JPS6270811A - 空気・磁気軸受型光偏向器 - Google Patents

空気・磁気軸受型光偏向器

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JPS6270811A
JPS6270811A JP21056385A JP21056385A JPS6270811A JP S6270811 A JPS6270811 A JP S6270811A JP 21056385 A JP21056385 A JP 21056385A JP 21056385 A JP21056385 A JP 21056385A JP S6270811 A JPS6270811 A JP S6270811A
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air
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岩間 明彦
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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】 技術分野 この発明は、レーザプリンタやディジタル複写機、ファ
クシミリ、その他各種のレーザ偏向器を備えた光学的情
報処理装置で使用するのに好適な、コアレス扁平DCブ
ラシレスモータ方式を採用した超小形の光偏向器に係る
さらに具体的にいえば、ラジアル軸受として動圧空気軸
受、スラスト軸受として磁気軸受を使用して光偏向器を
構成することにより、起動時や停止時における軸受部の
摩擦を少なくして、光偏向器の長寿命化を計るととも番
;、偏平型の簡単な構造にすることにより1部品点数の
減少、加工性。
組立性の容易化を可能にして、光偏向器の小型化と、イ
ナーシャを大きくしてジッター特性の改善とを実現し、
さらに、ヒステリシス・シンクロナスモータの原理を応
用することによって、簡単な制御回路で正確な速度制御
が行えるようにした光偏向器に関する。
史來伎肯 従来から、レーザプリンタのレーザ偏向器や、ディジタ
ル複写機のレーザ偏向器、ファクシミリのレーザ偏向器
、あるいはPO8端末器のバーコードリーダ等の各種光
学的情報処理装置では、読取り用や書込み用のレーザ光
を偏向するために、ポリゴンミラー(多面鏡)を使用し
た光偏向器が用いられている。
このポリゴンミラーを使用した光偏向器は、偏向速度が
速く、しかも連続的な光偏向が可能なため、高速度かつ
高精度の情報の記録、あるいは読取りを行うことができ
る。
第5図は、従来の回転多面鏡型光偏向器の光学系の原理
を説明するための図である。図面において、41は回転
多面鏡体で、41aはその回転軸、42はレーザユニッ
ト、43はレンズ系、44は感光ドラムで、44aはそ
の回転軸を示す。
この第5図に示すように、レーザ走査光学系は、ディジ
タル信号によって発光、停止を行うレーザユニット42
と、外周に感光体が層持される感光ドラム44と、この
レーザ光を感光ドラム44の回転軸44aの軸方向に偏
向、走査する回転多面鏡体41と、レンズ系43とから
構成されている。
このようなレーザ光偏向器を使用した画像出力装置、例
えばレーザプリンタでは、特に、ポリゴンミラーの回転
ムラに起因する画像ジッターが問題になっている。
ところで、この種の光偏向器としては、従来から、マグ
ネット界磁DCブラシレスモータ方式のものが知られて
いる。
すなわち、このDCブラシレスモータのロータを円筒状
磁石とし、回転多面鏡を取付けた中空軸(いわゆる回転
多面体)をロータ磁石の内径に固着する。そして、この
回転多面体の内径部に固定軸を設け、回転多面体の内径
部表面と、固定軸の外径部表面とで動圧空気軸受を構成
するようにしている。
第6図(1)〜(3)は、従来の動圧空気軸受による回
転多面鏡型光偏向器について、その要部構成の一例を示
す構造図で、図(1)は縦断面図、図(2)は図(1)
のA−A線断面図、図(3)は図(1)のB−B線断面
図である。図面において、51は金属製の回転多面鏡体
で、51aはその複数の鏡面部、51bは内部嵌合部、
52はスラスト止めで、52aはその球面部、52bは
