(57)【要約】軸（２０２）と、それぞれ軸の第１の端部および第２の端部に固定された第１の円錐形軸受（２１０）および第２の円錐形軸受（２１２）と、各々の軸受上に設けた非対称的なシール（２１６、２１８）とを特徴とする流体動圧軸受。非対称的シールは、第１の円錐形軸受と第２の円錐形軸受に設けたリザーバ内に流体を圧送する。軸受流体を軸の外端部に向かって圧送するために、軸受上に非対称的溝（３００、３０２）が設けられている。
2005532021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定軸と、軸の第１の端部と一体となった第１の円錐形軸受と、軸の第２の端部に固定された第２の円錐形軸受と、軸の外端部に向かって通じる軸受上に設けられた非対称的な溝を備えている電動モータ。
【請求項２】
さらに、第１の円錐形軸受と第２の円錐形軸受とを分離する通気プレナムと、軸と第１の円錐形軸受および第２の円錐形軸受の周りに配置されている回転可能なスリーブと、第１・第２の円錐形軸受とスリーブ間に流体を備えている請求項１に記載の電動モータ。
【請求項３】
前記第１の円錐形軸受と第２の円錐形軸受の各々が、軸受の広い方の端部で毛細管シールによって密封されている請求項２に記載の電動モータ。
【請求項４】
毛細管シールが流体リザーバーを画定している請求項３に記載の電動モータ。
【請求項５】
毛細管シールが遠心毛細管シールである請求項４に記載の電動モータ。
【請求項６】
少なくとも１つの円錐形軸受が軸と一体に形成されていて、軸の一方の端部に延びる開口部を備えている請求項５に記載の電動モータ。
【請求項７】
溝が、軸受の表面を取り囲む流体動圧溝を備えている請求項５に記載の電動モータ。
【請求項８】
流体動圧溝が非対称的なＶ字形模様を備えている請求項７に記載の電動モータ。
【請求項９】
通気プレナムが軸からスリーブを通って当該スリーブの外側面まで延びていることを特徴とする請求項８に記載の電動モータ。
【請求項１０】
通気プレナムが軸側壁から軸を貫通して、モータの外側まで延びている請求項８に記載の電動モータ。
【請求項１１】
第１の円錐形軸受と第２の円錐形軸受がさらに、毛細管シールによって画定されているリザーバーの方に流体を送る圧送溝を備えていることを特徴とする請求項９記載の電動モータ。
【請求項１２】
圧送溝が流体動圧溝の非対称的な延長である請求項１１に記載の電動モータ。
【請求項１３】
少なくとも１枚のディスクを回転自在に支持する手段と、互いに間隔を置いて設けられている支持手段を通じて配置された静止軸と、軸と一体となった第１の円錐形軸受と、軸上で支持された第２の円錐形軸受と、軸の反対側端部に向かって圧送する円錐形軸受上に設けた非対称的な溝模様と、第１の円錐形軸受と第２の円錐形軸受を分離している通気手段とを備えているディスクドライブモータ。
【請求項１４】
少なくとも１枚のディスクを回転自在に支持する手段がさらに、ハブと、ハブに実装された磁石組立体と、固定軸に対して相対的なハブの回転を誘発するために磁石組立体近くに配置された固定子とを備えている請求項１３に記載のディスクドライブモータ。
【請求項１５】
静止軸と少なくとも１枚のディスクを支持する手段との間に流体を備えている請求項１４に記載のディスクドライブモータ。
【請求項１６】
通気手段がスリーブを通して延びる通気プレナムを備えていることを特徴とする請求項１５に記載のディスクドライブモータ。
【請求項１７】
通気プレナムが軸側壁と軸を通って電動モータの外側まで延びている請求項１５に記載の電動モータ。
【請求項１８】
前記第１の円錐形軸受と第２の円錐形軸受の各々が、軸受の広い方の端部で毛細管シールによって密封されている請求項１５に記載の電動モータ。
【請求項１９】
毛細管シールが遠心毛細管シールである請求項１８に記載の電動モータ。
【請求項２０】
溝が、軸受の表面を取り囲む流体動圧溝を備えている請求項１５に記載の電動モータ。
【請求項２１】
通気プレナムが軸からスリーブを通って当該スリーブの外側面まで延びている請求項１５に記載の電動モータ。
【請求項２２】
通気プレナムが軸側壁から軸を貫通してモータの外側まで延びている請求項１５に記載の電動モータ。
【請求項２３】
第１の円錐形軸受と第２の円錐形軸受がさらに、毛細管シールによって画定されたリザーバーの方に流体を送りこむ圧送溝を備えている請求項１５記載の電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年７月１日グランツが出願したアメリカ合衆国仮出願（名称「非循環式円錐形流体動圧軸受」）の優先権を主張するものであり、参考文献にも記載されている。
【０００２】
