JP2004055132A - ハードディスクドライブのディスククランプ - Google Patents

Abstract

【課題】　ハードディスクドライブのスピンドルモータにデータ格納用磁気ディスクを均等な力で固定するためのディスククランプを提供する。
【解決手段】　ディスククランプ１６０は，外郭部位にその外周に沿って形成されてディスクの上面を垂直方向に加圧する加圧部１６８と，加圧部の内側に上方に膨らんで屈曲した形状の断面を有すべく形成されてディスクに加えられる応力を分散させる応力分散部１６６と，スピンドルモータ３０の上端部に締結されるネジ１７０が挿入され，応力分散部の内側に円周方向に所定間隔をおいて設けられた複数のネジ締結ホールを備える。この構成によれば，ディスク２０に加えられる応力が応力分散部によりディスクの円周方向に均一に分布するので，ディスクの平滑度が維持される。
【選択図】　図７

Description

　本発明は，ハードディスクドライブのディスククランプに関する。

　ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）は，コンピュータの補助記憶装置の一つである。磁気ディスクに格納されているデータは，磁気ヘッドによって読み出され，また，データが磁気ヘッドによって磁気ディスクに格納される。

　図１は，従来のＨＤＤを示した概略的な分解斜視図であり，図２は，図１に示したＨＤＤの垂直断面図である。

図１と図２に示すように，ＨＤＤは，ハウジング１０と，このハウジング１０内において磁気ディスク（以下，「ハードディスク」又は単に「ディスク」という。）２０を回転させるためのスピンドルモータ３０と，ディスク２０にデータを記録し，またディスク２０に記録されているデータを再生するための磁気ヘッドを有するアクチュエータ４０とを備えている。

　ハウジング１０は，，スピンドルモータ３０とアクチュエータ４０とを支持するベースプレート１１と，ベースプレート１１の上部に結合されてディスク２０などを覆い包んで保護するカバープレート１２とより構成され，通常，コンピュータの本体内に備えられる。ハウジング１０は，一般的にステンレスまたはアルミニウム材から成る。

　スピンドルモータ３０は，ディスク２０を回転させるためのものであり，ベースプレート１１上に設けられる。スピンドルモータ３０のシャフト３２は一般的にベースプレート１１に固設される。シャフト３２の外周には，一般的にベアリング３４を介してハブ３６が回転自在に設けられる。このハブ３６は，ディスク２０の中心の取り付け穴に嵌合する。

　ディスク２０は，データの記録のための記録媒体である。一つまたは複数のディスク２０が回転可能なようにスピンドルモータ３０に装着される。スピンドルモータ３０に複数のディスク２０が装着される場合には，各ディスク２０の間隔を確保するためのリング状のスペーサ５０が各ディスク２０間に挟まれる。そして，スピンドルモータ３０の上端部には，ディスク２０をスピンドルモータ３０に固定するためのディスククランプ６０がネジ７０により締結される。

　アクチュエータ４０は，ボイスコイルモータ４８によって駆動され，ベースプレート１１上に設けられた回動軸４７を中心に回動する。アクチュエータ４０は，回動軸４７に回動自在に結合されたアーム４６と，このアーム４６に取り付けられ，磁気ヘッドを搭載するスライダ４２と，このスライダ４２をディスク２０の表面側に付勢するように支持するサスペンション４４とを備える。

　ＨＤＤの電源がオンになってディスク２０が回転し始めると，空気圧による揚力が生じ，これによりスライダ４２が浮上する。スライダ４２は，ディスク２０の回転による揚力とサスペンション４４による弾性力とが平衡をなす高さで浮上した状態を保持するようになる。この結果，スライダ４２に搭載された磁気ヘッドは，回転するディスク２０と一定の間隔を保持してディスク２０にデータを記録し，またはディスク２０に記録されているデータを再生する。

