JPH06133494A - 動圧スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回転軸を磁力によりスラスト方向に支持する動
圧スピンドルモータにおいて、モータの回転むらおよび
発熱を防止する。 【構成】モータ機体２１に固定される固定軸２２と、固
定軸２２の内側または外側に嵌合される回転軸２７とを
有し、固定軸２２または回転軸２７に設けられた動圧発
生溝２２ａによる流体動圧の発生によって回転軸２７を
回転自在に支持する動圧スピンドルモータにおいて、モ
ータ機体２１に配設されるステータコイル２６と、ステ
ータコイル２６と対向するように回転軸２７に装着され
る第１のマグネット３７と、第１のマグネット３７の外
側に空隙をおいて回転軸２７に装着される第２のマグネ
ット３８と、第２のマグネット３８の径方向に対向する
ようにモータ機体２１側に配設される第３のマグネット
３９とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ、デジ
タル複写機、レーザファックス、ＰＯＳ端末等に使用さ
れる光学走査ユニットにおいて、光偏向器を駆動するた
めの動圧スピンドルモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、前記光学走査ユニットの一般的
な例を示し、図示しない例えば半導体レーザなどの光源
より出射したビーム１は、光偏向器２の多面鏡３に到達
し、この多面鏡３によって走査（スキャンニング）され
たビーム１は、被走査体４に適切な像を結ぶための結像
レンズ群５を透過し、さらに防塵のためのガラス窓６を
透過し、前述被走査体４に到達し、現在では一般的にな
ったゼログラフィー技術による静電潜像やフィルムを感
光する。光偏向器２は通常、ＤＣ・ブラシレス・モータ
が使用され、光学箱７にネジ止めされ、ユニット全体を
防塵するためのカバー８が設けられている。

【０００３】ところで、前記光偏向器２の多面鏡３を回
転支持する方式として動圧スピンドルモータがあり、そ
の原理を図５により説明する。図５（Ａ）に示すよう
に、固定軸９の外周面には、エッチングによりヘリン・
ボーン溝１０ａ（深さ５μ程度）が掘られており、一
方、固定軸９の外周に嵌合される筒状の回転軸１１の内
径は、ボーリング技術により、固定軸９同様にサブ・ミ
クロンの精度で鏡面仕上げされている。この回転軸１１
が回転することと、固定軸９のヘリン・ボーン溝１０ａ
との相乗作用により、空気による動圧が発生し回転軸１
１をラジアル方向（回転中心軸に対して垂直方向）に支
持している。

【０００４】また、固定軸９の先端面には、図５（Ｂ）
に示すように、スパイラル溝１０ｂが、ヘリン・ボーン
溝１０ａ同様に掘られ、また、スパイラル溝１０ｂと対
向する回転軸１１の平面も、同様にサブ・ミクロンの精
度で鏡面仕上げされている。これも前述同様に、回転軸
１１が回転することと、固定軸９のスパイラル溝１０ｂ
との相乗作用により、空気による動圧が発生し、回転軸
１１をスラスト方向（回転中心軸方向）に支持してい
る。前記動圧の回転中心軸方向に関する圧力分布は、Ｐ
１、Ｐ２の位置で高くなっており、これはまさにその箇
所にボール・ベアリングがあるのと同じである。図中、
ｋ１、ｋ２は、ベアリング剛性を示している。

【０００５】しかしながら、前記動圧スピンドルモータ
においては、次に示す欠点を持っていた。

【０００６】 ヘリン・ボーン溝１０ａ同様に、サブ
・ミクロンの精度を要求するスパイラル溝１０ｂを形成
するのにコスト高となっている。

【０００７】 ヘリン・ボーン溝１０ａの設けられて
いる固定軸９の真円度よりも、スパイラル溝１０ｂが設
けられている同じく固定軸９の回転中心軸に対する直角
度と平面度を形成する方が加工上困難であり、コスト高
となっている。