貫通孔、53はバランスリング、54は4極のロータマ
グネット、61は固定軸で、61. aはその外径部、
61bは上端部、62はステータ、63はステータ62
用の取付はネジ、64は位置検出用の素子で、64aと
64bはその1対のホール素子、65はプリント板、6
6は回転速度検出用のホールIC素子、67は引出し線
、71は筐体、72はエンドブラケットで、72aはそ
の内径部、73は上蓋で、73aはそのビーム入射用窓
部、74は偏向ビーム結像用レンズ、75は回転子の軸
方向上向きの動きを制限する部材、76は下カバー、7
7はエンドブラケット72用の取付はネジを示す。
この従来の動圧空気軸受による回転多面鏡型光偏向器の
構成は、次のとおりである。
まず、回転子は、回転多面鏡体51と、スラスト止め5
2と、バランスリング53、および4極のロータマグネ
ット54とから構成される。
次に、固定軸61は、その外径部61aで、回転多面鏡
体51の内部嵌合部51bに対して微少な隙間を有して
嵌合し、上端部61bは、スラスト止め52の球面部5
2aを介して、回転多面鏡体51等からなる回転子を支
承している。
この固定軸61は、第6図(1)に示すように、その外
径部61aの上部と下部にヘディングボーン溝が、中間
部にはスパイラル溝が形成されている。
そして、回転多面鏡体51等からなる回転子が第6図(
2)の矢印方向に回転すると、動圧空気軸受の機能によ
り、回転子は、ラジアル方向に適当な剛性をもって支承
されるとともに、固定軸61の上端部61bによる支承
が解除されて軸方向上向きに浮上する。なお、スラスト
止め52に設けられた貫通孔52bは、空気の流通路で
、所定の回転数に対する浮上量を調節する機能を有して
いる。
エンドブラケット72は、その内径部72aで固定軸6
1の下部を圧スして強固に支持するとともに、筐体71
を取付はネジ77により同心的に固着している。
ステータ62は、ロータマグネット54の外径部に対向
して、取付はネジ63により筐体71へ固定された周知
の電機子である。
また、回転多面鏡体51等からなる回転子の位置、具体
的にはそのロータマグネット54の位置を検出するため
に、第6図(3)に示すように、1対のホール素子64
a、64bからなる位置検出用の素子64が配列され、
その回転制御のために、回転速度検出用のホールIC素
子66が配列されている。
これらの位置検出用の素子64と、回転速度検出用のホ
ールIC素子66は、それぞれエンドブラケット72に
固定されるとともに、プリント板65を介して引出し線
67に接続されている。
上蓋73と下カバー76は、動圧空気軸受による回転多
面鏡型光偏向器を外部から密閉するための部材であり、
第6図(2)に示すように、上蓋73には、ビーム入射
用の窓部73aと、偏向ビーム結像用のレンズ74とが
配置されている。なお、部材75は、回転子の軸方向上
向きの動きを制限するように機能する。
この第6図(1)〜(3)に示した動圧空気軸受による
回転多面鏡型光偏向器では、マグネット界磁DCモータ
は1巻線用鉄芯と4組の界磁巻線から構成されるステー
タ62へ電流を流し、4極のロータマグネット54との
間にトルクを発生させて、ロータマグネット54を回転
駆動させる。すなわち、第6図(3)に示すように、ロ
ータマグネット54の外周部の、空間的に135°の位
置に、位置検出用の素子64として1対のホール素子6
4a、64bを配置し、ロータマグネット54の磁極を
検知してトルク角が常にπ/2となるようにステータ6
2の励磁タイミングを制御する。
また、ロータマグネット54の外周部に配置された回転
速度検出用のホールIC素子66は、同様にロータマグ
ネット54の磁極を検知し、この回転信号と図示されな
い駆動回路の水晶振動子からの基準周波数の回転位相を
比較して、1対のホール素子64a、64bに流す電流
を制御することにより、ロータマグネット54の回転速
度を制御する。
この第6図(1)〜(3)の動圧空気軸受による回転多
面鏡型光偏向器の動作は、次のとおりである。
第6図(1)を参照して説明すれば、電源がオンになる
と、回転多面鏡体51等からなる回転子は、固定軸61
の上端部61bで支承されながら回転を開始する。
そして、その数秒後に、予め設定されたスラスト空気軸