　このように，ＨＤＤにおけるデータの記録及び再生は，高速回転するディスク２０上に非常に狭い間隔を保持したまま浮上している磁気ヘッドによりなされる。したがって，ディスク２０自体の平滑度（平行度）不良または組み立て工程にて生じるディスク２０の平滑度（平行度）不良は，磁気ヘッドがディスク２０にデータを記録し，またディスクからデータを再生する際のエラーの主要因となり得る。特に，組み立て工程にて生じるディスク２０の平滑度不良は，主にディスククランプ６０からディスク２０に加えられる応力の不均一な分布に起因する。

　下記の特許文献１には，従来のディスククランプについての記載がある。図３に，従来のディスククランプの一例を示す。同図に示すように，ディスククランプ６０の中心部には中空部６２が形成されており，その外側には同心円上に多数のネジ締結ホール６４が形成されている。ネジ締結ホール６４が，例えば８つ設けられた場合，４つのネジがネジ締結ホール６４に一つおきに挿入され，スピンドルモータ３０の上部のネジ穴に螺入される。また，ディスククランプ６０の外郭部位にはディスク２０の上面を垂直方向に加圧する加圧部６８が形成されている。

　このようなディスククランプ６０をスピンドルモータ３０に締結した時，ディスククランプ６０の加圧部６８とディスク２０の接触部にはネジの締結力による応力が加えられる。この時，ネジが締結される部位に応力が集中してそれはそのままディスク２０に伝達される。したがって，ディスク２０に加えられる応力はその円周方向に均一に分布しない現象が生じる。これによりディスク２０に起伏が生じるようになって，ディスク２０の平滑度が損なわれる。

　応力の不均一な分布によるディスク２０の平滑度不良は，ディスクの回転時に反復的振動を誘発させ，機械的衝撃や熱衝撃時にネジが緩む現象，あるいはディスク２０のスリップ現象を生じさせ得る。

　一方，上記のような形態のディスククランプ６０は，金属，例えばステンレスまたはアルミニウム合金素材を機械加工（切削加工）することにより製造される。

　図４には従来のディスククランプの他の例が示されている。同図に示したディスククランプ８０も前述したディスククランプ６０（図３）と同様に，中空部８２，ネジ締結ホール８４，及び垂直加圧部８８より構成される。このような形態を有するディスククランプ８０は，プレス加工により製造され得るため，機械加工により製造される前述したディスククランプ６０（図３）に比べて，その製造コストが低くなる長所がある。ただし，図４に示したディスククランプ８０も，上述のようにディスク２０に不均一な応力分布を発生させるという問題点を有する。

　図５は，従来のディスククランプのさらに他の例を示した斜視図であり，図６は，図５のＡ−Ａ線に沿った垂直断面図である。

　図５，図６に示したディスククランプ９０は，前述したディスククランプ６０，８０が有する問題点を解消するために開発されたものである。このディスククランプ９０も前述したディスククランプ６０，８０と同様に，中空部９２，多数のネジ締結ホール９４ａ，９４ｂ，及び加圧部９８を備えている。ただし，このディスククランプ９０の外郭部位に形成された加圧部９８は，下方，すなわちディスク２０側に膨らんで屈曲した断面形状を有する。また，このディスククランプ９０は，全体的にその中心部位が上方に若干膨らんだドーム状に形成されている。

　ディスククランプ９０が備える加圧部９８の外周部は，位置によって異なる高さとなるように構成されている。例えば，８つのネジ締結ホール９４ａ，９４ｂのうち，一つおきに４つのネジ締結ホールが選択され，これら４つのネジ締結ホールにネジが挿入される場合，ネジが挿入されるネジ締結ホール９４ａの外側部位の外周高さＨ_１は，ネジが挿入されないネジ締結ホール９４ｂの外側部位の外周高さＨ_２より高くなっている。すなわち，加圧部９８の外周高さは，９０゜周期で高低を反復する。

　このように，ディスククランプ９０は，その加圧部９８の剛性が位置により異なることになり，ネジが締結される部位とネジが締結されない部位との応力差を補償する。この構造により，ディスク２０に加えられる応力は，円周方向にある程度均一な分布をなす。

