JP2023115718A - スピンドルモータ及びハードディスク駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトとベース部間の接合強度を向上させる技術を提供する。【解決手段】スピンドルモータ３は、貫通穴１１を有するベースプレート１０と、貫通穴１１に対して挿入され、貫通穴１１の内周面１１Ａに外周面２０１Ｂが対向するシャフト２０と、シャフト２０の周りに回転可能に支持されるロータ３０と、を備え、外周面２０１Ｂの算術平均粗さＲａが０．０４マイクロメートル以上０．０８マイクロメートル以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、スピンドルモータ及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においては、記憶容量の高容量化や、耐衝撃性能の向上が求められている。そのような要求に対応するためには、ハードディスク駆動装置に取り付けられるスピンドルモータのシャフトとベース部間の接合を強固にすることが必要である。

例えば、特許文献１には、シャフトとベース部とを接着剤を用いて接合し、ベース部の貫通穴の内周面に溝を設ける技術が開示されている。

特許３８０４８５４号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、シャフトとベース部間の接合強度を向上させる技術を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、スピンドルモータは、貫通穴を有するベース部と、前記貫通穴に対して挿入され、前記貫通穴の内周面に外周面が対向するシャフトと、前記シャフトの周りに回転可能に支持される回転部と、を備え、前記外周面の算術平均粗さＲａが０．０４マイクロメートル以上０．０８マイクロメートル以下である。

本発明のスピンドルモータによれば、シャフトとベース部間の接合強度が向上する。

ハードディスク駆動装置１の斜視図である。 スピンドルモータ３の断面図である。 ベースプレート１０の断面図である。 シャフト２０の側面図である。 シャフト２０をベースプレート１０から引き抜く試験の結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

＜ハードディスク駆動装置＞
図１は、ハードディスク駆動装置１の構成を示す斜視図である。ハードディスク駆動装置１は、ケース２と、スピンドルモータ３と、記録ディスク４と、軸受装置５と、カバー６と、を備える。

ケース２は、略直方体の一方の面が開放された有底の箱状の形状を有する。ケース２の内部には、スピンドルモータ３と、記録ディスク４と、軸受装置５とが配置される。スピンドルモータ３は、複数の記録ディスク４を回転可能に支持する。複数の記録ディスク４は、それぞれのディスク面が対向するようにスピンドルモータ３に支持される。それぞれの記録ディスク４の間には、隙間が形成される。軸受装置５は、それぞれの記録ディスク４の間の隙間に配置される複数のスイングアーム７を揺動可能に支持する。スイングアーム７の先端部には、磁気ヘッド８が設けられている。磁気ヘッド８は、記録ディスク４に磁気を与える、又は、記録ディスク４から磁気を読み取る部材である。カバー６（カバー部材の一例）は、ケース２の開放された面を塞ぐ板状の部材である。カバー６は、ケース２と共にシール手段によって密閉され、筐体９を形成する。なお、本実施形態において、筐体９の高さは、５．０８センチメートル（２インチ）である。筐体９の内部には、内部空間Ｓが形成される。内部空間Ｓには、空気よりも密度の低いヘリウムガスが充填されている。なお、内部空間Ｓには、ヘリウムガスの他に、例えば、窒素ガス、もしくはヘリウムと窒素との混合ガスが充填されてもよい。

スピンドルモータ３が回転すると、記録ディスク４も回転する。その状態で、スイングアーム７が揺動すると、磁気ヘッド８は、回転する記録ディスク４の上を移動する。そして、磁気ヘッド８は、記録ディスク４に磁気を与える、又は、記録ディスク４から磁気を読み取る。このようにして、ハードディスク駆動装置１は、記録ディスク４に情報を記録し、また、記録ディスク４に記録されている情報を読み出すことができる。

＜スピンドルモータ＞
続いて、スピンドルモータ３の詳細な構造について説明する。図２は、スピンドルモータ３の構成を示す断面図である。スピンドルモータ３は、ベースプレート１０と、シャフト２０と、ロータ３０と、ステータコア４０と、を有する。

