JPH10186265A

JPH10186265A - 回転多面鏡型光偏向器

Info

Publication number: JPH10186265A
Application number: JP8349913A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ishizuka; 豊石塚
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-14
Also published as: US5910853A

Abstract

(57)【要約】【課題】動圧軸受けを備えた回転多面鏡型光偏向器に
おいて、回転精度を高め、偏平化を可能にすること。【解決手段】回転多面鏡型光偏向器１において、固定
軸３の外周面に形成した第１の動圧発生溝７１と回転部
材４に取り付けた回転多面鏡５は、軸線１ａの方向にお
いて同一の高さ位置となるように設定されている。ま
た、第２の動圧発生溝７２とモータ６の回転トルク発生
部分も、軸線１ａの方向において同一高さ位置となるよ
うに設定されている。さらに、固定軸３の太さは回転多
面鏡５の多角形輪郭形状の内接円の１／３以上に設定さ
れている。これに加えて、回転多面鏡５と固定軸３と回
転部材４は線膨張係数が同等の素材から形成されてい
る。この構成によれば、回転多面鏡５を、バランス良
く、しかも面振れの無い状態で回転させることができ
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、動圧軸受モータを
備えた回転多面鏡型光偏向器に関し、特に、回転多面鏡
を面振れを伴うことなく回転させることの可能な回転多
面鏡型光偏向器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】動圧軸受モータを備えた回転多面鏡型光
偏向器としては、例えば、特開平５−３２１９２９号公
報に開示されているように、回転多面鏡が搭載されたロ
ータシャフトの外周に動圧発生溝を設け、その外側に軸
受部材、モータのステータコイル、ロータマグネット等
を配置した構造のものが知られている。また、例えば、
実開平５−６２１７５号公報に開示されているように、
回転多面鏡が搭載されたモータのロータシャフトの外周
面に動圧発生溝を設け、その外側に軸受部材が配置さ
れ、ロータシャフトの内側にステータコイル、ロータマ
グネット等を配置した構造のものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような回転多面鏡
型偏向器においては、ロータシャフトの一方の端に回転
多面鏡が取り付けられるので、ロータの回転バランスが
崩れやすい。ロータの回転バランスが崩れて軸振れ等が
発生すると、ロータと、動圧軸受機構を介してこのロー
タを回転可能に支持している軸受部材とのクリアランス
にばらつきが発生し、適切な動圧発生状態が得られ無く
なり軸受機能が低下するおそれもある。また、ロータの
回転バランスが崩れると、ロータに取り付けられている
回転多面鏡に面振れが発生し、回転多面鏡による良好な
光走査も阻害されてしまう。

【０００４】本発明の課題は、この点に鑑みて、回転多
面鏡を面振れ等を伴うことなく円滑に回転させることの
可能な回転多面鏡型光偏向器を提案することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、固定軸と、動圧軸受機構を介して前記
固定軸の外周に回転可能に支持された回転部材と、当該
回転部材に搭載された回転多面鏡と、前記回転部材を回
転駆動させるモータとを有する回転多面鏡型光偏向器に
おいて、次の構成を採用している。

【０００６】すなわち、前記動圧軸受機構として、前記
固定軸の外周面と前記回転部材に形成した軸孔内周面と
の間において軸線方向に離れた位置に形成された第１お
よび第２の動圧発生溝を備えた構成のものを採用してい
る。また、前記第１の動圧発生溝の形成領域と前記回転
多面鏡とを、軸線方向における同一の位置に配置した構
成を採用している。

【０００７】このように構成した本発明の回転多面鏡型
光偏向器では、回転部材における慣性質量の大きな回転
多面鏡の取り付け位置に対応する部位に動圧発生溝が形
成されている。従って、回転多面鏡の回転によって発生
する偏心力は、軸線方向の同一高さ位置にある動圧発生
溝の部分で発生するラジアル方向の動圧によって打ち消
されるので、軸振れを発生させるような偏心力が回転部
材に作用することが効果的に防止あるいは抑制される。
換言すると、動圧軸受機構における軸受剛性が高い部分
で回転多面鏡が支持されているので回転部材の回転バラ
ンスが良く、当該回転部材に取り付けられている回転多
面鏡が面振れを起こして良好な光走査性が阻害されてし
まうことが無い。

