JP5925551B2

JP5925551B2 - スピンドルモータおよびディスク駆動装置

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Publication number: JP5925551B2
Application number: JP2012070659A
Authority: JP
Inventors: 尚之近藤; フルッククリストフ
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: JP2013206475A

Description

本発明は、ハードディスク等の記憶用のディスクを駆動するためのディスク駆動装置用スピンドルモータおよびディスク駆動装置に関する。

コンピュータの記憶装置の１つであるハードディスク駆動装置は、一般に、スピンドルモータによってハードディスクを回転駆動する構成となっている。図５はこの種のスピンドルモータの一例を示している。このスピンドルモータは、ハードディスク（同図では図示略）がベースプレート２０１に回転可能に支持されたハブ１０１の上面に載置されて固定され、ハブ１０１とともにハードディスクが回転駆動させられる。ハブ１０１は中心にシャフト１０２を有しており、シャフト１０２は軸受１０３を介してベースプレート２０１に回転自在に支持されている。ハブ１０１は、内周面に固定されたロータマグネット２０７と、ロータマグネット２０７に対向する状態にベースプレート２０１に固定されたステータ２０３とを備えたモータ２０９によって、回転駆動される。

ベースプレート２０１には、スイングアームの先端に磁気ヘッドを取り付けた図示せぬヘッド機構が装着され、ハブ１０１の回転によって磁気ヘッドは浮上し、スイングアームが可動することによって、磁気ヘッドがハードディスク上の所定の位置に移動して記録の読み書きを行うようになされている。記録の読み書き時においては、磁気ヘッドが安定して浮上していないと記録の読み書きにエラーが生じる。

ところで、近年、ハードディスク駆動装置は大容量化と小型化によって記録密度が飛躍的に高くなり、磁気ヘッドの浮上量はナノメートルのオーダーになってきている。このような状況においては、わずかな外力でも磁気ヘッドの安定した浮上に影響を及ぼすようになった。

図５に示したようなスピンドルモータにあっては、ハブ１０１の外周部とベースプレート２０１との間の隙間３０１は軸方向に対して傾斜し、一定の間隔で形成されている。このような構造のスピンドルモータにおいては、ハブ１０１が回転すると、ハブ１０１の外側から隙間３０１を通過してハブ１０１の内部に空気が流れ込む。したがって、ハブ１０１の外周近傍には矢印Ａで示すように半径方向内側に向かう空気の流れが生じる。

このように、磁気ヘッドが浮上して移動する領域で空気の流れが発生すると、ハードディスクの内周部近くであってハブ１０１の外周部近傍に磁気ヘッドが位置した際に、ハブ１０１の内部へ向かう空気の流れにより半径方向の外力を受けて磁気ヘッドの浮上状態が安定せず、記録信号の読み書きの効率が下がるといった問題が生じる。そこで、例えば特許文献１に記載されるスピンドルモータのように、ハブの外周部とベースプレートとの間の隙間を直角の階段状に形成して迷路構造とすれば、空気が流入しにくくなることが予測される。

特開平１１−１３６９１７号公報

しかしながら上記特許文献１のスピンドルモータにおけるハブとベースプレートとの隙間構造は、あくまでモータ内で発生した粉塵や油の外部への飛散を防止するのが目的であり、モータ内への空気の流入が効果的に防止されるか否かは不明である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、モータ回転時にモータ内部への空気の流入を効果的に低減して磁気ヘッドのデータ読み書きに悪影響を及ぼさないようにすることができるスピンドルモータを提供することにある。

