JP2007225755A - 光偏向器およびブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】
光偏向器に用いられているブラシレスモータの軸受は、滑り軸受とラジアル動圧軸受の２つの機能が必要であるため、ラジアル動圧軸受としての機能を優先させ、滑り軸受としての機能を犠牲にして使用するというのが一般的であった。
【解決手段】
ハウジングに固定された固定軸の外側に回転可能に取り付けられたスリーブと、スリーブの外側を囲むようにハウジングに固定された管状部材と、管状部材の上端および外周面を囲むようにスリーブに固定されたフランジと、フランジの内周面に固定されたマグネットと、マグネットと対向する位置で管状部材の外周面に固定されたコイルと、スリーブの上端に固定された蓋と、スリーブに固定されたポリゴンミラーとを有する光偏向器において、管状部材の内周面とスリーブの外周面の少なくとも一方に、動圧を発生させる溝を設け、滑り軸受としての機能と、ラジアル動圧軸受としての機能を分離させた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザープリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に用いられる光偏向器およびブラシレスモータに関するものである。

従来、レーザープリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に用いられる光偏向器としては、図２に示されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この光偏向器は、ハウジング１００に固定配設される円柱状の固定軸１０１と、この固定軸１０１に回転自在に支持される回転体１１０とを有している。
この回転体１１０は、固定軸１０１との間にわずかの隙間をもって配設されるスリーブ１１１と、このスリーブ１１１の上部内側に固定配設されるリング状のマグネット１１２と、スリーブ１１１の中央部外側に固定配設されるポリゴンミラー１１３と、スリーブ１１１の下部外側にフランジ１１４を介して固定配設されるリング状の駆動マグネット１１５とを備えている。
尚、符号１１６は、回転体１１０の重量の偏心を修正するためのバランスウェイト（図示せず）が取り付けられる溝である。

また、固定軸１０１の上部外側には、回転体１１０に設けられたリング状マグネット１１２と対向するようにリング状マグネット１０２が固定配設されており、これらリング状マグネット１０２及び１１２によって回転体１１０をスラスト方向に軸受けするスラスト磁気軸受Ｓが構成されている。

更に、ハウジング１００には、回転体１１０に設けられたリング状の駆動マグネット１１５と対向するように鉄心コイル１０３が固定配設されており、これら駆動マグネット１１５及び鉄心コイル１０３によって回転体１１０を回転させるブラシレスモータＭが構成されている。

また、回転体１１０のスリーブ１１１のうち、固定軸１０１と対向する内周面１１１ａは、軸受面仕上げが施される一方、このスリーブ１１１の内周面１１１ａと対向する固定軸１０１の外周面１０１ａには図中破線で示すようにヘリングボーン状の溝１０４が形成されており、これらスリーブ１１１の内周面１１１ａ及び固定軸１０１の外周面１０１ａに設けられた溝１０４によって、回転体１１０をラジアル方向に支持するラジアル動圧軸受Ｒが構成されている。

この光偏向器では、ブラシレスモータＭにより回転体１１０を回転させると、回転体１１０が、ラジアル動圧軸受Ｒにより固定軸１０１に対して一定距離（隙間）をもって非接触に支持されると共に、スラスト磁気軸受Ｓにより固定軸１０１に対して一定高さに支持されることとなる。これにより、スラスト方向の軸受として動圧軸受を用いるタイプのものより、光偏向器の高さを低くできるという利点がある。
また、回転体１１０の重心の位置を回転体１１０の略中心の位置にすることができるので、回転体１１０を安定して回転させることができる。

また、この光偏向器は、前記したように、ブラシレスモータＭにおける軸受が、固定軸１０１の外周面１０１ａと、スリーブ１１１の内周面１１１ａにより構成されている。そして、この軸受は、スリーブ１１１を固定軸１０１の周りに摺動回転させるための滑り軸受としての機能と、スリーブ１１１を固定軸１０１に非接触に保って回転させるためのラジアル動圧軸受としての機能を有している。

特開平５−７１５３２号公報

しかし、滑り軸受としての機能と、ラジアル動圧軸受としての機能は、相反するものであり、滑り軸受としての機能を向上させるとラジアル動圧軸受としての機能が低下し、ラジアル動圧軸受としての機能を向上させると滑り軸受としての機能が低下するという関係にある。

具体的には、ラジアル動圧軸受としての機能の向上は、固定軸１０１の外径およびスリーブ１１１の内径を大きくすることにより実現できる。なぜならば、固定軸の外径が大きいと、スリーブ１１１の内周面１１１ａの周速が速くなり、動圧が立ちやすくなるからである。

