DE102009009505A1

DE102009009505A1 - Conical bearing surface for fluid dynamic bearing system for spindle motor of storage disk drive, has area with smaller diameter and area with larger diameter, where inner bearing grooves are arranged in distributed manner in area

Info

Publication number: DE102009009505A1
Application number: DE102009009505A
Authority: DE
Inventors: Taner Baytekin
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2010-09-16

Abstract

The conical bearing surface has an area with smaller diameter and an area with a larger diameter, where inner bearing grooves are arranged in distributed manner in the area with a smaller diameter over its circumference, and outer bearing grooves are arranged in distributed manner in the area with a larger diameter on its circumference. Multiple inner bearing grooves differ from multiple the outer bearing grooves. Independent claims are also included for the following: (1) a fluid dynamic bearing system; and (2) a spindle motor has a stator and a rotor.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine konische Lagerfläche eines fluiddynamischen Lagersystems, sowie ein diese Lagerfläche aufweisendes fluiddynamisches Lagersystem. Ein derartiges Lagersystem kann beispielsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors zum Antrieb von Festplattenlaufwerken Verwendung finden.The The invention relates to a conical bearing surface of a fluid dynamic Storage system, as well as this bearing surface exhibiting fluid dynamic storage system. Such a storage system, for example for pivoting a spindle motor to drive hard disk drives Find use.

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the state of technology

Als Drehlager in Spindelmotoren, wie sie z. B. zum Antrieb der Speicherplatten in Festplattenlaufwerken eingesetzt werden, kommen größtenteils fluiddynamische Lager zur Anwendung. Ein fluiddynamisches Lager ist ein weiterentwickeltes Gleitlager, das aus einer Lagerhülse mit beispielsweise zylindrischer Bohrung und einer in die Bohrung eingesetzten Welle gebildet ist. Die Welle bzw. die Innenseite der Bohrung besitzen entsprechende Lagerflächen, die mit einer Rillenstruktur versehen sind, wobei der Durchmesser der Welle geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung. Zwischen den beiden Lagerflächen verbleibt somit ein konzentrischer Lagerspalt, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Die Lagerflächen von Welle und Lagerbuchse bilden ein Radiallager aus, wobei durch die Rillenstrukturen eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid und ein fluiddynamischer Druck im Lagerspalt erzeugt werden, wenn sich die Welle in der Lagerbuchse dreht. Eine Stabilisierung der Lageranordnung entlang der Rotationsachse erfolgt durch ein fluiddynamisches Axiallager oder Drucklager. Das Axiallager wird in bekannter Weise durch senkrecht zur Rotationsachse ausgerichtete Lagerflächen gebildet, beispielsweise durch eine an der Welle angeordneten Druckplatte, die mit einem Gegenlager zusammenwirkt.When Swivel bearing in spindle motors, as they are z. B. to drive the storage disks used in hard disk drives come mostly fluid dynamic Bearing for use. A fluid dynamic bearing is an advanced one Plain bearing, which consists of a bearing sleeve with, for example cylindrical bore and a shaft inserted into the bore is formed. The shaft or the inside of the bore have corresponding bearing surfaces, which have a groove structure are provided, wherein the diameter of the shaft slightly smaller than the diameter of the hole. Between the two Bearing surfaces thus remains a concentric bearing gap, which is filled with a bearing fluid. The storage areas of shaft and bushing form a radial bearing, by the groove structures a pumping action on the bearing fluid and a fluid dynamic pressure can be generated in the bearing gap when the Shaft in the bearing bush turns. A stabilization of the bearing arrangement along the axis of rotation takes place through a fluid dynamic thrust bearing or thrust bearing. The thrust bearing is in a known manner by vertically formed bearing surfaces aligned with the axis of rotation, for example, by a arranged on the shaft pressure plate, the cooperates with an abutment.

