JPH1031186A - 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、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有し、回転体はスリーブと
固定軸により形成された隙間から外部へと貫通する貫通
穴を回転体の重心位置の水平線上に設け、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。

【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
溝は何ら形成されておらず、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
い真円の軸を用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の摩耗が激しく、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、耐摩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、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、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有し、前記回転体はスリーブ
と固定軸により形成された隙間から外部へと貫通する貫
通穴を前記回転体の重心位置の水平線上に設け、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
たことを特徴としている。

【００２８】

【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。

【００２９】

【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、ここでは主に回転体の構造に図２を用いて説明す
る。

【００３０】回転体１０１は、周面が鏡面として光を反
射する多面鏡１が、円筒状の回転軸１０２のフランジ部
１０２ａの上面に取り付けている。

【００３１】また、この回転軸１０２のフランジ部１０
２ａの下面には、ロータヨーク３、ロータマグネット４
が取り付けられ、回転軸１０２の円筒内周面には、円筒
状のスリーブ１０３が嵌合固着されている。そして、こ
のスリーブ１０３を嵌合固着した回転軸１０２は、固定
軸６に回転自在に遊嵌され、更に固定軸の先端６ｂと接
触するスラスト受け部材７ａを有するスラストカバー７
とを設けて、全体として回転体（ローター）１０１を構
成している。

【００３２】これらを取り付けた回転体１０１の重心位
置Ｇの水平線上に、スリーブ１０３の内周面１０３ａか
ら回転軸１０２（図２ではフランジ部１０２ａ）を通っ
て外部へとつながる貫通穴１０４を設けている。

【００３３】固定軸６の外周面６ａと回転体１０１に設
けたスリーブ１０３の内周面１０３ａ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６
の球面形状の先端６ｂを回転１０１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１０１は回
転する。

【００３４】そして、回転体１０１が回転中に、この貫
通穴１０４によりスリーブ１０３と固定軸６により形成
した隙間の空気が流出するため、空気の疎密が発生し、
間津穴１０４が形成されている付近が負圧となり、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。

【００３５】

【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】 本発明に係わる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。

【符号の説明】

１０１ 回転体、１０２ 回転軸、１０３ スリーブ、
１０４貫通穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 地引 優一 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (1)

【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、 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有し、 前記回転体はスリーブと固定軸により形成された隙間か
   ら外部へと貫通する貫通穴を前記回転体の重心位置の水
   平線上に設け、 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。