JP3048005B2

JP3048005B2 - ポリゴンミラーモートル

Info

Publication number: JP3048005B2
Application number: JP3096720A
Authority: JP
Inventors: 斌宇野; 末雄赤司; 勝敏新居
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 2000-06-05
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JPH04325854A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポリゴンミラーを使用
する光ビーム走査装置に好適なモートルに関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザービームプリンタの光走査用ポリ
ゴンミラーモートルなどでは、高速低振動の回転を実現
するために、摩擦負荷の小さい軸受によって、回転体を
支持する必要があり、動圧空気軸受でラジアル方向の荷
重を支持し、磁気軸受でスラスト方向の荷重を支持する
手段がとられている。

【０００３】例えば、特開昭64−3318号は、モートルの
上部に磁気軸受を設け、ロータと枠体との間に動圧ラジ
アル軸受を設け、また、外乱によって、ロータに振動が
生じた場合、速やかに抑制するため、密閉空気室と外気
で小孔で通じるようにしている。

【０００４】また、実公平1−12532号の例によれば、モ
ートル駆動力源の両側に動圧ラジアル軸受を設け、下部
に磁気軸受を設け、さらに外乱などによって、ロータが
上下した場合に、部品相互の破壊的な衝突を防止するた
め、磁気軸受の上下に緩衝部材を設けている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、外乱による振動を抑制するため、密閉空気部に小孔
をあけ、振動の減衰を速めたり、ダンパーを用いて金属
部材の衝突を防止しているが、主に運転中のスラスト方
向の振動対策であり、ラジアル方向の外乱および始動停
止時のラジアル軸受接触対策に配慮をされておらず、軸
受部で接触をし、発生した摩耗粉がミラーを破壊した
り、軸受部に焼付を生じる危険が皆無ではない。

【０００６】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたもので、高始動停止頻度に耐え、特に低振動，
高速回転を安定して得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、エンドブラケットと、このエンドブラケ
ットのほぼ中央に隆起するように設けられる筒状部と、
この筒状部の内側に上下に離して配置したラジアル軸受
と、このラジアル軸受に回転自在に支持されるシャフト
と、前記筒状部の内部空間に注入され、かつ前記ラジア
ル軸受の摺動面を潤す磁性流体の潤滑油と、前記シャフ
トに固定支持され、かつ回転子を構成する支持部材と、
この支持部材に設けられるモータマグネットおよびポリ
ゴンミラーと、前記モータマグネットに対向するように
配置されるモータの固定子コイルと、前記エンドブラケ
ットに設けられ、かつ固定子コイルおよび筒状部を包囲
する筒状のハウジングとを有するポリゴンミラーモート
ルにあって、前記回転子の支持部材に回転子側スラスト
磁気軸受マグネットを設け、この回転子側スラスト磁気
軸受マグネットと磁気的に結合される固定子側スラスト
磁気軸受マグネットを設け、この回転子側と固定子側の
両スラスト磁気軸受マグネットでスラスト磁気軸受を形
成し、前記筒状部の上側に設けられたラジアル軸受の上
外端側には、前記磁性流体の流出阻止手段として磁気シ
ールを設け、前記上側ラジアル軸受の摺動面には前記潤
滑油が循環する油溝を備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【作用】流体軸受の流体を空気から磁性流体に変更する
ことによって、軸受の剛性が向上する。これによって、
ロータのバランスが適当にとられていると、流体中にあ
るロータのシャフトが、ラジアル軸受の金属部分と接触
することがなくなり、始動停止を繰返しても、シャフト
や軸受が摩耗しないので、モータのＯＮ−ＯＦＦ寿命が
長くなる。

【０００９】また、磁性流体のベースになっている潤滑
油は、空気より粘性がはるかに高いので、外乱によっ
て、ロータに振動が生じにくく、また、振動が生じて
も、速やかに減衰するように作用する。

【００１０】そして、この効果を維持するために、上側
のラジアル軸受の開孔端（上部）にマグネットによる磁
気シールを設けたので、モータの上下を反転した時な
ど、磁性流体が漏れるのを防止するように作用させる。

