(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対のロータ用永久磁石を備えて上下方向の軸心周りに回転自在なロータと、前記ロータ用永久磁石に対向して反発するステータ用永久磁石を備えたステータとを有し、前記ロータ用永久磁石と前記ステータ用永久磁石との磁気反発力により前記ロータを浮上させる反発型磁気浮上軸受において、
前記ロータの回転中心軸をＺ軸、前記ロータの回転中心軸方向をＺ方向、前記ロータの回転中心軸方向と直交する半径方向をｒ方向、前記ロータが回転する円周周り方向をθ方向とするとき、
格納室とこの格納室に格納されて前記ロータの回転数上昇に伴う遠心力上昇により少なくともＺ方向上方へ移動する、非磁性材の流動性質量体とを備えた重心移動機構が前記ロータに設けられていることを特徴とする反発型磁気浮上軸受。
【請求項２】
前記重心移動機構は、前記ロータに内装されていることを特徴とする請求項１に記載の反発型磁気浮上軸受。
【請求項３】
１対のロータ用永久磁石を備えて上下方向の軸心周りに回転自在なロータと、前記ロータ用永久磁石に同軸上で対向するステータ用永久磁石を備えたステータとを有し、前記ロータ用永久磁石と前記ステータ用永久磁石との磁気反発力により前記ロータを浮上させる反発型磁気浮上軸受において、
前記ロータの回転中心軸をＺ軸、前記ロータの回転中心軸方向をＺ方向、前記ロータの回転中心軸方向と直交する半径方向をｒ方向、前記ロータが回転する円周周り方向をθ方向とするとき、
格納室とこの格納室に格納された、非磁性材の流動性質量体とを備えた重心移動機構を有し、
前記格納室はｒ方向ベクトルと交わる壁面を有し、この壁面のうちＺ軸から遠くに位置する側の格納室外側壁面はＺ軸からの距離がＺ方向上方に向かうにつれて大きくなるように形成されていることを特徴とする反発型磁気浮上軸受。
【請求項４】
前記重心移動機構は、前記ロータに内装されていることを特徴とする請求項３に記載の反発型磁気浮上軸受。
【請求項５】
前記格納室外側壁面がＺ軸となす角度は、Ｚ方向上方側がＺ方向下方側より小さく設定されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の反発型磁気浮上軸受。
【請求項６】
前記格納室外側壁面における少なくともＺ軸に対する角度が変化する領域はＺ方向に沿った曲面に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の反発型磁気浮上軸受。
【請求項７】
前記流動性質量体を格納した前記格納室がθ方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか一項に記載の反発型磁気浮上軸受。
【請求項８】
１対のロータ用永久磁石を備えて上下方向の軸心周りに回転自在なロータと、前記ロータ用永久磁石に同軸上で対向するステータ用永久磁石を備えたステータとを有し、前記ロータ用永久磁石と前記ステータ用永久磁石との磁気反発力により前記ロータを浮上させる反発型磁気浮上軸受において、
前記ロータの回転中心軸をＺ軸、前記ロータの回転中心軸方向をＺ方向、前記ロータの回転中心軸方向と直交する半径方向をｒ方向、前記ロータが回転する円周周り方向をθ方向とするとき、
格納室とこの格納室に格納された流動性質量体とを備えた重心移動機構を有し、
前記格納室はｒ方向ベクトルと交わる壁面を有し、この壁面のうちＺ軸から遠くに位置する側の格納室外側壁面はＺ軸からの距離がＺ方向上方に向かうにつれて大きくなるように形成されている反発型磁気浮上軸受であって、
前記格納室がＺ方向に積層されており、
前記格納室外側壁面がＺ軸となす角度は、Ｚ方向下方側に位置する層の前記格納室に比べてＺ方向上方側に位置する層の前記格納室が小さく形成されていることを特徴とする反発型磁気浮上軸受。
【請求項９】
１対のロータ用永久磁石を備えて上下方向の軸心周りに回転自在なロータと、前記ロータ用永久磁石に同軸上で対向するステータ用永久磁石を備えたステータとを有し、前記ロータ用永久磁石と前記ステータ用永久磁石との磁気反発力により前記ロータを浮上させる反発型磁気浮上軸受において、
前記ロータの回転中心軸をＺ軸、前記ロータの回転中心軸方向をＺ方向、前記ロータの回転中心軸方向と直交する半径方向をｒ方向、前記ロータが回転する円周周り方向をθ方向とするとき、
格納室とこの格納室に格納された流動性質量体とを備えた重心移動機構を有し、
前記格納室はｒ方向ベクトルと交わる壁面を有し、この壁面のうちＺ軸から遠くに位置する側の格納室外側壁面はＺ軸からの距離がＺ方向上方に向かうにつれて大きくなるように形成されている反発型磁気浮上軸受であって、
前記格納室がＺ方向に積層されており、
θ方向に沿って複数設けられた前記格納室の位置が、上下で隣接する各層ごとにθ方向にずらして形成されていることを特徴とする反発型磁気浮上軸受。
【請求項１０】
１対のロータ用永久磁石を備えて上下方向の軸心周りに回転自在なロータと、前記ロータ用永久磁石に同軸上で対向するステータ用永久磁石を備えたステータとを有し、前記ロータ用永久磁石と前記ステータ用永久磁石との磁気反発力により前記ロータを浮上させる反発型磁気浮上軸受において、
前記ロータの回転中心軸をＺ軸、前記ロータの回転中心軸方向をＺ方向、前記ロータの回転中心軸方向と直交する半径方向をｒ方向、前記ロータが回転する円周周り方向をθ方向とするとき、
格納室とこの格納室に格納された流動性質量体とを備えた重心移動機構を有し、
前記格納室はｒ方向ベクトルと交わる壁面を有し、この壁面のうちＺ軸から遠くに位置する側の格納室外側壁面はＺ軸からの距離がＺ方向上方に向かうにつれて大きくなるように形成されている反発型磁気浮上軸受であって、
前記格納室がＺ方向に積層されており、
各層の前記格納室における前記流動性質量体の格納量は、Ｚ方向両端側の層の前記格納室がＺ方向中央側の層の前記格納室に比べて少ないことを特徴とする反発型磁気浮上軸受。
【請求項１１】
前記格納室には、前記流動性質量体を充填・排出するための穴が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の反発型磁気浮上軸受。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の反発型磁気浮上軸受と、
前記ロータを回転させる駆動部と、
前記ロータの外周部に設けられてこのロータと一体に回転して光を偏向走査するポリゴンミラーと、を有する光偏向走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反発型磁気浮上軸受及びその反発型磁気浮上軸受を用いた光偏向走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザビームを一方向に偏向走査して感光体上に潜像を形成するレーザプリンタや、偏向方向が直交する２つの光偏向走査装置を組み合わせてスクリーン上でレーザビームを走査して画像を形成するレーザ走査型ディスプレイ装置が知られている。これらの装置においては、レーザビームの偏向走査手段として、ポリゴンミラーを用いた光偏向走査装置が広く利用されている。
【０００３】
ポリゴンミラーを用いた光偏向走査装置の回転駆動機構としては、例えば、動圧軸受がある。この動圧軸受では、回転速度３００００ｒｐｍレベルのものが実用化されており、５００００ｒｐｍレベルの報告例もある。
【０００４】
しかし、動圧軸受の場合、回転速度の上昇に伴い熱が発生するという構造特性上の課題がある。
【０００５】
これに対し、より高速の回転速度が得られる軸受としては、磁気浮上軸受が注目されている。磁気浮上軸受は、ロータとステータとが非接触であるため、接触による摩擦熱が発生しないという特徴があり、高速回転に適した方式と考えられる。製品としては、回転を安定化させるために、６自由度のうち、回転を除く５軸の全てを能動的に制御する方式を採用したものが実用化されており、７００００ｒｐｍを超える回転速度が得られ、工作機械などのように多少コストが高くても市場ニーズのある用途に利用されている。
【０００６】
しかし、５軸能動制御型磁気浮上軸受は、磁力制御機構が複雑であり、コストも高く、装置の小型化にも課題が多い。このため、５軸能動制御型磁気浮上軸受を、ポリゴンミラーを用いた光偏向走査装置の軸受として採用することは原理的には可能であるが、装置のコストや大きさの点から課題がある。
【０００７】
これに対し、別なる軸受として、永久磁石による１軸制御型反発型磁気浮上軸受（以下、反発型磁気浮上軸受という）が提案されている。反発型磁気浮上軸受は、複数の永久磁石を対向させることで生じる反発力を利用して受動的にバランス制御を行う軸受であって、上述した５軸能動制御型磁気浮上軸受に比べると、機構制御に要する装置構成は極めて簡素である。
【０００８】
このような反発型磁気浮上軸受によれば、回転を除く５軸のうちの１軸のみを能動的に制御し、他の４軸においては永久磁石間の反発力によって受動的に磁力バランスをとることができ、ロータを安定して回転させることができる。
【０００９】
ここで、反発型磁気浮上軸受を用いた光偏向走査装置の一例を図１８に基づいて説明する。
【００１０】
