JP4636711B2 - Outer rotor motor for rotating polygon mirror and optical deflection scanning apparatus including the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速度で回転多面鏡を回転させる回転多面鏡用アウターロータモータ及びそれを備える光偏向走査装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
レーザビームプリンタ、レーザファクシミリ等の画像形成装置に用いられる光偏向走査装置では、高速回転する回転多面鏡によって光源から出射する光束を偏向走査し、得られた走査光束を走査光学レンズを介して回転ドラム状の感光体上に結像させて静電潜像を形成する。そして、感光体上の静電潜像を現像装置によって現像してこれをトナー像として顕像化し、このトナー像を記録紙等の記録媒体に転写して定着装置へ送り、記録媒体上のトナーを加熱定着させることによって印刷(プリント)を行う。
【0003】
近年、光偏向走査装置では益々高速で高精度な回転装置として、非接触で回転する動圧流体軸受が用いられている。特に、高速回転のものには所謂空気式軸受が主として使用されているが、小型薄型化、低コスト化が要求される今日では空気式軸受に代わりオイル式の動圧流体軸受が採用されつつある。
【0004】
図19に従来の光偏向走査装置に用いられる偏向器用モータの主断面を示すが、同図において、101は偏向器用モータ(回転多面鏡用アウターロータモータ)、102は複数の鏡面102aを有する回転多面鏡、103は回転軸、104はスリーブ、105はスラスト円盤受け、106は回転軸103とスリーブ104及びスラスト円盤受け105の間に満たされた潤滑流体、104a,104bはスリーブ104に刻設された楔状の浅溝である。
【0005】
而して、回転軸103がA方向から見て時計方向に回転すると、潤滑流体106はスリーブ104に形成された楔状の浅溝104a,104bの中央部に取り込まれてその圧力が高まり、回転軸103をスリーブ104から離間して保持する。スラスト円盤受け105には回転軸103の端部103cが当接し、回転軸103をスラスト方向に保持する。
【0006】
107は回転軸103に圧入固定された回転多面鏡受け座、108は多面鏡受け座107にカシメによって固定されたロータヨーク、109はロータヨーク108に接着固定されたロータマグネットである。回転多面鏡102は回転多面鏡受け座107上に載置され、これは波ワッシャ110と押さえリング111及びこれらを回転軸103に保持固定する止め輪112よって固定されている。
【0007】
一方、モータ回路基板114には複数のステータコイル113がステータコア115に設けられ、ステータコイル113に電流を流して回転磁力を発生させることによってロータマグネット109との間で回転トルクが発生し、ロータマグネット109と回転軸103及び回転多面鏡102で構成されるロータ部が回転駆動される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、モータ回路基板114上に形成された駆動回路から供給される駆動電流によりステータコイル113に電流が流れて該ステータコイル113が励磁されたとき、ステータコイル113と対向したロータマグネット109が回転磁力により回転するとステータコア115自身が振動し、このステータコア115自身に固有な振動数(所謂固有振動数)近傍の周波数において振動が発生する。このステータコア115の固有振動は空気を媒質とし、又はステータコア115を固定している端子ピン等からモータ回路基板114へ伝わり、更には光学箱へ伝播し、これらを媒質として音波(電磁音)として人間の耳に聞こえる。一般的にステータコア115から発生する電磁音はこのステータコア115の固有振動数に起因しており、人間が感じることができる可聴帯域(20Hz〜18kHzの周波数帯域)でピークが発生した場合に人間にとって不快な音と感じられる。
【0009】
又、この電磁音は回転数の基本周波数成分とは異なり、ロータ部のアンバランス調整を行うことによって簡単に周波数ピーク値を下げることが不可能であるため、電磁音を低減するためには設計段階からステータコアの形状には注意を払う必要があった。これは一般的な回転駆動モータでは必然的にステータコア内周部は回転軸や軸受部を逃げるため、中心部は円筒部を形成した中空構造になっている。又、ステータコア外周部には使用回転数、起動時間、消費電流値等のモータ基本特性を満足するために最適な回転磁力が得られるように切欠き部が設けられ、ステータコイルを巻き付けるためのスロット(溝)部及びティース部が形成され、ポリエステル線等の電線を巻回してステータコイルを形成している。
【0010】
然るに、近年の回転数の高速化に伴い起動時間の短縮が要求されており、これを満足するためにイナーシャを低く抑える必要があり、そのため偏向器用モータのロータ外径を小さくしなければならなかった。
【0011】
