JP4016738B2

JP4016738B2 - Disk drive

Info

Publication number: JP4016738B2
Application number: JP2002177880A
Authority: JP
Inventors: 祐治藤田; 朝雄中野; 泰雄天野; 信之牛房; 貢記上船; 高司山口; 俊幸安島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-06-19
Also published as: JP2004023935A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディスク駆動装置、特に記録媒体である磁気ディスクを回転駆動する磁気ディスク駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクを駆動するモータは一般にその設計において起動トルクと定格トルクおよび定格回転数が設定される。
【０００３】
ディスクを小型にする場合、磁気回路（ロータとステータ）に許容される体積が少なくなり、巻線が制限されるため、ステータコイルの巻線を増やすことは難しい。
【０００４】
また、ステータコイルに印加する電圧を上げる場合、起動トルクを得ることができるが、定格回転数における定格トルクは、目的とするトルクを上回ってしまい、不要な電力を消費してしまうことになる。
【０００５】
従来、図８に示すようにサーボ回路の出力トランジスタ１を用い、起動時は電源Bの電圧E1がコイル２に加わるように制御し、定格回転数N1を実現する際はより低い電圧E2がコイル２に加わるように制御する技術がある。
【０００６】
しかし、上記サーボ回路を用いて定格トルクを制御する方式では、電圧降下（E1−E2）とコレクタ電流ｉの積、（E1−E2）×ｉで表される電力が回路で消費され、定格回転時に余分な電力を無駄なエネルギーとして消費することになる。
【０００７】
このような電力のロスを低減できる従来構造として、特開平5-344778号に開示されている直流モータのコイルの結線構造がある。その構造を図７に示す。Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２は６つのコイルを示している。コイルＵ１とＵ２の間に、これら２つのコイルを直列または並列に結線できる切換接続装置１１（切替手段）が設けられている。他のコイルＶ１、Ｖ２、およびＷ１、Ｗ２も、図中の記載を省略しているが、同様の切換接続装置１１が設けられている。切換接続装置１１には２つの切換スイッチＳＷ１、ＳＷ２が設けられており、ＳＷ１およびＳＷ２の切換動作を制御することでコイルＵ１およびＵ２の結線状態を直列また並列状態に切換える。図７の状態は、コイルＵ１およびＵ２が直列接続となっている状態を示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術の特開平5-344778号公報では、具体的な配線構造や接続構造が記載されていない。
【０００９】
そこで、本発明者らは、通常のディスク駆動装置の構造に特開平5-344778号公報の直流モータを適用した場合を考えた。
【００１０】
従来のディスク駆動装置のモータ構造にこの従来技術を適用すると、ロータ磁石の周りを銅線でステータコイルＵ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２を巻き、この銅線の一端をフレキシブル基板等の基板に形成した端子へはんだで接続し、フレキシブル基板の一方の端子を回路基板の端子とはんだ接続することになる。
【００１１】
このような構造で並列接続するためには、６本のコイルから合計１２本の銅線を回路基板の端子と接続しなければならない。さらに並列接続数を増やすためにコイル数を１８本、あるいは２４本とすると、銅線の端子数も３６本、あるいは４８本に増加することになる。
【００１２】
このように、端子数が増加すると、大規模な（大面積や多層）フレキシブル基板が必要になる。
【００１３】
したがって、通常のディスク駆動装置に従来技術を適用しただけでは、小型化することに限界があった。
【００１４】
つまり、本発明の目的の一つに、ステータコイルの直列接続・並列接続の切替手段を備えたディスク駆動装置の小型化がある。
【００１５】
なお、起動時には電源電圧を最大限利用し、定格回転時には必要十分なトルクとなるようにコイルに加わる電圧を低く制御する回路方式（ＰＷＭ：pulse width modulation、パルスの幅を変化させる方式）や、バッテリー電圧より高い電圧を作り出して起動トルクを確保するチャージポンプ方式などもあるが、大規模な回路の変更が必要になるため、上記課題を解決できているとはいえない。
【００１６】
また、従来の技術課題として、静音化がある。この静音化を実現するために、本発明者らは、従来モータの軸受け部に用いられてきたボールベアリングによる玉軸受け構造を、含浸させたオイルのすべりを利用した流体軸受け構造を採用することを考え出した。
【００１７】
しかし、実際に試作したところ、流体軸受け構造は使用環境が低温になるほど、オイルの粘度が上昇して起動しずらくなり、大きな起動トルクが必要であることがわかった。
【００１８】
図９に横軸に磁気ディスクの周囲温度、縦軸に必要な起動トルクを取ったグラフを示す。
【００１９】
室温２０℃から０℃までは玉軸受け、流体軸受けともにほぼ同等の起動トルクであるが、−１０℃以下の低温になると起動トルクの差は約３倍から９倍まで拡大する。これは使用するオイルの粘性が低温時に増加し、それに対抗して回転起動させるために必要なトルクも急増するためである。
