JP3877435B2 - 軸受装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受装置に関し、詳細には、ラジアル動圧空気軸受とアキシャル磁気軸受を利用した軸受装置に関する。
【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、特開平８−５９５１号公報に記載されている光偏向装置が提案されている。この光偏向装置は、動圧軸受を構成する回転スリーブと円柱状固定軸をセラミック材料で形成し、回転スリーブの上端内部に反発型磁気軸受を構成する永久磁石を配設するとともに、固定軸先端に軸方向に所定の磁気ギャップを空けて反発用の第二の永久磁石を配設している。
【０００７】
また、従来、特開平７−２７９９６６号公報に記載されている動圧流体軸受装置が提案されている。この動圧流体軸受装置は、回転スリーブの外周と固定軸内周で動圧軸受を構成し、軸受の一方をポリアミドイミドをコーティングし、他方をアルマイトあるいはニッケルメッキ処理している。また、動圧軸受外の回転スリーブ上端に磁気軸受を構成する永久磁石を配設している。
【０００８】
【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。
【０００９】
すなわち、特開平８−５９５１号公報記載の光偏向装置は、回転体の上部に磁気軸受用の永久磁石が配設された構成となっていたため、装置全体が長大化・大型化するという問題があった。また、回転体上部に配設されている永久磁石から摩耗により発生する磁粉が軸受隙間内に脱落・侵入し、軸受が正常に回転しなくなるという問題があった。
【００１０】
また、特開平７−２７９９６６号公報記載の動圧流体軸受装置にあっては、動圧軸受外の回転スリーブ上端に磁気軸受を構成する永久磁石が配設された構成となっていたため、装置全体が長大化・大型化するという問題があった。また、回転スリーブの形状が複雑な形状となり、回転スリーブの材料がアルミ合金等の加工性の良好な金属に限定され、設計の自由度が制限されるという問題があった。さらに、金属表面のまま動圧軸受に使用した際に発生する軸受ロックを防止するために、軸受にポリアミドイミドをコーティングしたり、アルマイトあるいはニッケルメッキ処理を施しているが、工程の複雑な表面処理を必要とし、加工性が悪く、軸受装置の生産性が悪く、軸受装置が高価なものになるという問題があった。
【００１１】
そこで、請求項１記載の発明は、所定のハウジングに固定される固定軸と、固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、座面が形成されている鍔部を有し、中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先端側に中空部を閉止して所定の空気溜まりを形成する状態で取り付けられるキャップ形状の保持部材と、座面に載置されて回転体に固定されるポリゴンミラーと、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、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する軸受装置であって、固定軸と中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、アキシャル軸受を、中央部に有底部を有するハウジングに軸方向に位置決め固定された固定軸の内部に収納することにより、固定軸と中空回転軸を耐摩耗性の良好なセラミックを使用して安価にかつ高精度に加工するとともに、アキシャル軸受を固定軸内に収納し、信頼性を向上させることのできる小型で安価な軸受装置を提供することを目的としている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとすることにより、固定軸の内部にアキシャル軸受を適切に収納し、より一層小型で安価な軸受装置を提供することを目的としている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、所定のハウジングに固定される固定軸と、固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、中空回転軸のハウジングと反対側の先端側に中空部を閉止して所定の空気溜まりを形成する状態で取り付けられる保持部材と、回転体に固定されるポリゴンミラーと、を備え、ハウジングを、その略中央部に固定軸の固定される所定形状の有底部を有したものとし、アキシャル軸受を、円筒形状の固定軸の内部に収納するとともに、有底部に直立した状態で固定軸の内部に収納された所定のスペーサにより軸方向に位置決めし、空気溜まりを、保持部材に形成された所定の大きさの微細穴により外部に連通することにより、アキシャル軸受の位置決めを簡単かつ適切に行うとともに、アキシャル軸受に適度なダンピング特性を付与し、より一層信頼性を向上させることのできる小型で安価な軸受装置を提供することを目的としている。
【００１４】
請求項４記載の発明は、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとするとともに、当該吸引型磁気軸受固定部を、スペーサの上端に位置する状態で固定軸の内部に挿入し、当該吸引型磁気軸受固定部の上端を固定軸の内部に圧入された所定の固定用ブッシュで抑えて、固定軸の内部に保持固定することにより、アキシャル軸受の軸方向の位置決めを、特別な治具を用いたり、特別な工程処理を行うことなく、確実かつ容易に行い、より一層信頼性を向上させることのできる小型でより一層安価な軸受装置を提供することを目的としている。
【００１５】
請求項５記載の発明は、軸受装置を用いることにより、ポリゴンスキャナへの超高速回転の要求に対応することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の軸受装置は、所定のハウジングに固定される固定軸と、前記固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、座面が形成されている鍔部を有し、前記中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先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取り付けられるキャップ形状の保持部材と、前記座面に載置されて回転体に固定されるポリゴンミラーと、前記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、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軸受装置であって、前記固定軸と前記中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、前記アキシャル軸受は、中央部に有底部を有する前記ハウジングに軸方向に位置決め固定された前記固定軸の内部に収納されていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、所定のハウジングに固定される固定軸と、固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、座面が形成されている鍔部を有し、中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先端側に中空部を閉止して所定の空気溜まりを形成する状態で取り付けられるキャップ形状の保持部材と、座面に載置されて回転体に固定されるポリゴンミラーと、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、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する軸受装置であって、固定軸と中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、アキシャル軸受を、中央部に有底部を有するハウジングに軸方向に位置決め固定された固定軸の内部に収納しているので、固定軸と中空回転軸を耐摩耗性の良好なセラミックを使用して安価にかつ高精度に加工することができるとともに、アキシャル軸受を固定軸内に収納することができ、信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型で安価なものとすることができる。
【００１８】
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、前記固定軸の内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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えていてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとしているので、固定軸の内部にアキシャル軸受を適切に収納することができ、軸受装置をより一層小型で安価なものとすることができる。
【００２０】
請求項３記載の軸受装置は、所定のハウジングに固定される固定軸と、前記固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、前記中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先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取り付けられる保持部材と、前記回転体に固定されるポリゴンミラーと、前記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、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軸受装置であって、固定軸と前記中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、かつ、前記ハウジングは、その略中央部に前記固定軸の固定される所定形状の有底部を有し、前記アキシャル軸受は、前記円筒形状の固定軸の内部に収納されるとともに、前記有底部に直立した状態で当該固定軸の内部に収納された所定のスペーサにより軸方向に位置決めされ、前記空気溜まりは、前記保持部材に形成された所定の大きさの微細穴により外部に連通されていることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、ハウジングを、その略中央部に固定軸の固定される所定形状の有底部を有したものとし、アキシャル軸受を、円筒形状の固定軸の内部に収納するとともに、有底部に直立した状態で固定軸の内部に収納された所定のスペーサにより軸方向に位置決めし、空気溜まりを、保持部材に形成された所定の大きさの微細穴により外部に連通しているので、アキシャル軸受の位置決めを簡単かつ適切に行うことができるとともに、アキシャル軸受に適度なダンピング特性を付与することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型で安価なものとすることができる。
