JP4174453B2 - ディスクのチャック機構 - Google Patents

Description

本発明は、例えばハードディスク、サーボライタ、メディアテスタ、ヘッドテスタ等において、ディスクを着脱するディスクのチャック機構に関するものである。

従来から、ハードディスクに使用しスピンドルモータにより駆動する記録媒体であるディスクは、主にアルミニウムやガラスのブランク材を高精度の平面に研磨し、磁性体を塗布したものを用いているが、ディスクの平面度に対して板厚は非常に薄く、極めて歪み易い。

このため、ディスクの平面度を維持しながら、スピンドルモータに装着することは困難であり、またサーボライタやメディアテスタ等に頻繁に着脱することを前提とする場合には、短時間で確実にディスクを保持できる信頼性が要求されている。

図８は従来のチャック機構の構成図を示しており、ディスクＤを円筒状のセンタシャフト１のセンタ部１ａに挿入する際には、センタ部１ａの周囲に高精度の平行スペーサ２を配置し、その平行スペーサ２によりディスクＤを保持する。更に、ディスクＤの上面にキャップ３を配置し、ワッシャ４、ねじ５を介してキャップ３をセンタ部１ａに締結する。しかし、このねじ５の締結時には、ディスクＤが歪まないようにトルクドライバ等を使用する必要があり、着脱工程に時間が掛かるという問題がある。

また図９に示すように、ねじ５による締結の代りに、センタシャフト１に設けた吸引孔１ｂを用いて真空吸引を利用する方法も知られている。しかし、キャップ３が別部品となっているため、量産装置として自動化を考える際には、キャップ３の搬送機構を考慮する必要があり、スペースやコスト面において不適当である。

更に図１０に示すように、ディスクＤの内径部を利用し、センタ部１ａ上に設けた三点爪６を開閉して、ディスクＤを着脱する方法も知られている。この方式においてはキャップ３等の別部品は不要であるが、三点爪６が当接する狭い範囲でディスクＤを保持するため、保持部分に応力が集中し、ディスクＤに歪みが生じ易く、平面度を高精度に維持することは困難である。

このように従来例においては、短時間で確実に小さな歪みで高精度にディスクを着脱する機構は重要な要素でありながら、最適な方法が確立されていない。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、高精度に短時間で確実にディスクの着脱が可能なディスクのチャック機構を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るディスクのチャック機構は、センタシャフトのセンタ部に環状のディスクを固定するディスクのチャック機構において、前記センタシャフトの内部に設けられ、前記センタ部に設けた孔部に挿通する上下動自在の軸部を有するピストンと、前記センタ部の内部に設けられ、前記軸部の上部に形成したフランジ部の下部が当接し、前記軸部の降下停止位置を決定するするメカニカルストッパと、前記軸部のフランジ部上に取り付けられ、下面周囲に前記センタ部の上端と共働するテーパ部を有すると共に、前記軸部のフランジ部との間にシムを挿入して降下停止位置を微調整するテーパコーンと、前記テーパ部と前記センタ部の上端との間に設けられ、径が可変であるＯリングとを備え、前記軸部の下降により前記テーパコーンのテーパ部で前記Ｏリングの径を拡大して、前記ディスクの内縁部を押圧固定することを特徴とする。

本発明に係るディスクのチャック機構によれば、ディスクの固定時は降下位置を調整可能なテーパコーンによりＯリングの径を拡大してディスクの内縁部を押圧して固定することにより、ディスクの板厚が変化しても適切な押圧力で押圧し、一体構造で確実かつ簡便に高精度でディスクを着脱することができる。

図１は参考例１のディスクのチャック機構の断面図を示し、断面台形状のセンタシャフト１１は中間部より上方に円柱状のセンタ部１１ａを有し、下部には円形の内径を有する空胴部１１ｂが形成され、更にセンタ部１１ａの中心には孔部１１ｃが設けられている。また、センタ部１１ａは装着すべきディスクＤの内径ｄ０と同等の外径を有し、このセンタ部１１ａの上部は受皿状に形成され、底部１１ｄは平坦面とされ、周囲の縁部の内面は内側に傾斜するテーパ部１１ｅとされている。

空胴部１１ｂ内にはピストン１２が上下動自在に嵌合されており、ピストン１２の上部に設けられた軸部１２ａがセンタシャフト１１の孔部１１ｃに挿通されている。また、軸部１２ａの上端には、ディスクＤの内径ｄ０よりも小さな外径を有するテーパコーン１３がねじ１４により取り付けられており、テーパコーン１３の下面周囲にはセンタ部１１ａのテーパ部１１ｅと適合するテーパ部１３ａが形成されている。