受が充分にその機能を発揮して1回転子の軸方向負荷を
保持しながら浮上し得る一定回転速度に達する。
この際、回転多面鏡体51の内部嵌合部51bの内径と
、固定軸61の外径部61aとの間に形成された隙間の
下部から空気が流入し、流入した空気は、下部と上部ジ
ャーナルのへディングボーン溝のポンプ作用によって、
回転子をラジアル方向に強固に支持する。
流入空気は、回転子をラジアル方向に支持するとともに
、スパイラル溝の効果によって、上部の方向に流れスラ
スト止め52部分に上向きの圧力を発生しながら、その
貫通孔52bを通って動圧空気軸受の上方へ流れ出る。
このような動作によって、回転多面鏡体51等からなる
回転子が回転される。
ところが、この第6図(1)〜(3)に示した従来の動
圧空気軸受による光偏向器では、第1点として、動圧空
気軸受部(すなわち固定軸の外径部表面)に複雑な溝加
工を必要とし、また、長尺の回転多面体の内径部表面に
も、超精密な表面加工を必要とする、等の理由で、加工
が困粱で、コストアップになる。
また、第2点として、動圧空気軸受の場合、軸受部は接
触状態にあるから、起動時に空気軸受効果がなく、空気
軸受が最大の特徴としている長寿命化に限界がある。す
なわち、起動・停止時に軸受部の接触摩擦により、軸受
部が摩耗する。
この第2点に関連する第3点として、モータ方式がマグ
ネット界磁型であるため、停止状態でロータは鉄心型ス
テータのある方向へ吸引されており、軸受部の摩擦力が
大きいことも、摩耗を早める原因となる。
さらに、先の第1点に関連する第4点として、回転子の
構成が複雑で、部品点数も多いので、バランス修正が難
かしいことも、コストアップの要因である。
その上、第5点として、インナーロータ型であることに
より、本質的にイナーシャが小さくなり、画像ジッター
の特性が悪くなる。という不利があり、同時に、回転軸
が長くなるので、光偏向器が大型化する、という難点が
ある。
最後に、第6点として、マグネット界磁DCブラシレス
モータを使用しているので、ロータ位置検出器、速度検
出器が必要であり、固定子側の構成も複雑で、部品点数
が多くなる。その結果、信頼性が低下するとともに、コ
ストアンプの一因となる。
このように、従来の動圧空気軸受による光偏向器では、
種々の難点があり、空気軸受による本来の効果が充分に
得られない、という不都合があった。
目     的 そこで、この発明の空気・磁気軸受型光偏向器では、従
来の空気軸受型光偏向器におけるこのような多くの不都
合を解決することを目的とする。
具体的にいえば、ラジアル軸受として動圧空気軸受を使
用し、スラスト軸受として磁気軸受けを使用することに
より、起動・停止時に回転子が軸受部に接触しないよう
にして、動作の安定化と長寿命化とを可能にするととも
に、回転子や固定子の構成を簡略化して、回転子の軽量
化による光偏向器の小型化と低コスト化とを実現し、さ
らに、ヒステリシス・シンクロナスモータの原理を応用
することによって回転ムラの発生を防止して、画像ジッ
ター特性が良好な光偏向器を提供することを目的とする
盈−一双 そのために、この発明の空気・磁気軸受型光偏向器では
、ミラーを有する中空状の回転子と、この回転子の内部
に配置され、その外周にラジアル方向の動圧空気軸受を
構成するヘディングボーン溝を有する固定軸と、この固
定軸を支持するとともに、固定軸および回転子を収納し
、かつミラーへの光路を形成する窓部を有する筐体部と
からなる光偏向器において、中空状の回転子は、その上
端に固定された磁石と、同じく回転子の下方に固定され
、円周方向に異なる極性に着磁されたロータ磁石とを具
備し、固定軸は、その上端に回転子に固定された磁石と
同極性で対向するように固定された磁石を具備し、回転
子の磁石と固定軸の磁石との間で発生される反発力によ
り永久磁石反発式スラスト磁気軸受が構成されており、
かつ、回転子の下方に固定されたロータ磁石に対向して
、複数個のコイルが筐体部の内部に設けられ、ロータ磁
石とコイルとにより、面対向型モータが構成されるよう
にしている。
次に、この発明の空気・磁気軸受型光偏向器について、
図面を参照しながら、その一実施例を詳細に説明する。
第1図は、この発明の空気・磁気軸受型光偏向器の一実
施例について、その要部構成を示す縦断面図である。図