【００２０】
近年のディスク駆動装置は、音楽や映像を取り扱う用途が増えており、デジタルカメラや携帯電話などの携帯機器用ストレージや、カーナビゲーション、あるいはカーオーディオ用ストレージとしての製品化が進みつつあり、このような用途では、屋外や自動車内での使用が前提であり、−１０℃〜−３０℃での稼動が要求される。よって、このような用途に使用されるディスク駆動装置に流体軸受け構造を適用しただけでは、安定した起動を実現することができなかった。
【００２１】
つまり、本発明の他の目的は、流体軸受けを採用したディスク装置の安定した起動を図ることがある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する解決手段として、次の手段がある。
【００２３】
ディスクと該ディスクが固定されているハブと該ハブを回転させる磁力を発生させる永久磁石とを有するロータと、軟磁性金属板で構成され該永久磁石に対向する位置に配置されているステータコアと該軟磁性金属板の周囲に絶縁膜を介して形成されたスルーホール及び配線が螺旋状に結線されているステータコイルとを有するステータと、前記軟磁性金属板の上に形成された、該ステータコイルに電圧を印加するドライバと、該ステータコイルを駆動電圧の相毎に直列に接続する第一の状態と並列に接続する第二の状態を切り替える切替手段とを有することを特徴とするディスク駆動装置。
【００２４】
ステータコアと配線基板のコア材が一体化されているので、配線をステータコアの延長（同一基板）上に同じプロセスで形成することができる。それに伴い、ドライバ等の回路との結線をフレキシブル基板を用いないで行えるので、フレキシブルプリント基板の大型化の問題を解消できる。
【００２５】
また、ロータの回転及びロータの姿勢を保持する流体軸受け採用することにより、静音化を実現できる。
【００２６】
さらに、流体軸受け構造を採用したディスク駆動装置の使用環境の温度が低いときには大きな回転トルクを与え、温度が高いときには小さな回転トルクを与える手段を備えさせると、−１０度以下のような環境で高まっていた軸受けの流体の粘度を並列回路による発熱量の増加及び起動トルクの増加により、軸受けの流体の粘度を低下させることができるようになるので、消費電力を抑制しつつ、ディスク起動をスムーズに行うことができるようになる。
【００２７】
また、同様な効果は、流体軸受け構造を採用したディスク装置に、定格トルクよりも大きな起動トルクを発生させる手段を有すること又は温度が低いときや起動時には各相毎のステータコイルを直列に接続させ温度が高いときや定格時には各相毎のステータコイルを並列に接続させる手段を有することによっても得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のディスク駆動装置の断面図である。本実施の形態のディスク記憶装置１００は、ベース１０１、コネクタ１７０、カバー１０２で囲まれた空間に外径１インチのディスク１０３とディスクを駆動するロータ部１０９およびステータ部１１０が組込まれた構成であり、外形寸法はコンパクトフラッシュ（Ｒ）メモリｔｙｐｅ１と同一サイズ（４３ｍｍ×３６ｍｍ×３．３ｍｍ）である。
【００２９】
固定シャフト１０５は固定ネジ１０６を用いてベース１０１に固定されている。ハブ１０４は、固定シャフト１０５に対して、軸受け１０７および１０８により回転可能な状態で支持されている。ディスク１０３はリング１１２およびナット１１３を用いてハブ１０４に固定されている。環状永久磁石１１０はハブ１０４の上面に嵌めこまれている。
【００３０】
メタルコア基板２００はモータの鉄心と巻線の機能、およびＩＣなどの部品を搭載する配線基板の機能を有する。メタルコア基板２００はその４隅においてベース１０１の突起部（図示せず）に固定されている。メタルコア基板２００上にはＩＣ１５０およびチップ部品１５１がはんだや金ワイヤなど用いて電気的に接続されている。
【００３１】
メタルコア基板２００の端部には、ディスク記憶装置１００の外部との電気信号を送受するために複数の信号ピンが形成されたコネクタ１７０が搭載されている。また、ディスク記憶装置１００の外部から進入する粒子がディスク１０３表面に付着しないように、コネクタ１７１に封止樹脂１７１を塗布、加熱硬化させ、コネクタ１７１に形成されている貫通孔をふさいである。
【００３２】
メタルコア基板２００とディスク１０３との間には、メタルコア基板から発生する磁気を遮断してディスク１０３への影響を防ぐための磁気シールド板１６０がメタルコア基板２００の表面に固定設置されている。
【００３３】
図２は本発明の第一実施例であるディスク駆動装置のロータ部１０９およびステータ部１１０の一部を回転軸線１１１方向から見た概略図である。環状永久磁石１１０はロータ部１０９を構成しており、円周方向に１２極また１６極に分割して磁化されている。磁化の方向は図のＮ極およびＳ極に示すように半径方向である。
【００３４】
メタルコア基板２００はステータ部１１０を構成しており、磁性金属板２０１、鉄心片２０４、鉄心片先端部２０５、配線２０２、スルーホール２０３からなる。磁性金属板２０１は軟磁性材料、例えばケイ素鉄からなる薄板の積層板であり、モータの鉄損の少ない構造である。鉄心片２０４は磁性金属板２０１の一部であり、その一端に鉄心片先端部２０５を有し、環状永久磁石１１０との間にラジアルギャップ２０６を介して対向している。鉄心片２０４は環状永久磁石１１０の極数の１．５倍の本数からなり、１８本または２４本である。
