JP2012023944A - 回転機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】ステータコア形状の最適化を図り、駆動時に生じる振動を低減する回転機器を提供する。
【解決手段】ハブは、記録ディスクが載置される。ベースは、軸受を介してハブを回転自在に支持する。ステータコア60は、ベースに固定され、円環部62とそこから径方向に伸びる突極63とを含む。マグネットは、突極63と径方向に対向し、ハブとともに回転する。マグネットは、突極63と対向するように周方向に複数の磁極を有する。突極63は、ワイヤが巻かれる棒状体64と、棒状体64の径方向外側に設けられ、周方向に延在する歯部66とを有する。歯部66の周方向の端に位置する周端67は、歯部66の径方向最外端に位置する突端69を通る外接円68より径方向内側に位置する。
【選択図】図3

Description

本発明は、突極を有するステータコアを備える回転機器に関する。
近年、ハードディスクドライブなどの回転機器は、一層の小型化が求められている。このような背景にあって、たとえば磁気的にデータを記録する回転機器では、記録ディスクを高速で回転させておき、磁気ヘッドがその記録ディスクの上を僅かに浮上した空隙を保ってトレースしながら、データを記録再生する。
このような回転機器を小型化するため、磁気ヘッドと記録ディスクの空隙を例えば10nm以下の極めて狭い空隙にして記録再生することが要請されている。また、回転機器の小型化にともない記録ディスク上のトラックピッチも狭くなっている。たとえば特許文献1には、ブラシレスモータの小型化の要請に応じて、積層コアの磁束の流れを改善し、トルクリップルを低減してブラシレスモータの振動を抑制する技術が開示されている。
特開2009−303417号公報
ここで、記録再生ヘッドと記録ディスクの表面との隙間をより狭くすると、記録再生ヘッドの少しの振動により、この隙間が大きく変化し、記録再生ヘッドの出力信号の振幅が大きく変化する。記録トラックのトレースが乱れたり、記録再生ヘッドの出力信号の振幅が変化すると、ハードディスクドライブのデータの記録再生時の誤動作の頻度を増加させうる。また、トラックピッチを狭くすると、振動により記録再生ヘッドが振動した場合に、記録トラックのトレースが乱れる可能性が高まる。そのため、回転機器に生じる振動を抑制することが望まれる。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステータコア形状の最適化を図り、駆動時に生じる振動を低減する回転機器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回転機器は、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突極とを含むステータコアと、突極と径方向に対向し、ハブとともに回転するマグネットと、を備える。マグネットは、突極と対向するように周方向に複数の磁極を有する。ステータコアの突極は、ワイヤが巻かれる棒状体と、棒状体の径方向外側に設けられ、周方向に延在する歯部と、を有する。この突極において、歯部の周方向の端に位置する周端は、歯部の径方向最外端に位置する突端を通る外接円より径方向内側に位置する。この態様によると、駆動時に生じる振動を低減することができる。
「回転機器」は、記録ディスクを駆動するための装置であってもよく、たとえばブラシレスモータであってもよい。また、記録ディスクを搭載し回転駆動する装置であってもよく、たとえばハードディスクドライブであってもよい。
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、ステータコア形状の最適化を図り、駆動時に生じる振動を低減することができる。
実施形態に係るディスク駆動装置を示す上面図である。 図1のA−A線断面図である。 実施形態に係るステータコアの上面図を示す図である。 (a)から(c)は、各ステータコアの突極の形状を示す。 (a)および(b)は、ステータコアの形状に応じた逆起電力および振動量を示す図である。 (a)および(b)は、ステータコアの形状に応じた逆起電力および振動量を示す図である。 (a)および(b)は、ステータコアの形状に応じた逆起電力および振動量を示す図である。 実施形態に係るベースの一部の下面を示す図である。 実施形態に係るインシュレーションシートを示す図である。 実施形態に係るシャフトの一部の断面図を示す図である。 実施形態に係るハブの断面図を示す図である。 すべての周端における軸方向の高さの差の最大値と、回転時の騒音成分のスペクトルの大きさとの関係を示す実験結果を表す図である。
以下、本発明を好適な実施の形態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、実施形態に係るディスク駆動装置100を示す上面図である。図1では、ディスク駆動装置100の内側の構成を示すため、トップカバーを外した状態が示される。実施の形態に係るディスク駆動装置は回転機器の一例であり、たとえば記録ディスクを搭載するハードディスクドライブとして機能する。
ディスク駆動装置100は、ベース50と、ハブ10と、記録ディスク200と、データリード/ライト部8と、トップカバーと、を備える。以降、ベース50に対してハブ10が搭載される側を上側として説明する。
記録ディスク200は、ハブ10に載置され、ハブ10の回転に伴って回転する。ベース50はアルミニウムの合金をダイカストにより成型して形成される。ベース50は、後述の軸受を介してハブ10を回転自在に支持する。データリード/ライト部8は、記録再生ヘッド8aと、スイングアーム8bと、ピボットアセンブリ8cと、ボイスコイルモータ8dと、を含む。記録再生ヘッド8aは、スイングアーム8bの先端部に取り付けられ、記録ディスク200にデータを記録し、記録ディスク200からデータを読み取る。ピボットアセンブリ8cは、スイングアーム8bをベース50に対してヘッド回転軸の周りに揺動自在に支持する。ボイスコイルモータ8dは、スイングアーム8bをヘッド回転軸の周りに揺動させ、記録再生ヘッド8aを記録ディスク200の記録面上の所望の位置に移動させる。データリード/ライト部8は、ヘッドの位置を制御する公知の技術を用いて構成される。
