(57)【要約】【課題】回転精度を良好なものにすると共に、軸受け部材の磨耗を少なくして耐久性を向上させる。【解決手段】ロータマグネット６０を含む回転体を回動自在に支持する軸受け部材４１と、前記回転体の半径方向に対向した内ヨークと外ヨークを一体的に構成する固定ヨーク１０と、前記回転体の駆動力発生手段２０とを有し、前記内ヨークと前記外ヨークで囲まれる円筒状空間に、前記内ヨークと外ヨークに対して半径方向に一定の空隙を持って対向するように前記円筒状のマグネットを配設した電磁回転機において、前記内ヨークの内周面と前記軸受け部材とがつくる円筒状空間１４に、前記回転体と一体的に回転する質量部材７２を延在させた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のロータマグネットを含む回転体と、該回転体を回動自在に支持する軸受け部材と、前記回転体の半径方向に対向した内ヨークと外ヨークを一体的に構成する固定ヨークと、前記回転体の駆動力発生手段とを有し、前記内ヨークと前記外ヨークで囲まれる円筒状空間に、前記内ヨークと外ヨークに対して半径方向に一定の空隙を持って対向するように前記円筒状のマグネットが配設される電磁回転機において、前記内ヨークの内周面と前記軸受け部材とがつくる円筒状空間に、前記回転体と一体的に回転する質量部材を延在させたことを特徴とする電磁回転機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームプリンター（以下、ＬＢＰ）に使用されるポリゴンミラースキャナモータ（以下、スキャナモータ）やＤＶＤドライブ装置のスピンドルモータに最適な構成の電磁回転機に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年のＬＢＰは高速化と高精度化が要求される一方で、ＳＯＨＯ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｆｆｉｃｅ  ａｎｄ  Ｈｏｍｅ  Ｏｆｆｉｃｅ）向けとして、小型化や低価格化の要求も高まっている。レーザスキャナユニットの主要構成部品であるスキャナモータにも小型化が要求されているが、これは、発生トルクを落とさずに小型化にする、さらに低振動化にするという相反する特性を達成しなければならない。これらの要求を達成するために、軸方向にステータヨークが延びる形状のスピンドルモータ（ＰＬＡＭ：Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｌｉｎｅｄ  Ａｉｒ  ｇａｐ  Ｍｏｔｏｒ）が提案されている。例えば、特許文献１に開示の電磁回転機がその好適例である。
【０００３】
図４乃至図６は、上記特許文献１に開示されているＰＬＡＭの構成例（一部変更している）である。図４は回転軸上から見た平面図であり、図中の右半分は、図５に示すロータマグネット６０、フランジ７０、回転軸８０、ポリゴンミラー１００を含む回転体を省略している。図５は回転軸に対して垂直な方向から見た構成図であり、図中の左半分は、回転軸を含む縦方向で切断した断面を、右半分は、図４に示す外ヨーク押え５０を省略した側面を、それぞれ示す図である。
【０００４】
従来のアキシャルギャップモータと異なるところは磁気回路の構成であり、該アキシャルギャップモータの、半径方向に延在した積層ステータコアの固定ヨークと該固定ヨークに倦回する捲き線コイルに代わって、軸方向に延在した固定ヨーク１０と駆動コイル２０を用いていることが特徴である。
【０００５】
図示するように、一対の内ヨーク１１と外ヨーク１２は回転軸方向に延びてエアーギャップを形成している。そのエアーギャップ中に図示するように円筒形状のロータマグネット６０を配置して、該ロータマグネット６０の内周側（内ヨーク隙間１４）と外周側にそれぞれ２箇所を一対とした磁気ギャップ対１７（エアーギャップ対）を形成しており、複数の磁気ギャップ対が回転軸を中心に複数配設される。
【０００６】
図４及び図５を用いて、その基本構成を説明する。
【０００７】
固定ヨーク１０は、回転軸８０を対称軸として円筒形状の第１の固定ヨークである内ヨーク１１と、回転軸に垂直なリング状底板部１３、内ヨーク１１の円筒面と平行で回転軸方向に延びる複数の独立した対向面を持つ、第２の固定ヨークである外ヨーク１２から構成される。これらの図においては、独立した対向面の数は６個である。よって、駆動コイル２０の数も６個となり、図４に示すように外ヨーク１２に倦回されるように挿入されている。固定ヨーク１０は、絞り加工やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  ｉｎ  Ｍｏｌｄ）等により一体加工が可能である。
