JPS6381316A - ポリゴンミラ− - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザプリンタやレーザ複写機などに用いら
れているポリゴンミラーに関し、特に高速回転に適した
ポリゴンミラーに関する。

［従来の技術］ ザ走査光学系の模式図である。

このレーザ光線の走査は半導体レーザやガスレーザなど
からなるレーザ複写機）１１からのレーザ光をアルミ合
金製のポリゴンミラー１２によって反射して感光体ドラ
ム１３の表面に照射するものであり、ここで、ポリゴン
ミラー１２は駆動モータ１５によって回転され、ポリゴ
ンミラー１２によって反射されたレーザ光は感光体ドラ
ム１３を走査する様に感光体ドラム１３の全幅にわたっ
て照射される。

尚、レーザユニット１１とポリゴンミラー１２との間及
びポリゴンミラー１２と感光体ドラム１３との間には補
正レンズ１７が配設されている。

又、感光体ドラム１３上に形成される画像の信号は、図
示していない画像信号処理回路からレーザユニット１１
へ入力され、レーザ光のオン−オフ及び強弱が調節され
て感光体ドラム１３上へ所望のレーザ光が照射され１画
像形成が行なわれる。

第７図は第６図のポリゴンミラー１２及び駆動モータ１
５が内蔵されたモータユニット２０の縦断面図である。

この第７図において、２１は図示していない固定部材に
ねじ止めされる支持台であり、支持台２１には０−リン
グ３５を介して略円筒状の外筒２２が固定されている。

外筒２２の上部も同様に０−リング３６を介してキャッ
プ２７がねじ止めされている。又、支持台２１の中央に
は円柱状の固定軸４１が固定され、この固定軸４１の上
端はキャップ２７の近傍にまで延在している。又、固定
軸４１の外周面には多数の動圧発生用溝部が形成され、
回転スリーブ５１の回転によってスラスト荷重及びラジ
アル荷重を支えるための動圧が発生する様になっている
。

この動圧発生用の溝部は、機能的にはへリングポーン状
の下部溝部４２及びヘリングボーン形状を形成する中部
溝部４３と上部溝部４４とによって動圧を発生させてラ
ジアル荷重を支え１．且つ、中部溝部４３によって固定
軸４１上面に空気を送り込み、以て固定軸４１の上端と
スラスト軸受５５との間の空気圧を高めてスラスト荷重
を支えるものである。

回転スリーブ５１の上部にはポリゴン６５がねじ止めさ
れ、又下部にはロータマグネット５８が接着剤により固
定され、更に、バランスリング５２が固定されている。

回転スリーブ５１の上部には、中央に空気孔５６が形成
された板状のスラスト軸受５５が固定されており、該ス
ラスト軸受５５に対向する固定軸４１の上端面は平滑な
平面に仕上げられている。又、外部からポリゴン８５の
ミラー部６６へ照射されるレーザ光、及び、所望の露光
面へ反射されるレーザ光を透過させるレーザ入出窓２３
が外筒２２の上部周面の一部に取り付けられ、更に、ロ
ータマグネット５８を駆動するためのステータコイル２
５がロータマグネット５９の周囲を囲む様に固定されて
いる。

尚、３１は、回転スリーブ５１即ちポリゴン６５の回転
速度を検出する為に、回転スリーブ５１に設けられたロ
ータマグネット５９の磁極の通過を検出するホール素子
であり、ホール素子からの信号は信号ピン３３によって
外部へ導かれる。又、３２はステータコイル２５へ給電
するための動力ピンである。

このモータユニット２０において、図示されていない制
御回路の起動スイッチがオンになれば、ホール素子３１
の出力信号が制御回路に読み込まれ、ポリゴン６５を所
定の回転速度とするべく動力ピン３２からステータコイ
ル２５へ電力が投入される。この様にして、高速で回転
するポリゴン６５は回転精度が高く維持される必要があ
るばかりでなく、反射面の面振れを小さくしなければな
らないので固定軸４１と回転スリーブ５１との間隙は極
めて狭いものとされている。

