JP2009124865A - モータおよびそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よい駆動を維持しながら、磁気検出素子の磁気検出精度の向上を図ったモータおよびそれを用いた電子機器を提供する。
【解決手段】配線基板１１に搭載され、外周部に複数の磁極１３ａを第一の所定間隔で配置したステータ１３と、このステータ１３の外周に回転自在に配置したロータ１４とを備え、ロータ１４の内周には、第二の所定間隔ごとに異極に着磁された磁石１５を配置し、配線基板１１面に磁石１５と対向するように磁気検出素子であるホールＩＣ１９を配置し、磁極１３ａの外周端部には、その磁極基部の両側から外側に向けて磁石１５と略平行方向に、それぞれの断面形状が非対称となるように、伸ばした延長部１３ｂおよび１３ｃを形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータとそれを用いた電子機器に関する。

電子機器、例えばレーザプリンタでは、本体ケース内に設けた紙送り用ローラ（被駆動体）をモータに連結し、このモータの駆動により、紙送り用ローラを回動し、紙を所定部分に送っている。

上記モータは、外周部に複数の磁極を第一の所定間隔で配置したステータと、このステータの外周に配置したロータとを備え、このロータの内周には、第二の所定間隔ごとに異極に着磁された磁石を配置した構造となっていた。

また上記ステータの磁極には、その磁極基部から、磁石と略平行方向に伸ばした延長部を形成し、これにより駆動効率を高めている。

つまり、磁石の幅（周方向に直行する方向）は、ロータの回転を磁気的に検出する磁気検出素子にできるだけ近接させるため、ステータの磁極基部の同方向幅よりも大きくなっている。このため、従来、ステータの磁極基部から、磁石と略平行方向に伸ばしたエンドプレートと呼ばれている延長部を形成し、これによりステータの磁極と、磁石との対向面積を大きくし、それにより駆動力、駆動効率を高めようとしている。また、これに類似する技術は、例えば下記特許文献１に記載されている。
特開平９−２８５０４４号公報

上述のごとく、ステータの磁極の磁極基部から、磁石と略平行方向に伸ばした延長部を形成した従来のモータでは、ロータの磁石と、ステータの磁極との対向面積が大きくなるので、一般的には、駆動力が大きく、駆動効率を高めることができた。

しかしながら、このような構成とすることにより、延長部の影響により、磁気検出素子によるロータの回転検出が困難となるおそれがあった。すなわち、このような延長部を設けることにより、集磁効果を高めることができるが、延長部によって磁石からの磁束がステータに引き込まれやすくなるため、磁気検出素子には十分な磁束が伝達されなくなる。さらに、ステータで発生した磁気が延長部から磁束として放出されるため、このような磁束がノイズとして磁気検出素子に影響を与えることになる。

そこで、本発明は延長部を利用した効率よい駆動を維持しながら、磁気検出素子の磁気検出精度の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のモータは、基板に搭載され、外周部に複数の磁極を第一の所定間隔で配置したステータと、このステータの外周に回転自在に配置したロータとを備え、ロータの内周には、第二の所定間隔ごとに、異極に着磁された磁石を配置し、基板面に磁石と対向するように磁気検出素子を配置し、ステータの磁極の外周端部には、その磁極基部の両側から、上記基板側の一方と、その反対側の他方に向けて伸ばした延長部を形成し、これら一方と他方に向けて伸ばした延長部の内、一方の延長部の先端部における磁石との間隔を、他方に延長した延長部の先端部における磁石との間隔よりも大きくし、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、ステータの磁極に、基板側となる一方の延長部と他方の延長部とを設けた構成としているため、集磁効果を高めることができ、よって駆動効率を高めることができる。また、ステータの磁極の外周端部には、その磁極基部の両側から、上記基板側の一方と、その反対側の他方に向けて伸ばした延長部を形成し、これら一方と他方に向けて伸ばした延長部の内、一方の延長部の先端部における磁石との間隔を、他方に延長した延長部の先端部における磁石との間隔よりも大きくしたので、磁石からの磁束が確実に磁気検出素子にも到達することができるようになり、その結果として磁気検出素子の磁気検出精度の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
本実施の形態では、電子機器の一つとしてレーザプリンタに組み込まれた紙送り用としてのモータの一例を挙げて説明する。本実施の形態におけるモータは、レーザプリンタの本体ケース（図示せず）内において、水平方向に配置された基板上に、各種の電子部品とともに載置されている。

図１は、本発明の実施の形態におけるモータの断面図である。また、図２は、本発明の実施の形態におけるモータのステータの斜視図である。まず、図１および図２を参照しながら、本モータの構成および動作の一実施例について説明する。

