(57)【要約】【課題】磁気ディスク装置に搭載されるスピンドルモータにおいて、シャフト内部に貫通穴を設け、空気を循環させることによりスピンドルモータの発熱を抑える。磁気ディスク装置において、使用条件の一つである周囲環境温度において、より広い範囲内での磁気ディスク装置の信頼性を確保する。【解決手段】スピンドルモータ又は磁気ディスク装置において、シャフト内部に貫通穴を設けるとともに、積極的に穴内部に空気を送り込む構造を採用することにより発熱源である軸受け部の発熱を抑制する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアと対向するロータマグネットと、ロータマグネットを固定し、磁気ディスク装置を装着するハブと、軸受けを支持しハブとともに回転するシャフトを有するスピンドルモータにおいて、シャフト内に貫通穴を設け、かつ、スピンドルモータ内部に空気清浄用のフィルタを備え、シャフトが有する貫通穴内部もしくは、回転部の一部に空気循環用の羽を設けることにより、空気をシャフト内から強制的に循環させることを特徴としたスピンドルモータ。
【請求項２】
請求項１記載のスピンドルモータを用いた磁気ディスク装置。
【請求項３】
請求項２記載の磁気ディスク装置において、シャフト軸延長上のカバーに穴を設け、同時に穴を塞ぐようにフィルタを搭載することを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項４】
ステータコアと対向するロータマグネットと、ロータマグネットを固定し、磁気ディスク装置を装着するハブと、軸受けを支持し固定されているシャフトを有するスピンドルモータにおいて、シャフト内部に貫通穴を設け、かつ、磁気ディスク装置のカバーにおいて、シャフトと同心円状に穴を設け、シャフト内部の穴と、カバーに設けた穴を通るような配管を備え、配管内に冷却液を設けた磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置に係り、特に、スピンドルの冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置の構成を図２に示す。
磁気ディスク装置１は、記録媒体であるディスク２と、情報を記録／再生するヘッドスライダ３により情報を記録・再生する装置である。ディスク２はスピンドルモータ４上に積層され、スピンドルモータ４が回転することにより、回転し、ディスク上を浮上するヘッドスライダ３はディスク上に情報を記録・再生する。
【０００３】
スピンドルモータ４は回転部と固定部からなり、モータ内部にマグネットとステータコアを備えることにより磁気回路を形成し、ステータコアに電流を印加することにより、回転部を回転させる。回転部は固定部より軸受けによって支持され、回転中の振動を抑制している。軸受け構造はボールにより支持されるボールベアリング、潤滑油等の流体を微小な隙間に充填することにより軸受けを形成する流体軸受け、空気を圧縮し送り込むことにより軸受けを形成する空気軸受け等が主な構造である。
【０００４】
図３にスピンドルモータの詳細形状を示す。
本形状はシャフト１１の一端のみを支持する片持ち構造である。磁気ディスク装置のベースとネジ締結等で接合されスピンドルモータを支持するブラケット１２はステータコア１３を保持し、また、固定部となるスリーブ１４を有する。スリーブ１４とシャフト１１は軸受け１５を介して支持される。本形状は潤滑油等の流体により構成される流体軸受けの一例である。潤滑油が固定部であるスリーブ１４と、回転部であるシャフト１１の間の微小な隙間に充填され、図４に示すようにスリーブ１４に形成された微小な溝３２が回転により圧力を発生し、軸受け内部に潤滑油を押し込む構造になっている。シャフト１１はハブ１６と接合され、ハブ１６に接着されたマグネット１７がステータコア１３と磁気回路を形成することにより、ハブ１６とともに回転する。図５にスピンドルモータに磁気ディスクを実装した状態を示す。スピンドルモータ２１はハブ１６の受け面２５からディスク２２、およびスペーサ２３を保持し、クランプ２４をハブ１６に対してネジ締結、もしくは焼き嵌めすることにより軸力を加え、ディスク２２、スペーサ２３を保持する。
【０００５】
スピンドルモータ２１はステータコア１３に電流を流すために、ステータコア１３より発熱を生じる。また、軸受け部では軸受けとなるボール、流体等が固定部と回転部の両方と接触摩擦しながら回転を保持しているために、摩擦熱を発生する。スピンドルモータ２１を搭載する磁気ディスク装置は通常、おおよそ０℃から６０℃付近までの環境温度で使用されることを想定している。しかしながら、上記のようにスピンドルモータ２１からの発熱により環境温度に対して、磁気ディスク内部の雰囲気温度は数℃〜十数℃高くなっており、その分、スピンドルモータ２１他磁気ディスク装置に用いられる部品は装置の使用環境温度範囲よりも広い温度範囲での使用を満たす必要がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−００７７５０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
