(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成する、固定されたシャフトおよび回転するスリーブと、互いに軸方向に非接触に対向して抜け止め機構を構成する、係合フランジおよび係合フックとを備え、前記係合フックは前記係合フランジに当接して弾性的に後退すべく弾性部を有し、前記係合フランジを前記スリーブの外周側に形成し、前記係合フックを前記係合フランジの外周側に固定配置したスピンドルモータ。
【請求項２】
互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成する、固定されたシャフトおよび回転するスリーブと、互いに軸方向に非接触に対向して抜け止め機構を構成する、係合フランジおよび係合フックと、前記軸受機構の外周に配置され、ロータを回転駆動するステータコアとを備え、前記係合フックは前記係合フランジに当接して弾性的に後退すべく弾性部および導入斜面を有し、前記係合フランジを前記スリーブの外周側に一体に形成し、前記係合フックを前記係合フランジの外周側且つ前記ステータコアの内周側に固定配置したスピンドルモータ。
【請求項３】
複数の係合フックを係合フランジの周囲に略等分に配置した請求項１または２記載のスピンドルモータ。
【請求項４】
縮径可能とすべく一部に溝を形成したリング状支持部を係合フックと一体に形成し、前記支持部をステータコアの内周側に形成した凹部に収容保持した請求項２記載のスピンドルモータ。
【請求項５】
係合フックは樹脂材料にて形成した請求項１または２記載のスピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動圧流体軸受機構を有するスピンドルモータに係り、詳しくはその抜け止め構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動圧流体軸受機構を有するスピンドルモータは、精密かつ高速な回転を要する機器で多用されている。中でも特に高速回転の機器では流体を空気とするのが一般的である。空気軸受では負荷能力を増大させるため軸受径を大きくする。軸は一般に鉄系金属で作ることが多く重いから、回転側でなく固定側とする。このように動圧気体軸受機構では軸固定構造とすることが多い。この流体軸受機構は特に精密にできており、軸受隙間は微少であって塵埃等の侵入は禁物である。したがってこのモータはクリーンルームで組立てられ、その後の日常空間では容易に分解できないようにしておくことが望まれる。
【０００３】
このような要求に応えるための技術が特開平１０−６９７１３号公報に公開されている。図４にその構造を示す。軸固定型の動圧流体軸受において、ステータとロータとの磁気吸引力によってロータの脱落を防止したものである。固定シャフト９１と回転スリーブ９２とでラジアル動圧軸受を構成し、マグネット９３とステータ９４とで磁気吸引力を発生させてロータ９５を保持する。
【０００４】
抜け止め構造としては、このほかにシャフトの端部に凹溝を設けてストッパを係合させるもの、ロータの外周の一点で支持するものなどがあるが、動圧気体軸受機構ではこの磁気吸引方式が好まれる。軸受内部に係合部をもたないから摺動による異物に悩まされることがない、軸受構造が単純になり部品加工精度を確保しやすい、組立工程では容易に脱着可能、全周で磁気吸引すれば傾きモーメントが発生しないなどの利点があるからである。
【０００５】
しかしながらこの磁気吸引方式は欠点をもっている。まず、駆動磁界を発生すべく多極着磁されたマグネットを用いるとき、高い周波数の交番磁界によって発生する振動騒音が避けられない。同時に鉄損も大きくなる。特に突極を有するステータコアとそれに径方向に対向するマグネットを用いた構造の場合、これらを互いに軸方向にずらして磁気吸引力を生成したとき、振動騒音は磁気吸引力に比例するといわれるほどの厄介な問題となる。
【０００６】
振動騒音・鉄損を増大させることなく磁気吸引力を得るには回転方向には多極着磁しないマグネットを用いればよい。だがこの方式ではマグネットで駆動磁界を発生できないから別途に用意する必要があり、モータ寸法が大きくなること、複雑になること、価格が高くなることなどの欠点が生じてしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように動圧流体軸受機構を有するスピンドルモータにおいて使われている磁気吸引方式の抜け止め機構は、騒音、鉄損、寸法、価格などの点で問題があり、その改善を望まれていた。