JPH1031184A - ポリゴンスキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、特別の機構を付加することなしに、
簡単な構造で１／２ホワールの発生を防止できると共
に、耐磨耗性にも優れた軸受装置を提供することを目的
とする。 【構成】そこで、界磁用マグネットを有し、且つ光を反
射する反射面を複数設けた多面鏡を有する回転体が回転
して光反射を行うポリゴンスキャナであって、回転体は
回転軸中心線に対する直交方向に揚力を与える揚力発生
部を有することで偏心回転することで達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置に用い
られているポリゴンモータスキャナに関するものであ
り、詳しくは滑り軸受からなるスラスト軸受を有するポ
リゴンモータに関する。

【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。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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】尚、前述したスリーブ５とスラスト受け部
材７ａは、耐磨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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、真円
動圧軸受は、固定軸６の外表面に圧力ポンピング用の溝
を一切設けていない。このため、固定軸６の外表面に高
精度を要する溝加工を施す必要がないので、製造コスト
を大幅に低減できるというメリットがある。しかしなが
ら、その反面、この圧力ポンピング用の溝がないので、
回転体９の回転が不安定になりやすいという問題があっ
た。

【００２２】特に、図示するように固定軸６を鉛直に配
置して使用する場合、回転体９に、いわゆる１／２ホワ
ール（回転周波数の１／２回転成分の振れ回り旋回現
象）が発生しやすく、このような１／２ホワールを引き
起こすと、最悪の場合、軸ロックを起こして回転不能と
なるおそれがある。

【００２３】従来、この１／２ホワールの発生を防止す
るために、軸受部の横から空気を送り込んで回転軸を偏
心させる方法や、横からスプリングバネで押圧して回転
軸を偏心させる方法などが開発されている。これらの方
法によれば、回転中心を偏心させてラジアル方向の軸受
間隙に変化を与えてやることにより回転体の振れ回りの
励振力を減少させ、回転を安定化して１／２ホワールの
発生を防止することができる。

【００２４】しかしながら、これらの方法によるとき
は、空気を送り込むための機構やスプリングバネで押圧
するための機構を新たに付加する必要があり、軸受部の
構造が複雑になると共に、コスト高になるという問題が
あった。

【００２５】さらに、従来の真円動圧軸受の場合、図示
したように、球面８はその回転中心Ｏの一転でスラスト
受け部材７ａと点接触して回転している。このため、ポ
リイミド樹脂などの合成樹脂からなるスラスト受け部材
７ａの磨耗が激しく、軸受としての寿命が短いという問
題があった。

【００２６】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、特別の機構を付加することなし
に、簡単な構造で１／２ホワールの発生を防止できると
共に、耐磨耗性にも優れた軸受装置を提供することを目
的とする。

【００２７】

【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、界磁用マグネットを有し、且つ光を反
射する反射面を複数設けた多面鏡を有する回転体が回転
して光反射を行うポリゴンスキャナであって、前記回転
体は回転軸中心線に対する直交方向に揚力を与える揚力
発生部を有することで偏心回転することを特徴とするも
のである。

【００２８】請求項２の発明では、界磁用マグネットを
有し、且つ光を反射する反射面を複数設けた多面鏡とス
リーブを有する回転体と、該回転体の回転中心となる固
定軸と、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備え、前
記回転体の回転中心にスラスト軸受部を設け、前記回転
体は該スラスト軸受部を前記固定軸の先端部に接触しな
がら回転し、前記固定軸の外周面と前記スリーブの内周
面との間で形成された間隙に空気圧を高めて非接触状態
とするポリゴンスキャナであって、前記回転体は、固定
軸の軸中心に対する直交方向に偏心して回転を行うため
の揚力発生部材を有することを特徴とするものである。

【００２９】請求項３の発明では、請求項１若しくは請
求項２において、前記揚力発生部材は軸中心に平行とな
る板部を有し、且つこの板部が回転体の円周方向におい
て、回転体の回転方向の上流側を基点として下流側が軸
中心に対する外側に開いていることを特徴とするもので
ある。

【００３０】請求項４の発明では、請求項３の発明で
は、前記揚力発生部は、回転体の回転速度に応じて前記
板部の開き角度を可変とすることを特徴とするものであ
る。

【００３１】請求項５の発明では、請求項４において、
前記回転体の回転速度が低速回転より高速回転の方が前
記板部の開き角度は小さくなることを特徴とするもので
ある。

