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ポリゴンミラースキャナモータ - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 ポリゴンミラースキャナモータ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−2856(P2007−2856A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−180109(P2005−180109)
出願日 平成17年6月21日(2005.6.21)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 松本 才明 / 前谷 昭光 / 角 正貴 / 福井 康嗣
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。
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




 

 


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