したがって本発明は、内部異物がない、加工精度が良好、工程で脱着可能といった利点をもちながらここに挙げた諸問題を発生しない新たな抜け止め構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【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のスピンドルモータは、互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成する、固定されたシャフトおよび回転するスリーブと、互いに軸方向に非接触に対向して抜け止め機構を構成する、係合フランジおよび係合フックとを備え、係合フックは係合フランジに当接して弾性的に後退すべく弾性部および導入斜面を有し、係合フランジをスリーブの外周側に形成し、係合フックを係合フランジの外周側に固定配置したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、ａ）互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成する、固定されたシャフトおよび回転するスリーブと、ｂ）互いに軸方向に非接触に対向して抜け止め機構を構成する、係合フランジおよび係合フックとを備え、ｃ）係合フックは係合フランジに当接して弾性的に後退すべく弾性部を有し、ｄ）係合フランジをスリーブの外周側に形成し、係合フックを係合フランジの外周側に固定配置したスピンドルモータである。
【００１０】
このように、軸固定型軸受機構において、抜け止め機構を係合フランジと係合フックにより構成している。従来の磁気吸引方式とは異なる構造を採りながら、内部異物がない、加工精度が良好、工程で脱着可能といった利点を有する抜け止め機構を構成している。そして、騒音・振動・磁気的損失が発生しない、且つ構造簡潔なモータを実現している。また係合フックは前記係合フランジに当接して弾性的に後退する構造であるから、スリーブを嵌合させるのみで係合がなされ、組立作業性の良好なモータを実現できる。係合フランジと係合フックはスリーブの外周側に形成しているから、スリーブ長さを損失せず、モータ高さを小さくできる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、ａ）互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成する、固定されたシャフトおよび回転するスリーブと、ｂ）互いに軸方向に非接触に対向して抜け止め機構を構成する、係合フランジおよび係合フックと、ｃ）軸受機構の外周に配置され、ロータを回転駆動するステータコアとを備え、ｄ）係合フックは係合フランジに当接して弾性的に後退すべく弾性部および導入斜面を有し、ｅ）係合フランジをスリーブの外周側に一体に形成し、係合フックを係合フランジの外周側且つステータコアの内周側に固定配置したスピンドルモータである。
【００１２】
このように、軸固定型軸受機構において、ステータコアの内周側に間隙を設けて抜け止め機構を配置している。コア内周側は半径が小さくモータ出力への寄与が小さい部分であるから、モータ体積は抜け止め機構の付加によって大きくなることがない。また抜け止め機構の係合保持は軸受の直近でなされる。したがって軸受にモーメント方向の荷重が加わることがなく、軸受のダメージはモーメント荷重が加わる一点支持構造の抜け止め機構よりも低減できる。
【００１３】
また係合フックは弾性部および導入斜面を有する。導入斜面の存在により、シャフト、ロータを挿入するときの荷重を低減でき、シャフト・ロータに傷などのダメージを与えない。さらに係合フランジをスリーブの外周側に一体に形成しているから、係合フランジは強固にでき且つ容易に形成できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、複数の係合フックを係合フランジの周囲に略等分に配置した請求項１または２記載のスピンドルモータである。複数の係合フックによって、係合フランジの周囲を均一に係合保持する。またその係合保持は軸受の直近でなされる。したがって軸受にモーメント方向の荷重が加わることがなく、軸受のダメージはモーメント荷重が加わる一点支持構造の抜け止め機構よりも低減できる。さらにロータ外周に力を加えないからロータに歪みが発生せず、アンバランスの狂いが生じることがない。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、縮径可能とすべく一部に溝を形成したリング状支持部を係合フックと一体に形成し、前記支持部をステータコアの内周側に形成した凹部に収容保持した請求項２記載のスピンドルモータである。リング状支持部をステータコアの内周側に形成した凹部にスナップフィットできるから、モータを組み立てるに際して係合フックを容易に装着でき、組立作業性が向上する。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、係合フックを樹脂材料にて形成した請求項１または２のいずれかに記載のスピンドルモータである。係合フックと係合フランジが当接接触することによる傷などのダメージを最小限に抑えることができ、異物の発生を防ぐことができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施例に係るスピンドルモータの構造断面図である。図２はそのストッパ（係合フック）の斜視図である。図３は係合フックおよび係合フランジの細部形状と組立分解性との関係を説明するための模式図である。