図2は、図1のA−A線断面図である。ディスク駆動装置100は、たとえば3.5インチ型の複数枚の記録ディスク200を搭載し、それらを回転させる。想定される記録ディスク200のそれぞれの中央の孔の直径は25mm、厚みは1.27mmである。ディスク駆動装置100は、ハブ10と、シャフト20と、フランジ22と、ヨーク30と、シール部材32と、マグネット40と、ベース50と、ステータコア60と、コイル70と、スリーブ80と、プレート90と、潤滑剤92と、を備える。
ハブ10は、モータ回転軸Rを中心とする凸状に形成される。ハブ10の中央にはシャフト穴10eが形成され、シャフト穴10eの周りに環状の中央部10fが形成される。ハブ10の上面には2段の環状段差が形成され、中央部10fが最上段に位置する。中央部10fから一段下に凹んだ凹部10aが環状に形成される。凹部10aの上面には周状の等間隔の位置にクランパ206のねじ穴が複数設けられている。
環状のディスク嵌合部10bは、凹部10aの外周端から凹んだ段差として形成され、ディスク嵌合部10bの外周下端から径方向外側に延出する環状延出部10cが形成される。環状延出部10cはベース50側に下垂する下垂部を含み、下垂部の内周面10dにはヨーク30が固定される。
ハブ10のうち上側に突き出た部分の円筒状のディスク嵌合部10bに2枚の記録ディスク200の中央の孔が嵌合される。また、2枚の記録ディスク200のうち下側の記録ディスク200は、ハブ10の表面のうちディスク嵌合部10bの下端から径方向に張り出した環状延出部10cに載置される。
円環状の第1スペーサ202は、2枚の記録ディスク200の間に挿入される。クランパ206は、円環状の第2スペーサ204を介して2枚の記録ディスク200および第1スペーサ202をハブ10に対して押しつけて固定する。クランパ206は、その中央穴をハブ10の中央部10fに外挿し、複数のクランプネジ208によってハブ10の凹部10aに対して固定される。
ハブ10の内周面10dにはヨーク30が接着固定される。ヨーク30は、その上端から径方向内側に延在するフランジ部を有し、L字形に設けられている。ヨーク30のフランジ部の上面もハブ10に接着固定されており、接着面が確保されている。
ヨーク30の内周面にはマグネット40が接着固定されている。マグネット40は、ネオジウム、鉄、ホウ素などの希土類材料によって形成され、ステータコア60の突極と径方向に対向する。マグネット40の内周面にはその周方向に12極の駆動用着磁が施される。すなわち、マグネット40は、ステータコア60の突極と対向する位置に、周方向に等間隔で12極の磁極を有する。ヨーク30およびマグネット40は、ハブ10とともに回転する。
シャフト20の一端は、ハブ10のシャフト穴10eに圧入と接着を併用して固着される。シャフト20の他端には円環状のフランジ22が圧入される。
ベース50には、モータ回転軸Rを中心として上方に突出した環状突出部52が設けられる。その環状突出部52の外周面は、モータ回転軸Rを中心として円筒形状に形成されている。環状突出部52の内周面には、軸受孔56が形成され、スリーブ80が接着固定される。スリーブ80には、貫通孔が形成され、そこにシャフト20が収まる。スリーブ80の周状下端部83の内周面にはプレート90が固定されている。導電性樹脂材料84がプレート90およびスリーブ80の軸受ユニットとベース50との接合部位近傍に塗布される。軸受孔56の下端に位置する開口部57はシール部材32が貼り付けられることにより塞がれる。ベース50には、ハブ10の下垂部と軸方向に対向して拡幅部51を有する。
シャフト20およびフランジ22と、スリーブ80およびプレート90との間には潤滑剤92が注入される。シャフト20、フランジ22、潤滑剤92、スリーブ80およびプレート90はハブ10を回転自在に支持するための軸受ユニットとして機能する。すなわちベース50は、軸受ユニットを介してハブ10を回転自在に支持する。軸受ユニットは、ベース50の軸受孔56に固定される。
スリーブ80の貫通孔、すなわち内周面には、上下に離間した1組のヘリングボーン形状の径動圧溝82が形成される。フランジ22の上面には、ヘリングボーン形状の第1軸動圧溝24が、フランジ22の下面には、ヘリングボーン形状の第2軸動圧溝26が形成される。ディスク駆動装置100の回転時には、これらの動圧溝が潤滑剤92に生成する動圧によって、ハブ10およびシャフト20は径方向および軸方向に支持される。
スリーブ80の開放端側には、スリーブ80の内周面とシャフト20の外周面との間の隙間が上方に向けて徐々に広がる部分であるキャピラリーシール部98が形成される。キャピラリーシール部98は毛細管現象により潤滑剤92の漏れを抑える。
ステータコア60は、ベース50の環状突出部52に固定され、円環部とそこから径方向外側に伸びる9本の突極とを有する。ステータコア60は、複数の薄型電磁鋼板を積層しカシメにより一体化して形成される。ステータコア60の表面には電着塗装や粉体塗装などによる絶縁塗装が施される。ステータコア60は、その円環部の内周面が環状突出部52の外周に圧入されもしくは隙間ばめによって固定される。
コイル70を形成するワイヤ72は、ベース50に形成された引き出し孔54を通じてベース50の裏面に引き出され、はんだ78によって配線部材76にはんだ付けされている。配線部材76は、開口部57より凹んだ凹部58に組み付けられる。配線部材76は、柔軟性を有するフレキシブルプリント基板である。コイル70に対向するベース50の領域には、インシュレーションシート74が貼られ、これによりコイル70とベース50の絶縁を図っている。3相のコイル70は、突極にワイヤを巻いて形成される。
