JPH01154115A - 回転体支持装置 - 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、たとえば回転多面体鏡光偏向器などに適用さ
れ、高精度、高速回転の回転体を安定に支持する回転体
支持装置に関するものである。

従来の技術 近年、オフィス機器の発展に伴って、情報を記録、印刷
するプリンタ関係の機器もますます高速化、小型化およ
び低コスト化が要望されはじめ、これに伴ってレーザプ
リンタに代表されるように印字品質が良く高速性の特徴
を有するプリンタが出現している。

一般にこのレーザビームプリンタは第４図に示すように
あらかじめ一様に帯電された感光体１に光走査部２より
レーザ光を走査して感光体ｌ上に静電潜像を形成し周知
の電子写真方式のプロセスによりプリント出力するもの
で、上記光走査部２は半導体レーザ光ｔＡ４から発せら
れたレーザ光３をビーム整形光学系５を通して適当なビ
ーム形に整形しそのレーザ光３を回転多面体鏡光偏向器
６を介して偏向させさらに結像光学系７を通して感光体
１上に走査する構成になっている。

また上記回転多面体暁光偏向器６はその偏向速度すなわ
ち光偏向器の高速性と高精度がレーザビームプリンタの
高速性と高品位化を主に決定しており、回転多面体鏡と
その回転駆動部より構成される。

従来、回転多面体暁光偏向器はたとえば特開昭５９−２
３３１９号公頼に示されるような回転体支持装置を適用
した構成がある。その構成を第５図に示す。

第５図において、回転多面体暁光偏向器１０は回転多面
体鏡ＩＩとこの回転多面体鏡１）を所定方向に高速回転
させる回転駆動部１２とから構成される。

１３は固定軸でモータハウジングＩ４上に画定されてお
りその固定軸１３の外周部とわずかな隙間を介して中空
円筒状の回転部材１５が回転自在に外嵌されている。

また、上記固定軸１３の外周面上下端部２８および２９
には回転部材１５の内周面との相対速度により半径方向
に動圧を発生するくの字状のへリングボーン溝２６およ
び２７が形成されている。

一方、上記回転部材１５の下端部にはスラスト支持用の
磁気軸受１６の内側磁気リング１７が取付けられ、さら
にロータ磁石１Ｂが回転部材１５にその上下方向はぼ中
央付近に固定されている。

また、そのロータ磁石１８の上方には回転多面体鏡１）
がその下端面を回転部材１５に当接した状態で上端面を
鏡押さえ部材２０により押し付は固定されている。一方
、前記モータハウジング１４には上記ロータ磁石１８の
外周部を囲む状態で駆動コイル２１を備えたステータ２
２が固定されており回転多面体鏡１）．ロータ磁石１８
および内側磁気リング１７からなる回転組立体２３を周
知の直流ブラシレス駆動方式により回転駆動するように
なっている。

また、上記内側磁気リング１７の周部に対して一定の隙
間で囲むように外側磁気リング２４が同様にモータハウ
ジング１４の下方に固定され内側磁気リング１７と外側
磁気リング２４とは互いに吸引力が働くように着磁され
ており回転組立体２３の上下方向（自重方向）を支承す
るスラスト支持磁気軸受１６を構成している。さらに、
モータハウジング１４の上部には密閉カバー２５が取り
付けられ清浄な空気が封入されている。

以上のような構成にて、駆動コイル２１に通電すること
によりステータ２２に回転磁界が生じロータ磁石１８と
の磁気吸引力により回転組立体２３が回転する。

これにより回転部材１５と固定軸１３とに相対速度が生
じ固定軸１３上下端部のへリングボーン溝部２６および
２７の隙間に空気が流れ込んで半径方向に空気圧が発生
しいわゆる動圧気体軸受部となり非接触の状態で極めて
小さな摩擦抵抗と安定性をもって回転組立体２３が高速
度に回転する。

