WO2004084381A1 - モータおよび記録媒体駆動装置 - Google Patents

Description

明 細 書 モータおよび記録媒体駆動装置 技術分野

本発明は、 軸体支持部との隙間に充填された流体の動圧により軸体を回転自在 に支持する流体動圧軸受を備えたモータ、 およびこのモータを備えた記録媒体駆 動装置に関する。 背景技術

従来、 据え置き型のパーソナルコンピュータや携行可能なノートパソコン等の 端末装置に搭載されるハードディスク装置 （以下、 H D Dと呼ぶ。） には、 ディ スク状に形成された記録媒体を所定の回転速度で回転させるモー夕が設けられて いる （例えば、 特許第 3 1 8 4 7 9 4号公報参照。）。

このモ一夕は、 図 4に示すように、 記録媒体を回転自在とするための流体動圧 軸受 7 1を備えている。 流体動圧軸受 7 1は、 断面略十字型の円柱状に形成され た軸体 7 3と、 軸体 7 3を回転自在に収容する断面略十字型の軸体揷入穴 7 5 a を有するスリーブ 7 5と、 軸体揷入穴 7 5 aと軸体 7 3との隙間に充填されたォ ィル等の液体 7 7とを備えている。

また、 スリーブの外周面にはコアおよびコイルが設けられている。 そして、 軸 体の上端部には、 略有底円筒状に形成された口一夕が取り付けられており、 ロー 夕の円筒壁部のうち、 コアおよびコイルに対向する内周面には円環状の永久磁石 が固定されている。 ロータの円筒壁部は、 コアおよびコイルに対向する外周面の 反対側に位置する永久磁石の内周面に出入りする磁束方向を拘束するためのリタ 一ンョ一クを構成している。

しかしながら、 従来のモータにおいては、 永久磁石 8 5の内周面 8 5 b側にコ ァ 7 9およびコイル 8 1を配置していたため、 永久磁石 8 5を固定する口一夕 8 3の径寸法を縮小することができず、 モータの小型化に限界があるという問題が あった < 発明の開示

本発明のモータは、 コアおよびコイルを有するステ一夕と、 該ステ一夕の半径 方向内方に前記コアおよびコイルに対向して円環状に配列された永久磁石を有す るロータとを備え、 該ロ一夕が、 流体動圧軸受により前記ステ一夕に回転自在に 支持され、 前記流体動圧軸受が、 前記口一夕に固定される軸体と、 閉塞端を有し、 前記軸体を回転自在に収容する軸体揷入穴を形成した前記ステ一夕に固定される 軸体支持部と、 前記軸体と前記軸体挿入穴との間に形成された隙間に充填された 流体とを備え、 前記軸体が、 軸方向中央部に鍔状に形成されたスラスト軸部と、 該スラスト軸部の軸方向の両側に円柱状に形成されたラジアル軸部および支持部 とを備え、 前記軸体支持部が、 前記軸体挿入穴の閉塞端側を形成し、 前記ラジア ル軸部を回転自在に挿入させる小径円筒部と、 前記軸体揷入穴の開放端側を形成 し、 前記スラスト軸部を回転自在に揷入させる大径円筒部と、 前記軸体揷入穴の 開放端を塞ぐと共に、 前記支持部との間にキヤピラリーシールを形成するカウン タ一プレートとを備え、 前記流体と、 前記スラスト軸部およびラジアル軸部の外 面、 または、 これら外面に対向する前記軸体挿入穴内面の少なくとも一方に形成 された動圧発生溝とにより構成された動圧発生部を備えることを特徴とする。 この発明に係るモータによれば、 コアおよびコイルおいて発生させた交番磁界 を永久磁石に作用させることにより、 ロー夕および軸体がステ一夕および軸体支 持部に対して相対的に回転する。 この際には、 動圧発生溝が、 ラジアル軸部およ ぴスラスト軸部の外面と軸体揷入穴内面との隙間に空気、 水、 オイル等の流体を 集めて動圧を発生させ、 この動圧によって軸体支持部が軸体を回転可能に支持す る。 したがって、 ラジアル軸部の外面と軸体挿入穴内面との隙間に発生する動圧 (ラジアル動圧） が径方向の軸受の役割を果たし、 スラスト軸部の外面と軸体挿 入穴内面との隙間に発生する動圧 （スラスト動圧） が軸方向の軸受の役割を果た す。