以上のように構成されたディスク駆動装置100の動作について説明する。ディスク駆動装置100のハブ10を回転させるために、3相の略正弦波状の駆動電流がディスク駆動装置100に供給される。その駆動電流がコイル70を流れることにより、9本の突極に沿って磁束が発生する。この磁束によってマグネット40にトルクが与えられ、ハブ10が回転する。
図3は、実施形態に係るステータコア60の上面図を示す。ステータコア60は、円環部62と、そこから径方向に伸びる突極63とを備える。突極63は、ワイヤが巻かれる棒状体64と、棒状体64の径方向外側に設けられ、周方向に延在する歯部66とを有する。歯部66の外周面65は、円弧形状に形成される。
実施形態に係るディスク駆動装置100は、小型化の要請に応じて駆動時に発生する振動を低減するため、トルクリップルおよびコギングトルクを小さくすることが好ましい。ディスク駆動装置100では、コイル70により形成される磁束と、マグネット40の磁極との相互作用により駆動トルクが生成される。トルクリップルは、この駆動トルクに含まれる脈動成分であり、回転時のトルクの変動幅である。コギングトルクは、非通電状態でハブ10(マグネット40)を動かしたときに発生し、ステータコア60の突極およびマグネット40の着磁の要因により発生する、脈動するトルクである。
実施形態に係るステータコア60は、歯部66の周方向の端に位置する周端67が、歯部66の径方向最外端に位置する突端69を通る外接円68より径方向内側に位置するように形成される。周端67は、歯部66の周方向の端のとがった先端である。これにより、コギングトルクおよびトルクリップルを低減して駆動時に発生する振動を低減することができる。具体的には、以下の実験結果を用いて説明する。
図4(a)から図4(c)は、ステータコアの突極の形状を示す。図4(a)は従来技術に係るステータコア160を示し、図4(b)は実施形態に係るステータコア260を示し、図4(c)は他の実施形態に係るステータコア60を示す。各図に示す突端を通る外接円68の半径は同じであり、棒状体の大きさも同じであるが、歯部の形状が異なっている。
図4(a)に示すステータコア160の歯部166は、その外周面165の全体が外接円68と同じ曲率半径となるように形成されている。次に、図4(b)に示すステータコア260の歯部266は、図4(a)の歯部166の外周面165の端部を削った形状を有し、外周面265の中央部が外接円68と同じ曲率半径であるものの、歯部266の周端267が外接円68より径方向内側に位置する。次に、図4(c)に示すステータコア60は、図3に示したものと同じである。ステータコア260とステータコア60とは、歯部66の周端67が外接円68より径方向内側に位置する点で同じであるが、ステータコア60の歯部66の外周面65の形状が円弧形状である点で異なっている。これらのステータコア160、260、60をディスク駆動装置に組み付けて、非通電状態でマグネット40を回転させたときの逆起電力と振動量を測定した。
図5(a)および(b)から図7(a)および(b)は、ステータコアの形状に応じた逆起電力および振動量を示す。図5は図4(a)に示すステータコア160の実験結果を示し、図6は図4(b)に示すステータコア260の実験結果を示し、図7は図4(c)に示すステータコア60の実験結果を示す。
図5(a)から図7(a)には、非通電状態でハブ10を回転させ、コイル70に発生する逆起電力を示す。この逆起電力が正弦曲線に近いほど、コギングトルクおよびトルクリップルが低減され、駆動時にハブ10が滑らかに回転することが可能となり、駆動時の振動を低減することができる。図5(a)に示す逆起電力は、図6(a)および図7(a)より、正弦曲線から乖離した形状をしている。このステータコア160のコギングトルクは1.3mN・mであり、トルクリップルは15%であった。
次に、図6(a)の逆起電力は、図5(a)に示す逆起電力より正弦曲線に近く、ステータコア260のコギングトルクは0.75mN・mであり、トルクリップルは14.5%であった。また図5(b)と図6(b)とに示す振動量を比べると、ステータコア260を用いたディスク駆動装置100の振動量が低減されている。これにより、本発明者は歯部266の周端267を外接円68より径方向内側に配置することで、ディスク駆動装置100に発生する振動を低減することが可能となるという知見を得た。
なお、図5(b)〜図7(b)に示す振動量は、以下の方法によって測定した。ベース50の裏面であってコイル70が上方に位置する箇所に加速度センサを取り付ける。この加速度センサには、加速度センサの出力を増幅するアンプと、アンプから受け取った出力を算出する計測器が接続される。そして、コイル70に駆動電流を供給したときの加速度センサの出力を計測し、この計測値を振動量として算出している。
次に、図7(a)に示す逆起電力は、図5(a)および図6(a)に示す逆起電力より正弦曲線に近く、ステータコア60のコギングトルクは0.39mN・mであり、トルクリップルは14.3%であった。また図5(b)と図6(b)と図7(b)に示す振動量を比べると、図7(b)に示すステータコア60を用いたディスク駆動装置100の振動量がより低減されている。これにより、本発明者は、歯部66の周端67を外接円68より径方向内側に配置し、かつ、歯部66の外周面65の形状を円弧形状に形成することで、ディスク駆動装置100に発生する振動をよりいっそう低減することが可能となるという知見を得ることができた。以上より、歯部66の周端67の位置を外接円68より径方向内側に配置することで、コギングトルクおよびトルクリップルを低減して駆動時に発生する振動を低減することができる。
図3に戻って、歯部66の外周面65の円弧形状が、突端69を通る外接円68より曲率半径が小さくなるように形成し、歯部66の外周面65の円弧形状の曲率半径が、外接円68の曲率半径の略半分となるように形成することが好ましい。これにより、ディスク駆動装置100に発生する振動をよりいっそう低減することができる。
