JPH0724933Y2

JPH0724933Y2 - 高速モータ用スラスト軸受機構

Info

Publication number: JPH0724933Y2
Application number: JP1988012525U
Authority: JP
Inventors: 勝三斉藤
Original assignee: 株式会社コパル
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1988-02-03
Publication date: 1995-06-05
Anticipated expiration: 2003-02-03
Also published as: JPH01120776U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案はレーザプリンタ等においてレーザのスキャンニ
ング用の多面鏡を駆動するのに使用する高速モータ等の
ロータをスラスト方向に支承する高速モータ用スラスト
軸受機構に関する。

〔従来の技術〕

多面鏡によるスキャンニング能力を高く維持するために
は、多面鏡を取付けたロータをラジアル方向およびスラ
スト方向に良好に支承して、ロータを一定位置に保持さ
せながら高速回転させる必要がある。

そのために従来から各種の提案がなされている。

第６図は従来装置の一例を示している。

図中、符号１は略円形状の軸支持台であり、その軸支持
台１の中心部には中心軸２が鉛直向きに植立されてい
る。この中心軸２には円筒状のロータ３が回転自在に上
方から外装されており、ロータ３の上端の上部栓部材４
の中心部には小さな空気抜き孔５が穿設されている。ま
た、中心軸２の軸方向の上下２箇所の外周面には回転す
るロータ３の内周面との間に動圧型空気軸受を形成する
ための多数の溝6,6…が周方向に刻設されている。一
方、ロータ３の外周には上方位置にスキャンニング用の
多面鏡７が固着され、下方位置に環状の回転側磁石８が
固着されている。回転側磁石８は周方向にＮ極とＳ極と
が複数組交互に形成されている。ハウジング９の内側に
は回転側磁石８に対向するようにしてモータ用コア10が
設けられており、モータ用コア10には巻線11が巻装され
ている。

このようにして形成されている多面鏡７の駆動用のモー
タにおいては、ロータ３は停止時には図示しない支承機
構によって、ロータ３および多面鏡７の重量を支承され
ている。

次に、巻線11に通電し、ロータ３を中心軸２を中心にし
て高速回転させると、ロータ３の下端部からロータ３と
中心軸２との間に流入した空気が、中心軸２の外周面に
刻設した上下の溝６の部分において圧縮されて、ロータ
３のラジアル方向の軸受を行なう。上方の溝６の部分を
上方へ流通した空気は、中心軸２の上面と上部栓部材４
の下面との間に達し、その後空気抜き孔５を経て外部へ
流出して行く。一方、スラスト方向の軸受は、主として
回転側磁石８のモータ用コア10と対向していない下方部
分の磁極から、磁性体であるモータ用コア10内を通して
閉形成される磁力線による吸磁力によって、ロータ３を
スラスト方向に保持するようにして行なわれる。そし
て、高速回転する多面鏡７によりスキャンニングが行な
われる。

〔考案が解決しようとする課題〕

第６図の従来装置において、中心軸２の溝６の部分に形
成される動圧型空気軸受によるラジアル方向のロータ３
の保持はほぼ完璧であるが、回転側磁石８とモータ用コ
ア10との間に形成される磁気的なスラスト軸受ではロー
タ３をスラスト方向へ十分に保持することができないと
いう問題点があった。

なぜなら、ロータ３のスラスト方向の保持力を増強する
ためには、回転側磁石８の外周面とモータ用コア10の内
周面との間隙を可能な限り小さくして閉成される磁力線
の数を多くすれば良いが、ロータ３の定速回転を阻害す
る要因となるモータのコッキングを除くためには前記間
隙を大きくしなければならない。結局、多面鏡７による
スキャンニングの精度を向上させることを優先させて、
ロータ３の定速回転を確保することとなり、回転側磁石
８とモータ用コア10との間の間隙を思う程小さくするこ
とができず、ロータ３のスラスト方向の保持力を十分に
大きくすることができなかった。

そのため、ロータ３および多面鏡７を一定の高さ位置に
安定的に保持することが困難であり、また、負荷が変動
すると、ロータ３および多面鏡７の高さ位置が大きく変
動してしまい、負荷を変動させることが困難であった。

一般に、多面鏡７を利用したスキャンニングシステムに
おいては、設計変更や仕様変更が頻繁に行なわれるもの
であり、多面鏡７の重量を変更したり、多面鏡７の回転
数を変更したりする。けれども、第６図の従来例によれ
ば、多面鏡７の重量を変更すると多面鏡７の高さ位置が
大きく変化してしまい、装置全体の組立位置まで変更し
なければならなかった。

