(57)【要約】【課題】回転軸の軸振れを小さくすることのできる軸受構造及びそれを用いたレーザ加工装置を提供する。【解決手段】回転自在な軸５２のラジアル方向への変位を規制する非接触式のラジアル磁気軸受５４を備えた軸受構造であって、軸５２の長手方向にラジアル磁気軸受５４と間隔をあけ、ラジアル方向とスラスト方向の両方の変位を規制可能な軸受５５を設けた。【選択図】図３
2008298224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在な軸のラジアル方向への変位を規制する非接触式のラジアル磁気軸受を備えた軸受構造であって、
前記軸の長手方向に前記ラジアル磁気軸受と間隔をあけ、ラジアル方向とスラスト方向の両方の変位を規制可能な軸受を設けたことを特徴とする軸受構造。
【請求項２】
前記軸受を前記軸の長手方向の一端部に配置したことを特徴とする請求項１に記載の軸受構造。
【請求項３】
前記軸受は、前記軸の側縁部及び端面を覆う窪み形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の軸受構造。
【請求項４】
前記軸の一端部に半球面形状の半球面部を形成する一方、前記軸受に前記半球面部と接触する接触面を形成したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の軸受構造。
【請求項５】
前記軸の一端部に半球面形状の半球面部を形成し、この半球面部を着磁する一方、前記軸受を前記半球面部と反発する極性に着磁したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の軸受構造。
【請求項６】
前記軸の一端部を前記軸受に向けて押圧することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の軸受構造。
【請求項７】
前記軸にモータの回転子を一体化して構成し、前記ラジアル磁気軸受と前記軸受との間にモータ部を配設したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の軸受構造。
【請求項８】
回転自在な軸と、この軸のラジアル方向への変位を規制する非接触式のラジアル磁気軸受とを有するモータを備え、このモータの軸端にレーザ光を偏向させるスキャナミラーを取り付け、前記モータを回動させて前記レーザ光を被加工物に照射するレーザ加工装置であって、
前記軸の長手方向に前記ラジアル磁気軸受と間隔をあけ、ラジアル方向とスラスト方向の両方の変位を規制可能な軸受を設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
前記軸受を前記軸の長手方向の一端部に配置したことを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記軸受は、前記軸の側縁部及び端面を覆う窪み形状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の軸振れを小さくするための軸受構造、およびこの軸受構造を用いたレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁石や永久磁石を用いた非接触式の磁気軸受を用いた軸受構造が種々の機器で利用されている。例えば、この磁気軸受をターボ分子ポンプに用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このターボ分子ポンプは、駆動軸を回転させるための高周波モータを備えてなり、駆動軸を数万〜１０万ｒｐｍの超高速回転で運転する。この高周波モータには、駆動軸の延在方向に沿って２つのラジアル磁気軸受と１つのスラスト磁気軸受とが設けられている。
【０００３】
また、扁平型モータの軸受に磁気軸受を用いたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。この扁平型モータは、非接触でラジアル方向を支持するラジアル磁気軸受と、スラスト方向を１点押付接触で支持するスラスト軸受が設けられている。
【０００４】
さらに、これらの磁気軸受の技術をポリゴンミラーによる光偏向器に用いる技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。この光偏向器では、円筒状の固定軸に覆いかぶさるようなシース状の回転体にモータの回転子を一体化させた機構と、円筒状の固定軸に設けられたヘリングボーン溝とを有しており、動圧空気によって非接触の安定した高速回転が得られるようにラジアル方向の軸受と同等に機能している。また、固定軸の頂上部回転体の筒状の頂部にそれぞれ反発するように永久磁石を配置し、スラスト方向の浮上性能を得ている。
【特許文献１】特開２０００−２１３５３９号公報
【特許文献２】特開２００６−２１７７４４号公報
