(57)【要約】【課題】動作回転速度によって異なるように定格されたさまざまなディスクドライブメモリデバイス製品と共に用いるための流体軸受モータおよび方法を提供する。【解決手段】動作速度は、メモリデバイスに対する読出および書込メモリ動作時に測定される速度である。ある局面では、本発明は、標準性能またはハイエンド性能のディスクドライブ製品と共に用いるための複数の定格速度において、剛性および電力要件を含むすべての動作要件を満たす。ハイエンドの製品の専用製造ラインに関連するコストが大幅に削減される。単一の製造ラインが標準およびハイエンドの両方のディスクドライブメモリデバイス製品を提供することができる。本発明は、典型的に２つの性能レベルで販売される２．５インチノート用製品、すなわち５４００ＲＰＭ標準性能製品および７２００ＲＰＭ高性能製品のコストを削減するのに特に有用である。【選択図】図２
2014030344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータであって、
第１の部品と、
前記第１の部品に対して回転するように動作可能な第２の部品と、
前記第１の部品と前記第２の部品との間を流れて流体軸受を実現するように動作可能な流体とを備え、
前記第１および第２の部品は第１の閾値よりも低い駆動電流を用いて第１の速度で回転するように構成され、前記第１および第２の部品は第２の閾値よりも低い駆動電流を用いて第２の速度で回転するようにさらに構成され、前記第１の部品の熱膨張係数は前記第２の部品の熱膨張係数とは異なる、モータ。
【請求項２】
前記流体は、粘度比が３よりも小さい流体、粘度が約７０センチポアズから約４センチポアズの流体、および粘度指数が１６０よりも小さい流体からなるグループから選択される、請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記流体は、ジエステル、ポリオールエステル、ポリアルファオレフィン、パーフルオロポリエーテル、鉱物炭化水素、および３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ジ−ｎ−ノナノエートからなるグループから選択される、請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
前記流体は、前記流体の酸化を減少させるように動作可能な耐酸化性添加物、前記第１および第２の部品の摩耗を減少させるように動作可能な耐摩耗性添加物、前記第１および第２の部品の腐食を減少させるように動作可能な耐食性添加物、導電率向上添加物、および温度変化に応じた前記流体の粘度変化速度を遅らせるように動作可能な添加物からなるグループから選択される添加物を含む、請求項１に記載のモータ。
【請求項５】
前記第１の部品と前記第２の部品との間に隙間が規定され、前記第１および第２の部品は、温度変化に応じて前記隙間のサイズを変えるようにさらに構成され、前記第１および第２の部品は、前記第１および第２の速度で前記隙間のサイズを維持するようにさらに構成される、請求項１に記載のモータ。
【請求項６】
前記第１の部品は、アルミニウム、真鍮、青銅、プラスチック、銅をベースとする焼結金属、およびグラファイトフィラーを含むポリイミドからなるグループから選択される材料を含む、請求項１に記載のモータ。
【請求項７】
前記第２の部品は、ステンレス鋼、４００系ステンレス鋼、鉄をベースとする焼結金属、セラミック、炭化物、および窒化物からなるグループから選択される材料を含む、請求項１に記載のモータ。
【請求項８】
前記第１および第２の部品は、前記第１の速度および前記第２の速度で抗力形状割合が３よりも小さい前記流体軸受を実現するようにさらに構成される、請求項１に記載のモータ。
【請求項９】
モータを動作させる方法であって、
第１の駆動電流を用いる第１の速度で第１の部品を第２の部品に対して回転させるステップを備え、前記第１の駆動電流は第１の閾値よりも低く、前記方法はさらに、
第２の駆動電流を用いる第２の速度で前記第１の部品を前記第２の部品に対して回転させるステップを備え、前記第２の駆動電流は第２の閾値よりも低く、
流体が前記第１の部品と第２の部品との間を流れて流体軸受を実現するように動作可能であり、前記第１の部品の熱膨張係数は第２の熱膨張係数とは異なる、方法。
【請求項１０】
前記流体は、粘度比が３よりも小さい流体、粘度が約７０センチポアズから約４センチポアズの流体、および粘度指数が１６０よりも小さい流体からなるグループから選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記流体は、ジエステル、ポリオールエステル、ポリアルファオレフィン、パーフルオロポリエーテル、鉱物炭化水素、および３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ジ−ｎ−ノナノエートからなるグループから選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記流体は、前記流体の酸化を減少させるように動作可能な耐酸化性添加物、前記第１および第２の部品の摩耗を減少させるように動作可能な耐摩耗性添加物、前記第１および第２の部品の腐食を減少させるように動作可能な耐食性添加物、導電率向上添加物、および温度変化に応じた前記流体の粘度変化速度を遅らせるように動作可能な添加物からなるグループから選択される添加物を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の部品と前記第２の部品との間に隙間が規定され、前記第１および第２の部品は、温度変化に応じて前記隙間のサイズを変えるようにさらに構成され、前記第１および第２の部品は、前記第１および第２の速度で前記隙間のサイズを維持するようにさらに構成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の部品は、アルミニウム、真鍮、青銅、プラスチック、銅をベースとする焼結金属、およびグラファイトフィラーを含むポリイミドからなるグループから選択される材料を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の部品は、ステンレス鋼、４００系ステンレス鋼、鉄をベースとする焼結金属、セラミック、炭化物、および窒化物からなるグループから選択される材料を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１および第２の部品は、前記第１の速度および前記第２の速度で抗力形状割合が３よりも小さい前記流体軸受を実現するようにさらに構成される、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明は一般的にディスクドライブメモリデバイスに関し、特に、メモリ動作時に異なる回転速度で動作するさまざまな異なる回転定格ディスクドライブメモリデバイス製品と共に用いるための流体軸受モータおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
ディスクドライブメモリシステムは、従来の据置型コンピュータ環境で、ならびに携帯型ノートパソコン、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ビデオゲームコンソールおよび個人用音楽プレーヤを含む移動環境でも用いられる。これらのメモリシステムは、磁気ディスク媒体の同心トラックに記録されるデジタル情報を格納する。少なくとも１枚のディスクがスピンドルに回転可能に装着され、ディスク内に磁気転移の形式で格納され得る情報は読出／書込ヘッドまたは変換器を用いてアクセスされる。ホストシステムから受信した命令に基づいてディスクドライブシステムを制御するためのドライブコントローラが典型的に用いられる。ドライブコントローラはディスクドライブを制御して、磁気ディスクからの情報を格納および取得する。読出／書込ヘッドは、ディスクの表面の上を径方向に移動する枢動アーム上に配置される。ディスクは、ハブの内部またはディスクの下方に配置される電気モータを用いて動作時に高速回転する。ハブ上の磁石がステータと相互に作用して、ステータに対するハブの回転をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
