JP2008139449A - Polygon scanner motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばロータにポリゴンミラーを搭載して回転駆動するポリゴンスキャナモータに関する。 The present invention relates to a polygon scanner motor that is rotated by mounting a polygon mirror on a rotor, for example.
ポリゴンミラーが設けられたレーザービームプリンターや複写機などのＯＡ機器には、ポリゴンミラー等を高速回転駆動するポリゴンスキャナモータが用いられている。このポリゴンスキャナモータとしては、アウターロータ型のＤＣブラシレスモータが好適に用いられる。具体的には、ロータは、回転軸にカップ状のロータハウジングが支持されており、ロータハウジングにはポリゴンミラーが水平方向及び鉛直方向に位置決めして搭載される。ポリゴンミラーはばね等によりロータハウジングの搭載面に固定される。ロータの回転軸は、ステータハウジング部に回転可能に支持されている。 A polygon scanner motor that rotates a polygon mirror or the like at high speed is used in OA equipment such as a laser beam printer or a copying machine provided with a polygon mirror. As this polygon scanner motor, an outer rotor type DC brushless motor is preferably used. Specifically, the rotor has a cup-shaped rotor housing supported on a rotating shaft, and a polygon mirror is positioned and mounted on the rotor housing in the horizontal direction and the vertical direction. The polygon mirror is fixed to the mounting surface of the rotor housing by a spring or the like. The rotating shaft of the rotor is rotatably supported by the stator housing portion.
ポリゴンスキャナモータにおいては、ポリゴンミラーを回転させることによりミラー外周面が空気の抵抗を受け、風損といわれるエネルギー損失を生ずる。この風損はロータの回転速度が増大すればするほど増大し、モータ特性を低下させることから可及的に小さく抑えることが望ましい。また、ポリゴンミラーのミラー面の汚れ防止や保護を図ることが望ましい。このため、ポリゴンミラーの軸方向両面若しくは上面には円板状のディスクが設けられる技術が提案されている（特許文献１、２参照）。このディスクによりポリゴンミラーの周囲の空気が整流されて乱流の発生が抑えられ風損が抑えられる。
しかしながら、上述した従来の技術では、ミラー面数と厚みと風損の低減効果との間にはなんら言及がされていない。また、ディスクとミラーとの間に隙間を設けない場合にはかえって風損が大きくなる。
ポリゴンスキャナモータを使用したスキャナーユニットを小型化する場合、レーザー光の走査範囲を大きくするためポリゴンミラーの面数を少なくしたいという要求があるが、特にミラー面数を５面以下にした場合、風損の増大が著しいという課題がある。
However, in the above-described conventional technology, no mention is made between the number of mirror surfaces, the thickness, and the effect of reducing the windage loss. In addition, when there is no gap between the disk and the mirror, the windage loss is increased.
When downsizing a scanner unit that uses a polygon scanner motor, there is a demand to reduce the number of polygon mirrors in order to increase the scanning range of the laser beam. There is a problem that the increase in loss is remarkable.
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、ポリゴンミラーの面数が少ないロータの風損を低減し、エネルギー効率の改善を図ったポリゴンスキャナモータを提供することにある。 The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a polygon scanner motor in which the windage loss of a rotor having a small number of polygon mirror faces is reduced and energy efficiency is improved. There is to do.