反発型磁気浮上軸受は、上下方向の軸心周りに回転自在なロータ１００と、位置固定に設けられたステータ１０１とを主要な構成とし、ロータ１００には上下１対のロータ用永久磁石１０２ａ、１０２ｂが固定されている。ステータ１０１には、ロータ用永久磁石１０２ａ、１０２ｂに対向して反発するステータ用永久磁石１０３ａ、１０３ｂが固定されている。ロータ１００は、対向して配置されたロータ用永久磁石１０２ａ、１０２ｂとステータ用永久磁石１０３ａ、１０３ｂとの磁気反発力により浮上している。
【００１１】
光偏向走査装置は、このような反発型磁気浮上軸受に対し、ロータ１００を回転させる駆動部として永久磁石と電磁石とを有する回転用駆動モータ１０４と、ロータ１００と同軸上に配置されてロータ１００と一体に回転するポリゴンミラー１０５とを取付けることにより構成されている。
【００１２】
図１８に示した反発型磁気浮上軸受は、軸長（ロータの回転中心軸方向の寸法）が大きく、７０〜８０ｃｍある。このため、このような反発型磁気浮上軸受をレーザビームプリンタやレーザ走査型ディスプレイ装置に適用するためには、従来例に比べて軸長を小さくしたコンパクトな構成としなければならない。
【００１３】
反発型磁気浮上軸受を軸長を小さくして小型化するためには、次のような課題が発生する。
【００１４】
まず、反発型磁気浮上軸受におけるロータ磁石とステータ磁石との間の磁気反発力は、ロータの回転中心軸方向の反発力（Ｚ方向反発力）とロータの回転中心軸方向と直交する方向の反発力（ｒ方向反発力）とに分けられる。
【００１５】
Ｚ方向反発力はロータの自重とバランスさせる必要があり、反発型磁気浮上軸受の小型化によりロータが軽量化されれば、それに伴ってＺ方向反発力も弱めなければならない。しかし、Ｚ方向反発力を弱めると、それに伴ってｒ方向反発力も弱くなり、ｒ方向反発力が弱くなることによりロータとステータとが接触しやすくなるという不都合が生じやすくなる。
【００１６】
また、磁力バランス調整の容易性の観点から、以下のことが言える。ある調整パラメータを考えた場合、そのパラメータ値の変化量に対する反発力の変化量が大きいと、調整が困難になる。言い換えると、調整感度の緩いパラメータを見つけることによって、磁力バランス調整（Ｚ方向反発力、ｒ方向反発力の調整）が容易になる。磁力バランスを調整する調整パラメータは多数存在するが、その中でも、ロータの重量、径、軸長などは重要な調整パラメータである。
【００１７】
しかし、上記の反発型磁気浮上軸受を、ポリゴンミラーを備えた光偏向走査装置等に適用する場合、適用される装置のスペックによって、ロータに求められる形状、サイズ、重量が予め規定されてしまう。このため、予め規定された条件のなかで、磁力のバランス調整を可能にする現実的な手段が必要となる。
【００１８】
そこで本出願の出願人は、反発型磁気浮上軸受の小型化及びその反発型磁気浮上軸受を用いた小型の光偏向走査装置を実現するうえで、ロータの条件パラメータが予め決められた状態においても、ロータ用永久磁石とステータ用永久磁石との間で生じる磁気反発力と剛性とを容易に調整可能な構造、あるいは、調整方法について検討し、その結果を、特願2000-273044において提案している。この特許出願によれば、ステータ用永久磁石をロータ用永久磁石より大きく形成し、ステータ用永久磁石の大きさをロータの回転中心軸方向（Ｚ方向）に作用する反発力を調整するパラメータとして用いることにより、反発型磁気浮上軸受の小型化、この反発型磁気浮上軸受を備えた光偏向走査装置の小型化を図ることができることを明らかにしている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反発型磁気浮上軸受の回転停止状態におけるロータの浮上安定性を維持するためには、ロータの重心位置が低いことが望ましい。特に、反発型磁気浮上軸受を小型化することによりロータが軽量になった場合には、それが顕著になる。
【００２０】
一方、ロータの重心位置が下側に位置していると、ロータの回転時にロータが傾く現象、所謂、軸ブレが発生しやすい。
【００２１】
本発明の目的は、回転停止時におけるロータの浮上安定性を高めることができるとともに、回転時における軸ブレを防止して回転安定性を高めることができる反発型磁気浮上軸受を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１対のロータ用永久磁石を備えて上下方向の軸心周りに回転自在なロータと、前記ロータ用永久磁石に対向して反発するステータ用永久磁石を備えたステータとを有し、前記ロータ用永久磁石と前記ステータ用永久磁石との磁気反発力により前記ロータを浮上させる反発型磁気浮上軸受において、前記ロータの回転中心軸をＺ軸、前記ロータの回転中心軸方向をＺ方向、前記ロータの回転中心軸方向と直交する半径方向をｒ方向、前記ロータが回転する円周周り方向をθ方向とするとき、格納室とこの格納室に格納されて前記ロータの回転数上昇に伴う遠心力上昇により少なくともＺ方向上方へ移動する、非磁性材の流動性質量体とを備えた重心移動機構が前記ロータに設けられていることを特徴とする。
【００２３】
したがって、この反発型磁気浮上軸受によれば、ロータの回転停止時には流動性質量体が自重により格納室内をＺ方向下方へ移動し、ロータの重心位置が下がり、回転停止時におけるロータの浮上安定性が高くなる。一方、ロータの回転時には、その回転に伴って発生する遠心力により流動性質量体が格納室内をＺ方向上方へ移動し、ロータの重心位置が高くなり、回転に伴う軸ブレの発生が防止されてロータの回転安定性が高くなる。さらに、流動性質量体の移動はロータの回転に伴う遠心力を利用して自動的に行われるため、流動性質量体を移動制御するための機構は不要であり、重心移動機構の構成が極めて簡単なものとなる。また、非磁性材である流動性質量体は、反発型磁気浮上軸受内の磁場に対して影響を与えることがなく、この流動性質量体がＺ方向上方又はＺ方向下方へ移動した場合であっても反発型磁気浮上軸受内の磁気的なバランス特性が一定に維持される。
【００２４】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記流動性質量体は、Ｚ方向上方へ連続的に移動することができる。
【００２５】
ロータの回転数の上昇に伴ってロータの重心位置が次第にＺ方向上方へ移動するが、その移動が連続的に行われるので重心位置の移動も連続的に行われることになり、ロータが重心位置を移動させながら回転する場合においてその回転の安定性を維持できる。
【００２６】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記重心移動機構は、前記ロータに内装されていることができる。
【００２７】
したがって、ロータへポリゴンミラーを取付ける場合において、その取付けはロータにおけるＺ方向略中央部に行うことが好ましく、そのような位置へのポリゴンミラーの取付けを行った場合であっても、取付けられたポリゴンミラーに干渉することなく流動性質量体をＺ方向略中央部まで移動させることができる。
【００２８】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室はｒ方向ベクトルと交わる２つの壁面としてＺ軸から遠くに位置する格納室外側壁面とＺ軸の近くに位置する格納室内側壁面とを有し、前記流動性質量体は前記格納室に格納されたときにｒ方向ベクトルと交わる２つの壁面としてＺ軸から遠くに位置する流動性質量体外側壁面とＺ軸の近くに位置する流動性質量体内側壁面とを有し、前記格納室外側壁面と前記流動性質量体外側壁面とがＺ軸に対する同じ傾斜角を有するとともにこれらの格納室外側壁面と流動性質量体外側壁面とはＺ方向上方側に向かうにつれてＺ軸から離れる向きに傾斜していることができる。
【００２９】
したがって、ロータの回転に伴って流動性質量体に遠心力が作用したとき、流動性質量体外側壁面を格納室外側壁面に押圧させた状態で流動性質量体をＺ方向上方へ自動的に移動させることができる。また、ロータの回転数が下がった場合には、流動性質量体外側壁面を格納室外側壁面に押圧させた状態を維持しつつ流動性質量体をＺ方向下方側へ移動させることができる。
【００３０】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室内側壁面と前記流動性質量体内側壁面とが前記格納室外側壁面及び前記流動性質量体外側壁面と同じ傾斜角に形成されて、前記格納室のｒ方向の断面積形状と前記格納室に格納された状態の前記流動性質量体のｒ方向断面積形状とが略同じに形成されていることができる。
【００３１】
したがって、流動性質量体が格納室内をＺ方向上方側又はＺ方向下方側へ移動するとき、流動性質量体外側壁面が格納室外側壁面に押圧されるとともに、流動性質量体内側壁面が格納室内側壁面に略面接触する状態となるので、流動性質量体は格納室内をガタつくことなく移動することになり、ロータが重心位置を移動させながら回転する場合においてその回転の安定性を維持できる。
