JP2006155864A - ハードディスクドライブ用ハブ、その製造方法、およびハードディスクドライブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉のハードディスクを搭載するためのハブを、経済的に、かつ、確実に、製造する方法を提供する。
【解決手段】ディスクを搭載するハブの載置面を、スパイラル形状の切削痕を残しつつ仕上たものとする。スパイラル状の切削痕を残すことにより、載置面の表面粗さは増すが、切削痕の山の部分のみを見ると、凹凸はかえって減らすことが出来る。ディスクは山の部分で支えられるため、ディスクに生ずるゆがみを減少させられる。
【選択図】図８

Description

本発明は、スピンドルモータを構成するハブの製造方法、及び、そのハブを載置したハードディスクドライブに関する。特に、記録ディスクの厚さが０．５ｍｍ未満の薄型、小型のハードディスクドライブに載置されるハブの、製造方法に関する。

近年、ハードディスクドライブ装置においては、小型化、薄型化が求められている。これに伴なって、情報を記録するディスクの厚さも薄くすることが求められている。例えば、３．５インチサイズのハードディスクドライブ装置においては、１ｍｍ以上の厚みがあったディスクが、１インチサイズのハードディスクドライブ装置においては、０．４ｍｍ未満の厚みとなっている。

板部材の剛性は、厚みが薄くなるとともに急激に低下し、容易に曲がるようになる。このため、ディスク載置面の僅かの凹凸によって、ディスクに歪みが生ずることになる。小型化に伴なって、ディスク上の記録密度も増大しているため、記録面の歪みに対する許容量も小さく、ディスク載置面の加工に対して、細心の注意を払う必要が生じている。

この要求にこたえるため、これまでは、例えば慎重に旋削するなどして、ディスク載置面を出来る限り平滑な面に加工していた（特許文献１）。しかし、それでも、加工面の所々に凸部が残ることがあり、ハードディスクドライブ装置が情報の読み書きについてエラーを生ずる原因となっていた。

特開平６−０６０５３１号公報

薄肉のハードディスクを搭載するためのハブを、経済的に、かつ、確実に、製造する方法を提供する。

本願のハードディスクドライブ装置では、ディスク載置面を仕上げ加工するに際して、意図的に切削痕が残る旋削条件を選択し、しかも、その切削痕が、丁度レコード盤の溝の様に、ディスク載置メインを密に覆いつつ、スパイラル形状を成すようにする。このような旋削条件を選択すると、ディスク載置面の平均粗さＲａや最大粗さＲｚは悪化してしまうが、そのような粗くなる条件を選んで、加工する。

平滑な載置面を要求される場合、従来方法では、加工工具の切り込み量と径方向の移動速度を小さく取り、僅かずつ表面を削っていた。この方法では確かに平滑な切削面が得られるが、所々で、微小な突出が形成される。切削切粉の一部が、工具先端との間に挟まり、ワーク表面にこすり付けられた結果、凸部となって残存するためだと考えられる。

スパイラル形状の切削痕が残る旋削条件においては、切り込み量はある程度大きく、しかも工具先端は、常に適正量だけ移動させることで、工具先端は常に新しい部分を削りつづけることになる。このような条件下では、工具と加工面との間に切粉が挟まりこむという現象は生じない。

加工後には、規則的な切削痕が残るため、切削痕の山の部分の突出量が、比較的揃った載置面が得られる。ハードディスクは、この山の部分でハブに接触するため、比較適合性の小さなディスクでも、歪みを生じない。

本願発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。なお、本説明中において、上下左右のように方向を示す単語が用いられる場合、その方向は図中の方向を示しているに過ぎず、実施に際しての方向を限定するものではない。

（１） 本願発明に関わるハードディスクドライブ装置
図１は本発明の実施形態を示すハードディスクドライブ装置の断面図である。ハードディスクドライブ装置１は、情報を記憶しておく記録ディスク１１と、その記録ディスクの情報を読み書きするヘッド１２と、ヘッドを移動させるアクチュエータ１３と、ディスクを回転させるスピンドルモータ１０を備えている。

