JPH10215590A - ディスク回転駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率高く安定した回転が得られるようにす
る。 【解決手段】 圧電体４を貼り付けたステータ２と、同
心円状の着磁パターンが形成された環状磁石１５が固定
されたロータ３と、ロータ３が回転するための回転軸１
７とを有し、ステータ２の環状磁石１５に対向する面に
環状磁石１５の磁極パターン１３，１４とは極性が反対
で同様な形状の着磁パターン７，８を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスクや磁
気シートあるいは光ディスクなどのディスク状の情報記
憶媒体を回転させるためのディスク回転駆動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気ディスクや磁気シートあるい
は光ディスクなどのディスク状の情報記憶媒体を回転さ
せるディスク回転駆動装置においては、電磁型のモータ
ーを使うのが一般的となっている。このような従来から
の電磁型モータとは別に最近いわゆる超音波モーターを
用いたディスク回転駆動装置が知られている。超音波モ
ーターは優れた起動特性と静音性とを有していることに
よって例えばスチルカメラのレンズ移動装置などに実用
化されてきている。そこで、ディスク回転駆動装置に超
音波モータを応用することにより、これらの優れた特性
によりディスク装置の性能向上や応用範囲の拡大などが
期待される。

【０００３】以下、進行波型超音波モータの構造と駆動
原理を簡単に説明する。

【０００４】まず、超音波モータの基本構造について図
８を参照して説明すると、この超音波モータはステータ
５０とロータ５１とを有し、ステータ５０の中心穴５２
にロータ５１に固定された回転軸５３が挿通される。ス
テータ５０は下面に一様な厚さで所要形状のパターンを
有する圧電体５４が張り付けられているとともに、上面
には回転軸挿通穴５２から所定の半径の円周上に沿って
ロータ５１側に向かう複数の突起５５が形成されてい
る。ロータ５１は下面周縁に沿ってステータ５０の前記
突起５５に対向した位置の円周上に沿う環状部５６を有
し、ロータ５１に固定された回転軸５３をステータ５０
の回転軸挿通穴５２に挿通させることでロータ５１とを
上下に重ね合わせた状態でロータ環状部５６がステータ
突起５５に相対向して圧接させられるようになってい
る。

【０００５】このような構造を有する超音波モータにお
いてステータ５０下面の圧電体５４の形成パターンは、
図９を参照して説明するように、回転軸挿通穴５２中心
に対してそれぞれが所定の中心角を有する扇型とされた
第１駆動電極５４ａと第２駆動電極５４ｂと第１センサ
電極５４ｃと第２センサ電極５４ｄとに分かれて形成さ
れており、第１駆動電極５４ａにξＡ＝ξ０ｃｏｓω
ｔ、第２駆動電極５４ｂにξＢ＝ξ０ｓｉｎωｔという
相対的に９０度位相がずれた正弦波電圧が印加されるこ
とにより、図１０を参照して説明するように圧電体５４
には白抜きの矢印で示すような曲げ振動の進行波が励起
される。こうしたステータ５０下面の圧電体５４の曲げ
振動の進行波によってステータ５０上面の突起５５の先
端は、ステータ５０下面の圧電体５４に励起された曲げ
振動の進行波により楕円運動を行い、これによって、ス
テータ５０の突起５５にその環状部５６が圧接されてい
るロータ５１は、ステータ５０との間の摩擦力により楕
円運動の頂点付近で黒抜き矢印方向に回転駆動されるこ
とになる。このようにしてロータ５１が回転駆動される
動作原理から明らかなように、進行波型超音波モータに
おいては、圧電体５４により励起された進行波の振幅が
大きいほどステータ５０の突起５５の先端部が描く楕円
の大きさが大きくなってロータ５１の回転速度が大きく
なってくることになる。そして、効率良く進行波の振幅
を大きくするには、圧電体５４に加えられる正弦波電圧
の周波数を、ステータ５０の共振周波数近傍にとるので
あるが、また、ステータ５０においてはその振動を抑制
する要因を可能な限り取り除くことが重要視されてい
る。

