JPH02266856A

JPH02266856A - 軸受装置あるいはこの軸受装置を使用したモータおよびポリゴンミラーモータ

Info

Publication number: JPH02266856A
Application number: JP1084833A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Uno; 宇野　斌; Jun Matsubayashi; 純松林; Katsutoshi Arai; 新居　勝敏; Kazuhiko Kawaike; 川池　和彦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-04-05
Filing date: 1989-04-05
Publication date: 1990-10-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レーザービーム記録装置に適用されて顕著な
効果を発揮するもので、特に回転多面鏡を使用する光ビ
ーム走査装置の低振動化を図ったモータに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来の装置は、実公昭６３−１２８７号公報の第４図に
示すように、ボールベアリングの軸受装置が有り、シャ
フトの一方の自由端に回転検出装置を配置し、他の自由
端にマグネットの支持部材を配置して、その外側にポリ
ゴンミラーを配置している。

そして、駆動コイルは軸受装置の外側に配置し、さらに
その外側にマグネットを有する。アウターロータータイ
プのポリゴンミラーモータを形成する。

そして、従来技術の目的は、軸受部からのオイルミスト
が、直列ポリゴンミラーに飛散するのを防止するために
、ポリゴンミラーの直下に軸受が露出しないよう、マグ
ネット支持部材で遮蔽していることを特徴としている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、レーザー記録装置の高速高精細につい
て配慮されておらず、以下の問題があった。

（１）アウターロータモータであるため、回転部のイナ
ーシャが大きく、始動から定格回転数に達するまでの立
上り時間が長く、ファースト記録までに時間がかかり過
ぎ、高速機に使用には不向きであった。

（２）また、軸受にボールベアリングを使用しているた
め、高速になるほど騒音レベルが高く、ボールの回転時
のフレッティングトルクの変化やグリースの状況変化に
よって、軸受ロスが変化し２回転むらが生じて、高速に
なるほど制御回路の追従が悪くなり、モータの回転むら
を抑制することができず、縦線記録ずれを生じることが
あった。

本課題は、運転中軸受ロスが変化しない空気軸受を使用
すればよいが、複雑であるため量産性に不向きである６
さらに、空気軸受は、始動回数寿命が少ないため、ポリ
ゴンミラーモータを連続運転して待機状態にせざるを得
ないが、ポリゴンミラーの風損、コアの鉄損が回転数の
二乗に比例して増加し、銅損も電流の二乗に比例して増
加するため、高速になると待機時の運転コストが急激に
増加してしまう。

（３）さらに、ポリゴンミラーをマグネットの支持部材
に乗せ、スプリングによって、圧着固定しているが、ス
プリングの径をポリゴンミラーのほぼ内接円径付近まで
大きくすることは、回転部のアンバランスを増加させる
ため、後工程のバランス取りに時間を多く有し、実用的
でなく１本公告公報の第４図に示すように小径にするこ
と加工精度が悪化し、又ミクロンオーダーのほこりを噛
込んだりした場合、組立時のミラー面倒れが、単品の面
倒れより大幅に増加し、特に高精細を望む場合に、縦縞
を生じる虞れがあった。

本発明の目的は、回転むらとミラーの面倒れが小さく、
０Ｎ−ＯＦＦ寿命が長く、ミラーの汚損が防止され、組
立性がボールベアリング軸受部に良好なポリゴンミラー
モータを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の主たる目的である回転むらの低減は、安定した
軸受ロスを有する流体軸受に磁気軸受を付加することに
よって達成される。

本発明の他の目的である組立後のポリゴンミラーの面倒
れの低減は、ポリゴンミラー受部の径を出来るだけ大き
くし、はこりの影響を除くため、出来るだけ小さな幅で
受けるようにし、かつ、取付部のガタとほこりの影響で
ポリゴンミラーが斜めに固定されないよう、ポリゴンミ
ラー受台とポリゴンミラーを温嵌にすることによって達
成される。

