JP4240161B2 - モータおよびこのモータを搭載したハードディスク装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、OA機器やAV機器に使用されるモータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
テーブル型VTRやカメラ一体型VTRの回転ヘッドシリンダ,レーザー複写機のポリゴンスキャナーモータ、フロッピーディスク装置やハードディスク装置の記録媒体の回転駆動部には、高速、高精度回転が必要となっている。
【0003】
その回転主軸部には、特開平8−263909号公報に開示されるようなモータが使用されている。
ハードディスク装置に使用されたこの軸固定型のモータは、図10に示すように固定軸1にボールベアリング2を介してロータ側となるハブ部3が回転自在に取り付けられており、また、ステータにはステータ巻線4が施されたステータコア5が設けられ、ロータ側のハブ部3にはステータコア5と対向するように環状のマグネット6が設けられている。7は記録媒体としてのハードディスクである。
【0004】
ボールベアリング2に代わって流体軸受で支持した具体的な構造は米国特許第5590003号公報に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成では、次の様な問題点がある。
図10に示すハードディスク装置では、高速回転させるためにステータ巻線4の励磁電流を大きくしたり、マグネット6として大きな磁気力のものを使用すると、漏洩磁束が磁気ノイズとなってハードディスク7に作用するおそれがある。
【0006】
本発明は磁気ノイズの発生を低減できるモータを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータは、ロータ側のハブでステータのステータコアを覆って磁気遮蔽したことを特徴とする。
【0008】
この本発明によると、磁気ノイズの発生を低減したモータを実現できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
請求項1記載のモータは、固定軸に回転自在に支持されたロータに設けたマグネットと前記マグネットに対向するようステータコアに取り付けられた固定子巻線とを有するモータであって、固定軸を取り囲むようにヨークの先端を内側にしてステータコアを配設し、
回転スリーブを、前記固定軸が挿通される軸孔を有しステータコアのヨークの先端と固定軸との間に位置する筒部と、この筒部の先端から外側に張り出してステータコアの外周部を包み込む凹部を有するハブ部と、で構成し、回転スリーブの筒部の外周に前記マグネットを配設し、固定軸と回転スリーブの間に潤滑流体を充填して流体軸受を構成するとともに、ステータコアの外周と回転スリーブのハブ部の凹部の内周面との隙間を形成するステータコアの外周と前記凹部の内周面のうちの少なくとも一方に、上下の隙間よりも大きな隙間を形成する液溜り凹部を形成したことを特徴とする。
【0010】
請求項2記載のモータは、ステータに形成された固定スリーブの軸孔にロータ軸を挿入して回転自在に支持されたロータにマグネットを設け、前記マグネットに対向するようステータコアに取り付けられた固定子巻線とを有するモータであって、固定スリーブを取り囲むようにヨークの先端を内側にしてステータコアを配設し、ロータを、固定スリーブの前記軸孔に差し込まれるロータ軸と、このロータ軸の端部から外側に張り出してステータコアの外周部を包み込む凹部を有するハブ部と、で構成し、ステータコアのヨーク先端と固定スリーブの間に位置するようにハブ部の側にマグネットを配設し、ロータ軸と固定スリーブの軸孔の内周面との間に潤滑流体を充填して流体軸受を構成するとともに、ステータコアの外周とロータのハブ部の凹部の内周面との隙間を形成するステータコアの外周と前記凹部の内周面のうちの少なくとも一方に、上下の隙間よりも大きな隙間を形成する液溜り凹部を形成したことを特徴とする。
【0011】
請求項3記載のハードディスク装置は、請求項1または請求項2の何れかに記載のモータを内蔵し、このモータで記録媒体を回転駆動することを特徴とする。
【0020】
本発明の各実施の形態を図1〜図7に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1〜図3は実施の形態1を示す。
【0021】
この実施の形態1は軸固定型モータをハードディスク装置に使用した状態を示している。
図1において、固定軸8の基端はネジ9で下ケース10に固定されている。固定軸8の先端に固定スラスト板11がネジ12によって取り付けられている。
【0022】
固定軸8に対して回転自在の回転スリーブ13は、前記固定軸8が挿通される軸孔14を有する筒部15と、この筒部15の先端から外側に張り出したハブ部16とで構成されている。
