JP5631575B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータのアンバランス量の低減調整技術に関する。

近年、ＨＤＤなどのディスク駆動装置は、流体動圧軸受を備えることにより回転精度が飛躍的に向上した（例えば、特許文献１参照）。それに伴いディスク駆動装置は、一層の高密度・大容量化が求められるようになった。例えば磁気的にデータを記録するディスク駆動装置では、記録トラックを形成した記録ディスクを高速で回転させておき、磁気ヘッドがその記録トラック上を僅かな隙間を介してトレースしながらデータのリード／ライトを実行する。このようなディスク駆動装置を高密度・大容量化するためには記録トラックの幅を狭くすると共に磁気ヘッドと記録ディスクとの隙間をさらに狭くする必要がある。

ところで、ディスク駆動装置は記録ディスクを回転させているため、回転する部分のアンバランス量の大きさが問題となる。アンバランス量は、物体の静止時や回転時における重心の回転中心からの偏位量である。ディスク駆動装置の回転する部分のアンバランス量が大きい場合、回転時の振動が大きくなり、磁気ヘッドが記録トラック上をトレースするときに正規の位置、例えば記録トラックの中心から変位する、いわゆるオフトラックを生じ易くなる。上述したように高密度・大容量化のために記録トラックの幅を狭くしようとすると、オフトラックによる影響が顕著に現れるようになり、データのリード／ライトのエラーレートを悪化させる原因になる。つまり、ディスク駆動装置のアンバランス量が大きくなるとディスク駆動装置の高密度・大容量化の障害となってしまう。

ディスク駆動装置のアンバランス量（以下、ＤＢＴという）を決定する要因の１つとして、記録ディスクを装着する前のハブ自身のアンバランス量（以下、ＤＢＨという）がある。また、記録ディスクをハブの外筒部に装着した状態のときに、記録ディスクの中心穴とハブの外筒部との間に生じる隙間が一方に偏ることで重心の位置が回転中心からずれる。この装着時のずれがアンバランス量の大きさを決める別の要因の１つとなる。つまり、記録ディスクの装着に起因して生じるアンバランス量（以下、ＤＢＤという）がある。したがって、ＤＢＴは、ＤＢＨとＤＢＤの偶然の組み合わせによって重畳されて大きくなったり、互いにキャンセルし合い小さくなったりする。その結果、ＤＢＴのバラツキが大きくなり、ディスク駆動装置の高密度・大容量化の障害及び品質安定化の妨げになっていた。そのためＤＢＴを小さくするために、ＤＢＨとＤＢＤをそれぞれ小さくするような試みもなされてきた。

特開２００７−１９８５５５号公報

上述したように、ＤＢＴを小さくするためには、ＤＢＨとＤＢＤをそれぞれ小さくすればよいと考えられる。例えば、ＤＢＨを小さくする手段としては、個々のハブにアンバランス量に対応したアンバランス量修正加工を追加して部品精度を向上させることが考えられる。しかし、アンバランス量修正加工は、加工時間の増加、加工コストの増加などを伴い好ましくない。また、ＤＢＤを小さくするために、記録ディスクの中心穴とハブの外筒部との隙間を小さくすることが考えられる。しかし、この隙間を小さくすると、記録ディスクをハブに装着するときの作業性が悪くなる。つまり、部品の変形や破損を招かないように注意しながらの組み立て作業が必要になり作業効率の低下を招き好ましくない。また、加工精度をさらに向上させる必要があり加工コストの増加が進んでしまう。また、中心穴と外筒部の隙間の縮小化はディスク駆動装置の自動組立化を進める上での障害になる場合もある。

発明者らは、ハブや記録ディスクに修正加工などの機械加工や加工精度の向上などを殆ど施すことなくアンバランス量を小さくすることができれば、コストの増加や自動組立化の妨げになることがなく、ディスク駆動装置の高密度・大容量化が達成できるとの考えに想到した。
このような課題はブラシレスモータについても存在する。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転体に修正加工などの機械加工や加工精度の向上などを殆ど施すことなくアンバランス量を小さくすることのできるブラシレスモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のブラシレスモータは、回転体と、ベース部材と、回転体をベース部材に対して相対回転が可能に支持する軸受けユニットと、回転体の回転軸を中心として当該回転体の一部に延設される環状溝部と、環状溝部に装着されて回転体と共に回転する部材であって、装着するときに溝延設方向に摺動可能で固着位置にて停止状態を実質的に維持可能な固着機構を有するウエイト部材と、を含み、環状溝部は、ベース部材の内面側に対向する回転体の端面部に形成され、ベース部材は、環状溝部の少なくとも一部を当該ベース部材の回転体とは反対側の面から臨めるベース孔を有することを特徴とする。

この態様によると、ウエイト部材を回転体に形成された環状溝部内で当該環状溝部の延設方向に摺動させて停止させることで、回転体の回転バランスの状態を変化させられる。ウエイト部材は固着位置にて停止状態を実質的に維持可能な固着機構を有しているので、ウエイト部材を回転バランスが許容できる状態に成る位置で停止させれば、その回転バランス状態が実質的に維持される。

