DE4309759C2 - Polygonscanner und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Polygonscanner nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 .

Ein Polygonscanner ist für eine Strahlablenkung und zum Ab­ tasten in Bilderzeugungseinrichtungen, wie Laserdruckern und Digitalkopierern vorgesehen. Es wird gefordert, daß sich der Polygonscanner mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, um einer Forderung nach einer höheren Bilderzeugungsgeschwin­ digkeit zu entsprechen.

Ein Polygonscanner dieser Art ist beispielsweise folgen­ dermaßen ausgeführt. Eine Anzahl Vertiefungen bzw. Rillen und vorstehender Teile für eine dynamische Druckerzeugung, beispielsweise fischgrätartig ausgebildete Rillen, sind an einer äußeren Umfangsfläche einer feststehenden Welle aus­ gebildet. Eine zylindrische rotierende Welle überdeckt die feststehende Welle mit einem bestimmten Lagerspiel, um so ein radiales, dynamisches Druckluftlager zu bilden, das nach­ stehend der Einfachheit halber als Druckluftlager bezeichnet wird. Ein Polygonspiegel oder ein rotierenden Vielfach- Facettenspiegel ist an der rotierenden Welle angebracht. In dieser Anordnung wird entweder ein dynamisches Drucklager oder ein magnetisches Lager als ein Axial- oder Drucklager zum Positionieren und Tragen der rotierenden Welle in deren axialer Richtung verwendet. Die feststehende und die rotie­ rende Welle sind beide aus rostfreiem Stahl hergestellt, und das Muster aus Vertiefungen und vorstehenden Teilen für eine dynamische Druckerzeugung wird beispielsweise durch Ätzen erzeugt. Da der Polygonspiegel mit einer hohen Genauig­ keit fertig bearbeitet und leicht sein muß, wird häufig Aluminium zu Herstellen des Polygonspiegels verwendet.

Bei einer anderen Art ein es Polygonscanners wird ein Lager mit einer erhöhten Abrieb- und Verschleißfestigkeit verwen­ det, welches kein berührungsfreies Lager ist. Um in einem solchen Fall eine unterschiedliche Härte zwischen einer ro­ tierenden und einer feststehenden Welle zu schaffen, wird eine entsprechende Vergütung entweder an der rotierenden oder an der feststehenden Welle vorgenommen, welche eine geringere Härte als die andere hat, um so ein Festfressen zu verhindern und um die Abrieb- und Verschleißfestigkeit sicherzustellen.

Beispielsweise ist in der offengelegten japanischen Patentan­ meldung Nr. 53 108 461 eine Lagervorrichtung beschrieben, welche kein berührungsfreies Lager ist, in welchem ein Teil, das die rotierende Welle trägt, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, und in welcher eine ano­ dische Oxidschicht chemisch auf dem Teil ausgebildet ist, um die Abrieb- und Verschleißfestigkeit zu verbessern.

Jedoch ergeben sich bei dem früheren Beispiel eines herkömm­ lichen Polygonscanners, d. h. des herkömmlichen Polygon­ scanners mit dynamischer Druckluftlagerung, die folgenden Schwierigkeiten, da die rotierende Welle aus nicht rostendem Stahl hergestellt ist.

• 1) Da die rotierende Welle (aus rostfreiem Stahl) ein hohes spezifisches Gewicht hat, wird sie leicht aufgrund einer Stö­ rung zum Vibrieren gebracht, wodurch die rotierende Welle in Kontakt mit der aus einem ähnlichen Material hergestellten Welle kommt, was dann ein Festfressen zur Folge hat. Um das Festfressen zu verhindern, muß folglich das Lagerspiel mit einer hohen Genauigkeit bei einer hohen Lagersteifigkeit ein­ gestellt werden, was wiederum eine sehr hohe Maßhaltigkeit jeder Welle erfordert, wodurch wiederum die Herstellungskosten erhöht werden.
• 2) Da ein Wärmeausdehnungskoeffizient (ein linearer Ausdeh­ nungskoeffizient) des Polygonspiegels sich stark von demjeni­ gen der rotierenden Welle unterscheidet, wird durch Wärme während der hohen Umlaufgeschwindigkeit eine geringfügige Abweichung bzw. Ablenkung (von etwa einigen µm) in einem Teil bewirkt, in welchem der Polygonspiegel an der rotierenden Welle gehaltert ist, was dann zu einer starken Vibration des Polygonspiegels bei hohen Drehzahlen führt. Um einen solchen Fehler zu verhindern, wird folglich der Polygonspiegel bei dem Montagevorgang überprüft, wenn er sich mit hoher Geschwin­ digkeit dreht, wodurch wiederum die Herstellungskosten erhöht werden.
• 3) Da die rotierende Welle einen geringfügigen Magnetismus aufweist, haftet leicht feiner Staub an der rotierenden Welle, was wiederum zu einem Schaden an dem Lager führen könnte, so daß ein lästiges Staubentfernen notwendig ist. Auch dies er­ höht wieder die Herstellungskosten.

