ラジアル軸受及びスラスト軸受を備えたスピンドルモータ
【課題】軸受摩擦を低減し、これによりモータの消費電力を低減することができる軸受装置を備えたスピンドルモータを提供すること。
【解決手段】スピンドルモータは、ラジアル軸受及びスラスト軸受によって相対回転可能に支持された固定部と回転部とを有し、ラジアル軸受が流体軸受で構成され、回転部が電磁駆動装置により駆動される。スラスト軸受は、磁気軸受で構成されており、この磁気軸受は、磁気的な予圧に対して反対方向の力を発するよう構成されている。
【解決手段】スピンドルモータは、ラジアル軸受及びスラスト軸受によって相対回転可能に支持された固定部と回転部とを有し、ラジアル軸受が流体軸受で構成され、回転部が電磁駆動装置により駆動される。スラスト軸受は、磁気軸受で構成されており、この磁気軸受は、磁気的な予圧に対して反対方向の力を発するよう構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアル軸受及びスラスト軸受を備えたスピンドルモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばハードディスクドライブにおいてハードディスクを回転駆動するために、高速で回転するスピンドルモータが用いられる。このようなスピンドルモータにおいては、できる限り遊びがなく、なお且つ摩擦の少ない軸受を実現することが必要である。
【０００３】
スピンドルモータのどの仕様にも共通しているのは、固定されたベースに、ラジアル軸受及びスラスト軸受を介して、回転駆動されるロータ（ハブ）を設けている点である。また、モータを駆動するため、ベース上において、回転駆動されるロータの内側にマグネットを設け、このマグネットとエアギャップを介して対向するように、（マグネットと協働する）ステータ体を設けることが知られている。ステータ体の内側で生じる回転電磁界により、ロータが回転運動する。
【０００４】
ここで用いられるラジアル軸受及びスラスト軸受は、できる限り摩擦が少ないものであることが望ましい。そこで、近年、軸受損失が非常に少ない流体動圧滑り軸受が好んで用いられている。しかしながら、流体動圧スラスト軸受の構成部品は、それだけで、軸受全体の約３０％の軸受損失を生じる。加えて、流体動圧スラスト軸受は、製造公差が厳しいため、製造コストがかかり、割高なものとなる。また、流体動圧スラスト軸受の軸受面は、モータが静止している時には互いに接触しているため、モータの始動時や停止時には軸受面の間に固体摩擦が生じ、モータの始動時には消費電力が増加する。スピンドルモータのこのような流体動圧軸受の構成例は、特許文献１（ドイツ国特許公報ＤＥ１０２００４０４０２９５Ａ１に対応）に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５７８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来の流体軸受を備えたスピンドルモータと比較して、軸受摩擦が小さく、これによりモータの消費電力を低減することができるスピンドルモータを提供することにある。
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載された技術的特徴を備えている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の本質的な特徴は、ラジアル流体軸受にスラスト磁気軸受を組み合わせ、そのスラスト磁気軸受が、磁気的な予圧に対して反対方向の力を発するよう構成されていることにある。
【０００９】
磁気軸受が、他の公知の軸受に対して有する主な利点は、磁気軸受が静止状態（すなわちモータが静止しているとき）及び動的な状態のいずれにあっても、ほぼ摩擦なしで動作することである。モータの回転数に関わらず、磁気軸受が機能するため、モータの固定部と可動部との間で固体摩擦が生じることを回避することができる。
【００１０】
本発明の好ましい構成例では、モータの固定部は、ベースと、ベースに結合された軸受スリーブと、ベース上に設けられたステータ体とを有している。回転部は、軸受スリーブに回転可能に支持された軸と、軸に結合されたハブと、ハブに設けられたマグネット体とを有している。
【００１１】
また、本発明の好ましい構成例では、ステータ体及びマグネット体は、スピンドルモータの回転軸に対して略垂直な平面上に配設されている。なお、インナーロータ型のモータでは、マグネット体がステータ体に囲まれている。一方、アウターロータ型のモータでは、ステータ体がマグネット体に囲まれている。
【００１２】
本発明の好ましい構成例では、磁気軸受が、回転部に設けられた第１のマグネットを有しており、この第１のマグネットには、固定部に設けられた第２のマグネットが対向している。より好ましくは、第１のマグネットは、ハブの略半径方向に延在する面に設けられており、その面（第１のマグネットが配設されたハブの面）は、第２のマグネットが支持されている軸受スリーブの半径方向に延在する面と対向している。
【００１３】
考えられる一つの構成例では、第１及び第２のマグネットの両方を、環状に形成することができる。この場合、好ましくは、一方のマグネットのみが完全なマグネットリングにより形成され、他方のマグネットは、環状に配列された複数のマグネットセグメントにより構成されていてもよい。また、第１及び第２のマグネットの両方が、環状に配列された複数のマグネットセグメントで構成されていてもよい。
【００１４】
本発明の別の構成例では、第１及び第２のマグネットの少なくとも一方を、直径の異なる同軸の着磁された複数のマグネットリングとし、これらを同軸に配置して形成することができる。各マグネットリングは、全て同じ方向に着磁されていてもよく、或いは、逆方向に着磁されていてもよい。さらに、各マグネットリングを異なる材料で形成してもよく、また、各マグネットリングを異なる磁気強度で着磁してもよく、また、これら両方を採用してもよい。さらに別の態様では、同軸の複数のマグネットリングの間に、エアギャップあるいは磁性材料からなる環状部材を設けてもよい。
【００１５】
磁気軸受の良好な耐荷重特性を確保するため、特に、マグネットの横方向変位時（軸に対して垂直な方向への変位時）の均一な耐荷重性能を確保するため、一つの好ましい実施の形態では、第１のマグネット（好ましくは、ハブに取り付けられたマグネット）の半径方向の幅を、第２のマグネット（好ましくは、軸受スリーブに取り付けられたマグネット）よりも大きくしている。
【００１６】
磁気的な予圧は、マグネット体の磁気的な中心に対し、ステータ体の磁気的な中心を軸方向に距離ｄだけ変位させることにより発生させることが好ましい。
【００１７】
マグネット体（ロータマグネット）とスラスト軸受のマグネットは、プラスチックで結合されたマグネット（プラスチックボンド磁石）であることが好ましいが、このようなマグネットが特に強度が高い訳ではない。ここで用いるマグネット材料は同種の特性（例えば温度特性）を有しており、磁気軸受のバランスを取ることが比較的容易である。
【００１８】
磁気軸受では、マグネット同士が互いに反発するように着磁されていることが好ましい。これに対し、磁気的な予圧は、磁気軸受におけるマグネット同士の反発力とは反対方向の力が生じるように設定される。これにより、磁気軸受のバランスを保つことができる。これとは逆に、磁気軸受のマグネット同士が互いに引き付け合うように着磁され、磁気的な予圧が、磁気軸受のマグネット同士の引き付け合う力に対して反対方向の力を生じる場合もあり得る。
【００１９】
磁気軸受を使用することにより、全体として、モータの起動直後の出力損失が小さく抑えられ、寿命が長くなる。特に、起動トルクが小さくて済む。
【００２０】
加えて、スラスト磁気軸受は、（例えばスラスト流体軸受と比較して）軸方向の軸受隙間が大きく許容されるため、例えばスラスト流体軸受よりもはるかに容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、スピンドルモータの固定部と可動部との間で固体摩擦が生じることを回避することができ、これにより軸受摩擦を低減し、スピンドルモータの消費電力を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。図面及びその説明から、本発明の更なる特徴及び長所が見出される。
【００２３】
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスピンドルモータを示す概略断面図である。このスピンドルモータは、例えばベースプレート又はベースフランジとして形成可能なベース１０を有している。ベース１０の穴部１０ａには、軸受スリーブ１２が挿入されている。軸受スリーブ１２は、例えば圧入、接着又は溶接によりベース１０に固定されている。ベース１０の外側には、軸受スリーブ１２を環状に囲むステータ体１４が、公知の方法で設けられている。
