JPH1031191A - 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、コイ
ル基板を配置する駆動コイルを固定軸を中心として所定
角度の領域である配置領域と、非配置領域部とを有する
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は円筒状の固定軸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
向して配置された固定軸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６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、
図２のように固定軸６を中心として所定間隔で、全周す
るようににプリント基板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ＩＣ１６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】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。

【００２６】

【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、前記コイル基板を配置する駆動コイルを固
定軸を中心として所定角度の領域である配置領域と、非
配置領域部とを有することを特徴とするものである。

【００２７】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、前記配置領域部は１８０度以下とすることを特徴
とするものである。

【００２８】請求項３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、前記界磁用マグネットに
対向したコイル基板は、駆動コイルを配置した第一の配
置領域と、該第一の配置領域より磁力の小さい第二の配
置領域を設けたことを特徴とするものである。

【００２９】請求項４の発明では、請求項３において、
前記第一の配置領域は固定軸を中心として１８０度以内
であることを特徴とするものである。

【００３０】

【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。

【００３１】

【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
る。本発明は、回転体９は前述した構造と同一のものを
使用している。

【００３２】次に図３を用いて本発明に係わるプリント
基板について説明する。プリント基板１３上には、前述
のように制御用ＩＣ１６と複数の巻線コイル１４が設け
られている。従来の巻線コイル１４のプリント基板１３
上での配置は、図２（ａ）の固定軸６を中心にして６０
度間隔で６個の駆動コイルである巻線コイル１４の配置
や、図２（ｂ）の固定軸６を中心に１２０度間隔で３個
の巻線コイル１４を配置していた。

【００３３】本発明は、図３のように巻線コイル１４を
複数配置した配置領域１０１と、巻線コイルを持たない
非配置領域１０２をロータマグネットに対向したプリン
ト基板１３上に形成する。この配置領域１０１に設けた
巻線コイル１４は、図２のように固定軸６を中心に全周
を等間隔で分轄した場合の間隔で配置されている（非配
置領域１０２の点線で記載したように、仮想の駆動コイ
ルも配置した時の間隔となる）。

【００３４】また、配置領域１０１は、ロータマグネッ
ト４と対向し、固定軸６を中心として１８０度以内とす
ることにより、回転体９の固定軸６に対しての傾斜を容
易に行うことができる。

【００３５】次に本発明に係わる第二の実施例について
説明する。非配置領域１０２は、配置領域１０１での巻
線コイル１４とロータマグネット４により形成される磁
束密度が少ない巻線コイルを設けても構わない（この場
合は、磁界が配置領域より小さい第２の配置領域とな
る）。つまり、配置領域１０１より閉磁界が小さくなる
ことで、配置領域１０１側に傾斜するからである。

【００３６】そして、回転体９に設けているロータマグ
ネット４は、巻線コイル１４での等間隔と同一の間隔で
固定軸６を中心に全周にわたって配置する。これは回転
体９の重量バランスを考慮するためである。

【００３７】回転体９が固定軸６を中心に回転すると、
巻線コイル１４とロータマグネット４との閉磁界により
回転体９が巻線コイル１４側に引き寄せられ、回転体９
は巻線コイル１４が形成されている配置領域１０１側に
傾斜をしながら回転する。

【００３８】尚、この回転体９の傾斜は、多面鏡１によ
る光の反射に影響なく、且つスリーブ５と固定軸６によ
るラジアル軸受としての機能に師匠がない程度の接触或
いは非接触状態になるように設定する。

【００３９】

【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）従来の６個の駆動コイルを配置したプ
リント基板を示す概略図である。 （ｂ）従来の３個の駆動コイルを配置したプリント基板
を示す概略図である。

【図３】 本発明の一実施例を示すプリント基板の概略
図である。

【符号の説明】

１０１ 配置領域、１０２ 非配置領域

Claims (4)

【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、 前記コイル基板を配置する駆動コイルを固定軸を中心と
   して所定角度の領域である配置領域と、非配置領域部と
   を有することを特徴とするポリゴンスキャナ。
2. 【請求項２】前記配置領域部は、１８０度以下とするこ
   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。
3. 【請求項３】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、 前記界磁用マグネットに対向したコイル基板は、駆動コ
   イルを配置した第一の配置領域と、該第一の配置領域よ
   り磁力の小さい第二の配置領域を設けたことを特徴とす
   るポリゴンスキャナ。
4. 【請求項４】前記第一の配置領域は固定軸を中心として
   １８０度以内であ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。