JP3569881B2

JP3569881B2 - 小型モータ用封止型ステーター及びその製造方法

Info

Publication number: JP3569881B2
Application number: JP05251297A
Authority: JP
Inventors: 吟造中塚
Original assignee: 株式会社アロン
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: JPH10243595A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スピンドルモータやサーボモータ等の小型の薄肉成形モータのステーターに関するものであり、特にハードディスク駆動装置に適するものである。
【０００２】
ハードディスクの記憶容量は近年ますます大容量化が要求されており、記憶容量の向上とともに駆動部のクリーン度の要求レベルも高いものになっている。ハードディスク駆動装置となるモータの部品となるステーターの鉄心及び巻線部から発生する埃りやガスを封じ込めることは、ハードディスクの性能向上に大きな効果をもたらす。本発明のステーターはかかるニーズに対応するクリーンな環境での使用に適する小型精密モーター用のステーターである。
【０００３】
【従来の技術】
近年、各分野において小型や薄型の各種モータが使用されるようになってきており、それにつれてステーター及びインシュレーターの小型化や薄型化も要求されるとともに、製造工程の簡略化や信頼性の向上が要求されるようになってきている。
【０００４】
特に、市場要求としてモータの小型化、薄型化のニーズが高くなっており、鉄心との絶縁性がキープできればインシュレーターの肉厚が薄い程、巻き線量も大きくなり、モータの起動力やパワー等の性能も向上することになる。また、絶縁物が薄い程モータに発生する熱の放散がしやすくなる等の作用効果もある。
【０００５】
一方、ハードディスク装置に使用されるスピンドルモータの場合、上記小型化と薄型化に加え、磁気ヘッドやハードディスクに微小な埃等が付着すると、ノイズやヘッドクラッシュの原因となるので、モータから埃やガスが発生しないようにする必要がある。
【０００６】
モータからは主にパーティクル，有機物質，イオン性物質，ガスが発生する。特に、ステーターやローターの巻線同士が擦れたりすることにより生じる汚染物質の飛散を防止する必要があり、このことはハードディスク装置の耐久性を高めるためにも重要である。また、ハードディスク装置の性能向上のためには、電流パルスにより発生する振動，ノイズを防止する必要もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来ステーターを製造するためには、形に打ち抜いた薄い鋼板を複数枚カシメて積層鉄心とし、これを防錆処理した後塗装により絶縁処理をしていた。そして、これに巻線ガイドを接着した後、巻線を行っていた。
【０００８】
しかし、打ち抜いた薄い鋼板を積層するために、積層面が露出することとなる外周やスロット等が完全な平面とはならないで凹凸が生じるのは避けられなかった。インサート上の大きな問題は、積層した鉄心の厚みの変動があることである。そのため、インサート成形には▲１▼積層の厚みで分類するか又は▲２▼型内で調整コアを作動させる等の多大な費用を要した。且つまた、従来のインサート方式の▲１▼積層厚分類方式、▲２▼型内調整移動コア方式では双方ともにバリが発生するため、多大な費用をかけてバリとりをする必要があった。
【０００９】
そして、このような凹凸面を絶縁処理するためには５０〜８０μｍ位の厚さで塗装を行う必要があった。塗装は前工程としてバリ取りのショットブラスト又はバレル工程を必要とするため、費用が高くなるとともに、ピンホール等が生じやすくなるために絶縁不良となりやすく、エッジ部の剥離がおき、従って歩止まりが悪かった。その上、塗装後に巻線ガイドを接着する必要があり、製造工程が複雑となっていた。