本発明によれば、回転体に修正加工などの機械加工や加工精度の向上などを殆ど施すことなくアンバランス量を小さくすることが可能なブラシレスモータが提供できる。

本実施形態のディスク駆動装置の一例であるＨＤＤの内部構成を説明する説明図である。 本実施形態のディスク駆動装置におけるブラシレスモータの概略断面図である。 本実施形態のディスク駆動装置において、ベース部材側からハブに形成された環状溝部およびそこに装着されたウエイト部材を見た状態を説明する説明図である。 本実施形態のディスク駆動装置に適用するウエイト部材の形状例を説明する説明図である。 本実施形態のディスク駆動装置におけるアンバランス量を表すアンバランスベクトルを説明する説明図である。 本実施形態のディスク駆動装置に適用するウエイト部材の他の形状例を説明する説明図である。 本実施形態のディスク駆動装置に適用するウエイト部材の脚の他の形状例を説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に基づいて説明する。
本実施形態は、ハードディスクドライブ装置（単にＨＤＤ、ディスク駆動装置という場合もある）に搭載されて記録ディスクを駆動するブラシレスモータや、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）装置、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）装置等の光学ディスク記録再生装置（単に、ディスク駆動装置ともいう）に搭載されるディスク駆動モータ等に適用できる。

図１は、本実施形態のディスク駆動装置の一例であるＨＤＤ１０（以下、単にディスク駆動装置１０という）の内部構成を説明する説明図である。なお、図１は、内部構成を露出させるためにカバーを取り外した状態を示している。

ベース部材１２の上面には、ブラシレスモータ１４、アーム軸受部１６、ボイスコイルモータ１８等が装着されている。ブラシレスモータ１４は、例えば磁気的にデータの記録や読み出しや書き込みが可能な記録ディスク２０を搭載するためのハブ２２を回転軸上に支持し、当該記録ディスク２０を回転駆動する。ブラシレスモータ１４は、例えばスピンドルモータとすることができる。ブラシレスモータ１４はＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相に駆動電流が流れることにより駆動する。アーム軸受部１６は、スイングアーム２４を可動範囲ＡＢ内でスイング自在に支持する。ボイスコイルモータ１８は外部からの制御データにしたがってスイングアーム２４をスイングさせる。スイングアーム２４の先端には磁気ヘッド２６が取り付けられている。ディスク駆動装置１０が稼働状態にある場合、磁気ヘッド２６はスイングアーム２４のスイングに伴って記録ディスク２０の表面から僅かな隙間を介して可動範囲ＡＢ内を移動し、データをリード／ライトする。なお、図１において、点Ａは記録ディスク２０の最外周の記録トラックの位置に対応する点であり、点Ｂは記録ディスク２０の最内周の記録トラックの位置に対応する点である。スイングアーム２４は、ディスク駆動装置１０が停止状態にある場合に記録ディスク２０の脇に設けられた待避位置に移動してもよい。

なお、本実施形態において、記録ディスク２０、スイングアーム２４、磁気ヘッド２６、ボイスコイルモータ１８等の磁気データをリード／ライトする構造を全て含むものをディスク駆動装置と表現する場合もあるし、ＨＤＤと表現する場合もある。また、記録ディスク２０を回転駆動する部分のみをディスク駆動装置と表現する場合もある。

図２は、本実施形態のディスク駆動装置１０におけるブラシレスモータ１４の概略断面図である。
ブラシレスモータ１４はディスク駆動装置１０に搭載される例えば直径が約９５ｍｍの３．５インチ型の記録ディスク２０を２枚回転させる。なお、この場合、２枚の記録ディスク２０のそれぞれの中央の孔の直径は２５ｍｍ、厚みは１．２７ｍｍである。ブラシレスモータ１４は、略カップ状のハブ２２と、シャフト２８と、フランジ３０と、ヨーク３２と、円筒状マグネット３４とで、回転体として機能するロータ３６を構成する。具体的には、シャフト２８の一端がハブ２２の中心に設けられた開口部２２ａに圧入と接着を併用して固着されている。また、シャフト２８の他端にはフランジ３０が圧入状態で固着されている。

ハブ２２は、モータ回転軸Ｒを中心とする外形が凸状の部品である。本実施形態のブラシレスモータ１４は、２枚の記録ディスク２０がハブ２２に装着されるタイプを示す。ハブ２２の図中矢印Ａ方向に突出した円筒部の外筒面２２ｂに２枚の記録ディスク２０ａ，２０ｂの中央の孔が嵌合される。なお、本実施形態において図中矢印Ａ方向を「上方向」や「上面側」という場合がある。２枚の記録ディスク２０のうち記録ディスク２０ａは、ハブ２２の外筒面２２ｂの端部から半径方向に張り出した着座部２２ｃに着座して装着される。記録ディスク２０ａ，２０ｂの間には、円環状の第１スペーサ４６が配置されている。そして、第１スペーサ４６が記録ディスク２０ｂを着座部２２ｃに対して支持する。また、記録ディスク２０ｂの上面側には第２スペーサ４８が配置され、２枚の記録ディスク２０を固定するクランパ５０により押圧固定されている。クランパ５０は複数のクランプネジ５２によってハブ２２に固定される。なお、本実施形態の場合、ハブ２２の外筒面２２ｂの直径は例えば２５ｍｍである。

