JPH03256547A - スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＯＡ機器の各部の駆動用等に用いられるスピン
ドルモータに関し、特に高剛性で長寿命のスピンドルモ
ータに関するものである。

〔従来技術〕

近年、ハードディスク装置の高容量化及び低消費電力化
に伴い、その駆動用スピンドルモータに対してもそれに
適した高性能のもの、例えば高剛性で且つ寿命の長いも
のが要望きれている。

従来この種のスピンドルモータの軸受はボールベアリン
グを用いた軸受が一般的であった。しかしながら、ボー
ルベアリングは基本的にグリース潤滑を必要とすること
、回転精度の向上や長寿命化の点で難点があり、これら
の難点を解決するためボールベアリングに代えて動圧流
体軸受けの適用が提案されている。

第３図は本出願前に本出願人が特許出願した（特願平１
−９２１６１号）動圧軸受を使用したスピンドルモータ
の断面図である。図示するように、このスピンドルモー
タはモータ固定部３１とモータ回転部３８とからなる構
造である。

モータ固定部３１は中央に支持軸３３を立設した取付台
３２にスラスト軸受バット３４を固定し、該支持軸３３
に同心円状のラジアル軸受３５を固定し、その上部に駆
動用モータ３６のステータ３７を固定した構造である。

また、モータ回転部３８はシリンダ状の部材の内部に前
記ステータ３７に対向する駆動用モータ３６のロータ４
０を固定し、更に下部には前記ラジアル軸受３５と前記
スラスト軸受バット３４に対向面を有する断面り字状の
軸受部材３９を固定した構造である。

ラジアル軸受３５とこれに対向する軸受部材３９の面で
第４図に示すようなヘリングボーン溝動圧ラジアル軸受
を構成し、ラジアル軸受３５の外周面の軸受部材３９と
の対向する部分にはへリングポーン状の動圧を発生する
溝Ｃ１が形成されている。

スラスト軸受バット３４の上面とこれに対向する軸受部
材３９の面で、スパイラル溝動圧スラスト軸受４１を構
成し、スラスト軸受バット３４の上面の軸受部材３９と
の対向する部分には第５図に示すスパイラルの動圧が発
生する溝Ｃ２が形成きれている。駆動用モータ３６が駆
動すると、モータ回転部３８が回転し、スラスト軸受バ
ット３４の上面と軸受部材３９の下面ま間で空気動圧が
発生し、ラジアル軸受３５の外周面とこれと対向する受
部材３９の内周面との間に空気動圧が発生する。このた
め軸受部材３９は固体接触することなく、回転するので
スムーズに回転できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来構成のスピンドルモータにおいては、スパイラ
ルグループ動圧スラスト軸受、ヘリングボーン溝動圧ラ
ジアル軸受は共に、運転中の流体層の厚さはミクロンオ
ーダーの微／Ｊ％なものであるので、製作に当っては軸
受面の加工には高い精度が要求される。ここで、スパイ
ラルグループ動圧軸受の方は平面形状なので、加工は比
較的容易である。しかしながら、ヘリングボーン軸受の
方は円筒形状をしているので、精度良く正確に加工する
には非常に手間がかかり、コストが高くなるのを避ける
ことができないという問題がある。とくに円筒形状の内
面の正確な加工は大変な困難を伴うという問題があった
。

また、スパイラルグループ動圧スラスト軸受では、スラ
スト荷重が大きくなり流体層厚さが／Ｊ）さくなれば、
軸受剛性は飛躍的に高まり安定した運転を継続できる。

しかしながら、ヘリングボーン溝動圧ラジアル軸受では
、ラジアル荷重が大きくなり偏心率が大きく、即ち流体
層厚きが小びくなっても、それに応じて軸受剛性が飛躍
的に高まることはない。従って、精度の高い加工が困難
であることとあいまって、ラジアル荷重が大きくなると
固体接触を起こすこともあり、必ずしも安定した運転が
できなかった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので上記問題点を
除去し、高速回転時の回転安定性を高め、ひいては高剛
性で長寿命のスピンドルモータを提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明はスピンドルモータ
固定部と回転部を有し、駆動用モータのステータが前記
固定部に固定きれると共にロータが前記回転部に固定さ
れ、更に前記回転部が軸方向の荷重を支えるスラスト軸
受及び半径方向の荷重を支えるラジアル軸受を介して固
定部に回転自在に支持されるスピンドルモータを下記の
構成とした。

ラジアル軸受を前記固定部に固定した固定側磁石と、該
固定側磁石に対向し前記回転部に固定した回転側磁石と
から構成される磁気軸受を用い、スラスト軸受に動圧発
生用のスパイラル溝を有するスパイラルグループ軸受を
用いた。

