JP3079587B2 - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ディスク装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置においては、磁気ヘッ
ドによって、記録すべき情報が磁気ディスク面に同心円
状に形成されたトラックへ書き込まれる。また、磁気ヘ
ッドにより記憶された情報が読み出される。

【０００３】磁気データの読み出し，書き込みが正確に
行われるためには、書き込まれたトラックと読み出し時
に磁気ヘッドがたどる軌跡とが正確に一致する必要があ
る。その要求精度は数μｍ以下であり、磁気ディスクの
大容量化に伴い、更に小さくなる傾向にある。

【０００４】この精度劣化の原因の１つとして、磁気デ
ィスク装置のスピンドルの軸振動があり、その対策とし
てベアリングには予圧を付加する方法がとられている。
予圧を与える方法は図５に示すように、軸に予圧ばねを
取り付け、ベアリングに適当な力を加えるものが多く用
いられている。この種の装置としては、例えば、特開昭
59−223925号，特開昭62−172273号公報に記載されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、ベアリングの剛性に比べて小さいばね剛性を持つ予
圧ばねによりベアリングに予圧を付加していたので、軸
方向剛性が小さく、小さな衝撃でも回転精度が劣化する
という不具合があった。一方、上記定圧予圧法の不具合
を改善するものとして、ベアリングの外輪あるいは内輪
にシムやナット等を介して直接予圧を付加する定位置予
圧法が考えられるが、軸方向剛性は大きくできるもの
の、温度変化により軸系を構成する各部材に熱変形が生
じ、軸を支承するベアリング間の距離が変化する。その
ため、予圧を受け持っている部材の軸方向剛性が大きい
ので、ベアリングに過大な予圧が加わったり、予圧抜け
の現象を起こす可能性が生ずるという不具合があった。

【０００６】本発明の目的は、温度変化があってもベア
リングの予圧量が変化することがないと同時に、耐衝撃
性の大きな磁気ディスク装置を実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、静止軸と静止軸に固定して取付けられた第１のベア
リングと、静止軸に軸方向に移動可能に取り付けられた
第２のベアリングと、記録情報の書き込み又は読み出し
に供する磁気円板を間隔をおいて積層して形成した中空
軸回転体の一部を形成し、第１のベアリングと第２のベ
アリングを固定して取り付けたスリーブとを備えた磁気
ディスク装置において、スリーブと静止軸との軸方向の
熱変形差を吸収するように、温度補償部材（温度ダン
パ）が第２のベアリングに当接し、かつ、静止軸に取り
つけたものである。

【０００８】また、静止軸と静止軸に固定して取り付け
られた第１および第２のベアリングと、記録情報の書き
込み又は読み出しに供する磁気円板を間隔をおいて積層
して形成した中空軸回転体の一部を形成し、第１のベア
リングを固定して取り付け、かつ第２のベアリングを軸
方向に移動可能に取り付けたスリーブとを備えた磁気デ
ィスク装置において、スリーブと静止軸との軸方向の熱
変形差を吸収するように、温度補償部材（温度ダンパ）
が第２のベアリングに当接し、かつ、スリーブに取り付
けたものである。

【０００９】

【作用】ベアリングの予圧方法を定位置予圧とし、予圧
部材を所定の熱膨張率とする。環境温度と組立時の温度
との違いにより、２つのベアリング間には熱変形が生
じ、その変形量はスリーブ側と軸側とで異なる値とな
る。この２つの変形量の差を、予圧部材の熱膨張によっ
て補償する。その結果、ベアリングのスリーブ側と軸側
の相対位置を変化させることがないので、ベアリングの
予圧量の変化もなく、安定した回転系が得られる。

【００１０】

【実施例】本発明の基本的な原理を図１２，図１３を用
いて説明する。図１２は、定位置予圧の温度上昇に対す
るベアリングの相対的位置変化の様子を、図１３は、本
発明の温度ダンパを用いた場合を示す。

【００１１】静止軸１の熱膨張率をａ１，スリーブ７の
熱膨張率をａ２，ベアリング間長さをｑ，温度上昇をｄ
ｔとすると、ベアリング間の相対位置変化ＤＬは次式の
ようになる。

【００１２】 静止軸の伸び ＤＬ１＝ａ１×ｑ×ｄｔ …(1) スリーブの伸び ＤＬ２＝ａ２×ｑ×ｄｔ …(2) ＤＬ＝ＤＬ１−ＤＬ２ ＝(ａ１−ａ２）×ｑ×ｄｔ …(3) 概略計算を行うと、

