JP2006164458A - ディスク駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハブに掛かる荷重を分散し、曲げモーメントを緩和して、部品の加工精度やその締結力のばらつきに起因するディスク記録媒体の撓み（傾斜）を抑制する。
【解決手段】 スピンドルハブ７にディスク記録媒体２をクランプ手段２２により保持し、スピンドルハブ７にディスク記録媒体２のディスク面２０を支持するディスク搭載面２１を有し、ディスク搭載面２１にクランプ手段２２の締付力がディスク記録媒体２を介して作用するものであって、ディスク搭載面２１にスピンドルハブ７の回転中心軸周りに沿って凹部２７を形成し、ディスク径方向において凹部２７を隔てた両側位置でディスク搭載面２１がディスク面２０に当接する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スピンドルモータにより磁気ディスク、光ディスクなどを回転駆動するディスク駆動装置に関し、特にディスクを搭載するハブ構造に係る技術である。

近年、磁気ディスク、光ディスクなどのディスク記録媒体における記録密度の高密度化の進展に伴って、ディスク記録媒体が小型化している。例えば、３．５インチディスクが２．５インチへ、２．５インチディスクが１．８インチへ、１インチディスクが０．８５インチへ小型化している。このディスク記録媒体およびをディスク記録媒体を搭載するハードディスク装置（ＨＤＤ）等の記憶装置に小型化に伴いディスク駆動装置の小型化、薄型化が求められている。

ディスク駆動装置は、スピンドルモータと、スピンドルと一体に回転するハブを有し、ディスク記録媒体をディスク中心孔においてハブに装着し、ハブのディスク搭載面で支持するディスク記録媒体をねじ等のクランプ手段でハブに固定する構造をなし、スピンドルモータによるスピンドルの回転によりディスク記録媒体をスピンドル回転中心軸回りに回転駆動する。

このディスク駆動装置においては、ハブのディスク搭載面に載置するディスク記録媒体をスピンドルモータのスピンドル回転中心軸に対して真直度を保った状態に保持することが求められる。例えば、クランプ手段による押圧力によってディスク記録媒体に撓みが生じ、ディスク記録媒体の真直度が損なわれると、ディスク記録媒体のデータトラックに対するヘッドの追従性が悪くなり、読み取り不良によるリトライ頻度が多くなって応答速度が遅くなる原因となる。

このため、特許文献１においては、図８に示すように、ハブ５１のディスク載置面５２を内周側が低く、外周方向に向かって徐々に高く形成し、内周部５２ａと外周部５２ｂとで高低差ｈ１を設けている。このディスク載置面５２にディスク記録媒体を載置し、クランプ手段をなすねじの螺入によってディスク記録媒体をディスク載置面５２に押しつけると、ディスク載置面５２の外周部５２ｂの側が撓んで内周側と同じ高さとなる。この結果、ディスク載置面５２およびディスク記録媒体の真直度（水平度）が向上する。

また、特許文献２においては、図９に示すように、ハブ６１のディスク搭載フランジ６２の外周部に断面円形の隆起部６３を設けており、スペーサ６４を介して積層する複数のディスク記録媒体６５をそのディスク中心孔でハブ６１の円筒部６６に嵌合配置し、最下位のディスク記録媒体６５を隆起部６３で保持している。この構成では、クランプ手段によるディスク記録媒体６５への押圧でディスク搭載フランジ６２が撓んでも、隆起部６３が断面円形の外周面で線接触状態を保つことでディスク記録媒体の真直度を維持する。
実用新案登録第２５６２７２７号公報 米国特許第５０８９９２２号公報

上記した従来の構成において、クランプ手段による締め付けを行なった状態でディスク記録媒体の真直度を維持するためには、非加重状態でディスク記録媒体とハブのディスク搭載面とが線接触する支持部、つまり特許文献１ではハブ１の外周部５２ｂ、特許文献２ではディスク搭載フランジ６２の隆起部６３に対して正確にクランプ手段による押圧力を作用させることが必要である。

しかし、装置の小型化、薄型化のために部品に施す精密加工においても、クランプ手段をなす部品の加工精度やその締結力にはばらつきがあり、クランプ手段による荷重点がハブの支持部からずれるとディスク記録媒体に過剰な力や偏荷重が作用して、ハブが予め想定した撓み達せず、あるいは過剰に撓み、ディスク記録媒体に撓みが生じる。

