(57)【要約】【課題】レーザビームプリンタやレーザビーム複写機のレーザ走査用に使用されるポリゴンミラースキャナモータにおいて、コイル鉄心部で発生する軸受負荷荷重によるスリーブのすりこぎ運動を解決し、軸受内偏芯率を最小限に抑制することができ、高精度で且つ長寿命化が可能な構造を提案することを目的とする。【解決手段】２組の動圧発生溝の１方の折り返し部１０４ａを、ポリゴンミラー１０６と対向した位置に配置し、他方の動圧発生溝の折り返し部１０５ａは、磁気回転力を発生させるコイル鉄心部１０８と対向した位置に配置することにより、ポリゴンミラー１０６による軸受負荷荷重と、コイル鉄心部１０８に生じる軸受負荷荷重を、それぞれの動圧発生溝が正対した位置で軸支し、軸受内偏芯率を最小限に抑制することにより、高精度で且つ長寿命にすることを特徴とするポリゴンミラースキャナモータが得られる。【選択図】図１
2007002856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板に直接又はハウジングを介して固定された固定軸に回転自在に挿入されたスリーブの内面には、２組の動圧発生溝が設けられ、それぞれの動圧発生溝は折り返し部を有するＶ溝を形成しており、１方の動圧発生溝の折り返し部は、ポリゴンミラーの重心位置とおおよそ対向した位置に他方の動圧発生溝の折り返し部は、駆動トルクを発生させるコイル鉄心部のスラスト方向中心部とおおよそ対向した位置に配置したことを特徴とするポリゴンミラースキャナモータ。
【請求項２】
ポリゴンミラー側の動圧発生溝より、コイル鉄心側の動圧発生溝の長さを長く設定した請求項１記載のポリゴンミラースキャナモータ。
【請求項３】
シャフトの外径又はスリーブの内径寸法をΦＤとした場合、Φ２≦ΦＤ≦Φ３に設定した請求項１のポリゴンミラースキャナモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザビームプリンタやレーザ複写機などのレーザ走査に用いられ、特に、高速回転・低消費電力化・小型化、長寿命化に適したポリゴンミラースキャナモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この高速回転・高精度・長寿命に適するポリゴンミラースキャナモータの一つとして、下記のようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７に従来のポリゴンミラースキャナモータの構造を示す。図７において固定軸１０１がベース板１０２に直接固定されており、スリーブ１０３は前記固定軸１０１に回転可能に挿入された構成において、固定軸１０１またはスリーブ１０３の少なくともいずれか一方には、回転により動圧を発生させる溝１１５（以降、動圧発生溝と呼ぶ）が配置されており、動圧軸受部を形成している。
【０００４】
ポリゴンミラー１０６の厚み方向の重心位置１０６ａは、前記動圧軸受部の中心１１４に位置するように配されている。
【特許文献１】特許第３３１２６９５号公報（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の構成では、ポリゴンミラー１０６のスラスト方向中心、いわゆる、ポリゴンミラーの重心位置１０６ａを、動圧軸受部の中心１１４に配置することにより、ポリゴンミラー１０６の回転中の偏芯は抑制される傾向にあるものの、現実には、ポリゴンミラー１０６による動圧軸受部への負荷荷重に対し、コイル鉄心部１０８に通電し、対向する位置に配されたロータマグネット１１０との間で、回転体を駆動させる為に発生させる磁気回転力の方が、動圧軸受部への負荷荷重としては、大きくなる場合が多く、ポリゴンミラー１０６の重心位置１０６ａを動圧軸受部の中心に配置し、ポリゴンミラー１０６の偏芯を抑制しようとした場合においても、前記、磁気回転力の影響により、反ポリゴンミラー側がすりこぎ運動をすることによって、ポリゴンミラー１０６も、すりこぎ運動をしてしまい、偏芯してしまうという課題があった。