JP3278654B1 - ポリゴンスキャナモータ - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 薄肉のヨーク化を実現する上で規定温度範囲
内における圧入の弛緩を排除してヨーク固定を強固にす
ると共に、ロータの回転開始時および回転時における慣
性を小さくすること。 【解決手段】 ブラシレスモータの構造をなし、側面に
反射面３２が形成されたポリゴンミラー３を回転させて
光偏向走査を行なうポリゴンスキャナモータにおいて、
非磁性体でなるロータ部２５と、ロータ部２５に圧入嵌
合され磁性体でなるヨーク２７と、を備え、圧入嵌合が
ロータ部２５の外径部分とヨーク２７の内径部分とで行
われるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームプリ
ンタ、デジタル複写機などレーザビームの走査を行なう
レーザ走査装置に用いられ、より詳細には、アルミニウ
ム製のロータに薄肉のヨーク（磁性体）を圧入嵌合して
固定するポリゴンスキャナモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】モノクロあるいはフルカラーの、レーザ
プリンタやデジタル複写機、レーザファクシミリ装置な
どレーザ走査系を搭載した電子写真方式の画像形成装置
は、高画像品質、高速プリント性、静粛性など優れた特
長と低コスト化により、急速に普及している。このレー
ザ走査系に搭載されるポリゴンスキャナモータには、プ
リント速度、画素密度に応じた回転速度が要求される。
近年、プリント速度の高速化および画質の高解像化に伴
い、ポリゴンスキャナモータにはたとえば３００００〜
５００００ｒｐｍの高速回転数の実現とその信頼性向上
が要求されている。そこで、従来のボールベアリングタ
イプの軸受では、軸受寿命、軸受騒音などの面から要求
品質を満たすことができないため、高速回転用のポリゴ
ンスキャナモータとして、空気動圧軸受を用いたものが
実用化されている。

【０００３】さて、このようなレーザ走査系に用いられ
る動圧軸受け構造のポリゴンスキャナモータとして、た
とえば、ラジアル構造のものが特開平８−１９６０５６
号公報、特開平９−１８２３５７号公報が開示されてい
る。特に、ロータの内側にヨークと磁石を配置したり、
あるいは現実的ではないがミラーの垂下壁にヨークを固
定するものが特許第３００２５５１号に開示されてい
る。また、アルミニウム合金などで構成されるロータの
内側に鉄製のバックヨークを接着などで固定し、さらに
バックヨークの内側に２ｍｍ厚のマグネットを挿入する
従来のポリゴンスキャナモータも知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示されるような従来のポリゴンスキャナモータにあって
は、ロータの内側にバックヨークを接着し、その内側に
２ｍｍ厚程度のマグネットを挿入するといった厚肉構造
であるので、回転時の慣性（イナーシャ）が大きくなっ
て動バランスが不安定になると共に、起動に時間がかか
るなどの問題点があった。また、アルミニウム合金のロ
ータの内側に鉄系のヨークを固定した場合、アルミニウ
ム合金の方が線膨張係数が大きいために、温度変化によ
っては固定が不安定になるという問題点もある。

【０００５】また、上記慣性（イナーシャ）を少なくす
るためには薄肉化が考えられるが、たとえば、それぞれ
薄肉でなる非磁性のロータ部分に磁性体のヨークを固定
する場合、接着剤で固定すると接着ムラにより動バラン
スが崩れる場合がある。また、上述したように、材質が
異なる２つの部品を圧入固定する場合には、使用温度お
よび保存下限温度（たとえば−３０°Ｃ）により、その
線膨張率の違いから収縮差が生じ圧入部分が抜けてしま
うことが考えられる。

【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、薄肉のヨーク化を実現する上で規定温度範囲内に
おける圧入の弛緩を排除してヨーク固定を強固にすると
共に、ロータの回転開始時および回転時における慣性を
小さくすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかるポリゴンスキャナモータにあっ
ては、ブラシレスモータの構造をなし、側面に反射面が
形成されたポリゴンミラーを回転させて光偏向走査を行
なうポリゴンスキャナモータにおいて、非磁性体でなる
ロータと、前記ロータに圧入嵌合され磁性体でなるヨー
クと、を備え、前記圧入嵌合が前記ロータの外径部分と
前記ヨークの内径部分とで行われるものである。

【０００８】この発明によれば、非磁性体のロータの外
側に磁性体のヨークを圧入する際に、それぞれ熱膨張係
数が異なり、温度変化により収縮差が生じてもロータ外
径＞ヨーク内径の関係となるように、つまり、圧入部分
に緩みが生じないように締まりばめのはめあい公差を設
定することにより、規定されている保存温度や使用温度
の範囲において圧入部抜けを防止することが可能にな
る。

