JPH1031174A - ポリゴンスキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転軸を固定軸に接触させながら回転させる
と、スラスト受け部材は回転接触により摩耗すると、固
定軸とスラスト受け部材との接触面積の増大により不安
定な回転になり正確に反射ができなくなる可能性がある
ため、スラスト受け部材が摩耗した場合、容易にこのス
ラスト受け部材を取り外し、更には交換性に優れたポリ
ゴンスキャナを提供することを目的とする。 【構成】本発明は、界磁用マグネットと、光を回転しな
がら反射する複数の反射面を有する多角形状の多面鏡と
を設けた回転軸と、該回転軸の中心に樹脂材料で形成さ
れたスラスト受け部材と、該スラスト受け部材と接触す
る固定軸と、該固定軸を設け、且つ前記界磁用マグネッ
トに対向して複数の駆動コイルが固定されたコイル基板
とを有する固定体とを有するポリゴンスキャナであっ
て、外周形状がハの字となる円錐形状をしたスラスト受
け部材を前記回転軸の前記スラスト受け部材の軸受穴部
に固定したことにより達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームプリン
タ、ディジタル複写機等の画像形成装置に用いられてい
るレーザ光の反射に用いられるポリゴンスキャナの軸受
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型ローターは一般に転がり軸受で支え
られているが、１００００ｒｐｍ以上の回転速度になる
と、振動、騒音及び軸受部の潤滑油の寿命が問題にな
る。このため１００００ｒｐｍ以上の高速、高精度軸受
としては気体軸受が使用されることが多い。

【０００３】従来のローターの回転によって自らの自重
を支持する圧力を発生する動圧気体軸受としては、真円
軸受、ティレルティングパッド軸受が使用されている。

【０００４】このうち、真円軸受は加工が容易で有り、
垂直ローターを支持する場合には自重により偏心力が作
用しているため、軸受間隔が狭ければ１５０００ｒｐｍ
程度まで安定に支持できるので、過去に放送用のＶＴＲ
のローター支持に用いられたことがあるが、垂直ロータ
ーを支持する場合、低速から不安定ホワールが発生する
ため使用できなかった。

【０００５】また、ティレルティングパッド軸受は軸受
面を３又は４個の部分円弧のパッドに分轄し、そのパッ
ドを柔らかく支えることによってローターの高速安定性
を増したもので、液体ヘリウム用ターボ膨張機の軸受な
どに用いられている。しかしティレルティングパッド軸
受は軸受精度が低く加工も複雑になる欠点があるため、
精密回転が必要で、且つ低廉性が要求されている画像形
成装置の垂直ローターとして使用される場合の気体軸受
には向いていない。

【０００６】ところで、上述した軸受の不具合を解消す
る軸受として、溝付き軸受がある。この軸受は、軸受面
に回転によって外部から気体をかき込むための螺旋状溝
が形成されたものであり、この螺旋状溝によって軸受に
偏心が無くても半径方向の軸受反力を生じさせ、同心位
置で半径方向の軸受強さを持たせたもので、これにより
垂直ローターであっても数万回転（ｒｐｍ）の高速まで
支持することができる。この溝形成にあたってはエッチ
ング、転造、レーザ加工などの方法が用いられている。

【０００７】また、気体軸受として用いられたことはな
いが、比較的高速まで安定な液体潤滑軸受としてターボ
機械では多円弧軸受も利用されている。多円弧軸受は真
円軸受を２又は３個に分轄し、各円弧を最初の真円状態
より接近させて固定したものである。これにより軸と軸
受は等価的に大きな偏心を与えられた状態になるのでホ
ワール安定性を高めることができる。しかし軸受を分轄
するので、μｍ以下の高精度加工は容易ではなく、また
気体圧力発生領域も少なくなるので数μｍの微笑軸受間
隔が必要な気体軸受には利用されたことがなかった。

【０００８】このような理由から、垂直ローターとして
使用されていることが多いレーザスキャナ用気体軸受に
は、動圧気体軸受として溝付き軸受が多用されている。

【０００９】しかしながら、このような従来の溝付き軸
受にあっては、エッチングや転造、レーザ加工などによ
って溝が形成されるので、軸受の加工に必要な工数が増
大してしまい、製造コストが増大するなどの問題があっ
た。また、溝付き軸受は回転時の安定性が良好な反面、
真円軸受に比べてローターの不釣り合いに対して動剛性
が低くなってしまうという問題もあった。