多くのディスクドライブは、シャフトとスリーブとの間に位置する流体軸受（ＦＤＢ）を有するスピンドルモータを用いて、回転するハブおよびディスクを支持する。この軸受は、シャフトに対するスピンドルの位置合せを精密に維持しつつ、シャフトとスリーブの回転運動を可能にする。動圧軸受では、固定部材軸受面と回転部材軸受面との間に潤滑流体が与えられる。これらの携帯型装置は、取扱いの結果さまざまな大きさの機械的衝撃にさらされることが多い。したがって、軸に沿った衝撃耐性や角度のある衝撃耐性、振動応答、および頑強性の向上などの衝撃事象に対する耐性の向上を含む性能および設計の必要性が高まっている。読出／書込ヘッドは、情報の適切な読出および書込を確実なものにするために、ディスクの記憶トラックと正確に位置合せされなければならない。回転負荷が揺れや傾きなしでスピンドル上に正確に安定して支持されるように、流体軸受の剛性が重要である。また、記憶容量の増大やディスクドライブの小型化の要求も存在するため、より高い記録面密度が設計されるようになり、読出／書込ヘッドがディスク面にますます近接して配置されるようになっている。ディスクをより高いトラック密度で設計できるようにし、それによってディスクを小型化および／またはディスクの記憶容量を増大できるようにするために、ヘッドを記録トラックに精密に位置合せすることが必要である。
【０００４】
これらの性能および設計の必要性の高まり、ならびに動作要件（モータ剛性および電力を含む）を満たす必要性の結果として、ディスクドライブメモリデバイス用モータ（すなわち２．５インチのノート用モータ）は典型的に２つの性能レベルで、すなわち標準性能および高性能のレベルで販売されている。標準性能製品は一般に約５４００毎分回転数（ＲＰＭ）回転速度で動作するが、高性能製品では、約７２００ＲＰＭの回転速度で動作するモータを用いて典型的に達成される、さらに高いデータアクセス速度が必要である。高性能の７２００ＲＰＭ製品は典型的に標準性能の５４００ＲＰＭ製品よりも製造コストが高く、また高性能製品の方が典型的に販売数が少ないため、生産数がより少ないドライブ
に製造コストが分散されるので生産コストが高くなってしまう。また、デスクトップディスクドライブメモリデバイス用モータもさまざまな性能レベルで、すなわち低性能（すなわち５４００ＲＰＭ）、中間性能（すなわち７２００ＲＰＭ）、および高性能（すなわち１０，０００ＲＰＭ）のレベルで販売されるため、同様に生産コストが高くなってしまう。
【０００５】
現在のノート用ディスクドライブ技術の異なる局面は、ラップトップコンピュータの電池寿命を延ばすための低電力モードの使用である。アイドルモードとしても知られるこの低電力モードでは、ディスク面から離れたランプ上に読出／書込ヘッドを待機させ、ドライブがアクセスされていない間はモータをより低い速度にまで減速するように回す。この省電力の「アイドル速度」はモータの「定格速度」（５４００または７２００ＲＰＭ）よりも大幅に低いが、モータの流体軸受における軸受隙間を維持するには十分高い。モータ軸受粘性損失およびその結果生じる駆動電流は速度差の二乗分だけ減少するが、軸受剛性は速度に比例して減少する。アイドルモード動作時のモータ軸受剛性要件は、ヘッドが待機中で読出または書込動作が起こっていないため、重要ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
要約
メモリ動作時に異なる回転速度で動作する種々のディスクドライブメモリデバイス製品と共に用いるための流体軸受モータを提供するための装置および方法が、本明細書中で説明される。流体軸受モータは、静止部品と、回転部品と、軸受システムとを含む。静止部品および回転部品は、相対的回転のために位置決めされた対向面を有する。軸受システムは、静止部品と回転部品との間に規定され、温度変化に対する軸受剛性感度および電力感度を減少させるように構成され、回転部品が第１の回転速度で回転するときは、駆動電流を予め定められた第１の制限値よりも低く維持するように構成され、回転部品が第２の回転速度で回転するときは、モータへの電圧供給を超えることなく、駆動電流を予め定められた第２の制限値よりも低く維持するように構成される。第１の回転速度は第２の回転速度よりも遅く、第１の回転速度および第２の回転速度は、ハードディスクドライブメモリデバイスに対する読出動作および書込動作の少なくとも１つの間の回転速度である。これらおよびさまざまな他の特徴および利点が、以下の詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。
【０００７】
概念
以下の概念が本願によってサポートされる。
【０００８】
１．さまざまな回転速度定格ハードディスクドライブメモリデバイス製品に組込まれる流体軸受モータであって、
ａ）相対的回転のために位置決めされた対向面を有する静止部品および回転部品と、
ｂ）軸受システムとを含み、軸受システムは、
ｉ．静止部品と回転部品との間に規定され、
ｉｉ．温度変化に対して軸受剛性感度および電力感度を減少させるように構成され、
ｉｉｉ．回転部品が第１の回転速度で回転するときは、駆動電流を予め定められた第１の制限値よりも低く維持するように構成され、
ｉｖ．回転部品が第２の回転速度で回転するときは、モータへの電圧供給を超えることなく、駆動電流を予め定められた第２の制限値よりも低く維持するように構成され、これは、
１．第１の回転速度が第２の回転速度よりも遅く
２．第１の回転速度および第２の回転速度が、ハードディスクドライブメモリデバイスに対する読出動作および書込動作の少なくとも１つの間の回転速度であるときである、流体軸受モータ。
【０００９】
２．軸受システムに収容され、粘度比が３．０よりも小さい流体をさらに含み、粘度比は、２５摂氏温度（℃）での流体粘度で除算される０℃での流体粘度によって計算される、概念１の流体軸受モータ。
【００１０】
３．軸受システムに収容され、軸受システム流体温度が−１０摂氏温度（℃）から７０℃であるときに粘度が７０センチポアズ（ｃＰ）から４ｃＰの流体をさらに含む、概念１の流体軸受モータ。
【００１１】
４．軸受システムに収容され、粘度指数が１６０よりも小さい流体をさらに含む、概念１の流体軸受モータ。
【００１２】
５．駆動電流の予め定められた第１の仕様限界および駆動電流の予め定められた第２の仕様限界は、軸受システム流体温度が約−１０摂氏温度（℃）から約７０℃であるときに決定される、概念１の流体軸受モータ。
【００１３】
６．駆動電流の予め定められた第１の仕様限界および駆動電流の予め定められた第２の仕様限界は、軸受システム流体温度が約−２０℃から約１０℃、および約２０℃から約４０℃の一方であるときに決定される、概念１の流体軸受モータ。
【００１４】
７．静止部品材料は、回転部品材料とは異なる熱膨張係数を有し、軸受システム温度が下がるにつれて静止部品材料と回転部品材料との間に位置する軸受隙間を大きくするように構成される、概念１の流体軸受モータ。
【００１５】
８．一方の対向面は、アルミニウム、真鍮、青銅、プラスチック、銅をベースとする焼結金属、およびグラファイトフィラーを有するポリイミドのうちの１つを含み、第２の対向面は、ステンレス鋼、４００系ステンレス鋼、鉄をベースとする焼結金属、セラミック、炭化物、および窒化物のうちの１つを含む、概念７の流体軸受モータ。
【００１６】
９．静止部品は第１の回転速度および第２の回転速度について同一に構成され、回転部品は第１の回転速度および第２の回転速度について同一に構成され、軸受システムは第１の回転速度および第２の回転速度について同一に構成される、概念１の流体軸受モータ。
【００１７】
１０．流体軸受モータは、第２の回転速度で動作するモータの最大トルク定数以下の最大トルク定数を有する、概念９の流体軸受モータ。
【００１８】