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
ロータ軸の一端側にカップ状のロータハウジングが組付けられ、該ロータハウジングの上面側に周面が面取りされたポリゴンミラーが搭載されるポリゴンスキャナモータであって、前記ポリゴンミラーは、板厚２ｍｍ以上５面以下の面数のミラーで、少なくとも前記ポリゴンミラーの軸方向の一方側にはミラー径方向中途部から外周端部にわたって隙間を形成して環状部材が設けられていることを特徴とする。
また、前記環状部材はポリゴンミラーの軸方向両面に設けられることを特徴とする。
また、前記環状部材はポリゴンミラーの軸方向上面側のみに設けられることを特徴とする。
また、前記環状部材はポリゴンミラーの軸方向上面側に設けられ、ロータハウジングの対向面が上部環状部材と同径状の軸方向下面側の下部環状部材を兼用していることを特徴とする。
また、前記環状部材はポリゴンミラーの軸方向上面側に設けられ、前記ロータハウジングの上面部はミラー外接円の±１０％の半径を有し、ハウジング径方向中途部から外周端部にわたってミラーとの間に隙間が形成されていることを特徴とする。
また、前記環状部材は厚さ０．１ｍｍ以上、ミラー外接円の±１０％の半径を有する板材が用いられることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement.
A polygon scanner motor in which a cup-shaped rotor housing is assembled on one end side of a rotor shaft, and a polygon mirror having a chamfered peripheral surface is mounted on the upper surface side of the rotor housing, the polygon mirror having a thickness of 2 mm The number of mirrors is five or less, and at least one side in the axial direction of the polygon mirror is provided with an annular member by forming a gap from the middle part in the mirror radial direction to the outer peripheral end part. .
Further, the annular member is provided on both axial surfaces of the polygon mirror.
The annular member is provided only on the upper surface side in the axial direction of the polygon mirror.
The annular member is provided on the upper side in the axial direction of the polygon mirror, and the opposing surface of the rotor housing also serves as the lower annular member on the lower side in the axial direction having the same diameter as the upper annular member.
The annular member is provided on the upper surface side in the axial direction of the polygon mirror, and the upper surface portion of the rotor housing has a radius of ± 10% of the circumscribed circle of the mirror. A gap is formed between them.
The annular member is made of a plate material having a thickness of 0.1 mm or more and a radius of ± 10% of the circumscribed circle of the mirror.
上述したポリゴンスキャナモータを用いれば、ポリゴンミラーは、板厚２ｍｍ以上５面以下の面数のミラーで、少なくとも前記ポリゴンミラーの軸方向の一方側にはミラー径方向中途部から外周端部にわたって隙間が形成されて環状部材が設けられているので、ポリゴンミラーが回転すると隙間を隔てた環状部材との間で空気の整流作用が働くため、風損を低減する効果が得られる。
また、環状部材はポリゴンミラーの軸方向両面に設けた場合に風損を低減する効果が最も得られるが、環状部材はポリゴンミラーの軸方向上面のみに設けられていても良い。
ポリゴンミラーの軸方向下面側に環状部材を設ける代わりに、ロータハウジングの対向面が上部環状部材と同径状の軸方向下面側の下部環状部材を兼用していると、部品点数も少なくポリゴンミラーのロータハウジングに対する面倒れへの影響が少なく組付け精度を損なうことがない。また、ロータハウジングの上面部はミラー外接円の±１０％の半径を有し、ハウジング径方向中途部から外周部にわたってミラーとの間に隙間が形成されている場合も同様である。
更には、環状部材は厚さ０．１ｍｍ以上、ミラー外接円の±１０％の半径を有する板材が用いられると、ミラー面の汚れやモータの組付作業で発生し易い傷や打痕も適度に防げるので好適である。
By using the polygon scanner motor described above, the polygon mirror is a mirror having a plate thickness of 2 mm or more and 5 or less, and at least one side in the axial direction of the polygon mirror has a gap from the middle part in the radial direction of the mirror to the outer peripheral edge part. Since the annular member is provided and the polygon mirror rotates, the air rectification action works between the annular member and the annular member spaced apart from each other, so that the effect of reducing the windage loss can be obtained.
Further, when the annular member is provided on both sides of the polygon mirror in the axial direction, the effect of reducing the windage loss is most obtained. However, the annular member may be provided only on the upper surface in the axial direction of the polygon mirror.
