JP5229522B2 - モータおよび記録ディスク駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動式のモータ、および、モータを備える記録ディスク駆動装置に関する。
従来より、ハードディスク駆動装置等の記録ディスク駆動装置において、記録ディスクを回転するスピンドルモータ(以下、「モータ」という。)の電機子は、円形のブラケットを介して、または、直接、記録ディスク駆動装置のハウジング上に取り付けられている。また、電機子の導線はハウジングやブラケット等のベース部に形成された穴を経由して外部へと導き出され、ベース部の下面に貼付されたフレキシブル基板(以下、FPCという)の電極に半田付けされる。
電機子の導線がFPCへと導き出される際には、導線とベース部との絶縁を確保するために、ベース部の穴に絶縁性のブッシュが設けられることがある。例えば、特許文献1に開示されているモータでは、電機子の下方に絶縁リングが配置され、絶縁リングには複数のブッシュ部が一体的に設けられる。また、FPCがベース部に貼付されるモータでは、多くの場合、特許文献1のモータと同様に、FPCや半田付け部がベース部の下面から下方に突出しないように、ベース部の下面にFPCを収容する凹部が設けられる。
特許第3103609号公報
ところで、モータが搭載される電子機器では、特定の固有振動数を避ける場合がある。例えば、ハードディスク駆動装置では、記録ディスクの回転数の倍数と装置自体の固有振動数とが一致することは好ましくない。電子機器の固有振動数を変更するには筐体の厚さを変更することが最も効果的であるが、筐体のような大きな部品の製造に用いられる金型を設計変更するには費用を要し、また、他の構成要素の設計変更により再度設計変更が必要となるおそれもある。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、モータが設けられる記録ディスク駆動装置等の電子機器において、固有振動数を容易かつ低コストにて望ましいものとすることを目的とする。
請求項1に記載の発明は、電動式のモータであって、電機子および前記電機子が取り付けられるベース部を有するステータ部と、前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するとともに、軸受機構を介して前記中心軸を中心に前記ステータ部に対して回転可能に支持されるロータ部と、を備え、前記ベース部の前記電機子に対向するベース底部の前記電機子とは反対側の面であるベース下面が、配線基板が取り付けられる領域であって前記ベース下面の他の領域よりも前記電機子側へと窪む基板取付領域を有し、前記ベース底部の前記電機子と対向する環状面であるベース内底面が、前記基板取付領域と重なる領域の外に前記ベース下面側へと窪む凹部を有し、前記凹部と前記ベース底部とが前記中心軸方向に重なる。
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、前記基板取付領域に複数のブッシュが挿入される複数の貫通穴が形成されており、前記電機子から前記配線基板へと至る複数の導線が複数のブッシュにそれぞれ挿入される。
請求項3に記載の発明は、電動式のモータであって、電機子および前記電機子が取り付けられるベース部を有するステータ部と、前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するとともに、軸受機構を介して前記中心軸を中心に前記ステータ部に対して回転可能に支持されるロータ部と、を備え、前記ベース部の前記電機子に対向するベース底部の前記電機子とは反対側の面であるベース下面が、配線基板が取り付けられる領域であって前記ベース下面の他の領域の少なくとも外縁部よりも前記電機子側へと窪む基板取付領域を有し、前記ベース下面の前記他の領域の前記外縁部よりも内側に凹部が設けられ、前記凹部と前記ベース底部とが前記中心軸方向に重なる。
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、前記ベース部が鋳造または射出成形により形成されたものである。
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、前記基板取付領域が、前記ベース下面の前記他の領域よりも小さい。
請求項6に記載の発明は、記録ディスク駆動装置であって、記録ディスクを回転する請求項1ないし5のいずれかに記載のモータと、前記記録ディスクに対する情報の読み出しおよび/または書き込みを行うアクセス部と、前記モータおよび前記アクセス部を収容するハウジングとを備える。
