JP4318125B2

JP4318125B2 - 歪みを軽減するディスククランプを備えるディスク駆動装置

Info

Publication number: JP4318125B2
Application number: JP31592397A
Authority: JP
Inventors: エイ．アルトロバート
Original assignee: モバイルストレージテクノロジー，インコーポレーテッド
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: JPH10172258A; US5790345A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は概括的にはディスク駆動装置に関し、より詳しくいうとディスク駆動装置の回転軸のまわりの等間隔の位置で互いに等しい強さの力をディスクにかけた状態でそのティスクをディスク駆動装置にマウントする装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
ディスク−スピンドル組立体はコンピュータシステム内のハードディスク駆動装置の中心部である。ディスクおよびそれらディスクを互いに分離するための環状スペーサは高精度の仕様に合わせて製造されるが、ディスクスタック許容差のために最終的なスタックハイトにばらつきを生ずる。温度変化に起因するスタックハイトのばらつきも、ディスクに歪みを生じさせることなく吸収しなければならない。ディスク駆動装置の小型化に伴って、上記環状のスペーサも小さくなりディスクも薄くなった。しかし、これらの精巧な部品をディスク駆動装置にクランプする際には、ディスクの反りを防ぐために、これら部品にかかる張力を均一にしなければならない。ディスクに少しでも反りがあるとデータの信頼性が損なわれる。反りのあるディスクでは、ディスク表面とその上を飛行するヘッドとの距離が変動するからである。反りが大きい場合はヘッドがディスクに接触し重大な故障の原因になる。また、小型化したディスク駆動装置の所定寸法内にできるだけ多数のディスクをスタックするために、ディスククランプの垂直方向断面はできるだけ短くする必要がある。ディスククランプとその関連のクランプ機構の部品が上側装着支持スペーサ環から上に出ないようにするのが望ましい。さらに、ディスク駆動装置は組立てが容易であり、組立工程で微粒子を生じないようにするのが望ましい。ディスクへの連続的な線接触を形成するクランプを備える従来技術のディスク駆動装置では、ディスククランプの厚さ、ばね定数ほかのパラメータに少しでもばらつきがあると、ディスクにかかる力が不均一になる。不均一であるだけでなく、力の分布が予測不可能であり再現不可能である。
【０００３】
したがって、ディスクに十分な力を均一に予測可能な形でかけることができ、垂直方向の断面寸法が小さく、微粒子発生を伴うことなく容易に製造できるディスク駆動装置組立体が求められている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、スピンドル付きの駆動モータと、一つ以上のディスクと、隣接ディスク間の環状スペーサと、環状ハブと、この環状ハブ上の互いに等間隔の所定数の部位に実質的に互いに等しい強さの力をかける形状を備えるディスククランプと、このディスククランプをスピンドルに固定する所定数の締付け部材とを含むディスク駆動装置を対象とする。
【０００５】
上記形状のディスククランプは上記所定数の締付け部材と等しい数の装着タブを備える。これら装着タブの各々の中心線はスピンドル回転軸のまわりで等間隔に配置した隣接締付け部材間に位置づけてある。各装着タブは環状ハブ上の互いに等間隔の部位の四つに実質的に等しい力をかける。
【０００６】
各装着タブには両側にラジアル弧を備える平板状部分を有する外側端部がある。
【０００７】
この平板状部分とラジアル弧との交差部分が上記環状ハブへの力の伝達点の二つを画する。ラジアル弧の他端がその環状ハブへの力の伝達点の残りの二つを画する。
