回転機器
【課題】薄型化に伴うトルク性能の低下を抑える。
【解決手段】ディスク駆動装置１００は、ハブ２８と、流体動圧軸受によりハブ２８を回転自在に支持するベース４と、ベース４に固定された積層コア４０と、ハブ２８に固定された円筒状マグネット３２と、ベース４に固定され、回転軸Ｒ方向において円筒状マグネット３２と対向し、磁性材料により形成された吸引プレート８６と、を備える。吸引プレート８６は、吸引プレート８６と回転軸Ｒとの距離の最小値が円筒状マグネット３２と回転軸Ｒとの距離の最小値よりも大きくなるよう形成される。円筒状マグネット３２を回転軸Ｒに直交する平面に投影した場合の投影領域は、吸引プレート８６をその平面に投影した場合の投影領域と部分的に重なる。
【解決手段】ディスク駆動装置１００は、ハブ２８と、流体動圧軸受によりハブ２８を回転自在に支持するベース４と、ベース４に固定された積層コア４０と、ハブ２８に固定された円筒状マグネット３２と、ベース４に固定され、回転軸Ｒ方向において円筒状マグネット３２と対向し、磁性材料により形成された吸引プレート８６と、を備える。吸引プレート８６は、吸引プレート８６と回転軸Ｒとの距離の最小値が円筒状マグネット３２と回転軸Ｒとの距離の最小値よりも大きくなるよう形成される。円筒状マグネット３２を回転軸Ｒに直交する平面に投影した場合の投影領域は、吸引プレート８６をその平面に投影した場合の投影領域と部分的に重なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体動圧軸受を使用する回転機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブなどのディスク駆動装置は、小型化、大容量化が進み、種々の電子機器に搭載されている。特にノートパソコンや携帯型音楽再生機器などの携帯型の電子機器へのディスク駆動装置の搭載が進んでいる。
【０００３】
本出願人は特許文献１において、流体動圧軸受を使用するディスク駆動装置を提案している。このディスク駆動装置は、リング状のマグネットを有する回転体と、ステータコアを有する固定体と、回転体を固定体に対して回転自在に支持する流体動圧軸受と、固定体に取り付けられマグネットの軸方向下端面と隙間を介して対向する吸引プレートと、を備える。吸引プレートとマグネットとの間には軸方向に磁気的な吸引力が生じる。この吸引力は、マグネットが結合されている回転体全体をベース側に押しつけるよう作用し、回転体の振動が抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−５８５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯型の電子機器にとっては小型化、薄型化が命題であり、それに搭載されるディスク駆動装置にも小型化、薄型化が求められる。特許文献１に代表されるディスク駆動装置の薄型化を進めると、マグネットと吸引プレートとの距離が縮まることとなる。すると吸引力が強まると共に回転駆動に作用する磁束の割合が減少するので、トルク性能が低下しうる。
【０００６】
このような課題は、ディスク駆動装置に限らず他の種類の回転機器でも起こりうる。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は薄型化を進めてもトルク性能の低下を抑えることができる回転機器の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、回転機器に関する。この回転機器は、記録ディスクが載置されるべきハブと、流体動圧軸受によりハブを回転自在に支持するベースと、ベースに固定され、円環部とそこから半径方向に伸びる複数の突極とを含むコアと、複数の突極に巻き線されて形成されるコイルと、ハブに固定され、複数の突極と半径方向に対向し、周方向に複数の駆動用着磁が施されたマグネットと、ベースに固定され、ハブの回転軸方向においてマグネットと対向し、磁性材料により形成された吸引プレートと、を備える。吸引プレートは、吸引プレートとハブの回転軸との距離の最小値がマグネットとハブの回転軸との距離の最小値よりも大きくなるよう形成される。マグネットをハブの回転軸に直交する平面に投影した場合の投影領域は、吸引プレートを平面に投影した場合の投影領域と部分的に重なる。
【０００９】
この態様によると、吸引プレートがマグネットに及ぼす磁気的な吸引力を小さくすることができる。
【００１０】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転機器の薄型化を進めてもトルク性能の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係るディスク駆動装置を示す上面図および側面図である。
【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】吸引プレートを示す上面図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、吸引プレートの内周面の半径に応じたトルクおよびロータの浮上量の変化を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、円筒状マグネットの内周面から出る磁束の分布を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１４】
実施の形態に係るディスク駆動装置は回転機器の一例であり、磁気記録ディスクを搭載するハードディスクドライブとして好適に用いられる。
実施の形態に係るディスク駆動装置では、アウターロータ型の構成において、マグネットをベース側に引きつけるための吸引プレートの内径をマグネットの内径よりも大きくする。これにより、ディスク駆動装置の薄型化によってマグネットと吸引プレートとの距離が縮まっても、マグネットから吸引プレートに入る磁束の増大を抑えることができる。その結果、ディスク駆動装置の薄型化によるトルクの低下を緩和することができる。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係るディスク駆動装置１００を示す上面図および側面図である。図１（ａ）は、実施の形態に係るディスク駆動装置１００の上面図である。図１（ａ）では、ディスク駆動装置１００の内側の構成を示すため、トップカバー２を外した状態が示される。ディスク駆動装置１００は、ベース４と、ロータ６と、磁気記録ディスク８と、データリード／ライト部１０と、トップカバー２と、を備える。
以降ベース４に対してロータ６が搭載される側を上側として説明する。
【００１６】
磁気記録ディスク８は、ロータ６に載置され、ロータ６の回転に伴って回転する。ロータ６は、図１（ａ）では図示しない軸受ユニット１２を介してベース４に対して回転可能に取り付けられる。ベース４はアルミニウムの合金をダイカストにより成型して形成される。ベース４は、ディスク駆動装置１００の底部を形成する底板部４ａと、磁気記録ディスク８の載置領域を囲むように底板部４ａの外周に沿って形成された外周壁部４ｂと、を有する。外周壁部４ｂの上面４ｃには、６つのねじ穴２２が設けられる。
【００１７】
データリード／ライト部１０は、記録再生ヘッド（不図示）と、スイングアーム１４と、ボイスコイルモータ１６と、ピボットアセンブリ１８と、を含む。記録再生ヘッドは、スイングアーム１４の先端部に取り付けられ、磁気記録ディスク８にデータを記録し、磁気記録ディスク８からデータを読み取る。ピボットアセンブリ１８は、スイングアーム１４をベース４に対してヘッド回転軸Ｓの周りに揺動自在に支持する。ボイスコイルモータ１６は、スイングアーム１４をヘッド回転軸Ｓの周りに揺動させ、記録再生ヘッドを磁気記録ディスク８の上面上の所望の位置に移動させる。ボイスコイルモータ１６およびピボットアセンブリ１８は、ヘッドの位置を制御する公知の技術を用いて構成される。
【００１８】
図１（ｂ）は、実施の形態に係るディスク駆動装置１００の側面図である。トップカバー２は、６つのねじ２０を用いてベース４の外周壁部４ｂの上面４ｃに固定される。６つのねじ２０は、６つのねじ穴２２にそれぞれ対応する。
【００１９】