ここで、図２等に示すように、後述するシャフト２０の中心軸に平行な方向を軸方向、シャフト２０の中心軸周りの方向を周方向、軸方向に垂直な方向を径方向とする。また、説明のために軸方向を上下方向とし、シャフト２０に対してロータ３０側を上、ベースプレート１０側を下とする。

ベースプレート１０（ベース部の一例）は、金属製の部材であり、ケース２の底面部である。図３に示すようにベースプレート１０には、貫通穴１１と、円周壁部１２と、が形成される。貫通穴１１は、シャフト２０の端部を挿通して固定するための穴であり、ベースプレート１０を軸方向に貫通するように設けられる。貫通穴１１の内周面１１Ａは、算術平均粗さＲａが０．１マイクロメートル以上０．８マイクロメートル以下となっている。円周壁部１２は、軸方向視で貫通穴１１と同心となるように環状に形成される。円周壁部１２の径は、貫通穴１１の径よりも大きい。

シャフト２０は、円柱棒状に形成された金属製の部材である。図４は、シャフト２０の側面図である。シャフト２０には、端部（図４の下側）から順に貫通穴挿入部２０１、第１取り付け部２０２、第２取り付け部２０３が形成されている。それぞれの部位は、軸方向に離間している。

貫通穴挿入部２０１は、貫通穴挿入部２０１の外周面２０１Ｂと貫通穴１１の内周面１１Ａ（図３参照）とが対向するように挿入され、嵌合される（図２参照）。貫通穴挿入部２０１の外径が貫通穴１１の内径よりも大きいため、貫通穴挿入部２０１は、圧入によって貫通穴１１に嵌合される。外周面２０１Ｂの算術平均粗さＲａは、０．０４マイクロメートル以上０．０８マイクロメートル以下である。また、外周面２０１Ｂの真円度は、１マイクロメートル以下であり、好ましくは０．５マイクロメートル以下である。

第１取り付け部２０２には、下側円錐軸受部材２１が固定され、第２取り付け部２０３には、上側円錐軸受部材２２が固定される（図２参照）。下側円錐軸受部材２１及び上側円錐軸受部材２２は、円錐外面を有し、円錐外面が径方向外側を向いている。

なお、嵌合とは接合の一形態であり、貫通穴挿入部２０１の外径が貫通穴１１の内径よりも小さい場合においては、接着等の方法を用いて貫通穴挿入部２０１が貫通穴１１に接合されてもよい。

ロータ３０（回転部の一例）は、シャフト２０に取り付けられる部材である。ロータ３０は、スリーブ３１と、ハブ３２とを有する。スリーブ３１は、軸挿通穴３１０を有し、シャフト２０が軸挿通穴３１０に挿通される。軸挿通穴３１０は、下側及び上側の端部に下側円錐内面３１１と上側円錐内面３１２とを有する。下側円錐内面３１１は、微小隙間を介して下側円錐軸受部材２１と対向する。上側円錐内面３１２は、微小隙間を介して上側円錐軸受部材２２と対向する。スリーブ３１の径方向外側には、ハブ３２が固定される。

下側円錐軸受部材２１と下側円錐内面３１１の間の微小隙間、及び、上側円錐軸受部材２２と上側円錐内面３１２の間の微小隙間には、それぞれ潤滑油が充填される。さらに、下側円錐内面３１１と下側円錐軸受部材２１の円錐外面の少なくとも何れか一方、及び、上側円錐内面３１２と上側円錐軸受部材２２の円錐外面の少なくとも何れか一方には、動圧発生溝（不図示）が形成される。これにより、流体動圧軸受５０が形成される。