【００１１】さらに万一、磁性流体が漏れた場合、カッ
プロータの内側に沿って出たものは、モータマグネット
に付着させ、第二のシールとして作用させる。

【００１２】この第二のシールも突破した磁性流体は、
磁気軸受に吸引付着させ、第３のシールとして作用さ
せ、磁性流体がポリゴンミラーモートルに付着し、レー
ザー光の反射率が低下することのない、トリプルシール
構造として作用する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図を参照し
ながら説明する。

【００１４】図１は、インナーロータ形モータを用いた
場合の実施例で、シャフト１，支持部材２が焼嵌固定さ
れ、支持部材の円筒部外周にモータマグネット４と磁性
軸受回転部マグネット５をインサートモールドによって
形成し、上部にポリゴンミラー３を装着して、カップロ
ータユニットを形成する。

【００１５】ハウジング７にステータコイル８を装着
し、一方の開孔端に磁気軸受の固定部マグネット６をセ
ットし、他の開孔端のモールマグネット４の下方に、位
置検出素子９を配置し、固定子ユニットを形成する。

【００１６】エンドブラケット１０の双方の開孔端にラ
ジアル軸受１１をセットし、上部の開孔端に動圧シール
１２と磁気シール１３をセットし、底部の開孔端を蓋１
４をし、磁性流体１５を注入し、磁性流体軸受ユニット
を形成する。

【００１７】そして、固定子ユニットに磁性流体軸受ユ
ニットを固定し、その開孔端にカップロータユニットの
シャフトを挿入し、ポリゴンミラーモートルを形成す
る。

【００１８】図２は、図１構成の変形で、多量生産に適
するよう、固定子ユニットと磁性流体軸受ユニットを一
体化したポリゴンミラーモートルである。

【００１９】以下本発明の動作について説明する。

【００２０】カップロータシャフトのシャフト１を流体
軸受ユニットに挿入すると、磁気軸受の回転部マグネッ
ト５と固定部マグネット６が、それぞれスラスト方向に
逆特性に着磁されているので吸引状態になる。このスラ
スト方向吸収力は、モータ運転時に磁気軸受が高温にな
っても、カップロータユニットの自重より大きく設定す
ると、流体軸受ユニットの磁性流体中に浮上させること
ができる。

【００２１】従って、カップロータユニットに駆動力を
付与すると、流体の剛性が高いため、シャフト１とラジ
アル軸受１１が接触することなく、滑らかに回転をはじ
める。そして、徐々に回転数を高くすると、カップロー
タユニットの残留不釣合のため、振動が増加するが、シ
ャフト１，ラジアル軸受１１の真円度を１〜２μｍ程度
に設定すると、金属接触することはない。

【００２２】しかし、シャフト１とラジアル軸受１１の
間にクリアランスが大きいと、カップロータユニットに
すりこぎ運動が生じ、ポリゴンミラー３のレーザー光反
射面の面倒れが大になり、実用時に画像むらが生じ、Ｌ
ＢＰのレーザースキャナとして実用に供し得なくなるの
で、空気軸受同様３〜５μｍ程度のクリアランスに設定
し、実用性を確保している。

【００２３】モータ運転時の姿勢が鉛直の場合には、振
動の面からみれば、何ら問題ないが、シャフト１の振動
によって、磁性流体１５がシャフト１に沿って上昇し、
支持部材２の内側に流れ出たり、運転時の高温のため、
蒸発したりする。この防止のため、磁気シール１３は上
昇してくる磁性流体１５を保持し、動圧シール１２は、
磁性流体１５を押戻すように働くとともに、蒸発面積を
減少させ、ラジアル軸受１１の潤滑寿命を長くするとと
もに、粘度上昇による軸受損失の上昇をおさえる。

【００２４】万一、流体軸受ユニットより流失し、支持
部材２の内側に付着した磁性流体１５は、重力によって
下向し、遠心力によって径方向に移動し、第二のシール
部であるモータマグネット４に付着する。モータマグネ
ット４の個所をオーバーフローしたものは、遠心力によ
って、モータ内に飛ばされる。モータ内の磁性流体がモ
ータ外に出ようとすると、第三のシールである磁性軸受
固定部マグネット６に付着し、ポリゴンミラー３を容易
に汚染することができない、トリプルシール構造のモー
タを形成する。

