JP3729960B2 - 回転体構造およびこれを用いるポリゴンスキャナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジアル動圧空気軸受により非接触に支持される回転体構造およびこれを用いるポリゴンスキャナに関し、詳しくは、回転部材の保持を工夫することによりその信頼性を向上させ、併せて組付精度の向上やコストの削減を図ることの可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真記録方式を採用しレーザ光により光書込みを行なうレーザプリンタやデジタル複写機等の記録装置は、画像の高品質、高速記録、低騒音などの優れた特徴を有し、近年の低価格化により急速に普及している。近時、この記録装置のレーザ光を走査するポリゴンスキャナには、記録速度の高速化や画像の高密度化に伴い、２０，０００回転／分以上の高速回転が要求されており、従来のベアリングタイプでは、軸受の寿命や騒音などの面から要求されるを品質を満足することができなくなってきている。そのため、高速回転用のポリゴンスキャナとしては、動圧空気を発生させることにより非接触支持する動圧空気軸受を用いたものが実用化されている。
【０００３】
この種の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナとしては、例えば、特開平５−２１６７０７号公報に記載されているものがあり、この動圧空気軸受型ポリゴンスキャナでは、例えば、図19および図20に示す回転体１によりポリゴンミラー２の高速回転を可能にしている。この回転体１は、ポリゴンミラー２を中空回転軸３の軸方向中央付近に形成したフランジ部３ａの上面に載置してその中空の一端側を閉止するミラー押え４をねじ止めして締め付けることにより保持固定するとともに、そのフランジ部３ａの下面にはロータマグネット６を内装するロータヨーク７を嵌合させ接着剤で固定することにより構築されている。なお、ロータマグネット６およびロータヨーク７は、不図示のハウジング側の駆動コイルに対面して回転体１側の駆動部（モータ部）を構成しており、このポリゴンスキャナはアキシャルギャップ型の直流ブラシレスモータを採用している。
【０００４】
この回転体１は、ハウジングに固定された固定軸を中空回転軸３の中空内に内装し、回転したときにその固定軸の周面に形成されたヘリングボーン溝などの動圧発生用溝によって中空回転軸３の内周面との間に動圧空気が発生することによりラジアル方向に非接触に支持される一方、アキシャル方向には、固定軸の上部および不図示のカバーに設けた永久磁石の間にミラー押え４に設けた永久磁石５をサンドイッチ状態で同極が対面するように挟むことにより上下方向に反発する磁力によって非接触支持を維持するようになっている。なお、図19中、６ａは回転体１が高速回転したときに大きな振動を発生しないようにバランス修正をするための溝である。また、図20において、中空回転軸３は、上斜めおよび下斜めから斜視した状態の２つを図示しているが、これは中空回転軸３が２つ必要なことを示しているのではなく、回転部材を位置決め保持する中空回転軸３の上側および下側の取付部位を把握し易いように図示するものであり、以降で説明する本発明に係る実施形態においても同様である。
【０００５】
なお、回転体を回転させる駆動部としては、このアキシャルギャップ型以外にも、例えば、特開平５−２３１４２７号公報に記載されているラジアルギャップ・インナーロータ型や、特開昭６１ー９１３８号公報に記載されているラジアルギャップ・アウターロータ型の直流ブラシレスモータがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナにあっては、高速回転時には高温になって、長期間、高温と常温との間の温度変化が繰り返される。このため、中空回転軸３のフランジ部３ａの下面にロータヨーク７を固定する接着剤が劣化するとともに、中空回転軸３とロータヨーク７の熱膨張率の差からその接着剤には剪断応力が加わることにより、最終的には剪断破壊が発生して、ロータヨーク７の位置がずれて回転体１のバランスが崩れてしまうという問題があった。また、極端な場合には、中空回転軸３からロータヨーク７が脱落してしまうおそれもあるという問題があった。
【０００７】
また、回転体１のミラー押え４は、貫通穴４ａにねじ８を通して中空回転軸３のねじ穴３ｂにねじ止めすることにより、中空回転軸３のフランジ部３ａの上面に載置したポリゴンミラー２を締付けて保持固定するので、ミラー押え４には貫通穴４ａを、中空回転軸３にはねじ穴３ｂを作製する工程が必要となって加工コストが掛かる。また、ねじ穴３ｂ内には切削油が残り易く、その切削油が高速回転時に飛散してポリゴンミラー２やカバーに設ける窓ガラス等の光学部品を汚してしまうので、入念な洗浄が必要であるためにさらにコストアップしてしまうという問題があった。
【０００８】
さらに、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナには、ポリゴンミラー２の反射面の面精度が要求されるが、フランジ部３ａの載置面は中空回転軸３と一体に同軸加工するので問題ないが、ポリゴンミラ−２の上面を押えるミラー押え４の端面にも高度な加工精度および組付精度が要求され、これもコストアップの一因となっている。
【０００９】
そこで、本発明は、塑性変形させた部材によって回転部材を押えて位置決め保持させることにより、温度変化による保持状態の劣化をなくして、信頼性の向上を図るとともに、併せて、組付精度の向上やコストの削減を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、請求項１に記載の発明は、ラジアル動圧空気軸受により非接触に支持される中空回転軸に回転部材を保持させ構築する回転体構造であって、前記中空回転軸はアルミニウム合金を母材にして形成され、前記中空回転軸に、回転部材を回転軸方向から当接させて該回転部材を回転軸方向に位置決めする当接部と、回転部材の内面に嵌合して該回転部材を回転軸と直交する方向に位置決めする嵌合部と、当接部および嵌合部に位置決めされた回転部材の近傍の円周方向の複数箇所に、あるいは該円周方向に延在するようにアルミニウム合金を母材にして前記中空回転軸と一体に形成され、該一部または全部が拡開されるように塑性変形されることにより該当接部と反対側の部位を押えて回転部材を位置決め保持する保持部とからなり、前記保持部を中空回転軸の周面から外周側に離隔してリング状に設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
この請求項１に記載の発明では、回転部材は、内面に嵌合部が嵌合して回転軸と直交する方向に位置決めされる一方、回転軸方向には当接部が当接するとともに、その反対側は塑性変形された保持部により押えられて位置決めされる。したがって、回転部材を接着剤などによらずに固定することができる。
さらに、かしめ治具を差し込むスペースを確保することができるとともに、かしめて塑性変形させるときなどの応力が中空回転軸本体に与える影響を小さくすることができ、ラジアル動圧空気軸受の軸受面を構成するために高精度に仕上げられた中空回転軸本体が変形して回転体の回転精度を低下させてしまうこともない。また、中空回転軸は、アルミニウム合金により形成されるとともに、その内面は無電解複合ニッケルメッキの表面処理を施すなどして耐摩耗性や潤滑性を高めているので、動圧空気軸受としての特性を確保しつつ、保持部を容易にかしめて塑性変形させることができ、この塑性変形により生じる応力も小さくすることができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記当接部を、中空回転軸本体の周面を拡径して回転軸方向に弾性変形可能に形成した大径部に設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
この請求項２に記載の発明では、回転部材は、弾性変形可能な大径部に設けた当接部が回転軸方向から当接して位置決めされる。したがって、保持部を塑性変形させる際などの応力が大径部の弾性変形により吸収される。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記大径部に、中空回転軸本体の周面に近接する側で肉薄に形成されて弾性変形する弾性変形部を設けるとともに、該周面から離隔する側で弾性変形部よりも回転部材方向に突出させて当接部を形成したことを特徴とするものである。
【００１３】
この請求項３に記載の発明では、回転部材は、大径部の弾性変形部より回転部材方向に突出する当接部が回転軸方向から当接して位置決めされる。したがって、当接部が回転部材に当接する位置が大きく変化することがなく、回転部材は弾性変形部の安定した弾性力により位置決めされる。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の発明の構成に加え、前記中空回転軸は、動圧空気軸受の軸受面を構成する内面には耐摩耗性または潤滑性の少なくとも一方を高くする表面処理あるいは該特性を有する材料の固着を施したことを特徴とするものである。
【００１４】
この請求項４に記載の発明では、動圧空気軸受の軸受面に必要な特性である起動停止時の耐摩耗性や潤滑性を得つつ、保持部などはアルミニウム合金により形成される。したがって、保持部は、かしめる等、容易に塑性変形させて回転部材を位置決め保持することができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記回転部材として、凹形状に形成されたロータヨークを中空回転軸に保持させて駆動用のロータマグネットを該ロータヨークの内側に外周面が覆われるように設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
この請求項５に記載の発明では、ロータマグネットを固定するロータヨークが嵌合部、当接部および保持部に位置決め保持され、そのロータマグネットの外周面はロータヨークにより覆われる。したがって、高速回転時の遠心力や加熱によりロータマグネットは膨張しようとするが、ロータヨークによりその膨張が抑制される。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１から４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記回転部材として、円板形状に形成されたロータヨークを中空回転軸に保持させて駆動用のロータマグネットを該ロータヨークの一面側に設け、該ロータマグネットの外周面は非磁性体材料からなる円筒部材により覆ったことを特徴とするものである。
【００１７】
この請求項６に記載の発明では、ロータマグネットを固定するロータヨークが嵌合部、当接部および保持部に位置決め保持され、そのロータマグネットの外周面は非磁性体材料からなる円筒部材により覆われる。したがって、高速回転時の遠心力や加熱によりロータマグネットは膨張しようとするが、円筒部材によりその膨張が抑制されるとともに、ロータマグネットの磁束が外側に廻り込むことがない。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１から４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記回転部材として、アルミマンガン磁石材料からなる駆動用のロータマグネットを直接、中空回転軸に保持させたことを特徴とするものである。
この請求項７に記載の発明では、機械的強度の高いアルミマンガン磁石材料により作製されたロータマグネットが、直接、嵌合部、当接部および保持部に位置決め保持される。したがって、ロータヨークを省くことができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７の何れかに記載の発明の構成に加え、前記保持部を中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成するとともに、該保持部と中空回転軸本体の周面との間にバランス修正用のおもりを配設したことを特徴とするものである。
この請求項８に記載の発明では、嵌合部に嵌合するとともに当接部が回転軸方向から当接する回転部材は、中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成された保持部の一部または全部が塑性変形されて押えることにより位置決め保持される。また、リング形状の保持部と中空回転軸本体の周面との間には隙間が形成され、その隙間にバランス修正用のおもりが配設される。したがって、中空回転軸本体に影響することなく保持部を塑性変形させることができ、他の部位にバランス修正用の溝などを設けることを省くことができる。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８の何れかに記載の発明の構成に加え、前記保持部を中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成して該保持部に回転部材としてポリゴンミラーを保持させるとともに、該保持部と中空回転軸本体の周面との間に中空回転軸の一端を閉止する部材の一部を嵌入して保持させたことを特徴とするものである。
【００２１】