【００２４】
軸受スリーブ１２には、軸１６が挿入された中心孔１２ｃが形成されている。軸受スリーブ１２の中心孔１２ｃの内周面と、軸１６の外周面とは、軸受隙間２２によって相互に隔てられている。軸受隙間２２は、軸受流体（より好ましくは軸受オイル）で満たされていることが好ましい。軸１６は、上下２つのラジアル軸受３８，４０を介して、軸受スリーブ１２に取り付けられていることが好ましい。これらのラジアル軸受３８，４０は、流体動圧軸受として形成されており、この流体動圧軸受は、軸１６の外周面又は軸受スリーブ１２（中心孔１２ｃ）の内周面に形成された軸受構造（例えば複数の溝）に特徴を有している。流体動圧軸受の構造及び作用は公知であるため、ここでは詳細説明を省略する。
【００２５】
軸１６の上端部は、軸受スリーブ１２の上方に突出し、ハブ１８につながっている。軸１６とハブ１８とは、図１に示されているように一体に形成されていてもよいし、互いに連結された２つの部材で構成されていてもよい。ハブ１８は、ほぼ釣鐘型に形成されており、軸受スリーブ１２の上方に延在し、さらに軸受スリーブ１２の一部を囲んでいる。
【００２６】
ハブ１８の外周面には、環状の永久磁石であるマグネット体２０が配置されている。このマグネット体（ロータマグネット）２０は、ステータ体１４に対向配置され、このステータ体１４と共に、スピンドルモータの電磁駆動装置を形成している。ステータ体１４は、ステータコイル１４ａと、このステータコイルが配設されたステータコア１４ｂとを有している。
【００２７】
軸受スリーブ１２のハブ１８に対向する端面（図中上端面）、軸受スリーブ１２の外周面、及び、これらに対向するハブ１８の面は、傾斜していることが好ましく、これによりハブ１８と軸受スリーブ１２との間に断面三角形の毛細管状隙間２４が形成される。毛細管状隙間２４は、軸受隙間２２に近づくにつれて狭くなっている。毛細管状隙間２４は、断面三角形の毛細管シールとして利用され、少なくとも部分的に軸受流体で満たされている。断面三角形の毛細管シールは、軸受隙間２２を外部に対して密封する機能を有する一方、軸受流体溜め（貯蔵部）としても機能する。
【００２８】
軸受スリーブ１２の下側の開放端は、その領域を密封するカバープレート２８によって覆われている。
【００２９】
軸受スリーブ１２からの軸１６の脱落を防止するため、軸１６の下側の自由端には、ストッパリング２６が設けられていることが好ましい。ストッパリング２６は、軸受スリーブ１２に設けられた環状の溝１２ｂ内に（固定されない状態で）配置されている。スピンドルモータが通常の動作状態にあるときには、ストッパリング２６は、軸受スリーブ１２の内周面及びカバープレート２８の表面とは接触しない。
【００３０】
ハブ１８又は軸１６は、固定用クランプ（図示せず）を固定するためのネジ穴３０を中心に備えている。スピンドルモータをハードディスクドライブの駆動源として使用する際には、固定用クランプにより、例えばハードディスク（図示せず）をハブ１８に固定することができる。
【００３１】
スピンドルモータの回転部、すなわち軸１６及びハブ１８を、軸受スリーブ１２及びベース１０に対して軸方向に保持するのは、スピンドルモータの固定部と回転部との間に設けられた磁気軸受である。この磁気軸受は、第１のマグネット３２を有している。第１のマグネット３２は、その配設用にハブ１８に設けられた環状の空洞部１８ａに配設されている。この環状の空洞部１８ａは、軸受スリーブ１２に形成された段部１２ａの、ハブ１８の半径方向に延在する面に対向している。その軸受スリーブ１２の段部１２ａには、第１のマグネット３２に軸方向に対向する第２のマグネット３４が支持されている。第１のマグネット３２がハブ１８の上述した空洞部１８ａに配置されているのに対し、第２のマグネット３４は、例えば、軸受スリーブ１２の環状の突起３６により支持されている。
【００３２】
第１及び第２のマグネット３２，３４は、同極を対向させ、互いに反発し合うように着磁されている。この反発力により、第１及び第２のマグネット３２，３４の間に空隙（エアギャップ）が生じ、ハブ１８が軸受スリーブ１２から浮上し、これらの半径方向に延在する面同士が接触しない状態となる。第１及び第２のマグネット３２，３４は、環状に形成されているか、あるいは、少なくとも環状に配列された複数のマグネットセグメントで構成されることが好ましい。その際、マグネット３２，３４の直径は、軸受の安定性を確保できるよう、できるだけ大きく設定する。
【００３３】
磁気軸受は、安定性を確保するため、（磁気軸受とは反対に作用する）磁気的な予圧に対して該予圧とは反対方向の力を発することが好ましい。磁気的な予圧は、磁気軸受に対してカウンターベアリングとして作用するものであり、ステータ体１４の磁気的な中心とマグネット体（ロータマグネット）２０の磁気的な中心とを、距離ｄだけ変位して配置したことによって発生させる。この場合、ステータ体１４の磁気的な中心１４ｃから距離ｄだけ上方に配置されたマグネット体２０は、ステータ体１４に対してベース１０側に引っ張られる。この引っ張り力は、磁気軸受の両マグネット３２，３４の反発力とは反対方向に作用するため、ハブ１８は、軸方向に浮遊した状態で安定に保持される。
【００３４】
第１及び第２のマグネット３２，３４のいずれか一方（この例では第１のマグネット３２）は、他方のマグネットよりも、半径方向に広く延在して形成されている。このように一方のマグネットを広くすることにより、例えば組み立て誤差により両マグネット３２，３４の半径方向の位置関係が変化した場合であっても、磁力の変動を最小限に抑えることができる。
【００３５】
第２の実施の形態．
図２は、本発明の第２の実施の形態におけるスピンドルモータを示す。第２の実施の形態におけるスピンドルモータでは、ベース１１０の穴部１１０ａに軸受スリーブ１１２が挿入されており、ベース１１０の外部には、軸受スリーブ１１２を環状に囲むステータ体１１４が公知の方法で設けられている。
【００３６】
軸受スリーブ１１２は、軸１１６が挿入された中心孔１１２ｃを備えている。軸受スリーブ１１２の中心孔１１２ｃの内周面と、軸１１６の外周面とは、軸受隙間１２２により互いに隔てられている。軸受隙間１２２は、軸受流体（より好ましくは軸受オイル）により満たされていることが好ましい。軸１１６は、第１の実施の形態で説明した流体動圧ラジアル軸受を介して、軸受スリーブ１１２に支持されている。軸１１６の上端部は、軸受スリーブ１１２の上方から突出し、ハブ１１８とつながっている。軸１１６とハブ１１８とは、例えば図２に示されているように一体に形成されている。ハブ１１８は、ほぼ釣鐘型に形成されており、軸受スリーブ１１２を越えて外側に延在し、軸受スリーブ１１２の一部を囲んでいる。ハブ１１８又は軸１１６は、固定用クランプ（図示せず）を固定するためのネジ穴１３０を中心に備えていても良い。
【００３７】
ハブ１１８の外周には、環状の永久磁石であるマグネット体１２０が配置されている。このマグネット体（ロータマグネット）１２０は、ステータ体１１４に対向しており、このステータ体１１４と共にスピンドルモータの電磁駆動装置を構成している。ステータ体１１４は、ステータコイル１１４ａと、このステータコイルが配設されたステータコア１１４ｂとを有している。
【００３８】
軸受スリーブ１１２のハブ１１８に対向する側の面（図中上面）、及びこれと対向するハブ１１８の面は、傾斜していることが好ましい。これにより、ハブ１１８と軸受スリーブ１１２との間には、軸受隙間１２２に近づく方向に狭くなる断面三角形の毛細管状隙間１２４が形成され、毛細管シールとして機能する。毛細管状隙間１２４は、軸受隙間１２２とつながっており、少なくとも部分的に軸受流体で満たされている。毛細管状隙間１２４は、軸受隙間１２２を外部に対して密封する機能を有する一方、軸受流体溜め（貯蔵部）としても機能する。軸受スリーブ１１２の下側の開放端は、この領域を密封するカバープレート１２８によって覆われている。
【００３９】
軸受スリーブ１１２からの軸１１６の脱落を防止するため、軸１１６の下側の自由端には、ストッパリング１２６が設けられていることが好ましい。このストッパリング１２６は、軸受スリーブ１１２に設けられた環状の溝１１２ｂ内に（固定されない状態で）配置されている。スピンドルモータが通常の動作状態にあるときには、ストッパリング１２６は、軸受スリーブ１１２の内周面及びカバープレート１２８の表面とは接触しない。
【００４０】