ハブ２２は、ヨーク３２と２枚の記録ディスク２０ａ，２０ｂとによって挟まれる円筒状の隔壁部２２ｄを有する。ヨーク３２はその断面形状がＬ字型であり、鉄などの磁性材料により形成されている。ヨーク３２は隔壁部２２ｄの内周面に接着と圧入との併用により固定されている。隔壁部２２ｄの内周面には、ヨーク３２が圧入される際にヨーク３２が押し当てられる複数の凸部が形成されている。そして、隔壁部２２ｄの内周面に適量の接着剤を塗布しておき、ヨーク３２をハブ２２に圧入することにより、隔壁部２２ｄの内周面とヨーク３２の外周面との間に接着剤が充填され、均質な接着強度が得られるようにしている。

さらに、ヨーク３２の内周面には円筒状マグネット３４が接着固定されている。円筒状マグネット３４は、ネオジウム、鉄、ホウ素などの希土類材料によって形成され、積層コア３８に形成された例えば１２個の突極と径方向に対向可能に配置されている。円筒状マグネット３４にはその周方向にｎ極（ｎは２以上の偶数）の駆動用着磁が施されている。つまり、円筒状マグネット３４はヨーク３２を介してハブ２２に固定される。

このように構成されるハブ２２、シャフト２８、フランジ３０、ヨーク３２、円筒状マグネット３４は、ブラシレスモータ１４の回転時にはロータ３６として一体となってモータ回転軸Ｒの回りを回転する。

本実施形態のブラシレスモータ１４において、ベース部材１２と、積層コア３８と、コイル４０と、スリーブ４２と、カウンタープレート４４とが固定体として機能するステータ５４を構成する。ステータ５４は、ブラシレスモータ１４の回転時にロータ３６を回転自在に支持する。ベース部材１２はディスク駆動装置１０のハウジングとしても機能するできる。ベース部材１２にはモータ回転軸Ｒを中心とした円筒状部１２ａが設けられ、その円筒状部１２ａの内周面にスリーブ４２が接着固定されている。スリーブ４２は、円筒中空形状の収納部４２ａを有し、さらに、スリーブ４２の端部には、当該スリーブ４２に連続して形成され、シャフト２８の端部に固定されたフランジ３０を回転自在に収納するフランジ収納空間部４２ｂを有する。フランジ収納空間部４２ｂは、スリーブ４２に連続してフランジ３０の半径方向外側に形成されるフランジ周囲壁部４２ｅにより画成される。つまり、収納部４２ａ、フランジ収納空間部４２ｂを含むスリーブ４２にフランジ３０が固定されたシャフト２８が回転自在に収まることになる。また、スリーブ４２のフランジ収納空間部４２ｂを画成するフランジ周囲壁部４２ｅの端面にはカウンタープレート４４が接着剤５６により固定されている。なお、ベース部材１２はＨＤＤのハウジングと別体とされてもよい。

ロータ３６の一部であるシャフト２８およびフランジ３０と、ステータ５４の一部であるスリーブ４２およびカウンタープレート４４との間には潤滑剤が注入されている。そして、シャフト２８、フランジ３０、潤滑剤、スリーブ４２およびカウンタープレート４４はハブ２２を回転自在に支持する軸受ユニット１００を構成する。

スリーブ４２の内周面には、上下に離間した１組のヘリングボーン形状のラジアル動圧溝ＲＢ１，ＲＢ２が形成されている。また、フランジ３０のスリーブ対向面には、ヘリングボーン形状の第１スラスト動圧溝ＳＢ１が形成され、カウンタープレート対向面にはヘリングボーン形状の第２スラスト動圧溝ＳＢ２が形成されている。ブラシレスモータ１４の回転時には、これらの動圧溝と潤滑剤とによって生成される動圧によって、シャフト２８およびフランジ３０を周囲の壁面から離反させ、ロータ３６をラジアル方向およびスラスト方向に支持する。なお、ラジアル動圧溝ＲＢ１，ＲＢ２は、スリーブ４２の内壁面とシャフト２８の外壁面の少なくとも一方に形成されればよく、同様のラジアル動圧を発生できる。同様に、スラスト動圧溝ＳＢ１，ＳＢ２は、フランジ３０とフランジ収納空間部４２ｂのスラスト方向に対向する面との少なくとも一方、及びフランジ３０とカウンタープレート４４のフランジ対向面との少なくとも一方に形成されればよく、同様のスラスト動圧を発生できる。

なお、スリーブ４２の開放端側には、スリーブ４２の内周面とシャフト２８の外周面との間の隙間が上方に向かい徐々に広がるキャピラリーシール部５８が形成されている。キャピラリーシール部５８は毛細管現象により潤滑剤がその充填部から漏れ出すのを防止する機能を有する。

積層コア３８は、円環部とそこから半径方向外側に伸びる１２個の突極を有する。この積層コア３８は、例えば１８枚の薄型電磁鋼板を積層してレーザ溶接等により一体化して形成されている。それぞれの突極にはコイル４０が巻回されている。このコイル４０に３相の略正弦波状の駆動電流を流すことにより突極に沿って駆動磁束が発生する。積層コア３８は、円環部の内周面がベース部材１２の円筒状部１２ａの外周面に隙間ばめによって嵌め込まれ、接着剤等により固定されている。そして、積層コア３８とコイル４０と円筒状マグネット３４によって、駆動ユニット１０２が構成されている。

以上のような構成のブラシレスモータ１４の動作について説明する。ブラシレスモータ１４を回転させるために、３相の駆動電流がコイル４０に供給される。駆動電流がコイル４０を流れることにより、１２個の突極に沿って駆動磁束が発生し、円筒状マグネット３４に回転方向のトルクが与えられてロータ３６全体が回転する。

