(57)【要約】ディスク・ドライブ記憶システムは、中心軸線を有するハウジングと、ハウジングに対して固定され、中心軸線と同軸である静止部材と、中心軸線の周囲で静止部材に対して回転可能である回転式部材とを含む。ハイドロ軸受けは、静止部材と回転式部材とを相互接続し、潤滑流体を含み、これは基剤流体と、潤滑流体中で気泡形成の傾向を低下させる添加剤とを有する。
2005527743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線を有するハウジングと、
ハウジングに対して固定され、中心軸線と同軸である静止部材と、
ハウジングに対して固定したステータと、
中心軸線の周囲で静止部材に対して回転可能な回転式部材と、
回転式部材に支持され、磁気でステータに結合されたロータと、
回転式部材に取り付けられ、それと同軸である少なくとも１つのデータ記憶ディスクと、
ディスクと連絡するためにデータ記憶ディスクの近傍でヘッドを支持するアクチュエータと、
静止部材と回転式部材とを相互接続し、基剤流体および添加剤を含む潤滑流体によって分離され、潤滑流体中で気泡形成の傾向を低下させる作業表面を有するハイドロ軸受けとを備えるディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項２】
添加剤が、基剤流体の表面張力を低下させる、請求項１に記載のディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項３】
潤滑流体の表面張力が、室温で１２から３５ダイン／ｃｍである、請求項２に記載のディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項４】
添加剤が、ポリシロキサン、ポリアクリレート、有機共重合体およびパーフルオロポリエーテルで構成されたグループから選択される、請求項３に記載のディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項５】
添加剤が、ＦＯＭＢＬＩＮ  Ｚ−ＤＯＬ、ＦＯＭＢＬＩＮ  ＡＭ−２０００およびＶＡＮＬＵＢＥ  ＤＦ−２８３のグループから選択される、請求項４に記載のディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項６】
添加剤が体積で潤滑流体の０．０２％から０．５％である、請求項２に記載のディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項７】
潤滑流体が、大気圧より低い圧力を有する環境で保存される、請求項１に記載のディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項８】
圧力が１から７５０トルである、請求項７に記載のディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項９】
中心軸線を有するハウジングと、
ハウジングに対して固定され、中心軸線と同軸である静止部材と、
ハウジングに対して固定したステータと、
中心軸線の周囲で静止部材に対して回転可能な回転式部材と、
回転式部材に支持され、磁気でステータに結合されたロータと、
静止部材と回転式部材とを相互接続し、基剤流体および添加剤を含む潤滑流体によって分離され、潤滑流体中で気泡形成の傾向を低下させる作業表面を有するハイドロ軸受けとを備えるモータ。
【請求項１０】
添加剤が、基剤流体の表面張力を低下させる、請求項９に記載のモータ。
【請求項１１】
潤滑流体の表面張力が、室温で１２から３５ダイン／ｃｍである、請求項１０に記載のモータ。
【請求項１２】
添加剤が、ポリシロキサン、ポリアクリレート、有機共重合体およびパーフルオロポリエーテルで構成されたグループから選択される、請求項１１に記載のモータ。
【請求項１３】
添加剤が、ＦＯＭＢＬＩＮ  Ｚ−ＤＯＬ、ＦＯＭＢＬＩＮ  ＡＭ−２０００およびＶＡＮＬＵＢＥ  ＤＦ−２８３のグループから選択される、請求項１２に記載のモータ。
【請求項１４】
添加剤が体積で潤滑流体の０．０２％から０．５％である、請求項１０に記載のモータ。
【請求項１５】
潤滑流体が、大気圧より低い圧力を有する環境で保存される、請求項９に記載のモータ。
【請求項１６】
圧力が１から７５０トルである、請求項１５に記載のモータ。
【請求項１７】
中心軸線を有するハウジングと、
ハウジングに対して固定され、中心軸線と同軸である静止部材と、
ハウジングに対して固定したステータと、
中心軸線の周囲で静止部材に対して回転可能な回転式部材と、
回転式部材に支持され、磁気でステータに結合されたロータと、