また、 永久磁石がコアおよびコイルの半径方向内方に設けられるため、 従来の ように、 コアおよびコイルが永久磁石を固定するロータの半径方向内方に設けら れることが無い。 したがって、 ロータの径寸法を小さく形成することが可能とな る

また、 モータにおいて、 前記スラスト軸部の外径寸法と、 前記永久磁石の外径 寸法との比が、 略 1対 2であることを特徴とする。

この発明に係るモータによれば、 スラスト軸部の外径寸法と永久磁石の外径寸 法との比を略 1対 2としたのは、 口一夕が軸方向に振動することを抑制し、 かつ、 口一夕を回転させるために要する消費電流を小さくするためである。

すなわち、 モー夕に使用する永久磁石の外径寸法を大きくして永久磁石の体積 を増加すると、 永久磁石の表面に出入りする磁束量が大きくなる。 このため、 口 一夕を回転させるためのトルクは大きくなり、 必要な消費電流を削減できる。 た だし、 永久磁石の外径寸法を大きくした場合には、 前述のトルクの作用点が半径 方向外方に移動するため、 軸体に対するロー夕の直角度のずれに比例してロータ の振動が大きくなつてしまう。 また、 これとは逆に、 永久磁石の外径寸法を小さ くした場合には、 ロータを回転させるトルクが小さくなり、 必要な消費電流が大 きくなつてしまうが、 口一夕の振動を小さくすることができる。

一方、 スラスト軸部の外径寸法を大きくした場合には、 スラスト動圧が大きく なって軸体の剛性力が増加することになるため、 ロータの振動を抑制できるが、 スラスト動圧の大きさに比例して回転に対する抵抗力 （スラスト軸受損） が増加 するため、 モータの回転に要する消費電流が増加してしまう。 また、 これとは逆 に、 スラスト軸部の外径寸法を小さくした場合には、 軸体の剛性力が減少して口 一夕の振動が大きくなつてしまうが、 モ一夕の回転に必要な消費電力を減少でき る。

また、 前記永久磁石が、 前記ロータの軸方向の表面のみに固定されると共に、 前記コアおよびコイルに対向する外周面とは反対側に位置する前記永久磁石の内 周面が開放されていることを特徵とする。

この発明に係るモ一夕によれば、 永久磁石の内周面に、 従来のモータように、 永久磁石の内周面に出入りする磁束の方向を拘束するリターンヨークが設けられ ていないため、 永久磁石の内周面側に余剰空間が形成されることになる。 そして、 永久磁石の内周面と流体動圧軸受の軸体支持部の外面とが、 この余剰空間を介し て互いに対向して位置する構成とした場合には、 略円筒状に形成される軸体支持 部の円筒壁部の肉厚寸法を半径方向外方に延長して、 この余剰空間を埋めること ができる。 これにより、 モー夕の径寸法を増加させることなく、 略円筒状に形成 される軸体支持部の強度向上を図ることができる。

また、 本発明に係る記録媒体駆動装置は、 前記モータを備え、 前記ロータが、 薄板状の記録媒体を固定する固定部を備えることを特徴とする。

この発明に係る記録媒体駆動装置によれば、 ロータの径寸法を小さくできるた め記録媒体駆動装置の小型化を図ることができる。 また、 ロータの径寸法を小さ くできるため、 例えば、 記録媒体が、 中央部にロータの固定部に固定するための 中央孔を有する円盤形状の所謂ディスク型記録媒体である場合には、 中央孔の径 寸法を小さく形成できる。 したがって、 記録媒体の外径寸法を大きくすることな く、 各種情報を記録する部分となる記録媒体の表面面積を増加させて、 記録媒体 の記録容量を増やすことができる。 図面の簡単な説明

