JP2008159201A - スペーサ及びその製造方法、並びに、スペーサを有するディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工性に優れたスペーサ及びその製造方法、並びに、かかるスペーサを有するディスク装置を提供する。
【解決手段】ディスク装置において複数のディスクを回転させるハブに取り付けられ、前記複数のディスクを一定間隔で保持する環状のスペーサであって、前記ハブに対向する内面に３点の突起を有することを特徴とするスペーサ。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般に、記録装置に係り、特に、ディスク装置において記録媒体としての複数のディスクを一定間隔で保持するスペーサに関する。本発明は、例えば、ハードディスク装置（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ：ＨＤＤ）において複数のディスクを分離するスペーサに好適である。

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かつ安価に記録する需要が増大してきた。このため、ＨＤＤなどのディスク装置は、大容量化、高リスポンスと低価格化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。

複数のディスクはスピンドルモータの回転軸に固定されたハブに積層され、環状のスペーサによって一定間隔に保持される。スペーサは軸状のハブに嵌合され、嵌め合い力によって両者は一体として回転する。スペーサの内径がハブの外径に対してきつすぎれば,スペーサが変形し,ディスクの変形をもたらす。この結果、ヘッドの位置決め精度の低下を招く。一方、スペーサの内径がハブの外径に対して緩過ぎればスペーサはハブの回転によって振動し、ハブに振動及び応力を加え、同様にディスクの回転中心の変動をもたらす。この結果、ヘッドの位置決め精度の低下を招く。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、ディスクに加わる振動や変形を抑えることが必要となる。

そこで、スペーサにはμｍレベルの高い寸法精度が要求され、かかる寸法精度は近年の大容量化や高リスポンス化に伴って益々厳しくなっている。特に、スペーサはハブに面する内面と、ディスクに面する媒体接触面において高い寸法精度が要求される。

従来のスペーサには金属やセラミックスが使用されてきた。金属製スペーサは、典型的には、棒材又はパイプ材を用いて内外径加工、切断、媒体接触面を平面研磨という工程を経て製造される。低価格化のために、金属板材のプレス加工、フォージング加工等のネットシェイプ加工による加工工数低減も提案されている。一方、セラミックスペーサは、典型的には、セラミック粉末の調製、成形、焼成、機械加工（内外径，平面研磨）という工程を経て製造される。

従来技術としては、例えば、特許文献１及び２がある。
特開２００２−３３４４９８号公報 特開２００５−１９６８６８号公報

しかし、切削による金属製スペーサは、機械加工量が多い。金属板材のプレス加工、フォージング加工等のネットシェイプ加工による金属製スペーサは、媒体接触面は素材自体の板厚ばらつき／反りを回避できないために平面研磨加工が必須となる。一方、セラミックスペーサは、焼成時の寸法変化が大きいために内面、外面及び媒体接触面に対しての機械加工が必要となる。また、セラミックは難加工材であり、ディスク装置への組立装着時にモータハブとの接触・擦れにより塵埃も発生しやすい。

ディスク装置の低価格化のためには、スペーサの加工性の向上が重要となる。そこで、本出願人は樹脂による射出成形によりスペーサを作成することを検討した（特願２００４−２５４３１７号）。同出願によれば、ゲート構造／ゲート位置／ゲート数，離型用イジェクトピン構造／イジェクトピン位置／イジェクトピン数等に工夫を施すことで樹脂フローの均一化及び離型時の加圧力の均一化を図り、射出成形のみで内径真円度５μｍ〜１５μｍ、外径円筒度１０〜３０μｍ、媒体接触面の平面度５〜１０μｍレベルのニアネットシェイプ形状ディスクスペーサを成形することができる。これらの精度は射出成形の限界に近いレベルであり、外径精度は十分満足できるレベルである。

一方、内径公差には０〜２０μｍレベルの精度が必要である。量産性を考慮するとＨＤＤでは工程能力指数（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ：Ｃｐｋ）１．６７以上を要求されることが多い。同出願の方法を使用してもかかる内径精度を全周に亘って保証することは困難である。その一方、内径公差を満足するために内面に機械加工を行えばニアネットシェイプ形状によりコスト低減を図る目的に相反する。

そこで、本発明は、加工性に優れたスペーサ及びその製造方法、並びに、かかるスペーサ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スペーサは、ディスク装置において複数のディスクを回転させるハブに取り付けられ、前記複数のディスクを一定間隔で保持する環状のスペーサであって、前記ハブに対向する内面に複数、好ましくは３点の突起を有することを特徴とする。かかるスペーサは、突起の内径精度を管理すれば足り、全周に亘って内径精度を管理する必要がないので、製造の歩留りが向上する。前記スペーサは樹脂製が好ましい。これにより、スペーサを射出成形で製造できるので低価格性を図ることができる。また突起が３点の場合、前記３点の突起は１２０度間隔で配置されていることが好ましい。対称に突起を設けることにより、管理される内径精度を確保することができる。

