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図面 (18)

課題

回転子を回転自由に支持する軸受長寿命化が可能な有限回転電動機を提供する。

解決手段

固定子2、この固定子との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する回転子1、およびこの回転子を回転自由に支持する軸受8を備えた有限回転電動機において、上記軸受は、上記回転子に固定された第1の円筒部材9と、第1の円筒部材の内周または外周に配置され第1の円筒部材に対して相対回転可能な第2の円筒部材11とを有するものであり、第2の円筒部材を回転自由に支持する第2の円筒部材用軸受13と、第2の円筒部材を回転駆動するアクチュエータ17とを備えた。

概要

背景

従来技術1.図12は例えば特開2000−217327号公報に記載されている従来の有限回転電動機の構成を示す断面図であり、図において、1は回転子ロータ)、2は固定子ステータ)、3は固定子2に巻かれたステータ巻線、4は回転子1に取りつけられたミラー、6はコアバッグ、7は回転子1のコアバッグ6に対する回転角を測定する角度センサ、100は回転子1をその両端部でコアバック6に対して回転自由に保持する軸受である。

次に動作について説明する。回転子1と固定子2は軸受100によって、回転自由に支持(回転支持)されており、回転子1は固定子2との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する。すなわち、回転子1はその回転角を角度センサ7で検出でき、その検出角度に基づいて固定子(ステータ)2に巻かれたステータ巻線3に電流を流すことで、高速・高精度に位置決め制御される。

なお、上記特開2000−217327号公報には軸受100としてどのようなものを用いるかについて特には記載されていないが、例えば特開平11−44324号公報には図13に示すような遥動軸受が記載されている。図13において、201はホルダ、202は内輪、203は外輪、204は駆動軸、205は環状空間、206は転動体、208は振動器であり、ホルダ201の内部には内輪202と外輪203が配設されており、内輪202に駆動軸204が挿入されている。内輪202と外輪203との間の環状空間205には転動体206とグリース(図示せず)が封入されている。ホルダ201の壁部には振動器208が装着されており、ホルダ201に10〜100KHz程度の高周波(超音波振動を付与し、これにより駆動軸204の周囲の環状空間205を含む遥動軸受全体を振動させる。

転動体として玉を用いた軸受の場合、一般に、転動体の回転角が全周の1/3回転以下だとフレッチングが発生しやすいことが知られている。例えば、回転子の軸外形=φ8mmで、遥動角度θ=±10degの場合、用いる軸受の転動体の回転角は、軸受内径=φ8mm、軸受外形=φ18mm、内外輪厚さ=1mm、転動体直径=3mmとして、転動体の回転角θt=±10deg×(5/1.5)=±33.3deg=66.7degp-pとなり、全周360degの1/3(=120deg)より1/2程度と小さく、フレッチングが生じやすいことがわかる。

例えば、有限回転電動機をレーザ光プリント基板穴加工するプリント基板穴あけ用レーザ加工機に用いる場合、1秒間に500から1000回の位置決め制御を行う必要がある。その1ステップ当たりの可動角は約0.3deg程度と小さく、これらを繰り返し、最大±10deg程度の範囲を走査する。さらに、加工機稼動率を高めるため、スキャナ位置決め駆動は、停止されること無く、1年以上にわたり連続で動き続ける必要がある。このため、回転支持に玉軸受を用いた場合、転動体の材質潤滑剤を最良に選択しても、通常は1年程度でフレッチング等の偏磨耗が生じ、回転における外乱力が急激に増大し位置決めに大きな誤差を生じるという問題があった。

そこで、上記特開平11−44324号公報に記載された遥動軸受では、振動器208でホルダ201に高周波振動を与えることで玉軸受のグリースを転動体206の全表面に回り込ませて十分な油膜を形成することでフレッチングを防止しようとしている。

しかしながら、十分な油膜が形成されても、転動体206の回転が1/3以下だと転動体206の偏磨耗が生じやすく、しかも、内輪202と外輪203とは回転子1の荷重により両輪の対向面における所定の領域のみが常に互いに押さえつけられた状態で相対的に回転するので、この領域が偏摩耗しやすく、軸受の長寿命化にはまだまだ限界があった。

従来技術2.刊行物(Matsushita Technical Journal Vol.46 No. Feb.2000、「動圧流体軸受とその応用技術」)には、図14に示すような動圧軸受を用いたハードディスクドライブ(HDD)が記載されている。図14において、45は固定軸、46は固定軸45に設けられた上側ラジアルグルーブ、47は固定軸45に設けられた下側ラジアルグルーブ、48は固定軸45の上端に設けられたにスラストグルーブ、49は回転体50を回転させる平面型モータ、50はスリーブ付き回転体、51は回転体50の外周に取りつけられた円盤状の磁気ディスクメディアである。

次に、従来の動圧軸受の動作について図14を用いて説明する。図14のハードディスク(HDD)用の動圧軸受では、固定軸45の外周に上側ラジアルグルーブ46および下側ラジアルグルーブ47が加工されている。グルーブとは軸受面に高精度に加工され、動圧を発生させるために設けられた浅い溝のことである。さらに、固定軸45の上端には、スラストグルーブ48が設けられている。このように固定軸45に3つのグルーブ46,47,48を設けて、回転体50を平面型モータ49により高速に連続回転させる。回転が高速になるに伴い回転体50のスリーブ部と固定軸45グルーブとの間に潤滑流体である、例えば油(オイル)、グリス、あるいは気体などを供給することで、グルーブのポンピング作用により潤滑流体がかきあつまり、圧力を発生し、この圧力で回転体50を浮上させることができる。これにより、非接触で回転する高精度な軸受を実現する。上側グルーブ46、下側グルーブ47、およびスラストグルーブ48により力を発生できるので、回転体50をラジアルとスラストの2方向に対し非接触に支持することができる。このようにして、回転体50の外周に設けられた磁気ディスクメディア51は高速・高精度に回転される。なお、各グルーブ46,47,48は外接する回転側の内周面(スリーブの内周)に加工されていても同様の効果が得られる。

図14に示したHDD用の動圧軸受などは、流体が荷重を支え非接触式の軸受であるため、通常の玉軸受などの接触式の軸受に比べ、回転振れが少なく、かつ、高速回転を連続した場合の寿命も長く、また、回転体の振動の一部を流体が吸収して機器の振動を低減する特徴も有している。

しかしながら、動圧を発生するためには軸あるいはスリーブ(図14では回転体50)を高速で連続回転する必要があり、このような、動圧軸受を回転子(ロータ)1が±10deg程度の遥動しかしない上述のような有限回転電動機に適用した場合、回転子1が必ず反転運動するため、いくら高速で遥動しても動圧による圧力が著しく低下する瞬間があり、動圧軸受として機能せず、非接触な回転支持を実現できないという問題があった。