【０００６】超音波モータはこのような構造と動作原理
とを有しているのであるが、図１１で示すように特開平
６−１６９５８１号公報に記述されている超音波モータ
が知られている。なお、以下の説明で用いる符号は同公
報に記述のものとは異なる符号を付している。同公報に
おいて、ステータ６０はハウジング６１を介して固定台
６２にその中心部を固定されている。回転軸６３とロー
タ６４は鋼球６５により固定台６２に対して回転自在に
支持される。ロータ６４は圧着用バネ６６（圧縮バネ）
の復元力でライニング材６７を介してステータ６０に圧
接されている。圧電素子６８に駆動電圧を印加するとス
テータ６０に曲げ振動の進行波が発生し、突起６９の先
端部の楕円運動によりライニング材６７を介してロータ
６４を回転させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記同
公報のディスク回転駆動装置においては、ステータ６０
がハウジング６１を介して基板とかシャーシである固定
台６２に機械的に固定されているので、ステータ６０下
面の圧電素子６８が上述した原理で振動するのが妨げら
れてしまってモータの効率を悪くしているとともに、基
板とかシャーシといった固定台６２が変形などしたりす
るとステータ６０にはその変形に伴う応力が加えられる
ことによってその振動モードが変化させられ、結果とし
てロータ５４はその回転数が不安定にさせられたり、場
合によっては回転起動すらできなくなるといった課題の
あるものであった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のディスク回転駆
動装置においては、ステータ手段に磁極を配置し、ま
た、ロータ手段にもステータ手段との対向面に前記磁極
とは極性が逆の磁極を配置することで、ステータ手段を
ロータ手段側に互いの磁極によって吸引可能とし、これ
によってロータ手段とステータ手段とを圧接させてい
る。こうすることによって、ステータ手段はロータ手段
以外には物理的に接触しているものをなくすことができ
る結果となるが、ステータ手段が回転軸に対して移動し
てそれぞれの磁極の位置関係にずれが発生するとステー
タ手段中心をロータ手段の回転中心に引き戻そうする作
用力が発生する。そのため、ステータ手段の中心位置は
ロータ手段の回転中心に維持されることで、上述した課
題を解決できることとなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
一面側に圧電体をまた他面側に磁極を備えたステータ手
段と、このステータ手段との対向面に前記磁極とは極性
が逆の磁極を備えたロータ手段とを有し、ロータ手段を
それの中心挿通穴に挿通した回転軸に回転可能に保持し
てなり、ステータ手段をロータ手段側に互いの磁極によ
って吸引させることによりロータ手段とステータ手段と
を圧接させることを特徴とするディスク回転駆動装置で
あり、ステータ手段とロータ手段それぞれの磁極からの
磁界の相互作用により、ロータ手段の磁極の中心すなわ
ロータ手段の回転軸中心に対して、ステータ手段の磁極
の中心すなわちステータ手段の中心が一致するという作
用を有する。

【００１０】本発明の請求項２記載の発明は、前記ステ
ータ手段とロータ手段それぞれの磁極が、相対向する位
置関係で同じ形状であることを特徴とする請求項１記載
のディスク回転駆動装置であり、それぞれの磁極が同じ
形状であることにより、ステータ手段の回転軸からの移
動を規制して前記ステータ手段とロータ手段との中心の
一致作用を確実にできる。

【００１１】本発明の請求項３に記載の発明は、ステー
タ手段とロータ手段それぞれの磁極が径方向に異なる極
性の磁極パターンを同心円状に配置してなるものである
ことを特徴とする請求項１または２記載のディスク回転
駆動装置であり、同心円状に磁極が配置されていること
によって、前記磁界の相互作用が強まり前記中心の一致
作用が確実化されたものとなる。

