JPH1031175A - ポリゴンスキャナ及びその取り扱い方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転軸を固定軸に接触させながら回転させる
と、スラスト受け部材は回転接触により摩耗すると、固
定軸とスラスト受け部材との接触面積の増大により不安
定な回転になり正確に反射ができなくなる可能性がある
ため、スラスト受け部材が摩耗した場合、容易にこのス
ラスト受け部材を取り外し、更には交換性に優れたポリ
ゴンスキャナを提供することを目的とする。 【構成】本発明は、界磁用マグネットと、光を回転しな
がら反射する複数の反射面を有する多角形状の多面鏡と
を設けた回転軸と、該回転軸の中心に樹脂材料で形成さ
れたスラスト受け部材と、スラスト受け部材と接触する
固定軸と、該固定軸を設け、且つ前記界磁用マグネット
に対向して複数の駆動コイルが固定されたコイル基板と
を有する固定体とを有するポリゴンスキャナであって、
前記回転軸の上部に貫通した内周径が円筒形状した穴部
を設け、該穴部に前記スラスト受け部材を嵌合したこと
により達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームプリン
タ、ディジタル複写機等の画像形成装置に用いられてい
るレーザ光の反射に用いられるポリゴンスキャナの軸受
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型ローターは一般に転がり軸受で支え
られているが、１００００ｒｐｍ以上の回転速度になる
と、振動、騒音及び軸受部の潤滑油の寿命が問題にな
る。このため１００００ｒｐｍ以上の高速、高精度軸受
としては気体軸受が使用されることが多い。

【０００３】従来のローターの回転によって自らの自重
を支持する圧力を発生する動圧気体軸受としては、真円
軸受、ティレルティングパッド軸受が使用されている。

【０００４】このうち、真円軸受は加工が容易で有り、
垂直ローターを支持する場合には自重により偏心力が作
用しているため、軸受間隔が狭ければ１５０００ｒｐｍ
程度まで安定に支持できるので、過去に放送用のＶＴＲ
のローター支持に用いられたことがあるが、垂直ロータ
ーを支持する場合、低速から不安定ホワールが発生する
ため使用できなかった。

【０００５】また、ティレルティングパッド軸受は軸受
面を３又は４個の部分円弧のパッドに分轄し、そのパッ
ドを柔らかく支えることによってローターの高速安定性
を増したもので、液体ヘリウム用ターボ膨張機の軸受な
どに用いられている。しかしティレルティングパッド軸
受は軸受精度が低く加工も複雑になる欠点があるため、
精密回転が必要で、且つ低廉性が要求されている画像形
成装置の垂直ローターとして使用される場合の気体軸受
には向いていない。

【０００６】ところで、上述した軸受の不具合を解消す
る軸受として、溝付き軸受がある。この軸受は、軸受面
に回転によって外部から気体をかき込むための螺旋状溝
が形成されたものであり、この螺旋状溝によって軸受に
偏心が無くても半径方向の軸受反力を生じさせ、同心位
置で半径方向の軸受強さを持たせたもので、これにより
垂直ローターであっても数万回転（ｒｐｍ）の高速まで
支持することができる。この溝形成にあたってはエッチ
ング、転造、レーザ加工などの方法が用いられている。

【０００７】また、気体軸受として用いられたことはな
いが、比較的高速まで安定な液体潤滑軸受としてターボ
機械では多円弧軸受も利用されている。多円弧軸受は真
円軸受を２又は３個に分轄し、各円弧を最初の真円状態
より接近させて固定したものである。これにより軸と軸
受は等価的に大きな偏心を与えられた状態になるのでホ
ワール安定性を高めることができる。しかし軸受を分轄
するので、μｍ以下の高精度加工は容易ではなく、また
気体圧力発生領域も少なくなるので数μｍの微笑軸受間
隔が必要な気体軸受には利用されたことがなかった。

