JP2004278569A - インナーロータ型モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】動作の安定性が高く長寿命で且つ組立てが容易な流体動圧軸受を備えた小型薄型のインナーロータ型モータ提供すること。
【解決手段】インナーロータ型モータは、ロータハブ６と環状ロータマグネット７とを含むロータと、環状ステータコアにステータコイルが巻回されたステータ８と、フランジ付シャフト１と段付有底スリーブ４を有する流体動圧軸受と、ベースプレート９とから構成されたものであって、停止時にフランジ付シャフト１が段付有底スリーブ４内で軸方向に浮くような磁気バイアスを与えるようにして、前記流体動圧軸受がベースプレート９に固着されているものである。前記流体動圧軸受のベースプレート９への固着は、段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａをベースプレート９の取付け用円筒部９ａに嵌入され接着剤で固着して行われている。
【選択図】 図１
【解決手段】インナーロータ型モータは、ロータハブ６と環状ロータマグネット７とを含むロータと、環状ステータコアにステータコイルが巻回されたステータ８と、フランジ付シャフト１と段付有底スリーブ４を有する流体動圧軸受と、ベースプレート９とから構成されたものであって、停止時にフランジ付シャフト１が段付有底スリーブ４内で軸方向に浮くような磁気バイアスを与えるようにして、前記流体動圧軸受がベースプレート９に固着されているものである。前記流体動圧軸受のベースプレート９への固着は、段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａをベースプレート９の取付け用円筒部９ａに嵌入され接着剤で固着して行われている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体動圧軸受を備えた小型薄型のインナーロータ型モータに関する。
【０００２】
【従来技術】
パソコンのハードディスクは３．５インチ径ディスクや２．５インチ径ディスクが最も多く用いられているが、近年は１．８インチ径ディスクや１インチ径ディスクも登場してきた。これまでは、３．５インチ径ディスクの磁気ディスクを回転駆動するモータは、ステータの半径方向外側にロータが配置されるアウターロータ型モータが一般的であった。ところが、２．５インチ径以下の小型の磁気ディスクを駆動するには、従来のアウターロータ型モータでは容易に対応することができない。そこで、２．５インチ径以下の小型の磁気ディスクを駆動するモータとして、ステータの半径方向内側にロータが配置され且つ流体動圧軸受によってロータがステータに回転自在に支持されたインナーロータ型モータの開発が数年前から進められて来ている。例えば、特開２０００−３５０４０８号公報（特許文献１）には、ステータの半径方向内側にロータが配置され且つ軸固定型流体動圧軸受によってロータがステータに回転自在に支持されたインナーロータ型モータが開示されている。
【０００３】
この従来のインナーロータ型モータは、図５に示す如く、シャフト２１、ロータハブ２２、ベースプレート２３、回転体抜け止め板２４、ロータマグネット２５、ステータ２６、及び磁気シールド板２７とで構成されたものである。
【０００４】
ロータハブ２２は、下側に軸受構成部となる円筒状突起を、上側に抜け止板収納用の円筒状凹部を、更に外側にフランジ部をそれぞれ有する特殊な形状の部材である。即ち、ロータハブ２２には、ラジアル動圧軸受部のスリーブとして機能する円筒状貫通孔２２ａ、スラスト動圧軸受部の円環状スラスト板として機能する円盤状部２２ｂ、及び磁気ディスクが載置されるロータフランジ部２２ｃがそれぞれ形成されている。ロータマグネット２５は、ロータフランジ部２２ｃの下側に取付けられている。
【０００５】
ベースプレート２３は、中心部に円筒状突起が形成されたカップ状容器の如き形状の部材であり、シャフト取付用貫通孔２３ａ、スラスト押え板として機能する円盤状部２３ｂ、環状突出部２３ｃ、ステータコア取付用段部２３ｄ、磁気シールド板取付用段部２３ｅがそれぞれ形成されている。
【０００６】
シャフト２１には、中央部の外周面にラジアル動圧発生溝Ｇ１が形成され、上端部には回転体抜け止め板２４が取付けられる段部が形成され、更に中央部の端から前記段部までの外周面はテーパー面となっている。シャフト２１は、下端部をシャフト取付け用貫通孔２３ａに嵌入され、接着材によってベースプレート２３に固着されている。
【０００７】
この従来の軸固定型流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータの組立てにおいては、ロータマグネット２５が取付けられたロータハブ２２と、シャフト２１が固着され且つステータ２６が取付けられたベースプレート２３とを組合せ、シャフト２１とロータハブ２２とベースプレート２３の間に形成された微小隙間に潤滑油を注入し、回転体抜け止め板２４をシャフト２１の上端部に固着する。
【０００８】
この従来のモータに採用されている軸固定型流体動圧軸受おいて、ラジアル動圧はシャフト２１の中央部の外周面とロータハブ２２の円筒状貫通孔２２ａの内周面との間の微小隙間に発生する。
【０００９】
また、この従来のモータに採用されている軸固定型流体動圧軸受おいて、スラスト動圧はロータハブ２２の中央部の下面である円盤状部２２ｂとベースプレート２３の中央部の円盤状部２３ｂとの間の微小隙間に発生する。
【００１０】
上述の従来の軸固定型流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータでは磁気バイアスでスラスト動圧とバランスさせる構造が採用されている。この磁気バイアスは、ロータマグネット２５とステータ２６との磁気的中心を軸方向にずらすことで行われている。この磁気バイアスによって、ロータハブ２２をベースプレート２３の方向に吸引する磁気力が発生する。そして、前記磁気力はモータの定格回転時のスラスト動圧とバランスするように調整されている。このような構造であるから、停止時には、ロータハブ２２の中央部の下面である円盤状部２２ｂはベースプレート２３の中央部の円盤状部２３ｂに前記磁気力によって強制的に接触させられている。従って、モータはロータがステータに接触した状態で起動する構造である。