このように構成されるディスク駆動装置１０において、アンバランス量を低減させる構造を図２に加え図３を用いて説明する。図３は、本実施形態のディスク駆動装置１０において、ベース部材１２側からハブ２２を見た状態を説明する説明図である。

図２、図３に示すように、ハブ２２のベース部材１２側の端部には、当該ハブ２２のモータ回転軸Ｒを中心として円周形状に延設される環状溝部６０が形成されている。図２の場合、ヨーク３２のベース部材１２側端部側面が環状溝部６０の溝側面を形成している。この場合、環状溝部６０の一側面を開放するように切削加工ができる。その結果、環状溝部６０のための切削加工が容易になると共に、後述する突出部２２ｅを容易に形成することができる。別の実施形態では、環状溝部６０をヨーク３２の側面部を含まないハブ２２のベース部材１２側端部に彫り込むように形成してもよい。この場合、ヨーク３２の固定位置による制約を受けないので環状溝部６０の形成位置の選択範囲が広がり設計自由度が向上できる。

環状溝部６０の一部には、ウエイト部材６１が装着される。ウエイト部材６１は、環状溝部６０に装着されて記録ディスク２０がハブ２２と共に回転するときに全体の回転バランスを調整するための部材である。また、ウエイト部材６１は装着するときに環状溝部６０の溝延設方向、例えば矢印５００方向に摺動可能であると共に、固着位置にて停止状態を実質的に維持可能な固着機構を有する。

図４にウエイト部材６１の形状の一例を示す。ウエイト部材６１は、固着機構を構成する弾性体部６１ａと、環状溝部６０内を摺動させるときに利用する係合部６１ｂと、ウエイト調整に利用する調整体部６１ｃとを含んで構成されている。図４の構造の場合、弾性体部６１ａは例えば弾性特性を有する合金鋼で形成された脚６５を例えば４本備えている。弾性体部６１ａは例えばＳＵＳ３１６等のステンレス材料でスプリング部分を含むように形成することができる。ステンレス材料の場合、腐食しにくい点で好ましい。そして、脚６５の先端がウエイト部材６１の環状溝部６０内での摺動可能方向である矢印５００の方向とは逆方向を向きかつ外側、つまり、環状溝部６０の内周面および外周面に向かい拡がるように調整体部６１ｃに接続されている。その結果、脚６５に環状溝部６０の内周面および外周面を押圧する付勢力が発生して、ウエイト部材６１を固着位置において停止状態を実質的に維持可能にする固着機構を構成する。そして、ハブ２２が回転を開始するときおよびハブ２２が回転を停止するときのいずれにおいてもウエイト部材６１が移動しないようにしている。また、脚６５に弾性力を有するスプリング性能を持たせることにより環状溝部６０への装着を容易にして組立性を向上させている。

係合部６１ｂは、ウエイト部材６１を環状溝部６０内で適切な固着位置である停止位置に移動させときに利用する部分である。係合部６１ｂである凹み部分に専用の調整操作部材、例えばピンセットや操作ピンなどを係合させて矢印５００方向に作用力を加えることによりウエイト部材６１を移動させることができる。

調整体部６１ｃはウエイト部材６１のウエイト量を微調整するときに利用する。ウエイト部材６１の質量は、脚６５の重さを含む値となるが、脚６５は付勢力の調整を行うために、その体積、つまり質量は狭い範囲でしか調整できない。そこで、調整体部６１ｃによって全体質量を自由に変化させる。調整体部６１ｃは、脚６５と同様にステンレス等の金属材料で形成してもよいしプラスチック等の樹脂材料で形成してもよい。また、その複合体でもよい。

ここで、ウエイト部材６１の係合部６１ｂにピンセットなどの調整操作部材を引っ掛けて環状溝部６０内で矢印５００方向に摺動させる場合を考える。前述したように、脚６５は矢印５００の方向とは逆方向に延びる形状を有している。したがって、環状溝部６０の内周面および外周面とその面に対し付勢力を有する脚６５の間で発生する摩擦力より大きな操作力を作用させれば、脚６５が環状溝部６０の内周面および外周面に引っ掛かることなくウエイト部材６１を容易に所望の位置まで摺動させることができる。逆に、ウエイト部材６１が矢印５００とは逆方向の操作力を受ける場合、環状溝部６０の内周面および外周面と脚６５の摩擦により当該脚６５は矢印Ｐ方向に拡がろうとして自動的に抵抗力が増大する。つまり、ウエイト部材６１は、環状溝部６０内を矢印５００方向（第１延設方向）に摺動するときに発生する抵抗力が逆方向（第２延設方向）に摺動するときに発生する抵抗力より小さいような特性を有する形状とされている。

ウエイト部材６１に対して矢印５００方向の力はディスク駆動装置１０の起動時に加速する場合に発生すると共に、矢印５００方向の逆方向に作用する力は、ディスク駆動装置１０の停止時に減速する場合に発生する。ただし、発生する力の大きさは異なる。例えば、回転起動時には、記録ディスク２０への情報の読み書きを早く始めるため、ブラシレスモータ１４に大きな電流を流して回転方向に大きな角加速度を得るようにしている。一方、回転停止時には、記録ディスク２０を特に早く止める必要は無いため、ブラシレスモータ１４への電流供給を停止して損失により自然に止まるようにしている。つまり、停止時の反回転方向の角加速度は小さい。言い換えれば、ウエイト部材６１は、ハブ２２の回転開始時には加速度が大きいためハブ回転と反対方向に大きな力を受けるが、ハブ２２の回転停止時には減速度が小さいのでハブ回転の方向に受ける力は小さい。

