JP2004166497A - 薄型スピンドルモータ及びこれを備えるマイクロドライブ装置 - Google Patents

薄型スピンドルモータ及びこれを備えるマイクロドライブ装置 Download PDF

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JP2004166497A JP2003382456A JP2003382456A JP2004166497A JP 2004166497 A JP2004166497 A JP 2004166497A JP 2003382456 A JP2003382456 A JP 2003382456A JP 2003382456 A JP2003382456 A JP 2003382456A JP 2004166497 A JP2004166497 A JP 2004166497A
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Abstract

【課題】マグネットとヨークとの中心軸の間のオフセットを除去して安定的に駆動できる薄型スピンドルモータ及びこれを備えるマイクロドライブ装置を提供する。
【解決手段】ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、ハブの外周に締結される環状マグネットと、前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数のヨークによって形成されたステータとを有し、前記ヨークは、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように配列されたコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えるスピンドルモータ、及びこれを備えるマイクロドライブ装置。
【選択図】図2

Description

本発明はスピンドルモータ及びこれを備えるマイクロドライブ装置に係り、より詳細にはモバイル用マイクロドライブ装置のために改良された薄型ステータを有するスピンドルモータ及びこれを備える薄型マイクロドライブ装置に関する。
図1は、従来のIBMマイクロドライブ装置のスピンドルモータ10の側断面図である。
図1を参照すれば、従来のスピンドルモータ10は、ハブ11、マグネット13及びヨーク15を備える。ハブ11は、ハブ11による空間にベースプレート19によって回転自在に支持されるボールベアリング17を備える。マグネット13は、ハブ11に締結されて磁力を提供する。ヨーク15は、マグネット13の外周に配置され、かつコイルが巻線され、このコイルに電流が流れてマグネット13の磁力と相互作用してスピンドルモータ10に回転力を発生させる。ヨーク15は、ベースプレート19上に固定される。
現在、モバイルマイクロドライブ装置の主流は、既存のフラッシュメモリの標準規格である厚さ3.3mmのCF I形式として、次第にその応用範囲が拡大されている。これに対して、図1に示された従来のIBMマイクロドライブ装置は、高容量及び記憶容量当りのコスト及び今後の競争力の面で優位を占めているが、薄型化が困難であるため5.0mmの厚さのCF II形式を採用している。図1に示されるように、従来のCF II形式のIBMマイクロドライブ装置では、スピンドルモータ10内のマグネット13とヨーク15とが中心軸が相互一致するように配置されてモータの回転効率を極大化している。しかし、このような配置は、ほとんどの需要を占めているCF I形式には不適であり、特にステータヨークが位置する部分に配置されるアクチュエータの厚さのため、必要な空間を十分に確保できない短所を有する。
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した問題点を改善するためのものであって、改良されたステータを備える薄型スピンドルモータを提供し、及びこの薄型スピンドルモータを採用する薄型マイクロドライブ装置を提供することである。
前記技術的課題を達成するために、本発明は、ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、前記ハブの外周に締結される環状マグネットと、前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数のヨークによって形成されたステータとを有し、前記ヨークは、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように折曲された端部を有するコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えることを特徴とするスピンドルモータを提供する。
前記端部は、ステータの中心軸に直交するように上向き又は下向きに折曲される。
前記技術的課題を達成するために、本発明はまた、ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、前記ハブの外周に締結されて直径が大きくなった環状マグネットと、前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数のヨークによって形成されたステータとを有し、前記ヨークは、大きくなった直径を有し、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように折曲された端部を有するコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えることを特徴とするスピンドルモータを提供する。