【特許文献３】特開昭６３−２５９５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１のように、モータが比較的小型でありながら、駆動軸の軸方向に２つのラジアル軸受と１つのスラスト軸受とを有する場合には、軸方向の外形が大きくなってしまう。さらに、ラジアル磁気軸受の上下部分には、軸振れを抑制するための変位センサを設ける必要があるため、軸方向の長さ寸法を短くして外形寸法を小さくすることが困難であった。また、軸振れの制御も５軸コントローラが必要となり、制御システムも複雑になりコストも高くなっていた。
【０００６】
また、特許文献２の技術では、軸振れがあまり重要視されない送風ファンのような機器に使用する場合には問題ないが、例えば、軸振れが重要視される光学機器（例えば、特許文献３など）に使用するために要求される軸受精度を期待することはできない。
【０００７】
さらに、特許文献３のように、光学偏向器やポリゴンミラーなど、レーザビームの偏向やスキャンを応用する機器において、特に、レーザプリンタなどの発光源とミラー、又はミラーと資料とのそれぞれのワーキングディスタンスが比較的短いような場合には、動圧軸受によるラジアル剛性と永久磁石によるスラスト剛性を確保することで、軸振れによる影響は比較的少ない。しかしながら、例えば、リモートレーザ溶接、ワーキングディスタンスが比較的長い光造形システム、高い描画精度が要求される描画システム（単なる製造年月日などの文字を認識するために描画されるものを除く）などの機器では、僅かの軸変位も加工精度に影響を与えてしまう。このような機器では、引用文献３のような軸受構造で、回転軸の振れを積極的に制御できないため、より高い加工精度を求めることが困難であった。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、回転軸の軸振れを小さくすることのできる軸受構造及びそれを用いたレーザ加工装置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】
【０００９】
本発明では、回転自在な軸のラジアル方向への変位を規制する非接触式のラジアル磁気軸受を備えた軸受構造であって、前記軸の長手方向に前記ラジアル磁気軸受と間隔をあけ、ラジアル方向とスラスト方向の両方の変位を規制可能な軸受を設けたことを特徴とする。
この構造によれば、回転自在な軸をラジアル磁気軸受と軸受とで支持することができるので、複雑な制御をすることなく、回転軸の軸振れを小さくすることができる。
【００１０】
また、前記軸受を前記軸の長手方向の一端部に配置することもできる。
この構成によれば、ラジアル方向及びスラスト方向の両方の変位を規制する構造が容易に得られる。
【００１１】
さらに、前記軸受は、前記軸の側縁部及び端面を覆う窪み形状に形成されていてもよい。
この構成によれば、窪み形状の内部で軸端部を支持することができるので、従来と比較して回転軸の一端部をより強固に支持することができる。
【００１２】
また、前記軸の一端部に半球面形状の半球面部を形成する一方、前記軸受に前記半球面部と接触する接触面を形成してもよい。
この構成によれば、スラスト方向及びラジアル方向の両方の変位を簡単な構造で規制することができる。
【００１３】
さらに、前記軸の一端部に半球面形状の半球面部を形成し、この半球面部を着磁する一方、前記軸受を前記半球面部と反発する極性に着磁してもよい。
この構造によれば、非接触式で軸受を構成することができるので、摩擦抵抗が減り、消費電力を減らすことができる。
【００１４】
また、前記軸の一端部を前記軸受に向けて押圧するようにしてもよい。
この構成によれば、軸端部が溝部から抜けにくくなるので、軸受で支持をより確実に行うことができる。
【００１５】
さらにまた、前記軸にモータの回転子を一体化して構成し、前記ラジアル磁気軸受と前記軸受との間にモータ部を配設してもよい。
この構成によれば、モータをより小型化することができる。また、磁気軸受と軸受との間隔を長く取るので、小さな磁気力で強固に支持できる。したがって、少ない電流でも磁気軸受を容易に制御できる。
【００１６】
他方、回転自在な軸と、この軸のラジアル方向への変位を規制する非接触式のラジアル磁気軸受とを有するモータを備え、このモータの軸端にレーザ光を偏向させるスキャナミラーを取り付け、前記モータを回動させて前記レーザ光を被加工物に照射するレーザ加工装置であって、前記軸の長手方向に前記ラジアル磁気軸受と間隔をあけ、ラジアル方向とスラスト方向の両方の変位を規制可能な軸受を設けたことを特徴とする。