本発明によれば、ベース部の強度を確保しつつモータが搭載される電子機器の固有振動数を容易かつ低コストにて望ましいものとすることができる。
請求項2の発明では、ブッシュ用の貫通穴が設けられる場合であってもベース部の強度低下を防止することができる。
請求項4の発明では、ベース部を容易に製造することができ、請求項5の発明では、固有振動数の調整範囲を広くすることができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電動式のスピンドルモータ(以下、「モータ」という。)を備える記録ディスク駆動装置1の構成を示す縦断面図である。記録ディスク駆動装置1はいわゆるハードディスク駆動装置であり、情報を記録する円板状の記録ディスク11、記録ディスク11に対する情報の書き込みおよび/または読み出しを行うアクセス部12、記録ディスク11を保持して回転する電動式のモータ13、並びに、記録ディスク11、アクセス部12およびモータ13を内部空間143に収容するハウジング14を備える。
ハウジング14は、上部に開口を有するとともにモータ13およびアクセス部12が内側の底面に取り付けられる無蓋箱状の第1ハウジング部材141、並びに、第1ハウジング部材141の開口を覆うことにより内部空間143を形成する板状の第2ハウジング部材142を備える。記録ディスク駆動装置1では、第1ハウジング部材141に第2ハウジング部材142が接合されてハウジング14が形成され、内部空間143は塵や埃が極度に少ない清浄な空間とされる。
記録ディスク11は、モータ13上に載置されてクランパ15によりモータ13に固定される。アクセス部12は、記録ディスク11に近接して情報の読み出しおよび/または書き込みを磁気的に行うヘッド121、ヘッド121を支持するアーム122、並びに、アーム122を移動することによりヘッド121を記録ディスク11およびモータ13に対して相対的に移動するヘッド移動機構123を有する。これらの構成により、ヘッド121は回転する記録ディスク11に近接した状態で記録ディスク11の所要の位置にアクセスし、情報の読み出しおよび/または書き込みを行う。
図2は、モータ13の縦断面図であり、モータ13に固定される記録ディスク11を二点鎖線にて示している。図2に示すように、モータ13はアウタロータ型のモータであり、固定組立体であるステータ部2、および、回転組立体であるロータ部3を備える。ロータ部3は、潤滑油による流体動圧を利用した軸受機構4を介して、モータ13の中心軸J1を中心にステータ部2に対して回転可能に支持される。以下の説明では、便宜上、中心軸J1に沿ってロータ部3側を上側、ステータ部2側を下側として説明するが、中心軸J1は必ずしも重力方向と一致する必要はない。
ロータ部3は、記録ディスク11が固定されるとともにロータ部3の各部を保持するロータハブ31、中心軸J1を中心とする略円筒状であってロータハブ31から下側(すなわち、ステータ部2側)に突出するシャフト32、および、ロータハブ31に取り付けられて中心軸J1の周囲に配置される界磁用磁石33を備える。界磁用磁石33は、多極着磁された円環状の磁石であり、後述する電機子21との間で中心軸J1を中心とする回転力(トルク)を発生する。
ロータハブ31は、シャフト32が取り付けられるとともにシャフト32の上端部から中心軸J1に対して外側に広がる略円板状のハブ本体311、および、ハブ本体311の外周から下側に突出する略円筒状であって内側に界磁用磁石33が取り付けられるヨーク312を備える。
ハブ本体311は、アルミニウム(Al)やアルミニウム合金等により形成されており、中心軸J1を中心とする略円環状であるとともに記録ディスク11が載置されるディスク載置部を備える。ヨーク312はステンレス鋼等の強磁性体により形成される。また、シャフト32もステンレス鋼等により形成されており、ハブ本体311の中央に圧入等により取り付けられている。シャフト32の下側の先端部には、略円板状のスラストプレート34が取り付けられる。
ステータ部2は、ロータ部3を回転するトルクを界磁用磁石33との間に発生させる電機子21、および、電機子21等のステータ部2の各部が取り付けられるベース部であるベースブラケット22を有する。
