(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリングボーン溝その他の動圧発生部による動圧軸受を介して互いに回転可能に嵌合する動圧軸および動圧スリーブからなるラジアル支持部を備え、このラジアル支持部を介してケース内に回転鏡その他の回転部材を回転可能に支持する光偏向器において、
前記ケースを密閉形成するとともに、前記動圧スリーブは一端を閉じて回転部材側に取り付け、前記動圧軸は片持ちにケース側に取り付け、かつ、前記動圧軸には、動圧軸の自由端方向に送気するスパイラル溝と、動圧軸の外周面に開口する半径部とこの半径部と連通して動圧軸の中心に沿ってその外側端に開口する中空部とからなり外気と連通する外気連通孔を形成し、
前記動圧軸の自由端と動圧スリーブとの間に、動圧スリーブのスラスト変位に応じて容積が変わる軸端室を形成し、この軸端室と外気との間の動圧軸内部に、上記中空部と連通し、かつ上記半径部の上方に減衰部材を介設した、前記スラスト変位の急激な変化を抑える流路抵抗を有する減衰通路を形成した減圧式光偏向器。
【請求項２】
上記流路抵抗を、焼結メタルからなる減衰部材によって構成したことを特徴とする請求項１記載の減圧式光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受を介して高速回転する回転鏡により一定角度範囲にレーザ光等を偏向反射させる光偏向器に関し、特に、減圧手段による軽負荷高速回転を確保しつつ、構成のコンパクト化を可能とする減圧式光偏向器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の減圧式光偏向器の縦断面図である。この光偏向器１０１は、ケース１０２内に固定した動圧軸１０３に動圧スリーブ１０４を介して多面鏡または単面鏡による回転鏡１０５（以下、単に「回転鏡」という。）を備える。上記動圧スリーブ１０４は、動圧軸１０３に形成したヘリングボーン溝１０６，１０６によるラジアル動圧軸受によって回転可能に支持される。また、動圧スリーブ１０４とケース２との間にスラスト方向を支持する磁気軸受１０７ａ、回転駆動部１０７ｂを介設する。このような構成をなす光偏向器１０１は、その回転鏡１０５を高速回転することにより、一定角度範囲にレーザ光等を偏向反射する。
【０００３】
上記動圧軸１０３は、ラジアル動圧軸受１０６，１０６の他に、その側方に軸方向の空気送り作用をなすスパイラル溝１０８，１０８とその送り先側に開口する外気連通孔１０９，１０９とからなる排気機構を備える。この排気機構はラジアル動圧軸受１０６，１０６の両側方に対称的に構成し、動圧スリーブの両端１０４ａ，１０４ａからケース内の空気を同時に排気することによって減圧作用を生じ、軸受剛性を確保しつつケース内を低圧化することにより回転鏡１０４その他の回転抵抗を抑えて軽負荷高速回転を可能とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記光偏向器１０１は、略３００００ｒｐｍに及ぶ高速回転の回転部材を支承するために動圧軸受１０６，１０６を使用し、この動圧軸受は動圧軸１０３と動圧スリーブ１０４との間の略１〜５μｍの軸線方向に連続する空隙を有することから、この空隙を挟んで動圧軸受１０６，１０６の両端部に上記排気機構を対称的に構成せざるを得ないので、光偏向器の軸方向の構成寸法の増大を招いている。
【０００５】
本発明の目的は、減圧手段による軽負荷高速回転を確保しつつ、構成のコンパクト化を可能とする減圧式光偏向器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにヘリングボーン溝その他の動圧発生部による動圧軸受を介して互いに回転可能に嵌合する動圧軸および動圧スリーブからなるラジアル支持部を備え、このラジアル支持部を介してケース内に回転鏡その他の回転部材を回転可能に支持する光偏向器において、
前記ケースを密閉形成するとともに、前記動圧スリーブは一端を閉じて回転部材側に取り付け、前記動圧軸は片持ちにケース側に取り付け、かつ、前記動圧軸には、動圧軸の自由端方向に送気するスパイラル溝と、動圧軸の外周面に開口する半径部とこの半径部と連通して動圧軸の中心に沿ってその外側端に開口する中空部とからなり外気と連通する外気連通孔を形成し、