図 1はこの発明の一実施形態に係るモータを示す断面図である。

図 2は図 1のモ一夕において、 流体動圧軸受を示す拡大断面図である。

図 3は図 1のモ一夕において、 コア、 コイルおよび永久磁石の位置関係を示す 概略平面図である。

図 4は従来のモータの一例を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態

図 1から図 3はこの発明に係る一実施形態を示す図である。 この実施の形態に 係るモータは、 薄板の円盤状に形成された磁気記録媒体等のディスク型記録媒体 を回転させる記録媒体駆動装置に適用したものである。 図 1に示すように、 この モー夕 1は、 ステ一夕 2と、 ステ一夕 2に対して中心軸線 A 1回りに回転する口 一夕 3と、 ステ一夕 2に対してロー夕 3を回転自在に支持する流体動圧軸受 4と を備えている。

流体動圧軸受 4は、 断面略十字型の円柱状に形成された軸体 5と、 軸体 5を回 転自在に収容する断面略十字型の軸体挿入穴 7 aを有するスリーブ （軸体支持 部） 7と、 軸体挿入穴 7 aと軸体 5との隙間に充填された潤滑オイル （流体） 9 とを備えている。

軸体 5は、 図 2に示すように、 その中心軸線 A 1方向の中央部に鍔状に形成さ れたスラスト軸部 1 1と、 中心軸線 A 1方向の両側に突出する略円柱状の支持部 1 3およびラジアル軸部 1 5とを備えており、 これらスラスト軸部 1 1、 支持部 1 3およびラジアル軸部' 1 5は一体的に形成されている。

ラジアル軸部 1 5の外周面 （外面） 1 5 aには、 ヘリングボーンと呼ばれる形 状の動圧発生溝 1 7が複数形成されている。 また、 スラスト軸部 1 1の表面 （外 面） 1 1 aおよび裏面 （外面） 1 1 bには、 スパイラル形状の動圧発生溝 （図示 せず） が複数形成されている。

これら動圧発生溝は、 軸体 5を中心軸線 A 1回りに回転させた際に、 潤滑オイ ル 9を集めて動圧を発生させ、 スリーブ 7により軸体 5を回転可能に支持するも のである。 すなわち、 ラジアル軸部 1 5の動圧発生溝 1 7において発生する潤滑 オイル 9の動圧 （ラジアル動圧） が軸体 5の径方向の軸受の役割を果たし、 スラ スト軸部 1 1の動圧発生溝において発生する潤滑オイル 9の動圧 （スラスト動 圧） が軸体 5の中心軸線 A 1方向の軸受の役割を果たしている。 これら潤滑オイ ル 9および動圧発生溝により動圧発生部 2 0が構成されている。

スリーブ 7は、 有底略円筒状のスリーブ本体 2 1と、 軸体 5の支持部 1 3を突 出させた状態で、 軸体 5との間に隙間を空けてスリーブ本体 2 1の開放端を塞ぐ カウンタープレー卜 2 3とから構成されている。 スリーブ本体 2 1は、 非磁性材 料であるオーステナイト系ステンレスにより形成されており、 小径円筒部 2 5と 大径円筒部 2 7とから構成されている。

小径円筒部 2 5は、 軸体挿入穴 7 aのうち閉塞端側を形成する穴 2 6を有して おり、 この穴 2 6にはラジアル軸部 1 5を挿入できるようになつている。 なお、 軸体 5が回転した際には、 この穴 2 6の内周面 （内面） 2 6 aとラジアル軸部 1 5の外周面 1 5 aとの隙間 R 3に潤滑オイル 9が集められてラジアル動圧が発生 する。

大径円筒部 2 7は、 軸体挿入穴 7 aの開放端側を形成する貫通孔 2 8を有して おり、 この貫通孔 2 8にはスラスト軸部 1 1を揷入できるようになつている。 これら小径円筒部 2 5および大径円筒部 2 7は、 一体的に形成されている。 カウンタ一プレート 2 3は、 略円盤状に形成されており、 その中心軸線 A 1方 向に支持部 1 3を挿入するための貫通孔 2 4が形成されている。 この貫通孔 2 4 は、 小径円筒部 2 5の穴 2 6および大径円筒部 2 7の貫通孔 2 8と共に軸体揷入 穴 7 aを構成している。 また、 このカウンタープレート 2 3と支持部 1 3との間 にはキヤビラリ一シールが施されており、 このキヤビラリ一シールにより軸体 5 と軸体挿入穴 7 aとの隙間から潤滑オイル 9が漏出しないようになっている。 なお、 軸体 5が回転した際には、 スラスト軸部 1 1の表面 1 1 aと、 この表面 1 1 aに対向するカウンタ一プレート 2 3の裏面 （内面） 2 3 aとの隙間 R 1、 およぴスラスト軸部 1 1の裏面 1 1 bと、 この裏面 1 1 bに対向する小径円筒部 2 5の軸方向の端面 （内面） 2 5 aとの隙間 R 2に、 潤滑オイル 9が集められて スラスト動圧が発生する。