【００３２】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室の１つの壁面である格納室底面と、前記流動性質量体が前記格納室に格納されたときに前記格納室底面に対向する前記流動性質量体の一つの壁面である流動性質量体底面とが略一致する形状に形成され、前記Ｚ軸に対する前記流動性質量体内側壁面の傾斜角が前記Ｚ軸に対する前記格納室内側壁面の傾斜角より大きく形成されていることができる。
【００３３】
したがって、流動性質量体が格納室内をＺ方向上方側又はＺ方向下方側へ移動するとき、流動性質量体外側壁面が格納室外側壁面に押圧されるとともに流動性質量体内側壁面と格納室内側壁面との間には隙間ができ、流動性質量体の移動に伴う格納室内の気体の移動がこの隙間を通して行われるので、格納室内に存在する気体が移動する流動性質量体に圧縮されてその移動を妨げるということが発生せず、格納室内での流動性質量体の移動がスムーズに行われる。また、ロータの回転停止時に流動性質量体がＺ方向最下方位置まで移動したときには、流動性質量体底面と格納室底面とが嵌り合う状態となるので、ロータの回転停止時における流動性質量体の位置を常に一定に維持することができ、回転停止時におけるロータの浮上安定性が維持される。
【００３４】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記流動性質量体を格納した前記格納室がθ方向に沿って複数設けられていることができる。
【００３５】
したがって、流動性質量体をθ方向に沿って分散させることができ、ロータの重心位置の偏芯を防止でき、回転停止時においては浮上安定性が良くなり、及び、回転時においては質量の局在化による回転速度の周期的なムラを防止できる。
【００３６】
本発明は、１対のロータ用永久磁石を備えて上下方向の軸心周りに回転自在なロータと、前記ロータ用永久磁石に同軸上で対向するステータ用永久磁石を備えたステータとを有し、前記ロータ用永久磁石と前記ステータ用永久磁石との磁気反発力により前記ロータを浮上させる反発型磁気浮上軸受において、前記ロータの回転中心軸をＺ軸、前記ロータの回転中心軸方向をＺ方向、前記ロータの回転中心軸方向と直交する半径方向をｒ方向、前記ロータが回転する円周周り方向をθ方向とするとき、格納室とこの格納室に格納された流動性質量体とを備えた重心移動機構を有し、前記格納室はｒ方向ベクトルと交わる壁面を有し、この壁面のうちＺ軸から遠くに位置する側の格納室外側壁面はＺ軸からの距離がＺ方向上方に向かうにつれて大きくなるように形成されていることを特徴とすることができる。
【００３７】
ここで、流動性質量体としては液体、特に不揮発性液体が好適であり、あるいは、粉体であってもよい。粉体の場合には、粒子間の凝集が起こりにくい程度の粒径を有する粒状体が好ましい。
【００３８】
したがって、この反発型磁気浮上軸受によれば、ロータの回転停止時においては流動性質量体が自重により格納室内をＺ方向下方へ移動し、ロータの重心位置が下がり、回転停止時におけるロータの浮上安定性が高くなる。また、ロータの回転時には、その回転に伴って発生する遠心力が流動性質量体に作用して流動性質量体が格納室外側壁面に押し付けられ、その反力の上方向き成分により流動性質量体が格納室の格納室外側壁面に沿ってＺ方向上方へ移動し、ロータの重心位置が高くなり、回転に伴う軸ブレの発生が防止されてロータの回転安定性が高くなる。さらに、流動性質量体の移動はロータの回転に伴う遠心力を利用して自動的に行われるため、流動性質量体を移動制御するための機構は不要であり、重心移動機構の構成が極めて簡単なものとなる。
【００３９】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記流動性質量体は非磁性材であることを特徴とする。
【００４０】
したがって、非磁性材である流動性質量体は、反発型磁気浮上軸受内の磁場に対して影響を与えることがなく、この流動性質量体がＺ方向上方又はＺ方向下方へ移動した場合であっても反発型磁気浮上軸受内の磁気的なバランス特性が一定に維持される。
【００４１】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記重心移動機構は、前記ロータに内装されていることを特徴とする。
【００４２】
したがって、ロータへポリゴンミラーを取付ける場合において、その取付けはロータにおけるＺ方向略中央部に行うことが好ましく、そのような位置へのポリゴンミラーの取付けを行った場合であっても、取付けられたポリゴンミラーに干渉することなく流動性質量体をＺ方向略中央部まで移動させることができる。
【００４３】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室外側壁面がＺ軸となす角度は、Ｚ方向上方側がＺ方向下方側より小さく設定されていることを特徴とする。
【００４４】
したがって、ロータの回転数が上昇するにつれて流動性質量体に作用する遠心力が大きくなり、流動性質量体は格納室外周壁面に沿ってＺ方向上方側へ移動するが、格納室外側壁面がＺ軸となす角度はＺ方向上方側では小さいので、ロータの回転が高速になって流動性質量体がＺ方向上方へ移動するにつれて格納室外側壁面に押し付けられた流動性質量体が格納室外側壁面から受ける反力の上方向き成分の上昇が抑えられ、ロータの高速回転時における流動性質量体のＺ方向上方への移動量を抑えることができるとともにロータの重心位置の上方への移動速度を抑えることができ、ロータの重心位置の移動速度を低速回転時及び高速回転時のいずれの場合にも略均一となるように制御することができ、ロータの回転の安定性を維持することができる。
【００４５】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室外側壁面における少なくともＺ軸に対する角度が変化する領域はＺ方向に沿った曲面に形成されていることを特徴とする。
【００４６】
したがって、流動性質量体のＺ方向への移動、即ち、ロータの重心位置の上下方向への移動を急激な変化点を生じさせることなく滑らかに連続的に行わせることができ、ロータの回転の安定性を維持することができる。
【００４７】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記流動性質量体を格納した前記格納室がθ方向に沿って複数設けられていることを特徴とする。
【００４８】
したがって、流動性質量体をθ方向に沿って分散させることができ、ロータの重心位置の偏芯を防止でき、回転停止時においては浮上安定性が良くなり、及び、回転時においては質量の局在化による回転速度の周期的なムラを防止できる。
【００４９】
本発明は、１対のロータ用永久磁石を備えて上下方向の軸心周りに回転自在なロータと、前記ロータ用永久磁石に同軸上で対向するステータ用永久磁石を備えたステータとを有し、前記ロータ用永久磁石と前記ステータ用永久磁石との磁気反発力により前記ロータを浮上させる反発型磁気浮上軸受において、前記ロータの回転中心軸をＺ軸、前記ロータの回転中心軸方向をＺ方向、前記ロータの回転中心軸方向と直交する半径方向をｒ方向、前記ロータが回転する円周周り方向をθ方向とするとき、格納室とこの格納室に格納された流動性質量体とを備えた重心移動機構を有し、前記格納室はｒ方向ベクトルと交わる壁面を有し、この壁面のうちＺ軸から遠くに位置する側の格納室外側壁面はＺ軸からの距離がＺ方向上方に向かうにつれて大きくなるように形成されていることを特徴とすることができる。そして、反発型磁気浮上軸受において、前記格納室がＺ方向に積層されていることを特徴とすることができる。
【００５０】
したがって、各層の格納室ごとに格納室外側壁面がＺ軸となす角度を変えることができ、各層の格納室ごとに格納室外側壁面がＺ軸となす角度を変えることにより、請求項１１又は１２の発明のように一つの格納室において格納室外側壁面のＺ軸となす角度を変えた場合と実質的に同じにすることができ、各格納室における格納室外側壁面の形状が単純になるため、格納室外側壁面の加工が容易になる。
【００５１】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室外側壁面がＺ軸となす角度は、Ｚ方向下方側に位置する層の前記格納室に比べてＺ方向上方側に位置する層の前記格納室が小さく形成されていることを特徴とする。
【００５２】
したがって、ロータの回転数が低速の時には各層の格納室内の流動性質量体がＺ方向上方へ移動するが、格納室外側壁面がＺ軸となす角度が大きいＺ方向下方側の格納室ではその移動速度が速く、格納室外側壁面がＺ軸となす角度が小さいＺ方向上方側の格納室ではその移動速度が遅い。ロータの回転数が所定回転数まで上昇してＺ方向下方側の格納室内の流動性質量体が最上方位置まで上昇した後は、ロータの回転数がさらに上昇してもＺ方向上方側の格納室内の流動性質量体のみが引き続き上方へゆっくりと移動することになる。このため、ロータの高速回転時におけるロータの重心位置の上方への移動速度を抑えることができ、高速回転時のロータの回転の安定性を維持することができる。さらに、各格納室における格納室外側壁面の形状が単純になるため、格納室外側壁面の加工が容易になる。
【００５３】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、θ方向に沿って複数設けられた前記格納室の位置が、上下で隣接する各層ごとにθ方向にずらして形成されている。
