JPH1031188A - ポリゴンスキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、接触によるスラスト軸受で、且つ非
接触のラジアル軸受を用いたポリゴンスキャナにおい
て、回転中心となる固定軸に安定して回転体が接触回転
するポリゴンスキャナ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、回転体は該スラスト軸受部を固定
軸の先端部に接触しながら回転し、固定軸の外周面とス
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
て非接触状態とするポリゴンスキャナであって、スリー
ブの内周面若しくは固定軸の外周面に、回転に伴い下方
向へ空気を流出する溝を形成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、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、耐磨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】回転体９は固定軸６に
対して固定力を有することなく挿入することで、自在に
回転可能になっているが、回転体９はこの回転に伴い浮
力が発生し上方に浮いてしまう恐れがある。この浮きに
より回転体９にある多面鏡１が適切に光を反射できなる
ばかりか、回転体９が固定軸６より抜けてしまう可能性
がある。そこで、本発明は、接触によるスラスト軸受
で、且つ非接触のラジアル軸受を用いたポリゴンスキャ
ナにおいて、回転中心となる固定軸に安定して回転体が
接触回転するポリゴンスキャナを提供することを目的と
する。

【００２２】

【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とスリーブを有する回
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するポリゴンス
キャナであって、前記スリーブの内周面若しくは前記固
定軸の外周面に、回転に伴い下方向へ空気を流出する溝
を形成していることを特徴とするものである。

【００２３】請求項２の発明では、請求項１において、
前記溝は、前記スリーブの内周面に設けてあり、且つ回
転体の回転方向に沿った左下がりの線状であることを特
徴とするものである。

【００２４】請求項３の発明では、請求項１において、
前記溝は、前記固定軸の外周面に設けてあり、且つ回転
体の回転方向に沿った右下がりの線状であることを特徴
とするものである。

【００２５】請求項４の発明では、請求項２若しくは３
において、前記溝は、少なくとも１本の連続した弦巻線
状の螺旋溝であることを特徴とするものである。

【００２６】請求項５の発明では、請求項１において、
前記溝は、少なくとも前記スリーブと前記固定軸により
形成するラジアル軸受の範囲内に設けることを特徴とす
るものである。

【００２７】請求項６の発明では、請求項１において、
固定軸は回転体と接触した状態で回転体のスリーブより
突出しており、前記溝の空気流出の出口部は、この突出
した領域と、固定軸と回転体のスリーブとの対向した領
域との境界近傍に設けたことを特徴とするものである。

【００２８】

【作用】本発明によれば、ポリゴンスキャナにおける多
面鏡を有する回転体が回転中に常に下方向に圧力が加わ
るため、回転に伴う浮力の発生を防止でき、安定した回
転を行うことができる。また、この下方向を発生する螺
旋溝により動圧効果が発生し、ラジアル方向の振動を安
定させることができる。

【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、ここでは異なる部分について説明する。

【００３０】まず図２を用いて第一の実施例に用いるス
リーブについて説明する。スリーブ１０１は、その内周
面１０１ａに螺旋溝１０２が、回転体９の回転方向Ｘに
おいて左下がりの弦巻線状に１本形成されている。この
螺旋溝１０２の空気開始部１０２ａは、図２（ｂ）の通
り回転体９の上方に形成され、空気流出の出口部１０２
ｂはスリーブの底部１０１ｂまで形成されている。これ
によって、この螺旋溝１０２は、回転体９を固定軸６に
挿入した際、このスリーブの底部１０１ｂより容易に外
部へ空気を流出させることができる。

【００３１】そして、この螺旋溝１０２はスリーブの内
周面１０１ａの全域に形成されているため、固定軸６と
スリーブ１０１によりラジアル軸受を形成した場合、こ
の螺旋溝はラジアル軸受領域内に形成されるため、良好
な下方への空気の流出（図２（ａ）の矢印Ｄ方向）が行
われ、負圧を発生させることが可能となる。

【００３２】次にスリーブ１０１を回転体９に取り付
け、回転したときの動作について説明する。図２（ｂ）
のように、固定軸６の先端部６ｂが回転体９に取り付け
たスラストカバー７のスラスト受け部材７ａと接触させ
た状態で、固定軸６は回転体のスリーブ５より突出して
いる突出領域１０３を形成している。そして、螺旋溝の
空気流出の出口部１０２ｂはスリーブの底部１０１ｂに
位置しているため、固定軸６の突出領域１０３と固定軸
６とスリーブの外周面１０１ａとの対向した領域との境
界近傍に位置することになる。そこで、この突出領域１
０３の解放された空間より空気の流出が容易に行えるこ
とになる。この状態で、回転体９を固定軸の先端６ｂを
スラストカバー７のスラスト受け部材７ａに接触させな
がら回転させると、この回転により螺旋溝１０２内の空
気が下方へ流れ出す。

【００３３】そして、この螺旋溝１０２内を流れる空気
は出口部１０２ｂより解放空間へと排出される。この外
部への空気は移出によりスリーブ１０１と固定軸６とで
形成した隙間内が負圧になることで、回転体９が下方へ
加圧された状態となり、回転体９の回転による浮きを防
止することができ、安定した回転を行うことが可能とな
る。

