JPH04235522A - 溝付グリースベアリングを有する回転鏡光学スキャナ - 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】

【０００１】

【発明の背景】本発明は一般に光学スキャナに関し、更
に詳細には溝付グリースベアリングを用いた光学スキャ
ナに関する。

【０００２】レーザープリンタには回転多面鏡型光学ス
キャナが用いられ、感光体上に潜像を形成させている。 代表的な例では、該多面鏡は回転子に支持されており、
回転子はモータによって高角速度で駆動されている。該
モータ／多面鏡アセンブリの大容量／高解像プリンタに
使用されているものにあっては、その速度は１５，００
０ないし３５，０００ＲＰＭで１５，０００時間動作し
、その間、無騒音・無汚染であって偶発的な衝撃荷重に
も耐えなければならない。

【０００３】通常のボールベアリングでは光学スキャナ
で使われる高速には耐えられない。というのは、大抵の
光学スキャナやレーザープリンタが使われているオフィ
ス内ではその静けさに較べてとくにボールベアリングは
騒音を出し過ぎる。さらに、高速のボールベアリングは
所定の回転軸を外れてふれを起こし易く、光学スキャナ
に必要な微妙なビームの軸合せには不向きである。

【０００４】そこで普通は気体ベアリングが高速光学ス
キャナに使われている。このベアリングは回転子の荷重
を、相対運動をしている一対の円筒面の間に創り出され
る圧力に依存して支えている。回転多面鏡の代表的な一
部分をなす１個の剛体の円筒面が、モータおよびスキャ
ナハウジングの代表的な１部分をなす円筒面の形状と相
補的な固定中空円筒面内に入っている。この２個の円筒
面の一方は普通、溝付になっている。

【０００５】気体ベアリングで使われている代表的な気
体は空気であるが、空気の粘度は周知の通り低いため、
ベアリングの回転部分と固定部分の隙間はきわめて小さ
くしなければならず、その値は３．５ミクロン（０．０
００１３５インチ）でその公差は±０．２５ミクロン（
０．００００１０インチ）程度である。このような製作
公差では気体ベアリングは高価にもなり、また汚れおよ
び湿りに対して敏感にもなる。

【０００６】さらに気体ベアリングの寿命は限られてい
る。それは光学スキャナの起動時と停止時にベアリング
表面が相互に擦れ合い摩滅するためである。多面鏡は回
転を始めるとき、静止時の円筒面同士の接触で生じた静
摩擦に打ち勝たなければならない。摩擦つまり表面の擦
れは、気体ベアリングがとれる最低回転速度をも制限す
ることになる。回転子が水平の場合、とくに摩滅、静摩
擦および最低回転速度などの問題点が錯綜することにな
る。

【０００７】本発明の目的は、したがって、高速、長寿
命、低騒音、耐衝撃性のベアリングを光学スキャナ用と
して提供することにある。

【０００８】

【発明の要約】本発明によれば、光学スキャナはモータ
／多面鏡アセンブリをスキャナハウジング内部に有する
構造である。鏡アセンブリは回転子上に搭載されている
。スキャナ内の回転子の端部にあってベアリングカップ
と向い合っているグリースベアリングは、回転モータ／
多面鏡アセンブリとハウジングの間の唯一の接触点であ
る。

【０００９】グリースベアリングは溝付になっていて、
グリースをベアリングカップに押し込むのに役立ってい
る。グリースの揺変性　（ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ　ｐ
ｒｏｐｅｒｔｙ）　が光学スキャナ停止時のグリースの
流出を防止している。グリースベアリングの形状は切頭
体状または球面のどちらでもその相補的な形状のベアリ
ングカップを伴って採ることができる。

【００１０】ベアリングカップは溝付にする方がベアリ
ング自身を溝付にするよりも具合が良い。ベアリングカ
ップはグリースで潤滑するため注入域および貯溜域を備
えるよう階段状にするのも良い。スキャナハウジング内
部の圧力手段はベアリングカップをグリースベアリング
に押しつけることになる。