【００１２】本発明の請求項４記載の発明は、ステータ
手段の磁極は該ステータ手段に着磁されて形成されてい
ることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載のデ
ィスク回転駆動装置であり、ステータ手段の磁極を容易
に正確な位置に形成できるから、ロータ手段の磁極との
配置関係の精度が高められ、前記磁界の相互作用により
前記中心の一致作用がより確実化されたものとなる。

【００１３】本発明の請求項５記載の発明は、ステータ
手段が中心から所定の半径の円周上に沿いかつロータ手
段側に向かう複数の突起を備えており、これら複数の突
起に係止してステータ手段を回転止めする回転止め構造
を有していることを特徴とする請求項１ないし４いずれ
か記載のディスク回転駆動装置であり、ステータ手段が
ロータ手段に圧接された際に、ステータ手段が回転止め
構造で回転止めされているのでロータ手段は円滑に回転
することができる。

【００１４】本発明の請求項６記載の発明は、ロータ手
段の磁極が磁石で構成されていることを特徴とする請求
項１ないし５いずれか記載のディスク回転駆動装置であ
り、ロータ手段の磁極が磁石であるので、磁極の構成が
簡素化され、コストダウンが可能となる。

【００１５】本発明の請求項７記載の発明は、圧電体を
備えたステータ手段とこのステータ手段との対向面に磁
極を備えたロータ手段とを有し、ロータ手段をそれの中
心挿通穴に挿通した回転軸に回転可能に保持する一方、
その回転軸をステータ手段の中心挿通穴に挿通させたう
えでステータ手段の中心挿通穴と回転軸との間に弾性の
位置規制部材を配置してなり、磁極により形成される磁
界によってステータ手段をロータ手段側に吸引させるこ
とによりロータ手段とステータ手段とを圧接させる一
方、ステータ手段を位置規制部材を介して回転軸方向に
移動可能に支持することを特徴とするディスク回転駆動
装置であり、位置規制部材により、ステータ手段の中心
が回転軸の中心に一致する。

【００１６】本発明の請求項８記載の発明は、圧電体を
備えたステータ手段とこのステータ手段との対向面に磁
極を備えたロータ手段とを有し、ステータ手段の中心挿
通穴に回転軸を挿通させるとともにさらにロータ手段の
中心挿通穴に挿通させてロータ手段をこの回転軸に回転
可能に保持する一方、ロータ手段の中心挿通穴から突き
出されている回転軸端部にディスク固定用ハブを係止可
能としてなり、前記磁極によって形成される磁界によっ
てステータ手段をロータ手段側に吸引させることにより
ロータ手段とステータ手段とを圧接させるとともに、前
記磁界によりディスク固定用ハブをロータ手段側に吸引
させてディスク固定用ハブをロータ手段に圧接させるこ
とを特徴とするディスク回転駆動装置であり、磁極によ
って形成される、ステータ手段を吸引する側と反対側の
面の磁界を利用して、ディスク固定用ハブをロータ手段
に吸引してチャッキングさせられる。

【００１７】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照しながら説明する。

【００１８】（実施の形態１）図１ないし図４を参照し
て本発明の実施の形態１に係るディスク回転駆動装置に
ついて説明する。本発明ではディスク回転駆動装置とし
て図８ないし図１０を参照して説明した進行波型超音波
モーターに適用して説明されるが、これと同形態のモー
ターにも本発明は適用できるものであることはもちろん
である。図１はこのディスク回転駆動装置としての超音
波モータを側面からみた断面図であり、図２は図１の超
音波モータを構成する構成要素の１つであるステータの
平面図であり、図３は同じくの構成要素の１つであるロ
ータに取り付けられた環状磁石の平面図であり、図４は
ステータの環状磁極をその平面からみた図である。

【００１９】これらの図を参照して、この超音波モータ
１は相対向する共にディスク形状のステータ２とロータ
３とを有している。ステータ２の下面には圧電体４が張
り付けられている。圧電体４の形成パターンは図９と同
様でありまたそれによる動作原理は図１０で説明したか
ら、ここでの詳しい構造および動作原理の説明は省略さ
れる。

