JP2009011114A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化や低価格化が可能で動特性が損なわれず短寿命にならずハブに載置されたディスクの位置が高精度に得られるモータ（５０）を提供する。
【解決手段】シャフト（２）を有するステータ（Ｓ）と、シャフトが挿通されたスリーブ（５）及びその外周面（５ｂ）に固定されたハブ（６）を有するロータ（Ｒ）とを備え、スリーブの外周面は、第１径（φＡ）なる第１外周面（５ｂ１）と、第１径より大きい第２径（φＢ）なる第２外周面（５ｂ２）と、第１外周面と第２外周面とを連結し軸に直交する当て面（５ｃ１）と、を有し、ハブは、軸に直交する基部（６ｋ）と、基部に形成された貫通孔（６ｋａ）と、貫通孔を内周面（６ｂ）として軸に沿い環状に突出する突出部（６ｃ）と、を有し、突出部の先端部の内周側にその外周側より基部に近い位置で軸に直交する突き当て面（６ｄ１）を有し、スリーブの当て面とハブの突き当て面とが当接している。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータに係り、特に、ロータハブが金属板のプレス加工により形成されたモータに関する。

モータは、ハードディスクや光ディスクなどのディスクを駆動させるディスク駆動装置に搭載され、そのディスク駆動用として多用されている。
このディスク駆動装置に対しては、近年、可搬型のディスク駆動装置（ポータブルハードディスクドライブや携帯音楽再生装置）の普及により、薄型化及び低価格化という市場要求が強く寄せられている。
そしてこの要求は、当然に、ディスク駆動装置に搭載するモータに対しても同様にされている。

従来、モータは、そのロータハブをアルミニウムの棒材などから切削加工により形成する構成とされるのが一般的であり、薄型化及び低価格化には限界があった。
そこで、上述した市場要求に応えるため、ロータハブを、金属の薄板からプレス加工で形成する技術が種々提案されてきており、その例が特許文献１と本願の出願人の出願による特許文献２とに記載されている。

この特許文献１及び特許文献２に記載されたモータは、シャフトを軸支するスリーブなどのラジアル軸受部がステータ側に固定され、このラジアル軸受部に回転自在に支持されたシャフト及びこのシャフトの外周面に固定されたロータハブがロータとして回転する、いわゆる軸回転型のモータである。

特開２００３−３３８１０２号公報 特開２００１−２４５４６１号公報

ところで、プレス加工で形成されたロータハブをシャフトの外周面に固定する場合、所定の固定強度あるいは回転軸に対する所定の直交度を得るために、回転軸に沿う嵌合長さがある程度必要である。
そのため、ロータハブの中心に、シャフトの外周面と嵌合するための円筒状の突き出し部を有する貫通孔を形成し、この貫通孔にベアリングやスリーブの外周部を嵌合させるようにしている。

具体的に例示するならば、特許文献１においては、その図３及び段落番号（００１９）で示される円筒状の保持部１ｃが突き出し部に相当し、特許文献２においては、その図１を引用した本願添付の図面における図７で示したように、ロータハブ１０５に形成されシャフト１０２に嵌合している部分の円筒状の保持部１０６が突き出し部に相当する。

このような、シャフトの外周面にロータハブの突き出し部を嵌合させる構造において、嵌合強度の向上やロータハブの軸に対する直交度を高精度に得るには、両者の嵌合長を増やすという方法がある。
しかしながら、その場合にはモータの厚さが増加する、という問題が生じる。
そこで、モータの厚さを増加させずに嵌合長を増やそうとすると、ラジアル軸受とシャフトとの嵌合長さを短くしなければならず、軸受の性能が発揮できなくなったり、軸受の寿命が短くなるという問題が生じる。
これはすなわち、モータの動特性が損なわれ、モータの寿命が短くなるということにつながる。

また、ロータハブには、ディスクが直接又はシートなどを介して載置される面があり、この載置面の軸方向位置は、ディスク表面の位置に直接影響するので高精度に位置出しされる必要がある。
この載置面は特許文献１ではディスク受け部１ｂとして示され、特許文献２では本願添付の図面における図７の載置面１０７として示される。

