JP3763417B2

JP3763417B2 - Disk storage device with improved spindle torque and acceleration

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Publication number: JP3763417B2
Application number: JP54107898A
Authority: JP
Inventors: エフ．パプスト、ゲオルク
Original assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1997-04-01
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2017-04-01
Also published as: JP2000515667A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスク記憶装置に関し、より詳細にはトルク、加速および振動特性を高めたスピンドルモータを有するディスク記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）
ディスク記憶装置、特にスピンドルドライブモータのロータに直結され、クリーンルームチャンバ内に収容された１つ以上の剛性磁気データ記憶ディスクを利用するディスク記憶装置は、データ読み出し／書き込みヘッドを通過するように記憶ディスクを回転させるための外側ロータブラシレスＤＣモータを一般に使用している。ヘッドはディスクの表面にデジタルデータを書き込んだり、これからデジタルデータを読み出すようになっている。外側（アウタ）ロータブラシレスモータでは、環状の永久磁石を有するロータが多極ステータを囲み、このステータはモータの回転軸線を規定するシャフトに対し同心状に取り付けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
外側ロータモータはステータ要素を囲むロータを使用しており、従ってロータの質量および角（回転）慣性を増すと共に、モータが始動時に運転速度に達するまで必要な時間、を長くするような直径がロータに必要である。（ここで、作動速度は６０００ＲＰＭ以上となり得る。）径方向に変位した質量部も、特により高い運転速度ではアンバランスに起因する振動を増加させる。
よって本発明の目的は、回転質量および角（回転）慣性を小さくし、よって始動時において運転速度まで記憶ディスクを加速するのに必要な時間を短縮するスピンドル駆動モータを利用するディスク記憶装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、始動時に多数のディスクのスタック（積層）体を急速に加速するのに充分なトルクを発生する上で、ディスク支持ハブの直径によって制限されないスピンドルモータを利用するディスク記憶装置を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、ディスクの軸線の剛性を高めるよう、直径を大きくしたスピンドル支持構造体を有するディスク記憶装置を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、支持ベアリング内の遊びによって生じるスピンドルの心振れ（run out）の大きさを小さくしたディスク記憶装置を提供することにある。
更に別の目的は、ディスクがその中で作動するクリーンチャンバとスピンドルのモータ要素との間の空気ギャップのシール性を高めたディスク記憶装置を提供することにある。
更に別の目的は、径方向に変位したスピンドルの質量を少なくし、より少ない振動でより高速において作動できるディスク記憶装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（発明の概要）
上記の目的を達成するために、以下に掲げる各視点のディスク記憶装置が提供される。即ち、
本発明の第一の視点のディスク記憶装置は、（ａ）クリーンチャンバを閉じて囲むハウジングと、（ｂ）前記クリーンチャンバ内に設けられた少なくとも１つのデータ記憶ディスクと、（ｃ）前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクに記憶されたデータを読み出し及び／又は該少なくとも１つのデータ記憶ディスクにデータを書き込むための読み出し／書き込みヘッドと、（ｄ）前記読み出し／書き込みヘッドで読み出し／書き込みするように、前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクを回転させるためのモータとを有し、前記モータは：（ｄ１）前記クリーンチャンバ内に位置するディスク取付部分を有しかつ前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクと結合するロータと、（ｄ２）回転軸線に沿って位置し、前記ロータと共に回転するようにこのロータに固定されたシャフトと、（ｄ３）ベアリング支持体を含む前記ハウジングと一体（contiguous）の支持部材と、（ｄ４）前記ベアリング支持体内に取り付けられており、前記シャフトを回転自在に支持する、軸方向に離間した第一および第二ベアリングと、（ｄ５）前記支持部材の、前記クリーンチャンバと同じ側に位置し、前記ベアリング支持体を囲む１つ以上の巻線及び極を有するステータと、（ｄ６）前記ハウジングに固定され、前記ステータの上方に延在すると共に、前記ロータの（ディスク取付部分の放射状に伸びる）フランジの外周部を囲む開口を有するリング要素であって、前記第一および第二ベアリングから前記クリーンチャンバ内への汚染物の移動を抑制する狭いギャップを前記ロータと前記リング要素との間に形成するリング要素と、、（ｄ７）前記ステータに囲まれ、このステータと共にほぼ円筒形の空気ギャップを形成するよう、該ステータの極から離間して配された環状永久磁石と、（ｄ８）前記ロータの一部を成す強磁性部材とを含み、（ｄ８−１）前記強磁性部材が、前記環状永久磁石が取り付けられるほぼ円筒形面と、該環状永久磁石を上方でかつ半径方向に越えるように延在しかつ前記空気ギャップの少なくとも一部を覆う放射状延在部分とを有すると共に、該環状永久磁石が、前記ステータによって発生される磁束と相互作用し、前記ロータを駆動し、前記回転軸線を中心として前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクを回転させることを特徴とする。
【０００５】
ディスク記憶装置は、更に、ベアリング支持体が、その内側表面にベアリングを支持する中空シリンダを含むこと、及び強磁性部材のほぼ円筒形部分が、中空シリンダと支持部材との接合部の湾曲面と協働かつ補完するよう形成されるエッジを有し、ロータと中空シリンダとの間のギャップの一部を形成することが好ましい。
【０００６】
ディスク記憶装置は、更に、ハウジングが、ステータを囲むほぼ円筒状壁を有する凹状壁部分を含むこと、及びリング要素が、ほぼ円筒状壁の終端部に取り付けられることが好ましい。
【０００７】
ディスク記憶装置は、更に、ロータのディスク取付部分が、ほぼ円筒形キャビティとシャフトが該ロータに固定される閉端部とを有し、該円筒形キャビティが、ベアリング支持体を囲むと共に、ハウジングまで延びるほぼ円筒形ギャップシールを形成することが好ましい。
【０００８】
ディスク記憶装置は、更に、ベアリング支持体が、その内側表面でベアリングを支持する中空シリンダを含むこと、及びロータのディスク取付部分が、ベアリング支持体と該ロータとの間にラビリンスシールを形成するために該ベアリング支持体と組み合わせ嵌合（mate）する環状溝を含むことが好ましい。
【０００９】
ディスク記憶装置は、更に、ベアリング支持体が、その内側表面で第一及び第二ベアリングを支持する中空シリンダを含むこと、及びベアリングとロータのディスク取付部分との間において、ベアリング支持体の一端部の近くに位置するワッシャーが更に含まれ、該ワッシャーは、ベアリングからクリーンチャンバへの粒子の移動を抑制するよう働くことが好ましい。
【００１０】
ディスク記憶装置は、更に、ディスク取付部分が、少なくとも１つのデータ記憶ディスクの円形開口を貫通するほぼ円筒形部分を含むこと、及び環状永久磁石の内径が、少なくとも１つのデータ記憶ディスクの円形開口の直径よりも小さいことが好ましい。
【００１１】
ディスク記憶装置は、更に、ディスク取付部分が、少なくとも１つのデータ記憶ディスクの円形開口を貫通するほぼ円筒形部分を含むこと、及び環状永久磁石の外径が、少なくとも１つのデータ記憶ディスクの円形開口の直径よりも大きいことが好ましい。
【００１２】
本発明の第二の視点のディスク記憶装置は、（ａ）クリーンチャンバを閉じて囲むハウジングと、（ｂ）円形開口を有しかつ前記クリーンチャンバ内に設けられた少なくとも１つのデータ記憶ディスクと、（ｃ）前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクに記憶されたデータを読み出し及び／又は該少なくとも１つのデータ記憶ディスクにデータを書き込むための読み出し／書き込みヘッドと、（ｄ）前記読み出し／書き込みヘッドで読み出し／書き込みするように、前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクを回転させるためのモータとを有し、前記モータは：（ｄ１）前記クリーンチャンバ内に位置するディスク取付部分を有しかつ前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクと結合するロータと、（ｄ２）回転軸線に沿って位置し、前記ロータと共に回転するようにこのロータに固定されたシャフトと、（ｄ３）ベアリング支持体を含む前記ハウジングと一体（contiguous）の支持部材と、（ｄ４）前記ベアリング支持体内に取り付けられており、前記シャフトを回転自在に支持する、軸方向に離間した第一および第ニベアリングと、（ｄ５）前記支持部材の、前記クリーンチャンバと同じ側に位置し、前記ベアリング支持体を囲む１つ以上の巻線及び極を有するステータと、（ｄ６）前記ステータに囲まれ、このステータと共にほぼ円筒形の空気ギャップを形成するよう、該ステータから離間して配されると共に、該ステータによって発生される磁束と相互作用し、前記ロータを駆動し、前記回転軸線を中心として前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクを回転させる環状永久磁石とを含み、（ｄ６−１）前記ロータの前記ディスク取付部分は、前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクの円形開口を貫通するほぼ円筒形部分を含み、前記環状永久磁石の外径は、前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクの円形開口の直径よりも大きく構成され、（ｄ６−２）前記ロータの開放端側には、強磁性部材が延在して配され、該強磁性部材は、前記環状永久磁石が取り付けられるほぼ円筒形面と、該環状永久磁石を上方でかつ半径方向に越えるように延在しかつ前記空気ギャップの少なくとも一部を覆う放射状延在部分とを有することを特徴とする。
【００１３】
ディスク記憶装置は、更に、ロータのディスク取付部分が、ほぼ円筒形キャビティとシャフトが該ロータに固定される閉端部とを有し、該円筒形キャビティがベアリング支持体を囲むと共に、ハウジングまで延びる円筒形ギャップシールを形成することが好ましい。
【００１４】
ディスク記憶装置は、更に、ディスク取付部分の円筒形キャビティが、ベアリング支持体に対し一様なギャップシールを形成する内側表面を含むことが好ましい。
【００１５】
ディスク記憶装置は、更に、ロータの前記ディスク取付部分が、ハウジングに対するさらなるギャップシールを形成することが好ましい。
【００１６】
ディスク記憶装置は、更に、ベアリング支持体が、その内側表面で第一及び第二ベアリングを支持する中空シリンダを含むこと、及びベアリングとロータのディスク取付部分との間において、ベアリング支持体の一端部の近くに位置するワッシャーが更に含まれ、該ワッシャーは、ベアリングからクリーンチャンバへの粒子の移動を抑制するよう働くことが好ましい。
【００１７】
ディスク記憶装置は、更に、環状永久磁石の内径が、少なくとも１つのデータ記憶ディスクの円形開口の直径よりも小さいことが好ましい。
【００１８】
本発明の第三の視点のディスク記憶装置は、（ａ）クリーンチャンバを閉じて囲むハウジングと、（ｂ）円形開口を有しかつ前記クリーンチャンバ内に設けられた少なくとも１つのデータ記憶ディスクと、（ｃ）前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクに記憶されたデータを読み出し及び／又は該少なくとも１つのデータ記憶ディスクにデータを書き込むための読み出し／書き込みヘッドと、（ｄ）前記読み出し／書き込みヘッドで読み出し／書き込みするように、前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクを回転させるためのモータとを有し、前記モータは、磁束発生および伝導環状部材と円筒形ハブ部分とを有するロータと、少なくとも１つの巻線を有するステータと、ベアリング支持体と、リング要素とを含み、（ｄ１）前記ハブ部分は、前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクの中心開口部を貫通すると共に、該ハブ部分の一端部に向かって開口する円筒形中心キャビティを有し、前記磁束発生および伝導環状部材は、該円筒形中心キャビティに同心状に一致するように該ハブ部分の一端部に固定され、及び該磁束発生および伝導環状部材の外径は、該少なくとも１つのデータ記憶ディスクの中心開口部の直径よりも大きく構成されること、（ｄ２）前記ステータは、前記磁束発生および伝導環状部材を囲み、該部材から空気ギャップだけ離間するように位置すること、（ｄ３）前記ベアリング支持体は、前記ハブ部分の円筒形中心キャビティを貫通する回転軸線に整合しかつ前記ロータを回転自在に支持する少なくとも１つのベアリングを有すると共に、該ハブ部分の円筒形中心キャビティの内側壁から離間する円筒形外側表面を有すること、（ｄ４）前記リング要素は、前記ハウジングに固定され、及び、前記ロータのハブ部分上に設けられた放射状に延びるディスク支持フランジと、前記モータから前記クリーンチャンバへの粒子の逃散を抑制するための更なる狭いギャップを形成することを特徴とする。
【００１９】
ディスク記憶装置は、更に、ロータに固定され、ハブ部分の円筒形中心キャビティを貫通する回転軸線に整合するシャフトを有することが好ましい。
【００２０】
ディスク記憶装置は、更に、ベアリング支持体が、その内側表面に第一及び第二ベアリングを支持する中空シリンダを含むことが好ましい。
【００２１】
ディスク記憶装置は、更に、ベアリングとロータのハブ部分との間において、ベアリング支持体の一端部の近くに位置するワッシャーが更に含まれ、該ワッシャーは、該ベアリングからクリーンチャンバへの粒子の移動を抑制するよう働くことが好ましい。