【００１１】
なお、磁気バイアスが与えられたモータは特開平５−２４０２４１号公報（特許文献２）や特開２０００−１９７３０９号公報（特許文献３）にも開示されているが、いずれも停止時に可動軸受構成部材が固定軸受構成部材に接触させるものである。
【００１２】
上述の従来の軸固定型流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータは、アウターロータ型モータに比較して小型薄型化を実現している。しかしながら、この軸固定型流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータは、定格回転時にロータハブ２２を浮上させるスラスト動圧と、ロータハブ２２を軸方向に吸引して前記スラスト動圧とバランスさせる磁気力を発生させる磁気バイアスによって、停止時には可動軸受構成部材と固定軸受構成部材が常に接触している構造である。このため、ＣＳＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｓｔａｒｔ Ｓｔｏｐ）で磨耗が常に起こり、モータの寿命が短くなるという問題もある。また、可動軸受構成部材と固定軸受構成部材の接触による摩擦抵抗が加わるから、起動時間が長くなるという問題や、低温時には起動しないことも起こるという問題もある。
【００１３】
また、シャフト２１は、その下端部がベースプレート２３に形成されたシャフト取付用貫通孔２３ａに嵌入して固着されているが、このような方法では精度よく且つ強固に固着することが困難で、従ってモータの取り付け精度が悪いという問題も有する。更に、軸受内に封入されている潤滑油は、ラジアル軸受部側に形成されているキャピラリーシール部Ｓ１とスラスト軸受部側に形成されているキャピラリーシール部Ｓ２の２ヶ所のシール部を介して外部と接しているので、オイル漏れの恐れが高いという問題も有する。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−３５０４０８号公報
【特許文献２】特開平５−２４０２４１号公報
【特許文献３】特開２０００−１９７３０９号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、動作の安定性が高く長寿命で且つ組立てが容易な流体動圧軸受を備えた小型薄型のインナーロータ型モータ提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する小型薄型のインナーロータ型モータを、ディスクが載置されるロータハブと前記ロータハブの外周面に装着された環状ロータマグネットとを含むロータと、前記環状ロータマグネットと所定のエアギャップを介して半径方向に対向するように配置された環状ステータコアにステータコイルが巻回されたステータと、フランジ付シャフトと小さな内外径の下部円筒部を有する段付有底スリーブとを具備する軸回転型流体動圧軸受と、前記ステータが装着された環状ステータ装着部と前記段付有底スリーブの小さな外径の下部円筒部が嵌入され固着される取付け用円筒部が形成されたベースプレートで構成した。そして、停止時に前記フランジ付シャフトが前記段付有底スリーブ内で軸方向に浮くような磁気バイアスを与えて前記ベースプレートに前記段付有底スリーブを固着した。前記磁気バイアスは、前記環状ロータマグネットの磁気中心と前記ステータの磁気中心をずらせて与えるようにした。
【００１７】
また、上記インナーロータ型モータにおいて、前記軸回転型流体動圧軸受は、ロータ取付け用の上部円柱部とラジアル動圧軸受用の下部円柱部とを有するシャフトとスラスト軸受用の円盤部とが一体に形成されたフランジ付シャフトと、小さな内外径の有底の下部円筒部と大きな内外径の上部円筒部とを有する段付有底スリーブと、前記段付有底スリーブの上部円筒部の開口を封止する環状蓋部材と、これら部材間に形成された微小隙間に注入された潤滑油と、前記環状蓋部材の内周面と前記ロータ取付け用の上部円柱部の外周面との間に形成されたキャピラリーシール部とで構成した。
【００１８】
また、上記インナーロータ型モータにおいて、前記ベースプレートは、内径が前記段付有底スリーブの下部円筒部の外径と同じ、高さが同じ、外径が前記段付有底スリーブの上部円筒部の外径と略同じ取付け用円筒部が中央部に形成されたものとした。
【００１９】
更にまた、上記インナーロータ型モータにおいて、前記環状ロータマグネットの内周面と前記環状ステータコア外周面との間が周方向に均一になるようにして前記ベースプレートに前記段付有底スリーブを固着した。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るインナーロータ型モータの一実施形態は、図１の断面図と図２の分解断面図に示す如く、ロータと、前記ロータとの間に半径方向に所定のエアギャップを保持して配置されたステータ８と、ステータ８が装着されたベースプレート９と、固定軸受部材である段付有底スリーブ４をベースプレート９に固着された流体動圧軸受とで構成されている。
【００２１】
ベースプレート９は、中心部に円筒状突起が形成されたカップ状容器の如き形状の部材であり、シャフト取付用円筒部９ａ、ステータコア取付用段部９ｂ、磁気シールド板取付用段部９ｃがそれぞれ形成されている。
【００２２】
前記ロータは、ロータハブ６と環状ロータマグネット７とで構成されている。ロータハブ６はフランジ部６ａを有するカップ状ハブである。ロータハブ６のフランジ部６ａの上面にはディスク載置面が形成され、フランジ部６ａの下側の円筒部には環状ロータマグネット７が接着剤で接着されている。前記ロータは、カップ状ロータハブ６を流体動圧軸受のシャフトに嵌入し接着剤で接着して、流体動圧軸受にに固着されている。
【００２３】
ステータ８は、環状ステータコアに巻回されたステータコイルとで構成されている。前記環状ステータコアは、コアバック部と複数の歯極部とを有するステータコア板を複数枚積層して構成されている。ステータ８は、そのステータコアをステータコア取付用段部９ｂに接着剤で接着してベースプレート９に装着されている。
