JP4699710B2 - コア付きモータ - Google Patents

Description

本発明は、コア付きモータに係り、特に、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）のディスク駆動用に好適な動圧軸受を備えたコア付きモータに関する。

従来のコア付きモータの一例として、特許文献１に示されるものがある。
このモータは、シャフトと、ステータケースと、積層コアを備えるロータコアと、このロータコアの外周端面と対向するようにステータケースの内側面に装着されたマグネットとを有するものである。
また、他の例として、図４，図５に示すＨＤＤ用コア付きモータがあり、これについて以下に詳述する。ここで図５は、図４におけるＡ部の拡大図である。

このモータは、ステータ１０３と、ディスク２６が装着されたハブ１０２を有するロータ１２１とより成る。
ステータ３は、モータベース１１３と、これに固定されたステータコア１１４及びスリーブ１０９とで構成される。

スリーブ１０９は、モータベース１１３の中心孔１１３ａに固定されると共に、シャフト１０１を、動圧軸受を介して軸支する（この動圧軸受の説明は省略する）。
一方、ロータ１２１は、ハブ１０２とリング状ロータヨーク１０５とリング状マグネット１０６とを備えている。
これらは、ハブ１０２の底面の外周側にはロータヨーク１０５が固定され、そのロータヨーク１０５の内側面には、電着塗装を施したマグネット１０６が接着固定され組み立てられている。
この固定において、マグネット１０６は、ロータヨーク１０５の内周部に設けた突き当て部１１７により軸方向の位置規制がなされている（図５参照）。
また、シャフト１０１はハブ１０２に圧入固定されており、ロータ１２１はステータ１０３に対して回転自在とされている。

ロータヨーク１０５は、そのハブ１０２側に、内側に向けて屈曲した屈曲部１１２を有して断面が（逆）Ｌ字状に形成されている。
この屈曲部１１２は絞り加工により形成される。
そして、この屈曲部１１２により、マグネット１０６からの漏洩磁束がＨＤＤの記録再生ヘッド１５０に影響を与えるのを効果的に防止している。

また、マグネット１０６とロータヨーク１０５との間には、両者の接触面積を少なくして磁気短絡を低減できるように、また、ロータハブ１０２にかしめを行なう際にかしめ治具が逃げられるように、逃げ部１０８が設けられている。

ここで、磁気回路を構成するロータヨーク１０５と、マグネット１０６と、ステータコア１１４との軸方向の位置関係を図５により説明する。
当図において、マグネット１０６の軸方向長さ（厚さ）Ｌ１０２におけるその中心位置１１８を、ステータコア１１４の軸方向長さ（厚さ）Ｌ１０３におけるその中心位置１１９に対して、軸の上方向にＤＬだけずらすように配置している。
これは、両軸を合致させると、ロータヨーク１０５の屈曲部１１２によって、ステータコア１１４の軸方向の磁気中心に対するロータ側の磁気中心が下側にずれてしまうので、これを相殺するための配慮である。
特開平１０−４６４２号公報

ところで、上述したように、従来のコア付きモータは、マグネット１０６の漏洩磁束が記録再生ヘッド１５０に影響を与えるのを防ぐため、ロータヨーク１２０に屈曲部１１２を設けている。
また、突き当て部１１７によりロータハブ側の磁気回路が一部短絡してマグネットの磁束密度が小さくなるので、それをある程度抑制するため、上述したように、逃げ部１０８を設けている。

しかしながら、ロータヨークの形成工程において、このような屈曲部あるいは逃げ部を形成するための特別な工程が必要となり、部品のコストアップとなっていた。また、屈曲部を絞りで形成するため、高い寸法精度で屈曲部，突き当て部及び逃げ部を形成することが大変難しいという製造上の問題があった。

そのため、量産においてマグネットの位置やロータヨーク自体の位置等のばらつきが大きく、全体としての磁束密度がマグネットの上側（ロータヨーク側）や下側（モータベース側）に偏ってマグネットの磁気中心とステータコアの磁気中心とを精度よく、また、ばらつきなく一致させることが困難であった。
この場合、ロータハブはいずれかの軸方向に吸引されつつ回転してしまうので、バランスが悪く振動や騒音が大きくなるという問題があった。

