JP3571518B2 - 動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナに関し、詳細には、ラジアル動圧空気軸受と吸引型アキシャル磁気軸受を利用した動圧空気軸受型ポリゴンスキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル複写機やレーザープリンタ等のレーザー書込系を用いた電子写真方式の記録装置は、その印字品質が良好なこと、印字速度が速いこと及び騒音が低いこと等の特徴と低価格化が進んできたことから、近時、急速に普及してきている。
【０００３】
この電子写真方式の記録装置のレーザー書込系に用いられているポリゴンスキャナには、記録装置のプリント速度及び画素密度に応じた回転速度でポリゴンミラーを回転させることが要求され、特に、近年、プリント速度の高速化及び画素密度の高密度化にともない、ポリゴンスキャナには、２００００ｒｐｍ以上の超高速回転が要求される。
【０００４】
このような超高速回転の要求されるポリゴンスキャナには、従来のボールベアリングタイプの軸受装置では、軸受寿命や軸受騒音などの面から要求される画像品質を満足させることができない。
【０００５】
そこで、従来から、超高速回転の要求されるポリゴンスキャナには、動圧空気を利用した動圧空気軸受が用いられている。
【０００６】
このような動圧空気軸受を使用した装置としては、例えば、特開昭６０−２４４９１３号公報に記載されている回転体支持装置が提案されている。この回転体支持装置は、第１の磁気部材及びこの第１の磁気部材を囲続する状態に設けられた第２の磁気部材を有し、いずれか一方の磁気部材に回転体が回転可能に取着された磁気スラスト軸受により上記回転体のスラスト方向の支持を行うようにした回転体支持装置であって、上記第１、第２の磁気部材の両側をそれぞれ強磁性体で挟んだことを特徴としている。
【０００７】
この回転体支持装置をポリゴンスキャナに適用すると、回転体に固定され鉄板等の強磁性材料からなる板状リングで上下から挟まれた内側磁気リングと、モータハウジングに固定され鉄板等の強磁性材料からなる板状リングで上下から挟まれた外側磁気リングと、から構成される吸引型の磁気軸受と動圧空気軸受でポリゴンミラーを支持することになる。
【０００８】
また、特開昭６１−２６９１１５号公報に記載されている回転体支持装置は、磁性材料からなる固定軸と、この固定軸にジャーナル軸受部を介して外嵌され、前記固定軸を中心として回転するモータロータを備えた回転組立体と、この回転組立体を回転させる駆動機構部とからなる回転支持装置において、スラスト荷重支持用磁気軸受は内輪が前記固定軸に設けられ、この内輪に対向する外輪が回転組立体の内側に固着され、かつ前記内輪と前記固定軸の支持部端部の間に０．５ｍｍ以上のギャップが形成されていることを特徴としている。
【０００９】
この回転支持装置をポリゴンスキャナに適用すると、回転軸の支持部に固定された固定側磁気リングと回転体を構成するシリンダの内側に固定された回転側磁気リングとから構成される吸引型の磁気軸受と動圧空気軸受でポリゴンミラーを支持することになる。
【００１０】
さらに、特開平５−７１５３２号公報に記載されている軸受装置は、固定軸にスリーブが嵌合し、該スリーブに設けた一方のラジアル軸受面が固定軸に設けた他方のラジアル軸受面と対向し、前記一方のラジアル軸受面と他方のラジアル軸受面との少なくとも一方にヘリングボーン状の溝を設け、前記固定軸に取り付けた磁石部材がスリーブに取り付けた磁石部材または磁性体部材と非接触に対向して磁気軸受を構成し、前記スリーブの外周面にロータマグネット部材とミラーとを取り付けたことを特徴としている。
【００１１】
また、本出願人は、先に、動圧流体軸受によって支持され、一体的に構成されたモータの駆動により回転する装置において、回転体に使用される接着剤を９０℃で４００ＭＰａ以上のヤング率で構成してなるブラシレスモータの回転体装置、すなわち、ラジアル方向には、動圧空気軸受が構成され、アキシャル方向には、上下反発型の磁気軸受が構成され、回転体を回転自在に支持するブラシレスモータの回転体装置を提案している（特開平８−２６６０３０号公報参照）。
【００１２】
すなわち、この軸受装置は、具体的には、例えば、図１２に示すように、ポリゴンスキャナの軸受装置１に適用され、ポリゴンスキャナの軸受装置１は、ハウジング２に圧入固着あるいは焼きばめ等の方法で堅固に固定された固定軸３と、固定軸３が挿入された中空回転軸４と、を備えている。
【００１３】
中空回転軸４は、図１２に示すように、軸方向途中に外方（径方向）に突出して図示しない光学ハウジングへの取付基準面となる鍔部４ａが形成されており、当該鍔部４ａの上面にポリゴンミラー５が載置されている。ポリゴンミラー５は、ミラー押さえ６により中空回転軸４の鍔部４ａに押さえ付けられるとともに、ミラー押さえ６がネジ７により中空回転軸４に固定されることにより、中空回転軸４に固定されている。ミラー押さえ６は、永久磁石８を保持しており、マグネットホルダーとしての機能も有している。
【００１４】
この永久磁石８に対向する上方の位置には、図１２に示すように、ハウジング２に固定された上カバー９に保持された永久磁石１０が所定の微小間隔を開けて配設されており、永久磁石８に対向する下方の位置には、固定軸３の上端に固定された永久磁石１１が所定の微小間隔を開けて配設されている。永久磁石１０及び永久磁石１１は、それぞれ永久磁石８に対して相互に向かい合う面が同極となるように配設されており、永久磁石８に対してそれぞれ反発力が作用する。上カバー９には、図示しないが半導体レーザからのレーザー光の入出射用の開口部が形成されており、当該開口部には、両面テープあるいは接着剤等でガラスが設けられて、上カバー９及びハウジング２内が密閉されている。
【００１５】
そして、ミラー押さえ６には、図示しない上下振動減衰用連通穴が形成されており、この上下振動減衰用連通穴は、後述するアキシャル軸受に適切なダンピング特性を持たせている。
【００１６】
中空回転軸４の鍔部４ａの下面であって中空回転軸４の外周面には、図１２及び図１３に示すように、周状にロータマグネット１２が取り付けられており、ロータマグネット１２は、中空回転軸４に対して内周部を嵌合させ、内周部と軸方向上面を中空回転軸４及び鍔部４ａに直接接着等で固着することにより、中空回転軸４に固着されている。
【００１７】
上記ロータマグネット１２は、軽量かつ機械的耐力（引張強度）の高いアルミ−マンガン系の金属磁石により形成されており、中空回転軸４と固定軸３は、軽量化と高速回転のために、比重の小さいアルミニウム合金で形成されているとともに、起動停止時の摩耗を防止するために、軸受表面には、無電界複合ニッケルメッキの表面処理が施されている。また、ポリゴンミラー５及びミラー押さえ６は、アルミニウム合金で形成されている。
【００１８】
上記ポリゴンミラー５、ミラー押さえ６及びロータマグネット１２等の取り付けられた中空回転軸４は、回転体１３を構成している。
【００１９】
そして、上記ロータマグネット１２に対向する下方の位置に、図１２に示すように、プリント基板１４を挟んでコイル部１５とホール素子１６が配設されており、これらプリント基板１４、コイル部１５及びホール素子１６は、ハウジング２に取り付けられている。プリント基板１４は、コネクタ１７及びハーネス１８を介して回路基板１９に接続されており、これらロータマグネット１２、プリント基板１４、コイル部１５、ホール素子１６、コネクタ１７、ハーネス１８及び回路基板１９の制御回路等により、アキシャルギャップ（面対向）型のモータ２０が構成されている。このモータ２０は、制御回路（回路基板）１９により励磁切り換えを行うことにより、回転体１３を回転させる。
【００２０】
そして、上記ミラー押さえ６には、回転体１３の不釣り合い修正用のバランス修正溝６ａが形成されており、ロータマグネット１２には、回転体１３の不釣り合い修正用のバランス修正溝１２ａが形成されている。バランス修正用溝１２ａは、ロータマグネット１２の内周面の一部を周状に切り欠くことにより形成されており、ロータマグネット１２のバランス修正用溝１２ａ以外の内周面は、中空回転軸４に精度良く嵌合されている。
【００２１】
また、固定軸３の外周面には、図１２に示すように、ヘリングボーン溝３ａ、３ｂが上下２対形成されており、モータ２０の駆動により回転体１３が回転すると、中空回転軸４と固定軸３の隙間の圧力が高まり、中空回転軸４、固定軸３及びヘリングボーン溝３ａ、３ｂにより動圧空気を利用したラジアル軸受として機能して、非接触でラジアル方向に回転体１３を支持する。
【００２２】
一方、上記ミラー押さえ６に保持された磁石８、上カバー９に保持された磁石１０、固定軸３の上端に固定された磁石１１及びミラー押さえ６に形成された上下振動減衰用連通穴は、磁石１０と磁石１１がミラー押さえ６に保持された磁石８に上下双方から反発力を付与して、磁石８及び磁石８を保持するミラー押さえ６を介して回転体１３を反発浮上させるアキシャル軸受として機能して、回転体１３を軸方向に非接触で支持する。
【００２３】
すなわち、この軸受装置１は、ラジアル方向に動圧軸受を用い、アキシャル方向に磁石反発型の磁気軸受を用いており、モータ方式として、アキシャル方向に磁気ギャップを持った、いわゆる面対向型を採用している。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の軸受装置にあっては、ポリゴンスキャナ等の高速回転の軸受としては、なお、改良の余地があった。