【００２４】
前記流体動圧軸受は、図１、図２、及び分解断面図である図３に示す如く、回転軸受部材であるフランジ付シャフト１と、固定軸受部材である段付有底スリーブ４と、環状蓋部材であるスラスト押え板５と、これら部材によって形成された微小隙間に注入された潤滑油とから構成されている。
【００２５】
フランジ付シャフト１は、円柱部２と環状フランジ部３が一体に形成された部材である。フランジ付シャフト１の円柱部２の下部はラジアル動圧軸受用円柱部であり、その外周面にはラジアル動圧発生溝Ｇ１が形成されている。また、フランジ付シャフト１の円柱部２の上部はロータ取付用円柱部であり、その先端には小径のロータハブ取付け用円柱部が形成されている。
【００２６】
フランジ付シャフト１の環状フランジ部３は円盤状スラスト板として機能するもので、その上面と下面には図４の如きスラスト動圧発生溝Ｇ２が夫々形成されている。
【００２７】
段付有底スリーブ４は、小さな内外径の下部円筒部４ａと大きな内外径の上部円筒部４ｂとを有する。上部円筒部４ｂの上端部には更に大きな内径の開口部４ｃが形成されている。この開口部４ｃはスラスト押え板５が気密に嵌め込まれ、これによって段付有底スリーブ４の開口部はスラスト押え板５によって気密に封止される。小さな内外径の下部円筒部４ａと大きな内外径の上部円筒部４ｂとの境界には、内側環状段部４ｄと外側環状段部４ｅが形成されている。内側環状段部４ｄは、上部円筒部４ｂの環状底部となる。また、外側環状段部４ｅは、段付有底スリーブ４をベースプレート９に取付けたときに、取付け用円筒部９ａの環状端面が当接して接着される段部となる。
【００２８】
フランジ付シャフト１と段付有底スリーブ４とスラスト押え板５との間には、円筒状微小隙間Ｒ１、円環状微小隙間Ｒ２、微小隙間Ｒ１〜Ｒ６は、円環状微小隙間Ｒ４、円筒状微小隙間Ｒ５、及び円盤状微小隙間Ｒ６が形成されている。微小隙間Ｒ１〜Ｒ６は、図１において誇張して示されているが、小型薄型のモータに用いられている小型薄型の流体動圧軸受においては１０〜数１０μである。なお、オイル溜として機能する微小隙間Ｒ３とＲ６は、他の微小隙間よりは広くされている。これらの微小隙間には、円筒状微小隙間Ｒ１の円環状開口から、真空注入法で潤滑油が注入されている。
【００２９】
スラスト押え板５の内周面は、外側に広がったテーパー面とされている。従って、スラスト押え板５の内周面と円柱部２の上部外周面との間に形成されている微小隙間Ｒ１は、断面が軸受内部から軸受外部に向かって広がったテーパー隙間となっている。これによって、毛細管現象と表面張力によって潤滑油が軸受の外に漏出しないように機能するキャピラリーシール部Ｓを形成している。また、円筒状微小隙間Ｒ３はスラスト動圧軸受用のオイル溜であり、円盤状微小隙間Ｒ６はラジアル動圧軸受用のオイル溜である。
【００３０】
上述の如く構成された流体動圧軸受を備える本発明に係るインナーロータ型モータの組立てにおいて、ロータ組はロータハブ６に環状ロータマグネット７を装着して完成する。また、ステータ組はベースプレート９に環状ステータコアにステータコイルが巻回されたステータ８と磁気シールド板１０を装着して完成する。また、流体動圧軸受は、図３に分解図で示した３つの軸受構成部材、固定軸受構成部材である段付有底スリーブ４、回転軸受部材であるフランジ付シャフト１、及び環状蓋部材であるスラスト押え板５を組合せ、更に真空注入法で潤滑油を注入して完成する。そして、ロータ組を流体動圧軸受に固着し、ロータ組が固着された流体動圧軸受の下部円筒部４ａをベースプレート９の取付け用円筒部９ａに嵌入して、上下方向と径方向のミクロンオーダーの微調整を行って固着する。上下方向の位置の微調整は、フランジ付シャフト１の環状フランジ部３が、流体動圧軸受の内部で浮くようにするためのものである。また、径方向の位置の微調整は、ロータマグネット７とステータ８との径方向の間隔の均一化を行うためのものである。
【００３１】
流体動圧軸受のベースプレートへの固着は接着剤で行われている。前記接着は、段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａの外周面とベースプレート９の取付け用円筒部９ａの内周面の間、及び段付有底スリーブ４の外側環状段部４ｅとベースプレート９の取付け用円筒部９ａの先端面との間の２ケ所で行われる。従って、軸方向の円筒状接着面と直角方向の環状接着面の２ケ所で、流体動圧軸受はベースプレートの強固に固着される。しかも、予め定められたと段付有底スリーブ４の外側環状段部４ｅのレベルが、流体動圧軸受をベースプレート９に組付ける基準レベルとなるので、組立てが容易である。
【００３２】
ところで、本発明においては、停止時にフランジ付シャフト１が段付有底スリーブ４内で軸方向に浮くような磁気バイアスを与えて、ベースプレート９に段付有底スリーブ４を固着している。これは、ベースプレート９に装着されたステータ８の磁気中心と、ロータハウジング６に装着された環状ロータマグネット７の磁気中心をずらせることによって行われている。具体的には、ベースプレート９に装着されたステータ８の磁気中心と、ロータハウジング６に装着された環状ロータマグネット７の磁気中心をずらせたときの、フランジ付シャフト１のフランジ３の水平位置を実験により決定する。次ぎに、フランジ付シャフト１のフランジ３の上面にスラスト押え板５が接触しないで、且つその下面に段付有底スリーブ４の内側環状段部４ｄが接触しないような流体動圧軸受の水平位置を決定する。
【００３３】
流体動圧軸受の水平位置が決定されると、段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａの高さｄ１と、ベースプレート９の取付け用円筒部９ａの高さｄ２を決定することになるが、高さｄ１と高さｄ２は殆ど同じに選ばれる。高さｄ２はベースプレート９への流体動圧軸受の取付けを強固にするためにステータ８の磁気中心と略同じであることが望ましい。なお、ベースプレート９の取付け用円筒部９ａの内径は段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａの外径と同じに選ばれる。
【００３４】
