JP2011155721A - スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、流体動圧軸受けとピボット軸受けを用いながらも、ステータコアからスラスト方向へ離れた位置にディスクを設置可能で、かつ高速回転・低振動・高回転精度のスピンドルモータを実現することにある。
【解決手段】本発明は、シャフトと、略円筒状に形成され上方に開口部が設けられ、前記開口部に前記シャフトを挿通して回転自在に支持する流体動圧軸受とピボット軸受けを有する軸受ハウジング部と、前記軸受ハウジング部の外周に取り付けられたステータコア、およびこのステータコアに巻回したコイルと、前記シャフトが中心に嵌合し、内周には前記ステータコアと半径方向に対向するようロータマグネットが取り付けられたモータハブと、を備えたスピンドルモータであって、前記モータハブは、その外周の少なくとも２箇所にディスクを取り付けるためのディスク固定部を有し、前記流体動圧軸受は、前記軸受ハウジング部の内周の少なくとも２箇所に取り付けられることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はディスクを回転させるためのスピンドルモータに関し、さらに詳しくは、高速共焦点スキャナに用いることができるスピンドルモータに関する。

高速共焦点スキャナ（共焦点顕微鏡）とは、２枚のディスク（マイクロレンズディスクとピンホールディスク）をスピンドルモータによって回転させ、これらのディスクに光を透過し観察対象領域全体を高速にスキャンする顕微鏡である。これに用いられるスピンドルモータは、高速回転・低振動・高回転精度が要求され、また上記２枚のディスク間は、焦点距離を確保するため一定間隔離れて回転させる必要があるため、少なくとも１枚のディスクはスピンドルモータのステータコアからスラスト方向へ一定間隔離れた位置に設置しなければならい。
この条件を満たす従来のスピンドルモータには、玉軸受を使用したものがある。

玉軸受を使用した従来のスピンドルモータの構成例を、図面を用いて説明する。図３は従来の装置の構成例を示す縦断面図である。これ以降、図上側を上方、図下側を下方とするが、実際の取り付け状態を限定するものではない。

図３において、モータハブ１は、上下が開口した肉厚の略円筒状に形成されている。モータハブ１の外周には、上段ディスク固定部２と下段ディスク固定部３とが段状に設けられ、それぞれ上段ディスク４および下段ディスク５を固定する。モータハブ１の内周の下縁近傍にロータマグネット６が取り付けられ、モータハブ１の内周の、上段ディスク固定部２近傍と下段ディスク固定部近傍３との高さには、それぞれ上段玉軸受７および下段玉軸受８が取り付けられる。

シャフト９は上段玉軸受７および下段玉軸受８を介して、モータハブ１と同心的に回転自在に取り付けられる。モータベース１０には、中心に貫通孔１１を有した凸部１２が形成され、貫通孔１１にシャフト９が嵌合され立設される。凸部１２の外周には、コイル１３を巻回したステーテコア１４が、モータハブ１内周のロータマグネット６とラジアル方向に対向する位置に取り付けられる。

このような装置の動作例を、図３を用いて説明する。
図３において、コイル１３を巻回したステータコア１４に通電すると、ロータマグネット６との間に回転磁界が発生する。モータハブ１は、ステータコア１４が固定されるモータベース１０と、シャフト９および上段玉軸受７および下段玉軸受８を介して回転自在に取り付けられているので、モータハブ１はこの回転磁界により、モータベース１０に対して相対回転する。

上段ディスク４と下段ディスク５は高速回転することで周辺空気による揚力等のため上方または下方への力を受けることがあるが、上段ディスク４と下段ディスク５が取り付けられているモータハブ１は上段玉軸受７および下段玉軸受８によってスラスト方向にも十分な力でシャフト９に支持されており、これらの支持によりモータハブ１は上下方向の移動を抑制される。

また、スピンドルモータの高速回転は、上段ディスク４または下段ディスク５の偏重心等による、シャフトのたわみ振動（シャフトが回転軸と直角方向のたわみを生じる振動）を発生しやすくする。このたわみ振動は、ディスクがラジアル方向の支持点から離れて取り付けられている場合に起きやすいが、図３の構成例では、上段玉軸受７および下段玉軸受８の取り付け高さをそれぞれ上段ディスク固定部２と下段ディスク固定部３の近傍とすることによって、ディスクと支持点とのスラスト方向の距離を少なくしてたわみ振動を軽減している。