ステ一夕 2は、 図 1に示すように、 浅底の略円筒状に形成されたベース部材 3 1と、 ベース部材 3 1の内周面 3 1 aに固定された複数のコア 3 3と、 各コア 3 3に巻き付けられたコイル 3 5とを備えている。 ベース部材 3 1は、 非磁性材料 であるアルミニウムにより形成されている。 また、 ベ一ス部材 3 1の底壁部 3 2 の中央部には、 中心軸線 A 1を中心とした穴 3 2 aが形成されており、 この穴 3 2 aに軸受部 4のスリーブ本体 2 1が固定されるようになっている。

各コア 3 3は、 ベース部材 3 1の内周面 3 1 aから半径方向内方に突出してお り、 図 3に示すように、 コイル 3 5を巻回するための電機子 3 7と、 電機子 3 7 の半径方向内方側に位置する先端部に形成された磁極片 3 9とを備えている。 磁 極片 3 9は、 電機子 3 7よりも周方向に幅広く形成されており、 後述する永久磁 石 4 5との隙間における磁束分布を所要の形に近づける役割を果たしている。 コ ィル 3 5は、 図示しない電源と電気的に接続されており、 これらコア 3 3および コイル 3 5により交番磁界が形成できるようになつている。

図 1に示すように、 ロータ 3は、 有底略円筒状に形成されており、 磁性を有す るステンレスにより形成されている。 ロータ 3の底壁部 4 1の中央部には、 中心 軸線 A 1を中心とした貫通孔 4 1 aが形成されており、 軸受部 4の支持部 1 3に 固定されている。 ロータ 3の底壁部 4 1の周縁から突出する円筒壁部 4 3の先端 部には、 中心軸線 A 1方向に面する円環状の表面 4 3 aが形成されている。 この 口一夕 3は、 その表面 4 3 aがベース部材 3 1の底壁部 3 2の内面 3 2 bに対向 するように配置されている。 また、 この円筒壁部 4 3の表面 4 3 aには、 円環状 に形成された永久磁石 4 5が接着剤等により固定されている。

永久磁石 4 5は、 図 1， 3に示すように、 円環状に複数の磁極を配列し、 これ ら各磁極の磁束方向が永久磁石 4 5の径方向と略一致する所謂ラジアル異方性も しくは等方性のネオジゥム磁石である。 この永久磁石 4 5は、 円筒壁部 4 3の表 面 4 3 aのみに固定されており、 その内周面 4 5 bが開放されている。 すなわち、 コア 3 3およびコイル 3 5に対向する外周面 4 5 aの反対側に位置する永久磁石 4 5の内周面 4 5 bには、 従来のモー夕のように、 内周面 4 5 bに出入りする磁 束の方向を拘束するリタ一ンヨークが設けられていない。

このため、 永久磁石 4 5の内周面 4 5 b側には、 このリターンヨーク分の余剰 空間が形成されることになるが、 この余剰空間を埋めるように、 永久磁石 4 5の 内周面 4 5 bに対向するスリーブ 7の円筒壁部の肉厚寸法を半径方向外方に延長 することができる。

この永久磁石 4 5の外径寸法と流体動圧軸受 4のスラスト軸部 1 1の外径寸法 との比は、 略 2対 1となっている。 ここで、 比率を略 1対 2としたのは、 ロー夕 3が軸方向に振動することを抑制し、 かつ、 口一夕 3を回転させるために要する 消費電流を小さくするためである。