本発明は、一般にディスクドライブモータ、特にディスクドライブモータに使用されている流体動圧軸受に関する。
【背景技術】
【０００３】
ディスクドライブは、比較的小さい面積に膨大な量のディジタルデータを記憶できる。ディスクドライブは、通常１つ以上の記録媒体に情報を記憶し、これらの記録媒体は複数の同心円状の記録トラックを有する円形の記憶ディスク（たとえばメディア）を有している。典型的なディスクドライブは、情報を記憶するためのディスクを１つ以上有している。情報は、アクチュエータ作動機構によってディスクの表面を横断してトラックからトラックへ移動するアクチュエータアームに実装された読み取り／書き込みヘッドを用いて、ディスクに書き込まれたり、ディスクから読み出されたりする。
【０００４】
一般に、ディスクはスピンドルに実装されており、スピンドルはスピンドルモータによって回転させられて、読み取り／書き込みヘッドの下でディスクの表面を通過する。スピンドルモータは一般にベースプレートと、スピンドルが装着されているハブに実装された軸を含んでおり、軸が挿入されているスリーブを有する。ハブに装着された永久磁石は、ベースプレート上の固定子巻線と相互に作用して、軸に対してハブを回転させる。回転を容易にするために、通常１つ以上の軸受がハブと軸の間に配置されている。
【０００５】
年々記憶密度が増大する傾向にある一方、記憶装置の寸法は縮小する傾向にある。このような傾向のために、磁気記憶ディスクの製造および操作は、精度がますます高くなるとともに、公差が小さくなっている。記憶ディスクを支持する軸受組立体は極めて重要である。軸受の設計の１つは流体動圧軸受である。流体動圧軸受では、空気や液体などの潤滑流体がハウジングの固定部材とディスクハブの回転部材との間に軸受面を提供する。典型的な潤滑材としては、空気のほかに、ガス、オイル、その他の液体がある。流体動圧軸受は、一連の点状界面を備える玉軸受組立体とは対照的に、軸受面を大きな表面積全体に拡大する。これは、軸受面が拡大すると回転部材と固定部材との間のぐらつきまたは振れが減るので、好ましい。さらに界面に流体を使用すると軸受に減衰効果を与えるが、これは非反復の振れの減少に寄与する。このように流体動圧軸受はより進歩した軸受方式である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
普通の流体動圧軸受の設計は、固定軸の各端部に実装された二重円錐形の軸受を取り入れている。さらに軸受は主として、円錐周りで液体を再循環させるための内部通路、および円錐の間の軸方向面上に配置された、流体を毛細管シールに送りこむ溝付き面を用いている。しかし流体動圧軸受モータの寸法、高さおよび消費電力が減ると、この特殊な設計に伴う問題がますます顕著になる。その原因は主として、モータの全消費電力を削減するために、形状を縮小する方法が優先されているためである。第一に、円錐の直径を縮小すると、再循環用通路に利用できる余地が少なくなる。円錐が軸の一体部分として形成されていると、円錐と軸との間に流体再循環のためのスペースがないため、再循環用通路を設けることが一層困難になる。さらに、モータ全体が短くなると、円錐形軸受の間の軸方向間隔が減少して、その間の表面に圧送溝を備えることが実用的でないか、または実行できなくなる。
【０００７】
それゆえ、軸受の機能性を損なうことなく、現行の寸法、高さおよび消費電力需要を提供する流体動圧軸受の設計が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、軸と、軸の第１の端部と第２の端部にそれぞれ取り付けられた第１の円錐形軸受および第２の円錐形軸受と、各々の軸受上の非対称的シールとを特徴とする流体動圧軸受の設計を提供する。非対称的シールは第１の円錐形軸受および第２の円錐形軸受に設けたリザーバー内に液体を圧送する。
【０００９】
本発明の上述の実施例が実現して、詳細に理解できるように、付属の図面に提示されている本発明の実施例を参照することによって、上に要約した本発明についてさらに詳しく説明する。しかしここで、付属の図面は本発明の典型的な実施例を図示したものにすぎず、それゆえ本発明の範囲を制限するものと見なしてはならないことに留意すべきである、従って、本発明は、他の等しく効果的な実施例も認めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施例と共に使用するディスクドライブ１０の１つの実施例を示す平面図である。図１に従い、ディスクドライブ１０はハウジング底部１２と蓋部１４とを備えている。ハウジング底部１２は蓋部１４と組み合わされて密封環境を形成し、内部の構成部材を、密封環境の外部の要素によって汚染されることから保護している。図１に示した底部と蓋部の配置構成は、産業界では周知である。しかしハウジング構成部材の他の配置構成もしばしば用いられてきた。本発明の形態はディスクドライブハウジングのこの特定の構成に制限されるものではない。