前記技術的課題を達成するために、本発明はまた、ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、前記ハブの外周に締結される薄型の環状マグネットと、前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数の薄型ヨークによって形成されたステータとを有し、前記薄型ヨークは、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように配列されたコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えることを特徴とするスピンドルモータを提供する。
前記技術的課題を達成するために、本発明はまた、ベースプレートと、ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、前記ハブの外周に締結される環状マグネットと、前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数のヨークによって形成されたステータとを有し、前記ヨークは、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように折曲された端部を有するコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えるスピンドルモータと、前記ディスク上を移動しつつデータを記録/再生するヘッドと、前記ヘッドの一端部に配置されたサスペンションとを備えるアクチュエータと、を含むことを特徴とするマイクロドライブ装置を提供する。
前記技術的課題を達成するために、本発明はまた、ベースプレートと、ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、前記ハブの外周に締結されて直径が大きくなった環状マグネットと、前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数のヨークによって形成されたステータとを有し、前記ヨークは、大きくなった直径を有し、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように折曲された端部を有するコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えるスピンドルモータと、前記ディスク上を移動しつつ情報を記録/再生するヘッドと、前記ヘッドの一端部に配置されたサスペンションとを備えるアクチュエータと、を含むことを特徴とするマイクロドライブ装置を提供する。
前記技術的課題を達成するために、本発明はまた、ベースプレートと、ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、前記ハブの外周に締結される薄型の環状マグネットと、前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数の薄型ヨークによって形成されたステータとを有し、前記薄型ヨークは、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように配列されたコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えるスピンドルモータと、前記ディスク上を移動しつつ情報を記録/再生するヘッドと、前記ヘッドが一端部に位置するサスペンションとを備えるアクチュエータと、を含むことを特徴とするマイクロドライブ装置を提供する。
前記端部は、前記ステータの中心軸に直交するように上向き又は下向きのいずれかに折曲される。
前記マグネットは、1mm以下の厚さを有することが望ましい。
前記コアは、0.5mm以下の厚さを有することが望ましい。
前記コアは、マグネットの極より少ない数が配列される。
ここで、前記スピンドルモータ又はマイクロドライブ装置は、前記ハブ上に位置し、前記ディスクを前記ハブ側に圧着して固定させるクランパと、前記クランパを前記ハブに固定させるように前記ハブに締結されるネジと、をさらに含む。
本発明の改良されたステータは、マグネットとヨークとの中心軸のオフセットを除去する構造を有することによって、このステータを採用する薄型スピンドルモータ及びこの薄型スピンドルモータを備える薄型マイクロドライブ装置を実現できる。
本発明によれば、マグネットとヨークとの中心軸を一致させるステータ構造を採用して安定した駆動性能を維持し、モバイル用途に実用化できる薄型かつ小型軽量のスピンドルモータとマイクロドライブ装置の製造が可能となる。
以下、本発明の実施形態によるスピンドルモータ及びこれを備えるマイクロドライブ装置を図面を参照して詳細に説明する。
図2は、本発明の実施形態によるスピンドルモータの構成を示す側断面図である。
図2を参照すれば、本発明の実施形態によるスピンドルモータ30は、ハブ31、円形のマグネット33及びヨーク35を備える。ハブ31は、ボールベアリング37によって回転可能にベースプレート39に固定される。環状マグネット33は、ハブ31の外周に締結されて磁力を提供する。ヨーク35は、マグネット33の外周に沿って円弧状に配列される。
ここで、マグネット33はロータとして機能し、ヨーク35はステータとして機能するが、ヨーク35にはコイルが巻線されてフレキシブル印刷配線回路(FPC:Flexible Printed Circuit)(図示せず)から伝えられる電流の方向によってマグネット33の磁力と相互作用して所定方向にスピンドルモータ30を回転させる電磁気力を発生させる。ハブ31の中心軸には、ネジ38が締結されてクランパ(図示せず)を固定させる。クランパは、ディスクを載置させて固定させる。
