JP2006006100A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の衝撃や落下により記録されたデータの信頼性を損なうことなく、耐衝撃性，低発塵，低騒音化を向上するため回転体の軸方向の移動の規制が必要。
【解決手段】 モータのアキシャル方向の移動量を規制のため、マグネット端面に対向する吸引板を設け、吸引板はコア極数と同数の等間隔の切り欠きを設けている。マグネット端面にはマグネット内周と同数の着磁がなされている。そして、抜け止め板には低摩擦樹脂をコーティングされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気，光ディスク等の記録ディスクを回転駆動するために用いられ、そして、スリーブの中に軸を回転自在に挿入し、スリーブの内径にラジアル動圧発生用ヘリングボーン溝が形成されるとともに、スリーブのアキシャル方向端面側に配置され、アキシャル荷重を支持するスラスト板を有するモータにおいて、回転体及び軸のアキシャル方向の移動量、及びガタの規制方法に関するものである。

また、近年は、モータが使用されるディスク駆動装置は小型，高容量化が進展しており、この種のディスク駆動装置は特に、耐衝撃性，低発塵が求められている。その中でディスク駆動装置に組み込まれて、記録ディスクを回転駆動するスピンドルモータに対してもより一層の、耐衝撃性，低発塵が要望されている。

従来、ＨＤＤ用のモータは特開平６ー２６９１４２号公報（特許文献１参照）に記載されたものが知られている。図９に従来のモータの構造を示す。図９において、１１１はディスク２０を搭載するハブであり、ハブ１１１はアルミニウム系からなる材料からなる。

ハブ１１１の中央にはマルテンサイト系ステンレス鋼からなる軸１１２が取り付けられている。ハブ１１１は取り付けられたディスク２０とともに回転してその回転中心をなす。軸１１２は銅合金から作られたスリーブ１２１によってラジアル方向に支承され、また、マルテンサイト系ステンレス鋼からなるスラスト板１２２でスラスト方向に支承されている。

軸１１２とスリーブ１２１との間、そして、軸１１２とスラスト板１２２の間にはそれぞれ潤滑流体、例えば油やグリースが充填されている。（図示が困難なので番号を付与していない）また、軸１１２にはヘリングボーン溝１１３が軸方向に隔てて複数以上に形成してあり、軸１１２が回転したときに、ヘリングボーン溝１１３によって潤滑流体中に圧力が発生してラジアル方向に非接触で回転可能となる。

上記ヘリングボーン溝１１３はスリーブ１２１に軸方向に隔てて複数以上に形成しても効果は同じである。また、軸端１１４はピボット形状となっており、スラスト板１２２にて軸方向の位置を決めている。

このように、軸１１２は回転時において軸１１２とスリーブ１２１間にてお互いが非接触に回転でき、軸１１２とスラスト板１２２間は低摩擦状態にて回転することができる。
ステータコア１２４には巻線１２５が巻装された後、ブラケット１２３に固定される。そして、モータの回転駆動力はステータコア１２４がつくる回転磁界とその周囲をとりまく多極着磁されたマグネット１４４とによって発生する。

マグネット１４４はロータフレーム１２７の内周に固定されて、全体として回転体１１０を構成し、回転可能となる。

アルミやステンレス、銅系から構成された抜け止め板１２９はブラケット１２３に固定されて回転体１１０の抜けを防止する。
スリーブ１２１の外周側１２６には、軸１１２をスリーブ１２１に挿入した際、スリーブ１２１の内部の空気が逃げるよう連通穴１２８が設けられている。

一方、モータが回転中に外部振動が加わるとディスクが搭載された回転体１１０がアキシャル方向に変位し、データ書き込みや再生時においてエラーが発生するため、アキシャル方向の変位を規制するため、マグネット１４４のセンターとステータコア１２４のセンターとを軸方向にずらすことによって、マグネット１４４とステータコア１２４との間に働く磁気吸引力を発生させて、軸方向の移動に対して対処していた。