したがって、回転多面体鏡１）も高速で回転されそれに
伴って光走査部内でレーザ光が高速に偏向される。この
時、偏向されたレーザ光の軌跡の精度は上記回転多面体
鏡１）の各鏡面の回転時の傾き、変形により決まるため
回転多面体鏡１）の各鏡面の傾き（動的面倒れ）すなわ
ち光偏向器自体の高速回転時の安定性および回転精度に
おいてかなり高い仕様が要望される。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成においては回転部材１
５が固定軸１３の上下端部に設けられた２箇所の動圧気
体軸受２８および２９によりその半径方向が支持され、
またスラスト磁気軸受１６によりスラスト方向のみの負
荷が保持されるため回転部材１５の高速回転時に生しる
ジャイロモーメント等による傾きの支持は上記固定軸１
３上の気体軸受によりなされる。

このため高速回転時の負荷能力、安定性および回転部材
の精度たとえば振れ、傾き精度は固定軸１３の上下端部
の気体軸受部２８および２９間の軸受間隔とその軸受仕
様、たとえばヘリングボーン溝２６および２７の深さ、
溝本数あるいは回転部材１５と固定軸１３間の隙間等に
より決められる軸受の気体バネ定数等でもって決まる。

特に、固定軸上の気体軸受部の軸受間隔は上記安定性と
精度に大きな影響を与え十分長い軸受間隔が必要とされ
る。

しかしながら、この回転多面体暁光偏向器を高速回転の
状態で安定にしかも薄型化をはかるとした場合には、上
記構成においては必然的に軸受間隔を短くする必要があ
り、その結果回転多面体鏡の安定性および傾き精度が低
下し、しいてはレーザビームプリンタとしての印字品質
が悪化するという問題点を有していた。

特に、上記小型、薄型化にたいしては前記光走査部ユニ
ット２に回転多面体暁光偏向器６を組込んだ場合にその
必要性が顕著に現れてくる。すなわち、光走査部２にお
いて光偏向器６を除いた光学ユニットたとえば主にレン
ズ群で構成されるビーム整形光学系５．結像光学系７が
レーザ光３の形成するスポット径に近い薄さまで薄型化
ができるのに対して光偏向器６は回転多面体鏡１）を含
め前記示したような構成が必要であり光走査部ユニット
２に組込んだ場合第４図に示されるようにそのユニット
２から光偏向器２のみ突出した形となる。

このため、この光走査部２をレーザビームプリンタ本体
に組込む場合、光走査部２が本体全体に占める空間部が
大きくなり本体自身が大型になる問題点を有していた。

これに対して、上記回転体支持装置の大幅な薄形化、小
形化をはかるため特願昭６２−５３０１号の内容をすで
に出願しているが、この構成においては外部から加わる
外乱特に振動、衝撃あるいはジャイロモーメント等の程
度により、この構成の有する負荷能力では回転部材を保
持するうえで限界があり、最悪の場合対向するベース台
、規制部材（固定軸）に接触し焼付きを発生する可能性
を有していた。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明の回転体支持装置は
回転体と、前記回転体を有し、回転軸方面端面に平面部
が形成されかつ回転軸方向に中空円筒状をなす回転部材
と、前記回転部材の平面部と対向して配され上記回転体
との相対運動により動圧を発生する気体軸受部を設けた
ベース台と、上記回転部材の円筒内周面と半径方向に一
定の隙間を有し、上記回転体との相対運動により半径方
向に動圧を発生する気体軸受部を設けた固定軸とを具備
し、上記回転体を有する回転部材の重心位置を上記固定
軸上の気体軸受部のほぼ中央に配してなる構成である。