本発明の実施形態によるスピンドルモータ30は、図1に示された従来のスピンドルモータ10に比べて小型化された環状マグネット33及びその環状マグネット33の外周に沿って設けられたヨーク35を備え、これによって簡単にマイクロドライブ装置の薄型化を達成する。ヨーク35はベースプレート39に固定され、マグネット33が締結されたハブ31を電磁気力によって回転させることによってスピンドルモータ30を回転させる。ここで、マグネット33とヨーク35との中心軸を一致させることによってマグネット33の磁場とヨーク35のコイル34に流れる電流によって生じる電場とが相互作用して生起される電磁気力によるトルクを最大にし、不要なZ軸方向、すなわちドライブ装置の高さ方向の力を除去できる。
マグネット33とヨーク35の中心軸間にオフセットが発生すれば、Z軸方向の力が発生し、これはスピンドルモータ30が振動するなど不安定な駆動の原因となる。スピンドルモータ30の駆動が不安定であると、載置されたディスク(図示せず)は真円でない屈曲のある歪曲された円形に回転する。これにより、トラックとヘッド間に位置の差が生じ、ヘッドは誤ったトラック上に位置することになる、これをランアウトという。このようなランアウトが発生すれば、ディスクの正確な位置にデータを記録するのが困難となり、記録されたデータを適切に読み取ることができない。
したがって、図2に示された本発明の実施形態によるスピンドルモータ30は、マグネット33とヨーク35とを薄型化するが、中心軸のオフセットを除去した構造のステータである第1変形例を備える。しかし、マグネット33の小型化には限界があり、マグネット33の厚さが薄くなれば磁力が減少するので、高磁束を有するマグネットを採用しなければならない。このような限界点を克服して厚さが薄くないマグネット33を備えるステータの第1変形例及び第2変形例を図3A及び図4に示す。
図3A及び図4は、本発明の実施形態による薄型スピンドルモータに設けることができるステータの第1変形例及び第2変形例の断面図である。図3Bは、図3Aに示されたステータの斜視図である。
図3A及び図3Bに示されたステータの第1変形例では、ヨーク35aは、その中心軸とマグネット33aの中心軸とが一致するように上向きに折曲された端部34a´を有し、マグネット33aの外周に配置されている。ヨーク35aは、コア34aとコア34aとを覆い包むコイル36aよりなる。マグネット33aは、ハブ31に締結されており、ヨーク35aはベースプレート39に固定されている。ここで、マグネット33aがヨーク35aよりも下部に設けられている場合、ヨーク35aは、コア34aの中心軸がマグネット33aの中心軸と一致するように、上向きに折曲された端部34a´の代わりに、下向きに折曲された端部を有してもよい。
図3Bを参照すれば、環状マグネット33aは、12極で構成されており、マグネット33aの外周に沿って円弧状に9つのヨーク35aが配置されている。ステータ32は、マグネット33aの外周に沿って円周の内部に向けて対称に配置された複数のヨーク35aと、前記ヨーク35aを支持する外輪部とで構成される。前述のとおり、ヨーク35aのそれぞれは、コア34aとコア34aに巻線されたコイル36aとよりなるが、ヨーク35aの一部はコア34aにコイル36aが巻線されていない。図3Bでは、隣接する2つのコア34aにコイル36aが巻線され、コイル36aが巻線された一対のヨーク35aの両側に隣接するコア34aにはコイルが巻線されないように交互に配置されている。
図4に示されたステータの第2変形例は、ハブ31を高い位置に設け、マグネット33bの直径を大きくして外部空間を充分に確保し、確保された空間にヨーク35bを第1変形例におけるヨーク35aが配置される位置よりも高い位置に配置して、マグネット33bとヨーク35bとの中心軸を一致させている。しかし、第2変形例によるステータは、ヨーク35bを設ける空間を必要とするので、他の構成部品の位置を全て調節しなければならない短所を有する。
したがって、図3A及び図3Bに示された第1変形例のステータを採用するスピンドルモータが、従来のCF I形式のディスクドライブで使用するのに最適である。
図5は、本発明の実施形態による薄型スピンドルモータのトルクの角度による変化を示すグラフである。f1は、オフセットが0である理想的な場合にトルクの角度による変化を示しており、f2はオフセットが0.2mmである場合、f3はヨークの端部を上向きに0.2mm折曲させてオフセットを除去した場合、f4はオフセットが0.12mmである時にヨークの端部を上向きに0.2mm折曲させてオフセットを0.08mmに減少させた場合のトルクの変化を示している。
図5を参照すれば、f1、f3及びf4は、類似したトルクの変化を示しているが、f2の場合のトルクは、他の3つの場合よりも減少している。このようなトルクの減少は、スピンドルモータの回転力が減少することを意味し、回転力が減少すればスピンドルモータは不安定な駆動をする。スピンドルモータが不安定な駆動をすれば、スピンドルモータに載置するディスクも回転が乱れてディスク上の正確な位置に情報を記録できなくなり、情報を正確に読み取ることも難しくなる。したがって、本発明の実施形態によるスピンドルモータは、マグネットとヨークとの中心軸間のオフセットを除去した構造を採用することによって安定したトルク特性を得ることができる。
図6は、角度による軸方向の電磁気力の変化を示すグラフである。
図面を参照すれば、g1は、オフセットのない理想的な場合に角度によるZ軸方向の力(Fz)が0を示しており、g2は図4のf2と同じ条件である場合にFzが0.2N程度を示し、g4は図4のf4と同じ条件である場合にFzが0.14N程度を示すことが分かる。図示されたように、Z軸方向のオフセットは、Z軸方向の力(Fz)を生成させ、オフセットが大きくなるほど生成されるFzも強くなることが分かる。前述したように、Z軸方向の力が大きくなるほどスピンドルモータの回転が不安定になる。