【００２５】図３は、モータマグネット４と磁気軸受回
転部マグネット５を一体にした形状を示す。

【００２６】モータマグネット４は、ラジアル配向を
し、ラジアル方向に強磁界が得られるようにする。磁気
軸受回転部５は、スラスト方向配向をし、着磁をするた
め、同心の二重円筒形状とし、かつ、スラスト配向部の
マグネットの外径をラジアル配向部のマグネット外径よ
り大とする。

【００２７】そして、支持部材２をインサートモールド
することによって、ロータユニットの組立時間の短縮と
初期不釣合を小さくすることができるため、２〜５mgcm
程度まで行う。不釣合修正時間を短縮することができ
る。

【００２８】磁気軸受のマグネット５，６は、単にロー
タユニットを浮上させるだけならば、モータ内のどの位
置に配置してもよいが、磁性流体１５のシール，ロータ
ユニットの保持およびラジアル方向の制振の観点からラ
ジアル軸受１１の範囲外に同軸精度よく配置して、見掛
上の軸受スパンを長くし、磁気軸受のラジアル方向保持
成分によって一層の安定化を図る。

【００２９】図４は、アウターロータ形モータを用いた
例について示すと、特徴的なのは、第二のシールが、強
力で磁性流体は、カップロータユニット外まで出ること
がない。

【００３０】図５は、面対向形モータを用いた場合の例
で、磁性流体は、ほとんどモータマグネット４に付着
し、ロータユニット外にほとんどもれることがない。

【００３１】図６に、ラジアル軸受部の断面を示す。シ
ャフト１とラジアル軸受１１の間のクリアランスＣが小
さいと、シャフト１とラジアル軸受１１は、油膜切れを
生じ、接触振動を生じる場合がある。

【００３２】この点からクリアランスＣを徐々に大きく
すると、シャフト１は油膜に包まれて、静かに回転する
ようになる。

【００３３】さらに、クリアランスＣを大きくすると、
フォワールが発生し、小さな振動が生じ始め、さらにク
リアランスを大きくすると、ウィップが生じ振動がさら
に大きくなる。

【００３４】軸受ユニットは、図１の例によれば、１
４，１１，１０，１２，１３から構成され、エンドブラ
ケット１０にラジアル軸受１１が装着され、クリアラン
スＣは、おおよそ３μｍである。

【００３５】しかし、実用時のクリアランスＣは、材料
の相性を考え、シャフト１とラジアル軸受１１は、別材
質を用いることが多いので、熱膨張差によって１〜２μ
ｍ（シャフト径φ５のとき）、構造からくる応力の差に
よって上下２個の軸受の真円度は１μｍ弱異なるので、
一方のラジアル軸受は、初期クリアランスに対し、約
１.５〜２.０倍のクリアランスになる。

【００３６】しかも、実用高温時には、温度上昇のため
磁性流体１５の粘度も低下するので、フォワールを生じ
易くなる。

【００３７】この対策として、常温でのクリアランスＣ
を小さ目に設定し、上側のラジアル軸受１１の内側面
（摺動面）に油溝を設ける。なお、下側のラジアル軸受
１１には、油溝を設けない構造とする。

【００３８】このようにして、低温から高温域まで、低
振動のラジアル軸受を形成することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、エンドブ
ラケットと、このエンドブラケットのほぼ中央に隆起す
るように設けられる筒状部と、この筒状部の内側に上下
に離して配置したラジアル軸受と、このラジアル軸受に
回転自在に支持されるシャフトと、前記筒状部の内部空
間に注入され、かつ前記ラジアル軸受の摺動面を潤す磁
性流体の潤滑油と、前記シャフトに固定支持され、かつ
回転子を構成する支持部材と、この支持部材に設けられ
るモータマグネットおよびポリゴンミラーと、前記モー
タマグネットに対向するように配置されるモータの固定
子コイルと、前記エンドブラケットに設けられ、かつ固
定子コイルおよび筒状部を包囲する筒状のハウジングと
を有するポリゴンミラーモートルにあって、前記回転子
の支持部材に回転子側スラスト磁気軸受マグネットを設
け、この回転子側スラスト磁気軸受マグネットと磁気的
に結合される固定子側スラスト磁気軸受マグネットを設
け、この回転子側と固定子側の両スラスト磁気軸受マグ
ネットでスラスト磁気軸受を形成し、前記筒状部の上側
に設けられたラジアル軸受の上外端側には、前記磁性流
体の流出阻止手段として磁気シールを設け、前記上側ラ
ジアル軸受の摺動面には前記潤滑油が循環する油溝を備
えたことを特徴とするポリゴンミラーモートルにある。

