JP3955944B2

JP3955944B2 - モータおよびディスク装置

Info

Publication number: JP3955944B2
Application number: JP2002064826A
Authority: JP
Inventors: 覚袖岡
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2022-03-11
Also published as: JP2003264954A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動式のモータおよびモータを用いたディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ハードディスク装置、リムーバルディスク装置等のディスク駆動装置において記録ディスクを駆動するモータの軸受として、回転軸であるシャフトとスリーブとの間に介在させたオイル等の流体動圧を利用する動圧軸受が採用されている。このような動圧軸受が採用されたモータでは、回転体が固定体から離れる方向とは反対の方向に移動するように（すなわち、モータの姿勢にかかわらず、モータのスラスト荷重支持圧を支持するスラスト軸受部において常に回転体が固定体に押し付けられた状態となることにより回転体が不安定になることを防ぐように）、回転体と固定体との間に磁気的吸引力が作用するようにされている。例えば、界磁用磁石と電機子とを軸方向に関してずらして配置する等の対策が施されている。
【０００３】
一方、近年、動圧軸受が採用されたモータを使用するディスク駆動装置が小型化されるとともに携帯可能な各種電子機器に搭載されることから、衝撃に耐えるモータの設計が必要となっている。そこで、シャフトがスリーブから抜けないようにする抜け止め構造が提案されている。例えば、シャフトの外周に環状の突起部を設け、シャフトがスリーブから抜ける方向に移動すると突起部がスリーブと当接する構造等が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来よりシャフトの抜け防止という観点から設計が行われるため、抜け止め構造が軸受部に設けられてきた。したがって、モータの組立時や衝撃を受けた際に抜け止め構造から発生するパーティクルがシャフトとスリーブとの間に入り込んでしまうことを防止する対策が必要であった。
【０００５】
また、ディスク駆動装置のさらなる小型化の要求も高まっており、モータにも一層の小型化が求められている。しかしながら、軸受部に抜け止め構造を設ける場合、軸方向に軸受の構造と抜け止めの構造とが配列されることから、一層の小型化が困難となってしまう。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、抜け止め構造を有するモータを容易に小型化することを主たる目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電動式のモータであって、中心軸の周囲に配置される界磁用磁石がヨークを介して取り付けられた第１の部材と、前記界磁用磁石に対向するとともに前記界磁用磁石との間で前記中心軸周りの回転力を発生する電機子が取り付けられた第２の部材とを備え、前記第１の部材が、前記第２の部材に対して前記中心軸を中心に相対的に回転可能に支持され、前記界磁用磁石が前記電機子よりも前記中心軸側に配置され、前記ヨークが、前記第２の部材側の端部において前記中心軸に垂直な方向に突出する突出部を有し、前記第２の部材が、前記第２の部材から離れる方向に前記第１の部材が移動した際に前記突出部と当接する係止部を有し、前記係止部が、前記第２の部材が有するスラスト軸受部材の一部である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータであって、前記第２の部材の中央部にシャフトの一方の端部が固定され、前記第１の部材が前記シャフトが挿通される貫通孔を備える。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のモータであって、前記第１の部材の前記第２の部材側の外周部に切欠部が形成されており、前記切欠部において、前記突出部および前記係止部による抜け止め構造が構成される。