DE69301471T2 - Polygonspiegel - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Polygonspiegel, der als ein Rotor in einem Polygonspiegelscan- oder Abtastmotor dient.
• Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines solchen Rotors in einem Polygonspiegelscanmotor eines herkömmlichen Typs zeigt. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Keramikring. Ein Joch 2 ist mittels Schrumpfpassung in den Keramikring 1 eingefügt. Dann werden die Oberflächen des Jochs 2 und eines Jochs 5 in Kontakt mit einem Spiegeloberflächenformationsglied 3, das eine Spiegeloberfläche 4 definiert, endbearbeitet, und zwar mit einem hohen Grad an Ebenheit und Oberflächenrauheit. Das Spiegeloberflächenformationsglied 3 wird fest zwischen das Joch 2 und das Joch 5 geklemmt, und zwar mit einer Vielzahl von Schrauben 16. Ferner ist ein Rotormagnet 6 mit einer Vielzahl von Magnetpolen des Motors fest an der Unterseite des Jochs 5 befestigt bzw. gesichert. Ein Polygonspiegelrotor, bei dem eine Schrumpfpassung verwendet wurde, ist aus JP-A-63 266 420 bekannt.
• Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines Polygonspiegelscanmotors, der den in Fig. 2 gezeigten Rotor verwendet, gezeigt. Eine Tragwelle 8 an einem Anbringungselement 7 erstreckt sich durch den Keramikring 1. Ein Radiallagerglied 9 ist fest an der Tragwelle 8 befestigt bzw. gesichert, um zwischen die Tragwelle 8 und den Keramikring 1 einzugreifen. Darüber hinaus sind Schubbzw. Axialplatten 10 und 11 fest an der Tragwelle 8 befestigt, um oberen bzw. unteren Endoberflächen des Keramikrings 1 gegenüberzuliegen. Ein dynamisches Axiadrucklager wird durch die oberen und unteren Endoberflächen des Ke ramikrings 1 und entsprechende gegenüberliegende Oberflächen der Schubplatten 10 und 11 definiert. Ein dynamisches Radialdrucklager wird durch den inneren Umfang des Keramikrings 1 und den Außenumfang des Radiallagergliedes 9 gebildet. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Befe stigungsbolzen bzw. eine Befestigungsschraube zum Befestigen der Schubplatten 10 und 11, des Radiallagergliedes 9 und der Anbringungsplatte 13 an der Tragwelle 8. Eine Statorspule 14 ist auf der Oberseite des Anbringungselements 7 angeordnet, um dem Rotormagnet 6 gegenüberzuhegen. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Abdeckung.
• Bei dem Polygonspiegelscanmotor mit dem obigen Aufbau wird, wenn die Statorspule sequentiell erregt wird, der Innenumfang des Keramikrings 1 des Rotors auf dem Radiallagerglied 9 getragen und die oberen und unteren Endoberflächen des Rotors werden auf gegenüberliegenden Oberflächen der Schubplatten 10 und 11 zur Drehung getragen. Es sei bemerkt, daß die Tragwelle 8 und das Radiallagerglied 9 eine Befestigungswelle genannt werden und daß die Tragwelle 8 alleine (ohne das Radiallagerglied 9) die Befestigungswelle bilden kann. In diesem Fall dient die Befestigungswelle (Tragwelle) auch als das Radiallagerglied. Eine Rotationstragvorrichtung für einen Polygonspiegel ist aus der US-A-4 984 881 bekannt.
• Jedoch besitzt der herkömmliche Rotor, d.h. der oben beschriebene Polygonspiegel die folgenden Nachteile.
• (1) Da das Joch 2 mittels Schrumpfpassung in den Keramikring 1 eingefügt ist, müssen der Außendurchmesser des Keramikrings 1 und der Innendurchmesser des Jochs 2 endbearbeitet werden, und zwar mit einer höheren Genauigkeit an Rundheit, zylindrischem Grad, Oberflächenrauheit und Abmessungstoleranz, was zu einem Anstieg der Kosten zur Bearbeitung des Keramikrings 1 und des Jochs 2 führt.
• (2) Darüber hinaus muß nach der schrumpfpassung des Jochs 2 in den Keramikring 1 die Oberfläche des Jochs 2, die in Kontakt steht mit dem Spiegeloberflächenformationsglied 3, stets einer sekundären Bearbeitung ausgesetzt werden, um die genaue Ebenheit und Oberflächenrauheit zu erhalten. Zusätzlich muß zur Zeit des Zusammenbaus das Spiegeloberflächenformationsglied 3 fest an dem Joch 5 befestigt werden, unter Verwendung der Schraube 16, und zwar mit einem vorbestimmten, kontrollierten Drehmoment, was nachteilig zu einer erhöhten Anzahl von Zusammenbauschritten führt. Darüber hinaus kann sich ein unbalancierter Rotor als Ganzes ergeben aus einem losen Sitz im Paßabschnitt, was unabdingbar durch die gesamte Anordnung bewirkt wird, unabhängig von der verbesserten Abmessungsgenauigkeit der Teile selbst, was zahlreiche Schritte zur Korrektur der Balance oder Unwucht zur Folge hat.
