JP2004166418A - 電磁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外ヨークの振動を防止してロータマグネットの回転精度を向上させる。
【解決手段】内ヨーク１１が、回転軸方向に延びる円筒部１１１と、回転軸直交方向に延びる円盤部１１２とを有し、外ヨーク１２が、回転軸方向に延びる円筒部１２１と、コイル部材を捲回するための複数の突部１２２とを有しており、外ヨーク１２の突部１２２が内ヨーク１１の円盤部外周（１１３）に固定されている。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動装置の構造に関するものであり、特にレーザビームプリンタ（以下、ＬＢＰと呼ぶ）に使用されるポリゴンミラースキャナモータやＤＶＤドライブ装置のスピンドルモータに好適に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。これに伴い、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るが、これには、発生トルクを落とさずに小型化を図るとともに低振動化を図るという相反する特性を達成しなければならない。
【０００３】
そこで、上述した要求を達成するために、回転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（ＰＡＭ、Ｐａｒａ Ａｘｉｃｉａｌ Ｍｏｔｏｒ）が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
同文献の電磁回転機は、図６に示すようにフランジ７０を介して回転軸８０に固定され、回転軸８０と一体的に回転するロータマグネット６０と、回転軸８０を回転可能に支持する軸受けスリーブ４０と、この軸受けスリーブ４０に固定された回転基板３０および固定ヨーク１０と、固定ヨーク１０に設けられる駆動コイル２０とで構成されている。
【０００５】
ここで、図６（ａ）は電磁回転機の上面図を示し、図中右半分はロータマグネット６０、フランジ７０、回転軸８０を含む回転体を取り除いた状態を示す。また、図６（ｂ）は電磁回転機の側面図を示し、図中左半分は回転軸を含む平面で切断した断面図であり、右半分は外ヨーク押さえ５０を取り除いた状態を示す。
【０００６】
そして、固定ヨーク１０は、回転軸方向にギャップをもって対向した内ヨーク１０ａおよび外ヨーク１０ｂを有しており、外ヨーク１０ｂは、回転軸周りに点対称に複数配列されている。また、駆動コイル２０の捲回軸は回転軸方向となっており、駆動コイル２０は外ヨーク１０ｂおよび内ヨーク１０ａのうち少なくとも一方のヨークに固定されるようになっている。
【０００７】
なお、図６における他の部材については、後述する実施の形態で説明する部材と同じであるため、説明を省略する。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−７８４１６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術のモータ（ＰＡＭ）では、内ヨーク１０ａおよび外ヨーク１０ｂをロータマグネットの回転軸方向に延びるように形成しているため、軸受けの周りの空間を有効に利用することができ、モータの径方向の小型化を図ることができる。また、小型化しても駆動コイル２０の巻線スペースを確保することができるため、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。
【００１０】
外ヨーク１０ｂは、回転軸方向に延びるように形成されており、ロータマグネット６０の外周に複数配置されている。ここで、固定ヨーク１０におけるトルク発生場所は外ヨーク１０ｂの先端側であるため、ロータマグネット６０の回転時に発生する径方向の力により外ヨーク１０ｂは振動し易い。すなわち、図６（ｂ）において、外ヨーク１０ｂの基端部（屈曲部）を支点として外ヨーク１０ｂの先端側が矢印Ｃ方向に変形する。
【００１１】
ここで、外ヨーク１０ｂの厚みを厚くすること等により外ヨーク１０ｂの強度を十分強くなるように設計すれば、外ヨーク１０ｂが振動するといった問題は生じない。しかし、今後スピンドルモータの更なる小型化および薄型化を図っていくためには、外ヨーク１０ｂの厚みを薄くしなければならないこともあり、この場合には外ヨーク１０ｂの振動を無視できなくなる。
【００１２】
上述した外ヨーク１０ｂの振動は、ロータマグネット６０の回転精度を悪化させる要因となる。そして、ＰＡＭをポリゴンミラー１００が搭載されたポリゴンレーザスキャナモータとして使用する場合には、ポリゴンミラー１００の回転精度の悪化により印字精度が悪くなってしまう。