【０００８】次に、本発明の回転多面鏡型光偏向器で
は、更に、前記第２の動圧発生溝の形成領域と前記モー
タのステータとが、軸線方向における同一の位置に配置
された構成を採用している。この構成を採用すれば、動
圧軸受機構の動圧発生溝の部分の半径方向の外側の位置
でモータ回転トルクが発生する。従って、動圧発生溝に
対して軸線方向に離れた位置で回転トルクが発生する場
合に比べて、回転部材の回転バランスが良く、軸振れの
発生が抑制される。この結果、回転多面鏡の面振れも回
避あるいは抑制できる。

【０００９】ここで、前記固定軸の直径は、前記回転多
面鏡の多角形輪郭形状の内接円の直径に対して少なくと
も１／３の寸法とすることが好ましい。このように固定
軸を太くすると、動圧軸受機構により発生する動圧を充
分に高めることができる。この結果、回転部材の軸振れ
を防止できる。換言すると、同一の動圧を発生させるた
めに必要とされる動圧軸受機構が構成されている固定軸
外周面および回転部材内周面の軸線方向の長さを短くで
きるので、その分、回転多面鏡型光偏向器を偏平化する
ことができる。

【００１０】また、前記回転多面鏡、前記固定軸、およ
び前記回転部材は、線膨張係数が同等の材質から形成す
ることが望ましい。このようにすれば、回転多面鏡型光
偏向器の駆動中に温度が変化しても、各部材の線膨張係
数が同等であるので、固定軸と回転部材の間の動圧軸受
機構のクリアランスや、回転多面鏡の取り付け位置等の
変動を抑制でき、安定した回転特性を得ることができ
る。

【００１１】なお、本発明の構成は、所謂、周対向型の
モータを備えた回転多面鏡型光偏向器に適用できる。す
なわち、前記回転部材の外周を取り囲む状態に前記モー
タのステータコアが同心状に配列され、当該ステータコ
アの外周を取り囲む状態に前記モータのロータマグネッ
トが同心状に配列された構成のモータを備た回転多面鏡
型光偏向器に適用できる。

【００１２】同様に、本発明の構成は、所謂、面対向型
のモータを備えた回転多面鏡型光偏向器に適用できる。
すなわち、前記モータのステータコイルおよびロータマ
グネットは、前記回転部材を取り囲む状態で当該回転部
材に対してそれぞれ同心状に配列され、かつ、軸線方向
に対向配置された構成のモータを備えた回転多面鏡型光
偏向器にも適用できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明に
よる回転多面鏡型光偏向器を説明する。

【００１４】図１は、本発明を適用した回転多面鏡型光
偏向器の半断面図である。この図を参照して説明する
と、本例の回転多面鏡型光偏向器１は、フレーム２と、
この表面に直立した状態で固着した固定軸３と、この固
定軸３の外周に回転可能に保持された回転部材４と、こ
の回転部材４に搭載された回転多面鏡５と、回転部材４
を回転駆動させるモータ６から基本的に構成されてい
る。固定軸３の外周面３１と回転部材４に形成した軸孔
４１との間には、第１の動圧発生溝７１および第２の動
圧発生溝７２を備えた動圧軸受機構７が構成されてい
る。例えば、固定軸３の外周面３１に、軸線１ａの方向
に所定の間隔をあけた状態で、ヘリングボーン状の第１
および第２の動圧発生溝７１、７２が形成されている。

【００１５】回転部材４は、内側に軸孔４１を備えた円
筒状部分４２と、この円筒状部分４２の外周面における
軸線方向の略中程の位置から半径方向の外側に向けて環
状に張り出している回転多面鏡載置部分４３と、この回
転多面鏡載置部分４３の外周縁から軸線１ａの方向に直
角に折れ曲がって延びている円筒状の折り曲げ部分４４
とを備えている。

【００１６】回転多面鏡載置部分４３の表面は回転多面
鏡取り付け面であり、ここに回転多面鏡５が載置されて
いる。回転多面鏡５は、押さえばね８を介して、クラン
プ部材９によって回転多面鏡載置部分４３の側に押し付
けられている。このクランプ部材９は、締結ボルト１０
によって、回転部材４の円筒状部分４２の上端に締結固
定されている。

