JP2003079119A - 磁気ディスク装置 - Google Patents
磁気ディスク装置Info
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- JP2003079119A JP2003079119A JP2002164562A JP2002164562A JP2003079119A JP 2003079119 A JP2003079119 A JP 2003079119A JP 2002164562 A JP2002164562 A JP 2002164562A JP 2002164562 A JP2002164562 A JP 2002164562A JP 2003079119 A JP2003079119 A JP 2003079119A
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- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
Abstract
スと、ベースに固定されたシャフトと、シャフトを回転
軸にして回転するロータと、ロータを回転させるステー
タと、ロータに固定されている磁気ディスクを備えた磁
気ディスク装置であって、ステータをベースに対向する
カバーに配置、接着するようにする。ステータは多少変
形してもコイルが切れない限り磁力発生源の機能を果た
すので、筐体と接着して一体化することで、強度が向上
できている。
Description
関する。
容量化、小型化に対する要求があり、現状製品レベルで
は平面外形1.0インチの磁気ディスク装置が製品化さ
れている。
ハブ・モータとアンダーハブ・モータがある。このイン
ハブ・モータは、ディスクを積層するスピンドルの中心
ハブの内部に、ロータ、ステータなどの磁気回路を構成
しているモータのことであり、現在最も広く利用されて
いる。また、アンダーハブ・モータは、ディスクをスタ
ックするハブ部よりベース寄りにロータ/ステータの磁
気回路を構成するもののことである。
ブ構造の一例に、特開平6-68592号公報に記載された構
造がある。
この構造は、軸固定型のインハブ・モータを採用してい
るので、ベースに固定されたシャフトに軸受−ベアリン
グ−軸受を介してハブが配置され、ハブの内側にロータ
を構成する磁石が配置され、ベースにステータが配置さ
れている。
ディスクドライブ構造としては、特開平7-182771号公報
がある。
軸固定型のアンダーハブ・モータを採用しているので、
ベースに固定された固定シャフトに軸受−ベアリング−
軸受を介してハブが配置され、ハブの下側にロータを構
成する磁石が配置され、ベースにステータが配置されて
いる。
スク装置に需要が出てきている。基本的に個々の構成部
品を薄くすれば全体も薄くできるが、部品の中には単純
には薄くできないものもある。その一つは筐体である。
ハブの回転する中心軸となるため、シャフト近辺のベー
スはシャフトに掛かる大きな力に耐えるために、一定の
厚みが必要なる。また、ハブの回転による力に負けない
質量も必要になる。
は、シャフトから遠くに設けることが好ましく、また、
シャフトに近いほど、凹部の面積も小さくすることが好
ましい。
うようにステータが形成されているので、ステータの位
置をベース側に下げることにより薄型化を図ろうとする
と、シャフトを中心に円状又は環状に凹部をベースに形
成せざるをえない。従って、従来技術は筐体の耐久性を
考慮しつつ、筐体を薄くすることに関しては何ら考慮さ
れていなかった。
に搭載することしか記載されておらず、ステータと他の
部材との配置、特にベースに対向する筐体部材との関係
については何ら考慮されておらず、さらに筐体自体の強
度の変化については何ら考慮されていない。
向上させつつ、磁気ディスク装置を薄くすることにあ
る。
ドルモータと蓄電器がある。
転を停止する前に磁気ディスク表面上にある磁気ヘッド
を磁気ディスク表面上から退避させる必要がある。通常
動作でこれを行うときは外部電源を用いるが、突発的な
電源切断があった場合に、外部電源を用いることはでき
ない。
ド移動用のモータ(VCM)に接続された内部電源が必
要であり、一般的には蓄電器がその役目を担う。この蓄
電器には必要な逐電容量から大容量の大型の蓄電器を選
