JP2000076779A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

磁気ディスク装置

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Masaru Muranishi
勝 村西
Kenji Tomita
謙二 富田
Kouki Uefune
貢記 上船
Shozo Saegusa
省三 三枝
Yuichi Yanase
裕一 柳瀬
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ノートタイプのパーソナルコンピュータ等に用
いられる磁気ディスク装置は記録の高密度化や高速性、
高回転精度の他に耐衝撃性が要求され、これに対応でき
るものがなかった。 【課題を解決するための手段】本発明は、回転中にスピ
ンドルモータに作用する流体力による軸方向の力と、こ
の流体力の変動を軽減するため、ハブに軸方向に貫通す
る孔を設けて軽減して軸方向の回転精度の向上を図って
いる。また、軸受装置からの油漏れに対しては、軸受の
潤滑流体として磁性流体を用いて軸受装置内に配置した
永久磁石によって磁性流体を磁化して油漏れを防止して
いる。さらに、油粒子の飛散に対しては、軸受装置の開
講部に動圧発生用の溝を設けて油粒子を軸受装置外に出
さないようにしてる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
に係り、特に精密、高速回転に好適な動圧すべり軸受装
置を用いた磁気ディスク装置に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気ディスク装置は、パーソナルコンピ
ュータの著しい普及に伴い、記録の高密度、大容量化及
び装置の小型、高速化が進められている。これに用いら
れる磁気ディスク装置は、益々、高速ないしは高精度回
転化が要求されている。従来、磁気ディスクドライブ用
のモータには、ボールベアリングが用いられ、ボールベ
アリングの加工精度や、潤滑等の改善によって回転精度
が高められてきた。
【0003】このボールベアリングは加工精度の向上に
限界があること、転道面の摩耗による回転精度の劣化が
さけられないこと、さらに、装置の小型化に対応するす
るために小径のボールベアリングを用いるとモータの組
立時に内外輪の変形が生じ易い等により記録の高密度化
に限界がある。このため、最近磁気ディスク装置の記録
の高密度化に対しては、特開平5−336697号公報
にボールベアリングに代わる軸受として動圧すべり軸受
を取り上げ、これを搭載したモータが開示されている。
また、動圧すべり軸受を搭載したモータでは軸受部から
の油漏れや、油粒子の飛散の問題があり、特開平8−3
10830号公報には動圧すべり軸受装置のシール構造
が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した磁気ディスク
装置は、デスクトップタイプやノートタイプのパーソナ
ルコンピュータの記憶装置として使用される。従って、
高速性や回転精度の他に取扱性や、机上や持ち運び中に
落下して磁気ディスク装置としての機能が損なわれない
よう耐衝撃性が必要とされている。耐衝撃性に対して
は、磁気ディスク装置に500Gから1000Gといった
大きな衝撃を与えると、磁気ディスク装置の構成部品の
強度劣化や寸法精度が変化する。さらに、動圧すべり軸
受装置を搭載した磁気ディスク装置においては、軸受装
置からの油飛散等が起こり、機能が損なわれることがあ
る。
【0005】特開平8−310830号公報には、軸受
装置の油漏れ対策として、軸受装置のシールに関する構
成が開示されているが、磁気ディスク装置の構造を含め
た油による汚染に対しては配慮されていない。また、特
開平5−336697号公報には、回転精度を増すため
に動圧軸受を用いる構成が開示されている。しかし、ス
ピンドルモータを磁気ディスク装置に組み込んで回転さ
せると、磁気デスクドライブ用スピンドルモータには、
回転によって軸方向に流体力が作用する。この磁気ディ
スクドライブ用スピンドルモータに作用する流体力は、