また、モータは衝撃落下、姿勢差や振動によって軸１１２がスリーブ１２１から抜けると機能を果たさないので抜け止め板１２９にて対処していた。
特開平６−２６９１４２号公報

しかしながら、最近、このモータを使用する装置は低騒音化の要求がある。また、高容量化も進んでおり、そのためにはディスクの枚数を増やす必要が有る。

従来例では、回転体の軸方向の移動を規制するための吸引力をマグネットのセンターとステータコアのセンターとの軸方向的なずれによって磁気的に発生させていたが、回転時においてマグネットとステータコアとの軸方向的なずれにより、軸方向の振動が発生し、その振動が電磁的な騒音となり、モータの騒音が大きくなる問題を有していた。

また、吸引力をマグネットのセンターとステータコアのセンターとの軸方向的なずれによって発生させても、高容量化に伴うディスクの枚数の増加によってディスク負荷重量が増大するため、磁気吸引力より回転体の自重を含めたディスク負荷重量の方が重くなることによって、モータが逆姿勢状態になると回転体の軸方向の磁気吸引力がディスク負荷重量より小さくなって回転体が移動するケースが発生した。そして、回転体が移動して、抜け止め板とシャフト端面との接触が発生していた。そして、その接触によって金属粉の発生と回転時の摺動磨耗による磨耗粉が発生し軸とスリーブとの狭い隙間には入り込む不具合があった。

また、最近、このモータを使用する装置をリムーバル・メディアとしての使用や、携帯可能で持ち運び可能なノートパソコンの普及に伴って、モータに衝撃や、落下が加わり易くなり、軸とスリーブの中で、軸がアキシャル方向に移動するケースが増えてきている。そのような状態の中においても、磨耗粉や金属粉が発生せず、装置の信頼性を維持することが要求されている。

このため、衝撃や落下が作用したとき回転体がアキシャル方向に移動し、この移動量が大きくなると、軸方向に移動した回転体のハブに直接取りつけられたディスクとディスク面上をアクセスするヘッド（図示せず）を支えるヘッドアームとの接触が発生するため、装置が不具合になるケースがあった。

また、回転体が移動して接触した場合、抜け止め板と抜け止め端面との接触による金属粉や、回転時の摺動磨耗による磨耗粉が発生する。

そして、それらの磨耗粉や金属粉がスリーブと軸との狭い隙間に入り込み、軸とスリーブ間にて焼き付けを起こし、軸受寿命を短くすることがあった。そして、装置の信頼性を著しく損なっていた。

また、負荷となるディスクが取り付けられた状態にて、モータ姿勢を逆姿勢にすると、マグネットのセンターとステータコアのセンターとの軸方向ずれによって発生する磁気吸引力が、ディスク負荷重量とモータ回転体の自重に耐えられなく、回転体がアキシャル方向に移動して、抜け止め板と抜け止め端面との接触が発生し、そして、そのため負荷が増えてモータの負荷電流が増大し、製品スペックを越えるため、携帯可能で持ち運び可能なノートパソコン等の低消費機器には利用できない欠点があった。

また、逆姿勢のままで連続回転させると、抜け止め板と抜け止め端面との接触により、摺動磨耗が発生し短時間で寿命となっていた。

本発明は、衝撃や落下が加わったり、またモータが逆姿勢になっても、抜け止め板と抜け止め端面との接触によって発生する金属粉や、回転時の摺動磨耗の発生を防止して信頼性の高いモータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明は、マグネットの端面に対向するようにブラケットの面上に取り付けられた磁性材からなる吸引板を構成したものである。上記吸引板を設けることによってマグネット端面と吸引板との間に発生する磁気的な吸引力の作用にて、回転体の軸方向の移動を規制することが可能となる。

また、抜け止め端面に対向する抜け止め板を備えたモータにおいて、抜け止め板の表面に低摩擦樹脂をコーティングしたものである。上記抜け止め板に低摩擦樹脂がコーティングされたことによって、抜け止め板と抜け止め端面との接触において発生する金属粉や回転時の摺動磨耗粉が抑制される。

