JP2007298174A - スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトに対する軸受の有効接触区間の減少なしに軸方向の拘束を安定に行うとともに、薄型化のための設計の自由度を高めることが可能なスピンドルモータの提供。
【解決手段】外径部にコアが装着された管状のホルダーが中央部に上方に突出するように組み立てられるフレームと、前記フレームのホルダーに圧入されるもので、上下に分割され、内周面に分割境界面に沿って外溝が設けられる軸受と、前記軸受に回転可能に挿入され、外溝に対応する外周面に内溝が設けられるシャフトと、前記シャフトの上端に一体に結合し、外周縁端部が下方に延長されたキャップ状を有し、延長端部の内径面にコアと空隙を介して対向配置されるマグネットが備えられるローターと、前記軸受が圧入されたフレームの下端部を遮蔽するスラストプレートと、前記内溝と前記外溝が形成する空間に介在され、シャフトの軸方向の移動を拘束する環状のストッパーとを含んでなる、スピンドルモータを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、精密駆動機器または光ディスクドライブ用として使われるスピンドルモータに係り、より詳しくは、シャフトと軸受間の接触区間を最大限確保しながらシャフトの拘束を安定に維持させることにより、駆動特性の低下なしに薄型化と軽量化を実現可能にするスピンドルモータに関する。

一般に、モータは、シャフトの支持方式によって回転軸タイプと固定軸タイプに分けられる。また、モータは、駆動部の支持方式によっては、転がり軸受で支持する転がり軸受方式と滑り軸受で支持する滑り軸受方式に大別される。

転がり軸受方式のモータは、通常、少なくとも一つの複数のボールベアリング(ball bearing)を介してシャフトを支持するようになっているもので、低価のボールベアリングを使用することによりコスト節減を図るという利点、および内・外輪の間に介在されるボールが大きい剛性を持っており長時間使用可能であるという利点がある。

ところが、転がり軸受方式のモータは、高精度の回転精度が得られないため、ある程度の低速回転の際には適用可能であるが、高速および定速回転を要求される製品には適用し難いという問題点が内在している。

すなわち、高速回転を要求される記録媒体のモータに適用された場合には、ボールと内・外輪間の隙間による激しい振動が発生するうえ、これによる騒音が発生するという問題点が引き起こされる。

これに対し、滑り軸受方式のモータは、流体を含有しているメタルベアリング(metal bearing)、またはオイルによる油膜を形成してシャフトを支持するようになっているもので、ボールベアリングを介しての転がり軸受方式に比べてコストアップの問題点はあるが、高精度の回転特性を保つことができ、最近、ハードディスクドライブ(hard disk drive；ＨＤＤ)、光ディスクドライブ(optical disk drive；ＯＤＤ)、およびその他の高速回転を要求される記録媒体のモータに広く採用されている。

このような高速回転を要求される記録媒体において、最も重要な要素の一つは、ディスクを遊動なしに高速で回転させることである。ディスクを遊動なしに高速で回転させるためには、スピンドルモータの耐久性と共に、ディスクが乗せられるターンテーブルの高速回転による均衡を安定に維持させることが重要である。

図１は従来の技術に係るスピンドルモータを示す断面図である。図１に示すように、モータの構成手段は、フレーム１１０、軸受１２０およびコア１３０からなる固定部材と、シャフト１５０、ローター１６０およびマグネット１６５からなる回転部材に大きく分けられる。

まず、フレーム１１０の中央部には、上方に突出する管状のホルダー１１５が嵌合される。このホルダー１１５は、内径部には軸受１２０が挿着され、外径部には外周縁にコイルが巻き付けられているコア１３０が固着される。

前記シャフト１５０は、高速回転の際に、ローター１６０と一体に浮き上がる浮上力が作用する。よって、このような浮上力によって前記シャフト１５０が軸受１２０から分離されることが防止されるように、シャフト１５０の下端部側に環状のリング溝１５１が設けられ、このリング溝１５１にはＯリング状のストッパー１５５が組み付けられる。

前記ホルダー１１５の開放下端部は、内径部に板材状のスラストプレート１１６がコーキングまたはボンディングで組み立てられることにより外部から遮蔽される構造である。

また、前記軸受１２０の内径部に回転可能に挿入されるシャフト１５０は、その上端にローター１６０が一体に結合し、この際の前記ローター１６０は、下方に開放されたキャップ状をしており、延長端部の内径面には前記コア１３０の外径面と向かい合うようにマグネット１６５が取り付けられる。