上述の如く構成された流体動圧軸受は、フランジ付シャフト１が段付有底スリーブ４内で回転すると、ラジアル動圧とスラスト動圧を発生する。前記ラジアル動圧は、フランジ付シャフト１の円柱部２の下部外周面と段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａの内周面との間の円筒状微小隙間Ｒ５に発生する。
【００３５】
また、前記スラスト動圧は、第１スラスト動圧と第２スラスト動圧とからなる。第１スラスト動圧は、円環状フランジ部３の上面とスラスト押え板５の下面との間の円環状微小隙間Ｒ２に発生する。また第２スラスト動圧は、円環状フランジ部３の下面と段付有底スリーブ４の上部円筒部の環状底部との間の円環状微小隙間Ｒ４に発生する。
【００３６】
以上、一実施形態について詳細に説明したことから明らかな如く、本発明は僅か３個の軸受構成部材、即ち回転軸受構成部材であるフランジ付シャフト１、固定軸受部材である段付有底スリーブ４、及び環状蓋部材であるスラスト押え板５のみで構成した組立てが容易で小型薄型の流体動圧軸受を軸受としたインナーロータ型モータである。この小型薄型の流体動圧軸受は、唯１つのキャピラリーシール部を備えるものであるから、オイル漏れの恐れないとい特徴も有する。このような特徴を有する流体動圧軸受を備えて構成されたインナーロータ型モータであるので、本発明に係るインナーロータ型モータは小型薄型である。しかも、ベースプレート９への流体動圧軸受の組付けは、ベースプレート９に形成された取付け用円筒部９ａに段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａを嵌入し接着剤で固定するものであるから、組付けは容易で且つ組付け強度は極めて強固である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、動作の安定性が高く長寿命で且つ組立てが容易な流体動圧軸受を備えた小型薄型のインナーロータ型モータを提供することができた。即ち、本発明は、流体動圧軸受の固定軸受部材である段付有底スリーブの小さな内外径の下部円筒部をベースプレートの中央部に形成された取付け用円筒部に嵌入し、段付有底スリーブをベースプレートに固着したものであるから、流体動圧軸受は前記ベースプレートに精度よく且つ強固に固着されている。しかも、段付有底スリーブとベースプレートの相対位置は、段付有底スリーブの下部円筒部の高さ、従って段付有底スリーブの外周面に形成された外側環状段部４ｅで与えられるので、特別な治具を用いることなく容易に組立てられる。
【００３８】
また、本発明は、停止時に回転軸受構成部材であるフランジ付シャフトが、固定軸受部材である段付有底スリーブの内部で浮くように磁気バイアスが与えられているものであるから、ＣＳＳで磨耗が少なくなるのでモータの寿命は長くなり、衝撃時に粘性抵抗を使って衝撃力に対抗できるので軸受の損傷は少なくてすみ、更にロータを浮上させる際に磁気力に抵抗した力が不要であるので電流値も小さくすることができた。また、ロータが浮上した際に磁気で引っ張られることがないので、本発明に係るモータはＲＲＯもＮＲＲＯも良い。更にまた、起動時に可動軸受部材と固定軸受部材は接触していないから、起動時間が短く、低温時に起動不能に陥ることもなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】微小隙間を誇張して示した本発明に係る流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータの一実施形態の断面図である。
【図２】図１の流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータの分解図である。
【図３】図１のインナーロータ型モータに採用されている流体動圧軸受の分解図である。
【図４】スラスト軸受部材の一例を示した平面図である。
【図５】微小隙間を誇張して示した従来の流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータである。
【符号の説明】
１ フランジ付シャフト
２ 円柱部
３ 環状フランジ部
４ 段付有底スリーブ
４ａ 小さい内外径の下部円筒部
４ｂ 大きな内外径の上部円筒部
４ｃ 開口部
４ｄ 内側環状段部
４ｅ 外側環状段部
５ スラスト押え板
６ ロータハブ
６ａ フランジ部
７ ロータマグネット
８ ステータ
９ ベースプレート
９ａ 取付け用円筒部
１０ 磁気シールド板
２１ シャフト
２２ ロータハブ
２２ａ ラジアル動圧軸受用の円筒状貫通孔
２２ｂ スラスト動圧軸受用の円盤状部
２２ｃ ロータフランジ部
２３ ベースプレート
２３ａ シャフト取付用貫通孔
２３ｂ 円盤状部
２３ｃ 環状突出部
２３ｄ ステータコア取付用段部
２３ｅ 磁気シールド板取付用段部
２４ 回転体抜け止め板
２５ ロータマグネット
２６ ステータ
２７ 磁気シールド板
Ｒ１〜Ｒ２、 Ｒ１１〜Ｒ１３ 微小隙間
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ キャピラリーシール部
Ｇ１ ラジアル動圧発生溝
Ｇ２ スラスト動圧発生溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体動圧軸受を備えた小型薄型のインナーロータ型モータに関する。
【０００２】
【従来技術】
パソコンのハードディスクは３．５インチ径ディスクや２．５インチ径ディスクが最も多く用いられているが、近年は１．８インチ径ディスクや１インチ径ディスクも登場してきた。これまでは、３．５インチ径ディスクの磁気ディスクを回転駆動するモータは、ステータの半径方向外側にロータが配置されるアウターロータ型モータが一般的であった。ところが、２．５インチ径以下の小型の磁気ディスクを駆動するには、従来のアウターロータ型モータでは容易に対応することができない。そこで、２．５インチ径以下の小型の磁気ディスクを駆動するモータとして、ステータの半径方向内側にロータが配置され且つ流体動圧軸受によってロータがステータに回転自在に支持されたインナーロータ型モータの開発が数年前から進められて来ている。例えば、特開２０００−３５０４０８号公報（特許文献１）には、ステータの半径方向内側にロータが配置され且つ軸固定型流体動圧軸受によってロータがステータに回転自在に支持されたインナーロータ型モータが開示されている。