しかし、スリーブ１１１を高速で回転させると、スリーブ１１１が固定軸１０１に衝突した場合に、スリーブ１１１および固定軸１０１が受けるダメージが大きくなり、滑り軸受としての寿命が短くなるという欠点がある。つまり、滑り軸受としての機能は低下することになる。

また、ラジアル動圧軸受としての機能の向上は、スリーブ１１１の内周面１１１ａと固定軸１０１の外周面１０１ａの隙間を狭くするでも実現できる。なぜならば、スリーブ１１１の内周面１１１ａと固定軸１０１の外周面１０１ａの隙間を狭いと、動圧が立ちやすくなるからである。

しかし、内周面１１１ａと外周面１０１ａの隙間を狭くすると、温度変化による影響を受けやすくなる。ブラシレスモータＭの回転、停止等により、スリーブ１１１および固定軸１０１の温度が変化すると、スリーブ１１１の内径および固定軸１０１の外径が変化するからである。

かかる温度変化による影響を少なくするためには、スリーブ１１１および固定軸１０１の熱膨張係数を同じにすれば良いが、そうすると、滑り軸受の設計において、材質上の制約を受けることになる。

さらに、内周面１１１ａと外周面１０１ａの隙間を狭くすると、内周面１１１ａと外周面１０１ａの加工精度を高精度にする必要があるため、滑り軸受としての加工コストが上昇することにもなる。

以上説明したように、ラジアル動圧軸受としての機能を向上させると、滑り軸受としての機能が低下するため、滑り軸受とラジアル動圧軸受を共に有する軸受を備えたブラシレスモータは、滑り軸受およびラジアル動圧軸受の機能を共に最大限発揮させることができない。

このため、かかるブラシレスモータは、滑り軸受としての機能またはラジアル動圧軸受としての機能のいずれか一方の機能を優先させ、他方の機能を低下させて使用しなければならないという問題があった。

そして、従来の光偏向器においては、回転体を浮上させて回転させる必要があることから、ラジアル動圧軸受としての機能を優先させなければならず、滑り軸受としての機能を犠牲にしなければならないという問題があった。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、滑り軸受としての機能およびラジアル動圧軸受としての機能を共に最大限発揮させたブラシレスモータおよびかかるブラシレスモータを用いた光偏向器を提供することを目的とする。

本発明は、ハウジングに固定された固定軸と、この固定軸の外側に回転可能に取り付けられたスリーブと、このスリーブの外側を囲むようにハウジングに固定された管状部材と、この管状部材の上端および外周面を囲むようにスリーブに固定されたフランジと、このフランジの内周面に固定されたマグネットと、このマグネットと対向する位置で管状部材の外周面に固定されたコイルと、スリーブの上端に固定された蓋とを有するブラシレスモータにおいて、管状部材の内周面とスリーブの外周面の少なくとも一方に、動圧を発生させる溝を設け、固定軸の外周面とスリーブの内周面の隙間よりも、管状部材の内周面とスリーブの外周面の隙間の方を大きくしたものである。

かかる構成により、固定軸の外周面とスリーブの内周面を滑り軸受としての機能を持たせることができると共に、スリーブの外周面と管状部材の内周面をラジアル動圧軸受としての機能を持たせることができるという効果を奏する。つまり、滑り軸受としての機能と、ラジアル動圧軸受としての機能を分離することができる。

また、本発明は、かかるブラシレスモータのスリーブにポリゴンミラーを固定し、光偏向器とすることができる。

つまり、ハウジングに固定された固定軸と、固定軸の外側に回転可能に取り付けられたスリーブと、スリーブの外側を囲むようにハウジングに固定された管状部材と、管状部材の上端および外周面を囲むようにスリーブに固定されたフランジと、フランジの内周面に固定されたマグネットと、マグネットと対向する位置で管状部材の外周面に固定されたコイルと、スリーブの上端に固定された蓋と、スリーブに固定されたポリゴンミラーとを有する光偏向器において、管状部材の内周面とスリーブの外周面の少なくとも一方に、動圧を発生させる溝を設け、固定軸の外周面とスリーブの内周面の隙間よりも、管状部材の内周面とスリーブの外周面の隙間の方を大きくしたことにより、滑り軸受としての機能と、ラジアル動圧軸受としての機能を分離した光偏向器にすることができる。

