JP3092642B2

JP3092642B2 - 磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP3092642B2
Application number: JP04335666A
Authority: JP
Inventors: 正昭仲野; 知昭井上; 英明天野; 章郎高塚; 修別府
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 2000-09-25
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JPH06187720A

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わ
り、とくにディスクを回転駆動するスピンドルユニット
を備えた磁気ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュ−タのダウンサイジング化に伴
って外部記憶装置である磁気ディスク装置にも小型大容
量化、高速化が要請されている。磁気ディスク装置にお
いては記録の高密度化により上記小型大容量化が進めら
れているが、これに伴って磁気ディスクを定速回転させ
るスピンドルユニットも高性能化、コンパクト化する必
要が生じている。

【０００３】従来のスピンドルユニットにおいてはスピ
ンドルの支持機構に玉軸受方式を採用し、玉及び内、外
輪の加工精度を上げて玉軸受固有の玉通過振動による不
規則な回転変動を少なくして回転精度を高めるようにし
ていたが、このような加工精度の向上だけでは十分な精
度が得られらいので、ラジアル、スラスト方向に機械的
に予圧をかけてスピンドルを位置決めし、回転精度を向
上するようにしていた。

【０００４】特開昭６１−１５１８７７号公報には、上
記予圧をかける方法として、スピンドル軸の上部と下部
に取付けた玉軸受の上部の外輪を軸受ハウジングに固着
し、下部の外輪をバネ部材によりスラスト方向に予圧す
るようにし、さらに、上記二つの玉軸受間にスピンドル
軸に近接してパッド状の永久磁石を設け、この永久磁石
によるスピンドル軸のラジアル方向吸引力により、下部
玉軸受の外輪を軸受ハウジングの凹部に案内して安定さ
せることが開示されている。

【０００５】また、特開昭６０−５４６７号公報には、
回転する主軸系の一部に同心円状の磁性体を設け、か
つ、固定側にはこれに対抗するように永久磁石を設けて
磁気吸引力を利用した制動装置を構成し、これにより振
動を抑圧することが開示されている。

【０００６】また、特開平２−１８０３１２号公報に
は、回転体の低重心化により振動を低減するために、モ
ータのロータより思い回転体をロータより低い位置に取
り付けるようにし、さらに、上記回転体に設けた強磁性
体とハウジング側に設けた磁石間の磁気力により回転体
を軸方向に持ち上げて軸荷重を低減することが開示され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６１−１５
１８７７号公報に開示の技術においては、永久磁石の吸
引力によりスピンドル軸下部のボール軸受の外輪を精度
よく位置決めするものの、ボール軸受の外輪と内輪間の
転がり接触に伴う微小な振動は防止できなかった。ま
た、スピンドル軸を駆動するモータ部を磁気ディスク収
容部の下側に張り出して設けているので、装置が軸方向
に長くなって大型化するという問題があった。

【０００８】また、特開昭６０−５４６７号公報に開示
の方法においては、軸方向の振動を抑圧できるものの、
ラジアル方向の振動抑圧効果が不十分になるという問題
があった。また、上記磁力作用部やプーリ（回転駆動
部）等が磁気ディスク部の下側に張り出すので、形状が
大型化するという問題があった。

【０００９】また、特開平２−１８０３１２号公報に開
示の回転装置を磁気ディスク装置に適用すると、回転装
置がに磁気ディスク装置の下部に張り出して全体が大型
化し、さらに磁気ディスク装置にとっては重量が大きす
ぎるという問題があった。本発明の目的とするところ
は、上記の問題を改善してスピンドルユニットの小型化
と回転精度の向上を図った磁気ディスク装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、磁気ディスクを取付るハブの内周部にロータマグネ
ットを取付け、軸受ハウジングの外周部にはロータマグ
ネットに対向してステータを設けてモータを形成し、ハ
ブの内周部と軸受ハウジングの外周部にそれぞれリング
状の永久磁石を取付け、さらに上記一対のリング状永久
磁石の回転側をスピンドルの回転軸と同心の形状とし、
他方をスピンドルの回転軸に対して偏心するように配置
した磁気予圧装置を設けてスピンドルをラジアル軸受の
片側に押しつけその回転を安定化する。

