(57)【要約】本発明は、流体力学ベアリングの分野に関する。特に、本発明は、高速スピンドル・モータ・アセンブリの流体力学ベアリングに使用する流体の２次流体リザーバを提供する。特に、本発明は、ディスク・ドライブの流体力学アセンブリで、中心環状開口と、底部、頂部および中央部と、頂部から中央部へと外側に傾斜する上壁と、上壁に合わせて底部から中央部へと外側に傾斜する下壁とを有する環状ベアリング・コーン（５０６）と、環状ベアリング・コーンに隣接するベアリング・スリーブ（５０４）と、ベアリング・スリーブに突き当たり、環状ベアリング・コーンに隣接する遮蔽シール部材（５０２）と、環状ベアリング・コーンの上にある環状遮蔽部材（５２２）と、環状ベアリング・コーン（５０６）と遮蔽シール部材（５０２）との間にある第１流体リザーバと、環状ベアリング・コーン（５０６）と環状遮蔽部材（５２２）との間にある第２流体リザーバと、第１流体リザーバと第２流体リザーバとの間にある毛管路手段（５１３）とを有する流体力学ベアリング・アセンブリに関する。
2005530974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク・ドライブの流体力学ベアリングの環状ベアリング・コーンで、
−底部、頂部および中央部と、
−中心環状開口と、
−頂部から中央部へと外側に傾斜した上壁と、
−上壁に合わせて底部から中央部へと外側に傾斜した下壁と、
−上壁の概ね軸方向の性質である溝とを有する環状ベアリング・コーン。
【請求項２】
さらに、中心環状開口と連絡する少なくとも１つの再循環穴を有する、請求項１に記載の環状ベアリング・コーン。
【請求項３】
さらに、中心環状開口の壁と、中心環状開口の壁上で再循環穴と頂部との間にあって概ね軸方向の性質である溝とを有する、請求項２に記載の環状ベアリング・コーン。
【請求項４】
頂部が概ね平坦な領域を有する、請求項１に記載の流体環状ベアリング・コーン。
【請求項５】
底部が概ね平坦な領域を有する、請求項１に記載の流体環状ベアリング・コーン。
【請求項６】
流体力学ベアリング・アセンブリで、
−請求項１に記載の環状ベアリング・コーンと、
−環状ベアリング・コーンに隣接するベアリング・スリーブと、
−ベアリング・スリーブに突き当たり、環状ベアリング・コーンに隣接する遮蔽シール部材と、
−環状ベアリング・コーンの上にある環状遮蔽部材と、
−環状ベアリング・コーンと遮蔽シール部材との間にある第１流体リザーバと、
−環状ベアリング・コーンと環状遮蔽部材との間にある第２流体リザーバとを有する流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項７】
さらに、環状ベアリング・コーンの中心環状開口と連絡する少なくとも１つの再循環穴を環状ベアリング・コーン内に有する、請求項６に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項８】
さらに、中心環状開口の壁と、中心環状開口の壁上で再循環穴と環状力学ベアリング・アセンブリの頂部との間にあって概ね軸方向の性質である溝とを有する、請求項７に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項９】
環状ベアリング・コーンの頂部が平坦な領域を有する、請求項６に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項１０】
環状ベアリング・コーンの底部が平坦な領域を有する、請求項６に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項１１】
流体力学ベアリング・アセンブリで、
−中心環状開口と、底部、頂部および中央部と、頂部から中央部へと外側に傾斜する上壁と、上壁に合わせて底部から中央部へと外側に傾斜する下壁とを含む環状ベアリングコーンと、
−環状ベアリング・コーンに隣接するベアリング・スリーブと、
−ベアリング・スリーブに突き当たり、環状ベアリング・コーンに隣接する遮蔽シール部材と、
−環状ベアリング・コーンの上にある環状遮蔽部材と、
−環状ベアリング・コーンと遮蔽シール部材との間にある第１流体リザーバと、