本発明の請求項１に記載のディスク駆動装置用スピンドルモータは、ディスクを載置するハブと、該ハブを回転可能に支持するベースプレートと、を有し、これらハブの外周部とベースプレートとの間に環状隙間が形成されるディスク駆動装置用スピンドルモータであって、前記環状隙間の少なくとも一部に、前記ハブの内側に向かって、垂直部と、第１の傾斜部と、第２の傾斜部とが設けられるとともに、第１の傾斜部と第２の傾斜部との間に、これら傾斜部を連結する段部が設けられ、前記第１の傾斜部は、互いに対向する前記ベースプレートの第１の傾斜面と前記ハブの第３の傾斜面とによって形成され、前記段部は、互いに対向する前記ベースプレートの段差面と前記ハブの段差面の一部とによって形成され、前記第２の傾斜部は、互いに対向する前記ベースプレートの第２の傾斜面と前記ハブの段差面の一部および第４の傾斜面とによって形成され、前記環状隙間の間隔が、前記垂直部から前記第１の傾斜部を経て前記段部に至るまでは、これら各部が順に前記第２の傾斜部に向かって単調に増加し、前記第２の傾斜部内で最大になった後、該第２の傾斜部内において前記ハブの内側に向かってしだいに減少することを特徴とする。

本発明のスピンドルモータによれば、ハブの外周部とベースプレートとの間の環状隙間が、ハブの内側に向かって、垂直部、第１の傾斜部、段部、第２の傾斜部の順で設けられていることにより、モータ回転時において環状隙間からモータ内への空気の流入が効果的に低減され、その結果、ハードディスク駆動装置に適用された場合において、磁気ヘッドのデータ読み書きが安定して行われる。

また、上記本発明では、前記環状隙間の全周の一部において前記垂直部が省略されている形態を含む（請求項２）。

次に、本発明のディスク駆動装置は、請求項１または２に記載のスピンドルモータを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、モータ回転時にモータ内部への空気の流入を効果的に低減して磁気ヘッドのデータ読み書きに悪影響を及ぼさないようにすることができるスピンドルモータが提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るスピンドルモータの断面図である。図１のII部拡大図を示し、傾斜面の傾斜角度の定義を示す図を付記している。環状隙間の詳細を示す断面図である。垂直部が省略されている部分の環状隙間を示す断面図である。従来のスピンドルモータの一例を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］基本構成
図１は、一実施形態のスピンドルモータを示しており、このスピンドルモータは、ベースプレート２０１と、ハブ１０１とを有している。ハブ１０１は、その上面に、磁性記録面を備えたハードディスクが載置されて固定されるもので、ベースプレート２０１に、スイングアームの先端に磁気ヘッドを取り付けた図示せぬヘッド機構が装着されることにより、ハードディスク駆動装置が構成される（ハードディスク、ヘッド機構は不図示）。

ハブ１０１は中心にシャフト１０２を有しており、ハブ１０１とシャフト１０２によりロータが構成される。シャフト１０２は、動圧効果を発揮する軸受１０５を介してベースプレート２０１に回転自在に支持されている。軸受１０５は、スリーブ１０３と、スリーブ１０３とベースプレート２０１との間に配設されカウンタープレート１０４とを備え、シャフト１０２のラジアル荷重をスリーブ１０３で受け、シャフト１０２のスラスト荷重を、シャフト１０２の下端のフランジ部１０２ａを介してカウンタープレート１０４で受けるように構成されている。

ハブ１０１は、下方に開口する円筒部１０１ｂを有し、この円筒部１０１ｂの内周面にはロータマグネット２０７が固定されている。また、ハブ１０１内の軸受１０５の周囲には、ロータマグネット２０７に対向する状態にステータ２０３が配置され、ベースプレート２０１に固定されている。これらロータマグネット２０７とステータ２０３とにより、ハブ１０１およびシャフト１０２を回転駆動するモータ２０９が構成される。ロータマグネット２０７の直下のベースプレート２０１上には、ハブ１０１の軸方向の揺動を抑えるためのマグネット２０８が配置されている。

ステータ２０３は磁心にコイルが巻回された電磁石であり、コイルの巻線の端部は、配線引き出し部２０５から引き出され、フレキシブルプリント基板２０６に接続されている。フレキシブルプリント基板２０６は外部に引き出され、その外部引き出し部分に図示せぬ駆動回路からの配線が接続される。

上記スピンドルモータを備えたハードディスク駆動装置では、ステータ２０３のコイルに駆動電流が流されることによりモータ２０９が作動してハブ１０１およびシャフト１０２が回転する。そして、ハブ１０１の回転によって磁気ヘッドが浮上し、スイングアームが可動することによって、磁気ヘッドがハブ１０１とともに回転するハードディスク上の所定の位置に移動して記録の読み書きが行われる。

