JPH06217492A - 光偏向器用動圧スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定軸と回転軸の熱変形による悪影響および
多面鏡の反射面の熱変形による悪影響を防止する。 【構成】 動圧スピンドルモータは、外表面に動圧発生
用溝１５ａが形成されていると共に、開口部１５ｂおよ
び内面１５ｃが外気と接する中空有底の固定軸１５と、
この固定軸１５に対して回転可能に外嵌され、光ビーム
を偏向する多面鏡１１が固定される中空の回転軸２０
と、回転軸２０を回転させるためのステータコイル３
１、制御回路３５、マグネット４０を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ、ディ
ジタル複写機、レーザファクシミリ、販売時点情報管理
（ＰＯＳ）システム用のスキャナ等に用いられる光偏向
器用動圧スピンドルモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】動圧スピンドルモータは、ボールベアリ
ングや滑り軸受を使用したモータと比較して遙かに高速
回転領域に適用することができるため、上記レーザプリ
ンタ等の光偏向器のモータに利用されている。

【０００３】ここで、動圧スピンドルモータを用いた光
偏向器について説明する。まず、図４を用いて、光偏向
器を有する一般的な光学走査駆動装置について説明す
る。この図に示す光学走査駆動装置１では、図示しない
半導体レーザ等の光源より出射されたビーム８は、光偏
向器１０の多面鏡１１に到達し、この多面鏡１１によっ
て走査され、被走査体９に適切な像を結ばせるための結
像レンズ群６を通過し、さらに防塵のためのガラス７を
透過し、被走査体９に到達し、一般的なゼログラフィ技
術による静電潜像を形成したり、フィルムを感光する。
前述の光源や多面鏡１１や結像レンズ群６は、光学箱２
とカバー５とによって囲われ、防塵が図られている。光
偏向器１０の多面鏡１１を回転させるモータには通常、
直流ブラシレスモータが使用され、このモータは光学箱
２にねじ止めされている。

【０００４】図５は従来の光偏向器を示す断面図であ
る。この図に示す光偏向器では、モータ機体９９に固定
軸５５がねじ１６によって固定され、さらに、回転軸２
０を回転する駆動手段を構成するステータコイル３１
と、ケイ素鋼板等の鉄系金属もしくはフェライトで構成
されたリング状のステータヨーク３２とが図示しないね
じもしくは接着等によりモータ機体９９に固着されてい
る。

【０００５】ステータコイル３１には制御回路３５が接
続されている。ステータコイル３１に制御回路３５から
電流が流れると、図中の上下方向に磁界を発生するが、
ステータヨーク３２はモータの効率向上のために、図中
の下向きの磁界を上向きに戻す働きをしている。

【０００６】固定軸５５には、僅少間隔を隔てて回転軸
２０が外嵌されている。この回転軸２０は上端部が閉塞
された中空の軸である。この回転軸２０の上端近傍の外
周部には台座部（基準面）２１が形成され、下端近傍の
外周部には周回状の溝２０ａが形成されている。溝２０
ａには、図６に示すような板ばね９６のつめ９６ａが係
合している。回転軸２０の台座部２１と板ばね９６の間
には、図示しない光源から出射されたレーザビームを偏
向する多面鏡１１と、ステータコイル３１と共に駆動手
段を構成するマグネット４０が外嵌され、板ばね９６が
台座部２１の方向に発生する押圧力によって固定されて
いる。

【０００７】また、回転軸２０およびマグネット４０に
は、それぞれ動バランス調整用のバランス溝２０ｂ、４
０ａが設けられ、この溝２０ｂ、４０ａの適切な位置に
適量のバランスウエイト２７が付着されている。

【０００８】ここで、固定軸５５および回転軸２０で構
成される動圧スピンドルについて説明する。

【０００９】まず、固定軸５５は中実軸であり、ステン
レス材を使用する場合が多く、その外表面はサブミクロ
ンの精度で仕上げられている。なお、最近は、セラミッ
ク製の固定軸もある。また、エッチング技術により、固
定軸５５の外表面には深さ５μｍ程度の動圧発生用のヘ
リンボーン溝５５ａが彫られている。

【００１０】一方、回転軸２０の内周面は、超精密ボー
リング技術により、固定軸５５と同様にサブミクロンの
精度で鏡面仕上げされている。この回転軸２０が回転す
ることと固定軸５５のヘリンボーン溝５５ａとの相乗作
用により、空気による動圧が発生し、この動圧によって
回転軸２０をラジアル方向に支持している。

