JP4103355B2 - スピンドルモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動圧流体軸受機構を有するスピンドルモータ（以降モータと称す）に係り、詳しくはポリゴンミラー回転駆動装置用モータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速回転・高精度で回転するスピンドルモータ（以降モータと呼ぶ）の要求が高まってきている。その中で、ハードディスク装置、レーザビームプリンタ装置やデジタル複合機装置のモータには、非接触で回転する動圧流体軸受が採用されている。中でもレーザビームプリンタのような高速回転の機器では、流体として空気を利用するのが一般的になってきている。
【０００３】
また、ポリゴンミラーを塵埃から保護し、防音を目的としてカバー部材を設ける構造が増えている。このカバー部材を設けると、ポリゴンミラー近辺の圧力、および空気の流れが変化してポリゴンミラー上部と下部に圧力差が発生する。このためモータのロータ部が軸方向上部に移動して抜け止めに接触したり、動圧流体軸受内部の圧力が不安定になってシャフトとスリーブが接触して焼け付きが生じたりする。
【０００４】
このような課題の解決策の１例として、実開平５−８１８１８号公報に開示されたものが知られている。図７にその構造を示す。
【０００５】
このモータは図のようにポリゴンミラー２５１とポリゴンミラー２５１を回転支持するシャフト２１１とポリゴンミラー２５１を回転する回転駆動源２１６とポリゴンミラー２５１を覆うカバー部材２５５とを備えている。前記回転駆動源２１６はロータ２２１と軸受部材２６３とを有し、前記ロータ２２１の外周部には動圧発生用のグルーブが形成され、前記軸受部材２６３との間に動圧軸受２６４を形成している。前記カバー部材２５５はポリゴンミラー２５１を覆って塵埃から保護しており、このカバー部材２５５の内面にはポリゴンミラー２５１の軸方向上側と下側とに発生する負圧の均衡をとる空気流抑制手段２７０が設けられている。
【０００６】
この空気流抑制手段２７０は、具体的例としてポリゴンミラー２５１に溝あるいは突起を設けることによって形成されている。ポリゴンミラー２５１の下面に対向する位置の本体に放射方向に突起が等間隔で配置される一方、ポリゴンミラー２５１の上面に対向する位置にも放射状に突起が等間隔で配置されることによって、ポリゴンミラー２５１の軸方向上側と下側とに発生する負圧の均衡をとる。
【０００７】
カバー部材２５５内の構造がポリゴンミラー２５１の上と下で異なっていても、ポリゴンミラー２５１の回転に伴なって発生する周辺の空気の流れが空気流抑制手段２７０によって妨げられ負圧の発生を抑えるため、ポリゴンミラー２５１の軸方向の上方と下方の圧力がバランスしてポリゴンミラー２５１の軸方向への移動を阻止するものである。
【０００８】
しかしながら、空気流抑制手段２７０はポリゴンミラーの下面に対する突起とポリゴンミラーの上面に対する突起の位置合わせが困難であり、また、取り付けの作業性も非常に悪く、コストが高くなる。
【０００９】
ここで、空気流抑制手段を持たない一般的な従来構成での空気の流れを説明する。図６は従来のポリゴンミラー近辺の風の流れを示した図である。回転方向をａとするとポリゴンミラー５１近辺の空気の流れは、先ずミラー面６３に空気がたたかれることから始まり、剥離流ｊが発生し、ミラー面６３の長手方向ｋと上方向ｆ、下方向ｇの流れが発生する。それと同時にポリゴンミラー５１の上部にｌ、下部にｍの流れが発生する。空気の流れｆ、ｇはそれぞれｈ、ｉの流れになり、一方でｑ、ｒの流れ、別方向にｏ、ｐのようにうず状の流れが発生する。
【００１０】
また、円板を２枚取り付けることによって風圧の損失を低下させたり、騒音を低下させる構造が特開平０３−１６８６１１号、特開平０１−２０１６２０号、特開平０９−１２７４５２号公報に開示されている。図８は特開平０１−２０１６２０号公報に開示された構成を示す図である。この図において、ポリゴンミラー３１４はその両端面３１４Ａ、３１４Ｂにそれぞれフランジ３４０、３４２が取り付けられている。フランジ３４０、３４２は円板状でその外径寸法Ｌはポリゴンミラー３１４の最大径Ｍよりも若干大きい。フランジ３４０、３４２の外周には、先端部が互いに対向されるリブ３４４、３４６が設けられ、フランジ３４０、３４２はその断面形状が略コ字型となっている。レーザビームは対向するリブ３４４、３４６の先端部間の隙間を通過して、反射鏡面３１２へ入射および反射されるようになっている。