JP2776170B2

JP2776170B2 - 光偏向器

Info

Publication number: JP2776170B2
Application number: JP4259457A
Authority: JP
Inventors: 国井良昌
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: US5438447A; JPH06110008A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ、デジ
タル複写機、レーザファックス、ＰＯＳ端末等に使用さ
れる光学走査ユニットにおける光偏向器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、前記光学走査ユニットの一般的
な例を示し、図示しない例えば半導体レーザなどの光源
より出射したビームは、光偏向器１の多面鏡３に到達
し、モータ２により回転される多面鏡３によって走査さ
れたビームＢは、被走査体４に適切な像を結ぶための結
像レンズ群５を透過し、さらに防塵のためのガラス６を
透過し、前述被走査体４に到達し、現在では一般的にな
ったゼログラフィー技術による静電潜像やフィルムを感
光する。モータ２は通常、ＤＣ・ブラシレスモータが使
用され、光学箱７にネジ止めされ、ユニット全体を防塵
するためのカバー８が設けられている。

【０００３】ところで、モータのステータに鉄心（コ
ア）を用いないコアレスモータを使用した従来の光偏向
器を図６ないし図８を用いて説明する。

【０００４】図６は軸受として動圧スピンドルを用いた
従来例を示し、図６（Ａ）において、モータ機体１２に
は固定軸１０がネジ１３によって固定される。固定軸１
０は、ステンレス製またはセラミック製からなり、その
外径は、サブ・ミクロンの精度で仕上げられる。モータ
機体１２には、鉄系金属もしくはフェライトで構成され
たリング状のステータヨーク１４がネジ若しくは接着な
どで固着され、ステータヨーク１４の上部には、ステー
タコイル基板１５に固定されたステータコイル１６が配
置される。

【０００５】固定軸１０の外周には、筒状の回転軸１１
が嵌合される。回転軸１１の外周には、台座１７が一体
に形成されており、台座１７の下面には、多面鏡３の回
転面の水平精度を出すための環状の基準面１７ａが加工
されている。そして、回転軸１１の外周で台座１７の下
部には、多面鏡３とマグネット１９が嵌合され、回転体
１８を構成している。回転軸１１の下部には溝１１ａが
形成され、この溝１１ａとマグネット１９との間に板バ
ネ２０が弾性係止される。板バネ２０は、図６（Ｂ）に
示すように、リング状をなし、内側および外側にそれぞ
れ複数の係止片２０ａ、２０ｂが形成され、内側の係止
片２０ａが溝１１ａに係止され、外側の係止片２０ｂが
マグネット１９の下面に弾接されている。多面鏡３は、
マグネット１９を介して、台座１７の基準面１７ａ方向
に、板バネ２０の押圧力により固定されている。

【０００６】固定軸１０の外周面には、エッチング技術
により、ヘリン・ボーン溝１０ａが形成され、一方、回
転軸１１の内周面は、ボーリング技術により、固定軸１
０同様にサブ・ミクロンの精度で鏡面仕上げされてい
る。この回転軸１１が回転することと、固定軸１０のヘ
リン・ボーン溝１０ａとの相乗作用により、空気による
動圧が発生し、回転軸１１をラジアル方向（回転中心軸
に対して垂直な方向）に支持している。また、固定軸１
０の上方先端と、回転軸１１の内側には、それぞれ反発
するマグネット２１、２２が設けられ、回転軸１１をス
ラスト方向（回転中心軸方向）に支持している。

【０００７】図７は、前記動圧の回転中心軸方向に関す
る圧力分布である。図中Ｋ１、Ｋ２は、ベアリング剛性
を示し、それがＰ１、Ｐ２の圧力となっている。これ
は、正にその箇所にボール・ベアリングがあるのと同じ
であり、これにより動圧ベアリングを構成している。

【０００８】前述した光偏向器の動圧ベアリングは、モ
ータ機体１２側に固定軸１０を設け、この固定軸１０の
外側に中空の回転軸１１を設けたタイプになっている
が、中空の固定軸をモータ機体側に設け、この内側に回
転軸を設けたタイプもある。現在、モータ設計上からの
要求と動圧ベアリングの信頼性から、後者は使われず、
前者が主流となっている。