【００２５】
すなわち、特開昭６０−２４４９１３号公報記載の回転支持装置は、回転体に固定される内側磁気リングの機械的強度が低いため、この回転支持装置をポリゴンスキャナに適用した場合、高速回転によって遠心応力が働くと、破壊されやすく、特に、外径が保持されていない場合には、破壊されやすい。また、板状リングで上下から挟まれた内側磁気リングが回転体に接着固定されているため、高温と低温に繰り返し曝されると、線膨張率が異なる材料同士の接着部分に剪断応力がかかり、接着部分が徐々に劣化して、回転体のバランスが崩れ、周りを振動させて、騒音を発生させたり、書込画像の画像品質を悪化させて、信頼性を低下させるという問題があった。
【００２６】
また、特開昭６１−２６９１１５号公報記載の回転体支持装置にあっては、回転体を固定軸に嵌合する際にむき出しになっている永久磁石同士が接触してしまうため、その接触で発生した微小なゴミやもともと永久磁石に付着していたゴミ等が回転支持装置の組み立て中に軸受隙間内に侵入して、正常に回転しなくなるという問題がある。また、一般に、永久磁石は、寸法精度が悪いため、リング状永久磁石の外径または内径の一方を位置決めに利用し、他方を磁気ギャップとして利用しようとすると、接触を避けるために磁気ギャップを比較的大きくする必要があるが、磁気ギャップを大きくすると、吸引力が低下し、意図する吸引力を確保するには、磁気軸受部を半径方向に大型化する必要があり、装置が大型化するという問題があった。さらに、永久磁石は、機械的な強度が小さいため、接着により永久磁石を接着部に固定するのが一般的であるが、永久磁石の接着部が高温と低温に繰り返し曝されると、線膨張率の異なる材料同士の接着部分に剪断応力がかかり、接着部分が徐々に劣化して、回転体のバランスが崩れる。その結果、この回転体支持装置をポリゴンスキャナに適用すると、ポリゴンミラーの取り付けられる回転体の不釣り合い振動が発生し、回転体の取り付けられている周りの部材を振動させて、騒音を発生させたり、書込画像の画像品質を悪化させて、信頼性を低下させるという問題があった。
【００２７】
さらに、特開平５−７１５３２号公報記載の軸受装置にあっては、磁気軸受部の固定部が固定軸の先端に突出して配置されており、磁気ギャップを小さくして大きな吸引力を得ようとすると、必然的に外径部がむき出しになった状態で、動圧空気軸受の軸受隙間へとつながる空間に配置・固定される。その結果、回転体を固定軸に嵌合する際に接触しやすく、その接触で発生した微小なゴミやもともと永久磁石に付着していたゴミが装置の組立中または回転中に動圧空気軸受の軸受隙間内に脱落、侵入し、正常に回転しなくなるという問題があった。
【００２８】
また、特開平８−２６６０３０号公報記載のブラシレスモータの回転体装置にあっては、磁気軸受が反発型であるため、以下のような改良の余地があった。
【００２９】
すなわち、上下反発型の磁気軸受では、３個の永久磁石８、１０、１１が必要であり、装置が大型化して、コストが高くなる。また、３個の永久磁石８、１０、１１を固定するためには、３箇所の接着作業が必要であり、作業工程が多く、コストが高くなる。さらに、寒冷地での保存や実使用での温度上昇を含めると、高温と低温に繰り返し曝されることがあるが、この場合、線膨張率が異なる材料同士の接着となるため、硬化した接着剤に剪断応力がかかり、剪断破壊が生じるおそれがあり、接着部分の信頼性を向上させる上で改良の余地があった。特に、回転体１３に固定される永久磁石１０の接着部で剪断破壊が生じて、永久磁石１０が回転軸中心から半径方向にずれると、回転体１３のバランスが崩れてしまい、周囲を振動させて、騒音を発生したり、書込画像の画像品質を低下させるおそれがあった。
【００３０】
また、ポリゴンミラー５がミラー押さえ６を介してネジ７により中空回転軸４に固定されていたために、中空回転軸４にネジ穴の加工が必要であり、単純にネジ穴加工の分だけ、加工コストが高くなるとともに、ネジ穴加工時に使用する切削油がネジ穴に残りやすく、ネジ穴に残った切削油が中空回転軸４の高速回転時に、ネジ穴から外側に飛散して、ポリゴンミラー５や窓ガラス等の光学部品を汚して、ポリゴンスキャナとしての品質を低下させるおそれがあるとともに、当該ポリゴンスキャナの品質低下を防止するために、ネジ穴の入念な洗浄が必要であり、ネジ穴の加工コストに加えて、ネジ穴の洗浄コストもかかり、ポリゴンスキャナのコストがさらに上昇するおそれがあった。
【００３１】
さらに、ポリゴンミラー５やミラー押さえ６は、その材料としてアルミニウム合金が用いられるが、ネジの締め付け力のバラツキが大きかったり、ミラー押さえ６の端面の精度が悪いと、ポリゴンミラー５のミラー面の面精度を悪化させることとなり、光学特性を悪化させるおそれがあった。
【００３２】
この特開平８−２６６０３０号公報記載のブラシレスモータの回転体装置における不具合について、図１４に基づいてさらに詳細に説明する。なお、図１４においては、動圧空気軸受面先端での点接触状態を説明するために、軸受隙間を誇張して描いている。
【００３３】
この軸受装置１は、図１４において、軸心のずれにより、回転体１３の上端に位置する反発スラストマグネットである永久磁石８に、斥力Ｆｍが働き、中空回転軸４が、斥力Ｆｍの働く方向に移動して、固定軸３と線接触する。
【００３４】
ところが、この状態では、図１４に示す力点Ａに作用する斥力Ｆｍとつり合う力がないため、固定軸３の軸受面の上端を支点として、中空回転軸４が傾くこととなる。
【００３５】
ただし、中空回転軸４は、際限なく傾くわけではなく、固定軸３とのクリアランスによって制限され、固定軸３の下端に接触した状態で、傾きが規制されて、静止することとなる。
【００３６】
ここで、斥力Ｆｍが働く点を力点Ａ、固定軸３の軸受面上端の接触点を支点Ｂ、固定軸３の軸受面下端の接触点を作用点Ｃとして、各点で働く力を考えると、作用点Ｃでは、力点Ａで働く斥力Ｆｍとつり合うように固定軸３に力Ｆｆａが働き、その反作用として、力Ｆｒａが中空回転軸４に働く。また、支点Ｂにおいては、斥力Ｆｍと中空回転軸４に働いた力Ｆｒａの和とつり合う大きさの力Ｆｆｓが固定軸３に働き、その反作用として、中空回転軸４にも、力Ｆｒｓが働く。
【００３７】
すなわち、回転体１３の回転停止時には、永久磁石８の斥力Ｆｍによって、固定軸３上端の接触点に最大の力がかかっていることになる。
【００３８】
したがって、図１４の状態から回転体１３の回転を開始すると、固定軸３の軸受面の上端が最も摩耗しやすいこととなり、その後、回転体１３が高速回転すると、動圧力が生じるため、固定軸３の軸受面上端の接触点にかかる荷重は小さくなる。
【００３９】
その結果、回転体１３の起動時及び停止時の低速回転時に、固定軸３の軸受面の接触点に大きな荷重がかかることになる。
【００４０】
また、軸受装置１は、軸鉛直、すなわち、固定軸３及び回転体１３が鉛直方向に立った状態で使用されるが、軸受装置１を軸水平、すなわち、固定軸３及び回転体１３を水平状態にして使用すると、回転体１３にかかる重力により起動時及び停止時に固定軸３の動圧空気軸受面の接触摩耗量が、さらに多くなり、軸受装置１の寿命が短くなるおそれがある。
【００４１】
そこで、請求項１記載の発明は、軸方向に中空部を有する中空回転軸にポリゴンミラーの固定された回転体の中空回転軸の中空部内に固定軸が挿入され、回転体がモータにより回転されると発生する空気の動圧を中空回転軸の内周面と固定軸の外周面からなる動圧空気軸受面で受けるラジアル動圧空気軸受と、吸引型磁気力を利用したアキシャル軸受と、により回転体を半径方向及び軸方向に回転自在に支持し、アキシャル軸受を、固定軸の先端部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、中空回転軸に取り付けられた保持部材に固定されリング状の吸引型磁気軸受固定部内に挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備え、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部を、半径方向に所定の磁気ギャップを形成するとともに、軸方向において動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態で配設することにより、吸引型磁気軸受回転部の外周部を固定軸に固定された吸引型磁気軸受固定部で覆った状態として、アキシャル軸受に付着したゴミが組み立て時や組立後の回転中及び輸送中等にラジアル動圧空気軸受の軸受隙間内に脱落・侵入して、回転異常が発生することを防止し、また、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部が動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態とし、動圧空気軸受面の接触を線接触として、起動時及び停止時の動圧空気軸受面先端部の摩耗を抑制し、信頼性が高く画像品質の良好な小型で安価な動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを提供することを目的としている。