【００２２】
ディスク記憶装置は、更に、ロータのハブ部分が、機械加工後、クリーンルーム環境内で使用するのに適した非強磁性材料から構成され、ほぼ円筒形の強磁性支持部材は、前記磁束発生および伝導環状部材を支持することが好ましい。
【００２３】
ディスク記憶装置は、更に、モータが、更に、磁気シールド要素を含むことが好ましい。
【００２４】
ディスク記憶装置は、更に、磁束発生および伝導環状部材の内径が、少なくとも１つのデータ記憶ディスクの中心開口部の直径よりも小さく構成されることが好ましい。
【００２５】
本発明の第四の視点のディスク記憶装置は、（ａ）クリーンチャンバを閉じて囲むハウジングと、（ｂ）前記クリーンチャンバ内に設けられた少なくとも１つのデータ記憶ディスクと、（ｃ）前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクに記憶されたデータを読み出し及び／又は該少なくとも１つのデータ記憶ディスクにデータを書き込むための読み出し／書き込みヘッドと、（ｄ）前記読み出し／書き込みヘッドで読み出し／書き込みするように、前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクを回転させるためのモータとを有し、前記モータは：（ｄ１）前記クリーンチャンバ内に位置するディスク取付部分を有しかつ前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクと結合するロータと、（ｄ２）回転軸線に沿って位置するシャフトと該シャフトを回転自在に支持する少なくとも１つのベアリングとを含むベアリング・シャフトアセンブリと、（ｄ３）前記ベアリング・シャフトアセンブリを支持するための、前記ハウジングと一体（contiguous）の支持部材と、（ｄ４）前記クリーンチャンバに位置する前記支持部材を囲むと共に、１つ以上の巻線及び極を有するステータと、（ｄ５）前記ハウジングに固定され、前記ステータの上方に延在すると共に、前記ロータのフランジの外周部ないし前記ロータのディスク取付部分の放射状に伸びるショルダーを囲む開口を有するリング要素と、（ｄ６）前記ステータに囲まれ、このステータと共にほぼ円筒形の空気ギャップを形成するよう、該ステータから離間して配された環状永久磁石と、（ｄ７）前記ロータの開放端側に延在して配される強磁性部材とを含み、（ｄ７−１）前記強磁性部材が、前記環状永久磁石が取り付けられるほぼ円筒形面を有すると共に、該環状永久磁石が、前記ステータによって発生される磁束と相互作用し、前記ロータを駆動し、前記回転軸線を中心として前記少なくとも１つのデータ記憶ディスクを回転させることを特徴とする。
【００２６】
ディスク記憶装置は、更に、強磁性部材が、前記環状永久磁石を上方でかつ半径方向に越えるように延在しかつ前記空気ギャップの少なくとも一部を覆う放射状延在部分とを有することが好ましい。
【００２７】
ディスク記憶装置は、更に、支持部材が、その内側表面に前記少なくとも１つのベアリングを支持する中空シリンダを含むことが好ましい。
【００２８】
ディスク記憶装置は、更に、強磁性部材のほぼ円筒形部分が、中空シリンダと支持部材との接合部の湾曲面と協働かつ補完するよう形成されるエッジを有し、前記ロータと前記中空シリンダとの間のギャップの一部を形成することが好ましい。
【００２９】
ディスク記憶装置は、更に、少なくとも１つのベアリングとロータのディスク取付部分との間において、中空シリンダの一端部の近くに位置するワッシャーが更に含まれ、該ワッシャーは、少なくとも１つのベアリングからクリーンチャンバへの粒子の移動を抑制するよう働くことが好ましい。
【００３０】
ディスク記憶装置は、更に、ロータのディスク取付部分が、ほぼ円筒形キャビティとシャフトが該ロータに固定される閉端部とを有し、該円筒形キャビティは、中空シリンダを囲むと共に、ほぼ円筒形ギャップシールを形成することが好ましい。
【００３１】
ディスク記憶装置は、更に、ハウジングが、ステータを囲むほぼ円筒状壁を有する凹状壁部分を含むこと、及びリング要素が、ほぼ円筒状壁の終端部に取り付けられることが好ましい。
【００３２】
ディスク記憶装置は、更に、ディスク取付部分が、少なくとも１つのデータ記憶ディスクの円形開口を貫通するほぼ円筒形部分を含むこと、及び環状永久磁石の内径が、少なくとも１つのデータ記憶ディスクの円形開口の直径よりも小さいことが好ましい。
【００３３】
ディスク記憶装置は、更に、ディスク取付部分が、少なくとも１つのデータ記憶ディスクの円形開口を貫通するほぼ円筒形部分を含むこと、及び環状永久磁石の外径が、少なくとも１つのデータ記憶ディスクの円形開口の直径よりも大きいことが好ましい。
【００３４】
本発明の他の好ましい実施の形態は、以下の通りである。
【００３５】
ディスク記憶装置は、クリーンチャンバを閉じて囲むハウジングと、前記クリーンチャンバ内に設けられた少なくとも１つのデータ記憶ディスクと、前記ディスクに記憶されたデータを読み出すためのトランスジューサ手段と、前記トランスジューサ手段を通過するように、前記データ記憶ディスクを回転させるためのモータとを備え、前記モータが：前記クリーンチャンバ内に位置するディスク取付部分を有するロータと、前記ディスク取付部分と前記データ記憶ディスクとを結合するための手段と、回転軸線に沿って位置し、前記ロータと共に回転するようにこのロータに固定されたシャフトと、ベアリング支持体を含む前記ハウジングと一体（contiguous）の支持部材と、前記ベアリング支持体内に取り付けられており、前記シャフトを回転自在に支持する、軸方向に離間した第一および第ニベアリングと、前記支持部材の、前記クリーンチャンバと同じ側に位置し、前記ベアリング支持体を囲む１つ以上の巻線を有するステータと、前記ステータに囲まれ、このステータと共にほぼ円筒形の空気ギャップを形成するよう、ステータから離間して配された環状永久磁石と、を備え、該永久磁石が前記ロータに固定され、前記ステータによって発生される磁束と相互作用し、前記ロータを駆動し、前記回転軸線を中心として前記データ記憶ディスクを回転させることが好ましい。
【００３６】
ディスク記憶装置は、前記ロータの前記ディスク取付部分が、円筒形キャビティおよび閉端部を有し、この閉端部にて前記シャフトが前記ロータに固定されており、前記円筒形キャビティが前記ベアリング支持体を囲むと共に、前記ハウジングまで延びる円筒形ギャップシールを形成することが好ましい。
【００３７】
ディスク記憶装置は、前記ディスク取付部分の円筒形キャビティが、前記ベアリング支持体に対し一様なギャップシールを形成する内側表面を含むことが好ましい。
【００３８】
ディスク記憶装置は、前記データ記憶ディスクと前記ロータの前記ディスク取付部分とを結合するための手段の一部が、前記ハウジングに対するさらなるギャップシールを形成することが好ましい。
【００３９】
ディスク記憶装置は、前記ベアリング支持体が、軸方向に離間して配された前記第一ベアリングと前記第ニベアリングとの間に延びる中心スペースを囲むことが好ましい。
【００４０】
ディスク記憶装置は、前記シャフトがロータのディスク支持部分の閉端部の開口部に圧嵌めされており、前記第一ベアリングが前記閉端部に直ぐ隣接することが好ましい。
【００４１】
ディスク記憶装置は、前記第ニベアリングが前記ハウジングの凹状壁部分に一致する平面内にあることが好ましい。
【００４２】
ディスク記憶装置は、前記ロータの前記ディスク支持部分が、機械加工後、クリーンルーム環境内で使用するのに適した非強磁性材料から構成されており、前記環状永久磁石を支持する前記ロータの円筒形強磁性支持部材を更に含むことが好ましい。
【００４３】
ディスク記憶装置は、円筒形磁性支持部材が前記ステータの一部に向かって放射状に延び、この部分に重なるシールド要素を含むことが好ましい。
【００４４】
ディスク記憶装置は、円筒形空気ギャップが前記ロータの前記ディスク取付部分の直径より大きい径を有することが好ましい。
【００４５】
ディスク記憶装置は、永久磁石が前記ロータの前記ディスク取付部分の直径より大きい径を有することが好ましい。
【００４６】
ディスク記憶装置は、前記ステータの外径が、前記ロータの前記ディスク取付部分の直径よりも大であることが好ましい。
【００４７】
ディスク記憶装置は、前記ハウジングに固定されており、前記ロータのディスク取付部分を囲み、前記モータと前記クリーンチャンバとの間の粒子移動路内に位置する付加的ギャップシールを形成するリング要素を更に含むことが好ましい。
【００４８】
ディスク記憶装置は、クリーンチャンバを閉じて囲むハウジングと、前記クリーンチャンバ内に設けられた少なくとも１つのデータ記憶ディスクと、前記ディスクに記憶されたデータを読み出すためのトランスジューサ手段と、前記トランスジューサ手段を通過するように前記データ記憶ディスクを回転させるためのモータとを備え、該モータが：前記データ記憶ディスクを支持する放射状に延びるショルダーを含むと共に、前記クリーンチャンバ内に位置するディスク取付部分を有するロータと、前記ハウジングの、前記クリーンチャンバと同じ側に位置し、前記ハウジングと一体（contiguous）の部材に支持された１つ以上の巻線を有するステータと、回転軸線に沿って整合し、前記ロータと共に回転するよう、このロータに固定されたシャフトと、前記シャフトを回転自在に支持するベアリングを有するベアリング支持部材と、前記ロータに固定され、前記ステータ内に位置し、このステータと共に空気ギャップを形成する、環状永久磁石と、を含み、
【００４９】
前記ステータおよび永久磁石が前記ロータの前記ディスク取付部分の放射状に延びるショルダーに直ぐ隣接すると共に、このロータの、前記データ記憶ディスクと反対側に位置し、よって前記ステータによって発生される磁束が前記永久磁石と相互作用し、前記回転軸線を中心として前記ロータおよびデータ記憶ディスクを回転させるようになっていることが好ましい。
【００５０】
ディスク記憶装置は、前記ロータの前記ディスク取付部分が、円筒形キャビティおよび閉端部を有し、この閉端部にて前記シャフトが前記ロータに固定されており、前記円筒形キャビティが前記ベアリング支持体を囲むと共に、前記ハウジングまで延びる円筒形ギャップシールを形成することが好ましい。
【００５１】
ディスク記憶装置は、前記ディスク取付部分の円筒形キャビティが、前記ベアリング支持体に対し厳密な許容差のギャップシールを構成するよう機械加工された内側スリーブを含むことが好ましい。
【００５２】
ディスク記憶装置は、前記データ記憶ディスクを支持する前記放射状に延びるショルダーが、前記ハウジングに対する付加的ギャップシールを形成することが好ましい。
【００５３】
ディスク記憶装置は、前記ベアリング支持体が、軸方向に離間して配された前記第一ベアリングと前記第ニベアリングとの間に延びる中心スペースを囲むことが好ましい。
【００５４】
ディスク記憶装置は、前記シャフトがロータのディスク支持部分の閉端部の開口部に圧嵌めされており、前記第一ベアリングが前記閉端部に直ぐ隣接することが好ましい。
【００５５】
ディスク記憶装置は、前記第ニベアリングが前記ハウジングの凹状壁部分に一致する平面内にあることが好ましい。
【００５６】
ディスク記憶装置は、前記ロータの前記ディスク支持部分が、機械加工後、クリーンルーム環境内で使用するのに適した非強磁性材料から構成されており、前記環状永久磁石を支持する前記ロータの円筒形強磁性支持部材を更に含むことが好ましい。
【００５７】
ディスク記憶装置は、円筒形強磁性支持部材が前記ステータの一部分に向かって放射状に延び、この部分に重なるシールド要素を含むことが好ましい。
【００５８】
ディスク記憶装置は、円筒形空気ギャップが前記ロータの前記ディスク取付部分の直径より大きい径を有することが好ましい。
【００５９】
ディスク記憶装置は、永久磁石が前記ロータの前記ディスク取付部分の直径より大きい径を有することが好ましい。
【００６０】
ディスク記憶装置は、前記ステータの外径が、前記ロータの前記ディスク取付部分の直径よりも大であることが好ましい。
【００６１】
ディスク記憶装置は、前記ハウジングに固定されており、前記ロータのディスク取付部分の前記放射状に延びるショルダーを囲み、前記モータと前記クリーンチャンバとの間の粒子移動路内に位置する付加的ギャップシールを形成するリング要素を更に含むことが好ましい。
【００６２】
データ記憶装置は、クリーンチャンバを囲むハウジングと、前記クリーンチャンバ内に位置する少なくとも１つのデータ記憶ディスクと、前記ディスクに記録されたデータを読み出すためのトランスジューサ手段と、前記トランスジューサ手段を通過するように、前記データ記憶ディスクを回転するためのモータとを備え、該モータが、磁束発生および伝導環状部材およびハブ部分を有し、前記ハブ部分が前記ディスク内の中心開口部を貫通すると共に、前記ハブ部分の一端部に向かって開口する中心キャビティを有し、前記磁束発生および伝導部材が前記中心キャビティに同心状に一致する、前記ハブ部分の一端部に固定されており、前記モータが更に：前記磁束発生および伝導部材を囲み、この部材から空気ギャップだけ離間するように位置する、少なくとも１つの巻線を有するステータと、前記ロータに固定され、前記ハブ部分の中心キャビティを貫通する回転軸線に整合するシャフトと、該シャフトを回転自在に支持するベアリングを有するベアリング支持体とを含み、前記ベアリング支持体が円筒形外側表面を有し、この円筒形外側表面が前記ベアリングから前記クリーンチャンバへの粒子の逃散を抑制する狭いギャップにより、前記ハブ部分の前記中心キャビティの内側壁および前記磁束発生および伝導環状部材から離間して配されていることが好ましい。
【００６３】
ディスク記憶装置は、前記ハブの前記中心キャビティが、前記ベアリング支持体の前記外側表面に対し厳密な許容差のギャップを構成するよう機械加工された内側スリーブを含むことが好ましい。
【００６４】
ディスク記憶装置は、前記ハブの外周面が前記モータから前記クリーンチャンバへの粒子の逃散を更に抑制するよう、前記ハウジングに対する付加的な狭いギャップを形成することが好ましい。
【００６５】
ディスク記憶装置は、前記ベアリング支持体が、軸方向に離間して配された前記第一ベアリングと前記第ニベアリングとの間に延びる中心スペースを囲むことが好ましい。
【００６６】
ディスク記憶装置は、前記シャフトが前記ハブ部分の閉端部の開口部に圧嵌めされており、前記第一ベアリングが前記閉端部に直ぐ隣接することが好ましい。
【００６７】
ディスク記憶装置は、前記第ニベアリングが前記ハウジングの凹状壁部分に一致する平面内にあることが好ましい。
【００６８】
ディスク記憶装置は、前記ロータの前記ハブ部分が、機械加工後、クリーンルーム環境内で使用するのに適した非強磁性材料から構成されており、磁束発生および伝導環状部材が強磁性支持部材に固定された環状永久磁石を含むことが好ましい。
【００６９】
ディスク記憶装置は、円筒形強磁性支持部材が前記ステータの一部分に向かって放射状に延び、この部分に重なるシールド要素を含むことが好ましい。
【００７０】
ディスク記憶装置は、前記円筒形空気ギャップが前記ディスクの中心開口部の直径よりも大きい直径を有することが好ましい。
【００７１】
