(57)【要約】本発明は、軸体支持部との隙間に充填された流体の動圧により軸体を回転自在に支持する流体動圧軸受を備えたモータに関し、コア（３３）及びコイル（３５）を有するステータ（２）と、ステータ（２）の半径方向内方にコア及びコイルに対向して円環状に配列された永久磁石（４５）を有するロータ（３）と、ステータに対してロータを回転自在に支持する流体動圧軸受（４）とを備え、流体動圧軸受（４）が、断面略十字型の円柱状に形成された軸体（５）と、該軸体（５）を収容する軸体挿入穴（７ａ）を形成した軸体支持部（７）と、軸体（５）と軸体挿入穴（７ａ）との隙間に充填された流体（９）とを備え、該流体（９）と、軸体（５）の外面、又は、該外面に対向する軸体挿入穴（７ａ）の内面の少なくとも一方に形成された動圧発生溝とにより構成された動圧発生部を備えるモータを提供する。
2004084381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアおよびコイルを有するステータと、該ステータの半径方向内方に前記コアおよびコイルに対向して円環状に配列された永久磁石を有するロータと、前記ステータに対して前記ロータを回転自在に支持する流体動圧軸受とを備え、前記流体動圧軸受が、前記ロータに固定される軸体と、閉塞端を有し、前記軸体を回転自在に収容する軸体挿入穴を形成した前記ステータに固定される軸体支持部と、前記軸体と前記軸体挿入穴との間に形成された隙間に充填された流体とを備え、前記軸体が、軸方向中央部に鍔状に形成されたスラスト軸部と、該スラスト軸部の軸方向の両側に円柱状に形成されたラジアル軸部および支持部とを備え、前記軸体支持部が、前記軸体挿入穴の閉塞端側を形成し、前記ラジアル軸部を回転自在に挿入させる小径円筒部と、前記軸体挿入穴の開放端側を形成し、前記スラスト軸部を回転自在に挿入させる大径円筒部と、前記軸体挿入穴の開放端を塞ぐと共に、前記支持部との間にキャピラリーシールを形成するカウンタープレートとを備え、前記流体と、前記スラスト軸部およびラジアル軸部の外面、または、これら外面に対向する前記軸体挿入穴内面の少なくとも一方に形成された動圧発生溝とにより構成された動圧発生部を備えることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記スラスト軸部の外径寸法と、前記永久磁石の外径寸法との比が、略１対２であることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記永久磁石が、前記ロータの軸方向の表面のみに固定されると共に、前記コアおよびコイルに対向する外周面とは反対側に位置する前記永久磁石の内周面が開放されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
請求項１に記載のモータを備え、前記ロータが、薄板状の記録媒体を固定する固定部を備えることを特徴とする記録媒体駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、軸体支持部との隙間に充填された流体の動圧により軸体を回転自在に支持する流体動圧軸受を備えたモータ、およびこのモータを備えた記録媒体駆動装置に関する。
【背景技術】  従来、据え置き型のパーソナルコンピュータや携行可能なノートパソコン等の端末装置に搭載されるハードディスク装置（以下、ＨＤＤと呼ぶ。）には、ディスク状に形成された記録媒体を所定の回転速度で回転させるモータが設けられている（例えば、特許第３１８４７９４号公報参照。）。
このモータは、図４に示すように、記録媒体を回転自在とするための流体動圧軸受７１を備えている。流体動圧軸受７１は、断面略十字型の円柱状に形成された軸体７３と、軸体７３を回転自在に収容する断面略十字型の軸体挿入穴７５ａを有するスリーブ７５と、軸体挿入穴７５ａと軸体７３との隙間に充填されたオイル等の液体７７とを備えている。
また、スリーブの外周面にはコアおよびコイルが設けられている。そして、軸体の上端部には、略有底円筒状に形成されたロータが取り付けられており、ロータの円筒壁部のうち、コアおよびコイルに対向する内周面には円環状の永久磁石が固定されている。ロータの円筒壁部は、コアおよびコイルに対向する外周面の反対側に位置する永久磁石の内周面に出入りする磁束方向を拘束するためのリターンヨークを構成している。
しかしながら、従来のモータにおいては、永久磁石８５の内周面８５ｂ側にコア７９およびコイル８１を配置していたため、永久磁石８５を固定するロータ８３の径寸法を縮小することができず、モータの小型化に限界があるという問題があった。