図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。ロータ６は、シャフト２６と、ハブ２８と、スラストリング３０と、円筒状マグネット３２と、を含む。ハブ２８のディスク載置面２８ａ上に磁気記録ディスク８が載置される。ハブ２８の上面２８ｂには３つのディスク固定用ねじ穴３４がロータ６の回転軸Ｒの周りに１２０度間隔で設けられている。クランパ３６は、３つのディスク固定用ねじ穴３４に螺合される３つのディスク固定用ねじ３８によってハブ２８の上面２８ｂに圧着されると共に磁気記録ディスク８をハブ２８のディスク載置面２８ａに圧着させる。
【００２０】
ハブ２８は、例えばＳＵＳ４３０Ｆ等の磁性体から形成される。ハブ２８は、鉄鋼板を例えばプレス加工や切削加工することにより形成され、略カップ状の所定の形状に形成される。ハブ２８の鉄鋼材料としては、例えば、大同特殊鋼株式会社が供給する商品名ＤＨＳ１のステンレスはアウトガスが少なく、加工容易である点で好ましい。また、同様に同社が供給する商品名ＤＨＳ２のステンレスはさらに耐食性が良好な点でより好ましい。
【００２１】
シャフト２６は、ハブ２８の中心に設けられた孔２８ｃであってロータ６の回転軸Ｒと同軸に設けられた孔２８ｃに圧入と接着とを併用した状態で固着される。
【００２２】
スラストリング３０は円環形状を有し、スラストリング３０の断面は、逆Ｌ字形状を有する。スラストリング３０は、ハブ２８の下垂部２８ｄの内周面２８ｅに接着により固定される。
【００２３】
円筒状マグネット３２は、略カップ形状のハブ２８の内側の円筒面に相当する円筒状内周面２８ｆに接着固定される。円筒状マグネット３２は、ネオジウム、鉄、ホウ素などの希土類材料によって形成される。円筒状マグネット３２の内周面３２ａは、積層コア４０の１２本の突極と半径方向（すなわち回転軸Ｒに直交する方向）に対向する。円筒状マグネット３２にはその周方向（回転軸Ｒを中心とし回転軸Ｒに垂直な円の接線方向）に１６極の磁極が正弦波状に着磁される。正弦波状の着磁によりコギングトルクが低減される。円筒状マグネット３２の表面には電着塗装やスプレー塗装などによる防錆処理が施される。
【００２４】
ディスク駆動装置１００は、軸受ユニット１２と、積層コア４０と、コイル４２と、吸引プレート８６と、をさらに備える。ベース４は、軸受ユニット１２を介してハブ２８を回転自在に支持する。ベース４の上面４ｄには、ロータ６の回転軸Ｒを中心とし、上側に突出して軸受ユニット１２を環囲する円環状の環状壁部４ｅが設けられる。環状壁部４ｅの内周面は軸受ユニット１２が挿入され接着固定される軸受孔４ｈを形成する。
【００２５】
軸受ユニット１２は、ハウジング４４と、スリーブ４６と、を含む。ハウジング４４は、円筒部と底部とが一体に形成された有底カップ形状を有し、その底部を下にしてベース４の軸受孔４ｈに接着により固定される。スリーブ４６は、ハウジング４４の内側の側面に接着により固定される円筒状の部材である。スリーブ４６の上端には半径方向外側に向けて張り出した張出部４６ａが形成されている。この張出部４６ａは、スラストリング３０と協働してロータ６の回転軸Ｒ方向の移動を制限する。
【００２６】
スリーブ４６にはシャフト２６が収まる。シャフト２６およびハブ２８およびスラストリング３０と軸受ユニット１２との間の空間である潤滑剤充填空間８８には潤滑剤４８が注入される。
【００２７】
スリーブ４６の内周面には、上下に離間した１組のヘリングボーン形状のラジアル動圧溝５０が形成される。ハウジング４４の上面に対向するスラストリング３０の下面には、ヘリングボーン形状またはスパイラル形状の第１スラスト動圧溝５２が形成される。張出部４６ａの下面に対向するスラストリング３０の上面には、ヘリングボーン形状またはスパイラル形状の第２スラスト動圧溝５４が形成される。ロータ６の回転時には、ラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝が潤滑剤４８に生成する動圧によって、ロータ６は半径方向および回転軸Ｒ方向に支持される。したがって、シャフト２６とスリーブ４６とスラストリング３０とハウジング４４と潤滑剤４８とは、回転時に潤滑剤４８に生じる圧力によってロータ６を回転自在に支持する流体動圧軸受を構成する。
【００２８】
なお、１組のヘリングボーン形状のラジアル動圧溝をシャフト２６に形成してもよい。また、第１スラスト動圧溝をハウジング４４の上面に形成してもよく、第２スラスト動圧溝を張出部４６ａの下面に形成してもよい。あるいはまた、スラスト動圧溝を、ハブ２８の下面のうち張出部４６ａと対向する面または張出部４６ａの上面に設けてもよい。
【００２９】
ハウジング４４の上側には、スラストリング３０の内周面３０ｃとハウジング４４の外周面４４ａとの間の隙間が下方に向けて徐々に広がる部分であるキャピラリーシール部ＴＳが形成される。キャピラリーシール部ＴＳは毛細管現象により潤滑剤４８の漏れ出しを防止する。スラストリング３０の内周面３０ｃは回転軸Ｒ方向下向きに径が小さくなるように形成される。この場合、ロータ６の回転に伴う遠心力により潤滑剤４８に奥向きの力が加えられる。
【００３０】
積層コア４０は円環部とそこから半径方向外側に伸びる１２本の突極とを有し、ベース４の上面４ｄ側に固定される。積層コア４０は、６枚の薄型電磁鋼板を積層しカシメにより一体化して形成される。積層コア４０の表面には電着塗装や粉体塗装などによる絶縁塗装が施される。それぞれの突極にはコイル４２が巻回される。このコイル４２に３相の略正弦波状の駆動電流が流れることにより突極に沿って駆動磁束が発生する。
【００３１】
吸引プレート８６は平たいリング状の部材であり、ケイ素鋼などの磁性材料により形成される。吸引プレート８６は、回転軸Ｒとは反対側の外周面８６ａがベース４に略半径方向に圧接することによってベース４に固定される。吸引プレート８６は、回転軸Ｒ方向において円筒状マグネット３２と対向する。吸引プレート８６は磁性材料により形成されるので、円筒状マグネット３２と磁気的に引きつけ合う。これにより円筒状マグネット３２に回転軸Ｒ方向下向きの力が加わり、ロータ６の回転中にロータ６の浮き上がりや振動が抑制される。
【００３２】
吸引プレート８６は、吸引プレート８６と回転軸Ｒとの距離の最小値が円筒状マグネット３２と回転軸Ｒとの距離の最小値よりも大きくなるよう形成される。特に本実施の形態では、吸引プレート８６の回転軸Ｒ側の内周面８６ｄは回転軸Ｒを中心とする円筒状の面であり、円筒状マグネット３２の内周面３２ａもまた回転軸Ｒを中心とする円筒状の面である。したがって、吸引プレート８６と回転軸Ｒとの距離の最小値は吸引プレート８６の内周面８６ｄの半径Ｒ１であり、円筒状マグネット３２と回転軸Ｒとの距離の最小値は円筒状マグネット３２の内周面３２ａの半径Ｒ２である。吸引プレート８６は半径Ｒ１が半径Ｒ２よりも大きくなるよう形成される。
【００３３】
ディスク駆動装置１００を設計する際、回転時にロータ６を浮上させる力である浮上力Ｆｆや吸引プレート８６の吸引力Ｆａはシミュレーション等により計算可能である。例えば回転数や動圧部における隙間の大きさや動圧溝の形状等を入力パラメータとしてモデルを構築し、構築されたモデルから浮上力Ｆｆを計算できる。またディスク駆動装置１００の磁場を数値的に解析することにより吸引力Ｆａを計算できる。
【００３４】
設計段階でそのようなシミュレーション等を使用することにより、吸引プレート８６の内周面８６ｄの半径Ｒ１は、設計上、吸引力Ｆａの大きさが磁気記録ディスク８の質量とロータ６の質量との合計値に１９．６ｍ／ｓ２から３８．２ｍ／ｓ２の範囲の加速度を乗じて得られる大きさとなるよう決定される。また、吸引プレート８６は、円筒状マグネット３２の内周面３２ａから吸引プレート８６が受ける磁束がその内周面３２ａからハブ２８が受ける磁束と略等しくなるよう構成される。
【００３５】
図３は、吸引プレート８６を示す上面図である。吸引プレート８６は、円環部８６ｂとそこから半径方向外側に伸びる６箇所の突出部８６ｃとを有する。６本の突出部８６ｃは回転軸Ｒを中心として等しい角度間隔、すなわち６０度間隔で設けられる。吸引プレート８６は、６本の突出部８６ｃがベース４に例えばカシメにより圧接することによってベース４に固定される。
【００３６】
吸引プレート８６の上面８６ｅは回転軸Ｒに略直交するので、その上面８６ｅは回転軸Ｒと直交するある平面（以下、投影面と称す）に含まれる。図３は投影面を上から見た図であるとも言える。図３において、破線の円７０、７２はそれぞれ、円筒状マグネット３２を投影面に投影した場合の円筒状マグネット３２の内周面３２ａ、外周面３２ｂに対応する。図３の円７０と円７２とで挟まれる円環状の平面領域７４は、円筒状マグネット３２を投影面に投影した場合の投影領域である。吸引プレート８６の上面８６ｅは、吸引プレート８６を投影面に投影した場合の投影領域である。平面領域７４は吸引プレート８６の上面８６ｅと部分的に重なる。特に、吸引プレート８６の上面８６ｅには、平面領域７４と重なる部分７６とそうでないすなわち重ならない部分７８とが存在する。