【００３５】
配線２０２は絶縁層を介して磁性金属板２０１の表面および裏面に形成されており、スルーホール２０３と接続することにより、鉄心片２０４を取り巻く巻線構造となっている。鉄心片２０４それぞれの配線２０２は、互いにメタルコア基板２００上で電気的に接続されており、配線への電流を制御することで環状永久磁石１１１に対する磁界を形成し、ロータ部１０９を回転させるトルクを発生する。また、配線２０２には、ステータコイルの接続を、起動時には並列に、定常時には直列接続に切り替えてドライバＩＣ（図示していないが、メタルコア基板上に搭載されている。）からの信号をステータコイルに印加する切替手段が接続されている。このようにステータコアをメタルコア基板のコア材で形成しているので、ステータコイルと切替手段とを基板上の配線だけで接続できるので、小型化が図れる。
【００３６】
図３は、図２に示す切断面ｃ−ｃ‘における構造の要部を示している。メタルコア基板２００は、２層の表面配線２０８、２層の裏面配線２０９、磁性金属板２０１、スルーホール２０３、および絶縁層２０７からなる。本実施例では、一断面において磁性金属２０１を２回取り巻く巻線構造となっているが、メタルコア基板２００の形成プロセスにおいて配線層をさらに多層化すれば、巻線を更に増やすことができる。
【００３７】
図４は、図２に示す切断面ｄ−ｄ‘における構造の要部を示している。磁性金属板２０１は、その鉄心片２０４においてケイ素鉄からなる厚さ約0.1ｍｍの薄板を４枚積層した構造であり、合計の厚さｔ1は約0.4mmである。また、鉄心片先端部２０５では表面に２枚裏面に２枚の薄板を貼り合せており、合計の厚さｔ2は約0.8mmである。このように鉄心片先端部２０５を厚く形成することで環状永久磁石１１０の磁束を効率良く捕捉してトルクを確保し、それ以外の領域の鉄心片２０４を薄く形成することで、ステータ部としての薄形化を達成できる。
【００３８】
以上に述べた構造により、図１のメタルコア基板２００内部にステータコイルを内蔵する。ステータコイルの一端は基板内の配線パターンとして一体化しているので、コイルの並列接続および直列接続の切換え機能を有するＩＣ１５０をはんだバンプや金バンプを用いてメタルコア基板２００と接続すれば、コイルの並列接続および直列接続の切換え回路を実現できる。
【００３９】
図５はメタルコア基板２００の形成プロセスを示す。
（ａ）メタルコア材として、鉄損の少ないケイ素鉄からなる磁性金属板２０１の薄板（厚さ約0.1mm）を用意する。
（ｂ）化学エッチングなどの加工プロセスにより鉄心片などの必要な形状を形成し、４枚の磁性金属板を接着剤を介して積層する。
（ｃ）片側に樹脂接着層が予め塗布された銅箔であるＲＣＣ（Resin Coated Copper）を上記磁性金属板２０１の表面および裏面に貼り合わせる。
（ｄ）ドリルまたはレーザにより基板を貫通するスルーホール２０３を形成する。
（ｅ）スルーホール２０３の内壁に銅をメッキして表面配線と裏面配線を電気的に導通させる。
（ｆ）銅のエッチングプロセスにより、基板表面及び裏面にＸ方向の回路パターン２０２を形成する。このとき鉄心片を取り巻く配線を同時に形成する。
（ｇ）ＲＣＣを表面および裏面にさらに積層し、Ｙ方向の回路パターン２０２を形成する。ここでも鉄心片を取り巻く２層目の配線を形成する。
（ｈ）はんだ付け部品のはんだの拡散を防ぐためのソルダレジスト層を形成する。
（ｉ）印刷によりはんだを供給後、チップマウンタを用いてＩＣ１５０、チップ部品１５１を搭載し、リフロー炉により部品をはんだ付けする。このときコネクタの搭載も同時に行なう。
【００４０】
以上によりメタルコア基板の形成および部品搭載を完了し、図１に示すようにコネクタの側面を樹脂１７１により封止する。ディスク１０３をハブ１０４に取り付け後、固定ネジ１０６を用いて軸受１０７、１０８を含むロータ部１０９をベース１０１に固定する。その後、磁気シールド板１６０を搭載したメタルコア基板２００をベース１０１の４隅に形成された突起部（図示せず）に固定する。最後にカバー１０２を取りつけ、ディスク記憶装置として完成する。
【００４１】
従来の巻線によるモータ構造では、ステータコイルＵ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２と回路基板は別部品であるため、各コイルから引き出される銅線の一端をフレキシブル基板などに形成した端子へはんだ接続し、フレキシブル基板の一方の端子を回路基板の端子とはんだ接続する必要があったが、本発明では、配線基板プロセスによって同一基板上に鉄心および巻線によるコイル、回路切換機能を有するICやチップ部品を搭載する端子、およびこれら相互を接続する配線を全て形成するので、フレキシブル基板が不要となるとともに、コイルの一端のはんだ付け作業も不要となる。また、配線パターン形成用のマスクを変更するだけで、組立プロセスの負担を増やさずにコイルの並列接続数を容易に増やすことができる。
【００４２】
次に、磁気ディスク装置の他の態様について図６を用いて説明する。
【００４３】
図１〜５と基本的に同じ構造をしているが、図１の軸受け方式、シャフト及びハブの形状である。その他の構造は全く同じ構造である。この構造では、軸受けとして油圧を利用した流体軸受けを用いて軸回転型のスピンドルモータを採用している。そのため、ハブ１００３と結合されている軸１００２がベースの凹部１００１にはめ込まれている。
【００４４】