【００２２】
請求項４記載の軸受装置は、請求項３記載の軸受装置において、前記アキシャル軸受は、前記固定軸の内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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備え、当該吸引型磁気軸受固定部が、前記スペーサの上端に位置する状態で前記固定軸の内部に挿入され、当該吸引型磁気軸受固定部の上端が前記固定軸の内部に圧入された所定の固定用ブッシュで抑えられて、前記固定軸の内部に保持固定されていることを特徴とする。
【００２３】
上記構成によれば、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとするとともに、当該吸引型磁気軸受固定部を、スペーサの上端に位置する状態で固定軸の内部に挿入し、当該吸引型磁気軸受固定部の上端を固定軸の内部に圧入された所定の固定用ブッシュで抑えて、固定軸の内部に保持固定しているので、アキシャル軸受の軸方向の位置決めを、特別な治具を用いたり、特別な工程処理を行うことなく、確実かつ容易に行うことができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型でより一層安価なものとすることができる。
【００２４】
請求項５記載のブラシレスモータは、請求項１乃至４の何れか１つに記載の軸受装置を用いたことを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、２００００ｒｐｍ以上の超高速回転が可能なブラシレスモータを実現することができる。そして、高速回転時の温度上昇による高温状態でも振動が少なく、かつ、ポリゴンミラーの反射面精度を高精度に維持することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、画像品質をより一層向上させることができる。
【００２６】
【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。
【００２７】
図１及び図２は、本発明の軸受装置の一実施の形態を示す図であり、図１は、本発明の軸受装置の一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１の正面断面図である。
【００２８】
図１において、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、ハウジング２とハウジング２上にネジ固定された上カバー３により、その外観が形成され、ハウジング２は、その底部中央部に、周壁を有し所定量円柱状に窪んで平面上の底部を有する有底部２ａが形成されている。ハウジング２の有底部２ａには、円筒形状の固定軸４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。この固定軸４をハウジング２へ固定する際、ハウジング２に有底部２ａが形成されているため、当該有底部２ａに固定軸４を圧入固着あるいは焼きばめ等で固定するのみで、軸方向位置を設定することができ、固定軸４の軸方向位置の基準を有底部２ａ以外の箇所に設定して、特別な治具を使用したり、位置調整を行うことなく、簡単かつ容易に固定軸４をハウジング２に固定することができる。
【００２９】
固定軸４は、その周壁部の適切な位置にヘリングボーン溝４ａが形成されており、固定軸４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５が埋設されている。
【００３０】
吸引型磁気軸受固定部５は、図２に示すように、所定の大きさの中心円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６と、永久磁石６のアキシャル方向両端（軸方向両端）に固定され永久磁石６の中心円（内径）よりも小さい中心円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７及び第２固定ヨーク板８と、で形成されている。吸引型磁気軸受固定部５は、第１固定ヨーク板７と第２固定ヨーク板８とで永久磁石６を挟んだ状態で固定軸４の上端凹部内に埋設され、第１固定ヨーク板７の上部から、図１に示すように、固定用ブッシュ９で固定されることにより、永久磁石６を第１固定ヨーク板７と第２固定ヨーク板８で固定軸４の軸方向に挟んだ状態で、かつ、第１固定ヨーク板７の中心円と第２固定ヨーク板８の中心円が固定軸４の軸中心と一致する（同軸となる）状態で、固定軸４の上端凹部内に埋設されている。上記第１固定ヨーク板７及び第２固定ヨーク板８は、鉄鋼系の板材で形成されており、永久磁石６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５は、固定用ブッシュ９で固定軸４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４の上端凹部内に固定してもよい。
【００３１】
固定軸４は、図１に示すように、回転スリーブ（中空回転軸）１０の中空内に挿入されており、回転スリーブ１０の上端面から外周面には、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（保持部材）１１が焼きバメあるいは圧入固定により固定されている。この固定軸４の外周面と回転スリーブ１０の内周面とで形成される軸受隙間は、数μｍに保たれている。
【００３２】
フランジ１１の中央部には、吸引型磁気軸受回転部１２が圧入されてフランジ１１に固定されており、吸引型磁気軸受回転部１２は、図２に示したように、第１固定ヨーク板７の中心円部分及び第２固定ヨーク板８の中心円部分との間に磁気ギャップを構成する外筒面１２ａ、１２ｂが形成されている。この外筒面１２ａ、１２ｂは、吸引型磁気軸受回転部１２の回転中心軸と同軸になるように配置されている。
【００３３】
フランジ１１の鍔状に突出した座面１１ａには、図１に示すように、アルミ合金製のポリゴンミラー１３が載置されており、ポリゴンミラー１３は、板ばね１４により回転スリーブ１０のフランジ１１の座面１１ａに押さえつけられるとともに、ネジ１５が吸引型磁気軸受回転部１２の上端部に形成されたネジ穴１２ｃに螺合されて板ばね１４が吸引型磁気軸受回転部１２に固定されることにより、吸引型磁気軸受回転部１２に固定されている。なお、フランジ１１は、上述のように、回転スリーブ１０の上方の中空部を閉止する状態で回転スリーブ１０に取り付けられており、固定軸４の上端とフランジ１１により閉止された回転スリーブ１０の中空部に空気溜まり１６が形成されている。
【００３４】
そして、上記固定軸４の吸引型磁気軸受固定部５の下方には、円柱形状のスペーサ１７が収納されており、スペーサ１７は、有底部２ａに直立した状態で固定軸４内に収納されている。このスペーサ１７は、吸引型磁気軸受固定部５の軸方向位置決めと空気溜まり１６の容積を減少させる役割を果たしている。したがって、アキシャル軸受を構成する吸引型磁気軸受固定部５の軸方向の位置決めを、特別な治具を用いたり、特別な工程処理を行うことなく、確実かつ容易に行うことができる。
【００３５】
吸引型磁気軸受回転部１２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４と回転スリーブ１０は、セラミック材料により円筒形に形成されており、回転スリーブ１０に固定されているフランジ１１は、ポリゴンミラー１３と同じアルミ合金材料により形成されている。すなわち、フランジ１１は、ポリゴンミラー１３の熱膨張率と略同じ熱膨張率を有するアルミ合金材料により形成されている。
【００３６】
このように固定軸４と回転スリーブ１０をセラミック材料により形成すると、耐摩耗性に優れている反面、切削等を行うことができず加工を行いにくいため、ザグリ穴など凹凸部を形成するには、量産性が低下して、品質低下やコストアップをまねく。
【００３７】
そこで、本実施の形態においては、固定軸４と回転スリーブ１０をともに内外径、すなわち、肉厚を均一にした単純な円筒形状に形成し、かつ、固定軸４の内部にアキシャル軸受を構成する吸引型磁気軸受固定部５と吸引型磁気軸受回転部１２を配置して、セラミック材料の特徴を生かしつつ、量産性を向上させている。
【００３８】
また、板ばね１４は、例えば、アルミニウム合金等の非磁性材料で形成されている。
【００３９】
図１に示すように、吸引型磁気軸受回転部１２の周面には、板ばね１４のスリット（図示略）を介して回転スリーブ１０の外部に連通する微細穴１１ｂが形成されており、微細穴１１ｂは、微細穴１１ｂ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。
【００４０】
回転スリーブ１０のフランジ１１の下面であって回転スリーブ１０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１８が取り付けられており、ロータマグネット１８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。
【００４１】
上記フランジ１１、吸引型磁気軸受回転部１２、ポリゴンミラー１３、板ばね１４、ネジ１５及びロータマグネット１８等の取り付けられた回転スリーブ１０は、回転体１９を構成している。
【００４２】
上記ロータマグネット１８に対向する内周側には、ステータコア２０が配設されており、ステータコア２０には、巻線コイル２０ａが巻かれている。ステータコア２０は、ハウジング２に固定された支持部材２１に取り付けられている。ロータマグネット１８及び巻線コイル２０ａの巻かれたステータコア２０の下方の位置には、プリント基板２２とホール素子２３が配設されている。プリント基板２２は、ハウジング２に取り付けられており、ホール素子２３は、プリント基板２２に取り付けられている。プリント基板２２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１８、プリント基板２２、巻線コイル２０ａ及びホール素子２３等により、ステータコア２０の外径方向にロータマグネット１８との磁気ギャップを持つラジアルギャップ・アウターロータ型のブラシレスモータ２４が構成されている。ブラシレスモータ２４は、プリント基板２２の駆動回路がホール素子２３の位置検出信号に基づいて、順次巻線コイル２０ａ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１９を回転させて、定速制御する。