【０００９】また、請求項２にかかるポリゴンスキャナ
モータにあっては、前記圧入嵌合は、あらかじめ規定さ
れた保存保証温度および使用保証温度の範囲で、前記ロ
ータの外径が前記ヨークの内径よりも大なる関係で行わ
れるものである。

【００１０】この発明によれば、保存保証温度および使
用保証温度を考慮し、これらの環境温度下であっても、
圧入部分に緩みが生じないように締まりばめのはめあい
公差を設定することにより、これら温度変化があっても
圧入部分が常に締まり勝手になることで芯ずれの発生が
なくなる。

【００１１】また、請求項３にかかるポリゴンスキャナ
モータにあっては、前記ロータの材質がアルミニウム、
前記ヨークの材質が鉄とするものである。

【００１２】この発明によれば、ロータの材質をアルミ
ニウム、ヨークの材質を鉄とした場合、それぞれ線膨張
係数が異なり、温度変化によって収縮差が生じることを
考慮した寸法設定とすることにより、軽量のアルミニウ
ム製ロータへのヨーク取り付けが実現してイナーシャを
小さくすることが可能になり、しかも温度変化などによ
る圧入部の緩みを排除することが可能になる。

【００１３】また、請求項４にかかるポリゴンスキャナ
モータにあっては、前記ヨークの肉厚を１ｍｍ以下とす
るものである。

【００１４】この発明によれば、請求項１〜３のいずか
一つにおいて、ロータおよびヨークの厚さを１ｍｍ程度
の薄肉として上述したように温度変化による収縮差を考
慮した圧入公差設定を行なうことにより、温度変化など
による圧入部の緩みを排除した状態で、薄肉によるロー
タおよびヨークが実現すると共に、そのイナーシャが小
さくなって回転バランス性の向上が可能になる。

【００１５】また、請求項５にかかるポリゴンスキャナ
モータにあっては、前記保存保証温度の最低温度は略−
３０°Ｃとするものである。

【００１６】この発明によれば、請求項１において、−
３０°Ｃ程度の保存状態であっても、ロータとヨークの
収縮状態を考慮し、ロータ外径＞ヨーク内径の関係とな
るように締まりばめのはめあい公差を設定することによ
り、圧入部抜けを防止することが可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるポリゴンス
キャナモータの好適な実施の形態について添付図面を参
照し、詳細に説明する。なお、本発明はこの実施の形態
に限定されるものではない。また、このポリゴンスキャ
ナモータはレーザプリンタなどの画像形成装置に搭載さ
れる例について記述するが、この他にポリゴンミラーの
代わりにディスク状の薄片体を高速回転する装置に同様
に展開することが可能である。また、ポリゴンスキャナ
モータ以外にもヨーク部分が薄肉で圧入固定が後述する
ような主旨で構成されるモータにも同様に適用すること
が可能である。

【００１８】本発明のポリゴンスキャナモータは、レー
ザプリンタやデジタル複写機などのレーザ走査系（レー
ザ書き込みユニット）に搭載され、ポリゴンミラーを所
定の速度で回転し、その側面の反射面により偏向走査
し、さらに各レンズおよびミラーを介してレーザビーム
を感光体表面に光学走査する装置に用いられるものであ
る。したがって、このポリゴンスキャナモータの品質
（ジッター特性、面倒れなど）の善し悪しが画像品質に
影響するため、重要なユニットとして位置付けられてい
る。

【００１９】図１は、本発明の実施の形態にかかるポリ
ゴンスキャナモータの構成を示す断面図である。図にお
いて、符号１はポリゴンスキャナモータ、符号２はブラ
シレスモータ（ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ｍｏｔｏｒ）構造
の直流モータ、符号３は回転多面鏡となるポリゴンミラ
ー（ｐｏｌｙｇｏｎ ｍｉｒｒｏｒ）である。

【００２０】また、符号４は鉄板上に、ドライバなどの
各回路およびＩＣ部品を配線し搭載するためのプリント
配線基板、符号５はラジアルおよびスラスト方向でなる
空気動圧軸受、符号６は突部、符号２１は固定子、符号
２２はモータコア、符号２３はステータ（ｓｔａｔｏ
ｒ：固定子）部、符号２４は軸部、符号２５はロータ
（ｒｏｔｏｒ：回転子）部、符号２６は回転子、符号２
７は円環状の鉄性（磁性体であること）でなるヨーク
（ｙｏｋｅ：継鉄）、符号２８はヨーク２７の内側に設
けられた円環状のマグネットである。