【００４２】
請求項２記載の発明は、アキシャル軸受を、吸引型磁気軸受固定部が、軸方向に２極に着磁されたリング状の永久磁石と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第１固定ヨーク板と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第２固定ヨーク板と、を備え、第１固定ヨーク板と第２固定ヨーク板が、リング状の永久磁石を軸方向に挟むとともに、それぞれの中心円が中空回転軸に対して同軸に配置されるとともに、固定軸の先端部内に埋設された状態で配設され、吸引型磁気軸受回転部が、吸引型磁気軸受固定部の第１固定ヨーク板及び第２固定ヨーク板の内周面との間に磁気ギャップを形成する円形の外周部を備え、外周部が、中空回転軸に対して同軸に配置されたものとすることにより、加工が容易で寸法精度の高い第１及び第２固定ヨーク板と吸引型磁気軸受固定部との間に磁気ギャップを高精度に形成して、吸引型磁気軸受固定部の一個の永久磁石の磁気力を有効利用し、より一層信頼性が高く、より一層画像品質の良好な小型で安価な動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを提供することを目的としている。
【００４３】
請求項３記載の発明は、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部を、磁気ギャップが半径方向において所定量片寄った状態で配設することにより、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを軸が水平となる軸水平状態で使用した場合にも、磁気力と重力をバランスさせて、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部が動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態とし、動圧空気軸受面の接触を線接触として、起動時及び停止時の動圧空気軸受面先端部の摩耗を抑制し、信頼性が高く画像品質の良好な小型で安価な動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを提供することを目的としている。
【００４４】
請求項４記載の発明は、アキシャル軸受を、吸引型磁気軸受固定部が、軸方向に２極に着磁されたリング状の永久磁石と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第１固定ヨーク板と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第２固定ヨーク板と、を備え、第１固定ヨーク板と第２固定ヨーク板が、リング状の永久磁石を軸方向に挟むとともに、それぞれの中心円が中空回転軸に対して半径方向において一方向に所定量偏心した状態で配置されるとともに、固定軸の先端部内に埋設された状態で配設され、吸引型磁気軸受回転部が、吸引型磁気軸受固定部の第１固定ヨーク板及び第２固定ヨーク板の内周面との間に磁気ギャップを形成する円形の外周部を備え、外周部が、中空回転軸に対して同軸に配置されたものとすることにより、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを軸が水平となる軸水平状態で使用した場合にも、磁気力と重力をバランスさせて、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部が動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態とし、動圧空気軸受面の接触を線接触として、起動時及び停止時の動圧空気軸受面先端部の摩耗を抑制するとともに、加工が容易で寸法精度の高い第１及び第２固定ヨーク板と吸引型磁気軸受固定部との間に磁気ギャップを高精度に形成して、吸引型磁気軸受固定部の一個の永久磁石の磁気力を有効利用し、より一層信頼性が高く、より一層画像品質の良好な小型で安価な動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを提供することを目的としている。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナは、軸方向に中空部を有する中空回転軸にポリゴンミラーの固定された回転体を有し、当該回転体の前記中空回転軸の前記中空部内に固定軸が挿入され、前記中空回転軸の一端側に前記中空部を閉止して所定の空気溜まりを形成する状態で所定の保持部材が取り付けられ、前記回転体がモータにより回転されることにより発生する空気の動圧を前記中空回転軸の内周面と前記固定軸の外周面からなる動圧空気軸受面で受けるラジアル動圧空気軸受と、吸引型磁気力を利用したアキシャル軸受と、により前記回転体を半径方向及び軸方向に回転自在に支持する動圧空気軸受型ポリゴンスキャナであって、前記アキシャル軸受は、前記固定軸の前記保持部材側の先端部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、前記中空回転軸に取り付けられた前記保持部材に固定され前記リング状の吸引型磁気軸受固定部内に挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備え、前記吸引型磁気軸受固定部と前記吸引型磁気軸受回転部は、半径方向に所定の磁気ギャップを形成するとともに、軸方向において前記動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態で配設されていることにより、上記目的を達成している。
【００４６】
上記構成によれば、軸方向に中空部を有する中空回転軸にポリゴンミラーの固定された回転体の中空回転軸の中空部内に固定軸が挿入され、回転体がモータにより回転されると発生する空気の動圧を中空回転軸の内周面と固定軸の外周面からなる動圧空気軸受面で受けるラジアル動圧空気軸受と、吸引型磁気力を利用したアキシャル軸受と、により回転体を半径方向及び軸方向に回転自在に支持し、アキシャル軸受を、固定軸の先端部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、中空回転軸に取り付けられた保持部材に固定されリング状の吸引型磁気軸受固定部内に挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備え、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部を、半径方向に所定の磁気ギャップを形成するとともに、軸方向において動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態で配設しているので、吸引型磁気軸受回転部の外周部を固定軸に固定された吸引型磁気軸受固定部で覆った状態として、アキシャル軸受に付着したゴミが組み立て時や組立後の回転中及び輸送中等にラジアル動圧空気軸受の軸受隙間内に脱落・侵入して、回転異常が発生することを防止することができ、また、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部が動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態とし、動圧空気軸受面の接触を線接触として、起動時及び停止時の動圧空気軸受面先端部の摩耗を抑制することができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを信頼性が高く画像品質の良好なものとすることができるとともに、小型で安価なものとすることができる。
【００４７】
この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記アキシャル軸受は、前記吸引型磁気軸受固定部が、前記軸方向に２極に着磁されたリング状の永久磁石と、前記リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第１固定ヨーク板と、前記リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第２固定ヨーク板と、を備え、前記第１固定ヨーク板と前記第２固定ヨーク板が、前記リング状の永久磁石を前記軸方向に挟むとともに、それぞれの前記中心円が前記中空回転軸に対して同軸に配置されるとともに、前記固定軸の先端部内に埋設された状態で配設され、前記吸引型磁気軸受回転部が、前記吸引型磁気軸受固定部の前記第１固定ヨーク板及び前記第２固定ヨーク板の内周面との間に前記磁気ギャップを形成する円形の外周部を備え、前記外周部が、前記中空回転軸に対して同軸に配置されていてもよい。
【００４８】