【００３２】請求項６の発明では、請求項３若しくは請
求項５において、前記回転体の回転速度が低速回転より
高速回転の方が前記板部の軸中心に対する直交方向の長
さが小さくなることを特徴とするものである。

【００３３】

【作用】本発明によれば、ポリゴンスキャナにおける回
転体が回転中は、鉛直方向に対して所定角度一定方向に
傾斜しながら回転するため、励振力が減少し、１／２ホ
ワールの発生が抑制できる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１と同一の符号のものは、前述記載のものと同じであ
り、ここでは異なる部分について説明する。

【００３５】まず第一の実施例について図２に基づいて
説明する。多面鏡（ポリゴンミラー）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。さらに、こ
の回転軸２のフランジ部２ａの下面には、円板１０１、
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に回転自在に隙間を設けて遊嵌され、全
体として回転体（ローター）１００を構成している。

【００３６】そして、回転体１００は固定軸の先端部６
ａをスラストカバー７のスラスト受け部材７ａに接触し
ながら、Ｘ方向に回転を行う。円板１０１は、回転体１
００がＸ方向に回転した際に回転体１００を軸中心線Ｏ
と直交した方向に偏心回転させるための揚力発生部材で
ある羽根部１０２を有する。

【００３７】この羽根部１０２は回転体１００の回転方
向Ｘの下流側を基準として上流側が回転体１００の回転
中心に対して外側方向に向いた角度（図２（ｂ）の一点
鎖線の接線より角度Ｄ）に傾斜している。羽根部１０２
の形状、角度Ｄは回転体１００の稼働中の回転数等によ
り適宜決定する。

【００３８】特に低速回転の回転体１００は、角度Ｄは
大きめに、または／更に形状は、羽根部１０２の回転体
９の回転中心線と平行した平面の長さＰを長めに形成す
ることでより多くの揚力を発生するようにし、高速回転
の回転体９では、角度Ｄは小さめに、または／更に形状
は、羽根部１０２の回転体９の回転中心線と平行した平
面の長さＰを短めに形成することで揚力を小さくする
と、回転体１００の回転に適した１／２ホワールを解消
することができる。

【００３９】このように羽根部１０３を有する回転体１
００が回転した際、羽根部１０２による揚力作用により
回転体１００の回転中心が固定軸６の軸中心線Ｏより偏
心して回転を行う。これによって回転体１００は、１／
２ホワールを解消した安定した回転を行うことができ
る。

【００４０】次に、図３を用いて第二の実施例について
説明する。図３（ａ）にあるとおり、揚力発生部材の第
二の羽根部２０１は、回転軸２０２により図示しない円
板上に回動自在（図３（ａ）のＹ方向）に取り付けられ
ている。

【００４１】そして、固定軸６の軸中心線Ｏ方向の第二
の羽根部の第一側面２０１ａに固定軸６の軸中心線Ｏ方
向から外側に向かったＴ方向に第二の羽根部２０１を押
圧するバネなどの押圧部材２０３の端部を取り付け、も
う一方の端部を図示しない円板に取り付けられている。

【００４２】このような状態で回転体が低速回転した場
合、第二の羽根部２０１の各側面２０１ａ、２０１ｂを
通過する各空気流Ｗ１、Ｗ２による空気圧は、バランス
が保たれて第二の羽根部２０１を通過することで、押圧
部材２０３による押圧力で接線（固定軸６の軸中心線Ｏ
を中心として回転軸２０２を通過する円を形成し（図３
（ａ）の一点鎖線の円）、回転軸２０２を通過する接線
をいう）方向からの角度Ｄ１を維持する。これによって
低速回転時はより多くの揚力発生が可能となる。

【００４３】そして、回転体が高速回転すると、第二の
羽根部の第二側面２０１ｂを流れる空気流Ｗ２からの空
気圧が高まり、固定軸６の中心軸線方向に第二の羽根部
２０１が押圧部材２０３の押圧力にかって、接線方向か
ら角度Ｄ２の位置に第二の羽根部２０１が移動する。

【００４４】この第二の羽根部２０１の回転に適した揚
力を発生することで適正に１／２ホワールを解消するこ
とができる。形状については、流線形状をもちいたが、
回転体の回転領域などを考慮して形状を決定する。尚、
この第二の羽根部２０１の回動構造はモータなどを用い
て回転体の回転に伴い適正角度に移動するようにしても
構わない。