センタ部１１ａの周囲には、ディスクＤを支持するための高精度に製作された円筒状の平行スペーサ１５が配置され、この平行スペーサ１５はセンタ部１１ａの高さからディスクＤの厚みを差し引いた高さとされている。そして、センタ部１１ａの上部とテーパコーン１３のテーパ部１３ａの間には、例えば合成ゴムから成り伸縮自在のＯリング１６が配置されている。

更に、空胴部１１ｂ内には、ピストン１２を下方に押し下げる付勢力を作用させるコイルばね１７が配置されている。また、１１ｆはセンタシャフト１１に設けられ、空胴部１１ｂ内に通ずる空気抜き孔である。

このような構成においてピストン１２を高圧エアにより上動し、或いはコイルばね１７の付勢力により下動すると、軸部１２ａを介して連結したテーパコーン１３が上動又は下動し、図１、図２に示すようにＯリング１６はテーパコーン１３のテーパ部１３ａ、センタ部１１ａのテーパ部１１ｅ間に沿って移動することにより、径が縮小、拡大する。つまり、図１に示すようにテーパコーン１３が降下した際のＯリング１６の外径はｄ１、図２に示すようにテーパコーン１３が上昇した際のＯリング１６の外径はｄ２となる。

そして、ピストン１２に高圧エアを供給することにより、ピストン１２が上方に押し上げられると共にテーパコーン１３が持ち上がると、図２に示すようにＯリング１６は自己の弾性力により収縮し、外径がディスクＤの内径ｄ０よりも小さくなる（ｄ２＜ｄ０）。この状態において、ディスクＤの内縁部はテーパコーン１３、Ｏリング１６を素通りできるので、ディスクＤをセンタ部１１ａの周囲の平行スペーサ１５上に取り付けたり、或いは取り外すことができる。

ディスクＤを取り付けた状態で、ピストン１２に対する高圧エアの供給を停止すると、コイルばね１７の付勢力によりピストン１２と共にテーパコーン１３が降下し、図１に示すようにＯリング１６は押し拡げられ（ｄ１＞ｄ０）、ディスクＤの内縁部に接するようにして押圧する。この際に、Ｏリング１６の径はテーパ部１３ａに沿って徐々に拡大されるため、ディスクＤの内縁部を押圧して固定する際に、ディスクＤを急激に圧迫させて歪ませることはない。

また、テーパコーン１３の降下時にその下面中央部がセンタ部１１ａの底部１１ｄに接するメカニカルストッパにより、ピストン１２の降下位置が決まるため、Ｏリング１６がディスクＤの内縁部に接触するように、予めテーパ形状を設定することにより再現性の良い動作が可能となる。更に、ディスクＤの板厚が変化した際には、平行スペーサ１５の高さを変更することにより対応することができる。

本参考例におけるディスク保持機構は、Ｏリング１６の径をテーパコーン１３のテーパ部１３ａによって押し拡げることにより、Ｏリング１６によりディスクＤの内縁部を押圧するので、別体のキャップや止めねじを使用することなく、一体構造で確実に迅速にディスクＤを着脱することができる。そのため、生産設備として自動化の対応が容易で、効率良く稼動させることができる。

また、ディスクＤの大きさに見合った大きさのＯリング１６を用いれば、基本的な構造はそのままで様々な大きさのディスクＤに対応が可能であり、市販のＯリングを使用した設計も容易に可能となり、メンテナンスコスト上の利点も大きい。

更に、本参考例におけるディスクのチャック機構は、ディスクＤの固定に際して、直前までセンタ部１１ａとテーパコーン１３の上端間に介在していた空気が外方に流出するので、この空気流によりディスクＤの表面の塵埃や金属粉等を清浄する効果もある。

図３は実施例のディスクのチャック機構の断面図を示しており、参考例１と同一の部材には同一の符号を付している。参考例１と同様に、ピストン１２と連結したテーパコーン１３によりＯリング１６を変形し、ディスクＤを固定、解離する。

センタ部１１ａ内にテーパコーン１３の下降に際して作用する別体のメカニカルストッパ１８が設けられており、軸部１２ａの上部に設けられたフランジ部１２ｂの下部が、メカニカルストッパ１８の上面に当接するようにされている。そして、テーパコーン１３の降下停止位置は、軸部１２ａとテーパコーン１３の間にシム１９を挿入して微調整するようにされている。なお、ピストン本体１２ｃと軸部１２ａは別体とされ、ねじ２０により連結されている。