マグネット40の磁極の周方向寸法は、互いに周方向に隣接する二つの歯部66の隙間の周方向寸法の略3倍となるように設けられる。たとえば、12個の磁極を有するマグネット40の磁極の角度幅は30度に設定され、9個の突極63の歯部66の隙間の角度幅は10度に設定される。マグネット40と歯部66の距離は、ステータコア60の中心軸と歯部66の距離と比べて非常に短いため、磁極の周方向寸法は歯部66の隙間の周方向寸法の略3倍となる。このように構成することで実験の結果、トルクリップルを低減し、トルクの減少を抑えることができた。
ステータコア60の周端67は、ハブ10のディスク嵌合部10bの外径の径方向内側に位置してもよい。これにより、ステータコア60から記録ディスク200への磁界の影響を少なくすることができる。また、ステータコア60の突端69もハブ10のディスク嵌合部10bの外径の径方向内側に位置してもよい。
突極63の突端69を通る外接円68の直径をD1、突極63の周端67の内周を通る内接円の直径をD2、マグネット40の外周の直径をD3、マグネット40の内周の直径をD4とする。この場合にヨーク30の内径を一定とすると、歯部66の径方向幅(D1−D2)を大きくし過ぎると、その分だけコイル70を巻くための空間が減ることになり、発生可能なトルクが減少してしまう。一方、歯部66の径方向幅(D1−D2)を小さくし過ぎると、歯部66で磁気飽和を生じることがあり、磁束分布に偏りが生じてトルクリップルが増大する可能性がある。また、歯部66の径方向幅(D1−D2)を大きくし過ぎると、その分だけマグネット40が薄くなり、十分なマグネット40の厚さ(D3−D4)が確保できなくなる。
そこで、実施形態に係るディスク駆動装置100は、下記の式(1)の関係を有する。
(D3−D4)/3<D1−D2<D3−D4・・・(1)
これにより、十分なトルクの発生量を確保しつつ、トルクリップルの増大を抑えることができる。
図8は、実施形態に係るベース50の一部の下面を示す。本図は、引き出し孔54を通じてベース50の下面に引き出されたワイヤ72およびその配線を中心に示している。
3相のコイルを形成するには、各相ごとに2本で合計で少なくとも6本の引き出しワイヤで構成することが一般的である。1つの引き出し孔から6本の引き出しワイヤを引き出すと、引き出しワイヤが互いに接触したり、ベース50に接触する可能性が高まる。引き出しワイヤが互いに接触したり、ベース50に接触すると、所望の通電ができず回転が不安定になるおそれがある。そこで、実施形態に係るディスク駆動装置100は、ベース50に複数の引き出し孔54を設け、その複数の引き出し孔54から引き出しワイヤ72が引き出されるように構成される。これにより、引き出しワイヤ72が互いに接触したり、ベース50に接触する可能性を低減できる。
この引き出し孔54は、1本の引き出しワイヤ72を引き出すための第1の孔54a,54bおよび54cと、複数の引き出しワイヤ72を束ねて引き出す第2の孔54dと、を含む。
実施形態に係るベース50において第1の孔54a,54b,54cおよび第2の孔54dは、軸方向においてコイル70と重複する範囲の位置、すなわちコイル70の下方に設けている。第1の孔54a,54b,54cはそれぞれ回転中心からの距離が略同一の位置に設けている。また第2の孔54dも、第1の孔54aと回転中心からの距離が略同一の位置に設けている。これによりワイヤ72を引き出す作業が容易となる。
具体的には、3相のコイル70をY結線として第1の孔54aから、第1相目のコイル70を形成したワイヤの一端である一本の引き出しワイヤ72aが引き出され、はんだ78aにより配線部材76aに固定される。また、第1の孔54bから、第2相目のコイル70を形成したワイヤの一端である一本の引き出しワイヤ72bが引き出され、はんだ78bにより配線部材76bに固定される。また、第1の孔54cから、第3相目のコイル70を形成したワイヤの一端である一本の引き出しワイヤ72cが引き出され、はんだ78cにより配線部材76cに固定される。一方、第2の孔54dから、第1相目から第3相目のコイル70を形成したワイヤの他端をY結線の中点として3本のワイヤを束ねた引き出しワイヤ72dが引き出され、束ねた状態の引き出しワイヤ72dがはんだ78dにより配線部材76dに固定される。第2の孔54dは、第1の孔54aより大きい開口面積を有してよい。これにより、3本のワイヤを共通化してコストを抑えつつ、そのワイヤに応じた引き出し孔54を設けることができる。
次に、2本以上のワイヤを捩って、捩った状態のワイヤにはんだ付けをすると、溶けたはんだが毛細管現象により、ワイヤの捩った部分を伝って引き出し孔54に吸い込まれることがある。引き出し孔54に吸い込まれたはんだが引き出し孔54に接触するとコイル70の引き出しワイヤ72がベース50に短絡するおそれがある。そこで、実施形態に係るディスク駆動装置100は、引き出しワイヤ72dと配線部材76dとのはんだ付け位置と、第2の孔54dの位置と、の最短間隔が0.3mm以上となるように構成される。換言すると、はんだ78dの外周と第2の孔54dの外周との最短間隔が0.3mm以上となる。これにより、はんだ78dが第2の孔54dに入り込む可能性を低減できる。
図2に示すように、ベース50は下面に開口部57より凹んだ凹部58を有する。凹部58に配線部材76が固定され、はんだ付けがなされる。配線部材76上には、コネクタ77が配設される。コネクタ77は4つの端子79a,79b,79c,79dを有し、それぞれ配線部材76a,76b,76c,76dと接続される。
配線部材76およびコネクタ77の組立て工程において従来は、ベース50の下面に配線部材76を貼付した後、配線部材76にコネクタ77をはんだゴテにより手作業ではんだ付けしていた。このため、はんだゴテの熱でコネクタ77が変形することがあった。実施形態に係るディスク駆動装置100の製造方法では、コネクタ77を配線部材76上にリフローによりはんだ付けした後、配線部材76を凹部58に固定するようにした。これにより、コネクタ77が変形する可能性が低くなり、作業の機械化が容易になり、ベース50への組み付け作業の作業効率を高めることができる。