上記構成によれば、アキシャル軸受を、吸引型磁気軸受固定部が、軸方向に２極に着磁されたリング状の永久磁石と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第１固定ヨーク板と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第２固定ヨーク板と、を備え、第１固定ヨーク板と第２固定ヨーク板が、リング状の永久磁石を軸方向に挟むとともに、それぞれの中心円が中空回転軸に対して同軸に配置されるとともに、固定軸の先端部内に埋設された状態で配設され、吸引型磁気軸受回転部が、吸引型磁気軸受固定部の第１固定ヨーク板及び第２固定ヨーク板の内周面との間に磁気ギャップを形成する円形の外周部を備え、外周部が、中空回転軸に対して同軸に配置されたものとしているので、加工が容易で寸法精度の高い第１及び第２固定ヨーク板と吸引型磁気軸受固定部との間に磁気ギャップを高精度に形成して、吸引型磁気軸受固定部の一個の永久磁石の磁気力を有効利用することができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナをより一層信頼性が高く、より一層画像品質の良好なものとすることができるとともに、小型で安価なものとすることができる。
【００４９】
また、例えば、請求項３に記載するように、前記吸引型磁気軸受固定部と前記吸引型磁気軸受回転部は、前記磁気ギャップが半径方向において所定量片寄った状態で配設されていてもよい。
【００５０】
上記構成によれば、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部を、磁気ギャップが半径方向において所定量片寄った状態で配設しているので、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを軸が水平となる軸水平状態で使用した場合にも、磁気力と重力をバランスさせて、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部が動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態とし、動圧空気軸受面の接触を線接触として、起動時及び停止時の動圧空気軸受面先端部の摩耗を抑制することができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを信頼性が高く画像品質の良好なものとすることができるとともに、小型で安価なものとすることができる。
【００５１】
さらに、例えば、請求項４に記載するように、前記アキシャル軸受は、前記吸引型磁気軸受固定部が、前記軸方向に２極に着磁されたリング状の永久磁石と、前記リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第１固定ヨーク板と、前記リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第２固定ヨーク板と、を備え、前記第１固定ヨーク板と前記第２固定ヨーク板が、前記リング状の永久磁石を前記軸方向に挟むとともに、それぞれの前記中心円が前記中空回転軸に対して半径方向において一方向に所定量偏心した状態で配置されるとともに、前記固定軸の先端部内に埋設された状態で配設され、前記吸引型磁気軸受回転部が、前記吸引型磁気軸受固定部の前記第１固定ヨーク板及び前記第２固定ヨーク板の内周面との間に前記磁気ギャップを形成する円形の外周部を備え、前記外周部が、前記中空回転軸に対して同軸に配置されていてもよい。
【００５２】
上記構成によれば、アキシャル軸受を、吸引型磁気軸受固定部が、軸方向に２極に着磁されたリング状の永久磁石と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第１固定ヨーク板と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第２固定ヨーク板と、を備え、第１固定ヨーク板と第２固定ヨーク板が、リング状の永久磁石を軸方向に挟むとともに、それぞれの中心円が中空回転軸に対して半径方向において一方向に所定量偏心した状態で配置されるとともに、固定軸の先端部内に埋設された状態で配設され、吸引型磁気軸受回転部が、吸引型磁気軸受固定部の第１固定ヨーク板及び第２固定ヨーク板の内周面との間に磁気ギャップを形成する円形の外周部を備え、外周部が、中空回転軸に対して同軸に配置されたものとしているので、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを軸が水平となる軸水平状態で使用した場合にも、磁気力と重力をバランスさせて、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部が動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態とし、動圧空気軸受面の接触を線接触として、起動時及び停止時の動圧空気軸受面先端部の摩耗を抑制することができるとともに、加工が容易で寸法精度の高い第１及び第２固定ヨーク板と吸引型磁気軸受固定部との間に磁気ギャップを高精度に形成して、吸引型磁気軸受固定部の一個の永久磁石の磁気力を有効利用することができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナをより一層信頼性が高く、より一層画像品質の良好なものとすることができるとともに、小型で安価なものとすることができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００５４】
図１〜図７は、本発明の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第１の実施の形態を示す図であり、図１は、本発明の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第１の実施の形態を適用した動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０の正面断面図である。
【００５５】
図１において、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０は、ハウジング３１とハウジング３１上にネジ固定された上カバー３２により、その外観が形成され、ハウジング３１の底部中央部に、固定軸３３が圧入固着あるいは焼きばめ等の方法で固定されている。
【００５６】
固定軸３３は、その周壁部の適切な位置にヘリングボーン溝３３ａが形成されており、固定軸３３の上端凹部内には、アキシャル方向（軸方向）に所定長さを有したリング状の吸引型磁気軸受固定部３４が埋設されている。
【００５７】
吸引型磁気軸受固定部３４は、図２〜図４に示すように、所定の大きさの中心円３５ａがその中心部に形成されアキシャル方向に２極に着磁されてアキシャル方向に磁極が向いたリング状の永久磁石３５と、永久磁石３５のアキシャル方向両端（軸方向両端）に固定され永久磁石３５の中心円（内径）３５ａよりも小さい中心円３６ａ、３７ａがその中心部に形成された強磁性材料からなる一対の第１固定ヨーク板３６及び第２固定ヨーク板３７と、で形成されている。吸引型磁気軸受固定部３４は、第１固定ヨーク板３６と第２固定ヨーク板３７とで永久磁石３５を挟んだ状態で固定軸３３の上端凹部内に埋設され、第１固定ヨーク板３６の上部から、図１に示すように、弾性部材３８で固定されることにより、永久磁石３５を第１固定ヨーク板３６と第２固定ヨーク板３７で固定軸３３の軸方向に挟んだ状態で、かつ、第１固定ヨーク板３６の中心円３６ａと第２固定ヨーク板３７の中心円３７ａが固定軸３３の軸中心と一致する（同軸となる）状態で、固定軸３３の上端凹部内に埋設されている。上記第１固定ヨーク板３６及び第２固定ヨーク板３７は、鉄鋼系の板材で形成されており、永久磁石３５は、例えば、主に希土類系の永久磁石が用いられている。なお、吸引型磁気軸受固定部３４は、弾性部材３８で固定軸３３の上端凹部内に固定するものに限るものではなく、例えば、接着剤等で固定軸３３の上端凹部内に固定してもよい。
【００５８】
固定軸３３は、図１に示すように、中空回転軸３９の中空内に挿入されており、中空回転軸３９の上面から外周面には、図５及び図６に示すように、キャップ形状に形成されるとともに、外方（径方向）に鍔状に突出したフランジ４０が固定されている。フランジ４０の中央部には、吸引型磁気軸受回転部４１が圧入されてフランジ４０に固定されており、吸引型磁気軸受回転部４１は、図３及び図４に示したように、第１固定ヨーク板３６の中心円３６ａ部分及び第２固定ヨーク板３７の中心円３７ａ部分との間に磁気ギャップを構成する外筒面４１ａ、４１ｂが形成されている。この外筒面４１ａ、４１ｂは、吸引型磁気軸受回転部４１の回転中心軸と同軸になるように配置されており、第１固定ヨーク板３６の中心円３６ａ部分及び第２固定ヨーク板３７の中心円３７ａ部分と外筒面４１ａ、４１ｂとの磁気ギャップは、約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの微細間隔に設定されている。
【００５９】
フランジ４０の鍔状に突出した部分の上面には、図１に示すように、ポリゴンミラー４２が載置されており、ポリゴンミラー４２は、板ばね（保持部材）４３により中空回転軸３９のフランジ４０に押さえつけられるとともに、板ばね４３がネジ４４が吸引型磁気軸受回転部４１の上端部に形成されたネジ穴４１ｃに螺合されて吸引型磁気軸受回転部４１に固定されることにより、吸引型磁気軸受回転部４１に固定されている。なお、フランジ４０は、上述のように、中空回転軸３９の上方の中空部を閉止する状態で中空回転軸３９に取り付けられており、固定軸３３の上端とフランジ４０により閉止された中空回転軸３９の中空部に空気溜まり４５が形成されている。
