JP4596308B2

JP4596308B2 - モータ

Info

Publication number: JP4596308B2
Application number: JP2004169488A
Authority: JP
Inventors: 孝哲西岡
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2024-06-08
Also published as: JP2005354757A

Description

本発明は、本発明は電動式のモータに関する。

ＣＤ（Compact Disk）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の着脱式ディスクの駆動用モータとしては、従来より、例えば、特許文献１に記載されているように、モータのロータ上面に情報が記憶されたディスクを固定する機構を搭載したものが用いられる。着脱式ディスクの駆動用モータでは、近年、ノート型コンピュータやディスク駆動装置の小型に伴い、薄型化が求められている。ステータ、駆動用の磁石、軸受機構等の高さを小さくして単純にモータを薄型化する手法では、所定の回転数におけるトルク不足を招いたり、軸受の長さが不足してロータを安定して支持することができず、ロータに振れ回りが生じる等の不具合が発生するため、薄型化に限界がある。

モータを薄型化する一手法として、ロータのシャフトの周囲に環状の凹部を設け、スリーブやスリーブホルダの一部をこの凹部に挿入する構造が知られている。このような構造は、特許文献２ないし６に記載されている。また、特許文献２および６には、スリーブホルダと凹部との間に設けられた抜止構造も開示されている。特許文献７には、スリーブの外周面に段差を設けて、部分的に肉厚が薄くされたものが開示されている。

一方、モータ（特に、スリーブを軸受機構に有するモータ）では、安定した回転を実現するために、ロータとステータとを互いに軸方向に引き合わせるスラスト力を発生する構造（いわゆる、磁気バイアス構造）が必要とされる。磁気バイアス構造は、駆動用の電機子と界磁用磁石との間で軸方向に磁気的中心をずらすことにより実現するものがよく知られているが、特許文献８の図２では、スリーブ上に磁性板を取り付け、ロータ側に磁石を取り付けたものが開示されている。また、特許文献９には、磁気バイアスを得るための磁石に取り付けられるヨークを抜け止めに利用する構造が開示されている。
特開２００１−３３９８９６号公報特開平１１−７３７２２号公報特開２００３−４５１０５号公報特開２００２−１７６７４２号公報特開２０００−１６６１７０号公報特開平１１−２６２２１４号公報特開平１０−８０１１９号公報特開２００１−２８６１１３号公報特開平１１−５５９００号公報

ところで、特許文献３ないし５に記載のモータでは、ロータのシャフト近傍に設けられる凹部は、主としてスリーブを収納するために利用されるのみであり、凹部の空間を必ずしも有効に活用しているとはいえない。また、特許文献２および６のモータには凹部とスリーブホルダとの間に抜止機構が設けられるが、この場合、スリーブホルダの大きさに合わせて凹部の径が大きくなってしまい、例えば、着脱式ディスクの駆動用モータのようにロータの上面に様々な構造物が載置される用途には適さない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、効率よく薄型化が可能な構造のモータを提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、電動式のモータであって、シャフトと、前記シャフトが挿入されるスリーブと、前記シャフトの一端に取り付けられたロータ部と、前記スリーブを前記ロータ部とは反対側から保持するステータ部と、前記シャフトの中心軸を中心に前記ロータ部を前記ステータ部に対して回転させる駆動機構と、前記駆動機構よりも前記シャフト側において前記ロータ部と前記ステータ部との間に互いに引き合う磁力を発生する磁気構造と、前記シャフトの前記スリーブからの分離を防止する抜止構造と、を備え、前記ロータ部は、前記シャフトの取付位置の周囲において前記スリーブの上部を収納する凹部を備え、前記抜止構造は、前記ステータ部側に固定され、少なくとも一部が前記凹部内に備えられ、磁性体であるヨークで構成される第１抜止部と、前記凹部の開口の外縁部に備えられる第２抜止部と、を備え、前記磁気構造が前記凹部内に設けられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータであって、前記第１抜止部は前記ロータの前記凹部の開口の周縁部端面上方で、前記凹部内に位置する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータであって、前記磁気構造が、前記スリーブまたは前記スリーブの外周を保持するスリーブホルダの前記ロータ部側の端面に設けられた第１抜止部と、前記第１抜止部の前記ロータ部側に設けられた磁石と、を備え、前記第１抜止部は、前記凹部内にて前記シャフトに垂直に外側へと突出し、前記第１抜止部の前記ステータ部側において前記凹部の開口の周縁部または内周面から内側へと突出する前記第２抜止部と、を備える。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のモータであって、前記ロータ部上に情報が記憶されたディスクが着脱可能に載置されるディスク載置面が設けられ、ディスクをロータ本体へ向かって付勢する押圧部を有し、前記ディスク載置面上にディスクを固定するディスク固定機構が設けられ、前記ディスク固定機構と、前記凹部の外側の側壁との上下方向の位置が重なる。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のモータであって、前記ロータ部上に情報が記憶されたディスクが着脱可能に載置されるディスク載置面が設けられ、前記凹部の底面が、前記ディスク載置面よりも前記ステータ部から離れている。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のモータであって、前記ディスク載置面上にディスクを固定するディスク固定機構をさらに備え、前記ディスク固定機構が、前記中心軸を中心とする円周に沿って配置された複数の押圧部と、前記複数の押圧部の前記中心軸側にそれぞれ位置し、ディスク載置時に前記複数の押圧部から力を受けて弾性変形する複数の弾性部とを備え、前記複数の押圧部のそれぞれと対応する弾性部とが２色成形により一体的に成形されたものである。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のモータであって、前記ディスク固定機構の前記複数の弾性部が、前記ロータ部の前記凹部の外側の側面に当接する。

