JPS58224324A

JPS58224324A - 回転鏡光偏向器

Info

Publication number: JPS58224324A
Application number: JP57107529A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Kamiya; 神谷　聖志; Katsunobu Ueda; 上田　勝宣; Mitsuo Sumiya; 住谷　充夫; Tameyasu Tsukada; 塚田　為康
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-06-24
Filing date: 1982-06-24
Publication date: 1983-12-26
Also published as: JPH0421844B2; EP0097852B1; US4512626A; EP0097852A2; EP0097852A3; DE3373555D1

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】「発明の技術分野」本発明は、機械的に多面体鏡が回転して光偏向を行う回
転鏡光偏向器に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］近時、半導体レーザを応用したレーザプリンタが開発さ
れている。このレーザプリンタにおいては、原稿などの
情報を電気信号に変換するために回転鏡光偏向器が用い
られている。この回転鏡光偏向器は、電気光学的結晶に
比べて大きな偏向角が得られる利点があるが、偏向速度
は、回転数に依存するため高い分解能を得るには、でき
るだけ高い回転数（１０’　ｒ・ｐ−ｍ・以−Ｆ）で回
転することが要求される。また同時に、回転鏡光偏向器
は、（１）回転中に潤滑油などで多面体鏡を汚染しない
、（２）寿命が長い、（３）起動時及び定常回転中の摩
擦トルク損失が少ない、（４）運搬が容易である等の性
能も具備しなければならない。そこで、従来における回
転鏡光偏向器は、多面体鏡が同軸に取付けられたスピン
ドルを、ヘリングボーン型又はティルティングパッド型
の動圧気体ジャーナル軸受と反発型の磁気スラスト軸受
とにより支持することにより、上記設計条件を満足して
いた。しかるに、従来の回転鏡光偏向器に用いられてい
る動圧気体ジャーナル軸受は、量産が困難で高価である
欠点をもっている。また、上記反発型の磁気スラスト軸
受は、静的つシ合いの保持が困難で、動的な力が加わる
き、作用力が一定のベクトルを持たず、向きによって剛
性が異なってしまうので、安定性が悪く剛性が弱くなる
欠点をもっている。さらに、従来においては、スピンド
ルにモータロータ部分や磁気スラスト軸受部分を一体的
に取付けた状態で、バランシングマシンによりノ（ラン
ス修正したのち、ハウジングに挿着していたが、通常、
上記モータロータ部分は、２個の動圧気体軸受間に取付
けられているので、バランス修正後いったんモータロー
タ部分や磁気スラスト軸受部分等をスピンドルから取り
はずして、スピンドルのみを）・つの劣化を惹起してい
た。さらにまた、回転鏡光偏向器の構成要素の一つであ
るｆθレンズなどの光学系が、従来の回転鏡光偏向器で
は、スピンドル装置とは別設置となっているので、光軸
調整が極めて困難となっている。

［発明の目的］本発明は、上記事情を参酌してなされたもので、組立が
容易で、しかも、高速、高精度、長寿命の回転鏡光偏向
器を提供することを目的とする。

［発明の概要］スピンドルを１個の吸引型の磁気スラスト軸受により軸
方向に支持させるとともに、２個の全周型の動圧気体ジ
ャーナル軸受に、より半径方向に支持させ、上記２個の
動圧気体ジャーナル軸受間に多面体鏡を取付けだもので
ある。

［発明の実施例］以下、本発明を図面を参照して、実施例に基づいて詳述
する。

第１図は、本実施例のスピンドル装置を示している。円
筒状の・・ウジング（１）の底部には、陥凹部（２）が
形成された円板状の端板（３）が嵌着されている。

上記・・ウジング（１）の底部側内周壁には、円筒状の
磁気軸受・・ウジング（４）が嵌合され、端板（３）と
凸状の内周壁（５）とにより挾持されている。この磁気
軸受−・ウジング（４）の内周面には、円筒状の磁気軸
受固定子（６）が、磁気軸受・・ウジング（４）と同軸
に接着剤によシ固定されている。上記内周壁（５）の内
周面に密接して磁気軸受固定子（６）と同軸の円筒状に
形成された全周型の第１の動圧気体ジャーナル軸受（力
が、その上端面と内周壁（５）の上端面とが面一になる
ように、円筒状のスペーサ（７ａ）を介して磁気軸受ハ
ウジング（４）上に載置されている。この動圧気体ジャ
ーナル軸受（力の内径は、磁気軸受固定子（６）の内径
よりも大きくなるように設定されている。

