CN101042907A - 盘驱动用电动机和信息记录再生装置 - Google Patents

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Abstract

一种盘驱动用电动机,具备:基座;轴毂,其具有可以搭载磁的环状盘支撑面;流体动压轴承,其自由旋转地支撑轴毂;电动机部,其载置在基座上,具有比盘支撑面的外径大的外径,对轴毂提供旋转力;和磁屏蔽板,其在盘搭载到盘支撑面上时形成的,配置在盘和电动机部之间的轴方向空隙部中,磁屏蔽板相对于盘支撑面倾斜固定,以使盘旋转时,由轴方向空隙部中的气流产生的压力随圆周方向位置而不同。从而,在HDD用电动机中,提供即使高速旋转,也能维持高的振动精度,耐外力性优异的电动机。

Description

盘驱动用电动机和信息记录再生装置
技术领域
本发明涉及利用伴随盘的旋转而产生的气流的动压防止盘抖动旋转的盘驱动装置,特别是涉及主要用于盘驱动装置(以下简称为HDD)的盘驱动用电动机以及安装其的信息记录再生装置。
背景技术
近年,对HDD的大容量化,高速化,低噪音化,低功耗化等要求逐渐增强。伴随于此,记录再生头中的噪音抑制技术和稳定驱动盘旋转的技术尤其被重视。
HDD的存储容量加速地增加,随着装置的存储容量的增加,盘的磁道间距也变窄。为了在该狭窄的磁道间距上可靠地寻道,要求HDD中安装的电动机高精度旋转。尤其是电动机的NRRO(非再现性重复振动)特性,对可靠地读取旋转的盘上的狭窄的磁道间距是不可缺少的代表的特性之1,由于要求亚微米级的高精度,对HDD的存储容量高密度化带来大的影响。
另外,由于HDD的一部分,搭载到个人计算机(以下,简称为PC)或AV机器中,进行录像、再生运动图像,开始被使用。HDD处理运动图像时,为了PC和AV机器的使用者舒适地再生运动图像,必须提高HDD的存取速度。为了增加存取速度,需要电动机的高速旋转。
另外,搭载HDD被小型化、薄型化,2.5英寸以下的盘时,有时被安装在可移动机器等中而被携带。这样的情况假定,在车中使用,或携带在衣服的衣袋等中使用可移动机器。即使在这样的情况下,为了使机器正常动作,需要提高对HDD振动等的耐外力性。因此,对驱动盘的电动机要求耐外力性。
另外,关于噪音抑制技术,有在电动机部和盘之间配置磁屏蔽板的技术(例如,参照专利文献1)。图13是表示其构成(以下,称为以往构成1)的HDD中的电动机部的分解立体图。另外,图14是同一电动机的剖面图。在两图中,将缠绕了多相构成的磁心线圈8的定子铁芯24固定在基座7上。在该定子铁芯24的内周,通过固定在轴毂2上的磁体23由2个滚珠轴承21,旋转自由地支撑。并且,磁屏蔽板9被固定在定子铁芯24和磁心线圈8上方。通过这样的构成,能够防止电动机部对头部11的漏磁,抑制噪音对头部11中的再生信号的重叠。
另外,作为使盘稳定地旋转的技术,由通过使气流导向板接近盘,以使由于盘的旋转,在HDD壳体内部产生气流,导入气流使由此气流产生的压力加到轴毂侧面上,将侧压F加到径向轴承上,实现轴承的稳定地旋转(例如,参照专利文献2)。图15(a)是此构成(以下,简称为以往构成2)中的HDD的俯视图,同图(b)是其剖面图。在同一图所示多张盘1之间,配置气流导向板32。将气流导向板32的旋转方向后方侧的面,以接近轴毂2,形成弧状的方式,作为弯曲的导向面32a。由此,通过使旋转部的旋转中心向一定方向偏心,有效地防止NRRO和RRO,能够提高旋转精度。
并且,有将具有向圆周方向和半径方向扩展的部分环状平滑面的压缩空气轴承板,以0.3mm以下的间隙,对着盘面设置、固定在盘上,抑制盘的空力激励而产生的散乱振动(例如,参照专利文献3)。图16是此构成(以下,简称为以往构成3)的HDD的立体图。通过使压缩空气轴承板33接近盘1配置,降低盘1周围的空气流向的紊乱,稳定盘1的旋转。另外,为了气流在压缩空气轴承板33的周围平稳地流动,在其端面设置倾斜面34,剖面变为流线型。
专利文献1:美国专利第6,486,578号;
专利文献2:日本专利特开2001-076459号公报;
专利文献3:日本专利特开2000-331460号公报。
在上述以往构成1中,如图13,图14所示,为了处理磁心线圈8的引出线22,在磁屏蔽板9上设置突出部9a。另一方面,在头部11进入的位置附近,磁屏蔽板9为了靠近基座7,具有平坦部9b。由专利文献1的图知,其中突出部9a和平坦部9b之间的台阶部,具有角部,而陡峭地立起。另外磁屏蔽板9的内周部接近磁体23,在以往构成1中,内周部也陡峭地立起。
可是,如果如上所述,具有陡峭地台阶部,会产生如下所述的课题。即,由于台阶部的陡峭立起,如图5(a)所示,有可能在台阶部的角部产生漩涡12。由该漩涡12扰乱在盘和磁屏蔽板之间产生的动压产生湍流,有可能对盘产生不稳定的动压,有可能扰乱旋转体的动作。该现象,即使在旋转速度为3000rpm左右也会产生,并且,旋转速度变得越高速,漩涡的影响越大。
