JP3791469B2

JP3791469B2 - ディスク駆動装置

Info

Publication number: JP3791469B2
Application number: JP2002187044A
Authority: JP
Inventors: 祐治藤田; 朝雄中野; 泰雄天野; 信之牛房; 貢記上船; 高司山口; 俊幸安島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: US6950276B2; US20040001281A1; JP2004032926A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディスクを回転させるディスク駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ディスク駆動装置のスピンドルモータを構成するステータは、スロット間隔がコイル導線よりも幅の広いオープンスロット構造を採用し、ステータコイルはスロット間隔からツールを差し込んでティースコイル形成部の廻りにコイル導線を巻き込む巻込方式か、巻込方式や形成済みコイルをティースに嵌め込む嵌込方式で形成されている。
【０００３】
また、他の構造として特開平6-54468号公報に記載されたクローズドスロット構造もある。このクローズドスロット構造にコイルを形成する手法としては、巻込方式がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ディスク駆動装置の磁気回路でコギングトルクが生じ、滑らかな回転が得られないことがある。
【０００５】
特に、ディスク径やディスク外形を小さくするとともに薄いディスク駆動装置を実現しようとすると、必要な回転力を確保するために磁力を大きくする必要があるが、大きな磁力を発生する磁石、特にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石を採用すると強力な磁場を発生できる反面、モータ特性としては欠点となるコギングトルクも増大する。
【０００６】
このコギングトルクを抑えるためには、上述の従来技術のようにティース先端部の間隔を狭めて磁極の滑らかに変化させることが効果的である。
【０００７】
上述の特開平6-54468号公報に記載されているような、連結部品にティースをかしめた組立型クローズドスロット構造を採用した場合には、クローズドスロット構造を実現できるが、部品数が増加することにより組立コストの増大、接続部での耐久性の低下、装置全体厚みの増加等の問題が生じる。
【０００８】
オープンスロット構造を採用し、隣接するティースのスリットの最小間隔をコイル導体の最小厚み以下まで狭め、巻込方式を採用した場合には、コイル導体をスリットから挿入することができないので、スリット幅をコイル導体が通過できるように広げる変形加工が必要になる。しかし、元の形に再加工する場合、精度よく再加工することは困難なので、どうしてもロータ磁石との対向面積が減少してしまう。ティース先端部はロータの永久磁石と対向して回転トルクを発生させているので、ロータ磁石に対向する面積が減少すると、回転トルクが低下してしまう。
【０００９】
一方、嵌込方式を採用した場合でもはティース先端部の膨らみ（最小スリット幅）を通過させるなくてはいけないので、同様に変形させる必要がある。
【００１０】
つまり、クローズドスロット構造やスロット間隔がコイル導体幅以下であるオープンスロット構造の場合、ステータコアであるティースを再加工せずにコイルを形成することがなかった。
【００１１】
本発明の目的は、クローズドスロット構造やスロット間隔がコイル導体幅以下であるオープンスロット構造を採用した場合でも、回転トルクを低下させないディスク駆動装置を実現することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願の次の態様により上述の課題が解決できる。
【００１３】
一つの態様に、ディスクと複数の磁石が固定されているロータと、磁石の外周に配置されているオープンスロット型の一体成型ステータを有するディスク駆動装置であって、ティース上の金属膜をエッチングすることにより形成したコイルを備えたステータを用いたものがある。
【００１４】
このようにスロット幅をコイル導体の厚みに関係なく狭くできるので、コギントルクを小さし、滑らかな回転が可能なディスク駆動装置を実現できる。
【００１５】
さらに、スロットの最小幅がステータの周囲を巻き回すコイル導体の最小厚さ以下である場合、上記ステータを採用することにより、トルクの低下を抑制できる。
【００１６】
通常、クローズドスロット型の一体成型ティースをステータコアに採用する場合、コイル導体を特別な巻き線機を使用しないと形成することができないが、この態様の場合、特別な巻き線機を使用しないでもステータのコイルを形成することができる。