この構成によれば、被加工物にレーザ光を精度良く照射することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回転自在な軸のラジアル方向への変位を規制する非接触式のラジアル磁気軸受を備えた軸受構造であって、前記軸の長手方向に前記ラジアル磁気軸受と間隔をあけ、ラジアル方向とスラスト方向の両方の変位を規制可能な軸受を設けているので、２つのラジアル磁気軸受と１つのスラスト磁気軸受とを組み合わせて構成する場合と比較して、軸受構造を構成するのに大きなスペースを必要としない。また、軸受で軸の変位を抑えることによって、ラジアル磁気軸受の部分でのラジアル方向への軸振れを小さくすることができる。これにより、例えば、変位センサを用いてラジアル磁気軸受の変位を測定し、変位を調整するための制御（フィードバック制御）を行う場合であっても、調整幅（量）が少なくなり容易に調整することができる。そのため、軸受精度を高めることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、回転自在な軸と、この軸のラジアル方向への変位を規制する非接触式のラジアル磁気軸受とを有するモータを備え、このモータの軸端にレーザ光を偏向させるスキャナミラーを取り付け、前記モータを回動させて前記レーザ光を被加工物に照射するレーザ加工装置であって、前記軸の長手方向に前記ラジアル磁気軸受と間隔をあけ、ラジアル方向とスラスト方向の両方の変位を規制可能な軸受を設けているので、モータの軸の軸振れを小さく抑えることで、スキャナミラーを精度良く回動させることができる。これにより、被加工物にレーザ光を精度良く照射することができ、レーザ加工装置で加工することができる被加工物の加工を精度良く行うことができる。また、軸受が小さなスペースで構成できるので、モータの外形を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置１の構成を示す図である。また、図２は、図１に示すモータ４１Ａにスキャナミラー４０Ａを取り付けた状態を拡大して示す図である。
レーザ加工装置１は、レーザ発振器２と、スキャナ光学装置３と、レーザ発振器２から放射されたレーザ光４５をスキャナ光学装置３に導く光学素子たる１対のミラー４Ａ、４Ｂとを備えており、これらが板状の石定盤５に載置・固定されている。
【００２０】
レーザ発振器２は、レーザ媒質に応じた波長のレーザ光４５を発振する。このレーザ発振器２は、図示せぬレーザ共振器を内蔵する直方体形状の発振器本体２０と、この発振器本体２０の先端部２０Ａに開口するレーザ出射口２１とを備えている。
このレーザ発振器２としては、固体レーザ発振器、液体レーザ発振器、気体レーザ発振器、半導体レーザ発振器、或いは、自由電子レーザ発振器などがある。
【００２１】
発振器本体２０の下側には、その先端部２０Ａ側及び後端部２０Ｂ側にＸＹＺ軸ステージ２２が設けられている。このＸＹＺ軸ステージ２２は、石定盤５にねじ止め固定されている。この石定盤５は、一般に、平面精度が非常に高いため、ＸＹＺ軸ステージ２２を調整することで、レーザ発振器２の光軸が微調整可能となっている。また、石定盤５は、熱伝導率が非常に小さいため、レーザ発振器２が発熱しても他の光学要素に与える熱影響を最小に抑えることが可能である。
【００２２】
スキャナ光学装置３は、レーザ発振器２から出力されたレーザ光４５の強度を変調するＡＯＭ（音響光学変調素子）３０と、レーザ光４５のフォーカスを調整するダイナミックフォーカスレンズ３１と、レーザ光４５を偏向して対象物に照射するスキャナヘッド３２とを備え、これらの光学要素が、ミラー４Ｂとの光軸を合わせるための直線状に延びた高さ調整用ステージ３３に載置されている。この高さ調整用ステージ３３には、ダイナミックフォーカスレンズ３１及びスキャナヘッド３２の間に設けられ、ダイナミックフォーカスレンズ３１から出力された光を整形してスキャナヘッド３２に入力する光学素子としてのレンズ３４と、ＡＯＭ３０に入射するレーザ光４５を整形する光学素子としての２組のレンズ３５Ａ、３５Ｂとが取り付けられている。
【００２３】
スキャナヘッド３２は、底面が開口した箱型の筐体４２を備えており、この筐体４２の
上部及び側部には、モータ４１Ａ、４１Ｂが設けられている。
モータ４１Ａの回転軸５２（駆動軸）は、図１における左右方向に延在しており、その先端には、レーザ光４５を偏向するスキャナミラー４０Ａが取り付けられている。このスキャナミラー４０Ａは、モータ４１Ａの回転軸５２をＲ方向（図２参照）へ適宜回動させることにより、ミラーの角度を変えられるようになっている。
一方、モータ４１Ｂの駆動軸は、図１における上下方向に延在しており、その先端には、スキャナミラー４０Ａの偏向方向に対して所定の角度となる方向にレーザ光４５を偏向するスキャナミラー４０Ｂが取り付けられている。このスキャナミラー４０Ｂは、モータ４１Ｂの駆動軸を回動させることにより、ミラーの角度を変えられるようになっている。
これらのスキャナミラー４０Ａ、４０Ｂは、筐体４２の内部に配置されており、筐体４２の側面には、その内部にレーザ光４５を導くための図示せぬ導入口が形成されている。
【００２４】
