できるように設定しておく必要がある。
The
However, in this case, the circumferential length of one of the
以上の実施例2においても、フランジ13を回転軸1自身に形成せず回転軸1を覆う空気軸受用円筒部材12に形成しているので、加工費を抑えることができる。
また、空気吹き出し口7を用いる空気軸受の場合、図1での部分P1における回転軸方向の固定子側構造体4の厚みTが大きいが、実施例2によれば、この部分を磁気軸受にしたことにより、図3での部分P2におけるこの厚みが小さくなり、ガルバノモータの回転軸方向の長さを短くでき、小型軽量化を図ることができる。
Also in the second embodiment described above, the
Further, in the case of an air bearing using the
1:回転軸 2、14、15:永久磁石 3:コイル 4:固定子側構造体
5~8:空気吹き出し口 9、10:ストッパ部 11、12:空気軸受用円筒部材
13:フランジ
1: Rotating
5 to 8:
13: Flange
Claims (3)
材質がアルミニウム合金である円筒部材であって径方向に延びた二つの平面部を有するフランジが形成されたものが前記回転軸に挿入され、前記円筒部材の水平方向に延びた外周面に対面する前記固定子側構造体の内周面には空気の噴出部が形成され、前記フランジの前記平面部のうちの前記回転軸の軸方向で見てガルバノモータの内部側となる方の第2の平面部に対面する前記固定子側構造体の第1の対抗面には空気の噴出部が形成され、また前記フランジの前記平面部のうちの前記回転軸の軸方向で見てガルバノモータの外部側となる方の第1の平面部に対面する前記固定子側構造体の第2の対抗面には空気の噴出部が形成され、前記外周面と前記内周面とでラジアル方向の空気軸受が形成され、前記第1の平面部と前記第2の対抗面とでスラスト方向の空気軸受が形成されていることを特徴とするガルバノモータ。 In a galvanometer motor in which a rotating shaft to which a galvanometer mirror is fixed inside a stator-side structure and which is made of silicon carbide rotates,
A cylindrical member made of an aluminum alloy and formed with a flange having two flat portions extending in a radial direction is inserted into the rotating shaft so as to face the outer circumferential surface extending in the horizontal direction of the cylindrical member. An air ejection portion is formed on the inner peripheral surface of the stator-side structure, and a second portion of the flat portion of the flange, which is on the inner side of the galvano motor when viewed in the axial direction of the rotating shaft, is provided. An air ejection portion is formed on the first facing surface of the stator-side structure facing the flat portion, and the outer portion of the galvano motor is formed on the flat portion of the flange when viewed in the axial direction of the rotating shaft. An air ejection portion is formed on the second opposing surface of the stator-side structure facing the first flat portion on the side, and the outer peripheral surface and the inner peripheral surface form a radial air bearing. is formed, and an air bearing in a thrust direction is formed between the first flat portion and the second opposing surface.
3. The galvano-motor according to claim 2, wherein the permanent magnets attached to said second planar portion are lighter than the permanent magnets attached to said third opposing surface.
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