静止部材と回転式部材とを相互接続し、潤滑流体によって分離された作業表面を有するハイドロ軸受けと、
潤滑流体中で気泡形成の傾向を低下させる手段とを備えるモータ。
【請求項１８】
気泡形成の傾向を低下させる手段が、潤滑流体の基剤流体に対して、基剤流体の表面張力を低下させる添加剤である、請求項７に記載のモータ。
【請求項１９】
潤滑流体の表面張力が、室温で１２から３５ダイン／ｃｍである、請求項１８に記載のモータ。
【請求項２０】
添加剤が体積で潤滑流体の０．０２％から０．５％である、請求項１８に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、参照により本明細書に組み込まれる２００１年１１月８日出願の米国暫定特許出願第６０／３３８，２１６号に対する優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、ディスク・ドライブ・データ記憶装置の流体力学的軸受けスピンドル・モータの分野に、特に気泡形成傾向の低下を呈する潤滑剤を有するモータに関する。
【背景技術】
【０００３】
「ウィンチェスタ」タイプのディスク・ドライブとして知られるディスク・ドライブ・データ記憶装置は、当技術分野でよく知られている。ウィンチェスタ・ディスク・ドライブでは、ディジタル・データを、回転するディスクの表面にある磁化可能な材料の薄い層に書き込み、そこから読み取る。読み書き操作は、スライダ本体内に担持されたトランスデューサを通して実行される。スライダとトランスデューサとは、集合的にヘッドと呼ばれることがあり、通常は１つのヘッドに各ディスク表面が付随する。ヘッドは、電子回路の制御下で、ディスク表面にある複数の円形同心円データ・トラックのいずれか１つへとアクチュエータ装置によって選択的に動作する。各スライダ本体は、自動空気支承表面を含む。ディスクが回転すると、ディスクは空気支承表面の下の空気を引っ張り、これは揚力を生成して、スライダを持ち上げ、ディスク表面から数マイクロインチ上を浮動させる。
【０００４】
現世代のディスク・ドライブ製品では、最も一般的に使用されるタイプのアクチュエータは回転動作式コイル・アクチュエータである。ディスク自体は通常、ブラシ無し直流スピンドル・モータのハブ構造上の「スタック」に装着される。スピンドル・モータの回転速度は、モータのステータ巻線に指向された整流信号のタイミングおよび出力の両方を制御するモータ・ドライブの回路によって、厳密に制御される。典型的なスピンドル・モータの速度は、３６００ＲＰＭの範囲であった。現在の技術は、スピンドル・モータの速度を７２００ＲＰＭ、１０，０００ＲＰＭおよびそれ以上に上昇させた。
【０００５】
ディスク・ドライブ・データ記憶装置の騒音の主要発生源の一つは、スピンドル・モータである。ディスク・ドライブ製造業者は最近、スピンドル・モータの従来の玉軸受けまたはころ軸受けを流体力学軸受けまたは静圧軸受けなどの「ハイドロ」軸受けと交換することを調査し始めている。ハイドロ軸受けは流体薄膜を使用し、これは軸受け表面を分離し、したがって従来の玉軸受けよりはるかに静かになり、通常は振動が低くなる。流体力学軸受けは、内部で圧力を生成して流体薄膜分離を維持する自動給送式軸受けである。静圧軸受けは、流体の分離を維持するために外部の加圧流体源を必要とする。ハイドロ軸受けの軸受け表面間の相対的動作により、全体的に流体薄膜の内側に剪断要素が発生し、したがって軸受け表面間の接触が生じない。
【０００６】
ハイドロ軸受けでは、液体または気体などの潤滑剤が、ハウジングの静止部材とディスク・ハブの回転部材との間に支承表面を提供する。典型的な潤滑剤には、油または強磁性流体がある。ハイドロ軸受けは、一連の点界面を備える玉軸受けアセンブリと比較すると、大きい表面積にわたって支承表面が広がる。このことが望ましいのは、支承表面が増大すると、回転部材と固定部材間の揺れまたは振れが減少するからである。
【０００７】
流体力学的流体軸受けにおいて、主要な設計の問題は、動作中に軸受けからの潤滑流体の漏出を防止することである。漏出は、スピンドル・モータの始動・停止プロセス中の連続的な圧力サイクルから生じることがある。高圧では、空気が潤滑流体内に捕捉され、圧力が低下すると、捕捉された空気が流体内に気泡および／または泡沫を形成する。この気泡形成の結果、軸受けが早期に故障し、潤滑流体が漏出する。また、発泡および／または気泡形成は、流体力学的軸受けの剛性を低下させ、応答時間を増加させ、熱伝達を減少させて、その結果、動作温度を上昇させる。