この構成に対して図２の切り替え手段、つまり、油の粘度が高い低温状態である起動から所定時間の間は、起動トルクを大きくするために並列接続にし、所定時間経過後の油の粘度が低下した時に、直列接続に切り替える手段を用いることにより、流体軸受けの起動時の回転力を向上させることができ、早く定常状態にすることができる。
【００４５】
なお、この制御は時間で制御したが、温度測定手段を設け、所定の温度を定めて温度で制御することは装置の構造上大きくなるが、大きなトルクを得ることを重視するならば、好ましい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、起動トルクの大きい磁気ディスク装置の外形を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスク駆動装置の断面図である。
【図２】ディスク駆動装置のロータ部およびステータ部の一部を回転軸線方向から見た概略図である。
【図３】図２に示す切断面ｃ−ｃ‘における構造の要部を示している。
【図４】図２に示す切断面ｄ−ｄ‘における構造の要部を示している。
【図５】メタルコア基板の形成プロセスを示す。
【図６】図１とは異なる態様のディスク駆動装置の部分断面図である。
【図７】従来例の直流モータに用いる６つのコイルの接続状態示す回路図である。
【図８】直流モータのトルク制御を行なうサーボ回路の出力段の構成を示す回路図である。
【図９】直流モータの周囲温度に対する起動トルクの変化を、玉軸受けと流体軸受けの場合について示したグラフである。
【符号の説明】
１…出力トランジスタ、２…コイル、３…回転軸、４…ロータ磁石
１００…ディスク記憶装置、１０１…ベース、１０２…カバー、１０３…ディスク、
１０４…ハブ、１０５…固定シャフト、１０６…固定ネジ、１０７…軸受け、
１０８…軸受け、１０９…ロータ部、１１０…ステータ部、１１１…環状永久磁石
１１２…リング、１１３…ナット、１５０…ＩＣ、１５１…チップ部品、
１７１…封止樹脂、２００…メタルコア基板、２０１…磁性金属板、
２０２…配線、２０３…スルーホール、２０４…鉄心片、２０５…鉄心片先端部
２０６…ラジアルギャップ、２０７…絶縁層、２０８…表面配線、２０９…裏面配線
Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２…ステータコイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a disk drive device, and more particularly to a magnetic disk drive device that rotationally drives a magnetic disk that is a recording medium.
[0002]
[Prior art]
In general, a starting torque, a rated torque, and a rated rotational speed are set in the design of a motor that drives a disk.
[0003]
When the disk is made small, it is difficult to increase the number of windings of the stator coil because the volume allowed for the magnetic circuit (rotor and stator) is reduced and the number of windings is limited.
[0004]
Further, when the voltage applied to the stator coil is increased, a starting torque can be obtained, but the rated torque at the rated rotational speed exceeds the target torque, and unnecessary power is consumed.
[0005]
Conventionally, the output transistor 1 of the servo circuit is used as shown in FIG. 8, and the voltage E1 of the power supply B is controlled to be applied to the coil 2 at the start-up, and the lower voltage E2 is applied to the coil when realizing the rated speed N1. There is a technique for controlling to be added to 2.
[0006]
However, in the method of controlling the rated torque using the servo circuit, the product of the voltage drop (E1-E2) and the collector current i, the power represented by (E1-E2) × i is consumed by the circuit, and the rated rotation Sometimes extra power is consumed as wasted energy.
