JP2006325364A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ディスク駆動用として使用されるブラシレスモータにおいて、高速で長時間運転を行う場合に含油メタル軸受部から油漏れ、ステータコイルの発熱による軸受温度上昇が発生するという課題を解決し、高速回転時に於いても高い信頼性を長時間維持できる軸受装置を備えたモータを提供することを目的とする。
【解決手段】ブラケット４のメタル保持部１１ａに固定された含油軸受５の露出部を覆うように形成されたメタルホルダ−１３の円筒部１３ａおよび端面部１３ｂをステータコア８の絶縁部１３ｃと一体に形成し、円筒部１３ａに形成した切欠部１３dに接着剤を充填してステータコア８と軸受ハウジング部１１のメタル保持部１１ａとを直接固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主としてＣＤ−ＲＯＭ（Ｒ／ＲＷ）やＤＶＤ±（Ｒ／ＲＷ）等の情報を記録及び再生する装置にディスク駆動用として使用されるブラシレスモータ（以下モータと略す）に関するものであり、特にモータの軸受装置に関するものである。

近年、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒ／ＲＷ）やＤＶＤ±（Ｒ／ＲＷ）等の情報を記録及び再生するディスクを回転駆動するモータでは低価格なるコストの要望により、多孔質なる金属から形成された含油軸受が一般的な軸受手段として使用されている（特許文献１の従来の技術参照）。

図５は従来のモータの構造を示す断面図である。図５において、５１は回転伝達を行う出力軸、５２は含油軸受、５３は含油軸受を保持するハウジング、５４は回転子、５５は固定子、５６はプリント基板から成るブラケットである。モータは回転子５４と固定子５５の間に順次発生する磁気力により回転力を得、回転子５４の中央に固定された出力軸５１が、前記含油軸受５２と、前記ブラケット５６に固定されたハウジング５３とから構成された軸受装置により回転自在に支承され、精度の良い回転を外部に伝達する。

しかし、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒ／ＲＷ）やＤＶＤ±（Ｒ／ＲＷ）等の情報を記録及び再生媒体用機器の高速化に伴い、軸受手段の長期的な信頼性のマージンが少なくなり、軸受手段を構成している含油軸受の保油構造の必要性、及び、含油軸受に含有されている油の飛散対策などが重要な課題になってきている。

即ち、上記のような従来の構成では、含油軸受外周がハウジングで密閉されているため、出力軸が回転する時に出力軸と含油軸受の接触部に発生する圧力により、含油軸受の端面への圧力が増大し、含油軸受端面にオイルが吹き出し、特に回転子の天面側ではこの内部天面に付着する。さらに、回転子に付着したオイルは遠心力により回転子の内部天面をラジアル方向に拡散し、含油軸受には回帰しないため含油軸受に保持されたオイルが減少し正常な潤滑作用が働かなくなり、精度の良い回転伝達が行われないという課題を有していた。

そこで出願人は、コストの削減を図りながら含油軸受端面へのオイルの吹き出しを少なくし、精度の良い回転伝達を長時間維持できるモータの軸受装置、及びこの装置を備えた優れたモータを提供することを目的として、含油軸受とハウジングの圧入部の回転子の天面側に、含油軸受の外周を密閉しない部分を設ける事により含油軸受の端面への圧力を低下させ、含油軸受端面へのオイルの吹き出しを少なくでき、精度の良い回転伝達を長時間維持できる軸受構成のモータを提案した（例えば、特許文献１参照）。

このモータの構成を図６に示す。図６において６１は出力軸、６２は含油軸受、６５はブラケット、６３はハウジング、６４は回転子である。ハウジング６３をブラケット６５と一体に形成し、回転子６４の天面側に、含油軸受保持部６６の寸法を含油軸受６２の全長の１／２から４／５の大きさとすることで、回転子６４側の含油軸受６２の外周を開放している。この構成により、含油軸受端面へのオイルの吹き出しを抑制でき、併せてブラケットとハウジングを一体に形成することにより、モータ構成部品数を削減できるという作用を有するものである。

