JP5210054B2 - モータおよびそれを用いたディスク駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータに関し、特にモータの内部構造に関する。

コンピュータの記憶装置等に使用されるハードディスクドライブは近年大容量化が進んでいるが、これは磁気記録ディスクの記録密度の上昇によるところが大きい。磁気記録ディスクの記録密度が上昇すると一般に磁気ヘッドからの信号電圧は低下し、よりノイズに埋もれやすくなる。そのためＳ／Ｎ比を改善する必要があり、特に磁気記録ディスクを回転駆動するブラシレスモータへの更なる低振動化の要求が強まっている。また携帯電話などに搭載されるハードディスクドライブでは、その騒音を抑えることも重要となっている。

一般にブラシレスモータは、モータベースおよび積層コアを含むステータと、円環状のマグネットおよびハブを含むロータとを備える。積層コアには複数の突極が設けられ、その突極の周りにコイルが巻回される。突極の先端はマグネットと対向する。コイルに駆動電流が供給されると突極に沿って駆動磁束が発生する。この駆動磁束がハブに固定されたマグネットにトルクを与えることでロータ全体が回転する。
特開平７−１２１９７５号公報 特開２０００−１５２５４６号公報

このようなブラシレスモータについて、本発明者は以下の課題を認識した。
代表的な積層コアは、磁路となる円環状部分とそこから半径方向外側へ伸びる複数の突極を有する。この積層コアは例えば厚さ０．３５ｍｍ程度の無方向性電磁鋼板を５〜１０枚積層し、さらに３０〜７０ミクロン程度のエポキシ樹脂系の絶縁コートを表面に施して生成される。したがって電磁鋼板一枚一枚の厚みのばらつき、積層時の隙間、プレス金型の寸法精度、プレス時のひずみによるそり、さらに絶縁コートの厚さのばらつき等により、積層コアに高い寸法精度を要求することは難しい場合がある。

積層コアがモータベースに固定された状態では、円環状部分はモータベースに嵌め込まれ、突極部分は宙に浮く。円環状部分の内周面はモータベースに接しているので、その内周面の中心軸とマグネットの中心軸とは精度良く一致する。ここでその内周面の中心軸と突極の端面を含む積層コア外周面の中心軸とがずれている場合、その外周面の中心軸とマグネットの中心軸とがずれる可能性があり、突極の端面とマグネットとの距離が周方向に沿って不均一となりうる。このためモータ回転中にトルクが不均一となって振動が発生しうる。

また円環状部分内周面にがたつきがある場合には、積層コアとマグネットとの回転軸方向の相対位置がずれる可能性があり、また積層コア外周面の中心軸がマグネットの中心軸に対して傾く可能性もある。これらもまた振動発生の原因となりうる。もしこの振動が発生すると信号中のノイズが増大する可能性があると共にモータからの騒音が大きくなりうる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は振動を低減させたモータの提供にある。

本発明のある態様は、モータに関する。このモータは、円環部とそこから半径方向に伸びる複数の突極を含むコアと、複数の突極のうちの少なくともひとつの突極に巻き線されて形成されたコイルと、複数の突極と径方向に対向し、周方向に複数の駆動用着磁が施されたマグネットと、ロータに設けられ、マグネットを保持するロータヨークと、ロータを回転自在に支承する軸受けユニットと、軸受けユニットを保持するベース部材と、を備える。ベース部材は、複数の突極の先端部を固定して支持する先端支持部と、円環部を固定する円環支持部とを含む。先端支持部と円環支持部との間で、ベース部材とコアとにクリアランスを設ける。先端支持部は、円筒またはその一部をなす壁面であり、当該壁面の前記コア側の面には複数の先端部が着座することにより、コアを半径方向に位置決めする台座が形成される。

この態様によると、突極の先端部を基準にしてコアの位置決めを行う。したがってコアの寸法精度に比較的影響されることなくコアとマグネットとの相対位置を合わせることができる。