請求項１ないし３の発明では、磁気構造と、抜止構造の少なくとも一部をロータ部の凹部内に設けることにより、モータを効率よく薄型化することができる。

また、請求項５および６の発明では、ディスクが着脱可能なモータを効率よく薄型化することができ、特に請求項６の発明では、容易に薄型化が実現される。

図１は本発明の一の実施の形態に係るディスク駆動用モータ（モータ本体の部分と区別するために、以下、「モータユニット」と呼ぶ。）１を示す断面図である。図１では細部の断面は平行斜線を略して示している。モータユニット１は、電動式のブラシレスＤＣモータであるモータ本体（以下、単に「モータ」と呼ぶ。）２、および、中心孔を有するディスクを着脱可能に固定するディスク固定機構３を備える。モータユニット１は、例えば、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ビデオゲーム機等に搭載されたディスク駆動装置に挿入される情報が記憶されたディスクを回転するために用いられる。

モータ２は、ロータ部２１およびステータ部２２を有し、ロータ部２１はシャフト２３１およびスリーブ２３２によりステータ部２２に対して回転可能に支持される。シャフト２３１が挿入されるスリーブ２３２は滑り軸受であってもよく、ラジアル動圧軸受であってもよい。以下の説明においてロータ部２１およびステータ部２２という用語は、シャフト２３１およびスリーブ２３２を含まない部位を指すものとして用いる。

ロータ部２１はステータ部２２側（図１中の下側）に開口する略椀状で強磁性体をプレス加工することにより形成されたロータ本体２１１（右側に符号を付す。）を有し、ロータ本体２１１の内周面には多極着磁された円環状の界磁用磁石２１２が取り付けられる。また、ロータ本体２１１の中央にはシャフト固定部２１３が設けられ、シャフト固定部２１３にシャフト２３１の一端が固定される。ロータ本体２１１の上面は、ディスクが載置されるディスク載置面２１１１（いわゆるターンテーブル）（左側に符号を付す。）とされる。

ステータ部２２はベースプレート２２１を有し、ベースプレート２２１の中央にはロータ部２１側に向かって突出する略円筒状のスリーブホルダ２３３が設けられる。スリーブ２３２はスリーブホルダ２３３に圧入されてロータ部２１とは反対側から保持される。

スリーブホルダ２３３の外周面には電機子２２２が界磁用磁石２１２に対向して設けられる。電機子２２２にはベースプレート２２１に設けられた電流供給回路が接続され、供給される電流が制御されることにより、界磁用磁石２１２および電機子２２２により構成される駆動機構がトルクを発生し、シャフト２３１の中心軸Ｊ１を中心としてロータ部２１をステータ部２２に対して回転させる。スリーブホルダ２３３のロータ部２１とは反対側には、蓋部材２３４が取り付けられ、蓋部材２３４とシャフト２３１の自由端との間には、シャフト２３１の先端が摺動しながら当接するカウンタプレート２３５が設けられる。

