(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転多面鏡を支持する回転軸を含む回転体と、
前記回転軸をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、前記回転軸をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを含む軸受部材と、
前記回転体を回転させる駆動手段と、
を備え、前記回転軸と前記軸受部材の隙間に潤滑油が充たされ、前記回転軸が略水平に配設されて回動する光偏向装置において、
前記ラジアル軸受部の内周面のスラスト方向に延在する３本の動圧発生溝を設け、略重力方向下部に２本の動圧発生溝を配置したことを特徴とする光偏向装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザープリンター等の光学装置に搭載される光偏向装置およびモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からレーザープリンタ等の光学装置内部には、光偏向装置が備えられている。光偏向装置に用いられる回転多面鏡を支持するモータの回転軸は、高速複写を可能にするために軸受に動圧発生溝が形成されている。動圧発生溝は、回転軸が高速で回転することによって流体が流入して正圧を発生し、回転軸を潤滑に回転させる。
【０００３】
この動圧発生溝を採用したモータには、起動・停止時や衝撃を受けたときに回転軸と軸受が接触して摩耗し、摩耗によって生ずる粉塵が軸受と回転軸の間に挟まって回転軸の回転を妨げる等の問題があった。
【０００４】
粉塵等の対策として、以下のような従来技術が開示されている。
【０００５】
外部からの粉塵混入の防止方法としては、スラスト軸受の空気取入口である回転軸と固定部材の隙間が動圧発生溝の深さよりも小さい構成として、粉塵の浸入を空気取入口で阻止し、微細な粉塵は動圧発生溝に溜める発明が特開平８−２００３５３号に開示されている。
【０００６】
また、回転軸と摺動材からなるスラスト軸受の摩耗物質を潤滑材として活用した発明が特開平８−２６１２３９に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら  特開平８−２００３５３号では、大きな粉塵を空気取入口の隙間で阻止できるが、前記隙間よりも小さな粉塵に対しては効果がなく、粉塵が動圧発生溝に浸入、蓄積してしまえば、前述した不具合は発生する。また、ラジアル軸受の内周面の摩耗については考慮されていない。
【０００８】
また、特開平８−２６１２３９では、回転軸や摺動材よりもせん断強さの低い摩耗生成物を発生させるような処理が施された回転軸と摺動材が用いられているが、特殊な材料であること、膜厚生成時の加工などでコスト高である。また、図１４、図１５に示すように、回転軸２の下端部が凸状で、スラスト軸受（摺動材）４が平面状になっている場合、ラジアル軸受（図示せず）と回転軸の接触によって発生する摩耗粉や外部から浸入する粉塵、経時的に劣化した潤滑油などの沈殿物６が摺動部８に蓄積して、沈殿物６の粘性によって回転軸２の摩擦トルクが発生し、モータが起動できなくなるという問題点がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、回転軸とスリーブの隙間に発生する摩耗粉、潤滑油の変質、外部からの粉塵浸入による回転軸の摩擦トルクの発生を極力抑制くすることにより、結果として安価で長寿命な光偏向装置およびモータを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、回転多面鏡を支持する回転軸を含む回転体と、前記回転軸をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、前記回転軸をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを含む軸受部材と、前記回転体を回転させる駆動手段と、を備え、前記回転軸と前記軸受部材の隙間に潤滑油が充たされ、前記回転軸が略水平に配設されて回動する光偏向装置において、前記ラジアル軸受部の内周面のスラスト方向に延在する３本の動圧発生溝を設け、略重力方向下部に２本の動圧発生溝を配置したことを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明について説明する。
【００１８】
ラジアル軸受部の内周面のスラスト方向に延在する３本の動圧発生溝を設け、略重力方向下部に２本の動圧発生溝を配置したことにより、ラジアル軸受部と回転軸との摺動によって発生する磨耗粉や外部から浸入する粉塵、経時的に劣化した潤滑油などの沈殿物が内周面下側へ集まる。ラジアル軸受部の内周面の略重力方向下部に２本の動圧発生溝が配置されているため、前記劣化した潤滑油等を下部に配置した動圧発生溝に溜めることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態に係る光偏向装置について、以下詳細に説明する。先ず、光偏向装置が使用されるレーザプリンタの概略説明を行う。