本発明の別の態様は、ディスク駆動装置である。このディスク駆動装置は、上述のモータを備える。

この態様によると、磁気記録ディスクの振動を抑え、信号読み書きのエラーを低減できる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、振動を低減させたモータを提供できる。

本発明の実施の形態は、ハードディスクドライブに搭載され磁気記録ディスクを駆動するブラシレスモータや、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）装置、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）装置等の光学ディスク駆動装置に搭載されるディスク駆動モータに好適に用いられる。さらにはレーザビームプリンタにおいてポリゴンミラーを回転駆動するモータにも好適に用いられる。

以下各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において本発明に係る実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るブラシレスモータ１００を搭載したハードディスクドライブ２００の分解斜視図である。ハードディスクドライブ２００は、上蓋１３０と、ベースプレート１２０と、制御基板１４０とを備える。以降ベースプレート１２０から上蓋１３０を臨む方向を上方向として説明する。ベースプレート１２０の上面には第１の実施の形態に係るブラシレスモータ１００が載置される。このブラシレスモータ１００は磁気記録ディスク１１０を保持し、それを回転駆動する。
上蓋１３０は、ガスケット（不図示）を挟んでビス止めによりベースプレート１２０の上面に取り付けられ、ベースプレート１２０の上面側を密封する。これはベースプレート１２０に搭載される磁気記録ディスク１１０等を外部からの埃等から保護するためである。

ベースプレート１２０の下面には制御基板１４０がビス止めにより固定される。制御基板１４０上では、外部から供給される電源電圧および制御信号等を元にブラシレスモータ１００への駆動電流が生成され、また磁気ヘッドによって読み取られたデータ信号が処理される。制御基板１４０にはインタフェース１４２が設けられ、それを通じて電源電圧、制御信号や記録すべきデータ等がハードディスクドライブ２００に供給され、また、磁気記録ディスク１１０から読み取られたデータが外部へ送られる。

図２は、図１のブラシレスモータ１００の断面図である。ブラシレスモータ１００は、モータベース１０と、ロータ２０と、軸受けユニット５０と、積層コア３０と、を含む。図３は、モータベース１０に積層コア３０が取り付けられた状態を示す上面図である。図３の線分Ａ−Ａは図２の断面に対応する。
ロータ２０は、ハブ２１と、シャフト２２と、フランジ２３と、円環状ヨーク２４と、円環状マグネット２５と、を有し、ブラシレスモータ１００の回転時にはこれらが一体となってモータ回転軸Ｒの回りを回転する。ハブ２１の外周面２１Ａには磁気記録ディスク１１０が取り付けられる。ハブ２１はアルミニウムなどの軽量材料で形成される。シャフト２２の一端は、ハブ２１の中心に設けられた開口２１Ｂへ圧入状態で固着される。シャフト２２の他端にはフランジ２３が圧入状態で固着される。シャフト２２およびフランジ２３はステンレススチールなどの剛性の高い金属で形成される。

円環状ヨーク２４はその断面が逆Ｌ字型であり、鉄などの磁性材料により形成される。円環状ヨーク２４の内周面には円環状マグネット２５が接着固定される。円環状ヨーク２４はハブ２１の下面に接着固定される。円環状マグネット２５にはその周方向に８極の駆動用着磁が施される。

軸受けユニット５０は、軸受け５２と、シール板５４とを含む。モータベース１０にはモータ回転軸Ｒと同心の貫通孔である軸受け保持孔１６が設けられ、その軸受け保持孔１６に軸受け５２が挿入され接着固定される。軸受け５２には上述のシャフト２２が収まる。軸受け５２のフランジ２３側の面にはシール板５４が接着固定され、密封される。軸受け５２は真鍮などの加工の容易な金属によって形成される。シール板５４はステンレススチールなどの剛性の高い金属で形成される。
ロータの一部であるシャフト２２およびフランジ２３と、モータベース１０に対して固定された部材である軸受け５２およびシール板５４との間には潤滑油が注入される。