択せざるを得ない。
配線抵抗による性能低下や実装面積が増加するなどの問
題があり、具体的な解決さを考慮されていない。
の低下を抑えると共に蓄電器搭載面積も減らし、磁気デ
ィスク装置を薄くするとともに、小型化することにあ
る。
ては、筐体の少なくとも一つの面を構成するベースと、
ベースに固定されたシャフトと、シャフトを回転軸にし
て回転するロータと、ロータを回転させるステータと、
磁気ディスクを備え、ステータをベースに対向する面に
配置しているものがある。本態様では、ベースにステー
タを配置せずに、ベースに対向する面に配置しているの
で、シャフトから遠い領域を削ればよく、シャフト近辺
のベースに必要な厚みを確保できている。つまり、本態
様の構造を採用することにより筐体の耐久性の低下を抑
えつつ、磁気ディスク装置を薄くすることができる。
性金属板と、軟磁性金属板の両面に配置されている配線
と、軟磁性金属板の両面に配置されている配線を導通さ
せるスルーホールとを備え、配線及びスルーホールをら
せん状に構成してコイルを形成する。このように構成す
ることにより、基板加工のプロセスをそのまま利用する
ことができるようになるので、ステータを薄くすること
ができる。また、電子回路基板の製造プロセス(フ゜リント
基板製造技術)を採用していることより、電子基板もス
テータコアと同一材料で形成可能になる。また、同一材
料で形成するならば、一括形成が可能になるので、筐体
の耐久性の低下を抑えつつ、磁気ディスク装置を薄くす
ることができる。
装置の構造について図を用いて説明する。
置決め機構、磁気ディスク、アルミ製の筐体(カバー及
びベース)、コネクタ、ステータ、ロータ部およびステ
ータ部で構成されている。外形寸法はコンパクトフラッ
シュ(登録商標)メモリtype1と同一サイズ(43
mm×36mm×3.3mm)である。
をはずした場合の上面図を図1に示す。なお、実際の磁
気ディスク装置としては、上面のカバーに接着剤でステ
ータを含む基板を接着し、ネジで固定する。
メタルコア配線基板100で、そのメタルコア配線基板
100には主に2つの穴が形成されている。これらの穴は
磁気ヘッド位置決め機構110、磁気ディスク回転中心
シャフト120に対応している。磁気ヘッド位置決め機
構110には、磁気ヘッドを搭載したアーム111等の
磁気ヘッド位置決め機構が配置され、穴120にはロー
タ磁石(永久磁石)121や配線基板の下方に磁気ディ
スク122が配置されている。メタルコア配線基板10
0の穴以外の領域にはステータコイル101と配線が形
成されている、なお、102は筐体103に固定するね
じ孔である。
用いて本発明の磁気ディスク装置構造の一部を説明す
る。磁気ヘッド位置決め機構110はベアリング113
を介して、固定シャフト112に回転可動に取り付けら
れている。磁気ヘッド位置決め機構110には、磁気ヘ
ッド117の位置決め用ボイスコイルモータ(VCM)
のコイルアセンブリ114と磁気ヘッド117を搭載し
たヘッド・アームアセンブリ111が取り付けられてい
る。コイルアッセンブリ114は磁石115とヨーク1
16の間に設置される。磁気ヘッド位置決め機構のVC
Mは110から116の部材により構成されている。筐
体103と対向する側の磁気ディスク装置内部機構保護
カバー104により行われている。
いて本発明の磁気ディスク装置構造の一部を説明する。
磁気ディスクの回転中心となる磁気ディスク回転中心シ
ャフト120にはロータ磁石121及び磁気ディスク1
22が取り付けられ、可動回転軸123を介して筐体1
03に固定されたベアリング軸受け124に取り付けら
れている。なお、ハブとは磁気ディスクに回転を伝える
部材120,121,123及び124の総称である。
との電気信号を送受するために複数の信号ピンが形成さ
れたコネクタ105が配置されている。コネクタの筐体
内側には封止樹脂が塗布され、塗布後加熱硬化されてコ
ネクタに形成されている貫通孔を塞いでいる。これは外
部から進入する塵が磁気ディスク表面に付着しないよう
にすることが目的である、また、メタルコア配線基板に
は磁気シールド薄板106が搭載される。
なるシャフトの遠心方向であって、磁気ディスクに重畳
するカバーの内側にはステータが接着される。