【発明の開示】
本発明のモータは、コアおよびコイルを有するステータと、該ステータの半径方向内方に前記コアおよびコイルに対向して円環状に配列された永久磁石を有するロータとを備え、該ロータが、流体動圧軸受により前記ステータに回転自在に支持され、前記流体動圧軸受が、前記ロータに固定される軸体と、閉塞端を有し、前記軸体を回転自在に収容する軸体挿入穴を形成した前記ステータに固定される軸体支持部と、前記軸体と前記軸体挿入穴との間に形成された隙間に充填された流体とを備え、前記軸体が、軸方向中央部に鍔状に形成されたスラスト軸部と、該スラスト軸部の軸方向の両側に円柱状に形成されたラジアル軸部および支持部とを備え、前記軸体支持部が、前記軸体挿入穴の閉塞端側を形成し、前記ラジアル軸部を回転自在に挿入させる小径円筒部と、前記軸体挿入穴の開放端側を形成し、前記スラスト軸部を回転自在に挿入させる大径円筒部と、前記軸体挿入穴の開放端を塞ぐと共に、前記支持部との間にキャピラリーシールを形成するカウンタープレートとを備え、前記流体と、前記スラスト軸部およびラジアル軸部の外面、または、これら外面に対向する前記軸体挿入穴内面の少なくとも一方に形成された動圧発生溝とにより構成された動圧発生部を備えることを特徴とする。
この発明に係るモータによれば、コアおよびコイルおいて発生させた交番磁界を永久磁石に作用させることにより、ロータおよび軸体がステータおよび軸体支持部に対して相対的に回転する。この際には、動圧発生溝が、ラジアル軸部およびスラスト軸部の外面と軸体挿入穴内面との隙間に空気、水、オイル等の流体を集めて動圧を発生させ、この動圧によって軸体支持部が軸体を回転可能に支持する。したがって、ラジアル軸部の外面と軸体挿入穴内面との隙間に発生する動圧（ラジアル動圧）が径方向の軸受の役割を果たし、スラスト軸部の外面と軸体挿入穴内面との隙間に発生する動圧（スラスト動圧）が軸方向の軸受の役割を果たす。
また、永久磁石がコアおよびコイルの半径方向内方に設けられるため、従来のように、コアおよびコイルが永久磁石を固定するロータの半径方向内方に設けられることが無い。したがって、ロータの径寸法を小さく形成することが可能となる。
また、モータにおいて、前記スラスト軸部の外径寸法と、前記永久磁石の外径寸法との比が、略１対２であることを特徴とする。
この発明に係るモータによれば、スラスト軸部の外径寸法と永久磁石の外径寸法との比を略１対２としたのは、ロータが軸方向に振動することを抑制し、かつ、ロータを回転させるために要する消費電流を小さくするためである。
すなわち、モータに使用する永久磁石の外径寸法を大きくして永久磁石の体積を増加すると、永久磁石の表面に出入りする磁束量が大きくなる。このため、ロータを回転させるためのトルクは大きくなり、必要な消費電流を削減できる。ただし、永久磁石の外径寸法を大きくした場合には、前述のトルクの作用点が半径方向外方に移動するため、軸体に対するロータの直角度のずれに比例してロータの振動が大きくなってしまう。また、これとは逆に、永久磁石の外径寸法を小さくした場合には、ロータを回転させるトルクが小さくなり、必要な消費電流が大きくなってしまうが、ロータの振動を小さくすることができる。
一方、スラスト軸部の外径寸法を大きくした場合には、スラスト動圧が大きくなって軸体の剛性力が増加することになるため、ロータの振動を抑制できるが、スラスト動圧の大きさに比例して回転に対する抵抗力（スラスト軸受損）が増加するため、モータの回転に要する消費電流が増加してしまう。また、これとは逆に、スラスト軸部の外径寸法を小さくした場合には、軸体の剛性力が減少してロータの振動が大きくなってしまうが、モータの回転に必要な消費電力を減少できる。
また、前記永久磁石が、前記ロータの軸方向の表面のみに固定されると共に、前記コアおよびコイルに対向する外周面とは反対側に位置する前記永久磁石の内周面が開放されていることを特徴とする。
この発明に係るモータによれば、永久磁石の内周面に、従来のモータように、永久磁石の内周面に出入りする磁束の方向を拘束するリターンヨークが設けられていないため、永久磁石の内周面側に余剰空間が形成されることになる。そして、永久磁石の内周面と流体動圧軸受の軸体支持部の外面とが、この余剰空間を介して互いに対向して位置する構成とした場合には、略円筒状に形成される軸体支持部の円筒壁部の肉厚寸法を半径方向外方に延長して、この余剰空間を埋めることができる。これにより、モータの径寸法を増加させることなく、略円筒状に形成される軸体支持部の強度向上を図ることができる。
