JPS6356158A - モ−タユニツト - 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】 ［産業上の利用分デフ］ 本発明は、レーザプリンタやバーコードリーグなどに用
いられているモータユニットに関し、詳しくは、レーザ
光線を走査するポリゴンミラーを具備したモータユニッ
トに関する。

［従来の技術］ 第１２図はレーザプリンタに用いられているレーザ走査
光学系の模式図である。

ごのレーザ光線の走査は半導体レーザやガスレーザなど
からなるレーザユニット１１からのレーザ光をポリゴン
ミラー１２によって反射して感光体ドラム１３の表面に
照射するものであり、ここで、ポリゴンミラー１２は駆
動モータ’１５によって回転され、ポリゴンミラー１２
によって反射されたレーザ光は感光体ドラム１３を走査
する様に感光体ドラム１３の全幅にわたって照射される
。尚、レーザユニット１１とポリゴンミラー１２との間
及びポリゴンミラー１２と感光体ドラム１３との間には
補正レンズ１７が配設されている。

又、感光体ドラム１３上に形成される画像の信号は、図
示していない画像信号処理回路からレーザ入出窓）１１
へ入力され、レーザ光のオン・オフ及び強弱が調節され
て感光体ドラム１３上へ所望のレーザ光が照射され、画
像形成が行なわれる。

第１３図は第１２図のポリゴンミラー１２及び駆動モー
タ１５が内蔵されたモータユニット２０の縦断面図であ
る。

この第１３図において、２１は図示していない固定部材
にねじ止めされる支持台であり、支持台２１にはＯ−リ
ング３５を介して略円筒状の外筒２２が固定されている
。外筒２２の上部も同様にＯ−リング３６を介してキャ
ップ４１がねじ止めされている。又、支持台２１の中央
には円柱状の固定軸５１が固定され、この固定軸５１の
上端はキャップ４１の近傍にまで延在している。又、固
定軸５１の外周面には多数の動圧発生用溝部が形成され
、回転スリーブ７１の回転によってスラスト荷重及びラ
ジアル荷重を支えるための動圧が発生する様になってい
る。

この動圧発生用の溝部は、機能的にはへリングポーン状
の下部溝部５２及びヘリングボーン形状を形成する中部
溝部５３と上部溝部５４とによって動圧を発生させてラ
ジアル荷重を支え、且つ、中部溝部５３によって固定軸
５１上面に空気を送り込み、以て固定軸５１とスラスト
軸受７５との間の空気圧を高めてスラスト荷重を支える
ものである。

回転スリーブ７１のＬ部にはポリゴン８１かねじ止めさ
れ、又下部にはロータマグネット７９が接着剤により固
定され、更に、バランスリング７２が固定されている。

回転スリーブ７１のと部には、中央に空気孔７６が形成
された板状のスラスト軸受７５が固定されており、該ス
ラスト軸受７５に対向する固定軸５１の上端面は平滑な
平面に仕上げられている。又、外部からポリゴン８１の
ミラ一部８５へ照射されるレーザ光、及び、所望の露光
面へ反射されるレーザ光を透過させるレーザ入出窓２３
が外筒２２の上部周面の一部に取り付けられ、更に、ロ
ータマグネット７９を駆動するためのステータコイル２
５がロータマグネット７９の周囲を囲む様に固定されて
いる。

尚、３１は、回転スリーブ７１即ちポリゴン８１の回転
速度を検出する為のホール素子であり、ホール素子から
の信号は信号ピン３３によって外部へ導かれる。又、３
２はステータコイル２５へ給電するための動力ビンであ
る。

このモータユニット２０において、図示されていない制
御回路の起動スイッチがオンになれば、ホール素子３１
の出力信号が制御回路に読み込まれ、ポリゴン８１を所
定の回転速度とするべく動力ビン３２からステータコイ
ル２５へ電力が投入される。この様にして、高速で回転
するポリゴン８１は回転精度が高く維持される必要があ
るばかりでなく、反射面の面振れを小さくしなければな
らないので固定軸５１と回転スリーブ７１との間隙は極
めて狭いものとされている。

従って、この様な微小間隔の摺動部に異物を混入させな
い為、回転スリーブ７１及びポリゴン８１等の回転部分
は外筒２２及びキャップ４１によって密閉されている。

この第１３図のモータユニット２０は高鮮明な画像処理
に適したポリゴンミラー１２を駆動するためのものであ
るが、バーコードリーダなどの様に鮮明度を要求しない
場合には密閉構造とする必要はない。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述のレーザプリンタは鮮明な画像を高速度で感光体ド
ラム」二に再生するものであるから、ポリゴンミラーは
高速度で、しかも、反射面の倒れが少ない状態で回転さ
れねばならない。