又、走査光学系の縮小により光学レンズ等が接近してきた場合にロータ部を小径化しなければならなかった。このことはステータコア自身の機械的特性(剛性)の観点から見ると振動に対して非常に弱い構造となり、この場合のステータコア固有振動数が可聴帯域(20Hz〜18kHzの周波数帯域)にピークがあれば、このステータコア固有振動数近傍において電磁音を発生させる原因となっていた。
【0012】
一般的に高速回転(10000rpm以上)仕様、ロータの小径化(直径φ40mm以下)によりステータコア固有振動数は2000Hz〜18000Hz付近で発生していることがシミュレーションにより分かっている。このため、電磁音によりオフィス環境等での騒音を著しく悪化させる原因となっていた。
【0013】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、モータ駆動回転中の電磁音による騒音を大幅に低減することができる光偏向走査装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、回転多面鏡と、前記回転多面鏡とともに回転するロータヨークと、前記ロータヨークの内側に固定されたロータマグネットと、前記ロータヨークの内側に設けられ、円筒部と前記円筒部から前記ロータマグネット側に突出してコイルが巻かれるティース部とを備えるステータコアと、を有し、前記コイルに電流が流されることにより前記ロータマグネットと前記ステータコアとの間に回転トルクを発生させ、前記回転多面鏡を回転させる回転多面鏡用アウターロータモータにおいて、前記ステータコアの前記円筒部の内径であって、前記ロータヨークに固定された回転軸を保持して前記円筒部の内側に設けられたスリーブの外側の前記円筒部の内径に前記ステータコアと材質の異なるリング状のブッシュを内設し、前記ブッシュは前記ステータコアの固有振動数を可聴域外に移すような材質であることを特徴とする回転多面鏡用アウターロータモータ。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態及び参考例を添付図面に基づいて説明する。
【0021】
<参考例>
図1は参考例に係る光偏向走査装置の断面図であり、同図において、1は偏向器用モータである回転多面鏡用アウターロータモータ、2は複数の鏡面2aを有する回転多面鏡、3は回転軸、4はスリーブ、5はスラスト円盤受け、6は回転軸3とスリーブ4及びスラスト円盤5の間に満たされた潤滑流体、4a,4bはスリーブ4に刻設された楔状の浅溝である。
【0022】
而して、回転軸3が図1のA方向から見て時計方向に回転すると、潤滑流体6はスリーブ4の楔状の浅溝4a,4bの中央部に取り込まれてその圧力が高まり、回転軸3をスリーブ4から離間して保持する。スラスト円盤受け5には回転軸3の端部3cが当接し、回転軸3をスラスト方向に保持する。
【0023】
又、7は回転軸3に圧入固定された回転多面鏡受け座、8は多面鏡受け座7にカシメによって固定されたロータヨーク、9はロータヨーク8の内側に接着固定されたロータマグネットである。回転多面鏡2は回転多面鏡受け座7上に載置され、これは波ワッシャ10と押さえリング11及びこれらを回転軸3に保持固定する止め輪12よって固定されている。
【0024】
又、20は走査光学レンズ、21は不図示の光学箱に設けられたミラー台座部である。
【0025】
図2は図1のロータ部を切断した断面図であり、同図に示すように、モータ回路基板14上にはステータコイル15aが端子ピン15bを介して半田付け固定されて、ステータコイル15aとモータ回路基板14とが電気的に接続されている。このステータコイル15aは複数のコイル巻線がステータコア15の円筒部からロータマグネット9側に突出したティース部17に巻かれることにより形成される。ステータコイル15aに電流を流してスロット部16に回転磁力を発生させることによってロータマグネット9との間で回転トルクが発生し、ロータマグネット9と回転軸3及び回転多面鏡2で構成されるロータ部が回転駆動される。
【0026】
しかしながら、回転数の高速化に伴う起動時間の短縮が近年要求されており、レーザビームプリンタ等では起動時間が5sec以内は必須条件である。これを満足するためには回転トルクと慣性モーメント及び回転数が大きく影響し、これらのパラメータによってほぼモータの大きさ、つまりロータ外径Drが決まってくる。この関係は下式で表され、図3に図示される。
【0027】
t=I×ω/Md …(1)
t:起動時間、I:慣性モーメント、ω:回転速度、Md:回転トルク
図3は起動時間tとロータ外径Drの関係を示した図である。
【0028】
ここで、起動トルクはロータマグネット9の磁束密度でほぼ決まり、ロータマグネット9には一般的にフェライトマグネットが使用され、回転数が20000rpm、起動トルクを300gf・cm以下としたときの起動時間が5sec以内を満足するためには、ロータ外径Drはφ40mm未満としなければならない。特に、回転数が20000rpmを超えるものでは、偏向器用モータ1のロータ外径Drを更に小さくしなければならない。
【0029】
本実施の形態では、ロータマグネット9にフェライトマグネットを用いているが、ネオジウムのような高希土類のマグネットを用いても同様である。ここで、ロータ外径Drとは、図4(b)に示すように、回転軸3の回転中心からロータマグネット9をバックヨークしている側面8aまでの2倍の距離のことを言う。又、アウタロータ形スロット付きモータではステータコア円筒部外径dk2 はロータ外径Drよりも小さく、この関係式を求めると、
