JP2017037690A - トップカバーおよびディスク駆動装置 - Google Patents

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光生 児玉
弘幸 阿部
Hiroyuki Abe
弘幸 阿部
勝也 高橋
Katsuya Takahashi
勝也 高橋
裕也 齋藤
Yuya Saito
裕也 齋藤
昌寛 白石
Masahiro Shiraishi
昌寛 白石
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Yoshinobu Arao
慶宣 荒尾
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  • Holding Or Fastening Of Disk On Rotational Shaft (AREA)
  • Rotational Drive Of Disk (AREA)

Abstract

【課題】ディスク駆動装置の駆動時の騒音をより抑制できる技術を提供する。【解決手段】ディスク駆動装置1の筐体は、ディスク14が収容されるハウジングと、ハウジングの開口を塞ぐトップカバー13とを有する。トップカバーは、トップカバー本体131と、整流部材132とを有する。トップカバー本体は、中心軸9に対して垂直に拡がる板状の部材である。整流部材は、トップカバー本体の下面に固定されている。整流部材は、ディスクの上面の少なくとも一部と軸方向に対向する下面を有する。整流部材を設けることで、ディスクとトップカバーとの間の軸方向の隙間が狭くなり、ディスクの回転時の振れが抑制される。その結果、ディスク駆動装置の駆動時の騒音が抑制される。【選択図】図5

Description

本発明は、トップカバーおよびディスク駆動装置に関する。
従来、ハードディスクドライブ(以下、単にHDDという)等のディスク駆動装置が知られている。ディスク駆動装置において、高速なデータ処理を行うためには、ディスクの回転速度を上げる必要がある。しかし、ディスクを高速で回転させると、ディスクの回転方向と同一の方向に気流が発生する。そして、この気流が乱れると、ディスクが振動するディスクフラッタと呼ばれる現象が発生する。このディスクフラッタにより、ディスクへの書き込み精度の低下や、騒音発生という問題が生じる。
ディスクフラッタを低減する技術については、例えば、特開2003−317435号公報に記載されている。当該公報のディスク駆動装置では、ディスクをモータのハブに固定しているディスククランパの外径を大型化し、このディスククランパとディスクとの間隔を最適に維持した状態で、ディスクと一体回転する構成とすることにより、ディスク付近の気流を整流し、ディスクフラッタを低減している(段落0010等参照)。
また、ディスク駆動装置の騒音の発生を抑える技術については、例えば、特開2004−46964号公報に記載されている。当該公報のディスク駆動装置用ケースは、ディスクとキャリッジが収容されるケース本体と、ケース本体の開口を塞ぐトップカバーとを有し、トップカバーに、ディスクと対応する特定領域を中心として周方向の全周にわたって連続するリブを形成している(請求項1参照)。そして、トップカバーの剛性を高めることで、副次的に、回転音を低減している(段落0033)。
特開2003−317435号公報 特開2004−46964号公報
しかしながら、上記のいずれの文献も、ディスク駆動装置のトップカバーとディスクとの軸方向の間隔と、騒音との関係には着目していない。トップカバーとディスクとの間の軸方向の間隔が大きいと、ディスク駆動装置の駆動時の騒音が、大きくなる傾向がある。当該騒音の一因として考えられるのは、ディスクの回転に伴う振れである。
本発明の目的は、ディスク駆動装置の駆動時の騒音をより抑制できる技術を提供することである。
本願の第1発明は、上下に延びる中心軸を中心としてディスクを回転させるディスク駆動装置に用いられ、前記ディスクが収容されるハウジングの開口を塞ぐトップカバーであって、前記中心軸に対して垂直に拡がる板状のトップカバー本体と、前記トップカバー本体の下面に固定された整流部材と、を有し、前記トップカバー本体は、前記ディスクと軸方向に対向し、前記整流部材は、前記ディスクの上面の少なくとも一部と軸方向に対向する下面を有する。
