JP2010226801A

JP2010226801A - ディスク駆動装置

Info

Publication number: JP2010226801A
Application number: JP2009068737A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sano; 稔佐野; Tetsuo Kitamura; 哲男北村
Original assignee: Alphana Technology Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Japan Advanced Technology Co Ltd
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-10-07
Also published as: US20100238591A1; US8368282B2

Abstract

【課題】ディスク駆動装置の駆動ユニットのトルクリップルやコギングトルクの基本周波数成分を低減して、記録ディスクの振動を抑制するディスク駆動装置を提供する。
【解決手段】ディスク駆動装置５０は、記録ディスク５が載置されるハブ４と、軸受を介してハブ４を回転自在に支持するベース１と、ベース１に固定され、円環部とそこから径方向に伸びるＳ個（Ｓは３以上の自然数）の突極とを含むコアと、Ｓ個の突極に巻き線されて形成される３相のコイル６と、ハブ４に固定され、Ｓ個の突極と径方向に対向し、周方向にＰ極（Ｐは２以上の自然数）の駆動用着磁が施されたマグネット７と、を備える。このディスク駆動装置５０において、コアの突極の数Ｓとマグネット７の駆動用磁極の数Ｐとの最小公倍数であるＬＣＭにもとづくコギングトルクの基本周波数成分が、その基本周波数の２倍の周波数であるコギングトルクの第２周波数成分より小さくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録ディスクを駆動するディスク駆動装置に関する。

近年、ＨＤＤなどのディスク駆動装置は、流体動圧軸受を備えることにより性能が飛躍的に向上し、一層の高速化が求められている。例えば磁気的にデータを記録するディスク駆動装置の回転速度は、従来は３６００ｍｉｎ^−１であったが、５４００ｍｉｎ^−１へ高速化され、さらには７２００ｍｉｎ^−１へと高速化が進んでいる。

ここで、記録ディスクを回転駆動する駆動ユニットによって発生するトルクリップルおよびコギングトルクは、ディスク駆動装置の振動の要因となる。例えば、特許文献１には、コギング現象の発生を抑制する電動機が開示されている。

特開２０００−３１２４４８号公報

トルクリップルおよびコギングトルクは、多くの高調波成分を含み、トルクリップルおよびコギングトルクの高調波成分は、概ね高速化する回転速度に比例して大きくなる。トルクリップルおよびコギングトルクの高調波成分が大きくなると、記録ディスクの振動も大きくなる。

記録ディスクの大きな振動は、磁気ヘッドの記録トラックのトレースを乱すことから、データのリード／ライトの障害となり、いわゆるエラーレートを悪化させる。このため、記録ディスクの回転速度を上げることができず、ディスク駆動装置の高速化を阻害する要因となっていた。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、ディスク駆動装置の駆動ユニットのトルクリップルまたはコギングトルクの特定成分を低減して、記録ディスクの振動を抑制するディスク駆動装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のディスク駆動装置は、記録ディスクが載置されるハブと、軸受を介してハブを回転自在に支持するベースと、ベースに固定され、円環部とそこから径方向に伸びるＳ個（Ｓは３以上の自然数）の突極とを含むコアと、Ｓ個の突極に巻き線されて形成される３相のコイルと、ハブに固定され、Ｓ個の突極と径方向に対向し、周方向にＰ極（Ｐは２以上の自然数）の駆動用着磁が施されたマグネットと、を備える。そしてこのディスク駆動装置は、コアの突極の数Ｓとマグネットの駆動用磁極の数Ｐとの最小公倍数であるＬＣＭにもとづくコギングトルクの基本周波数成分が、その基本周波数の２倍の周波数であるコギングトルクの第２周波数成分より小さい。

この態様によると、コギングトルクの主たる成分であったコギングトルクの基本周波数成分を、コギングトルクの第２周波数成分より小さくすることができ、コギングトルクに起因する振動を抑制することができる。

