(57)【要約】【課題】フルイド・ダイナミック軸受に使用するために、機械的衝撃に耐えるようにするためのシステム、方法および手段を提供する。【解決手段】スラスト・プレートとシールドとの間に使用される溝付きポンピング作用シールと、螺旋溝を有するスラスト・プレートと、流体の循環通路と、非対称圧力勾配を生じる貯留部とを備えることを特徴とする。拡張された貯留部と、軸線方向チャンネルと、角度の付いた充填孔とを使用することで流体は保持され、空気は排除される。シャフトは頂部カバーに取付けられて半径方向の剛性を与え、拡張された片面のスラスト・プレートが動的平行性を向上させる。【選択図】図１
2004286212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転できるように配置されたシャフトとスリーブとの間に形成されたジャーナルと、
スリーブ内に形成されたスリーブ通路を含むと共にスリーブとスラスト・プレートとの間に形成されたスラスト・プレート軸受通路を有する流体循環通路であって、スリーブ通路はスラスト・プレート軸受通路と流体連通され、スラスト・プレートはシャフトから半径方向へ延在しており、スリーブ通路およびスラスト・プレート軸受通路は別個の箇所でジャーナルと流体連通され、スリーブ通路はジャーナル空間を形成する位置でジャーナルと連結され、流体循環通路は傾斜されて非対称圧力勾配を形成すると共に、ジャーナル、スリーブ通路およびスラスト・プレート軸受通路を回して流体を実質的に循環させ、空気を流体から排除する流体循環通路と、
静止部材および回転部材の一方に取付けられ、スリーブと共に貯留部を形成するシールドであって、貯留部と、スリーブ通路と、スラスト・プレート軸受通路との連結により循環空間が形成され、貯留部は流体シールを含んでいるシールドと、を含むフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項２】
シャフトとスリーブとが相対回転運動状態にあるとき、流体を循環駆動し、また流体をスラスト・プレート軸受通路からシャフトへ向け、ジャーナル軸受内へ、そしてジャーナル溝頂点を越えてポンプ推進するために、ポンピング作用圧力を発生するためのスラスト・プレート上に形成された螺旋溝をさらに含む請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項３】
シールドとスラスト・プレートの外径面との間に形成された外径間隙をさらに含み、外径間隙は循環空間連結部に連結されており、シャフトおよびスリーブが相対回転運動されるとき、外径間隙は、外径間隙シール剛性を確立すると共に循環空間の位置での圧力に実質的に等しい圧力を発生するための溝付きポンピング作用シール（ＧＰＳ）を含んでいる請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項４】
流体シールがシールドとスリーブとの間に形成された遠心毛管シールを含み、シールとおよびスリーブはそれぞれテーパーを付形されて循環空間へ向けて狭まる側面を有し、テーパーを付形された面の間にメニスカスが形成されており、またシャフトおよびスリーブが相対回転運動するとき、貯留部内の流体が遠心力によって循環空間へ向けて押し流される請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項５】
貯留部が２．５ｍｇまでの流体を保持できるように構成されている請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項６】
流体中の空気がチャンネルに沿って移動して流体から排除されるようにするために、また流体を保持するために、循環空間から貯留部に沿って実質的に延在する内面の少なくとも一部分に位置する軸線方向チャンネルをさらに含む請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項７】
シールド内に形成された充填孔をさらに含み、充填孔と貯留部内の流体との間にメニスカスが位置され、充填孔はシールドの表面と角度をなす請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項８】
シャフトが基部および頂部カバー・プレートに取付けられ、スリーブがシャフトに対して相対回転する請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項９】
基部と係合するスラスト・プレートの係合境界面が動的平行性を得るために３ｍｍから５ｍｍの範囲である請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項１０】
シールドがスリーブに対する移動制限部材として作用するよう位置決めされた請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項１１】
ジャーナルの溝パターンの頂点に実質的に集中する半径方向の剛性を与えるためにシャフトに隣接するスリーブの一部に対称溝パターンをさらに含み、このパターンは綾織りパターンまたはシヌソイド・パターンの一方を含む請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項１２】
シャフトの一端に非対称の溝パターンをさらに含み、非対称溝パターンの頂点に実質的に集中する半径方向の剛性を与えるため、かつジャーナル空間に位置される圧力に実質的に等しい圧力を発生させるために、ジャーナル空間が非対称溝パターンとスラスト・プレートとの間に位置される請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項１３】
低圧がジャーナル空間に、またジャーナル空間に隣接して位置されるように非対称のジャーナル圧力分配を行うために、かつジャーナル空間での動力消費を低減するために、ジャーナル空間に実質的に隣接して大きな間隙を有する可変ジャーナル間隙をさらに含む請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項１４】
