JPH0433550A

JPH0433550A - モータ

Info

Publication number: JPH0433550A
Application number: JP13896690A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Yashiro; 八代　洋和
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1990-05-28
Filing date: 1990-05-28
Publication date: 1992-02-04
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JP2826172B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はモータに関し、特に気体軸受は構造を有するモ
ータに関する。

［従来の技術］従来、モータには、回転体を軸受けによって回転可能に
支持すると共に、回転体に備えられた界磁マグネットと
、モータの固定側に設けられた電機子コイルとの磁気的
相互作用に基づき、回転体を回転駆動するブラシレスタ
イプのモータが各種知られている。

［発明が解決しようとする課題］昨今では、上記ブラシレスタイプのモータが高速回転に
有利であるという特徴を更に生かすべく、回転体の支持
構造として気体軸受は構造を採用することが注目されて
いる。

そこで、本発明者らは、内部に界磁マグネットを備えた
円柱状の回転体をそれに対応して円筒状に形成された軸
受け（スリーブ）によって回転可能に支持し、動圧又は
静圧にて回転体とスリーブとの間のクリアランスに圧力
気体膜を形成することにより、回転体を非接触にてラジ
アル支持するスピンドルモータを提案している。このモ
ータにおいては、スリーブと回転体との間の接触摺動性
を良くするため、スリーブと回転体の外周部とを炭化珪
素焼結桐材で形成すると共に、電機子コイルをスリーブ
の外周面上に配設している。

ところが、前記電機子コイルへの通電制御に基づき回転
体が回転駆動されても、コイルへの通電量に見合うだけ
の回転出力が得られないという問題が生じている。特に
、この問題はモータが小型化するほど顕著になる傾向に
あり、気体軸受は構造を有するモータを実用化する上で
解決すべき重要な課題となっている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、その目的は、通電エネルギーを効率的に回転体の運動
エネルギーに変換して、回転体を高速回転させることが
できるモータを提供することにある。

１課題を解決するための手段及び作用コ本発明者らは上
記現象について鋭意研究を重ねた結果、電機子コイルへ
の通電制御によって形成される磁界が炭化珪素製スリー
ブを貫くことにより、スリーブに誘導電流が生じてスリ
ーブが発熱し、電機子コイルからの磁気エネルギーが熱
エネルギーとして浪費されていることを見出した。

そこで、前記課題を解決するために本発明は、界磁マク
゛ネットを備えると共に、一軸線の周りに回転可能な回
転体と、比誘電率が１０以下のセラミックス材料によっ
て形成され、かつ前記回転体を回転可能に支持する軸受
けと、前記回転体と軸受けとのクリアランスに圧力気体
膜を形成する手段と、前記軸受けを挟んで前記回転体と
対向配置され、前記回転体を駆動する電機子コイルとを
備えている。

本発明によれば、軸受けは比誘電率が１０以下のセラミ
ックス材料によって形成されているため、電機子コイル
からの磁界の作用を受けても、過大な誘導電流を生じる
ことがなく、磁気エネルギーが浪費されない。従って、
磁気エネルギーの大半が回転体の運動エネルギーに変換
され、回転体が効率的に回転駆動される。そして、圧力
気体膜を形成する手段によって回転体と軸受けとの間の
クリアランスに圧力気体膜が形成され、回転体が軸受け
に対し非接触状態を保持して高速回転される。

前記比誘電率が１０以下のセラミックス材料としては、
アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、ザイアロン等があげ
られ、これらから選択されるいずれか少なくとも一種が
使用されることが好ましい。

これらは少なくとも炭化珪素（比誘電率４０）に比較し
、誘導電流の発生量が少なく、電機子コイルからの磁気
エネルギーを浪費しない。更に、これらセラミックス材
料は耐磨耗性に優れており、回転体が起動して十分な圧
力気体膜が形成されるまでの間に、回転体と軸受けとが
接触摺動することに刻する軸受けの耐久性が高められる
。

前記圧力気体膜を形成する手段は、軸受けに形成され、
前記クリアランスに圧力気体を導入可能な気体導入孔で
あることが好ましい。

この構成によれは、気体導入孔から回転体と軸受けとの
間のクリアランスに圧ツＪ気体が導入されて、両者間に
圧力気体膜が形成され、回転体が軸受けに対し非接触状
態を保持して高速回転される。

また、前記圧力気体膜を形成する手段は、回転体の周面
又はそれと対向する軸受けの周面の何れか一方に形成さ
れた動圧溝であってもよい。

この構成によれば、回転体の回転に伴う動圧溝の作用に
基づき、回転体と軸受けとの間のクリアランスに圧力気
体膜が形成され、回転体が軸受けに対し非接触状態を保
持して高速回転される。