又、レーザ入出窓は潤滑油によって容易に汚染されるの
で軸受には潤滑油が使えないと言う制約がある。これら
のことから、固定軸と回転スリーブとの摺動部は極めて
精密に加工されて、空気による動圧が効果的に発生する
様にされると共に、回転スリーブ、ポリゴン、ミラ一部
、ロータマグネット等の回転部分は精密に加工され、同
時に、好適にマスバランスが調整されている。

しかし、ポリゴンミラーの反射面での面の倒れを±１．
５ｇｍ以下とするには５０腸ｍ以上の長さの固定軸を精
度よく加工し、回転スリーブとの間隔を３ｐｍ以下にし
なければならないので、製品の量産化が困難であった。

又、更に高速度の画像処理を行なう場合には、ポリゴン
ミラーの回転速度を３０．ＯＯＯｒｐｍ以上とすること
が望まれているも、この様な高速回転の場合には固定軸
に対するラジアル荷重が増加し、空気膜による支持は極
めて困難である。

本発明はこの様な欠点を解決し、簡単な構造のポリゴン
ミラーによってレーザ光等を精度よく反射し、しかも、
高速回転を可能とすべくなされたものである。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、平板状にして中央に貫通孔が形成された回転
体であって、該回転体の外周縁を正多面形とする複数の
鏡面を有する回転体と、該回転体の貫通孔を貫通して備
えられた固定軸と、前記平板状の回転体と平行に固定さ
れたステータコイルとを備え、回転体に設けられた永久
磁石又は二次導体と前記ステータコイルとによって回転
体を回転させるモータユニットであって、前記回転体の
ステータコイルに対向する面及び回転体に対向するステ
ータコイル側固定部端面を夫々硬質のセラミック材料で
構成し、該２つの面のいずれか一方の面に動圧発生用の
溝部を形成したことを特徴とするモータユニットである
。そして、回転体のステータコイルと逆方向には回転体
をステータコイル側に押圧し得る押圧板を設け、回転体
の押圧板に対向する面及び押圧板の回転体に対向する平
面をも夫々硬質のセラミック材料で構成し、該回転体と
対向する押圧板平面又は押圧板と対向する回転体の平面
のいずれか一方にも動圧発生用の溝部を形成することも
ある。

［作用］ 本発明のモータユニットは、ロータマグネットとして永
久磁石又は二次導体が固着されたポリゴンミラーとして
の回転体を、該回転体と平行に配置されたステータコイ
ルが形成する磁界によって回転させる様にしたものであ
り、ポリゴンミラーが周囲に形成される回転体と固定側
部材であるステータコイルとの摺動部は夫々硬質のセラ
ミック材料で形成され、いずれかの面に動圧発生用の溝
部を形成したものであるから、回転体は動圧発生用の溝
部によって発生した流体の動圧によって浮ヒして回転す
る。又、この時形成された流体膜はダンピング作用をも
つものであるから、回転体は大きな摺動面全体で安定な
保持がなされて、鏡面の振れを著しく小さくすることが
できる。

そして、押圧板を設ける場合には、回転体はステータコ
イル側固定部端面部材と押圧板とに挟持され、回転時に
おける鏡面の振れを一層小さく安定させることができる
。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を説（５１する。

第１図は本発明のモータユニット２０の縦断面図である
。

第１図において、２１は図示していない固定部材にねじ
＋Ｌめされる支持台であり、支持台２１には０−リング
３７を介して略円筒状の外筒２４が固定されている。ま
た、外筒２４の上部にも、Ｏ−リング３７を介してキャ
ップ４１が図示していないフックによって固定されてい
る。

支持台２１の中央には硬質のセラミック（例えばＳｉＣ
、Ｓｉ３Ｎ４　）製の固定軸５１が固定され、又、キャ
ップ４１の中央にもソレノイド４２がねじ込まれて固定
されている。支持台２１に固定された固定軸５１の周面
ばステータコイル２５に対応する部分において梨地状の
加工が成され、ステータコイル２５との接着性が高めら
れている。又、シート状のコイルを積層して成るステー
タコイル２５は、回転体６１に固定されたロータマグネ
ット７９としての永久磁石の磁極を検出するための素子
がその上面においてコイルと一体に積層されているもの
であり、これらの詳細は図示していない。