−環状ベアリング・コーンと環状遮蔽部材との間にある第２流体リザーバとを有する流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項１２】
さらに、環状ベアリング・コーンの中心環状開口と連絡する少なくとも１つの再循環穴を環状ベアリング・コーン内に有する、請求項１１に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項１３】
さらに、中心環状開口の壁と、中心環状開口の壁上で再循環穴と環状流体力学ベアリング・アセンブリの頂部との間にあって概ね軸方向の性質である溝とを有する、請求項１２に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項１４】
さらに、環状ベアリング・コーンの上壁に概ね軸方向の性質である溝を有する、請求項１１に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項１５】
環状ベアリング・コーンの頂部が平坦な領域を有する、請求項１１に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項１６】
流体力学ベアリング・アセンブリで、
−中心環状開口と、底部、頂部および中央部と、頂部から中央部へと外側に傾斜する上壁と、上壁に合わせて底部から中央部へと外側に傾斜する下壁とを有する環状ベアリング・コーンと、
−環状ベアリング・コーンに隣接するベアリング・スリーブと、
−ベアリング・スリーブに突き当たり、環状ベアリング・コーンに隣接する遮蔽シール部材と、
−環状ベアリング・コーンの上にある環状遮蔽部材と、
−環状ベアリング・コーンと遮蔽シール部材との間にある第１流体リザーバと、
−環状ベアリング・コーンと環状遮蔽部材との間にある第２流体リザーバと、
−第１流体リザーバと第２流体リザーバとの間にある毛管路手段とを有する流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項１７】
さらに、環状ベアリング・コーンの中心環状開口と連絡する少なくとも１つの再循環穴を環状ベアリング・コーン内に有する、請求項１６に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項１８】
さらに、中心環状開口の壁と、中心環状開口の壁上で再循環穴と環状力学ベアリング・アセンブリの頂部との間にある毛管路手段とを有する、請求項１７に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項１９】
環状ベアリング・コーンの頂部が平坦な領域を有する、請求項１６に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【請求項２０】
環状ベアリング・コーンの底部が平坦な領域を有する、請求項１６に記載の流体力学ベアリング・アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２００２年６月２１日出願で、「ＦＤＢ  Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｃａｐｉｌｌａｒｙ  Ｓｅａｌ  Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ」と題され、Ｒｏｂｅｒｔ  Ａ．Ｎｏｔｔｈｉｎｇｈａｍ、Ｎｏｒｂｅｒｔ  Ｓ．Ｐａｒｓｏｎｅａｕｌｔ、Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ａ．ＬｅＢｌａｎｃおよびＴｒｏｙ  Ｍ．Ｈｅｒｎｄｏｎが発明し、本出願の譲渡人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれた暫定特許出願第６０／３９０，３８８号に対する優先権を主張する。
【０００２】
本発明はコンピュータのディスク・ドライブの分野に、特に流体力学ベアリングを有するディスク・ドライブの分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