また、モータ用コア10を変更したりして磁気回路を変更
すると、スラスト方向の保持力が変化してしまい、ロー
タ３および多面鏡７の高さ位置も変化するものであっ
た。

本考案はこれらの点に鑑みてなされたものであり、簡単
な構成により高速モータのロータのスラスト方向の保持
を大きな保持力により確実に行なうことができ、ロータ
およびロータに取付ける部材等を常に適正な高さ位置に
保持して回転させることができ、負荷が変動したり、モ
ータの磁気回路が変更してもロータをほぼ一定の高さ位
置に保持することができ、設計変更等がすこぶる容易で
あり、しかもコストも低廉な高速モータ用スラスト軸受
機構を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は前記課題を解決するために、高速回転するロー
タにモータ用コアと対向するようにして外装固着されて
いるとともに周方向に複数の磁極を有する環状の回転側
磁石と、前記モータ用コアより上方位置において前記回
転側磁石と環状間隙を介して径方向外側より対向してい
る環状磁性材体とをもってスラスト軸受機構を形成し、
ロータを磁気力を利用して一定の高さ位置に保持するよ
うにしている。

〔作用〕

ロータの高速回転時には、ロータに固着された回転側磁
石と、モータ用コアより上方位置において回転側磁石に
環状間隙を介して対向している環状磁性材体との間に多
数の磁力線が閉成され、大きな吸磁力をもってロータが
スラスト方向に保持され、ロータは所定の高さ位置に精
度良く保持されながら高速回転する。

〔実施例〕

以下、本考案を第１図から第５図について説明する。

第１図から第３図は本考案の一実施例の構成を示してい
る。

図中、符号20は高速モータのハウジングである。このハ
ウジング20内の下部には軸支持台21が固着されており、
この軸支持台21の中心部に中心軸22が鉛直に向けて植立
されている。この中心軸22には略円筒状のロータ23が回
転自在に上方から外装されている。ロータ23の上端開口
部は、中心部にロータ内の空気を緩やかに放出する為の
多孔質部材25を詰めた上部栓部材24によって閉塞されて
いる。中心軸22の軸方向中間部は細径とされ、上下の太
径部には回転するロータ23の内周面との間で動圧型空気
軸受を形成するための多数の溝26,26…が周方向に刻設
されている。ロータ23の上部外周には、ロータ23から突
設したフランジ27上にスキャンニング用の多面鏡28を載
置するようにして固着している。また、ロータ23の下部
外周には、内側の取付部材29を介して略円筒状の回転側
磁石30が固着されている。この回転側磁石30は第２図お
よび第３図に示すように、複数すなわち３個のＮ極と３
個のＳ極とが周方向に交互に等分位置に配され、かつ、
軸方向に通して形成されている。また、ハウジング20の
内側には、回転側磁石30に内周面を対向するようにして
モータ用コア31が固着されている。これらの回転側磁石
30とモータ用コア31とは、それぞれの軸方向中心位置を
一致するようにして位置決めされている。このモータ用
コア31には第２図に示すように、内周部分に多数のスロ
ットを形成する巻線用突部32,32…が周方向に等間隔に
配設されており、各巻線用突部32にそれぞれ巻線33が巻
装されてモータのステータ部が形成されている。このモ
ータ用コア31の上方には非磁性材製の環状の取付部材34
をもって、環状の薄い環状磁性材体35がその内周面を回
転側磁石30の上部外周面と環状隙間36を介して対向する
ようにして固着されている。この環状磁性材体35は、第
３図に示すように、回転側磁石30の磁極からの磁力線の
閉成路の一部となってロータ23をスラスト方向に保持す
るスラスト軸受を形成するものであり本実施例では薄い
環状鉄板が用いられている。モータ用コア31の下方位置
には適宜な取付部材を用いてホール素子37が設けられて
いる。

次に、本実施例の作用を説明する。

モータのステータ部分を形成する巻線33に通電してロー
タ23を高速回転させると、中心軸22の上下部にそれぞれ
刻設した溝26とロータ23の内周面との間に形成される動
圧型空気軸受により、ロータ23はラジアル方向に軸受け
される。

同時にロータ23に固着される回転側磁石30の上端部の磁
極からの磁力線が、スラスト軸受専用に設けた環状磁性
材体35内を通って閉成されるため、閉成される磁力線の
数が従来例に比べて非常に多くなり、スラスト方向の保
持力も非常に大きくなり、ロータ23および多面鏡28が安
定的に一定の高さ位置に保持される。

ここで回転側磁石30と環状磁性材体35とによるスラスト
方向の保持力を大きくするためには、磁気抵抗となる環
状間隙36を可能な限り小さくすればよい。これは第４図
に示す特性図より明らかである。この第４図は本実施例
においてロータ23の負荷すなわち多面鏡28の重量を変化
させた時のロータ23の沈降量を示したものであり、環状
磁性材体35と、ロータ23との環状間隙36の大きさを最小
の0.15mmとしたａ線が環状間隙36を0.2mmおよび0.25mm
としたｂ線およびｃ線よりも、ロータ23の沈降量が小さ
いことより明らかである。

