JP5150683B2 - モータ及びモータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ及びその製造方法（Ｍｏｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏf ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｈｅｒｅｏｆ）に関する。

一般的にモータ、特にスピンドルモータは、レーザプリンタの回転多面鏡の駆動用やハードディスクドライブのディスク駆動用などに用いられている。すなわち、必要により、ハブの外周面に多様な回転体が固定される。例えば、ＬＳＵ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）の場合には回転多面鏡が設置され、ハードディスクドライブの場合にはディスクが設置される。

図１は、従来のモータの構造を示す断面図である。図１に示すモータの場合、スリーブ３０に挿入されたシャフト１０と、ハブ６０とを結合させるためにハブ６０を加圧する過程において、シャフト１０とプレート５０とを結合させた部位に応力集中が発生して機械的破壊が生じる恐れがあった。

また、このような機械的破壊に対してより小さい荷重でハブ６０を加圧すると、十分な大きさの荷重を加えることができず、各構成要素間の隙間などに設計値に対して相当な誤差が生じることになり、モータが安定的に動作できないという問題が発生する。

本発明は、加圧によってシャフトに接するように弾性変形する材質で形成されたベースカバーを用いることにより、設計値との誤差が少ない精密なモータを提供する。

また、本発明は、シャフトに対してベースカバーを押圧して支持した状態で、シャフトにハブを加圧して挿入し、シャフトと結合するので、設計値との誤差を最小化することができるモータの製造方法を提供する。

本発明の一実施形態に係るモータは、固定部材と、固定部材に支持されて回転軸を中心として回転する回転部材と、固定部材及び回転部材の片側をカバーするベースカバーとを含み、ベースカバーは、加圧により固定部材または回転部材と接するように弾性変形する材質で形成されていることを特徴とする。

固定部材は貫通ホールが形成されたスリーブであり、回転部材は貫通ホールに挿入されるシャフトであってもよい。

シャフトの断面形状に対応した第１ホールを備え、シャフトを第１ホールに挿入することによりシャフトと結合され、スリーブの１つの側面に安着されるドーナツ形状のプレートを追加で介在させてもよく、プレートをカバーしながらスリーブの一つの側面に安着されるキャップを追加で介在させてもよい。

ベースカバーは、固定部材または回転部材の一つの側面の形状に対応した形状を備えていることが好ましく、固定部材または回転部材には一つの側面が陥没して形成されるか、または突出して形成され、その側面の周囲にステップトエッジ（ｓｔｅｐｐｅｄ ｅｄｇｅ）が形成されていてもよい。

本発明の別の実施形態に係るモータの製造方法は、（ａ）貫通ホールが形成されたスリーブに、貫通ホールの片側を閉鎖するようにベースカバーを結合する段階と、（ｂ）貫通ホールにシャフトを挿入する段階と、（ｃ）シャフトにプレートを挿入してシャフトとプレートとを結合する段階と、（ｄ）シャフトに対してベースカバーを押圧して支持した状態で、シャフトにハブを加圧して挿入し、シャフトとハブとを結合する段階とを含むことを特徴とする。

段階（ｄ）は、ベースカバーが弾性変形するように所定の支持荷重を加える段階を含むことができ、支持荷重はベースカバーがシャフトに接触する変形量に対応した荷重にすることが好ましい。

段階（ｃ）と段階（ｄ）との間に、プレートをカバーするようにスリーブにキャップを結合する段階をさらに含むことが可能である。

段階（ａ）ないし段階（ｄ）の間に、スリーブとシャフトとの間の隙間及びシャフトとベースカバーとの間の隙間に流体ベアリングを注入する段階をさらに含むことも可能である。

上述した以外の別の実施形態、特徴、利点が以下の図面、特許請求の範囲を含む発明の詳細な説明によって明確になるであろう。

本発明の好ましい実施例に係るモータ及びモータの製造方法は、加圧することにより固定部材または回転部材に接するように弾性変形する材質で形成されたベースカバーを用いることにより、設計値との誤差を減らすことができ、精密度を向上させることができる。