【００２０】ステータ２の上面の周縁には複数の突起５
が形成されている。これら各突起５それぞれはステータ
２の上面から互いに同一の高さでかつステータ２の中心
から所定の半径の円周上に沿って円周方向同一長でもっ
て互いに等間隔に配置されている。ステータ２はその回
転軸挿通穴６の中心に対して同心円となるように２つの
環状磁極７，８が着磁形成されている。なお、この環状
磁極７，８に代えて通常の環状磁石をステータ２上面に
固定したものでも構わない。ステータ２の内周側環状磁
極７はＳ磁極とＮ磁極のうちの一方の磁極例えばＮ磁極
であり、外周側環状磁極８は他方の磁極例えばＳ磁極で
ある。内周側環状磁極７はステータ２の回転軸挿通穴６
周縁から径方向に一定の径方向幅を有して環状に形成さ
れ、外周側環状磁極８はその内周側環状磁極７からさら
に径方向に一定の径方向幅を有して環状に形成されてい
る。シャーシとか基板などの固定台９には回転止め手段
としてのポール１０が植設固定され、そのポール１０の
先端部分には突起係止部材１１がこれに一体にまたは固
定されており、その係止部材１１が各突起５の間に差し
込まれることによってステータ２は回転止めされるよう
になっている。

【００２１】ロータ３は周縁部分１２がステータ２の突
起５に上下の位置関係で相対向しており、この周縁部分
１２におけるステータ２の環状磁極７，８と対向する内
側下面には同心円状にステータ２の内周側Ｎ磁極である
環状磁極７と外周側Ｓ磁極である環状磁極８それぞれと
は上下の位置関係で相対向するＳ磁極の環状磁極１３と
Ｎ磁極の環状磁極１４それぞれを備えた環状磁石１５が
配備されている。このようにしてロータ３下面に固定さ
れた環状磁石１５はそれの環状磁極１３，１４それぞれ
の極性がステータ２上面の環状磁極７，８それぞれの極
性と異なっている。なお、この実施の形態１では環状磁
極の数は２つであったが、１つであってもまた３つ以上
であっても構わず、要するに、相対向するステータ２側
とロータ３側の環状磁極が上下の位置関係で異なる極性
関係にあればよい。

【００２２】ロータ３の回転軸挿通穴１６とステータ２
の回転軸挿通穴６とには、これら挿通穴の内径よりも外
径が小さくかつ下端側が固定台９に固定された回転軸１
７が挿通されているとともに、ロータ３の回転軸挿通穴
１６と回転軸１７との間にはロータ３を回転軸１７に回
転自在に支持するベアリング機構１８が組み込まれてお
り、かつ、回転軸１７上端にはベアリング機構１８を軸
方向に固定する固定キャップ１９が取り付けられてい
る。こうしたステータ２とロータ３それぞれの環状磁石
からの磁界構成によってステータ２はロータ３のみから
吸引力を受けてステータ２の突起５がロータ３の周縁部
分１２に圧接されることになる。

【００２３】そして、上記構成を備えた超音波モータに
おいてはステータ２はロータ３以外には機械的に接触し
ている物が全くないので、ステータ２は回転軸１７に垂
直な方向に移動してしまう可能性があるものの、ステー
タがそのように移動するとロータ３下面の環状磁石１５
の環状磁石１３，１４それぞれと、ステータ２の環状磁
石７，８それぞれとの位置関係にズレが生じてしまうこ
とになるから、このようなステータ２の移動がある場合
ではステータ２にその中心をロータ３の回転中心に引き
戻そうとする力が発生する結果、そのようなステータ２
の回転軸１７に垂直な方向の移動はなくなる。

