JPH0415615A

JPH0415615A - ポリゴンミラーモートル

Info

Publication number: JPH0415615A
Application number: JP11761490A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Uno; 宇野　斌; Sueo Akashi; 赤司　末雄; Katsutoshi Arai; 新居　勝敏; Kazuhiko Kawaike; 川池　和彦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1992-01-21
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JP2718807B2

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、レーザービーム等の記録装置に係り、高速高
精細に好適な、回転多面鏡を使用する光ビーム走査装置
の低振動化に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のポリゴンミラーモートルを、第３図、第４図を用
いて説明すると、中央に貫通孔１が形成され、外周縁を
正多角形とする複数の鏡面２を有する平板状の回転体を
貫通孔１が形成されたセラミックス製の筒体３１と、該
筒体３工の外周に焼ばめ固着した金属製の外周部材３２
とからなり、外周部材３２の外周縁を正多角形とする複
数の鏡面２に形成してポリゴンミラーロータ３とし、こ
のロータ３を前記の貫通孔１を貫通して支持体４に備え
られた固定軸５の外周にあって、外周面に動圧発生用溝
１１１を形成したブツシュ５工に回転自在に設けて、か
つ前記外周部材３２と平行に固定され、ロータ３を回転
させるステータコイル６を前記支持体４又はカバ一体１
１に備え、前記ロータ３の外周部材３２に設けられた永
久磁石又は二次導体のマグネット７と前記ステータコイ
ル６とによってロータ３を回転させるモータユニットを
構成して、前記ロータ３と支持体４との間に金属又はセ
ラミックス材からなるスラスト受部材９を介在配備する
ようにし、このロータ３とこれと対向して形成される摺
動面のいずれにも又はいずれかに動圧発生用溝１０を形
成しである。

この種モータとしては特開昭６２−７５６１６号公報が
知られている。

前記ロータ３の筒体３１は中央に円筒形状の貫通孔のあ
る円筒体若しくは角筒体で前記固定軸５又は固定軸５に
嵌支されるブツシュ５１に嵌装され、前記支持体４上に
介在される受部材９に対面配備されているもので、この
受部材９としては角形又は円形の板体でロータ３のマグ
ネット７に対向する面及びステータコイル６に対向する
面にあるが、筒体３１の軸方向側面の両側に設けて筒体
３１を挾持しである。また筒体３１にはこの受部材９に
対応する面の摺動面の両方の面に動圧発生用溝１ｏ、例
えばねじり方向が逆向きのスパイラル状溝をランド部を
残して形成した硬質のセラミックス材料例えばＳｉＣ焼
結体、ＢｅＯを含むα−８ｉＣ焼結体、又は５ｉ２Ｎａ
焼結体などで構成したものを用いてスラスト軸受部とし
て形成する。

前記ロータ３とスラスト受板の受部材１０との間とのク
リアランスは５〜１５μｍとしてロータ３が起動時には
下部受部材９側に密着し、回転後動圧が生じて浮上後は
上部受部材１０側に接近して運転できるようになってい
る。

前記マグネット７はロータ３の外周部材３２に設けた丸
孔の挿入孔８に埋込配備して、上面を平坦に面合せ、ま
たは、挿入孔８に対してマグネット７を上面より窪み状
態或いは突出状態に配置している。

前記挿入孔８は前記ロータ３の筒体３１又は外周部材３
２に複数個環状に形成配備しである。

図中１０１はへリングボーン状に形成した動圧発生用溝
で固定軸５に嵌装されるブツシュ５１の外周面又はこれ
に対応する回転体側面のいずれかの面に多数設けてラジ
アル軸受を形成している。

１１はカバ一体であって、支持体４に嵌着し、レーザプ
リンタなどの密閉構造としたもので、バーコードリーダ
などのように鮮明度を要求されない場合には省略できる
。１２は投光用窓部、１３は留めナツトで温度膨張経時
によるゆるみを防止するものである。

なお前記筒体３１がその上下両面に動圧発生用溝１０を
備えたものであるが、この動圧発生用溝１０はスパイラ
ル状の方向は両面に設けた場合に逆方向（投影面上同じ
向き）に設けてポリゴンロータを回転駆動する際に誤っ
て逆方向に回転させても焼損することがないようにして
いる。

なお、この具体例では固定軸５として金属製固定軸５上
にヘリングボーン状溝を外周に有するセラミックス材料
のスリーブ状ブツシュ５１を備えであるが、前記ロータ
３の浮上量を拘束する手段としてはロータ３の上方位置
で固定軸５に設けた上部受部材９を座金１４及び固定用
ナツト１５若しくけその他のストッパを選んで固着する
構成としである。

