JPH0993897A - スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダストの磁気ディスクへ飛散を防止して記録
再生の信頼性を向上させる。 【解決手段】 ダストシール手段１８は固定軸１Ａに固
着されると共にハブ手段８と僅かな隙間を介してダスト
シール面を形成してなることを特徴とするスピンドルモ
ータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気記憶装置たる磁
気ディスクドライブ用に好適なスピンドルモータに係わ
り、特に外来ダストによるモータの回転障害を防止して
磁気ディスクの円滑な駆動を補償したスピンドルモータ
を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は従来の磁気ディスクドライブ用
のスピンドルモータの一例を示す半断面図で、中心に固
定軸１Ａを備えた円盤状のモータベース１には、電機子
捲線３を施した１２スロットの電機子鉄心４が配置され
ている。この固定軸１Ａに内輪５ａを圧入や接着などの
手段で固定的に係合し電機子鉄心４の内径より内側に配
置された第１のベアリング５と、この第１のベアリング
５と軸方向に間隔を隔てて固定軸１Ａに同様に内輪を係
合した第２のベアリング６とが配置されている。

【０００３】これらのベアリング５，６の外輪５ｂ，６
ｂには、外周のディスク固定部に磁気ディスク７を固定
する筒状の非磁性材からなるハブ手段８が係合し、回転
自在に支持されている。

【０００４】そして、第２のベアリング６の一端を覆う
ように固定軸１Ａの外周とハブ手段８の一端の内周との
間に磁性流体を用いたダストシール手段９が設けられて
いる。このダストシール手段９は上下一対の磁極９ａ，
９ａ間に配置したマグネット９ｂから構成され、ハブ手
段８の内周面に固定され、その内周はわずかな隙間を挟
んで固定軸１Ａの端部に固定されたダストシール手段９
と協動する磁性体１０の外周と対向しており、この隙間
に磁性流体１１を充填し、ベアリングのグリス等のダス
トの飛散を防止している。

【０００５】このハブ手段１Ａの下端には磁性体からな
るロータケース１２が固着され、その内周には駆動マグ
ネット１３が接着で固定されている。この駆動マグネッ
ト１３内周には８極の駆動磁極を着磁してあり、電機子
鉄心４の外周と所定の間隙を介して対向することにより
磁気回路を構成している。

【０００６】これらはいわゆるブラシレスモータを構成
しており、図示しない駆動回路によって電機子捲線３が
通電され回転磁界を生じ、駆動磁極との相互作用により
ロータ部に回転駆動力を与える。

【０００７】またこのハブ手段８の外周には磁気ディス
ク７の内径を係合し回転駆動するようにしたディスク係
合部８ａを有し、例えばこのディスク係合部８ａに２枚
の磁気ディスクを間にスペーサ１４を挟んで係合し、更
にディスククランパ１５をハブ手段８の上端に刻設した
ネジ穴８部ｂにネジ１６で固定することにより磁気ディ
スク７をハブ手段８に固定する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の構成にあっては、ダストシール手段９は複雑な構成
であり、しかも磁性流体を充填するため、組み立て工数
が大となり、コスト高になる。また、シール部の一部
が、回転するハブ手段８側に配置されるため、ダストが
磁気ディスク面に飛散する可能性がある。

【０００９】また、磁気ディスク７の記録容量は記録面
積に比例すると言え、記録面積を拡大するには磁気ディ
スク７の外径を大きくする方法もあるが機器の小型化の
流れの中で制限があり、現実的には磁気ディスクの内径
を小さく方法が有効である。