従って、この様な微小間隔の摺動部に異物を混入させな
い為、回転スリーブ５１及びポリゴン６５等の回転部分
は外筒２２及びキャップ２７によって密閉されている。

この第７図のモータユニット２０は高鮮明な画像処理に
適したポリゴンミラー１２を駆動するためのものである
が、バーコードリーグなどの様に鮮明度を要求しない場
合には密閉構造とする必要はない。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述のレーザプリンタは鮮明な文字や画像を高速度で再
生するものであるから、ポリゴンミラーは高速度で、し
かも反射面の倒れが少ない状態で回転されねばならない
。

これがため、ポリゴンミラーは切削が容易で、高反射率
のアルミ合金の平板をダイヤモンドで切削することで製
造されているが、形状を維持するために、その厚みは１
０ｍｍ以上にもなっていた。しかしポリゴンミラーが高
速回転している時の負荷は、大半がポリゴンの外周縁の
空気抵抗であり、レーザ光を反射する領域が１■以下の
狭い幅であることを考慮すればポリゴンミラーが周囲の
空気を乱すことによる動力損失は極めて大きいものと言
える。

本発明は、この様な欠点を解決し、筒車な構造にして、
回転時の空気抵抗が少なく、従って高速回転が可能なポ
リゴンミラーを提供することを目的とし、更に、反射面
の倒れが少なく、安定した高速回転が可能なポリゴンミ
ラーを提供することを目的とする。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、円板状の永久磁石又は二次導体からなるロー
タコアと、外周縁が正多角形の平板状セラミックス板と
を重ね合わせ、前記セラミックス板の外周縁をミラー部
としたポリゴンミラーとするものである。

［作用］ 本発明のポリゴンミラーは、ポリゴンミラーを回転させ
るための力は円板状の永久磁石又は二次導体からなるロ
ータコアとステータコイルとによって生じ、光線を走査
するためのミラー部は、このロータコアと一体に重ね合
わせられたセラミックス板の外周縁に形成されているの
で、空気抵抗の大きなポリゴン部分を著しく薄い構造と
することができ、又、ロータコアは円板状の形状である
ことから、その空気抵抗は少ない。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例の部分断面図である。

該ポリゴンミラー１２は硬質のセラミックスであるＳｉ
Ｃからなるセラミックス板ｅＯを主要部とし、該セラミ
ックス板６０の外周縁ｅｔは正多面形状とされ、該外周
縁６１を反射鏡としてミラー部８Ｂが形成されている。

このミラー部Ｂ８は、第４図に示す様にセラミックス板
ＢＯの外周縁８１にアルミニウムの様な反射率の高い金
属材料のコーティング層８７を形成し、その表面を切削
によって鏡面に仕上げてミラー部８８とするものである
。

該セラミックス板ＢＯには円板状の永久磁石７５を一体
として設け、該永久磁石７５としては回転軸６２と直交
する平面上に沿って環状に複数の磁極を着磁している。

この永久磁石７５は鉄製のヨーク７３で覆い、永久磁石
７５とヨーク７３とによってロータコア７１を形成する
。

本実施例においては、ポリゴンミラー１２は第２図に示
す様に正八面体とされ、永久磁石７５は８極に着磁され
ている。

又、セラミックス板ＢＯは中心部分においてロータコア
７１の上部に抜け、ステータコイル２５の反対側となる
端面７９も平滑に仕上げられている。更に、ロータコア
７１の外表面はヨーク７３となっているが、平滑に仕上
げられていると共に、ポリゴンミラー１２のバランスを
調整する際に一部削除されている。

そして、セラミックス板６０の内周には固定軸４１（図
示せず）が貫通する貫通孔６３が形成され、貫通孔８３
の周面は回転軸６２と平行な円筒面８４とする。

更に、上述の様な平板状のロータコア７１に対し、平板
状のステータコイル２５を設けてモータとし、ロータコ
ア７１を一体としたポリゴンミラー１２を回転させるも
のであり、図示していない平板状のステータコイル２５
に面するセラミックス板８０の端面８８は回転軸Ｂ２と
直角、即ち円筒面８４と直角であるばかりでなくその外
周縁６１に形成されたミラー部８６に対しても直角とな
る様に加工されている。