米国特許第５，５２８，４３４号明細書

　しかしながら，上記のような構造を有するディスククランプ９０は，ネジの締結個数により応力が集中する部位が変わり，またネジの締結力が変化することにより加圧部９８の外周高さも異なって設計しなければならない。したがって，その設計及び製造が難しく，また，多様なＨＤＤに共用することができない。

　本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，ネジの個数や，その締結力に関わらず，ディスクに加えられる応力をディスクの円周方向に均一に分布させることが可能な，新規かつ改良されたＨＤＤのディスククランプを提供することにある。

　上記課題を解決するために，本発明によれば，ハードディスクドライブのスピンドルモータにデータ格納用のディスクを固定するディスククランプが提供される。そして，このディスククランプは，外郭部位にその外周に沿って形成されてディスクの上面を垂直方向に加圧する加圧部と，上方に膨らんで屈曲した形状の断面を有し，加圧部の内側に環状に形成され，ディスクに加えられる応力を分散させる応力分散部と，スピンドルモータの上端部に締結されるネジが挿入され，応力分散部の内側に円周方向に所定間隔をおいて設けられた複数のネジ締結ホールとを備えることを特徴としている。かかる構成によれば，ネジを締め付けることによって生じる応力が，応力分散部を経由して加圧部に伝達する。このため，応力は，ディスクの円周方向に均一に分布することになる。換言すれば，ディスクに対する局所的な加圧は回避される。結果として，ディスクは，良好な平滑度（平行度）を保ちつつ，スピンドルモータに確実に固定されることになる。

　加圧部は，下方に膨らんで屈曲した形状の断面を有することが好ましい。しかも，応力分散部の屈曲半径は，加圧部の屈曲半径より大きいか同じであることが望ましい。応力分散部と加圧部がこのように構成されることによって，ネジの締め付けによって生じる応力が，ディスクの円周方向により均一に分布することになる。

　そして，ディスククランプは，全部位にわたり同じ厚さを有することが望ましく，加圧部は，応力分散部に連続して形成されることが望ましい。

　また，ディスククランプは，全体的にその中心部位が上方に膨らんだドーム形状を有し，ネジによりスピンドルモータに締結された時に全体的に平らな形に変形することが望ましい。

　また，ディスククランプは，所定の弾性を有した金属素材をプレス加工することにより製造され得るものであることが好ましい。これにより，ディスククランプの製造コストの低減が図られる。

　以上詳述したように本発明によれば，応力分散部が，ディスクに加えられる応力をディスクの円周方向に一層均一に分布させる。このためディスクの平滑度が向上し，回転中のディスクの振動が減少し，磁気ヘッドによるデータの記録／再生能力とその信頼性が向上する。また，本発明にかかるディスククランプは，さまざまな種類のＨＤＤへの適用が可能である。さらに，本発明にかかるディスククランプは，金属素材をプレス加工することにより製造できるので，その製造が容易であり，製造コストも節減される。

　以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

　図７は本実施の形態にかかるＨＤＤのディスククランプ部位を示した斜視図であり，図８は図７に示したディスククランプ部位の垂直断面図であり，ネジをスピンドルモータに締結する前の状態を示したものである。また，図９は図７に示したディスククランプ部位の垂直断面図であり，ネジをスピンドルモータに締結した状態を示したものである。

　図７と図８に示したように，ＨＤＤには一般的に少なくとも一つの磁気ディスク（ハードディスク。以下，「ディスク」という）２０と，このディスク２０を回転させるためのスピンドルモータ３０と，ディスク２０にデータを記録し，またディスク２０から再生するための磁気ヘッドを有したアクチュエータ４０とが設けられる。

　スピンドルモータ３０のシャフト３２は，一般的にＨＤＤのベースプレートに固設される。シャフト３２の外周には，一般的にベアリング３４を介してハブ３６が回転自在に設けられる。このハブ３６は，ディスク２０の中心の穴に嵌合する。そして，ＨＤＤが複数のディスク２０を備える場合には，各ディスク２０の間隔を確保するためのリング状のスペーサ５０が各ディスク２０間に挟まれる。