【００４３】
そして、回転体１９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が施されており、上側のバランス修正は、板ばね１４の折り曲げ部分１４ａであり、下側のバランス修正は、フランジ１１の外径部１１ｃである。これら板ばね１４の折り曲げ部１４ａ及びフランジ１１の外径部１１ｃに接着剤を塗布すること等により数ｍｇ以下の精度で回転体１９のバランス修正を行っている。
【００４４】
上記固定軸４の外周面には、上述のように、ヘリングボーン溝４ａが形成されているため、ブラシレスモータ２４の駆動により回転体１９が回転すると、回転スリーブ１０と固定軸４の隙間の圧力が高まり、回転スリーブ１０、固定軸４及びヘリングボーン溝４ａにより回転スリーブ１０と固定軸４のヘリングボーン溝４ａ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１９を支持する。
【００４５】
また、上記フランジ１１に固定された吸引型磁気軸受回転部１２、固定軸４の上端凹部内に埋設・固定された永久磁石６、第１固定ヨーク板７と第２固定ヨーク板８からなる吸引型磁気軸受固定部５は、吸引型磁気軸受回転部１２と固定軸４に埋設・固定された吸引型磁気軸受固定部５に吸引力が発生して、回転体１９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１９を軸方向に非接触で支持する。
【００４６】
そして、上カバー３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窓部３ａにガラス窓２５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。
【００４７】
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１は、ハウジング２の有底部２ａに固定された固定軸４が回転スリーブ１０に挿入され、固定軸４の上端凹部内に吸引型磁気軸受固定部５が埋設されている。吸引型磁気軸受固定部５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６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７と第２固定ヨーク板８で挟んだ状態に形成され、第１固定ヨーク板７と第２固定ヨーク板８の中心円は、永久磁石６の中心円よりも小さく形成されているとともに、回転スリーブ１０の軸芯と一致する状態で配設されている。
【００４８】
動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１の組立においては、具体的には、まず、均一な肉厚の円筒形状に形成された固定軸４をハウジング２の有底部２ａに固定し、固定軸４の上方からスペーサ１７を固定軸４内に挿入して有底部２ａ上に直立した状態で配設した後、吸引型磁気軸受固定部５を構成する第２固定ヨーク板８、永久磁石６及び第１固定ヨーク板７を固定軸４内に挿入して、固定用ブッシュ９を固定軸４内に圧入して固定する。
【００４９】
したがって、固定軸４のハウジング２への固定及びスペーサ１７のハウジング２への固定は、ハウジング２に形成された有底部２ａに固定軸４及びスペーサ１７を突き立てて固定するだけで、吸引型磁気軸受固定部５の位置決めを、他の基準を利用することなく、また、特別な治具や調整を行うことなく、高精度にかつ簡単に行うとができ、作業性を向上させることができる。
【００５０】
この固定軸４は、回転スリーブ１０の中空内に挿入されており、回転スリーブ１０には、フランジ１１が取り付けられているとともに、このフランジ１１にポリゴンミラー１３、ロータマグネット１８及び吸引型磁気軸受回転部１２等が取り付けられて、回転体１９を構成している。
【００５１】
フランジ１１には、固定軸４の上端凹部内に埋設された吸引型磁気軸受固定部５の中心円内に侵入する吸引型磁気軸受回転部１２が固定されており、吸引型磁気軸受回転部１２は、永久磁石または鉄鋼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５の第１固定ヨーク板７及び第２固定ヨーク板８と対向する位置に外筒面１２ａ、１２ｂが形成されて、第１固定ヨーク板７及び第２固定ヨーク板８との間に微細間隔の磁気ギャップを形成している。
【００５２】
吸引型磁気軸受回転部１２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、吸引型磁気軸受固定部５の永久磁石６、第１固定ヨーク板７、吸引型磁気軸受回転部１２及び第２固定ヨーク板８へと向かい、再び永久磁石６へと向かう閉ループ状に磁力線が形成されて、固定軸４の上端凹部内に埋設された吸引型磁気軸受固定部５とフランジ１１を介して回転スリーブ１０に固定された吸引型磁気軸受回転部１２との間に吸引力が発生して、フランジ１１に固定された吸引型磁気軸受回転部１２と固定軸４の上端凹部内に埋設された吸引型磁気軸受固定部５は、回転体１９を浮上させるアキシャル軸受として機能して、回転体１９を軸方向に非接触で支持する。
【００５３】
また、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、フランジ１１に取り付けられたロータマグネット１８に周方向で対向する位置に、巻線コイル２０ａの巻かれたステータコア２０が配設されているとともに、ロータマグネット１８の下方の位置にホール素子２３とプリント基板２２が配設されており、これらプリント基板２２、巻線コイル２０ａの巻かれたステータコア２０及びホール素子２３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２４を構成して、プリント基板２２の駆動回路により巻線コイル２０ａ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１９を回転させる。
【００５４】
上記固定軸４の外周面には、ヘリングボーン溝４ａが形成されており、ブラシレスモータ２４の駆動により回転体１９が回転すると、回転スリーブ１０と固定軸４の隙間の圧力が高まって、回転スリーブ１０、固定軸４及びヘリングボーン溝４ａ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１９を支持する。
【００５５】
このように、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、アキシャル軸受が回転体１９を非接触で軸方向に支持し、ブラシレスモータ２４により回転体１９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１９をラジアル方向に支持する。
【００５６】
そして、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、固定軸４と回転スリーブ１０セラミック材料により簡単な形状である均一な肉厚の円筒形に形成されているため、セラミック材料の特徴を生かしつつ、量産性の良好な動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１を作製することができる。
【００５７】
また、回転スリーブ１０に取り付けられているポリゴンミラー１３は、アルミ合金で形成されているため、回転スリーブ１０とポリゴンミラー１３との熱膨張率の差が問題となる。すなわち、アルミは、その熱膨張率が２．３×１０-5／℃であり、セラミック［アルミナ］は、その熱膨張率が０．７×１０-5／℃である。
【００５８】
このようにセラミック材料で形成された回転スリーブ１０に、従来のように、アルミ合金製のポリゴンミラー１３を直接接着固定すると、部品間に嵌合隙間が存在し、高速回転時の温度上昇（１００℃以上）により微小な位置ずれが発生して、回転体１９の回転バランスが崩れて、ポリゴンミラー１３の振動が増大するという問題が発生する。この場合、ポリゴンミラー１３を回転スリーブ１０に焼きバメあるいは圧入固定すると、高精度に加工されたポリゴンミラー１３の反射面精度が悪化して、画像の乱れが発生する等の問題が発生する。
【００５９】
ところが、本実施の形態の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、アルミ合金製のポリゴンミラー１３を、フランジ１１を介してセラミック材料製の回転スリーブ１０に取り付けている。すなわち、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、回転スリーブ１０の上端面から外周面に、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１１が焼きバメあるいは圧入固定により固定されており、フランジ１１の鍔状に突出した座面１１ａに、ポリゴンミラー１３が載置されて、板ばね１４により回転スリーブ１０のフランジ１１の座面１１ａに押さえつけられて固定されている。
【００６０】
したがって、高速回転時の高温状態においても、振動を抑制することができるとともに、画像の乱れを防止して、画像品質を向上させることができる。
【００６１】
このように、本実施の形態の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、ハウジング２に固定軸４が固定され、軸方向に中空部を有する回転スリーブ１０にポリゴンミラー１３の固定された回転体１９の回転スリーブ１０の中空部内に固定軸４が挿入され、回転スリーブ１０の先端側に中空部を閉止して空気溜まり１６を形成する状態でフランジ１１が取り付けられ、回転体１９がブラシレスモータ２４により回転されると発生する空気の動圧を回転スリーブ１０の内周面と固定軸４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、を備え、固定軸４と回転スリーブ１０を、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成し、アキシャル軸受を、固定軸４の先端側内部に収納している。