また前記支持体４はアルミニウム材から構成されるもの
であって、前記摺動部材の廻り止めとして用いられるも
のであるが、前記固定軸５及び支持体４もＳｉＣを主体
とするセラミックス材料で構成することも選んでできる
。

しかして鏡面２のあるロータ３は支持体４にある固定軸
５のスリーブ状のブツシュ５１上にマスバランス、液体
バランス及び磁気バランスが良好に維持されて円滑に回
転され、回転時の空気抵抗も小さく運転できるものであ
る。

この場合、前記支持体４とロータ３との間に介在された
受部材９の対応面に動圧発生用溝１０があり、その封部
側は平滑な平面としてスラスト軸受部とするものであり
、また、ラジアル軸受部は固定軸５上のスリーブ状のブ
ツシュ５１の外周面、又は貫通孔１の円筒面のいずれか
一方の面にヘリングボーン状の動圧発生用溝１０１を形
成し、他方の面を平滑な円筒面として構成するものであ
り。

この従来例においては、スラスト荷重を支えるための動
圧発生用溝１０、ラジアル荷重を支えるための動圧発生
用溝１０１は各々３〜１０μｍ程度の溝深さである。

前記ロータ３及び／又は受部材９は全面のうねりが０．
３　　μｍ以下で最大面粗度が０．１　　μｍの平滑な
平面であるランド面とした上で、ショツトブラストによ
って３〜１０μｍの深さのスパイラル状溝加工をしたも
のを用いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、レーザービームプリンタが。

鮮明画像を高速で作るため、ポリゴンミラーモートルの
軸受に、セラミックの動圧空気軸受を用いている。

従来例によれば、軸受部材は、うねり０．３μｍ以下、
平面度０．１μｍ以下の高精度加工面に、３〜１０μの
深さの動圧溝を加しているため、価格的に高価である。

また、始動時および停止寸前には、動圧が不十分であり
、どうしても固体接触を行なうので、軸受の０Ｎ−ＯＦ
Ｆ寿命が短かく、かつ、軸受部接触時に生じるセラミッ
ク粉末が、全開モードル内に飛散し、ミラーのレーザー
光反射面を汚損する。

さらに、高温時に、遠心力によって、マグネットが変位
し、ロータの不釣合が変化して、モードルの振動が変化
し、最悪状態では、画像不良が生じる等の問題があった
。

本発明の目的は、空気軸受モードルのように、低振動・
低回転むらで、かつ、ロータの不釣合変化がしずらく、
また、ボールベアリングモードルのように、ＯＮ−〇Ｆ
Ｆ寿命の長い、高速ポリゴンミラーモートルを提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的の低振動、低回転むらを達成するために、ラジ
アル荷重を、静圧型のラジアル流体軸受けで受け、スラ
スト荷重を磁気軸受けで受け、運転時のロータ歪のため
に生じる振動を防止するたるために、回転部の部品締結
を焼嵌によって行なうようにしたものである。

また、ＯＮ−〇ＦＦ寿命の改善については、空気より剛
性の高い磁性流体を封入し、磁性流体の流出をシールに
より防止するように構成して達成できる。

〔作用〕

上記第１の目的である振動９回転むらの低減手段として
用いる流体軸受は、流体に潤滑油に類するものを主成分
として用いると、軸受とシャフト間に空気よりもはるか
に丈夫な膜が形成されるため、空気軸受のように本体の
振動によって軸受とシャフトが金属接触することもなく
、また、ポルベアリングのように転勤面の変化や潤滑グ
リースの倒れ込みなどによって、ロストルクが急変する
こともなく、温度によって流体の粘性が徐々に変化する
につれ、軸受けのロストルクも徐々に変化するように動
作する。

例えば、１５０００ｒｐｍのポリゴンミラーモートルは
、一回転の周期が４ｍ５ＥＣであり、回転数の変化は、
ｍ５ＥＣオーダーの時間で論じられるが、自己加熱によ
る流体の粘性変化は、秒〜分単位であり、コントローラ
が十分に回転数制御を行なえる範囲にあるので、回転む
らが悪化することがない。

しかし、シャフト端面が自重で固定部に接触すると焼付
を生じる。この防止法としてスラスト軸受を設けるが、
接触軸受である以上精度に応じた振動を生じる。

この対策として、回転検出用マグネットに、従来どうり
の回転検出着磁パターンと磁気スラスト軸受用の着磁パ
ターンを設け、回転部に配置し、対向面の固定部分に反
発用の磁気スラスト軸受用マグネットを配置すると、常
時ロータが浮上するため、振動・騒音・軸受ロスが低減
するように作用する。

