JPS63241516A - ポリゴンミラ− - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザプリンタ、バーコードリーグやレーザ
複写機などに用いられているレーザ走査光学系において
レーザ光を反射させて感光体表面に照射するためのポリ
ゴンミラーに関するものである。

〔従来の技術〕

従来のポリゴンミラーは第６図に示すように、高鮮明な
画像処理に適した密閉構造の例について知られているレ
ーザプリンタでは、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からのレーザ光を回転するポリゴン
ロータａのミラーｂによって反射させて、感光体表面に
照射するものであり、ポリゴンロータａは駆動モータＣ
によって固定軸ｄ上にスリーブｅを介して回転されるよ
うに構成されている。

そして、前記固定軸ｄ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ｅ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。即ち、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ｆ１及びヘリングボー
ン形状を形成する中部溝部ｒ、と上部溝部ｆ、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ｆ！によって固定軸ｄ上面に空気を送り込み、以て固
定軸ｄの上端にあるスラスト軸受ｇとの間の空気圧を高
めてスラスト荷重を支えるようになっている。

回転スリーブｅの上部にはポリゴンロータａがねじ止め
され、また下部にはロータマグネットＣＩが固定され、
かつロータマグネットＣ５を駆動するためのステータコ
イルＣ！がロータマグネットＣ３の周囲を囲むように固
定されて駆動モータＣとなっていると共に、外部からポ
リゴンロータａのミラーｂ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
入出窓部りが外筒ｉの上部周面の一部に形成されたもの
から成っていて、駆動モータＣで高速回転するポリゴン
ロータ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ために
固定軸と回転スリーブとの間隙は極めて狭いものとして
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、このようなレーザプリンタは鮮明な文字や画
像を高速度で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
れねばならないために、ポリゴンミラーは切削が容易で
、高反射率のアルミ合金の平板をダイヤモンドで切削す
ることで製造されているが、形状を維持するために、そ
の厚みは１０ｍ以上にもなっていた。しかしポリゴンミ
ラーが高速回転している時の負荷は、大半がポリゴンの
外周縁の空気抵抗であり、レーザ光を反射する領域が１
ｍ以下でも十分である狭い幅であることを考慮すればポ
リゴンミラーが周囲の空気を乱すことによる動力損失は
極めて大きなものとなる。

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
生するようにし、かつ回転スリーブ、ポリゴンロータ、
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なけれ
ばならない。

しかし、ポリゴンミラーの反射面での面の倒れを±１．
５μｍ以下とするには５（１ｍ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３μｍ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り、ま
た更に高速度の画像処理を行う場合には、ポリゴンミラ
ーの回転速度を３０、００Ｏｒｐｍ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
困難であり、ポリゴンロータの芯振れもあってバランス
調整も頗る煩雑で問題があった。

本発明は、この従来の欠点を適確に排除しようとするも
ので、マグネント効率を大幅に向上させバランス調整も
容易で回転時の空気抵抗も少なく、高速回転が可能なコ
ンパクトなポリゴンロータとし、さらに、ポリゴンロー
タの芯振れを少なくし反射面の倒れが少なく、安定した
高速回転が可能で、レーザ光等を精度よく反射できるポ
リゴンミラーを構成筒車で製作容易安価な形態で提供す
ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、鏡面のある回転体を支持体に備えた固定軸に
回転自在に設けてポリゴンロータとし、該回転体に設け
たマグネットと、このマグネットに対向され前記回転体
を回転させるステータコイルとを備えたポリゴンミラー
において、前記回転体と、支持体及び支持体に固着した
固定軸とをセラミックス材から構成し前記回転体の摺動
面に動圧発生用溝を形成したことを特徴とするポリゴン
ミラーである。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１〜３図例で説明すると、平板状に
して中央に貫通孔１が形成され、外周縁を正多角形とす
る複数の鏡面２を有する回転体３を前記の貫通孔１を貫
通して支持体４に備えられた固定軸５に回転自在に設け
てポリゴンロータとし、平板の回転体３と平行に固定さ
れ、ポリゴンロータを回転させるステータコイル６を前
記支持体４に備え、前記回転体３に設けられた永久磁石
又は二次導体のマグネット７と前記ステータコイル６と
によって回転体３を回転させるモータユニットに構成し
て、前記マグネット７を前記回転体３に形成した嵌合用
の挿入孔８に嵌入配備し、前記回転体３と、支持体４及
び支持体４に固着した固定軸５とをセラミックス材から
構成し、前記回転体と支持体及び／又は固定軸とで対向
して形成される摺動面のいずれかに動圧発生用溝１）を
形成しである。

前記回転体３は、前記支持体４上又は支持体上に介在さ
れる摺動部材１０上に対面配備されているもので、中央
にある貫通孔１を備えているものを用いであるが、第１
図例では前起動圧発生用溝１）は支持体４上の摺動面の
みに形成しである。