Bei dem an zweiter Stelle als Beispiel angeführten herkömm­ lichen Polygonscanner ergibt sich folgende Schwierigkeit.

• 4) Da der Polygonscanner kein kontaktloser Lagertyp ist, hat er eine Grenze hinsichtlich der Drehzahlerhöhung, so daß nicht der Forderung nach einer höheren Bilderzeu­ gungsgeschwindigkeit entsprochen werden kann.

Aus US 4,836,631 ist es bekannt, eine rotierende Hohlwelle einstückig mit einem Polygonspiegel aus Aluminium zu fertigen. Nachteilig hieran ist, daß ein derartiger Polygonscanner aufgrund der einstückigen Ausbildung bei der Herstellung schwer handhabbar ist und außerdem zu erhöhten Kosten führt.

Aus DE 37 33 117 A1 ist ein auf einem dynamischen Druckluftlager angebrachter Polygonspiegel bekannt. Dieses Druckluftlager ist mit einem magnetischen Lager kombiniert, das zu einer schwebenden Lagerung der rotierenden Welle um eine feststehende Welle führt. Dabei dient das magnetische Lager neben einer radialen Führung auch im gewissen Umfang einer axialen Führung. Die rotierende Hohlwelle wird durch zwei dynamische Druckluftlager an den beiden Enden der feststehenden Welle im wesentlichen reibungsfrei gehalten. Um den Verschleiß zu vermindern, wird die feststehende Welle mit einem Keramikmaterial überzogen.

Aus US 4,691,998 ist ein Polygonscanner bekannt, bei dem möglichst ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten des Spiegels und der den Spiegel haltenden Teile gewählt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Polygonscanner mit möglichst wenigen Vibrationen und stabiler Axiallagerung bereitzustellen, wobei das Aufbringen einer schützenden Oxidschicht auf einfache Weise und kostengünstig zu bewerkstelligen sein soll.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche.

Vorteilhaft wird durch die Erfindung daher ein Polygonspiegel mit gerin­ gen Herstellungskosten geschaffen werden, bei welchem eine Lageabweichung eines Polygonspiegels bezüglich einer rotie­ renden Welle während einer hochschnellen Drehbewegung ver­ hindert werden kann und mit welchem ein hochschneller Betrieb mit weniger Vibration durchgeführt werden kann. Ferner soll ein preiswert herstellbarer Polygonscanner geschaffen werden, bei welchem sicher ein Vibrieren und ein Festfressen verhin­ dert werden kann. Darüber hinaus soll ein Verfahren zum Her­ stellen eines Polygonscanners geschaffen werden, bei welchem die Herstellung eines Lagerteils mit einer geringeren Anzahl an Arbeitsstunden erfolgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine feststehende Welle aus rostfreiem Stahl und die rotierende Welle aus Aluminium oder einer Alu­ miumlegierung hergestellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Spiegelhaltefläche der rotierenden Welle, an welcher der Polygonspiegel gehaltert ist, eine offene oder freiliegende Fläche des Grundmaterials, welches die rotierende Welle bildet, und die Spiegelhalteflä­ che ist über dem dynamischen Druckluftlager festgelegt.

Da die rotierende Welle und der Polygonspiegel aus entsprechend leichten Materialien mit aufeinander abgestimmten Wärmeausdehnungs­ koeffizienten hergestellt sind, kann die Trägheit dieser ro­ tierenden Teile verringert werden, und es kann auch eine Gleichgewichtsverschiebung infolge einer Abweichung der Spie­ gelhalteposition infolge einer thermischen Ausdehnung verhin­ dert werden. Folglich kann auch das Festfressen, was durch Vibrieren und eine Störung während einer hochschnellen Dreh­ bewegung hervorgerufen werden könnte, vermieden werden; folg­ lich kann ein Polygonscanner für einen hochschnellen Betrieb mit niedrigen Herstellungskosten und mit einer geringen Vi­ brationsanfälligkeit geschaffen werden.

Die feststehende Welle ist aus rostfreiem Stahl und die ro­ tierende Welle ist aus Aluminium oder einer Aluminiumlegie­ rung hergestellt, so daß durch Verringern der Trägheit rotie­ render Teile die Vibration während einer hochschnellen Dreh­ bewegung herabgesetzt wird und die Steifheit der feststehen­ den Welle erhöht wird, wodurch eine Miniaturisierung des Scanners ermöglicht wird.