[0007]
As a conventional structure capable of reducing such a power loss, there is a DC motor coil connection structure disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-344778. The structure is shown in FIG. U1, U2, V1, V2, W1, and W2 indicate six coils. Between the coils U1 and U2, a switching connection device 11 (switching means) capable of connecting these two coils in series or in parallel is provided. The other coils V1, V2 and W1, W2 are also omitted in the drawing, but are provided with the same switching connection device 11. The changeover connection device 11 is provided with two changeover switches SW1 and SW2, and the connection state of the coils U1 and U2 is switched between a series state and a parallel state by controlling the switching operation of SW1 and SW2. The state of FIG. 7 shows a state where the coils U1 and U2 are connected in series.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art Japanese Patent Laid-Open No. 5-344778 does not describe a specific wiring structure or connection structure.
[0009]
Therefore, the present inventors considered the case where the DC motor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-344778 is applied to the structure of a normal disk drive device.
[0010]
When this prior art is applied to the motor structure of a conventional disk drive device, stator coils U1, U2, V1, V2, W1, and W2 are wound around a rotor magnet with copper wires, and one end of this copper wire is wound on a flexible substrate or the like. The terminals formed on the board are connected by soldering, and one terminal of the flexible board is soldered to the terminal of the circuit board.
[0011]
In order to connect in parallel with such a structure, a total of 12 copper wires from 6 coils must be connected to the terminals of the circuit board. Further, if the number of coils is 18 or 24 to increase the number of parallel connections, the number of copper wire terminals also increases to 36 or 48.
[0012]
Thus, when the number of terminals increases, a large-scale (large area or multilayer) flexible substrate is required.
[0013]
Therefore, there is a limit to downsizing only by applying the conventional technology to a normal disk drive device.
[0014]
In other words, one of the objects of the present invention is to reduce the size of a disk drive device provided with switching means for series connection / parallel connection of stator coils.
[0015]
In addition, a circuit method (PWM: pulse width modulation, a method of changing the width of the pulse) that controls the voltage applied to the coil low so that the power supply voltage is utilized to the maximum at the time of startup and the necessary and sufficient torque is achieved at the rated rotation, There is a charge pump system that creates a voltage higher than the battery voltage and secures the starting torque, but it cannot be said that the above problem has been solved because a large-scale circuit change is required.
[0016]
In addition, as a conventional technical problem, there is noise reduction. In order to achieve this noise reduction, the present inventors have adopted a fluid bearing structure that utilizes a slip of oil impregnated with a ball bearing structure using a ball bearing that has been used in a conventional bearing section of a motor. I figured it out.
[0017]
However, as a result of actual trial production, it was found that the fluid bearing structure becomes harder to start because the viscosity of the oil increases as the usage environment becomes lower, and a large starting torque is required.
[0018]
FIG. 9 is a graph in which the horizontal axis represents the ambient temperature of the magnetic disk, and the vertical axis represents the required starting torque.
[0019]
From 20 ° C. to 0 ° C., the ball bearing and fluid bearing have almost the same starting torque, but when the temperature is lower than −10 ° C., the difference in starting torque increases from about 3 to 9 times. This is because the viscosity of the oil used increases at a low temperature, and the torque required to start rotation against it increases rapidly.
[0020]
In recent years, disk drives have been increasingly used for music and video, and are being commercialized as storage for portable devices such as digital cameras and mobile phones, as well as for car navigation or car audio storage. In other applications, it is presumed to be used outdoors or in automobiles, and operation at −10 ° C. to −30 ° C. is required. Therefore, stable activation cannot be realized only by applying the fluid bearing structure to the disk drive device used for such purposes.
[0021]
In other words, another object of the present invention may be to stably start a disk device employing a fluid bearing.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
As means for achieving the above object, there are the following means.
[0023]
A rotor having a disk, a hub to which the disk is fixed, and a permanent magnet for generating a magnetic force for rotating the hub; a stator core made of a soft magnetic metal plate and disposed at a position facing the permanent magnet; A stator coil having a stator coil having a through-hole formed in an insulating film around a soft magnetic metal plate and a stator coil in which wiring is spirally connected, and the stator coil formed on the soft magnetic metal plate And a switching means for switching between a first state in which the stator coil is connected in series for each phase of the drive voltage and a second state in which the stator coil is connected in parallel. .
[0024]
Since the stator core and the core material of the wiring substrate are integrated, the wiring can be formed on the extension (same substrate) of the stator core by the same process. Accordingly, connection with a circuit such as a driver can be performed without using a flexible substrate, so that the problem of increasing the size of the flexible printed substrate can be solved.
[0025]
In addition, noise reduction can be realized by employing a fluid bearing that maintains the rotation of the rotor and the posture of the rotor.