本願の第1発明によれば、ディスクとトップカバーとの間の軸方向の隙間を狭くすることができる。これにより、ディスクの回転時の振れを抑制できる。その結果、ディスク駆動装置の駆動時の騒音を抑制できる。
図1は、ディスク駆動装置の縦断面図である。 図2は、トップカバーを取り外したディスク駆動装置の上面図である。 図3は、トップカバーの下面図である。 図4は、トップカバーの斜視図である。 図5は、ディスク駆動装置の部分縦断面図である。 図6は、整流部材とディスクとの間隔と、プロミネンス・レシオとの関係を示したグラフである。 図7は、整流部材の平面視における面積と、プロミネンス・レシオの変化量との関係を示したグラフである。 図8は、変形例に係るトップカバーの下面図である。 図9は、変形例に係るディスク駆動装置の部分縦断面図である。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、スピンドルモータの中心軸と平行な方向を「軸方向」、スピンドルモータの中心軸に直交する方向を「径方向」、スピンドルモータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、ハウジングに対してトップカバー側を上として、各部の形状および位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本発明に係るトップカバーおよびディスク駆動装置の使用時の向きを限定する意図はない。
<1.第1実施形態>
<1−1.ディスク駆動装置の構成>
図1は、第1実施形態に係るディスク駆動装置1の縦断面図である。図2は、トップカバー13を取り外したディスク駆動装置1の上面図である。
このディスク駆動装置1は、中央に円孔を有する円板状の磁気ディスク14(以下、単に「ディスク14」という)を回転させ、ディスク14に対して情報の読み出しおよび書き込みを行う装置である。図1に示すように、ディスク駆動装置1は、スピンドルモータ11、ハウジング12、トップカバー13、ディスク14、およびアクセス部15を有する。
スピンドルモータ11は、ディスク14を支持しながら、中心軸9を中心としてディスク14を回転させる。スピンドルモータ11は、静止部2と回転部3とを有する。静止部2は、ハウジング12に対して相対的に静止する。回転部3は、静止部2に対して回転可能に支持される。
静止部2は、ベース部21、ステータ22、および軸受ユニット23を有する。ベース部21は、回転部3およびディスク14の下側において、中心軸9に対して略垂直に広がる。ベース部21は、スピンドルモータ11の一部であるとともに、ハウジング12の一部でもある。ステータ22および軸受ユニット23は、ベース部21に固定されている。ステータ22は、磁性体であるステータコア51と、複数のコイル52とを有する。ステータコア51は、径方向外側へ向けて突出する複数のティース54を有する。複数のコイル52は、それぞれ、ティース54に巻かれた導線により構成される。軸受ユニット23は、回転部3側のシャフト31を回転可能に支持する。軸受ユニット23には、例えば、流体動圧軸受機構が用いられる。
回転部3は、シャフト31、ハブ32、およびマグネット33を有する。シャフト31は、軸方向に延びる柱状の部材である。シャフト31の下端部は、軸受ユニット23の内部に収容される。ハブ32は、シャフト31の上端部の周縁部から、径方向外側へ向けて拡がる。ハブ32は、ディスク14を支持する支持面321を有する。マグネット33は、ステータ22の径方向外側において、ハブ32に固定される。マグネット33は、円環状である。マグネット33の内周面には、N極とS極とが周方向に交互に着磁されている。
このようなスピンドルモータ11において、コイル52に駆動電流が供給されると、複数のティース54に磁束が生じる。そして、ティース54とマグネット33との間の磁束の相互作用により、周方向のトルクが発生する。その結果、静止部2に対して回転部3が、中心軸9を中心として回転する。ハブ32に支持されたディスク14は、回転部3とともに、中心軸9を中心として回転する。
ハウジング12は、上述したベース部21を含む底部121と、壁部122とを有する。底部121は、中心軸9に対して略垂直に拡がる。スピンドルモータ11およびアクセス部15は、底部121に支持される。壁部122は、底部121の外端縁から上方へ向けて、矩形の筒状に延びる。壁部122は、その上端に、環状のカバー支持面120を有する。トップカバー13は、当該カバー支持面120上に支持され、例えばねじ止めで、ハウジング12に固定される。ハウジング12の上部の開口は、トップカバー13によって塞がれる。スピンドルモータ11の回転部3、ディスク14、およびアクセス部15は、ハウジング12とトップカバー13とで構成される筐体の内部に収容される。