さらに、内周壁（５）の上部は、この内周壁（５）によ
り形成された中空部（８）の内径よシも大きい内径を有
する中空部（９）となっている。そして、内周壁（５）
の上端面には、中央部に貫通円孔α〔が設けられた軸受
押し板αυが、図示せぬねじＫよシ固定されている。そ
して、動圧気体ジャーナル軸受（７）は、軸受押し板（
１υとスペーサ（７ａ）とによシ挾持されている。

一方、ハウジング（１）の上端部には、円筒状の蓋体を
なす軸受取付台ａ擾が、図示せぬねじによシ着脱自在に
嵌着されている。この軸受取付台αのには、軸受取付台
ａノの内周面に密接する円筒状に形成された全周型の第
２の動圧気体ジャーナル軸受（１，１）が第１の動圧気
体ジャーナル軸受（力と同軸かつその両端面と軸受取付
台α乃の両端面とが面一になるように中央部に貫通円孔
α荀が設けられ軸受取付台（１邊の下端面に固定された
軸受支持板（１５１上に載置されている。しかして、軸
受取付台（１２１と内周壁（５）との間の中空部（９）
のほぼ中央部内周壁には、複数個の円環状抜板の積層に
より形成された円筒状のアーマチュアＯｅが溶接によシ
固定されている。さらにこのアーマチュア（１６）の内
周面に対向するように、円筒状のコイルボビンａカが、
その下部をねじＨによυ軸受押し板０υに固定されてい
る。コイルボビン（［ηの外周面には、複数の曲片が等
配して形成されていて、これら曲片にコイル（１１・・
・が巻装されている。また、コイルボビンαＤの下部に
は、貫通円孔（２１が設けられた回転制御用の印刷回路
基板Ｃυが取付けられ、リード線（２擾を介して、ハウ
ジング（１）の側壁に穿設されている罠通孔（２階に挿
着されているコネクタ０４）に電気的に接□続されてい
る。そしてハウジング（１）の中空部分には、第１及び
第２の動圧気体ジャーナル軸受（７）　、　（１３）並
びに磁気軸受固定子（６）と同軸となるようＫ、スピジ
、ドル（２５１が挿入されている。このスピンドル（２
嘔の磁気軸受固定子（６）に対向する下端部分は、段差
状の小径部となっていて、この小径部に、円筒状の磁気
軸受回転子（ハ）が、ワッシャ（２７）を介してナツト
（２槌により押圧固定されている。上記磁気軸受固定子
（６）と磁気軸受回転子＆６）との軸受クリアランスは
、数百μｍであり、両者合わさって磁気スラスト軸受（
２！Ｇを構成している。第２図は、磁気スラスト軸受−
の要部を示すもので、磁気軸受固定子（６）も磁気軸受
回転子（ハ）も半径方向に磁化した例えばフェライトな
どからなる円筒状の８極とＮ極とからなる一対の永久磁
石が、Ｓ極とＮ極とが交互になるように２組（組数はス
ピンドルｅ鴫の重量に応じて適宜選択する。）接着剤に
より一体的に積層されている。そして、スピンドル（２
！９を挿入して、磁気軸受固定子（６）と磁気軸受回転
子（イ）とが対向したとき、互に対向する２個の磁極が
異極となるように設定されている。

また、スピンドル（２つの第１及び第２の動圧気体ジャ
ーナル軸受（６）、（２［Ｄｆ／ｑ対向する部分は、軸
受クリアランスが、数μｍ−１９数μｍになるように形
成されていて、この部分には、第３図に示すように、ス
ピンドル（ハ）の軸心に平行な複数の溝（３０）・・・
が等配されている。これらの溝（３０）・・・は、軸心
に直角方向の断面が、第４図に示すように円弧をなすよ
うに、切削加工により形成されたものである。さらに、
スピンドル（２５１のコイルボビンｌ１７）下端部に近
接した位置には、鍔Ｇ（υが突設されていて、この・鍔
０υにより、スピンドル（２噂の上部から挿通された下
部ロータケース（３つ及び下部ロータケース０つの蓋部
となる上部ロータケース６濠が係止されている。下部ロ
ータケース６号りは、コイルボビンｑ７）の内周面と近
接対向している。これら下部ロータケースＣ（ａ及び上
部ロータケース（λりにより、円筒状の中空部が形成さ
れていて、この中空部の内側には円筒状のロータコア（
３４）が、外側には円筒状のロータマグネット（３ツが
収納充填されている。上記アーマチュアａ０、コイルボ
ビン（１７）、コイル（１特・・・、ＰＣ板ｅυ、下部
ロータケ−スｃ＋ａ、上！ロータケースＣ（３Ｊ　、ロ
ータコア（３４）　、ロータマグネットＣ３つは、回転
駆動装置（７）を構成している。さらに、上部ロータケ
ース６階と軸受支持板（Ｉ９との間にあるスピンドル（
２５１部分には、上部が径小吉なるテーパ部６７）が形
成されていて、このテーパ部分ｌ３７）にスピンドル（
（ハ）の上端から挿通された多面体鏡座（、；印が係止
されている。そして、多面体鏡Ｌ３憧は、スビレドル（
２句の上端から挿・ｍされて多面体鏡座（襖により保持
されている。さらに、多面体鏡ＣＨＩは、押え板（４１
を介してナラ）　（４１）により挟圧固定されている。

