(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに配置される軸またはスリーブの一方が他方に対して回転する磁気軸受装置であって、
前記軸と前記スリーブの少なくとも一方に動圧発生用の溝を形成し、動圧によって前記軸または前記スリーブのラジアル方向の支持を行うラジアル空気軸受と、
環状に配置され、複数極に着磁された前記軸または前記スリーブを浮上させるための浮上用永久磁石と、
この浮上用永久磁石の外周に半径方向のギャップを隔てて対向するように配置された磁性体からなるヨークと、
前記ヨークに前記浮上用永久磁石に対応して配置された前記軸または前記スリーブの回転数検出用のサーチコイルとを備え、
前記浮上用永久磁石の前記ヨークとの間に働く磁気吸引力によって前記軸または前記スリーブを軸方向に非接触の状態で支持させると共に、前記浮上用永久磁石の漏れ磁束によって前記サーチコイルに発生する誘起電圧で前記軸または前記スリーブの回転数を検出することを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
前記軸または前記スリーブに複数の反射面を外周に有する多面鏡を取付けることを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気軸受装置に関し、詳細にはレーザービームプリンタ、電子写真複写機等の電子写真装置に用いる光偏向器を駆動する駆動モータの磁気軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ビームを被走査部材としての記録媒体上に走査する光走査装置には、情報を含む光ビームを所定の方向へ偏向し、走査させるため、例えば多数の反射面を外周に形成した多面鏡をコアレスモータ等の駆動モータで回転させるようにした光偏向器が使われている。
【０００３】
即ち、レーザ等の光源から出射された光ビームで被走査部材としての画像担体を走査してその画像を読み取る画像読取装置、あるいは画像信号や文字信号（以下、画像信号等という）で変調された光ビームで記録媒体を走査して画像の記録を行う画像記録装置では、上記光ビームを走査するための手段として多面鏡を駆動モータに固定した光偏向器が用いられる。
【０００４】
多面鏡（回転体）を軸方向に保持しようとする磁気軸受装置の従来例としては特開昭６１−３２８１２などに開示されており、回転体の回転数を検出する手段の従来例としては特開平１−２０４２１１などに開示されている。また、特開昭６１−３２８１２には回転側と固定側に永久磁石を半径方向のギャップを隔てて対向させて吸引力を得たものが開示されており、特開平１−２０４２１１には回転数検出用の永久磁石と回転数検出用のサーチコイルによって検出信号を得るものが開示されている。
【０００５】
さらに、他の磁気軸受装置（光偏向器）としては、図９に示すものがある。以下、図９に基づいて構成及び作用を説明する。なお、図９は、従来例の光偏向器の断面図である。
【０００６】
光偏向器は、ステータ１０側のベース部材１２に立設した固定軸１４に多面鏡を設けたロータ１６を動圧軸受によって軸支し、ベース部材１２に配置したコイル基板１８上のコアレスコイルである駆動コイル２０を励磁切換え制御し、ロータ１６側のメインマグネット２２との間に働く磁力によって、ロータ１６を回動するように構成されている。
【０００７】
即ち、ベース部材１２の中央部には固定軸１４が立設されており、この固定軸１４の外周面部には動圧軸受を構成するためのヘリンボーン溝２４が形成されている。
【０００８】
ベース部材１２の固定軸１４を立設した側の平面部上には、コイル基板１８が配置されており、このコイル基板１８上には駆動コイル２０が各所定位置に複数個配置されるとともに、この駆動コイル２０用の図示しない制御回路が構成されている。なお、コイル基板１８上にはロータ１６の位置検出素子としてのホール素子２１が駆動コイル２０の中心に固定されており、ホール素子２１により後述するメインマグネット２２の複数の磁極が検出され、ロータ１６の位置が検出される。
【０００９】