また、特に、３００００〜５００００ｍｉｎ-1といった高速回転化が求められている中で、動圧軸受部を磁気回転力が生じるコイル鉄心部１０８から離れた位置に配する場合、コイル鉄心部１０８で発生する磁気回転力によるすりこぎ運動が、動圧軸受部へ与える影響が大きく、一般的に起動停止を繰り返して使用されるポリゴンミラースキャナモータにとっては、軸受寿命を著しく低下させるという課題を有しており、この課題を解決する為に、固定軸１０１の径を大きくし、軸受剛性を高める構造をとることとなるが、この場合、軸受損失の増大による消費電力の増加や、モータの小型化が困難になるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、軸受寿命を低下させることなく、回転から生じる軸受部への負荷荷重を軽減し、且つ、低消費電力化、小型化に適したポリゴンミラースキャナモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、２組の動圧発生溝の内、１方の動圧発生溝の折り返し部を、ポリゴンミラーの重心位置とおおよそ対向した位置に、他方の動圧発生溝の折り返し部を、駆動トルクを発生させるコイル鉄心部のスラスト方向中心部とおおよそ対向
した位置に配置することにより、ポリゴンミラーによる軸受負荷荷重と、コイル鉄心部に生じる軸受負荷荷重を、回転より動圧発生溝で生じる軸支力（以降、動圧と呼ぶ）の発生が極めて少ない動圧発生溝端部を避け、それぞれの動圧発生溝の折り返し部とおおよそ正対した位置で軸支することで、動圧軸受部の偏芯量を最小限に抑制できると共に、高精度で且つ長寿命にすることを特徴とするポリゴンミラースキャナモータ。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、ポリゴンミラーによる軸受負荷荷重が作用するポリゴンミラーの重心位置と、コイル鉄心部に生じる軸受負荷荷重が作用するコイル鉄心部のスラスト方向中心部に、それぞれの動圧発生溝により発生する動圧、いわゆる軸受荷重力が安定して得られる動圧発生溝の折り返し部とおおよそ正対した位置で軸支することで、軸受隙間に対する回転体（スリーブ）の偏芯量（以降、軸受内偏芯率）を最小限に抑制することができ、高精度で且つ長寿命という有利な効果が得られる。
【０００９】
また、請求項３記載の発明によれば、軸受内偏芯率を低下させること無く、軸受損失を低減できるという効果が得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明は、ベース板に直接又はハウジングを介して固定された固定軸に回転自在に挿入されたスリーブの内面には、２組の動圧発生溝が設けられ、それぞれの動圧発生溝は折り返し部を有するＶ溝を形成しており、１方の動圧発生溝の折り返し部は、ポリゴンミラーの重心位置とおおよそ対向した位置に、他方の動圧発生溝の折り返し部は、駆動トルクを発生させるコイル鉄心部のスラスト方向中心部とおおよそ対向した位置に配置することで、軸受内偏芯率を最小限に抑制することができるという作用を有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、ポリゴンミラー側の動圧発生溝より、コイル鉄心部側の動圧発生溝の長さを長く設定した請求項１記載のポリゴンミラースキャナモータとしたものであり、常に一定負荷荷重を発生するポリゴンミラーに対し、コイル鉄心部には、停止状態から定格回転数まで、急速に立ち上げる起動時は、ポリゴンミラースキャナモータが有する最大の磁気回転力が発生すると共に、定常回転時には、ある一定の周期を持った磁気回転力が生じる変動負荷荷重を抑制し、ポリゴンミラー側の動圧軸受部の軸受内偏芯率とコイル鉄心側の動圧軸受部で発生する軸受偏芯率をおおよそ同じ、又は、小さくすることにより、すりこぎ運動を抑制し、間欠運転時の寿命を長寿命化するという作用を有する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、固定軸の外径又はスリーブの内径寸法をΦＤとした場合、Φ２≦ΦＤ≦Φ３に設定した請求項１及び請求項２のポリゴンミラースキャナモータとしたものであり、固定軸の径を大きくすることによる軸受損失の増加を避け、軸受内偏芯率を悪化させることなく、また、軸のたわみ量が許容できる最適な範囲に設定することが可能な作用を有する。
【実施例】
【００１３】
以下本発明のより具体的な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１におけるポリゴンミラースキャナモータの構造断面図である
。
図１において、図７と同じ構成については、同じ符号を用い説明を省略する。
【００１５】
