JP2007074839A - 動圧軸受を有するモータ及びそれを有するディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転精度を向上する動圧軸受としてのラジアル軸受を有するモータ及びそれを有するディスク装置を提供する。
【解決手段】 所定の負荷と共に回転する軸と、当該軸を流体を介して非接触に支持する動圧軸受とを有し、当該動圧軸受は、前記軸の長手方向に沿って３箇所以上前記軸の周りに設けられたラジアル軸受であることを特徴とするモータ及びそれを有するディスク装置を提供する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一般に、動圧軸受を有するモータ及びそれを有するディスク装置に係り、特に、動圧軸受のラジアル軸受の構成に関する。本発明は、例えば、ハードディスク装置（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ：ＨＤＤ）に使用され、ディスクを回転させるスピンドルモータに好適である。

近年のインターネット等の普及に伴って大量の情報を高速で記録する需要が増大してきた。このため、ＨＤＤなどの磁気ディスク装置は、大容量化やリスポンスの向上が益々要求されている。大容量化のためにＨＤＤは、ディスクのトラックピッチを小さくすると共に搭載されるディスク枚数を増加してきた。また、リスポンスの向上のためにスピンドルモータの回転速度が増加してきた。

しかし、高記録密度のディスクでは高いヘッド位置決め精度が必要となる。このため、ディスクの振動を抑えた回転精度の向上が必要となり、スピンドルモータは軸受に軸と非接触の動圧軸受を採用するようになった。この結果、スピンドルモータは、従来の軸に接触する玉軸受に見られるような接触に起因するディスクの振動を防止することができるようになった。動圧軸受では、軸と軸受との隙間に挟まれた潤滑油などの流体が楔効果によって圧力（流体圧力）を発生し、その圧力で負荷を支えるものである。動圧軸受は、荷重方向によってラジアル軸受とスラスト軸受に分類することができ、このうちラジアル軸受は軸周りに軸の長手方向に沿って２箇所設けられている。流体圧力は軸の剛性を高めて振動を防止する上で効果的である。従来技術としては、例えば、特許文献１がある。
特開２００１−２１４９２９号公報

しかし、スピンドルモータの回転数の増加と搭載されるディスク枚数の増加に伴って軸の振動が増大し、その一方で高記録密度からディスクの回転精度の要求が厳しくなってきた。このため、従来のラジアル軸受ではディスクの回転精度を維持しにくくなってきた。かかる問題を解決するために、軸受を大きくしたり、軸と軸受との隙間を小さくしたりすることが考えられる。しかし、モータサイズが決まっているために軸受を大きくすることは困難である。また、隙間を小さくすることは軸と軸受の加工精度や組立性から困難である。

そこで、本発明は、回転精度を向上する動圧軸受としてのラジアル軸受を有するモータ及びそれを有するディスク装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としてのモータは、所定の負荷と共に回転する軸と、当該軸を流体を介して非接触に支持する動圧軸受とを有し、当該動圧軸受は、前記軸の長手方向に沿って３箇所以上前記軸の周りに設けられたラジアル軸受であることを特徴とする。かかるモータは、従来よりもラジアル軸受の個数が多いので軸の剛性を高めて回転精度を維持することができる。また、軸と軸受の隙間や軸受のサイズを維持したまま軸受の数と配置を調節することによって、軸に働くモーメントを簡単に減少することができる。前記３箇所以上のラジアル軸受の前記軸の前記長手方向に沿った中心は、前記負荷の前記軸の前記長手方向に沿った中心と一致することが好ましい。ラジアル軸受と負荷のそれぞれの中心又は重心を一致させることによって軸に働くモーメントを減少させ、回転精度を更に維持することができる。なお、両者の中心は軸に働くモーメントが実質的に無視できる範囲で一致していればよく、完全に一致していなくても本発明の範囲内である。

ディスクを回転する上述のモータ、即ち、スピンドルモータを有することを特徴とするディスク装置も本発明の一側面を構成する。例えば、ディスク枚数が変化した場合にラジアル軸受の数や配置を変更することによってスピンドルモータの軸の振動を効果的に抑えて回転精度を維持することができる。この場合、ディスク装置が負荷としてのディスクを一定速度で回転する磁気ディスク装置などにおいて本発明の効果が大きい。なぜならば、ディスク回転速度が変化すれば軸の振動特性も変化するため、あるディスク回転速度の軸の振動低減に効果的なラジアル軸受の配置は異なるディスク回転速度の軸の振動低減にはあまり効果的でない場合があるからである。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、回転精度を向上する動圧軸受としてのラジアル軸受を有するモータ及びそれを有するディスク装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例としてのＨＤＤ１００について説明する。ＨＤＤ１００は、図１に示すように、筐体１０２内に、記録担体としての一又は複数の磁気ディスク１０４と、ヘッドスタックアッセンブリ（Ｈｅａｄ Ｓｔａｃｋ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＨＳＡ）１１０と、スピンドルモータ１４０と、を収納する。ここで，図１は、ＨＤＤ１００の内部構造の概略平面図である。