１１．モータが第１の回転速度で動作するときに静止部品に接続される第１のベースアセンブリおよび第１のステータアセンブリと、モータが第２の回転速度で動作するときに静止部品に接続される第２のベースアセンブリおよび第２のステータアセンブリとをさらに含み、回転部品は第１の回転速度および第２の回転速度について同一に構成され、軸受システムは第１の回転速度および第２の回転速度について同一に構成され、第１のベースアセンブリおよび第１のステータアセンブリは第２のベースアセンブリおよび第２のステータアセンブリとは異なるように構成され、第１のステータアセンブリ巻線電圧は第２のステータアセンブリ巻線電圧よりも大きい、概念１の流体軸受モータ。
【００１９】
１２．流体軸受モータは、第１の回転速度で動作するモータの最大トルク定数以下の最大トルク定数を有する、概念１１の流体軸受モータ。
【００２０】
１３．流体軸受は、シャフトおよびスリーブ、スラストプレートおよびスリーブ、ならびにスリーブおよびスリーブとの間にスラスト軸受を規定する第２の面のうちの１つを含
む対向面同士の間に規定される、概念１の流体軸受モータ。
【００２１】
１４．軸受システムは流体を含み、軸受流体は、ジエステル、ポリオールエステル、ポリアルファオレフィン、パーフルオロポリエーテル、および鉱物炭化水素からなるグループから選択される、概念１の流体軸受モータ。
【００２２】
１５．軸受流体は、軸受流体の酸化を減少させるのに有効な耐酸化性添加物、対向面の摩耗を減少させるのに有効な耐摩耗性添加物、対向面の腐食を減少させるのに有効な耐食性添加物、および導電率向上添加物のうちの少なくとも１つを含む、概念１４の流体軸受モータ。
【００２３】
１６．軸受システムは、３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ジ−ｎ−ノナノエートである軸受流体を含む、概念１の流体軸受モータ。
【００２４】
１７．軸受システムは、増加温度の関数として軸受流体の粘度低下速度を遅らせる添加物を含有する流体を含む、概念１の流体軸受モータ。
【００２５】
１８．第１の回転速度は５４００毎分回転数（ＲＰＭ）であり、第２の回転速度は７２００ＲＰＭである、概念１の流体軸受モータ。
【００２６】
１９．第１の回転速度は３６００毎分回転数（ＲＰＭ）から１５，０００ＲＰＭの範囲内の速度であり、第２の回転速度は３６００ＲＰＭから１５，０００ＲＰＭの範囲内の速度である、概念１の流体軸受モータ。
【００２７】
２０．流体軸受モータがさまざまな回転速度定格ハードディスクドライブメモリデバイス製品の動作要件を満たすことができるようにするための方法であって、
ｉ）温度に対して軸受剛性感度および軸受電力感度を最小化するステップと、
ｉｉ）軸受寸法を，さまざまな回転速度定格ハードディスクドライブメモリデバイス製品に対する読出動作および書込動作に必要な軸受剛性を満たすように設定するステップと、
ｉｉｉ）回転部品が第１の回転速度で回転するときは、モータ動作時に駆動電流を予め定められた第１の制限値よりも低く維持するステップと、
ｉｖ）回転部品が第２の回転速度で回転するときは、モータ動作時にモータへの電圧供給を超えることなく、駆動電流を予め定められた第２の制限値よりも低く維持するステップとを備え、
軸受は静止部品と回転部品との間に規定され、静止部品および回転部品は相対的回転のために位置決めされた対向面を有し、第１の回転速度は第２の回転速度よりも遅く、第１の回転速度および第２の回転速度は、ハードディスクドライブメモリデバイスに対する読出動作および書込動作の少なくとも１つの間の回転速度である、方法。
【００２８】
２１．モータへの電圧供給を超えることなく、モータの回転トルクを最大化するステップをさらに含む、概念２０の方法。
【００２９】
２２．温度は、約−１０摂氏温度（℃）から約７０℃である、概念２０の方法。
２３．温度に対して軸受剛性感度および軸受電力感度を最小化するステップは、軸受に収容され、２５摂氏温度（℃）での流体粘度で除算される０℃での流体粘度によって計算される粘度比が３．０よりも小さい流体を用いるステップを含む、概念２０の方法。
【００３０】
２４．温度に対して軸受剛性感度および軸受電力感度を最小化するステップは、回転部品材料とは異なる熱膨張係数を有し、軸受温度が下がるにつれて静止部品材料と回転部品
材料との間に位置する軸受隙間を大きくするように構成される静止部品材料を用いるステップを含む、概念２０の方法。
【００３１】
２５．さまざまな回転速度定格ハードディスクドライブメモリデバイス製品に組込まれる流体軸受モータであって、
ａ）相対的回転のために位置決めされた静止部品および回転部品と、
ｂ）軸受システムとを含み、軸受システムは、
ｉ．静止部品と回転部品との間に規定され、
ｉｉ．静止部品と回転部品との間に予め定められた抗力を生成するように構成され、
ｉｉｉ．回転部品の第１の回転速度および第２の回転速度の少なくとも両方において抗力形状割合が３．０よりも小さく、これは、
１．軸受システム温度が０摂氏温度（℃）から２５℃の間であり、
２．第１の回転速度が第２の回転速度よりも遅く、
３．第１の回転速度および第２の回転速度が、ハードディスクドライブメモリデバイスに対する読出動作および書込動作の少なくとも１つの間の回転速度のときであり、
抗力形状割合は、２５℃での軸受システム抗力で除算される０℃での軸受システム抗力である、流体軸受モータ。
【００３２】
２６．軸受に収容され、粘度比が３．０よりも小さい流体をさらに含み、粘度比は、２５℃での流体粘度で除算される０℃での流体粘度によって計算される、概念２５の流体軸受モータ。
【００３３】
２７．３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ジ−ｎ−ノナノエートである軸受に収容される流体をさらに含む、概念２５の流体軸受モータ。
【００３４】
２８．静止部品は、回転部品とは異なる熱膨張係数を有し、軸受温度が下がるにつれて静止部品と回転部品との間に位置する軸受隙間を大きくするように構成される、概念２５の流体軸受モータ。
【００３５】
２９．モータへの電圧供給を超えない最大モータ回転トルクをさらに含む、概念２５の流体軸受モータ。
【００３６】
３０．第１の回転速度は３６００毎分回転数（ＲＰＭ）から１５，０００ＲＰＭの範囲内の速度であり、第２の回転速度は３６００ＲＰＭから１５，０００ＲＰＭの範囲内の速度である、概念２５の流体軸受モータ。
【００３７】
３１．軸受に収容され、粘度指数が１６０よりも小さい流体をさらに含む、概念２５の流体軸受モータ。
【００３８】
３２．静止部品および回転部品は対向面を規定し、一方の対向面は、アルミニウム、真鍮、青銅、プラスチック、銅をベースとする焼結金属、およびグラファイトフィラーを有するポリイミドのうちの１つを含み、第２の対向面は、ステンレス鋼、４００系ステンレス鋼、鉄をベースとする焼結金属、セラミック、炭化物、および窒化物のうちの１つを含む、概念２５の流体軸受モータ。
【００３９】
３３．静止部品は第１の回転速度および第２の回転速度について同一に構成され、回転部品は第１の回転速度および第２の回転速度について同一に構成され、軸受は第１の回転速度および第２の回転速度につて同一に構成される、概念２５の流体軸受モータ。
【００４０】
３４．流体軸受モータは、第２の回転速度で動作するモータの最大トルク定数以下の最
大トルク定数を有する、概念３３の流体軸受モータ。
【００４１】
３５．モータが第１の回転速度で動作するときに静止部品に接続される第１のベースアセンブリおよび第１のステータアセンブリと、モータが第２の回転速度で動作するときに静止部品に接続される第２のベースアセンブリおよび第２のステータアセンブリとをさらに含み、回転部品は第１の回転速度および第２の回転速度について同一に構成され、軸受は第１の回転速度および第２の回転速度について同一に構成され、第１のベースアセンブリおよび第１のステータアセンブリは第２のベースアセンブリおよび第２のステータアセンブリとは異なるように構成され、第１のステータアセンブリ巻線電圧は第２のステータアセンブリ巻線電圧よりも大きい、概念２５の流体軸受モータ。
