JPH0677107B2

JPH0677107B2 - ポリゴンミラ−

Info

Publication number: JPH0677107B2
Application number: JP9097287A
Authority: JP
Inventors: 庄太郎溝渕; 英臣原田; 憲幸長田; 泰史久部
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1987-04-15
Filing date: 1987-04-15
Publication date: 1994-09-28
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: JPS63257716A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レーザプリンタ、バーコードリーダやレーザ
複写機などに用いられているレーザ走査光学系において
レーザ光を反射させて感光体表面に照射するためのポリ
ゴンミラーに関するものである。

〔従来の技術〕

従来のポリゴンミラーは第７図に示すように、高鮮明な
画像処理に適した密閉構造の例について知られているレ
ーザプリンタでは半導体レーザやガスレーザなどからな
るレーザユニットからのレーザ光を回転するポリゴンロ
ータａのミラーｂによって反射させて、感光体表面に照
射するものであり、ポリゴンロータａは駆動モータｃに
よって固定軸ｄ上にスリーブｅを介して回転されるよう
に構成されている。

そして、前記固定軸ｄの外周面には多数の動圧発生用溝
部が形成され、回転スリーブｅの回転によってスラスト
荷重及びラジアル荷重を支えるための動圧が発生する様
になっている。即ち、この動圧発生用の溝部は、機能的
にはヘリングボーン状の下部溝部f₁及びヘリングボーン
形状を形成する中部溝部f₂と上部溝部f₃によって動圧を
発生させてラジアル荷重を支え、且つ、中部溝部f₂とに
よって固定軸ｄ上面に空気を送り込み、以て固定軸ｄの
上端にあるスラスト軸受ｇとの間の空気圧を高めてスラ
スト荷重を支えるようになっている。

回転スリーブｅの上部にはポリゴンロータａがねじ止め
され、また下部にはロータマグネットc₁が固定され、か
つロータマグネットc₁を駆動するためのステータコイル
c₂がロータマグネットc₁の周囲を囲むように固定されて
駆動モータｃとなっていると共に、外部からポリゴンロ
ータａのミラーｂへ照射されるレーザ光、及び所望の露
光面へ反射されるレーザ光を透過させるレーザ入出窓部
ｈが外筒ｉの上部周面の一部に形成されたものから成っ
ていて、駆動モータｃで高速回転するポリゴンロータは
回転精度が高く維持される必要があるばかりでなく、反
射面の面振れを小さくしなければならないために固定軸
と回転スリーブとの間隙は極めて狭いものとしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、このようなレーザプリンタは鮮明な文字や画
像を高速度で再生するものであるから、ポリゴンミラー
は高速度で、しかも反射面の倒れが少ない状態で回転さ
れねばならないために、ポリゴンミラーは切削が容易
で、高反射率のアルミ合金の平板をダイヤモンドで切削
することで製造されているが、形状を維持するために、
その厚みは10mm以上にもなっていた。しかしポリゴンミ
ラーが高速回転している時の負荷は、大半がポリゴンの
外周縁の空気抵抗であり、レーザ光を反射する領域が1m
m以下でも十分である狭い幅であることを考慮するばポ
リゴンミラーが周囲の空気を乱すことによる動力損失は
極めて大きなものとなる。

これらのことから、固定軸と回転スリーブとの摺動部は
極めて精密に加工されて、空気による動圧が効果的に発
生するようにし、かつ回転スリーブ、ポリゴンロータ、
ミラー部、ロータマグネット等の回転部分は精密に加工
され、同時に好適にマスバランスが調整されていなけれ
ばならない。

しかし、ポリゴンミラーの反射面での面の倒れを±1.5
μｍ以下とするには50mm以上の長さの固定軸を精度よく
加工し、回転スリーブとの間隔を３μｍ以下にしなけれ
ばならないので、製品の量産化が困難であり、また更に
高速度の画像処理を行う場合には、ポリゴンミラーの回
転速度を30,000rpm以上とすることが望まれているも、
この様な高速回転の場合には固定軸に対するラジアル荷
重が増加し、空気膜による支持は極めて困難である等と
多くの問題があった。