また、筐体４２が配置された部分の高さ調整用ステージ３３には、上記スキャナミラー４０Ａ、４０Ｂにて偏向された光を出射する出射口４３が設けられている。これにより、スキャナヘッド３２、レンズ３４及びこの出射口４３によって、レーザ発振器２から出力されたレーザ光４５を偏向する偏向モジュールが構成されている。この偏向モジュールによって偏向されたレーザ光４５は、出射口４３を通過してワーキングエリア４６（被加工物。図２参照）へと向けられる。
【００２５】
ダイナミックフォーカスレンズ３１は、レーザ光４５をスキャナヘッド３２で偏向し対象物をレーザ光４５で走査する際に、対象物の走査面におけるレーザ光４５の照射スポット径を照射位置によらず略一定に維持するようにレーザ光４５の焦点距離を可変するものである。ダイナミックフォーカスレンズ３１は、図示せぬモータによってレンズ系が光軸方向に駆動され、レーザ光４５の焦点距離が可変される。さらに、対象物が立体的な走査面の場合には、該走査面で焦点が合うように、ダイナミックフォーカスレンズ３１がコントロールユニット６によって制御される。この図示せぬモータ、及び、上記スキャナヘッド３２のモータ４１Ａ、４１Ｂは、コントロールユニット６により制御されている。このコントロールユニット６は、走査面におけるレーザ光４５の照射位置に基づいて焦点距離を調整すべく、ダイナミックフォーカスレンズ３１のモータと、スキャナヘッド３２のモータ４１Ａ、４１Ｂとを互いに同期させながら制御する。なお、ダイナミックフォーカスレンズ３１に代えてｆθレンズを焦点距離調整手段として用いても良い。
【００２６】
ＡＯＭ３０は、上記の通り、レーザ発振器２から出力された連続発振レーザ光、或いは、パルスレーザ光の強度変調を行うものであり、上記コントロールユニット６により制御されており、コントロールユニット６は、対象物の走査面におけるレーザ加工深度等の加工度合いを常に一定に維持すべく、スキャナヘッド３２のモータ４１Ａ、４１Ｂの駆動量によって規定されるレーザ光４５の走査速度に応じて、レーザ光４５の強度を可変する。すなわち、コントロールユニット６は、レーザ光４５の走査速度が速い場合には、単位面積あたりのエネルギーが低下するためレーザ光４５の強度もしくはレーザ光４５の密度を高め、これとは逆に、走査速度が遅い場合にはレーザ光４５の強度もしくはレーザ光４５の密度を低める制御を行い、レーザ光４５の走査時の単位面積あたりのエネルギーを略一定に維持する制御を行う。
なお、上記レーザ光４５の密度は、パルスレーザ光の単位時間当たりのパルス数により定義され、当該レーザ光密度を可変することで、単位面積当たりのレーザ光４５のエネルギーを可変することができる。
【００２７】
また、スキャナヘッド３２のモータ４１Ａ、４１Ｂには、スキャナミラー４０Ａ、４０Ｂの回転量に応じたパルス数のデジタルパルス信号ＳＡ、ＳＢをコントロールユニット６に出力するエンコーダ４４Ａ及び４４Ｂが設けられている。
コントロールユニット６は、各デジタルパルス信号ＳＡ、ＳＢをカウントし、このカウント値に基づいて、スキャナミラー４０Ａ、４０Ｂの回転量を特定し、現在のレーザ光照射位置のＸＹ座標値を特定する。
また、コントロールユニット６は、レーザ光照射位置の目標値と現在のＸＹ座標値との偏差を打ち消すように、モータ４１Ａ、４１Ｂのそれぞれに出力してネガティブフィードバック制御を実行する。このように、コントロールユニット６においては、デジタルパルス信号ＳＡ、ＳＢを出力するエンコーダ４４Ａ、４４Ｂ、及び、コントロールユニット６によりクローズドループ制御系が構成されており、各モータ４１Ａ、４１Ｂの駆動が高精度に補償される。これにより、高精度なモータ制御、すなわち、被加工物の加工面における高精度な照射位置制御が実現される。
【００２８】
このようなレーザ加工装置１としては、例えば、リモートレーザ溶接、ワーキングディスタンスが比較的長い光造形システム、高い描画精度が要求される描画システム（単なる製造年月日などの文字を認識するために描画されるものを除く）などに使用することができる。
【００２９】
図３は、図１に示すモータ４１Ａを単体で示す断面図である。また、図４は、図３に示す軸受を拡大して示す断面図である。なお、以下の説明では、モータ４１Ａについて説明するが、モータ４１Ｂについてもモータ４１Ａの構造と同一であり、その説明を省略する。また、図３において、モータ４１Ａの後部に取り付けられているエンコーダ４４Ａは省略してある。さらに、以下の説明において、上下および左右の方向は、この図３を正面から見た方向をいうものとする。
【００３０】
モータ４１Ａは、このモータ４１Ａの外側部分を構成する有底円筒形状の筐体部５１と、この筐体部５１の中心軸線Ｘに沿って延びる回転軸５２と、この回転軸５２を駆動するモータ部５３と、このモータ部５３の上側に配置されたラジアル磁気軸受５４と、回転軸５２の下側端部を支持する軸受５５とを備えている。すなわち、このモータ部５３は、図３に示すように、ラジアル磁気軸受５４と軸受５５との間に配設されている。
【００３１】