また、回転側磁石30と環状磁性材体35とによるロータ23
の高さ方向の位置決め精度は、環状磁性材体35が薄いほ
ど良くなる。ただし環状磁性材体35の透磁率を高く保持
する関係上、環状磁性材体35を薄くするには限界があ
る。環状磁性材体35の厚さは通常約１〜2mm程度とする
とよい。第４図において、環状間隙36を0.2mmとし環状
磁性材体35の厚さを1.2mm、2mmおよび3mmの場合を比較
しているが、厚さが最小の場合を示すｂ線がロータ23の
沈降量が最少であることからも、環状磁性材体35は薄い
方が高さ方向の位置決め精度が良いことが明らかであ
る。

また、本考案の実施例による特性を同じく第４図ｄ線に
示す従来の特性を比較すると、ロータ23の沈降量を従来
の沈降量の約40〜60％以内に抑えることができ、大きな
スラスト方向の保持力が発揮されていることが判る。

更に、回転側磁石30と環状磁性材体35との間を閉成する
磁力線数を高くするには、モータ用コア31の上面と環状
磁性材体35の上面との距離ｌを一定長以上に離間させて
おくとよい。第５図は前記距離ｌの変化に伴う回転側磁
石30とモータ用コア31との間の磁束の変化の状態を示し
ており、この距離ｌの変化に伴い、回転側磁石30と環状
磁性材体35との間の磁束も同様の変化を示す。この特性
図によれば、本実施例では距離ｌを3mm以上とする方が
よい。なお、距離ｌが小さい時に磁束が少ないのは、モ
ータ用コア31と環状磁性材体35間の磁束漏れがあるため
である。

また、回転側磁石30の軸方向中心とモータ用コア31の軸
方向中心とを一致させると、両者間に発生するスラスト
方向の分力を無くすることができるので、本実施例では
そのように形成している。

このように多面鏡28を負荷として高速回転させる場合を
示す本実施例においては、回転側磁石30に環状磁性材体
35を対向させて設けるという極めて簡単な構成により、
ロータ23および多面鏡28のスラスト方向の保持力を十分
に大きくすることができ、多面鏡28の高さ方向の位置決
め精度を高くして、極めて高精度のスキャンニングを可
能とさせる。また、多面鏡28の変更すなわち負荷の変更
等を含むモータの仕用変更時におけるスラスト方向の保
持力の解折も、例えば第４図に示す特性に従って容易に
行なうことができ、頻繁に要請される多面鏡28の仕用変
更にも簡単にしかも十分な内容をもって対向することが
できる。また、磁気回路の構成を変更しても、回転側磁
石30と環状磁性材体35とによるスラスト方向の保持力の
変化は小さく、モータ用コア31を簡単に変更することも
できる。また、本実施例では回転側磁石30の外周面とモ
ータ用コア31の内周面との間隔を、モータのコッキング
を十分に抑えることのできる大きさとしているため、ロ
ータ23および多面鏡28は更に高精度で回転できる。

なお、中心軸22の上端面から上部線部材24および多孔質
部材25までの間には、特に多孔質部材25の各多孔部分に
おいて、一種のエヤーダンパが形成され、ロータ23およ
び多面鏡28の回転時における上下動を変更に一層小さく
抑えるようにされている。

また、本考案は前記実施例に限定されるものではなく、
多面鏡を回転させる場合以外の高速モータにも適用する
ことができるものであり、必要に応じて変更することが
できる。

〔考案の効果〕

本考案の高速モータ用スラスト軸受機構は前述のように
構成され作用するものであるから、簡単な構成により高
速モータのロータのスラスト方向の保持を大きな保持力
によって確実に行なうことができ、ロータおよびロータ
に取付ける部材等を常に適正な高さ位置に保持して回転
させることができ、負荷が変動したり、モータの磁気回
路が変更してもロータを一定の高さ位置に保持すること
ができ、設計変更等がすこぶる容易であり、しかもコス
トも低廉となる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本考案の高速モータ用スラスト軸受
機構の一実施例を示し、第１図は縦断面図、第２図は第
１図のII−II線に沿った断面図、第３図は第１図のIII
−III線に沿った断面図、第４図はロータへのスラスト
方向の荷重とロータの沈降量との関係を示す特性図、第
５図はモータ用コアと環状磁性材体との距離に対する回
転側磁石とモータ用コアとの間に閉成される磁束との関
係を示す特性図、第６図は従来例を示す縦断正面図であ
る。 22…中心軸、23…ロータ、25…多孔質部材、26…溝、28
…多面鏡、30…回転側磁石、31…モータ用コア、35…環
状磁性材体、36…環状間隙。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】高速回転するロータにモータ用コアと対向
するようにして外装固着されているとともに周方向に複
数の磁極を有する環状の回転側磁石と、前記モータ用コ
アより上方位置において前記回転側磁石と環状間隙を介
して径方向外側より対向している環状磁性材体とを有す
る高速モータ用スラスト軸受機構。