JPS61236519A

JPS61236519A - 静圧空気軸受型光偏向器

Info

Publication number: JPS61236519A
Application number: JP7903785A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Iwama; 岩間　明彦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1985-04-13
Filing date: 1985-04-13
Publication date: 1986-10-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】抜！九夏この発明は、レーザプリンタやディジタル複写機、ファ
クシミリ、その他各種のレーザ偏向器を備えた光学的情
報処理装置で使用するのに好適な、ＡＣヒステリシス・
シンクロナスモータ方式を採用した静圧空気軸受型光偏
向器の改良に係り、特に、多面鏡の形状を改善すること
によって、光偏向器を構成する回転体の構造を簡略にし
てポンプおよび偏向器本体の小形化と低コスト化とを可
能にし、さらに、ＡＣヒステリシス・シンクロナスモー
タの原理を応用することにより、起動時や停止時におけ
る軸受部の摩擦を少なくして、光偏向器の高信頼性と長
寿命化を実現した静圧空気軸受型光偏向器に関する。

丈末技皇従来から、レーザプリンタのレーザ偏向器や。

ディジタル複写機のレーザ偏向器、ファクシミリのレー
ザ偏向器、あるいはＰＯ８端末器のバーコードリーダ等
の各種光学的情報処理装置では、読取り用や書込み用の
レーザ光を偏向するために、多面鏡（ポリゴンミラー）
を使用した光偏向器が用いられている。

この多面鏡を使用した光偏向器は、偏向速度が速く、し
かも連続的な光偏向が可能なため、高速度かつ高精度の
情報の記録、あるいは読取りを行うことができる。

このようなレーザ光偏向器を使用した画像出力装置、例
えばレーザプリンタでは、特に、ポリゴンミラーの回転
ムラに起因する画像ジッターが問題になっている。

ところで、この種の光偏向器としては、従来から、マグ
ネット界磁ＤＣブラシレスモータ方式のものが知られて
いる。

すなわち、このＤＣブラシレスモータのロータを円筒状
磁石とし：回転多面鏡を取付けた中空軸（いわゆる回転
多面鏡体）をロータ磁石の内径に固着する。そして、こ
の回転多面鏡体の内径部に固定軸を設け１回転多面鏡体
の内径部表面と、固定軸の外径部表面とで動圧空気軸受
を構成するようにしている。

ところが、このような従来の動圧空気軸受による光偏向
器では、第１点として、動圧空気軸受部（すなわち固定
軸の外径部表面）に複雑な溝加工を必要とし、また、長
尺の回転多面鏡体の内径部表面にも、超精密な表面加工
を必要とする、等の理由で、加工が困難で、コストアッ
プになる。

また、第２点として、動圧空気軸受の場合、軸受部は接
触状態にあるから、起動時に空気軸受効果がなく、空気
軸受が最大の特徴としている長寿命化に限界がある。す
なわち、起動・停止時に軸受部の接触摩擦により、軸受
部が摩耗する。

この第２点に関連する第３点として、モータ方式がマグ
ネット界磁型であるため、停止状態でロータは鉄心型ス
テータのある方向へ吸引されており、軸受部の摩擦力が
大きいことも、摩耗を早める原因となる。

さらに、先の第１点に関連する第４点として、回転子の
構成が複雑で、部品点数も多いので、バランス修正が難
かしいことも、コストアップの要因である。

第５点として、マグネット界磁ＤＣブラシレスモータを
使用しているので、ロータ位置検出器、速度検出器が必
要であり、固定子側の構成も複雑で、部品点数が多くな
る。その結果、信頼性が低下するとともに、コストアッ
プの一因となる。

このように、従来の動圧空気軸受による光偏向器におけ
る多くの不都合を解決するために、この発明の発明者は
、静圧空気軸受による光偏向器を提案した（発明の名称
「静圧空気軸受による光偏向器」の特願昭５９−２５８
７６３号）。