【００１０】
また、特開昭６３−３６３６号公報や特開昭６３−３６３７号公報に示されるように、鉄心の一番外側となる鋼板に熱可塑性の合成樹脂層が予め貼り合わせてあるラミネート鋼板を使用し、鋼板を積層後この合成樹脂層を加熱して熱変形させて絶縁する方法もあるが、積層した鋼板の中間部まで完全に合成樹脂で被覆するためにはこれらの部分へ熱変形させるためにラミネート鋼板の合成樹脂層の厚さに余裕をもたせておく必要があり、あまり合成樹脂層を薄くすることができず、また、鉄心全体を均一な厚さで被覆するのもなかなか困難であった。
【００１１】
すなわち、上記課題を解決するためには、簡単な製造工程により絶縁処理した鉄心を欠陥品の発生を防いで製造し、且つインシュレーターも同時に成形するとともに、抵抗値やインダクタンスの値を向上させたものができればよいことになる。
【００１２】
一方、ステーターやローターの巻線同士が擦れたりすることにより生じる汚染物質の飛散を防止したり、電流パルスにより発生する振動，ノイズを防止するためには、巻線を合成樹脂等で封止密封し、巻線が外部に直接露出しないような状態にする必要がある。
【００１３】
そこでこれを解決することを目的として巻線を合成樹脂で封止するものが各種提案されている。但し、合成樹脂で封止するに際しては、巻線の被覆を熱や圧力により損傷させることなく、且つ巻線コイルに乱れを生じさせないようにすることが重要である。
【００１４】
従来一般に合成樹脂で封止するのは、熱硬化性樹脂を使用して低温（１２０℃以下）、低圧で行われている。樹脂材料は主としてバルクモールディングコンパウンド（ＢＭＣ）によるものである。この方法では、樹脂温度は低温であるが、製造時間は数分を要した。これらは、例えば特開平５−１８４０９２号公報に示されるように周知の技術である。
【００１５】
一方、巻線を合成樹脂で被覆するのに射出成形法を用いる方法も各種提案されている。
例えば、特公平６−５９７７号公報に示すものは、コイル状に巻回した巻線を金型内に挿入し、金型温度を１２０〜１５０℃とし、無機充填物が２０〜４０ｗｔ％含有してポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いて、樹脂温度３００〜３５０℃、射出圧力８００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２で射出成形して巻線を被覆するものである。これは従来巻線の封止に使用されていた熱硬化性のエポキシ樹脂では成形に長時間要して生産性が悪かったので、熱可塑性樹脂を用い射出成形により比較的短時間で成形できるようにしたものである。しかしながら、溶融している高温の樹脂を高い圧力で射出しており、巻線のコイル径が太く且つコイルの被覆膜が厚い場合は問題ないが、コイル径が細く且つ被覆膜が薄い巻線の場合には、巻線コイルの乱れや被覆膜の損傷が発生し実用的でない。
【００１６】
また、特開平３−７０４４１号公報に示すものは、複数個のスロットを有する鉄心に巻線をし、整流子を備えたローターの鉄心と巻線の外周を絶縁性封止部材（ガラス繊維入りのポリアセタール）で射出成形で封止する際、樹脂の射出位置を整流子の反対側の端面でローターの回転軸と平行に射出するようにしたものである。射出は２段射出で行い、最初の射出圧力は２２０ｋｇ／ｃｍ２、２段目は５０ｋｇ／ｃｍ２で行う。これはローターに関するものであり、本願のステーターとは対象物を異にするとともに、これの技術ポイントは樹脂の射出方向を特定し、巻線の乱れを防ぐことと、射出圧力を２段にして射出時間を短くし、樹脂の冷えを防ぎ、皺やひけ等の成形不具合をなくすことである。樹脂の射出時間は２．５秒と短いが、この短時間でも小型精密モータ用ステーターの巻線は被覆膜が薄いので、高温の溶融樹脂により損傷を受けてしまう。また、最初の射出圧力が２２０ｋｇ／ｃｍ２と高く、射出される樹脂の影響で巻線コイルが乱れてしまうことになる。
【００１７】