如果对包含盘1的旋转体,加入干扰振动,如图11(a)、(b)所示,在头部11和盘1之间产生相对的角度偏差。头部11通过平衡环机构(图中没有表示)安装在被固定于传动臂19上具有柔软性的弯曲部20上。头部11相对盘1保持规定的倾斜(pitch)角度θp,转动角度θr,以浮动高度FH浮起。这里,如果盘1振动,盘1的表面,如同图(a)所示,在倾斜方向上改变1a、1b。另外在转动方向上如同图(b)所示改变为1c,1d的倾斜方向。其结果,改变头部11相对于盘1的姿势,头部的浮动高度FH变动,并且,由于头部11与盘1接触,或破坏存储在盘1上的数据,根据情况,在涂敷在盘1上的润滑剂(图中没有表示)和头部11之间产生静摩擦,或碰撞头部,HDD受到致命的损伤。另一方面,为了使其不发生,如果使浮动高度FH充分大,由于头部11和盘1上的磁性膜之间的磁气的空隙变大,不能充分得到头部再生输出,可以存储到HDD中的数据容量受到显著地制约。因此,即使对HDD加入干扰振动等,也需要避免振动盘1。
另外,由于接近磁体23的磁屏蔽板9的内周部分也陡峭地立起,来自磁体9的泄露磁场与磁屏蔽板9互连时,在其陡峭地立起的部分容易产生磁束集中,这成为对于头部11的干扰磁场,噪音变得容易重叠到头部11中的再生信号中。并且,由于磁屏蔽板9是磁性材料制造的,产生齿隙转矩(cogging corque),对于电动机的旋转体成为加振源,关系到NRRO、RRO的产生。这样的现象,在为了低功耗化,使用钕铁硼系等能量累积大的磁体时显著,尤其是,与树脂磁体相比,由于使用烧结磁体时,影响变大。这样使用能量累积大的磁体时,不仅是齿隙转矩,由于磁屏蔽板9振动也产生噪音。
在上述以往构成2中,作为具有导向面32a的气流导向板32配置在盘1上下的构成。但是,在1.8英寸尺寸以下的小型HDD中,对薄型化要求增多,其结果,可以搭载的盘枚数通常限定为1枚。因此,不能在多个盘之间配置气流导向板32。另外,1.8英寸尺寸以下的小型HDD在盘1上轴毂2突出的高度为1mm以下,并且轴毂2不是由简单的圆筒面构成的情况多。因此,由于即使在盘1的上面侧配置气流导向板32,气流不能充分地碰撞轴毂2,多是不能充分得到气流导向效果。并且1.8英寸尺寸以下的小型HDD,盘1的下面和磁屏蔽板9之间只有1mm程度的空间的情况较多。此时,在磁屏蔽板9的上配置气流导向板32,需要将气流导向板32的厚度设为1mm以下。这样,在气流导向板32薄的状态下,气流导向自身就难以充分进行。其结果,气流导向板32,至少在1.8英寸尺寸以下的HDD中不能发挥充分的效果。另外,气流导向板32的导向面32a,如图15(b)所示,由于相对于盘1变得垂直的方式形成,在气流导向板32上下产生漩涡。该漩涡,对于盘成为加振源,与盘的NRRO,RRO的产生相关。
在上述以往构成3中,应用于1.8英寸尺寸以下的HDD时,与上述以往构成2一样,压缩空气轴承板33的厚度需要设为1mm以下。但是,由于压缩空气轴承板33薄容易产生弯曲,设置固定在磁屏蔽板9上时,由于公差的积累,有时会与盘1的下面摩擦。另外,例如即使在不对HDD施加干扰G等的状态不会摩擦,象1.8英寸尺寸以下的HDD那样,开发可移动用途的机种时,有时在动作中,受到大的冲击。此时,有时会导致盘1或者压缩空气轴承板33变形产生摩擦。为了防止其,需要充分考虑设计磁屏蔽板9和压缩空气轴承板33的高度公差,平面度等。但是,为了不产生摩擦,如果设定压缩空气轴承板33和盘1之间的间隙,不能产生充分的压缩空气轴承效果。另外,要求如1.8英寸尺寸以下的HDD小型化/薄型化时,在盘1上方设置压缩空气轴承板33,难以确保用于固定压缩空气轴承板33的安装面积。另外,距离盘1上侧的空间也受限制,在压缩空气轴承板33的平面度和高度公差离散的方面实际上很困难。
另外,由于压缩空气轴承板33形状变得复杂,需要使用树脂或者可以锻造等压力加工的材料。一般这样的材料表面硬度低,在细微的地方容易产生损伤。其中,在压缩空气轴承板33上设置倾斜面34,以使气流在其周围平滑地流动。但是,由此能够使压缩空气轴承板33变得尖锐,一方面由于由如上所述比较的柔软的材料制作,该尖锐的端面变得极其容易损伤。压缩空气轴承板33带有损伤时,相反由于在此损伤周围气流扰动增大,产生漩涡,成为盘1的振动增大,或产生噪音的原因。因此,压缩空气轴承板33的制造,或安装中,组装驱动器方面,也需要极其谨慎的安装,或者进行镀镍等表面硬化处理。这是导致成本提高的一个因素。
并且,也考虑将压缩空气轴承板33配置在盘1的下面侧的构成,但是在1.8英寸尺寸以下的HDD中,厚度方向的许可量小,不可能配置在电动机部和盘1之间。并且,也考虑与压缩空气轴承板33一样的形状设置在基座7上,但是在盘1外径小的小型HDD中,在电动机的外周侧基座7上为了构成压缩空气轴承板,需要减小电动机部的外径。其结果,劣化电动机的电磁变换效率,导致增大电动机部的功耗的增大。
发明内容
本发明的目的在于,解决上述以往的课题的,提供尽管是简单的构成,能够防止盘的抖动旋转,并且也能够谋求低噪音化和低功耗化,主要用于HDD的盘驱动用电动机,和搭载其的信息记录再生装置。
为了解决上述以往的课题,第1发明中的盘驱动用电动机具备:基座,轴毂,流体动压轴承,电动机部和磁屏蔽板。轴毂具有可以搭载磁的环状盘支撑面。流体动压轴承自由旋转地支撑轴毂。电动机部载置在基座上,具有比盘支撑面外径大的外径,对轴毂提供旋转力。磁屏蔽板配置在盘搭载到盘支撑面上时形成的,盘和电动机部之间的轴方向空隙部中。磁屏蔽板相对于盘支撑面倾斜固定,以使盘旋转时,由轴方向空隙部中的气流产生的压力随圆周方向位置而不同。
其中,提议了作为具有盘和磁屏蔽板相对倾斜的构成的盘驱动用电动机。
以往,为了确保高性能的HDD的动作,对磁屏蔽板等提议了各种构成。但是,为了实现薄型且高性能的电动机,需要更高精度地防止盘的抖动旋转。