この請求項９に記載の発明では、嵌合部に嵌合するとともに中空回転軸の載置面に載置される（当接部に回転軸方向から当接される）ポリゴンミラーが、中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成された保持部の一部または全部が塑性変形されて押えることにより位置決め保持される。また、そのリング形状の保持部と中空回転軸本体の周面との間には隙間が形成され、その隙間に中空回転軸の中空の一端を閉止する部材の一部が嵌入されて保持される。したがって、中空回転軸本体に影響することなく保持部を塑性変形させることができ、その閉止部材をねじ止めなどすることなく保持することができる。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、ラジアル動圧空気軸受およびアキシャル軸受により非接触に支持される中空回転軸にポリゴンミラーを保持させて回転体を構築するとともに、該回転体を回転駆動させるモータを設けた動圧空気軸受型ポリゴンスキャナであって、前記回転体を上述した請求項１から９の何れかに記載の回転体構造により構築したことを特徴とするものである。
【００２３】
この請求項１０に記載の発明では、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナのポリゴンミラーを保持する回転体が請求項１から９の何れかに記載の回転体構造により構築される。したがって、請求項１から９に記載の回転体構造に応じた作用効果を得ることができる。
ここで、前記保持部は、中空回転軸本体の周面近傍で回転部材を保持することが多いので、該保持部材は回転部材の内面の近傍に位置して拡開するように、例えば、かしめにより塑性変形させることによって該回転部材の当接部と反対側の部位を押えるように構成するのが好適であり、この保持部は塑性変形させるときの影響が中空回転軸に影響しないようにその本体の周面から離隔した部位に配設するのが好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第１実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１、４、５、１０に記載の発明に対応する。
【００２５】
まず、ポリゴンスキャナの基本構成を説明する。
図１〜図３において、10は動圧空気軸受型ポリゴンスキャナであり、ポリゴンスキャナ10は、ハウジング11のつば状に形成された基準面11ａを不図示の記録装置本体に取り付けられるようになっており、ハウジング11とカバー12とにより形成される空間内で円筒形状の中空回転軸13の周面の一部を拡径したフランジ部（大径部）13ａにポリゴンミラー14を載置して保持させた回転体15を回転させるようになっている。なお、本実施形態におけるポリゴンミラー14は、中空回転軸13のフランジ部13ａの上面（載置面）13ｂに載置されミラー押え16によりその位置に保持されるようになっており、ミラー押え16はキャップ形状に形成されて上面側の後述する修正溝16ａ内に穿孔した貫通穴16ｂにねじ16ｃを通して中空回転軸13の軸上部13ｃのねじ穴13ｄにねじ止めすることにより、中空回転軸13の一端側を閉止するとともにポリゴンミラー14をフランジ部13ａの上面13ｂに締付けて（押えて）位置決め保持するようになっている。
【００２６】
ハウジング11の中央には、円柱形状の固定軸17が垂直に圧入あるいは焼き嵌めにより堅固に固定されており、固定軸17はミラー押え16により一端側を閉止した中空回転軸13内に内装される。この固定軸17は、外周面に動圧発生用の溝としてヘリングボーン溝18、19が周方向等間隔に上下２対形成されており、回転体15を回転させたときに中空回転軸13の内周面との間に高圧の動圧空気を発生させその中空回転軸13をラジアル方向に非接触に支持する。また、固定軸17、ミラー押え16およびカバー12の各々には、互いに対面する側が同極となるように永久磁石21〜23が設けられており、この永久磁石21〜23の互いに反発する磁力によりミラー押え16をカバー12および固定軸17の間で非接触に支持して回転体15をアキシャル方向に非接触に支持するようになっている。すなわち、中空回転軸13の内周面と固定軸17の外周面との間でヘリングボーン溝18、19によりラジアル動圧空気軸受が構成される一方、永久磁石21〜23により上下反発型のアキシャル軸受が構成されている。
【００２７】
回転体15の駆動部としては、中空回転軸13のフランジ部13ａの下面13ｅ側にロータヨーク31およびロータマグネット32が接着固定される一方、そのロータマグネット32に対面するようにハウジング11にねじや接着剤により固定したプリント基板33の裏面に巻線コイル34を配置されて、面対向するコアレスのアキシャルギャップ型の直流ブラシレスモータ35が構成されている。モータ35は、プリント基板33の裏面にホール素子36が取り付けられており、プリント基板33がコネクタ37およびハーネス38によりハウジング11の下部に固定した駆動回路39に接続されて、ホール素子36の位置検出信号に従って巻線コイル34への通電を順次切り換えることにより回転体15の回転を定速制御するようになっている。
【００２８】
そして、回転体15は、ラジアルおよびアキシャル方向に非接触に支持されつつ高速に定速回転されることによって、内部を密閉するカバー12に開口する不図示の入出射用のガラス窓を介して半導体レーザからのレーザ光をポリゴンミラー14の反射面で偏向し記録装置本体側の感光体の一定の位置を走査する。
ここで、中空回転軸13、固定軸17およびミラー押え16には、ポリゴンスキャナを軽量化および高速駆動させるために比重の小さなアルミニウム合金を用いるとともに、中空回転軸13の軸受を構成する内面には起動停止時の摩耗を防止するために無電解複合ニッケルメッキの表面処理を施したり、セラミックや樹脂などを固着して、耐摩耗性や潤滑性を高めている。また、ロータマグネット32はプラスチックマグネットにより作製しており、このプラスチックマグネットは金属に較べると線膨張係数が大きく機械的強度が小さいために、ロータヨーク31をカップ形状に作製して外周部によりロータマグネット32の外周面を覆ってその外径を保持することにより、高速回転による遠心力や発熱による熱膨張で半径方向にロータマグネット32が膨張するのを抑えて回転体15のバランスが崩れたり、そのロータマグネット32が破壊するのを防止している。また、ロータヨーク31は強磁性体により作製することにより磁路を閉じて磁束漏洩を防止しモータ35の駆動効率を向上させており、このロータヨーク31の具体的な材料としては鉄鋼やステンレス鋼の板材を用いている。また、ミラー押え16には、中空回転軸13の内外を連通させる微細孔16ｄが形成されてアキシャル方向の振動を減衰させているとともに、そのミラー押え16の上面およびロータマグネット32の下面に修正溝16ａ、32ａを形成して不釣合い（アンバランス）振動を非常に小さなレベルにしてバランス修正するようになっている。なお、ミラー押え16の微細孔16ｄは、図１のみに図示して他の図では省略している。
【００２９】
次に、本実施形態の特徴である回転部材の固定（保持）を説明する。なお、本実施形態では、その回転部材としてロータヨークを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
中空回転軸13は、フランジ部13ａの下面13ｅに中空回転軸13本体の周面と平行なリング形状の保持部13ｆが形成されており、この保持部13ｆは、例えば、フランジ部13ａを切削加工などにより形成する場合には、同時に、フランジ部13ａ下面13ｅの中空回転軸13本体の周面側にロータヨーク31の内面に嵌合する外径の階段形状を残してその周面に隣接する部位に溝を作製することにより形成されている。そして、保持部13ｆは、そのロータヨーク31を外面に嵌合させフランジ部13ａ下面13ｅに当接させた後に、中空回転軸13本体の周面との隙間に不図示のかしめ治具（図16〜図18で一例を説明する）を差し込んで先端側の複数箇所をあるいは全周を拡開させるようにかしめられ塑性変形されることにより、ローターヨーク31をフランジ部13ａ下面13ｅに押えて位置決め保持するようになっている。
【００３０】
したがって、フランジ部13ａ下面13ｅに当接され回転軸方向に位置決めされるロータヨーク31は、保持部13ｆに内面を嵌合させて半径方向（回転軸と直交する方向）に位置決めされるとともに、フランジ部13ａ下面13ｅの反対側からは塑性変形された保持部13ｆにより押えられ位置決め保持される。すなわち、保持部13ｆは本願発明に係る保持部とともに嵌合部を構成し、フランジ部13ａ下面13ｅが当接部を構成している。
【００３１】
このように本実施形態では、ロータヨーク31は、内面に保持部13ｆが嵌合して半径方向に位置決めされる一方、回転軸方向にはフランジ部13ａ下面13ｅに当接する状態でその反対側から塑性変形された保持部13ｆにより押えられて位置決めされるので、接着剤などにより固定する必要がなく、温度変化によって位置ずれが生じて回転体15のバランスが崩れたり、脱落してしまうことを防止することができる。したがって、回転体15の回転精度を維持して信頼性を向上させることができる。
【００３２】
また、この保持部13ｆは、中空回転軸13本体の周面から離隔してリング形状に形成されているので、前記かしめ治具を差し込むスペースを確保することができるとともに、かしめて塑性変形させるときなどの応力が中空回転軸13ｆ本体に与える影響を小さくすることができ、ラジアル動圧空気軸受の軸受面を構成するために高精度に仕上げられた中空回転軸13本体が変形して回転体15の回転精度を低下させてしまうこともない。さらに、中空回転軸13は、アルミニウム合金により形成されるとともに、その内面は無電解複合ニッケルメッキの表面処理を施すなどして耐摩耗性や潤滑性を高めているので、動圧空気軸受としての特性を確保しつつ、保持部13ｆを容易にかしめて塑性変形させることができ、この塑性変形により生じる応力も小さくすることができる。
【００３３】
一方、ロータヨーク31の外周部は、ロータマグネット32の外周面を覆っているので、高速回転時の遠心力や加熱によるロータマグネット32の膨張をその外周部により抑制して回転体15のバランスが崩れたり、ロータマグネット32自体が破壊するのを防止することができ、また、磁束漏洩を防止してモータ35の駆動効率を向上させることもできる。
【００３４】
なお、本実施形態では、保持部13ｆをリング形状に形成してロータヨーク31を嵌合させ保持させるようにしているが、これに限らず、円周方向の複数箇所に分割してもよく、また嵌合部と保持部とに分けて機能するように構成してもよい。また、本実施形態のモータ35は、ロータヨーク31に円板状のロータマグネット32を固定してアキシャルギャップ型の直流ブラシレスモータを構成しているが、ロータヨーク31の外周部にリング形状に形成したロータマグネットを固定して駆動コイルを内装することによりラジアルギャップ・アウターロータ型の直流ブラシレスモータを構成してもよいことは云うまでもない。さらに、ロータヨーク31は、保持部13ｆによる保持だけでなく接着剤を併用して保持させるようにしてもよく、これによって組付時の緩みを防止するようにしてもよい。
【００３５】
次に、図４および図５は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第２実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜５、１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータヨークを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００３６】
両図において、43、44は上述実施形態のフランジ部13ａを上下に２分割して離隔した位置に形成した第１、第２フランジ部であり、第１フランジ部43の上面13ｂにはポリゴンミラー14を載置してミラー押え16により位置決め保持する一方、第２フランジ部44の下面13ｅには保持部13ｆによりロータヨーク31を保持させるようになっている。
【００３７】
第２フランジ部44は、外周側の縁部44ａがロータヨーク31側に突出するように形成される一方、中空回転軸13本体の周面に近接する側の内周部44ｂは回転軸方向に弾性変形可能に肉薄に形成されている。したがって、この第２フランジ部44は、保持部13ｆにロータヨーク31を嵌合させ第２フランジ部44に当接させる際にはその縁部44ａのみがロータヨーク31に当接するようになっており、この後に、保持部13ｆの先端側をかしめて塑性変形させる際には内周部44ｂが撓んでその塑性変形による余分な応力を吸収し中空回転軸13本体側に影響が出ないようにするとともに、内周部44ｂの弾性力によりロータヨーク31を位置決め保持するようになっている。すなわち、第２フランジ部44は、大径部を構成するとともに、その縁部44ａにより当接部を、内周部44ｂにより弾性変形部を構成している。
【００３８】