従来技術3.特願平12−107906号公報には、図15〜図17に示すような従来の2自由度の有限回転電動機(ミラースキャナ)が記載されている。図15、図16、および図17は従来の2自由度の有限回転電動機の構成を説明する図であり、それぞれ上面図、側面断面図、および要部の拡大断面図である。図15〜図17において、101は2つの軸(X軸とY軸)の周りに回転する2自由度回転子(ロータ)、102は6個の磁極を有した固定子(ステータ)、103は固定子102の磁極に巻いたステータ巻線、104は回転子101に取り付けたミラー、105は回転子101をステータ102の磁極側に引っ張るばね、106は固定子102を固定するコアバッグ、107は回転子101を一点で支えるピボット軸受である。また、ばね105は回転子101をピボット軸受107に押し付けるばねであり、ここでは、図15の上面図に示すように、120degの間隔で回転子101の外周を3個のばね105でコアバッグ106とつなぐことで、回転子101の支持点をピボット軸受107に押さえつけている。

なお、ここでは一例としてステータ102の磁極が6個である場合を示しているが、それ以外の磁極数でも2自由度の有限回転電動機(ミラースキャナ)は構成可能である。

従来の2自由度の有限回転電動機(ミラースキャナ)における回転子101の支持は図15〜図17に示すようなピボット軸受か、あるいは、玉軸受などの回転軸受を2自由度組み合わせたジンバル構造にする必要があった。しかしながら、このような2自由度の有限回転電動機においても、回転子101を高速・高精度に遥動させた位置決め制御を連続で行うと、軸受寿命が極めて短くなるという問題が、1軸回転の有限回転電動機の場合と同様にあった。

概要

回転子を回転自由に支持する軸受の長寿命化が可能な有限回転電動機を提供する。

固定子2、この固定子との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する回転子1、およびこの回転子を回転自由に支持する軸受8を備えた有限回転電動機において、上記軸受は、上記回転子に固定された第1の円筒部材9と、第1の円筒部材の内周または外周に配置され第1の円筒部材に対して相対回転可能な第2の円筒部材11とを有するものであり、第2の円筒部材を回転自由に支持する第2の円筒部材用軸受13と、第2の円筒部材を回転駆動するアクチュエータ17とを備えた。

目的

本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、回転子を回転自由に支持する軸受の長寿命化が可能な有限回転電動機を提供することを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

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請求項1

固定子、この固定子との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する回転子、およびこの回転子を回転自由に支持する軸受を備えた有限回転電動機において、上記軸受は、上記回転子に固定された第1の円筒部材と、第1の円筒部材の内周または外周に配置され第1の円筒部材に対して相対回転可能な第2の円筒部材とを有するものであり、第2の円筒部材を回転自由に支持する第2の円筒部材用軸受と、第2の円筒部材を回転駆動するアクチュエータとを備えたことを特徴とする有限回転電動機。

請求項2

上記請求項1に記載の有限回転電動機において、上記アクチュエータとしてモータを用い、このモータの回転を減速して第2の円筒部材に伝達する手段を備えたことを特徴とする有限回転電動機。

請求項3

固定子、この固定子との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する回転子、およびこの回転子を回転自由に支持する軸受を備えた有限回転電動機において、上記軸受は上記回転子の軸受支持部と間隙を介して対向配置された軸受部材と上記間隙に流体加圧注入する手段とを有する静圧軸受であることを特徴とする有限回転電動機。

請求項4

固定子、この固定子との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する回転子、およびこの回転子を回転自由に支持する軸受を備えた有限回転電動機において、上記軸受は、上記回転子の軸受支持部と間隙を介して対向配置された軸受部材と、上記回転子の軸受支持部と軸受部材の対向面の少なくとも一方に設けられた動圧発生用の溝とを有する動圧軸受であり、上記軸受部材を回転支持する動圧軸受用軸受と、上記軸受部材を回転駆動するアクチュエータとを備えたことを特徴とする有限回転電動機。

請求項5

上記請求項4に記載の有限回転電動機において、軸受部材は、回転子の軸受支持部と間隙を介して対向する円筒部とこの円筒部の一端部に固定されて円筒中心軸と直行する方向に延びる中抜円板部とを有するものであり、回転子の軸受支持部には、内面が上記円筒部の外周および他端部と間隙を介して対向する断面コ字状の有底円筒部材が固定され、動圧発生用の溝は、上記軸受部材の円筒部と有底円筒部材の対向面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする有限回転電動機。

請求項6

上記請求項4に記載の有限回転電動機において、軸受部材は、回転子の軸受支持部と間隙を介して対向する円筒部とこの円筒部の一端部に固定されて円筒の中心軸と直行する方向に延びる中抜円板部とを有するものであり、上記回転子の軸受支持部には上記中抜円板部の反円筒部側の面と間隙を介して対向する円板部材が固定され、動圧発生用の溝は、上記回転子の軸受支持部と円筒部の対向面の少なくとも一方および上記中抜円板部と円板部材の対向面の少なくとも一方にそれぞれ設けられていることを特徴とする有限回転電動機。

請求項7

上記請求項3または4に記載された有限回転電動機において、回転子は2つの軸の周りに回転するものであり、軸受は2自由度の静圧または動圧軸受であることを特徴とする有限回転電動機。

請求項8

上記請求項7に記載された有限回転電動機において、軸受部材および回転子の軸受支持部は互いに間隙を介して対向配置された球面を有するものであり、上記間隙に流体を加圧注入する手段を有するか、または、上記対向配置された球面の少なくとも一方で上記球面の上半分および下半分の両方に動圧発生用の溝を有することを特徴とする有限回転電動機。

技術分野

0001

本発明は、回転子有限回転角回転力を生ずる有限回転電動機に関するものであり、特に回転子を回転自由に支持する構造に関するものである。

背景技術

0002

従来技術1.図12は例えば特開2000−217327号公報に記載されている従来の有限回転電動機の構成を示す断面図であり、図において、1は回転子(ロータ)、2は固定子ステータ)、3は固定子2に巻かれたステータ巻線、4は回転子1に取りつけられたミラー、6はコアバッグ、7は回転子1のコアバッグ6に対する回転角を測定する角度センサ、100は回転子1をその両端部でコアバック6に対して回転自由に保持する軸受である。

0003

次に動作について説明する。回転子1と固定子2は軸受100によって、回転自由に支持(回転支持)されており、回転子1は固定子2との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する。すなわち、回転子1はその回転角を角度センサ7で検出でき、その検出角度に基づいて固定子(ステータ)2に巻かれたステータ巻線3に電流を流すことで、高速・高精度に位置決め制御される。

0004

なお、上記特開2000−217327号公報には軸受100としてどのようなものを用いるかについて特には記載されていないが、例えば特開平11−44324号公報には図13に示すような遥動軸受が記載されている。図13において、201はホルダ、202は内輪、203は外輪、204は駆動軸、205は環状空間、206は転動体、208は振動器であり、ホルダ201の内部には内輪202と外輪203が配設されており、内輪202に駆動軸204が挿入されている。内輪202と外輪203との間の環状空間205には転動体206とグリース(図示せず)が封入されている。ホルダ201の壁部には振動器208が装着されており、ホルダ201に10〜100KHz程度の高周波(超音波振動を付与し、これにより駆動軸204の周囲の環状空間205を含む遥動軸受全体を振動させる。