特許文献１には、従来の玉軸受によるスピンドルモータの構成例が記載されている。

特開２０００−４５５８号公報 特開２００１−５０２５０号公報

高速共焦点スキャナの性能をこれまで以上に向上させるためには、従来のものよりさらに高速回転・低振動・高回転精度のスピンドルモータが要求される。しかしながら玉軸受を用いる従来のスピンドルモータでは、回転数の限界の問題、回転に伴う軸受自身から騒音や振動の問題、玉軸受のベアリングの摩耗等による軸受寿命の問題等があった。
玉軸受の代わりに、ラジアル方向をステータコア近傍の流体動圧軸受けにより支持し、スラスト方向をピボット軸受けにより支持する特許文献２などによる構成が考えられるが、この構成ではピボット軸受けにより、スラスト方向下方の支持は十分であるが、上方へは十分には支持されておらず、揚力によるディスクの浮上を十分に抑制できないという課題がある。また、流体動圧軸受けはステータコア近傍にしか配置されておらず、高速共焦点スキャナに使用されるような、ディスク固定部をステータコアからスラスト方向へ離れて設置する場合には、シャフトにたわみ振動が起こりやすいという課題もあった。

そこで本発明の目的は、流体動圧軸受けとピボット軸受けを用いながらも、ステータコアからスラスト方向へ離れた位置にディスクを設置可能で、かつ高速回転・低振動・高回転精度のスピンドルモータを実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は
シャフトと、
略円筒状に形成され上方に開口部が設けられ、前記開口部に前記シャフトを挿通して回転自在に支持する流体動圧軸受とピボット軸受けを有する軸受ハウジング部と、
前記軸受ハウジング部の外周に取り付けられたステータコア、およびこのステータコアに巻回したコイルと、
前記シャフトが中心に嵌合し、内周には前記ステータコアと半径方向に対向するようロータマグネットが取り付けられたモータハブと、
を備えたスピンドルモータであって、
前記モータハブは、その外周の少なくとも２箇所にディスクを取り付けるためのディスク固定部を有し、
前記流体動圧軸受は、前記軸受ハウジング部の内周の少なくとも２箇所に取り付けられることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明であって、
前記軸受ハウジング部の外周に取り付けられた磁束誘導部材と、
この磁束誘導部材とスラスト方向に対向するよう前記モータハブの内周に取り付けられた磁石とを備えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明であって、
前記軸受ハウジング部の外周に取り付けられた磁石と、
この磁石とスラスト方向に対向するよう前記モータハブの内周に取り付けられた磁束誘導部材とを備えることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明であって、
前記モータハブにはマイクロレンズアレイディスクとピンホールディスクを固定し、共焦点スキャナに用いられることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明であって、
前記少なくとも２箇所の流体動圧軸受の取り付け位置は、それぞれ前記軸受ハウジング部の内周の前記上段ディスク固定部および上段ディスク固定部の近傍の高さであることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明であって、
前記少なくとも２箇所の流体動圧軸受の取り付け位置間の距離は、前記少なくとも２箇所のディスク固定部間の距離と同等であることを特徴とする。

本発明によれば、モータベースには、上部に開口部を有した略円筒状の軸受ハウジング部が一体的に取り付けられ、軸受ハウジング部の内周には、上段流体動圧軸受と下段流体動圧軸受とが取り付けられ、軸受ハウジングの底部には、スラスト方向にシャフトを支持するピボット軸受が設けられ、軸受ハウジング部の上方の開口部からモータハブに嵌合したシャフトが挿通され、上段流体動圧軸受と下段流体動圧軸受、およびピボット軸受とにより、シャフトは回転自在に立設され、上段流体動圧軸受と下段流体動圧軸受の高さは、それぞれ上段ディスク固定部の近傍高さと下段ディスク固定部の近傍高さになるよう配置され、軸受ハウジング部の外周には、コイルを巻回したステーテコアが、ロータマグネットとラジアル方向に対向する位置に取り付けられ、軸受ハウジング部の外周のステータコアの上方には、磁束誘導部材が取り付けられ、モータハブの内周には、磁石が、磁束誘導部材とスラスト方向に対向するよう取り付けられている。
したがって、モータハブの内周の磁石と軸受ハウジング部の外周の磁束誘導部材との間の電磁吸引力により、モータハブは常時下向きの力を受け、上段ディスクと下段ディスクが受ける揚力による浮上を抑止することができ、また、上段ディスク固定部近傍および下段ディスク固定部近傍の高さにそれぞれ、上段流体動圧軸受および下段流体動圧軸受を取り付けることによって、ディスクと支持点とのスラスト方向の距離を小さくしてシャフトのたわみ振動を軽減することできる。

本発明の一実施例の構成を示した縦断面図である。 図１の実施例の構成のうち、軸受ハウジング部およびシャフトの部分を抽出した縦断面図である。 従来の装置の構成例を示した縦断面図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の構成を示した縦断面図である。
図１において、モータハブ２１は、上部に貫通孔２２を有し、下部が開口した肉厚の略円筒状に形成される。モータハブ２１の外周には、上段ディスク固定部２３と下段ディスク固定部２４とが段状に設けられ、それぞれ上段ディスク２５および下段ディスク２６を固定する。モータハブ２１の内周の下縁近傍にロータマグネット２７が取り付けられている。モータハブ２１の貫通孔２２に、シャフト２８が嵌合される。

