JP2023032622A - スピンドルモータおよびハードディスク駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低密度気体を封入したハードディスク駆動装置において、搭載するマグネットの水蒸気による腐食を抑制することにより、マグネットの減磁を抑制して寿命を延ばすことができるハードディスク駆動装置を提供する。【解決手段】空気よりも低密度の気体が内部空間に封入されたハードディスク駆動装置１０に用いられるスピンドルモータ１００であって、ロータマグネット１１３を備えている。ロータマグネットの径方向の厚みが、１．０～１．４ｍｍであり、ロータマグネットの密度が５．６～６．０ｇ／ｃｍ３である。【選択図】図２

Description

本発明は、スピンドルモータおよびハードディスク駆動装置に係り、特に、搭載するマグネットの減磁を低減する技術に関する。

ハードディスク駆動装置におけるスピンドルモータのロータマグネットには、従来よりネオジウム磁石（Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石）が用いられている（例えば特許文献１参照）。

特開２００８－１８７８５４号公報

例えばヘリウムなどの低密度気体を封入したハードディスク駆動装置（以下、「ＨＤＤ」と略称することもある）では、外部との空気の流通がない密閉された空間内の湿度の影響により、マグネットの腐食が促進され、高温環境下の減磁が空気環境下よりも進む。一方、例えば３５％ＲＨ未満といった相対湿度が低い密閉空間では、静電気放電が発生し易い。

ハードディスク駆動装置の動作温度が６０℃前後となって密閉空間内の相対湿度が常温時より下がると、静電気放電が発生し易い相対湿度となってしまう。そのため、従来では、静電気放電を阻止できる程度の相対湿度を確保するために、密閉空間内に水分を添加することがある。しかしながら、その場合、補給する水分量が適量を超えると、マグネットが水蒸気と接触し易くなる。また、ヘリウムを封入したハードディスク駆動装置では、内部気圧が１気圧よりも小さくなる場合があり、そうした低気圧環境下では水分が蒸発し易くなり、マグネットと水蒸気とが接触し易くなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、低密度気体を封入したハードディスク駆動装置において、搭載するマグネットの水蒸気による腐食を抑制することにより、マグネットの減磁を抑制して寿命を延ばすことができるスピンドルモータおよびハードディスク駆動装置を提供することを目的としている。

本発明は、空気よりも低密度の気体が内部空間に封入されたハードディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータであって、ロータマグネットを備え、前記ロータマグネットの径方向の厚みが１．０～１．４ｍｍであり、前記ロータマグネットの密度が５．６～６．０ｇ／ｃｍ^３であるスピンドルモータである。

また、本発明は、空気よりも低密度の気体が内部空間に封入されたハードディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータであって、ロータマグネットを備え、前記ロータマグネットがＮｄ－Ｆｅ－Ｂ－Ｎｂ系磁石であり、前記ロータマグネットに含まれるＮｂが、前記ロータマグネットの総質量に対して１．５～３．０質量％の割合で含まれるスピンドルモータである。

本発明によれば、低密度気体を封入したハードディスク駆動装置において、搭載するマグネットの水蒸気による腐食を抑制することにより、マグネットの減磁を抑制して寿命を延ばすことができるスピンドルモータおよびハードディスク駆動装置が提供される。

本発明の実施形態のハードディスク駆動装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態のハードディスク駆動装置を示す断面図である。 本発明の実施形態のスピンドルモータを示す断面図である。

１．ハードディスク駆動装置
図１は、本発明の実施形態に係るスピンドルモータを用いたハードディスク駆動装置１０の全体構成を示す斜視図であり、図２は回転軸を含む面で切断した断面図である。これらの図に示すように、ハードディスク駆動装置１０は、凹部１１７を有するベース部１０１にハウジング１１８を形成し、ハウジング１１８内に、スピンドルモータ１００と、スピンドルモータ１００に取り付けられて回転する複数のハードディスク１３とを備えている。また、ハードディスク駆動装置１０は、ハードディスク１３にそれぞれ対向する複数の磁気ヘッド１２を支持するスイングアーム１１と、スイングアーム１１を駆動するアクチュエータ１４と、これらの機器を制御する制御部１５とを備えている。ハードディスク駆動装置１０は、ハウジング１１８を密閉するようにベース部１０１に取り付けられるカバー部（図示せず）とベース部１０１とで、筐体が形成されている。筺体にはヘリウムが封入されている。