スピンドルモータ１０の基部となるベースプレート２１は、ディスクドライブ装置１の筐体の一部を構成している。ベースプレート２１には、複数のコイルを備えたステータ２２が取り付けられている。一方、ロータハブ２４は、動圧軸受２５によって、ベースプレート２１に対して回転自在に支持される。ロータハブ２４の、ステータ２２の内周面と径方向に対向する部分には、環状のロータマグネット２３が取り付けられる。ステータ２２、ロータマグネット２３、動圧軸受２５は、ロータハブ２４を回転駆動させる、回転駆動機構を構成する。

ロータハブ２４には、軸と略直交する平坦面２４ａが形成される。その平坦面２４ａには記録ディスク１１が載置される。さらにその記録ディスク１１はクランパ１４によって平坦面２４ａに押圧されている。図２に示すように、クランパ１４は略円板状の形状を有し、接触面１４ａも環状である。このため、均一にディスク１１を押圧することが出来る。

ロータハブに搭載されるディスク１１は、直径１インチ、厚さ０．４ｍｍである。 表面を平滑に仕上られたガラス製のディスク表面に、磁性体のごく薄い層が形成されている。このような構造を持つため、ディスクの曲げ剛性は、ガラスディスクの曲げ剛性とほぼ等しい。

ガラスディスクの素材としては、８６ＧＰａのヤング率を示すガラスが用いられている。ディスクの素材はガラスに限定されないが、ヤング率が６０ＧＰａを下回る材質は、本発明の方法でハブを加工しても、歪が大きくなる恐れがあるため、好ましくない。

（２） ロータハブの加工工程
図３乃至図６は、本願発明に関わる図１のハードディスクドライブ装置に搭載される、ロータハブの製造方法を示している。ロータハブ２４は、旋盤によって加工がなされる。ロータハブ２４を加工するに当たっては、母材２４１を旋削することによって加工がなされる。すなわち、まず母材２４１を回転可能な第１のチャック３０ａに保持させる（図３）。次にバイト３１で下側を旋削し、続けて上側を旋削し、ロータハブ２４の大部分を形成する（図４）。上側を旋削する際に、ディスク載置面も同時に形成される。その後、第１のチャック３０ａからロータハブ２４をはずして、第２のチャック３０ｂにロータハブ２４を保持させ、ロータハブ２４は母材２４１から切り離す（図５）。さらにロータハブ２４の切り離した部分をさらにバイト３１で旋削加工して完成させる（図６）。

なお、面精度を高めたり、加工が極端に難易な形状のロータハブを形成したりする際には、まず大まかなロータハブの形状を旋削またはその他の方法で形成し、その後にディスク載置面や細部の形状を本発明の方法にしたがって形成してもよい。

ロータハブの直径はおよそ１０ｍｍ、ハブ載置面の外径はおよそ７．５ｍｍ、ハブ載置面の内径はおよそ６．５ｍｍである。ロータハブの材質は、スピンドルモータのハブとして広く用いられる、フェライト系の快削性ステンレス鋼を用いた。

なお、ロータハブの材質としては、上記の材質のほかに、マルテンサイト系、オーステナイト系のステンレス鋼、アルミニウム及びその合金、黄銅、銅合金、各種鋼材、及び、切削可能で適切な機械強度を備えた材質を用いることが出来る。

（３） 旋削
スパイラル状の切削痕を形成するための旋削の条件は、ハブの材質、加工工具（バイト）の材質、表面処理、等によって異なってくるため、一概に指定することは難しい。バイト送り速度が遅ければ、スパイラルの形成が不明瞭になる一方、早すぎると、切削痕が乱れて、スパイラルを形成しなくなる。また、そのような場合は、粗さもＲａやＲｚについて定めた上限を超えてしまう事が多い。更には、バイトの切り込み量も影響する。しかしながら、スパイラル形状の切削痕を残す事自体は、決して難しいものではなく、何回かの試行錯誤によって加工条件は見つけ出せるものである。この際、バイトを径方向に移動する速さは、内周の縁から外周の縁まで一定であるという条件で、適切な移動速度を探索すると良い。

