JPS63259617A - ポリゴンミラ−ロ−タ - 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
し〜ザ光を反射させて感光体表面に照射するためのポリ
ゴンミラーロータ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８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
にはへリングボーン状の上部溝部ｆ、及びヘリングボー
ン形状を形成する中部溝部ｆ２と上部溝部ｒ３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ｆ２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ｃ１が固定され、
かつロータマグネットｃ＋を駆動するためのステータコ
イルｃ２がロータマグネットＣｌ　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
ロータは高速度で、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、ポリゴンミラーロータは
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１０１ｍ以上にもなっていた。し
かしポリゴンミラーロータ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）■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ロータが周囲の空
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、ポリゴンミラーロータの反射面での面の倒れを
±１，５μｍ以下とするには５（Ｉｎ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
ンミラーロータの回転速度を３０，０００ｒｐ＋ｗ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、バランス調整も頗る煩雑であり
、しかも製作加工がやっかいであって、回転体などをセ
ラミックス製とした場合には延性が極めて小さいのでク
ランクが生じやすく表面にクランクが入っていたり、回
転中に表面にクラックが生じたりすると高速回転の遠心
力による張力によって直ちにクランクが伝播して破壊し
事故を起こし、しかも破損事故の際に窓孔からケース外
に逸出飛散して危険でまた、高価な機器類を損傷する事
故につながって保安上問題があった。

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、ポリゴンロータの垂直度、平行度を大幅に向上さ
せ回転時の空気抵抗も少なく、高速回転が可能なコンパ
クトなポリゴンミラーロータとし、さらに、反射面の倒
れが少なく、保安上良好でかつ安定した高速回転も可能
で、レーザ光等を精度よく反射できるポリゴンミラーロ
ータを構成簡単で製作容易で安全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、固定軸に回転自在に嵌合されたセラミックス
製の筒体と、該筒体の外周に焼ばめ固着した金属製の外
周部材とから、ポリゴンミラーロータを構成し、該ロー
タにマグネットを設けると共に、前記外周部材の外周面
に鏡面を形成したことを特徴とするポリゴンミラーロー
タである。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１〜２図例で説明すると、平板状に
して中央に貫通孔−１が形成されたセラミックス製の筒
体３Ｉと、該筒体３Ｉの外周に焼ばめ固着した金属製の
外周部材３．とからなり、外周部材３□の外周縁を正多
角形とする複数の鏡面２に形成してポリゴンミラーロー
タ３とし、このａ−夕３を前記のＭｉＩ孔ｌ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、かつ
前記筒体３Ｉと平行に固定され、ロータ３を回転させる
ステータコイル６を前記支持体４に備え、前記口−り３
の筒体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とによってロータ３を回
転させるモータユニットを構成して、前記ロータ３と支
持体４との間に金属又はセラミックス材からなる受部材
１０を介在配備するようにし、このロータ３とこれと対
向して形成される摺動面のいずれかに動圧発生用溝１）
゜ｌｉｔを形成しである。

前記ロータ３の筒体３１は中央に円形状の貫通孔のある
円筒体若しくは角筒体で前記固定軸５又は固定軸５に嵌
支されるブツシュに嵌装され、前記支持体４上に介在さ
れる受部材ＩＯに対面配備されているもので、この受部
材１０としては角形又は円形の板体でロータ３のマグネ
ット７に対向する面及びステータコイル６に対向する面
にあるが、筒体３１の軸方向側面に両側に設けて筒体３
１を挟持するようにしてもよい、また筒体３Ｉにはこの
受部材ｌＯに対応する面に動圧発生用溝１）、−例えば
ねじり方向が逆向きのスパイラル溝をラン１部を残して
形成した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ＳｉＪ、焼結体な
どで構成したものを用いてスラスト軸受部として形成す
るのがよく、或いは、前記受部材１０を前記硬質のセラ
ミックス材料として、そのロータ３と対向する面に動圧
発生用溝を形成してもよい。

前記マグネット７は筒体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は前記筒体３１、又は外周部材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の外周面又はこれに対応する面に多数設けて
いる。１２はカバ一体であって、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は留めナツトで温度膨
張経時によるゆるみを防止するものである。