磁気ディスク等の回転部と静止部との間の空気の流れに
よって発生するもので、空気の流れは一様にはならない
ので流体力は変動し、軸方向の回転精度が損なわれるこ
とがある。
【0006】従って、磁気ディスク装置の記録の高密度
化に対してはスピンドルモータに作用する軸方向の流体
力を軽減する必要がある。公知の磁気ディスクドライブ
用スピンドルモータにおいては磁気吸引力によって軸方
向の位置決めはしているものの、磁気デスクの回転によ
り発生する流体力や流体力の変動に対しては配慮がなさ
れていない。
【0007】本発明の目的は、従来技術の欠点を解消す
るため、軸受装置からの油漏れ及び油粒子の飛散による
磁気ディスクへの汚染防止と、磁気デスクの回転によっ
て発生する流体力及びこの流体力の変動を吸収できる信
頼性の高い磁気ディスク装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明においては、磁気
ディスクを搭載したハブの内側にモータ駆動部と動圧す
べり軸受を用いた磁性流体軸受構造とし、ハブに軸方向
に貫通する空気循環用の通路を設けて、回転中スピンド
ルモータに作用する軸方向の流体力による力とこの流体
力の変動を軽減して、軸方向の回転精度の向上を図って
いる。また、軸受装置からの油漏れ防止に対しては、軸
受の潤滑流体として磁性流体を用いて軸受装置内に配置
した永久磁石によって磁性流体を磁化する構成とした。
【0009】さらに、油粒子の飛散に対しては、軸受装
置の開口部ないしは軸受装置の開口部に対向するハブの
面に、動圧発生用のらせん溝を設けて油粒子を軸受装置
外に出さないようにしてる。磁気ディスク装置に衝撃力
が作用して磁性流体が軸受装置外に漏れた場合も、漏れ
た磁性流体は、ハブの回転を利用してらせん溝に沿って
軸受装置内に回収するようにしている。
【0010】さらに、ハブと回転軸の結合部近傍のハブ
にリング状の凹部を設けて、磁気ディスク装置に衝撃力
が作用し、磁性流体が軸受装置から飛び出した時この凹
部に保油させることによって磁性流体の飛散を防止して
いる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施例について説明する。図1は、本発明の一実施例を示
す磁気ディスク装置の縦断面図である。図2及び図3に
ハブに設けた空気循環用の通路部に設けたフィルタ構造
を示す。図4及び図5に軸受ケースの上部端面部に設け
たらせん溝の形状を示す。図6にシールリング内周に設
けたらせん溝を示す。
【0012】図1において、磁気ディスク装置の筐体2
4は、ケーシング15とケーシングカバー20から構成
している。この図では前記の部分は一部省略して示して
ある。この筐体24内には、磁気ディスク13の駆動用
モータ(スピンドルモータ)25が配置されている。こ
の駆動用モータ25は、カップ形状のハブ11の内周に
設けられた多極着磁の永久磁石10と、ケーシング15
側に設けられた磁界発生用の電機子巻線9と電機子鉄心
8とから構成されてる。すなわち、電機子鉄心8はケー
シング15の凸出部に勘合されている。
【0013】軸受装置は、軸受ケース6の開口部側(図
の上側)から、シールリング7と、動圧ラジアル軸受2
と、動圧軸受間に設けた永久磁石3と、ストッパーリン
グ16と、スラスト軸受5が回転軸1に沿って配置して
ある。また、回転軸1とラジアル軸受2及びスラスト軸
受6との間に潤滑用の磁性流体4を封入してある。
【0014】この軸受ケース6の開口端部には、図4又
は図5に示すような形状のらせん溝17を設けている。
このらせん溝17は、後述するように、磁性流体4が軸
受ケース6の端面とハブ11の面で構成される部分に漏
れた場合、磁性流体4がモータ25の方に飛散しないよ
うに、回転軸1の回転に伴って発生する負圧を利用して
シーリング7内に戻すためのものである。
【0015】また、シールリング7には、図6に示すよ
うに、その内周面にらせん溝21を設けている。シール
リング7に設けたらせん溝21も、軸受側に磁性流体6
を引き戻すためのものである。
【0016】ハブ11に圧着された回転軸1は、軸受ケ
ース6に磁性流体4を保持するために配置した永久磁石
3の両端に設けた動圧ラジアル軸受2によって回転自在