【００１７】
また、他の態様としては、ディスクと複数の磁石が固定されているロータと、磁石の外周に配置されているクローズドスロット型の一体成型ティース上の金属膜をエッチングすることにより形成したコイルを備えたステータを有するようにするものがある。
【００１８】
通常、クローズドスロット型の一体成型ティースをステータコアに採用する場合、コイル導体を特別な巻き線機を使用しないと形成することができないが、この態様の場合、特別な巻き線機を使用しないでもステータのコイルを形成することができる。また、このようにスロット幅をコイル導体の厚みに関係なく狭くできるので、コギントルクを小さし、滑らかな回転が可能なディスク駆動装置を実現できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るディスク駆動装置の実装構造の好ましい実施の形態を図１乃至図５を用いて説明する。
【００２０】
図１は本発明に関するディスク駆動装置の実装構造の要図である。
【００２１】
ディスク記憶装置１００は、ベース１０１、コネクタ１７０、カバー１０２で囲まれた空間に外径１インチのディスク１０３とディスクを駆動するロータ部１０９およびステータ部１１０が組込まれた構成であり、外形寸法はコンパクトフラッシュ（Ｒ）メモリｔｙｐｅ１と同一サイズ（４３ｍｍ×３６ｍｍ×３．３ｍｍ）である。
【００２２】
固定シャフト１０５は固定ネジ１０６を用いてベース１０１に固定されている。ハブ１０４は、固定シャフト１０５に対して、軸受け１０７および１０８により回転可能な状態で支持されている。ディスク１０３はリング１１２およびナット１１３を用いてハブ１０４に固定されている。環状永久磁石１１０はハブ１０４の上面に嵌めこまれている。
【００２３】
メタルコア基板２００とこのメタルコア基板表裏に形成された配線は、ステータおよびＩＣなどの部品を搭載する配線基板として機能している。その４隅においてベース１０１の突起部（図示せず）に固定されている。
【００２４】
メタルコア基板２００上には回路層が形成され、ＩＣ１５０およびチップ部品１５１がはんだや金ワイヤなど用いて電気的に接続され、その端部にはディスク記憶装置１００の外部との電気信号を送受するために複数の信号ピンが形成されたコネクタ１７０が搭載されている。
【００２５】
また、ディスク記憶装置１００の外部から進入する粒子がディスク１０３表面に付着しないように、コネクタ１７１に封止樹脂１７１を塗布、加熱硬化させ、コネクタ１７１に形成されている貫通孔をふさいである。
【００２６】
メタルコア基板２００とディスク１０３との間には、メタルコア基板から発生する磁気を遮断してディスク１０３への影響を防ぐための磁気シールド板１６０がメタルコア基板２００の表面に固定設置されている。
【００２７】
図２はディスク駆動装置のロータ部１０９およびステータ部１１０の一部を回転軸線１１１方向から見た概略図である。環状永久磁石１１０はロータ部１０９を構成しており、円周方向に１２極また１６極に分割して磁化されている。磁化の方向は図のＮ極およびＳ極に示すように半径方向である。
【００２８】
メタルコア基板２００はステータ部１１０を構成しており、ティース連結部２０１、ティースコイル形成部２０４、ティース先端部２０５、配線２０２、スルーホール２０３からなる。ティース連結部２０１は軟磁性材料、例えばケイ素鉄からなる薄板の積層板であり、モータの鉄損の少ない構造である。ティースコイル形成部２０４及びティース先端部２０５も同様の構造をしており、ティース先端部２０５は環状永久磁石１１０との間にラジアルギャップ２０６を介して対向している。ティースコイル形成部２０４は環状永久磁石１１０の極数の１．５倍の本数からなり、１８本または２４本である。
【００２９】
配線２０２は絶縁層を介してティース連結部２０１、ティースコイル形成部２０４の表面および裏面に形成されている。ティース連結部２０１上の配線は電子部品の搭載が可能な電子回路でありティースコイル形成部２０４上の配線に接続されている。ティースコイル形成部２０４上の配線はティースコイル形成部２０４と隣接するティースコイル形成部との間に配置された樹脂のスルーホール２０３で表裏が接続され、ティースコイル形成部２０４を取り巻く巻線構造となっている。このようにティース連結部２０１上に搭載される電子部品で配線に流す電流を制御することにより環状永久磁石１１１に対して生じる磁界を制御し、ロータ部１０９を回転させるトルクを発生する。
【００３０】
ここで、隣り合うティース先端部２０５同士の間隔をＧとする。間隔Ｇを狭めるか、またがティース先端部２０５同士を接続する形状とすると、ティース先端部内側の磁力線の一部が隣接するティース先端部２０５に流れるため、環状永久磁石１１０とティース先端部２０５が互いに引きつけ合う磁力が減少し、コギングトルクが減少する。