このモータが搭載される機器の姿勢が不定の場合に、このバランスを意図的に崩し、ロータを軸方向に吸引させて機器の姿勢によらず振動や回転効率を低下させないようにしたモータが上述の特許文献１には示されている。
しかしながら、特に、ＨＤＤに搭載される場合においては、実際のところその姿勢はほぼ固定であるから、磁気中心を一致させてバランスを取ることが最も重要となる。
また、モータの軸受が動圧軸受の場合、このバランスが崩れると、アキシャル方向に力のアンバランスが生じてその動圧軸受の寿命が極めて短くなるという信頼性に関わる問題があった。

そこで本発明が解決すべき課題は、振動や騒音が少なく、動圧軸受の寿命が長く信頼性に優れ、製造が容易で安価なコア付きモータを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の構成を有する。
即ち、請求項１に係る発明は、ロータハブ（２）と、該ロータハブ（２）に固定された軸（１）及びリング状のロータヨーク（５）と、該ロータヨーク（５）の内周面に固定されたリング状のマグネット（６）とを有するロータ（２１）と、モータベース（１３）と、該モータベース（１３）に固定されたステータコア（１４）及び円筒状のスリーブ（９）とを有するステータ（３）とを備え、前記軸（１）を前記スリーブ（９）に内挿し、前記マグネット（６）と前記ステータコア（１４）とが対向するように前記ロータ（２１）を前記ステータ（３）に対して回動自由に軸支して成るコア付きモータにおいて、
前記ロータハブ（２）の前記モータベース（１３）側の面に周状の凹部（２８）と周状に連続してまたは断続して突出した凸部（２４）とを設け、前記ロータヨーク（５）を前記凹部（２０）に固定し、前記マグネット（６）を前記凸部（２４）に当接させて前記ロータヨーク（５）に固定し、前記ロータヨーク（５）と前記マグネット（６）と前記ステータコア（１４）との前記軸（１）方向の長さにおけるそれぞれの中心位置を略一致させて成ることを特徴とするコア付きモータである。
また、請求項２に係る発明は、ロータハブ（２）と、該ロータハブ（２）に固定された円筒状のスリーブ（９）及びリング状のロータヨーク（５）と、該ロータヨーク（５）の内周面に固定されたリング状のマグネット（６）とを有するロータ（２１）と、モータベース（１３）と、該モータベース（１３）に固定された軸（１）及びステータコア（１４）及びとを有するステータ（３）とを備え、
前記軸（１）を前記スリーブ（９）に内挿し、前記マグネット（６）と前記ステータコア（１４）とが対向するように前記ロータ（２１）を前記ステータ（３）に対して回動自由に軸支して成るコア付きモータにおいて、
前記ロータハブ（２）の前記モータベース（１３）側の面に周状の凹部（２０）と周状に連続してまたは断続して突出した凸部（２４）とを設け、前記ロータヨーク（５）を前記凹部（２０）に固定し、前記マグネット（６）を前記凸部（２４）に当接させて前記ロータヨーク（５）に固定し、前記ロータヨーク（５）と前記マグネット（６）と前記ステータコア（１４）との前記軸方向の長さにおけるそれぞれの中心位置を略一致させて成ることを特徴とするコア付きモータである。

本発明によれば、振動や騒音が少なく、動圧軸受の寿命が長く高い信頼性が得られ、製造が容易で安価であるという効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図３を用いて説明する。
図１は、本発明のコア付きモータの実施例を示す断面図であり、
図２は、本発明のコア付きモータの実施例における要部を説明する部分拡大断面図であり、
図３は、本発明のコア付きモータの実施例における効果を説明する図である。

まず、実施例のコア付きモータの概要を、図１，図２を用いて説明する。図２は、図１におけるＡ部の拡大図である。
このコア付きモータ（以下、単にモータと称する）は、磁気記録再生用ディスク２６を装着したハブ２を有するロータ２１とステータ３とを備えている。
ステータ３は、モータベース１３とモータベース１３に立設されたスリーブ９と巻線コイル１５を施したステータコア１４とから成る。
ロータ２１は、ロータハブ２とこのロータハブ２に固着されたシャフト１とから成る。

