JP3282306B2

JP3282306B2 - 回転駆動装置

Info

Publication number: JP3282306B2
Application number: JP21479693A
Authority: JP
Inventors: 克彦田中; 郁紀坂谷; 岳雪吉場; 宏光村木; 茂遠藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1993-05-06
Filing date: 1993-08-09
Publication date: 2002-05-13
Anticipated expiration: 2017-05-13
Also published as: JPH0720397A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る回転駆動装置は、
例えばレーザプリンタやディジタル複写機に組み込ん
で、被駆動部材であるポリゴンミラーを回転駆動するこ
とにより、レーザ照射器から照射されるレーザビーム
を、感光ドラムに向け走査させる為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開昭６０−２４４９１９号公報
には、本発明の回転駆動装置の一種である、図３に示す
様な構造の光偏向装置が記載されている。ハウジング１
の中心部には固定軸２を設け、この固定軸２の周囲には
回転部材である円管状のスリーブ３を設けている。この
スリーブ３の上下両端部内周面と上記固定軸２の外周面
との間には、動圧気体軸受を設けている。従って、上記
スリーブ３が高速回転すると、このスリーブ３の内周面
と固定軸２の外周面とは非接触状態になる。

【０００３】上記スリーブ３の中間部外周面に形成した
取付フランジ４の上面には、被駆動部材であり、レーザ
光を反射させる為のポリゴンミラー５を支持固定してい
る。又、上記スリーブ３の中間部外周面で上記取付フラ
ンジ４の下側部分には、ロータ６を支持している。一
方、上記ハウジング１の内周面にはステータ７を固定
し、このステータ７と上記ロータ６とを対向させる事
で、上記スリーブ３を回転駆動する為の電動モータ８を
構成している。

【０００４】上述の様に構成される光偏向装置の使用時
には、上記ステータ７に通電する事によって、上記スリ
ーブ３並びにポリゴンミラー５を回転させる。スリーブ
３の回転速度が上昇するのに伴って、前記動圧気体軸受
の作用に基づき、上記スリーブ３の内周面と固定軸２の
外周面とが非接触状態になる。

【０００５】又、図４は、従来から知られた光偏向装置
の第２例を示している。この第２例の場合、スリーブ３
の上端開口部に蓋体９を被着すると共に、この蓋体９の
中央部に鉛直方向に亙って形成した流通孔１０の下端開
口を、固定軸２の上端面に対向させている。スリーブ３
並びにポリゴンミラー５の回転時には、スリーブ３に設
けた動圧溝１７によって、固定軸２外周面とスリーブ３
内周面との間の軸受隙間１１内に、気体が吸引され、こ
の気体によって、上記蓋体９の下面と固定軸２の上端面
とが離隔する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
構成され作用する、従来の何れの回転駆動装置の場合
も、回転部材であるスリーブ３と被駆動部材であるポリ
ゴンミラー５との熱膨張差に基づいて、次に述べる様
な、解決すべき問題が生じる。

【０００７】即ち、従来の回転駆動装置である光偏向装
置に於いては、固定軸２を錆びにくいステンレス鋼によ
り造っている。そして、温度変化に伴う軸受隙間１１の
寸法変化を抑えるべく、上記スリーブ３を超硬合金若し
くは構造用鋼により造り、防錆と摺動性の向上とを目的
として、このスリーブ３の表面にニッケル系の硬質メッ
キを施している。そして、アルミニウム合金製の上記ポ
リゴンミラー５を、上記スリーブ３の周囲に固定してい
た。従って、回転駆動装置である光偏向装置の温度が上
昇した場合には、これら両部材３、５同士の間にかなり
の熱膨張差を生じる事が避けられなかった。より具体的
には、温度上昇時にポリゴンミラー５の熱膨張量がスリ
ーブ３の熱膨張量に比べてかなり多くなっていた。

【０００８】上記ポリゴンミラー５をスリーブ３に支持
固定する場合には、ポリゴンミラー５をスリーブ３に、
隙間ばめによって外嵌すると共に、ポリゴンミラー５を
取付フランジ４に対しねじ止めしている。ところが、温
度上昇時にはポリゴンミラー５の熱膨張に基づき、この
ポリゴンミラー５の内周面とスリーブ３の外周面との間
の隙間が大きくなり、ポリゴンミラー５の取付位置が直
径方向にずれ動く。

