JP3312695B1 - ポリゴンスキャナモータ - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 ポリゴンミラーの厚さ方向の中心を軸受中心
に合わせる構成を実現することにより、ポリゴンミラー
の面倒れ発生を低減し、光走査における品質向上を図る
こと。 【解決手段】 ブラシレスモータの構造をなし、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１において、下部がプリント配線基板４に
固定され、上部に空気動圧軸受５が形成されたステータ
部２３と、ステータ部２３の空気動圧軸受５に遊嵌さ
れ、回転するロータ部２５と、を備え、ポリンゴンミラ
ー３は、ロータ部２５の中心と同軸に固定され、かつス
ラスト方向のミラー中心３ａが、空気動圧軸受５のスラ
スト方向の軸受中心５０と同一（略同一）位置上に配置
されている。

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、ポリゴンミ
ラーの面倒れ発生を極小量に抑えた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、記録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
るポリゴンスキャナモータのうち、動圧軸受け構造の方
式として、たとえば、特開平８−１９６０５６号公報、
特開平９−１８２３５７号公報が開示されている。これ
らのポリゴンスキャナモータは、ラジアル軸受構造によ
って、ポリゴンミラーの厚み方向における中心が軸受の
中心から離れた位置に設けられている。また、実開平７
−２７２８２号公報にはロータ全体の重心位置を軸受中
心に配置したポリゴンスキャナモータが開示されてい
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、ポリゴンミラーの厚さ方向の中心位置がロータ軸受
の中心と離れて配置されているため、ポリゴンミラーが
高速回転した場合にすりこぎ状の動き（首振り運動）が
発生する。このため、ポリゴンミラーの反射面が各面ご
とに理想面に対する倒れ精度が変化し、ポリンゴンミラ
ーの反射面が傾いて光反射が行なわれることになる。こ
のようにポリンゴンミラーに面倒れが発生すると、最終
的に本来の光スポット位置に照射されず、画像形成装置
においては画像品質に影響を与えるという問題点があっ
た。

【０００５】この面倒れについて図３および図４を参照
して説明する。図３は、従来におけるポリゴンミラーと
軸受との位置関係を示す説明図である。図４は、ポリゴ
ンミラーの面倒れ発生によるビームスポットのズレ量発
生状態を示す説明図であり、同じ角度だけ反射面が倒れ
た場合を表している。図３において、ポリゴンミラー３
のミラー中心３ａが軸受中心Ｇに対してＬの長さ離れて
いるとすると、ポリゴンミラー３が回転したときにミラ
ー反射面３２が図示のようにすりこぎ現象により傾き、
変位量が大きくなる。このようにミラー反射面３２の傾
きにより変位量が大きくなると、図４に示すように、感
光体７０上にビーム走査を行なう際にスポット位置（焦
点位置）にずれが生じる。通常のレーザ光学系ではこの
面倒れを考慮し、トーリックレンズ６０を設けて補正を
行なっているが、焦点位置のズレ量を十分に補正するも
のではないため、本来のドット径の照射特性が得られ
ず、最終的に解像度に影響することになる。これは高記
録密度を有する画像形成装置になるほどより顕著となっ
て発生する。

【０００６】すなわち、ポリゴンミラーの中心位置が軸
受中心から離れた位置にあると、アンバランスなどによ
る軸受の振動の影響により、ポリゴンミラーの反射面の
位置が上下にずれ、ビーム反射位置が変化し、良好な光
走査品質が得られなくなる。

【０００７】なお、実開平７−２７２８２号公報にあっ
ては、ロータ全体の重心位置を軸受中心に配置してポリ
ゴンミラーのすりこぎ現象の発生を抑制しようとしてい
るが、ロータ全体の重心位置が必ずしもポリゴンミラー
の中心に一致するものではないので、十分な面倒れ抑制
効果が得られない場合がある。これは、軸の倒れを防止
するためにラジアル方向の長さを多くとるＩ字型の軸受
構造である。このため、ポリゴンミラーを付けた場合、
いわゆる竹トンボのような形になり、ロータ中心をミラ
ー中心に合致させることが実際に設計する上において困
難であった。