積層コア３０は円環部３２とそこから半径方向外側に伸びる１２本の突極３４とを有する。積層コア３０は、８枚の薄型電磁鋼板を積層しレーザ溶接により一体化して形成される。図２に示される積層コア３０の断面は左右どちらも突極３４に対応する部分の断面である。それぞれの突極３４にはコイル４０が巻回される。このコイル４０に駆動電流が流れることにより突極３４に沿って駆動磁束が発生する。

モータベース１０には先端支持部１２と、円環支持部１４と、前述の軸受け保持孔１６とが設けられる。先端支持部１２はモータベース１０の上面から突出し、モータ回転軸Ｒと同心の円筒をなす壁面である。先端支持部１２は積層コア３０を、圧入嵌合、爪嵌合等の固定手段により固定する。先端支持部１２の壁面の内側の面にはモータ回転軸Ｒと同心の円環状台座６０が形成される。この円環状台座６０に突極３４の先端部が着座することにより、積層コア３０がモータベース１０に固定され半径方向に位置決めされる。

円環支持部１４は、モータ回転軸Ｒと同心の円筒部である。積層コア３０は円環支持部１４に対して隙間ばめによって接着固定される。先端支持部１２および円環支持部１４は図４において詳述する。

先端支持部１２と円環支持部１４との間の領域においては、モータベース１０と積層コア３０とに、コイル４０がモータベース１０に触れない程度のクリアランス、例えば１．５ｍｍ程度のクリアランスが設けられる。通常コイルに用いられる導線には絶縁被覆が施されてはいるものの、上述のようにコイルとモータベースとにクリアランスを設けて両者が直接接触しないようにすることにより、長期的信頼性の観点から有利である。
また、このクリアランスには接着剤は充填されない。先端支持部１２および円環支持部１４の２点で積層コア３０を固定しているのでその取り付けの強度は十分であるからである。さらにこのクリアランスには接着剤が充填されないのでそれを埋めるために比較的大量の接着剤を使用する必要がない。

図４は、図２の先端支持部１２および円環支持部１４周辺の拡大図である。図４ではモータベース１０、円環状マグネット２５、積層コア３０およびコイル４０を表示する。前述の円環状台座６０は、台座側面１２Ａと、台座底面１２Ｂとを有する。台座側面１２Ａは、モータ回転軸Ｒと同心の円筒面である。台座底面１２Ｂは、モータ回転軸Ｒと垂直な面に平行な円盤面である。積層コア３０はこの円環状台座６０に圧入嵌合される。この圧入嵌合の際、突極３４の端面３４Ａが台座側面１２Ａに押しつけられる。また積層コア３０は、突極３４の先端部下面が台座底面１２Ｂに接するまで圧入嵌合される。

積層コア３０と台座側面１２Ａおよび台座底面１２Ｂとの間には、接着剤が接着面からこぶ状にはみ出してそのまま硬化する粘度よりも低い粘度の接着剤、例えば株式会社スリーボンド製の接着剤（型番１３５３、粘度：約６５０ｍＰａ・ｓ）などの嫌気性紫外線硬化型接着剤が塗布され、積層コア３０のモータベース１０への取付が接着補強される。
このため接着剤が接着面からしみ出したとしてもそれは壁面を伝って流れてゆき、接着剤が接着面からこぶ状にはみ出して円環状マグネット２５に付着する可能性は低い。これは作業効率の上昇に貢献する。
また余分な接着剤が接着面から染み出したとしても、それに紫外線を照射することにより硬化させることができる。したがって未硬化の接着剤から発生するアウトガスの発生を低減させることができ、製品寿命を延ばすことができる。

モータ回転軸Ｒを含む断面における台座側面１２Ａと台座底面１２Ｂとのなす角θが９０度となるように台座側面１２Ａおよび台座底面１２Ｂを形成する。これにより円環状台座６０の形状は単純となりその形成が容易となる。これはモータベース１０の製造上有利である。