を積層してコアとしたメタルコア配線基板100が筐体
上部のカバーに接着されるので実質上、筐体の上面ほぼ
部材となっている。そのため、筐体上面の強度を向上さ
せることができるとともに、磁気ディスク装置全体も耐
衝撃性が向上し、装置全体を薄くすることができてい
る。
べて衝撃に強いステータのコアに用いているので、磁気
ディスク装置全体も衝撃に対する耐久性を向上させなが
ら、薄い小型磁気ディスク装置に実現できている。
するために複数の信号ピンが形成されたコネクタが配置
され、そのコネクタの筐体内側には外部から進入する塵
が磁気ディスク表面に付着しないように熱硬化性の封止
樹脂が塗布され、塗布後加熱硬化されることにより形成
された端子ピンと物理的電気的結合をとるための貫通孔
が塞がれている。
用いてステータとロータ磁石との関係を説明する。
16極に分割して磁化されている環状のロータ磁石(永
久磁石)121の外側には、ラジアルギャップを介しス
テータ磁極(鉄心片)先端部107が配置されている。
ステータ磁極108は環状永久磁石の極数の1.5倍で
ある24極であり、ステータ磁極先端部107とロータ
磁石121との間の磁力によりロータは回転する。
体をコアとし、ステータ磁極108の周囲には、絶縁膜
を介して配線及びスルーホールが巻き線状に結線された
コイルが配置されている。このステータコイルへの電流
を制御することでロータ磁石に対する磁界を制御し、ロ
ータ部を回転させるトルクを発生する。図4は、配線基
板の製造方法で形成したコイルを示す。有機絶縁材料1
31により珪素鉄コアからなるステータ磁極108から
絶縁し、その上に銅製の金属薄板をエッチングすること
により多数の短冊状に配線形成する。この配線層132
がステータコイルの一部になる。
いてステータ磁極用コイルについて説明する。本態様で
は、ステータコアが4層、配線層がステータコア層の上
下各2層の4層である。ステータ磁極の周囲は有機絶縁
材料131に覆われている。この有機絶縁材料部分を表
裏貫通する1個1個のスルーホールをあけてその後内側
にメッキによる導通処理を行い、表裏導通配線133を
形成する。これを二重の螺旋になるように表裏4本の配
線層132、134で接続した上で、図4のステータ磁
極の中心軸E1−E2方向に接続していくことで、ステ
ータコイルとなる。配線層を表裏1組としたときは一重
の螺旋となる。
り、ステータ磁極の構造を詳細に説明する。ステータ磁
極はコイル形成部とコイルが形成されていないステータ
磁極先端部107を有する。ステータ磁極のコア部であ
るステータ磁極先端部107は3層の接着絶縁層109
と4層の軟磁性金属板であるステータ磁極108とが交
互に積層される計7層のコアから構成される。コイル形
成部は二重巻きしたコイルを構成するため、ステータ磁
極の軟磁性金属板コア層の表裏に配線層132、134
と接着絶縁材料131で表裏4層ずつ形成されたコイル
層とで構成されている。ステータ磁極先端部107のロ
ータ永久磁石121側の端面は珪素コア材を保護するた
めの有機絶縁層109で表面が覆われている。
プを介して配置された磁気ディスクとロータを含む回転
体を一定の回転数で回転させるのにスピンドルモータが
必要とする電流値によりその最小値が決まる。
を24、ステータの硅素鉄は0.1mm厚さを4枚、コ
イル部分の金属配線層厚さ40mm、絶縁層35mmとし
てステータ厚さが0.7mm、ステータコイル線幅を1
50mm、線間隔を100mm、スルーホール部は外径1
00mm、内径60mmとしてステータの1極あたりの巻
数を40ターンとした。一方、ロータ磁石を磁極数1
6、外径13.2mm、厚さ0.7mmとしてモータの
トルク定数を測定したところ電流1Aあたり約0.00
18Nm(ニュートンメートル)であった。ステータコ
イルの直流抵抗は約6Wであった。このスピンドルモー
タの定常回転トルクは約0.00011Nmであった。
従って、このスピンドルモータは定常電流60mA程度
で動作する。
の式で表される。
度、Nはステータ1磁極あたりのコイル巻数、Nsはモ
ータ1相あたりの磁極数である。
磁石の軸方向厚さを同一とし、ステータコイルの配線ル
ールを一定とした上で、ステータの厚さを変化させてモ
ータ特性を計算すると図8のような数値が得られる。
は、実際には配線基板として考慮したとき、配線層が片