【００３７】
重なる部分７６の半径方向の幅の最大値は重ならない部分７８の半径方向の幅の最大値よりも小さい。特に本実施の形態では、投影面において吸引プレート８６の内周面８６ｄに対応する円と円筒状マグネット３２の外周面３２ｂに対応する円７２とは回転軸Ｒの位置を中心とする同心円であるから、重なる部分７６は半径方向の幅Ｗ１が略等しい円環状の平面領域である。重ならない部分７８の半径方向の幅の最大値は突出部８６ｃのところで幅Ｗ２として与えられる。重なる部分７６の半径方向の幅Ｗ１は重ならない部分７８の突出部８６ｃのところで与えられる半径方向の幅Ｗ２よりも小さい。
【００３８】
円筒状マグネット３２の外周面３２ｂに対応する円７２の半径をＲ３、吸引プレート８６の円環部８６ｂの外周の半径をＲ４、吸引プレート８６の突出部８６ｃのベース４と接触する端面８６ｃａと回転軸Ｒとの距離をＲ５とすると、ディスク駆動装置１００は、Ｒ２＜Ｒ１＜Ｒ３＜Ｒ４＜Ｒ５が満たされるよう構成される。また、各寸法の一例は以下の通りである。
Ｒ１＝８．７５ｍｍ
Ｒ２＝８．５ｍｍ
Ｒ３＝９．５ｍｍ
Ｒ４＝１０．１ｍｍ
Ｒ５＝１０．５ｍｍ
Ｗ１＝Ｒ３−Ｒ１＝０．７５ｍｍ
Ｗ２＝Ｒ５−Ｒ３＝１ｍｍ
【００３９】
以上のように構成されたディスク駆動装置１００の動作について説明する。磁気記録ディスク８を回転させるために、３相の駆動電流がコイル４２に供給される。その駆動電流がコイル４２を流れることにより、１２本の突極に沿って駆動磁束が発生する。この駆動磁束によって円筒状マグネット３２にトルクが与えられ、ロータ６およびそれに嵌合された磁気記録ディスク８が回転する。同時にボイスコイルモータ１６がスイングアーム１４を揺動させることによって、記録再生ヘッドが磁気記録ディスク８上の揺動範囲を行き来する。記録再生ヘッドは磁気記録ディスク８に記録された磁気データを電気信号に変換して制御基板（不図示）へ伝え、また制御基板から電気信号の形で送られてくるデータを磁気記録ディスク８上に磁気データとして書き込む。
【００４０】
本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、吸引プレート８６の内周面８６ｄの半径Ｒ１は円筒状マグネット３２の内周面３２ａの半径Ｒ２よりも大きい。したがって、そうでない構成と比較して、円筒状マグネット３２の内周面３２ａから発せられる磁束が吸引プレート８６に作用する割合を低減できる。すなわち、吸引プレート８６の吸引力Ｆａを低下させることができる。これにより、ディスク駆動装置１００を薄型化して円筒状マグネット３２と吸引プレート８６とをより近づけたとしても、積層コア４０ではなく吸引プレート８６に作用する磁束の増加を抑えることができる。その結果、吸引プレート８６に起因するトルクの低下を抑えることができる。
【００４１】
トルクは一般に、積層コアに作用する磁束の大きさとコイル４２に流れる駆動電流の大きさとの積が大きくなるほど大きくなる。そこで従来では積層コアに作用する磁束の低下分を補うために駆動電流を増やしていたが、本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では駆動電流を増やさなくてもよいかまたは増やすとしても少量で済む。これにより、薄型化によるディスク駆動装置１００の消費電力の増大を抑えることができる。
また、矩形波着磁等を使用して円筒状マグネットの磁力を強化することで積層コアに作用する磁束の低下分を補うことも考えられる。しかしながら本実施の形態に係るディスク駆動装置１００ではそうする必要はなく、よりコギングトルクの小さな正弦波着磁を使用することができる。
【００４２】
携帯型の電子機器の多くは電池駆動であるから、本実施の形態に係る低消費電力のディスク駆動装置１００を採用することにより電池持続時間を伸ばすことができる。したがって、ディスク駆動装置１００は特に携帯型の電子機器への搭載に適している。
【００４３】
また本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、円筒状マグネット３２を投影面に投影した場合の投影領域は、吸引プレート８６を投影面に投影した場合の投影領域と部分的に重なる。したがって、円筒状マグネット３２の内周面３２ａと吸引プレート８６との距離は、吸引プレート８６がその吸引作用を維持できる程度に保たれる。
【００４４】
本発明者は吸引プレートの内周面の半径Ｒ１が異なる複数のディスク駆動装置を用意して検討を行った。図４（ａ）、（ｂ）は、吸引プレートの内周面の半径Ｒ１に応じたトルクおよびロータの浮上量の変化を示すグラフである。図４（ａ）のグラフの横軸は吸引プレートの内周面の半径Ｒ１と円筒状マグネットの内周面の半径Ｒ２との差ΔＲ（＝Ｒ１−Ｒ２）をｍｍの単位で示し、縦軸はトルクの大きさを任意の単位で示す。吸引プレートの内周面の半径Ｒ１が大きくなるとトルクも大きくなることが分かる。図４（ｂ）のグラフの横軸はΔＲを示し、縦軸はロータの浮上量を任意の単位で示す。ΔＲが０．５を超える辺りから浮上量が増大を始めることが分かる。
【００４５】
吸引プレートは、外周面がベースに圧接されることにより固定される。この圧接の圧力により吸引プレートに歪みが生じことがある。具体的には、吸引プレートの上面の外周面側に、周方向に波を打ったように凸凹が生じることがある。吸引プレートの半径方向の幅が狭いと、吸引プレートの上面の内周面側にもそのような凹凸が生じることがある。円筒状マグネット３２の内周面３２ａにより近い吸引プレートの上面の内周面側に大きな凹凸が生じると、その凹凸に応じて円筒状マグネットの内周面から受ける磁束が変化して回転ムラを生じる可能性がある。
【００４６】
したがって本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、重なる部分７６の半径方向の幅Ｗ１は重ならない部分７８の突出部８６ｃのところで与えられる半径方向の幅Ｗ２よりも小さい。これにより、重なる部分７６と突出部８６ｃの端面８６ｃａとは、少なくとも重なる部分７６の半径方向の幅Ｗ１だけ離れるので、重なる部分７６における凹凸の発生を抑制できる。
【００４７】
吸引プレートの全外周に亘って荷重を加えて吸引プレートをベースに固定する場合、外周に加えるカシメ荷重に僅かな不均一があっても吸引プレートに大きな変形を生じる可能性がある。吸引プレートが変形すると円筒状マグネット３２との隙間を周方向に均一に保つことが難しくなる。この隙間が不均一になると円筒状マグネット３２との引きつけ合う力が周方向で変化して、ロータ６の回転が不安定となり、最悪の場合吸引プレートが円筒状マグネット３２に接触する可能性がある。
【００４８】
したがって、本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、吸引プレート８６は、円環部８６ｂとそこから半径方向外側に伸びる６本の突出部８６ｃとを有する。吸引プレート８６は、６本の突出部８６ｃがベース４に例えばカシメにより固定されることによってベース４に固定される。ここでは６本の突出部８６ｃに荷重が加えられる。したがって、吸引プレートの全外周に亘って荷重を加えて吸引プレートをベースに固定する場合と比較して、吸引プレート８６の変形を抑制しうる。
【００４９】
吸引プレートの吸引力Ｆａが小さ過ぎると、ディスク駆動装置をひっくり返す前後でのロータ６の浮上量の変化が大きくなる。浮上量が変化すると磁気記録ディスク８の回転軸Ｒ方向の位置も変化する。したがって、吸引力Ｆａが小さ過ぎる場合はディスク駆動装置の姿勢によって磁気記録ディスク８と記録再生ヘッドとのヘッドタッチが大きく変わり、場合によってはデータのリード・ライト動作が阻害される可能性がある。
一方、吸引力Ｆａが大きいと、その分積層コア４０に入る磁束が少なくなるので駆動電流が増大しうる。また、スラスト動圧軸受によってロータ６を浮上させるのにより大きな力が必要となる。したがって、ロータ６を浮上させるために必要な回転数が上がるので、ディスク駆動装置１００の起動や停止の際にスラスト動圧軸受がより長い時間接触することになる。その結果、起動時間や起動電流が増えると同時に、摩耗により軸受寿命が短くなる可能性がある。また、吸引力Ｆａが大きいということは吸引プレートに入る磁束が相対的に多いということなので、吸引プレートに発生する渦電流やヒステリシス損が増えうる。その結果、回転に対する負荷が増え、駆動電流が増大する可能性がある。
