JP2021049537A - ベース部材、スピンドルモータおよびハードディスク駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベース部材の鋳造時の巣の形成を抑制し、ハードディスク駆動装置の内部に低密度気体を封入したときの低密度気体の漏洩を防止する。【解決手段】ダイカスト製のベース部材１０であって、ベース部材１０は、短辺と長辺とを有する長方形板状の底部１１と、底部１１の全周の縁部から底部１１と直交する方向に延びる側壁部１２と、側壁部１２の端面の全周から底部１１と直交する方向に突出するリブ部１３とを備えている。リブ部１３の厚さは、側壁部１２の厚さよりも小さく、側壁部１２は、溶湯の入口に対応する第１ゲート部１２ｃが設けられた短辺側の第１端部１０ｃと、第１端部１０ｃの反対側に位置し、第１ゲート部１２ｃよりも面積の小さい溶湯の出口に対応する第２ゲート部１２ｄが設けられた第２端部１０ｄを有し、リブ部１３は、第１端部１０ｃ側から第２端部１０ｄ側に向かって厚さが漸次減少する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばヘリウムガスなどの低密度気体を封入したハードディスク駆動装置などの電子機器のベース部材に係り、特に、ベース部材からの低密度気体の外部への漏洩を防止する技術に関する。また、本発明は上記ベース部材を用いたスピンドルモータおよびハードディスク駆動装置に関する。

ハードディスク駆動装置では複数枚のハードディスクを収容して大容量化を図っているが、大容量化に伴う大型化を抑制するために、ハードディスクどうしの間隔を極力小さくしている。このため、ハードディスクの間に存在する空気と回転するハードディスクとの間の抵抗が大きくなり、ハードディスク駆動装置の消費電力が増加するなどハードディスク駆動装置の性能に悪影響を及ぼすようになってきた。そこで、そのような不都合を回避するために、従来、ハードディスク駆動装置の内部にヘリウムガスなど空気よりも低密度な気体を封入することが行われてきた。

ところで、ダイカスト鋳造によって製造されるハードディスク駆動装置のベース部材の内部には、鋳造時に巣（鋳巣）が形成されることがあり、巣がベース部材の壁部の表裏に連通していると、内部に封入した低密度気体が巣を通じて漏洩する虞があることが報告されている（例えば特許文献１）。低密度気体の漏洩を防止する手段として、特許文献１では、アルミダイカスト製のベース部材の表面に巣穴を埋める含漬樹脂層を形成することで、ベース部材の巣を通じた低密度気体の漏洩を防止している。

特開２０１７−７５３４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているようにベース部材に含漬樹脂層を形成するのでは製造コストが割高となる。その一方で、ベース部材の鋳造時の巣の形成自体を抑制することができれば、低密度気体の漏洩を防止することができる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ベース部材の鋳造時の巣の形成を抑制することができ、内部に低密度気体を封入したときの低密度気体の漏洩を防止することができるベース部材、スピンドルモータおよびハードディスク駆動装置を提供することを目的とする。

ベース部材のダイカスト鋳造では、金型に第１ゲートと第２ゲートが設けられ、第１ゲートから溶湯がキャビティに注入される。第２ゲートの面積は第１ゲートの面積よりも小さく設定されているので、溶湯がキャビティを満たしてから第２ゲートから余剰の溶湯が排出される。キャビティ内で溶湯が冷却固化したら金型を開いてベース部材を取り出し、第１、第２ゲートに通じるランナーに残されて固化した部分を機械加工によって除去する。ベース部材の第１ゲートおよび第２ゲートに対応する部分は機械加工による痕が残るので、以下の説明においては、その部分を「第１ゲート部」および「第２ゲート部」と称する。

本発明者の検討の結果、ベース部材の第２ゲート部側に巣ができ易いことが判明している。そのような事象から、本発明者は、溶湯の流れの下流側である第２ゲート付近では、溶湯が停滞して空気を巻き込むことによって巣ができることに思い至った。このことから、本発明者は、溶湯の流れの下流側において溶湯の流れる速度を高めれば、巣の形成を抑制することができるのではないかという推論に達した。そこで、本発明者は、鋳造プロセスシミュレーションソフトウエアを用いてベース部材中の空気含有量を調査した結果、ベース部材にカバーを装着する際にカバーが嵌合するリブ部の形状を工夫することによって、ベース部材中の空気含有量を低減できることを見出した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、ダイカスト製のベース部材であって、ベース部材は、短辺と長辺とを有する長方形板状の底部と、底部の全周の縁部から該底部と直交する方向に延びる側壁部と、側壁部の端面の全周から底部と直交する方向に突出するリブ部とを備え、リブ部の厚さは、側壁部の厚さよりも小さく、側壁部は、溶湯の入口に対応する第１ゲート部が設けられた短辺側の第１端部と、第１端部の反対側に位置し、第１ゲート部よりも面積の小さい溶湯の出口に対応する第２ゲート部が設けられた第２端部を有し、リブ部は、第１端部側から第２端部側に向かって厚さが漸次減少するベース部材である。