面1層では不充分であり、片面2層について考察する必
要がある。このときの方法として、コイル及び絶縁層の
厚さを半分にして全体の厚さを0.35mmに保つ場合
と、コアのみ0.2mmとして配線層は4層のものをそ
のまま用い、厚さを0.5mmとする場合について考察
する。
流抵抗のみ異なり、前者では12W、後者は6Wとなる。
また、ステータ磁極の飽和磁束密度(1.5T)から、
飽和電流はおよそ0.62Aとなる。定常回転時の電流
はステータ磁極が飽和しない範囲内で60mAと0.7
mm厚の例と同等となるが、最大トルクは約60%とな
る。これでもスピンドルモータとしては使用可能であ
り、本態様によれば0.35mmより厚いメタルコア配
線基板によるステータの薄型モータが構成できることが
判る。
ついては、ステータ磁極を形成するコイルの表裏貫通ス
ルーホールによる導通配線の形成技術による。本態様の
技術の検討では1.1mm厚のステータ積層コアに対し
て0.11mm(アスペクト比10)の貫通スルーホー
ルを開け、内壁に導通めっきを形成したところ、めっき
厚さのばらつきが生じていた。これはコイルの直流抵抗
のばらつきに影響を与えるものであり、特性や製造歩留
りに影響がある。更に、アスペクトが大きな貫通スルー
ホールの内面に安定してめっきが可能になれば1.1m
m厚さを超えるステータコアの使用も可能となる。従っ
て、本態様の製造技術によれば、ステータコア1.1m
mと配線層0.3mmの1.4mm厚さのステータが、
メタルコア配線基板を用いた薄型モータの厚さ上限であ
ることが判る。
ッド・アーム・アッサンブリを2組、厚さ0.4mmの
磁気ディスクを1枚、厚さ0.7mmのメタルコア基板
を用いて、外形寸法が幅42.8mm奥行き36.4m
m厚さ3.3mmである磁気ディスク装置を構成した。
磁気ヘッド・アーム・アッサンブリを1本にし、モータ
の特性からメタルコア基板の厚さを選択することによ
り、厚さ2.5mmから4.0mmの磁気ディスク装置
を実現することが可能である。
リを1本、磁気ディスクの直径を0.7インチ程度とす
ることにより、外形寸法が幅21.5mm奥行き50.
0mm厚さ2.8mmである磁気ディスク装置とするこ
とが可能である。
源層について図7を用いて説明する。図7はメタルコア
配線基板のうち電子回路形成部分の断面図を示してい
る。軟磁性金属板からなるステータ磁極108のうち2
枚について、ステータ部及び電子基板部のスルーホール
用貫通孔142形成後、表面に銅めっき141を形成す
る。メタルコア配線基板として形成した後の2枚の銅め
っき軟磁性金属板間隔が5−30mmになるように、絶
縁材料の厚さを考慮して絶縁接着層109を間に挟み積
層板を形成する。軟磁性金属板として硅素鋼板を用いる
とその体積電気抵抗は約10mWcm、銅は約1.7mWc
mであり、表面に約5mm厚の銅めっき膜を形成し、こ
れを全面グラウンド層と電源層に使うことにより、表皮
効果が影響する高周波領域でインピーダンス化可能であ
る。
いは半導体素子電源端子143に近い位置スルーホール
144を形成し電源層あるいはグラウンド層に接続する
ことにより低インピーダンスかつ低直流抵抗接続が可能
となる。このような電源層を用いた場合、スルーホール
の密度により異なるが、配線基板上のどの20mm間隔
も直流抵抗は数mW程度、インピーダンスが数百pH以
下であり、低インダクタンスの小容量蓄電器145と電
解コンデンサ等の大容量蓄電器146を基板上の適切な
スペースに搭載して並列に電源層とグラウンド層に接続
することにより、直流から数百MHzまで広い帯域にわ
たって低インピーダンスの電源系が形成可能である。
よりパスコンや電源平滑用蓄電器の配置の自由度が増
し、基板面積を縮小することが可能となり、磁気ディス
ク装置全体の小形化が達成される。
線基板の表裏を貫通して接続する貫通接続部147が形
成され配線の高密度化が図られる。配線基板100上に
は電子部品148が搭載され、はんだ149やこの図に
は記載がない金ワイヤによる接続方法を用いて電気的に
接続されている。
ア層全てに孔を形成し、絶縁材料をこの孔の中に充填し
た後表裏を貫通する孔を形成し、この孔の内壁に配線材
料をめっきで形成して導通させる。この形成方法はステ
ータ磁極のコイル形成と電子回路形成部で同一の方法で