これらは全て、流体力学的軸受けの動作において望ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、当技術分野には、気泡形成傾向の低下を呈する潤滑剤を有する流体力学的流体軸受けに対する要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のディスク・ドライブ・データ記憶システムはハウジングを含み、これは中心軸線と、ハウジングに対して固定され、中心軸線と同軸の静止部材と、静止部材に対して中心軸線を中心に回転可能な回転式部材とを有する。ステータはハウジングに対して固定される。ロータは、回転式部材に支持され、磁気でステータに結合される。少なくとも１つのデータ記憶ディスクが回転式部材に取り付けられ、これと同軸である。ハイドロ軸受けは、静止部材と回転式部材とを相互接続し、潤滑流体を含み、これは基剤流体と、徳前の圧力変動により潤滑流体内に気泡が形成する傾向を低下させるための添加剤とを含む。
【００１０】
したがって、本発明の上述した特徴を達成し、上記で要約した本発明の詳細でさらに特定の説明で理解できる方法が、添付図面で図示された本発明の実施形態を参照することにより得られる。
【００１１】
しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを図示するものであり、したがってその範囲を制限するものとは見なされないことに留意されたい。本発明は、他の同等に効果的な実施形態も認めるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、ディスク・ドライブのユニークな要件のために気泡形成傾向の低下を呈する潤滑流体組成を伴う流体力学または静圧軸受けスピンドル・モータを有するディスク・ドライブ・データ記憶装置である。図１は、本発明が有用である典型的なディスク・ドライブ１０の上面図である。ディスク・ドライブ１０はハウジング・ベース１２を含み、これは上部カバー１４と組み合わせられて密封された環境を形成し、密封環境の外側からの要素による汚染から内部構成要素を保護する。
【００１３】
ディスク・ドライブ１０はさらにディスク・パック１６を含み、これはディスク・クランプ１８によってスピンドル・モータ（図示せず）上で回転するよう装着される。ディスク・パック１６は複数の個々のディスクを含み、これは中心軸線の周囲で同時回転するよう装着される。各ディスク表面は関連するヘッド２０を有し、これはディスク表面と連絡するためディスク・ドライブ１０に装着される。図１に示す例では、ヘッド２０はフレキシャ２２によって支持され、これはアクチュエータ本体２６のヘッド装着アーム２４に取り付けられる。図１に示したアクチュエータは、回転動作式コイル・アクチュエータとして知られているタイプであり、概ね２８で示す音声コイル・モータ（ＶＣＭ）を含む。音声コイル・モータ２８は、取り付けたヘッド２０とともにアクチュエータ本体２６を旋回シャフト３０の周囲で回転させて、ヘッド２０を弧状の経路３１に沿った所望のデータ軌道上に配置する。図１には回転式アクチュエータが図示されているが、本発明は、リニア・アクチュエータなどの他のタイプのアクチュエータを有するディスク・ドライブにも有用である。
【００１４】
図２は、本発明による流体力学的軸受けのスピンドル・モータ３２の断面図である。スピンドル・モータ３２は静止部材３４、ハブ３６およびステータ３８を含む。図２に示した実施形態では、静止部材は、ナット４０およびワッシャ４２でベース１２に固定され、取り付けられたシャフトである。ハブ３６は、シャフト３４の周囲で回転するため、流体力学的軸受け３７を通してシャフト３４と相互接続する。軸受け３７は、半径方向に作業する表面４４および４６、および軸方向に作業する表面４８および５０を含む。シャフト３４は、流体口５４、５６および５８を含み、これは潤滑流体６０を供給し、軸受けの作業表面に沿った流体の循環を補助する。潤滑流体６０は、既知の方法でシャフト３４の内部に結合された流体源（図示せず）によってシャフト３４に供給される。
【００１５】
スピンドル・モータ３２はさらにスラスト軸受け４５を含み、これは流体力学的軸受け３７の軸方向に作業する表面４８および５０を形成する。カウンタプレート６２が作業表面４８に当たって、流体力学的軸受けに軸方向の安定性を提供し、ハブ３６をスピンドル・モータ３２内に配置する。カウンタプレート６２とハブ３６の間にＯリング６４を設けて、流体力学的軸受けを密封する。この密封は、流体力学的流体６０がカウンタプレート６２とハブ３６との間から逃げるのを防止する。
【００１６】