すなわちポリゴンミラー３１４の回転時に、剥離されようとする空気の流れの方向に、反射鏡面３１２の巾方向中間部を除く両端部に対応してリブ３４４、３４６があるので剥離流を抑止するものである。さらに、ポリゴンミラー３１４の上下にフランジ３４０、３４２を配置することによって、空気抵抗が減少するので風損が低下し、合わせて騒音を低下させることができるものである。しかし、この構造では、ポリゴンミラー３１４の下部にフランジ３４２を取り付けるため、構造が複雑になる。また、ポリゴンミラーを取り付ける場合、ミラーを受ける面にはかなりの高精度が要求されるが、圧入等によって取り付けたフランジ３４２で、その要求精度を満足することは極めて困難であり、ポリゴンモータとして要求されるミラー面倒れが悪化する。加えて、高速で回転するポリゴンミラーは、高いバランス精度が要求されるが、外周部にリブを備える構成のフランジを上下に配置する構成では、その要求精度を満足することは極めて困難であり、アンバランスによる振動の増大を来たす虞がある。さらに製造上、コストのかかる構造になっている。
【００１１】
図９は、特開平０１−２０１６２０号公報の空気を流れ示したものである。ミラー面を叩く剥離流は、無くなり、ミラー面にそった流れＳおよびミラー上部方向に流れるｔと下部方向に流れるｖに別れ、ｕ、ｗの流れが発生する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記課題を解決するものであり、簡単な構造で低コストを確保しながら精度良く、良好なバランスを維持しつつ、ポリゴンミラーの上部と下部の圧力差を解消して、低振動、低騒音かつ信頼性の高いモータを提供することを目的とする。
【００１３】
【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のモータは、ポリゴンミラーの上部のみに円板を設け、この円板と前記ポリゴンミラーとを、弾性体からなるミラー押え部材によりロータフレームに押圧固定するようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、レーザビーム走査用のポリゴンミラーと、このポリゴンミラーを装着する装着部を有するロータフレームと、巻線を巻装したステータコアと、このステータコアに対向配置して前記ロータフレームに取り付けられ、多極着磁されたロータマグネットと、互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成し前記ロータフレームを軸支するシャフトとスリーブと、前記ポリゴンミラーを覆うカバー部材とを備え、前記ポリゴンミラーの上部のみに直径が、ミラー外接円の直径と少なくとも同一である円板を配置し、前記ポリゴンミラーの装着部が二つの外径を有する段部を備え、第一の外径部にポリゴンミラー内径を装着し、前記第一の外径部より小さな直径を有する第二の外径部に前記円板の内径を装着し、この円板と前記ポリゴンミラーとを、弾性体からなるミラー押え部材により前記ロータフレームの装着部に押圧固定したことを特徴とするスピンドルモータである。これにより、ロータ部はカバー部材によって密閉されるが、ロータ部の揚力を低下させ、ミラーの上部と下部の圧力差をなくすことができる。
また、これにより、円板の内径バリとポリゴンミラー端面との接触、あるいは、円板の内径バリによる円板浮きを防ぎ、円板の取り付け精度を維持することができる。このため、モータのバランスを安定化できるので、振動、騒音の優れたモータが得られる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、レーザビーム走査用のポリゴンミラーと、このポリゴンミラーを装着する装着部を有するロータフレームと、巻線を巻装したステータコアと、このステータコアに対向配置して前記ロータフレームに取り付けられ、多極着磁されたロータマグネットと、互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成し前記ロータフレームを軸支するシャフトとスリーブとを備え、前記ポリゴンミラーの上部のみに直径が、ミラー外接円の直径と少なくとも同一である円板を配置し、前記ポリゴンミラーの装着部が二つの外径を有する段部を備え、第一の外径部にポリゴンミラー内径を装着し、前記第一の外径部より小さな直径を有する第二の外径部に前記円板の内径を装着し、この円板と前記ポリゴンミラーとを、弾性体からなるミラー押え部材により前記ロータフレームの装着部に押圧固定したことを特徴とするスピンドルモータである。これにより、開放状態のモータでは、ポリゴンミラー近辺の空気の流れを変えることができ、風の流れがポリゴンミラー上部から流れミラー面で風を切る音がなくなり、騒音レベルが減少し、柔らかい音になる。また、これにより、円板の内径バリとポリゴンミラー端面との接触、あるいは、円板の内径バリによる円板浮きを防ぎ、円板の取り付け精度を維持することができる。このため、モータのバランスを安定化できるので、振動、騒音の優れたモータが得られる。