磁気ディスク装置に用いられる部品においてその機械的特性である剛性や、減衰にが顕著な温度特性を示す部品は多く存在する。また、近年では耐衝撃性能、騒音低減の観点から従来のボールベアリングに変わり、流体軸受けが広く使われるようになっている。流体軸受けを形成する潤滑油は油の特性上、温度により剛性、減衰が大きく変化する特徴を有する。特に高温時には剛性、および減衰が大きく減少し、外部振動等の外乱により軸受けが接触し、破損する危険性が大きくなるという問題が発生する。また、近年磁気ディスク装置は転送速度の向上、アクセス時間の短縮の観点から回転数の高速化が進んでいる。回転数が高くなるとその分、発熱量が大きくなり、環境温度に対し、装置内部雰囲気温度が高くなるという問題が発生する。
【０００８】
本願では、従来装置内部における雰囲気温度上昇を防ぎ、装置仕様温度内での磁気ディスク装置の信頼性を増し、装置としての耐久性能を向上させた磁気ディスク装置を提供している。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
スピンドルモータが有するシャフト内部に貫通穴を設け、磁気ディスク内部の空気と外部の空気を積極的に循環することにより、装置内部空気の温度上昇を抑える。一方で、磁気ディスク内部の空気は磁気ディスク装置の特性上、塵埃を除去することが必要不可欠であり、そのため、スピンドルモータ内部にフィルタを備えることにより、磁気ディスク装置内部への塵埃の進入を抑える。
【００１０】
請求項１記載の発明では上記の構造を用い、空気の循環効率を高めるためにシャフト内部もしくは回転部の一部に空気循環用の羽を設け、積極的にシャフト貫通穴内部に空気を送り込むことによりスピンドルモータの発熱を抑え、かつ、磁気ディスク装置内部への塵埃の進入を抑制する。
【００１１】
請求項３記載の発明ではシャフト貫通穴内部に空気を送り込む効率をさらに向上するためにシャフトの軸延長上に位置する磁気ディスク装置のカバーに穴を設け、その穴に同じく空気清浄用のフィルタを備えることによって磁気ディスク装置内部の塵埃を増やすことなく、シャフト貫通穴内部への空気循環を高効率化することを可能とする。
【００１２】
請求項４記載の発明では、シャフト内部に設けた貫通穴内部に配管を備え、配管が磁気ディスク装置の外部を磁気ディスク装置に沿うように配置し、配管内に冷却液を循環させることにより、軸受け自身の発熱のみならず、周囲環境温度からの冷却も行い、軸受けの温度を環境によらず一定とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
＜実施例１＞
以下、請求項１記載の発明であるスピンドルモータを図１を参照して詳細に説明する。図１は本発明を適用したスピンドルモータ２１の実施例を示す概略図である。
【００１４】
本発明の新規な特徴はスピンドルモータ２１の一部品であるシャフト１１の内部に貫通穴１８を設け、貫通穴内に積極的に空気を循環させる構造である。
本構造はスピンドルモータの課題である、軸受け部１５の発熱を抑えるものである。スピンドルモータの発熱源となる軸受け部１５の近傍にあるシャフト１１に貫通穴１８を設けることにより、空気を循環させ、シャフト１１の放熱効果を高め、軸受け部１５の温度上昇を防ぐ。従来のスピンドル構造では、シャフト１１に両端もしくは一端固定用のネジ穴加工等が行われていることは一般的であったが、シャフト１１の内部に貫通穴を設けることは行われていなかった。シャフト１１内部に貫通穴１８が設けられていない構造では、軸受け部１５の摩擦により発生する発熱はシャフト１１の両端のみで放熱されることになり、非常に効率が悪い状態である。
【００１５】
一方、シャフト１１に貫通穴１８を開けることは磁気ディスク装置にとっては塵埃の問題からあまり望ましいものではないが、本構造ではスピンドルモータ内部に空気清浄用のフィルタ３１を設けることによって塵埃の問題を回避する。さらに、本構造では、シャフト貫通穴１８内部に流れる空気の流量を増やし、冷却効率をさらに高めるために、シャフト１１とともに回転するハブ１６の内側にもシャフト貫通穴１８と同心円状に貫通穴を設け、その貫通穴内部に空気循環用の羽３３を設けることにより、一種のファンを形成し、空気を積極的にシャフト内部に送り込む構造を取る。
【００１６】
本構造の効果について図６、７を用いて説明する。図６は本構造の効果を確認するために行った解析に用いた軸受け及びシャフトの簡略モデルである。本モデルではシャフト１１を模擬するために長さ１８ｍｍ、φ４ｍｍの円柱を設け、円柱の長さ方向２ヶ所に軸受け部を模擬した発熱体３４を円周上にを設けた。シャフトには、本特許の特徴である貫通穴１８を設け、その穴径を３水準に振って計算を行った。また、ハブに羽を設け、ファン３３を形成する場合と羽を設けない場合の計算を行った。図７に結果を示す。このグラフの横軸は軸径に対する貫通穴径の比を示し、縦軸は雰囲気温度に対するシャフトの温度上昇量を示したものである。グラフ中には前述の通り、ハブに羽を設けた場合（ファン効果あり）とハブに羽を設けない場合（ファン効果なし）の２種類の解析を行っている。
【００１７】
グラフより明らかなように、シャフト１１に設ける貫通穴１８を大きくするほど、シャフト１１の温度上昇を押さえる事が可能であり、その効果は、軸径と穴径の比にほぼ線形であるといえる。このグラフより、ファン効果がない場合、穴径／軸径＝０．２５のときは温度上昇が９℃あったのに対し、穴径／軸径＝０．７５のときには温度上昇を３℃にまで押さえる事が可能である。よって、シャフトに貫通穴を設ける事のみでもシャフトの温度上昇を押さえる事が十分可能であるといえる。
【００１８】