【０００８】このような理由から、垂直ローターとして
使用されていることが多いレーザスキャナ用気体軸受に
は、動圧気体軸受として溝付き軸受が多用されている。

【０００９】しかしながら、このような従来の溝付き軸
受にあっては、エッチングや転造、レーザ加工などによ
って溝が形成されるので、軸受の加工に必要な工数が増
大してしまい、製造コストが増大するなどの問題があっ
た。また、溝付き軸受は回転時の安定性が良好な反面、
真円軸受に比べてローターの不釣り合いに対して動剛性
が低くなってしまうという問題もあった。

【００１０】そこで、これを実現するために、図１に示
すよう低コストな非接触式軸受として真円動圧軸受を提
案している。まずこの真円動圧軸受について図１に基づ
いて構成を説明する。図１はポリゴンスキャナモータの
全体構造を示す縦断面図である。

【００１１】図中、１はその周面を鏡面とされたアルミ
合金などからなる多角形の多面鏡（ポリゴンミラー）で
あって、この多面鏡１は円筒状の回転軸２のフランジ部
２ａの上面に取り付けられ、回転軸２と一体になって回
転する構成になっている。

【００１２】さらに、この回転軸２のフランジ部２ａの
下面には、ローターヨーク３、ローターマグネット４が
取り付けられ、また、回転軸２の円筒内周面には、円筒
状のスリーブ５が嵌合固着されている。そして、このス
リーブ５を嵌合固着した回転軸２は、固定軸６に回転自
在に遊嵌され、全体として回転体（ローター）９を構成
している。

【００１３】前記スリーブ５の内周面５ａと固定軸６の
外周面６ａとの間には、数μｍ〜十数μｍという微少な
間隔が与えられており、この間隔によってスリーブ５と
固定軸６は回転軸の半径方向の荷重を支えるための非接
触式のラジアル軸受たる動圧軸受を構成している。

【００１４】前記固定軸６の上端面は、回転中心Ｏを頂
点とする球面８とされている。そして、この球面８と対
向して配置された回転軸２のスラストカバー７の下面に
は、該球面８と転接触状態で接する平板状のスラスト受
け部材７ａが固設されており、このスラスト受け部材７
ａと球面８によって、回転軸の軸心方向の荷重を支える
ための点接触式アキシャル軸受たるスラスト軸受を構成
している。

【００１５】尚、前述したスリーブ５とスラスト受け部
材７ａは、耐摩耗性及び潤滑性に優れた部材、例えばポ
リイミド樹脂などの樹脂材料で構成されている。また固
定軸６は、例えば炭素鋼やステンレス鋼等の金属材料で
構成されている。

【００１６】前記回転軸２の上面には環状溝２ｂが形成
されていると共に、ローターヨーク３の外周縁は上方に
折り曲げられて環状縁部３ａとされている。これら環状
溝２ｂと環状縁部３ａは、バランス調整用の重りを取り
付けるためのものであり、図示するように、所定の位置
に重り２ｃ、３ｂを取り付けることにより、回転体９の
アンバランスを修正するものである。

【００１７】前記固定軸は、ベースカラー１１によっ
て、ベース部材１２に鉛直上向きに取り付けられてい
る。ベース部材１２の上面にはプリント基板１３が配置
されており、この基板上に、巻線コイル１４、ホール素
子１５、制御用ＩＣ１６、コネクタ１７が実装されてい
る。

【００１８】巻線コイル１４は、回転体９に取り付けら
れているローターマグネット４と僅かの間隙をおいてプ
リント基板１３上に固設されており、ホール素子１５で
検出される回転体９の回転位相に基づいて制御用ＩＣ１
６によって巻線コイル１４の励磁電流を切換制御するこ
とにより、回転体９をモータとして回転させるものであ
る。

【００１９】上記のようにして回転体９が回転すると、
スリーブ５の内周面５ａと固定軸６の外周面６ａの間に
形成された間隙の空気圧が高まり、回転体９は固定軸６
の外周面と非接触状態で回転するようになる。このた
め、軸受周面の回転摩擦が極めて小さくなり、高い回転
数まで騒音なしに滑らかに回転させることが可能とな
る。