【０００８】
締付け部材はディスククランプの本体部に配置する。装着タブのラジアル弧部分は所定の深さと所定の幅を有する溝穴で本体部から隔てられている。
【０００９】
各溝穴の上記所定の深さは隣接締付け部材と溝穴端部を画するこのラジアル方向中心とを通る直線の画する角度で定める。その角度の頂点はスピンドル回転軸に一致させる。
【００１０】
各溝穴の上記所定の幅は溝穴端部を画する弧の直径で定める。
【００１１】
環状ハブはスピンドル回転軸に頂点を有する所定の頂角の画する円錐状表面を有する。
【００１２】
上記所定の頂角はスピンドルへの締付け時の歪みで形成されるディスククランプの角度よりも大きい頂角の円錐状表面を形成するように選ぶ。
【００１３】
一つの実施例ではこの円錐頂角を約１２度にする。
【００１４】
この発明は添付図面を参照して次に述べる詳細な説明からよりよく理解されよう。次の説明から当業者には明らかになるとおり、ここに述べる実施例はこの発明のもっとも好ましい実施の態様を例示しているだけである。これら以外の実施例も可能であり、この発明の範囲を逸脱することなく細部について種々の側面から変形改変が可能であることが理解されよう。したがって、この詳細な説明と図面はその本質において例示的であって限定的ではない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の最善の実施の態様を図解した実施例を詳細に述べる。
【００１６】
この発明はディスクのスタックに力を分配する環状ハブ上の所定数の部位に実質的に互いに等しい力をかけるのに適した形状の新規なディスククランプにある。所定数の離散的部位にクランプ力をかけると、クランプと環状ハブとを連続的線状接触に保持した場合よりも力のかかり方が均一になる。この新規なディスククランプは平板状の等方性ばね材料から打抜きまたは化学的エッチングによって作る。そのようにして作られたディスククランプの垂直方向の寸法はその平板状ばね材料の厚みだけである。このディスククランプをディスク駆動装置スピンドル回転軸のまわりに等間隔で対称的に配置した所定数の締付け部材でそのスピンドルに締め付ける。その締付け時にディスククランプを反らせて、その下側外縁部が環状ハブの円錐状表面に力をかけ、その力が環状ハブの半径方向中心部近傍にかかり、ディスククランプからディスクのスタックにかかるトルクが最小になるようにする。この円錐状表面は、ディスククランプを反らせたときそのディスククランプが接触点で環状ハブと成す角度よりも大きい頂角を成す円錐の面として形成する。これによって、接触点はディスククランプの下側外縁上の所定の離散的部位だけとなる。このディスククランプの円錐状表面および材料から定まるステップの高さはディスククランプおよび締付け部材が環状ハブ全体の高さからはみ出さないように選ぶ。これによって環状ハブ全体の高さを最小に抑えることができる。
【００１７】
このディスククランプから環状ハブにかかる力が実質的に均一になることは有限要素分析（ＦＥＡ）ソフトウェアを用いて確かめることができる。ＦＥＡソフトウェアはアメリカ合衆国ペンシルヴァニア州１５２３８ピッツバーグ，ベータドライブ１５０所在のＡＬＧＯＲ社から市販されている。
【００１８】
このディスククランプは互いに隣接する締付け部材について、またこれら部材の間で対称なＴ型装着タブとして設計する。したがって、四つの締付け部材を有するディスククランプは四つのＴ型装着タブを備える。各装着タブは四つの接触点をもつように設計してある。したがって、タブ四つを備える構成は１６個の円周上等間隔接触点（装着タブ１個あたり４個）を有する。ディスククランプの設計は所要圧力点の数の決定から始まる。圧力点の数を定めたのち、ディスククランプがディスク装着状態（ディスク駆動装置のスピンドルに強固に締め付けられた状態）にあるとき所定点の各々で互いにほぼ等しい強さの力がかかるようにディスククランプの形状を設計する。この設計はＦＥＡプログラムを対話式に使って装着タブ形状を定めることによって行う。また、この設計は環状ハブとの接触が所定の接触点だけで生ずるように注意深く行う。ＦＥＡソフトウェアは使用ディスククランプ材料が材料設計限界値の範囲内にあるかどうかを判定できるように装着状態のディスククランプの材料応力条件関係の情報を提供する。