【００５０】
したがって、本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、設計上、吸引力Ｆａの大きさは、磁気記録ディスク８の質量とロータ６の質量との合計値に１９．６ｍ／ｓ２から３８．２ｍ／ｓ２の範囲の加速度を乗じて得られる大きさとされる。このように、吸引力Ｆａは大き過ぎず小さ過ぎない適切な範囲に設定されているので、ディスク駆動装置１００の姿勢の違いによる影響を実用上問題の無いレベルまで抑えることができると共に駆動電流の増大も抑制できる。
【００５１】
また本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、円筒状マグネット３２の内周面３２ａから吸引プレート８６が受ける磁束はその内周面３２ａからハブ２８が受ける磁束と略等しくされる。これにより、円筒状マグネット３２の内周面３２ａから出る磁束の分布の回転軸Ｒ方向における中心である磁気中心と積層コア４０の突極の回転軸Ｒ方向における中心とのずれを抑制できる。その結果、ディスク駆動装置１００の騒音のスペクトルのうちトルクリップルに起因する（駆動相数）×（磁極数）×（回転数）（実施の形態では３×１６×Ｎ＝４８Ｎ）の周波数成分を低減できる。
【００５２】
円筒状マグネット３２の内周面３２ａから出る磁束の大部分は積層コア４０の突極に入る。また、その磁束の一部は吸引プレート８６およびハブ２８に入る。吸引プレートが受ける磁束とハブが受ける磁束とが大きく異なる場合、積層コアの突極が受ける磁束の回転軸方向の分布がいずれかに偏る。設計段階では、円筒状マグネット３２の磁気中心と積層コア４０の突極の中心とは、他の部材からの影響がない場合に揃うよう設計される。したがって、磁束分布の偏りが発生するとそれらがずれることとなる。
【００５３】
例えば、ハブが受ける磁束が吸引プレートが受ける磁束よりも多い場合、積層コアの突極が受ける磁束の回転軸方向の分布が吸引プレート側に偏り、円筒状マグネットの磁気中心が吸引プレート側に寄り、積層コアの突極の中心からずれることとなる。また逆に、吸引プレートが受ける磁束の方が多い場合、円筒状マグネットの磁気中心がハブ側に寄り、やはり積層コアの突極の中心とずれることとなる。
【００５４】
本発明者の当業者としての経験から、円筒状マグネットの磁気中心と積層コアの突極の中心とが揃っている場合と比較して、それらがずれている場合は騒音のスペクトルのうちの（駆動相数）×（磁極数）×（回転数）の周波数成分が大きくなる。
【００５５】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、円筒状マグネットの内周面から出る磁束の分布を示す模式図である。これらの図において磁束線は破線で示される。図５（ａ）は円筒状マグネット２０２の内周面から出るほとんどの磁束を積層コア２０４が受ける比較例に対応する。本比較例では、ハブ２０６は非磁性体により形成され、本比較例に係るディスク駆動装置は吸引プレートを有さない。本比較例では、積層コアの突極と円筒状マグネットの内周面との寸法的な回転軸方向中心を揃えることにより、円筒状マグネットの磁気中心と突極の中心とを揃えることができる。
【００５６】
図５（ｂ）はハブ２０８が磁性体により形成され磁束を受ける比較例に対応する。円筒状マグネット２１０の内周面から出る磁束のうちハブ２０８に近い側の磁束の一部がハブ２０８に流れるため、その分積層コア２１２の受ける磁束がハブ側で減少する。この状態では円筒状マグネットの磁気中心はベース側にずれている。
【００５７】
図５（ｃ）は吸引プレート８６がハブ２８と略同じ大きさの磁束を受ける本実施の形態に対応する。積層コア４０の受ける磁束がハブ２８側で減少するのは図５（ｂ）の場合と同様である。さらに、円筒状マグネット３２の内周面３２ａから出る磁束のうちベース４に近い側の磁束の一部が吸引プレート８６に流れるため、その分積層コア４０の受ける磁束がベース４側で減少する。その結果、図５（ｂ）でベース側にずれた磁気中心がハブ２８側に戻り、積層コア４０の突極の中心と揃うようになる。
【００５８】
以上、実施の形態に係るディスク駆動装置１００の構成と動作について説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５９】
実施の形態では、軸受ユニット１２がベース４に固定され、シャフト２６が軸受ユニット１２に対して回転する場合について説明したが、たとえばシャフトがベースに固定され、軸受ユニットがハブと共にシャフトに対して回転するようなシャフト固定型であってもよい。
【００６０】
実施の形態では、ベース４に直接軸受ユニット１２が取り付けられる場合について説明したが、これに限られない。例えば、ロータ、軸受ユニット、積層コア、コイル、吸引プレートおよびベースからなるブラシレスモータを別途形成した上で、そのブラシレスモータをシャーシに取り付ける構成としてもよい。
【００６１】
実施の形態では積層コアを用いる場合について説明したが、これに限られず、例えば軟磁性体である鉄やフェライトの粉末を焼結させたコアを用いてもよい。
【００６２】
実施の形態では、ハウジング４４とスリーブ４６とは別体である場合について説明したが、これに限られず、ハウジングとスリーブとは一体に形成されてもよい。この場合、部品点数を削減でき、組立の手間を軽減できる。
【００６３】
実施の形態では、吸引プレート８６の上面８６ｅは投影面に含まれる場合について説明したが、これに限られず、投影面は回転軸Ｒに直交する任意の平面であってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
２ トップカバー、 ４ ベース、 ６ ロータ、 ８ 磁気記録ディスク、 １０ データリード／ライト部、 ２６ シャフト、 ２８ ハブ、 ３２ 円筒状マグネット、 ４０ 積層コア、 ４２ コイル、 ４８ 潤滑剤、 ８６ 吸引プレート、 １００ ディスク駆動装置、 Ｒ 回転軸。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体動圧軸受を使用する回転機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブなどのディスク駆動装置は、小型化、大容量化が進み、種々の電子機器に搭載されている。特にノートパソコンや携帯型音楽再生機器などの携帯型の電子機器へのディスク駆動装置の搭載が進んでいる。
【０００３】
本出願人は特許文献１において、流体動圧軸受を使用するディスク駆動装置を提案している。このディスク駆動装置は、リング状のマグネットを有する回転体と、ステータコアを有する固定体と、回転体を固定体に対して回転自在に支持する流体動圧軸受と、固定体に取り付けられマグネットの軸方向下端面と隙間を介して対向する吸引プレートと、を備える。吸引プレートとマグネットとの間には軸方向に磁気的な吸引力が生じる。この吸引力は、マグネットが結合されている回転体全体をベース側に押しつけるよう作用し、回転体の振動が抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−５８５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯型の電子機器にとっては小型化、薄型化が命題であり、それに搭載されるディスク駆動装置にも小型化、薄型化が求められる。特許文献１に代表されるディスク駆動装置の薄型化を進めると、マグネットと吸引プレートとの距離が縮まることとなる。すると吸引力が強まると共に回転駆動に作用する磁束の割合が減少するので、トルク性能が低下しうる。
【０００６】