そして、前記したブラシレスモータの蓋または光偏向器の蓋に通気口を設け、回転体内部の圧縮空気を流動させても良い。

本発明により、滑り軸受としての機能と、ラジアル動圧軸受としての機能を分離することができるため、設計の自由度が拡大し、軸受のコストダウンが可能となる。

以下に実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。

本発明に係る第１実施例を図１を用いて説明する。
図１は、光偏向器の側部断面図である。

光偏向器１は、アルミニウム製のハウジング２に、ネジ等で固定された円柱形状でかつセラミック製の固定軸１４および円筒形状でかつセラミック製の管状部材１２と、この固定軸１４に回転自在に支持された回転体１５とから構成されている。

この回転体１５は、固定軸１４との間に僅かの隙間をもって挿入された円筒状でかつセラミック製のスリーブ１０と、このスリーブ１０に固定されたアルミニウム製のフランジ５と、このフランジ５の上に置かれ、外周面に多数の鏡面が形成されたアルミニウム製のポリゴンミラー３と、このポリゴンミラー３の上に置かれたリング状の板バネ等のバネ部材７と、このバネ部材７の上に置かれ、ポリゴンミラー３をフランジ５に押し付けるようにしてスリーブ１０の上部で圧入又は焼嵌め等により強制的に嵌入されたアルミニウム製の押圧部材８と、フランジ５の内周面に接着剤等で固定されたマグネット（駆動マグネット）４と、このマグネット４に対向するように管状部材１２の外周面に取り付けられたコイル１１と、スリーブの上端に取り付けられた樹脂製の蓋９とから構成されている。

そして、このマグネット４と、コイル１１との間の吸引力によりスラスト磁気軸受が構成されているので、回転体１５は、常に浮上した状態に保たれている。
また、ハウジング２には基板１３が固定され、この基板１３にブラシレスモータの制御回路が実装されている。

この光偏向器１は、スリーブ１０の外周面１０ａと、管状部材１２の内周面１２ｂによって、ラジアル動圧軸受が構成されおり、スリーブ１０の外周面１０ａと管状部材１２の内周面１２ｂの少なくとも一方に、動圧を発生させる溝、例えば、スパイラル状の溝が設けられている。

また、固定軸１４の外周面１４ａと、スリーブ１０の内周面１０ｂによって、滑り軸受が構成されている。このため、ラジアル動圧軸受の設計において、滑り軸受の制約を受けることがなく、滑り軸受の設計において、ラジアル動圧軸受の制約を受けることがない。つまり、ラジアル動圧軸受と滑り軸受をそれぞれ独立して設計することができる。

滑り軸受は、固定軸１４の直径が小さい方が、固定軸１４の直径が大きい場合と比較して、スリーブ１０の内周面１０ｂの周速が遅くなる。そうすると、スリーブ１０が固定軸１４に衝突した場合に、固定軸１４の外周面１４ａおよびスリーブ１０の内周面１０ｂの受けるダメージが小さくなるため、滑り軸受としての寿命を長くすることができる。

そして、この滑り軸受は、従来のようにラジアル動圧軸受としての機能を持たせる必要がないので、固定軸１４の外周面１４ａと、スリーブ１０の内周面１０ｂの隙間を従来よりも広くすることができる。そうすると、固定軸１４の外周面１４ａと、スリーブ１０の内周面１０ｂの加工精度を従来ほど高精度にする必要がない。このため、滑り軸受の加工コストを下げることができる。

一方、ラジアル動圧軸受は、スリーブ１０の外周面１０ａと、管状部材１２の内周面１２ｂで構成されているので、スリーブ１０の内周面１０ｂよりも外周面１０ａの周速を早くすることができる。そうすると、管状部材１２の内周面１２ｂとの間で動圧が発生し易くなる。そして、さらに動圧を発生し易くするため、スリーブ１０の外周面１０ａと、管状部材１２の内周面１２ｂの隙間を狭く設定することもできる。

しかし、図１に示すように、固定軸１４の外周面１４ａとスリーブ１０の内周面１０ｂの隙間よりも、管状部材１２の内周面１２ｂとスリーブ１０の外周面１０ａの隙間の方を大きくする方が望ましい。回転体１５と固定軸１４の衝突は、すべて滑り軸受が受けるため、管状部材１２の内周面１２ｂとスリーブ１０の外周面１０ａからなるラジアル動圧軸受におけるスリーブ１０と管状部材１２の衝突を防ぐことができるからである。

本実施例においては、固定軸１４の外周面１４ａとスリーブ１０の内周面１０ｂの隙間を５μｍ、管状部材１２の内周面１２ｂとスリーブ１０の外周面１０ａの隙間を５０μｍとした。

本発明の他の実施例を以下に詳細に説明する。
尚、第１実施例に係る光偏向器と同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施例に係る光偏向器の第１実施例との相違点は、蓋９の略中央に、通気口９１を設けた点のみである。