【００５４】
したがって、流動性質量体をθ方向に沿って分散させることができ、ロータの重心位置の偏芯を防止でき、回転停止時においては浮上安定性が良くなり、及び、回転時においては質量の局在化による回転速度の周期的なムラを防止できる。
【００５５】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、各層の前記格納室における前記流動性質量体の格納量は、Ｚ方向両端側の層の前記格納室がＺ方向中央側の層の前記格納室に比べて少ないことを特徴とする。
【００５６】
したがって、Ｚ方向上方側の層の格納室内の流動性質量体の量を少なくすることにより、ロータの回転が高速領域にあるときにおいて回転数変化に対する重心の移動速度を抑えることができる。また、Ｚ方向下方側の層の格納室内の流動性質量体の量を少なくすることにより、ロータの回転開始初期における急峻な重心移動を防止することができる。
【００５７】
本発明は、前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室には、前記流動性質量体を充填・排出するための穴が形成されていることを特徴とする。
【００５８】
したがって、格納室へ流動性質量体を補充したり抜き取ったりすることによる修理作業を容易に行える。特に、格納室がθ方向に複数設けられている場合には、各格納室内の流動性質量体の調整のために有効である。
【００５９】
本発明の光偏向走査装置は、前記反発型磁気浮上軸受と、前記ロータを回転させる駆動部と、前記ロータの外周部に設けられてこのロータと一体に回転して光を偏向走査するポリゴンミラーと、を有する。
【００６０】
したがって、この光偏向走査装置によれば、前記反発型磁気浮上軸受を用いた場合において、それらの各反発型磁気浮上軸受が有する作用・効果を奏する。
【００６１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図６に基づいて説明する。図１は反発型磁気浮上軸受を用いた光偏向走査装置におけるロータの回転停止時の状態を示す縦断正面図、図２はその一部を拡大して示す縦断正面図、図３は格納室と流動性質量体を含む可動質量体とを示す斜視図、図４は格納室のθ方向の配置状態を示す水平断面図、図５は光偏向装置装置におけるロータの回転時の状態を示す縦断正面図、図６は光偏向走査装置の制御系を示すブロック図である。
【００６２】
この光偏向走査装置に用いられている反発型磁気浮上軸受１はアウターロータタイプといわれるもので、上下方向の軸心周りに回転自在な円筒形状のロータ２と、このロータ２の内側に配置されたステータ３とを主要な構成とし、ステータ３の上部は支持体上板４に固定されている。
【００６３】
ロータ２には、上下１対のリング状のロータ用永久磁石５ａ、５ｂが固定され、これらのロータ用永久磁石５ａ、５ｂと対向して反発する上下１対のリング状のステータ用永久磁石６ａ、６ｂがステータ３に固定されている。ロータ２は、ロータ用永久磁石５ａ、５ｂとステータ用永久磁石６ａ、６ｂとの磁気反発力により浮上しており、ロータ用永久磁石５ａ、５ｂとステータ用永久磁石６ａ、６ｂとはともに上下方向に着磁されている。
【００６４】
ここで、以下の説明では、ロータ２の回転中心軸をＺ軸、ロータ２の回転中心軸方向をＺ方向、ロータ２の回転中心軸方向と直交する半径方向をｒ方向、ロータ２が回転する円周周り方向をθ方向として説明する。
【００６５】
ロータ２の底面部は円錐形状に形成され、この底面部と対向する位置にロータ浮上用電磁石７が対向配置されている。ロータ２の底面部とロータ浮上用電磁石７との間のギャップ量は変位センサ８（図６参照）により検知されている。なお、このロータ２の底面部の形状に関しては、円錐形状に代えて、Ｒ面形状としてもよい。
【００６６】
ロータ２には、このロータ２の重心位置をＺ方向へ移動させる重心移動機構９が内装されている。この重心移動機構９は、格納室１０と、格納室１０内に格納された可動質量体１１とから構成され、上下のロータ用永久磁石５ａ、５ｂの間に配置されている。
【００６７】
格納室１０は、図２及び図３に拡大して示すように、直方体を傾斜させた形状に形成されており、ｒ方向ベクトルと交わる２つの壁面としてＺ軸から遠くに位置する格納室外側壁面１２ａとＺ軸の近くに位置する格納室内側壁面１２ｂとを有している。これらの格納室外側壁面１２ａと格納室内側壁面１２ｂとはＺ軸に対して同じ傾斜角ａをもって形成されており、かつ、その傾斜方向は、Ｚ方向上方（＋Ｚ方向）に向かうにつれてＺ軸から離れる向きとなっている。
【００６８】
さらに、格納室１０は図４に示すように、θ方向に沿って等間隔で複数形成され、各格納室１０内に可動質量体１１が格納されている。
【００６９】
可動質量体１１は、図２及び図３に拡大して示すように、直方体を傾斜させた形状に形成されており、この可動質量体１１が格納室１０に格納されたときにｒ方向ベクトルと交わる２つの壁面としてＺ軸から遠くに位置する可動質量体外側壁面１３ａとＺ軸の近くに位置する可動質量体内側壁面１３ｂとを有している。これらの可動質量体外側壁面１３ａと可動質量体内側壁面１３ｂとは、可動質量体１１が格納室１０に格納された状態において、Ｚ軸に対して同じ傾斜角ａをもつように形成されている。なお、格納室１０のｒ方向の断面積形状と、格納室１０に格納された状態の可動質量体１１のｒ方向の断面積形状とが略同じに形成されている。
【００７０】
光偏向走査装置は、上述した反発型磁気浮上軸受１に対し、ロータ２を回転させる駆動部としての永久磁石と電磁石とを有する回転用電磁モータ１４（図６参照）と、ポリゴンミラー１５とを設けることにより構成されている。回転用電磁モータ１４は、ロータ２のＺ方向の略中央部に形成されたモータ格納部１６に格納され、ポリゴンミラー１５はこのモータ格納部１６の外周部に形成されている。
【００７１】
図６は、光偏向走査装置の制御系のブロック図である。変位センサ８によりロータ２の浮上位置（Ｚ方向位置）が検出されると、この検出信号はＡ／Ｄコンバータ１７を介してコントローラ１８に出力される。コントローラ１８では、検出信号に基づいてロータ浮上用電磁石７に与える制御信号が生成され、この制御信号はＤ／Ａコンバータ１７ａでＤ／Ａ変換され、増幅器１９で増幅されてロータ浮上用電磁石７に入力される。これにより、変位センサ８によるロータ２の浮上位置の変位が検出され、浮上位置が常に一定範囲内となるようにフィードバック制御が行われる。したがって、ロータ２はロータ浮上用電磁石７の吸引により安定的に浮上し、さらに、回転用電磁モータ１４を駆動する制御信号がコントローラ１８からモータドライバ２０に出力されることによりロータ２が回転し、ポリゴンミラー１５は図示しない光を偏向走査する。
【００７２】
このような構成において、この反発型磁気浮上軸受１によれば、ロータ２の回転停止時においては可動質量体１１が自重により格納室１０内をＺ方向下方（−Ｚ方向）へ移動しており、ロータ２の重心位置が下がっている。このため、回転停止時におけるロータ２の浮上安定性を高くすることができる。
【００７３】
ロータ２の回転時には、その回転に伴って発生する遠心力により可動質量体１１がｒ方向外方へ付勢され、可動質量体１１の可動質量体外側壁面１３ａが格納室１０の格納室外側壁面１２ａに押し付けられ、その反力の上方向き成分により可動質量体１１が格納室１０の格納室外側壁面１２ａに沿ってＺ方向上方へ移動する。可動質量体１１のこの移動によりロータ２の重心位置が高くなり、回転に伴う軸ブレの発生が防止されてロータ２の回転安定性が高くなる。
【００７４】
なお、この重心移動機構９は、ロータ２の回転に伴う遠心力を利用して可動質量体１１を移動させる構造であるので、可動質量体１１を移動制御するための機構は不要であり、重心移動機構９の構成が極めて簡単なものとなる。
【００７５】
さらに、可動質量体１１のＺ方向上方への移動はロータ２の回転数の上昇に伴って連続的に行われるので、ロータ２の重心位置の移動も連続的に行われることになり、ロータ２が重心位置を移動させながら回転する場合においてその回転の安定性が維持される。
【００７６】
また、ロータ２へポリゴンミラー１５を取付ける場合において、その取付けはロータ２におけるＺ方向略中央部に行うことが好ましく、そのような位置へのポリゴンミラー１５の取付けを行った場合であっても、重心移動機構９をロータ２に内装することにより、可動質量体１１をポリゴンミラー１５に干渉させることなくＺ方向略中央部まで移動させることができる。
【００７７】
また、格納室１０とこの格納室１０に格納された状態の可動質量体１１とは、ｒ方向の断面積形状が略同じであり、かつ、格納室外側壁面１２ａ、可動質量体外側壁面１３ａ、格納室内側壁面１２ｂ、可動質量体内側壁面１３ｂがそれぞれＺ軸に対する傾斜角が同じに形成されている。このため、遠心力の作用を受けた可動質量体１１が格納室１０内を移動するとき、可動質量体外側壁面１３ａが格納室外側壁面１２ａに押圧されるとともに、可動質量体内側壁面１３ｂが格納室内側壁面１２ｂに略面接触する状態となるので、可動質量体１１は格納室１０内でガタつくことなくスムーズに移動することになり、ロータ２が重心位置を移動させながら回転する場合においてその回転の安定性が維持される。