図２は、シャフト２３１の取付位置近傍を拡大して示す図である。ロータ部２１は、シャフト２３１の取付位置の周囲、すなわち、シャフト固定部２１３近傍においてステータ部２２に向かって開口する環状の凹部２１４を備え、凹部２１４にはスリーブ２３２の上部が収納される。凹部２１４の底面２１４１は、図１に示すようにロータ本体２１１の上面であるディスク載置面２１１１よりもステータ部２２から離れており、凹部２１４を設けることによりディスク載置面が段付きとなっている。スリーブ２３２の上部は、図２に示すように外周部が取り除かれた段差部２３２１を有し、段差部２３２１の中心軸Ｊ１に垂直な面上には、環状の磁性板であるヨーク２４１（図２の右側に符号を付す。）が接着され、環状の磁石２４２がヨーク２４１のロータ部２１側に接着されて設けられる。一方、凹部２１４の開口の外縁部には、環状の抜止板２４３が溶接により取り付けられる。

磁石２４２は全体が凹部２１４内に位置し、磁石２４２の上面は凹部２１４の底面２１４１に近接する。凹部２１４の底面を含むロータ本体２１１は強磁性体であり、磁石２４２とロータ本体２１１との間の磁気的吸引力が軸方向に作用することにより、シャフト２３１の先端がカウンタプレート２３５に付勢され、ロータ部２１の安定した回転が実現される。すなわち、モータ２では、ロータ本体２１１、磁石２４２およびヨーク２４１を有する磁気バイアスを発生する構造（以下、「磁気バイアス構造」と呼ぶ。）が、凹部２１４内に設けられる。

ヨーク２４１の外縁部は、スリーブ２３２の外周面からシャフト２３１に垂直に外側へと突出しており、抜止板２４３と共に抜止構造を構成する抜止部２４１１となっている。抜止板２４３は、抜止部２４１１のステータ部２２側において凹部２１４の開口の周縁部から内側へと突出しており、ヨーク２４１と一体的に設けられた抜止部２４１１と抜止板２４３とは上下方向に関して部分的に重なる。これにより、シャフト２３１のスリーブ２３２からの分離が、抜止部２４１１と抜止板２４３との当接により防止される。

図３は、ディスク固定機構３およびその近傍の平面図である。ただし、図３では最上部のカバー部３６（図１参照）の図示を省略しており、図３中の矢印Ａ−Ａでの断面が図１に対応する。ディスク固定機構３はいわゆるボールチャックタイプであり、ロータ本体２１１上においてゴム等の弾性体により形成されるとともに中心軸Ｊ１を中心とする１つの円環状の弾性部（以下、「弾性リング部」という。）３１、および、樹脂にて形成されるとともに弾性リング部３１の外周に沿って、すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする円周に沿っておよそ等間隔に配置される３つの押圧部３２を有し、弾性リング部３１と３つの押圧部３２とは２色成形により一体的に成形される。すなわち、弾性リング部３１用と押圧部３２用の２種類の樹脂を用いて一体的に成形が行われる。なお、押圧部３２は弾性リング部３１より十分に剛性が高い。弾性リング部３１と押圧部３２からなるリング体は、後述する樹脂製のカバー部３６と外周壁３５とロータ本体２１１で規定される中空の筐体内に収容されている。

図１に示すように、弾性リング部３１の内周面には内側に突出する環状突出部３１１が設けられる。また、弾性リング部３１の中心軸Ｊ１側は、ロータ本体２１１の凹部２１４の外側の側面と対向し、環状突出部３１１の先端が常に当接する。弾性リング部３１の外側の周囲は外周壁３５により囲まれ、樹脂製のカバー部３６が外周壁３５の上端から内側を覆う。外周壁３５における各押圧部３２の対向部は切欠かれており、各押圧部３２が外周壁３５の内外を移動可能となっている。図１および図３に示すようにロータ本体２１１上において外周壁３５のさらに外側にはゴム製の環状部材３７が設けられる。

ディスクがディスク載置面２１１１に載置されて固定される際には、ディスク中央の孔の内側面により押圧部３２のボール状の先端の上面が下方に向かって押されて押圧部３２が中心軸Ｊ１側へとスライドし、３つの押圧部３２の中心軸Ｊ１側にそれぞれ位置する弾性リング部３１の３つの部位が、押圧部３２により圧縮されて弾性変形する。そして、ディスクの孔が押圧部３２の先端よりも下方へと移動すると、押圧部３２からの押圧力によりディスクの孔の上端が押圧部３２の先端の下面により押圧されてディスクがロータ本体２１１に向かって付勢される。このとき、ディスクがゴム製の環状部材３７に当接し、ディスクが安定して固定される。