Die feststehende und die rotierende Welle sind aus Aluminium oder einer nicht-magnetischen Aluminiumlegierung hergestellt und daher ausgezeichnet verarbeitbar, wodurch die rotierenden Teile leichter werden und dadurch die Schwingungsfestigkeit verbessert wird und zusätzlich die Bearbeitbarkeit der festen und der rotierenden Welle verbessert ist. Ferner wird durch die nichtmagnetische Eigenschaft ein Haften von Staub an den Wellen herabgesetzt, wodurch das Entfernen von Staub entfällt und dadurch die Herstellungskosten reduziert sind. Zusätzlich wird eine anodische Oxidschicht zumindest in einem Bereich ausgebildet, in welchem die rotierende Welle die feststehende Welle berühren könnte, und es ist eine "schwebende bzw. schwimmende" Einrichtung geschaffen, so daß die rotierende Welle bezüglich der feststehenden Welle ständig in einer Art "schwebendem oder schwimmendem" Zustand gehalten wird, wodurch die Verschleiß- und Abriebfestigkeit verbessert ist und ein Festfressen sicher verhindert ist, so daß dadurch insgesamt die Haltbarkeit verbessert ist.

Die Spiegelhaltefläche der rotierenden Welle, an welcher der Polygonspiegel gehalten ist, ist eine freie ungeschützte Fläche des Grundmaterials, aus welchem die rotierende Welle hergestellt ist, so daß der Polygonspiegel dem Grundmaterial der rotierenden Welle hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten entspricht, wodurch der Widerstand bezüglich einer Vibration verbessert ist und die Oberflächenhärte in dem Kontaktbereich zwischen dem dynamischen Druckluftlager und der rotierenden Welle erhöht wird, wodurch eine geforderte Abrieb- und Verschleißfestigkeit erhalten ist.

Die Spiegelhaltefläche der rotierenden Welle ist oberhalb des dynamischen Druckluftlagers festgelegt, so daß der Teil unter der Spiegelhaltefläche während der anodischen Oxida­ tionsbehandlung der rotierenden Welle in eine elektrolytische Lösung getaucht werden kann, wodurch ein dünner anodischer Oxidfilm in dem erforderlichen Bereich ohne ein Abdecken leicht ausgebildet werden kann.

Während das vorherbestimmte Abdecken vor der anodischen Oxi­ dationsbehandlung an dem Teil vorgesehen wird, wo die ro­ tierende Welle mit der feststehenden Wellen in Kontakt kommen könnte, können gleichzeitig die Rillen für eine dynamische Druckerzeugung ausgebildet werden, indem die anodische Oxid­ schicht selektiv bei der anodischen Oxidationsbehandlung aufwächst, um so das dynamische Druckluftlager herzustellen, wodurch die Anzahl an Arbeits- oder Mannstunden stark verrin­ gert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Aus­ führungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnun­ gen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Gesamtaufbaus einer Ausführungsform eines Polygonscanners gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht auf eine feststehende Welle in dem Scanner;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Gesamtaufbaus einer wei­ teren Ausführungsform eines Polygonscanners gemäß der Erfindung, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Behandlungs­ systems für eine anodische Oxidationsbehandlung einer rotierenden Welle in dem Scanner.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen gemäß der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform eines Polygonscanners gemäß der Erfindung dargestellt.

In Fig. 1 und 2 sind ein Motorgehäuse 10 und ein Wellenfuß 11 vorgesehen, welcher den Boden des Motorgehäuses 10 bildet. Eine feststehende Welle 13 ist vertikal so in die Mitte des Wellenfußes 11 eingebracht, daß sie in diesem festsitzt (bei­ spielsweise durch einen Schrumpfsitz). Eine Radiallager-Ober­ fläche 14 (eines dynamischen Druckluftlagers) ist an dem Außenumfang der feststehenden Welle 13 vorgesehen; zwei Paare von fischgrätartigen Rillen 16 und 17 für eine dynamische Druckerzeugung sind in gleichen Abständen in der Umfangsrich­ tung auf der Radiallager-Oberfläche 14 ausgebildet. Die Radi­ allager-Oberfläche 14 liegt einer inneren Umfangsfläche 21a einer zylindrischen rotierenden Welle 21 gegenüber. Die Radi­ allager-Oberfläche 14 und die innere Umfangsfläche 21a der rotierenden Welle 21 sind voneinander in einem vorherbestimm­ ten Lagerspiel angeordnet, wodurch die rotierende Welle 21 relativ bezüglich der feststehenden Welle 13 drehbar ist.

Ein Spiegelhalteflansch 22 ist an einem oberen Teil der rotie­ renden Welle 21 ausgebildet, an der ein Spiegelhalter 23 und ein Polygonspiegel 25 angebracht sind. Der Polygonspiegel 25 liegt satt an einer oberen, äußeren Umfangsfläche 21b an und ein Schraubenbolzen 24 ist in das obere Ende der rotierenden Welle 21 geschraubt, um dadurch den Polygonspiegel 25 durch den Spiegelhalter 23 an den Flansch 22 zu drücken. Der Spie­ gelhalter 23 hält in seinem mittleren Bereich einen Magneten 32, welcher einen Teil eines Axialmagnetlagers 30 darstellt und hat einen dünnen Durchlaß 34 für eine vertikale Vibra­ tionsdämpfung, um das Axialmagnetlager 30 mit einer Dämpfungs­ eigenschaft zu versehen. In der oberen Fläche des Spiegelhal­ ters 23 sind Nute bzw. Schlitze 23a zum Korrigieren einer Unwucht eines Rotors 20 ausgebildet.