因此,在本发明的盘驱动用电动机中,没有陡峭的台阶部抑制气流,在轴方向具有倾斜固定磁屏蔽板,以使在一定方向上存在倾斜的力矩作用于盘。通过旋转盘,对旋转体产生动压作用,通过使侧压作用于流体轴承,能够稳定旋转体的动作。
由此,由于磁屏蔽板没有急剧折弯的台阶部,可以使在磁体之间产生齿槽力变得极小,另外也能够抑制随着齿槽产生的振动噪音。另外,搭载了盘时,由于对着盘下面的磁屏蔽板相对于盘倾斜固定,关于盘旋转时盘和磁屏蔽板之间产生的气流,几乎不会产生漩涡,另外压力也平滑地变化。其结果,对于盘,磁屏蔽板的间隙窄的部分,在轴方向产生负荷,产生使旋转体整体向一定方向倾斜的力。另外同时在流体轴承部中,由于轴承刚度也提高,能够抑制NRRO,RRO增加。
因此,以简易的构成,能够得到高性能,低噪音,并且低功耗的盘驱动用电动机。
第2发明中的信息记录再生装置具备上述盘驱动用电动机和头部。头部,对着盘配置,扫描盘表面,存储或者再生信息。
其中,提议具备上述盘驱动用电动机的信息记录再生装置。
由此,盘和磁屏蔽板的轴方向空隙大致正弦波状平滑地变化,对于盘旋转时盘和磁屏蔽板之间产生的气流,几乎不产生漩涡,另外压力也平滑地变化。其结果,对盘,在磁屏蔽板的间隙窄的部分在轴方向产生负荷,产生使旋转体整体向一定方向倾斜的力,稳定旋转体的动作。另外,同时在流体轴承部中,由于轴承刚度也提高了,能够抑制NRRO、RRO的增加。
因此,能够得到精度高的信息记录再生装置。
第3发明中的信息记录再生装置是第2发明中的信息记录再生装置,相对于盘支撑面倾斜磁屏蔽板,以使磁屏蔽板和盘之间的轴方向空隙部中,头部不扫描的区域的轴方向距离与头部扫描的区域的轴方向距离相比减小。
其中,建议了磁屏蔽板和盘之间的轴方向空隙部的空间的关系。
由此,通过减小磁头扫描区域以外的间隙,能够抑制产生的动压。
因此,能够得到可以更稳定,旋转盘的信息记录再生装置。
第4发明中的信息记录再生装置是第2发明中的信息记录再生装置,在磁屏蔽板和盘之间的轴方向空隙部中,对于头部的扫描轨迹圆弧,向着从盘的旋转中心引出的接线大致接近的方向,以使轴方向距离变小,倾斜磁屏蔽板。
其中,提议了磁屏蔽板和盘之间的轴方向空隙部的其他空间的关系。
由此,能够谋求头部相对于盘的倾斜方向的姿势的稳定化。其结果,头部浮动高度稳定,即使以更小的浮动高度进行头部的滑块设计,也可以降低头部与盘接触的频率。
因此,能够得到小型并且,可以高密度存储,存储容量增大的信息记录再生装置。
第5发明中的盘驱动用电动机具备:基座,轴毂,流体动压轴承,电动机部和磁屏蔽板。轴毂具有可以搭载磁的环状盘支撑面。流体动压轴承自由旋转地支撑轴毂。电动机部载置在基座上,具有比盘支撑面外径大的外径,对轴毂提供旋转力。磁屏蔽板配置在,在盘搭载于盘支撑面上时形成的盘和电动机部之间的第1轴方向空隙部中。磁屏蔽板和盘之间的第2轴方向空隙部的磁屏蔽板侧,电动机部旋转时,由盘之间的气流产生的压力随圆周方向位置而不同,相对于盘支撑面其轴方向高度或者倾斜方向不同,并且包含在圆周方向上光滑连接的至少二个平面部。
其中,提议作为盘和磁屏蔽板具有相对倾斜的构成的盘驱动用电动机的其他例子。
以往,为了确保高性能的HDD动作,在磁屏蔽板等中,各种构成被提议。但是,为了实现薄型且高性能的电动机,需要更高精度防止盘的抖动旋转。
因此,在本发明的盘驱动用电动机中,以至少具有二个平面部的方式构成磁屏蔽板和盘之间的第2轴方向空隙部的磁屏蔽板侧的形状,以使压力随圆周方向位置而不同。
由此,由于磁屏蔽板没有急剧折弯的台阶部,在磁体之间可能发生齿槽力也变得极小,另外也能够抑制伴随齿槽产生的振动噪音。另外搭载了盘时,对着盘下面的磁屏蔽板具有轴方向高度或者倾斜不同的二个以上的平面部,以使相对于盘,轴方向间隙随圆周方向位置不同,对于盘旋转时盘和磁屏蔽板之间产生的气流几乎不会产生漩涡,另外压力也平滑的变化。其结果,对于盘,磁屏蔽板的间隙窄的部分在轴方向产生负荷,使旋转体整体产生向一定方向倾斜的力。另外,同时在流体轴承部中,由于轴承刚度也提高能够抑制NRRO、RRO的增加。
因此,以简易的构成,能够得到高性能,低噪音,并且低功耗的盘驱动用电动机。
第6发明中的盘驱动用电动机是第5发明中的盘驱动用电动机,第2轴方向空隙部的磁屏蔽板侧,相互轴方向高度不同,并且包含在圆周方向上由角部R形状平滑地连接的台阶部。
其中,提议了第2轴方向空隙部的磁屏蔽板侧进一步的形状。
由此,关于盘旋转时盘和磁屏蔽板之间产生的气流,由于流路阻力的变化小,几乎不会产生漩涡,另外压力也平滑地变化。其结果,对于盘,由磁屏蔽板的间隙窄的部分在轴方向产生负荷,产生旋转体整体向一定方向倾斜的力。另外同时在流体轴承部中,由于轴承刚度也提高,能够抑制NRRO、RRO。并且,由于磁屏蔽板没有急剧折弯的台阶部,可以使在磁体之间产生齿槽力也变得极小,另外也能够抑制随着齿槽而产生的振动噪音。
因此,以简易的构成,能够得到高性能,更低噪音,并低消耗电力的盘驱动用电动机。
第7发明中的盘驱动用电动机是第6发明中的盘驱动用电动机,在第2轴方向空隙部的磁屏蔽板侧中,位于轴方向上靠近盘支撑面一侧的正曲率的角部R半径为R1,位于轴方向上远离盘支撑面的一侧,负曲率的角部R为R2时,满足R1>R2的关系。
其中,提议了2个以上平面的连接部分的关系。