【０００３】
この従来のインナーロータ型モータは、図５に示す如く、シャフト２１、ロータハブ２２、ベースプレート２３、回転体抜け止め板２４、ロータマグネット２５、ステータ２６、及び磁気シールド板２７とで構成されたものである。
【０００４】
ロータハブ２２は、下側に軸受構成部となる円筒状突起を、上側に抜け止板収納用の円筒状凹部を、更に外側にフランジ部をそれぞれ有する特殊な形状の部材である。即ち、ロータハブ２２には、ラジアル動圧軸受部のスリーブとして機能する円筒状貫通孔２２ａ、スラスト動圧軸受部の円環状スラスト板として機能する円盤状部２２ｂ、及び磁気ディスクが載置されるロータフランジ部２２ｃがそれぞれ形成されている。ロータマグネット２５は、ロータフランジ部２２ｃの下側に取付けられている。
【０００５】
ベースプレート２３は、中心部に円筒状突起が形成されたカップ状容器の如き形状の部材であり、シャフト取付用貫通孔２３ａ、スラスト押え板として機能する円盤状部２３ｂ、環状突出部２３ｃ、ステータコア取付用段部２３ｄ、磁気シールド板取付用段部２３ｅがそれぞれ形成されている。
【０００６】
シャフト２１には、中央部の外周面にラジアル動圧発生溝Ｇ１が形成され、上端部には回転体抜け止め板２４が取付けられる段部が形成され、更に中央部の端から前記段部までの外周面はテーパー面となっている。シャフト２１は、下端部をシャフト取付け用貫通孔２３ａに嵌入され、接着材によってベースプレート２３に固着されている。
【０００７】
この従来の軸固定型流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータの組立てにおいては、ロータマグネット２５が取付けられたロータハブ２２と、シャフト２１が固着され且つステータ２６が取付けられたベースプレート２３とを組合せ、シャフト２１とロータハブ２２とベースプレート２３の間に形成された微小隙間に潤滑油を注入し、回転体抜け止め板２４をシャフト２１の上端部に固着する。
【０００８】
この従来のモータに採用されている軸固定型流体動圧軸受おいて、ラジアル動圧はシャフト２１の中央部の外周面とロータハブ２２の円筒状貫通孔２２ａの内周面との間の微小隙間に発生する。
【０００９】
また、この従来のモータに採用されている軸固定型流体動圧軸受おいて、スラスト動圧はロータハブ２２の中央部の下面である円盤状部２２ｂとベースプレート２３の中央部の円盤状部２３ｂとの間の微小隙間に発生する。
【００１０】
上述の従来の軸固定型流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータでは磁気バイアスでスラスト動圧とバランスさせる構造が採用されている。この磁気バイアスは、ロータマグネット２５とステータ２６との磁気的中心を軸方向にずらすことで行われている。この磁気バイアスによって、ロータハブ２２をベースプレート２３の方向に吸引する磁気力が発生する。そして、前記磁気力はモータの定格回転時のスラスト動圧とバランスするように調整されている。このような構造であるから、停止時には、ロータハブ２２の中央部の下面である円盤状部２２ｂはベースプレート２３の中央部の円盤状部２３ｂに前記磁気力によって強制的に接触させられている。従って、モータはロータがステータに接触した状態で起動する構造である。
【００１１】
なお、磁気バイアスが与えられたモータは特開平５−２４０２４１号公報（特許文献２）や特開２０００−１９７３０９号公報（特許文献３）にも開示されているが、いずれも停止時に可動軸受構成部材が固定軸受構成部材に接触させるものである。
【００１２】
上述の従来の軸固定型流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータは、アウターロータ型モータに比較して小型薄型化を実現している。しかしながら、この軸固定型流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータは、定格回転時にロータハブ２２を浮上させるスラスト動圧と、ロータハブ２２を軸方向に吸引して前記スラスト動圧とバランスさせる磁気力を発生させる磁気バイアスによって、停止時には可動軸受構成部材と固定軸受構成部材が常に接触している構造である。このため、ＣＳＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｓｔａｒｔ Ｓｔｏｐ）で磨耗が常に起こり、モータの寿命が短くなるという問題もある。また、可動軸受構成部材と固定軸受構成部材の接触による摩擦抵抗が加わるから、起動時間が長くなるという問題や、低温時には起動しないことも起こるという問題もある。
【００１３】
また、シャフト２１は、その下端部がベースプレート２３に形成されたシャフト取付用貫通孔２３ａに嵌入して固着されているが、このような方法では精度よく且つ強固に固着することが困難で、従ってモータの取り付け精度が悪いという問題も有する。更に、軸受内に封入されている潤滑油は、ラジアル軸受部側に形成されているキャピラリーシール部Ｓ１とスラスト軸受部側に形成されているキャピラリーシール部Ｓ２の２ヶ所のシール部を介して外部と接しているので、オイル漏れの恐れが高いという問題も有する。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−３５０４０８号公報
【特許文献２】特開平５−２４０２４１号公報