本発明においては、リブ部の厚さが第１端部側から第２端部側に向かって漸次減少するから、溶湯の流れる方向に向かって溶湯の流路の断面積が小さくなり、溶湯の流れる速度が増加する。したがって、溶湯の停滞に起因する空気の巻き込みを抑制して巣の形成を抑制することができる。

また、本発明は、ダイカスト製のベース部材であって、ベース部材は、短辺と長辺とを有する長方形板状の底部と、底部の全周の縁部から該底部と直交する方向に延びる側壁部と、側壁部の端面の全周から底部と直交する方向に突出するリブ部とを備え、リブ部の厚さは、側壁部の厚さよりも小さく、側壁部は、円形の内周面形状を有する円形部と、矩形状の内周面形状を有する矩形部とを備え、リブ部は、円形部側から前記矩形部側に向かって厚さが漸次減少するベース部材である。

本発明のベース部材を例えばハードディスク駆動装置に用いた場合には、円形部にハードディスクが収容され、矩形部にデータの読み書き機構が収容される。円形部は矩形部よりも固定する部材が少なく単純な構造で構成されるため、溶湯を注入する入口側である第１ゲート部を円形部側の短辺側の外壁部に設けることで、溶湯をより円滑に注入することができる。

ここで、本発明者の検討によれば、リブ部の内壁部および外壁部のなす角度が０．３〜１．５°であると巣の形成をより効果的に抑制できることが判明している。よって、リブ部の内壁部および外壁部のなす角度は０．３〜１．５°であることが望ましい。より望ましくは、０．５〜０．８°であることが望ましい。

本発明は、上記ベース部材と、ベース部材に固定されたステータと、ステータに対して回転可能に支持されたロータとを備えたスピンドルモータである。また、本発明は、そのようなスピンドルモータに複数のハードディスクを備え、ベース部材に、ハードディスクに対するデータの書込みと読取りを行う読書き機構を備えたハードディスク駆動装置でもある。さらに、このハードディスク駆動装置にはヘリウムガスなどの空気よりも密度の小さい気体を封入することができる。

本発明によれば、鋳造時の巣の形成を抑制することができ、内部に低密度気体を封入したときの低密度気体の漏洩を防止することができるベース部材、スピンドルモータおよびハードディスク駆動装置を提供することができる。

（Ａ）は本発明の実施形態のベース部材を示す平面図であり、（Ｂ）はリブ部の変更例を示す断面図である。 本発明の実施形態のベース部材を示す斜視図である。 本発明の実施形態のベース部材を示す一部を拡大した斜視図である。 本発明の実施形態のスピンドルモータを示す断面図である。 本発明の実施形態のハードディスク駆動装置を示す図であり、（Ａ）はそのカバーを取り外した状態の平面図、（Ｂ）は断面図である。

１．ベース部材
図１〜３を参照して本発明のベース部材の一実施形態を説明する。図において符号１０は実施形態のベース部材であり、ベース部材１０はアルミニウム合金のダイカスト鋳造により製造されている。符号１１は底部であり、底部１１は短辺と長辺とを有する長方形板状をなしている。底部１１の全周には、底部１１と直交する方向に延びる側壁部１２が形成されている。

側壁部１２は、ハードディスクの形状に沿った内周面形状を有する円形部１２ａと、ハードディスクに対するデータの書込みと読取りを行う機構を収容する矩形状をなす矩形部１２ｂとを備えている。また、側壁部１２の短辺側の外壁部は、ダイカスト金型の第１ゲートの機械加工痕として第１ゲート部１２ｃを有し、第１ゲート部１２ｃの反対側の短辺側の外壁部は、ダイカスト金型の第２ゲートの機械加工痕として第２ゲート部１２ｄを有している。第２ゲートの面積は第１ゲートの面積よりも小さいため、第２ゲート部１２ｄの面積は、第１ゲート部１２ｃの面積よりも小さくなっている。