Das Axialmagnetlager 30 weist drei einander abstoßende Magne­ te 31 bis 33 in der Achse der feststehenden Welle 13 auf. Der Magnet 31 ist in einem oberen Gehäuse 41 über dem Magneten 32 untergebracht, und der Magnet 33 ist am oberen Ende der fest­ stehenden Welle 13 befestigt, wodurch der Rotor, welcher aus der rotierenden Welle 21, dem Spiegelhalter 23, dem Polygon­ spiegel 25 und dem Magneten 32 gebildet ist, über der fest­ stehenden Welle 13 ständig schwebend bzw. schwimmend in einem berührungslosen Zustand gehalten ist. Mit anderen Worten, das Axialmagnetlager 30 ist eine Einrichtung, um die rotierende Welle 21 in der axialen Richtung bezüglich der feststehenden Welle 13 ständig schwebend bzw. schwimmend zu halten. Ein "Ablenk"-Fenster 42 ist dadurch gebildet, daß ein Teil einer Umfangswandung 41a des oberen Gehäuses 41 ausgeschnitten ist.

Zum Antreiben des Polygonspiegels 25 ist ein scheibenförmi­ ger bürstenloser Motor 50 vorgesehen. Der Motor 50 hat einen an der rotierenden Welle 21 befestigten Rotor-Magnetaufbau 51, einen Ständerwicklungsteil 52, welcher der Bodenfläche des Aufbaus 51 gegenüberliegt, und ein Hall-Element 53. Der Rotor­ magnetaufbau 51 ist eine Motorkomponente, in welcher ein Mag­ netteil 51a über einen Magnethalter 51b an der rotierenden Welle 21 in Form einer Einheit eingesetzt ist. Der Ständer­ wicklungsteil 42 wird durch einen (nicht dargestellten) Ansteuerabschnitt, welcher in einer Leiterplatte angeordnet ist, in einem vorherbestimmten Erregungsverfahren erregt, um den Rotor-Magnetaufbau 51 zu drehen, wodurch die rotierende Welle 21 und der Polygonspiegel 25 (Rotor 20) gedreht werden.

Wenn sich der Polygonspiegel 25 zu drehen beginnt, wird Luft in den fischgrätartigen Rillen 16 und 17, welche auf der Radiallager-Oberfläche 14 der feststehenden Welle 15 ausge­ bildet sind, in die Drehrichtung der rotierenden Welle 21 zu­ sammengedrückt und dringt in das Lagerspiel zwischen der fest­ stehenden Welle 13 und der rotierenden Welle 21 ein, um so den dynamischen Druck zu erzeugen. Wenn der dynamische Druck einen bestimmten Wert erreicht, schwebt bzw. schwimmt die ro­ tierende Welle 21 (in der radialen Richtung) vollständig be­ züglich der feststehenden Welle 13, wodurch ein berührungs­ loser Zustand erhalten wird, in welchem die Welle 21 mit hoher Drehzahl drehbar ist. In Fig. 1 sind Korrekturnute 51c für eine Unwuchtkorrektur und ein Anschlußkabel 55 vorgesehen, um zu der Leiterplatte 54 von außen eine Verbindung herzustellen. Ferner sind an der Unterseite des Gehäuses 10 eine Vielzahl von Kühlrippen 10a ausgebildet.

Die rotierende Welle 21 und der Polygonspiegel 25, welche Hauptbestandteil der rotierenden Welle 20 sind, sind aus leichten Materialien hergestellt, deren Wärmeausdehnungs­ koeffizienten (lineare Ausdehnungskoeffizienten) zueinander passen, wie beispielsweise Aluminium (mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 2,4×10^-5 (1/°C)) oder eine Aluminiumlegierung. Eine nicht dargestellte Hartalumitschicht (eine anodische Oxidschicht) wird durch die Hartalumit-Be­ handlung ( eine anodische Oxidationsbehandlung) zumindest auf einem Teil der inneren Umfangsfläche 21a der rotierenden Welle 21 ausgebildet, welcher mit der feststehenden Welle 13 in Kontakt kommen könnte. Die Hartalumit-Behandlung ist eine Behandlung, bei welche reine Kohlenstoffkathode u.ä. und eine Anode der rotierenden Welle 21 in eine vorherbestimmte elektro­ lytische Lösung (eine wäßrige Oxal- oder Schwefelsäurelösung, usw.) getaucht werden, während sie mit einer Gleichstromquelle verbunden sind, und bei welcher eine Oberfläche der rotieren­ den Welle 21 durch eine Oxidations-Reaktion oxidiert wird, die auf der rotierenden Welle 21 (der Anode) durch Elektro­ lyse in der elektrolytischen Lösung hervorgerufen worden ist, um die anodische Oxidschicht zu bilden. Bei diesem Verfahren wird das meiste der inneren Umfangsfläche 21a der rotierenden Welle 21 in die elektrolytische Lösung getaucht. Ein Abdecken ist während der Hartalumit-Aufbringung auf der oberen Fläche 22a des Flansches 22 und der oberen, äußeren Umfangsfläche 21b der rotierenden Welle 21 vorgesehen, welches Flächen sind, an welchen der Polygonspiegel 25 gehaltert ist, wodurch die abgedeckten Flächen freie, ungeschützte Flächen des Grund­ materials (Aluminium oder Alumiumlegierung) werden, welche die rotierende Welle 21 bilden.

