JP3796000B2

JP3796000B2 - モータの冷却構造

Info

Publication number: JP3796000B2
Application number: JP09462997A
Authority: JP
Inventors: 祐士齋藤; 正孝望月; 耕一益子; 和彦後藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: JPH10285877A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータの軸受の冷却に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７および図８は、ハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤと記す。）に備えられたスピンドルモータを示す概略図である。プラスチック製の中空平板容器からなるＨＤＤ１のケース２の内部に、複数枚のハードディスク３（１枚のみ図示）およびそれらを回転駆動させるためのスピンドルモータ４、更に読み書き用ヘッド５およびそれを駆動させるステッピングモータ６等が設けられている。
【０００３】
そのスピンドルモータ４は、一例としてダイレクトドライブのＤＣブラシレスモータが採用されており、そのシャフト７を図８での上下方向に向けた姿勢でケース２の底部に設けられている。このシャフト７は、一例としてＳＵＳ３０４からなる円形断面のパイプであって、その上端部は、ケース２の上側の内壁面に固定されている。
【０００４】
これに対して、シャフト７の下端部は、ケース２の下側の内壁面に固定されている。すなわち、ケース２の上面部と下面部とがシャフト７によって支承された構成となっている。また、シャフト７の長さ方向でのほぼ中央箇所の外周部には、巻線８を巻き付けた鉄心９が設けられている。更に、シャフト７には鉄心９の上方および側方を覆うアウターロータ１０が設けられている。
【０００５】
このアウターロータ１０は、ほぼ有底円筒状の胴部１１と、その胴部１１の外周面のうち下方箇所から図８での半径方向に突出したフランジ部１２とによって構成されている。胴部１１の内縁部には、ボールベアリング１３が設けられていて、このボールベアリング１３がアウターロータ１０をシャフト７に対して回転自在に支持している。また、胴部１１の内周面のうち鉄心９と対向する箇所には、永久磁石１４が取り付けられている。これに対して、フランジ部１２には、複数枚のハードディスク３が積層状態に設けられている。また、図示しないが、スピンドルモータ４には、アウターロータ１０を定速回転させるための駆動回路が組まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パーソナルコンピータの分野では、多機能化や処理速度の高速化が日進月歩の状態で進行しており、これに関連して例えばハードディスク３の設置枚数の増加やスピンドルモータ４の回転数の増加などがＨＤＤ１に望まれている。
【０００７】
しかしながら、上記従来のスピンドルモータ４では、例えばハードディスク３の枚数を従来よりも多くした状態、あるいは回転速度を上げた状態で、長期に亘り連続して駆動させた場合に、ボールベアリング１３のグリースが過熱して劣化し、異常振動や騒音などが発生するおそれが多分にあった。
【０００８】
これは、アウターロータ１０を回転させた場合にボールベアリング１３に生じる摩擦熱の大部分が、ボールベアリング１３自体からケース２の内部雰囲気に放出されるか、あるいはシャフト７およびケース２に伝達されるなどして、それらの壁面から放出されるのみであり、換言すれば、発熱部に対する冷却が自然空冷であることに起因している。
【０００９】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、長期に亘り連続使用することのできるモータの冷却構造を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用】