【００３１】
図３は、図２に示す切断面ｃ−ｃ‘における構造の要部を示している。メタルコア基板２００は、２層の表面配線２０８、２層の裏面配線２０９、ティースコイル形成部２０４、スルーホール２０３、および絶縁層２０７からなる。本実施例では、一断面においてティースコイル形成部２０４を２回取り巻く巻線構造となっているが、メタルコア基板２００の形成プロセスにおいて配線層をさらに多層化すれば、巻線を更に増やすことができる。
【００３２】
図４は、図２に示す切断面ｄ−ｄ‘における構造の要部を示している。ティース連結部２０１は、そのティースコイル形成部２０４においてケイ素鉄からなる厚さ約0.1ｍｍの薄板を４枚積層した構造であり、合計の厚さｔ1は約0.4mmである。また、鉄心片先端部２０５では表面に２枚裏面に２枚の薄板を貼り合せており、合計の厚さｔ2は約0.8mmである。このように鉄心片先端部２０５を厚く形成することで環状永久磁石１１０の磁束を効率良く捕捉してトルクを確保し、それ以外の領域のティースコイル形成部２０４を薄く形成することで、ステータ部としての薄形化を達成できる。
【００３３】
ここで、図３乃至図４において、導体の厚さが最小となる表面配線２０８、または裏面配線２０９の配線厚さをｄとする。従来の巻線をティースコイル形成部２０４に巻き回すモータ構造では、配線厚さｄに比べて図２に示す間隔Ｇを広くすることで、コイルをティースコイル形成部２０４の周囲に挿入することができる。本発明ではコイル、鉄心片、および配線基板を一体物として形成できるので、配線厚さｄに比べて間隔Ｇを広くする必要は無く、配線厚さｄに比べて間隔Ｇを等しくまたは狭くしてもよい。さらに、間隔Ｇ＝０すなわちティース先端部２０５同士を接続する形状も形成可能である。
【００３４】
図５はメタルコア基板２００の形成プロセスを示す。
（ａ）メタルコア材として、厚さ約0.1mm鉄損の少ないケイ素鉄からなるティース連結部２０１、ティースコイル形成部２０４、ティース先端部２０５を用意する。
（ｂ）化学エッチングによりティース先端部の形状を形成し、４枚の磁性金属板を接着剤を介して積層する。
（ｃ）片側に樹脂接着層が予め塗布された銅箔であるＲＣＣ（Resin Coated Copper）を上記ティース連結部２０１、ティースコイル形成部２０４及びティース先端部２０５の表面および裏面に貼り合わせる。
（ｄ）ドリルまたはレーザによりメタルコア基板のコア材を貫通するスルーホール２０３を形成する。
（ｅ）スルーホール２０３の内壁に銅をメッキする。
（ｆ）銅箔をエッチングすることにより、基板表面及び裏面にＸ方向の回路パターン２０２を形成する。このときステータコイル形成部２０４を取り巻くコイルの平坦部の配線を同時に形成する。
（ｇ）ＲＣＣを表面および裏面にさらに積層し、Ｙ方向の回路パターン２０２を同様にエッチングで形成する。ここでもステータコイル形成部２０４を取り巻くコイルの平坦部の２層目の配線を形成する。また、１層目の配線やスルーホールとコンタクトをとるスルーホールも形成し、そのスルーホールの内部を銅でメッキする。
（ｈ）はんだ付け部品のはんだの拡散を防ぐためのソルダレジスト層を形成する。（ｉ）印刷によりはんだを供給後、チップマウンタを用いてＩＣ１５０、チップ部品１５１を搭載し、リフロー炉により部品をはんだ付けする。このときコネクタの搭載も同時に行なう。
【００３５】
以上によりメタルコア基板の形成および部品搭載を完了し、図１に示すようにコネクタの側面を樹脂１７１により封止する。ディスク１０３をハブ１０４に取り付け後、固定ネジ１０６を用いて軸受１０７、１０８を含むロータ部１０９をベース１０１に固定する。その後、磁気シールド板１６０を搭載したメタルコア基板２００をベース１０１の４隅に形成された突起部（図示せず）に固定する。最後にカバー１０２を取りつけ、ディスク記憶装置として完成する。
【００３６】
図６の横軸にティース先端部２０５の間隔Ｇ、縦軸にコギングトルクをとったグラフを示す。L1は従来のＮｄ−Ｆｅ−Ｂボンド磁石によるモータのコギングトルクである。L2はより高性能なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石によるモータのコギングトルクである。L1ではG＝0.1〜0.15mmまで広げても、コギングトルクは定格回転時（＠3600rpm）のトルク(＝0.067mNm)を超えないので、モータ回転は可能である。一方L2では、L1に比べてコギングトルクは約３倍となり、G＝0.05mm以上では定格回転時（＠3600rpm）のトルク(＝0.067mNm)を超えてしまいモータ回転は不可能となるので、G＝0.04mm以下にしなければならない。