例えば、図３においてハブ２２が時計回り方向Ｔに回転して起動すると、ウエイト部材６１は慣性力が作用し反時計回り方向に移動する力を受ける。この際、ウエイト部材６１の脚６５はその形状に起因して摩擦力により拡がり大きな抵抗力を生じる。その結果、起動時にウエイト部材６１が固着位置から移動してしまうことを防止できる。逆に、回転停止時には、ウエイト部材６１は慣性力が作用して時計回り方向に移動する力を受ける。この場合、ウエイト部材６１の脚６５はその形状に起因して摩擦力により縮められ、移動の抵抗力は小さくなる。しかしながら、前述したように、停止時に発生する角加速度は小さい。したがって、ウエイト部材６１の環状溝部６０にける装着時に脚６５が発生する付勢力による静止摩擦力がブラシレスモータ１４の停止時に発生する角加速度による作用力より大きくなっていれば、停止時にもウエイト部材６１が移動してしまうことを防止できる。

このように、ウエイト部材６１はハブ２２が所定の速度で、所定の方向に回転することによっては移動しないように構成されている。なお、本実施形態において、ウエイト部材６１が固着位置で停止状態を実質的に維持するとは、ハブ２２を含む回転体の回転バランスが許容できる範囲を維持できることを意味し、その許容範囲内であればウエイト部材６１が移動したとしても実質的に停止状態が維持されていると見なすものとする。なお、図３の本実施形態において、ハブ２２は定常駆動時には７２００ｒｐｍで、時計回り方向に回転するものとする。このような仕様において、ハブ２２の回転開始時および回転停止時にウエイト部材６１が移動しないように、ハブ２２の加速度とウエイト部材６１全体の質量に基づく慣性力を考慮し、脚６５の付勢力を試験等により決定すればよい。

また、図２に示すように、ベース部材１２には、環状溝部６０の少なくとも一部がベース部材１２の外面側から臨めるようにするベース孔６２が形成されている。このベース孔６２はベース部材１２を貫通する孔で、図２の例の場合、ベース孔６２のハブ２２の回転中心からの径方向の距離と、ウエイト部材６１の回転中心からの距離とが実質的に同じになる位置に設定されている。つまり、環状溝部６０の半径とベース孔６２が形成された位置までの半径が実質的に同じであり、環状溝部６０の直下にベース孔６２が存在するようになっている。図３には、ベース孔６２と環状溝部６０およびウエイト部材６１の位置関係を理解しやすいように、ベース孔６２が形成された位置に対応する位置を破線で示している。

このような位置にベース孔６２を形成することにより、ウエイト部材６１が環状溝部６０のどの位置に停止していてもハブ２２が１回転する間にウエイト部材６１をベース孔６２から見える位置に移動させることができる。

このように、ウエイト部材６１をベース孔６２から見える位置に移動させて、ベース孔６２から例えばピンセットのような調整操作部材（治具）を挿入する。そして、ベース孔６２から覗ける位置に移動したウエイト部材６１の係合部６１ｂに係合させるか係合部６１ｂの周辺を掴む。この状態のまま、ハブ２２を図３の矢印Ｔと逆方向に回転させることで、相対的にウエイト部材６１を環状溝部６０内で矢印５００方向に移動させて任意の位置に停止させることができる。このとき、ハブ２２の回転はコイル４０に通電することにより行ってもよいし、外部から直接ハブ２２を回転させるような回転力を加えてもよい。

次に、ウエイト部材６１を用いたアンバランス量の低減調整について説明する。
まず、ウエイト部材６１が環状溝部６０の任意の位置にある場合のハブ２２のアンバランスの方向と大きさからなるアンバランスベクトルを検出する。なお、ここではウエイト部材６１を装着したハブ２２を「回転体」ということもある。アンバランスベクトルは、例えばバランシングマシンによって検出することができる。この場合、ハブ２２は記録ディスク２０を装着した状態でもよいし装着しない状態でもよい。装着しない場合は、ディスク駆動装置１０の製造工程中での低減調整作業が可能になる。一方、ハブ２２に記録ディスク２０を装着した状態で行う場合は、ディスク駆動装置１０の組立が完了した後に実施することになるが、ディスク駆動装置１０が実際に使用される状態でのアンバランスの低減調整となり調整精度の向上が可能となる。

図５（ａ）、図５（ｂ）は、アンバランスベクトルを表すベクトル図である。図５（ａ）は、ウエイト部材６１が任意の位置にある場合の回転体のアンバランスベクトル４０１Ａを表している。回転体のアンバランスベクトル４０１Ａは、ウエイト部材６１がない場合のアンバランスベクトル４０３と、ウエイト部材６１のみのアンバランスベクトル４０２Ａとがベクトル合成されたものと考えられる。なお、アンバランスベクトル４０２Ａは、ウエイト部材６１の質量、ウエイト部材６１の回転中心からの距離、基準角度からの角度位置によって定義される。この場合、ウエイト部材６１の質量とウエイト部材６１の回転中心からの距離は設計上一定なので、組み立て工程で、ウエイト部材６１を環状溝部６０の所定位置に仮装着するものとすれば、アンバランスベクトル４０２Ａは実質的に一定値となる。そして、回転体のアンバランスベクトル４０１Ａからウエイト部材６１のみのアンバランスベクトル４０２Ａを差し引くことで、ウエイト部材６１がない場合の回転体のアンバランスベクトル４０３が求められる。したがって、ウエイト部材６１をアンバランスベクトル４０３に応じて移動することで、回転体のアンバランスの大きさを低減することができる。