以上が、本実施形態のスピンドルモータおよびハードディスク駆動装置の基本構成である。スピンドルモータにおいては、ハブ１０１の外周部とベースプレート２０１との間に、ハブ１０１の内外を連通する環状隙間４０１が全周にわたって形成されている。以下、この環状隙間４０１について詳述する。

［２］環状隙間
図２および図３に示すように、環状隙間４０１は、ハブ１０１の内側に向かって、垂直部４４０と、第１の傾斜部４１０と、第２の傾斜部４２０とが設けられ、第１の傾斜部４１０と第２の傾斜部４２０との間に、これら傾斜部４１０，４２０を連結する段部４３０が設けられてなる構成となっている。各傾斜部４１０，４２０は、ハブ１０１の内側に向かうにしたがって下向きに傾斜し、段部４３０は水平となっている。

環状隙間４０１を構成するベースプレート２０１側には、第１の傾斜部４１０および第２の傾斜部４２０をそれぞれ形成するための第１の傾斜面２１０および第２の傾斜面２２０が形成されており、一方、ハブ１０１側には、第１の傾斜部４１０および第２の傾斜部４２０をそれぞれ形成するための第３の傾斜面１３０および第４の傾斜面１４０がそれぞれ形成されている。そして、ベースプレート２０１側においては、第１の傾斜面２１０と第２の傾斜面２２０とを連結する水平な段差面２５０が形成され、ハブ１０１側においては、第３の傾斜面１３０と第４の傾斜面１４０とを連結する水平な段差面１５０が形成されている。

第１の傾斜部４１０は、互いに対向するベースプレート２０１の第１の傾斜面２１０とハブ１０１の第３の傾斜面１３０とによって形成されている。また、段部４３０は、互いに対向するベースプレート２０１の段差面２５０とハブ１０１の段差面１５０の一部とによって形成されている。さらに、第２の傾斜部４２０は、互いに対向するベースプレート２０１の第２の傾斜面２２０とハブ１０１の段差面１５０の一部および第４の傾斜面１４０とによって形成されている。

このように構成された環状隙間４０１は、環状隙間４０１を形成するハブ１０１とベースプレート２０１の互いの対向面の間の間隔が、垂直部４４０から第１の傾斜部４１０を経て段部４３０に至るまでは、これら垂直部４４０、第１の傾斜部４１０が順に第２の傾斜部４２０に向かって単調に増加し、第２の傾斜部４２０内で最大になった後、第２の傾斜部４２０内においてハブ１０１の内側に向かってしだいに減少している。

以下は、環状隙間４０１に関する具体的な設定例である。図２に示すように、シャフト１０２の軸線１０２ｂ方向に対する各傾斜面の角度を、
・α１＝第１の傾斜面２１０の傾斜角度
・α２＝第２の傾斜面２２０の傾斜角度
・α３＝第３の傾斜面１３０の傾斜角度
・α４＝第４の傾斜面１４０の傾斜角度
とすると、これら傾斜角度は、相対的に、α１＜α２、α１?α３、α３＜α４、α２＞α４、という関係に設定される。また、具体的には、α1＝α３＝４５°、α２＝６０°、α４＝３０°が好ましい。

一方、図３に示すように、
・ａ１＝垂直部４４０の隙間
・ａ２＝第１の傾斜部４１０の隙間
・ａ３＝段部４３０の隙間
・ａ４＝第２の傾斜部４２０内での最大の隙間
・ａ５＝第２の傾斜部４２０の内側への出口の隙間
とすると、ａ１＜ａ２＜ａ３＜ａ４、というように外側から内側に向かってしだいに隙間の大きさが増加するようにし、内側の出口の隙間ａ５は、ａ１＜ａ５＜ａ４とする。また、具体的には、ａ１＝０．１ｍｍ程度、ａ４の最大値を０．５ｍｍ程度、他の部分の隙間（ａ２、ａ３、ａ５）は上記の大小関係を維持するように設定される。なお、環状隙間４０１に空気が入り込みにくくするために、垂直部４４０の隙間ａ１はハブ１０１の回転を妨げない範囲でできるだけ小さくするのがよい。