更に他の目的である０Ｎ−ＯＦＦ寿命の改善は。

前述流体軸受の流体に液体を用いることによって達成さ
れる。

更に他の目的であるミラー汚損の低減は、飛散したオイ
ルミスト等が直接ポリゴンミラーに当らぬ構成とするこ
と、流体が飛散するのを防止するシールを付けること、
シール部からの流体の蒸発量を押えるため、シールを小
さくすること、および、軸受部の温度上昇を抑制するこ
とによって、流体の蒸発自体を抑制することによって達
成される。

更に他の目的である取扱い性の向上については。

転倒時等にロータが抜けたり、流体が流失しないように
するためのロータ抜止機構を設けることによって達成さ
れる。

〔作用〕

上記の主たる目的である回転むらの低減手段として用い
る流体軸受は、流体に潤滑油に類するものを主成分とし
て用いると、軸受とシャフト間に空気よりもはるかに丈
夫な膜が形成されるため、空気軸受のように振動によっ
て軸受とシャフトが、金属接触することもなく、また、
ボールベアリングのように転勤面の変化や潤滑グリース
の倒れ込みなどによって、ロストルクが急変することも
なく、温度によって流体の粘性が徐々に変化するにつれ
、軸受けのロストルクも徐々に変化するように作用する
。

例えば、１５０００ｒｐｍのポリゴンミラーモータは。

一回転の周期が４ｍ５ＥＣであり、回転数の変化は、ｍ
５Ｅｃオーダーの時間で論じられるが、自己加熱による
流体の粘性変化は１秒〜分単位であり、コントローラが
十分に回転数制御を行なえる範囲にあるので、回転むら
が悪化することがない。

しかし、高速になると、軸受の形状やシャフトの動きか
ら、比較的小さい振動であるオイルファールや極めて大
きい振動であるウイングが生じることがある。

オイルの粘度が低く、高速でロータのアンバランスが大
である場合、シャフトが自由に動き回る現象が起こるか
、この状態下で前記現象が発生しやすいことが実験的に
確認されている。

このフオアールやウイングが生じるとモータの振動が大
になり、本体のレーザーボックスを加振し、画像不良と
なることも知られている。

この対策として、潤滑油に磁性流体を用い、通常のラジ
アル軸受に併せて、磁気軸受を用いるとマグネットとシ
ャフト間に強磁性体が集まり、シャフトを保持するため
、シャフトの横振れが抑制され、フオアール、ウイツプ
を防止でき、軸を滑らかに回すことができる。

更に他の目的である組立後のポリゴンミラーの面倒れの
低減手段として実施するポリゴンミラー受台の大径化と
ポリゴンミラーの温嵌は、ポリゴンミラー受台の上に、
ポリゴンミラーが水平に乗るように作用する。

例えば、受台の径がφ３ｏとφ５ｏの場合、１μｍのほ
こりが乗った場合の面倒れの差は、５．５秒であり、高
精細の記録装置の面倒れ規格が、３ｏ秒ＭＡＸ程度と考
えると、受台の径を大きくすることは、組立による面倒
れの悪化を抑制するようになるので、面倒れの改善がさ
れる。

更に他の目的である０Ｎ−ＯＦＦ寿命の改善の為の流体
軸受は、空気軸受に比し、膜強度が格段に強いので、始
動時、運転時とも軸受とシャフトの金属接触が生じない
よう作用する。

それによって、軸受やシャフトが摩耗しないので、軸受
とシャフトのクリアランスが大きくなることなく、ポリ
ゴンミラーの面倒れの増加や振動の増加が生じることが
ない。

更に他の目的であるミラー汚損の低減手段である磁気シ
ールおよびエアポケットは、流体軸受の流体に磁性流体
を用いた場合、エアポケットは自己発熱によって流体が
膨張した場合の体積増加を吸収するように動作し、磁気
シールは、転倒などの場合、シール用のマグネットが、
磁性流体内の強磁性体を吸いよせ、シャフトとマグネッ
ト間に強磁性微粒子の膜を作り、潤滑油の流出を防止す
るように作用する。