このような構成を持つ従来のスピンドルモータは、外部から電源がコア１３０に伝達されると、前記コア１３０とマグネット１６５間の相互電磁気力によって回転部材としてのマグネット１６５が回転するにつれて、ローター１６０も連動して回転し、これによりローター１６０に結合しているシャフト１５０も同時に回転する。

ところが、最近、精密機器の小型化、薄型化および軽量化の趨勢に伴い、これらの精密機器に搭載されるスピンドルモータもスリム化が切実に求められているが、従来の技術に係るスピンドルモータは、薄型化のための設計の自由度が極めて低く、その結果小型化に限界があるという欠点があった。

すなわち、従来の技術に係るスピンドルモータは、シャフト１５０の下端部側にＯリング状のストッパー１５５を取り付けて離脱を防止するようにしているが、前記ストッパー１５５の厚さおよび余裕空間の確保などの理由により、シャフト１５０に対する軸受１２０の有効接触区間が短くなるという欠点がある。

したがって、スピンドルモータの安定な駆動特性を保障するには、シャフト１５０に対する軸受１２０の有効接触区間を最大限確保しなければならないが、従来のスピンドルモータにおいてこれを実現するためには仕方なくシャフト１５０の長さを増加しなければならないので、その結果スピンドルモータの全体サイズが増大するという欠点が発生する。このような理由により、従来の技術に係るスピンドルモータは、構造的に薄型に製作することが難しいうえ、薄型に製作する場合には駆動特性が非常に不良になるという問題点などが引き起こされる。

そこで、本発明は、かかる従来の技術の問題点を解決するために創案されたもので、その目的とするところは、シャフトに対する軸受の有効接触区間の減少なしに軸方向の拘束を安定に行うとともに、薄型化のための設計の自由度を高めることが可能なスピンドルモータを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るスピンドルモータは、外径部にコアが装着された管状のホルダーが中央部に上方に突出するように組み立てられるフレームと、前記フレームのホルダーに圧入されるもので、上下に分割され、内周面に分割境界面に沿って外溝が設けられる軸受と、前記軸受に回転可能に挿入され、外溝に対応する外周面に内溝が設けられるシャフトと、前記シャフトの上端に一体に結合し、外周縁端部が下方に延長されたキャップ状を有し、延長端部の内径面にコアと空隙を介して対向配置されるマグネットが備えられるローターと、前記軸受が圧入されたフレームの下端部を遮蔽するスラストプレートと、前記内溝と前記外溝が形成する空間に介在され、シャフトの軸方向の移動を拘束する環状のストッパーとを含んでなることを特徴とする。

本発明の好適な一特徴として、前記軸受の外溝は、入口側の進入角が狭くなる形状に形成された斜面を持つ。

本発明の好適な他の特徴として、前記軸受の外溝はストッパーの外側部分が嵌合され、前記シャフトの内溝はストッパーと接触しないように外溝に比べて大きい大きさを持つ。

本発明の好適な別の特徴として、前記ストッパーは、内周面と上面との境界をなす角部の面取りにより形成された傾斜面を持つ。

本発明の特徴および利点は、添付図面に基づいた次の詳細な説明によってさらに明白になるであろう。これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的且つ辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に立脚し、本発明の技術的思想に符合する意味および概念として解釈されるべきである。

上述したように構成されて作用される本発明に係るスピンドルモータは、シャフトと軸受との中間部分にストッパーを介在させる構成により、シャフトと軸受間の有効接触区間の減少なしにシャフトの軸方向の拘束が保障されるので、結果としてモータの薄型化／軽量化のための設計の自由度を大幅高めることができるという利点がある。

以下に添付図面を参照しながら、本発明に係るスピンドルモータの好適な実施例について詳細に説明する。

図２および図３は本発明に係る一実施例を示すスピンドルモータを示す。まず、図２に示したスピンドルモータの断面図を参照して説明する。

図２に示すように、スピンドルモータ１は、フレーム１０、メタルベアリング２０およびコア３０からなる固定部材と、シャフト５０、ローター６０およびマグネット６５からなる回転部材に大別される。

まず、固定部材を構成する要素を説明すると、フレーム１０の中央部には、上方に突出する管状のホルダー１５が嵌合構造によって一体に構成される。この際の前記ホルダー１５は、その内周面に軸受２０が強制圧入されて備えられる。そして、前記ホルダー１５の外径部には、選択的に電源が印加されるコイルが巻き付けられたコア３０が装着される。この際の前記コア３０は、後述するローター６０の内周面に取り付けられたマグネット６５と空隙を介して対向配置されることにより、相互作用によって電磁気力を発生させる。