また、コイル基板１８の駆動コイル２０と反対側の対応位置（駆動コイル２０の下側）には、駆動コイル２０で発生したベース部材１２側へ向う磁力線をロータ１６側へ向けるためのバックヨーク２８が、ベース部材１２上に穿設した浅溝３０内に納められて配置されている。
【００１０】
さらに、コイル基板１８には、図１０に示すような回転数検出用のサーチコイル２６が形成され、このサーチコイル２６は後述する回転数検出パルス発生用のＦＧマグネット５７に対向するように配置されている。
【００１１】
図９に示すように、ベース部材１２上には、スラストマグネットホルダ３２が取り付けられてる。このホルダ３２は、図示しない締結部材によってベース部材１２上の所定位置に位置決めして配置されている。このホルダ３２の上部には、断面矩形のリング状に形成されたステータ側スラストマグネット３８が圧入や接着等の方法によって取付けられている。
【００１２】
上述のように構成されたステータ１０に装着されるロータ１６の回転軸４０は、中空円筒状に形成され、ステータ１０の固定軸１４に挿通され、回転軸４０が高速回転されることにより、固定軸１４と回転軸４０との間に動圧軸受であるラジアル軸受を構成するようにされている。
【００１３】
この回転軸４０の外周部所定位置には、リング状でアルミニュウム製のフランジ４２が焼き嵌め、圧入等の方法により固定されている。このフランジ４２には、その上面に取付面４６が形成されており、この取付面４６上にポリゴンミラー４８が固定用のバネ５０によって固定されている。この取付面４６は回転軸４０の軸芯に対し、高精度で垂直となるように加工されている。なお、ポリゴンミラー４８は、多角形柱状に形成され、その側面部が鏡面に加工されている。
【００１４】
また、フランジ４２のステータ１０側の駆動コイル２０に対応する部位には切欠部４２Ａが形成されており、この切欠部４２Ａに駆動用のメインマグネット２２が圧入や接着等の方法によって取付けられている。メインマグネット２２は、全体がリング状で、その中央の穴部におけるステータ１０寄りの部分には、内径を一段広げた開口とした段開口周部５２が形成されている。また、メインマグネット２２は中心角４５度づつに８等分した各区分に、相隣接する区分が異極となるようＮ極とＳ極とが着磁されている。
【００１５】
また、フランジ４２におけるステータ１０側の下面を断面矩形の環状に切欠して段付部５６を形成し、この段付部５６に円筒状のＦＧマグネット５７を、その一端面がフランジ４２の平面に付くよう圧入や接着等の方法によって取付けられている。このＦＧマグネット５７は、中心角３０度づつに１２等分した各区分に、相隣接する区分が異極となるようＮ極とＳ極とが着磁されている。
【００１６】
なお、フランジ４２におけるステータ１０と逆側の上面を、断面矩形の環状に切欠して溝部５４を形成し、この溝部５４に図示しないバランス調整用の釣合重りが取付られている。
【００１７】
フランジ４２の外周面上部には、リング状に形成したロータ側スラストマグネット５８が圧入や接着等の方法によって取り付けられている。
【００１８】
このロータ側スラストマグネット５８は、ステータ側スラストマグネット３８と同芯となり、所定間隔を置いて隣接するよう配置されている。そして、ロータ側スラストマグネット５８の外周面部と、ステータ側スラストマグネット３８の内周面部とは、吸引力が働くよう相互に異極に着磁され、スラスト磁気軸受が構成されている。このスラスト磁気軸受は、２個のマグネット３８、５８の働く吸引力がロータ１６の回転軸４０におけるスラスト方向（軸線方向）の荷重に勝って、ロータ１６全体を浮上させるように作用する。
【００１９】
このため、ロータ１６は、スラスト磁気軸受によりスラスト方向に支受されるとともに、動圧軸受によりラジアル方向（放射線方向）に支受されている。これにより、コイル基板１８の駆動回路によって複数個の駆動コイル２０に交番電圧を印加するよう制御し、ロータ１６を宙に浮いた状態で高速回転を可能とする。
【００２０】
