JP4301522B2 - ディスク回転駆動装置及びそのディスク取付方法、スプリング・ワッシャ - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ等の情報処理装置に内蔵されるハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ「Hard Disk Drive」）等のディスク回転駆動装置及びそのディスク取付方法、スプリング・ワッシャに関する。

従来、ハード・ディスク・ドライブのディスク回転駆動装置として、図１２（特許文献１）、或いは図１３（特許文献２）に示すものがある。

図１２は、ディスク回転駆動装置の要部判断面図である。このディスク回転駆動装置では、中心部が回転軸１０１として構成され、記録媒体であるディスク１０３が、ハブ１０５にクランプ１０７の押圧力（以下「軸力」と称す。）により固定的に支持されている。ハブ１０５は、回転軸１０１に締まり嵌めにより結合されている。クランプ１０７は、円盤状板バネ材により形成されている。

図１３（ａ）は、ディスク回転駆動装置の要部平面図、（ｂ）は、同要部断面図である。このディスク回転駆動装置では、中心部が固定軸１０９として構成され、ディスク１１１は、ハブ１１３にクランプ１１５の軸力により固定的に支持されている。ハブ１１３は、固定軸１０９に軸受機構１１７により回転可能に支持されている。クランプ１１５は、フェライト系ステンレスによりバネ構造に形成されている。

従って、何れのディスク回転駆動装置においても、クランプ１０７，１１５のバネ性を用いてハブ１０５，１１３にディスク１０３，１１１を固定的に支持し、ディスクの安定した回転駆動を行わせ、またハード・ディスク・ドライブに衝撃入力があったときにディスク１０３，１１１がずれないようにすることができる。

しかし、ディスク支持のための軸力は、クランプ１０７，１１５のバネ性にのみ依存する形態であるため、クランプ１０７，１１５の製造誤差によりディスク１０３，１１１支持のための軸力が変化し、製品毎にばらつく恐れがあった。

特開２００３−１６４１２８号公報 特開平９−１８０３６１号公報

解決しようとする問題点は、クランプの製造誤差によりディスク支持のための軸力が変化し、製品毎にばらつく恐れがあった点である。

本発明は、回転駆動可能な回転体に、記録用のディスクをクランプによる回転軸心方向の押圧力により固定的に支持するディスク回転駆動装置において、前記回転体に、前記ディスクの内径側で該ディスクの一側面に対し回転軸心方向に突出する嵌合軸部を設け、前記クランプを、リング状の固定リング及びスプリング・ワッシャにより形成し、前記固定リングを、前記嵌合軸部に嵌合により固定し、前記スプリング・ワッシャを、前記固定リング及びディスク間で前記嵌合軸部に嵌合させ且つ撓めることで前記ディスクの一側面に対し所定の押圧力で弾接するばね材とし、前記スプリング・ワッシャは、リング状の板ばねで形成され且つ外径側に前記ディスクの一側面に凸形状で弾接する第１当接部を有すると共に内径側に前記固定リングに凸形状で弾接する第２当接部を備え、前記スプリング・ワッシャの外径側縁部と前記固定リングとの間及び同内径側縁部と前記嵌合軸部との間に、隙間を有することを最も主要な特徴とする。

本発明は、回転駆動可能な回転体に、記録用のディスクをクランプによる回転軸心方向の押圧力により固定的に支持するディスク回転駆動装置において、前記回転体に、前記ディスクの内径側で該ディスクの一側面に対し回転軸心方向に突出する嵌合軸部を設け、前記クランプを、リング状の固定リング及びスプリング・ワッシャにより形成し、前記固定リングを、前記嵌合軸部に嵌合により固定し、前記スプリング・ワッシャを、前記固定リング及びディスク間で前記嵌合軸部に嵌合させ且つ撓めることで前記ディスクの一側面に対し所定の押圧力で弾接するばね材とし、前記スプリング・ワッシャは、リング状の板ばねで形成され且つ外径側に前記ディスクの一側面に凸形状で弾接する第１当接部を有すると共に内径側に前記固定リングに凸形状で弾接する第２当接部を備え、前記スプリング・ワッシャの外径側縁部と前記固定リングとの間及び同内径側縁部と前記嵌合軸部との間に、隙間を有する。
このため、固定リングを回転体の嵌合軸部に嵌合により固定するとき、スプリング・ワッシャを、固定リング及びディスク間で撓めてディスク支持のための軸力を設定することができ、クランプの製造誤差に係わらず軸力の製品毎のばらつきを抑制することができる。

