JPH04341607A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気ディスク装置の記録
媒体を、高速かつ高精度に回転させるスピンドルユニッ
ト式磁気ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置は益々高速，大容量化
の傾向にあり、特に大容量化に当たっては高記録密度化
が必須であり、そのために高精度な回転技術が要求され
る。

【０００３】従来、磁気ディスク装置の記録媒体である
磁気ディスクを回転させるスピンドルユニットには、通
常、玉軸受が使用されており、このような接触型の玉軸
受を使用した場合は、玉及び転動面の加工精度に限界が
あるため回転時の振動成分は転動面の玉通過に関係した
不規則な振動あるいは保持器に起因した振動が発生し、
回転精度を満足させることが難しく、また、高速化に伴
って玉軸受の寿命が短くなるため信頼性の点からも問題
が生じてきた。このため装置の高速化や回転精度等の向
上を図るには、玉軸受のような接触型支持構造では実現
が困難な状況になっており、流体膜を介して非接触で支
持する動圧流体軸受方式が提案され、高速回転時のすぐ
れた軸受性能、低トルク及びクリーン化の観点から空気
を媒体とした動圧空気軸受が用いられる。

【０００４】その中で、特開昭６０−９８２１３　号公
報には、空気を媒体とした動圧流体軸受を用いたスリー
ブ回転型のモータ構造で、外筒に固定された軸の表面に
ヘリングボーングルーブが加工されており、その外周に
はポリゴンミラー，ロータマグネット等を固着したスリ
ーブが微小な間隙を保ってスリーブに嵌挿されている。

【０００５】また、スリーブ上端には停止時に固定軸端
との当接部が球面形状のスラスト受けが圧入され、かつ
、スラスト受けの中央には絞り孔が開孔された構成とな
っており、スラスト受け、軸受及び軸端部等の回転部材
を支承する部分には金属粉を含有した導電性セラミック
が用いられている。従って、スリーブが回転するとヘリ
ングボーン軸受のポンピング作用で微小間隙内に圧力空
気膜が形成されてラジアル方向に支持するとともに、ス
ラスト方向はスラスト板に加工されたスパイラルグルー
ブによって形成された空気膜によって非接触で支持され
るようになっているため、低トルクで摩耗が少なく、そ
の上高精度な回転が得られるという方策が開示されてい
る。また、特開昭５８−２００８１６号公報には、基台
に固設した固定軸の外径面に動圧発生溝を設け、例えば
、回転多面鏡光偏光器にあっては固定軸に多面鏡を備え
たスリーブが外嵌され、スリーブは駆動モータを構成す
るステータとロータとの協働で回転させ、その回転で動
圧溝の作用により気体を導入し、ラジアル軸受を構成す
る外径面とスリーブ本体の内径面との間隙部に流入させ
る。スリーブ本体には軸孔をもったスラスト軸受部を嵌
合し、そのスラスト端面にはカバーに弾性部材を介して
支承させたスラスト部材に当接支持させる構成になって
いる。 従って、固定軸のまわりをスリーブが回転し、かつスリ
ーブの一端を弾性支持されたスラスト部材より動圧気体
軸受構造を採用して、上記と同様な効果が得られるとい
う方策が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、いず
れもモータを構成するスリーブ状のロータの内側に動圧
発生溝をもつラジアル及びスラスト軸受部を配置し、か
つスラスト当接部を球面状に形成するとともに回転摺動
部材をセラミックあるいはセラミックコーティング等を
施して耐摩耗性を向上させ、起動停止時におけるかじり
、焼付き及びトルクの低減を図ったものであるが、軸受
部がモータ部の内側にあるためモータ回転によって生じ
る熱がこもりやすく、このため熱変形による寸法誤差を
を生じ易い。また、粘性の小さい空気を媒体とする動圧
軸受の場合は軸受剛性が小さく、高剛性化の点から軸受
部をモータ内部に配置して軸受直径を縮小することは得
策ではない。一方、起動停止時に軸受部が部分的に接触
することは避けられず、この熱変形と相まって微小な損
傷を生じて摩耗粉が発生する。また、この微小な損傷は
組立上あるいは加工精度の誤差等によっても生じ易いも
のであるが、本公知例ではこのようにして発生する微小
な摩耗粉を構成体の外部に排出することについての考慮
がなされておらず、例えば、摩耗粉が軸受内に残存し蓄
積されることによって、次第に成長し再起動時に動圧発
生溝のポンピング作用によって空気とともに、３〜１０
μｍの微小な間隙に設定される軸受負荷面に導入される
と、直ちに軸受を損傷し致命的なトラブルを生じる。 また、構成体の内部に落ちた物は高速に回転するスリー
ブによって生じる空気流に撹拌されてポリゴンミラー面
を汚すなどの不具合を生じる。