【００４２】
３６．流体軸受モータは、第１の回転速度で動作するモータの最大トルク定数以下の最大トルク定数を有する、概念３５の流体軸受モータ。
【００４３】
３７．軸受は、増加温度の関数として軸受流体の粘度低下速度を遅らせる添加物を含有する流体を含む、概念２５の流体軸受モータ。
【００４４】
３８．静止部品および回転部品は対向面であり、対向面は、シャフトおよびスリーブ、スラストプレートおよびスリーブ、ならびにスリーブおよびスリーブとの間にスラスト軸受を規定する第２の面のうちの１つを含む、概念２５の流体軸受モータ。
【００４５】
本発明の上記局面および付随する利点の多くは、添付の図面と関連して読まれると以下の詳細な説明を参照することによってより容易に認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例に従った、本発明が有用なディスクドライブデータ記憶システムの上部平面図である。
【図２】本発明の実施例が有用な、ディスクドライブデータ記憶システムで用いられる現在のスピンドルモータの断面図である。
【図３Ａ】異なる定格回転速度で動作する２つの別個の現在のモータ設計についての構成要素特徴の違いおよび油を示す代表図である。
【図３Ｂ】本発明の実施例に従った、異なる定格回転速度で動作する２つの別個のモータの性能要件を満たすように最適化された本発明の構成要素特徴および油を示す代表図である。
【図４】典型的な流体軸受モータディスクドライブメモリデバイスと共に用いられる３つの現在の油、および本発明の実施例に従って用いられる低粘度油３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ジ−ｎ−ノナノエートについての、油粘度対温度挙動を示す代表図である。
【図５】５４００ＲＰＭおよび７２００ＲＰＭ回転速度における本発明の実施例の共通ロータ製品および共通モータ製品と比較した、５４００ＲＰＭおよび７２００ＲＰＭ回転速度に定格された現在の別個のモータベースアセンブリ製品について０°Ｃでサンプルされた駆動電流を示す代表図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
詳細な説明
特定的な構成を参照して例示的な実施例が説明される。当業者であれば、添付の請求項の範囲から逸脱することなくさまざまな変更および修正がなされ得ることを認識するであろう。また、周知の要素、装置、部品、方法、処理工程などは本発明を曖昧にするのを避けるために詳細に説明されないことがある。
【００４８】
典型的に販売数が少ない方のハイエンドのディスクドライブ製品用ディスクドライブモータの生産コストを削減するためには、異なる回転速度で動作するさまざまな異なる回転定格ディスクドライブメモリデバイス製品（すなわち５４００ＲＰＭおよび７２００ＲＰＭ速度製品）に対して単一のモータ設計を用いることが望ましい。これによって、全体的な生産量が増加し、ハイエンドの７２００ＲＰＭ製品の専用製造ラインに関連する追加コストが避けられる。しかし、７２００ＲＰＭ動作用に設計されるモータのモータトルク定数（Ｋｔ）は従来より、ドライバ電子機器がソース電圧を超えることなく低温（すなわち０摂氏温度）でモータを定格速度にまで加速して回すことができるように、５４００ＲＰＭモータで典型的に用いられるモータトルク定数よりも低い。７２００ＲＰＭ動作用に設計されたモータを使用し、それを代わりに５４００ＲＰＭで回すことによって、トルク定数が低いために駆動電流が大幅に高くなり、これは５４００ＲＰＭノート用モータの電池寿命にとって好ましくない。したがって、２つの異なる定格速度製品に別個の設計を用いる最先端モータの剛性、駆動電流および電圧性能要件を満たす、両製品（すなわち５４００ＲＰＭおよび７２００ＲＰＭ製品）についての単一のモータ設計を有することが望ましい。
【００４９】
読出および書込メモリ動作時に異なる回転速度で動作する種々の異なる定格ディスクドライブメモリデバイスと共に用いるための流体軸受モータのための装置および方法が本明細書中で説明される。読出および書込速度は、たとえば読出／書込ヘッドがディスク面から離れている非メモリ動作アイドル速度とは異なり、メモリデバイスが読出および書込動作を行うモータ回転速度である。ある実施例では、本発明は、標準性能またはハイエンド性能のディスクドライブのいずれか一方と共に用いるための複数の定格速度で剛性および電力要件を含むすべての動作要件を満たす。本発明では、ハイエンドの製品の専用製造ラインに関連する追加コストが大幅に削減されるので、単一の製造ラインが標準およびハイエンドの両方の製品を供給することができる。本発明は、典型的に２つの性能レベルで販売される２．５インチノート用製品、すなわち５４００ＲＰＭ標準性能製品および７２００ＲＰＭ高性能製品のコストを削減するのに特に有用である。
【００５０】
本説明および請求項の特徴は、ディスクドライブメモリシステム、薄型ディスクドライブメモリシステム、スピンドルモータ、ブラシレスＤＣモータ、玉軸受アセンブリ、動圧および静圧軸受を含むさまざまな流体軸受設計、ならびに円錐ころ軸受を用いるモータを含む静止および回転部品を用いる他のモータと共に用いられ得る。また、本発明の実施例は固定シャフトまたは回転シャフトと共に用いられ得る。また、本明細書では、「軸方向に」または「軸方向」という用語はシャフトの中心軸長さに沿った（すなわち図２に示されるシャフト２０２の軸２６０に沿った）方向を指し、「径方向に」または「径方向」は、中心線軸２６０に対して垂直であり、かつ中心線軸２６０を貫通する方向を指す。また本明細書では、「上部」、「下部」、「頂部」、「底部」、「高さ」などの表現は、特定の動作時などのいずれの向きでもなく、図面の標準の見方に関して適用される。これらの向きの表示は、本明細書中に説明される図面の理解を促進して助けるために与えられているに過ぎず、限定的であると理解されるべきでない。
【００５１】
さまざまな図全体にわたって同一の参照番号は同一の要素を指す図面を参照して、図１は、本発明が有用な典型的なディスクドライブデータ記憶システム１１０の上部平面図を示す。本説明および請求項の特徴は、例示のため示されるに過ぎないこの特定の設計に限定されない。ディスクドライブ１１０はベースプレート１１２を含み、ベースプレート１１２は封止環境を形成するカバー１１４（切れた露出図で示される）と組合されて、内部部品を封止環境外部の要素による汚染から保護する。ディスクドライブ１１０はさらに、ディスククランプ１１８によってスピンドルモータ（図２に示される）に回転用に装着されるディスクパック１１６を含む。ディスクパック１１６は、中心軸の周りを同時回転するように装着された複数の個別ディスクを含む。各ディスク面は、ディスク面と通信する
ためにディスクドライブ１１０に装着された関連ヘッド１２０（読出ヘッドおよび書込ヘッド）を有する。図１に示される例では、ヘッド１２０は屈曲部１２２によって支持され、屈曲部１２２はアクチュエータボディ１２６のヘッド装着アーム１２４に取付けられる。図１に示されるアクチュエータは回転式可動コイルアクチュエータであり、全体的に１２８で示されるボイスコイルモータを含む。ボイスコイルモータ１２８は、ヘッド１２０が取付けられたアクチュエータボディ１２６を枢動シャフト１３０の周りに回転させて、ヘッド１２０を円弧経路１３２に沿った所望のデータトラックの上に位置決めする。これによって、ヘッド１２０は、ディスク１１６の表面上の磁気的に符号化された情報を選択された場所で読出し、書込むことができる。
【００５２】
屈曲アセンブリが、動作時のアクチュエータボディ１２６の枢動移動を可能にしつつ、必要な電気的接続経路をアクチュエータアセンブリに提供する。屈曲アセンブリ（図示せず）は、ヘッド配線が接続されるディスクドライブ１１０の底部側に装着された印刷回路基板との通信のための屈曲ブラケットで終端し、ヘッド配線はアクチュエータアーム１２４および屈曲部１２２に沿ってヘッド１２０にルーティングされる。印刷回路基板は典型的に、書込動作時にヘッド１２０に印加される書込電流を制御するための回路構成と、読出動作時にヘッド１２０が生成する読出信号を増幅するためのプリアンプとを含む。