しかして、スピンドル（２５）の上端は、軸受取付台（
１２１より突出していて、この突出部分を収納する凹部
（４りが形成された、ダストカッく−（１りが軸受取付
台０２の上端面に固定され、−・ウジング（１）の中空
部を密閉している０さらに、・・ウジング（１）の中空
部（９）位置における側壁外面には、円筒状のｆθレン
ズ取付部（４４）が設けられている。このｆθレンズ取
付部（４４）は、ｆθレンズ光学系（掴が嵌合される取
付円孔（４Ｅ９及びこの取付円孔（４ｅを中空部（９）
に連通させる案内通路（４７）を有している（第１図及
び第５図参照。ただし、第５図にはｆθレンズ光学系（
４９は図示していない。）。ｆθレンズ光学系ｆ４Ｆ９
Ｊは、取付円孔０ｅに嵌合される嵌合凸部（４４ａ　）
を有する円筒状のｆθレンズ取付体（４棒と、このｆθ
レンズ取伺休体４匂の段差状の中空部に取付けられ同一
光軸を有する３枚のｆθレンズ（４５ａ　）・・・とか
ら構成される装置また、・・ウジング（１）の側壁には
、軸心が取付円孔（佃の軸心と直交する貫通円孔が穿設
されていて、この罠へ孔は、入射光を多面体鏡（３１ま
で導入する入射光窓（イ１４っている。

１刃つぎに、本実施例の回転鏡光偏光器の作動について説明
する。

スピンドル（２つは、磁気スラスト軸受−により軸方向
に浮上している。すなわち、磁気スラスト軸受ｅ！Ｊは
、第２図の破線で示すような磁力線ループを形成し、水
平方向の吸引力で、磁気軸受回転子（イ）及びスピンド
ル（四を保持するこさができる。ちなみに、磁気スラス
ト軸受−に用いる永久磁石をフェライト磁石（磁気エネ
ルギＩ　Ｘ　１０６ＧＯｅ、厚さ４朋／１枚）４枚で構
成した場合、負荷容量１ＯＮを得ることができる。しか
して、回転駆動装置（ト）により、スピンドル（２９を
回転起動した場合、スピンドル（ハ）は、軸方向に浮上
して□いるので、初期起動トルクは、第１及び第２の動
圧気体ジャーナル軸受（力、　（１３１のすべり摩擦力
だけであるので、５０ｇ−σ以下となり、摩擦トルク損
失がきわめて小さくなる。また、スピンドル（ハ）に軸
方向の外乱力が作用した場合でも、磁気スラスト軸受（
ハ）の半径方向　。

に作用する磁力が、スピンドル（ハ）の軸方向の変化を
原位置に復帰させるように作用し、軸方向の外乱の影響
を解消することができる。さらに、スピンドル（２句の
回転数が増加するＫつれ、溝（，３０）・・・に空気が
巻き込まれ、第４図中の動圧曲線Ａで示すような動圧が
発生する。この動圧は、溝Ｃ３０）・・・に巻き込まれ
た空気の渦動点−１各溝（３０）・・の第１及び第２の
動圧気体ジャーナル軸受（７１、（１３１の内周部に対
するくさび作用が相俟って発生するものである。したが
って、スピンドル（２！９は、上記第１及び第２の動圧
気体ジャーナル軸受（力、０尋により、非接触で半径方
向に支持される。このときのスピンドル（ハ）のふれま
わり精度は、　　１．５　ＸＩＯ’　ｒ・ｐ−ｍ・で０
．１μｍ以内というきわめて高精度なものとなる０さら
に、本実施例の動圧気体ジャーナル軸受は、溝（３０）
・・・がスピンドル（ハ）の軸線に平行かつそれらの断
面が円弧であるので、スピンドル（２！９を正、逆いず
れの方向でも回転させることができる利点を有している
。１中だ、本実施例の動圧気体ジャーナル軸受は、全周
型であり、溝（関）・・をフライス盤や研削盤等の通常
の機械加工により形成できるので、ヘリングボーン型や
ティルティングパット：型に比べて廉価で能率的に生産
することができる。