本発明の別の側面としてのディスク装置は、記録媒体としての複数のディスクと、前記複数のディスクが取り付けられ、当該複数のディスクを回転させるハブと、前記ハブに取り付けられ、前記複数のディスクを一定間隔で保持し、前記ハブに対向する内面に複数、好ましくは３点の突起を有する環状のスペーサとを有することを特徴とする。かかるディスク装置は加工性に優れたスペーサを有するので低価格化を図ることができる。

本発明の別の側面としての製造方法は、ディスク装置において複数のディスクを回転させるハブに取り付けられ、前記複数のディスクを一定間隔で保持する環状のスペーサを射出成形を利用して製造する方法であって、前記ハブに対向する前記スペーサの内面に複数、好ましくは３点の突起を設け、前記突起の頂点を通る仮想円の径を利用して内径精度を管理することを特徴とする。かかる製造方法は、突起を通る仮想円の内径精度を管理すれば足り、全周に亘って管理する必要がないので歩留りが向上する。仮想円は、例えば、真円度測定器を使用し、突起以外の内周部分が突起で決定される仮想円の内側に入らないように管理する。

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、加工性に優れたスペーサ及びその製造方法、並びに、かかるスペーサ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、記録媒体としての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、クランプリング１５０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。

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とを有する。

磁気ヘッド部１２０は、略直方体に形成されるスライダと、スライダ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を内蔵するヘッド素子内蔵膜とを備える。スライダ及びヘッド素子内蔵膜には、磁気ディスク１０４に対向する媒体対向面、即ち、浮上面が規定される。磁気ディスク１０４の回転に基づき生成される気流は浮上面に受け止められる。

浮上面には、いわゆるＡＢＳ（空気軸受け面）が規定される。ＡＢＳでは気流の働きに応じて浮力が生成される。ヘッド素子内蔵膜に埋め込まれたヘッドはＡＢＳ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、その他の浮上方式を適用することができる。

ヘッドは、例えば、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。

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する。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）が更に設けられている。

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２に示すように、軸１４１と、（スピンドル）ハブ１４２と、スリーブ１４３と、ブラケット（ベース）１４４と、コア１４５と、磁石１４６と、環状スラストプレート１４７と、図示しないラジアル軸受とを有する。なお、本例では、ヨークはハブ１４２と兼用されている。また、ハブ１４２と軸１４１、あるいは、軸１４１とスラストプレート１４７は一体部品でもよい。ここで、図２は、スピンドルモータ１４０の部分断面斜視図である。

軸１４１は、ディスク１０４及びハブ１４２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フランジ１４２ｂで（下側）ディスク１０４を支持する。また、ハブ１４２は、クランプリング１５０が取り付けられる環状取付面１４２ｃを上面に有する。取付面１４２ｃには一又は複数（本実施例では６つ）のネジ孔１４２ｄが設けられる。ネジ孔１４２ｄにはクランプリング１５０を固定するネジ１５６が装着される。

スリーブ１４３は、軸１４１を回転自在に嵌め込む部材であり、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、この溝に沿って潤滑油に動圧（流体圧力）が発生する。

ブラケット（ベース）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及び図示しないヨークを支持する。コア１４５には電流が流され、コア１４５、磁石１４６及びハブと兼用のヨーク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するのに使用される。スラストプレート１４７は、スリーブ１４３の下端中心部に配置され、スラスト軸受を形成する。図示しないラジアル軸受は、軸１４１を潤滑油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軸１４１の周りに設けられる。ラジアル軸受は、軸１４１の半径方向の荷重を支持する。

クランプリング１５０は、ディスク１０４及びスペーサ１０５をスピンドルモータ１４０に固定する機能を有する。クランプリング１５１は、環状円盤部材であり、ネジ１５６が挿入される複数のネジ孔と、押さえ部１５５とを有する。押さえ部１５５はディスク１０４を押え付けてスピンドルモータ１４０に固定する。

ＨＤＤ１００内に設けられる複数のディスク１０４は、スペーサ１０５を介して一定間隔に保持される。本実施例ではディスクの枚数は２枚であるが、その数は限定されない。図２では、フランジ１４２ｂの上に下側ディスク１０４が支持され、その上にスペーサ１０５が配置され、その上に上側ディスク１０４が載置される。そして、最後に上側ディスク１０４の上面中央部はクランプリング１５０の押さえ部１５５で固定される。これにより、複数のディスク１０４はスペーサ１０５により一定間隔離間してハブ１４２の周りに、かつ、フランジ１４２ｂと押さえ部１５５との間に固定される。