以上のように本発明によれば、マグネット端面に対向するようにブラケットに取り付けられた磁性材からなる吸引板を有しており、そして、吸引板にステータコアの極数と同数からなる円周上に等間隔状の切り欠きが設けられ、なおかつ、マグネット端面にはマグネット内周と同数の着磁がなされているので、モータの逆姿勢状態や、回転中における振動や落下等の外乱が、モータに加わっても、マグネット端面と吸引板との間に働く磁気的な吸引力によって、ディスクが搭載された回転体の軸方向の移動を抑制することが可能となる。

そして、装置の騒音特性を悪化することなく、装置の姿勢や、衝撃，落下に対し信頼性の高い装置が提供できる。

また、吸引板に構成された円周上の等間隔状の切り欠きを設けることによって、ステータコアとマグネットとで発生するコギングと、吸引板の切り欠きとマグネットとで発生するコギングがお互いに相殺されて減少するため、コギングによる振動成分を小さくすることも可能である。

また、マグネット，ロータフレーム，ハブとを有する回転体のアキシャル方向の移動量を規制するための機構が、スリーブの抜け止め端面と、抜け止め端面に対向する抜け止め板から構成され、抜け止め板の表面に低摩擦樹脂をコーティングがされているので、抜け止め板と抜け止め端面との接触時の摩擦係数を低減することが可能となる。

故に、落下，衝撃、また逆姿勢時において、抜け止め板が軸方向に移動して抜け止め板がスリーブの抜け止め端面に接触しても、摺動磨耗粉の発生を防止することが出来る。そのため装置のクリーン度が維持が可能となるという有利な効果が得られる。

上記の課題を解決するため本発明は、マグネット端面に対向するようにブラケットに取り付けられた磁性材からなる吸引板を有したものである。上記吸引板はステータコアの極数と同数からなる円周上に等間隔状の切り欠きを設けている。

そして、上記マグネット端面にはマグネット内周と同数の着磁がなされている。

このように磁性材からなる吸引板を有することによって、マグネット端面と吸引板との間に磁気的な吸引力が得られ、回転体の軸方向の移動を規制することが可能となる。

また、本発明は、軸とこの軸が嵌挿され内径にラジアル動圧発生用のヘリングボーン溝が形成されたスリーブと、スリーブを固定するブラケットと、スリーブの端面側に配置されたアキシャル荷重を支持するスラスト板と、軸の端面に固定されたハブと、ハブに取り付けられたロータフレームと、ロータフレームに取り付けられたマグネットと、マグネットに対向しブラケットに取り付けられた電機子と、マグネット，ロータフレームとハブとを有する回転体のアキシャル方向の移動量を規制するため、スリーブの抜け止め端面を有し、抜け止め端面に対向する抜け止め板を備えたモータにおいて、抜け止め板の表面に低摩擦樹脂をコーティング、もしくは抜け止め板自身を低摩擦材から構成している。

そして、抜け止め板の表面にコーティングされた低摩擦樹脂が、フッ素系材料から構成され、低摩擦樹脂の中には重量比にて５０±１５％からなるバインダー材が混入されている。

そして、バインダー材自身が摺動性能の優れているポリイミド樹脂からなると良い。

そして、低摩擦樹脂のコーティング厚みが０．００５〜０．０３０mmからなると好ましい。

このように、抜け止め板に低摩擦樹脂がコーティングされたことによって、接触部の摩擦係数を低減することが可能となる。

以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施例のモータの断面図を示し、図２には本発明の一実施例の組立を示す断面図を示す。

図１，図２において、ハブ５の中央にはマルテンサイト系ステンレス鋼からなる軸１が取り付けられている。そして、ハブ５は取り付けられたディスク２０とともに回転して、その回転中心をなす。