【００２０】尚、前記固定軸６の外周面には、スリーブ
５の内周面５ａと固定軸６の外周面６ａの間に形成され
た間隙の空気圧を効率よく高めるための圧力ポンプ用の
溝は何ら形成さえておらず、その断面は完全な真円であ
る。このように、圧力ポンピング用の溝を切られていな
い真円の軸をもいちいた動圧軸受を真円動圧軸受と呼
ぶ。更に、動圧発生用の流体として図示例のように空気
を利用したものを真円動圧空気軸受と呼ぶ。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述したような真円動
圧軸受は、スラスト軸受が固定軸６とスラスト受け部材
７ａとの接触により形成しているため、回転軸２の回転
に伴い、このスラスト受け部材７ａの摩耗が発生すると
いう問題がある。

【００２２】回転軸２を固定軸６に接触させながら回転
させると、スラスト受け部材７ａは回転接触により摩耗
する。この摩耗が進行すると、固定軸６の先端部の球形
状にスラスト受け部材の接触面が摩耗するため、回転軸
６との接触による摩擦力が増大し、回転軸２の回転駆動
に対して負荷の増大を招いてしまう。

【００２３】また、スラスト受け部材の底面２４が摩耗
に伴い、回転軸２に取り付けられたポリゴンミラー１の
垂直方向の位置が下方に移動する。ポリゴンミラー１
は、その鏡面でレーザ光を反射しているが、鏡面の有効
な領域が下方に移動することでレーザ光の反射ができな
くなってしまったり、摩耗による固定軸６とスラスト受
け部材７ａとの接触面積の増大により不安定な回転にな
り正確に反射ができなくなる可能性がある。

【００２４】摩耗を抑制するために、このスラスト受け
部材７ａの材質に金属粉などを混入するという方法も有
るが、この金属粉が固定軸６と接触するため、この固定
軸６の先端形状が変形し、安定した回転を維持できなく
なる可能性が生じてしまう。

【００２５】そこで、本発明はこのスラスト受け部材が
摩耗した場合、容易にこのスラスト受け部材を取り外
し、更には交換性に優れたポリゴンスキャナを提供する
ことを第１の目的とする。

【００２６】更に、ラジアル軸受となるスリーブも固定
軸に対して、少なくとも回転軸の不安定な回転をしてい
る初期回転中は接触をしているため、このラジアル軸受
も摩耗をすることになる。そこで、スラスト軸受部材を
取り外し・交換を行いつつ容易にこのスリーブの取り外
し・交換を行えるポリゴンスキャナを提供することを第
２の目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は次のような手段を採用した。すなわち、請求
項１の発明では、界磁用マグネットと、光を回転しなが
ら反射する複数の反射面を有する多角形状の多面鏡とを
設けた回転軸と、該回転軸の中心に樹脂材料で形成され
たスラスト受け部材と、該スラスト受け部材と接触する
固定軸と、該固定軸を設け、且つ前記界磁用マグネット
に対向して複数の駆動コイルが固定されたコイル基板と
を有する固定体とを有するポリゴンスキャナであって、
前記回転軸の上部に貫通した内周径が円筒形状した穴部
を設け、該穴部に前記スラスト受け部材を嵌合したこと
を特徴とするとするものである。

【００２８】請求項２の発明では、前記請求項１の発明
において、前記回転軸の内周部に、前記固定軸の外径よ
りわずかに大きな内径の円筒形状で、且つ樹脂材料で構
成されたスリーブを設けたことを特徴とするものであ
る。

【００２９】請求項３の発明では、前記請求項２の発明
において、前記スリーブの内周径は前記穴部の内周径よ
り小さく、且つ外周径が前記穴部の内周径よりより大き
いことを特徴とするものである。