【００６０】
吸引型磁気軸受回転部４１は、永久磁石あるいは鉄鋼系の強磁性体等のように、寸法精度の高い材料で形成されている。また、上記固定軸３３、中空回転軸３９及び板ばね４３は、アルミニウム合金等の非磁性材料で形成されており、吸引力を発生する吸引型磁気軸受固定部３４と吸引型磁気軸受回転部４１のギャップ中に磁束漏れが発生することを抑制して、後述するアキシャル軸受に効率よくアキシャル吸引力を発生させる。
【００６１】
また、フランジ４０には、図１に示すように、空気溜まり４５を、板ばね４３のスリット４２ａ（図５参照）を介して中空回転軸３９の外部に連通する微細穴４０ａが吸引型磁気軸受回転部４１の周囲に形成されており、微細穴４０ａは、微細穴４０ａを通過する空気の粘性抵抗により、後述するアキシャル軸受に適切なダンピング特性を持たせている。
【００６２】
中空回転軸３９のフランジ４０の下面であって中空回転軸３９の外周方向には、図１に示すように、周状にロータマグネット４６が取り付けられており、ロータマグネット４６は、例えば、軽量かつ機械的耐力（引張強度）の高いアルミ−マンガン系の金属磁石等により形成されている。
【００６３】
上記フランジ４０、吸引型磁気軸受回転部４１、ポリゴンミラー４２、板ばね４３、ネジ４４及びロータマグネット４６等の取り付けられた中空回転軸３９は、回転体４７を構成している。
【００６４】
上記ロータマグネット４６に対向する内周側には、ステータコア４８が配設されており、ステータコア４８には、巻線コイル４８ａが巻かれている。ロータマグネット４６及び巻線コイル４８ａの巻かれたステータコア４８の下方の位置には、プリント基板４９とホール素子５０が配設されている。これらプリント基板４９及び巻線コイル４８ａの巻かれたステータコア４８等は、ハウジング３１に取り付けられており、ホール素子５０は、プリント基板４９に取り付けられている。プリント基板４９には、駆動回路が形成されており、これらロータマグネット４６、プリント基板４９、巻線コイル４８及びホール素子５０等により、ラジアルギャップ・アウターロータ型のブラシレスモータ５１が構成されており、ブラシレスモータ５１は、プリント基板４９の駆動回路がホール素子５０の位置検出信号に基づいて、順次巻線コイル４８への通電を制御して、励磁切り換えを行うことにより、回転体４７を回転させて、定速制御する。
【００６５】
そして、上記フランジ４０の上下２箇所には、回転体４７の不釣り合い修正用のバランス修正溝４０ｂ、４０ｃが形成されている。
【００６６】
上記固定軸３３の外周面には、上述のように、ヘリングボーン溝３３ａが形成されているため、ブラシレスモータ５１の駆動により回転体４７が回転すると、中空回転軸３９と固定軸３３の隙間の圧力が高まり、中空回転軸３９、固定軸３３及びヘリングボーン溝３３ａにより中空回転軸３９と固定軸３３のヘリングボーン溝３３ａの形成された面を動圧空気軸受面として動圧空気を利用したラジアル軸受（動圧軸受）として機能して、非接触でラジアル方向（半径方向）に回転体４７を支持する。
【００６７】
また、上記フランジ４０に固定された吸引型磁気軸受回転部４１、固定軸３３の上端凹部内に埋設・固定された永久磁石３５、第１固定ヨーク板３６と第２固定ヨーク板３７からなる吸引型磁気軸受固定部３４は、吸引型磁気軸受回転部４１と固定軸３３に埋設・固定された吸引型磁気軸受固定部３４に吸引力が発生して、回転体４７を浮上させるアキシャル軸受（磁気軸受）として機能して、回転体４７を軸方向に非接触で支持する。
【００６８】
そして、上カバー３２には、図示しない半導体レーザからのレーザー光の入出射用の開口部にガラス窓が両面テープまたは接着剤等で固定されて、内部が密閉されている。
【００６９】
次に、本実施の形態の作用を説明する。動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０は、ハウジング３１に固定された固定軸３３が中空回転軸３９に挿入され、固定軸３３の上端凹部内に吸引型磁気軸受固定部３４が埋設されている。吸引型磁気軸受固定部３４は、アキシャル方向に２極に着磁されたリング状の永久磁石３５を上下（アキシャル方向）の１対のリング状の第１固定ヨーク板３６と第２固定ヨーク板３７で挟んだ状態に形成され、第１固定ヨーク板３６と第２固定ヨーク板３７の中心円３６ａ、３７ａは、永久磁石３５の中心円３５ａよりも小さく形成されているとともに、中空回転軸３９の軸芯と一致する状態で配設されている。
【００７０】
この固定軸３３は、中空回転軸３９の中空内に挿入されており、中空回転軸３９には、フランジ４０が取り付けられているとともに、このフランジ４０にポリゴンミラー４２、ロータマグネット４６及び吸引型磁気軸受回転部４１等が取り付けられて、回転体４７を構成している。
【００７１】
フランジ４０には、固定軸３３の上端凹部内に埋設された吸引型磁気軸受固定部３４の中心円内に侵入する吸引型磁気軸受回転部４１が固定されており、吸引型磁気軸受回転部４１は、永久磁石または鉄骨系の強磁性材料等のように、寸法精度の高い材料で、円柱状あるいは円筒状に形成されるとともに、吸引型磁気軸受固定部３４の第１固定ヨーク板３６及び第２固定ヨーク板３７と対向する位置に外筒面４１ａ、４１ｂが形成されて、第１固定ヨーク板３６及び第２固定ヨーク板３７との間に微細間隔の磁気ギャップを形成している。
【００７２】
吸引型磁気軸受回転部４１は、上述のように、永久磁石または強磁性体材料で形成されており、図４に示すように、吸引型磁気軸受固定部３４の永久磁石３５、第１固定ヨーク板３６、吸引型磁気軸受回転部４１及び第２固定ヨーク板３７へと向かい、再び永久磁石３５へと向かう閉ループ状に磁力線が形成されて、固定軸３３の上端凹部内に埋設された吸引型磁気軸受固定部３４とフランジ４０を介して中空回転軸３９に固定された吸引型磁気軸受回転部４１との間に吸引力が発生して、フランジ４０に固定された吸引型磁気軸受回転部４１と固定軸３３の上端凹部内に埋設された吸引型磁気軸受固定部３４は、回転体４７を浮上させるアキシャル軸受として機能して、回転体４７を軸方向に非接触で支持する。
【００７３】
また、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０は、フランジ４０に取り付けられたロータマグネット４６に周方向で対向する位置に、巻線コイル４８ａの巻かれたステータコア４８が配設されているとともに、ロータマグネット４６の下方の位置にホール素子５０とプリント基板４９が配設されており、これらプリント基板４９、巻線コイル４８ａの巻かれたステータコア４８及びホール素子５０等は、ラジアルギャップ・アウターロータ型のブラシレスモータ５１を構成して、プリント基板４９の駆動回路により巻線コイル４８ａへの通電を制御して、励磁切り換えを行うことにより、回転体４７を回転させる。
【００７４】
上記固定軸３３の外周面には、ヘリングボーン溝３３ａが形成されており、ブラシレスモータ５１の駆動により回転体４７が回転すると、中空回転軸３９と固定軸３３の隙間の圧力が高まって、中空回転軸３９、固定軸３３及びヘリングボーン溝３３ａが、動圧空気を利用したラジアル軸受として機能して、非接触でラジアル方向に回転体４７を支持する。
【００７５】
このように、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０は、アキシャル軸受が回転体４７を非接触で軸方向に支持し、ブラシレスモータ５１により回転体４７を回転駆動することにより、動圧空気を利用したラジアル軸受が、非接触で回転体４７をラジアル方向に支持する。
【００７６】
そして、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０は、いま、吸引型磁気軸受固定部３４及び吸引型磁気軸受回転部４１が、部品の寸法バラツキ等の原因によって、吸引型磁気軸受固定部３４の第１固定ヨーク板３６及び第２固定ヨーク板３７の中心円３６ａ、３７ａと吸引型磁気軸受回転部４１の外筒面４１ａ、４１ｂとが偏心したとすると、図７に示すように、吸引型磁気軸受固定部３４の第１固定ヨーク板３６及び第２固定ヨーク板３７と吸引型磁気軸受回転部４１との間に吸引力Ｆｍが働く。この吸引力Ｆｍによって、吸引型磁気軸受固定部３４の第１固定ヨーク板３６及び第２固定ヨーク板３７と吸引型磁気軸受回転部４１との間で、その上端あるいは下端のいずれか一端から接触が始まるが、最終的には、力のつり合いのとれる線接触状態で静止する。
【００７７】
この線接触状態で静止しているときには、吸引型磁気軸受固定部３４の第１固定ヨーク板３６及び第２固定ヨーク板３７の中心円３６ａ、３７ａと吸引型磁気軸受回転部４１の外筒面４１ａ、４１ｂとの偏心による吸引力Ｆｍが、中空回転軸３９と固定軸３３に作用するときには、図７に示すように、力Ｆｒ１、Ｆｒ２、Ｆｒ３、・・・、力Ｆｓ１、Ｆｓ２、Ｆｓ３、・・・のように分散され、中空回転軸３９と固定軸３３に作用する接触圧力が小さくなる。
【００７８】
したがって、中空回転軸３９と固定軸３３に作用する接触圧力が小さくなるため、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０の起動時及び停止時に中空回転軸３９と固定軸３３の接触面の摩耗量が小さくなり、動圧軸受の寿命を向上させることができる。