【００５３】
図２を参照して、ディスクドライブデータ記憶システム１１０で用いるための現在のスピンドルモータの断面図が示される。この流体軸受モータは、静止部品の周りを相対的に回転可能な、静止部品との間にジャーナル軸受２０６を規定する回転部品を含む。この例では、回転部品はシャフト２０２およびハブ２１０を含む。代替の設計では、シャフト２０２が静止部品であり、スリーブ２０４が回転部品である。ハブ２１０は、ディスクパック１１６（図１に示されるような）がシャフト２０２の軸２６０の周りを回転するように支持するディスクフランジを含む。シャフト２０２およびハブ２１０は、バックアイロン（backiron）２１５と一体化している。１つ以上の磁石２１６がバックアイロン２１５の周囲に取付けられている。磁石２１６はベース２２０に取付けられた積層スタック２１４と相互作に用して、ハブ２１０を回転させる。磁石２１６は単体の環状リングとして形成されてもよいし、ハブ２１０の周囲に間隔を空けて配置された複数の別個の磁石で形成されてもよい。磁石２１６は磁化されて、２つ以上の磁極を形成する。ステータ積層スタック２１４は、周りにステータ巻線２１１が巻かれる歯を含む。回路基板は、ステータ巻線２１１両端の電圧を印加および制御して、モータの回転速度を制御する。磁石２１６とステータ巻線２１１との相互作用によって逆起電力電圧が生成され、これは（以下に説明されるように）ソース電圧の範囲内に留まっていなければならない。モータによって生成される電圧（逆起電力電圧）とモータおよびドライブ回路抵抗器の両端で測定される電圧とを足した電圧は、ソース電圧（すなわちバッテリまたはモータへの電力供給）を超えてはならない。静止部品は、ベース２２０に取付けられたスリーブ２０４およびステータ巻線２１１を含む。スリーブ２０４と回転シャフト２０２との間に軸受２０６が確立される。ハブ２１０とスリーブ２０４との間にスラスト軸受２０７が確立される。スラスト軸受２０７はハブ２１０に対して上向きの力を与えて、ハブ２１０の重力、磁石２１６と引力プレート２３０との間の軸方向の力、およびステータ積層スタック２１４と磁石２１６との間の軸方向の力を含む下向きの力を相殺する。流体軸受スピンドルモータの場合、潤滑油などの流体が、シャフト２０２とスリーブ２０４との間、ハブ２１０とスリーブ２０４との間、および他の静止部品と回転部品との間の界面領域を充填する。この図は潤滑流体で示されるが、当業者であれば、使用可能な流体に液体、気体、または液体と気体との組合せが含まれることを認識するであろう。
【００５４】
図３Ａは、異なる定格回転速度で動作する２つの別個の現在のモータ設計製品についての構成要素特徴の違いおよび油を示す代表図である。現在のモータ設計では、部品およびアセンブリ設備コストを最適化するために、７２００ＲＰＭ製品に用いられるモータと５
４００ＲＰＭ製品に用いられるモータとの共通性を最大化するのが典型的な方法である。このため、２つの製品について異なる流体軸受設計（すなわち軸受サイズおよび軸受隙間）がもたらされる。なぜなら、軸受剛性は速度と共に増大し、軸受の粘性損失量を合理的な駆動電流を維持するために減らさなければならないからである。また、モータトルク定数は各製品の特定的な定格速度ごとに別々に最適化され、このため典型的に、異なる速度の製品について異なるステータ巻数および異なる巻線抵抗値がもたらされる。
【００５５】
上述のように、現在の５４００ＲＰＭモータは、現在の７２００ＲＰＭモータと比べて用いるステータ巻数が多い。５４００ＲＰＭモータは予め定められた最適流体軸受サイズを用いるが、７２００ＲＰＭモータは５４００ＲＰＭモータと同一またはより小さい軸受サイズを用いる。５４００ＲＰＭモータは予め定められた最適流体軸受隙間を用いるが、７２００ＲＰＭモータは５４００ＲＰＭモータよりも大きい軸受隙間を用いる。５４００ＲＰＭモータおよび７２００ＲＰＭモータは両方とも、流体軸受用の低粘度または中間粘度の油のいずれか一方を用いる。これらの設計の違いを用いて、異なる各速度について剛性性能および粘性損失を個別に最適化する。
【００５６】
図３Ｂは、本発明の実施例に従った、異なる定格回転速度で動作する２つの別個のモータの性能要件を満たすように最適化された本発明の構成要素特徴および油を示す代表図である。異なる定格速度を有する複数の製品で用いるモータを設計する際には、上述のようにコスト利点の最大限の可能性を達成するために、メモリ動作時に異なる回転速度で動作するさまざまな異なる回転定格ディスクドライブメモリデバイス製品と共に用いるすべての部品について共通性を最大化するか、または完全な共通性を有することが理想である。
【００５７】
図３Ａを図３Ｂと比較すると、異なる速度の製品について同一である本発明のモータ部品と、異なる速度の製品について異なるモータ部品を用いる現在の設計との違いが示される。示されるように、現在の７２００ＲＰＭモータは典型的に、現在の５４００ＲＰＭモータと比べて用いるステータ巻数が少ない。本発明の５４００ＲＰＭモータは、本発明の７２００ＲＰＭモータと同じ数のステータ巻線を用いる。さらに、５４００ＲＰＭまたは７２００ＲＰＭのいずれか一方で動作する本発明のモータは、両方の回転速度要件を最も良く満たすように最適化された流体軸受サイズおよび流体軸受隙間を用いる。さらに、５４００ＲＰＭまたは７２００ＲＰＭのいずれか一方で動作する本発明のモータは、低粘度軸受流体を用いるので、０℃／７２００ＲＰＭでの電圧マージンと２５℃／５４００ＲＰＭでの剛性とのトレードオフを両方の回転速度要件を満たすように最適化することができる。
【００５８】
２つの異なる定格速度製品同士の間の共通性の度合いを変えることによって、より大きなまたはより小さなコスト利点が実現され得る。本発明の設計を他の共通のディスクドライブシステム（すなわちヘッド、ヘッドスタックアセンブリ、ボイスコイルモータ、ディスクなど）と共に用いる場合、ファームウェアコード変更を用いてドライバ電子機器に特定のモータ（すなわち５４００ＲＰＭ標準ドライブまたは７２００ＲＰＭハイエンドドライブ）にアクセスするよう指示することによって、製造柔軟性およびコスト利点を提供することができる。
【００５９】
次に図４を参照して、現在の流体軸受モータディスクドライブメモリデバイスと共に用いられる３つの油、および本発明の実施例に従って用いられる低粘度油３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ジ−ｎ−ノナノエートについての、油粘度対温度挙動を示す表が示される。
【００６０】
現在のモータ設計で用いられる油は、高粘度デスクトップディスクドライブ油および２つの中間粘度ノート用ディスクドライブ油を含む。現在のデスクトップ油１は本発明の油
よりも粘度が高く、負荷がより大きく１２Ｖの電源で動作するより大きい３．５″デスクトップディスクドライブで典型的に用いられる。現在のノート用油２および３は中間の粘度レベルを有し、低温（すなわち０℃）と周囲温度（すなわち２５℃）との間での粘度変化がより小さいので、支持する負荷がより小さくディスクがより少なくて小さい、５Ｖのバッテリで動作するノート用ディスクドライブモータにより好適である。
【００６１】
全体的な粘度レベル（高、中、低など）および粘度対温度「平坦度」を含む油特性が本発明によって用いられる。これらの特性は典型的に、業界では粘度指数（ＶＩ）として公知のパラメータによって表わされる。
【００６２】
粘度指数は、２つの特定的な温度、すなわち４０℃および１００℃における油粘度に関する計算によって、油粘度の平坦度対温度を特性付ける。これは多くの業界において有用であるが、ハードディスクドライブおよび本発明の場合は、対象温度が約−１０℃から７０℃にも及ぶ。ディスクドライブモータの軸受および電磁設計を最適化するためには、重要な設計検討事項は、約−１０℃から０℃で生成される逆起電力電圧および駆動電流と、約２５℃から３５℃における駆動電流および軸受剛性とを含む。このため、油の粘度指数は、関連する温度範囲が異なるためあまり有用ではない。低温領域における油粘度の相対平坦度は、高温領域におけるその相対平坦度と関連性があるとは限らない。本発明の実施例では、粘度指数が１６０よりも小さい軸受流体が用いられる。