スピンドルモータの回転部（すなわち軸１１６及びハブ１１８）を、軸受スリーブ１１２及びベース１１０に対して軸方向に保持するのは、モータの固定部と回転部との間に設けられた磁気軸受である。この磁気軸受は、第１のマグネット１３２を有している。第１のマグネット１３２は、軸受スリーブ１１２に面するハブ１１８の内面１１８ａに設けられている。第１のマグネット１３２は、軸受スリーブ１１２の段部１１２ａに設けられた第２マグネット１３４に対向している。
【００４１】
第１及び第２のマグネット１３２，１３４は、同極を対向させ、互いに反発し合うように着磁されている。この反発力により、マグネット１３２，１３４の間に空隙（エアギャップ）が生じる。これによりハブ１１８が軸受スリーブ１１２から浮上し、これらの少なくとも半径方向に延在する面同士が接触しない状態となる。両マグネット１３２，１３４は、環状に形成されているか、又は、環状に配置された複数のマグネットセグメントにより構成されていることが好ましい。この場合、第１及び第２のマグネット１３２，１３４の直径は、軸受の安定性を確保できるよう、できるだけ大きく設定する。
【００４２】
磁気軸受は、安定性を確保するため、図１を参照して説明した磁気的な予圧に対して反対方向の力を発することが好ましい。
【００４３】
第３の実施の形態．
図３は、本発明の第３の実施の形態におけるスピンドルモータを示す。第３の実施の形態におけるスピンドルモータでは、ベース２１０の穴部２１０ａに軸受スリーブ２１２が挿入されており、ベース２１０の外部には、軸受スリーブ２１２を環状に囲むステータ体２１４が公知の方法で設けられている。
【００４４】
軸受スリーブ２１２は、軸２１６が収容された中心孔２１２ｃを備えている。軸受スリーブ２１２の中心孔２１２ｃの内周面と、軸２１６の外周面は、軸受隙間２２２によって互いに隔てられている。軸受隙間２２２は、軸受流体（より好ましくは軸受オイル）で満たされていることが好ましい。軸２１６は、上述した流体動圧ラジアル軸受を介して、軸受スリーブ２１２に支持されている。軸２１６の上端部は、軸受スリーブ２１２から上方に突出し、ハブ２１８とつながっている。軸２１６とハブ２１８とは、例えば、図３に示したように一体に形成されている。ハブ２１８は、ほぼ釣鐘型に形成され、軸受スリーブ２１２を越えて外側に延在し、軸受スリーブ２１２の一部を囲んでいる。ハブ２１８又は軸２１６は、ネジ穴２３０を中心に備えていてもよい。
【００４５】
ハブ２１８の外周には、環状の永久磁石であるマグネット体２２０が配置されている。このマグネット体（ロータマグネット）２２０は、ステータ体２１４に対向し、ステータ体２１４と共にスピンドルモータの電磁駆動装置を構成している。ステータ体２１４は、ステータコイル２１４ａと、このステータコイルが配設されたステータコア２１４ｂとを有している。
【００４６】
軸受スリーブ２１２の外周面と、これに対向するハブ２１８の内周面は、傾斜していることが好ましい。これにより、ハブ２１８と軸受スリーブ２１２との間には、断面三角形の毛細管状隙間２２４が形成される。この毛細管状隙間２２４は、ハブ２１８と軸受スリーブ２１２との間に水平に延在する環状隙間２４４を介して、軸受隙間２２２とつながっている。毛細管状隙間２２４は、少なくとも部分的に軸受流体で満たされている。環状隙間２４４は、全体が軸受流体で満たされている。毛細管状隙間２２４は、軸受隙間２２２を外部に対して密封する機能を有する一方、環状隙間２４４と共に軸受流体溜め（貯蔵部）としても機能する。毛細管状隙間２２４の下側の開放端は、全体として、回転軸に向かって内側に傾斜している。この傾斜により、軸受流体は、ハブ２１８の回転に伴う遠心力によって半径方向外側に付勢され、毛細管状隙間２２４の内部に押し込まれて保持される。軸受スリーブ２１２の下側の開放端は、この領域を密封するカバープレート２２８によって覆われている。
【００４７】
軸２１６の軸受ブシュ２１２からの脱落を防止するため、軸２１６の下側の自由端には、ストッパリング２２６が設けられている。ストッパリング２２６は、軸受スリーブ２１２に設けられた環状の溝内２１２ｂに（固定されない状態で）配置されている。スピンドルモータが通常の動作状態にあるときには、ストッパリング２２６は、軸受スリーブ２１２の内周面及びカバープレート２２８の表面とは接触しない。
【００４８】
スピンドルモータの回転部（すなわち軸２１６及びハブ２１８）を、軸受スリーブ２１２及びベース２１０に対して軸方向に保持するのは、モータの固定部と回転部との間に設けられた磁気軸受である。この磁気軸受は、第１のマグネット２３２を有している。第１のマグネット２３２は、ハブ２１８に設けられた空洞部２１８ａに配置されており、環状隙間２４４に面している。第１のマグネット２３２には、軸受スリーブ２１２の空洞部２１２ａに設けられ、なお且つ、（第１のマグネット２３２と同様に）環状隙間２４４に面している第２のマグネット２３４が軸方向に対向している。第１及び第２のマグネット２３２，２３４は、同極を対向させ、互いに反発し合うように着磁されている。この反発力により、マグネット２３２，２３４の間に生じる環状隙間２４４の間隔が決定される。両マグネット２３２，２３４は、環状に形成されているか、又は、環状に配置された複数のマグネットセグメントにより構成されていることが好ましい。この場合、第１及び第２のマグネット２３２，２３４の直径は、軸受の安定性を確保できるよう、できるだけ大きく設定する。
【００４９】
磁気軸受は、安定性を確保するため、図１を参照して説明した磁気的な予圧に対して反対方向の力を発することが好ましい。
【００５０】
図４は、スラスト軸受（磁気軸受）に作用する力を模式的に示す図である。図４において、横軸は、軸方向におけるマグネット同士の間隔、すなわち、例えば図１における第１のマグネット３２と第２のマグネット３４との間隔をミリメートル単位で示している。縦軸は、軸方向の力をニュートン単位で示している。
【００５１】
曲線３１０は、図１に示したスピンドルモータに設けられた第１及び第２のマグネット３２，３４の間に生じる軸方向の力の典型例を示している。軸方向の力は、第１及び第２のマグネット３２，３４の間の距離が増加するにつれて、ほぼ直線的に減少する。これに対し、曲線３００は、マグネット体（ロータマグネット）２０の磁気的な中心がステータ体１４の磁気的な中心１４ｃから距離ｄだけ変位して配置されたことによる磁気的な予圧の大きさを示している。磁気的な予圧（曲線３００）は、第１及び第２のマグネット３２，３４により生じる力に対して反対方向に作用するため、両方の力が同じになる安定した作用点ＡＰが得られる。この作用点ＡＰに基づき、第１及び第２のマグネット３２，３４の間隔が決定され（図４に示した例では、約０．２ｍｍ）、これにより軸受スリーブ１２とハブ１８との間の毛細管状隙間２４の間隔が決定される。
【００５２】
図５は、各実施の形態における第１及び第２のマグネット（例えば図１の第１及び第２のマグネット３２，３４）の他の構成例を示す模式図である。
【００５３】
図５（Ａ）に示した構成例では、第１のマグネット３２は、直径の異なる同軸の複数（ここでは４つ）の環状のマグネットリング３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにより構成されている。各マグネットリング３２ａ〜３２ｄは、隣り合うマグネットリングの着磁方向が互いに反対になるようにそれぞれ着磁されている。なお、各マグネットリング３２ａ〜３２ｄは、互いに異なる材料で形成されていてもよく、また、互いに異なる磁気強度で着磁されていてもよい。
【００５４】
また、第２のマグネット３４は、第１のマグネット３２と同様、直径の異なる同軸の複数（ここでは４つ）の環状のマグネットリング３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄにより構成されている。各マグネットリング３４ａ〜３４ｄは、回転軸４２の方向において、第１のマグネット３２のマグネットリング３２ａ〜３２ｄにそれぞれ対向しており、なお且つ、対向するマグネットリング３２ａ〜３２ｄとは反対方向にそれぞれ着磁されている。なお、各マグネットリング３４ａ〜３４ｄは、互いに異なる材料で形成されていてもよく、また、互いに異なる磁気強度で着磁されていてもよい。
【００５５】
図５（Ｂ）に示した別の構成例では、第１のマグネット３２は、一つの環状のマグネットリング３２ｅとして構成されている。これに対し、第２のマグネット３４は、直径の異なる同軸の複数（ここでは２つ）の環状のマグネットリング３４ｅ，３４ｆにより構成されている。第２のマグネット３４のマグネットリング３４ｅ，３４ｆは、回転軸４２の方向において、第１のマグネット３２のマグネットリング３２ｅに対向している。
【００５６】