【００１７】次に、回転部材４の円筒状部分４２の外周
側において、回転多面鏡載置部分４３よりも下側には、
当該円筒状部分４２の外周を同心状に取り囲む状態にモ
ータ６の筒状コアホルダ６１が配置され、このコアホル
ダ６１の下端がフレーム２に固定されている。このコア
ホルダ６１の上端側の外周部分にはモータ６のステータ
コア６２が同心状に取り付けられている。このステータ
コア６２において周方向に向けて一定の間隔で形成され
た複数の突極にはステータコイル６４が巻き付けられて
いる。このステータコア６２の外周を同心状に取り囲む
状態に、モータ６の環状駆動マグネット６５が配列さ
れ、この駆動マグネット６５は、回転部材４に形成した
円環状外周壁部分４４の内周面に固着したマグネットヨ
ーク６６の内周面に取り付け固定されている。このよう
に、本例のモータ６は、ステータコア６２と駆動マグネ
ット６５が同心状態に配列された、所謂、周対向型のモ
ータ構造となっている。

【００１８】一方、これらのモータ構成部品であるステ
ータコア６２、駆動マグネット６５の下方におけるフレ
ーム２の表面には、モータ回路基板６７が配置され、当
該モータ回路基板６７の表面および裏面には、コネクタ
６８等の各種の回路素子が搭載されている。

【００１９】ここで、本例の回転多面鏡型光偏向器１に
おいては、固定軸３の外周面３１に形成した第１および
第２の動圧発生溝７１、７２の軸線１ａの方向における
形成領域は次のように設定されている。まず、固定軸３
の上端側の第１の動圧発生溝７１の形成領域は、軸線１
ａの方向において、回転部材４に対する回転多面鏡５の
取り付け位置とほぼ同一の高さ位置となるように設定さ
れている。本例では、軸線１ａとは直交する方向から見
た場合に、回転多面鏡５の厚さ寸法が、実質的に、第１
の動圧発生溝７１の形成領域に入るような配列関係とさ
れている。基本的には、第１の動圧発生溝７１の形成領
域と、回転多面鏡５の厚さ寸法とが、それらの過半部分
が軸線方向において相互に重なり合う状態にすればよ
い。

【００２０】他方の第２の動圧発生溝７２の軸線１ａの
方向における形成領域は、モータ６の回転トルク発生部
分であるステータコア６２と実質的に同一の高さ位置に
設定されている。本例では、第２の動圧発生溝７２の軸
線方向の形成領域がステータコア６２の厚さ寸法よりも
長いので、軸線方向において、当該第２の動圧発生溝７
２の形成領域内にステータコア６２が位置するように設
定されている。

【００２１】このように構成した本例の回転多面鏡型光
偏向器１において、モータ６を駆動して回転部材４を回
転させると、その軸孔４１の内周面と固定軸３の外周面
に形成した第１および第２の動圧発生溝７１、７２との
間の相対回転運動によって発生する第１および第２の動
圧発生溝７１、７２のポンピング作用により、これらの
間に動圧が発生し、回転部材４は固定軸３に対して所定
のクリアランスを保持した状態で回転する。

【００２２】ここで、本例では、回転多面鏡５の取り付
け位置が、軸線１ａの方向において、第１の動圧発生溝
７１と同一の高さ位置に設定されている。このように、
回転部材４における慣性質量の大きな部分である回転多
面鏡取り付け部分が動圧発生部分（軸受け剛性が高い部
分）に位置しているので、回転多面鏡５の回転に伴って
発生する慣性力によって軸振れの原因となる偏心力が回
転部材４に作用することを回避あるいは抑制できる。ま
た、回転部材４と固定軸３のクリアランスを一定に保持
することができ、回転部材４の回転バランスが不安定化
することを回避できる。この結果、回転部材４に取り付
けられている回転多面鏡５を面振れなく回転させること
ができる。

【００２３】また、本例では、モータ６の回転トルク発
生部分も、軸線１ａの方向において、第２の動圧発生溝
７２と同一の高さ位置の所に位置している。このよう
に、回転トルク発生部分も動圧発生部分に位置している
ので、回転トルクが回転部材４に軸振れの原因となる偏
心力として当該回転部材４に作用することも回避あるい
は抑制できる。従って、この点からも、回転部材４の軸
振れを効果的に防止でき、回転多面鏡５を面振れなく回
転させることができる。