【００６２】
したがって、固定軸４と回転スリーブ１０を耐摩耗性の良好なセラミックを使用して安価にかつ高精度に加工することができるとともに、アキシャル軸受を固定軸４内に収納することができ、信頼性を向上させることができるとともに、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１を小型で安価なものとすることができる。
【００６３】
また、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、アキシャル軸受を、固定軸４のフランジ１１側の先端側内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部５と、フランジ１１に固定されリング状の吸引型磁気軸受固定部５内に当該吸引型磁気軸受固定部５と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部１２と、を備えたものとしている。
【００６４】
したがって、固定軸４の先端側内部にアキシャル軸受を適切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１をより一層小型で安価なものとすることができる。
【００６５】
さらに、ハウジング２を、その略中央部に固定軸４の固定される有底部２ａを有したものとし、アキシャル軸受を、円筒形状の固定軸４の内部に収納するとともに、有底部２ａに直立した状態で固定軸４の内部に収納されたスペーサ１７により軸方向に位置決めし、空気溜まり１６を、フランジ１１に形成された所定の大きさの微細穴１１ｂにより外部に連通している。
【００６６】
したがって、アキシャル軸受の位置決めを簡単かつ適切に行うことができるとともに、アキシャル軸受に適度なダンピング特性を付与することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１を小型で安価なものとすることができる。
【００６７】
また、アキシャル軸受を、固定軸４のフランジ１１側の先端側内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部５と、フランジ１１に固定され吸引型磁気軸受固定部５内に当該吸引型磁気軸受固定部５と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部１２と、を備えたものとするとともに、吸引型磁気軸受固定部５を、スペーサ１７の上端に位置する状態で固定軸４の内部に挿入し、吸引型磁気軸受固定部５の上端を固定軸４の内部に圧入された固定用ブッシュ９で抑えて、固定軸４の内部に保持固定している。
【００６８】
したがって、アキシャル軸受の軸方向の位置決めを、特別な治具を用いたり、特別な工程処理を行うことなく、確実かつより一層容易に行うことができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１を小型でより一層安価なものとすることができる。
【００６９】
さらに、フランジ１１を、回転スリーブ１０の中空部を閉止して空気溜まり１６を形成する状態で回転スリーブ１０に取り付け、ポリゴンミラー１３を、所定の熱膨張率を有するアルミ合金で形成するとともにフランジ１１に固定し、フランジ１１を、ポリゴンミラー１３の熱膨張率と略同じ熱膨張率を有するアルミ合金で形成している。
【００７０】
したがって、高速回転時の温度上昇による高温状態でも振動が少なく、かつ、ポリゴンミラー１３の反射面精度を高精度に維持することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、画像品質をより一層向上させることができる。
【００７１】
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。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１記載の軸受装置によれば、所定のハウジングに固定される固定軸と、固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、座面が形成されている鍔部を有し、中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先端側に中空部を閉止して所定の空気溜まりを形成する状態で取り付けられるキャップ形状の保持部材と、座面に載置されて回転体に固定されるポリゴンミラーと、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、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する軸受装置であって、固定軸と中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、アキシャル軸受を、中央部に有底部を有するハウジングに軸方向に位置決め固定された固定軸の内部に収納しているので、固定軸と中空回転軸を耐摩耗性の良好なセラミックを使用して安価にかつ高精度に加工することができるとともに、アキシャル軸受を固定軸内に収納することができ、信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型で安価なものとすることができる。
【００７３】
請求項２記載の発明の軸受装置によれば、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとしているので、固定軸の内部にアキシャル軸受を適切に収納することができ、軸受装置をより一層小型で安価なものとすることができる。
【００７４】
請求項３記載の発明の軸受装置によれば、ハウジングを、その略中央部に固定軸の固定される所定形状の有底部を有したものとし、アキシャル軸受を、円筒形状の固定軸の内部に収納するとともに、有底部に直立した状態で固定軸の内部に収納された所定のスペーサにより軸方向に位置決めし、空気溜まりを、保持部材に形成された所定の大きさの微細穴により外部に連通しているので、アキシャル軸受の位置決めを簡単かつ適切に行うことができるとともに、アキシャル軸受に適度なダンピング特性を付与することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型で安価なものとすることができる。
【００７５】
請求項４記載の発明の軸受装置によれば、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとするとともに、当該吸引型磁気軸受固定部を、スペーサの上端に位置する状態で固定軸の内部に挿入し、当該吸引型磁気軸受固定部の上端を固定軸の内部に圧入された所定の固定用ブッシュで抑えて、固定軸の内部に保持固定しているので、アキシャル軸受の軸方向の位置決めを、特別な治具を用いたり、特別な工程処理を行うことなく、確実かつ容易に行うことができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型でより一層安価なものとすることができる。
【００７６】
請求項５記載の軸受装置を用いたブラシレスモータによれば、２００００ｒｐｍ以上の超高速回転が可能なブラシレスモータを実現することができる。そして、高速回転時の温度上昇による高温状態でも振動が少なく、かつ、ポリゴンミラーの反射面精度を高精度に維持することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、画像品質をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸受装置の一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の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの吸引型磁気軸受部の正面断面図。
【符号の説明】
１ 動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ
２ ハウジング
２ａ 有底部
３ 上カバー
３ａ 開口窓部
４ 固定軸
５ 吸引型磁気軸受固定部
６ 永久磁石
７ 第１固定ヨーク板
８ 第２固定ヨーク板
９ 固定用ブッシュ
１０ 回転スリーブ
１１ フランジ
１１ａ 座面
１１ｂ 微細穴
１１ｃ 外径部
１２ 吸引型磁気軸受回転部
１２ａ、１２ｂ 外筒面
１２ｃ ネジ穴
１３ ポリゴンミラー
１４ 板ばね
１４ａ 折り曲げ部分
１５ ネジ
１６ 空気溜まり
１７ スペーサ
１８ ロータマグネット
１９ 回転体
２０ ステータコア
２０ａ 巻線コイル
２１ 支持部材
２２ プリント基板
２３ ホール素子
２４ ブラシレスモータ
２５ ガラス窓
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受装置に関し、詳細には、ラジアル動圧空気軸受とアキシャル磁気軸受を利用した軸受装置に関する。
【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、特開平８−５９５１号公報に記載されている光偏向装置が提案されている。この光偏向装置は、動圧軸受を構成する回転スリーブと円柱状固定軸をセラミック材料で形成し、回転スリーブの上端内部に反発型磁気軸受を構成する永久磁石を配設するとともに、固定軸先端に軸方向に所定の磁気ギャップを空けて反発用の第二の永久磁石を配設している。
【０００７】
また、従来、特開平７−２７９９６６号公報に記載されている動圧流体軸受装置が提案されている。この動圧流体軸受装置は、回転スリーブの外周と固定軸内周で動圧軸受を構成し、軸受の一方をポリアミドイミドをコーティングし、他方をアルマイトあるいはニッケルメッキ処理している。また、動圧軸受外の回転スリーブ上端に磁気軸受を構成する永久磁石を配設している。
【０００８】
【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。
【０００９】
すなわち、特開平８−５９５１号公報記載の光偏向装置は、回転体の上部に磁気軸受用の永久磁石が配設された構成となっていたため、装置全体が長大化・大型化するという問題があった。また、回転体上部に配設されている永久磁石から摩耗により発生する磁粉が軸受隙間内に脱落・侵入し、軸受が正常に回転しなくなるという問題があった。
【００１０】