運転中の振動変化は、バネ固定あるいは接着固定されて
いるミラーと軸の同心度が温度上昇のために変化したり
、接着しているマグネットと軸の同心度が温度上昇のた
め変化するため、回転体の不釣合が増加し生じるもので
ある。

この対策として、ミラーおよびマグネットを焼嵌によっ
て固定すると、使用中の温度上昇や遠心力によってミラ
ーやマグネットが変位することがないので、運転中の不
釣合変化がなく、振動変化が低減するように作業する。

上記第２の目的である０Ｎ−ＯＦＦ寿命の改善手段に用
いる液体軸受は、空気軸受に比し、膜強度が格段に強い
ので、始動時・運転時ともラジアル軸受とシャフトの金
属接触が生じないよう動作する。

それによって、軸受やシャフトが摩耗しないので、軸受
とシャフトのクリアランスが大きくなることなく、ポリ
ゴンミラー面倒れの増加や振動の増加が生じることがな
い。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例について、第１図を用いて説明す
る。

鉄心１８に駆動コイル１９を巻き、ハウジング２０に装
着し、駆動コイルユニットとなす。そして、位置検出セ
ンサー２１と回転数検出コイルパターンを配したプリン
ト基板２２を配置し、さらに、ラジアル軸受２３．２４
を軸受支持部材２５に固定し、エアポケット２６の側に
動圧シール２７を配置して、さらにその外側に磁気シー
ル２８を配置して、軸受カバー２９で、反シール側をふ
さぎ、軸受部に規定量の磁性流体３０を注入したシール
一体形磁性流体軸受を形成する。

さらに、軸受支持部材２５の回転検出マグネット対向部
に、磁気スラスト軸受用マグネット３１を配置し、前記
駆動コイルユニットの一開口端にセットすることによっ
て、モードルの固定部を形成する。

次に、カラー３２にシャフト３３を焼嵌し、モードルマ
グネット３４および回転検出用マグネット３５を焼嵌し
て、さらにポリゴンミラー３６を焼嵌することによって
、モードルの回転部を形成する。

そして、モードルの回転部を、前記モードル固定部のシ
ール一体形磁性流体軸受に挿入して、ポリゴンミラーモ
ートルを形成する。

以下本発明の特徴とするところについて説明する。

前記シール一体形軸受は、第１図に示すようにラジアル
荷重に対してはラジアル軸受２３．２４で受け、スラス
ト荷重に対しては回転検出用マグネット３５の着磁パタ
ーンを、第２図に示すように、回転検出用の多極着磁部
分を外側に、磁気スラスト軸受の反発極としての着磁部
分を内側に着磁して、カラー３２に焼嵌をし、一方の磁
気カラスト軸受極を得る。

対となるへき他の一方の磁気スラスト軸受用マグネット
３１は、軸受支持部２５にセット用の溝３７を設けて、
接着固定をして配置する。

そして、磁気スラスト軸受用マグネット３１の反発面を
、プリント基板２２の検出コイルパターン面とほぼ同一
にする。

磁気軸受のマグネットの強さによって、スラスト方向の
ギャップを調整できるので、回転検出マグネット３５と
プリント基板２２の間のギャップを適正かつ均一に保つ
ことができ、回転検出電圧もほぼ一定となって、電気的
・機械的に信頼性の高い構成にすることができる。

もちろん、回転部のシャフト３３の端面と軸受カバー２
９は、第１図に示すように常時非接触の状態に保たれる
ので、振動および損失が低減するとともに、軸受のスラ
スト方向の精密加工部品がなくなるので、安価に製造で
きるようになる。

３８はシャフト下端部に存在するスラスト空間である。

また、プリント基板２２と磁気スラスト軸受マグネット
３１を接着すると、プリント基板端面より出る塵埃を防
止でき、ポリゴンミラー３６の汚損防止を図ることもで
きる。

また、運転中の振動変化は回転部の不釣合の変化により
生じることが知られており、実験的にも確認されたので
、回転部構成部品が径方向に変位するのを防止するため
、径の小さいＳＵＳ製のシャフト３３に熱膨張率の大き
なアルミのカラー３２を焼嵌あるいは温嵌で装着し、温
度変化時における同心ずれを防止する。カラー３２とポ
リゴンミラー３６は、ミラーの鏡面変形によるレーザー
光の反射角急変を押えるため、材料の物理特性がほぼ同
一のものとし、かつ、嵌合部の精度がミラーの鏡面変形
につながるのを防止するため、それぞれの真円度を２μ
ｍ以下程度に加工し、焼嵌を行ない、温度変化時におけ
るポリゴンミラー３６の径方向変位を防止する。