[0026]
Further, if a means for applying a large rotational torque is provided when the temperature of the operating environment of the disk drive device adopting the fluid bearing structure is low and a small rotational torque is provided when the temperature is high, it is increased in an environment of -10 degrees or less. The viscosity of the bearing fluid can be reduced by increasing the amount of heat generated by the parallel circuit and increasing the starting torque, so that the viscosity of the bearing fluid can be reduced. Will be able to do.
[0027]
In addition, the same effect can be obtained by having a means for generating a starting torque larger than the rated torque in a disk device adopting a fluid bearing structure, or connecting a stator coil for each phase in series when the temperature is low or at the time of starting. It can also be obtained by having means for connecting the stator coils for each phase in parallel when the temperature is high or rated.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view of a disk drive device of the present invention. The disk storage device 100 of the present embodiment has a configuration in which a disk 103 having an outer diameter of 1 inch, a rotor unit 109 for driving the disk, and a stator unit 110 are incorporated in a space surrounded by a base 101, a connector 170, and a cover 102. The external dimensions are the same size (43 mm × 36 mm × 3.3 mm) as the compact flash (R) memory type 1.
[0029]
The fixed shaft 105 is fixed to the base 101 using a fixing screw 106. The hub 104 is supported by the bearings 107 and 108 so as to be rotatable with respect to the fixed shaft 105. The disk 103 is fixed to the hub 104 using a ring 112 and a nut 113. The annular permanent magnet 110 is fitted on the upper surface of the hub 104.
[0030]
The metal core substrate 200 has a function of a motor core and winding, and a function of a wiring substrate on which components such as an IC are mounted. The metal core substrate 200 is fixed to protrusions (not shown) of the base 101 at its four corners. On the metal core substrate 200, the IC 150 and the chip component 151 are electrically connected using solder, gold wire or the like.
[0031]
A connector 170 on which a plurality of signal pins are formed is mounted on the end of the metal core substrate 200 in order to send and receive electrical signals to and from the outside of the disk storage device 100. Further, a sealing resin 171 is applied to the connector 171 and heat-cured so as to prevent particles entering from the outside of the disk storage device 100 from adhering to the surface of the disk 103, thereby blocking the through holes formed in the connector 171.
[0032]
Between the metal core substrate 200 and the disk 103, a magnetic shield plate 160 for blocking the magnetism generated from the metal core substrate and preventing the influence on the disk 103 is fixedly installed on the surface of the metal core substrate 200.
[0033]
FIG. 2 is a schematic view of a part of the rotor portion 109 and the stator portion 110 of the disk drive apparatus according to the first embodiment of the present invention as viewed from the direction of the rotation axis 111. The annular permanent magnet 110 constitutes the rotor portion 109 and is magnetized by being divided into 12 poles or 16 poles in the circumferential direction. The direction of magnetization is the radial direction as shown in the north and south poles of the figure.
[0034]
The metal core substrate 200 constitutes a stator portion 110, and includes a magnetic metal plate 201, an iron core piece 204, an iron core piece tip 205, a wiring 202, and a through hole 203. The magnetic metal plate 201 is a thin laminated plate made of a soft magnetic material, such as silicon iron, and has a structure with less iron loss of the motor. The iron core piece 204 is a part of the magnetic metal plate 201, has an iron core piece tip part 205 at one end thereof, and is opposed to the annular permanent magnet 110 via a radial gap 206. The number of iron core pieces 204 is 1.5 times the number of poles of the annular permanent magnet 110 and is 18 or 24.
[0035]
The wiring 202 is formed on the front and back surfaces of the magnetic metal plate 201 via an insulating layer, and has a winding structure surrounding the core piece 204 by connecting to the through hole 203. The wires 202 of each of the iron core pieces 204 are electrically connected to each other on the metal core substrate 200, and a torque for rotating the rotor portion 109 is formed by forming a magnetic field for the annular permanent magnet 111 by controlling the current to the wires. appear. In addition, the connection of the stator coil to the wiring 202 is switched to parallel connection at startup and to serial connection at steady state, and a signal from a driver IC (not shown, but mounted on a metal core substrate) is sent to the stator coil. Switching means for applying to is connected. Thus, since the stator core is formed of the core material of the metal core substrate, the stator coil and the switching means can be connected only by the wiring on the substrate, so that the size can be reduced.
[0036]
FIG. 3 shows a main part of the structure at the cutting plane cc ′ shown in FIG. The metal core substrate 200 includes a two-layer surface wiring 208, a two-layer back wiring 209, a magnetic metal plate 201, a through hole 203, and an insulating layer 207. In the present embodiment, the winding structure is such that the magnetic metal 201 is surrounded twice in one section, but if the wiring layer is further multilayered in the formation process of the metal core substrate 200, the number of windings can be further increased.