また、ロータ１６の回転制御は、ロータ１６回転中のＦＧマグネット５７によってサーチコイル２６に誘起される電圧の周波数の変動成分を検出信号とすることにより行われる。即ち、ロータ１６は、この検出信号に基づき一定に制御される。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例では、ロータ側及びステータ側にスラスト用の永久磁石をギャップを隔てて対向させることで吸引力を得るスラスト磁気軸受手段が設けられている。また、ロータの回転数検出用の永久磁石とこれに対応するサーチコイルとによって検出信号を得るロータ回転数検出手段が設けられている。
【００２２】
即ち、上記スラスト磁気軸受手段及びロータ回転数検出手段は、光偏向器の機能を発揮するためには必要不可欠な手段であるが、永久磁石を個々に必要とするため部品点数が増え、光偏向器が大型となると共に、コスト高となり望ましくない。
【００２３】
本発明は上記事実を考慮し、部品点数を削減し、小型かつ安価な磁気軸受装置を提供することが目的である。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の磁気軸受装置は、ハウジングに配置される軸またはスリーブの一方が他方に対して回転する磁気軸受装置であって、前記軸と前記スリーブの少なくとも一方に動圧発生用の溝を形成し、動圧によって前記軸または前記スリーブのラジアル方向の支持を行うラジアル空気軸受と、環状に配置され、複数極に着磁された前記軸または前記スリーブを浮上させるための浮上用永久磁石と、この浮上用永久磁石の外周に半径方向のギャップを隔てて対向するように配置された磁性体からなるヨークと、前記ヨークに前記浮上用永久磁石に対応して配置された前記軸または前記スリーブの回転数検出用のサーチコイルとを備え、前記浮上用永久磁石の前記ヨークとの間に働く磁気吸引力によって前記軸または前記スリーブを軸方向に非接触の状態で支持させると共に、前記浮上用永久磁石の漏れ磁束によって前記サーチコイルに発生する誘起電圧で前記軸または前記スリーブの回転数を検出することを特徴とする。
【００２５】
請求項１記載の磁気軸受装置では、浮上用永久磁石のヨークとの間に働く磁気吸引力によって軸またはスリーブが軸方向に非接触の状態で支持される。また、軸またはスリーブの回転中においては、浮上用永久磁石の漏れ磁束によってサーチコイルに誘起電圧が発生する。この誘起電圧で軸またはスリーブの回転数を検出し、この回転数を一定に制御する。
【００２６】
従って、請求項１記載の磁気軸受装置では、１個の永久磁石即ち回転体の浮上用永久磁石が回転数検出手段の磁石を兼用するので、モータを構成する構成部品としての磁石を削減でき、磁気軸受装置が小型かつ安価となる。
【００２７】
請求項２記載の磁気軸受装置では、請求項１に記載の発明において、前記軸または前記スリーブに複数の反射面を外周に有する多面鏡を取付けることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１〜図８に基づき、本発明の磁気軸受装置を用いた一実施形態として、図１に示す光偏向器について説明する。なお、図１は本発明の一実施形態の光偏向器の断面図である。
【００２９】
図１に示すように、光偏向器は、そのステータ６０側のハウジング６１に焼き嵌め、圧入等の方法により固定された固定軸６２に対しロータ６４が回転駆動されるように装着されている。
【００３０】
（ステータの構成）
ステータ６０におけるハウジング６１の中央部に立設された円柱状の固定軸６２には、その外周面部に動圧軸受を構成するための溝６６が形成されている。なお、溝６６は、後述するスリーブ７６に，又は固定軸６２とスリーブ７６の双方に形成しても良い。また、ハウジング６１には固定軸６２を中心にした円形の凹部６７が形成されており、この凹部６７にロータ６４の下部（具体的には後述する浮上用永久磁石８４の下半分）が挿入される。
【００３１】
ハウジング６１の固定軸６２を立設した側の平面上には、ロータ６４の回転を制御するための電子部品を実装した磁性体からなるヨークとしての制御回路基板６８が固定されている。なお、この制御回路基板６８は、その内部を通る磁束密度が飽和しない程度の大きさ又は磁気特性となっている。
【００３２】