図9は、実施形態に係るインシュレーションシート74を示す。インシュレーションシート74は、略円弧形状に形成され、ベース50のコイルとの対向面に取り付けられ、複数の引き出し孔54に応じて切り欠き部75がそれぞれ設けられる。具体的には、切り欠き部75は、引き出し孔54の位置および個数に応じて形成され、円弧形状の外周側から径方向内側に向かって切り欠いた形状を有する。引き出し孔54の周囲は一部、インシュレーションシート74に覆われる。すなわち、U字形状の切り欠き部75の円弧部分が引き出し孔54の周囲を部分的に覆う。インシュレーションシート74の径方向幅は、コイル70の径方向幅に応じて設定され、インシュレーションシート74の周方向長さは、複数の引き出し孔54の間隔に応じて設定される。引き出し孔54およびその周囲は平面部分と比べて加工が複雑であり、加工誤差などによりコイル70と接触する可能性が高い。インシュレーションシート74を引き出し孔54の周囲に貼付することで、効率的に絶縁をしつつ、円形状に形成した場合と比べてコストを抑えることができる。
図8に戻って、記録ディスク200に帯電した静電気を効率的に除くために、ベース50と軸受ユニットとに亘って導電性樹脂材料84を塗布し、これらの間の導通を確保している。つまり、軸受ユニットのスリーブ80は、ベース50の軸受孔56に導電性を有していない接着剤により固定されているため、導電性樹脂材料84により軸受ユニットとベース50との導通を確保し、回転によって軸受ユニットに発生した静電気をベース50に逃がしている。比較例の導電性樹脂材料としては、銀ペーストを主成分にエポキシ系の樹脂を混合したものがあり、この導電性樹脂材料に硬化剤を作用させて硬化させる。すなわち2液タイプの導電性樹脂材料である。この2液タイプの導電性樹脂材料を用いた場合、エポキシ樹脂が硬化していく過程で、エポキシ樹脂に泳動(migration)が生じ、その塗布部の周辺に導電性樹脂材料が付着することがある。このようにエポキシ樹脂がベースの黒色のコーティング領域に泳動して付着すると、その部分だけ光沢が変化して他の部分と差が生じ結果として外観を損なう問題がある。
この問題に対応して実施形態では、ベース50および軸受ユニットの導通を、主にエポキシ樹脂を含まない導電性樹脂材料によって図っている。たとえば導電性を有する金属材料を主成分に、樹脂の主成分としてエポキシ樹脂を含まない導電性樹脂材料を含めて用いる。具体的には、エポキシ樹脂を含まない導電性樹脂材料が樹脂の成分として80%以上含まれる。これにより、エポキシ樹脂の泳動によるベース50のコーティング領域の外観を損なう問題が軽減される。導電性を有する金属材料としては銀ペーストなどの種々の材料を用いることができる。たとえばニッケルペーストを含むものは、導電性の経時変化が少なく安価である点で好ましい。樹脂の主成分としてエポキシ樹脂を含まない導電性樹脂材料としては種々のものを用いることができる。たとえば、スリーボンド社製の製品番号3317は、ニッケルペーストを主成分とするエポキシ樹脂を含まない導電性樹脂材料であって1液性であるため、2液混合のような手間がかからず塗布作業の機械化に有利である。
また、たとえばベース50がアルミニウム製で、軸受ユニットが黄銅などの金属材料で構成される場合は、その金属材料と導電性樹脂との線膨張係数や熱容量に大きな差がある。このため、いわゆるヒートショック試験をすると、熱膨張および収縮に大きな差が生じ、塗布された導電性樹脂材料に大きなストレスが加わる。この結果、塗布された導電性樹脂材料が剥がれ、ベース50と軸受ユニットとの導通を損なうおそれがある。この課題に対応するために、図8に示すように、導電性樹脂材料84は軸受孔56と軸受ユニットの下端部とに対して周方向に塗布してよい。これにより、ベース50および軸受ユニットの接合部分近傍に導電性樹脂材料を効率的に塗布することができ、剥がれを生じにくくすることができる。この結果、ヒートショック試験によってもベース50と軸受ユニットの間の導通を損なう可能性を軽減することができる。
実験の結果、導電性樹脂材料84を塗布した領域の周方向長さ85と径方向幅86がほぼ等しい場合にはヒートショック試験で20台中2台が導通を損ねた。一方、導電性樹脂材料84を塗布した領域の周方向長さ85が径方向幅86の1.5倍である場合には、導通を損ねるものが同20台中1台に減少した。更に周方向長さ85が径方向幅86の2倍である場合には、導通を損ねるものが同20台中0台に減少した。したがって導電性樹脂材料を塗布した領域を、周方向長さが径方向幅の1.5倍以上となるようにすることで、ヒートショック試験によってベース50と軸受ユニットの間の導通が損なわれる可能性を軽減することができる。
図2に示すように、導電性樹脂材料84を塗布した領域は、シール部材32により覆われている。シール部材32は軸受孔56の開口部を塞いで、導電性樹脂材料84を塗布した領域および軸受孔56と軸受ユニットの接合部位を覆っている。これにより、導電性樹脂材料84、および軸受孔56と軸受ユニットの接合部位を保護することができる。また、スリーブ80が多孔質の焼結金属で構成されている場合に、潤滑剤の蒸発を抑えることができる。導電性樹脂材料84から発生した発ガスを閉じこめることができる。このシール部材32は、製造情報を表示する表示部を有してよい。これにより、シール部材32に製造情報を持たすことができる。
図10は、実施形態に係るシャフト20の一部の断面図を示す。キャピラリーシール形成部25から上方について示す。シャフト20は、ハブ固定部23、シャフト凹部21およびキャピラリーシール形成部25を備える。
図2に示すように、ハブ固定部23はシャフト20の上端に設けられ、ハブ10のシャフト穴10eに固定される。ハブ固定部23の下に隣接してシャフト凹部21が設けられ、シャフト凹部21の下に隣接してキャピラリーシール形成部25が設けられる。キャピラリーシール形成部25は、軸方向上方に向かって縮径するように形成される。
シャフト凹部21は、ハブ固定部23およびキャピラリーシール形成部25より凹むように形成される。シャフト凹部21は、所定の幅を有した円周形状の底部21aと、底部21aの上に設けられた第1段差部21bと、底部21aの下に設けられた第2段差部21cとを備える。