【特許文献３】特開２０００−１９７３０９号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、動作の安定性が高く長寿命で且つ組立てが容易な流体動圧軸受を備えた小型薄型のインナーロータ型モータ提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する小型薄型のインナーロータ型モータを、ディスクが載置されるロータハブと前記ロータハブの外周面に装着された環状ロータマグネットとを含むロータと、前記環状ロータマグネットと所定のエアギャップを介して半径方向に対向するように配置された環状ステータコアにステータコイルが巻回されたステータと、フランジ付シャフトと小さな内外径の下部円筒部を有する段付有底スリーブとを具備する軸回転型流体動圧軸受と、前記ステータが装着された環状ステータ装着部と前記段付有底スリーブの小さな外径の下部円筒部が嵌入され固着される取付け用円筒部が形成されたベースプレートで構成した。そして、停止時に前記フランジ付シャフトが前記段付有底スリーブ内で軸方向に浮くような磁気バイアスを与えて前記ベースプレートに前記段付有底スリーブを固着した。前記磁気バイアスは、前記環状ロータマグネットの磁気中心と前記ステータの磁気中心をずらせて与えるようにした。
【００１７】
また、上記インナーロータ型モータにおいて、前記軸回転型流体動圧軸受は、ロータ取付け用の上部円柱部とラジアル動圧軸受用の下部円柱部とを有するシャフトとスラスト軸受用の円盤部とが一体に形成されたフランジ付シャフトと、小さな内外径の有底の下部円筒部と大きな内外径の上部円筒部とを有する段付有底スリーブと、前記段付有底スリーブの上部円筒部の開口を封止する環状蓋部材と、これら部材間に形成された微小隙間に注入された潤滑油と、前記環状蓋部材の内周面と前記ロータ取付け用の上部円柱部の外周面との間に形成されたキャピラリーシール部とで構成した。
【００１８】
また、上記インナーロータ型モータにおいて、前記ベースプレートは、内径が前記段付有底スリーブの下部円筒部の外径と同じ、高さが同じ、外径が前記段付有底スリーブの上部円筒部の外径と略同じ取付け用円筒部が中央部に形成されたものとした。
【００１９】
更にまた、上記インナーロータ型モータにおいて、前記環状ロータマグネットの内周面と前記環状ステータコア外周面との間が周方向に均一になるようにして前記ベースプレートに前記段付有底スリーブを固着した。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るインナーロータ型モータの一実施形態は、図１の断面図と図２の分解断面図に示す如く、ロータと、前記ロータとの間に半径方向に所定のエアギャップを保持して配置されたステータ８と、ステータ８が装着されたベースプレート９と、固定軸受部材である段付有底スリーブ４をベースプレート９に固着された流体動圧軸受とで構成されている。
【００２１】
ベースプレート９は、中心部に円筒状突起が形成されたカップ状容器の如き形状の部材であり、シャフト取付用円筒部９ａ、ステータコア取付用段部９ｂ、磁気シールド板取付用段部９ｃがそれぞれ形成されている。
【００２２】
前記ロータは、ロータハブ６と環状ロータマグネット７とで構成されている。ロータハブ６はフランジ部６ａを有するカップ状ハブである。ロータハブ６のフランジ部６ａの上面にはディスク載置面が形成され、フランジ部６ａの下側の円筒部には環状ロータマグネット７が接着剤で接着されている。前記ロータは、カップ状ロータハブ６を流体動圧軸受のシャフトに嵌入し接着剤で接着して、流体動圧軸受にに固着されている。
【００２３】
ステータ８は、環状ステータコアに巻回されたステータコイルとで構成されている。前記環状ステータコアは、コアバック部と複数の歯極部とを有するステータコア板を複数枚積層して構成されている。ステータ８は、そのステータコアをステータコア取付用段部９ｂに接着剤で接着してベースプレート９に装着されている。
【００２４】
前記流体動圧軸受は、図１、図２、及び分解断面図である図３に示す如く、回転軸受部材であるフランジ付シャフト１と、固定軸受部材である段付有底スリーブ４と、環状蓋部材であるスラスト押え板５と、これら部材によって形成された微小隙間に注入された潤滑油とから構成されている。
【００２５】
フランジ付シャフト１は、円柱部２と環状フランジ部３が一体に形成された部材である。フランジ付シャフト１の円柱部２の下部はラジアル動圧軸受用円柱部であり、その外周面にはラジアル動圧発生溝Ｇ１が形成されている。また、フランジ付シャフト１の円柱部２の上部はロータ取付用円柱部であり、その先端には小径のロータハブ取付け用円柱部が形成されている。
【００２６】
フランジ付シャフト１の環状フランジ部３は円盤状スラスト板として機能するもので、その上面と下面には図４の如きスラスト動圧発生溝Ｇ２が夫々形成されている。
【００２７】
段付有底スリーブ４は、小さな内外径の下部円筒部４ａと大きな内外径の上部円筒部４ｂとを有する。上部円筒部４ｂの上端部には更に大きな内径の開口部４ｃが形成されている。この開口部４ｃはスラスト押え板５が気密に嵌め込まれ、これによって段付有底スリーブ４の開口部はスラスト押え板５によって気密に封止される。小さな内外径の下部円筒部４ａと大きな内外径の上部円筒部４ｂとの境界には、内側環状段部４ｄと外側環状段部４ｅが形成されている。内側環状段部４ｄは、上部円筒部４ｂの環状底部となる。また、外側環状段部４ｅは、段付有底スリーブ４をベースプレート９に取付けたときに、取付け用円筒部９ａの環状端面が当接して接着される段部となる。
【００２８】
フランジ付シャフト１と段付有底スリーブ４とスラスト押え板５との間には、円筒状微小隙間Ｒ１、円環状微小隙間Ｒ２、微小隙間Ｒ１〜Ｒ６は、円環状微小隙間Ｒ４、円筒状微小隙間Ｒ５、及び円盤状微小隙間Ｒ６が形成されている。微小隙間Ｒ１〜Ｒ６は、図１において誇張して示されているが、小型薄型のモータに用いられている小型薄型の流体動圧軸受においては１０〜数１０μである。なお、オイル溜として機能する微小隙間Ｒ３とＲ６は、他の微小隙間よりは広くされている。これらの微小隙間には、円筒状微小隙間Ｒ１の円環状開口から、真空注入法で潤滑油が注入されている。
【００２９】
スラスト押え板５の内周面は、外側に広がったテーパー面とされている。従って、スラスト押え板５の内周面と円柱部２の上部外周面との間に形成されている微小隙間Ｒ１は、断面が軸受内部から軸受外部に向かって広がったテーパー隙間となっている。これによって、毛細管現象と表面張力によって潤滑油が軸受の外に漏出しないように機能するキャピラリーシール部Ｓを形成している。また、円筒状微小隙間Ｒ３はスラスト動圧軸受用のオイル溜であり、円盤状微小隙間Ｒ６はラジアル動圧軸受用のオイル溜である。
【００３０】