【００１０】磁気ディスク７の内径はスピンドルモータ
のハブ手段８のディスク係合部８ａの外径で制限され、
磁気ディスク７の内径を小さくするにはハブのディスク
係合部８ａの外径を小さくする必要がある。例えば、こ
の従来例では電機子鉄心４の外径をＤ２＝２５ｍｍ、内
径Ｄ３＝１４．４ｍｍに対してハブ手段８のディスク係
合部８ａの外径Ｄ１＝２５ｍｍで、電機子鉄心４の外径
と同程度の径であり、従来の構造ではディスク係合部８
ａの外径は小さくできず、あえて小さくしていくとハブ
手段８の肉厚が薄くなる部分があり、しかも一対のベア
リング５，６の組み込みにより内・外輪に応力を受けて
内蔵するボールが回転に伴って不規則に接触することに
より、図１２に示すように非繰り返し性の大きな振れを
生じさせ、回転する磁気ディスク７を磁気ヘッドがオフ
トラックする原因となり記録再生の信頼性が大幅に低下
し、記録容量の増大は達成できない問題もある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
てなされたものであり、固定軸を備えたモータベース
と、該モータベースに配置され電機子捲線を施した電機
子鉄心と、該固定軸に内輪を係合し該電機子鉄心の内径
の内側に配置された第１のベアリングと、該第１のベア
リングと間隔を空け前記固定軸に内輪を係合した第２の
ベアリングと、該第１及び第２のベアリングの外輪に係
合し回転自在に支持されその上端面にネジ締め穴を備え
たハブ手段と、前記第２のベアリングの一端を覆い前記
固定軸の外周と前記ハブ手段の内周との間に配置された
ダストシール手段と、前記ハブ手段の下端に固着された
ロータケースと、内周に複数の駆動磁極を有し前記電機
子鉄心の外周と対向するように該ロータケースに固着さ
れた駆動マグネットと、前記ハブ手段の外周にはディス
ク係合部を有し磁気ディスクの内径を係合し回転駆動す
るようにした磁気ディスクドライブのスピンドルモータ
において、前記ダストシール手段は前記固定軸に固着さ
れると共に前記ハブ手段と半径方向に僅かな隙間を介し
てダストシール面を形成してなることを特徴とするスピ
ンドルモータを提供するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係わるスピンドル
モータの一実施例を図１乃至図１１を参照して詳細に説
明する。

【００１３】尚、説明の便宜上、先に示した構成部材と
同一構成部材に対しては同一の符号を付して説明する。

【００１４】図１は本発明に係わるスピンドルモータの
一実施例の断面図であり、上記従来例と同様の部分の説
明は省略し、本発明固有の構成について説明する。

【００１５】アルミニウム等の非磁性の円盤状のモータ
ベース１の中心に配置された固定軸１Ａには、第１のベ
アリング５がモータベース１に近接するように配置さ
れ、このベアリング５はハブ手段８より垂下した保持部
８ｃと係合している。そして、第２のベアリング６は第
１のベアリング５とスペーサ１７を介して配置されると
共にハブ手段８に係合している。

【００１６】そして、モータベース１は上記保持部８ｃ
と隙間を介して離間するよう突出した筒状部１ａを有
し、この筒状部１ａの外周に電機子捲線３を施した１２
スロットの電機子鉄心４が固定されていることにより、
第１のベアリング５，電機子鉄心４は略同一ライン上に
配置される。このため、装置の同一高さ内で両ベアリン
グのスパンを大きく設定することができる。

【００１７】１８はダストシール手段である環状のシー
ル部材であり、上記第２のベアリング６の内輪６ａの端
部に当接して固定軸１Ａに固着され、外周面はハブ手段
８と半径方向に微小隙間ｇを介して配置されている。そ
して、このシール部材１７のハブ手段８と対向する外周
面には環状溝１８ａが形成されている。即ち、上記した
従来のようにダストシール手段の主体部が回転するハブ
手段８側に配置されると、ダストシール手段に至ったダ
ストは遠心力によりディスク面に飛散し、信号面を損傷
したり磁気ヘッドを破壊するなどの動作障害を引き起こ
す要因となる。

【００１８】そこで、本発明では上記構成を採用するこ
とによりベアリングのグリス等のダストの飛散を防止し
ている。そして、回転時には溝部内部の圧力が溝部以外
の対向面との圧力より低くなり通過するダストがこの溝
に溜まり回転障害をより防止することができる。

【００１９】＜表１＞は本実施例において、シール部材
（ダストシール）の隙間とこれを通過する１時間当たり
０．５μｍ以上のダスト個数の関係を実験によつて確認
したもので、この結果からダストシールの隙間は５０μ
ｍ以下が好ましく本実施例では２５μｍとしている。

【００２０】

【表１】

【００２１】図２に示すシール部材１８は第２のベアリ
ング６の内輪６ａに当接するワッシャ１９との間に板バ
ネ２０を配置したものであり、このワッシヤ１９は第２
のベアリング６のシールを覆うようにしてある。従っ
て、このワッシャ１９によりベアリングから飛散するダ
ストを極力抑制することができる。