また、本発明のモータは、軸受けとしてのスリ−フの直
径が５０ｍｍ以下、スリーブの厚さが３ｍｍ以下である
ことが有効である。

前記スリーブの厚さが３ｍｍ以下であることが有効であ
る理由は、本発明のモータの電機子コイルによる駆動力
あるところの磁界は、前記スリーブを貫いているため、
スリーブの厚さが３ｍｍよりも厚いと電機子コイルと回
転体の界磁マグネットとの間隔が極めて大きくなり、モ
ータの効率が著しく低下するからである。

一方、前記スリーブの直径が５０ｍ、ｍ以下であること
が有効である理由は、スリーブの厚さが３ｍｍ以下であ
る場合にスリーブの直径が５０ｍｍより大きいと、スリ
ーブ自体の強度の面から実質的に製造することが困難で
あるからである。

以下に、本発明をブラシレスタイプのスピンドルモータ
に具体化した実施例１及び２を図面に従って説明する。

［実施例１コ第１図に示すように、ケーシング１の内側両端部には、
環状の取付は部材３，５がそれぞれ装着されている。こ
れら取付は部材３，５の各外方には、中央部に挿通孔２
ａ、４ａがそれぞれ透設された第１閉塞板２及び第２閉
塞板４が、複数のネジ６によってそれぞれ固着され、両
開塞板２，４によってケーシング１の両端部が閉塞され
ている。

そして、ケーシング１内において両開塞板２，４にて閉
塞された領域には、モータ室７が形成されている。

また、第１及び第２閉塞板２，４のそれぞれに設けられ
、モータ室７内に面した段部２ｂ、４ｂには、炭化珪素
焼結材料によって円盤状に形成された固定板９，１０が
それぞれ嵌着されており、各固定板９．ＩＯの中央部に
はそれぞれ挿通孔９ａ、ｌＯａが透設されている。

第１図に示すように、モータ室７内にはその長さ方向に
延びる動力伝達用のシャフト１２が収容され、その先端
は一方の固定板９の挿通孔９ａに遊挿されると共に、他
端は他方の固定板１０の挿通孔１０ａに遊挿されて外方
へ突出されている。

そして、このシャフト１２は、その外周面が各々の挿通
孔９ａ、１０ａの内周面とクリアランスＳ３を隔てて回
転可能に配置されている。

さて、前記シャフト１２の両端部周面上には、環状をな
すブツシュ１３がそれぞれ固定され、両ブツシュ１３間
には界磁マグネジ）・１４が保持されている。第２図に
示すように、界磁マグネット１４は前記シャフト■２の
周囲において、４個の永久磁石片１５を互いに隣接する
磁極が異極となるように円環状に交互に配置して構成さ
れている。

また、第１，３図に示すように、前記各ブツシュ１３の
対向部外用においてそれぞれ、環状に切欠き形成された
両段部１６間には、炭化珪素焼結材料によって形成され
た筒状カバー１７が嵌め込まれ、これにより前記界磁マ
グネット１４の外周面が包囲されている。

前記両ブツシュ１３の各外側面には、前記両回定板９，
１０と対向配置されると共に、炭化珪素焼結材料によっ
て円盤状に形成された規制板２１゜２２がそれぞれ固着
されている。第１．３図に示すように、これら規制板２
１．２２の対向面上には複数の動圧溝２０がそれぞれ螺
旋状に形成されている。

そして、シャフトＩ２と共に両規制板２１，２２がＰ方
向（第３図参照）に回転されることにより、これら動圧
溝２０の作用に基づき、前記固定板９及び規制板２１間
、並びに固定板ＩＯ及び規制板２２間に空気が導入され
て圧力気体膜が形成され、各々はそれぞれクリアランス
Ｓｚ　　（実寸的５μｍ）を隔てて離間される。これに
より、シャフト１２のスラスト方向の移動が規制される
。尚、シャフト１２に対し、ブツシュ１３、界磁マグネ
ット■４、筒状カバー１７及び規制板２１．２２を一体
的に固定することにより、回転体Ｒが構成されている。

一方、第１図に示すように、前記両取付は部材３．５間
には前記回転体Ｒを包囲するように、アルミナ焼結材料
によって筒状に形成された軸受けとしてのスリーブ２３
が保持されている。そして、前記筒状カバー１７の外周
面と対向配置されるスリーブ２３の内周面は、接触摺動
性に優れた周面に加工されている。

また、第１，３図に示すように、筒状カバー１７の外周
面上には複数の動圧溝１８が形成されており、回転体Ｒ
がＰ方向（第３図参照）に回転されることにより、これ
ら動圧溝１８の作用に基づき、筒状カバー１７とスリー
ブ２３との間に空気が導入されて圧力気体膜が形成され
る。そして、両者１７．２３はクリアランスＳ２　（実
寸３μｍ）を隔てて離間されると共に、シャフト１２の
各端部においてその外周面が前記両国定板９，１０の挿
通孔９ａ、１０ａの内周面からクリアランスＳ３を隔て
た位置に浮上保持されて、シャツ１−１２のラジアル方
向の移動が規制される。