ディスク記憶装置は、前記磁束発生および伝導部材が前記ディスクの前記中心開口部の直径よりも大きい径を有することが好ましい。
【００７２】
ディスク記憶装置は、前記ステータの外径が、前記ディスクの中心開口部の直径よりも大であることが好ましい。
【００７３】
ディスク記憶装置は、前記ロータの前記ハブ部分に設けられた、放射状に延びるディスク支持フランジと、前記フランジの周辺部に隣接し、このフランジから離間し、前記モータから前記クリーンチャンバへの粒子の逃散を抑制するためのさらなる狭いギャップを形成するリング要素を更に含むことが好ましい。
【００７４】
ディスク記憶装置は、前記ベアリング支持体が内側表面に前記第一および第ニベアリングを支持する中空シリンダを含み、前記記憶装置が更に前記ベアリングと前記ロータの前記ディスク取付部分との間において、前記ベアリング支持体の一端部の近くに位置するワッシャーを更に含み、該ワッシャーが前記ベアリングから前記クリーンチャンバへの粒子の移動を抑制するよう働くことが好ましい。
【００７５】
ディスク記憶装置は、前記ロータの前記ディスク取付部分が強磁性材料から製造されていることが好ましい。
【００７６】
ディスク記憶装置は、前記強磁性材料がスチールであることが好ましい。
【００７７】
ディスク取付ハブにスピンドルシャフトが固定されており、このハブと共に回転するようになっている内側ロータ（インナロータ）スピンドルモータを使用するディスク記憶装置を提供することにより、上記およびそれ以外の目的が達成される。外側ロータ構造においてディスクスタックを支持するのに典型的に使用される、固定（定置）シャフトないしポストよりも直径および剛性の大きいベアリングチューブによって、スピンドルに対する支持が与えれる。このベアリングチューブはスピンドルシャフトを軸支するベアリングを支持しており、更にベアリングの間の軸方向間隔をより広くできるので、スピンドルの心振れ（ランアウト）を少なくできる。これと同時に、ベアリングチューブはモータの内側スペース内において、ベアリングからの汚染物を捕捉するように働き、クリーンチャンバ内の汚染を低減する。
【００７８】
ベアリングチューブの外側直径部のまわりに回転するように、ディスク支持ハブを含む内側ロータを構成することにより、長いギャップシールが形成され、よって高価な強磁性流体シールを使用しなくても、ベアリングからの汚染物をより効率的に閉じ込めることができる。ベアリングチューブの一端部はディスク支持ハブ内に形成された内側キャビティ内に延在している。この構造は、ハブの内側を中空にする必要があり、ロータ構造体の質量を更に低減し、スピンドルの加速および振動特性を更に改善する。
【００７９】
【発明の実施の形態】
次の添付図面に示されるような好ましい実施例の下記の説明には、本発明の上記およびそれ以外の目的、特徴および利点が示されている。
【００８０】
【実施例】
図１を参照すると、例えば磁気ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）とし得るディスク記憶装置は、上方の仕切りないし壁１０と下方の仕切りないし壁１２とを有するハウジングを含み、壁１０と１２とは側壁（図示せず）に隣接し、実質的にシールされたクリーンルームチャンバ（ＣＲ）を閉じて囲む（密閉する）。クリーンルームチャンバＣＲはＨＤＤ工業汚染規格に従って製造された最終シールされたクリーンルームである。このクリーンルームチャンバ内には１つ以上のデータ記憶ディスク３０が設けられており、これらディスクは読み出し／書き込みヘッド３２と協働する。作動（運転）中、ヘッドは回転中のディスクの表面の近くの、空気の薄い層上を「浮遊」し、ディスクの表面にあるトラックとの間でデジタルデータを磁気的に読み出したり、記録（書き込み）するためのトランスジューサ（変換器）として機能する。
【００８１】
ディスク３０は３，０００〜１０，０００ＲＰＭの範囲内の運転速度で回転される。ブラシレスＤＣスピンドルモータのロータアセンブリ２０の一部であるハブ２２にはディスクが取り付けられており、クリーンルームチャンバ内にてＨＤＤハウジングの下方壁１２の凹状部分１３内にスピンドルモータの駆動要素が支持されている。ハブ２２は、ディスクの中心開口部に嵌合するような寸法であり、かつ円筒形状となっている。このハブはディスクスタックの一部たり得る下方ディスク３０を支持するための、放射状に延びるショルダー２８を有する。このハブ２２はクリーンルーム環境内で機械加工した後に使用するのに適した材料である、アルミ合金から製造できる。これらディスクは１つ以上のスペーサリング３４によって分離されており、ロータ２０の閉端部にクランプ要素３６が締結されており、このクランプ要素はディスクをハブ２２に結合するようにディスクスタックを押圧している。
【００８２】
ロータアセンブリ２０はロータの閉端部に圧嵌めまたは他の方法で取り付けられたシャフト２３上で回転するようになっている。このシャフト２３は一対の軸方向に離間したベアリング１６および１８により、スピンドル軸線１５を中心として回転するように支持されている。ベアリング１６および１８はベアリングチューブ１４内または凹状壁部分１３の一体的部分であるか、または凹状壁部分１３に取り付けられた、他の形態の円筒形支持部材内に取り付けられている。これらベアリング１６および１８は、ベアリングスペーサ部材３９により正しい軸方向位置に位置決めされている。凹状壁部分１３はＨＤＤハウジングの壁１２と一体的な部品でもよいし、また取り外し自在なアセンブリフランジ状となっていてもよい。後者のフランジ状となっている場合、最終のＨＤＤ組み立て時にＨＤＤハウジング内の開口部に取り付けられる別個のユニットとしてスピンドルモータを製造することができる。
【００８３】
スピンドルモータは円筒形の強磁性支持部材２６に固定された環状リング状をした永久磁石２４を更に含む。この支持部材２６はロータのハブ部分２２の下端部に取り付けられており、ハブ２２はベアリングチューブ１４の上端部が嵌合される円筒形の中心キャビティ２９を有する。ベアリングチューブの外側表面とロータ２０の内側表面との間には狭いギャップ５０が形成されており、このギャップ５０はベアリング１６および１８から生じる粒子およびその他の汚染物がクリーンルームチャンバ内に進入するのを低減するためのギャップシールを形成する。このシール効果を更に増すために、ベアリング１８の上方にはシールワッシャー３８ｂが挿入されており、ハブ２２のディスク取付フランジ２８のエッジを、順応（対応）するハウジング壁１２の内側表面１９ａおよび１９ｂが囲んでいる。フランジ２８の外周部と表面１９ａおよび１９ｂとの間には狭いギャップ５２が形成されており、このギャップはクリーンルームチャンバ内への汚染物の進入を低減するための更なるギャップとして機能する。ベアリングチューブ１４の下端部にある開口部を閉じるために、キャップ３８ａが挿入（嵌合）されている。
【００８４】
凹状壁部分１３内にはステータアセンブリ４０が支持されており、このステータアセンブリはロータ磁石２４を囲んでいる。ステータ４０はステータの積層体４３に巻かれた巻線４２と、複数の極とを有し、極は円筒形空気ギャップ２５により磁石２４から離間されている。図８と同様なスピンドルモータのステータ装置を示す図９に示されるように、ステータ４０（図９では１４０として示されている）は、例えば１２個の等間隔の極と、これに関連する巻線とを有し、これら極と巻線とは、例えば８個のロータ極と協働するようになっている。モータの駆動回路（図示せず）がステータ巻線への同期された（timed）電流パルスをスイッチングし、磁石２４によって発生される磁束と協働する磁束を発生し、ロータ２０にトルクを発生するようになっている。このトルクによりロータは回転し、読み取り、書き込みヘッド３２とディスク３０の記録表面との間でデータを転送（やりとり）することが可能となっている。
【００８５】
図２は、変形されたロータアセンブリ２０’を有するディスク記憶装置の第２実施例を示す。アルミ製ハブ２２’には強磁性インサート（挿入部材）３７が嵌合されており、このインサートは巻線４２の上面にほぼ対応し、かつこの面から離間しており、更にハウジングの壁１２の内側周辺表面１９ｂから密に（狭い間隔で）離間するギャップまで下方に湾曲している。このインサート３７は浮遊磁束がデータ記憶ディスクに入射しないようにするためのシールドとして働く。ベアリングチューブ１４のほぼ全長に沿って強磁性磁石支持部材２６’が延び、かつこの部材はベアリングチューブのほぼ全長に亘り、一様に離間している。ベアリングチューブ１４の外側表面と支持スリーブ２６’の内側表面は、両者の間に延びる狭いギャップシールが形成されるように、精密に機械加工されている。
【００８６】
図３は、変形されたロータアセンブリ２０”を有するディスク記憶装置の第３実施例を示す。アルミ製ハブ２２”にはステータ巻線４２の上側面から離間した平らな強磁性シールド用インサート３７’が嵌合されている。ハブ２２’のフランジ２８’は面取り（ベベル）された表面（円錐面）３５で終端しており、この円錐面３５はハウジング１２の対応する表面１９ｃと共にギャップシールを形成している。図２の表面１９ａおよび１９ｂの代わりに表面１９ｃが形成されている。特に、小寸法の装置に対して、図３の構造は製造を簡略化し、コストを低減できる。
【００８７】
図４の実施例では、先の実施例のアルミ製ハブの代わりにスチール製ハブ４９が設けられており、このハブは別個の磁気ヨークおよび磁気シールド部品を不要にしている。このような構造により製造コストの低減を可能にしながら、更に寸法を小さくできる。
【００８８】
図５の実施例では、図２の強磁性インサート３７および強磁性磁石支持体２６の代わりに、磁気シールドヨーク５７が使用されており、このヨークは更に変形され、機械加工された形態のアルミ製ハブ２２’’’内に嵌合されている。この実施例は別個のアセンブリフランジ５９を示しており、このフランジ５９はスピンドルモータを支持すると共に、クリーンルームのハウジングの下方壁１２に取り付けられている。
【００８９】
図６および７は、図１の実施例で比較的厳しい許容差の機械加工を必要とするベースプレート１３およびハブ２２の表面が太線で示されている。これら表面には表面１９ａおよび１９ｂ、ベアリングチューブ１４の垂直面と、ロータ２０の下方エッジが通過しなければならないベースプレート１３の表面が含まれる。図７に示されるように、ハブ２２の厳しい許容差の表面は、フランジ２８の外周およびハブ２２の内側キャビティの表面となっている。これら表面は密な嵌合を保証するために１回のチャッキングで機械加工することが望ましい。
【００９０】
図８の実施例では、図示されているディスク記憶装置はほとんどの点で図１の装置に類似している。このディスク記憶装置は、上方の仕切り、すなわち壁１１０および下方仕切り、すなわち壁１１２を有するハウジングを含み、これら壁は図１のチャンバに類似する実質的にシールされたクリーンルームチャンバを密閉するよう、側壁（図示せず）に隣接する。ブラシレスＤＣスピンドルモータのロータアセンブリ１２０の一部であるハブ１２２にデータ記憶ディスク１３０が取り付けられている。クリーンルームチャンバの内側では、ＨＤＤハウジングの下方壁１１２の凹状部分１１３内にスピンドルモータの駆動要素が支持されている。ハブ１２２はディスクの中心開口部に嵌合するような大きさであり、かつ円筒形状となっている。このハブはディスクスタックの一部である下方ディスク１３０を支持するための、半径方向に延びるショルダー（フランジ）１２８を有する。このハブ１２２はクリーンルーム環境内で機械加工した後に使用するのに適した材料である、アルミ合金から製造できる。これらディスクは１つ以上のスペーサリング１３４によって分離されており、ロータ１２０の閉端部にクランプ要素１３６が締結されており、このクランプ要素はディスクをハブ１２２に結合するよう上部スペーサリング１３４を押圧している。
【００９１】
ロータアセンブリ１２０はロータの閉じた端部に圧嵌めまたは他の方法で取り付けられたシャフト１２３上で（一体に）回転するようになっている。このシャフト１２３は一対の軸方向に離間したベアリング１１６および１１８により、スピンドル軸線１１５を中心として回転するように支持されている。ベアリング１１６および１１８はベアリングチューブ１１４内または凹状壁部分１１３の一体的部分であるか、または凹状壁部分に取り付けられた他の形態の、円筒形支持部材内に取り付けられている。凹状壁部分１１３はＨＤＤハウジングの壁１１２と一体的な部品でもよいし、また取り外し自在なアセンブリフランジ状となっていてもよい。後者のフランジ状となっている場合、最終ＨＤＤ組み立て時にＨＤＤハウジング内の開口部に取り付けられる別個のユニットとしてスピンドルモータを製造することができる。
【００９２】
スピンドルモータは円筒形の強磁性支持部材１２６に固定された環状リング状をした永久磁石１２４を更に含む。支持部材１２６はロータのハブ部分１２２の下端部に取り付けられており、ハブ１２２はベアリングチューブ１１４の上端部が嵌合される円筒形の中心キャビティ１２９を有する。ベアリングチューブ１１４を磁石支持部材１２６が囲んでおり、ベアリングチューブの外側表面とロータ１２０の内側表面との間には狭いギャップ１５０が形成されており、このギャップ１５０はベアリング１１６および１１８から生じる粒子およびその他の汚染物がクリーンルームチャンバ内に進入するのを低減するためのギャップシールを形成している。ハウジング壁１１２内にリング部材１４４がセットされており、このリングはハブ１２２のディスク取付フランジ１２８を囲んでいる。フランジ１２８の外周部とリング部材１４４の内周部との間には狭いギャップ１５２が形成されており、このギャップはクリーンルームチャンバ内への汚染物の進入を低減するためのさらなるギャップシールとして機能する。
【００９３】
凹状壁部分１１３内にはステータアセンブリ１４０が支持されており、このステータアセンブリはロータ磁石１２４を囲んでいる。ステータ１４０はステータの積層体に巻かれた巻線１４２と、複数の極とを有し、極は円筒形空気ギャップ１２５により磁石１２４から離間されている。図９に示されるように、ステータ１４０は、例えば１２個の等間隔の極と、これに関連する巻線とを有し、これら極および巻線は、例えば８個のロータ極と協働するようになっている。モータの駆動回路（図示せず）がステータ巻線への同期ないし時間制御された（timed）電流パルスをスイッチングし、磁石１２４によって発生される磁束と協働する磁束を発生し、ロータ１２０にトルクを発生するようになっている。このトルクによりロータは回転し、読み取り、書き込みヘッド１３２とディスク１３０の記録表面との間でデータを転送することが可能となっている。
【００９４】
図１０は、変形されたロータアセンブリ１２０’を有するディスク記憶装置のさらに別の実施例を示す。ハブ１２２’の閉端部の下面には環状の溝１５４が設けられており、この溝はクリーンルームチャンバに向かう汚染粒子の進入を更に抑制するラビリンスシール１５６を形成するように、ベアリングチューブ１１４の伸長した上端部に組合わせ嵌合（mate）している。図１０は、この変形されたロータアセンブリ１２２’が強磁性磁石支持部材１２６’を使用しており、この部材がディスク支持フランジ１２８’内に突出する、放射状（半径方向）に延びるリップ１２７を有することも示している。このリップ１２７は磁石１２４の端部、及び空気ギャップ１２５を横断するように延びており、ステータ積層体の極表面を部分的に囲んでいる。モータの空気ギャップの領域から生じ得る浮遊磁束は、リップ１２７に吸収され、データ記憶ディスク１３０に入射することが防止されている。