【０００７】本発明の目的は、動圧空気軸受の高剛性化
を図るには、軸受部を極力大径側に配置することと、モ
ータ発熱による熱変形の影響がないよう考慮するととも
に、軸受の動圧発生領域内に外部と連絡した絞り穴を設
けることによって、起動停止時に発生し易い微小な摩耗
粉を排除して低トルクで安定な回転の得られる動圧空気
軸受装置を提供し、磁気ディスク装置のクリーン及び高
速，高精度回転化を図ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、一端をモータベース、他端を密閉カバーに固定され
、かつ、中心部に通気孔を設けた固定スピンドルに、モ
ータのステータ部及びスピンドルより大径になるジャー
ナル部を、軸方向に配置し固定するとともに、この双方
をほぼ同径に形成する。一方、外周部に磁気ディスクを
搭載するための鍔部をもつ円筒状の回転ハブの内周部に
は、ロータマグネットとラジアル軸受を同心上に固着し
、かつ、この回転ハブを前記ステータ部とジャーナル部
に所定の間隙をもって嵌挿し、相対配置してモータ部を
形成するとともに、前記ジャーナル部の外周面と軸受部
の内周面のいずれか一方には動圧発生用の溝を形成する
。このようにモータ及びラジアル軸受部は軸方向に配列
されるのでモータ発熱による熱変形の影響が少なくなり
、その上粘性の小さい空気を媒体とするため軸受ロスを
増大せずラジアル軸受を大径化することが可能であり、
回転数の増加に依存することなく軸受剛性の向上を図る
ことができる。また前記ハブ内側に形成される空間部は
、前記スピンドルの外径部と前記ハブ小径部とで形成さ
れる細隙を介してディスク室と連絡し、かつ、前記動圧
発生溝の中央部には小径の絞り孔が設けられ、この絞り
孔は前記スピンドルに設けられた通気孔と連通している
ので、起動時の接触によって微小な摩耗粉が生じても、
動圧発生溝のポンピング作用によって空気とともに絞り
孔から外部に排出される。さらに、磁気ディスク装置は
ラジアルとともにスラスト方向の位置規制が不可欠の要
素であり、スラスト方向は前記回転ハブの両端部にリン
グ状の永久磁石を埋設固定し、かつ各磁石に相対する固
定側のモータベース及び密閉カバーにも、前記と同様の
磁石を間隙を保って対向配置し、磁気の反発力によって
、非接触の状態で位置決めされる構成となっている。

【０００９】

【作用】静止時、回転ハブと固定部にそれぞれ対向配置
された磁石の反発力によって、スラスト方向は非接触状
態に保持されるため、低トルクで円滑に起動する。また
、回転中は動圧発生溝のポンピング作用により、周囲の
空気をラジアル軸受を形成するジャーナル外周面とラジ
アル軸受内周面の間隙部に導入され、圧力をもった空気
膜を形成し回転部を支持する。このようにラジアル及び
スラスト方向は動圧空気軸受と磁気軸受によって、非接
触の状態で支持されるため磁気ディスク装置は垂直及び
水平状態で使用しても実用上差し支えない様に構成され
る。

【００１０】そして、起動停止時に生じる微小な摩耗粉
はポンピング作用によって空気とともに流通し、動圧発
生溝の中央部に開口された小孔の絞り孔から、スピンド
ルの通気孔を通過して装置の外部へ排除される。

【００１１】従って、起動停止時のメタルコンタクトに
よって微小な摩耗粉等が発生しても空気の流れとともに
、絞り孔を流過しスピンドルの通気孔から順次外部に排
出してしまうため、軸受の内部に摩耗粉が残存し蓄積さ
れることがない。このように、軸受内部に摩耗粉の排除
手段を設けることによって、摩耗粉が軸受部の摩耗を加
速することを防止でき、ラジアル軸受を損傷せずに機能
を維持することができるため、軸受性能を高めることが
できる。

【００１２】さらに、粘性の小さい空気を媒体とするた
め、ラジアル軸受部を大径にしても摩擦ロスを過大に増
加させることがなく、軸受剛性の向上が図れる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１は本発明による磁気ディスク装置の断面図であ
る。