すなわち、 永久磁石 4 5の外径寸法を大きくして永久磁石 4 5の体積を増加す ると、 永久磁石 4 5の外周面 aに出入りする磁束量が大きくなる。 このため、 口 —夕 3を回転させるためのトルクは大きくなり、 必要な消費電流を削減できる。 ただし、 永久磁石 4 5の外径寸法を大きくした場合には、 前述のトルクの作用点 が半径方向外方に移動するため、 軸体 5に対するロー夕 3の直角度のずれに比例 して口一夕 3の振動が大きくなつてしまう。 また、 これとは逆に、 永久磁石 4 5 の外径寸法を小さくした場合には.. ロータ 3を回転させるトルクが小さくなり、 必要な消費電流が大きくなつてしまうが、 ロー夕 3の振動を小さくすることがで さる。

一方、 スラスト軸部 1 1の外径寸法を大きくした場合には、. スラスト動圧が大 きくなって軸体 5の剛性力が増加することになるため、 口一夕 3の振動を抑制で きるが、 スラスト動圧の大きさに比例して回転に対する抵抗力 (スラスト軸受 損） が増加するため、 モ一夕 1の回転に要する消費電流が増加してしまう。 また、 これとは逆に、 スラスト軸部 1 1の外径寸法を小さくした場合には、 軸体の剛性 力が減少して口一夕 3の振動が大きくなつてしまうが、 モータ 1の回転に必要な 消費電力を減少できる。

ロータ 3の底壁部 4 1の周縁には、 ディスク型記録媒体 （記録媒体） 5 0を支 持するための段部 （固定部） 4 l bが形成されている。 この段部 4 l bにデイス ク型記録媒体 5 0の中央に形成された中央孔 5 0 aを嵌め込むことにより、 ディ スク型記録媒体 5 0が、 ロータ 3および軸体 5と共に中心軸線 A 1回りに回転す ることができるようになつている。

この段部 4 1 bを有するロータ 3を備えたモータ 1により記録媒体駆動装置 6 0 構成されることになる。

このように構成された記録媒体駆動装置 6 0によりディスク型記録媒体 5 0を 回転させる際には、 コア 3 3およびコイル 3 5において交番磁界を発生させ、 こ の交番磁界を永久磁石 4 5に作用させてロータ 3を回転させる。 この際には、 軸 体 5が中心軸線 A 1回りに回転し、 動圧発生部 2 0において発生するラジアル動 圧およびスラスト動圧によってスリープ 7が軸体 5および口一夕 3を回転可能に 支持する。

上記のように、 このモ一夕 1によれば、 永久磁石 4 5がコア 3 3およびコイル 3 5の半径方向内方側に設けられる構成となっているため、 従来のモー夕ように 、 コア 3 3およびコイル 3 5がロータ 3の半径方向内方に設けられることが無い したがって、 従来のモータよりも、 ロータ 3の径寸法を小さく形成することが でき、 モー夕 3の小型化を図ることができる。

また、 スラスト軸部 1 1の外径寸法と永久磁石 4 5の外径寸法との比を略 1対 2とすることにより、 スラスト軸部の外径寸法と永久磁石の外径寸法との比を略 1対 2とすることにより、 ロータ 3が軸方向に振動することを抑制できると共に 、 ロータ 3を回転させるために要する消費電流を小さくすることができる。 また、 リターンヨーク分の余剰空間をスリーブ 7の円筒壁部により埋めること で、 モータ 1の径寸法を増加させることなく、 スリーブ 7の強度向上を図り、 モ 一夕 1の信頼性を向上させることができる。 '

さらに、 このモー夕 1が、 ディスク型記録媒体 5 0を回転させる記録媒体駆動 装置 6 0に適用される場合には、 ロータ 3の外径寸法を小さくできるため、 記録 媒体駆動装置 6 0の小型化を図ることができる。

さらに、 口一夕 3の径寸法を小さくできるため、 ディスク型記録媒体 5 0の中 央港 5 0 aを小さく形成できる。 したがって、 ディスク型記録媒体 5 0の外径寸 法を大きくすることなく、 記録する領域であるディスク型記録媒体 5 0の表面の 面積を増加させて、 その記録容量を増やすことができる。

また、 ロータ 3の振動を抑制できるため、 ディスク型記録媒体 5 0を回転させ た際に、 ディスク型記録媒体 5 0が安定して回転することになるため、 ディスク 型記録媒体 5 0に記録を書き込む際、 もしくは、 ディスク型記録媒体 5 0から記 録を読み出す際の不具合を防止することができる。