図５（Ｂ）は、ウエイト部材６１を、先に求められたアンバランスベクトル４０３の方向とモータ回転軸Ｒ（回転中心）を挟んで反対側の方向に移動した場合を表している。この場合に、ウエイト部材６１のみのアンバランスベクトル４０２Ｂによりアンバランスベクトル４０３の一部が打ち消される。したがって、ウエイト部材６１の移動による調整後は、回転体のアンバランスベクトル４０１Ｂは最小となる。ここで、ウエイト部材６１がない場合の回転体のアンバランスベクトル４０３の大きさの分布の最大値はＭで平均値をＡとする。ウエイト部材６１のみのアンバランス４０２の大きさをＷとする。例えばＷ＝Ｍ／２とする場合で、上記構成と回転体の移動による調整により、回転体のアンバランス４０１の大きさの分布の最大値はＭ／２、平均値はＡ／２に改善できる。このように、ウエイト部材６１の質量は、回転体のアンバランスの大きさの分布に応じて、適宜選択することが望ましい。

なお、ディスク駆動装置１０のベース孔６２が開放されていると、ディスク駆動装置１０の内部に微細な異物が入り込むことがある。侵入した異物は隙間を通じて移動して記録ディスク２０に付着することがある。異物が付着するとディスク駆動装置１０の動作が不安定になったり故障の原因になる場合がある。そこで、ベース孔６２に封止部材６３を固着して封止することが望ましい。この封止部材６３は種々の材料や形状により形成して適用できる。例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂からなるＰＥＴフィルムを接着して封止部材６３として機能させてもよい。この場合、ＰＥＴフィルムは、安価で作業性が良好な点で好ましい。

図６（ａ）〜図６（ｃ）は、ウエイト部材６１の変形例を示している。この例は、ウエイト部材をワイヤ状素材のみで形成している例である。

図６（ａ）に示すウエイト部材６６は、弾性特性のある合金鋼で構成される線材を「フィッシュ形状」に成型したものであり、線材全体の質量がウエイト部材６６の質量となる。この例の場合、線材の両端部で弾性体部６１ａとして機能する脚６５を形成する。また、ループしている部分で係合部６１ｂを形成している。弾性体部６１ａをループ形状で形成することにより調整操作部材として単純な形状、例えば棒形状の操作ピンが利用可能となる。この場合、操作ピンは、ループ状の係合部６１ｂに挿入して引っ掛けるだけでウエイト部材６６の摺動操作が可能となる。このように係合部６１ｂをループ形状とすることで、自動組立装置により操作ピンを当該係合部６１ｂに挿入して調整作業を行うことが可能となり自動化が容易になる。このように、ウエイト部材６６を固着位置へ移動させる場合は操作ピン等を係合部６１ｂに挿入し矢印５００方向に引っ張ることになる。この場合、ウエイト部材６１と同様に脚６５は環状溝部６０の接触面からの摩擦力により矢印ｉｎ方向の力を受けて圧縮されるので、容易に環状溝部６０内を摺動できる。一方、前述したようにブラシレスモータ１４の起動時に生じる矢印５００と逆方向の慣性力が作用した場合、脚６５が拡がるので環状溝部６０に対する静止摩擦力が増大して、ウエイト部材６６の固着位置での停止状態を実質的に維持するように機能する。なお、この場合、係合部６１ｂを形成するループ部分の屈曲部６６ａも環状溝部６０に向かって拡がるので、同様に静止摩擦力の増大に寄与できる。また、ウエイト部材６６が環状溝部６０に装着されたときの脚６５や屈曲部６６ａによる環状溝部６０の壁面に対する付勢力は、ハブ２２の回転を停止するときに生じる矢印５００方向の慣性力より生じる作用力より大きくなるように設定される。

図６（ｂ）に示すウエイト部材６７も図６（ａ）のウエイト部材６６と同様に、弾性特性のある合金鋼で構成される線材で形成している。ウエイト部材６７は、係合部６１ｂとなるループ部分を線材を巻回することで形成している。このループ部分の巻回数や巻回半径を適宜選択することにより、弾性体部６１ａの脚６５の環状溝部６０の壁面に向く付勢力の大きさやウエイト部材６７全体の質量の調整が可能になる。この場合も矢印５００方向への移動時の抵抗は小さく移動が容易で、矢印５００と逆方向への移動時の抵抗は大きく固着位置での停止状態の実質的な維持を良好に実現できる。