しかしながら、突き出し部は、プレス加工におけるバーリング加工で形成されるため、平板部分の表面と突き出し部先端との距離を高精度に得ることが難しい。
従って、シャフトに対するロータハブの軸方向の位置を高精度に決めることが難しい。
一般に、ディスク駆動装置においては、装着したディスクに対して光ピックアップ（ヘッド）をできるだけ傾くことなく配置する必要がある。そのため、ディスク駆動装置のシャーシに対して、ディスクが載置されるディスク載置面を有するハブの高さ、すなわちハブの軸方向位置は、高い精度で決められていることが望まれる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、薄型化や低価格化が可能であり、動特性が損なわれず、寿命が短くなることがなく、ハブに載置されたディスクの軸方向の位置を高精度に決めることができるモータを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の１）及び２）の構成を有する。
１） シャフト（２）を有するステータ（Ｓ）と、前記シャフト（２）が挿通されたスリーブ（５）及び該スリーブ（５）の外周面（５ｂ）に固定されたハブ（６）を有するロータ（Ｒ）と、を備え、
前記ステータ（Ｓ）に対して前記ロータ（Ｒ）が前記シャフト（２）の軸（ＣＬ）を中心として回転するモータにおいて、
前記スリーブ（５）の外周面（５ｂ）は、
第１の径（φＡ）を有する第１の外周面（５ｂ１）と、前記第１の径（φＡ）よりも大きい第２の径（φＢ）を有する第２の外周面（５ｂ２）と、前記第１の外周面（５ｂ１）と前記第２の外周面（５ｂ２）とを連結し前記軸（ＣＬ）に直交する当て面（５ｃ１）と、を有し、
前記ハブ（６）は、
前記軸（ＣＬ）に直交する方向に延在する基部（６ｋ）と、該基部（６ｋ）に形成された貫通孔（６ｋａ）と、該貫通孔（６ｋａ）を内周面（６ｂ）として前記軸（ＣＬ）に沿って環状に突出する突き出し部（６ｃ）と、を有すると共に、
該突き出し部（６ｃ）の先端部における内周側に、該先端部における外周側よりも前記基部（６ｋ）に近接した位置で前記軸（ＣＬ）に直交する突き当て面（６ｄ１）を有し、
前記スリーブ（５）の当て面（５ｃ１）と前記ハブ（６）の突き当て面（６ｄ１）とが当接していることを特徴とするモータ（５０）である。
２） 前記ハブ（６）は、金属材のプレス加工により形成されていることを特徴とする１）に記載のモータ（５０）である。

本発明によれば、モータの薄型化や低価格化が可能であり、モータの動特性が損なわれず、寿命が短くなることがなく、載置されたディスクの軸方向の位置を高精度に決めることができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図６を用いて説明する。

このモータ５０は、ディスク駆動装置に搭載されてハードディスクＤを回転駆動するためのディスク駆動用モータであり、図１にそのモータ５０の断面図を示し、図２の要部拡大断面図，図５，及び図６は、モータ５０あるいはモータ５０ＡにハードディスクＤを装着した状態を示している。なお、図１，２，４，５，及び６の各図については、断面が軸に対して対称となることから便宜的に片側断面として示しており、以下、単に断面図と称する。

このモータ５０は、ステータＳとロータＲとで構成されている。
図１において、ステータＳは、モータベース１と、そのモータベース１に設けられた貫通孔１ａに圧入固定されたシャフト２と、シャフト２のモータベース１とは反対側の端部に固定されたスラストリング９と、モータベース１に設けられた環状壁部１ｂの外周面に固定されコイル３が捲回されたコア４と、を有している。

モータベース１はアルミニウムのダイキャスト成形により形成され、シャフト２はステンレス材を切削加工して形成され、スラストリング９は、ステンレス材の切削加工により形成されている。