dk2 =Dr−2×(try+tmg+Agap ) …(2)
try:ロータヨーク8の厚み、tmg:ロータマグネット9の厚み
Agap :エアギャップ(ロータマグネット9とステータコア15の隙間)
となり、本実施の形態ではロータ外径Dr=22mm、ステータコア円筒部外径dk2 =20mmである。
【0030】
しかしながら、前記ロータ外径Drがφ40mm未満になると、ステータコア15に作用する捩り応力τが増幅する。このロータ外径Drと捩り応力τの関係を図5と図6にそれぞれ示す。
【0031】
このようにロータ外径Drが小さくなることにより、ステータコア円筒部外径dk2 が小さくなって捩り応力τが大きくなる。
【0032】
又、マグネット磁束密度、巻線線径、巻線ターン数等での仕様の違いはあるが、偏向器用モータ1として用いられるような小型で低トルクのモータにおいては、ティース部17の長さTL=(Ds−d2)/2はほぼ一定であると考えられ、その長さTLは5mm程度あれば十分である。これを図4(a)に示す。
【0033】
ここで、回転磁力Mtが100gf・cm程度の偏向器用モータを考えてみる。このような構成においてステータコア円筒部外径dk2 に作用している捩り応力τの関係をみると、
τmax =16Mt/π×dk2 3 …(3)
で求められる。(2),(3)式からこの関係を図示したものが図6である。
【0034】
図6からステータコア円筒部外径dk2に作用する捩り応力τはロータ外径Drを小径化すると増加傾向にあり、特にDr<φ40mmにおいて急激に増加する。このため、ステータコア円筒部外径dk2には多大な捩り応力τが加わり、捩り剛性に対して非常に弱い構成になっている。
【0035】
本参考例では、オイル動圧軸受を用いているためにオイル粘度、軸受剛性、シャフト剛性、起動時間、消費電流値等の光偏向走査装置特有のモータ仕様を満足するために回転軸直径DsはDs=φ3mmとしているが、更なる回転数の高速化のために回転軸直径Dsをφ3mm未満とした場合でも同様のことが言えるため、剛性に対する注意を十分に払う必要があることは言うまでもない。
【0036】
又、回転多面鏡等の回転負荷が大きい場合を考慮して回転軸直径DsはDs=φ3mm以上の回転軸で軸受にボールベアリングを用いた光偏向走査装置においても同様のことが言えるため、剛性に対する注意を十分に払う必要があることは言うまでもない。
【0037】
次に、ステータコア15の中心部を構成するステータコア円筒部外径dk2 とステータコア円筒部内径dk1 に着目してみる。
【0038】
図7はステータコア15の形状を、図8(a)〜(c)はステータコア15の円筒部断面のみを示す。
【0039】
ここで、図7に示すように、ステータコア15の円筒部形状が一様断面を有する中空丸棒と考えてみる。このとき、ステータコア15の円筒部断面のみに着目するためにティース部17の形状とスロット部16の形状については触れない。このときのステータコア15の円筒部断面の変形は以下のように考えられる。
【0040】
つまり、ロータマグネット9が回転磁力により高速に回転することによりティース部17に伝わった外力によってステータコア15の円筒部外径dk2 には捩りモーメントMtが発生する。この捩りモーメントMtはステータコア15の円筒部断面に作用する力であり、ロータマグネット9が回転駆動中のときステータコア15自身を振動させる。このときの円筒部断面の断面二次極モーメントIpは、
Ip=π×(dk2 4−dk1 4)/32 …(4)
で求められる。
【0041】
又、捩りに対する変形抵抗の大きさは捩り剛性Bで表わすことができ、次式で求められる。
【0042】
B=GIp=G×π×(dk2 4−dk1 4)/32 …(5)
G:横弾性係数
ここで、中空丸棒としてステータコア15の円筒部外径dk2 に対して同ステータコア15の円筒部内径dk1 を連続的に変化させたときの捩り剛性GIpの関係を見るために(4),(5)式からこの関係を図示したものが図9である。
【0043】
つまり、ステータコア15の円筒部断面における捩り剛性GIpは、ステータコア円筒部外径dk2 に対してステータコア円筒部内径dk1 が小さくなれば中実丸棒と同等に高めることができ、その比dk1 /dk2 を0.6以下に設定すれば捩り剛性GIpを最大限に高められることが分かる。
【0044】
本参考例では、ステータコア円筒部外径dk2をφ12mm(つまり、ステータコア円筒部内径dk1をφ7mm以下)に設定すれば中実丸棒である場合とほぼ同等の捩り剛性GIpが得られることになり、限られたスペースの中で捩り剛性を最大限に高めることが可能になる。
【0045】
尚、図8(a)に示すステータコア15の円筒部断面は、図8(b),(c)に示すようにステータコア円筒部外径dk2 及び内径dk1 を内接円とする多面形であっても捩り剛性GIpを更に高められるために望ましい。又、10(a),(b)に示すように、dk2 及びdk1 を外接円とする多面形であっても、捩り剛性GIpを更に高められるために望ましい。
【0046】
次に、本参考例におけるステータコア15の固有振動数をシミュレーション解析により求める。