更に、特開平６−３２７２０８号公報に示すものは、永久磁石を固着した一対の回転子の間に、柱状の軟磁性材料からなる鉄心にコイルを巻いた固定しブロックを複数個配した軸方向ギャップ型ＤＣブラシレスモータの固定子の固定子ブロックをステーターとして組立固定し、主充填材の熱伝導率が１０（ｗ／ｍ・ｋ）以上の樹脂で固着するものである。使用する樹脂は熱可塑性，熱硬化性の両種類の樹脂が対象となっているが熱硬化性樹脂を主体としている。また成形方法として射出成形も記載されているが、液状の熱硬化性樹脂はポッティングで、粉状の熱硬化性樹脂はトランスファー成形を用い、更に形状によってはキャスティングを使用することが提案されており、射出成形による具体的な方法については記載がない。なお、使用する樹脂としては酸化アルミや窒化アルミ等の熱伝導率のよい充填材を主成分とするエポキシ樹脂であり、流動性についての言及はない。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明に係る小型モータ用封止型ステーターとは上記課題を解決するために、絶縁性を有する高流動性の熱可塑性合成樹脂製のインシュレーターが射出成形によりインサート成形してある鉄心に巻線を直巻きしたステーターに、射出成形により同系統の熱可塑性樹脂が被覆してあり巻線が封止してあるものである。
【００１９】
また、この発明に係る小型モータ用封止型ステーターの製造方法は上記課題を解決するために、所望形状に打ち抜いた鋼板を必要枚数積み重ねてカシメ加工して積層鉄心とし、この積層鉄心を射出成形機の金型内にインサートし、絶縁性を有する高流動性の熱可塑性合成樹脂を原料としてアンダーモールドし、少なくとも積層鉄心の両端面とスロットに薄肉の樹脂膜を被覆するとともに鉄心の上面を被覆する樹脂膜には同時に巻線加工用の逆Ｌ字形のフックを形成してインシュレーターとし、このインシュレーターを被覆した積層鉄心に前記フックを利用して細い被覆銅線をコイル状に巻線加工し、次に射出成形機の金型内で、このステーターの巻線に射出した樹脂が直接当たらない位置に金型のゲート位置を設け、前記アンダーモールドに使用した樹脂と同系統の合成樹脂を原料とし、使用する射出成形機の基準とする充填ピーク圧に対し、成形時の充填ピーク圧をその基準とする充填ピーク圧の２０〜６０％の低圧とし、成形時の射出速度をその使用する射出成形機の基準とする充填ピーク圧の場合に基準とされる射出速度の２倍以上の高速とし、射出成形により前記ステーターにオーバーモールドして被覆するようにしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、この発明に係る小型モータ用封止型ステーター及びこれらの製造方法の実施例について説明する。
【００２１】
まず、インシュレーターをインサート成形した鉄心及びその製造方法の一実施例を、ハードディスク装置で使用するスピンドルモータ用のステーターのものについて図１〜図５に基づいて述べる。１は薄い鋼板を複数枚カシメて形成した積層鉄心である。そして、この積層鉄心１を射出成形機の金型内にインサートし、高流動性の熱可塑性合成樹脂を原料としてインシュレーター２をアンダーモールドして成形する。アンダーモールドしたインシュレーター２の肉厚は望ましくは０．２ｍｍ以下とする。
【００２２】
インシュレーター２は積層鉄心１の両端面３，スロット４及び外周５を被覆するように成形する。すなわち、ローター挿入部となる内径側面６も含め全周を被覆するように薄い絶縁性合成樹脂製のインシュレーター２をアンダーモールドする。７はインシュレーター２の端面３に形成した巻線ガイドである。なお、インシュレーター２は内径側面６を含め、肉厚０．２ｍｍ以下で全周を被覆するようにすることが望ましい。
【００２３】
また、使用方法によっては外径側面を除く全周を被覆してもよい。そして図５に示すように、インシュレーター２は積層鉄心１の両端面３とスロット４を被覆するように成形し、インシュレーター２の端面３に巻線ガイド７を形成する。薄肉成形インサート品（肉厚０．２ｍｍ以下）で、同時に巻線ガイドを成形した画期的なものである。
