JP5081942B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに係り、特に、ハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤと称する）用モータやレーザービームプリンター用のモータとして好適な、小型で軸剛性に優れたモータに関するものである。

従来のＨＤＤ用のモータを、図３に示す。
このモータ１５０は、３相駆動モータであり、少なくとも１枚のディスク１０１を実装し、ステータＳとロータＲを有している。

ステータＳは、コア１０６とコイル１０７とカウンタープレート１０９とスリーブ１１０とモータベース１０５とを含んで構成される。
モータベース１０５は、鉄板やアルミ板のプレス加工により、または、アルミダイカストにより形成される。鉄板を用いた場合は、表面にニッケルメッキが施される。
スリーブ１１０は筒状であり、モータベース１０５の中心に形成され壁状に立設した周面を有する孔に接着または圧入にて固定される。
このスリーブ１１０は、その内周面部が、焼結金属材、又は、銅合金にメッキを施した材料で形成されている。
スリーブ１１０の一端側には、後述するスラストプレートを収める階段状段部が形成されており、その端部はカウンタープレート１０９により封止されている。
コア１０６は、このモータが３相駆動であるため９極の突起を備えた略環状である。
具体的には、珪素鋼板を積層し、その表面に電着塗装や粉体塗装等による絶縁コーティングが施されて成る。
また、９極の突起には各相のコイル１０７が巻回される。
コイル１０７の巻線端末１０７ａは、モータベース１０５の貫通穴１２１を通して、モータベース１０５の底面のフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと称する）１１４に半田付けされている。

ロータＲは、ハブ１０２とシャフト１１３とマグネット１０８とを含んで構成される。 ハブ１０２及びシャフト１１３は、ステンレス材を切削加工して形成される。
マグネット１０８はリング状であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の材料を用いて形成される。また、その表面には電着塗装が施されている。
そして、このハブ１０２にシャフト１１３が圧入及び接着により固定され、ハブ１０２の外周部の内側には、マグネット１０８が接着により固定されている。

また、このモータは、スラスト動圧流体軸受ＳＢ及びラジアル動圧軸受ＲＢを備えている。
スラスト動圧流体軸受ＳＢは、シャフト１１３の下端側に固定されたリング状のスラストリング１１２と、スリーブ１１０と、カウンタープレート１０９と各部材間に充填された潤滑剤とにより構成される。
スラストリング１１２は、ステンレス、又は、銅合金により形成されており、銅合金を用いた場合は、ニッケルメッキが施されている。
このスラスト動圧流体軸受ＳＢは、上述の構成において、スラストリング１１２の上下の両面に形成された動圧溝により、回転時にスラスト方向の動圧を発生させてロータＲをスラスト方向に支持する。

一方、ラジアル動圧流体軸受ＲＢは、シャフト１１３の外周面と、このシャフト１１３が挿入されたスリーブ１１０の貫通孔の内周面と、両者の間隙に充填された潤滑剤とにより構成される。
シャフト１１３の外周面とスリーブ１１０の内周面の少なくとも一方にはリングボーン等の動圧を発生させるラジアル動圧溝が形成され、この動圧溝により、回転時にラジアル方向の動圧を発生させてロータＲをラジアル方向に支持する。
ラジアル動圧溝は回転軸方向に離れて二箇所設けられている。
また、スリーブ１１０は、焼結材料又はメッキを施された銅合金材料により形成され、２ヶ所設けられた動圧溝の間の部分に凹みが設けられるか、あるいは、２つの部品に分かれた構成とされている。

上述したように、シャフト１１３とスリーブ１１０との間隙、及び、スラストリング１１２とハウジング１１１及びカウンタープレート１１９との間隙には、潤滑剤（潤滑油等）が充填され、ロータＲの回転によりこの潤滑剤が循環して動圧が発生する。この動圧により、各軸受は、ステータＳに対してロータＲを回転自由に支持している。

このような従来のモータの一例が特許文献１に記載されている。

特開平８−３３６２５１号公報

ところで、近年のＨＤＤ用モータは、全体形状の小型化，搭載回路や部品構成の高密度化，高度な耐振動性や耐衝撃性，低コスト化，低消費電力，及び，低発塵などが市場から厳しく要求されている。
特に、小型化に伴う各部材や構造の低剛性化は、耐振動性や耐衝撃性、さらには、モータとしての動特性を低下させる要因となるので、この剛性を向上させることはモータとして重要な課題である。