第１，２図に示すように、前記ケーシング１の内周面上
には円筒状のヨークＹが設けられ、また、前記スリーブ
２３の外周面上にはその円周方向に沿って電機子コイル
２４が配設されている。そして、第３図に示すように、
スリーブ２３上に複数個設けられた各ホール素子２５が
永久磁石片１５の磁極を検出し、それに基づいて各電磁
コイル２４に流される電流が制御されることにより、前
記界磁マグネット１４との相互作用に基づき、回転体Ｒ
が前記Ｐ方向に回転される。

さて、上述のように構成されたスピンドルモータにおい
て、各ホール素子２５による永久磁石片１５の磁極の検
出に基づいて、各電機子コイル２４への通電制御が開始
されると、回転体Ｒが前記Ｐ方向へ回転される。すると
、規制板２１．２２の各動圧溝２０、及び筒状カバー１
７の各動圧溝１８の作用により、回転体Ｒのラジアル方
向及びスラスト方向にそれぞれ空気軸受けが形成され、
回転体Ｒがモータ内の各部材と非接触状態を保持して回
転される。

また、回転体Ｒの界磁マグネットＩ４と各電機子コイル
２４との間に介在されるスリーブ２３は、比誘電率が１
０と比較的低いアルミナ焼結材料によって形成されいる
ため、各電機子コイル２４によって形成される磁界の作
用によって誘導電流を生じ難い。そのため、スリーブ２
３が発熱することがなく、各電機子コイル２４からの磁
気エネルキーが熱エネルギーに変換されて浪費されない
ため、回転体Ｒが効率的に回転される。

本実施例のスピンドルモータは、ケーシング１の径が２
２ｍｍと比較的小型のものであり、スラスト負荷容量が
３００ｇ、ラジアル負荷容量が２０００ｇで、使用回転
数は２０００〜４０００Ｏｒｐｍと広範囲にわたる。

尚、本実施例において、筒状カバー１７の外周面に動圧
溝１８を形成する代わりにスリーブ２３の内周面に動圧
溝を形成してもよい。

［実施例２］前記実施例１においては動圧軸受は構造のモータに具体
化したが、静圧軸受は構造のモータに具体化してもよい
。

即ち、第４図に示すように、第１閉塞板２に複数のエア
流入孔２６（一つのみ図示）を設け、これらに接続した
外部のブロア（図示せず）からモータ室７内に圧力空気
を送り込むようにする。そして、アルミナ焼結材料によ
って筒状に形成された軸受けとしてのスリーブ２３に、
多数の気体導入孔２７を設け、この気体導入孔２７から
回転体Ｒとスリーブ２３との間のクリアランスに前記圧
力空気を導入するようにしてもよい。

尚、このモータにおいては、両ブツシュ１３の外側に設
けられた環状マグネット２８と、これら環状マグネット
２８に対向してそれぞれ第１及び第２閉塞板２，４に設
けられた各環状マグネット２９とからなる磁気軸受けに
よって、回転体Ｒのスラスト方向への移動が規制されて
いる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、通電エネルギーを
効率的に回転体の運動エネルギーに変換して、回転体を
高速回転させることができるという優れた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明を具体化した実施例１を示し、第１
図は正断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３
図は要部分解斜視図、第４図は実施例２の正断面図であ
る。１４・・・界磁マグネット、１８・・・圧力気体膜を形
成する手段としての動圧溝、２３・・・軸受けとしての
スリーブ、２４・・・電機子コイル、２７・・・圧力気
体膜を形成する手段としての気体導入孔、Ｒ・・・回転
体。特許出願人　　イビデン　株式会社

Claims

【特許請求の範囲】１　界磁マグネット（１４）を備えると共に、一軸線の
周りに回転可能な回転体（Ｒ）と、比誘電率が１０以下
のセラミックス材料によって形成され、かつ前記回転体
（Ｒ）を回転可能に支持する軸受け（２３）と、前記回転体（Ｒ）と軸受け（２３）とのクリアランスに
圧力気体膜を形成する手段（１８、２７）と、前記軸受け（２３）を挟んで前記回転体（Ｒ）と対向配
置され、前記回転体（Ｒ）を駆動する電機子コイル（２
４）とを備えたことを特徴とするモータ。２　前記比誘電率が１０以下のセラミックス材料は、ア
ルミナ、ジルコニア、窒化珪素、サイアロンから選択さ
れる何れか少なくとも一種であることを特徴とする請求
項１に記載のモータ。３　前記圧力気体膜を形成する手段は、前記軸受け（２
３）に形成され、前記クリアランスに圧力気体を導入可
能な気体導入孔（２７）であることを特徴とする請求項
１又は２に記載のモータ。４　前記圧力気体膜を形成する手段は、前記回転体（Ｒ
）の周面又はそれと対向する軸受け（２３）の周面の何
れか一方に形成された動圧溝（１８）であることを特徴
とする請求項１又は２に記載のモータ。