第５図は、先に提案された静圧空気軸受による光偏向器
の一実施例について、その要部構成を示す縦断面図であ
る。図面において、１１はハウジングで、ｌｌａと１１
ｂはその排気孔、１２は第１の空気軸受で、１２ａはそ
の給気孔、１２ｂは小通気孔、１３は第２の空気軸受で
、１３ａはその給気孔、１３ｂは小通気孔、１４は第３
の空気軸受で、１４ａはその給気孔、１４ｂは小通気孔
、１５は回転子で、１５ａは回転子１５の半硬質磁石、
１５ｂはピラミダルミラー、１５ｃはスラストカラー、
１６は固定電機子で、１６ａは固定電機子１６の鉄心、
１６ｂはコイル枠、１６ｃはコイルを示す。

回転子１５は、円筒状の半硬質磁石１５ａの一端側に、
レーザ偏向用のミラーとして、例えばアルミ金属のよう
なピラミダルミラー１５ｂを軽圧入して接着・固定し、
その他端側は、第３の空気軸受１４からの加圧空気を受
けて回転子１５を浮上させるための、同じくアルミ金属
のようなスラストカラー１５ｃを軽圧入して接着・固定
する。

半硬質磁石１５ａの表面は、微少ギャップを流れる加圧
空気の流れを乱さないで、空気軸受剛性を最大限に高め
るように、超精密加工されている。

この半硬質磁石１５ａは、密度の差や、ポーラスがある
場合等を考慮して、その磁石表面に、例えばニッケル等
の金属をメッキして１表面加工することもできる。

また、半硬質磁石１５ａの内径は、磁石表面を加工する
前に、磁石の外径を基準として、ミラー１５ｂとスラス
トカラー１５ｃとの軽圧入部を加工し、回転子１５の重
量アンバランスによるミソスリ回転や、振動を極力小さ
くする目的で、精密なバランス修正を行う。このような
バランス修正は、円筒状の半硬質磁石１５ａの両端面に
ついて行う。

その後、荒仕上げしたピラミダルミラー１５ｂとスラス
トカラー１５ｃとを、この半硬質磁石１５ａの両端へ軽
圧入して接着・固定し、再度、精密なバランス修正を行
う。このバランス修正は。

ピラミダルミラー１５ｂの胴体部と、スラストカラー１
５ｃの端部、とにおいて行う。

ミラー１５ｂの胴体部と、スラストカラー１５０の端部
の外径は、超精密加工する前の円筒状半硬質磁石１５ａ
の外径に対して、２０〜３０μｍ小さくなっており、磁
石表面の超精密加工を容易にすること、およびスラスト
カラー１５ｃが第２の空気軸受１３の内面に当らないよ
うに配慮されている。

ピラミダルミラー１５ｂのミラー面は、超精密な鏡面加
工で、切削加工あるいはラップ加工によって行い、その
後に、半硬質磁石１５ａの表面の数μｍのような超精密
加工を行って、回転子１５が完成する。

先の第５図に示した静圧空気軸受による光偏向器の動作
は、次のとおりである。

３個の空気軸受１２，１３．１４の給気孔１２ａ、１３
ａ、１４ａから加圧空気を吹き込むと、各々の空気軸受
１２，１３．１４に設けられた小通気孔］、２ｂ、１３
ｂ、１４ｂから、加圧空気が回転子１５に吹き付けられ
、回転子１５は、半径方向と軸方向に非接触状態で支持
される。

固定子１６は、例えば２相２極４スロツト（回転子表面
から見て４閉スロツト）の構成で、４コイルは２相４コ
イル分布巻とする。

そして、このコイル１６ｃの２相、例えばＵ相とＶ相に
２相交流を印加すると、固定子鉄心１６ａに対向する部
分の回転子１５には、２極（１極対）の着磁極が形成さ
れ、回転子１５が回転を開始する。

