JPH0677109B2

JPH0677109B2 - ポリゴンミラ−ロ−タ

Info

Publication number: JPH0677109B2
Application number: JP9331587A
Authority: JP
Inventors: 庄太郎溝渕; 泰史久部; 憲幸長田; 利也金森
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1987-04-17
Filing date: 1987-04-17
Publication date: 1994-09-28
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: JPS63259617A

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８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とによって動圧
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
出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
ロータは高速度で、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、ポリゴンミラーロータは
切削が容易で、高反射率のアルミニウム合金の平板をダ
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ロータ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1mm以下でも十分である狭い幅で
あることを考慮すればポリゴンミラーロータが周囲の空
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、ポリゴンミラーロータの反射面での面の倒れを
±1.5μｍ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
ーロータの回転速度を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んは固定軸に対す
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、バランス調整も頗る煩雑であり、しかも製作加工
がやっかいであって、回転体などをセラミックス製とし
た場合には延性が極めて小さいのでクラックが生じやす
く表面にクラックが入っていたり、回転中に表面にクラ
ックが生じたりすると高速回転の遠心力による張力によ
って直ちにクラックが伝播して破壊し事故を起こし、し
かも破損事故の際に窓孔からケース外に逸出飛散して危
険でまた、高価な機器類を損傷する事故につながって保
安上問題があった。

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ロータとし、さらに、反射面の倒
れが少なく、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ロ
ータを構成簡単で製作容易で安全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、固定軸に回転自在に嵌合されたセラミックス
製の筒体と、該筒体の外周に焼ばめ固着した金属製の外
周部材とから、ポリゴンミラーロータを構成し、該ロー
タにマグネットを設けると共に、前記外周部材の外周面
に鏡面を形成したことを特徴とするポリゴンミラーロー
タである。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１〜２図例で説明すると、平板状に
して中央に貫通孔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とからなり、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に回転自在に設け、かつ前記筒体3₁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に備え、前記ロータ３の筒体3₁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受部材10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
動面のいずれかに動圧発生用溝11,11₁を形成してある。

前記ロータ３の筒体3₁は中央に円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
されるブッシュに嵌装され、前記支持体４上に介在され
る受部材10に対面配備されているもので、この受部材10
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の軸方向側面に両側に設けて筒体3₁を挟持す
るようにしてもよい。また筒体3₁にはこの受部材10に対
応する面に動圧発生用溝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SiC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、或いは、前記受部材
10を前記硬質のセラミックス材料として、そのロータ３
と対向する面に動圧発生用溝を形成してもよい。

前記マグネット７は筒体3₁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
としてもい。

前記挿入孔８は前記筒体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
ティン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の外周面又はこれに対応する面に多数設けてい
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脹経時に
よるゆるみを防止するものである。

なお前記筒体3₁が、その上下両面に動圧発生用溝11を備
えたものであるが、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）に設けてポリゴンミラー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たり、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、中間部材と
なる受部材10を活用することが考慮されるし、さらにロ
ータ３の外周部材3₂の外周にある鏡面２もアルミニウム
蒸着又はアルミニウム箔でバランス調整をすることがで
きる。前記外周部材3₂としては、外周縁を正多角形とし
たリング状の平板体であって、該外周面にアルミニウム
箔を固着して鏡面２としたものであるが、上下両面を切
頭円錐状とし、厚さを外方に向って漸減して外周面の一
部を鏡面に形成したものでもよい。

第３〜５図の具体例では回転軸として金属製固定軸５、
例えばボルト上にヘリングボーン状溝の動圧発生用溝11
₁を外周に有する金属又はセラミックス材料のスリーブ
状ブッシュ5₁を備えたもので、かつ前記回転筒体3₁をそ
の両側からスラスト受部材10,10で挟持し、前記ブッシ
ュ5₁と共に固定軸５に嵌着し、この受部材10,10に対向
する摺動面に動圧発生用溝11,11を設けて組立て容易な
構成としてある。

この場合ブッシュ5₁と筒体3₁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
クスからなる筒体3₁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。

前記固定軸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をロータ３の挿入孔８に
埋込む際に合成樹脂コーティング剤で被覆カバーするこ
とも選んでできる。また、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
た上部摺動板或いは座金若しくはその他のストッパを選
んで当てる構成としたり、摺動板などにコイルバネその
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
部材としてロータ３の上方部の固定軸５に備えた構成と
してもよい。