前記動圧軸の自由端と動圧スリーブとの間に、動圧スリーブのスラスト変位に応じて容積が変わる軸端室を形成し、この軸端室と外気と動圧軸内部に、上記中空部と連通し、かつ上記半径部の上方に減衰部材を介設した、前記スラスト変位の急激な変化を抑える流路抵抗を有する減衰通路を形成したことを特徴とするものである。
又、上記流路抵抗を、焼結メタルからなる減衰部材によって構成したことを特徴とするものである。
【０００７】
上記構成の減圧式光偏向器は、動圧軸および動圧スリーブの間の隙間は動圧軸の固定端側においてのみケース内と連通する。そして、動圧軸の自由端方向に送気するスパイラル溝と、その送り先側に開口して外気と連通する外気連通孔とを上記動圧軸受の側方のラジアル支持部に形成したことから、ケース内の空気はスパイラル溝と外気連通孔とを介して排出され、ケース内が減圧される。
また、上記流路抵抗を、焼結メタルからなる減衰部材によって構成した場合は、機械加工の困難な直径０．１ｍｍ以下の円孔に相当する流量比例抵抗を、回転部材側の質量に応じ、また、軸端室の容積に応じて精度良く設定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示す動圧軸固定の減圧式光偏向器の縦断面図である。減圧式光偏向器１は、ケース２内に動圧によるラジアル支持部３を介して回転鏡４その他の回転部材を回転可能に支持して構成する。
【０００９】
ケース２の中央部にラジアル支持部３の動圧軸５を片持ちに起立固定する。ラジアル支持部３は、図示の動圧軸５に動圧発生部６を形成し、または、動圧スリーブ７に動圧発生部６を形成して動圧軸５と動圧スリーブ７とを互いに回転可能に嵌合する。この動圧スリーブ７に回転鏡４その他の回転部材を取付け、蓋部材８を取付けてケース２内を密閉する。上記動圧発生部６は図示の一体形成または分離形成のヘリングボーン溝６、その他各種の動圧支持手段による動圧軸受をなす。
【００１０】
動圧スリーブ７はその一端７ａを閉じた袋状に形成し、ケース２に片持ち固定した動圧軸５と嵌合する。この動圧軸５の自由端５ａ方向に送気するスパイラル溝９を動圧発生部６の側方のラジアル支持部３に形成し、その送り先側に外気連通孔１０を開口する。スパイラル溝９は図示の動圧軸５または動圧スリーブ７に、外気連通孔１０は図示の動圧軸５に、またはこの動圧軸５を介して動圧スリーブ７に形成する。スパイラル溝９はケース２内の空気を自由端５ａ方向に片送りし、外気連通孔１０から排出されることからスパイラル溝９と外気連通孔１０は排気機構をなす。
【００１１】
動圧スリーブ７はその外周のケース２との間にスラスト磁気軸受１１、回転駆動部１２を備える。この回転駆動部１２は、マグネット１３を回転側とし、コイル１４、ヨーク１５、および、回転センサ１２ａ等を固定側として構成する。
【００１２】
このような構成をなす減圧式光偏向器１は、回転部材４側をなす動圧スリーブ７の一端を閉じ、この動圧スリーブ７をケース２側の動圧軸５と嵌合したことから、動圧スリーブ７の開放端７ｂ側が動圧軸５の固定端５ｂ側に嵌合し、したがって動圧軸５および動圧スリーブ７の間の隙間は動圧スリーブの開放端７ｂにおいてのみケース２内と連通する。
【００１３】
このケース２に固定した動圧軸５の自由端５ａ方向に送気するスパイラル溝９とその送り先側に開口する外気連通孔１０とからなる排気機構を形成したことから、ケース２内の空気は、対称配置の排気機構を要することなく、単一の排気機構によるスパイラル溝９と外気連通孔１０とを介して排出され、ケース２内が減圧される。
【００１４】
したがって、本発明の減圧式光偏向器は、動圧軸上に排気機構を対称配置に要することなく、スパイラル溝と外気連通孔とによる単一の排気機構により、軽負荷高速回転を確保しつつ、構成のコンパクト化を可能とする。また、動圧軸５の動圧発生部６より固定端５ｂ側に外気連通孔１０を開口すれば、外気が軸受背圧として作用するので、排気による軸受部の低圧化を回避して軸受剛性を確保することができる。
【００１５】
上記外気連通孔１０は動圧軸５の外周面に開口する半径部１０ａとこの半径部１０ａと連通して動圧軸５の中心に沿ってその外側端に開口する中空部１０ｂとからなり、この中空部１０ｂは、さらに、他の自由端５ａまで貫通し、同自由端５ａ側に動圧スリーブ７によって形成される軸端室１６と連通する。
【００１６】
この軸端室１６に至る中空部１７により、ヘリングボーン溝等の動圧軸受６によって軸線方向の気体流動を伴う場合、および、上記排気機構による気体流動を受ける場合でも軸端室１６の圧力変動が回避されるので、軸線方向力の発生を抑えることができる。上記排気機構によってケース２内が減圧された際は、両中空部１０ｂ，１７を介して軸端室１６に作用する外気圧が、動圧軸５と動圧スリーブ７との間のスラスト変位に対応して作用するスラスト磁気軸受１１のスラスト力とバランスする。