ディスク支持のための軸力を製品毎に安定させるという目的を、クランプ嵌合部の嵌合によりスプリング・ワッシャを撓めることで実現した。

［ディスク回転駆動装置］
図１，図２は、本発明実施例１を適用したディスク回転駆動装置に係り、図１は、要部分解斜視図、図２は、要部拡大半断面図である。

図１，図２のように、ディスク回転駆動装置１は、本実施例においてハード・ディスク・ドライブに組み込まれ、記録用のディスク３を回転駆動するものである。ハード・ディスク・ドライブは、例えば携帯電話等のポート等に対して着脱可能とされた小形可搬型のものであり、その大きさは、例えば０．８５インチ程度である。但し、適用するハード・ディスク・ドライブの大きさは、種々のものを採用することができ、さらにはディスク回転駆動装置１をハード・ディスク・ドライブ以外の他の装置に適用することも可能である。

ディスク回転駆動装置１は、駆動可能な回転体であるハブ５に、ディスク３をクランプ７による回転軸心方向の軸力により固定的に支持している。

ハブ５には、ディスク支持用の段部９が設けられ、段部９は、周回状の嵌合部１１及び回転軸心方向に向いた支持面１３からなっている。ディスク３は、ディスク内径部１５が嵌合部１１に嵌合すると共に一側面１７の内径側がクランプ７の軸力を受けつつ他側面１９の内径側が支持面１３に支持されている。

ハブ５には、中空の嵌合軸部２１が設けられている。嵌合軸部２１は、ディスク３の内径側で該ディスク３の一側面１７に対し回転軸心方向に突出している。嵌合軸部２１の外周面２３は、断面円形に形成されている。

ハブ５は、中空に形成され、軸受けメタル２５により固定軸２７に回転可能に支持されている。軸受けメタル２５は、プレート２９，３１により固定軸に対して回転軸心方向の位置決めがなされている。ハブ５には、マグネット３３が固定され、図外のベースに支持されたコイルと共に回転駆動用のモータを構成している。モータの通電制御によりハブ５が、固定軸２７の回りに回転駆動可能となっている。

固定軸２７には、雌ねじ部３５が設けられている。この固定軸２７の一端（図２では下端）は、雌ねじ部３５に対するビスなどの締結によりハード・ディスク・ドライブのベースに固定されている。固定軸２７の他端（図２では上端）には、図外のハウジングのカバーが雌ねじ部３５に対するビスなどの締結により固定されている。

このように、ハウジングのカバーが固定軸２７に固定されることで、可搬型の
ハード・ディスク・ドライブを携帯電話のポートに挿入する時などにハード・ディスク・ドライブに対する把持力がカバーに入力されても、回転部であるハブ５側に外力が働くことを抑制することができ、ディスク３の円滑な回転駆動を行わせることができる。

クランプ７は、固定リング３７及びスプリング・ワッシャ３９により形成されている。

固定リング３７は、クランプ嵌合部をリング形状として適用したものであり、嵌合軸部２１に焼き嵌めの嵌合により固定されている。クランプ嵌合部をリング形状の固定リング３７とすることで、前記のようにカバーを固定軸２７に締結固定することができる。スプリング・ワッシャ３９は、固定リング３７及びディスク３間で嵌合軸部２１に嵌合され且つ撓められ、ディスク３の一側面１７に対し所定の軸力で弾接している。

スプリング・ワッシャ３９は、リング状の板ばねで形成され、第１当接部４１及び第２当接部４３を備えている。第１当接部４１は、外径側に湾曲形成されディスク３の一側面１７に凸形状で弾接している。第２当接部４３は、内径側に第１当接部４１とは逆向きにの若干のアールを持って固定リング３７に凸形状で弾接している。第２当接部４３よりも径方向内側のスペーサ内径部４５は、この組み付け状態において回転軸心方向に若干傾斜している。

