JP2006187064A - スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】
高効率で薄型化されたスピンドルモータを提供すること。
【解決手段】
スピンドルモータ３は、少なくとも１枚の第一のコア板３４ａと、第一のコア板の下側に積層される第二のコア板３４ｂと、第二のコア板の径方向内方において、上側に屈曲されてなる垂直部３４ｂ１と、その垂直部３４ｂ１の下側に位置する屈曲部３４ｂ３と、それらコア板３４ａおよび３４ｂに巻回されたコイル３１ａと、それらコア板３４とコイル３１ａとからなるステータと、垂直部３４ｂ１の内周面と対向するロータマグネット３２とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スピンドルモータに関する。特に、薄型のスピンドルモータに関する。

（１．近年の傾向）
近年、ハードディスクの記憶容量密度が向上するのに伴って、ハードディスクドライブのなお一層の小型化が求められている。さらに、携帯機器への応用が広がっている。携帯機器は、振動や衝撃などが発生しやすい環境で用いられることが多い。そのため、外力に対して高い耐久性が求められていた。外力に対する耐久性を高めるためには、軸受の剛性を高める必要があり、軸損が増大してしまう。その一方で、携帯機器は乾電池や充電池などの電力容量が大きくない電源が用いられることが多く、消費電力を削減することも同時に求められていた。

（２．スピンドルモータの構造）
スピンドルモータには一般に直流ブラシレスモータが用いられている。図７は、代表的なスピンドルモータの構造を示す断面図である。ブラシレスモータに分類される図７のスピンドルモータ１００は、ステータ１３１と、ステータ１３１が取り付けられる固定側アッセンブリ２３と、ロータマグネット１３２と、ロータマグネット１３２が取り付けられるロータ２１と、軸受２２とからなる。

そのうちステータ１３１は、複数の磁極歯と、その磁極歯の外周同士又は内周同士を磁気的に接続するコアバックと、磁極歯にそれぞれ巻回されたコイルとからなる。磁極歯及びコアバックは、透磁率が高い珪素鋼板からなるコア板１３４を複数枚重ねて形成される。ロータマグネット１３２は、環状の磁石である。このロータマグネット１３２は、磁極歯の、コアバックとは反対側の周面と径方向に対向して配置される。ステータ１３２が取り付けられるステータアッセンブリ２３に対して、ロータマグネット１３２が取り付けられるロータ２１は、軸受２２によって回転自在に支持される。

（３．従来の構造）
モータのトルクを低下させることなく、薄型化を達成するために、一番上のコア板のロータマグネットと対向する側の端部を軸方向上側に折り曲げる（または一番下のコア板を下側に折り曲げる）構造が、特許文献１には記載されている。図６は、その一例を示すものである。このようにすると、ステータ１３１の磁極歯の、ロータマグネット１３２と径方向に対向する面積が大きくなるので、ロータマグネット１３２の磁束を効率よく用いることができる。つまり、トルク定数が大きくなる。したがって、コイル１３１ａに流す電流を小さくしても、コア板を折り曲げない構造を用いた場合と比較して、同等のトルクを得ることができるので、消費電力を削減することができる。

（４．従来の問題点）
しかしながら、このスピンドルモータ１００をさらに薄型化する際には、いくつかの問題がある。

コア板として広く用いられる、珪素鋼板は圧延によって形成される場合が多く、コア板自体の厚さを薄くするには限界がある。したがって、スピンドルモータを薄型化する場合には、コアの積層枚数を減らす必要がある。

コア板１３４ａを曲げたときに形成される理想的な角とのずれの大きさ、いわゆる曲げしろ（図６のＤ１）は、コア板の厚さ（図６のＤ２）のおよそ０．５倍から１．５倍程度の範囲である。

従来の方法でロータマグネット１３２とステータ１３１との対向面積を増大させる構造では、図６に示すように、コア板１３４の曲げしろＤ１が、丁度ロータマグネット１３２の磁束密度が大きい部分に該当してしまう場合がある。

また、軸方向の厚さが１０ｍｍに満たないモータの場合には、コア板の枚数が、２枚〜５枚程度となり、ステータの曲げしろの軸方向高さが、ロータマグネットの軸方向高さに対して無視できないほど大きな比率を占めてしまう。

このステータの曲げしろにおいて、マグネットと磁極歯との径方向間隔は、理想とされるロータマグネットとステータとの径方向間隔に比べて大きい。磁気相互作用によって発生する力は、距離の２乗に反比例して小さくなってしまう。そのため、コア板を屈曲させてもトルク定数を十分に向上させることができなかった。