【００１９】
図１はディスク駆動モータ１０２と、ディスククランプ１０６の装着タブの一部と、ディスククランプ１０６の本体１０８の一部とを含むディスク駆動装置１００を示す。また、このディスク駆動装置１００は第１のディスク１１６の内周部の片面と契合する環状ステップ部１１４を備えるスピンドル１１０を含む。環状スペーサ１１８の片面は第１のディスク１１６の内周部のもう一つの面と契合する。環状スペーサ１１８のもう一方の面は第２のディスク１２０の片方の面と契合する。第２のディスク１２０の内周部のもう一方の面は第２の環状スペーサ１２２の片方の面と契合する。第２の環状スペーサ１２２のもう一方の面は第３のディスク１２４の片方の面の内周部に契合する。第３のディスク１２４のもう一方の面の内周部は環状ハブ１２６に契合する。なお、この説明はディスク３枚の構成に限っているが、このディスク駆動装置の構成はディスクが単一の場合も２枚の場合も４枚以上の場合も同様に適用できる。環状ハブ１２６は装着タブ１０４の下側外縁に契合する円錐状表面を備える。この円錐状表面は回転軸１３２上に頂点を有する円錐の頂角を成すように形成される。表面１２８がその一部を形成する円錐の頂角は締付け部材１３４の締付けによる負荷で反りを生じた際に装着タブ１０４が成す角度よりも大きくなるように設計する。また、装着タブ１０４の成す角度はかかった力の強さが互いに等しいとき頂点を回転軸上に位置づける値にする。
【００２０】
図２は最上部ディスク１２４、ディスククランプ１０６の装着タブ１０６、装着タブ１０６の本体部１０８、締付け部材１３４および環状ハブ１２６の平面図である。
【００２１】
図３Ａ−図３Ｃは環状ハブ１２６を詳細に示す。図３Ａは環状ハブ１２６の平面図であり、図３Ｂは図３Ａの線Ａ−Ａにおける断面図であり、図３Ｃは環状ハブの断面の細部、すなわち図３Ｂに符号３Ｃで表示した部分の拡大断面図を示す。環状ハブ１２６は最上部ディスク１２４（図１および図２）の内周部に契合する平らな表面１３６を有する。環状ハブ１２６は回転軸１３２（図１）上の頂点の成す角度１４０で定まる円錐状表面１３８を有する。角度１４０は装着時に装着タブ１０４の成す角度よりも大きくする。
【００２２】
図４Ａ−図４Ｃはディスククランプの詳細を示す。図４Ａは本体部分１０８とＴ型装着タブ１０４とからなるディスククランプ１０６を示す。装着タブ１０４の各々は平坦部１４２とこの平坦部１４２の両側のラジアル弧部分１４４とを有する。本体部１０８は回転軸１４８のまわりに等間隔で配置した締付け位置１４６を備える。なお、この実施例では締付け位置を４個としているが、これら締付け位置は３個以下にも５個以上にもすることができる。各ラジアル弧部分１４４は溝穴１５０によって本体部分１０８から分離されている。各溝穴１５０は、回転軸１４８を頂点とする深さ角度Ｄで定義され、互いに相隣る締付け位置１４６の中心を通る直線１５２と溝穴１５０の端部１５８で定まるラジアル弧の中心を通る直線とでさらに定義される所定の深さを有する。また、各溝穴１５０は上記端部１５８で定まるラジアル弧の直径１６０に等しい所定の幅を有する。Ｔ型装着タブ１０４の平坦部１４２とそれらタブ１０４のラジアル弧部分１４４との交叉部分、すなわち図４Ａに円で囲んで示した点１６２は、下側環状ハブ（図４Ａ−図４Ｃには示してない）と接触する装着タブ１０４の下側外縁上の二つの位置を定める。このディスククランプはこれら交点１６２が締付け部材の数（すなわち装着タブの数）Ｎの４倍で３６０度を割った値に等しい角度Ａ、すなわち角度１６４で位置づけされるように設計する。交点１６２の位置は、上記角度Ａが装着タブ１０４の中心線１６６に対応していることによって定まる。