軸１は銅合金から作られたスリーブ２によってラジアル方向に支承され、またセラミック材，マルテンサイト系ステンレス鋼、もしくは工具鋼からなるスラスト板４でスラスト方向に支承されている。

ロータフレーム６はハブ５にカシメ締結等によって固定されて、ロータフレーム６の内周側にマグネット７が固定される。そして、マグネット７の内周部には複数の着磁がなされている。そして、回転体１４は軸１，ハブ５，ロータフレーム６とマグネット７によって構成される。

軸１、スリーブ２とスラスト板４とは金属材料及びセラミック材からなるため軸１、及びスリーブ２は、高速で回転するディスク２０の負荷に耐えるだけの機械剛性を持つ。また、軸１の外径やスリーブ４の内径精度を高める加工が可能となる。

また、スリーブ２にはヘリングボーン溝２１が軸方向に隔てて複数以上に形成してあり、スリーブ２の下端側にはスラスト板４が補強板２３を介して固定される。そして、スリーブ２の内径部や軸１にオイルやグリース等の潤滑流体を塗布して、回転体１４を構成する軸１をスリーブに挿入する。

そのようにすることによって、軸１とスリーブ２の隙間、軸１とスラスト板４の隙間にはそれぞれ潤滑流体、例えば油やグリースが充填されている。（潤滑流体は図示が困難なので番号を付与していない）
そのため軸１が回転しても、ヘリングボーン溝２１によって潤滑流体中に圧力が発生して軸１がラジアル方向に非接触で回転する。上記ヘリングボーン溝２１は軸１に軸方向に隔てて複数以上に形成しても効果は同じである。

また、軸１の軸端２２はピボット軸受のため軸端２２の形状は球状に形成してあり、スラスト板４にて回転体とディスク負荷とからなるアキシャル荷重を支持する。スラスト板４はスリーブ２の下端側に補強板２３と重ね合わさって、カシメ等の機械的な方法にて結合されている。

スリーブ２の外径部には段階的に径が変化した抜け止め端面９を有している。そして、抜け止め板１０は抜け止め端面９へ対向するように、ハブ５にしっかりと取りつけられて、回転体１４の軸方向の抜けを防止することが出来る。
このように構成及び組立することによって、スリーブ２やスラスト板４によってラジアルまたスラスト的に回転可能に支持されたスピンドル組立２５が完成する。

電機子８はマグネット７に対向するようにブラケット３に固定されている。そして、磁性材からなる、吸引板１１はマグネット７の端面に対向するように、ブラケット３の面に取り付けられる。その後、電機子８や吸引板１１が取り付けられたブラケット組立２４のブラケット３の内周部と、スピンドル組立２５のスリーブ２の外形部とを固定することによってモータが完成する。そして、モータの回転駆動力は、ステータコア１７に巻線された電機子８がつくる回転磁界と、その周囲をとりまく多極着磁されたマグネット７とにより発生する。

ここで、図３に示すように、スリーブ２の外径部に構成された抜け止め端面９と、そして、抜け止め端面９に対向するよう取り付けられた抜け止め板１０との隙間Ｌ１が設けらている。この隙間Ｌ１は過大な衝撃等に対して回転体１４が軸方向に移動する移動量となり、その結果、抜け止め板１０と抜け止め端面９との接触が起こる。

しかしながら、抜け止め板１０が低摩擦樹脂材、もしくは低摩擦樹脂がコーティングされているため抜け止め板１０と抜け止め端面９との摩擦係数が低くなり、接触時に発生する樹脂粉や金属粉そして摺動磨耗量の発生を低く押さえることが出来る。なお、抜け止め端面９を低摩擦材、もしくは低摩擦樹脂がコーティングしても効果は同じである。

（実施の形態２）
図４は吸引板の形状を示し、図５，図６は電機子と吸引板との配置図の一例を示す。図４，図５，図６において、吸引板１１の内周側には円周上に等間隔な位置で切り欠き１２が設けられている。図４はステータコア１７の極数と同じ数である１２個の切り欠き１２が等間隔で構成されている。吸引板１１は電機子８のステータコア１７のスリット２６のセンターに対し吸引板１１の切り欠き１２のセンターは機械角で７．５度（電気角は８極マグネットのため３０度に相当する）分程、位相がずれて配置されている。