また、前記磁気軸受の固定側磁石を電磁石で構成し、回
転側磁石を永久磁石で構成した。

また、前記磁気軸受の固定側磁石と回転側磁石とをいず
れも永久磁石で構成した。

また、前記固定側の永久磁石と回転側の永久磁石として
、軸方向に着磁したリング状永久磁石を用い、リング状
永久磁石を同心円上に対向した配置し、同極間に発生す
る磁気反発力によりラジアル方向の負荷能力を発生させ
るようにした。

また、前記固定磁石と回転側磁石の軸方向の磁気中心を
ずらして配置し、該固定磁石と回転側磁石との間に発生
する磁気吸引力又は磁気反発力により、軸方向にスラス
ト力を発生され、前記スパイラルグループ軸受に予荷重
を与えるようにした。

〔作用〕

スピンドルモータを上記構成とすると、ラジアル方向荷
重及びラジアル方向位置は磁気軸受で保持され、固体接
触することなく円滑な回転が確保される。

また、磁気軸受であるため、軸受クリアランスは流体動
圧軸受であるヘリングボーン軸受とは異なりミクロンオ
ーダではなく、ｏ、ｉミリオーダーの比較的大きい値で
済むので、軸受部分の加工精度をあまり高くする必要が
ない。

また、軸方向は、スパイラルグループ軸受で保持され、
固体接触することなく円滑に運転される。スパイラルグ
ループ軸受は荷重が大きくなると流体層の厚さが小きく
なり剛性が飛躍的に高まり安定した運転ができる。

磁気軸受の静止側の磁石に電磁石を用いた場合は、制御
装置を備えた吸引型磁気軸受けとすることができ軸受剛
性を調節ができるので安定した起動と高速運転ができる
。また反発型とした場合でも軸受剛性を調節ができるの
で安定した起動と高速運転ができる。

磁気軸受けの静止側磁石と回転側磁石の双方を永久墓石
とした場合、電磁石と異なり、軸受での電力損失がなく
、電磁石の制御装置も不要となるから、簡単な構成で安
定した運転ができる。

また、ラジアル磁気軸受を構成する回転側磁石とこれに
対向した静止側磁石の磁気中心をずらずことにより、軸
方向のスラスト力を発生させ、スパイラルグループ軸受
の予荷重とした場合は、スパイラルグループ軸受の流体
層を圧迫するので、軸受の剛性を高め安定した運転がで
きる。

予荷重により、動圧スラスト軸受を押し付けるので、ス
ピンドルモータを横姿勢でも使用することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基ついて説明する。

第１図は本発明に係るスピンドルモータの構造を示す断
面図である。本実施例のスピンドルモータは、モータ固
定部１とモータ回転部２からなる所謂アウタロータ型の
スピンドルモータであり、固定部１の支持軸３が回転ゼ
す、外側のシリンダ状のモータ回転部２が回転するよう
になっている。

モータ固定部１は中央に支持軸３を立設した取付台２に
スラスト軸受４のスラスト軸受バット４−１を固定し、
該支持軸３の略中夫に駆動用モータ５のステータ５−１
が固定し、このステータ５−１の上部と下部にそれぞれ
ラジアル磁気軸受２０．２１の静止側磁石２０−１．２
１−１が固定された構造である。

モータ回転部２はシリンダ状の部材の内周面に駆動用モ
ータ５のステータ５−１に対向するロータ５−２を固定
し、該ロータ５−２の上部と下部にそれぞれラジアル磁
気軸受２０．２１の静止側磁石２０−１．２１−１に対
向する回転側磁石２０−２．２１−２が固定され、さら
に下端面に前記スラスト軸受バット４−１に対向してス
ラスト軸受４を構成するスラスト軸受カラー４−２が固
定された構造である。

スラス）・軸受４はスパイラルグループ軸受であり、軸
受の負荷能力を大きくすることによって、回転時に非常
に高い剛性を発揮させることができる。スパイラルグル
ープ軸受の例を第５図に示す。なお、スパイラルグルー
プ軸受において、通常動圧発生用のスパイラル溝Ｃ２は
スラスト軸受バット４−１に形成きれるが、このスパイ
ラル溝Ｃ２をスラスト軸受カラー４−２に形成し、スラ
スト軸受バット４−１の上面を平滑としてもよい。ラジ
アル磁気軸受２０．２１は第２図にその拡大を示すよう
に、静止側磁石２０−１．２１−１と回転側磁石２０−
２．２１−２により構成それ、これら静止側磁石２０−
１．２１−１及び回転側磁石２０−２．２１−２は全て
軸方向に着磁したリング状永久磁石である。モータ回転
部２の内周面に固着された回転側磁石２０−２．２１−
２と支持軸３に固着された静止側磁石２０−１゜２１−
１は互いに対向し、永久磁石の同極間で発生する磁気反
発力によりラジアル方向の負荷支持力を発生する。