このように本実施形態では、上述実施形態の作用効果に加え、ロータヨーク31は第２フランジ部44の縁部44ａに当接する状態で保持部13ｆの先端をかしめて塑性変形させることにより位置決め保持するが、第２フランジ部44は内周部44ｂが弾性変形することにより回転軸方向に撓むので、その塑性変形させる際や温度変化などにより生じる応力を吸収しつつロータヨーク31を位置決め保持することができる。また、第２フランジ部44は、縁部44ａのみがロータヨーク31に当接するので、ロータヨーク31に当接する位置が大きく変化することがなく、内周部44ｂによる安定した弾性力でロータヨーク31を位置決め保持することができる。したがって、回転体15の回転精度を維持することができ、組付時には容易かつ高精度にロータヨーク31を中空回転軸13に組み付けることができる。
【００３９】
次に、図６および図７は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第３実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜５、８、１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータヨークを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００４０】
両図において、52はロータマグネットであり、ロータマグネット52は上述実施形態のロータマグネット32をロータヨーク31の外周部に沿うリング形状に作製して内面側に空間を確保するように形成したものである。このため、本実施形態においては、ロータマグネット52の内面側に駆動コイルを内装するラジアルギャップ・アウターロータ型の直流ブラシレスモータを構成することができる。また、ロータマグネット52はリング形状に形成されているので、その下面にロータマグネット32のような修正溝32ａは形成しないで、保持部13ｆがリング状に形成され中空回転軸13本体の周面との間に隙間を形成しているため、その隙間をバランス修正用の溝として利用してその動的不釣合いの位置に修正用のおもり55を取り付けている。
【００４１】
このように本実施形態では、上述実施形態の作用効果に加え、ロータヨーク31にリング形状のロータマグネット52を固定してラジアルギャップ・アウターロータ型の直流ブラシレスモータを構成することができ、これによって回転体15の高さを抑えることができる。
また、保持部13ｆと中空回転軸13本体の周面との間におもり55を配設することによりロータマグネット52に修正溝を形成することなく回転体15のバランスを修正することができ、加工コストを低減することができる。
【００４２】
次に、図８および図９は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第４実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜４、６、８、１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータヨークを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００４３】
両図において、61は円板形状に形成された強磁性体からなるロータヨークであり、このロータヨーク61は上述実施形態のロータヨーク31と同様に中空回転軸13の第２フランジ部44下面13ｅに保持部13ｆにより保持されその下面にロータマグネット32を接着固定するようになっている。また、このロータヨーク61の外周には、円筒形状に形成された非磁性体材料からなる円筒部材63がロータマグネット32の外周面を覆ってその外径を保持するように取り付けられており、この円筒部材63は、上述実施形態のロータヨーク31の外周部と同様に、高速回転による遠心力や発熱による熱膨張でロータマグネット32が半径方向に膨張するのを抑えて回転体15のバランスが崩れたり、そのロータマグネット32が破壊するのを防止している。
【００４４】
ここで、上述実施形態のロータヨーク31のようにロータマグネット32の外周面をも強磁性体により覆う場合には、モータ35のステータ側に向かうべきロータマグネット32の外周部の磁束がロータヨーク31に廻り込んで有効に利用することができない。このロータマグネット32の磁束によって発生する回転トルクは外周側ほど大きくなるので、外周部の磁束がロータヨーク31へ廻り込むことはモータ35の駆動効率を低下させる要因の一つとなる。この回転トルクの低下分を補償するには、ロータマグネット32の外径を大きくすることにより可能であるが、質量と共に慣性モーメントが増大して高速回転させる回転体15には適当でない。
【００４５】
これに対して、本実施形態における円筒部材63は非磁性体材料からなるので、ロータマグネット32の外周部の磁束がロータヨーク61に廻り込むことを防止することができ、これによってロータマグネット32の外径を小さく抑えたまま外周部の磁束を有効に利用して小さな質量および慣性モーメントで高速回転に適した回転体15とすることができる。
【００４６】
なお、円筒部材63は、一方の軸方向端部を内方に延長した引掛部63ａを形成して、その引掛部63ａに引っ掛けるようにロータマグネット32を接着固定または圧入して、その上にロータヨーク61を載せた後に、ロータヨーク61側の端部63ｂを内方にかしめることにより取り付けるようになっている。これによって、円筒部材63は、仮に接着剤が劣化した場合や省いた場合にも、ロータマグネット32をロータヨーク61に位置決め保持することができる。また、本実施形態では、回転体15のバランス修正は、保持部13ｆと中空回転軸13本体の周面との間の隙間におもり55を配設することに行なっている。
【００４７】
このように本実施形態では、上述実施形態の作用効果に加え、ロータマグネット32の外周面は非磁性体材料からなる円筒部材63により覆われるので、ロータマグネット32の磁束が外側に廻り込むことをなくして、高速回転に適した回転体15で効率よく駆動させることの可能なアキシャルギャップ型のブラシレスモータを構築することができる。
【００４８】
次に、図10および図11は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第５実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜４、７、８、１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータマグネットを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００４９】
両図において、72は円板形状に形成されたロータマグネットであり、本実施形態のロータマグネット72はアルミマンガン磁石材料により作製されており、このロータマグネット72はアルミマンガン磁石材料の機械的強度が高いことから直接、中空回転軸13の第２フランジ部44下面13ｅの縁部44ａに当接する状態で保持されるようになっている。
【００５０】
このロータマグネット72は、上述実施形態のようにロータヨーク31、61に固定されないことから第２フランジ部44の縁部44ａの反対側を押えて保持することになるが、この場合に上述実施形態における保持部13ｆを延長してその先端をかしめて塑性変形させることによりロータマグネット72のエッジを押えて保持するようにしてもよいが、本実施形態においては、ロータマグネット72のエッジの近傍の中空回転軸13本体の周面を拡径して第３フランジ部75を形成するとともにその縁に保持部13ｆを形成して保持させるようになっている。
【００５１】
なお、本実施形態では、回転体15のバランス修正は、保持部13ｆと中空回転軸13本体の周面との間の隙間におもり55を配設することに行なっている。
このように本実施形態では、上述実施形態の作用効果に加え、機械的強度の高いアルミマンガン磁石材料により作製されたロータマグネット72を直接、第２フランジ部44の縁部44ａに当接させるとともにその下方に形成した第３フランジ部75の保持部13ｆにより押えて位置決め保持するので、ロータヨーク31、61を省くことができ、部品点数を削減してコストを低減することができる。
【００５２】
次に、図12および図13は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第６実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜４、７、８、１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータマグネットを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００５３】
両図において、82はアルミマンガン磁石材料からなるロータマグネットであり、ロータマグネット82は上述実施形態のロータマグネット72を中空回転軸13本体の周面に沿うリング形状に作製して外面側外方に空間を確保するように形成したものである。このため、本実施形態においては、ロータマグネット82は、上述実施形態と同様に、直接、中空回転軸13の第２フランジ部44下面13ｅの縁部44ａに当接するとともにロータマグネット82のエッジの近傍に設けられた第３フランジ部75の保持部13ｆにより保持させるようになっており、ロータマグネット82の外面側に駆動コイルを外装するラジアルギャップ・インナーロータ型の直流ブラシレスモータを構成することができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、回転体15のバランス修正は、保持部13ｆと中空回転軸13本体の周面との間の隙間におもり55を配設することに行なっている。
このように本実施形態では、上述実施形態と同様な作用効果を得ることができ、機械的強度の高いアルミマンガン磁石材料からなるリング形状のロータマグネット82を第２フランジ部44の縁部44ａおよび第３フランジ部75の保持部13ｆにより直接、位置決め保持して、部品点数を少なく、ラジアルギャップ・インナーロータ型の直流ブラシレスモータを構成することができる。
【００５５】
次に、図14および図15は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第７実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜４、６、８〜１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータヨークおよびポリゴンミラーを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００５６】
両図において、93は上述第４実施形態の第１フランジ部43に縁部93ａおよび内周部93ｂを形成した第４フランジ部であり、この第４フランジ部93上にはポリゴンミラー14が載置される。第４フランジ部93の縁部93ａは、その外周側でポリゴンミラー14側に突出するように形成される一方、内周部93ｂは中空回転軸13本体の周面に近接する側で回転軸方向に弾性変形可能に肉薄に形成されており、本実施形態においてはポリゴンミラー14はリング形状に形成したミラー押え94により第４フランジ部93に押えられ位置決め保持される。このミラー押え94は、上述実施形態においてはミラー押え16をキャップ形状に形成して永久磁石22を保持するマグネットホルダと兼用されていたが、本実施形態ではキャップ形状に形成したマグネットホルダ96と別体に形成して、それぞれ別個に中空回転軸13に位置決め保持するようになっている。
【００５７】
ミラー押え94は、第４フランジ93と略同一形状で対面するように、外周側でポリゴンミラー14方向に突出するように形成された縁部94ａと、中空回転軸13本体の周面に近接する側で回転軸方向に弾性変形可能に肉薄に形成された内周部94ｂとが設けられ、ロータヨーク61と同様に、中空回転軸13に保持されるようになっており、このミラー押え94は、ポリゴンミラー14の内面に嵌合する中空回転軸13本体の周面を延長した面を外面とするリング形状の保持部95ｆにより位置決め保持されるようになっている。
【００５８】
この保持部95ｆは、例えば、フランジ部44、93などを切削加工などにより形成する場合に、同時に、中空回転軸13本体の周面の延長面を外面とする階段形状を残してその周面に隣接する部位に溝を作製することにより形成されており、その外面にミラー押え94を嵌合させ縁部94ａをポリゴンミラー14に当接させた後に、中空回転軸13の本体に形成した溝に前記かしめ治具を差し込んで先端側の複数箇所をあるいは全周を拡開させるようにかしめて塑性変形させることにより、ミラー押え94をポリゴンミラー14の上面に押えて位置決め保持するようになっている。このとき、ポリゴンミラー14には第４フランジ部93とミラー押え94の先端部93ａ、94ａが当接して保持部95をかしめて塑性変形させる応力が加えられるが、その応力は各々の内周部93ｂ、94ｂが撓んで余分な応力を吸収し中空回転軸13本体側に影響が出ないようにするとともに、その弾性力によりポリゴンミラー14を位置決め保持するようになっている。すなわち、第４フランジ部93は、大径部を構成するとともに、その縁部93ａにより当接部を、内周部93ｂにより弾性変形部を構成している。なお、ミラー押え94は、上記応力による変形によってポリゴンミラー14の面精度に影響がでないようにポリゴンミラー14よりも弾性係数が同等あるいは小さな材料により作製するのがさらに好適である。
【００５９】