シャフトおよびスリーブが相対回転運動するときにあらゆる接触で生じる粒子を最小限に抑えるために、ジャーナル空間がＤＬＣストリップとスラスト・プレートとの間に位置する場合のシャフトの一端と、相対回転するシールドに隣接するスリーブとの少なくとも一方にダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）ストリップを含む請求項１に記載されたフルイド・ダイナミック軸受システム。
【請求項１５】
衝撃に耐えるスピンドル・モーターであって、
相対回転できるように配置された内側部材と外側部材との間に形成されるジャーナルと、
外側部材に形成された第一の流体通路を含む流体循環通路であって、第一の流体通路は第二の流体通路に連通し、第二の流体通路は外側部材と内側部材から半径方向へ延在する半径方向部材との間に形成され、第一の流体通路および第二の流体通路は別個の箇所でジャーナルと流体列されている流体循環通路、
流体を循環させるため、かつ流体中の空気を排除するために非対称圧力勾配を発生する手段であって、流体は実質的にジャーナルと、第一の流体通路と、第二の流体通路とを循環される非対称圧力勾配を発生する手段と、
静止部材および回転部材の一方に取付けられ、外側部材と共に貯留部を形成するシールドであって、貯留部と、第一の流体通路と、第二の流体通路とが連結される連結部で循環空間が形成されるシールドと、
リサイクル簿をシールする手段と、を含むスピンドル・モーター。
【請求項１６】
内側部材および外側部材が相対回転運動するとき、流体を循環駆動するため、かつ流体を第二の流体通路からに内側部材へ向けてジャーナル内部へポンプ推進するために、非対称圧力勾配発生手段が半径方向部材に形成された螺旋溝を含み、そして
貯留部をシールする手段がシールドと外側部材との間に形成された毛管シールと、シールドと半径方向部材の外径面との間に形成される外径間隙に隣接する半径方向部材の螺旋溝との少なくとも一方を含み、外径間隙は循環空間に連結される請求項１５に記載されたスピンドル・モーター。
【請求項１７】
貯留部が２．５ｍｇまでの流体を保持できるように構成されている請求項１５に記載されたスピンドル・モーター。
【請求項１８】
流体中の空気がチャンネルに沿って移動して流体から排除されるようにするために、かつ流体を保持するために、循環空間から貯留部に沿って実質的に延在するシールドの内面の少なくとも一部分に位置する軸線方向チャンネルをさらに含む請求項１５に記載されたスピンドル・モーター。
【請求項１９】
シールド内に形成された充填孔をさらに含み、充填孔と貯留部内の流体との間にメニスカスが位置され、充填孔はシールドの表面と角度をなす請求項１５に記載されたスピンドル・モーター。
【請求項２０】
内側部材が基部および頂部カバー・プレートに取付けられ、外側部材が内側部材に対して回転する請求項１５に記載されたスピンドル・モーター。
【請求項２１】
基部と係合する半径方向部材の係合境界面が動的平行性を得るために３ｍｍから５ｍｍの範囲である請求項１５に記載されたスピンドル・モーター。
【請求項２２】
相対回転するように配置された内側部材と外側部材との間に形成されたジャーナルを有するスピンドル・モーターにおいて、
外側部材の内部に第一の流体通路を形成する段階であって、第一の流体通路は第二の流体通路に流体連通し、第二の流体通路は外側部材と内側部材から半径方向に延在する半径方向部材との間に形成され第一の流体通路および第二の流体通路は別個の箇所でジャーナルと流体連通されている前記段階と、
ジャーナル、第一の流体通路および第二の流体通路のまわりに流体を実質的に循環させるため、また流体中の空気を排除するために非対称圧力勾配を生じさせる段階と、
シールドと外側部材との間に画成される貯留部を形成し、貯留部をシールする段階であって、貯留部、第一の流体通路および第二の流体通路を連結する連結部により循環空間が形成される前記段階と、
静止部材および回転部材の一方にシールドを取付ける段階と、を含む方法。
【請求項２３】
非対称圧力勾配を生じさせる段階は、内側部材および外側部材が相対回転運動するときに、流体を循環駆動するため、かつ流体を第二の流体通路から内側部材へ向け、ジャーナル内へポンプ推進するために半径方向部材に螺旋溝を形成する段階を含む請求項２２に記載された方法。
【請求項２４】
シールドと半径方向部材の外径面との間に外径間隙を形成する段階をさらに含み、外径間隙は循環空間連結部に連結され、また内側部材および外側部材が相対回転運動するときに外径間隙シール剛性を形成するために、外径間隙に隣接する半径方向部材の螺旋溝を使用して、外径間隙をシールする段階をさらに含む請求項２２に記載された方法。
【請求項２５】
貯留部をシールする段階が、シールドおよび外側部材の間に形成される遠心毛管シールを使用することを含み、シールドおよび外側部材は相対的にテーパーを付形されて循環空間に向かって狭まる表面を有しており、流体は一部がテーパーを付形された面の間に形成されたメニスカスによって保持され、内側部材および外側部材が相対回転運動するとき、貯留部内の流体が遠心力によって循環空間へ向けて押し流される請求項２２に記載された方法。
【請求項２６】
貯留部が２．５ｍｇまでの流体を保持できるように構成する段階をさらに含む請求項２２に記載された方法。
【請求項２７】
流体中の空気がチャンネルに沿って移動して流体から排除されるようにするために、また流体を保持するために、循環空間から貯留部に沿って実質的に延在するシールドの内面の少なくとも一部分に軸線方向チャンネルを形成する段階をさらに含む請求項２２に記載された方法。
【請求項２８】
シールドに充填孔を形成する段階をさらに含み、充填孔と貯留部内の流体との間にメニスカスが配置され、充填孔はシールドの面に角度をなしている請求項２２に記載された方法。
【請求項２９】
内側部材を基部および頂部カバー・プレートに取付ける段階をさらに含み、外側部材は内側部材に対して回転される請求項２２に記載された方法。
【請求項３０】