【００９５】
図１１は、更に変形されたスピンドルモータを有するデータ記憶装置の更に別の実施例を示す。ロータアセンブリ１６０には内側スリーブ１６２が設けられており、この内側スリーブ１６２はハブ部分１６４内に圧嵌めまたは接着されている。このスリーブ１６２の一端部のまわりには永久磁石リング１６７および強磁性支持部材１６６が固定されている。スリーブ１６２はアルミ合金から形成でき、精密に機械加工された内径部を有する。ギャップシール１５０を極めて狭くし、クリーンルームＣＲに向かう汚染粒子の移動を抑制するのにより効果的となるように、スリーブ１６２に対するスペースを密にできるよう、ベアリングチューブ１１４の外径部も精密に機械加工してもよい。
【００９６】
スリーブ１６２は回転軸線から更に離間するように磁石リング１６７および空気ギャップも位置決めしている。これにより、磁石およびエアギャップの双方がディスク取付ハブ１６４の直径よりも実質的に大きい直径を有するように、磁石１６７および空気ギャップ１２５の半径が大きくなっている。この点に関し、図１１の実施例は図１の実施例に類似している。これによりスピンドルの高さまたはハブの直径を大きくすることなく、より大きいモータトルクを発生することが可能となっている。実際に、本発明のモータ構造により、モータによって発生されるトルクをスピンドルの高さおよびハブの直径の双方からは実質的に無関係とすることが可能となっている。
【００９７】
既に示したように、本発明のディスク記憶装置の内側ロータ回転シャフト構造はいくつかの利点を有する。これら特徴のうちで次のものが挙げられる。
【００９８】
ロータアセンブリの質量は小さくなっている。その理由は、ハブ部分が実質的に中空であり、外側ロータ式構造で必要とされるような、放射状（半径方向）に延びる支持構造体の磁気リングおよび強磁性支持部材の固定が、なされていないので、ロータの質量を小さくし、ロータを回転軸線のより近くに設けることが可能となっているからである。これら特徴により、同じトルクでスピンドルアセンブリをより短時間に必要な運転速度まで加速することができ、より高い運転速度において振動を低減できる。更に、ロータの質量を比例（対応）して増加させることなく、モータの直径を大きくできる。
【００９９】
更に、スピンドルを支持するのに通常使用される固定シャフトないしポストよりも、より剛性である、比較的大径のベアリングチューブないし円筒形構造体によってスピンドル軸が固定される。
【０１００】
更に、このスピンドル軸からステータ部品が離間して配されているので、アセンブリの中心の、ベアリングに対するスペースはより広くなり、ベアリングにおける遊びに起因するスピンドルの心振れを低減するように、ベアリングを更に離間させることができる。更に、このロータ構造により、クリーンルームからのベアリングの絶縁分離を高めるよう、伸長された長さの円筒形ギャップシールが可能となる。このギャップシールはクリーンルームチャンバへの汚染物の移動を更に抑制するよう（図１０に示されるギャップ１５６によって形成されるような）１つ以上のラビリンスシールと共に使用できる。
【０１０１】
以上で所定の実施例を参照して本発明について図示し、説明したが、当業者が上記説明を検討すれば、別の代替例、変形例および変更例が明らかとなろう。従って、本発明は添付した請求の範囲の要旨および範囲内に入るかかる代替例、変形例および変更例のすべてを含むものである。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明の第１の視点（請求項１、基本構成）によれば、回転質量および角（回転）慣性を小さくし、よって始動時において運転速度まで記憶ディスクを加速するのに必要な時間を短縮するスピンドル駆動モータを利用するディスク記憶装置を提供することができる。
【０１０３】
さらに、始動時に多数のディスクのスタック（積層）体を急速に加速するのに充分なトルクを発生する上で、ディスク支持ハブの直径によって制限されないスピンドルモータを利用するディスク記憶装置を提供することができる。
【０１０４】
加うるに、ディスクがその中で作動するクリーンチャンバとスピンドルのモータ要素との間の空気ギャップのシール性を高めたディスク記憶装置を提供することができる。
【０１０５】
上記基本構成に基づき、支持ベアリング内の遊びによって生じるスピンドルの心振れ（run out）の大きさを小さくしたディスク記憶装置を提供することができる。
【０１０６】
これを、別の観点から見れば、径方向に変位したスピンドルの質量を少なくし、より少ない振動でより高速において作動できるディスク記憶装置を提供することができる。
【０１０７】
また、ディスクの軸線の剛性を高めるよう、直径を大きくしたスピンドル支持構造体を有するディスク記憶装置を提供することにも通ずる。
【０１０８】
さらに、請求項２〜８の具体的構成によって、上記の基本効果が一層具体的に明確に達成され、また更に付加的な効果が達成される。
【０１０９】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例を利用したディスク記憶装置の、スピンドル軸線に沿った横断面図である。
【図２】図２は、スピンドルモータの変形例を示す、スピンドル軸線に沿った横断面図である。
【図３】図３は、スピンドルモータの変形例を示す、スピンドル軸線に沿った横断面図である。
【図４】図４は、スピンドルモータの変形例を示す、スピンドル軸線に沿った横断面図である。
【図５】図５は、スピンドルモータの変形例を示す、スピンドル軸線に沿った横断面図である。
【図６】図６は、下方のハウジング壁、ハブおよびベアリングチューブの対応部分に対する機械加工の細部を示す、先の実施例の部分横断面図である。
【図７】図７は、下方のハウジング壁、ハブおよびベアリングチューブの対応部分に対する機械加工の細部を示す、先の実施例の部分横断面図である。
【図８】図８は、本発明の更に別の実施例を利用した記憶装置の、スピンドル軸線に沿った横断面図である。
【図９】図９は、ステータの積層体および巻線がロータの磁石リングとどのように相互作用するかを示す、スピンドル軸線に対して直角な、図８の９−９線に沿った横断面図である。
【図１０】図１０は、スピンドルモータの別の変形例を示す、スピンドル軸線に沿った横断面図である。
【図１１】図１１は、スピンドルモータの更に別の実施例を示す同様な図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a disk storage device, and more particularly to a disk storage device having a spindle motor with improved torque, acceleration and vibration characteristics.
[0002]
[Prior art]
(Background of the Invention)
Disk storage devices, particularly disk storage devices that utilize one or more rigid magnetic data storage disks that are directly connected to the rotor of a spindle drive motor and housed in a clean room chamber, pass the storage disk through the data read / write head Generally, an outer rotor brushless DC motor for rotating the motor is used. The head writes digital data on the surface of the disk and reads digital data from this. In the outer (outer) rotor brushless motor, a rotor having an annular permanent magnet surrounds a multipolar stator, and this stator is concentrically attached to a shaft that defines the rotation axis of the motor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The outer rotor motor uses a rotor that surrounds the stator element, so the rotor has a diameter that increases the rotor's mass and angular (rotational) inertia and increases the time required for the motor to reach operating speed at start-up. is necessary. (Here, the operating speed can be 6000 RPM or more.) The radially displaced mass also increases vibrations due to imbalance, especially at higher operating speeds.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a disk storage device that utilizes a spindle drive motor that reduces rotational mass and angular (rotational) inertia, thus reducing the time required to accelerate the storage disk to operating speed at start-up. There is to do.
Another object of the present invention is to provide disk storage that utilizes a spindle motor that is not limited by the diameter of the disk support hub in generating sufficient torque to rapidly accelerate a large number of disk stacks at start-up. To provide an apparatus.
Still another object of the present invention is to provide a disk storage device having a spindle support structure having an increased diameter so as to increase the rigidity of the axis of the disk.
It is yet another object of the present invention to provide a disk storage device that reduces the amount of spindle runout caused by play in the support bearing.
Yet another object is to provide a disk storage device with improved sealing of the air gap between the clean chamber in which the disk operates and the motor element of the spindle.
Yet another object is to provide a disk storage device that can operate at higher speeds with less vibration by reducing the mass of the radially displaced spindle.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
(Summary of Invention)
In order to achieve the above object, the following disk storage devices are provided. That is,