また、特開平７−２７９９６６号公報記載の動圧流体軸受装置にあっては、動圧軸受外の回転スリーブ上端に磁気軸受を構成する永久磁石が配設された構成となっていたため、装置全体が長大化・大型化するという問題があった。また、回転スリーブの形状が複雑な形状となり、回転スリーブの材料がアルミ合金等の加工性の良好な金属に限定され、設計の自由度が制限されるという問題があった。さらに、金属表面のまま動圧軸受に使用した際に発生する軸受ロックを防止するために、軸受にポリアミドイミドをコーティングしたり、アルマイトあるいはニッケルメッキ処理を施しているが、工程の複雑な表面処理を必要とし、加工性が悪く、軸受装置の生産性が悪く、軸受装置が高価なものになるという問題があった。
【００１１】
そこで、請求項１記載の発明は、所定のハウジングに固定される固定軸と、固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、座面が形成されている鍔部を有し、中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先端側に中空部を閉止して所定の空気溜まりを形成する状態で取り付けられるキャップ形状の保持部材と、座面に載置されて回転体に固定されるポリゴンミラーと、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、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する軸受装置であって、固定軸と中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、アキシャル軸受を、中央部に有底部を有するハウジングに軸方向に位置決め固定された固定軸の内部に収納することにより、固定軸と中空回転軸を耐摩耗性の良好なセラミックを使用して安価にかつ高精度に加工するとともに、アキシャル軸受を固定軸内に収納し、信頼性を向上させることのできる小型で安価な軸受装置を提供することを目的としている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとすることにより、固定軸の内部にアキシャル軸受を適切に収納し、より一層小型で安価な軸受装置を提供することを目的としている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、所定のハウジングに固定される固定軸と、固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、中空回転軸のハウジングと反対側の先端側に中空部を閉止して所定の空気溜まりを形成する状態で取り付けられる保持部材と、回転体に固定されるポリゴンミラーと、を備え、ハウジングを、その略中央部に固定軸の固定される所定形状の有底部を有したものとし、アキシャル軸受を、円筒形状の固定軸の内部に収納するとともに、有底部に直立した状態で固定軸の内部に収納された所定のスペーサにより軸方向に位置決めし、空気溜まりを、保持部材に形成された所定の大きさの微細穴により外部に連通することにより、アキシャル軸受の位置決めを簡単かつ適切に行うとともに、アキシャル軸受に適度なダンピング特性を付与し、より一層信頼性を向上させることのできる小型で安価な軸受装置を提供することを目的としている。
【００１４】
請求項４記載の発明は、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとするとともに、当該吸引型磁気軸受固定部を、スペーサの上端に位置する状態で固定軸の内部に挿入し、当該吸引型磁気軸受固定部の上端を固定軸の内部に圧入された所定の固定用ブッシュで抑えて、固定軸の内部に保持固定することにより、アキシャル軸受の軸方向の位置決めを、特別な治具を用いたり、特別な工程処理を行うことなく、確実かつ容易に行い、より一層信頼性を向上させることのできる小型でより一層安価な軸受装置を提供することを目的としている。
【００１５】
請求項５記載の発明は、軸受装置を用いることにより、ポリゴンスキャナへの超高速回転の要求に対応することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の軸受装置は、所定のハウジングに固定される固定軸と、前記固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、座面が形成されている鍔部を有し、前記中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先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取り付けられるキャップ形状の保持部材と、前記座面に載置されて回転体に固定されるポリゴンミラーと、前記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、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軸受装置であって、前記固定軸と前記中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、前記アキシャル軸受は、中央部に有底部を有する前記ハウジングに軸方向に位置決め固定された前記固定軸の内部に収納されていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、所定のハウジングに固定される固定軸と、固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、座面が形成されている鍔部を有し、中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先端側に中空部を閉止して所定の空気溜まりを形成する状態で取り付けられるキャップ形状の保持部材と、座面に載置されて回転体に固定されるポリゴンミラーと、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、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する軸受装置であって、固定軸と中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、アキシャル軸受を、中央部に有底部を有するハウジングに軸方向に位置決め固定された固定軸の内部に収納しているので、固定軸と中空回転軸を耐摩耗性の良好なセラミックを使用して安価にかつ高精度に加工することができるとともに、アキシャル軸受を固定軸内に収納することができ、信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型で安価なものとすることができる。
【００１８】
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、前記固定軸の内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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えていてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとしているので、固定軸の内部にアキシャル軸受を適切に収納することができ、軸受装置をより一層小型で安価なものとすることができる。
【００２０】
請求項３記載の軸受装置は、所定のハウジングに固定される固定軸と、前記固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、前記中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先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取り付けられる保持部材と、前記回転体に固定されるポリゴンミラーと、前記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、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軸受装置であって、固定軸と前記中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、かつ、前記ハウジングは、その略中央部に前記固定軸の固定される所定形状の有底部を有し、前記アキシャル軸受は、前記円筒形状の固定軸の内部に収納されるとともに、前記有底部に直立した状態で当該固定軸の内部に収納された所定のスペーサにより軸方向に位置決めされ、前記空気溜まりは、前記保持部材に形成された所定の大きさの微細穴により外部に連通されていることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、ハウジングを、その略中央部に固定軸の固定される所定形状の有底部を有したものとし、アキシャル軸受を、円筒形状の固定軸の内部に収納するとともに、有底部に直立した状態で固定軸の内部に収納された所定のスペーサにより軸方向に位置決めし、空気溜まりを、保持部材に形成された所定の大きさの微細穴により外部に連通しているので、アキシャル軸受の位置決めを簡単かつ適切に行うことができるとともに、アキシャル軸受に適度なダンピング特性を付与することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型で安価なものとすることができる。
【００２２】
請求項４記載の軸受装置は、請求項３記載の軸受装置において、前記アキシャル軸受は、前記固定軸の内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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備え、当該吸引型磁気軸受固定部が、前記スペーサの上端に位置する状態で前記固定軸の内部に挿入され、当該吸引型磁気軸受固定部の上端が前記固定軸の内部に圧入された所定の固定用ブッシュで抑えられて、前記固定軸の内部に保持固定されていることを特徴とする。
【００２３】
上記構成によれば、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとするとともに、当該吸引型磁気軸受固定部を、スペーサの上端に位置する状態で固定軸の内部に挿入し、当該吸引型磁気軸受固定部の上端を固定軸の内部に圧入された所定の固定用ブッシュで抑えて、固定軸の内部に保持固定しているので、アキシャル軸受の軸方向の位置決めを、特別な治具を用いたり、特別な工程処理を行うことなく、確実かつ容易に行うことができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型でより一層安価なものとすることができる。