固定軸１０１は、ベース板１０２に直接又はハウジング１０７を介して固定されており
、前記固定軸１０１に回転自在に挿入されたスリーブ１０３の内面には、２組の動圧発生溝１０４及び１０５が設けられている。ベース板１０２には、コイル鉄心部１０８が配されており、スリーブ１０３には、ロータフレーム１０９を介してロータマグネット１１０が、コイル鉄心部１０８と対向するように締結固定されると共に、ポリゴンミラー１０６が備え付けられている。スリーブ１０３の内面に施された動圧発生溝１０４の折り返し部１０４ａは、ポリゴンミラー１０６のスラスト方向の中心、いわゆるポリゴンミラーの重心位置１０６ａと、もう一方の動圧発生溝１０５の折り返し部１０５ａはコイル鉄心部１０８のスラスト方向中心部１０８ａとおおよそ対向する位置となるように構成されている。
【００１６】
図２ａは、本発明によるポリゴンミラースキャナモータにおける動圧発生溝１０４及び１０５の詳細を示した軸受断面図であり、図２ｂは動圧発生溝１０４の折り返し部１０４ａ及び動圧発生溝１０５の折り返し部１０５ａと、前記動圧発生溝１０４及び１０５の端部１０４ｂ及び１０５ｂに回転により生じる動圧の分布を示した模式図である。
【００１７】
図３は、本発明によるポリゴンミラースキャナモータと従来の構成での３００００ｍｉｎ-1中における固定軸１０１に対するスリーブ１０３の偏芯量を軸受内偏芯率として示したグラフである。
【００１８】
上記構成により、コイル鉄心部１０８とロータマグネット１１０との間で、磁気回転力を発生させ、ポリゴンミラー１０６を回転させた場合、ポリゴンミラー１０６の重心位置１０６ａ部に遠心力による軸受負荷荷重が働きコイル鉄心部１０８のスラスト方向の中心部１０８ａには、磁気回転力による軸受負荷荷重が働くと共に、回転により動圧発生溝１０４及び１０５部には、図２ｂに示す通り、動圧が発生する。
【００１９】
前記軸受負荷荷重と回転から生じる動圧の関係により、固定軸１０１とスリーブ１０３がすりこぎ運動を始めることとなるが、前記すりこぎ運動の影響を最も受ける部分として、動圧発生溝１０４及び１０５内で動圧の発生が最も少ない、動圧発生溝１０４及び１０５の端部１０４ｂと及び１０５ｂとなるが、それぞれの軸受負荷荷重が生じるポリゴンミラー１０６の重心位置１０６ａ及びコイル鉄心部１０８のスラスト方向中心部１０８ａと動圧が最も高く発生する動圧発生溝１０４及び１０５の折り返し部１０４ａ及び１０５ａをおおよそ正対し対抗した位置に配置することにより、前記負荷荷重を安定して軸支し、図３に示す通り軸受内偏芯率を０℃から８０℃の環境内において１０％以下に抑制でき、回転体のすりこぎ運動を抑制することで、高精度で且つ長寿命なポリゴンミラースキャナモータが得られる。
【００２０】
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２におけるスリーブの構造断面図である。
【００２１】
図４において、スリーブ１０３の内面は、動圧発生溝１０４と１０５が設けられており
、
ポリゴンミラーと対向した位置にある動圧発生溝１０４より、コイル鉄心部と対向した位
置にある動圧発生溝１０５の長さを長く設定されている。
【００２２】
図５は、回転開始時の軸受負荷荷重を示した構造断面図である。
【００２３】
図５において、動圧流体軸受の特徴として、回転体が停止状態の場合、シャフト１０１とスリーブ１０３は動圧発生溝１０４、１０５の任意の位置で接触状態となっているが、回転体が回転を始めることにより、動圧発生溝１０４、１０５部には、回転数に比例した
動圧が発生する。
【００２４】
動圧流体軸受を搭載したポリゴンスキャナモータの場合、起動停止を繰り返す、いわゆる間欠運転で使用されるケースが一般的であり、この間欠運転寿命に大きく影響を及ぼす動圧発生溝１０４、１０５部に働く負荷荷重は、ラジアル方向に磁気回転力を発生させるコイル鉄心部１０８と対向した位置にある動圧発生溝１０５とポリゴンミラー１０６と対向した位置にある動圧発生溝１０４とでは異なる。
【００２５】