【００１１】図７は前記動圧の回転中心軸方向に関する
圧力分布を示す説明図である。図中、ｋ₁ 、ｋ₂ は２箇
所に形成された各ヘリンボーン溝５５ａの位置における
ベアリング剛性を示し、Ｐ₁ 、Ｐ₂ は各ヘリンボーン溝
５５ａの位置における圧力を示している。この図に示す
ように、各ヘリンボーン溝５５ａの位置において発生さ
れる動圧によって、各ヘリンボーン溝５５ａの位置にボ
ールベアリングがあるのと同じように、回転軸２０が支
持される。

【００１２】また、図５に示すように、固定軸５５の上
端部と、これに対向する回転軸２０の内側には、それぞ
れ互いに反発するマグネット８５、８６が設けられ、こ
れらマグネット８５、８６の反発力によって回転軸２０
をスラスト方向に支持している。

【００１３】また、特開平２−１７３６１０号公報や特
開平３−２７２３１９号公報には、図５に示すモータと
略同様の構成であるが、図５における反発するマグネッ
ト８５、８６の代わりに、固定軸５５側に大きな円板を
付加し、その円板にスパイラル溝を設けた構成が示され
ている。さらに、そのスパイラル溝に対向する回転軸２
０には、鏡面状の平面が設けられ、前述したヘリンボー
ン溝５５ａと同様に、回転軸２０の回転によって空気に
よる動圧が発生し、回転軸２０をスラスト方向に支持す
るようになっている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上説明し
た各従来例では、次に示すような４つの共通の問題点が
あった。

【００１５】第１の問題点は、ステータコイル３１から
の発熱に伴う固定軸５５と回転軸２０の変形の問題であ
る。例えば、図５に示す構成において、多面鏡１１の面
間距離（内接円の直径）を６５ｍｍ、多面鏡１１の面数
を９面、多面鏡１１の平均肉厚を６ｍｍ、マグネット４
０の外径を５０ｍｍ、マグネット４０の平均肉厚を５ｍ
ｍ、回転数を２４０００ｒｐｍ、定常電圧を直流２４Ｖ
という仕様で製作し動作させたところ、定常電流は１．
５Ａとなった。これによってかなりの発熱があり、固定
軸５５の表面で３５°Ｃの温度上昇が認められた。その
熱は、図５におけるステータコイル３１から発せられ、
モータ機体９９、固定軸５５、固定軸５５と回転軸２０
とのすき間の空気、回転軸２０の順に伝わり、熱膨張に
より固定軸５５と回転軸２０が微少に変形し、これらの
真円度が低下した。そのため、固定軸５５と回転軸２０
の不均一な熱膨張により、両者の間の設定されたすき間
（クリアランス）が狂い、図７に示すような理想的な動
圧分布を形成できず、いわゆるかじりを起こし、回転停
止のトラブルを引き起こしていた。

【００１６】第２の問題点は、回転軸２０の回転に伴う
発熱による固定軸５５と回転軸２０の変形の問題であ
る。すなわち、仮にステータコイル３１からの発熱がな
くても、固定軸５５と、高速で回転する回転軸２０との
すき間の空気は、その動圧空気の摩擦力で発熱し、この
熱はステータコイル３１からの熱程ではないが、固定軸
５５および回転軸２０に伝えられ、固定軸５５と回転軸
２０の熱変形を引き起こしていた。

【００１７】第３の問題点は、上述のステータコイル３
１からの熱および回転軸２０の回転に伴う熱が多面鏡１
１へ伝わり、多面鏡１１の精密な反射面を熱変形させる
という問題である。多面鏡１１の反射面が変形すると、
レーザ光の反射方向に歪みが発生し、被走査体上でのレ
ーザ走査間隔が一定にならず、画質が劣化するという問
題が発生する。

【００１８】第４の問題点は、制御回路３５からモータ
に電流が印加されていないモータ停止時も、固定軸５５
は中実軸のためその放熱性が悪く、モータを連続回転さ
せずに、必要に応じて回転させたり停止させたりする、
いわゆる「ストップ／スタートモード」（「オン／オフ
モード」とも言う。）におけるストップ時でも、熱が蓄
積してしまい、前述の固定軸５５と回転軸２０の熱変形
および多面鏡１１の反射面の熱変形のトラブルを起こす
という問題である。