従来技術に係るモータの構造を示す断面図である。 本発明の好ましい第１実施例に係るモータの構造を示す断面図である。 本発明の好ましい第２実施例に係るモータの構造を示す断面図である。 本発明の好ましい第３実施例に係るモータの構造を示す断面図である。 本発明の好ましい第４実施例に係るモータの構造を示す断面図である。 本発明の好ましい一実施例に係るモータの製造方法を示すフローチャートである。 図６に示すモータの製造方法における一つの工程を説明するための断面図である。 図７に示す工程によるベースカバーの変形を示す断面図である。

以下、本発明に係るモータ及びその製造方法の好ましい実施例を添付した図面を参照して詳しく説明する。ただし、この説明において、同一、または対応する構成要素については同一の図面番号を付与して重複した説明は省略する。

一般的にモータは、回転部材と、回転部材の回転運動を支持する固定部材と、回転部材と固定部材との間に介在するベアリングとから形成されていることを基本としている。例えば、回転部材としてはシャフトやシャフトに結合されて共に回転するハブ、プレートなどの結合体があり、固定部材としてはシャフトを取り囲むスリーブなどがある。

しかし、回転部材と固定部材は、構成要素自体によって決定されるものではなく、設計された機能に応じて決定されるものである。すなわち、シャフトが固定され、シャフトを取り囲むスリーブが回転する場合もあり、この場合にはシャフトが固定子となり、スリーブが回転子となる。

以下で説明する本発明の実施例等では、固定部材としてスリーブを例示し、回転部材としてシャフト及びこれに結合されたプレートとハブを例示して説明しているが、これに限定されるわけではない。

図２は、本発明の好ましい第１実施例に係るモータの構造を示す断面図である。図２を参照すると、シャフト１１０、ベースカバー１２０、スリーブ１３０、キャップ１４０、プレート１５０、ハブ１６０、リザーバ１７０を示している。

本実施例に係るモータには、貫通ホールに挿入されたシャフト１１０の片側をカバーするようにスリーブ１３０に結合され、加圧することによりシャフト１１０に接するように弾性変形する材質で形成されたベースカバー１２０を備えていることを特徴とする。

シャフト１１０は、以下に説明するスリーブ１３０の貫通ホール１３９に挿入され、回転運動の中心軸となって後に説明するハブ１６０と結合してハブ１６０と一体で回転する。

スリーブ１３０は、シャフト１１０の外周面をカバーしてシャフト１１０の安定的な回転運動を維持できるように形成された手段である。スリーブ１３０の内部には、シャフト１１０を挿入するための貫通ホール１３９が形成されており、貫通ホール１３９にシャフト１１０を挿入してカバーすることにより、回転運動時にはシャフト１１０がスリーブ１３０によって支持される。

一方、スリーブ１３０には、ベースカバー１２０が結合される側の面を周囲から陥没させることによりステップトエッジ（ｓｔｅｐｐｅｄ ｅｄｇｅ）１３１を形成してもよく、またはベースカバー１２０と結合される側の面を周囲から突出するように形成して、図４に示すようなステップトエッジ１３１’を形成してもよい。このようなスリーブ１３０の片側の面の形状に対応するようにベースカバー１２０を形成する。

図２及び図３を参照すると、ベースカバー１２０、１２０ａが結合されるスリーブ１３０の側面が陥没するように形成されてステップトエッジ（ｓｔｅｐｐｅｄ ｅｄｇｅ）１３１が形成されていることを確認できる。このようにベースカバー１２０、１２０ａは、ステップトエッジ１３１によって外周面がカバーされる形状となる。これにより、ベースカバー１２０、１２０ａとスリーブ１３０との結合を容易に行うことができ、さらに、堅固な結合ができるようになる。