制御回路基板６８上のロータ６４回りの各所定位置には、図２に示すように、複数個（この実施形態では６個）のステータコイル７０が配置されている。また、制御回路基板６８上には、駆動コイルとしてのステータコイル７０用の図示しない制御回路が構成されている。
【００３３】
なお、図１に示すように、制御回路基板６８上にはロータ６４の位置検出素子としてのホール素子７１がステータコイル７０の中心に固定されており、ホール素子７１により後述するメインマグネット８２の複数の磁極が検出され、ロータ６４の位置が検出される。また、制御回路基板６８には、ハウジング６１の凹部６７に対応して略同径の孔６８Ａが形成されている。
【００３４】
制御回路基板６８上には図２に示すような回転数検出用のサーチコイル７２がエッチングによって形成され、このサーチコイル７２は孔６８Ａの周縁に沿って配設されている。即ち、サーチコイル７２は、全体がループ形状で、ステータコイル７０に対応する部分がステータコイル７０に向かって略コ字状に突出している。また、サーチコイル７２の端部には、ステータコイル７０に発生した起電力を導出する一対の導出部７２Ａが形成されている。
【００３５】
〔ロータの構成〕
図１に示すように、上述の如く構成されたステータ６０に装着されるロータ６４には、スリーブ７６が設けられている。
【００３６】
円筒状に形成されたスリーブ７６は、固定軸６２に隙間を設けて挿通され、スリーブ７６が高速回転されることにより、固定軸６２とスリーブ７６との間に周囲の空気を取り込んで圧力を発生させるようにした動圧軸受であるラジアル軸受を構成するようにされている。
【００３７】
スリーブ７６の外周部所定位置には、リング状のフランジ７８が焼き嵌めして固定されている。このフランジ７８上面には、ミラー取付面７９が形成されており、このミラー取付面７９上に外周辺上の反射面８０Ａが形成された多面鏡（ポリゴンミラー）８０が固定用のバネ８６により固定されている。このミラー取付面７９はスリーブ７６の軸芯に対し、高精度で垂直となるように加工されている。また、多面鏡８０は多角形柱状に形成され、その反射面８０Ａが鏡面に加工されている。
【００３８】
フランジ７８のステータ６０側のステータコイル７０に対応する部位には切欠部７８Ｃが形成されており、この切欠部７８Ｃに回転駆動用磁石としての永久磁石であるメインマグネット８２の内径部７８Ｃが接着剤等で固定されている。メインマグネット８２は、全体がリング状で、図１に示すようにその中央の穴部におけるステータ６０寄りの部分には、内径部７８Ｃよりも大径の段開口周部８２Ａが形成されている。また、メインマグネット８２は、中心角４５度づつに８等分した各区分に、相隣接する区分が異極となるようＮ極とＳ極とが着磁されている。
【００３９】
なお、フランジ７８におけるステータ６０と逆側の上面を、断面矩形の環状に切欠して溝部７８Ａを形成し、この溝部７８Ａに図示しないバランス調整用の釣合重りが取付られている。また、フランジ７８におけるステータ６０側の下面には、断面矩形の環状に切欠した段付部７８Ｂが形成されている。
【００４０】
円筒状のロータ６４を浮上させるための浮上用永久磁石としてのマグネット８４が、その上面がスリーブ７６の下面に付くよう接着剤等で固定されている。このマグネット８４の半径方向の厚みは、スリーブ７６の半径方向の厚みと略同一となっている。マグネット８４は、サーチコイル７２に対応して整数倍又は整数倍の１の数即ち中心角３０度づつに１２等分した各区分に、周方向に相隣接する区分が異極となるようＮ極とＳ極とが着磁されていると共に、半径方向に相隣接する区分（外周面側と内周面側）が異極となるようＮ極とＳ極とが着磁されている（図２参照）。
【００４１】
その他の例として、図４に示すように、マグネット８４の軸方向（上下方向）に相隣接する区分が異極となるようＮ極とＳ極とが着磁されていると共に、周方向に相隣接する区分が異極となるようＮ極とＳ極とが着磁されている（図２参照）。図４Ｂは、マグネット８４の正面図（図４Ａの右側から見た図）である。
【００４２】
