JPH0580270A - ポリゴンミラーあるいはポリゴンミラーモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回転むらの小さいポリゴンミラーあるいはポリ
ゴンミラーモータを提案すること。 【構成】ポリゴンミラーの表面の異径箇所に即硬化性の
接着剤を滴下し接着してポリゴンミラーを構成し、また
このポリゴンミラーを磁性流体軸受を有するポリゴンミ
ラーモータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビーム等の記録
装置に適用されるもので、高速高精細に好適な、ポリゴ
ンミラーを使用する光ビーム走査装置の低振動化に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のポリゴンミラーモータを、図３，
図４を用いて説明する。図に示すポリゴンミラーモータ
は、中央に貫通孔１が形成され、外周縁を正多角形とす
る複数の鏡面２を有する平板状の回転体を貫通孔１が形
成されたセラミックス製の筒体３₁と、該筒体３₁の外周
に焼ばめ固着した金属製の外周部材３₂ とから構成され
る。外周部材３₂ の外周縁を正多角形とする複数の鏡面
２に形成してポリゴンミラーロータ３とし、このロータ
３を前記の貫通孔１を貫通して支持体４に備えられた固
定軸５の外周にあって、外周面に動圧発生用溝１１₁ を
形成したプッシュ５₁に回転自在に設けて、かつ前記外
周部材３₂と平行に固定され、ロータ３を回転させるス
テータコイル６を前記支持体４又はカバー体１１に備
え、前記ロータ３の外周部材３₂ に設けられた永久磁石
又は二次導体のマグネット７と前記ステータコイル６と
によってロータ３を回転させるモータユニットを構成し
て、前記ロータ３と支持体４との間に金属又はセラミッ
クス材からなるスラスト受部材９を介在配備するように
し、このロータ３とこれと対向して形成される摺動面の
いずれにも又はいずれかに動圧発生用溝１０を形成して
ある。

【０００３】この種モータとしては特開昭62−75616 号
公報が知られている。

【０００４】前記ロータ３の筒体３₁ は中央に円筒形状
の貫通孔のある円筒体若しくは角筒体で前記固定軸５又
は固定軸５に嵌支されるブッシュ５₁ に嵌装され、前記
支持体４上に介在される受部材９に対面配備されている
もので、この受部材９としては角形又は円形の板体でロ
ータ３のマグネット７に対向する面及びステータコイル
６に対向する面にあるが、筒体３₁の軸方向側面の両側
に設けて筒体３₁を挾持してある。また筒体３₁ にはこ
の受部材９に対応する面の摺動面の両方の面に動圧発生
用溝１０、例えば、ねじり方向が逆向きのスパイラル状
溝をランド部を残して形成した硬質のセラミックス材料
例えばＳｉＣ焼結体，ＢｅＯを含むα−ＳｉＣ焼結体、
又はＳｉ₂Ｎ₄焼結体などで構成したものを用いてスラス
ト軸受部として形成する。前記ロータ３とスラスト受板
の受部材１０との間とのクリアランスは５〜１５μｍと
してロータ３が起動時には下部受部材９側に密着し、回
転後動圧が生じて浮上後は上部受部材１０側に接近して
運転できるようになっている。

【０００５】前記マグネット７はロータ３の外周部材３
₂ に設けた丸孔の挿入孔８に埋込配備して、上面を平坦
に面合わせ、または、挿入孔８に対してマグネット７を
上面より窪み状態或いは突出状態に配置している。

【０００６】前記挿入孔８は前記ロータ３の筒体３₁又
は外周部材３₂に複数個環状に形成配備してある。

【０００７】図中１０₁ はヘリングボーン状に形成した
動圧発生用溝で固定軸５に嵌装されるブッシュ５₁ の外
周面又はこれに対応する回転体側面のいずれかの面に多
数設けてラジアル軸受を形成している。１１はカバー体
であって、支持体４に嵌着し、レーザプリンタなどの密
閉構造としたもので、バーコードリーダなどのように鮮
明度を要求されない場合には省略できる。１２は投光用
窓部、１３は留めナットで温度膨張経時によるゆるみを
防止するものである。