【０００９】次に、図８に示す従来のボールベアリング
を用いた光偏向器について説明する。なお、図６と同一
の構成については同一番号を付けて説明を省略する。

【００１０】固定軸１０と回転軸１１の間には、２つの
ボールベアリング２３、２４が挿入されている。また、
回転軸１１の上方は、ボールベアリング２３、２４の回
転による上方からのグリースの飛散がないように高分子
シート、もしくは、金属板のシール２９が接着剤や粘着
剤で貼り付けされている。一方、回転軸１１の下方にお
いては、モータ機体１２と回転軸１１との間にすき間か
らなるラビリンス溝３０が形成され、回転軸１１の回転
による空気の粗、密でエアーカーテンが形成され、ボー
ルベアリング２３、２４の回転による下方からのグリー
スの飛散がないように工夫されている。

【００１１】前述した図６および図８の従来例において
は、下記の表１に示す特徴を持っている。

【００１２】

【表１】 ┌────────────┬──────┬──────┐ │ 項目 │図６の従来例│図８の従来例│ ├────────────┼──────┼──────┤ │ 多面鏡の面間距離 │ φ７０ │ φ７０ │ │（内接円）の限界（ｍｍ）│ │ │ ├────────────┼──────┼──────┤ │ 多面鏡の │ １０ │ １０ │ │ 平均肉厚限界（ｍｍ） │ │ │ ├────────────┼──────┼──────┤ │ マグネットの │ φ５０ │ φ５０ │ │ 外径限界（ｍｍ） │ │ │ ├────────────┼──────┼──────┤ │ マグネットの │ ５ │ ５ │ │ 平均肉厚（ｍｍ） │ │ │ ├────────────┼──────┼──────┤ │ 回転数限界（ｒｐｍ） │２５，０００│１５，０００│ └────────────┴──────┴──────┘ 図６、図８ともに１０，０００ｒｐｍを超える回転数で
の使用は、多面鏡３による「風切り音」が非常に激し
く、それぞれの例において、透光性のウインド・ガラス
３１を設けたカバー３２は、図示せぬネジなどでモータ
機体１２に固定され、防音と防塵の役割を果たしてい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光偏向器のうち図８に示す従来例においては、回転
軸１１の下方は、ラビリンス溝３０が設けられ、ボール
ベアリング２３、２４の回転による下方からのグリース
の飛散がないよう工夫されているが、光偏向器の環境が
６０℃以上でかつ、回転数が１０，０００ｒｐｍ以上で
あると、図中の方向に著しい飛散グリース３３（オイル
ミストとも呼ぶ）を発生させていた。この飛散グリース
３３は、密閉された構造体の中で、多面鏡３や、ウイン
ド・ガラス３１に付着し、レーザパワーの低下等の不具
合を招いていた。このグリース飛散現象は、仮に、多面
鏡３や、ウインド・ガラス３１に付着せずとも、ボール
ベアリング２３、２４の寿命を著しく低下させていた。

【００１４】上記の原因は、図８の圧力分布（回転によ
る風圧の分布）に示すように、回転による多面鏡３は、
多面鏡３がまるでクロス・フロー・ファンの羽根のよう
にその近傍、つまり、図８における多面鏡３の上下から
空気を吸い込み、層流となって、図８の「正」の値の頂
点を中心に吐出し、この「正」の圧力の形成の反動で、
ステータコイル基板１５とマグネット１９間の圧力は、
著しい「負」の値になるためであり、このポンプ作用を
果たす圧力は、多面鏡３の回転数が増すほど、多面鏡３
の外径が増すほど、多面鏡１１の面数が減るほど増加す
る。一方、マグネット１９とステータ基板１５のすき間
は、上記のポンプ作用に影響され著しい値の「負」の圧
力を示している。よって、この負圧と、高温によるグリ
ース粘性の低下により、図８における下部ベアリング２
４のグリースは、ラビリンス溝の効果に打ち勝ち、容易
にカバー３２内へ強力に吸い出されるのである。

【００１５】また、図６の従来例においては、前記同様
に多面鏡３によるポンプの作用で、動圧スピンドルの動
圧分布が、図７の実線で示す正規の設定に対して、点線
の如く崩れ、最大圧力がＰ１′、Ｐ２′となってしま
う。よって、ベアリング剛性が低下し、動圧スピンドル
のかじりが発生するという問題を有している。

【００１６】前記した図８における飛散グリース３３の
発生を防止するために、特開平２−３０９０６６号公報
においては、回転軸とモータ機体との間に微小隙間を構
成し、そのどちらか一方の壁面に、回転体の回転に伴っ
て、回転中心軸方向に向かう強制気流生成用の螺旋溝な
どに代表される気流生成部を設けている。しかしなが
ら、サイズの大きい多面鏡（面間距離φ７０、８面体）
を装着し、この光偏向器の環境温度を６０℃に設定し、
回転数を１２，０００ｒｐｍで再度実験すると容易にグ
リース飛散してしまった。つまり、敢えてサイズの大き
い多面鏡を装着したため、回転による多面鏡のクロス・
フロー・ファンのような効果による周辺の空気の吸引力
が、前述した回転中心軸方向に向かう強制気流力より勝
ってしまったのである。また、高温環境によるグリース
の粘性が低下して、グリース自体がより飛散しやすい状
態になったことも挙げられる。