0005

転動体として玉を用いた軸受の場合、一般に、転動体の回転角が全周の1/3回転以下だとフレッチングが発生しやすいことが知られている。例えば、回転子の軸外形=φ8mmで、遥動角度θ=±10degの場合、用いる軸受の転動体の回転角は、軸受内径=φ8mm、軸受外形=φ18mm、内外輪厚さ=1mm、転動体直径=3mmとして、転動体の回転角θt=±10deg×(5/1.5)=±33.3deg=66.7degp-pとなり、全周360degの1/3(=120deg)より1/2程度と小さく、フレッチングが生じやすいことがわかる。

0006

例えば、有限回転電動機をレーザ光プリント基板穴加工するプリント基板穴あけ用レーザ加工機に用いる場合、1秒間に500から1000回の位置決め制御を行う必要がある。その1ステップ当たりの可動角は約0.3deg程度と小さく、これらを繰り返し、最大±10deg程度の範囲を走査する。さらに、加工機稼動率を高めるため、スキャナ位置決め駆動は、停止されること無く、1年以上にわたり連続で動き続ける必要がある。このため、回転支持に玉軸受を用いた場合、転動体の材質潤滑剤を最良に選択しても、通常は1年程度でフレッチング等の偏磨耗が生じ、回転における外乱力が急激に増大し位置決めに大きな誤差を生じるという問題があった。

0007

そこで、上記特開平11−44324号公報に記載された遥動軸受では、振動器208でホルダ201に高周波振動を与えることで玉軸受のグリースを転動体206の全表面に回り込ませて十分な油膜を形成することでフレッチングを防止しようとしている。

0008

しかしながら、十分な油膜が形成されても、転動体206の回転が1/3以下だと転動体206の偏磨耗が生じやすく、しかも、内輪202と外輪203とは回転子1の荷重により両輪の対向面における所定の領域のみが常に互いに押さえつけられた状態で相対的に回転するので、この領域が偏摩耗しやすく、軸受の長寿命化にはまだまだ限界があった。

0009

従来技術2.刊行物(Matsushita Technical Journal Vol.46 No. Feb.2000、「動圧流体軸受とその応用技術」)には、図14に示すような動圧軸受を用いたハードディスクドライブ(HDD)が記載されている。図14において、45は固定軸、46は固定軸45に設けられた上側ラジアルグルーブ、47は固定軸45に設けられた下側ラジアルグルーブ、48は固定軸45の上端に設けられたにスラストグルーブ、49は回転体50を回転させる平面型モータ、50はスリーブ付き回転体、51は回転体50の外周に取りつけられた円盤状の磁気ディスクメディアである。

0010

次に、従来の動圧軸受の動作について図14を用いて説明する。図14ハードディスク(HDD)用の動圧軸受では、固定軸45の外周に上側ラジアルグルーブ46および下側ラジアルグルーブ47が加工されている。グルーブとは軸受面に高精度に加工され、動圧を発生させるために設けられた浅い溝のことである。さらに、固定軸45の上端には、スラストグルーブ48が設けられている。このように固定軸45に3つのグルーブ46,47,48を設けて、回転体50を平面型モータ49により高速に連続回転させる。回転が高速になるに伴い回転体50のスリーブ部と固定軸45グルーブとの間に潤滑流体である、例えば油(オイル)、グリス、あるいは気体などを供給することで、グルーブのポンピング作用により潤滑流体がかきあつまり、圧力を発生し、この圧力で回転体50を浮上させることができる。これにより、非接触で回転する高精度な軸受を実現する。上側グルーブ46、下側グルーブ47、およびスラストグルーブ48により力を発生できるので、回転体50をラジアルとスラストの2方向に対し非接触に支持することができる。このようにして、回転体50の外周に設けられた磁気ディスクメディア51は高速・高精度に回転される。なお、各グルーブ46,47,48は外接する回転側の内周面(スリーブの内周)に加工されていても同様の効果が得られる。

0011

図14に示したHDD用の動圧軸受などは、流体が荷重を支え非接触式の軸受であるため、通常の玉軸受などの接触式の軸受に比べ、回転振れが少なく、かつ、高速回転を連続した場合の寿命も長く、また、回転体の振動の一部を流体が吸収して機器の振動を低減する特徴も有している。

0012

しかしながら、動圧を発生するためには軸あるいはスリーブ(図14では回転体50)を高速で連続回転する必要があり、このような、動圧軸受を回転子(ロータ)1が±10deg程度の遥動しかしない上述のような有限回転電動機に適用した場合、回転子1が必ず反転運動するため、いくら高速で遥動しても動圧による圧力が著しく低下する瞬間があり、動圧軸受として機能せず、非接触な回転支持を実現できないという問題があった。

0013

従来技術3.特願平12−107906号公報には、図15図17に示すような従来の2自由度の有限回転電動機(ミラースキャナ)が記載されている。図15図16、および図17は従来の2自由度の有限回転電動機の構成を説明する図であり、それぞれ上面図、側面断面図、および要部の拡大断面図である。図15図17において、101は2つの軸(X軸とY軸)の周りに回転する2自由度回転子(ロータ)、102は6個の磁極を有した固定子(ステータ)、103は固定子102の磁極に巻いたステータ巻線、104は回転子101に取り付けたミラー、105は回転子101をステータ102の磁極側に引っ張るばね、106は固定子102を固定するコアバッグ、107は回転子101を一点で支えるピボット軸受である。また、ばね105は回転子101をピボット軸受107に押し付けるばねであり、ここでは、図15の上面図に示すように、120degの間隔で回転子101の外周を3個のばね105でコアバッグ106とつなぐことで、回転子101の支持点をピボット軸受107に押さえつけている。

0014

なお、ここでは一例としてステータ102の磁極が6個である場合を示しているが、それ以外の磁極数でも2自由度の有限回転電動機(ミラースキャナ)は構成可能である。

0015

従来の2自由度の有限回転電動機(ミラースキャナ)における回転子101の支持は図15図17に示すようなピボット軸受か、あるいは、玉軸受などの回転軸受を2自由度組み合わせたジンバル構造にする必要があった。しかしながら、このような2自由度の有限回転電動機においても、回転子101を高速・高精度に遥動させた位置決め制御を連続で行うと、軸受寿命が極めて短くなるという問題が、1軸回転の有限回転電動機の場合と同様にあった。

発明が解決しようとする課題

0016

従来の有限回転電動機は以上のように構成されており、従来技術1のように遥動軸受を、回転子を回転自由に支持する軸受として用いた場合には、単に軸受外輪のホルダに振動を与えるだけなので、潤滑油が全体に回りこむ可能性は高いが、転動体自体は1/3以下の回転となり偏磨耗が生じやすいため、寿命が本来の軸受寿命より短いという問題点があった。また、従来技術2による動圧軸受などの流体を応用した軸受は、非接触な回転支持が可能であり、軸受寿命が長いことで知られているが、回転子が連続回転することで軸受の隙間に動圧を発生させる必要があり、回転子が往復遥動運動をしていると、必ず静止点があり動圧が上手く発生しないため、このままでは有限回転電動機の回転子を支持する軸受として利用できないといった問題点があった。また、従来技術3による2自由度の有限回転電動機においても同様に、回転子が有限回転角の範囲内で回転する場合には偏磨耗が生じやすいため、寿命が本来の軸受寿命より短いという問題点があった。