そのため、図７に示すようにステータコア１７とマグネット７とで発生するコギングと、吸引板１１の切り欠き１２とマグネット７とで発生するコギングがお互いに相殺されるため合成されたコギングが減少する。勿論、切り欠き１２は吸引板１１の外側に設けても効果は期待できる。

また、図５のような構成でも合成されるコギングは減少するためスタータコア１７のスリット２６に対する吸引板１１の取付角度の精度を必要としない。

また、マグネット７の内径に着磁された磁極と同励磁の着磁を吸引板１１と対向する端面側に施すと、マグネット端面と吸引板１１との間に発生する磁気的吸引力が増大し、回転体の軸方向の移動を更に規制することができる。

本発明はハードディスク装置やその他の回転装置に用いられる流体軸受装置に関し、スリーブの軸受穴に軸が相対的に回転自在に挿入され、軸外周面またはスリーブ内周面の少なくとも一方に動圧発生溝を有する少なくとも一個のラジアル軸受面が設けられ、前記スリーブは体積密度８５パーセント以上の圧粉成型金属焼結体素材の多孔質表面に厚さ２〜１０マイクロメータの四三酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）皮膜を形成することにより、安価で、圧力漏れが無く高性能長寿命な動圧流体軸受装置を得ることができる。

本発明の実施例１によるモータの縦断面図 本発明の実施例１によるモータの組立を示す縦断面図 本発明の実施例１によるモータの要部断面図 本発明の実施例２による吸引板の上面図 本発明の実施例２による吸引板と電機子との上面図 本発明の実施例２による吸引板と電機子との上面図 本発明の実施例２によるコギング特性を示す図 本発明の実施例２によるマグネットの斜視図 従来のモータの縦断面図

符号の説明

１，１１２ 軸
２，１２１ スリーブ
３，１２３ ブラケット
４，１２２ スラスト板
５，１１１ ハブ
６，１２７ ロータフレーム
７，１４４ マグネット
８ 電機子
９ 抜け止め端面
１０，１２９ 抜け止め板
１１ 吸引板
１２ 切り欠き
１３ 隙間
１４，１１０ 回転体
１５ マグネット端面 １６ ロータフレーム端面
１７，１２４ ステータコア
２０ ディスク
２１ ヘリーングボーン溝
２２ 軸端
２３ 補強板
２４ ブラケット組立
２５ スピンドル組立
２６スリット

Claims (4)

1. 軸とこの軸が嵌挿され内径にラジアル動圧発生用のヘリングボーン溝が形成されたスリーブと、前記スリーブを固定するブラケットと、前記スリーブの端面側に配置されたアキシャル荷重を支持するスラスト板と、前記軸の端面に固定されたハブと、前記ハブに取り付けられたロータフレームと、前記ロータフレームに取り付けられたマグネットと、前記マグネットに対向し前記ブラケットに取り付けられた電機子と、前記マグネット、前記ロータフレームと前記ハブとを有する回転体のアキシャル方向の移動量を規制するため、前記スリーブの抜け止め端面を有し、前記抜け止め端面に対向する抜け止め板を備えたモータにおいて、
   抜け止め板は金属材からなり、表面にフッ素系材料からなる低摩擦樹脂がコーティングされ、低摩擦樹脂の中には重量比にて５０±１５％からなるバインダー材が混入されていることを特徴とするモータ。
2. バインダー材がポリイミド系樹脂からなる請求項１記載のモータ。
3. 低摩擦樹脂のコーティング厚みが０．００５〜０．０３０mmからなる請求項１記載のモータ。
4. 低摩擦材がポリイミド系樹脂及び低摩擦樹脂からなる請求項１記載のモータ。
   

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