JP2546980B2

JP2546980B2 - ディスクドライブ装置の組付構造、ディスクドライブ装置及びディスクドライブ装置の組付方法

Info

Publication number: JP2546980B2
Application number: JP6265130A
Authority: JP
Inventors: 清志佐藤; 正和佐々木; 浩紀北堀; 直根本; アルブレヒトデービッド; フリーズグレゴリー
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1996-10-23
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: JPH08124287A; US6327115B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスクドライブ装置
の組付構造に係り、特に、スピンドルモータ及びディス
クをディスクドライブ装置に組み付けるためのディスク
ドライブ装置の組付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ハードディスクドライブ等のディ
スクドライブ装置では、製品のラインアップとして同一
の筐体（エンクロージャーケース）を使用してその筐体
の中にディスクを１枚だけ格納したものとディスクを２
枚（又は３枚以上）格納したものを提供することが一般
的に行われている。かかるディスクドライブ装置におい
ては、その筐体の機械的共振周波数がヘッドにおけるト
ラックフォロー時の安定性に多大な影響を与えるので、
ディスク１枚バージョンと２枚（又は３枚以上）バージ
ョンとで機械的共振周波数を同じにしておく必要があ
る。

【０００３】このため、従来のディスクドライブ装置の
組付構造では、例えば、基本設計時にディスク２枚バー
ジョンを設定し、ディスク１枚バージョンのものにダミ
ーディスクを１枚付加したり、ディスク１枚バージョン
用のスピンドルモータのシャフトの剛性をわざと落とし
てディスク２枚バージョンのときの機械的共振周波数と
同じになるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダミー
ディスクは本来必要ないパーツを使うことになるので、
パーツが増加しムダとなる。また、スピンドルモータの
シャフトの剛性を変えることは本来一種類で済むパーツ
を複数種類用意することになる。

【０００５】このように、従来のディスクドライブ装置
の組付構造では、コストが高くなり管理すべきパーツ数
が多くなる、という問題点があった。

【０００６】本発明は、上記問題点を解消するためにな
されたものであって、製品ラインアップとして同一の筐
体を使用し、ディスク枚数を変えても磁気ヘッドのトラ
ックフォローの不安定性を防止できるディスクドライブ
装置の組付構造、ディスクドライブ装置及びディスクド
ライブ装置の組付方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１の発明は、所定の回転速度で駆動するスピ
ンドルモータと、該スピンドルモータに内周を固定され
たディスクと、該ディスクのトラックをフォローして情
報を読み取り又は書き込むためのヘッドと、で構成され
るディスクドライブ装置において、スピンドルモータ及
びディスクをディスクドライブ装置に組み付けるための
ディスクドライブ装置の組付構造であって、無負荷状態
で駆動するスピンドルモータの軸偏向方向の振れ回り機
械的共振周波数と、１枚のディスクを搭載するときのデ
ィスクの１次の機械的共振周波数と、で連成される機械
的共振周波数並びに無負荷状態で駆動するスピンドルモ
ータの軸偏向方向の振れ回り機械的共振周波数と、複数
枚のディスクを搭載するときのディスクの１次の機械的
共振周波数と、で連成される機械的共振周波数を疑似振
動モデル系を用いて予測し、予測値に基づいて、ディス
ク枚数にかかわらず、搭載されるディスク枚数毎の連成
された機械的共振周波数の差が最小となるスピンドルモ
ータ及びディスクを選定することを特徴とする。

【０００８】請求項２の発明は、所定の回転速度で駆動
するスピンドルモータと、該スピンドルモータに内周を
固定されたディスクと、該ディスクのトラックをフォロ
ーして情報を読み取り又は書き込むためのヘッドと、で
構成されるディスクドライブ装置において、スピンドル
モータ及びディスクをディスクドライブ装置に組み付け
るためのディスクドライブ装置の組付構造であって、無
負荷状態で駆動するスピンドルモータの軸偏向方向の振
れ回り機械的共振周波数と、ディスクの１次の機械的共
振周波数と、をバネ−マス系による自由振動モデルに変
換して該自由振動モデルにより得られたパラメータに基
づいて、１枚のディスクを搭載するときと複数枚のディ
スクを搭載するときとのスピンドルモータの軸偏向方向
の振れ回り機械的共振周波数とディスクの１次の機械的
共振周波数とで連成される機械的共振周波数が同じにな
るようにスピンドルモータのシャフトの直径、該シャフ
トの材質、該シャフトを拘持するベアリングのサイズ、
該ベアリングへの予圧、上下のベアリングのスパン、デ
ィスクの厚み、ディスクの材質、ディスクのクランプ位
置及びディスクのクランプ力のうち少なくともいずれか
１つを調整したことを特徴とする。