【０００８】
前記固定ヨーク１０は、軸受けスリーブ４１とともに回路基板３０（または基台）に固定される。５０は樹脂製の外ヨーク押えである。該外ヨーク押え５０の内周側には外ヨーク１２の形状に対応した溝（不図示）が形成されていて、ここに外ヨーク１２を挿入嵌合して押圧固定する。上記のように駆動コイル２０が外ヨーク１２に挿入されているため、外ヨーク押え５０は同時に駆動コイル２０も押圧固定する。図５においては、外ヨーク押え５０の外ヨーク１２への固定方法は圧入後接着である。外ヨーク押え５０は、図示する電磁回転機の外装になると共に、ロータマグネット６０との電磁相互作用による外ヨーク１２の振動を抑制する。
【０００９】
６個の駆動コイル２０は、それぞれ順番にＵ，Ｖ，Ｗ相の電気子として通電される。ロータマグネット６０の回転磁界は、通電されていない電気子からの起電力を検出することによりその回転位置が検出され、電気子への電流駆動回路（不図示）は、適切なタイミングにて各相のコイルの駆動電流を切り換える。かくして、ロータマグネット６０を含む回転体はスムーズに回転する。
【００１０】
図６は、回転体の構成を説明するための図であり、図示のように回転軸８０に圧入または焼き嵌めされたフランジ７０に、ロータマグネット６０がモールド成型される。フランジ７０にアウトサート成形されたロータマグネット６０は半径方向に交互に複数着磁される。図４において、駆動コイル２０および外ヨーク１２の極数は６個であるため、ロータマグネット６０の着磁極数は８極である。ロータマグネット６０が図４〜図６に示す円筒状空間、内ヨーク１１と外ヨーク１２が作る空間に配設され、適切なタイミングで駆動コイル２０に通電されると、ロータマグネット６０の内周側と外周側の両側面でトルクが発生する。ここが、ラジアルギャップモータと比較してＰＬＡＭの発生トルクが大きくなる理由である。すなわち、ラジアルギャップモータでは、トルク発生場所はロータマグネットの内側かまたは外側の片周側１箇所であったが、図５に示すモータではトルク発生個所はロータマグネット６０の内周側と外周側の２箇所になる。
【００１１】
回転軸８０は、スラスト方向はスラスト軸受け９０で、ラジアル方向は流体軸受け（軸受けスリーブ４１の内径部）で、それぞれ回動自在に支持される。ポリゴンミラー１００はモータが完成した後、図５に示すようにフランジ７０の上に固定される。図示するように、動圧発生場所は、動圧発生上部４４と動圧発生下部４３の２箇所あり、回転体重心位置１０１は動圧発生上部４４より上側にある。
【００１２】
駆動コイル２０は、絶縁性の樹脂で成形されたボビン２１に１軸の捲き線機を用いて捲き線可能である。詳細な図示は省略しているが、線材２２は端子ピン２３に始端をからげた後、ボビンに倦回し終端は残りの端子ピン２３にからげて駆動コイル２０が完成する。駆動コイル２０は、前述したように外ヨーク１２に挿入配設される。端子ピン２３は回路基板３０（基台）に形成された回路パターンに半田付けされて駆動回路から駆動電流を供給可能となる。各コイルはそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として、適切な駆動電流制御が行われる。図４の右側の平面図に示すように、固定ヨーク１０の内ヨーク１１と外ヨーク１２が作る磁気ギャップ１５はロータマグネット６０と駆動コイル２０で占められるから、駆動コイル２０の一層あたりの捲き数とロータマグネット６０の磁気ギャップ部の有効長を調整することにより、さまざまな起動トルクと駆動電流の関係を持つモータ設計が可能となる。また、ラジアルギャップモータと比較して、捲き線スペースを広く取れるので、捲き数を多くでき、省電力設計が可能である。
【００１３】
以上をまとめると、特許文献１に示すＰＬＡＭは、軸方向に固定ヨークが延びる形状であるため、軸受けの周りの空間を有効に利用でき、特にモータの半径方向の小型化が可能である。内ヨークと外ヨークが作る軸方向の細長いギャップ中にロータマグネットと駆動コイルを配設するため、前述したように、小型化をしても、一定の捲き線スペースを確保できるため、駆動電流を増やすことなく必要な発生トルクを得ることができる。さらに、ボビンに捲いたコイルを固定ヨークに配設する構成にしたので、１軸の安価な捲き線機にて組立できる。また、コイルの固定ヨークへの配設も簡単なので組立工数も削減できる。さらに、固定ヨークは鍛造やプレス加工で作れるため、大幅なコストダウンも可能となる。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００１−７８４１６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例では、捲き線コイルの軸とロータマグネットの回転軸、さらにステータコアの延在方向と対称軸を平行に配置した構成（Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｌｉｎｅｄ  Ａｉｒｇａｐ  Ｍｏｔｏｒ：ＰＬＡＭ）により、モータの小径化とトルクアップが可能である。