【００１０】そこで、これを実現するために、図１に示
すよう低コストな非接触式軸受として真円動圧軸受を提
案している。

【００１１】まずこの真円動圧軸受について図１に基づ
いて構成を説明する。図１はポリゴンスキャナモータの
全体構造を示す縦断面図である。

【００１２】図中、１はその周面を鏡面とされたアルミ
合金などからなる多角形の多面鏡（ポリゴンミラー）で
あって、この多面鏡１は円筒状の回転軸２のフランジ部
２ａの上面に取り付けられ、回転軸２と一体になって回
転する構成になっている。

【００１３】さらに、この回転軸２のフランジ部２ａの
下面には、ローターヨーク３、ローターマグネット４が
取り付けられ、また、回転軸２の円筒内周面には、円筒
状のスリーブ５が嵌合固着されている。そして、このス
リーブ５を嵌合固着した回転軸２は、固定軸６に回転自
在に遊嵌され、全体として回転体（ローター）９を構成
している。

【００１４】前記スリーブ５の内周面５ａと固定軸６の
外周面６ａとの間には、数μｍ〜十数μｍという微少な
間隔が与えられており、この間隔によってスリーブ５と
固定軸６は回転軸の半径方向の荷重を支えるための非接
触式のラジアル軸受たる動圧軸受を構成している。

【００１５】前記固定軸６の上端面は、回転中心Ｏを頂
点とする球面８とされている。そして、この球面８と対
向して配置された回転軸２のスラストカバー７の下面に
は、該球面８と転接触状態で接する平板状のスラスト受
け部材７ａが固設されており、このスラスト受け部材７
ａと球面８によって、回転軸の軸心方向の荷重を支える
ための点接触式アキシャル軸受たるスラスト軸受を構成
している。

【００１６】尚、前述したスリーブ５とスラスト受け部
材７ａは、耐摩耗性及び潤滑性に優れた部材、例えばポ
リイミド樹脂などの樹脂材料で構成されている。また固
定軸６は、例えば炭素鋼やステンレス鋼等の金属材料で
構成されている。

【００１７】前記回転軸２の上面には環状溝２ｂが形成
されていると共に、ローターヨーク３の外周縁は上方に
折り曲げられて環状縁部３ａとされている。これら環状
溝２ｂと環状縁部３ａは、バランス調整用の重りを取り
付けるためのものであり、図示するように、所定の位置
に重り２ｃ、３ｂを取り付けることにより、回転体９の
アンバランスを修正するものである。

【００１８】前記固定軸は、ベースカラー１１によっ
て、ベース部材１２に鉛直上向きに取り付けられてい
る。ベース部材１２の上面にはプリント基板１３が配置
されており、この基板上に、巻線コイル１４、ホール素
子１５、制御用ＩＣ１６、コネクタ１７が実装されてい
る。

【００１９】巻線コイル１４は、回転体９に取り付けら
れているローターマグネット４と僅かの間隙をおいてプ
リント基板１３上に固設されており、ホール素子１５で
検出される回転体９の回転位相に基づいて制御用ＩＣ１
６によって巻線コイル１４の励磁電流を切換制御するこ
とにより、回転体９をモータとして回転させるものであ
る。

【００２０】上記のようにして回転体９が回転すると、
スリーブ５の内周面５ａと固定軸６の外周面６ａの間に
形成された間隙の空気圧が高まり、回転体９は固定軸６
の外周面と非接触状態で回転するようになる。このた
め、軸受周面の回転摩擦が極めて小さくなり、高い回転
数まで騒音なしに滑らかに回転させることが可能とな
る。

【００２１】尚、前記固定軸６の外周面には、スリーブ
５の内周面５ａと固定軸６の外周面６ａの間に形成され
た間隙の空気圧を効率よく高めるための圧力ポンプ用の
溝は何ら形成さえておらず、その断面は完全な真円であ
る。このように、圧力ポンピング用の溝を切られていな
い真円の軸をもいちいた動圧軸受を真円動圧軸受と呼
ぶ。更に、動圧発生用の流体として図示例のように空気
を利用したものを真円動圧空気軸受と呼ぶ。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述したような真円動
圧軸受は、スラスト軸受が固定軸６とスラスト受け部材
７ａとの接触により形成しているため、回転軸２の回転
に伴い、このスラスト受け部材７ａの摩耗が発生すると
いう問題がある。

【００２３】回転軸２を固定軸６に接触させながら回転
させると、スラスト受け部材７ａは回転接触により摩耗
する。この摩耗が進行すると、固定軸６の先端部の球形
状にスラスト受け部材の接触面が摩耗するため、回転軸
６との接触による摩擦力が増大し、回転軸２の回転駆動
に対して負荷の増大を招いてしまう。

