JP2005229741A - スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】
高速回転時でも安定して軸振れを防止することができるスピンドルモータの提供。
【解決手段】
軸受ハウジングのロータ側の端部１４ａに、回転軸３を軸受１５に挿入することによりロータ部Ｒをステータ部Ｓに組み付けた際に、磁性材により形成されているロータヨークの天面１ｂに対向するように、リング中心から１８０度の領域が、回転軸方向で異極となるように２極に着磁されているリング状である付勢用マグネットＭがその中心と前記回転軸の中心とが一致するように設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報記録ディスクを回転駆動するためのスピンドルモータに発生する軸振れを防止する機構に関する。

近年、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の情報記録ディスク（以下ディスクという）を再生／記録する装置のディスク回転駆動部は、ディスクに記録されているデータの再生やディスクへのデータの記録を高速で処理するため、高速回転化が進んでいる。
ディスク回転駆動部はスピンドルモータとその回転軸へ取り付けられたターンテーブルで構成されるが、このスピンドルモータについても高速回転時に安定した回転駆動力をターンテーブルに伝える性能を要求されている。
このようなスピンドルモータには、回転軸とこの回転軸を支承する軸受部との間に若干のクリアンランス（軸ガタ）があり、回転軸が高速回転時にこのクリアランス内を径方向に動くことにより、軸振れが発生する。この軸振れによりターンテーブルの面振れが発生し、情報の読み取りエラーが発生する問題がある。

このような問題を解決するスピンドルモータの機構として、ロータ部の回転角度の一部角度領域に対向するステータベースに、ロータヨークに配された駆動用マグネットを吸引するための磁性体を配することにより、ロータを一方向に吸引して軸ガタをなくし、軸振れを防止する機構がある（特許文献１）。
この他に、バネ材などのような弾性力を有する部材により直接回転軸に対して一方向に付勢力を与えることにより軸ガタをなくし、軸振れを防止する機構がある（特許文献２）。

特開２００１−８６７１７号公報 特開平１１−１３６８９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような軸振れ防止機構であると、ロータヨークを吸引するための磁力はロータに配された駆動用マグネットの磁気特性に依存することになる。
つまり、高回転時に発生する軸振れを確実に防止するために、軸ガタを防止する手段として駆動用マグネットの磁力を強力にすると、モータの回転特性を変化させてしまう恐れがある。
また、このようなモータで使用されている駆動用マグネットは、ロータの回転方向にＮ極・Ｓ極が交互に着磁されているため、ステータベースに配された磁性体との間にコギングトルクが発生し、モータの回転特性を低下させてしまう恐れがある。
また、引用文献２に記載の発明のように、弾性部材により回転軸に対して付勢力を与えることにより軸ガタをなくす構成では、回転軸と弾性部材が常に圧接しているので、騒音や摩擦による部品の劣化が発生しやすく、モータの性能や寿命に問題がある。

この課題を解決するためには、径方向空隙型ブラシレスモータを用いたスピンドルモータにおいて、ロータ部は、回転軸と前記回転軸に対して直角な平面部及び前記回転軸と平行な円筒部を有し、前記円筒部は前記回転軸と一体に固定され、前記円筒部の内周面には駆動用マグネットが配されており、ステータ部は、コイルが巻かれた磁性体から成るコアと、内側に軸受を設け外側に前記コアを取り付ける円筒状の軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングを支持する基部からなり、前記平面部が磁性体で形成されるとともに、角度１８０度の円弧状着磁領域に軸方向に異なる極が着磁された付勢用マグネットが前記回転軸と同心で前記平面部に対向して前記ステータ部に取り付けられるように構成すれば良い。

具体的には、付勢用マグネットの外形が回転軸を中心としたリング形状で、そのリング形状のうち角度１８０度の範囲が着磁されたスピンドルモータであれば課題を解決することができる。
また、付勢用マグネットの外形が回転軸を中心とした１８０度の円弧形状で、その円弧形状の全領域が着磁されたスピンドルモータでも課題を解決することができる。

