JPH1031190A - 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。 【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、回転体はスラスト軸受部を固定軸の先端部に
接触しながら回転するポリゴンスキャナであって、固定
軸が鉛直方向に対して所定角度傾斜していることにより
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、固定軸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は固定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、固定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固定軸を偏
心させる方法や、横からスプリングバネで押圧して固定
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するポリゴンスキャ
ナであって、前記固定軸が鉛直方向に対して所定角度傾
斜してい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回
転中心となる固定軸とを有する回転体と、該回転体の界
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、該固定体に設
けたスラスト軸受部に前記固定軸の先端部を接触させな
がら回転するポリゴンスキャナであって、前記固定軸が
鉛直方向に対して所定角度傾斜していることを特徴とす
るものである。

【００２９】

【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。

【００３０】

【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。

【００３１】次に図２を用いて本発明に係わる第一の実
施例について説明する。固定軸１０１は、プリント基板
１３、ベース部材１２に対して鉛直方向よりθだけ傾斜
させて固接するために、ベースカラー１０２をベース部
材１２にθだけ傾斜させて取り付ける。

【００３２】このθは、ベースカラー１０２に固定軸１
０１を圧入する孔部１０３をθだけ傾斜している孔を形
成し、カラー部１０４は、ベース部材１２に対して平行
（すなわち鉛直方向に直角）になっている。尚、カラー
部１０４をθだけ傾斜させて、孔部１０３はこのカラー
部１０４に直交する孔を形成してもよい。

【００３３】このようにベース部材１２に形状のベース
カラー１０２に固定軸１０１を圧入してから、これらを
ベース部材１２に取り付ける。

【００３４】そして、この固定軸１０１に回転体９を挿
入し、回転体９を回転させることで、多面鏡１に光を反
射する。このとき、回転体９の回転が、θの傾斜方向で
ある第一の間隙１０５が、第二の間隙１０６よりも狭い
間隙で、常に偏心しているため、回転体９の面振れを抑
制することができる。

【００３５】次に図３を用いて第二の実施例について説
明する。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は円筒状の回転筒２０１のフランジ部２０１
ａの上面に取り付けられ、回転筒２０１と一体になって
回転する構成になっている。

【００３６】さらに、この回転筒２０１のフランジ部２
０１ａ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、回転筒２０１の円筒内周
面には、第二の回転軸２０２が嵌合固着されている。そ
して、この第二の回転軸２０２を嵌合固着した回転筒２
０１は、第二のスリーブ２０３に回転自在に遊嵌され、
全体として回転体（ローター）２０４を構成している。

【００３７】前記第二のスリーブ２０３の内周面２０３
ａと第二の回転軸２０２の外周面２０２ａ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、
この間隔によって第二のスリーブ２０３と第二の軸２０
２は固定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。

【００３８】前記第二の回転軸２０２の下端面２０２ｂ
は球面とされている。そして、この下端面２０２ｂと対
向して配置された第二のスリーブの底面２０３ｂには、
該下端面２０２ｂと転接触状態で接する点接触式アキシ
ャル軸受たるスラスト軸受を構成している。

【００３９】尚、前述した第二のスリーブ２０３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。また第二の回転軸２
０２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。

【００４０】前記第二のスリーブ２０３は、第二のベー
スカラー２０５によって、ベース部材１２に、鉛直方向
に対してθ傾斜させて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。

【００４１】そして、この第二のスリーブ２０３に第二
の回転体２０４を挿入し、第二の回転体２０４を回転さ
せることで、多面鏡１に光を反射する。このとき、第二
の回転体２０４の回転が、θ傾斜しているため第一の間
隙１０５が、第二の間隙１０６よりも狭い間隙で、常に
偏心しているため、回転体９の面振れを抑制することが
できる。

【００４２】尚、第一の実施例における固定軸６とスリ
ーブ５でのラジアル軸受と、第二の実施例における第二
の回転軸２０２と第二のスリーブ２０３でのラジアル軸
受は、共にθ傾斜しているため、少なくとも初期回転中
はθ傾斜している側の接触があるため、回転むらや騒音
などに影響を受けない程度のθ角度とする必要がある。

【００４３】

【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】 本発明の第一の実施例を示すにポリゴンスキ
ャナの概略断面図である。

【図３】 本発明の第二の実施例を示すにポリゴンスキ
ャナの概略断面図である。

【符号の説明】

１０１ 固定軸、１０２ ベースカラー、１０３ 孔
部、１０４ カラー部 １０５ 第一の間隙、１０６ 第二の間隙、２０１ 回
転筒、２０２ 第二の回転軸、２０３ 第二のスリー
ブ、２０４ 第二の回転体、２０５ 第二のベースカラ
ー

Claims (2)

【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するポリゴンスキャナで
   あって、 前記固定軸が鉛直方向に対して所定角度傾斜しているこ
   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回転中心となる固定軸と
   を有する回転体と、該回転体の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、該固定体に設けたスラスト軸受部に
   前記固定軸の先端部を接触させながら回転するポリゴン
   スキャナであって、 前記固定軸が鉛直方向に対して所定角度傾斜しているこ
   とを特徴とするポリゴンスキャナ。