【0047】
図11(a)、図12(a)、図13(a)は実際にシミュレーション解析を行なったステータコア15の断面形状を示す。その結果を図11(b)、図12(b)、図13(b)にそれぞれ示す。このことから図11(a)に示すステータコア円筒部内径dk1 =φ9mmでは12000Hz、図12(a)に示すステータコア円筒部内径dk1 =φ7mmでは18000Hz、図13(a)に示すステータコア円筒部内径dk1 =φ6mmでは19000Hzにそれぞれ固有振動数を有することが分かる。これをグラフ化して図14に示す。
【0048】
このことから少なくともステータコア円筒部外径dk2 とステータコア円筒部内径dk1 の比dk1 /dk2 を0.6以下に設定すれば、ステータコア固有振動数を18000Hz以上にすることができることが分かる。
【0049】
本参考例では、ステータコア15の外周部のスロット部16及びティース部17の形状については特に定義していないが、モータ起動特性を満足するために制約条件があり、如何なるモータ仕様の形状でも同等と見なすことができ、ステータコア固有振動数を大幅に変化させる程効力はない。又、本参考例では、スロット部16が9個の構造を成しているが、スロット数は任意に設定し得る。更に、本シミュレーション解析ではステータコアとモータ回路基板との締結部は高周波(10000Hz以上)成分であるため、微小領域での振動が発生していると見なして拘束条件は無しとしている。
【0050】
以上の述べたように、ステータコア円筒部外径dk2 に対するステータコア円筒部内径dk1 を比率dk1 /dk2 を0.6以下に設定すれば、ロータマグネット9が回転磁力により回転駆動するときのステータコア15自身の振動を抑えることができ、固有振動数のピーク値を低減することができる。
【0051】
又、ステータコア15の固有振動数を可聴帯域(20Hz〜18kHzの周波数帯域)外に移動させることができ、電磁音を人間の耳の分解能以下にして実質的に聞き取りにくくすることができるため、騒音を大幅に低減することができる光偏向走査装置を得ることができる。
【0052】
<実施の形態>
次に、本発明の実施の形態について説明する。
【0053】
本発明の実施の形態に係る光偏向走査装置の詳細を図15に示す。
【0054】
本実施の形態は、前記参考例において説明したステータコア円筒部内径にリング状のブッシュが内設されている点に特徴がある。従って、本実施の形態に係る光偏向走査装置の他の構成は前記参考例に係る光偏向走査装置のそれと同一であるため、図15においては図1に示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【0055】
図15及び図16に示すように、本実施の形態に係る光偏向走査装置はステータコア円筒部内径dk1 にはリング状のブッシュ22が内設されている。
【0056】
本構成によれば、ステータコア円筒部内径dk1 にはリング状のブッシュ22が内設されているため、回転磁力によりステータコア15の固有振動数で振動が発生しても、ステータコア円筒部内径dk1 に内設したリング状のブッシュ22の材質を種々選択することができ、ステータコア15の重量を変更することができ、ステータコア15の固有振動数を最適な周波数へ可変することができるためにステータコア15の設計自由度が高められる。尚、ステータコア15の材質は一般的には鉄であるため、内設するブッシュ22の材質には例えば真鋳、アルミニウム、鉛等の金属材料を用いれば剛性を上げることは勿論のこと、ステータコア15の重量を変化させることができるために該ステータコア15の固有振動数を可変できるために更に良い。
【0057】
又、ステータコア15の材質よりも機械的特性(特に横弾性係数)の優れた材料を選択すれば更に効果が高められることは言うまでもない。本シミュレーションの解析結果を図18に示す。
【0058】
従って、ステータコア15の振動を抑えることができるのは勿論のこと、固有振動数のピーク値を可変することができるために設計の自由度が高められ、ステータコア15の固有振動数を可聴帯域(20Hz〜18kHzの周波数帯域)外に移動させることができる。
【0059】
又、リング状のブッシュ21はステータコア15以外のモータ回路基板14と当接していれば、拘束条件はあり(内径固定)と見なすことができる。これは振動を波として考えると説明が容易である。つまり、ステータコア15に或る波が発生したときにこのステータコア15の或る1点を拘束すると拘束点を節として波の速度は上がり、周波数は大きくなることが分かっている。このことはステータコア15の固有振動数における振動モードを大幅に変化させたいときに有効である。
【0060】
従って、ステータコア円筒部内径dk1 に内設したリング状のブッシュ22はステータコア15以外のモータ回路基板14と当接していることにより振動モードを大幅に変化することができるため、ステータコア15の固有振動数を可聴帯域(20Hz〜18kHzの周波数帯域)外に移動させることができ、大幅に騒音を低減することができる。尚、本実施の形態ではリング状のブッシュ22はモータ回路基板14と当接しているが、軸受及びハウジングでも良い。
【0061】