上記手段のようにスピンドルモータの各部を構成すれば、ロータヨークの平面部に対向するステータ部の部位を付勢用マグネットにより、軸に取り付けられたロータヨークを付勢用マグネットの方向に吸引する。
これにより、ロータヨークに固定されている回転軸は、付勢用マグネットの着磁領域の方向の軸受部に付勢されることになり、軸受部と軸との間のクリアランス（軸ガタ）を無くすことができ、ロータ部の回転時に発生する軸振れを防止することが可能となる。
よって、軸振れが原因で発生していたターンテーブルの面振れを無くしディスクを精度よく回転させ、情報の読み取りエラーを防止することができるスピンドルモータを提供することができる。

次に、本願発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
図１は、本願発明の実施の形態を示すスピンドルモータの縦断面図である。
図２（イ）は、付勢用マグネットの着磁された部位に、ロータヨークが吸引されている状態を示すものである。
図２（ロ）は、図３（イ）で示されている状態の回転軸，軸受及び付勢用マグネットをアキシャル方向から見たものを示している。
尚、図２（イ）（ロ）において、モータ各部の関係を解りやすくするために、誇張して表現してある。

ロータ部Ｒは、回転軸３に直角な平面部となる天面１ｂと平行な円筒面である円筒部１ｃでカップ状に磁性体で形成されたロータヨーク１に、ターンテーブル２，回転軸３，駆動用マグネット４が配されることにより構成されている。
回転軸３は、ロータヨーク１の天面１ｂに設けられた中心孔１ａに挿入されている。そして、駆動用マグネット４は、ロータヨーク１の円筒部１ｃの内周側面に設けられている。また、ターンテーブル２は、情報記録ディスクＤ（以下、ディスク）を載置する載置部２ａとディスクの中心孔に沿うことによりディスクのターンテーブルに対する位置決めを行うためのセンタリング部２ｂを有しており、ロータヨーク１に取り付けられている。
回転軸３は中心孔１ａに取り付けられているが、ターンテーブル２に回転軸３を取り付け、ロータヨーク１をターンテーブル２に取り付けても良い。

一方、ステータ部Ｓにおいて、ステータベース１１には筒状の軸受ハウジング１４が取り付けられている。
この筒状の軸受ハウジング１４の外周部１４ｂには、磁性金属板をプレスで打ち抜いて積層したステータコア１２が、この中央環状部１２ａを介して圧入により固定されており、軸受ハウジング１４の中央孔１４ｃには、焼結含油軸受１５が圧入されている。また、中央孔１４ｃの底部には、スラスト軸受１６が設けられている。
そして、軸受ハウジングのロータ側の端部１４ａには、回転軸３を軸受１５に挿入することによりロータ部Ｒをステータ部Ｓに組み付けた際に、磁性材により形成されているロータヨークの天面１ｂに対向するように、リング状の付勢用マグネットＭがその中心と前記回転軸の中心とが一致するように設けられている。
そして、この付勢用マグネットＭはリング中心から１８０度の領域が、回転軸方向で異極となるように着磁されている。

以上のように各部を構成すると、ロータヨーク天面１ｂに対向するステータ部Ｓの部位に設けられた着磁された付勢用マグネットＭにより、軸に取り付けられたロータヨーク１を付勢用マグネットＭの着磁領域の方向Ｆ１に吸引する。
これにより、ロータヨーク１に固定されている回転軸３は、リング部材Ｍの着磁領域側Ｆ２方向に付勢されることになり、この方向での軸受部１５と軸３との間のクリアランス（軸ガタ）を無くすようにロータヨーク１を傾ける。
つまり、付勢用マグネットＭは、回転中常に同一方向Ｆ１，Ｆ２へロータを付勢するので、ロータ部Ｒの回転時に発生する軸振れを防止することが可能となる。