スプリング・ワッシャ３９の外径側縁部４７と固定リング３７との間及び同内径側縁部４９とハブ５との間に、隙間Ｇ１，Ｇ２を有している。隙間Ｇ２は、内径側縁部４９の全周で嵌合軸部２１の外周面２３に対して０．０２ｍｍ程度となっている。なお、隙間Ｇ１，Ｇ２は、スプリング・ワッシャ３９の外径側縁部４７及び内径側縁部４９が実質的に負荷を受けないようにするためのものであり、無くすことも可能である。また、スプリング・ワッシャ３９の反力に影響しない程度であれば、外径側縁部４７が固定リング３７に当接し、或いは内径側縁部４９がハブ５に当接する構造にすることもできる。

図３は、固定リング３７の平面図である。固定リング３７は、円形リング状に形成され、内周面５１は、嵌合面となっている。

図４〜図６は、スプリング・ワッシャ３９に係り、図４は、スプリング・ワッシャの自由状態での平面図、図５は、図４のＶ−Ｖ線矢視断面図、図６は、図５のＶＩ部の拡大断面図である。

前記スプリング・ワッシャ３９は、ＳＵＳ３０４ＣＳＰ−Ｈ等のばね材で形成され、固定リング３７及びディスク３間で撓められる前の自由状態でスペーサ内径部４５が回転軸心に対して傾斜せず直交する周回板状に形成されている。本実施例において、スプリング・ワッシャ３９の各部の寸法は、ほぼ次のように設定されている。内径側縁部４９の直径Ｄ１＝６ｍｍ、外径側縁部４７の直径Ｄ２＝７ｍｍ、第１当接部４１の直径Ｄ３＝６．２ｍｍ、第２当接部４３の直径Ｄ４＝６．６ｍｍ、板厚ｔ＝０．０６ｍｍ、自由状態での第１当接部４１の湾曲Ｒ＝０．２ｍｍ、回転軸心方向の自由長（高さ）Ｈ＝０．２ｍｍ、外径側縁部４７の回転軸心方向の自由長（高さ）ｈ＝０．１ｍｍ程度となっている。但し、スプリング・ワッシャ３９の各部の寸法は、あくまでも例示であり、他の寸法に設定できることは勿論である。

このスプリング・ワッシャ３９が、前記固定リング３７及びディスク３間で撓められて前記第２当接部４３が前記固定リング３７に当接構成される。

［ディスク取付方法］
図７〜図９は、固定リング３７及びスプリング・ワッシャ３９の組付けを示し、図７は、固定リング３７組み付け前の要部拡大半断面図、図８は、固定リング３７及びスプリング・ワッシャ３９組み付け途中の要部拡大断面図、図９は、同組み付け後の要部拡大断面図である。

本実施例のディスク取付方法は、スプリング・ワッシャ嵌合工程及び固定リング嵌合工程を備えている。

両工程の前にまずディスク３をハブ５に組み付ける。この組付けにおいて、ディスク３は、ハブ５の段部９に組み付けられ、ディスク内径部１５が嵌合部１１に嵌合し、他側面１９の内径側が支持面１３に支持される。

次に、スプリング・ワッシャ嵌合工程では、スプリング・ワッシャ３９を、前記嵌合軸部２１に図７のように嵌合させる。このとき、スプリング・ワッシャ３９の内径側縁部４９が嵌合軸部２１に僅かな隙間Ｇ２を持って嵌合して位置決められ、第１当接部４１がディスク３の一側面１７に対して正確な位置で接触する。

次に、固定リング嵌合工程では、固定リング３７を、前記嵌合軸部２１に焼き嵌めの嵌合により固定する。この固定に際して、固定リング３７は、予め加熱され、嵌合軸部２１に対して遊嵌可能状態となる。この加熱された固定リング３７を、図７のように嵌合軸部２１の端部に対向配置させ、そのまま図８のように嵌合軸部２１に嵌入させる。

固定リング３７の嵌入が進むとスプリング・ワッシャ３９に当接する。この当接の初期は、スプリング・ワッシャ３９のスペーサ内径部４５の周回板状の部分で当接が行われる。

固定リング３７に負荷を与えつつさらに嵌入させると、スプリング・ワッシャ３９が、短いスパンＳで撓められ、反力（荷重）を発生する。反力がディスク３の一側面１７に対する所定の軸力となったとき、固定リング３７の嵌入動作が停止され、冷却により固定リング３７が嵌合軸部２１に対して締まり嵌め状態で固定される。この固定により固定リング３７及びスプリング・ワッシャ３９の組付けが完了する。