（レーザプリンタ）
レーザプリンタ１２は、図１２に示すように、光学箱１４に収納された光走査装置１６から射出された走査光をミラー１８で反射して感光体ドラム２０に照射することによって感光体ドラム２０上に結像する。
【００２３】
光走査装置１６は、図１３に示すように、半導体レーザ２２から出射されたレーザービームＬがコリメータレンズ２４を介して光偏向装置１０を構成する回転多面鏡２６で反射し、レンズ２８を介してミラー１８（感光体ドラム２０）に出射する。
（光偏向装置）
このようにレーザプリンタ１２に使用される光偏向装置１０について以下、詳細に説明する。
【００２４】
光偏向装置１０は、ハウジングを兼用する鉄製のプリント基板３０に垂直に立設されたモータ３１を備える。モータ３１は、回転軸４４と、スリーブ部材３２によって回動自在に軸支される回転体３４とから構成される。
【００２５】
スリーブ部材３２は、図２に示すように、ラジアル軸受部４０とスラスト軸受部４２とから構成され、略円柱形の孔部３６が形成されている。ラジアル軸受部４０（孔部３６）の内周面には、溝深さが数μｍ程度のヘリングボーン状の動圧発生溝３８が形成されている。また、スラスト軸受部４２（孔部３６の底面）は、摺動材（熱可塑型の工業用樹脂剤）から形成されている。さらに、スラスト軸受部４２には、図４、図５に示すように、後述する回転軸４４の端面４５が当接しない部位に周回する溝４３を形成している。
【００２６】
回転体３４は、スラスト軸受部４２に当接される端面４５がＲ曲面に形成された回転軸４４と、回転軸４４の一端に板バネ４６で装着された回転多面鏡２６と、回転軸４４に嵌着されたヨーク部材５０と、ヨーク部材５０の内周面に設置され、Ｎ極、Ｓ極が交互に多極着磁した駆動マグネット５２とから構成される。
【００２７】
回転軸４４が孔部３６に挿入されることにより、駆動マグネット５２とラジアル方向で対向する位置には、スリーブ部材３２の外周部に固着された電機子コイル群５４が配置されている。
【００２８】
なお、回転軸４４と孔部３６の隙間は、数μｍから数十μｍ程度であって、その隙間には潤滑油が充たされている。
【００２９】
また、プリント基板３０には、制御部６０と、駆動マグネット５２とスラスト方向で対向する位置にマグネット位置検出器６２が配設されている。
【００３０】
制御部６０は、図３に示すように、起動信号がモータ駆動回路７０に入力されることによって、マグネット位置検出器６２からの信号を基にして電機子コイル群５４に励磁電流を流し、駆動マグネット５２との誘導磁力でモータ３１（回転体３４）を高速に回動させる。速度検出器７４により得られる回転体３４の速度情報信号を定速制御回路（ＰＬＬ制御) ７６にフィードバックし、目的の回転数に相当する基準信号と比較し、その誤差分を補うようにモータ駆動回路７０を制御し定速回転する。
（光偏向装置の動作説明）
このように構成された本実施形態に係る光偏向装置１０の動作および作用について説明する。
【００３１】
ここで、レーザプリンタ１２と光偏向装置１０の動作について述べる。上述の制御部６０に起動信号が入力されることによって、回転体３４が１万〜３万ｒｐｍの範囲で任意の回転数で定速回転する。この結果、回転多面鏡２６が走査光を所定方向に走査する。この際、図６に示すように、動圧発生溝３８にオイルが流入して正圧を発生し、回転軸４４がラジアル軸受部４０に当接することを防止する。画像記録終了後、停止信号が制御部６０に入力されることにより、回転体３４の回転が停止される。この動作はプリンターであれば少なくとも約４０００００回は行われる。
【００３２】
このような光偏向装置１０における起動及び停止動作中の回転軸４４とスリーブ部材３２と潤滑油の関係について述べる。
【００３３】
ラジアル方向における回転軸４４の支持はヘリングボーン状の動圧発生溝３８で行っているので動圧力（軸剛性) は回転軸４４とスリーブ部材３２（孔部３６の内周面）との相対速度差に比例して大きくなる。したがって、起動直後および停止寸前の動圧力は小さく、回転体３４が有するアンバランスで回転軸４４は傾く。この結果、孔部３６の開口部に形成された潤滑油の潤滑膜に作用する粘性せん断応力は局所的に大きくなるとともに、流体潤滑状態が乱れ発熱する。
【００３４】
ここで潤滑油の劣化要因について述べる。潤滑油の劣化要因としては、熱、加水重合反応、基油の酸化、不純物混入がある。
【００３５】
熱的劣化は、環境温度の上昇、光偏向装置１０の制御部６０の発熱、電機子コイル群５４の発熱等の影響で、潤滑油に含まれる基油（例えばポリαオレフィン) 、添加材（例えばステアリン酸) が熱分解されスラッジ、カーボンが生成される。
【００３６】
加水重合反応は、潤滑油（例えばエステル系) が空気中の水分と反応してゲル状に変化するものである。