また、薄型化にともなって、コア板の折り曲げ長さを十分に取ることができず、折り曲げた高さ寸法の確保が困難であった。

さらに、積層されたコアの内径加工をする場合には、積層されたコア板同士の間隔が開いて、その結果、ステータコアの厚みにバラつきが生じる可能性があった。そのばらつきによって、軸方向の吸引力が変化するために、電磁ノイズが増大したり、軸受性能が低下したりする可能性があった。特に、スピンドルモータを薄型化すると、そのバラつきが顕著になる。一方でそれらのスピンドルモータが携帯機器などに搭載されると、ノイズの発生は需要者にとって不快なものとなり、軸受性能の低下は、駆動効率の低下やモータ寿命の増加の妨げとなる。

特開平４−２５１５４１号公報

本発明の課題は、上述のとおりの従来の問題に鑑みてなされたものである。すなわち、高効率のスピンドルモータを薄型化することである。

これらの課題を解決する、本発明のスピンドルモータは、以下の構成を有する。なお、説明をより分かりやすくするため、本発明の一つの実施形態を示す図である図２にあわせて「軸方向一方側」を「下側」、「軸方向他方側」を「上側」として説明するが、本発明及びその効果は、かかる方向によって限定されるものではない。

本発明のスピンドルモータは、第一のコア板と、第二のコア板とを備える。第一のコア板は回転中心に対して径方向に延長しており、第二のコア板もまた回転中心に対して径方向に延長している。第二のコア板は、第一のコア板の下側と接して、積層される。第二のコア板の径方向一方側端部は、上側に向けて屈曲して、コア板と実質的に垂直な垂直部が形成される。この垂直部の先端は第一のコア板の上側の面よりも上側に突出する。その垂直部の下側には、屈曲部が形成される。すなわち、第二のコア板は、屈曲部を介して垂直部と連結されている。第一のコア板と、これに積層された第二のコア板には、コイルが巻回される。

ステータは、第一のコア板、および、これに積層された第二のコア板、及び、これらコアに巻回されたコイル、を備える。ロータマグネットは垂直部と径方向に対向する周面を有する。そのロータマグネットを備えたロータは、軸受機構を介して、ステータと相対的に回転自在に支持される。また、第一のコア板の替わりに、複数のコア板が積層されてなる第一のコアが用いられていてもよい。

さらに、屈曲部がロータマグネットの軸方向中心よりも下側に配置されていると、なおよい。また、第二のコア板の下側の面がロータマグネットの下端部よりも下側に来るように形成されているとよい。

このようにすることによって、屈曲部が、ロータマグネットの磁極の中心と対向することがなくなるので、ステータとロータマグネットとの有効な対向面積を増大させることができる。その結果、トルク定数を大きくすることができ、モータの高効率化を図ることができる。

なお本発明は、ロータマグネットがステータの径方向内方に配置される、いわゆるインナロータタイプのスピンドルモータであっても、ロータマグネットがステータの径方向外方に配置される、いわゆるアウタロータタイプのスピンドルモータであっても効果的である。

すなわち、インナロータタイプのモータは、薄型化と、回転体の小型化に適しているので、小型化を可能にする本発明の効果を、特に得ることができる。一方で、アウタロータタイプのモータは、その回転体を通して漏洩磁束がほぼ完全に捕捉されるため、特に高トルクを必要とするモータの場合に本発明を適用すると有効である。

また、本発明は特に、スピンドルモータの軸方向厚さが１０ｍｍ以下（より好ましくは５ｍｍ以下）の、薄型モータを実現させるために特に好適である。そのようなモータは、積層コアの枚数が少ないために、コア板の曲げしろがステータコアの軸方向高さに占める割合が大きい。そのため、本発明によって、ロータマグネットとステータの磁極歯との対向する面積を増大させることができる。

また、本発明は、記録ディスクドライブに用いることができる。近年記録ディスクドライブは、薄型であることと省消費電力であることが要求されている。本発明は、その要求を満たすものである。

本発明を実施することによって、ロータマグネットの磁束密度が大きい部分において、ステータ磁極歯のロータマグネットと有効に対向する面積を拡大させることができる。したがって高効率のスピンドルモータを薄型化させることができる。

本発明を実施したスピンドルモータについて、図を用いて説明する。なお、実施の形態に関する説明において、上・下・左・右・奥・手前などの方向に関する表現は、図面上の方向を示すものに過ぎず、実際に実施される場合の方向を限定するものではない。