本発明の別の態様もまた、ディスク駆動装置である。この装置は、記録ディスクが載置されるハブと、軸受を介してハブを回転自在に支持するベースと、ベースに固定され、円環部とそこから径方向に伸びるＳ個（Ｓは３以上の自然数）の突極とを含むコアと、Ｓ個の突極に巻き線されて形成される３相のコイルと、ハブに固定され、Ｓ個の突極と径方向に対向し、周方向にＰ極（Ｐは２以上の自然数）の駆動用着磁が施されたマグネットと、を備える。コアの突極の数Ｓとマグネットの駆動用磁極の数Ｐとの最小公倍数であるＬＣＭにもとづくコギングトルクの基本周波数成分のピークツーピーク値が０．２（ｍＮ・ｍ）以下である。

この態様によると、コギングトルクの基本周波数成分のピークツーピーク値を０．２（ｍＮ・ｍ）以下にすることができ、コギングトルクに起因する振動を抑制することができる。

本発明のさらに別の態様もまた、ディスク駆動装置である。この装置は、記録ディスクが載置されるハブと、軸受を介してハブを回転自在に支持するベースと、ベースに固定され、円環部とそこから径方向に伸びるＳ個（Ｓは３以上の自然数）の突極とを含むコアと、Ｓ個の突極に巻き線されて形成される３相のコイルと、ハブに固定され、Ｓ個の突極と径方向に対向し、周方向にＰ極（Ｐは２以上の自然数）の駆動用着磁が施されたマグネットと、を備える。コイルを回転させたときに発生する逆起電力の１回転中の振幅の変動率を２％以下にする。この態様によると、トルクリップルに起因する振動を抑制することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ディスク駆動装置の駆動ユニットのトルクリップルやコギングトルクの特定成分を低減して、記録ディスクの振動を抑制するディスク駆動装置を提供する。

ディスク駆動装置の上面図である。ディスク駆動装置のＡ−Ｂ部の要部断面図である。図３（ａ）は、マグネットの内周面の磁束密度波形を示し、図３（ｂ）は、コギングトルクの波形を示す。図４（ａ）は、マグネットの内周面の磁束密度波形を示し、図４（ｂ）は、コギングトルクの波形を示す。図５（ａ）は、マグネットの内周面の磁束密度波形を示し、図５（ｂ）は、コギングトルクの波形を示す。図６（ａ）は、マグネットの内周面の磁束密度波形を示し、図６（ｂ）は、コギングトルクの波形を示す。図７（ａ）は、マグネットの内周面の磁束密度波形を示し、図７（ｂ）は、コギングトルクの波形を示す。コイルに発生する逆起電力のＡＭ変動率を示す図である。比較技術に係るコイルに発生する逆起電力のＡＭ変動率が５％の場合の、ディスク駆動装置のトルクリップルに起因する振動を周波数解析した図である。実施形態に係るコイルに発生する逆起電力のＡＭ変動率が２％の場合の、ディスク駆動装置のトルクリップルに起因する振動を周波数解析した図である。記録ディスク面の瞬間的な振動の様子を模式的に示す模式図である。実施形態に係るディスク駆動装置における回転速度と、トルクリップルの周波数および２次ロッキングモード共振の周波数との関係を示す図である。

以下、本発明を好適な実施の形態および比較技術をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において比較技術および実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、ディスク駆動装置５０の上面図である。図２はディスク駆動装置５０のＡ−Ｂ部の要部断面図である。ディスク駆動装置５０は、固定体部１６と回転体部１８とを備える。また、ディスク駆動装置５０は、回転体部１８を相対的に回転自在に支持する軸受ユニット１０、および回転体部１８を回転駆動する駆動ユニット２０を備えてよい。ディスク駆動装置５０は、たとえばハードディスクドライブに搭載され、記録ディスク５を回転させる。なお、図２に示すように、ベース１に対してハブ４が設けられている側を上側として説明する。

固定体部１６は、ベース１と、ベース１に固定されたステータコア８と、ステータコア８の突極に巻き線されて形成される３相のコイル６と、スリーブ２とを有する。ベース１は、軸受を介してハブ４を回転自在に支持する。略円筒状のスリーブ２は、ベース１の略中央部に固定される。スリーブ２の一方の端部は、円盤状のプレート１２に固着されている。すなわち、スリーブ２の下端部が、プレート１２に固着され、プレート１２により潤滑剤が外部に漏れないように封止されている。