【0023】
回転スリーブ13の筒部15には、前記固定スラスト板11の下面と上面および前記下面と上面をつなぐ外周面に沿った対向面とで構成される凹部17が形成されている。
【0024】
図2は図1のA−A’線に沿う断面を示している。下ケース10には、図1と図2に示すようにステータコア18が取り付けられており、ステータコア18は固定軸8を取り囲むようにヨーク19の先端20を内側にして取り付けられている。
【0025】
回転スリーブ13の筒部15の先端に一体的に取り付けられた前記ハブ部16は、下ケース10に取り付けられた前記ステータコア18の外周部を包み込む凹部21を有している。また、回転スリーブ13には、前記筒部15の外周でステータコア18のヨーク19の先端20に対向して環状のマグネット22が磁性材料で形成されたロータフレーム47を介して取り付けられている。
【0026】
組み立ては、筒部15とハブ部16とを一体にした回転スリーブ13を固定軸8に差し込み、筒部15の凹部17に固定スラスト板11が位置するように固定軸8に固定スラスト板11を取り付け、筒部15の凹部17の開口部に回転スラスト板23を取り付ける。回転スラスト板23には、固定スラスト板11の取り付け用の前記ネジ12の頭部よりも僅かに大径の中央孔24が形成されている。
【0027】
最後に筒部15の凹部17の開口部が蓋25で閉塞される。
なお、高速回転するこのモータは、流体軸受構造で回転スリーブ13が支持されている。具体的には、固定軸8と筒部15の内周面との間にはラジアル側動圧発生部が形成されており、固定スラスト板11と回転スリーブ13の凹部17と回転スラスト板23との間にはスラスト側動圧発生部が形成されている。
【0028】
ラジアル側動圧発生部は、固定軸8の外周面に動圧発生溝を形成するともに隙間に潤滑流体が充填されている。スラスト側動圧発生部は固定スラスト板11の上面と下面にそれぞれ動圧発生溝を形成するともに隙間に潤滑流体が充填されている。
【0029】
なお、この実施の形態はハードディスク装置であるため、ハブ部16にハードディスク26が取り付けられている。
このように構成したため、ステータコア18のヨーク19に施された固定子巻線27に通電して励磁すると、このステータコア18から発生する回転磁界と回転スリーブ13の側に取り付けられたマグネット22との反作用で、回転スリーブ13が高速回転してハードディスク26が回転駆動される。
【0030】
この際に、ステータコア18,固定子巻線27やマグネット22は図1と図2に示すように回転スリーブ13のハブ部16の凹部21の内側になって覆われているため、ハブ部16を磁気遮蔽の効果を期待できる材質、例えば、鉄もしくはアルミ合金からハブ部16を形成することによって磁気ノイズの発生を大幅に低減できる。
【0031】
さらに、この流体軸受構造のモータでは、充填されている潤滑流体が回転スリーブ13から外部に飛散することを防止するために、図3に示すようにステータコア18の外周と回転スリーブ13のハブ部16の凹部21の内周面との対向面で形成される隙間Δg1を0.3mm以下に設定するとともに、この隙間の途中に液溜まりを形成して潤滑流体の飛散を防止している。なお、この実施の形態における液溜まりは、ハブ部16の凹部21の内周面に液溜まり凹部28を形成して実現されている。
【0032】
この流体軸受装置は固定軸片持ち構造で図示されているが、固定軸両持ち構造としても実施できる。
(実施の形態2)
図4〜図7は(実施の形態2)を示す。
【0033】
この実施の形態2は軸回転型モータをハードディスク装置に使用した状態を示している。
図4において、ステータは、下ケース29の中央に形成された取付部としての孔30に固定スリーブ31の基端を差し込んで構成されている。固定スリーブ31には中央に軸孔32が形成されている。
【0034】
固定スリーブ31に対して回転自在の回転スリーブ33は、固定スリーブ31の軸孔32に挿入されるロータ軸34と、このロータ軸34の先端から外側に張り出したハブ部35とで構成されている。ロータ軸34の基端部にはネジ36によって回転スラスト板37が取り付けられている。
【0035】
固定スリーブ31の基端には、前記回転スラスト板37を収容する凹部38が形成されている。
図5は図4のB−B’線に沿う断面を示している。下ケース29には、図4と図5に示すようにステータコア39が取り付けられており、ステータコア39は固定スリーブ31を取り囲むようにヨーク40の先端41を内側にして取り付けられている。
【0036】
回転スリーブ33の前記ハブ部35は、下ケース29に取り付けられた前記ステータコア39の外周部を包み込む凹部42を有している。
回転スリーブ33のハブ部35の凹部42の内側でステータコア39のヨーク40の先端41に対向して環状のマグネット43がロータフレーム47を介して取り付けられている。