【００１７】本発明は上記問題を解決するものであっ
て、固定部材と回転部材間のすき間において発生する
「負」の圧力を阻止することにより、ボールベアリング
を用いた光偏向器においては、グリースの飛散を防止
し、動圧スピンドルを用いた光偏向器においては、動圧
スピンドルのかじりの発生を防止することを目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】そのために本発明の光偏
光器は、モータ機体に対して回転自在に支持される回転
軸と、該回転軸の外周に装着される光偏向体およびマグ
ネットとを備える光偏向器において、前記回転軸、光偏
向体およびマグネットからなる回転体の外側全周に回転
体に近接して、光偏向体の回転により発生する気流を乱
流に変える乱流形成部材を配設することを特徴とする。

【００１９】

【作用】多面鏡の回転により、多面鏡の上下から空気を
吸い込み、層流となって多面鏡付近より吐出し、この
「正」の圧力形成の反動で固定部材であるステータコイ
ル基板と回転部材であるマグネットとの間の圧力は著し
い「負」の値になるが、本発明においては、乱流形成部
材により、多面鏡の上下から空気を吸い込むのを阻止
し、多面鏡付近より吐出する空気を極力、乱流に換える
とともに、ステータコイル基板とマグネット間の「負」
の圧力の形成を阻止する。

【００２０】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。図１は本発明の光偏向器の１実施例を示し、図Ａ
は断面図、図Ｂは、図Ａにおける乱流形成部材の斜視
図、図Ｃは図Ｂの断面図である。なお、以下の説明では
多面鏡を例にして説明しているが、これに限定されるも
のではなく、フォログラム・ディスク等、情報を含む光
ビームを所定の方向へ偏向し走査させる光偏向体に適用
されるものである。

【００２１】本実施例は、図８の従来の光偏向器を改良
したもので、図１（Ａ）において、モータ機体１２には
固定軸１０がネジ１３によって固定され、さらに、鉄系
金属もしくはフェライトで構成されたリング状のステー
タヨーク１４がネジ若しくは接着などで固着され、ステ
ータヨーク１４の上部には、ステータコイル基板１５に
固定されたステータコイル１６が配置される。ステータ
コイル１６に、図示しない制御回路から電流が流れる
と、図中の上下に磁界を発生するが、ステータヨーク１
４は、モータの効率向上のために、図中の下向きの磁界
を上向きに戻す働きをしている。

【００２２】固定軸１０の外周には、２つのボールベア
リング２３、２４が挿入され、さらに円筒形状の回転軸
１１が挿入される。回転軸１１の外周には、台座１７が
一体に形成されており、台座１７の下面には、多面鏡３
の回転面の水平精度を出すための環状の基準面１７ａが
加工されている。そして、回転軸１１の外周で台座１７
の下部に多面鏡３とマグネット１９が嵌合され、回転体
１８を構成している。回転軸１１には溝１１ａが形成さ
れ、この溝１１ａとマグネット１９との間に図６（Ｂ）
で説明した板バネ２０が弾性係止される。

【００２３】また、マグネット１９には、動バランス調
整用のバランス溝２５が設けられ、適切な位置に適量の
バランスウェイト２６が装着される。リング２７は、予
圧スプリング２８がボールベアリング２３の内輪を下方
向へ、ボールベアリング２４の内輪を上方向へ押圧する
力、つまり予圧がかかるような位置に固定軸１０へ固定
されている。回転軸１１の上方は、ボールベアリング２
３、２４の回転による上方からのグリースの飛散がない
ように高分子シート、もしくは、金属板のシール２９が
接着剤や粘着剤で貼付されている。一方、回転軸１１の
下方においては、モータ機体１２と回転軸１１との間に
すき間からなるラビリンス溝３０が形成されている。そ
して、透光性のウインド・ガラス３１を設けたカバー３
２が、図示せぬネジなどでモータ機体１２に固定され、
回転体１８を密閉し防音と防塵の役割を果たしている。