第６〜７図例では筒体3₁の外周に焼ばめによって固定さ
れた金属製の外周部材3₂をつば状の平板体に代えて、上
下両面を切頭円錐状として所謂ソロバン球状体とし、そ
の大径外周面部を多角形状の鏡面２とし、風損を減じエ
ッジ部分を削除したもので回転バランス並びに筒体3₁の
強固な保護と窓部13を金属部材で覆う形態として安全性
を高めてある。この場合、外周部材3₂の上下両面が円錐
面状であり、厚さが外方に向って漸減しているので外周
付近の鏡面２の輪郭の長さが短く風損が少ないし、筒体
3₁の外周を囲って安全性を高められる。

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ロータ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てある
が、必要に応じ同様に精密加工したスリーブ状のブッシ
ュ5₁を嵌着配備してもよく、これらの場合固定軸５又は
ブッシュ5₁を段付軸として各部材に対応させてもよい。
また前記ロータ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に設けてモータとしてポ
リゴンミラーロータ３を回転させるようにしてるが、ス
テータコイル６に面する受部材10の端面は固定軸５を直
角即ち貫通孔１の内周面と直角で、その外周縁に形成さ
れた鏡面２に対して直角となるように加工されている。

しかして鏡面２のある外周部材3₂と筒体3₁とからなるロ
ータ３は支持体４にある固定軸５上に動圧発生用溝11,1
1₁によってマスバランス、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とロータ３との間に介在された受
部材10の対応面の一方に動圧発生用溝11を形成し、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はロータ３の両面に
溝加工を施してバランスをよくし、変形をなくすように
するのもよい。

前記筒体3₁及び／又は受部材10は全面のうねりが0.3μ
ｍ以下で最大粗度が0.1μｍの平滑な平面であるランド
面とした上で、ショップブラストによって３〜50μｍの
深さのスパイラル状溝加工をしたものである。

なお、動圧効果を利用したラジアル軸受を製作する場合
も同様に、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。いずれにしても硬質のセラミックス材料
で高い精度で前記動圧発生用溝11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。

〔発明の効果〕

本発明は、固定軸に回転自在に嵌合されたセラミックス
製の筒体と、該筒体の外周に焼ばめ固着した金属製の外
周部材とから、ポリゴンミラーロータを構成し、該ロー
タにマグネットを設けると共に、前記外周部材の外周面
に鏡面を形成したことにより、延性の小さいセラミック
ス製の筒体の外周を延性の大きな金属製外周部材で囲ま
れているので筒体がクラックで破壊することを防ぎ、た
とえセラミックス部材が破壊しても金属部材でさえぎら
れていて、ケース外に飛び出す危険も少なく、しかも焼
ばめ固着により筒体には特に外周表面に大きな初期圧縮
圧力が残留し、遠心力による半径方向及び円周方向の張
力を相殺してクラック発生或いは伝播を抑制し、回転速
度の限界を上げることが可能であり、また、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、ステータコイルやマグネ
ットの付設位置も変化させてバランス調整も容易であっ
て安定した回転運動が可能となり、ポリゴンミラーロー
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ミラー
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ロータに比べ、ポリゴンミ
ラーロータ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よ
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ロータとなる
し、ポリゴンミラーロータの回転軸方向端面をセラミッ
クス部材部分の保護と堅牢化がはがれ熱膨脹に対する変
動をも抑制でき、耐久性も著しく増加し、動圧効果をも
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擦す
ることがなく、また、製作が容易で寸法精度の出し方も
楽で、精度の高い加工ができて量産性に適し更に、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ロータとしての機能が常時良好
で、かつセラミックス部材の介在もケース並びに外周部
材の金属部材でカバーすることで破損による障害がなく
安全性と信頼性を増し、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図第１図Ｉ−
Ｉ線における平面図、第３図は他の実施例の縦断面図、
第４図は第３図II−II線における底面図、第５図は第３
図III III線における平面図、第６図はさらに他の実施
例の一部切断側面図、第７図はロータの斜面図、第８図
は従来例の縦断面図である。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、10…受
部材、11,11₁…動圧発生用溝。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定軸に回転自在に嵌合されたセラミック
ス製の筒体と、該筒体の外周に焼ばめ固着した金属製の
外周部材とからポリゴンミラーロータを構成し、該ロー
タにマグネットを設けると共に、前記外周部材の外周面
に鏡面を形成したことを特徴とするポリゴンミラーロー
タ。
【請求項２】前記筒体が、中央に貫通孔のある円筒状で
あって、上下両面に動圧発生用溝を備えたものである特
許請求の範囲第１項記載のポリゴンミラーロータ。
【請求項３】前記外周部材が、外周縁を正多角形とした
リング状の平板体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ロータ。
【請求項４】前記外周部材が、上下両面を切頭円錐形状
面とし、厚さを外方に向って漸減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ロー
タ。