図１に示すように、本実施の形態のモータ１２は、取付け具（図示せず）を介して基板である配線基板１１に搭載されたステータ１３と、このステータ１３の外周に回転自在に配置し、下面が開放した円筒状のロータ１４とを備える。さらに、ロータ１４の内周には、所定間隔ごとに、Ｎ極とＳ極に交互（隣接極が異極）に着磁されたリング状の磁石１５を一体に固定している。また、ステータ１３は、複数枚の板状体を積層した積層体として形成されている。そして、ステータ１３の外周部には、図２に示すように、複数の磁極１３ａを円周方向に所定間隔で配置しており、各磁極１３ａの内側の磁気回路部分には、電磁石用のコイル１６が巻回されている。

すなわち、コイル１６に交流電力を加えることで各磁極１３ａを交互に、Ｎ極とＳ極に着磁し、その外周に存在する磁石１５との間で吸引力と反発力を発生させ、これがロータ１４の回転駆動力となるよう構成されている。

また、ステータ１３は、保持部（図示せず）を介して配線基板１１に固定されており、このステータ１３の内周にベアリング１７が設けられている。そして、このベアリング１７を上下方向に貫通して駆動軸１８が設けられ、この駆動軸１８の上端がロータ１４の天面１４ａに固定されている。なお、本実施の形態では、配線基板１１に対して、ロータ１４がある方向を上方向、また、その逆を下方向として説明する。すなわち、駆動軸１８においては、配線基板１１からロータ１４方向端部を上端部とし、その逆端部を下端部とする。また、配線基板１１において、ロータ１４がある側を上面、また、その裏側を下面として適宜説明する。

以上のような構成により、上記コイル１６に交流電力を加え、各磁極１３ａをＮ極とＳ極と交互に着磁し、各磁極１３ａと磁石１５との間で、吸引力と反発力を発生させれば、ロータ１４がこの駆動軸１８を中心に回転し、またその回転力は駆動軸１８を介して紙送り用ローラに、伝達されるようになっている。

具体的には、本実施の形態では、駆動軸１８の下端は配線基板１１の貫通孔（図示せず）を貫通して配線基板１１下に伸ばされ、この駆動軸１８下部に歯車（図示せず）が装着され、この歯車にギアボックス（図示せず）が連結され、それによってレーザプリンタにおける複数の紙送り用ローラ（図示せず）が回動し、紙送りが行われるようになっている。すなわち、本実施の形態の電子機器としてのレーザプリンタは、本体ケースと、この本体ケース内に設けた被駆動体としての例えば紙送り用ローラと、この被駆動体に連結した本モータ１２とを備える。

また、配線基板１１上の磁石１５下端対応部分には、磁気検出素子としてホールＩＣ１９が実装されている。すなわち、配線基板１１面に、磁石１５と対向するようにホールＩＣ１９を配置している。周知のごとく、このホールＩＣ１９により、ロータ１４の回転スピードや回動量を検出し、検出したこのような回転の情報を利用してモータ１２の回転数制御を行う。

特に本実施の形態では、配線基板１１の下面にホールＩＣ１９を配置するような構成としている。すなわち、ホールＩＣ１９は、配線基板１１のロータ１４側の面とは反対側の面に配置されている。このような構成とすることにより、ホールＩＣ１９と回転時の磁石１５とが接触するような不具合の発生を抑制している。さらに、磁石１５は、ホールＩＣ１９にできるだけ近づけるため、その下端をホールＩＣ１９、すなわち配線基板１１上面近傍まで延長した形状としている。

結論として磁石１５の上下方向寸法は大きくなっており、それに合せるごとく、本実施の形態では、図１、図２に示すように上記ステータ１３の各磁極１３ａの外周端部には、その磁極基部１３ｄの両側から外側に向けて、磁石１５と実質的に平行方向、すなわち駆動軸１８の軸線方向となる上方向に伸ばした延長部１３ｂ、および下方向に伸ばした延長部１３ｃを一体に形成している。

この延長部１３ｂおよび１３ｃは具体的には、ステータ１３を構成する積層された複数の板状体のうち、最外層である上、下面を含む２枚の板状体の外周部分を、磁石１５と実質的に平行方向、かつそれぞれが上、下方向となるように曲げることにより形成したものである。