ステータコア８は、円環部と、そこから半径方向に延伸された１２個の突極とを備える。なお、ステータコア８の突極の数は、Ｓ個（Ｓは３以上の自然数）であってよい。マグネット７は、１２個の突極と径方向に対向し、周方向に８個の駆動用磁極が施される。なお、マグネット７の磁極の数は、Ｐ個（Ｐは２以上の自然数）であってよい。マグネット７は、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム−鉄−ボロン）などの希土類材料を含んで構成される。また、マグネット７は、マグネット７の内周部の円周方向に沿って例えば８極の駆動用磁極を有する。

回転体部１８は、記録ディスク５を載置する略カップ状のハブ４と、ハブ４に一方の端部が固定されたシャフト３と、シャフト３の他方の端部に固定されたフランジ９と、ハブ４の内筒部２２に固定された略円筒状のマグネット７とを有する。

シャフト３の上側の端部がハブ４の中心孔に固定され、シャフト３の下側の端部が円盤状のフランジ９に固定される。

ハブ４は、軟磁性を有する鉄鋼板がプレス加工や切削加工などにより加工されて、略カップ状の所定の形状を形成する。略ドーナツ形状のクランパー１４は、スクリュー１５によってハブ４に固着される。ハブ４の外筒部２４には、ドーナツ形状の記録ディスク５が載置される。載置された記録ディスク５の上にはクランパー１４が載せられ、記録ディスク５が固定される。すなわち、クランパー１４およびスクリュー１５は、記録ディスク５の係止手段として機能する。

ディスク駆動装置５０には、スリーブ２と相対回転可能なシャフト３とがベース１の上に配置され、ベース１の上にシャフト３を回転軸とするハブ４が組み付けられる。そして、記録ディスク５がハブ４に載置され、図示しない磁気ヘッド及びこの磁気ヘッドの駆動装置とこれらの制御回路、その他必要な部材が組み付けられてよい。

軸受ユニット１０は、ラジアル動圧溝２６と、スラスト動圧溝３０を有する。ラジアル動圧溝２６およびスラスト動圧溝３０は、ハブ４を回転自在に支持する軸受として機能する。２つのヘリングボーン形状のラジアル動圧溝２６が、スリーブ２の内周面に上下に離間して形成される。また、ヘリングボーン形状またはスパイラル形状のスラスト動圧溝３０が、スリーブ２の下面２８に対抗するフランジ９の面と、プレート１２と対抗するフランジ９の面とに形成される。

キャピラリーシール部１３は、スリーブ２の上方の開放端側に設けられ、スリーブ２の内周面とシャフト３の外周面との隙間が上方の開放端に向かって徐々に拡がるように形成される。上述したラジアル動圧溝２６、スラスト動圧溝３０、およびキャピラリーシール部１３とそれに対向する面によって形成される空間には、オイルなどの潤滑剤が注入される。キャピラリーシール部１３は、潤滑剤の漏れ出しを毛細管現象により防止する。

シャフト３が回転することにより、ラジアル動圧溝２６は、潤滑剤にラジアル動圧を発生し、回転体部１８をラジアル方向に支持する。またフランジ９が回転することにより、スラスト動圧溝３０は潤滑剤にスラスト動圧を発生し、回転体部１８をスラスト方向に支持する。なお、ラジアル動圧溝２６およびキャピラリーシール部１３をシャフト３に形成し、スリーブ２の内周面を直線状に形成する構成であってよい。

駆動ユニット２０は、ステータコア８と、コイル６と、マグネット７とを有する。所定の駆動回路により３相の略正弦波状の電流がコイル６に通電されると、コイル６は回転磁界を発生する。マグネット７の駆動用磁極と、コイル６から発生された回転磁界との相互作用により回転駆動力が生じ、回転体部１８が回転する。