A disk storage device according to a first aspect of the present invention includes (a) a housing that encloses and encloses a clean chamber, (b) at least one data storage disk provided in the clean chamber, and (c) the at least one data storage disk. A read / write head for reading and / or writing data to and from said at least one data storage disk, and (d) reading / writing with said read / write head A motor for rotating at least one data storage disk, the motor comprising: (d1) a rotor having a disk mounting portion located in the clean chamber and coupled to the at least one data storage disk; , (D2) located along the axis of rotation and rotates with the rotor A shaft fixed to the rotor, (d3) a support member integral with the housing including the bearing support, and (d4) mounted in the bearing support so that the shaft can be rotated. Supporting, axially spaced first and second two A bearing, (d5) a stator having one or more windings and poles located on the same side of the support member as the clean chamber and surrounding the bearing support; (d6) fixed to the housing; A ring element having an opening extending above the stator and surrounding an outer periphery of a flange of the rotor (extending radially of the disk mounting portion) A ring element that forms a narrow gap between the rotor and the ring element that inhibits movement of contaminants from the first and second bearings into the clean chamber; (D7) The stator is surrounded by the stator and forms a substantially cylindrical air gap with the stator. The poles of An annular permanent magnet spaced apart from (d8) the rotor Part of And (d8-1) the ferromagnetic member extending substantially upwardly and radially beyond the annular permanent magnet, the ferromagnetic member being attached to the annular permanent magnet, and A radially extending portion that covers at least a portion of the air gap, and the annular permanent magnet interacts with the magnetic flux generated by the stator, drives the rotor, and the at least one about the axis of rotation. One data storage disk is rotated.
[0005]
The disk storage device further includes a bearing support that includes a hollow cylinder that supports the bearing on an inner surface thereof, and a substantially cylindrical portion of the ferromagnetic member includes a curved surface of a joint between the hollow cylinder and the support member. It is preferred to have edges that are formed to cooperate and complement and form part of the gap between the rotor and the hollow cylinder.
[0006]
The disk storage device further preferably includes a housing having a concave wall portion having a generally cylindrical wall surrounding the stator, and a ring element attached to the terminal end of the generally cylindrical wall.
[0007]
The disk storage device further includes a disk mounting portion of the rotor having a generally cylindrical cavity and a closed end to which the shaft is secured to the rotor, the cylindrical cavity surrounding the bearing support and extending to the housing. It is preferable to form a generally cylindrical gap seal that extends.
[0008]
The disk storage device further includes a bearing support including a hollow cylinder that supports the bearing on its inner surface, and the disk mounting portion of the rotor forms a labyrinth seal between the bearing support and the rotor. Preferably includes an annular groove for mating with the bearing support.
[0009]
The disk storage device further includes a hollow cylinder that supports the first and second bearings on its inner surface, and one end of the bearing support between the bearing and the disk mounting portion of the rotor. A washer located in the vicinity of the bearing is also included, and the washer preferably serves to inhibit particle movement from the bearing to the clean chamber.
[0010]
The disk storage device further includes a substantially cylindrical portion through which the disk mounting portion extends through the circular opening of the at least one data storage disk, and the inner diameter of the annular permanent magnet is that of the circular opening of the at least one data storage disk. It is preferably smaller than the diameter.
[0011]
The disk storage device further includes a substantially cylindrical portion in which the disk mounting portion extends through the circular opening of the at least one data storage disk, and the outer diameter of the annular permanent magnet is the circular opening of the at least one data storage disk. It is preferable that it is larger than the diameter.
[0012]
A disk storage device according to a second aspect of the present invention comprises: (a) a housing that encloses and encloses a clean chamber; (b) at least one data storage disk having a circular opening and provided in the clean chamber; (C) a read / write head for reading and / or writing data to the at least one data storage disk; and (d) read / write by the read / write head. A motor for rotating the at least one data storage disk to write, the motor having: (d1) a disk mounting portion located in the clean chamber and the at least one data storage A rotor coupled to the disk, and (d2) located along the rotational axis, A shaft fixed to the rotor for rotation with the rotor, (d3) a support member that is contiguous with the housing including the bearing support, and (d4) is mounted within the bearing support, First and second axially spaced bearings that rotatably support the shaft; and (d5) one or more windings located on the same side of the support member as the clean chamber and surrounding the bearing support. A stator having lines and poles; and (d6) a magnetic flux surrounded by the stator and spaced apart from the stator so as to form a substantially cylindrical air gap with the stator and generated by the stator. An annular permanent that interacts, drives the rotor and rotates the at least one data storage disk about the axis of rotation. (D6-1) the disk mounting portion of the rotor includes a substantially cylindrical portion that passes through a circular opening of the at least one data storage disk, and the outer diameter of the annular permanent magnet is the at least (D6-2) A ferromagnetic member extends on the open end side of the rotor, and the ferromagnetic member is arranged in the annular permanent shape. And a generally cylindrical surface to which the magnet is attached, and a radially extending portion extending upwardly and radially beyond the annular permanent magnet and covering at least a portion of the air gap.
[0013]
The disk storage device further includes a disk mounting portion of the rotor having a generally cylindrical cavity and a closed end to which the shaft is secured to the rotor, the cylindrical cavity surrounding the bearing support and extending to the housing. A cylindrical gap seal is preferably formed.
[0014]
The disk storage device further preferably includes an inner surface in which the cylindrical cavity of the disk mounting portion forms a uniform gap seal with the bearing support.
[0015]
In the disk storage device, it is further preferred that the disk mounting portion of the rotor forms an additional gap seal to the housing.
[0016]
The disk storage device further includes a hollow cylinder that supports the first and second bearings on its inner surface, and one end of the bearing support between the bearing and the disk mounting portion of the rotor. A washer located in the vicinity of the bearing is also included, and the washer preferably serves to inhibit particle movement from the bearing to the clean chamber.