そして、このようにステータ１３を構成する積層された複数の板状体のうち、上、下面（最外層を含む２枚づつ）の板状体の外周部分を、磁石１５と実質的に平行方向にそれぞれ上、下方向に曲げることで延長部１３ｂや１３ｃを形成すると、上記上、下方向に延長された磁石１５との対向面積が図１のごとく大きくなり、その結果としてロータ１４には大きな駆動力が与えられることになる。このような延長部１３ｂや１３ｃは、エンドプレートと呼ばれており、エンドプレートの集磁効果により、ステータ１３の板状体に引き込む磁束を増加させることができ、これによってロータ１４に大きな駆動力を与えることができる。

特に、本実施の形態のモータにおいては、このような延長部１３ｂおよび１３ｃとして、図１に示すように、延長部１３ｂと延長部１３ｃとの断面形状の比較において、互いの断面形状が非対称となるように、磁極基部１３ｄの両側から外側に向けて伸ばした構造としたことを特徴としている。また、図１では、断面形状を非対称とした延長部１３ｂと延長部１３ｃとの一実施例として、配線基板１１側となる一方の延長部１３ｃは、ロータ１４の天面１４ａ側となる他方の延長部１３ｂに比べて、延長部の折り曲げ先端部が、よりステータ１３の内方側となるように配置された構造としている。

より具体的な延長部１３ｂおよび延長部１３ｃの構造として、まず、ロータ１４の天面１４ａ方向へ延長した延長部１３ｂは、磁石１５と実質的に平行、すなわち磁極１３ａの外周端部における磁極基部１３ｄから上方向に略直角に曲げた構造としている。これに対し、図１に示すように、配線基板１１方向へ延長した延長部１３ｃは、略直角となるような延長部１３ｂよりも、その先端部がさらにステータ１３の内方側にその先端部が配置されるように曲げた構造としている。

ところで、上述したように、ステータ１３の磁石に対面する端部においてエンドプレートと呼ばれるような延長部を設けることで、ステータ１３の板状体に、ロータの磁石からの磁束をより多く取り込むことができる。ところが、ステータ１３に取り込まれる磁束が多くなると、磁気検出素子に供給する磁束が減少し、その結果、磁気検出素子による回転数や位置の検出精度に対して精度低下をもたらすこととなる。

そこで、本実施の形態のモータは、このようなエンドプレートによる磁気検出素子の精度低下を抑制するため、上述したように、磁気検出素子としてのホールＩＣ１９が実装された側の延長部１３ｃは、他方の延長部１３ｂに比べて、先端部がよりステータ１３の内方側となるように配置された構成としている。言い換えれば、配線基板１１側となる一方の延長部１３ｃの折り曲げ先端部が、他方の延長部１３ｂの折り曲げ先端部に比べて、磁石１５との間隔がより広くなるように配置した構成としている。このため、磁気検出素子としてのホールＩＣ１９が実装された側の延長部１３ｃに取り込まれる磁束は、例えば延長部１３ｃを磁極基部１３ｄから下方向に略直角に曲げた構造とした場合に比べて、少なくなる。このため、延長部１３ｃに取り込まれる磁束の減少した磁束分がホールＩＣ１９に供給されることになる。

また、本実施の形態のように、上下両方向への断面形状が非対称となるように延長部１３ｂと延長部１３ｃとを設けた場合、磁気センタがステータ１３の上下方向の中心からずれることになり、ステータ１３の上部と下部との吸引および反発力のバランスも上下で非対称となるため、これによって、回転精度の悪化や騒音振動の発生などが懸念される。

このため、本実施の形態のモータでは、次のような構成とした。すなわち、配線基板１１側の磁石端部を、延長部１３ｃの先端部よりも配線基板１１方向に突出させている。より詳細には、図１に示すように、ステータ１３の上下方向の中心線Ａ−Ａ’からの磁石１５の上方向の長さＬｂに比べて、磁石１５の下方向の長さＬｃのほうが長くなるように、磁石１５の下端部が、延長部１３ｃの折り曲げ先端部との対面位置から、さらに配線基板１１方向に突出するような構造としている。なお、本実施の形態では、延長部１３ｂ方向に関しては、磁石１５の上端部と延長部１３ｂの折り曲げ先端部との対面位置が略一致するような構成例を挙げている。

このように、磁石１５をホールＩＣ１９側にのみオーバハングさせるような構造とすることにより、上側の延長部１３ｂと下側の延長部１３ｃとの磁束量が異なることによる磁気センタのずれを補正でき、非対称な延長部に基づく回転精度の悪化を抑制したり、騒音振動を低減したりすることができる。また、磁気センタのずれを補正する具体的方法として、例えば、パーミアンス計算でＬｂ部の平均ギャップとＬｃ部の平均ギャップとの磁束量の相違を算出する。