このような課題は、ディスク駆動装置に限らず他の種類の回転機器でも起こりうる。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は薄型化を進めてもトルク性能の低下を抑えることができる回転機器の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、回転機器に関する。この回転機器は、記録ディスクが載置されるべきハブと、流体動圧軸受によりハブを回転自在に支持するベースと、ベースに固定され、円環部とそこから半径方向に伸びる複数の突極とを含むコアと、複数の突極に巻き線されて形成されるコイルと、ハブに固定され、複数の突極と半径方向に対向し、周方向に複数の駆動用着磁が施されたマグネットと、ベースに固定され、ハブの回転軸方向においてマグネットと対向し、磁性材料により形成された吸引プレートと、を備える。吸引プレートは、吸引プレートとハブの回転軸との距離の最小値がマグネットとハブの回転軸との距離の最小値よりも大きくなるよう形成される。マグネットをハブの回転軸に直交する平面に投影した場合の投影領域は、吸引プレートを平面に投影した場合の投影領域と部分的に重なる。
【０００９】
この態様によると、吸引プレートがマグネットに及ぼす磁気的な吸引力を小さくすることができる。
【００１０】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転機器の薄型化を進めてもトルク性能の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係るディスク駆動装置を示す上面図および側面図である。
【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】吸引プレートを示す上面図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、吸引プレートの内周面の半径に応じたトルクおよびロータの浮上量の変化を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、円筒状マグネットの内周面から出る磁束の分布を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１４】
実施の形態に係るディスク駆動装置は回転機器の一例であり、磁気記録ディスクを搭載するハードディスクドライブとして好適に用いられる。
実施の形態に係るディスク駆動装置では、アウターロータ型の構成において、マグネットをベース側に引きつけるための吸引プレートの内径をマグネットの内径よりも大きくする。これにより、ディスク駆動装置の薄型化によってマグネットと吸引プレートとの距離が縮まっても、マグネットから吸引プレートに入る磁束の増大を抑えることができる。その結果、ディスク駆動装置の薄型化によるトルクの低下を緩和することができる。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係るディスク駆動装置１００を示す上面図および側面図である。図１（ａ）は、実施の形態に係るディスク駆動装置１００の上面図である。図１（ａ）では、ディスク駆動装置１００の内側の構成を示すため、トップカバー２を外した状態が示される。ディスク駆動装置１００は、ベース４と、ロータ６と、磁気記録ディスク８と、データリード／ライト部１０と、トップカバー２と、を備える。
以降ベース４に対してロータ６が搭載される側を上側として説明する。
【００１６】
磁気記録ディスク８は、ロータ６に載置され、ロータ６の回転に伴って回転する。ロータ６は、図１（ａ）では図示しない軸受ユニット１２を介してベース４に対して回転可能に取り付けられる。ベース４はアルミニウムの合金をダイカストにより成型して形成される。ベース４は、ディスク駆動装置１００の底部を形成する底板部４ａと、磁気記録ディスク８の載置領域を囲むように底板部４ａの外周に沿って形成された外周壁部４ｂと、を有する。外周壁部４ｂの上面４ｃには、６つのねじ穴２２が設けられる。
【００１７】
データリード／ライト部１０は、記録再生ヘッド（不図示）と、スイングアーム１４と、ボイスコイルモータ１６と、ピボットアセンブリ１８と、を含む。記録再生ヘッドは、スイングアーム１４の先端部に取り付けられ、磁気記録ディスク８にデータを記録し、磁気記録ディスク８からデータを読み取る。ピボットアセンブリ１８は、スイングアーム１４をベース４に対してヘッド回転軸Ｓの周りに揺動自在に支持する。ボイスコイルモータ１６は、スイングアーム１４をヘッド回転軸Ｓの周りに揺動させ、記録再生ヘッドを磁気記録ディスク８の上面上の所望の位置に移動させる。ボイスコイルモータ１６およびピボットアセンブリ１８は、ヘッドの位置を制御する公知の技術を用いて構成される。
【００１８】
図１（ｂ）は、実施の形態に係るディスク駆動装置１００の側面図である。トップカバー２は、６つのねじ２０を用いてベース４の外周壁部４ｂの上面４ｃに固定される。６つのねじ２０は、６つのねじ穴２２にそれぞれ対応する。
【００１９】
図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。ロータ６は、シャフト２６と、ハブ２８と、スラストリング３０と、円筒状マグネット３２と、を含む。ハブ２８のディスク載置面２８ａ上に磁気記録ディスク８が載置される。ハブ２８の上面２８ｂには３つのディスク固定用ねじ穴３４がロータ６の回転軸Ｒの周りに１２０度間隔で設けられている。クランパ３６は、３つのディスク固定用ねじ穴３４に螺合される３つのディスク固定用ねじ３８によってハブ２８の上面２８ｂに圧着されると共に磁気記録ディスク８をハブ２８のディスク載置面２８ａに圧着させる。
【００２０】
ハブ２８は、例えばＳＵＳ４３０Ｆ等の磁性体から形成される。ハブ２８は、鉄鋼板を例えばプレス加工や切削加工することにより形成され、略カップ状の所定の形状に形成される。ハブ２８の鉄鋼材料としては、例えば、大同特殊鋼株式会社が供給する商品名ＤＨＳ１のステンレスはアウトガスが少なく、加工容易である点で好ましい。また、同様に同社が供給する商品名ＤＨＳ２のステンレスはさらに耐食性が良好な点でより好ましい。
【００２１】
シャフト２６は、ハブ２８の中心に設けられた孔２８ｃであってロータ６の回転軸Ｒと同軸に設けられた孔２８ｃに圧入と接着とを併用した状態で固着される。
【００２２】
スラストリング３０は円環形状を有し、スラストリング３０の断面は、逆Ｌ字形状を有する。スラストリング３０は、ハブ２８の下垂部２８ｄの内周面２８ｅに接着により固定される。
【００２３】
円筒状マグネット３２は、略カップ形状のハブ２８の内側の円筒面に相当する円筒状内周面２８ｆに接着固定される。円筒状マグネット３２は、ネオジウム、鉄、ホウ素などの希土類材料によって形成される。円筒状マグネット３２の内周面３２ａは、積層コア４０の１２本の突極と半径方向（すなわち回転軸Ｒに直交する方向）に対向する。円筒状マグネット３２にはその周方向（回転軸Ｒを中心とし回転軸Ｒに垂直な円の接線方向）に１６極の磁極が正弦波状に着磁される。正弦波状の着磁によりコギングトルクが低減される。円筒状マグネット３２の表面には電着塗装やスプレー塗装などによる防錆処理が施される。
【００２４】
ディスク駆動装置１００は、軸受ユニット１２と、積層コア４０と、コイル４２と、吸引プレート８６と、をさらに備える。ベース４は、軸受ユニット１２を介してハブ２８を回転自在に支持する。ベース４の上面４ｄには、ロータ６の回転軸Ｒを中心とし、上側に突出して軸受ユニット１２を環囲する円環状の環状壁部４ｅが設けられる。環状壁部４ｅの内周面は軸受ユニット１２が挿入され接着固定される軸受孔４ｈを形成する。
【００２５】
軸受ユニット１２は、ハウジング４４と、スリーブ４６と、を含む。ハウジング４４は、円筒部と底部とが一体に形成された有底カップ形状を有し、その底部を下にしてベース４の軸受孔４ｈに接着により固定される。スリーブ４６は、ハウジング４４の内側の側面に接着により固定される円筒状の部材である。スリーブ４６の上端には半径方向外側に向けて張り出した張出部４６ａが形成されている。この張出部４６ａは、スラストリング３０と協働してロータ６の回転軸Ｒ方向の移動を制限する。
【００２６】
スリーブ４６にはシャフト２６が収まる。シャフト２６およびハブ２８およびスラストリング３０と軸受ユニット１２との間の空間である潤滑剤充填空間８８には潤滑剤４８が注入される。
【００２７】
スリーブ４６の内周面には、上下に離間した１組のヘリングボーン形状のラジアル動圧溝５０が形成される。ハウジング４４の上面に対向するスラストリング３０の下面には、ヘリングボーン形状またはスパイラル形状の第１スラスト動圧溝５２が形成される。張出部４６ａの下面に対向するスラストリング３０の上面には、ヘリングボーン形状またはスパイラル形状の第２スラスト動圧溝５４が形成される。ロータ６の回転時には、ラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝が潤滑剤４８に生成する動圧によって、ロータ６は半径方向および回転軸Ｒ方向に支持される。したがって、シャフト２６とスリーブ４６とスラストリング３０とハウジング４４と潤滑剤４８とは、回転時に潤滑剤４８に生じる圧力によってロータ６を回転自在に支持する流体動圧軸受を構成する。