一方、ロータＲは、貫通孔５ａを有するスリーブ５と、スリーブ５の外周面５ｂに接着又は圧入を併用した接着により固定されたハブ６と、ハブ６の基部６ｋの外縁から延出する周壁６ａの内面に固着されたリング状のマグネット７と、スリーブ５の貫通孔５ａの一端側に設けられ複数の段を有する段部５ａ２にその貫通孔５ａの開口を塞ぐように取り付けられたカウンタープレート８と、を有している。

スリーブ５は、銅系材，ステンレス材，またはアルミニウム系材を切削加工して形成され、ハブ６は、厚さ１ｍｍの磁性体（鉄系材または有磁性ステンレス材）の板材をプレス加工して形成され、カウンタープレート８は、ステンレス材の切削加工により形成されている。
ハブ６の基部６ｋの上面６ｋ１には、樹脂製のシート１１が貼付されている。
このシート１１は、ディスクＤがハブ６に直接当接して傷などが付くのを防止するためのもので、例えばポリエステル樹脂の厚さ０．１ｍｍのシートを用いることができる。

また、シャフト２の外周面２ａには、回転軸ＣＬの軸方向に離隔して一対のラジアル動圧溝ＲＤ１，ＲＤ２が形成されている。
さらに、スラストリング９の軸ＣＬ方向の各端面には、スラスト動圧溝ＳＤ１，ＳＤ２が形成されている。

以上のような各部材は、スリーブ５の貫通孔５ａにシャフト２が挿通され、スラストリング９が、カウンタープレート８の下面８ａとスリーブ５の段部５ａ２の底面５ａ３との間に、それぞれわずかな隙間を有して挟まれるよう構成されている。

ここで、シャフト２の上端面２ｂとカウンタープレート８の下面８ａとの隙間を最奥とし、スラストリング９の上面とカウンタープレート８の下面８ａとの隙間，スラストリング９の下面と段部５ａ２の底面５ａ３との隙間，及びラジアル動圧溝ＲＤ１，ＲＤ２とスリーブ５の内周面５ａ１との隙間を経てテーパーシール部ＴＳに至る隙間経路に、潤滑油１０が充填されている。
テーパーシール部ＴＳは、毛細管現象などを利用して潤滑油１０が外部に漏出するのを防止する封止部であり、潤滑油１０の液面１０ａはこのテーパーシール部ＴＳに位置する。

ラジアル動圧溝ＲＤ１，ＲＤ２とこれらにそれぞれ対向する対向面（スリーブ５の内周面５ａ１）と両者の隙間に充填された潤滑油１０とを含んでラジアル動圧軸受部ＲＢが構成されている。
また、スラスト動圧溝ＳＤ１，ＳＤ２とこれらにそれぞれ対向する対向面と両者間に充填された潤滑油１０とを含んでスラスト動圧軸受部ＳＢが構成されている。

このようなステータＳとロータＲとは、コイル３に外部から所定の通電がなされて回転を開始し、この回転に伴い各動圧軸受部ＲＢ，ＳＢにて発生した動圧により、ロータＲはステータＳに対して浮上しつつ回転駆動される。

次に、スリーブ５に対してハブ６を固定する構造について図２を用いて詳述する。
図２は、図１におけるスリーブ５とハブ６とモータベース１の一部のみとを示した断面拡大図である。

まず、スリーブ５は、内周面５ａ１の内径がφＣ，軸ＣＬ方向の全長がＬｔ１であり、外周面５ｂが、外径φＡで形成された小径外周面５ｂ１と、外径φＡよりも大きい外径φＢで形成された大径外周面５ｂ２とを有するよう形成されている（具体的数値例は後述する）。
また、この両面の境界部位は、モータベース１側の端面５ｔから距離Ｌｔ２の位置にあって、軸ＣＬに対して直交する当て面５ｃ１を有する段部５ｃとされている。

また、外周面５ｂにおけるモータベース１から遠い側には、周溝であって、その最深位置での軸ＣＬ方向の長さ（幅）がＬ１，外周面５ｂ１からの凹み量（凹み深さ）がｄ１なる周溝５ｄが形成されている。
この周溝５ｄにおけるモータベース１から遠い側の壁面５ｄ１は、開口側に向かうに従って週溝５ｄの軸ＣＬ方向幅が拡大するように傾斜した傾斜面とされている。傾斜角度は例えば軸ＣＬに対して４５°である。