• (3) Darüber hinaus kann abhängig von dem Befestigungsgrad der Schraub 16 die Spiegeloberfläche 4 eine winzige Verformung besitzen, was während der Zeit der tatsächlichen Drehung oder Rotation einen erheblichen nachteiligen Einfluß auf die Oberflächenstabilität und Flacker- bzw. Flimmercharakteristik des Motors ausübt. Das Spiegeloberflächenformationsglied 3 muß mit mehreren durchgehenden Löchern versehen sein zur Aufnahme mehrerer Schrauben, was unvorteilhafterweise zu einem Anstieg der Anzahl von Bearbeitungsschritten führt, und zwar einschließlich der Bearbeitung der Kanten nach dem Vorsehen der Löcher. Infolgedessen werden die Herstellungskosten des Spiegels erhöht.
• (4) Darüber hinaus besitzt das Joch 2 eine geringere Höhe als der Keramikring 1, wenn die Schrumpfpassung durchgeführt ist, und somit wird die Höhe des Keramikringes einer Schrumpfpassung ausgesetzt. Somit ist es unabdingbar, daß eine ungleichmäßige Schrumpfpassungsbelastung an den Keramikring nach der Schrumpfpassung angelegt wird, was möglicherweise in einem extremen Fall einen Bruch oder einen Riß in dem Keramikring 1 bewirken kann. Zusätzlich sind der Innendurchmesser und die oberen und unteren Endoberflächen des Keramikrings 1 möglicherweise einer Verformung ausgesetzt, was einen ungleichmäßigen Axialfreiraum und Radialfreiraum zwischen dem Rotor und dem Stator zur Folge haben kann, wenn er in den Scannermotor zur Drehung eingesetzt ist, was wiederum nachteilig die Rotationsversetzung des Motors beeinflußt. Dies ist ein Grund für schlechte Oberflächenstabilität und Flimmercharakteristik des Motors.
• In Anbetracht der vorhergehenden Ausführung wurde die vorliegende Erfindung erdacht, dessen Ziel es ist, einen Polygonspiegel vorzusehen, der leicht zu bearbeiten ist und weniger Zusammenbauschritte benötigt und eine extrem bessere Rotationsleistung bietet.
• Um die obigen Probleme zu lösen, weist ein Polygonspiegel gemäß der vorliegenden Erfindung folgendes auf: einen Rotor, der einen Keramikring, Joche und ein Spiegeloberflächenformationsglied umfaßt, die jeweils an dem Außenumfang des Keramikrings befestigt sind; und einen Stator mit einer Befestigungswelle, die durch den Keramikring hindurch geht, wobei ein radiales, dynamisches Drucklager durch den Innenumfang des Keramikrings und den Außenumfang der Befestigungswelle definiert wird, und bei dem ein dynamisches Axialdrucklager definiert wird, durch beide Endoberflächen des Keramikrings und gegenüberliegende Oberflächen einer Schub- bzw. Axialplatte, die fest an dem Stator befestigt ist, um beiden Endoberflächen des Keramikrings gegenüberzuliegen, wobei der Keramikring die Joche und das Spiegeloberflächenformationsglied integral aus einem Material geformt sind, das das Spiegeloberflächenformationsglied bildet, um den Rotor zu bilden.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Keramikring, die Joche und das Spiegeloberflächenformationsglied integral aus einem Material geformt, das das Spiegeloberflächenformationsglied bildet, um dadurch den Polygonspiegel zu bilden, und somit die Anzal von Teilen, die Anzahl der Schritte zum Bearbeiten der Teile und die Anzahl der Schritte zum Zusammenbau derselben zu verringern.
• Darüber hinaus führt das Formen über die gesamte Höhe des Keramikrings mit Material wie z.B. Aluminium, das das Spiegeloberflächenformationsglied bildet, dazu, daß keine Brüche oder Risse in dem Keramikring infolge einer gleichmäßigen thermischen Belastung auftreten, die an den Keramikring 1 in Höhenrichtung angelegt wird. Zusätzlich hat eine gleichförmige Verformung des Innendurchmessers und der oberen und unteren Endoberflächen einen gleichförmigen Axialfreiraum des Axiallagers und einen Radialfreiraum des Radiallagers zur Folge, in dem Fall, daß es zur Drehung in einer Statorseite des Scannerrnotors eingesetzt ist, wie in Fig. 3 gezeigt ist, was einen gleichförmigen Schub zwischen dem Rotor und den Stator des Motors und einen Freiraum in der Radialrichtung zur Folge hat, um dadurch eine verbesserte Oberflächenstabilität und Flimmercharakteristik des Motors zu besitzen, um mit einer Drehung mit höherer Geschwindigkeit fertig zu werden.
• Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Struktur eines Polygonspiegelrotors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die eine Struktur eines Polygonspiegelrotors des herkömmlichen Typs zeigt.
• Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die eine Struktur des Polygonspiegelscannermotors, der den in Fig. 2 gezeigten Rotor verwendet, zeigt.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Struktur eines Polygonspiegelscannermotors zeigt, der einen Polygonspiegelrotor gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet. In Fig. 1 zeigen Elemente, die dieselben Bezugszeichen wie Elemente in Fig. 2 besitzen, dieselben oder entsprechende Elemente.
• Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist der Rotor folgendes auf: einen Keramikring 1, Joche 2 und 5 und einen Rotormagneten 6, die integral geformt sind aus Aluminium, um ein Spiegeloberflächenformationsglied 3 zu bilden. Es sei bemerkt, daß obwohl der Rotormagnet in diesem Fall auch integral geformt ist, der Keramikring 1 und die Joche 2 und 5 integral aus dem Aluminium gebildet sein können, das das Spiegeloberflächenformationsglied 3 bildet, um nur den Polygonspiegel herzustellen, während der Rotormagnet 6 separat von dem Polygonspiegel vorgesehen werden kann.
• Darüber hinaus kann, um die Festigkeit (Verbindungsfestigkeit zwischen dem Keramikring 1 und dem Spiegeloberflächenformationsglied 3) zu erhöhen, die nach dem inte gralen Formen mit Aluminium erhalten wird, der Außenumfang (nicht gezeigt) des Keramikrings 1 mit einer Nut oder Kerbe ausgebildet sein, oder kann alternativ eine größere Oberflächenrauheit besitzen. Die Joche 2 und 5 umfassen jeweilige keilförmige Vorsprünge 2a und 5a, um dadurch zu verhindern, daß die Joche 2 und 5 nach dem Formen außer Eingriff mit dem Spiegeloberflächenformationsglied kommen.
• Darüber hinaus ist der Rotor vorzugsweise in vertikalsymmetrischer Art und Weise ausgebildet und besitzt dynamische Balance bzw. Ausgleichs- oder Korrekturpunkte an einer Stelle. Darüber hinaus wird dem Rotormagneten 6 nach dem integralen Formen mit Aluminium, das das Spiegeloberflächenformationsglied 3 bildet, nicht erlaubt, frei zu liegen, um ein außer Eingriff kommen mit bzw. Lösen davon zu verhindern.
• Nach dem integralen Formen des Keramikrings 1, der Joche 2 und 5 und des Rotormagneten 6 mit Alumunium, das das Spiegeloberflächenforrnationsglied 3 bildet, wie oben beschrieben, werden ihre Oberflächen bearbeitet und schlußendlich wird eine Spiegeloberfläche gebildet mittels Dampfabscheidung für die Herstellung des Rotors.
• Das integrale Ausbilden des Keramikrings 1 und der Joche 2 und 5 mit Alumunium, das das Spiegeloberflächenformationsglied 3 bildet für die Bildung des Polygonspiegels, eliminiert nicht nur die Notwendigkeit zum Vorsehen einer Vielzahl von Schrauben 16, sondern auch die Notwendigkeit eines schwierigen Befestigungsvorgangs mit dem kontrollierten Schraubendrehmoment
• Darüber hinaus sind die Joche 2 und 5 aus Aluminium ausgeformt, um einen vereinfachten Aufbau bzw. eine vereinfachte Konfiguration sicherzustellen und die Oberflächen, die mit dem Spiegeloberflächenformationsglied 3 in Kontakt stehen, benötigen keine Bearbeitung mit einer höheren Genauigkeit wie beim Stand der Technik, was zu einer Kostenreduzierung für die Herstellung dieser Teile führt.
• Darüber hinaus ist das Joch 2 nicht einer Schrumpfpassung in den Keramikring 1 wie beim Stand der Technik ausgesetzt, und somit besteht keine Notwendigkeit für eine Sekundärbearbeitung. Das heißt, nach dem Ausformen wird die Bearbeitung ohne Pause durchgeführt und die Spiegeloberfläche 4 kann schlußendlich einer Dampfabscheidung ausgesetzt werden. Da die Bearbeitung und die Dampfabscheidung auf der Basis ausgeführt werden, daß insbesondere der Keramikring 1 einer geringeren Verformung ausgesetzt wird, kann der Rotor eine gut balancierte Endbearbeitung bzw. einen Finish, sowie eine Spiegeloberfläche 4 mit verbesserter Genauigkeit besitzen. Darüber hinaus kann die dynamische Balance des Rotors leicht korrigiert werden. Zusätzlich gibt es keine Notwendigkeit zum Vorsehen eines durchgehenden Loches in dem Spiegelformationsglied 