円で囲んだ点１６８で表示した装着タブ１０４の端部は下側環状ハブ（図４Ａ−図４Ｃには示してない）と接触する装着タブ１０４の下側外縁上の二つの位置を定める。装着タブ１０４と下側環状ハブとの間の接触点は環状ハブのまわりで等間隔になるので、装着タブ端部は大きさＡの角度１６４によっても定まってくる。締付け位置１４６の中心１５４は締付け部材の数Ｎで３６０度を割った角度だけ互いに隔てて回転軸１４８のまわりに等間隔で配置する。装着タブ１０４の中心線１７０と締付け位置１４６の中心線１７２との間の角度方向の分離は大きさＢの角度１７４であり、これは締付け部材の数Ｎの２倍で３６０度を割った値である。
【００２３】
図４Ｂは片方の端部を環状ハブ１２６に載せた反りのない（装着してない）状態の装着タブ１０４の側面図を示す。下側外縁部１７８には接触点１６２および１６８が示してある。
【００２４】
図４Ｃはディスククランプ１０６の下側外縁１７８の一部だけを反りのある（装着された）状態で示す（明確化のために反りのある下側外縁１７８の一部だけを示す）。点線１８０は、形状未付与の環状ディスククランプと接触する環状ハブ１２６上の接触点を表す。図４Ｃに示すとおり、このディスククランプは締付け部材１３４による締付けで反りを生ずる。締付け部材は本体部１０８を点線１８２で示したスピンドル上面に押さえ付ける。この本体部１０８が押さえ付けられると、接触点１６２および１６８が装着タブ１０４に反りを生じさせる。装着タブ１０４の平らな外側部分を環状ハブ１２６上の接触点１８０に届かせない平坦部１４２があるので、この平坦部１４２の下側外縁は参照数字１８４で示すとおり接触線１８０の下側の反りを生ずる。一方、ラジアル弧部分１４４の下側外縁は参照数字１８８で示すとおり接触線１８０の上側に反りを生ずる。ラジアル弧部分の端部は反りを生じて環状ハブ１２６に接触する。図４Ａの平面図および点線１８９を詳細にみればこの点は明らかであろう。締付け位置１９１で締付け部材を締め付けると、同位置１９１の周囲の材料がスピンドルの向きに押し下げられる。点線１８９の周囲の領域はディスククランプが押下げを受ける領域である。点１６８においてより強い下向きの力が必要な場合は、溝穴１５０の深さまたは幅を小さくすることによってそれは達成される。
【００２５】
一部だけを示した線１９０は、本体部１０８のスピンドルへの締付け時に装着タブ１０４が反りを生じて成す角度の下縁を表す。水平線と装着タブ１０４下側限界との間の角度は大きさＦの角度１９２で示してある。円錐頂角Ｃは角度１９４で示す。これら角度は回転軸（図１）１３２上に頂点を有する角度として示される。装着タブ１０４の外側縁部の歪みはこれらタブ１０４の各々の平坦な端部１４２が環状ハブ１２６上の接触線１８０よりも下に反ることによって可能になる。
【００２６】
図５はこの発明の図解のための特定の実施例を示す。図５に示した特定の寸法および寸法比にこの発明を限定することを意図しているわけではないが、この特定の実施例は2.5インチディスク駆動装置のためのものである。図５のディスク駆動装置は四つの締付け部材を有し、したがって四つの装着タブ１０４を有する。締付け位置１４６の中心はディスククランプの回転中心１４８の周囲に等間隔で配置されており、したがって、締付け部材は参照数字１９２で示すとおり９０度（３６０度を締付け部材の数４で割った値）ずつ隔てて配置されている。締付け位置の中心１５４は大きさ１５ミリメートルの半径Ｒ_Ｆの位置にある。大きさＢの角度１７４は４５度である。ディスククランプ１０６の回転中心１４８から溝穴の端部を定める弧の中心１５６までの距離１９６は8.465ミリメートルである。大きさＡの角度１９８は22.5度である。大きさＤの角度２００は28.86度であり、溝穴１５０の幅を定めるこの直径１６０は1.27ミリメートルである。数字２０２で示したディスククランプの外側半径Ｒ_ＤＣ、すなわち装着タブ１０４のラジアル弧部分１４４を定める外側半径Ｒ_ＤＣは10.850ミリメートルである。