ハブ３６は中心コア６５およびディスク・キャリア部材６６を含み、これはシャフト３４の周囲で回転するためにディスク・パック１６（図１に図示）を支持する。ディスク・パック１６は、ディスク・クランプ１８（これも図１に図示）によってディスク・キャリア部材６６上に保持される。永久磁石７０をハブ３６の外径に取り付け、これはスピンドル・モータ３２のロータとして作用する。コア６５は磁気材料で形成され、磁石７０の地鉄として作用する。ロータの磁石７０は、一体の環状リングとして形成するか、ハブ３６の周囲で隔置された複数の個々の磁石で形成することができる。ロータ磁石７０は磁化されて、１つまたは複数の磁極を形成する。
【００１７】
ステータ３８はベース１２に取り付けられて、ステータ積層７２およびステータ巻線７４を含む。ステータ巻線７４は積層７２に取り付けられる。ステータ巻線７４はロータ磁石７０から半径方向に隔置され、ロータ磁石７０およびハブ３６が中心軸線８０の周囲で回転できるようにする。ステータ３８は、ボルト７８でベースに固定される１つまたは複数のＣ字クランプ７６など、既知の方法でベース１２に取り付けられる。
【００１８】
ステータ巻線７４に加わる整流パルスは回転磁界を生成し、これはロータ磁石７０と連絡して、ハブ３６を軸受け３７の中心軸線８０の周囲で回転させる。整流パルスは、タイミングをとり極性を選択した直流パルスで、これは順番に選択されるステータ巻線に配向されて、ロータ磁石を駆動し、その速度を制御する。
【００１９】
図２に示す実施形態では、スピンドル・モータ３２は「ハブ下」タイプのモータであり、ここでステータ３８はハブ３６の下の軸方向位置を有する。ステータ３８は、ハブ３６の外側の半径方向位置も有し、したがってステータ巻線７４は積層７２の内径表面８２（図３）に固定される。代替実施形態では、ステータはハブの下ではなくハブの中に配置される。ステータは、ハブの内側またはハブの外側の半径方向位置を有することができる。また、スピンドル・モータは図２に示すような固定シャフト、または回転シャフトを有することができる。回転シャフトのスピンドル・モータでは、軸受けは回転シャフトと、回転シャフトと同軸である外部静止スリーブとの間に配置される。
【００２０】
図３は、図２の線３−３に沿って切り取り、明快さを期して一部を除去した流体力学的スピンドル・モータ３２の略断面図である。ステータ３８は積層７２およびステータ巻線７４を含み、これはロータ磁石７０および中心コア６５と同軸である。ステータ巻線７４は、積層７２の歯に巻き付けた位相巻線Ｗ１、Ｖ１、Ｕ１、Ｗ２、Ｖ２およびＵ２を含む。位相巻線は、中心軸線８０に直角で、これと交差するコイル軸線を有するコイルで形成される。例えば、位相巻線Ｗ１は、中心軸線８０に直角のコイル軸線８３を有する。流体力学的軸受け３７の半径方向に作業する表面４４および４６は、シャフト３４の外径表面および中心コア６５の内径表面によって形成される。半径方向に作業する表面４４および４６は、潤滑流体６０によって分離され、これは通常の動作中にクリアランスｃを維持する。
【００２１】
上述したように、流体力学的軸受け３７の内圧が連続的に増加し、次に低下すると、溶解した気体が分離し、突然の圧力変動のために泡沫および／または気泡が潤滑流体６０内に形成される。本発明によると、潤滑流体６０は基剤流体、および流体６０が泡沫および／または気泡を形成する傾向を低下させる少なくとも１つの添加剤を含む。好ましい基剤流体には、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、エステル、合成炭化水素、および高度に精製された鉱物炭化水素がある。最も好ましい基剤流体には、ジエステル、短鎖アルコールエステル、ポリオールエステルおよびポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）がある。これらの基剤流体は、多様な組合せで混合することもできる。
【００２２】
添加剤は、潤滑流体６０の気体と潤滑剤との境界面で表面張力値を変化させるよう選択する。添加剤は、基剤流体中で少なくとも部分的に可溶性であり、基剤流体と比較すると低い表面張力値を有する。添加剤により、潤滑流体６０の表面張力は、自身内で形成される泡沫が崩壊するか、開放されて気体を逃がすことができる点まで到達する。したがって、本発明は、潤滑流体６０中での泡沫形成の傾向を低下させ、それにより流体力学的軸受け３７の適切な剛性、応答時間、熱伝達性、および動作温度を維持するので有利である。
【００２３】
