JPH1031185A - 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とスリーブとを有する
回転体と、外周面に凹部を設けた固定軸と、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、回転体の回転中心にス
ラスト軸受部を設け、回転体は該スラスト軸受部を固定
軸の先端部に接触しながら回転し、固定軸の外周面とス
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
て非接触状態としたことにより達成する。

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とスリーブとを有する
回転体と、外周面に凹部を設けた固定軸と、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したことを特徴と
するものである。

【００２８】請求項２の発明では、請求項１において、
前記凹部は、前記スリーブと前記固定軸により形成され
る非接触のラジアル軸受内に形成されていることを特徴
とするものである。

【００２９】請求項３の発明では、請求項１において、
前記凹部を円周方向に沿って等間隔で複数個形成した凹
部群が、軸方向に沿って複数設けた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において、
隣接する各凹部群の凹部は軸方向に対して異なる位置に
設けられてい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、
前記凹部群は、凹部を３個以上の奇数個で形成している
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乃至５にお
いて、前記凹部群は、前記スリーブと前記固定軸により
形成される非接触のラジアル軸受内に形成されているこ
とを特徴とするものである。

【００３３】請求項７の発明では、請求項１において、
前記凹部は前記回転体の重心位置の水平線上に設けられ
ていることを特徴とするものである。

【００３４】請求項８の発明では、請求項１において、
前記凹部は、固定軸の軸方向に沿った負圧溝であること
を特徴とするものである。

【００３５】請求項９の発明では、請求項８において、
前記負圧溝の固定軸に沿った長さは、前記スリーブと前
記固定軸により形成される非接触のラジアル軸受におけ
る固定軸方向に沿った長さ以上である特徴とするもので
ある。

【００３６】

【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。

【００３７】

【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。

【００３８】まず第一の実施例について図２に基づいて
説明する。固定軸１０１は、外周面１０１ａに凹部であ
る窪み１０２を設けている。この窪み１０２は転造加工
やポンチ加工により５個、円周方向に沿って等間隔に形
成して凹部群となる窪み群１０３を形成する。そして、
この窪み群１０３を軸方向に沿って等間隔に形成し、且
つ隣接する窪み群１０３同士の窪み１０２が同一固定軸
線上に設けないように、ずらした位置に設ける。

【００３９】この固定軸１０１の外周面１０１ａと回転
体９に設けたスリーブ５の内周面５ａとの間に隙間を設
けた非接触のラジアル軸受を形成し、そして、固定軸１
０１の球面形状の先端１０１ｂを回転体９の上方に取り
付けたスラストカバー７にあるスラスト受け部材７ａと
接触させてスラスト軸受を形成することで、回転体９は
回転する。

【００４０】そして、回転体９が回転中にこの窪み群１
０３の各窪み１０２により空気の疎密が発生し、窪み１
０２が負圧となり、回転体９がこの負圧により一方向に
偏心した回転を行うことで、１／２ホワールを解消する
ことができる。

【００４１】この負圧を効率的に発生するために、窪み
群１０３はラジアル軸受内に形成することが望ましい。
つまり、スリーブの内周面５ａの固定軸方向に沿った長
さ以内に形成する。

【００４２】また、窪み群１０３は、図２（ｂ）〜
（ｄ）にあるように窪み１０２を５個形成しているが、
３個以上の奇数個であれば、この負圧を効果的に発生す
ることが可能である。

【００４３】更に、この窪み群１０３は効率的に負圧を
発生するために規則的な配列（図２の（ｂ）〜（ｄ）参
照）で窪み１０２を形成しているが、負圧を発生するレ
イアウトであれば、ランダムの配置であったり、１つの
窪み１０２であってもよい。

【００４４】次に第二の実施例を図３を用いて説明す
る。第二の回転体２０１には、凹部である負圧溝２０２
が形成されている。この負圧溝２０２は、固定軸２０１
を回転体９に挿入しスラストカバー７のスラスト受け部
材７ａと固定軸２０１の球面形状の先端２０１ａを接触
させた状態で、回転体９の重心位置Ｇの水平線上にあた
る固定軸２０１の外周面２０１ｂにフライス加工等（図
３（ｂ）参照）で形成している。