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のモータであって、前記突出部および前記係止部の少なくとも一方が、前記中心軸を中心とする円環状である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータであって、前記ヨークが前記中心軸方向に関して前記界磁用磁石よりも長い。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のモータであって、前記ヨークがレーザ溶接により前記第１の部材に取り付けられる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、情報を記録する円板状の記録媒体が装着されるディスク装置であって、前記記録媒体を収容するハウジングと、前記ハウジング内部に固定されて前記記録媒体を回転させる請求項１ないし６のいずれかに記載のモータと、前記記録媒体に対する情報の書き込みまたは読み出しを行うアクセス手段とを備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の一の実施の形態に係るディスク駆動装置５０の内部構成を模式図として示す。ハウジング５１の内部は塵・埃等が極度に少ないクリーンな空間を形成しており、その内部に情報を記憶する円板状のディスク板５３が装着されたスピンドルモータ５２が設置されている。加えてハウジング５１の内部には、ディスク板５３に対して情報を読み書きするヘッド移動機構５７が配置され、このヘッド移動機構５７は、ディスク板５３上の情報を読み書きするヘッド５６、このヘッドを支えるアーム５５、並びに、ヘッド５６およびアーム５５をディスク板５３上の所要の位置に移動させるアクチュエータ部５４により構成される。
【００１５】
図２はスピンドルモータ５２の縦断面を示す図である。図２において、このスピンドルモータ５２は、略円板状のベース部材（スラスト受け部材）２と、このベース部材２の中央部に一方の端部が固定されるシャフト４と、このシャフト４が挿通される貫通孔６ａを備えたロータ６と、この貫通孔６ａの軸線（モータの回転の中心軸の方向）方向上端部側開口を閉塞しシャフト４の自由端部側端面と対向するシールキャップ８（閉塞部材）とを具備する。なお、シャフト４は、ベース部材２と一体に形成することも可能である。
【００１６】
ベース部材２は、略椀状の形状を有しディスク駆動装置のハウジング（図１においてハウジング５１として示す）に取り付けられるブラケット１０に圧入あるいは接着等の手段で固定されており、ブラケット１０の内周面１０ａには、半径方向内方に突設される複数のティースを有するステータ（電機子）１２が配設される。スピンドルモータ５２において、シャフト４、ベース部材２、ブラケット１０およびステータ１２が固定体を形成する。
【００１７】
また、スピンドルモータ５２における回転体であるロータ６には、このステータ１２と半径方向内方から間隙を介して対向するように界磁用磁石であるロータマグネット１４が後述するヨーク１８を介して固定される。そして、ステータ１２およびロータマグネット１４で形成される駆動機構がトルク（回転力）を発生し、シャフト４を中心軸として固定体に対して回転体を回転させる。なお、ベース部材２とブラケット１０とを、もしくはブラケット１０とハウジング５１とを、あるいはベース部材２とブラケット１０とハウジング５１とを一体化することも可能である。
【００１８】
ロータ６の下端部側（ベース部材２側）外周部には、切欠部６ｂが形成されており、この切欠部６ｂの外周面６ｂ１は、ベース部材２から離間するにつれて縮径するよう傾斜面状に形成されている。また、ベース部材２には、内周面が切欠部６ｂの外周面６ｂ１と非接触状態で半径方向に対向する円筒壁２ａがシャフト４と同心状に設けられている。
【００１９】
円筒壁２ａの内周面と切欠部６ｂの外周面６ｂ１との間、切欠部６ｂの外周面６ｂ１に続くロータ６の下端面とベース部材２の上面との間、またこれに連続する貫通孔６ａの内周面とシャフト４の外周面との間、および、これに連続するシャフト４の端面とシールキャップ８の下面との間には、一連の間隙が形成されており、この間隙中にはオイルが途切れることなく連続して保持されて、いわゆるフルフィル構造の動圧軸受を構成している。
【００２０】
ロータ６の貫通孔６ａの内周面には、貫通孔６ａの軸線方向寸法のほぼ全体にわたって動圧発生用の複数本の縦溝２０ａが周方向に配列する形態で形成されており、シャフト４の外周面との間でラジアル動圧軸受部２０が構成される。これら縦溝２０ａに代えて、複数本のへリングボーン状の動圧発生溝を周方向に配列して形成することもできる。