【００２４】また、スラスト受け部材の底面２４が摩耗
に伴い、回転軸２に取り付けられたポリゴンミラー１の
垂直方向の位置が下方に移動する。ポリゴンミラー１
は、その鏡面でレーザ光を反射しているが、鏡面の有効
な領域が下方に移動することでレーザ光の反射ができな
くなってしまったり、摩耗による固定軸６とスラスト受
け部材７ａとの接触面積の増大により不安定な回転にな
り正確に反射ができなくなる可能性がある。

【００２５】摩耗を抑制するために、このスラスト受け
部材７ａの材質に金属粉などを混入するという方法も有
るが、この金属粉が固定軸６と接触するため、この固定
軸６の先端形状が変形し、安定した回転を維持できなく
なる可能性が生じてしまう。

【００２６】そこで、本発明はこのスラスト受け部材が
摩耗した場合、容易にこのスラスト受け部材を取り外
し、更には交換性に優れたポリゴンスキャナを提供する
ことを第１の目的とする。

【００２７】更に、ラジアル軸受となるスリーブも固定
軸に対して、少なくとも回転軸の不安定な回転をしてい
る初期回転中は接触をしているため、このラジアル軸受
も摩耗をすることになる。そこで、スラスト軸受部材を
取り外し・交換を行いつつ容易にこのスリーブの取り外
し・交換を行えるポリゴンスキャナを提供することを第
２の目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は次のような手段を採用した。すなわち、請求
項１の発明では、界磁用マグネットと、光を回転しなが
ら反射する複数の反射面を有する多角形状の多面鏡とを
設けた回転軸と、該回転軸の中心に樹脂材料で形成され
たスラスト受け部材と、スラスト受け部材と接触する固
定軸と、該固定軸を設け、且つ前記界磁用マグネットに
対向して複数の駆動コイルが固定されたコイル基板とを
有する固定体とを有するポリゴンスキャナであって、外
周形状がハの字となる円錐形状をした前記スラスト受け
部材を前記回転軸の前記スラスト受け部材の軸受穴部に
固定したことを特徴とするものである。請求項２の発明
では、前記請求項１の発明において、前記回転軸の上部
は、前記軸受穴部を有するスラストカバーを取り付けお
り、該スラストカバーに前記スラスト受け部材を固定し
たことを特徴とするものである。

【００２９】請求項３の発明では、前記請求項２の発明
において、前記スラストカバーの上部から前記軸受穴部
を貫通する穴部を有することを特徴とするものである。

【００３０】請求項４の発明では、前記請求項１或いは
２項の発明において、前記回転軸の内周部に、前記固定
軸の外周径よりわずかに大きな内周径の円筒形状で、且
つハの字形状となる円錐形状した外形で、更に樹脂材料
で構成されたスリーブを設けたことを特徴とするもので
ある。

【００３１】請求項５の発明では、前記請求項４の発明
において、前記スリーブの円錐形状は、ハの字が一体的
に構成されることを特徴とするものである。

【００３２】請求項６の発明では、前記請求項４の発明
において、前記スラスト受け部材と前記スリーブの耐久
寿命を同一としたことを特徴とするものである。

【００３３】請求項７の発明では、前記請求項４の発明
において、前記スラスト受け部材と前記スリーブは、外
周形状が同一傾斜角とした一体構造であることを特徴と
するものである。

【００３４】請求項８の発明では、前記請求項４の発明
において、前記スラスト受け部材の底部における外周径
は、前記スリーブの上部における内周径より大きいこと
を特徴とするものである。

【００３５】

【作用】請求項１の発明では、回転軸に対してスラスト
受け部材が別部材となってなり、且つ回転軸と接触して
いる外形が円錐形状のため、スラスト受け部材が固定軸
との回転接触により摩耗した場合、この軸受部に外力を
与えることで、容易に回転軸から取り外し・交換を行う
ことができる。

【００３６】請求項２の発明では、回転軸の上部に取り
付けられたスラストカバーにスラスト受け部材が設けら
れているので、回転体よりスラストカバーを外すこと
で、よりスラスト受け部材の取り外し・交換が容易とな
る。

【００３７】請求項３の発明では、スラストカバーに設
けられた穴部を利用し、固定軸と接触している反対側か
らスラスト受け部材を押すことができるので、摩耗によ
る形状変化していない面を利用してスラスト受け部材に
均等な外力を与えることができるため、更にスラスト受
け部材の取り外しが容易となる。