筐体１０２は、例えば、アルミダイカストベースやステンレスなどから構成され、直方体形状を有し、内部空間を密閉する図示しないカバーが結合される。本実施形態の磁気ディスク１０４は高い面記録密度、例えば、２００Ｇｂ／ｉｎ^２以上を有する。磁気ディスク１０４は、その中央に設けられた孔を介してスピンドルモータ１４０のスピンドルに装着される。

スピンドルモータ１４０は、例えば、１００００ｒｐｍなどの高速で磁気ディスク１０４を回転する。スピンドルモータ１４０は、図３に示すように、軸１４１と、ハブ１４２と、スリーブ１４３と、ブラケット１４４と、コア１４５と、磁石１４６と、ヨーク１４７と、ラジアル軸受１４８と、潤滑油（流体）１４９とを有する。ここで、図３は、スピンドルモータ１４０の縦断面図である。

軸１４１は、負荷であるディスク１０４と共に回転する。ハブ１４２は、上部１４２ａで軸１４１に固定されると共に支持面１４２ｂでディスク１０４を支持する。スリーブ１４３は、軸１４１を回転自在に嵌め込むための部材であり、筐体１０２内に固定される。軸１４１が回転するのに対して、スリーブ１４３は回転せずにブラケット１４４と共に固定部を構成する。スリーブ１４３には潤滑油１４９を導入するための溝（隙間）１４３ａが形成される。軸１４１が回転すると、この溝１４３ａに沿って潤滑油１４９に動圧（流体圧力）が発生する。ブラケット１４４は、スリーブ１４３の周りで筐体１０２に固定され、コア（コイル）１４５、磁石１４６及びヨーク１４７を支持する。コア１４５には電流が流され、コア１４５、磁石１４６及びヨーク１４７は磁気回路を構成する。磁気回路は、キャリッジのボイスコイルモータに対向してヘッドを揺動させるのに使用される。

ラジアル軸受１４８は、軸１４１を潤滑油１４９を介して非接触に支持する動圧軸受であり、軸１４１の長手方向に沿って３箇所以上（本実施例では３個）軸１４１の周りに設けられる。ラジアル軸受１４８は、軸１４１の半径方向の荷重を支持する。このように、本実施例のラジアル軸受１４８の個数（３個）は、従来のラジアル軸受の個数（２個）よりも多い。このため、本実施例は、軸１４１の剛性を高めて回転精度を維持することができる。また、軸１４１と軸受１４８の隙間１４３ａや軸受１４８のサイズを維持したまま軸受１４８の数と配置を調節することによって、軸１４１に働くモーメントを簡単に減少することができる。

ラジアル軸受１４８の軸１４１の長手方向Ｌに沿った中心Ｐは、ディスク１０４の軸１４１の長手方向Ｌに沿った中心と一致することが好ましい。ラジアル軸受１４８とディスク１０４のそれぞれの中心又は重心を一致させることによって軸１４１に働くモーメントをなくし、回転精度を更に維持することができる。

図４（ａ）乃至図４（ｃ）は、それぞれディスク１０４の数が１、２及び４と変化した場合に軸１４１上の中心位置が変化する様子を示す断面図である。図中１０５はディスク１０４を固定するためのクランプである。図４（ａ）に示す中心Ｄ_１よりも図４（ｂ）に示す中心Ｄ_２の方が上方にあり、図４（ｃ）に示す中心Ｄ_３は中心Ｄ_２よりも更に上方にある。そこで、ラジアル軸受１４８の数と配置を調節することによってその中心Ｐを中心Ｄ_１乃至Ｄ_３に一致させるようにすれば軸１４１に働くモーメントを減少することができる。ここで、中心ＰやＤ_１乃至Ｄ_３は、軸１４１の長手方向Ｌを地面と水平に取り、ラジアル軸受１４８やディスク１０４の位置に等荷重を配置することで容易に求めることができる。

なお、両者の中心は軸に働くモーメントが実質的に無視できる範囲で一致していればよく、完全に一致していなくても本発明の範囲内である。無視できる範囲は、本実施例では、±１０％以内であるが、これに限定されるものではない。