上述した各寸法の具体例は、
φＡ＝１０．０ｍｍ，φＢ＝１１．０ｍｍ，φＣ＝３ｍｍ，Ｌ１＝０．７ｍｍ，ｄ１＝０．４ｍｍ，Ｌｔ１＝９．８ｍｍ，Ｌｔ２＝３ｍｍである。

一方、ハブ６は、基部６ｋの中心に、基部６ｋと直交する方向に延出した円筒状の突き出し部６ｃを有している。
そして、その突き出し部６ｃの内周面６ｂは、内径がφＡであってスリーブ５の小径外周面５ｂ１にガタなく嵌合する貫通孔６ｋａとされている。
また、この突き出し部６ｃは、プレス加工におけるバーリング加工で形成されており、その加工工程の詳細については後述する。

突き出し部６ｃの先端側には、スリーブ５の段部５ｃに対応した形状の段差部６ｄが形成されている。
具体的には、突き出し部６ｃの先端部が、内径がφＢ６で軸ＣＬ方向の長さがｄ２なる細肉部６ｈｎとされ、その根本となる段差部６ｄには、軸ＣＬと直交する方向に延在する突き当て面６ｄ１が形成されている。
ここでφＢ６はφＢ以上として設定されている。

また、内周面６ｂにおいて内径φＡとされている範囲の軸ＣＬ方向の長さＬｋは、ハブ６がスリーブ５の小径外周面５ｂ１に嵌合する部位の軸ＣＬ方向の長さである。

各寸法の具体例は、
φＢ６＝１１．１ｍｍ，ｄ２＝０．２ｍｍ，Ｌｋ＝３．４ｍｍである。
また、ｄ３は（φＡ−φＢ）／２＝０．５ｍｍである。

次に、このハブ６の突き出し部６ｃの形成方法の例を、図３を用いて詳述する。
図３は、ハブ６の原材料である板金６Ｍから突き出し部６ｃを形成するプレス工程を説明する断面図である。

まず、板金６Ｍに対してピアス加工により中心をＣＬ１とする下孔６Ｍ１を形成し、プレス雌型６１，６２により挟み込む〔図３（ａ）〕。
次に、雄型（バーリングパンチ）６３によりいわゆるバーリング加工を施し、突き出し部６Ｍ２を形成する〔図３（ｂ）〕。
ここまでは通常のバーリング加工と同様である。
次に、突き出し部６Ｍ２の形状に沿ってそれを両面側から挟持する雌雄の金型６４，６５を用いて板金６Ｍを挟み込む。
そして、段差部６ｄの当て面６ｄ１に相当する先端形状を有する環状のパンチ部６６Ｐを備えた雄型６６により、突き出し部６Ｍ２の先端面の内周側を矢印Ｄ６６の方向に叩いて（潰して）段差部６ｄを形成する〔図３（ｃ）〕。
この叩き工程により、突き出し部６Ｍ２の先端部分は塑性変形して細肉部６ｈｎが形成される。

この工法によれば、図４に示すように、突き出し部６ｃの内周面６ｂと基部６ｋの上面６ｋ１を雄型６５で押さえつつ、雄型６６で突き出し部６ｃの先端を叩いて当て面６ｄ１を形成しているので、内周面６ｂの内径φＡと、基部６ｋの上面６ｋ１から当て面６ｄ１までの距離Ｃと、を極めて高精度に形成することができる、という格別の効果を得ることができる。
もちろん、上述したように、塑性変形の逃げとして形成される細肉部６ｈｎの先端６ｈｎ１から基部６ｋの上面６ｋ１までの距離Ｄは、低い寸法精度となるが、この細肉部６ｈｎは、このモータの機能に特に寄与しないので支障はない。

すなわち、従来例である特許文献１及び特許文献２に記載されたような突き出し部は、図３（ｂ）で示すバーリング加工を施すのみで形成するものであるから、その先端部の位置が規制されて形成されるものではなく、平板部分（基部）から突き出し部の先端までの距離を高い精度で形成することは困難だったのに対して、実施例は上述した格別の効果を得ることができる。