【０００９】この様な原因によってポリゴンミラー５の
取付位置が直径方向にずれ動いた場合には、ポリゴンミ
ラー５と共に高速回転する部材の動的不釣り合いが大き
くなり、回転に伴う遠心力によってポリゴンミラー５が
細かく振動する。この様な振動は、レーザ光の走査位置
のずれによるレーザプリンタ等の印字品質低下の原因と
なる為、好ましくない。

【００１０】又、光偏向装置の温度は、ハウジング１内
に存在する気体とポリゴンミラー５等、使用時に高速回
転する部材表面との摩擦に基づいて上昇し、使用停止に
伴って下降する為、上記ポリゴンミラー５が熱膨張、収
縮を繰り返し、その度毎にスリーブ３に対するポリゴン
ミラー５の取付位置が微妙に異なる。この様な場合に
も、ポリゴンミラー５が細かく振動して印字品質を低下
させる原因となる。

【００１１】特に、近年に於いては印字品質の向上と印
字速度の向上とを目的として、より大径のポリゴンミラ
ー５をより高速で回転させる傾向にあり、使用時に於け
る光偏向装置の温度上昇がより著しくなって、上述の様
な原因による印字品質の低下を無視できなくなってい
る。本発明の回転駆動装置は、この様な事情に鑑みて発
明されたものである。

【００１２】

【課題を解決する為の手段】本発明の回転駆動装置は、
前述した従来の光偏向装置等の回転駆動装置と同様に、
軸受と、この軸受により回転自在に支持された回転部材
と、この回転部材に支持されたポリゴンミラー等の被駆
動部材と、上記回転部材を回転駆動する電動モータとを
備えている。

【００１３】特に、本発明の回転駆動装置に於いては、
上記回転部材を構成する材料の熱膨張係数と上記被駆動
部材を構成する材料の熱膨張係数との差を、この被駆動
部材を構成する材料の熱膨張係数の±１０％以内として
いる。

【００１４】

【作用】上述の様に構成される本発明の回転駆動装置に
於いては、温度上昇時に於いても回転部材とポリゴンミ
ラー等の被駆動部材との位置関係がずれる事がなくな
る。従って、回転部材及び被駆動部材に動的不釣り合い
が生じにくくなって、例えば光偏向装置に組み込んだ場
合に、印字品質の低下に結び付く様な振動を起こしにく
くなる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の第一実施例を示している。
ハウジング１２内には、密閉空間１３を設けている。
又、上記ハウジング１２の底面中心部には、枢軸１４の
下端を支持固定している。この枢軸１４は、次述するス
リーブ１５と共に動圧気体軸受１６を構成する。この
為、上記スリーブ１５の内周面には動圧溝１７、１７を
形成している。

【００１６】又、回転部材であるスリーブ１５の中間部
外周面には取付フランジ１８を設け、この取付フランジ
１８の上側に、被駆動部材であるポリゴンミラー５を支
持している。即ち、このポリゴンミラー５を上記スリー
ブ１５に、隙間ばめによって外嵌すると共に、このポリ
ゴンミラー５の内周寄り部分を上記取付フランジ１８
に、図示しない複数個のねじにより固定している。

【００１７】又、非磁性体の上記枢軸１４の上端面に
は、円板状の永久磁石１９を固定している。一方、上記
スリーブ１５の上端部内周面で、上記永久磁石１９の外
周面と対向する部分には、円環状の磁性体２０を固定し
ている。この磁性体２０と永久磁石１９との間に作用す
る吸引力により、上記スリーブ１５は浮上状態に保たれ
る。

【００１８】一方、上記取付フランジ１８の下側には、
ロータ６と、回転バランスを整える為のバランスリング
２１とを支持固定している。このバランスリング２１の
下面に設けた凹部２１ａには、適宜接着剤等を塗布固化
させて、円周方向に亙る回転バランスの調整を行う。

【００１９】又、前記ハウジング１２の中間部内周面で
上記ロータ６と対向する部分には、ステータ７を設け、
上記ポリゴンミラー５を回転駆動する為の電動モータ８
を構成している。更に、上記ハウジング１２の一部で上
記ポリゴンミラー５の外周面と対向する部分の少なくと
も１個所には、窓開口２２を設け、この窓開口２２の外
端開口部を、アクリル板、ガラス板等の透明パネル２３
により塞いでいる。