マグネット８４の外周面と，制御回路基板６８の孔６８Ａの内周縁とは、その半径方向のギャップ（例えば、０．２５ｍｍ〜１．０ｍｍ）を隔てて平行状態（即ち、マグネット８４の軸芯と制御回路基板６８の平行面とが直角となる状態）で対向している。そして、マグネット８４からの漏れ磁束の曲がり現象によって、この磁束がサーチコイル７２の面に対して直交となる。従って、マグネット８４が回転すると、サーチコイル７２に誘起電圧が発生する。
【００４３】
本実施形態では、マグネット８４による磁気回路（磁路）Ｌ１（図３参照）が形成されているので、図１に示すように、制御回路基板６８の孔６８Ａ周縁とギャップを半径方向に隔てて対向するマグネット８４の外周面との間に働く磁気的吸引力によってロータ６４のスラスト方向の全重量を支持するスラスト軸受が構成される。なお、図４の例においても、同様の作用効果を生じる。
【００４４】
なお、磁束密度は、制御回路基板６８の孔６８Ａ周縁側ほど高くなるが、制御回路基板６８が飽和磁束密度が高く、かつメインマグネット８２と孔６８Ａ周縁との距離を適宜の長さとすることにより、メインマグネット８２から出た磁束を通すのに十分な磁気回路が形成される。そのため、ロータ６４の回転に影響を与えることなく、ロータ駆動用とスラスト軸受用の磁気回路がそれぞれ形成される。
【００４５】
上述のように構成された光偏向器は、そのロータ６４が固定軸６２とスリーブ７６との間の動圧軸受でラジアル方向に支受されると共に、マグネット８４とサーチコイル７２（磁性体で形成された制御回路基板６８）とを用いて構成されたスラスト軸受によって支受されている。
【００４６】
即ち、ロータ６４が宙に浮いた状態であって、制御回路基板６８の制御回路（図示省略）によって、６個のステータコイル７０に励磁切換えを行い、交番電圧を印加するよう制御すると、ステータコイル７０とメインマグネット８２との間に働く回転トルクによって高速回転する。
【００４７】
なお、ステータコイル７０で発生したハウジング６１側へ向う磁力線は、磁性体で形成された制御回路基板６８によってロータ１６側へ向けられる。即ち、本実施形態において、制御回路基板６８は、ロータ６４に回転トルクを発生させるロータ駆動用の磁気回路を形成するヨークとして作用すると共に、磁路Ｌ１を形成するスラスト軸受となる。
【００４８】
なお、本実施形態は、制御回路基板６８が永久磁石（比透磁率１，飽和磁束密度０．３〜０．９Ｔ）に比べて比透磁率（例えば、１０００）や飽和磁束密度（例えば、１．５Ｔ）が高い磁性体であるため、制御回路基板６８の厚さに対してマグネット８４の厚さを厚くすることができる。即ち、軸方向にスリーブ７６を保持するための半径方向に着磁されたマグネット８４の軸方向長さが、磁路Ｌ１（図３参照）を形成する制御回路基板６８の軸方向長さよりも長くできる。従って、本実施形態は、磁気効率が高められるので、磁気吸引力が高められる。
【００４９】
上述のように構成された光偏向器は、例えば図７に示すような光学走査装置に組み付けられて使用される。この光学走査装置は、光学箱９４に光偏向器を取り付け、光学箱９４の防塵カバーにより密閉された空間内に多面鏡８０を臨ませるように構成されている。そして、半導体レーザあるいはガスレーザなどの光源９６から出射した光ビーム９８Ａは、図示しない変調手段によって画像信号などで変調される。この変調後、光ビーム９８Ａは、コリメータレンズ９９を透過し、駆動モータで矢印Ａ方向に回転される多面鏡８０に入射し、この多面鏡８０によって走査（スキャニング）された光ビーム９８Ｂが結像レンズ１００を透過し、図示しない防塵ガラスを透過し、読取部材又は記録部材などの被走査部材１０２に適切な像を結ぶように構成され、一般に用いられているゼログラフィー技術による静電潜像を作り、又はフィルムを感光する。
【００５０】
即ち、図８に示すように、反射鏡８０の反射面８０Ａで反射された光ビーム９８Ｂは、多面鏡８０の矢印Ａ方向の回転に伴って矢印Ｂ方向に偏向されて被走査部材１０２を主走査すると共に、矢印Ｃ方向の回転にする被走査部材１０２の副走査が行われる。これにより、被走査部材１０２に２次元の画像が書き込まれる。
【００５１】
以下、本実施形態の作用について説明する。
図１に示すように、マグネット８４の外周面と制御回路基板６８の孔６８Ａ周縁との間に働く磁気吸引力がロータ６４のスリーブ７６におけるスラスト方向（軸線方向）の自重に勝って、ロータ６４全体を浮上させるように作用する。