図7は、図2のスピンドルモータを装着したディスクドライブ装置40の分解斜視図である。
ディスクドライブ装置40は、情報を保存するディスク50と、ディスク50が載置される格納領域52と、載置されたディスク50を回転させるスピンドルモータ30と、ディスク50に情報を記録し、ディスク50にデータを記録可能及びディスク50からデータを再生可能なヘッド47を有するアクチュエータ43と、アクチュエータ43を駆動させるボイスコイル45及びマグネット組立体46とからなるボイスコイルモータ(図示せず)と、を含む。
格納領域52の下部には、図2に示されたようなスピンドルモータ30が配置される。スピンドルモータ30に設けられるステータは、図2ないし図4に示された構造のいずれのものであってよく、マグネット33,33a,又は33bとヨーク35,35a,又は35bとの中心軸を一致させてオフセットを除去することによってZ軸方向の力を除去することが望ましい。
アクチュエータ30には、印刷回路基板(PCB:Printed Circuit Board)(図示せず)から送信された電気的信号がフレキシブル印刷回路(FPC:Flexible Printed Circuit)(図示せず)を介して伝えられる。
ディスク50は、その内側領域にレーザで微細加工されたパーキングゾーンを有し、電源オフ時にヘッド47がそのパーキングゾーンに載置されるように、スピンドルモータ30に締結される。ディスク50のパーキングゾーンの外側には、磁気信号が記録されるデータゾーンが形成される。データゾーンには、データが記録される位置を示すサーボ信号が、ディスク50の円周方向に沿って数万のトラックに予め記録されている。
アクチュエータ43は、アクチュエータ43を駆動するボイスコイルモータ(図示せず)、アクチュエータ43の回転中心の役割を有するピボットベアリング48、及びディスク50に情報を記録する書き込みヘッドとディスク50からデータを読み取る読み取りヘッドとを有するヘッド47を含む。特に、本発明の実施形態によるアクチュエータは、ヘッドジンバルアセンブリ41のユニマウント部を延長させてファンテールモールディング部を形成し、ファンテールモールディング部にボイスコイル45を接着させることによって超薄型アクチュエータを提供する。
PCBは、電気的信号をFPCに送信し、FPCは受信された電気信号をアクチュエータ43に伝達する。アクチュエータ43に伝送された電気信号は、ボイスコイル45に伝達され、ボイスコイル45に流れる電流とマグネット組立体46の磁力との相互作用による電磁気力によってアクチュエータ43はピボットベアリング48を中心に回転してパーキングゾーンからデータゾーンに移動する。
本発明は、マグネットとヨークの間の中心軸のオフセットが減少又は除去されるステータ構造を提案し、これによって薄型スピンドルモータと薄型マイクロドライブ装置とを実現している。
前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施形態の例示として解釈されなければならない。
例えば、当業者ならば、本発明の技術的思想によってマグネットとヨークの中心軸間のオフセットを除去する色々な構造を創案できる。したがって、本発明の範囲は説明された実施形態によって決定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されなければならない。
本発明の小型軽量に製作された薄型のスピンドルモータ及び薄型マイクロドライブ装置は、モバイル用の各種装置に適用できる。
従来のIBMマイクロドライブ装置のスピンドルモータの側断面図である。 本発明の実施形態による薄型スピンドルモータの構成を示す側断面図である。 図2の薄型スピンドルモータに装着されるステータの第1変形例の断面図である。 図3Aに示されたステータの斜視図である。 図2の薄型スピンドルモータに装着されるステータの第2変形例の断面図である。 本発明の実施形態による薄型スピンドルモータのトルクの角度による変化を示すグラフである。 角度による軸方向の電磁気力の変化を示すグラフである。 図2の薄型スピンドルモータを装着したディスクドライブ装置の分解斜視図である。
符号の説明
30 スピンドルモータ
31 ハブ
33 環状マグネット
34 コイル
35 ヨーク
36 コイル
37 ボールベアリング
38 ネジ
39 ベースプレート

Claims (16)

  1. ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、
    前記ハブの外周に締結される環状マグネットと、
    前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数のヨークによって形成されたステータとを有し、前記ヨークは、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように折曲された端部を有するコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えることを特徴とするスピンドルモータ。
  2. ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、
    前記ハブの外周に締結されて直径が大きくなった環状マグネットと、