回転軸５２は、図３に示すように、軸線Ｘに沿って上下方向に延在しており、その上端部５２ａが筐体部５１の上側開口５１ａから突出している。この回転軸５２は、磁性体（例えば、鉄など）を用いて形成されている。この回転軸５２の上端部５２ａには、上述したスキャナミラー４０Ａが取り付けられている。一方、回転軸５２の下端部５２ｂは、図３及び図４に示すように、半球体形状をなしており、詳細は後述する軸受５５に接触する態様で支持されている。
【００３２】
モータ部５３は、筐体部５１に固定された固定子５６（ステータ）を備えており、この固定子５６の巻線５６ａに電流を供給することにより、変動する磁界を発生させている。一方、上述した回転軸５２には、この固定子５６と対応する位置に回転子５２ｄ（ロータ）が一体に設けられており、この固定子５６と回転子５２ｄとによって、回転軸５２が回転することになる。
【００３３】
ラジアル磁気軸受５４は、筐体部５１に固定されたヨーク５７を備えている。このヨーク５７は、回転軸５２の周方向に連続してリング状に配置されており、回転軸５２の外周面とヨーク５７の内周面との間に所定の隙間が設けられている。また、このヨーク５７には、周方向に間隔を置いて、複数の磁界発生コイル５８が設けられている。この磁界発生コイル５８に個々に電力を供給してヨーク５７の周方向における各部に磁力を発生させ、回転軸５２の外周外側から回転軸５２を吸引することにより、回転軸５２を非接触で支持するようになっている。この非接触支持によって、回転軸５２の非接触支持部に摩耗が生じないようにすることができる。
それぞれの磁界発生コイル５８に供給される電力は、図示しない制御システムによって制御されており、回転軸５２に軸振れが生じた場合に回転軸５２の全周における各部での磁力が調節され、軸振れを規制する。
【００３４】
なお、回転軸５２の外周面であってヨーク５７の内側と対向する位置に永久磁石（図示せず）を取り付け、ヨーク５７で発生する極性をこの永久磁石の極性と同じ極性にすることにより、ヨーク５７と回転軸５２とを反発させて、回転軸５２を非接触支持するようにしてもよい。この構造であっても、この非接触支持によって、回転軸５２の非接触支持部に摩耗が生じないようにすることができる。
【００３５】
また、ラジアル磁気軸受５４の上側には、変位センサ５９が設けられている。この変位センサ５９は、筐体部５１に取り付けられており、回転軸５２の変位（軸振れの量）を検出するためのものである。この変位センサ５９は、図示しない制御システムに接続されており、回転軸５２の変位信号を制御システムに送信する。この変位信号は、ヨーク５７の磁力を増減させるフィードバック制御に使用されており、制御システムは、ラジアル磁気軸受５４の磁界発生コイルに供給する電力を変位信号に基づいて調節する。これにより、回転軸５２の軸振れを小さくし、回転軸５２をより安定して支持することができることになる。
【００３６】
軸受５５は、図３及び図４に示すように、回転軸５２の下端部５２ｂが接触可能な構造となっている。より詳細には、下端部５２ｂには、半球面形状の半球面部５２ｃが形成されている一方、軸受５５は、この半球面部５２ｃの側縁部Ｓ及び下端面Ｔ（図４参照）を覆う窪み形状に形成されており、この半球面部５２ｃと面で接触する半球面形状の接触面５５ａを有している。この軸受５５は、回転軸５２のラジアル方向への変位を半球面部５２ｃの側縁部Ｓを覆う部分で規制し、スラスト方向への変位を半球面部５２ｃの下端面Ｔを覆う部分で規制することにより、ラジアル方向とスラスト方向との両方の変位を支持できるようになっている。この半球面５２ｃと軸受５５の接触面５５ａとは、図４に示すように、半球面部５２ｃの半径中心Ｑから、左右均等に９０度以上の角度をなす範囲で接触していることが好ましい。このように９０度以上の角度で接していれば、半球面部５２ｃにおいて垂直方向に作用する力よりも水平方向に作用する力が大きくなり、ラジアル軸受としての機能をより向上させることができる。
なお、ここで記載した半球面とは、厳格に球体の半分の形状を意味するものではなく、スラスト方向及びラジアル方向の両方向を支持可能なものであれば完全な半球体には限られない。すなわち、球状の面を備えた形状、或いは、ほぼ同じ寸法の半径で形成された球面をいい、例えば、全体が球状（図６（ｂ）参照）のものも含まれ得る。
【００３７】
また、回転軸５２は、回転軸５２の延在方向に沿って並設された永久磁石９８、９９によって軸受５５側に向けて押圧力Ｆが付与されている。すなわち、筐体部５１に固定された永久磁石９８と、回転軸５２に固定された永久磁石９９は、その対向する面の磁性が同じになっており、これらの永久磁石９８、９９の反発力によって押圧力Ｆが発生している。そのため、回転軸５２の半球面部５２ｃは、軸受５５の接触面５５ａに押圧力Ｆによって常に押し付けられた状態になっている。従って、軸端部が溝部から抜けにくくなるので、軸端の固定位置が変化しない。
【００３８】