【００２８】
なお、１組のヘリングボーン形状のラジアル動圧溝をシャフト２６に形成してもよい。また、第１スラスト動圧溝をハウジング４４の上面に形成してもよく、第２スラスト動圧溝を張出部４６ａの下面に形成してもよい。あるいはまた、スラスト動圧溝を、ハブ２８の下面のうち張出部４６ａと対向する面または張出部４６ａの上面に設けてもよい。
【００２９】
ハウジング４４の上側には、スラストリング３０の内周面３０ｃとハウジング４４の外周面４４ａとの間の隙間が下方に向けて徐々に広がる部分であるキャピラリーシール部ＴＳが形成される。キャピラリーシール部ＴＳは毛細管現象により潤滑剤４８の漏れ出しを防止する。スラストリング３０の内周面３０ｃは回転軸Ｒ方向下向きに径が小さくなるように形成される。この場合、ロータ６の回転に伴う遠心力により潤滑剤４８に奥向きの力が加えられる。
【００３０】
積層コア４０は円環部とそこから半径方向外側に伸びる１２本の突極とを有し、ベース４の上面４ｄ側に固定される。積層コア４０は、６枚の薄型電磁鋼板を積層しカシメにより一体化して形成される。積層コア４０の表面には電着塗装や粉体塗装などによる絶縁塗装が施される。それぞれの突極にはコイル４２が巻回される。このコイル４２に３相の略正弦波状の駆動電流が流れることにより突極に沿って駆動磁束が発生する。
【００３１】
吸引プレート８６は平たいリング状の部材であり、ケイ素鋼などの磁性材料により形成される。吸引プレート８６は、回転軸Ｒとは反対側の外周面８６ａがベース４に略半径方向に圧接することによってベース４に固定される。吸引プレート８６は、回転軸Ｒ方向において円筒状マグネット３２と対向する。吸引プレート８６は磁性材料により形成されるので、円筒状マグネット３２と磁気的に引きつけ合う。これにより円筒状マグネット３２に回転軸Ｒ方向下向きの力が加わり、ロータ６の回転中にロータ６の浮き上がりや振動が抑制される。
【００３２】
吸引プレート８６は、吸引プレート８６と回転軸Ｒとの距離の最小値が円筒状マグネット３２と回転軸Ｒとの距離の最小値よりも大きくなるよう形成される。特に本実施の形態では、吸引プレート８６の回転軸Ｒ側の内周面８６ｄは回転軸Ｒを中心とする円筒状の面であり、円筒状マグネット３２の内周面３２ａもまた回転軸Ｒを中心とする円筒状の面である。したがって、吸引プレート８６と回転軸Ｒとの距離の最小値は吸引プレート８６の内周面８６ｄの半径Ｒ１であり、円筒状マグネット３２と回転軸Ｒとの距離の最小値は円筒状マグネット３２の内周面３２ａの半径Ｒ２である。吸引プレート８６は半径Ｒ１が半径Ｒ２よりも大きくなるよう形成される。
【００３３】
ディスク駆動装置１００を設計する際、回転時にロータ６を浮上させる力である浮上力Ｆｆや吸引プレート８６の吸引力Ｆａはシミュレーション等により計算可能である。例えば回転数や動圧部における隙間の大きさや動圧溝の形状等を入力パラメータとしてモデルを構築し、構築されたモデルから浮上力Ｆｆを計算できる。またディスク駆動装置１００の磁場を数値的に解析することにより吸引力Ｆａを計算できる。
【００３４】
設計段階でそのようなシミュレーション等を使用することにより、吸引プレート８６の内周面８６ｄの半径Ｒ１は、設計上、吸引力Ｆａの大きさが磁気記録ディスク８の質量とロータ６の質量との合計値に１９．６ｍ／ｓ２から３８．２ｍ／ｓ２の範囲の加速度を乗じて得られる大きさとなるよう決定される。また、吸引プレート８６は、円筒状マグネット３２の内周面３２ａから吸引プレート８６が受ける磁束がその内周面３２ａからハブ２８が受ける磁束と略等しくなるよう構成される。
【００３５】
図３は、吸引プレート８６を示す上面図である。吸引プレート８６は、円環部８６ｂとそこから半径方向外側に伸びる６箇所の突出部８６ｃとを有する。６本の突出部８６ｃは回転軸Ｒを中心として等しい角度間隔、すなわち６０度間隔で設けられる。吸引プレート８６は、６本の突出部８６ｃがベース４に例えばカシメにより圧接することによってベース４に固定される。
【００３６】
吸引プレート８６の上面８６ｅは回転軸Ｒに略直交するので、その上面８６ｅは回転軸Ｒと直交するある平面（以下、投影面と称す）に含まれる。図３は投影面を上から見た図であるとも言える。図３において、破線の円７０、７２はそれぞれ、円筒状マグネット３２を投影面に投影した場合の円筒状マグネット３２の内周面３２ａ、外周面３２ｂに対応する。図３の円７０と円７２とで挟まれる円環状の平面領域７４は、円筒状マグネット３２を投影面に投影した場合の投影領域である。吸引プレート８６の上面８６ｅは、吸引プレート８６を投影面に投影した場合の投影領域である。平面領域７４は吸引プレート８６の上面８６ｅと部分的に重なる。特に、吸引プレート８６の上面８６ｅには、平面領域７４と重なる部分７６とそうでないすなわち重ならない部分７８とが存在する。
【００３７】
重なる部分７６の半径方向の幅の最大値は重ならない部分７８の半径方向の幅の最大値よりも小さい。特に本実施の形態では、投影面において吸引プレート８６の内周面８６ｄに対応する円と円筒状マグネット３２の外周面３２ｂに対応する円７２とは回転軸Ｒの位置を中心とする同心円であるから、重なる部分７６は半径方向の幅Ｗ１が略等しい円環状の平面領域である。重ならない部分７８の半径方向の幅の最大値は突出部８６ｃのところで幅Ｗ２として与えられる。重なる部分７６の半径方向の幅Ｗ１は重ならない部分７８の突出部８６ｃのところで与えられる半径方向の幅Ｗ２よりも小さい。
【００３８】
円筒状マグネット３２の外周面３２ｂに対応する円７２の半径をＲ３、吸引プレート８６の円環部８６ｂの外周の半径をＲ４、吸引プレート８６の突出部８６ｃのベース４と接触する端面８６ｃａと回転軸Ｒとの距離をＲ５とすると、ディスク駆動装置１００は、Ｒ２＜Ｒ１＜Ｒ３＜Ｒ４＜Ｒ５が満たされるよう構成される。また、各寸法の一例は以下の通りである。
Ｒ１＝８．７５ｍｍ
Ｒ２＝８．５ｍｍ
Ｒ３＝９．５ｍｍ
Ｒ４＝１０．１ｍｍ
Ｒ５＝１０．５ｍｍ
Ｗ１＝Ｒ３−Ｒ１＝０．７５ｍｍ
Ｗ２＝Ｒ５−Ｒ３＝１ｍｍ
【００３９】
以上のように構成されたディスク駆動装置１００の動作について説明する。磁気記録ディスク８を回転させるために、３相の駆動電流がコイル４２に供給される。その駆動電流がコイル４２を流れることにより、１２本の突極に沿って駆動磁束が発生する。この駆動磁束によって円筒状マグネット３２にトルクが与えられ、ロータ６およびそれに嵌合された磁気記録ディスク８が回転する。同時にボイスコイルモータ１６がスイングアーム１４を揺動させることによって、記録再生ヘッドが磁気記録ディスク８上の揺動範囲を行き来する。記録再生ヘッドは磁気記録ディスク８に記録された磁気データを電気信号に変換して制御基板（不図示）へ伝え、また制御基板から電気信号の形で送られてくるデータを磁気記録ディスク８上に磁気データとして書き込む。
【００４０】
本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、吸引プレート８６の内周面８６ｄの半径Ｒ１は円筒状マグネット３２の内周面３２ａの半径Ｒ２よりも大きい。したがって、そうでない構成と比較して、円筒状マグネット３２の内周面３２ａから発せられる磁束が吸引プレート８６に作用する割合を低減できる。すなわち、吸引プレート８６の吸引力Ｆａを低下させることができる。これにより、ディスク駆動装置１００を薄型化して円筒状マグネット３２と吸引プレート８６とをより近づけたとしても、積層コア４０ではなく吸引プレート８６に作用する磁束の増加を抑えることができる。その結果、吸引プレート８６に起因するトルクの低下を抑えることができる。
【００４１】
トルクは一般に、積層コアに作用する磁束の大きさとコイル４２に流れる駆動電流の大きさとの積が大きくなるほど大きくなる。そこで従来では積層コアに作用する磁束の低下分を補うために駆動電流を増やしていたが、本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では駆動電流を増やさなくてもよいかまたは増やすとしても少量で済む。これにより、薄型化によるディスク駆動装置１００の消費電力の増大を抑えることができる。