例えば、ハードディスクの取付構造に着目すると、２．５インチ程度の小型ＨＤＤ用のモータにおいては、それ以前に多用されていた３．５インチのＨＤＤ用モータとは異なり、シャフトの上部に設けたねじ部のみにより搭載するハードディスクをクランプするように、ＨＤＤメーカから要求される場合が多い。
この場合、クランプのためのねじ締結時に、そのねじに高いトルク負荷をかける必要があるので、モータには、アキシャル方向のモーメント荷重に対する高い耐性が要求されている。

このようにモーメント荷重に対する耐性を高くするには、嵌合部の強度もそれに見合う程度に高くする必要がある。例えば、シャフトとハブの嵌合においては、両者の嵌合範囲（軸方向長さ）を長くする必要がある。

しかしながら、この嵌合範囲を長くすればする程、ラジアル動圧流体軸受の軸方向スパンとして取り得る範囲が少なくなり、軸剛性は低下することになる。
軸剛性が低下すると、例えば、ＮＲＲＯ（非繰り返し性振れ）が悪化するという問題が生じる。
このシャフト及びハブの嵌合部強度が向上する結合方法として、両者を溶接で結合する方法が知られており、このような結合を有するモータの一例が特許文献１には記載されている。

このような背景の下、小型ＨＤＤ用のモータにおいては、アキシャル方向のモーメント荷重に対する耐性を高くするように、シャフトとハブの嵌合部の強度も高くすることが求められている。あるいはラジアル動圧流体軸受の軸方向スパンとして取り得る範囲が少なくなることによる軸剛性の低下を抑えることが求められている。

そこで本発明が解決しようとする課題は、ハブとシャフトの嵌合部の強度向上と軸受の軸方向スパンの確保を容易にして軸剛性の低下を抑えることができ、小型で、高いモーメント剛性が得られ、動特性に優れたモータを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願発明のある態様はモータに関する。このモータは、シャフトと、このシャフトが接合されたハブと、を有するロータと、モータベースと、これに固定されたスリーブと、を有するステータと、を備えている。そして、シャフトがスリーブに挿入された状態で、ロータが軸受を介してステータに対して回転自由に支持される構成のモータであって、ハブはシャフトの上端部側が挿入されて圧入される貫通孔を有し、シャフトは、その上端部側の端面側が当該シャフトの径より小径に形成される小径外周面と、当該小径外周面から半径方向外側に延設される段部を有し、段部は、シャフトの上端部側をハブの貫通孔に圧入したときに軸方向においてシャフトとハブとが圧入される領域の上側の位置に設けられる。そして、シャフトとハブは、シャフトの上端側がハブの貫通孔に挿入された姿勢で溶接により接続され、その表面に封止材が被覆される溶融接合部を含むことを特徴としている。
また本願発明の別の態様もモータに関する。このモータは、シャフトと、このシャフトが接合されたハブと、を有するロータと、モータベースと、これに固定されたスリーブと、を有するステータと、を備えている。そして、シャフトがスリーブに挿入された状態で、ロータが軸受を介してステータに対して回転自由に支持される構成のモータであって、ハブはシャフトの上端部側が挿入される貫通孔を有し、シャフトは、その上端部側の端面側が当該シャフトの径より小径に形成される小径外周面と、当該小径外周面から半径方向外側に延設される段部を有している。そして、シャフトとハブは、シャフトの上端側がハブの貫通孔に挿入された姿勢で溶接されると共に、この溶接のときに溶融する溶融接合部は、小径外周面から段部を経て貫通孔の内周面に到る領域に形成され、その表面に封止材が被覆されていることを特徴としている。

本発明によれば、ハブとシャフトの嵌合部の強度向上と軸受の軸方向スパンの確保を容易にして軸剛性の低下を抑えることができ、小型で、高いモーメント剛性が得られ、動特性に優れるという効果を奏する。

本発明のモータの実施例を説明する断面図である。 本発明のモータの実施例における要部を説明する部分拡大断面図である。 従来のモータを説明する断面図である。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１及び図２を用いて説明する。

図１は、本発明のモータの実施例を説明する断面図である。
図２は、本発明のモータの実施例における要部を説明する部分拡大断面図である。

実施例のモータについて、図１及び図２を用いて詳述する。図２は、図１のＡ部を拡大した図である。
このモータ５０は、ＨＤＤの清浄空間内に搭載されハードディスクを駆動する３相モータであり、回転数５４００回／分でハブに装着されたハードディスクを回転駆動させるものである。
このモータ５０は、ステータＳとロータＲとから成る。まず、これらの構成について説明する。