Andererseits kann die rotierende Welle 21 nach dem Aufbringen poliert werden, um auf diese Weise die erforderlichen Abmes­ sungen bezüglich eines Freiliegens des Grundmaterials (Alu­ minium oder Aluminiumlegierung) zu haben. Somit wird die Hart­ alumit-Schicht, welche einen linearen Ausdehungskoeffizienten von 0,5×10^-5(1/°C) hat, welcher abweicht von dem Koeffi­ zienten des Grundmaterials, nicht auf der Spiegelhaltefläche der rotierenden Welle 21 ausgebildet, so daß die Spiegelhal­ tefläche den Wärmeausdehnungskoeffizienten und den Außen­ durchmesser hat, welcher genau mit den entsprechenden Werten des Polygonspiegels 25 übereinstimmt.

Andererseits ist auch die feststehende Welle 13 ähnlich wie die rotierende Welle 21 aus Aluminium oder einer Aluminium­ legierung hergestellt (vorzugsweise einer korrosionsbeständi­ gen Aluminiumlegierung, welche aus Serien #5000 und #6000 ausgewählt ist). Ebenso wird eine Hartalumit-Schicht (eine anodische Oxidschicht) in derselben Weise wie auf die ro­ tierende Welle 21 auf einen Teil der äußeren Umfangsfläche der feststehenden Welle 15 aufgebracht, welche mit der rotie­ renden Welle 21 in Kontakt kommen könnte. Der obere innere Umfangsrand der rotierenden Welle 21 hat einen etwas größeren Durchmesser, um dadurch ein "Relief" für die rotierende Welle 13 zu schaffen, und daher wird das Hartalumit auf der Radial­ lagerfläche 14 und auf der Seite unter dieser Fläche aufge­ bracht.

Vorzugsweise wird zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Hartalumit-Behandlung eine sogenannte Tufram-Behandlung (eingetragenes Warenzeichen von ULVAC JAPAN, Ltd), bei wel­ cher Polytetrafluorethylen ("Teflon": registriertes Waren­ zeichen) in den mit Alumit behandelten Teil imprägniert wird, durchgeführt, um so eine Gleitfähigkeit zu schaffen, wodurch die Widerstandsfähigkeit bezüglich Festfressen verbessert wird.

Als nächstes wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Polygonscanners gemäß der Erfindung beschrieben. Nachdem die feststehende Weile 13 durch Schneiden (oder Schleifen) in einer vorherbestimmten Form erhalten worden ist, wird sie (13) der Hartalumluft-Behandlung unterzogen. Ein Ab­ decken eines vorherbestimmten Musters wird in der bekannten Weise auf notwendigen Teilen auf der Radiallager-Oberfläche 14 der festen Welle 13 vor der Hartalumit-Behandlung vorge­ nommen. Das Abdecken dient dazu, die anodische Oxidations- Reaktion auf den ausgewählten Teilen zu unterbinden, die bei­ spielsweise über den schraffierten Teilen C₁ bis C₃ (welche nachstehend als schraffierter Teil C bezeichnet werden) gege­ ben sind, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Die feststehende Welle 13 wird dann nach Vornehmen der vorstehend beschriebe­ nen Abdeckung der Hartalumit-Behandlung unterzogen, welche dieselbe ist wie die auf der rotierenden Welle 21, indem eine bestimmte elektrolytische Lösung (eine wäßrige Oxal- oder Schwefelsäurelösung u.ä.), die Kohlenstoffkathode und die Gleichstromquelle verwendet werden. Die feststehende Welle 13, welche mit der Gleichstromquelle verbunden ist, wird in die elektrolytische Lösung getaucht, so daß der untere Endteil und der Teil der Radiallager-Oberfläche 14 der feststehenden Welle 13 sich in der elektrolytischen Lösung befinden.