【００１３】
ここで、外ヨーク１０ｂの振動を抑制するために、従来技術では外ヨーク１０ｂを外周側から押さえ付ける外ヨーク押さえ５０を用いて外ヨーク１０ｂの振動を減衰させる構成としている。しかし、この構成では、振動している外ヨーク１０ｂを押さえ付けようとしているだけであるため、外ヨーク１０ｂの振動を減衰させるには限度がある。
【００１４】
また、外ヨーク１０ｂの振動により外ヨーク１０ｂおよび外ヨーク押さえ５０の係合状態が変化すると、振動の抑制効果にも差が出てくる。すなわち、使用環境や量産ロットによっては、外ヨーク１０ｂおよび外ヨーク押さえ５０の係合状態が不安定になり、ロータマグネット６０の回転精度が悪化したり、回転音が大きくなったりするおそれがある。
【００１５】
なお、特許文献１では、外ヨーク１０ｂの振動を十分に押さえきれない場合に、外ヨーク１０ｂを外ヨーク押さえ５０に接着させるとの記載もあるが、この場合には接着不良等が生じるおそれもある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転軸又は回転スリーブを回転可能に支持する軸受け部材と、この軸受け部材に固定された内ヨークと、回転軸方向にギャップをもつように内ヨークに対向して配置された外ヨークと、この外ヨークに設けられたコイル部材と、ギャップに配置され、回転軸又は回転スリーブと一体的に回転可能なロータマグネットとを有する電磁駆動装置において、内ヨークが、回転軸方向に延びる円筒部と、回転軸直交方向に延びる円盤部とを有し、外ヨークが、回転軸方向に延びる円筒部と、コイル部材を捲回するための複数の突部とを有しており、外ヨークの突部が内ヨークの円盤部外周に固定されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明である電磁駆動装置（ＰＡＭ）では、外ヨークが円筒部を有するとともに、この円筒部に一体形成された突部が内ヨークの円盤部外周に固定されているため、従来技術のように外ヨークが振動するのを防止することができる。これにより、ロータマグネットの回転精度が悪化するのを防止することができる。
【００１８】
ここで、外ヨークは、この円筒部のうち突部の長手方向に位置する領域および突部が、円筒部における他の領域よりも径方向内側に位置するように形成することができる。これにより、外ヨークの円筒部のうち径方向内側に位置する領域において、磁気抵抗を低くして磁束を集中させることができるため、装置のトルクアップを図ることができる。
【００１９】
なお、本発明の電磁駆動装置は、ＬＢＰやＤＶＤドライブ装置などの電子機器に用いることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態である電磁駆動装置について説明する。図１（ａ）は本実施形態である電磁駆動装置の上面図であり、図中右半分はロータマグネット６０、フランジ７０および回転軸８０を取り除いた状態を示している。図１（ｂ）は電磁駆動装置の側面図であり、図中左半分は回転軸を含む平面で切断した断面図を示し、図中右半分は外ヨーク押さえ５０を取り除いたときの側面図を示している。
【００２１】
回転軸８０は、スラスト方向においてスラスト軸受け９０により支持されるとともに、ラジアル方向において流体軸受け（軸受けスリーブ４０の内径部）により支持され、回転可能となっている。
【００２２】
軸受けスリーブ４０の円盤部４１は、この外周に形成された複数のカシメ部４２において回路基板３０にカシメ固定されている。フランジ７０は、回転軸８０に固定されており、回転軸８０と一体となって回転可能である。
【００２３】
ロータマグネット６０は、フランジ７０にアウトサート成形されており、図１（ａ）の矢印で示すように着磁方向が径方向外側および径方向内側を向くように交互に複数着磁されている。ここで、駆動コイル２０および外ヨーク１２の極数は６であるため、ロータマグネット６０の着磁極数は８極となっている。
【００２４】
樹脂製の外ヨーク押さえ５０は、この内周面に後述する外ヨーク１２の形状に対応した溝部（不図示）を有しており、この溝部が外ヨーク１２の外周面と当接することにより外ヨーク１２を固定支持する。ここで、外ヨーク１２には駆動コイル２０が取り付けられているため、外ヨーク押さえ５０は駆動コイル２０も固定することになる。外ヨーク押さえ５０は、外ヨーク１２に圧入されてから接着固定される。外ヨーク押さえ５０は電磁駆動装置の外装を構成する。
【００２５】