【００２２】図３に示すシール部材１８はハブ手段８と
にラジアル対向面と共にアキシャル対向面を形成するよ
うに、シール部材１８の一部がハブ手段８の上端の一部
を覆うよう張出部１８ｂを形成したもので、より多くの
ダストの侵入が防止でき、シール性が向上する。

【００２３】図４のシール部材１８は、上端部にダスト
溜めの溝１８ｃを形成したもので、固定軸１Ａと密閉空
間を形成するためのトップカバー（図示せず）の接触部
から生じるダストは固定軸に沿って移動するがこの溝を
設けることによりダストが溜まり、他への移動が防止さ
れる。また、図１〜図４の構成を適宜組み合わせてもこ
れらの相乗効果が得られる。

【００２４】以上のようにシールリング等ダストシール
を構成する要素の形状は本明細書に添付した以外にもい
ろいろなバリエーションが考えられるが、シール部材が
固定軸に固着され回転せず、シール隙間がより外周に形
成される本発明の主旨から逸脱するものではない。

【００２５】尚、ダストシールを形成するシール部材及
びハブ手段のシールリング対向部は熱膨張係数が異なる
と、環境温度が変化した場合その係数の差分がダストシ
ールの隙間を大きく変化させるので使用可能温度範囲が
制限される。このため、両者の熱膨張係数は略等しい材
料を採用することが好ましい。例えば本実施例では両者
は同じアルミニュームを主体とする合金で形成してお
り、熱膨張係数は各々同じで、温度変化によるダストシ
ール隙間の変化は少なく使用温度範囲は広い。また別の
例としては、両者を鉄を主体とする金属で形成しても同
様に使用温度範囲は広くなる。

【００２６】ここで本発明構成を採用しているスピンド
ルモータの詳細について具体的に説明する。

【００２７】本実施例では電機子鉄心４の外径Ｄ４＝２
８ｍｍ、内径Ｄ５＝１５．４ｍｍに対してハブ手段８の
ディスク係合部８ａの外径Ｄ６＝２０ｍｍとＤ４とＤ５
の中間径よりも小さくしている。このため、磁気ディス
クにデータを記録再生する磁気ヘッド（図示しない）は
従来よりも小さい内径で電機子鉄心の上部にまで移動で
き、記録可能な面積は増大する。しかし、磁気ヘッドが
電機子鉄心４の上部で記録再生する際に電機子の発生す
る磁束が漏れ磁気ヘッドの出力に影響する。この影響を
防止するため磁性体で形成されるローターケースの内径
Ｄ７は、ハブ手段８のディスク係合部８ａの外径Ｄ６と
同等もしくは小さく（１６ｍｍ）している。

【００２８】図６は磁気ディスクを固定するためのネジ
締めによるハブ手段８への応力の影響を、そのＸＹＺの
３方向（図５に拡大して示す）についてシミュレーショ
ンで解析した結果で、これによると応力はそのネジ穴部
８ｂのＸＹ方向に大きく及びＺ方向には殆ど影響を与え
ないことが判明した。

【００２９】更に、この解析結果に基づき試作検討し、
第２のベアリングはディスククランパ１５の固定のネジ
穴部８ｂの有効ネジ部の径方向を避けて配置すること
で、図７に示すように非繰り返し振れの増加は見られな
いが（図７では横軸０より右側）、有効ネジ部とＺ方向
に接近すると非繰り返し振れが増加することがわかっ
た。（図７では横軸０より左側） 即ち、第２のベアリング６は有効ネジ部の径方向を避け
て配置することでネジ締め応力の影響による変形が少な
くなり、ボールの回転に伴う振動増加がなく、非繰り返
し振れの増加もないと言える。尚、本実施例構成では有
効ネジ部とベアリングの距離はＸＹ（径）方向が約０．
５ｍｍで、Ｚ方向を約１ｍｍとしている。尚、図５は有
効ネジ部とベアリングのＸＹＺの距離の関係を示した図
である。

【００３０】次に、このネジ穴部の周囲の肉厚とハブ手
段の剛性及びこれによる非繰り返し振れについて検討す
る。

【００３１】図８はこのネジ穴部の周囲の肉厚とハブ手
段の剛性の関係をシミュレーションで解析した結果で、
これによると肉厚が１ｍｍ以下では急激に剛性は低下す
ることが判明した。