この発明は上記の目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、軸部材の中心軸線を中心にして回転する回転体を有し、その回転体の胴部の内縁に、前記軸部材を支持する軸受が設けられ、その軸受が前記回転体を前記軸部材に対して回転自在に支持しているモータにおいて、前記軸部材が密閉中空状に形成されるとともに、その内部に真空脱気した状態で作動流体が封入されて、前記軸部材がヒートパイプ化されており、前記軸受が前記軸部材に熱伝達可能に設けられており、ヒートパイプ化されているシャフトの上端部がプレートにより閉じられ、該上端部がケースに固定され、該プレートが前記ケースから露出されていることを特徴とするものである。
【００１１】
したがって、請求項１の発明によれば、回転体のみが回転する場合には、両者の摺動箇所に熱が生じ、これに対して、回転体が軸部材と共に回転する場合には、前記軸受に熱が生じる。いずれの場合にも、発生した熱は軸部材を介してその内部の作動流体に伝達され、それを蒸発させる。
【００１２】
作動流体の蒸気は、軸部材の内部空間のうち温度と内部圧力とが共に低い箇所に向けて流動し、そこで空気など熱を奪われて凝縮する。すなわち、外部に向けて熱が放出される。このように、作動流体によって発熱箇所の熱が外部に運ばれるから、その箇所の過熱が未然に防止される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、請求項１の発明に係る一具体例を図１および図２を参照して説明する。なお、この具体例では、冷却の対象としてＨＤＤに内蔵されたスピンドルモータを例に挙げて説明する。ＨＤＤ１５のケース１６は、プラスチック製の中空平板容器であって、その内部には、複数枚のハードディスク１７（１枚のみ図示）およびそれらを回転駆動させるためのスピンドルモータ１８、更に読み書き用ヘッドおよびそれを駆動させるステッピングモータ（共に図示せず）等が設けられている。
【００１６】
一例としてスピンドルモータ１８は、ダイレクトドライブのＤＣブラシレスモータが採用されており、そのシャフト１９を図２での上下方向に向けた姿勢でケース１６の底部に設けられている。この発明の軸部材に相当するシャフト１９は、一例としてＳＵＳ３０４からなる円形断面のパイプであって、その上端部は後述する放熱板を兼用する四角形のＣｕプレート２０によって閉じられており、これに対して下端部は円形の端板によって閉じられている。
【００１７】
また、シャフト１９の内部には、真空脱気した状態で純水が作動流体Ｗとして封入されてヒートパイプ化されている。換言すれば、シャフト１９自体がヒートパイプのコンテナとして形成されており、その内壁面のうち側面には金属メッシュ製のウィック（図示せず）が布設されている。なお、このシャフト１９が第一ヒートパイプ２１とされている。
【００１８】
更に、シャフト１９の下端部は、ケース１６の下側の内壁面に対してＥ型輪止め２２を介して固定されており、これに対してシャフト１９の上端部は、ケース１６の上面部に形成された凹部２３にＣｕプレート２０を嵌め込むことによってケース１６に固定されている。すなわち、シャフト１９は、Ｃｕプレート２０をケース１６から露出させた状態でケース１６の上面部と下面部とを支承するように配設されている。
【００１９】
シャフト１９の長さ方向でのほぼ中央箇所の外周部には、巻線２４を巻き付けた鉄心２５が設けられている。更に、シャフト１９には鉄心２５の上方および側方を覆うアウターロータ２６が設けられている。
【００２０】
アウターロータ２６は、この発明の回転体に相当するものであり、ほぼ有底円筒状の胴部２６ａと、その胴部２６ａの外周面のうち下方箇所から図２での半径方向に突出したフランジ部２６ｂとによって構成されている。そして、アウターロータ２６は、胴部２６ａの内周部に取り付けられた２個のボールベアリング２８を介してシャフト１９の外周面に回転自在に取り付けられている。これらのボールベアリング２８は、図２での上下方向に位置をずらして配置されている。
【００２１】
アウターロータ２６の胴部２６ａの内周面のうち鉄心２５と対向する箇所には、永久磁石２９が取り付けられている。これに対して、フランジ部２６ｂには、複数枚のハードディスク１７が積層状態に設けられている。
【００２２】