【００３７】
基油の酸化は、酸化防止剤の消耗等により基油が経時的に酸化しスラッジが生成される。
【００３８】
不純物混入は、熱的劣化で生成されるスラッジ、カーボン、スリーブ部材３２と回転軸４４との機械的接触による磨耗粉、外部から浸入する粉塵がある。
【００３９】
次に、劣化した潤滑油の油膜形成について述べる。劣化した潤滑油の油膜形成能力は低下するとともに、スラッジ、カーボン、粉塵が油膜に介在するので油膜形成面は減少する。起動及び停止の繰り返し動作による流体潤滑状態の乱れが加わることで、回転軸４４とスリーブ部材３２（ラジアル軸受部４０の内周面）は機械的接触を起こす。一般的に回転軸４４は鉄系の合金、スリーブ部材３２は銅系の合金が用いられる。機械的接触による局所的な発熱は潤滑油の粘度、油膜形成能力を低下させ、潤滑油の熱的劣化要因となる。また機械接触で発生した磨耗粉は油膜形成面を減少させ、スリーブ部材３２及び回転軸４４を傷付け、更に油膜形成能力を低下させる。高速回転中においては、外部から振動及び衝撃が加えられると潤滑膜に作用する粘性せん断応力は局所的に増大し、潤滑油が劣化する大きな要因の１つとなる。その結果としてスリーブ部材３２及び回転軸４４のかじり、焼き付きが発生する。前述した劣化要因に加え、スラッジ、カーボン、磨耗粉、粉塵等が含まれた潤滑油が動圧発生溝に蓄積することでもスリーブ部材３２と回転軸４４のかじり、焼き付きまでの時間を加速させる要因である。溝深さが数μｍ程度の動圧発生溝３８が目詰まりを起こすと目的とする動圧力は得られず、軸剛性が低下、回転体の振動が増加する。構成によってはハーフホワール振動も発生する。また外部からの振動及び衝撃に対しても弱くなる。
【００４０】
以上述べた劣化した潤滑油及びスラッジ、カーボン、摩耗粉等の回転軸４４の回転に対する影響を、本実施形態の光偏向装置１０は以下のようにして除去した。
【００４１】
すなわち、摺動材から形成されたスラスト軸受部４２の摺動部外周に周回する溝４３を設けたことにより、前述した孔部３６の開口部で発生する摩耗粉や外部から浸入する粉塵、経時的に劣化した潤滑油等の沈殿物がスラスト方向下方に向かい、孔部３６の底部（スラスト軸受部４２）に到達する。さらに、上記沈殿物はスラスト軸受部４２に形成された溝４３に溜まる。したがって、スラスト軸受部４２と回転軸４４の端面４５の間に介在する沈殿物が減少するため、沈殿物の粘性によって発生する回転軸４４の摩擦トルクを抑制することができる。
【００４２】
また、溝４３は、スラスト軸受部４２において回転軸４４の端面４５が摺接する部位（以下、摺接部という）４８から所定距離をおいて形成されているため、回転軸４４の端面４５が溝４３の端部と接触して回転状態に影響を与えることはない。
【００４３】
なお、本実施形態では、溝４３をスラスト軸受部４２に形成したが、回転軸４４の端面４５に形成しても良い。
【００４４】
次に、本発明の第２実施形態に係る光偏向装置について説明する。第１実施形態と異なるのは、スラスト軸受部４２のみなので、この部分についてのみ図７を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様な構成要素は同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
スラスト軸受部４２に形成されている溝８０が摺動部４８から所定距離離間した位置から外周方向にスパイラル状に形成されている。なお、溝８０は、外周に向かって回転軸４４の回動方向（矢印Ａ方向）に湾曲して形成されており、回転軸４４の回動に伴って正圧を発生する動圧発生溝となる。
【００４６】
したがって、前述の沈殿物が回転軸４４に沿って孔部３６の底面に集まってきても溝８０に溜まるため、回転軸４４の端面４５とスラスト軸受部４２の間に挟まって回転軸４４の回転を妨げる（摩耗トルクを発生させる）ことを抑制できる。特に、溝８０が中心から外周に向かって回転軸４４の回転方向（矢印Ａ方向）へ湾曲して形成されているため、回転軸４４の回転に伴って外周に向かう流れを生じさせ、沈殿物を外周方向へ集めることができる。
【００４７】
続いて、本発明の第３実施形態に係る光偏向装置について説明する。第１実施形態と異なるのは、回転軸が水平に回動することと、沈殿物集積用の溝がスラスト軸受部に替わってラジアル軸受部に形成されたことである。そこで、ラジアル軸受部について説明し、第１実施形態と同様な構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
本実施形態に係る光偏向装置１０には、図８に示すように、プリント基板３０が立設され、これに垂直にモータ３１が配設されている。したがって、回転体３４は、水平状態に設置された回転軸４４を中心として回動される。
【００４９】