面において、11は中空の回転軸で、11aはそのフラ
ンジ部、llbは段部、11cはネジ部、12はミラー
、13はミラー固定用リング、13Aは固定用ネジ、1
4〜16は磁石ロータ組立体で、16はロータマグネッ
ト、−17は非磁性体のホルダーケースで、17aはそ
の通気孔、17bはネジ部、18はスラスト磁気軸受用
の上部マグネット、19はホルダーケース17の固定用
リング、21は固定軸で、21aは固定用の凸部、21
bと21cは、それぞれ固定軸21の外周の上部と下部
に設けられたヘディングボーン溝、21dは段部、21
eは気圧調整用連絡孔、22は非磁性体のホルダーケー
ス、23はスラスト磁気軸受用の下部マグネット、31
はハウジングで、31aは固定軸21の固定用の凸部2
1aが嵌合される孔部、31bは気圧調整用溝部、32
は上部ケースで、32aは窓部、33はコイル基板、3
4はコイル、35は磁性体のヨークを示し、また、gは
上部マグネット18と下部マグネット23とのギャップ
を示す。
まず、回転子について述べる。この第1図では、回転子
を構成する部材に、11〜19の10番台の符号を付け
ている。
回転子は、中空の回転軸11と、ミラー12、ロータ組
立体14〜16、および、スラスト磁気軸受用の上部マ
グネット18とから構成される。
そのために、中空の回転軸11は、ミラー12とロータ
組立体14〜16を取付けるためのフランジ部11aを
有しており、ミラー12は、この中空の回転軸11のフ
ランジ部11aに、図の上方から装着された後、その上
面をミラー固定用リング13により押圧された状態で、
固定用ネジ13Aによって締め付けられ、所定の位置に
固定される。
また、この中空の回転軸11のフランジ部11aの下方
には、モータ部を構成するロータ組立体14〜16が取
付けられる。
さらに、この中空の回転軸】1の上方には、非磁性体の
ホルダーケース17が、固定用リング19によって固定
される。このホルダーケース17は、リング状のスラス
ト磁気軸受用の上部マグネット18を支持するように機
能し、そのネジ部17bが、中空の回転軸11に設けら
れたネジ部11cに係合する。
次に、固定軸の構成について述べる。この第1図では、
固定軸を構成する部材に、21〜23の20番台の符号
を付けている。
固定軸21の胴部表面には、その上部と下部にそれぞれ
、ラジアル方向の動圧空気軸受を構成するヘディングボ
ーン溝21b、21cが設けられている。
また、この固定軸21の上方には、例えばその上端の凹
部に、非磁性体のホルダーケース22の凸部が嵌合され
ることで、ホルダーケース22が固定されて、リング状
のスラスト磁気軸受用の下部マグネット23を支持する
この固定軸21の下部には、固定用の凸部21aが形成
されていて、ハウジング31に設けられた孔部31aと
嵌合することにより、所定位置に固定される。
なお、固定軸21の段部21dは、中空の回転軸11の
段部11bと共に、環状の空隙部を形成する。また、固
定軸21の下面には、気圧調整用連絡孔21eの開口が
設けられており、この下面でハウジング31の気圧調整
用溝部31bを覆うことによって、同様に環状の空隙部
を形成する。
そして、これらの環状の空隙部を接続するために、固定
軸21には、気圧調整用連絡孔21eが設けられている
この気圧調整用連絡孔21eは、ラジアル方向に貫通さ
れた開口と、気圧調整用溝部31bで形成される環状の
空隙部とが通気されるような連絡路であり、固定軸21
の段部21dと、中空の回転軸11の段部11bとによ
って、固定軸21の中央部に形成された環状の空隙部、
すなわち空気軸受部の空気の逃げ部の空気圧と、筐体部
の内部空気圧とを等しくするように作用する。
筐体部は、ハウジング31と、上部ケース32とから構
成される。この筐体部には、コイル基板33が固定され
ており、モータ駆動部の固定子を構成するコイル34と
、ヨーク35とが、支持されている。
ハウジング31には、固定軸21の固定用の凸部21a
が嵌合される孔部31aが設けられており、また、気圧
調整用溝部31bが、孔部31aの上部に形成されてい
る。
上部ケース32は、風損と風切音とを低く抑えるために
、ミラー12との空隙が小さくされており、また、実装
性や搬送時の便等を考慮して、上部が細径の凸状に形成
されている。