【００３０】請求項４の発明では、前記請求項３の発明
において前記スリーブの外周形状はハの字形状となる円
錐形状としたことを特徴とするものである。

【００３１】請求項５の発明では、前記請求項２乃至４
の発明において、前記スリーブとスラスト受け部材の耐
久寿命を同一としたことを特徴とするものである。

【００３２】請求項６の発明では、界磁用マグネット
と、光を回転しながら反射する複数の反射面を有する多
角形状の多面鏡とを設けた回転軸と、該回転軸の中心に
樹脂材料で形成されたスラスト受け部材と、該スラスト
軸受部と接触する固定軸と、該固定軸を設け、且つ前記
界磁用マグネットに対向して複数の駆動コイルが固定さ
れたコイル基板とを有する固定体とを有し、前記回転体
の上部に貫通した、内径が円筒形状した穴部を設け、該
穴部に前記スラスト受け部材を嵌合しているポリゴンス
キャナの取り扱い方法であって、前記スラスト受け部材
が回転軸との接触摩耗した時、前記回転軸と接触位置と
は反対側の穴部より新しいスラスト受け部材を、摩耗し
たスラスト受け部材を押し出しつつ所定の位置まで嵌入
することを特徴とするものである。

【００３３】

【作用】請求項１及び６の発明では、回転体に設けた穴
部の固定軸とは反対側より新しいスラスト軸受部を嵌入
することができ、この新しい新しいスラスト軸受部の嵌
入に伴い、摩耗したスラスト軸受部を押し出すため、容
易に交換することができる。

【００３４】請求項２の発明では、更に回転軸に対して
ラジアル軸受となるスリーブを設け、この外形が円錐形
状のため、固定軸との接触による摩耗が起きた場合、外
力を与えることで、簡単に回転軸から取り外すことがで
きる。

【００３５】請求項３乃至５の発明では、スラスト受け
部材を取り外す際、スラスト受け部材がスリーブを押圧
するので、スラスト受け部材とスリーブを同時に取り外
すことができる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
尚、全体構造に関しては、前述した図１と同一であり、
ここでは主に回転軸２、スリーブ５、スラストカバー
７、スラスト受け部材７ａに関する構造について詳述す
る。尚、図１と同一の部材に関しては同一の名称、符号
を用いる。

【００３７】まず図２を用いて第１の発明について詳述
する。図２は、図１に用いられている回転軸２とスリー
ブ５、スラストカバー７とスラスト受け部材７ａのみを
取り出した略示断面図である。このスラストカバー７は
直径ｄの大きさで、スラストカバーの上面２１からスラ
ストカバーの底面２２に貫通した穴部２３を切削加工等
により作成している。

【００３８】この穴部２３に、穴部２３と略同一の円筒
形状したスラスト受け部材７ａを圧入する。このスラス
ト受け部材７ａに対する穴部による保持力は、図１のよ
うに載置すると、スラスト受け部材７ａが固定軸６に接
触している時の固定軸６からの反力より大きな力とする
ことで、固定軸６からの反力によってスラスト受け部材
７ａがスラストカバーの上面２１側への移動を防止する
ことができる。

【００３９】そして、図１にあるポリゴンスキャナユニ
ットに載置して、回転軸２を固定軸６に接触させながら
回転させると、スラスト受け部材７ａは回転接触により
摩耗する。この摩耗が進行すると、固定軸６の先端部の
円形状にスラスト受け部材の底面２４が摩耗するため、
回転軸６との接触による摩擦力が増大し、回転軸２の回
転駆動に対して負荷の増大を招いてしまう。

【００４０】また、スラスト受け部材の底面２４が摩耗
に伴い、回転軸２に取り付けられたポリゴンミラー１の
垂直方向の位置が下方に移動する。ポリゴンミラー１
は、その鏡面でレーザ光を反射しているが、鏡面の有効
な領域が下方に移動することでレーザ光の反射ができな
くなってしまったり、摩耗による固定軸６とスラスト受
け部材７ａとの接触面積の増大により不安定な回転にな
り正確に反射ができなくなる可能性がある。