Es sind auch andere Bauformen fluiddynamischer Lager bekannt, beispielsweise konische Lager bei denen die Welle mindestens eine konische Lagefläche aufweist, die in einer zugeordneten konischen Lagerbohrung zu liegen kommt, so dass sich zur Rotationsachse der Welle schräg verlaufende Lagerflächen ergeben, die sowohl eine radiale als auch axiale Lagerkraft auf die Welle ausüben. Ein derartiges fluiddynamisches Lager in doppelt-konischer Form ist z. B. aus WO 98/28550 A1 bekannt. Die beiden konischen Lagerbereiche sind symmetrisch ausgestaltet. Das beschriebene Lager weist eine feststehende Welle auf. Da das Lager bzw. der Lagerspalt auf beiden Seiten des Lagers offen ist, kann die Welle an beiden Enden befestigt werden, was die Steifigkeit des Lagers gegenüber nur einer einseitig befestigten Welle verbessert. Wird das Lager beispielsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors verwendet, ist ein Ende der Welle In der Regel in einer Basisplatte fest aufgenommen, während das andere Ende am der Deckplatte des Motors befestigt ist. In den 5A–5D der WO 98/28550 A1 sind verschiedene Formgebungen der auf den konischen Lagerflächen angeordneten Lagerrillen gezeigt, sowohl einfach gebogene Spiralrillen als auch fischgrätenförmige Lagerrillen. Die fischgrätenförmigen Rillen sind unterteilt in eine gleiche Anzahl von äußeren Lagerrillen und inneren Lagerrillen. Die Lagerrillen sind in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet und treffen sich in einem Punkt. Aufgrund der konischen Lagerfläche sind die äußeren Lagerrillen über den Umfang gesehen weiter voneinander entfernt als die inneren Lagerrillen. Daher erzeugen die äußeren Lagerrillen eine geringere Pumpwirkung als die inneren Lagerrillen.There are also other types fluid dynamic bearings known, for example, conical bearings in which the shaft has at least one conical bearing surface, which comes to rest in an associated conical bearing bore, so that arise to the rotational axis of the shaft inclined bearing surfaces, both a radial and exert axial bearing force on the shaft. Such a fluid dynamic bearing in double-conical form is z. B. off WO 98/28550 A1 known. The two conical bearing areas are designed symmetrically. The bearing described has a fixed shaft. Since the bearing or the bearing gap is open on both sides of the bearing, the shaft can be secured at both ends, which improves the rigidity of the bearing against only a unilaterally mounted shaft. For example, if the bearing is used for pivotal mounting of a spindle motor, one end of the shaft is usually fixedly received in one base plate while the other end is secured to the cover plate of the motor. In the 5A - 5D of the WO 98/28550 A1 various shapes of the arranged on the conical bearing surfaces bearing grooves are shown, both simple curved spiral grooves and herringbone bearing grooves. The herringbone grooves are divided into an equal number of outer bearing grooves and inner bearing grooves. The bearing grooves are arranged at an acute angle to each other and meet at a point. Due to the conical bearing surface, the outer bearing grooves are located farther apart from each other than the inner bearing grooves. Therefore, the outer bearing grooves produce less pumping action than the inner bearing grooves.

Um diese Ungleichgewicht zu Kompensieren kann es vorgesehen sein, die entweder auf den konischen Oberflächen der Welle oder auf der Innenfläche der konisch ausgebildeten Bereiche der Lagerbuchse befindlichen äußeren und inneren Lagerrillen getrennt voneinander auszubilden und die Anzahl der äußeren Lagerrillen zu erhöhen, um die gewünschte Pumpwirkung zu erzielen. Eine solche konische Lagerfläche 114 ist in 4 dargestellt. Es sind beispielsweise vierzehn innere Lagerrillen 114b und siebzehn äußere Lagerrillen 114c über den Umfang der Lagerfläche 114 verteilt. Die inneren und äußeren Lagerrillen sind in einem spitzen Winkel von ca. 30 bis 50° zueinander geneigt (bzw. 15 bis 25° zur Rotationsrichtung), wodurch sich im Betrieb eine Pumpwirkung in Richtung der Grenze zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich ergibt. Durch die so erreichte Druckerhöhung in diesem Bereich wird das Lager tragfähig. Im Betrieb eines Lagers mit solchen Lagerflächen 114 hat es sich jedoch gezeigt, dass durch die unterschiedliche Anzahl der inneren 114b und äußeren Lagerrillen 114c eine ungleichmäßige Druckverteilung in den Umfangsabschnitten des Lagerspalts entsteht. Die 5A–5C zeigen die Druckverteilung (Drucklevel p) an verschiedenen Umfangsabschnitten der Lagerfläche 114a bei 0°, 120° und 240°. Man erkennt die ungleichmäßige Druckverteilung in den einzelnen Druckzonen „1”, „2” und „3”, insbesondere der Druckspitzen in der Druckzone „3”) in jedem Umfangsabschnitt. Die ungleichmäßige Druckverteilung im Lagerspalt erzeugt eine Taumelbewegung und damit Unwucht der Welle, die sich auf die Laufruhe des Lagers und die akustischen Eigenschaften auswirkt. Beim Betrieb des Lagers in einem Spindelmotor für Festplattenlaufwerke kann sich dieser Effekt zudem ungünstig auf die Schreib-/Lesegenauigkeit des Laufwerks auswirken.To compensate for this imbalance, it may be provided to form the outer and inner bearing grooves located either on the conical surfaces of the shaft or on the inner surface of the tapered portions of the bushing separately and to increase the number of outer bearing grooves to the desired pumping action achieve. Such a conical bearing surface 114 is in 4 shown. For example, there are fourteen inner bearing grooves 114b and seventeen outer bearing grooves 114c over the circumference of the storage area 114 distributed. The inner and outer bearing grooves are inclined at an acute angle of about 30 to 50 ° to each other (or 15 to 25 ° to the direction of rotation), which results in a pumping operation in operation in the direction of the boundary between the inner and the outer region. Due to the pressure increase achieved in this area, the bearing is sustainable. In operation of a warehouse with such storage areas 114 However, it has been shown that by the different number of internal 114b and outer bearing grooves 114c an uneven pressure distribution in the peripheral portions of the bearing gap arises. The 5A - 5C show the pressure distribution (pressure level p) at different peripheral portions of the bearing surface 114a at 0 °, 120 ° and 240 °. One recognizes the uneven pressure distribution in the individual pressure zones "1", "2" and "3", in particular the pressure peaks in the pressure zone "3") in each circumferential section. The uneven pressure distribution in the bearing gap generates a wobbling motion and thus unbalance of the shaft, which affects the smoothness of the bearing and the acoustic properties. When operating the bearing in a hard disk drive spindle motor, this effect can also adversely affect drive read / write accuracy.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lagerfläche eines konischen fluiddynamischen Lagers anzugeben, die eine verbesserte Laufruhe des Lagersystems ermöglicht.It is the object of the invention to provide a bearing surface of a conical fluid dynamic bearing, which improves the smoothness of the bearing system allows.