本発明は上記した課題を解決するものであり、クランプ手段の締結力によりハブに掛かる荷重を分散し、ディスク記録媒体に作用する曲げモーメントを緩和することで、クランプ手段をなす部品の加工精度やその締結力のばらつきに起因してディスク記録媒体に生じる撓み（傾斜）を抑制できるディスク駆動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のディスク駆動装置は、スピンドルハブに装着するディスク記録媒体をクランプ手段により押圧して保持し、前記ディスク記録媒体の中心に形成したディスク中心孔に嵌合する前記スピンドルハブに前記ディスク記録媒体のディスク面を支持するディスク搭載面を有し、前記ディスク搭載面に前記クランプ手段の締付力が前記ディスク記録媒体を介して作用するものであって、前記ディスク搭載面に前記スピンドルハブの回転中心軸周りに沿って凹部を形成し、ディスク径方向において凹部を隔てた両側位置でディスク搭載面が前記ディスク面に当接するものである。

また、クランプ手段の締付力が凹部に対応する位置においてディスク記録媒体に作用するものである。
また、クランプ手段が締付力をディスク記録媒体に作用させる接触部において曲面をなし、接触部においてクランプ手段がディスク記録媒体に線接触するものである。

以上のように本発明によれば、ディスク記録媒体に作用するクランプ手段の締付力をディスク搭載面の凹部で受け止めることにより、クランプ手段の締付力が分散してディスク搭載面に作用する。

クランプ手段の締付力が作用するディスク記録媒体をディスク搭載面がディスク径方向の少なくとも２箇所で支持することで、従来の１箇所でディスク記録媒体を支持する構成に比べてディスク記録媒体に作用する曲げモーメントが小さくなり、特にクランプ手段の締付力が凹部に対応する位置においてディスク記録媒体に作用することでクランプ手段の締付力に対してディスク記録媒体をディスク径方向で２点支持することになり、クランプ手段の締付力に起因するディスク記録媒体の撓み（傾斜）の発生が抑制され、スピンドルハブの回転中心軸に対するディスク記録媒体の真直度が維持される。

また、クランプ手段の締付力を凹部に対応する位置においてディスク記録媒体に作用させることで、クランプ手段はディスク径方向に沿った凹部の範囲（幅）においてディスク記録媒体に当接すればよく、クランプ手段の締付力の荷重点の位置決め精度を緩和することができ、クランプ手段の部品精度および締付力のばらつきに起因してディスク記録媒体に生じる撓み（傾斜）のばらつきが小さくなり、スピンドルハブの回転中心軸に対するディスク記録媒体の真直度の維持が容易となり、不良の発生を抑制して歩留まりの改善およびコストダウンを行える。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、ディスク駆動装置１００は、スピンドルモータ１により磁気ディスク、光ディスクなどの情報を記録するディスク記録媒体２を回転駆動するものであり、スピンドルモータ１はスピンドル３と軸受部４と駆動部５からなる。

スピンドル３は回転中心軸回りに回転するシャフト６とシャフト６と一体的に回転するスピンドルハブ７を有し、スピンドルハブ７はハブ中心孔８をシャフトボス９に嵌合装着している。

本実施の形態において軸受部４は流体軸受をなしており、シャフト６に遊嵌してベース１０に固定配置するスリーブ１１と、シャフト６の外周面とスリーブ１１の内周面の間に形成する所定間隙１２に充填する潤滑油１３とでラジアル軸受を構成し、スリーブ１１のベース側の開口を閉塞するスラストプレート１４と、スラストプレート１４に対向してシャフト６の端部に設けたスラストフランジ１５と、スラストプレート１４とスラストフランジ１５との所定間隙１６に充填する潤滑油１３とでスラスト軸受を構成する。軸受部４は流体軸受に限らず、ローラ軸受等の他の軸受構造を適用することも可能である。

駆動部５はスピンドルハブ７の外周部に設けたロータマグネット１７とベース１０に固定配置するステータコア１８からなり、駆動部５により発生する回転駆動力でスピンドル３が回転する。