そして、２７はステータコイル２５と支持台２１との間
の絶縁性を高める為のエポキシ樹脂板であり、支持台２
１．エポキシ樹脂板２７．ステータコイル２５及びステ
ータコイル２５の上面を覆う硬質のセラミック（例えば
α−３ｉＣセラミツク）から成る端面部材２８は一体に
接着固定されている。ここで固定軸５１と固定部端面部
材２８とは直角となる様に正確に位置決めがなされてい
る。

回転体６１は、上部セラミック板６２と下部セラミック
板６３との間にロータマグネット７９としての磁石をｖ
Ｌ層したものであって、上部セラミック板６２はその周
囲を鏡面としてミラ一部８５を形成する様にしてポリゴ
ンミラー１２とされている。

又、キャップ４１の内側に固定されたソレノイド４２の
周囲にはスプリング４３が配設され、該スプリング４３
により押圧板４５を回転体６１に押圧するものであって
、該押圧板４５は下面のセラミック板４８がゴム板４７
を介したスプリング４３の押圧力をもって鉄板４６によ
り回転体６１上面の略全面へ均等に押圧されるものであ
る。

尚、回転体６１の始動時にはソレノイド４２を励磁する
ことにより押圧板４５上面の鉄板４６をソレノイド４２
によって吸引することにより押圧板４５を持ち上げて回
転体６１に対するスラスト荷重をなくす様にする。

そして、回転体Ｂ１の両面、ステータコイル２５の表面
に固着されたセラミックからなる端面部材２８の表面及
び押圧板４５下面のセラミック板４８の表面は、各々平
滑で且つうねりが少ない状態に仕上げられ、更に、回転
体６１の両面には動圧発生用の溝部８１が形成されてい
る。

第２図は回転体６１の平面図であり、上部セラミック板
６２の表面は前述の様に平滑とされ全面のうねりが０．
３ｇｍ以下で面の粗さが最大面粗さく　Ｒｗａｘ）で０
．５ｇｍ以下の平滑な平面であり、溝の深さが３〜１０
ｇ、ｍのスパイラル状の動圧発生用の溝部９１が形成さ
れている。又、回転体６１の中央に形成された貫通孔６
５の周囲は環状のランド９３とされてスパイラル状の溝
部９１に隣接するスパイラル状のランド９２と同じ高さ
とされている。

更に、回転体６１の貫通孔６５はロータマグネット７９
である永久磁石及び上部セラミック板６２と下部セラミ
ック板６３との全体に亙って真円に近い円筒形であり、
上部セラミック板６２と下部セラミック板６３との表面
に対し直角となっている。

下部セラミック板６３の表面についても第２図と同じく
動圧発生用の溝部が形成されており、面の状態は同一で
あって、スパイラルの方向は反対方向である。

第３図は回転体６１の部分断面図であり、各々正六角形
の上部セラミック板８２、ロータマグネット７９及び下
部セラミック板６３を接着し、一体となしたものであり
、上部セラミック板６２の外周縁の端面６４は極めて平
滑に研磨されて、鏡面とされミラ一部８５を構成してい
る。

又、第４図はロータマグネット７９の平面図であって、
この実施例においては６Ｔｈ着厳とした永久磁石が用い
られている。

尚、第１図において、固定軸５１の回転体６１に対応す
る周面には、ヘリングボーン状の溝部５５が形成され、
回転体Ｂ１の回転によって動圧が発生し、ラジアル荷重
を支持する様になっている。

上述の実施例において、起動に際しては、先ずソレノイ
ド４２を励磁し、上部の押圧板４５を持ち上げ、次いで
ステータコイル２５へ電源を投入し回転体６１を回転さ
せる０回転体６１が所定の回転数に達するか若しくはス
テータコイル２５へ電源を投入した後一定の時間が経過
した後にソレノイド４２の電流を遮断若しくは徐々に低
下させて押圧板４５を回転体６１に押圧する様に降下さ
せる。

この状態において、回転体６１は、押圧板４５及び端面
部材２８によって挾持され、且つ、押圧板４５と回転体
６１との摺動部、及び、端面部材２８と回転体６１との
摺動部に空気の流体膜が形成され、上下方向に関しては
極めて小さな振幅に制限されて回転する。

尚、第１図において、キャップ４１に形成した突起４９
は押圧板４５の廻り止めである。

この様に回転体６１は、押圧板４５及び固定部端面部材
２８の間に流体膜を介して挾持されると共に、中央の貫
通孔６５と固定軸５１とは３ｇ、ｍ（片側）程度の間隙
となっているので、固定軸５１の周面に形成されたベリ
ングポーン状の溝部５５によって動圧が発生し、ラジア
ル荷重も流体膜を介して支えられる。