【００２０】上述の様に構成される、本発明の回転駆動
装置を組み込んだ光偏向装置に於いて、上記ポリゴンミ
ラー５は、アルミニウム合金製としている。これは、ア
ルミニウム合金が、軽量で鏡面切削加工が容易であり、
しかもポリゴンミラー５に要求される反射率を確保し易
い為である。一方、上記ポリゴンミラー５を支持する為
のスリーブ１５は、JIS A2017 、同A5052 、同A5056 、
同A7075 等、ポリゴンミラー５を構成するアルミニウム
合金とほぼ同じ熱膨張係数を有する非磁性体のアルミニ
ウム合金製としている。

【００２１】上述の様に構成される、本発明の回転駆動
装置を組み込んだ光偏向装置の使用時には、電動モータ
８によって、上記スリーブ１５並びにこのスリーブ１５
に固定されたポリゴンミラー５を回転させる。スリーブ
１５の回転速度が上昇するのに伴って、このスリーブ１
５の内周面と枢軸１４の外周面との間に動圧が発生し、
両周面同士が接触する事がなくなる。従って、上記ポリ
ゴンミラー５を高速で長時間回転させる事が可能とな
る。

【００２２】特に、本発明の回転駆動装置を組み込んだ
光偏向装置に於いては、上記ポリゴンミラー５とスリー
ブ１５との熱膨張量がほぼ等しくなるので、温度上昇時
に於いてもスリーブ１５の外周面とポリゴンミラー５の
内周面との間に大きな隙間が生じる事はなく、又、これ
らポリゴンミラー５とスリーブ１５との位置関係がずれ
にくくなる。この結果、一体となって回転するスリーブ
１５及びポリゴンミラー５に動的不釣り合いが大きくな
らず、印字品質の低下に結び付くような振動を起こしに
くくなる。

【００２３】例えば、本発明者が行なった実験による
と、ポリゴンミラー５を構成するアルミニウム合金の熱
膨張係数が２３．８×１０^-6であった場合、スリーブ１
５を熱膨張係数が２３．６×１０^-6のJIS A7075 により
造れば、ハウジング１２内の温度が６０℃に達しても、
高速回転している上記ポリゴンミラー５及びスリーブ１
５は殆ど振動しなかった。これに対して、Siの含有率が
高く、熱膨張係数が１７．５×１０^-6であるアルミニウ
ム合金により上記スリーブ１５を造った場合には、同じ
条件で振動が大きくなり、不満足な性能しか得られなか
った。尚、スリーブ１５等の回転部材を構成する材料の
熱膨張係数と上記ポリゴンミラー５を構成する材料の熱
膨張係数との差を、このポリゴンミラー５を構成する材
料の熱膨張係数の±１０％以内として、スリーブ１５を
構成する材料の熱膨張係数と上記ポリゴンミラー５を構
成する材料の熱膨張係数とをほぼ等しくすると、スリー
ブ１５及びポリゴンミラー５の振動が少ない。

【００２４】尚、上記スリーブ１５及びポリゴンミラー
５を、互いに熱膨張率がほぼ同じアルミニウム合金によ
り造るだけでなく、前記枢軸１４も、スリーブ１５を構
成する材料の熱膨張係数との差がの±１０％以内の熱膨
張係数を有するアルミニウム合金により造れば、前記動
圧気体軸受１６の軸受隙間寸法が変化する事を防止出来
る。この場合に於いて、上記枢軸１４の外周面に、無電
解ニッケルメッキ、アルマイト処理、或はセラミックコ
ーティング等の表面処理を施せば、上記枢軸１４の外周
面を傷つきにくくできる。更に、上記外周面に、ポリフ
ェニレンサイファイド樹脂（ＰＰＳ）やポリアミドイミ
ド樹脂等をベースにした樹脂コーティングを施せば、こ
の外周面の摺動特性を向上（滑り易く）して、光偏向装
置の起動、停止に伴う耐久性を向上させられる。

【００２５】又、アルミニウム合金製枢軸１４の表面に
直接樹脂コーティングをせずに、先ず上記枢軸１４にニ
ッケルメッキやカニゼンメッキ等の表面硬化処理を施し
た後、この枢軸１４の端面及び外径面を所定寸法に仕上
げ、その後、枢軸１４の表面に樹脂コーティングを施し
てから、この枢軸１４の外径面をセンタレス研削により
所定の寸法精度に仕上げるのが、加工上及び取扱上、枢
軸１４の表面に傷が付くのを防止する面から好ましい。
これは、起動トルクの低減と起動停止耐久性向上とを目
的として球状凸面としている図２に示す様な枢軸１４の
上端面を仕上げる為に枢軸１４の外径面をクランプする
際等に有効である。