Diese Aufgabe wird durch eine konische Lagerfläche gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Ein fluiddynamisches Lagersystem mit einer entsprechenden konischen Lagerfläche ist Gegenstand des Anspruchs 10.These Task is performed by a conical bearing surface according to Characteristics of independent claim 1 solved. A fluid dynamic storage system with a corresponding conical Storage area is the subject of claim 10.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Lagerfläche und des zugeordneten Lagersystems und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.preferred Embodiments of the bearing surface and the associated storage system and further advantageous features of the invention are in the dependent Claims specified.

Die konische Lagerfläche umfasst einen Bereich mit kleinerem Durchmesser und einen Bereich mit größerem Durchmesser, wobei im Bereich mit kleinerem Durchmesser über dessen Umfang verteilt angeordnete innere Lagerrillen angeordnet sind, und im Bereich mit größerem Durchmesser über dessen Umfang verteilt angeordnete äußere Lagerrillen angeordnet sind. Erfindungsgemäß unterscheidet sich die Anzahl M der inneren Lagerrillen von der Anzahl N der äußeren Lagerrillen, wobei M und N so gewählt sind, dass sie einen gemeinsamen ganzzahligen Teiler T > 1 aufweisen.The conical bearing surface covers an area with smaller Diameter and a larger diameter area, wherein in the area of smaller diameter over the Circumference distributed arranged inner bearing grooves are arranged, and in the larger diameter area whose circumference distributed outer bearing grooves are arranged. Different according to the invention the number M of the inner bearing grooves of the number N of the outer Lagerrillen, where M and N are chosen so that they have a common integer divider T> 1 exhibit.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der gemeinsame ganzzahlige Teiler T von M und N größer gleich drei (T > = 3).In A preferred embodiment of the invention is the common integer divisors T of M and N are greater or equal three (T> = 3).

Durch die durch einen gemeinsamen ganzzahligen Teiler T gekennzeichnete Anzahl M und N der Lagerrillen wird erreicht, dass sich die gegenseitige Lage der inneren und äußeren Lagerrillen über den Umfang der Lagerfläche periodisch wiederholt. Der Umfang der Lagerfläche wird in eine Anzahl von T Umfangsabschnitten unterteilt, in welchen die gegenseitige Lage der der inneren und äußeren Lagerrillen identisch ist. In jedem Umfangsabschnitt ergibt sich dadurch dieselbe Druckverteilung im Lagerspalt, so dass die Welle weniger Unwucht erfährt und der Schlag reduziert wird. Das Lager läuft insgesamt ruhiger.By characterized by a common integer divider T. Number M and N of the bearing grooves is achieved that the mutual Location of the inner and outer bearing grooves over the Perimeter of the storage area repeated periodically. The scope the bearing surface is divided into a number of T circumferential sections divided into which the mutual position of the inner and outer Bearing grooves is identical. In each peripheral section results same pressure distribution in the bearing gap, so that the shaft less Imbalance is experienced and the impact is reduced. The warehouse runs altogether calmer.

Das fluiddynamische Lagersystem gemäß der Erfindung umfasst einen erstes konisches Lager und ein dem ersten konischen Lager entgegenwirkendes zweites konisches Lager, wobei die beiden konischen Lager entlang einer feststehenden Welle angeordnet sind. Das erste konische Lager weist einen an der Welle angeordneten ersten Lagerkonus mit einer konischen Lagerfläche auf, sowie eine erste Lagerbuchse mit einer konischen Lagerfläche, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten ersten Lagerspalt von der konischen Lagerfläche des ersten Lagerkonus getrennt ist. Das zweite konische Lager weist einen an der Welle angeordneten zweiten Lagerkonus mit einer konischen Lagerfläche auf, sowie eine zweite Lagerbuchse mit einer konischen Lagerfläche, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten zweiten Lagerspalt von der konischen Lagerfläche des zweiten Lagerkonus getrennt ist. Die konischen Lagerflächen der beiden Lagerkonusse und die konischen Lagerflächen der beiden Lagerbuchsen weisen einen Bereich mit kleinerem Durchmesser und einen Bereich mit größerem Durchmesser auf. Auf den konischen Lagerflächen der Lagerkonusse oder auf den konischen Lagerflächen der Lagerbuchsen jeweils im Bereich mit kleinerem Durchmesser über dessen Umfang verteilt angeordnete innere Lagerrillen angeordnet, und im Bereich mit größerem Durchmesser über dessen Umfang verteilt angeordnete äußere Lagerrillen angeordnet. Die inneren und äußeren Rillen sind zueinander geneigt und schließen einen spitzen Winkel ein. Erfindungsgemäß unterscheidet sich die Anzahl M der inneren Lagerrillen von der Anzahl N der äußeren Lagerrillen, wobei M und N so gewählt sind, dass sie einen gemeinsamen ganzzahligen Teiler T aufweisen.The fluid dynamic storage system according to the invention includes a first conical bearing and a first conical bearing Bearing counteracting second conical bearing, the two conical Bearings are arranged along a fixed shaft. The first conical bearing has a first bearing cone arranged on the shaft a conical bearing surface, as well as a first bearing bush with a conical bearing surface, by a with a Bearing fluid filled first bearing gap from the conical Storage area of the first storage cone is separated. The second conical bearing has a second bearing cone arranged on the shaft with a conical bearing surface, as well as a second Bearing bush with a conical bearing surface through a filled with a bearing fluid second bearing gap separated from the conical bearing surface of the second bearing cone is. The conical bearing surfaces of the two bearing cones and the conical bearing surfaces of the two bushings have a smaller diameter area and an area with a larger diameter. On the conical Bearing surfaces of the bearing cones or on the conical bearing surfaces the bushings each in the area of smaller diameter over the Circumference distributed arranged inner bearing grooves arranged, and in the Area of larger diameter over whose circumference distributed outer bearing grooves arranged. The inner and outer grooves are inclined to each other and include an acute angle. According to the invention, the number differs M of the inner bearing grooves of the number N of the outer Lagerrillen, where M and N are chosen so that they have a common integer divider T.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Lagersystems bilden die beiden miteinander verbunden Lagerbuchsen das drehbewegliche Bauteil des Lagersystems.In a preferred embodiment of the storage system form the two Bearing bushes connected to each other, the rotatable component of Storage system.