ステータ３において、モータベース１３には、コア取付け円筒部１３ａが形成され、その円筒部１３ａには段部２５が設けられている。
この段部２５には、ステータコア１４が極めて良好な位置精度で固定される。
このステータコア１４は、厚さ０．３５ｍｍの珪素鋼鈑が８枚積層されて成り、総厚さＬ３は２．８ｍｍである
このステータコア１４には、コイル１５が巻回されている。

コア取り付け円筒部１３ａの中心孔１３ｂには、スリーブ９が固定される。このスリーブ９は、シャフト１を軸支し、これによりロータ２１はステータ３に対して回転自在とされている。
シャフト１は、マルテンサイト系，フェライト系又はオースナイト系のステンレス材で形成される。そして、耐磨耗性の向上を目的として無電解ニッケルメッキ等の表面コーティングが施される。この表面コーティングの厚さは３〜５０μｍ程度である。

ロータ２１において、ロータハブ２の下面側には、リング状のロータヨーク５が接着固定され、このロータヨーク５の内周面にはステータコア１４と所定の間隙を有して対向するようにリング状のマグネット６が接着固定されている。
これらの形状と固定する位置関係についての詳細は後述する。

ところで、実施例のモータにおいては、シャフト１の軸支をラジアル及びスラスト動圧軸受により行っているので、次に、この動圧軸受について図１を用いて詳述する。

ラジアル動圧軸受２２，２３は、シャフト１とスリーブ９とにより構成される。
実施例では、スリーブ９の内径部表面に、ラジアル方向の動圧を発生させるヘリングボーン，レイレイステップ等の動圧溝が形成されている。この動圧溝を図１においては便宜上シャフト１上に斜線で示している。
このラジアル動圧溝は、シャフト１の外周面に形成してもよい。
シャフト１の外周面とスリーブ９の内周面との間には、所定の間隙が設けられ、この間隙に潤滑油（潤滑剤）が充填されている。
この潤滑油の介在によりロータ２１（シャフト１）の回転に伴ってラジアル方向の動圧が発生し、回転するロータハブ２はそのラジアル方向に支持される。

一方、アキシャル動圧軸受は、シャフト１の下端部側に固着されたフランジ７とスリーブ９の下側端部とこの端部を封止するプレート１０とにより構成されている。
アキシャル動圧溝（図示せず）は、フランジ７の上下面，スリーブ９におけるフランジ７に対向する下端面及びプレート１０の上面に形成されている。この動圧溝は、ヘリングボーン，レイレイステップ等の動圧溝であり、エッチング，スタンピングあるいはプレス等により形成されている。
フランジ７の上面とこれに対向するスリーブ９の下端面との間、及び、フランジ７の下面とプレート１０の上面との間には、それぞれ所定の間隙が設けられ、この間隙に潤滑油が充填されている。
この潤滑油の介在により、ロータ２１（シャフト１）の回転に伴ってアキシャル方向の動圧が発生し、回転するロータハブ２はその方向に支持される。

次に、ステータ３について詳述する。
上述したように、ステータ３は、モータベース１３と、これに固定されたステータコア１４と、このステータコア１４に巻回されたコイル１５とから構成されている。
モータベース１３は、アルミダイカストにより形成された後、所定の部分が切削されて成る。
ステータコア１４は、電着塗装や粉体塗装等により絶縁コーティングが施される。

コイル１５の巻き線端末１５ａは、モータベース１３の貫通孔１１を通して、フレキシブルプリント基板１６（以下、ＦＰＣ１６と称する）にはんだ付けされている。
ＦＰＣ１６には、巻線端末１５ａをはんだ付けする部分と、ＨＤＤの駆動回路（図示せず）にコネクタを介して接合するためのランド部とが設けられており、両部はパターンにより電気的に接続されている。
この構成において、モータの駆動回路に通電することにより、コイル１５の各相に順次通電されロータ２１は回転する。

ＨＤＤに用いられディスクを回転駆動するモータには、特に高い精度と高い信頼性とが要求される。近年のディスクの高容量化に伴い、従来のボールベアリングを用いた軸受よりもＮＲＲＯ（Ｎｏｎ Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ Ｒｕｎ Ｏｕｔ：非同期回転振れ精度）特性に優れた、動圧軸受を用いた実施例のモータは、このＨＤＤ用モータとして好適である。