筐体部５１の上側開口５１ａには、ラジアル磁気軸受５４の制御システムの異常時又は停電時のためのタッチダウンベアリング６０（補助軸受）が設けられている。このタッチダウンベアリング６０は、ラジアル磁気軸受５４の磁界の影響を受けないように、非磁性体（例えば、アルミニウムなど）を用いて形成されており、非常時に回転軸５２がこのタッチダウンベアリング６０に接触するようになっている。また、このタッチダウンベアリング６０は、押圧力Ｆを作用させるための永久磁石９８、９９を保護する役割を果たしており、回転軸５２に上方向に大きなスラスト荷重が作用した場合であっても、永久磁石９８、９９が接触する前に、回転軸５２の段差部がタッチダウンベアリング６０に接触するようになっている。さらには、回転軸５２がラジアル方向に動いた場合であっても、モータ４１Ａの回転子５２ｄと固定子５６、及び回転軸５２とラジアル磁気軸受５４のヨーク５７とが接触する前にタッチダウンベアリング６０が接触することにより、モータや磁気軸受の各部分が破損するのを防止している。
【００３９】
なお、タッチダウンベアリング６０を電磁石または永久磁石で構成し、ラジアル方向およびスラスト方向の変位を支持できるようにすることもできる。この場合、タッチダウンベアリング６０の内周面と対向する回転軸５２の外周面を、このタッチダウンベアリング６０の極性と同じにし、回転軸５２に反発力を生じさせることにより、回転軸５２を安定位置に回転自在に支持することができる。また、軸振れしたときにのみ電磁石に電流を流せばよく、省エネ効果を得ることができる。
【００４０】
次に、本実施の形態における軸受構造の作用について、図５を用いて説明する。図５は、回転軸５２（中心軸線Ｘ）が軸振れしたときの、振れの範囲を示している。
回転軸５２にラジアル方向及びスラスト方向の両方の変位が作用して回転軸５２が軸振れした場合、回転軸５２の下端部５２ｂは、軸受５５によって、ラジアル方向及びスラスト方向の両方の変位が支持されるので、回転軸５２の下端部５２ｂが１点で支持され、固定されることになる。すなわち、図５に示すように、回転軸５２の中心軸線Ｘの振れ範囲は、図５で示すように、軸受５５を頂点（中心）にした逆円錐形状の範囲となる。
【００４１】
また、ラジアル磁気軸受５４の位置では、回転軸５２の変位量を変位センサ５９で検出し、この変位量に基づいてヨーク５７の磁力を制御することにより、軸振れが生じている回転軸５２の軸線を中心軸線Ｘの位置に戻す支持力Ｐ（図５参照）を作用させることができる。これにより、回転軸５２の変位量を少なくすることができる。
【００４２】
一方、従来技術で説明したように、回転軸の延在方向に沿って２つ以上のラジアル磁気軸受が配設された場合には、２つ以上のラジアル磁気軸受の部分で軸振れが生じ、全体としての軸振れの範囲が相乗的に大きくなる。すなわち、軸受５５によって回転軸５２の下端部５２ｂを１点で支持することにより、回転軸５２の全体としての軸振れを小さく抑えることができる。このような軸受５５を設けた軸受構造は、加減速、正逆転制御が多いことから回転軸５２の軸振れがしやすいレーザ加工装置１の偏向用モータ４１Ａに適している。
【００４３】
本発明の実施の形態に係る軸受構造によれば、回転軸５２のラジアル方向への変位を規制する非接触式のラジアル磁気軸受５４と、ラジアル磁気軸受５４と間隔をあけた１点であって、回転軸５２の長手方向の一端部に、ラジアル方向とスラスト方向の両方の変位を規制可能な軸受５５を設けているので、２つのラジアル磁気軸受と１つのスラスト磁気軸受とを組み合わせて構成する場合と比較して、軸受構造を構成するのに大きなスペースを必要としない。また、軸受５５の１点で軸の変位を抑えることによって、ラジアル磁気軸受５４の部分でのラジアル方向への軸振れを小さくすることができる。これにより、例えば、変位センサを用いてラジアル磁気軸受５４の部分の変位を測定し、変位を調整するための制御（フィードバック制御）を行う場合であっても、調整幅が少なくなり容易に調整することができる。そのため、軸受精度を高めることができる。
【００４４】
また、軸受５５を、回転軸５２の側縁部Ｓ及び下端面Ｔを覆う窪み形状に形成し、回転軸５２の一端部を半球面形状に形成する一方、軸受５５に回転軸５２の半球面部５２ｃと接触する接触面５５ａを形成しているので、スラスト方向又はラジアル方向の両方の変位を簡単な構造で規制することができる。そのため、軸受のコストを低減することができる。
【００４５】
さらに、回転軸５２の一端部を軸受５５に押圧するための押圧力Ｆを作用させているので、軸受５５での支持を確実に行うことができ、より精度よく１点で支持することができる。
【００４６】
また、ラジアル磁気軸受５４と軸受５５との間にモータ部５３を設けているので、支点（軸受５５）に対する力点（ラジアル磁気軸受５４）の距離を長く確保することができ、ラジアル磁気軸受５４において作用させる力が小さくてすむことになる。また、この小さな力で回転軸５２を大きく動かすことができる。他方、支点（軸受５５）と変位センサ５９との間の距離も長くすることができるので、変位センサ５９の単位検出距離に対する軸振れ角が小さくなり、制御が容易になる。