Die Erfindung betrifft ein beidseitig offenes Lagersystem mit zwei getrennten konischen Lagern mit jeweils unabhängigen Lagerspalten. Jeder Lagerspalt weist daher zwei offene Enden auf, welche durch kapillare Dichtungsspalte und dynamische Pumpstrukturen gegenüber der Umgebung abgedichtet sind.The The invention relates to a bearing system open on both sides with two separate conical bearings, each with independent bearing gaps. Each bearing gap therefore has two open ends, which through capillary seal gaps and dynamic pump structures the environment are sealed.

Ein offenes Ende jedes Lagerspaltes ist durch einen kapillaren Dichtungsspalt abgedichtet, der durch eine Oberfläche des zugeordneten Lagerkonus und eine angrenzende Oberfläche einer mit der zugeordneten Lagerbuchse verbundenen Abdeckkappe begrenzt wird. Der Dichtungsspalt ist vorzugsweise in einem Winkel relativ zur Drehachse angeordnet und bildet mit dem zugeordneten Lagerspalt einen stumpfen Winkel (> = 90°). Der Dichtungsspalt ist teilweise mit Lagerfluid gefüllt und derart angeordnet, dass er an seinem größten Durchmesser mit dem Lagerspalt verbunden ist. Dadurch wird sichergestellt, dass bei Drehung des Lagers die im Dichtungsspalt auf das Lagerfluid wirkenden Fliehkräfte das Lagerfluid in Richtung des Lagerspaltes drücken. Dadurch wird zusätzlich zur Kapillarwirkung des Dichtungsspaltes ein Austreten von Lagerfluid aus dem Dichtungsspalt verhindert. Auch die Abdeckkappe bietet einen gewissen Schutz gegen Austreten des Lagerfluids.One open end of each bearing gap is through a capillary sealing gap sealed by a surface of the associated Storage cone and an adjacent surface one with the associated bearing bushing cap is limited. The sealing gap is preferably at an angle relative to Rotary axis arranged and forms with the associated bearing gap an obtuse angle (> = 90 °). The sealing gap is partially filled with bearing fluid and arranged so that it is at its greatest Diameter is connected to the bearing gap. This will ensure that upon rotation of the bearing in the sealing gap on the bearing fluid acting centrifugal forces the bearing fluid in the direction of the bearing gap to press. This will in addition to capillary action the sealing gap leakage of bearing fluid from the sealing gap prevented. The cap also provides some protection against leakage of the bearing fluid.

Das fluiddynamische Lager kann vorzugsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors eingesetzt werden, wie er beispielsweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken Verwendung findet.The Fluid dynamic bearing may preferably for pivotal mounting of a spindle motor used, for example, to drive hard disk drives Use finds.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.Further features and advantages of the invention result from the drawings and the following description of a preferred embodiment.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem mit zwei erfindungsgemäßen konischen Lagern. 1 shows a section through a spindle motor with a fluid dynamic bearing system with two conical bearings according to the invention.

2 zeigt eine Ansicht eines Lagerkonus mit erfindungsgemäßer konischer Lagerfläche und Lagerrillen. 2 shows a view of a bearing cone with inventive conical bearing surface and bearing grooves.

3A bis 3C zeigen die simulierte Druckverteilung im Lagerfluid über den Umfang der konischen Lagerfläche des Lagerkonus aus 2. 3A to 3C show the simulated pressure distribution in the bearing fluid over the circumference of the conical bearing surface of the bearing cone 2 ,

4 zeigt eine Ansicht eines Lagerkonus mit konischer Lagerfläche und Lagerrillen nach dem Stand der Technik. 4 shows a view of a bearing cone with conical bearing surface and bearing grooves according to the prior art.