【００２６】尚、上記枢軸１４の表面をコーティングす
る合成樹脂中にカーボン繊維を混入する事で、コーティ
ング層に導電性を持たせれば、回転検査によって軸受面
の突起の有無を確認できるので、品質保証が容易にな
る。

【００２７】回転駆動装置を組み込んだ光偏向装置の使
用時に於ける温度上昇が限られたものであれば、上記枢
軸１４を構成する材料の熱膨張率を、上記スリーブ１５
を構成する材料の熱膨張率と多少異ならせても良い。こ
の様な場合に上記枢軸１４を、例えばJIS SUS304、同SU
S420、同SUS440等のステンレス鋼、若しくはこれらのス
テンレス鋼に窒化処理を施したもの、更にはJIS SUS420
J2、同SUS440C を熱処理により硬化させたものにより造
る事が考えられる。温度上昇が限られたものであれば、
枢軸１４をステンレス鋼により造っても、前記動圧気体
軸受１６の軸受隙間１１が実用上問題となるほどは変化
しない。

【００２８】尚、スリーブ１５の内周面は枢軸１４の外
周面に比べて取り扱い時等に傷つきにくく、枢軸１４の
外周面に比べて表面処理を行なう必要性が低いが、枢軸
１４の外周面と同様の表面硬化処理を施せば、組立時や
使用時に傷つきにくくなる利点を有する。例えば、アル
ミニウム合金製のスリーブ１５の内周面に動圧溝１７を
形成した後、この内周面に無電解ニッケルメッキ、カニ
ゼンメッキ、アルマイト処理等の表面硬化処理を施せ
ば、この動圧溝１７の形成作業を面倒にする事なく、上
記内周面を硬化できる。

【００２９】尚、スリーブ１５をアルミニウム合金によ
り造ると、上記動圧溝１７の形成作業を、転造等の塑性
加工により容易に行なえる利点がある。この場合に於い
て、軟質なアルミニウム合金製スリーブ１５の内周面に
動圧溝１７を加工した場合、各動圧溝１７の周辺が盛り
上がるので、好ましくは、溝加工後にラッピング若しく
はホーニング等の仕上加工を施して、盛り上がり部分を
除去する。

【００３０】又、ポリゴンミラー５の材質は、アルミニ
ウム合金に限定されるものではなく、銅合金、ガラス、
合成樹脂等も使用可能である。この様な材質によりポリ
ゴンミラー５を造る場合には、勿論、前記スリーブ１５
を構成する材料もこれに合わせて選択する。更に、ポリ
ゴンミラー５の表面（特に反射面である外周面）には、
必要に応じて酸化防止や反射防止の為のコーティングを
施す。尚、回転部材であるスリーブ１５をラジアル動圧
気体軸受とスラスト動圧気体軸受とにより支持しても良
い。

【００３１】次に、図２は、本発明の第二実施例を示し
ている。本実施例の場合には、回転部材であるスリーブ
１５の中間部外周面に設けた取付フランジ１８の上側
に、被駆動部材であるポリゴンミラー５が隙間ばめで嵌
合し、下側に取付板２４が隙間ばめで嵌合している。取
付フランジ１８の上面にポリゴンミラー５を、下面に取
付板２４を、それぞれ軸方向にねじ止め固定している。
そして、この取付板２４の下面に、電動モータ８を構成
するロータ６を固定している。ロータの内周下端部には
凹部２６を全周に亙って設け、この凹部２６に接着剤等
を塗布する事により、回転不釣り合いの調整を自在とし
ている。

【００３２】本実施例の場合には、スリーブ１５を構成
する材料の熱膨張係数とポリゴンミラー５を構成する材
料の熱膨張係数との差を、ポリゴンミラー５を構成する
材料の熱膨張係数の±１０％以内とし、又、スリーブ１
５を構成する材料の熱膨張係数と取付板２４を構成する
材料との熱膨張係数との差を、取付板２４を構成する材
料の熱膨張係数の±１５％以内としている。取付板２４
はポリゴンミラー５よりも軽いので、熱膨張係数の範囲
をポリゴンミラー５より多少広くしても、実用上の問題
は生じない。