【００７８】
さらに、図４に示すように、格納室１０がθ方向に沿って等間隔で複数形成され、各格納室１０内に可動質量体１１が格納されているので、可動質量体１１をθ方向に沿って均等に分散させることができ、ロータ２の重心位置の偏芯を防止でき、回転停止時においては浮上安定性が良くなり、及び、回転時においては質量の局在化による回転速度の周期的なムラを防止できる。
【００７９】
つぎに、本発明の第２の実施の形態を図７に基づいて説明する。なお、先行して説明した他の実施の形態と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の実施の形態でも同じ）。
【００８０】
本実施の形態は、格納室２１の形状を変えたものであり、他の構成については第１の実施の形態と同じである。
【００８１】
格納室２１は、ｒ方向ベクトルと交わる２つの壁面としてＺ軸から遠くに位置する格納室外側壁面１２ａとＺ軸の近くに位置する格納室内側壁面１２ｃとを有している。格納室外側壁面１２ａはＺ軸に対して傾斜角ａに形成され、格納室内側壁面１２ｃはＺ軸に対して傾斜角Ａ（Ａ＜ａ）に形成されている。その傾斜方向は、ともに、Ｚ方向上方側に向かうにつれてＺ軸から離れる向きとなっている。
【００８２】
格納室２１に格納される可動質量体１１は、第１の実施の形態で説明したものと同じであり、可動質量体外側壁面１３ａと可動質量体内側壁面１３ｂとは、可動質量体１１が格納室２１に格納された状態において、Ｚ軸に対して同じ傾斜角ａをもつように形成されている。
【００８３】
格納室２１における１つの壁面である格納室底面２２と、可動質量体１１が格納室２１に格納されたときに格納室底面２２に対向する可動質量体１１の一つの壁面である可動質量体底面２３とが略一致する形状に形成されている。
【００８４】
このような構成において、ロータ２の回転に伴って可動質量体１１が格納室２１内をＺ方向上方側又はＺ方向下方側へ移動するとき、可動質量体外側壁面１３ａが格納室外側壁面１２ａに押圧されるとともに可動質量体内側壁面１３ｂと格納室内側壁面１２ｃとの間には隙間ができ、可動質量体１１の移動に伴う格納室２１内の気体の移動がこの隙間を通して行われる。これにより、格納室２１内に存在する気体が移動する可動質量体１１に圧縮されてその移動を妨げるということが発生せず、格納室２１内での可動質量体１１の移動がスムーズに行われる。
【００８５】
また、ロータ２の回転停止時に可動質量体１１がＺ方向最下方位置まで移動したときには、略一致する形状に形成されている可動質量体底面２３と格納室底面２２とが嵌り合う状態となる。このため、ロータ２の回転停止時における可動質量体１１の位置を常に一定に維持することができ、回転停止時におけるロータ２の浮上安定性が維持される。
【００８６】
つぎに、本発明の第３の実施の形態を図８に基づいて説明する。本実施の形態の光偏向走査装置に用いられている反発型磁気浮上軸受３１はインナーロータタイプといわれるもので、上下方向の軸心周りに回転自在な円柱形状のロータ３２と、このロータ３２の外周側に配置されて上下に２分割された円筒形状のステータ３３とを主要な構成とし、ステータ３３の上部側は支持体上板３４に固定され、ステータ３３の下部側は底板３５に固定されている。
【００８７】
ロータ３２には上下１対のリング状のロータ用永久磁石３６ａ、３６ｂが固定され、これらのロータ用永久磁石３６ａ、３６ｂと対向して反発する上下１対のリング状のステータ用永久磁石３７ａ、３７ｂがステータ３３に固定されている。ロータ３２は、ロータ用永久磁石３６ａ、３６ｂとステータ用永久磁石３７ａ、３７ｂとの磁気反発力により浮上している。
【００８８】
ロータ３２の底面部は円錐形状に形成され、この底面部と対向する位置にロータ浮上用電磁石７が対向配置されている。
【００８９】
ロータ３２には、このロータ３２の重心位置をＺ方向へ移動させる重心移動機構９が内装されている。この重心移動機構９は、第１の実施の形態で説明したものと同じように、θ方向に等間隔で複数形成された格納室１０と、各格納室１０内に格納された可動質量体１１とから構成され、上下のロータ用永久磁石３６ａ、３６ｂの間に配置されている。
【００９０】
光偏向走査装置は、上述した反発型磁気浮上軸受３１に対し、ロータ３２を回転させる駆動部としての永久磁石と電磁石とを有する回転用電磁モータ１４と、ポリゴンミラー１５とを設けることにより構成されている。
【００９１】
このような構成において、本実施の形態の反発型磁気浮上軸受３１によれば、第１の実施の形態と同じように、ロータ３２の回転停止時には可動質量体１１が自重により格納室１０内をＺ方向下方へ移動しており、ロータ３２の重心位置が下がっている。このため、回転停止時におけるロータ３２の浮上安定性を高くすることができる。
【００９２】
ロータ３２の回転時には、その回転に伴って発生する遠心力により可動質量体１１が格納室１０内をＺ方向上方へ移動するので、ロータ３２の重心位置が高くなり、回転に伴う軸ブレの発生が防止されてロータ３２の回転安定性が高くなる。
【００９３】
つぎに、本発明の第４の実施の形態を図９及び図１０に基づいて説明する。図９は反発型磁気浮上軸受を用いた光偏向走査装置を示す縦断正面図、図１０は格納室のθ方向の配置状態を示す水平断面図である。
【００９４】
この光偏向走査装置に用いられている反発型磁気浮上軸受４１の基本的構造は第１の実施の形態で説明した反発型磁気浮上軸受１と同じアウターロータタイプといわれるものであり、上下方向の軸心周りに回転自在な円筒形状のロータ４２と、このロータ４２の内側に配置されたステータ４３とを主要な構成とし、ステータ４３の上部は支持体上板４に固定されている。
【００９５】
ロータ４２には、上下１対のリング状のロータ用永久磁石５ａ、５ｂが固定され、これらのロータ用永久磁石５ａ、５ｂと対向して反発する上下１対のリング状のステータ用永久磁石６ａ、６ｂがステータ３に固定されている。ロータ４２は、ロータ用永久磁石５ａ、５ｂとステータ用永久磁石６ａ、６ｂとの磁気反発力により浮上している。ロータ４２の底面部は円錐形状に形成され、この底面部と対向する位置にロータ浮上用電磁石７が対向配置されている。
【００９６】
ロータ４２には、このロータ４２の重心位置をＺ方向へ移動させる重心移動機構４４が内装されている。この重心移動機構４４は、格納室４５と、格納室４５内に格納された流動性質量体４６とから構成されている。
【００９７】
格納室４５は、Ｚ方向に長い筒状に形成されており、図１０に示すように複数の格納室４５がθ方向に沿って等間隔で形成されている。
【００９８】
格納室４５はｒ方向ベクトルと交わる２つの壁面を有しており、この壁面のうちＺ軸から遠くに位置する側の格納室外側壁面４７は、Ｚ軸からの距離がＺ方向上方に向かうにつれて大きくなるように傾斜させて形成されている。また、各格納室４５には、各格納室４５に対して流動性質量体４６の充填・排出を行うための穴（図示せず）が形成され、それぞれの穴には開閉自在な栓が取付けられている。
【００９９】
また、格納室４５の底面には、格納室４５内に注入された流動性質量体４６を格納室４５内で均等に拡散させるための親水処理が施されている。さらに、格納室４５における底面以外の壁面には、撥水処理が施されている。
【０１００】
流動性質量体４６としては、主に液体、特に不揮発性の液体が好ましい。さらに、流動性質量体４６としては非磁性材のものが使用されている。
【０１０１】
光偏向走査装置は、上述した反発型磁気浮上軸受４１に対し、ロータ４２を回転させる駆動部としての永久磁石と電磁石とを有する回転用電磁モータ１４（図６参照）と、ポリゴンミラー１５とを設けることにより構成されている。回転用電磁モータ１４は、モータ格納部１６に格納されている。
【０１０２】
このような構成において、この反発型磁気浮上軸受４１によれば、ロータ４２の回転停止時においては流動性質量体４６が自重により格納室４５内をＺ方向下方へ移動しており、ロータ２の重心位置が下がっている。このため、回転停止時におけるロータ４２の浮上安定性を高くすることができる。
【０１０３】
ロータ４２の回転時には、その回転に伴って発生する遠心力により流動性質量体４６がｒ方向外方へ付勢され、流動性質量体４６が格納室４５の格納室外側壁面４７に押し付けられ、その反力の上方向き成分により流動性質量体４６が格納室外側壁面４７に沿ってＺ方向上方へ移動する。この流動性質量体４６の移動によりロータ４２の重心位置が高くなり、回転に伴う軸ブレの発生が防止されてロータ４２の回転安定性が高くなる。
【０１０４】
なお、この重心移動機構４４は、ロータ４２の回転に伴う遠心力を利用して流動性質量体４６を移動させる構造であるので、流動性質量体４６を移動制御するための機構は不要であり、重心移動機構４４の構成が極めて簡単なものとなる。
【０１０５】
また、流動性質量体４６が非磁性材であるため、この流動性質量体４６は反発型磁気浮上軸受４１内の磁場に対して影響を与えることがなく、この流動性質量体４６がＺ方向上方又はＺ方向下方へ移動した場合であっても反発型磁気浮上軸受４１内の磁気的なバランス特性を一定に維持することができる。