【００７９】
このように、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０の起動時と停止時に中空回転軸３９と固定軸３３とを線接触状態とするために、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０は、図７に示すように、中空回転軸３９、固定軸３３及びヘリングボーン溝３３ａにより構成されるラジアル軸受（動圧軸受）と、吸引型磁気軸受回転部４１、固定軸３３の上端凹部内に埋設・固定された永久磁石３５、第１固定ヨーク板３６と第２固定ヨーク板３７からなる吸引型磁気軸受固定部３４により構成されるアキシャル軸受（磁気軸受）が、軸方向において少なくとも半分以上が重なり合うように構成している。
【００８０】
このような構成とすることにより、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０の起動時と停止時に中空回転軸３９と固定軸３３を線接触状態として、これらの摩耗を抑制することができ、動圧軸受の寿命を向上させることができる。
【００８１】
また、アキシャル軸受がフランジ４０に固定された吸引型磁気軸受回転部４１と固定軸３３の上端凹部内に埋設された吸引型磁気軸受固定部３４との間に作用する吸引力により、回転体４７をアキシャル方向に支持しており、吸引型磁気軸受固定部３４が、任意の断面においてアキシャル方向に２極に着磁されたリング状の１個の永久磁石３５と、この永久磁石３５の中心円よりも小さい中心円を有し永久磁石３５をアキシャル方向から挟む状態で配設されたリング状の第１固定ヨーク板３６と第２固定ヨーク板３７と、で形成され、吸引型磁気軸受回転部４１が、この第１固定ヨーク板３６及び第２固定ヨーク板３７と微細間隔、例えば、約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの磁気ギャップを空けて配設されている。
【００８２】
したがって、吸引型磁気軸受回転部４１と吸引型磁気軸受固定部３４の磁力線を有効に利用することができるとともに、吸引型磁気軸受回転部４１と吸引型磁気軸受固定部３４を固定軸３３の上端凹部内に収納することができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０を小型化することができる。特に、永久磁石として、１個の永久磁石３５のみを使用しているので、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０をより小型で、安価なものとすることができる。
【００８３】
さらに、吸引型磁気軸受固定部３４が固定軸３３の上端凹部内に埋設され、この吸引型磁気軸受固定部３４内に吸引型磁気軸受回転部４１が挿入されているとともに、吸引型磁気軸受回転部４１が中空回転軸３９の外周と上部を覆うフランジ４０に固定されているので、吸引型磁気軸受固定部３４や吸引型磁気軸受回転部４１に付着したゴミが組立時や組立後の回転中あるいは輸送中等に動圧空気軸受であるラジアル軸受の軸受隙間内に脱落、侵入して、回転異常となるのを防止することができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０の信頼性を向上させることができる。
【００８４】
また、フランジ４０に、空気溜まり４５と中空回転軸３９の外部とを連通する微細穴４０ａが形成され、微細穴４０ａによりアキシャル軸受に適切なダンピング特性を持たせているので、外乱振動に対して、減衰効果を発揮させることができ、より一層軸受ロックを防止して、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０の信頼性を向上させることができる。
【００８５】
さらに、第１固定ヨーク板３６と第２固定ヨーク板３７を機械加工により精度良く形成することができ、永久磁石３５と吸引型磁気軸受回転部４１との間に直接磁気ギャップを設ける場合よりも、磁気ギャップを小さくすることができ、永久磁石３５の磁力を有効に利用することができる。その結果、１つの永久磁石３５によりアキシャル軸受（磁気軸受）を小型で、安価なものとすることができ、ひいては、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０を小型で、安価なものとすることができる。
【００８６】
図８〜図１１は、本発明の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第２の実施の形態を示す図であり、図８は、本発明の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第２の実施の形態を適用した動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ６０の要部正面断面図、図９〜図１１は、それぞれ動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ６０の吸引型磁気軸受部の斜視図、分解斜視図及び正面断面図である。
【００８７】
本実施の形態は、固定軸の上端凹部に埋設された吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部との磁気ギャップを偏心させたものである。
【００８８】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態と同様の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナに適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナと同様の構成部分には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略するとともに、図示しない部分についても、必要に応じて、上記第１の実施の形態で用いた符号をそのまま用いて、説明する。
【００８９】
図８において、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ６０は、第１の実施の形態と同様に、ハウジング３１にヘリングボーン溝３３ａの形成された固定軸３３が固定され、固定軸３３は、中空回転軸３９の中空内に挿入されている。中空回転軸３９には、フランジ４０が取り付けられているとともに、このフランジ４０にポリゴンミラー４２、ロータマグネット４６及び吸引型磁気軸受回転部４１等が取り付けられて、回転体４７を構成している。
【００９０】
固定軸３３は、その上端凹部内に吸引型磁気軸受固定部６１が埋設されており、吸引型磁気軸受固定部６１は、図９〜図１１に示すように、所定の大きさの中心円６２ａがその中心部に形成されアキシャル方向に２極に着磁されてアキシャル方向に磁極が向いたリング状の永久磁石６２と、永久磁石６２のアキシャル方向両端（軸方向両端）に固定され永久磁石６２の中心円６２ａよりも小さい中心円６３ａ、６４ａがその中心部に形成された強磁性材料からなる一対の第１固定ヨーク板６３及び第２固定ヨーク板６４と、で形成されている。
【００９１】
吸引型磁気軸受固定部６１は、第１固定ヨーク板６３と第２固定ヨーク板６４とで永久磁石６２を挟んだ状態で固定軸３３の上端凹部内に埋設され、第１固定ヨーク板６３の上部から、図８に示すように、弾性部材６５で固定されることにより、永久磁石６２を第１固定ヨーク板６３と第２固定ヨーク板６４で固定軸３３の軸方向に挟んだ状態で、かつ、第１固定ヨーク板６３の中心円６３ａと第２固定ヨーク板６４の中心円６４ａが固定軸３３の軸中心（回転中心軸）に対して一方向に偏心した状態で、固定軸３３の上端凹部内に埋設されている。上記第１固定ヨーク板６３及び第２固定ヨーク板６４は、鉄鋼系の板材で形成されており、永久磁石６２は、例えば、主に希土類系の永久磁石が用いられている。なお、吸引型磁気軸受固定部６１は、弾性部材６５で固定軸３３の上端凹部内に固定するものに限るものではなく、例えば、接着剤等で固定軸３３の上端凹部内に固定してもよい。
【００９２】
上記吸引型磁気軸受回転部４１は、第１の実施の形態と同様に、永久磁石あるいは強磁性体材料で形成されて、フランジ４０の中央部に固定されるとともに、上記吸引型磁気軸受固定部６１の永久磁石６２の中心円６２ａ、第１固定ヨーク板６３の中心円６３ａ及び第２固定ヨーク板６４の中心円６４ａ内に挿入されており、吸引型磁気軸受回転部４１の第１固定ヨーク板６３の中心円６３ａ及び第２固定ヨーク板６４の中心円６４ａに対応する位置には、第１固定ヨーク板６３の中心円６３ａ及び第２固定ヨーク板６４の中心円６４ａとの間に微細な磁気ギャップを構成する外筒面４１ａ、４１ｂが形成されている。この外筒面４１ａ、４１ｂは、吸引型磁気軸受回転部４１の回転中心軸と同軸になるように配置されている。
【００９３】
そして、上述のように、第１固定ヨーク板６３の中心円６３ａと第２固定ヨーク板６４の中心円６４ａが固定軸３３の回転中心軸に対して一方向に偏心した状態で、固定軸３３の上端凹部内に埋設されているため、図９及び図１１に示すように、第１固定ヨーク板６３の中心円６３ａ部分及び第２固定ヨーク板６４の中心円６４ａ部分と外筒面４１ａ、４１ｂとの磁気ギャップは、その間隔が一方向に偏った状態となって、大きい磁気ギャップ部分と小さい磁気ギャップ部分が生じている。