【００３３】上記スリーブ１５及び取付板２４を、JIS
A7075 、同A2218 、同A2017 、同A5052 、同A5056 、同
A6262 等のアルミニウム合金により造り、ポリゴンミラ
ー５をJIS A2218 、同A5052 、同A5056 等のアルミニウ
ム合金により造る事が考えられる。何れのアルミニウム
合金も、２５℃に於ける熱膨張係数が２０〜２５×１０
^-6の範囲である為、上記各部材１５、２４、５の熱膨張
量の差を小さく抑えられる。従って、回転駆動装置を組
み込んだ光偏向装置の運転と停止との繰り返しに拘ら
ず、上記取付板２４及びポリゴンミラー５の上記スリー
ブ１５に対する取付位置がずれる事が防止される。

【００３４】上記取付板２４は、断面Ｌ字形で全体を円
環状に形成している。上記ロータ６は、この取付板２４
の外周縁に形成した下方に延びる円筒壁部２５の内側
に、圧入、焼き嵌め、接着等により固定されている。従
って、回転駆動装置を組み込んだ光偏向装置の使用時に
上記ロータ６に作用する遠心力によっても、このロータ
６が取付板２４に対しずれ動く事がないだけでなく、遠
心力に基づいてロータ６に働く応力によって、このロー
タ６が破壊される事が防止される。

【００３５】尚、上記ロータ６を、マンガンアルミ磁石
等の高強度の磁性材により造れば、このロータ６を上記
円筒壁部２５に圧入又は焼き嵌めによって固定する事が
可能となるので好ましい。この場合に於いて、ロータ６
の熱膨張量は、アルミニウム合金製の取付板２４の熱膨
張量よりも少なくなる。従って、温度上昇時には上記円
筒壁部２５がロータ６を抑え付ける締代が少なくなる
が、温度上昇に伴う減少分を予め考慮して上記締代を設
定すれば、温度上昇時にもロータ６が取付板２４に対し
変位する事を防止できる。回転駆動装置を組み込んだ光
偏向装置の温度上昇量が少ない場合には、上記ロータ６
を取付板２４に対し、接着により固定しても良い。

【００３６】更に、図示の実施例では、ハウジング１２
の底面に複数の板状の放熱フィン２７、２７を設け、回
転駆動装置を組み込んだ光偏向装置の温度上昇を抑える
様にしている。

【００３７】

【発明の効果】本発明の回転駆動装置は、以上に述べた
通り構成され作用するが、温度変化に伴う、スリーブ等
の回転部材に対するポリゴンミラー等の被駆動部材の取
付位置のずれを防止できる為、この被駆動部材の振動を
防止できる。そして、例えば光偏向装置に組み込んだ場
合に、良好な印字品質が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す縦断面図。

【図２】同第二実施例を示す縦断面図。

【図３】従来構造の第１例を示す縦断面図。

【図４】同第２例を示す縦断面図。

【符号の説明】

１ハウジング２固定軸３スリーブ４取付フランジ５ポリゴンミラー６ロータ７ステータ８電動モータ９蓋体１０流通孔１１軸受隙間１２ハウジング１３密閉空間１４枢軸１５スリーブ１６動圧気体軸受１７動圧溝１８取付フランジ１９永久磁石２０磁性体２１バランスリング２１ａ凹部２２窓開口２３透明パネル２４取付板２５円筒壁部２６凹部２７放熱フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者遠藤茂神奈川県藤沢市鵠沼神明３−６−10 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10 F16C 17/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸受と、この軸受により回転自在に支持
された回転部材と、この回転部材に支持された被駆動部
材と、上記回転部材を回転駆動する電動モータとを備え
た回転駆動装置に於いて、上記回転部材を構成する材料
の熱膨張係数と上記被駆動部材を構成する材料の熱膨張
係数との差を、この被駆動部材を構成する材料の熱膨張
係数の±１０％以内とした事を特徴とする回転駆動装
置。
【請求項２】軸受を構成する枢軸の外周面と円筒状の
回転部材の内周面とのうちの少なくとも一方の周面に表
面硬化処理を施している、請求項１に記載した回転駆動
装置。
【請求項３】軸受を構成する枢軸の外周面に樹脂コー
ティングを施している、請求項１に記載した回転駆動装
置。
【請求項４】樹脂コーティングが、合成樹脂に導電性
を持たせたものである、請求項３に記載した回転駆動装
置。
【請求項５】回転部材に取付板を介して電動モータを
構成するロータを支持固定しており、この取付板は上記
回転部材に固定しており、上記回転部材を構成する材料
の熱膨張係数と上記取付板を構成する材料の熱膨張係数
との差を、この取付板を構成する材料の熱膨張係数の±
１５％以内とした、請求項１〜４の何れかに記載した回
転駆動装置。