作用 本発明は、上記した構成により回転体の高速回転時に生
じる傾き精度や安定性を従来の固定軸周面の２箇所の動
圧気体軸受部で主に負担しているかわりに回転体の平面
部と対向するベース台上に設けた動圧気体軸受部でもっ
て回転体の軸方向の支持とともにその傾きの保持精度お
よび安定性を負担するもので、一方面転体の半径方向に
は主にそのグイナミソクアンバランスによる不釣合い力
等を固定軸上に設けた動圧気体軸受でもって負担し、さ
らに回転体を有する回転部材の重心位置を上記動圧気体
軸受のほぼ中央に設定することにより重心に働（回転部
材の慣性力によるモーメントを小さくし、上記ベース台
上に設けた動圧気体軸受の負荷を軽減するものである。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図と第２図および第３図
を参照して説明する。第１図は本発明の回転駆動装置を
用いた回転多面体鏡光偏向装置の断面図を示すものであ
り、第２図は本発明の回転駆動装置を用いた回転多面体
鏡光偏向装置の分解斜視図を示すもので、第３図は回転
体の半径方向の動圧分布を示したものである。

第１図において、５１はフランジ状の形状を有し鉛直方
向に回転中心を持つ回転部材であり、回転体である回転
多面体鏡５２がフランジ部上面５１ａに当接して接着等
の手段で固定されている。

５３はリング状のロータ磁石であり、軟磁性体の材料で
構成されたバックヨーク５４に接着された状態で回転軸
方向に多極着磁され、またバックヨーク５４は、回転多
面体鏡５２の上面に当接して接着等の手段で固定されて
いる。また、回転部材５１のフランジ部およびバックヨ
ーク５４の直径は回転多面体鏡５２の外径より大に作ら
れている。

つまり、回転多面体鏡５２は直径がより大なる回転部材
５１のフランジ部およびバックヨーク５４にはさみ込ま
れている。５５は軟磁性体の材料で構成されたサブロー
タであり、ロータ磁石５３と軸方向に一定の空隙をもっ
て配置されたロータ磁石による磁束が流れるように構成
され、回転部材５２に接着等の手段で固定されている。

すなわち、回転部材５１９回転回転体鏡５２．ローク磁
石５３、バックヨーク５４．サブロータ５５は互いに固
定され、回転組立体５６を構成している。

上記、回転部材５１のフランジ部下部端面には、平滑平
面部５１ｂが形成され、その平面部５１ｂに対向して、
平滑平面６１ａを有するベース台６１が配され、ベース
台６１は筐体（図示せず）に固定されている。またベー
ス台６１の平面６１ａには、スパイラル溝６３がその求
心する方向が回転組立体５６の回転方向と一致するよう
に形成されており、上記回転部材５１の平面部　１ｂと
対向して動圧気体軸受を構成している。また平面部５１
ｂの動圧気体軸受に関与しない部分はヌスミ５１Ｃを施
している。また６１ｂはこのヌスミ５１Ｃから外部へ通
じる調圧孔である。

ベース台６１の中央部には、回転組立体５６の半径方向
の移動を規制する固定軸６０が配されており、ベース台
６１に圧入等により固定されている。また固定軸６０に
はこの固定軸外周部と一定の隙間を介して上記回転組立
体５６中の回転部材５１が回転自在に外嵌されており、
固定軸の周面には一箇所のへリングボーン溝６２が、矢
印状先端が回転組立体５６の回転方向を向く形状に形成
され動圧気体軸受を構成している。また固定軸の動圧気
体軸受に関与しない部分はヌスミ６０ａを施している。

また回転部材５１の下部平面部５１ｂの外周部と、サブ
ロータ５５の上部の外周部にはダイナミックバランスの
調整用の重りを取り付けるための溝５７．５８が形成さ
れており、回転組立体５６を組立てた状態で高精度にダ
イナミックバランスを調整することができる。さらに回
転組立体５６の重心位置は固定軸６０上にあって、しか
も前記一箇所のへリングボーン溝６２のほぼ中央部７０
付近に設定されである。すなわち第３図に示すような固
定軸６０上の最大動圧全生部付近で本実施例においては
回転方向に交叉するよう形成された溝部のうち、溝部が
形成されていない中央部付近であればどこでも良い。