0017

本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、回転子を回転自由に支持する軸受の長寿命化が可能な有限回転電動機を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0018

本発明に係る有限回転電動機は、固定子、この固定子との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する回転子、およびこの回転子を回転自由に支持する軸受を備えた有限回転電動機において、上記軸受は、上記回転子に固定された第1の円筒部材と、第1の円筒部材の内周または外周に配置され第1の円筒部材に対して相対回転可能な第2の円筒部材とを有するものであり、第2の円筒部材を回転自由に支持する第2の円筒部材用軸受と、第2の円筒部材を回転駆動するアクチュエータとを備えたものである。

0019

さらに、上記アクチュエータとしてモータを用い、このモータの回転を減速して第2の円筒部材に伝達する手段を備えたものである。

0020

また、固定子、この固定子との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する回転子、およびこの回転子を回転自由に支持する軸受を備えた有限回転電動機において、上記軸受は上記回転子の軸受支持部と間隙を介して対向配置された軸受部材と上記間隙に流体を加圧注入する手段とを有する静圧軸受であるものである。

0021

また、固定子、この固定子との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する回転子、およびこの回転子を回転自由に支持する軸受を備えた有限回転電動機において、上記軸受は、上記回転子の軸受支持部と間隙を介して対向配置された軸受部材と、上記回転子の軸受支持部と軸受部材の対向面の少なくとも一方に設けられた動圧発生用の溝とを有する動圧軸受であり、上記軸受部材を回転支持する動圧軸受用軸受と、上記軸受部材を回転駆動するアクチュエータとを備えたものである。

0022

さらに、軸受部材は、回転子の軸受支持部と間隙を介して対向する円筒部とこの円筒部の一端部に固定されて円筒中心軸と直行する方向に延びる中抜円板部とを有するものであり、回転子の軸受支持部には、内面が上記円筒部の外周および他端部と間隙を介して対向する断面コ字状の有底円筒部材が固定され、動圧発生用の溝は、上記軸受部材の円筒部と有底円筒部材の対向面の少なくとも一方に設けられているものである。

0023

さらに、軸受部材は、回転子の軸受支持部と間隙を介して対向する円筒部とこの円筒部の一端部に固定されて円筒の中心軸と直行する方向に延びる中抜円板部とを有するものであり、上記回転子の軸受支持部には上記中抜円板部の反円筒部側の面と間隙を介して対向する円板部材が固定され、動圧発生用の溝は、上記回転子の軸受支持部と円筒部の対向面の少なくとも一方および上記中抜円板部と円板部材の対向面の少なくとも一方にそれぞれ設けられているものである。

0024

さらに、回転子は2つの軸の周りに回転するものであり、軸受は2自由度の静圧または動圧軸受であるものである。

0025

さらに、軸受部材および回転子の軸受支持部は互いに間隙を介して対向配置された球面を有するものであり、上記間隙に流体を加圧注入する手段を有するか、または、上記対向配置された球面の少なくとも一方で上記球面の上半分および下半分の両方に動圧発生用の溝を有するものである。

発明を実施するための最良の形態

0026

実施の形態1.図1および図2は、本発明の実施の形態1による有限回転電動機を説明するための図であり、図1は側面断面図、図2は回転子の軸方向から見た正面図である。図1および図2において、1は回転子(ロータ)、2は固定子(ステータ)、3は固定子2に巻かれたステータ巻線、4は回転子1に取り付けられたミラー、5は回転子1とミラー4を結合するために設けられたミラーホルダ、6はコアバッグ、7は回転子1のコアバッグ6に対する回転角を測定する角度センサである。

0027

8は回転子1をその両端部で回転自由に支持する回転子支持用軸受、9は回転子1に固定された第1の円筒部材に相当する回転子支持用軸受8の内輪、10は回転子支持用軸受8の転動体、11は第1の円筒部材(内輪9)の内周または外周に配置され第1の円筒部材(内輪9)に対して相対回転可能な第2の円筒部材に相当する回転子支持用軸受8の外輪であり、図では第1の円筒部材(内輪9)の外周に配置されている場合を示している。12は回転子支持用軸受8の外輪11に剛に固定された軸受外輪固定用リング、13は第2の円筒部材(外輪11)を回転自由に支持する第2の円筒部材用軸受に相当する外輪支持用軸受であり、図では軸受外輪固定用リング12を回転自由に支持している。14は外輪支持用軸受13の内輪、15は外輪支持用軸受13の転動体、16は外輪支持用軸受13の外輪である。

0028

17は第2の円筒部材(外輪11)を回転駆動するアクチュエータに相当する外輪回転用アクチュエータであり、本実施の形態では軸受外輪固定用リング12を連続回転することによりこれに固定された外輪11を回転駆動する。18は軸受外輪固定用リング12に固定されたアクチュエータ用磁石、19はアクチュエータ用巻線、20はアクチュエータ用巻線19をコアバッグ6に固定する巻線固定用冶具であり、これらアクチュエータ用磁石18、アクチュエータ用巻線19、および巻線固定用冶具20により外輪回転用アクチュエータ17を構成している。

0029

次に、動作について説明する。回転子1と固定子2は回転子支持用軸受8によって、回転自由に支持されており、回転子1は固定子2との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する。すなわち、回転子1はその回転角度を角度センサ7で検出でき、その検出角度に基づいて固定子(ステータ)2に巻かれたステータ巻線3に電流を流すことで、高速・高精度に位置決め制御される。また、アクチュエータ17の巻線19に電流を流すことにより、アクチュエータ用磁石18、軸受外輪固定用リング12、外輪11、および外輪支持用軸受13の内輪14を、例えば一方向に連続的に回転させる。

0030

このように、本実施の形態によれば、回転子支持用軸受8をさらに外輪支持用軸受13により回転自由に支持し、回転子1が往復の遥動運動しかしなくても、回転子1およびミラー4の位置決め角度とは無関係に、アクチュエータ17により回転子支持用軸受8の外輪11を例えば一方向に連続的に回転することができ、回転子支持用軸受8の転動体10を常に回転させるとともに潤滑油も転動体10の全周に行き渡らせることができる。従って、回転子1が微小角度の往復の遥動回転しかしなくても、回転子1を支持する回転子支持用軸受8の外輪11をアクチュエータ17で常に連続で回転することにより、各軸受の転動体10を常に回転させることができ、潤滑も良好に行え、偏磨耗等の不具合による軸受寿命の低下を防止することが可能である。また更に、回転子支持用軸受8の外輪11が回転するのでこれら外輪11自体の偏摩耗による軸受寿命の低下も防止することが可能である。