【００１７】
この軸端室１６に至る両中空部１０ｂ，１７のいずれか（図示例は中空部１７）に空気流通を抑制する焼結メタル等による減衰部材１８を介設して減衰通路を形成し、必要に応じて図示せぬフィルタを中空部１０ｂの開口に取付ける。
【００１８】
上記軸端室１６は動圧軸５に対する動圧スリーブ７のスラスト変位に応じた可変容積をなし、このスラスト変位動作に応じて減衰部材１８を介する空気流動が生じることから、この減衰部材１８をスラスト変位の急激な変化を抑えるに足る流路抵抗に設定することにより、衝撃等による高速のスラスト変位動作が抑えられるとともに、排気機構や動圧軸受による緩慢な空気流動に対して一定圧力の外気と連通して軸端室１６の内圧が一定の外気圧に保たれるので回転の安定を図ることができる。また、焼結メタルによって減衰部材を形成することにより、機械加工の困難な直径０．１ｍｍ以下の円孔に相当する流量比例抵抗を、回転部材側の質量に応じ、また、軸端室の容積に応じて精度良く設定することができる。
【００１９】
図２は図１の減圧式光偏向器のラジアル軸受の構成例である。本発明の減圧式光偏向器は、溝２１，２２を分離形成した分離ヘリングボーン溝による動圧軸（Ａ）、負荷に応じて複数の軸受２３，２４を備えた動圧軸（Ｂ）等、ヘリングボーン溝の密接又は分離、軸受の数に関わらず、各種の動圧軸受の適用が可能である。特に、軸線方向の気体流動を伴わない周回流動による多偏弧断面形状の動圧軸２５と動圧スリーブ２６とによる動圧軸受（Ｃ）等の場合は、スパイラル溝９の排気作用と分離して減衰部材１８の容量設定が可能となる。
【００２０】
図３は他のラジアル動圧軸受の図２と同様の図である。水抜き溝３１を形成した動圧スリーブ３２と多偏弧断面形状の動圧軸３３とによる高機能の周回流動型動圧軸受（Ａ）の適用が可能である。その他、方向性を有する多偏弧断面形状の動圧スリーブ３４と動圧軸３５とによる動圧軸受（Ｂ）、方向性を有する多角辺断面形状の動圧軸３６と動圧スリーブ３７とによる動圧軸受（Ｃ）等、周回流動による各種の動圧軸受の適用が可能である。
【００２１】
図４は動圧軸回転の減圧式光偏向器の図１と同様の図である。前記同様の部材はその符号を付して説明を省略する。
減圧式光偏向器４１は、密閉したケース２内に動圧によるラジアル支持部４２を介して回転鏡４等の回転部材を回転可能に収容して構成する。
【００２２】
ラジアル支持部４２は、ケース２の中央部に起立形成した動圧スリーブ４３と、回転部材側をなす動圧軸４４とを互いに回転可能に嵌合する。図示の動圧軸４４に動圧発生部６を形成し、または、動圧スリーブ４３に動圧発生部６を形成して動圧軸受を形成する。動圧軸４４は取付け部材４５に対して片持ちに一体固定し、この取付け部材４５を介して回転鏡４その他の回転部材を取付け、蓋部材８を取付けてケース２を気密に構成する。
【００２３】
動圧軸４４の自由端４４ａ方向に送気するスパイラル溝９を動圧発生部６の側方のラジアル支持部４２に形成し、その送り先側に外気連通孔１０を開口する。スパイラル溝９は図示の動圧軸４４または動圧スリーブ４３に、外気連通孔１０は図示の動圧軸４４に、またはこの動圧軸４４を介して動圧スリーブ４３に形成し、これらスパイラル溝９と外気連通孔１０とにより排気機構を構成する。
【００２４】
取付け部材４５はその外周のケース２との間にスラスト磁気軸受１１、回転駆動部１２を備える。この回転駆動部１２は、マグネット１３を回転側とし、コイル１４、ヨーク１５、および、回転センサ１２ａ等を固定側として構成する。
【００２５】
このような構成をなす減圧式光偏向器４１は、回転部材４側に動圧軸４４を片持ちに取付け、ケース２側の動圧スリーブ４３と嵌合したことから、動圧スリーブ４３の開放端４３ａ側が動圧軸４４の固定端４４ｂ側に嵌合したことから、動圧軸４４および動圧スリーブ４３の間の隙間はその開放端４３ａにおいてのみケース２内と連通する。
【００２６】
上記動圧軸４４の自由端４４ａ方向に送気するスパイラル溝９とその送り先側に開口する外気連通孔１０とからなる排気機構を動圧軸受の側方に形成したことから、ケース２内の空気はスパイラル溝９と外気連通孔１０とを介して排出され、ケース内が減圧される。
【００２７】