【００９４】
また、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ６０は、起動時と停止時に中空回転軸３９と固定軸３３とを線接触状態とするために、図８に示すように、中空回転軸３９、固定軸３３及びヘリングボーン溝３３ａにより構成されるラジアル軸受（動圧軸受）と、吸引型磁気軸受回転部４１、固定軸３３の上端凹部内に埋設・固定された永久磁石６２、第１固定ヨーク板６３と第２固定ヨーク板６４からなる吸引型磁気軸受固定部６１により構成されるアキシャル軸受（磁気軸受）が、軸方向において少なくとも半分以上が重なり合うように構成されている。
【００９５】
次に、本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ６０は、吸引型磁気軸受固定部６１の第１固定ヨーク板６３の中心円６３ａと第２固定ヨーク板６４の中心円６４ａが固定軸３３の回転中心軸に対して一方向に偏心した状態で、固定軸３３の上端凹部内に埋設されており、この吸引型磁気軸受固定部６１内にフランジ４０に固定された吸引型磁気軸受回転部４１が挿入されて、吸引型磁気軸受回転部４１の第１固定ヨーク板６３の中心円６３ａ及び第２固定ヨーク板６４の中心円６４ａに対応する位置に、第１固定ヨーク板６３の中心円６３ａ及び第２固定ヨーク板６４の中心円６４ａとの間に微細な磁気ギャップを構成する外筒面４１ａ、４１ｂが、吸引型磁気軸受回転部４１の回転中心軸と同軸になるように形成されている。
【００９６】
したがって、第１固定ヨーク板６３の中心円６３ａ部分及び第２固定ヨーク板６４の中心円６４ａ部分と吸引型磁気軸受回転部４１の外筒面４１ａ、４１ｂとの磁気ギャップは、その間隔が一方向に偏った状態となっており、磁気ギャップが狭くなっている方向に吸引型磁気軸受回転部４１、すなわち、回転体４７が引き寄せられる。
【００９７】
その結果、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ６０を軸水平状態で使用する場合には、上記磁気ギャップの偏りにより生じる回転体４７の吸引力の大きさが、回転体４７に作用する重力と略一致するように、磁気ギャップの偏りを設定すると、回転体４７に作用する吸引力と重力をつり合わせることができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ６０の起動時と停止時の動圧空気軸受面の摩耗を小さくすることができる。
【００９８】
すなわち、図８に示すように、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ６０を軸水平状態で使用すると、回転体４７には、重力Ｆｗが作用するとともに、第１固定ヨーク板６３と第２固定ヨーク板６４の中心円６３ａ、６４ａ部分と吸引型磁気軸受回転部４１の外筒面４１ａ、４１ｂとの磁気ギャップが一方向に偏った状態で配設されていることによる吸引力Ｆｍが作用し、この重力Ｆｗと吸引力Ｆｍとがつり合うように、上記磁気ギャップの偏りを設定すると、重力Ｆｗと吸引力Ｆｍとがつり合って、回転体４７の傾きがなくなる。
【００９９】
したがって、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ６０の起動時及び停止時に動圧空気軸受面、すなわち、中空回転軸３９と固定軸３３との接触面にかかる圧力を小さくすることができ、摩耗量を小さくすることができる。
【０１００】
また、回転体４７、すなわち、吸引型磁気軸受回転部４１に吸引力Ｆｍが作用する位置と、回転体４７の重心位置と、を軸方向で略一致させると、吸引力Ｆｍと重力ｆｗの回転体４７における作用点を略一致させることができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ６０の起動時及び停止時に動圧空気軸受面の摩耗量をより一層小さくすることができる。
【０１０１】
さらに、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ６０は、起動時と停止時に中空回転軸３９と固定軸３３とを線接触状態とするために、図８に示すように、中空回転軸３９、固定軸３３及びヘリングボーン溝３３ａにより構成されるラジアル軸受（動圧軸受）と、吸引型磁気軸受回転部４１、固定軸３３の上端凹部内に埋設・固定された永久磁石６２、第１固定ヨーク板６３と第２固定ヨーク板６４からなる吸引型磁気軸受固定部６１により構成されるアキシャル軸受（磁気軸受）が、軸方向において少なくとも半分以上が重なり合うように構成されている。
【０１０２】
したがって、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ３０の起動時と停止時に中空回転軸３９と固定軸３３を線接触状態として、これらの摩耗を抑制することができ、寿命を向上させることができる。
【０１０３】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１０４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナによれば、軸方向に中空部を有する中空回転軸にポリゴンミラーの固定された回転体の中空回転軸の中空部内に固定軸が挿入され、回転体がモータにより回転されると発生する空気の動圧を中空回転軸の内周面と固定軸の外周面からなる動圧空気軸受面で受けるラジアル動圧空気軸受と、吸引型磁気力を利用したアキシャル軸受と、により回転体を半径方向及び軸方向に回転自在に支持し、アキシャル軸受を、固定軸の先端部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、中空回転軸に取り付けられた保持部材に固定されリング状の吸引型磁気軸受固定部内に挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備え、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部を、半径方向に所定の磁気ギャップを形成するとともに、軸方向において動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態で配設しているので、吸引型磁気軸受回転部の外周部を固定軸に固定された吸引型磁気軸受固定部で覆った状態として、アキシャル軸受に付着したゴミが組み立て時や組立後の回転中及び輸送中等にラジアル動圧空気軸受の軸受隙間内に脱落・侵入して、回転異常が発生することを防止することができ、また、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部が動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態とし、動圧空気軸受面の接触を線接触として、起動時及び停止時の動圧空気軸受面先端部の摩耗を抑制することができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを信頼性が高く画像品質の良好なものとすることができるとともに、小型で安価なものとすることができる。
【０１０５】
請求項２記載の発明の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナによれば、アキシャル軸受を、吸引型磁気軸受固定部が、軸方向に２極に着磁されたリング状の永久磁石と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第１固定ヨーク板と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第２固定ヨーク板と、を備え、第１固定ヨーク板と第２固定ヨーク板が、リング状の永久磁石を軸方向に挟むとともに、それぞれの中心円が中空回転軸に対して同軸に配置されるとともに、固定軸の先端部内に埋設された状態で配設され、吸引型磁気軸受回転部が、吸引型磁気軸受固定部の第１固定ヨーク板及び第２固定ヨーク板の内周面との間に磁気ギャップを形成する円形の外周部を備え、外周部が、中空回転軸に対して同軸に配置されたものとしているので、加工が容易で寸法精度の高い第１及び第２固定ヨーク板と吸引型磁気軸受固定部との間に磁気ギャップを高精度に形成して、吸引型磁気軸受固定部の一個の永久磁石の磁気力を有効利用することができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナをより一層信頼性が高く、より一層画像品質の良好なものとすることができるとともに、小型で安価なものとすることができる。
【０１０６】