【００４１】このような状態ではポリゴンスキャナとし
ての機能を果たすことができないので、摩耗したスラス
ト受け部材７ａを交換しなければならない。

【００４２】本発明の第１の実施例では、このようにス
ラスト受け部材７ａが摩耗した場合、固定軸２よりスラ
ストカバー７を外し、スラスト受け部材の上面から穴部
２３に新しいスラスト受け部材２５を外力Ｆで押し込
む。この新しいスラスト受け部材２５が摩耗したスラス
ト受け部材７ａを押すことで、スラストカバー７より取
り外され、且つ新しいスラスト受け部材２５を所定の位
置に圧入することができる。

【００４３】尚、この交換はスラストカバー７を回転軸
２より外したが、これは、新しいスラスト受け部材２５
の所定位置の設置の確認のし易さ、更には所定位置であ
るスラストカバーの底面２２との平面度を出すための切
削加工等の後加工の容易さのためで、特にスラストカバ
ー７を回転軸２に取り付けた状態で行ってもよい。

【００４４】前述した外力Ｆは、穴部２３に固設してあ
るスラスト受け部材７ａと穴部２３との保持力より大き
な力で圧入する。

【００４５】次に、スラスト受け部材の交換の際に同時
にラジアル軸受となるスリーブ５を取り外す第２の実施
例について図３を用いて詳述する。

【００４６】図３は、図１に用いられている回転軸２と
スリーブ５、スラストカバー７とスラスト受け部材７ａ
のみを取り出した第２の略示断面図である。このスラス
トカバー７は直径ｄの大きさで、スラストカバーの上面
２１からスラストカバーの底面２２に貫通した穴部２３
を切削加工等により作成している（第１の実施例と同
一）。

【００４７】回転軸の内周面３１は直径（内径）Ｘの円
筒形状とし、この内周面３１に内径Ｙの大きさのスリー
ブ５を圧入している。この直径Ｘはスラスト受け部材７
ａの直径（外径）ｄより小さく、また内径Ｙはスラスト
受け部材７ａの直径（外径）ｄより大きい形状としてい
る。

【００４８】スリーブ５は、前述の通り通常は固定軸６
に対して非接触となっているが、初期回転のときは回転
軸２は不安定に回転しているため、部分的に接触してし
まうため、やはりスリーブも固定軸６との接触により摩
耗する。この摩耗が進行すると、固定軸６とスリーブ６
との間隔がばらつき、安定した動圧効果を得ることがで
きないため、回転軸２の不安定回転に原因になってしま
う。

【００４９】そこで、回転に伴ってスラスト受け部材７
ａの摩耗が進行し、交換する際、穴部２３より新しいス
ラスト受け部材２５を外力Ｗで圧入する。これによっ
て、摩耗したスラスト受け部材７ａが下方移動し、そし
て摩耗したスラスト受け部材の底面２６がスリーブの上
面３２に当接した状態で、更に下方移動する。そして、
新しいスラスト受け部材２５が所定の位置に設置される
と、回転軸２の底面からスリーブ５が突き出されてい
る。

【００５０】この突き出たスリーブの底面３３を引き抜
くことで、スリーブ５及び摩耗したスラスト受け部材７
ａを同時に取り外すことができる。

【００５１】そして、新しいスリーブをスラスト受け部
材７ａの位置とは反対側より圧入する。そして回転軸よ
りはみ出ている余分な部分を切削加工やカッティングに
より除去する。

【００５２】尚、図４のようにスリーブの外周面４１
が、スリーブの上面３２よりスリーブの底面３３の方が
大きい、ハの字の円錐形状とすることで、上方からの外
力Ｗのみで、回転軸２から外すことができるので、前述
したスリーブ５を回転軸２より引き抜くための専用の工
具を必要としない。