上述の如く構成された流体動圧軸受を備える本発明に係るインナーロータ型モータの組立てにおいて、ロータ組はロータハブ６に環状ロータマグネット７を装着して完成する。また、ステータ組はベースプレート９に環状ステータコアにステータコイルが巻回されたステータ８と磁気シールド板１０を装着して完成する。また、流体動圧軸受は、図３に分解図で示した３つの軸受構成部材、固定軸受構成部材である段付有底スリーブ４、回転軸受部材であるフランジ付シャフト１、及び環状蓋部材であるスラスト押え板５を組合せ、更に真空注入法で潤滑油を注入して完成する。そして、ロータ組を流体動圧軸受に固着し、ロータ組が固着された流体動圧軸受の下部円筒部４ａをベースプレート９の取付け用円筒部９ａに嵌入して、上下方向と径方向のミクロンオーダーの微調整を行って固着する。上下方向の位置の微調整は、フランジ付シャフト１の環状フランジ部３が、流体動圧軸受の内部で浮くようにするためのものである。また、径方向の位置の微調整は、ロータマグネット７とステータ８との径方向の間隔の均一化を行うためのものである。
【００３１】
流体動圧軸受のベースプレートへの固着は接着剤で行われている。前記接着は、段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａの外周面とベースプレート９の取付け用円筒部９ａの内周面の間、及び段付有底スリーブ４の外側環状段部４ｅとベースプレート９の取付け用円筒部９ａの先端面との間の２ケ所で行われる。従って、軸方向の円筒状接着面と直角方向の環状接着面の２ケ所で、流体動圧軸受はベースプレートの強固に固着される。しかも、予め定められたと段付有底スリーブ４の外側環状段部４ｅのレベルが、流体動圧軸受をベースプレート９に組付ける基準レベルとなるので、組立てが容易である。
【００３２】
ところで、本発明においては、停止時にフランジ付シャフト１が段付有底スリーブ４内で軸方向に浮くような磁気バイアスを与えて、ベースプレート９に段付有底スリーブ４を固着している。これは、ベースプレート９に装着されたステータ８の磁気中心と、ロータハウジング６に装着された環状ロータマグネット７の磁気中心をずらせることによって行われている。具体的には、ベースプレート９に装着されたステータ８の磁気中心と、ロータハウジング６に装着された環状ロータマグネット７の磁気中心をずらせたときの、フランジ付シャフト１のフランジ３の水平位置を実験により決定する。次ぎに、フランジ付シャフト１のフランジ３の上面にスラスト押え板５が接触しないで、且つその下面に段付有底スリーブ４の内側環状段部４ｄが接触しないような流体動圧軸受の水平位置を決定する。
【００３３】
流体動圧軸受の水平位置が決定されると、段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａの高さｄ１と、ベースプレート９の取付け用円筒部９ａの高さｄ２を決定することになるが、高さｄ１と高さｄ２は殆ど同じに選ばれる。高さｄ２はベースプレート９への流体動圧軸受の取付けを強固にするためにステータ８の磁気中心と略同じであることが望ましい。なお、ベースプレート９の取付け用円筒部９ａの内径は段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａの外径と同じに選ばれる。
【００３４】
上述の如く構成された流体動圧軸受は、フランジ付シャフト１が段付有底スリーブ４内で回転すると、ラジアル動圧とスラスト動圧を発生する。前記ラジアル動圧は、フランジ付シャフト１の円柱部２の下部外周面と段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａの内周面との間の円筒状微小隙間Ｒ５に発生する。
【００３５】
また、前記スラスト動圧は、第１スラスト動圧と第２スラスト動圧とからなる。第１スラスト動圧は、円環状フランジ部３の上面とスラスト押え板５の下面との間の円環状微小隙間Ｒ２に発生する。また第２スラスト動圧は、円環状フランジ部３の下面と段付有底スリーブ４の上部円筒部の環状底部との間の円環状微小隙間Ｒ４に発生する。
【００３６】
以上、一実施形態について詳細に説明したことから明らかな如く、本発明は僅か３個の軸受構成部材、即ち回転軸受構成部材であるフランジ付シャフト１、固定軸受部材である段付有底スリーブ４、及び環状蓋部材であるスラスト押え板５のみで構成した組立てが容易で小型薄型の流体動圧軸受を軸受としたインナーロータ型モータである。この小型薄型の流体動圧軸受は、唯１つのキャピラリーシール部を備えるものであるから、オイル漏れの恐れないとい特徴も有する。このような特徴を有する流体動圧軸受を備えて構成されたインナーロータ型モータであるので、本発明に係るインナーロータ型モータは小型薄型である。しかも、ベースプレート９への流体動圧軸受の組付けは、ベースプレート９に形成された取付け用円筒部９ａに段付有底スリーブ４の下部円筒部４ａを嵌入し接着剤で固定するものであるから、組付けは容易で且つ組付け強度は極めて強固である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、動作の安定性が高く長寿命で且つ組立てが容易な流体動圧軸受を備えた小型薄型のインナーロータ型モータを提供することができた。即ち、本発明は、流体動圧軸受の固定軸受部材である段付有底スリーブの小さな内外径の下部円筒部をベースプレートの中央部に形成された取付け用円筒部に嵌入し、段付有底スリーブをベースプレートに固着したものであるから、流体動圧軸受は前記ベースプレートに精度よく且つ強固に固着されている。しかも、段付有底スリーブとベースプレートの相対位置は、段付有底スリーブの下部円筒部の高さ、従って段付有底スリーブの外周面に形成された外側環状段部４ｅで与えられるので、特別な治具を用いることなく容易に組立てられる。
【００３８】