第２のマグネット３４のマグネットリング３４ｅ，３４ｆの間には、環状のエアギャップが形成されるか、或いは、強磁性材料（鉄、フェライト、磁性鋼など）からなる環状部材が設けられている。また、各マグネットリング３４ｅ，３４ｆは、互いに同方向に、なお且つ、対向する第１のマグネット３２のマグネットリング３２ｅとは反対方向にそれぞれ着磁されている。なお、各マグネットリング３４ｅ，３４ｆは、互いに異なる材料で形成されていてもよく、また、互いに異なる磁気強度で着磁されていてもよい。
【００５７】
上述した説明、特許請求の範囲又は添付の図面において開示され、特定の形態で若しくは開示された機能を実行する手段として表現された特徴、又は、開示された結果を得るための方法若しくはプロセスとして表現された特徴は、必要に応じて、単独で、又は、組み合わせて、本発明を様々な形態で具現化するために利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態における磁気軸受を備えたスピンドルモータの概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における磁気軸受を備えたスピンドルモータの概略断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態における磁気軸受を備えたスピンドルモータの概略断面図である。
【図４】スラスト軸受において作用する力を例示した図である。
【図５】第１及び第２のマグネットの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ ベース
１２ 軸受スリーブ
１４ ステータ体
１６ 軸
１８ ハブ
２０ マグネット体（ロータマグネット）
２２ 軸受隙間
２４ 断面三角形の毛細管状隙間
２６ ストッパリング
２８ カバープレート
３０ ネジ穴（ハブ側）
３２ 第１のマグネット（ハブ側）
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ マグネットリング
３４ 第２のマグネット（軸受スリーブ側）
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆ マグネットリング
３６ 突起
３８ ラジアル軸受
４０ ラジアル軸受
４２ 回転軸
ｄ 変位量（オフセット量）
１１０ ベース
１１２ 軸受スリーブ
１１４ ステータ体
１１６ 軸
１１８ ハブ
１２０ マグネット体
１２２ 軸受隙間
１２４ 断面三角形の毛細管状隙間
１２６ ストッパリング
１２８ カバープレート
１３０ ネジ穴（ハブ側）
１３２ 第１のマグネット（ハブ側）
１３４ 第２のマグネット（軸受スリーブ側）
２１０ ベース
２１２ 軸受スリーブ
２１４ ステータ体
２１６ 軸
２１８ ハブ
２２０ マグネット体
２２２ 軸受隙間
２２４ 断面三角形の毛細管状隙間
２２６ ストッパリング
２２８ カバープレート
２３０ ネジ穴（ハブ側）
２３２ 第１のマグネット（ハブ側）
２３４ 第２のマグネット（軸受スリーブ側）
２４４ 環状隙間
３００ 磁気的な予圧を示す曲線
３１０ マグネットによる力を示す曲線
ＡＰ 作用点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアル軸受及びスラスト軸受を備えたスピンドルモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばハードディスクドライブにおいてハードディスクを回転駆動するために、高速で回転するスピンドルモータが用いられる。このようなスピンドルモータにおいては、できる限り遊びがなく、なお且つ摩擦の少ない軸受を実現することが必要である。
【０００３】
スピンドルモータのどの仕様にも共通しているのは、固定されたベースに、ラジアル軸受及びスラスト軸受を介して、回転駆動されるロータ（ハブ）を設けている点である。また、モータを駆動するため、ベース上において、回転駆動されるロータの内側にマグネットを設け、このマグネットとエアギャップを介して対向するように、（マグネットと協働する）ステータ体を設けることが知られている。ステータ体の内側で生じる回転電磁界により、ロータが回転運動する。
【０００４】
ここで用いられるラジアル軸受及びスラスト軸受は、できる限り摩擦が少ないものであることが望ましい。そこで、近年、軸受損失が非常に少ない流体動圧滑り軸受が好んで用いられている。しかしながら、流体動圧スラスト軸受の構成部品は、それだけで、軸受全体の約３０％の軸受損失を生じる。加えて、流体動圧スラスト軸受は、製造公差が厳しいため、製造コストがかかり、割高なものとなる。また、流体動圧スラスト軸受の軸受面は、モータが静止している時には互いに接触しているため、モータの始動時や停止時には軸受面の間に固体摩擦が生じ、モータの始動時には消費電力が増加する。スピンドルモータのこのような流体動圧軸受の構成例は、特許文献１（ドイツ国特許公報ＤＥ１０２００４０４０２９５Ａ１に対応）に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５７８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来の流体軸受を備えたスピンドルモータと比較して、軸受摩擦が小さく、これによりモータの消費電力を低減することができるスピンドルモータを提供することにある。
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載された技術的特徴を備えている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の本質的な特徴は、ラジアル流体軸受にスラスト磁気軸受を組み合わせ、そのスラスト磁気軸受が、磁気的な予圧に対して反対方向の力を発するよう構成されていることにある。
【０００９】
磁気軸受が、他の公知の軸受に対して有する主な利点は、磁気軸受が静止状態（すなわちモータが静止しているとき）及び動的な状態のいずれにあっても、ほぼ摩擦なしで動作することである。モータの回転数に関わらず、磁気軸受が機能するため、モータの固定部と可動部との間で固体摩擦が生じることを回避することができる。
【００１０】
本発明の好ましい構成例では、モータの固定部は、ベースと、ベースに結合された軸受スリーブと、ベース上に設けられたステータ体とを有している。回転部は、軸受スリーブに回転可能に支持された軸と、軸に結合されたハブと、ハブに設けられたマグネット体とを有している。
【００１１】
また、本発明の好ましい構成例では、ステータ体及びマグネット体は、スピンドルモータの回転軸に対して略垂直な平面上に配設されている。なお、インナーロータ型のモータでは、マグネット体がステータ体に囲まれている。一方、アウターロータ型のモータでは、ステータ体がマグネット体に囲まれている。
【００１２】
本発明の好ましい構成例では、磁気軸受が、回転部に設けられた第１のマグネットを有しており、この第１のマグネットには、固定部に設けられた第２のマグネットが対向している。より好ましくは、第１のマグネットは、ハブの略半径方向に延在する面に設けられており、その面（第１のマグネットが配設されたハブの面）は、第２のマグネットが支持されている軸受スリーブの半径方向に延在する面と対向している。
【００１３】
考えられる一つの構成例では、第１及び第２のマグネットの両方を、環状に形成することができる。この場合、好ましくは、一方のマグネットのみが完全なマグネットリングにより形成され、他方のマグネットは、環状に配列された複数のマグネットセグメントにより構成されていてもよい。また、第１及び第２のマグネットの両方が、環状に配列された複数のマグネットセグメントで構成されていてもよい。
【００１４】
本発明の別の構成例では、第１及び第２のマグネットの少なくとも一方を、直径の異なる同軸の着磁された複数のマグネットリングとし、これらを同軸に配置して形成することができる。各マグネットリングは、全て同じ方向に着磁されていてもよく、或いは、逆方向に着磁されていてもよい。さらに、各マグネットリングを異なる材料で形成してもよく、また、各マグネットリングを異なる磁気強度で着磁してもよく、また、これら両方を採用してもよい。さらに別の態様では、同軸の複数のマグネットリングの間に、エアギャップあるいは磁性材料からなる環状部材を設けてもよい。
【００１５】
磁気軸受の良好な耐荷重特性を確保するため、特に、マグネットの横方向変位時（軸に対して垂直な方向への変位時）の均一な耐荷重性能を確保するため、一つの好ましい実施の形態では、第１のマグネット（好ましくは、ハブに取り付けられたマグネット）の半径方向の幅を、第２のマグネット（好ましくは、軸受スリーブに取り付けられたマグネット）よりも大きくしている。