本発明においては、目標とする算術平均粗さ（Ｒａ）を１．６［μｍ］以下とし、最大高さ（Ｒｚ）を６．３［μｍ］以下としており、従来の切削方法において目標としていた、算術平均粗さ（Ｒａ）０．４以下且つ最大高さ（Ｒｚ）１．６以下という加工精度に比べると１／４ほど緩和された値になっている。しかも、切削痕が明瞭に残る旋削条件は、平滑に仕上る場合に比べて、一般に加工に要する時間が短くなる。よって本発明は、生産性の向上にも寄与する。

（４） 結果
この条件の下で仕上げ加工されたロータハブ２４の記録ディスク載置面２４ａの断面図を図８に、加工品の写真を図９に示す。断面を計測した位置は、図７のａ−ｂ間である。なお図８において、縦軸は横軸に対して、およそ２００倍に拡大されている。

図８において、記録ディスク載置面では、規則的に山と谷とが繰り返され、山の高さがほぼ均一に揃っている。記録ディスク載置面２４ａの山の頂上の高さの平均値と、最も高い山の高さとの差は０．２μｍ程度である。すなわち、山の頂上部分のみに着目すれば、従来達成の目標としていた算術平均粗さＲａ０．４と同程度の平坦度となっていると、みなすことが出来る。

一方、従来製品のロータハブの記録ディスク載置面は、平均粗さはもっと小さい。しかし、実際にディスクをハブに取り付け、クランプで固定した後で、ディスクの平坦度をチェックすると、ゆがみが大きいものが出てくる。このゆがみが生ずる原因は、恐らく、局所的な突出部が形成されているためだと考えられる。すなわち、平滑化を目指して少しづつ切削する条件下で、切り粉がバイトと被加工物との間に挟まってバイトが跳び、或は、切り粉が表面に付着するなどの現象が起こっているものと推定される。

このような突出部は、たとえ一旦形成されても、直ぐにバイトによって切削を受けて、平坦化されてしまうため、比較的低い頻度でしか残存しない。従来製品の載置面に対して、図８のような断面図をとっても、なかなか、そのような突出部は捉えられず、上記の推定を直接証明することは難しい。しかし、本発明の構造により、このようなゆがみが解消したことは、この推定の正しさを示唆している。

図９は、ディスク載置面２４ａの一部を図１〜３における上方向から見た、拡大写真である。レコード盤の溝の様に、密に並んだ切削痕が、拡大鏡を通して確認できる程度に形成されている。切削痕は、半径方向に略等間隔に並んだ円弧として写真に写っており、明瞭に断裂している部分は存在しない。図９では確認し難いが、切削痕を周方向に追って行くと、個々の切削痕は、僅かずつではあるが径方向に位置をずらしてゆく事が分かる。すなわち、切削痕は、全体として、密に巻いたスパイラル形状を成している。

なお、このスパイラル形状の切削痕の径方向ピッチ、及び山の高さ・谷の深さは、加工条件によって変化する。記録ディスク載置面２４ａ上に形成される切削痕の見え方も異なる。

本発明を実施した結果、載置面上の凹凸の山の高さはディスクに変形を生じない程度にまで一定の高さとされ、記録ディスクに生じる変形は少なくなる。その結果、ハードディスクドライブ装置への情報の書き込み・読み込み時のエラーが低減される。

（５） 他の実施形態
なお、本発明の実施形態は、上記の実施の形態に拘束されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、母材をプレス加工やダイキャストによって成形し、その仕上げ加工として本発明に記載された旋削加工を行ってもよい。或は、工具の送り速度を遅くした条件で、一旦、従来型の平滑な面を形成しておき、その上で、本願の発明品となる様に、スパイラル状の切削痕が形成される条件で旋削を行って仕上てもよい。また、工具の送り速度は、内縁から外縁に至るまで一定に限られるものでもない。外縁に近づくに従って、送り速度を落とす、などの変形が可能である。