セラミック酸の固定軸５１及び回転体６１の下部セラミ
ック板６３及び上部セラミック板６２の表面に動圧発生
用の溝部９１を形成する手法としては、先ずセラミック
部材の表面を平滑な円筒面或は平面とした後、溝部以外
の部分にスクリーン印刷によって樹脂を付着させ、硬化
し、アルミナや炭化ケイ素粒子を用いたショツトブラス
トを行なうことによって露出している部分に所定の深さ
の溝部を形成し、次いで、樹脂層を除去することが簡便
である。

第５図乃至第７図は、第１図の回転体６１の別の実施例
を示す図であって、この場合、スラスト荷重を支えるた
めの動圧発生の溝部は、ステータコイル側固定部端面部
材２８と押圧板４５の夫々の表面に形成されている。

第５図は回転体６１の縦断面図であり、ステータコイル
２５に面する下側の端面を構成する下部セラミック板６
３は貫通孔６５を有する回転スリーブ６７と一体に形成
され、上部セラミック板６２と下部セラミック板６３と
の間に環状のロータマグネット７３が固着され、その外
周は金属製のミラ一部８５となっている。

第６図は上部セラミック板６２を除いた平断面図であり
、ロータマグネット７９は６極に着磁され、ポリゴンミ
ラー１２は正六角形のミラ一部８５により形成されてい
る。

この実施例では、−Ｌ部セラミック板６２及び下部セラ
ミック板６３はポリゴンミラー１２よりも外周へ延在し
、ミラ一部８５が保護される構造となっており、ポリゴ
ンミラー１２の上下に形成される上部セラミック板６２
及び下部セラミック板６３の直径をポリゴンミラー１２
の径とは無関係に設定でき、この上部セラミック板６２
及び下部セラミック板６３によりスラスト荷重を支持し
つつ回転体６１の振れを制限することができるので鏡面
の倒れを所望の範囲にすることが一層容易である。

又、動圧発生用の溝部９１が固定部のセラミック部材で
ある端面部材２８及び押圧板４５のセラミック板４８に
加工されているので、回転体６１のマスバランスの調整
がより容易となる。

そして、第８図は動圧発生用の溝部形状の他の実施例と
して、ヘリングボーン状としたものである。

この様に回転体６１の」一部セラミック板６２に外径寸
法をｒ２とし、内径寸法をｒｌとしたヘリングボーン状
の動圧発生用溝部９５を形成し、図中の矢印に示す時計
方向へ回転させると、第９図に示す様に半径ｒ１とｒ２
との間に高い動圧を発生させることができ、回転体Ｂ１
の周囲においてスラスト荷重を受けることができる。

又、第１１図は第１θ図に示す外径寸法がＲ２で内径寸
法がＲ１のスパイラル状の動圧発生用溝部９１を形成し
た場合に回転体６１を回転させた時の摺動部における動
圧の発生する大きさを定性的に示したものである。この
第９図及び第１１図においては貫通孔６５を大気圧に開
放したものと仮定し、縦軸の単位は任意として示した。

尚、本発明の実施例としては回転体６１に設けるロータ
マグネット７２として６極着磁の永久磁石を用いた場合
を説明しているも、磁極数は６極に限ることなく、更に
永久磁石をロータマグネット７２とする場合に限ること
なく誘導コイルを導電性二次導体にて形成し、ロータマ
グネット７２に換える場合もある。

又、本発明において用いられる硬質のセラミッり材料と
しては、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の硬質なセラミック
材料の緻密な組織のものが良く、特にステータコイル側
固定部端面に用いるセラミック材料は渦電流損失を考慮
して電気抵抗の大きなＳｉ３Ｎ４やＢｅＯを添加したα
−８ｉＧが望ましい。

［発明の効果］ 本発明は、回転するポリゴンミラーに永久磁石や二次導
体が固定され、且つ、ポリゴンミラー等の回転体と平行
にステータコイルが配置されたモータユニットにおいて
、回転体とステータコイルとの摺動部を夫々硬質のセラ
ミック材料で構成し、いずれか一方の摺動面に動圧発生
用のｙｔ部を形成し、以て回転体のスラスト荷重を平面
によって支持する様にしたものであるから、回転体の回
転によって回転体の両端面の間に動圧が発生して回転体
は浮上し、極めて小さな摺動抵抗で回転させることがで
きる。そして、回転するポリゴンミラーの面の振れ（倒
れ）は、この平面状の摺動面全体に形成される流体膜の
ダンピング作用によって制限される故、非常に小さなも
のとなる。