ディスク・ドライブのメモリ・システムは、ディジタル情報を記憶するために長年コンピュータで使用されている。情報は、磁気ディスク媒体の同心円トラック上に記録され、実際の情報は、媒体内の順方向磁気転移部に記憶される。ディスク自体は、スピンドル上に回転自在に装着する。情報は、回転するディスクの表面上で半径方向に移動する旋回アームに配置された読み書き変換器でアクセスする。読み書きヘッドまたは変換器は、情報の適切な読み書きを保証するために、ディスク上の記憶トラックと正確に位置合わせしなければならない。
【０００４】
動作中、ディスクは、一般的にハブの内側またはディスクの下側に配置されている電気モータを使用して、閉じたハウジング内にて非常に高速で回転する。このようなスピンドル・モータは、ハブの中心に配置されたモータ・シャフトへと２つのボール・ベアリング・システムによって装着したスピンドルを有してよい。ベアリング・システムは隔置され、一方はスピンドルの頂部付近に配置されて、他方は離れて隔置される。これらのベアリングによってシャフトの周囲にスピンドルまたはハブを支持することができ、スピンドルとシャフトの正確な位置合わせを維持しながら、シャフトとスピンドルまたはハブとの安定した回転相対運動が可能になる。ベアリング自体は通常、高度に精製されたグリースまたは油によって潤滑される。
【０００５】
上述した従来のボール・ベアリング・システムには、往々にして幾つかの欠点がある。第１は、ベアリングの軌道上で回転するボールによって生成される振動の問題である。これは、ベアリング油またはグリースで潤滑しているにもかかわらず、一般的に軌道とボールとの間の物理的接触を保証する状態の一つである。微視的に不均一または粗い軌道上を走行するベアリング・ボールは、粗い表面構造によって誘発された振動を回転するディスクへと伝達する。このような振動の結果、データ・トラックと読み書き変換器との間に位置合わせ不良が生じて、データ・トラックの密度およびディスク・ドライブ・システムの全体的性能を制限してしまう。さらに、機械的ベアリングは、常に小型化できるとは限らない。ディスク・ドライブ産業は、ディスク・ドライブ・ユニットの物理的寸法を縮小させる傾向があるので、これは重大な欠点である。
【０００６】
従来のボール・ベアリング・スピンドル・システムの代替物として、流体力学ベアリング（ＦＤＢ）の開発に集中して、多大な努力が払われてきた。これらのタイプのシステムでは、気体または液体の潤滑流体が、シャフトとスリーブまたはハブとの間の実際のベアリング表面として機能する。このような流体力学ベアリングでは、油を含む液体潤滑剤、より複雑な流体、または他の潤滑剤が使用されている。
【０００７】
このような流体の使用に人気があるのは、ボール・ベアリング・システムの機械的接触によって引き起こされる振動を解消し、流体力学ベアリングをさらに小型化できるからである。１枚プレートＦＤＢなどの設計では、スリーブのような他の構成要素に対するスピンドル／シャフト・アセンブリの軸方向位置を維持するために、通常は２つのスラスト表面を使用する。
【０００８】
流体力学ベアリング・システムでは流体の体積、位置および完全性を維持することが基本であるのは明白である。したがって、シールの追加、ベアリング形状の様々な設計、使用すべき特定の流体など、このようなシステムのほぼ全ての構成要素に対して、改善がされてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、流体力学ベアリング・システムの流体の体積、位置および完全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を保証することが、当技術分野の関心である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、流体力学ベアリング・アセンブリの流体の体積および完全性を維持する流体リザーバを提供するものである。以上およびその他の目的および利点は、流体力学ベアリング設計内でベアリングとベアリング・スリーブまたはシール部材などの隣接構成要素との間に２次リザーバを設けることによって達成される。
【００１１】
特に、本発明はディスク・ドライブの流体力学ベアリングの環状ベアリング・コーンで、底部、頂部および中央部、中心環状開口、頂部から中央部へと外方向に傾斜した上壁、上壁に合わせて底部から中央部へと外方向に傾斜する下壁、および環状ベアリング・コーンの上壁の軸方向溝を有するベアリング・コーンを提供する。環状コーンは、中心環状開口と連絡する少なくとも１つの再循環穴も有してよく、中心環状開口の壁には再循環穴とベアリング・コーンの頂部との間に軸方向の溝がある。