【０１０６】
また、格納室４５をθ方向に沿って等間隔に形成したため、流動性質量体４６をθ方向に沿って均等に分散させることができ、ロータ４２の重心位置の偏芯を防止でき、回転停止時においては浮上安定性が良くなり、及び、回転時においては質量の局在化による回転速度の周期的なムラを防止できる。
【０１０７】
つぎに、本発明の第５の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態の構造は第４の実施の形態と略同じであり、本実施の形態が第４の実施の形態と異なる点は、格納室４５の形成位置である。
【０１０８】
本実施の形態では、格納室４５がモータ格納部１６に近接した上方位置に形成されている。そして、これらの格納室４５とモータ格納部１６との外周部にポリゴンミラー１５が形成されている。
【０１０９】
このような構成において、本実施の形態によれば、第４の実施の形態と同じように、ロータ４２の回転停止時においてはロータ４２の重心位置を下げることによりロータ４２の浮上安定性を高くすることができ、ロータ４２の回転時には、ロータ４２の重心位置を高くすることによりロータ４２の回転安定性を高くすることができる。
【０１１０】
さらに、格納室４５をＺ方向のポリゴンミラー１５の位置と略同じ位置となる上方位置まで移動させたことにより、ロータ４２の重心位置をＺ方向略中央部に近付けることができ、ロータ４２の回転安定性をより一層高めることができる。
【０１１１】
つぎに、本発明の第６の実施の形態を図１２に基づいて説明する。
【０１１２】
本実施の形態では、ロータ４２（図９、１１参照）に形成された格納室４８の格納室外側壁面４９がＺ軸となす角度が、Ｚ方向上方側がＺ方向下方側より小さく（急傾斜に）設定されている。他の構成に関しては、第４又は第５の実施の形態と同じである。
【０１１３】
このような構成において、ロータ４２の回転数が上昇するにつれて格納室４８内に格納されている流動性質量体４６（図９、１１参照）に作用する遠心力が大きくなり、流動性質量体４６は格納室外側壁面４９に沿ってＺ方向上方側へ移動するが、格納室外側壁面４９がＺ軸となす角度はＺ方向上方側では小さいので、ロータ４２の回転が高速になって流動性質量体４６がＺ方向上方へ移動するにつれて、格納室外側壁面４９に押し付けられた流動性質量体４６が格納室外側壁面４９から受ける反力の上方向き成分の上昇を抑えることができる。これにより、ロータ４２の高速回転時における流動性質量体４６のＺ方向上方への移動量を抑えることができるとともにロータ４２の重心位置の上方への移動速度を抑えることができ、ロータ４２の重心位置の移動速度を低速回転時及び高速回転時のいずれの場合にも略均一となるように制御することができ、ロータ４２の回転の安定性を維持することができる。
【０１１４】
つぎに、本発明の第７の実施の形態を図１３に基づいて説明する。
【０１１５】
本実施の形態では、ロータ４２（図９、１１参照）に形成された格納室５０の格納室外側壁面５１がＺ軸となす角度が、Ｚ方向上方側がＺ方向下方側より小さく（急傾斜に）設定されているとともに、格納室外側壁面５１がＺ方向に沿った曲面に形成されている。他の構成に関しては、第４又は第５の実施の形態と同じである。
【０１１６】
このような構成において、格納室外側壁面５１がＺ方向に沿った曲面で形成されているので、格納室５０に格納された流動性質量体４６のＺ方向への移動、即ち、ロータ４２の重心位置の上下方向への移動を急激な変化点を生じさせることなく滑らかに連続的に行わせることができ、ロータ４２の回転の安定性を維持することができる。
【０１１７】
つぎに、本発明の第８の実施の形態を図１４に基づいて説明する。
【０１１８】
本実施の形態では、ロータ４２（図９、１１参照）に形成された格納室５２の格納室外側壁面５３がＺ軸となす角度が、Ｚ方向上方側とＺ方向下方側とが、その中央部より小さく（急傾斜に）設定されているとともに、格納室外側壁面５３がＺ方向に沿った曲面に形成されている。他の構成に関しては、第４又は第５の実施の形態と同じである。
【０１１９】
このような構成において、格納室外側壁面５３のＺ軸となす角度が、Ｚ方向上方側とＺ方向下方側とがその中央部より小さく（急傾斜に）設定されているので、格納室５２に格納された流動性質量体４６のＺ方向への移動、即ち、ロータ４２の重心位置の上下方向への移動速度を、ロータ４２の低速回転時と高速回転時（定常回転時）の近傍では遅くすることができ、その間ではロータ４２の重心位置の移動速度を速くすることができる。しかも、その重心移動を急激な変化点を生じさせることなく滑らかに連続的に行わせることができ、ロータ４２の回転の安定性を維持することができる。これにより、第６又は第７の実施の形態に比べて、低速回転時の重心移動速度がゆっくりとなる。
【０１２０】
つぎに、本発明の第９の実施の形態を図１５に基づいて説明する。
【０１２１】
本実施の形態では、Ｚ方向に３層の格納室５４ａ、５４ｂ、５４ｃが積層されている。各格納室５４ａ、５４ｂ、５４ｃでは、格納室外側壁面５５ａ、５５ｂ、５５ｃがＺ軸となす角度は、Ｚ方向下方側のものに比べてＺ方向上方側のものが小さく（急傾斜に）形成されている。他の構成に関しては、第４又は第５の実施の形態と同じである。
【０１２２】
このような構成おいて、ロータ４２の回転時には各層の格納室５４ａ、５４ｂ、５４ｃ内の流動性質量体４６がＺ方向上方へ移動するが、格納室外側壁面５５ｃがＺ軸となす角度が大きいＺ方向下方側の格納室５４ｃではその移動速度が速く、格納室外側壁面５５ａがＺ軸となす角度が小さいＺ方向上方側の格納室５４ａではその移動速度が遅い。このため、ロータ４２の回転数が所定回転数まで上昇してＺ方向下方側の格納室５４ｃ内の流動性質量体４６が最上方位置まで上昇した後は、ロータ４２の回転数がさらに上昇することに伴いＺ方向上方側の格納室５４ａ内の流動性質量体４６のみが引き続き上方へゆっくりと移動することになる。このため、ロータ４２の高速回転時におけるロータ４２の重心位置の上方への移動速度を抑えることができ、高速回転時のロータ４２の回転の安定性を維持することができる。
【０１２３】
さらに、各格納室５４ａ、５４ｂ、５４ｃにおける格納室外側壁面５５ａ、５５ｂ、５５ｃの形状を単純な傾斜面形状に形成することができるので、格納室外側壁面５５ａ、５５ｂ、５５ｃの加工が容易になる。
【０１２４】
なお、本実施の形態では、Ｚ方向に３層の格納室５４ａ、５４ｂ、５４ｃを積層した場合を例に挙げて説明したが、Ｚ方向の積層数は３層に限定されるものではなく、２層、又は、４層以上であってもよい。
【０１２５】
つぎに、本発明の第１０の実施の形態を図１６に基づいて説明する。
【０１２６】
本実施の形態では、Ｚ方向に２層の格納室５６ａ、５６ｂが積層されている。格納室５６ａと格納室５６ｂとは、θ方向にずらして形成されており、格納室５６ａと、格納室５６ｂ間の仕切部とが上下に配置されている。
【０１２７】
このような構成において、流動性質量体４６をθ方向に沿ってより均一に分散させることができ、ロータ４２の重心位置の偏芯を防止でき、回転停止時においてはロータ４２の浮上安定性が良くなり、及び、回転時においては質量の局在化による回転速度の周期的なムラを防止できる。
【０１２８】
つぎに、本発明の第１１の実施の形態を、第９の実施の形態の説明で使用した図１５を援用して説明する。
【０１２９】
本実施の形態は、図１５に示した第９の実施の形態で説明したように３層の格納室５４ａ、５４ｂ、５４ｃを形成し、それらの格納室５４ａ、５４ｂ、５４ｃに格納する流動性質量体４６の量は、Ｚ方向両端側の層の格納室５４ａ、５４ｂがＺ方向中央側の層の格納室５４ｂに比べて少なく設定されている。
【０１３０】
このような構成において、Ｚ方向上方側の層の格納室５４ａ内の流動性質量体４６の量を少なくすることにより、ロータ４２の回転が高速領域にあるときにおいて回転数変化に対する重心の移動速度を抑えることができる。また、Ｚ方向下方側の層の格納室５４ｃ内の流動性質量体４６の量を少なくすることにより、ロータ４２の回転開始初期における急峻な重心移動を防止することができる。
【０１３１】
つぎに、本発明の第１２の実施の形態を図１７に基づいて説明する。本実施の形態の光偏向走査装置に用いられている反発型磁気浮上軸受６１は第３の実施の形態で説明した反発型磁気浮上軸受３１と同じようにインナーロータタイプといわれるもので、上下方向の軸心周りに回転自在な円柱形状のロータ６２と、このロータ６２の外周側に配置されて上下に２分割された円筒形状のステータ６３とを主要な構成とし、ステータ６３の上部側は支持体上板３４に固定され、ステータ６３の下部側は底板３５に固定されている。
【０１３２】
ロータ６２には上下１対のリング状のロータ用永久磁石３６ａ、３６ｂが固定され、これらのロータ用永久磁石３６ａ、３６ｂと対向して反発する上下１対のリング状のステータ用永久磁石３７ａ、３７ｂがステータ６３に固定されている。ロータ６２は、ロータ用永久磁石３６ａ、３６ｂとステータ用永久磁石３７ａ、３７ｂとの磁気反発力により浮上している。
【０１３３】
ロータ６２の底面部は円錐形状に形成され、この底面部と対向する位置にロータ浮上用電磁石７が対向配置されている。
