(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動圧空気軸受により回転可能に支持されてモータにより回転駆動されるセラミック製の回転スリーブと、
前記回転スリーブ端部から軸方向に突出する筒状突部を有して前記回転スリーブの軸方向端部外周に焼き嵌め又は圧入された環状の金属製外周部材と、
熱膨張率が前記金属製外周部材の熱膨張率と略一致する材料により形成され、外周部に配列された反射面よりも半径方向内側において軸方向に突出されたボス状突部を有し、前記ボス状突部の外周面が前記金属製外周部材の前記筒状突部の内周面で焼き嵌め又は圧入によって固定的に嵌合されたポリゴンミラーと、
を備えるポリゴンスキャナ。
【請求項２】
前記ポリゴンミラーの前記反射面は、前記回転スリーブと前記金属製外周部材と前記ポリゴンミラーとを組み立てたのち、前記回転スリーブの軸方向に対して角度０°に定められて鏡面加工されている、
請求項１記載のポリゴンスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から照射されたビーム光をポリゴンミラーの反射面により偏向走査するポリゴンスキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来例について説明する。図４は動圧空気軸受型のポリゴンスキャナの内部構造を示す縦断側面図である。図中、１はハウジングである。このハウジング１にはプリント基板２と、このプリント基板２の上部空間を覆うカバー３とが取り付けられている。このカバー３の一部には、ビームを通す窓３ａが形成されている。また、ハウジング１の中央部に形成された環状壁４にはセラミック製の固定軸５が固定的に嵌合されている。
【０００３】
６は回転体である。この回転体６は、回転スリーブ７に金属製外周部材８とポリゴンミラー９とを焼き嵌め又は圧入等の方法により固定的に嵌合することにより形成されている。ポリゴンミラー９の外周には複数の反射面９ａが形成されている。固定軸５の外周面には回転スリーブ７の内周面との間で動圧空気軸受１０を構成するヘリングボーン状の動圧発生溝１０ａが形成されている。このような回転体６には高速回転時にも振動が発生しないように上下にバランス修正をするための溝（図示せず）が形成されている。
【０００４】
そして、金属製外周部材８により保持されたロータ磁石１１と、ハウジング１に設けられたステータ１２とによりアウターロータ型のモータ１３が構成されている。このモータ１３は、プリント基板２に設けたホール素子１４から出力される信号を位置信号として認識し、ステータ巻線１５の励磁切り替え制御をすることにより回転体６を回転駆動するものである。
【０００５】
円筒形状に形成された固定軸５の上部内周面にはスペーサ部材１６により支えられた永久磁石組立体１７が設けられ、ポリゴンミラー９の中心には磁性体１８が設けられ、これらの永久磁石組立体１７と磁性体１８とにより磁気軸受１９が形成されている。磁性体１８の下端には微細孔１９ａが形成され、周囲には空気溜り１９ｂが形成されている。
【０００６】
このようなポリゴンスキャナでは、モータ１３により回転体６を回転させ、窓３ａから入射されたビームをポリゴンミラー９の反射面９ａにより偏向する。この場合、動圧空気軸受１０は、固定軸５と回転スリーブ７との間に数μｍの隙間をもち、回転スリーブ７は固定軸５に対して非接触状態で回転するが、回転が安定するまでの過程で固定軸５に接触するため、摩耗粉が生じないように固定軸５と回転スリーブ７とをセラミックにより形成することが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のポリゴンスキャナにおいて、ポリゴンミラー９や金属製外周部材８は軽量化を図るとともに剛性を保つためにアルミ合金を用いることが多い。この場合、回転スリーブ７の材料であるセラミック（アルミナの場合）の熱膨張率は０．７×１０-5/℃であり、ポリゴンミラー９や金属製外周部材８の材料であるアルミ合金の熱膨張率は２．３×１０-5/℃であり、両者の熱膨張率の差が大きい。これにより、回転スリーブ７を高速回転（約３００００ｒｐｍ）させると温度が約１００℃にも達するが、回転スリーブ７にポリゴンミラー９や金属製外周部材８を焼き嵌め又は圧入により嵌合する場合、高温時の状態を考慮し、焼き嵌め代或いは圧入代を１０数μｍ程度に定めることが必要である。この結果、回転スリーブ７の内径の精度が数μｍほど悪化してしまう。これにより、図４に示すように、ポリゴンミラー９は反射面９ａの裏側の近傍で温度上昇時の歪みの影響を受けるので、ビームの偏向機能が低下する問題がある。