【００１１】また、上記磁気予圧装置を上記モータの両
端部に設けるようにする。さらに、上記磁気予圧装置の
二つのリング状永久磁石間の間隙を上記スピンドルと軸
受ハウジング内のラジアル軸受間の間隙より大きくす
る。さらに、上記磁気予圧装置の二つのリング状永久磁
石をスピンドル軸方向に相互にずらしてスラスト軸圧を
適正化する。さらに、複合シ−ル装置を設けて上記スピ
ンドル軸周りの潤滑油を封止する。

【００１２】

【作用】上記モータはハブの磁気ディスク取付幅の中に
納まるので磁気ディスク装置が薄型化される。また、ス
ピンドル軸に対して一方が偏心するように配置した永久
磁気間の磁気力によりスピンドルがラジアル軸受の片側
に押しつけられる結果、回転が安定化する。また、回転
による楔油膜効果により上記スピンドルの接触面に向か
って潤滑油が加圧され、そこに油膜を安定に形成する。

【００１３】また、上記モータ両端部の磁気予圧装置は
スピンドルを支持する。また、上記二つのリング状永久
磁石間の間隙をスピンドルとラジアル軸受間の間隙より
大きくすることにより、スピンドルは永久磁石に接触す
ることなく。ラジアル軸受面に押しつけられる。さら
に、上記二つのリング状永久磁石をスピンドル軸方向に
ずらすことにより磁気力によるスラスト軸圧が発生す
る。

【００１４】

【実施例】〔実施例１〕図１は本発明による磁気ディスク装置実施例の縦断面図
である。図２は図１におけるスピンドルユニットの断面
拡大図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。図１におい
て、複数の磁気ディスク２２はスペーサリング２４を介
してクランプ２５により締結され、ハブ１に装着され
る。ハブ１にはスピンドル２が嵌合、固着され、軸受ハ
ウジング４に支承される。また、カバー２７と同２６は
密閉ケースを形成し、カバ−２７には軸受ハウジング４
の端部を嵌合、固定した下ベースプレート７が固定され
る。

【００１５】軸受ハウジング４の中央部には、鉄心に巻
線したステータ８（電機子コイル）が取り付けられ、ハ
ブ１のこれに対向する内周面にはロータマグネット９が
固着され、ロータマグネット９とステータ８はモータ１
０を構成してスピンドル２を回転する。スピンドル２は
スラスト軸受５とラジアル軸受３ａ、３ｂにより軸受ハ
ウジング内に支持され、その上端部にはネジシール１３
と磁性流体シール１４よりなる非接触の複合シール装置
１５を設け、軸受ハウジング４内に磁性流体（潤滑油）
３１を封入する。

【００１６】この複合シール装置１５の内径はラジアル
軸受３ａ、３ｂ等の内径より大きく形成する。また、複
合シール装置１５とラジアル軸受３ａとの間には空間部
１６を形成する。本発明では、上記ハブ１の内周部と軸
受ハウジング４の外周部にそれぞれリング状の永久磁石
１１ａ、１１ｂを取付けてその一方をスピンドルの回転
軸と同心の形状とし、他方をスピンドルの回転軸に対し
て偏心するようにしてスピンドル２をラジアル方向に加
圧し、スピンドル２の回転を安定化するようにする。

【００１７】このため、軸受ハウジング４の上端部と下
端部にはそれぞれ、リング状の永久磁石を所定の間隙を
有して対向配置した磁気予圧装置１１、１２を設け、磁
気力によりスピンドル２を同一のラジアル方向に加圧す
るようにする。永久磁石１１ａと同１２ａをハブ１内周
面のロータマグネット９の両側に固着し、軸受ハウジン
グ４のこれらと対向する位置には永久磁石１１ｂを固着
する。また、永久磁石１１ａ、１２ａをハブ１と同心状
に設け、永久磁石１１ｂ、１２ｂを半径方向に同一方向
に偏心するように設ける。