一方、シャフトに大きな貫通穴を設ける事はシャフト１１の剛性を劣化させ、モータ自体の機械特性を劣化させる恐れがある。図７に同様にファン効果がある場合の結果を示しているが、この場合、ファンの効果により穴径／軸径＝０．５を越えるとシャフト１１の温度上昇はほぼ０℃に押さえる事が可能である。よって、本構造ではシャフト１１の穴径を軸径に対して、約１／２程度とするのが、もっとも効果的であるといえる。
【００１９】
＜実施例２＞
以下、請求項３記載の発明である磁気ディスク装置の実施例を詳細に説明する。図８は本発明を適用した磁気ディスク装置の実施例を示す概略図である。
スピンドルモータに外部との通気用穴１８を設け、かつハブ１６内部にファン３３を設けることによりスピンドルモータ軸受け部１５の発熱を抑えることができるが、空気をシャフトから吐き出す際に別の箇所から吸い込む必要がある。磁気ディスク装置は外気との圧力差を常に持たないように、圧力調整箇所を設けている。
【００２０】
よって請求項１に示すスピンドルモータを従来の装置に適用しても放熱効果は高まるが、本形状ではさらに、カバーに穴４１を設けることによって空気をより循環しやすい構造を取る。これはすなわち従来、別の箇所に設けていた圧力調整箇所をシャフト延長上に設けることともいえる。
さらに新しくカバーに設けた穴４１に対してもフィルタ４２を適用することにより磁気ディスク装置内への塵埃進入を防ぐ。このことによりさらにスピンドルモータの放熱を進め、装置の信頼性を高めることができる。
【００２１】
＜実施例３＞
以下、請求項４記載の発明である磁気ディスク装置の実施例を詳細に説明する。図９は本発明を適用した磁気ディスク装置の実施例を示す概略図である。
本構造は請求項１、２、３に示すスピンドルモータ、および磁気ディスク装置と同様にシャフトに貫通穴を設けることにより軸受け部の発熱を抑制する構造である。本構造が他と異なる点はシャフト貫通穴内部に配管５１を設け、その中を冷却液で満たすことにより軸受け部を冷却することであり、このことはすなわち、周囲環境温度に関わらず、軸受け部の温度を一定に維持することを可能とする。
【００２２】
先に述べたように近年磁気ディスク装置では主流になりつつある流体軸受けモータにおいては軸受けを構成する潤滑油の性能上、顕著な温度特性を示す。このことは磁気ディスク装置の設計をより困難なものとし、磁気ディスク装置の信頼性に対し、悪影響を及ぼす要因となる。
【００２３】
本構造では、スピンドルモータの発熱源である軸受け部に対し、冷却液を循環させることにより、周囲環境温度に関わらず、軸受け部の温度を一定に保つものである。かつ、シャフト内部を通る冷却液の配管はそのまま、磁気ディスク装置のカバー上からベース上へと磁気ディスク装置をくるむように配置され、磁気ディスク装置全体の冷却も行うことが可能である。この構造では冷却に用いる液体を装置外部にも配置してあるため、磁気ディスク装置のサイズによらず、循環に用いる液体を外の機構により冷却することが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
スピンドルモータの発熱を抑え、従来よりも環境温度に対し、磁気ディスク装置の信頼性を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるスピンドルモータの概略図である。
【図２】磁気ディスク装置の概略図である。
【図３】従来のスピンドルモータの一例を示す概略図である。
【図４】流体軸受けにおける軸受け部の概略図である。
【図５】従来のスピンドルモータにディスク、スペーサを実装した概略図である。
【図６】本発明の実施例１の効果を解析したモデルの概略図である
【図７】本発明の実施例１に示した解析の結果を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例３に説明する磁気ディスク装置の概略図である。
【図９】本発明の実施例４に説明する磁気ディスク装置の概略図である。
【符号の説明】
１    磁気ディスク装置          ２    磁気ディスク
３    磁気ヘッドスライダ        ４    ヘッドスライダ支持機構
５    ピボット                  ６    磁気ディスク
１１    シャフト                １２    ブラケット
１３    ステータコア            １４    スリーブ
１５    軸受け部                １６    ハブ
１７    マグネット              １８    シャフト内貫通穴
２１    スピンドルモータ        ２２    磁気ディスク
２３    スペーサ                ２４    クランプ
２５    ハブのディスク受け面    ３１    スピンドルモータ内フィルタ
３２    流体軸受け軸受け部溝加工部
３３    スピンドルモータ回転部に設けるファン
３４    軸受け部の発熱を模擬した発熱体
４１    カバー上に設けた穴
４２    カバー上に設けた穴部に備えるフィルタ
５１    磁気ディスク装置冷却用配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004164701.tif 000008
【図７】
2004164701.tif 000009
【図８】
2004164701.tif 000010
【図９】
2004164701.tif 000011