【０００８】
この場合、回転スリーブ７の内面を仕上げ加工しても、或いは、特開平７−１９００４７号公報に記載されているように、回転精度を高めるために回転スリーブ７の内面をつづみ状に加工しても、回転スリーブ７の外周に熱膨張率の異なるポリゴンミラー９を焼き嵌め又は圧入した構成では、温度上昇により両者の嵌合部に熱応力による歪みが生じ、その歪みによりポリゴンミラー９の反射面９ａの面精度が狂ってしまう。反射面９ａの面精度は１００ｎｍのレベルが要求されるため、僅かな歪みでも問題となる。
【０００９】
このようなことから、回転スリーブにポリゴンミラーを接着により固定する方法が提案されている。この場合には回転スリーブの内径が変化する影響を少なくすることができる。しかし、回転スリーブとポリゴンミラーとの熱膨張率に差がある場合には、温度上昇時に接着層に多大なせん断力が発生し、接着部の固着力が低下する。その結果、回転体としてのバランスが変化することになり、ポリゴンスキャナの振動が増大する。
【００１０】
特開平６−１１０００７号公報には、回転軸（回転スリーブに相当）に台座（金属製外周部材に相当）を圧入又は焼き嵌めし、回転軸にポリゴンミラーを嵌合して台座に当接させ、回転軸とポリゴンミラーとの間に形成される５ないし５０μｍの隙間に、樹脂材料及び溶剤を含む液体を注入し、この液体を乾燥し溶剤を蒸発させ、残る微粒状物により回転軸とポリゴンミラーとの隙間を埋める内容が記載されているが、この場合も高温時には回転軸とポリゴンミラーとの嵌合部分に熱応力による歪みが発生し、回転バランスが狂うおそれがある。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、動圧空気軸受により回転可能に支持される回転スリーブにポリゴンミラーを装着する型式のポリゴンスキャナにおいて、高速回転による温度上昇時においても、ポリゴンミラーの反射面に熱応力による歪みの影響を与えることなく高精度の偏向機能を得ることができるポリゴンスキャナを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、動圧空気軸受により回転可能に支持されてモータにより回転駆動されるセラミック製の回転スリーブと、前記回転スリーブ端部から軸方向に突出する筒状突部を有して前記回転スリーブの軸方向端部外周に焼き嵌め又は圧入された環状の金属製外周部材と、熱膨張率が前記金属製外周部材の熱膨張率と略一致する材料により形成され、外周部に配列された反射面よりも半径方向内側において軸方向に突出されたボス状突部を有し、前記ボス状突部の外周面が前記金属製外周部材の前記筒状突部の内周面で焼き嵌め又は圧入によって固定的に嵌合されたポリゴンミラーと、を備える。
【００１３】
したがって、温度上昇時に回転スリーブと金属製外周部材との嵌合部に歪みが発生した場合、その歪みは半径方向に大きく作用しても金属製外周部材の回転スリーブ端部から軸方向に突出する筒状突部に与える影響は少ない。具体的には、高速回転により回転体に温度上昇が発生した場合、回転スリーブと金属製外周部材の熱膨張率の差により、回転スリーブと金属製外周部材の嵌合部（軸方向に回転スリーブと金属製外周部材とが重なる部分、すなわち回転スリーブの半径方向）では、熱応力による歪みが生じることになるが、回転スリーブ端部から軸方向に突出する金属製外周部材の筒状突部では回転スリーブとは嵌合していないため、温度上昇に起因する歪みの影響は少ないためである。この歪みの影響の少ない筒状突部の内周面にポリゴンミラーの軸方向から突出するボス状突部の外周面が固定的に嵌合される。さらに、金属製外周部材とポリゴンミラーとは熱膨張率が略一致する材料により形成されているため両者の嵌合部における歪みは少ない。さらに、ボス状突部は軸方向に突出し外周面が金属製外周部材の筒状突部に嵌合されるため、その嵌合部からポリゴンミラーの反射面までの歪みの伝達径路を長くすることが可能となり、したがって、温度上昇時に反射面に作用する歪みを無視できる程度に小さくすることが可能となる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ポリゴンミラーの前記反射面は、前記回転スリーブと前記金属製外周部材と前記ポリゴンミラーとを組み立てたのち、前記回転スリーブの軸方向に対して角度０°に定められて鏡面加工されている。