円環支持部１４の外周面１４Ａと積層コア３０の内周面３０Ａとの間の空隙８０には、接着剤が接着面からこぶ状にはみ出してそのまま硬化する粘度よりも高い粘度の接着剤、例えば株式会社スリーボンド製の接着剤（型番２２０２Ｐ、粘度：約１３Ｐａ・ｓ）８２が注入され接着固定される。空隙８０の平均幅、つまり円環支持部１４の外周面１４Ａと積層コア３０の内周面３０Ａとの間の距離の平均値は、接着剤が接着面からこぶ状にはみ出してそのまま硬化する粘度よりも高い粘度の接着剤が空隙８０に注入されてもその接着剤が垂れて流れ出さないような距離、例えば０．１ｍｍ程度とされる。
これにより接着剤８２が空隙８０に満たされたとしても硬化するまでに垂れて流れ出す可能性は低い。これは作業効率の上昇に貢献する。

先端支持部１２に着目する。突極３４の端面３４Ａと円環状マグネット２５との間の空間に伸びる壁面であって、台座側面１２Ａを内周面として持つ壁面を侵入壁面１２Ｃと呼ぶこととする。この侵入壁面１２Ｃの厚さは、積層コア３０の圧入嵌合によって加えられる圧力を支えるのに十分な厚さ、例えば０．２ｍｍとしてもよい。

このように本実施の形態に係るブラシレスモータ１００によれば、突極３４の先端部を基準にして積層コア３０の位置決めをする。したがって積層コア３０の寸法精度に比較的影響されることなく積層コア３０と円環状マグネット２５との相対位置を合わせることができる。これによりモータ回転中の振動を抑えることができ、Ｓ／Ｎ比を改善することができると共にモータからの騒音を抑えることができる。

特に本実施の形態に係るブラシレスモータ１００によれば、突極３４の端面３４Ａが台座側面１２Ａに押しつけられる形で積層コア３０が圧入嵌合されるので、積層コア３０の外周と円環状マグネット２５との同軸精度を高めることができる。また、積層コア３０は突極３４の先端部下面が台座底面１２Ｂに接するまで圧入嵌合される。したがって回転軸方向での台座底面１２Ｂの位置を調整することにより、円環状マグネット２５と積層コア３０との回転軸方向の相対位置精度を高めることができる。

本実施の形態に係るブラシレスモータ１００では積層コア３０の外周側、つまり突極３４の端面３４Ａ側でモータ回転軸Ｒとの同軸がとられる。ここで積層コア３０の外周の中心軸と内周の中心軸がずれている場合は、内周の中心軸はモータ回転軸Ｒと少しずれることがある。この場合でも本実施の形態に係るブラシレスモータ１００によれば、空隙８０がその軸のずれを吸収するので、積層コア３０が円環支持部１４へ挿入できなくなる可能性は少ない。

また、本実施の形態に係るブラシレスモータ１００によれば、積層コア３０は先端支持部１２および円環支持部１４の２カ所で固定される。したがって、積層コア３０を通して軸受け５２をモータベース１０に対してより強固に固定することができる。これによりモータ回転中の磁気記録ディスク１１０の振動を抑えることができ、信号読み書きのエラーを減らすことができる。

特に近年はハードディスクドライブの薄型化に伴い、ブラシレスモータ１００の薄型化が要請されている。しかしながら軸受けを支える力を保ち磁気記録ディスクの回転による振動を防止するため、従来ではモータベース１０の厚さをある程度の厚さ以下にすることはできなかった。ここで本実施の形態に係るブラシレスモータ１００によると、積層コア３０を通して軸受け５２を固定できるので、更にモータベース１０を薄くすることが可能となり、ブラシレスモータ１００の薄型化に貢献する。

（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態に係るブラシレスモータ３００の断面図である。ブラシレスモータ３００が第１の実施の形態に係るブラシレスモータ１００と最も異なる点は、円環状マグネットが積層コアの内側に配置される点である。ブラシレスモータ３００は、モータベース３１０と、ロータ３２０と、軸受けユニット５０と、積層コア３３０と、を含む。ロータ３２０は、ハブ３２１と、シャフト３２２と、フランジ３２３と、円環状ヨーク３２４と、円環状マグネット３２５と、を有し、ブラシレスモータ３００の回転時にはこれらが一体となって回転する。円環状ヨーク３２４の外周面には円環状マグネット３２５が接着固定される。円環状ヨーク３２４はハブ３２１の下面に接着固定される。円環状マグネット３２５にはその周方向に８極の駆動用着磁が施される。