【００２１】
ロータ６の下端面には、ロータ６の回転時にオイルに対して半径方向内方（シャフト４側）に向かう圧力を誘起するポンプインのスパイラルグルーブ２２ａが形成されており、ベース部材２の上面との間でスラスト軸受部２２が構成される。図２では、スパイラルグルーブ２２ａを便宜上、破線で象徴的に示してある。
【００２２】
また、シャフト４の自由端部側端面とシールキャップ８の下面との間には、スラスト軸受部２２のスパイラルグルーブ２２ａによって高められたオイルの内圧を利用する、静圧軸受部２４が構成される。
【００２３】
ブラケット１０にはロータマグネット１４と軸線方向に対向する位置に、環状の磁性体２６が設けられる。ロータマグネット１４と磁性体２６との間で軸線方向の磁気吸引力を発生させることで、スラスト軸受部２２および静圧軸受部２４で発生するロータ６の浮上圧とバランスさせて、ロータ６のスラスト方向の支持を安定させ、ロータ６が必要以上に浮上する過浮上の発生を抑制している。このようなロータ６に対する磁気的な付勢は、例えば、ステータ１２とロータマグネット１４との磁気的中心を軸線方向に相違させることによっても作用させることが可能である。
【００２４】
図３に図２中の右側の切欠部６ｂ近傍の拡大断面図を示す。以下、図３を参照しながら切欠部６ｂ近傍の構成についての説明を行う。
【００２５】
円筒壁２ａの内周面と切欠部６ｂの外周面６ｂ１との間に規定される間隙の半径方向の間隙寸法は、外周面６ｂ１が上記のとおり傾斜面状に形成されることで、軸線方向上方（ベース部材２から離間する方向）に向かってテーパ状に漸増する。すなわち、この円筒壁２ａの内周面と切欠部６ｂの外周面６ｂ１とが協働してテーパシール部１６を構成している。上記一連の間隙に保持されるオイルは、このテーパシール部１６のみにおいて、オイルの表面張力と外気圧とがバランスされ、オイルと空気との界面がメニスカス状に形成される。
【００２６】
円筒壁２ａの上端部には半径方向外方に突出するフランジ部２ａ１が設けられる。また、ロータ６では切欠部６ｂの半径方向外方において、凹部６ｃが切り欠くようにして設けられ、ＳＵＳ等の磁性材料から形成される円環状のヨーク１８がレーザ溶接によって凹部６ｃに固定される。ヨーク１８の外側面には円環状のロータマグネット１４が固定され、ヨーク１８の軸線方向の長さはロータマグネット１４の軸線方向長さよりも長い。その結果、ヨーク１８はロータマグネット１４とともに磁気回路を構成し、ロータマグネット１４からロータ６に向かう不必要な磁界が抑制される。また、ヨーク１８の軸線方向の長さを長くすることにより、レーザ溶接のビード径ほどしか厚みのない薄型のロータマグネットが用いられる場合であってもヨーク１８を適切に固定することができる。
【００２７】
ヨーク１８の固定体側の端部にはシャフト４側に向かって軸線方向に対して垂直に突出する突出部１８ａが設けられる。突出部１８ａの上面は、円筒壁２ａのフランジ部２ａ１の下面と、テーパシール部１６に連続し且つテーパシール部１６の半径方向の間隙の最小の隙間寸法よりも小な隙間寸法を有する軸線方向の間隙を介して対向している。
【００２８】
図４は図３中の矢印Ａ−Ａの位置におけるスピンドルモータ５２の横断面図である。図４ではヨーク１８から内側の部分のみを図示しており、既述のように、シャフト４の周囲にラジアル動圧軸受部２０を介してロータ６が設けられ、ロータ６とヨーク１８との間にフランジ部２ａ１が位置する様子を示している。なお、図４ではラジアル動圧軸受部２０を構成する縦溝２０ａの図示を省略している。
【００２９】
ヨーク１８に設けられた突出部１８ａは、シャフト４に向かって（半径方向内方に）円環状に突出し、フランジ部２ａ１は半径方向外方に円環状に突出して円筒壁２ａに設けられる。その結果、スピンドルモータ５２に衝撃が与えられ、ロータ６（回転体）がベース部材２およびブラケット１０（固定体）から離れる方向に移動したとしても、突出部１８ａとフランジ部２ａ１とが当接し、ロータ６が係止される（図３参照）。つまり、突出部１８ａおよびフランジ部２ａ１により固定体に対する回転体の抜け止め構造が構成される。
【００３０】
以上のように、スピンドルモータ５２では、ヨーク１８およびベース部材２により抜け止め構造が構成されることから、従来のスピンドルモータのように軸受部に抜け止め構造を設ける場合に比べて小型化を容易に行うことができる。すなわち、スピンドルモータ５２では、切欠部６ｂにおいてロータ６の抜け止め構造を構成することで、ラジアル動圧軸受部２０と抜け止め構造とが軸線方向における同一線上に整列配置されることはない。したがって、シャフト４の全長を軸受として有効に活用することが可能になり、軸受剛性を維持しながら更なるスピンドルモータの薄型化が実現される。