平坦部１４２はこの外側半径を数字２０４で示すとおり10.64ミリメートルに短くすることによって区画する。締付け位置１４６の中心１５４と装着タブ１０４のラジアル弧部分１４４端部を画するラジアル弧中心との間の角度間隔は12.40度であり、数字２０６で示してある。ディスククランプ１０６の本体部１０８の締付け位置１４６への隣接部は半径9.390ミリメートルであり、数字２０８で示してある。上記特定の数字を上述のＦＥＡソフトウェアに組み入れると、点１６８でかかる力7.9ポンド、点１６２でかかる力9.1ポンドが算出される。これらの数値は上述のとおり溝穴１５０の深さと幅１６０を変動させることによって調節できる。これらの数値は、引張り強さ最小値240,000ＰＳＩの材料１７０７ＰＨ、条件Ｃ／ＣＨ−９００ＳＴＳＴＬ
ＡＳＭ−５５２９で作ったディスククランプで算出した。このディスククランプの厚さは0.625±0.040ミリメートルであった。
【００２７】
上述のこの発明の実施例は図解および説明のためのものであって、この発明をここに記載の特定の例に限定することを意図するものではない。この明細書の記載に基づいて数多くの自明の改変変形が可能である。これら実施例は、この発明の原理の説明を提供するとともに、当業者による特定用途への適合形態での応用を可能にするための実際の応用の説明を提供するために選んで説明したものである。それら改変変形はすべて添付請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスク駆動モータ、スピンドル、そのスピンドルに締め付けたディスククランプ、および環状ハブでクランプした三つのディスクを含むディスク駆動装置の概略図。
【図２】スピンドルに締め付けた状態のディスククランプの平面図。
【図３】Ａは環状ハブの平面図、Ｂは環状ハブの側面図、Ｃは環状ハブの一部拡大断面図。
【図４】Ａはディスククランプの平面図、Ｂはディスククランプの側面図、Ｃはスピンドルへの締付け時に反りを生じたディスククランプの下側縁部の概略図。
【図５】この発明の特定の実施例の平面図。
【符号の説明】
１００ディスク駆動装置
１０２ディスク駆動モータ
１０４装着タブ
１０６ディスククランプ
１１０スピンドル
１１４環状ステップ
１１６，１２０，１２４第１、第２、第３のディスク
１１８，１２２第１、第２の環状スペーサ
１２６環状ハブ
１３２回転軸
１３４締付け部材
１４２平坦部
１４４ラジアル弧部
１４６締付け位置
１４８回転中心
１５０溝穴

Claims

スピンドル付きの駆動モータと、
前記スピンドルの挿入を受ける中心開口、すなわち内側周縁である中心開口を有するディスクであって、前記内側周縁の第１の面で前記スピンドルの一部と契合するディスクと、
円錐状表面と前記スピンドルの挿入を受ける中心開口とを有するとともに、前記ディスクの前記内側周縁でそのディスクの第２の面と契合する部分を有する環状ハブと、
前記環状ハブの周りでその環状ハブの上側部分の上の互いに等間隔の第１の所定数の位置の各々に前記環状ハブの下側部分向きの均一で一様な力をかける形状のディスククランプと、
前記ディスククランプの本体部分に円形状に均一の間隔で配置された第２の所定数の締付け部材であって、前記第１の所定数の位置よりも半径方向内側に配置され、前記ディスククランプを貫通して前記ディスククランプを前記スピンドルに取り付ける前記第２の所定数の締付け部材と
を含むディスク駆動装置であって、
前記ディスククランプが前記締付け部材と同数の装着タブ、すなわち前記ディスククランプの前記本体側部分であって互いに相隣る二つの前記締付け部材の中間位置を通って外向きに放射状に延びる帯状部の末端側に各々が結合され、前記環状ハブに重なるように位置付けられた前記同数の装着タブをさらに有し、前記装着タブの各々の中心線が二つの互いに相隣る前記締付け部材の中心をそれぞれ通る直線の成す角度を２等分し前記スピンドルの回転中心軸に前記角度の頂点があり、前記装着タブの各々が前記環状ハブに前記均一で一様な強さの締付け力をかけるディスク駆動装置。