【００２４】換言すると、軸受け性能を高めるために
は、一般に、動圧発生溝の間隔を広くするか、動圧発生
溝が形成されている軸を太くする必要があるが、本例の
構成を採用すれば、同一の軸受け性能を得るためには、
従来に比べて、動圧発生溝の間隔を狭くでき、また、動
圧発生溝が形成されている固定軸を細くできる。従っ
て、本例の構成を採用すれば、動圧発生溝７１、７２が
形成されている固定軸３を短く、しかも細くできるの
で、小型で偏平な回転多面鏡型光偏向器を実現すること
ができる。

【００２５】次に、動圧発生溝７１、７２が形成されて
いる固定軸３の太さについて説明する。一般に、固定軸
３が太いものと細いものとを比較すると、太いものの方
が外周面積が増大するので動圧発生溝の形成面積も増え
て発生する動圧も高まり、軸受け剛性が高くなる。この
結果、固定軸の外周に保持されている回転部材４の回転
精度が向上する。この回転精度を示す一つのパラメータ
として、振れ精度、特に非周期的な振れ（ＮＲＲＯ）が
ある。本発明者等は、固定軸３の太さと、回転多面鏡５
の寸法との関係に着目して、固定軸３の太さを、回転多
面鏡５の多角形輪郭形状の内接円の１／３以上に設定す
れば、良好な軸受け特性を備えた動圧軸受機構を構成で
きることを見いだした。すなわち、図２に示すように、
回転多面鏡５の外周反射面が正六角形の輪郭形状５ａを
している場合、その内接円５ｂの直径の１／３以上の直
径となるように固定軸３の太さを設定すれば、良好な軸
受け特性を得ることができる。

【００２６】図３には、本発明者等が行った非周期的な
振れ（ＮＲＲＯ）の測定結果を示してある。図３（Ａ）
は、回転多面鏡５の内接円５ａの半径を１７ｍｍとし、
固定軸３の半径を６．０ｍｍに設定した場合（固定軸の
半径を回転多面鏡の内接円半径の１／３以上とした場
合）の非周期的な振れ（ＮＲＲＯ）の測定結果を示すグ
ラフである。このグラフに示すように、所定の回転角に
おいて測定された振れ幅ａは０．０９ミクロンであっ
た。

【００２７】これに対して、図３（Ｂ）は、回転多面鏡
５の内接円５ａの半径を１７ｍｍとし、固定軸３の半径
を３．４ｍｍに設定した場合（固定軸の半径を回転多面
鏡の内接円半径の１／５にした場合）の非周期的な振れ
（ＮＲＲＯ）の測定結果を示すグラフである。このグラ
フに示すように、所定の回転角において測定された振れ
幅ａは０．１６ミクロンであった。

【００２８】一般に、振れ幅ａが０．１ミクロンを超え
ると、高速回転時の光走査による画像精度が劣化してし
まう。本発明者等の測定によれば、固定軸３の直径を回
転多面鏡５の内接円５ａの直径の１／３以上にすれば、
動圧軸受の剛性および発生動圧を高めて、高速回転時に
おいても非周期的な振れ（ＮＲＲＯ）を実用上支障の無
い範囲に低減できることが確認された。

【００２９】一方、上記の説明においては、固定軸３等
の素材については特に言及しなかったが、使用環境温度
の変動により各部分が熱変形して、例えば、固定軸３と
回転部材４のクリアランスが変動したり、あるいは、回
転部材４に対する回転多面鏡５の取り付け位置が変動す
るおそれがある。このような熱変形が発生すると、安定
した回転精度を得ることができない。この弊害を回避す
るためには、回転多面鏡５、固定軸３、および回転部材
４を、実質的に同一の線膨張率の素材から形成すること
が望ましい。例えば、回転部材４をアルミニウムあるい
は亜鉛のダイカスト製品とし、固定軸３もアルミニウム
のダイカスト製品あるいは鍛造品とすればよい。

【００３０】（その他の実施の形態）図４には、本発明
を適用した回転多面鏡型光偏向器の別の例を示してあ
る。この図において図１に示す各部分と対応する部分に
は同一の符号を付して、その説明は省略する。本例の回
転多面鏡型光偏向器４０は、そのモータ６０が所謂、面
対向型の構造となっている点が上記の回転多面鏡型光偏
向器１とは異なっており、それ以外の点は同一である。