【００１９】そこで本発明の目的は、固定軸と回転軸の
熱変形による悪影響および多面鏡の反射面の熱変形によ
る悪影響を防止できるようにした光偏向器用動圧スピン
ドルモータを提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の光
偏向器用動圧スピンドルモータは、開口部および内面が
外気と接する中空有底の固定軸と、この固定軸に対して
回転可能に外嵌され、光ビームを偏向する多面鏡が固定
される中空の回転軸と、固定軸と回転軸の一方に形成さ
れた動圧発生溝を有し、回転軸の回転に伴って発生する
動圧によって回転軸のラジアル方向の支持を行う動圧空
気軸受と、回転軸を回転させる駆動手段とを備えたもの
である。

【００２１】この動圧スピンドルモータでは、固定軸の
開口部および内面が外気と接することにより、駆動手段
によって発生する熱と、固定軸と回転軸のすき間の動圧
空気の摩擦力による熱を、積極的に外気に逃がすことが
可能となり、固定軸と回転軸の熱変形を防止することが
可能となる。また、回転軸が中空軸であることから、中
実軸に比べて熱が迅速に伝播し、かつ温度分布が均一化
されるので、固定軸と回転軸の不均一な熱変形が防止さ
れ、固定軸と回転軸の間のクリアランスの狂いを防止す
ることが可能となる。

【００２２】請求項２記載の発明の光偏向器用動圧スピ
ンドルモータは、請求項１記載の発明において、固定軸
の内面に空気冷却用のフィンを設けたものであり、これ
により、放熱効果が高まる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明の第１実施例の動圧スピンド
ルモータを用いた光偏向器を示す断面図である。

【００２４】図１において、図５に示す従来の光偏向器
と同じ部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

【００２５】本実施例の動圧スピンドルモータでは、図
５における中実の固定軸５５の代わりに、中空有底の固
定軸１５を設けている。この固定軸１５は、金属の薄板
材やプラスチックで形成することが可能である。この固
定軸１５は開口部１５ｂを下側にして、軽圧入、熱ば
め、接着等方法によりモータ機体９９の所定の位置に固
着されている。モータ機体９９には、固定軸１５の開口
部１５ｂに対応する位置に開口部９９ａが設けられ、こ
の開口部９９ａを介して、固定軸１５の開口部１５ｂお
よび内面１５ｃが、動圧スピンドルモータの外気と接す
るようになっている。また、固定軸１５の外表面にはヘ
リンボーン溝１５ａが彫られている。また、固定軸１５
は、平均肉厚が１ｍｍ以下に形成されている。

【００２６】このように本実施例では、固定軸１５を中
空有底の軸としたので、固定軸１５の開口部１５ｂおよ
び内面１５ｃが動圧スピンドルモータの外気と接するこ
とにより、ステータコイル３１から伝播された熱と、固
定軸１５と回転軸２０とのすき間の動圧空気の摩擦力に
よる熱を、積極的に外気に逃がすことが可能になる。こ
れにより、同じ条件の下では、固定軸を中実軸とした場
合に比べて、固定軸１５および回転軸２０の温度を低下
させることができる。例えば、発明が解決しようとする
課題の第１の問題点の説明で例示した仕様で、本実施例
の動圧スピンドルモータを製作し動作させたところ、固
定軸１５の表面温度は２５°Ｃ〜２７°Ｃの温度上昇と
なり、従来例に比べて８°Ｃ〜１０°Ｃも低下した。

【００２７】このように本実施例では、同じ回転数で
は、従来例に比べて固定軸１５および回転軸２０の温度
を低下させることができるので、熱膨張による固定軸１
５と回転軸２０の変形を防止でき、固定軸１５と回転軸
２０の間の設定されたクリアランスを狂わすことがな
く、いわゆるかじり等のトラブルを防止することができ
る。

【００２８】また、本実施例では、固定軸１５が薄肉の
中空軸であることから、従来の中実軸に比べて、ステー
タコイル３１から伝播された熱と、固定軸１５と回転軸
２０とのすき間の動圧空気の摩擦力による熱が迅速に伝
播され、かつ均一化される。従って、放熱効果と相まっ
て、固定軸１５と回転軸２０の不均一な熱変形を防止で
き、固定軸１５と回転軸２０の間のクリアランスの狂い
を防止することができ、図７に示すような理想的な動圧
分布を形成することができる。