而して、本実施の形態では振動を確実に低減することができる光偏向走査装置を実現することができる。
【0062】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、モータ駆動回転中の電磁音による騒音を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例に係る光偏向走査装置の断面図である。
【図2】 参考例に係る光偏向走査装置のロータ部の断面図である。
【図3】 ロータ外径と起動時間との関係を示す図である。
【図4】 参考例に係る光偏向走査装置の部分拡大断面図である。
【図5】 ロータ外径と捩り応力との関係を示すステータコアの断面図である。
【図6】 ロータ外径と捩り応力との関係を示す図である。
【図7】 ステータコアの断面図である。
【図8】 ステータコア円筒部の断面図である。
【図9】 ステータコア内外径比と捩り剛性との関係を示す図である。
【図10】 ステータコア円筒部の断面図である。
【図11】 シミュレーション解析に用いたステータコアの断面図とシミュレーション解析結果を示す図である。
【図12】 シミュレーション解析に用いたステータコアの断面図とシミュレーション解析結果を示す図である。
【図13】 シミュレーション解析に用いたステータコアの断面図とシミュレーション解析結果を示す図である。
【図14】 ステータコア内外径比とステータコア固有振動数との関係を示す図である。
【図15】 本発明の実施の形態に係る光偏向走査装置の断面図である。
【図16】 本発明の実施の形態に係る光偏向走査装置のステータコアの断面図である。
【図17】 本発明の実施の形態に係る光偏向走査装置のステータコア円筒部の断面図である。
【図18】 シミュレーション結果を示す図である。
【図19】 従来の光偏向走査装置の断面図である。
【符号の説明】
1 偏向器用モータ
2 回転多面鏡
3 回転軸
4 スリーブ
6 潤滑流体
8 ロータヨーク
9 ロータマグネット
15 ステータコア
15a コイル
15b 端子ピン
16 スロット部
17 ティース部
20 走査光学レンズ
22 ブッシュ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an outer rotor motor for a rotating polygon mirror that rotates a rotating polygon mirror at a high speed, and an optical deflection scanning apparatus including the same.
[0002]
[Prior art]
A laser beam printer, an optical deflection scanning apparatus used in an image forming apparatus such as a laser facsimile, a light flux emitted from a light source is deflected and scanned by the rotary polygon mirror rotating at a high speed, the resulting scan beam via a scanning optical lens An electrostatic latent image is formed by forming an image on a rotating drum-shaped photoconductor. Then, the electrostatic latent image on the photosensitive member is developed by a developing device and visualized as a toner image, and the toner image is transferred to a recording medium such as recording paper and sent to a fixing device. Printing (printing) is performed by heat fixing.
[0003]
2. Description of the Related Art In recent years, hydrodynamic bearings that rotate in a non-contact manner have been used as optical rotating devices with higher speed and higher accuracy. In particular, so-called pneumatic bearings are mainly used for high-speed rotations, but today, oil-type hydrodynamic bearings are being used instead of pneumatic bearings, which require a reduction in size and thickness and cost. .