このように、テーパコーン１３の降下停止位置を微調整することで、Ｏリング１６によるディスクＤに対する固定力を任意の大きさとすることができる。

また、ピストン１２に対する付勢力として、等角度に配置された６個のコイルばね１７が使用されており、このように複数個のコイルばね１７を使用することでピストン１２に対する押圧力が均一になり、回転時の動バランスにおいても有利となる。

図４は参考例２のディスクのチャック機構の断面図を示しており、実施例と同様に、ピストン１２と連動したテーパコーン１３によりＯリング１６の径を変えてディスクＤを固定、解離する。初期時のピストン１２の位置を微調整することにより、コイルばね１７の付勢力を任意に調整することができ、ディスクＤの板厚や使用回転数に応じて、Ｏリング１６の固定力をより適切な大きさにすることができるようになっている。

即ち、本参考例２においては、テーパコーン１３はピストン１２の軸部１２ａと一体構造にされており、軸部１２ａはピストン１２のピストン本体１２ｃとは別体とされている。なお、テーパコーン１３は実施例のように軸部１２ａとねじ１４により連結してもよい。軸部１２ａの下部にはねじ溝１２ｄが周設され、ピストン本体１２ｃは軸部１２ａに挿通され、ねじ溝１２ｄにはロックナット２１が螺合されている。

従って、ロックナット２１の軸部１２ａに対する位置を調整することによって、軸部１２ａに対するピストン本体１２ｃを上下動して、コイルばね１７のセンタシャフト１１内における収容距離を可変して、コイルばね１７の付勢力の初期値を調整することができる。なお、参考例２におけるメカニカルストッパについては図示を省略している。

このように参考例２においては、ロックナット２１によりコイルばね１７の付勢力を任意に変更できるので、使用するディスクＤの材質や厚み、回転数に対応した最適な付勢力を設定することができる。

実施例においては、ピストン１２の動作はクリーンな高圧エアによることが最適と考えられるが、装置の使用条件、使用環境に応じて、各種高圧ガス又は電磁ソレノイドや直動モータ等のアクチュエータを使用してもよい。或いは、空気抜き孔１１ｆを利用して、真空吸引によりピストン１２を上昇させることもできる。更には、コイルばね１７の付勢力も空胴部１１ｂ内への高圧空気の注入によって代替することもできる。

なお、実施例においては、平行スペーサ１５をセンタシャフト１１と別体として説明したが、一体であっても支障はない。

図５は参考例３のチャック機構の外観図、図６は分離した断面図を示している。参考例１のセンタシャフト１１に相当する部分は、シャフト３１とホルダ３２とに分離され、複数枚のディスクＤをオフラインでスタックできる構造とされており、一度に多数のディスクＤを搭載するサーボライタなどに使用される。

シャフト３１はホルダ３２上に載置され、これらは真空吸引力により相互に固定されている。シャフト３１の下面には複数のピン３３が突出されており、ホルダ３２側の滑り止め孔３２ａに挿入することにより、モータ加速時及び停止時の位置ずれが防止されている。なお、ピン３３はシャフト３１の慣性が小さい場合には省略することもできる。

シャフト３１の中心部には、下端にリリースボタン３４ａを形成すると共に、中心に真空吸引孔３４ｂを貫通した軸部３４が上下動自在に挿着され、シャフト３１との間に配置されたコイルばね３５により軸部３４は下方に付勢されている。シャフト３１の下端及び軸部３４のリリースボタン３４ａは、ホルダ３２に設けられた真空引き孔３２ｂ内に密着して挿入されるようになっている。また、シャフト３１の上端はテーパ状に凹みが設けられ、軸部３４の上端に螺合されたテーパコーン３６のテーパ部の間に、Ｏリング３７が介在するようにされている。

更に、シャフト３１の周囲には、複数個の円筒状の平行スペーサ３８が積層され、各平行スペーサ３８間にディスクＤが挟着され、シャフト３１の上方にはキャップ３９が被着されている。

ディスクＤをシャフト３１に固定するには、図７に示すように、シャフト３１を専用のディスクスタックツール４０にロック部材４１によりロックして取り付けてから、シャフト３１の周囲に平行スペーサ３８とディスクＤとを交互に積層してゆき、最上部にキャップ３９を被着する。