２．スピンドルモータ
図３は、回転軸を含む面で切断した実施形態のスピンドルモータ１００の断面図である。スピンドルモータ１００は、ベース部１０１と、ベース部１０１に固定されたシャフト１０２を備え、シャフト１０２には、軸方向に互いに離間して円錐軸受部材２０１，３０１が固定され、軸受２００，３００を構成している。

ベース部１０１には、シャフト１０２の軸方向上方に向けて延在する円筒部１０１ａが形成され、円筒部１０１ａの外周にはステータコア１０３が固定されている。ステータコア１０３は、環形状を有する薄板状の軟磁性材料（例えば、電磁鋼板）を軸方向で複数枚積層したものであり、径方向外側に突出した複数の極歯を備えている。複数の極歯は、周方向に沿って等間隔に設けられ、それぞれにコイル１０４が巻回されている。

スピンドルモータ１００の回転部は、ロータ１１０を備えている。ロータ１１０は、円筒部１１１を備え、円筒部１１１の内周面側に円環状のロータマグネット１１３が固定されている。ロータマグネット１１３は、周方向に沿ってＳＮＳＮ・・と隣接する部分が交互に異極性となるように着磁されている。なお、ロータマグネット１１３については後に詳細に説明する。ロータマグネット１１３の内周は、隙間を有した状態でステータコア１０３の極歯の外周に対向している。そして、コイル１０４に駆動電流を供給することで、ロータマグネット１１３を回転させようとする駆動力が生じ、ロータ１１０がシャフト１０２を軸として、シャフト１０２およびベース部１０１に対して回転する。この原理は、通常のスピンドルモータと同様である。

円筒部１１１の下端部周縁には、半径方向外側に延在するフランジ部１１４が形成されている。フランジ部１１４は、複数のハードディスク１３を重ねて載置するためのディスク載置部として機能する。図２に示すように、フランジ部１１４にはハードディスク１３が載置され、ハードディスク１３には、スペーサ１６を介してハードディスク１３が次々と積層され、合計で９枚のハードディスク１３が積層されている。なお、ハードディスク１３は９枚でなくてもよく、９枚以上であってもよい。そして、最上部のハードディスク１３は、ロータ１１０の上面にねじ１７で取り付けたクランプ１８によってロータ１１０に固定されている。

３．ロータマグネットの詳細
ロータマグネット１１３は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ－Ｎｂ系磁石であり、径方向の厚みが１．０～１．４ｍｍであり、密度が、５．６～６．０ｇ／ｃｍ^３とされている。また、ロータマグネット１１３に含まれるＮｂは、ロータマグネット１１３の総質量に対して１．５～３．０質量％の割合で含まれている。それら数値限定の理由を以下に述べる。

厚み：１．０～１．４ｍｍ
ロータマグネット１１３が厚いほど内部の磁粉に対して腐食の影響（水蒸気）が届き難くなるとともに、パーミアンス係数が高くなるため減磁し難くなる。本発明者の検討によれば、ロータマグネット１１３の厚みが１．０ｍｍ未満であると、減磁率が大幅に増加することが確認されている。よって、ロータマグネット１１３の厚みは１．０ｍｍ以上とした。一方、ヘリウムを封入したハードディスク駆動装置では高容量化が進み、ハードディスク１３の枚数が増加しているため、円筒部１１１の軸方向長さが長くなる。そうすると、最上段のハードディスク１３を押圧するクランプ１８のトルクがハードディスク１３の組付精度に与える影響が大きくなる。そのため、ロータ１１０の円筒部１１１の厚みを確保して剛性を確保するため、ロータマグネット１１３の厚みの上限は１．４ｍｍとした。よって、ロータマグネット１１３の厚みは１．０～１．４ｍｍとした。ロータマグネット１１３の厚みは、１．０５～１．２５ｍｍであればより好ましい。

密度：５．６～６．０ｇ／ｃｍ ^３
ロータマグネット１１３に必要な磁束密度を得るためには、ロータマグネット１１３の密度は５．６ｇ／ｃｍ^３以上必要である。一方、ロータマグネット１１３の密度を大きくするほど圧縮成形時に個々の磁粉が割れることで表面積が大きくなり、腐食による減磁が発生し易くなる。本発明者の検討によれば、ロータマグネット１１３の密度が６．０ｇ／ｃｍ^３を超えると、減磁率が大幅に増加することが確認されている。よって、ロータマグネット１１３の密度は、５．６～６．０ｇ／ｃｍ^３とした。ロータマグネット１１３の密度は、５．７５～５．９５ｇ／ｃｍ^３であればより好ましい。