【０００８】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、ポリゴンミラーの厚さ方向の中心を軸受中心に合
わせる構成を実現することにより、ポリゴンミラーの面
倒れ発生を低減し、光走査における品質向上を図ること
を目的とする。

【０００９】

【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、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、下部がベース面に固定され、上部に軸受部
が形成された固定子と、前記固定子の軸受部に遊嵌さ
れ、回転するロータと、を備え、前記ポリンゴンミラー
は、前記ロータの中心と同軸に固定され、かつスラスト
方向のミラー中心が、前記軸受部のスラスト方向の中心
位置と同一（略同一）位置上に配置されたものである。

【００１０】この発明によれば、ブラシレスモータの構
造およびその作用によってポリゴンミラーを回転するポ
リゴンスキャナモータにおいて、ポリンゴンミラーの水
平方向の中心を、ポリンゴンミラーを固定して一体的に
高速回転するロータの軸受中心位置に合わせた構成とす
ることにより、回転時に軸受長さに起因する軸振れによ
る影響を低減し、ポリンゴンミラーの各反射面の理想位
置における光走査を実現可能にさせる。

【００１１】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、前記軸受部は、空気動圧軸受で構成
されるものである。

【００１２】この発明によれば、空気動圧軸受を採用し
た高速仕様のポリゴンスキャナモータを構成して高速回
転が行われる場合、ポリゴンミラーの中心を空気動圧軸
受の中心に合致させることにより、毎分あたり数万回回
転するポリゴンミラーにおいてさらに面倒れ抑制が可能
になる。

【００１３】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、前記軸受部は、ラジアルおよびスラ
スト方向の空気動圧軸受で構成されるものである。

【００１４】この発明によれば、ラジアルおよびスラス
ト方向の空気動圧軸受により軸方向の長さが縮小された
偏平型のポリゴンスキャナモータにおいて、さらにポリ
ゴンミラーの中心を空気動圧軸受の中心に合致させる構
成とすることにより、従来のような竹トンボのような回
転状態を取らなくなるので、さらに効果的にポリゴンミ
ラーの反射面の面倒れ発生を抑制することが可能にな
る。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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はポリゴンミラー（ｐｏｌｙｇｏ
ｎ ｍｉｒｒｏｒ）、符号３ａはポリゴンミラー３の厚
み方向に対するミラー中心である。

【００１８】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。

【００１９】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、符号５０は動圧軸受面４５における軸受中心
を示すものである。以下、これらの部品の構成関係など
について述べる。

【００２０】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、その孔部分に固定子２１の下部が位置決めさ
れ嵌合されている。

【００２１】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。

【００２２】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スカート部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。

【００２３】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。

【００２４】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側に塑性変形させる
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。

【００２５】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２が細径部２１ａ
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。

【００２６】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
らにその上に低摩擦係数で撥水性のあるＰＴＦＥなどの
フッ素化合物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。

【００２７】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スカート部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２８が固定されている。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 Ｅｆｆｅｃ
ｔ）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
の間隔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。

【００２８】さて、このポリゴンスキャナモータ１の構
成における特徴は、ポリゴンミラー３のミラー中心３ａ
と軸受中心５０とを一致あるいは略一致させ、高速回転
時におけるバランスを向上させたことにある。また、ミ
ラー中心３ａにレーザ光を照射させて偏向走査させるよ
うに設計することが、面倒れ低減、すなわち理想の反射
面での光学走査を実現する上で最も有効となる。これに
よって、前述した動圧軸受面４５が断面形状としてＨ形
状（太実線の部分）をなし、高速回転時におけるポリゴ
ンミラー３の反射面３２の傾き（面倒れ）の発生を極小
量に抑制することが可能になる。