請求項３記載の発明の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナによれば、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部を、磁気ギャップが半径方向において所定量片寄った状態で配設しているので、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを軸が水平となる軸水平状態で使用した場合にも、磁気力と重力をバランスさせて、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部が動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態とし、動圧空気軸受面の接触を線接触として、起動時及び停止時の動圧空気軸受面先端部の摩耗を抑制することができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを信頼性が高く画像品質の良好なものとすることができるとともに、小型で安価なものとすることができる。
【０１０７】
請求項４記載の発明の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナによれば、アキシャル軸受を、吸引型磁気軸受固定部が、軸方向に２極に着磁されたリング状の永久磁石と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第１固定ヨーク板と、リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第２固定ヨーク板と、を備え、第１固定ヨーク板と第２固定ヨーク板が、リング状の永久磁石を軸方向に挟むとともに、それぞれの中心円が中空回転軸に対して半径方向において一方向に所定量偏心した状態で配置されるとともに、固定軸の先端部内に埋設された状態で配設され、吸引型磁気軸受回転部が、吸引型磁気軸受固定部の第１固定ヨーク板及び第２固定ヨーク板の内周面との間に磁気ギャップを形成する円形の外周部を備え、外周部が、中空回転軸に対して同軸に配置されたものとしているので、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナを軸が水平となる軸水平状態で使用した場合にも、磁気力と重力をバランスさせて、吸引型磁気軸受固定部と吸引型磁気軸受回転部が動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態とし、動圧空気軸受面の接触を線接触として、起動時及び停止時の動圧空気軸受面先端部の摩耗を抑制することができるとともに、加工が容易で寸法精度の高い第１及び第２固定ヨーク板と吸引型磁気軸受固定部との間に磁気ギャップを高精度に形成して、吸引型磁気軸受固定部の一個の永久磁石の磁気力を有効利用することができ、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナをより一層信頼性が高く、より一層画像品質の良好なものとすることができるとともに、小型で安価なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第１の実施の形態を適用した動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの正面断面図。
【図２】図１の吸引型磁気軸受部の斜視図。
【図３】図２の吸引型磁気軸受部の分解斜視図。
【図４】図２の吸引型磁気軸受部の正面断面図。
【図５】図１の回転体の分解斜視図。
【図６】図５の回転体の正面断面図。
【図７】図１の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの起動時及び停止時の動圧空気軸受面の線接触状態を説明するための要部正面断面図。
【図８】本発明の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第２の実施の形態を適用した動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの要部正面断面図。
【図９】図８の吸引型磁気軸受部の斜視図。
【図１０】図９の吸引型磁気軸受部の分解斜視図
【図１１】図９の吸引型磁気軸受部の正面断面図。
【図１２】従来の軸受装置の正面断面図。
【図１３】図７の回転体の分解斜視図及び正面断面図。
【図１４】図７の従来の軸受装置の起動時及び停止時の動圧空気軸受面の点接触状態を説明するための要部正面断面図。
【符号の説明】
３０ 動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ
３１ ハウジング
３２ 上ケース
３３ 固定軸
３３ａ ヘリングボーン溝
３４ 吸引型磁気軸受固定部
３５ 永久磁石
３６ 第１固定ヨーク板
３７ 第２固定ヨーク板
３５ａ、３６ａ、３７ａ 中心円
３８ 弾性部材
３９ 中空回転軸
４０ フランジ
４０ａ 微細穴
４０ｂ、４０ｃ バランス修正溝
４１ 吸引型磁気軸受回転部
４１ａ、４１ｂ 外筒面
４１ｃ ネジ穴
４２ ポリゴンミラー
４２ａ スリット
４３ 板ばね
４４ ネジ
４５ 空気溜まり
４６ ロータマグネット
４７ 回転体
４８ ステータコア
４８ａ 巻線コイル
４９ プリント基板
５０ ホール素子
５１ ブラシレスモータ
６０ 動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ
６１ 吸引型磁気軸受固定部
６２ 永久磁石
６３ 第１固定ヨーク板
６４ 第２固定ヨーク板
６５ 弾性部材
６２ａ、６３ａ、６４ａ 中心円

Claims (4)

1. 軸方向に中空部を有する中空回転軸にポリゴンミラーの固定された回転体を有し、当該回転体の前記中空回転軸の前記中空部内に固定軸が挿入され、前記中空回転軸の一端側に前記中空部を閉止して所定の空気溜まりを形成する状態で所定の保持部材が取り付けられ、前記回転体がモータにより回転されることにより発生する空気の動圧を前記中空回転軸の内周面と前記固定軸の外周面からなる動圧空気軸受面で受けるラジアル動圧空気軸受と、吸引型磁気力を利用したアキシャル軸受と、により前記回転体を半径方向及び軸方向に回転自在に支持する動圧空気軸受型ポリゴンスキャナであって、前記アキシャル軸受は、前記固定軸の前記保持部材側の先端部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、前記中空回転軸に取り付けられた前記保持部材に固定され前記リング状の吸引型磁気軸受固定部内に挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備え、前記吸引型磁気軸受固定部と前記吸引型磁気軸受回転部は、半径方向に所定の磁気ギャップを形成するとともに、軸方向において前記動圧空気軸受面に対して半分以上重なった状態で配設されていることを特徴とする動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ。
2. 前記アキシャル軸受は、前記吸引型磁気軸受固定部が、前記軸方向に２極に着磁されたリング状の永久磁石と、前記リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第１固定ヨーク板と、前記リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第２固定ヨーク板と、を備え、前記第１固定ヨーク板と前記第２固定ヨーク板が、前記リング状の永久磁石を前記軸方向に挟むとともに、それぞれの前記中心円が前記中空回転軸に対して同軸に配置されるとともに、前記固定軸の先端部内に埋設された状態で配設され、前記吸引型磁気軸受回転部が、前記吸引型磁気軸受固定部の前記第１固定ヨーク板及び前記第２固定ヨーク板の内周面との間に前記磁気ギャップを形成する円形の外周部を備え、前記外周部が、前記中空回転軸に対して同軸に配置されていることを特徴とする請求項１記載の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ。
3. 前記吸引型磁気軸受固定部と前記吸引型磁気軸受回転部は、前記磁気ギャップが半径方向において所定量片寄った状態で配設されていることを特徴とする請求項１記載の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ。
4. 前記アキシャル軸受は、前記吸引型磁気軸受固定部が、前記軸方向に２極に着磁されたリング状の永久磁石と、前記リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第１固定ヨーク板と、前記リング状の永久磁石の内径よりも小さい中心円が形成され強磁性材料からなるリング状の第２固定ヨーク板と、を備え、前記第１固定ヨーク板と前記第２固定ヨーク板が、前記リング状の永久磁石を前記軸方向に挟むとともに、それぞれの前記中心円が前記中空回転軸に対して半径方向において一方向に所定量偏心した状態で配置されるとともに、前記固定軸の先端部内に埋設された状態で配設され、前記吸引型磁気軸受回転部が、前記吸引型磁気軸受固定部の前記第１固定ヨーク板及び前記第２固定ヨーク板の内周面との間に前記磁気ギャップを形成する円形の外周部を備え、前記外周部が、前記中空回転軸に対して同軸に配置されていることを特徴とする請求項３記載の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ。

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