【００２４】
請求項５記載のブラシレスモータは、請求項１乃至４の何れか１つに記載の軸受装置を用いたことを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、２００００ｒｐｍ以上の超高速回転が可能なブラシレスモータを実現することができる。そして、高速回転時の温度上昇による高温状態でも振動が少なく、かつ、ポリゴンミラーの反射面精度を高精度に維持することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、画像品質をより一層向上させることができる。
【００２６】
【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。
【００２７】
図１及び図２は、本発明の軸受装置の一実施の形態を示す図であり、図１は、本発明の軸受装置の一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１の正面断面図である。
【００２８】
図１において、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、ハウジング２とハウジング２上にネジ固定された上カバー３により、その外観が形成され、ハウジング２は、その底部中央部に、周壁を有し所定量円柱状に窪んで平面上の底部を有する有底部２ａが形成されている。ハウジング２の有底部２ａには、円筒形状の固定軸４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。この固定軸４をハウジング２へ固定する際、ハウジング２に有底部２ａが形成されているため、当該有底部２ａに固定軸４を圧入固着あるいは焼きばめ等で固定するのみで、軸方向位置を設定することができ、固定軸４の軸方向位置の基準を有底部２ａ以外の箇所に設定して、特別な治具を使用したり、位置調整を行うことなく、簡単かつ容易に固定軸４をハウジング２に固定することができる。
【００２９】
固定軸４は、その周壁部の適切な位置にヘリングボーン溝４ａが形成されており、固定軸４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５が埋設されている。
【００３０】
吸引型磁気軸受固定部５は、図２に示すように、所定の大きさの中心円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６と、永久磁石６のアキシャル方向両端（軸方向両端）に固定され永久磁石６の中心円（内径）よりも小さい中心円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７及び第２固定ヨーク板８と、で形成されている。吸引型磁気軸受固定部５は、第１固定ヨーク板７と第２固定ヨーク板８とで永久磁石６を挟んだ状態で固定軸４の上端凹部内に埋設され、第１固定ヨーク板７の上部から、図１に示すように、固定用ブッシュ９で固定されることにより、永久磁石６を第１固定ヨーク板７と第２固定ヨーク板８で固定軸４の軸方向に挟んだ状態で、かつ、第１固定ヨーク板７の中心円と第２固定ヨーク板８の中心円が固定軸４の軸中心と一致する（同軸となる）状態で、固定軸４の上端凹部内に埋設されている。上記第１固定ヨーク板７及び第２固定ヨーク板８は、鉄鋼系の板材で形成されており、永久磁石６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５は、固定用ブッシュ９で固定軸４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４の上端凹部内に固定してもよい。
【００３１】
固定軸４は、図１に示すように、回転スリーブ（中空回転軸）１０の中空内に挿入されており、回転スリーブ１０の上端面から外周面には、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（保持部材）１１が焼きバメあるいは圧入固定により固定されている。この固定軸４の外周面と回転スリーブ１０の内周面とで形成される軸受隙間は、数μｍに保たれている。
【００３２】
フランジ１１の中央部には、吸引型磁気軸受回転部１２が圧入されてフランジ１１に固定されており、吸引型磁気軸受回転部１２は、図２に示したように、第１固定ヨーク板７の中心円部分及び第２固定ヨーク板８の中心円部分との間に磁気ギャップを構成する外筒面１２ａ、１２ｂが形成されている。この外筒面１２ａ、１２ｂは、吸引型磁気軸受回転部１２の回転中心軸と同軸になるように配置されている。
【００３３】
フランジ１１の鍔状に突出した座面１１ａには、図１に示すように、アルミ合金製のポリゴンミラー１３が載置されており、ポリゴンミラー１３は、板ばね１４により回転スリーブ１０のフランジ１１の座面１１ａに押さえつけられるとともに、ネジ１５が吸引型磁気軸受回転部１２の上端部に形成されたネジ穴１２ｃに螺合されて板ばね１４が吸引型磁気軸受回転部１２に固定されることにより、吸引型磁気軸受回転部１２に固定されている。なお、フランジ１１は、上述のように、回転スリーブ１０の上方の中空部を閉止する状態で回転スリーブ１０に取り付けられており、固定軸４の上端とフランジ１１により閉止された回転スリーブ１０の中空部に空気溜まり１６が形成されている。
【００３４】
そして、上記固定軸４の吸引型磁気軸受固定部５の下方には、円柱形状のスペーサ１７が収納されており、スペーサ１７は、有底部２ａに直立した状態で固定軸４内に収納されている。このスペーサ１７は、吸引型磁気軸受固定部５の軸方向位置決めと空気溜まり１６の容積を減少させる役割を果たしている。したがって、アキシャル軸受を構成する吸引型磁気軸受固定部５の軸方向の位置決めを、特別な治具を用いたり、特別な工程処理を行うことなく、確実かつ容易に行うことができる。
【００３５】
吸引型磁気軸受回転部１２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４と回転スリーブ１０は、セラミック材料により円筒形に形成されており、回転スリーブ１０に固定されているフランジ１１は、ポリゴンミラー１３と同じアルミ合金材料により形成されている。すなわち、フランジ１１は、ポリゴンミラー１３の熱膨張率と略同じ熱膨張率を有するアルミ合金材料により形成されている。
【００３６】
このように固定軸４と回転スリーブ１０をセラミック材料により形成すると、耐摩耗性に優れている反面、切削等を行うことができず加工を行いにくいため、ザグリ穴など凹凸部を形成するには、量産性が低下して、品質低下やコストアップをまねく。
【００３７】
そこで、本実施の形態においては、固定軸４と回転スリーブ１０をともに内外径、すなわち、肉厚を均一にした単純な円筒形状に形成し、かつ、固定軸４の内部にアキシャル軸受を構成する吸引型磁気軸受固定部５と吸引型磁気軸受回転部１２を配置して、セラミック材料の特徴を生かしつつ、量産性を向上させている。
【００３８】
また、板ばね１４は、例えば、アルミニウム合金等の非磁性材料で形成されている。
【００３９】
図１に示すように、吸引型磁気軸受回転部１２の周面には、板ばね１４のスリット（図示略）を介して回転スリーブ１０の外部に連通する微細穴１１ｂが形成されており、微細穴１１ｂは、微細穴１１ｂ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。
【００４０】
回転スリーブ１０のフランジ１１の下面であって回転スリーブ１０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１８が取り付けられており、ロータマグネット１８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。
【００４１】
上記フランジ１１、吸引型磁気軸受回転部１２、ポリゴンミラー１３、板ばね１４、ネジ１５及びロータマグネット１８等の取り付けられた回転スリーブ１０は、回転体１９を構成している。
【００４２】
上記ロータマグネット１８に対向する内周側には、ステータコア２０が配設されており、ステータコア２０には、巻線コイル２０ａが巻かれている。ステータコア２０は、ハウジング２に固定された支持部材２１に取り付けられている。ロータマグネット１８及び巻線コイル２０ａの巻かれたステータコア２０の下方の位置には、プリント基板２２とホール素子２３が配設されている。プリント基板２２は、ハウジング２に取り付けられており、ホール素子２３は、プリント基板２２に取り付けられている。プリント基板２２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１８、プリント基板２２、巻線コイル２０ａ及びホール素子２３等により、ステータコア２０の外径方向にロータマグネット１８との磁気ギャップを持つラジアルギャップ・アウターロータ型のブラシレスモータ２４が構成されている。ブラシレスモータ２４は、プリント基板２２の駆動回路がホール素子２３の位置検出信号に基づいて、順次巻線コイル２０ａ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１９を回転させて、定速制御する。
【００４３】
そして、回転体１９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が施されており、上側のバランス修正は、板ばね１４の折り曲げ部分１４ａであり、下側のバランス修正は、フランジ１１の外径部１１ｃである。これら板ばね１４の折り曲げ部１４ａ及びフランジ１１の外径部１１ｃに接着剤を塗布すること等により数ｍｇ以下の精度で回転体１９のバランス修正を行っている。
【００４４】
上記固定軸４の外周面には、上述のように、ヘリングボーン溝４ａが形成されているため、ブラシレスモータ２４の駆動により回転体１９が回転すると、回転スリーブ１０と固定軸４の隙間の圧力が高まり、回転スリーブ１０、固定軸４及びヘリングボーン溝４ａにより回転スリーブ１０と固定軸４のヘリングボーン溝４ａ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１９を支持する。
【００４５】
また、上記フランジ１１に固定された吸引型磁気軸受回転部１２、固定軸４の上端凹部内に埋設・固定された永久磁石６、第１固定ヨーク板７と第２固定ヨーク板８からなる吸引型磁気軸受固定部５は、吸引型磁気軸受回転部１２と固定軸４に埋設・固定された吸引型磁気軸受固定部５に吸引力が発生して、回転体１９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１９を軸方向に非接触で支持する。