（第１の実施形態）
（１−１ ハードディスクドライブ及びスピンドルモータの構成）
図１は、本発明のスピンドルモータ３を備えたハードディスクドライブを示している。本発明のスピンドルモータ３が使用されるハードディスクドライブ１は、情報が記録可能なハードディスク１１と、ディスク上の情報の読み込み／書き込みを行なうヘッド１３と、そのヘッド１３を支持しディスク上の任意の位置に移動させるヘッドアッセンブリ１４とを筐体１２の内部に備えている。

図２は、本発明のスピンドルモータ３の回転軸を含む縦断面図である。スピンドルモータ３は、ハードディスク１１が載置される載置面を備えてなるロータハブ２１と、筐体１２の一部を成してスピンドルモータ３の基部をなすベースプレート２３と、ロータハブ２１をベースプレート２３に対して回転自在に支持する軸受２２とからなる。

軸受２２は、シャフトとシャフトに隙間嵌めされるスリーブと、その間に介在する潤滑油とからなる滑り軸受である。なお、この滑り軸受けは、そのシャフト又はスリーブに動圧溝が形成された、動圧軸受を用いてもよい。また、外輪と内輪との間に転動体（玉や円柱部材）を介して構成される、いわゆる転がり軸受でもよい。

（１−２ 駆動部の構成）
スピンドルモータ３の駆動部は、コア３３にコイル３１ａが巻回されたステータ３１と、環状の永久磁石からなるロータマグネット３２で構成されている。

（１−３ ステータの形状）
図２は本発明のスピンドルモータの要部であるステータ３１及びロータマグネット３２を示す、縦断面図である。また、図３は、本発明の要部であるステータ３１及びロータマグネット３２を、図２の上方向から見た平面図である。なお、図３において、コイル３１ａは理解を助けるために、一部省かれて、破線で示されている。また、コイル３１ａを構成するリード線の配置に関しては、本発明と直接関係がないことから、細部を省略した。

コア３３は、ステータ３１の外周側に位置する環状のコアバック３３ａと、コアバック３３ａから径方向内方に向かって延伸する磁極歯３３ｂとを有する。コア３３は、２枚のコア板３４ａ、３４ｂからなっており、上側に積層された第一のコア板を３４ａ、下側に積層された第二のコア板を３４ｂとする。第二のコア板３４ｂの内周端部は、上側に屈曲され、垂直部３４ｂ１を備える。垂直部３４ｂ１の内周面３４ｂ２がロータマグネット３２の外周面に対向する。また、垂直部３４ｂ１の下側には、軸方向に曲げしろの高さ分だけ、屈曲部３４ｂ３が形成されている。

屈曲部３４ｂ３の一部は、ロータマグネット３２と一部が径方向に対向しているものの、その径方向間隙は垂直部３４ｂ１とロータマグネット３２との間の径方向間隙に比べて大きい。したがって、この部分は、垂直部３４ｂ１に比べて、ロータマグネット３２との磁気相互作用が小さい。しかしながら、屈曲部の一部のみがロータマグネット３２と対向しているため、屈曲部全部がロータマグネットと対向する場合に比べて、トルクの低下を抑えることができる。

（１−４ 実施による効果）
本実施形態において、コア板３４ａ及び３４ｂの厚さは０．２ｍｍであり、コア板を２枚とした。ロータマグネット３２の軸方向高さは０．７ｍｍであり、屈曲部３４ｂ１の軸方向高さは曲げしろを含めて０．６ｍｍであった。一方、曲げしろは、コア板３４の厚さとほぼ同様のおよそ０．２ｍｍであった。本実施の形態において、２枚のコア板３４の中間位置で定義される、コア３３の軸方向中心は、ロータマグネット３２の軸方向中心よりも０．１ｍｍほど下側に位置している。

また、図６に示した従来のスピンドルモータ１００に関して、コア板１３４の厚さ及びロータマグネット１３２との位置関係、ロータマグネット１３２の軸方向高さ及び、垂直部を合わせたロータマグネット１３２と対向する部分の厚みを同様の条件にして、実験を行った。

さらに、図７に示した、コア板１３４の屈曲を行わないスピンドルモータ１００について、コア板１３４の厚さ及びロータマグネット１３２との位置関係及び、ロータマグネット１３２の軸方向高さを同様の条件にして、実験を行った。

その結果、本実施の形態のスピンドルモータ３のトルク定数は、図７に記載された従来のスピンドルモータに対して１１％、図６に記載された従来のスピンドルモータと比較して、約３％増大した。