5A bis 5C zeigen die simulierte Druckverteilung im Lagerfluid über den Umfang der konischen Lagerfläche des Lagerkonus aus 4. 5A to 5C show the simulated pressure distribution in the bearing fluid over the circumference of the conical bearing surface of the bearing cone 4 ,

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der ErfindungDescription of a preferred Embodiment of the invention

1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem mit zwei konischen Lagern. 1 shows a section through a spindle motor with a fluid dynamic bearing system with two conical bearings.

Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10 als tragende Struktur, in welcher eine feststehende Welle 12 angeordnet ist, so dass sie größtenteils über die Oberfläche der Basisplatte hinausragt. Die Welle 12 bildet zusammen mit zwei Lagerkonussen 14, 26 das feststehende Bauteil des Lagersystems. Die Lagerkonusse 14, 26 sind in einem Abstand voneinander auf der Welle 12 angeordnet und mit dieser fest verbunden. Die Lagerkonusse 14, 26 haben einander zugewandte in einem Winkel zur Drehachse 50 verlaufende konische Lagerflächen 14a und 26a. Dem ersten Lagerkonus 14 ist eine Lagerbuchse 16 zugeordnet, welche eine teilweise konische Lagerbohrung und eine konische Lagerfläche 16a aufweist, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten ersten Lagerspalt 20 von der konischen Lagerfläche 14a des ersten Lagerkonus 14 getrennt ist. Die konischen Lagerflächen und der Lagerspalt 20 verlaufen also schräg zur Drehachse 50. Der Lagerspalt 20 hat zwei offene Enden, jeweils angrenzend an die Stirnflächen der Lagerbuchse 16. Das erste offene Ende des Lagerspaltes 20 wird durch einen kapillaren Dichtungsspalt 22 abgedichtet, der durch eine Oberfläche des ersten Lagerkonus 14 und eine angrenzende Oberfläche einer mit der ersten Lagerbuchse 16 verbundenen Abdeckkappe 18 begrenzt wird. Der Dichtungsspalt 22 bildet mit dem Lagerspalt 20 einen stumpfen Winkel (> = 90°) und mit der Drehachse 50 einen spitzen Winkel. Der Dichtungsspalt 22 ist teilweise mit Lagerfluid gefüllt und wirkt somit als Fluidreservoir. Das untere Ende des Lagerspaltes 20 ist abgedichtet durch einen weiteren Dichtungsspalt 24, der vorzugsweise eine Pumpdichtung umfasst, indem auf entweder auf der Welle 12 oder auf der Lagerbuchse 16 im Bereich des Spaltes 24 Pumpstrukturen aufgebracht sind, die bei Rotation der Lagerbuchse 12 eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid in Richtung des Lagerspalts 20 erzeugen.The spindle motor comprises a base plate 10 as a supporting structure in which a fixed shaft 12 is arranged so that it protrudes largely over the surface of the base plate. The wave 12 forms together with two storage concessions 14 . 26 the fixed component of the storage system. The storage cones 14 . 26 are at a distance from each other on the shaft 12 arranged and firmly connected with this. The storage cones 14 . 26 have facing each other at an angle to the axis of rotation 50 extending conical bearing surfaces 14a and 26a , The first storage bonus 14 is a bearing bush 16 associated, which has a partially conical bearing bore and a conical bearing surface 16a having, by a filled with a bearing fluid first bearing gap 20 from the conical bearing surface 14a of the first storage bonus 14 is disconnected. The conical bearing surfaces and the bearing gap 20 thus run obliquely to the axis of rotation 50 , The bearing gap 20 has two open ends, each adjacent to the end faces of the bearing bush 16 , The first open end of the bearing gap 20 is through a capillary sealing gap 22 sealed by a surface of the first storage cone 14 and an adjacent surface of one with the first bushing 16 connected cap 18 is limited. The sealing gap 22 forms with the bearing gap 20 an obtuse angle (> = 90 °) and with the axis of rotation 50 an acute angle. The sealing gap 22 is partially filled with bearing fluid and thus acts as a fluid reservoir. The lower end of the bearing gap 20 is sealed by a further sealing gap 24 which preferably comprises a pumping seal, by acting on either the shaft 12 or on the bearing bush 16 in the area of the gap 24 Pump structures are applied, during rotation of the bearing bush 12 a pumping action on the bearing fluid in the direction of the bearing gap 20 produce.

