JPH06105502A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化，軽量化を図りつつ、良好にシーリン
グを行う。 【構成】 コアレスコイル６４に通電方向を制御しつつ
電流を流すと、コアレスコイル６４の発生磁界とマグネ
ット６６による磁界とが作用してハブ５８が矢印ＦＡ方
向（又はその反対方向）に回転する。ベアリング５０か
らハードディスク２８までには、ステータ側とロータ側
との間に矢印ＦＢで示すパスが形成されており、そのギ
ャップＧ１〜Ｇ５は、０．０５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲
内で設定される。これにより、ギャップ部分がベアリン
グ５０からハードディスク２８に至るラビリンスシール
としても兼用され、磁性流体シールを用いることなくダ
ストやグリスに対して良好なシーリングを行うことがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレスモータにか
かり、特に、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などに使用さ
れるスピンドルモータに好適なベアリング部分のシーリ
ングの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＨＤＤを駆動する従来のスピンドルモー
タとしては、例えば図１０に示すインハブタイプのブラ
シレスモータがある。同図は、回転中心に沿った断面の
右半分を示すものである。この図において、シャフト１
０には、ベアリング１２，１４を介して円筒状のハブ１
６が回転自在に取り付けられている。シャフト１０は、
下方でモータベース１８に一体成形されており、このモ
ータベース１８がＨＤＤのシャーシ（図示せず）に固定
されている。ハブ１６の下方内側では、シャフト１０に
コア付きのコイル２０が設けられており、これに対向す
るようにマグネット２２がハブ１６の内周面に取り付け
られている。

【０００３】ハブ１６の下側外周にはディスクホルダ２
４が形成されており、このディスクホルダ２４とクラン
パ２６との間にハードディスク２８が狭持されている。
そして、上部のハードディスク２８は、ハブ１６の上面
にねじ止めされたクランパ３０によって固定されてい
る。ハードディスク２８に対するアクセスは、ヘッド３
２によってその両面に行われるようになっている。

【０００４】また、シャフト１０の上部にはスリーブ３
４が設けられており、このスリーブ３４に対向するよう
に、マグネット３６がハブ１６側に設けられている。そ
して、スリーブ３４とマグネット３６の間に磁性流体３
８が満たされており、これによってベアリング１２，１
４に対するオイルシールが行われている。

【０００５】コイル２０に通電方向を制御しつつ電流を
流すと、コイル２０の発生磁界とマグネット２２による
磁界とが作用してハブ１６は矢印ＦＡ方向（又はその反
対方向）に回転するようになる。これにより、ヘッド３
２に対してハードディスク２８が回転することになる。
ヘッド３２は、同図の左右方向に移動して所望のトラッ
クにアクセスする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来技術には次のような不都合がある。 （１）ブラシレスモータでは、ベアリング１２，１４や
コイル２０などの部分からダストやグリスが飛散する。
これらは、０．１〜０．３μｍ程度の微小なものでもコ
ンタミネーションが低下してＨＤＤのコンタクトスター
ト・ストップに悪影響を与える。このため、前記実施例
では、磁性流体３８を用いてダストやグリスに対するシ
ーリングが行われている。ところが、この磁性流体は一
般に高価であり、コスト的に好ましくない。

【０００７】（２）図１０に示すように、モータベース
１８より下側の領域ＥＡはＨＤＤのクリーンルーム外と
なっているが、上側の領域ＥＢはクリーンルーム内とな
っている。このため、コイル２０とマグネット２２との
隙間からクリーンルーム内にダストやグリスが放出され
ることになり、シーリングの不十分による悪影響が生ず
る。

【０００８】（３）特に、最近では、ノートブック型の
パーソナルコンピュータに搭載されるＨＤＤのように小
型化，軽量化の方向にあり、スピンドルモータも必然的
に小型化，軽量化が要求されるに至っている。従って、
部品点数の増大を招くことなく良好なシーリングを行わ
なければならない。 本発明は、これらの点に着目したもので、小型化，軽量
化を図りつつ、良好にシーリングを行うことができるコ
スト的にも有利なブラシレスモータを提供することを、
その目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、モータベース
とこれに立設されたシャフトによって回転軸方向の断面
が略Ｌ字状のステータ部を構成し、ベアリングホルダと
ハブとによって回転軸方向の断面が略コ字状のロータ部
を構成し、前記ロータ部に設けられたマグネットによる
磁界と、前記ステータ部に設けられたコイルによる磁界
とを作用させて、前記ハブに固定されたディスク媒体を
回転駆動するブラシレスモータにおいて、前記シャフト
の頂部にベアリングを覆うカバーを設けるとともに、前
記コイルをコアレスコイルで構成し、このコイルと前記
ロータ側とのギャップ及びこのギャップに連通する前記
ステータ部とロータ部とのギャップを、各部の寸法形状
により調整してラビリンスシールと兼用したことを特徴
とする。本発明の主要な態様によれば、前記ギャップ
は、０．０５乃至０．８ｍｍの範囲内で設定される。