【００１６】
磁気的な予圧は、マグネット体の磁気的な中心に対し、ステータ体の磁気的な中心を軸方向に距離ｄだけ変位させることにより発生させることが好ましい。
【００１７】
マグネット体（ロータマグネット）とスラスト軸受のマグネットは、プラスチックで結合されたマグネット（プラスチックボンド磁石）であることが好ましいが、このようなマグネットが特に強度が高い訳ではない。ここで用いるマグネット材料は同種の特性（例えば温度特性）を有しており、磁気軸受のバランスを取ることが比較的容易である。
【００１８】
磁気軸受では、マグネット同士が互いに反発するように着磁されていることが好ましい。これに対し、磁気的な予圧は、磁気軸受におけるマグネット同士の反発力とは反対方向の力が生じるように設定される。これにより、磁気軸受のバランスを保つことができる。これとは逆に、磁気軸受のマグネット同士が互いに引き付け合うように着磁され、磁気的な予圧が、磁気軸受のマグネット同士の引き付け合う力に対して反対方向の力を生じる場合もあり得る。
【００１９】
磁気軸受を使用することにより、全体として、モータの起動直後の出力損失が小さく抑えられ、寿命が長くなる。特に、起動トルクが小さくて済む。
【００２０】
加えて、スラスト磁気軸受は、（例えばスラスト流体軸受と比較して）軸方向の軸受隙間が大きく許容されるため、例えばスラスト流体軸受よりもはるかに容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、スピンドルモータの固定部と可動部との間で固体摩擦が生じることを回避することができ、これにより軸受摩擦を低減し、スピンドルモータの消費電力を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。図面及びその説明から、本発明の更なる特徴及び長所が見出される。
【００２３】
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスピンドルモータを示す概略断面図である。このスピンドルモータは、例えばベースプレート又はベースフランジとして形成可能なベース１０を有している。ベース１０の穴部１０ａには、軸受スリーブ１２が挿入されている。軸受スリーブ１２は、例えば圧入、接着又は溶接によりベース１０に固定されている。ベース１０の外側には、軸受スリーブ１２を環状に囲むステータ体１４が、公知の方法で設けられている。
【００２４】
軸受スリーブ１２には、軸１６が挿入された中心孔１２ｃが形成されている。軸受スリーブ１２の中心孔１２ｃの内周面と、軸１６の外周面とは、軸受隙間２２によって相互に隔てられている。軸受隙間２２は、軸受流体（より好ましくは軸受オイル）で満たされていることが好ましい。軸１６は、上下２つのラジアル軸受３８，４０を介して、軸受スリーブ１２に取り付けられていることが好ましい。これらのラジアル軸受３８，４０は、流体動圧軸受として形成されており、この流体動圧軸受は、軸１６の外周面又は軸受スリーブ１２（中心孔１２ｃ）の内周面に形成された軸受構造（例えば複数の溝）に特徴を有している。流体動圧軸受の構造及び作用は公知であるため、ここでは詳細説明を省略する。
【００２５】
軸１６の上端部は、軸受スリーブ１２の上方に突出し、ハブ１８につながっている。軸１６とハブ１８とは、図１に示されているように一体に形成されていてもよいし、互いに連結された２つの部材で構成されていてもよい。ハブ１８は、ほぼ釣鐘型に形成されており、軸受スリーブ１２の上方に延在し、さらに軸受スリーブ１２の一部を囲んでいる。
【００２６】
ハブ１８の外周面には、環状の永久磁石であるマグネット体２０が配置されている。このマグネット体（ロータマグネット）２０は、ステータ体１４に対向配置され、このステータ体１４と共に、スピンドルモータの電磁駆動装置を形成している。ステータ体１４は、ステータコイル１４ａと、このステータコイルが配設されたステータコア１４ｂとを有している。
【００２７】
軸受スリーブ１２のハブ１８に対向する端面（図中上端面）、軸受スリーブ１２の外周面、及び、これらに対向するハブ１８の面は、傾斜していることが好ましく、これによりハブ１８と軸受スリーブ１２との間に断面三角形の毛細管状隙間２４が形成される。毛細管状隙間２４は、軸受隙間２２に近づくにつれて狭くなっている。毛細管状隙間２４は、断面三角形の毛細管シールとして利用され、少なくとも部分的に軸受流体で満たされている。断面三角形の毛細管シールは、軸受隙間２２を外部に対して密封する機能を有する一方、軸受流体溜め（貯蔵部）としても機能する。
【００２８】
軸受スリーブ１２の下側の開放端は、その領域を密封するカバープレート２８によって覆われている。
【００２９】
軸受スリーブ１２からの軸１６の脱落を防止するため、軸１６の下側の自由端には、ストッパリング２６が設けられていることが好ましい。ストッパリング２６は、軸受スリーブ１２に設けられた環状の溝１２ｂ内に（固定されない状態で）配置されている。スピンドルモータが通常の動作状態にあるときには、ストッパリング２６は、軸受スリーブ１２の内周面及びカバープレート２８の表面とは接触しない。
【００３０】
ハブ１８又は軸１６は、固定用クランプ（図示せず）を固定するためのネジ穴３０を中心に備えている。スピンドルモータをハードディスクドライブの駆動源として使用する際には、固定用クランプにより、例えばハードディスク（図示せず）をハブ１８に固定することができる。
【００３１】
スピンドルモータの回転部、すなわち軸１６及びハブ１８を、軸受スリーブ１２及びベース１０に対して軸方向に保持するのは、スピンドルモータの固定部と回転部との間に設けられた磁気軸受である。この磁気軸受は、第１のマグネット３２を有している。第１のマグネット３２は、その配設用にハブ１８に設けられた環状の空洞部１８ａに配設されている。この環状の空洞部１８ａは、軸受スリーブ１２に形成された段部１２ａの、ハブ１８の半径方向に延在する面に対向している。その軸受スリーブ１２の段部１２ａには、第１のマグネット３２に軸方向に対向する第２のマグネット３４が支持されている。第１のマグネット３２がハブ１８の上述した空洞部１８ａに配置されているのに対し、第２のマグネット３４は、例えば、軸受スリーブ１２の環状の突起３６により支持されている。
【００３２】
第１及び第２のマグネット３２，３４は、同極を対向させ、互いに反発し合うように着磁されている。この反発力により、第１及び第２のマグネット３２，３４の間に空隙（エアギャップ）が生じ、ハブ１８が軸受スリーブ１２から浮上し、これらの半径方向に延在する面同士が接触しない状態となる。第１及び第２のマグネット３２，３４は、環状に形成されているか、あるいは、少なくとも環状に配列された複数のマグネットセグメントで構成されることが好ましい。その際、マグネット３２，３４の直径は、軸受の安定性を確保できるよう、できるだけ大きく設定する。
【００３３】
磁気軸受は、安定性を確保するため、（磁気軸受とは反対に作用する）磁気的な予圧に対して該予圧とは反対方向の力を発することが好ましい。磁気的な予圧は、磁気軸受に対してカウンターベアリングとして作用するものであり、ステータ体１４の磁気的な中心とマグネット体（ロータマグネット）２０の磁気的な中心とを、距離ｄだけ変位して配置したことによって発生させる。この場合、ステータ体１４の磁気的な中心１４ｃから距離ｄだけ上方に配置されたマグネット体２０は、ステータ体１４に対してベース１０側に引っ張られる。この引っ張り力は、磁気軸受の両マグネット３２，３４の反発力とは反対方向に作用するため、ハブ１８は、軸方向に浮遊した状態で安定に保持される。
【００３４】
第１及び第２のマグネット３２，３４のいずれか一方（この例では第１のマグネット３２）は、他方のマグネットよりも、半径方向に広く延在して形成されている。このように一方のマグネットを広くすることにより、例えば組み立て誤差により両マグネット３２，３４の半径方向の位置関係が変化した場合であっても、磁力の変動を最小限に抑えることができる。
【００３５】
第２の実施の形態．
図２は、本発明の第２の実施の形態におけるスピンドルモータを示す。第２の実施の形態におけるスピンドルモータでは、ベース１１０の穴部１１０ａに軸受スリーブ１１２が挿入されており、ベース１１０の外部には、軸受スリーブ１１２を環状に囲むステータ体１１４が公知の方法で設けられている。
【００３６】