【００５３】更に、スリーブ５とスラスト受け部材７ａ
の耐久性寿命を同一にすることで、両者を同時に交換す
る効果がより増すことになる。例えば、両者の接触時間
がほぼ同じであれば同一の樹脂を使用し、仮にスラスト
受け部材７ａの方が接触時間が多い場合はスリーブ５の
材質に耐久性の低い材料を用いて寿命を一致させること
ができる。

【００５４】

【効果】本発明による第１の実施例では、回転体に設け
た穴部の固定軸とは反対側より新しいスラスト軸受部を
嵌入することができ、この新しい新しいスラスト軸受部
の嵌入に伴い、摩耗したスラスト軸受部を押し出すた
め、容易に交換することができる。

【００５５】また、第２の発明では、スラスト受け部材
を取り外す際、スラスト受け部材がスリーブを押圧する
ので、スラスト受け部材とスリーブを同時に取り外すこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の問題点を解決するために提案しているポ
リゴンスキャナの全体構造を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係るスラスト・ラジア
ル軸受に関する概略断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例に係るスラスト・ラジア
ル軸受に関する概略断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係るスリーブ（ラジア
ル軸受）を示した概略断面図である。

【符号の説明】

２ 回転軸、５ スリーブ、７ スラストカバー、７ａ
スラスト受け部材 ２１ スラストカバーの上面、２２ スラストカバーの
底面、２３ 穴部 ２４ スラスト受け部材の底面 ２５ 新しいスラスト受け部材 ３１ 回転軸の内周面 ３２ スリーブの上面、３３ スリーブの底面、４１
スリーブの外周面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】界磁用マグネットと、光を回転しながら反
   射する複数の反射面を有する多角形状の多面鏡とを設け
   た回転軸と、該回転軸の中心に樹脂材料で形成されたス
   ラスト受け部材と、該スラスト受け部材と接触する固定
   軸と、該固定軸を設け、且つ前記界磁用マグネットに対
   向して複数の駆動コイルが固定されたコイル基板とを有
   する固定体とを有するポリゴンスキャナであって、 前記回転軸の上部に貫通した内周径が円筒形状した穴部
   を設け、該穴部に前記スラスト受け部材を嵌合したこと
   を特徴とするポリゴンスキャナ。
2. 【請求項２】前記回転軸の内周部に、前記固定軸の外径
   と略同一の内径となる円筒形状で、且つ樹脂材料で構成
   されたスリーブを設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のポリゴンスキャナ。
3. 【請求項３】前記スリーブの内周径は前記穴部の内周径
   より小さく、且つ外周径が前記穴部の内周径よりより大
   きいことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のポリ
   ゴンスキャナ。
4. 【請求項４】前記スリーブの外周形状はハの字形状とな
   る円錐形状としたことを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載のポリゴンスキャナ。
5. 【請求項５】前記スリーブとスラスト受け部材の耐久寿
   命を同一としたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   乃至４項記載のポリゴンスキャナ。
6. 【請求項６】界磁用マグネットと、光を回転しながら反
   射する複数の反射面を有する多角形状の多面鏡とを設け
   た回転軸と、該回転軸の中心に樹脂材料で形成されたス
   ラスト受け部材と、該スラスト軸受部と接触する固定軸
   と、該固定軸を設け、且つ前記界磁用マグネットに対向
   して複数の駆動コイルが固定されたコイル基板とを有す
   る固定体とを有し、前記回転体の上部に貫通した、内径
   が円筒形状した穴部を設け、該穴部に前記スラスト受け
   部材を嵌合しているポリゴンスキャナの取り扱い方法で
   あって、 前記スラスト受け部材が回転軸との接触摩耗した時、前
   記回転軸と接触位置とは反対側の穴部より新しいスラス
   ト受け部材を、摩耗したスラスト受け部材を押し出しつ
   つ所定の位置まで嵌入することを特徴とするポリゴンス
   キャナの取り扱い方法。