さらに、ハウジング（１）の上端部に着脱自在に嵌合さ
れる円筒状の軸受取付台θ林１２の動圧気体ジャーナル
軸受（［３）を取付け、かつ、第１の動圧気体ジャーナ
ル軸受（力の内径より磁気軸受回転子（イ）の舛径を小
さく形成したので、多面体鏡（３！Ｊ、磁気軸受回転子
（イ）、回転駆動装置ｆ’３１１９０ロータ部分等が取
付けられたスピンドル（煽のバランス調整後、分解する
ことなくバランス調整されたそのままの状態でスピンド
ルＣ５１をハウジング（１）の上端部より挿着でき、高
い回転精度を得ることができる。また、荒加工された状
態の多面体鏡＋３１をスピンドル（ハ）の所定位置に装
着後、スピンドル（２つの軸心を基準として多面体鏡０
１の鏡面を仕上げ加工でへるので、スピンドル（２つの
軸心と多面体鏡のＩの鏡面の平行度を極めて高くするこ
とができ、回転中の多面体鏡（至）のふれまわり、すな
わち、面ぶれが非常に小さくなる。さらにまた、多面体
鏡０１をＭｌの動圧気体ジャーナル軸受（力と第２の動
圧気体ジャーナツト軸受（１階との間に設けたので、ス
ピンドル（２９が円錐モードで回転していても、そのふ
れまわり−・は、多面体ｍ　１：１１が、スピンドルｔ
ｅの上端部に取付けられている場合よυも小さくなる。

以上の作用効果が相俟って、本実施例のスピンドル（ハ
）の回転精度は、１．５　Ｘ　１０’　ｒ　叩−ｍ−で
ふれまわ、！７０．１μｍ以内に維持できるとともに、
円錐モードで回転し、ているときの傾き角θ二１″以内
を維持できろ。唾た、本実施例においては、ノ・ウジン
グ（１）にｆθレンズ取付体を設けたので、多面体鏡０
Ｉからの光偏向の光軸合わせが容易きなる。かくして、
本実施例の回転鏡光偏向器によれば、高い偏向速度を安
定して得ろことができるので、分解能を高くすることが
できる０なお、上記実施例に限らず、第６図に示すように、スピ
ンドル（ハ）に溝（：Ｘ））・・・を設けずして、第１
及び第２の動圧気体ジャーナル軸受（力、（１□□□の
内周面に軸受の軸心に平行かつ横断面が円弧に形成さの
スピンドル（２つの軸心に平行かつ横断面がＬ字切欠状
の複数の溝（５１）・・・を等配して形成してもよい。

すなわち、これら溝（５１）・・・は、それぞれ水平面
（５２）・・・及びこの水平面に直角な垂直面（５３）
・・からなっていて、スピンドル（２噴の周方向におい
て、互に１８０度ずれた位置にある溝（５１）、（５１
）は、これらの垂直面（５３）、（５３）がスピンドル
（２最の直径方向の同一線上に位置している。この場合
、スピンドル（２！５の回転方向は矢印（５４）方向に
限定される。さらに第８図に示すように、スピンドル（
２喝の外周面に、周方向に９０度間隔でスピンドルシ（
５）の軸心に平行な４つの溝（５５）・・・を形成する
ようにしてもよい。こされたもので、上記半径ｒ１　、
　ｒ２を任意に設定すれば、溝（５５）・・の深さや断
面形状を種々変形させることができるばかりか、　　ｒ
に１２とすれば、スピンドル（２（へ）を左右両方向に
回転さ亡て用いることができる。また、第９図に示すよ
うに、スピンドル（２ツの外局面に、このスピンドル（
２９の軸心に平行かつ深さ数１０μｍ、幅数１００μｍ
の断面形状がＶ字状の溝（５８）・・・を好ましくは１
５〜３０本ｆ！！げ刻設してもよい、この場合、溝（５
８）の側ｉｆｉ　（５９）、（６０）が中心線に対して
なす傾斜角θ１．θ２を任意に設定することにより、所
望の動圧特性を得ることができ、θ１＝０２とすれば、
スピンドル（２）の回転方向に制限を受けることはない
。さらに、第１０図に示すように、スピンドル（２５１
の軸心に平行な溝（６１）・・を、２つの段部（６２）
・・、　（６３）・・からなる階段状に形成してもよい
。この場合、段部（６２）・・・の長さＬｌ及び高さＨ
ｌ並びに段部（６２）・・・の長さＬ２及び高さＨ２を
それぞれ任意に設定することにより動圧特性を変えるこ
とができる。さらにまた、・第１１図に示すように、ス
ピ、′ ンドル（ハ）の軸心に平咎な溝（６４）・・・の断面形
状を矩形状にし、それらの幅Ｗと深さＤにより動圧特性
を調整するようにしてもよい。さらに、磁気スラスト軸
受は、スピンドルの上端又はスピンドルの両端に取付け
ても本発明の要旨の範囲内である。