【０００８】なお前記筒体３₁ がその上下両面に動圧発
生用溝１０を備えたものであるが、この動圧発生用溝１
０はスパイラル状の方向は両面に設けた場合に逆方向
（投影面上同じ向き）に設けてポリゴンロータを回転駆
動する際に誤って逆方向に回転させても焼損することが
ないようにしている。

【０００９】なお、この具体例では固定軸５として金属
製固定軸５上にヘリングボーン状溝を外周に有するセラ
ミックス材料のスリープ状ブッシュ５₁ を備えてある
が、前記ロータ３の浮上量を拘束する手段としてはロー
タ３の上方位置で固定軸５に設けた上部受部材９を座金
１４及び固定用ナット１５若しくはその他のストッパを
選んで固着する構成としてある。

【００１０】また前記支持体４はアルミニウム材から構
成されるものであって、前記摺動部材の廻り止めとして
用いられるものであるが、前記固定軸５及び支持体４も
SiCを主体とするセラミックス材料で構成することも選
んでできる。

【００１１】しかして鏡面２のあるロータ３は支持体４
にある固定軸５のスリーブ状のブッシュ５₁ 上にマスバ
ランス，液体バランス及び磁気バランスが良好に維持さ
れて円滑に回転され、回転時の空気抵抗も小さく運転で
きるものである。

【００１２】この場合、前記支持体４とロータ３との間
に介在された受部材９の対応面に動圧発生用溝１０があ
り、その対面側は平滑な平面としてスラスト軸受部とす
るものであり、また、ラジアル軸受部は固定軸５上のス
リーブ状のブッシュ５₁ の外周面、又は貫通孔１の円筒
面のいずれか一方の面にヘリングボーン状の動圧発生用
溝１０₁を形成し、他方の面を平滑な円筒面として構成
するものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、レー
ザビームプリンタが、鮮明画像を高速で作るため、ポリ
ゴンミラーモートルの軸受に、セラミックの動圧空気軸
受を用いている。

【００１４】空気軸受は、超高精度の加工を必要とし、
その為の高価な設備および多くの作業時間を必要とす
る。

【００１５】しかし、いかに高精度に製作しても回転む
らを完全になくすことは不可能であり、回転時の回転む
らをいかに抑制するかがこの種装置で求められる永遠の
課題である。

【００１６】また、始動時および停止寸前には、動圧が
不十分であり、どうしても固体接触を行なうので、軸受
の起動回数寿命が短く、かつ、軸受部接触時に生じるセ
ラミック粉末が、全閉モートル内に飛散し、ミラーのレ
ーザ光反射面を汚損する。さらに、高温時に、遠心力に
よって、マグネットが変位し、ロータの不釣合が変化し
て、モートルの振動が変化し、最悪状態では、画像不良
が生じる等の問題点を有している。

【００１７】本発明は、前記に着目し、高速回転時の回
転むらの少ないポリゴンミラーを簡単な構成で提供する
こと、あるいは回転時の回転むらが小さく、又、起動に
伴う摩耗を減少して寿命の大幅な延長を図るポリゴンミ
ラーモータを提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記目的は、ポリゴンミ
ラーの表面の異径箇所に硬化性の接着剤を接着するこ
と、およびこのポリゴンミラーを磁性流体軸受を有する
モータによって高速回転することによって達成される。

【００１９】

【作用】ポリゴンミラーのアンバランスのうち大きなも
のについてはポリゴンミラーの外周部に滴下する接着剤
で修正し、これでも除去できない小さなアンバランスは
この外周部よりも内側に滴下する接着剤で修正するよう
にしたので、アンバランスの修正を可及的に小さくする
ことができる。

【００２０】また、この修正されたポリゴンミラーを磁
性流体軸受ユニットを有するモータで駆動することによ
り、より回転むらの少ないポリゴンミラーモータを提案
できるように作用する。