【０００９】そして、請求項３の発明は、請求項１又は
請求項２に記載のスピンドルモータが、スピンドルモー
タのシャフト部の構造に予めシャフトアセンブリとして
ベアリングの外輪と内輪とに軸線方向における相反する
方向の予圧をかけカートリッジ状のサブアセンブリとし
たことを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１に記載のディスクドライブ装置の組付
構造によれば、無負荷状態で駆動するスピンドルモータ
の軸偏向方向の振れ回り機械的共振周波数と１枚のディ
スクを搭載するときのディスクの１次の機械的共振周波
数とで連成される機械的共振周波数と、無負荷状態で駆
動するスピンドルモータの軸偏向方向の振れ回り機械的
共振周波数と複数枚のディスクを搭載するときのディス
クの１次の機械的共振周波数とで連成される機械的共振
周波数と、を疑似振動モデル系を用いて予測し、予測値
に基づいて、ディスク枚数にかかわらず、搭載されるデ
ィスク枚数毎の連成された機械的共振周波数の差が最小
となるスピンドルモータ及びディスクが選択される。

【００１１】このように１枚ディスクを搭載するときと
複数枚ディスクを搭載するときとで連成機械的共振周波
数の差が最小となるスピンドルモータ及びディスクが選
択されるので、搭載するディスク枚数にかかわらず安定
したトラックフォローを確保することができる。

【００１２】請求項２に記載のディスクドライブ装置の
組付構造によれば、無負荷状態で駆動するスピンドルモ
ータの軸偏向方向の振れ回り機械的共振周波数と、ディ
スクの１次の機械的共振周波数と、をバネ−マス系によ
る自由振動モデルに変換して該自由振動モデルにより得
られたパラメータに基づいて、１枚のディスクを搭載す
るときと複数枚のディスクを搭載するときとのスピンド
ルモータの軸偏向方向の振れ回り機械的共振周波数とデ
ィスクの１次の機械的共振周波数とで連成される機械的
共振周波数が同じになるようにスピンドルモータのシャ
フトの直径、該シャフトの材質、該シャフトを拘持する
ベアリングのサイズ、該ベアリングへの予圧、上下のベ
アリングのスパン、ディスクの厚み、ディスクの材質、
ディスクのクランプ位置及びディスクのクランプ力のう
ち少なくともいずれか１つが調整される。

【００１３】このように１枚ディスクを搭載するときと
複数枚ディスクを搭載するときとで連成共振周波数が同
じにすることができるので、搭載するディスク枚数にか
かわらず更に安定したトラックフォローを確保すること
ができる。

【００１４】そして、請求項３に記載のディスクドライ
ブ装置の組付構造によれば、請求項１又は請求項２に記
載のスピンドルモータは、スピンドルモータのシャフト
部の構造に予めシャフトアセンブリとしてベアリングの
外輪と内輪とに軸線方向における相反する方向の予圧を
かけカートリッジ状のサブアセンブリとしている。

【００１５】このため、スピンドルモータの軸偏向方向
の振れ回り機械的共振周波数をサブアセンブリの段階で
管理できるので、連成機械的共振周波数の安定化が容易
になる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係るディスクドライブ装置の
一実施例をハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に適用
し、図面に基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１に示すように、ディスクドライブ装置
としてのハードディスクドライブ１０では、底浅箱型の
ベース１２の開放上部がカバー１４で閉成されてエンク
ロージャーケース１６をなす。このエンクロージャーケ
ース１６は、矩形な薄箱状とされておりコンピュータ内
又はキーボード内に水平に配置可能である。

【００１８】カバー１４はベース１２に矩形枠状のシー
ル部材５０を介して、ビス５２でビス止めされて、エン
クロージャーケース１６内が気密化されている。また、
エンクロージャーケース１６内の空気は、エアフィルタ
５４により清浄化されている。

【００１９】このエンクロージャーケース１６内には、
詳細は後述するが、ベース１２の中央からやや端寄りに
ハブイン構造のスピンドルモータ１８が設けられてい
る。このスピンドルモータ１８のハブ２０の外周には磁
気ディスク２２が例えば２枚、スペーサ２４を介して同
軸上に嵌合してクランプ２６で押え込められて装着さ
れ、スピンドルモータ１８で回転駆動される。なお、こ
のスピンドルモータ１８は定格時に４５００ｒｐｍで回
転する。

【００２０】また、エンクロージャーケース１６内に
は、キャリッジ２８が設けられている。このキャリッジ
２８には一端部に磁気ヘッド３０を有し、中間部がピボ
ット３２を介してベース１２上に立ち上げられたピン３
４に支持され、ピン３４回りに回転自在とされる。キャ
リッジ２８の他端部にはＶＣＭ（ボイスコイルモータ）
用コイル３６が設けられ、このＶＣＭ用コイル３６と共
働すべくエンクロージャーケース１６内に設けられるＶ
ＣＭ３８によって、キャリッジ２８が回動される。

