JP2016123209A

JP2016123209A - モータ

Info

Publication number: JP2016123209A
Application number: JP2014262020A
Authority: JP
Inventors: 秀明昭和; hideaki Showa; 大吾中嶌; Daigo Nakashima; 尚之近藤; Naoyuki Kondo
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2016-07-07

Abstract

【課題】外周面へのステータコアの圧入による円筒部の径方向内側への変形を何らの支障なく効果的に抑えることができる構造を有するモータを提供する。【解決手段】ベース２の嵌合部２１を構成する円筒部２６の外周面２３にステータアッシー５のステータコア５１を圧入して固定し、嵌合部２１内側のスリーブ嵌合孔２１１にスリーブ３を介してロータアッシー６が固定されるシャフト４を回転自在に支持し、シャフト４とともにロータアッシー６を回転駆動するスピンドルモータ１において、円筒部２６の内周面２２にリング部材７を配設し、ステータコア５１の圧入による円筒部２６の内側への変形をリング部材７で抑える。【選択図】図３

Description

本発明は、スピンドルモータ等のモータに係り、特に、シャフトを支持するスリーブが内部に配設されるとともに外周面にステータコアが圧入される嵌合部がベースに形成されているモータに関する。

上記スピンドルモータは、例えばコンピュータ機器に使用されるハードディスク駆動装置の駆動源として用いられており、近年ではより一層のデータ容量の増大やデータ読み書きの高速化等が要望されることから、高速化や高回転精度が求められている。そのようなスピンドルモータは、一般に、固定部材であるベースの中心に固定されたスリーブ内にシャフトが回転自在に支持され、ベースにはステータアッシーが、また、シャフトにはロータアッシーがそれぞれ固定され、ステータアッシーのコイルに通電してロータアッシーを回転させる構成となっている。このようなスピンドルモータにあっては、ベースに形成されたスリーブ嵌合孔にスリーブが嵌合され、同じくベースに形成された円筒部の外周面にステータアッシーのステータコアを圧入して締まり嵌めの状態に固定した形態が知られている（特許文献１）。

このようにスリーブとステータコアをそれぞれスリーブ嵌合孔の内周面と円筒部の外周面に固定する形態では、ステータコアを圧入することによりスリーブ嵌合孔の内周面が径方向内側に撓んで変形し、このためスリーブ嵌合孔内にスリーブを嵌合することが困難になる場合が生じる。このため、従来では予めその変形量を見越した圧入代を設定して円筒部およびステータコアを設計していたが、高い寸法精度が必要となるという問題があった。そこで上記特許文献１には、円筒部の外周面側に溝状の凹部を形成し、圧入されるステータコアによって円筒部の上方の突出部が径方向内側に変形してもその変形が凹部で吸収され、スリーブが嵌合しているスリーブ嵌合孔の内周面に変形が伝わることを抑制する発明が記載されている。

特開２０１２−１６１１２７号公報

しかしながら上記特許文献１に記載の技術においては、円筒部の外周面側に形成した凹部に応力が集中するおそれがあり、強度上の問題が生じるものであった。また、そのような凹部を形成したことによってステータコアが圧入される円筒部の外周側においては変形しやすい部分が形成されたことになり、このためステータコアの固定状態が不安定になる可能性も否めない。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、円筒部の外周面へのステータコアの圧入によるスリーブ嵌合孔の内周面の径方向内側への変形を何らの支障なく効果的に抑えることができる構造を有するモータを提供することにある。

本発明のモータは、ベースと、前記ベースに形成されたスリーブ嵌合孔に嵌合されるスリーブと、前記スリーブ内に回転自在に支持されるシャフトと、前記ベースに前記スリーブ嵌合孔を囲むように設けられた円筒部の外周面に圧入して配設されるステータコアを有するステータアッシーと、前記シャフトに、該シャフトと一体回転するよう設けられるロータアッシーと、を備え、前記スリーブ嵌合孔の内周面と、前記円筒部の内周面との間に段差部が形成され、該段差部にリング部材が設けられていることを特徴とする。なお、本発明での「ステータコアが円筒部の外周面に圧入される」ということは、ステータコアが円筒部の外周面に締まり嵌めにより固定され、ステータコアから円筒部が径方向内側に圧力を受ける状態となることを言う。