【００１６】
一方で、回転体を小径化するとイナーシャが小さくなり、トルクリップルやコギングトルク等の外乱に対して応答しやすくなり、回転精度が悪くなるという問題点を有している。また、回転体重心位置１０１が図５に示すように回転軸上の動圧発生上部４４と動圧発生下部４３との間にないため、回転体の首振りが発生しやすく、動圧発生部の磨耗も早いといった問題を有している。
【００１７】
（発明の目的）
本発明の目的は、回転精度を良好なものにすると共に、軸受け部材の磨耗を少なくして耐久性を向上させることのできる電磁回転機を提供しようとするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、円筒状のロータマグネットを含む回転体と、該回転体を回動自在に支持する軸受け部材と、前記回転体の半径方向に対向した内ヨークと外ヨークを一体的に構成する固定ヨークと、前記回転体の駆動力発生手段とを有し、前記内ヨークと前記外ヨークで囲まれる円筒状空間に、前記内ヨークと外ヨークに対して半径方向に一定の空隙を持って対向するように前記円筒状のマグネットが配設される電磁回転機において、前記内ヨークの内周面と前記軸受け部材とがつくる円筒状空間に、前記回転体と一体的に回転する質量部材を延在させた電磁回転機とするものである。
【００１９】
上記構成の電磁回転機（ＰＬＡＭ）においては、内ヨークと軸受け部材とで形成される円筒状空間に、回転体と一体的に回転する質量部材を延在させることで、回転体のイナーシャを増やすとともに、首振りの発生し難い位置に回転体の重心を設定可能にしている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１及び図２は本発明の実施の一形態に係る電磁回転機の構成例を示す図であり、従来例と同じ部品や構成については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２２】
図１は回転軸８０に対して垂直な方向から見た構成図であり、左半分は回転軸８０を含む縦方向で切断した断面を、右半分は外ヨーク押え５０を省略した側面を、それぞれ示す図である。図２は回転体を回転軸８０に対して垂直な方向から見た構成図であり、左半分はその断面を示している。
【００２３】
従来例と異なるところは、ロータマグネット６０を含む回転体の構成である。つまり、従来例において空きスペースであった内ヨーク隙間１４（図５参照）に、図１及び図２に示すようにフランジ延在部７２が進入している。フランジ７１とフランジ延在部７２は一体的に同一部材で構成されている。また、フランジ７１とフランジ延在部７２を真鍮等の比較的質量の大きい材料で構成することにより、回転体のイナーシャは大きくなる。
【００２４】
図３（ａ）は、図４乃至図６に示す従来例の回転精度を示す図であり、縦軸は目標回転精度に対する回転精度のずれを％で示しており、横軸はサンプリング回数であり、サンプリング間隔の平均値は４９２μｓである。
【００２５】
回転体の１回転に４発のパルスの時間間隔を計測している。回転体のイナーシャは２．９３ｇｆ・ｃｍ２  、回転数は３００００ｒｐｍである。図３（ａ）によれば、１サイクル（１サンプリング）の回転精度は０．００５％ａｖｅ．、１００サイクルは０．００８％ａｖｅ．である。なお、「ａｖｅ．」は平均を意味する。
【００２６】
図３（ｂ）は図１及び図２に示す本実施の形態における電磁回転機の回転精度を示す図であり、上記のように回転体にフランジ延在部７２を具備してイナーシャを大きくした時の回転精度を測定したものである。イナーシャが４．０９ｇｆ・ｃｍ２  なると、１サイクル（１サンプリング）の回転精度は０．００３％ａｖｅ．、１００サイクルは０．００５％ａｖｅ．と改善される。
【００２７】
図１及び図２の構成にした場合の回転体重心位置を、図１において、１０２で示している。従来例では空きスペースであった内ヨーク隙間１４（図５参照）に、図１及び図２に示すようにフランジ延在部７２を進入させた構造にしているため、フランジ延在部７２の重量の分だけ回転体の重心が下がり、図５に示した従来例の回転体重心位置１０１と比較すると、その重心位置はスラスト軸受け９０の側に移動して、動圧発生上部４４と動圧発生下部４３が挟む軸上に位置することがわかる。