カラー３２とモードルマグネット３４フ回転検出マグネ
ット３５の嵌合は、カラー３２より熱膨張率の大きいプ
ラスチックマグネットを用い、焼嵌あるいは温嵌によっ
て装着を行ない、温度変化による径方向への変位を防止
する。

前記シール一体形磁気流体軸受の流体３０は、粘性によ
るロスを減らすため、粘性の低いメタル潤滑油の中に、
０．１μｍ以下の微細な強磁性体粉末で液中に沈殿しな
い寸法、形状のものを混入撹拌したものを用いる。

したがって、ボールベアリングのグリースのように、粘
度の高い潤滑材でなく、液体潤滑材であるため、シャフ
トの回転に対して、軸受の負荷トルクが急変することも
なく、また、空気軸受のように、静止時軸受構造材とシ
ャフトが、直接接していることもなく、油膜を介してシ
ャフトが軸受に支持されているので、０Ｎ−ＯＦＦ時に
軸受やシャフトを摩耗させ、クリアランスを大きくし、
回転振動や回転むらを大きくすることもなく、円滑に回
転を続けさせることができる。

以上のようにして、空気軸受使用品よりも０Ｎ−ＯＦＦ
寿命の長いポリゴンミラーモートルを提供することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、低振動、低回転むらの長
寿命のポリゴンミラーモートルを提供できる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は回
転検出用マグネットの着磁パターンを示す下面図、第３
図は従来知られているモータの縦断面図、第４図は同じ
く横断上面図である。１・・・貫通孔、２・・・鏡面、３・・・ロータ、３１
・・・筒体、３２・・・外周部材、４・・・支持体、５
・・・固定軸、５１・・・ブツシュ、６・・・ステータ
コイル、７・・・マグネット、８・・・挿入孔５９・・
・受部材、１０・・・動圧発生用溝、１０１・・動圧発
生用溝、１１　・カバ一体、１２投光用窓部、１３・留
めナツト、１４・・座金。１５・・・固定ナツト、１８・・鉄心、１９・・駆動コ
イル、２０・・ハウジング、２１・・・位置検出センサ
、２２・・プリント基板、２３・・・ラジアル軸受、２
４・・ラジアル軸受、２５・・・軸受支持部材、２６・
・・エアポケット、２７・・動圧シール、２８・・・磁
気シール、２９・・・軸受カバー、３０・・・磁性流体
、３１・磁気スラスト軸受用マグネット、３２・・・カ
ラー３３・・シャフト、３４・・モードルマグネット、
３５・・・回転検出用マグネット、３６・・・ボノゴン
ミ第図第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】１、駆動コイルユニット、流体軸受ユニット、位置セン
サ、回転検出部およびポリゴンミラーを装着したロータ
から構成されるレーザー走査用のポリゴンミラーモート
ルにおいて、前記ロータは、シャフトと、このシャフトにこのシャフ
トより熱膨張係数の大きい材料で形成され、かつ焼嵌め
あるいは温嵌で嵌着されたカラーと、このカラーにこの
カラーよりも熱膨張係数の大きい材料で形成され、かつ
焼嵌めあるいは温嵌で嵌着されたマグネットとから主要
構成したことを特徴とするポリゴンミラーモートル。請求項１において、シャフトをステンレス、カラーをアルミニウムあるいは
その合金、マグネットをプラスチックマグネットとした
ポリゴンミラーモートル。３、駆動コイルユニット、流体軸受ユニット、位置セン
サ、回転検出部およびポリゴンミラーを装着したロータ
から構成されるレーザー走査用のポリゴンミラーモート
ルにおいて、シャフトよりも切削性がよく、熱膨張係数が大きい材料
で製作したカラーをシャフトに焼嵌し、カラーよりも熱
膨張係数の大きい材料で製作したマグネットをカラーに
焼嵌し、カラーとほぼ同熱張係数の材料でポリゴンミラ
ーの基材を作り、カラーとの嵌合部の真円度を２μｍ程
度以下にしてロータを構成したことを特徴とするポリゴ
ンミラーモートル。４、駆動コイルユニット、流体軸受ユニット、位置セン
サ、回転検出部、磁気スラスト軸受およびポリゴンミラ
ーを装着したロータから構成されるレーザー走査用のポ
リゴンミラーモートルにおいて、ラジアル荷重を流体軸
受で受け、スラスト荷重を、速度検出用マグネット対向
面に反発用マグネットを配置した磁気スラスト軸受で受
けるよう構成したことを特徴とするポリゴンミラーモー
トル。