図３は、本発明の好ましい第２実施例に係るモータの構造を示す断面図である。図３に示した実施例の場合、ベースカバー１２０ａが屈曲のない平板の形状に形成できるので、ベースカバー１２０ａとスリーブ１３０との間の結合が容易になるという効果だけではなく、ベースカバー１２０ａの加工及び製造が簡単になるという利点もある。

別の実施例として、図４を参照すると、スリーブ１３０’のベースカバー１２０ｂと結合される側の面が突出するように形成されてステップトエッジ１３１’を形成していることを確認できる。このように、スリーブ１３０’の形状に対応してベースカバー１２０ｂには端部に屈曲１２２が形成され、スリーブ１３０’のステップトエッジ１３１’をカバーできるような形状を備えている。これにより、ベースカバー１２０ｂとスリーブ１３０’との結合を容易に行うことができ、さらに堅固な結合ができるようになっている。

スリーブ１３０とシャフト１１０との間の隙間には、以下で説明するラジアル（ｒａｄｉａｌ）ベアリングが介在している。

ラジアルベアリング１７４は、流体ベアリングであって、スリーブ１３０とシャフト１１０との間の隙間に介在し、シャフト１１０の回転運動時にシャフト１１０を支持し、シャフト１１０の回転運動を安定的に維持することができる。

ラジアルベアリング１７４は、シャフト１１０とスリーブ１３０との間の隙間にオイル（ｏｉｌ）を注入することによって形成される。本実施例ではラジアルベアリング１７４を構成するものとしてオイル（ｏｉｌ）を例示したが、設計上の必要により多様に変更することができる。

ベースカバー１２０は、貫通ホール１３９に挿入されたシャフト１１０の片側をカバーする手段であって、スリーブ１３０に結合され、ベースカバー１２０が結合されるスリーブ１３０の結合面の形状に対応した形状をしていることにより、結合を堅固にすることができる。

一方、ベースカバー１２０は、弾性変形する材質によって形成されている。これにより、本実施例に係るモータを組み立てる過程において、ベースカバー１２０を押圧して支持荷重を加えることにより、ベースカバー１２０を支持した状態で、シャフト１１０にハブ１６０を加圧して挿入し、結合することができる。これについては後に具体的に説明する。

ベースカバー１２０とスリーブ１３０との間の隙間には、以下に説明するリザーバ（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）１７０が形成されている。

リザーバ１７０は、ベースカバー１２０とスリーブ１３０との間の隙間に形成されてオイルを収容することができ、それ自体もシャフト１１０の片側の面を支持するベアリングとして機能する。リザーバ１７０は、上述したラジアルベアリング１７４と繋がっており、ラジアルベアリング１７４にオイルを供給することができる。すなわち、スリーブ１３０とベースカバー１２０との間の隙間と、スリーブ１３０とシャフト１１０との間の隙間は互いに連通されており、それぞれに注入されているオイルは自由に流動して循環することができる。

プレート１５０は、その中央にシャフト１１０の断面形状に対応した第１ホールを備えたドーナツ形状に形成されている。第１ホールには、シャフト１１０が挿入されて結合し、プレート１５０の一方の側面はスリーブ１３０の１つの側面に安着される。

プレート１５０は、シャフト１１０とは別に製造してシャフト１１０に結合するようにしてもよいが、製造時からシャフト１１０と一体に形成することもでき、シャフト１１０の回転運動時にシャフト１１０と共に回転運動するができるものであればよい。プレート１５０とスリーブ１３０との間の隙間には、以下で説明するスラスト（ｔｈｒｕｓｔ）ベアリング１７１が介在している。

スラストベアリング１７１は、流体ベアリングであって、プレート１５０とスリーブ１３０との間の隙間に介在し、プレート１５０を支持してプレート１５０の回転運動時にはプレート１５０とスリーブ１３０との間の摩擦を減らすことができる。したがって、プレート１５０は安定的な運動を維持することができる。