なお、回転体３、支持体４、固定軸５又は前記摺動部材
１０としてはそれぞれに対向する面の摺動面のいずれか
一方又は両方の面に動圧発生用溝１）例えばスパイラル
状溝又はへリングボーン状溝をランド部１０．を残して
形成し、かつ硬質のセラミックス材料例えばＳｉＣ焼結
体、ＢｅＯを含むα−５ｉＣ焼結体、又は５ｉｓＮ４焼
結体などで構成したものを用いてスラスト軸受部又はラ
ジアル軸受部として形成するのがよい。

前記マグネット７は回転体３の挿入孔８に埋込配備して
、上面を平坦に面合せしてもよいし、挿入孔８に対して
マグネット７を上面より窪み状態或いは突出状態に配置
し、バックアツプ板（図示せず）を当てて保持する構成
としてもよい。

前記挿入孔８は前記回転体３に複数個環状に形成配備し
であるが、円板状のロータコアをＮ−３交互に形成する
ようにリング状に連接配備し固定軸５と直交する平面上
に沿って環状に複数の磁極を着磁しているようにするこ
ともできるし、さらに前記鏡面２はアルミニウム箔（０
，１〜０．５ｕ）又は蒸着膜、その他の反射率の高いコ
ーティング層でミラ一部とするのが便利である。

図中１）１はへリングボーン状に形成した動圧発生用溝
で固定軸５の外周面又はそれに対応する面に多数設けて
いる。１２はアルミニウム製のカバ一体であって、支持
体４に嵌着し、レーザプリンタなどの密閉構造としたも
ので、バーコードリーグなどのように鮮明度を要求され
ない場合には省略できる。１３は投光用窓部、１４は留
めナンドで温度膨張経時によるゆるみを防止するもので
ある。

第４図の具体例では前記回転体３と支持体４との間に金
属製又はセラミックス製の摺動部材ｌＯを介在配備した
ものであり、該摺動部材１０の上下両面に動圧発生用溝
１）を備えている。

なお前記動７圧発生用溝１）はスパイラル状の方向は摺
動部材１０の両面に設けた場合には必要に応じ逆方向に
刻設して正逆回転時のいずれにもスラスト荷重を受けら
れ保守・保安上良好にするのもよいし、回転体３の外周
にある鏡面２もアルミニウム箔でバランス調整をするこ
とができる。

第５図の具体例では回転軸として金属製固定軸５上にヘ
リングボーン状溝を外周に存するセラミックス材料のス
リーブ状ブツシュ５Ｉを備えたもので前記回転体３の浮
上量を拘束する手段としては回転体３の上方位置で固定
軸５に設けた上部摺動板１５或いは座金若しくはその他
のストッパを選んで当てる構成としであるが、摺動板１
５などにコイルバネその曲弾性部材を付設させたりその
曲弾性構造物などを押圧部材として回転体３の上方部の
固定軸５に備えた構成としてもよい。

なお、この実施例では前記上部摺動板１５はセラミック
ス材料から成り摺動面倒に動圧発生用溝を必要に応じ備
えて回転体３に対設してあり、該上部摺動板１５と座金
１６との間にコイルバネ１７を介在配備して回転体３の
浮上量拘束機構としである。さらに固定軸５は軸端面間
の平行度及びヘリングボーン状溝面との垂直度を精密加
工しであるが、必要に応じ同様に精密加工したスリーブ
状のブツシュ５１を嵌着配備してもよく、これらの場合
固定軸５又はブツシュ５１を段付軸として各部材に対応
させてもよい。

また前記回転体３に設けたマグネット７に対して平板状
のステータコイル６を支持体４に設けてモータとしてポ
リゴンロータの回転体３を回転させるようにしであるが
、ステータコイル６に面する摺動部材１０の端面ば固定
軸５を直角即ち貫通孔１の内周面と直角で、その外周縁
に形成された鏡面２に対して直角となるように加工され
ている。

しかして鏡面２のある回転体３は支持体４にある固定軸
５上にマスバランス、流体バランス及び磁気バランスが
良好に維持されて円滑に回転され、回転時の空気抵抗も
小さく運転できるものである。

この場合前記支持体４と回転体３との間に介在された摺
動部材１０の対応面のいずれか一方の面又は両面に動圧
発生用！１）１を形成し、他方の面は平滑な平面として
スラスト軸受部とすることは選んでできるものであり、
また、ラジアル軸受部は固定軸５の外周面、又は貫通孔
１の円筒面のいずれか一方の面に動圧発生用のへリング
ボーン状の溝１）１を形成し、他方の面を平滑な円筒面
とするものであり、この実施例においては、スラスト荷
重を支えるための動圧発生用溝１）、ラジアル荷重を支
えるための動圧発生用溝１）．は各々３〜１０μ園程度
の溝深さである。またこの動圧発生用溝１）は回転体３
の両面に溝加工を施してバランスをよくし、変形をなく
すようにするのもよいし、摺動部材１０又は摺動板１５
としては、その片面のみにスパイラル溝加工する場合に
比べて両面に形成する場合には径に対して厚みの薄いセ
ラミックス板では溝加工後に変形することもあるので変
形しない厚みに選定することが考慮され前記摺動板１５
及び／又は摺動面となる支持体４面又は摺動部材１０は
全面のうねりが０．３μ−以下で最大面粗度が０．１μ
園の平滑な平面であるランド面とした上で、シッットブ
ラストによって３〜１０μ−の深さのスパイラル状溝加
工をしたものである。