この組み付け状態で、スプリング・ワッシャ３９の外径側縁部４７と固定リング３７との間及び同内径側縁部４９とハブ５との間に、前記隙間Ｇ１，Ｇ２を有する。

［荷重特性］
ディスク３がハブ５に対して安定的に支持されるために、スプリング・ワッシャ３９の発生荷重によりディスク３の一側面１７に対し所定の軸力を与える必要がある。この軸力下においてハブ５に対しディスク３にトルクを与えると、あるトルクでディスク３がハブ５に対して相対回転を始める。このトルクをスリップ・トルクとし、スリップ・トルクを一定値以上とすることで、ディスク３をハブ５に安定的に支持させることができる。この必要とするスリップ・トルクと荷重との関係を予め実験により求め、スプリング・ワッシャ３９の発生荷重が設定された荷重となるように前記の組み付けが行われる。

そして、組み付け時に、発生荷重がある点で急激に変化してから設定された荷重を満足する荷重特性であると組み付け時の荷重の設定に困難を伴うことになる。

そこで、前記組み付けによるスプリング・ワッシャ３９の高さ変化（固定リング３７及び支持面１３間の間隔変化）に対する発生荷重の変化を直線的にするのが良い。

本実施例は、図１０の比較例との関係において図１１の結果を得た。図１０は、比較例の組み付け後の要部拡大断面図である。図１１は、スプリング・ワッシャ３９の高さ（平均高さ）と発生荷重（荷重）との関係を示すグラフである。図１１において、線分５９，６１，６３が、本実施例の構造に係り、板厚をそれぞれ０．０５ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０８ｍｍとした結果であり、線分６５が、比較例に係り、板厚を０．０５ｍｍとした結果である。

図１０のように、比較例では、本実施例の第２当接部４３に相当する構成が設けられておらず、スプリング・ワッシャ３９Ａの内径側縁部４９Ａが、第１当接部４１Ａからの長いスパンＳ１で固定リング３７から力を受け、荷重を発生させる構成となっている。

このため、比較例のスプリング・ワッシャ３９Ａは、実施例に対して撓み易く、発生荷重が設定された荷重になる前に固定リング３７が外径側縁部４７Ａに突き当たり易く、図１１の線分６５のように荷重が急に増大する。

これに対し、本実施例の構造では、図９のようにスパンＳを短くしているから、設定の荷重を上回る範囲でも隙間Ｇ１を維持することができ、図１１の線分５９，６１，６３のように荷重の急な上昇は無い。このため、本実施例の構造によれば、図１１に破線で示す設定荷重を発生させるためのスプリング・ワッシャ３９の高さ変化と荷重との関係を直線的な変化にすることができ、荷重設定を容易且つ確実に行わせることができる。

なお、本発明では、比較例を排除するものではなく、比較例よりも実施例がより容易且つ確実に荷重設定を行わせることができることを説明するものである。すなわち、比較例においても、固定リング３７の嵌合軸部２１に対する焼き嵌め等による嵌合固定でスプリング・ワッシャ３９Ａの発生荷重を設定できる点においては同一思想である。

［実施例の効果］
本発明実施例は、回転駆動可能なハブ５に、記録用のディスク３をクランプ７による回転軸心方向の軸力により固定的に支持するディスク回転駆動装置１において、前記ハブ５に、前記ディスク３の内径側で該ディスク３の一側面１７に回転軸心方向に突出する嵌合軸部２１を設け、前記クランプ７を、固定リング３７及びスプリング・ワッシャ３９により形成し、前記固定リング３７を、前記嵌合軸部２１に焼き嵌めにより取り付け、前記スプリング・ワッシャ３９を、前記固定リング３７及びディスク３間で前記嵌合軸部２１に嵌合させ且つ撓め前記ディスク３の一側面１７に対し所定の軸力で弾接するばね材としたため、固定リング３７をハブ５の嵌合軸部２１に焼き嵌めにより取り付けるとき、スプリング・ワッシャ３９を、固定リング３７及びディスク３間で撓めてディスク３支持のための軸力を設定することができ、クランプの製造誤差に係わらず軸力の製品毎のばらつきを抑制することができる。