また、軸受支持部材の放熱性の向上手段およびモードル
の温度上昇抑制手段は、磁気シール部ににじんでいる潤
滑油の蒸発を抑制するように作用する。

それによって、ポリゴンミラー付近に到達するオイルミ
ストや蒸気が減少するので、ポリゴンミラーのくもりが
減少し、寿命が長くなる。

更に他の目的である取扱い性の向上手段であるロータの
抜止め機構は、ロータの溝に枠体に取り付けたストッパ
ーが嵌合しているので、モータ転倒時においても、溝と
ストッパーのクリアランス分しかロータが移動せず、は
ぼ定位置の状態を維持するように作用する。従って、従
来、モードル転倒時等に、ロータが軸受の定位置より移
動した場合、シャフトに潤滑油である磁性流体が付着し
たまま磁気シールの磁力線の影響のおよぶ範囲外に出て
しまい、ふたたび、ロータが定位置に戻されたとき、逆
に磁気シールの部分で、流体の移動を遮断され、磁気シ
ールの外側にあふれたようにこんもりと付着した状態と
なって、次に、ロータが高速で回転されると遠心力によ
って、磁性流体が飛ばされるのを防止することができる
。

以下、図面を参考に本発明構成の実施例について説明す
る。以下の図示例でポリゴンミラーは、レーザー装置か
らの、被記録信号により変調された。レーザービームが
入射する。ポリゴンミラーは、回転することによって、
このレーザービームをスキャンニングする。このスキャ
ンニングされたレーザービームは、電子写真感光体の受
光ドラムに入射し、所望の画像を形成する。

第１図は本発明の一実施例構成を示す縦断面図である０
図面において、１は固定子鉄心で駆動コイル２が巻装さ
れている。３はアルミ製筒形フレームでその内側に前記
固定子鉄心１を固定している。２３はホール素子や磁気
抵抗効果素子等から成る位置検出センサで、前記ハウジ
ング３の下端内周に取付環２４Ａにて固定された回転数
検出用のコイルパターン２４に植立し取付けられている
。

７はアルミニウムにて製造される軸受支持部材で前記フ
レーム３の下端にねじ止めされている。

この軸受支持部材７の中央部上方には筒状の軸受支持部
７１、下方にはスラスト支持体の収納凹部７２を形成し
ている。４，５は多孔性の焼結合金からなるラジアル軸
受で後述する磁性流体が組立後含侵されるものである。

１８は磁気軸受で、それぞれ前記軸受支持部７１内周に
嵌合されている。

６は回転子の磁性体からなるシャフト１５の下端に形設
されたスラスト軸受で、前記収納凹部７２内に収納取付
けられたスラスト支持体８に受けられている。

前記軸受支持部７１の上端部にはエアーポケット９が形
成されており、この内周に磁気シール１０が嵌合されて
いる。磁気シール１０は永久磁石とこれを挾持する磁性
体ヨークとからなり、磁性体ヨークの内周はシャフト１
５に僅小な間隙を有しており、この微少間隙により、磁
気シールするものである、１１は軸受支持体７の軸受支
持部７１とシャフト１５間の隙間に充填した磁性流体で
あり、この磁性流体１１の充填により、ラジアル軸受４
，５あるいはスラスト軸受６および軸受支持部７１とシ
ャフト１５間はいわゆる密封形の磁性流体軸受となる。

次に、回転検出用マグネット１２２回転子マグネット１
３．ポリゴンミラー１４を、シャフト１５を保持したロ
ータ支持部材１６で結合し、モードルの回転子となし、
前記シール一体形磁性流体軸受に挿入して、ポリゴンミ
ラーモータを形成する。