【００３２】更に、この解析結果に基づいて試作検討
し、図９に示すように剛性と同様に肉厚が１ｍｍ以下で
は急激に非繰り返し振れの増大が見られるとの結果を得
た。

【００３３】即ち、これらの結果からハブ手段のネジ穴
部の周囲の肉厚が薄くなるとハブ手段の剛性が低下し、
剛性が低下するとハブ手段の非周期性の振動が大きくな
り、このハブ手段の非周期性の振動がディスクドライブ
なった場合、ハブ手段外周の非繰り返し振れとなり、磁
気ヘッドがオフトラックする要因となっていたといえ
る。

【００３４】一方、第２のベアリング６をディスククラ
ンパ１５の固定のネジ穴の有効ネジ部の径方向を避けて
配置することでこれらのＸＹ（径）方向の距離は殆ど一
致する程度まで（実施例では約０．５ｍｍ）狭く設計で
き、またディスク係合部の外径を小さくするためにも可
能な限りこの距離は狭くしなければならない。

【００３５】このため、従来のようにダストシール部の
外径を第２のベアリング６の外径よりも大とする構造で
は、ハブ手段８のネジ穴部の周囲に剛性を得るに必要な
１ｍｍ以上の肉厚を実現できず、本発明ではハブ手段８
のダストシール部の外径Ｄ８は第２のベアリング６の外
径Ｄ９に対して小となるよう構成しなければならないと
言える。

【００３６】本実施例では第２のベアリング６の外径Ｄ
９＝１３ｍｍに対してハブ手段のダストシール部外径は
Ｄ８＝９．１４ｍｍとしており、ハブ手段のネジ穴部の
周囲に約２．４ｍｍの肉厚を実現し、非繰り返し振れは
約０．０５μｍを達成している。

【００３７】また更に、本発明検討の過程で非繰り返し
振れがハブ手段の非周期性の振動に起因することが判明
した点に注目し、ベアリング自身の非周期性の振動低減
についても考察した。

【００３８】ベアリングはディスクドライブのスピンド
ルモータに用いられる場合、その組み込によって又は、
他部品のネジの締め付け等により多少なりとも外輪内輪
に応力を受け、その真円度に影響を及ぼしており、この
非周期性の振動は増加し非繰り返し振れを増加させると
言える。

【００３９】この振動はボールがその回転に伴って内輪
又は外輪に不規則に接触することによって生じると考え
ると、各々のボールが発生させる振動は互いに異なった
位相で打ち消し合い、ボール個数が多いほど振動が低減
されると推定される。

【００４０】図１０はディスクドライブのスピンドルモ
ータに用いられるベアリングのボールの個数と非繰り返
し振れ関係を実験によって確認したもので、ボール個数
が１０個以上になると非繰り返し振れが大幅に低減され
ることが判明した。尚、現在の測定技術では他の要素や
測定台の振動などによって０．０２μｍ程度の暗振動が
あるのでボールの個数の改善だけでは０．０３μｍが限
界である。

【００４１】即ち、ベアリングをディスクドライブのス
ピンドルモータに用い、多少なりとも外輪内輪に応力を
受ける場合、非繰り返し振れを増加させないためには、
各々のベアリングに内蔵されるボールの個数を１０個以
上とするこが必要であると言え、本実施例では定格荷重
なども考慮して１０個とした。

【００４２】また、本実施例では第２のベアリング６の
一端を覆うようにしたハブ手段の一端の内周が、固定軸
に圧入などの手段で固定されたダストシール部材の外周
と約２５μｍの隙間を挟んで対向しており、ダストシー
ルを構成し、ベアリングのグリス等のダストの飛散を防
止している。この構成により、従来のダストシール手段
に比べ、本実施例のダストシールの占める空間が小さく
なり、ハブ手段のこの部分での肉厚が厚くでき、ハブ手
段の剛性が向上し前述したと同様に振動が減り非繰り返
し振れの低減に寄与する。

【００４３】図１１は本実施例によるスピンドルモータ
のハブ手段のディスク係合部の外周振れの周波数分析デ
ータで、上記した従来例の図１２と比較して，に示
すような非繰り返し性の振れ成分が大幅に低減されてい
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、請求項１ではシールリングが固定軸に固着され回転
しないから、モータの外部で発生したダストがシール上
に移動したとしても、他に移動することがなくなる。ま
た、シール隙間が固定軸より外周に形成される構成とす
ることにより、モータの外部で発生したダストがダスト
シール隙間に移動することがなくなる。これらの作用に
よりモータの外部で発生したダストによるディスクドラ
イブ装置の動作障害や、スピンドルモータの回転障害を
防止し、ディスクドライブ装置の信頼性を大幅に向上さ
せるものである。