このように１回転子１５は、非常に簡単な構成で低コス
ト化され、かつ、中空状になっているので軽量化も実現
される。例えば、試作品では、その重量が約３０ｇｆで
ある。

そして、回転子１５が、このように軽量化されることに
よって、空気ポンプの小形化も可能となり、試作品では
約０．４Ｋｇｆ／ａ＃で、金魚等の水槽用のポンプと同
程度のもので充分である。

したがって、このような構成の静圧空気軸受を用いた光
偏向器システムとしても、極めて低コストで、小形化が
可能となる。

このように、先に提案された静圧空気軸受による光偏向
器では、円周方向に異なる極性に着磁された中空状の磁
石体から構成され、ミラーが取付けられた回転子と、こ
の回転子の周囲に設けられて回転子を回転させる回転磁
界を発生する固定子とを備えた光偏向器において、回転
子の長軸方向の異なる位置にそれぞれ配置され、加圧空
気を吹き付けることにより回転子を固定子の内部の回転
中心位置に支持する２個の空気軸受と、回転子の回転軸
へその下方から加圧空気を吹き付けることによって、浮
力を発生させる第３の空気軸受、とを設けるようにして
いる。

したがって、この先に提案された静圧空気軸受による光
偏向器によれば、起動・停止時に、回転体は軸受部と接
触されず、動作の安定化と長寿命化とが可能になり、ま
た、回転体や固定子の構成も簡略化されるので、特に回
転体の軽量化、バランス修正と低コスト化とが容易に実
現される。さらＫ、静圧空気軸受のための加圧空気の吹
き付けによって、モータ部を構成する回転体や固定子が
冷却され、軸受剛性の熱変化も減少されるとともに、空
気圧を高めることによって、外乱に対して安定した動作
が可能となり、かつ、ヒステリシス・シンクロナスモー
タの原理を応用することによって回転ムラの発生が防止
され、画像ジッター特性の良好な光偏向器が得られる。

ところが、現在の状態では、ピラミダルミラーの量産技
術が確立されていないので、コストアップになる上、ピ
ラミダルミラーが取扱い難くく、しかも、ゴミが付着し
易すい等の未解決の問題が残されており、その上に、光
偏向器は軸方向に高くなる、という不都合もある。

且−一在そこで、この発明の静圧空気軸受型光偏向器ででは、先
に提案した静圧空気軸受による光偏向器をさらに改良し
、ミラーとして大量生産が可能な多面鏡を使用して軽量
化を計るとともに、光偏向器本体の軸方向の高さを縮め
ることによって、小形化と低コスト化とをさらに促進し
、がっ、ヒステリシス・シンクロナスモータの原理を応
用することによって、軸受部の摩耗がなく、かつ回転ム
ラのない画像ジッター特性が良好な静圧空気軸受型光偏
向器を提供することを目的とする。

璽−一處そのために、この発明の静圧空気軸受型光偏向器では、
第１に、多面鏡への光路を形成する窓部を具備し１回転
体とステータとを取囲むとともに、その底面部と対向す
る後述の多面鏡の端面ヘスラスト軸受のための加圧空気
を吹き付ける複数個の給気孔が設けられた底面部を有す
る筺体と、この筺体の底面部に固定され、かつ外周へラ
ジアル軸受のための加圧空気を吹き付ける複数個の給気
孔およびこの給気孔に継がれて加圧空気を供給する給気
路とを有する固定軸と、この固定軸と微少間隙をもって
配置された半硬質磁石材料からなる中空円筒状ロータお
よびその筺体の底面部側に一体的に装着された多面鏡と
から構成される回転体、とを設けるようにしている。

また、第２に、回転体の多面鏡と反対側にスラストカラ
ーを一体的に装着するとともに、固定軸のスラストカラ
ーの端面と対向する面側へ加圧空気を吹き付ける１個ま
たは複数個の給気孔を設け、回転体のスラストカラーの
下側から加圧空気を吹き付けてスラスト軸受を構成する
ようにしている。