また、本発明は、停止時に回転軸受構成部材であるフランジ付シャフトが、固定軸受部材である段付有底スリーブの内部で浮くように磁気バイアスが与えられているものであるから、ＣＳＳで磨耗が少なくなるのでモータの寿命は長くなり、衝撃時に粘性抵抗を使って衝撃力に対抗できるので軸受の損傷は少なくてすみ、更にロータを浮上させる際に磁気力に抵抗した力が不要であるので電流値も小さくすることができた。また、ロータが浮上した際に磁気で引っ張られることがないので、本発明に係るモータはＲＲＯもＮＲＲＯも良い。更にまた、起動時に可動軸受部材と固定軸受部材は接触していないから、起動時間が短く、低温時に起動不能に陥ることもなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】微小隙間を誇張して示した本発明に係る流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータの一実施形態の断面図である。
【図２】図１の流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータの分解図である。
【図３】図１のインナーロータ型モータに採用されている流体動圧軸受の分解図である。
【図４】スラスト軸受部材の一例を示した平面図である。
【図５】微小隙間を誇張して示した従来の流体動圧軸受を備えたインナーロータ型モータである。
【符号の説明】
１ フランジ付シャフト
２ 円柱部
３ 環状フランジ部
４ 段付有底スリーブ
４ａ 小さい内外径の下部円筒部
４ｂ 大きな内外径の上部円筒部
４ｃ 開口部
４ｄ 内側環状段部
４ｅ 外側環状段部
５ スラスト押え板
６ ロータハブ
６ａ フランジ部
７ ロータマグネット
８ ステータ
９ ベースプレート
９ａ 取付け用円筒部
１０ 磁気シールド板
２１ シャフト
２２ ロータハブ
２２ａ ラジアル動圧軸受用の円筒状貫通孔
２２ｂ スラスト動圧軸受用の円盤状部
２２ｃ ロータフランジ部
２３ ベースプレート
２３ａ シャフト取付用貫通孔
２３ｂ 円盤状部
２３ｃ 環状突出部
２３ｄ ステータコア取付用段部
２３ｅ 磁気シールド板取付用段部
２４ 回転体抜け止め板
２５ ロータマグネット
２６ ステータ
２７ 磁気シールド板
Ｒ１〜Ｒ２、 Ｒ１１〜Ｒ１３ 微小隙間
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ キャピラリーシール部
Ｇ１ ラジアル動圧発生溝
Ｇ２ スラスト動圧発生溝
Claims (6)
- ディスクが載置されるロータハブと前記ロータハブの外周面に装着された環状ロータマグネットとを含むロータと、
前記環状ロータマグネットと所定のエアギャップを介して半径方向に対向するように配置された環状ステータコアにステータコイルが巻回されたステータと、
ラジアル動圧軸受用の下部円柱部を有するシャフトとスラスト軸受用の円盤部とが一体に形成されたフランジ付シャフトと、小さな内外径の下部円筒部と大きな内外径の上部円筒部とを有する段付き有底スリーブとを具備した軸回転型流体動圧軸受と、
前記ステータが装着される環状ステータ装着部と前記スリーブの下部円筒部が嵌入され固着される取付け用円筒部が形成されたベースプレートとから構成されたインナーロータ型モータにおいて、
停止時に前記フランジ付シャフトが前記段付有底スリーブ内で軸方向に浮くような磁気バイアスを与えて前記ベースプレートに前記段付有底スリーブを固着したことを特徴とするインナーロータ型モータ。 - 前記磁気バイアスは、前記環状ロータマグネットの磁気中心と前記ステータの磁気中心をずらせて与えられていることを特徴とする請求項１のインナーロータ型モータ。
- 前記軸回転型流体動圧軸受は、ロータ取付け用の上部円柱部とラジアル動圧軸受用の下部円柱部とを有するシャフトとスラスト軸受用の円盤部とが一体に形成されたフランジ付シャフトと、小さな内外径の有底の下部円筒部と大きな内外径の上部円筒部とを有する段付有底スリーブと、前記段付有底スリーブの上部円筒部の開口を封止する環状蓋部材と、これら部材間に形成された微小隙間に注入された潤滑油と、前記環状蓋部材の内周面と前記ロータ取付け用の上部円柱部の外周面との間に形成されたキャピラリーシール部とから構成されたものであることを特徴とする請求項１のインナーロータ型モータ。
- 前記ベースプレートは、内径が前記段付有底スリーブの下部円筒部の外径と同じ、高さが同じ、外径が前記段付有底スリーブの上部円筒部の外径と略同じ取付け用円筒部が中央部に形成されたものであることを特徴とする請求項１のインナーロータ型モータ。
- 前記環状ロータマグネットの内周面と前記環状ステータコア外周面との間が周方向に均一になるようにして前記ベースプレートに前記段付有底スリーブを固着したことを特徴とする請求項１のインナーロータ型モータ。
- 前記段付有底スリーブの下部円筒部の高さは、前記環状ロータマグネットの磁気中心と略同じ位置にしたことを特徴とする請求項１のインナーロータ型モータ。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007120748A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-05-17 | Victor Co Of Japan Ltd | 流体軸受装置 |
| US10710628B2 (en) | 2014-06-27 | 2020-07-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Integrated electric power steering apparatus and manufacturing method therefor |
-
2003
- 2003-03-13 JP JP2003067457A patent/JP2004278569A/ja active Pending
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| US10710628B2 (en) | 2014-06-27 | 2020-07-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Integrated electric power steering apparatus and manufacturing method therefor |
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