また、矩形波着磁等を使用して円筒状マグネットの磁力を強化することで積層コアに作用する磁束の低下分を補うことも考えられる。しかしながら本実施の形態に係るディスク駆動装置１００ではそうする必要はなく、よりコギングトルクの小さな正弦波着磁を使用することができる。
【００４２】
携帯型の電子機器の多くは電池駆動であるから、本実施の形態に係る低消費電力のディスク駆動装置１００を採用することにより電池持続時間を伸ばすことができる。したがって、ディスク駆動装置１００は特に携帯型の電子機器への搭載に適している。
【００４３】
また本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、円筒状マグネット３２を投影面に投影した場合の投影領域は、吸引プレート８６を投影面に投影した場合の投影領域と部分的に重なる。したがって、円筒状マグネット３２の内周面３２ａと吸引プレート８６との距離は、吸引プレート８６がその吸引作用を維持できる程度に保たれる。
【００４４】
本発明者は吸引プレートの内周面の半径Ｒ１が異なる複数のディスク駆動装置を用意して検討を行った。図４（ａ）、（ｂ）は、吸引プレートの内周面の半径Ｒ１に応じたトルクおよびロータの浮上量の変化を示すグラフである。図４（ａ）のグラフの横軸は吸引プレートの内周面の半径Ｒ１と円筒状マグネットの内周面の半径Ｒ２との差ΔＲ（＝Ｒ１−Ｒ２）をｍｍの単位で示し、縦軸はトルクの大きさを任意の単位で示す。吸引プレートの内周面の半径Ｒ１が大きくなるとトルクも大きくなることが分かる。図４（ｂ）のグラフの横軸はΔＲを示し、縦軸はロータの浮上量を任意の単位で示す。ΔＲが０．５を超える辺りから浮上量が増大を始めることが分かる。
【００４５】
吸引プレートは、外周面がベースに圧接されることにより固定される。この圧接の圧力により吸引プレートに歪みが生じことがある。具体的には、吸引プレートの上面の外周面側に、周方向に波を打ったように凸凹が生じることがある。吸引プレートの半径方向の幅が狭いと、吸引プレートの上面の内周面側にもそのような凹凸が生じることがある。円筒状マグネット３２の内周面３２ａにより近い吸引プレートの上面の内周面側に大きな凹凸が生じると、その凹凸に応じて円筒状マグネットの内周面から受ける磁束が変化して回転ムラを生じる可能性がある。
【００４６】
したがって本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、重なる部分７６の半径方向の幅Ｗ１は重ならない部分７８の突出部８６ｃのところで与えられる半径方向の幅Ｗ２よりも小さい。これにより、重なる部分７６と突出部８６ｃの端面８６ｃａとは、少なくとも重なる部分７６の半径方向の幅Ｗ１だけ離れるので、重なる部分７６における凹凸の発生を抑制できる。
【００４７】
吸引プレートの全外周に亘って荷重を加えて吸引プレートをベースに固定する場合、外周に加えるカシメ荷重に僅かな不均一があっても吸引プレートに大きな変形を生じる可能性がある。吸引プレートが変形すると円筒状マグネット３２との隙間を周方向に均一に保つことが難しくなる。この隙間が不均一になると円筒状マグネット３２との引きつけ合う力が周方向で変化して、ロータ６の回転が不安定となり、最悪の場合吸引プレートが円筒状マグネット３２に接触する可能性がある。
【００４８】
したがって、本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、吸引プレート８６は、円環部８６ｂとそこから半径方向外側に伸びる６本の突出部８６ｃとを有する。吸引プレート８６は、６本の突出部８６ｃがベース４に例えばカシメにより固定されることによってベース４に固定される。ここでは６本の突出部８６ｃに荷重が加えられる。したがって、吸引プレートの全外周に亘って荷重を加えて吸引プレートをベースに固定する場合と比較して、吸引プレート８６の変形を抑制しうる。
【００４９】
吸引プレートの吸引力Ｆａが小さ過ぎると、ディスク駆動装置をひっくり返す前後でのロータ６の浮上量の変化が大きくなる。浮上量が変化すると磁気記録ディスク８の回転軸Ｒ方向の位置も変化する。したがって、吸引力Ｆａが小さ過ぎる場合はディスク駆動装置の姿勢によって磁気記録ディスク８と記録再生ヘッドとのヘッドタッチが大きく変わり、場合によってはデータのリード・ライト動作が阻害される可能性がある。
一方、吸引力Ｆａが大きいと、その分積層コア４０に入る磁束が少なくなるので駆動電流が増大しうる。また、スラスト動圧軸受によってロータ６を浮上させるのにより大きな力が必要となる。したがって、ロータ６を浮上させるために必要な回転数が上がるので、ディスク駆動装置１００の起動や停止の際にスラスト動圧軸受がより長い時間接触することになる。その結果、起動時間や起動電流が増えると同時に、摩耗により軸受寿命が短くなる可能性がある。また、吸引力Ｆａが大きいということは吸引プレートに入る磁束が相対的に多いということなので、吸引プレートに発生する渦電流やヒステリシス損が増えうる。その結果、回転に対する負荷が増え、駆動電流が増大する可能性がある。
【００５０】
したがって、本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、設計上、吸引力Ｆａの大きさは、磁気記録ディスク８の質量とロータ６の質量との合計値に１９．６ｍ／ｓ２から３８．２ｍ／ｓ２の範囲の加速度を乗じて得られる大きさとされる。このように、吸引力Ｆａは大き過ぎず小さ過ぎない適切な範囲に設定されているので、ディスク駆動装置１００の姿勢の違いによる影響を実用上問題の無いレベルまで抑えることができると共に駆動電流の増大も抑制できる。
【００５１】
また本実施の形態に係るディスク駆動装置１００では、円筒状マグネット３２の内周面３２ａから吸引プレート８６が受ける磁束はその内周面３２ａからハブ２８が受ける磁束と略等しくされる。これにより、円筒状マグネット３２の内周面３２ａから出る磁束の分布の回転軸Ｒ方向における中心である磁気中心と積層コア４０の突極の回転軸Ｒ方向における中心とのずれを抑制できる。その結果、ディスク駆動装置１００の騒音のスペクトルのうちトルクリップルに起因する（駆動相数）×（磁極数）×（回転数）（実施の形態では３×１６×Ｎ＝４８Ｎ）の周波数成分を低減できる。
【００５２】
円筒状マグネット３２の内周面３２ａから出る磁束の大部分は積層コア４０の突極に入る。また、その磁束の一部は吸引プレート８６およびハブ２８に入る。吸引プレートが受ける磁束とハブが受ける磁束とが大きく異なる場合、積層コアの突極が受ける磁束の回転軸方向の分布がいずれかに偏る。設計段階では、円筒状マグネット３２の磁気中心と積層コア４０の突極の中心とは、他の部材からの影響がない場合に揃うよう設計される。したがって、磁束分布の偏りが発生するとそれらがずれることとなる。
【００５３】
例えば、ハブが受ける磁束が吸引プレートが受ける磁束よりも多い場合、積層コアの突極が受ける磁束の回転軸方向の分布が吸引プレート側に偏り、円筒状マグネットの磁気中心が吸引プレート側に寄り、積層コアの突極の中心からずれることとなる。また逆に、吸引プレートが受ける磁束の方が多い場合、円筒状マグネットの磁気中心がハブ側に寄り、やはり積層コアの突極の中心とずれることとなる。
【００５４】
本発明者の当業者としての経験から、円筒状マグネットの磁気中心と積層コアの突極の中心とが揃っている場合と比較して、それらがずれている場合は騒音のスペクトルのうちの（駆動相数）×（磁極数）×（回転数）の周波数成分が大きくなる。
【００５５】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、円筒状マグネットの内周面から出る磁束の分布を示す模式図である。これらの図において磁束線は破線で示される。図５（ａ）は円筒状マグネット２０２の内周面から出るほとんどの磁束を積層コア２０４が受ける比較例に対応する。本比較例では、ハブ２０６は非磁性体により形成され、本比較例に係るディスク駆動装置は吸引プレートを有さない。本比較例では、積層コアの突極と円筒状マグネットの内周面との寸法的な回転軸方向中心を揃えることにより、円筒状マグネットの磁気中心と突極の中心とを揃えることができる。
【００５６】
図５（ｂ）はハブ２０８が磁性体により形成され磁束を受ける比較例に対応する。円筒状マグネット２１０の内周面から出る磁束のうちハブ２０８に近い側の磁束の一部がハブ２０８に流れるため、その分積層コア２１２の受ける磁束がハブ側で減少する。この状態では円筒状マグネットの磁気中心はベース側にずれている。