さらに、第３に、回転体を構成する多面鏡を筺体の底面
部と反対側へ一体的に装着するとともに、固定軸の多面
鏡の端面と対向する面側へ加圧空気を吹き付ける１個ま
たは複数個の給気孔を設け、回転体の多面鏡の下側から
加圧空気を吹き付けてスラスト軸受を構成するようにし
ている。

次に、この発明の静圧空気軸受型光偏向器について、図
面を参照しながら、その実施例を詳細に説明する。

第１図は、この発明の静圧空気軸受型光偏向器の一実施
例について、その要部構成を示す縦断面図である。図面
において、■はロータ、２は多面鏡、３は固定軸で、３
ａはその給気路、３ｂは給気孔、４はステータ、５は底
部フランジで、５ａはその給気用開口部、５ｂは給気孔
、６はハウジングで、６ａはそのレーザ偏向窓、７は上
部フランジを示す。

まず、回転体の部分は、半硬質磁石からなる中空円筒状
のロータ１と、このロータ１の下端部に一体的に固定さ
れる、小径・薄肉のアルミ材等からなる多面鏡２．とに
よって構成されている。

また、この回転体を支持する部分は、底部フランジ５と
、この底部フランジ５に嵌合・固定された固定軸３、と
によって構成される。

この底部フランジ５は、その底面の中心位置に給気用開
口部５ａが設けられており、この給気用開口部５ａは、
その上方に固定された固定軸３の軸中心に設けられてい
る給気路３ａへ、加圧空気を供給するように機能する。

また、この固定軸３には、第１図の実施例の場合、この
給気路３ａに連絡する給気孔３ｂが１回転体重心の上下
２個所で、かつ固定軸３の円周方向に複数個、設けられ
ている。

そして、これらの給気孔３ｂから、ロータ１の内面へ加
圧空気を吹き付けることにより、ラジアル空気軸受とし
て機能する。

さらに、スラスト軸受の機能をもたせるために、回転体
を構成する多面鏡２の下端面へ向けて、底部フランジ５
の給気用開口部５ａに連絡する複数個の給気孔５ｂから
、加圧空気が吹き付けられる。

したがって、この第１図の光偏向器では、底部フランジ
５の給気用開口部５ａから加圧空気を供給すると、ロー
タ１と多面ＩＲ２とからなる回転体は、ラジアル方向お
よびスラスト方向ともに、固定軸３と非接触の状態で支
持される。

そのため、この静圧空気軸受部に摩擦が生じることはな
く、摩耗粉などが発生することのない、高寿命かつ高信
頼性の光偏向器が得られる。

このように、この発明の静圧空気軸受型光偏向器では、
回転体を、半硬質磁石からなる中空円筒状のロータ１と
、小径・薄肉のアルミ材等からなる多面鏡２とによって
構成しているので、軽量・簡素であり、空気ポンプの小
形化が可能になる。

例えば、多面鏡２は、直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍ。

重さ１０ｇｆ程度であり、また、ロータ１は、外径１４
１、内径１０ｍｍ、長さ３５＋＋＋ｍ、重さ２０ｇｆ程
度である。

そのため、回転体の重心は、ロータｌの上端面から、約
２３＋ａ腸の位置となり、この位置の上下２個所に、ラ
ジアル軸受の給気孔を設ければ充分である。

また、偏向器の高さは５０ｍｍ、外径５０ｍｍ＋程度に
することが可能となり、小形の偏向器が得られる。同時
に、空気ポンプについても、０．５Ｋｇｆ／ａｍ”　ｔ
　２　、５　ｆｌ　／ｍｉｎ程度に小形化できる。