【００２１】ベース１２外面（下面）には、回路基板と
してのカード４０が取り付けられ、カード４０はベース
１２の外面を覆うような大きさの矩形とされる。カード
４０と上記スピンドルモータ１８との間ではモータ駆動
用の電力、信号等の入出力が行われ、カード４０とキャ
リッジ２８との間ではコイル３６への動力や磁気ヘッド
３０の読み取り等のための電力、信号の入出力が行われ
る。このカード４０とキャリッジ２８との間での入出力
は、フレキシブルケーブル（ＦＰＣ）４２を介して行わ
れる。このＦＰＣ４２は可撓性の薄いフラット形状とさ
れ、幅広で延出される非可動部４６と、非可動部４６の
基端部で非可動部４６の延出方向と直角方向に幅狭で延
出される可動部４４とを一体に備える。可動部４４の延
出先端部は若干拡幅され、そこに形成された取付孔４８
を用いてキャリッジ２８の外部にビス止めされる。可動
部４４はこの可撓性によってキャリッジ２８の回動に追
動（フォロー）が可能である。

【００２２】ベース１２には、スピンドルモータ１８の
配設位置から離間した隅部にカード４０に対向して矩形
の接続口６８が開口形成され、接続口６８の口縁７０に
は段差７２が形成されて、その段差７２に矩形枠状のシ
ール部材７４が嵌合するように設けられている。

【００２３】ベース１２は上げ底形状とされ、ベース１
２下面の周縁は立ち下げられている。カード４０の四隅
にはそれぞれビス孔５６が形成されると共に、それらに
対応してベース１２の外面の四隅には図示しない雌ネジ
が形成され、ビス５８がビス孔５６を通り図示しない雌
ネジに螺合されると、カード４０の周部がベース１２下
面の周縁に当接した状態でカード４０がベース１２下面
に固定される。

【００２４】また、カード４０にはその一辺に沿って、
フラットコネクタ６０が設けられ、カード４０をベース
１２外面に取り付けた状態でフラットコネクタ６０のコ
ネクタピン６２がこれに対応してベース１２下面周縁の
一辺に沿って形成された切り欠き部１３から露出され
る。これにより、フラットコネクタ６０はメインのＣＰ
Ｕと接続可能となる。

【００２５】更に、ベース下面の縁部には図示しない雌
ネジが形成され、カード４０の縁部にＵ字型に切り欠か
れた切り欠き６６を通り図示しない雌ネジに螺合するネ
ジ６４を用い、本ハードディスクドライブ１０がコンピ
ュータ内又はキーボード内に取付られる。

【００２６】次に、図２、３を参照して、本ハードディ
スクドライブ１０に使用されるスピンドルモータ１８に
ついて詳述する。

【００２７】図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、このス
ピンドルモータ１８は、ハブ・マグネット・アセンブリ
９０、シャフト・カートリッジ・アセンブリ９２及びフ
ランジ・ステータ・アセンブリ９４の各アセンブリから
構成される。

【００２８】ハブ・マグネット・アセンブリ９０は、上
部が閉じられ下部が開放された円筒状のハブ２０及びこ
のハブ２０の内側に固定された円筒状のマグネット７６
で構成されている（図３（Ａ）参照）。また、フランジ
・ステータ・アセンブリ９４は、中心から離間した位置
に円形状に配置された１２個のスロットを持つステータ
７８（３相８極）及びフランジ８０で構成されている
（図３（Ｃ）参照）。ハブ・マグネット・アセンブリ９
０とフランジ・ステータ・アセンブリ９４とで構成され
るスペースにはシャフト・カートリッジ・アセンブリ９
２が格納される。このシャフト・カートリッジ・アセン
ブリ９２は、シャフト８４、シャフト・カートリッジ・
アセンブリ９２の外輪となるカートリッジスリーブ８
６、シャフト８４をカートリッジスリーブ８６に拘持す
るための複数個のベアリングボール８２、ベアリングボ
ール８２を円周上に等間隔に保持するためのリテーナ８
７から構成されている（図３（Ｂ）参照）。シャフト８
４及びカートリッジスリーブ８６にはベアリングボール
８２の固定位置を決めるための溝加工が施されており、
この溝にベアリングボール８２を位置させて接着剤によ
り内輪８５を接着固定しシャフト８４が回転したときの
ガタツキをなくしている。シャフト８４にはハブ２０の
上部中央に設けられたシャフト孔２０Ａに嵌合するよう
に頭部が設けられている。このシャフト８４の頭部には
雌ネジ８４Ａが設けられおり、この雌ネジ８４Ａにネジ
２７の端部が螺合する（図１参照）。一方、シャフト・
カートリッジ・アセンブリ９２は円筒状に配置されたス
テータ７８の内部に格納される。そして、図２に示した
ように、これらの各アセンブリを組み立てると、スピン
ドルモータ１８が完成する。

【００２９】このように、シャフト・カートリッジ・ア
センブリ９２はスピンドルモータ１８の子部品であり、
ベアリングボール８２の位置は予め定められた位置に固
定して組み付けられている。また、ハブ２０の外周には
磁気ディスク２２がスペーサ２４を介してクランプ２
６、ネジ２７で固定されて組み付けられている。