【００２１】また、符号２９はスラスト方向のストッパ
の機能およびスラスト動圧グルーブが形成されているス
ラスト板、符号３１はポリゴンミラー３の中心軸に設け
られた取付孔、符号３２は反射面、符号４０はホール効
果デバイス（Ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ｄｅｖｉｃｅ、
以下、ホールセンサという）である。また、符号４５は
ラジアルおよびスラスト方向よりなる動圧軸受面であ
る。以下、これらの部品の構成関係などについて述べ
る。

【００２２】このポリゴンスキャナモータ１は、軸部２
４に軸支されたポリゴンミラー３をブラシレス型の直流
モータ２によって高速回転するように構成されている。
また、その下部は１ｍｍ厚程度の鉄板上に絶縁処理し、
その上にプリント配線がなされたプリント配線基板４が
設けられ、その孔部分に回転子２１の下部が位置決めさ
れ嵌合されている。

【００２３】直流モータ（ＤＣブラシスモータ）２は、
プリント配線基板４にカシメなどの適宜の手段で固定さ
れている固定子２１にモータコア２２を所定位置に軽圧
入にて固定してなるステータ部２３を備えており、固定
子２１には空気動圧軸受５を介してロータ部２５が回転
自在に支承されている。

【００２４】ロータ部２５は、回転子２６の外周に固定
されている磁性材料からなるヨーク２７の内側に、たと
えば、希土類磁石であるネオジボンド・マグネット（ネ
オジウム（Ｎｄ）系）、サマリウムコバルト系（サマリ
ウム（Ｓｍ）系）などでなるリング状のマグネット２８
を固定し、モータコア２２に流れる駆動電流による磁界
とマグネット２８による磁界との間に働く力により回転
子２６が回転する構成となっている。

【００２５】ポリゴンミラー３は、アルミニウム材料か
らなり、レーザビームを等角走査するために正六角形の
薄板状をなし、その中心部には円形の取付孔３１が形成
されている。ポリゴンミラー３の側面にはレーザビーム
を反射させるためにサブミクロンオーダの鏡面仕上げの
反射面３２が形成されている。なお、ポリゴンミラー３
は正六角形に限らず、正多面形であれば何角形であって
もよい。

【００２６】ポリゴンミラー３をその取付孔３１を用い
て回転子２６に固定するために、回転子２６には取付孔
３１に嵌合する円環状の突部６が回転子２６と同心で形
成されている。すなわち、ポリゴンミラー３の取付孔３
１を突部６に挿入し、突部６の上縁部分を所定圧（ポリ
ゴンミラー３の表面鏡面部を変形させない程度の圧力）
で押圧し突部６をポリゴンミラー３に塑性変形させるこ
とにより、取付孔３１側に放射状につっぱり力を持たせ
て抜け止め固定を行なう。

【００２７】ロータ部２５をステータ部２３に回転自在
に設けるために、固定子２１の先端部には、細径部２１
ａが同軸心で形成されており、回転子２６が細径部２１
ａに緩挿されることにより、回転子２６が固定子２１に
回転自在に支承される構成になっている。さらに、細径
部２１ａの先端の軸部２４には動圧発生用部材としての
スラスト板２９がカシメ加工により固定されている。こ
れにより、回転子２６のスラスト方向の動きが制限され
る。

【００２８】また、図示の符号４５は動圧軸受面であ
り、それぞれの部品面（ステータ部２３、回転子２６、
スラスト板２９の接触面）に５ミクロン程度の動圧溝
（グルーブ）がたとえば旋削加工によって形成され、さ
らにその上に、結露発生時における水滴の付着による不
起動発生などを防止するために、低摩擦係数で撥水性の
あるＰＴＦＥなどの微粒子を分散させた金属で表面処理
されている。これにより、回転子２６の動圧作用によっ
て細径部２１ａを中心に円滑にかつ安定して高速回転で
きるように微量の間隙が形成されるように構成されてい
る。

【００２９】ロータ部２５の外周には磁性材料（鉄な
ど）で作製された円筒状のヨーク２７が嵌合され、その
内側に厚さ１ｍｍほどのリング状をなしたマグネット２
８が固定されている。すなわち、この実施の形態におけ
るポリゴンスキャナモータ１は、外に対するマグネット
２８からの磁力のもれを考慮して磁気的なアンバランス
を回避するために、アルミニウム製のロータ部２５の外
側に鉄製のヨーク２７を圧入する。つまり、マグネット
２８だけでは磁力が弱いのでマグネット２８の外側に磁
性体（ヨーク２７）を設けている。この場合、磁気的に
飽和させる量だけ鉄を設けるが、厚さ１ｍｍのマグネッ
ト２８に対しては、ヨーク２７の肉厚が１ｍｍ以下で十
分飽和する。厚さ１ｍｍのマグネット２８に対してヨー
ク２７の肉厚を１ｍｍより大きくすると、回転するロー
タ部２５のイナーシャを大きくしてしまうだけであり、
消費電力の増加を招来させることになる。