【０００８】 スパイラル溝１０ｂと対向する回転軸
１１の平面度を形成するのが同様に加工上困難であっ
た。

【０００９】 スパイラル溝１０ｂは、ヘリン・ボー
ン溝１０ａに比較して、その面積の確保がスペース上困
難で、多面鏡１１のサイズに限度があった。つまり、大
きな、重量のある多面鏡の装着は困難であった。

【００１０】 スパイラル溝１０ｂとそれに対向する
回転軸１１の平面は、回転の起動／停止時には接触して
おり、ともに磨耗する部品であり、その磨耗粉は、カジ
リの一要因となるため、回転軸１１は鉄系の金属を使用
し、かつ、焼き入れを施していたが、それでも、磨耗粉
は生じていた。また、回転軸１１を鉄系の金属で製作す
るために、回転系の重量と回転イナーシャ（慣性モーメ
ント）が増加し、モータ効率が低下していた。

【００１１】 回転軸１１は、停止／回転中を問わ
ず、図中の右方向へ容易に抜けてしまう。つまり、モー
タの使用は垂直姿勢のみで、横にはセットできない。

【００１２】上記問題を解決するために、スラスト方向
の軸受を磁気軸受にする動圧スピンドルモータが実開昭
６２−１９９７１７号公報により提案されている。これ
を図６により説明する。図Ａは光偏向器の断面図、図Ｂ
は図Ａの一部拡大断面図、図Ｃはマグネットの着磁状態
を示す平面図である。

【００１３】図６（Ａ）において、筒状の回転軸１１の
中央部には多面鏡３が、下部には第１のマグネット１
２、回転側ヨーク１３およびロータフランジ１４からな
るマグネット組立体が装着されている。ハウジング１５
には固定軸９が圧入固着され、回転軸１１は固定軸９に
嵌合され、ハウジング１５内の第１のマグネット１２の
下方には、ステータコイル１６および固定側ヨーク１７
が配置されている。固定軸９の外周面には、ヘリン・ボ
ーン溝１０ａが形成され、一方、回転軸１１の内径は鏡
面仕上げされている。

【００１４】第１のマグネット１２の外周のロータフラ
ンジ１４内には、ラジアル方向に単極着磁された第２の
マグネット１９が配設され、この第２のマグネット１９
に対向して第３のマグネット２０がハウジング１５に固
定されている。図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示すように、
回転軸１１側の第２のマグネット１９の外周の極性（例
えばＮ極）と、ハウジング１５側の第３のマグネット２
０の内周の極性（例えばＳ極）とを異なるように配置
し、第１のマグネット１２と固定側ヨーク１７による吸
引力および回転軸１１の自重により生じる下方向のスラ
スト力を上回る上方向の力が生じるように、ハウジング
１５側の第３のマグネット２０が回転軸１１側の第２の
マグネット１９を吸引するように構成している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の動圧スピンドルモータにおいては、第１のマグネッ
ト１２と第２のマグネット１９が一体であるため、本
来、モータの回転に寄与する第１のマグネット１２のス
テータコイル１６側への磁力が、第２のマグネット１９
のＮ極もしくはＳ極に阻害され、ステータコイル１６へ
の均一な磁力分布が形成できないという問題を有してい
る。つまり、図６（Ｃ）において第１のマグネット１２
おけるＮ極は、第２のマグネット１９のＳ極の影響で磁
力が衰退し、また、第１のマグネット１２におけるＳ極
は、第２のマグネット１９のＳ極の影響で、磁力が増強
してしまうため、これが原因で回転むらが発生するとい
う問題を有している。また、前記と同じ原因でモータの
効率が低下し、定常回転時の電流値が増加し、モータが
発熱するという問題を有している。