【００４６】
そして、上カバー３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窓部３ａにガラス窓２５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。
【００４７】
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１は、ハウジング２の有底部２ａに固定された固定軸４が回転スリーブ１０に挿入され、固定軸４の上端凹部内に吸引型磁気軸受固定部５が埋設されている。吸引型磁気軸受固定部５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６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７と第２固定ヨーク板８で挟んだ状態に形成され、第１固定ヨーク板７と第２固定ヨーク板８の中心円は、永久磁石６の中心円よりも小さく形成されているとともに、回転スリーブ１０の軸芯と一致する状態で配設されている。
【００４８】
動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１の組立においては、具体的には、まず、均一な肉厚の円筒形状に形成された固定軸４をハウジング２の有底部２ａに固定し、固定軸４の上方からスペーサ１７を固定軸４内に挿入して有底部２ａ上に直立した状態で配設した後、吸引型磁気軸受固定部５を構成する第２固定ヨーク板８、永久磁石６及び第１固定ヨーク板７を固定軸４内に挿入して、固定用ブッシュ９を固定軸４内に圧入して固定する。
【００４９】
したがって、固定軸４のハウジング２への固定及びスペーサ１７のハウジング２への固定は、ハウジング２に形成された有底部２ａに固定軸４及びスペーサ１７を突き立てて固定するだけで、吸引型磁気軸受固定部５の位置決めを、他の基準を利用することなく、また、特別な治具や調整を行うことなく、高精度にかつ簡単に行うとができ、作業性を向上させることができる。
【００５０】
この固定軸４は、回転スリーブ１０の中空内に挿入されており、回転スリーブ１０には、フランジ１１が取り付けられているとともに、このフランジ１１にポリゴンミラー１３、ロータマグネット１８及び吸引型磁気軸受回転部１２等が取り付けられて、回転体１９を構成している。
【００５１】
フランジ１１には、固定軸４の上端凹部内に埋設された吸引型磁気軸受固定部５の中心円内に侵入する吸引型磁気軸受回転部１２が固定されており、吸引型磁気軸受回転部１２は、永久磁石または鉄鋼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５の第１固定ヨーク板７及び第２固定ヨーク板８と対向する位置に外筒面１２ａ、１２ｂが形成されて、第１固定ヨーク板７及び第２固定ヨーク板８との間に微細間隔の磁気ギャップを形成している。
【００５２】
吸引型磁気軸受回転部１２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、吸引型磁気軸受固定部５の永久磁石６、第１固定ヨーク板７、吸引型磁気軸受回転部１２及び第２固定ヨーク板８へと向かい、再び永久磁石６へと向かう閉ループ状に磁力線が形成されて、固定軸４の上端凹部内に埋設された吸引型磁気軸受固定部５とフランジ１１を介して回転スリーブ１０に固定された吸引型磁気軸受回転部１２との間に吸引力が発生して、フランジ１１に固定された吸引型磁気軸受回転部１２と固定軸４の上端凹部内に埋設された吸引型磁気軸受固定部５は、回転体１９を浮上させるアキシャル軸受として機能して、回転体１９を軸方向に非接触で支持する。
【００５３】
また、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、フランジ１１に取り付けられたロータマグネット１８に周方向で対向する位置に、巻線コイル２０ａの巻かれたステータコア２０が配設されているとともに、ロータマグネット１８の下方の位置にホール素子２３とプリント基板２２が配設されており、これらプリント基板２２、巻線コイル２０ａの巻かれたステータコア２０及びホール素子２３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２４を構成して、プリント基板２２の駆動回路により巻線コイル２０ａ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１９を回転させる。
【００５４】
上記固定軸４の外周面には、ヘリングボーン溝４ａが形成されており、ブラシレスモータ２４の駆動により回転体１９が回転すると、回転スリーブ１０と固定軸４の隙間の圧力が高まって、回転スリーブ１０、固定軸４及びヘリングボーン溝４ａ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１９を支持する。
【００５５】
このように、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、アキシャル軸受が回転体１９を非接触で軸方向に支持し、ブラシレスモータ２４により回転体１９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１９をラジアル方向に支持する。
【００５６】
そして、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、固定軸４と回転スリーブ１０セラミック材料により簡単な形状である均一な肉厚の円筒形に形成されているため、セラミック材料の特徴を生かしつつ、量産性の良好な動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１を作製することができる。
【００５７】
また、回転スリーブ１０に取り付けられているポリゴンミラー１３は、アルミ合金で形成されているため、回転スリーブ１０とポリゴンミラー１３との熱膨張率の差が問題となる。すなわち、アルミは、その熱膨張率が２．３×１０-5／℃であり、セラミック［アルミナ］は、その熱膨張率が０．７×１０-5／℃である。
【００５８】
このようにセラミック材料で形成された回転スリーブ１０に、従来のように、アルミ合金製のポリゴンミラー１３を直接接着固定すると、部品間に嵌合隙間が存在し、高速回転時の温度上昇（１００℃以上）により微小な位置ずれが発生して、回転体１９の回転バランスが崩れて、ポリゴンミラー１３の振動が増大するという問題が発生する。この場合、ポリゴンミラー１３を回転スリーブ１０に焼きバメあるいは圧入固定すると、高精度に加工されたポリゴンミラー１３の反射面精度が悪化して、画像の乱れが発生する等の問題が発生する。
【００５９】
ところが、本実施の形態の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、アルミ合金製のポリゴンミラー１３を、フランジ１１を介してセラミック材料製の回転スリーブ１０に取り付けている。すなわち、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、回転スリーブ１０の上端面から外周面に、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１１が焼きバメあるいは圧入固定により固定されており、フランジ１１の鍔状に突出した座面１１ａに、ポリゴンミラー１３が載置されて、板ばね１４により回転スリーブ１０のフランジ１１の座面１１ａに押さえつけられて固定されている。
【００６０】
したがって、高速回転時の高温状態においても、振動を抑制することができるとともに、画像の乱れを防止して、画像品質を向上させることができる。
【００６１】
このように、本実施の形態の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、ハウジング２に固定軸４が固定され、軸方向に中空部を有する回転スリーブ１０にポリゴンミラー１３の固定された回転体１９の回転スリーブ１０の中空部内に固定軸４が挿入され、回転スリーブ１０の先端側に中空部を閉止して空気溜まり１６を形成する状態でフランジ１１が取り付けられ、回転体１９がブラシレスモータ２４により回転されると発生する空気の動圧を回転スリーブ１０の内周面と固定軸４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、を備え、固定軸４と回転スリーブ１０を、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成し、アキシャル軸受を、固定軸４の先端側内部に収納している。
【００６２】
したがって、固定軸４と回転スリーブ１０を耐摩耗性の良好なセラミックを使用して安価にかつ高精度に加工することができるとともに、アキシャル軸受を固定軸４内に収納することができ、信頼性を向上させることができるとともに、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１を小型で安価なものとすることができる。
【００６３】
また、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１は、アキシャル軸受を、固定軸４のフランジ１１側の先端側内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部５と、フランジ１１に固定されリング状の吸引型磁気軸受固定部５内に当該吸引型磁気軸受固定部５と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部１２と、を備えたものとしている。
【００６４】
したがって、固定軸４の先端側内部にアキシャル軸受を適切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１をより一層小型で安価なものとすることができる。
【００６５】
さらに、ハウジング２を、その略中央部に固定軸４の固定される有底部２ａを有したものとし、アキシャル軸受を、円筒形状の固定軸４の内部に収納するとともに、有底部２ａに直立した状態で固定軸４の内部に収納されたスペーサ１７により軸方向に位置決めし、空気溜まり１６を、フランジ１１に形成された所定の大きさの微細穴１１ｂにより外部に連通している。
【００６６】