さらに、 軸方向の動圧発生部 2 0を構成する動圧発生溝を、 スラスト軸部 1 1 の表面 1 1 aおよび裏面 1 1 bに形成するとしたが、 これに限ることはなく、 ス ラスト軸部 1 1の表面 1 1 aおよび裏面 1 1 bに対向するカウンタープレート 2 3の裏面 aや小径円筒部 2 5の軸方向端面 2 5 aに形成してもよい。

また、 径方向の動圧発生部 2 0を構成する動圧発生溝 1 7を、 ラジアル軸部 1 5の外周面 1 5 aに形成するとしたが、 これに限ることはなく、 ラジアル軸部 1 5の外周面 1 5 aに対向する小径円筒部 2 5の内周面 2 6 aに形成してもよい。 さらに、 軸体挿入穴 7 aと軸体 5との隙間には、 動圧発生部 2 0を構成する潤 滑オイル 9が充填されるとしたが、 これに限ることはなく、 少なくとも空気、 気 体、 水等の流体が充填されていればよい。

以上、 本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、 具体的な構成は この実施形態に限られるものではなく、 本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変 更等も含まれる。 産業上の利用可能性

以上説明したように、 本発明によれば、 永久磁石をコアおよびコイルの半径方 向内方に設けることによりロータの径寸法を小さく形成できるため、 モータの小 型化を図ることができる。

また、 スラスト軸部の外径寸法と永久磁石の外径寸法との比を略 1対 2とする ことにより、 ロータが軸方向に振動することを抑制できると共に、 口一夕を回転 させるために要する消費電流を小さくすることができる。

さらに、 リターンヨーク分の余剰空間を軸体支持部の円筒壁部により埋める場 合には、 軸体支持部の強度向上を図り、 モ一夕の信頼性を向上させることができ る。

また、 このモータを記録媒体駆動装置に設けた場合には、 記録媒体駆動装置の 小型化を図ることができる。 さらに、 記録媒体が所謂ディスク型記録媒体である 場合には、 その外径寸法を大きくすることなく、 記録媒体の表面積を増加させて 記録容量を増やすことができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . コアおよびコイルを有するステ一夕と、 該ステ一夕の半径方向内方に前記コ ァおよびコイルに対向して円環状に配列された永久磁石を有するロータと、 前記 ステ一夕に対して前記ロー夕を回転自在に支持する流体動圧軸受とを備え、 前記 流体動圧軸受が、 前記口一夕に固定される軸体と、 閉塞端を有し、 前記軸体を回 転自在に収容する軸体揷入穴を形成した前記ステ一夕に固定される軸体支持部と、 前記軸体と前記軸体挿入穴との間に形成された隙間に充填された流体とを備え、 前記軸体が、 軸方向中央部に鍔状に形成されたスラスト軸部と、 該スラスト軸部 の軸方向の両側に円柱状に形成されたラジアル軸部および支持部とを備え、 前記 軸体支持部が、 前記軸体挿入穴の閉塞端側を形成し、 前記ラジアル軸部を回転自 在に挿入させる小径円筒部と、 前記軸体挿入穴の開放端側を形成し、 前記スラス ト軸部を回転自在に挿入させる大径円筒部と、 前記軸体挿入穴の開放端を塞ぐと 共に、 前記支持部との間にキヤピラリーシールを形成するカウンタープレートと を備え、 前記流体と、 前記スラスト軸部およびラジアル軸部の外面、 または、 こ れら外面に対向する前記軸体揷入穴内面の少なくとも一方に形成された動圧発生 溝とにより構成された動圧発生部を備えることを特徴とする乇一夕。

2 . 前記スラスト軸部の外径寸法と、 前記永久磁石の外径寸法との比が、 略 1対 2であることを特徴とする請求項 1に記載のモータ。

3 . 前記永久磁石が、 前記ロータの軸方向の表面のみに固定されると共に、 前記 コアおよびコイルに対向する外周面とは反対側に位置する前記永久磁石の内周面 が開放されていることを特徴とする請求項 1に記載のモータ。

4 . 請求項 1に記載のモータを備え、 前記ロータが、 薄板状の記録媒体を固定す る固定部を備えることを特徴とする記録媒体駆動装置。