図６（ｃ）に示すウエイト部材６８も図６（ａ）のウエイト部材６６と同様に、弾性特性のある合金鋼で構成される線材で形成している。ただし、ウエイト部材６８の場合、係合部６１ｂのループ形状の形成以外は環状溝部６０の壁面に向かって凹凸ができるようにするのみで、形状の詳細は特に定める必要がない。この場合、ウエイト部材６８の形状成型が容易であり、単純なフォーミングマシンによって形成できる。また、ウエイト部材６８の形状が任意であるので、線材の使用量を適宜変更可能であり、ウエイト部材６８の質量調整を容易にできる。ウエイト部材６８の場合、線材の山部または谷部が脚６５として機能する。この場合も矢印５００方向への移動時の抵抗は小さく移動が容易で、矢印５００と逆方向への移動時の抵抗は大きく固着位置での停止状態の実質的な維持を良好に実現できる。つまり、ウエイト部材６８は、例えば、図６（ｃ）に示すように、脚６５に対応するように環状溝部６０の一方の側壁面に向かって突出する山部と、別の脚６５に対応するように環状溝部６０の他方の側壁面に向かって窪む谷部と、を含んでもよい。

ＨＤＤ等のディスク駆動装置１０の場合、その使用中に落下などにより衝撃加速度を受けることがある。その衝撃加速度は、品質試験等では最大３００Ｇとされている。このような衝撃によりウエイト部材６１が外れると、回転体であるロータ３６と固定体であるステータ５４の隙間に挟まり、ディスク駆動装置１０が正常に動作できなくなる可能がある。そこで、ウエイト部材６１は３００Ｇの衝撃加速度を受けても外れないような装着力を有するようにすることが望ましい。この装着力は、脚６５が環状溝部６０に向かって発生する付勢力により得ることができる。また、図２に示すように、環状溝部６０は、溝の内側に突出した突出部２２ｅを有してもよい。突出部２２ｅが環状溝部６０の一部を塞ぐことにより、ウエイト部材６１の脱落を防止できる。突出部２２ｅは、環状溝部６０の加工時に併せて形成可能であり、追加部材等を必要としない点で好ましい。突出部２２ｅの張り出しの大きさはウエイト部材６１の装着や摺動操作の妨げにならない範囲でできるだけ大きくすることが望ましい。

ところで、ウエイト部材６１に強磁性材料が含まれていると、円筒状マグネット３４が発生する磁界に不均一な領域を形成する原因になる場合がある。この不均一な領域があると、駆動トルクにムラを生じことがある。そして、駆動トルクのムラは回転変動となり、ディスク駆動装置１０のエラーレートを悪化させる原因になる場合がある。そこで、ウエイト部材６１は強磁性材料を含まないで非磁性材料及び弱磁性材料で構成することが好ましい。例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等のステンレス材料は、強磁性体とならない非強磁性材料という点で好ましく、エラーレートの悪化を抑制ができる。また、軸方向で、環状溝部６０と円筒状マグネット３４が重ならないように環状溝部６０を配設することでも上述した磁界の不均一な部分を形成しないようにできる。

ウエイト部材６１を構成する材料を選択する場合に、硬度について考慮する必要がある。例えば、ウエイト部材６１の環状溝部６０と接する部分の硬度が低いと、ウエイト部材６１の移動により脚６５で摩耗が生じやすくなる。つまり、アンバランス量の調整のためにウエイト部材６１を摺動させている間常時摩耗の可能性がある。脚６５で摩耗が生じると、発生できる付勢力が不安定になる。つまり、ウエイト部材６１の固着位置での停止状態の維持性能が低下する原因となる。

そこで、本実施形態の場合、ウエイト部材６１の環状溝部６０と接する部分、主として脚６５の硬度は環状溝部６０の硬度より高くしている。この結果、ウエイト部材６１側の摩耗、特に脚６５の摩耗が抑制可能となり、上述したような停止状態の維持性能が低下が防止できる。なお、この場合、環状溝部６０側が摩耗することが懸念されるが、ウエイト部材６１が環状溝部６０内を摺動する場合、環状溝部６０の特定の部分に着目すると接触時間は、一瞬であり継続した接触はないと見なせる。また、前述したように摺動時には脚６５は縮まる方向に力を受けるので、一瞬で通過してしまう脚６５により環状溝部６０の特定の部分が摩耗することは殆どないと考えられる。したがって、ウエイト部材６１側の硬度を環状溝部６０側より高くすることでアンバランス量の調整時の摩耗を抑制することができる。なお、アンバランス量の調整が完了して停止状態になった後は実質的な摺動は生じないと考えられるので摩耗は生じないと考えられる。

また、ウエイト部材６１が環状溝部６０に点接触していると、環状溝部６０の接触部分の面圧が高くなり、この部分が凹むことがある。この場合、ウエイト部材６１の摺動に大きな抵抗力を伴うことになる。また、ウエイト部材６１の摺動時に環状溝部６０の凹みに引っ掛かりその部分を削ってしまう場合がある。そこで、本実施形態のウエイト部材の環状溝部６０と接する部分、主として脚６５の形状を線接触可能な形状にしてもよい。例えば、図７（ａ）に示すように、脚６５の幅Ｗを広くして、環状溝部６０との接触部分Ｓが線接触となるようにする。また別の例では、図７（ｂ）に示すように、ウエイト部材６１が環状溝部６０に装着された状態で、脚６５の延長部分６５ａの形状が環状溝部６０の曲率形状と同じになるようにして、延長部分６５ａのＬ部分全体が環状溝部６０に線接触、望ましくは面接触可能な形状にする。その結果、ウエイト部材６１と環状溝部６０との接触部分の面圧を低くすることが可能となり、接触部分が凹んでしまうことが抑制できる。