軸受スリーブ１１２は、軸１１６が挿入された中心孔１１２ｃを備えている。軸受スリーブ１１２の中心孔１１２ｃの内周面と、軸１１６の外周面とは、軸受隙間１２２により互いに隔てられている。軸受隙間１２２は、軸受流体（より好ましくは軸受オイル）により満たされていることが好ましい。軸１１６は、第１の実施の形態で説明した流体動圧ラジアル軸受を介して、軸受スリーブ１１２に支持されている。軸１１６の上端部は、軸受スリーブ１１２の上方から突出し、ハブ１１８とつながっている。軸１１６とハブ１１８とは、例えば図２に示されているように一体に形成されている。ハブ１１８は、ほぼ釣鐘型に形成されており、軸受スリーブ１１２を越えて外側に延在し、軸受スリーブ１１２の一部を囲んでいる。ハブ１１８又は軸１１６は、固定用クランプ（図示せず）を固定するためのネジ穴１３０を中心に備えていても良い。
【００３７】
ハブ１１８の外周には、環状の永久磁石であるマグネット体１２０が配置されている。このマグネット体（ロータマグネット）１２０は、ステータ体１１４に対向しており、このステータ体１１４と共にスピンドルモータの電磁駆動装置を構成している。ステータ体１１４は、ステータコイル１１４ａと、このステータコイルが配設されたステータコア１１４ｂとを有している。
【００３８】
軸受スリーブ１１２のハブ１１８に対向する側の面（図中上面）、及びこれと対向するハブ１１８の面は、傾斜していることが好ましい。これにより、ハブ１１８と軸受スリーブ１１２との間には、軸受隙間１２２に近づく方向に狭くなる断面三角形の毛細管状隙間１２４が形成され、毛細管シールとして機能する。毛細管状隙間１２４は、軸受隙間１２２とつながっており、少なくとも部分的に軸受流体で満たされている。毛細管状隙間１２４は、軸受隙間１２２を外部に対して密封する機能を有する一方、軸受流体溜め（貯蔵部）としても機能する。軸受スリーブ１１２の下側の開放端は、この領域を密封するカバープレート１２８によって覆われている。
【００３９】
軸受スリーブ１１２からの軸１１６の脱落を防止するため、軸１１６の下側の自由端には、ストッパリング１２６が設けられていることが好ましい。このストッパリング１２６は、軸受スリーブ１１２に設けられた環状の溝１１２ｂ内に（固定されない状態で）配置されている。スピンドルモータが通常の動作状態にあるときには、ストッパリング１２６は、軸受スリーブ１１２の内周面及びカバープレート１２８の表面とは接触しない。
【００４０】
スピンドルモータの回転部（すなわち軸１１６及びハブ１１８）を、軸受スリーブ１１２及びベース１１０に対して軸方向に保持するのは、モータの固定部と回転部との間に設けられた磁気軸受である。この磁気軸受は、第１のマグネット１３２を有している。第１のマグネット１３２は、軸受スリーブ１１２に面するハブ１１８の内面１１８ａに設けられている。第１のマグネット１３２は、軸受スリーブ１１２の段部１１２ａに設けられた第２マグネット１３４に対向している。
【００４１】
第１及び第２のマグネット１３２，１３４は、同極を対向させ、互いに反発し合うように着磁されている。この反発力により、マグネット１３２，１３４の間に空隙（エアギャップ）が生じる。これによりハブ１１８が軸受スリーブ１１２から浮上し、これらの少なくとも半径方向に延在する面同士が接触しない状態となる。両マグネット１３２，１３４は、環状に形成されているか、又は、環状に配置された複数のマグネットセグメントにより構成されていることが好ましい。この場合、第１及び第２のマグネット１３２，１３４の直径は、軸受の安定性を確保できるよう、できるだけ大きく設定する。
【００４２】
磁気軸受は、安定性を確保するため、図１を参照して説明した磁気的な予圧に対して反対方向の力を発することが好ましい。
【００４３】
第３の実施の形態．
図３は、本発明の第３の実施の形態におけるスピンドルモータを示す。第３の実施の形態におけるスピンドルモータでは、ベース２１０の穴部２１０ａに軸受スリーブ２１２が挿入されており、ベース２１０の外部には、軸受スリーブ２１２を環状に囲むステータ体２１４が公知の方法で設けられている。
【００４４】
軸受スリーブ２１２は、軸２１６が収容された中心孔２１２ｃを備えている。軸受スリーブ２１２の中心孔２１２ｃの内周面と、軸２１６の外周面は、軸受隙間２２２によって互いに隔てられている。軸受隙間２２２は、軸受流体（より好ましくは軸受オイル）で満たされていることが好ましい。軸２１６は、上述した流体動圧ラジアル軸受を介して、軸受スリーブ２１２に支持されている。軸２１６の上端部は、軸受スリーブ２１２から上方に突出し、ハブ２１８とつながっている。軸２１６とハブ２１８とは、例えば、図３に示したように一体に形成されている。ハブ２１８は、ほぼ釣鐘型に形成され、軸受スリーブ２１２を越えて外側に延在し、軸受スリーブ２１２の一部を囲んでいる。ハブ２１８又は軸２１６は、ネジ穴２３０を中心に備えていてもよい。
【００４５】
ハブ２１８の外周には、環状の永久磁石であるマグネット体２２０が配置されている。このマグネット体（ロータマグネット）２２０は、ステータ体２１４に対向し、ステータ体２１４と共にスピンドルモータの電磁駆動装置を構成している。ステータ体２１４は、ステータコイル２１４ａと、このステータコイルが配設されたステータコア２１４ｂとを有している。
【００４６】
軸受スリーブ２１２の外周面と、これに対向するハブ２１８の内周面は、傾斜していることが好ましい。これにより、ハブ２１８と軸受スリーブ２１２との間には、断面三角形の毛細管状隙間２２４が形成される。この毛細管状隙間２２４は、ハブ２１８と軸受スリーブ２１２との間に水平に延在する環状隙間２４４を介して、軸受隙間２２２とつながっている。毛細管状隙間２２４は、少なくとも部分的に軸受流体で満たされている。環状隙間２４４は、全体が軸受流体で満たされている。毛細管状隙間２２４は、軸受隙間２２２を外部に対して密封する機能を有する一方、環状隙間２４４と共に軸受流体溜め（貯蔵部）としても機能する。毛細管状隙間２２４の下側の開放端は、全体として、回転軸に向かって内側に傾斜している。この傾斜により、軸受流体は、ハブ２１８の回転に伴う遠心力によって半径方向外側に付勢され、毛細管状隙間２２４の内部に押し込まれて保持される。軸受スリーブ２１２の下側の開放端は、この領域を密封するカバープレート２２８によって覆われている。
【００４７】
軸２１６の軸受ブシュ２１２からの脱落を防止するため、軸２１６の下側の自由端には、ストッパリング２２６が設けられている。ストッパリング２２６は、軸受スリーブ２１２に設けられた環状の溝内２１２ｂに（固定されない状態で）配置されている。スピンドルモータが通常の動作状態にあるときには、ストッパリング２２６は、軸受スリーブ２１２の内周面及びカバープレート２２８の表面とは接触しない。
【００４８】
スピンドルモータの回転部（すなわち軸２１６及びハブ２１８）を、軸受スリーブ２１２及びベース２１０に対して軸方向に保持するのは、モータの固定部と回転部との間に設けられた磁気軸受である。この磁気軸受は、第１のマグネット２３２を有している。第１のマグネット２３２は、ハブ２１８に設けられた空洞部２１８ａに配置されており、環状隙間２４４に面している。第１のマグネット２３２には、軸受スリーブ２１２の空洞部２１２ａに設けられ、なお且つ、（第１のマグネット２３２と同様に）環状隙間２４４に面している第２のマグネット２３４が軸方向に対向している。第１及び第２のマグネット２３２，２３４は、同極を対向させ、互いに反発し合うように着磁されている。この反発力により、マグネット２３２，２３４の間に生じる環状隙間２４４の間隔が決定される。両マグネット２３２，２３４は、環状に形成されているか、又は、環状に配置された複数のマグネットセグメントにより構成されていることが好ましい。この場合、第１及び第２のマグネット２３２，２３４の直径は、軸受の安定性を確保できるよう、できるだけ大きく設定する。
【００４９】
磁気軸受は、安定性を確保するため、図１を参照して説明した磁気的な予圧に対して反対方向の力を発することが好ましい。
【００５０】
図４は、スラスト軸受（磁気軸受）に作用する力を模式的に示す図である。図４において、横軸は、軸方向におけるマグネット同士の間隔、すなわち、例えば図１における第１のマグネット３２と第２のマグネット３４との間隔をミリメートル単位で示している。縦軸は、軸方向の力をニュートン単位で示している。
【００５１】
曲線３１０は、図１に示したスピンドルモータに設けられた第１及び第２のマグネット３２，３４の間に生じる軸方向の力の典型例を示している。軸方向の力は、第１及び第２のマグネット３２，３４の間の距離が増加するにつれて、ほぼ直線的に減少する。これに対し、曲線３００は、マグネット体（ロータマグネット）２０の磁気的な中心がステータ体１４の磁気的な中心１４ｃから距離ｄだけ変位して配置されたことによる磁気的な予圧の大きさを示している。磁気的な予圧（曲線３００）は、第１及び第２のマグネット３２，３４により生じる力に対して反対方向に作用するため、両方の力が同じになる安定した作用点ＡＰが得られる。この作用点ＡＰに基づき、第１及び第２のマグネット３２，３４の間隔が決定され（図４に示した例では、約０．２ｍｍ）、これにより軸受スリーブ１２とハブ１８との間の毛細管状隙間２４の間隔が決定される。