キャピラリーシール形成部25の上方に位置するシャフト凹部21には、撥油剤が塗布される。キャピラリーシール形成部25の上方に撥油剤を塗布しようとするとき、製造誤差によりキャピラリーシール形成部25に撥油剤が塗布されることがある。キャピラリーシール形成部25に撥油剤が付着すると、キャピラリーシール形成部25の毛細管力が弱まってしまう。
実施形態に係るシャフト20は、撥油剤塗布領域である底部21aとキャピラリーシール形成部25の間に第2段差部21cを有するため、底部21aに撥油剤を塗布する際に撥油剤が垂れることを抑えることができる。また、底部21aの上下に段差部を有することで、撥油領域を明確にすることができ、塗布作業が容易となり、非塗布領域に塗布してしまうことも防ぐことができる。なお、底部21aに加えて、第1段差部21bおよび第2段差部21cも撥油剤が塗布されてよい。
図11は、実施形態に係るハブ10の断面図を示す。図2で説明した構成は省略する。
ハブ10の中央部10fの周状角部10jは、アール形状に形成されている。この周状角部10jのコーナーRは、R1.0mm以上およびR6.3mm以下に設定される。これにより、クランパ206の装着作業を容易にすることができ、クランパ206を効率的に水平に取り付けることができる。また、周状角部10jの表面粗度Ryは、1.6μm以下に設定されてよい。これにより、クランパ206の装着作業を容易にすることができる。
ハブ10は、内側にスリーブ80の上部を周方向に囲繞する囲繞部を有する。この囲繞部は、上方の第1囲繞部10kと下方の第2囲繞部10lとを有する。第1囲繞部10kは、第2囲繞部10lと第1段差部10gを介して軸方向に隣接し、内周の直径は第2囲繞部10lより小さくなるように形成される。すなわち、第1囲繞部10kとスリーブ80の外周面との隙間が、第2囲繞部10lとスリーブ80の外周面との隙間より小さくなるように形成される。
第1囲繞部10kおよび第1段差部10gは、回転中心に向かって張り出している。一方、第2囲繞部10lとスリーブ80の外周面とにより形成される空間は、第1囲繞部10kとスリーブ80の外周面とにより形成される空間より、広くなるように形成される。このようにスリーブ80との隙間を狭くすることで、潤滑剤から発生したガスを第1囲繞部10kより上方の空間で飽和させ、潤滑剤の蒸発を抑えることができる。
ハブ10は、ステータコア60およびコイル70との対向面10nと、ヨーク30の上端面が固定されるヨーク固定面10mとの間に第2段差部10hを有する。コイル70との対向面10nは、ヨーク固定面10mより軸方向上方に凹んでいる。コイル70との対向面10nおよびベース50の上面により形成される空間は、ヨーク固定面10mおよびベース50の上面により形成される空間より軸方向の間隔が広くなるように形成される。ステータコア60を小型化した場合にトルクが小さくなりそれに応じてワイヤを多く巻いてコイル70を形成してトルクを補う手段があるが、コイル70を大きくするとコイル70とハブ10とが接触する可能性が高まる。コイル70との対向面10nおよび第2段差部10hにより広い空間を確保することで、コイル70とハブ10とが接触する可能性を低減することができる。
ハブ10の環状延出部10cは、記録ディスク200の載置面から下垂する下垂部10iを含む。これにより、ヨーク30の外周面を下垂部10iの内周面10dに固着することができる。図2に示すように、下垂部10iと軸方向に対向するベース50には拡幅部51が形成されており、下垂部10iの下方の空間に拡幅部51が張り出している。コイル70と対向するベース50の対向面から2段の階段が形成され、その1段目が拡幅部51となる。これにより、拡幅部51が無い場合と比べてベース50の剛性を高めることができる。
下垂部10iの下端面は、ヨーク30およびマグネット40の軸方向中心より軸方向上方に位置する。また、拡幅部51の軸方向寸法は、下垂部10iの軸方向寸法12より大きくなるように形成される。これにより、ヨーク30の外周面との固着面を確保しつつ、拡幅部51を大きく形成し、ベース50の剛性を高めることができる。
次に、ディスク駆動装置100の組立て工程において、ベース50の環状突出部52の外周にステータコア60を圧入した後、環状突出部52の内周(軸受孔56)にスリーブ80(軸受ユニット)が挿入される。このステータコア60を圧入したときに環状突出部52が回転中心に向かって撓むことがあり、これによりスリーブ80をスムーズに挿入することができなくなることがある。圧入前の環状突出部52の外径はステータコア60の内径より小しだけ大きい。組立て前の環状突出部52の外径とステータコア60の内径との差を圧入代という。環状突出部52に無理にスリーブ80を押し込むことで、スリーブ80が傾いて取り付けられる可能性がある。
ベース50の環状突出部52の外周にステータコア60を圧入したときに環状突出部52が回転中心に向かって撓む量を測定した。その結果、圧入代が50μm以下の範囲では環状突出部52が撓む量は圧入代に応じて変化して圧入代のほぼ半分であった。
そこで、組立て前の軸受孔56(環状突出部52)の内径は、スリーブ80の外径より圧入代の半分以上大きくなるように設けられる。これにより、スリーブ80の軸受孔56への挿入をスムーズにすることができ、スリーブ80が傾いて取り付けられる可能性を低減できる。
スリーブ80は、多孔質材料で成形されてよい。ディスク駆動装置100の内空間、すなわちベース50とトップカバーで囲まれた空間には清浄空気が満たされる。たとえば清浄空気は大気よりヘリウムを多く含み、ヘリウムなどの低分子体の比率が高い空気である。この清浄空気は多孔を通り抜けやすく、スリーブ80の外気に開放された箇所から漏れる可能性がある。スリーブ80の外気と触れる箇所として、スリーブ80の周状下端部83がある。周状下端部83は、下方に突設しており、周状下端部83の内周面にはプレート90が固定されている。この周状下端部83の外気に対する開放を実質的に塞ぐことで、潤滑剤の蒸発等を抑えることができる。