3 und den Schritt der Bearbeitung der Kanten. Darüber hinaus kann das Nichtvorhandensein der Schrumpfpassung vorteilhafterweise zu einer Entspannung bzw. Erleichterung der Bearbeitungsgenauigkeit hinsichtlich des Außendurchmessers des Keramikrings 1 und des Innendurchmessers des Jochs führen. Darüber hinaus führt das Ausformen mit Aluminium über die gesamte Höhe des Keramikrings dazu, daß keine Brüche oder Risse in dem Kerainikring infolgedessen auftreten, daß eine Wärmebelastung in Höhenrichtung an den Keramikring 1 angelegt wird. Zusätzlich hat eine gleichförmige Verformung des Innendurchmessers und der oberen und unteren Endoberflächen einen gleichförmigen Axialfreiraum des Axiallagers und einen Radialfreiraums des Radiallagers in dem Fall zur Folge, daß es zur Drehung in einer Statorseite des in Fig. 3 gezeigten Scannermotors beinhaltet ist, was einen gleichförmigen Schub zwischen dem Rotor und dem Stator des Motors und einen Freiraum in der Radialrichtung sicherstellt, um dadurch eine verbesserte Oberflächenstabilität und Flimmercharakteristik des Motors zu erhalten.
• Darüber hinaus ist in Folge der Abwesenheit der Zusammenbauschritte zum Einklemmen des Spiegeloberflächenformationsglieds 3 zwischen den Jochen 2 und 5 und das Befestigen derselben mit einer Vielzahl von Schrauben wie beim Stand der Technik die Spiegeloberfläche frei hinsichtlich irgendeiner daraus ergebenden Verformung, was eine verbesserte Oberflächenstabilität und Flimmercharakteristik des Motors sicherstellt.
• In dem Fall einer Hochgeschwindigkeitsrotation oder -drehung besitzt der herkömmliche Polygonspiegelscannermotor eine obere Drehzahlgrenze infolge der schlechten Oberflächenstabilität und Flimmercharakteristik des Motors durch Interferenz zwischen den Teilen, einem Unterschied der Wärmeverformung und ähnlichem, was sich aus der Zentrifugalkraft ergibt. Solche Probleme werden in diesem Ausführungsbeispiel überwunden, da diese Teile integral aus Aluminium ausgebildet sind. Darüber hinaus ist eine Stromlinienform im Schnittaufbau erfolgreich im Unterdrücken eines Verwindungsverlustes während der Drehung, sowie eines Anstiegs in der Temperatur, die sich daraus ergibt. Es ist somit möglich, eine noch höhere Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit zu erreichen.
• Es sei bemerkt, daß das Material, das das Spiegeloberflächenformationsglied 3 bildet in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Aluminium ist, das aber ein anderes Metall oder ein Harz verwendet werden kann, ohne daß man auf Aluminium beschränkt wäre.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung sind, wie oben beschrieben der Keramikring, die Joche und das Spiegeloberflächenformationsglied integral ausgeformt aus einem Material, das das Spiegeloberflächenformationsglied bildet, um einen Polygonspiegel zu bilden und somit werden die folgenden vorteilhaften Effekte im Vergleich mit herkömmlichen Polygonspiegeln erreicht.
• (1) Die Anzahl der Teile, die Anzahl der Schritte zum Be arbeiten der Teile und die Anzahl der Schritte zum Zusammenbau derselben wird verringert.
• Darüber hinaus führt die Abwesenheit einer Schrumpfpassung zu einer erleichterten bzw. entspannteren Bearbeitungsgenauigkeit für Teile, die Notwendigkeit zur Sekundärbearbeitung wird eliminiert und die Korrektur der dynamischen Balance wird ermöglicht bzw. erleichtert.
• Das integrale Ausformen mit dem Material, das das Spiegeloberflächenformationsglied bildet stellt eine gleichförmige Verformung des Innendurchmessers des Keramikrings und der oberen und unteren Endoberflächen sicher. Daher können in dem Fall, daß es zur Drehung in der Statorseite des Scannermotors eingesetzt wird, die axialen und radialen Freiräume gleich gehalten werden, um Oberflächenstabilität und Flimmercharakteristik des Motors zu verbessern.
• Darüber hinaus ermöglicht das integrale Ausformen eine höhere Drehgeschwindigkeit, die frei ist von schlechter Oberflächenstabilität und Flimmercharakteristik des Motors infolge von Interferenz zwischen den Teilen, einem Unterschied der Wärmeausdehnung und ähnlichem, was sich aus der Zentrifugalkraft während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung ergibt, wie dies beim Stand der Technik zu sehen ist.