【００１８】このため図３に示すように、永久磁石１１
ｂ、１２ｂを均一の肉厚としてスピンドル２の回転軸に
対して偏心して嵌合し、永久磁石１１ｂ、１２ｂは軸受
ハウジング４及び下ベースプレート７側を偏心して加工
してこれらをスピンドル２の回転軸に対して偏心させて
嵌合するようにする。上記偏心量は永久磁石１１ｂを嵌
合する軸受ハウジング４の加工幅がｔ₁＞ｔ₂になるよう
に加工する。上記永久磁石１１ａと１１ｂ、および１２
ａと１２ｂの偏心配置による磁気力により、スピンドル
２はラジアル軸受３ａ、３ｂの各間隙内で偏心してラジ
アル軸受３ａ、３ｂの内周面に押し付けらる。

【００１９】また、永久磁石１１ａ、１２ａの軸方向位
置を同１１ｂ、１２ｂから一定量ずらし、スピンドル２
がスラスト軸受５に予圧を与えるようにする。図２は上
記スピンドルユニットの断面拡大図である。スピンドル
２の内部に軸方向流通路１８を形成し、その上端部を栓
２８により封じ、下端をスラスト軸受５に連通させる。
また、軸方向流通路１８には径方向流通路１９、２０を
連通して油室１７及び空間部１６に連通されている。一
方、ラジアル軸受３ａ、３ｂ及び軸受間座２３の外周部
には連絡路２１を設ける。

【００２０】上記軸方向流通路１８から磁性流体を注入
してその底部の開口部および径方向流通路１９、２０よ
り、空間部１６及び油室１７への磁性流体を供給し、密
閉栓２８により封止する。複合シール装置１５はネジシ
ール１３と磁性流体シール１４とにより構成され、磁性
流体シール１４は両側に磁極片３０を設けたリング状の
永久磁石２９で構成して軸受ハウジング４に固定する。
磁性流体シール１４はその内径部がスピンドル２の外周
面に非接触で近接するようにする。

【００２１】上記構成において、磁気ディスク２２を装
着したスピンドル２をラジアル軸受３ａ、３ｂに挿入す
ると、スピンドル２とラジアル軸受３ａ、３ｂ間には数
ミクロン程度の間隙があるので、スピンドル２は磁気予
圧装置１１、１２の磁力Ｗによりラジアル軸受３ａ、３
ｂの片側に押し付けられて位置決めされ、反対側には間
隙ｃが生じる。磁気予圧装置１１においても上記偏心量
は、永久磁石１１ｂと同１１ａ間の１００ミクロン程度
の間隙により吸収される。上記スピンドルユニットにお
いては、静止時にはスピンドル２とラジアル軸受３ａ、
３ｂ及びスラスト軸受５等が接触し、スピンドル２の起
動と同時に油膜が形成される。

【００２２】図６に示すように、スピンドル２の回転に
より動圧油圧分布Ｐが形成されるので、狭い間隙部には
常に脂膜が形成されスピンドル２を非接触で回転支持す
る。スピンドル２の回転に伴うより遠心力により、磁性
流体３１が空間部１６から連絡路２１を通過してスピン
ドル２の軸端部に循環する。上記のように、スピンドル
２を偏心させない場合には、スピンドルは軸受と同心回
転するので、上記動圧油圧分布Ｐが相対的に小さくな
り、これに伴って軸受の油膜剛性も低くなり、外乱の影
響を受けやすく振動が増大する。このような難点は一般
に、軽荷重で高速回転する磁気ディスク装置において顕
著である。