【００１１】本発明を完全に理解することを含めて、そ
の他の目的および達成点の説明は以下に述べる説明と特
許請求範囲を付図とともに参照することによって明瞭と
なりかつ評価し得るようになるはずである。

【００１２】〔図面の簡単な説明〕図１は本発明により
形成された切頭体状の溝付グリースベアリングを用いた
光学スキャナの側面の模式図である。

【００１３】図２は本発明により形成された溝付ベアリ
ングカップを用いた切頭体状のグリースベアリングの別
の実施例の模式図である。

【００１４】図３は本発明により形成された階段状のベ
アリングカップを用いた切頭体状の溝付グリースベアリ
ングの別の実施例の模式図である。

【００１５】図４は本発明により形成された球面状溝付
グリースベアリングを用いた別の実施例の模式図である
。

【００１６】図５は本発明により形成されたグリースベ
アリングおよびスプリング加圧ベアリングカップを用い
た光学スキャナの別の実施例の模式図である。

【００１７】

【好適な実施態様の説明】まず図１を参照すると、そこ
にはスキャナハウジング１４とその内部のモータ／多面
鏡アセンブリ１２から成り立つ光学スキャナ１０が示さ
れている。このモータ／多面鏡アセンブリには回転子１
６が付いており、回転子１６上には小面を切出された多
面鏡１８およびヨーク２０が搭載されている。固定子コ
イル２２はスキャナハウジングに備え付けられ、ヨーク
に向い合ってモータを形成している。固定子コイルに電
源を通じると、発生する電磁界が回転子のヨーク、した
がってそれに付設された多面鏡を回転させる。ハウジン
グの窓２４は多面鏡に向い合っていて回転鏡から反射さ
れた光が窓を通過するようになっている。

【００１８】ベアリング２６は回転子の両端に備えられ
ていてモータ／多面鏡アセンブリが回転できるようにし
ている。どちらのベアリングも切頭体状である。ハウジ
ング内の相補的な切頭体状のベアリングカップ２８はそ
れぞれのベアリングに向い合っている。ベアリングは回
転子と一体化し、該ベアリングカップはスキャナハウジ
ングと一体化され正確な軸合せおよびはめ合いが具合よ
くできていることが望ましい。ベアリングおよびベアリ
ングカップをそれぞれ別個に作成しモータおよびスキャ
ナハウジングにそれぞれ接着剤またはその他の手段によ
って取り付けることが可能である。

【００１９】ベアリングおよびベアリングカップの端部
および側面部の間のわずかな空間すなわち隙間３０はグ
リースで満たされている。グリースベアリング２６、隙
間内のグリース３０およびベアリングカップ２８はモー
タ／多面鏡アセンブリ１２およびスキャナハウジング１
４間の唯一の接触点である。

【００２０】グリースベアリング２６の円錐状表面には
ひと続きの溝３２が付けられている。あるいはまた、螺
旋状の溝がひと続きの溝の代りに用いられてもよい。溝
の断面形状としては、たとえば、矩形、半円またはＶ字
形など各種の形状を採ることができる。

【００２１】溝はモータ／多面鏡アセンブリの回転する
向きでベアリングカップの外縁３４に向って、ある角度
を付けられている。ベアリングの溝は、グリースをベア
リングカップ内でベアリングの底部３６に向って押し込
むような働きを与えられている。図１に示されている図
によれば、回転子および多面鏡が左に回るとグリースは
右にベアリングカップ底部に向って押し込まれる。

【００２２】このようにしてグリースはベアリングとベ
アリングカップ間の隙間に取り込まれ、光学スキャナの
動作中に洩れ出すことはない。グリースの揺変性が光学
スキャナの動作していない間もグリースの洩れ出すこと
を防いでいる。グリース自体は市販品である。