【００４５】第三の実施例について図４を用いて説明す
る。第三の羽根部３０１は、内部に空間を有する円柱部
３０２とこの円柱部３０２内をＺ方向に移動可能な移動
部３０３より構成されており、更にこの空間部に移動部
３０３の移動を抑制する油などの抑制部材３０４を封入
している。

【００４６】この第三の羽根部３０１を図示しない円板
（図２と同様）に図２にある角度Ｄをもたせて取り付け
られている。

【００４７】この第三の羽根部３０１は、回転体が回転
すると回転時の空気圧により移動部３０３がＺ方向に移
動することが可能となっている。回転体が低速回転時は
第三の羽根部３０１の移動部３０３の先端３０３ａに対
する空気圧は、低圧になるため、図４の実線位置とな
る。

【００４８】回転体が高速回転を行うと逆に移動部の先
端３０３ａに対する空気圧が高圧になるため、移動部３
０３が図４の実線よりＺ分後退した点線部分に移動す
る。この移動部３０３の移動は、常に抑制部材３０４に
より図４の左方向（移動部３０３が空気圧により押され
た方向と反対方向）に移動部３０３を戻そうとしている
ため、空気圧の大きさ、つまり回転体の回転数に応じて
第三の羽根部３０１の長さを可変することが可能とな
る。

【００４９】抑制部材３０４の移動部３０３の抑制力、
第三の羽根部の長さの可変量Ｚは、回転体の回転数に応
じて適宜設定する。尚、第二の実施例の第二の羽根部２
０１のように角度を可変とすることを組み合わせても構
わない。

【００５０】

【効果】本発明によれば、回転体の励振力が減少して１
／２ホワールの発生を抑制することができ、安定した回
転を実現することができる。

【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）本発明に係わる第一の実施例を示す概
略断面図である。 （ｂ）本発明に係わる第一の実施例の揚力発生部材の取
付位置を示す概略図である。

【図３】 （ａ）本発明に係わる第二の実施例の揚力発
生部材の構造を示す概略図である。 （ｂ）本発明に係わる第二の実施例の揚力発生部材の構
造を示す概略斜視図である。

【図４】 本発明に係わる第二の実施例の揚力発生部材
の構造を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１００ 回転体、１０１ 円板、１０２ 羽根部、２０
１ 第二の羽根部 ２０２ 回転軸、２０３ 押圧部材、３０１ 第三の羽
根部、３０２ 円柱部 ３０３ 移動部、３０４ 抑制部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】界磁用マグネットを有し、且つ光を反射す
   る反射面を複数設けた多面鏡を有する回転体が回転して
   光反射を行うポリゴンスキャナであって、 前記回転体は回転軸中心線に対する直交方向に揚力を与
   える揚力発生部を有することで偏心回転することを特徴
   とするポリゴンスキャナ。
2. 【請求項２】界磁用マグネットを有し、且つ光を反射す
   る反射面を複数設けた多面鏡とスリーブを有する回転体
   と、該回転体の回転中心となる固定軸と、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備え、前記回転体の回転中心に
   スラスト軸受部を設け、前記回転体は該スラスト軸受部
   を前記固定軸の先端部に接触しながら回転し、前記固定
   軸の外周面と前記スリーブの内周面との間で形成された
   間隙に空気圧を高めて非接触状態とするポリゴンスキャ
   ナであって、 前記回転体は、固定軸の軸中心に対する直交方向に偏心
   して回転を行うための揚力発生部材を有することを特徴
   とするポリゴンスキャナ。
3. 【請求項３】前記揚力発生部材は軸中心に平行となる板
   部を有し、且つこの板部が回転体の円周方向において、
   回転体の回転方向の上流側を基点として下流側が軸中心
   に対する外側に開いていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項若しくは第２項記載のポリゴンスキャナ。
4. 【請求項４】前記揚力発生部は、回転体の回転速度に応
   じて前記板部の開き角度を可変とすることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載のポリゴンスキャナ。
5. 【請求項５】前記回転体の回転速度が低速回転より高速
   回転の方が前記板部の開き角度は小さくなることを特徴
   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】前記回転体の回転速度が低速回転より高速
   回転の方が前記板部の軸中心に対する直交方向の長さが
   小さくなることを特徴とする特許請求の範囲第３項若し
   くは第５項記載のポリゴンスキャナ。