しかしながら、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒ／ＲＷ）やＤＶＤ±（Ｒ／ＲＷ）等の機器の激烈な高
速化に伴い、ディスクのアンバランスによる軸受内部のラジアル方向及び軸受端面方向の圧力は予想以上に大きなものとなった。そして上記第２の従来例の構成では、この圧力により開放された含油軸受の外周並びに軸受端面から油が流出し、長寿命化の要求に対応が困難となるという課題が生じてきた。

そこで、出願人は含油軸受外周の開放された部分に、含油軸受の端面及び外周と隙間をもたせて円筒形状のカバ−を取り付けることにより、含油軸受の端面から押し出された油が回転中に飛散しても、カバ−が油飛散防止の壁となり、さらに、含油軸受の外周とカバ−の円筒部との間の隙間により、円筒部に飛散してきた含油軸受の油を、その隙間を介して含油軸受に戻す油の回収構造を提案した（例えば、特許文献２参照）。

上記第３の従来例のモータの構成を図７に示す。図７において、７１は出力軸、７２は含油軸受、７３は回転子、７６はバ−リング加工部７５とモ−タの取付ベ−ス部７４とが一体的に形成されたブラケットである。ブラケット７６のバ−リング加工部７５の内周部には含油軸受７２が外周の一部を解放した状態で固定され、バ−リング加工部７５の外周部にはステータコア７７が固定されている。そして含油軸受７２の端面及び外周と隙間をもたせた円筒部７０ａとこの円筒部の一方の端部より内径側に延設された端面部７０ｂとからなる円筒形状のメタルホルダ−７０（カバー）がブラケット７６のバ−リング加工部７５の端面とメタルホルダ−７０の円筒部７０ａの他方の端面とを突き合わせる様にステータコア７７の内周部に圧入固定されている。

しかしながら、上記第３の従来例の構成では、メタルホルダ−７０（カバー）とブラケット７６のバ−リング加工部のそれぞれの端面を理想的な平面に仕上げることは困難であるので、両端面の突き合わせ面には微少な隙間が生じることは避けられない。また、メタルホルダ−７０（カバー）は積層鉄心により形成されたステ−タコア７７の内径に固定されるので、上記突き合わせ面の隙間から積層鉄心の各鉄心間の隙間に毛細管現象により油が流出する虞があった。このためモ−タの運転により、この隙間から徐々に含油軸受の油が流失し、長時間にわたり十分な信頼性を維持することが困難であるという課題があった。

また、ディスクを高速で回転させるために、モータに供給する電流が大幅に増大し、ステータコア７７に巻装されたコイルの発熱がステータコア７７からメタルホルダー７０（カバー）を介して含油軸受７２に伝わり、軸受温度を上昇させて軸受の信頼性を低下させるという課題もあった。
特開平９−２９４３５０号公報（第２−３頁、図６、図７） 特開２００２−２６２５４０号公報（第４−５頁、図1）

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、精度の良い回転伝達を高速回転時に於いても長時間維持できるモータの軸受装置、及びこの装置を備えた優れたモータを安価に提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、軸受ハウジング部から露出した含油軸受の外周および端面を覆うメタルホルダーをステータコアの絶縁部（インシュレータ）と一体に絶縁性の樹脂で形成し、このメタルホルダーを介してステータコアをブラケットに環境変化に対して高い信頼性を維持しながら固定する構成のブラシレスモータである。