ここで、マグネット７は、着磁装置（不図示）を用いて駆動用磁極が形成される（以下、着磁装置を用いてマグネット７に磁極が形成されることを「着磁」という）。着磁装置は、着磁ヨークと着磁用コイルと着磁用電源とを備える。着磁ヨークは、実施形態に係るマグネット７の磁極数に応じて８個の着磁用突極を有し、この着磁用突極に着磁用コイルが巻かれている。着磁用電源から着磁電圧が着磁用コイルに印加されると、着磁用コイルに着磁電流が流れ、着磁用突極に着磁用の磁界が生じる。着磁前のマグネット７に着磁ヨークを挿入し、着磁用コイルに着磁電圧を印加すれば、着磁用突極に着磁用の磁界が生じ、この磁界がマグネット７の内周に転写され、マグネット７の駆動用磁極が着磁用突極の数に応じて形成される。

ディスク駆動装置５０におけるコギングトルクについて説明する。コギングトルクは、非通電状態で回転体部１８を動かしたときに発生し、ステータコア８の突極およびマグネット７の着磁の要因により発生する、脈動するトルクである。コギングトルクは、例えばコイル６に電流を流さない状態で回転体部１８の位置を変化させ、その位置毎に駆動ユニット２０に発生するトルクから測定される。
本実施形態と比較される比較技術では、マグネット７に強い磁極を形成するため、できるだけ高い着磁電圧、例えば１３００Ｖを印加して、大きな着磁用の磁界を発生させて、マグネット７に磁極を形成していた。ここで、回転体部１８の１回転当たりのコギングトルクの脈動数（以下、回転体部１８の１回転当たりのコギングトルクの脈動数を、単に「脈動数」という）は、ステータコア８の突極数Ｓとマグネット７の磁極数Ｐとの最小公倍数ＬＣＭである。例えばＳ＝１２およびＰ＝８であれば、ＳとＰの最小公倍数ＬＣＭは２４であり、コギングトルクが１回転当たりに２４回脈動が発生する。この１回転当たりに２４回脈動するコギングトルクが、主たるコギングトルクの成分であり、ＬＣＭに応じて変動する。この最小公倍数ＬＣＭにもとづく脈動をコギングトルクの「基本周波数成分」とする。また、基本周波数の２倍の周波数にもとづく脈動をコギングトルクの「第２周波数成分」とする。なお、脈動数が大きくなれば、コギングトルクの大きさが小さくなる。

本発明者は、着磁の条件とコギングトルクの関係を検討し以下のような知見を得た。図３〜図７に、マグネット７の着磁電圧を変化させた場合のコギングトルクを示す。図３〜図７の（ａ）は、マグネット７の内周面の磁束密度波形を示し、図３〜図７の（ｂ）は、コギングトルクの波形を示す。図３〜図７の（ａ）の縦軸は磁束密度を示し、横軸は回転角を示す。図３〜図７の（ｂ）の縦軸はトルクを示し、横軸は回転角を示す。マグネット７の着磁電圧は、図３から図７まで順に、１４００Ｖ、１３００Ｖ、１２００Ｖ、９５０Ｖ、８００Ｖである。また、図３〜図７では、ＬＣＭは２４である。

図３（ｂ）〜図５（ｂ）に示すように、着磁電圧が１４００Ｖ、１３００Ｖ、１２００Ｖではコギングトルクの振幅はあまり変わらず、コギングトルクの主たる成分は、基本周波数成分（脈動数＝２４回）である。しかし、着磁電圧が９００Ｖ〜１０００Ｖの間ではコギングトルクの主たる成分が、第２周波数成分（脈動数＝４８回）となり、コギングトルクの振幅が小さくなった。特に、図６（ｂ）に示す９５０Ｖでコギングトルクの振幅は、図３（ｂ）〜図５（ｂ）に示すコギングトルクの半分となり、コギングトルクの主たる脈動成分は、第２周波数成分となった。さらに、図７（ｂ）に示すように着磁電圧を８００Ｖまで下げると、コギングトルクの振幅は、図４（ｂ）に示す１３００Ｖの場合とほぼ同様となり、コギングトルクの主たる成分は、第２周波数成分から基本周波数成分に戻る結果となった。