【００２３】動作中の溝付円錐が行なうポンプ作用およ
びスキャナ停止中にグリースの揺変性が果している役割
は、光学スキャナが任意の角度方向で動作することを可
能にしており、回転子の方向が垂直の場合に限定されな
い。

【００２４】グリースに含まれている基油が潤滑剤とし
て働くことは公知である。この基油の潤滑剤としての効
果はベアリング表面の起動および停止時の摩滅を減らし
て摩滅の心配がなくなる程有効である。該基油の潤滑作
用には多面鏡の回転始動時の阻害になる静摩擦を減少さ
せる効果もある。グリースベアリング光学スキャナの最
低回転速度は対照となっている気体ベアリング光学スキ
ャナのそれより小さい。グリースベアリング内のグリー
スはクッション効果もあり、光学スキャナの強固な耐衝
撃充填物となっている。

【００２５】グリースの稠度は空気の粘度のほぼ４ない
し５倍である。公知の流体力学的理論の予測するところ
によれば、グリースで潤滑された状態のベアリングに於
けるベアリングとベアリングカップ間の径方向の隙間は
同寸法の気体ベアリングのベアリングとベアリングカッ
プ間の隙間のほぼ１０倍を採ることが可能である。その
径方向の隙間は、円錐角と、グリースが入っていない時
のシステムの軸方向の遊びの大きさによって決められる
。たとえば、軸方向の遊びが約１５０ミクロン（０．０
０６インチ）で円錐角が１０度であれば、径方向の隙間
は１２．５ミクロン（０．０００５インチ）である。

【００２６】グリースベアリングの製作公差も気体ベア
リングの対応する部品の必要製作公差より寸法の場合と
ほぼ同程度に大きい。グリースベアリングのコストは気
体ベアリングのそれの１０倍程度安くかつ製作も同様に
容易である。

【００２７】ベアリングおよびベアリングカップは金属
または高分子材料で製作することが可能である。設計に
余裕があるので、射出成型工程で部品を製作することが
できる。もしこの工程が使えないとしたら超精密機械加
工を必要とすることになってしまう。

【００２８】大気に晒されるグリースベアリング内のグ
リースの表面積は、ボールベアリングの大気に晒される
表面積より小さい。該流体力学的グリースベアリングが
含むグリースの量はボールベアリング内のグリースの量
のほぼ０．１ないし０．０１倍程度でしかなく、その結
果、回転鏡および窓の光学的表面がグリースで汚れる可
能性は少ない。

【００２９】グリースベアリングを用いた光学スキャナ
は広い速度範囲で動作することが出き、しかも１００，
０００時間以上もの長い寿命を有する。

【００３０】図２では、グリースベアリング３８および
ベアリングカップ４０は図１の光学スキャナの場合と同
一構造であるが、ベアリングカップにひと続きの溝４２
が在る点が図１の場合と異なる。溝はモータ／多面鏡ア
センブリの回転する向きに対しある角度を付けられてい
て、グリースをベアリングカップ内に向って押し込むよ
うな働きを与えられている。あるいはまた、螺旋状の溝
がひと続きの溝の代りに用いられてもよい。溝の断面形
状としては、たとえば、矩形、円弧またはＶ字形など各
種の形状を採ることができる。その他、ベアリングおよ
びベアリングカップ両方が溝付であってもよい。

【００３１】図３では、ひと続きの溝４６およびベアリ
ングカップ４８は図１の光学スキャナ１０の場合と同一
構造であるが、ベアリングカップが階段状をしている点
が異なる。ベアリングカップ４８には２組の円周階段５
０および５２があってベアリングカップを潤滑域５４お
よび注入域５６および貯溜域５８に分割している。

【００３２】潤滑域５４はベアリングカップの底部６０
と第１の円周階段５０の間にある。潤滑域でのベアリン
グおよびベアリングカップ間の空隙６２はグリースベア
リングの流体力学的潤滑の生じる区域である。ベアリン
グとベアリングカップ間のこの区域での径方向隙間はほ
ぼ１２．５ミクロン（０．０００５インチ）である。