Claims (8)

1. Ein Polygonspiegelscannermotor, der folgendes aufweist:

einen Rotor, der einen Keramikring (1), Joche (2,5) und ein Spiegeloberflächenformationsglied (3) umfaßt; wobei die Joche (2 und 5) und das Spiegeloberflächenformationsglied (3) an einem Außenumfang des Keramikrings (1) befestigt sind;

einen Stator mit einer Befestigungswelle (8,9), die durch den Keramikring (1) durchgeht mit einem dynamischen Radialdrucklager (9), daß durch einen Innenumfang des Keramikrings (1) und einen Außenumfang der Befestigungswelle (9) gebildet wird, und mit dynamischen Axialdrucklagern, die durch beide Endoberflächen des Keramikrings (1) und entsprechende gegenüberliegende Oberflächen von axial bzw. Schubplatten (10,11) definiert werden, die fest an dem Stator befestigt sind, um den beiden Endoberflächen des Keramikrings (1) gegenüber zu liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikring (1), die Joche (2,5) und das Spiegeloberflächenformationsglied (3) integral ausgeformt sind aus einem Material, das das Spiegeloberflächenformationsglied (3) bildet, um den Rotor zu bilden.

2. Polygonspiegelscannermotor nach Anspruch 1, wobei der Außenumfang des Keramikrings (1) eine Nut oder Kerbe umfaßt, um die Verbindungsfestigkeit zu erhöhen, die nach der integralen Ausformung mit Material, das das Spiegeloberflächenformationsglied (3) bildet, zu erhalten.

3. Polygonspiegelscannermotor nach Anspruch 1, wobei der Außenumfang des Keramikrings (1) eine rauhe bzw. aufgerauhte Oberfläche besitzt.

4. Polygonspiegelscannermotor nach Anspruch 1, wobei die Joche (2,5) mit einem keilförmigen Vorsprung (2a,5a) versehen sind, zum Verhindern eines Außereingriffkommens bzw. Lösens nach dem integralen Ausformen mit Material, das das Spiegeloberflächenformationsglied bildet.

5. Polygonspiegelscannermotor nach Anspruch 1, wobei der Rotor in einer vertikal-symmetrischen Art und Weise ausgeformt ist.

6. Polygonspiegelscannermotor nach Anspruch 1, wobei der Rotor einen dynamischen Balance- oder Unwuchtkorrekturpunkt aufweist.

7. Polygonspiegelscannermotor nach Anspruch 1, wobei der Rotor ein Motorrotormagneten (6) aufweist, der integral mit dem Material ausgeformt ist, das das Spiegeloberflächenformationsglied (3) bildet,

8. Polygonspiegelrotor, der folgendes aufweist: einen Keramikring (1), Joche (2,5) und ein Spiegeloberflächenformationsglied (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikring (1) die Joche (2,5) und das Spiegel oberflächenformationsglied (3) integral ausgeformt sind aus einem Material, das das Spiegeloberflächenforrnationsglied (3) bildet.