ある。このように、電子基板部とステータ部と同じ層構
造を採用しているので、同一基板として作ることができ
る。また、同一基板に作る場合に層の厚さを全面均一に
すると、ひとつの製造工程で同時に電子基板部とステー
タ部を製造することができる。
束密度が約1.5Tの硅素鉄を用いたが、この値が更に
大きなアモルファス材料を用いることにより更に薄型化
することが可能となる。
械的強度を低下させることなく、薄型化することが可能
である。
図
Claims (15)
- 【請求項1】筐体の少なくとも一つの面を構成するベー
スと、ベースに固定されたシャフトと、該シャフトを回
転軸にして回転するロータと、該ロータを回転させるス
テータと、前記ロータに固定されている磁気ディスクを
備えた磁気ディスク装置であって、 前記ステータが前記ベースに対向する面に配置されてい
ることを特徴とする磁気ディスク装置。 - 【請求項2】請求項1において、 前記ステータのコイルの一部は、前記ロータの磁石より
も前記ベースに近い位置に配置されていることを特徴と
する磁気ディスク装置。 - 【請求項3】請求項1において、 前記ステータと前記ベースの間には前記磁気ディスクが
配置されていることを特徴とする磁気ディスク装置。 - 【請求項4】請求項3において、 前記ロータの磁石の一部は前記ステータよりも磁気ディ
スクに近い位置に配置されていることを特徴とする磁気
ディスク装置。 - 【請求項5】請求項1から4のいずれかにおいて、 電子部品を搭載したメタルコア基板を有し、 前記ステータはコアを備え、 ステータのコアとメタルコア基板のコアとが接続されて
いることを特徴とする磁気ディスク装置。 - 【請求項6】請求項5において、 前記ステータのコアと前記メタルコア基板のコアとは一
体に形成されたものであることを特徴とする磁気ディス
ク装置。 - 【請求項7】筐体と、筐体を構成するベースに固定され
たシャフトと、該シャフトを回転軸にして回転するロー
タと、該ロータを回転させるステータと、前記ロータに
固定されている磁気ディスクと、前記磁気ディスクに対
する読み出し及び記憶をする磁気ヘッドとを有する磁気
ディスク装置であって、 前記ベースと前記磁気ヘッドが隣接するように配置され
ていることを特徴とする磁気ディスク装置。 - 【請求項8】請求項7において、 前記ロータは、前記シャフトを囲むように配置され、 前記磁気ディスクは前記ベースに隣接して配置され、 前記磁気ヘッドは、前記磁気ディスクと前記ベースとの
間に配置されていることを特徴とする磁気ディスク装
置。 - 【請求項9】請求項7又は8において、 前記ステータが前記ディスクの上方に配置されているこ
とを特徴とする磁気ディスク装置。 - 【請求項10】請求項7から9のいずれかにおいて、 前記ステータは、前記ベースに対向する筐体の面に固定
されていることを特徴とする磁気ディスク装置。 - 【請求項11】請求項7から10のいずれかにおいて、 前記ステータに流れる電圧を制御する電子部品を備えた
電子基板を有し、 前記捨ステータのコアと前記電子基板のコアとを一体形
成された金属板で構成されていることを特徴とする磁気
ディスク装置。 - 【請求項12】軟磁性金属板と、 軟磁性金属板の両面に配置されている配線と、 軟磁性金属板の両面に配置されている配線を導通させる
スルーホールとを備えた磁気ディスク装置であって、 前記配線及び前記スルーホールがらせん状に構成されて
いることを特徴とする磁気ディスク装置。 - 【請求項13】軟磁性金属板をコアとするメタルコア基
板と、軟磁性金属板をコアとするステータを有し、 前記メタルコア基板のコアとステータのコアとが接続さ
れていることを特徴とする磁気ディスク装置。 - 【請求項14】軟磁性金属板をコアとするメタルコア基
板と、軟磁性金属板をコアとするステータを有し、 前記メタルコア基板のコアとステータのコアとが一体で
あることを特徴とする磁気ディスク装置。 - 【請求項15】請求項13または14において、 前記軟磁性金属板が、筐体のベースに対向する面に配置
されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
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