【００２４】上記構成は、図８に示した従来例と基本的
に同じであるが、本実施例においては、ステータコイル
基板１５上で回転体１８の外周に、乱流形成部材３５を
接着剤や図示せぬネジなどで固着している。乱流形成部
材３５は、ステータコイル１６とマグネット１９間に形
成される磁界を妨害しないために、高分子シート、もし
くは非磁性体の金属で形成され、図１（Ｂ）、（Ｃ）に
示すように、プレスによる打ち抜きでリング状部材３５
ａと、フィン３５ｂを同時に成形したものであり、か
つ、このフィン３５ｂは多面鏡３の回転方向Ｘに対して
逆らう方向に切り起こされている。

【００２５】なお、フィン３５ｂは、図１（Ａ）の
「正」の値の頂点をより低くするために、回転中心軸方
向の高さを調整することがあるが、このときは、モータ
機体１２上に、スペーサや支柱を介して取り付けられる
こともある。

【００２６】上記構成からなる本実施例の作用について
説明する。乱流形成部材３５がない場合には、多面鏡３
の回転により、多面鏡３の外周は、図１の実線の如く著
しい「正」の圧力を示すこと、ステータ基板１５とマグ
ネット１９のすき間の圧力が、著しい「負」の圧力を示
すことは、前述した通りであり、これは、多面鏡３の回
転により、多面鏡３の上下から空気を吸い込み、層流と
なって図１の「正」の値の頂点を中心に吐出し、この
「正」の圧力形成の反動でステータコイル基板１５とマ
グネット１９との間の圧力は著しい「負」の値になるか
らである。

【００２７】本実施例によるフィン３５ｂの装着は、前
述の多面鏡３の上下から空気を吸い込むのを阻止し、多
面鏡３付近より吐出する空気を極力、乱流に換えるとと
もに、ステータコイル基板１５とマグネット１９間の
「負」の圧力の形成を阻止するため、図１の点線の如
く、カバー３２内の圧力分布が滑らかな変化になること
が実験により確認された。つまり、多面鏡３の外周の
「正」の圧力が低下するとともに、ステータ基板１５と
マグネット１９のすき間の「負」の圧力の絶対値も低下
した。これにより、グリース飛散防止の効果は、長期的
に観測しても完璧であり、同時に単純構造でグリース飛
散防止の光偏向器を提供することができる。

【００２８】しかし、ここで重要なことは、図１（Ｃ）
におけるフィンの立ち上がり方向（切り起こし方向）
が、多面鏡３の回転方向Ｘに対して、逆らう方向であ
り、これとは逆方向の、つまり、多面鏡の回転に対し
て、滑らかに立ち上がる方向のフィンで実験すると、期
待する効果は認められなかった。

【００２９】図２は、図１の乱流形成部材３５の他の例
を示し、図（Ａ）においては、フィン３５ｂは、リング
状部材に形成しないで、幾つかの弧状に分割した分割部
材３５ｃに形成し、前述した図１の点線の圧力分布が、
円周のどこでも均一になるよう、回転中心軸にほぼ同心
を成すように配置されている。図（Ｂ）〜図（Ｅ）は、
リング状部材３５ａに一体に種々の形状のフィン３５ｂ
を形成した例を示している。

【００３０】図３は本発明の他の実施例を示し、図６の
動圧スピンドルを用いた光偏向器を改良したものであ
る。なお、図６の実施例と同一の構成については同一番
号を付けて説明を省略する。本実施例においては、図１
と同様の乱流形成部材３５を設け、これにより、図１で
述べた作用と同じように、カバー３２内の圧力分布がな
めらかな変化になるようするため、動圧スピンドルの動
圧分布が、図７の実線で示す正規の分布に戻り、ベアリ
ング剛性の低下による動圧スピンドルのかじりの発生を
防止することができる。

【００３１】図４は本発明の他の実施例を示している。
なお、図１の実施例と同一の構成については同一番号を
付けて説明を省略する。本実施例においては、ステータ
コイル基板１５上で多面鏡３の外周近傍に、乱流形成部
材３５を設けている。この乱流形成部材３５は、図４
（Ｂ）に示すように、内側が波状もしくは山状などの凹
凸面３５ｅを有したリング状部材３５ｄからなり、その
一部がカットされて開口部３５ｆが形成されている。こ
のカット部３５ｆは、カバー３２に取付けられたウイン
ド・ガラス３１の位置に相当し、レーザ光などの入出光
の妨げを回避している。この乱流形成部材３５は、モー
タ機体１２に固着したステータ基板１５上に接着剤など
で固着されている。固着位置は、リング状部材３５ｄの
内径の中心軸が、多面鏡３の回転中心軸とほぼ同軸の位
置である。