【００３０】このような構成により、本ハードディスク
ドライブ１０では、後述するバネ−マス系により得られ
たパラメータに基づいて磁気ディスク１枚バージョンと
磁気ディスク２枚バージョンとの機械的共振周波数をほ
ぼ同じにしている。

【００３１】次に、本実施例のハードディスクドライブ
１０の作用について説明する。メインのＣＰＵから所定
の信号を受信すると、カード４０からスピンドルモータ
１８へ電力が供給され、スピンドルモータ１８は所定速
度（４５００ｒｐｍ）で回転する。次に、カード４０か
らキャリッジ２８のコイル３６へ電力が供給されキャリ
ッジ２８が回動されて、磁気ヘッド３０は磁気ディスク
２２の半径方向に沿って位置制御され、磁気ディスク２
２のトラックをフォローしながら磁気情報の読み取り、
書き込み等を行なう。なお、これらの動作はハードディ
スクドライブ１０内に設けられた図示しないＣＰＵが制
御している。

【００３２】ベアリングボール８２が内輪であるシャフ
ト８４と外輪であるカートリッジスリーブ８６とに確実
に固定されていないと、スピンドルモータ１８を回転さ
せたときにガタツキ等の不具合を生じ、音響特性にも悪
影響を及ぼす。

【００３３】図４（Ａ）に示すように、従来のスピンド
ルモータはスリーブ２０２、ベアリング２０４、シャフ
ト２０６、ハブ２０８、フランジ２１０及びステータ２
１２で構成されていた。図４（Ｂ）に示すように、この
スピンドルモータでは、標準品として用意されたベアリ
ングを上下に２個使用しデッドウエイト２２２を乗せて
予圧をかけた状態で接着剤を硬化させて固定していた。
このようなスピンドルモータでは、例えば、ベアリング
を収納するスリーブ２０２の仕上がり寸法及び垂直度、
シャフト２０６の仕上がり寸法及び取付けの垂直度、デ
ッドウエイトで予圧をかけている状態でのベアリングの
取付けの傾き、デッドウエイトによる荷重の分布状態、
接着剤の塗布量及び接着状況、及び接着剤の接着位置等
組立工程での管理要素が非常に多いため、完成した状態
でのバラツキが大きかった。また、スピンドルモータの
不具合は完成してからでないと発見することができなか
った。

【００３４】本実施例のスピンドルモータ１８は、予め
シャフト・カートリッジ・アセンブリとしてベアリング
ボール８２に外輪であるカートリッジスリーブ８６と内
輪であるシャフト８４にシャフトの軸線方向に相反する
方向の予圧をかけた状態でカートリッジ状にした子部品
を使用している。このため、アセンブリ段階でガタツキ
等の性能チェックをすることができ、不具合があるとき
にはアセンブリ段階で不具合を排除することができる。
更に、スピンドルモータ１８の完成段階ではシャフト・
カートリッジ・アセンブリ９２の仕上がり寸法、垂直度
及びカートリッジスリーブの組付けの接着状態を管理す
れば足り、管理要素が少なくなるので、スピンドルモー
タ１８の性能のバラツキを小さくすることができると共
に、スピンドルモータのコストの低減を図ることができ
る。

【００３５】次に、磁気ディスク１枚バージョンと２枚
バージョンとの機械的共振周波数をほぼ同じにした本実
施例の組付構造について説明する。

【００３６】従来、ハードディスクドライブに磁気ディ
スク１枚を搭載したときと２枚（又は３枚以上）搭載し
たときとではハードディスクドライブの機械的共振周波
数が異なるのは、同一のスピンドルモータに対する負荷
が単純に２倍になるからと考えられていた。しかし、ハ
ードディスクドライブとしての機械的共振周波数は、ス
ピンドルモータ自体の無負荷状態での軸偏向方向の振れ
回り機械的共振周波数とスピンドルモータに内周を固定
された磁気ディスクの１次の機械的共振周波数との連成
の共振周波数であることが実験的に確かめられた。

【００３７】まず、スピンドルモータの軸偏向方向の振
れ回り機械的共振周波数、磁気ディスクの１次の機械的
共振周波数及びこれらの連成の共振周波数について説明
する。

【００３８】図５（Ａ）に示したように、このスピンド
ルモータ１８を無負荷状態で回転駆動させると、シャフ
ト８４が垂直方向（図５の矢印Ｃ方向）に対して傾いて
（図５の矢印Ｄ方向）振れ回りながら回転する振れ回り
機械的共振（いわゆる、ピッチング）を生ずる。このス
ピンドルモータの軸方向の振れ回り機械的共振周波数
（以下、ピッチング共振周波数という。）は、スピンド
ルモータ１８をインパルスハンマで叩き、その振動を加
速度ピックアップで拾い実測することができる（いわゆ
るハンマリングテスト）。