[0004]
FIG. 19 shows a main section of a deflector motor used in a conventional optical deflection scanning apparatus. In FIG. 19, 101 is a deflector motor (outer rotor motor for a rotating polygon mirror) , and 102 is a rotary having a plurality of mirror surfaces 102a. A polygon mirror, 103 is a rotating shaft, 104 is a sleeve, 105 is a thrust disk holder, 106 is a lubricating fluid filled between the rotating
[0005]
Thus, when the rotating
[0006]
Reference numeral 107 denotes a rotating polygon mirror receiving seat that is press-fitted and fixed to the rotating
[0007]
On the other hand, a plurality of
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above prior art, when a current flows through the
[0009]
Also, this electromagnetic sound is different from the fundamental frequency component of the rotational speed, and it is impossible to easily reduce the frequency peak value by adjusting the unbalance of the rotor, so it is designed to reduce the electromagnetic noise. From the stage, it was necessary to pay attention to the shape of the stator core. This is because in a general rotational drive motor, the inner peripheral portion of the stator core inevitably escapes the rotating shaft and the bearing portion, so that the central portion has a hollow structure in which a cylindrical portion is formed. The outer periphery of the stator core is provided with a notch so as to obtain the optimum rotational magnetic force to satisfy the basic motor characteristics such as the number of rotations used, starting time, current consumption, etc., and a slot for winding the stator coil A (groove) portion and a tooth portion are formed, and a stator coil is formed by winding an electric wire such as a polyester wire.
[0010]
However, with the recent increase in the rotational speed, shortening of the start-up time is required, and in order to satisfy this, it is necessary to keep the inertia low, and therefore the rotor outer diameter of the deflector motor must be reduced. It was.
[0011]
Further, when the optical lens or the like approaches due to the reduction of the scanning optical system, the rotor portion has to be reduced in diameter. From the viewpoint of the mechanical characteristics (rigidity) of the stator core itself, this is a structure that is very weak against vibration. In this case, if the natural frequency of the stator core has a peak in the audible band (frequency band of 20 Hz to 18 kHz). This is a cause of generating electromagnetic noise in the vicinity of the natural frequency of the stator core.
[0012]
It is known from simulations that the natural frequency of the stator core is generally generated in the vicinity of 2000 Hz to 18000 Hz due to the high-speed rotation (10000 rpm or more) specification and the diameter of the rotor (diameter φ40 mm or less). For this reason, the noise in the office environment or the like has become a cause of remarkably worsening by electromagnetic sound.
[0013]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical deflection scanning apparatus capable of significantly reducing noise caused by electromagnetic noise during motor drive rotation.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a rotary polygon mirror, a rotor yoke which rotates together with the rotary polygon mirror, a rotor magnet fixed to the inner side of the rotor yoke, mounted on the inside of the rotor yoke, said from the cylindrical portion and the cylindrical portion A stator core that protrudes toward the rotor magnet and has a tooth portion on which a coil is wound, and generates a rotational torque between the rotor magnet and the stator core by passing an electric current through the coil, and In an outer rotor motor for a rotating polygon mirror that rotates a mirror, the inner diameter of the cylindrical portion of the stator core is held outside a sleeve provided inside the cylindrical portion while holding a rotation shaft fixed to the rotor yoke. the different ring-shaped bush of the stator core and the material was internally provided in the inner diameter of the cylindrical portion, Serial bushing outer rotor motor rotary polygon mirror, which is a material such as transferring the natural frequency of the stator core to outside the audible range.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments and reference examples of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0021]
< Reference example >
FIG. 1 is a sectional view of an optical deflection scanning apparatus according to a reference example . In FIG. 1, 1 is an outer rotor motor for a rotating polygon mirror that is a deflector motor, 2 is a rotating polygon mirror having a plurality of mirror surfaces 2a, Rotating shaft, 4 is a sleeve, 5 is a thrust disk holder, 6 is a lubricating fluid filled between the rotating
[0022]
Thus, when the
[0023]
Reference numeral 7 denotes a rotating polygon mirror receiving seat that is press-fitted and fixed to the
[0024]
[0025]
Figure 2 is a cross-sectional view of the rotor portion of Fig. 1, as shown in the figure, on the
[0026]
However, in recent years, there has been a demand for shortening the start-up time accompanying the increase in the number of rotations, and in a laser beam printer or the like, the start-up time is within 5 sec. In order to satisfy this, the rotational torque, the moment of inertia and the rotational speed are greatly affected, and the size of the motor, that is, the rotor outer diameter Dr is substantially determined by these parameters. This relationship is expressed by the following equation and illustrated in FIG.