請求項１記載の発明によれば、軸受ハウジング部から露出した含油軸受の外周および端面をメタルホルダーで覆うので、含油軸受からのオイル漏れを防ぐことができる。併せて、メタルホルダーを絶縁性の樹脂でステータコアの絶縁部（インシュレータ）と一体に形成するので、メタルホルダーの取り付け作業を確実に容易に行うことができる。さらに、樹脂からなるメタルホルダーを介してステータコアをブラケットに固定するので、ステータコアとブラケットおよびステータコアと含油軸受間の熱抵抗が大きくなりステータコアに巻装されたコイルの発熱による軸受温度上昇を抑制することができるという有利な効果が得られる。加えて、メタルホルダーの円筒部に形成された軸受ハウジング部の外周面とステータコアの中央の穴の内周面とを連通する切欠部に接着剤を充填する構成により、ステータコアを直接軸受ハウジング部に接着固定できるので、温度環境等の変化に対して長期にわたり高信頼性を維持できるという効果を奏することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、ブラケットと軸受ハウジング部とをバ−リング加工により一体に形成し、軸受ハウジング部のメタル保持部と拡径部との境界に形成される段部にメタルホルダーの翼部を介してステータコアを固定するので、構造が簡素化できると共に、軸受ハウジング部がステータコアと電気的に絶縁され、ステータコアに巻装されたコイルに供給される電流の急激な変化（例えばＰＷＭ駆動時等）によりステータコアに生じる誘導電流がブラケットに流れ込み、モータを搭載する機器へ有害なノイズとして影響することを抑制できるという有利な効果が得られる。

そして、請求項３記載の発明によれば、メタルホルダーの円筒部をステータコアの穴に容易に圧入することができる。加えて、メタルホルダーの円筒部に形成した突部により円筒部の円周面とステータコアの穴の内周面との間に空間が生じ、ステータコアと含油軸受間に空気層が形成されるのでより熱抵抗が増大され、ステータコアに巻装されたコイルの発熱による軸受温度上昇を更に抑制できるという効果が得られる。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１から図３に本発明の実施の形態１を示す。図１は本発明の実施の形態１によるモータの構造を示す断面図である。図１において１は回転伝達を行うシャフトである。２はフレ−ムであり、円周方向に多極着磁されたリング状のロ−タマグネット３がフレ−ム２の内周に圧入又は接着固定されている。そして、フレ−ム２の中央部にはバ−リング加工が施されシャフト１が直接圧入される。このようにして、ロータ（回転子）１０はシャフト１、フレ−ム２、そして、ロ−タマグネット３から構成されている。

４は磁性材からなる材料でプレス工法によって形成されたブラケットである。ブラケット４はほぼ中央部に段階的な突状のバ−リング加工部をもっている。ブラケット４のバ−リング加工部は含油軸受５が圧入固定されるメタル保持部１１ａと、このメタル保持部１１ａの外径寸法より大きい外径寸法を有する拡径部１１ｂとメタル保持部１１ａと拡径部１１ｂとの境界に段部１１ｃが形成されて軸受ハウジング部１１を構成している。そして含油軸受５によりシャフト１が回転自在に支承されている。

このバ−リング加工部は軸受を収容する軸受ハウジング部１１とモ−タ取付のための取付ベ−ス部１２とが一体的に構成されている。このようにして、軸受ハウジング部１１と取付ベ−ス部１２とが一体的に形成されているため、軸受ハウジング部１１に対する取付ベ−ス部１２の直角度を精度良く形成することが容易となる。

一方、ステータコア８は珪素鋼板を積層して形成され、図３に示すように複数の突極８
ａを有するステ−タコアである。このステータコア８の中央には穴８ｂが形成されている。１３は絶縁性の樹脂からなるメタルホルダ−で、図２ａ、ｂにその斜視図を示す。ステータコア８の穴８ｂの内径寸法と同一もしくはやや小さい外径寸法を有する円筒部１３ａとこの円筒部１３ａの軸方向の一方の端部より内径側に延設された端面部１３ｂと他方の端部よりステータコア８の各突極８ａの軸方向の一方の端面を各々覆うように軸と直角方向に延設された複数の翼部１３ｃとにより構成され、円筒部１３ａには翼部１３ｃとの境界付近にて複数の切欠部１３ｄが形成されている。図３に示すように、ステータコア８の中央の穴８ｂにメタルホルダー１３の円筒部１３ａを端面部１３ｂ側から挿入し、メタルホルダー１３の翼部１３ｃをステータコア８の各突極８ａの軸方向の一方の端面に合わせて当接させ、円筒部１３ａの外周面の一部をステータコア８の穴８ｂの内周面に圧入、接着等により固定する。そして、ステータコア８の各突極８ａのメタルホルダー１３の翼部１３ｃで覆われる側とは反対側の端面を覆うように絶縁部材１４が翼部１３ｃとは別に配設され、翼部１３ｃおよび絶縁部材１４を介してステータコア８にステ−タコイル（銅線）６（図示せず）が巻装され、ステータコイル組立体１５（電機子）が形成されている。