【００１３】

【数１】

【００１４】となる。ここで、図１２に示してある定位
置予圧の場合、予圧はベアリングの軸方向ばね定数ｋ＝
４.９(ＭＮ／mm）とすると、予圧量変動ＤＦは次のよう
になる。

【００１５】 ＤＦ＝Ｋ×ＤＬ＝３５.３(Ｎ) …(5) 予圧量は一般に１９.６ないし３９.２（Ｎ）に設定さ
れると考えると、上記の変動量は予圧量の１.７５〜０.
９倍となり、大きすぎることになる。

【００１６】図１３に示した本発明の場合には、温度ダ
ンパ１０が静止軸１に取りつけられ、ベアリング４に予
圧を付加する構造となっている。この場合の温度上昇に
対するベアリング間の相対位置変化ＤＬは、温度ダンパ
１０の熱膨張率をａ３、その長さをｑ１とすると、次式
で表わされる。

【００１７】 静止軸の伸び ＤＬ１＝ａ１×ｑ×ｄｔ …（６） スリーブの伸び ＤＬ２＝ａ２×ｑ×ｄｔ …（７） 温度ダンパの伸び ＤＬ３＝ａ３×ｑ×ｄｔ …(8) ＤＬ＝ＤＬ１−ＤＬ２−ＤＬ３ ＝((ａ１−ａ２）×ｑ−ａ３×ｑ１)×ｄｔ …(9) 前記の条件の場合について、概略計算を行う。

【００１８】

【数２】

【００１９】(9）式より容易に類推できるように、右辺
の括弧内を０にするようにａ３及びｑ１を選べば、軸受
間相対位置変化ＤＬはどのような温度変化ｄｔに対して
も０にすることができる。前記条件について、温度ダン
パの材質をアルミニウムとして、概略計算を行う。

【００２０】

【数３】

【００２１】となり、十分実現できることが分かる。

【００２２】同様に、静止軸１とスリーブ７の間に温度
差がある場合、静止軸１の温度変化がｄｔ１，スリーブ
７の温度変化がｄｔ２の場合には、次式が０になるよう
にａ３及びｑ１を選べばよい。

【００２３】ＤＬ＝（ａ１×ｄｔ１−ａ２×ｄｔ２）×
ｑ−ａ３×ｑ１×ｄｔ１ 次に、本発明の参考例について説明する。図３及び図４
は磁気ディスク装置の概略図である。

【００２４】磁気ディスク３はクランプ２によりハブ６
に固定されており、モータにより静止軸１を中心に高速
回転を行っている。磁気ディスク３の表面は非常に滑ら
かに仕上げられており、この表面は磁性体によりコーテ
ィングされている。この磁性層に磁気ヘッド１６を非常
に接近させ、磁界を変化させることにより磁気的に情報
の書き込みを行う。読み出しは逆に、磁気ディスク３上
の残留磁界を磁気ヘッド１６により読み取ることにより
磁気情報の読みだしを行う。磁気情報は、磁気ディスク
３の機械的回転中心と同じ中心を持つ同心円状に書き込
まれる。この１つづきの磁気情報をトラックと呼ぶ。磁
気ヘッド１６は、ヘッドアーム１７及びキャリジ１８に
より支えられ、シャフト２４のまわりを回転できる構造
になっており、任意のトラックに移動することができ
る。磁気ヘッド１６の位置決め及び各トラック間の移動
には、コイル２３及びマグネット２１より形成されるボ
イスコイルモータが使われ、高速でかつ正確な位置決め
を行っている。

【００２５】この（磁気ディスク３−磁気ヘッド１６−
アーム１７−キャリッジ１８）による１組の磁気記憶機
構は、図４に示されているように、回転軸方向に反復積
層することにより高密度化が図られている。

【００２６】次に図１に示す回転系について説明する。

【００２７】磁気ディスク３はハブ６の軸方向にスペー
サ５を介して積層され、クランプ２により固定されてい
る。ハブ６とスリーブ７とはその半径方向において１カ
所、あるいは２カ所において焼きばめにより結合されて
いる。スリーブ７は軸方向の２カ所において、ベアリン
グ４および１２により静止軸１に回転自在に取り付けら
れている。スリーブ７の中央部にはマグネット１１が設
けられており、静止軸１のこれと相対する位置に設けら
れているステータコイル１４との間でモータを形成し前
記回転部分を駆動している。