本発明者がこれらの着磁電圧のマグネット７を備えるディスク駆動装置５０でコギングトルクに起因する振動を確認した結果、着磁電圧が１４００Ｖ、１３００Ｖ、１２００Ｖ、８００Ｖの場合のコギングトルクに起因する振動は、差がほとんど無かった。一方、着磁電圧が９５０Ｖであるマグネット７を備えるディスク駆動装置５０における、コギングトルクに起因する振動は、他のコギングトルクに起因する振動から約７０％減少した。これは、コギングトルクの脈動の振幅が略半分となり、主たる脈動が第２周波数成分となり、脈動数が２倍となったため、これらの相乗効果によりコギングトルクに起因する振動を３０％にまで低減することができたためである。

ところで、ディスク駆動装置５０を７２００ｍｉｎ^−１で回転させて使用する場合、コギングトルクの基本周波数成分に起因する振動（以下、コギングトルクの基本周波数成分に起因する振動を、単に「基本周波数成分の振動」という）は概ね２８８０Ｈｚであり、コギングトルクの第２周波数成分に起因する振動（以下、コギングトルクの第２周波数成分に起因する振動を、単に「第２周波数成分の振動」という）は概ね５７６０Ｈｚである。ディスク駆動装置５０には後述する２次ロッキングモード共振が３１２０Ｈｚと３３６０Ｈｚ付近に生じるため、この周波数と接近する基本周波数成分の振動が強調されるという課題がある。

実施形態に係るディスク駆動装置５０は、マグネット７に対して着磁電圧を制御して、コギングトルクの基本周波数成分をコギングトルクの第２周波数成分より小さくすることができる。この結果、コギングトルクの主たる周波数成分を２次ロッキングモード共振の周波数と離し、２次ロッキングモード共振により基本周波数成分の振動が強調される量を少なくすることができ、コギングトルクの振動を大幅に軽減できる。

図６に示すコギングトルクのピークツーピーク値（以下、「Ｐ−Ｐ値」という）は、０．３ｍＮ・ｍ（ミリニュートン・メートル）に収まっている。また、コギングトルクのＰ−Ｐ値が０．３ｍＮ・ｍ以上の場合、回転体部１８を７２００ｍｉｎ^−１で回転させて使用すると、２次ロッキングモード共振により基本周波数成分の振動が強調され、リード／ライトのエラーレートが増加する。比較技術では、これを回避するために回転数を例えば５４００ｍｉｎ^−１に抑えて使用しなければならないという課題があった。
実施形態に係るディスク駆動装置５０について例えば、着磁電圧を制御してコギングトルクの基本周波数成分のＰ−Ｐ値を０．２ｍＮ・ｍ以下とすることができ、コギングトルクに起因する振動を抑制することができる。コギングトルクの基本周波数成分のＰ−Ｐ値を０．２ｍＮ・ｍ以下にすることで、ディスク駆動装置５０を７２００ｍｉｎ^−１で回転させて使用してもリード／ライトのエラーレートを許容範囲に収まるように減少させることができる。

次に、トルクリップルについて説明する。記録ディスク５を回転駆動する駆動ユニット２０は、コイル６に発生する回転磁界と、マグネット７の駆動用磁極との相互作用により駆動トルクを発生する。この駆動トルクにはトルクリップルが存在し、トルクリップルの基本波の周波数Ｆｔ（以下、トルクリップルの基本波の周波数を、単に「Ｆｔ」ともいう）は回転体部１８の１秒当たりの回転数Ｎ（Ｈｚ）に比例し、３相駆動の場合でマグネット７の駆動用磁極の極数をＰとすると、Ｆｔ＝３×Ｐ×Ｎで表される。具体的には、ディスク駆動装置を７２００ｍｉｎ^−１で回転させて使用する場合、Ｎ＝１２０Ｈｚであり、極数Ｐ＝８で、Ｆｔ＝２８８０Ｈｚとなる。

次に、本発明者がトルクリップルと振動関係について検討し、以下の知見を得た。
比較技術では、マグネット７に内挿される着磁ヨークの外径は、マグネット７の内径より０．５〜０．７ｍｍ小さく作られている。マグネット７が着磁ヨークの中心から偏心した位置で着磁された場合、駆動磁極が０．５〜０．７ｍｍ偏心して形成される。この駆動磁極が偏心したマグネット７を備えたディスク駆動装置を回転させて、コイル６に発生する逆起電力では、駆動磁極の偏心に起因して、１回転中の振幅の変動率（以下、「ＡＭ（Amplitude modulation）変動率」という）が大きくなる。図８を用いて、このＡＭ変動率について説明する。