【００１６】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。本実施例のモータはレーザビームプリンタまたはデジタルＰＰＣに使われるスピンドルモータである。
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例に係るスピンドルモータの構造断面図である。
【００１８】
スピンドルモータはポリゴンミラー５１を高速で回転駆動する駆動源として作られている。その軸受は動圧流体軸受として構成され、ラジアル軸受部は、ブラケット１３に固定された円筒状のシャフト１１と、その周囲を囲み回転するスリーブ２２とで構成される。そしてそのいずれかに動圧発生溝が形成されている。スラスト軸受部は、シャフト１１の端面に埋め込まれた硬質平面板１２と、それに対向する樹脂球面板２３とで構成される。
【００１９】
モータはステータ部（固定部材のすべて）とロータ部（回転部材のすべて）に分けられるが、ステータ部は、シャフト１１を中心に、それを保持するブラケット１３、その結合のためのシャフト取り付けネジ１４、ブラケット１３を機器へ取り付け固定するための金属基板１５、ブラケット１３に固定されロータ部を回転駆動するステータ組立などで構成されている。ステータ組立はステータコア１６に巻線１７を施したものであって、ステータコア１６の内周はブラケット１３に固定されている。
【００２０】
一方、ロータ部はロータフレーム２１を中心に構成される。ロータフレーム２１の一部に形成され、シャフト１１を取り囲んで軸受を構成する円筒部がスリーブ２２である。（スリーブ２２は、ロータフレーム２１と別部材で構成されてもよい）ロータフレーム２１の端部には、樹脂球面板２３を保持するスラストカバー２４が固定されている。また、ロータフレーム２１の内側でステータ組立に対向するように円筒状の多極着磁されたマグネット２５が固定されている。４０は、ロータ部の抜け止めであり、樹脂の弾性を利用して鍵状の係止部を撓ませてロータ部を挿入し、弾性力で復帰した係止部でロータ部の抜け止めを果たしている。ロータ部はカバー部材５５に覆われ、金属基板１５にカバー取り付けネジ５７で固定される。この時、ロータ部の空間５９を完全に外気と遮断するため、パッキン５６を挟み込み固定する。カバー部材５５には、レーザビームの入射光と反射光が通る窓６０が配置され、ガラス板５８が外気との遮断のため、および、ポリゴンミラー５１を塵埃から守るため配置されている。
【００２１】
以下本発明の主要部であるロータ部について説明する。
【００２２】
レーザビームを走査するためのポリゴンミラー５１が、ロータフレーム２１に階段状に形成されたポリゴンミラー装着部６５の第一の外径部６１に装着され、円板５３が装着部６５の第二の外径部６２に装着される。本実施例では、ポリゴンミラー装着部６５は、ロータフレーム２１と一体に形成されているが、別部品で構成してもよい。そして、素材の弾性変位を利用したミラー押え５２を介して軸受部から排出される空気の流通穴を持ったミラー取り付けネジ２６によって固定される。
【００２３】
このような構成において空気の流れを説明する。図２はポリゴンミラー近辺の空気の流れを表した図である。モータの巻線１７に外部から給電することによってロータ部が回転する。ポリゴンミラー５１近辺の空気の流れは、ポリゴンミラー５１のミラー面６３の長手方向ｅと垂直方向ｂの流れが発生する。それと同時に円板５３上部に放射状の流れｌとポリゴンミラー５１の下部に放射状の流れｍが発生する。この流れに引っ張られるように放射状の流れｃ、およびｎが発生する。このように空気と空気がぶつかりあうこともなく、ミラー面６３で空気がたたかれ剥離流が発生することもなく、スムーズな空気の流れが形成されるので、密閉型のモータにおいて、スラスト方向の異常浮上がなくなり、起動およびブレーキ機能を用いた停止時の異常浮上も解消できる。また、動圧流体軸受内部の圧力が不安定になってシャフトとスリーブが接触することによる信頼性の低下或いは、スラスト変動によるジッタ、面倒れの悪化をなくすことができる。