【００３８】請求項４乃至６の発明では、更に回転軸に
対してラジアル軸受となるスリーブを設け、この外形が
円錐形状のため、固定軸との接触による摩耗が起きた場
合、外力を与えることで、簡単に回転軸から取り外すこ
とができる。

【００３９】請求項７及び８の発明では、スラスト受け
部材を取り外す際、スラスト受け部材がスリーブを押圧
するので、スラスト受け部材とスリーブを同時に取り外
すことができる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
尚、全体構造に関しては、前述した図１と同一であり、
ここでは主にスラストカバー７、スラスト受け部材７
ａ、回転軸２、スリーブ５に関する構造について詳述す
る。尚、図１と同一の部材に関しては同一の名称、符号
を用いる。

【００４１】本発明に係わるスラスト受け部材７ａにつ
いて図２（ａ）、（ｂ）を用いて詳述する。スラスト受
け部材７ａのスラスト外周面２１は軸受底面２２側の直
径Ｄが軸受上面２３側の直径ｄより大きいハの字の円錐
形状となるように射出成形や切削加工などにより作成す
る。

【００４２】そして、このスラスト受け部材７ａを固設
しているスラストカバーは、ほぼ同じ大きさの直径Ｄか
ら直径ｄとなる円錐形状の軸受穴部２４を切削加工等に
より作成する。この軸受穴部２４にスラスト受け部材７
ａを圧入等により固設する。この際、円錐形状となって
いるので、接触面における摩擦による反力が低減するた
めスムーズに圧入が可能となり、更に軸受底面２２の軸
方向に対する垂直度を安定させることができる。

【００４３】スラスト受け部材７ａが、固定軸６との接
触回転により摩耗した場合、ドリル状となっている先端
形状を有する工具（図示しない）を軸受底面２２に螺合
し、軸受上面２３から軸受底面２２に向かって引き抜く
ことでスムーズにスラスト受け部材７ａを取り外すこと
ができる。そして新しいスラスト受け部材７ａを再びス
ラストカバー７に固設することで、再び使用が可能とな
る。

【００４４】尚、スラストカバー７のカバー上部２６か
ら軸受穴部２４に向かって貫通した直径ｄ（軸受上面２
２の直径ｄと略同一）の円筒形状した穴部２５を設ける
ことで、この穴部２５より軸受穴部２４に向かって外力
を摩耗したスラスト受け部材７ａに加えることとができ
る。この外力は回転接触により摩耗していない軸受上面
２３に加えることができるので、スラスト受け部材７ａ
に対して均等に外力が伝わり、スムーズな取り外しが可
能となる。

【００４５】但し、この穴部２５の形状は、円筒形状に
限らず、軸受穴部２４と同一のハの字形状とした円錐形
状として、軸受穴部２４と実質的な一体構造であっても
よい。このような形状にすることで、各穴の加工におけ
る作業性を向上させることができる。

【００４６】また、仮にスラスト受け部材７ａをスラス
トカバー７に対して遊嵌した状態でも、スラスト受け部
材７ａ第１図のように配置するため、固定軸６と接触し
上方に向かう反力が常に加わり、ハの字の円錐形状の作
用で、スラストカバー７との固設状態を保持することが
できるので、圧入でなくても構わない。

【００４７】更に、上述したスラストカバー７は回転軸
２に対して別部材となっているが、特に一体型でも構わ
ない。

【００４８】次に、本発明の第２の発明となるスリーブ
５の形状およびスラスト受け部材７ａとの関係について
図３を用いて詳述する。スリーブ外周面３１は、スリー
ブ底面３２の直径Ｘがスリーブ上面３３の直径Ｙより大
きくなるハの字の円錐形状となるように射出成形或いは
切削加工などにより作成する。これは、特に回転軸２と
スラストカバー７とが一体構造とした場合に、スリーブ
５を設置する回転軸２の内周面３４と、スラスト受け部
材７ａを設置する軸受穴部２４とを同時に加工すること
が容易となるが、特に図３のように別体構造の場合は、
特に逆ハの字形状とならない限り傾斜角は異なっても構
わない。

【００４９】回転軸２の内周面３４は、前述の直径Ｘ、
直径Ｙより若干大きい（略同一の）円錐形状となるよう
に切削加工等により作成する。この回転軸２の内周面３
４にスリーブ５を圧入して回転軸２に固設する。この際
円錐形状となっているので、接触面における摩擦による
反力が低減するためスムーズに圧入が可能となる。