以上、モータユニット１の構造について説明したが、モータユニット１のモータ２では、ロータ部２１の凹部２１４にスリーブ２３２の上部が収納されることにより、十分な軸受スパンを維持しつつモータ２の薄型化が図られている。そして、ロータ部２１とステータ部２２との間に互いに軸方向に引き合う磁力を発生する磁気バイアス構造が、ロータ部２１の凹部２１４内に設けられるため、モータ２の薄型化を容易かつ効率よく行うことができる。特に、磁気バイアス構造がシャフト２３１の近傍であって界磁用磁石２１２および電機子２２２（すなわち、駆動機構）よりも離れた位置に設けられるため、モータ２の駆動機構とは別の磁気バイアス構造をその駆動機構の近傍に設ける場合よりも、あるいは、駆動機構自体に設ける場合（界磁用磁石２１２および電機子２２２を互いに軸方向に磁気的中心をずらして磁気バイアスを得る場合）よりも、モータ２の駆動特性に与える影響を削減することできる。よって、駆動機構における磁気的な損失が少なく効率よくトルクが発生する。また、磁気バイアス構造が駆動機構よりも中心軸Ｊ１側であってシャフト２３１の真近にあるため、磁気バイアス構造が原因で回転時のロータ部２１の振れ特性または平行度が悪化してしまうことが抑制される。つまり、磁気バイアス構造の中心が中心軸Ｊ１からずれるとそのずれた方向に沿って半径方向にも磁気的吸引力が作用し、この半径方向の力がロータ部２１の振れ回りの原因となるが、その半径方向の力は中心軸Ｊ１に近い程弱いため、モータ２ではロータ部２１へ影響しにくい。

さらに、モータ２では、抜止構造も凹部２１４を利用して設けられる、すなわち、抜止構造の一部が凹部２１４内に位置するため、モータ２の薄型化を一層効率よく行うことができる。特に、磁気バイアス構造のヨーク２４１の一部を抜止部２４１１として利用することにより、凹部２１４内の構造を簡素化することができ、さらに効率よくモータ２を薄型化することができる。なお、抜止板２４３は凹部２１４の開口の内周面に設けられてもよく、この場合、抜止構造全体が凹部２１４内に収納される。また、抜止構造として異なる構造が採用される場合は、磁石２４２全体が凹部２１４内に収納される必要はない。

上記構造により、モータ２は約３．５ｍｍまで薄型化が実現され、ディスク固定機構３を含めても高さ（厚さ）が約６．５ｍｍとされる。

さらに、モータ２ではスリーブ２３２が上部に段差部２３２１を有するものとされるため、スリーブ２３２の内周面の中心軸Ｊ１方向の長さ（軸受スパン）を短くすることなく、凹部２１４内に磁気バイアス構造や抜止構造の一部を設けることができる。その結果、スリーブ２３２によるシャフト２３１の支持をさらに安定して行うことができる。また、スリーブ２３２のロータ部２１側の端面の一部である段差部２３２１の水平面上に磁気バイアス構造および抜止構造の一部を設けることにより、凹部２１４の径を必要最小限に抑えることができる。その結果、ディスク固定機構３の押圧部３２の先端から弾性リング部３１の内周面までの距離を大きくとることができ、ディスク固定機構３の設計を容易に行うことができる。本形態では、弾性リング部３１および押圧部３２を２色成形にて設けるディスク固定機構３の場合、押圧部３２をコイルバネで押圧するタイプ（例えば、特許文献２）に比べて、ディスク固定機構３の半径方向の幅を小さくして内周径を大きくすることができるため、凹部２１４を有するモータ２上にさらに容易に配置することができ、容易にモータユニット１を薄型化することができる。

つまり、ディスク固定機構３は、環状突出部３１１がロータ本体２１１に直接当接して、押圧部３２を移動させることができるところに利点がある。例えば、押圧部３２が、個別に設けられた弾性体（コイルバネ）によって押圧されるディスク固定装置（例えば、特許文献２）では、その弾性体を保持するために押圧部の反対側に保持部が必要となる。そのような保持部は、本形態のようなロータ本体２１１の凹部２１４の外側の端面に直接設けることは困難であり、新たな保持用部材が必要となる。この保持用部材とは、例えば、各弾性体の内側に位置する３つの突出部とこれらを繋ぐ円環状部からなる部材を挙げることができる。このような部材を設置するには、相応の設置スペースが必要となり、本形態のモータのような小型・薄型化には妨げとなる。