また、磁気情報の記録は、垂直磁気記録方式を採用してドライブの容量を拡大することが出来る。この場合、記録密度は、２００Ｍｂｉｔ／ｍｍ^２或はそれ以上になり、それに伴なって、ハードディスクに許容される歪みも更に小さくなる。本発明の構成を採用することにより、経済的に、そのようなハードディスクドライブ装置を製造する事が出来る。

本発明の第1の実施形態を示すハードディスクドライブの断面図 クランパの形状を示す説明図 ロータハブの製造方法を示す図 ロータハブの製造方法を示す図 ロータハブの製造方法を示す図 ロータハブの製造方法を示す図 記録ディスク載置面の表面形状測定位置 記録ディスク載置面の表面形状 記録ディスク載置面表面の拡大写真

符号の説明

１ ハードディスクドライブ装置
１０ スピンドルモータ
１１ 記録ディスク
１２ ヘッド
１３ アクチュエータ
１４ クランパ
１４ａ 接触面
２１ ベースプレート
２２ ステータ
２３ ロータマグネット
２４ ロータハブ
２４ａ 平坦面
２５ 動圧軸受
２４１ 母材
３０ａ チャック
３１ バイト

Claims (7)

1. 縦弾性係数が６０ＧＰａ以上の素材からなる円盤をベースとし、該ベースを覆って磁性体層が形成されてなり、全体の厚みが０．５ｍｍ以下である、ハードディスクを、
   前記ハードディスクの中心軸と同軸に配置される、環状の接触面を有するクランパで押さえつけて搭載する為の、ハブであって、
   該ハブは、前記接触面と共同して前記ディスクを軸方向に挟み込む、旋削によって仕上られた環状のディスク載置面を有し、
   前記載置面には、周方向に延長する切削痕が形成されており、かつ、該切削痕は前記中心軸を中心とするスパイラルを成しつつ前記載置面の全面を覆っている、
   事を特徴とする、ハードディスクドライブ装置用ハブ。
2. 前記切削痕は、前記載置面の内周側の縁から外周側の縁まで繋がっている、事を特徴とする、請求項１に記載のハードディスクドライブ装置用ハブ。
3. 前記仕上加工後の前記載置面の表面粗さの最大高さＲｚは、０．８μｍ以上６．３μｍ以下である、事を特徴とする、請求項１又は２に記載の、ハードディスクドライブ装置用ハブ。
4. 前記仕上加工後の前記載置面の表面粗さの算術平均高さＲａは、０．２μｍ以上１．６μｍ以下である、事を特徴とする、請求項１乃至３に記載の、ハードディスクドライブ装置用ハブ。
5. 前記載置面は、前記ハブが切削工具に対して相対的に回転させられた状態において、切削工具によって該載置面を旋削しつつ、該切削工具と前記中心軸との間の距離を一定速度で増加、もしくは、減少させることにより、仕上加工されたものである、
   事を特徴とする、請求項１乃至４に記載のハードディスクドライブ装置用ハブ。
6. 請求項１乃至５に記載のハードディスクドライブ装置用ハブと、
   縦弾性係数が６０ＧＰａ以上の素材からなる円盤をベースとし、該ベースを覆って磁性体層が形成されてなり、全体の厚みが０．５ｍｍ以下である、ハードディスクと、
   前記ハードディスクの中心軸と同軸に配置され、環状の接触面を介して、前記載置面との間で前記ハードディスクを軸方向に挟み込む、クランパと、
   前記ハードディスクに対して、磁気データの書き込み、もしくは、読み取りを行う、磁気ヘッドと、
   該ハブを前記磁気ヘッドに対して相対的に回転させる、回転駆動機構と、
   からなるハードディスクドライブ装置。
7. 前記ハードディスクに記録される磁気情報の記録密度が、１平方ミリメートル当たり２００Ｍｂｉｔ以上である、事を特徴とする、請求項６に記載のハードディスクドライブ装置。