【００４０】上記の構成によれば、次の良さがある。

【００４１】(1).ラジアル軸受の潤滑油として磁性流体
を用いたので、空気流体に比べ流体としての剛性が高
く、始動時および停止時にラジアル軸受とシャフトが直
に接触することがなく、高頻度の始動・停止を繰り返し
ても軸受の摩耗が少ない。

【００４２】(2).上側のラジアル軸受の上部には、磁性
流体の流出阻止手段として磁気シールを設けているの
で、磁性流体の流出阻止効果が高い。

【００４３】磁気シールは、磁力で磁性流体を吸引する
ものである。したがって、このポリゴンミラーモートル
を逆さに置いて使用しても、磁性流体の流出を阻止でき
るのである。

【００４４】(3).上側のラジアル軸受の内側である摺動
面には磁性流体循環用の油溝を形成しているので、磁性
流体が良く循環して摺動面が磁性流体で常に潤されるの
で、ラジアル軸受の摺動面に油膜切れが生じない。

【００４５】(4).回転子が上下のスラスト方向に移動す
るのを阻止するスラスト軸受として磁気軸受を備えてい
るので、回転子のスラスト移動がないことはもちろん、
仮に上側のラジアル軸受の磁気シールから磁性流体が漏
れたとしても磁気軸受およびモータマグネットの磁力で
吸着され、ポリゴンミラーが磁性流体で汚れることがな
い。

【００４６】以上のように本発明によれば、高始動停止
頻度に耐え、高速低振動のポリゴンミラーモートルを提
供する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】インナーロータ形モータの構造図である。

【図２】インナーロータ形モータ（固定子ユニットと軸
受ユニット一体化）の構造図である。

【図３】モータマグネットの構造図である。

【図４】アウターロータ形モータの構造図である。

【図５】面対向形モータの構造図である。

【図６】ラジアル軸受部の断面図である。

【符号の説明】

１…シャフト、２…支持部材、３…ポリゴンミラー、４
…モータマグネット、５…磁気軸受回転部マグネット、
６…磁気軸受固定部マグネット、７…ハウジング、８…
ステータコイル、９…位置検出素子、１０…エンドブラ
ケット、１１…ラジアル軸受、１２…動圧シール、１３
…磁気シール、１４…蓋、１５…磁性流体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０２Ｋ 5/24 Ｈ０２Ｋ 5/24 Ｚ 21/14 21/14 Ｍ (72)発明者赤司末雄茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内 (72)発明者新居勝敏茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (56)参考文献特開平２−266856（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−85216（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−12126（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 7/09 H02K 5/167 B F16C 32/04 F H02K 5/24 Z H02K 21/14 M

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンドブラケットと、このエンドブラケッ
トのほぼ中央に隆起するように設けられる筒状部と、こ
の筒状部の内側に上下に離して配置したラジアル軸受
と、このラジアル軸受に回転自在に支持されるシャフト
と、前記筒状部の内部空間に注入され、かつ前記ラジア
ル軸受の摺動面を潤す磁性流体の潤滑油と、前記シャフ
トに固定支持され、かつ回転子を構成する支持部材と、
この支持部材に設けられるモータマグネットおよびポリ
ゴンミラーと、前記モータマグネットに対向するように
配置されるモータの固定子コイルと、前記エンドブラケ
ットに設けられ、かつ固定子コイルおよび筒状部を包囲
する筒状のハウジングとを有するポリゴンミラーモート
ルにあって、前記回転子の支持部材に回転子側スラスト磁気軸受マグ
ネットを設け、この回転子側スラスト磁気軸受マグネッ
トと磁気的に結合される固定子側スラスト磁気軸受マグ
ネットを設け、この回転子側と固定子側の両スラスト磁
気軸受マグネットでスラスト磁気軸受を形成し、前記筒状部の上側に設けられたラジアル軸受の上外端側
には、前記磁性流体の流出阻止手段として磁気シールを
設け、前記上側ラジアル軸受の摺動面には前記潤滑油が循環す
る油溝を備えたことを特徴とするポリゴンミラーモート
ル。