【００２９】また、本実施例では、固定軸１５が薄肉の
中空軸であって放熱性が良いことから、多面鏡１１へ伝
播する熱量を極力少なくすることができ、多面鏡１１の
精密な反射面の熱変形を防止することができる。従っ
て、レーザ光の反射方向に歪みが発生しなくなるため、
被走査体上でのレーザ走査間隔が一定になり、画質が向
上する。

【００３０】さらに、本実施例では、制御回路３５から
モータに電流が印加されていないモータ停止時も固定軸
１５の放熱性が良いことから、モータを連続回転させず
に、必要に応じて回転させたり停止させたりする「スト
ップ／スタートモード」におけるストップ時でも熱を蓄
積することなく、前述のかじりや多面鏡１１の反射面の
熱変形といったトラブルを防止することができる。

【００３１】また、本実施例では、固定軸１５の放熱性
が良いことから、所定の温度まで温度上昇を許容する場
合、従来例に比べてより高速回転が可能となり、レーザ
プリンタ等における処理の高速化が可能となる。

【００３２】さらに、本実施例では、固定軸１５が薄肉
の中空軸のため、従来の中実軸に比べて、同一の温度上
昇でも固定軸１５の変形量が小さい。従って、所定の変
形量まで許容する場合、従来例に比べてより高速回転が
可能となる。

【００３３】なお、本実施例において、動圧スピンドル
モータの外部に、固定軸１５の開口部１５ｂと内面１５
ｃへ向けて送風する冷却ファンを設ければ、一層放熱の
効果が得られる。

【００３４】図２および図３は本発明の第２実施例に係
り、それぞれ固定軸を示す斜視図である。

【００３５】第１実施例では固定軸１５の内面１５ｃが
単なる円筒状の内面で形成されているのに対し、本実施
例は固定軸１５の内面に空気冷却用のフィンを設けたも
のである。図２に示す例は斜かい１５ｄがフィンを兼ね
ているものであり、図３に示す例は固定軸１５の内面
に、軸方向に延びる複数の突条からなるフィン１５ｅを
設けたものである。

【００３６】本実施例によれば、固定軸１５の内面に設
けられたフィンによって表面積が増加し、より空気冷却
による放熱効果が増大する。

【００３７】また、図２に示す斜かい１５ｄや図３に示
すフィン１５ｅは、固定軸１５のより精度の高い真円度
を満たすための加工上のリブの役目も果たしている。

【００３８】その他の構成、作用および効果は第１実施
例と同様である。

【００３９】なお、本発明は上記各実施例に限定され
ず、例えば、動圧発生用の溝は回転軸２０の内面に形成
しても良い。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、回転軸を中空軸としたので、熱を積極的に外
気に逃がすことが可能となり、また、熱を迅速に伝播
し、かつ温度分布を均一化することができるので、固定
軸と回転軸の熱変形による悪影響および多面鏡の反射面
の熱変形による悪影響を防止することができるという効
果がある。

【００４１】また、請求項２記載の発明によれば、固定
軸の内面に空気冷却用のフィンを設けたので、上記効果
に加え、放熱効果を高めることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の動圧スピンドルモータ
を用いた光偏向器を示す断面図である。

【図２】 本発明の第２実施例の動圧スピンドルモータ
の固定軸を示す斜視図である。

【図３】 本発明の第２実施例の動圧スピンドルモータ
の固定軸の他の例を示す斜視図である。

【図４】 一般的な光学走査駆動装置の概略の構成を示
す断面図である。

【図５】 従来の動圧スピンドルモータを用いた光偏向
器を示す断面図である。

【図６】 図５における板ばねを示す平面図である。

【図７】 図５における動圧の圧力分布を示す説明図で
ある。

【符号の説明】 １１…多面鏡、１５…固定軸、２０…回転軸、３１…ス
テータコイル、３５…制御回路、４０…マグネット、９
９…モータ機体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口部および内面が外気と接する中空有
   底の固定軸と、 この固定軸に対して回転可能に外嵌され、光ビームを偏
   向する多面鏡が固定される中空の回転軸と、 前記固定軸と回転軸の一方に形成された動圧発生溝を有
   し、回転軸の回転に伴って発生する動圧によって回転軸
   のラジアル方向の支持を行う動圧空気軸受と、 前記回転軸を回転させる駆動手段とを具備することを特
   徴とする光偏向器用動圧スピンドルモータ。
2. 【請求項２】 前記固定軸は、内面に、空気冷却用のフ
   ィンを有することを特徴とする請求項１記載の光偏向器
   用動圧スピンドルモータ。