本発明は、この従来の欠点を適確に排除しようとするも
ので、ポリゴンロータの垂直度、平行度を大幅に向上さ
せ回転時の空気抵抗も少なく、高速回転が可能なコンパ
クトなポリゴンミラーとし、さらに、反射面の倒れが少
なく、正逆回転時のいずれにもスラスト荷重を受けられ
保安上良好で、かつ安定した高速回転も可能で、レーザ
光等を精度よく反射できるポリゴンミラーを構成簡単で
製作容易、安価な形態で提供することを目的とするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、鏡面のある回転体を支持体に備えた固定軸に
回転自在に設けてポリゴンロータとし、前記回転体にマ
グネットを設けると共に、該マグネットに対応してステ
ータコイルを配備したポリゴンミラーにおいて、前記固
定軸に、ブッシュを嵌装配備し、該ブッシュに前記回転
体を回転自在に嵌合すると共に、ブッシュ外周面又はこ
れに対面する回転体側摺動面のいずれかに動圧発生用溝
を形成し、かつ前記回転体をその両側からスラスト受部
材で挟持し、固定部材をもってブッシュと共に固定軸に
嵌着し、この回転体と受部材とが対向する摺動面のいづ
れかの側に動圧発生用溝を設けたことを特徴とするポリ
ゴンミラーである。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１〜２図例で説明すると、第１図例
においては中央に貫通孔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を形成したブ
ッシュ5₁に回転自在に設けてポリゴンロータとし、平板
の回転体３と軸方向に離隔して支持体４に固定され、ポ
リゴンロータ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12に備え、前記回転体３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とによって回転体３を回転させるモータユニット
を構成して、前記回転体３の両側面に動圧発生用溝11即
ちスパイラル状溝を形成し、これに対設してスラスト受
板となる受部材10を介在配備して前記ブッシュ5₁の両端
へ押圧挟持してスラスト動圧軸受を形成するようにして
ある。

前記回転体３は、動圧発生用溝11のある摺動面が受部材
10に対面配備されているもので、対向する面の摺動面の
両方の面に動圧発生用溝11、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Si₃N₄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のがよく、前記受部材10も
硬質のセラミックス材料の平板を用いてスラスト受板と
してもよい。前記回転体３とスラスト受板の受部材10と
の間のクリアランスは５〜15μｍとして回転体３が起動
時には下部受部材10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。

前記マグネット７は回転体３の挿入孔８に埋込配備し
て、上面を平坦に面合せしてもよいし、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、バックアップ板（図示せず）を当てて保持する構
成としてもよい。第１図例では、回転体３の両面にマグ
ネット7,7を保持してパワーを大きくできるように考慮
してある。

前記挿入孔８は前記回転体３に複数個環状に形成配備し
てあるが、円板状のロータコアを形成するようにリング
状に連接配備し固定軸５と直交する平面上に沿って環状
に複数の磁極を着磁しているようにすることもできる
し、さらに前記鏡面２はアルミニウム箔（0.1〜0.5mm）
又は蒸着膜、その他の反射率の高いコーティグ層でミラ
ー部とするのが便利である。

図中11₁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づれかの面に多数設けてラジアル
軸受を形成している。12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。13は投光用窓部、14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。

なお前記動圧発生用溝11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、即ち正逆いずれの回
転時においても動圧効果を生じさせスラスト荷重を受け
て保安上有効にしてあるが、必要に応じ同方向（投影面
上逆向き）に設けて一方をクラッチ作用を与えるように
してもよい。この場合、中間部材を介在させて活用する
ことが考慮されるし、さらに回転体３の外周にある鏡面
２もアルミニウム箔でバランス調整をすることができ
る。

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
のスリーブ状ブッシュ5₁を備えてあるが、前記回転体３
の浮上量を拘束する手段としては回転体３の上方位置で
固定軸５に設けた上部受部材10を座金15及び固定用ナッ
ト16若しくはその他のストッパを選んで固着する構成と
してあるが、受部材10にコイルバネ17又はスプリングワ
ッシャその他弾性部材を付設させたりその他弾性構造物
などを押圧部材として回転体３の上方部の固定軸５に備
えた構成としてもよい。