れるスピンドルを半径方向に２個の動圧気体ジャーナル
軸受で支持し、かつ、軸方向に磁気スラスト軸受で支持
するものであって、動圧気体ジャーナル軸受は全周型で
あり、通常の切削加工によ多形成できるので、ティルテ
ィングパノド型やヘリング７３で一ン型に比べて安価に
製作できるとともに、磁気スラスト軸受は、半径方向の
吸引力を利用してスピンドルを軸方向に支持しているの
で、反発型の磁気スラスト軸受に比べ、剛性が強く、向
きにより剛性が異なることがなく、安定性が極めて良好
になる。まだ、上記２個の動圧気体ジャーナル軸受間に
多面体鏡を取付け、かつ、スピンドルに全部品を取付け
たまま、ノ・ウジングに挿着可能な構成としたので、】
０４「叩・ｍ・以上で回転してもふれまわりがほとんど
なく、極めて高信頼性の光偏向器を得ることができる。

さらに、本発明の回転鏡光偏向器は、ｆθレンズ取付体
を・・ウジングに一体的に取付けるようにしているので
、ｆθレンズ系の光軸合せが簡便になる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回転鏡光偏向器の断面図、
第２図は第１図の回転鏡光偏向器に用いられている磁気
スラスト軸受の要部断面図、第３図は第１図の回転鏡光
偏向器に用いられている動圧気体ジャーナル軸受に対向
するスピンドル部分を示す斜視図、第４図は第３図のス
ピンドルの要部断面図、第５図は第１図の（１−（１）
’線断面図、第６図乃至第１１図は他の実施例における
動圧気体ジャーナル軸受の曲部断面図である。（１）・・・ハウジング、（６）・・磁気軸受固定子、
（力・・・第１の動圧気体ジャーナル軸受、（（濠・・
・第２の動圧気体ジャーナル軸受、１２団・・スピンド
ル、（２６）・・・磁気軸受回転子、翰・・・磁気スラ
スト軸受、（３０）、　（５０）、　（５１）、　（５５）、　（
５８）　、（６１）、　（６４）中溝、（３θ・・・回
転駆動装置、ＯＩ・・・多面体鏡。代理人　弁理士　　則　近　憲　佑（ほか１名）第１図 ′峯２０１１図電３図 ′第６図 ′子７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中空部分を有する筒状のハウジングと、こ、のハ
ウジングの中空部分に挿着されるスピンドルと、上記ハ
ウジングの中空部分に設けられ上記スピンドルを軸方向
に浮上させて支持する吸引型の磁気スラスト軸受と、上
記ハウジングの中空部分に設・　けられ上記スピンドル
を回転駆動する回転駆動装置と、上記ハウジングの中空
部分に設けられ上記回転駆動装置による上記スピンドル
の回１にともなって発生する気体の動的圧力によシ上記
スピンドルを半径方向に支持する２個の全周型の動圧気
体ジャーナル軸受と、上記スピンドルの上記２個の動圧
気体ジャーナル軸受間に取付けられた多面体鏡とを具備
することを特徴とする回転鏡光偏向器。
（２）磁気スラスト軸受は、スピンドルに環装された回
転子と、との回転子を囲繞する円筒状の固定子とを備え
、上記固定子及び上記回転子はそれぞれ半径方向に磁化
された少なくきも一対の互に異極同志の永久磁石の積層
によυ形成され、かつ、上記固定子と上記回転子との互
に対向する永久磁石は互に異極同志であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の回転鏡光偏向器。
（３）動圧気体ジャーナル軸受の内周面に対向するスピ
ンドルの外周面に上記スピンドルの軸心に平行な複数の
溝が等配して設けられていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の回転鏡光偏向器。