アクセス部15は、アーム151と、アーム151の先端に設けられたヘッド152とを有する。アーム151は、底部121から軸方向に延びる支柱43を中心として回動する。これにより、ヘッド152が、ディスク14の記録面に沿って移動する。ヘッド152は、ディスク14の上面および下面に対向し、ディスク14に対して情報の読み出しおよび書き込みを行う。なお、ヘッド152は、ディスク14に対して情報の読み出しおよび書き込みのいずれか一方のみを行うものであってもよい。また、ディスク駆動装置1は、2枚以上のディスク14を有するものであってもよい。また、ディスク駆動装置1は、光ディスクを回転させる装置であってもよい。
<1−2.トップカバーの構成>
続いて、トップカバー13の詳細な構成について説明する。図3はトップカバー13の下面図である。図4はトップカバー13の斜視図である。図5は、ディスク駆動装置1の部分縦断面図である。
図1および図3〜図5に示すように、トップカバー13は、トップカバー本体131と、整流部材132とを有する。トップカバー本体131は、中心軸9に対して垂直に拡がる板状の部材である。平面視において、トップカバー本体131と、ハウジング12とは、略同等の大きさを有する。トップカバー本体121の周縁部の下面は、ハウジング12のカバー支持面120に接触する。また、ディスク14の上面と、トップカバー本体131の下面とは、軸方向に対向する。
整流部材132は、トップカバー本体131の下面に固定される板状の部材である。整流部材132の材料には、例えば樹脂が用いられる。整流部材132は、ディスク14の上面の少なくとも一部と軸方向に対向する下面を有する。ディスク14の上面と整流部材132の下面との軸方向の間隔は、ディスク14の上面とトップカバー本体131の下面との軸方向の間隔よりも、小さい。
図5中の拡大図のように、整流部材132は、トップカバー13の下面に、接着剤8で固定される。接着剤8には、例えば、熱硬化性を有するエポキシ系の接着剤が用いられる。なお、接着剤8は、嫌気性や紫外線硬化性等を有するものであってもよい。接着剤8を用いれば、他の固定方法よりも容易かつ安価に、トップカバー13と整流部材132とを固定できる。ただし、整流部材132は、熱溶着などの他の方法で、トップカバー13に固定されていてもよい。
また、整流部材132は、トップカバー本体131をインサート部品とする射出成形(いわゆるインサート成形)により形成されてもよい。インサート成形を用いれば、トップカバー本体131の下面に凹凸がある場合でも、整流部材132の形状を、当該凹凸に合わせて容易に形成できる。
このように、トップカバー本体131の下面に整流部材132を設ければ、整流部材132が無い場合よりも、ディスク14とトップカバー13との間の軸方向の隙間が、狭くなる。このため、ディスク14とトップカバー13との間に介在する気体の層において、体積の変化が生じにくくなる。その結果、ディスク14の回転時の振れ(ディスクフラッタ)が生じにくくなる。ディスク14の回転時の振れを抑制すれば、ディスク駆動装置1の駆動時の振動および騒音を抑制できる。
図2には、整流部材132の位置が、破線で示されている。図2、図3および図4に示すように、本実施形態における整流部材132の形状は、中心軸9を中心とする円弧状である。そして、図2のように、整流部材132は、平面視においてディスク14と重なる位置、かつ、アーム151およびヘッド152の移動範囲の外側に配置される。これにより、アーム151およびヘッド152と、整流部材132とが、互いに干渉することなく配置される。
また、アーム151およびヘッド152と、整流部材132とは、互いに軸方向の位置を制限しない。したがって、アーム151およびヘッド152と、整流部材132とを、同等の高さ位置に配置できる。例えば、アーム151およびヘッド152の少なくとも一部分と、整流部材132の少なくとも一部分とを、径方向および周方向に重なるように配置できる。これにより、整流部材132の下面を、ディスク14の上面に、より接近させることができる。その結果、ディスク14の回転時の振れを、より抑制できる。