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
し、さらに前記支持体４は磁性体で構成してマグネット
７との間で常時吸引力を働かせて回転体３が墜落させな
いようにし、かつこの吸引力で安定な回転を得るように
考慮してもよい。さらに固定軸５は軸端面間の平行度及
びヘリングボーン状溝面との垂直度を精密加工したスリ
ーブ状のブッシュ5₁を嵌着配備してブッシュ5₁を段付軸
として各部材に対応させてもよい。また前記回転体３に
設けたマグネット７に対して平板状のステータコイル６
を支持体４及びカバー体12にそれぞれ設けてモータとし
てポリゴンロータの回転体３を回転させるようにしてあ
る。

しかして鏡面２のある回転体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、流体バ
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。

この場合、前記支持体４と回転体３との間に介在された
受部材10の対応面に動圧発生用溝11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11₁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り、こ
の実施例においては、スラスト荷重を支えるための動圧
発生用溝11、ラジアル荷重を支えるための動圧発生用溝
11₁は各々３〜50μｍ程度の溝深さである。またこの動
圧発生用溝11は回転体３の両面に溝加工を施してバラン
スをよく、変形をなくするようにするのもよい。

前記回転体３及び／又は受部材10は全面のうねりが0.3
μｍ以下で最大面粗度が0.1μｍの平滑な平面であるラ
ンド面とした上で、ショットブラストによって３〜50μ
ｍの深さのスパイラル状溝加工をしたものを用いるのが
よい。

なお、動圧効果を利用したラジアル軸受を製作する場合
の同様に、上述のショットブラストによる溝加工をする
ことができる。いずれにしても軸受部には高い精度で前
記動圧発生用溝11、11₁を加工することができ、かつ、
その動圧発生に適した摺動部の形状が動圧が発生した状
態においても維持され、しかも、起動、停止の際に生じ
る固体摺擦に対しても、ある程度の負荷であれば耐久性
を持って有効に用いられる。

第２図例では前記ブッシュ5₁を受部材10,10間に挟持し
て固定軸５に設けた固定ナット16とコイルバネ17とで保
持したものでステータコイル６をカバー体12に設けてあ
る。なお前記回転体３と支持体４との間の受部材10を支
持体４で兼用させてもよく、この場合支持体４をセラミ
ック材料で形成するのもよい。

第３〜５図の実施例では、支持体４へねじ込まれた固定
ボルトを固定軸５として用い、ブッシュ5₁の両端面に上
部受部材10及び下部受部材10が挟持され、組立容易な構
成としてある。

また、この実施例では、ブッシュ5₁と回転体３との間の
動圧軸受部分に対して受部材10に形成された貫通孔20か
ら容易に外気が流れるようにしてある。そしてリング状
の鉄片のバックアップリング18は、マグネット７の磁気
回路を良好にするためと、マスバランスをとるためのも
のであって、セラミックスからなる回転体３の強度をそ
こなうことなくバランスを修正することができる。この
場合、固定軸５のボルトは螺孔21に螺合し、座金15にパ
ッキン19を併用して受部材10,10の挟持が簡便にできる
ようになっていて、また前記支持体４に下部受部材10に
設けた貫通孔20に連通するガイド用の通気路22を形成し
てある。さらに、前記マグネット７を回転体３の挿入孔
８に埋込む際に合成樹脂系コーティング剤で被覆カバー
することも選んでできる。

さらに、第６図例では前記回転体３が、マグネット７を
円装した円筒状のセラミックスリング3₁と、このセラミ
ックスリング3₁の外周に焼ばめによって固定された金属
製のつば部3₂とからなるものであって、そのつば3₂の外
周縁は多面鏡２となっている。