【００３２】なお、乱流形成部材３５をステータコイル
基板１５上ではなく、カバー３２の天井部に固着しても
よい。

【００３３】これにより、回転体１８の風圧分布は、前
記理由で図１と同じ点線の如くとなり、同様の効果が認
められ、コストも図１とほぼ同じである。なお、乱流形
成部材３５は、防振機能を有するゴム、スポンジ等の防
振材を使用することにより、ステータコイル基板１５の
振動を抑制する効果も認められた。また、多面鏡３の回
転中心軸方向の乱流形成部材３５の高さをマグネット１
９の厚みまでの高さ、言い換えれば、多面鏡３の下面ま
での高さでテストすると、長期的な意味でグリース飛散
が発生した。ところが、図４の如く、乱流形成部材３５
の高さを多面鏡３の上面まで延長すると、長期的なグリ
ース飛散を回避できた。

【００３４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の属する技術分野における通常の知
識を有する者にとって種々の変更が可能である。

【００３５】例えば、上記実施例においては、多面鏡の
回転空間をカバーで密閉した光偏向器について説明して
いるが、カバーで密閉しない光偏向器に適用しても同様
の効果が奏される。

【００３６】また、上記実施例においては、固定軸の外
周に回転体を回転自在に支持する光偏向器について説明
しているが、固定軸またはモータ機体の内側に回転体を
回転自在に支持する光偏向器にも当然適用可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、モータ機体に対して回転自在に支持される回
転軸と、該回転軸の外周に装着される光偏向体およびマ
グネットとを備える光偏向器において、前記回転軸、光
偏向体およびマグネットからなる回転体の外側全周に回
転体に近接して、光偏向体の回転により発生する気流を
乱流に変える乱流形成部材を配設する構成のため、固定
部材であるステータコイル基板と回転部材であるマグネ
ット間の「負」の圧力の形成を阻止し、ボールベアリン
グを用いた光偏向器においては、カバー内へのグリース
の飛散を防止し、動圧スピンドルを用いた光偏向器にお
いては、動圧スピンドルのかじりの発生を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光偏向器の１実施例を示し、図Ａは断
面図、図Ｂは、図Ａにおける乱流形成部材の斜視図、図
Ｃは図Ｂの断面図である。

【図２】図１の乱流形成部材の他の例を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図４】本発明の光偏向器の他の実施例を示し、図Ａは
断面図、図Ｂは、図Ａにおける乱流形成部材の斜視図で
ある。

【図５】光学走査ユニットの一般的な例を示す概念図で
ある。

【図６】従来の光偏向器の例を示し、図Ａは光偏向器の
断面図、図Ｂは図Ａの板バネの平面図、図Ｃは回転軸の
拡大断面図である。

【図７】動圧スピンドルモータの原理を説明するための
図である。

【図８】従来の光偏向器の例を示す断面図

【符号の説明】

３…多面鏡（光偏向体）、１０…固定軸、１１…回転
軸、１２…モータ機体１５…ステータコイル基板、１８…回転体、１９…マグ
ネット、３２…カバー３５…乱流形成部材

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】モータ機体に対して回転自在に支持される
回転軸と、該回転軸の外周に装着される光偏向体および
マグネットとを備える光偏向器において、前記回転軸、
光偏向体およびマグネットからなる回転体の外側全周に
回転体に近接して、光偏向体の回転により発生する気流
を乱流に変える乱流形成部材を配設することを特徴とす
る光偏向器。
【請求項２】前記乱流形成部材は、モータ機体上に取り
付けられた複数のフィンであり、該フィンの立ち上がり
方向が回転体の回転方向に対して逆らう方向であること
を特徴とする請求項１記載の光偏向器。
【請求項３】前記フィンがスペーサ又は支柱を介してモ
ータ機体上に取り付けられたことを特徴とする請求項２
記載の光偏向器。
【請求項４】前記乱流形成部材が、高分子シート又は非
磁性体の金属から形成されたことを特徴とする請求項２
記載の光偏向器。
【請求項５】前記乱流形成部材は、モータ機体上に取り
付けられた、内側に凹凸面を有するリング状部材であ
り、該リング状部材の一部に開口部が形成されたことを
特徴とする請求項１記載の光偏向器。
【請求項６】前記乱流形成部材が、ゴム又はスポンジ等
の防振材から形成されたことを特徴とする請求項５記載
の光偏向器。
【請求項７】前記回転体を密閉するためのカバーをモー
タ機体に固体したことを特徴とする請求項１ないし請求
項６のいずれか記載の光偏向器。