【００１０】

【作用】本発明によれば、ベアリングの一方にはカバー
が設けられ、他方には、各構成部品により複雑なラビリ
ンスシールがステータ側とロータ側の間に形成される。
これによって、磁性流体シールを用いることなく、ベア
リングのグリスやダストのシーリングを行うことができ
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明によるブラシレスモータの実施
例について、添付図面を参照しながら説明する。なお、
上述した従来例と同様の構成部分又は従来例と対応する
構成部分については、同一の符号を用いる。

【００１２】＜第１実施例＞最初に、図１乃至図７を参
照しながら、本発明の第１実施例について説明する。図
１は、本実施例にかかるブラシレスモータの回転軸に沿
った断面の右半分を示す一部省略した図である。同図に
おいて、シャフト１０には、ベアリング５０，５２を介
して円筒状のベアリングホルダ５４が回転自在に取り付
けられている。シャフト１０は、下方でモータベース１
８に連続して一体となっており、このモータベース１８
がＨＤＤのシャーシ（図示せず）に固定されている。ベ
アリングホルダ５４の内側には、ベアリング５０，５２
の間にコイルスプリング（予圧スプリング）５６が設け
られている。

【００１３】次に、ベアリングホルダ５４は、断面略Ｌ
字状のハブ５８に連続して一体となっている。そして、
このハブ５８の下側外周にはディスクホルダ６０が形成
されており、ハブ上方からハードディスク２８がはめ込
まれている。ハードディスク２８は、その内周側がディ
スクホルダ６０に接しており、更にクランパ２６がハブ
５８にはめ込まれてハードディスク２８が狭持されてい
る。２枚目のハードディスク２８は、クランパ２６，３
０によって狭持されている。ハードディスク２８に対す
るアクセスは、ヘッド３２によってその両面に行われる
ようになっている。

【００１４】次に、モータベース１８の底部であってベ
アリングホルダ５４側には、コイルホルダ６２に立設さ
れたコアレスコイル６４が適宜のクリアランスをもって
設けられている。また、ハブ５８の内側には、コアレス
コイル６４と適宜のクリアランスをもってマグネット６
６が対向配置されている。具体的には、図７に主要部を
拡大して示すように、各部のギャップＧ１〜Ｇ５が、
０．０５〜０．８ｍｍ程度となるように寸法形状や配置
が設定されている。なお、Ｇ１はベアリングホルダ５４
とコアレスコイル６２とのギャップ，Ｇ２はハブ５８と
コアレスコイル６４の頂部とのギャップ，Ｇ３はコアレ
スコイル６４とマグネット６６とのギャップ，Ｇ４はモ
ータベース１８とハブ５８の底部とのギャップ，Ｇ５は
モータベース１８とハブ５８の外周側とのギャップであ
る。

【００１５】これらのギャップＧ１〜Ｇ５の大きさは、
機械的な寸法や精度よって制約され、３．５インチ，
２．５インチ，１．８インチなどのハードディスクサイ
ズに応じて設定される。好ましくは、上述した０．０５
〜０．８ｍｍの範囲とする。なお、すべてのギャップが
同一寸法である必要はない。これらのギャップＧ１〜Ｇ
５をあまり狭くすることは、各部品の公差を厳しくする
ことになり、組立精度も厳しくなってコストアップにつ
ながる。また、逆にギャップＧ１〜Ｇ５をあまり広くす
ると、マグネット６６のパーミアンス係数が下がり、有
効磁束が減少して性能が低下することになる。このよう
なコアレスコイル６４は、モータベース１８を介して駆
動回路が形成されているフレキシブルプリント基板（図
示せず）に接続されている。

【００１６】次に、ベアリング５２はピース６８によっ
て押さえられており、更にその上方には、トップカバー
７０が接着などの方法で設けられている。このトップカ
バー７０によってシャフト１０とベアリング５２の全体
がカバーされており、図１０に示した磁性流体の代わっ
てシーリングが行われている。