本発明で使用することができる添加剤には、ポリシロキサン（シリコン）、ポリアクリレート、有機共重合体、およびＰＦＰＥなどのフルオロカーボン化合物がある。本発明で使用することができる特定のＰＦＰＥには、ＦＯＭＢＬＩＮ  Ｚ−ＤＯＬおよびＦＯＭＢＬＩＮ  ＡＭ−２０００があり、両方ともニュージャージー州モリスタウンにあるＡｕｓｉｍｏｎｔから市販されている。Ｚ−ＤＯＬは、過フッ素化エチレン酸化物と過フッ素化メチレン酸化物のランダム共重合体である。ＡＭ−２０００は、二官能価の芳香族を末端とするパーフルオロポリエーテルである。本発明で使用することができる他の添加剤には、コネチカット州ＮｏｒｗａｌｋにあるＲＴ  Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔから市販されているＶＡＮＬＵＢＥ  ＤＦ２８３がある。
【００２４】
本発明の一つの実施形態では、潤滑流体６０の望ましい表面張力は３５ダイン／ｃｍで、好ましくは１２から３５ダイン／ｃｍの範囲である。添加剤により、潤滑流体６０は基剤流体のみの場合より低い表面張力を有することが好ましい。例えば、典型的な基剤流体（例えばエステル油）の表面張力は２８から３５ダイン／ｃｍである。添加剤は、体積で潤滑流体６０の０．０２％から０．５％である。添加剤と基剤流体とのこのような比率は、潤滑流体６０の表面張力を所望の範囲まで低下させる。また、添加剤と基剤流体との比率は、抗酸化性、耐腐食性および耐摩耗性性能などの望ましい潤滑特性を犠牲にしないか、潤滑流体６０中に存在する他の有用な添加剤に相反するように挙動しないよう選択する。
【００２５】
一例では、基剤流体には、ＴＭＰエステルまたは２７から３３ダイン／ｃｍの表面張力を有するジ−２−エチルヘキシルセバシン酸エステルがあり、添加剤には、２０から２２ダイン／ｃｍの表面張力を有するシリコン流体がある。別の例では、基剤流体には、ＴＭＰエステルまたは２７から３３ダイン／ｃｍの表面張力を有するジ−２−エチルヘキシルセバシン酸エステルがあり、添加剤には、１５から２０ダイン／ｃｍの表面張力を有するＰＦＰＥがある。上記の例では両方とも、本発明は潤滑流体６０が突然の圧力変動で気泡を形成する傾向を低下させる。
【００２６】
本発明の別の実施形態では、上述したような基剤流体および添加剤を備える潤滑流体６０を低圧環境で保存する。潤滑流体６０を低圧環境で保存すると、流体力学的軸受け３７で使用する場合に潤滑流体６０が気泡および／または泡沫を形成する傾向が低下する。潤滑流体６０は、大気圧より低い圧力を有する環境、例えば１から７５０トルの圧力を有する環境で保存することができる。
【００２７】
図４を参照すると、流体力学的軸受けは半球形軸受け表面を有するよう図示され、これは図１のディスク・ドライブ内でディスクを駆動するのに使用可能である。流体力学的軸受けは、スピンドル・モータ１５０内に組み込んだ状態で図示されている。設計は、回転自在にシャフト１５２に結合されたドライブ・ロータまたはハブ１１４を含む。シャフト１５２は、上半球または凸状部分１５４、およびシャフトに対して回転するスリーブ１５８内で受ける下半球または凹部分１５６を含む。シャフトは固定状態でベース１６０に取り付けられ、ベースは、図１に関して説明したハウジング・ベース１２に組み込むか、それで支持することができる。スリーブ１５８は、シャフト１５２のジャーナル１６２を受け、上半球形凹状レセプタクル１６４、および下半球形凹状レセプタクル１６６を有する。充填穴１６８も、固定部材１５２内のリザーバ１５９（図示の状態では上端）に設け、流体力学的軸受けに軸受け流体を提供する。ロータ１１４はカウンタプレート１７０を含み、これは流体力学的軸受けの一方端を雰囲気に対して閉鎖するために使用する。動作時には、この図で示す軸受けは、流体力学的軸受けを備え、この中で油などの流体が、シャフトである固定部材と、この場合はスリーブである回転部材との間のギャップを通して循環する。本発明によると、上述したように少なくとも１つの添加剤を流体に加えて、自身内での発泡および／または気泡形成を低下させる。
【００２８】
以上は本発明の好ましい実施形態を指向するが、本発明の基本的範囲から逸脱せずに、本発明のその他およびさらなる実施形態を考案することができ、その範囲は請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるディスク・ドライブ・データ記憶装置の上面図である。
【図２】本発明による流体力学的軸受けのスピンドル・モータの断面図である。
【図３】図２の線３−３に沿って切り取り、明快さを期して一部を除去した流体力学的スピンドル・モータの略断面図である。
【図４】円錐形支承表面を有する流体力学的軸受けの断面図である。
【図１】
2005527743.tif 000003
【図２】
2005527743.tif 000004
【図３】
2005527743.tif 000005
【図４】
2005527743.tif 000006
【国際調査報告】
2005527743.tif 000007
2005527743.tif 000008