半径方向部材を基部に係合させる段階を含み、動的平行性を得るために係合する境界面が３ｍｍ〜５ｍｍの範囲である請求項２２に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にスピンドル・モーターに係わり、特にディスク駆動式データ記憶装置においてフルイド・ダイナミック軸受と共に使用するために機械的衝撃に耐えるシール・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、本願譲受人に譲渡された２００３年３月２１日付け出願の「逆シールを備えた頂部カバー取付けＦＤＢ」という名称の仮特許出願第６０／４５６８９６号、代理人整理番号ＳＴＬ３３３３．０１、を基礎とするもので、本明細書にその仮特許出願の記載内容全体を援用する。
【０００３】
ディスク駆動式記憶装置は、今日、世界中で広く使用されている。それらの装置はコンピュータや、カメラ、ダジタル・ビデオ・レコーダ、レーザー・プリンタ、写真複写機、パーソナル・ミュージック・プレーヤーを含む装置において使用されている。ディスク駆動式記憶装置は、デジタル情報を磁気ディスク媒体における同芯トラックに記録して保存する。幾枚かのディスクがスピンドルに回転可能に取付けられ、それらのディスクに磁気情報の形で保存できる情報は読取り／書込みヘッドすなわち変換器を使用してアクセスされる。読取り／書込みヘッドは、ディスク表面の上方を半径方向へ移動する枢動アーム上に配置される。ディスクは作動時に、そのハブ内またはディスクの下方に配置された電気モーターを使用して高速回転される。ハブ上の磁石がステータと相互作用して、ハブをシャフトに対して回転させる。ハブ内またはスピンドル内に備えられる一形式のモーターがハブ内モーターまたはスピンドル内モーターとして知られており、軸受装置によってハブ中央に配置されたモーター・シャフトに取付けられたスピンドルを典型的に含む。この軸受はシャフトとハブとの間で回転運動を可能にする一方、シャフトに対するスピンドルの整合状態を保持する。読取り／書込みヘッドは、情報の適当な読取りおよび書込みを保証するために、ディスク上の保存トラックと正確に整合されねばならない。
【０００４】
スピンドル・モーターは過去においてはハブとシャフトとの間に従来一般的なボール軸受を使用していた。しかしながら、保存容量の増大およびディスク駆動装置の小型化の要求により、読取り／書込みヘッドはディスク表面にますます接近して配置されるようになってきた。接近した隣接状態は、ディスクが実質的に一平面内で回転することを要求する。ディスク回転における僅かなミソスリ運動や振れは、ディスクを読取り／書込みヘッドに衝突させてディスク駆動装置を損傷したりデータの損失をもたらしかねない。さらに、ボール軸受の場合には、減衰能力が小さいので耐機械的衝撃性および耐振動性に劣る。この回転精度はボール軸受で達成することができないので、ディスク駆動装置は現在はスピンドル・モーターを使用しており、これはシャフト上のフルイド・ダイナミック軸受と、ハブおよびディスクを回転支持するためのスラスト・プレートとを有している。一つの代替軸受設計はハイドロダイナミック軸受である。
【０００５】
ハイドロダイナミック軸受では、ガスや液体または空気のような潤滑流体がディスク駆動装置の固定部材と回転部材との間に軸受面を形成する。固定部材または回転部材の表面に形成された動圧発生溝が局所的な高圧領域を発生し、流体または空気の移動メカニズムを形成して軸受内部に、また回転面の間に一層均等な流体圧力の分配を行い、これによりスピンドルをより一層高い精度で回転させることができるようにする。しかしながら、ハイドロダイナミック軸受は力に対する剛さの比が小さいこと、および外的荷重または機械的衝撃に対して軸受の感応性が高いことを含めて、幾つかの欠点がある。
【０００６】
剛性を高めるために、スピンドル・モーターはディスク駆動装置ハウジングの底部およびカバーの両方に対して取付けられている。しかしながら、頂部カバー取付け部材を使用するためにモーターは両端で開放されており、このことはオイル漏れの危険性を高めている。この漏れは、とりもなおさず軸受の異なるポンピング作用溝の生じる実流量が相違することによって生じる。軸受内の流量が慎重に釣り合わされていないと、一方または両方の端部へ向かう実圧力上昇がシールを通して流体を押し流すことになる。ポンピング作用溝で生じる流量はハイドロダイナミック軸受に形成される間隙の関数であり、間隙は部品公差の関数であるから、この流量を釣り合わせることは難しい。適当なシーリングも重要である。軸受流体は蒸気を発生し、蒸気はディスク・チャンバ内へ拡散する。この蒸気は軸受その他の部材からの摩耗物質などの粒子を搬送する。これらの粒子は読取り／書込みヘッドやディスク面に付着し、ディスク上を読取り／書込みヘッドが移動する際にディスクおよび読取り／書込みヘッドを損傷しかねない。
【０００７】
これらの問題に対処する努力が払われてきた。或る設計は、２つの独立した流路を有する頂部カバー取付け錐形軸受である。この設計は非対称のシールを使用するもので、遠心シールおよび溝付きポンピング作用シールを含む。他の既存の設計である排除（ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ）シール（ｘシール）がハブとシャフトとの間の境界空間をシールするために使用される（図４に示される）。ｘシールは一つのスラスト・プレートを有する非対称シール設計を含み、これにおいて一端はスラスト螺旋溝により内方へ向けてポンプ作用を受け、他端は溝の形成されたポンピング作用シールで作用される。スラスト軸受端部では、静的段階から動的段階への移行時、および非作動衝撃時に、遠心シールが毛管式貯留部でのオイル・レベル変動を保持する。しかしながら試験結果によれば、遠心シールは約５００Ｇの衝撃で機能せず、約５００Ｇの衝撃で充填孔からオイルが漏れることが示された。
【０００８】
車輌用の応用例は、デスクトップすなわち社内製品よりも高い非作動衝撃を要求する。ラップトップ・コンピュータは持運ぶ結果としてより大きい機械的衝撃を受ける。ディスク駆動装置では、かなりの機械的衝撃に耐えられることを要求することが基本となっている。車輌用の応用例には、１０００Ｇの衝撃に耐えることのできる十分なシール・システムが必要とされる。さらに、シャフトの剛性および動的平行性（アクチュエータ・アームの動作平面に対するディスク面の整合）を高める一方、軸受の仕事量を減少させることが要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