【００１７】次に、コアレスコイル６４について、図２
乃至図６を参照しながら説明する。図２には、コアレス
コイル６４の平面形状が示されており、左半分は断面が
示されている。同図において、コアレスコイル６４は、
円筒状のＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）６４Ａの
内外各側面に、複数のコイル片６４Ｂが貼り付けられた
構成となっている。ＦＰＣ６４Ａ内には、スター，デル
タなどの所要の配線パターンが行われており、コイル片
６４Ｂの端末（巻始め及び巻終わり）との接続点は、ス
ルーホールランド６４Ｃとして形成されている。すなわ
ち、ＦＰＣ６４Ａの表裏両面に導体が露出して、表裏い
ずれからも接続可能となっている。

【００１８】このようなコアレスコイル６４の構成を更
に詳細に説明すると、最初に図３に示すようなＦＰＣ６
４Ａが用意される。このＦＰＣ６４Ａには、スター，デ
ルタなどの所要の結線に対応する配線パターンが形成さ
れており（図示せず）、それらがスルーホールランド６
４Ｃに接続されている。スルーホールランド６４Ｃは、
コイル片６４Ｂの配置を勘案した位置に設けられてい
る。例えば、モータのマグネットが８極，コイル片を６
とし、３相駆動する場合は、マグネットは電気角で２π
／８に着磁され、コイル片１４は電気角で２π／６の間
隔となるような位置関係である。また、端部６４Ｄ，６
４Ｅには、中央部分のものの半分の大きさのスルーホー
ルランド６４Ｆ，６４Ｇが各々２つずつ形成されてい
る。また、ＦＰＣ６４Ａの下側には、駆動回路（図示せ
ず）との接続用のリード部６４Ｈが形成されている。

【００１９】このようなＦＰＣ６４Ａに対して、コイル
片６４Ｂを、ダスト発生のない両面テープ，フロン及び
アロコールなどに対して耐液性を有する両面テープ，あ
るいは接着剤などを用いて取り付けてゆく（図３矢印Ｆ
１参照）。そして、各コイル片６４Ｂの端末は、該当す
るスルーホールランド６４Ｃ，６４Ｆ，又は６４Ｇにハ
ンダ付けして固定される。図４には、この様子が示され
ている。また、同図の＃５−＃５線に沿った断面の一部
は、図５に示すようになる。この図のように、スルーホ
ールランド６４Ｃ，６４Ｆ，６４Ｇは、ＦＰＣ６４Ａの
表裏で電気的に共通している。このため、コイル片６４
Ｂは、結果的にＦＰＣ６４Ａを挟んで表裏に位置するも
の同士が並列に接続されることになる。また、ＦＰＣ６
４Ａを挟んで対向するコイル片６４Ｂは、ほぼ同一の巻
数及び抵抗値に設定され、従来であれば１つのコイル片
として構成されたものを２つに分割し、従来の厚さΔｔ
に対してΔｔ／２の厚さのコイル片として形成されてい
る。

【００２０】このようにして得られたＦＰＣ６４Ａに対
し、各コイル片６４ＢにＲ成形を施すとともに、ＦＰＣ
６４Ａを図４の矢印Ｆ２で示すように湾曲して端部６４
Ｄ，６４Ｅを接続すると、図２に示したコアレスコイル
６４が得られる。図６には、ＦＰＣ６４Ａの接続部分が
拡大して示されている。この図は、図２の矢印Ｆ３から
見たもので、スルーホールランド６４Ｆ，６４Ｇはハン
ダ付けによって結合される。すなわち、ＦＰＣ６４Ａの
端部６４Ｄ，６４Ｅは、コイル片６４Ｂで挟まれるとと
もに、スルーホールランド６４Ｆ，６４Ｇによって２箇
所で結合して、図２に示すような円筒状のコアレスコイ
ル６４が形成される。

【００２１】次に、本実施例では、マグネット６６とし
て、例えばＳｍＣｏ，Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂなどの非常に良好
な磁気特性を有する材料が使用されている。本実施例で
は、コアレスコイル６４を用いているためにエアギャッ
プが従来のコア付きモータよりもコイル厚さ分だけ大き
くなり、モータのトルクに与える磁束が減少する。そこ
で、特性のよい磁性材料を用いることで、かかる磁束の
減少を防止するように工夫している。