[0027]
t = I × ω / Md (1)
t: start-up time, I: moment of inertia, ω: rotational speed, Md: rotational torque FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the start-up time t and the rotor outer diameter Dr.
[0028]
Here, the starting torque is almost determined by the magnetic flux density of the
[0029]
In the present embodiment, a ferrite magnet is used for the
dk 2 = Dr-2 × (try + tmg + Agap) (2)
try: thickness of the
Thus, in the present embodiment, the rotor outer diameter Dr = 22 mm and the stator core cylindrical portion outer diameter dk 2 = 20 mm.
[0030]
However, when the rotor outer diameter Dr is less than φ40 mm, the torsional stress τ acting on the
[0031]
As the rotor outer diameter Dr is thus reduced, the stator core cylindrical portion outer diameter dk 2 is reduced and the torsional stress τ is increased.
[0032]
In addition, although there are differences in specifications in terms of magnet magnetic flux density, winding wire diameter, number of winding turns, etc., in a small and low torque motor used as the
[0033]
Consider a deflector motor having a rotational magnetic force Mt of about 100 gf · cm. Looking at the relationship of the torsional stress τ acting on the outer diameter dk 2 of the stator core cylindrical part in such a configuration,
τmax = 16Mt / π × dk 2 3 (3)
Is required. FIG. 6 illustrates this relationship from the equations (2) and (3).
[0034]
The torsional stress τ acting from 6 to the stator core cylindrical outer diameter dk2 is increasing to diameter of the rotor outer diameter Dr, increases Oite rapidly especially Dr <[phi] 40 mm. For this reason, a great amount of torsional stress τ is applied to the outer diameter dk2 of the stator core cylindrical portion, and the structure is very weak against torsional rigidity.
[0035]
In this reference example , since the oil dynamic pressure bearing is used, in order to satisfy the motor specifications peculiar to the optical deflection scanning device such as oil viscosity, bearing rigidity, shaft rigidity, start-up time, current consumption value, the rotation shaft diameter Ds is Although Ds = φ3 mm, the same can be said even when the rotation shaft diameter Ds is less than φ3 mm in order to further increase the rotational speed, and needless to say, it is necessary to pay sufficient attention to rigidity.
[0036]
In consideration of the case where the rotational load of a rotary polygon mirror or the like is large, the same can be said for an optical deflection scanning device in which a rotational shaft diameter Ds is a rotational shaft with Ds = φ3 mm or more and a ball bearing is used as a bearing. Needless to say, it is necessary to pay sufficient attention to.
[0037]
Next, attention will be paid to the stator core cylindrical portion outer diameter dk 2 and the stator core cylindrical portion inner diameter dk 1 constituting the central portion of the
[0038]
FIG. 7 shows the shape of the
[0039]
Here, as shown in FIG. 7, the cylindrical shape of the
[0040]
That is, a torsional moment Mt is generated in the cylindrical portion outer diameter dk 2 of the
Ip = π × (dk 2 4 −dk 1 4 ) / 32 (4)
Is required.
[0041]
Further, the magnitude of deformation resistance against torsion can be expressed by torsional rigidity B, and is obtained by the following equation.
[0042]
B = GIp = G × π × (dk 2 4 −dk 1 4 ) / 32 (5)
G: Transverse elastic coefficient Here, in order to see the relationship of the torsional rigidity GIp when the cylindrical part inner diameter dk 1 of the
[0043]
That is, the torsional rigidity GIp in the cross section of the cylindrical portion of the
[0044]
In this reference example , if the stator core cylindrical portion outer diameter dk2 is set to φ12 mm (that is, the stator core cylindrical portion inner diameter dk1 is set to φ7 mm or less), a torsional rigidity GIp substantially equal to that of a solid round bar can be obtained. It becomes possible to maximize torsional rigidity in a limited space.
[0045]
The cross section of the cylindrical portion of the
[0046]
Next, the natural frequency of the
[0047]
11 (a), 12 (a), and 13 (a) show the cross-sectional shape of the
[0048]
From this, it is understood that the stator core natural frequency can be made 18000 Hz or more by setting at least the ratio dk 1 / dk 2 of the stator core cylindrical part outer diameter dk 2 and the stator core cylindrical part inner diameter dk 1 to 0.6 or less.