【００１４】この磁気ディスク装置のスピンドル機構は
、一端をモータベース１５、他端を密閉カバー１６に固
定され、かつ中心部に通気孔１２を設けた固定スピンド
ル１に、ステータ４とスピンドル１より大径になるジャ
ーナル部２を、軸方向に固定して配置するとともに、こ
の双方はほぼ同径に形成されている。一方、外周部に磁
気ディスク７を搭載するための鍔部８をもつ円筒状のハ
ブ６の内周部には、ロータマグネット５とラジアル軸受
３が同心上に固着され、かつ、このハブ６はそれぞれス
テータ４及びジャーナル部２に所定の間隙をもって嵌挿
され、かつ相対配置されるとともにジャーナル部２外周
面かラジアル軸受３の内周面のいずれか一方には動圧発
生用の溝９が形成されている。さらに、ハブ６内側に形
成される空間部１０は、スピンドル１とハブ６の小径部
とで形成される細隙を介してディスク室１７と連絡し、
かつ、動圧発生用溝９の中央部には小径の絞り孔１１が
設けられスピンドルに開口された通気孔１２と連通して
いる。

【００１５】また、ハブ６の両端部にはリング状の永久
磁石１３ａ及び１３ｂが埋設固定され、さらに各磁石に
相対するモータベース１５，密閉カバー１６にも前述と
同様の磁石１４ａ，１４ｂが間隙をもって対向配置され
磁気反発によって、非接触の状態でスラスト軸受部１３
，１４を構成している。

【００１６】一方、磁気ディスク７はハブ６の外周面に
スペーサ１８を介して積層状に搭載されクランプ１９で
固定される。また、磁気ディスク７の面上には磁気ヘッ
ド（図示せず）が気体潤滑によって、微小すきまをもっ
て浮上し情報の書き込み，読み出しを行なうため外部か
らの塵埃の侵入を極端に嫌うので、この磁気ディスク室
１７は通常モータベース１５，密閉カバー１６より成る
密封体に構成され、スピンドル１に開口される通気孔１
２の端部にはフィルタ２０が配設されている。

【００１７】本実施例はこのように構成されており、ス
テータ４に通電されるとロータマグネット５を内蔵する
ハブ６が回転駆動する。図１の上方から見て反時計廻り
に回転すると、ジャーナル部２の外周面に設けた動圧発
生溝９のポンピング作用による動圧が発生して、周囲の
気体は矢印に示すように流れ、ラジアル軸受３とジャー
ナル部２との間隙部に導入される。

【００１８】この様にラジアル軸受３内部に導入空気に
より空気膜が形成され、そこに発生する圧力で磁気デイ
スク７を搭載するハブ６のラジアル方向の支持が非接触
状態で成される。この際、回転体の非同期振動成分を抑
制するためには、空気膜の高剛性化が必須の条件であり
、動圧軸受の剛性は定性的に軸受直径と軸受幅及び回転
数に比例し軸受の間隙に反比例する。しかし、軸受間隙
の精度向上には加工技術及びコスト的に限界があり、ま
た本実施例のように磁気ディスク装置に用いられる場合
は、回転数が数千ｒｐｍ程度であり回転数に依存するだ
けでなく、軸受の直径を効果的に利用する構造を採用す
ることによって、装置に必要な軸受剛性を満足できるも
のであり、これは粘性の小さい気体を媒体とするときに
有効的な手段である。

【００１９】また、ジャーナル２とスラスト軸受３との
摺動面には、起動トルクを減少し耐摩耗性を向上させる
ために、通常摺動特性に優れたセラミックスあるいは表
面にコーティング処理を施した材質などが用いられる。 しかし、動圧空気軸受装置では、剛性を考慮してジャー
ナル２とラジアル軸受３との間隙寸法は極小に設定され
るために、静止時にジャーナル２とスラスト軸受３とが
部分的に接触することは避けられない。従って、起動時
に接触して損傷し、微小な摩耗粉を発生しても、動圧発
生溝９のポンピング作用で、両端部から流入する空気と
共に搬送し、動圧発生溝９内の中央部に開孔された絞り
孔１１から、スピンドル１に開孔された連通孔１２に流
出され、その後、フィルタ２０を介して外部に排出され
る。