【００１６】本発明は上記問題を解決するものであっ
て、回転軸を磁力によりスラスト方向に支持する動圧ス
ピンドルモータにおいて、回転に寄与するマグネットの
ステータコイル側への磁力分布を均一化させ、モータの
回転むらおよび発熱を防止することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】そのために本発明の動圧
スピンドルモータは、モータ機体に固定される固定軸
と、該固定軸の内側または外側に嵌合される回転軸とを
有し、前記固定軸または回転軸に設けられた動圧発生溝
による流体動圧の発生によって前記回転軸を回転自在に
支持する動圧スピンドルモータにおいて、前記モータ機
体に配設されるステータコイルと、該ステータコイルと
対向するように前記回転軸に装着される第１のマグネッ
トと、前記第１のマグネットの外側に空隙をおいて前記
回転軸に装着される第２のマグネットと、該第２のマグ
ネットの径方向に対向するようにモータ機体側に配設さ
れる第３のマグネットとを有することを特徴とする。

【００１８】なお、前記第２のマグネットと第３のマグ
ネットは、それぞれ径方向にＮ／Ｓ極を成し、対向する
極は互いに異極であるようにしてもよいし、前記第２の
マグネットと第３のマグネットは、それぞれ回転軸方向
にＮ／Ｓ極を成し、対向する極は互いに異極であるよう
にしてもよい。また、前記第１のマグネットと第２のマ
グネットの間に磁性体を配設するようにしてもよい。

【００１９】

【作用】本発明においては、回転軸の回転に寄与する第
１のマグネットの外側に空隙をおいてスラスト方向支持
のための第２のマグネットを設けており、回転軸の回転
に寄与する第１のマグネットは、スラスト方向支持のた
めの第２のマグネットの磁力の影響を受けることがな
く、回転に寄与する第１のマグネットのステータコイル
側への磁力分布を均一化させ、モータの回転むらおよび
発熱を防止することができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は本発明の動圧スピンドルモータの１実施
例を示し、図１（Ａ）は光偏向器の断面図、図１（Ｂ）
は図１（Ａ）の一部拡大断面図、図１（Ｃ）は図１
（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿って矢印方向に見た断面図であ
る。

【００２１】図１（Ａ）において、モータ機体２１には
固定軸２２がネジ２３によって固定される。固定軸２２
は、ステンレス製またはセラミック製からなり、その外
径は、サブ・ミクロンの精度で仕上げられ、また、エッ
チング技術により、その外周面には動圧発生溝２２ａが
切削されている。モータ機体２１には、鉄系金属もしく
はフェライトで構成されたリング状のステータヨーク２
４がネジ若しくは接着などで固着され、ステータヨーク
２４の上部には、ステータコイル基板２５に固定された
ステータコイル２６が配置される。ステータコイル２６
に、図示しない制御回路から電流が流れると、図中の上
下に磁界を発生するが、ステータヨーク２４は、モータ
の効率向上のために、図中の下向きの磁界を上向きに戻
す働きをしている。

【００２２】固定軸２２の外周には、筒状の回転軸２７
が嵌合され、回転軸２７の外周には、台座３１が圧入ま
たは接着にて固定されている。台座３１の上面には、多
面鏡３０の回転面の水平精度を出すための環状の基準面
２７ｂが加工されている。多面鏡３０は回転軸２７に挿
入され前記基準面２７ｂに当接し、押さえ板２９を介し
てボルト３２によって固定されている。回転軸２７の内
周面は鏡面仕上げされている。この回転軸２７が回転す
ることと、固定軸２２の動圧発生溝２２ａとの相乗作用
により、空気による動圧が発生し回転軸２７をラジアル
方向に支持している。

【００２３】台座３１の下面には、径方向にリング状の
内周溝３５、突起３３および外周溝３６が形成され、内
周溝３５にはモータの回転に寄与する第１のマグネット
３７が装着され、外周溝３６には第２のマグネット３８
が装着され、これにより第１のマグネット３７と第２の
マグネット３８は、突起３３により空隙２８を介して配
置されることになる。また、モータ機体２１側には、前
記第２のマグネット３８の径方向で、かつ、これにに対
向して第３のマグネット３９が固着される。そして第２
のマグネット３８と第３のマグネット３９の吸着力を利
用して、回転軸２７をスラスト方向に支持するようにし
ている。