シャフト３１の孔部を通る軸部３４は、下端のリリースボタン３４ａがディスクスタックツール４０に当接することより押し上げられる。

軸部３４が押し上げられると、テーパコーン３６が共に上動して、Ｏリング３７への拘束力が弱まりＯリング３７が収縮するので、ディスクＤ、平行スペーサ３８、キャップ３９を円滑に装填することができる。

ディスクＤ、平行スペーサ３８、キャップ３９を装填後に、シャフト３１をスタックツール４０から外すと、コイルばね３５の付勢力により軸部３４が下降し、テーパコーン３６はＯリング３７を拡大しキャップ３９はこのＯリング３７により仮止めされる。この仮止めされたキャップ３９は、最終的にはシャフト３１をホルダ３２に装着することにより、シャフト３１と共にホルダ３２の真空引き孔３４ｂを介して加えられる真空吸引力によって保持される。

同時に、この真空吸引力はキャップ３９、平行スペーサ３８を介して各ディスクＤの内縁部を押圧して固定する。真空引きを徐々に行えば、キャップ３９による押圧力は、平行スペーサ３８を介して各ディスクＤの内縁部に徐々に均等に加えられるため、ディスクＤが歪む虞れはない。

キャップ３９が一旦仮止めされることで、シャフト３１をホルダ３２に移動するまで、ディスクＤや平行スペーサ３８が脱落することがない。また、ディスクＤの装填作業はシャフト３１をホルダ３２から外してオフラインで行うため、シャフト３１を予め何組か用意しておけば効率の良い作業が実施できる。

参考例１のディスク固定時のチャック機構の断面図である。 ディスク解離時のチャック機構の断面図である。 実施例のチャック機構の断面図である。 参考例２のチャック機構の断面図である。 参考例３のチャック機構の外観図である。 参考例３のシャフトとホルダとの分離時の断面図である。 参考例３のシャフトにディスクを組み付ける状態の断面図である。 従来のチャック機構の断面図である。 従来のチャック機構の断面図である。 従来のチャック機構の斜視図である。

符号の説明

１１ センタシャフト
１１ａ センタ部
１１ｂ 空胴部
１１ｃ 孔部
１１ｅ テーパ部
１２ ピストン
１２ａ 軸部
１２ｃ ピストン本体
１３ テーパコーン
１３ａ テーパ部
１５、３８ 平行スペーサ
１６、３７ Ｏリング
１７、３５ コイルばね
１８ メカニカルストッパ
１９ シム
２１ ロックナット
３１ シャフト
３２ ホルダ
３４ 軸部
３４ａ リリースボタン
３４ｂ 真空吸引孔
３９ キャップ
４０ ディスクスタックツール
Ｄ ディスク

Claims (7)

1. センタシャフトのセンタ部に環状のディスクを固定するディスクのチャック機構において、
   前記センタシャフトの内部に設けられ、前記センタ部に設けた孔部に挿通する上下動自在の軸部を有するピストンと、
   前記センタ部の内部に設けられ、前記軸部の上部に形成したフランジ部の下部に当接し、前記軸部の降下停止位置を決定するするメカニカルストッパと、
   前記軸部のフランジ部上に取り付けられ、下面周囲に前記センタ部の上端と共働するテーパ部を有すると共に、前記軸部のフランジ部との間にシムを挿入して降下停止位置を微調整するテーパコーンと、
   前記テーパ部と前記センタ部の上端との間に設けられ、径が可変であるＯリングとを備え、
   前記軸部の下降により前記テーパコーンのテーパ部で前記Ｏリングの径を拡大して、前記ディスクの内縁部を押圧固定することを特徴とするディスクのチャック機構。
2. 前記センタ部の周囲に前記ディスクを保持する円筒状の平行スペーサを配置したことを特徴とする請求項１に記載のディスクのチャック機構。
3. 前記テーパコーンの外径及び縮小時の前記Ｏリングの外径は、前記ディスクの内径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のディスクのチャック機構。
4. 前記ピストンは空気圧により動作することを特徴とする請求項１に記載のディスクのチャック機構。
5. 前記ピストンの下降は前記センタシャフト内に設けたコイルばねの付勢力により動作することを特徴とする請求項１に記載のディスクのチャック機構。
6. 請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載のチャック機構を搭載したことを特徴とするスピンドルモータ。
7. 請求項６に記載のスピンドルモータを搭載したことを特徴とするサーボトラックライタ。

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