に支持している。また、回転軸1の先端の球面部をスラ
スト軸受5で受けて軸方向の荷重を支持している。ま
た、磁気ディスククランパ18がボルト19によって回
転軸及びハブに固定されている。さらに、回転軸1に設
けた溝26の部分にスラスト軸受5とラジアル軸受2の
間に挟み込んだストッパーリング16を配置することに
よって、回転軸1が軸方向に抜けない構成としている。
また、ハブ11には、モータ25側とケーシングカバー
20側に貫通する空気循環用の通路12(孔)を設けた。
【0017】ハブ11の外周には、複数枚の磁気ディス
ク13がスペーサ14で所定の間隔を開けて取付けら
れ、その最上部は磁気ディスククランパ18によって固
定されている。
【0018】図7に従来構造の磁気ディスク装置の断面
図を示す。
【0019】磁気ディスク13を回転させると、ハブ1
1に孔12を設けていない従来の構造では、図に示すよ
うにケーシングカバー20とハブ11との隙間は1mm前
後と狭く、矢印Aのような空気の流れになる。そのた
め、ハブ11の中心と磁気ディスク13の外周側で圧力
差が生じて、ハブ11がケーシングカバー20側に引き
つけられる力が発生する。モータ25が位置するハブ1
1の内側では、矢印Cから矢印Bの方向に空気が流れ、軸
受ケース6と永久磁石10の間で同様に差圧が生じる
が、ケーシングカバー20側とは径の差の違いでハブ1
1をモータ25側に引き付ける力が小さいため、結果的
にはハブ11はケーシングカバー20側に引きつけられ
る力が働く。
【0020】さらに、ケーシングカバー20側の空気の
乱れは、磁気ディスク13や磁気ディスククランパー1
8によって生じる。これが、図示の矢印Dに示す軸方向
の変動荷重として作用する。一方、ハブ11は永久磁石
10と電機子鉄心8との間で作用する磁気吸引力(約100
grf)によってスラスト力を与えている。しかし、上記し
たケーシングカバー20側の差圧によって働く力が逆方
向になるので、スラスト軸受5に作用する軸受荷重は静
止時のスラスト荷重よりも小さくなる。
【0021】従って、上記した磁気吸引力が、高々100g
rf程度なのでこの磁気ディスク13の回転によって発生
する軸方向の荷重が、上記した磁気吸引力に近づくとケ
ーシングカバー20側の空気の乱れによる軸方向の振動
変位が大きくなる。この空気の乱れによる振動変位は回
転数に関係しない非同期成分の振動で、この非同期振動
は磁気ディスク装置の制御系ではコントロールできない
ため、非同期成分の振動が大きいと磁気ディスク13の
記録密度を高めることができなくなる。
【0022】本発明では、このハブ11に作用する軸方
向荷重を永久磁石10と電機子鉄心8との間で作用する
磁気吸引力を維持し、かつ空気の乱れによる変動荷重を
軽減させるために図1に示した孔12をハブ11に設け
てモータ25側とケーシングカバー20側との圧力バラ
ンスをさせている。この孔12をハブ11に設けると空
気の流れは図の矢印方向になるので、モータ25側の冷
却にも効果がある。モータ側の冷却を高めることは、軸
受装置の冷却になるので軸受装置に封入した磁性流体の
蒸発を抑制できるので、磁気ディスク装置の長寿命化と
信頼性の向上が図れる。
【0023】また、本発明では、モータ25側とケーシ
ングカバー20側に貫通する空気循環用の通路12(孔)
を設けて、図1の矢印で示すような空気の流れを作って
いる。従って、空気循環用の通路12(孔)を従来のポ
ールベアリングを用いたスピンドルモータ搭載の磁気デ
ィスク装置に適用しても、空気の乱れによる変動荷重を
軽減できるので、図1のすべり軸受の場合と同様の作用
効果が得られる。
【0024】本発明の磁気ディスク装置では、ハブ11
は軸受の内径が三円弧形状の動圧ラジアル軸受2、また
はへリングボーンタイプの動圧軸受2を用いて回転自在
に支持して高精度の回転が維持できるようにしている。
しかし、前述のようにモータ25側には、図1に示した
矢印方向に空気の流れが生じる。このため軸受装置に封
入した磁性流体4が蒸発等によって油粒子が発生する
と、前記空気の流れに沿って、磁気ディスク13側に油
粒子が出て磁気ディスク13を汚染することになる。
【0025】この汚染は、図2に示すように孔12の部