【００５７】
図５（ｃ）は吸引プレート８６がハブ２８と略同じ大きさの磁束を受ける本実施の形態に対応する。積層コア４０の受ける磁束がハブ２８側で減少するのは図５（ｂ）の場合と同様である。さらに、円筒状マグネット３２の内周面３２ａから出る磁束のうちベース４に近い側の磁束の一部が吸引プレート８６に流れるため、その分積層コア４０の受ける磁束がベース４側で減少する。その結果、図５（ｂ）でベース側にずれた磁気中心がハブ２８側に戻り、積層コア４０の突極の中心と揃うようになる。
【００５８】
以上、実施の形態に係るディスク駆動装置１００の構成と動作について説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５９】
実施の形態では、軸受ユニット１２がベース４に固定され、シャフト２６が軸受ユニット１２に対して回転する場合について説明したが、たとえばシャフトがベースに固定され、軸受ユニットがハブと共にシャフトに対して回転するようなシャフト固定型であってもよい。
【００６０】
実施の形態では、ベース４に直接軸受ユニット１２が取り付けられる場合について説明したが、これに限られない。例えば、ロータ、軸受ユニット、積層コア、コイル、吸引プレートおよびベースからなるブラシレスモータを別途形成した上で、そのブラシレスモータをシャーシに取り付ける構成としてもよい。
【００６１】
実施の形態では積層コアを用いる場合について説明したが、これに限られず、例えば軟磁性体である鉄やフェライトの粉末を焼結させたコアを用いてもよい。
【００６２】
実施の形態では、ハウジング４４とスリーブ４６とは別体である場合について説明したが、これに限られず、ハウジングとスリーブとは一体に形成されてもよい。この場合、部品点数を削減でき、組立の手間を軽減できる。
【００６３】
実施の形態では、吸引プレート８６の上面８６ｅは投影面に含まれる場合について説明したが、これに限られず、投影面は回転軸Ｒに直交する任意の平面であってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
２ トップカバー、 ４ ベース、 ６ ロータ、 ８ 磁気記録ディスク、 １０ データリード／ライト部、 ２６ シャフト、 ２８ ハブ、 ３２ 円筒状マグネット、 ４０ 積層コア、 ４２ コイル、 ４８ 潤滑剤、 ８６ 吸引プレート、 １００ ディスク駆動装置、 Ｒ 回転軸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録ディスクが載置されるべきハブと、
流体動圧軸受により前記ハブを回転自在に支持するベースと、
前記ベースに固定され、円環部とそこから半径方向に伸びる複数の突極とを含むコアと、
前記複数の突極に巻き線されて形成されるコイルと、
前記ハブに固定され、前記複数の突極と半径方向に対向し、周方向に複数の駆動用着磁が施されたマグネットと、
前記ベースに固定され、前記ハブの回転軸方向において前記マグネットと対向し、磁性材料により形成された吸引プレートと、を備え、
前記吸引プレートは、前記吸引プレートと前記ハブの回転軸との距離の最小値が前記マグネットと前記ハブの回転軸との距離の最小値よりも大きくなるよう形成され、
前記マグネットを前記ハブの回転軸に直交する平面に投影した場合の投影領域は、前記吸引プレートを前記平面に投影した場合の投影領域と部分的に重なることを特徴とする回転機器。
【請求項２】
前記吸引プレートは、前記吸引プレートの前記ハブの回転軸とは反対側が前記ベースに圧接することによって前記ベースに固定され、
前記吸引プレートを前記平面に投影した場合の投影領域のうち前記マグネットを前記平面に投影した場合の投影領域と重なる部分の幅の最大値はそうでない部分の幅の最大値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転機器。
【請求項３】
前記吸引プレートは、円環部とそこから半径方向外側に伸びる複数の突出部とを有し、
前記吸引プレートは、前記複数の突出部が前記ベースに圧接することによって前記ベースに固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の回転機器。
【請求項４】
前記吸引プレートと前記ハブの回転軸との距離の最小値は、設計上、前記記録ディスクと前記ハブと前記マグネットとを含み前記ベースに対して回転する回転体が前記吸引プレートに引きつけられる力の大きさが、前記回転体の質量に１９．６ｍ／ｓ２から３８．２ｍ／ｓ２の範囲の加速度を乗じて得られる大きさとなるよう決定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転機器。
【請求項５】
前記ハブは磁性体から形成され、
前記吸引プレートは、前記複数の突極と対向する前記マグネットの面から前記吸引プレートが受ける磁束が前記マグネットの面から前記ハブが受ける磁束と略等しくなるよう構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回転機器。
【請求項１】
記録ディスクが載置されるべきハブと、
流体動圧軸受により前記ハブを回転自在に支持するベースと、
前記ベースに固定され、円環部とそこから半径方向に伸びる複数の突極とを含むコアと、
前記複数の突極に巻き線されて形成されるコイルと、
前記ハブに固定され、前記複数の突極と半径方向に対向し、周方向に複数の駆動用着磁が施されたマグネットと、
前記ベースに固定され、前記ハブの回転軸方向において前記マグネットと対向し、磁性材料により形成された吸引プレートと、を備え、
前記吸引プレートは、前記吸引プレートと前記ハブの回転軸との距離の最小値が前記マグネットと前記ハブの回転軸との距離の最小値よりも大きくなるよう形成され、
前記マグネットを前記ハブの回転軸に直交する平面に投影した場合の投影領域は、前記吸引プレートを前記平面に投影した場合の投影領域と部分的に重なることを特徴とする回転機器。
【請求項２】
前記吸引プレートは、前記吸引プレートの前記ハブの回転軸とは反対側が前記ベースに圧接することによって前記ベースに固定され、
前記吸引プレートを前記平面に投影した場合の投影領域のうち前記マグネットを前記平面に投影した場合の投影領域と重なる部分の幅の最大値はそうでない部分の幅の最大値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転機器。
【請求項３】
前記吸引プレートは、円環部とそこから半径方向外側に伸びる複数の突出部とを有し、
前記吸引プレートは、前記複数の突出部が前記ベースに圧接することによって前記ベースに固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の回転機器。
【請求項４】
前記吸引プレートと前記ハブの回転軸との距離の最小値は、設計上、前記記録ディスクと前記ハブと前記マグネットとを含み前記ベースに対して回転する回転体が前記吸引プレートに引きつけられる力の大きさが、前記回転体の質量に１９．６ｍ／ｓ２から３８．２ｍ／ｓ２の範囲の加速度を乗じて得られる大きさとなるよう決定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転機器。
【請求項５】
前記ハブは磁性体から形成され、
前記吸引プレートは、前記複数の突極と対向する前記マグネットの面から前記吸引プレートが受ける磁束が前記マグネットの面から前記ハブが受ける磁束と略等しくなるよう構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回転機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３０２４２（Ｐ２０１３−３０２４２Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６５３３２（Ｐ２０１１−１６５３３２）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（５０８１０００３３）アルファナテクノロジー株式会社 (100)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（５０８１０００３３）アルファナテクノロジー株式会社 (100)
【Ｆターム（参考）】
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