【００２４】図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示すよう
に、第１のマグネット３７の着磁パターンは、モータの
回転に寄与するために、Ｎ／Ｓ極を交互に、例えば８極
に着磁させ、第２のマグネット３８は、第１のマグネッ
ト３７の外周に、それとは別体に、単極のＮ極、もしく
は、Ｓ極を径方向に着磁させ、それらは空隙２８をもっ
て、台座３１に接着剤などで固着される。また、第３の
マグネット３９は、リング状を成しており、第２のマグ
ネット３８同様に単極の磁極が径方向に着磁されている
が、第２のマグネット３８の着磁とＮ／Ｓ極が互いに異
極になるようにして、吸着力を生じさせている。

【００２５】なお、前述した全てのマグネットは、ロー
コストのために、プラスチックマグネットで形成されて
いることは言うまでもない。また、第３のマグネット３
９は、リング状にとどまらず、リングを分割したいくつ
かの弧状を成していても良い。この場合、リング状、弧
状のいずれであっても、その配置は、回転中心軸と、ほ
ぼ同心を成す位置に配置され、吸着力が、回転中心軸に
対して均一になるように配置される。

【００２６】図２および図３は本発明の他の実施例を示
している。なお、図１の実施例と同一の構成については
同一番号を付けて説明を省略する。

【００２７】図２（Ａ）は光偏向器の断面図、図２
（Ｂ）は板バネの平面図、図２（Ｃ）は回転軸と板バネ
部分の拡大断面図である。回転軸２７と台座３１は一体
に形成され、回転軸２７に設けられた溝２７ａには、板
バネ４０の内側のツメ４０ａが係止され、板バネ４０の
外側のツメ４０ｂは第１のマグネット３７の下面に係止
されている。これにより第１のマグネット３７は、板バ
ネ４０の押圧力によって台座３１の下面に押圧固定され
ている。また、押さえ板２９、多面鏡３０および台座３
１はボルト３２によって固定されている。従って、多面
鏡３０は、下面が回転軸２７の台座部２７ｂ（基準面）
に、上面が押さえ板２９にそれぞれ当接した状態で位置
決め固定されている。

【００２８】図２の実施例において特徴とする点は、第
２のマグネット３８および第３のマグネット３９は、回
転中心軸方向に、単極でＮ／Ｓ極を形成し、互いに径方
向に吸引するようにしている。また、第３のマグネット
３８を回転中心軸とほぼ同心を成す工夫として、モータ
機体２１側の所定の位置にピン４１を突設し、第３のマ
グネット３９の所定の位置に設定された穴４２を前記ピ
ン４１に嵌合させることにより位置決めを行っている。
さらに、第２のマグネット３８と第３のマグネット３９
との間で十分に吸着力を生じさせるためには、両者は回
転中心軸方向に関して、Ｎ／Ｓ極の境界線を合わすなど
適切な位置関係が必要であり、前もってその厚さが設定
されたスペーサ４３が、モータ機体２１に固着されたス
テータコイル基板２５と第３のマグネット３９との間に
設けられ、それぞれが接着されている。もちろん、スペ
ーサ４３は非磁性体である。スペーサ４３は、複数で、
支柱の形状を成していても良い。

【００２９】次に、図３の実施例について説明する。本
実施例においては、多面鏡３０は、第１のマグネット３
７を介して、台座３１の基準面２７ａ方向に、板バネ４
０の押圧力により固定されている。図１の実施例におい
ては、第１のマグネット３７と第２のマグネット３８の
間には、第１のマグネット３７のＮ／Ｓの磁力を、第２
のマグネット３８のＮ／Ｓ極に影響されることを回避す
るために空隙２８を設けていたが、本実施例において
は、空隙２８の代わりに積極的に互いの磁界を遮断する
磁性体リング４５を設けたことを特徴とする。磁性体リ
ング４５は、一般的な鉄系金属や、ケイ素鋼板が使用さ
れる。この効果は、図１の実施例より上回り、また、空
隙２８がある程度の距離（２〜３ｍｍ）を稼がなくては
ならないのに対して、磁性体リング４５の肉圧は、０．
５ｍｍ程度で十分で、第２のマグネット３８の外径を極
力小さくできる。これは、回転体全体のイナーシャを小
さくでき、モータの効率を向上させるだけでなく、動バ
ランス調整の容易化にも寄与する。