ＨＳＡ１１０は、磁気ヘッド部１２０と、サスペンション１３０と、キャリッジ１３２と、支軸１３４とを有する。

磁気ヘッド部１２０は、図２に示すように、略直方体に形成されるＡｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ（アルチック）製のスライダ１２１と、スライダ１２１の空気流出端に接合されて、読み出し及び書き込み用のヘッド１２２を内蔵するＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）製のヘッド素子内蔵膜１２３とを備える。ここで、図２は、磁気ヘッド部１２０の拡大斜視図である。スライダ１２１及びヘッド素子内蔵膜１２３には、磁気ディスク１０４に対向する媒体対向面、即ち、浮上面１２４が規定される。磁気ディスク１０４の回転に基づき生成される気流１２５は浮上面１２４に受け止められる。

浮上面１２４には、空気流入端から空気流出端に向かって延びる２筋のレール１２６が形成される。各レール１２６の頂上面にはいわゆるＡＢＳ（空気軸受け面）１２７が規定される。ＡＢＳ１２７では気流１２５の働きに応じて浮力が生成される。ヘッド素子内蔵膜１２３に埋め込まれたヘッド１２２はＡＢＳ１２７で露出する。なお、磁気ヘッド部１２０の浮上方式はかかる形態に限られず、既知の動圧潤滑方式、静圧潤滑方式、ピエゾ制御方式、その他の浮上方式を適用することができる。また、起動方式は、停止時に磁気ヘッド部１２０がディスク１０４に接触するコンタクトスタートストップ方式であってもよいし、停止時に磁気ヘッド部１２０をディスク１０４から持ち上げてディスク１０４の外側にあるランプで磁気ヘッド部１２０をディスク１０４と非接触に保持し、起動時に保持部からディスク１０４上に落とすダイナミックローディング又はランプロード方式を採用してもよい。

ヘッド１２２は、図示しない導電コイルパターンで生起される磁界を利用して磁気ディスク１０４に２値情報を書き込む誘導書き込みヘッド素子（以下、「インダクティブヘッド素子」という。）と、磁気ディスク１０４から作用する磁界に応じて変化する抵抗に基づき２値情報を読み取る磁気抵抗効果（以下、「ＭＲ」という。）ヘッド素子とを有するＭＲインダクティブ複合ヘッドである。ＭＲヘッド素子は、（ＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ Ｐｌａｎｅ）構造を利用したＧＭＲ、ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）構造を利用したＧＭＲを含む）ＧＭＲ（巨大磁気抵抗：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）、ＡＭＲ（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）等種類を問わない。

サスペンション１３０は、磁気ヘッド部１２０を支持すると共に磁気ヘッド部１２０に対して磁気ディスク１０４に抗して弾性力を加える機能を有し、例えばステンレス製のワトラス形サスペンションである。かかるサスペンションは磁気ヘッド部１２０を片持ち支持するフレキシャー（ジンバルばねその他の名称で呼ばれる場合もある）とベースプレートに接続されるロードビーム（ロードアームその他の名称で呼ばれる場合もある）とを有する。また、サスペンション１３０は磁気ヘッド部１２０にリード線などを介して接続される図示しない配線部も支持する。かかるリード線を介して、ヘッド１２２と配線部との間でセンス電流、書き込み情報及び読み出し情報が供給及び出力される。

キャリッジ１３２は、図示しないボイスコイルモータによって支軸１３４周りに揺動する。キャリッジ１３２の支持部はアームと呼ばれ、支軸１３４の周りに回転又は揺動可能に設けられるアルミニウム製の剛体である。キャリッジ１３２には、配線部１３８に制御信号及びディスク１０４に記録されるべき信号並びに電力を供給すると共にディスク１０４から再生された信号を受信するフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）１３３が更に設けられている。

図５に、ＨＤＤ１００の制御系１６０の制御ブロック図を示す。かかる制御系１６０は、ヘッド１２２がインダクティブヘッドとＭＲヘッドとを有する場合の制御例である。ＨＤＤ１００の制御系１６０は、制御部１６１、インターフェース１６２、ハードディスクコントローラ（以下、「ＨＤＣ」という。）１６３、ライト変調部１６４、リード復調部１６５、センス電流制御部１６６、ヘッドＩＣ１６７とを有し、コントロールボードなどとしてＨＤＤ１００内に具現化される。もちろん、ヘッドＩＣ１６７のみがキャリッジ１３２に装着されるなど、一体的に構成されなくてもよい。