更に、摺動面が硬質のセラミック材料例えばＳｉＣ，Ｓ
ｉ３“Ｎ４等で構成されているので摩耗することがなく
、特に、回転体のＴｉＥ量が小さいために固体接触時に
おいても摩耗は全くない。

更に、回転体周囲に形成されるポリゴンミラーの振れを
平面にて制限する故、精度が高く、且つ、従来は固定軸
の曲面において−Ｌ下に長い幅にわたる動圧発生用の溝
部を形成していたのに対し、本発明においては固定軸に
設ける動圧発生用の溝部の幅を狭くし、回転体の端面や
ステータコイル側固定部端面笠の平面に設けた動圧発生
用溝部により荷重を分担させることができ、高精度の動
圧発生用溝部の加工を平面部分に施す故、製造が容易と
なる。

従って、本発明によれば、回転体の重量が小さいので耐
久性に優れ、又、摺動部はセラミック材料で構成されて
いる為、高いスラスト荷重であっても動圧発生効果が良
好に維持され、所定の回転速度に達する時間が比較的短
く、ポリゴンミラーの面振れ（倒れ）が小さなモータユ
ニットを簡単な機構で構成することができるので、実用
上有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は第１図の
回転体の平面図、第３図は第２図の部分縦断面図、第４
図はロータマグネットの乎断面図であり、第５図乃至第
７図は回転体の他の実施例を示す図面であり、第８図は
動圧発生用溝部の別の実施例を示す図にして、第９図は
該動圧発生用溝部により発生する動圧を示す図、第１Ｏ
図及び第１１図はスパイラル状の動圧発生用溝部の形状
と該溝部により発生する動圧を示す図にして、第１２図
は、ポリゴンミラーを用いたレーザー光走査光学系の模
式図、第１３図はポリゴンミラーを内蔵したモータユニ
ットの縦断面図である。 １１＝レーザユニツト、　　１２＝ポリゴンミラー、１
３−感光体ドラム、　１５＝駆動モータ、　２０＝モー
タユニツト、　２２＝外筒、　２３＝レーザ入出窓、　
２４＝外筒、　２５＝ステータコイル、２８：端面部材
、　４１＝キヤツプ、　４２＝ソレノイド、　４５＝押
圧板、　５１＝固定軸、　５２．５３．５４．５５＝動
圧発生用溝部、　６１＝回転体、６２＝上部セラミック
板、　６３＝下部セラミック板、　６５＝１τ通孔、　
７１＝回転スリーブ、７５＝スラスト軸受、　７９＝ロ
ータマグネツト、８１＝ポリゴン、　　８５＝ミラ一部
、　９１．９５　＝動圧発生用溝部。 オ　　　３　　　図 才　　　８　　図 才　　　９　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平板状にして中央に貫通孔が形成された回転体で
   あって、該回転体の外周縁を正多面形とする複数の鏡面
   を有する回転体と、該回転体の貫通孔を貫通して備えら
   れた固定軸と、前記平板状の回転体と平行に固定された
   ステータコイルとを備え、回転体に設けられた永久磁石
   又は二次導体と前記ステータコイルとによつて回転体を
   回転させるモータユニットであって、前記回転体のステ
   ータコイルに対向する面及び回転体に対向するステータ
   コイル側固定部端面を夫々硬質のセラミック材料で構成
   し、該２つの面のいずれか一方の面に動圧発生用の溝部
   を形成したことを特徴とするモータユニット。
2. （２）平板状にして中央に貫通孔が形成された回転体で
   あって、該回転体の外周縁を正多面形とする複数の鏡面
   を有する回転体と、該回転体の貫通孔を貫通して備えら
   れた固定軸と、前記平板状の回転体と平行に固定された
   ステータコイルとを備え、回転体に設けられた永久磁石
   又は二次導体と前記ステータコイルとによって回転体を
   回転させるモータユニットであって、回転体のステータ
   コイルと逆方向には回転体をステータコイル側に押圧し
   得る押圧板を有し、回転体の上面及び下面、更に、回転
   体と対向する押圧板平面及びステータコイル側固定部端
   面を夫々硬質のセラミック材料で構成し、回転体と対向
   するステータコイル側固定部端面又はステータコイルと
   対向する回転体平面のいずれか一方に動圧発生用の溝部
   を形成すると共に回転体と対向する押圧板平面又は押圧
   板と対向する回転体平面のいずれか一方にも動圧発生用
   の溝部を形成することを特徴とするモータユニット。