由此,盘驱动用电动机,由于没有急剧折弯的台阶部,可以使在磁体之间产生齿槽力也变得极小,也能够抑制伴随齿槽而产生的振动噪音。另外,搭载了盘时,通过设定增大作为流路接触变窄的入口的角部R半径的R1,使节流变得平缓,减小流路阻力,能够防止漩涡产生,稳定旋转体的动作。
因此,能够得到高性能且稳定的盘驱动用电动机。
第8发明中的盘驱动用电动机是第5~7的发明中的盘驱动用电动机,磁屏蔽板的最内周部由单一的环状平面部构成。
其中,磁屏蔽板的最内周部为单一的环状平面部,即,磁屏蔽板是深冲压形状的构成。
由此,提高磁屏蔽板的刚度,能够降低磁屏蔽板的振动。
因此,能够得到更低噪音,且低振动的盘驱动用电动机。
第9发明中的盘驱动用电动机是第5~7的发明中的盘驱动用电动机,在第2轴方向空隙部中,轴方向厚度小的区域,在圆周方向具有87度以上248度以下的倾斜。
其中,提议了第2轴方向空隙部中的倾斜。
由此,由于产生的动压充分高且稳定,使盘的旋转稳定化。
因此,能够得到高性能且稳定的盘驱动用电动机。
第10发明中的信息记录再生装置具备盘驱动用电动机和头部。盘驱动用电动机是第5~7的发明中的盘驱动用电动机。头部对着盘配置,扫描盘表面,存储或者再生信息。
其中,提议了具备上述盘驱动用电动机的信息记录再生装置。
由此,在盘驱动用电动机中,对盘,在磁屏蔽板的间隙窄的部对轴方向施加负荷,能够产生将旋转体整体向一定方向倾斜的力。同时,由于在流体轴承部,轴承刚度也提高,能够抑制NRRO、RRO的增加。
因此,能够得到高性能的信息记录再生装置。
第11发明中的信息记录再生装置是第10发明中的信息记录再生装置,在第2轴方向空隙部中,头部不扫描的区域的轴方向厚度比头部扫描的区域的轴方向厚度小。
其中,对由磁屏蔽板和盘形成的第2轴方向空隙部进行了提议。
由此,通过减小磁头扫描区域以外的间隙,能够抑制产生的动压。
因此,能够得可以更稳定旋转盘的信息记录再生装置。
第12发明中的信息记录再生装置是第10发明中的信息记录再生装置,在第2轴方向空隙部的磁屏蔽板侧,对于头部的扫描轨迹圆弧,与从盘的旋转中心引出的接线大致接近的方向的轴方向厚度最小。
其中,提议了磁屏蔽板和盘之间的轴方向空隙部的空间的关系。
由此,能够谋求头部相对于盘的倾斜方向的姿势的稳定化。其结果,头部浮动高度稳定,即使以更小的浮动高度进行头部的滑块设计,也可以降低头部与盘接触的频率。
因此,能够得到小型并且可以高密度存储,增大存储容量的信息记录再生装置。
第13发明中的信息记录再生装置是第10发明中的信息记录再生装置,与头部所经过的圆弧状的扫描轨迹部分的第2轴方向空隙部的轴方向厚度相比,此盘的旋转中心观察,扫描轨迹的大致相反方向位置的第2轴方向空隙部的轴方向厚度小。
其中,提议了磁屏蔽板和盘之间的轴方向空隙部的其他空间的关系。
由此,能够谋求头部相对于盘的转动方向的姿势的稳定化。其结果,头部浮动高度稳定,即使以更小的浮动高度,进行头部的滑块设计,以可以降低头部与盘接触的频率。
因此,能够得到小型并且可以高密度存储,存储容量增的大信息记录再生装置。
(发明效果)
本发明的盘驱动用电动机和搭载其的信息记录再生装置,通过适当地设定电动机的磁屏蔽板形状,即使在盘高速旋转时也能够稳定旋转体的动作的基础上,也提高了对于振动等的耐外力性。另外能够提供稳定旋转盘,有助于存储容量增大和高密度化的电动机。并且通过改变磁屏蔽板的形状,稳定上述旋转体的动作,没有进行新的零件追加,抑制成本增大,另外能够得到实现薄型化这样的显著的效果。
附图说明:
图1,(a)是表示本发明的实施方式1中的HDD电动机部的剖面图,(b)、(c)是表示本发明的实施方式1其他变形例中的HDD电动机部的剖面图。
图2,(a)是表示本发明的实施方式1的立体图,(b)是说明本发明的实施方式1压力差的模式图,(c)是本发明的实施方式1的盘驱动用电动机的俯视图。
图3是表示本发明的实施方式1的旋转体的模式图。
图4,(a)是表示本发明的实施方式2的俯视图,(b)是本发明的实施方式2中的磁屏蔽板台阶部部的横剖面图。
图5是表示在磁屏蔽板台阶部部中产生的漩涡的模式图,(a)是台阶部具有角部时的模式图,(b)是由梯形形状连接台阶部时的模式图,(c)是由角部R形状连接台阶部时的模式图。
图6是说明本发明的实施方式2压力的模式图。
图7,(a)是由本发明的实施方式2的动压产生的X轴周向的力矩的说明图,(b)是由本发明的实施方式2的动压产生的X轴周向的力矩和开角θ的关系图。
图8,(a)是本发明的实施方式3的盘驱动用电动机的俯视图,(b)是表示本发明的实施方式3的立体图。
图9,(a)是由本发明的实施方式3的动压产生的X轴周向的力矩的说明图,(b)是由本发明的实施方式3的动压产生的X轴周向的力矩和开角θ的关系图。
图10,(a)是本发明的实施方式4的盘驱动用电动机的俯视图,(b)是展开本发明的实施方式4中的磁屏蔽板和盘形成的第2轴方向空隙部的模式图。
图11,(a)是相对于盘的头部倾斜角度的说明图,(b)是相对于盘的头部转动角度的说明图。
图12(a)、(b)、(c)是本申请发明的实施方式2中的磁屏蔽板突出部变形例的立体图,(d)、(e)是本申请发明的实施方式4中的磁屏蔽板突出部变形例的立体图,(f)以往构成1中的磁屏蔽板突出部的立体图。
图13是以往构成1中的HDD电动机部的分解立体图。
图14是以往构成1中的HDD电动机剖面图。