他方、ケース１６の上面部には、Ｃｕプレート２０からなる放熱板３１が露出している。この放熱板３１の上面部には、後述の第二ヒートパイプ３３を固定するための取り付け溝３２が形成されており、その取り付け溝３２には、第二ヒートパイプ３３の一端部が密着状態に嵌め込まれている。
【００２３】
一例として、第二ヒートパイプ３３としては、矩形断面のＣｕ製コンテナに純水を作動流体Ｗとした平板型ヒートパイプが採用されており、取り付け治具３４によってケース１６の上面部に固定されている。なお、第二ヒートパイプ３３の内部には、毛細管圧力を生じるウィック（図示せず）が設けられている。このように、第一ヒートパイプ２１と第二ヒートパイプ３３とが放熱板３１を介して熱授受可能な構成となっている。また、図示しないが、スピンドルモータ１８には、アウターロータ１０を定速回転させるための駆動回路が組まれている。
【００２４】
つぎに、上記のように構成されたスピンドルモータ１８の作用について説明する。ＨＤＤ１５が駆動していない場合、第一ヒートパイプ２１は、ウィックの毛細管圧力によって、コンテナ側壁面のほぼ全域に作動流体が供給された状態となっている。他方、この具体例においても、ＨＤＤ１５の駆動時には、ハードディスク１７を保持したアウターロータ２６がシャフト１９の外周部を回転する。これにより、２個のボールベアリング２８にそれぞれ摩擦熱が生じる。この熱は、シャフト１９の壁面を介して内部の作動流体Ｗに伝達される。
【００２５】
この時点でシャフト１９の両端部において温度差が生じるから、第一ヒートパイプ２１の動作が自動的に開始される。すなわち、コンテナ内部のうち各ボールベアリング２８との対応箇所の近傍で液相作動流体Ｗが加熱されて蒸発し、その蒸気がコンテナのうちの内部圧力の低い上端部に向けて流動し、ケース１６の外部に露出した放熱板３１および第二ヒートパイプ３３のコンテナに熱を奪われて凝縮する。
【００２６】
その場合、放熱板３１自体がケース１６よりも熱伝導性に優れていることに加えて、受熱側のヒートパイプが放熱側の放熱板３１の上面に面接触状態に配設されているために、第一ヒートパイプ２１と第二ヒートパイプ３３との熱伝達が良好に行われる。なお、放熱して液化した第一ヒートパイプ２１の作動流体Ｗは、ウィックの毛細管圧力あるいは重力によってケース１６の底部側に配設された端部に向けて還流し、その一部が上方に位置するボールベアリング２８の熱によって再度蒸発し、更に残りの分が下方に位置するボールベアリング２８の熱によって再度蒸発する。
【００２７】
他方、第一ヒートパイプ２１から熱が伝達されると、第二ヒートパイプ３３の動作が開始される。コンテナの内部に生じた作動流体Ｗの蒸気は、図１での右斜め上方に配設された端部に向けて流動し、そこで空気やケース１６の上面部に熱を奪われて凝縮する。換言すれば、放熱板３１を含めたケース１６の上面部のほぼ全域がヒートシンクとして作用する。
【００２８】
なお、放熱して液相に戻った作動流体Ｗは、ウィックの毛細管作用によって放熱板３１に配設された端部に向けて還流し、第一ヒートパイプ２１の作動流体によって運ばれるボールベアリング２８の熱によって再度蒸発する。以降、同様のサイクルが継続され、その結果、シャフト１９とボールベアリング２８との接触箇所が冷却される。
【００２９】
このように、シャフト１９自体をヒートパイプ化することによって、発熱箇所の熱をケース１６まで積極的に運び、この熱を第二ヒートパイプ３３によってケース外部に放出するから、過熱に起因したボールベアリング２８の騒音や振動などを防止することができ、これにより、スピンドルモータ１８の長期連続駆動が可能になる。なお、第一ヒートパイプ２１は、既存するシャフト１９をヒートパイプ化したものであり、第二ヒートパイプ３３は厚さの薄い平板型のものであるから、ケース１６の大きさは従来一般のＨＤＤとほぼ同じとすることができる。
【００３０】
つぎに、図３および図４を参照して請求項１の発明に係る他の具体例について説明する。ここに示す例は、上記第一具体例における第二ヒートパイプ３３を省いた構成である。なお、上記具体例と同じ構成については、その詳細な説明を省略する。
【００３１】