周状下端部83の外気に対する開放を塞ぐため、周状下端部83を圧縮変形させてよい。周状下端部83を圧縮変形させることで多孔を潰すことができる。たとえば、固定したスリーブ80の周状下端部83に押圧部材を押圧することで周状下端部83を圧縮変形してもよい。この工程では、作業が容易であり製造コストを抑えることができる。なお、周状下端部83のプレート90が固定される箇所は、多孔を塞がなくてもよい。
また、周状下端部83の外気に対する開放を塞ぐため、周状下端部83の表面に酸化処理を施してよい。これにより確実に多孔を潰すことができる。また、周状下端部83の外気に対する開放を塞ぐため、周状下端部83の表面に樹脂材料を塗布してよい。これにより周状下端部83の表面の多孔を塞ぐことができる。
一方、スリーブ80の清浄空気に開放された箇所を塞ぐことで、清浄空気の漏れを抑えてもよい。たとえば、スリーブ80と軸受孔56と接合部より上方のスリーブ80の外周面に、樹脂材料を塗布してもよい。これにより、ディスク駆動装置100の内部の清浄空気が漏れることを抑えることができる。
このようなスリーブ80を有するディスク駆動装置100の製造工程について説明する。まず、スリーブ80が多孔質材料により形成される。次に、スリーブ80の内周に動圧溝が形成される。次に、スリーブ80が加熱されて、焼結される。次に、周状下端部83の外気に対する開放が上記の手段によって塞がれる。次に、スリーブ80が高温槽に入れられて、高温雰囲気に曝されることで、スリーブ80内の残留物が除去される。以上の製造工程でスリーブ80の多孔を塞ぐことができる。
次に、歯部66の周端67のそれぞれにおける軸方向の高さの差について検討する。発明者の実験結果として、各周端67の間で軸方向高さの差が大きくなると、トルクリップルの周波数と同じ周波数である騒音成分の周波数スペクトルが大きくなることが確認された。発明者の検討によると、これはマグネット40の磁束分布が軸方向に一定でないため、周端67の軸方向位置によっては受ける磁束量が異なり、発生トルクが異なるとの知見を得た。つまり、各周端67との間で軸方向の高さの差が大きくなると、発生トルクが不均一になる度合いが大きくなり、回転時の駆動音も大きくなって騒音となってしまう。
図12は、各周端67の間での軸方向の高さの差と、騒音成分のスペクトルの大きさとの関係を示す実験結果を表す図である。図12の横軸は、各周端67の間での軸方向の高さの差をmm(ミリメートル)で示し、縦軸は、騒音成分のスペクトルを表している。この騒音成分のスペクトルは、回転時のトルクリップルの周波数と同じ周波数のスペクトルである。図12に示す各周端67の間での軸方向の高さの差は、全ての周端67の軸方向高さのうち最も高い周端67と最も低い周端67との差であり、ハブ10側の上端部間での軸方向の高さの差である。
図12に示すように、ディスク駆動装置100の組立て後における各周端67の上端部間での軸方向の高さの差が0.08mmを超えて大きくなると騒音成分のスペクトルが顕著に大きくなることが示されている。そこで、製造上のバラツキを考慮して、各周端67のハブ10側の上端部間での軸方向の高さの差が0.07mm以下になるようにステータコア60を設けることで、騒音成分のスペクトルを小さくして、回転時の駆動音を抑えることができる。より好ましくは、各周端67の上端部間での軸方向の高さの差が0.05mm以下になるようにステータコア60を設けてよい。これにより騒音成分のスペクトルをより小さくして回転時の駆動音を一層抑えることができる。
上記では歯部66のハブ10側の上端面の高さのバラツキを問題にしている。すなわち、歯部66の上端面の高さのバラツキを所定値以下に収まるように管理し、駆動音の低減を図っている。ここで、歯部66のベース50側の下端面での高さのばらつきを所定値以下に収まるように管理することも可能である。しかし、ステータコア60の内周下端部はベース50の環状突出部52の外周に設けられた段部に載せられて、ステータコア60の下端の基準となっており、歯部66の上端面より高さのばらつきが抑えられる。したがって、少なくとも歯部66の上端面の高さを所定値以下に収まるように管理することで、効率的に回転時の駆動音を抑えることができる。
また、各周端67の上端部間での軸方向の高さの差が0.01mmより小さくしたとしても、騒音成分のスペクトルを改善する幅は小さい。一方、歯部66の上端面の高さのバラツキを0.01mmより小さくするように製造しようとすると、選別など特別な手間が必要となりコストがかかる。そこで、各周端67の上端部間での軸方向の高さの差を0.01mmより小さくするまでには管理しないようにステータコア60が設けられる。これにより、製造時のコストを抑えることができる。なお、各周端67の上端部間での軸方向の高さは、突極63の中心軸を基準として管理してよい。
このようなディスク駆動装置100の製造方法について説明する。ステータコア60は複数の薄型電磁鋼板を積層し、第1金型内でかしめをすることで、一体化されて形成される。このようなかしめの際の圧力が不均一である場合に、各歯部66の軸方向の高さのバラツキが大きくなることがある。そこで、ディスク駆動装置100の製造方法は、第1金型内でかしめをされた工程の後に、互いに平行な2つの平面を有する第2金型を用いて、少なくとも歯部66を上下から平面で挟んで押圧する工程を含んでよい。各突極63の全ての歯部66を同時に第2金型で押圧する。これにより、かしめをしたとき圧力が不均一となった場合にも、歯部66の軸方向の高さのバラツキを小さくすることができる。
また、歯部66は表面に電着塗装や粉体塗装などの塗装材料によって絶縁塗装を施される。この絶縁塗装が施されたステータコア60の歯部66を第2金型で挟んで加圧すると、絶縁塗装の厚みのバラツキに応じて各周端67の間での軸方向の高さの差が大きくなることがある。そこで、第2金型で押圧する前には歯部66に絶縁塗装を施さず、第2金型を用いて少なくとも歯部66を挟んで押圧する工程の後、少なくとも歯部66の表面に塗装材料によって絶縁塗装を施す工程を含んでよい。これにより、各周端67の間での軸方向の高さのバラツキを小さくし、回転時の駆動音を抑えることができる。