【００３３】注入域５６はベアリングカップの第１の円
周階段５０と第２の円周階段５２間にある。注入域での
ベアリングとベアリングカップ間の空隙６４はベアリン
グ上の溝４６がグリースをベアリングカップの潤滑域５
４に押し込む区域である。ベアリングおよびベアリング
カップ間のこの区域の径方向隙間はほぼ１２５ミクロン
（０．００５インチ）である。

【００３４】貯溜域５８は第２の円周階段５２とベアリ
ングカップの外縁６６間にある。貯溜域でのベアリング
およびベアリングカップ間の空隙６８はグリースの貯溜
域および溢流域としての役割を受け持っている。ベアリ
ングとベアリングカップ間のこの区域での径方向隙間は
ほぼ５００ミクロン（０．０２０インチ）である。

【００３５】円周溝７０がグリースベアリング４４およ
び回転子７２間に設定されているのは、グリースが貯溜
域からモータ／多面鏡アセンブリに移動するのを防ぐた
めである。ポンプ作用溝４６がベアリング上にある範囲
はそれほど広くはなく、貯溜域まで届かず、溝７０はグ
リースの終末点としての役割をしている。

【００３６】グリースベアリングを用いた場合に特有の
問題は、ベアリングの組立時にグリースの設定量が多過
ぎまたは少な過ぎた場合にグリースベアリングの性能に
及ぼす影響である。ベアリングカップが階段状をしてい
ることがグリース量の変動に対するベアリングの敏感さ
を和らげている。なぜなら、グリース量が少な過ぎれば
注入域とともに潤滑域がより狭くなってグリースの供給
量を安定化し、グリース量が多過ぎれば貯溜域で溢出が
生じグリースの供給量を安定化するからである。このよ
うに、ベアリングおよびベアリングカップ間でのグリー
ス量の変動に対する敏感さを和らげる働きは、グリース
ベアリングの製造を有望にする。

【００３７】図４では、グリースベアリング７４はひと
続きの溝７６およびベアリングカップ７８を有しており
図１の光学スキャナ１０の場合と同一構造であるが、グ
リースベアリングと相補的なベアリングカップが切頭体
状でなく球面状である点が異なる。

【００３８】球面状グリースベアリングには切頭体状の
グリースベアリングよりもある種の長所がある。球面グ
リースベアリングは比較的ベアリングカップ同士の不整
合があっても影響を受けないばかりか、回転子の回転に
関しても同様の性質を持っている。球面グリースベアリ
ングは切頭体状のグリースベアリングに比して製作面で
は低コスト且つ簡単容易である。

【００３９】前記実施例で繰返し示したベアリングカッ
プの溝付けは、ベアリングやベアリングカップの階段状
の溝よりかえって球面状グリースベアリングにこそ適用
されてよい。

【００４０】球面状グリースベアリングの場合、ベアリ
ングカップに溝がある方が製作しやすいので望ましい。 小球８０は市販のボールベアリングのものであるが、こ
の小球を回転子の端部に接着剤またはその他の手段で取
り付けることができる。溝付球面状ベアリングカップは
作るのが比較的に簡単である。

【００４１】ベアリングおよびベアリングカップを相補
的な形で設定するという設計手法の代りに、図１の切頭
体状のグリースベアリングの考え方は円錐形ベアリング
カップにも匹敵する、すなわち円錐形グリースベアリン
グは円錐形ベアリングカップと一緒に用いることができ
る。円錐形グリースベアリングおよび円錐形カップを使
うためには前より軸合せをより精密に行なうことが必要
になり、どの形状のベアリングカップと切頭体状のベア
リングとの組み合わせより衝撃や損傷に対して敏感にな
る。図４の球面状グリースベアリングは切頭体状ベアリ
ングカップとも、または円錐形ベアリングカップとも匹
敵することができる。