Die Oberfläche der feststehenden Welle 13 wird durch die an der feststehenden Welle 13 bewirkte Oxidations-Reaktion über die Elektrolyse in der elektrolytischen Lösung selektiv oxidiert, wodurch Flaschen außer der abgedeckte Bereich durch die anodische Oxidation gehärtet werden. Eine Alumit-Schicht ist auf dem gehärteten Teil C nicht aufgewachsen, sondern eine harte Alumit-Schicht ist auf den anodisch oxidierten Teilen gewachsen, um dadurch den Durchmesser zu vergrößern. Vertie­ fungen, welche die fischgrätartigen Rillen 16 und 17 für eine dynamische Druckerzeugung aufweisen (was nachstehend auch als vertieft er Teil C bezeichnet wird) werden in einer Tiefe von einigen um bis einigen 10 µm ausgebildet, was der Dicke der Alumit-Schicht in dem Muster der Abdeckung auf dem schraffier­ ten Teil C entspricht. Die Tiefe des vertieften Teils C kann durch Ändern der Bedingung, beispielsweise einer Temperatur und/oder einer Konzentration der elektrolytischen Lösung und/ oder eines Behandlungszeitraums eingestellt werden.

Eine Fertigung, wie beispielsweise ein Schleifen des Außen­ durchmessers, wird dann entsprechend einer geforderten Ab­ messungsgenauigkeit bewirkt, so daß die obere äußere Umfangs­ fläche 21b der feststehenden Welle 13 und die obere Fläche 22a des Spiegelhalteflansches 22 in der gewünschten Formge­ nauigkeit fertig bearbeitet werden können.

Da in der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung die rotierende Welle 21 und der Polygonspiegel 25 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und somit einem leichten Ma­ terial hergestellt sind, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten einander entsprechen, kann die Trägheit des Rotors 20 mini­ miert werden, wodurch eine Gewichtsverschiebung vermieden wird, zu welcher es kommen würde, wenn der Polygonspiegel 25 infolge einer Wärmeausdehnung relativ zu der rotierenden Welle 21 abgewichen sein würde; hierdurch ist dann die Vi­ bration während einer hochschnellen Drehbewegung verringert. Daher kann bei der Erfindung der Arbeitsgang einer Vibra­ tionsüberprüfung des Rotors 20 bei hohen Drehzahlen wäh­ rend des Herstellungsprozesses entfallen, was zu einer Verrin­ gerung der Herstellungskosten beiträgt.

Da ferner die rotierende Welle 21 und der Polygonspiegel 25 aus Aluminium oder dessen nichtmagnetischer Legierung her­ gestellt sind und ausgezeichnet zu verarbeiten sind, ist es unwahrscheinlich, daß Staub an der feststehenden Welle 13 und der rotierenden Welle 21 haftet, wodurch wiederum die Ko­ sten zum Bearbeiten der Teile und damit die Produktionskosten geringer sind.

Darüberhinaus ist der Rotor 20 durch das Axialmagnetlager 30 relativ zu der feststehenden Welle 13 ständig schwimmend bzw. schwebend gehalten, wobei es nur zu einer punktförmigen oder linienförmigen Berührung kommen könnte, wenn die rotierende Weide 21 die feststehende Welle 13 berühre sollte; die Teile, welche einander berühren könnten, haben eine Oberflächenhärte, welche durch die Hartalumit-Behandlung noch erhöht worden ist, wodurch ein Festfressen sicher verhindert und die Haltbarkeit verbessert ist. Die Hartalumit-Schicht löst sich auch nicht leicht ab, während dies bei einer plattierten Schicht leicht möglich ist. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit und Be­ triebssicherheit eines Scanners gemäß der Erfindung noch wei­ ter erhöht. Ein Start- und Stopptest wurde beispielsweise 20000-mal wiederholt durchgeführt, wobei sich kein Fest­ fressen und keine anomale Rotation (wie eine abweichende Ro­ tation) zeigten.

Ferner können bei dieser Ausführungsform der Erfindung die fischgrätartigen Rillen 16 und 17 für eine dynamische Druck­ erzeugung gleichzeitig mit der Oberflächenbehandlung an der feststehenden Welle 14 durchgeführt werden, wobei selektiv die Hartalumit-Schicht bei der Hartalumit-Behandlung auf­ wächst, wodurch die Anzahl an Arbeitsstunden stark herabge­ setzt ist.

Obwohl das leichte Material zum Herstellen der rotierenden Welle 21 in der vorliegenden Ausführungsform Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist, gibt es keine Beschränkung auf diese Materialien. Wenn beispielsweise der Polygonspiegel 25 ein aus Kunstharz hergestellter Spiegel ist, kann die rotierende Welle 21 auch aus einem Kunstharz hergestellt sein, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient demjenigen des Spiegelkunstharzes entspricht. Auch können das Muster an Vertiefungen und vorstehenden Teilen für eine dynamische Druckerzeugung in dem dynamischen Druckluftlager beliebig festgelegt werden, und statt der feststehenden Welle 13 kann die rotierende Welle 21 derartige Vertiefungen und vorste­ hende Teile aufweisen, oder es können sowohl die feststehende als auch die rotierende Welle 13 bzw. 21 beide Vertiefungen und vorstehende Teile haben.

In Fig. 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Polygon- Scanners gemäß der Erfindung mit einem dynamischen Druckluft­ lager dargestellt. Hierbei sind dieselben Elemente wie in der vorherstehenden Ausführungsform mit denselben Bezugszei­ chen versehen und werden daher nicht nochmal erläutert.