[0017]
In the disk storage device, it is further preferable that the inner diameter of the annular permanent magnet is smaller than the diameter of the circular opening of the at least one data storage disk.
[0018]
A disk storage device according to a third aspect of the present invention includes (a) a housing that closes and surrounds a clean chamber, (b) at least one data storage disk having a circular opening and provided in the clean chamber; (C) a read / write head for reading and / or writing data to the at least one data storage disk; and (d) read / write by the read / write head. A motor for rotating the at least one data storage disk for writing, the motor comprising a rotor having a magnetic flux generating and conducting annular member and a cylindrical hub portion, and at least one winding. A stator having a bearing, a ring support, and (d1) the hub portion. Has a cylindrical central cavity that passes through a central opening of the at least one data storage disk and opens toward one end of the hub portion, wherein the magnetic flux generating and conducting annular member is the cylindrical center Fixed to one end of the hub portion concentrically with the cavity, and the outer diameter of the magnetic flux generating and conducting annular member is configured to be greater than the diameter of the central opening of the at least one data storage disk. (D2) the stator surrounds the magnetic flux generating and conducting annular member and is positioned to be spaced from the member by an air gap; (d3) the bearing support is a cylindrical center of the hub portion; A hub portion having at least one bearing aligned with a rotational axis passing through the cavity and rotatably supporting the rotor; Having a cylindrical outer surface spaced from the inner wall of the cylindrical central cavity; (d4) a radially extending disk support flange mounted on the housing and mounted on the hub portion of the rotor; And forming a further narrow gap for suppressing escape of particles from the motor to the clean chamber.
[0019]
The disk storage device further preferably has a shaft that is fixed to the rotor and that is aligned with the axis of rotation through the cylindrical central cavity of the hub portion.
[0020]
The disk storage device further preferably includes a hollow cylinder in which the bearing support supports the first and second bearings on its inner surface.
[0021]
The disk storage device further includes a washer located between the bearing and the hub portion of the rotor, near one end of the bearing support, the washer providing particle transfer from the bearing to the clean chamber. It preferably works to suppress.
[0022]
The disk storage device further includes a non-ferromagnetic material suitable for use in a clean room environment after machining of the hub portion of the rotor, and the substantially cylindrical ferromagnetic support member includes the magnetic flux generating and conducting members. It is preferable to support the annular member.
[0023]
In the disk storage device, it is preferable that the motor further includes a magnetic shield element.
[0024]
The disk storage device is further preferably configured such that the magnetic flux generating and conducting annular member has an inner diameter smaller than the diameter of the central opening of at least one data storage disk.
[0025]
A disk storage device according to a fourth aspect of the present invention includes (a) a housing that closes and surrounds the clean chamber, (b) at least one data storage disk provided in the clean chamber, and (c) the at least one disk. A read / write head for reading and / or writing data to and from said at least one data storage disk, and (d) reading / writing with said read / write head A motor for rotating at least one data storage disk, the motor comprising: (d1) a rotor having a disk mounting portion located in the clean chamber and coupled to the at least one data storage disk; (D2) a shaft positioned along the rotation axis and the shaft A bearing / shaft assembly including at least one bearing for freely rolling; (d3) a support member contiguous with the housing for supporting the bearing / shaft assembly; and (d4) the clean chamber. A stator having one or more windings and poles, and (d5) fixed to the housing and extending above the stator, and an outer peripheral portion or a flange of the rotor (D6) a ring element having an opening surrounding a radially extending shoulder of the disk mounting portion of the rotor; and (d6) spaced apart from the stator so as to form a substantially cylindrical air gap with the stator. An annular permanent magnet, and (d7) a strong strength extending to the open end side of the rotor (D7-1) the ferromagnetic member has a substantially cylindrical surface to which the annular permanent magnet is attached, and the annular permanent magnet interacts with the magnetic flux generated by the stator; The rotor is driven to rotate the at least one data storage disk about the rotation axis.
[0026]
In the disk storage device, it is preferable that the ferromagnetic member further has a radially extending portion that extends above the annular permanent magnet and extends in a radial direction and covers at least a part of the air gap.
[0027]
In the disk storage device, it is preferable that the support member further includes a hollow cylinder that supports the at least one bearing on an inner surface thereof.
[0028]
The disk storage device further includes an edge formed such that the substantially cylindrical portion of the ferromagnetic member cooperates and complements the curved surface of the joint between the hollow cylinder and the support member, the rotor and the hollow cylinder It is preferable to form a part of the gap between the two.
[0029]
The disk storage device further includes a washer located near the one end of the hollow cylinder between the at least one bearing and the disk mounting portion of the rotor, the washer from the at least one bearing to the clean chamber. It is preferable to work to suppress the movement of the particles.
[0030]
The disk storage device further includes a disk mounting portion of the rotor having a generally cylindrical cavity and a closed end to which the shaft is secured to the rotor, the cylindrical cavity surrounding the hollow cylinder and substantially cylindrical. Preferably a gap seal is formed.
[0031]
The disk storage device further preferably includes a housing having a concave wall portion having a generally cylindrical wall surrounding the stator, and a ring element attached to the terminal end of the generally cylindrical wall.
[0032]
The disk storage device further includes a substantially cylindrical portion through which the disk mounting portion extends through the circular opening of the at least one data storage disk, and the inner diameter of the annular permanent magnet is that of the circular opening of the at least one data storage disk. It is preferably smaller than the diameter.
[0033]
The disk storage device further includes a substantially cylindrical portion in which the disk mounting portion extends through the circular opening of the at least one data storage disk, and the outer diameter of the annular permanent magnet is the circular opening of the at least one data storage disk. It is preferable that it is larger than the diameter.
[0034]
Another preferred embodiment of the present invention is as follows.
[0035]
The disk storage device passes through the housing, the housing surrounding and closing the clean chamber, at least one data storage disk provided in the clean chamber, transducer means for reading data stored on the disk, and the transducer means A motor for rotating the data storage disk, the motor comprising: a rotor having a disk mounting part located in the clean chamber; and the disk mounting part and the data storage disk Means for positioning, a shaft positioned along the axis of rotation and fixed to the rotor for rotation with the rotor, a support member integral with the housing including a bearing support, and the bearing support And turn the shaft First and second axially spaced bearings that are rotatably supported, and a stator having one or more windings located on the same side of the support member as the clean chamber and surrounding the bearing support. An annular permanent magnet surrounded by the stator and spaced apart from the stator to form a substantially cylindrical air gap with the stator, the permanent magnet being fixed to the rotor by the stator It is preferable to interact with the generated magnetic flux, drive the rotor, and rotate the data storage disk about the rotation axis.
[0036]
In the disk storage device, the disk mounting portion of the rotor has a cylindrical cavity and a closed end, and the shaft is fixed to the rotor at the closed end, and the cylindrical cavity supports the bearing. A cylindrical gap seal is preferably formed that surrounds the body and extends to the housing.
[0037]
In the disk storage device, the cylindrical cavity of the disk mounting portion preferably includes an inner surface that forms a uniform gap seal with the bearing support.
[0038]
Preferably, in the disk storage device, a portion of the means for coupling the data storage disk and the disk mounting portion of the rotor forms a further gap seal to the housing.
[0039]
In the disk storage device, it is preferable that the bearing support surrounds a central space extending between the first bearing and the second bearing that are spaced apart in the axial direction.
[0040]
In the disk storage device, it is preferable that the shaft is press-fitted into the opening of the closed end portion of the disk support portion of the rotor, and the first bearing is immediately adjacent to the closed end portion.
[0041]
Preferably, the disk storage device is in a plane in which the second bearing coincides with the concave wall portion of the housing.
[0042]
In the disk storage device, the disk support portion of the rotor is made of a non-ferromagnetic material suitable for use in a clean room environment after machining, and the cylindrical shape of the rotor that supports the annular permanent magnet It is preferable to further include a ferromagnetic support member.
[0043]
The disk storage device preferably includes a shield element with a cylindrical magnetic support member extending radially toward a portion of the stator and overlying the portion.
[0044]
The disk storage device preferably has a cylindrical air gap larger than the diameter of the disk mounting portion of the rotor.
[0045]
In the disk storage device, it is preferable that the permanent magnet has a diameter larger than the diameter of the disk mounting portion of the rotor.
[0046]
In the disk storage device, the outer diameter of the stator is preferably larger than the diameter of the disk mounting portion of the rotor.
[0047]
A disk storage device is further secured to the housing and further includes a ring element that surrounds the disk mounting portion of the rotor and forms an additional gap seal located in a particle movement path between the motor and the clean chamber. It is preferable to include.
[0048]
The disk storage device passes through the housing, the housing surrounding and closing the clean chamber, at least one data storage disk provided in the clean chamber, transducer means for reading data stored on the disk, and the transducer means And a motor for rotating the data storage disk, the motor comprising: a radially extending shoulder for supporting the data storage disk and having a disk mounting portion located within the clean chamber; A stator having one or more windings located on the same side of the housing as the clean chamber and supported on a member contiguous with the housing, aligned along a rotational axis and with the rotor Shaft fixed to this rotor to rotate And a bearing support member having a bearing that rotatably supports the shaft, and an annular permanent magnet fixed to the rotor and positioned in the stator and forming an air gap with the stator,
[0049]
The stator and permanent magnet are directly adjacent to the radially extending shoulder of the disk mounting portion of the rotor and are located on the opposite side of the rotor from the data storage disk, so that the magnetic flux generated by the stator is the permanent magnet. It is preferable that the rotor and the data storage disk are rotated about the rotation axis while interacting with a magnet.
[0050]
In the disk storage device, the disk mounting portion of the rotor has a cylindrical cavity and a closed end, and the shaft is fixed to the rotor at the closed end, and the cylindrical cavity supports the bearing. A cylindrical gap seal is preferably formed that surrounds the body and extends to the housing.
[0051]
The disk storage device preferably includes an inner sleeve wherein the cylindrical cavity of the disk mounting portion is machined to form a tight tolerance gap seal with respect to the bearing support.
[0052]
In the disk storage device, the radially extending shoulder that supports the data storage disk preferably forms an additional gap seal to the housing.
[0053]
In the disk storage device, it is preferable that the bearing support surrounds a central space extending between the first bearing and the second bearing that are spaced apart in the axial direction.
[0054]
In the disk storage device, it is preferable that the shaft is press-fitted into the opening of the closed end portion of the disk support portion of the rotor, and the first bearing is immediately adjacent to the closed end portion.
[0055]
Preferably, the disk storage device is in a plane in which the second bearing coincides with the concave wall portion of the housing.
[0056]
In the disk storage device, the disk support portion of the rotor is made of a non-ferromagnetic material suitable for use in a clean room environment after machining, and the cylindrical shape of the rotor that supports the annular permanent magnet It is preferable to further include a ferromagnetic support member.
[0057]
The disk storage device preferably includes a shield element with a cylindrical ferromagnetic support member extending radially toward a portion of the stator and overlying the portion.
[0058]
The disk storage device preferably has a cylindrical air gap larger than the diameter of the disk mounting portion of the rotor.
[0059]
In the disk storage device, it is preferable that the permanent magnet has a diameter larger than the diameter of the disk mounting portion of the rotor.
[0060]
In the disk storage device, the outer diameter of the stator is preferably larger than the diameter of the disk mounting portion of the rotor.
[0061]
A disk storage device is secured to the housing, surrounds the radially extending shoulder of the disk mounting portion of the rotor, and includes an additional gap seal located in the particle movement path between the motor and the clean chamber. Preferably it further comprises a ring element to form.