なお前記筒体３１が、その上下両面に動圧発生用溝１）
を備えたものであるが、前記動圧発生用溝１）はスパイ
ラル状の方向は両面に設けた場合に逆方向（投彰面上同
じ向き）に設けてポリゴンミラーロータを回転駆動する
際に誤って逆方向に回転させても焼損することがないよ
うにし、即ち正逆いずれの回転時においても動圧効果を
生じさせスラスト荷重を受けて保安上有効にしたり、必
要に応じ同方向（投影面上逆向き）に設けて一方をクラ
ッチ作用を与えるようにしてもよい、この場合、中間部
材となる受部材ＩＯを活用することが考慮されるし、さ
らにロータ３の外周部材３□の外周にある鏡面２もアル
ミニウム蒸着又はアルミニウム箔でバランス調整をする
ことができる。前記外周部材３８としては、外周縁を正
多角形としたリング状の平板体であって、該外周面にア
ルミニウム箔を固着して鏡面２としたものであるが、上
下両面を切頭円錐状とし、厚さを外方に向って漸減して
外周面の一部を鏡面に形成したものでもよい。

第３〜５図の具体例では回転軸として金属製固定軸５、
例えばボルト上にヘリングボーン状溝の動圧発生用溝１
）１を外周に有する金属又は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、かつ前記回転筒体３
１をその両側からスラスト受部材１０．１０で挟持し、
前記ブツシュ５、と共に固定軸５に嵌着し、この受部材
１０゜１０に対向する摺動面に動圧発生用溝１）．１）
を設けて組立て容易な構成としである。

この場合ブツシュ５１と筒体３．との間の動圧軸受部分
に対して受部材１０に形成された貫通孔２０から容易に
外気が流れるようにしである。そして、リング状の鉄片
のバックアンプリング１８は、マグネット７の磁気回路
を良好にするためと、マスバランスをとるためのもので
あって、セラミックスからなる筒体３．の強度をそこな
うことなくバランスを修正することができる。

前記固定軸５のボルトは螺孔２１に螺合し、座金１５に
パツキン１９を併用して受部材１０．１０の挟持が簡便
にできるようになっていて、また前記支持体４に下部受
部材１０に設けた貫通孔２０に連通ずるガイド用の通気
路２２を形成しである。

さらに前記マグネット７をロータ３の挿入孔８に埋込む
際に合成樹脂系コーティング剤で被覆カバーすることも
選んでできる。また、前記ロータ３の浮上量を拘束する
手段としてはロータ３の上方位置で固定軸５に設けた上
部摺動板或いは座金若しくはその他のストツパを選んで
当てる構成としたり、摺動板などにコイルバネその他弾
性部材を付設させたりその他弾性構造物などを押圧部材
としてロータ３の上方部の固定軸５に備えた構成として
もよい。

第６〜７図例では筒体３．の外周に焼ばめによって固定
された金属製の外周部材３□をつば状の平板体に代えて
、上下両面を切頭円錐状として所謂ソロパン球状体とし
、その大径外周面部を多角形状の鏡面２とし、風損を減
じエツジ部分を削除したもので回転バランス並びに筒体
３１の強固な保護と窓部１３を金属部材で覆う形態とし
て安全性を高めである。この場合、外周部材３．の上下
両面が円錐面状であり、厚さが外方に向って漸減してい
るので外周付近の鏡面２の輪郭の長さが短く風損が少な
いし、筒体３．の外周を囲って安全性を高められる。

また前記支持体４はアルミニウム材がら構成されるもの
であって、前記摺動部材の廻り止めとして用いられるも
のであるか、前記固定軸５及び支持体４もＳｔＣを主体
とするセラミックス材料で構成することも選んでできる
し、さらに前記支持体４は磁性体で構成してマグネット
７との間で常時吸引力を働かせてロータ３が墜落させな
いようにし、かつこの吸引力で安定な回転を得るように
考慮してもよい、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ｔｉｙ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５．を段付軸として各部材に対応させて
もよい、また前記ロータ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
としてポリゴンミラーロータ３を回転させるようにしで
あるが、ステータコイル６に面する受部材１０の端面は
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のある外周部材３□と筒体３１とからな
るロータ３は支持体４にある固定軸５上に動圧発生用溝
１）．１）＋　によってマスバランス、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とロータ３との間に介在された受
部材１０の対応面の一方に動圧発生用溝１）を形成し、
対面側は平滑な平面としてスラスト軸受部とするもので
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ヘリングボーン
状の動圧発生用溝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／＃　Ｉ　１　＋　は各々３
〜５０μｍ程度の溝深さである。またこの動圧発生用溝
■１はロータ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。