また、本発明に係る記録媒体駆動装置は、前記モータを備え、前記ロータが、薄板状の記録媒体を固定する固定部を備えることを特徴とする。
この発明に係る記録媒体駆動装置によれば、ロータの径寸法を小さくできるため記録媒体駆動装置の小型化を図ることができる。また、ロータの径寸法を小さくできるため、例えば、記録媒体が、中央部にロータの固定部に固定するための中央孔を有する円盤形状の所謂ディスク型記録媒体である場合には、中央孔の径寸法を小さく形成できる。したがって、記録媒体の外径寸法を大きくすることなく、各種情報を記録する部分となる記録媒体の表面面積を増加させて、記録媒体の記録容量を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】  図１はこの発明の一実施形態に係るモータを示す断面図である。
図２は図１のモータにおいて、流体動圧軸受を示す拡大断面図である。
図３は図１のモータにおいて、コア、コイルおよび永久磁石の位置関係を示す概略平面図である。
図４は従来のモータの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  図１から図３はこの発明に係る一実施形態を示す図である。この実施の形態に係るモータは、薄板の円盤状に形成された磁気記録媒体等のディスク型記録媒体を回転させる記録媒体駆動装置に適用したものである。図１に示すように、このモータ１は、ステータ２と、ステータ２に対して中心軸線Ａ１回りに回転するロータ３と、ステータ２に対してロータ３を回転自在に支持する流体動圧軸受４とを備えている。
流体動圧軸受４は、断面略十字型の円柱状に形成された軸体５と、軸体５を回転自在に収容する断面略十字型の軸体挿入穴７ａを有するスリーブ（軸体支持部）７と、軸体挿入穴７ａと軸体５との隙間に充填された潤滑オイル（流体）９とを備えている。
軸体５は、図２に示すように、その中心軸線Ａ１方向の中央部に鍔状に形成されたスラスト軸部１１と、中心軸線Ａ１方向の両側に突出する略円柱状の支持部１３およびラジアル軸部１５とを備えており、これらスラスト軸部１１、支持部１３およびラジアル軸部１５は一体的に形成されている。
ラジアル軸部１５の外周面（外面）１５ａには、ヘリングボーンと呼ばれる形状の動圧発生溝１７が複数形成されている。また、スラスト軸部１１の表面（外面）１１ａおよび裏面（外面）１１ｂには、スパイラル形状の動圧発生溝（図示せず）が複数形成されている。
これら動圧発生溝は、軸体５を中心軸線Ａ１回りに回転させた際に、潤滑オイル９を集めて動圧を発生させ、スリーブ７により軸体５を回転可能に支持するものである。すなわち、ラジアル軸部１５の動圧発生溝１７において発生する潤滑オイル９の動圧（ラジアル動圧）が軸体５の径方向の軸受の役割を果たし、スラスト軸部１１の動圧発生溝において発生する潤滑オイル９の動圧（スラスト動圧）が軸体５の中心軸線Ａ１方向の軸受の役割を果たしている。これら潤滑オイル９および動圧発生溝により動圧発生部２０が構成されている。
スリーブ７は、有底略円筒状のスリーブ本体２１と、軸体５の支持部１３を突出させた状態で、軸体５との間に隙間を空けてスリーブ本体２１の開放端を塞ぐカウンタープレート２３とから構成されている。スリーブ本体２１は、非磁性材料であるオーステナイト系ステンレスにより形成されており、小径円筒部２５と大径円筒部２７とから構成されている。
小径円筒部２５は、軸体挿入穴７ａのうち閉塞端側を形成する穴２６を有しており、この穴２６にはラジアル軸部１５を挿入できるようになっている。なお、軸体５が回転した際には、この穴２６の内周面（内面）２６ａとラジアル軸部１５の外周面１５ａとの隙間Ｒ３に潤滑オイル９が集められてラジアル動圧が発生する。
大径円筒部２７は、軸体挿入穴７ａの開放端側を形成する貫通孔２８を有しており、この貫通孔２８にはスラスト軸部１１を挿入できるようになっている。
これら小径円筒部２５および大径円筒部２７は、一体的に形成されている。
カウンタープレート２３は、略円盤状に形成されており、その中心軸線Ａ１方向に支持部１３を挿入するための貫通孔２４が形成されている。この貫通孔２４は、小径円筒部２５の穴２６および大径円筒部２７の貫通孔２８と共に軸体挿入穴７ａを構成している。また、このカウンタープレート２３と支持部１３との間にはキャピラリーシールが施されており、このキャピラリーシールにより軸体５と軸体挿入穴７ａとの隙間から潤滑オイル９が漏出しないようになっている。