【００３９】図６は、機械的共振周波数を横軸に、共振
強度を縦軸にとり、上記ハンマリングテストの測定結果
を示したものである。曲線１００は、スピンドルモータ
１８が静止している場合のピッチング共振周波数と共振
強度との関係を示したものであり、共振周波数ω₀で共
振強度はピークとなる。一方、曲線１０２は、スピンド
ルモータ１８が回転している場合のピッチング共振周波
数と共振強度との関係を示したものである。曲線１０２
で示されるように、静止時のピッチング共振周波数ω₀
は、スピンドルモータ１８の回転によるジャイロ効果に
より共振周波数ω₀より小さい共振周波数ω₁と共振周
波数ω₀より大きい共振周波数ω₂とに分裂する。

【００４０】ハブ２０に磁気ディスク２２の内周を固定
して（図５（Ｂ）参照）、スピンドルモータを回転駆動
させる。このスピンドルモータに上記ピッチングがない
と考えたときに、磁気ディスク２２は１次の機械的共振
周波数（以下、（０，１）共振周波数という。）を生ず
る。この（０，１）共振周波数は、直径３．５インチで
厚さが１．２７ｍｍのアルミ製磁気ディスクでは約９７
０Ｈｚ、直径３．５インチで厚さが０．８０ｍｍのアル
ミ製磁気ディスクでは約６１０Ｈｚである。なお、２
次、３次等の高次の磁気ディスクの機械的共振周波数も
存在するが、これらは磁気ヘッド３０によるトラックフ
ォローには影響を与えない。

【００４１】図７は、横軸にスピンドルモータの回転成
分をとり、縦軸に共振周波数をとって、０．８０ｔの磁
気ディスクの（０，１）共振周波数とピッチング共振周
波数ω₁、ω₂との連成の機械的共振周波数を示したも
のである。なお、定格時のスピンドルモータの回転成分
は７５Ｈｚ（４５００ｒｐｍ）である。

【００４２】直線２０２は、インナーレースのラジアル
方向（シャフトの半径方向）の２次成分を表し、直線２
０４はインナーレースのスラスト方向（シャフト方向）
の２次成分を表している。また、直線２０６はアウター
レースの３次成分を表し、直線２０８は２次のラジアル
方向のベアリングボールによる振動成分を表している。
更に、直線２１０はインナーレースのラジアル方向の位
相遅れによる−２次成分を表し、直線２１２は２次のス
ラスト方向のベアリングボールにる振動成分を表し、直
線２１４は−２次のラジアル方向のベアリングボールに
よる振動成分を表している。

【００４３】また、斜線で表した領域２２０は、磁気デ
ィスク１枚・ピッチング共振周波数ω₂のときの連成共
振周波数領域を示す。領域２２２は、磁気ディスク２枚
・ピッチング共振周波数ω₂のときの連成共振周波数領
域を示す。領域２２４は、磁気ディスク１枚・ピッチン
グ共振周波数ω₁のときの連成共振周波数領域を示す。
また、領域２２６は磁気ディスク２枚・ピッチング共振
周波数ω₁のときの連成共振周波数領域を示す。このよ
うに連成共振周波数を直線で表示せず領域で表示したの
は、生産管理上この領域のバラツキを許容するためであ
る。ピッチング共振周波数ω₁及びω₂が直線２０２、
２０４、２０８、２１０、２１２、２１４と一致すると
共振強度を増幅しトラックフォロー性能に悪影響を及ぼ
すので、回転成分７５Ｈｚのところでのハードディスク
ドライブ１０のピッチング共振周波数ω₁及びω₂はこ
れらの直線の周波数とは異なる周波数領域に設定されね
ばならない。

【００４４】次に、このピッチング共振周波数と（０，
１）共振周波数との連成共振周波数は、ハードディスク
ドライブ自体の２自由度のバネ−マス系としてモデル化
することができることを説明する。

【００４５】まず、図８（Ａ）に示した直線２自由度系
の連成共振振動数は、バネ係数をｋ ₁、ｋ₂、質量をｍ
₁、ｍ₂、運動の絶対座標をｘ₁、ｘ₂としたときに、
次の連立方程式を解くことにより求めることができる。