【００１９】
図１においてスピンドルモータは、ポリゴンミラー５１を高速で回転駆動する駆動源として作られている。その軸受は動圧流体軸受機構であり、ラジアル軸受部は、固定された円筒状のシャフト１１と、その周囲を囲み回転するスリーブ２２とで構成される。そしてそのいずれかに動圧発生溝が形成されている。スラスト軸受部は、シャフトの端面に埋め込まれた硬質平面板１２と、それに対向する樹脂球面板２３とで構成される。
【００２０】
モータはステータ（固定部材の全て）とロータ（回転部材の全て）に分けられるが、ステータは、シャフト１１を中心に、それを支えるブラケット１３、その結合のためのシャフト取り付けネジ１４、ブラケットを機器へ取り付ける金属基板１５、ブラケットに固定されロータ部を回転駆動するステータ組立などで構成されている。ステータ組立はステータコア１６に巻線１７を施したものであって、ステータコアの内周はブラケット１３で支持されている。
【００２１】
一方ロータはロータフレーム２１を中心に構成される。スリーブ２２はロータフレームの一部に形成されシャフトを囲んで軸受を構成する円筒部をいう。ロータフレームの端部には前述の樹脂球面板２３を保持するスラストカバー２４がある。またロータフレームの内側でステータ組立に対向する位置には多極着磁されたマグネット２５を固着している。そして、ロータフレームの上部にはポリゴンミラー５１を搭載し、それにミラー押え５２を載せ、ミラー固定ネジ５３で固定してある。このように構成されたモータの巻線１７に外部から給電し駆動すると、ロータは回転する。
【００２２】
抜け止め機構はステータコアの内周側に係合構造として構成されている。モータ全体との関わりは図１を、ストッパ（係合フック）の形状は図２を、細部は図３を参照していただきたい。機構のうち回転側は、ロータフレーム２１のスリーブ２２外周面に係合フランジ３１を一体形成している。係合フランジは図３のように係合面３１ａと導入斜面３１ｂとを有し、全体として円錐形状である。また係合フランジはラジアル荷重を支持するラジアル軸受部の軸方向範囲内に形成してある。他方の固定側は、係合フランジと軸方向に対向するカギ状の固定部材であって、これを係合フックと称する。係合フック４１は図２に示すように３個あり、係合フランジ３１の周囲を等分に囲んでいる。そして３つの係合フック４１はリング状支持部４２によって保持されている。この部材を全体としてストッパ４０と称する。ストッパは樹脂にて形成されており、弾性変形可能である。ストッパのリング状支持部材４２は、図１に示されるようにブラケットに設けられた凹部に収容される。そのために、リング状支持部はその円周の一部を切り欠いてあって縮径可能となっている。
【００２３】
このモータを組み立てるときは、ステータとロータとを別々に組み立てておく。ステータでは上に述べたストッパ４０をブラケット１３に嵌め込み、シャフト１１とスリーブ２２とをゆっくり嵌合していく。スリーブが挿入されると係合フランジ３１が係合フック４１に当接し、係合フックは弾性的に後退してさらに侵入し、軸受の嵌め合いと抜け止め機構の係合とが同時に完了する。このように組み立てられたのちは、抜け止め機構の働きによって、不用意に分解されることを防ぐことができる。
【００２４】
このように本実施例のモータは、軸固定型軸受機構において、抜け止め機構を係合フランジ３１と係合フック４１により構成している。抜け止めのために従来の磁気スラスト力または吸引マグネットを使っていない。したがって、磁気スラスト力を用いることによる振動・騒音がない。また交番磁界による鉄損の発生もない。または、吸引マグネットを付加することによる、モータ寸法の増大、複雑構造、高価格などの欠点がない。
【００２５】
また係合フック４１は前記係合フランジ３１に当接して弾性的に後退するようにしたから、スリーブを嵌合させるのみで係合がなされて組立容易である。係合フランジと係合フックはスリーブの外周側に形成しているから、シャフト先端に抜け止め溝を形成するなど軸受機構と直列に抜け止め機構を構成する場合に比べ、スリーブ長さを損失しない。したがってモータ高さを小さくできる。
【００２６】
さらに、ラジアル軸受部の軸方向範囲内に係合フランジを形成したから、抜け止め機構の非対称性によりラジアル荷重が発生したとしても、荷重はラジアル軸受の支持範囲内にあるため、軸受に大きなモーメント荷重が加わらない。したがって軸受のダメージを低減することができる。
【００２７】
また本実施例のモータは、ステータコア１６の内周を保持するブラケット１３の内周に係合フック４１を配置している。すなわち、ステータコアの内周側に設けた間隙に抜け止め機構を配置している。コア内周側は半径が小さくモータ出力への寄与が小さい部分であるから、この部分に抜け止め機構を設けることによってモータ体積が大きく増大することはない。また抜け止め機構の係合は軸受の直近でなされる。したがって軸受にモーメント方向の荷重が加わることがなく、軸受のダメージはモーメント荷重が加わる一点支持構造の抜け止め機構よりも低減できる。従来のロータ外周に抜け止め機構を構成したものと比べても、ロータ外周での歪みが発生しないため、アンバランスの狂いをなくすことができる。