そして、ミラーの汚損防止と騒音低減のため。

全閉のカバー１７をハウジング３の上端に取付けて実用
に供す。

以下本発明の構成の特徴とするところについて説明する
。第１図がら推察できるように１本ポリゴンミラーモー
タは、駆動コイルユニット、シール一体形磁性流体軸受
ユニットおよびポリゴンミラー付のロータに大別される
。したがって、駆動コイルユニットにシール一体形磁性
流体軸受ユニットを組付後、ロータのシャフト１５を、
軸受ユニットの開口端に挿入し、さらに、防塵、遮音用
のカバー１７をねじ止めするだけで、ポリゴンミラーモ
ータの組立を行なうことができ１組立性が非常に良好で
ある。

前記シール一体形磁性流体軸受の流体１１は、粘性によ
るロスを減らすため、粘性の低いメタル潤滑油の中に、
１μｍ以下の微細な強磁性体粉末で液中に沈殿しない寸
法、形状のものを混入攪拌したものを用いる。

したがって、ボールベアリングのグリースのように、粘
度の高い潤滑材でなく、液体潤滑材であるため、シャフ
トの回転に対して、軸受の負荷トルクが変化することも
なく、また、空気軸受のように、静止時軸受構造材とシ
ャフトが、直接接していることもなく、油膜を介してシ
ャフトが軸受に支持されているので、始動時に軸受やシ
ャフトを摩耗させ、クリアランスを大きくし、回転振動
や回転むらを大きくすることもなく１円滑に回転を続け
させることができる。

しかし、高速回転になるとオイルフォアールを生じるこ
とがあるので、この防止方法として、磁性流体軸受の開
口端に配置される磁気シールと。

スラスト軸受側のラジアル軸受近傍に配置される磁気軸
受によって、磁性流体内の強磁性体をシャフトとの間に
集中させ、軸受のほぼ両端でシャフトのラジアル方向へ
の揺れを抑えるようにする。

前記ラジアル軸受４およびスラスト軸受６は、銅系のメ
タル軸受とし、軸受支持部材７，８は、たとえばアルミ
とし、５〜６μｍ以下程度のクリアランスの軸受部で発
生する熱を外気に放熱しゃすくし、磁性流体１１の化学
変化による劣化を抑制するようにし、長寿命化を図る。

前記エアポケット９は、ポリゴンミラーモータの構造上
−組立後に磁性流体１１を注入するのが不可能であるた
め、軸受４，５，６．１８の体積誤差および軸受支持部
材７，８の加工誤差およびシャフトの外径公差からくる
磁性流体軸受の容積誤差および熱膨張による流体の体積
増加および流体の注入誤差を見込んで、事前に磁性流体
１１を注入し、その後、シャフト１５を挿入しても、磁
性流体１１がオーバーフローし、結果的にポリゴンミラ
ーを汚損することがないように配慮したものである。

前記磁気シール１０は、エアポケット９の外側の軸受支
持部材に配置し、同時に磁気軸受としての役割ももたせ
、第２図に示すごとく、軸受支持部材９と磁気シール１
０の間を接着剤などでシールして、磁性流体の浸透によ
る洩れを防止し、ポリゴンミラーの汚損防止を図るよう
にする。

前記ポリゴンミラー１４とロータ支持部材１６の締結は
、ロータ支持部材１６にポリゴンミラー１４の内接円に
近い部分に、幅の狭いミラー受台としての機能をもった
突起状のリング１６１を形成し、そして、機械的な固定
はポリゴンミラー１４とロータ支持部材１６との温嵌に
よって行なう。

この方法によれば、従来技術に示すばねにより圧接結合
を行なう場合より、ポリゴンミラーの受部の径を大きく
でき、同じ寸法のほこりが、ポリゴンミラーの受部に乗
った場合の悪化が少なくてすむ、＊た。ねじ止めによる
場合はミラー受部の径は大きくできるが、ねじ止め固定
によるポリゴンミラーの歪が鏡面の面倒れにならないよ
う、特殊な形状としなければならないが、この方法の方
が簡単に製作することができる。