フルイド・ダイナミック軸受と共に使用するために、またスピンドル・モーター等に組込まれるために、作動モードおよび非作動モードでの機械的衝撃に耐える改良されたシール・システムが提供される。一実施例においてこのシール・システムは少なくとも１０００Ｇの衝撃に耐える。本発明は、非対称シール方法および装置、および流体を保持して空気を排除するためのハイドロダイナミック軸受内の活動的循環を提供する。
【００１０】
また、ジャーナルに流体を充填する衝撃に耐えることのできるシステムも提供される。本発明はさらに、スピンドル・モーターでの動力消費を減らす方法、および小さな寸法の部材を使用して、必要な安定性は保持したスピンドル・モーターを提供する。また、スピンドル・モーターの長期作動寿命を得る方法が提供される。さらに、ジャーナル内の半径方向の剛性を与える方法およびシステムが提供される。本発明はさらに、動的平行性およびシャフトのスラスト・プレートに対する結合強度を高める方法およびシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴は、実施例において一部は非対称シール・システムを使用することで達成される。シールドとスリーブとの間に形成され、他の流体収容領域よりも低圧な領域を有する拡張された流体貯留部が使用される。本発明はその拡張された貯留部に流体連通する流体循環通路を使用して、スラスト・プレートに隣接するジャーナル軸受内の非対称性に起因する圧力と、スラスト・プレートから内方へ向かうポンピング作用圧力とがほぼ大気圧にまで低下することを保証する。貯留部の一端には遠心毛管式シールが使用される。モーターが回転されるとき、遠心力が貯留部内の流体に作用してその流体を軸受内部へ押し流し、空気を排除させる。実施例では、シールドにはチャンネルが貯留部に隣接して形成され、衝撃作用時に流体が漏れるのではなく保持されるようにする。貯留部においては、小さい空隙（非チャンネル部分）と大きな空隙（チャンネル部分）との間の圧力差によって、流体は衝撃時に貯留部内に保持される。これらのチャンネルはさらにまた、流体内部の空気がチャンネルに沿って移動し、軸受流体から排除されるようになす。流体を軸受内部に充填するため、および空気を排除する箇所として機能させるために、角度の付いた充填孔が貯留部の一端に備えられる。
【００１２】
テーパーを付形されたジャーナル空隙はさらにまた非対称圧力の形成、ならびにジャーナル空間における動力消費の低減をさらに提供する。実施例において、シールドとスラスト・プレートの外径面との間に形成される溝付きポンピング作用シール（ＧＰＳ）が提供される。シールドは自己整合（ハブ外径面に対して同芯）し、またハブに対する移動制限部材として作用する。この非対称シール方法およびシステムは螺旋溝をさらに組合わされる。シャフトとスリーブとが相対運動するときに流体循環を推進するため、および流体をスラスト・プレート軸受からシャフトへ向けてジャーナル軸受内へ、またジャーナル溝の頂部を越えて圧送するために、ポンピング作用圧力を実際的に発生させるように螺旋溝がスラスト・プレートに形成される。片面スラスト・プレート軸受が使用される。他の実施例では、溝パターンの頂部に実質的に集中する半径方向の剛性を与えるために、ジャーナル内部での溝によるポンピング作用が使用される。さらに、一実施例では、軸受の一端におけるアンバランスおよび非対称の溝パターンが圧力勾配を与え、またシールを安定化させる。
【００１３】
スラスト・プレートの外径境界面と基部との間の大きな面接触によって動的平行性は改善される。
【００１４】
動力消費の低減は、一部は、小径シャフトを含む小さな寸法の部材を使用することで達成される。しかしながらモーターの安定性は、シャフトを頂部カバーに取付けることで保持される。動力消費の低減は、一部は、スラスト・プレート外径面の溝によるポンピング作用を使用することで、また薄い流体を使用することで達成される。大きな貯留部が備えられ、従って薄い流体を使用することができるのであり、薄い流体は厚い流体よりも典型的に高い蒸発率を有する。薄い流体は摩擦が小さく、モーターによる動力消費が低減される。さらに或る実施例においては、スラスト領域での動力損およびスラスト・プレートの片面でのみ生じる軸受損をさらに低減するために、磁気プレロードを有する片面スラスト・プレートが使用される。
【００１５】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の説明を検討する当業者に明白となるであろう。従って、添付図面に関して与えられた実施例の一例を参照することで、本発明の範囲がよりよく理解されるであろう。
【００１６】
本発明の前述した概念および付随する利点の多くは、以下の詳細な説明を添付図面と関連させて参照することでより一層容易に明白となるであろう。
【実施例１】
【００１７】
例示実施例は特別な形状を参照して説明される。通常の当業者には、添付請求項の範囲内においてさまざまな変形および変更を成し得ることが認識できるであろう。さらにまた周知の部材、装置、構成要素、方法、処理段階などは本発明が不明瞭となることを避けるために詳細には説明されない。
【００１８】
フルイド・ダイナミック軸受に使用するために作動モードおよび非作動モードでの機械的衝撃に耐えるシール方法、シール・システムおよびシール手段が本明細書で説明される。実施例において、シール・システムは、例えば非対称シーリングおよび圧力勾配によって１０００Ｇに耐えることができる。以下に説明するように、実施例においては、一部であるが、流体循環通路と、シールドおよびスリーブの間に形成される拡張された流体貯留部と、貯留部チャンネルと、溝によるポンピング作用と、テーパーを付形されたジャーナル空隙と、非対称のジャーナルとが非対称圧力勾配を使用するシステムおよび方法を形成する。以下に説明するように、実施例において、衝撃に耐えるようにその方法およびシステムの設計において本発明はさらに溝付きポンピング作用シールの特性（小容積、高剛性）および遠心毛管シールの特性（大容積、低剛性）を使用する。さらに、実施例において、角度の付いた流体充填孔は衝撃時に流体が漏れないようにするのであり、貯留部の一端に配置される。
【００１９】