従って、軸振れが原因で発生していたターンテーブルの面振れを減らすことができ、ターンテーブルに載置される情報記録ディスク読み取りエラーを防止することができる。
また、軸ガタを減らすための吸引力を生み出す着磁された付勢用マグネットを駆動用マグネットとは別個に設けるので、モータの特性に適合した吸引力を有するマグネットを選ぶことができ、駆動用マグネットの磁力に依存しない軸ガタ防止効果を得ることができる。
そして、軸方向にＮＳ極を着磁し、平面状の天面ｂに磁力を作用させるので、コギングトルクが発生せず、スムーズな回転を維持できる。
さらに、磁力により非接触で軸ガタを防止するので、部材間の摩擦による騒音や部品の劣化などの問題が起きない。

尚、以上で説明した実施例において、付勢用マグネットはハウジングに設けられているが、ステータ部のロータヨークの天面に対向していれば、軸受部でもステータコアでも、また、２つ以上の部材に跨ってでも付勢用マグネットは搭載可能である。

次に、本願発明に使用されるロータヨークを一定方向Ｆ１に吸引するための着磁された付勢用マグネットＭついて図面に沿って説明する。
図３（イ）（ロ）は、それぞれ付勢用マグネットＭ１，Ｍ２の平面図及び断面図を示す。
付勢用マグネットＭ１はリング状であり、平面から見て半分以内の領域（リング中心から１８０度開角の領域）のみ着磁してある。
付勢用マグネットＭ２は、１８０度の角度を有する円弧形状をしており、全領域が着磁されている。

このようにロータヨークを吸引するためのマグネットの形状として、リング形状又は１８０度の角度を有する円弧形状のものを用いれば、軸方向から見たハウジングの端部１４ａはリング形状であり、両部分が共に同種の形状であるので、マグネットを端部１４ａに取り付けやすい。
また、リング又は１８０度の角度を有する円弧形状の中心と回転軸の中心が一致するように付勢用マグネットをハウジングに設ければ、ロータヨークの回転軸中心から一定距離の部分が付勢用マグネットの磁力により吸引されるので、常に安定した吸引力で付勢用マグネットの着磁領域の方向にロータヨークを吸引することが可能となる。その結果、ロータヨークに固定されている回転軸は、常に一定の力で径方向の軸受部に付勢され、安定したモータの回転性能を実現することができる。

次に、図４及び図５を参照して、本願発明を用いたスピンドルモータの軸振れについての測定結果を説明する。
尚、軸振れ量とは、回転軸３と軸受１５との間に介在するクリアランスＫ中を動く回転軸３ついて、一定のラジアル方向の回転軸の動きに着目して測定した、回転軸の先端Ｐ点の動きの量のことである。

図４に示された表（Ａ１）（Ａ２）（Ａ３）（Ａ４）は、ロータのみで回転駆動させた状態である３つのモータ（モータ１〜３）を対象に、付勢用マグネットＭ１又はＭ２（図２に記載）を設けた場合と付勢用マグネットを設けない場合とに分けて測定を行なったものであり、それぞれモータの回転数が１０００ｒｐｍ，２０００ｒｐｍ，３０００ｒｐｍ，４０００ｒｐｍであるときの軸振れ量（単位：［μｍ］）の測定結果である。

図５に示された表（Ｂ１）（Ｂ２）（Ｂ３）（Ｂ４）は、ロータにターンテーブルと偏心ディスクを設けて回転駆動させた状態（負荷有り）である３つのモータ（モータ１〜３）を対象に、付勢用マグネットＭ１又はＭ２（図２に記載）を設けた場合と付勢用マグネットを設けない場合とに分けて測定を行なったものであり、それぞれモータの回転数が１０００ｒｐｍ，２０００ｒｐｍ，３０００ｒｐｍ，４０００ｒｐｍであるときの軸振れ量（単位：［μｍ］）の測定結果である。