以上詳述したスリーブ５にハブ６を固定する構造例において、一部繰り返しの説明となるが、ラジアル方向には、スリーブ５の小径外周面５ｂ１とハブ６の内周面６ｂとが軸ＣＬ方向の長さＬｋとなる範囲で密着して嵌合し、スラスト方向には、ハブ６突き当て面６ｄ１が、スリーブ５の当て面５ｃ１に面当たりで当接するようになっている。
従って、スリーブ５に対してハブ６を、軸ＣＬ方向に極めて高精度で位置決めすることができる。

次に、上述した実施例のモータ５０に対してディスクＤを装着した状態について、図５を用いて説明する。

ディスクＤは、中心にセンター孔Ｄａを有する円盤であり、モータ５０を、モータベース１を下側にした使用姿勢としてシート１１上に載置される。
そして、このディスクＤはクランパ１２により固定される。

具体的には、クランパ１２はアルミニウムの切削加工によりリング状に形成されており、ある程度の弾性を有するように形状が設定されている。
また、その外側面の一方の稜線となる部分には、角面取り部１２ａが形成されており、この角面取り部１２ａは、ディスクＤのセンター孔Ｄａの角稜線に当接する。
また、クランパ１２の内径φＫは、スリーブ５の小径外周面５ｂ１の外径φＡよりも僅かに小さく形成されている。

そして、このクランパ１２は、スリーブ５の周溝５ｄに対して、図５の上方から圧入又は焼きばめにより嵌め込まれると共に、シート１１上に載置されたディスクＤをそのシート１１との間に挟持する。
このとき、クランパ１２の内周部の外側の角稜線部１２ｂが、周溝５ｄの傾斜した壁面５ｄ１に当接して、クランパ１２は自動的に芯出しされる。また、これに伴いディスクＤも自動的に芯出しされる。

このクランパ１２をスリーブ５に装着する際には、ハブ６に対して、ディスクＤ及びシート１１を介して図５の下方に向かう力Ｆ１が付与されるが、上述したように、ハブ６の突き当て面６ｄ１がスリーブ５の当て面５ｃ１に当接しているので、ハブ６がモータベース１側へ移動してしまうことがない。
すなわち、ハブ６の軸ＣＬ方向の位置は、高精度に位置出しされたまま維持される。

上述した実施例のモータ５０は、ディスクＤが上述したクランパ１２を用いて固定されるものに限らず、変形することができる。その変形例として、以下に示すものがあり、図６を用いて詳述する。

図６は、変形例のモータ５０ＡにディスクＤを装着した状態を示す断面図であり、このモータ５０Ａについては、実施例のモータ５０と共通の部材などには同一の符号を付して説明する。

具体的には、実施例のモータ５０に対してスリーブとハブの形状が異なり、また、ディスクＤを押さえるクランパの形状や材質も異なっている。
すなわち、この変形例のモータ５０Ａのスリーブ５Ａにはスリーブ５の周溝５ｄが設けられてなく、また、ハブ６Ａには、ディスクＤのセンター孔Ｄａにガタなく嵌合する突出部６Ａｔが形成されている。
この突出部６Ａｔの外側面６Ａｔ１にセンター孔Ｄａが嵌合することでディスクＤの芯出しが行われる。

一方、クランパ１２Ａは、ばね性を有する金属薄板を用いて形成され、スリーブ５Ａに嵌合する中心孔１２Ａｂと、周状に凹んだ凹部１２Ａａを有している。
このクランパ１２Ａを形成する材料の例として、板厚０．６ｍｍのステンレス材がある。

スリーブ５Ａに嵌合したクランパ１２Ａは、ストップリング１３によりスリーブ５Ａから抜けないように押さえつけられる。
このストップリング１３は、スリーブ５Ａの外周面５Ａｂに強嵌合で圧入され、クランパ１２Ａの凹部１２ＡａがディスクＤに当接すると共に図６の下方に付勢するようスリーブ５Ａに固定される。
この凹部１２Ａａの当接位置は、ディスクＤが反らないように、ハブ６Ａに貼付されたリング状のシート１１と対向する位置に設定されている。