次に、本実施の形態のモータの他の実施例について説明する。上述したように、磁極基部１３ｄの両側外側に向けて、配線基板１１側へと延長した一方の延長部と、ロータ１４の天面１４ａ側へと延長した他方の延長部との断面形状を非対称とし、一方の延長部の折り曲げ先端部が、他方の延長部の折り曲げ先端部に比べて、磁石１５との間隔がより広くなるように配置することで、駆動力の低下を最低限に抑えながら、ホールＩＣ１９に対して回転などの検出に必要な検出精度が得られるだけの磁束を供給できる。このため、図１で示したような構成以外の実施も可能である。

図３および図４は、本実施の形態のモータのその他の実施例における断面図である。なお、これら図面において、図１と同じ構成要素については、同じ符号を付しており、詳細な説明は省略する。

まず、図３は、配線基板１１側となる一方の延長部２３ｃが、他方の延長部１３ｂに比べて、延長部を構成する板状体の個数が少なくなるように配置した構成例を示している。具体的には、延長部１３ｂが最外層を含む積層された２枚の板状体を、磁石１５と実質的に平行方向に、磁石１５と実質的に平行となるように曲げている。

また、延長部２３ｃが最外層の１枚の板状体を、磁石１５と略平行方向に、磁石１５と実質的に平行となるように曲げている。なお、例えば、延長部１３ｂが最外層を含む積層された３枚の板状体、また、延長部２３ｃが最外層を含む積層された２枚の板状体で構成されるような構造であってもよい。

いずれにせよ、延長部２３ｃの先端部と磁石１５との間隔を、延長部１３ｂの先端部と磁石１５との間隔よりも大きくしていることが特徴である。

次に、図４は、配線基板１１側となる一方の延長部３３ｃを構成する板状体において、最も磁石１５に近接した板状体の延長部の長さが、他の板状体の延長部の長さよりも短くなるように配置した構成例を示している。具体的には、延長部３３ｃは最外層を含む積層された２枚の板状体で構成されており、磁石１５と略平行方向に、磁石１５と実質的に平行となるように曲げている。さらに、延長部３３ｃの配線基板１１側へと延長した磁極基部１３ｄから先端部までの長さにおいて、磁石１５に近接した板状体延長部の長さのほうが、他の板状体延長部の長さよりも短くなるような構造としている。また、この場合、ステータ１３を構成する各板状体の長さを同一長とし、例えば最外層からの２枚を単に折り曲げることで、折り曲げにより形成された延長部において、最外層の板状体による延長部の長さは、次の層の板状体による延長部の長さよりも長くなる。このように、図４に示すような構成の場合、延長部３３ｃを含む板状体は同一の長さ、すなわち同形状でよいため、同一金型で生産できるなど、生産効率を向上できる。

この実施の形態でも、延長部３３ｃの先端部と磁石１５との間隔を、延長部１３ｂの先端部と磁石１５との間隔よりも大きくしていることが特徴である。

また、図３や図４に示す構成においても、図１で示した構成と同様に、ステータ１３の上下方向の中心線Ａ−Ａ’からの磁石１５の上方向の長さＬｂに比べて、磁石１５の下方向の長さＬｃのほうが長くなるように、磁石１５の下端部が、延長部２３ｃや３３ｃの折り曲げ先端部との対面位置から、さらに配線基板１１方向に突出するような構造としている。これによって、非対称な延長部に基づく回転精度の悪化を抑制したり、騒音振動を低減したりしている。

また、その他の実施例として、例えば、配線基板１１側となる一方の延長部が、他方の延長部に比べて、延長部の長さが短くなるように配置されたような構成とするなど、各種の変形例が可能である。

以上、図３や図４などで示したような構造とすることによっても、延長部２３ｃや延長部３３ｃに取り込まれる磁束は、例えば延長部１３ｂに比べて、少なくなる。このため、延長部２３ｃや３３ｃに取り込まれる磁束のうち、このような構造とすることで減少した磁束分が、ホールＩＣ１９に供給されることになる。

以上説明したように、本発明のモータは、磁極の外周端部には、その磁極基部の両側から外側に向けて磁石と略平行方向に、それぞれの断面形状が非対称となるように、伸ばした延長部を形成しており、これにより、基板側となる一方の延長部の折り曲げ先端部は、他方の延長部の折り曲げ先端部に比べて、磁石との間隔がより広くでき、その結果、一方の延長部に取り込まれる磁束の減少した磁束分がホールＩＣのような磁気検出素子に供給できることになる。したがって、本発明のモータによれば、延長部を利用した効率よい駆動を維持しながら、磁気検出素子の磁気検出精度の向上を図ることができる。また、本発明のモータを、例えばレーザプリンタなどの電子機器に組み込むことで、回転むらや騒音などが抑制されるとともに、効率よくモータ駆動が可能な電子機器を提供できる。