【０１３４】
ロータ６２には、このロータ６２の重心位置をＺ方向へ移動させる重心移動機構４４が内装されている。この重心移動機構４４は、第４の実施の形態（図９及び図１０）で説明したものと同じように、θ方向に等間隔で複数形成された格納室４５と、各格納室４５内に格納された流動性質量体４６とから構成されている。
【０１３５】
光偏向走査装置は、上述した反発型磁気浮上軸受６１に対し、ロータ６２を回転させる駆動部としての永久磁石と電磁石とを有する回転用電磁モータ１４と、ポリゴンミラー１５とを設けることにより構成されている。
【０１３６】
このような構成において、本実施の形態の反発型磁気浮上軸受６１によれば、第４及び第５の実施の形態と同じように、ロータ６２の回転停止時においては流動性質量体４６が自重により格納室４５内をＺ方向下方へ移動しており、ロータ６２の重心位置が下がっている。このため、回転停止時におけるロータ６２の浮上安定性を高くすることができる。
【０１３７】
ロータ６２の回転時には、その回転に伴って発生する遠心力により流動性質量体４６がｒ方向外方へ付勢され、流動性質量体４６が格納室４５の格納室外側壁面４７に押し付けられ、その反力の上方向き成分により流動性質量体４６が格納室外側壁面４７に沿ってＺ方向上方へ移動する。この流動性質量体４６の移動によりロータ６２の重心位置が高くなり、回転に伴う軸ブレの発生が防止されてロータ６２の回転安定性が高くなる。
【０１３８】
【発明の効果】
一の形態の本発明の反発型磁気浮上軸受によれば、ロータの回転停止時には流動性質量体が自重により格納室内をＺ方向下方へ移動し、ロータの重心位置が下がるので、回転停止時におけるロータの浮上安定性を高くすることができ、一方、ロータの回転時には、その回転に伴って発生する遠心力により流動性質量体が格納室内をＺ方向上方へ移動し、ロータの重心位置が高くなるので、回転に伴う軸ブレの発生を防止してロータの回転安定性を高めることができ、さらに、流動性質量体の移動はロータの回転に伴う遠心力を利用して自動的に行われるため、流動性質量体を移動制御するための機構が不要となって重心移動機構の構成を極めて簡単なものとすることができる。
【０１３９】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記流動性質量体は、Ｚ方向上方へ連続的に移動するようにすれば、ロータの回転数の上昇に伴ってロータの重心位置が次第にＺ方向上方へ移動するが、その移動が連続的に行われるので重心位置の移動も連続的に行われることになり、ロータが重心位置を移動させながら回転する場合においてその回転の安定性を維持できる。
【０１４０】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記重心移動機構は、前記ロータに内装されているようにすれば、ロータへポリゴンミラーを取付ける場合において、その取付けはロータにおけるＺ方向略中央部に行うことが好ましく、そのような位置へのポリゴンミラーの取付けを行った場合であっても、取付けられたポリゴンミラーに干渉することなく流動性質量体をＺ方向略中央部まで移動させることができる。
【０１４１】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室はｒ方向ベクトルと交わる２つの壁面としてＺ軸から遠くに位置する格納室外側壁面とＺ軸の近くに位置する格納室内側壁面とを有し、前記流動性質量体は前記格納室に格納されたときにｒ方向ベクトルと交わる２つの壁面としてＺ軸から遠くに位置する流動性質量体外側壁面とＺ軸の近くに位置する流動性質量体内側壁面とを有し、前記格納室外側壁面と前記流動性質量体外側壁面とがＺ軸に対する同じ傾斜角を有するとともにこれらの格納室外側壁面と流動性質量体外側壁面とはＺ方向上方側に向かうにつれてＺ軸から離れる向きに傾斜しているようにすれば、ロータの回転に伴って流動性質量体に遠心力が作用したとき、流動性質量体外側壁面を格納室外側壁面に押圧させた状態で流動性質量体をＺ方向上方へ自動的に移動させることができ、また、ロータの回転数が下がった場合には、流動性質量体外側壁面を格納室外側壁面に押圧させた状態を維持しつつ流動性質量体をＺ方向下方側へ移動させることができる。
【０１４２】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室内側壁面と前記流動性質量体内側壁面とが前記格納室外側壁面及び前記流動性質量体外側壁面と同じ傾斜角に形成されて、前記格納室のｒ方向の断面積形状と前記格納室に格納された状態の前記流動性質量体のｒ方向断面積形状とが略同じに形成されているようにすれば、流動性質量体が格納室内をＺ方向上方側又はＺ方向下方側へ移動するとき、流動性質量体外側壁面が格納室外側壁面に押圧されるとともに、流動性質量体内側壁面が格納室内側壁面に略面接触する状態となるので、流動性質量体は格納室内をガタつくことなく移動することになり、ロータが重心位置を移動させながら回転する場合においてその回転の安定性を維持できる。
【０１４３】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室の１つの壁面である格納室底面と、前記流動性質量体が前記格納室に格納されたときに前記格納室底面に対向する前記流動性質量体の一つの壁面である流動性質量体底面とが略一致する形状に形成され、前記Ｚ軸に対する前記流動性質量体内側壁面の傾斜角が前記Ｚ軸に対する前記格納室内側壁面の傾斜角より大きく形成されているようにすれば、流動性質量体が格納室内をＺ方向上方側又はＺ方向下方側へ移動するとき、流動性質量体外側壁面が格納室外側壁面に押圧されるとともに流動性質量体内側壁面と格納室内側壁面との間には隙間ができ、流動性質量体の移動に伴う格納室内の気体の移動がこの隙間を通して行われるので、格納室内に存在する気体が移動する流動性質量体に圧縮されてその移動を妨げるということが発生せず、格納室内での流動性質量体の移動をスムーズに行わせることができる。また、ロータの回転停止時に流動性質量体がＺ方向最下方位置まで移動したときには、流動性質量体底面と格納室底面とが嵌り合う状態となるので、ロータの回転停止時における流動性質量体の位置を常に一定に維持することができ、回転停止時におけるロータの浮上安定性を維持できる。
【０１４４】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記流動性質量体を格納した前記格納室がθ方向に沿って複数設けられているようにすれば、流動性質量体をθ方向に沿って分散させることができ、ロータの重心位置の偏芯を防止でき、回転停止時においては浮上安定性を良くすることができ、及び、回転時においては質量の局在化による回転速度の周期的なムラを防止できる。
【０１４５】
他の形態の本反発型磁気浮上軸受によれば、ロータの回転停止時においては流動性質量体が自重により格納室内をＺ方向下方へ移動し、ロータの重心位置が下がるので、回転停止時におけるロータの浮上安定性を高くすることができ、また、ロータの回転時には、その回転に伴って発生する遠心力が流動性質量体に作用して流動性質量体が格納室外側壁面に押し付けられ、その反力の上方向き成分により流動性質量体が格納室の格納室外側壁面に沿ってＺ方向上方へ移動し、ロータの重心位置が高くなるので、回転に伴う軸ブレの発生が防止されてロータの回転安定性を高くすることができ、さらに、流動性質量体の移動はロータの回転に伴う遠心力を利用して自動的に行われるため、流動性質量体を移動制御するための機構は不要となり、重心移動機構の構成を極めて簡単なものとすることができる。
【０１４６】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記流動性質量体は非磁性材であることを特徴とするので、非磁性材である流動性質量体は、反発型磁気浮上軸受内の磁場に対して影響を与えることがなく、この流動性質量体がＺ方向上方又はＺ方向下方へ移動した場合であっても反発型磁気浮上軸受内の磁気的なバランス特性が一定に維持することができる。
【０１４７】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記重心移動機構は、前記ロータに内装されているようにすれば、ロータへポリゴンミラーを取付ける場合において、その取付けはロータにおけるＺ方向略中央部に行うことが好ましく、そのような位置へのポリゴンミラーの取付けを行った場合であっても、取付けられたポリゴンミラーに干渉することなく流動性質量体をＺ方向略中央部まで移動させることができる。
【０１４８】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室外側壁面がＺ軸となす角度は、Ｚ方向上方側がＺ方向下方側より小さく設定されているようにすれば、ロータの回転数が上昇するにつれて流動性質量体に作用する遠心力が大きくなり、流動性質量体は格納室外周壁面に沿ってＺ方向上方側へ移動するが、格納室外側壁面がＺ軸となす角度はＺ方向上方側では小さいので、ロータの回転が高速になって流動性質量体がＺ方向上方へ移動するにつれて格納室外側壁面に押し付けられた流動性質量体が格納室外側壁面から受ける反力の上方向き成分の上昇が抑えられ、ロータの高速回転時における流動性質量体のＺ方向上方への移動量を抑えることができるとともにロータの重心位置の上方への移動速度を抑えることができ、ロータの重心位置の移動速度を低速回転時及び高速回転時のいずれの場合にも略均一となるように制御することができ、ロータの回転の安定性を維持することができる。