【００４５】固定軸の外周面２０１ｂと回転体のスリー
ブ５の内周面５ａとの間に隙間を設けて非接触のラジア
ル軸受を形成し、且つスラスト受け部材７ａと固定軸の
先端２０１ａを接触させた状態で、固定軸２０１を軸中
心Ｏとして回転体９を回転させると、負圧溝２０２とそ
の反対側の固定軸の外周面とで空気の疎密が発生し、負
圧溝２０２による負圧によって、回転体９はこの負圧溝
２０２の反対側に偏心した回転を行い、１／２ホワール
を解消することができる。尚、この負圧溝２０２の溝深
さ・大きさは、必要な負圧力によって決定する。

【００４６】更に、図４を基に第三の実施例について説
明する。第三の固定軸３０１の外周面３０１ａは、固定
軸方向に沿って凹部である第三の負圧溝３０２を形成し
ている。この溝形状は、図４（ｂ）〜（ｄ）にあるよう
に、三角形状、四角形状、円形状など後述する負圧力に
よって適宜決定する。

【００４７】また、この第三の負圧溝３０２は、回転体
９に設けられたスリーブ５の内周面５ａと固定軸の外周
面３０１ａとで形成される非接触のラジアル軸受の固定
軸方向に沿った長さ以上に形成することで、軸方向に対
して安定した負圧力を発生させる。

【００４８】この固定軸３０１を回転体９に挿入して、
スリーブの内周面５ａと固定軸の外周面３０１ａとの間
に隙間をもって形成される非接触のラジアル軸受を形成
し、そして固定軸の先端３０１ｂをスラストカバーに取
り付けたスラスト受け部材７ａに接触させて、回転体９
を回転させる。すると、第三の負圧溝３０２により負圧
が発生し、回転対９は第三の負圧溝３０２と反対側方向
に偏心して回転するために１／２ホワールを解消するこ
とができる。尚、この第三の負圧溝３０２の溝深さ、軸
方向の長さは１／２ホワール対策に必要な負圧力に応じ
て決定する。

【００４９】

【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における
固定軸と回転体との取付構造を示す概略断面図である。 （ｂ）第一の実施例の固定軸の窪み配置を示すＡ−Ａの
断面図である。 （ｃ）第一の実施例の固定軸の窪み配置を示すＢ−Ｂの
断面図である。 （ｄ）第一の実施例の固定軸の窪み配置を示すＣ−Ｃの
断面図である。

【図３】 （ａ）本発明に係わる第二の実施例における
固定軸と回転体との取付構造を示す概略断面図である。 （ｂ）第二の実施例の固定軸の負圧溝を示す断面図であ
る。

【図４】 （ａ）本発明に係わる第三の実施例における
固定軸と回転体との取付構造を示す概略断面図である。 （ｂ）第三の実施例の固定軸の負圧溝が三角形状である
ことを示す断面図である。 （ｃ）第三の実施例の固定軸の負圧溝が四角形状である
ことを示す断面図である。 （ｄ）第三の実施例の固定軸の負圧溝が円形状であるこ
とを示す断面図である。

【符号の説明】

１０１ 固定軸、１０２ 窪み、１０３ 窪み群、２０
１ 第二の固定軸、２０２ 負圧溝、３０１ 第三の固
定軸、３０２ 第三の負圧溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小関 和宏 宮城県柴田郡柴田町大字中名生字神明堂３ −１ 東北リコー株式会社内 (72)発明者 綱川 喜廣 宮城県柴田郡柴田町大字中名生字神明堂３ −１ 東北リコー株式会社内

Claims (9)

【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とスリーブとを有する回転
   体と、 外周面に凹部を設けた固定軸と、 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】前記凹部は、前記スリーブと前記固定軸に
   より形成される非接触のラジアル軸受内に形成されてい
   ることを特徴とする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】前記凹部を円周方向に沿って等間隔で複数
   個形成した凹部群が、軸方向に沿って複数設けたことを
   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。
4. 【請求項４】隣接する各凹部群の凹部は軸方向に対して
   異なる位置に設けられてい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】前記凹部群は、凹部を３個以上の奇数個で
   形成してい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】前記凹部群は、前記スリーブと前記固定軸
   により形成される非接触のラジアル軸受内に形成されて
   いることを特徴とする特徴とする特許請求の範囲第３項
   乃至第５項記載のポリゴンスキャナ。
7. 【請求項７】前記凹部は前記回転体の重心位置の水平線
   上に設けられている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。
8. 【請求項８】前記凹部は、固定軸の軸方向に沿った負圧
   溝である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。
9. 【請求項９】前記負圧溝の固定軸に沿った長さは、前記
   スリーブと前記固定軸により形成される非接触のラジア
   ル軸受における固定軸方向に沿った長さ以上である特徴
   とする特許請求の範囲第８項記載のポリゴンスキャナ。