〔発明の効果〕

本発明は、回転体に設けたマグネットと、このマグネッ
トに対向され前記回転体を回転させるステータコイルと
を備えたポリゴンミラーにおいて、前記固定軸に嵌装配
備したブッシュに前記回転体を回転自在に嵌合すると共
に、ブッシュ外周面又はこれに対面する回転体側摺動面
のいずれかに動圧発生用溝を形成し、かつ前記回転体を
その両側からスラスト受部材で挟持し、固定部材をもっ
てブッシュと共に固定軸に嵌着し、この回転体の受部材
に対向する摺動面に動圧発生用溝を設けたことによりポ
リゴンロータの垂直度、平行度を大幅に向上できロータ
の芯振れも可及的に小さくできるほか、組立配備が簡易
で堅牢であり、バランス調整も容易であって安定した回
転運転が可能となり、ポリゴンロータを回転させるため
の永久磁石又は二次導体からなるロータコアと、外周面
がミラー部とされたポリゴンロータの厚みが薄くてもそ
の変形量を小さくすることができ、従来のポリゴンミラ
ーに比べ、ポリゴンミラーを装着した回転軸方向の寸法
が短くなり、著しく薄く小型軽量化することが可能であ
って、その空気抵抗をも著しく減少せしめることができ
るし、さらに小さな動力で従来と同等の回転速度が得ら
れることになり、また従来と同程度の電力を投入すれ
ば、より高回転速度を得ることができるポリゴンミラー
となるし、ポリゴンロータに動圧効果を生じさせスラス
ト荷重を良好に受けることから保守・保安がらくで起動
・停止の際の固体接触があっても摩耗することがなく、
また動圧発生時の動圧発生効果は良好に維持されて高負
荷のスラスト荷重を支えることができるので、光線を安
定して走査するポリゴンミラーとしての機能が常時良好
で、かつセラミックス摺動部材の介在で、レーザ光等を
精度よく反射できるポリゴンミラーを構成簡単で製作容
易安価な形態で得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は他の実施
例の切断側面図、第３図はさらに他の実施例の一部の縦
断面図、第４図は第３図I I線の底面図、第５図は第３
図II II線の平面図、第６図はまた他の実施例の一部の
縦断面図、第７図は従来例の縦断面図である。１…貫通孔、２…鏡面、３…回転体、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、10…受部材、11,11₁…動圧発生用
溝、12…カバー体、15…座金、16…固定ナット、17…バ
ネ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鏡面のある回転体を支持体に備えた固定軸
に回転自在に設けてポリゴンロータとし、前記回転体に
マグネットを設けると共に、該マグネットに対応してス
テータコイルを配備したポリゴンミラーにおいて、前記
固定軸に嵌装配備したブッシュに前記回転体を回転自在
に嵌合すると共に、ブッシュ外周面又はこれに対面する
回転体側摺動面のいずれかに動圧発生用溝を形成し、か
つ前記回転体をその両側からスラスト受部材で挟持し、
固定部材をもってブッシュと共に固定軸に嵌着し、この
回転体の受部材に対向する摺動面に動圧発生用溝を設け
たことを特徴とするポリゴンミラー。
【請求項２】前記回転体がその両側面に備えられる受部
材間に介在配備されたものであって、両面に動圧発生用
のスパイラル溝を形成したセラミックス材からなるもの
である特許請求の範囲第１項記載のポリゴンミラー。
【請求項３】前記回転体が、外周縁が正多角形の平板状
の板体であって、該外周面にアルミニウム箔を固着して
鏡面を形成したポリゴンロータとしたものである特許請
求の範囲第１項又は第２項記載のポリゴンミラー。
【請求項４】前記回転体が、中央に貫通孔のある平板で
あって、該貫通孔と同心円状にマグネットを環状に複数
配備したポリゴンロータである特許請求の範囲第１〜３
項のいずれか一つの項記載のポリゴンミラー。
【請求項５】前記支持体が、アルミニウム材から構成さ
れるものであって、前記回転体の軸方向動圧軸受を形成
する受部材として用いられるものである特許請求の範囲
第１〜４項のいずれか一つの項記載のポリゴンミラー。
【請求項６】前記ブッシュが、前記受部材と固定軸に設
けた座金との間にコイルバネが介在されて押圧挟持され
ているものである特許請求の範囲第１〜５項のいずれか
一つの項記載のポリゴンミラー。