　ディスク２０の内周側には，ＨＤＤの電源オフ時，すなわち作動停止時に磁気ヘッドが搭載されたスライダ４２が退避するパーキングゾーン２１が設けられている。このパーキングゾーン２１外側にはデータが格納されるデータゾーン２２が設けられている。

　アクチュエータ４０は，ＨＤＤ内に回動自在に設けられるアーム４６と，このアーム４６に取り付けられて磁気ヘッドが搭載されたスライダ４２をディスク２０の表面側に付勢するように支持するサスペンション４４とを備える。スライダ４２は，ディスク２０の回転により生じる揚力によりディスク２０から所定高さ浮上するので，スライダ４２に搭載された磁気ヘッドは，回転するディスク２０と一定の間隔を保持する。この状態の磁気ヘッドによって，ディスク２０にデータが記録され，またディスク２０に格納されているデータが再生される。

　このような構成を有するＨＤＤにおいて，本実施の形態にかかるディスククランプ１６０は，データの記録のための記録媒体としてのディスク２０をＨＤＤのスピンドルモータ３０に固定する。

　ディスククランプ１６０は，その外郭部位に形成された加圧部１６８と，この加圧部１６８の内側に形成された応力分散部１６６と，応力分散部１６６の内側に設けられた多数のネジ締結ホール１６４とを備える。そして，ディスククランプ１６０の中心部，すなわちネジ締結ホール１６４の内側にはスピンドルモータ３０のシャフト３２が挿入される中空部１６２が形成される。

　加圧部１６８は，ディスククランプ１６０の外周に沿ってその外郭部位全体にわたり形成され，ディスク２０の上面を垂直方向に加圧する。加圧部１６８は，平らな形状であってもよいが，図８に示したように，下方に膨らんで屈曲した形状の断面を有することが望ましい。

　複数のネジ締結ホール１６４は，ディスククランプ１６０の円周方向に所定間隔をおいて配される。各ネジ締結ホール１６４にはスピンドルモータ３０の上端部に締結されるネジ１７０が挿入される。図７には，８つのネジ締結ホール１６４と，４つのネジ１７０が示されているが，これは例示的なものであって，ネジ締結ホール１６４とネジ１７０の数はこれに限定されるものではない。また，全てのネジ締結ホール１６４にネジ１７０が挿入されなければならないものでもない。すなわち，図７に示したように，８つのネジ締結ホール１６４に対して，４つのネジ１７０を一つおきに挿入するようにしてもよい。

　応力分散部１６６は，加圧部１６８とネジ締結ホール１６４との間に環状に形成され，上方に膨らんで屈曲した形状の断面を有する。この応力分散部１６６は，後述のように，ディスク２０に加えられる応力を円周方向に分散させる役割を果たす。また，図７，図８に示した応力分散部１６６を，同心円状に二つ以上形成し，これらを連続的に構成するようにしてもよい。

　そして，図８に示したように，ディスククランプ１６０は，全体的にその中心部位が上方に膨らんだドーム状を有することが望ましい。このような形状のディスククランプ１６０は，図９に示したように，ネジ１７０によりスピンドルモータ３０に締結された時に，膨らんでいた中心部位がネジ１７０により抑えつけられて全体的に平らな形に変形する。このようなディスククランプ１６０の変形は，ネジ１７０による締結力を一層確実にディスク２０に伝達させる。

　ネジ１７０がスピンドルモータ３０の上端部に締結されると，その締結力は，屈曲した応力分散部１６６を経て加圧部１６８に伝えられる。そして，加圧部１６８は，ディスク２０の上面に接触してディスク２０を下方に垂直加圧する。これにより，ディスク２０の加圧部１６８との接触部に応力が加えられる。