【００４２】さて、図５を参照すれば、ここでは光学ス
キャナ８４が示されていて図１の光学スキャナ１０と同
一構造であるが、スキャナハウジング８６にスプリング
加圧手段８８があってベアリングカップ９０を、グリー
スベアリング９２および回転子９４に押しつけている点
が異なる。スプリング加圧手段は回転子と付設多面鏡９
６の軸合せを助け、且つ光学スキャナに対するショック
が原因で損傷するのを防ぐのに役立っている。ベアリン
グとベアリングカップの間で働く流体力学的潤滑は径方
向隙間を保持し、静摩擦の発生を防止し且つ両面が互に
押しつけあうことも防止することによって回転子が回転
しまたは回転し易くしている。

【００４３】前記実施例ではベアリングカップがスキャ
ナハウジングと一体化されておらず且つベアリングカッ
プが潤滑剤などを用いて回転子の軸に沿いスキャナハウ
ジンと相対自由運動することが必要である。

【００４４】本発明を特定の実施例との関係において説
明したが、当業者であれば、本実施例と異なる多くの種
類を前述の説明を参考にして考え出せることは明らかで
ある。したがって、本発明は特許請求の範囲の精神と目
的の範囲内に入るであろう全ての代替案、修正および変
容を含むことを意図している。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明により形成された切頭体状の溝付グ
リースベアリングを用いた光学スキャナの側面の模式図
である。

【図２】　　本発明により形成された溝付ベアリングカ
ップを用いた切頭体状のグリースベアリングの別の実施
例の模式図である。

【図３】　　本発明により形成された階段状のベアリン
グカップを用いた切頭体状の溝付グリースベアリングの
別の実施例の模式図である。

【図４】　　本発明により形成された球面状溝付グリー
スベアリングを用いた別の実施例の模式図である。

【図５】　　本発明により形成されたグリースベアリン
グおよびスプリング加圧ベアリングカップを用いた光学
スキャナの別の実施例の模式図である。

【符号の説明】

１０　　光学スキャナ、１２　　モータ／多面鏡アセン
ブリ、１４　　スキャナハウジング、１６　　回転子、
１８　　多面鏡、２０　　ヨーク、２２　　固定子コイ
ル、２４窓、２６　　ベアリング、２８　　ベアリング
カップ、３０　　グリース、３２　　溝、３４　　外縁
、３６　　底部、３８　　グリースベアリング、４０　
　ベアリングカップ、４２　　溝、４６　　溝、４８　
　ベアリングカップ、５０，５２　　円周階段、５４潤
滑域、５６　　注入域、５８　　貯溜域、６０　　底部
、６２　　空隙、６４　　空隙、６６　　外縁、６８　
　空隙、７０　　円周溝、７２　　回転子、７４　　グ
リースベアリング、７６　　溝、７８　　ベアリングカ
ップ、８０　　小球、８４　　光学スキャナ、８６　　
スキャナハウジング、８８　　スプリング加圧手段、９
０　　ベアリングカップ、９２　　グリースベアリング
、９４　　回転子、９６　　付設多面鏡

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　次のものを含む、光学スキャナ：スキ
   ャナハウジング、前記スキャナハウジング内部に回転子
   および鏡アセンブリがあり、前記回転子上に搭載された
   鏡アセンブリ、前記回転子および前記鏡アセンブリを回
   転するモータを形成するために、前記回転子上に搭載さ
   れた磁気手段および前記スキャナハウジング上に搭載さ
   れた固定子手段、そして前記回転子のそれぞれの端部の
   ベアリング、前記ベアリングに対向する前記スキャナハ
   ウジング内のベアリングカップ、前記ベアリングと前記
   ベアリングカップ間のグリース、前記ベアリングまたは
   対向する前記ベアリングカップのいずれかまたは両方に
   設けられた溝、前記溝は前記回転子が回転している間ベ
   アリングとベアリングカップ間にグリースを保持し、前
   記グリースは前記回転子が回転していないときには前記
   ベアリングと前記ベアリングカップ間に留まるように形
   成されている。