以上のように組み立てられたステータコイル組立体１５を、軸受ハウジング部１１に含油軸受５を固定したブラケット４に取り付ける。具体的には、軸受ハウジング部１１の外側に露出した含油軸受５の端面５ｂ側から外周面５ａを覆うようにメタルホルダー１３の円筒部１３ａの内周面をメタルホルダー１３の端面部１３ｂに含油軸受５の端面５ｂがわずかな隙間を保って対向するまで含油軸受５に挿入し、ブラケット４の軸受ハウジング部１１のメタル保持部１１ａの外周面１１ｄに圧入、接着等により固定する。この時、メタルホルダー１３の円筒部１３ａには切欠部１３ｄが形成されているので、この切欠部１３ｄに接着剤を充填することによりステータコア８の穴８ｂの内周面と軸受ハウジング部１１のメタル保持部１１ａの外周面１１ｄとが接着剤で直接固定される。これにより、ステ−タコイル（銅線）６の発熱等の温度環境等の変化に対して長期にわたりステータコイル組立体１５とブラケット４の固定強度の信頼性を維持できるという効果を奏することができる。

本実施の形態に於いては、上記したようにブラケット４の軸受ハウジング部１１に形成された段部１１ｃに、メタルホルダー１３の翼部１３ｃを介してステータコア８を固定している。

さらに、モ−タを駆動及び制御するための回路の少なくとも一部を実装したプリント基板７が、ブラケット４の取付ベ−ス部１２に接着等により固定されている。ステータコイル組立体１５のステ−タコイル６の巻線端は、プリント基板７の上に配線されて、ステ−タ組立体９を構成している。

以上の構成により、ブラケット４の軸受ハウジング部１１から露出した含油軸受５の外周５ａおよび端面５ｂをメタルホルダー１３で覆うので、含油軸受５からのオイル漏れを防ぐことができる。併せて、メタルホルダー１３にはステータコア８の各突極８ａの絶縁部（インシュレータ）である翼部１３ｃが絶縁性の樹脂で一体に形成されるので、メタルホルダー１３の取り付け作業を確実に容易に行うことができる。さらに、樹脂からなるメタルホルダー１３を介してステータコア８をブラケット４に固定するので、ステータコア８とブラケット４およびステータコア８と含油軸受５間の熱抵抗が大きくなりステータコア８に巻装されたステータコイル６の発熱による軸受温度上昇を抑制することができるという有利な効果が得られる。

ところで、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒ／ＲＷ）やＤＶＤ±（Ｒ／ＲＷ）等の機器の高速化を図る場合、騒音に影響しないように可聴周波数を超えたキャリアによるＰＷＭ駆動方式が一般的に採用されているので、ステータコア８に巻装されたコイル６に高い周波数の大電流が
流れる。これにより、ステータコア８には誘導電流が発生し、上記従来例のようにステータコア８とブラケット４が電気的に導通されている場合、ブラケット４の取付ベ−ス部１２を通じてモータを搭載する機器のシャーシーに上記誘導電流が流れて有害なノイズとなる虞が有った。しかしながら上記本発明の実施の形態１の構成によれば、ブラケット４の軸受ハウジング部１１の全体がステータコア８と電気的に絶縁され、ステータコア８に巻装されたコイル６に供給される電流の急激な変化（例えばＰＷＭ駆動時等）によりステータコア８に生じる誘導電流が軸受ハウジング部１１を介してブラケット４に流れ込み、モータを搭載する機器へ有害なノイズとして影響することを抑制できる。