なお、軸体５が回転した際には、スラスト軸部１１の表面１１ａと、この表面１１ａに対向するカウンタープレート２３の裏面（内面）２３ａとの隙間Ｒ１、およびスラスト軸部１１の裏面１１ｂと、この裏面１１ｂに対向する小径円筒部２５の軸方向の端面（内面）２５ａとの隙間Ｒ２に、潤滑オイル９が集められてスラスト動圧が発生する。
ステータ２は、図１に示すように、浅底の略円筒状に形成されたベース部材３１と、ベース部材３１の内周面３１ａに固定された複数のコア３３と、各コア３３に巻き付けられたコイル３５とを備えている。ベース部材３１は、非磁性材料であるアルミニウムにより形成されている。また、ベース部材３１の底壁部３２の中央部には、中心軸線Ａ１を中心とした穴３２ａが形成されており、この穴３２ａに軸受部４のスリーブ本体２１が固定されるようになっている。
各コア３３は、ベース部材３１の内周面３１ａから半径方向内方に突出しており、図３に示すように、コイル３５を巻回するための電機子３７と、電機子３７の半径方向内方側に位置する先端部に形成された磁極片３９とを備えている。磁極片３９は、電機子３７よりも周方向に幅広く形成されており、後述する永久磁石４５との隙間における磁束分布を所要の形に近づける役割を果たしている。コイル３５は、図示しない電源と電気的に接続されており、これらコア３３およびコイル３５により交番磁界が形成できるようになっている。
図１に示すように、ロータ３は、有底略円筒状に形成されており、磁性を有するステンレスにより形成されている。ロータ３の底壁部４１の中央部には、中心軸線Ａ１を中心とした貫通孔４１ａが形成されており、軸受部４の支持部１３に固定されている。ロータ３の底壁部４１の周縁から突出する円筒壁部４３の先端部には、中心軸線Ａ１方向に面する円環状の表面４３ａが形成されている。このロータ３は、その表面４３ａがベース部材３１の底壁部３２の内面３２ｂに対向するように配置されている。また、この円筒壁部４３の表面４３ａには、円環状に形成された永久磁石４５が接着剤等により固定されている。
永久磁石４５は、図１，３に示すように、円環状に複数の磁極を配列し、これら各磁極の磁束方向が永久磁石４５の径方向と略一致する所謂ラジアル異方性もしくは等方性のネオジウム磁石である。この永久磁石４５は、円筒壁部４３の表面４３ａのみに固定されており、その内周面４５ｂが開放されている。すなわち、コア３３およびコイル３５に対向する外周面４５ａの反対側に位置する永久磁石４５の内周面４５ｂには、従来のモータのように、内周面４５ｂに出入りする磁束の方向を拘束するリターンヨークが設けられていない。
このため、永久磁石４５の内周面４５ｂ側には、このリターンヨーク分の余剰空間が形成されることになるが、この余剰空間を埋めるように、永久磁石４５の内周面４５ｂに対向するスリーブ７の円筒壁部の肉厚寸法を半径方向外方に延長することができる。
この永久磁石４５の外径寸法と流体動圧軸受４のスラスト軸部１１の外径寸法との比は、略２対１となっている。ここで、比率を略１対２としたのは、ロータ３が軸方向に振動することを抑制し、かつ、ロータ３を回転させるために要する消費電流を小さくするためである。
すなわち、永久磁石４５の外径寸法を大きくして永久磁石４５の体積を増加すると、永久磁石４５の外周面ａに出入りする磁束量が大きくなる。このため、ロータ３を回転させるためのトルクは大きくなり、必要な消費電流を削減できる。ただし、永久磁石４５の外径寸法を大きくした場合には、前述のトルクの作用点が半径方向外方に移動するため、軸体５に対するロータ３の直角度のずれに比例してロータ３の振動が大きくなってしまう。また、これとは逆に、永久磁石４５の外径寸法を小さくした場合には、ロータ３を回転させるトルクが小さくなり、必要な消費電流が大きくなってしまうが、ロータ３の振動を小さくすることができる。
一方、スラスト軸部１１の外径寸法を大きくした場合には、スラスト動圧が大きくなって軸体５の剛性力が増加することになるため、ロータ３の振動を抑制できるが、スラスト動圧の大きさに比例して回転に対する抵抗力（スラスト軸受損）が増加するため、モータ１の回転に要する消費電流が増加してしまう。また、これとは逆に、スラスト軸部１１の外径寸法を小さくした場合には、軸体の剛性力が減少してロータ３の振動が大きくなってしまうが、モータ１の回転に必要な消費電力を減少できる。
ロータ３の底壁部４１の周縁には、ディスク型記録媒体（記録媒体）５０を支持するための段部（固定部）４１ｂが形成されている。この段部４１ｂにディスク型記録媒体５０の中央に形成された中央孔５０ａを嵌め込むことにより、ディスク型記録媒体５０が、ロータ３および軸体５と共に中心軸線Ａ１回りに回転することができるようになっている。