[0062]
A data storage device passes through the housing surrounding the clean chamber, at least one data storage disk located in the clean chamber, transducer means for reading data recorded on the disk, and the transducer means. A motor for rotating the data storage disk, the motor having a magnetic flux generating and conducting annular member and a hub portion, the hub portion passing through a central opening in the disk, and the hub A central cavity opening toward one end of the portion, wherein the magnetic flux generating and conducting member is fixed to one end of the hub portion concentrically matching the central cavity, and the motor further includes: Enclose the magnetic flux generation and conduction member and be separated from this member by an air gap A bearing support having a stator having at least one winding, a shaft fixed to the rotor and aligned with a rotation axis passing through a central cavity of the hub portion, and a bearing rotatably supporting the shaft The bearing support has a cylindrical outer surface, the cylindrical outer surface being inside the central cavity of the hub portion by a narrow gap that inhibits escape of particles from the bearing to the clean chamber. It is preferable that it is spaced apart from the wall and the magnetic flux generating and conducting annular member.
[0063]
The disk storage device preferably includes an inner sleeve wherein the central cavity of the hub is machined to form a tight tolerance gap with respect to the outer surface of the bearing support.
[0064]
The disk storage device preferably forms an additional narrow gap with respect to the housing such that the outer peripheral surface of the hub further inhibits escape of particles from the motor to the clean chamber.
[0065]
In the disk storage device, it is preferable that the bearing support surrounds a central space extending between the first bearing and the second bearing that are spaced apart in the axial direction.
[0066]
In the disk storage device, it is preferable that the shaft is press-fitted into the opening of the closed end portion of the hub portion, and the first bearing is immediately adjacent to the closed end portion.
[0067]
Preferably, the disk storage device is in a plane in which the second bearing coincides with the concave wall portion of the housing.
[0068]
In the disk storage device, the hub portion of the rotor is made of a non-ferromagnetic material suitable for use in a clean room environment after machining, and the magnetic flux generating and conducting annular member is fixed to the ferromagnetic support member. It is preferable to include an annular permanent magnet.
[0069]
The disk storage device preferably includes a shield element with a cylindrical ferromagnetic support member extending radially toward a portion of the stator and overlying the portion.
[0070]
The disk storage device preferably has a diameter in which the cylindrical air gap is larger than the diameter of the central opening of the disk.
[0071]
In the disk storage device, the magnetic flux generating and conducting member preferably has a diameter larger than the diameter of the central opening of the disk.
[0072]
In the disk storage device, the outer diameter of the stator is preferably larger than the diameter of the central opening of the disk.
[0073]
A disk storage device is provided on the hub portion of the rotor and extends radially from a disk support flange, adjacent to the periphery of the flange, spaced from the flange, and particle escape from the motor to the clean chamber. It is preferable to further include a ring element that forms a further narrow gap for suppressing the above.
[0074]
The disk storage device includes a hollow cylinder in which the bearing support supports the first and second bearings on an inner surface, and the storage device further includes the bearing between the bearing and the disk mounting portion of the rotor. Preferably, it further includes a washer located near one end of the support, the washer acting to inhibit movement of particles from the bearing to the clean chamber.
[0075]
In the disk storage device, it is preferable that the disk mounting portion of the rotor is manufactured from a ferromagnetic material.
[0076]
In the disk storage device, the ferromagnetic material is preferably steel.
[0077]
The above and other objects are achieved by providing a disk storage device using an inner rotor spindle motor with a spindle shaft secured to the disk mounting hub and adapted to rotate with the hub. The Support for the spindle is provided by a bearing tube that is typically used to support the disk stack in the outer rotor structure and is larger in diameter and stiffness than the fixed (stationary) shaft or post. The bearing tube supports the bearing that supports the spindle shaft, and further, the axial interval between the bearings can be increased, so that the runout of the spindle can be reduced. At the same time, the bearing tube acts to trap contaminants from the bearing in the inner space of the motor, reducing contamination in the clean chamber.
[0078]
By configuring the inner rotor, including the disc support hub, to rotate around the outer diameter of the bearing tube, a long gap seal is formed, thus eliminating the need for an expensive ferrofluid seal from the bearing. Can be trapped more efficiently. One end of the bearing tube extends into an inner cavity formed in the disc support hub. This structure requires that the inside of the hub be hollow, further reducing the mass of the rotor structure and further improving the acceleration and vibration characteristics of the spindle.
[0079]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The above and other objects, features and advantages of the present invention are set forth in the following description of a preferred embodiment as illustrated in the following accompanying drawings.
[0080]
【Example】
Referring to FIG. 1, a disk storage device, which may be a magnetic hard disk drive (HDD), for example, includes a housing having an upper partition or wall 10 and a lower partition or wall 12, with the walls 10 and 12 being side walls (not shown). Close and surround (seal) a substantially sealed clean room chamber (CR). The clean room chamber CR is a final sealed clean room manufactured according to HDD industry pollution standards. One or more data storage disks 30 are provided in the clean room chamber and cooperate with a read / write head 32. During operation, the head “floats” on a thin layer of air near the surface of the spinning disk and magnetically reads and records digital data to and from tracks on the disk surface ( It functions as a transducer for writing.
[0081]
The disk 30 is rotated at an operating speed in the range of 3,000 to 10,000 RPM. A disk is attached to the hub 22 which is a part of the rotor assembly 20 of the brushless DC spindle motor, and the driving element of the spindle motor is supported in the concave portion 13 of the lower wall 12 of the HDD housing in the clean room chamber. Yes. The hub 22 is dimensioned to fit into the central opening of the disk and has a cylindrical shape. The hub has a radially extending shoulder 28 for supporting a lower disk 30 which may be part of the disk stack. The hub 22 can be manufactured from an aluminum alloy, which is a material suitable for use after machining in a clean room environment. The disks are separated by one or more spacer rings 34, and a clamping element 36 is fastened to the closed end of the rotor 20, which clamps the disk stack to couple the disks to the hub 22. ing.
[0082]
The rotor assembly 20 is adapted to rotate on a shaft 23 that is press fit or otherwise attached to the closed end of the rotor. The shaft 23 is supported by a pair of axially spaced bearings 16 and 18 so as to rotate about the spindle axis 15. The bearings 16 and 18 are either within the bearing tube 14 or an integral part of the concave wall portion 13 or are mounted in other forms of cylindrical support members attached to the concave wall portion 13. These bearings 16 and 18 are positioned at correct axial positions by bearing spacer members 39. The concave wall portion 13 may be an integral part of the HDD housing wall 12 or may be a removable assembly flange. In the latter flange shape, the spindle motor can be manufactured as a separate unit that is attached to the opening in the HDD housing during final HDD assembly.
[0083]
The spindle motor further includes a permanent magnet 24 in the form of an annular ring fixed to a cylindrical ferromagnetic support member 26. The support member 26 is attached to the lower end portion of the hub portion 22 of the rotor, and the hub 22 has a cylindrical central cavity 29 into which the upper end portion of the bearing tube 14 is fitted. A narrow gap 50 is formed between the outer surface of the bearing tube and the inner surface of the rotor 20 to prevent particles and other contaminants arising from the bearings 16 and 18 from entering the clean room chamber. Form a gap seal to reduce. In order to further enhance this sealing effect, a seal washer 38b is inserted above the bearing 18 so that the inner surfaces 19a and 19b of the housing wall 12 conform to (correspond to) the edge of the disk mounting flange 28 of the hub 22. Surrounding. A narrow gap 52 is formed between the outer periphery of the flange 28 and the surfaces 19a and 19b, and this gap functions as an additional gap to reduce the entry of contaminants into the clean room chamber. In order to close the opening at the lower end of the bearing tube 14, a cap 38a is inserted (fitted).
[0084]
A stator assembly 40 is supported in the concave wall portion 13 and surrounds the rotor magnet 24. The stator 40 has a winding 42 wound around a stator stack 43 and a plurality of poles, which are separated from the magnet 24 by a cylindrical air gap 25. As shown in FIG. 9, which shows a spindle motor stator apparatus similar to FIG. 8, the stator 40 (shown as 140 in FIG. 9) has, for example, twelve equally spaced poles and associated windings. The poles and windings cooperate with, for example, eight rotor poles. A motor drive circuit (not shown) switches the timed current pulses to the stator windings, generates a magnetic flux that cooperates with the magnetic flux generated by the magnet 24, and generates torque on the rotor 20. It is like that. The rotor rotates by this torque, and data can be transferred (exchanged) between the read / write head 32 and the recording surface of the disk 30.
[0085]
FIG. 2 shows a second embodiment of a disk storage device having a modified rotor assembly 20 ′. The aluminum hub 22 ′ is fitted with a ferromagnetic insert (insertion member) 37 which substantially corresponds to and is spaced from the upper surface of the winding 42, and further on the wall 12 of the housing. Curved downward to a gap that is closely spaced (narrowly spaced) from the inner peripheral surface 19b. This insert 37 acts as a shield to prevent stray magnetic flux from entering the data storage disk. A ferromagnetic magnet support member 26 'extends along substantially the entire length of the bearing tube 14, and the members are uniformly spaced over substantially the entire length of the bearing tube. The outer surface of the bearing tube 14 and the inner surface of the support sleeve 26 'are precisely machined so as to form a narrow gap seal extending therebetween.
[0086]
FIG. 3 shows a third embodiment of a disk storage device having a modified rotor assembly 20 ″. An aluminum hub 22 ″ has a flat ferromagnetic shield insert 37 ′ spaced from the upper surface of the stator winding 42. FIG. Is fitted. The flange 28 ′ of the hub 22 ′ terminates with a chamfered (beveled) surface (conical surface) 35 that forms a gap seal with a corresponding surface 19 c of the housing 12. A surface 19c is formed instead of the surfaces 19a and 19b in FIG. In particular, for small size devices, the structure of FIG. 3 can simplify manufacturing and reduce costs.
[0087]
In the embodiment of FIG. 4, a steel hub 49 is provided in place of the aluminum hub of the previous embodiment, which eliminates the need for a separate magnetic yoke and magnetic shield component. With such a structure, the manufacturing cost can be reduced, and the size can be further reduced.
[0088]
In the embodiment of FIG. 5, a magnetic shield yoke 57 is used instead of the ferromagnetic insert 37 and the ferromagnetic magnet support 26 of FIG. 2, and this yoke is further deformed and machined in aluminum. It is fitted in the hub 22 '''. This embodiment shows a separate assembly flange 59 that supports the spindle motor and is attached to the lower wall 12 of the clean room housing.
[0089]
FIGS. 6 and 7 show in bold lines the surfaces of the base plate 13 and hub 22 that require relatively tight tolerance machining in the embodiment of FIG. These surfaces include the surfaces 19a and 19b, the vertical surface of the bearing tube 14, and the surface of the base plate 13 through which the lower edge of the rotor 20 must pass. As shown in FIG. 7, the tight tolerance surface of the hub 22 is the outer periphery of the flange 28 and the surface of the inner cavity of the hub 22. These surfaces are preferably machined with a single chuck to ensure a close fit.
[0090]
In the embodiment of FIG. 8, the illustrated disk storage device is similar in most respects to the device of FIG. The disk storage device includes a housing having an upper partition, i.e., a wall 110 and a lower partition, i.e., a wall 112, which side walls to seal a substantially sealed clean room chamber similar to the chamber of FIG. Adjacent to (not shown). A data storage disk 130 is attached to a hub 122 that is part of a rotor assembly 120 of a brushless DC spindle motor. Inside the clean room chamber, the drive element of the spindle motor is supported in the concave portion 113 of the lower wall 112 of the HDD housing. The hub 122 is sized to fit into the central opening of the disk and has a cylindrical shape. The hub has a radially extending shoulder (flange) 128 for supporting a lower disk 130 that is part of the disk stack. The hub 122 can be manufactured from an aluminum alloy, a material suitable for use after machining in a clean room environment. These discs are separated by one or more spacer rings 134, and a clamping element 136 is fastened to the closed end of the rotor 120, which clamps the upper spacer ring 134 to couple the disc to the hub 122. is doing.