側壁部１２の上面（端面）１２ｅには、側壁部１２の外壁部と平坦に連続するリブ部１３が形成されている。リブ部１３の厚さは側壁部１２の厚さよりも小さく設定されている。また、リブ部１３の長辺側の部分は、第１ゲート部１２ｃ側から第２ゲート部１２ｄ側に向かってテーパ状に厚さが漸次減少している。具体的には、リブ部１３の内壁部１３ａと外壁部１３ｂとのなす角度θは０．３〜１．５°に設定されている。なお、図中符号１５はベース部材１０をハードディスク駆動装置に用いるときに使用する軸であり、符号１８はハードディスク駆動装置のデータの読み書き機構を固定する支柱である。これら、軸１５および支柱１８は、ベース部材１０と一体的にダイカスト鋳造されている。

以上の構成のベース部材１０では、第１ゲート部１２ｃ側の端部が本発明の第１端部１０ｃであり、第２ゲート部１２ｄ側の端部が第２端部１０ｄである。上記構成のベース部材１０にあっては、リブ部１３が第１端部１０ｃから第２端部１０ｄ側に向かってテーパ状に厚さが漸次減少しているから、ベース部材１０を鋳造するに際して、溶湯の流れる方向に向かって溶湯の流路の断面積が小さくなり、溶湯の流れる速度が増加する。したがって、溶湯の停滞に起因する空気の巻き込みを抑制して巣の形成を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、リブ部１３を構成する内壁部１３ａと外壁部１３ｂを平坦面としているが、そのような構成に限定されるものではない。要は第１ゲート部１２ｃ側から第２ゲート部１２ｄ側に向かってリブ部１３の厚さが漸次減少するものであればよく、内壁部１３ａと外壁部１３ｂは、段状のものであったり波状のものであったりしてもよい。あるいは、リブ部１３の高さが第１ゲート部１２ｃ側から第２ゲート部１２ｄ側に向かって減少するものであってもよい。

また、リブ部１３の外壁部１３ｂは側壁部１２の外壁部と平坦に連続しているが、そのような構成に限定されるものではない。たとえば、図１（Ｂ）に示すように、リブ部１３は、側壁部１２の上面の厚さ方向中間部から立ち上がる構成であってもよい。

第１ゲート部１２ｃおよび第２ゲート部１２ｄが設けられる外壁部の構成は特に限定されるものではないが、上記実施形態のように、第１ゲート部１２ｃが円形部１２ａ側の短辺側、第２ゲート部１２ｄが矩形部１２ｂ側の短辺側の外壁部に設けられることが好ましい。ハードディスクを収容する円形部１２ａは、データの読み書き機構を収容する矩形部１２ｂのように軸１５や支柱１８といった固定用の部材がなく単純な構造とされているため、溶湯を注入する入口側である第１ゲート部１２ｃが円形部１２ａ側の短辺側の外壁部に設けられることで、溶湯をより円滑に注入することができる。

２．スピンドルモータ
図４は上記ベース部材１０を用いた本発明の実施形態のスピンドルモータ１００を示す断面図である。ベース部材１０には、円筒状をなす金属製（例えば真鍮等）のシャフト１０２が圧入などの手段によって固定されている。また、ベース部材１０には、ステータコア１０３が固定されている。ステータコア１０３は、薄板状の軟磁性材料（例えば、電磁鋼板）を軸方向で複数枚積層したものであり、環形状を有し、径方向外側に突出した複数の極歯を備えている。複数の極歯は、周方向に沿って等間隔に設けられ、それぞれにコイル１０４が巻回されている。

シャフト１０２には、円錐状の軸受部材２０１，２０２が固定され、軸受部材２０１，２０２にはロータ１１０が回転可能に支持されている。ロータ１１０は、外側円筒部１１１を有し、外側円筒部１１１の内周面には、円環状のロータマグネット１１２が固定されている。ロータマグネット１１２は、周方向に沿ってＳＮＳＮ・・と隣接する部分が交互に異極性となるように着磁されている。ロータマグネット１１２の内周は、隙間を有した状態でステータコア１０３の極歯の外周に対向している。コイル１０４に駆動電流を流すことでロータ１１０がベース部材１０に固定されたシャフト１０２およびステータコア１０３に対して回転する。