実施の形態に係るディスク駆動装置100として、ハブ10に搭載される記録ディスクの200それぞれの厚みは1.27mmであるディスク駆動装置100について説明したが、これに限られない。たとえば、記録ディスクのそれぞれの厚みは1.4mm以上にしてもよい。記録ディスクの共振周波数が変化して、記録ディスクの振動を抑えうる点で好ましい。また、記録ディスクのそれぞれの厚みは1.7mm以上にしてもよい。これにより一層記録ディスクの振動を抑えうる。
実施の形態に係るディスク駆動装置100として、マグネット40の磁極の数は12で、突極の数は9であるディスク駆動装置100について説明したが、これに限られない。マグネットの磁極の数は10から16の範囲の偶数とし、突極の数は12から24の範囲の3の倍数としてもよい。これにより小型化してもコイルの総巻数を多くでき、その分マグネットと突極の隙間を広くしてコギングトルクの増大を抑えて駆動時に発生する振動を低減しうる。
実施の形態に係るディスク駆動装置100として、ベースがハブを回転自在に支持する一体型のディスク駆動装置について説明したが、これに限られない。たとえば、実施の形態に係るモータを別途製作し、そのモータをハードディスクドライブのシャーシに取り付けてもよい。
実施の形態に係るディスク駆動装置100として、マグネットが積層コアの外側に位置する、いわゆるアウターロータ型のディスク駆動装置について説明したが、これに限られない。たとえばマグネットが積層コアの内側に位置する、いわゆるインナーロータ型のディスク駆動装置を製造する際に、実施の形態に係る技術的思想を適用してもよい。
実施の形態に係るディスク駆動装置100として、スリーブがベースに固定され、シャフトがスリーブに対して回転するディスク駆動装置について説明したが、これに限られない。たとえばシャフトがベースに固定され、スリーブがハブと共にシャフトに対して回転するようなシャフト固定型のディスク駆動装置に適用してもよい。
実施の形態では、主にハードディスクドライブに用いられるディスク駆動装置100について説明したが、実施形態のモータをCD(Compact Disc)装置、DVD(Digital Versatile Disc)装置等の光学ディスク記録再生装置に搭載してもよい。
以上、実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。
6 ロータ、 8 データリード/ライト部、 10 ハブ、 20 シャフト、 22 フランジ、 23 ハブ固定部、 24 第1軸動圧溝、 25 キャピラリーシール形成部、 26 第2軸動圧溝、 30 ヨーク、 32 シール部材、 40 マグネット、 50 ベース、 51 拡幅部、 52 環状突出部、 54 引き出し孔、 56 軸受孔、 57 開口部、 58 凹部、 60 ステータコア、 62 円環部、 63 突極、 64 棒状体、 65 外周面、 66 歯部、 67 周端、 68 外接円、 70 コイル、 72 引き出しワイヤ、 74 インシュレーションシート、 75 切り欠き部、 76 配線部材、 77 コネクタ、 78 はんだ、 79 端子、 80 スリーブ、 82 径動圧溝、 83 周状下端部、 84 導電性樹脂材料、 90 プレート、 92 潤滑剤、 98 キャピラリーシール部、 100 ディスク駆動装置、 200 記録ディスク、 206 クランパ。

Claims (9)

  1. 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突極とを含むステータコアと、
    前記突極と径方向に対向し、前記ハブとともに回転するマグネットと、を備え、
    前記マグネットは、前記突極と対向するように周方向に複数の磁極を有し、
    前記突極は、ワイヤが巻かれる棒状体と、前記棒状体の径方向外側に設けられ、周方向に延在する歯部とを有し、
    前記歯部の周方向の端に位置する周端は、前記歯部の径方向最外端に位置する突端を通る外接円より径方向内側に位置することを特徴とする回転機器。
  2. 前記歯部の外周面は、円弧形状に形成され、
    前記円弧形状は、前記突端を通る外接円より曲率半径が小さいことを特徴とする請求項1に記載の回転機器。
  3. 前記歯部の外周面の前記円弧形状の曲率半径は、前記突端を通る外接円の曲率半径の略半分であることを特徴とする請求項2に記載の回転機器。
  4. 前記マグネットの前記磁極の周方向寸法は、互いに周方向に隣接する二つの前記歯部の隙間の周方向寸法の略3倍であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の回転機器。
  5. 前記周端は、前記記録ディスクの内周が嵌合される前記ハブのディスク嵌合部の外径の径方向内側に位置することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の回転機器。
  6. 前記突端を通る外接円の直径をD1、前記周端の内周側を通る内接円の直径をD2、前記マグネットの外周の直径をD3、内周の直径をD4とした場合に下記の式(1)の関係を有することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の回転機器。
    (D3−D4)/3<D1−D2<D3−D4・・・(1)
  7. 前記周端のぞれぞれにおける前記ハブ側の各端部の間での軸方向高さの差が0.01mmから0.07mm以下になるように組み付けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の回転機器。
  8. 前記歯部は、平面を有する金型によって前記平面に挟まれて押圧されて形成されることを特徴とする請求項7に記載の回転機器。
  9. 前記歯部は、前記金型に押圧された後、表面に絶縁塗装を施されることを特徴とする請求項8に記載の回転機器。
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