この構成によれば、周溝が不要になるのでスリーブ５Ａは安価となる。
また、ハブ６Ａの突き出し部６Ａｃの内の、スリーブ５Ａに嵌合する範囲の軸ＣＬ方向の長さＬＡｋを、突出部６Ａｔの突出量分だけ長くすることができるので、ハブ６Ａのスリーブ５Ａへの固定強度をより大きくすることができる。

本発明の実施例やその変形例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において他の変形例としてもよいのは言うまでもない。

ハブ６の突き出し部６ｃにおける突き当て面６ｄ１は、上述したプレス加工により形成されるものに限らない。
突き出し部６ｃをバーリング加工により形成した後に、ハブ６の基部６ｋの上面６ｋ１または下面を基準として切削加工により形成してもよい。この切削加工によれば、突き当て面６ｄ１の軸ＣＬ方向の位置が高精度に得られる。
また、ハブ６全体を金属の切削加工で形成してもよく、その場合も形成した突き当て面６ｄ１のスリーブ５側への当接により軸ＣＬ方向の位置が高精度に得られる。

しかしながら、このような切削加工を用いるいずれの場合も、コストアップが懸念されることからそれを抑制する観点から、突き当て面６ｄ１は上述したプレス加工で形成するのが望ましい。

本発明のモータの実施例を説明するための断面図（片側）である。 本発明のモータの実施例を説明するための要部断面図（片側）である。 本発明のモータの実施例を製造する際の主要工程を説明する断面図である。 本発明のモータの実施例を製造する際の主要工程を説明する他の断面図（片側）である。 本発明のモータの実施例にディスクを装着した状態を示す断面図（片側）である。 本発明のモータの実施例の変形例にディスクを装着した状態を示す断面図（片側）である。 従来のモータを説明する断面図（片側）である。

符号の説明

１ モータベース
１ａ 貫通孔
１ｂ 環状壁部
２ シャフト
２ａ 外周面
２ｂ 上端面
３ コイル
４ コア
５ スリーブ
５ａ 貫通孔
５ａ１ 内周面
５ａ２ 段部
５ｂ 外周面
５ｂ１ 小径外周面
５ｂ２ 大径外周面
５ｃ 段部
５ｃ１ 当て面
５ｄ 周溝
５ｄ１ 壁面
５ｔ 端面
６ ハブ
６ａ 周壁
６ｂ 内周面
６ｃ 突き出し部
６ｄ 段差部
６ｄ１ 突き当て面
６ｈｎ 細肉部
６ｋ 基部
６ｋ１ 上面
６ｋａ 貫通孔
７ マグネット
８ カウンタープレート
９ スラストリング
１０ 潤滑油
１０ａ 液面
１１ シート
１２ クランパ
Ｄ ディスク
Ｄａ センター孔
Ｒ ロータ
ＲＢ ラジアル動圧軸受部
Ｓ シャフト
ＳＢ スラスト動圧軸受部
ＴＳ テーパーシール部

Claims (2)

1. シャフトを有するステータと、前記シャフトが挿通されたスリーブ及び該スリーブの外周面に固定されたハブを有するロータと、を備え、
   前記ステータに対して前記ロータが前記シャフトの軸を中心として回転するモータにおいて、
   前記スリーブの外周面は、
   第１の径を有する第１の外周面と、前記第１の径よりも大きい第２の径を有する第２の外周面と、前記第１の外周面と前記第２の外周面とを連結し前記軸に直交する当て面と、を有し、
   前記ハブは、
   前記軸に直交する方向に延在する基部と、該基部に形成された貫通孔と、該貫通孔を内周面として前記軸に沿って環状に突出する突き出し部と、を有すると共に、該突き出し部の先端部における内周側に、該先端部における外周側よりも前記基部に近接した位置で前記軸に直交する突き当て面を有し、
   前記スリーブの当て面と前記ハブの突き当て面とが当接していることを特徴とするモータ。
2. 前記ハブは、金属材のプレス加工により形成されていることを特徴とする請求項１記載のモータ。

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