次にロータ１０のシャフト１をステータ組立体９の含油軸受５に、軸受ハウジング部１１側から挿通し、シャフト１のフレーム２を圧入した側と反対側の先端より磁性材からなるリング状のスラストリング１６を所定位置に圧入等により固定する。そして、ブラケット４の軸受ハウジング部１１の拡径部１１ｂの内周に、軸受ハウジング部１１の突き出し方向とは逆の方向から磁性材から成るカップ形状のスラストカップ１７を圧入等により所定位置に固定する。スラストカップ１７の底面には、予めシャフト１の先端と当接する位置に耐摩耗性に優れたスラスト受１８が配設され、長時間の安定した回転精度の維持を可能とし、そしてスラストリング１６と対向する位置にはリング形状のスラスト吸引マグネット１９が予め配設されており、スラスト吸引マグネット１９と磁性材からなるスラストリング１６との間で作用する磁気吸引力によりロータ１０のスラスト方向変位を安定化させている。またスラストカップ１７も磁性材で形成したので、スラスト吸引マグネット１９からスラストリング１６を経てスラストカップ１７に至る磁気ループが形成されることによりスラスト吸引マグネット１９として高価な希土類焼結マグネットではなく例えばネオジボンドマグネット等の安価な樹脂マグネットを採用することができる。

以上により、精度の良い回転伝達を高速回転時に於いても長時間維持できるモータの軸受装置、及びこの装置を備えた優れたモータを安価に提供することができる。

なお、本実施の形態では上記したようにブラケット４と軸受ハウジング部１１を一体に形成する必要はなく、軸受ハウジング部１１をブラケット４とは別体で形成しても、上記効果を同様に奏することができる。

（実施の形態２）
図４ａ、ｂは本発明の実施の形態２によるメタルホルダーの斜視図である。図４ａ、ｂにおいて、メタルホルダー１３の円筒部１３ａに図３に示したステータコアの穴８ｂの内径寸法と同一もしくはやや大きい包絡面を有する複数のリブ１３ｅを軸方向に形成した構成が上記実施の形態１と異なる。この構成により、メタルホルダー１３の円筒部１３ａをステータコアの穴８ａに容易に圧入することができる。また、上記実施の形態１と同様にメタルホルダ−１３の円筒部１３ａには翼部１３ｃとの境界付近にて複数の切欠部１３ｄが形成されているので、この切欠部１３ｄに接着剤を充填することによりステータコア８の穴８ｂの内周面と軸受ハウジング部１１のメタル保持部１１ａの外周面１１ｄとが接着剤で直接固定される。接着剤が硬化する間は、ステータコア８はメタルホルダー１３を介して軸受ハウジング部１１のメタル保持部１１ａに圧入により保持されているので、所定の位置に正確に固定することができる。また、これにより作業性の向上が図れるだけでなく、ステ−タコイル（銅線）６の発熱等の温度環境等の変化に対して長期にわたりステータコイル組立体１５とブラケット４の固定強度の信頼性を維持できるという効果を奏することができる。加えて、メタルホルダー１３の円筒部１３ａに形成したリブ１３ｅ（突部）により円筒部１３ａの円周面とステータコアの穴８ｂの内周面との間に空間が生じ、ステータコア８と含油軸受５の間に空気層が形成されるのでより熱抵抗が増大され、ステータコア８に巻装されたコイル６の発熱による軸受温度上昇を更に抑制できるという効果が得られる。

本発明の軸受構成を備えるブラシレスモ−タは、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒ／ＲＷ）やＤＶＤ±（Ｒ／ＲＷ）等の情報を記録及び再生する装置にディスク駆動用として使用されるブラシレスモータとして有用である。