【００２４】こうして、ステータ２下面の圧電体４が上
述したようにして駆動されてステータ２上面周縁の突起
５において進行波が励起して、ロータ３の周縁部分１２
がこの突起５に圧接していることでロータ３がステータ
２に対して滑りながら回転すると、前記力によってステ
ータ２の中心は再び回転中心に引き戻される。このよう
にして、機械的な要素を全く用いることなくステータ２
の中心位置はロータ３の回転中心に常に維持されること
になる。

【００２５】このように本実施の形態１によれば、ロー
タ３以外に、ステータ２に機械的に接触する物を全くな
くすことができることになる結果、ステータ２の曲げ振
動を拘束する余計な物がないので振動の振幅が大きく、
モータとしての効率が高くなるうえ、シャーシなどの固
定台９の変形などの影響を全く受けないことからステー
タ２の振動モードが安定し、常に安定した回転が得られ
るものになる。

【００２６】（実施の形態２）図５を参照して本発明の
実施の形態２に係る超音波モータについて説明する。図
５はその超音波モータをその側面からみた断面図であ
る。図５において図１と対応する部分については同一の
符号を付し、同一の符号に係る部分についての詳しい説
明は省略する。本実施の形態２においては、ステータ２
中心を回転軸１７の中心近傍に規制する作用を持つ弾性
体としてのゴムブッシュを位置規制部材２０として回転
軸１７とステータ２の回転軸挿通穴６の内周壁との間に
配備している。上述の実施の形態１においては、環状磁
石からの磁界により形成される磁力によりステータ２の
位置決めを行っているのであるが、本実施の形態２では
位置規制部材２０が有するゴムの弾性力を利用してい
る。実施の形態１のようにステータ２の位置決めのため
に磁力を使う方法は理想的であるが、ステータ２にも着
磁を施して環状磁石７，８を形成しなければならず、コ
ストアップにつながるおそれがある。本実施の形態２に
よれば、ステータ２の振動は位置規制部材２０によって
機械的に弱い拘束を受けるが、従来の回転駆動装置のよ
うにシャーシなどの固定台９に固定される場合に比較す
ればその拘束力は極めて小さい。したがって、実施の形
態１と同様に、モータの回転効率が高くなり常に安定し
た回転動作を達成することができる。

【００２７】（実施の形態３）図６および図７を参照し
て本発明の実施の形態３の超音波モータについて説明す
る。本実施の形態３の超音波モータにおいては、情報記
録ディスク２１が固定されたハブ２２をＳＰＣＣなどの
磁性鋼板で構成する一方で、ロータ３をＰＯＭなどの非
磁性材料で構成していることでロータ３の上面側に環状
磁石１５からの磁界Ａが漏れるようにしている。そし
て、図６から図７のようにハブ２２を回転軸１７に挿入
させると、磁性鋼板のハブ２２は環状磁石１５からの漏
れ磁界Ａによりロータ３側に吸引されロータ３に圧接さ
れるので、ディスク２１をロータ３と共に回転駆動させ
ることができる。したがって、本実施の形態３によれ
ば、ステータ２を吸引する環状磁石１５の漏れ磁界を利
用して情報記録ディスク２１のチャッキングも行うこと
ができ、ディスク回転駆動装置としてその構成を簡素に
することができ、コストの削減が計られる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ロータ手
段とステータ手段それぞれの磁極によりロータ手段側に
ステータ手段を吸引させることによってロータ手段とス
テータ手段とを圧接するようにしたことにより、ステー
タ手段の機械的拘束を極めて減らせることができる結
果、ステータ手段の振動が抑制されずモータの効率を高
くできるうえ、ステータ手段の固有振動モードの変化が
きわめて少ないので、常に安定した回転が得られるとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の超音波モーターを側面
からみた断面図