【００４６】

【数１】

【００４７】ここで、ｘ₁＝ａ₁cos(ωｔ）、ｘ₂＝ａ
₂cos(ωｔ）を代入し、ａ₁及びａ ₂を消去すると次の
振動方程式を得る。

【００４８】

【数２】

【００４９】これを整理すると、

【００５０】

【数３】

【００５１】なお、上記式（３）において、ω₁、ω₂
は、それぞれｍ₁、ｍ₂を固定したときのｍ₁、ｍ₂に
生ずる振動の固有振動数である。

【００５２】上記式（３）をω²について解き、根を小
さい方からそれぞれω_i ²、ω_ii ²とすると、

【００５３】

【数４】

【００５４】なお、上記の各式において、固有振動数ω
は、すなわち共振周波数ｆである（ｆ＝ω／２π）。

【００５５】次に、磁気ディスク１枚バージョンのモデ
ル化について説明する。図８（Ｂ）に示すように、Ｋ_p
はスピンドルモータのバネ係数を表し（図８（Ａ）のｋ
₁に対応）、Ｍ_pはスピンドルモータの質量（厳密に
は、ハブ・マグネット・アセンブリ９０及びシャフト・
カートリッジ・アセンブリ９２の質量）を表す（図８
（Ａ）のｍ₁に対応）。また、Ｋ_dは１次の磁気ディス
クのバネ係数を表し（図８（Ａ）のｋ₂に対応）、Ｍ_d
は磁気ディスクの質量を表す（図８（Ａ）のｍ₂に対
応）。更に、磁気ディスクの厚さが１．２７ｔのときの
バネ係数をＫ₁₂、質量をＭ₁₂、０．８０ｔのときのバネ
係数をＫ₀₈、質量をＭ₀₈とする。また、ピッチング共振
周波数をＦ_p、１．２７ｔの磁気ディスクの（０，１）
共振周波数をＦ ₁₂、０．８０ｔの磁気ディスクの（０，
１）共振周波数をＦ₀₈とする。なお、このモデルによる
すべてのパラメータを表１に示す。

【００５６】

【表１】

【００５７】このモデルにおいて、（０，１）共振周波
数Ｆ₁₂、（０，１）共振周波数Ｆ₀₈は、上述した通り既
知である。また、スピンドルモータの質量Ｍ_p、磁気デ
ィスクの質量Ｍ₁₂、Ｍ₀₈は実測することにより把握する
ことができる。更に、上述したハンマリングテストによ
りピッチング共振周波数Ｆ_pを測定することが可能であ
る。

【００５８】従って、上記式（３）及び式（４）によ
り、（０，１）共振周波数Ｆ₁₂と磁気ディスクの質量Ｍ
₁₂とからバネ係数Ｋ₁₂を算出することができ、また、
（０，１）共振周波数Ｆ₀₈と磁気ディスクの質量Ｍ₀₈と
からバネ係数Ｋ₀₈を算出することができる。更に、ピッ
チング共振周波数Ｆ_pと質量Ｍ_pとからスピンドルモー
タのバネ係数Ｋ_pを算出することができる。

【００５９】次に、磁気ディスク２枚バージョンのモデ
ル化について説明する。磁気ディスク１枚バージョンの
ときと磁気ディスク２枚バージョンのときとでは同一の
スピンドルモータを使用するので、スピンドルモータの
バネ係数Ｋ_p及び質量Ｍ_pは磁気ディスク１枚バージョ
ンのときと同じである。また、磁気ディスクのバネ係数
Ｋ_d及び質量Ｍ_dを図８（Ｃ）に示すようにモデル化す
ると、磁気ディスク２枚のときの磁気ディスクの固有振
動数ω₂は次式で表すことができる。

【００６０】

【数５】

【００６１】この式（５）で示される固有振動数ω₂は
上記式（３）の固有振動数ω₂と同じである。このよう
に、磁気ディスク２枚バージョンのときも図８（Ａ）で
示した直線２自由度系の連成振動としてモデル化するこ
とができる。これにより、磁気ディスク１枚バージョン
のときと同様にモデル化したすべてのパラメータを求め
ることができる。

【００６２】

【表２】

【００６３】表２は、静止時のピッチング共振周波数の
実測データ及び上記のモデル化によって得られたパラメ
ータから静止時のピッチング共振周波数を推定した推定
値を示したものである。表２に示されるように実測値と
推定値とはほぼ近似している。従って、上記モデルによ
ってハードディスクドライブの連成共振周波数を推定す
ることが可能となる。

【００６４】式（３）及び式（４）から明らかな通り、
スピンドルモータのピッチング共振周波数は、バネ係数
Ｋ_pを調整することによって変えることができる。この
バネ係数Ｋ_pを変えることができるファクターには、ス
ピンドルモータ１８のシャフト８４の直径、材質、ベア
リングボール８２のサイズ、ベアリングボール８２をシ
ャフト８４とカートリッジスリーブ８６とに接着剤を用
いて固定するときの予圧、ベアリングボール８２の上下
の間隔（スパン）等がある。このため、これらのファク
ターの少なくともいずれか１つを変えることによってピ
ッチング共振周波数を変えることができる。

【００６５】本実施例のハードディスクドライブ１０
は、磁気ディスク１枚バージョンのときの連成共振周波
数と磁気ディスク２枚バージョンのときの連成共振周波
数がほぼ同じになるように、スピンドルモータ１８の上
記ファクターを選択・調整したものである。なお、表２
で示されるように、磁気ディスクの厚さが１．２７ｔの
ときよりも０．８０ｔのときの方が１枚バージョンと２
枚バージョンとの共振周波数の差が小さく、ピッチング
共振周波数の変更も容易であるので、本実施例では０．
８０ｔの厚さの磁気ディスクが選択されている。

【００６６】このように、ピッチング共振周波数又は
（０，１）共振周波数を調整して磁気ディスク１枚バー
ジョンと２枚バージョンの連成共振周波数をほぼ同じに
したので、本実施例のハードディスクドライブ１０は搭
載する磁気ディスクの枚数にかかわらず安定したトラッ
クフォローを確保することができる。