この様に、セラミックス板８０、ヨーク７３及び永久磁
石７５は夫々回転軸Ｂ２を共通の軸芯とするものであっ
て、ヨーク７３と永久磁石７５とからなるロータコア７
１とセラミックス板８０とを一体に固着してなるポリゴ
ンミラー１２は回転軸Ｂ２に対してマスバランス、流体
バランス及び磁気バランスが良好に維持され、且つ、ロ
ータコア７１の外部形状が円筒形である為、回転時の空
気抵抗は小さい。

そして、ポリゴンミラー１２を円滑に回転させる為、セ
ラミックス板６０の端面Ｂ８は図示していないステータ
コイル２５の表面に固定されたセラミックスの平板とで
スラスト軸受部を形成するものとし、又、円筒面６４は
図示していない固定軸４１の外周面との間でラジアル軸
受部を形成する様にする。

□即ち、セラミックス板ＢＯの端面６８とステータコイ
ル２５の表面に固定されたセラミックスの平板との対向
する面のいずれか一方の面に動圧発生用の溝８１を形成
し、他方の面は平滑な平面としてスラスト軸受部とする
ものであり、又、ラジアル軸受部は固定軸４１の外周面
、又は円筒面６４のいずれか一方の面に動圧発生用のへ
リングポーン状の溝８３を形成し、他方の面を平滑な円
筒面とするものであり、この実施例においては、スラス
ト荷重を支えるための動圧発生用の溝８１をポリゴン６
５であるセラミックス板６０の下側端面８８に形成し、
ラジアル荷重を支えるための動圧発生用の溝８３をポリ
ゴン６５の円筒面８４内周に形成した。尚、溝８１及び
溝８３は夫々３〜ＩＯｐｍ程度の溝深さである。

第３図は、本発明に係るポリゴンミラー１２の底面図で
あり、端面８８は全面のうねりが０．３　ＩＬ層層下下
最大面粗度が０．１　μｍの平滑な平面であるランド面
６９とした上で、ショツトブラストによって３〜１０ｐ
ｍの深さの溝加工をしたもので、スパイラル状の部分は
動圧発生用の溝８１である。

第５図は、動圧発生用の溝８１の他の実施例であり、セ
ラミックス板６０の表面を樹脂マスク８５で部分的に被
覆し、ショツトブラストによって被覆されない部分に溝
を形成し、次いでプラズマＣＶＤ　。

メッキや溶射などによってアルミニウム、Ｃｕ、Ａｇな
どの金属を破線で示すように盛会して金属層８８となし
た後、セラミックスのランド面６８に沿って樹脂マスク
８５及び余剰の金属層８８を除去し、さらに樹脂マスク
（図示せず）をかけて、エツチングによって平滑な溝８
１を加工するか若しくは、樹脂マスクを施すことなく切
削加工によって溝８１を形成するものである。

第５図に示した構造の動圧発生用の溝８１は、耐摩耗性
は多少悪化するが動圧発生用の溝形状を高精度で創成す
ることができ、しかも、表面はセラミックスの母材によ
って強度（硬度）が保持され、且つ、軸受部としての強
度もセラミックスによって保持されているので、高性能
の気体軸受となる。従って、高速回転時に発生する動圧
の対称性が良好となり、ポリゴンミラー１２の面振れが
小さくなる。この動圧発生用の溝８１の構造は、ラジア
ル軸受部及びスラスト軸受部の両者に対して適用するこ
とができる。

［発明の効果］ 本発明のポリゴンミラーは１円板状の永久磁石又は二次
導体からなるロータコアと、外周縁が正多角形とされ且
つミラー部とされたセラミックス　　“板とを重ね合わ
せてなるポリゴンミラーであって、回転時の空気抵抗が
大きいミラー部が形成される部材がヤング率が大きい硬
質のセラミックス（例えばＳｉＣ，５ｉ３Ｎａ、Ａｌ２
０３）によって構成されているので、厚みが薄くてもそ
の変形量を小さくすることができ、それ故に、従来のポ
リゴンミラーに比べ、薄くすることが可能であって、そ
の空気抵抗を著しく減少せしめることができる。