本実施形態の電磁駆動装置においては、固定ヨーク１０の構造が従来技術と異なっている。すなわち、従来技術における固定ヨークは、内ヨークおよび外ヨークが一体となって１つの部材として構成されているが、本実施形態における固定ヨーク１０は、内ヨーク１１および外ヨーク１２が別部材として構成されている。
【００２６】
内ヨーク１１は、図２（ｂ）に示すように矢印Ａ方向（回転軸８０の長手方向）に延びる円筒部１１１と、この円筒部１１１の一端に略リング状に形成された底板部１１２とを有している。底板部１１２の外周には、所定の間隔を空けて切り欠き部１１３が形成されている。
【００２７】
内ヨーク１１は、図１（ｂ）に示すように円筒部１１１において軸受けスリーブ４０の円筒部４３に嵌合しており、底板部１１２において軸受けスリーブ４０の円盤部４１に接着固定されている。
【００２８】
外ヨーク１２は、図２（ａ）に示すように矢印Ａ方向（回転軸８０の長手方向）に延びる円筒部１２１と、この円筒部１２１の一端に突状に形成された外ヨーク突部１２２とを有している。外ヨーク突部１２２の先端には切り欠き部１２５が形成されている。ここで、外ヨーク１２における外ヨーク突部１２２と内ヨーク１１における切り欠き部１１３とは位相が一致するようになっている。
【００２９】
図１において、外ヨーク１２と内ヨーク１１との間に形成された磁気ギャップには、ロータマグネット６０が配置されており、外ヨーク突部１２２には駆動コイル２０が取り付けられている。
【００３０】
駆動コイル２０は、絶縁性の樹脂で成形されたボビン２１と、線材２２とで構成されている。すなわち、線材２２の一端を端子ピン２３に絡げた後、線材２２を１軸の捲き線機を用いてボビン２１に巻き付け、線材２２の他端を他の端子ピン２３に絡げることにより駆動コイル２０が完成する。
【００３１】
端子ピン２３は、回路基板３０に形成された回路パターンに半田付けされており、不図示の駆動回路から駆動電流の供給を受ける。
【００３２】
本実施形態では、外ヨーク１２に形成された６つの外ヨーク突部１２２それぞれに、駆動コイル２０が取り付けられており、各駆動コイル２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として適切な駆動電流制御が行われる。
【００３３】
次に、固定ヨーク１０の構造について図２を用いて説明する。
【００３４】
駆動コイル２０を外ヨーク突部１２２にはめ込んだ後、切り欠き部１２５が形成された外ヨーク突部１２２の先端を内ヨーク１１の切り欠き部１１３に係合させることより、固定ヨーク１０が構成される。ここで、外ヨーク突部１２２および内ヨーク１１の結合は、溶着や接着により行うことができる。
【００３５】
外ヨーク１２は、プレス加工により形成された板状部材を丸めて、板状部材の両端同士を結合させることにより形成することができる。ここで、図３（ａ）は板材を打ち抜き加工した直後における外ヨーク１２の展開図を示す。同図において、板状の外ヨーク１２の長手方向両端には、カシメ部１２４が形成されている。板状の外ヨーク１２を丸めて筒状に形成し、カシメ部１２４同士をカシメ加工することにより、図３（ｂ）に示すように筒状の外ヨーク１２が完成する。
【００３６】
なお、外ヨーク１２は、プレス加工以外の加工方法によっても製造することができる。すなわち、板状の外ヨーク１２を丸めて筒状の外ヨーク１２を形成するのではなく、絞り加工やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ ｉｎ Ｍｏｌｄ）等により直接、筒状の外ヨーク１２を形成するようにしてもよい。
【００３７】
上述したように、固定ヨーク１０は、回転軸８０の長手方向に延びる形状であるため、軸受け周りの空間を有効に利用でき、電磁駆動装置の径を小さく（小型化）することができる。
【００３８】
また、内ヨーク１１と外ヨーク１２との間に形成された回転軸方向に延びる細長いギャップ内に、ロータマグネット６０および駆動コイル２０の一部を配置しているため、電磁駆動装置を径方向で小型化しても一定の捲き線スペースを確保することができ、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。
【００３９】
さらに、ボビン２１に線材２２を巻き付けて駆動コイル２０を形成するようにしているため、１軸の安価な捲き線機を用いて駆動コイル２０を形成することができる。しかも、駆動コイル２０を固定ヨーク１０（外ヨーク１２）に取り付けるだけなので、本実施形態の電磁駆動装置を容易に組み立てることができるとともに組み立て工程数も減らすことができる。
【００４０】
また、固定ヨーク１０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。
【００４１】