前記筒体３１及び／又は受部材１０は全面のうねりが０
．３μｍ以下で最大面粗度が０，１μｍの平滑な平面で
あるランド面とした上で、ショツトブラストによって３
〜５０μｍ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、上述のショツ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ａｌｌ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
の際に生し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。

〔発明の効果〕

本発明は、固定軸に回転自在に嵌合されたセラミックス
製の筒体と、咳筒体の外周に焼ばめ固着した金属製の外
周部材とから、ポリゴンミラーロータを構成し、該ロー
タにマグネットを設けると共に、前記外周部材の外周面
に鏡面を形成したことにより・延性の小さいセラミック
ス製の筒体の外周を延性の大きな金属製外周部材で囲ま
れているので筒体がクランクで破壊することを防ぎ、た
とえセラミックス部材が破壊しても金属部材でさえぎら
れていて、ケース外に飛び出す危険も少なく、しかも焼
ばめ固着により筒体には特に外周表面に大きな初期圧縮
圧力が残留し、遠心力による半径方向及び円周方向の張
力を相殺してクランク発生成いは伝播を抑制し、回転速
度の限界を上げることが可能であり、また、ポリゴンロ
ータの垂直度、平行度を大幅に向上できロータの芯振れ
も可及的に小さくできるほか、ステータコイルやマグネ
ットの付設位置も変化させてバランス調整も容易であっ
て安定した回転運転が可能となり、ポリゴンミラーロー
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ミラー
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、従来のポリゴンミラーロータに比べ、ポリゴンミ
ラーロータを装着した回転軸方向の寸法が短くなり、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
抵抗をも著しく減少せしめることができるし、さらに小
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ロータとなるし、
ポリゴンミラーロータの回転軸方向端面をセラミックス
部材部分の保護と堅牢化がはかれ熱膨張に対する変動を
も抑制でき、耐久性も著しく増加し、動圧効果をも生じ
させスラスト荷重を良好に受けることから保守・保安が
らくで起動・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、製作が容易で寸法精度の出し方も楽で
、精度の高い加工ができて量産性に適し更に、動圧発生
時の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
るポリゴンミラーロータとしての機能が常時良好で、か
つセラミックス部材の介在もケース並びに外周部材の金
属部材でカバーすることで破を員による障害がなく安全
性と信輔性を増し、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製作容易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■−■線における底面図、第５図は第３
図■■線における平面図、第６図はさらに他の実施例の
一部切断側面図、第７図はロータの斜面図、第８図は従
来例の縦断面図である。 １・・・貫通孔、２・・・鏡面、３・・・ロータ、３１
・・・筒体、３□・・・外周部材、４・・・支持体、５
・・・固定軸、５１・・・ブツシュ、６・・・ステータ
コイル、７・・・マグネット、８・・・挿入孔、ＩＯ・
・・受部材、１）．１）＋・・・動圧発生用溝。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定軸に回転自在に嵌合されたセラミックス製の
   筒体と、該筒体の外周に焼ばめ固着した金属製の外周部
   材とからポリゴンミラーロータを構成し、該ロータにマ
   グネットを設けると共に、前記外周部材の外周面に鏡面
   を形成したことを特徴とするポリゴンミラーロータ。
2. （２）前記筒体が、中央に貫通孔のある円筒状であって
   、上下両面に動圧発生用溝を備えた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ロータ。
3. （３）前記外周部材が、外周縁を正多角形としたリング
   状の平板体である特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   のポリゴンミラーロータ。
4. （４）前記外周部材が、上下両面を切頭円錐形状面とし
   、厚さを外方に向って漸減した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ロータ。