モータベース２９には、上部に開口部を有した略円筒状の軸受ハウジング部３０が一体的に取り付けられる。軸受ハウジング部３０の内周には、上段流体動圧軸受３１と下段流体動圧軸受３２とが取り付けられている。
流体動圧軸受とは、軸と軸受の相対すべり運動によって、潤滑流体膜に圧力（動圧）を発生させ、これによって負荷を支持する方式の軸受である。軸受ハウジング部３０の底部には、スラスト方向にシャフトを支持するピボット軸受３３が設けられている。
軸受ハウジング部３０の上方の開口部からは、モータハブ２１に嵌合したシャフト２８が挿通され、上段流体動圧軸受３１と下段流体動圧軸受３２、およびピボット軸受３３とにより、シャフト２８は回転自在に立設される。
立設時の軸受ハウジング部３０の開口部の高さは、上段ディスク固定部２３の近傍に達するよう形成されており、また、このとき上段流体動圧軸受３１と下段流体動圧軸受３２の高さは、上段ディスク固定部２３の近傍高さと下段ディスク固定部２４の近傍高さになるよう配置されている。

軸受ハウジング部３０の外周には、コイル３４を巻回したステーテコア３５が、ロータマグネット２７とラジアル方向に対向する位置に取り付けられる。軸受ハウジング部３０の外周のステータコア３５の上方には、磁束誘導部材３６が取り付けられる。
モータハブの内周には、永久磁石等の磁石３７が、磁束誘導部材３６とスラスト方向に対向するよう取り付けられている。

図２は、図１に示す本発明の一実施例の構成のうち、軸受ハウジング部３０およびシャフト２８の部分を抽出した縦断面図である。
図２において、上段流体動圧軸受３１と下段流体動圧軸受３２は、例えばマグネット４１と動圧発生部４２とから構成され、磁性流体を潤滑油として使用する磁性流体タイプの流体動圧軸受である。磁性流体タイプの流体動圧軸受は、マグネットにより磁性を有する潤滑油が保持されるので、潤滑油が漏れにくい特徴がある。
シャフト２８には、シャフト抜け止め４３が、軸受ハウジング部にはシール４４が取り付けられており、シャフト抜け止め４３が、軸受ハウジング部にはシール４４に上方への移動を抑制されることで、万一のシャフト２８の抜けを防止している。このシール４４は潤滑油の漏れ防止の効果も有している。

このような装置の動作例を、図１を用いて説明する。
図１において、コイル３４を巻回したステータコア３５に通電すると、ロータマグネット２７との間に回転磁界が発生する。
シャフト２８は、ラジアル方向を上段流体動圧軸受３１と下段流体動圧軸受３２、スラスト方向をピボット軸受３３によって回転自在に支持されており、前記回転磁界により、モータハブ２１およびシャフト２８が、モータベース２９に対して相対回転する。

このときに、モータハブ２１に固定された上段ディスク２５および下段ディスク２６も回転するが、毎分１０，０００回転もしくはそれ以上の高速回転となると、周辺空気による揚力等のため上方または下方への力を受けることがある。軸受ハウジング部３０の底部には、ピボット軸受３３が設けられているので、シャフト２８のスラスト下方向への動きは抑えることができるが、しかし、スラスト上方向に力が発生した場合には、ピボット軸受３３では十分に抑制することができない。このスラスト上方向の動きを抑制するために設けられたのが、磁束誘導部材３６と磁石３７とである。軸受ハウジング部３０の外周に取り付けられた磁束誘導部材３６と、モータハブ２１の内周に取り付けられた磁石３７の間の電磁吸引力により、モータハブ２１はモータベース２９に対して常時下向きの力を受け、上段ディスク２５および下段ディスク２６が受ける揚力による浮上を抑止する。

また、ディスクがラジアル方向の支持点から離れた高さに取り付けられている場合に起きやすいたわみ振動を抑制するために、本実施例では軸受ハウジング部３０の上方開口部の上端を上段ディスク固定部２３近傍の高さまで達するようにし、この上段ディスク固定部２３の近傍、および下段ディスク固定部２４の近傍の高さにそれぞれ、上段流体動圧軸受３１と下段流体動圧軸受３２を取り付けることによって、ディスクとラジアル方向の支持点との高低差を少なくしてたわみ振動を軽減している。