【００２８】ベアリング１２の静止軸１と接する内輪側
およびスリーブ７と接する外輪側はいずれも軸方向に移
動しないように接着，しまりばめ等の方法で固定されて
いる。これに対して、ベアリング４のスリーブ７と接す
る外輪側はベアリング１２の場合と同じく接着，焼きば
めもしくはねじ止め等で固定されているが、静止軸１と
接する内輪側はすきまばめとなっており、静止軸１と相
対的に軸方向に移動することができる。ベアリング４の
ベアリング１２と反対側の端面には温度補償部材（温度
ダンパ）１０が当接させられている。温度ダンパ１０の
ベアリング４と反対の端面は、静止軸１に固定されてい
る止め金具２８に固定される。ここで、ベアリングの回
転振動をおさえるための予圧は、組立て時にベアリング
１２の内外周面及びベアリング４の外周面を固定した上
でベアリング４の内輪に適切な予圧をかけながらこの予
圧止め金具２８を軸方向に固定することにより行われて
いる。この方法としては、波板状ワッシャを介して、Ｅ
形止め輪やＣ形止め輪で止める方法、ベアリングをワッ
シャを介してナットで軸に締結する方法、焼きばめする
方法等が用いられる。また、予圧止め金具２８を省い
て、ベアリング４の内輪と軸１とに予圧をかけながら接
着等の方法により直接固定してもよい。いずれの場合も
この予圧量により、各ベアリングの内輪側と外輪側は軸
方向にその剛性に比例して若干変化し、これにより加え
られた予圧と釣り合うことになる。予圧量が一定である
ためには、この各ベアリングの軸方向位置が内輪側と外
輪側で常に一定である必要がある。図１の参考例のよう
な構成にすることにより、ベアリング４の内輪側位置
は、環境温度が変化すると静止軸１の熱膨張量から温度
ダンパ１０の熱膨張量を差し引いた量だけ移動すること
になる。この移動量とスリーブ７の熱膨張によるベアリ
ング４の外輪側移動量を一致させるように温度ダンパ１
０の材質及び形状を選ぶことにより、温度変化による膨
張量は静止軸１側（内輪側）においても、スリーブ７側
（外輪側）においても同じにすることができ、どのよう
な温度変化にたいしても予圧量の変動がない安定した回
転系が得られる。

【００２９】図６は他の参考例で、図７は図６の温度ダ
ンパの部分の拡大図である。静止軸１の熱膨張率よりス
リーブ７の熱膨張率が大きいか、あるいはスリーブ７の
温度上昇が静止軸１の温度上昇よりも大きい場合に適用
されるものである。この場合、温度ダンパ１０は図１あ
るいは図２に示した参考例とはベアリング４に対して反
対側の端面に取り付けられている。ベアリング１２の内
輪と静止軸１およびベアリング１２の外輪とスリーブ７
とは接着あるいは焼きばめ等の方法により固定されてい
る。ベアリング４の外輪とスリーブ７とはすきまばめに
なっており、この端面に図に示すような方向に所定の予
圧を加えながら接着や止め金具等の方法で位置が変化し
ないように固定する。このように構成することにより、
ベアリング４とベアリング１２の内輪側の熱膨張量は静
止軸１の熱膨張量と温度ダンパ１０の熱膨張量の和とな
る。この熱膨張量がスリーブ７によるベアリング４とベ
アリング１２の外輪側の熱膨張量と等しくなるように温
度ダンパ１０の材質と長さを選んでやればベアリング４
と１２の内輪側と外輪側の相対位置の差（予圧量変化）
は先の参考例の場合と同様、温度ダンパ１０により調整
され常に一定となり予圧量の変動を起こすことがない。

【００３０】図８は温度ダンパ１０をスリーブ７側に設
けた参考例である。この参考例の場合ベアリング１２の
外輪側と内輪側及びベアリング４の内輪側と静止軸１は
接着または焼きばめ等の方法により固定されている。ベ
アリング４の外輪とスリーブ７はすきまばめになってい
る。予圧はベアリング１２の内輪に加えられその位置で
ベアリング１２の外輪側は止め金具２７あるいは接着等
の方法でスリーブ７に対して軸方向に移動しないように
固定される。ベアリング４とベアリング１２の外輪側の
熱膨張量はスリーブ７の熱膨張量から温度ダンパ１０の
熱膨張量を差し引いたものとなる。これとベアリング内
輪側の熱膨張量（静止軸１の熱膨張量）が等しくなるよ
うに温度ダンパ１０の材質と形状を設定することによ
り、熱によるベアリング間相対位置変化（予圧量変化）
をなくすことができる。この構成は図６で示した参考例
の場合と同様に、スリーブ７の方が静止軸１よりも熱変
形の大きい場合に適用される。