また、第２図において、６５はモータフレーム６４に取
付はネジ７１で固定された２個に分割可能な固定コイル
基板６５ａおよび６５ｂであり、複数個の偏平コイル６
６と、ロータ磁石の位置検出センサ６７と、２枚のプリ
ント基板６８ａ。

６８ｂから構成されている。本実施例ではフレキシブル
プリント基板を上記プリント基板６８ａ。

６８ｂに用いている。複数個の偏平コイル６６と、ロー
タ磁石の位置検出センサ６７ば、プリント基板６８ａお
よび６８ｂ上に配線され、さらに樹脂７０でモールドさ
れている。したがって固定コイル基板６５は２個に分割
して、前記回転組立体５６のダイナミックバランスを調
整した後、ロータ磁石５３とサブロータ５５の間の空隙
中に配置させることができるようになっている。

以上のように構成された回転多面体鏡光偏向装置におい
て、固定コイル基板６５に通電することにより、ロータ
磁石５３とサブロータ５５間の空隙の磁束に回転トルク
が発生し回転組立体５６は高速で回転し、前記回転部材
５１の平面部５１ｂとベース台６１の平面部６１ａの対
向部の隙間にはスパイラル溝６３の働きにより、前記回
転部材５１と固定軸６０の隙間にはへリングボーン溝６
２の働きにより、空気が流入し空気圧が発生し、回転組
立体５６は、ベース台６】および固定軸６０と非接触の
状態で支持され、極めて小さな摩擦抵抗で高精度に回転
することができる。

以上のように本実施例によれば、回転組立体５６の重心
位置がほぼ固定軸６０上のへリングボーン溝６２の中央
付近７０に設定されであるため、本実施例の構造におけ
る気体軸受部、特にベース台６１上の気体軸受部の負荷
能力を軽減できる効果がある。

すなわち、固定軸６０上の気体軸受に加わる外力および
モーメントとして回転組立体５６上のダイナミックバラ
ンス調整による不釣合い力とそれによる偶力あるいは外
部振動等により、回転組立体５６の重心で半径方向に加
わる慣性力とそれによる回転組立体５６の支持点からの
モーメントがあるが、モーメントに関しては本実施例の
ような構造においては大部分ベース６１上に設けた気体
軸受部でそのモーメントによる回転組立体５６の負荷を
保持するため、上記回転組立体５６の重心位置を固定軸
６０上のへリングボーン溝６２のほぼ中央部付近で半径
方向に最大動圧が発生する部分に設定することにより、
ベース台６１上の気体軸受部の負担を少なくすることが
でき、しかも比較的大きい慣性力のモーメントによって
引き起こされる軸受損傷を防止することができる。

また、外部からの衝撃あるいは高速回転時に外部からの
振動により発生するジャイロモーメント等の異常に大き
な外乱に対してはベース台６１上および固定軸６０上に
設けた気体軸受の負荷能力を大きくするとともに気体軸
受を構成する回転組立体５６中の回転部材５１と固定軸
６０．ベース台６１を耐摩耗性材料であるセラミック材
料、本実施例においてはＳｉＣあるいはアルミナ（Ａ　
Ｉｔ　ｚＯ＋）を用いることにより高速回転時の焼付き
損傷と動圧気体軸受の特徴である起動、停止時の接触に
よる回転不良を防止することができる。

この時、ベース台６１．固定軸６０とそれに対向する回
転部材５１とは同材質のセラミック材料が良い。またセ
ラミック材料を用いる代わりに金属ベース台に耐摩耗性
材料を溶射、イオンブレーティング等により表面処理を
行なっても同様の効果がある。