軸受機構4は、ベースブラケット22の中央の開口に挿入されて接着剤にて固定されるスリーブユニット41を備え、スリーブユニット41は、中心軸J1を中心とする略円筒状であってロータ部3のシャフト32が挿入されるスリーブ411、スリーブ411が挿入される略有底円筒状のスリーブハウジング412、および、スリーブハウジング412の内側においてスリーブ411の上方に配置されるシールキャップ413を備える。スリーブ411は多孔質部材であり、スリーブハウジング412はスリーブに含浸された潤滑油を保持する役割を果たす。
モータ13では、シールキャップ413およびスリーブ411の内側面とシャフト32の外側面との間、並びに、スリーブ411の下面およびスリーブハウジング412とスラストプレート34の周囲との間に微小な間隙が設けられ、これらの間隙に潤滑油が連続して充填される。
スリーブ411の下側の端面には、ロータ部3の回転時に潤滑油に対して中心軸J1側に向かう圧力を発生させるための溝(例えば、スパイラル状の溝)が形成されており、当該端面および当該端面に対向するスラストプレート34の上面によりスラスト動圧軸受部が構成される。また、シャフト32およびスリーブ411の互いに対向する面には、潤滑油に流体動圧を発生させるための溝(例えば、中心軸J1の向く方向に関して、スリーブ411の内側面の上下に設けられたヘリングボーン溝等)が形成されており、これらの面によりラジアル動圧軸受部が構成される。
このように、モータ13では、シャフト32や潤滑油も流体動圧を利用する軸受機構4を実現する要素となっており、軸受機構4によりロータ部3を潤滑油を介して非接触にて支持することにより、ロータ部3およびロータ部3に取り付けられた記録ディスク11を高精度、かつ、低騒音にて回転することができる。
図3、図4および図5はそれぞれベースブラケット22の平面図、縦断面図および底面図であり、図4は図3中に矢印Aにて示す位置での断面を示す。
ベースブラケット22の中央にはスリーブユニット41が挿入される穴部221が設けられ、穴部221の周囲は略円筒状のホルダ222となっている。図4に示すように、ホルダ222の下部からは中心軸J1から離れる方向に環状のベース底部223が広がり、ベース底部223の外周から略円筒状の外壁部224が上方に伸び、外壁部224から外側へと環状のフランジ部225が広がる。図4中に二点鎖線にて示すように、電機子21はベース底部223に対向するようにホルダ222の外周面に取り付けられ、ホルダ222、ベース底部223および外壁部224にて形成される環状の溝内に位置する。
モータ13は、フランジ部225の下面が、図1に示すように、記録ディスク駆動装置1の第1ハウジング部材141の内底面と当接する状態で図3および図4に示す穴部226を介してネジ止めされることにより、記録ディスク11が第1ハウジング部材141の内底面から所定の高さに正確に位置する。
ベース底部223の上面は、ホルダ222の周囲の環状のベース内底面51およびベース内底面51の外側の環状の周縁面52を有する。図3では、ベース内底面51の領域に2種類の平行斜線を付しており、図4に示すようにベース内底面51は電機子21に真下にて対向し、周縁面52よりも低い、すなわち、ベース底部223の電機子21とは反対側の下面7(以下、「ベース下面」という。)に近い面となっている。
図4中に二点鎖線にて示すように、ベース下面7には配線基板8が取り付けられ、図4および図5に示すように配線基板8が取り付けられる領域(図5中に符号71を付す領域であり、以下、「基板取付領域」という。)は他の領域72よりもベース内底面51側(すなわち、電機子21側)へと窪んでいる。基板取付領域71にはベース内底面51へと貫通する4つの貫通穴227が設けられ、図4中に細い破線にて示すように、貫通穴227には絶縁材料にて形成されたブッシュ6が挿入され、4つのブッシュ6は上端にて円弧状の接続部にて接続された1個の部材とされる。図3中の円弧状の領域5121(以下、「ブッシュ挿入領域5121」という。)は、ブッシュ6間の接続部が収容される凹部を示している。4つのブッシュ6には、電機子21のコイルから配線基板8へと至る複数の導線がそれぞれ挿入され、配線基板8上にて半田付けにて接続される。これにより、導線とベースブラケット22との間の絶縁性が確保される。
基板取付領域71が窪むことにより、配線基板8の下側の面および半田付けされた部位が、領域72よりも下側にはみ出すことが防止される。