スピンドルモータが運転状態となってハブ１０１が回転すると、ハブ１０１の外側からハブ１０１とベースプレート２０１との間の隙間（本実施形態では環状隙間４０１に当たる）を通過してハブ１０１の内部に空気が流れ込み、この空気が磁気ヘッドの浮上状態を不安定として記録信号の読み書きの効率が下がるといった問題が生じることは、先に述べた通りである。

しかしながら本実施形態のスピンドルモータの環状隙間４０１によれば、上記のような設定により、隙間の間隔が外側から内側に向かうにしたがってしだいに増加するため、流れる空気の速度は低減する。そして隙間が最大となる図３のａ４で示す部分では、空気の流れる速度は最小、かつ、圧力は最大になる。さらに、出口ａ５の手前で隙間の間隔が小さくなっているため、空気は出口ａ５を通ってハブ１０１の内部に流れ込みにくくなる。つまり、隙間の間隔は、外側の入口から内側の出口に向かって大きくなっていくが、速度が十分下がった出口の手前付近で最大間隔ａ４に達した後は、出口ａ５に向かって小さくなっていく。

このように隙間の間隔に適切な変化を与えることによって、空気の流れる速度を効果的に下げることができる。これに加えて、第１の傾斜部４１０と第２の傾斜部４２０を水平な段部４３０で連結して折れ曲がった経路とすることで、空気の流れる速度を一層下げることができる。以上の作用により、環状隙間４０１に流れ込む気流の発生を抑制することができ、その結果、磁気ヘッドを安定して浮上させることができ、磁気ヘッドのデータ読み書きが安定して行われる。

なお、上記実施形態は、環状隙間４０１が全周にわたって形成されているものとしているが、環状隙間４０１の垂直部４４０が全周の一部において省略されている形態であってもよい。図４はその状態を示しているが、このように部分的に入口の垂直部４４０を省略しても、２つの傾斜部４１０，４２０とこれらを連結する段部４３０、および外側から内側に向かって変化する隙間の間隔といった条件を満たしていれば、上記の気流抑制効果を得ることは可能である。

１０１…ハブ
１３０…第３の傾斜面
１４０…第４の傾斜面
１５０…ハブの段差面
２０１…ベースプレート
２１０…第１の傾斜面
２２０…第２の傾斜面
２５０…ベースプレートの段差面
４０１…環状隙間
４１０…第１の傾斜部
４２０…第２の傾斜部
４３０…段部
４４０…垂直部

Claims

ディスクを載置するハブと、該ハブを回転可能に支持するベースプレートと、を有し、これらハブの外周部とベースプレートとの間に環状隙間が形成されるディスク駆動装置用スピンドルモータであって、
前記環状隙間の少なくとも一部に、前記ハブの内側に向かって、垂直部と、第１の傾斜部と、第２の傾斜部とが設けられるとともに、第１の傾斜部と第２の傾斜部との間に、これら傾斜部を連結する段部が設けられ、
前記第１の傾斜部は、互いに対向する前記ベースプレートの第１の傾斜面と前記ハブの第３の傾斜面とによって形成され、
前記段部は、互いに対向する前記ベースプレートの段差面と前記ハブの段差面の一部とによって形成され、
前記第２の傾斜部は、互いに対向する前記ベースプレートの第２の傾斜面と前記ハブの段差面の一部および第４の傾斜面とによって形成され、
前記環状隙間の間隔が、前記垂直部から前記第１の傾斜部を経て前記段部に至るまでは、これら各部が順に前記第２の傾斜部に向かって単調に増加し、前記第２の傾斜部内で最大になった後、該第２の傾斜部内において前記ハブの内側に向かってしだいに減少することを特徴とするディスク駆動装置用スピンドルモータ。
前記環状隙間の全周の一部において前記垂直部が省略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用スピンドルモータ。
請求項１または２に記載のスピンドルモータを備えたことを特徴とするディスク駆動装置。