さらに１回転体の回転力を発生する駆動部の方式は、ヒ
ステリシス・シンクロナスモータの原理を応用している
６回転磁界を発生するステータ４は、複数個の鉄心とコイ
ルで多相に構成され、ハウジング６に固定されていて、
回転体を構成する半硬質磁石のロータ１と、５０μｍ程
度のギャップをもって対向されている。

モータが非通電の停止状態では、ロータ１は磁性を有し
ていないが、通電時に、硅素鋼板を積層した鉄心と、多
相コイルとによって多極多相の回転磁界が発生されると
、回転体を構成する半硬質磁石のロータ１には、回転磁
界の極数と同数の磁極が誘導されて１回転体すなわちロ
ータ１は、ステータ４の回転磁界の周波数に同期回転す
る。

したがって、回転体の定速回転を得るために、ロータ１
の磁極検出器や速度検出器等を装備する必要がなく、簡
単で小形、低コストで、しかも高信頼性の光偏向器が実
現される。

なお、ハウジング６に設けられたレーザ偏向窓６ａは、
ガラス等の透明な材料で覆われている。

また、特に図示してはいないが、流入空気を排出するた
めの排気孔は、ステータ４の鉄心や多相コイル等から発
生される熱の冷却効果が良好な位置に、複数個設けられ
る。

第２図は、この発明の静圧空気軸受型光偏向器の他の実
施例について、その要部構成を示す縦断面図である。図
面おける符号は第１図と同様であり、また、３ｃは固定
軸３に設けられた給気孔、８はスラストカラーで、８ａ
はその排気孔を示す。

この第２図の実施例では、スラスト軸受機能は、ロータ
１の上端部にアルミ製のスラストカラー８を一体的に構
成し、固定軸３の給気路３ａに継がれた給気孔３ｃから
、加圧空気を吹き付けることによって達成される。なお
、スラストカラー８に設けられた排気孔８ａは、固定軸
３の給気孔３ｃから吹き付けられたスラスト軸受のため
の加圧空気を、軸受部の外部へ逃がすように作用する。

次の第３図は、この発明の静圧空気軸受型光偏向器のさ
らに別の実施例について、その要部構成を示す縦断面図
である。図面おける符号は第２図と同様であり、また、
２ａは多面鏡２に設けられた排気孔を示す。

この第３図の実施例では、スラスト軸受機能は、ロータ
１の上端部に一体的に構成された多面鏡２の端面に対し
て、固定軸３の給気孔３ｃから、加圧空気を吹き付ける
ことによって達成される。なお、多面鏡２に設けられた
排気孔２ａも、先の第２図の場合と同様に、固定軸３の
給気孔３ｃから吹き付けられたスラスト軸受のための加
圧空気を、軸受部の外部へ逃がすように作用する。

第４図は、第２図に示したこの発明の静圧空気軸受型光
偏向器における固定軸の他の実施例について、その要部
構成を示す縦断面図である。図面おける符号は第２図と
同様である。

この第４図の固定軸３では、スラスト軸受のための加圧
空気を吹き付ける給気孔３ｃが複数個設けられ、それに
対向するスラストカラー８には、排気孔８ａが１個だけ
設けられている。

なお、この第４図に示した固定軸３は、第３図に示した
ような位置に多面鏡２が取付けられた場合についても、
同様に使用することができ、この場合は、多面鏡２には
排気孔２ａを１個だけ設けることになる。

以上に詳細に説明したとおり、この発明の静圧空気軸受
型光偏向器では、第１に、多面鏡への光路を形成する患
部を具備し、回転体とステータとを取囲むとともに、そ
の底面部と対向する後述の多面鏡の端面ヘスラスト軸受
のための加圧空気を吹き付ける複数個の給気孔が設けら
れた底面部を有する筺体と、この筺体の底面部に固定さ
れ、かつ外周へラジアル軸受のための加圧空気を吹き付
ける複数個の給気孔およびこの給気孔に継がれて加圧空
気を供給する給気路とを有する固定軸と、この固定軸と
微少間隙をもって配置された半硬質磁石材料からなる中
空円筒状ロータおよびその筺体の底面部側に一体的に装
着された多面鏡とから構成される回転体、とを設けるよ
うにしている。