【図２】同実施の形態１のステータの回転止めを説明す
るためのステータの平面図

【図３】同実施の形態１の環状磁石の着磁パターンを示
す図

【図４】同実施の形態１のステータの着磁パターンを示
す図

【図５】本発明の実施の形態２の超音波モーターを側面
からみた断面図

【図６】本発明の実施の形態３の超音波モーターを側面
からみた断面図

【図７】図６に対応するもので同実施の形態３の動作説
明用の断面図

【図８】超音波モーターの基本構成を説明するための部
分破断斜視図

【図９】圧電体の構成を説明するステータを下面からみ
た図

【図１０】超音波モーターの動作原理を説明する図

【図１１】従来のディスク回転駆動装置の構成を示す断
面図

【符号の説明】

２ ステータ ３ ロータ ４ 圧電体 ５ 突起 ６ 回転軸挿通穴 ７，８ 環状磁極 １０ 回転止めポール １２ 周縁部分 １３，１４ 環状磁極 １５ 環状磁石 １６ 回転軸挿通穴 １７ 回転軸

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面側に圧電体をまた他面側に磁極を備
   えたステータ手段と、このステータ手段との対向面に前
   記磁極とは極性が逆の磁極を備えたロータ手段とを有
   し、ロータ手段をそれの中心挿通穴に挿通した回転軸に
   回転可能に保持してなり、ステータ手段をロータ手段側
   に互いの磁極によって吸引させることによりロータ手段
   とステータ手段とを圧接させることを特徴とするディス
   ク回転駆動装置。
2. 【請求項２】 前記ステータ手段とロータ手段それぞれ
   の磁極が、相対向する位置関係で同じ形状であることを
   特徴とする請求項１記載のディスク回転駆動装置。
3. 【請求項３】 ステータ手段とロータ手段それぞれの磁
   極が径方向に異なる極性の磁極パターンを同心円状に配
   置してなるものであることを特徴とする請求項１または
   ２記載のディスク回転駆動装置。
4. 【請求項４】 ステータ手段の磁極は該ステータ手段に
   着磁されて形成されていることを特徴とする請求項１な
   いし３いずれか記載のディスク回転駆動装置。
5. 【請求項５】 ステータ手段が中心から所定の半径の円
   周上に沿いかつロータ手段側に向かう複数の突起を備え
   ており、これら複数の突起に係止してステータ手段を回
   転止めする回転止め構造を有していることを特徴とする
   請求項１ないし４いずれか記載のディスク回転駆動装
   置。
6. 【請求項６】 ロータ手段の磁極が磁石で構成されてい
   ることを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載のデ
   ィスク回転駆動装置。
7. 【請求項７】 圧電体を備えたステータ手段とこのステ
   ータ手段との対向面に磁極を備えたロータ手段とを有
   し、ロータ手段をそれの中心挿通穴に挿通した回転軸に
   回転可能に保持する一方、その回転軸をステータ手段の
   中心挿通穴に挿通させたうえでステータ手段の中心挿通
   穴と回転軸との間に弾性の位置規制部材を配置してな
   り、磁極により形成される磁界によってステータ手段を
   ロータ手段側に吸引させることによりロータ手段とステ
   ータ手段とを圧接させる一方、ステータ手段を位置規制
   部材を介して回転軸方向に移動可能に支持することを特
   徴とするディスク回転駆動装置。
8. 【請求項８】 圧電体を備えたステータ手段とこのステ
   ータ手段との対向面に磁極を備えたロータ手段とを有
   し、ステータ手段の中心挿通穴に回転軸を挿通させると
   ともにさらにロータ手段の中心挿通穴に挿通させてロー
   タ手段をこの回転軸に回転可能に保持する一方、ロータ
   手段の中心挿通穴から突き出されている回転軸端部にデ
   ィスク固定用ハブを係止可能としてなり、前記磁極によ
   って形成される磁界によってステータ手段をロータ手段
   側に吸引させることによりロータ手段とステータ手段と
   を圧接させるとともに、前記磁界によりディスク固定用
   ハブをロータ手段側に吸引させてディスク固定用ハブを
   ロータ手段に圧接させることを特徴とするディスク回転
   駆動装置。