【００２１】

【実施例】回転むらを低減する為に用いる流体軸受は、
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潤滑膜が形
成されるため、空気軸受のように本体の振動によって軸
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動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。

【００２２】例えば、１５０００rpm のポリゴンミラー
モートルは、一回転の周期が４mSECであり、回転数の変
化は、ｍＳＥＣ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、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。

【００２３】しかし、シャフト端面が自重で固定部に接
触すると焼付きを生じる。この防止法としてスラスト軸
受を設けるが、接触軸受である以上精度に応じた振動を
生じる。

【００２４】この対策として、回転検出用マグネット
に、従来どおりの回転検出着磁パターンと磁気スラスト
軸受用の着磁パターンを設け、回転部に配置し、対向面
の固定部分に反発用の磁気スラスト軸受用マグネットを
配置すると、常時ロータが浮上するため、振動・騒音・
軸受ロスが低減するように作用する。

【００２５】運転中の振動変化は、バネ固定あるいは接
着固定されているミラーと軸の同心度が温度上昇のため
に変化したり、接着しているマグネットと軸の同心度が
温度上昇のため変化するため、回転体の不釣合が増加し
生じるものである。

【００２６】この対策として、ミラーおよびマグネット
を焼嵌によって固定すると、使用中の温度上昇や遠心力
によってミラーやマグネットが変位することがないの
で、運転中の不釣合変化がなく、振動変化が低減する。

【００２７】また、モートル組立後に、ポリゴンミラー
上にウエイト（接着剤）を付加し、不釣合の修正を行な
うと、トリミングによる修正と異なり、ミラーの変形を
起こしたり、切削粉の混入により、後にミラー反射面を
傷つけることもなく作用する。

【００２８】ここに、接着剤の粘度を１０００〜２００
０ＣＰ程度に選択した紫外線硬化型のものを用いれば、
滴下点から流れることもなく、接着剤の接触角も９０°
以下になり、接着としては良好な条件となる。

【００２９】しかし、ディスペンサーの最小滴下単位の
関係で、中心から同一距離に滴下したのでは、必要な残
留不釣合（５ｍｇｆｃｍ程度以下）を得ることができな
い。そこで、荒修正は外側に仕上げ、修正は内側になる
よう、複数の修正点を決めると、５ｍｇｆｃｍ以下の精
密不釣合修正を可能とする。

【００３０】磁性流体軸受は、空気軸受に比し、膜強度
が格段に強いので、始動時・運転時ともラジアル軸受と
シャフトの金属接触が生じないよう動作する。

【００３１】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、ポリゴンミラー面倒れの増加や振動の増加が生
じることがない。

【００３２】以下、本発明の構成の一実施例について、
図１を用いて説明する。

【００３３】鉄心１８に駆動コイル１９を巻き、ハウジ
ング２０に装着し、駆動コイルユニットとなす。そし
て、位置検出センサー２１と回転数検出コイルパターン
を配したプリント基板２２を配置し、さらに、ラジアル
軸受２３，２４を軸受支持部材２５に固定し、エアポケ
ット２６の側に動圧シール２７を配置して、さらにその
外側に磁気シール２８を配置して、軸受カバー２９で、
反シール側をふさぎ、軸受部に規定量の磁性流体３０を
注入したシール一体形磁性流体軸受を形成する。さら
に、軸受支持部材２５の回転検出マグネット対向部に、
磁気スラスト軸受用マグネット３１を配置し、前記駆動
コイルユニットの一開口端にセットすることによって、
モートルの固定部を形成する。

【００３４】次に、カラー３２にシャフト３３を焼嵌
し、モートルマグネット３４および回転検出用マグネッ
ト３５を焼嵌して、さらにポリゴンミラー３６を焼嵌す
ることによって、モートルの回転部を形成する。