【0037】
なお、回転スリーブ33のハブ部35の内径をd1(図6参照),ステータコア39の外径をd2,ステータコア39のヨーク40の先端41の内径をd3,固定スリーブ31の基端部の外径をd4とすると、
d1 > d2 > d3 > d4
に設定されている。
【0038】
組み立ては、図6に示すように回転スリーブ33のロータ軸34に固定スリーブ31を組み付け、これを固定子巻線44を施したステータコア39が取り付けられた下ケース29に組み付けて構成される。
【0039】
回転スリーブ33と固定スリーブ31の組み立ては、ロータ軸34に固定スリーブ31を挿入し、次にロータ軸34にネジ36で回転スラスト板37を取り付けて構成されている。この実施の形態において、固定スリーブ31の基端部の外径d4を、ステータコア39のヨーク40の先端41の内径d3よりも小さく構成してあるため、図6に示すようにステータコア39の内側を通して下フレーム29の中央孔30に圧入もしくは接着して下フレーム29と固定スリーブ31とを一体化できる。
【0040】
なお、高速回転するこのモータは、流体軸受構造で回転スリーブ33のロータ軸34が支持されている。具体的には、ロータ軸34と固定スリーブ31の内周面との間にはラジアル側動圧発生部が形成されており、回転スラスト板37と固定スリーブ31の凹部38との間にはスラスト側動圧発生部が形成されている。
【0041】
ラジアル側動圧発生部は、ロータ軸34の外周面に動圧発生溝を形成するともに隙間に潤滑流体が充填されている。スラスト側動圧発生部は回転スラスト板37の上面に動圧発生溝を形成するともに隙間に潤滑流体が充填されている。
【0042】
なお、この実施の形態はハードディスク装置であるため、ハブ部35にハードディスク45が取り付けられている。
このように構成したため、ステータコア39のヨーク40に施された固定子巻線44に通電して励磁すると、このステータコア39から発生する回転磁界と回転スリーブ33の側に取り付けられたマグネット43との反作用で、回転スリーブ33が高速回転してハードディスク45が回転駆動される。
【0043】
この際に、ステータコア39やマグネット43は図4と図5に示すように回転スリーブ33のハブ部35の凹部42の内側になって覆われているため、ハブ部35を磁気遮蔽の効果を期待できる材質、例えば、鉄もしくはアルミ合金からハブ部35を形成することによって磁気ノイズの発生を大幅に低減できる。
【0044】
さらに、この流体軸受構造のモータでは、充填されている潤滑流体が回転スリーブ33から外部に飛散することを防止するために、回転スリーブ33の前記固定スリーブ31の先端に対応する部分には、図7にも示すように固定スリーブ31の外周面に近接する環状突起46がハブ部35に形成されており、環状突起46と固定スリーブ31の外周面との隙間Δg2が0.3mm以下に設定されている。固定スリーブ31の外周面とロータフレーム47との隙間Δg3も0.3mm以下に設定されている。
【0045】
さらに、ステータコア39の外周と回転スリーブ33のハブ部35の凹部42の内周面との対向面で形成される隙間Δg4を0.3mm以下に設定するとともに、この隙間の途中に実施の形態1と同様に液溜まり48を形成して、潤滑流体の飛散を確実に防止している。
【0046】
この軸回転型の実施の形態では、下ケース29と固定スリーブ31とを組み立てて構成したが、下ケース29と固定スリーブ31とを一体形成して構成することもできる。
【0047】
上記の各実施の形態で使用した潤滑流体は、95パーセント以上がエステル油を用い、残りの5パーセント以下は、鉱油、オレフィン、炭化水素などである。その表面張力は25dyn/cm(at29℃)以上に調製したものを使用した。
【0048】
上記の各実施の形態においては、ハブ部16,35の外径をd5、マグネット22,43の外径をd6とした場合に、
0.3・d5 < d6 < 0.7・d5
に設定されている。この設定の根拠を図8と図9を用いて説明する。
【0049】
マグネット22,43の外径d6の上限は、漏洩磁束を規定値よりも大きくしないと言う観点から決定されており、図8はマグネット22,43の外径d6と漏洩磁束の関係図を示している。マグネット22,43の外径d6とハブ部16,35の外径d5との比を小さくすればマグネット22,43から漏洩する磁束がハードディスク26,45に与える影響は小さくなり、磁気記録されたデータを減磁することがなく、磁気記録の信頼性が向上する。図8に示す特性図においてマグネット22,43の実用的で効果的な外径d6は“ 0.7・d5 ”以下が使用範囲である。
【0050】