制御部１６１は、ＣＰＵ、ＭＰＵなど名称の如何を問わずいかなる処理部を含み、制御系１６０の各部を制御する。インターフェース１６２は、例えば、ＨＤＤ１００を上位装置であるパーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）などの外部装置に接続する。ＨＤＣ１６３は、リード復調部１６５によって復調されたデータを制御部１６１に送信したり、ライト変調部１６４にデータを送信したり、センス電流制御部１６６に制御部１６１によって設定された電流値を送信したりする。また、図５では、制御部１６１がスピンドルモータ１４０とキャリッジ１３２（のモータ）をサーボ制御するが、ＨＤＣ１６３がかかるサーボ制御機能を有してもよい。

ライト変調部１６４は、例えば、インターフェース１６２を介して上位装置から供給され、インダクティブヘッドによってディスク１０４に書き込まれるデータを変調してヘッドＩＣ１６２に供給する。リード復調部１６５はＭＲヘッドがディスク１０４読み取ったデータをサンプリングして元の信号に復調する。ライト変調部１６４とリード復調部１６５が一体の信号処理部として把握されてもよい。ヘッドＩＣ１６７はプリアンプとして機能する。なお、各部には当業界で既知のいかなる構成をも適用することができるので、その詳細な構造はここでは省略する。

ＨＤＤ１００の動作において、制御部１６１は、スピンドルモータ１４０を駆動してディスク１０４を回転させる。上述のように、ラジアル軸受１４８が軸１４１の剛性を高めると共に軸１４１に働くモーメントを低減しているのでディスク１０４の回転精度は高い。この結果、高精度なヘッド位置決め精度を提供することができる。ＨＤＤ１００は、ディスク１０４を一定速度で回転するため、回転精度の向上の効果は特に大きい。なぜならば、ディスク回転速度が変化すれば軸の振動特性も変化するため、あるディスク回転速度の軸の振動低減に効果的なラジアル軸受の配置は異なるディスク回転速度の軸の振動低減にはあまり効果的でない場合があるからである。

ディスク１０４の回転に伴う空気流をスライダ１２１とディスク１０４との間に巻き込み微小な空気膜を形成し、スライダ１２１にはディスク面から浮上する浮力が作用する。一方、サスペンション１３０はスライダ１２１の浮力と対向する方向に弾性押付力をスライダ１２１に加えている。かかる浮力と弾性力との釣り合いにより、磁気ヘッド部１２０とディスク１０４との間が一定に離間する。 次に、制御部１６１は、キャリッジ１３２を制御してキャリッジ１３２を支軸１３４回りに回動させ、ヘッド１２２をディスク１０４の目的のトラック上にシークさせる。

書き込み時には、制御部１６１は、インターフェース１６２を介して図示しないＰＣなどの上位装置から得たデータを受信し、インダクティブヘッドを選択し、ＨＤＣ１６３を介してライト変調部１６４に送信する。これに応答して、ライト変調部１６４はデータを変調した後に当該変調されたデータをヘッドＩＣ１６７に送信する。ヘッドＩＣ１６７は、かかる変調されたデータを増幅した後でインダクティブヘッドに書き込み電流として供給する。これにより、インダクティブヘッドは目的のトラックにデータを書き込む。

読み出し時には、制御部１６１はＭＲヘッドを選択し、所定のセンス電流を、ＨＤＣ１６３を介してセンス電流制御部１６６に送信する。これに応答して、センス電流制御部１６６はセンス電流を、ヘッドＩＣ１６７を介してＭＲヘッドに供給する。これにより、ＭＲヘッドは、ディスク１０４の所望のトラックから所望の情報を読み出す。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。

本発明の一実施例としてのハードディスクドライブの内部構造を示す平面図である。 図１に示すハードディスクドライブの磁気ヘッド部の拡大斜視図である。 図１に示すハードディスクドライブのスピンドルモータの縦断面図である。 図４（ａ）乃至図４（ｃ）は、図１に示すディスクの数が１、２及び４と変化した場合にスピンドルモータの軸上の中心位置が変化する様子を示す断面図である。 図１に示すハードディスクドライブの制御系のブロック図である。

符号の説明

１００ 磁気ディスク装置（ハードディスクドライブ）
１４０ スピンドルモータ
１４８ ラジアル軸受

Claims (3)

1. 所定の負荷と共に回転する軸と、
   当該軸を流体を介して非接触に支持する動圧軸受とを有し、
   当該動圧軸受は、前記軸の長手方向に沿って３箇所以上前記軸の周りに設けられたラジアル軸受であることを特徴とするモータ。
2. 前記３箇所以上のラジアル軸受の前記軸の前記長手方向に沿った中心は、前記負荷の前記軸の前記長手方向に沿った中心と一致することを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. ディスクを回転する請求項１又は２記載のモータを有することを特徴とするディスク装置。