各図を通して同じ符号が同じ部材を示している図面を参照すれば、図１は本発明が有用となる典型的なディスク駆動式データ記憶装置１１０を示している。明らかなように、説明する特徴および請求の範囲はこの特定設計に限定されることはなく、この設計は例としてのみ示されている。本発明はディスク駆動装置、スピンドル・モーター、および静止部材および回転部材を有する他のモーターに適用できることは容易に明白となるであろう。実際に、以下に説明する設計は部材間に回転運動が存在するシステムに、たとえそれらの部材が同一方向に回転するとしても、使用できる。
【００２０】
ディスク駆動装置１１０はハウジング基部１１２を含み、ハウジング基部１１２はカバー１１４を組付けられて密封環境を形成する。ディスク駆動装置１１０はさらにディスク・パック１１６を含み、ディスク・パック１１６はクランプ１１８でスピンドル・モーター（図示せず）上に回転可能に取付けられている。ディスク・パック１１６は複数の各個のディスクを含み、それらのディスクは中心軸線のまわりに共同回転するように取付けられる。各ディスクの表面は組合わされた１つのヘッド１２０（読取りヘッドおよび書込みヘッド）を有しており、ヘッド１２０はディスク面とやり取りするようにディスク駆動装置１１０に取付けられている。図１に示される例では、ヘッド１２０は可撓部材１２２に支持されており、可撓部材１２２は作動体１２６のヘッド取付けアーム１２４に取付けられている。図１に示された作動体は回転運動するコイル作動体であり、全体に符号１２８で示されるボイス・コイル・モーターを含む。ボイス・コイル・モーター１２８は作動体１２６を取付けられたヘッド１２０と共に枢動シャフト１３０のまわりに回転させ、作動体の移動路１３２に沿ってヘッド１２０を所望のデータ・トラック上に位置決めする。これによりヘッド１２０は選ばれた位置でディスク１１６の表面上の磁気的にコード化した情報を読み書きできるようになされる。
【００２１】
図２は本発明が有用とされるディスク駆動装置１１０に使用されているハイドロダイナミック軸受スピンドル・モーター２５５の側断面図を示している。典型的に、スピンドル・モーター２５５は静止部材および回転部材を含む。静止部材は基部２１０に固定されて取付けられたシャフト２７５を含む。スピンドル・モーター２５５は図２に示されるような固定シャフトか、回転シャフトを使用できることを認識しなければならない。さらに、本発明の実施例において、シャフト２７５は頂部カバー２５６に取付けられてシャフト２７５に安定性を与え、動特性を向上させている。従って固定シャフト・モーターでは、シャフト２７５の上端および下端の両方がハウジングの基部２１０および頂部カバー２５６に固定され、従ってモーターの剛性および衝撃に対する耐性、並びにシステムの残る部分に対する整合性が向上される。
【００２２】
回転部材はハブ２６０を含み、ハブ２６０は一つ以上の磁石２６５がその周面に取付けられている。磁石２６５は基部２１０に取付けられているステータ巻線２７０と相互作用してハブ２６０を回転させる。磁石２６５は一体型の環状リングとして形成でき、あるいは複数の個別の磁石として形成し、それらがハブ２６０の周面のまわりに間隔を隔てて配置されるようにすることができる。磁石２６５は一つ以上の磁極を形成するように磁化される。
【００２３】
ハブ２６０はシャフト２７５上に支持され、一端にスラスト・プレート２８３を有する。スラスト・プレート２８３はシャフト２７５と一体化された部材とされるか、別個の部材とされて、例えば圧入によってシャフトに取付けることができる。さらに、スラスト・プレート２８３は境界面２９０にて基部２１０と係合する。本発明はスラスト・プレート２８３と基部２１０との間、すなわち境界面２９０において拡大した接触面を与える。実施例では、境界面２９０（基部２１０と接触するスラスト・プレート２８３の直径）は４．５ｍｍである。境界面２９０の長さは変化でき、或る場合は境界面２９０は３ｍｍから５ｍｍの範囲とされることを認識しなければならない。これは拡大したスラスト・プレート外径の接触面によって達成される。回転ディスクと一平面を定める基部２１０の基準面との間の平行性と定義される動的な平行性が結果として改善される。基部２１０上の三点のデータが回転軸線の直角度と比較される。本発明は拡大した接触領域（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）を形成して部材の動的平行性を改善する。
【００２４】
さらに、スラスト・プレート２８３とシャフト２７５との間の係合が長くされることで、スラスト・プレート２８３とシャフト２７５との境界面における曲げ強度が向上される。実施例においては、スラスト・プレート２８３とシャフト２７５との係合は従来のモーターと比較して（すなわち、ｘシールと比較して）二倍である。
【００２５】
シャフト２７５およびスラスト・プレート２８３はハブ２６０内のスリーブ２８０に嵌め込まれる。ハブ２６０はディスク担持部材２１４を含み、ディスク担持部材２１４はディスク１１６（図１に示されている）をシャフト２７５のまわりに回転させるように支持する。ディスク１１６はディスク担持部材２１４上にディスク・クランプ１１８（同様に図１に示されている）で保持される。ハブ２６０はシャフト２７５のまわりに回転できるようにハイドロダイナミック軸受２１７によってシャフト２７５に連結される。
【００２６】
シャフト２７５とスリーブ２８０、スラスト・プレート２８３とスリーブ２８０、スラスト・プレート２８３とシールド２８２、およびシールド２８２とスリーブ２８０との間の領域を流体、例えば潤滑油または強磁性流体が充満する。実施例においては、角度の付いた充填孔２８５はシールド２８２の表面に対して３０度の角度（または以下に説明するように他の角度）をなすように配置される。図面は本明細書において潤滑流体を使用して説明しているが、当業者は潤滑ガスも使用できることを認識するであろう。
【００２７】