マグネット22,43の外径d6の下限は、モータトルクの観点から決定されており、図9はマグネット22,43の外径d6とトルク定数の関係図を示している。上記のようにマグネット22,43の外径d6とハブ部16,35の外径d5との比を小さくすれば磁気記録の信頼性が向上するが、モータトルクの維持が困難になってくる。トルク:Tは、トルク定数:ktと印加電圧:Vとに比例し、モータの内部抵抗:Raに反比例する。
【0051】
T ∝ kt ・ V ・( 1/Ra )
ここで、内部抵抗:Raを維持して、必要なトルクを得るためには、トルク定数:ktを決定することが必要となる。トルク定数:ktを決定するためには固定子巻線27,44を巻くスペースを決定することが必要となる。この巻線スペースはマグネット22,43の外径d6とハブ部16,35の外径d5とで決定付けられるが、トルク定数:ktを、必要なトルクが得られる値にするためにはマグネット22,43の外径d6とハブ部16,35の外径d5との比を大きくする必要があるので、マグネット22,43の外径d6の下限が決まる。図9に示す特性図においてマグネット22,43の実用的で効果的な外径d6は“ 0.3・d5 ” 以上が使用範囲である。
【0052】
上記の各実施の形態では、流体軸受の場合を例に挙げて説明したが、ロータ側をボールベアリングを介して支持した装置であっても同様の効果を期待できる。
【0053】
【発明の効果】
以上のように本発明のモータは、回転スリーブによってステータコアの外側を覆うように構成したため、磁気ノイズの発生を防止することができ、特にハードディスク装置の駆動用モータに使用することによって、磁気記録再生の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の断面図
【図2】図1のA−A’線に沿う断面図
【図3】同実施の形態の要部の拡大図
【図4】本発明の実施の形態2の断面図
【図5】図4のB−B’線に沿う断面図
【図6】同実施の形態の組立工程の説明図
【図7】実施の形態2の要部の断面図
【図8】各実施の形態のマグネットの外径と漏洩磁束の関係図
【図9】各実施の形態のマグネットの外径とトルク定数の関係図
【図10】従来のハードディスク装置用モータの断面図
【符号の説明】
8 固定軸
9 ネジ
10 下ケース
11 固定スラスト板
12 ネジ
13 回転スリーブ
14 軸孔
15 筒部
16 ハブ部
17 凹部
18 ステータコア
19 ヨーク
21 凹部
22 マグネット
23 回転スラスト板
24 中央孔
25 蓋
26 ハードディスク
27 固定子巻線
28 液溜まり凹部
29 下ケース
30 孔
31 固定スリーブ
32 軸孔
33 回転スリーブ
34 ロータ軸
35 ハブ部
36 ネジ
37 回転スラスト板
38 凹部
39 ステータコア
40 ヨーク
42 凹部
43 マグネット
44 固定子巻線
45 ハードディスク
46 環状突起
47 ロータフレーム
Claims (3)
- 固定軸に回転自在に支持されたロータに設けたマグネットと前記マグネットに対向するようステータコアに取り付けられた固定子巻線とを有するモータであって、
固定軸を取り囲むようにヨークの先端を内側にしてステータコアを配設し、
回転スリーブを、
前記固定軸が挿通される軸孔を有しステータコアのヨークの先端と固定軸との間に位置する筒部と、
この筒部の先端から外側に張り出してステータコアの外周部を包み込む凹部を有するハブ部と、
で構成し、
回転スリーブの筒部の外周に前記マグネットを配設し、
固定軸と回転スリーブの間に潤滑流体を充填して流体軸受を構成するとともに、
ステータコアの外周と回転スリーブのハブ部の凹部の内周面との隙間を形成するステータコアの外周と前記凹部の内周面のうちの少なくとも一方に、上下の隙間よりも大きな隙間を形成する液溜り凹部を形成したモータ。 - ステータに形成された固定スリーブの軸孔にロータ軸を挿入して回転自在に支持されたロータにマグネットを設け、前記マグネットに対向するようステータコアに取り付けられた固定子巻線とを有するモータであって、
固定スリーブを取り囲むようにヨークの先端を内側にしてステータコアを配設し、
ロータを、
固定スリーブの前記軸孔に差し込まれるロータ軸と、
このロータ軸の端部から外側に張り出してステータコアの外周部を包み込む凹部を有するハブ部と、
で構成し、
ステータコアのヨーク先端と固定スリーブの間に位置するようにハブ部の側にマグネットを配設し、
ロータ軸と固定スリーブの軸孔の内周面との間に潤滑流体を充填して流体軸受を構成するとともに、
ステータコアの外周とロータのハブ部の凹部の内周面との隙間を形成するステータコアの外周と前記凹部の内周面のうちの少なくとも一方に、上下の隙間よりも大きな隙間を形成する液溜り凹部を形成したモータ。 - 請求項1または請求項2の何れかに記載のモータを内蔵し、このモータで記録媒体を回転駆動するハードディスク装置。
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