【００５０】スリーブ５の回転に伴い、固定軸６との接
触により摩耗した場合、ドリル状となっている先端形状
を有する工具をスリーブ５の内周面５ａに螺嵌し、スリ
ーブ上面３３からスリーブ底面３２に向かって引き抜く
ことでスムーズにスリーブ５を回転軸２より取り外すこ
とができる。そして新しいスリーブ５を再び回転軸２に
固設することで、再び使用が可能となる。

【００５１】また、スラスト受け部材７ａの軸受底面２
２の直径Ｄの大きさが、スリーブの内周面５ａの内周径
Ｚより大きくすることで、前述したようにスラスト受け
部材７ａのドリル状の先端部を有する工具をスラスト底
面２２に螺合による取り外し作業により、スラスト底面
２２とスリーブ上面３３とが接触して、スラスト受け部
材７ａと共にスリーブ５も同時に取り外すことができ
る。更に、スラスト受け部材７ａとスリーブ５とを一体
構造とすることで、より交換作業における効率向上とな
る。

【００５２】尚、スリーブ５とスラスト受け部材７ａの
耐久性寿命を同一にすることで、両者を同時に交換する
効果がより増すことになる。例えば、両者の接触時間が
ほぼ同じであれば同一の樹脂を使用し、仮にスラスト受
け部材７ａの方が接触時間が多い場合はスリーブ５の材
質に耐久性の低い材料を用いて寿命を一致させることが
できる。

【００５３】

【効果】第１の発明によれば、固定軸との回転接触によ
り摩耗したスラスト受け部材は固設してある回転軸或い
はスラストカバーより容易に取り外し・交換が容易に行
うことができ、更に第２の発明により、スラスト軸受部
材を取り外し・交換を行いつつ容易にこのラジアル軸受
となるスリーブの取り外し・交換を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の問題点を解決するために提案している
ポリゴンスキャナの全体構造を示す縦断面図である。

【図２】 （ａ）本発明のポリゴンスキャンにおける第
１の発明に関するスラスト軸受に関する略示拡大断面図
である。 （ｂ）本発明のポリゴンスキャンにおける第１の発明に
関するスラスト軸受に関する概略分解斜視図である。

【図３】 本発明のポリゴンスキャナにおける第２の発
明に関するラジアル軸受における略示拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

２１ スラスト外周面、２２ 軸受底面、２３ 軸受上
面 ２４ 軸受穴部、２５ 穴部、２６ カバー上面 ３１ スリーブ外周面、３２ スリーブ底面、３３ ス
リーブ上面 ３４ 内周面

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】界磁用マグネットと、光を回転しながら反
   射する複数の反射面を有する多角形状の多面鏡とを設け
   た回転軸と、該回転軸の中心に樹脂材料で形成されたス
   ラスト受け部材と、該スラスト受け部材と接触する固定
   軸と、該固定軸を設け、且つ前記界磁用マグネットに対
   向して複数の駆動コイルが固定されたコイル基板とを有
   する固定体とを有するポリゴンスキャナであって、 外周形状がハの字となる円錐形状をした前記スラスト受
   け部材を前記回転軸の前記スラスト受け部材の軸受穴部
   に固定したことを特徴とするポリゴンスキャナ。
2. 【請求項２】前記回転軸の上部は、前記軸受穴部を有す
   るスラストカバーを取り付けおり、該スラストカバーに
   前記スラスト受け部材を固定したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のポリゴンスキャナ。
3. 【請求項３】前記スラストカバーの上部から前記軸受穴
   部を貫通する穴部を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載のポリゴンスキャナ。
4. 【請求項４】前記回転軸の内周部に、前記固定軸の外周
   径よりわずかに大きな内周径の円筒形状で、且つハの字
   形状となる円錐形状した外形で、更に樹脂材料で構成さ
   れたスリーブを設けたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項或いは第２項記載のポリゴンスキャナ。
5. 【請求項５】前記スリーブの円錐形状は、ハの字が一体
   的に構成されることを特徴とする特許請求の範囲第４項
   記載のポリゴンスキャナ。
6. 【請求項６】前記スラスト受け部材と前記スリーブの耐
   久寿命を同一としたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項記載のポリゴンスキャナ。
7. 【請求項７】前記スラスト受け部材と前記スリーブは、
   外周形状が同一傾斜角とした一体構造であることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項記載のポリゴンスキャナ。
8. 【請求項８】前記スラスト受け部材の底部における外周
   径は、前記スリーブの上部における内周径より大きいこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のポリゴンス
   キャナ。