【００３４】尚、この螺旋溝１０２はスリーブの内周面
１０１ａに１本のみ形成しているが、負圧の状態によっ
ては複数本形成しても構わない。また、螺旋溝１０２の
形状、深さについても適正な負圧の状態によって適宜決
定する。更に、螺旋溝１０２の長さは、スリーブ１０１
と固定軸６により形成されるラジアル軸受の範囲内に形
成され、且つ溝の出口部１０２ｂが空気を外部に流出可
能な位置に配置するように決定すればよい。

【００３５】次に本発明に係わる第二の実施例について
図３を用いて説明する。図３（ａ）にある通り、第二の
固定軸２０１はその外周面２０１ａに第二の螺旋溝２０
２を回転体の回転方向Ｘにおいて右下がりの弦巻線状に
１本形成されている。

【００３６】この第二の螺旋溝２０２の空気開始部２０
２ａは、図３（ａ）の通り第二の回転体２０１の上方に
形成され、空気流出の出口部２０２ｂはスリーブの底部
５ｂまで形成されている。これによって、この第二の螺
旋溝２０２は、回転体９を第二の固定軸２０１に挿入し
た際、このスリーブの底部５ｂより容易に外部へ空気を
流出させることができる。

【００３７】この第二の螺旋溝２０２は第二の固定軸の
外周面２０１ａの全域に形成されているため、第二の固
定軸２０１とスリーブ５によりラジアル軸受を形成した
場合、この螺旋溝はラジアル軸受領域内に形成されるた
め、良好な下方への空気の流出（図３（ａ）の矢印Ｙ方
向）が行われ、負圧を発生させることが可能となる。

【００３８】回転体９を第二の固定軸２０１に挿入した
状態で、回転体９が回転したときの動作について説明す
る。図３（ａ）のようにスリーブの底部５ｂ近傍（つま
り第二の固定軸２０１と回転体９とが対向していない領
域）は解放状態となっており、空気の流出が容易に行え
る。この状態で、回転体９を第二の固定軸の先端２０１
ｂをスラストカバー７のスラスト受け部材７ａに接触さ
せながら回転させると、この回転により第二の螺旋溝２
０２内の空気が下方へ流れ出す（矢印Ｙ方向）。

【００３９】尚、この第二の螺旋溝２０２は第二の固定
軸の外周面２０１ａに１本のみ形成しているが、図３
（ｂ）に示すように第三の固定軸３０１の外周面３０１
ａに第三の螺旋溝３０２を複数本形成しても構わない。

【００４０】また、第二、三の螺旋溝２０２、３０２の
形状、深さについても適正な負圧の状態によって適宜決
定する。更に、それらの長さは、スリーブ５と第二、三
の固定軸２０１、３０１により形成されるラジアル軸受
の範囲内に形成され、且つ溝の出口部が空気を外部に流
出可能な位置に配置するように決定すればよい。

【００４１】

【効果】本発明によれば、回転体のラジアル軸受となる
スリーブ若しくはこのスリーブと対向してラジアル軸受
を形成し回転中心となる固定軸の周面に、空気が下方に
向かって流出する溝を設けているため、回転体が回転し
た際、回転体を常に下方に加圧した状態となり、回転体
の上方への浮きを防止することができ、安定した回転を
行うことを可能としている。

【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）本発明の第一の実施例に用いられるス
リーブを示す概略斜視図である。 （ｂ）本発明の第一の実施例に用いるスリーブを取り付
けた回転体と固定軸との取付構造を示す概略断面図であ
る。

【図３】 （ａ）本発明の第二の実施例に用いられる固
定軸を回転体に挿入したときの取付構造を示す概略断面
図である。 （ｂ）本発明の第三の実施例に用いられる固定軸を回転
体に挿入したときの取付構造を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１０１ スリーブ、１０２ 螺旋溝、１０３ 突出領
域、２０１ 第二の固定軸 ２０２ 第二の螺旋溝、３０１ 第三の固定軸、３０２
第三の螺旋溝

───────────────────────────────────────────────────── 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 (6)

【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するポリゴンスキャ
   ナであって、 前記スリーブの内周面若しくは前記固定軸の外周面に、
   回転に伴い下方向へ空気を流出する溝を形成しているこ
   とを特徴とするポリゴンスキャナ。
2. 【請求項２】前記溝は、前記スリーブの内周面に設けて
   あり、且つ回転体の回転方向に沿った左下がりの線状で
   あ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】前記溝は、前記固定軸の外周面に設けてあ
   り、且つ回転体の回転方向に沿った右下がりの線状であ
   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。
4. 【請求項４】前記溝は、少なくとも１本の連続した弦巻
   線状の螺旋溝であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項若しくは第３項記載のポリゴンスキャナ。
5. 【請求項５】前記溝は、少なくとも前記スリーブと前記
   固定軸により形成するラジアル軸受の範囲内に設けるこ
   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。
6. 【請求項６】固定軸は回転体と接触した状態で回転体の
   スリーブより突出しており、 前記溝の空気流出の出口部は、この突出した領域と、固
   定軸と回転体のスリーブとの対向した領域との境界近傍
   に設けた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。