ハブ３２は、円板部３３と、円筒部３４と、外縁部３５とを有する。円板部３３は、円盤状の部材で、径方向の中心に貫通穴３６が設けられる。貫通穴３６の内径は、スリーブ３１の外径と略等しい。貫通穴３６の内周面とスリーブ３１の外周面が対向するようにスリーブ３１が貫通穴３６に対して挿入され、ハブ３２がスリーブ３１に固定される。円筒部３４は、径方向に一定の厚さを有する円筒状の部材で、円板部３３の外縁から、上下方向に延在する。下側の円筒部３４の下端部には、外縁部３５が設けられる。外縁部３５は、軸方向視で円筒部３４の下端部から径方向外側に突出し、且つ周方向に全周にわたってフランジ状に延びる部材である。外縁部３５の上方且つ円筒部３４の外周面に沿って複数の記録ディスク４が設置される（図１参照）。

下側の円筒部３４の内周面には、ヨーク３７とリングマグネット３８が取り付けられる。ヨーク３７は、筒状の部材で、リングマグネット３８からの磁束の漏洩を抑制する。ヨーク３７は、円筒部３４の内周面に周方向に全周にわたって取り付けられる。リングマグネット３８は、筒状の部材で、軸方向視で周方向に極性がＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ…と反転する状態で着磁された永久磁石である。リングマグネット３８は、ヨーク３７の内周面に周方向に全周にわたって取り付けられる。リングマグネット３８は、後述するコイル４１が巻き回されたステータコア４０と径方向に隙間を空けて対向している。

ステータコア４０は、軸方向視で環状の電磁鋼板を軸方向に複数積層した部材である。ステータコア４０は、円周壁部１２の外周面に沿って延在し、円周壁部１２の外周面に接着等の方法によって固定される。また、ステータコア４０は、径方向外側に延び、周方向に沿って複数配置される極歯（突極）を有する。極歯には、コイル４１が巻き回されている。コイル４１に電流が流れることによって、ステータコア４０は、磁束を発生させる。

＜スピンドルモータの動作＞
コイル４１に電流を流し、その極性を切り替えることで、リングマグネット３８とステータコア４０の極歯との間で生じる磁気吸引力と磁気反発力とが切り替わる。その結果、ロータ３０は、シャフト２０を中心にして回転する。

ロータ３０が高速で回転することにより、下側円錐軸受部材２１と下側円錐内面３１１の間の微小隙間、及び、上側円錐軸受部材２２と上側円錐内面３１２の間の微小隙間に充填された潤滑油は、動圧発生溝によって加圧される。その結果、流体動圧軸受５０には、動圧が発生する。発生した動圧によって、スリーブ３１は、シャフト２０と下側円錐軸受部材２１と上側円錐軸受部材２２とに対して非接触状態で支持されながら回転する。つまり、ロータ３０は、シャフト２０に対して非接触状態で支持されながら回転する。

＜シャフトの外周面の面粗さと最大静止摩擦力について＞
２つの物体の間に働く最大静止摩擦力は、物体のせん断強さと、２つの物体の真実接触面積の積で表される。つまり、２つの物体の真実接触面積が大きくなるほど、２つの物体の間に働く最大静止摩擦力は、大きくなる。ここで、真実接触面積とは、巨視的に見た見かけの接触面積ではなく、２つの物体を微視的に見た際に互いの表面突起同士が接触する部分のことである。表面突起とは、物体表面の凹凸のことであり、表面突起の高さが、算術平均粗さＲａである。つまり、算術平均粗さＲａが小さくなると、物体表面の凹凸が小さくなる。その結果、２つの物体の間で表面突起同士が接触しやすくなり、真実接触面積が増加する。

本実施形態において、シャフト２０の外周面２０１Ｂの算術平均粗さＲａは、０．０４マイクロメートル以上０．０８マイクロメートル以下であり、従来の外周面２０１Ｂの算術平均粗さＲａよりも小さい。つまり、外周面２０１Ｂの表面において、表面突起同士の高さのばらつきが小さい。その結果、外周面２０１Ｂと内周面１１Ａとの間において、外周面２０１Ｂの表面突起が、従来よりも多く内周面１１Ａの表面突起と接触し、外周面２０１Ｂと内周面１１Ａとの間に働く最大静止摩擦力が大きくなる。すなわち、シャフト２０とベースプレート１０との間に働く最大静止摩擦力が大きくなる。