【００４７】
他方、軸受５５を設けた構造を、加減速、正逆転制御が多く、軸振れしやすいレーザ加工装置１の偏向用モータ４１Ａに適用しているので、モータ４１Ａの回転軸５２の軸振れを小さく抑えることで、スキャナミラー４０Ａを精度良く回動させることができる。これにより、ワーキングエリア４６にレーザ光を精度良く照射することができ、レーザ加工装置１で加工することができるワーキングエリア４６の加工を精度良く行うことができる。また、軸受５５が小さなスペースで構成できるので、モータ４１Ａの外形を小さくすることができる。これにより、レーザ加工装置１の外形寸法も、従来と比べて小さくすることができる。
【００４８】
以上、本発明を実施するための最良の形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
図６（ａ）〜図６（ｄ）は、接触式の軸受５５の変形例を示す断面図である。
本実施の形態では、軸受５５の形状を、回転軸５２の半球面部５２ｃと面で接する接触面５５ａにしているが、図６（ａ）に示す軸受６１のように、円錐形状に窪ませた窪み形状であってもよい。これにより、回転軸５２の半球面部５２ｃが、円錐形状の窪み面６２と円状に接触し、この窪み面６２の傾斜角度によって、回転軸５２に作用するスラスト方向とラジアル方向との両方の変位を１点で支持することができる。この場合においても、回転軸５２には、押圧力Ｆが作用しており、回転軸５２の半球面部５２ｃが窪み面６２に押圧されるようになっている。なお、この半球面部５２ｃと軸受６１の窪み面６２とは、半球面部５２ｃの半径中心Ｑ（図４参照）から、９０度以上の角度をなす位置で接触していることが好ましい。このように９０度以上の角度で接していれば、半球面部５２ｃにおいて垂直方向に作用する力よりも水平方向に作用する力が大きくなり、ラジアル軸受としての機能をより向上させることができる。
【００４９】
また、図６（ｂ）に示す軸受６４のように、回転軸６５の下端部を球状にして、半球面部（図４の符号５２ｃ）を一部に含む球面６５ａを形成すると共に、軸受６４を、図６（ｂ）における左右及び奥行き方向を支持する４つの縦壁面６６ａと下方を支持する底面６６ｂとで構成することもできる。この球面６５ａは、軸受６４の内部で支持されている状態で、縦壁面６６ａ及び底面６６ｂと接触し、回転軸６５に作用するスラスト方向とラジアル方向との両方の変位を１点で支持することができる。この場合においても、回転軸６５には、押圧力Ｆが作用しており、回転軸６５の球面６５ａの最下面が底面６６ｂに押圧されるようになっている。
【００５０】
さらに、図６（ｃ）に示す軸受７０のように、回転軸７１の下端部を逆円錐形状にして、この円錐形状の頂部に丸み（曲面）を付けた丸み部７２を設けると共に、軸受７０を逆円錐形状の窪み面７３を形成し、この窪み面７３の最下面に丸み部７２の形状と略同一の丸みを有する受け面７３ａを形成して構成することもできる。この丸み部７２と受け面７３ａとは、押圧力Ｆが作用した状態でそれぞれ面で接触し、回転軸７１に作用するスラスト方向とラジアル方向との両方の変位を１点で支持することができる。なお、丸み部７２と軸受６１の受け面７３ａとは、丸み部７２の半径中心から、左右均等に９０度以上の角度をなす範囲で接触していることが好ましい。このように９０度以上の角度で接していれば、半球面部５２ｃにおいて垂直方向に作用する力よりも水平方向に作用する力が大きくなり、ラジアル軸受としての機能をより向上させることができる。
【００５１】
また、図６（ｄ）に示す軸受７５のように、回転軸７６の下端部７６ｂを支持する自動調芯機能を有する軸受７７で支持するようにしてもよい。この自動調芯機能を有する軸受７７は、ラジアル方向とスラスト方向との両方の変位を支持可能な一般的なものであり、その詳細構造の説明は省略する。この軸受７７を使用する場合には、回転軸７６には、押圧力Ｆを作用させる必要はない。
【００５２】
また、図６（ｅ）に示す軸受８０のように、図６（ｂ）に示す軸受６４の構造に、球面６５ａの上部を下側に押さえる上縁部８１を設けるようにしてもよい。この構造では、回転軸６５の上方向に作用するスラスト荷重をこの上縁部８１で受けることができるので、回転軸６５に押圧力Ｆを作用させる必要がない。そのため、永久磁石９８、９９を取り付ける必要がなくなり、さらにモータを小型化することができると共に、コストを低減することができる。
【００５３】
さらにまた、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）に示す構造において、軸端部と溝部とを異なる極性に磁化させ、互いに吸引する力を持たせることにより、押圧力Ｆに替わる力を得るようにしてもよい。
【００５４】