典型的なシャフト２７５およびスリーブ２８０の一方は非対称溝２４０および対称溝２４４を含む圧力発生溝の部分を含んでいる。これらの溝パターンは綾織りパターンおよびシヌソイド・パターンの一方を含む。図示されるように、非対称溝２４０はジャーナルの一端に配置され、対称溝２４４はジャーナルの反対端部に配置される。非対称溝２４０および対称溝２４４は境界領域に流体の流動を誘起して、動的高圧力の局部領域および半径方向の剛性を生じる。この圧力は対称溝の頂点２４６および非対称溝の頂点２４２に集中する。スリーブ２８０が回転すると、その溝領域の各々に圧力が蓄えられる。このようにしてシャフト２７５はハブ２６０を一定の高速度回転ができるように支持する。例として、これらの溝は隆起部またはリブで分離され、小さな深さを有する。実施例では、ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）被覆が非対称溝２４０の領域にてシャフト２７５上に使用され、シャフト２７５とスリーブ２８０との間にどのような接触が生じても粒子の発生を防止し、または最小限に抑えるようになされる。
【００２８】
前述したような圧力発生溝に加えて、またはその代わりに、本発明の実施例は他の方法（以下に説明するような）によって流体の流動を生じる。他の方法はテーパーを付形されたまたは拡げられたジャーナル領域２６２、非対称圧力勾配、シールド２８２とスリーブ２８０との間に形成される貯留部２８４内部の低圧領域、スリーブ通路２８６、シールド２８２とスラスト・プレート２８３との間の溝の付いたポンピング作用シール、およびスラスト・プレート２８３の螺旋溝を含む。
【００２９】
本発明の実施例において、スリーブ通路２８６は非対称溝２４０および対称溝２４４の間に配置される。スリーブ通路２８６は一般にシャフト２７５に沿う中央に配置されて低圧領域を形成する。モーター中央のこの低圧領域は、モーター中央の軸受が僅かな半径方向の剛性しか与えないので許容することができる。さらに、角度を付けたスリーブ通路２８６の配置は一体ハブの機械加工を可能にする。
【００３０】
本発明はさらに、スリーブ２８０内に容易に自己整合するシールド２８２を提供する。軽い半径方向の締り嵌め（軽い圧入）をシールド２８２とスリーブ２８０との間に使用して、自己整合できるようにする。一端（スラスト・プレート２８３に隣接する）にてスリーブ２８０はシールド２８２を半径方向に位置決めし、他端にてシールド２８２はハブ２６０に取付けられる（すなわちレーザー溶接）。従って本発明は実施例においてスラスト・プレート２８３とシールド２８２との間に約２０〜３０ミクロンの一定した間隙を与える。
【００３１】
スラスト・プレート２８３は片面であるので、ハブ２６０は軸線方向に移動自由である。従ってシールド２８２は本発明によればハブ２６０の移動制限部材として備えられ、ハブ２６０に対する半径方向の移動限界を定める。シールド２８２はまたハブ２６０に対する緩衝部材として作用し、機械的衝撃で生じるエネルギーを消散させる。
【実施例２】
【００３２】
図３は本発明の実施例におけるフルイド・ダイナミック軸受システムを与え、流体ポンピング方向、流体の方向および例とする圧力を示している。一実施例において逆シールドが使用される。シールド２８２は、毛管シール３１６がｘシールド設計（図４に示されるｘシールド）に比較して逆なので、逆として説明される。本発明により非対称圧力勾配が発生される。この非対称圧力は流体循環通路と、シールドおよびスリーブの間に形成される拡張された流体貯留部と、貯留部チャンネルと、溝によるポンピング作用と、テーパーを付形されたジャーナル間隙と、非対称ジャーナル溝とを含む構造によって発生される。
【００３３】
実施例において、貯留部２８４の流体容量は２．５ｍｇである。この容量は固定の値でないことを認識すべきである。拡張された貯留部２８４はチャンネル５１０を有し、非対称圧力勾配に有利に作用する（図５に示されたチャンネル５１０）。流動抵抗が小さく、他の流体士よ領域に比べて貯留部２８４内の圧力が低いので、非作動時または作動時の衝撃発生に際して流体は貯留部２８４内に受入れられて保持される。例として、数値例とする圧力が図３に示されている。図示したように、ジャーナルが４１３．７ｈＰａ（０．０６ｐｓｉ）〜３９０８ｈＰａ（１３５ｐｓｉ）を示す間、貯留部２８４は０．０Ｐａ（０．０ｐｓｉ）を示す。モーターが回転し、遠心力によって貯留部２８４から流体を押し流すとき、ポンピング作用溝３２４はポンプ推進圧力を発生してモーターを通して流体を循環させる。しかしながらモーターが回転しておらず遠心力が働かないとき、または衝撃発生時には、貯留部２８４はスラスト・プレート２８３の外径間隙３４６を含む領域から、またシャフト２７５とスリーブ２８０との間のジャーナルから両端を受入れることができる。
【００３４】
溝によるポンピング作用はスラスト・プレート３３０の内径面（ＩＤ）および外径面（ＯＤ）に沿って使用される。循環を活性化するためにポンピング作用溝がスラスト・プレート２８３に形成される。シャフト２７５およびスリーブ２８０が相対回転運動するとき、ＩＤの場合には螺旋状のポンピング作用溝３２４が流体を循環させるのに十分なポンピング作用圧力を、また流体をスラスト・プレート軸受通路（スラスト・プレートＩＤに隣接）からシャフト２７５へ向けてジャーナル軸受内部へ、および下側ジャーナル対称溝の頂点２４６を越えてポンプ推進するために十分なポンピング作用圧力を発生させる。非対称溝２４２および対称溝２４４はまたジャーナル内部に圧力を発生して溝頂点へ向かう流体の流動を強制する（図２で上述したように）。実施例において、モーターが回転しているとき、流体の流動方向はスラスト・プレートＩＤ３３０の軸受から内方へ向かい、ジャーナル軸受に沿ってジャーナル空間３１２へ、スリーブ通路２８６を通り循環空間３３２へ、その後スラスト・プレートＩＤ３３０へ戻る。一例におけるこの流体の流動方向は図３に示される実線で示されている。別の実施例では、流体の流動方向は他の方向となされ得ることを認識しなければならない。一例において溝によるポンピング作用方向は図３に点線で示されている。本発明の他の実施例では、スラスト・プレート２８３はポンピング作用溝３２４を備えずに構成される。
【００３５】