もちろん、ディスク固定機構３の内径を十分に大きくすることができるのであるならば、図４に示すようにスリーブ２３２の外周を保持するスリーブホルダ２３３のロータ部２１側の端面にヨーク２４１および磁石２４２を順番に設けて磁気バイアス構造および抜止構造が凹部２１４内に設けられてもよい。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図１および図４では、スリーブ２３２またはスリーブホルダ２３３にヨーク２４１および磁石２４２が設けられるが、磁石２４２は凹部２１４の底面２１４１に設けられてもよい。さらには、スリーブ２３２またはスリーブホルダ２３３と凹部２１４との双方に磁石が設けられてもよい。

上記実施の形態では、弾性リング部３１と３つの押圧部３２とが２色成形により一体的とされるが、弾性リング部３１が３つに分割され、各押圧部３２と分割後の対応する弾性部とが２色成形により成形されてもよい。弾性リング部３１は３つの弾性部を一体化したもにすぎない。また、押圧部の個数も４個以上であってもよい。

モータユニットの断面図である。シャフトの取付位置近傍の拡大図である。ディスク固定機構およびその近傍の平面図である。他の例に係るモータユニットの部分断面図である。

符号の説明

１モータユニット
２モータ
３ディスク固定機構
２１ロータ部
２２ステータ部
３１弾性リング部
３２押圧部
２１１ロータ本体
２１２界磁用磁石
２１４凹部
２２２電機子
２３１シャフト
２３２スリーブ
２３３スリーブホルダ
２４１ヨーク
２４２磁石
２４３抜止板
２１１１ディスク載置面
２１４１底面
２４１１抜止部
Ｊ１中心軸

Claims

電動式のモータであって、
シャフトと、
前記シャフトが挿入されるスリーブと、
前記シャフトの一端に取り付けられたロータ部と、
前記スリーブを前記ロータ部とは反対側から保持するステータ部と、
前記シャフトの中心軸を中心に前記ロータ部を前記ステータ部に対して回転させる駆動機構と、
前記駆動機構よりも前記シャフト側において前記ロータ部と前記ステータ部との間に互いに引き合う磁力を発生する磁気構造と、
前記シャフトの前記スリーブからの分離を防止する抜止構造と、
を備え、
前記ロータ部は、前記シャフトの取付位置の周囲において前記スリーブの上部を収納する凹部を備え、
前記抜止構造は、
前記ステータ部側に固定され、少なくとも一部が前記凹部内に備えられ、磁性体であるヨークで構成される第１抜止部と、
前記凹部の開口の外縁部に備えられる第２抜止部と、
を備え、
前記磁気構造が前記凹部内に設けられることを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータであって、
前記第１抜止部は前記ロータ部の前記凹部の開口の周縁部端面上方、かつ、前記凹部内に位置することを特徴とするモータ。
請求項１または２に記載のモータであって、
前記磁気構造が、
前記スリーブまたは前記スリーブの外周を保持するスリーブホルダの前記ロータ部側の端面に設けられた第１抜止部と、
前記第１抜止部の前記ロータ部側に設けられた磁石と、
を備え、
前記第１抜止部は、前記凹部内にて前記シャフトに垂直に外側へと突出し、
前記第１抜止部の前記ステータ部側において前記凹部の開口の周縁部または内周面から内側へと突出する前記第２抜止部と、
を備えることを特徴とするモータ。
請求項１ないし３のいずれかに記載のモータであって、
前記ロータ部上に情報が記憶されたディスクが着脱可能に載置されるディスク載置面が設けられ、
ディスクをロータ本体へ向かって付勢する押圧部を有し、前記ディスク載置面上にディスクを固定するディスク固定機構が設けられ、
前記ディスク固定機構と、前記凹部の外側の側壁との上下方向の位置が重なることを特徴とするモータ。
請求項１ないし３のいずれかに記載のモータであって、
前記ロータ部上に情報が記憶されたディスクが着脱可能に載置されるディスク載置面が設けられ、
前記凹部の底面が、前記ディスク載置面よりも前記ステータ部から離れていることを特徴とするモータ。
請求項５に記載のモータであって、
前記ディスク載置面上にディスクを固定するディスク固定機構をさらに備え、
前記ディスク固定機構が、
前記中心軸を中心とする円周に沿って配置された複数の押圧部と、
前記複数の押圧部の前記中心軸側にそれぞれ位置し、ディスク載置時に前記複数の押圧部から力を受けて弾性変形する複数の弾性部と、
を備え、
前記複数の押圧部のそれぞれと対応する弾性部とが２色成形により一体的に成形されたものであることを特徴とするモータ。
請求項６に記載のモータであって、
前記ディスク固定機構の前記複数の弾性部が、前記ロータ部の前記凹部の外側の側面に当接することを特徴とするモータ。