また、マグネットホルダ96は、外周部96ｂが薄肉に形成され中空回転軸13本体の保持部95ｆの内面側に刻設された溝に嵌入して保持するように形成されており、このときマグネットホルダ96の外面は保持部95ｆの内面に嵌合して位置決め保持される。したがって、本実施形態ではマグネットホルダ96をねじ止め固定する必要がなく、上述実施形態における貫通穴16ｂやねじ16ｃが省略されるとともに、中空回転軸13の軸上部13ｃのねじ穴13ｄも省略されている。
【００６０】
なお、本実施形態では、回転体15のバランス修正は、保持部13ｆと中空回転軸13本体の周面との間の隙間におもり55を配設することに行なっている。
このように本実施形態では、上述実施形態の作用効果に加え、ポリゴンミラー14をも、第４フランジ部93とミラー押え94が縁部93ａ、94ａを当接させて保持するので、ミラー押え94の組付時や温度変化などにより生じる応力が加わったとしても内周部93ｂ、94ｂが弾性変形することにより回転軸方向に撓んでその応力を吸収しつつポリゴンミラー14を位置決め保持することができる。したがって、回転体15の回転精度を維持することができ、組付時には容易かつ高精度にポリゴンミラー14などの回転部材を中空回転軸13に組み付けることができる。
【００６１】
また、マグネットホルダ96は、ミラー押え94を保持する保持部95ｆに嵌合させて保持するので、ねじ穴加工や洗浄する工程を省くこともでき、部品点数および工程数を削減してコストを削減することができる。
ここで、上述のかしめ治具の一例を簡単に説明すると、保持部13ｆ、95ｆは、その内面側にかしめ具を円周方向の１箇所ずつ差し込んで拡開するように塑性変形させてもよいが、保持部13ｆ、95ｆには円周方向に均等に負荷を加えてローターヨークやポリゴンミラーなどの回転部材に傾きが生じないように図16および図17に示すようなかしめ治具100を用いるのが好適である。
【００６２】
このかしめ治具100は、中空回転軸13本体を内装する円筒部101と、手あるいは不図示の装置が把持する把持部102とを備えて、円筒部101の端部にはテーパ形状に形成したかしめ部101ａが設けられている。そして、例えば、上述した第５実施形態の保持部13ｆをかしめる場合には、中空回転軸13を倒立させている状態にしてロータマグネット72を第２フランジ部44の縁部44ａに当接させた後に、かしめ治具100の円筒部101内に中空回転軸13本体を内装してかしめ部101ａをその中空回転軸13本体の周面と保持部13ｆとの間の隙間に差し込みその保持部13ｆの先端の全周を同時に拡開させるように押圧してかしめて塑性変形させることができる。なお、このかしめ治具100は、図18に示すように円筒部101端部の全周にかしめ部101ａを設けるのではなく、その端部を円周方向の複数箇所に分割してテーパ形状に形成したかしめ部101ｂを設けて保持部13ｆ、95ｆの複数箇所を同時にかしめて塑性変形させるようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、回転部材は、中空回転軸に設けた嵌合部に内面を嵌合させて回転軸と直交する方向に位置決めする一方、当接部を回転軸方向から当接させるとともに、その反対側を塑性変形させた保持部により押えて回転軸方向に位置決め保持するので、回転部材を接着剤により固定したりねじ止めする必要がなく、温度変化により接着剤が劣化して回転体のバランスが崩れたり、回転部材が脱落することを防止することができ、また、ねじ穴加工や洗浄する工程を省くこともできる。したがって、回転体の回転精度を維持して信頼性を向上させることができるとともに、部品点数および工程数を削減してコストを削減することができる。
さらに、かしめ治具を差し込むスペースを確保することができるとともに、かしめて塑性変形させるときなどの応力が中空回転軸本体に与える影響を小さくすることができ、ラジアル動圧空気軸受の軸受面を構成するために高精度に仕上げられた中空回転軸本体が変形して回転体の回転精度を低下させてしまうこともない。また、中空回転軸は、アルミニウム合金により形成されるとともに、その内面は無電解複合ニッケルメッキの表面処理を施すなどして耐摩耗性や潤滑性を高めているので、動圧空気軸受としての特性を確保しつつ、保持部を容易にかしめて塑性変形させることができ、この塑性変形により生じる応力も小さくすることができる。
【００６４】
請求項２、３に記載の発明によれば、回転部材は、弾性変形可能な大径部に設けた当接部を回転軸方向から当接させて回転軸方向に位置決めするので、保持部を塑性変形させる際などの応力を大径部（弾性変形部）の弾性変形により吸収することができ、当接部を回転部材方向に突出させ安定した位置で当接させることにより安定した弾性力で回転部材を位置決め保持することができる。したがって、温度変化や組付時などに生じるに応力を吸収して回転部材を位置決めを保持することができ、回転体の回転精度を維持することができる。
【００６５】
請求項４に記載の発明によれば、中空回転軸をアルミニウム合金により形成して、動圧空気軸受の軸受面を構成する内面には、耐摩耗性や潤滑性を得られるように表面処理したり、または該特性を有する材料を固着するので、動圧空気軸受としての特性を確保しつつ、保持部をかしめる等、容易に塑性変形させて回転部材を位置決め保持することができる。したがって、組付作業を容易化することができるとともに、中空回転軸本体に加わる塑性変形させる際の応力などを小さくして回転体を構築することができ、回転体の回転精度を低下させることがない。
【００６６】
請求項５、６に記載の発明によれば、ロータマグネットを固定するロータヨークを回転部材として位置決め保持するとともに、そのロータマグネットの外周面を覆うので、そのロータマグネットの膨張を抑制することができ、また、ロータマグネットを円板状に形成することによりアキシャルギャップ型の直流ブラシレスモータを構成したり、駆動コイルを内装可能にリング形状に形成することによりラジアルギャップ・アウターロータ型の直流ブラシレスモータを構成することができる。特に、このロータマグネットの外周面を非磁性体材料により覆うことにより、その磁束が外側に廻り込むことをなくして駆動力に有効利用することができ、ロータマグネットを小径にして回転体の重量や慣性モーメントを小さくして高速回転に適したアキシャルギャップ型のブラシレスモータを構築することができる。
【００６７】
請求項７に記載の発明によれば、機械的強度の高いアルミマンガン磁石材料のロータマグネットを回転部材として直接、位置決め保持するので、ロータヨークを省いて安価なアキシャルギャップ型やラジアルギャップ・インナーロータ型の直流ブラシレスモータを構築することができる。
請求項８、９に記載の発明によれば、保持部を中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成して塑性変形させることにより嵌合部および当接部が位置決めする回転部材を押えて位置決め保持するので、中空回転軸本体に加わる塑性変形させる際の応力などの影響を少なくして回転体を構築することができ、回転体の回転精度を低下させることがない。また、リング形状の保持部と中空回転軸本体の周面との間に形成される隙間にバランス修正用のおもりを配設することにより、他の部位にバランス修正用の溝などを設けることを省くことができ、また回転部材としてポリゴンミラーを位置決め保持する際にはその隙間に中空回転軸の中空の一端を閉止する部材の一部を嵌入して保持することができる。したがって、回転体の回転精度を維持して信頼性を向上させることができるとともに、部品点数および工程数を削減してコストを削減することができる。
【００６８】
請求項１０に記載の発明によれば、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナのポリゴンミラーを保持する回転体を請求項１から９の何れかに記載の回転体構造により構築するので、上述する請求項１から９に記載の回転体構造に応じた作用効果を得ることができ、信頼性が高く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ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第１実施形態を示す図であり、その全体構成を示す縦断面図である。
【図２】その回転体の縦断面図である。
【図３】その回転体の分解斜視図である。
【図４】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第２実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図５】その回転体の分解斜視図である。
【図６】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第３実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図７】その回転体の分解斜視図である。
【図８】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第４実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図９】その回転体の分解斜視図である。
【図１０】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第５実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図１１】その回転体の分解斜視図である。
【図１２】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第６実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図１３】その回転体の分解斜視図である。
【図１４】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第７実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図１５】その回転体の分解斜視図である。
【図１６】その保持部のかしめ治具の一例によるかしめ作業を示す斜視図である。
【図１７】その縦断面図である。
【図１８】そのかしめ治具の他の一例を示す斜視図である。
【図１９】動圧空気軸受型ポリゴンスキャナに用いる回転体の従来例を示す縦断面図である。
【図２０】その回転体の分解斜視図である。
【符号の説明】
10 動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ
13 中空回転軸
13ａ、43 フランジ部
13ｂ 上面（載置面）
13ｃ 軸上部
13ｄ ねじ穴
13ｅ 下面（当接部）
13ｆ、95ｆ 保持部（嵌合部）
14 ポリゴンミラー（回転部材）
15 回転体
16、94 ミラー押え
16ａ 修正溝
16ｂ 貫通穴
16ｃ ねじ
17 固定軸
18、19 ヘリングボーン溝（ラジアル動圧空気軸受）
21〜23 永久磁石（アキシャル軸受）
31、61 ロータヨーク（回転部材）
32、52、72、82 ロータマグネット（回転部材）
35 モータ
44 第２フランジ部（大径部）
44ａ、93ａ、94ａ 縁部（当接部）
44ｂ、93ｂ、94ｂ 内周部（弾性変形部）
55 おもり
63 円筒部材
75 第３フランジ部
93 第４フランジ部
96 マグネットホルダ
96ｂ 外周部
100 かしめ治具
101ａ、101ｂ かしめ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジアル動圧空気軸受により非接触に支持される回転体構造およびこれを用いるポリゴンスキャナに関し、詳しくは、回転部材の保持を工夫することによりその信頼性を向上させ、併せて組付精度の向上やコストの削減を図ることの可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真記録方式を採用しレーザ光により光書込みを行なうレーザプリンタやデジタル複写機等の記録装置は、画像の高品質、高速記録、低騒音などの優れた特徴を有し、近年の低価格化により急速に普及している。近時、この記録装置のレーザ光を走査するポリゴンスキャナには、記録速度の高速化や画像の高密度化に伴い、２０，０００回転／分以上の高速回転が要求されており、従来のベアリングタイプでは、軸受の寿命や騒音などの面から要求されるを品質を満足することができなくなってきている。そのため、高速回転用のポリゴンスキャナとしては、動圧空気を発生させることにより非接触支持する動圧空気軸受を用いたものが実用化されている。
【０００３】
この種の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナとしては、例えば、特開平５−２１６７０７号公報に記載されているものがあり、この動圧空気軸受型ポリゴンスキャナでは、例えば、図19および図20に示す回転体１によりポリゴンミラー２の高速回転を可能にしている。この回転体１は、ポリゴンミラー２を中空回転軸３の軸方向中央付近に形成したフランジ部３ａの上面に載置してその中空の一端側を閉止するミラー押え４をねじ止めして締め付けることにより保持固定するとともに、そのフランジ部３ａの下面にはロータマグネット６を内装するロータヨーク７を嵌合させ接着剤で固定することにより構築されている。なお、ロータマグネット６およびロータヨーク７は、不図示のハウジング側の駆動コイルに対面して回転体１側の駆動部（モータ部）を構成しており、このポリゴンスキャナはアキシャルギャップ型の直流ブラシレスモータを採用している。