本発明によれば、ステータコアの圧入により円筒部が径方向内側に圧力を受けても、リング部材がその圧力に抗し、スリーブ嵌合孔の内周面の変形が効果的に抑えられる。また、円筒部の変形が抑えられるため、ステータコアの固定状態も安定したものとなり、モータ全体の剛性向上が図られる。

なお、前記リング部材を前記円筒部と前記スリーブとの間に挟んで配設し、リング部材の内周面にスリーブが接触し、スリーブ嵌合孔にはスリーブが接触しない形態、すなわちリング部材でスリーブを支持する形態も考えられる。しかしこの形態では、スリーブを支持するリング部材の内周面とステータコアが圧入される円筒部の外周面とを同軸的に形成する場合、リング部材とベースは別部材であるため、高精度な同軸度を得にくい。そこで、本発明のように円筒部の内周面に、該内周面を大径側と小径側とに分ける段差部を形成し、該段差部にリング部材を設けた形態として、小径側であるスリーブ嵌合孔の内周面にスリーブを嵌合させ、大径側である円筒部の内周面にリング部材を接触させる構造を採用することが有効である。この構造を採用することにより、スリーブが嵌合するスリーブ嵌合孔の内周面、およびステータコアが圧入される円筒部の外周面はいずれもベースに形成するものであるため、それらスリーブ嵌合孔の内周面と円筒部の外周面との同軸度を高精度にすることができる。

本発明の効果をより確実に得る上で、前記リング部材が前記ベースを構成する材料のヤング率よりも高いヤング率の材料によって構成されている形態が望ましい。

また、本発明は、前記リング部材には、該リング部材と前記円筒部の内周面との間に、軸方向一端側に開放する隙間を形成するフランジ部が形成されている形態を含む。この形態では、リング部材のフランジ部によって形成された隙間に円筒部が径方向内側に変形して入り込むことが許容される。すなわち円筒部の変形が吸収されてスリーブ嵌合孔の内周面に変形が伝わることが抑制される。

本発明によれば、円筒部の外周面へのステータコアの圧入によるスリーブ嵌合孔の内周面の径方向内側への変形を何らの支障なく効果的に抑えることができる構造を有するモータが提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るスピンドルモータの側断面図である。同スピンドルモータにおいてスリーブおよびロータアッシーを外した状態の平面図である。同スピンドルモータの嵌合部に対するスリーブおよびステータコアの固定構造を示す側断面図である。本発明の一実施形態に対する比較例であるスピンドルモータの軸受構造を示す側断面図である。リング部材のさらに他の実施形態を示す側断面図である。

以下、図面を参照して本発明をスピンドルモータに適用した一実施形態を説明する。
［１］スピンドルモータの基本構成
図１により、一実施形態に係るスピンドルモータ１の基本構成を説明する。このスピンドルモータ１は、コンピュータに使用される磁気ディスクや光ディスク等のディスクを備えたデータ記憶装置の駆動源として使用されるものである。

スピンドルモータ１は、円板状のベース２と、ベース２にスリーブ３を介して支持されたシャフト４と、ベース２に固定されたステータアッシー５と、シャフト４に固定されたロータアッシー６とを具備している。

図１において水平に設置された状態のベース２の中心には、外周側にステータアッシー５が嵌合される円筒部２６を有し、かつ、内周側にスリーブ３が嵌合されるスリーブ嵌合孔２１１を有する嵌合部２１が形成されている。スリーブ嵌合孔２１１にはスリーブ３が嵌合され、その外周面がスリーブ嵌合孔２１１の内周面に接着等の手段によって固定されている。スリーブ３の中空部であるシャフト貫通孔３１には、下端部にフランジ部４１を有するシャフト４が下側から貫通され、かつ、回転自在に支持されている。スリーブ３とシャフト４との間の隙間には潤滑油が満たされ、スリーブ３のシャフト貫通孔３１の内周面には、その潤滑油に動圧を発生させてシャフト４を支持するラジアル動圧溝（図示略）が形成されている。

図３に示すように、スリーブ３の下端面におけるシャフト貫通孔３１の開口周囲には、環状の凹部３１１がシャフト貫通孔３１と同心状に形成されている。スリーブ３の下端面には、円板状のカウンタープレート３９が溶着や接着等の手段により気密的に固着されている。シャフト４のフランジ部４１は凹部３１１内に収納され、フランジ部４１は、その状態で凹部３１１の上側の頂面および下側のカウンタープレート３９と対向してシャフト４の抜け止めをなしている。