　このようなディスククランプ１６０による応力伝達過程をさらに詳しく説明する。まず，ネジ１７０が締結されると，ネジ締結ホール１６４周囲にはその締結力により応力が集中する。したがって，ネジ締結ホール１６４部位では，応力が円周方向に不均一な分布を示す。この応力は，屈曲した応力分散部１６６に伝えられる。

　ネジ１７０が締結されると，応力分散部１６６は多少平らに変形する。このため，応力分散部１６６の屈曲半径Ｒ１が大きくなる。屈曲した応力分散部１６６に伝えられた応力は，応力分散部１６６の変形過程において応力分散部１６６に吸収されて円周方向に分散される。ここで分散された応力は，次に加圧部１６８に伝えられ，加圧部１６８はディスク２０を加圧する。

　以上のように，本実施の形態にかかるディスククランプ１６０によれば，ネジ１７０の締結力により生じた応力は，直接，加圧部１６８に伝えられず，応力分散部１６６によって円周方向に分散された後，加圧部１６８に伝えられる。したがって，ディスク２０に加えられる応力は，円周方向に均一な分布をなす。この結果，ディスク２０の平滑度（平行度）が維持されるため，回転動作中のディスク２０の振動が抑えられ，磁気ヘッドによるデータの記録／再生能力とその信頼性が向上する。

　また，本実施の形態にかかるディスククランプ１６０は，円周方向に沿って同じ形状と同じ厚さを有するため，ネジ締結ホール１６４に挿入されるネジ１７０の数に関係なく同じ応力分散作用が得られる。したがって，ディスククランプ１６０は，従来のディスククランプ９０（図５）とは異なり，設計変更することなく多種のＨＤＤに採用され得る。

　そして，本実施の形態にかかるディスククランプ１６０は，全部位にわたり同じ厚さを有する。ディスククランプ１６０がこのような形状を有することによって，ディスククランプ１６０を介してディスク２０に応力が伝えられる過程において，ディスククランプ１６０の局所，例えば薄い部位に応力が集中しなくなる。

　また，本実施の形態にかかるディスククランプ１６０において，加圧部１６８は，応力分散部１６６に連続して形成される。すなわち，応力分散部１６６の屈曲と加圧部１６８の屈曲とが柔軟に（滑らかに）つながって形成される。このため，応力分散部１６６と加圧部１６８の変形が互いに関連性を有することになり，応力分散部１６６から加圧部１６８へ応力が円滑に伝達される。

　図１０は，本実施の形態にかかるディスククランプ１６０によってディスク２０に作用する応力のディスク円周方向への分布を，従来のディスククランプと比較して示したグラフである。

　同グラフにおいて，縦軸はディスククランプの加圧部とディスクとが接触する部位にてディスクに加えられる垂直応力を示し，横軸はディスクの円周方向位置（角度）を示す。

　この結果を得た実験では，ディスククランプには９０゜間隔で４つのネジが締結されている。すなわち，横軸にて角度が４５゜の位置はネジが締結されている部位を指し，角度が０゜と９０゜の位置はネジが締結されていない部位を指す。

　また，Ｒ１（図８参照）は，応力分散部の屈曲半径を示し，Ｒ２（図８参照）は，加圧部の屈曲半径を示す。したがって，“Ｒ１＝０”の曲線は，応力分散部のない従来のディスククランプを使用して実験した結果を示し，“Ｒ１＝Ｒ２”の曲線と“Ｒ１＞Ｒ２”の曲線は，応力分散部１６６を備えた本実施の形態にかかるディスククランプ１６０を使用して実験した結果を示している。

　図１０のグラフから明らかなように，本実施の形態にかかるディスククランプ１６０を使用した場合（Ｒ１＝Ｒ２，Ｒ１＞Ｒ２），従来のディスククランプを使用した場合（Ｒ１＝０）に比べて，最大応力と最小応力との差が小さくなる。特に，“Ｒ１＞Ｒ２”の条件下では，位置別応力の偏差が最も小さくなることが分かる。