【００３７】
従来の巻線をティースコイル形成部２０４に巻回すモータ構造では、コイルの直径は約0.06〜0.07mmであり、G＝0.04mm以下の隙間ではコイルをティースコイル形成部２０４の周囲に挿入することができない。巻線の直径を0.04mm未満とすればコイル形成は可能であるが、コイル抵抗が増大し電流によるエネルギーロスが増大する。本発明では配線厚さを間隔Ｇと等しくまたは狭くしても原理的に形成可能なのでG＝0.04mm以下の隙間を実現できる。よって、従来より高性能なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石でコギングトルクの低減が可能となり、薄形でトルクの高いモータ設計が可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、ステータコイルをスリット開口部を用いずに、形成するので、スリット間隔を狭くすることができる。特に、コイル導体の厚み以下の開口部のオープンスロットやクローズドスロットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスク駆動装置の要部断面図である。
【図２】ディスク駆動装置のロータ部およびステータ部の一部を回転軸線方向から見た概略図である。
【図３】ディスク駆動装置の図２に示す切断面ｃ−ｃ‘における構造の要部を示している。
【図４】ディスク駆動装置の図２に示す切断面ｄ−ｄ‘における構造の要部を示している。
【図５】メタルコア基板の形成プロセスを示す。
【図６】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂボンド磁石およびＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石によるモータの鉄心片先端部間隔Ｇとコキングトルクの関係を示す。
【符号の説明】
１００…ディスク記憶装置、１０１…ベース、１０２…カバー、１０３…ディスク、１０４…ハブ、１０５…固定シャフト、１０６…固定ネジ、１０７…軸受け、１０８…軸受け、１０９…ロータ部、１１０…ステータ部、１１１…環状永久磁石、１１２…リング、１１３…ナット、１５０…ＩＣ、１５１…チップ部品、１７１…封止樹脂、２００…メタルコア基板、２０１…ティース連結部、
２０２…配線、２０３…スルーホール、２０４…ティースコイル形成部、２０５…ティース先端部、２０６…ラジアルギャップ、２０７…絶縁層、２０８…表面配線、２０９…裏面配線

Claims

ディスクが固定され且つその外周に複数の磁石が該ディスクの主面に対向する面内に並べて固定されているロータと、
前記ロータの前記外周に配置され、各々の一端が前記複数の磁石に対向し且つ他端が該ロータから遠ざかるように延在する複数のティースを備えた一体成型ステータとを備え、
前記複数のティースの各々は、その前記他端で相互に結合され、その隣り合う一対は前記一端で互いに離間され、且つその該一端と該他端との間の部分にはメタルコア基板が設けられ、
前記ティースの各々に設けられた前記メタルコア基板は、該ティースの各々の表面に形成された表面配線、その裏面に形成された裏面配線、及びその両側面を覆う絶縁層内の該側面の両側に夫々形成されて該表面配線と該裏面配線とを接続するメッキされたスルーホールからなるコイルであり、
前記表面配線及び前記裏面配線は、前記ティースの各々の前記表面及び前記裏面に形成された金属膜をエッチングして形成され、
前記ティースの各々とこれに隣接する該ティースの他とを離間する最小幅：Ｇは、前記表面配線及び前記裏面配線は、該各々のティースにおける前記表面配線及び前記裏面配線の最小薄さ：ｄより小さいことを特徴とするディスク駆動装置。
前記ティースは軟磁性材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載のディスク駆動装置。
前記ティースは前記軟磁性材料の積層板で形成されることを特徴とする請求項２に記載のディスク駆動装置。
前記ティースを形成する前記軟磁性材料は珪素鉄であることを特徴とする請求項２に記載のディスク駆動装置。
前記金属膜は、銅箔であることを特徴とする請求項１に記載のディスク駆動装置。
前記金属膜は、その一方の側が樹脂接着層で覆われた箔であることを特徴とする請求項１に記載のディスク駆動装置。
前記複数の磁石は、前記ロータの前記外周に配置された環状永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載のディスク駆動装置。
前記ティースの各々の前記裏面は前記ディスクに対向することを特徴とする請求項１に記載のディスク駆動装置。
前記メッキされたスルーホールの内壁には銅でメッキされていることを特徴とする請求項１に記載のディスク駆動装置。