【００５２】
図５は、各実施の形態における第１及び第２のマグネット（例えば図１の第１及び第２のマグネット３２，３４）の他の構成例を示す模式図である。
【００５３】
図５（Ａ）に示した構成例では、第１のマグネット３２は、直径の異なる同軸の複数（ここでは４つ）の環状のマグネットリング３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにより構成されている。各マグネットリング３２ａ〜３２ｄは、隣り合うマグネットリングの着磁方向が互いに反対になるようにそれぞれ着磁されている。なお、各マグネットリング３２ａ〜３２ｄは、互いに異なる材料で形成されていてもよく、また、互いに異なる磁気強度で着磁されていてもよい。
【００５４】
また、第２のマグネット３４は、第１のマグネット３２と同様、直径の異なる同軸の複数（ここでは４つ）の環状のマグネットリング３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄにより構成されている。各マグネットリング３４ａ〜３４ｄは、回転軸４２の方向において、第１のマグネット３２のマグネットリング３２ａ〜３２ｄにそれぞれ対向しており、なお且つ、対向するマグネットリング３２ａ〜３２ｄとは反対方向にそれぞれ着磁されている。なお、各マグネットリング３４ａ〜３４ｄは、互いに異なる材料で形成されていてもよく、また、互いに異なる磁気強度で着磁されていてもよい。
【００５５】
図５（Ｂ）に示した別の構成例では、第１のマグネット３２は、一つの環状のマグネットリング３２ｅとして構成されている。これに対し、第２のマグネット３４は、直径の異なる同軸の複数（ここでは２つ）の環状のマグネットリング３４ｅ，３４ｆにより構成されている。第２のマグネット３４のマグネットリング３４ｅ，３４ｆは、回転軸４２の方向において、第１のマグネット３２のマグネットリング３２ｅに対向している。
【００５６】
第２のマグネット３４のマグネットリング３４ｅ，３４ｆの間には、環状のエアギャップが形成されるか、或いは、強磁性材料（鉄、フェライト、磁性鋼など）からなる環状部材が設けられている。また、各マグネットリング３４ｅ，３４ｆは、互いに同方向に、なお且つ、対向する第１のマグネット３２のマグネットリング３２ｅとは反対方向にそれぞれ着磁されている。なお、各マグネットリング３４ｅ，３４ｆは、互いに異なる材料で形成されていてもよく、また、互いに異なる磁気強度で着磁されていてもよい。
【００５７】
上述した説明、特許請求の範囲又は添付の図面において開示され、特定の形態で若しくは開示された機能を実行する手段として表現された特徴、又は、開示された結果を得るための方法若しくはプロセスとして表現された特徴は、必要に応じて、単独で、又は、組み合わせて、本発明を様々な形態で具現化するために利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態における磁気軸受を備えたスピンドルモータの概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における磁気軸受を備えたスピンドルモータの概略断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態における磁気軸受を備えたスピンドルモータの概略断面図である。
【図４】スラスト軸受において作用する力を例示した図である。
【図５】第１及び第２のマグネットの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ ベース
１２ 軸受スリーブ
１４ ステータ体
１６ 軸
１８ ハブ
２０ マグネット体（ロータマグネット）
２２ 軸受隙間
２４ 断面三角形の毛細管状隙間
２６ ストッパリング
２８ カバープレート
３０ ネジ穴（ハブ側）
３２ 第１のマグネット（ハブ側）
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ マグネットリング
３４ 第２のマグネット（軸受スリーブ側）
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆ マグネットリング
３６ 突起
３８ ラジアル軸受
４０ ラジアル軸受
４２ 回転軸
ｄ 変位量（オフセット量）
１１０ ベース
１１２ 軸受スリーブ
１１４ ステータ体
１１６ 軸
１１８ ハブ
１２０ マグネット体
１２２ 軸受隙間
１２４ 断面三角形の毛細管状隙間
１２６ ストッパリング
１２８ カバープレート
１３０ ネジ穴（ハブ側）
１３２ 第１のマグネット（ハブ側）
１３４ 第２のマグネット（軸受スリーブ側）
２１０ ベース
２１２ 軸受スリーブ
２１４ ステータ体
２１６ 軸
２１８ ハブ
２２０ マグネット体
２２２ 軸受隙間
２２４ 断面三角形の毛細管状隙間
２２６ ストッパリング
２２８ カバープレート
２３０ ネジ穴（ハブ側）
２３２ 第１のマグネット（ハブ側）
２３４ 第２のマグネット（軸受スリーブ側）
２４４ 環状隙間
３００ 磁気的な予圧を示す曲線
３１０ マグネットによる力を示す曲線
ＡＰ 作用点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアル軸受（３８，４０）及びスラスト軸受（３２，３４，１３２，１３４，２３２，２３４）によって互いに相対回転可能に支持された固定部と回転部とを有し、前記ラジアル軸受（３８，４０）が流体軸受で構成され、前記回転部が電磁駆動装置（１４，２０，１１４，１２０，２１４，２２０）により回転駆動されるスピンドルモータであって、
前記スラスト軸受が、磁気軸受で構成されており、
前記磁気軸受が、磁気的な予圧に対して反対方向の力を発するよう構成されていることを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２】
前記固定部が、ベース（１０，１１０，２１０）と、前記ベースに結合された軸受スリーブ（１２，１１２，２１２）と、ステータ体（１４，１１４，２１４）とを有することを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。
【請求項３】
前記回転部が、前記軸受スリーブ（１２，１１２，２１２）に回転可能に支持された軸（１６，１１６，２１６）と、前記軸に結合されたハブ（１８，１１８，２１８）と、前記ハブに取り付けられたマグネット体（２０，１２０，２２０）とを有することを特徴とする請求項２に記載のスピンドルモータ。
【請求項４】
ステータ体（１４，１１４，２１４）とマグネット体（２０，１２０，２２０）とが、前記スピンドルモータの回転軸（４２）に対して略垂直な平面上に配置されており、
前記ステータ体（１４，１１４，２１４）の磁気的な中心と前記マグネット体（２０，１２０，２２０）の磁気的な中心とをずらせることにより、前記磁気的な予圧を発生させることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項５】
前記磁気軸受が、前記回転部に設けられた第１のマグネット（３２，１３２，２３２）を有し、前記第１のマグネットに対し、前記固定部に設けられた第２のマグネット（３４，１３４，２３４）が対向していることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１に記載のスピンドルモータ。
【請求項６】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）が、互いに反発し合うように着磁されていることを特徴とする請求項５に記載のスピンドルモータ。
【請求項７】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）が、前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）が取り付けられた軸受スリーブ（１２，１１２，２１２）の面に対向するハブ（１８、１１８，２１８）の面（１８ａ，１１８ａ，２１８ａ）に取り付けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載のスピンドルモータ。