In Fig. 3 ist eine feststehende Welle 63 vertikal eingesetzt und in dem Mittelteil eines Wellenfußteils 11 befestigt. Eine Radiallager-Oberfläche 64 (eines dynamischen Druckluftlagers) ist an dem Außenumfang der feststehenden Welle 63 vorgesehen, und fischgrätartige Rillen 66 und 67 für die dynamische Druck­ erzeugung sind genau in gleichen Abständen auf der Radial­ lager-Oberfläche 64 ausgebildet. Die Radiallager-Oberfläche 64 liegt einer inneren Umfangsfläche 71a einer rotierenden Welle 71 gegenüber, so daß die Radiallager-Oberfläche 64 mit einem bestimmten Lagerspiel von der inneren Umfangsfläche 71a der rotierenden Fläche 71 getrennt angeordnet ist, wo­ durch die rotierende Welle 71 bezüglich der feststehenden Welle 63 drehbar ist. Ein Spiegelhalteflansch 72 ist an ei­ nem oberen Teil der rotierenden Welle 71 ausgebildet, und ein Polygonspiegel 25 sitzt auf einer oberen äußeren Um­ fangsfläche 71b (einer Spiegeltragfläche) der rotierenden Welle 71. Ein Schraubbolzen 24 ist in das obere Ende der rotierenden Welle 71 geschraubt, so daß der Polygonspiegel 25 durch einen Spiegelhalter 23 gegen eine obere Fläche 72a (Spiegelhaltefläche) des Flansches 72 gedrückt wird. Die obere Fläche 72a des Spiegelhalteflansches 72 ist über der Radiallager-Oberfläche 64 in einem Abstand L_s von deren obe­ ren Rand festgelegt. Die Teile, welche sich zusammen mit der rotierenden Welle 71 drehen, bilden einen Rotor 70.

Wenn der Polygonspiegel 25 beginnt sich zu drehen, wird Luft in die fischgrätförmigen Rillen 66 und 67 eingebracht (ge­ stoßen), welche auf der Radiallager-Oberfläche 64 der fest­ stehenden Welle 63 ausgebildet sind, und in der Drehrichtung der rotierenden Welle 71 zusammengedrückt und ist in das Lager­ spiel zwischen der feststehenden Welle 63 und der rotierenden Welle 71 eingedrungen, um so einen dynamischen Druck zu erzeugen. Wenn der dynamische Druck einen bestimmten Wert erreicht, schwimmt bzw. schwebt die rotierende Welle 71 (in der radialen Richtung) bezüglich der feststehenden Welle 63, so daß sie sich mit hoher Geschwindigkeit drehen kann.

Die rotierende Welle 71 und der Polygonspiegel 25, welche Hauptbestandteile des Rotors 20 sind, können aus leichten Materialien mit zueinander passenden Wärmeausdehungskoeffi­ zienten, wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminium­ legierung, hergestellt werden. Eine nicht dargestellte Hart- Alumit-Schicht (eine anodische Oxidschicht) wird durch eine Hartalumit-Behandlung (eine anodische Oxidationsbehandlung) zumindest auf einem Teil der inneren Oberfläche 71a der rotierenden Welle 71 ausgebildet, welche mit der feststehen­ den Welle 63 in Kontakt kommen könnte. Diese Behandlungsart ist folgendermaßen. Beispielsweise werden, wie in Fig. 4 dargestellt, ein Kathodenteil 102 aus Kohlenstoff und ein Anodenteil der rotierenden Welle 71 in eine elektrolytische Lösung 101 (eine wäßrige Oxal- oder Schwefelsäurelösung usw.) in einer elektrolytischen Zelle 100 getaucht, und die Kathode und die Anode werden mit einer Gleichstromquelle 103 verbunden. Die Oberfläche der rotierenden Welle 71 wird teilweise ano­ disch oxidiert, um eine anodische Oxidschicht durch die Oxi­ dations-Reaktion zu bilden, welche an der Oberfläche der ro­ tierenden Welle 71 (Anode) durch Elektrolyse in der elektro­ lytischen Lösung 101 hervorgerufen worden ist. Da bei die­ ser Behandlung ein Teil der inneren Umfangsfläche 71a der ro­ tierenden Welle 71, welche der feststehenden Welle 63 gegen­ überliegt, unter der oberen Fläche 72a des Spiegeltragflan­ sches 72 festgelegt ist, wird nur der Teil unter der oberen Fläche 72a des Flansches 72 so, wie dargestellt, in die elek­ trolytische Lösung 102 eingetaucht, ohne daß der obere Teil abgedeckt ist, so daß die notwendige Behandlung in dem ein­ getauchten Teil bewirkt wird. Somit wird die Alumit-Behand­ lung nicht an der oberen Fläche 72a des Flansches 72 und an dem Teil oberhalb der oberen Fläche 72a bei der Behandlung durchgeführt, so daß die Oberfläche 72a des Flansches 72 und die obere äußere Umfangsfläche 71b der rotierenden Welle 71, welche die Tragflächen des Polygonspiegels 25 sind, freie unbehandelte Oberflächen des Basismaterials (Aluminium oder einer Aluminiumlegierung) sind, welche die rotierende Welle 71 bilden; hierdurch entsprechen die Abmessungsgenauigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient der rotierenden Welle 71 genau denjenigen des Polygonalspiegels 25.