ステータＳは、モータベース５と、このモータベース５に固定されたスリーブ１０及びコア６と、このコア６に巻回されたコイル７と、を含んで構成される。
モータベース５は、アルミダイキャストの切削加工、あるいは、鉄板のプレス加工により形成される。鉄板を使用した場合は、表面にニッケルメッキが施される。
このモータベース５の中心には、壁状に立設した周壁である壁部５ａを有して孔５ｂが形成されている。

スリーブ１０は、貫通孔１０ａを有する筒状であり、モータベース５の孔５ｂに接着または圧入にて固定される。
このスリーブ１０は、銅系焼結合金材あるいはＳＵＳ（ステンレス）材により形成される。
また、その貫通孔１０ａの一方の端部には、後述するスラストリングを収容等するための複数段の段部１０ｂが設けられている。

コア６は、略環状であり、ケイ素鋼鈑等の薄板磁性材が積層されてなる。また、その表面には、電着塗装や粉体塗装等による絶縁コーティングが施されている。
このモータ５０は上述したように３相駆動モータであるので、コア６には９極の突極が形成されており、それぞれに各相に対応するコイル７が巻回されている。
このコイル７の巻線端末７ａは、モータベース５に設けられた貫通孔５ｃを通して、底面５ｄに取り付けられたＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）１４に半田付けされている。
ＦＰＣ１４には、コイル７の巻線端末７ａを半田付けする半田付け部と、ＨＤＤ側に設けられた駆動回路に電気的に接続されるランド部（いずれも図示せず）と、が設けられており、半田付け部とランド部とはパターンで接続されている。
モータベース５の上面には、磁性材によりリング状に形成されたヨーク１１が配設されている。このヨーク１１は、外周部に複数の突起を有しており、その突起がモータベース５に圧入されることで固着される。

一方、ロータＲは、シャフト１３と、このシャフト１３が固定された略カップ状のハブ２と、このハブに固着されたリング状マグネット８とを含んで構成される。
シャフト１３はＳＵＳ材で形成される。
ハブ２は、外周壁部２ａと、この外周壁部２ａから外方向に突出しハードディスク１が載置装着されるフランジ２ｂと、貫通孔２ｃとを備え、ステンレス材を切削加工することにより形成される。
マグネット８は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の材料で形成され、表面にニッケルメッキが施されている。また、その内周部が１２極に着磁されている。
シャフト１３は、ハブ２の貫通孔２ｃに固定される。この固定構造については詳細を後述する。
マグネット８は、ハブ２の外周壁部２ａの内周面に固着される。

ロータＲをステータＳに組み付けた状態で、このマグネット８の下端面８ａと、モータベース５に配設したヨーク１１とは近接して対向する構成となっている。
これにより、ロータＲはステータＳ側に磁気的に吸引される。
ハブ２は、上述したように磁性材のステンレス材で形成されるので、ハブ２とコア６とマグネット８とで磁気回路が構成される。
そして、ロータＲのシャフト１３がステータＳのスリーブ１０の貫通孔１０ａに挿入され、ＨＤＤ側に搭載された駆動回路からのコイル７の各相への通電により、ロータＲは、軸受を介してステータＳに対して回転自由に支持される。
次に、この軸受について詳述する。

このモータ５０は、軸受としてラジアル動圧流体軸受ＲＢとスラスト動圧流体軸受ＳＢとを備えている。
ラジアル流体動圧軸受ＲＢは、シャフト１３の外周面１３ａと、スリーブ１０の貫通孔１０ａの内周面１０ａ１と、両者の間隙に充填された潤滑剤（潤滑油）２０とにより構成される。
外周面１３ａ及び内周面１０ａ１の少なくとも一方には、軸方向に離隔した２列のラジアル動圧溝１６が形成されている。このラジアル動圧溝は、例えば、ヘリングボーン状の溝である。