分にふっ素樹脂製のフィルター、または繊維にふっ素樹
脂をコーティングしたフィルター27を用いて防止する
ことができる。このふっ素樹脂または繊維にふっ素樹脂
をコーティングしたフィルター27は、空気は通過する
が、液体を通さない機能があり本発明の目的にかなった
効果を発揮することができる。フィルター27は、図3
のように孔12に対してリング形状として設けてもよ
い。また、本発明ではハブ11に軸方向に貫通する空気
循環用の通路12を設け、図1に示した矢印方向に空気
の流れが生じるようにしているため、フィルター27は
軸受装置やモータ部の塵埃を遮蔽するので磁気ディスク
13の塵埃による損傷も防止できる利点がある。
【0026】すべり軸受装置においては、軸受装置に封
入した潤滑油の蒸発による油粒子の発生が避けられない
ので、長期間使用すると軸受装置に封入した潤滑用の磁
性流体4が減少する。磁性流体4が減少すると、軸受の
動圧作用が損なわれ油不足振動の発生につながり、回転
精度が得られなくなる。
【0027】本発明では油粒子の飛散による磁性流体4
の減少を防止するために、図4、図5、図6に示すよう
に、軸受ケース6の端面とシールリング7の内周面に動
圧発生用のらせん溝17及び21を設けた構造とした。
すなわち、軸受ケース6の端面に動圧発生用のらせん溝
17がない場合は、ハブ11が回転することによってモ
ータ25が配置されたハブ11の内側では、空気の旋回
流れを起こすと共に、図7に示すように矢印Cから矢印B
の方向に空気が流れ、軸1と永久磁石10の間で差圧が
生じる。従って、軸受ケース6の端面部の空気が旋回流
れとなる。軸受ケース6内で蒸発等によって発生した油
粒子が、この旋回流れの中に混入してモータ25側に飛
散する。
【0028】本発明では、軸受ケース6の端面に軸1の
回転方向に対して同じ方向に収束するように動圧発生用
のらせん溝17を設けてある。前記の旋回流れが前記ら
せん溝17に沿って(図4、図5の矢印方向)流れを持
つように作用させ、シールリング7側に油粒子を引き戻
している。このようにすることによって、軸受ユニット
6内で蒸発等によって発生した油粒子がモータ25側に
飛散しないようにしている。
【0029】また、動圧発生作用を高めるために、軸受
ケース6の端面とハブ11とで構成されるすきまを0.
1mm〜0.3mmといつた狭い隙間に設定している。同様
に、シールリング7の内周面と軸1とで構成されるすき
まは10μm〜30μmに設定して、らせん溝21部の空
気の旋回流れを図の矢印方向に持たせて、油粒子やシー
ルリング7部に付着した磁性流体4をラジアル軸受2の
方に効果的に引き戻すようにしている。
【0030】この軸受ケース6の端面に設けた動圧発生
用の溝17は、軸受ケース6の端面と対向するハブ11
の面に同様の動圧発生用の溝17を設けても同じ効果が
発揮できる。すなわち、回転中軸受装置の開口部では空
気の流れをラジアル軸受2側に導き、モータ25の部分
では図1に示した矢印方向に空気が流れるように構成し
ているので軸受装置から出る油粒子の飛散が防止でき
る。
【0031】本発明による磁気ディスク装置では、軸方
向に衝撃が作用するとストッパーリング16によって軸
1が抜け出ないようにしている。しかし、軸受装置に封
入した磁性流体4が、永久磁石3の磁気吸引力による保
持力に打ち勝つことができず、軸受ケース6の端面部に
飛び出ることがある。磁性流体4が飛び出た場合も、シ
ールリング7と軸1との隙間および軸受ケース6とハブ
11との隙間を上記のように狭く設定しているので、シ
ールリング7の端面部に出る程度に押さえることができ
る。
【0032】図8に他の実施例を示す。
【0033】図8に示した実施例では、ハブ11と軸1
の圧着部に磁性流体4を保油するためのリング状の凹部
23を設けている。リング状の凹部23を設けない場合
は、ハブ11が回転すると、磁性流体4に遠心力が作用
して飛散する。本発明では軸方向に衝撃力が作用して飛
び出た磁性流体4がリング状の凹部23に保油され、ハ
ブ11が回転すると磁性流体4は、上記した軸受ケース
6とシールリング7に設けたらせん溝の作用によって油
粒子の飛散防止や磁性流体4を軸受装置内に回収するこ