[0037]
FIG. 4 shows a main part of the structure at the section dd ′ shown in FIG. The magnetic metal plate 201 has a structure in which four thin plates made of silicon iron and having a thickness of about 0.1 mm are stacked on the iron core piece 204, and the total thickness t1 is about 0.4 mm. Further, at the front end portion 205 of the iron core piece, two thin plates are bonded to the front surface and two thin plates are bonded to the back surface, and the total thickness t2 is about 0.8 mm. Thus, by forming the core piece tip portion 205 thickly, the magnetic flux of the annular permanent magnet 110 is efficiently captured to ensure torque, and by forming the core piece 204 in other regions thinly, Thinning can be achieved.
[0038]
With the structure described above, a stator coil is built in the metal core substrate 200 of FIG. Since one end of the stator coil is integrated as a wiring pattern in the substrate, if the IC 150 having a switching function of parallel connection and serial connection of the coil is connected to the metal core substrate 200 using solder bumps or gold bumps, the coils are connected in parallel. A switching circuit of connection and series connection can be realized.
[0039]
FIG. 5 shows a process for forming the metal core substrate 200.
(A) As the metal core material, a thin plate (thickness of about 0.1 mm) of the magnetic metal plate 201 made of silicon iron with little iron loss is prepared.
(B) A necessary shape such as an iron core piece is formed by a processing process such as chemical etching, and four magnetic metal plates are laminated via an adhesive.
(C) RCC (Resin Coated Copper), which is a copper foil previously coated with a resin adhesive layer on one side, is bonded to the front and back surfaces of the magnetic metal plate 201.
(D) A through hole 203 that penetrates the substrate is formed by a drill or a laser.
(E) Copper is plated on the inner wall of the through hole 203 to electrically connect the front surface wiring and the back surface wiring.
(F) The circuit pattern 202 in the X direction is formed on the front surface and the back surface of the substrate by a copper etching process. At this time, the wiring surrounding the iron core piece is simultaneously formed.
(G) RCC is further laminated on the front and back surfaces to form a circuit pattern 202 in the Y direction. Again, a second layer of wiring surrounding the core piece is formed.
(H) A solder resist layer for preventing the diffusion of solder in the soldered part is formed.
(I) After supplying the solder by printing, the IC 150 and the chip component 151 are mounted using a chip mounter, and the components are soldered by a reflow furnace. At this time, the connector is also mounted.
[0040]
Thus, the formation of the metal core substrate and the component mounting are completed, and the side surface of the connector is sealed with the resin 171 as shown in FIG. After the disk 103 is attached to the hub 104, the rotor portion 109 including the bearings 107 and 108 is fixed to the base 101 using the fixing screw 106. Thereafter, the metal core substrate 200 on which the magnetic shield plate 160 is mounted is fixed to protrusions (not shown) formed at the four corners of the base 101. Finally, the cover 102 is attached to complete the disk storage device.
[0041]
In the conventional motor structure with windings, the stator coils U1, U2, V1, V2, W1, W2 and the circuit board are separate components, so one end of the copper wire drawn from each coil is connected to a terminal formed on a flexible board or the like. It was necessary to solder-connect and solder-connect one terminal of the flexible board to the terminal of the circuit board. In the present invention, an IC having a function of switching a coil with a core and windings on the same board by a wiring board process and a circuit. In addition, since all of the terminals on which the chip components are mounted and the wiring for connecting them to each other are formed, a flexible substrate is not required, and soldering work for one end of the coil is not required. In addition, the number of coils connected in parallel can be easily increased without changing the burden of the assembly process only by changing the mask for forming the wiring pattern.
[0042]
Next, another aspect of the magnetic disk device will be described with reference to FIG.
[0043]
Although it has basically the same structure as FIGS. 1 to 5, it has the bearing system, shaft and hub shape of FIG. 1. Other structures are exactly the same structure. In this structure, a shaft rotation type spindle motor is employed using a fluid bearing using hydraulic pressure as a bearing. Therefore, the shaft 1002 coupled to the hub 1003 is fitted in the recess 1001 of the base.
[0044]
For this configuration, the switching means in FIG. 2, that is, for a predetermined time after starting in a low temperature state where the viscosity of the oil is high, in order to increase the starting torque, it is connected in parallel, and the viscosity of the oil after the predetermined time has passed. By using means for switching to a serial connection when it decreases, the rotational force at the start of the fluid bearing can be improved, and a steady state can be quickly achieved.
[0045]
Although this control is controlled by time, it is preferable to provide a temperature measuring means, and to control the temperature by setting a predetermined temperature. However, it is preferable if it is important to obtain a large torque, although the structure of the apparatus is important.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, the outer shape of a magnetic disk device having a large starting torque can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a disk drive device.
FIG. 2 is a schematic view of a part of a rotor portion and a stator portion of a disk drive device as viewed from the direction of a rotation axis.
FIG. 3 shows a main part of the structure at a cutting plane cc ′ shown in FIG. 2;
4 shows a main part of the structure at a cut surface dd ′ shown in FIG. 2;
FIG. 5 shows a process for forming a metal core substrate.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a disk drive device in a mode different from FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a connection state of six coils used in a conventional DC motor.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of an output stage of a servo circuit that performs torque control of a DC motor.