【００２８】
また係合フック４１は弾性部４１ｃおよび導入斜面４１ｂを有する。この導入斜面の存在により、シャフト、ロータを挿入するときの荷重を低減できる。したがってシャフト・ロータに傷などのダメージを与えない。さらに係合フランジ３１をスリーブ２２の外周側に一体に形成したから、係合フランジは強固にでき且つ容易に形成できる。
【００２９】
また本実施例のモータは、３個の係合フックを係合フランジの周囲に１２０°等分に配置している。このようにすると、係合フランジの全周を均一な力で支持でき、不均一によってモーメント方向の荷重が発生することを防止できる。したがって軸受に対するダメージを低減できる。
【００３０】
また本実施例のモータは、ストッパ４０のリング状支持部４２を縮径可能とすべく、一部に切り欠き（溝）を設けている。そしてそのリング状支持部をステータコアの内周側に形成した凹部に収容保持している。このように係合フックを組立容易な構成としたから、生産性のよいモータとすることができる。また本実施例のモータは、係合フックを樹脂材料にて形成している。接触時も傷などのダメージを最小限に押さえることで、異物の発生を防止できる。
【００３１】
ここで、図３を用い、係合フックおよび係合フランジの細部形状について説明する。本実施例のモータの抜け止め機構は、組立容易のみならず分解可能に作られている。それに関係するパラメータは、係合フックでは弾性部の長さ、弾性力（たわみ剛性）、導入斜面の角度、係合面の角度などである。係合フランジでは導入斜面の角度、係合面の角度などである。
【００３２】
図において係合フック４１および係合フランジ３１は、挿入係合するとき、それぞれの導入斜面４１ｂ、３１ｂが当接する。そして挿入に必要な力は両者の位置関係により変化するが、多くの場合、傾斜の緩やかな方の傾斜角で決まる。本実施例では、係合フックの導入傾斜角θｈｉよりも係合フランジの導入傾斜角θｆｉが小さいので、係合フランジ側で決まる。係合フックが弾性的に後退する力は係合フックの弾性部の基点４１ｄからみた角度で論ずるのが合理的であるが、簡便に軸心Ｚとの角度で表現すると、係合フックまたは係合フランジの軸心に対する導入傾斜角θｈｉ、θｆｉを４５°以下とするのがよい。そのとき良好に挿入係合が行なわれ、シャフト・ロータに傷などのダメージを与えない。
【００３３】
一方係合フックと係合フランジとの係合を解除して分解する場合は、それぞれの係合面４１ａ、３１ａが当接する。そして係合解除に必要な力は基本的に、傾斜の緩やかな方の傾斜角で決まる。本実施例では、係合フランジの係合傾斜角θｆよりも係合フックの係合傾斜角θｈが小さいので、係合フック側で決まる。係合フックが後退する力はこの場合も係合フックの弾性部の基点４１ｄからみた角度で論ずるのが合理的であるが、簡便に軸心Ｚとの角度で表現すると、係合フックまたは係合フランジの軸心に対する係合傾斜角θｈ、θｆを７０〜８５°とするのがよい。この範囲としたとき、耐衝撃荷重９８０ｍ／ｓ２（１００Ｇ）と良好な分解性とを両立させることができた。
【００３４】
また分解困難な非可逆的構造とするには、係合フック（および係合フランジ）において、弾性部の基点から見て係合面は、内径側までの距離Ｍが外径側までの距離Ｎと等しいか大となるようにすればよい。そのようにしたとき、係合面に生じる力の分力が係合フックを後退させる方向に向かない。したがって破壊に至る力を加えない限り分解できない。
【００３５】
以上本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で様々に応用展開が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来構造における、振動、騒音、負荷損失、大型化、複雑化などの欠点を克服しながら、内部異物がない、加工精度が良好、工程で脱着可能といった利点を有する新たな抜け止め構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るスピンドルモータの構造断面図
【図２】本発明の一実施例に係るスピンドルモータのストッパ（係合フック）の斜視図
【図３】本発明の一実施例に係るスピンドルモータの係合フックおよび係合フランジの細部形状と組立分解性との関係を説明する模式図
【図４】従来の一実施例に係るスピンドルモータの構造断面図
【符号の説明】
１１    シャフト
１３    ブラケット
１６    ステータコア
２１    ロータフレーム
２２    スリーブ
２５    マグネット
３１    係合フランジ
３１ａ  係合面
３１ｂ  導入斜面
４０    ストッパ
４１    係合フック
４１ａ  係合面
４１ｂ  導入斜面
４１ｃ  弾性部
４２    リング状支持部
【図１】
0003985420.tif 000002
【図２】
0003985420.tif 000003
【図３】
0003985420.tif 000004
【図４】
0003985420.tif 000005