図3中に異なる平行斜線にて示すように、ベース内底面51は基板取付領域71と(中心軸J1方向に関して)重なる領域である第1ベース内底面511と、第1ベース内底面511以外の第2ベース内底面512とから構成される。第2ベース内底面512は第1ベース内底面511よりもベース下面7に近い面となっており、第2ベース内面512が存在する部位は、他の領域よりもベース下面7側へと窪む凹部512a(図4参照)となっている。また、周縁面52は、基板取付領域71と(中心軸J1方向に関して)重なる第1周縁面521と、第1周縁面521以外の第2周縁面522とから構成され、第2周縁面522は第1周縁面521よりもベース下面7に近い面となっている。すなわち、ベース底部223の上面は、実質的に中心軸J1方向の位置(高さ)が異なる4つの領域を有する。
ところで、第1ベース内底面511は電機子21のコイルよりも下側に位置するため、第2ベース内底面512は必ず電機子21のコイルよりも下側に位置する。したがって、本来、第2ベース内底面512は第1ベース内底面511と同じ高さとされてもコイルとの干渉は生じない。このように意図的に低い位置に設けられた第2ベース内底面512は、モータ13の固有振動数の調整に利用されている。
図6は高さが約1cmのモータ13を搭載した記録ディスク駆動装置1の固有振動数の測定実験の結果を示す図である。固有振動数の測定では、水平姿勢のモータ13が回転している状態で記録ディスク駆動装置1の側面に衝撃が与られ、反対側の側面から振動が測定された。破線にて示す曲線92は、第1ベース内底面511と第2ベース内底面512との高さが同じ場合(すなわち、ベース内底面51に高低差がない場合であり、以下、「比較例」という。)の記録ディスク駆動装置の振動解析結果を示しており、曲線91は図3および図4に示すように第1ベース内底面511と第2ベース内底面512との高さが異なる場合の解析結果を示している。
図6に示すように、比較例では固有振動数がおよそ1500Hzであり、本実施の形態では、およそ1350Hzとなっている。したがって、例えば、固有振動数が1500Hz近傍であることがモータ13の回転速度に鑑みて好ましくない場合、図3および図4に示すように第2ベース内底面512を底面とする凹部512aを設けることにより、さらには、凹部512aの第2ベース内底面512に対する広さや深さの設計を変更することにより、モータ13および記録ディスク駆動装置1の他の部分を全く設計変更することなく容易かつ低コストにて記録ディスク駆動装置1の固有振動数(より一般的には、振幅が
大きくなる振動数)を望ましいものとすることができる。
また、仮に、第1ベース内底面511を第2ベース内底面512までベース下面7に近づけた場合、ベース底部223の第1ベース内底面511における厚さが薄くなりすぎるおそれがあるが、モータ13では、第1ベース内底面511が第2ベース内底面512に比べて電機子21側に位置するため、ベース内底面51が部分的薄くなってしまうことが防止される。その結果、ベースブラケット22の強度を確保することができる。特に、ブッシュ6用の大きな貫通穴が設けられる場合であっても強度低下が防止される。
なお、図5に示すように、モータ13では、ベース下面7の基板取付領域71が他の領域72よりも小さくなるように設定されることにより、凹部512aの広さや深さの変更による記録ディスク駆動装置1の固有振動数の調節範囲をより広くすることができ、記録ディスク駆動装置1の固有振動数を容易に望ましいものとすることができる。
また、ベース下面7の領域72におけるベース底部223の厚さの最小値、すなわち、領域72から第2ベース内底面512までのベースブラケット22の厚さは、基板取付領域71における厚さの最小値(ブッシュ挿入領域5121を除く。)、すなわち、基板取付領域71から第1ベース内底面511までの厚さの80パーセント以上120パーセント以下の範囲であることが好ましい。これにより、ベースブラケット22の軽量化を図りつつベース底部223の強度のばらつきを抑制することができる。
以上、モータ13について、特にベースブラケット22について説明してきたが、ベースブラケット22の形状は様々に変更されてよい。例えば、上記実施の形態では、ベース内底面51のうち、基板取付領域71と重なる第1ベース内底面511以外の全ての領域(すなわち、第2ベース内底面512)が凹部512aの底面とされるが、基板取付領域71と重なる領域の外に設けられるのであれば、例えば、第2ベース内底面512の一部のみが凹部の底面とされてもよい。このような形状は、例えば、アルミダイカストにより製造することが可能であり、また、アルミダイカストにてベースブラケット22の原形を製造した後、切削加工することによっても容易に形成することができる。なお、ベースブラケット22を鋳造(例えば、アルミダイカスト)または射出成形(例えば、樹脂の射出成形やメタルインジェクション)により形成されたものとすることにより、製造コストを削減するとともに複雑な形状のベースブラケット22を短時間かつ容易に製造することができる(以下の実施の形態において同様)。