したがって、本発明の減圧式光偏向器は、動圧軸上に排気機構を対称配置に要することなく、スパイラル溝と外気連通孔とによる単一の排気機構により、軽負荷高速回転を確保しつつ、構成のコンパクト化を可能とする。また、動圧軸４４の動圧発生部６より固定端４４ｂ側に外気連通孔１０を開口すれば、外気が軸受背圧として作用するので軸受剛性を確保することができる。
【００２８】
上記排気機構によってケース２内が減圧された際は、動圧軸４４に作用する外気圧が、動圧軸４４と動圧スリーブ４５との間のスラスト変位と対応して作用するスラスト磁気軸受１１のスラスト力とバランスする。
【００２９】
上記動圧軸４４の自由端４４ａ側に、その外方を閉じて軸端室４６を形成する。この軸端室４６を外気側と連通し、かつ、その空気流通を抑制するための減衰部材４７を介設し、必要に応じて図示せぬフィルタで覆う。これにより、前記同様に減衰部材４７の流路抵抗によって上記スラスト変位動作を抑えることができ、かつ、一定圧力の外気と連通して軸端室４６の内圧を一定に保つことができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明による減圧式光偏向器は以下の効果を奏する。ラジアル支持部の一側をなす動圧スリーブは一端を閉じて回転部材側に、他側をなす動圧軸は片持ちにケース側に形成し、互いに嵌合したことから、動圧スリーブの開放端側が動圧軸の固定端側に嵌合する。これにより、動圧軸および動圧スリーブの間の隙間は動圧軸の固定端側においてのみケース内と連通する。そして、動圧軸の自由端方向に送気するスパイラル溝と、その送り先側に開口して外気と連通する外気連通孔とを上記動圧軸受の側方のラジアル支持部に形成したことから、ケース内の空気はスバイラル溝と外気連通孔とを介して排出され、ケース内が減圧される。
【００３１】
したがって、本発明の減圧式光偏向器は、動圧軸上に排気機構を対称配置に要することなく、スパイラル溝と外気連通孔とによる単一の排気機構により、軽不可高速回転を確保しつつ、構成のコンパクト化を可能とする。
又、前記外気連通孔が動圧軸受より動圧軸の固定端側に開口したため、外気連通孔を介して外気が軸受背圧として作用するので軸受剛性を確保することができる。
又、前記動圧軸の自由端に臨んでこの動圧軸と動圧スリーブとの間のスラスト変位に応じた容積をなす軸端室を形成し、この軸端室と外気との間に上記スラスト変位の急激な変化を抑える流路抵抗を有する減衰通路を形成したため、動圧軸と動圧スリーブとの間のスラスト変位動作による減衰通路の空気流に作用する流路抵抗によって衝撃等による高速のスラスト変位動作が抑えられ、また、減衰通路は一定圧力の外気と連通することから、排気機構は一定の背圧によって排気機能が確保され、かつ、軸端室の内圧が外気圧に保たれて回転の安定を図ることができる。
又、上記流路抵抗を、焼結メタルからなる減衰部材によって構成した場合は、機械加工の困難な直径０．１ｍｍ以下の円孔に相当する流量比例抵抗を、回転部材側の質量に応じ、また、軸端室の容積に応じて精度良く設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す動圧軸固定の減圧式光偏向器の縦断面図
【図２】図１の減圧式光偏向器のラジアル軸受の構成例
【図３】他のラジアル動圧軸受の図２と同様の図
【図４】動圧軸回転の減圧式光偏向器の図１と同様の図
【図５】従来の減圧式光偏向器の縦断面図
【符号の説明】
１      減圧式光偏向器
２      ケース
３      ラジアル支持部
４      回転鏡（回転部材）
５      動圧軸
５ａ    自由端
５ｂ    固定端
６      ヘリングボーン溝（動圧発生部）
７      動圧スリーブ
７ａ    一端
７ｂ    開放端
８      蓋部材
９      スパイラル溝（排気機構）
１０    外気連通孔（排気機構）
１０ａ  半径部
１０ｂ  中空部
１６    軸端室
１７    中空部
１８    減衰部材（減衰通路）
４１    減圧式光偏向器
４２    ラジアル支持部
４３    動圧スリーブ
４３ａ  開放端
４４    動圧軸
４４ａ  自由端
４４ｂ  固定端
４５    取付け部材
４６    軸端室
４７    減衰部材（減衰通路）
【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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