【０００４】
この回転体１は、ハウジングに固定された固定軸を中空回転軸３の中空内に内装し、回転したときにその固定軸の周面に形成されたヘリングボーン溝などの動圧発生用溝によって中空回転軸３の内周面との間に動圧空気が発生することによりラジアル方向に非接触に支持される一方、アキシャル方向には、固定軸の上部および不図示のカバーに設けた永久磁石の間にミラー押え４に設けた永久磁石５をサンドイッチ状態で同極が対面するように挟むことにより上下方向に反発する磁力によって非接触支持を維持するようになっている。なお、図19中、６ａは回転体１が高速回転したときに大きな振動を発生しないようにバランス修正をするための溝である。また、図20において、中空回転軸３は、上斜めおよび下斜めから斜視した状態の２つを図示しているが、これは中空回転軸３が２つ必要なことを示しているのではなく、回転部材を位置決め保持する中空回転軸３の上側および下側の取付部位を把握し易いように図示するものであり、以降で説明する本発明に係る実施形態においても同様である。
【０００５】
なお、回転体を回転させる駆動部としては、このアキシャルギャップ型以外にも、例えば、特開平５−２３１４２７号公報に記載されているラジアルギャップ・インナーロータ型や、特開昭６１ー９１３８号公報に記載されているラジアルギャップ・アウターロータ型の直流ブラシレスモータがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナにあっては、高速回転時には高温になって、長期間、高温と常温との間の温度変化が繰り返される。このため、中空回転軸３のフランジ部３ａの下面にロータヨーク７を固定する接着剤が劣化するとともに、中空回転軸３とロータヨーク７の熱膨張率の差からその接着剤には剪断応力が加わることにより、最終的には剪断破壊が発生して、ロータヨーク７の位置がずれて回転体１のバランスが崩れてしまうという問題があった。また、極端な場合には、中空回転軸３からロータヨーク７が脱落してしまうおそれもあるという問題があった。
【０００７】
また、回転体１のミラー押え４は、貫通穴４ａにねじ８を通して中空回転軸３のねじ穴３ｂにねじ止めすることにより、中空回転軸３のフランジ部３ａの上面に載置したポリゴンミラー２を締付けて保持固定するので、ミラー押え４には貫通穴４ａを、中空回転軸３にはねじ穴３ｂを作製する工程が必要となって加工コストが掛かる。また、ねじ穴３ｂ内には切削油が残り易く、その切削油が高速回転時に飛散してポリゴンミラー２やカバーに設ける窓ガラス等の光学部品を汚してしまうので、入念な洗浄が必要であるためにさらにコストアップしてしまうという問題があった。
【０００８】
さらに、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナには、ポリゴンミラー２の反射面の面精度が要求されるが、フランジ部３ａの載置面は中空回転軸３と一体に同軸加工するので問題ないが、ポリゴンミラ−２の上面を押えるミラー押え４の端面にも高度な加工精度および組付精度が要求され、これもコストアップの一因となっている。
【０００９】
そこで、本発明は、塑性変形させた部材によって回転部材を押えて位置決め保持させることにより、温度変化による保持状態の劣化をなくして、信頼性の向上を図るとともに、併せて、組付精度の向上やコストの削減を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、請求項１に記載の発明は、ラジアル動圧空気軸受により非接触に支持される中空回転軸に回転部材を保持させ構築する回転体構造であって、前記中空回転軸はアルミニウム合金を母材にして形成され、前記中空回転軸に、回転部材を回転軸方向から当接させて該回転部材を回転軸方向に位置決めする当接部と、回転部材の内面に嵌合して該回転部材を回転軸と直交する方向に位置決めする嵌合部と、当接部および嵌合部に位置決めされた回転部材の近傍の円周方向の複数箇所に、あるいは該円周方向に延在するようにアルミニウム合金を母材にして前記中空回転軸と一体に形成され、該一部または全部が拡開されるように塑性変形されることにより該当接部と反対側の部位を押えて回転部材を位置決め保持する保持部とからなり、前記保持部を中空回転軸の周面から外周側に離隔してリング状に設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
この請求項１に記載の発明では、回転部材は、内面に嵌合部が嵌合して回転軸と直交する方向に位置決めされる一方、回転軸方向には当接部が当接するとともに、その反対側は塑性変形された保持部により押えられて位置決めされる。したがって、回転部材を接着剤などによらずに固定することができる。
さらに、かしめ治具を差し込むスペースを確保することができるとともに、かしめて塑性変形させるときなどの応力が中空回転軸本体に与える影響を小さくすることができ、ラジアル動圧空気軸受の軸受面を構成するために高精度に仕上げられた中空回転軸本体が変形して回転体の回転精度を低下させてしまうこともない。また、中空回転軸は、アルミニウム合金により形成されるとともに、その内面は無電解複合ニッケルメッキの表面処理を施すなどして耐摩耗性や潤滑性を高めているので、動圧空気軸受としての特性を確保しつつ、保持部を容易にかしめて塑性変形させることができ、この塑性変形により生じる応力も小さくすることができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記当接部を、中空回転軸本体の周面を拡径して回転軸方向に弾性変形可能に形成した大径部に設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
この請求項２に記載の発明では、回転部材は、弾性変形可能な大径部に設けた当接部が回転軸方向から当接して位置決めされる。したがって、保持部を塑性変形させる際などの応力が大径部の弾性変形により吸収される。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記大径部に、中空回転軸本体の周面に近接する側で肉薄に形成されて弾性変形する弾性変形部を設けるとともに、該周面から離隔する側で弾性変形部よりも回転部材方向に突出させて当接部を形成したことを特徴とするものである。
【００１３】
この請求項３に記載の発明では、回転部材は、大径部の弾性変形部より回転部材方向に突出する当接部が回転軸方向から当接して位置決めされる。したがって、当接部が回転部材に当接する位置が大きく変化することがなく、回転部材は弾性変形部の安定した弾性力により位置決めされる。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の発明の構成に加え、前記中空回転軸は、動圧空気軸受の軸受面を構成する内面には耐摩耗性または潤滑性の少なくとも一方を高くする表面処理あるいは該特性を有する材料の固着を施したことを特徴とするものである。
【００１４】
この請求項４に記載の発明では、動圧空気軸受の軸受面に必要な特性である起動停止時の耐摩耗性や潤滑性を得つつ、保持部などはアルミニウム合金により形成される。したがって、保持部は、かしめる等、容易に塑性変形させて回転部材を位置決め保持することができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記回転部材として、凹形状に形成されたロータヨークを中空回転軸に保持させて駆動用のロータマグネットを該ロータヨークの内側に外周面が覆われるように設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
この請求項５に記載の発明では、ロータマグネットを固定するロータヨークが嵌合部、当接部および保持部に位置決め保持され、そのロータマグネットの外周面はロータヨークにより覆われる。したがって、高速回転時の遠心力や加熱によりロータマグネットは膨張しようとするが、ロータヨークによりその膨張が抑制される。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１から４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記回転部材として、円板形状に形成されたロータヨークを中空回転軸に保持させて駆動用のロータマグネットを該ロータヨークの一面側に設け、該ロータマグネットの外周面は非磁性体材料からなる円筒部材により覆ったことを特徴とするものである。
【００１７】
この請求項６に記載の発明では、ロータマグネットを固定するロータヨークが嵌合部、当接部および保持部に位置決め保持され、そのロータマグネットの外周面は非磁性体材料からなる円筒部材により覆われる。したがって、高速回転時の遠心力や加熱によりロータマグネットは膨張しようとするが、円筒部材によりその膨張が抑制されるとともに、ロータマグネットの磁束が外側に廻り込むことがない。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１から４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記回転部材として、アルミマンガン磁石材料からなる駆動用のロータマグネットを直接、中空回転軸に保持させたことを特徴とするものである。
この請求項７に記載の発明では、機械的強度の高いアルミマンガン磁石材料により作製されたロータマグネットが、直接、嵌合部、当接部および保持部に位置決め保持される。したがって、ロータヨークを省くことができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７の何れかに記載の発明の構成に加え、前記保持部を中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成するとともに、該保持部と中空回転軸本体の周面との間にバランス修正用のおもりを配設したことを特徴とするものである。
この請求項８に記載の発明では、嵌合部に嵌合するとともに当接部が回転軸方向から当接する回転部材は、中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成された保持部の一部または全部が塑性変形されて押えることにより位置決め保持される。また、リング形状の保持部と中空回転軸本体の周面との間には隙間が形成され、その隙間にバランス修正用のおもりが配設される。したがって、中空回転軸本体に影響することなく保持部を塑性変形させることができ、他の部位にバランス修正用の溝などを設けることを省くことができる。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８の何れかに記載の発明の構成に加え、前記保持部を中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成して該保持部に回転部材としてポリゴンミラーを保持させるとともに、該保持部と中空回転軸本体の周面との間に中空回転軸の一端を閉止する部材の一部を嵌入して保持させたことを特徴とするものである。
【００２１】
この請求項９に記載の発明では、嵌合部に嵌合するとともに中空回転軸の載置面に載置される（当接部に回転軸方向から当接される）ポリゴンミラーが、中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成された保持部の一部または全部が塑性変形されて押えることにより位置決め保持される。また、そのリング形状の保持部と中空回転軸本体の周面との間には隙間が形成され、その隙間に中空回転軸の中空の一端を閉止する部材の一部が嵌入されて保持される。したがって、中空回転軸本体に影響することなく保持部を塑性変形させることができ、その閉止部材をねじ止めなどすることなく保持することができる。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、ラジアル動圧空気軸受およびアキシャル軸受により非接触に支持される中空回転軸にポリゴンミラーを保持させて回転体を構築するとともに、該回転体を回転駆動させるモータを設けた動圧空気軸受型ポリゴンスキャナであって、前記回転体を上述した請求項１から９の何れかに記載の回転体構造により構築したことを特徴とするものである。
【００２３】
この請求項１０に記載の発明では、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナのポリゴンミラーを保持する回転体が請求項１から９の何れかに記載の回転体構造により構築される。したがって、請求項１から９に記載の回転体構造に応じた作用効果を得ることができる。
ここで、前記保持部は、中空回転軸本体の周面近傍で回転部材を保持することが多いので、該保持部材は回転部材の内面の近傍に位置して拡開するように、例えば、かしめにより塑性変形させることによって該回転部材の当接部と反対側の部位を押えるように構成するのが好適であり、この保持部は塑性変形させるときの影響が中空回転軸に影響しないようにその本体の周面から離隔した部位に配設するのが好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第１実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１、４、５、１０に記載の発明に対応する。