Ｎｂの含有量：１．５～３．０質量％
Ｎｂは、ネオジウム磁石の腐食耐性と保持力を高め、減磁率を低下させるのに有効な元素である。Ｎｂの含有量がロータマグネット１１３の総量に対して１．５質量未満ではそのような効果を得ることが困難となる。一方、Ｎｂの含有量が３．０質量％を超えると、保持力が大きくなり過ぎるため、使用可能な着磁条件（着磁電圧、電流）の範囲内で必要な磁束密度を得ることが困難となる。よって、Ｎｂの含有量は１．５～３．０質量％とした。Ｎｂの含有量は、１．７～２．８質量％であればより好ましい。

被膜
ロータマグネット１１３の表面は被膜で被覆されていることが好ましい。被膜により表面から内部に水蒸気が浸透することを抑制することができる。被膜は、電解塗装、粉体塗装、あるいは電解または無電解ニッケルメッキによって形成することができる。被膜は厚すぎると複数回の塗装ないしメッキ工程が必要となるので、厚さは、１０～３５μｍが好ましく、１５～２５μｍであればより好ましい。

４．作用および効果
上記ロータマグネット１１３を備えたハードディスク駆動装置１０においては、筺体内にヘリウムが封入され、筺体内が外部との空気の流通が遮断された状態となり、筺体内の水蒸気がロータマグネット１１３に接触する。上記構成のハードディスク駆動装置１０においては、ロータマグネット１１３の径方向の厚みが、１．０～１．４ｍｍであり、ロータマグネット１１３の密度が、５．６～６．０ｇ／ｃｍ^３であるから、ロータマグネット１１３の腐食が抑制され、減磁が抑制される。したがって、ハードディスク駆動装置１０の寿命を延ばすことができる。また、ロータマグネット１１３の径方向の厚みを１．４ｍｍ以下としているから、ロータ１１０の円筒部１１１の厚みを確保してその剛性を確保することができる。

また、上記構成のハードディスク駆動装置１０においては、Ｎｂの含有量がロータマグネット１１３の総量に対して１．５～３．０質量であるから、ロータマグネット１１３の腐食が抑制され、減磁が抑制される。したがって、ハードディスク駆動装置１０の寿命を延ばすことができる。

５．変更例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。
ｉ）ロータマグネット１１３の径方向の厚みが、１．０～１．４ｍｍであり、ロータマグネット１１３の密度が、５．６～６．０ｇ／ｃｍ^３であるとの条件と、ロータマグネット１１３に含まれるＮｂがロータマグネット１１３の総質量に対して１．５～３．０質量％の割合で含まれるとの条件のいずれか一方のみ満たすものであってもよい。

ii）Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ－Ｎｂ系磁石には、Ｎｂ以外の例えばＬｉ、Ｎａ等のアルカリ金属元素、Ｂｅ、Ｍｇ等のアルカリ土類金属元素、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｎ等の金属元素、Ａｌ、Ｓｉ等の半金属元素、Ｎ、Ｆ等の非金属元素を含むことができる。

具体的な実施例により本発明の効果を詳細に説明する。
１．ハードディスク駆動装置の作製
表１に示すＮｂ含有量および径方向の厚みを有するリング状のロータマグネットを準備した。ロータマグネットの密度をJIS Z 8807:2012の「9 幾何学的測定による密度及び比重の測定方法」に準じた方法で測定した。測定した密度を表１に示す。

ロータマグネットを用いて図２に示すハードディスク駆動装置を作製した。ハードディスク駆動装置は、内部空間をヘリウムで置換したものと、内部空間を置換せずに空気のままとしたものを作製した。

２．動作試験
試験開始前に、ハードディスク駆動装置の逆起電力定数を測定した。次いで、７０℃に設定されたオーブン内でハードディスク駆動装置を動作させた。５０００時間経過後にハードディスク駆動装置を取り出し、逆起電力定数を測定した。試験前後での逆起電力定数の変化率を減磁率とした。減磁率の計算方法は下記数１のとおりである。