また、１嵌によれば、はこりの影響でポリゴンミラーが
斜になった場合でも、締結時にポリゴンミラーの穴とロ
ータ支持部材の外径にならって固定されるので、一部面
倒れが緩和される。

さらに、熱の不均一な伝導によるポリゴンミラーの変形
による面倒れを緩和するために、シャフト１５の材質は
、軸受および軸受支持部材より熱伝導率の低い材料を用
い、ポリゴンミラーへの熱伝達を抑制するよう構成する
。

前記回転子マグネット１４１回転検出用マグネット１２
とロータ支持部材１６との締結は、接着によって行なう
のが一般的であるが、流体軸受の粘性負荷を小さくする
ため、シャフト１５の径をできるだけ小さく設計する必
要がある。

しかるに、モードルの回転数はｌＱＯＯＯｒｐｍ〜３０
０００ｒｐｍであり、共振周波数とモードルの回転周波
数をずらすため、必ずしも熱膨脹率の低い材料を選ぶこ
とができない。そこで、機械的にはもろいが熱膨脹率の
低いフェライト系のリングマグネットを端面接着し、熱
膨張差に起因するマグネットの割れを防止するよう構成
する。

第２図は、第１図の軸受機構の拡大図でオイルフオアー
ル防止のため、磁気軸受１８を開口端側のラジアル軸受
近傍にも設け、上下２個のラジアル軸受の潤滑状況がほ
ぼ同一になるよう配慮したことを明確に示したものであ
る。

これらの磁気軸受のうち、上方部の磁気軸受は磁気シー
ル１０がこれに相当する。

そして、上方磁気軸受である磁気シール１０とシャフト
１５間のクリアランスは下方の磁気軸受１８のシャフト
１５に対するクリアランスよりも小としである。

これは、上方の磁気シール１０は、いわゆる磁気シール
作用を確実にするためと、磁気シール１０の内側に付着
する磁性流体の量が下方の磁気軸受１８に付着する量よ
りも少ないと考えられることに起因する。

第３図は、モードルの転倒または上下反転時にロータが
抜けるのを防止する機構をもたせたもので、ハウジング
３の形状を３′のように変更し、ラジアル方向から操作
できるねじ穴を複数個所に設け、先端部が滑らかなねじ
２０をロータ挿入後にねじ込む。

ｉ方、ロータはロータ支持部材１６に、前述のねじ２０
の位置に対応する部分に溝２１を設けたロータ支持部材
１６′を用い、通常の運転時には。

前述ねじ２ｏと溝２１が非接触の関係になるよう構成す
る。このようにして、転倒２反転時のロータの動きを封
じることにより、シャフト１５に付着して、磁気シール
１０から外に出る磁性流体１１の量を減少させ、かつ、
磁気シール１０の磁界内にとどめることによって、再運
転したときに生じる遠心力で発生するオイルシュートを
防ぐことができる。

第４図は、他のロータ抜け防止機構で、ハウジング３の
上に抜け止板２１を取付は可能な構造とする。

そして、前述ロータ支持部材１６′を用いたロータを挿
入後、複数分割された抜け止板２１を、ラジアル方向よ
りハウジング３上にセットし、ネジ２２で固定する。こ
の方法によれば、面でロータの抜けを受けることになる
ので、より安定した止め方であるとともに、ねじ２０の
ようにポリゴンミラーモードル内に金属粉を残す危険が
なく、後刻舞い上がった金属粉とミラーが衝突し、破壊
に至る心配もない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば組立性がよく、回転むら
の改善、ポリゴンミラー面倒れの改善。