前記固定リング３７の嵌合は、焼き嵌めであるため、スプリング・ワッシャ３９に直接力を加えることができ、スプリング・ワッシャ３９の荷重を正確に設定することができる。また、固定リング３７を嵌合軸部２１にねじ構造により組み付ける必要がないため、極めて小型のハード・ディスク・ドライブ等にも容易に適用することができる。

前記スプリング・ワッシャ３９は、リング状の板ばねで形成され且つ外径側に前記ディスク３の一側面１７に凸形状で弾接する第１当接部４１を有すると共に内径側に前記固定リング３７に凸形状で弾接する第２当接部４３を備え、前記スプリング・ワッシャ３９の外径側縁部４７と固定リング３７との間及び同内径側縁部４９とハブ５との間に、隙間Ｇ１，Ｇ２を有するため、スプリング・ワッシャ３９の径方向の位置決めを行いながらスプリング・ワッシャ３９の撓むスパンＳを短くすることができる。従って、設定荷重を越えるまでスプリング・ワッシャ３９の高さと荷重との関係を直線的な変化にすることができ、設定の荷重を得るまでに荷重の急変が無く、荷重の設定を容易に行わせることができる。

前記スプリング・ワッシャ３９は、前記固定リング３７及びディスク３間で撓められる前の自由状態でスペーサ内径部４５が前記回転軸心に対して直交する周回板状に形成され、前記固定リング３７及びディスク３間で撓められて前記第２当接部４３が前記固定リング３７に当接構成されるため、第１，第２当接部４１，４３を構成するスプリング・ワッシャ３９でありながら、自由状態での形状は単純化することができ、ディスク回転駆動装置１の製造、組付けを容易に行わせることができる。

前記スプリング・ワッシャ３９は、固定リング３７により撓められる前の自由状態でスペーサ内径部４５が前記回転軸心に対して直交する周回板状に形成され、前記固定リング３７により撓められて前記第２当接部４３が構成されるため、第１，第２当接部４１，４３を構成するスプリング・ワッシャ３９でありながら、自由状態での形状は単純化することができ、スプリング・ワッシャ３９の製造、組付けを容易に行わせることができる。

本実施例のディスク回転駆動装置のディスク取付方法は、スプリング・ワッシャ３９を、前記嵌合軸部２１に嵌合させるスプリング・ワッシャ嵌合工程と、前記固定リング３７を、前記嵌合軸部２１に焼き嵌めの嵌合により固定して前記スプリング・ワッシャ３９を前記固定リング３７及びディスク３間で撓め前記ディスク３の一側面１７に対し所定の軸力を与えて弾接させる固定リング嵌合工程とを備えたため、固定リング３７をハブ５の嵌合軸部２１に焼き嵌めにより取り付けるとき、スプリング・ワッシャ３９を、固定リング３７及びディスク３間で撓めてディスク３支持のための軸力を設定することができ、クランプの製造誤差に係わらず軸力の製品毎のばらつきを抑制することができる。

ディスク回転駆動装置の要部分解斜視図である（実施例１）。 ディスク回転駆動装置の要部拡大半断面図である（実施例１）。 固定リングの平面図である（実施例１）。 スプリング・ワッシャの自由状態での平面図である（実施例１）。 図４のＶ−Ｖ線矢視断面図である（実施例１）。 図５のＶＩ部の拡大断面図である（実施例１）。 固定リング組み付け前の要部拡大半断面図である（実施例１）。 固定リング及びスプリング・ワッシャ組み付け途中の要部拡大断面図である（実施例１）。 固定リング及びスプリング・ワッシャ組み付け後の要部拡大断面図である（実施例１）。 固定リング及びスプリング・ワッシャ組み付け後の要部拡大断面図である（比較例）。 スプリング・ワッシャの高さ（平均高さ）と発生荷重（荷重）との関係を示すグラフである（実施例１）。 ディスク回転駆動装置の要部半断面図である（従来例）。 ディスク回転駆動装置に係り、（ａ）は、要部平面図、（ｂ）は、要部断面図である（従来例）。