Der zweite Lagerkonus 26 weist konische Lagerflächen 26a auf, die mit der Drehachse 50 einen spitzen Winkel ausbilden. Der Lagerkonus 26 ist in einer zweiten Lagerbuchse 28 angeordnet, die ebenfalls konische Lagerflächen 28a aufweist, die durch einen zweiten Lagerspalt 32 von den konischen Lagerflächen 26a des zweiten Lagerkonus 26 getrennt sind. Auch der zweite Lagerspalt 32 ist an seinen beiden offenen Enden durch jeweils einen Dichtungsspalt 34, sowie einen Dichtungsspalt mit Pumpdichtung 36 abgedichtet. Der Dichtungsspalt 34 wird begrenzt durch entsprechende Oberflächen des zweiten Lagerkonus 28 und einer an der zweiten Lagerbuchse 28 angeordneten Abdeckkappe 30. Der Dichtungsspalt 34 bildet mit dem Lagerspalt 32 einen stumpfen Winkel (> = 90°) und mit der Drehachse 50 einen spitzen Winkel. Die Pumpdichtung 36 wird gebildet zwischen aneinander angrenzenden Oberflächen der Welle 12 und der Lagerbuchse 28.The second storage bonus 26 has conical bearing surfaces 26a on that with the axis of rotation 50 form an acute angle. The storage bonus 26 is in a second bushing 28 arranged, which also conical bearing surfaces 28a having, through a second bearing gap 32 from the conical bearing surfaces 26a of the second storage bonus 26 are separated. Also the second bearing gap 32 is at its two open ends by a respective sealing gap 34 , as well as a sealing gap with pump seal 36 sealed. The sealing gap 34 is limited by corresponding surfaces of the second storage cone 28 and one on the second bushing 28 arranged cap 30 , The sealing gap 34 forms with the bearing gap 32 an obtuse angle (> = 90 °) and with the axis of rotation 50 an acute angle. The pump seal 36 is formed between adjacent surfaces of the shaft 12 and the bearing bush 28 ,

Die beiden Lagerbuchsen 16 und 28 grenzen aneinander an und sind durch eine Distanzscheibe 38 voneinander getrennt, die gleichzeitig der Temperaturkompensation dient und als Dichtungsscheibe wirkt. Der Zwischenraum zwischen dem Außenumfang der Welle 12 und den Lagerbuchsen bzw. der Distanzscheibe 38 ist belüftet, um einen Druckausgleich herzustellen. Hierzu kann die Welle 12 eine entsprechende Bohrung 52 aufweisen, die den Zwischenraum mit der Außenatmosphäre verbindet.The two bushings 16 and 28 adjoin one another and are separated by a spacer 38 separated, which simultaneously serves the temperature compensation and acts as a sealing washer. The space between the outer circumference of the shaft 12 and the bushings and the spacer 38 is vented to provide pressure equalization. For this, the wave 12 a corresponding hole 52 have, which connects the gap with the outside atmosphere.

Die beiden Lagerbuchsen 14 und 28 werden in einer zentralen Aussparung einer Nabe 40 des Spindelmotors gehalten, beispielsweise durch eine Pressverbindung, oder werden in die Nabe 40 eingeklebt. Beide Lagerbuchsen 16 und 28 weisen am Außenumfang einen Bund auf, der auf einer Stirnseite des Randes der Öffnung der Nabe 40 aufliegt. Vorzugsweise sind die Lagerbuchsen 16, 28 aus Stahl, Keramik oder ähnlichem, also einem Material mit einem geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten, während die Nabe 40 beispielsweise aus Aluminium, also einem Material mit hohem Temperaturausdehnungskoeffizienten gefertigt ist. Die Lagerkonusse 14, 26 sind relativ zu den Lagerbuchsen 16, 28 so angeordnet, dass die Lagerspalten 20, 32 bei Zimmertemperatur eine definierte Breite von einigen Mikrometern aufweisen. Die Tragfähigkeit der konischen Lager hängt unter anderem ab von der Breite der Lagerspalten 20, 32 und der Viskosität des darin enthaltenen Lagerfluids. Erhöht sich die Umgebungstemperatur, so nimmt in der Regel die Viskosität des Lagerfluids ab, was zur Folge hat, dass die Tragfähigkeit der Lager bei ansonsten konstanter Lagerspaltbreite ebenfalls abnimmt. Um dies zu kompensieren sind die Lagerbuchsen 16, 28 derart in der Nabe gelagert, dass die relativ starke Wärmeausdehnung der Nabe 40 sich in axialer Richtung auf die Lagerbuchsen 16, 28 überträgt, wodurch diese auseinandergedrückt werden, und sich die Breite der Lagerspalten 20, 32 verringert. Somit wird die abnehmende Viskosität des Lagerfluids bei steigender Temperatur durch eine Reduktion der Breite der Lagerspalten 20, 32 kompensiert.The two bushings 14 and 28 be in a central recess of a hub 40 held by the spindle motor, for example by a press connection, or be in the hub 40 glued. Both bushings 16 and 28 have on the outer circumference of a collar on one end side of the edge of the opening of the hub 40 rests. Preferably, the bushings 16 . 28 made of steel, ceramics or the like, ie a material with a low coefficient of thermal expansion while the hub 40 For example, made of aluminum, so a material with high thermal expansion coefficient. The storage cones 14 . 26 are relative to the bushings 16 . 28 arranged so that the bearing columns 20 . 32 have a defined width of a few micrometers at room temperature. The carrying capacity of the conical Among other things, bearing depends on the width of the bearing gaps 20 . 32 and the viscosity of the bearing fluid contained therein. If the ambient temperature increases, the viscosity of the bearing fluid generally decreases, with the result that the bearing capacity of the bearing also decreases while the bearing gap width is otherwise constant. To compensate for this, the bearing bushes 16 . 28 stored in the hub so that the relatively high thermal expansion of the hub 40 in the axial direction on the bushings 16 . 28 transmits, which are forced apart, and the width of the bearing columns 20 . 32 reduced. Thus, the decreasing viscosity of the bearing fluid with increasing temperature is due to a reduction in the width of the bearing gaps 20 . 32 compensated.