【００６３】
示されるように、複数の動作速度用の本発明のモータ設計は、現在の軸受油と比べて粘度が低く相対的により平坦な粘度対温度曲線を有する軸受油を用いる。ある実施例では、本発明は、本発明のモータが現在の別個のモータ設計の性能要件を満たすのに十分平坦な３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ジ−ｎ−ノナノエート基油を用いる。図４に示されるように、流体温度が−１０℃から７０℃の範囲内にある場合、軸受流体の粘度は６０センチポアズ（ｃＰ）から４ｃＰの範囲内にある。本明細書中で説明される粘度は、センチストーク（ｃＳｔ）で表わされる動粘度とは異なり、絶対粘度（ｃＰ）で表わされる。ある実施例では、軸受流体温度が−１０℃から７０℃である場合に７０ｃＰから４ｃＰの粘度を有する軸受流体が用いられる。代替的に、２５℃での流体粘度で除算される０℃での流体粘度によって計算される、粘度比が３．０よりも小さい軸受流体が用いられ得る。ある実施例では、粘度比が２．７９の油３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ジ−ｎ−ノナノエート基油が用いられる。
【００６４】
別の実施例では、本発明は、その開示内容が全体として引用によって本明細書中に援用される米国特許第５，９０７，４５６号に記載されているように、ポリオールエステル群の油の特定的な基油であって、本発明のモータが現在の別個のモータ設計の性能要件を満たすように０℃から２５℃の温度で粘度が低く十分平坦な油を用いる。具体的には、本発明の油によって、０℃と２５℃の間の、および５４００ＲＰＭと７２００ＲＰＭの間の軸受剛性および粘性損失トレードオフを、現在の別個のモータの駆動電流および剛性要件を複数の速度製品用の本発明のモータ設計によって満たすことができるように最適化することができる。
【００６５】
その開示内容が全体として引用によって本明細書中に援用される米国特許第５，９３０，０７５号に記載されているような混合油を含む、相対的に平坦な低粘度の他の油も本発明のモータによって用いられる。ある実施例では、軸受流体は、ジエステル、ポリオールエステル、ポリアルファオレフィン、パーフルオロポリエーテルおよび鉱物炭化水素からなるグループから選択される。さらに、示されるような３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ｎ−ノナノエート基油は、耐酸化性、耐摩耗性、および導電率向上添加物を含む添加物の組合せを用いて調合され得る。ある実施例では、本発明の軸受流体は、潤滑流体の酸化を減少させるのに有効な耐酸化性添加物、軸受対向面の摩耗を減少させるのに有効
な耐摩耗性添加物、対向面の腐食を減少させるのに有効な耐食性添加物、および導電率向上添加物を含む。ある実施例では、軸受流体の耐酸化性添加物は、アミン、フェノール、およびそれらの混合物からなるグループから選択される。軸受流体および添加物は、その開示内容が全体として引用によって本明細書中に援用される米国特許第５，９０７，４５６号にさらに記載されている。
【００６６】
ある実施例では、本発明の軸受流体はさらに、増加温度の関数として軸受流体の粘度低下速度を遅らせる少なくとも１つの添加物を含む。軸受流体の添加物は、その開示内容が全体として引用によって本明細書中に援用される米国特許第６，９５２，３２４号にさらに記載されている。ある実施例では、軸受流体の添加物は、ポリメチルアクリレート、ポリイソブテン、オレフィン共重合体、およびスチレン共重合体からなるグループから選択される重合体である。代替的に、軸受流体の添加物は短鎖アルコールエステルであり、濃度が潤滑流体の約１−５０容量％であり、分子量が約１，０００ダルトンから約１，０００，０００ダルトンの範囲内にある。
【００６７】
図５に示される表は、５４００ＲＰＭおよび７２００ＲＰＭに定格された現在の別個のモータベースのアセンブリ（ＭＢＡ）製品（５４００ＲＰＭモータについてのバー１、２、３、および７２００ＲＰＭモータについてのバー１、２、３）について０℃でサンプルされた駆動電流を、５４００ＲＰＭおよび７２００ＲＰＭにおける本発明の実施例の共通ロータ製品および共通モータ製品（５４００ＲＰＭモータについてのバー４、５、および７２００ＲＰＭモータについてのバー４、５）と比較したものを示す。「共通ロータ」とは、本明細書中では、１つのロータ設計が、メモリ動作時に異なる回転速度で動作するさまざまな異なる回転定格ディスクドライブメモリデバイス製品に用いられ得ることを意味する。「共通モータ」とは、本明細書中では、１つのモータ設計が、メモリ動作時に異なる回転速度で動作するさまざまな異なる回転定格ディスクドライブメモリデバイス製品に用いられ得ることを意味する。
【００６８】
ある実施例では、本発明は、たとえば５４００ＲＰＭの回転速度を有するディスクドライブメモリデバイス製品、または７２００ＲＰＭの回転速度を有するディスクドライブメモリデバイス製品のいずれか一方に組込まれ得る、単一の流体力学モータ設計を提供する。本明細書全体に亘って５４００ＲＰＭおよび７２００ＲＰＭのモータが言及されているが、ある実施例では、本発明のモータ設計は、３６００ＲＰＭ、４２００ＲＰＭ、５４００ＲＰＭ、５８００ＲＰＭ、５９００ＲＰＭ、７２００ＲＰＭ、１０，０００ＲＰＭおよび１５，０００ＲＰＭなどの他の回転速度ディスクドライブメモリデバイス製品、または３６００ＲＰＭから１５，０００ＲＰＭの速度を含む他の回転速度ディスクドライブメモリデバイス製品にも有効に組込まれ得る。また、本発明は流体軸受モータを参照して説明されるが、上述のような他のモータも本発明の実施例を利用することができる。これらのさまざまな回転速度は、読出または書込メモリ動作時のディスクドライブメモリデバイスの速度である。本発明では、ハイエンドの製品の専用製造ラインに関連する追加コストが大幅に削減されるので、単一の製造ラインが標準およびハイエンドの両方の製品を供給することができる。本発明は、典型的に２つの性能レベルで販売される２．５インチノート用製品、すなわち５４００ＲＰＭ標準性能製品および７２００ＲＰＭ高性能製品のコストを削減するのに特に有用である。ある実施例では、本発明は、標準性能またはハイエンド性能のディスクドライブのいずれか一方と共に用いるための複数の定格速度における剛性および電力要件を含む両製品のすべての動作要件を満たす。
【００６９】
図５に示されるように、本発明は、５４００ＲＰＭ製品または７２００ＲＰＭ製品のいずれか一方と共に用いられ得るモータ設計について異なるモータ共通性レベルを提供するため、さまざまなレベルのコストおよび利点が達成される。共通ロータおよび共通モータは本発明の設計である。５４００ＲＰＭモータには１−５の番号が付されている。５４０
０ＲＰＭモータ１−３は別個のモータベースアセンブリ（ＭＢＡ）を有する製品を表わし、ベースとは、ディスクドライブが装着されるディスクドライブベースである。「別個」とは、５４００ＲＰＭ設計が７２００ＲＰＭ設計とは異なることを意味する。
【００７０】
モータ２のバーグラフ（５４００ＲＰＭ）は、５４００ＲＰＭモータに従来用いられる隙間および巻線Ｋｔを有する従来のモータを表わす。同様に、モータ２のバーグラフ（７２００ＲＰＭ）は、７２００ＲＰＭモータに従来用いられる隙間および巻線Ｋｔを有する従来のモータを表わす。モータ３のバーグラフ（５４００ＲＰＭ）は、５４００ＲＰＭモータに従来用いられる隙間および巻線Ｋｔを有するが低粘度油を用いるモータを表わす。同様に、モータ３のバーグラフ（７２００ＲＰＭ）は、７２００ＲＰＭモータに従来用いられる隙間および巻線Ｋｔを有するが低粘度油を用いるモータを表わす。
【００７１】