この段部４１ｂを有するロータ３を備えたモータ１により記録媒体駆動装置６０が構成されることになる。
このように構成された記録媒体駆動装置６０によりディスク型記録媒体５０を回転させる際には、コア３３およびコイル３５において交番磁界を発生させ、この交番磁界を永久磁石４５に作用させてロータ３を回転させる。この際には、軸体５が中心軸線Ａ１回りに回転し、動圧発生部２０において発生するラジアル動圧およびスラスト動圧によってスリーブ７が軸体５およびロータ３を回転可能に支持する。
上記のように、このモータ１によれば、永久磁石４５がコア３３およびコイル３５の半径方向内方側に設けられる構成となっているため、従来のモータように、コア３３およびコイル３５がロータ３の半径方向内方に設けられることが無い。したがって、従来のモータよりも、ロータ３の径寸法を小さく形成することができ、モータ３の小型化を図ることができる。
また、スラスト軸部１１の外径寸法と永久磁石４５の外径寸法との比を略１対２とすることにより、スラスト軸部の外径寸法と永久磁石の外径寸法との比を略１対２とすることにより、ロータ３が軸方向に振動することを抑制できると共に、ロータ３を回転させるために要する消費電流を小さくすることができる。
また、リターンヨーク分の余剰空間をスリーブ７の円筒壁部により埋めることで、モータ１の径寸法を増加させることなく、スリーブ７の強度向上を図り、モータ１の信頼性を向上させることができる。
さらに、このモータ１が、ディスク型記録媒体５０を回転させる記録媒体駆動装置６０に適用される場合には、ロータ３の外径寸法を小さくできるため、記録媒体駆動装置６０の小型化を図ることができる。
さらに、ロータ３の径寸法を小さくできるため、ディスク型記録媒体５０の中央港５０ａを小さく形成できる。したがって、ディスク型記録媒体５０の外径寸法を大きくすることなく、記録する領域であるディスク型記録媒体５０の表面の面積を増加させて、その記録容量を増やすことができる。
また、ロータ３の振動を抑制できるため、ディスク型記録媒体５０を回転させた際に、ディスク型記録媒体５０が安定して回転することになるため、ディスク型記録媒体５０に記録を書き込む際、もしくは、ディスク型記録媒体５０から記録を読み出す際の不具合を防止することができる。
さらに、軸方向の動圧発生部２０を構成する動圧発生溝を、スラスト軸部１１の表面１１ａおよび裏面１１ｂに形成するとしたが、これに限ることはなく、スラスト軸部１１の表面１１ａおよび裏面１１ｂに対向するカウンタープレート２３の裏面ａや小径円筒部２５の軸方向端面２５ａに形成してもよい。
また、径方向の動圧発生部２０を構成する動圧発生溝１７を、ラジアル軸部１５の外周面１５ａに形成するとしたが、これに限ることはなく、ラジアル軸部１５の外周面１５ａに対向する小径円筒部２５の内周面２６ａに形成してもよい。
さらに、軸体挿入穴７ａと軸体５との隙間には、動圧発生部２０を構成する潤滑オイル９が充填されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも空気、気体、水等の流体が充填されていればよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】  以上説明したように、本発明によれば、永久磁石をコアおよびコイルの半径方向内方に設けることによりロータの径寸法を小さく形成できるため、モータの小型化を図ることができる。
また、スラスト軸部の外径寸法と永久磁石の外径寸法との比を略１対２とすることにより、ロータが軸方向に振動することを抑制できると共に、ロータを回転させるために要する消費電流を小さくすることができる。
さらに、リターンヨーク分の余剰空間を軸体支持部の円筒壁部により埋める場合には、軸体支持部の強度向上を図り、モータの信頼性を向上させることができる。
また、このモータを記録媒体駆動装置に設けた場合には、記録媒体駆動装置の小型化を図ることができる。さらに、記録媒体が所謂ディスク型記録媒体である場合には、その外径寸法を大きくすることなく、記録媒体の表面積を増加させて記録容量を増やすことができる。
【図１】
2004084381.tif 000003
【図２】
2004084381.tif 000004
【図３】
2004084381.tif 000005
【図４】
2004084381.tif 000006
【国際調査報告】
2004084381.tif 000007
2004084381.tif 000008
2004084381.tif 000009
2004084381.tif 000010