流体流循環通路はスリーブ通路２８６と、スラスト・プレートＩＤ３３０およびスリーブ２８０の間の軸受を含む。スリーブ通路２８６は一端がシャフト２７５に沿う中央にほぼ位置し、第二の端部が循環空間３３２に連結するように位置され、或る状況において流体および空気がチャンネル５１０（図５）に沿って移動できるようになされる。循環空間３３２は貯留部２８４と、スリーブ通路２８６と、スラスト・プレートＩＤ３３０と外径間隙３４６とが連結して形成される。スリーブ通路２８６はジャーナル軸受に比べて低圧の領域を形成する。モーター中央の低圧領域は、モーター中央の軸受が半径方向の剛性を僅かしか与えないとの理由から適当とされる。低圧領域はまたジャーナル空間３１２により動力消費を有利に低減する。一例において、図３に示されるように、ジャーナル空間３１２のいずれかの側に高圧が発生している間、ジャーナル空間３１２には４１３．７ｈＰａ（０．０６ｐｓｉ）の圧力が発生する。低圧領域を形成するために、より広い幅または可変幅のジャーナル間隙もジャーナル空間３１２に隣接して備えられる。ジャーナル空間３１２に隣接した一層広い幅または可変幅のジャーナル間隙はジャーナル空間３１２へ向かう方向へ拡がる。
【００３６】
循環通路は、スラスト・プレートに隣接した低圧ジャーナル軸受３２６の非対称性による圧力、およびスラスト・プレート２８３のポンピング作用溝３２４による内方へ向かうポンピング作用圧力がほぼ大気圧にまで低下することを保証する。スリーブ通路２８６の流動抵抗は上側ジャーナル３１０および下側ジャーナル３２６の流動抵抗よりも十分に小さく、従ってジャーナル軸受を横断して圧力降下が生じる。
【００３７】
流体循環通路は、非対称圧力勾配を発生して、ジャーナルからスリーブ通路２８６へ、またさらにスラスト・プレートＩＤ３３０の軸受へ流体を循環させた後ジャーナルへ戻すために、傾斜されている。毛管吸引作用がジャーナル領域を充満し、両端の循環がジャーナル内のあらゆる空気を排除する。
【００３８】
一実施例において、機械的衝撃に耐えるために、本発明は溝付きポンピング作用シールの特性（小容積、高剛性）および遠心毛管シールの特性（大容積、低剛性）を使用する。
【００３９】
図３において、溝付きポンピング作用シール（ＧＳＰ）３１８はシールド２８２とスラスト・プレート２８３のＯＤとの間に形成される外径間隙３４６内に使用される。シャフト２７５およびスリーブ２８０が相対回転運動するとき、ポンピング作用溝３２４によってＧＰＳは外径間隙シール剛性を生じ、循環空間３３２における圧力に実質的に等しい圧力を発生する。ＧＰＳ３１８は大剛性シールであり、実施例において本発明は外径間隙３４６の一端とＧＰＳを使用することでこの特徴を使用する。ＧＰＳ３１８は流体を外径間隙３４６からポンプ推進して流体境界層３２２からの流体の漏れを防止するように作用する。ＧＰＳ３１８は小容積シールであり、本発明はこの特徴を使用する。外径間隙３４６からの流体のポンプ推進は外径間隙３４６内に空気を位置させ、これによってスラスト・プレート２８３の外径面とシールド２８２とのかんに空気が存在することで摩擦を減少させる。
【００４０】
遠心毛管シール（ＣＣＳ）３１６がシールド２８２とスリーブ２８０との間に形成される。一実施例で、シールド２８２およびスリーブ２８０の隣接面には比較的テーパーを付形された面を有し、この面は循環空間３３２に向かって狭まる。テーパー面の間にメニスカスが形成され、またシャフト２７５およびスリーブ２８０が相対回転運動するときにその遠心力によって貯留部２８４内の流体は循環空間３３２へ向けて押し流される。ＣＣＳ３１６は低剛性シールであり、一実施例において本発明はハブ２６０にシールド２８２を溶接または他の手段により取付けて流体メニスカスの上方に流体バリヤを形成することで、この特徴を使用する。ＣＣＳ３１６は大容積シールであり、本発明は拡張された貯留部２８４と共にＣＣＳ３１６を使用することでこの特徴を使用する。
【００４１】
非対称シールは上側ジャーナル３１０でも使用される。非対称溝がジャーナル空間３１２の圧力に実質的に等しい圧力を上側ジャーナル３１０内に発生する。流体は上側ジャーナル３１０から一般に溝頂点２４２へ押し流される（図２で上述したように）。
【実施例３】
【００４２】
図４は従来のｘシールを使用したフルイド・ダイナミック軸受の例を示している。モーター４５０はシャフト４７５と、スリーブ４５５と、通路４８４と、スラスト・プレート４８０と、シールド４８２と、充填孔４８５と、毛管シール４２０とを含む。見られるように、間隙４２５が毛管シール４２０により通路内に流体（約０．５ｍｇの流体）を保持する。さらに、充填孔は毛管シール４２０の下側に位置される。実施例において、本発明は拡張した貯留部２８４と、チャンネル５１０と、溝付きポンピング作用シール３１８と、角度のある充填孔２８５とを使用し、これによりｘシールの設計の場合よりも大きな衝撃に耐え、動力損が少なく、モーターに長期の寿命を与える。さらに、本発明は境界面２９０を形成しており、この境界面２９０は一実施例においてｘシール設計の境界面４４０よりも大きな表面積で、一層優れた平行性と、スラスト・プレートに対するシャフトの結合強度とを与える。
【００４３】
図５を参照すれば、一実施例において貯留部２８４はチャンネル５１０を含む。チャンネル５１０はシールド２８２の壁面に沿ってほぼ軸線方向に延在する。チャンネル５１０は循環空間３３２から貯留部２８４に沿って延在する。或る例では、チャンネル５１０はスリーブ通路２８６と直列とされる。一実施例においては六つのチャンネルが使用され、他の実施例では二つの広いチャンネルが使用される。チャンネル５１０の個数、長さ、幅、および位置は変更することができ、軸受の要求条件によって決まることを認識しなければならない。
【００４４】
チャンネル５１０は流体中の空気がチャンネル５１０に沿って移動して流体から排除されることを可能にする。チャンネル５１０はさらに流体を貯留部２８４内に保持する手段を与える。衝撃が生じたときには、チャンネルを有す貯留部２８４の部分と、チャンネルの無い貯留部２８４の部分との間の圧力差によって流体は貯留部２８４内に保持される。本発明の他の実施例において、貯留部２８４はチャンネル５１０を有することなく低圧領域として作用する。
【実施例４】
【００４５】
図６は角度のある充填孔２８５を含む本発明の実施例を示している。角度のある充填孔２８５（または空気排出孔）はフルイド・ダイナミック軸受に流体を充填する手段を形成している。所定量の流体が遠心毛管シール３１６の上方の充填孔２８５に注入される。角度のある充填孔２８５はシールド２８２の表面に対して３０゜の角度または他の角度（すなわち、４５゜）をなすように配置される。角度３０゜が使用できることを認識しなければならない。さらに、一実施例において、二つの角度のある充填孔が使用される。角度のある充填孔の他の個数も使用できる。同様に図６には取付け位置５２０も示されており、本発明の一実施例においてはこの位置でシールド２８２がスリーブ２８０に取付けられる。充填孔２８５は取付け位置５２０において密封された壁に隣接させて配置される。一実施例において、充填孔２８５はチャンネル５１０の間に配置される。本発明の他の実施例においては、充填孔はシールド２８２の表面と角度を形成せずに配置され、シールド２８２の別の部分に位置決めされる。