【００２３】しかし、如くスピンドル直径や軸受幅を拡
大し、あるいは軸受間隙を縮小して油膜剛性を高めるよ
うにすると、図４に示すように油膜剛性の増加と共に軸
受損失が増大して潤滑油の温度が上昇し、磁性流体を劣
化させてシール性能を低下させ、熱変形によって磁気デ
ィスクのオフトラックを発生する。本発明では、上記ス
ピンドル２の偏心運転による楔効果により、油膜圧力を
容易に形成して油膜剛性を増大し、安定な回転を得るこ
とができるのである。

【００２４】図５は上記スピンドル２の偏心率に対する
油膜の剛性と損失の特性図である。偏心率を過度に大き
くせず範囲（ａ）内にすれば、軸受損失を増大すること
なく大きな油膜剛性を得ることができる。また、上記油
膜の形成によりスピンドル直径を小さくできるので起動
トルクが低下し、その分だけモータを小容量化できる。

【００２５】さらに、装置の輸送時においてもラジアル
方向とスラスト方向に予圧力がかかるので、輸送中の振
動による軸受摺動面の損傷を防止することができる。ま
た、モータ１０がハブ１の下側にはみ出さないので、磁
気ディスク装置の厚みを磁気ディスク収容部の厚みに抑
え、薄型化することができる。したがって、従来装置と
同等の厚みで考えれば、磁気ディスク装置のを大容量化
することができる。以上のように、本発明ではスピンド
ルユニットを小型化し、同時に回転精度を向上すること
ができる。

【００２６】〔実施例２〕図７は本発明の他の実施例における磁気予圧装置１１、
１２の断面図である。図３においては永久磁石の肉厚を
均一としたが、図７においては永久磁石１１ｂの肉厚を
１１´ｂのように不均一にする（ｔ₃＞ｔ₄）。磁気予圧
装置１２の永久磁石１２´ｂに付いても同様である。
また、永久磁石１１´ｂ、１２´ｂの外径はラジアル軸
受３ａ、３ｂと同心円に形成する。この結果、永久磁石
１１´ｂと同１１ａ間の反発力Ｗによりスピンドル２は
軸受間隙を移動してラジアル軸受３ａ、３ｂに押し付け
られて保持され、図３の場合と同様の効果をえることが
できる。

【００２７】〔実施例３〕図８は本発明の他の実施例における磁気予圧装置１１、
１２の断面図である。図９は図８のＡ−Ａ断面図であ
る。実施例３は、磁気予圧装置１１、１２を省略して予
圧機構をモータ１０自身に設けた点が実施例１、２と異
なっている。図８、９においては、ハブ１の内周部にロ
ータマグネット９を同心状に固着し、軸受ハウジング４
の外周部にステータ８を設ける。

【００２８】また図９に示すように、軸受ハウジング４
の外径部をラジアル軸受３ａ、３ｂの中心に対して半径
方向に偏心して（ｔ₅＞ｔ₆）加工する。この半径方向の
偏心量ｔ₅−ｔ₆をラジアル軸受３ａ、３ｂの間隙ｃより
も大きく設定し、スピンドル２がモータ１０の磁気力に
より軸受間隙ｃ内の偏心方向に移動してラジアル軸受３
ａ、３ｂの内周面に接触し、予圧を受けるようにする。
さらに図８に示すように、ロータマグネット９をステー
タ８に対して軸方向にｇだけずらしてスラスト方向にも
予圧をかけるようにする。この結果、モータ１０自身が
ラジアル方向とスラスト両方向の予圧機構を有するの
で、磁気予圧装置１１、１２が省略でき、さらに軸受ハ
ウジング４の段付部も省略できるので形状を簡素化する
ことができる。

【００２９】また、上記ロータマグネットとステータの
一方をスピンドルの回転軸と同心の形状とし、他方をス
ピンドルの回転軸に対して偏心するようにしても同様の
効果を得ることができる。また、構成部品の減少により
軸方向寸法が短縮するので、ハブ１内の中心部にモータ
１０と油膜剛性の高い軸受を楽に配置することができ、
回転精度を高め、同時にコストを低減することができ
る。