また、ベースブラケット22では、ベース内底面51に準じて周縁面52にも段差が設けられるが、周縁面52は面一とされてもよい。
次に、本発明の第2の実施の形態に係るモータのベースブラケットについて説明する。第2の実施の形態に係るモータおよびモータが利用される記録ディスク駆動装置は、ベースブラケットの形状が異なるという点を除いて第1の実施の形態に係るモータ13と同様である。図7および図8はそれぞれベースブラケット22aの縦断面図および底面図であり、図7は図8中の矢印Bにて示す位置での断面を示す。図7に示すように、電機子21に対向するベース底部223上のベース内底面51および周縁面52のそれぞれは(段差を有さない)面一の環状面となっており、ベース底部223の電機子21とは反対側のベース下面7に凹部721aが設けられる。
図8に示すように、ベース下面7は第1の実施の形態と同様に配線基板8(図7参照)が取り付けられる基板取付領域71を有し、基板取付領域71は他の領域72(の少なくとも外縁部)よりも電機子21側へと窪んでいる。凹部721aは領域72の外縁部よりも内側に位置するように円弧状に形成される。すなわち、凹部721aの底面(下方を向く底面)の全周が底面よりも下方に位置する面(すなわち、ベース下面7において最も下方に突出する面)により囲まれる。
以上のように、図7および図8に示すベースブラケット22aでは、ベース下面7の基板取付領域71以外の領域72に凹部721aを設けることにより、第1の実施の形態と同様に、ベースブラケット22aの強度を確保しつつ、モータが搭載される記録ディスク駆動装置の固有振動数を容易かつ低コストにて望ましいものへと調整することができる。
なお、ベース下面7の領域72におけるベース底部223の厚さの最小値は、基板取付領域71との厚さの最小値(ブッシュ挿入領域5121(図3参照)を除く。)の80パーセント以上120パーセント以下の範囲であることが好ましい。これにより、ベースブラケット22aの軽量化を図りつつベース底部223の強度のばらつきを抑制することができる。
また、第1の実施の形態と同様に、基板取付領域71を、ベース下面7の他の領域72よりも小さくなるように設定することで、記録ディスク駆動装置の固有振動数の特性の調節範囲をより広くすることができる。
図9および図10は、図7および図8に示すベースブラケット22aの他の例を示す縦断面図および底面図であり、図9は図10中の矢印Cにて示す位置での断面を示す。
図9および図10に示すベースブラケット22bは、図7および図8に示すベースブラケット22aのベース下面7の凹部721aの形状を、図10中に平行斜線を付す凹部721bへと変更したものであり、他の構造はベースブラケット22aと同様である。ベースブラケット22bでは、ベース下面7の基板取付領域71以外の領域72の外縁部よりも内側に設けられる凹部721bが、最大限に広げられる。その結果、図9および図10に示すように、領域72の外縁部が枠形状となり、特に、外周部722がリブ状とされる。なお、この場合においても、基板取付領域71は領域72の外縁部よりも電機子21側へと窪む領域であるといえる。
以上のように、ベース下面7の基板取付領域71以外の領域72に設けられる凹部は、リブ状の枠構造に囲まれる部位として捉えられるものであってもよく、枠構造を設けることにより、ベース底部223(図9参照)の強度低下を防止することができる。また、枠構造により、配線基板8の下面(特に、電機子21からの導線が半田付けされた部位)がベースブラケット22bの下面側にて最も下側に位置することも防止され、モータの取り扱いが容易となる。
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更が可能である。
例えば、モータ13はベースブラケット22(または22a,22b)を介してハウジング14に取り付けられるが、モータ13はベース部であるベースブラケットを介さずに第1ハウジング部材141(図1参照)上に設けられてもよい。この場合、ハウジングの一部がモータ13のベース部となり、このベース部の電機子21に対向するベース底部の電機子21側のベース内底面や反対側のベース下面に凹部が設けられることにより、固有振動数の調整が可能となる。