【００１７】
したがって、回転スリーブと金属製外周部材とポリゴンミラーとの三者を組み立てる前に、それら三者を高精度に加工する必要がないとともに、ポリゴンミラーの回転に伴う走査ビームを回転スリーブの軸と直角に定めて使用することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１及び第２図に基づいて説明する。図４において説明した部分と同一部分は同一符号を用い説明も省略する。図１は動圧空気軸受型のポリゴンスキャナの内部構造を示す縦断側面図、図２は回転体の構成を分解して示す縦断側面図である。
【００２３】
本実施の形態における回転体２０は、回転スリーブ７と、この回転スリーブ７に焼き嵌め又は圧入された金属製外周部材２１と、この金属製外周部材２１に固定的に嵌合されたポリゴンミラー２２とにより形成されている。この例では、金属製外周部材２１は、ポリゴンミラー２２が固定的に嵌合された第一のフランジ部材２３と、ロータ磁石１１を保持する第二のフランジ部材２４とを固定的に嵌合することにより構成されている。ポリゴンミラー２２の外周には複数の反射面２２ａが形成されている。動圧空気軸受１０により回転可能に支持された回転スリーブ７はセラミックにより形成され、ポリゴンミラー２２と第一、第二のフランジ部材２３，２４とはアルミ合金により形成されている。
【００２４】
図２に示すように、回転スリーブ７に焼き嵌め又は圧入される第一のフランジ部材２３は軸方向に突出する筒状突部２５を有し、第二のフランジ部材２４には内周面が第一のフランジ部材２３の外周面に焼き嵌め又は圧入される嵌合突部２６が形成されている。そして、ポリゴンミラー２２には、その下端面に環状溝２７を形成することにより、反射面２２ａよりも半径方向内側において軸方向に突出されたボス状突部２８が形成されている。
【００２５】
したがって、第一のフランジ部材２３の外周面にロータ磁石１１を保持する第二のフランジ部材２４の嵌合突部２６の内周面を焼き嵌め又は圧入することにより金属製外周部材２１が形成される。そして、回転スリーブ７の外周面に金属製外周部材２１を焼き嵌め又は圧入し、金属製外周部材２１の筒状突部２５の内周面にポリゴンミラー２２のボス状突部２８の外周面を焼き嵌め又は圧入することにより、回転体２０が組み立てられる。他の構成は図４で示した構成と同様である。
【００２６】
このような構成において、モータ１３を駆動することで回転体２０を回転させるが、高速回転により回転体２０の温度が上昇する。この場合、セラミック製の回転スリーブ７とアルミ合金製の第一のフランジ部材２３との嵌合部に温度上昇に伴う歪みが発生するが、その歪みは半径方向に大きく作用しても軸方向に突出する筒状突部２５に与える影響は少ない。具体的には、高速回転により回転体２０に温度上昇が発生した場合、回転スリーブ７と第一のフランジ部材２３の熱膨張率の差により、回転スリーブ７と第一のフランジ部材２３の嵌合部（図１の軸方向に回転スリーブ７と第一のフランジ部材２３とが重なる部分、すなわち回転スリーブ７の半径方向）では、膨張または収縮による熱応力による歪みが生じることになるが、回転スリーブ７の端部から軸方向に突出する第一のフランジ部材２３の筒状突部２５では回転スリーブ７とは嵌合していないため、温度上昇に起因する歪みの影響は少ないためである。この歪みの影響の少ない筒状突部２５の内周面にポリゴンミラー２２の軸方向から突出するボス状突部２８の外周面が固定的に嵌合され、さらに、ポリゴンミラー２２と第一のフランジ部材２３とは熱膨張率が略一致する材料（アルミ合金）により形成されているため両者の嵌合部における歪みは少ない。さらに、ボス状突部２８の外周面と筒状突部２５の内周面との嵌合部から反射面２２ａまでの歪みの伝達径路を長くすることができる。したがって、温度上昇時に反射面２２ａに作用する歪みを無視できる程度に小さくすることができる。
【００２７】
この場合、ポリゴンミラー２２の環状溝２７の外側の壁面は反射面２２ａに近いので、その環状溝２７の外側の壁面に筒状突部２５の外周面が当接しないように、環状溝２７の幅を広くすることが望ましい。
【００２８】