次いで、回転部材を構成する要素を説明すると、シャフト５０は、上述した軸受２０の中央部に垂直方向に設けられた軸孔に回転可能に挿入され、その上端部には、外側端部を下方に延長させ且つその延長端部の内周面にマグネット６５が取り付けられるローター６０が結合する。この際、前記マグネット６５は、前記コア３０の外径面と空隙を介して対向配置され、相互作用によって電磁気力を発生させる。

一方、前記フレーム１０および軸受２０の軸孔の下端部は、スラストプレート１６によって外部と遮断される構成であり、前記シャフト５０の下端部には軸方向の回転力を円滑にするための板材状のスラストワッシャ１７が備えられてもよい。

このような構成のスピンドルモータ１は、外部から電源が印加されると、前記コア３０とマグネット６５間の相互作用により発生する電磁気力によって回転部材としてのローター６０に回転力が加えられ、その結果、ローター６０と共にシャフト５０が回転して駆動される。

前述した構成は、従前のスピンドルモータの構造と同様であり、但し、本発明は、シャフト５０に対する軸受２０の有効接触区間上にシャフト５０の分離防止のためのストッパー４０を介在させるようにすることに最も顕著な特徴がある。

このため、本発明は、シャフト５０に対する軸受２０の有効接触区間の中間部分に環状のストッパー４０が介在され得るように、前記軸受２０とシャフト５０にそれぞれ外溝２０'と内溝５１を設ける。これについて図３を参照して説明すると、次の通りである。

前記軸受２０は、上・下２段に分割されて管状を持つ上軸受部２１と下軸受部２２から構成される。これらの上軸受部２１と下軸受部２２は、分割境界面に沿って環状の外溝２０'が設けられる。

すなわち、前記上軸受部２１は下側内周面に「Ｌ」字状の溝が設けられ、下軸受部２２は上側内周面に「Ｌ」字状の溝が設けられる。これらの上下軸受部２０が組み立てられた状態では全体的に「Ｕ」字状の外溝２０'を形成する。

また、前記軸受２０の外溝２０'は、入口側部分の進入角が狭くなる形状に斜面２０"が設けられる。この斜面２０"は、後述するストッパー４０が円滑に組み立てられるようにする。

一方、前記軸受２０の外溝２０'は、ストッパー４０の外側部分が嵌合され得る程度の大きさを持つように設けられることが好ましい。

このような構成を持つ軸受２０の外溝２０'は、後述するシャフト５０の内溝５１と共に環状の空間を形成する。

前記シャフト５０は、上述した軸受２０の外溝２０'と向かい合う外周面に、対応する形状の内溝５１が設けられる。この際の前記内溝５１は、「Ｕ」字状に提供されることにより、上述した外溝２０'とともに全体的に四角断面の溝を形成する。

一方、前記シャフト５０は、ストッパー４０と接触する場合には摩擦による駆動特性が低下するおそれがあるので、前記内溝５１を外溝２０'に比べて大きく形成することが好ましい。これは、モータが正常的に動作する状態では前記ストッパー４０の内側部分がシャフト５０の内溝５１に接触しないようにして安定な駆動特性が維持されるようにし、前記ローター６０とシャフト５０に浮上力（軸方向の移動）が作用する場合には、シャフト５０の内溝５１がストッパー４０に接触して係止されることにより軸方向の拘束が行われ得るようにするためである。

このような構成を持つシャフト５０は、上述した軸受２０に回転可能に挿入されると、前記内溝５１部分が前記軸受２０の外溝２０'部分と対向配置されることにより環状の空間を形成する。この環状の空間にはストッパー４０が備えられる。

ストッパー４０は、所定の厚さを持つ環状のものであって、その内径はシャフト５０の内溝５１に接触しない程度の直径の大きさを有し、その外径は軸受２０の外溝２０'に嵌合できる程度の直径の大きさを有する。

このような構成を持つストッパー４０は、前記シャフト５０の内溝５１と軸受２０の外溝２０'によって形成される空間に介在され、浮上力によるシャフト５０の軸方向の遊動を拘束する。

図４は本発明の他の実施例に係るスピンドルモータの要部抜粋断面図、図５は図４に示したスピンドルモータのストッパーを示す斜視図である。

本実施例では、ストッパー４０の一側の角部を面取りしてシャフト５０の圧入荷重を減少させながら組立性を改善させるようにすることに特徴がある。

すなわち、前記ストッパー４０は、内周面と上面との境界をなす角部が面取りされて傾斜面４１が形成される。この際の前記傾斜面４１は、モータの駆動の際に、または外力によってシャフト５０が下方に圧入荷重を受けた際に、シャフト５０の接触端部と斜線方向に接触することにより、シャフト５０の圧入荷重を減少させる。