【００２０】このように、ラジアル軸受３内に絞り孔１
１を設けることによって、摩耗粉は順次ポンピング作用
で放出されるため、ラジアル軸受３内に蓄積された摩耗
粉が軸受摺動面の摩耗を促進させて焼き付きを起こすな
どの重大なトラブルを未然に防ぐことができる。尚、軸
受内部に設けられる孔は、ポンピング作用で形成される
圧力空気膜の剛性を損なわず、かつ摩耗粉をスムーズに
排出するのに必要な寸法に設定されなければならない。

【００２１】一方、スラスト方向は回転ハブ６の上下で
、相対するスラスト磁気軸受１３ａ，１４ａ及び１３ｂ
，１４ｂの相互の磁石の反発作用で、予め非接触の状態
に位置決めされるため、モータの起動トルクを減少させ
円滑に駆動させることができ、かつ磁気ディスク装置が
垂直及び水平いずれの状態で使用しても実用上差し支え
ないように構成されている。

【００２２】また、図２は本発明の他の実施例を示す断
面図であり、図１に示す磁気ディスク装置において、回
転するハブ６の鍔部８の寸法を軸方向に拡大し、かつ、
モータベース１５に突起部２１を形成すると共に、その
どちらか一方には図３に示すように、スパイラルあるい
はヘリングボーン状の溝を設けて非接触シール機能を備
え、また、その下部のモータベース１５には外端部にフ
ィルタ２３をもつ排出孔２２を設ける。

【００２３】ハブ６が回転すると、モータ空間部２４内
の空気はハブ６下端面の回転摩擦によって、半径方向に
流れディスク室２０内に流出する。例えば、空間部２４
内に塵埃等が散乱していると、空気と共にディスク室２
０室内に放出されて、磁気ディスク７面上等に付着する
とヘッドクラッシュの大きな要因となるが、回転するハ
ブ６の鍔部８´に形成された非接触のシール機構によっ
て、流れを遮断し、ディスク室２０室内への塵埃の侵入
を防ぐことができる。また、遮断された塵埃等は機器停
止時に、モータベース１５上に落下し、排出孔２２から
フィルタ２３を介して外部へ放出されるためディスク室
２０室内のクリーン度を維持することができる。

【００２４】一方、図４はラジアル軸受３内部に磁気軸
受を併設した場合の実施例である。これは、ラジアル軸
受部を構成するジャーナル２及びラジアル軸受３をそれ
ぞれ軸方向に分割し、この間にスリーブ状の永久磁石２
５ａ，２５ｂを配置し、これらの磁石は軸方向に着磁さ
れ、かつ、磁石２５ａと２５ｂとでは図５に示すように
磁極が同じ向きになるように着磁されている。尚、着磁
の方向は半径方向にしても良い。

【００２５】また、磁気軸受２５ａ，２５ｂの相対面の
間隙はジャーナル２及びラジアル軸受３摺動面の間隙よ
り大きく凹んだ状態に設定される。さらに、分割された
ジャーナル２ａ，２ｂにはそれぞれ動圧発生溝９ａ，９
ｂが形成され動圧軸受をなすとともに、ジャーナル間に
配置される磁石２５ａには、空気の導入孔２９が半径方
向に開口されており、固定スピンドル１の通気孔１２に
連通している。

【００２６】従って、静止時は磁気軸受２５ａ，２５ｂ
によってラジアル方向に位置決めされており、磁気スラ
スト軸受と組み合わせることによって、軸受部は非接触
に近い状態で起動されるため、起動トルクを減少させる
だけでなくラジアル軸受部の損傷による摩耗もなくなる
ため信頼性向上が図れる。また、回転中は各動圧発生溝
９ａ，９ｂのポンピング作用で、空気を矢印に示すよう
に導入孔２９から流入してラジアル軸受３ａ，３ｂ内部
に圧力膜を形成して回転体を支持する。

【００２７】図６に示す実施例は、固定スピンドル１の
軸方向に配列されたジャーナル２とステータ４に関し、
ステータ４にはコイル２６が付設されるため、コイル２
６に相対するジャーナル２端面にコイル２６を収容する
凹み部２７を設けたものであり、モータ内の空間部を有
効に活用できコンパクト化に有効である。

【００２８】また、図７には磁気スラスト軸受に関する
実施例であり、特に固定側に配置されるリング状の永久
磁石１４ａ，１４ｂをゴム等の弾性部材２８を介して固
定したものであり、回転体の振動に対するダンパとして
作用し、回転体の振動を抑制することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、ラジアル軸受部をモー
タステータ部の軸方向に配置し、かつその直径をほぼ同
等に大径化することによって、軸受剛性の大幅な向上を
図れる。