嵌合部２１は、上方に突出形成された上記円筒部２６を有している。ステータアッシー５は、円筒部２６の外周面に圧入され、締まり嵌めの状態で固定された珪素鋼板の積層体からなるステータコア５１と、ステータコア５１に巻回されたステータコイル５２とから構成される。図２に示すように、ステータコア５１は環状のヨーク部５１１を主体とするもので、ヨーク部５１１が円筒部２６の外周面に圧入されている。ヨーク部５１１の外周部には、径方向外側に突出し、先端に極歯５１３が形成された固定磁極５１２が周方向に等間隔に形成され、これら固定磁極５１２にステータコイル５２が絶縁材を介して巻回されている。

シャフト４の上端部はスリーブ３から突出しており、その突出した上端部に、ロータアッシー６を構成する円板状のロータハブ６１の中心部が固定されている。ロータハブ６１は上面が平坦な円板部６１１を主体とするもので、円板部６１１の下面の外周縁およびその内側には、外側円筒部６１２および内側円筒部６１３がそれぞれ同心状に下方に向かって突出形成されている。ロータハブ６１の外側円筒部６１２の内周面には、ステータコア５１と隙間を空けて対向するロータマグネット６２が固定されている。ロータマグネット６２は、Ｎ極およびＳ極の複数極に着磁されている。ロータハブ６１の内側円筒部６１３の内側には下方に開口するスリーブ収容凹所６１５が形成されており、このスリーブ収容凹所６１５の頂面にスリーブ３の上端面が対向している。スリーブ３の上端面にはスラスト動圧溝（図示略）が形成され、スラスト軸受として機能する。

また、ロータハブ６１の外側円筒部６１２の外周面の下端には、鍔状のディスク載置部６１４が形成されている。このディスク載置部６１４には上記ディスク（不図示）が装着される。当該スピンドルモータ１の近傍には、該ディスクに作用する記録用ヘッド（不図示）が配設される。

ロータアッシー６はロータハブ６１とロータマグネット６２とから構成され、シャフト４と一体に回転する。ベース２のロータマグネット６２の直下には、回転するロータアッシー６の軸方向位置を安定させる環状の吸引板２９が配設されている。

上記のベース２、スリーブ３、シャフト４、ロータハブ６１は、ステンレスやアルミニウム合金等の剛性を有する金属で構成される。

上記構成を有するスピンドルモータ１は、ステータコイル５２に通電すると、ステータコア５１により磁場が形成され、この磁場がロータマグネット６２に作用してロータアッシー６がシャフト４を支点に回転する。そして、上記ディスクはこのようなスピンドルモータ１の作動により回転、停止させられ、該ディスクに対し上記記録用ヘッドが情報の書き込みと読み出しを行う。

［２］嵌合部に対するスリーブとステータコアの固定構造およびリング部材
上記のように本実施形態のスピンドルモータ１にあっては、ベース２の嵌合部２１の内側に形成されたスリーブ嵌合孔２１１にスリーブ３が固定されている。また、嵌合部２１の円筒部２６の外周面に、ステータアッシー５のステータコア５１が圧入して固定されている。以下、嵌合部２１に対するスリーブ３とステータコア５１の固定構造および本発明に係るリング部材について詳述する。

図３に示すように、嵌合部２１の内周面２２の軸方向中央部には、軸方向に直交し、上方に面する環状の平坦面からなる段差部２５が形成されている。嵌合部２１の内周面２２は、段差部２５によって下側の小径側の内周面２２１と上側の大径側の内周面２２２とに分けられる。小径側の内周面２２１はスリーブ嵌合孔２１１の内周面であり、この内周面２２１にスリーブ３が嵌合して固定されている。また、大径側の内周面２２２は円筒部２６の内周面である。すなわち段差部２５は、スリーブ嵌合孔２１１の内周面２２１と、円筒部２６の内周面２２２との間に形成されている。

一方、スリーブ３の外周面３２は、軸方向中央部から下側が上側よりもやや小径となっており、下側の小径側の外周面３２１がスリーブ嵌合孔２１１の内周面２２１に固定されている。そして、スリーブ３の上側の大径側の外周面３２２と、円筒部２６の内周面２２２との間に、ロータハブ６１の内側円筒部６１３が挿入されており、これにより内側円筒部６１３内のスリーブ収容凹所６１５内に、大径側の外周面３２２を有するスリーブ３の上側部分が収容されている。