したがって、アキシャル軸受の位置決めを簡単かつ適切に行うことができるとともに、アキシャル軸受に適度なダンピング特性を付与することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１を小型で安価なものとすることができる。
【００６７】
また、アキシャル軸受を、固定軸４のフランジ１１側の先端側内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部５と、フランジ１１に固定され吸引型磁気軸受固定部５内に当該吸引型磁気軸受固定部５と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部１２と、を備えたものとするとともに、吸引型磁気軸受固定部５を、スペーサ１７の上端に位置する状態で固定軸４の内部に挿入し、吸引型磁気軸受固定部５の上端を固定軸４の内部に圧入された固定用ブッシュ９で抑えて、固定軸４の内部に保持固定している。
【００６８】
したがって、アキシャル軸受の軸方向の位置決めを、特別な治具を用いたり、特別な工程処理を行うことなく、確実かつより一層容易に行うことができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ１を小型でより一層安価なものとすることができる。
【００６９】
さらに、フランジ１１を、回転スリーブ１０の中空部を閉止して空気溜まり１６を形成する状態で回転スリーブ１０に取り付け、ポリゴンミラー１３を、所定の熱膨張率を有するアルミ合金で形成するとともにフランジ１１に固定し、フランジ１１を、ポリゴンミラー１３の熱膨張率と略同じ熱膨張率を有するアルミ合金で形成している。
【００７０】
したがって、高速回転時の温度上昇による高温状態でも振動が少なく、かつ、ポリゴンミラー１３の反射面精度を高精度に維持することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、画像品質をより一層向上させることができる。
【００７１】
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。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１記載の軸受装置によれば、所定のハウジングに固定される固定軸と、固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、座面が形成されている鍔部を有し、中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先端側に中空部を閉止して所定の空気溜まりを形成する状態で取り付けられるキャップ形状の保持部材と、座面に載置されて回転体に固定されるポリゴンミラーと、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、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する軸受装置であって、固定軸と中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、アキシャル軸受を、中央部に有底部を有するハウジングに軸方向に位置決め固定された固定軸の内部に収納しているので、固定軸と中空回転軸を耐摩耗性の良好なセラミックを使用して安価にかつ高精度に加工することができるとともに、アキシャル軸受を固定軸内に収納することができ、信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型で安価なものとすることができる。
【００７３】
請求項２記載の発明の軸受装置によれば、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとしているので、固定軸の内部にアキシャル軸受を適切に収納することができ、軸受装置をより一層小型で安価なものとすることができる。
【００７４】
請求項３記載の発明の軸受装置によれば、ハウジングを、その略中央部に固定軸の固定される所定形状の有底部を有したものとし、アキシャル軸受を、円筒形状の固定軸の内部に収納するとともに、有底部に直立した状態で固定軸の内部に収納された所定のスペーサにより軸方向に位置決めし、空気溜まりを、保持部材に形成された所定の大きさの微細穴により外部に連通しているので、アキシャル軸受の位置決めを簡単かつ適切に行うことができるとともに、アキシャル軸受に適度なダンピング特性を付与することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型で安価なものとすることができる。
【００７５】
請求項４記載の発明の軸受装置によれば、アキシャル軸受を、固定軸の内部に固定されたリング状の吸引型磁気軸受固定部と、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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えたものとするとともに、当該吸引型磁気軸受固定部を、スペーサの上端に位置する状態で固定軸の内部に挿入し、当該吸引型磁気軸受固定部の上端を固定軸の内部に圧入された所定の固定用ブッシュで抑えて、固定軸の内部に保持固定しているので、アキシャル軸受の軸方向の位置決めを、特別な治具を用いたり、特別な工程処理を行うことなく、確実かつ容易に行うことができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、軸受装置を小型でより一層安価なものとすることができる。
【００７６】
請求項５記載の軸受装置を用いたブラシレスモータによれば、２００００ｒｐｍ以上の超高速回転が可能なブラシレスモータを実現することができる。そして、高速回転時の温度上昇による高温状態でも振動が少なく、かつ、ポリゴンミラーの反射面精度を高精度に維持することができ、より一層信頼性を向上させることができるとともに、画像品質をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸受装置の一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の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの吸引型磁気軸受部の正面断面図。
【符号の説明】
１ 動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ
２ ハウジング
２ａ 有底部
３ 上カバー
３ａ 開口窓部
４ 固定軸
５ 吸引型磁気軸受固定部
６ 永久磁石
７ 第１固定ヨーク板
８ 第２固定ヨーク板
９ 固定用ブッシュ
１０ 回転スリーブ
１１ フランジ
１１ａ 座面
１１ｂ 微細穴
１１ｃ 外径部
１２ 吸引型磁気軸受回転部
１２ａ、１２ｂ 外筒面
１２ｃ ネジ穴
１３ ポリゴンミラー
１４ 板ばね
１４ａ 折り曲げ部分
１５ ネジ
１６ 空気溜まり
１７ スペーサ
１８ ロータマグネット
１９ 回転体
２０ ステータコア
２０ａ 巻線コイル
２１ 支持部材
２２ プリント基板
２３ ホール素子
２４ ブラシレスモータ
２５ ガラス窓
Claims (5)
- 所定のハウジングに固定される固定軸と、
前記固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、
座面が形成されている鍔部を有し、前記中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先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取り付けられるキャップ形状の保持部材と、
前記座面に載置されて回転体に固定されるポリゴンミラーと、
前記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、
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軸受装置であって、
前記固定軸と前記中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、
前記アキシャル軸受は、中央部に有底部を有する前記ハウジングに軸方向に位置決め固定された前記固定軸の内部に収納されていることを特徴とする軸受装置。 - 前記アキシャル軸受は、前記固定軸の内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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の軸受装置。 - 所定のハウジングに固定される固定軸と、
前記固定軸が挿入される中空部を軸方向に有する中空回転軸と、
前記中空回転軸の前記ハウジングと反対側の先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取り付けられる保持部材と、
前記回転体に固定されるポリゴンミラーと、
前記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、
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軸受装置であって、
固定軸と前記中空回転軸は、セラミック材料により均一な厚さを有する円筒形状に形成されており、かつ、
前記ハウジングは、その略中央部に前記固定軸の固定される所定形状の有底部を有し、
前記アキシャル軸受は、前記円筒形状の固定軸の内部に収納されるとともに、前記有底部に直立した状態で当該固定軸の内部に収納された所定のスペーサにより軸方向に位置決めされ、
前記空気溜まりは、前記保持部材に形成された所定の大きさの微細穴により外部に連通されていることを特徴とする軸受装置。 - 請求項３記載の軸受装置において、前記アキシャル軸受は、前記固定軸の内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当該吸引型磁気軸受固定部と半径方向に所定の磁気ギャップを形成する状態で挿入された吸引型磁気軸受回転部と、を備え、
当該吸引型磁気軸受固定部が、前記スペーサの上端に位置する状態で前記固定軸の内部に挿入され、当該吸引型磁気軸受固定部の上端が前記固定軸の内部に圧入された所定の固定用ブッシュで抑えられて、前記固定軸の内部に保持固定されていることを特徴とする軸受装置。 - 請求項１乃至４の何れか１つに記載の軸受装置を用いたブラシレスモータ。
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