Der Spindelmotor wird angetrieben durch ein elektromagnetisches Antriebssystem, das aus einer an der Basisplatte 10 befestigten Statoranordnung 42 besteht und einem gegenüberliegend der Statoranordnung an der Nabe 40 befestigten Rotormagneten 44, der von einem Joch 46 umgeben ist.The spindle motor is driven by an electromagnetic drive system, which consists of one on the base plate 10 attached stator assembly 42 consists and one opposite the stator assembly to the hub 40 attached rotor magnet 44 that of a yoke 46 is surrounded.

2 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der Lagerfläche 14a aus 1. Die Lagerfläche 26a ist identisch zur Lagerfläche 14a ausgebildet. 2 shows an enlarged side view of the storage area 14a out 1 , The storage area 26a is identical to the storage area 14a educated.

Die konische Lagerfläche 14a ist in Richtung der Rotationsachse 50 in einen Bereich mit kleinerem Durchmesser und einen Bereich mit größerem Durchmesser unterteilt. Der Bereich mit kleinerem Durchmesser umfasst über den Umfang verteilt eine Anzahl M = 12 von inneren Lagerrillen 14b. Der Bereich mit größerem Durchmesser umfasst über den Umfang verteilt eine Anzahl N = 18 von äußeren Lagerrillen 14c. Die Lagerrillen 14b sind in einem spitzen Winkel α_b zur Horizontalen geneigt. Lagerrillen 14b sind in einem Winkel α_c zur Horizontalen geneigt. In diesem Ausführungsbeispiel betragen die Winkel α_b und α_b jeweils 20°. Die Anzahlen M und N der Lagerrillen weisen den gemeinsamten Teiler T = 3 auf.The conical bearing surface 14a is in the direction of the axis of rotation 50 divided into a smaller diameter area and a larger diameter area. The smaller diameter portion comprises a number M = 12 of inner bearing grooves distributed around the circumference 14b , The larger diameter portion comprises a number N = 18 of outer bearing grooves distributed around the circumference 14c , The bearing grooves 14b are inclined at an acute angle α _b to the horizontal. raceways 14b are inclined at an angle α _c to the horizontal. In this embodiment, the angles α _b and α _{b are} each 20 °. The numbers M and N of the bearing grooves have the shared divider T = 3.

Der gemeinsame Teiler T bewirkt, dass sich die gegenseitige Lage und Ausrichtung der inneren 14b und der äußeren Lagerrillen 14c entlang des Umfangs alle 360°/T = 120° wiederholt. Dadurch wird in jedem dieser Umfangsabschnitte von 120° dieselbe Druckverteilung im Lagerspalt erzielt. Die 3A–3C zeigen die Druckverteilung (Druck-Level p) an verschiedenen Umfangsabschnitten der Lagerfläche 14a bei Umfangswinkeln von 0°, 120° und 240°. Es bilden sich verschieden Druckzonen, eine Zone „1” mit niederem Druck, eine Zone „2” mit mittlerem Druck und einzelne Zonen „3” mit hohem Druck. Man erkennt, dass die Druckverteilung bei allen Umfangsabschnitte der Lagerfläche 14a identisch ist und auch die Umrissformen der verschiedenen Druckzonen „1”, „2” und „3” identisch sind. Diese gleichmäßige Druckverteilung im Lagerspalt bewirkt, dass die Welle 12 besser im Lager zentriert wird und eine wesentlich geringere Taumelbewegung ausführt, als es beim Stand der Technik der Fall war. Dies resultiert in einer geringeren Unwucht der Welle, wodurch die Laufruhe des Lagers und die akustischen Eigenschaften verbessert werden.The common divisor T causes the mutual position and orientation of the inner 14b and the outer bearing grooves 14c Repeats along the circumference every 360 ° / T = 120 °. As a result, the same pressure distribution in the bearing gap is achieved in each of these circumferential sections of 120 °. The 3A - 3C show the pressure distribution (pressure level p) at different peripheral portions of the bearing surface 14a at circumferential angles of 0 °, 120 ° and 240 °. There are different pressure zones, a zone "1" with low pressure, a zone "2" with medium pressure and individual zones "3" with high pressure. It can be seen that the pressure distribution at all peripheral portions of the bearing surface 14a is identical and the outline of the different pressure zones "1", "2" and "3" are identical. This even pressure distribution in the bearing gap causes the shaft 12 is better centered in the camp and performs a much lower tumbling motion, as was the case in the prior art. This results in a lower imbalance of the shaft, whereby the smoothness of the bearing and the acoustic properties are improved.

Die Lagerrillen müssen nicht auf den Lagerflächen der Lagerkonusse angeordnet sein, sondern können erfindungsgemäß auch auf den konischen Lagerflächen der Lagerbuchsen angeordnet werden.The Bearing grooves do not have to be on the bearing surfaces the Lagerkonusse be arranged, but according to the invention also arranged on the conical bearing surfaces of the bearing bushes become.