さらに、第３に、回転体を構成する多面鏡を筺体の底面
部と反対側へ一体的に装着するとともに。

固定軸の多面鏡の端面と対向する面側へ加圧空気を吹き
付ける１個または複数個の給気孔を設け、回転体の多面
鏡の下側から加圧空気を吹き付けてスラスト軸受を構成
するようにしている。

羞−一来したがって、この発明の静圧空気軸受型光偏向器によれ
ば、量産が困難なピラミダルミラーの代りに大量生産が
可能な多面鏡を使用しているので、特に回転体の構成が
簡略化、小形化、軽量化されると同時に、空気ポンプの
小形化も達成される。

また、静圧空気軸受機構を用いているので、モータの起
動・停止時に、回転体が軸受部と接触されることがなく
、接触部に摩擦や摩耗粉が生じず。

偏向器の長寿命化と高信頼性とが実現される。

さらに、偏向器の構造も、簡単かつ小形であるから、実
装も容易で、かつ低コストの光偏向器が得られる。

その上に、ヒステリシス・シンクロナスモータの原理を
採用しているため１回転体の磁極検出器や速度検出器が
不要で、しかも、フィードバック制御を用いなくても定
速回転駆動が可能であるから、制御回路も簡単である、
等の多くの優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

１工匿はこの発明の静圧空気軸受型光偏向器の一実施例
について、その要部構成を示す縦断面図、２に３皿はそ
れぞれこの発明の静圧空気軸受型光偏向器の他の実施例
について、その要部構成を示す縦断面図、星土凰は第２
図に示したこの発明の静圧空気軸受型光偏向器における
固定軸の他の実施例について、その要部構成を示す縦断
面図、ＩＩＬは先に提案された静圧空気軸受による光偏
向器の一実施例について、その要部構成を示す縦断面図
である。図面において、■はロータ、２は多面鏡で、２ａはその
排気孔、３は固定軸で、３ａはその給気路、３ｂと３０
は給気孔、４はステータ、５は底部フランジで、５ａは
その給気用開口部、５ｂは給気孔、６はハウジングで、
６ａはそのレーザ偏向窓、７は上部フランジ、８はスラ
ストカラーで。８ａはその排気孔を示す。身　４　図

Claims

【特許請求の範囲】１、多面鏡への光路を形成する窓部を具備し、回転体と
ステータとを取囲むとともに、その底面部と対向する後
記多面鏡の端面へ加圧空気を吹き付ける複数個の給気孔
が設けられた底面部を有する筺体と、該筺体の底面部に
固定され、かつ外周へ加圧空気を吹き付ける複数個の給
気孔および該給気孔に継がれて加圧空気を供給する給気
路とを有する固定軸と、該固定軸と微少間隙をもつて配
置された半硬質磁石材料からなる中空円筒状ロータおよ
びその前記筺体の底面部側に一体的に装着された多面鏡
とから構成される回転体、とを備えたことを特徴とする
静圧空気軸受型光偏向器。２、特許請求の範囲第１項記載の静圧空気軸受型光偏向
器において、回転体の多面鏡と反対側にスラストカラー
を一体的に装着するとともに、固定軸の前記スラストカ
ラーの端面と対向する面側へ加圧空気を吹き付ける１個
または複数個の給気孔を設けたことを特徴とする静圧空
気軸受型光偏向器。３、特許請求の範囲第１項記載の静圧空気軸受型光偏向
器において、回転体を構成する多面鏡を筺体の底面部と
反対側へ一体的に装着するとともに、固定軸の前記多面
鏡の端面と対向する面側へ加圧空気を吹き付ける１個ま
たは複数個の給気孔を設けたことを特徴とする静圧空気
軸受型光偏向器。