次に、５４００ＲＰＭモータ４は共通ロータを有する製品を表わし、ロータは磁石を含む回転部品である。「共通ロータ」の場合、モータのすべての回転および軸受関連部品は共通である（すなわち、回転スリーブおよび軸受を封入するスリーブに装着されるキャップを含む）が、ベースおよびステータアセンブリは各速度製品に特有である。このため、ロータアセンブリ用の単一の製造ライン（モータベースアセンブリの複雑な箇所）が２つの異なる製品ラインの役割を果たすことができ、コスト上の利点が得られる。次に、５４００ＲＰＭモータ５は共通モータ（共通モータは最高の共通性レベルである）を有する製品を表わす。「共通モータ」の場合、静止部品は５４００ＲＰＭ回転速度および７２００ＲＰＭ回転速度について同一に構成され、回転部品は５４００ＲＰＭ回転速度および７２００ＲＰＭ回転速度について同一に構成され、軸受は５４００ＲＰＭ回転速度および７２００ＲＰＭ回転速度について同一に構成される。
【００７２】
同様に、７２００ＲＰＭモータには１−５の番号が付されている。７２００ＲＰＭモータ１−３は別個のモータベースアセンブリ（ＭＢＡ）を有する製品を表わし、ベースとは、ディスクドライブが装着されるディスクドライブベースである。「別個」とは、７２００ＲＰＭ設計が５４００ＲＰＭ設計とは異なることを意味する。次に、７２００ＲＰＭモータ４は共通ロータを有する製品を表わし、ロータは磁石を含む回転部品である。上述のように、「共通ロータ」の場合、モータのすべての回転および軸受関連部品は共通であるが、ベースおよびステータアセンブリは各速度製品に特有である。このため、ロータアセンブリ用の単一の製造ライン（モータベースアセンブリの複雑な箇所）が２つの異なる製品ラインの役割果たすことができ、コスト上の利点が得られる。次に、７２００ＲＰＭモータ５は共通モータ（共通モータは最高の共通性レベルである）を有する製品を表わす。「共通モータ」の場合、静止部品は５４００ＲＰＭ回転速度および７２００ＲＰＭ回転速度について同一に構成され、回転部品は５４００ＲＰＭ回転速度および７２００ＲＰＭ回転速度について同一に構成され、軸受は５４００ＲＰＭ回転速度および７２００ＲＰＭ回転速度について同一に構成される。
【００７３】
モータ１および２（先行技術）のバーグラフは、本発明のモータ４および５のいくつかの利点を示す。５４００ＲＰＭおよび７２００ＲＰＭモータ（先行技術）のモータ２のバーグラフは、それぞれの別個の回転速度製品に用いられるモータである。モータ１および２（７２００ＲＰＭ）は同一であるため、モータ１（７２００ＲＰＭ）のバーグラフはモータ２（７２００ＲＰＭ）と同じ駆動電流を有する。しかし、モータ２（７２００ＲＰＭ）を５４００ＲＰＭモータにそのまま用いると、モータバー１（５４００ＲＰＭ）では、（Ｋｔが７２００ＲＰＭ用に最適化されているため）駆動電流仕様限界を超え得る駆動電流がもたらされる。さらに、図５は、従来のモータ１および２よりも低い本発明のモータ４および５の駆動電流を示す。
【００７４】
本発明の流体軸受モータ設計は、単一の動作回転速度用に設計された従来の別個のモー
タの動作要件を満たしつつ、２つ以上の動作回転速度に適用可能である。流体軸受の最適化を行なって、電力と剛性との所望のトレードオフを決定する。設計上の検討事項は、軸受粘性損失の最小化およびモータトルク定数の最大化に起因する最小駆動電流を含む。ある実施例では、５４００ＲＰＭモータおよび７２００ＲＰＭモータの動作要件を満たす流体軸受モータに関して、本発明は以下の設計方法を用いる。温度変化に対する軸受感度が低減する。
【００７５】
周囲温度（２５℃）において、軸受隙間および軸受サイズが、５４００ＲＰＭモータの動作振動条件下で必要な動作剛性を満たすように構成される。なぜなら、剛性は回転速度の低下と共に低くなるからである。軸受剛性は、衝撃事象または他の振動を引き起こす原因に起因するベースの振動に対するモータ応答を最小化するように最適化される。応答運動によって読出／書込ヘッドが動き、場合によっては「オフトラック（off track）」状
態になる。運動が大きい場合、ヘッドはディスクデータトラックを追跡することができず、ディスクに対する読出または書込ができないことがある。ヘッドを動かすサーボシステムは低周波数振動により容易に応答し得るため、この「オフトラック」運動の感度は高周波数で増大する。したがって、軸受剛性を、多数の異なる対象周波数区域について（すなわち構造共鳴の周りで）調整することができる。ある例では、軸受剛性は、約２５℃から約７０℃の軸受油温度で調整される。軸受隙間は、２つの相対的に回転可能な対向面同士の間のジャーナルの径方向の隙間である。軸受隙間は典型的に約１．５から６μｍであり、また約２．１から３．５μｍである。軸受サイズは、シャフト直径（すなわち１．８ｍｍから５ｍｍ）およびモータの軸高さに依存する。５ｍｍから２５ｍｍのディスクドライブ高さは、ディスクパックサイズに依存して広範な軸受長さを有し得る。ノート用モータは典型的に、シャフト直径が約２．５から３．０ｍｍであり、軸受長さが約１．５から３ｍｍ（上部ジャーナルと下部ジャーナルの合計）である。スラスト軸受サイズも剛性に影響を与え得る。
【００７６】
軸受剛性は典型的に温度が上がるにつれて減少するが、軸受剛性は典型的に温度が下がるにつれて増大する。温度が下がるにつれて、軸受油粘度は高くなり、軸受の剛性は増大する。したがって、図４に示される本発明の油のように、平坦な粘度対温度挙動（「平坦油」）を有する軸受流体が選択される。これによって、周囲温度（約２５℃）と低温状況（典型的に約０℃）との間の粘性損失の増加が小さくなる。ある実施例では、ヘッドルーム電圧が０℃で計算される。この温度では、３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ジ−ｎ−ノナノエート軸受油は最も低い粘度を示し、Ｋｔ、電圧、および駆動電流などの要因を考慮すると向上したモータ設計を提供する。
【００７７】
代替的に、または「平坦油」の使用に加えて、本発明は、軸受温度変化を軸受に面する熱補償材料で補償する。熱補償材料は、異なる熱膨張係数を有する材料によって提供される。材料同士の間に位置する軸受隙間は、軸受温度が下がるにつれて大きくなる。一方の表面（すなわちシャフト）の例示的な材料は、アルミニウム、真鍮、青銅、プラスチック、銅をベースとする焼結金属、およびグラファイトフィラーを有するポリイミドを含み、対向面（すなわちスリーブ）の例示的な材料は、ステンレス鋼、４００系ステンレス鋼、鉄をベースとする焼結金属、セラミック、炭化物、および窒化物を含む。
【００７８】
温度に対する粘性トルク損失は、軸受システム抗力形状によって表わされる。軸受抗力形状は、「平坦油」および異なる熱膨張係数を有する熱補償材料部品などの本明細書中に説明される手段を含むさまざまな手段によって影響され得る。粘性トルク損失が速度で乗算されると、電力が決定される。抗力は回転トルクであり、軸受流体粘度、ドライブの回転速度、軸受直径などを含む要因に起因し得る。トルクおよび電力は両方とも、流体粘度に正比例する。
【００７９】
軸受寸法および粘性損失が最適化されると、７２００ＲＰＭ動作用のステータ巻線は、電圧マージンがモータをより高い定格７２００ＲＰＭ回転速度（対５４００ＲＰＭ）で回転させることができるように適切であることを確実にするように設計される。電圧マージンは業界では「ヘッドルーム電圧」としても公知である。モータによって生成される電圧（逆起電力電圧）とモータおよびドライブ回路抵抗器の両端で測定される電圧とを足した電圧は、ソース電圧（すなわちモータへのバッテリまたは電力供給）を超えてはならない。これは、Ｒで乗算される式Ｖｓｏｕｒｃｅ＞Ｖｅｍｆ＋Ｉで表わすことができる。「Ｖｓｏｕｒｃｅ」はソース電圧を表わし、「Ｖｅｍｆ」は逆起電力電圧を表わし、「Ｉ」は駆動電流（アンプ）を表わし、「Ｒ」はモータおよびドライブ回路抵抗（オーム）を表わす。駆動電流は、モータを回転させるためにドライバ電子機器から巻線コイルに供給される電流である。駆動電流は電力損失を減らすために最小化され、典型的に５４００ＲＰＭモータの駆動電流よりも７２００ＲＰＭモータの駆動電流の方が大きい。ある例では、駆動電流は約−１０℃から約０℃および約２５℃から約３５℃の軸受油温度で最小化される。ディスクドライブソース電圧は典型的に薄型ディスクドライブでは３．３Ｖであり、ノート用ドライブでは５Ｖであり、または３．５インチディスクドライブでは１２Ｖであるが、如何なるソース電圧も可能である。ある例では、逆起電力電圧は、約−１０℃から約０℃の軸受油温度に対して適合される。