また、円筒部２６の外周面２３の軸方向中央部であって内周面２２側の段差部２５よりも上方位置には、段差部２３１が形成されている。これにより円筒部２６は、外周面２３側の段差部２３１よりも上側に最も薄肉の上端部２４を有している。ステータコア５１は、ヨーク部５１１が、この円筒部２６における上端部２４の外周面２３に対して上方から段差部２３１に接触するまで圧入される。

ロータハブ６１の内側円筒部６１３は、円筒部２６の内側、かつ、段差部２５の上方に挿入されている。このようにロータハブ６１の内側円筒部６１３を円筒部２６に対し径方向に重畳させることで、装置全体の厚さを低減することができるようになされている。また、このような形態では、ロータハブ６１の内側円筒部６１３の内周面と該内周面に対向するスリーブ３の上側の大径側の外周面３２２との間の隙間に、スラスト軸受として機能するスリーブ３の上端面に供給される潤滑油が保持される。

さて、嵌合部２１の内側の段差部２５には、環状のリング部材７が配設されている。リング部材７は、下面が段差部２５上に載置され、その外周面７１の全面が円筒部２６の内周面２２２に接触し、これによって円筒部２６を内側から支持している。円筒部２６を内側から支持する観点から、リング部材７の材料は、円筒部２６が一体に形成されたベース２を構成する材料のヤング率よりも高いヤング率を有するものが採用される。例えばベース２がアルミニウム合金（ヤング率：７０ＧＰａ程度）であった場合には、リング部材７にはＳＵＳ４３０（ヤング率：２００ＧＰａ程度）等のステンレス鋼が選択される。

リング部材７は段差部２５とロータハブ６１の内側円筒部６１３の下端面との間に挟まれ、内側円筒部６１３の下端面とリング部材７との間には隙間が形成されている。また、リング部材７はスリーブ３の小径側の外周面３２１の外側に配置され、リング部材７の内径はスリーブ嵌合孔２１１の内周面２２１の内径よりも僅かに大きく設定されている。これによりリング部材７の内周面７２とスリーブ３との間には僅かな隙間が形成される。リング部材７は、円筒部２６の内周面２２２に圧入されて固定されるか、あるいは段差部２５および内周面２２２に接着等によって固定される。

本実施形態によれば、ステータコア５１が円筒部２６の上端部２４に圧入されると、その圧力がスリーブ嵌合孔２１１に伝わり、このため、スリーブ嵌合孔２１１は径方向内側に撓んで変形しようとする。しかし、リング部材７が円筒部２６を内側から補強することで円筒部２６内側への圧力を支持することができ、その結果、スリーブ嵌合孔２１１の内周面２２１が内側に変形することが抑えられる。

ステータコア５１の圧入で生じる円筒部２６の変形は、スリーブ３が固定されるスリーブ嵌合孔２１１の上端角部、すなわち段差部２５の内縁部分が大きく、したがって段差部２５にリング部材７を配設して円筒部２６を内側から支持することは、スリーブ嵌合孔２１１の内周面２２１が径方向内側へ変形することを効果的に抑えることができる。このようにスリーブ嵌合孔２１１の内周面２２１の変形を抑えることで、スリーブ嵌合孔２１１へのスリーブ３の挿入を円滑に行うことができ、また、ロータハブ６１の内側円筒部６１３も円筒部２６の内側に円滑に挿入することができる。

また、このように円筒部２６の変形が抑えられるため、スリーブ３をスリーブ嵌合孔２１１に挿入できなくなるという不良を減少させることができる。さらに、円筒部２６の上端部２４に圧入されるステータコア５１の固定状態も安定したものとなり、モータ全体の剛性向上が図られる。

また、本実施形態では、嵌合部２１の内周面２２に形成した段差部２５にリング部材７を配設し、スリーブ嵌合孔２１１の内周面２２１にスリーブ３を嵌合させて固定し、円筒部２６の内周面２２２にリング部材７を接触させている。スリーブ嵌合孔２１１の内周面２２１、およびステータコア５１が圧入される円筒部２６の外周面２３はいずれもベース２に形成するものであるため、それら内周面２２１と外周面２３との同軸度を高精度にすることができる。例えばベース２を旋盤加工によって成形する場合、チャックによるベース２の保持を解除することなく、同一工程でおよびスリーブ嵌合孔２１１および円筒部２６の加工を同軸的に行うことができる。このため、スリーブ嵌合孔２１１の内周面２２１と円筒部２６の外周面２３との同軸度を高精度に仕上げることができる。その結果、スリーブ嵌合孔２１１に固定されるスリーブ３および円筒部２６に圧入されるステータアッシー６の同軸度も高くなり、当該スピンドルモータ１の回転精度が向上する。