スラスト（ｔｈｒｕｓｔ）ベアリング１７１は、プレート１５０とスリーブ１３０との間の隙間にオイル（ｏｉｌ）を注入することによって形成され、上述したラジアルベアリング１７４に繋がっている。すなわち、プレート１５０とスリーブ１３０との間の隙間と、スリーブ１３０とシャフト１１０との間の隙間とは、互いに連通されてそれぞれに注入されているオイルは自由に流動して循環することができる。

これにより、スラストベアリング１７１、ラジアルベアリング１７４及びリザーバ１７０は、すべて繋がっている。一方、本実施例ではスラストベアリング１７１を構成するものとしてオイルを例示したが、設計上の必要により多様に変更することができる。

キャップ１４０は、プレート１５０の外周縁部１４５との間にベアリング空間が形成されるようにプレート１５０の外周面及び一方の側面をカバーしながら、スリーブ１３０の１つの側面に安着されている。キャップ１４０は、キャップ１４０が安着されるスリーブ１３０の１つの側面の形状に対応した形状を備えていることにより、結合を堅固にすることができ、プレート１５０の外周縁部１４５とキャップ１４０によって区画されたベアリング空間にはキャップベアリング１７３が形成される。

キャップベアリング１７３は流体ベアリングであって、ベアリング空間にオイル（ｏｉｌ）を注入して形成され、上述したスラストベアリング１７１に繋がっている。すなわち、プレート１５０とスリーブ１３０との間の隙間と、ベアリング空間とは、互いに連通され、それぞれに注入されているオイルは自由に流動して循環することができる。キャップベアリング１７３は、プレート１５０の外周面と一方の側面とを支持し、プレート１５０の回転運動を安定的に維持することができる。

ハブ１６０は、シャフト１１０の一端に結合され、シャフト１１０の軸と略垂直方向に延長して形成されている。ハブ１６０は永久磁石（図示せず）と電磁石（図示せず）などを含む動力発生手段からの動力の伝達を受けて回転運動することができ、ハブ１６０の回転運動によりシャフト１１０も回転運動することができる。

本実施例では、動力発生手段としてハブ１６０に結合された永久磁石（図示せず）及び永久磁石に隣接して形成された電磁石（図示せず）を例示したが、動力発生手段を形成する構成要素及び各構成要素の結合位置は、設計上の必要により多様に変更することができる。例えば、ハブ１６０に第１電磁石を結合し、これに隣接するように第２電磁石を結合してもよい。

一方、ハブ１６０の外周面には。設計上の必要により多様な回転体を結合することができる。例えば、ＬＳＵ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）の場合には回転多面鏡が結合され、ハードディスクドライブの場合にはディスクが結合される。

スリーブ１３０は、上述したようにシャフト１１０の外周面をカバーして、シャフト１１０の安定的な回転運動を維持できる手段である。スリーブ１３０の内部には、シャフト１１０が挿入できるように貫通ホール１３９が形成されており、貫通ホール１３９にシャフト１１０が挿入されてカバーされることにより、回転運動時にスリーブ１３０によってシャフト１１０の外周面が支持される。

一方、スリーブ１３０には、ベースカバー１２０が結合されている一つの側面が陥没するように形成されてステップトエッジ１３１が形成されている。このようなスリーブ１３０の形状に対応するようにベースカバー１２０を形成することにより、結合を容易にして堅固にすることができる。

さらに、図４に示すように、ベースカバー１２０ｂが結合されている一つの側面を突出するように形成してステップトエッジ（１３１’）を形成してもよい。このようなスリーブ１３０’の形状に対応するようにベースカバー１２０ｂを形成することで結合を容易にして堅固にすることもできる。