[0049]
In this reference example , the shapes of the
[0050]
As described above, if the ratio dk 1 / dk 2 is set to 0.6 or less when the stator core cylindrical portion inner diameter dk 1 is set to the stator core cylindrical portion outer diameter dk 2 , the
[0051]
Further, the natural frequency of the
[0052]
<Form state of implementation>
Next, a description will be given the form status of the present invention.
[0053]
The details of the optical deflection scanning apparatus according to the shape condition of the present invention shown in FIG. 15.
[0054]
The present embodiment is characterized in that a ring-shaped bush is provided in the inner diameter of the cylindrical portion of the stator core described in the reference example . Accordingly, since the other configuration of the optical deflection scanning apparatus according to the present embodiment is the same as that of the optical deflection scanning apparatus according to the reference example , the same components as those shown in FIG. Hereinafter, description thereof will be omitted.
[0055]
As shown in FIGS. 15 and 16, in the optical deflection scanning apparatus according to the present embodiment, a ring-shaped
[0056]
According to this configuration, since the stator core cylindrical inner diameter dk 1 disposed therein a ring-shaped
[0057]
Further, it goes without saying that the effect can be further enhanced by selecting a material having a mechanical characteristic (particularly a transverse elastic modulus) superior to the material of the
[0058]
Accordingly, not only can the vibration of the
[0059]
If the ring-shaped
[0060]
Therefore, since the ring-shaped
[0061]
Thus, in this embodiment, it is possible to realize an optical deflection scanning device that can reliably reduce vibration.
[0062]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the present invention, Ru can greatly reduce the noise due to electromagnetic noise in motors rotate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical deflection scanning apparatus according to a reference example .
FIG. 2 is a cross-sectional view of a rotor portion of an optical deflection scanning apparatus according to a reference example .
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a rotor outer diameter and a starting time.
FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of an optical deflection scanning apparatus according to a reference example .
FIG. 5 is a cross-sectional view of a stator core showing the relationship between the rotor outer diameter and torsional stress.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a rotor outer diameter and a torsional stress.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a stator core.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a stator core cylindrical portion.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a stator core inner / outer diameter ratio and torsional rigidity.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a cylindrical portion of a stator core.
FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional view of a stator core used for simulation analysis and a simulation analysis result.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a stator core used for simulation analysis and a diagram showing a simulation analysis result.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a stator core used for simulation analysis and a diagram showing a simulation analysis result.
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a stator core inner / outer diameter ratio and a stator core natural frequency.
15 is a sectional view of the optical deflection scanning apparatus according to the shape condition of the present invention.
16 is a cross-sectional view of the stator core of the optical deflection scanning apparatus according to the shape condition of the present invention.
17 is a sectional view of the stator core cylindrical portion of the optical deflection scanning apparatus according to the shape condition of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing simulation results.
FIG. 19 is a cross-sectional view of a conventional optical deflection scanning device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記回転多面鏡とともに回転するロータヨークと、
前記ロータヨークの内側に固定されたロータマグネットと、
前記ロータヨークの内側に設けられ、円筒部と前記円筒部から前記ロータマグネット側に突出してコイルが巻かれるティース部とを備えるステータコアと、
を有し、前記コイルに電流が流されることにより前記ロータマグネットと前記ステータコアとの間に回転トルクを発生させ、前記回転多面鏡を回転させる回転多面鏡用アウターロータモータにおいて、
前記ステータコアの前記円筒部の内径であって、前記ロータヨークに固定された回転軸を保持して前記円筒部の内側に設けられたスリーブの外側の前記円筒部の内径に前記ステータコアと材質の異なるリング状のブッシュを内設し、前記ブッシュは前記ステータコアの固有振動数を可聴域外に移すような材質であることを特徴とする回転多面鏡用アウターロータモータ。A rotating polygon mirror,
A rotor yoke that rotates with the rotating polygon mirror;
A rotor magnet fixed to the inside of the rotor yoke;
A stator core provided on the inner side of the rotor yoke, including a cylindrical portion and a teeth portion that protrudes from the cylindrical portion toward the rotor magnet and is wound with a coil;
An outer rotor motor for a rotating polygon mirror that rotates the rotating polygon mirror by generating a rotational torque between the rotor magnet and the stator core by passing an electric current through the coil.
A ring made of a material different from the material of the stator core in the inner diameter of the cylindrical portion of the stator core, the inner diameter of the cylindrical portion outside the sleeve provided on the inner side of the cylindrical portion holding a rotating shaft fixed to the rotor yoke An outer rotor motor for a rotating polygon mirror, characterized in that an internal bush is provided and the bush is made of a material that moves the natural frequency of the stator core out of the audible range .
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