また、ウエイト部材６１の環状溝部６０と接する部分の摩擦力が大きいと、アンバランスの調整作業のスムーズ性を低下させる原因になることがある。本実施形態において、環状溝部６０はウエイト部材６１との摩擦力を前述したブラシレスモータ１４の起動時に生じる慣性力やディスク駆動装置１０の使用時に与えられる可能性のある作用力でも実質的な静止状態を維持できる範囲内で摩擦力を低減する処理を施してもよい。

例えば、環状溝部６０にグリスを塗布することができる。グリスの塗布は作業が容易である点で好ましい。また、グリスの塗布により、ウエイト部材６１の摺動時にもし摩耗粉が生じたような場合でもその摩耗粉の飛散を防止する効果がある。また、グリスの塗布によりウエイト部材６１の摺動時の摩擦熱の発生を抑制可能となる。例えば環状溝部６０とウエイト部材６１の接触部分を構成する材料が共に金属である場合に生じやすい焼き付きを防止できる。

また、グリスを介さずウエイト部材６１を環状溝部６０内で摺動させた場合、そのときの接触抵抗は接触部分の金属の表面状態に左右される。つまり、寸法許容範囲にある同じ形状の環状溝部６０であっても、加工状態のバラツキにより抵抗が大きい部分と小さい部分がランダムに現れることになる。つまり、ウエイト部材６１と環状溝部６０とが接触する場所によって摺動抵抗が異なることになる。一方、グリスを介することによって、環状溝部６０とウエイト部材６１との接触部分に油膜を形成することにより、接触抵抗の差を低減可能となり、ウエイト部材６１の摺動性の安定化がなされ、アンバランス量の調整作業を容易かつスムーズにできる。なお、グリスに二硫化モリブデンを添加して塗布してもよい。この場合、極圧性が改善され、グリスの塗布効果を十分に機能させることができる。

なお、図２に示すベース部材１２の構成では、ベース孔６２が環状溝部６０の直下に位置する例を説明した。別の実施液体では、ベース孔６２は、環状溝部６０が臨める位置、つまり、環状溝部６０に装着されたウエイト部材６１が臨める位置であれば直下位置以外の位置に形成してもよい。言い換えれば、ウエイト部材６１の係合部６１ｂに調整操作部材が係合させられる位置であれば適宜選択可能であり、本実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、環状溝部６０をハブ２２のベース部材１２を臨む端部に形成する例を示した。この場合、ディスク駆動装置１０の組立が完了した後でもアンバランス量の調整ができるメリットがある。別の実施形態において、環状溝部６０はハブ２２の回転バランスを調整できる部分であれば他の部分に形成してもよい。例えば、図２において、ハブ２２の側面Ｚ等に形成してもよい。この場合、ディスク駆動装置１０の組み立て中にアンバランス量の調整作業を実施することになるが、環状溝部６０内におけるウエイト部材６１の位置の目視が容易になりアンバランス量の調整作業が容易になるというメリットがある。

なお、上述した実施形態では、記録ディスク２０の厚みは１．２７ｍｍとして説明したが、記録ディスク２０の厚みが１．５０である場合は、一層ＤＢＤが大きくなる。したがって、本実施形態による効果も顕著に生じる。同様に、記録ディスクの厚みが１．７５である場合は、なお一層、顕著な効果を得ることができる。

また、上述した各実施形態では、積層コアを用いる場合について説明したが、コアは積層コアでなくてもよい。また、各実施形態では、ＨＤＤ用のブラシレスモータ１４の構造について説明したが、この他、ＣＤ装置、ＤＶＤ装置等の光学ディスク記録再生装置に搭載されるディスク駆動モータにおいても本実施形態の技術が適用可能であり、同様の効果を得られる。

本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能であり、同様な効果を得ることができる。

１０ ディスク駆動装置、 １２ ベース部材、 ２０ 記録ディスク、 ２２ ハブ、 ２２ｅ 突出部、 ４０ コイル、 ６０ 環状溝部、 ６１ ウエイト部材、 ６１ａ 弾性体部 、 ６１ｂ 係合部、 ６１ｃ 調整体部、 ６２ ベース孔、 脚６５。

Claims (1)

1. 回転体と、
   ベース部材と、
   前記回転体を前記ベース部材に対して相対回転が可能に支持する軸受けユニットと、
   前記回転体の回転軸を中心として当該回転体の一部に延設される環状溝部と、
   前記環状溝部に装着されて前記回転体と共に回転する部材であって、装着するときに溝延設方向に摺動可能で固着位置にて停止状態を実質的に維持可能な固着機構を有するウエイト部材と、
   を含むブラシレスモータであって、
   前記環状溝部は、前記ベース部材に対向する前記回転体の端面部に形成され、
   前記ベース部材は、前記環状溝部の少なくとも一部を当該ベース部材の前記回転体とは反対側の面から臨める環状溝対応ベース孔を有し、
   前記環状溝対応ベース孔は溝対応孔封止部材が固着されて封止され、
   前記ウエイト部材は、当該ウエイト部材が前記環状溝部内を第１延設方向に摺動するときに発生する抵抗力が、前記第１延設方向とは逆方向の第２延設方向に摺動するときに発生する抵抗力より小さくなるように形成され、
   停止状態から起動するときに、前記ウエイト部材に前記第２延設方向の慣性力が作用するように構成されることを特徴とするブラシレスモータ。

Images