图15,(a)是以往构成2中的HDD的俯视图,(b)是以往构成2中的HDD的剖面图。
图16是以往构成3中的HDD的立体图。
图中:1-盘,1a、1b、1c、1d-振动时盘面,2-轴毂,3-轴,4-法兰盘,5-轴套,6-推力板,7-基座,7a-圆弧状内周壁部,8-磁心线圈,9-磁屏蔽板,9a、9c-突出部,9b-平坦部,9d-倾斜面,10-绝缘密封层,11-磁头,12-漩涡,15-头部旋转中心,16-头部扫描轨迹圆弧,17-头部扫描轨迹切线,18-头部扫描轨迹正交线,19-传动臂,20-弯曲部,21-滚珠轴承,22-引出线,23-磁体,24-定子铁芯,32-气流导向板,32a-导向面,33-压缩空气轴承板,34-倾斜面,h-倾斜,k-台阶部,R1、R2-台阶部的角部R半径。
具体实施方式
以下,一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
图1(a)是本实施方式中的HDD的电动机部的剖面图。
盘1通过箝位器(图中没有表示)搭载在轴毂2。多极着磁的磁体23被粘着在轴毂2的下端。轴3支撑轴毂2。法兰盘4通过激光焊接、铆接、压接压入、粘接等被固定在轴3的端部。轴3被插入轴套5中,在轴套5的端面,推力板6被固定在对着法兰盘4的位置。推力板6通过铆接等被固定。
在对着轴3和轴套5的圆周面中,通过在轴3或者轴套5的哪一个中配置动压沟,构成径向动压轴承。另外,在对着法兰盘4和推力板6的面上,通过在法兰盘4或者推力板6哪一个上配置动压沟,构成推力动压轴承。在轴承内部填充润滑剂(图中没有表示),通过电动机旋转,由润滑剂产生动压支撑旋转体。
轴套5被固定在基座7上。另外,定子铁芯24介于磁体23和半径方向间隙,以相对着的方式,被固定粘着在基座7上。并且,缠绕磁心线圈23,构成所谓内转子型电动机。粘贴用于保持与磁心线圈8的绝缘的绝缘密封层10的磁屏蔽板9被固定粘接在磁心线圈8上。磁屏蔽板9由冲压加工(压力加工)形成。作为磁屏蔽板9的材质,根据防止来自电动机磁回路的漏磁作用和防锈方面,使用铁素体系不锈钢材或者马氏体系不锈钢材。关于磁屏蔽板9,除了磁头11扫描的区域以外,为了减小盘1的间隙,具有倾斜h,固定粘着在磁心线圈8上。
图2(a)是表示本实施方式1的盘1和磁屏蔽板9具有相对的倾斜h的状态的立体图。搭载在轴毂2上的盘1和磁屏蔽板9的间隙,以使磁头不扫描的区域与磁头的扫描的区域相比,间隙减小,倾斜磁屏蔽板9。其中,将位于磁屏蔽板9的磁头进入方向的倾斜的最低点作为A点,将倾斜的最高点作为B点。
图2(b)是表示,图2(a)中旋转的盘1与磁屏蔽板9的位置和压力差的关系的模式图。横轴表示磁屏蔽板9的位置,纵轴表示盘1和磁屏蔽板9之间的压力差p。在B点压力差p变为最大。
盘1和磁屏蔽板9的间隙为ΔH,气体的粘度为ρ,电动机的转数为S时,在盘1和磁屏蔽板9之间产生的压力p变为下式的关系。
【式1】
p∝ρ*S/ΔH2
磁屏蔽板9具有倾斜h,被固定,构成盘1和磁屏蔽板9的最大间隙为ΔHA,最小间隙为ΔHB时,在盘1和磁屏蔽板9的间隙中产生的压力差P变为下式的关系。
【式2】
P∝ρ*S*(1/ΔHB 2-1/ΔHA 2)
图2(b)的压力差以A点为基准,在由倾斜h产生的盘1和磁屏蔽板9的间隙变为最小的B点,压力差p变为最大。倾斜h=0时,由于变为ΔHB=ΔHA,如由(式2)表明的,不产生压力差,变为p=0。
图3是模式的表现电动机的旋转体的图。盘1搭载的轴毂2被固定在轴3上,法兰盘4被固定在轴3的端部。产生由本实施方式1形成的压力p时,向略180度相反侧的位置,在半径方向上,侧压Q作用在旋转体的上部。同时,产生作为使旋转体倾斜的转矩M。该侧压Q和转矩M与压力p大致成比例。侧压Q通过作用在半径方向,轴3的旋转中心在一定方向上偏心,维持此状态。径向轴承的轴承刚度,由于与一般的,偏心率为零的状态相比,偏心率变大的一方增大,通过施加侧压Q,增加径向轴承的轴承刚度。同时,在推力轴承中也通过产生倾斜,增大推力轴承的耐力矩刚度。
通过上述构成,由于在盘旋转时,磁屏蔽板9倾斜,被固定粘着在磁心线圈8上,在盘1和磁屏蔽板9的间隙变为最小的位置,压力差p变为最大。通过该压力差p,侧压Q在半径方向上对旋转体进行作用,由于转矩M使旋转体向一定方向倾斜,侧压Q作用径向动压轴承部的同时,力矩也作用于推力轴承,提高径向轴承和推力轴承的轴承刚度。由此,由于能够稳定旋转体的动作,能够有效地抑制NRRO和RRO(反复振动)的增加,也能够提高对振动等的耐外力性。也如由(式2)知,由于尤其是旋转体越高速旋转化,压力差p越高,侧压Q变得越大,径向轴承的轴承刚度增高,能够显著的体现效果。另外磁屏蔽板9,由于在圆周方向上没有陡峭的台阶部,不会产生漩涡,几乎没有使盘1的旋转不稳定的气流的干扰。
另外,在磁体23之间产生的齿槽力也可以变得极小,也能够抑制伴随齿槽产生的磁屏蔽板9和旋转体的振动噪音。
并且,在上述说明中,磁屏蔽板9,通过绝缘密封层10被固定在磁心线圈8上,如图1(b)所示,使定子铁芯24的外周侧的基座倾斜、延伸到轴方向上,形成粘着倾斜台7b,也可以固定粘着在该接着倾斜台7b上。由此,由于磁屏蔽板9的外周被固定,能够抑制磁屏蔽板9的振动。另外,如图1(c)所示通过由压力加工压磁屏蔽板9的外周形成凸缘部9d,也可以将该凸缘部9d固定粘着到基座7上。由此,磁屏蔽板9自身的强度提高,可以谋求抑制振动。