また、モータ13はいわゆるアウタロータ型であるが、界磁用磁石が電機子の内側に位置するインナロータ型であってもよく、軸受機構もボール軸受等の他の機構が採用されてもよい。配線基板もFPC以外の剛性の高い基板であってもよい。
さらに、上記実施の形態に係るモータ13はハードディスク駆動装置以外の記録ディスク駆動装置、例えば、記録ディスクが交換可能なものに搭載されてもよく、他の様々な電子機器に搭載されてもよい。
記録ディスク駆動装置の縦断面図である。 モータの縦断面図である。 ベースブラケットの平面図である。 ベースブラケットの縦断面図である。 ベースブラケットの底面図である。 記録ディスク駆動装置の固有振動数の測定実験の結果を示す図である。 ベースブラケットの縦断面図である。 ベースブラケットの底面図である。 ベースブラケットの縦断面図である。 ベースブラケットの底面図である。
1 記録ディスク駆動装置
2 ステータ部
3 ロータ部
4 軸受機構
6 ブッシュ
7 ベース下面
8 配線基板
12 アクセス部
13 モータ
14 ハウジング
21 電機子
22,22a,22b ベースブラケット
33 界磁用磁石
51 ベース内底面
71 基板取付領域
72 (ベース下面の他の)領域
223 ベース底部
227 貫通穴
511 第1ベース内底面
512a,721b 凹部

Claims (6)

  1. 電動式のモータであって、
    電機子および前記電機子が取り付けられるベース部を有するステータ部と、
    前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するとともに、軸受機構を介して前記中心軸を中心に前記ステータ部に対して回転可能に支持されるロータ部と、
    を備え、
    前記ベース部の前記電機子に対向するベース底部の前記電機子とは反対側の面であるベース下面が、配線基板が取り付けられる領域であって前記ベース下面の他の領域よりも前記電機子側へと窪む基板取付領域を有し、
    前記ベース底部の前記電機子と対向する環状面であるベース内底面が、前記基板取付領域と重なる領域の外に前記ベース下面側へと窪む凹部を有し、
    前記凹部と前記ベース底部とが前記中心軸方向に重なることを特徴とするモータ。
  2. 請求項1に記載のモータであって、
    前記基板取付領域に複数のブッシュが挿入される複数の貫通穴が形成されており、前記電機子から前記配線基板へと至る複数の導線が複数のブッシュにそれぞれ挿入されることを特徴とするモータ。
  3. 電動式のモータであって、
    電機子および前記電機子が取り付けられるベース部を有するステータ部と、
    前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するとともに、軸受機構を介して前記中心軸を中心に前記ステータ部に対して回転可能に支持されるロータ部と、
    を備え、
    前記ベース部の前記電機子に対向するベース底部の前記電機子とは反対側の面であるベース下面が、配線基板が取り付けられる領域であって前記ベース下面の他の領域の少なくとも外縁部よりも前記電機子側へと窪む基板取付領域を有し、
    前記ベース下面の前記他の領域の前記外縁部よりも内側に凹部が設けられ、
    前記凹部と前記ベース底部とが前記中心軸方向に重なることを特徴とするモータ。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載のモータであって、
    前記ベース部が鋳造または射出成形により形成されたものであることを特徴とするモータ。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載のモータであって、
    前記基板取付領域が、前記ベース下面の前記他の領域よりも小さいことを特徴とするモータ。
  6. 記録ディスク駆動装置であって、
    記録ディスクを回転する請求項1ないし5のいずれかに記載のモータと、
    前記記録ディスクに対する情報の読み出しおよび/または書き込みを行うアクセス部と、
    前記モータおよび前記アクセス部を収容するハウジングと、
    を備えることを特徴とする記録ディスク駆動装置。
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