３．試験結果
得られた減磁率を表１に示す。空気を封入したハードディスク駆動装置を比較例１とし、比較例１における減磁率よりも小さい減磁率が得られた結果を実施例１～４とし、他を比較例２～４とした。

表１に示すように、空気を封入した比較例では、ロータマグネットの厚みが１．０ｍｍ未満でありロータマグネットの密度が５．６～６．０ｇ／ｃｍ^３で減磁率は－１．７％である。この条件および結果を基準として実施例１～４および比較例２～４を評価する。

比較例２は、比較例１と比較して封入気体が空気からヘリウムに代わり、外部との空気の流通がない密閉空間が形成されたものであるが、減磁率は－２．４％と大幅に増加した。比較例３では、ロータマグネットの厚みは１．０～１．４ｍｍの範囲内であるが、密度が６．０ｇ／ｃｍ^３を超えているため、減磁率は－２．２％と比較例１と比較して大きい。

実施例１では、ロータマグネットの厚みは１．０～１．４ｍｍの範囲内で、密度も５．６～６．０ｇ／ｃｍ^３の範囲内であるため、減磁率は－１．１％と比較例１よりも大幅に減少した。実施例２では、ロータマグネットの厚みは１．０～１．４ｍｍの範囲内で、密度も５．６～６．０ｇ／ｃｍ^３の範囲内であるが、密度が上限値であるため減磁率は－１．６と実施例１よりも若干増加した。

実施例３では、ロータマグネットの厚みは１．０～１．４ｍｍの範囲内で、密度も５．６～６．０ｇ／ｃｍ^３の範囲内であり、しかも、Ｎｂを２．０質量％含有しているから、減磁率は最も少ない－０．８％であった。実施例４では、ロータマグネットの厚みは１．０未満であり、密度も６．０ｇ／ｃｍ^３を超えているが、Ｎｂを２．０質量％含有しているため、減磁率は－１．２％と実施例１と同等の値となった。一方、比較例４では、ロータマグネットの厚みは１．０未満であり、密度も６．０ｇ／ｃｍ^３を超え、さらにＮｂの含有量が１．５質量％未満であるため、減磁率は比較例１よりも多い２．０％となった。

本発明は、スピンドルモータおよびハードディスク駆動装置に利用することができ、特に、内部に低密度気体を封入したハードディスク駆動装置に好適に利用することができる。

１０…ハードディスク駆動装置、１１…スイングアーム、１２…磁気ヘッド、１３…ハードディスク、１４…アクチュエータ、１５…制御部、１６…スペーサ、１７…ねじ、１８…クランプ、１００…スピンドルモータ、１０１…ベース部、１０１ａ…円筒部、１０２…シャフト、１０３…ステータコア、１０４…コイル、１１０…ロータ、１１１…円筒部、１１３…ロータマグネット、１１４…フランジ部、１１７…凹部、１１８…ハウジング、２００，３００…軸受、２０１，３０１…円錐軸受部材。

Claims (6)

1. 空気よりも低密度の気体が内部空間に封入されたハードディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータであって、
   ロータマグネットを備え、
   前記ロータマグネットの径方向の厚みが１．０～１．４ｍｍであり、
   前記ロータマグネットの密度が５．６～６．０ｇ／ｃｍ^３であるスピンドルモータ。
2. 前記ロータマグネットがＮｄ－Ｆｅ－Ｂ－Ｎｂ系磁石であり、
   前記ロータマグネットに含まれるＮｂが、前記ロータマグネットの総質量に対して１．５～３．０質量％の割合で含まれる請求項１に記載のスピンドルモータ。
3. 空気よりも低密度の気体が内部空間に封入されたハードディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータであって、
   ロータマグネットを備え、
   前記ロータマグネットがＮｄ－Ｆｅ－Ｂ－Ｎｂ系磁石であり、
   前記ロータマグネットに含まれるＮｂが、前記ロータマグネットの総質量に対して１．５～３．０質量％の割合で含まれるスピンドルモータ。
4. 前記ロータマグネットの表面が被膜で覆われ、該被膜の厚みが１０～３５μｍであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のスピンドルモータ。
5. 前記被膜の厚みが１５～２５μｍである請求項１乃至４のいずれかに記載のスピンドルモータ。
6. 請求項１乃至５のいずれかのスピンドルモータを備え、空気よりも低密度の気体が内部空間に封入されたハードディスク駆動装置。
   
   

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