【００１２】
本発明をさらに十分に理解するために、以下の詳細な説明では添付図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に本発明の例示的実施形態を詳細に参照し、その例を添付図面で示す。本発明をこれらの実施形態について説明するが、記載された実施形態は本発明を独占的かつ特定的にこれらの実施形態にのみに、または例示されたディスク・ドライブでの独占的な使用に制限するものではないことを理解されたい。反対に、本発明は、請求の範囲によって定義されるような本発明の精神および範囲に含まれるような代替物、変形および同等物も含むものとする。さらに、ハード・ディスク・ドライブおよびスピンドル・モータは両方とも、当業者によく知られている。当業者が請求の範囲にある本発明を実践できるようにする一方、混乱を避けるために、本明細書は、既知の品目に関してこのような細部は省略する。本発明の実施形態は、流体力学ベアリング・システムの流体の体積および完全性を維持するものとする。
【００１４】
図１は、本発明を使用することができる磁気ディスク・ドライブの例を示す。情報を記録する複数の同心円トラックを有する少なくとも１枚の磁気ディスク５を、スピンドル７に装着する。スピンドルは、中心軸線の周囲で回転するようにスピンドル支持シャフト６に装着する。モータによってディスクが回転するにつれ、アクチュエータ端部４の端部に装着した変換器８が、旋回軸線３の周囲で回転している音声コイル・モータ２によって選択的に位置決めされ、変換器８がディスク５の表面上でトラックからトラックへと移動する。ディスク・ドライブの諸要素は、通常は汚染防止のために密封されているハウジング９内でベース１に装着する（ハウジング９の頂部またはカバーは図示せず）。ディスク５をスピンドル７に装着する。
【００１５】
図２および図３は、図１で識別されたスピンドルの一部であるベアリング・カートリッジ２６の例示的設計を示す。ベアリング・カートリッジ２６はスピンドル・ハブ・アセンブリ２７を支持し、これは裏鉄２８（ｂａｃｋｉｒｏｎ）およびカバー２９で構成される。ベアリング・カートリッジ２６は中心スピンドル・シャフト３０を含み、これはベース１２にねじで固定された底部装着フランジ３１内に圧入することができる。ベアリング・カートリッジ２６は、上部ベアリング・スリーブ３２および下部ベアリング・スリーブ３３も含む。上部ベアリング・スリーブ３２および下部ベアリング・スリーブ３３は両方とも、円錐形ベアリング表面３４を含む。ベアリング表面３４は１対のベアリング・コーン３５および３６と係合する。
【００１６】
ベアリング・カートリッジ２６は、上部および下部シール・コーン３７および３８、シールＯリング３９および４０、および遮蔽シール４１および４２も含む。シール・コーン３７および３８をスピンドル・シャフト３０上に圧入し、遮蔽シール４１および４２をベアリング・スリーブ３２および３３上に圧入する。スピンドル・モータは、クリップ４４および裏鉄２８に固定した磁石４５によってスピンドル・シャフト３０の周囲に固定された固定子巻線４３を含む。
【００１７】
電気コネクタ・アセンブリ４７は、スピンドル・シャフト３０の下端内に装着され、モータの電気巻線に接続した電気リード線を含む。コネクタ・アセンブリ４７はコネクタ・ピン４８も含み、これは電源からのコネクタを受ける。
【００１８】
図４は、本発明のリザーバ・システムの実施形態を示す。図４は、シャフト５００、遮蔽シール部材５０２、ベアリング・スリーブ５０４、ベアリング・コーン５０６、および遮蔽シール部材５０２の充填穴５２０を示す。
【００１９】
流体リザーバＡを５１０で示す。リザーバＡは、ベアリング・コーン５０６と遮蔽シール部材５０２の間、およびベアリング・コーン５０６とベアリング・スリーブ５０４との間に流体を提供する。第２リザーバ、つまりリザーバＢが５１４で図示され、リザーバＡ５１０とリザーバＢ５１４との間の毛管路を生成する通路５１２によって、リザーバＡと接続される。１つの実施形態では、ベアリング・コーン５０６の側部を下る１本または複数の軸方向溝５１３があってよい。軸方向溝５１３が存在する場合、これはリザーバＡ５１０からリザーバＢ５１４への通路５１２内でコーン５０６に沿った長手方向の切り欠き部または掻き傷でよい。このような長手方向の掻き傷または溝５１３は、リザーバ間の流体の流れを促進するために通路５１２が毛管路を提供する能力を強化する。