【００４６】
衝撃発生時には、流体はチャンネル５１０に沿って移動してスリーブ２８０に衝突し、移動する流体を減速する。流体の粘性により、摩擦抵抗が貯留部２８４内の、およびチャンネル５１０に沿う流体を減速する。従って流体の動きは減速されて、流体は充填孔２８５から漏れることなく溜り領域５３０に達してそこに集められる。或る例では、溜り領域５３０は衝撃が持続する間両端を緩やかに充填する。さらに、角度のある充填孔２８５は衝撃時に流体が漏れ出るのを防止する。何故なら、流体は少なくとも抵抗のある通路を流れ、角度のある充填孔が毛管作用力勾配に比較して大きな抵抗を与えるからである。
【実施例５】
【００４７】
図７を参照すれば、本発明のさらに他の実施例が示されている。これまで説明した実施例と同様に、逆シールドがスピンドル・モーター７００に使用されている。これまで説明した実施例と同様に、拡張した貯留部７２４およびスリーブ通路７２６が衝撃発生に耐えるための非対称圧力勾配（上述したような）に有利に作用する。スラスト・プレート７５２は基部７５０との拡大された境界面７６２を形成する。
【００４８】
しかしながら、本発明のこの実施例では、シールド７２０がシールド取付け部材７２２にてスラスト・プレート７５２に取付けられ、ハブ７５４はシールド７２０に対して回転する。相対回転する隣接面、すなわちスリーブ７５６とシールド７２０との一方にＤＬＣ被覆が使用され、接触したときの粒子の発生を防止し、または最小限に抑える。さらに、この実施例では、充填孔７６０がシールド２８２と角度を形成せずに配置される。
【００４９】
以下の特別な例は図解の目的でのみ与えられ、限定することを意図するものではない。一実施例において実施された実験の結果は、スピンドル・モーターに使用された本発明が１０００Ｇの衝撃に満足に耐えることを示した。この衝撃は２ミリ秒ほど持続する半正弦曲線のパルスで６軸方向へ向けられた。他の試験では、同じ試験実験を有する多重衝撃が本発明の実施例を組込んだスピンドル・モーターに与えられ、そのスピンドル・モーターはその衝撃に耐えた。
【００５０】
代表的な実施例を開示したが、添付の請求項で定められる本発明の精神および範囲に含まれる範囲内で開示した実施例に対して変更および変形を成し得る。例えば、本発明はディスク駆動式記憶装置およびスピンドル・モーターのシール・システムに関して説明したが、当業者にはこの説明および請求項の特徴が静止部材および回転部材を有する他のシステムにおいて実施できることが認識されるであろう。それらの部材は同じ方向に回転することもできる。さらに、本発明は衝撃耐久性を必要とする多くの他のシステムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明が有用であるディスク駆動式データ記憶装置の頂部平面図である。
【図２】本発明の実施例による流体循環通路、シールド、貯留部および充填孔を含む特徴を示しているハイドロダイナミック軸受スピンドル・モーターの側断面図である。
【図３】蓋を示しているハイドロダイナミック軸受スピンドル・モーターの他の側断面図であって、かつ本発明の実施例による流体循環通路、シールド、貯留部、充填孔、スラスト・プレートポンピング作用溝、例示圧力、流動方向およびポンピング方向を含む特徴を示すさらなる詳細図である。
【図４】集中のスピンドル・モーター設計の側断面図である。
【図５】本発明の実施例によるチャンネルおよび角度の付いた充填孔を示すために断面とされたシールドの斜視図である。
【図６】本発明の実施例によるチャンネルおよび角度の付いた充填孔を示しているシールドの他の斜視図である。
【図７】本発明の他の実施例による流体循環通路、スラスト・プレートに取付けられたシールド、貯留部および充填孔を含む特徴を示しているハイドロダイナミック軸受スピンドル・モーターの一部分の側断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１０  ディスク駆動装置
１１２  ハウジング基部
１１４  カバー
１１６  ディスク・パック
１１８  ディスク・クランプ
１２０  ヘッド
１２２  可撓部材
１２４  ヘッド取付けアーム
１２６  作動体
１２８  ボイス・コイル・モーター
１３０  枢動シャフト
１３２  作動体移動路
２１０  基部
２１４  ディスク担持部材
２１７  ハイドロダイナミック軸受
２４０  非対称溝
２４２  頂点
２４４  対称溝
２４６  頂点
２５５  スピンドル・モーター
２５６  頂部カバー
２６０  ハブ
２６２  ジャーナル領域
２６５  磁石
２７０  ステータ巻線
２７５  シャフト
２８２  シールド
２８３  スラスト・プレート
２８４  貯留部
２８５  充填孔
２８６  スリーブ通路
２９０  境界面
３１０  上側ジャーナル
３１２  ジャーナル空間
３１６  遠心毛管シール
３１８  溝付きポンピング作用シール
３２２  流体境界層
３２４  ポンピング作用溝
３２６  低圧ジャーナル軸受
３３０  スラスト・プレート
３３２  循環空間
３４６  外径間隙
４２０  毛管シール
４４０  境界面
４５０  モーター
４５５  スリーブ
４７５  シャフト
４８０  スラスト・プレート
４８２  シールド
４８４  通路
５１０  チャンネル
５３０  溜り領域
７００  スピンドル・モーター
７２４  貯留部
７２６  スリーブ通路
７５０  基部
７５２  スラスト・プレート
７６２  境界面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004286212.tif 000008
【図７】
2004286212.tif 000009
【外国語明細書】
2004286212000001.pdf