0031

なお、アクチュエータ17は、例えば、軸受外輪固定用リング12に配した永久磁石18とコアバッグ6に固定された冶具20に設けられた巻線19により構成されるブラシレスDCモータにより薄い厚さで構成可能である。勿論、他の駆動方式のアクチュエータであってもよい。また、アクチュエータ17の回転運動は回転子支持用軸受8の転動体10が1/3回転以上大きく回転すればよく、一方向の連続回転でも1回転あるいは何回転か毎に向きが変わる往復回転でも実現可能である。さらに、1回転してから次に回転するまでの間に時間間隔があってもよい。

0032

なお、上記実施の形態1では、軸受8および13として転動体10および15が球形状である玉軸受を用いた場合について説明したが、転動体がローラ型コロ軸受など、他の転がり軸受であってもよく、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。また、転動体を有さない固体潤滑樹脂等によるすべり軸受であってもよく、この場合にも、回転子1が遥動運動を繰返しても、回転子支持用軸受8の外輪11はアクチュエータ17によって回転駆動されるので偏摩耗が生じにくく、軸受寿命の低下を防止することが可能である。

0033

なお、上記実施の形態では、内輪9が回転子1に固定され、外輪11がアクチュエータ17により回転駆動される場合について説明したが、逆に、外輪11が回転子1に固定され、内輪9がアクチュエータ17により回転駆動されてもよく、この場合にも上記実施の形態と同様の効果が得られる。

0034

実施の形態2.図3は、本発明の実施の形態2による有限回転電動機を説明するための図であり、回転子の軸方向から見た正面図である。図3において、34はウォームギア、35は軸受外輪固定用リング12にこれから突出して固定されたウォームホイール、36はウォームギア34を回転する小型モータであり、ウォームギア34の回転はウォームホイール35に伝達され、軸受外輪固定用リング12を回転駆動する。本実施の形態の特徴は、アクチュエータとしてモータ36を用い、このモータ36の回転を外輪11に減速して伝達する手段(ウォームギア34とウォームホイール35)を備えたところにあり、他の構成は実施の形態1の場合と同様である。

0035

実施の形態1においては、アクチュエータ17は軸受外輪固定用リング12を直接駆動するダイレクトドライブの構成であったが、軸受外輪固定用リング12は高速に回転する必要は無く、例えば数分間あるいは数時間に1回転程度の非常に遅い回転であっても有効である。さらに、回転速度に多少のむらがあっても影響がない。そこで、ダイレクトドライブのような駆動回路が高価な(回転させるために複雑な電子回路センサが必要である)アクチュエータを用いなくても、図3のような量販されている低コストの小型モータ36を用い、減速比が大きくなるようにウォームギア34とウォームホイール35を設けた構成にすることで、小型のアクチュエータでも小さな力(トルク)で効率良く、軸受外輪固定用リング12(回転子支持用軸受8の外輪11)を回転することができる。

0036

図4は、本発明の実施の形態2による別の有限回転電動機を説明するための図であり、回転子の軸方向から見た正面図である。図4において、37は軸受外輪固定用リング12にこれから突出して固定された平歯車、38はこの平歯車37と噛み合う平歯車であり、平歯車38を図示していないが小型モータなどのアクチュエータで回転することで、平歯車37に回転が伝わり、平歯車37に連結された軸受外輪固定用リング12が回転する。このように構成されたものにおいても、アクチュエータとしてモータを用い、このモータの回転を減速して外輪11に伝達する手段(平歯車37,38)を備えたので、小型のアクチュエータ(モータ)でも小さな力(トルク)で効率良く、外輪11を回転することができる。

0037

なお、モータの回転を減速して外輪11に伝達する手段(減速機構)は上記のものに限らず、ベルトプーリを用いたものなどいかなる形式のものでも適用可能であり、また、小型のモータ36もこれに限るものではなく、他の駆動形式のアクチュエータを用いることも可能である。

0038

実施の形態3.上記実施の形態1および2における有限回転電動機は回転子支持用軸受8の外輪11を連続回転することで回転支持部(回転子支持用軸受8)の長寿命化の効果を得た。同様の効果は、回転支持部に静圧軸受を用い、非接触な回転支持を実現することでも得られる。図5は、本発明の実施の形態3による有限回転電動機の側面断面図である。図5において、40は回転子1の両端部である軸受支持部と間隙を介して対向配置された軸受部材であり、静圧軸受回転子39の軸受支持部との対向面に周状作動流体導入用の溝が設けられている。41は軸受部材40と回転子1の軸受支持部との間隙に加圧された作動流体を導入するための固定子内配管、42は固定子内配管41を外部の配管とつなぐ配管連結器、43は作動流体を加圧するための圧縮機(コンプレッサー)、44は圧縮機43と配管連結器42とをつなぐ配管であり、これら固定子内配管41、配管連結器42、圧縮機43、および配管44により、回転子1の軸受支持部と軸受部材40との間隙に流体を加圧注入する手段を構成している。なお、他の構成は実施の形態1の場合と同様であるので、実施の形態1と重複する要素の説明は省いている。

0039

以上のような構成により、圧縮機43により発生する高圧な作動流体を配管44、配管連結器42、および固定子内配管41に通じることで、軸受部材40の内周に高圧力を発生できるので、軸受部材40の内周に位置する回転子1の軸受支持部を非接触に回転自由に支持することができる。このため、回転子1が高速、高精度な位置決め制御による遥動を繰り返しても、金属同士が接触する個所が無く、滑らかな回転支持を長い期間にわたり良好に保つことができる効果がある。

0040

ただし、外部に、作動流体を加圧するための圧縮機43が必要であるため、高価になったり、圧縮機43を設置するのに場所を取るという課題があるが、軸受部材40などの製作は容易であるという利点がある。

0041

なお、静圧軸受に用いる作動流体について特に明記しなかったが、空気などの気体、オイルや水などの液体等、様々な流体を適用可能であり、圧縮機43の特性、コスト、求められる性能などに応じて適した作動流体を適宜選択することができる。

0042

実施の形態4.実施の形態3では、静圧軸受を用いることで回転子1の非接触な支持を実現し長寿命化の効果を得た。同様な効果は動圧軸受を用いることでも実現できる。図6および図7は、本発明の実施の形態4による有限回転電動機を説明するための図であり、図6は側面断面図、図7図6の要部を拡大して示す分解斜視図である。