并且,磁屏蔽板9的倾斜方向,未必设为使盘1和磁屏蔽板9的轴方向距离变为最大的方向。为了抑制相对于头部11的盘1的倾斜角度方向的振动,如图2(c)所示,对于头部扫描轨迹圆弧16,从盘的旋转中心引出的接线(即与头部扫描轨迹切线17垂直相交的方向,或者头部扫描轨迹垂直相交线18的方向),最好使盘1和磁屏蔽板9的轴方向距离变为最小。一般的,在头部11中,对于倾斜角度方向的振动,浮动高度FH的变动增大,但是通过这样设定磁屏蔽板9的倾斜方向,能够抑制头部11的浮动高度FH的变动,可以实现更高密度存储。
(实施方式2)
图4(a)是本实施方式中的HDD的电动机部的俯视图。
磁屏蔽板9,如图4(b)的C-C剖面所示,磁头的扫描区域以外的部位,在轴方向上具有台阶部k,通过角部R半径R1以及R2,圆滑地连接台阶部。另外,盘1和磁屏蔽板9的轴方向间隙变窄的区域的开角θ为约180度。
图5是由于磁屏蔽板9的台阶部,使盘1旋转时产生的气流的流动产生漩涡的状态的模式图。图5(a)是磁屏蔽板的台阶部陡峭,没有圆滑连接时的情况。由于台阶部部有陡峭的角部,在角部前后产生漩涡12,即使杂动压高的台阶部k的上侧部分也产生漩涡12。漩涡12诱发湍流,干扰盘1和磁屏蔽板9的间隙的气流流动,成为使旋转体动作不稳定的主要因素。图5(b)通过磁屏蔽板将台阶部k设为梯形形状,抑制了漩涡12的产生。图5(c)是通过由2个角部R形状圆滑地连接磁屏蔽板9的台阶部k,抑制漩涡12的发生的。在台阶部的上面侧,正曲率的角部R半径为R1,在下面侧将负曲率的角部R半径为R2时,设R1>R2。另外优选满足R1>2·R2、R1>0.2mm。由此,通过使流向狭窄的流路的入口部变得平缓,能够抑制漩涡12的产生,防止湍流产生,稳定作用于盘1的动压。其结果,能够稳定旋转体的动作。
图6是表示图4中旋转的盘1和磁屏蔽板9的位置与压力差的关系的模式图。横轴表示磁屏蔽板9的位置,纵轴表示盘1和磁屏蔽板9的压力差p。台阶部k的入口部具有角部R半径R1,R2。由于台阶部k,在盘1和磁屏蔽板9的间隙变小的区域中,压力差p变大。在实施方式1中压力差大的部位,如图2(b)中的B点,作为线作用于盘1上,在本实施方式中,在图6中,以表示为区域θ的方式,作为面作用于盘1上。
因此,作用于径向轴承上侧压Q进一步增加,旋转体的轴承刚度也增加。
盘1和磁屏蔽板9的间隙为ΔH,气体的粘度为ρ,电动机的转数为S时,在盘1和磁屏蔽板9的间隙中产生的压力p用如(式1)的关系表示。
磁屏蔽板9,以具有台阶部k的状态被固定。其中,盘1和磁屏蔽板9d最小间隙为ΔHB。另外,最小间隙区域的开角为θ。最小间隙部中的压力pB和最大间隙部中的压力pA,分别由下式表示。
【式3】
pA∝ρ*S/(ΔHB+k)2
【式4】
pB∝ρ*S/(ΔHB)2
其中,在图7(a)中,由压力pA、pB产生的X轴周向的转矩MX,如果磁屏蔽板9的代表平均半径为r,由下式表示。
【式5】
M X ∝ ∫ 0 2 π pLrdτ = 2 ∫ 0 π pr cos ( τ ) rdτ = 2 r 2 ∫ 0 π p cos ( τ ) dτ
∝ 2 ρ * S * r 2 [ ∫ 0 θ / 2 cos ( τ ) ΔH B 2 dτ + ∫ θ / 2 π cos ( τ ) ( Δ H B + k ) 2 dτ ]
= 2 ρ * S * r 2 sin ( θ / 2 ) [ 1 ΔH B 2 - 1 ( ΔH B + k ) 2 ]
因此,由在盘1和磁屏蔽板9的间隙产生的动压形成的转矩MX,如图7(b)所示,在θ=180°时变为最大值MXmax。其中,通过将θ设为90度~270度,MX为MXmax的71%以上,设为106度~254度为80%以上,进一步,设为128度~232度变为约90%以上。因此,最好将θ设在90度以上270度以下。最好为106度~254度,更好是设为128度~232度。
并且,加入后面所述的实施方式3的计算结果(参照图9(b)),如果不依赖于实施方式,将θ设为90度~248度,MX为MXmax的71%以上,设为106度~227度,MX则为MXmax的80%以上,进一步,设为125度~198度,MX则为MXmax的约90%以上。
通过如本实施方式构成,如图6所示,能够得到保持作用于盘1的高的峰值的动压。因此,向径向轴承的侧压Q和转矩M增大的同时,能够使动压峰值变得平滑,能够使侧压更稳定。该结果,由于能够稳定旋转体的动作,能够有效地抑制NRRO和RRO的增加,也能够提高对振动等的耐外力性。
另外由于磁屏蔽板9的台阶部部在圆周方向光滑地连接,来自磁体23的泄露磁场不会产生大的齿槽力。因此,旋转体不会振动,或磁屏蔽板9产生噪音。另外,由于没有边缘部中的磁束集中,不会产生对头部带来坏的影响的噪音磁场。
并且,在上述的说明中,如图12(a)所示,说明了磁屏蔽板9的台阶部不根据其半径位置,在同一相位中,具有相同高度的一个例子,但是如图12(b)、(c),在其最内周部9i中,也可以形成与平坦部9b相同高度的单一的环状平面部。通过这样构成,可以使上述齿槽和磁气噪音的产生完全变为零。
(实施方式3)
图8(a)是本实施方式中的HDD俯视图,图8(b)是其立体图。
磁屏蔽板9由相对于盘1平行的突出部9a和倾斜的倾斜面9d二个平面构成。其中,二个平面相互光滑地连接。通过这样构成,能够增大提供给盘1的力矩。另外,由于不会产生湍流,能够稳定旋转体的动作,能够有效地抑制NRRO和RRO的增加,也能够提高对振动等的耐外力性。