以下、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、スペーサ１０５についてより詳細に説明する。ここで、図３（ａ）は、スペーサ１０５の拡大平面図である。

スペーサ１０５は、ハブ１４２に取り付けられ、複数のディスク１０４をその厚みにより一定間隔で保持する機能を有する。スペーサ１０５は、図３（ａ）に示すように、基部１０６と、３点の突起１０７とを有する。スペーサ１０５は、好ましくは、樹脂によって形成される。樹脂製であれば、特願２００４−２５４３１７号に開示されているように射出成形によって形成される。同出願記載の方法はスペーサ１０５の後述する外面（外径）と媒体接触面の寸法精度を確保することができる。これにより、金属又はセラミックス製のスペーサに要求される機械加工工程を省略又は減少することができるために加工性が向上し、ＨＤＤ１００の低価格化を図ることができる。

基部１０６は、環状（リング形状）を有し、内面１０６ａと、上下の媒体接触面１０６ｂと、外面１０６ｃとを有する。

スペーサ１０５の内面１０６ａはハブ１４２に対向し、３点の突起１０７が形成される。内面１０６ａは、ハブ１４２に対して位置決めされるために、高い寸法精度が要求される。スペーサ１０５の内径がハブ１４２の外径に対してきつすぎれば、スペーサ１０５が変形し,ディスク１０４の変形をもたらす。この結果、ヘッドの位置決め精度の低下を招く。一方、スペーサ１０５の内径がハブ１４２の外径に対して緩過ぎれば、スペーサ１０５はハブ１４２の回転によって振動したり回転するディスク１０４とずれたりする。それにより、ハブ１４２に振動及び応力を加え、同様にディスク１０４の回転中心の変動をもたらす。この結果、ヘッドの位置決め精度の低下を招く。高記録密度のディスク１０４では高いヘッド位置決め精度が必要となる。このため、ディスクに加わる振動や変形を抑えることが必要となる。そこで、スペーサ１０５にはμｍレベルの高い寸法精度が要求され、かかる寸法精度は近年の大容量化や高リスポンス化に伴って益々厳しくなっている。

例えば、スペーサ１０５の内径は２０ｍｍであり、そのノミナル値（公差）には０乃至２３μｍが要求される。しかし、ＨＤＤ１００にはＣｐｋが１．６７程度要求される。Ｃｐｋが１．６７あれば不良品の割合（不良率）は０．６ｐｐｍ程度で工程能力が非常に高い（即ち、製造ばらつきが少ない）。この結果、ロット内の全てのスペーサ１０５を検査しなくても必要な個数のみを抜き取り検査して内径精度を管理すれば、ロット全体のスペーサの内径精度を保証することができる。Ｃｐｋ１．６７を満足するためには、内径公差の３σ（3×標準偏差）を6μｍ以内のレベルで管理する必要がある。

従来は、内面に突起がなく内面は滑らかであった。このため、内周面の全周、即ち、３６０°に亘ってかかる公差を保証しなければならず、これは大変困難であった。

これに対して、本実施例では、３点の突起１０７を内面に形成して，突起１０７における内径精度を保証すればよいように構成している。このため、本実施例によるスペーサ１０５では内面１０６ａの全周に亘って公差を保証する必要がなく、３点の突起１０７のみで公差が保証されれば足りるので内径精度保証が容易となり、加工性は向上する。ネットシェイプ／ニアネットシェイプ工法の場合、本実施例によるスペーサ１０５は特に有効である。また、スペーサ１０５のハブ１４２との接触点が３点と少ないために、スペーサ１０５をハブ１４２に装着する際にハブ１４２との接触による塵埃の発生を低減することもできる。

３点の突起１０７の先端を通る円Ｃ（以下、「仮想円」という。）と内面１０６ａとの間には微小隙間Ａが形成される。図３に図示された円Ｃは、モータのハブがスペーサ１０５に接触する仮想円に対応する。仮想円Ｃは真円度測定器によって決定される。

図３（ｂ）は、突起１０７の拡大平面図である。各突起１０７は同一寸法で仮想円の中心の周りに１２０度の等間隔で配置される。かかる対称性によって、スペーサ１０５の歪みやハブ１４２に加わる応力の均一化を図ると共に、内径精度を維持することができる。

各突起１０７は、高さＨと幅Ｌを有する。突起１０７に内接する仮想円Ｃの真円度は、ロットによる平均値の変動は少なく、５乃至１５μｍレベルで管理される。従って、突起１０７の高さＨを１５μｍレベルに設定すれば突起１０７以外の内面１０６ａ部分は突起１０７で決定される仮想円Ｃの内側に入らないように設定することができる。この結果、内面１０６ａがハブ１４２と干渉しなくなる。本実施例では、突起１０７の幅Ｌは２０乃至４０μｍ程度であるが、本発明は幅Ｌを限定するものではない。但し、幅Ｌは小さければ小さいほど好ましい。微小隙間Ａに存在する内面１０６ａの部分を極力少なくすることによって、仮想円Ｃの内側に内面１０６ａの一部が入ることを低減することができるからである。