スリーブ１０における貫通孔１０ａのハブ２側の端部側には、その端部に向かうに従って径が大きくなるテーパ部２３が設けられている。
また、スリーブ１０の上側端面１０ｃとハブ２の下面２ｄとの間には、間隙２２を設けてある。
充填される潤滑剤２０は、その液面２０ａがテーパ部２３の途中に位置するような量が充填されており、このテーパ部２３は、いわゆるテーパシール部２３としての潤滑剤２０の漏出防止機能を備えている。また、間隙２２を設けたことにより、この漏出や飛散をより効果的に防止している。
このラジアル動圧流体軸受ＲＢにおける、ロータＲの回転に伴いラジアル動圧溝が発生させるラジアル動圧により、ロータＲはステータＳに対してラジアル方向に支持される。

一方、スラスト動圧流体軸受ＳＢは、シャフト１３の下端側に固着されスリーブ１０の段部１０ｂに収容されるスラストリング１２と、スリーブ１０の段部１０ｂに固着されて貫通孔１０ａの一端側を封止するカウンタープレート９と、各部材同士の間隙に充填された潤滑剤２０とにより構成される。
スラストリング１２の上側面及びこれに対向するスリーブ１０の下面の少なくとも一方と、スラストリング１２の下側面及びこれに対向するカウンタープレート９上面の少なくとも一方には、ヘリングボーン等のスラスト動圧溝（図示せず）が形成されている。
このスラスト動圧流体軸受ＳＢにおける、ロータＲの回転に伴いスラスト動圧溝が発生させるスラスト動圧により、ロータＲはステータＳに対してスラスト方向に支持される。

次に、シャフト１３とハブ２との固定構造について図２を用いて詳述する。
シャフト１３上端部側には、その端面側が小径となる段部１３ｂが設けられている。この小径の外周面を小径外周面１３ａ１と称する。
一方、ハブ２の貫通孔２ｃには、ハブ２の下面側が大径になる段部２ｃ１が設けられている。また、上面側には、その端部側に凹部２ｅが形成されている。
具体的には、この凹部２ｅは、端面側に棚状に設けられた第１凹部２ｅ１と、その第１凹部２ｅ１に連接しハブ２の内部側に向かうに従って小径となるような傾斜面を有する、略すり鉢状の第２凹部２ｅ２とより成る。

シャフト１３を、ハブ２の貫通孔２ｃに下側から圧入すると、シャフト１３は、段部１３ｂと段部２ｃ１とが当接する位置で位置決めされて固定される。
これにより、ハブ２のシャフト１３に対する直角度及び高さ位置について高い精度が得られる。

この圧入後、シャフト１３の小径外周面１３ａ１から段部１３ｂを経てハブ２の第２凹部２ｅ２に至る範囲の各表面に、ＹＡＧレーザ等のレーザ光を均等に照射してシャフト１３及びハブ２を溶接する。図２においては、この溶融して固化した溶融接合部２４を塗りつぶしで示している。
この際、シャフト１３とハブ２は同系のステンレス材としてあるのでこの接合部２４を含めて両部材は完全に溶着される。

ここで、この溶接した接合部２４の表面には微細な凹凸（クラックを含む）や溶解粒が生じており、振動や熱変動により、接合部２４の表面の一部や溶解粒が塵として飛散する可能性がある。
このため、実施例においては、この接合部２４の表面を封止材２５で覆い、外気と接触しないように完全に被覆し封止している。

この封止材２５として、例えば１液性のＵＶ接着剤を用いることができる。
また、封止材２５は、封止材溜まり部である第１凹部２ｅ１に収まるように充填される。
また、この封止材２５の表面がモータの外形から突出しないように、例えば、シャフト１３の端面より突出して図示しないディスククランパー等と接触しない様に、ハブ２の貫通孔２ｃの近傍を、第２の溜まり部として機能する第２の凹部２６としてもよい。図１は、この凹部２６を設けた例を示している。

封止材２５として用いる材料は、シャフト１３に設けられるタップ穴（図示せず）等に浸透しないように、粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上であることが望ましい。また、工程で仮止めが可能となるように光硬化性を有する樹脂であるとよい。
また、硬化時の収縮が少なくアウトガスの問題がないエポキシ系の樹脂は好ましい。また、本硬化としての熱硬化性を付与してあってもよい。
もちろん、アクリル系等の樹脂であっても硬化収縮が少なく、熱硬化性を持ちアウトガスに問題なければ使用可能である。

また、粘度が２００００ｍＰａ・ｓ以下であって、成分分子が小さい封止材であると、溶接時にその溶接面に発生する概ね１〜２μｍの幅を有するクラック（ヒビ割れ）に流れ込んでこのクラックを塞ぎ、その拡大を防ぐ効果が得られると共に、外部から付与される熱衝撃に対してその緩衝材としての作用が発揮されるので、接合部の熱衝撃耐性が向上してより好ましい。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。