ディスク記録媒体２はディスク中心孔１９においてスピンドルハブ７に嵌合し、スピンドルハブ７はディスク記録媒体２のディスク面２０を支持するディスク搭載面２１を有し、クランプ手段２２によってディスク記録媒体２を押圧して保持する。

クランプ手段２２はクランプ２３とクランプ２３に締付力を与えるクランプネジ２４からなり、クランプ２３はクランプ中心孔２５においてシャフトボス９に嵌合装着し、クランプネジ２４はシャフト６に形成したシャフトネジ穴６ａに螺合装着する。クランプネジ２４はネジ頭部２４ａでクランプ２３に当接し、クランプ２３は周縁側に形成した接触部２６でディスク記録媒体２に当接し、クランプネジ２４の締付力がクランプ２３を介してディスク記録媒体２に作用する。

クランプ２３は接触部２６が断面形状において湾曲する曲面をなし、接触部２６の曲面においてディスク記録媒体２に線接触し、ディスク記録媒体２を周方向で均等に押圧するために環状に荷重点を形成する。クランプ手段２２の構造は本実施の形態に限らず、他のクランプ構造を適用することも可能である。

図２に示すように、スピンドルハブ７はディスク搭載面２１にスピンドルハブ７の回転中心軸周りに沿って環状に凹部２７を形成し、ディスク径方向において凹部２７を隔てた両側位置がディスク支持凸部２８をなし、ディスク支持凸部２８のディスク搭載面２１がディスク面２０に当接する。この凹部２７は、その深さがディスク記録媒体２に生じる撓み量より深く形成するのが望ましい。ただし、凹部底面にディスクが接触しても問題はない。また、その断面形状は矩形のみならず円弧状であってもその他の形状であっても良い。

この凹部２７の形態は、換言すると、ディスク搭載面２１にスピンドルハブ７の回転中心軸周りに環状にディスク支持凸部２８を同心状かつ多重に形成し、径方向におけるディスク支持凸部２８の間が凹部２７をなすとも言える。また、本実施の形態では、一つの凹部２７を形成したが、２つ以上の凹部２７を設けることも可能である。

本実施の形態においては、ディスク搭載面２１が凹部２７を隔てた一対のディスク支持凸部２８でディスク記録媒体２のディスク面２０を支持し、クランプ２３の接触部２６が凹部２７に対応する位置、つまり一対のディスク支持凸部２８の間に位置してディスク記録媒体２に線接触し、ディスク記録媒体２を環状の荷重点において周方向で均等に押圧することで、クランプ手段２２の締付力が凹部２７に対応する位置においてディスク記録媒体２に作用する。

上記した構成により、クランプ２３の接触部２６を介してディスク記録媒体２に作用するクランプ手段２２の締付力を、ディスク径方向において凹部２７を隔てた両側位置のディスク支持凸部２８のディスク搭載面２１で受け止めることで、クランプ手段２２の締付力が分散してディスク搭載面２１に作用する。

クランプ手段２２の締付力が作用するディスク記録媒体２をディスク径方向の少なくとも２箇所のディスク支持凸部２８のディスク搭載面２１で支持することで、従来のようにディスク搭載面２１が傾斜して１箇所でディスク記録媒体２を支持する構成に比べてディスク記録媒体２に作用する曲げモーメントが小さくなり、特にクランプ手段２２の締付力が一対のディスク支持凸部２８の間においてディスク記録媒体２に作用することでクランプ手段２２の締付力に対してディスク記録媒体２をディスク径方向で２点支持することになり、クランプ手段２２の締付力に起因するディスク記録媒体２の撓み（傾斜）の発生が抑制され、スピンドルハブ７の回転中心軸に対するディスク記録媒体２の真直度が維持される。

このディスク記録媒体２を傾斜するディスク搭載面２１で支持する場合と、凹部２７を隔てた複数のディスク支持凸部２８で支持する場合とにおける曲げモーメントに関しては、材料力学におけるはりの曲げモーメントの問題に帰し、力学的に明らかに多点支持する本願発明の形態が優位である。

以下に図３〜図７を参照して詳細に説明する。図３は本発明の一実施例におけるディスク搭載面２１を示す断面図であり、図４は比較対象としてディスク搭載面２１が傾斜する一例を示す断面図である。