なお、動圧効果を利用したラジアル軸受を製作する場合
も同様に、上述のシッソトブラストによる溝加工をする
ことができる。いずれにしても硬質のセラミックス材料
で高い精度で前記動圧発生用溝１）を加工することがで
き、かつ、その動圧発生に適した摺動部の形状が動圧が
発生した状態においても維持され、しかも、起動、停止
の際に生じる固体摺擦に対しても、ある程度の負荷であ
れば耐久性を持って有効に用いられる。

Ｃ発明の効果〕 本発明は、回転体に設けたマグネットと、このマグネッ
トに対向され前記回転体を回転させるステータコイルと
を備えたポリゴンミラーにおいて、前記回転体と、支持
体及び支持体に固着した固定軸とをセラミックス材料か
ら構成し、前記回転体と支持体及び／又は固定軸とで対
向して形成される摺動面のいずれかに動圧発生用溝を形
成したことにより、ポリゴンロータのバランス調整がで
きると共に、ポリゴンロータをダイレクトに駆動できる
のでマグネット効率を最大にでき構成もコンパクトで耐
久性があり、ポリゴンロータの芯振れをも極力小さくす
ることが可能となり、製作も簡便で安定した回転運転が
可能となり、ポリゴンロータを回転させるための永久磁
石又は二次導体からなるロータコアと、外周面がミラ一
部とされたポリゴンロータの厚みが薄くてもその変形量
を小さくすることができ、かつセラミックス材料の比重
が比較的小さいことから回転体の重量も少なく回転速度
の制御性も良好で従来のポリゴンミラーに比べ、著しく
薄く小型軽量化することが可能であって、その空気抵抗
をも減少せしめることができるほか著しく小さな動力で
従来と同等の回転速度が得られることになり、また従来
と同程度の電力を投入すれば、より高回転速度を得るこ
とができるポリゴンミラーとなるし、またポリゴンミラ
ーを装着した回転軸方向の寸法も短くなり、全体にシン
プル化される。その上、回転体及び支持体はセラミック
ス材料で構成されることから起動・停止の際の固体接触
があっても摩耗することがなく、また、軸受の母材が硬
質のゼイ性材料であることから変形が極めて小さく、実
質的に無視できるものであり、更に、動圧発生時におい
てもその変形量は小さく、動圧発生効果は良好に維持さ
れて高負荷のスラスト荷重を支えることができるので、
光線を安定して走査するポリゴンミラーとしての機能が
常時良好に維持されることとなり、高速回転が可能なコ
ンパクトなポリゴンミラーとなり、さらに、反射面の倒
れが少なく、安定した高速回転が可能で、レーザ光等を
精度よく反射できるポリゴンミラーを構成簡単で安価な
形態で得られるものである。

【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図第１図１−
１線における平面図、第３図は他の実施例の縦断面図、
第４図は第３図■−■線における平面図、第５図はさら
に他の実施例の一部切断側面図、第６図は従来例の縦断
面図である。 １・・・貫通孔、２・・・鏡面、３・・・回転体、３．
・・・筒状部、４・・・支持体、５・・・固定軸、６・
・・ステータコイル、７・・・マグネット、８・・・挿
入孔、１０・・・摺動部材、１）・・・動圧発生用溝、
１４・・・留めす７）、１５・・・摺動板、１６・・・
座金、１７・・・バネ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）鏡面のある回転体を支持体に備えた固定軸に回転
   自在に設けてポリゴンロータとし、該回転体に設けたマ
   グネットと、このマグネットに対向され前記回転体を回
   転させるステータコイルとを備えたポリゴンミラーにお
   いて、前記回転体と、支持体及び支持体に固着した固定
   軸とをセラミックス材から構成し、前記回転体と支持体
   及び／又は固定軸とで対向して形成される摺動面のいず
   れかに動圧発生用溝を形成したことを特徴とするポリゴ
   ンミラー。
2. （２）前記支持体が、前記回転体に対向する摺動面を平
   滑とされ全面のうねりが０．３μｍ以下で面の粗さが最
   大面粗さで０．５μｍ以下の平滑平面であって溝の深さ
   が３〜１０μｍのスパイラル状の動圧発生用溝を有して
   いるスラスト荷重を支持するものである特許請求の範囲
   第１項記載のポリゴンミラー。
3. （３）前記回転体が、中央に貫通孔のある平板であって
   、前記支持体に対面する平滑平面にスパイラル状の動圧
   発生用溝を備えスラスト荷重を受けるものである特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載のポリゴンミラー。
4. （４）前記固定軸が、回転体の貫通孔内周面に対応する
   外周面にヘリングボーン状の動圧発生用溝を備えている
   ラジアル荷重を受けるものである特許請求の範囲第１〜
   ３項のいずれか一つの項記載のポリゴンミラー。