【００３０】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の属する技術分野における通常の知
識を有する者にとって種々の変更が可能である。例え
ば、上記実施例においては、モータ機体に固定される固
定軸の外側に回転軸を嵌合するようにしているが、固定
軸の内側に回転軸を嵌合するようにしてもよい。この場
合には、回転軸の軸に動圧発生溝を設けることになる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、モータ機体に固定される固定軸と、該固定軸の
内側または外側に嵌合される回転軸とを有し、前記固定
軸または回転軸に設けられた動圧発生溝による流体動圧
の発生によって前記回転軸を回転自在に支持する動圧ス
ピンドルモータにおいて、前記モータ機体に配設される
ステータコイルと、該ステータコイルと対向するように
前記回転軸に装着される第１のマグネットと、前記第１
のマグネットの外側に空隙をおいて前記回転軸に装着さ
れる第２のマグネットと、該第２のマグネットの径方向
に対向するようにモータ機体側に配設される第３のマグ
ネットとを有する構成のため、回転軸の回転に寄与する
第１のマグネットは、スラスト方向支持のための第２の
マグネットの磁力の影響を受けることがなく、回転に寄
与する第１のマグネットのステータコイル側への磁力分
布を均一化させ、モータの回転むらおよび発熱を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動圧スピンドルモータの１実施例を示
し、図Ａは光偏向器の断面図、図Ｂは図Ａの一部拡大断
面図、図Ｃは図ＡのＣ−Ｃ線に沿って矢印方向に見た断
面図である。

【図２】本発明の動圧スピンドルモータの他の実施例を
示し、図Ａは光偏向器の断面図、図Ｂは板バネの平面
図、図Ｃは回転軸と板バネ部分の拡大断面図である。

【図３】本発明の動圧スピンドルモータの他の実施例を
示す断面図である。

【図４】光学走査ユニットの一般的な例を示す概念図で
ある。

【図５】動圧スピンドルモータの原理を説明するための
図である。

【図６】従来の動圧スピンドルモータの例を示し、図Ａ
は光偏向器の断面図、図Ｂは図Ａの一部拡大断面図、図
Ｃはマグネットの着磁状態を示す平面図である。

【符号の説明】

２１…モータ機体、２２…固定軸、２２ａ…動圧発生溝 ２６…ステータコイル、２７…回転軸、２８…空隙、３
７…第１のマグネット ３８…第２のマグネット、３９…第３のマグネット、４
５…磁性体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータ機体に固定される固定軸と、該固定
   軸の内側または外側に嵌合される回転軸とを有し、前記
   固定軸または回転軸に設けられた動圧発生溝による流体
   動圧の発生によって前記回転軸を回転自在に支持する動
   圧スピンドルモータにおいて、前記モータ機体に配設さ
   れるステータコイルと、該ステータコイルと対向するよ
   うに前記回転軸に装着される第１のマグネットと、前記
   第１のマグネットの外側に空隙をおいて前記回転軸に装
   着される第２のマグネットと、該第２のマグネットの径
   方向に対向するようにモータ機体側に配設される第３の
   マグネットとを有することを特徴とする動圧スピンドル
   モータ。
2. 【請求項２】前記第２のマグネットと第３のマグネット
   は、それぞれ径方向にＮ／Ｓ極を成し、対向する極は互
   いに異極であることを特徴とする請求項１に記載の動圧
   スピンドルモータ。
3. 【請求項３】前記第２のマグネットと第３のマグネット
   は、それぞれ回転軸方向にＮ／Ｓ極を成し、対向する極
   は互いに異極であることを特徴とする請求項１に記載の
   動圧スピンドルモータ。
4. 【請求項４】前記第１のマグネットと第２のマグネット
   の間に磁性体を配設することを特徴とする請求項１ない
   し請求項３のいずれかに記載の動圧スピンドルモータ。