図３において、凹部２７の深さはディスク搭載面２１から５μｍであり、スピンドルハブ７の回転中心軸からの距離（単位ｍｍ）が、ディスク搭載面２１の内周縁まで３．７１、凹部２７の内周縁まで３．７６、凹部２７の外周縁まで４．０１２５、ディスク搭載面２１の外周縁まで４．０６２５である。

ディスク搭載面寸法はＨＤＤのサイズによって様々である。ディスク搭載面２１の内周縁寸法は、３．０〜１４．０程度のものがあり、ディスク搭載面２１の外周縁寸法は、３．４〜１６．０程度のものがあるが、ここではその中の一例を示しており、上記の寸法のものに限るものではない。従って、凹部幅も上記の数値の範囲で変更可能である。また、凹部深さも、クランプ力やディスク剛性によって様々であり、前述したようにディスクの撓み以上の深さ、例えば０．３μm以上であればよく、上記の寸法のものに限るものではない。

図４において、スピンドルハブ７の回転中心軸からの距離（単位ｍｍ）が、ディスク搭載面２１の内周縁まで３．６７、ディスク搭載面２１の外周縁まで３．９５であり、ディスク搭載面２１の内周縁と外周縁との間での高低差（傾斜）が０．３μｍである。

この図３および図４におけるディスク搭載面２１にディスク記録媒体２を載置し、ディスク記録媒体２にクランプ手段２２による締付力が作用する状態を、それぞれ図５および図６に示す。

図５において、クランプ手段２２による締付力の荷重Ｆは、凹部２７の内周縁と外周縁の間に作用し、荷重点は凹部２７の外周縁からａの距離で、外周縁からｂの距離にある。図６において、クランプ手段２２による締付力の荷重Ｆは、ディスク搭載面２１の内周縁と外周縁の間に作用し、荷重点はディスク搭載面２１の外周縁からａの距離にある。

図５においては、クランプ手段２２の荷重Ｆが分散されて一方の作用点が荷重点より回転中心軸の側にあり、ディスク記録媒体２に掛かる最大曲げモーメントＭ１は、Ｆ×ａ×ｂ／（ａ＋ｂ）である。図６においては、クランプ手段２２の荷重Ｆがディスク搭載面２１の外周縁に全て作用し、ディスク記録媒体２に掛かる最大曲げモーメントＭ２は、Ｆ×ａである。

したがって、Ｍ１＝Ｆ×ａ×ｂ／（ａ＋ｂ）＜Ｆ×ａ＝Ｍ２であり、二点支持の最大曲げモーメントＭ１が１点支持の最大曲げモーメントＭ２より小さくなり、ディスク記録媒体２の撓み（傾き）のばらつきが小さくなる。

表１は、図５および図６の構成において、クランプ位置（距離ａ）および荷重Ｆの条件を違えた複数のケースにおけるディスク記録媒体２に生じる傾きを示すものであり、ケース１〜４は図５の構成に係るものであり、ケース５〜８は図６の構成に係るものである。また、図７は各ケースにおいてディスク記録媒体２の各位置（回転中心軸から距離ｍｍ）に生じる高さ方向変位（μｍ）を示すグラフ図である。

表１および図７より明らかなように、図５に示す二点支持の構成では、距離ａ、荷重Ｆの条件に拘らず、ディスク記録媒体２の外周縁側ほどディスク搭載面２１より低くなるように傾斜し、図６に示す一点支持の構成では、距離ａ、荷重Ｆの条件に拘らず、ディスク記録媒体２の外周縁側ほどディスク搭載面２１より高くなるように傾斜する。

二点支持の構成では、ケース１に示すように距離ａを最大ｍａｘとして荷重Ｆを最大ｍａｘとする場合において、傾きが最大の−１．３４μｍとなり、ケース４に示すように距離ａを最小ｍｉｎとして荷重Ｆを最小ｍｉｎとする場合において、傾きが最小の−０．２６μｍとなり、傾きのばらつきの幅が１．０８μｍとなる。

一点支持の構成では、ケース８に示すように距離ａを最小ｍｉｎとして荷重Ｆを最小ｍｉｎとする場合において、傾きが最大の２．５８μｍとなり、ケース５に示すように距離ａを最大ｍａｘとして荷重Ｆを最大ｍａｘとする場合において、傾きが最小の０．６２μｍとなり、傾きのばらつきの幅が１．９６μｍとなる。