【００３１】図９は静止軸１のベアリング１２側に温度
ダンパ１０を設けた参考例である。この参考例は図１に
示した参考例の上下を反転したものと一致し、静止軸１
の熱変形がスリーブ７の熱変形より大きい場合に効果が
ある。スペース的に図１の構成が適用できない場合に適
用される。

【００３２】図１０は本発明の第１の実施例で、静止軸
１側のベアリング４とベアリング１２の両方に温度ダン
パ１０を設けたものであり、静止軸１の熱変形がスリー
ブ７の熱変形よりも大きな場合に適用される。ベアリン
グ４とベアリング１２の外輪はスリーブ７に接着または
焼きばめ等の方法で固定される。ベアリング４とベアリ
ング１２の内輪側は組み立て時にはすきまばめになって
いるが、予圧をかけたのちに、軸方向には移動しないよ
うに止め金具２７あるいは接着等の方法で固定される。
この実施例は図１の参考例よりも大きな熱変形の差があ
り図１の参考例では温度ダンパ１０の長さが構造的にと
れないような場合に有効である。

【００３３】図１１はスリーブ７側のベアリング４とベ
アリング１２に温度ダンパ１０をもうけた第２の実施例
である。ベアリング４とベアリング１２の内輪は静止軸
１に接着または焼きばめにより固定される。外輪はいず
れもすきまばめになっており、図のように予圧をかけた
状態で軸方向に移動しないように固定される。この実施
例は図６に示した参考例と同様に、スリーブ７の熱変形
が静止軸１の熱変形より大きい場合に適用され、温度ダ
ンパ１０の長さが大きくとれるため、熱変形差の大きな
場合に適用される。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、広い温度変化に対して
予圧量変動を起こすことのない磁気ディスク装置を得る
ことができる。また従来の装置に比べて耐衝撃性の大き
な回転系を得ることができる。これより、装置の信頼性
を損なうことなく使用環境を広げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の参考例の縦断面図である。

【図２】図１の中の温度ダンパの部分の説明図である。

【図３】磁気ディスク装置の全体図である。

【図４】図３の側面図である。

【図５】従来のスピンドルの縦断面図である。

【図６】本発明の他の参考例の縦断面図である。

【図７】図６の温度ダンパ部の説明図である。

【図８】本発明の他の参考例の縦断面図である。

【図９】本発明の他の参考例の縦断面図である。

【図１０】本発明の第１の実施例の縦断面図である。

【図１１】本発明の第２の実施例の縦断面図である。

【図１２】従来技術のスピンドルの熱膨張の説明図であ
る。

【図１３】本発明による温度ダンパの効果の説明図であ
る。

【符号の説明】 １…静止軸、４…ベアリング、６…ハブ、７…スリー
ブ、１０…温度補償部材（温度ダンパ）、１２…ベアリ
ング、２５…予圧ばね、２６…予圧止め金具、２７…止
め金具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高塚 章郎 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式 会社 日立製作所 小田原工場内 (56)参考文献 特開 昭63−206954（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−161232（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 19/20 G11B 25/04 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静止軸と該静止軸に固定して取付けられた
   第1のベアリングと、該静止軸に軸方向に移動可能に取
   付けられた第2のベアリングと、記録情報の書き込み又
   は読み出しに供する磁気円板を積層して形成した中空軸
   回転体の一部を形成し、第2のベアリングを固定して取
   付け、かつ第１のベアリングを軸方向に移動可能に取付
   けたスリーブとを備えた磁気ディスク装置において、 前記スリーブと前記静止軸との軸方向の熱変形差を吸収
   するように、第１の温度補償部材が該第１のベアリング
   に当接し、かつ、静止軸に取付けてあり、第２の温度補
   償部材が前記第２のベアリングに当接し、かつ、前記静
   止軸に取付けてあることを特徴とする磁気ディスク装
   置。
2. 【請求項２】静止軸と該静止軸に固定して取付けられた
   第1のベアリングと、該静止軸に軸方向に移動可能に取
   付けられた第2のベアリングと、記録情報の書き込み又
   は読み出しに供する磁気円板を積層して形成した中空軸
   回転体の一部を形成し、第2のベアリングを固定して取
   付け、かつ第１のベアリングを軸方向に移動可能に取付
   けたスリーブとを備えた磁気ディスク装置において、 前記スリーブと前記静止軸との軸方向の熱変形差を吸収
   するように、第１の温度補償部材が該第１のベアリング
   に当接し、かつスリーブに取付けてあり、第２の温度補
   償部材が前記第２のベアリングに当接し、かつ、前記ス
   リーブに取付けてあることを特徴とする磁気ディスク装
   置。