【００３５】そして、モートルの回転部を、前記モート
ル固定部のシール一体形磁性流体軸受に挿入して、ポリ
ゴンミラーモートルを形成する。

【００３６】以下本発明の特徴とするところについて説
明する。

【００３７】前記シール一体形軸受は、図１に示すよう
にラジアル荷重に対してはラジアル軸受２３，２４で受
け、スラスト荷重に対しては回転検出用マグネット３５
の着磁パターンを、図２に示すように、回転検出用の多
極着磁部分を外側に、磁気スラスト軸受の反発極として
の着磁部分を内側に着磁して、カラー３２に焼嵌をし、
一方の磁気カラスト軸受極を得る。

【００３８】対となるべき他の一方の磁気スラスト軸受
用マグネット３１は、軸受支持部２５にセット用の溝３
７を設けて、接着固定をして配置する。

【００３９】そして、磁気スラスト軸受用マグネット３
１の反発面を、プリント基板２２の検出コイルパターン
面とをほぼ同一にする。

【００４０】磁気軸受のマグネットの強さによって、ス
ラスト方向のギャップを調整できるので、回転検出マグ
ネット３５とプリント基板２２の間のギャップを適正か
つ均一に保つことができ、回転検出電圧もほぼ一定とな
って、電気的・機械的に信頼性の高い構成にすることが
できる。

【００４１】もちろん、回転部のシャフト３３の端面と
軸受カバー２９は、図１に示すように常時非接触の状態
に保たれるので、振動および損失が低減するとともに、
軸受のスラスト方向の精密加工部品がなくなるので、安
価に製造できるようになる。３８はシャフト下端部に存
在するスラスト空間である。

【００４２】また、プリント基板２２と磁気スラスト軸
受マグネット３１を接着すると、プリント基板端面より
出る塵埃を防止でき、ポリゴンミラー３６の汚損防止を
図ることもできる。

【００４３】また、運転中の振動変化は回転部の不釣合
の変化により生じることが知られており、実験的にも確
認されたので、回転部構成部品が径方向に変位するのを
防止するため、径の小さいＳＵＳ製のシャフト３３に熱
膨張率の大きなアルミのカラー３２を焼嵌あるいは温嵌
で装着し、温度変化時における同心ずれを防止する。カ
ラー３２とポリゴンミラー３６は、ミラーの鏡面変形に
よるレーザ光の反射角急変を押えるため、材料の物理特
性がほぼ同一のものとし、かつ、嵌合部の精度がミラー
の鏡面変形につながるのを防止するため、それぞれの真
円度を２μｍ以下程度に加工し、焼嵌を行ない、温度変
化時におけるポリゴンミラー３６の径方向変位を防止す
る。

【００４４】カラー３２とモートルマグネット３４，回
転検出マグネット３５の嵌合は、カラー３２より熱膨張
率の大きいプラスチックマグネットを用い、焼嵌あるい
は温嵌によって装着を行ない、温度変化による径方向へ
の変位を防止する。

【００４５】前記シール一体形磁気流体軸受の流体３０
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、０.１μｍ 以下の微細な強磁性体粉末で液
中に沈殿しない寸法，形状のものを混入撹拌したものを
用いる。

【００４６】振動を押えるための不釣合修正は、図５に
示すように、ミラー３６を組付ける前に、ロータ組の状
態で一度修正を行なう。ミラー３６組立後、モートルに
組立て、モートル全体の振動を検出して、この振動が最
小となるよう、ミラー３６の上にウエイト３９を、ディ
スペンサーで不釣合に対応した量だけ滴下させる。

【００４７】一般的にモートルの回転数が１５０００rp
m を越える場合、残留不釣合は、５mgfcm 以下程度にし
ないとＬＢＰの騒音規格を満足できない。しかし、ミラ
ー３６組付後の不釣合は、一例として１５〜１００ｍｇ
ｆｃｍにばらついており、このときのウエイト量換算値
は、１０〜６７ｍｇである。そして、比重１.１ 前後の
ウエイトを、１ｍｇ単位でコントロールしようとする
と、ディスペンサーの性能限界と滴下ウエイトの広がり
から、修正値に大きな誤差が生じ、修正作業を何回も繰
り返すことがある。