【００２４】
また、本実施例のモータは、ポリゴンミラー５１の上部のみに円板５３を配置するので、ポリゴンミラー５１はロータフレーム２１に形成された装着部６５を直接受面として装着されるため、ポリゴンモータとして要求されるミラー面倒れが悪化することはない。一般的にポリゴンミラーの装着部６５は、切削加工により高精度に仕上げられるためである。さらに、ミラー押え５２の弾性力により円板５３およびポリゴンミラー５１をロータフレーム２１に形成された装着部６５に押圧して固定するので、例えば圧入或いはネジ止め等で固定する場合のような機械的な歪みが生じないため、バランス精度を良好に固定することができる。これにより振動、騒音レベルを低減することができる。加えて、円板５３の取り付けも容易にできるので、安価に上記の特徴を備えたモータを実現できるものである。
【００２５】
また本実施例のモータは、円板５３を設けることによって円板５３の半月状部６４が、ポリゴンミラー５１近辺の空気の流れを変え、ポリゴンミラー５１に直接あたる空気を少なくすることができ、空気中の塵埃に含まれる埃、または粒子によるミラー面の曇りや傷の発生を防ぐことができる。
【００２６】
さらに、円板５３の半月状部６４によって、ポリゴンミラー５１の上面エッジ部と円周方向のミラー面とミラー面のエッジ部が隠れ、手で取り扱ってもミラー面に触れることなく、指紋等が付着しにくくなる。万が一、組立工程内の取り扱いでモータをぶつけることがあっても、円板５３がポリゴンミラー５１を保護し、ミラー面や上面エッジ部、ミラー面とミラー面のエッジ部に傷や打痕傷をつけることがなくなる。円板５３の外径をポリゴンミラー５１の外接円と同等もしくは、それより大きくすることにより、さらに、ポリゴンミラーの保護として確実・強固なものになる。
【００２７】
ポリゴンミラー５１を回転させるモータは通常、２００００ｍｉｎ^-1〜５００００ｍｉｎ^-1で回転する場合が多い、その中でも、ポリゴンミラー５１の上部と下部の圧力差は、回転数に依存する。特に３００００ｍｉｎ^-1ともなれば、ロータを持ち上げる揚力が働く、このように高回転域での異常浮上を解消することができる。
【００２８】
円板５３の板厚を０．５ｍｍ〜２ｍｍとすることで、プレス工程によって簡単に製造できる板厚となる。さらに、一般に板厚に比例して風損が増加するが、上記の範囲であれば、電流値に現れない程度の風損ですむ。また、上記の範囲であればプレス加工におけるソリが小さいので、ソリによる風損を極力小さく、かつ、バランス精度を良好にすることができる。つまり、低コストで消費電流が小さく、低振動のモータが得られる。
【００２９】
また、ポリゴンミラー５１を、ロータフレーム２１に階段状に形成されたポリゴンミラー装着部６５の第一の外径部６１に装着し、円板５３を装着部６５の第二の外径部６２に装着することによって、円板５３の内径バリがポリゴンミラー５１の端面と接触することを防止することができる。そして、円板５３の内径バリによる円板５３の浮きを防止し、円板５３の取り付け精度を維持する。したがって、ミラーを押え付ける圧力をポリゴンミラー５１の端面円周上に均等な分布荷重を与えることができる。また、モータのバランスを安定にし、低振動や低騒音のモータが得られる。
【００３０】
（実施例２）
図３は本発明の第２の実施例に係るスピンドルモータの構造図であり、図４は本発明の第２の実施例に係るスピンドルモータの上面図である。重複している内容については、説明を省略する。
【００３１】
図５は、カバー部材がない状態での本発明のモータと従来のモータの騒音である。これからしても、カバーがない状態でも騒音の効果は大きく、約５ｄＢＡの低減が図れる。聴感レベルも非常にやわらかく耳ざわりな音（５００Ｈｚ〜４０００Ｈｚ）、また、周波数分析を図には記していないがピュアトーンに関しても低減される。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、請求項１に記載の発明によれば、ポリゴンミラーの上部のみに円板を設け、この円板と前記ポリゴンミラーとを、弾性体からなるミラー押え部材によりロータフレームに押圧固定する構成により、スムーズな空気の流れが形成されるので、密閉型のモータにおいて、スラスト方向の異常浮上がなくなり、起動およびブレーキ機能を用いた停止時の異常浮上も解消できる。また、動圧流体軸受内部の圧力が不安定になってシャフトとスリーブが接触することによる信頼性の低下或いは、スラスト変動によるジッタ、面倒れの悪化をなくすことができる。