【００３０】また、軸受内部に動圧発生溝のポンピング
作用を利用した摩耗粉の排出手段を備えたことによって
、軸受部のかじりや焼付き等を防ぐことができる。さら
に、回転するハブの鍔部にシール機能を併用することに
よって、低トルクで安定な回転が得られ、しかも、高剛
性の動圧空気軸受装置を提供できるため、磁気ディスク
装置のクリーン及び高速、高精度回転化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す磁気ディスク装置の断
面図。

【図２】本発明の他の実施例を示すスピンドル機構の要
部の断面図。

【図３】図２におけるハブ鍔部の説明図。

【図４】本発明の他の実施例を示すスピンドル機構の要
部の断面図。

【図５】図４における磁気軸受要部の説明図。

【図６】本発明の他の実施例を示すスピンドル機構の要
部の断面図。

【図７】磁気スラスト軸受部に弾性部材を介在させた一
実施例を示す部分断面図。

【符号の説明】

１…固定スピンドル、２…ジャーナル部、３…ラジアル
軸受、４…ステータ、５…ロータマグネット、６…ハブ
、８…鍔部、９…動圧発生溝、１１…絞り孔、１２…通
気孔、１３…磁気軸受、１４…磁気軸受、１５…モータ
ベース。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端をモータベース、他端を密閉カバーに
   固定し、中心部に通気穴を設けた固定スピンドルにモー
   タステータ部と、前記固定スピンドルより大径になるジ
   ャーナル部を軸方向に配置して固定するとともに、この
   双方をほぼ同径に形成し、外周部に磁気ディスクを搭載
   するための鍔部をもった円筒状のハブの内側に、ロータ
   マグネットとラジアル軸受を同心上に固着し、前記ハブ
   を前記モータステータ部と前記ジャーナル部にそれぞれ
   の間隙を保って嵌挿し、前記モータステータ部と前記ロ
   ータマグネット、及び前記ジャーナル部と前記ラジアル
   軸受を相対配置してモータ部を形成し、前記ジャーナル
   部の外周面および前記ラジアル軸受の内周面のいずれか
   一方に動圧発生用の溝を形成し、前記ハブの内側に形成
   される空間部は、前記固定スピンドルと前記ハブの小径
   部とで形成される細隙を介してディスク室と連絡し、動
   圧発生溝の中央部には小径の絞り孔が設けられ、前記絞
   り孔は前記固定スピンドルの通気孔と連通し、前記ハブ
   の両端部にはリング状の永久磁石が埋設固定され、各磁
   石に相対する前記モータベース及び密閉カバーにも、同
   様の磁石が間隙を保って対向配置され、相互の磁石の反
   発作用によって、非接触の状態で支持するスラスト軸受
   部を設けたことを特徴とする磁気ディスク装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記モータステータ部
   に対面する前記ジャーナル部の端面に前記モータステー
   タ部にコイル突出し部を収容するための凹みを設けた磁
   気ディスク装置。
3. 【請求項３】請求項１において、磁気スラスト軸受部を
   構成する永久磁石の、回転側か固定側のいずれか一方、
   あるいは両側の磁石すべてをゴム等の弾性部材を介して
   固定した磁気ディスク装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記ハブの鍔部を軸方
   向に拡大し、前記鍔部の周囲を覆うように前記モータベ
   ース部に突起部を所定の間隙を有して形成すると共に、
   そのどちらか一方にスパイラルあるいはヘリングボーン
   状の溝を設けてシール機能を備え、前記モータベース突
   起部の内側下部に排出孔を複数個設けた磁気ディスク装
   置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記ラジアル軸受を構
   成する前記ジャーナル及び前記ラジアル軸受部を軸方向
   に分割し、この間にスリーブ状の永久磁石をそれぞれ介
   在させて相対配置し、磁気軸受と動圧空気軸受との併用
   でラジアル方向の位置決めをする磁気ディスク装置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記ジャーナル及びラ
   ジアル軸受部間に相対的に配置される磁石部の間隙を、
   ジャーナルとラジアル軸受部との間隙より大きく設定し
   た磁気ディスク装置。
7. 【請求項７】請求項５において、軸方向に分割された前
   記ジャーナル部の外周面に前記動圧発生溝をおのおの形
   成し、前記ジャーナル部間に配置された磁石には空気の
   導入孔を半径方向に開口し、前記スピンドルの通気孔に
   連通した磁気ディスク装置。