よって、従来のように、ディスク記録媒体２を傾斜するディスク搭載面２１で支持する場合に比べて、本実施の形態のように、凹部２７を隔てた複数のディスク支持凸部２８で支持する場合における曲げモーメントが小さくなることは明らかである。

また、ディスク記録媒体２をディスク支持凸部２８によりディスク径方向で２点支持し、クランプ手段２２の締付力をディスク支持凸部２８の間においてディスク記録媒体２に作用させることで、クランプ手段２２はディスク支持凸部２７の間の範囲においてディスク記録媒体２に当接すれば、傾きのばらつきが小さく、真直度を維持できるので、クランプ手段２２の締付力の荷重点の位置決め精度を緩和することができ、クランプ手段２２のクランプ２３等の部品精度および締付力のばらつきに起因してディスク記録媒体２に生じる撓み（傾斜）のばらつきが小さくなり、スピンドルハブ７の回転中心軸に対するディスク記録媒体２の真直度の維持が容易となり、不良の発生を抑制して歩留まりの改善およびコストダウンを行える。

本発明のディスク駆動装置は、クランプ手段の締付力が分散してディスク搭載面に作用し、ディスク記録媒体に作用する曲げモーメントが小さくなり、クランプ手段の締付力に起因するディスク記録媒体の撓み（傾斜）の発生が抑制されることで、スピンドルハブの回転中心軸に対するディスク記録媒体の真直度を維持でき、クランプ手段の締付力の荷重点の位置決め精度を緩和することで、ディスク記録媒体の真直度の維持が容易となるので、スピンドルモータにより磁気ディスク、光ディスクなどを回転駆動する用途に好適である。

本発明の実施の形態におけるディスク駆動装置を示す断面図 同実施の形態におけるディスク駆動装置の要部を示す拡大断面図 同実施の形態におけるディスク駆動装置のディスク搭載面を示す拡大断面図 従来のディスク駆動装置のディスク搭載面を示す拡大断面図 本発明の実施の形態におけるディスク駆動装置の力学モデルを示す模式図 従来のディスク駆動装置の力学モデルを示す模式図 本発明の実施の形態におけるディスク駆動装置と従来のディスク駆動装置におけるディスク記録媒体に生じる高さ方向変位の比較を示すグラフ図 従来のディスク駆動装置におけるディスク搭載面を示す拡大断面図 従来の他のディスク駆動装置におけるディスク搭載面を示す拡大断面図

符号の説明

１００ ディスク駆動装置
１ スピンドルモータ
２ ディスク記録媒体
３ スピンドル
４ 軸受部
５ 駆動部
６ シャフト
６ａ シャフトネジ穴
７ スピンドルハブ
８ ハブ中心孔
９ シャフトボス
１０ ベース
１１ スリーブ
１２ 所定間隙
１３ 潤滑油
１４ スラストプレート
１５ スラストフランジ
１６ 所定間隙
１７ ロータマグネット
１８ ステータコア
１９ ディスク中心孔
２０ ディスク面
２１ ディスク搭載面
２２ クランプ手段
２３ クランプ
２４ クランプネジ
２４ａ ネジ頭部
２５ クランプ中心孔
２６ 接触部
２７ 凹部
２８ ディスク支持凸部

Claims (3)

1. スピンドルハブに装着するディスク記録媒体をクランプ手段により押圧して保持し、前記ディスク記録媒体の中心に形成したディスク中心孔に嵌合する前記スピンドルハブに前記ディスク記録媒体のディスク面を支持するディスク搭載面を有し、前記ディスク搭載面に前記クランプ手段の締付力が前記ディスク記録媒体を介して作用するものであって、前記ディスク搭載面に前記スピンドルハブの回転中心軸周りに沿って凹部を形成し、ディスク径方向において凹部を隔てた両側位置でディスク搭載面が前記ディスク面に当接することを特徴とするディスク駆動装置。
2. クランプ手段の締付力が凹部に対応する位置においてディスク記録媒体に作用することを特徴とする請求項１記載のディスク駆動装置。
3. クランプ手段が締付力をディスク記録媒体に作用させる接触部において曲面をなし、接触部においてクランプ手段がディスク記録媒体に線接触することを特徴とする請求項２記載のディスク駆動装置。

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