Instead of providing an annular member on the lower side in the axial direction of the polygon mirror, if the opposing surface of the rotor housing also serves as the lower annular member on the lower side in the axial direction having the same diameter as the upper annular member, the number of parts is reduced and the polygon mirror is reduced. As a result, the assembly accuracy is not impaired. The same applies to the case where the upper surface portion of the rotor housing has a radius of ± 10% of the circumscribed circle of the mirror, and a gap is formed between the intermediate portion in the housing radial direction and the outer peripheral portion.
Furthermore, when the annular member is made of a plate material having a thickness of 0.1 mm or more and a radius of ± 10% of the circumscribed circle of the mirror, dirt on the mirror surface and scratches and dents that are likely to occur during motor assembly work are moderate. This is preferable.
以下、本発明に係るポリゴンスキャナモータの最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態のポリゴンスキャナモータは、カップ状のロータハウジングにポリゴンミラーを水平方向及び鉛直方向に位置を合わせて搭載したロータと、ロータの回転軸を回転可能に支持するステータハウジングにプリント基板とステータコアが組み付けられるステータを備えたアウターロータ型のＤＣブラシレスモータが好適に用いられる。 The best mode of a polygon scanner motor according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The polygon scanner motor according to the present embodiment includes a rotor in which a polygon mirror is mounted in a cup-shaped rotor housing with the horizontal and vertical positions aligned, and a stator housing that rotatably supports the rotation shaft of the rotor. An outer rotor type DC brushless motor having a stator to which is assembled is suitably used.
図１を参照して、ポリゴンスキャナモータの概略構成について説明する。
ロータ１は、カップ状のロータハウジング２が用いられる。ロータハウジング２には軸孔３が穿孔されており、該軸孔３には回転軸４が圧入若しくは焼嵌めなどにより一体に固定されている。
A schematic configuration of the polygon scanner motor will be described with reference to FIG.
As the rotor 1, a cup-shaped rotor housing 2 is used. A shaft hole 3 is bored in the rotor housing 2, and a rotating shaft 4 is integrally fixed to the shaft hole 3 by press fitting or shrink fitting.
図１において、ロータハウジング２の上面にはポリゴンミラー５が搭載されており、押さえバネ６によりロータハウジング２の上面に押圧されている。押さえバネ６は、軸孔３の周囲に起立形成された円筒部に嵌め込まれるＣ型止め輪７により固定されている。また、ロータハウジング２の内周面には、リング状のマグネット８が固着されている。マグネット８は、周方向にＮ極とＳ極とで交互に着磁されている。 In FIG. 1, a polygon mirror 5 is mounted on the upper surface of the rotor housing 2 and is pressed against the upper surface of the rotor housing 2 by a pressing spring 6. The holding spring 6 is fixed by a C-type retaining ring 7 that is fitted into a cylindrical portion that is formed upright around the shaft hole 3. A ring-shaped magnet 8 is fixed to the inner peripheral surface of the rotor housing 2. The magnet 8 is magnetized alternately with N and S poles in the circumferential direction.
図１において、ステータ９は、ステータハウジング１０には動圧軸受１１を介して回転軸４が同軸に組み込まれている。ステータハウジング１０は、外径の異なる円筒部分が連続して形成されており、小径の部分にはステータコア１２が接着剤を介して嵌め込まれ、大径の部分にはプリント基板１３が固定されている。ステータハウジング１０には、モータ基板１３側より孔径段差を利用してスラスト受１４が嵌め込まれている。スラスト受１４は、回転軸４の軸端（下端）を受けて軸端位置を規定している。 In FIG. 1, a stator 9 has a rotating shaft 4 coaxially incorporated in a stator housing 10 via a dynamic pressure bearing 11. The stator housing 10 is formed by continuously forming cylindrical portions having different outer diameters, a stator core 12 is fitted into the small diameter portion via an adhesive, and a printed circuit board 13 is fixed to the large diameter portion. . A thrust receiver 14 is fitted into the stator housing 10 using a hole diameter step from the motor substrate 13 side. The thrust receiver 14 receives the shaft end (lower end) of the rotating shaft 4 and defines the shaft end position.