なお、ディスク14の回転時の振れを抑制するために、整流部材132は、アーム151およびヘッド152と干渉しない範囲で、ディスク14の上面のなるべく広い範囲を覆っていることが好ましい。したがって、例えば、円弧状の整流部材132の中心角を180°以上として、整流部材132の下面の面積を広くとることが好ましい。
ディスク14の最外周部は、振れによる軸方向の変位が最も生じやすい。このため、図2および図5のように、整流部材132は、その下面の少なくとも一部分が、ディスク14の上面の最外周部と軸方向に対向していることが好ましい。このようにすれば、ディスク14の変位が最も生じやすい最外周部において、軸方向の変位を抑制しやすい。したがって、ディスク14の振れを抑制する効果を得やすい。
また、図3〜図5に示すように、整流部材132は、下面の周縁の少なくとも一部に、第1傾斜面133を有する。第1傾斜面133は、径方向外側に向かうにつれてディスク14の上面から漸次に離れる。このようにすれば、整流部材132の周縁部において、段差が緩やかとなる。したがって、気体の乱流を抑えて、ディスク駆動装置1の駆動時の騒音をより低減できる。また、整流部材132を樹脂成型により作製する場合に、成型後の整流部材132を金型から容易に離型させることができる。
また、図3および図4に示すように、整流部材132は、周方向の両端部に、第2傾斜面134を有する。ディスク14が回転すると、ディスク14とトップカバー13との間に、周方向の気流成分が生じる。仮に、当該気流成分が整流部材132の垂直な段差面に衝突すると、騒音の原因となり得る。しかしながら、本実施形態のように、整流部材132の周方向の両端部に、第2傾斜面134を設けておけば、周方向の気流成分は、第2傾斜面134に沿って流れる。したがって、整流部材132の周方向の両端部付近における気体の乱流を抑えて、ディスク駆動装置1の駆動時の騒音を、より低減できる。
なお、第2傾斜面134は、整流部材132の周方向の両端部の少なくとも一方に設けられていればよい。その場合、整流部材132の周方向の両端部のうち、ディスク14の回転方向に対向する方向を向く端部に、第2傾斜面134を設けるとよい。例えば、ディスク14が時計回りに回転する場合には、整流部材132の反時計回りの先端部に、第2傾斜面134を設けるとよい。また、ディスク14が反時計回りに回転する場合には、整流部材132の時計回りの先端部に、第2傾斜面134を設けるとよい。
また、図2および図5に示すように、ハウジング15は、ディスク14を包囲する円弧状の内壁面161を有する。そして、ディスク14の外端面および整流部材132の外端面は、いずれも、内壁面161と隙間を介して径方向に対向する。ハウジング12に対してトップカバー13を取り付けると、内壁面161の内側に、整流部材132が配置される。このとき、整流部材132と内壁面161との間に径方向の隙間を設けていることで、内壁面161の内側に、整流部材132を容易に配置できる。
上述の通り、このディスク駆動装置1では、整流部材132により、ディスク14とトップカバー13との間の軸方向の間隔を狭めることで、駆動時の騒音を抑制する。ただし、整流部材132とディスク14との軸方向の間隔が狭すぎると、風損によりディスク14の回転抵抗が大きくなり、ディスク駆動装置1の消費電力が大きくなる。騒音の低減と消費電力の低減とを両立させるためには、整流部材132とディスク14との軸方向の間隔を、適度な間隔とすることが好ましい。
例えば、図5のように、ディスク14の直径をD、整流部材132の下面とディスク14の上面との軸方向の間隔をΔgとすると、0.01≦Δg/D≦0.03を満たすことが好ましい。例えば、3.5インチ型のHDDであれば、D=95mmなので、0.95mm≦Δg≦2.85mmを満たすことが好ましい。また、2.5インチ型のHDDであれば、D=64mmなので、0.64mm≦Δg≦1.92mmを満たすことが好ましい。
<1−3.実施例>
図6は、ディスク駆動装置1において、上述した整流部材132とディスク14との間隔Δgと、プロミネンス・レシオ(Prominence Ratio)の値との関係を示したグラフである。図6の横軸は、整流部材132の下面とディスク14の上面との軸方向の間隔Δgを示している。図6の縦軸は、特定の周波数帯におけるプロミネンス・レシオの値を示している。なお、プロミネンス・レシオとは、作動音の特性を評価する基準の1つとして、可聴音域における顕著な離散周波数音の割合を示すものである。プロミネンス・レシオを低減することにより、作動音の特性を向上することができる。
