JPH04325854A - ポリゴンミラーモートル - Google Patents

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】

【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
支持する必要が有り、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、実告平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。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
止頻度に耐える。特に低振動，高速回転を安定して得る
ことを目的とする。

【０００６】

【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、一方に開孔端をもった流体軸受ユニットの
流体を空気から磁性流体に変更し、開孔部に流体もれ止
めの第一のシールを設ける。

【０００７】そして、外側にモータマグネット、上部に
ポリゴンミラーを装着し、モータマグネットとポリゴン
ミラーの中間に、磁気軸受の回転部マグネットを設けた
カップロータを軸受ユニットに挿入する。

【０００８】前述、モータマグネットに対向する位置に
モータの固定子を配置し、磁気軸受回転部マグネットに
対向する位置に磁気軸受固定部マグネットを設けて、第
二，第三の磁性流体シールとしたことを特徴とする。

【０００９】さらに、軸受ユニットのシャフトとラジア
ル軸受間のクリアランスとラジアル軸受の潤滑溝との関
係を適正にすることによって、シャフトとラジアル軸受
の接触振動およびフォワールによる振動を抑制し、低振
動化を図る。

【００１０】

【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
長くなるように作用する。

【００１１】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。

【００１２】そして、この効果を維持するために、磁性
流体軸受の開孔端にマグネットによる磁気シールとモー
タが回転すると、磁性流体を内部に押込むように作用す
る動圧シールをセットして設計、モータを反転した時な
ど、磁性流体が漏れるのを防止するよう作用させる。

【００１３】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、ロータマグネット
に付着させ、第二のシールとして作用させる。

【００１４】この第二のシールも突破した磁性流体は、
磁気軸受の主に固定部に吸引付着させ、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させないよう、トリプ
ルシール構造として作用する。

【００１５】また、磁気軸受を、ロータの重心近傍に配
置することによって、ロータのスラスト方向の自重を保
持することはもちろん、ラジアル方向の保持力も発生さ
せ、ラジアル振動の抑制をさせるよう作用させる。

【００１６】モートルを高速で運転した場合、クリアラ
ンスを小にする軸受鋼性は増加するが、金属接触をしや
すくなる。また、クリアランスを大にすると高温になる
とフォワールによる振動が発生しやすくなる。

【００１７】そこで、ラジアル軸受部の摺動部断面積Ａ
１と油溝の断面積Ａ２をし、Ａ２／Ａ１≒１〜５とする
と、金属接触とフォワールが生じにくく作用し、高速低
振動の軸受となる。

【００１８】

【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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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を注文し、磁性流体軸受ユニット
を形成する。

【００２２】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
。

【００２３】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。

【００２４】以下本発明の動作について説明する。

【００２５】カップロータユニットのシャフト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。

【００２６】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、除去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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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
部であるマグネット４の（Ａ）部に付着する。（Ａ）部
をオーバーフローしたものは、遠心力によって、モータ
内の（Ｂ）部に飛ばされる。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気軸受固
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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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、２〜５ｍｇ
ｃｍ程度まで行なう。不釣合修正時間を短縮することが
できる。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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の◎部に
付着し、ロータユニット外にほとんどもれることがない
。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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、ウイップが生じ振動がさら
に大きくなる。

【００３９】軸受ユニットは、図１の例によれば、１４
，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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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、ラジアル軸受の真円度がよりフラン
ジ側のラジアル軸受１１に、Ａ１の１〜５倍程度の面積
の油溝を設け、ボス側のラジアル軸受は、エンドブラケ
ット１０の締付力が弱く、かつ、動圧シール１２を装着
時の変形が加わるため、真円度が悪く、油膜が切れずら
いので、潤滑過剰によるフォワールを防止するため、油
溝を設けない構造とする。

【００４３】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。

【００４４】

【発明の効果】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】マグネットの構造図である。

【図４】アウタ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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリゴンミラーを装着した回転子と駆動コ
   イルと回転子の位置検出器および回転数検出器を装着し
   た固定子部分と磁気シールおよび動圧シール，ラジアル
   軸受を装着した磁性流体軸受ユニットと磁気軸受を主要
   素とするポリゴンミラーモートルにおいて、２個のラジ
   アル軸受の一方にスラスト方向の油溝を設けたことを特
   徴とするポリゴンミラーモートル。
2. 【請求項２】請求項１記載の油溝を設けるラジアル軸受
   は、構造上真円度の良い側の軸受であることを特徴とす
   るポリゴンミラーモートル。
3. 【請求項３】請求項１記載のラジアル軸受の油溝の面積
   の合計は、クリアランス部の断面積の１〜５倍であるこ
   とを特徴とするポリゴンミラーモートル。