前記装着タブの各々が平坦部分とその平坦部分の両側のラジアル弧部分とを有する外側縁部を備える請求項１記載のディスク駆動装置。
前記ラジアル弧部分の各々の二つの末端が、前記装着タブによる前記環状ハブへの力が均一になる前記第１の所定数の位置の二つである請求項２記載のディスク駆動装置。
前記締付け部材が前記ディスククランプの前記本体部分に配置してある請求項３記載のディスク駆動装置。
前記装着タブの弧部分を形成する部分の各々が前記ディスククランプの前記本体部分から溝穴、すなわち深さおよび幅を有し前記帯状部に向かって延びる溝穴によって隔てられている請求項４記載のディスク駆動装置。
前記溝穴の各々の前記深さが、その溝穴の最寄りの前記締付け部材の中心を通る線と前記溝穴の端部で前記弧の半径中心を通る線とで定まる溝穴深さ角度で定義され、前記溝穴深さ角度の頂点が前記スピンドルの回転軸にある請求項５記載のディスク駆動装置。
前記溝穴の各々の幅が前記溝穴の端部における弧の直径で定義される請求項６記載のディスク駆動装置。
前記環状ハブが前記スピンドルの前記回転軸上にある頂点との間で所定の角度を成す円錐状表面を有する請求項７記載のディスク駆動装置。
前記所定の角度を、前記スピンドルへの締付け時に反りを生ずる前記ディスククランプの形成する角度よりも大きい角度を有する円錐状表面を前記環状ハブに形成させる値に選んである請求項８記載のディスク駆動装置。
前記所定の角度が１２度である請求項９記載のディスク駆動装置。
スピンドル付きの駆動モータと、
前記スピンドルの挿入を受ける中心開口、すなわち内側周縁である中心開口を有する少なくとも第１のディスクであって、前記内側周縁の第１の面で前記スピンドルの一部と契合する少なくとも第１のディスクと、
円錐状表面と前記スピンドルの挿入を受ける中心開口とを有するとともに、前記第１のディスクの前記内側周縁で前記第１のディスクの第２の面と契合する下側部分を有する環状ハブと、
前記環状ハブの周りでその環状ハブの上側部分の互いに等間隔の第１の数の位置の各々に均一で一様な力をかける形状のディスククランプと、
円形状に均一の間隔で配置され前記ディスククランプの本体部分の開口を通じた締め付けにより前記ディスククランプを前記スピンドルに取り付ける第２の数の締付け部材と
を含むディスク駆動装置であって、
前記ディスククランプが前記締付け部材と同数の装着タブ、すなわち各々が前記ディスククランプの前記本体部分であって互いに相隣る二つの前記締付け部材の中間位置を通って外向きに放射状に延びる帯状部の末端側に結合され、前記環状ハブに重なるように位置付けられた前記同数の装着タブをさらに含み、
前記装着タブの各々の中心線が、互いに相隣る二つの前記締付け部材の中心をそれぞれ通る直線の成す角度を２等分し前記スピンドルの回転中心軸上に前記角度の頂点があり、前記装着タブの各々が前記環状ハブ上に均一で一様な強さのクランプ力をかけるディスク駆動装置。
前記装着タブの各々が平坦部とその平坦部両側のラジアル弧部とを有する外側縁部を有する請求項１１記載のディスク駆動装置。
前記ラジアル弧部分の各々の二つの端部が前記装着タブによる前記環状ハブへの力が均一になる前記第１の数の位置の二つである請求項１２記載のディスク駆動装置。
前記環状のハブが、前記スピンドルの回転軸上にある頂点との間で予め定めた角度を成す角円錐状表面を有する請求項１３記載のディスク駆動装置。
前記予め定めた円錐角が、前記スピンドルへの締付け時の反りにより前記ディスククランブが形成する角度よりも大きい角度を有する円錐面を前記中空ハブ上にもたらすように選んである請求項１４記載のディスク駆動装置。
前記選ばれた円錐の円錐角が１２度である請求項１５記載のディスク駆動装置。
前記ディスクの下側で前記スピンドルに取り付けられた複数の追加のディスクであって、前記ディスククランプの力で締め付けられスペーサーにより前記ディスクから分離されているとともに互いに分離されている複数の追加のディスクをさらに含む請求項１記載の磁気ディスク駆動装置。