1010: Basisplattebaseplate
1212: Wellewave
1414: erster Lagerkonusfirst bearing cone
14a14a: Lagerflächestorage area
14b14b: innere Lagerrilleninner raceways
14c14c: äußere Lagerrillenouter raceways
1616: erste Lagerbuchsefirst bearing bush
16a16a: Lagerflächestorage area
1818: Abdeckkappecap
2020: erster Lagerspaltfirst bearing gap
2222: Dichtungsspaltseal gap
2424: Pumpdichtungpump seal
2626: zweiter Lagerkonussecond bearing cone
26a26a: Lagerflächestorage area
2828: zweite Lagerbuchsesecond bearing bush
28a28a: Lagerflächestorage area
3030: Abdeckkappecap
3232: zweiter Lagerspaltsecond bearing gap
3434: Dichtungsspaltseal gap
3636: Pumpdichtungpump seal
3838: Distanzscheibespacer
4040: Nabehub
4242: Statoranordnungstator
4444: Rotormagnetrotor magnet
4646: Jochyoke
5050: Drehachseaxis of rotation
5252: Bohrungdrilling
114114: Lagerkonusbearing cone
114a114a: Lagerflächestorage area
114b114b: innere Lagerrilleninner raceways
114c114c: äußere Lagerrillenouter raceways
α_b α _b: Winkelangle
α_c α _c: Winkelangle

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 98/28550 A1 [0003, 0003]

Claims

Conical bearing surface ( 14a ) of a fluid dynamic bearing system comprising a region of smaller diameter and a region of larger diameter, wherein distributed in the region of smaller diameter over its circumference inner bearing grooves ( 14b ) are arranged, and distributed in the region of larger diameter over its circumference outer bearing grooves ( 14c ) are arranged, characterized in that the number M of the inner bearing grooves ( 14b ) depends on the number N of outer bearing grooves ( 14c ), where M and N are chosen to have a common integer divisor T> 1.

Conical bearing surface according to claim 1, characterized characterized in that the common divisor T of M and N larger is equal to 3.

A fluid dynamic bearing system comprising a first conical bearing and a second conical bearing counteracting the first conical bearing, the two conical bearings extending along a fixed shaft (Fig. 12 ) are arranged, and the first conical bearing on the shaft ( 12 ) arranged first storage cone ( 14 ) with a conical bearing surface ( 14a ), and a first bearing bush ( 16 ) with a conical bearing surface ( 16a ), which is filled by a bearing gap filled with a bearing fluid ( 20 ) from the conical bearing surface ( 14a ) of the first storage cone ( 14 ) and the second conical bearing one on the shaft ( 12 ) arranged second storage cone ( 26 ) with a conical bearing surface ( 26a ), and a second bearing bush ( 28 ) with a conical bearing surface ( 28a ), which is filled by a bearing gap filled with a bearing fluid ( 32 ) from the conical bearing surface ( 26a ) of the second storage cone ( 26 ), the conical bearing surfaces ( 14a ; 26a ) of the storage concessions ( 14 ; 26 ) and the conical bearing surfaces ( 16a ; 28a ) of bushings ( 16 ; 28 ) have a region of smaller diameter and a region of larger diameter, wherein on the conical bearing surfaces ( 14a ; 26a ) of the storage concessions ( 14 ; 26 ) or the conical bearing surfaces ( 16a ; 28a ) of bushings ( 16 ; 28 ) distributed in each case in the region of smaller diameter over its circumference inner bearing grooves ( 14b ) are arranged, and distributed in the region of larger diameter over its circumference outer bearing grooves ( 14c ) are arranged, characterized in that the number M of the inner bearing grooves ( 14b ) depends on the number N of outer bearing grooves ( 14c ), where M and N are chosen to have a common integer divisor T> 1.

Fluid dynamic storage system according to claim 3, characterized characterized in that the common divisor T of M and N larger is equal to 3.

Fluid dynamic bearing system according to claim 3 or 4, characterized in that the two bearing bushes ( 16 ; 28 ) are interconnected and form a rotatable component of the storage system.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 3 to 5, characterized in that each bearing gap ( 20 ; 32 ) has two open ends which pass through capillary sealing gaps ( 22 . 34 ) and pump seals ( 24 . 36 ) are sealed.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 3 to 6, characterized in that an open end of the first bearing gap ( 20 ) through a capillary sealing gap ( 22 ) sealed by a surface of the first storage cone ( 14 ) and an adjacent surface of one with the first bearing bush ( 16 ) associated cap ( 18 ) is limited.

Fluid dynamic storage system according to one of claims 3 to 7, characterized in that an open end of the first storage gap ( 20 ) through a capillary sealing gap ( 24 ) sealed by a surface of the shaft ( 12 ) and an adjacent surface of the first bearing bush ( 16 ) is limited.

Fluid dynamic storage system according to one of claims 3 to 8, characterized in that an open end of the second storage gap ( 32 ) through a capillary sealing gap ( 34 ) sealed by a surface of the second storage cone ( 26 ) and an adjacent surface of one with the second bushing ( 28 ) associated cap ( 30 ) is limited.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 3 to 9, characterized in that an open end of the second bearing gap ( 32 ) through a capillary sealing gap ( 34 ) sealed by a surface of the shaft ( 12 ) and an adjacent surface of the second bushing ( 28 ) is limited.

Spindle motor with a stator, a rotor, a electro-magnetic drive system and a fluid dynamic bearing according to the features of claims 3 to 10 for rotary mounting of the rotor relative to the stator.

A disk drive with a spindle motor according to claim 11, at least one disk driven by the spindle motor and means for writing and / or reading data and from the storage disk.