其中,与实施方式3一样,使用图9(a),求出加到盘1上的转矩MX。在图8(b)中,相当于最低位置的A点和相当于最高位置的B点的台阶部作为h。另外,B点中的盘1和磁屏蔽板9之间的轴方向距离为ΔHB。倾斜面9d中的轴方向距离ΔH由下式表示。
【式6】
ΔH ≅ ΔH B + h { cos ( θ / 2 ) - cos τ } { 1 + cos ( θ / 2 ) }
转矩MX由下式表示。
【式7】
M X ∝ ∫ 0 2 π pLrdτ = 2 ∫ 0 π pr cos ( τ ) rdτ = 2 r 2 ∫ 0 π p cos ( τ ) dτ
∝ 2 ρ * S * r 2 [ ∫ 0 θ / 2 cos ( τ ) Δ H B 2 dτ + ∫ θ / 2 π cos ( τ ) ( ΔH B + h { cos ( θ / 2 ) - cos τ } { 1 + cos ( θ / 2 ) } ) 2 dτ ]
图9(b)表示计算(式7)的结果。表明开角θ与MX/MXmax的关系依赖于台阶部h和ΔHB之比确定。根据同图,θ受h/ΔHB影响,在大致150度~180度的范围内转矩MX变得最大。其中,通过将θ设为87度~248度,MX为MXmax的71%以上,设为103度~227度,则为80%以上,并且设为125度~198度,能够变为约90%以上。因此,最好将θ设为87度以上248度以下。希望是103度~227度,最好设为125度~198度。
并且,如图7(b)所示,添加实施方式2的计算结果,如果θ设为90度~248度,MX变为MXmax的71%以上,设为106度~227度则变为80%以上,并且设为125度~198度,能够变为约90%以上。
通过如本实施方式的构成,由于向径向轴承的侧压Q和转矩M增大的同时,能够使动压的峰值变得平滑,更能够稳定侧压。由于该结果,能够稳定旋转体的动作,能够有效地抑制NRRO和RRO的增加,也能够提高对于振动等的耐外力性。
并且,由于变得可以在磁心线圈8上侧和磁屏蔽板之间设置空隙部,也可以在该空隙部中配置用于磁心线圈8的端线处理的柔性基板。
另外由于用压力加工产生的冲压加工设置突出部,即使是薄板的磁屏蔽板,也能够期待大幅地提高刚度,磁屏蔽板9的弯曲等也不会产生。
(实施方式4)
图10(a)是本实施方式的盘驱动用电动机的俯视图,图10(b)是展开形成磁屏蔽板9和盘1的第2轴方向空隙的模式图。但是,该展开图相当于突出部9a、9c的突出部的半径方向中央部9r的部分。同图(b)中,横轴是电动机旋转方向相位τ。其中,τ的原点相位是,相对于头部扫描轨迹圆弧16,从盘的旋转中心引出的接线,即头部扫描轨迹切线17的方向。另外τ的符号,相对于原点相位向逆时针方向旋转的方向为正。
如同图(b)所示,最接近盘1的突出部9a,τ=90°相位,即以头部扫描轨迹正交线18为中心,在θa≈100°的范围内突出。另外,连续突出部9a,配置突出部9c。其中突出部9c的开角θc大致为80°,θc的中心相位为180°相位。设定θa和θc以使下式成立。
【式8】
θa+θc=180°
另外,在平坦部9b中,与盘1的轴方向间隙变得最大。
磁屏蔽板9的突出部的半径方向中央部9r,如上所述,以根据相位,与盘1的轴方向间隙不同的方式设定,但是最内周部9i由单一的环状平面部构成。即,最内周部9i,如图12(b)、(c)所示,构成与平坦部9b同一轴方向高度的平面的一部分。任一个构成,突出部9a、9c和平坦部9b的圆周方向连接部都是由光滑的R形状连接。并且,在同图(b)中,最内周部9i和突出部9a之间在半径方向陡峭地立起,但是由于在半径方向的陡峭地立起不会产生漩涡,没有问题。
以下,对本实施方式中的作用和效果进行说明。
轴方向间隙最窄的突出部9a的中心相位是,与头部扫描轨迹圆弧16的接线(头部扫描轨迹切线17)垂直相交的头部扫描轨迹垂直相交线18同一方向。因此,由突出部9a产生的动压,变为主要作为头部扫描轨迹切线17周向的力矩进行作用。其结果,包含盘1的旋转体变为受到向头部扫描轨迹切线17周向倾斜的力矩。另外,由于突出部9b的中心相位是头部扫描轨迹切线17相反180°侧的相位,由突出部9b产生的动压,作为头部扫描轨迹正交线18周向的力矩,作用于旋转体。其结果,变为包含盘1的旋转体受到向头部扫描轨迹正交线18周向倾斜的力矩。
其中,如果这样的力矩作用于盘1,包含盘1的旋转体稳定地向头部扫描轨迹切线17周向倾斜少许。并且,该力矩,通过径向轴承,推力轴承的轴承反作用力取得平衡。此时,由于轴承的刚度也提高,即使对旋转体加入干扰,也能够抑制振动。
一般,关于头部11的姿势,最重要的是倾斜角的变动,希望抑制倾斜角变动。在本实施方式中,由于扫描轨迹接线17周向的力矩以变为最大的方式设定,可以有效地抑制倾斜角变动。另外,由于以力矩对头部扫描轨迹正交线18周向起作用的方式构成,对于转动角变动也可以抑制。
通过以上的构成,可以有效地抑制盘1的振动。
并且,根据在头部11下面形成的浮动块(图中没有表示)的设计,与倾斜角度相比转动角度变动的富裕度小时,也可以将盘1和磁屏蔽板9的轴方向距离变为最小的区域,作为突出部9c。另外,也可以使突出部9a和突出部9c的高度相等。