Die feststehende Welle 63 ist beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt und wird unter vorherbestimmten Bedingun­ gen gehärtet; die fischgrätartigen Rillen 66 und 67 für eine dynamische Druckerzeugung an der Radiallager-Oberfläche 64 werden durch Ätzen gebildet.

In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die feststehende Welle 63 aus rostfreiem Stahl hergestellt, und die rotierende Welle 71 (und der Polygonspiegel 25) ist (sind) aus Aluminium und einer Aluminiumlegierung gebildet, wobei durch die Ge­ wichtsreduzierung des Rotors 20 die Widerstandsfähigkeit be­ züglich einer Vibration verbessert ist und die feststehende Welle 63 wegen des hohen Young′schen Moduls der feststehenden Welle 63 sogar bei einem kleinen Durchmesser mit einer aus­ reichenden Steifigkeit versehen ist, wodurch ein kompakterer Polygon-Scanner mit Luftlager geschaffen ist.

Auch bei dieser Ausführungsform sind die obere äußere Um­ fangsfläche 71b der rotierenden Welle 71 und die Spiegeltrag­ fläche 72a des Spiegeltragflansches 72, auf welchem der Poly­ gonspiegel 25 gehalten ist, freie, unbehandelte Oberflächen des Grundmaterials (Aluminium oder einer Aluminiumlegierung), aus welchem die rotierende Welle 71 hergestellt ist, so daß der Spiegeltragteil hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten und der Abmessungsgenauigkeit den Polygonspiegel 25 angepaßt ist. Da die obere Fläche 72a des Flansches 72 der rotierenden Welle 71, auf welchem der Polygonspiegel 25 ge­ halten wird, über dem oberen Rand des oberen Teils festge­ legt ist, welcher der Radiallager-Oberfläche 64 (dem dyna­ mischen Druckluftlager) an der feststehenden Welle 23 gegen­ überliegt, kann, wenn die Radiallager-Oberfläche 64 einer Hartalumit-Behandlung unterzogen wird, der Teil unter dem Spiegeltragteil (den Oberflächen 17b, 17a) der rotierenden Welle 71 in die elektrolytische Lösung 101 ohne eine Ab­ deckung getaucht werden, wodurch die Oberflächenhärte des Teils, welcher der Radiallager-Oberfläche 64 gegenüber­ liegt, auf einen gewünschten Wert erhöht wird, wodurch der Oberflächenbehandlungsvorgang vereinfacht werden kann.

Claims (6)

1. Polygonscanner
mit einer Hohlwelle, die über ein dynamisches Druckluftlager auf einer feststehenden Welle geführt ist,
deren Innendurchmesser in einem Bereich vergrößert ist, der auf der Höhe des Polygonspiels liegt und sich in der Nähe eines Axial-Magnetlagers befindet,
und deren Innenbereich zumindest teilweise mit einer anodischen Oxidschicht versehen ist,
wobei der Polygonspiegel und die Hohlwelle aus einer nicht-magnetischen Aluminiumlegierung oder Aluminium gefertigt ist, deren Wärmeausdehnungs­ koeffizienten zueinander passen,
wobei im Kontaktbereich des Spiegels mit der Hohlwelle keine Oxidschicht vorgesehen ist und das Luftlager in einer dem Axialmagnetlager abgewandten Seiten der Hohlwelle angeordnet ist.

2. Polygonscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die das Druckluftlager bildenden Vertiefungen bei der Eloxierung der feststehnenden Welle und/oder der Hohlwelle mittels Maskierung der Welle erzeugt werden.

3. Polygonscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Axial-Magnet-Lager (30) einander abstoßende Permanentmagneten aufweist, wobei ein Magnet am Gehäuse, ein Magnet an der rotierenden Welle und ein Magnet an der feststehenden Welle angebracht ist.

4. Polygonscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchlaß (34) in dem magnetischen Lager (30) zur vertikalen Dämpfung vorgesehen ist, und zwar bei dem an der rotierenden Wellen angebrachten Magneten.

5. Polygonscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Welle (13) in das Motorgehäuse (11) durch Schrumpfpassung eingefügt ist, wobei beide Materialien aus Aluminium bestehen.

6. Polygonscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein fischgrätenförmiges Muster aus Vertiefungen und vorstehenden Teilen für die dynamische Druckerzeugung an einer Oberfläche der feststehenden Welle (13) und/oder der rotierenden Hohlwelle (12) ausgebildet ist.