次に、上述した構成の電磁駆動装置の動作について説明する。
【００４２】
固定ヨーク１０に取り付けられた６個の駆動コイル２０は、それぞれ順番にＵ、Ｖ、Ｗ層の電気子として通電され、これによりロータマグネット６０の内周面および外周面の両面側においてトルクが発生する。この点においてＰＡＭの発生トルクは、ラジアルギャップモータの発生トルクに比べて大きくなる。すなわち、ラジアルギャップモータでは、トルク発生場所がロータマグネットの内側又は外側の１箇所であるが、本実施形態のＰＡＭでは、トルク発生場所がロータマグネット６０の内側および外側の２箇所であるため、トルク発生場所が増えた分だけ発生トルクが大きくなる。
【００４３】
ロータマグネット６０の回転位置の検出は、通電されていない電気子（駆動コイル２０）における起電力を検出することにより行われ、不図示の駆動回路は、ロータマグネット６０の回転位置の検出結果に基づいて適切なタイミングにて各相の駆動コイル２０の駆動電流を切り換える。これにより、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。
【００４４】
例えば、駆動コイル２０に電流が入力すると、図１（ｂ）の破線１２３で示すように外ヨーク１２の円筒部１２１に磁極が形成され、ロータマグネット６０との磁気的相互作用によりロータマグネット６０の周方向に沿ったトルクが発生する。
【００４５】
ここで、従来技術（図６）における外ヨークは、回転軸８０の長手方向に延びる突部を有しているため、図６（ｂ）の矢印Ｃ方向の力を受けることにより、基端部（屈曲点）を支点として先端側が矢印Ｃ方向に変形する。
【００４６】
これにより、外ヨークは電磁駆動装置の駆動により振動してしまい、この振動がロータマグネット６０の回転精度に悪影響を与えたり、他の部材（外ヨーク押さえ５０）との接触により電磁駆動装置の駆動音（回転音）が大きくなったりしてしまう。
【００４７】
一方、本実施形態の外ヨーク１２は、回転軸８０の長手方向に延びる外ヨーク突部１２２を有するものの、この外ヨーク突部１２２の一端側は筒状の円筒部１２１が形成され、他端側は底板部１１２に固定されているため、上述した矢印Ｃ方向の力を受けても振動することはない。
【００４８】
このため、外ヨーク１２の振動によりロータマグネット６０の回転精度に悪影響を与えたり、回転音が大きくなったりするのを防止することができる。
【００４９】
なお、本実施形態のＰＡＭは、固定ヨーク１０の内ヨーク１１と外ヨーク１２との間に形成された磁気ギャップ１３が、ロータマグネット６０および駆動コイル２０で占められるため、駆動コイル２０の１層あたりの捲き数やロータマグネット６０の磁気ギャップ１３における有効長を調整することにより、さまざまな駆動トルクと駆動電流の関係をもつモータ設計が可能となる。
【００５０】
また、ＰＡＭは、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ため、捲き数を多くでき、省電力設計が可能である。
【００５１】
本実施形態の電磁駆動装置は、フランジ７０の上に不図示のポリゴンミラーを固定することにより、ＬＢＰのポリゴンミラースキャナモータとして用いることができる。これにより、ロータマグネット６０（ポリゴンミラー）の回転精度の悪化を防止でき、記録紙に対する印字精度の悪化を防止することができる。また、ＤＶＤドライブ装置のスピンドルモータ等にも本実施形態の電磁駆動装置を用いることができる。
【００５２】
さらに、本実施形態における内ヨーク１１と外ヨーク１２の構成を逆の構成としてもよい。すなわち、外ヨーク１２を円筒状に形成し、内ヨーク１１に回転軸方向に延びる突起部を形成し、この突起部に駆動コイル２０を配置するようにしてもよい。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態である電磁駆動装置について説明する。
【００５４】
図４は本実施形態である電磁駆動装置の上面図であり、図中右半分は外ヨーク押さえ５０を取り除いた状態を示す。図５は電磁駆動装置における外ヨーク１２の展開図である。なお、本実施形態では、第１実施形態で説明した部材と同じ部材については同一符号を用いる。
【００５５】
以下、本実施形態の特徴部分について説明する。
【００５６】
第１実施形態における外ヨーク１２は円筒状に形成された円筒部１２１を有しており、この円筒部１２１は全周にわたって同一の径となっている。そして、外ヨーク１２と内ヨーク１１との間に形成された磁気ギャップ１３の幅は、周方向で一定となっている。
【００５７】