【００３１】すなわち、モータ６０は、回転部材４の回
転多面鏡載置部分４３の裏面４３ａに固着した環状のマ
グネットヨーク６６ａに取り付けた環状の駆動マグネッ
ト６５ａと、モータ回路基板６７の表面に配列したステ
ータコイル６４ａとを備えている。駆動マグネット６５
ａとステータコイル６４ａは、回転部材４の外周を同心
状に取り囲む状態に配置されていると共に、軸線１ａの
方向に相互に対峙した状態に配置されている。

【００３２】この構成の面対向型のモータを備えた回転
多面鏡型光偏向器４０によっても、図１に示す光偏向器
１と同様な作用効果を得ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の回転多面
鏡型光偏向器では、動圧発生溝の形成位置と回転多面鏡
の取り付け位置とを、軸線方向における同一の高さ位置
に設定してあるので、回転多面鏡を面振れなく回転させ
ることができる。従って、所定の回転精度を備えた回転
多面鏡型光偏向器を偏平化することができる。

【００３４】また、本発明では、動圧発生溝の形成位置
とモータの回転トルク発生部分も、軸線方向における同
一の高さ位置に設定してあるので、回転多面鏡の回転精
度を一層改善でき、また、回転多面鏡型光偏向器の偏平
化が容易となる。

【００３５】さらに、本発明では、固定軸の直径を、回
転多面鏡の多角形輪郭形状の内接円直径の少なくとも１
／３の寸法にしてあるので、面振れの無い回転多面鏡の
回転を実現できる。

【００３６】さらにまた、本発明では、回転多面鏡と、
これが取り付けられた回転部材と、この回転部材を動圧
軸受機構を介して回転可能に支持している固定軸とを、
線膨張率が同等の材料から形成しているので、熱変形に
起因した回転精度の劣化を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した回転多面鏡型光偏向器を示す
半断面図である。

【図２】図１の回転多面鏡型光偏向器における回転多面
鏡の寸法と固定軸の寸法との関係を説明するための説明
図である。

【図３】非周期的な振れの測定結果を示すグラフであ
る。

【図４】本発明を適用した回転多面鏡型光偏向器の別の
例を示す半断面図である。

【符号の説明】

１，４０回転多面鏡型光偏向器２フレーム３固定軸４回転部材５回転多面鏡５ａ回転多面鏡の多角形輪郭５ｂ多角形輪郭形状の内接円６モータ６２ステータコア６４，６４ａコイル６５，６５ａ駆動マグネット７動圧軸受機構７１第１の動圧発生溝７２第２の動圧発生溝

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【手続補正書】

【提出日】平成９年１月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定軸と、動圧軸受け機構を介して前記
固定軸の外周に回転可能に支持された回転部材と、当該
回転部材に搭載された回転多面鏡と、前記回転部材を回
転駆動させるモータとを有する回転多面鏡型光偏向器に
おいて、前記動圧軸受け機構は、前記固定軸の外周面と前記回転
部材に形成した軸孔内周面との間において軸線方向に離
れた位置に形成された第１および第２の動圧発生溝を備
え、前記第１の動圧発生溝の形成領域と前記回転多面鏡と
は、軸線方向における同一の位置に配置されていること
を特徴とする回転多面鏡型光偏向器。
【請求項２】請求項１において、前記第２の動圧発生
溝の形成領域と前記モータのステータコアとは、軸線方
向における同一の位置に配置されていることを特徴とす
る回転多面鏡型光偏向器。
【請求項３】請求項１また２において、前記固定軸の
直径は、前記回転多面鏡の多角形輪郭形状の内接円直径
の１／３以上であることを特徴とする回転多面鏡型光偏
向器。
【請求項４】請求項１ないし３のうちの何れかの項に
おいて、前記回転多面鏡、前記固定軸、および前記回転
部材は、線膨張係数が同等の材質から形成されているこ
とを特徴とする回転多面鏡型光偏向器。
【請求項５】請求項１ないし４のうちの何れかの項に
おいて、前記回転部材の外周を取り囲む状態に前記モー
タのステータコアが同心状に配列され、当該ステータコ
アの外周を取り囲む状態に前記モータのロータマグネッ
トが同心状に配列されていることを特徴とする回転多面
鏡型光偏向器。
【請求項６】請求項１ないし４のうちの何れかの項に
おいて、前記モータのステータコイルおよびロータマグ
ネットは、前記回転部材の外周を取り囲む状態で当該回
転部材に対してそれぞれ同心状に配列され、かつ、軸線
方向に対向配置されていることを特徴とする回転多面鏡
型光偏向器。