【００３１】
また、スピンドルモータ５２では、抜け止め構造を構成する部材を別途設ける必要もないため、製造コストの削減を図ることもでき、さらに、抜け止め構造が軸受部よりも外側に設けられるため、突出部１８ａとフランジ部２ａ１とが当接することで生じるパーティクルが軸受部に入り込むことが防止され、スピンドルモータ５２の信頼性を向上することができる。
【００３２】
図１に示すディスク駆動装置５０のスピンドルモータとして、図２に示すスピンドルモータ５２が使用されることにより、ディスク駆動装置５０の小型化および信頼性の向上も実現される。
【００３３】
図５は抜け止め構造の他の例を示す図である。図５に示す抜け止め構造を有するスピンドルモータでは、円筒壁２ａにヨーク１８に向かって突出する凸状（ピン状）の複数の係止ピン２ａ２が設けられ、ヨーク１８は固定体側の端部においてシャフト４に向かって突出する円環状の突出部１８ａを有する。スピンドルモータの他の構成は図２ないし図４と同様である。図５に示す抜け止め構造では、係止ピン２ａ２と突出部１８ａとが抜け止め構造を構成し、回転体と固定体とが離れる方向に移動した際に、複数の係止ピン２ａ２と突出部１８ａとが当接し、その移動距離を規制する。
【００３４】
図６は抜け止め構造の他の例を示す図である。図６では、円筒壁２ａに円環状のフランジ部２ａ１が設けられ、ヨーク１８はシャフト４に向かって凸状（ピン状）の複数の突出ピン１８ｂを有する。図６に示す抜け止め構造では、円環状のフランジ部２ａ１と複数の突出ピン１８ｂとにより抜け止め構造が構成される。
【００３５】
図５および図６に示すように、抜け止め構造のベース部材２側の構成（フランジ部２ａ１）およびヨーク１８側の構成（突出部１８ａ）の少なくともいずれか一方が円環状に設けられることにより、シャフト４周囲の軸受部にパーティクルが入り込むことが防止され、軸受部の性能低下や焼き付き等を容易に防ぐことができる。また、抜け止め構造のいずれかの構成を円環状とすることにより、回転体の任意の回転位置において抜け止めを容易に実現することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００３７】
上記実施の形態はロータマグネット１４がステータ１２よりもシャフト４側に設けられる、いわゆるインナロータタイプであるが、ステータ１２がロータマグネット１４よりもシャフト４側に設けられる、いわゆるアウタロータタイプであってもよい。なお、アウタロータタイプよりもインナロータタイプの方がヨーク１８の径が小さいため、抜け止め構造をコンパクトにすることが可能となる。
【００３８】
ヨーク１８の形状は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図７に示すようにヨーク１８が半径方向外方に突出した円環状の突起部１８１をさらに有してもよい。この場合、ロータマグネット１４は突起部１８１の下面とヨーク１８の外側面とに固定され、突起部１８１によりロータマグネット１４の磁界が図７中の上方に不必要に漏れてしまうことが抑制される。
【００３９】
上記実施の形態ではヨーク１８はレーザ溶接によりロータ６に固定されるが、ヨーク１８は抵抗溶接により固定されてもよく、溶接以外の手法により固定されてもよい。例えば、ロータ６の凹部６ｃに接着剤を塗布し、ヨーク１８を圧入することにより、接着剤が切欠部６ｂ側に漏れ出すことを防止しつつヨーク１８を固定することができる。これにより、接着剤が切欠部６ｂ側にはみ出した場合に考えられる回転不良等の問題を回避することができる。
【００４０】
また、上記実施の形態ではヨーク１８の軸線方向の長さはロータマグネット１４の軸線方向の長さよりも長くされているが、ロータマグネット１４の不必要な漏れ磁界がスピンドルモータの特性に影響を与えない程度に抑制されるのであれば、必ずしもその必要はない。
【００４１】
スピンドルモータは界磁用磁石であるロータマグネットが固定された部材が固定体とされ、電機子であるステータが取り付けられた部材が回転体とされてもよい。
【００４２】
上記実施の形態では、ヨーク１８の突出部１８ａ（または、突出ピン１８ｂ）が回転軸に対して内側に垂直に突出し、ベース部材２のフランジ部２ａ１（または、係止ピン２ａ２）も回転軸に対して外側に垂直に突出するが、これらは回転軸に対して正確に垂直に突出する必要はなく、断面形状も適宜変更されてよい。すなわち、突出部１８ａ等が回転軸に垂直な方向に関して突出しており、フランジ部２ａ１等も垂直な方向に関して突出していることにより、抜け止め構造が実現される。