【００２５】
まず、ポリゴンスキャナの基本構成を説明する。
図１〜図３において、10は動圧空気軸受型ポリゴンスキャナであり、ポリゴンスキャナ10は、ハウジング11のつば状に形成された基準面11ａを不図示の記録装置本体に取り付けられるようになっており、ハウジング11とカバー12とにより形成される空間内で円筒形状の中空回転軸13の周面の一部を拡径したフランジ部（大径部）13ａにポリゴンミラー14を載置して保持させた回転体15を回転させるようになっている。なお、本実施形態におけるポリゴンミラー14は、中空回転軸13のフランジ部13ａの上面（載置面）13ｂに載置されミラー押え16によりその位置に保持されるようになっており、ミラー押え16はキャップ形状に形成されて上面側の後述する修正溝16ａ内に穿孔した貫通穴16ｂにねじ16ｃを通して中空回転軸13の軸上部13ｃのねじ穴13ｄにねじ止めすることにより、中空回転軸13の一端側を閉止するとともにポリゴンミラー14をフランジ部13ａの上面13ｂに締付けて（押えて）位置決め保持するようになっている。
【００２６】
ハウジング11の中央には、円柱形状の固定軸17が垂直に圧入あるいは焼き嵌めにより堅固に固定されており、固定軸17はミラー押え16により一端側を閉止した中空回転軸13内に内装される。この固定軸17は、外周面に動圧発生用の溝としてヘリングボーン溝18、19が周方向等間隔に上下２対形成されており、回転体15を回転させたときに中空回転軸13の内周面との間に高圧の動圧空気を発生させその中空回転軸13をラジアル方向に非接触に支持する。また、固定軸17、ミラー押え16およびカバー12の各々には、互いに対面する側が同極となるように永久磁石21〜23が設けられており、この永久磁石21〜23の互いに反発する磁力によりミラー押え16をカバー12および固定軸17の間で非接触に支持して回転体15をアキシャル方向に非接触に支持するようになっている。すなわち、中空回転軸13の内周面と固定軸17の外周面との間でヘリングボーン溝18、19によりラジアル動圧空気軸受が構成される一方、永久磁石21〜23により上下反発型のアキシャル軸受が構成されている。
【００２７】
回転体15の駆動部としては、中空回転軸13のフランジ部13ａの下面13ｅ側にロータヨーク31およびロータマグネット32が接着固定される一方、そのロータマグネット32に対面するようにハウジング11にねじや接着剤により固定したプリント基板33の裏面に巻線コイル34を配置されて、面対向するコアレスのアキシャルギャップ型の直流ブラシレスモータ35が構成されている。モータ35は、プリント基板33の裏面にホール素子36が取り付けられており、プリント基板33がコネクタ37およびハーネス38によりハウジング11の下部に固定した駆動回路39に接続されて、ホール素子36の位置検出信号に従って巻線コイル34への通電を順次切り換えることにより回転体15の回転を定速制御するようになっている。
【００２８】
そして、回転体15は、ラジアルおよびアキシャル方向に非接触に支持されつつ高速に定速回転されることによって、内部を密閉するカバー12に開口する不図示の入出射用のガラス窓を介して半導体レーザからのレーザ光をポリゴンミラー14の反射面で偏向し記録装置本体側の感光体の一定の位置を走査する。
ここで、中空回転軸13、固定軸17およびミラー押え16には、ポリゴンスキャナを軽量化および高速駆動させるために比重の小さなアルミニウム合金を用いるとともに、中空回転軸13の軸受を構成する内面には起動停止時の摩耗を防止するために無電解複合ニッケルメッキの表面処理を施したり、セラミックや樹脂などを固着して、耐摩耗性や潤滑性を高めている。また、ロータマグネット32はプラスチックマグネットにより作製しており、このプラスチックマグネットは金属に較べると線膨張係数が大きく機械的強度が小さいために、ロータヨーク31をカップ形状に作製して外周部によりロータマグネット32の外周面を覆ってその外径を保持することにより、高速回転による遠心力や発熱による熱膨張で半径方向にロータマグネット32が膨張するのを抑えて回転体15のバランスが崩れたり、そのロータマグネット32が破壊するのを防止している。また、ロータヨーク31は強磁性体により作製することにより磁路を閉じて磁束漏洩を防止しモータ35の駆動効率を向上させており、このロータヨーク31の具体的な材料としては鉄鋼やステンレス鋼の板材を用いている。また、ミラー押え16には、中空回転軸13の内外を連通させる微細孔16ｄが形成されてアキシャル方向の振動を減衰させているとともに、そのミラー押え16の上面およびロータマグネット32の下面に修正溝16ａ、32ａを形成して不釣合い（アンバランス）振動を非常に小さなレベルにしてバランス修正するようになっている。なお、ミラー押え16の微細孔16ｄは、図１のみに図示して他の図では省略している。
【００２９】
次に、本実施形態の特徴である回転部材の固定（保持）を説明する。なお、本実施形態では、その回転部材としてロータヨークを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
中空回転軸13は、フランジ部13ａの下面13ｅに中空回転軸13本体の周面と平行なリング形状の保持部13ｆが形成されており、この保持部13ｆは、例えば、フランジ部13ａを切削加工などにより形成する場合には、同時に、フランジ部13ａ下面13ｅの中空回転軸13本体の周面側にロータヨーク31の内面に嵌合する外径の階段形状を残してその周面に隣接する部位に溝を作製することにより形成されている。そして、保持部13ｆは、そのロータヨーク31を外面に嵌合させフランジ部13ａ下面13ｅに当接させた後に、中空回転軸13本体の周面との隙間に不図示のかしめ治具（図16〜図18で一例を説明する）を差し込んで先端側の複数箇所をあるいは全周を拡開させるようにかしめられ塑性変形されることにより、ローターヨーク31をフランジ部13ａ下面13ｅに押えて位置決め保持するようになっている。
【００３０】
したがって、フランジ部13ａ下面13ｅに当接され回転軸方向に位置決めされるロータヨーク31は、保持部13ｆに内面を嵌合させて半径方向（回転軸と直交する方向）に位置決めされるとともに、フランジ部13ａ下面13ｅの反対側からは塑性変形された保持部13ｆにより押えられ位置決め保持される。すなわち、保持部13ｆは本願発明に係る保持部とともに嵌合部を構成し、フランジ部13ａ下面13ｅが当接部を構成している。
【００３１】
このように本実施形態では、ロータヨーク31は、内面に保持部13ｆが嵌合して半径方向に位置決めされる一方、回転軸方向にはフランジ部13ａ下面13ｅに当接する状態でその反対側から塑性変形された保持部13ｆにより押えられて位置決めされるので、接着剤などにより固定する必要がなく、温度変化によって位置ずれが生じて回転体15のバランスが崩れたり、脱落してしまうことを防止することができる。したがって、回転体15の回転精度を維持して信頼性を向上させることができる。
【００３２】
また、この保持部13ｆは、中空回転軸13本体の周面から離隔してリング形状に形成されているので、前記かしめ治具を差し込むスペースを確保することができるとともに、かしめて塑性変形させるときなどの応力が中空回転軸13ｆ本体に与える影響を小さくすることができ、ラジアル動圧空気軸受の軸受面を構成するために高精度に仕上げられた中空回転軸13本体が変形して回転体15の回転精度を低下させてしまうこともない。さらに、中空回転軸13は、アルミニウム合金により形成されるとともに、その内面は無電解複合ニッケルメッキの表面処理を施すなどして耐摩耗性や潤滑性を高めているので、動圧空気軸受としての特性を確保しつつ、保持部13ｆを容易にかしめて塑性変形させることができ、この塑性変形により生じる応力も小さくすることができる。
【００３３】
一方、ロータヨーク31の外周部は、ロータマグネット32の外周面を覆っているので、高速回転時の遠心力や加熱によるロータマグネット32の膨張をその外周部により抑制して回転体15のバランスが崩れたり、ロータマグネット32自体が破壊するのを防止することができ、また、磁束漏洩を防止してモータ35の駆動効率を向上させることもできる。
【００３４】
なお、本実施形態では、保持部13ｆをリング形状に形成してロータヨーク31を嵌合させ保持させるようにしているが、これに限らず、円周方向の複数箇所に分割してもよく、また嵌合部と保持部とに分けて機能するように構成してもよい。また、本実施形態のモータ35は、ロータヨーク31に円板状のロータマグネット32を固定してアキシャルギャップ型の直流ブラシレスモータを構成しているが、ロータヨーク31の外周部にリング形状に形成したロータマグネットを固定して駆動コイルを内装することによりラジアルギャップ・アウターロータ型の直流ブラシレスモータを構成してもよいことは云うまでもない。さらに、ロータヨーク31は、保持部13ｆによる保持だけでなく接着剤を併用して保持させるようにしてもよく、これによって組付時の緩みを防止するようにしてもよい。
【００３５】
次に、図４および図５は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第２実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜５、１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータヨークを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００３６】
両図において、43、44は上述実施形態のフランジ部13ａを上下に２分割して離隔した位置に形成した第１、第２フランジ部であり、第１フランジ部43の上面13ｂにはポリゴンミラー14を載置してミラー押え16により位置決め保持する一方、第２フランジ部44の下面13ｅには保持部13ｆによりロータヨーク31を保持させるようになっている。
【００３７】
第２フランジ部44は、外周側の縁部44ａがロータヨーク31側に突出するように形成される一方、中空回転軸13本体の周面に近接する側の内周部44ｂは回転軸方向に弾性変形可能に肉薄に形成されている。したがって、この第２フランジ部44は、保持部13ｆにロータヨーク31を嵌合させ第２フランジ部44に当接させる際にはその縁部44ａのみがロータヨーク31に当接するようになっており、この後に、保持部13ｆの先端側をかしめて塑性変形させる際には内周部44ｂが撓んでその塑性変形による余分な応力を吸収し中空回転軸13本体側に影響が出ないようにするとともに、内周部44ｂの弾性力によりロータヨーク31を位置決め保持するようになっている。すなわち、第２フランジ部44は、大径部を構成するとともに、その縁部44ａにより当接部を、内周部44ｂにより弾性変形部を構成している。
【００３８】
このように本実施形態では、上述実施形態の作用効果に加え、ロータヨーク31は第２フランジ部44の縁部44ａに当接する状態で保持部13ｆの先端をかしめて塑性変形させることにより位置決め保持するが、第２フランジ部44は内周部44ｂが弾性変形することにより回転軸方向に撓むので、その塑性変形させる際や温度変化などにより生じる応力を吸収しつつロータヨーク31を位置決め保持することができる。また、第２フランジ部44は、縁部44ａのみがロータヨーク31に当接するので、ロータヨーク31に当接する位置が大きく変化することがなく、内周部44ｂによる安定した弾性力でロータヨーク31を位置決め保持することができる。したがって、回転体15の回転精度を維持することができ、組付時には容易かつ高精度にロータヨーク31を中空回転軸13に組み付けることができる。
【００３９】
次に、図６および図７は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第３実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜５、８、１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータヨークを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００４０】
両図において、52はロータマグネットであり、ロータマグネット52は上述実施形態のロータマグネット32をロータヨーク31の外周部に沿うリング形状に作製して内面側に空間を確保するように形成したものである。このため、本実施形態においては、ロータマグネット52の内面側に駆動コイルを内装するラジアルギャップ・アウターロータ型の直流ブラシレスモータを構成することができる。また、ロータマグネット52はリング形状に形成されているので、その下面にロータマグネット32のような修正溝32ａは形成しないで、保持部13ｆがリング状に形成され中空回転軸13本体の周面との間に隙間を形成しているため、その隙間をバランス修正用の溝として利用してその動的不釣合いの位置に修正用のおもり55を取り付けている。
【００４１】
このように本実施形態では、上述実施形態の作用効果に加え、ロータヨーク31にリング形状のロータマグネット52を固定してラジアルギャップ・アウターロータ型の直流ブラシレスモータを構成することができ、これによって回転体15の高さを抑えることができる。