なお、例えば長期使用時の何らかの応力により、延長部１３ｂが磁石１５側に変形し、ロータ１４回転時に接触することが危惧される場合がある。このような場合に対応するため、延長部１３ｂが磁石１５と略平行となるような構成に代えて、延長部１３ｂの折り曲げ先端側も、折り曲げ根元部に比べ、ステータ１３の内方側に配置されるよう、折り曲げ量を大きくするような構成としてもよい。

また、同様に、このような延長部が磁石１５側に変形し、ロータ１４回転時に接触することが危惧される場合には、延長部を図１の位置からステータ１３の内方にわずかながら移動させ、その位置から立ち上げてもよい。

また、上記実施の形態では、ステータ１３を構成する積層された複数の板状体のうち、最外層からの２枚の板状体を主に利用して延長部を形成した構成例を挙げて説明したが、図１の構成に対応する場合には、上下それぞれ１枚や複数枚の板状体を利用するような構成であってもよい。また、図２の構成に対応する場合には、上側最外層からの複数枚の板状体を利用して延長部を形成し、下側においては、最外層から、上側の枚数以下の板状体を利用して延長部を形成するような構成であってもよい。さらに、図３の構成に対応する場合には、上下それぞれ複数枚の板状体を利用するような構成であってもよい。

本発明によれば、効率よい駆動を維持しながら、磁気検出素子の磁気検出精度の向上を図ったモータを提供できるため、レーザプリンタやレーザ複写機などの電子機器に使用されるモータに好適である。

本発明の実施の形態におけるモータの断面図 本発明の実施の形態におけるモータのステータの斜視図 本発明の実施の形態におけるモータの他の実施例の断面図 本発明の実施の形態におけるモータのさらに他の実施例の断面図

符号の説明

１１ 配線基板
１２ モータ
１３ ステータ
１３ａ 磁極
１３ｂ，１３ｃ，２３ｃ，３３ｃ 延長部
１３ｄ 磁極基部
１４ ロータ
１５ 磁石
１６ コイル
１７ ベアリング
１８ 駆動軸
１９ ホールＩＣ

Claims (11)

1. 基板に搭載され、外周部に複数の磁極を第一の所定間隔で配置したステータと、このステータの外周に回転自在に配置したロータとを備え、前記ロータの内周には、第二の所定間隔ごとに、異極に着磁された磁石を配置し、前記基板面に前記磁石と対向するように磁気検出素子を配置し、前記ステータの磁極の外周端部には、その磁極基部の両側から、上記基板側の一方と、その反対側の他方に向けて伸ばした延長部を形成し、これら一方と他方に向けて伸ばした延長部の内、一方の延長部の先端部における磁石との間隔を、他方に延長した延長部の先端部における磁石との間隔よりも大きくしたことを特徴とするモータ。
2. ステータは板状体を積層して形成し、この積層体の少なくとも最外層の板状体を、前記磁石と実質的に平行方向に曲げて延長部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. ステータは板状体を積層して形成し、この積層体の、少なくとも最外層を含む積層された複数の板状体を、前記磁石と実質的に平行方向に曲げて延長部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. 一方の延長部は、他方の延長部に比べて、延長部の折り曲げ先端部が、ステータの内方側となるように配置されたことを特徴とする請求項２または３に記載のモータ。
5. 一方の延長部は、他方の延長部に比べて、延長部を構成する板状体の個数が少なくなるように配置されたことを特徴とする請求項３に記載のモータ。
6. 一方の延長部は、延長部を構成する板状体において、最も前記磁石に近接した板状体の長さが、他の板状体の長さよりも短くなるように配置されたことを特徴とする請求項３に記載のモータ。
7. 一方の延長部は、他方の延長部に比べて、延長部の長さが短くなるように配置されたことを特徴とする請求項２または３に記載のモータ。
8. 基板側の磁石端部を、一方の延長部の先端部よりも基板方向に突出させたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ。
9. 前記磁気検出素子は、前記基板のロータ側の面とは反対側の面に配置されたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のモータ。
10. 前記磁気検出素子として、ホールＩＣを用いたことを特徴とする請求項９に記載のモータ。
11. 本体ケースと、この本体ケース内に設けた被駆動体と、この被駆動体に連結したモータとを備え、前記モータとして請求項１から１０のいずれか１項に記載のモータを使用した電子機器。

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