【００３０】また、ラジアル軸受３ａ、３ｂ間の距離を
短縮できるため、磁性流体３１の循環がよくなって温度
分布が均一化されるので、熱変形によるオフトラックの
発生を低減することができる。なお、上記各実施例にお
いてはスピンル２を垂直方向に配置したが、スピンドル
２を水平に配置するようにしてもほぼ同等の効果を得る
ことができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明では、ハブ１の内部にモータ１０
と軸受装置を設けるので、磁気ディスク装置を薄型化す
ることができる。さらに、相互に偏心配置された二つの
リング状永久磁石を用いるスピンドルの磁気予圧装置に
より、スピンドルをラジアル軸受の片側に押しつけて軸
振れを低減し、回転精度を向上することができる。ま
た、上記スピンドルの回転軸の偏心により、潤滑油がス
ピンドルとラジアル軸受の接触面側に押し圧されるの
で、この接触面に常に油膜を安定に形成して軸と軸受の
信頼性を向上することができる。

【００３２】また、軸受損失の低減により温度上昇を低
減し、さらに、起動トルクの減少によりモータを小容量
化することができる。この結果、従来の磁気ディスク装
置において、軽荷重、高速回転によりスピンドルが偏心
率小さく回転するため軸受の油膜剛性が低くなって外乱
の影響を受け易く、振動も大きくなるという問題が解消
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気ディスク装置実施例の縦断面
図である。

【図２】図１におけるスピンドルユニットの断面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】スピンドル回転時における油膜圧力分布特性図
である。

【図５】スピンドルの偏心率と油膜剛性、損失の関係を
示す特性図である。

【図６】偏心による油膜圧力の分布図である。

【図７】本発明の他の実施例による磁気予圧装置の断面
図である。

【図８】本発明の他の実施例による磁気ディスク装置の
部分断面図である。

【図９】図８のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１…ハブ、２…スピンドル、３ａ、３ｂ…ラジアル軸
受、４…軸受ハウジング、５…スラスト軸受、７…下ベ
ースプレート、８…ステータ、９…ロータマグネット、
１０…モータ、１１、１２…磁気予圧装置、１５…複合
シール装置、１７…油室、２２…磁気ディスク、３１…
磁性流体。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者別府修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)参考文献特開平４−6667（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−151877（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−28260（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−187563（ＪＰ，Ｕ) 実開平４−14812（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−168321（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 19/20 F16C 25/00 - 25/08 F16C 27/00 - 27/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気ディスクを装着するハブに連結され
たスピンドルを、ハブの内部に設けた軸受ハウジング内
の軸受により回転自在に支持される磁気ディスク装置に
おいて、上記ハブの内周部にロ−タマグネットを取付
け、かつ、上記軸受ハウジングの外周部には上記ロータ
マグネットに対向してステータを設けてモータを形成す
るとともに、上記ハブの内周部と上記軸受ハウジングの
外周部にそれぞれリング状の永久磁石を取付け、さらに
上記一対のリング状永久磁石の回転側を上記スピンドル
の回転軸と同心の形状とし、他方を上記スピンドルの回
転軸に対して偏心するように配置した磁気予圧装置を設
けたことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】請求項１において、上記磁気予圧装置を
上記モータの両端部に設けたことを特徴とする磁気ディ
スク装置。
【請求項３】請求項１または２において、上記磁気予
圧装置の二つのリング状永久磁石間の間隙を上記スピン
ドルと軸受ハウジング内のラジアル軸受間の間隙より大
きくしたことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項４】請求項１ないし３の何れかにおいて、上
記磁気予圧装置の二つのリング状永久磁石をスピンドル
軸方向に相互にずらして配置したことを特徴とする磁気
ディスク装置。
【請求項５】請求項１ないし３の何れかにおいて、上
記軸受ハウジングに複合シ−ル装置を設けて上記スピン
ドル軸周りの潤滑油を封止したことを特徴とする磁気デ
ィスク装置。