一方、本実施形態における外ヨーク１２’は、第１実施形態と同様に円筒部１２１’を有しているが、この円筒部１２１’の径が全周において異なるように形成されている。すなわち、円筒部１２１’の全周が凹凸状に形成されており、円筒部１２１’のうち磁極形成部１２７’がロータマグネット６０側に突出するようになっている。
【００５８】
この磁極形成部１２７’は、円筒部１２１’のうち外ヨーク突起部１２２’の長手方向延長線上の領域に相当し、駆動コイル２０に電流が入力されることにより磁極が発生する領域である。
【００５９】
外ヨーク１２’は、第１実施形態と同様にプレス加工等により形成された板状部材を丸めて、板状部材の両端同士を結合させることにより形成される。すなわち、まず板状部材を形成する際に図５（ｂ）に示すように段差部１２６’を設けておく。そして、段差部が形成された板状部材を図５（ｂ）の矢印Ｂ方向に曲げて筒状に形成し、両端のカシメ部１２４’同士をカシメ加工することにより略筒状の外ヨーク１２’が形成される。
【００６０】
上述した外ヨーク１２’の構造においては、磁極形成部１２７’が外ヨーク１２’の径方向内側に突出しており、内ヨーク１１と磁極形成部１２７’との間における磁気ギャップの幅は、他の部分における磁気ギャップの幅よりも狭くなる。
【００６１】
これにより、駆動コイル２０に電流が入力されて磁極形成部１２７’に磁極が発生しても、この磁極が円筒部１２１’のうち磁極形成部１２７’に隣接する領域に分散しにくくなり、電磁駆動装置の発生トルクを増加させることができる。
【００６２】
なお、本実施形態において、内ヨーク１１は、全周で同一の径をもつ円筒状に形成されているが、内ヨーク１１のうち磁極形成部１２７’と対向する領域を外ヨーク１２’側に突出するように形成してもよい。内ヨーク１１をこのように形成すれば、電磁駆動装置の発生トルクを更に増加させることができる。ただし、トルクが増加するに応じてコギングトルクやトルクリップルも増加するため、シミュレーション等により最適なモータ設計を行うことが必要である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明である電磁駆動装置（ＰＡＭ）によれば、外ヨークが円筒部を有するとともに、この円筒部に一体形成された突部が内ヨークの円盤部外周に固定されているため、上述した従来技術のように電磁駆動装置の駆動時に外ヨークが振動するのを防止することができる。これにより、ロータマグネットの回転精度が悪化するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の第１実施形態である電磁駆動装置の上面図。
（ｂ）本発明の第１実施形態である電磁駆動装置の側面図。
【図２】（ａ）本発明の第１実施形態における外ヨークの外観斜視図。
（ｂ）本発明の第１実施形態における内ヨークの外観斜視図。
【図３】（ａ）本発明の第１実施形態における外ヨークの展開図。
（ｂ）本発明の第１実施形態における外ヨークの外観斜視図。
【図４】本発明の第２実施形態における電磁駆動装置の上面図。
【図５】本発明の第２実施形態における外ヨークの展開図（ａ、ｂ）。
【図６】（ａ）従来技術である電磁駆動装置の上面図。
（ｂ）従来技術である電磁駆動装置の側面図。
【符号の説明】
１０：固定ヨーク
１１：内ヨーク
１２：外ヨーク
２０：駆動コイル
３０：回路基板
４０：軸受けスリーブ
５０：外ヨーク押さえ
６０：ロータマグネット
７０：フランジ
８０：回転軸
９０：スラスト軸受け
１００：ポリゴンミラー
１２１、１２１’：円筒部
１２２、１２２’：外ヨーク突部
１２４、１２４’：カシメ部
１２６’：段差部

Claims (2)

1. 回転軸又は回転スリーブを回転可能に支持する軸受け部材と、この軸受け部材に固定された内ヨークと、回転軸方向にギャップをもつように前記内ヨークに対向して配置された外ヨークと、この外ヨークに設けられたコイル部材と、前記ギャップに配置され、前記回転軸又は前記回転スリーブと一体的に回転可能なロータマグネットとを有する電磁駆動装置において、
   前記内ヨークが、回転軸方向に延びる円筒部と、回転軸直交方向に延びる円盤部とを有し、前記外ヨークが、回転軸方向に延びる円筒部と、前記コイル部材を捲回するための複数の突部とを有しており、
   前記外ヨークの突部が前記内ヨークの円盤部外周に固定されていることを特徴とする電磁駆動装置。
2. 前記外ヨークは、この円筒部のうち前記突部の長手方向に位置する領域および前記突部が、前記円筒部における他の領域よりも径方向内側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動装置。

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