FIG. 9 is a graph showing changes in starting torque with respect to the ambient temperature of a DC motor in the case of ball bearings and fluid bearings.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Output transistor, 2 ... Coil, 3 ... Rotating shaft, 4 ... Rotor magnet 100 ... Disk storage device, 101 ... Base, 102 ... Cover, 103 ... Disk,
104 ... Hub, 105 ... Fixing shaft, 106 ... Fixing screw, 107 ... Bearing,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 108 ... Bearing, 109 ... Rotor part, 110 ... Stator part, 111 ... Annular permanent magnet 112 ... Ring, 113 ... Nut, 150 ... IC, 151 ... Chip component,
171 ... Sealing resin, 200 ... Metal core substrate, 201 ... Magnetic metal plate,
202 ... Wiring, 203 ... Through hole, 204 ... Iron core piece, 205 ... Iron core piece tip 206 ... Radial gap, 207 ... Insulating layer, 208 ... Front wiring, 209 ... Back wiring U1, U2, V1, V2, W1, W2 ... Stator coils

Claims

ディスクと、該ディスクが固定されているハブと、該ハブを回転させる磁力を発生させる永久磁石と、を有するロータと、
軟磁性金属板を鉄心片に成形して構成され且つ該鉄心片の一端が前記永久磁石に対向する位置に配置されているステータコアと、該軟磁性金属板から成る該鉄心片の周囲に絶縁膜を介して形成されたスルーホール及び配線を螺旋状に結線して成るステータコイルと、を有するステータと、
前記軟磁性金属板の上に、該ステータコイルに電圧を印加するドライバと、該ステータコイルを駆動電圧の相毎に直列に接続する第一の状態と並列に接続する第二の状態を切換えるＩＣとを有し、
前記ステータコアの表面には、該ステータコアから発生する磁気を遮断して該磁気の前記ディスクへの影響を防ぐ磁気シールド板が固定設置され、且つ、
前記ＩＣは前記ステータコアの前記表面に配置され且つ前記磁気シールド板を介して前記ディスクと対向し、且つ
前記ＩＣは、はんだのリフローにより前記軟磁性金属板上に形成された回路パターンに取り付けられていることを特徴とするディスク駆動装置。A rotor having a disk, a hub to which the disk is fixed, and a permanent magnet that generates a magnetic force to rotate the hub;
A stator core formed by molding a soft magnetic metal plate into an iron core piece, and one end of the iron core piece is disposed at a position facing the permanent magnet, and an insulating film around the iron core piece made of the soft magnetic metal plate A stator coil having a through hole and a wiring formed through the wire and connected in a spiral shape,
On the soft magnetic metal plate, an IC that switches a driver for applying a voltage to the stator coil, and a first state in which the stator coil is connected in series for each phase of the driving voltage and a second state in which the stator coil is connected in parallel. And
On the surface of the stator core, a magnetic shield plate that blocks the magnetism generated from the stator core and prevents the magnetism from affecting the disk is fixedly installed, and
The IC is disposed on the surface of the stator core and faces the disk through the magnetic shield plate; and
Before SL IC is a disk drive device, characterized in that attached to the circuit pattern formed on the soft magnetic metal plate by reflow of the solder.

請求項１において、
前記ロータの姿勢は、流体軸受けで保持されていることを特徴とするディスク駆動装置。In claim 1,
The disk drive device characterized in that the posture of the rotor is held by a fluid bearing.

請求項２において、
前記ＩＣは、前記流体軸受けの油の粘度が高い低温状態での前記ロータの起動時に前記ステータコイルの同相のものを並列に接続し、且つ該起動時から所定時間が経過した後、該同相のステータコイルを直列に接続することを特徴とするディスク駆動装置。In claim 2,
The IC is connected in parallel with the same phase of the stator coil when starting the rotor in a low temperature state where the viscosity of the fluid bearing oil is high, and after a predetermined time has elapsed since the start, A disk drive device comprising a stator coil connected in series.

請求項１において、
前記配線は、片側に樹脂接着層が塗布された銅箔を前記軟磁性金属板の表面及び裏面に貼り合わせ、且つ該銅箔のエッチングにより形成されることを特徴とするディスク駆動装置。In claim 1,
2. The disk drive device according to claim 1, wherein the wiring is formed by bonding a copper foil coated with a resin adhesive layer on one side to the front and back surfaces of the soft magnetic metal plate and etching the copper foil.

請求項１において、
前記軟磁性金属板上の前記回路パターンは、前記ステータコイルの一端として該ステータコイルと一体に形成されていることを特徴とするディスク駆動装置。In claim 1,
The disk drive device according to claim 1, wherein the circuit pattern on the soft magnetic metal plate is formed integrally with the stator coil as one end of the stator coil.