ここで、この発明の空気・磁気軸受型光偏向器で用いら
れる永久磁石反発式スラスト磁気軸受について説明すれ
ば、中空の回転軸11に設けられた上部マグネット18
と、固定軸21に設けられた下部マグネット23とは、
反発力が得られるように、同極性同士が対向するように
配置される。
この場合に、ギャップgは、固定用リング19を回転し
て、ホルダーケース17を移動させることによって、適
当に調整される。
次に、モータ駆動部は、中空の回転軸11に固定された
磁石ロータ組立体14〜16と、コイル基板33上に配
列された複数個のコイル34、およびヨーク35とから
構成される。
次の第2図は、第1図に示したこの発明の空気・磁気軸
受型光偏向器について、そのスラスト軸受部の動作原理
を説明するための要部構成図である。図面における符号
は、第1図と同様である。
この第2図に示すように、この発明の空気・磁気軸受型
光偏向器では、スラスト軸受部は、リング状の上部マグ
ネット18と下部マグネット23、およびモータ駆動部
のロータマグネット16と。
ヨーク35とから構成される。
まず、浮力は、上部マグネット18と下部マグネット2
3との間の反発力によって発生され、回転子が上方へ浮
上される。他方、下方への引下刃は、ロータマグネット
16とヨーク35との間の吸引力によって発生され、回
転子は下方へ引張られる。
この場合に、上部マグネット18と下部マグネット23
との間の浮力の方を、ロータマグネット16とヨーク3
5との間の吸引力よりも、大きくすることにより、中空
の回転子を浮上させることができる。
この浮力は、固定用リング19を回転し、上部マグネッ
ト18を支持するホルダーケース17を移動させること
によって、ギャップgを調整すれば、吸引力とバランス
した所望の大きさとなる。
第3図は、この発明の空気・磁気軸受型光偏向器で使用
するのに好適なロータマグネット16の一例を示す平面
図である。
次の第4図は、同じくこの発明の空気・磁気軸受型光偏
向器で使用するのに好適なコイル34の配置例を示す図
である。
次に、この発明の空気・磁気軸受型光偏向器について、
モータの回転制御を説明する。
この実施例では、第3図と第4図に示すように、光偏向
器のモータ駆動部の構成が、8極3相6コイルの場合に
ついて述べる。
第1図のモータ駆動部において、特に図示されていない
ロータ位置検出器の出力信号により励磁相を切換え、順
次6つのコイルを励磁すると、フレミング左手の法則(
いわゆるBli則)に従って、ロータは、モータの供給
電圧に比較した回転数で回転される。
なお、Bli則で説明する場合に、F=Bliの力(こ
こで、Fは発生力、Bは磁束密度、iは励磁電流)は、
コイルに働く力である。しかし。
この発明の空気・磁気軸受型光偏向器では、コイルが固
定で、ロータ磁石が回転する方式のブラシレスモータの
原理を応用しているので、ロータマグネットすなわち、
回転子に作用する回転力の方向は、このBli則の逆方
向となる。
このように、この発明の空気・磁気軸受型光偏向器では
、ロータマグネット16は偏平型リング磁石であるから
、回転子を軸方向に短かくすることが可能となる。この
ように、モータ駆動部の構成は簡単であり、低コストと
なる。
以上に詳細に説明したとおり、この発明の空気・磁気軸
受型光偏向器では、ミラーを有する中空状の回転子と、
この回転子の内部に配置され、その外周にラジアル方向
の動圧空気軸受を構成するヘディングボーン溝を有する
固定軸と、この固定軸を支持するとともに、固定軸およ
び回転子を収納し、かつ、ミラーへの光路を形成する患
部を有する筐体部とからなる光偏向器において、中空状
の回転子は、その上端に固定された磁石と、同じく回転
子の下方に固定され、円周方向に異なる極性に着磁され
たロータ磁石とを具備し、固定軸は、その上端に回転子
に固定された磁石と同極性で対向するように固定された
磁石を具備し1回転子の磁石と固定軸の磁石との間で発
生される反発力により永久磁石反発式スラスト磁気軸受
が構成されており、かつ、回転子の下方に固定されたロ
ータ磁石に対向して、複数個のコイルが筐体部の内部に
設けられ、ロータ磁石とコイルとにより、面対向型モー
タが構成されるようにしている。
夏−一果 したがって、この発明の空気・磁気軸受型光偏向器によ