次に、実施例の要部である、ロータヨーク５，マグネット６及びステータコア１４について詳述する。
非磁性材のアルミニウム材で形成されるロータハブ２の下面（図１における下側の面）には、上面側に向かって円形の凹みとされたリング状（周状）凹部２８が設けられている。
リング状凹部２８には、ロータヨーク５の端部がはめ込まれる。
このロータヨーク５は、均一肉厚のリング状に形成され、その軸方向の長さＬ１は５ｍｍである。材料としては磁性の鉄系材料が用いられ、表面にはニッケルめっきが施される。

また、ロータハブ２の下面のリング状凹部２８の内側には、下面側に向かって突出するリング状凸部２４が設けられている。
リング状凸部２４にはマグネット６が突き当てられ、その軸方向の位置が規制される。この凸部２４は、リング状に限らず、周方向に断続的に突出するものでもよい。マグネット６が安定して当接できるものであればよい。
このマグネット６は、ロータヨーク５の内面にがた無く嵌合するリング状に形成され、その軸方向の長さＬ２は４ｍｍである。材料としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム−鉄−ボロン）系が用いられ、表面には電着塗装が施される。
上述した凹部２８や凸部２４は、例えば、アルミダイキャストによる型の転写で形成してもよく、また、２次加工による切削により形成してもよい。

ロータヨーク５は、リング状凹部２８に嵌め込まれてそこに接着固定される一方、マグネット６がリング状凸部２４に当接しつつロータヨーク５の内面に接着固定され、ロータハブ２とロータヨーク５とマグネット６とは一体化される。
ロータヨーク５の内周面端部には、面取り２７（例えばＣ０．５程度の面取り）が設けられているのでマグネット６の嵌合（挿入）は容易に行える。

この一体化において、ロータヨーク５の軸方向長さＬ１の中心位置１８と、マグネット６の軸方向長さＬ２の中心位置１９と、ステータコア１４の軸方向長さＬ３の中心位置２０とが一致して組み立てられるように各部寸法が設定されている。
これにより、ロータヨーク５，マグネット６及びステータコア１４、即ち、このモータの駆動に関わる全ての磁性体が、マグネット６の軸方向長さＬ２の中心位置１８を含む面に対する面対称となる。
そのため、磁気回路も同様の対称となり、ロータ２１の回転時の振動や騒音が極めて少なくなる。

また、ロータヨーク５は、マグネット６よりも軸方向の長さＬ１が長いので、両者の中心位置１８，１９を合致させて配置すると、ロータヨーク５はマグネット６に対して上下端が突出する。
このモータが搭載されるＨＤＤの記録再生ヘッド１５０は、マグネット６に対して斜め上方に位置する。そのため、ロータヨーク５の突出した部分により、マグネット６からの漏洩磁束は効果的に遮蔽され、記録再生ヘッド１５０に磁気的悪影響を及ぼすことがない。

更に、ロータヨーク５は、屈曲部がないリング状であるから、平板から絞りおこしたり、パイプ状素材を切断したり、短冊状平板を丸めるように曲げるといった平易な製造方法で形成することができ、工程も少なくて済み低コストで製造することができる。特に、パイプ素材を加工して形成する方法は、その内径寸法が高精度に得られマグネット６との嵌合が極めて良好となるので最も望ましい方法である。

ところで、量産において各部品の寸法精度にばらつきが生じるのはやむを得ないところであるが、本実施例のモータにおいては、マグネット６に対するステータコア１４及びロータヨーク５の形状に関しての軸方向の中心位置が完全に一致している場合を基準として、ステータコア１４の総厚さＬ３（２．８ｍｍ）の±７％に相当する±０．１９６ｍｍ以内で中心位置がずれていても、磁気回路に関しては完全に対称になっているとしてよい。
これは、この範囲内において、実施例のモータの振動や騒音は十分に小さく、実質的にバランスが十分にとれていることが認められることによる。

また、ロータヨーク５の面取り２７については、両端部にこれを設けた例を図２において示したが、端部の面取り形状が磁気回路に与える影響は極めて少ないので、モータベース側の片側のみに設けたとしても、磁気回路の対称性が損なわれるものではない。