【００４８】これを防ぐため、ディスペンサーと、修正
位置を複数設け、外径側で荒修正を行ない、内径側で仕
上げ修正を行なうようにし、不釣合修正におよぼす誤差
要因を除き、修正時間の短縮を図る。ここに、硬化後の
重量変化の小さな（２％以下程度）接着剤をウエイトと
して用いれば、トリミングによる修正と異なり、ミラー
に外力を加えることなく、また、ミラー３６取付後に、
ごみを出すこともなく、安定かつ能率的な不釣合修正が
できる。

【００４９】尚、ウエイトは外径側で大粒であり、小径
側で小粒の接着剤を滴下するようにし、微調節，アンバ
ランス量を可及的に減じるようにしている。

【００５０】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急
変することもなく、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、起動
時に軸受やシャフトが摩耗し、経時的にクリアランスが
大きくなって回転振動や回転むらが大きくなることもな
く、円滑な回転を経続させることができる。

【００５１】以上のようにして、空気軸受使用品よりも
寿命の長いポリゴンミラーモータを提供することができ
る。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ポリゴン
ミラーの表面の異径箇所に即硬化性の接着剤を滴下し接
着するように構成したので、非常に簡単な作業でアンバ
ランスを除去することができ、回転むらの非常に小さい
ポリゴンミラーを提供できる。また、このポリゴンミラ
ーを磁性流体軸受けを有するモータで駆動するようにし
たので、回転むらが非常に少なく、かつ長寿命のポリゴ
ンミラーモータを提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図。

【図２】回転検出用マグネットの着磁パターンを示す下
面図。

【図３】従来知られているモータの縦断面図。

【図４】同じく横断上面図。

【図５】図１の平面図。

【符号の説明】

１…貫通孔、２…鏡面、３…ロータ、３₁……筒体、３₂
…外周部材、４…支持体、５…固定軸、５₁ …ブッシ
ュ、６…ステータコイル、７…マグネット、８…挿入
孔、９…受部材、１０，１０₁ …動圧発生用溝、１１…
カバー体、１２…投光用窓部、１３…留めナット、１４
…座金、１５…固定ナット、１８…鉄心、１９…駆動コ
イル、２０…ハウジング、２１…位置検出センサ、２２
…プリント基板、２３，２４…ラジアル軸受、２５…軸
受支持部材、２６…エアポケット、２７…動圧シール、
２８…磁気シール、２９…軸受カバー、３０…磁性流
体、３１…磁気スラスト軸受用マグネット、３２…カラ
ー、３３…シャフト、３４…モートルマグネット、３５
…回転検出用マグネット、３６…ポノゴンミラー、３７
…溝、３８…スラリー空間、３９…ウエイト。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高速回転するシャフトに取付けられ、レー
   ザを走査するポリゴンミラーにおいて、 ポリゴンミラーの表面の異径箇所に硬化性の接着剤を接
   着してなるポリゴンミラー。
2. 【請求項２】請求項１において、 表面の異径箇所に即硬化性の接着剤を滴下接着してなる
   ポリゴンミラー。
3. 【請求項３】請求項２において、 接着剤は、粘度が１０００〜２０００ＣＰ（２５℃）で
   硬化後の重量変化が２％以下であるポリゴンミラー。
4. 【請求項４】ハウジングに固定された駆動コイルユニッ
   ト、同じくハウジングに固定された軸受ユニット、軸受
   ユニットで支持されたシャフト、シャフトに固定された
   ポリゴンミラーモータにおいて、 前記軸受ユニットは磁性流体軸受を有するものとすると
   共に、ポリゴンミラー表面の異径箇所に即硬化性接着剤
   を滴下接着したポリゴンミラーモータ。
5. 【請求項５】請求項４において、 接着剤は、粘度が１０００〜２０００ＣＰ（２５℃）
   で、硬化後の重量変化が２％以下であるポリゴンミラー
   モータ。