【請求項８】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）の少なくとも一方が、環状に形成されていることを特徴とする請求項５から７までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項９】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）の少なくとも一方が、環状に配列された複数のマグネットセグメントにより構成されていることを特徴とする請求項５から７までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１０】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）の少なくとも一方が、互いに同軸に配置された直径の異なる複数のマグネットリングにより構成されていることを特徴とする請求項５から９までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１１】
前記複数のマグネットリングが、同一の方向又は異なる方向に着磁されていることを特徴とする請求項１０に記載のスピンドルモータ。
【請求項１２】
前記複数のマグネットリングが、異なる磁気強度を有するように着磁されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のスピンドルモータ。
【請求項１３】
前記第１のマグネット（３２，１３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４）のうち、一方のマグネット（３２，１３２）の半径方向の幅が、他方のマグネット（３４，１３４）の半径方向の幅よりも小さいことを特徴とする請求項５から１２までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１４】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）が、永久磁石で構成されていることを特徴とする請求項５から１３までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１５】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）が、プラスチックで結合されたマグネットであることを特徴とする請求項５から１４までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１】
ラジアル軸受（３８，４０）及びスラスト軸受（３２，３４，１３２，１３４，２３２，２３４）によって互いに相対回転可能に支持された固定部と回転部とを有し、前記ラジアル軸受（３８，４０）が流体軸受で構成され、前記回転部が電磁駆動装置（１４，２０，１１４，１２０，２１４，２２０）により回転駆動されるスピンドルモータであって、
前記スラスト軸受が、磁気軸受で構成されており、
前記磁気軸受が、磁気的な予圧に対して反対方向の力を発するよう構成されていることを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２】
前記固定部が、ベース（１０，１１０，２１０）と、前記ベースに結合された軸受スリーブ（１２，１１２，２１２）と、ステータ体（１４，１１４，２１４）とを有することを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。
【請求項３】
前記回転部が、前記軸受スリーブ（１２，１１２，２１２）に回転可能に支持された軸（１６，１１６，２１６）と、前記軸に結合されたハブ（１８，１１８，２１８）と、前記ハブに取り付けられたマグネット体（２０，１２０，２２０）とを有することを特徴とする請求項２に記載のスピンドルモータ。
【請求項４】
ステータ体（１４，１１４，２１４）とマグネット体（２０，１２０，２２０）とが、前記スピンドルモータの回転軸（４２）に対して略垂直な平面上に配置されており、
前記ステータ体（１４，１１４，２１４）の磁気的な中心と前記マグネット体（２０，１２０，２２０）の磁気的な中心とをずらせることにより、前記磁気的な予圧を発生させることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項５】
前記磁気軸受が、前記回転部に設けられた第１のマグネット（３２，１３２，２３２）を有し、前記第１のマグネットに対し、前記固定部に設けられた第２のマグネット（３４，１３４，２３４）が対向していることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１に記載のスピンドルモータ。
【請求項６】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）が、互いに反発し合うように着磁されていることを特徴とする請求項５に記載のスピンドルモータ。
【請求項７】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）が、前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）が取り付けられた軸受スリーブ（１２，１１２，２１２）の面に対向するハブ（１８、１１８，２１８）の面（１８ａ，１１８ａ，２１８ａ）に取り付けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載のスピンドルモータ。
【請求項８】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）の少なくとも一方が、環状に形成されていることを特徴とする請求項５から７までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項９】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）の少なくとも一方が、環状に配列された複数のマグネットセグメントにより構成されていることを特徴とする請求項５から７までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１０】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）の少なくとも一方が、互いに同軸に配置された直径の異なる複数のマグネットリングにより構成されていることを特徴とする請求項５から９までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１１】
前記複数のマグネットリングが、同一の方向又は異なる方向に着磁されていることを特徴とする請求項１０に記載のスピンドルモータ。
【請求項１２】
前記複数のマグネットリングが、異なる磁気強度を有するように着磁されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のスピンドルモータ。
【請求項１３】
前記第１のマグネット（３２，１３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４）のうち、一方のマグネット（３２，１３２）の半径方向の幅が、他方のマグネット（３４，１３４）の半径方向の幅よりも小さいことを特徴とする請求項５から１２までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１４】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）が、永久磁石で構成されていることを特徴とする請求項５から１３までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１５】
前記第１のマグネット（３２，１３２，２３２）及び前記第２のマグネット（３４，１３４，２３４）が、プラスチックで結合されたマグネットであることを特徴とする請求項５から１４までのいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１０６９３８（Ｐ２００８−１０６９３８Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６０９７９（Ｐ２００７−２６０９７９）
【出願日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
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