【００２４】
インシュレーター２を射出成形により成形する合成樹脂としては、絶縁性を有する高流動性の熱可塑性を使用するが、例えば６６ナイロンやＰＢＴ樹脂，ＬＣＰ樹脂，ＰＰＳ樹脂等を使用することができる。なお、本発明において高流動性樹脂と称するものは、樹脂が成形に必要な温度で溶融された状態でシアーレート（せん断速度）が１０２（１／秒）の時の溶融粘度が７×１０３ポイズ以下、シアーレートが１０３（１／秒）の時の溶融粘度が３×１０３ポイズ以下のものをいう。
【００２５】
次に、上記した積層鉄心１を利用して小型モータ用封止型ステーターの製造方法について説明する。なお、以下の説明においてはインシュレーター２をアンダーモールド８と称す場合もある。
【００２６】
まず、アンダーモールド８をした積層鉄心１の歯９に巻線１０をしてステーター１１とする。これは通常の方法により巻線１０をすればよい。
そして、このステーター１１の巻線１０に射出した樹脂が直接当たらない位置に金型のゲート位置を設け、上記インシュレーター２と同系統の高流動性の熱可塑性樹脂を射出成形により前記ステーターにオーバーモールド１２をして巻線１０を被覆する。これにより、巻線１０が外部に直接露出せず、樹脂によりオーバーモールド１２された状態の本発明の封止型ステーターが製造される。
【００２７】
なお、オーバーモールド１２をするに際しては、射出成形時の樹脂の充填ピーク圧は、原料樹脂や製品の形状等により異なるが、通常使用する充填ピーク圧を基準とし、この値の２０〜６０％の低圧で、射出速度を通常速度の２倍以上の高速とする必要がある。
【００２８】
一般の射出成形では通常７０ｋｇ／ｃｍ２〜１５０ｋｇ／ｃｍ２の充填ピーク圧が使用されている。本発明のオーバーモールドの際の充填ピーク圧は、通常の成形で７０ｋｇ／ｃｍ２程度の充填ピーク圧を必要とする場合（原料や製品に対して）は、１５ｋｇ／ｃｍ２〜４０ｋｇ／ｃｍ２とする。また、通常成形で１５０ｋｇ／ｃｍ２程度の充填ピーク圧を必要とする場合は３０ｋｇ／ｃｍ２〜９０ｋｇ／ｃｍ２の充填ピーク圧とする。
【００２９】
またオーバーモールドの際、金型キャビティの中に背後にバネを備えた複数個の圧力調整用の可動ピンを設け、樹脂の射出圧力が加わるとこの樹脂圧でピンが一旦押し込まれてダンパーとして働いて射出圧力を一時的に吸収し金型内の急激な圧力上昇を防止し、樹脂の射出圧力によって巻線が乱れることをより確実に防止することができる。この圧力調整機構は、樹脂の充填ピーク圧が高い場合に効果的なものとなる。
【００３０】
一方射出速度は、例えば成形時に使用する射出成形機が基準となる充填ピーク圧の場合に基準となるなる射出速度が１３５ｍｍ／ｓｅｃであれば、これの２倍以上となる２７０ｍｍ／ｓｅｃ以上とする。なお、最近の射出成形機においては性能的には１０００ｍｍ／ｓｅｃも可能となっている。射出速度を２倍とすれば、射出充填時間は１／２となる。
【００３１】
本発明で使用する巻線１０は、例えば線径（直径）が０．１３ｍｍの銅線であり、被覆材はポリウレタン樹脂（耐熱温度１５５℃）であり、被覆膜の厚さは０．０１ｍｍである。このようなものでも上記条件（充填圧力と射出速度）とすることにより被覆材の損傷を防止できる。
【００３２】
なお、金型温度が高過ぎるとアンダーモールド８が変形する恐れがあるとともに、巻線１０に伝わる熱量を小さくするため、金型温度は３０℃〜８０℃の間、好ましくは５０℃以下とする。
【００３３】
また、ゲート位置を巻線１０を直撃しない位置とすることにより、射出圧力による巻線の乱れを防止できる。実際のゲート位置としては、例えばスロット４内、より具体的にはステーター１１の巻線１０加工をした相隣接する歯９の間とする。また、ゲート数は短時間に射出成形を完了するためには多いほど望ましいが、これはステーターの大きさや極数により適当に選択すればよい。
【００３４】