また、シャフト１０２の下端中空部分には、ピンなどの封止部材２０３が挿入され、封止部材２０３は接着剤などの固定部材２０４によってシャフト１０２内に固定されている。この封止部材２０３および固定部材２０４によってシャフト１０２からの内部の気体の漏洩が防止されている。

上記構成のスピンドルモータ１００においては、ベース部材１０の巣の形成が抑制されているから、ベース部材１０をカバーで封止して内部にヘリウムガスなどの低密度気体を封入した場合に、低密度気体の漏洩を防止することができる。

３．ハードディスク駆動装置
図５は上記スピンドルモータ１００を用いた本発明の実施形態のハードディスク駆動装置４００を示す図である。スピンドルモータ１００には、複数のハードディスク４０１が互いに離間して取り付けられている。ベース部材１０の軸１５には、スイングアーム４０２が回転可能に支持されている。

スイングアーム４０２の先端部には、磁気ヘッド４０３が取り付けられている。また、スイングアーム４０２は、駆動機構４０４によって揺動するようになっている。駆動機構４０４は、支柱１８に取り付けられている。このようなスイングアーム４０２は、各ハードディスク４０１に対してそれぞれ設けられている。そして、スイングアーム４０２，磁気ヘッド４０３，および駆動機構４０４によってハードディスク４０１に対してデータの書き込みと読み取りを行う読書き機構４０５が構成されている。なお、符号４０６は読書き機構４０５を制御する回路基板であり、回路基板４０６は支柱１８に取り付けられている。

図５（Ｂ）に示すように、ベース部材１０には、ヘリウムガスの環境下で内側カバー１６がネジなどによって取り付けられている。内側カバー１６とベース部材１０の側壁部１２の上面１２ｅとの間には、ガスケットなどのシール材（図示略）が設けられている。また、ベース部材１０のリブ部１３の上面には、外側カバー１７が固定されている。外側カバー１７は、溶接ビード１７ａに示されるように、リブ部１３の全周にレーザ溶接などの手段により溶接されている。したがって、ハードディスク駆動装置４００は、内側カバー１６と外側カバー１７とによって二重の密閉構造とされ、内部に密封したヘリウムガスの漏洩が防止されている。

上記構成のハードディスク駆動装置４００では、スピンドルモータ１００によってハードディスク４０１が回転させられ、ハードディスク４０１に対して磁気ヘッド４０３によってデータの書込みと読取りが行われる。上記構成のハードディスク駆動装置４００にあっては、ベース部材１０における巣の形成が抑制されているから、巣を通じたヘリウムガスの漏洩を防止することができる。

上記実施形態では、ハードディスク駆動装置４００の内部にヘリウムガスを封入しているが、空気よりも密度の小さい他の気体を封入することもできる。あるいは、減圧下でベース部材１０に内側カバー１６を取り付けることによって、内部の気体を常圧の空気よりも比重の小さいものとすることができる。

以下、具体的な実施例によって本発明の効果を説明する。
１．実施例
本発明の実施例として図１におけるリブ部１３における第１ゲート部１２ｃ側の端部での厚さｔ１を３．００ｍｍ、リブ部１３における第２ゲート部１２ｄ側の端部での厚さｔ２を１．６７ｍｍに設定して、第１ゲート部１２ｃ側の端部から第２ゲート部１２ｄ側の端部まで厚さがテーパ状に漸次減少するように設定し、鋳造温度を６５０〜７５０℃の範囲で設定し、鋳造プロセスシミュレーションソフトウエア（ＭＡＧＭＡＳＯＦＴ：ＭＡＧＭＡ社製）を用いてベース部材１０を鋳造するシミュレーションを行った。

なお、この実施例におけるリブ部１３の内壁部１３ａと外壁部１３ｂとのなす角度θは０．６７°であった。このシミュレーションでは、ベース部材１０の各所での空気含有率を推定し、空気含有率の最大値と最大となった箇所を求めた。その結果、図１に示すＡ点で空気含有率が最大で２．７体積％であった。なお、ここでいう空気含有率はソフトウェアにより計算される１メッシュ当たりの空気が占める体積％である。

２．従来例
次に、従来例としてリブ部１３の厚さを第１ゲート部１２ｃ側の端部から第２ゲート部１２ｄ側の端部まで１．６７ｍｍとして一様に設定した以外は上記と同じ条件で、ベース部材１０を鋳造するシミュレーションを行った。その結果、図１に示すベース部材１０のＢ点で空気含有率が最大で３．１１体積％であった。