固定軸に回転自在に挿入されたスリーブで構成される流体軸受の場合、回転体の支点は、シャフト１０１の先端であるスラスト方向支点１１３であるが、回転体の起動初期においては、ポリゴンミラー１０６と対向した位置にある動圧発生溝１０４に作用する軸受負荷荷重１１１は、回転体の質量が重力方向に働くだけであるの対して、磁気回転力を発生させるコイル鉄心部１０８と対向した位置にある動圧発生溝１０５には、モータ姿勢に関係無く、スラスト方向支点１１３から離れた位置で、動圧軸受１０５と対向するように磁気回転力が働くことがわかる。起動開始時においては、前記軸受負荷荷重の関係が顕著であり、また、動圧発生溝１０５に作用する軸受負荷荷重１１２はポリゴンミラースキャナモータが有する最大の磁気回転力が発生している。
【００２６】
この実施例によれば、回転開始時にスラスト方向に働く軸受負荷１１１を軸支する動圧発生溝１０４の長さに対し、スラスト方向支点１１３から離れた位置でラジアル方向に働く軸受負荷荷重１１２を軸支する動圧発生溝１０５の長さを長く設定することにより、ポリゴンミラースキャナモータの回転開始時のすりこぎ運動を抑制し、特に間欠運転時の寿命を長寿命化すると共に、２組の動圧発生溝１０４、１０５の長さを最適化することで、小型化薄型化が可能となる。
【００２７】
（実施例３）
図６ａは、本発明の実施例３における固定軸１０１の外径と軸受損失を示したグラフであり、図６ｂは、固定軸１０１の外径とたわみ量の関係を示したグラフである。
【００２８】
一般的に、固定軸１０１の外径を大きくした場合、軸受損失が増大し消費電力が増加することが知られている。
【００２９】
逆に、固定軸１０１の外径を小さくすることで、軸受損失を低減することが可能となる
。
【００３０】
一方で、固定軸１０１のたわみ量は、固定軸１０１の外径と反比例の関係にあり、固定軸１０１の外径を小さくすることにより、たわみ量は増加していく。
【００３１】
高速回転且つ、低消費電力、回転精度が求められるポリゴンミラースキャナモータにおいて、固定軸１０１の外径をΦ２≦ΦＤ≦Φ３の範囲に設定することにより、軸受損失を低減し、固定軸１０１のたわみ量も著しく悪化することが無く、低消費電力化、小型化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のポリゴンミラースキャナモータは、ポリゴンミラーによる軸受負荷荷重と、コイル鉄心部に生じる軸受負荷荷重を、スリーブの内面に施された動圧発生溝のそれぞれの折り返し部とおおよそ正対した位置で軸支することで、軸受内偏芯率を最小限に抑制する有利な効果を有し、高速回転、高精度、低消費電力、小型化で且つ長寿命が求められるレーザビームプリンタ等のレーザスキャン用に適したポリゴンミラースキャナモータとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１におけるポリゴンミラースキャナモータを示す構造断面図
【図２】（ａ）本発明の実施例１におけるポリゴンミラースキャナモータの動圧軸受部を示した詳細図、（ｂ）本発明の実施例１における動圧軸受部の動圧発生状態を示した模式図
【図３】本発明の実施例１におけるポリゴンミラースキャナモータの動作説明のための軸受内偏芯率を示したグラフ
【図４】本発明の実施例２におけるポリゴンモータを示すスリーブ構造断面図
【図５】本発明の実施例２におけるポリゴンモータの動作説明のための回転開始時の軸受負荷加重を示す構造断面図
【図６】（ａ）本発明の実施例３におけるシャフト外径と軸受損失の関係を示したグラフ、（ｂ）本発明の実施例３におけるシャフト外径とたわみ量の関係を示したグラフ
【図７】従来のポリゴンミラースキャナモータの構造断面図
【符号の説明】
【００３４】
１０１    シャフト
１０２    ベース板
１０３    スリーブ
１０４、１０５、１１５    動圧発生溝
１０４ａ、１０５ａ    動圧発生溝１０４及び１０５の折り返し部
１０４ｂ、１０５ｂ    動圧発生溝１０４及び１０５の端部
１０６    ポリゴンミラー
１０６ａ    ポリゴンミラー１０６の重心位置
１０７    ハウジング
１０８    コイル鉄心部
１０８ａ    コイル鉄心部のスラスト方向中心部
１０９    ロータフレーム
１１０    ロータマグネット
１１１    動圧発生溝１０４に作用する軸受負荷荷重
１１２    動圧発生溝１０５に作用する軸受負荷荷重
１１３    スラスト方向支点
１１４    動圧軸受部の中心位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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