【００３３】
また、ポリゴンミラーの上部のみに円板を配置するので、ポリゴンモータとして要求されるミラー面倒れが悪化することはない。さらに、ミラー押えの弾性力により円板およびポリゴンミラーをロータフレームに形成された装着部に押圧して固定するので、機械的な歪みが生じないため、バランス精度を良好に固定することができる。これにより振動、騒音レベルを低減することができる。加えて、円板の取り付けも容易にできるので、安価に上記の特徴を備えたモータを実現できるものである。
【００３４】
また、請求項２に記載の発明によれば、開放状態のモータにおいても騒音レベルを低下することができ、約３〜５ｄＢＡの効果がある。特に騒音の音質、耳ざわりな音域レベルが良化し、柔らかな音質となる。
【００３５】
以上のように本発明によれば、上記の優れた効果を備えるモータを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例に係るモータの構造を示す断面図
【図２】 本発明のモータのポリゴンミラー近辺の風の流れを示した図
（ａ）ミラー近辺の斜視図
（ｂ）ミラー近辺の断面図
【図３】 本発明の第２の実施例に係るモータの構造を示す断面図
【図４】 本発明の第２の実施例に係るモータの上面図
【図５】 本発明の第２の実施例に係る騒音を示す図
【図６】 従来のモータのポリゴンミラー近辺の風の流れを示した図
（ａ）ミラー近辺の斜視図
（ｂ）ミラー近辺の断面図
【図７】 従来の実施例を示す図
（ａ）従来の軸受部材とカバー部材およびロータの一部断面図
（ｂ）（ａ）のII−II断面図
【図８】 他の従来の実施例を示す図
【図９】 他の従来モータのポリゴンミラー近辺の風の流れを示した図
（ａ）ミラー近辺の斜視図
（ｂ）ミラー近辺の断面図
【符号の説明】
１１、１１１ シャフト
１２ 硬質平面板
１３ ブラケット
１５ 金属基板
１６ ステータコア
１７ 巻線
２１ ロータフレーム
２２ スリーブ
２３ 樹脂球面板
２４ スラストカバー
２５ マグネット
４０ 抜け止め
５１ ポリゴンミラー
５３ 円板
５５ カバー部材
５６ パッキン
５８ ガラス板
５９ ロータ部の空間
６０ 入射光と反射光が通る窓
６１ 第一の外径部
６２ 第二の外径部
６３ ミラー面
６４ 半月状部
６５ 装着部

Claims (2)

1. レーザビーム走査用のポリゴンミラーと、このポリゴンミラーを装着する装着部を有するロータフレームと、巻線を巻装したステータコアと、このステータコアに対向配置して前記ロータフレームに取り付けられ、多極着磁されたロータマグネットと、互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成し前記ロータフレームを軸支するシャフトとスリーブと、前記ポリゴンミラーを覆うカバー部材とを備え、前記ポリゴンミラーの上部のみに直径が、ミラー外接円の直径と少なくとも同一である円板を配置し、前記ポリゴンミラーの装着部が二つの外径を有する段部を備え、第一の外径部にポリゴンミラー内径を装着し、前記第一の外径部より小さな直径を有する第二の外径部に前記円板の内径を装着し、この円板と前記ポリゴンミラーとを、弾性体からなるミラー押え部材により前記ロータフレームの装着部に押圧固定したことを特徴とするスピンドルモータ。
2. レーザビーム走査用のポリゴンミラーと、このポリゴンミラーを装着する装着部を有するロータフレームと、巻線を巻装したステータコアと、このステータコアに対向配置して前記ロータフレームに取り付けられ、多極着磁されたロータマグネットと、互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成し前記ロータフレームを軸支するシャフトとスリーブとを備え、前記ポリゴンミラーの上部のみに直径が、ミラー外接円の直径と少なくとも同一である円板を配置し、前記ポリゴンミラーの装着部が二つの外径を有する段部を備え、第一の外径部にポリゴンミラー内径を装着し、前記第一の外径部より小さな直径を有する第二の外径部に前記円板の内径を装着し、この円板と前記ポリゴンミラーとを、弾性体からなるミラー押え部材により前記ロータフレームの装着部に押圧固定したことを特徴とするスピンドルモータ。

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