この通気口の穴径を変えることにより、固定軸１４の周りの空気圧を適切に調整することができる。つまり、回転体１５が回転すると、スリーブ１０の外周面１０ａと、管状部材１２の内周面１２ｂの間に形成されたラジアル動圧軸受により、動圧が発生し、回転体１５の下方の空気が回転体１５の内部に流れ込むため、この空気を通気口９１から逃がすことができる。

回転体１５の下方から流れ込んだ空気は、フランジ５とスリーブ１０により外周面、上端、内周面が取り囲まれた管状部材１２に沿って回転体１５の内部に流れ込み、スリーブ１０の内周面１０ｂと固定軸１４の外周面１４ａの隙間を上方に向けて流れる。

そうすると、固定軸１４の上端と蓋９の下端の間に圧縮された空気が形成される。かかる圧縮空気は、高すぎると回転体１５を上昇させるため、回転体１５の回転に適した圧力にする必要がある。通気口９１は、この圧力調整を行うために設けるものである。

本実施例においては、固定軸１４の外周面１４ａとスリーブ１０の内周面１０ｂの隙間を５０μｍ、管状部材１２の内周面１２ｂとスリーブ１０の外周面１０ａの隙間を５００μｍとした。

上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてそれに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び図面の記載から当事者が認識する事ができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。

例えば、前記した実施例においては、ポリゴンミラー３をスリーブ１０に固定したものを示したが、ポリゴンミラー３は、蓋９に固定しても良い。

また、前記した実施例においては、固定軸１４およびスリーブ１０の材質としてセラミックを用いたものを示したが、金属であっても、樹脂であっても良い。

さらに、前記した実施例においては、コイル１１とマグネット４だけでスラスト磁気軸受を構成した光偏向器を示したが、例えば、固定軸１４の上端に磁性体を設け、スリーブ１０の上端にスラストマグネットを設けることによりスラスト磁気軸受を構成しても良い。

また、実施例１および実施例２から、ポリゴンミラー３、弾性部材７および押圧部材８を取り除き、ブラシレスモータとして利用することができることは言うまでもない。

本発明は、画像形成装置等に使用される光偏向器およびブラシレスモータに適用される。

本発明に係る光偏向器の側部断面図である（実施例１） 本発明に係る光偏向器の側部断面図である（実施例１） 従来の光偏向器を説明する側部断面図である

符号の説明

１ 光偏向器
２ ハウジング
３ ポリゴンミラー
４ マグネット
５ フランジ
７ バネ部材
８ 押圧部材
９ 蓋
１０ スリーブ
１１ コイル
１２ 管状部材
１３ 基板
１４ 固定軸
１５ 回転体
９１ 通気口

Claims (4)

1. ハウジングに固定された固定軸と、
   該固定軸の外側に回転可能に取り付けられたスリーブと、
   該スリーブの外側を囲むように前記ハウジングに固定された管状部材と、
   該管状部材の上端および外周面を囲むように前記スリーブに固定されたフランジと、
   該フランジの内周面に固定されたマグネットと、
   該マグネットと対向する位置で前記管状部材の外周面に固定されたコイルと、
   前記スリーブの上端に固定された蓋と、
   前記スリーブに固定されたポリゴンミラーとを有する光偏向器において、
   前記管状部材の内周面と前記スリーブの外周面の少なくとも一方に、動圧を発生させる溝を設け、
   前記固定軸の外周面と前記スリーブの内周面との隙間よりも、前記管状部材の内周面と前記スリーブの外周面との隙間を大きくしたことを特徴とする光偏向器
2. 前記蓋に通気口を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光偏向器
3. ハウジングに固定された固定軸と、
   該固定軸の外側に回転可能に取り付けられたスリーブと、
   該スリーブの外側を囲むように前記ハウジングに固定された管状部材と、
   該管状部材の上端および外周面を囲むように前記スリーブに固定されたフランジと、
   該フランジの内周面に固定されたマグネットと、
   該マグネットと対向する位置で前記管状部材の外周面に固定されたコイルと、
   前記スリーブの上端に固定された蓋とを有するブラシレスモータにおいて、
   前記管状部材の内周面と前記スリーブの外周面の少なくとも一方に、動圧を発生させる溝が設け、
   前記固定軸の外周面と前記スリーブの内周面との隙間よりも、前記管状部材の内周面と前記スリーブの外周面との隙間を大きくしたことを特徴とするブラシレスモータ
4. 前記蓋に通気口を設けたことを特徴とする請求項３に記載のブラシレスモータ

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