図５は、シャフト２０をベースプレート１０から引き抜く際に必要な力、すなわち引き抜き力を測定した試験結果を示す。試験は、従来品と、本実施形態品の引き抜き力を、それぞれＮ＝５ずつ測定した。図５のグラフは、Ｎ＝５の測定結果の平均値を示す。ここで、従来品の引き抜き力の平均値が２０８３Ｎであったのに対し、本実施形態品の引き抜き力の平均値は２６１５Ｎであった。つまり、本実施形態品は、従来品に対し引き抜き力が２６％向上した。

＜効果＞
上記実施形態においてスピンドルモータ３は、貫通穴１１を有するベースプレート１０と、貫通穴１１に対して挿入され、貫通穴１１の内周面１１Ａに外周面２０１Ｂが対向するシャフト２０と、シャフト２０の周りに回転可能に支持されるロータ３０と、を備え、外周面２０１Ｂの算術平均粗さＲａが０．０４マイクロメートル以上０．０８マイクロメートル以下である。

このような構成によれば、従来よりも外周面２０１Ｂの算術平均粗さＲａが小さい。つまり、外周面２０１Ｂの表面突起同士の高さのばらつきが小さくなるため、外周面２０１Ｂと内周面１１Ａとの間において、それぞれの表面突起同士が接触しやすくなる。その結果、シャフト２０とベースプレート１０との間に働く最大静止摩擦力が大きくなるため、シャフト２０とベースプレート１０との間の接合強度が向上する。

また、上記のスピンドルモータ３は、シャフト２０とベースプレート１０との間の接合強度を向上させるために新たな構成部品を必要としない。そのため、従来のスピンドルモータ３の構成部品を用いて、シャフト２０とベースプレート１０との間の接合強度を向上させることができる。

また、本実施形態に係るスピンドルモータ３の内周面１１Ａの算術平均粗さＲａが０．１マイクロメートル以上０．８マイクロメートル以下である。

このような構成によれば、従来よりも内周面１１Ａの算術平均粗さＲａが小さい。つまり、内周面１１Ａの表面突起同士の高さのばらつきが小さくなるため、外周面２０１Ｂと内周面１１Ａとの間において、それぞれの表面突起同士が接触しやすくなる。その結果、シャフト２０とベースプレート１０との間に働く最大静止摩擦力が大きくなるため、シャフト２０とベースプレート１０との間の接合強度が向上する。

また、本実施形態に係るスピンドルモータ３の外周面２０１Ｂの真円度が１マイクロメートル以下であり、好ましくは０．５マイクロメートル以下である。

このような構成によれば、従来よりも外周面２０１Ｂの真円度が小さい。つまり、外周面２０１Ｂの形状がより真円に近づくため、外周面２０１Ｂと内周面１１Ａとの間において、それぞれの表面突起同士が接触しやすくなる。その結果、シャフト２０とベースプレート１０との間に働く最大静止摩擦力が大きくなるため、シャフト２０とベースプレート１０との間の接合強度が向上する。

また、本実施形態に係るハードディスク駆動装置１は、上記のスピンドルモータ３を備える。

このような構成によれば、ハードディスク駆動装置１は、シャフト２０とベースプレート１０との間の接合強度が高い。その結果、ハードディスク駆動装置１に衝撃入力を与えた場合において、シャフト２０がベースプレート１０から抜けにくい。つまり、ハードディスク駆動装置１の耐衝撃性能が高い。

また、ハードディスク駆動装置１において、記録ディスク４は、ベースプレート１０に固定されたシャフト２０に支持されている。記録ディスク４の枚数を増やすと、シャフト２０が支持する荷重が大きくなるため、ハードディスク駆動装置１に衝撃入力を与えた場合において、シャフト２０がベースプレート１０から抜けやすくなる。しかし、本実施形態におけるスピンドルモータ３は、シャフト２０とベースプレート１０との間の接合強度が向上しているため、従来よりも多くの記録ディスク４を支持することができる。その結果、ハードディスク駆動装置１の記憶容量を高容量化することができる。