【００６７】また、ハードディスクドライブの製品ライ
ンアップを行う際に、トラックフォロー時の安定性を合
わせ込む評価を１回で済ませることができるので、開発
期間の短縮を図ることができると共に、スピンドルモー
タの部品が一種類となるので、品質管理の労力の省力化
を図ることができる。

【００６８】磁気ディスク１枚バージョンと２枚バージ
ョンの連成共振周波数を同じにするには安定したピッチ
ング共振周波数を有するスピンドルモータが要求され
る。しかし、上述した従来のスピンドルモータによれば
完成した状態でのバラツキが大きいので、安定したピッ
チング共振周波数を得ることが難しかった。

【００６９】本実施例のスピンドルモータ１８は、アセ
ンブリ段階でピッチング共振周波数を決定する上記ファ
クターが管理できるので、安定したピッチング共振周波
数を確保することができる。このため、連成機械的共振
周波数を同じにすることが容易となる。

【００７０】なお、磁気ディスクのバネ係数Ｋ_dを変え
ることができるファクターである磁気ディスクの厚み、
磁気ディスクの材質、クランプの位置、クランプ力等を
調整して（０，１）共振周波数を変え、磁気ディスク１
枚バージョンと２枚バージョンとの連成共振周波数を同
じくすることもできる（式（３）及び（４）参照）。

【００７１】また、上記モデル化は磁気ディスクが３枚
以上のバージョンのハードディスクドライブにも適用す
ることができる（図８（Ｃ）、式（５）参照）。

【００７２】更に、本実施例ではシャフト・カートリッ
ジ・アセンブリの構成部品としてダイレクトベアリング
としてのベアリングボール８２を使用しシャフト８４及
びカートリッジスリーブ８６に溝加工をしたが、従来と
同様にベアリング単品を２個使用してシャフト・カート
リッジ・アセンブリを構成してもよい。

【００７３】また、本実施例では外輪回転の片持ちタイ
プのスピンドルモータを示したが、内輪回転、両持ちタ
イプのスピンドルモータにも適用可能である。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、１枚ディスクを搭載するときと複数枚デ
ィスクを搭載するときとで連成機械的共振周波数の差が
最小となるスピンドルモータ及びディスクが選択される
ので、搭載するディスク枚数にかかわらず安定したトラ
ックフォローを確保することができる、という効果を得
ることができる。

【００７５】請求項２に記載の発明によれば、１枚ディ
スクを搭載するときと複数枚ディスクを搭載するときと
で連成共振周波数が同じにすることができるので、搭載
するディスク枚数にかかわらず更に安定したトラックフ
ォローを確保することができる、という効果を得ること
ができる。

【００７６】そして、請求項３に記載の発明によれば、
スピンドルモータの軸偏向方向の振れ回り機械的共振周
波数をサブアセンブリの段階で管理できるので、連成機
械的共振周波数の安定化が容易になる、という効果を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るディスクドライブ装置の組付構造
の一実施例を適用したハードディスクドライブを示す分
解斜視図である。

【図２】ハブ・マグネット・アセンブリ、シャフト・カ
ートリッジ・アセンブリ及びフランジ・ステータ・アセ
ンブリを組み立てた状態を示すスピンドルモータの縦断
面図である。

【図３】スピンドルモータの各アセンブリを示す縦断面
図である。

【図４】（Ａ）は従来のスピンドルモータの縦断面図、
（Ｂ）はベアリングへの予圧を説明する図である。

【図５】（Ａ）はスピンドルモータのシャフト方向のピ
ッチングについて説明する図であり、（Ｂ）はディスク
の１次の機械的共振周波数を説明する図である。

【図６】スピンドルモータの静止時と回転時の共振周波
数及び共振強度の関係を示す図である。

【図７】連成共振周波数とスピンドルモータの回転成分
を示す図である。

【図８】（Ａ）は直線２自由度系の連成振動を説明する
図、（Ｂ）はディスク１枚時の連成振動を説明する図、
（Ｃ）はディスク２枚時の連成振動を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０ハードディスクドライブ（ディスクドライブ装
置）１８スピンドルモータ２２磁気ディスク（ディスク）９２シャフト・カートリッジ・アセンブリ（シャフト
アセンブリ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北堀浩紀神奈川県藤沢市桐原町１番地日本アイ・ビー・エム株式会社藤沢事業所内 (72)発明者根本直神奈川県藤沢市桐原町１番地日本アイ・ビー・エム株式会社藤沢事業所内 (72)発明者デービッドアルブレヒトアメリカ合衆国95139、カリフォルニア州サンノゼ市ソースマントプレース198 番地 (72)発明者グレゴリーフリーズアメリカ合衆国94087、カリフォルニア州サンタクララ市サニーベイルクレセントテラス1269番地