ここで、段差部２５にリング部材７を配設した上記実施形態に対する対比例を図４に示す。同図では、嵌合部２１の内周面２２には上記段差部２５を形成せず、嵌合部２１の内周面下端部とスリーブ３との間に、リング部材７Ｂを嵌合している。この場合、嵌合部２１の内周面にはスリーブ３は嵌合せず、リング部材７Ｂの内周面にスリーブ３が嵌合され、接着等によって固定される。円筒部２６の上端部２４の外周面にステータコア５１を圧入する際には、リング部材７Ｂによって円筒部２６が内側に変形することが抑制される。この形態では、リング部材７Ｂとベース３は別部材であるため、スリーブ３を内側から支持するリング部材７Ｂの内周面とステータコア５１が圧入される円筒部２６の外周面とを高い精度で同軸状に形成することは難しい。その点、段差部２５にリング部材７を配設し、スリーブ嵌合孔２１１の内周面２２１と円筒部２６の外周面２３とを同じ工程中で加工することができる上記実施形態においては、上記のように高い同軸度を得ることができるわけである。

［３］他の実施形態のリング部材
図１〜図３に示した上記一実施形態では、リング部材７は外周面７１の全面が円筒部２６の内周面２２２に接触しているが、図５に示すようにリング部材７の下端部にフランジ部７３を形成し、このフランジ部７３の外周面を内周面２２２に接触させる形態も採用することができる。この形態では、フランジ部７３の上側に、リング部材７と円筒部２６の内周面２２２との間に隙間７３１が形成されるため、円筒部２６は変形しやすくなる。しかし、リング部材７の下端部にはフランジ部７３が形成されているため、円筒部２６自体は変形しやすくなるものの、その変形はスリーブ嵌合孔２１１には伝わりにくくなり、スリーブ嵌合孔２１１の内周面２２１が内側に変形することが抑制される。

図１に示したリング部材７を備えたスピンドルモータを実際に作製し、ステータコアを円筒部の外周面に圧入した場合と、リング部材７を取り付けない場合について、円筒部の内周面の上端角部が内側にどの程度変形したか、その変位量を比較した。ベースはアルミニウム合金、リング部材はＳＵＳ４３０で作製した。変位量は軸方向に直交する径方向内側への移動量であり、測定部位のみの片側の変形量と、両側を合わせた直径の変位量を測定した。表１に示す結果の通り、リング部材を取り付けない場合に比べて取り付けた場合の方が円筒部の変形量は６０％程度に抑えられ、本発明の効果が実証された。

１…スピンドルモータ、２…ベース、２１…嵌合部、２１１…スリーブ嵌合孔、２２…嵌合部の内周面、２２１…スリーブ嵌合孔の内周面、２２２…円筒部の内周面、２３…円筒部の外周面、２５…段差部、２６…円筒部、３…スリーブ、４…シャフト、５…ステータアッシー、５１…ステータコア、６…ロータアッシー、７，７Ｂ…リング部材、７３…リング部材のフランジ部、７３１…隙間。

Claims

ベースと、
前記ベースに形成されたスリーブ嵌合孔に嵌合されるスリーブと、
前記スリーブ内に回転自在に支持されるシャフトと、
前記ベースに前記スリーブ嵌合孔を囲むように設けられた円筒部の外周面に圧入して配設されるステータコアを有するステータアッシーと、
前記シャフトに、該シャフトと一体回転するよう設けられるロータアッシーと、
を備え、
前記スリーブ嵌合孔の内周面と、前記円筒部の内周面との間に段差部が形成され、該段差部にリング部材が設けられていることを特徴とするモータ。
前記リング部材は、前記ベースを構成する材料のヤング率よりも高いヤング率の材料によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
前記リング部材には、該リング部材と前記円筒部の内周面との間に、軸方向一端側に開放する隙間を形成するフランジ部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。