スリーブ１３０の所定の位置には、スリーブ１３０を貫通してスラストベアリング１７１とリザーバ１７０とを連結する連通孔（図示せず）が形成されていてもよい。連通孔を通して、スラストベアリング１７１を構成するオイルとリザーバ１７０を構成するオイルとが円滑に循環することができ、これによってモータ内部にある各流体ベアリングに発生する圧力を均一化することができ、また内部に存在する気泡などを循環させて排出しやすくするように移動させることもできる。

一方、上述した本発明の実施例では、スリーブ１３０を基準としてプレート１５０とベースカバー１２０とが互いに異なる側に結合された構造について説明したが、図５に示すように、プレート２５０がベースカバー２２０と同一な側に結合されるように形成することもできる。この場合、図５を参照すると、プレート２５０と隣接するスリーブ２３０の一つの側面には、プレート２５０の形状に対応した陥没部が形成され、プレート２５０を収容できるようになっている。

すなわち、上述したように、本発明の実施例に係るモータは、回転部材と固定部材の片側をカバーするベースカバーが形成されたモータにおいて、ベースカバー側からシャフトに支持荷重を加え、ベースカバーが弾性変形する材質で形成されていることにより、堅固な結合及び精密度の向上した製造が実現できるという特徴がある。したがって、弾性変形する材質で形成されたベースカバーを除き、固定部材または回転部材を設計上の必要により変更して多様な実施例を提示することは可能である。

次に、本発明の好ましい一実施例に係るモータの製造方法について説明する。図６は、本発明の好ましい一実施例に係るモータの製造方法を示すフローチャートである。

段階Ｓ１は、スリーブ１３０にベースカバー１２０を結合することにより貫通ホール１３９の片側を閉鎖する段階である。ベースカバー１２０とスリーブ１３０との結合を容易に行うために、スリーブ１３０の結合面の形状と、それに対応するベースカバー１２０の形状を多様に変更することが可能であり、図２ないし図５に示したスリーブの結合面及びベースカバーの形状がその一例である。

段階Ｓ２は、貫通ホール１３９にシャフト１１０を挿入する段階であり、貫通ホール１３９の対応する位置にシャフト１１０を配置して、シャフト１１０の一方の面を加圧することによりシャフト１１０を貫通ホール１３９に挿入することができる。これにより、シャフト１１０はスリーブ１３０によってカバーされることになる。

段階Ｓ３は、プレート１５０の第１ホールにシャフト１１０を挿入することにより、プレート１５０をシャフト１１０に結合する段階である。これにより、プレート１５０は、シャフト１１０の回転に応じて回転運動することができ、プレート１５０が安着するスリーブ１３０によって支持されることになる。

一方、上述したように段階Ｓ２を行った後に段階Ｓ３を行ってもよいが、段階Ｓ３を行った後に段階Ｓ２を行ってもよい。すなわち、上述した段階の遂行順序は、必要に応じて多様に変更することができる。

段階Ｓ４は、スリーブ１３０にキャップ１４０を結合する段階である。上述したモータに関する実施例で説明したように、キャップ１４０は、プレート１５０の外周縁部１４５との間にベアリング空間を形成するように、プレート１５０の外周面及び一方の側面をカバーしながらスリーブ１３０の１つの側面に安着される構成要素である。したがって、スリーブ１３０にキャップ１４０を結合することにより、プレート１５０とスリーブ１３０との結合関係を堅固にすることができ、後に行われるハブ１６０の結合を通してさらに堅固な結合関係を形成することができる。

段階Ｓ５は、ベースカバー１２０が弾性変形するように押圧して、シャフト１１０に対して所定の支持荷重を加えながらベースカバー１２０を支持した状態で、ハブ１６０を加圧してシャフト１１０に挿入し、シャフト１１０と結合する段階である。これについては、図７及び図８を参照して具体的に説明する。

図７は、図６に示すモータの製造方法における一つの工程を示す断面図であり、図８は、図７の工程によるベースカバーの変形を示す断面図である。図７及び図８は、シャフト１１０、ベースカバー１２０、スリーブ１３０、キャップ１４０、プレート１５０、ハブ１６０、治具１８０を示している。