表（Ａ１）〜（Ａ４）を参照すると、付勢用マグネットを有するスピンドルモータの軸振れ量は、付勢用マグネットが無いスピンドルモータと比較して、いずれのモータ及び回転数においても、約７０％〜約８０％減少している。
また、負荷をかけた状態の軸振れのデータを示す表（Ｂ１）〜（Ｂ４）を参照すると、付勢用マグネットを有するスピンドルモータの軸振れ量は、付勢用マグネットが無いスピンドルモータと比較して、いずれのモータ及び回転数においても、約７０％〜約９０％減少している。
以上の実験結果より、本願のような付勢用マグネットをモータに設けることにより、大幅に軸振れを低減することが可能であることがわかる。

次に、本願発明に使用されるリング部材の取付方法について図面に沿って説明する。
図６（イ）は、金属製の軸受ハウジング２４に付勢用マグネットＭを設けた状態を示す縦断面図である。
ハウジング２４の端部２４ａには、付勢用マグネットＭを配するためのリング状又は半リング状の溝２４ｂが設けられ、この溝２４ｂを構成するハウジングの端部２４ａには、突起部２４ｃが形成されている。そして、付勢用マグネットＭは、前記溝２４ｂに挿入された後、前記突起部２４ｃを加締めることにより、ハウジング２４に固定されている。

次に、図６（ロ）は、樹脂製の軸受ハウジング３４にロータヨーク付勢用マグネットＭを設けた状態を示す縦断面図である。
ハウジング３４の端部３４ａには、付勢用マグネットＭを配するためのリング状又は半リング状の溝３４ｂが設けられている。この溝３４ｂを構成するハウジングの端部３４ａには、付勢用マグネットＭを固定するための弾性を有するクランプ用爪３４ｃが形成されている。
そしてこの付勢用マグネットＭは、前記溝部３４ｂに前記爪３４ｃを曲げながら挿入され、前記爪３４ｃは、付勢用マグネットＭが所定の位置に配されると自らの弾性力で元の形状に戻り、リング部材Ｍをハウジング端部３４ａに保持する。

図１は、本願発明の実施の形態を示すスピンドルモータの縦断面図である。 図２（イ）は、軸振れ発生時の回転軸と軸受を示す縦断面図である。 図２（ロ）は、軸振れ発生時の回転軸と軸受をアキシャル方向から見た図である。 図３（イ）（ロ）は、実施の形態で使用されるロータヨークを吸引するための付勢用マグネットの平面図及び断面図である。 図４は、付勢用マグネットが無いモータと付勢用マグネットを有するモータの軸振れ量の比較を示す表（負荷無し） 図５は、付勢用マグネットが無いモータと付勢用マグネットを有するモータの軸振れ量の比較を示す表（負荷有り） 図６（イ）は、金属製の軸受ハウジングにロータヨークを吸引するための付勢用マグネットの取付方法を示す図である。 図６（ロ）は、樹脂製の軸受ハウジングにロータヨークを吸引するための付勢用マグネットの取付方法を示す図である。

符号の説明

１ ロータヨーク
２ ターンテーブル
３ 回転軸
１４，２４，３４ ハウジング
１５ 軸受部
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２ 付勢用マグネット

Claims (3)

1. 径方向空隙型ブラシレスモータを用いたスピンドルモータにおいて、
   ロータ部は、回転軸と前記回転軸に対して直角な平面部及び前記回転軸と平行な円筒部を有し、前記円筒部は前記回転軸と一体に固定され、前記円筒部の内周面には駆動用マグネットが配されており、
   ステータ部は、コイルが巻かれた磁性体から成るコアと、内側に軸受を設け外側に前記コアを取り付ける円筒状の軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングを支持する基部からなり、
   前記平面部が磁性体で形成されるとともに、角度１８０度の円弧状着磁領域に軸方向に異なる極が着磁された付勢用マグネットが前記回転軸と同心で前記平面部に対向して前記ステータ部に取り付けられていることを特徴とするスピンドルモータ。
2. 前記付勢用マグネットは外形が回転軸を中心としたリング形状で、そのリング形状のうち角度１８０度の範囲が着磁された請求項１に記載のスピンドルモータ。
3. 前記付勢用マグネットは外形が回転軸を中心とした１８０度の円弧形状で、その円弧形状の全領域が着磁された請求項１に記載のスピンドルモータ。

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