【００２０】
流体は、充填穴５２０を通してシステムに加えることができる。流体をシステムに加える場合は、リザーバＡとＢの両方に流体を充填する。最初は、環状シール部材５２２とベアリング・コーン５０６との間のリザーバＢ５１４用の空隙が、ベアリング・コーン５０６と遮蔽シールド部材５０２との間のリザーバＡ用の空隙より狭い。毛管作用は、流体を最初にリザーバＢ５１４へと引き入れるような作用である。
【００２１】
しかし、リザーバＡ５１０が空になり、リザーバＢ５１４を充填すると、ベアリング・コーン５０６と遮蔽シールド部材５０２との間のリザーバＡ５１０用の空隙が、環状シールド部材５０２とベアリング・コーン５０６との間のリザーバＢ用の空隙より小さくなる（つまり、リザーバＡのメニスカス幅がリザーバＢのメニスカス幅より小さくなる）。ここで、毛管作用は、流体がリザーバＢからリザーバＡへと通路５１２を介して移動するよう作用する。５１０のリザーバＡおよびリザーバＢ５１４の空隙およびメニスカス・サイズは、各リザーバの充填レベルに応じて変化可能である。リザーバＡおよびＢのレベルが十分であり、十分なままである場合は、リザーバＢからＡへ、またはＡからＢへの流体の正味運動はない。リザーバＡのメニスカス幅がリザーバＢのそれより小さくなると、リザーバＢからリザーバＡへの流体の正味運動がある。
【００２２】
図４の実施形態は、スリーブ５０４と突き当たる遮蔽シール部材５０２がベアリング・コーン５０６に隣接してリザーバＡを形成し、環状シール５２２がベアリング・コーン５０６に隣接してリザーバＢを形成することを示す。この実施形態の代替実施形態は、単純に、３つの要素全部、つまりベアリング・スリーブ、遮蔽シール部材および環状シール、またはこれら３つの要素のうち２つの目的を果たすような方法で、ベアリング・スリーブを形成することでよい。基本的に、本発明はベアリング・コーン５０６に隣接してリザーバＡおよびＢおよび通路５１２を形成する構造を必要としているだけであり、本発明は、特定の構造または諸構造のセットに制限されるものではないことに、当業者は留意されたい。
【００２３】
本発明の別の態様を図４で示す。再循環穴５１８の断面図を示す。再循環穴５１８は、流体力学ベアリングの例示的な流体再分配システムの構造的要素である。このような再循環穴は、システム全体への流体の分配が均等であることを保証するため、流体力学ベアリング・システムでは一般的なものである。この場合、リザーバＢ５１４は、通路５１６によって再循環穴５１８に接続される。通路５１６は、ベアリング・コーン５０６の外側にある軸方向の溝５１３と同様の軸方向溝も自身上に有する。通路５１６は、再循環穴５１８からリザーバＢへの毛管路を提供する。毛管路５１６は、リザーバＡ５１０とリザーバＢ５１４の間の通路５１２に加えて、またはそれの代替品として使用することができる。したがって、流体をリザーバＢ５１４からリザーバＡ５１０へと移送するために通路５１２および任意選択の軸方向溝５１３を使用するのではなく、リザーバＢ５１４と再循環穴５１８との間の通路５１６を使用して、リザーバＢから流体を除去することができる。
【００２４】
本発明の他の特徴および利点は、当業者が好ましい実施形態に関する以下の開示を調べると明白になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を使用することができる磁気ディスク・ドライブの例を示す。
【図２】流体力学ベアリング・カートリッジの垂直断面図である。
【図３】図２の流体力学ベアリング・カートリッジの組立分解図である。
【図４】本発明のリザーバ・システムの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2005530974.tif 000007
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