図８は、コイル６に発生する逆起電力のＡＭ変動率を示す。本図に示す縦軸は逆起電力を示し、横軸は回転角を示す。また本図では、逆起電力の波形３２の頂点に接する２本の包絡線（envelope）３４が示される。ここで、２本の包絡線３４の縦軸の差分に示される１回転中の逆起電力の最大値をＭＡＸ、最小値をＭＩＮとした場合に、逆起電力のＡＭ変動率は、（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／ＭＡＸの百分率として定義される。

ＭＡＸからＭＩＮへの逆起電力の変動が示すように、駆動トルクがハブ４の回転角によって変化しており、トルクリップルの周波数に±Ｎの変動を生じ、トルクリップルの周波数はＦｔ±Ｎとなる。例えばディスク駆動装置を７２００ｍｉｎ^−１で回転させて使用する場合、トルクリップルの上限の周波数は、Ｆｔ＋Ｎ＝３０００Ｈｚとなる。ここで、図９および図１０に、それぞれＡＭ変動率を変えて、トルクリップルに起因する振動がどのように変化するか実験した結果を示す。

図９は、比較技術に係るコイル６に発生する逆起電力のＡＭ変動率が５％の場合の、ディスク駆動装置のトルクリップルに起因する振動を周波数解析した図である。本図に示す縦軸は逆起電力を示し、横軸は周波数を示す。

本図では、２８８０Ｈｚと３０００Ｈｚに大きなピークが見られる。ディスク駆動装置５０には後述する２次ロッキングモード共振が３１２０Ｈｚと３３６０Ｈｚ付近に生じる。この周波数と接近する３０００Ｈｚの成分に起因する振動は強調され、比較技術に係るディスク駆動装置５０のリード／ライトのエラーレートが増加する。これを回避するために回転数を例えば５４００ｍｉｎ^−１に下げて使用しなければならないという課題があった。この課題に対応するために、実施形態に係るディスク駆動装置５０では、着磁ヨークの外径を大きくして、マグネット７に着磁する。例えば、着磁ヨークの外径とマグネット７の内径の差を０．２ｍｍ以下にして、マグネット７に着磁する。これにより駆動磁極の偏心を０．２ｍｍ以下に抑えてマグネット７に着磁することができ、コイル６に発生する逆起電力のＡＭ変動率を２％以下にすることができる。図１０にその解析結果を示す。

図１０は、実施形態に係るコイル６に発生する逆起電力のＡＭ変動率が２％の場合の、ディスク駆動装置５０のトルクリップルに起因する振動を周波数解析した図である。本図に示す縦軸は逆起電力を示し、横軸は周波数を示す。

本図では、図９と比較すると、２８８０Ｈｚと３０００Ｈｚのピークは非常に小さくなっている。この結果、ディスク駆動装置５０を７２００ｍｉｎ^−１で回転させて使用することができる。即ち、着磁ヨークの外径を大きくしてマグネット７を着磁し、コイル６を回転させたときに発生する逆起電力のＡＭ変動率を２％以下にすることで、トルクリップルに起因する振動を抑制することができ、ディスク駆動装置５０を７２００ｍｉｎ^−１で回転させて使用してもリード／ライトのエラーレートを許容範囲内に収めることができる。

さらに、実施形態に係るディスク駆動装置５０について例えば、着磁ヨークの外径を大きくして、コイル６に発生する逆起電力のＡＭ変動率を２％以下にしつつ、着磁電圧を制御してコギングトルクの基本周波数成分のＰ−Ｐ値を０．２ｍＮ・ｍ以下にしてもよい。これにより、ディスク駆動装置５０をより高速で回転させて使用することができる。

次に、２次ロッキングモード共振について説明する。
図１１は、記録ディスク５面の瞬間的な振動の様子を模式的に示す模式図である。図１１において、破線はトルクリップル周波数近傍における節直径３６と節円３８を示し、ハッチングを有する領域は有さない領域に対してトルクリップル周波数近傍における振動の位相が逆であることを示し、実線はトルクリップル周波数近傍における振動の変位の等高線を示す。