さらに、本実施例の構造はベース台６１平面上に動圧気
体軸受であるスパイラル溝６３を形成しているため、従
来の溝加工であるエツチング加工等と比較して、プレス
加工や樹脂成形等の生産性に富む加工法が適用でき、ま
た上記のようにセラミック材料をベース台６１．固定軸
６０に用いることにより非常に取扱いが簡単で加工時間
が短かいプラスト加工を用いて溝形成を行なえ、より生
産性を向上することができる。

なお、上述の実施例については回転多面体鏡を有する回
転体を支持する回転体支持装置であるが、本発明はこれ
に限らず回転体であればどの回転体にも適用できる。

発明の効果 以上のように本発明は、回転体と、前記回転体を有し回
転軸方向端面に平面部が形成されかつ回転軸方向に中空
円筒状をなす回転部材と、前記回転部材の平面部と対向
して配された上記回転体との相対速度により回転軸方向
に動圧を発生する気体軸受を設けたベース台と、上記回
転部材の円筒内周面と半径方向に一定の隙間を有し上記
回転体との相対速度により半径方向に動圧を発生する気
体軸受を一箇所設けた固定軸とを具備し、上記回転体を
有する回転部材の重心位置を上記固定軸上の動圧気体軸
受部のほぼ中央に配したことを特徴とする構成により、
従来の固定軸周面に設けた２箇所の動圧気体軸受部を有
する構造に対して回転体の高速回転時の傾き精度や安定
性を保証しながら回転体支持装置の大幅な薄型化がはか
れるとともにこの装置を適用した回転多面体暁光偏向器
も薄型、小型化がはかれるというすぐれた効果がある。

さらに、外部からの振動、衝撃等の異常な外乱に対して
も信頬性を得ることができるとともに生産性の向上がは
かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明である回転体支持装置を適用した回転多
面体暁光偏向器の縦断側面図、第２図は本実施例におけ
る回転多面体暁光偏向器の分解斜視図、第３図は本実施
例における回転体支持装置の半径方向の動圧分布を示す
説明図、第４図は従来の回転多面体暁光偏向器を適用し
た光走査装置の斜視図、第５図は従来の回転体支持装置
を適用した回転多面体暁光偏向器の構成図である。 ５１・・・・・・回転部材、５１ｂ・・・・・・回転部
材平面部、５２・・・・・・回転多面体鏡、５３・・・
・・・ロータ磁石、５６・・・・・・回転組立体、６０
・・・・・・固定軸、６１・・・・・・ベース台、６１
ｂ・・・・・・調圧孔、６２・・・・・・ヘリングボー
ン溝、６３・・・・・・スパイラル溝。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名Ｓ／−−−
回轍画Ｍ 、５２−一団拉勿面坏娩 Ｓ３−一一ロータ石１石 汀−一一ブブロータ ５６−−−回転旭ユ４ネ ０−−−スノでイラル溝 第１図 第３図 ／−一一暴尤体 ？−−−丸、１−五都 ！ｏ−ｒａ私勿酊休焼光傳体Ｒ ノンーーー瓜■伏タｒｉＪイ本々先 第４図 ／　Ｊ−１）ｉ訓叱ｉ；イ≧ｚ面イ；ト−４−障り１３
−一一固定軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転体と、前記回転体を有し回転軸方向端面に平
   面部が形成されかつ回転軸方向に中空円筒状をなす回転
   部材と、前記回転部材の平面部と対向して配され上記回
   転体との相対速度により回転軸方向に動圧を発生する気
   体軸受を設けたベース台と、上記回転部材の円筒内周面
   と半径方向に一定の隙間を有し上記回転体との相対速度
   により半径方向に動圧を発生する気体軸受を一箇所設け
   た固定軸とを具備し、上記回転体を有する回転部材の重
   心位置を上記固定軸上の動圧気体軸受部のほぼ中央付近
   に配したことを特徴とする回転体支持装置。
2. （２）動圧気体軸受を構成する回転部材およびそれに対
   向するベース台と固定軸をセラミック材料より形成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の回転
   体支持装置。