寿命の改善およびポリゴンミラー反射面の汚損の改善、
および、取扱い性の向上を図るなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の断面図、第２図はシール一体
型磁性流体軸受の断面図、第３図はロータの抜止防止機
構（Ａ）、第４図はロータの抜止防止機構（Ｂ）である
。１・・・固定子鉄心、２・・・駆動コイル、３，３′・
・・ハウジング、４，５・・・ラジアル軸受、６・・・
スラスト軸受、７，８・・・軸受支持部材、９・・・エ
アポケット、１０・・・磁気シール、１１・・・磁性流
体、１２・・・回転検出用マグネット、１３・・・回転
子マグネット。１４・・・ポリゴンミラー　１５・・・シャフト、１６
・・・ロータ支持部材、１７・・・カバー　１８・・・
磁気軸受。１９・・・磁気軸受、２０．２２・・・ねじ、２１・・
・抜け止板、２３・・・位置検出センサー　２４・・・
回転検出用コイルパターン。第２図第１図４．５・・・ラジアル軸受６・・・・・・・・・スラスト軸受７・・・・・・・・・軸受支持体７１・・・・・・軸受支持部７２・・・・・・収納凹部８・・・・・・スラスト支持体１０・・・磁気シール１５・・・シャフト１８・・・磁気軸受第３図

Claims

【特許請求の範囲】１、軸受支持体（７）と、この軸受支持体に形成した筒
状の軸受支持部（７１）、この軸受支持部（７１）に貫
挿され、複数の軸受によつて回転自在に支承される磁性
体製のシャフト（１５）とを具備する軸受装置において
、軸受支持体（７）の上下開放部にラジアル軸受（４）お
よび（５）を嵌合し、上方のラジアル軸受（４）の上方
に磁気シール（１０）を配し、シャフトの下端にスラス
ト軸受（６）を配し、スラスト軸受（６）を軸受支持体
（７）に形設した収納凹部（７２）内に水密的に取付け
たスラスト支持体（８）によつて支持するようにし、前
記磁気シール（１０）とスラスト軸受（６）間の軸受支
持部（７１）とシャフト（１５）によつて形成される微
少間隙に磁性粉を多量に含んだ磁性流体を充填したこと
を特徴とする軸受装置。２、前記請求項１において、下方のラジアル軸受（５）と重なる状態に永久磁石から
成る磁気軸受（１８）を配したことを特徴とする軸受装
置。３、前記請求項２において、磁気軸受（１８）を下方のラジアル軸受（５）の上方に
配置したことを特徴とする軸受装置。４、前記請求項１において、磁気シール（１０）は永久磁石とこれを挾持する磁性体
のヨークとから構成されるものである軸受装置。５、前記請求項２において、磁気シール（１０）と磁気軸受（１８）のシャフト（１
５）に対する間隙は磁気シール（１０）の方を小として
あるものである軸受装置。６、前記請求項１において、ラジアル軸受（４）および（５）は、多孔性焼結合金か
らなされ、封入される磁性流体（１１）を含侵したラジ
アル軸受であることを特徴とする軸受装置。７、流体軸受、回転子マグネット、位置検出機構、回転
数検出機構、駆動コイル、枠体からなるモータにおいて
、駆動コイル部の一方の開放端より、スラスト軸受、複
数のラジアル軸受、磁気軸受、エアポケット、流体シー
ルおよびその支持部材からなる流体軸受を挿入し、他の
開放端よりシャフト、マグネット、負荷の支持部材を一
体にしたロータを、前記駆動コイルと流体軸受の間に挿
入したことを特徴とするモータ。８、前記請求項７において、スラスト軸受、ラジアル軸受、磁気軸受、ラジアル軸受
、エアポケット、磁気シールの順に配置したことを特徴
とするモータ。９、前記請求項８において、ロータの側面に溝を設け、また、枠体にラジアル方向か
ら操作可能なストッパーを設け、ロータを軸受に挿入後
、前記ストッパーを、前記ロータの溝に嵌合せしめて、
ロータの抜け止機構としたことを特徴とするモータ。１０、前記請求項９において、ロータ抜け止機構のストッパーが、前述溝の底に接触し
ないことを特徴とするモータ。１１、前記請求項７ないし１０のいずれかにおいて、負
荷はポリゴンミラーであり、モータはポリゴンミラーモ
ータであることを特徴とするポリゴンミラーモータ。