とができ、磁気ディスク13への油粒子による汚染を防
止できる。
【0034】
【発明の効果】本発明による磁気ディスク装置において
は、磁気ディスクを搭載したハブに軸方向に貫通する空
気循環用の通路を設けているので、ハブに作用する軸方
向の流体力とこの流体力の変動が抑制でき、軸方向の回
転精度を高めることができるので磁気ディスク装置の高
密度化が図かれる。また、軸受装置開後部に動圧発生用
の溝やハブと軸との圧着部にリング状の凹部を設けてい
るので、回転中や磁気ディスク装置に衝撃力が作用して
も軸受装置内に封入した磁性流体の漏れや油粒子の飛散
防止ができ、磁気ディスクの汚染防止と精密回転の維持
および長寿命化が図れ、信頼性の高い高記録密度の磁気
ディスク装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気ディスク装置の部分縦断面図。
【図2】本発明の空気循環用の通路のフィルター構造を
示す部分縦断面図。
【図3】本発明の空気循環用の通路のフィルター構造を
示す部分縦断面図。
【図4】本発明の軸受装置開口部に設けた動圧発生用の
溝形状を示す説明図。
【図5】本発明の軸受装置開口部に設けた動圧発生用の
溝形状を示す説明図。
【図6】本発明のシールリングの縦断面図。
【図7】従来の磁気ディスク装置の部分縦断面図。
【図8】本発明の他の実施例の磁気ディスク装置の部分
縦断面図。
【符号の説明】
1…軸、2…ラジアル軸受、3…永久磁石、4…磁性流
体、5…スラスト軸受、7…らせん溝、11…ハブ、1
2…孔、24…筐体、25…モータ、27…フィルタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 謙二 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 上船 貢記 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 三枝 省三 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 柳瀬 裕一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 3J011 AA07 BA04 BA10 CA02 CA05 JA03 KA02 KA03 MA03 MA27 QA05 SA01 SC04 5D091 AA08 HH17 HH20 5D109 BA25 BA31 BB01 BB11 BB12 BB17 BB18 BB21 BB23 BB31 BC11 BC15

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】情報が記録・再生される磁気ディスクと、
    ケーシングおよびケーシングカバーからなる筐体と、前
    記筐体内に前記磁気ディスクを駆動するスピンドルモー
    タを備えた磁気ディスク装置において、 前記スピンドルモータは、軸受装置によって回転自在に
    支持された回転軸と、モータおよび軸受装置を囲むカッ
    プ形状の磁気ディスクを搭載したハブとを備え、前記ハ
    ブにモータ側とケーシングカバー側に連通する軸方向の
    空気循環用の通路を設けたことを特徴とする磁気ディス
    ク装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記空気循環用の通路
    にふっ素樹脂製のフィルターないしは繊維にふっ素樹脂
    コーティングしたフィルターを配置したことを特徴とす
    る磁気ディスク装置。
  3. 【請求項3】請求項1及び請求項2において、前記軸受
    装置が、開口部側から前記回転軸に沿ってシールリン
    グ、ラジアル軸受、永久磁石、ラジアル軸受及びスラス
    ト軸受の部材を配置し、前記ラジアル軸受が動圧すべり
    軸受であって、軸受の潤滑剤に磁性流体を用いたことを
    特徴とする磁気ディスク装置。
  4. 【請求項4】情報が記録・再生される磁気ディスクと、
    ケーシングおよびケーシングカバーからなる筐体と、前
    記筐体内に前記磁気ディスクを駆動するスピンドルモー