　以上のように，ディスククランプ１６０において，応力分散部１６６の屈曲半径Ｒ１を加圧部１６８の屈曲半径Ｒ２と同じ，あるいは大きくすることによって，さらにすぐれた応力分散効果が得られる。

　また，本実施の形態にかかるディスククランプ１６０は，図７〜図９に示したように，全体的に均一の厚さを有している。具体的には，所定の弾性を有した金属材，例えばアルミニウムやステンレスの板材を円形に切断した後にこの円形板材をプレス加工することにより，ディスククランプ１６０の構成要素，すなわち応力分散部１６６，加圧部１６８，ネジ締結ホール１６４及び中空部１６２が同時に形成される。このように本実施の形態にかかるディスククランプ１６０は，プレス加工によって形成されるものであり，機械加工（切削加工）により各構成要素が形成されていた従来のディスククランプ６０（図３）に比べて，製造コストが節減される。

　以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

　本発明は，ＨＤＤにおいて，データが格納される磁気ディスクをスピンドルモータに固定する機構に適用可能である。

従来のＨＤＤを示した概略的な分解斜視図である。 図１に示したＨＤＤの概略的な垂直断面図である。 従来のディスククランプ（その１）を示した部分切開斜視図である。 従来のディスククランプ（その２）を示した部分切開斜視図である。 従来のディスククランプ（その３）を示した斜視図である。 図５のディスククランプのＡ−Ａ線に沿った垂直断面図である。 本発明の実施の形態にかかるＨＤＤのディスククランプ及びその周辺部位を示した斜視図である。 図７に示したディスククランプ及びその周辺部位の垂直断面図であり，ネジをスピンドルモータに締結する前の状態を示した図面である。 図７に示したディスククランプ及びその周辺部位の垂直断面図であり，ネジをスピンドルモータに締結した状態を示した図面である。 同実施の形態にかかるディスククランプを用いた場合に，ディスクに作用する応力のディスク円周方向への分布を，従来例と比較して示したグラフである。

符号の説明

　２０　　　ディスク
　２１　　　パーキングゾーン
　２２　　　データゾーン
　３０　　　スピンドルモータ
　４０　　　アクチュエータ
　４２　　　スライダ
　４４　　　サスペンション
　４６　　　アーム
　１６０　　　ディスククランプ
　１６２　　　中空部
　１６４　　　ネジ締結部
　１６６　　　応力分散部
　１６８　　　加圧部
　１７０　　　ネジ

Claims (7)

1. ハードディスクドライブのスピンドルモータにデータ格納用のディスクを固定するディスククランプにおいて，
   　外郭部位にその外周に沿って形成されて前記ディスクの上面を垂直方向に加圧する加圧部と，
   　上方に膨らんで屈曲した形状の断面を有し，前記加圧部の内側に形成され，前記ディスクに加えられる応力を分散させる応力分散部と，
   　前記スピンドルモータの上端部に締結されるネジが挿入され，前記応力分散部の内側に円周方向に所定間隔をおいて設けられた複数のネジ締結ホールと，
   を備えることを特徴とする，ハードディスクドライブのディスククランプ。
2. 前記加圧部は，下方に膨らんで屈曲した形状の断面を有することを特徴とする，請求項１に記載のハードディスクドライブのディスククランプ。
3. 前記応力分散部の屈曲半径は，前記加圧部の屈曲半径より大きいか同じであることを特徴とする，請求項２に記載のハードディスクドライブのディスククランプ。
4. 前記加圧部は，前記応力分散部に連続して形成されることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載のハードディスクドライブのディスククランプ。
5. 全部位にわたり同じ厚さを有することを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載のハードディスクドライブのディスククランプ。
6. 全体的にその中心部位が上方に膨らんだドーム形状を有し，前記ネジにより前記スピンドルモータに締結された時に全体的に平らな形に変形することを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載のハードディスクドライブのディスククランプ。
7. 所定の弾性を有した金属素材をプレス加工することにより製造されることを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載のハードディスクドライブのディスククランプ。

Images