0043

図6および図7において、52は回転子1の軸受支持部に固定された断面コ字状の有底円筒部材である。53は回転子1の両端部である軸受支持部と間隙を介して対向配置された軸受部材(動圧軸受用スリーブ)であり、回転子1の軸受支持部と間隙を介して対向する円筒部53aとこの円筒部53aの一端部に固定されて円筒の中心軸と直行する方向に延びる中抜円板部53bとを有する。回転子1の軸受支持部に固定された断面コ字状の有底円筒部材52は、内面が軸受部材53の円筒部53aの外周および他端部と間隙を介して対向しており、この間隙に潤滑流体として例えば油(オイル)を供給する。本実施の形態では円筒部53aの有底円筒部材52との対向面に動圧発生用の溝である上側ラジアルグルーブ46、下側ラジアルグルーブ47、およびスラストグルーブ48がそれぞれ設けられている。54は軸受部材53を回転支持する軸受部材支持用軸受(スリーブ支持用軸受)であり、本実施の形態では玉軸受が用いられている。55は軸受部材(動圧軸受用スリーブ)53を回転駆動する軸受部材回転用アクチュエータ(スリーブ回転用アクチュエータ)である。なお、他の構成は実施の形態1の場合と同様であるので、実施の形態1と重複する要素の説明は省いている。

0044

回転子1の軸方向の前後に断面形状がコ字状になる有底円筒部材52が設けられ、この有底円筒部材52の内側に動圧軸受用スリーブ53の円筒部53aが入れ込まれる。動圧軸受用スリーブ53はスリーブ支持用軸受54により回転支持されており、スリーブ回転用アクチュエータ55により高速で連続回転可能である。

0045

以上のような構造により、回転子1が往復の遥動運動しかしなくても、回転子1およびミラー4の位置決め角度とは無関係に、動圧軸受用スリーブ53を常に高速に一方向に連続回転させることで、動圧も連続的に発生させることが可能となる。すなわち、図8に示すように、動圧軸受用スリーブ53には上側ラジアルグルーブ46、下側ラジアルグルーブ47およびスラストグルーブ48がそれぞれ設けられており、これと回転子(ロータ)1の有底円筒部材52との隙間に動圧が発生し、ラジアルとスラストの両方向に回転子1を非接触に支持することが可能となり、回転子1が遥動運動しかしなくても、高寿命軸受性能を実現できる。

0046

なお、有底円筒部材52と軸受部材53の円筒部53aとの隙間を狭くしたり、軸受部材53の回転をより高速にしたりすることで、発生する動圧は高くなり、ロータ1をラジアル方向に支持する剛性も、玉軸受などの機械接触による軸受と同等程度に高くすることが可能である。

0047

なお、上記実施の形態では動圧発生用の溝である上側ラジアルグルーブ46、下側ラジアルグルーブ47、およびスラストグルーブ48を軸受部材53の円筒部53aに設けた場合について示したが、有底円筒部材52の円筒部53aとの対向面に設けてもよく、また、円筒部53aと有底円筒部材52の対向面の両方に設けてもよい。

0048

なお、動圧軸受用スリーブ53の回転に用いるスリーブ回転用アクチュエータ55はいかなる形式のものでも適用可能であり、例えば電気以外を駆動源とする駆動形式のアクチュエータでも適用できる。

0049

また、図6では、スリーブ支持用軸受54を玉軸受として図示しているが、転動体がローラ型のコロ軸受など、他の転がり軸受であってもよく、また、転動体を有さない固体潤滑や樹脂等によるすべり軸受であってもよい。

0050

実施の形態5.上記実施の形態4では回転子1に有底円筒部材52を設け、動圧発生用の溝を軸受部材53の外周に設けたが、動圧発生用の溝を軸受部材の内周に設けることでも同様の動圧軸受を構成することができる。図8および図9は、本発明の実施の形態5による有限回転電動機を説明するための図であり、図8は側面断面図、図9図8の要部を拡大して示す一部破断斜視図である。

0051

図8および図9において、57は回転子1の両端部である軸受支持部と間隙を介して対向配置された軸受部材(動圧軸受用スリーブ)であり、回転子1の軸受支持部と間隙を介して対向する円筒部57aとこの円筒部57aの一端部に固定されて円筒の中心軸と直行する方向に延びる中抜円板部57bとを有する。58は回転子1の軸受支持部に固定された円板部材(スラスト円板)であり、中抜円板部57bの反円筒部57a側の面と間隙を介して対向しており、本実施の形態では円筒部57aにおける回転子1の軸受支持部との対向面に上側ラジアルグルーブ46と下側ラジアルグルーブ47が設けられ、中抜円板部57bの円板部材58との対向面にスラストグルーブ48が設けられている。なお、他の構成は実施の形態4の場合と同様であるので、実施の形態4と重複する要素の説明は省いている。

0052

このように構成されたものにおいても、上記実施の形態4の場合と同様に、回転子1が往復の遥動運動しかしなくても、回転子1およびミラー4の位置決め角度とは無関係に、動圧軸受用スリーブ57を常に高速に一方向に連続回転させることで、動圧も連続的に発生させることが可能となり、回転子1のラジアルおよびスラスト両方向の非接触な支持が可能となる。さらに、上記実施の形態4では回転子1に有底円筒部材53を固定したのに比べて、円板部材58を固定するだけであるので、回転子1の回転慣性を小さくすることが可能であり、ロータ1のねじり曲げ固有振動数を高く設計することが可能となり、有限回転電動機の必要トルクを小さくし、消費電力も低減できるという利点がある。また、低慣性であるため回転子1のねじり固有振動数が高くなり、回転子のより高速、高精度な位置決め制御を実現することができる。

0053

なお、上記実施の形態では動圧発生用の溝である上側ラジアルグルーブ46、下側ラジアルグルーブ47、およびスラストグルーブ48を軸受部材57の側に設けた場合について示したが、回転子1の側、すなわち円板部材58および回転子1の軸受支持部の軸受部材57との対向面に設けてもよく、また、軸受部材57の側と回転子1の側の両方に設けてもよい。

0054

なお、上記各実施の形態1〜5では、回転子1を回転自由に支持する軸受が、回転子1の両端部に設けられている場合について示したが、軸受は回転子1の一端部のみに設けられており、他端部は例えばばね等で回転自由に支持するように構成された有限回転電動機においても、上記各実施の形態1〜5で説明した軸受部の構成は適用でき、その場合にも上記各実施の形態の場合と同様の効果が得られる。

0055

実施の形態6.図10は、本発明の実施の形態6による有限回転電動機の要部の構成を示す側面断面図であり、全体的な構成は図15図16で示した従来の2自由度の有限回転電動機と同様である。図10図17に相当する回転子の軸受支持部を拡大して示している。本実施の形態は実施の形態3で説明した静圧軸受による回転子の支持構造を、回転子が2つの軸の周りに回転遥動する2自由度の有限回転電動機に適用したものである。

0056

図10において、108は回転子101の軸受支持部であり、内面が球状に形成されている。109は回転子101の軸受支持部108と間隙を介して対向配置された球面を有する球状の軸受部材であり、軸受支持部108に高精度な隙間を隔てて内接している。110は軸受部材109の中心に空けられた細管状の配管である。なお、軸受部材109はコアバッグ106に固定されており、配管110はコアバッグ106を通って圧縮機(図示せず)につながっている。