    タを備えた磁気ディスク装置において、 前記スピンドルモータの回転軸にモータおよび軸受装置
    を囲むカップ形状の磁気ディスクを搭載したハブを固着
    し、前記軸受装置の開口部又は前記軸受装置の開口部に
    対向したハブの面のいずれかにらせん溝を設けたことを
    特徴とする磁気ディスク装置。
  5. 【請求項5】情報が記録・再生される磁気ディスクと、
    ケーシングおよびケーシングカバーからなる筐体と、前
    記筐体内に前記磁気ディスクを駆動するスピンドルモー
    タを備えた磁気ディスク装置において、 前記スピンドルモータの回転軸にモータおよび軸受装置
    を囲むカップ形状の磁気ディスクを搭載したハブを固着
    し、前記軸受装置の開口部にらせん溝を設けると共に軸
    受装置の開口部に対向したハブの面にリング状の凹部を
    設けたことを特徴とする磁気ディスク装置。
  6. 【請求項6】情報が記録・再生される磁気ディスクと、
    ケーシングおよびケーシングカバーからなる筐体と、前
    記筐体内に前記磁気ディスクを駆動するスピンドルモー
    タを備えた磁気ディスク装置において、 前記スピンドルモータの軸受装置によって回転自在に支
    持された回転軸にモータおよび軸受装置を囲むカップ形
    状の磁気ディスクを搭載したハブを固着し、前記軸受装
    置の開口部側に設けたシールリングの内周面にらせん溝
    を設けたことを特徴とする磁気ディスク装置。
  7. 【請求項7】情報が記録・再生される磁気ディスクと、
    ケーシングおよびケーシングカバーからなる筐体と、前
    記筐体内に前記磁気ディスクを駆動するスピンドルモー
    タを備えた磁気ディスク装置において、 前記スピンドルモータの軸受装置によって回転自在に支
    持された回転軸にモータおよび軸受装置を囲むカップ形
    状の磁気ディスクを搭載したハブを固着し、前記ハブに
    モータ側とケーシングカバー側に連通する軸方向の空気
    循環用の通路を設け、前記軸受装置の開口部又は前記軸
    受装置の開口部に対向したハブの内面のいずれか一方に
    らせん溝を設けたことを特徴とする磁気ディスク装置。
  8. 【請求項8】情報が記録・再生される磁気ディスクと、
    ケーシングおよびケーシングカバーからなる筐体と、前
    記筐体内に前記磁気ディスクを駆動するスピンドルモー
    タを備えた磁気ディスク装置において、 前記スピンドルモータの軸受装置によって回転自在に支
    持された回転軸にモータおよび軸受装置を囲むカップ形
    状の磁気ディスクを搭載したハブを固着し、前記ハブに
    モータ側とケーシングカバー側に連通する軸方向の空気
    循環用の通路を設け、前記回転軸を支持する軸受装置の
    開口部側から前記回転軸に沿ってシールリング、ラジア
    ル軸受、永久磁石、ラジアル軸受及びスラスト軸受の部
    材を配置し、前記ラジアル軸受を動圧すべり軸受とし、
    前記軸受の潤滑剤として磁性流体を用い、前記シールリ
    ングの内周面にらせん溝を設けたことを特徴とする磁気
    ディスク装置。
  9. 【請求項9】情報が記録・再生される磁気ディスクと、
    ケーシングおよびケーシングカバーからなる筐体と、前
    記筐体内に前記磁気ディスクを駆動するスピンドルモー
    タを備えた磁気ディスク装置において、 前記スピンドルモータの軸受装置によって回転自在に支
    持された回転軸にモータおよび軸受装置を囲むカップ形
    状の磁気ディスクを搭載したハブを固着し、前記ハブに
    モータ側とケーシングカバー側に連通する軸方向の空気
    循環用の通路を設け、前記空気循環用の通路にふっ素樹
    脂繊維製のフィルター又は繊維にふっ素樹脂コーティン
    グしたフィルターを設け、前記軸受装置の開口部又は軸
    受装置の開口部に対向する前記ハブの内面にらせん溝を
    たことを特徴とする磁気ディスク装置。
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