    前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数のヨークによって形成されたステータとを有し、前記ヨークは、大きくなった直径を有し、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように折曲された端部を有するコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えることを特徴とするスピンドルモータ。
  3. ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、
    前記ハブの外周に締結される薄型の環状マグネットと、
    前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数の薄型ヨークによって形成されたステータとを有し、前記薄型ヨークは、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように配列されたコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えることを特徴とするスピンドルモータ。
  4. 前記端部は、前記ステータの中心軸に直交するように上向きまたは下向きのいずれかに折曲されることを特徴とする請求項1に記載のスピンドルモータ。
  5. 前記マグネットは、1mm以下の厚さを有することを特徴とする請求項1ないし3のうち何れか一項に記載のスピンドルモータ。
  6. 前記コアは、0.5mm以下の厚さを有することを特徴とする請求項1ないし3のうち何れか一項に記載のスピンドルモータ。
  7. 前記コアの数は、マグネットの極より少ない数であることを特徴とする請求項1ないし3のうち何れか一項に記載のスピンドルモータ。
  8. 前記ハブ上に位置し、前記ディスクを前記ハブ側に圧着して固定させるクランパーと、
    前記クランパーを前記ハブに固定させるように前記ハブに締結されるネジと、をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし3のうち何れか一項に記載のスピンドルモータ。
  9. ベースプレートと、
    ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、前記ハブの外周に締結される環状マグネットと、前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数のヨークによって形成されたステータとを有し、前記ヨークは、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように折曲された端部を有するコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えるスピンドルモータと、
    前記ディスク上を移動しつつデータを記録/再生するヘッドと、前記ヘッドの一端部に配置されたサスペンションとを備えるアクチュエータと、を含むことを特徴とするマイクロドライブ装置。
  10. ベースプレートと、
    ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、前記ハブの外周に締結されて直径が大きくなった環状マグネットと、前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数のヨークによって形成されたステータとを有し、前記ヨークは、大きくなった直径を有し、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように折曲された端部を有するコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えるスピンドルモータと、
    前記ディスク上を移動しつつ情報を記録/再生するヘッドと、前記ヘッドの一端部に配置されたサスペンションとを備えるアクチュエータと、を含むことを特徴とするマイクロドライブ装置。
  11. ベースプレートと、
    ディスクが載置され、ボールベアリングによって回転自在にベースプレートに装着されるハブと、前記ハブの外周に締結される薄型の環状マグネットと、前記環状マグネットの外周に円形に配列された複数の薄型ヨークによって形成されたステータとを有し、前記薄型ヨークは、各ヨークと前記環状マグネットの間の中心軸のオフセットを減少させるように配列されたコアと、前記コアの一部に巻線されるコイルとを備えるスピンドルモータと、
    前記ディスク上を移動しつつ情報を記録/再生するヘッドと、前記ヘッドが一端部に位置するサスペンションとを備えるアクチュエータと、を含むことを特徴とするマイクロドライブ装置。
  12. 前記端部は、前記ステータの中心軸に直交するように上向きまたは下向きに折曲されることを特徴とする請求項9に記載のマイクロドライブ装置。
  13. 前記マグネットは、1mm以下の厚さを有することを特徴とする請求項9ないし11のうち何れか一項に記載のマイクロドライブ装置。
  14. 前記コアは、0.5mm以下の厚さを有することを特徴とする請求項9ないし11のうち何れか一項に記載のマイクロドライブ装置。
  15. 前記コアの数は、マグネットの極より少ない数であることを特徴とする請求項9ないし11のうち何れか一項に記載のマイクロドライブ装置。
  16. 前記ハブ上に位置し、前記ディスクを前記ハブ側に圧着して固定させるクランパーと、
    前記クランパーを前記ハブに固定させるように前記ハブに締結されるネジと、をさらに含むことを特徴とする請求項9ないし11のうち何れか一項に記載のマイクロドライブ装置。
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