【００３０】そして、このマグネット２８の磁力分布に
おける最適位置を考慮し、マグネット２８に対向する位
置に、ホール効果（Ｈａｌｌ Ｅｆｆｅｃｔ）と呼ばれ
る一種の電流磁気効果作用（電磁変換型）を応用した磁
極位置を検出するホールセンサ４０が所定の位置（モー
タコア２２との関係）に所定の間隔（角度）をもって複
数個プリント配線基板４上に設けられている。

【００３１】つぎに、本発明の特徴であるロータ部２５
とヨーク２７とを圧入して嵌合する際における両者の関
係などについて詳述する。このポリゴンスキャナモータ
１は、先に述べたように、たとえばデジタル複写機やレ
ーザプリンタなどの画像形成装置のレーザ光学系に搭載
される。このような、画像形成装置を使用する際におけ
る画像品質を保証する温度は一般的に約１０°Ｃ〜３０
°Ｃである。この使用保証温度において高速回転し、そ
の遠心力および発熱に起因するロータ部２５とヨーク２
７との緩み発生を回避する必要がある。

【００３２】さらに、船便あるいは空輸による海外輸出
時の保存温度や倉庫保管などの環境を考慮した最低保管
保証温度は、たとえば−３０°Ｃ程度になり、この温度
において装置における部品の脱落、接着はがれなどの不
具合がないように規定されている。このため、ポリゴン
スキャナモータ１においてもこの最低保管保証温度−３
０°Ｃで保存されてもロータ部２５とヨーク２７との緩
みによる脱落などの発生を防止する必要がある。

【００３３】ところが、ロータ部２５はアルミニルムで
作製され、ヨーク２７は鉄製であり、互いに材質が異な
る。このため、両材質の線膨張係数が、アルミニルムが
２３×１０^-6／°Ｃ、鉄が１１．６×１０^-6／°Ｃと異
なり、その収縮差があるので、上述した温度範囲を考慮
したはめあい寸法公差などの設計が必要となる。この圧
入寸法公差および締め代について以下に述べる。

【００３４】表１は、ロータ部２５およびヨーク２７の
圧入寸法公差を温度別に計算した例である。すなわち、
図２に示すようにロータ部２５の圧入部外径をＤｒ、ヨ
ーク２７の圧入部内径をＤｙとすれば、表１における数
値はそれぞれの設定温度に到達したときの基準径（φ３
４）に対する伸び量となる。なお、この数値は設定温度
に到達した際の基準径から嵌合時（２０°Ｃ）の基準値
を差し引いた値を記載している。また、線膨張係数は上
述した値を用いている。

【００３５】

【表１】

【００３６】また、表１における設定温度到達時の値
は、径＝基準径（嵌合時の直径）×線膨張係数×（温度
差２０°Ｃからの温度変化分）＋基準径（嵌合部の直
径）、によって算出する。

【００３７】ロータ部２５とヨーク２７との嵌合外れを
防止するためには、ロータ圧入部外径Ｄｒ＞ヨーク圧入
部内径Ｄｙの関係をすべての保証温度で確保する必要が
ある。上記表１から、たとえば−３０°Ｃの保存温度で
は、基準径φ３４に対し、 ロータ圧入部外径Ｄｒ ヨーク圧入部内径Ｄｙ 上限値 −０．０２９１１ −０．０２９７１ 中間値 −０．０３４１１ −０．０３４７１ 下限値 −０．０３９１０ −０．０３９７１ となり、ロータ圧入部外径Ｄｒ＞ヨーク圧入部内径Ｄｙ
の関係をすべて満足している。したがって、保存温度が
−３０°Ｃに達してもロータ部２５からヨーク２７が外
れることがない。また、ポリゴンスキャナモータが密閉
構造体の中で高速回転し、その発熱による温度上昇など
他の使用温度においても同様の関係が確保される。

【００３８】また、締代σ＝０．０１４３２４（ｃｍ）
＝１４３．２３６２（μｍ）にする必要がある。この限
界締め代の計算例を表２に示し、その計算式および条件
を数１に示す。