【００８０】
７２００ＲＰＭモータのモータトルク定数（Ｋｔ）は、約０．４５ｏｚ−ｉｎ（オンス−インチ）／Ａから０．７５ｏｚ−ｉｎ／Ａである。５４００ＲＰＭモータのモータトルク定数（Ｋｔ）は、約０．７ｏｚ−ｉｎ／Ａから１．０ｏｚ−ｉｎ／Ａよりも高い。Ｋｔは、単位に応じてモータ電圧定数（Ｋｅ）としても表わすことができる。ある実施例（すなわち共通ロータ設計）では、Ｋｔを駆動電流を減少させるために最大化される。Ｋｔは、モータによって生成されるトルクの増大などの他の理由でも最大化され得、この増大によってモータの立上がりが早くなり、準備時間が短くなり、電気遮断して立下がるのが早くなり、またはヘッドを待機させる際に用いる立下り時に生成される電流が大きくなる（ディスクドライブ電力供給が突然遮断された場合など）。Ｋｔの調節方法は多数あり、たとえば磁石材料、磁化強度、ステータ積層体の数、ステータ直径、およびステータ巻線数の変更などがある。
【００８１】
７２００ＲＰＭモータについての仕様要件が満たされると、共通モータは上述の方法を用いて、次に５４００ＲＰＭモータについての仕様要件（すなわち駆動電流制限）を満たす。ある実施例では、ヘッドルーム電圧マージンが低温開始条件（典型的に０℃）について７２００ＲＰＭで最小化される。したがってＫｔが最大化され得、これによって５４００ＲＰＭ動作での駆動電流が小さくなる。共通ロータの場合、５４００ＲＰＭ流体軸受モータは、５４００ＲＰＭ回転速度で動作するモータの最大トルク定数以下の最大トルク定数を有する。共通モータの場合、５４００ＲＰＭ流体軸受モータは、７２００ＲＰＭ回転速度で動作するモータの最大トルク定数以下の最大トルク定数を有する。モータＫｔおよび温度変化に対する軸受の感度減少に関連した付加的な粘性損失マージンを増大する能力によって、結果的に得られるモータの駆動電流は、動作温度およびメモリ動作時に異なる回転動作で動作するさまざまなディスクドライブメモリデバイス製品について低くなる。
【００８２】
本発明の思想および範囲内で、開示された実施例に修正および変更が加えられ得る。上述の実現例および他の実現例は以下の請求項の範囲内にある。
【図１】
2014030344.tif 000003
【図２】
2014030344.tif 000004
【図３Ａ】
2014030344.tif 000005
【図３Ｂ】
2014030344.tif 000006
【図４】
2014030344.tif 000007
【図５】
2014030344.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月21日(2013.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部品を備え、前記静止部品は第１のステータまたは第２のステータを含み、前記第１のステータは前記第２のステータよりも巻線数が多く、さらに、
回転部品を備え、
前記静止部品および前記回転部品は、相対的に回転するよう位置決めされ、
前記静止部品および前記回転部品は、いずれのステータとも動作するように構成され、さらに、
前記静止部品および前記回転部品によって規定される流体軸受を備える、装置。
【請求項２】
前記流体軸受は、３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ジ−ｎ−ノナノエートである流体を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流体軸受の構成は、前記第１のステータおよび前記第２のステータとともに動作可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記流体軸受は、前記第１のステータおよび前記第２のステータとともに動作可能な温度範囲内の軸受剛性を維持する流体粘度指数を有する流体を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記流体粘度指数は１６０未満である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記温度範囲は０℃〜２５℃である、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のステータは、前記回転部品を３６００毎分回転数（ＲＰＭ）〜５８００ＲＰＭの範囲で回転させるように構成され、
前記第２のステータは、前記回転部品を７２００ＲＰＭ〜１５，０００ＲＰＭの範囲で回転させるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
静止部品を備え、前記静止部品は第１の装置または第２の装置を含み、さらに、
回転部品を備え、
前記静止部品および前記回転部品は、相対的に回転するよう位置決めされ、
前記静止部品および前記回転部品は、第１の速度で前記第１の装置と、第２の速度で前記第２の装置と相対的に回転するように構成され、さらに、
前記静止部品および前記回転部品によって規定される流体軸受を備える、装置。
【請求項９】
前記第１の速度は５４００毎分回転数（ＲＰＭ）であり、
前記第２の速度は７２００ＲＰＭである、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の装置および前記第２の装置はステータである、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記流体軸受は、３−メチル−１，５−ペンタンジオール−ジ−ｎ−ノナノエートである流体を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記流体軸受は、−１０℃〜７０℃である流体の温度に応じて粘度が６０センチポアズ（ｃＰ）〜４ｃＰの流体を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記流体軸受の構成は、前記第１の装置および前記第２の装置とともに動作可能である、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記流体軸受の構成は、前記第１の装置および前記第２の装置とともに動作可能な剛性を提供するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
第１のステータまたは第２のステータを含む静止部品と、
回転部品とを備え、
前記静止部品および前記回転部品は、第１の速度で前記第１のステータと、第２の速度で前記第２のステータと相対的に回転するように構成され、
前記静止部品および前記回転部品は、前記第１の速度および前記第２の速度で読出および書込メモリ動作を行う装置とともに動作するように構成される、装置。
【請求項１６】
前記第１の速度は５４００毎分回転数（ＲＰＭ）であり、
前記第２の速度は７２００ＲＰＭである、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の速度および前記第２の速度は、３６００ＲＰＭ〜１５，０００ＲＰＭの範囲内にある、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記静止部品および前記回転部品によって規定される流体軸受をさらに備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
前記静止部品および前記回転部品によって規定される流体軸受をさらに備え、前記流体軸受の構成は、前記第１のステータおよび前記第２のステータとともに動作可能である、請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１のステータおよび前記第２のステータに駆動電流を与えるように構成された電気装置をさらに備え、前記駆動電流は０℃で０ｍＡ〜１５０ｍＡである、請求項１５に記載の装置。