【００５２】
このため、ロータ６４は、スラスト磁気軸受によりスラスト方向に支受されるとともに、動圧軸受によりラジアル方向（放射線方向）に支受されている。これにより、制御回路基板６８の駆動回路（図示省略）によってステータコイル７０に交番電圧を印加するよう制御し、ロータ６４を宙に浮いた状態で高速回転させる。
【００５３】
ロータ６４の回転によってマグネット８４が回転すると、磁路Ｌ１を形成する磁束（漏れ磁束）がサーチコイル７２を横切り、磁束の磁極が交番する。そのため、サーチコイル７２にはマグネット８４の着磁数と対応する誘起電圧が発生し、この誘起電圧の信号に基づきロータ６４の回転数が制御される。
【００５４】
従って、ロータ６４の回転制御は、ロータ６４回転中のマグネット８４によってサーチコイル７２に誘起される電圧の周波数の変動成分を検出信号とすることにより行われる。
【００５５】
なお、本実施形態によれば、図５及び図６に示すように、マグネット８４の外周面で隣接する異極による磁路Ｌ２によっても、サーチコイル７２に誘起電圧を発生させることができ、より確実にロータ６４の回転を制御できる。
【００５６】
本実施形態の磁気軸受装置では、１個のマグネット８４が回転数検出手段の磁石を兼用するので、モータを構成する構成部品としての磁石を削減でき、磁気軸受装置が小型かつ安価となる。
【００５７】
なお、本実施形態では、磁気軸受が多面鏡を高速回転させる駆動モータに適用された例を示したが、本発明は多面鏡を回転させる以外の機構にも適用できる。また、本発明においては、ロータ６４の駆動方法は、上述の実施形態に限定されない。
【００５８】
さらに、本発明では、本実施形態とは逆に、スリーブ７６をハウジング６１に固定し、軸（固定軸６２）を回転させる構成にしてもよい。また、本発明では、本実施形態とは逆に、浮上用のマグネット８４を制御回路基板６８に配置し、ヨーク（磁性体で構成される部材）をロータ６４に配置させてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、部品点数を削減し、小型かつ安価な磁気軸受装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における光偏向器の縦断面図である。
【図２】図１のマグネットとサーチコイルとの関係を示した斜視図である。
【図３】図１のマグネットとサーチコイルとの関係を示した断面図である。
【図４】他の例のマグネットとサーチコイルとの関係を示した図であり、図４Ａはその断面図、図４Ｂはマグネットの正面図である。
【図５】図１のマグネットとサーチコイルとの関係を示した斜視図である。
【図６】図１のマグネットとサーチコイルとの関係を示した斜視図である。
【図７】本実施形態の光偏向器を光学走査装置に装着した使用状態を示す平面図である。
【図８】図７の要部を示す斜視図である。
【図９】従来の光偏向器の一例を示す縦断面図である。
【図１０】図９のＦＧマグネットとサーチコイルとの関係を示した斜視図である。
【符号の説明】
６０    ステータ
６１    ハウジング
６２    固定軸
６４    ロータ
６６    溝
６８    制御回路基板（ヨーク）
７０    ステータコイル（駆動コイル）
７２    サーチコイル
７６    スリーブ
８０    多面鏡
８０Ａ  反射面
８２    メインマグネット（回転駆動用永久磁石）
８４    マグネット（浮上用永久磁石）
【図１】
0003608327.tif 000002
【図２】
0003608327.tif 000003
【図３】
0003608327.tif 000004
【図４】
0003608327.tif 000005
【図５】
0003608327.tif 000006
【図６】
0003608327.tif 000007
【図７】
0003608327.tif 000008
【図８】
0003608327.tif 000009
【図９】
0003608327.tif 000010
【図１０】
0003608327.tif 000011