また、本実施例では、回転側磁石２０−２．２１−２が
静止側磁石２０−１．２１−１に対してその中心が軸方
向でスラスト軸受４側に距離ｄだけ寄せて配置されてい
る。このため回転側磁石２０−２．２１−２と静止側磁
石２０−１．２１−１の永久磁石の同極間には磁気反発
力が、異極間には磁気吸引力が発生し、モータ回転部２
軸方向に押し下げる。即ちスラスト軸受４を押し付ける
力Ｆａ、Ｆｂを与える。この力Ｆａ　、Ｆｂがスパイラ
ルグループ軸受の予荷重として作用し、軸受の剛性を高
める。スパイラルグループ軸受では、軸受の負荷能力を
大きくし予荷重を大きくすることによって非常に高い回
転剛性を発揮させることができるものである。

なお、上記実施例では、静止側磁石２０−１゜２１−１
及び回転側磁石２０−２．２１−２を永久磁石で構成し
た例を示したが、永久磁石に限定されるものではない。

特に静止側磁石２０−１゜２１−１を電磁石とした場合
は、ラジアル磁気軸受の剛性を調節することができ、安
定した起動を可能とし、また高速運転が容易に実現でき
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、下記のような優れ
た効果が得られる。

（１）ラジアル軸受を磁気軸受としたので、軸受損失が
小びく寿命が著しく長くなる。

（２）また、ラジアル軸受を磁気軸受としたので、ヘリ
ングボーン軸受と異なり、軸受クリアランス（第２図の
Ｃ参照）を比較的大きくすることができ、加工精度も比
較的低くてよいので、加工、組立が容易でコストを下げ
ることができる。

（３）磁気軸受の静止側磁石を電磁石とした場合は、ラ
ジアル磁気軸受の剛性を調節することができ、安定した
起動を可能とし、また高速運転を容易にできる。

（４）磁気軸受を永久磁石のみで構成する場合は、制御
不要で、軸受での電力損失もない。

（５）磁気軸受の静止側磁石と回転側磁石の軸方向の磁
気中心を片寄らせることにより、スラス］・軸受に予荷
重をかけることができ、このスラストＩｊｄｌ受はスパ
イラルグループ軸受であるので、予荷重による軸受剛性
が著しく高まり、円滑で安定した運転が可能になる。

（６）予荷重により、動圧スラスト軸受を押し付けるこ
とができるので、スピンドルモータを横姿勢でも使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスピンドルモータの構造を示す断
面図、第２図はラジアル磁気軸受部の拡大図、第３図は
従来のスピンドルモータの構造を示す断面図、第４図は
ラジアル軸受部材に形成きれた動圧発生溝の例を示す図
、第５図はスラスト軸受部材に形成された動圧発生溝の
例を示す図である。 図中、１・・・・モータ固定部、２・・・・モータ回転
部、 ３ ・・支持軸、 ４・・・・スラスト軸受、 ５・・・・ 駆動用モータ、 １・・・・ラジアル磁気軸

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）スピンドルモータ固定部と回転部を有し、駆動用
   モータのステータが前記固定部に固定されると共にロー
   タが前記回転部に固定され、更に前記回転部が軸方向の
   荷重を支えるスラスト軸受及び半径方向の荷重を支える
   ラジアル軸受を介して固定部に回転自在に支持されるス
   ピンドルモータにおいて、 前記ラジアル軸受を前記固定部に固定した固定側磁石と
   、該固定側磁石に対向し前記回転部に固定した回転側磁
   石とから構成される磁気軸受を用い、前記スラスト軸受
   に動圧発生用のスパイラル溝を有するスパイラルグルー
   プ軸受を用いたことを特徴とするスピンドルモータ。
2. （２）前記磁気軸受の固定側磁石を電磁石で構成し、回
   転側磁石を永久磁石で構成したことを特徴とする請求項
   （１）記載のスピンドルモータ。
3. （３）前記磁気軸受の固定側磁石と回転側磁石とをいず
   れも永久磁石で構成したことを特徴とする請求項（１）
   記載のスピンドルモータ。
4. （４）前記固定側の永久磁石と回転側の永久磁石として
   、軸方向に着磁したリング状永久磁石を用い、該リング
   状永久磁石を同心円上に対向して配置し、同極間に発生
   する磁気反発力によりラジアル方向の負荷能力を発生さ
   せることを特徴とする請求項（３）記載のスピンドルモ
   ータ。
5. （５）前記固定磁石と回転側磁石の軸方向の磁気中心を
   ずらして配置し、該固定磁石と回転側磁石との間に発生
   する磁気吸引力又は磁気反発力により、軸方向にスラス
   ト力を発生させ、前記スパイラルグループ軸受に予荷重
   を与えることを特徴とする請求項（１）乃至（４）のい
   ずれか１つに記載のスピンドルモータ。