オーバーモールド１２に使用する高流動性の熱可塑性樹脂は、アンダーモールド８とのなじみをよくするために、同系統の樹脂を使用する。なお、これらの樹脂を使用すると成形温度は３００℃位となるが、このような耐熱温度の高い樹脂を使用して封止成形をしておくことにより、耐久性に優れたモータとすることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の小型モータ用封止型ステーターによれば、モータ運転中の巻線からの汚染物質の流出を防止でき、また電流パルスにより発生する振動やノイズを押えることができる。
【００３６】
また、本発明の小型モータ用封止型ステーターの製造方法によれば、アンダーモールドとオーバーモールドの双方を高流動性の熱可塑性樹脂で射出成形するようにしたので巻線に損傷を与えることなく、アンダーモールドとオーバーモールドの双方を熱可塑性樹脂としたので射出成形によって簡単に封止型のステーターを製造することができ、小形且つ高性能なスピンドルモータを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用するインシュレーターをインサート成形した積層鉄心の平面図である。
【図２】本発明で使用するインシュレーターをインサート成形した積層鉄心の正面図である（巻線ガイドについては一部図示を省略した）。
【図３】図１のＡ−Ａ線端面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線端面図である。
【図５】本発明で使用するインシュレーターをインサート成形した積層鉄心の他例を示す正面図である（巻線ガイドについては一部図示を省略した）。
【図６】本発明の封止型ステーターの平面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線拡大端面図である。
【符号の説明】
１積層鉄心
２インシュレーター
３端面
４スロット
５外周
６内径側面
７巻線ガイド
８アンダーモールド
９歯
１０巻線
１１ステーター
１２オーバーモールド

Claims

絶縁性を有する高流動性の熱可塑性合成樹脂製のインシュレーターが射出成形によりインサート成形してある鉄心に巻線を直巻きしたステーターに、使用する射出成形機の基準とする充填ピーク圧を基準とし、この値の２０〜６０％の低圧で、射出速度を使用する射出成形機の基準とする充填ピーク圧の場合に基準とされる射出速度の２倍以上の高速で、射出成形により同系統の高流動性の熱可塑性樹脂が被覆してあり巻線が外部に直接露出しないように封止してあることを特徴とする小型モータ用封止型ステーター。
所望形状に打ち抜いた鋼板を必要枚数積み重ねてカシメ加工して積層鉄心とし、
この積層鉄心を射出成形機の金型内にインサートし、絶縁性を有する高流動性の熱可塑性合成樹脂を原料としてアンダーモールドし、少なくとも積層鉄心の両端面とスロットに薄肉の樹脂膜を被覆するとともに鉄心の上面を被覆する樹脂膜には同時に巻線加工用の逆Ｌ字形のフックを成形してインシュレーターとし、
このインシュレーターを被覆した積層鉄心に前記フックを利用して細い被覆銅線をコイル状に巻線加工し、
次に射出成形機の金型内で、このステーターの巻線に射出した樹脂が直接当たらない位置に金型のゲート位置を設け、
前記アンダーモールドに使用した樹脂と同系統の高流動性の熱可塑性樹脂を原料とし、
使用する射出成形機の基準とする充填ピーク圧に対し、成形時の充填ピーク圧をその基準とする充填ピーク圧の２０〜６０％の低圧とし、成形時の射出速度をその使用する射出成形機の基準とする充填ピーク圧の場合に基準とされる射出速度の２倍以上の高速とし、射出成形により前記ステーターにオーバーモールドして被覆するようにしたことを特徴とする小型モータ用封止型ステーターの製造方法。
射出成形用の金型に、射出圧力を一時的に吸収するための圧力調整機構を設けたものを使用する請求項２記載の小型モータ用封止型ステーターの製造方法。