【０１４９】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室外側壁面における少なくともＺ軸に対する角度が変化する領域はＺ方向に沿った曲面に形成されているようにすれば、流動性質量体のＺ方向への移動、即ち、ロータの重心位置の上下方向への移動を急激な変化点を生じさせることなく滑らかに連続的に行わせることができ、ロータの回転の安定性を維持することができる。
【０１５０】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記流動性質量体を格納した前記格納室がθ方向に沿って複数設けられているようにすれば、流動性質量体をθ方向に沿って分散させることができ、ロータの重心位置の偏芯を防止でき、回転停止時においては浮上安定性が良くなり、及び、回転時においては質量の局在化による回転速度の周期的なムラを防止できる。
【０１５１】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室がＺ方向に積層されているようにすれば、各層の格納室ごとに格納室外側壁面がＺ軸となす角度を変えることができ、各層の格納室ごとに格納室外側壁面がＺ軸となす角度を変えることにより、前記発明のように一つの格納室において格納室外側壁面のＺ軸となす角度を変えた場合と実質的に同じにすることができ、各格納室における格納室外側壁面の形状が単純になるために格納室外側壁面の加工を容易にすることができる。
【０１５２】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室外側壁面がＺ軸となす角度は、Ｚ方向下方側に位置する層の前記格納室に比べてＺ方向上方側に位置する層の前記格納室が小さく形成されているようにすれば、ロータの回転数が低速の時には各層の格納室内の流動性質量体がＺ方向上方へ移動するが、格納室外側壁面がＺ軸となす角度が大きいＺ方向下方側の格納室ではその移動速度が速く、格納室外側壁面がＺ軸となす角度が小さいＺ方向上方側の格納室ではその移動速度が遅く、ロータの回転数が所定回転数まで上昇してＺ方向下方側の格納室内の流動性質量体が最上方位置まで上昇した後は、ロータの回転数がさらに上昇することに伴いＺ方向上方側の格納室内の流動性質量体のみが引き続き上方へゆっくりと移動することになるので、ロータの高速回転時におけるロータの重心位置の上方への移動速度を抑えることができ、高速回転時のロータの回転の安定性を維持することができる。
【０１５３】
前記反発型磁気浮上軸受において、θ方向に沿って複数設けられた前記格納室の位置が、上下で隣接する各層ごとにθ方向にずらして形成されているようにすれば、流動性質量体をθ方向に沿って分散させることができ、ロータの重心位置の偏芯を防止でき、回転停止時においては浮上安定性を良くすることができ、及び、回転時においては質量の局在化による回転速度の周期的なムラを防止できる。
【０１５４】
前記反発型磁気浮上軸受において、各層の前記格納室における前記流動性質量体の格納量は、Ｚ方向両端側の層の前記格納室がＺ方向中央側の層の前記格納室に比べて少ないようにすれば、Ｚ方向上方側の層の格納室内の流動性質量体の量を少なくすることにより、ロータの回転が高速領域にあるときにおいて回転数変化に対する重心の移動速度を抑えることができ、また、Ｚ方向下方側の層の格納室内の流動性質量体の量を少なくすることにより、ロータの回転開始初期における急峻な重心移動を防止することができる。
【０１５５】
前記反発型磁気浮上軸受において、前記格納室には、前記流動性質量体を充填・排出するための穴が形成されているようにすれば、格納室へ流動性質量体を補充したり抜き取ったりすることによる修理作業を容易に行える。
【０１５６】
本発明の光偏向走査装置は、前記のいずれかの反発型磁気浮上軸受を有するので、それらの各反発型磁気浮上軸受が有する作用・効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の反発型磁気浮上軸受を用いた光偏向走査装置におけるロータの回転停止時の状態を示す縦断正面図である。
【図２】その一部を拡大して示す縦断正面図である。
【図３】格納室と可動質量体とを示す斜視図である。
【図４】格納室のθ方向の配置状態を示す水平断面図である。
【図５】光偏向装置装置におけるロータの回転時の状態を示す縦断正面図である。
【図６】光偏向走査装置の制御系を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の格納室と可動質量体とを示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の反発型磁気浮上軸受を用いた光偏向走査装置を示す縦断正面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態の反発型磁気浮上軸受を用いた光偏向走査装置を示す縦断正面図である。
【図１０】格納室のθ方向の配置状態を示す水平断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態の反発型磁気浮上軸受を用いた光偏向走査装置を示す縦断正面図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態の格納室を示す断面図である。
【図１３】本発明の第７の実施の形態の格納室を示す断面図である。
【図１４】本発明の第８の実施の形態の格納室を示す断面図である。
【図１５】本発明の第９の実施の形態の格納室を示す断面図である。
【図１６】本発明の第１０の実施の形態の格納室のθ方向の配置状態を示す水平断面図であり、（ａ）は上層側の格納室、（ｂ）は下層側の格納室である。
【図１７】本発明の第１１の実施の形態の反発型磁気浮上軸受を用いた光偏向走査装置を示す縦断正面図である。
【図１８】従来例の反発型磁気浮上軸受を用いた光偏向走査装置を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１      反発型磁気浮上軸受
２      ロータ
３      ステータ
５ａ、５ｂ  ロータ用永久磁石
６ａ、６ｂ  ステータ用永久磁石
９      重心移動機構
１０      格納室
１１      可動質量体
１２ａ    格納室外側壁面
１２ｂ    格納室内側壁面
１２ｃ    格納室内側壁面
１３ａ    可動質量体外側壁面
１３ｂ    可動質量体内側壁面
１４      駆動部
１５      ポリゴンミラー
２１      格納室
２２      格納室底面
２３      可動質量体底面
３１      反発型磁気浮上軸受
３２      ロータ
３３      ステータ
３６ａ、３６ｂ  ロータ用永久磁石
３７ａ、３７ｂ  ステータ用永久磁石
４１      反発型磁気浮上軸受
４２      ロータ
４３      ステータ
４４      重心移動機構
４５      格納室
４６      流動性質量体
４７      格納室外側壁面
４８      格納室
４９      格納室外側壁面
５０      格納室
５１      格納室外側壁面
５２      格納室
５３      格納室外側壁面
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ  格納室
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ  格納室外側壁面
５６ａ、５６ｂ  格納室
６１      反発型磁気浮上軸受
６２      ロータ
６３      ステータ
【図１】
0004276804.tif 000002
【図２】
0004276804.tif 000003
【図３】
0004276804.tif 000004
【図４】
0004276804.tif 000005
【図５】
0004276804.tif 000006
【図６】
0004276804.tif 000007
【図７】
0004276804.tif 000008
【図８】
0004276804.tif 000009
【図９】
0004276804.tif 000010
【図１０】
0004276804.tif 000011
【図１１】
0004276804.tif 000012
【図１２】
0004276804.tif 000013
【図１３】
0004276804.tif 000014
【図１４】
0004276804.tif 000015
【図１５】
0004276804.tif 000016
【図１６】
0004276804.tif 000017
【図１７】
0004276804.tif 000018
【図１８】
0004276804.tif 000019