又、ポリゴンを回転させるためのロータコアは、その外
面形状が円板状（円筒状）であるため回転時の空気抵抗
は著しく小さいものであり、従って、ポリゴンミラー全
体としての空気抵抗は極めて小さいものとなる。このこ
とから、本発明のポリゴンミラーは従来の金属製のポリ
ゴンミラーに比べ著しく小さな動力で従来と同等の回転
速度が得られることになり、又、従来と同程度の電力を
投入すれば、より高回転速度を得ることができるポリゴ
ンミラーとなる。また、セラミックス材料の比重が比較
的小さいことから１回転体の重量も少なく回転速度の制
御性も良好となる。更に、本発明によれば、ポリゴンミ
ラーを装着したスキャナーモータユニットの回転軸方向
の寸法が短くなり、全体に小型軽量化される。そして、
本発明のポリゴンミラーの回転軸方向端面のセラミック
スの部分を、平滑にして且つ回転軸と直角の平面とし、
必要に応じて動圧発生用の溝を形成すれば、ポリゴンミ
ラー自体を良好なスラスト軸受とすることも可能であり
、この場合のスラスト軸受はセラミックス材料で構成さ
れることから起動・停止の際の固体接触があっても摩耗
することがなく、また、軸受の母材が硬質のゼイ性材料
であることから変形が極めて小さく、実質的に無視でき
るものであり、更に、動圧発生時においてもその変形量
は小さく、動圧発生効果は良好に維持されて高負荷のス
ラスト荷重を支えることができるので、光線を安定して
走査するポリゴンミラーとしての機能が常時良好に維持
されることとなる。

同様にポリゴンミラーの回転中心部に固定軸を貫通する
ための貫通孔を形成し、硬質のセラミックス材料からな
る固定軸とポリゴンミラーのセラミックス板の内周面と
の間において動圧発生式のラジアル軸受を形成し、いず
れか一方の側に動圧発生用の溝を形成すれば、前記スラ
スト軸受と同様の理由で良好な動圧発生式のラジアル軸
受が構成できる。

更に、これらのラジアル軸受及びスラスト軸受において
、セラミックス材料の表面をシ冨ットブラストによって
溝加工したのち、溝に金属コーティングを施し、更にこ
の金属のコーティング層に対してエツチングや、切削に
よって溝加工したものは、動圧発生用の溝の形状が平滑
であるばかりでなく、−層正確に加工できるため、所望
の動圧発生効果が得られ、特に高速回転時にみちれる溝
形状の相違によるポリゴンミラーの振れを著しく小さく
することができる。

従って、本発明によれば、高速回転のポリゴンミラーが
可能となるばかりか、より高鮮明な文字や画像を再現可
能なポリゴンミラーが得られることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るポリゴンミラーの半断面図、第２
図は平面図、第３図は底面図であり、第４図はポリゴン
周縁部の部分拡大断面図、第５図は動圧発生用溝の部分
拡大断面図、第６図はポリゴンミラーを用いたレーザ光
走査系の模式図、第７図は貨来のポリゴンミラーを内蔵
したモータユニットの断面図である。 １１＝レーザユニツト、１２＝ポリゴンミラー、１３；
感光体ドラム、　１５＝駆動モータ、　２０＝モータユ
ニツト、２５＝ステータコイル、４１＝固定軸、　　５
１＝回転スリーブ、５９＝ロータマグネツト、　　８０
＝セラミツクス板、６２＝回転軸、　　８３＝貫通孔、
　　８Ｂ＝＝ミラー部、　　６８＝端面、７１＝ロータ
コア、７５＝永久磁石、　　８１．８３　＝溝。 牙１図 オ　　３　　　図 才　　４　　図　　　　　　　　　　　才　　５　　図
（８３〕

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円板状の永久磁石又は二次導体からなるロータコ
   アと、外周縁が正多角形の平板状セラミックス板とを重
   ね合わせ、前記セラミックス板の外周縁をミラー部とし
   たことを特徴とするポリゴンミラー。
2. （２）前記セラミックス板及びロータコアの中心部に固
   定軸が配備されるための貫通孔が形成されている特許請
   求の範囲第１項記載のポリゴンミラー。