一方、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、軸受５５を非接触式の軸受構造にしてスラスト方向及びラジアル方向の変位を規制することもできる。
図７（ａ）では、回転軸８６の下端部を、半球面部（図４の符号５２ｃ）を一部に含む球体に形成し、その内部に永久磁石８７を埋め込む一方、軸受８５の窪み形状を回転軸８６の下端部の半球体の形状に合わせて一定の隙間が形成されるような半球体形状に形成し、この軸受８５の内部にも永久磁石８８を埋め込むようにしてもよい。永久磁石８７、８８は、例えば、図７（ａ）に示すように、互いにＳ極が対向するようにして反発力を発生させる。また、それぞれの半球体の全体で反発力を発生させることにより、ラジアル方向とスラスト方向との両方の変位を支持できるようにする。この場合、回転軸８６には、押圧力Ｆを作用させ、支持部を安定させるようにしてもよい。また、永久磁石の替わりに、電磁石を用いることもできる
【００５５】
また、図７（ｂ）では、回転軸９１の下端部を円柱形状にし、軸受９０の窪み形状をこの円柱形状に合わせて一定の隙間が形成されるような窪み形状にすることもできる。この回転軸９１の下端部及び軸受９０の窪み部には、それぞれ反発力を発生させる磁界を発生させる。さらに、回転軸９１には、押圧力Ｆを作用させ、支持部を安定させるようにしてもよい。
【００５６】
さらには、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示した構成では、永久磁石を埋め込んでいるが、軸受８５、９０及び回転軸８６、９１の表面を磁化させて反発力を得るようにしてもよい。また、磁化は、電磁石を用いて発生させてもよい。さらに、永久磁石を内部に埋め込む（内部に含む）もののほか、表面に固定する構成であってもかまわない。これにより、同様な反発力を得ることができ、ラジアル方向とスラスト方向との両方の変位を支持できるようにする。
【００５７】
他方、本実施の形態では、モータ４１Ａにモータ部５３を設けて回転軸５２を回転させているが、図８に示すように、モータ部５３を外部に設けて回転軸５２を回転させるように構成することもできる。
図８では、筐体１００の底面部１００ｂに下開口部１０１を形成し、この下開口部１０１に上述した自動調芯機能を有する軸受７７を取り付けている。回転軸１０２は、上端部１０２ａが上開口部１０６から突出し、下端部１０２ｂが軸受７７で支持されている。また、回転軸１０２の下端部１０２ｂは、軸受７７の下方に少し突出しており、この回転軸１０２を接続するためのカップリング１０３によってモータ部１０４の駆動軸１０５と接続されている。なお、筐体１００の内部には、図８に示すように、本実施の形態で説明した位置に、ラジアル磁気軸受５４、変位センサ５９、タッチダウンベアリング６０がそれぞれ設けられている。このような構成であっても、回転軸１０２の下端部１０２ｂは、軸受７７によって、ラジアル方向及びスラスト方向の両方の変位が支持されるので、回転軸１０２の下端部１０２ｂが１点で支持されることになる。そのため、回転軸１０２の軸振れを小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概要図である。
【図２】図１に示すモータにスキャナミラーが取り付けられた状態を拡大して示す概要図である。
【図３】図１に示すモータの断面図である。
【図４】図３に示す軸受を拡大して示す概要図である。
【図５】回転軸の変位を示す概要図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、接触式の軸受の変形例を示す概要図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、非接触式の軸受の変形例を示す概要図である。
【図８】本発明のモータの変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  レーザ加工装置
２  レーザ発振器
３  スキャナ光学装置
４Ａ、４Ｂ  ミラー
５  石定盤
６  コントロールユニット
２０  発振器本体
２１  レーザ出射口
３２  スキャナヘッド
３３  調整用ステージ
４０Ａ、４０Ｂ  スキャナミラー
４１Ａ、４１Ｂ  モータ
４２  筐体
４３  出射口
４５  レーザ光
４６  ワーキングエリア
５１  筐体部
５２  回転軸
５２ｃ  半球面部
５２ｄ  回転子
５３  モータ部
５４  ラジアル磁気軸受
５５  軸受
５５ａ  接触面
５６  固定子
５７  ヨーク
５８  磁界発生コイル
５９  変位センサ
６１  軸受
６２  窪み面
Ｘ  中心軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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