また、保持部13ｆと中空回転軸13本体の周面との間におもり55を配設することによりロータマグネット52に修正溝を形成することなく回転体15のバランスを修正することができ、加工コストを低減することができる。
【００４２】
次に、図８および図９は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第４実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜４、６、８、１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータヨークを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００４３】
両図において、61は円板形状に形成された強磁性体からなるロータヨークであり、このロータヨーク61は上述実施形態のロータヨーク31と同様に中空回転軸13の第２フランジ部44下面13ｅに保持部13ｆにより保持されその下面にロータマグネット32を接着固定するようになっている。また、このロータヨーク61の外周には、円筒形状に形成された非磁性体材料からなる円筒部材63がロータマグネット32の外周面を覆ってその外径を保持するように取り付けられており、この円筒部材63は、上述実施形態のロータヨーク31の外周部と同様に、高速回転による遠心力や発熱による熱膨張でロータマグネット32が半径方向に膨張するのを抑えて回転体15のバランスが崩れたり、そのロータマグネット32が破壊するのを防止している。
【００４４】
ここで、上述実施形態のロータヨーク31のようにロータマグネット32の外周面をも強磁性体により覆う場合には、モータ35のステータ側に向かうべきロータマグネット32の外周部の磁束がロータヨーク31に廻り込んで有効に利用することができない。このロータマグネット32の磁束によって発生する回転トルクは外周側ほど大きくなるので、外周部の磁束がロータヨーク31へ廻り込むことはモータ35の駆動効率を低下させる要因の一つとなる。この回転トルクの低下分を補償するには、ロータマグネット32の外径を大きくすることにより可能であるが、質量と共に慣性モーメントが増大して高速回転させる回転体15には適当でない。
【００４５】
これに対して、本実施形態における円筒部材63は非磁性体材料からなるので、ロータマグネット32の外周部の磁束がロータヨーク61に廻り込むことを防止することができ、これによってロータマグネット32の外径を小さく抑えたまま外周部の磁束を有効に利用して小さな質量および慣性モーメントで高速回転に適した回転体15とすることができる。
【００４６】
なお、円筒部材63は、一方の軸方向端部を内方に延長した引掛部63ａを形成して、その引掛部63ａに引っ掛けるようにロータマグネット32を接着固定または圧入して、その上にロータヨーク61を載せた後に、ロータヨーク61側の端部63ｂを内方にかしめることにより取り付けるようになっている。これによって、円筒部材63は、仮に接着剤が劣化した場合や省いた場合にも、ロータマグネット32をロータヨーク61に位置決め保持することができる。また、本実施形態では、回転体15のバランス修正は、保持部13ｆと中空回転軸13本体の周面との間の隙間におもり55を配設することに行なっている。
【００４７】
このように本実施形態では、上述実施形態の作用効果に加え、ロータマグネット32の外周面は非磁性体材料からなる円筒部材63により覆われるので、ロータマグネット32の磁束が外側に廻り込むことをなくして、高速回転に適した回転体15で効率よく駆動させることの可能なアキシャルギャップ型のブラシレスモータを構築することができる。
【００４８】
次に、図10および図11は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第５実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜４、７、８、１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータマグネットを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００４９】
両図において、72は円板形状に形成されたロータマグネットであり、本実施形態のロータマグネット72はアルミマンガン磁石材料により作製されており、このロータマグネット72はアルミマンガン磁石材料の機械的強度が高いことから直接、中空回転軸13の第２フランジ部44下面13ｅの縁部44ａに当接する状態で保持されるようになっている。
【００５０】
このロータマグネット72は、上述実施形態のようにロータヨーク31、61に固定されないことから第２フランジ部44の縁部44ａの反対側を押えて保持することになるが、この場合に上述実施形態における保持部13ｆを延長してその先端をかしめて塑性変形させることによりロータマグネット72のエッジを押えて保持するようにしてもよいが、本実施形態においては、ロータマグネット72のエッジの近傍の中空回転軸13本体の周面を拡径して第３フランジ部75を形成するとともにその縁に保持部13ｆを形成して保持させるようになっている。
【００５１】
なお、本実施形態では、回転体15のバランス修正は、保持部13ｆと中空回転軸13本体の周面との間の隙間におもり55を配設することに行なっている。
このように本実施形態では、上述実施形態の作用効果に加え、機械的強度の高いアルミマンガン磁石材料により作製されたロータマグネット72を直接、第２フランジ部44の縁部44ａに当接させるとともにその下方に形成した第３フランジ部75の保持部13ｆにより押えて位置決め保持するので、ロータヨーク31、61を省くことができ、部品点数を削減してコストを低減することができる。
【００５２】
次に、図12および図13は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第６実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜４、７、８、１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータマグネットを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００５３】
両図において、82はアルミマンガン磁石材料からなるロータマグネットであり、ロータマグネット82は上述実施形態のロータマグネット72を中空回転軸13本体の周面に沿うリング形状に作製して外面側外方に空間を確保するように形成したものである。このため、本実施形態においては、ロータマグネット82は、上述実施形態と同様に、直接、中空回転軸13の第２フランジ部44下面13ｅの縁部44ａに当接するとともにロータマグネット82のエッジの近傍に設けられた第３フランジ部75の保持部13ｆにより保持させるようになっており、ロータマグネット82の外面側に駆動コイルを外装するラジアルギャップ・インナーロータ型の直流ブラシレスモータを構成することができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、回転体15のバランス修正は、保持部13ｆと中空回転軸13本体の周面との間の隙間におもり55を配設することに行なっている。
このように本実施形態では、上述実施形態と同様な作用効果を得ることができ、機械的強度の高いアルミマンガン磁石材料からなるリング形状のロータマグネット82を第２フランジ部44の縁部44ａおよび第３フランジ部75の保持部13ｆにより直接、位置決め保持して、部品点数を少なく、ラジアルギャップ・インナーロータ型の直流ブラシレスモータを構成することができる。
【００５５】
次に、図14および図15は本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第７実施形態を示す図であり、本実施形態は、請求項１〜４、６、８〜１０に記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付してその特徴部分のみを説明し、回転部材としてロータヨークおよびポリゴンミラーを中空回転軸に保持固定する場合を説明する。
【００５６】
両図において、93は上述第４実施形態の第１フランジ部43に縁部93ａおよび内周部93ｂを形成した第４フランジ部であり、この第４フランジ部93上にはポリゴンミラー14が載置される。第４フランジ部93の縁部93ａは、その外周側でポリゴンミラー14側に突出するように形成される一方、内周部93ｂは中空回転軸13本体の周面に近接する側で回転軸方向に弾性変形可能に肉薄に形成されており、本実施形態においてはポリゴンミラー14はリング形状に形成したミラー押え94により第４フランジ部93に押えられ位置決め保持される。このミラー押え94は、上述実施形態においてはミラー押え16をキャップ形状に形成して永久磁石22を保持するマグネットホルダと兼用されていたが、本実施形態ではキャップ形状に形成したマグネットホルダ96と別体に形成して、それぞれ別個に中空回転軸13に位置決め保持するようになっている。
【００５７】
ミラー押え94は、第４フランジ93と略同一形状で対面するように、外周側でポリゴンミラー14方向に突出するように形成された縁部94ａと、中空回転軸13本体の周面に近接する側で回転軸方向に弾性変形可能に肉薄に形成された内周部94ｂとが設けられ、ロータヨーク61と同様に、中空回転軸13に保持されるようになっており、このミラー押え94は、ポリゴンミラー14の内面に嵌合する中空回転軸13本体の周面を延長した面を外面とするリング形状の保持部95ｆにより位置決め保持されるようになっている。
【００５８】
この保持部95ｆは、例えば、フランジ部44、93などを切削加工などにより形成する場合に、同時に、中空回転軸13本体の周面の延長面を外面とする階段形状を残してその周面に隣接する部位に溝を作製することにより形成されており、その外面にミラー押え94を嵌合させ縁部94ａをポリゴンミラー14に当接させた後に、中空回転軸13の本体に形成した溝に前記かしめ治具を差し込んで先端側の複数箇所をあるいは全周を拡開させるようにかしめて塑性変形させることにより、ミラー押え94をポリゴンミラー14の上面に押えて位置決め保持するようになっている。このとき、ポリゴンミラー14には第４フランジ部93とミラー押え94の先端部93ａ、94ａが当接して保持部95をかしめて塑性変形させる応力が加えられるが、その応力は各々の内周部93ｂ、94ｂが撓んで余分な応力を吸収し中空回転軸13本体側に影響が出ないようにするとともに、その弾性力によりポリゴンミラー14を位置決め保持するようになっている。すなわち、第４フランジ部93は、大径部を構成するとともに、その縁部93ａにより当接部を、内周部93ｂにより弾性変形部を構成している。なお、ミラー押え94は、上記応力による変形によってポリゴンミラー14の面精度に影響がでないようにポリゴンミラー14よりも弾性係数が同等あるいは小さな材料により作製するのがさらに好適である。
【００５９】
また、マグネットホルダ96は、外周部96ｂが薄肉に形成され中空回転軸13本体の保持部95ｆの内面側に刻設された溝に嵌入して保持するように形成されており、このときマグネットホルダ96の外面は保持部95ｆの内面に嵌合して位置決め保持される。したがって、本実施形態ではマグネットホルダ96をねじ止め固定する必要がなく、上述実施形態における貫通穴16ｂやねじ16ｃが省略されるとともに、中空回転軸13の軸上部13ｃのねじ穴13ｄも省略されている。
【００６０】
なお、本実施形態では、回転体15のバランス修正は、保持部13ｆと中空回転軸13本体の周面との間の隙間におもり55を配設することに行なっている。
このように本実施形態では、上述実施形態の作用効果に加え、ポリゴンミラー14をも、第４フランジ部93とミラー押え94が縁部93ａ、94ａを当接させて保持するので、ミラー押え94の組付時や温度変化などにより生じる応力が加わったとしても内周部93ｂ、94ｂが弾性変形することにより回転軸方向に撓んでその応力を吸収しつつポリゴンミラー14を位置決め保持することができる。したがって、回転体15の回転精度を維持することができ、組付時には容易かつ高精度にポリゴンミラー14などの回転部材を中空回転軸13に組み付けることができる。
【００６１】
また、マグネットホルダ96は、ミラー押え94を保持する保持部95ｆに嵌合させて保持するので、ねじ穴加工や洗浄する工程を省くこともでき、部品点数および工程数を削減してコストを削減することができる。
ここで、上述のかしめ治具の一例を簡単に説明すると、保持部13ｆ、95ｆは、その内面側にかしめ具を円周方向の１箇所ずつ差し込んで拡開するように塑性変形させてもよいが、保持部13ｆ、95ｆには円周方向に均等に負荷を加えてローターヨークやポリゴンミラーなどの回転部材に傾きが生じないように図16および図17に示すようなかしめ治具100を用いるのが好適である。
【００６２】