另外,突出部9a,突出部9c的中心相位未必需要分别与头部扫描轨迹切线17接近或者平行,即使偏离20°程度也没有关系。由于即使相位角度偏离20°,此头部11观察的倾斜角度方向和转动角度方向的力矩为cos20≈0.94,几乎不受其影响。
另外,磁屏蔽板9的最内周部9i构成单一的环状平面部。因此,此内周部对于磁体23构成轴对称形状,在磁体23之间不会产生齿槽力,能够谋求更低振动化,低噪音化。
以上,在实施方式1~4的说明中说明了,由轴旋转型构成动压轴承的例子,但是如果使用流体轴承的话,全都可以应用本发明的构成。另外,关于电动机部的构成对内转子型磁回路进行可说明,但是未必局限于此。即使是将磁体外周固定在圆筒状轭部内周圆筒面上,以对着该磁体内周面的方式,配置具有放射状齿部的定子铁芯的,所谓外转子型,也可以应用本发明的构成。
另外,推力轴承和径向轴承的构成,也不局限于上述实施方式中所述的内容,例如,在轴毂的下端和轴套的上端面之间设置推力轴承的构成,或者也可以是不设置推力法兰盘,在轴毂的下端直接配置螺旋形状的动压沟的等。
并且,在上述实施方式的说明中表示了,为了使磁屏蔽板和盘之间轴方向间隙变窄,压力加工磁屏蔽板的构成,本发明并不局限于此,也可以通过例如树脂一体成形等,在磁屏蔽板上设置使盘的间隙变小的突起部。
其他,本发明不局限于上述实施方式。
本发明的盘驱动用电动机和信息记录再生装置具有,对着盘下面,具有与盘的轴方向间隙窄的区域的磁屏蔽板,在盘之间,以规定的相位方向产生高的轴方向的动压,通过使侧压作用于流体轴承,能够稳定旋转体动作。因此,作为HDD等磁气读写装置的盘驱动用电动机是有用的。另外,也可以作为光盘装置等主轴电动机应用。

Claims (13)

1、一种盘驱动用电动机,具备:
基座;
轴毂,其具有可以搭载盘的环状盘支撑面;
流体动压轴承,其自由旋转地支撑上述轴毂;
电动机部,其载置于上述基座上,具有比上述盘支撑面的外径大的外径,对上述轴毂提供旋转力;和
磁屏蔽板,其在上述盘搭载到上述盘支撑面时形成,配置在上述盘和上述电动机部之间的轴方向空隙部中,
上述磁屏蔽板,相对于上述盘支撑面倾斜地固定,以使在上述盘旋转时,由上述轴方向空隙部中的气流所产生的压力随圆周方向的位置而不同。
2、一种信息记录再生装置,具备:
权利要求1所述的盘驱动用电动机;和
头部,其面对着盘而配置,对上述盘上扫描存储或者再生信息。
3、根据权利要求2所述的信息记录再生装置,其特征在于,
上述磁屏蔽板相对于上述盘支撑面倾斜,以使在上述磁屏蔽板和上述盘之间的轴方向的空隙部中,上述头部不扫描的区域的轴方向的距离比上述头部扫描的区域的轴方向的距离小。
4、根据权利要求2或3所述的信息记录再生装置,其特征在于,
上述磁屏蔽板倾斜,以使在上述磁屏蔽板和上述盘之间的上述轴方向的空隙部中,对于上述头部的扫描轨迹圆弧,在朝着从上述盘的旋转中心引出的切线几乎正交的方向,轴方向的距离变小。
5、一种盘驱动用电动机,具备:
基座;
轴毂,其具有可以搭载盘的环状盘支撑面;
流体动压轴承,其自由旋转地支撑上述轴毂;
电动机部,其载置于上述基座上,具有比上述盘支撑面的外径大的外径,对上述轴毂提供旋转力;和
磁屏蔽板,其在上述盘搭载到上述盘支撑面上时形成,配置在上述盘和上述电动机部之间的第1轴方向空隙部中,
上述磁屏蔽板和上述盘之间的第2轴方向空隙部的上述磁屏蔽板侧包含至少二个平面部,该至少二个平面部,在上述电动机部旋转时由上述磁屏蔽板与上述盘之间的气流所产生的压力随圆周方向的位置而不同,相对于上述盘支撑面在其轴方向的高度或倾斜方向不同,且在圆周方向平滑地连接。
6、根据权利要求5所述的盘驱动用电动机,其特征在于,
上述第2轴方向空隙部的上述磁屏蔽板侧包含相互轴方向高度不同且根据角部R的形状在圆周方向上平滑地连接的台阶部。
7、根据权利要求6所述的盘驱动用电动机,其特征在于,
在上述第2轴方向空隙部的上述磁屏蔽板侧,设轴方向上位于靠近上述盘支撑面一侧的正曲率的角部R的半径为R1,轴方向上位于远离上述盘支撑面一侧的负曲率的角部R的半径为R2时,满足R1>R2的关系。
8、根据权利要求5~7中的任一项所述的盘驱动用电动机,其特征在于,
上述磁屏蔽板的最内周部由单一的环状平面部构成。
9、根据权利要求5~7中的任一项所述的盘驱动用电动机,其特征在于,
上述第2轴方向空隙部中,在轴方向厚度小的区域具有87度以上248度以下的倾斜。
10、一种信息记录再生装置,具备:
权利要求5~7中的任一项所述的盘驱动用电动机;和
头部,其面对着盘而配置,对上述盘扫描并存储或者再生信息。
11、根据权利要求10所述的信息记录再生装置,其特征在于,
在上述第2轴方向的空隙部中,上述头部不扫描的区域的轴方向的厚度比上述头部扫描的区域轴方向的厚度小。
12、根据权利要求10所述的信息记录再生装置,其特征在于,
在上述第2轴方向空隙部的上述磁屏蔽板侧,对于上述头部的扫描轨迹圆弧,在与上述盘的旋转中心引出的切线几乎正交的方向上的轴方向厚度最小。
13、根据权利要求10所述的信息记录再生装置,其特征在于,
在上述第2轴方向空隙部的上述磁屏蔽板侧,与上述头部经圆弧状扫描轨迹部分的在上述第2轴方向空隙部的轴方向厚度相比,从上述盘的旋转中心看去,经上述扫描轨迹部分的大致相反方向位置中的上述第2轴方向空隙部的轴方向厚度小。
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