次に、前述したように構成される本発明に係るスピンドルモータの組立過程および作用について説明する。

まず、組立過程を考察すると、フレーム１０に、コア３０が装着されたホルダー１５を結合させ、このホルダー１５内に下軸受部２２を圧入によって備える。そして、フレーム１０および軸受２０の下端部をスラストプレート１６によって遮蔽させる。

その後、シャフト５０の内溝５１にストッパー４０を仮組立させた状態で下軸受部２２に挿入させる。そして、前記ストッパー４０が挿入されたホルダー１５の内側に上軸受部２１を圧入によって組み立て、その下面が前記下軸受部２２の上面と密接に接触するようにする。

このような状態で前記シャフト５０の上部外周縁にローター６０を嵌合させると、組み立てが完了する。

このように組み立てられたスピンドルモータ１は、モータの駆動の際に発生する浮上力またはその他の外力によるローター６０の軸方向の遊動をストッパー４０で拘束させることができる。

すなわち、外部から電源が印加されてコア３０に伝達されると、前記コア３０とマグネット６５との間に形成される電磁気力によって、前記マグネット６５が取り付けられているローター６０が回転し、これによりローター６０に結合したシャフト５０が同時に回転する。この際、前記回転部材であるローター６０およびシャフト５０は、高速で回転するにつれて浮上力によって軸方向の遊動現象が発生する。これは、軸受２０の外溝２０'に嵌合されたストッパー４０がシャフト５０の内溝５１に係止されるように位置しており、その結果、回転部材であるローター６０およびシャフト５０の軸方向の遊動が防止できる。

特に、前記ローター６０およびシャフト５０の軸方向の遊動を拘束するストッパー４０は、上軸受部２１と下軸受２２に二分割された軸受２０の中間部分に備えられることにより、従前のシャフト５０の下端部に構成される拘束構造を除去することができる。

従って、シャフト５０に対する軸受２０の有効接触区間の減少なしにシャフト５０の長さを減少させることができるので、安定な駆動特性を保障しながらモータの厚さ減少による薄型化とこれによる軽量化を実現することができる。

一方、本発明は、記載された実施例に限定されるのではなく、本発明の思想および範囲を逸脱することなく様々な修正および変形を加え得るのは、当技術分野における通常の知識を有する者には自明なことである。よって、そのような変形例または修正例も本発明の特許請求の範囲に属すると理解すべきである。

従来の技術に係るスピンドルモータを示す断面図である。 本発明の一実施例に係るスピンドルモータを示す半断面図である。 図２に示したスピンドルモータの要部抜粋斜視図である。 本発明の他の実施例に係るスピンドルモータの要部抜粋断面図である。 図４に示したスピンドルモータのストッパーを示す斜視図である。

符号の説明

１ スピンドルモータ
１０ フレーム
１５ ホルダー
１６ スラストプレート
１７ スラストワッシャ
２０ 軸受
２０' 外溝
２０" 斜面
２１ 上軸受部
２２ 下軸受部
３０ コア
４０ ストッパー
４１ 傾斜面
５０ シャフト
５１ 内溝
６０ ローター
６５ マグネット

Claims (4)

1. 外径部にコアが装着された管状のホルダーが中央部に上方に突出するように組み立てられるフレームと、
   前記フレームのホルダーに圧入されるもので、上下に分割され、内周面に分割境界面に沿って外溝が設けられる軸受と、
   前記軸受に回転可能に挿入され、前記外溝に対応する外周面に内溝が設けられるシャフトと、
   前記シャフトの上端に一体に結合し、外周縁端部が下方に延長されたキャップ状を有し、延長端部の内径面にコアと空隙を介して対向配置されるマグネットが備えられるローターと、
   前記軸受が圧入されたフレームの下端部を遮蔽するスラストプレートと、
   前記内溝と前記外溝が形成する空間に介在され、シャフトの軸方向の移動を拘束する環状のストッパーとを含んでなることを特徴とする、スピンドルモータ。
2. 前記軸受の外溝は、入口側の進入角が狭くなる形状に形成された斜面を持つことを特徴とする、請求項１に記載のスピンドルモータ。
3. 前記軸受の外溝はストッパーの外側部分が嵌合され、前記シャフトの内溝はストッパーと接触しないように外溝に比べて大きい大きさを持つことを特徴とする、請求項１または２に記載のスピンドルモータ。
4. 前記ストッパーは、内周面と上面との境界をなす角部の面取りによって形成された傾斜面を持つことを特徴とする、請求項１に記載のスピンドルモータ。