積層コア３３０は円環部３３２とそこから半径方向内側に伸びる１２本の突極３３４とを有する。積層コア３３０は、８枚の薄型電磁鋼板を積層しレーザ溶接により一体化して形成される。図５に示される積層コア３３０の断面は左右どちらも突極３３４に対応する部分の断面である。積層コア３３０のそれぞれの突極３３４にはコイル３４０が巻回される。

モータベース３１０には先端支持部３１２と、円環支持部３１４とが設けられる。先端支持部３１２はモータベース３１０の上面から突出し、モータ回転軸Ｓと同心の円筒をなす壁面である。その壁面の外側の面にはモータ回転軸Ｓと同心の円環状台座３６０が形成される。この円環状台座３６０に突極３３４の先端部が着座することにより、積層コア３３０がモータベース３１０に固定され半径方向に位置決めされる。この際、接着剤が接着面からこぶ状にはみ出してそのまま硬化する粘度よりも低い粘度の接着剤、例えば株式会社スリーボンド製の接着剤（型番１３５３、粘度：約６５０ｍＰａ・ｓ）などの嫌気性紫外線硬化型接着剤が塗布される。
円環支持部３１４は、モータ回転軸Ｓと同心の円筒状内周面３１４Ａを含む。積層コア３３０の外周はこの円筒状内周面３１４Ａに対して隙間ばめによって接着固定される。この際円筒状内周面３１４Ａと積層コア３３０の外周面との間の空隙３８０には、接着剤が接着面からこぶ状にはみ出してそのまま硬化する粘度よりも高い粘度の接着剤、例えば株式会社スリーボンド製の接着剤（型番２２０２Ｐ、粘度：約１３Ｐａ・ｓ）３８２が注入され接着固定される。

本実施の形態に係るブラシレスモータ３００によれば、第１の実施の形態に係るブラシレスモータ１００によって得られる効果と同様の効果を得ることができる。第１の実施の形態に係るブラシレスモータ１００のようなアウターロータ型にするか、第２の実施の形態に係るブラシレスモータ３００のようなインナーロータ型にするかは、トルク特性やブラシレスモータ以外の構成要素との関係で適宜選択する。

以上、実施の形態に係るブラシレスモータの構成と動作について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態ではモータ回転軸Ｒを含む断面における台座側面１２Ａと台座底面１２Ｂとのなす角θが９０度となるように台座側面１２Ａおよび台座底面１２Ｂを形成したが、この角θは９０度以外の角度であってもよい。図６（ａ）〜（ｄ）は、先端支持部１２の変形例を示すモータベースの断面図である。
図６（ａ）は、θが鋭角である場合のモータベース９０ａの断面図である。この場合、積層コアが一旦先端支持部９２ａに嵌合されるとはずれにくくなり、積層コアをモータベースにより確実に固定することができる。
図６（ｂ）は、θが鈍角である場合のモータベース９０ｂの断面図である。この場合、積層コアを先端支持部９２ｂへ嵌め易くなり作業効率が上昇する。
図６（ｃ）は、台座側面１２Ａの変形例を示すモータベース９０ｃの断面図である。本変形例では、円環状台座のコア導入部にガイド部分９４ｃが設けられる。これにより積層コアを先端支持部９２ｃへ嵌め易くなり作業効率が上昇する。
図６（ｄ）は、台座側面１２Ａの変形例を示すモータベース９０ｄの断面図である。本変形例では、円環状台座のコア導入部の角を丸めて曲面９４ｄを設ける。これにより積層コアの導入経路は角がなく滑らかとなり、ひっかかることなくスムーズに積層コアを先端支持部９２ｄへ嵌めることができる。