スリーブ部材３２のラジアル軸受部４０（孔部３６）の内周面には、図９に示すように、スラスト方向に延在する３本の動圧発生溝８２Ａ〜８２Ｃが周方向に所定間隔をおいて設けられ、回転軸４４をラジアル方向で支持している。この動圧発生溝８２の深さは数μｍ程度である。なお、スラスト軸受部４２は、第１実施形態と同様である。
【００５０】
このように構成される光偏向装置１０は、回転体３４が回動することによって発生する沈殿物は、重力によって孔部３６内で下方に集まるが、略重力方向下部に形成された動圧発生溝８２Ａ、８２Ｂの内部に溜まり、回転軸４４の回転状態に影響を与える（摩耗トルクの発生させる）ことを抑制できる。
【００５１】
なお、スラスト方向に回転軸４４を支持する機構は、駆動マグネット５２と電機子コイル群５４の間の磁気力で支持される磁気軸受でもよい。
【００５２】
最後に、本発明の第４実施形態に係る光偏向装置について説明する。本実施形態では光偏向装置１０のラジアル軸受部４０の内周面にヘリングボーン状の動圧発生溝を設けた点が第３実施形態と異なる。第３実施形態と同様な構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５３】
図１０（Ｂ）に示すように、ラジアル軸受部４０の内周面にはヘリングボーン状の動圧発生溝３８が形成され、その中心部に環状溝８４が形成されている。
【００５４】
このように構成されることによって、回転軸４４の回動により潤滑油および沈殿物は動圧発生溝３８から環状溝８４に流れ込み、比重の重い沈殿物は環状溝８４に溜まることになる。したがって、沈殿物が回転軸４４の回転に与える影響を最小限に抑制できる。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１記載の光偏向装置は、回転軸が略水平に回動する場合でも、ラジアル軸受部の内周面のスラスト方向に延在する３本の動圧発生溝を設け、略重力方向下部に２本の動圧発生溝を配置したことにより、回転軸と軸受部材との摺動によって発生する磨耗粉、外部から浸入する粉塵、経時的に劣化した潤滑油などの沈殿物を回転軸の回動を利用して、下部に配置した動圧発生溝に溜めることができ、回転軸の摩擦トルクを抑制できるので、結果として光偏向装置の寿命をより長く、安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係る光偏向装置の断面図である。
【図２】  本発明の第１実施形態に係る光偏向装置の分解断面図である。
【図３】  本発明の第１実施形態に係る光偏向装置の制御部を示すブロック図である。
【図４】  本発明の第１実施形態に係る光偏向装置の回転軸とスラスト軸受を示す図である。
【図５】  本発明の第１実施形態に係るスラスト軸受における摺動部と溝の関係を示す平面図である。
【図６】  本発明の第１実施形態に係る光偏向装置の動圧発生溝と潤滑油の流れを示す説明図である。
【図７】  本発明の第２実施形態に係る光偏向装置のスラスト軸受における摺動部と溝の関係を示す平面図である。
【図８】  本発明の第３実施形態に係る光偏向装置の断面図である。
【図９】  本発明の第３実施形態に係るラジアル軸受部の断面図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の第３実施形態に係る光偏向装置の断面図であり、（Ｂ）はスリーブ部材の断面図である。
【図１１】 本発明の第１実施形態に係る光偏向装置の動圧発生溝と潤滑油の流れを示す説明図である。
【図１２】  レーザプリンタの概略図である。
【図１３】  レーザプリンタにおける光走査装置を示す平面図である。
【図１４】  従来例に係る回転軸とスラスト軸受と蓄積する沈殿物の関係を示す図である。
【図１５】  従来例に係る回転軸とスラスト軸受の関係を示す図である。
【符号の説明】
１０    光偏向装置
２６    回転多面鏡
３２    スリーブ部材（軸受部材）
３４    回転体
３８    動圧発生溝
４０    ラジアル軸受部
４２    スラスト軸受部
４３    溝（凹部）
４４    回転軸
８０    溝（凹部）
８４    溝（凹部）
【図１】
0003697918.tif 000002
【図２】
0003697918.tif 000003
【図３】
0003697918.tif 000004
【図４】
0003697918.tif 000005
【図５】
0003697918.tif 000006
【図６】
0003697918.tif 000007
【図７】
0003697918.tif 000008
【図８】
0003697918.tif 000009
【図９】
0003697918.tif 000010
【図１０】
0003697918.tif 000011
【図１１】
0003697918.tif 000012
【図１２】
0003697918.tif 000013
【図１３】
0003697918.tif 000014
【図１４】
0003697918.tif 000015
【図１５】
0003697918.tif 000016