ステータコア１２は、放射状に設けられたステータ磁極部（ティース部）が設けられており、各ステータ磁極部には、例えば３相分のステータコイル１５が巻回されている。ステータコア１２としては、例えばプレスにより打ち抜きされたケイ素鋼鈑が積層された積層コアが用いられる。 The stator core 12 is provided with radially provided stator magnetic pole portions (teeth portions). A stator coil 15 for three phases, for example, is wound around each stator magnetic pole portion. As the stator core 12, for example, a laminated core in which silicon steel plates punched by a press are laminated is used.
また、プリント基板１３は、ステータハウジング１０に回転軸４と直交する向きにかしめられている。このモータ基板１３は、モータ駆動回路を構成する電子部品が搭載されている他に、マグネット８の端面に対向して磁極センサ（例えばホールセンサ）が同一基板上に設けられている。磁極センサはマグネット８の漏れ磁束からロータ１の磁極位置を検出する。磁極センサにより検出されたロータ１の回転位置に応じて、モータ駆動回路はステータコイル１５への通電を当該ロータ１の回転を付勢する方向へ切り換える。 The printed circuit board 13 is caulked to the stator housing 10 in a direction orthogonal to the rotation shaft 4. The motor substrate 13 is mounted with electronic components constituting a motor drive circuit, and a magnetic pole sensor (for example, a Hall sensor) is provided on the same substrate so as to face the end surface of the magnet 8. The magnetic pole sensor detects the magnetic pole position of the rotor 1 from the leakage magnetic flux of the magnet 8. In accordance with the rotational position of the rotor 1 detected by the magnetic pole sensor, the motor drive circuit switches the energization to the stator coil 15 in a direction for energizing the rotation of the rotor 1.
図１において、ロータハウジング２は、金属材料を例えば切削加工を行なって段付カップ状に形成される。このロータハウジング２の中心部に突設された円筒部１６とその周囲に該円筒部１６と略直交する向きにミラー搭載部１７が形成されている。円筒部１６をポリゴンミラー５の中心孔１８に挿入することで、ポリゴンミラー５はミラー搭載部１７に密着して支持される。 In FIG. 1, the rotor housing 2 is formed in a stepped cup shape by, for example, cutting a metal material. A cylindrical portion 16 protruding from the central portion of the rotor housing 2 and a mirror mounting portion 17 are formed around the cylindrical portion 16 in a direction substantially orthogonal to the cylindrical portion 16. By inserting the cylindrical portion 16 into the center hole 18 of the polygon mirror 5, the polygon mirror 5 is supported in close contact with the mirror mounting portion 17.
ポリゴンミラー５は、板厚２ｍｍ以上５面以下の面数のミラーが用いられ、少なくともポリゴンミラー５の軸方向の一方側には環状部材（ディスク）１８が重ね合わせてロータハウジングに同軸状に一体に組付けられている。図７において、板厚２ｍｍより小さく５面より多い面数のポリゴンミラー５の場合（例えば６面ミラーの場合）、図６においてディスク１８の取り付けによりかえって風損が大きくなるからである。図１では、ポリゴンミラー５の軸方向の両側面にディスク１８が設けられている。ディスク１８の大きさは、厚さ０．１ｍｍ以上、ミラー外接円より±１０％の半径、より好ましくは±３％の半径を有する板材（金属板、樹脂材など）が用いられる。 The polygon mirror 5 is a mirror having a plate thickness of 2 mm or more and 5 or less, and an annular member (disk) 18 is overlapped at least on one side in the axial direction of the polygon mirror 5 so as to be coaxial with the rotor housing. It is assembled to. In FIG. 7, in the case of the polygon mirror 5 having a plate thickness of less than 2 mm and more than five surfaces (for example, in the case of a six-sided mirror), the windage loss is increased by attaching the disk 18 in FIG. In FIG. 1, disks 18 are provided on both side surfaces of the polygon mirror 5 in the axial direction. The disk 18 is a plate material (metal plate, resin material, etc.) having a thickness of 0.1 mm or more and a radius of ± 10% from the circumscribed circle of the mirror, more preferably a radius of ± 3%.