また、ポリゴンミラー２２の反射面２２ａを、回転スリーブ７の軸方向に対して定められた角度をもって鏡面加工することにより、回転スリーブ７と金属製外周部材２１とポリゴンミラー２２との三者を組み立てる前に、それら三者を高精度に加工する必要がない。本実施の形態では、回転スリーブ７の軸方向に対して反射面２２ａを鏡面加工する角度は０°に定められている。したがって、ポリゴンミラー２２の回転に伴う走査ビームを回転スリーブ７の軸と直角に定めて使用することができる。もちろん、回転スリーブ７の軸方向に対して反射面２２ａを鏡面加工する角度を任意に定めてもよい。
【００２９】
さらに、本実施の形態においては、金属製外周部材２１は、筒状突部２５を有する第一のフランジ部材２３と、モータ１３のロータ磁石１１を保持する第二のフランジ部材２４とに分けて設けられ、これらの第一、第二のフランジ部材２３，２４は熱膨張率が略一致する材料により形成されているので、両者の嵌合部に熱応力による歪みが発生することはない。また、ロータ磁石１１を保持する第二のフランジ部材２４を第一のフランジ部材２３に嵌合固定する前に、ポリゴンミラー２２の反射面２２ａの鏡面加工を行なっても温度上昇時の回転バランスの変化を防止することができる。もちろん、第一、第二のフランジ部材２３，２４を一体に形成して部品点数を少なくするようにしてもよい。
【００３０】
さらに、ロータ磁石１１を保持する第二のフランジ部材２４の半径を、ポリゴンミラー２２の反射面２２ａの半径よりも大きな値に定めることにより、アウターロータ型やアキシャルギャップ型の比較的大径のモータ１３を実装することができる。これにより、モータ１３のトルクを高くし、起動時間を短縮することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態（図２参照）では、ポリゴンミラー２２の下面に環状溝を２７を形成し、その環状溝２７の内側をボス状突部２８としたが、図３に示すように、ポリゴンミラー２２の下面を下方に突出させてボス状突部２９を形成してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、動圧空気軸受により支持されるセラミック製の回転スリーブの軸方向端部外周に焼き嵌め又は圧入される金属製外周部材に回転スリーブ端部から軸方向に突出する筒状突部を形成し、金属製外周部材と熱膨張率が略一致するポリゴンミラーに、その反射面よりも半径方向内側において軸方向に突出するボス状突部を形成し、このボス状突部の外周面を筒状突部の内周面に焼き嵌め又は圧入によって固定的に嵌合する構成とすることにより、温度上昇時に、熱膨張率が異なる回転スリーブと金属製外周部材との嵌合部に歪みが発生しても、ポリゴンミラーの反射面に作用する歪みを無視できる程度に小さくすることができる。これにより、ビームの偏向機能を高精度に維持することができる。
【００３４】
請求項２記載の発明によれば、ポリゴンミラーの反射面は、回転スリーブの軸方向に対して定められた角度をもって鏡面加工されているので、回転スリーブと金属製外周部材とポリゴンミラーとの三者を組み立てる前に、それら三者を高精度に加工する必要がない。また、反射面を鏡面加工する角度は、回転スリーブの軸方向に対して０°に定められているので、ポリゴンミラーの反射面におけるビームの入射角及び反射角を回転スリーブの軸と直角に定めて使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における動圧空気軸受のポリゴンスキャナの内部構造を示す縦断側面図である。
【図２】回転体の構成を分解して示す縦断側面図である。
【図３】ポリゴンミラーに形成するボス状突部の変形例を示す縦断側面図である。
【図４】従来の動圧空気軸受のポリゴンスキャナの内部構造を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
７  回転スリーブ
１０  動圧空気軸受
１１  ロータ磁石
１３  モータ
２１  金属製外周部材
２３  第一のフランジ部材
２４  第二のフランジ部材
２５  筒状突部
２８，２９  環状突部
【図１】
0003836989.tif 000002
【図２】
0003836989.tif 000003
【図３】
0003836989.tif 000004
【図４】
0003836989.tif 000005