[0091]
The rotor assembly 120 is adapted to rotate (integrally) on a shaft 123 that is press-fit or otherwise attached to the closed end of the rotor. The shaft 123 is supported by a pair of axially spaced bearings 116 and 118 so as to rotate about the spindle axis 115. The bearings 116 and 118 are mounted in a cylindrical support member, either in the bearing tube 114 or an integral part of the concave wall portion 113, or in other forms attached to the concave wall portion. The concave wall portion 113 may be an integral part of the HDD housing wall 112 or may be a removable assembly flange shape. In the latter flange shape, the spindle motor can be manufactured as a separate unit that is attached to the opening in the HDD housing when the final HDD is assembled.
[0092]
The spindle motor further includes an annular ring-shaped permanent magnet 124 fixed to a cylindrical ferromagnetic support member 126. The support member 126 is attached to the lower end of the rotor hub portion 122, which has a cylindrical central cavity 129 into which the upper end of the bearing tube 114 is fitted. A magnet support member 126 surrounds the bearing tube 114, and a narrow gap 150 is formed between the outer surface of the bearing tube and the inner surface of the rotor 120. A gap seal is formed to reduce the entry of other contaminants into the clean room chamber. A ring member 144 is set in the housing wall 112 and surrounds the disk mounting flange 128 of the hub 122. A narrow gap 152 is formed between the outer periphery of the flange 128 and the inner periphery of the ring member 144, which acts as an additional gap seal to reduce the entry of contaminants into the clean room chamber. .
[0093]
A stator assembly 140 is supported in the concave wall portion 113 and surrounds the rotor magnet 124. The stator 140 has a winding 142 wound around the stator stack and a plurality of poles, which are separated from the magnet 124 by a cylindrical air gap 125. As shown in FIG. 9, the stator 140 has, for example, twelve equally spaced poles and associated windings that cooperate with, for example, eight rotor poles. It is like that. A motor drive circuit (not shown) switches synchronous or timed current pulses to the stator windings to generate a magnetic flux that cooperates with the magnetic flux generated by the magnet 124 and torques the rotor 120. Is supposed to occur. With this torque, the rotor rotates and data can be transferred between the read / write head 132 and the recording surface of the disk 130.
[0094]
FIG. 10 illustrates yet another embodiment of a disk storage device having a modified rotor assembly 120 ′. An annular groove 154 is provided in the lower surface of the closed end of the hub 122 ′, and this groove extends the bearing tube 114 to form a labyrinth seal 156 that further inhibits entry of contaminant particles toward the clean room chamber. It is mated to the upper end. FIG. 10 shows that this modified rotor assembly 122 ′ uses a ferromagnetic magnet support member 126 ′, which has radially extending (radially) lips 127 protruding into the disk support flange 128 ′. It also shows that. The lip 127 extends across the end of the magnet 124 and the air gap 125 and partially surrounds the pole surface of the stator stack. The stray magnetic flux that can arise from the air gap region of the motor is absorbed by the lip 127 and prevented from entering the data storage disk 130.
[0095]
FIG. 11 shows yet another embodiment of a data storage device having a further modified spindle motor. Rotor assembly 160 is provided with an inner sleeve 162 that is press fit or glued into hub portion 164. A permanent magnet ring 167 and a ferromagnetic support member 166 are fixed around one end of the sleeve 162. The sleeve 162 can be formed from an aluminum alloy and has a precisely machined inner diameter. The outer diameter of the bearing tube 114 is also precisely machined so that the space for the sleeve 162 can be tight so that the gap seal 150 is very narrow and more effective in suppressing the movement of contaminant particles towards the clean room CR. May be.
[0096]
The sleeve 162 also positions the magnet ring 167 and the air gap so as to be further away from the rotational axis. This increases the radii of the magnet 167 and the air gap 125 so that both the magnet and the air gap have a diameter that is substantially larger than the diameter of the disk mounting hub 164. In this regard, the embodiment of FIG. 11 is similar to the embodiment of FIG. This makes it possible to generate a larger motor torque without increasing the height of the spindle or the diameter of the hub. In fact, the motor structure of the present invention allows the torque generated by the motor to be substantially independent of both spindle height and hub diameter.
[0097]
As already indicated, the inner rotor rotating shaft structure of the disk storage device of the present invention has several advantages. Among these features, the following are listed.
[0098]
The mass of the rotor assembly is small. The reason is that the hub portion is substantially hollow and the radial (radially) extending support structure magnetic rings and ferromagnetic support members are secured as required in the outer rotor structure. This is because the mass of the rotor can be reduced and the rotor can be provided closer to the rotation axis. With these features, the spindle assembly can be accelerated to the required operating speed in a shorter time with the same torque, and vibration can be reduced at higher operating speeds. Furthermore, the diameter of the motor can be increased without increasing (or correspondingly) increasing the mass of the rotor.
[0099]
Furthermore, the spindle shaft is fixed by a relatively large bearing tube or cylindrical structure which is more rigid than the fixed shaft or post normally used to support the spindle.
[0100]
In addition, because the stator components are spaced apart from the spindle shaft, there is more space for the bearing at the center of the assembly and the bearings are further adjusted to reduce spindle runout due to play in the bearings. Can be separated. In addition, this rotor structure allows for an elongated length cylindrical gap seal to enhance the isolation of the bearing from the clean room. This gap seal can be used with one or more labyrinth seals (as formed by the gap 156 shown in FIG. 10) to further inhibit contaminant migration into the clean room chamber.
[0101]
While the invention has been illustrated and described above with reference to certain embodiments, further alternatives, modifications, and variations will become apparent to those skilled in the art upon reviewing the above description. Accordingly, the present invention includes all such alternatives, modifications and variations that fall within the spirit and scope of the appended claims.
[0102]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention (claim 1, basic configuration), the rotational mass and angular (rotational) inertia are reduced, thus reducing the time required to accelerate the storage disk to the operating speed at start-up. A disk storage device using a spindle drive motor can be provided.
[0103]
Furthermore, it is possible to provide a disk storage device that uses a spindle motor that is not limited by the diameter of the disk support hub in generating sufficient torque to rapidly accelerate a large number of disk stacks at start-up. it can.
[0104]
In addition, it is possible to provide a disk storage device with improved sealing of the air gap between the clean chamber in which the disk operates and the motor element of the spindle.
[0105]
Based on the above basic configuration, it is possible to provide a disk storage device in which the magnitude of spindle run-out caused by play in the support bearing is reduced.
[0106]
From another point of view, it is possible to provide a disk storage device that can operate at higher speed with less vibration by reducing the mass of the spindle displaced in the radial direction.
[0107]
It also leads to providing a disk storage device having a spindle support structure with an increased diameter to increase the rigidity of the disk axis.
[0108]
Furthermore, with the specific configurations of claims 2 to 8, the above basic effects are more specifically achieved, and additional effects are achieved.
[0109]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view along the spindle axis of a disk storage device using a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view along the spindle axis showing a modification of the spindle motor.
FIG. 3 is a cross-sectional view along the spindle axis showing a modification of the spindle motor.
FIG. 4 is a cross-sectional view along the spindle axis showing a modification of the spindle motor.
FIG. 5 is a cross-sectional view along the spindle axis showing a modification of the spindle motor.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the previous embodiment showing machining details for corresponding portions of the lower housing wall, hub and bearing tube.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the previous embodiment showing machining details for corresponding portions of the lower housing wall, hub and bearing tube.
FIG. 8 is a cross-sectional view along the spindle axis of a storage device utilizing yet another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-section along line 9-9 of FIG. 8, perpendicular to the spindle axis, showing how the stator stack and winding interact with the rotor magnet ring. FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view along the spindle axis showing another modification of the spindle motor.
FIG. 11 is a similar view showing still another embodiment of the spindle motor.

Claims

A disk storage device,
(A) a housing that closes and encloses the clean chamber;
(B) at least one data storage disk provided in the clean chamber;
(C) a read / write head for reading and / or writing data to the at least one data storage disk;
(D) a motor for rotating the at least one data storage disk to read / write with the read / write head;
The motor is:
(D1) a rotor having a disk mounting portion located within the clean chamber and coupled to the at least one data storage disk;
(D2) a shaft positioned along the rotation axis and fixed to the rotor so as to rotate with the rotor;
(D3) a support member integral with the housing including a bearing support;
(D4) first and second axially spaced bearings mounted in the bearing support and rotatably supporting the shaft;
(D5) a stator having one or more windings and poles located on the same side of the support member as the clean chamber and surrounding the bearing support;
(D6) A ring element fixed to the housing and extending above the stator and having an opening surrounding the outer periphery of the flange of the rotor, from the first and second bearings into the clean chamber A ring element that forms a narrow gap between the rotor and the ring element that inhibits movement of contaminants of
(D7) an annular permanent magnet surrounded by the stator and disposed apart from the stator pole so as to form a substantially cylindrical air gap with the stator;
(D8) including a ferromagnetic member forming a part of the rotor,
(D8-1) The ferromagnetic member has a substantially cylindrical surface to which the annular permanent magnet is attached, and extends upward and radially beyond the annular permanent magnet and covers at least a part of the air gap. The annular permanent magnet interacts with the magnetic flux generated by the stator, drives the rotor, and rotates the at least one data storage disk about the axis of rotation. A disk storage device.

The bearing support includes a hollow cylinder that supports the bearing on an inner surface thereof, and the substantially cylindrical portion of the ferromagnetic member cooperates with a curved surface of a joint between the hollow cylinder and the support member. The disk storage device according to claim 1, wherein the disk storage device has an edge formed to complement each other and forms a part of a gap between the rotor and the hollow cylinder.

The disk of claim 1, wherein the housing includes a concave wall portion having a generally cylindrical wall surrounding the stator, and the ring element is attached to a terminal end of the generally cylindrical wall. Storage device.

The disk mounting portion of the rotor has a generally cylindrical cavity and a closed end to which the shaft is secured to the rotor, the cylindrical cavity surrounding the bearing support and extending substantially to the housing. 2. The disk storage device according to claim 1, wherein a cylindrical gap seal is formed.

The bearing support includes a hollow cylinder that supports a bearing on an inner surface thereof, and the disk mounting portion of the rotor includes the bearing to form a labyrinth seal between the bearing support and the rotor. The disk storage device according to claim 1, further comprising an annular groove that is combined and fitted with the support.

The bearing support includes hollow cylinders that support the first and second bearings on an inner surface thereof, and an end of the bearing support between the bearing and the disk mounting portion of the rotor. The disk storage device of claim 1, further comprising a washer located nearby, the washer acting to inhibit particle movement from the bearing to the clean chamber.

The disk mounting portion includes a generally cylindrical portion that passes through a circular opening of the at least one data storage disk, and an inner diameter of the annular permanent magnet is greater than a diameter of the circular opening of the at least one data storage disk. 2. The disk storage device according to claim 1, wherein the disk storage device is small.

The disk mounting portion includes a generally cylindrical portion that passes through a circular opening of the at least one data storage disk, and an outer diameter of the annular permanent magnet is greater than a diameter of the circular opening of the at least one data storage disk. The disk storage device according to claim 1, wherein