１ ハードディスク、 ２ ハブ、 ２ａ 外周壁部、 ２ｂ フランジ、 ２ｃ 貫通孔、 ２ｃ１ 段部、 ２ｄ 下面、 ２ｅ 凹部、 ２ｅ１ 第１凹部、 ２ｅ２ 第２凹部、 ５ モータベース、 ５ａ 壁部、 ５ｂ 孔、 ５ｃ 貫通孔、 ５ｄ 底面、 ６ コア、 ７ コイル、 ７ａ 巻線端末、 ８ マグネット、 ８ａ 下端面、 １０ スリーブ、 １０ａ 貫通孔、 １０ａ１ 内周面、 １０ｂ 段部、 １０ｃ 上側端面、 １１ ヨーク、 １２ スラストリング、 １３ シャフト、 １３ａ 外周面、 １３ａ１ 小径外周面、 １４ ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）、 ２０ 潤滑剤、 ２０ａ 液面、 ２２ 間隙、 ２３ テーパ部、 ２４ 溶融接合部、 ２５ 封止材、 ５０ モータ、 Ｒ ロータ、 Ｓ ステータ、 ＲＢ ラジアル動圧流体軸受、 ＳＢ スラスト動圧流体軸受。

Claims (5)

1. シャフトと、このシャフトが接合されたハブと、を有するロータと、
   モータベースと、これに固定されたスリーブと、を有するステータと、を備え、
   前記シャフトが前記スリーブに挿入された状態で、前記ロータが軸受を介して前記ステータに対して回転自由に支持される構成のモータであって、
   前記ハブは前記シャフトの上端部側が挿入されて圧入される貫通孔を有し、
   前記シャフトは、その上端部側の端面側が当該シャフトの径より小径に形成される小径外周面と、当該小径外周面から半径方向外側に延設される段部を有し、
   前記段部は、前記シャフトの上端部側を前記ハブの貫通孔に圧入したときに軸方向において前記シャフトと前記ハブとが圧入される領域の上側の位置に設けられ、
   前記シャフトと前記ハブは、前記シャフトの上端側が前記ハブの貫通孔に挿入された姿勢で溶接により接続され、その表面に封止材が被覆される溶融接合部を含むことを特徴とするモータ。
2. シャフトと、このシャフトが接合されたハブと、を有するロータと、
   モータベースと、これに固定されたスリーブと、を有するステータと、を備え、
   前記シャフトが前記スリーブに挿入された状態で、前記ロータが軸受を介して前記ステータに対して回転自由に支持される構成のモータであって、
   前記ハブは前記シャフトの上端部側が挿入される貫通孔を有し、
   前記シャフトは、その上端部側の端面側が当該シャフトの径より小径に形成される小径外周面と、当該小径外周面から半径方向外側に延設される段部を有し、
   前記シャフトと前記ハブは、前記シャフトの上端側が前記ハブの貫通孔に挿入された姿勢で溶接されると共に、この溶接のときに溶融する溶融接合部は、前記小径外周面から前記段部を経て前記貫通孔の内周面に到る領域に形成され、その表面に封止材が被覆されていることを特徴とするモータ。
3. 前記ハブは、前記溶融接合部を前記ハブの表面から突出しないように収容するために、前記溶融接合部を包囲するように周設され、その周囲の面よりも凹ませた凹部を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のモータ。
4. 前記凹部は、前記シャフトと前記ハブとの前記溶融接合部を含んでそれに周設された第１の凹部と、前記第１の凹部を含み当該第１の凹部より前記ハブの半径方向外側に周設された第２の凹部で構成され、
   前記第１の凹部は、前記封止材を収容する封止材溜まり部であり、
   前記第２の凹部は、前記封止材が前記ハブの端面から非突出となるように収容する突出防止凹部であることを特徴とする請求項３記載のモータ。
5. 前記スリーブは前記シャフトが挿入される貫通孔を有し、
   前記スリーブの前記貫通孔における前記ハブ側の端部には、その端部に向かうに従い径が大きくなるテーパ部が設けられ、
   前記スリーブに対向する側の前記ハブの貫通孔の内周端面は、前記テーパ部に向かい突出していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ。
   

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