符号の説明

１ ディスク回転駆動装置
３ ディスク
５ ハブ（回転体）
７ クランプ
１７ 一側面
２１ 嵌合軸部
３７ 固定リング
３９ スプリング・ワッシャ
４１ 第１当接部
４３ 第２当接部
４５ 内径部
４７ 外径側縁部
４９ 内径側縁部
Ｇ１，Ｇ２ 隙間

Claims (6)

1. 回転駆動可能な回転体に、記録用のディスクをクランプによる回転軸心方向の押圧力により固定的に支持するディスク回転駆動装置において、
   前記回転体に、前記ディスクの内径側で該ディスクの一側面に対し回転軸心方向に突出する嵌合軸部を設け、
   前記クランプを、リング状の固定リング及びスプリング・ワッシャにより形成し、
   前記固定リングを、前記嵌合軸部に嵌合により固定し、
   前記スプリング・ワッシャを、前記固定リング及びディスク間で前記嵌合軸部に嵌合させ且つ撓めることで前記ディスクの一側面に対し所定の押圧力で弾接するばね材とし、
   前記スプリング・ワッシャは、リング状の板ばねで形成され且つ外径側に前記ディスクの一側面に凸形状で弾接する第１当接部を有すると共に内径側に前記固定リングに凸形状で弾接する第２当接部を備え、
   前記スプリング・ワッシャの外径側縁部と前記固定リングとの間及び同内径側縁部と前記嵌合軸部との間に、隙間を有する
   ことを特徴とするディスク回転駆動装置。
2. 請求項１記載のディスク回転駆動装置であって、
   前記固定リングの嵌合は、焼き嵌めである
   ことを特徴とするディスク回転駆動装置。
3. 請求項１又は２記載のディスク回転駆動装置であって、
   前記スプリング・ワッシャは、前記固定リング及びディスク間で撓められる前の自由状態で前記第２当接部よりも径方向内側の内径部が前記回転軸心に対して直交する周回板状に形成され、
   前記固定リング及びディスク間で撓められて前記第２当接部が前記固定リングに当接構成される
   ことを特徴とするディスク回転駆動装置。
4. 請求項３記載のディスク回転駆動装置に用いられるスプリング・ワッシャであって、
   前記固定リングにより撓められる前の自由状態で前記第２当接部よりも径方向内側の内径部が前記回転軸心に対して直交する周回板状に形成され、
   前記固定リングにより撓められて前記第２当接部が構成される
   ことを特徴とするスプリング・ワッシャ。
5. 回転駆動可能な回転体に、記録用のディスクをクランプによる回転軸心方向の押圧力により固定的に支持するディスク回転駆動装置において、
   前記回転体に、前記ディスクの内径側で該ディスクの一側面に対し回転軸心方向に突出する嵌合軸部を設け、
   前記クランプを、リング状の固定リング及びスプリング・ワッシャにより形成し、
   前記固定リングを、前記嵌合軸部に嵌合により固定し、
   前記スプリング・ワッシャを、前記固定リング及びディスク間で前記嵌合軸部に嵌合させ且つ撓めることで前記ディスクの一側面に対し所定の押圧力で弾接するばね材とし、
   前記スプリング・ワッシャは、リング状の板ばねで形成され且つ外径側に前記ディスクの一側面に凸形状で弾接する第１当接部を有すると共に内径側に前記固定リングに凸形状で弾接する第２当接部を備え、
   前記スプリング・ワッシャの外径側縁部と前記固定リングとの間及び同内径側縁部と前記嵌合軸部との間に、隙間を有するディスク回転駆動装置であって、
   前記スプリング・ワッシャを、前記嵌合軸部に嵌合させるスプリング・ワッシャ嵌合工程と、
   前記固定リングを、前記嵌合軸部に嵌合により固定して前記スプリング・ワッシャを前記固定リング及びディスク間で撓め前記ディスクの一側面に対し所定の押圧力を与えて弾接させる固定リング嵌合工程とを備えた
   ことを特徴とするディスク回転駆動装置のディスク取付方法。
6. 請求項５記載のディスク回転駆動装置のディスク取付方法であって、
   前記固定リング嵌合工程は、前記固定リングの嵌合による固定を焼き嵌めにより行う
   ことを特徴とするディスク回転駆動装置のディスク取付方法。

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