図6の結果では、概ねΔgが小さくなるほど、プロミネンス・レシオの値が低下する傾向が確認された。また、プロミネンス・レシオは、間隔Δgの値が2mm程度のときに、最も低い値となることが確認された。この結果より、整流部材132を用いて上述した間隔Δg小さくすれば、プロミネンス・レシオの値が低下し、ディスク駆動装置1の駆動時の騒音を低減できることが分かる。
図7は、ディスク駆動装置1において、整流部材132の平面視における面積と、プロミネンス・レシオの変化量との関係を示したグラフである。図7の横軸は、整流部材132の平面視における面積を示している。図7の縦軸は、モータの磁気周波数である23次、24次および25次の周波数成分のうち最大のプロミネンス・レシオ値を示す次数成分を用い、整流部材を有さないディスク駆動装置のプロミネンス・レシオ値から、該最大のプロミネンス・レシオ値の値を引いた数値を示している。つまり、整流部材の平面視における面積に対するプロミネンス・レシオ値の低減度合いを示している。なお、図7の例では、整流部材132の形状を円弧状とし、その中心角を一定として、整流部材132の径方向の寸法を変化させた。また、図7のグラフでは、ディスク駆動装置が整流部材を有していない状態でのプロミネンス・レシオ値をゼロとしている。
図7の結果では、整流部材132の面積が大きくなるほど、可聴音域における顕著な離散周波数音の割合を示すプロミネンス・レシオの値が低下する傾向が確認された。この結果より、整流部材132の面積が大きくなるほど、ディスク駆動装置1の駆動時の騒音を低減できることが分かる。
<2.変形例>
以上、例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。
図8は、一変形例に係るトップカバー13Aの下面図である。図8の例では、整流部材132Aの平面視における形状が、中心軸を中心とする円環状となっている。このようにすれば、円弧状の場合よりも、整流部材132Aの下面の面積を、より広くとることができる。
図9は、他の変形例に係るディスク駆動装置1Bの部分縦断面図である。図9の例では、整流部材132Bの下面の高さが、径方向内側から径方向外側へ向かうにつれて、低くなっている。これにより、整流部材132Bの下面とディスク14Bの上面との軸方向の距離が、径方向内側から径方向外側へ向かうにつれて短くなっている。このようにすれば、ディスク14Bの外周部付近において、整流部材132Bの下面とディスク14Bの上面との軸方向の間隔を、特に小さくすることができる。したがって、ディスク14Bの振れによる騒音の発生を効率よく抑えることができる。また、ディスク14Bの内周部付近においては、ディスク14Bと整流部材132Bとの軸方向の間隔を大きくとって、風損による回転抵抗を低減できる。
また、上記の実施形態では、整流部材に樹脂を用いていた。しかしながら、整流部材の材料に、樹脂以外の材料を用いてもよい。例えば、整流部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属製であってもよい。金属を用いれば、樹脂を用いる場合よりも、整流部材の剛性を高めることができる。
ディスク駆動装置に含まれるスピンドルモータの構造は、上記の実施形態と相違していてもよい。例えば、静止したシャフトの周りでハブが回転する、いわゆる軸固定型のスピンドルモータであってもよい。
また、各部品の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。また、上記の実施形態および変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
本発明は、トップカバーおよびディスク駆動装置に利用できる。
1 ディスク駆動装置
2 静止部
3 回転部
8 接着剤
9 中心軸
11 スピンドルモータ
12 ハウジング
13 トップカバー
14 ディスク
15 アクセス部
21 ベース部
22 ステータ
23 軸受ユニット
31 シャフト
32 ハブ
33 マグネット
43 支柱
51 ステータコア
52 コイル
54 ティース
120 カバー支持面
121 底部
122 壁部
131 トップカバー本体
132 整流部材
133 第1傾斜面
134 第2傾斜面