本発明の実施の形態１によるモータの構造を示す断面図 （ａ）本発明の実施の形態１によるメタルホルダーの表面側斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態１によるメタルホルダーの裏面側斜視図 本発明の実施の形態１によるモータのステータ組立説明図 （ａ）本発明の実施の形態２によるメタルホルダーの表面側斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態２によるメタルホルダーの裏面側斜視図 第１の従来のモータの構造を示す断面図 第２の従来のモータの構造を示す断面図 第３の従来のモータの構造を示す断面図

符号の説明

１、５１、６１、７１ シャフト（出力軸）
２ フレーム
３ ロータマグネット
４、５６、６５、７６ ブラケット
５、５２、６２、７２ 含油軸受
５ａ 含油軸受の外周部
５ｂ 含油軸受の端面
６ ステ−タコイル
７ プリント基板
８、５５、７７ ステータコア
８ａ 突極
８ｂ 穴
９ ステ−タ組立体
１０、５４、６４、７３ 回転子（ロータ）
１１ 軸受ハウジング部
１１ａ、６６ メタル保持部
１１ｂ 拡径部
１１ｃ 段部
１１ｄ メタル保持部の外周面
１２、７４ 取り付けベース部
１３、７０ メタルホルダー（カバー）
１３ａ、７０ａ メタルホルダー（カバー）の円筒部
１３ｂ、７０ｂ メタルホルダー（カバー）の端面部
１３ｃ メタルホルダーの翼部
１３ｄ 切欠部
１３ｅ リブ
１４ 絶縁部材
１５ ステータコイル組立体（電機子）
１６ スラストリング
１７ スラストカップ
１８ スラスト受
１９ スラスト吸引マグネット
５３、６３、７５ バーリング加工部（ハウジング）

Claims (3)

1. シャフトとこのシャフトを中央に固定したロータフレームとこのロータフレームの内周に固定され円周方向に多極着磁を施されたリング状のロータマグネットとからなるロータ組立体と、前記シャフトを軸支する含油軸受とこの含油軸受を保持する軸受ハウジング部とこの軸受ハウジング部を中央に固定するブラケットと前記ロータマグネットと対向する複数の突極を備え前記軸受ハウジング部の外側に配置されるステ−タコアとこのステータコアに絶縁体を介してステータコイルを巻装して形成されたステータコイル組立体と前記ステータコイルの端末が電気的に接続される回路基板とからなるステータ組立体とにより構成されるブラシレスモータに於いて、前記回路基板は前記ブラケットに固定され、前記ステータコイル組立体は、前記ステータコアの中央形成された穴の内径寸法と同一もしくはやや小さい外径寸法を有する円筒部とこの円筒部の軸方向の一方の端部より内径側に延設された端面部と他方の端部より前記ステータコアの軸方向の一方の端面を覆うように軸と直角方向に延設された複数の翼部とを有する絶縁性の樹脂からなるメタルホルダーを備えこのメタルホルダーの円筒部の外周面の一部を前記ステータコアの中央の穴に固定し、前記ステータコアの軸方向の他方の端面に前記メタルホルダーの翼部とは別に配設された絶縁体と前記翼部とを介して前記ステータコイルを巻装して構成され、前記記メタルホルダーの円筒部は前記含油軸受の前記軸受ハウジングの外側に露出した外周面を覆い、前記記メタルホルダーの端面部は前記含油軸受の一方の端面に近接対向して前記軸受ハウジング部の外周面に固定され、前記メタルホルダーの円筒部に、前記軸受ハウジング部の外周面と前記ステータコアの中央の穴の内周面とを連通する切欠部が形成され、この切欠部に接着剤が充填されることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 軸受ハウジング部がブラケットからバ−リング加工により一体に形成され、前記軸受ハウジング部には含油軸受を圧入固定するメタル保持部とこのメタル保持部の外径寸法より大きい外径寸法を有する拡径部と前記メタル保持部と前記拡径部との境界に段部が形成され、メタルホルダーの翼部を介してステータコアを前記段部に固定する構成を備えることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. メタルホルダーの円筒部外周に、ステータコアの穴の内径寸法と同一もしくはやや大きい包絡面を有する複数の突部を軸方向に形成した請求項１から請求項２のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。
   
   

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