ケース１６の内部には、スピンドルモータ１８がシャフト１９を図４での上下方向に向けた姿勢で収容されている。スピンドルモータ１８のシャフト１９は、放熱板３１を兼用した四角形のＣｕプレート２０によってその上端部を閉じられるとともに、円形の端板によって下端部を閉じられた構成の円形断面のパイプであり、その内部には真空脱気した状態で純水が作動流体Ｗとして封入され、ヒートパイプ２７として形成されている。また、シャフト１９の内壁面の側面には、金属メッシュ製のウィック（図示せず）が布設されている。
【００３２】
放熱板３１は、ケース１６の上面部に露出した状態に設けられている。この平板状のＣｕプレート２０からなり、第一具体例に対する４倍程度の表面積を有している。
【００３３】
つぎに、上記のように構成されたスピンドルモータ１８の作用について説明する。この具体例においても、ＨＤＤ１５の駆動時には、ハードディスク１７を保持したアウターロータ２６がシャフト１９の外周部を回転する。これにより、各ボールベアリング２８に熱が生する。この熱は、シャフト１９の壁面を介して内部の液相作動流体Ｗに伝達される。すると作動流体Ｗは、蒸発するとともに、放熱板３１を備えた端部に向けて上昇し、その放熱板３１を介してケース１６外部の空気に熱を奪われて凝縮する。すなわち、放熱板３１の表面から外部に向けて熱が放出される。
【００３４】
なお、放熱して液化したヒートパイプ２７の作動流体Ｗは、ケース１６の底部側に配設された端部に向けてウィックに沿うように下方に還流するとともに、２個のボールベアリング２８とそれぞれ対応した箇所で再度蒸発する。以降、同様のサイクルが継続され、その結果、各ボールベアリング２８とシャフト１９との接触箇所が冷却される。
【００３５】
このように、ヒートパイプ化したシャフト１９とその上端部に一体化し、かつケース１６から露出した放熱板３１とにより、ボールベアリング２８に生じる熱を積極的にケース１６の外部に排出するから、上記具体例と同様に長期連続駆動時での過熱を確実に防止できる。また、上記第一具体例における第二ヒートパイプ３３に替えて表面積の大きい放熱板３１を備えた構成としたから、イニシャルコストがより低下する。
【００４４】
なお、上記各具体例では、ＨＤＤ用のスピンドルモータを例示したが、この発明は上記具体例に限定されず、例えばＣＤプレーヤーあるいはＦＤＤ（フロッピーディスクドライブ）に備えられるスピンドルモータ、更にロータとなる巻線と共にシャフトが回転する一般のＤＣモータ等に適用することもできる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明において、軸部材における熱輸送能力が良好になり、軸部材とそれを支持する軸受との熱伝達が良好に行われるから、軸部材と前記軸受との摺動箇所、あるいは回転体と軸部材との摺動箇所の過熱を防止でき、これにより長期連続駆動が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明に係るＨＤＤ用スピンドルモータの外観を示す概略図である。
【図２】そのスピンドルモータおよびケースの構成を示す断面図である。
【図３】請求項１の発明に係る他の具体例を示す概略図である。
【図４】そのスピンドルモータおよびケースの構成を示す断面図である。
【図７】従来のＨＤＤ用スピンドルモータを示す概略図である。
【図８】そのスピンドルモータおよびケースの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１５…ＨＤＤ、１６…ケース、１７…ハードディスク、１８…スピンドルモータ、１９…シャフト、２１…第一ヒートパイプ、２４…巻線、２６…アウターロータ、２８…ボールベアリング、３１…放熱板、３５…スリーブ、３７…伝熱部材、３８…ヒートパイプ。

Claims

軸部材の中心軸線を中心にして回転する回転体を有し、その回転体の胴部の内縁に、前記軸部材を支持する軸受が設けられ、その軸受が前記回転体を前記軸部材に対して回転自在に支持しているモータにおいて、
前記軸部材が密閉中空状に形成されるとともに、その内部に真空脱気した状態で作動流体が封入されて、前記軸部材がヒートパイプ化されており、前記軸受が前記軸部材に熱伝達可能に設けられており、
ヒートパイプ化されているシャフトの上端部がプレートにより閉じられ、該上端部がケースに固定され、該プレートが前記ケースから露出されていることを特徴とするモータの冷却構造。