次に、従来のモータを比較例とし、これと実施例に係るモータとを各２０台作成し、異なる３つの回転数で回転駆動させたときのモータの振動を振動計で測定したので、その結果を図３に示す。
当図より、実施例のモータは、どの回転数においても振動の平均値及び標準偏差（ばらつき）が比較例より小さく（少なく）なっていることがわかる。
特に、モータの特性評価で重要な振動の最大値は、実施例のモータの方が大幅に小さくなっていることがわかる。
従って、実施例のモータによれば、振動が大幅に低減され、量産におけるそのばらつきも小さい。

以上、実施例を詳述したが、本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
例えば、実施例では、ＨＤＤのディスク駆動用モータに限って記載したが、本発明のモータは、それに限らず、光ディスクやポリゴンミラーの駆動など、モータ一般に適用できるものである。
また、実施例では、軸１をロータハブ２に固定した例（いわゆる軸回転型モータ）を示したが、モータベース１３側に固定したモータ（いわゆる軸固定型モータ）であってもよい。

本発明のコア付きモータの実施例を示す断面図である。 本発明のコア付きモータの実施例における要部を説明する断面図である。 本発明のコア付きモータの実施例における効果を説明する図である。 従来のモータを説明する断面図である。 従来のモータの説明する拡大断面図である。

符号の説明

１ シャフト（軸）
２ ハブ
３ ステータ
５ ロータヨーク
６ マグネット
７ フランジ
９ スリーブ
１３ モータベース
１３ａ 円筒部
１３ｂ 中心孔
１４ ステータコア
１５ 巻線コイル
１８ （ロータヨークの）中心位置
１９ （マグネットの）中心位置
２０ （ステータコアの）中心位置
２１ ロータ
２２，２３ ラジアル動圧軸受
２４ 凸部
２５ 段部
２７ 面取り
２８ リング（周）状凹部
Ｌ１，Ｌ２ 厚さ

Claims (2)

1. ロータハブと、該ロータハブに固定された軸及びリング状のロータヨークと、該ロータヨークの内周面に固定されたリング状のマグネットとを有するロータと、
   モータベースと、該モータベースに固定されたステータコア及び円筒状のスリーブとを有するステータとを備え、
   前記軸を前記スリーブに内挿し、前記マグネットと前記ステータコアとが対向するように前記ロータを前記ステータに対して回動自由に軸支して成るコア付きモータにおいて、
   前記ロータハブの前記モータベース側の面に周状の凹部とその半径方向内側に連設され周状に連続してまたは断続して突出した凸部とを設け、
   前記ロータヨークを前記凹部に嵌め込んでかつ前記凸部との間に半径方向の隙間を形成するように固定し、
   前記マグネットを前記凸部に、前記マグネットと当接する前記凸部の面の幅が前記凸部と当接する前記マグネットの面の幅より小さくかつ前記マグネットの面の半径方向内側と外側の角部を 避けて中央部を当接させることで前記軸方向の位置を規制して、前記ロータヨークに固定し、
   前記ロータヨークと前記マグネットと前記ステータコアとの前記軸方向の長さにおけるそれぞれの中心位置を略一致させて成ることを特徴とするコア付きモータ。
2. ロータハブと、該ロータハブに固定された円筒状のスリーブ及びリング状のロータヨークと、該ロータヨークの内周面に固定されたリング状のマグネットとを有するロータと、
   モータベースと、該モータベースに固定された軸及びステータコアとを有するステータとを備え、
   前記軸を前記スリーブに内挿し、前記マグネットと前記ステータコアとが対向するように前記ロータを前記ステータに対して回動自由に軸支して成るコア付きモータにおいて、
   前記ロータハブの前記モータベース側の面に周状の凹部とその半径方向内側に連設され周状に連続してまたは断続して突出した凸部とを設け、
   前記ロータヨークを前記凹部に嵌め込んでかつ前記凸部との間に半径方向の隙間を形成するように固定し、
   前記マグネットを前記凸部に、前記マグネットと当接する前記凸部の面の幅が前記凸部と当接する前記マグネットの面の幅より小さくかつ前記マグネットの面の半径方向内側と外側の角部を 避けて中央部を当接させることで前記軸方向の位置を規制して、前記ロータヨークに固定し、
   前記ロータヨークと前記マグネットと前記ステータコアとの前記軸方向の長さにおけるそれぞれの中心位置を略一致させて成ることを特徴とするコア付きモータ。

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