0057

以上のような構成により、圧縮機により発生する高圧な作動流体(例えば空気や油など)を配管110に通じることで軸受部材109の外周に高圧力を発生できるので、軸受部材109の外周面と間隙を介して対向する回転子1の軸受支持部108を非接触に、図10に示すX軸回りのθxの回転とY軸回りのθyの回転との2自由度の回転自由に支持することができる。このため、回転子101が高速かつ高精度な位置決め制御による遥動を繰り返しても、金属同士が接触する個所が無く、滑らかな回転支持を長い期間にわたり良好に保つことができる。

0058

ただし、外部に、作動流体を加圧するための圧縮機が必要であるため、高価になったり、圧縮機を設置するのに場所を取るという課題があるが、軸受部材40などの製作は比較的容易であるという利点がある。

0059

なお、静圧軸受に用いる作動流体について特に明記しなかったが、空気などの気体、オイルや水などの液体等、様々な流体を適用可能であり、圧縮機の特性、コスト、求められる性能などに応じて適した作動流体を適宜選択することができる。

0060

実施の形態7.図11は、本発明の実施の形態7による有限回転電動機の要部の構成を示す側面断面図であり、全体的な構成は図15図16で示した従来の2自由度の有限回転電動機と同様である。図11図17に相当する回転子の軸受支持部を拡大して示している。本実施の形態は実施の形態4および5で説明した動圧軸受による回転子の支持構造を、回転子が2つの軸の周りに回転遥動する2自由度の有限回転電動機に適用したものである。

0061

図11において、111は回転子101の軸受支持部であり、内面が球状に形成されている。112は回転子101の軸受支持部111と間隙を介して対向配置された球面を有する球状の軸受部材であり、軸受支持部111に高精度な隙間を隔てて内接している。113は球状の軸受部材112の上半球に刻まれた上側グルーブ、114は球状の軸受部材113の下半球に刻まれた下側グルーブ、115は軸受支持部111と軸受部材112との間隙に潤滑流体として例えば油を供給するために回転子101の内部に細管状に開けられた油路、116は回転子101に設けられた油受け、117は油受け116に潤滑油を供給する給油管、118は球状の軸受部材113を回転中心に固定した回転ディスク、119は回転ディスク118を回転支持する回転ディスク支持用軸受、120は回転ディスク118に固定された回転ディスク回転用アクチュエータのロータ、121はコアバッグ106に固定された回転ディスク用回転アクチュエータのステータである。なお、2自由度の回転子(ロータ)101は実線破線で遥動する様子を示している。

0062

実施の形態4および5では、±10deg程度の遥動運動しかしない回転子(ロータ)1の1自由度の回転支持を行う動圧軸受に動圧を発生するために、軸受部材53,57を高速で連続回転した。同様に、動圧軸受を回転子(ロータ)101が±10deg程度の遥動運動しかしない2自由度の有限回転電動機に適用する場合も、軸受部材112を高速で連続回転する必要がある。そこで、本実施の形態では、実施の形態4および5と同じ考えに基づき、図11に示すように、回転ディスク支持用軸受119によって回転自由に支持され、回転ディスク回転用アクチュエータ120,121によって回転駆動される球状の軸受部材112を2自由度の回転支持に用いることで、回転子101のX軸回りのθxの回転とY軸回りのθyの回転との2自由度の遥動回転を非接触とする動圧軸受を実現する。

0063

2自由度の回転子(ロータ)101は、従来技術3で示した回転子101の回転支持に用いるピン状のピボット部を内面が球状の軸受支持部111として構成したものである。この内面が球状になった回転子101の軸受支持部111の内側に、球状の軸受部材112を入れ込む。球状の軸受部材112の上半球には上側グルーブ113がリング状に刻まれており、下半球には下側グルーブ114がリング状に刻まれている。球状の軸受部材112は回転ディスク118に固定されており、回転ディスク118は回転ディスク支持用軸受119により回転自由に支持されている。回転ディスク118は回転ディスク回転用アクチュエータ120、121により、コアバッグ106に対して高速で連続回転可能に構成されている。

0064

以上のような構造により、2自由度の回転子(ロータ)101が図11の破線に示すようなθx、θy回転の往復の遥動運動しかしなくても、2自由度の回転子(ロータ)101およびミラー104の位置決め角度とは無関係に、球状の軸受部材112を常に高速に一方向に連続回転させることで、上側グルーブ113と下側グルーブ114に動圧を連続的に発生することが可能となるので、2自由度の回転子(ロータ)101をX軸およびY軸回りに2自由度で非接触に回転支持可能となり、回転子101が遥動運動しかしなくても、高精度、高寿命な軸受性能を実現できる。

0065

なお、回転子101の軸受支持部111と軸受部材112との隙間を狭くしたり、軸受部材112の回転を高速にしたりすることで、発生する動圧は高くなり、ロータ1をラジアル方向に支持する剛性も、玉軸受などの機械接触による軸受と同等程度に高くすることが可能である。

0066

なお、上記実施の形態では動圧発生用の溝であるグルーブ115,116を軸受部材112に設けた場合について示したが、回転体101の軸受支持部111の軸受部材112との対向面に設けてもよく、また、軸受支持部111と軸受部材112の対向面の両方に設けてもよい。

0067

なお、回転ディスク118の回転に用いるアクチュエータ120、121はいかなる形式のものでも適用可能であり、例えば電気以外を駆動源とする駆動形式のアクチュエータでも適用できる。

0068

なお、上記実施の形態では潤滑流体として油を用いた場合について示したが、例えばグリス、潤滑用水溶液などの液体、あるいは気体などであってもよい。

0069

また、図11では、回転ディスク支持用軸受119を玉軸受として図示しているが、転動体がローラ型のコロ軸受など、他の転がり軸受であってもよく、また、転動体を有さない固体潤滑や樹脂等によるすべり軸受であってもよい。

0070

なお、上記実施の形態6および7では回転子101の軸受支持部108,111の内面が球状に形成されていわゆる球面受座となっており、軸受部材109,115がいわゆる球面座となっている場合について示したが、逆に、回転子101の軸受支持部108,111がいわゆる球面座となっており、軸受部材109,115がいわゆる球面受座となっていてもよく、この場合にもそれぞれ上記実施の形態6および7と同様の効果が得られる。

発明の効果

0071

以上のように、本発明によれば、固定子、この固定子との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する回転子、およびこの回転子を回転自由に支持する軸受を備えた有限回転電動機において、上記軸受は、上記回転子に固定された第1の円筒部材と、第1の円筒部材の内周または外周に配置され第1の円筒部材に対して相対回転可能な第2の円筒部材とを有するものであり、第2の円筒部材を回転自由に支持する第2の円筒部材用軸受と、第2の円筒部材を回転駆動するアクチュエータとを備えたので、回転子が遥動運動を繰返した場合にも、第2の円筒部材はアクチュエータによって回転駆動されるので偏摩耗が生じにくく、さらに、両円筒部材間に転動体や潤滑剤がある場合には、転動体に連続回転を与えたり潤滑剤を全体にいきわたらせたりすることが可能となり、偏磨耗を防止することができる結果、軸受の長寿命化を図ることができる。