このように、モータベース２９には、上部に開口部を有した略円筒状の軸受ハウジング部３０が一体的に取り付けられ、軸受ハウジング部３０の内周には、上段流体動圧軸受３１と下段流体動圧軸受３２とが取り付けられ、軸受ハウジング３０の底部には、スラスト方向にシャフトを支持するピボット軸受３３が設けられ、軸受ハウジング部３０の上方の開口部からモータハブ２１に嵌合したシャフト２８が挿通され、上段流体動圧軸受３１と下段流体動圧軸受３２、およびピボット軸受３３とにより、シャフト２８は回転自在に立設され、上段流体動圧軸受３１と下段流体動圧軸受３２の高さは、上段ディスク固定部２３の近傍高さと下段ディスク固定部２４の近傍高さになるよう配置され、軸受ハウジング部３０の外周には、コイル３４を巻回したステーテコア３５が、ロータマグネット２７とラジアル方向に対向する位置に取り付けられ、軸受ハウジング部３０の外周のステータコア３５の上方には、磁束誘導部材３６が取り付けられ、モータハブ２１の内周には、磁石３７が、磁束誘導部材３６とスラスト方向に対向するよう取り付けられている。
したがって、モータハブ２１の内周の磁石３７と軸受ハウジング部の外周の磁束誘導部材３６との間の電磁吸引力により、モータハブ２１は常時下向きの力を受け、上段ディスク２５と下段ディスク２６が受ける揚力による浮上を抑止することができ、また、上段ディスク固定部２３近傍および下段ディスク固定部近傍２４の高さにそれぞれ、上段流体動圧軸受３１および下段流体動圧軸受３２を取り付けることによって、ディスクと支持点とのスラスト方向の距離を小さくしてシャフト２８のたわみ振動を軽減することできる。
このため、流体動圧軸受とピボット軸受けを用いながらも、シャフト２８の浮上や、シャフト２８のたわみ振動の少ない、高速回転・低振動・高回転精度のスピンドルモータを実現することができる。

なお、本実施例では、上段流体動圧軸受３１と下段流体動圧軸受３２の取り付け位置は、それぞれ前記軸受ハウジング部の内周の前記上段ディスク固定部および上段ディスク固定部の近傍の高さであるとしたが、上段流体動圧軸受３１と下段流体動圧軸受３２間の距離を十分にとる（たとえば、上段ディスク固定部２３と下段ディスク固定部２４の間の距離と同等とする）ことで、たわみ振動を軽減してもよい。

また、上段流体動圧軸受３１および下段流体動圧軸受３２は磁性を有しない潤滑油を用いた非磁性タイプの流体動圧軸受けでもよい。
モータハブ２１の内周に磁束誘導部材を取り付け、軸受ハウジング部３０の外周に磁石を取り付けてもよい。

２１ モータハブ
２３ 上段ディスク固定部
２４ 下段ディスク固定部
２５ 上段ディスク
２６ 下段ディスク
２７ ロータマグネット
２８ シャフト
３０ 軸受ハウジング部
３１ 上段流体動圧軸受
３２ 下段流体動圧軸受
３３ ピボット軸受
３４ コイル
３５ ステータコア
３６ 磁束誘導部材
３７ 磁石

Claims (6)

1. シャフトと、
   略円筒状に形成され上方に開口部が設けられ、前記開口部に前記シャフトを挿通して回転自在に支持する流体動圧軸受とピボット軸受けを有する軸受ハウジング部と、
   前記軸受ハウジング部の外周に取り付けられたステータコア、およびこのステータコアに巻回したコイルと、
   前記シャフトが中心に嵌合し、内周には前記ステータコアと半径方向に対向するようロータマグネットが取り付けられたモータハブと、
   を備えたスピンドルモータであって、
   前記モータハブは、その外周の少なくとも２箇所にディスクを取り付けるためのディスク固定部を有し、
   前記流体動圧軸受は、前記軸受ハウジング部の内周の少なくとも２箇所に取り付けられることを特徴とするスピンドルモータ。
2. 前記軸受ハウジング部の外周に取り付けられた磁束誘導部材と、
   この磁束誘導部材とスラスト方向に対向するよう前記モータハブの内周に取り付けられた磁石とを備えることを特徴とする請求項１記載のスピンドルモータ。
3. 前記軸受ハウジング部の外周に取り付けられた磁石と、
   この磁石とスラスト方向に対向するよう前記モータハブの内周に取り付けられた磁束誘導部材とを備えることを特徴とする請求項１記載のスピンドルモータ。
4. 前記モータハブにはマイクロレンズアレイディスクとピンホールディスクを固定し、共焦点スキャナに用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスピンドルモータ。
5. 前記少なくとも２箇所の流体動圧軸受の取り付け位置は、それぞれ前記軸受ハウジング部の内周の前記上段ディスク固定部および上段ディスク固定部の近傍の高さであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスピンドルモータ。
6. 前記少なくとも２箇所の流体動圧軸受の取り付け位置間の距離は、前記少なくとも２箇所のディスク固定部間の距離と同等であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスピンドルモータ。

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