このかしめ治具100は、中空回転軸13本体を内装する円筒部101と、手あるいは不図示の装置が把持する把持部102とを備えて、円筒部101の端部にはテーパ形状に形成したかしめ部101ａが設けられている。そして、例えば、上述した第５実施形態の保持部13ｆをかしめる場合には、中空回転軸13を倒立させている状態にしてロータマグネット72を第２フランジ部44の縁部44ａに当接させた後に、かしめ治具100の円筒部101内に中空回転軸13本体を内装してかしめ部101ａをその中空回転軸13本体の周面と保持部13ｆとの間の隙間に差し込みその保持部13ｆの先端の全周を同時に拡開させるように押圧してかしめて塑性変形させることができる。なお、このかしめ治具100は、図18に示すように円筒部101端部の全周にかしめ部101ａを設けるのではなく、その端部を円周方向の複数箇所に分割してテーパ形状に形成したかしめ部101ｂを設けて保持部13ｆ、95ｆの複数箇所を同時にかしめて塑性変形させるようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、回転部材は、中空回転軸に設けた嵌合部に内面を嵌合させて回転軸と直交する方向に位置決めする一方、当接部を回転軸方向から当接させるとともに、その反対側を塑性変形させた保持部により押えて回転軸方向に位置決め保持するので、回転部材を接着剤により固定したりねじ止めする必要がなく、温度変化により接着剤が劣化して回転体のバランスが崩れたり、回転部材が脱落することを防止することができ、また、ねじ穴加工や洗浄する工程を省くこともできる。したがって、回転体の回転精度を維持して信頼性を向上させることができるとともに、部品点数および工程数を削減してコストを削減することができる。
さらに、かしめ治具を差し込むスペースを確保することができるとともに、かしめて塑性変形させるときなどの応力が中空回転軸本体に与える影響を小さくすることができ、ラジアル動圧空気軸受の軸受面を構成するために高精度に仕上げられた中空回転軸本体が変形して回転体の回転精度を低下させてしまうこともない。また、中空回転軸は、アルミニウム合金により形成されるとともに、その内面は無電解複合ニッケルメッキの表面処理を施すなどして耐摩耗性や潤滑性を高めているので、動圧空気軸受としての特性を確保しつつ、保持部を容易にかしめて塑性変形させることができ、この塑性変形により生じる応力も小さくすることができる。
【００６４】
請求項２、３に記載の発明によれば、回転部材は、弾性変形可能な大径部に設けた当接部を回転軸方向から当接させて回転軸方向に位置決めするので、保持部を塑性変形させる際などの応力を大径部（弾性変形部）の弾性変形により吸収することができ、当接部を回転部材方向に突出させ安定した位置で当接させることにより安定した弾性力で回転部材を位置決め保持することができる。したがって、温度変化や組付時などに生じるに応力を吸収して回転部材を位置決めを保持することができ、回転体の回転精度を維持することができる。
【００６５】
請求項４に記載の発明によれば、中空回転軸をアルミニウム合金により形成して、動圧空気軸受の軸受面を構成する内面には、耐摩耗性や潤滑性を得られるように表面処理したり、または該特性を有する材料を固着するので、動圧空気軸受としての特性を確保しつつ、保持部をかしめる等、容易に塑性変形させて回転部材を位置決め保持することができる。したがって、組付作業を容易化することができるとともに、中空回転軸本体に加わる塑性変形させる際の応力などを小さくして回転体を構築することができ、回転体の回転精度を低下させることがない。
【００６６】
請求項５、６に記載の発明によれば、ロータマグネットを固定するロータヨークを回転部材として位置決め保持するとともに、そのロータマグネットの外周面を覆うので、そのロータマグネットの膨張を抑制することができ、また、ロータマグネットを円板状に形成することによりアキシャルギャップ型の直流ブラシレスモータを構成したり、駆動コイルを内装可能にリング形状に形成することによりラジアルギャップ・アウターロータ型の直流ブラシレスモータを構成することができる。特に、このロータマグネットの外周面を非磁性体材料により覆うことにより、その磁束が外側に廻り込むことをなくして駆動力に有効利用することができ、ロータマグネットを小径にして回転体の重量や慣性モーメントを小さくして高速回転に適したアキシャルギャップ型のブラシレスモータを構築することができる。
【００６７】
請求項７に記載の発明によれば、機械的強度の高いアルミマンガン磁石材料のロータマグネットを回転部材として直接、位置決め保持するので、ロータヨークを省いて安価なアキシャルギャップ型やラジアルギャップ・インナーロータ型の直流ブラシレスモータを構築することができる。
請求項８、９に記載の発明によれば、保持部を中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成して塑性変形させることにより嵌合部および当接部が位置決めする回転部材を押えて位置決め保持するので、中空回転軸本体に加わる塑性変形させる際の応力などの影響を少なくして回転体を構築することができ、回転体の回転精度を低下させることがない。また、リング形状の保持部と中空回転軸本体の周面との間に形成される隙間にバランス修正用のおもりを配設することにより、他の部位にバランス修正用の溝などを設けることを省くことができ、また回転部材としてポリゴンミラーを位置決め保持する際にはその隙間に中空回転軸の中空の一端を閉止する部材の一部を嵌入して保持することができる。したがって、回転体の回転精度を維持して信頼性を向上させることができるとともに、部品点数および工程数を削減してコストを削減することができる。
【００６８】
請求項１０に記載の発明によれば、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナのポリゴンミラーを保持する回転体を請求項１から９の何れかに記載の回転体構造により構築するので、上述する請求項１から９に記載の回転体構造に応じた作用効果を得ることができ、信頼性が高く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ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第１実施形態を示す図であり、その全体構成を示す縦断面図である。
【図２】その回転体の縦断面図である。
【図３】その回転体の分解斜視図である。
【図４】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第２実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図５】その回転体の分解斜視図である。
【図６】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第３実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図７】その回転体の分解斜視図である。
【図８】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第４実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図９】その回転体の分解斜視図である。
【図１０】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第５実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図１１】その回転体の分解斜視図である。
【図１２】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第６実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図１３】その回転体の分解斜視図である。
【図１４】本発明に係る回転体構造を用いる動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの第７実施形態を示す図であり、その回転体の縦断面図である。
【図１５】その回転体の分解斜視図である。
【図１６】その保持部のかしめ治具の一例によるかしめ作業を示す斜視図である。
【図１７】その縦断面図である。
【図１８】そのかしめ治具の他の一例を示す斜視図である。
【図１９】動圧空気軸受型ポリゴンスキャナに用いる回転体の従来例を示す縦断面図である。
【図２０】その回転体の分解斜視図である。
【符号の説明】
10 動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ
13 中空回転軸
13ａ、43 フランジ部
13ｂ 上面（載置面）
13ｃ 軸上部
13ｄ ねじ穴
13ｅ 下面（当接部）
13ｆ、95ｆ 保持部（嵌合部）
14 ポリゴンミラー（回転部材）
15 回転体
16、94 ミラー押え
16ａ 修正溝
16ｂ 貫通穴
16ｃ ねじ
17 固定軸
18、19 ヘリングボーン溝（ラジアル動圧空気軸受）
21〜23 永久磁石（アキシャル軸受）
31、61 ロータヨーク（回転部材）
32、52、72、82 ロータマグネット（回転部材）
35 モータ
44 第２フランジ部（大径部）
44ａ、93ａ、94ａ 縁部（当接部）
44ｂ、93ｂ、94ｂ 内周部（弾性変形部）
55 おもり
63 円筒部材
75 第３フランジ部
93 第４フランジ部
96 マグネットホルダ
96ｂ 外周部
100 かしめ治具
101ａ、101ｂ かしめ部
Claims (10)
- ラジアル動圧空気軸受により非接触に支持される中空回転軸に回転部材を保持させ構築する回転体構造であって、
前記中空回転軸はアルミニウム合金を母材にして形成され、
前記中空回転軸に、回転部材を回転軸方向から当接させて該回転部材を回転軸方向に位置決めする当接部と、回転部材の内面に嵌合して該回転部材を回転軸と直交する方向に位置決めする嵌合部と、当接部および嵌合部に位置決めされた回転部材の近傍の円周方向の複数箇所に、あるいは該円周方向に延在するようにアルミニウム合金を母材にして前記中空回転軸と一体に形成され、該一部または全部が拡開されるように塑性変形されることにより該当接部と反対側の部位を押えて回転部材を位置決め保持する保持部とからなり、前記保持部を中空回転軸の周面から外周側に離隔してリング状に設けたことを特徴とする回転体構造。 - 前記当接部を、中空回転軸本体の周面を拡径して回転軸方向に弾性変形可能に形成した大径部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転体構造。
- 前記大径部に、中空回転軸本体の周面に近接する側で肉薄に形成されて弾性変形する弾性変形部を設けるとともに、該周面から離隔する側で弾性変形部よりも回転部材方向に突出させて当接部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の回転体構造。
- 前記中空回転軸は、動圧空気軸受の軸受面を構成する内面には耐摩耗性または潤滑性の少なくとも一方を高くする表面処理あるいは該特性を有する材料の固着を施したことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の回転体構造。
- 前記回転部材として、凹形状に形成されたロータヨークを中空回転軸に保持させて駆動用のロータマグネットを該ロータヨークの内側に外周面が覆われるように設けたことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の回転体構造。
- 前記回転部材として、円板形状に形成されたロータヨークを中空回転軸に保持させて駆動用のロータマグネットを該ロータヨークの一面側に設け、
該ロータマグネットの外周面は非磁性体材料からなる円筒部材により覆ったことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の回転体構造。 - 前記回転部材として、アルミマンガン磁石材料からなる駆動用のロータマグネットを直接、中空回転軸に保持させたことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の回転体構造。
- 前記保持部を中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成するとともに、該保持部と中空回転軸本体の周面との間にバランス修正用のおもりを配設したことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の回転体構造。
- 前記保持部を中空回転軸本体の周面と平行なリング形状に形成して該保持部に回転部材としてポリゴンミラーを保持させるとともに、該保持部と中空回転軸本体の周面との間に中空回転軸の一端を閉止する部材の一部を嵌入して保持させたことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の回転体構造。
- ラジアル動圧空気軸受およびアキシャル軸受により非接触に支持される中空回転軸にポリゴンミラーを保持させて回転体を構築するとともに、該回転体を回転駆動させるモータを設けた動圧空気軸受型ポリゴンスキャナであって、
前記回転体を上述した請求項１から９の何れかに記載の回転体構造により構築したことを特徴とする動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ。
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