【００１１】
ディスクドライブ１０はさらに、ディスククランプ１８によるスピンドルモータ（図示せず）上の回転のためにハブ２０２（図２参照）に実装されたディスクパック１６を備えている。ディスクパック１６は中心軸を同時回転するように実装された特定のディスクを１枚以上備えている。各々のディスク面は、ディスク面と交信するためにディスクドライブ１０に実装された合同読み取り／書き込みヘッド２０を有している。図１に示した例では、読み取り／書き込みヘッド２０は屈曲部材２２によって支持されており、これらの屈曲部材２２の方はアクチュエータ２６のヘッド実装アーム２４に取り付けられている。図１に示したアクチュエータは、ムービング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、全体を２８で示すヴォイスコイルモータ（ＶＣＭ）を備えている。ヴォイスコイルモータ２８は、アクチュエータ２６を装着された読み取り／書き込みヘッド２０と一緒に、ピボット軸３０の周囲に回転させて、行路３２に沿ってほしいデータトラックの上に、読み取り／書き込みヘッド２０を位置決めする。
【００１２】
図２Ａは、本発明に従う非循環式円錐形流体動圧軸受モータ２００の部分の断面図である。モータ２００は回転組立体２０１と、静止組立体２０３と、軸受組立体２０５とを備えている。
【００１３】
回転組立体２０１は、少なくとも１枚のディスク２５０を回転するように支持するハブ２０４と、ハブに固定され、またはハブと一体化されて、背面鉄部材２０７とこれに固定された磁石２０９を備える磁石組立体２５２を支持するスリーブ２０８を備えている。本発明の一実施例では、磁石組立体２５２はハブ２０４の内側円形面２５４に位置している。
【００１４】
静止組立体２０３は底部１２に実装された軸２０２を備えている。軸２０２はスリーブ２０８内の孔２２１を貫通して配置され、ハブ２０４を回転自在に配置されている。底部１２に実装された固定子２１０は、ハブ２０４上に設けた磁石２０９と協働して、ハブ２０４を軸２０２に対して回転させる。固定子２１０は、鋼などの磁性材料から形成された複数の「歯」２１５を備えており、各々の歯２１５は巻線または線材２１７で巻かれている。
【００１５】
軸受組立体２０５は、軸２０２に固定された第１の円錐形軸受２１０と第２の円錐形軸受２１２とを備えている。第１の円錐形軸受２１０は、図２Ａに示されているように、軸２０２の第１の端部２１１と一体に形成されており、第２の円錐形軸受２１２は、たとえば軸２０２の第２の端部に向かって間隔を置いた区域２１３で軸上にプレス嵌めされている。択一的に、図２Ｂに示されているように、両軸受２１０、２１２は軸２０２上にプレス嵌めされた独立の部材となりうる。第１の円錐形軸受２１０を軸２０２と一体に形成すると、従来技術による軸受組立体と比べて全体の外形寸法は縮小するにも拘わらず、軸２０２の第１の端部２０１では直径は大きくなる。これにより、ねじなどの固定具を軸内に挿入してディスククランプまたは上部ハウジングを所定の位置に保持することが容易になる。
【００１６】
空気、オイルまたはガスなどの流体２１４は、円錐形軸受２１０、２１２の表面と、スリーブ２０８の端面との間に配置されている。流体は、第１の円錐形軸受２１０と第２の円錐形軸受２１２とを分離してスリーブ２０８を貫通して延びている通気プレナム２２０を通して導入される。このプレナムも軸受の流体分離を維持する働きをする。択一的に、流体は毛細管シール２１６内に続いている通気口／進入口２６０を通して、上部軸受に導入できる。この場合、流体はプレナム２２０を通して下部軸受内に導入される。さらに第１の円錐形軸受２１０と第２の円錐形軸受２１２は、流体動圧溝３００、３０２を備えている。流体動圧溝３００、３０２はハブ２０４が軸２０２に対して相対的に安定して回転するのを援助する。それらの設計は非対称的なので、各々の円錐形軸受の広い方の端部で画定されたリザーバ／シール２１６、２１８に向かって流体を駆動するのに適した偏圧力が存在する。リザーバ／シール２１６は、遮蔽体２６３の相対的に広がる表面２６１と円錐形軸受２１０の表面２６５によって画定されている。流体は通気口２６０を通して、メニスカス２６９で終わっているリザーバ区域２６７に導入され得る。リザーバ／シール２１８は類似に設計されている。通気口２６２は主としてメニスカスを成立させるために設けられている。その位置のために、一般的には流体を送入するためには用いられない。択一的に、溝３００、３０２はスリーブ２０８の、軸受２１０、２１２に対面している表面に形成できる。