（１−５ 他の効果）
図６に示した従来のモータの場合、ロータマグネット１３２と径方向に対向するステータ１３１の軸方向高さは、ステータ１３１の部品精度に依存していた。そのステータ１３１の部品精度は、折り曲げられたコア板の折り曲げ長さのばらつきと、積層コアの積層ばらつきの合計によって決められていた。本発明を実施した本実施の形態において、ステータの部品精度は、最下部に位置する第二のコア板３４ｂの垂直部３４ｂ１の折り曲げ長さのみによって決められる。その結果、ステータ３１の磁束量が安定すると共に、ロータマグネット３２との軸方向位置精度が向上する。特に本実施形態のように、薄型モータにおいては、わずかな寸法誤差が軸方向の磁気力のアンバランスを発生させ、磁気ノイズの発生や軸方向への過大な与圧の発生など、モータの特性に大きな影響を及ぼす。したがって、本実施の形態にかかるスピンドルモータ３は、非常に薄型であるにもかかわらず、個体差が少なく、安定した特性を得ることができる。

さらに、本発明を実施することによって、ステータ３１の内径加工をする際に第一のコア板と第二のコア板との間隔がコア板の厚み方向に開いてしまうことがない。その結果、コア３３の厚みのバラつきが大幅に低減され、磁気吸引力のバラつきに起因する軸受性能の低下や、電磁ノイズの発生を抑えることができる。このスピンドルモータ３を備えることにより、ハードディスクドライブ１の安定した性能が確保され、その上静音化が達成される。

（他の実施形態）
本発明の実施は、上記の第１の実施形態にのみ限られるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

コア板は、２枚以上であってもよい。その場合、ロータマグネットの磁束密度が小さい軸方向位置に対して径方向に対向する位置に配置されたコア板が第二のコア板として屈曲されると、本発明の効果を得ることができる。本発明の効果を得るためには、第１の実施形態のように下側のコアが上側に屈曲されていてもよいし、他の形態として、図４のように上側のコアが下側に屈曲されていてもよい。なお、図４の符号は、図２の対応する機能を有する部材の符号と同様である。したがって、図２において上側に積層された第一のコア板３４ａは図４においては下側に積層された第一のコア板３４ａと、図２においてその最も下側に積層された第二のコア板３４ｂ、垂直部３４ｂ１、内周面３４ｂ２及び屈曲部３４ｂ３はそれぞれ、図４においてその最も上側に積層された第二のコア板３４ｂ、垂直部３４ｂ１、内周面３４ｂ２及び屈曲部３４ｂ３に対応している。

本実施の形態では、ロータマグネット３２がステータ３１の内周側に位置する、インナロータ型のモータである。しかしながら、図５に示すように、アウタロータ型のスピンドルモータにも、適用できることは言うまでもない。

また、図５のようにコア板を３枚以上積層されてもよい。図５における第一のコア３４ｃは、２枚以上のコア板が積層されたものであり、その最も下側の面に第二のコア板３４ｂが積層される。垂直部３４ｂ１の上端部は、第１のコア３４ｃの上端面よりも上側に延伸されている。これによって、トルク定数を向上させつつ、モータの薄型化を図ることができる。

垂直部３４ｂ１の軸方向高さは、曲げしろを含めて、複数の第一のコア板３４ａ又は複数のコア板からなる第一のコア３４ｃのいずれかを積層されたステータコアの軸方向高さよりも高くされる。さらに望ましくは、曲げしろを除いた垂直部３４ｂ１の軸方向高さが、第一のコア板３４ａ又は複数のコア板からなる第一のコア３４ｃのいずれかを積層されたコア３３の軸方向高さよりも大きいことが望ましい。さらに、下側に位置する第二のコア板３４ｂを上側に屈曲する場合には、その第二のコア板３４ｂの垂直部３４ｂ１の軸方向上端部が、コイル３１ａを含めた、全ステータ３１の高さ以内に収まるように垂直部３４ｂ１の高さを制限するとよい。このようにすると、軸方向の高さを低くしつつ、大きなトルク定数を得る高効率のスピンドルモータ３を得ることができる。

また、コア板３４としては、珪素鋼板のほかにも、フェライト、鉄系アモルファス、コバルトやニッケルを含む強磁性材料を用いてもよい。また、第一のコア板３４ａと第二のコア板３４ｂ又は複数のコア板を積層されてなる第一のコア３４ｃとで、材質を異ならせることも可能である。