図１において、ポリゴンミラー５の軸方向上面側のディスク１８は、押さえバネ６によりミラー上面部５ａに一体組み付けられている。また、軸方向上面側のディスク１８はミラー下面部５ｂとミラー搭載部１７に挟み込まれて一体に組み付けられている。上下のディスク１８は、ポリゴンミラー５との間にミラー径方向中途部から外周端部にわたって隙間１９が形成されている。これにより、ポリゴンミラー５が回転すると隙間１９を隔ててディスク１８との間で空気の整流作用が働くため、風損を低減することができる。 In FIG. 1, the disk 18 on the upper side in the axial direction of the polygon mirror 5 is integrally assembled to the mirror upper surface portion 5 a by the holding spring 6. Further, the disk 18 on the upper surface side in the axial direction is sandwiched between the mirror lower surface portion 5b and the mirror mounting portion 17 and assembled together. A gap 19 is formed between the upper and lower disks 18 and the polygon mirror 5 from the middle part in the mirror radial direction to the outer peripheral edge part. As a result, when the polygon mirror 5 rotates, air rectification acts between the disk 18 with the gap 19 therebetween, so that windage loss can be reduced.
図１はポリゴンミラー５の軸方向両面にディスク１８を重ね合わせたが、片面のみに設けても良い。
図２において、ディスク１８はポリゴンミラー５のミラー上面部５ａに押さえバネ６により一体組み付けられている。また、ロータハウジング２のカップ底部（図２のミラー塔載部１７が形成される部位）の外径が厚肉になっており、ディスク１８と同径状に形成されている。即ち、ロータハウジング２の、ミラー塔載部１７が軸方向下面側のディスク１８を兼用している。ディスク１８とポリゴンミラー５との間、ミラー下面部５ｂとミラー塔載部１７との間には、ミラー径方向中途部から外周端部にわたって隙間１９が各々形成されている。
In FIG. 1, the disks 18 are superimposed on both sides of the polygon mirror 5 in the axial direction, but may be provided only on one side.
In FIG. 2, the disk 18 is integrally assembled to the mirror upper surface portion 5 a of the polygon mirror 5 by the holding spring 6. Further, the outer diameter of the bottom of the cup of the rotor housing 2 (the portion where the mirror tower 17 of FIG. 2 is formed) is thick and is formed in the same diameter as the disk 18. That is, the mirror tower 17 of the rotor housing 2 also serves as the disk 18 on the lower side in the axial direction. A gap 19 is formed between the disk 18 and the polygon mirror 5 and between the mirror lower surface portion 5b and the mirror tower 17 from the midway portion in the mirror radial direction to the outer peripheral end portion.
或いは、図３において、ポリゴンミラー５の軸方向上面のみにディスク１８が重ね合わせて設けられていても良い。ロータハウジング２は図１と同形状であり、ポリゴンミラー５とディスク１８の外形はハウジング外径より大きいものが用いられる。ロータハウジング２の上面部はミラー外接円の±１０％より好ましくは±３％の半径を有している。ディスク１８とポリゴンミラー５との間にはミラー径方向中途部から外周端部にわたって隙間１９が形成され、ミラー下面部５ｂとミラー塔載部１７との間には、ハウジング径方向中途部から外周部にわたって隙間１９が形成されている。 Alternatively, in FIG. 3, the disk 18 may be provided so as to overlap only on the upper surface in the axial direction of the polygon mirror 5. The rotor housing 2 has the same shape as that shown in FIG. 1, and the outer shape of the polygon mirror 5 and the disk 18 is larger than the outer diameter of the housing. The upper surface portion of the rotor housing 2 has a radius of ± 10%, more preferably ± 3% of the circumscribed circle of the mirror. A gap 19 is formed between the disk 18 and the polygon mirror 5 from the middle part in the mirror radial direction to the outer peripheral end part, and between the mirror lower surface part 5b and the mirror tower part 17 from the middle part in the housing radial direction to the outer circumference. A gap 19 is formed across the portion.