【００１７】
圧送溝３００、３０２は非対称的な形状を有しているため、このシール設計は、一種の「非対称シール」と呼ばれる。上述の溝３００、３０２を利用することにより、軸２０２上に圧送シールを設ける必要が最小限になるか、または消滅し、したがって、円錐体２１０、２１２を軸２０２上で互いに近づけることが可能となる。円錐体２１０、２１２を互いに近づけることにより、より短いモータ２００が可能となり、ひいてはモータの消費電力を減らすことができる。
【００１８】
遠心毛細管シール２１６、２１８は、毛細管シール２１６、２１８と円錐形軸受２１０、２１２との間の流体リザーバ２６０、２６２を画定している。すなわち、モータ２００の回転が低下すると、流体２１４は、毛細管シール２１６、２１８から溝３００、３０２に占められている容積に戻る。上述した圧送流体２１４により、円錐体２１０、２１２内に循環用導管（たとえば穿孔または予備成形した通路）を設ける必要がなくなるので、機能性を損ねることなく円錐体２１０、２１２の寸法を小さくできる。
【００１９】
図２Ｃは図２Ａおよび図２Ｂの実施例に対する代案を示しているが、通気口２７０はスリーブを通って放射状に外側に延びてはおらず、主としてスリーブを通って軸方向に延びている。簡単に製造できるように、通気口が放射状のセクション２７０Ａと軸方向のセクション２７０Ｂとを含んでいることが好ましい。これによりスリーブ内で、通気口を軸２０２の溝のない区域と精確に整合させる必要はなくなる。
【００２０】
図３に示されているように、流体動圧溝３００は円錐体２１０、２１２の周りで（圧送溝３０２と同様に）リングを形成し、図示のように杉綾模様を呈するか、あるいは択一的に山形模様、螺旋模様もしくは正弦波模様（図示せず）を呈している。杉綾模様や、図３Ｂに示されているＶ字形模様は軸受面に対して横断方向の圧力分布を生み、これが軸受の揺れ剛性を改善する。溝３００は、頂点３０４で出会う２本の「脚」を備えている。一般に、溝３００の頂点３０４は、円錐体２１０、２１２の操作面に沿って、ほぼ中央近傍に配置されている。杉綾と反対の方向に回転すると、流体動圧溝３００は流体２１４を溝３００の頂点３０４に向かって引き寄せる。圧送溝３０２は、頂点３０４で出会う脚Ｌ１とＬ２に示されているように、流体動圧溝３００の非対称的な延長部を備えることができる。この場合、脚Ｌ１の長さはＬ２の長さよりも（図３に示されているようにΔＬだけ）大きい。模様の非対称性は、長さの異なる脚によって作られており、流体２１４の実質的な流れは、短い方の脚に向かって圧送される。図２Ａ〜Ｃに示された実施例において、短い方の脚は毛細管シール２１６、２１８の近傍に位置することになり、従って流体２１４はシール２１６、２１８によって画定されたリザーバ２６０、２６２内に圧送される。
【００２１】
上述した円錐形軸受２１０、２１２を利用すると、特に流体動圧溝３００の頂点３０４が円錐体２１０、２１２の中央近傍に配置されている場合は、軸頸間隔も揺れ剛性も最大になるであろう。さらに、円錐形軸受２１０、２１２における反応力は軸２０２に対して復元モーメントを生むであろう。
【００２２】
それゆえ、本発明は円錐形流体動圧軸受モータの分野で顕著な進歩を示している。構造的な完全性と機能性は維持され、しかも外形寸法が縮小されてモータの消費電力は著しく低くなる。
【００２３】
上記の説明は本発明の実施例を対象としたものであるが、この他にも本発明の基本的な範囲を逸脱することなく本発明の実施例を考案でき、また本発明の範囲は以下の請求項によって規定されている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例に従うモータを備えるディスクドライブの実施例を示す平面図である。
【図２Ａ】本発明の実施例に従う非循環式円錐形流体動圧軸受の実施例を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施例に従う非循環式円錐形流体動圧軸受の別の実施例を示す断面図である。
【図２Ｃ】軸受装置を通気するための別の方策を示す断面図である。
【図３】図２に示したモータに使用するための流体動圧溝を示す図である。
【図１】
2005532021.tif 000003
2005532021.tif 000004
2005532021.tif 000005
2005532021.tif 000006
【図３】
2005532021.tif 000007
【国際調査報告】
2005532021.tif 000008
2005532021.tif 000009
2005532021.tif 000010