【００２２】次に、以上のような実施例の作用について
説明する。コアレスコイル６４に通電方向を制御しつつ
電流を流すと、コアレスコイル６４の発生磁界とマグネ
ット６６による磁界とが作用してハブ５８は矢印ＦＡ又
はその反対方向（図１参照）に回転するようになる。こ
れにより、ヘッド３２に対してハードディスク２８が回
転することになる。ヘッド３２は、図１の左右方向に移
動して所望のトラックにアクセスする。

【００２３】ところで、この場合において、本実施例で
は、上述したようにコアレスコイル６４よりも外側にマ
グネット６６を配置するとともに、ベアリングホルダ５
４とハブ５８とを一体成形している。すなわち、マグネ
ット６６のバックヨークとハブ５８とが兼用されてお
り、また、磁路形成のための内側のヨークとベアリング
ホルダ５４とが兼用されているので、ハブ５８内部のス
ペースは非常に有効に活用されている。従って、小型
化，軽量化に好適である。

【００２４】次に、本実施例では、コアレスコイル６４
が用いられている。このため、コアの存在に起因して生
ずる鉄損やコギングトルクの発生がなく、インダクタン
スも減少する。従って、高速回転に伴う消費電流の増大
も抑制されて、有効トルクの増大による効率的な駆動が
可能となり、高速度化に好適となる。また、振動や騒音
も低減される。

【００２５】ところで、本実施例では、ベアリング５
０，５２の上部にはトップカバー７０が設けられてい
る。このため、上部からのベアリンググリスやダストの
飛散は、トップカバー７０によって良好に防止される。
また、ベアリングホルダ５４とハブ５８を一体形成する
とともにコアレスコイル６４を用いた結果、図７に矢印
ＦＢで示すパスがロータ側とステータ側との間に形成さ
れている。ベアリング５０，５２の下部は、このパスを
通じてクリーンルーム側に連通している。また、ロータ
側とステータ側とのギャップＧ１〜Ｇ５は、上述したよ
うに各々０．０５〜０．８ｍｍの範囲内となるように管
理されている。

【００２６】このため、矢印ＦＢで示すパスの部分がラ
ビリンス（迷路）シールとして作用するようになり、こ
れによってグリスやダストの飛散が良好に防止される。
また、コアレスコイル６４の高さ方向に沿った長いギャ
ップＧ１，Ｇ３は、トルク性能の向上のために特に高い
精度で管理されている。このため、この部分におけるシ
ール効果は非常に良好となり、エアギャップが良好にラ
ビリンスシールとして作用する。

【００２７】このように、本実施例によれば、次のよう
な効果がある。 （１）ベアリング部の一方をトップカバー７０で覆うと
ともに、他方については、ベアリングホルダ５４とハブ
５８による回転軸方向の断面が略コ字状の内部にコアレ
スコイル６４を配置したことによって、限られたスペー
スの中に強力なラビリンスシールがギャップと兼用して
形成されている。このため、磁性流体シールを用いるこ
となくグリスやダストなどの飛散防止を良好に行うこと
ができる。

【００２８】（２）マグネット６６のバックヨークとハ
ブ５８とが兼用されており、また、磁路形成のための内
側のヨークとベアリングホルダ５４とが兼用されている
ので、ハブ５８内部のスペースは非常に有効に活用され
ている。従って、小型化，軽量化に好適である。 （３）コアレスコイル６４が用いられているため、コア
の存在に起因して生ずる鉄損やコギングトルクの発生が
なく、インダクタンスも減少する。従って、高速回転に
伴う消費電流の増大も抑制されて、有効トルクの増大に
よる効率的な駆動が可能となり、高速度化に好適とな
る。また、振動や騒音も低減される。 （４）コアレスコイルが、必要な配線を施した円筒状の
ＦＰＣに必要数のコイル片が取り付けられた構造となっ
ているので、簡便に成形，組み立てを行うことができ
る。

【００２９】＜第２実施例＞次に、図８及び図９を参照
しながら、本発明の第２実施例について説明する。この
実施例は、前記第１実施例の効率を更に高めたものであ
る。図８に示すように、コアレスコイル８０はハブ８２
の上方の凹部８４に延長して設けられており、コアレス
コイル８０のうちのマグネット６６の磁束と鎖交しない
部分が凹部８４内に設けられている。このため、コアレ
スコイル８０は、前記実施例と比較して、磁束を切る部
分が全体として長くなっている。