151 アーム
152 ヘッド
161 内壁面
321 支持面

Claims (16)

  1. 上下に延びる中心軸を中心としてディスクを回転させるディスク駆動装置に用いられ、前記ディスクが収容されるハウジングの開口を塞ぐトップカバーであって、
    前記中心軸に対して垂直に拡がる板状のトップカバー本体と、
    前記トップカバー本体の下面に固定された整流部材と、
    を有し、
    前記トップカバー本体は、前記ディスクと軸方向に対向し、
    前記整流部材は、前記ディスクの上面の少なくとも一部と軸方向に対向する下面を有するトップカバー。
  2. 請求項1に記載のトップカバーであって、
    前記整流部材の形状は、前記中心軸を中心とする円弧状であるトップカバー。
  3. 請求項2に記載のトップカバーであって、
    前記整流部材の中心角は、180°以上であるトップカバー。
  4. 請求項1に記載のトップカバーであって、
    前記整流部材の形状は、前記中心軸を中心とする円環状であるトップカバー。
  5. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のトップカバーであって、
    前記整流部材は、前記下面の周縁の少なくとも一部に、第1傾斜面を有するトップカバー。
  6. 請求項2または請求項3に記載のトップカバーであって、
    前記整流部材は、周方向の両端部の少なくとも一方に、第2傾斜面を有するトップカバー。
  7. 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のトップカバーであって、
    前記整流部材と前記ディスクとの軸方向の距離は、径方向内側から径方向外側へ向かうにつれて短くなるトップカバー。
  8. 請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のトップカバーであって、
    前記整流部材は、樹脂製であり、前記トップカバーをインサート部品とする射出成形品であるトップカバー。
  9. 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のトップカバーと、
    前記中心軸を中心としてディスクを回転させるスピンドルモータと、
    前記ディスクに対して情報の読み出しおよび書き込みの少なくとも一方を行うアクセス部と、
    前記スピンドルモータおよび前記アクセス部を支持し、前記トップカバーとともに筐体を構成する前記ハウジングと、
    を有するディスク駆動装置。
  10. 請求項9に記載のディスク駆動装置であって、
    前記アクセス部は、前記ディスクに対向するヘッドを有し、
    前記整流部材は、平面視において、前記ヘッドの移動範囲外に配置されるディスク駆動装置。
  11. 請求項10に記載のディスク駆動装置であって、
    前記整流部材の少なくとも一部分と、前記アクセス部の少なくとも一部分とが、径方向または周方向に重なるディスク駆動装置。
  12. 請求項9から請求項11までのいずれか1項に記載のディスク駆動装置であって、
    前記整流部材の前記下面の少なくとも一部分が、前記ディスクの上面の最外周部と軸方向に対向するディスク駆動装置。
  13. 請求項9から請求項12までのいずれか1項に記載のディスク駆動装置であって、
    前記ハウジングは、前記ディスクを包囲する円弧状の内壁面を有し、
    前記ディスクの外端面および前記整流部材の外端面と、前記内壁面とが、隙間を介して径方向に対向するディスク駆動装置。
  14. 請求項9から請求項13までのいずれか1項に記載のディスク駆動装置であって、
    前記ディスクの直径をD、前記整流部材の前記下面と前記ディスクの上面との軸方向の間隔をΔgとして、
    0.01≦Δg/D≦0.03
    を満たすディスク駆動装置。
  15. 請求項14に記載のディスク駆動装置であって、
    D=95mmであり、
    0.95mm≦Δg≦2.85mm
    を満たすディスク駆動装置。
  16. 請求項14に記載のディスク駆動装置であって、
    D=64mmであり、
    0.64mm≦Δg≦1.92mm
    を満たすディスク駆動装置。
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