本実施例に係るモータの製造方法によれば、図７に示すように、シャフト１１０とハブ１６０とを結合するために、ハブ１６０を加圧する工程を行う際に、ベースカバー１２０が弾性変形するようにシャフト１１０の軸方向へ治具１８０によって所定の支持荷重を加える。これにより、ベースカバー１２０は、弾性変形の範囲内で変形してシャフト１１０の一方の側面と接することになる。これはシャフト１１０に荷重を加えてハブ１６０に加えられる圧力を補完する効果をもたらす。従来では、ハブ１６０に加えられた圧力をシャフト１１０とプレート１５０とが結合した部分で支えていたので、その部分に応力が集中して機械的破壊を生じていたが、本発明では弾性変形したベースカバー１２０がシャフト１１０を支持しているので、シャフト１１０とプレート１５０とが結合した部分における応力を減少させることができ、上述した従来技術の問題点を解決することができる。

ハブ１６０とシャフト１１０との結合が完了した後、治具１８０によって加えられていた支持荷重を除去すれば、ベースカバー１２０はベースカバー１２０自体の弾性力によって変形前の形状に戻ることができ、これにより設計時に考慮した設計値を確保して製造上で発生する誤差を最小化することができる。

図８は、図７の工程におけるベースカバーの変形を示す断面図であって、（ａ）は支持荷重を加える前のベースカバー１２０の状態を示し、（ｂ）は治具１８０によって支持荷重が加えられているベースカバー１２０の状態を示し、（ｃ）は支持荷重を除去した後に変形前の形状に戻ったベースカバー１２０の状態を示したものである。図８（ａ）ないし（ｃ）を通じて、上述したベースカバー１２０の変形を確認することができる。

一方、ベースカバー１２０の設計において、治具１８０によって加えられる支持荷重及びベースカバー１２０とスリーブ１３０との間の隙間などを考慮して、ベースカバー１２０の弾性因子（例えば、厚みまたは材質）を決定する段階を追加して行うことも可能である。また、ベースカバー１２０の弾性因子を考慮して、ベースカバー１２０に加えられる支持荷重の大きさを決定する段階を追加して行うことも可能である。ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）によって行うこともできる。

上述した実施例以外にも多くの実施例が、本発明の特許請求の範囲内に存在することは言うまでもない。

１１０ シャフト
１２０ ベースカバー
１３０ スリーブ
１４０ キャップ
１５０ プレート
１６０ ハブ
１８０ 治具

Claims (4)

1. （ａ）貫通ホールが形成されたスリーブに、前記貫通ホールの片側を閉鎖するようにベースカバーを結合する段階と、
   （ｂ）前記貫通ホールにシャフトを挿入する段階と、
   （ｃ）前記シャフトにプレートを挿入して前記シャフトと前記プレートとを結合する段階と、
   （ｄ）前記シャフトに対して前記ベースカバーを押圧して支持した状態で、前記シャフトにハブを加圧して挿入し、前記シャフトと前記ハブとを結合する段階とを含み、
   前記段階（ｄ）は、前記ベースカバーが弾性変形するように所定の支持荷重を加える段階を含む
   ことを特徴とするモータの製造方法。
2. 前記支持荷重は、前記ベースカバーが前記シャフトに接触する変形量に対応した荷重であることを特徴とする請求項１に記載のモータの製造方法。
3. 前記段階（ｃ）と前記段階（ｄ）との間に、前記プレートをカバーするように前記スリーブにキャップを結合する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載のモータの製造方法。
4. 前記段階（ａ）ないし前記段階（ｄ）の間に、
   前記スリーブと前記シャフトとの間の隙間及び前記シャフトと前記ベースカバーとの間の隙間に流体ベアリングを注入する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のモータの製造方法。

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