れば、ラジアル軸受として動圧空気軸受を使用し、スラ
スト軸受として磁気軸受けを使用しているので、起動・
停止時に回転子が軸受部に接触しなくなり、動作の安定
化と長寿命化とが可能となる。
また、回転子や固定子の構成も簡略化され、部品点数の
減少、および加工性2組立性が向上され、回転子の軽量
化も可能となるので、光偏向器の小型化と低コスト化と
が実現される。
さらに、ヒステリシス・シンクロナスモータの原理を応
用しているので、回転ムラの発生が防止され、画像ジッ
ター特性の良好な光偏向器が得られる、等の多くの優れ
た効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第11−はこの発明の空気・磁気軸受型光偏向器の一実
施例について、その要部構成を示す縦断面図、IJ−は
第1図に示したこの発明の空気・磁気軸受型光偏向器に
ついて、そのスラスト軸受部の動作原理を説明するため
の要部構成図、1主皿はこの発明の空気・磁気軸受型光
偏向器で使用するのに好適なロータマグネット16の一
例を示す平面図、1工凰は同じくこの発明の空気・磁気
軸受型光偏向器で使用するのに好適なコイル34の配置
例を示す図、t+は従来の回転多面鏡型光偏向器の光学
系の原理を説明するための図、111u辷」uは従来の
動圧空気軸受による回転多面鏡型光偏向器について、そ
の要部構成の一例を示す構造図で、図(1)は縦断面図
、図(2)は図(1)のA−A線断面図、図(3)は図
(1)のB−B線断面図である。 図面において、11は中空の回転軸で、llaはそのフ
ランジ部、llbは段部、llcはネジ部、12はミラ
ー、13はミラー固定用リング、13Aは固定用ネジ、
14〜16は磁石ロータ組立体で、16はロータマグネ
ット、17はホルダーケースで、17aはその通気孔、
17bはネジ部、18は上部マグネット、19はホルダ
ーケース17の固定用リング、21は固定軸で、21a
は固定用の凸部、21bと21cはへディングボーン溝
、21dは段部、21eは気圧調整用連絡孔、22はホ
ルダーケース、23は下部マグネット、31はハウジン
グで、31aは孔部、31bは気圧調整用溝部、32は
上部ケースで、32aは窓部、33はコイル基板、34
はコイル、35はヨークを示す。 オ 6  図 ロ1             .0 手続補正帯(自発) 昭和61年2月15日

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ミラーを有する中空状の回転子と、該回転子の内部に配
    置され、その外周に動圧空気軸受を構成するヘディング
    ボーン溝を有する固定軸と、該固定軸を支持するととも
    に、前記固定軸および回転子を収納し、かつ前記ミラー
    への光路を形成する窓部を有する筐体部とからなる光偏
    向器において、前記中空状の回転子は、その上端に固定
    された磁石と、該回転子の下方に固定され、円周方向に
    異なる極性に着磁されたロータ磁石とを具備し、前記固
    定軸は、その上端に前記回転子に固定された磁石と同極
    性で対向するように固定された磁石を具備し、前記回転
    子の磁石と前記固定軸の磁石との間で発生される反発力
    によりスラスト磁気軸受が構成されており、かつ、前記
    回転子の下方に固定されたロータ磁石に対向して、複数
    個のコイルが前記筐体部の内部に設けられ、前記ロータ
    磁石と前記コイルとにより、面対向型モータが構成され
    ていることを特徴とする空気・磁気軸受型光偏向器。
JP60210563A 1985-09-24 1985-09-24 空気・磁気軸受型光偏向器 Expired - Lifetime JPH071347B2 (ja)

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US06/911,110 US4726640A (en) 1985-09-24 1986-09-24 Optical deflector with a pneumatic and a magnetic bearing

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