実施の形態では先端支持部１２が円筒をなす壁面である場合について説明したが、例えば先端支持部１２が円筒の一部をなす壁面であってもよい。図７（ａ）〜（ｂ）は、積層コア３０と変形例に係る先端支持部の上面図である。
図７（ａ）に示される変形例では先端支持部７２ａは積層コア３０を３点支持する。さらに先端支持部７２ａは、積層コア３０の中心軸から見た角度を３等分する３つの突極に対応した位置に設けられる。
図７（ｂ）に示される変形例では先端支持部７２ｂは積層コア３０を４点支持する。さらに先端支持部７２ｂは、積層コア３０の中心軸から見た角度を４等分する４つの突極に対応した位置に設けられる。
より一般化すると変形例に係るブラシレスモータでは、ｎを３以上の自然数であって３６０の約数、ｍをｎの約数であって３以上の自然数として、積層コアはｎ本の突極を含み、先端支持部は積層コアの中心軸から見た角度をｍ等分するｍ個の突極に対応した位置に設けられ、積層コアをｍ点支持する。この場合、モータベースがより軽量化され、ブラシレスモータ全体の軽量化に寄与する。

実施の形態では軸受け５２がモータベース１０に固定され、シャフト２２がその軸受け５２に対して回転する場合について説明したが、例えばシャフトがモータベースに固定され、軸受けがハブと共にシャフトに対して回転するようなシャフト固定型であってもよい。

実施の形態ではコアは積層コアである場合について説明したが、コアは積層コアでなくてもよい。

以上、実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。

第１の実施の形態に係るブラシレスモータを搭載したハードディスクドライブの分解斜視図である。 図１のブラシレスモータの断面図である。 モータベースに積層コアが取り付けられた状態を示す上面図である。 図２の先端支持部および円環支持部周辺の拡大図である。 第２の実施の形態に係るブラシレスモータの断面図である。 図６（ａ）〜（ｄ）は、先端支持部の変形例を示すモータベースの断面図である。 図７（ａ）〜（ｂ）は、積層コアと変形例に係る先端支持部の上面図である。

符号の説明

１０ モータベース、 １２ 先端支持部、 １４ 円環支持部、 ２０ ロータ、 ２４ 円環状ヨーク、 ２５ 円環状マグネット、 ３０ 積層コア、 ４０ コイル、 ５０ 軸受けユニット、 １００ ブラシレスモータ、 １１０ 磁気記録ディスク、 １２０ ベースプレート、 １３０ 上蓋、 １４０ 制御基板、 ２００ ハードディスクドライブ。

Claims (5)

1. 円環部とそこから半径方向に伸びる複数の突極を含むコアと、
   前記複数の突極のうちの少なくともひとつの突極に巻き線されて形成されたコイルと、
   前記複数の突極と径方向に対向し、周方向に複数の駆動用着磁が施されたマグネットと、
   ロータに設けられ、前記マグネットを保持するロータヨークと、
   前記ロータを回転自在に支承する軸受けユニットと、
   前記軸受けユニットを保持するベース部材と、を備え、
   前記ベース部材は、
   前記複数の突極の先端部を固定して支持する先端支持部と、
   前記円環部を固定する円環支持部とを含み、
   前記先端支持部と前記円環支持部との間で、前記ベース部材と前記コアとにクリアランスを設けられ、
   前記先端支持部は、円筒またはその一部をなす壁面であり、当該壁面の前記コア側の面には前記複数の先端部が着座することにより、前記コアを半径方向に位置決めする台座が形成されたことを特徴とするモータ。
2. 前記先端支持部は、前記突極の端面と前記マグネットとの間の空間に伸びる侵入壁面を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記円環部と前記円環支持部との間には空隙があり、当該空隙に接着剤を注入して前記円環部と前記円環支持部とを固定することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記先端部は、前記接着剤よりも粘度の低い接着剤によって前記先端支持部に固定されていることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のモータを備えることを特徴とするディスク駆動装置。

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