図２若しくは図３の態様において、ポリゴンミラー５の軸方向下面側のディスク１８を省略でき部品点数も少なくポリゴンミラー５のロータハウジング２に対する面倒れへの影響が少なく組付け精度を損なうことがない。 2 or 3, the disk 18 on the lower side in the axial direction of the polygon mirror 5 can be omitted, the number of parts is small, the influence of the polygon mirror 5 on the rotor housing 2 is not adversely affected, and the assembly accuracy is not impaired. .
図４及び図５において、板厚２ｍｍで４面ミラーと５面ミラーを用いた場合の上下ディスク１８の有無に応じた回転数と風損との関係を示すグラフ図を示す。
ロータの回転数が増大するほど風損の低減効果が大きくなることが分かる。また、図７において、ディスク１８を用いた場合、５面ミラーより４面ミラーのほうが、回転数が増大するにしたがって風損低減効果が大きいことも判明した。また、図６において、例えば板厚２ｍｍで６面以上のミラーの場合、回転数が増大してもディスク１８による風損低減効果は認められないことも判明した。
4 and 5 are graphs showing the relationship between the rotational speed and the windage loss depending on the presence or absence of the upper and lower disks 18 when a 4-sided mirror and a 5-sided mirror are used with a plate thickness of 2 mm.
It can be seen that the effect of reducing the windage loss increases as the rotor speed increases. Further, in FIG. 7, when the disk 18 is used, it has been found that the four-sided mirror has a larger wind loss reduction effect as the rotational speed increases than the five-sided mirror. Further, in FIG. 6, for example, in the case of a mirror having a plate thickness of 2 mm and six or more surfaces, it has been found that the effect of reducing the wind loss by the disk 18 is not recognized even when the rotational speed is increased.
１ ロータ
２ ロータハウジング
３ 軸孔
４ 回転軸
５ ポリゴンミラー
５ａ ディスク上面部
５ｂ ディスク下面部
６ 押さえバネ
７ 止め輪
８ マグネット
９ ステータ
１０ ステータハウジング
１１ 動圧軸受
１２ ステータコア
１３ プリント基板
１４ スラスト受
１５ ステータコイル
１６ 円筒部
１７ ミラー搭載部
１８ ディスク
１９ 隙間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 2 Rotor housing 3 Shaft hole 4 Rotating shaft 5 Polygon mirror 5a Disk upper surface part 5b Disk lower surface part 6 Retaining spring 7 Retaining ring 8 Magnet 9 Stator 10 Stator housing 11 Dynamic pressure bearing 12 Stator core 13 Printed circuit board 14 Thrust receiver 15 Stator coil 16 Cylindrical part 17 Mirror mounting part 18 Disc 19 Clearance
Claims (6)
前記ポリゴンミラーは、板厚２ｍｍ以上５面以下の面数のミラーで、少なくとも前記ポリゴンミラーの軸方向の一方側にはミラー径方向中途部から外周端部にわたって隙間を形成して環状部材が設けられているポリゴンスキャナモータ。 A polygon scanner motor in which a cup-shaped rotor housing is assembled on one end side of the rotor shaft, and a polygon mirror having a chamfered peripheral surface is mounted on the upper surface side of the rotor housing,
The polygon mirror is a mirror having a plate thickness of 2 mm or more and 5 or less surfaces, and at least one side of the polygon mirror in the axial direction is provided with an annular member by forming a gap from the middle part in the radial direction of the mirror to the outer peripheral end part. Polygon scanner motor.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081209 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090205 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100406 |