一方、直径が３．５インチ、即ち９５（ｍｍ）の記録ディスク５をディスク駆動装置５０に載置した状態で、非回転時のディスク駆動装置５０の共振について検討した。その結果、トルクリップル周波数近傍には図５のように記録ディスク５中に1つの節直径３６と中間部の節円３８とからなる２次ロッキングモードでの共振が観察された。なお、ハブ４に記録ディスク５が載置された状態の２次ロッキングモード共振の非回転時の固有周波数をＦｒとする。

ディスク駆動装置５０において記録ディスク５が回転すると、回転の上昇とともに２次ロッキングモード共振の周波数Ｆｒがジャイロ効果により、回転方向と反回転方向とにスプリットする現象が本発明者によって確認された。具体的には記録ディスク５が１秒当たりの回転数Ｎ（Ｈｚ）で回転した場合には、当該スプリット量は±Ｎ（Ｈｚ）となり、２次ロッキングモード共振の２つのスプリット周波数（以下、単に「スプリット周波数」という）Ｆｓは、式１で示される。
Ｆｓ＝Ｆｒ±Ｎ（Ｈｚ）・・・（式１）
本発明者は、２次ロッキングモード共振を用いる場合に、この２つのスプリット周波数Ｆｓについて考慮した。

図１２は、実施形態に係るディスク駆動装置５０における回転速度と、トルクリップルの周波数および２次ロッキングモード共振の周波数との関係を示す。本図の縦軸は周波数を示し、横軸は回転速度、即ち１秒当たりの回転数Ｎ（Ｈｚ）を示す。直線４２はトルクリップルの周波数Ｆｔであり、直線４０は変動したトルクリップルの上限の周波数Ｆｔ＋Ｎであり、直線４４は変動したトルクリップルの下限の周波数Ｆｔ−Ｎである。また、直線４６は上限のスプリット周波数Ｆｓ＝Ｆｒ＋Ｎであり、直線４８は下限のスプリット周波数Ｆｓ＝Ｆｒ−Ｎである。

ここで、本発明者の検討から、２次ロッキングモード共振の周波数Ｆｒを決定する主な要素は、軸受の剛性、ハブ４とシャフト３との結合部分の剛性、記録ディスク５とハブ４との結合部分の剛性、記録ディスク５自体の剛性及び記録ディスク５の横慣性モーメント、ハブ４の横慣性モーメントであるとの知見を得た。これらの要素を変更することでＦｒを変えることができる。

本図に示す各直線の交点において、トルクリップルに起因する振動が２次ロッキングモード共振の影響を受けて大きく強調される現象（以下、「振動と共振の干渉」という。）が発生する。振動と共振の干渉は、Ｆｒ−Ｎを示す直線４８とＦｔ＋Ｎを示す直線４０との交点４９より周波数が高くなり、回転速度が高くなる領域で生じている。交点４９の周波数および回転速度が低い、破線に囲まれた領域が、振動と共振が干渉しない領域となる。
したがって、２次ロッキングモード共振の下限周波数Ｆｒ−Ｎをトルクリップルの上限周波数Ｆｔ＋Ｎより高くすることで振動と共振の干渉を防止できる。すなわち、２次ロッキングモード共振の周波数Ｆｒを高くすれば、本図の破線で囲まれた干渉のない領域が広がり、回転速度を高くすることができる。
以上より、２次ロッキングモード共振の周波数Ｆｒを式２−２により定める。固有周波数Ｆｒが、Ｆｒ＞Ｎ×（３×Ｐ＋２）を満たすようにすることで、振動と共振の干渉を抑制することができる。なお、式２−２は、式２−１に上述のＦｔ＝３×Ｐ×Ｎを代入した式である。
Ｆｒ−Ｎ＞Ｆｔ＋Ｎ・・・（式２−１）
Ｆｒ＞Ｎ×（３×Ｐ＋２）・・・（式２−２）
式２−２は臨界値を示しているため、さらに、温度変化、経時変化、部品精度および製造上のバラツキなどの影響要因を考慮し、当該２次ロッキングモード共振に関する上述の問題をより確実に避けるためには、当該影響要因に相当する分として、式３のようにＦｒの下限周波数をさらにＮ以上高くすることが好ましい。
Ｆｒ＞Ｎ×（３×Ｐ＋２）＋Ｎ・・・（式３）