【００２８】
以上の実施の形態における電磁回転機（ＰＬＡＭ）においては、内ヨーク１１と軸受けスリーブ４１とで形成される円筒状空間に、ロータマグネット６０等より成る回転体と一体的に回転する質量部材を成すフランジ延在部７２を具備（従来は隙間であった部分に、回転軸の一端側から他端側へその軸方向に延在させて）して、該回転体のイナーシャを増やすとともに、該回転体の重心位置を２箇所の動圧発生部（動圧発生上部４４と動圧発生下部４３）の間に設定している。
【００２９】
つまり、回転体のイナーシャを大きくしてトルクリップルやコギングトルク等の外乱に応答しない伝達関数とし、また、回転体の重心位置をその回転軸上の動圧発生上部４４と動圧発生下部４３との間に設定して、首振りの発生しない構成としている。
【００３０】
このように、回転体のイナーシャを大きくできるためにトルクリップルやコギングトルク等の外乱に対して応答しにくくなり、回転精度が向上すると共に、回転体の首振り運動が発生しにくくなるので、動圧発生部の磨耗もしにくくなり、軸受けの耐久性が向上する。
【００３１】
また、従来は隙間であった部分を有効利用するようにしているので、小型化を損なうこともない。
【００３２】
なお、上記の構成例では、回転軸にロータマグネットを固着して，回転体を構成しているが、軸部材があり，該軸部材に対して回転する回転スリーブを具備し、該回転スリーブにロータマグネットを固着するようにしても良い。
【００３３】
以下に、本発明の電磁回転機に係る実施態様の例を列挙する。
【００３４】
（実施態様１）
回転軸または回転スリーブ（固定軸を覆うようにして該回転スリーブは配置される）と一体的に構成され、さらに円筒状のロータマグネットが固着された回転体と、該回転体を回動自在に支持する軸受け部材と、前記回転体の半径方向に対向した内ヨークと外ヨークを一体的に構成する固定ヨークと、前記回転体の駆動力発生手段とを有し、前記内ヨークと前記外ヨークで囲まれる円筒状空間に、前記内ヨークと外ヨークに対して半径方向に一定の空隙を持って対向するように前記円筒状のマグネットを配設した電磁回転機において、前記内ヨークの内周面と前記軸受け部材がつくる円筒状空間、または、前記内ヨークの内周面と前記回転スリーブ外周面がつくる円筒状空間に、前記回転体と一体的に回転する質量部材を延在させたことを特徴とする電磁回転機。
【００３５】
（実施態様２）
前記軸受け部材は、前記回転体の軸方向に分離された複数のラジアル軸受け部（動圧発生部）を持ち、前記回転体と一体的に回転する質量部材は、前記回転体の重心位置が、該回転軸上の前記ラジアル軸受け部の位置もしくは前記複数のラジアル軸受け部の間に位置するように作用させるものであることを特徴とする実施形態１の電磁回転機。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、回転精度を良好なものにすると共に、軸受け部材の磨耗を少なくして耐久性を向上させることができる電磁回転機を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る電磁回転機の構成を示す断面図である。
【図２】図１の電磁回転機に具備される回転体を示す構成図である。
【図３】従来例で示す電磁回転機と本実施の形態で示す電動機を用いて測定した回転精度をそれぞれ示す図である。
【図４】従来のＰＬＡＭタイプのポリゴンミラースキャナモータの構成を示す平面図である。
【図５】図４のポリゴンミラースキャナモータの構成を示す断面図である。
【図６】図４のポリゴンミラースキャナモータに具備される回転体の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０      固定ヨーク
１１      内ヨーク
１２      外ヨーク
１４      内ヨーク隙間
２０      駆動コイル
３０      回路基板（基台）
４１      軸受けスリーブ
４３      動圧発生下部
４４      動圧発生上部
５０      外ヨーク押え
６０      ロータマグネット
７１      フランジ
７２      フランジ延在部
８０      回転軸
９０      スラスト軸受け
１０２    回転体重心位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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