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の回転速度で駆動するスピンドルモ
ータと、該スピンドルモータに内周を固定されたディス
クと、該ディスクのトラックをフォローして情報を読み
取り又は書き込むためのヘッドと、で構成されるディス
クドライブ装置において、スピンドルモータ及びディス
クをディスクドライブ装置に組み付けるためのディスク
ドライブ装置の組付構造であって、無負荷状態で駆動するスピンドルモータの軸偏向方向の
振れ回り機械的共振周波数と、１枚のディスクを搭載す
るときのディスクの１次の機械的共振周波数と、で連成
される機械的共振周波数並びに無負荷状態で駆動するス
ピンドルモータの軸偏向方向の振れ回り機械的共振周波
数と、複数枚のディスクを搭載するときのディスクの１
次の機械的共振周波数と、で連成される機械的共振周波
数を疑似振動モデル系を用いて予測し、予測値に基づい
て、ディスク枚数にかかわらず、搭載されるディスク枚
数毎の連成された機械的共振周波数の差が最小となるス
ピンドルモータ及びディスクを選定することを特徴とす
るディスクドライブ装置の組付構造。
【請求項２】所定の回転速度で駆動するスピンドルモ
ータと、該スピンドルモータに内周を固定されたディス
クと、該ディスクのトラックをフォローして情報を読み
取り又は書き込むためのヘッドと、で構成されるディス
クドライブ装置において、スピンドルモータ及びディス
クをディスクドライブ装置に組み付けるためのディスク
ドライブ装置の組付構造であって、無負荷状態で駆動するスピンドルモータの軸偏向方向の
振れ回り機械的共振周波数と、ディスクの１次の機械的
共振周波数と、をバネ−マス系による自由振動モデルに
変換して該自由振動モデルにより得られたパラメータに
基づいて、１枚のディスクを搭載するときと複数枚のデ
ィスクを搭載するときとのスピンドルモータの軸偏向方
向の振れ回り機械的共振周波数とディスクの１次の機械
的共振周波数とで連成される機械的共振周波数が同じに
なるようにスピンドルモータのシャフトの直径、該シャ
フトの材質、該シャフトを拘持するベアリングのサイ
ズ、該ベアリングへの予圧、上下のベアリングのスパ
ン、ディスクの厚み、ディスクの材質、ディスクのクラ
ンプ位置及びディスクのクランプ力のうち少なくともい
ずれか１つを調整したことを特徴とするディスクドライ
ブ装置の組付構造。
【請求項３】前記スピンドルモータは、スピンドルモ
ータのシャフト部の構造に予めシャフトアセンブリとし
てベアリングの外輪と内輪とに軸線方向における相反す
る方向の予圧をかけカートリッジ状のサブアセンブリと
したことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか
に記載のディスクドライブ装置の組付構造。
【請求項４】所定の回転速度で駆動するスピンドルモ
ータと、該スピンドルモータに内周を固定されたディス
クと、該ディスクのトラックをフォローして情報を読み
取り又は書き込むためのヘッドと、で構成されるディス
クドライブ装置であって、無負荷状態で駆動するスピンドルモータの軸偏向方向の
振れ回り機械的共振周波数と、ディスクの１次の機械的
共振周波数と、をバネ−マス系による自由振動モデルに
変換して該自由振動モデルにより得られたパラメータに
基づいて、１枚のディスクを搭載するときと複数枚のデ
ィスクを搭載するときとのスピンドルモータの軸偏向方
向の振れ回り機械的共振周波数とディスクの１次の機械
的共振周波数とで連成される機械的共振周波数が同じに
なるようにシャフト部の構造に予めシャフトアセンブリ
としてベアリングの外輪と内輪とに軸線方向における相
反する方向の予圧をかけたカートリッジ状のサブアセン
ブリを含むスピンドルモータを備えたことを特徴とする
ディスクドライブ装置。
【請求項５】所定の回転速度で駆動するスピンドルモ
ータと、該スピンドルモータに内周を固定されたディス
クと、該ディスクのトラックをフォローして情報を読み
取り又は書き込むためのヘッドと、で構成されるディス
クドライブ装置において、スピンドルモータ及びディス
クをディスクドライブ装置に組み付けるためのディスク
ドライブ装置の組付方法であって、無負荷状態で駆動するスピンドルモータの軸偏向方向の
振れ回り機械的共振周波数と、ディスクの１次の機械的
共振周波数と、をバネ−マス系による自由振動モデルに
変換して該自由振動モデルにより得られたパラメータに
基づいて、１枚のディスクを搭載するときと複数枚のデ
ィスクを搭載するときとのスピンドルモータの軸偏向方
向の振れ回り機械的共振周波数とディスクの１次の機械
的共振周波数とで連成される機械的共振周波数が同じに
なるようにスピンドルモータのシャフトの直径、該シャ
フトの材質、該シャフトを拘持するベアリングのサイ
ズ、該ベアリングへの予圧、上下のベアリングのスパ
ン、ディスクの厚み、ディスクの材質、ディスクのクラ
ンプ位置及びディスクのクランプ力のうち少なくともい
ずれか１つを調整したことを特徴とするディスクドライ
ブ装置の組付方法。