0072

さらに、上記アクチュエータとしてモータを用い、このモータの回転を減速して第2の円筒部材に伝達する手段を備えたので、小型のアクチュエータでも小さな力(トルク)で効率良く、第2の円筒部材を回転することができる。

0073

また、固定子、この固定子との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する回転子、およびこの回転子を回転自由に支持する軸受を備えた有限回転電動機において、上記軸受は上記回転子の軸受支持部と間隙を介して対向配置された軸受部材と上記間隙に流体を加圧注入する手段とを有する静圧軸受であるので、回転子の非接触な回転支持が実現でき、回転子が高速で遥動運動をする場合にも、偏磨耗を防いで軸受の長寿命化を図ることができる。

0074

また、固定子、この固定子との間の電磁力により駆動されて有限回転角の範囲内で回転する回転子、およびこの回転子を回転自由に支持する軸受を備えた有限回転電動機において、上記軸受は、上記回転子の軸受支持部と間隙を介して対向配置された軸受部材と、上記回転子の軸受支持部と軸受部材の対向面の少なくとも一方に設けられた動圧発生用の溝とを有する動圧軸受であり、上記軸受部材を回転支持する動圧軸受用軸受と、上記軸受部材を回転駆動するアクチュエータとを備えたので、回転子が高速で遥動運動をする場合にも、軸受部材に高速で連続回転を与えることが可能となり、軸受部材と回転子との隙間に動圧を発生できるため、回転子の非接触な回転支持が実現され、偏磨耗を防ぎ軸受の寿命を長くできる。さらに、静圧軸受で必要な圧縮機などの圧力発生装置などが不要となり、軸受装置の小型化が実現される。

0075

さらに、軸受部材は、回転子の軸受支持部と間隙を介して対向する円筒部とこの円筒部の一端部に固定されて円筒の中心軸と直行する方向に延びる中抜円板部とを有するものであり、回転子の軸受支持部には、内面が上記円筒部の外周および他端部と間隙を介して対向する断面コ字状の有底円筒部材が固定され、動圧発生用の溝は、上記軸受部材の円筒部と有底円筒部材の対向面の少なくとも一方に設けられているので、回転子のラジアルおよびスラスト両方向の非接触な支持が可能となる。

0076

さらに、軸受部材は、回転子の軸受支持部と間隙を介して対向する円筒部とこの円筒部の一端部に固定されて円筒の中心軸と直行する方向に延びる中抜円板部とを有するものであり、上記回転子の軸受支持部には上記中抜円板部の反円筒部側の面と間隙を介して対向する円板部材が固定され、動圧発生用の溝は、上記回転子の軸受支持部と円筒部の対向面の少なくとも一方および上記中抜円板部と円板部材の対向面の少なくとも一方にそれぞれ設けられているので、回転子のラジアルおよびスラスト両方向の非接触な支持が可能となる。さらに、上述の構成では回転子に有底円筒部材を固定したのに比べて、本構成では円板部材を固定するだけであり、回転子の回転慣性を小さくできるという利点を有するので、有限回転電動機の消費電力を抑えることができるとともに、回転子のより高速、高精度な位置決め制御を実現することができる。

0077

さらに、回転子は2つの軸の周りに回転するものであり、軸受は2自由度の静圧または動圧軸受であるので、回転子が2つの軸の周りに遥動運動をする場合にも、回転子の非接触な2自由度の回転支持が実現され、偏磨耗を防いで軸受の長寿命化を図ることができる。

0078

さらに、軸受部材および回転子の軸受支持部は互いに間隙を介して対向配置された球面を有するものであり、上記間隙に流体を加圧注入する手段を有するか、または、上記対向配置された球面の少なくとも一方で上記球面の上半分および下半分の両方に動圧発生用の溝を有するので、回転子が2つの軸の周りに遥動運動をする場合にも、回転子の非接触な2自由度の回転支持が実現され、偏磨耗を防いで軸受の長寿命化を図ることができる。

図面の簡単な説明

0079

図1本発明の実施の形態1による有限回転電動機を示す側面断面図である。
図2本発明の実施の形態1による有限回転電動機を示す正面図である。
図3本発明の実施の形態2による有限回転電動機を示す正面図である。
図4本発明の実施の形態2による別の有限回転電動機を示す正面図である。
図5本発明の実施の形態3による有限回転電動機を示す側面断面図である。
図6本発明の実施の形態4による有限回転電動機を示す側面断面図である。
図7本発明の実施の形態4による有限回転電動機の要部を拡大して示す分解斜視図である。
図8本発明の実施の形態5による有限回転電動機を示す側面断面図である。
図9本発明の実施の形態5による有限回転電動機の要部を拡大して示す一部破断斜視図である。
図10本発明の実施の形態6による有限回転電動機の要部の構成を示す側面断面図である。
図11本発明の実施の形態7による有限回転電動機の要部の構成を示す側面断面図である。
図12従来の有限回転電動機の構成を示す断面図である。
図13従来の遥動軸受の構成を示す斜視図である。
図14従来の動圧軸受を用いたハードディスクドライブの構成を示す断面図である。
図15従来の2自由度の有限回転電動機の構成を示す上面図である。
図16従来の2自由度の有限回転電動機の構成を示す側面断面図である。
図17従来の2自由度の有限回転電動機の要部の構成を拡大して示す側面断面図である。

--

0080

1回転子(ロータ)、2固定子(ステータ)、3ステータ巻線、4ミラー、5ミラーホルダー、6コアバッグ、7角度センサ、8回転子支持用軸受、9内輪、10転動体、11外輪、12軸受外輪固定用リング、13 外輪支持用軸受、14 内輪、15 転動体、16 外輪、17外輪回転用アクチュエータ、18 アクチュエータ用磁石、19 アクチュエータ用巻線、20 巻線固定用冶具、34ウォームギア、35ウォームホイール、36モータ、37,38平歯車、40軸受部材、41 固定子内配管、42配管連結器、43圧縮機(コンプレッサー)、44 配管、45固定軸、46 上側ラジアルグルーブ、47 下側ラジアルグルーブ、48スラストグルーブ、49平面型モータ、50スリーブ付き回転体、51磁気ディスクメディア、52有底円筒部材、53 軸受部材(動圧軸受用スリーブ)、53a円筒部、53b 中抜円板部、54 軸受部材支持用軸受(スリーブ支持用軸受)、55 軸受部材回転用アクチュエータ(スリーブ回転用アクチュエータ)、57 軸受部材(動圧軸受用スリーブ)、57a 円筒部、57b 中抜円板部、58円板部材(スラスト円板)、101 2自由度回転子(ロータ)、102 固定子(ステータ)、103 ステータ巻線、104 ミラー、105ばね、106 コアバッグ、107ピボット軸受、108軸受支持部、109 軸受部材、110 配管、111 軸受支持部、112 軸受部材、113上側グルーブ、114 下側グルーブ、115油路、116油受け、117給油管、118回転ディスク、119 回転ディスク支持用軸受、120回転ディスク回転用アクチュエータ(ロータ)、121 回転ディスク用回転アクチュエータ(ステータ)。

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