また、本実施形態に係るハードディスク駆動装置１は、ベースプレート１０とともに筐体９を形成するカバー６を更に備える。

このような構成によれば、スピンドルモータ３及び記録ディスク４が筐体９の内部に配置され、筐体９の外部と仕切られる。その結果、筐体９の外部から埃などの異物が筐体９の内部に入りにくくなるため、ハードディスク駆動装置１が故障しにくい。

また、本実施形態に係るハードディスク駆動装置１は、筐体９の内部には密閉された内部空間Ｓが形成され、空気より密度の低いヘリウムガスが内部空間Ｓに充填されている。

このような構成によれば、内部空間Ｓにおいて気体抵抗が減少するため、記録ディスク４の回転ムラや振動が低減される。その結果、記録ディスク４をより高精度に動作させることができるため、ハードディスク駆動装置１に搭載する記録ディスク４を増やすことができる。つまり、ハードディスク駆動装置１の記憶容量を高容量化することができる。

また、本実施形態に係るハードディスク駆動装置１は、筐体９の高さが３．８１センチメートル（１．５インチ）以上である。

このような構成によれば、筐体９の高さが高くなるほどハードディスク駆動装置１に搭載する記録ディスク４の枚数を多くすることができる。つまり、ハードディスク駆動装置１の記憶容量を高容量化することができる。

＜変形例＞
以下に説明する各変更点を組み合わせて適用してもよい。

（１）変形例１
上記実施形態において、外周面２０１Ｂの算術平均粗さＲａが０．０４マイクロメートル以上０．０８マイクロメートル以下、且つ、内周面１１Ａの算術平均粗さＲａが０．１マイクロメートル以上０．８マイクロメートル以下である。しかし、内周面１１Ａの算術平均粗さＲａは、０．１マイクロメートル以上０．８マイクロメートル以下でなくてもよい。

（２）変形例２
上記実施形態において、外周面２０１Ｂは、算術平均粗さＲａが０．１マイクロメートル以上０．８マイクロメートル以下、且つ、真円度が１マイクロメートル以下である。しかし、外周面２０１Ｂの真円度は、１マイクロメートル以下でなくてもよい。

（３）変形例３
上記実施形態において、内部空間Ｓには、空気よりも密度の低いヘリウムガスが充填されている。しかし、内部空間Ｓには、空気が充填されていてもよい。

１…ハードディスク駆動装置，３…スピンドルモータ，６…カバー（カバー部材），９…筐体，１０…ベースプレート（ベース部），１１…貫通穴，１１Ａ…内周面，２０…シャフト，３０…ロータ（回転部），２０１Ｂ…外周面，Ｓ…内部空間

Claims (7)

1. 貫通穴を有するベース部と、
   前記貫通穴に対して挿入され、前記貫通穴の内周面に外周面が対向するシャフトと、
   前記シャフトの周りに回転可能に支持される回転部と、
   を備え、
   前記外周面の算術平均粗さＲａが０．０４マイクロメートル以上０．０８マイクロメートル以下であるスピンドルモータ。
2. 前記内周面の算術平均粗さＲａが０．１マイクロメートル以上０．８マイクロメートル以下である、請求項１に記載のスピンドルモータ。
3. 前記外周面の真円度が１マイクロメートル以下である、請求項１又は２に記載のスピンドルモータ。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のスピンドルモータを備えるハードディスク駆動装置。
5. 前記ベース部に取り付けられて、前記ベース部とともに筐体を形成するカバー部材を更に備える請求項４に記載のハードディスク駆動装置。
6. 前記筐体の内部には密閉された空間が形成され、空気よりも低密度の気体が前記空間に充填されている、請求項５に記載のハードディスク駆動装置。
7. 前記筐体の高さが３．８１センチメートル以上である、請求項５又は６に記載のハードディスク駆動装置。

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