【００４５】また、請求項５では内径の小さい磁気ディ
スクを係合可能なようにハブ手段のディスク係合部の外
径を小さくしてもなお、第２のベアリングをディスクク
ランパ固定のネジ締め穴の有効ネジ部の径方向を避けて
配置し、且つハブ手段のダストシール部の内径を第２の
ベアリングの外径より小さく構成したから、ハブ手段の
剛性が高くなり、ベアリングへの応力も殆どなくなり、
これに起因する非繰り返し振れが大幅に低減される。こ
のため、磁気ヘッドのオフトラックが防止され記録容量
の増大が達成されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスピンドルモータの一実施例を示す半
断面図である。

【図２】本発明のスピンドルモータの第２の実施例を示
す部分拡大図である。

【図３】本発明のスピンドルモータの第３の実施例を示
す部分拡大図である。

【図４】本発明のスピンドルモータの第４の実施例を示
す部分拡大図である。

【図５】有効ネジ部とベアリングのＸＹＺの距離の関係
を示す図である。

【図６】ネジ締めによるハブ手段への応力を解析した図
である。

【図７】第２のベアリングと有効ネジとのＺ方向距離に
おける非繰り返し振れの関係を示す図である。

【図８】ネジ穴部肉厚と相対剛性との関係を示す図であ
る。

【図９】ネジ穴部肉厚と非繰り返し振れとの関係を示す
図である。

【図１０】ベアリングのボール数と非繰り返し振れとの
関係を示す図である。

【図１１】本発明のハブ手段の外周振れの周波数分析の
図である。

【図１２】従来のハブ手段の外周振れの周波数分析の図
である。

【図１３】従来のスピンドルモータを示す半断面図であ
る。

【符号の説明】

１…モータベース、１Ａ…固定軸、５…第１のベアリン
グ、６…第２のベアリング、７…ディスク、８…ハブ手
段、８ａ…ディスク係合部、８ｂ…ネジ穴部、１８…シ
ール部材。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定軸を備えたモータベースと、該モータ
   ベースに配置され電機子捲線を施した電機子鉄心と、該
   固定軸に内輪を係合し該電機子鉄心の内径の内側に配置
   された第１のベアリングと、該第１のベアリングと間隔
   を空け前記固定軸に内輪を係合した第２のベアリング
   と、該第１及び第２のベアリングの外輪に係合し回転自
   在に支持されその上端面にネジ締め穴を備えたハブ手段
   と、前記第２のベアリングの一端を覆い前記固定軸の外
   周と前記ハブ手段の内周との間に配置されたダストシー
   ル手段と、前記ハブ手段の下端に固着されたロータケー
   スと、内周に複数の駆動磁極を有し前記電機子鉄心の外
   周と対向するように該ロータケースに固着された駆動マ
   グネットと、前記ハブ手段の外周にはディスク係合部を
   有し磁気ディスクの内径を係合し回転駆動するようにし
   た磁気ディスクドライブのスピンドルモータにおいて、 前記ダストシール手段は前記固定軸に固着されると共に
   前記ハブ手段と半径方向に僅かな隙間を介してダストシ
   ール面を形成してなることを特徴とするスピンドルモー
   タ。
2. 【請求項２】前記ダストシール手段は前記ハブ手段と対
   向するダストシール面に円周方向に環状溝を形成してな
   る請求項１記載のスピンドルモータ。
3. 【請求項３】前記ダストシール手段は上端にダスト溜め
   の溝を形成してなる請求項１記載のスピンドルモータ。
4. 【請求項４】前記ダストシール手段は前記ハブ手段とに
   ラジアル対向面及びアキシャル対向面を形成してなる請
   求項１記載のスピンドルモータ。
5. 【請求項５】前記第２のベアリングを前記ハブ手段の上
   端面のネジ締め穴の有効ネジ部の径方向延長部以外に配
   置し、前記ハブ手段のダストシール部内周径が前記第２
   のベアリングの外周よりも小なることを特徴とする請求
   項１，２，３または４項記載のスピンドルモータ。