なお、実施形態に係るディスク駆動装置５０において、Ｆｒ＞Ｎ・（３・Ｐ＋２）にすること、コイルに発生する逆起電力のＡＭ変動率を２％以下にすること、および、コギングトルクのＬＣＭ成分のＰ−Ｐ値を０．２ｍＮ・ｍ以下にすることを、組み合わせてよい。この結果、ディスク駆動装置５０をより一層高速で回転させて使用できる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能であり、同様な効果を得ることができる。

１ベース、２スリーブ、３シャフト、４ハブ、５記録ディスク、６コイル、７マグネット、８ステータコア、９フランジ、１０軸受ユニット、１１潤滑剤、１２プレート、１３キャピラリーシール部、１４クランパー、１５スクリュー、１６固定体部、１８回転体部、２０駆動ユニット、２６ラジアル動圧溝、３０スラスト動圧溝、５０ディスク駆動装置。

Claims

記録ディスクが載置されるハブと、
軸受を介して前記ハブを回転自在に支持するベースと、
前記ベースに固定され、円環部とそこから径方向に伸びるＳ個（Ｓは３以上の自然数）の突極とを含むコアと、
前記Ｓ個の突極に巻き線されて形成される３相のコイルと、
前記ハブに固定され、前記Ｓ個の突極と径方向に対向し、周方向にＰ極（Ｐは２以上の自然数）の駆動用着磁が施されたマグネットと、を備え、
前記コアの突極の数Ｓと前記マグネットの駆動用磁極の数Ｐとの最小公倍数であるＬＣＭにもとづくコギングトルクの基本周波数成分が、その基本周波数の２倍の周波数である前記コギングトルクの第２周波数成分より小さいことを特徴とするディスク駆動装置。
前記コギングトルクの前記基本周波数成分のピークツーピーク値が０．２（ｍＮ・ｍ）以下であることを特徴とする請求項１に記載のディスク駆動装置。
記録ディスクが載置されるハブと、
軸受を介して前記ハブを回転自在に支持するベースと、
前記ベースに固定され、円環部とそこから径方向に伸びるＳ個（Ｓは３以上の自然数）の突極とを含むコアと、
前記Ｓ個の突極に巻き線されて形成される３相のコイルと、
前記ハブに固定され、前記Ｓ個の突極と径方向に対向し、周方向にＰ極（Ｐは２以上の自然数）の駆動用着磁が施されたマグネットと、を備え、
前記コアの突極の数Ｓと前記マグネットの駆動用磁極の数Ｐとの最小公倍数であるＬＣＭにもとづくコギングトルクの基本周波数成分のピークツーピーク値が０．２（ｍＮ・ｍ）以下であることを特徴とするディスク駆動装置。
前記コイルを回転させたときに発生する逆起電力の１回転中の振幅の変動率を２％以下にすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のディスク駆動装置。
記録ディスクが載置されるハブと、
軸受を介して前記ハブを回転自在に支持するベースと、
前記ベースに固定され、円環部とそこから径方向に伸びるＳ個（Ｓは３以上の自然数）の突極とを含むコアと、
前記Ｓ個の突極に巻き線されて形成される３相のコイルと、
前記ハブに固定され、前記Ｓ個の突極と径方向に対向し、周方向にＰ極（Ｐは２以上の自然数）の駆動用着磁が施されたマグネットと、を備え、
前記コイルを回転させたときに発生する逆起電力の１回転中の振幅の変動率を２％以下にすることを特徴とするディスク駆動装置。
前記ハブの回転数をＮ（Ｈｚ）とし、前記ハブに前記記録ディスクが載置された状態の２次ロッキングモード共振の非回転時の固有周波数をＦｒ（Ｈｚ）とする場合、前記固有周波数Ｆｒが、Ｆｒ＞Ｎ×（３×Ｐ＋２）を満たすことを特徴とする請求項５に記載のディスク駆動装置。