【００４３】
また、フランジ部２ａ１（または、係止ピン２ａ２）はベース部材２に設けられる必要はなく、ブラケット１０に別途設けられてもよい。
【００４４】
さらに、図２のスピンドルモータにおいて、シールキャップ８をなくし、シャフト４の外周面とロータ６の内周面との間の上端部に軸線方向外側に行くに従い間隙が拡開するテーパ状間隙部を形成し、この部分にオイルの界面を表面張力により保持するテーパシール部を形成するようにしてもよい。この場合、ロータ６の浮上圧はスラスト軸受部２２のみで発生する。
【００４５】
ディスク駆動装置５０は、いわゆるハードディスク装置に限定されず、光ディスクや光磁気ディスク等を駆動する装置であってもよい。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１ないし６の発明では、ヨークを利用した抜け止め構造を構成することができ、モータの小型化を図ることができる。また、抜け止め構造にスラスト軸受部材を利用することができる。
【００４８】
また、請求項４の発明ではパーティクルが中心軸周囲に進入することを抑制することができる。
【００４９】
また、請求項５の発明では界磁用磁石の不必要な漏れ磁界をさらに抑制することができる。
【００５０】
請求項７の発明では、信頼性の高いディスク装置を容易に小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスク駆動装置の内部構成を示す模式図である。
【図２】スピンドルモータの縦断面図である。
【図３】切欠部近傍の拡大断面図である。
【図４】スピンドルモータの横断面図である。
【図５】スピンドルモータの他の例を示す横断面図である。
【図６】スピンドルモータのさらに他の例を示す横断面図である。
【図７】抜け止め構造の他の例を示す図である。
【符号の説明】
２ベース部材
２ａ１フランジ部
４シャフト
６ロータ
６ｂ切欠部
１０ブラケット
１２ステータ
１４ロータマグネット
１８ヨーク
１８ａ突出部
５０ディスク駆動装置
５１ハウジング
５２スピンドルモータ
５３ディスク板
５７ヘッド移動機構

Claims

電動式のモータであって、
中心軸の周囲に配置される界磁用磁石がヨークを介して取り付けられた第１の部材と、
前記界磁用磁石に対向するとともに前記界磁用磁石との間で前記中心軸周りの回転力を発生する電機子が取り付けられた第２の部材と、
を備え、
前記第１の部材が、前記第２の部材に対して前記中心軸を中心に相対的に回転可能に支持され、
前記界磁用磁石が前記電機子よりも前記中心軸側に配置され、
前記ヨークが、前記第２の部材側の端部において前記中心軸に垂直な方向に突出する突出部を有し、
前記第２の部材が、前記第２の部材から離れる方向に前記第１の部材が移動した際に前記突出部と当接する係止部を有し、
前記係止部が、前記第２の部材が有するスラスト軸受部材の一部であることを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータであって、
前記第２の部材の中央部にシャフトの一方の端部が固定され、前記第１の部材が前記シャフトが挿通される貫通孔を備えることを特徴とするモータ。
請求項２に記載のモータであって、
前記第１の部材の前記第２の部材側の外周部に切欠部が形成されており、
前記切欠部において、前記突出部および前記係止部による抜け止め構造が構成されることを特徴とするモータ。
請求項１ないし３のいずれかに記載のモータであって、
前記突出部および前記係止部の少なくとも一方が、前記中心軸を中心とする円環状であることを特徴とするモータ。
請求項１ないし４のいずれかに記載のモータであって、
前記ヨークが前記中心軸方向に関して前記界磁用磁石よりも長いことを特徴とするモータ。
請求項１ないし５のいずれかに記載のモータであって、
前記ヨークがレーザ溶接により前記第１の部材に取り付けられることを特徴とするモータ。
情報を記録する円板状の記録媒体が装着されるディスク装置であって、
前記記録媒体を収容するハウジングと、
前記ハウジング内部に固定されて前記記録媒体を回転させる請求項１ないし６のいずれかに記載のモータと、
前記記録媒体に対する情報の書き込みまたは読み出しを行うアクセス手段と、
を備えることを特徴とするディスク装置。