なお、垂直部３４ｂ１の、ロータマグネット３２と対向する面は必ずしも周面でなくてもよい。すなわち、ロータマグネット３２の周面の対応する弦であってもよく、または、周面に対して、ロータマグネットの着磁波形やロータマグネットの形状と対応する形状が設けられていても良い。

本発明にかかる第１の実施形態のスピンドルモータを使用した、ハードディスクドライブを示す図である。 本発明にかかる第１の実施形態のスピンドルモータを示す断面図である。 本発明にかかる第１の実施形態における、ステータ及びロータマグネットの平面図である。 本発明にかかる他の実施形態のスピンドルモータを示す断面図である。 本発明にかかる他の実施形態のスピンドルモータを示す断面図である。 従来技術を実施したスピンドルモータを示す断面図である。 従来技術を実施したスピンドルモータを示す断面図である。

符号の説明

１ ハードディスクドライブ
１１ ハードディスク
１２ 筐体
１３ ヘッド
１４ ヘッドアッセンブリ
２１ ロータハブ
２２ 軸受
２３ ベースプレート
３ スピンドルモータ
３１ ステータ
３１ａ コイル
３２ ロータマグネット
３３ コア
３３ａ コアバック
３３ｂ 磁極歯
３４ コア板
３４ａ 第一のコア板
３４ｂ 第二のコア板
３４ｂ１ 垂直部
３４ｂ２ 内周面（図５においては外周面）
３４ｂ３ 屈曲部

Claims (8)

1. スピンドルモータであって、
   回転中心に対して径方向に延長する、第一のコア板と、
   回転中心に対して径方向に延長し、前記第一のコア板に対して軸方向一方側から接して積層される、第二のコア板と、
   該第二のコア板の径方向一方側端部が、軸方向他方側に向けて屈曲し、先端が前記第一のコア板の軸方向他方側の面よりも突出する、垂直部と、
   該垂直部の軸方向一方側に形成される、屈曲部と、
   前記第一のコア板とこれに積層された前記第二のコア板に巻回された、コイルと、
   前記第一のコア板とこれに積層された前記第二のコア板とこれらコアに巻回された前記コイルとを備えたステータと、
   前記垂直部と径方向に対向する周面を有する、ロータマグネットと、
   前記ロータマグネットを有する、ロータと、
   前記ステータと前記ロータの間に介在して、相対的に回転自在に支持する、軸受機構と、
   からなる、スピンドルモータ。
2. スピンドルモータであって、
   回転中心に対して径方向に延長し複数のコア板からなる、第一のコアと、
   回転中心に対して径方向に延長し、前記第一のコアに対して、軸方向一方側から接して積層される、第二のコア板と、
   該第二のコア板の径方向一方側端部が、軸方向他方側に向けて屈曲し、先端が前記第一のコアの軸方向他方側の面よりも突出する、垂直部と、
   該垂直部の軸方向一方側に形成される、屈曲部と、
   前記第一のコアとこれに積層された前記第二のコア板に巻回されたコイルと、
   前記第一のコアとこれに積層された前記第二のコア板とこれらコアに巻回された前記コイルとを備えたステータと、
   前記垂直部と径方向に対向する周面を有するロータマグネットと、
   前記ロータマグネットを有するロータと、
   前記ステータと前記ロータの間に介在して、相対的に回転自在に支持する軸受機構と、
   を備えるスピンドルモータ。
3. 前記屈曲部が、前記ロータマグネットの軸方向中心よりも軸方向一方側に配置される、
   請求項１又は２に記載されたスピンドルモータ。
4. 前記第二のコアの軸方向一方側の面が、前記ロータマグネットの軸方向一方側端部よりも軸方向一方側に配置される、請求項１乃至３のいずれかに記載されたスピンドルモータ。
5. 前記垂直面の径方向内方側の面が、前記ロータマグネットの外周面と径方向に対向する、いわゆるインナロータ型モータである、請求項１乃至４のいずれかに記載されたスピンドルモータ。
6. 前記垂直面の径方向外方側の面が、前記ロータマグネットの内周面と径方向に対向する、いわゆるアウタロータ型モータである、請求項１乃至４のいずれかに記載されたスピンドルモータ。
7. ロータマグネット及び、ステータの軸方向高さが、５ｍｍ以下である、請求項１乃至６のいずれかに記載されたスピンドルモータ。
8. 記録ディスク載置面を有して前記ロータマグネットに取り付けられるロータハブと、
   請求項１乃至７のいずれかに記載されたスピンドルモータと、
   記録ディスクに記録された情報にアクセス可能な情報アクセス手段と、
   それらを内包する筐体と、を備える記録ディスクドライブ。

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