【００２９】図２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におけるポリゴンミラー中心と軸受
中心との位置関係を示す説明図である。先に述べた図３
の従来例に対し、ここではポリンゴンミラー３のミラー
反射面３ａと動圧軸受面４５の軸受中心５０とを一致さ
せた構成とすることより、高速回転時においてポリゴン
ミラー３の反射面３２の首振り運動による面倒れ発生が
抑制される。この結果、理想とする反射面角度および反
射位置に偏向走査が行われるビーム光が照射されるの
で、レンズ・ミラー群を介して本来のビームスポット径
の静電潜像が感光体上に形成される。すなわち、本来の
ドット径で光書き込みが行われるので、高品位の画像形
成が実現する。

【００３０】このように、ポリンゴンミラー３のミラー
反射面３ａと動圧軸受面４５の軸受中心５０とを一致さ
せた構成とすることにより、特に、数万ｒｐｍの高速回
転が行なわれる空気動圧軸受方式のポリゴンスキャナモ
ータにおいてすりこぎ運動の発生が抑制されるので、さ
らに面倒れ抑制の効果が顕著となる。さらに軸中心とす
るポリゴンミラー３の首振り運動が低減され、安定した
回転が維持されるので、回転時における静粛性および信
頼性が向上する。

【００３１】

【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、ブラシレ
スモータの構造およびその作用によってポリゴンミラー
を回転するポリゴンスキャナモータにおいて、ポリンゴ
ンミラーの水平方向の中心を、ポリンゴンミラーを固定
して一体的に高速回転するロータの軸受中心位置に合わ
せた構成とすることにより、回転時に軸受長さに起因す
る軸振れによる影響を低減し、ポリンゴンミラーの各反
射面の理想位置における光走査が実現する。このため、
レーザ光を感光体に走査する画像形成装置などにおいて
本来の理想のスポット径による理想位置への光照射を安
定した状態で実現することができる。

【００３２】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、空気動圧軸受を採用した高
速仕様のポリゴンスキャナモータを構成して高速回転が
行われる場合、ポリゴンミラーの中心を空気動圧軸受の
中心に合致させることにより、毎分あたり数万回回転す
るポリゴンミラーにおいて、安定した状態でポリゴンミ
ラーが回転されるので、さらに面倒れの発生を抑制する
ことができる。

【００３３】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、ラジアルおよびスラスト方
向の空気動圧軸受により軸方向の長さが縮小された偏平
型のポリゴンスキャナモータにおいて、さらにポリゴン
ミラーの中心を空気動圧軸受の中心に合致させる構成と
することにより、より効果的にポリゴンミラーの反射面
の面倒れ発生を抑制することが可能になるので、さらに
安定してポリンゴンミラーが回転され、走査品質の向上
を図ることができる。

【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ポリゴンスキャナ
モータにおけるポリゴンミラー中心と軸受中心との位置
関係を示す説明図である。

【図３】従来のポリゴンスキャナモータにおけるポリゴ
ンミラー中心と軸受中心との位置関係を示す説明図であ
る。

【図４】ポリゴンミラーの面倒れ発生によるビームスポ
ットのズレ量発生状態を示す説明図である。

【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 ４ プリント配線基板 ５ 空気動圧軸受 ３ａ ミラー中心 ２３ ステータ部 ２５ ロータ部 ３２ 反射面 ４５ 動圧軸受面 ５０ 軸受中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｋ 29/08 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ (56)参考文献 特開 平５−241090（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−112721（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、 下部がベース面に固定され、上部に軸受部が形成された
   固定子と、 前記固定子の軸受部に遊嵌され、回転するロータと、 を備え、 前記ポリンゴンミラーは、前記ロータの中心と同軸に固
   定され、かつスラスト方向のミラー中心が、前記軸受部
   のスラスト方向の中心位置と同一（略同一）位置上に配
   置されたことを特徴とするポリゴンスキャナモータ。
2. 【請求項２】 前記軸受部は、空気動圧軸受で構成され
   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】 前記軸受部は、ラジアルおよびスラスト
   方向の空気動圧軸受で構成さ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。