【００３９】

【表２】

【００４０】

【数１】

【００４１】したがって、これまで説明してきたこの実
施の形態のポリゴンスキャナモータは、ロータの外側に
ヨークを圧入する構成とし、さらに圧入しろを−３０°
Ｃといった保存温度でも緩まない相対寸法とすること
で、薄肉化の構成による動バランスが向上し、しかも温
度変化による固定ゆるみを排除することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるポ
リゴンスキャナモータ（請求項１）によれば、非磁性体
のロータの外側に磁性体のヨークを圧入する際に、それ
ぞれ熱膨張係数が異なり、温度変化により収縮差が生じ
てもロータ外径＞ヨーク内径の相対寸法、つまり、圧入
部分に緩みが生じないように締まりばめのはめあい公差
を設定することにより、規定されている保存温度や使用
温度の範囲において圧入部抜けを防止することが可能に
なるため、運転時の温度上昇があっても圧入部分が締ま
り勝手になることで芯ずれを生じることがなく、長時間
安定した回転が得られる。したがって、薄肉のヨーク化
を実現する上で規定温度範囲内における圧入の弛緩を排
除してヨーク固定が強固になると共に、ロータの回転開
始時および回転時における慣性を小さくすることができ
る。

【００４３】また、本発明にかかるポリゴンスキャナモ
ータ（請求項２）によれば、保存保証温度および使用保
証温度を考慮し、これらの環境温度下であっても、圧入
部分に緩みが生じないように締まりばめのはめあい公差
を設定することにより、これら温度変化があっても圧入
部分が常に締まり勝手になることで芯ずれの発生がなく
なるため、規定温度範囲内における圧入の弛緩を排除す
ることができ、ヨーク固定が強固になる。

【００４４】また、本発明にかかるポリゴンスキャナモ
ータ（請求項３）によれば、ロータの材質をアルミニウ
ム、ヨークの材質を鉄とした場合、それぞれ線膨張係数
が異なることを考慮した相対寸法の設定とすることによ
り、軽量のアルミニウム製ロータへのヨーク取り付け構
造が実現し、回転時の動バランス特性が向上するので、
振動やイナーシャを小さくすることができ、しかも温度
変化などによる圧入部の緩みを排除することができる。

【００４５】また、本発明にかかるポリゴンスキャナモ
ータ（請求項４）によれば、請求項１または２におい
て、ロータおよびヨークの厚さを１ｍｍ程度の薄肉とし
て上述したように温度変化による収縮差を考慮した圧入
公差設定を行なうことにより、温度変化などによる圧入
部の緩みを排除した状態で、薄肉によるロータおよびヨ
ークが実現し、回転時における動バランス特性が向上す
るので、そのイナーシャや振動を小さくすることができ
る。

【００４６】また、本発明にかかるポリゴンスキャナモ
ータ（請求項５）によれば、請求項１において、−３０
°Ｃ程度の保存状態であっても、ロータとヨークの圧入
部分が、ロータ外径＞ヨーク内径の関係となるように締
まりばめのはめあい公差（圧入しろ）を設定するので、
規定された温度範囲において圧入部抜けを防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるポリゴンスキャナ
モータの構成を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態にかかるロータとヨークと
の圧入関係を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ポリゴンスキャナモータ ２ 直流モータ ３ ポリゴンミラー ５ 空気動圧軸受 ２３ ステータ部 ２５ ロータ部 ２７ ヨーク ２８ マグネット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｋ 21/22 Ｈ０２Ｋ 29/00 Ｚ 29/00 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラシレスモータの構造をなし、側面に
   反射面が形成されたポリゴンミラーを回転させて光偏向
   走査を行なうポリゴンスキャナモータにおいて、 非磁性体でなるロータと、前記ロータに圧入嵌合され磁
   性体でなるヨークと、を備え、 前記圧入嵌合が前記ロータの外径部分と前記ヨークの内
   径部分とで行われることを特徴とするポリゴンスキャナ
   モータ。
2. 【請求項２】 前記圧入嵌合は、あらかじめ規定された
   保存保証温度および使用保証温度の範囲で、前記ロータ
   の外径が前記ヨークの内径よりも大なる関係で行われる
   ことを特徴とする請求項１に記載のポリゴンスキャナモ
   ータ。
3. 【請求項３】 前記ロータの材質がアルミニウム、前記
   ヨークの材質が鉄であることを特徴とする請求項１に記
   載のポリゴンスキャナモータ。
4. 【請求項４】 前記ヨークの肉厚を１ｍｍ以下とするこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずか一つに記載のポリ
   ゴンスキャナモータ。
5. 【請求項５】 前記保存保証温度の最低温度は略−３０
   °Ｃであることを特徴とする請求項１に記載のポリゴン
   スキャナモータ。