【００３０】従って、マグネット６６の磁束は、図９に
ΔＢで示す部分でコアレスコイル８０のコイル片８０Ａ
を切るようになって、結果的に鎖交磁束数が増大する。
これにより、同一電流でトルクが増加し、ハブ内のスペ
ースを有効に活用して効率の向上を図ることができる。
また、この実施例によれば、限られたスペースが更に有
効に活用され、磁束鎖交の効率化とともに、ベアリング
５０，５２からクリーンルームに至るパスがより長くな
る。特に、最もシール効果の高いギャップＧ１，Ｇ３
（図７参照）の部分が長くなり、ラビリンスシールの効
果は更に向上する。

【００３１】＜他の実施例＞なお、本発明は、何ら上記
実施例に限定されるものではなく、例えば次のようなも
のも含まれる。 （１）前記実施例では、８極，６コイルの場合を示した
が、マグネットの極数やコアレスコイルのコイル数など
は必要に応じて適宜設定してよい。 （２）駆動するハードディスクの枚数なども任意であ
り、光ディスクなどの他のディスク媒体にも適用可能で
ある。 （３）前記実施例では、コアレスコイルとしてＦＰＣに
コイル片を取り付けたものを用いたが、従来のモールド
型のコアレスコイルを用いることを妨げるものではな
い。

【００３２】（４）各部の材料なども、必要に応じて適
宜選択してよい。例えば、ベアリングホルダにバックヨ
ークを設けるとともに、ハブに磁路形成のためのヨーク
を設け、これらのヨーク部材として高透磁率のケイ素鋼
板などを用いることによって、ベアリングホルダ及びハ
ブの材質をアルミなどの軽合金で形成することも可能で
なる。 （５）その他、同様の作用を奏するように種々設計変更
が可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるブラ
シレスモータによれば、ベアリング部の一方をカバーで
覆うとともに、ロータ側とステータ側とのギャップを調
整してベアリング部の他方に対するラビリンスシールと
兼用することとしたので、磁性流体シールを必要とする
ことなく、小型化，軽量化を図りつつ、良好にシーリン
グを行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるブラシレスモータの第１実施例を
示す主要部の構成図である。

【図２】前記実施例のコアレスコイル部分を取り出して
示す説明図である。

【図３】前記第１実施例のコアレスコイルの組み立て状
態を示す斜視図である。

【図４】前記第１実施例のコアレスコイルの組み立て状
態を示す斜視図である。

【図５】図４の＃５−＃５線に沿った断面の一部を示す
説明図である。

【図６】図２の矢印Ｆ３方向からみたコアレスコイルの
一部を示す説明図である。

【図７】前記第１実施例の作用を示す説明図である。

【図８】本発明の第２実施例を示す主要部の構成図であ
る。

【図９】前記第２実施例の作用を示す説明図である。

【図１０】従来のブラシレスモータを示す主要部の構成
図である。

【符号の説明】

１０…シャフト、１８…モータベース、２６，３０…ク
ランパ、２８…ハードディスク、３２…ヘッド、５０，
５２…ベアリング、５４…ベアリングホルダ、５６…コ
イルスプリング、５８，８２…ハブ、６０…ディスクホ
ルダ、６２…コイルホルダ、６４，８０…コアレスコイ
ル、６４Ａ…ＦＰＣ、６４Ｂ，８０Ａ…コイル片、６４
Ｃ…スルーホールランド、６４Ｄ，６４Ｅ…端部、６４
Ｆ，６４Ｇ…ランド部、６４Ｈ…リード部、６６…マグ
ネット、８４…凹部、Ｇ１〜Ｇ５…ギャップ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータベースとこれに立設されたシャフ
   トによって回転軸方向の断面が略Ｌ字状のステータ部を
   構成し、ベアリングホルダとハブとによって回転軸方向
   の断面が略コ字状のロータ部を構成し、前記ロータ部に
   設けられたマグネットによる磁界と、前記ステータ部に
   設けられたコイルによる磁界とを作用させて、前記ハブ
   に固定されたディスク媒体を回転駆動するブラシレスモ
   ータにおいて、前記シャフトの頂部にベアリングを覆う
   カバーを設けるとともに、前記コイルをコアレスコイル
   で構成し、このコイルと前記ロータ側とのギャップ及び
   このギャップに連通する前記ステータ部とロータ部との
   ギャップを各部の寸法形状により調整して、ラビリンス
   シールと兼用したことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のブラシレスモータにおい
   て、前記ギャップを、０．０５乃至０．８ｍｍの範囲内
   で設定したことを特徴とするブラシレスモータ。