３．比較例
さらに、比較例として、本発明の実施例とは逆方向のテーパ構造を有するリブ部１３を有するベース部材１０を鋳造するシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、リブ部１３における第１ゲート部１２ｃ側の端部での厚さｔ１を１．６７ｍｍ、リブ部１３における第２ゲート部１２ｄ側の端部での厚さｔ２を３．００ｍｍに設定して、第１ゲート部１２ｃ側の端部から第２ゲート部１２ｄ側の端部まで厚さがテーパ状に漸次増加するように設定した以外は上記と同じ条件とした。その結果、図１に示すベース部材１０のC点で空気含有率が最大で３．９８体積％であった。

以上のシミュレーション結果を表１に示す。表１に示すように、従来例に対する空気含有率最大値は本発明の実施例では１３％低下しているが、リブ部１３を実施例とは逆のテーパ構造とした比較例では従来例と比べて２８％増加している。これらの結果は、本発明ではベース部材１０の鋳造時における巣の発生を抑制することを示すものであり、このことから、リブ部１３を第１ゲート部１２ｃ側から第２ゲート部１２ｄ側に向かって厚さが漸次減少するようにした本発明の効果が確認された。

本発明は、スピンドルモータやハードディスク駆動装置などの電子機器、およびそれらに用いられるベース部材に利用可能である。

１０…ベース部材、１０ｃ…第１端部、１０ｄ…第２端部、１１…底部、１２…側壁部、１２ａ…円形部、１２ｂ…矩形部、１２ｃ…第１ゲート部、１２ｄ…第２ゲート部、１２ｅ…上面（端面）、１３…リブ部、１３ａ…内壁部、１３ｂ…外壁部、１５…軸、１６…内側カバー、１７…外側カバー、１７ａ…溶接ビード、１８…支柱、１００…スピンドルモータ、１０２…シャフト、１０３…ステータコア、１０４…ステータコイル、１１０…ロータ、１１１…外側円筒部、１１２…ロータマグネット、２０１…軸受部材、２０２…軸受部材、２０３…封止部材、２０４…固定部材、４００…ハードディスク駆動装置、４０１…ハードディスク、４０２…スイングアーム、４０３…磁気ヘッド、４０４…駆動機構、４０５…読書き機構、４０６…回路基板、ｔ１…厚さ、ｔ２…厚さ。

Claims (6)

1. ダイカスト製のベース部材であって、
   前記ベース部材は、短辺と長辺とを有する長方形板状の底部と、前記底部の全周の縁部から該底部と直交する方向に延びる側壁部と、前記側壁部の端面の全周から前記底部と直交する方向に突出するリブ部とを備え、
   前記リブ部の厚さは、前記側壁部の厚さよりも小さく、
   前記側壁部は、溶湯の入口に対応する第１ゲート部が設けられた短辺側の第１端部と、
   前記第１端部の反対側に位置し、前記第１ゲート部よりも面積の小さい溶湯の出口に対応する第２ゲート部が設けられた第２端部を有し、
   前記リブ部は、前記第１端部側から前記第２端部側に向かって厚さが漸次減少するベース部材。
2. ダイカスト製のベース部材であって、
   前記ベース部材は、短辺と長辺とを有する長方形板状の底部と、前記底部の全周の縁部から該底部と直交する方向に延びる側壁部と、前記側壁部の端面の全周から前記底部と直交する方向に突出するリブ部とを備え、
   前記リブ部の厚さは、前記側壁部の厚さよりも小さく、
   前記側壁部は、円形の内周面形状を有する円形部と、矩形状の内周面形状を有する矩形部とを備え、
   前記リブ部は、前記円形部側から前記矩形部側に向かって厚さが漸次減少するベース部材。
3. 前記リブ部は内壁部と外壁部とを備え、前記内壁部および外壁部のなす角度は０．３〜１．５°である請求項１または２に記載のベース部材。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のベース部材と、
   前記ベース部材に固定されたステータと、
   前記ステータに対して回転可能に支持されたロータとを備えたスピンドルモータ。
5. 請求項４に記載のスピンドルモータに複数のハードディスクを備え、前記ベース部材に、前記ハードディスクに対するデータの書込みと読取りを行う読書き機構を備えたハードディスク駆動装置。
6. 内部に空気よりも密度の小さい気体を封入した請求項５に記載のハードディスク駆動装置。
   
   

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