各突起１０７の先端は，図３（ｂ）に図示されるようにスペーサ１０５を上から見ると点又はそれとみなせる微小領域であることが好ましい。突起１０７の先端が仮想円Ｃの周方向に幅を有すれば、突起１０７先端とハブ１４２との接触は点接触ではなく面接触となり、３点で一義的に決定されるべき平面が決定されなくなるからである。但し、ハブ１４２は円筒形状を有するので、各突起１０７はスペーサ１０５の厚さ方向（図３の紙面に垂直な方向）に延びていてもよい。周方向に幅を有しなければ、突起１０７先端とハブ１４２との接触は点接触とみなせるからである。

スペーサ１０５上下の媒体接触面１０６ｂは、上下のディスク１０４の中央部に接触し、これを保持する。スペーサ１０５の外面１０６ｃは他の部材と接触しない。スペーサ１０５の外径は、例えば２２ｍｍであり、そのノミナル値（公差）は０．１ｍｍ程度である。これは、射出成形で十分精度を保証できる寸法である。

以下、スペーサ１０５の製造方法の実施例について説明する。まず、特願２００４−２５４３１７号による射出成形を利用して、３点の突起１０７を有するスペーサ１０５を対応する金型により作成する（ステップ１００２）。次に、ロット内の所定数のスペーサ１０５を抜き取り検査して、３点の突起１０７の真円度公差域が所定範囲であるかどうかを判断する（ステップ１００４）。ここで、真円度公差域は、図５に示すように、ｔだけ離れた２つの同心円の間の領域として定義される。真円度公差が所定範囲内であれば、スペーサ１０５の内径精度が所期の範囲内であるから処理を終了する（ステップ１００６）。一方、真円度公差が所定範囲内でなければスペーサ１０５の内径精度が所期の範囲内でないから、金型の設計及び／又は射出成形条件を変更してステップ１００２に帰還する（ステップ１００８）。このように、本実施例の製造方法は突起１０７の頂点を通る仮想円Ｃの径を利用して内径精度を管理するため、３点の内径精度を管理すれば足り、全周に亘って管理する必要がない。これにより、スペーサ１０５を加工性よく製造することができる。

ＨＤＤ１００の動作において、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、スペーサ１０５はクランプリング１５０と所定の嵌め合い公差を有しているのでディスク１０４の回転精度は高く、高精度なヘッド位置決め精度は高い。また、粉塵によるヘッドとディスクとの衝突も防止することができる。

ディスク１０４の回転に伴う空気流をスライダとディスク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はスライダの浮力と対向する方向に弾性押付力をスライダに加える。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、キャリッジ１３２を支軸１３４回りに回動させ、ヘッドをディスク１０４の目的のトラック上にシークさせる。書き込み時には、インターフェース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、これを変調してインダクティブヘッドに供給し、インダクティブヘッドを介して目的のトラックにデータを書き込む。読み出し時には、ＭＲヘッドに所定のセンス電流が供給され、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に示すスピンドルモータ近傍の部分断面斜視図である。 図３（ａ）は図２に示すスペーサの拡大平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の部分拡大断面図である。 スペーサの製造方法を説明するためのフローチャートである。 真円度公差域を説明するための図である。

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）
１０４ ディスク
１０５ スペーサ
１０７ 突起
１４２ ハブ

Claims (5)

1. ディスク装置において複数のディスクを回転させるハブに取り付けられ、前記複数のディスクを一定間隔で保持する環状のスペーサであって、前記ハブに対向する内面に３点の突起を有することを特徴とするスペーサ。
2. 前記スペーサは樹脂製であることを特徴とする請求項１記載のスペーサ。
3. 前記３点の突起は１２０度間隔で配置されていることを特徴とする請求項１記載のスペーサ。
4. 記録媒体としての複数のディスクと、
   前記複数のディスクが取り付けられ、当該複数のディスクを回転させるハブと、
   前記ハブに取り付けられ、前記複数のディスクを一定間隔で保持し、前記ハブに対向する内面に３点の突起を有する環状のスペーサとを有することを特徴とするディスク装置。
5. ディスク装置において複数のディスクを回転させるハブに取り付けられ、前記複数のディスクを一定間隔で保持する環状のスペーサを射出成形を利用して製造する方法であって、
   前記ハブに対向する前記スペーサの内面に３点の突起を設け、前記突起の頂点を通る仮想円の径を利用して内径精度を管理することを特徴とする方法。