KR100479567B1 - 다중추력판을갖는양단부개방식유체역학적유체베어링 - Google Patents

Abstract

원형 샤프트부(94)에 의해 분리되어진 적어도 제 1, 2 추력판(90,92)을 지지하는 고정 중앙 샤프트(59)를 포함하는 유체역학적인 유체 베어링 캐리지에 있어서, 상기 추력판 각각은 축방향 표면에 연결된 제 1, 2 방사방향 표면과 고정 샤프트에 대해서 상기 샤프트의 중앙축에 의해 형성된 회전 중앙축둘레로 회전하는 슬리브(72)를 포함한다. 상기 슬리브는 상기 추력판의 각 노출면에 대향하는 카운트판(105, 107)을 지지하거나 형성하고 상기 제 1, 2 추력판이 각각에 대해 리세스를 형성한다. 상기 리세스 각각은 축방향 표면에 의해 결합된 방사방향 표면을 포함하며 상기 추력판의 상기 방사방향과 축방향 표면 각각과 직면하므로 상기 추력판 각각의 둘레에 연속적인 갭(102)을 형성한다. 상기 슬리브가 샤프트에 대하여 증가된 강성을 유지하면서 상기 고정 샤프트에 대해서 회전슬리브가 회전 가능하게 하기 위하여 상기 갭은 상기 샤프트와 상기 슬리브와 상기 추력판 사이와 상기 슬리브와 상기 카운트판 사이에 윤활 유체를 포함한다.

Description

다중 추력판을 갖는 양단부 개방식 유체 역학적 유체 베어링 {BOTH ENDS OPEN FLUID DYNAMIC BEARING WITH MULTIPLE THRUST PLATES}

본 발명은 자기 디스크 드라이브 저장 시스템에 관한 것이며, 특히 본 발명은 자기 디스크 드라이브 저장 시스템에 사용하기 위한 유체역학 베어링에 관한 것이다.

자기 디스크 드라이브는 정보를 자기적으로 저장하는데 사용된다. 자기 디스크 드라이브에 있어서, 자기 디스크는 고속으로 회전하고 변환헤드(transducing head)는 상기 디스크의 표면 위를 "부양"한다. 이러한 변환헤드는 자기장을 디스크 상에 부여함으로써 디스크 표면상에 정보를 기록한다. 정보는 디스크 표면의 자기화된 정보를 검출함으로써 다시 판독된다. 상기 변환헤드는 디스크 표면을 가로지르도록 반경방향으로 이동되어 상이한 데이터 트랙에 있는 정보를 판독할 수 있다.

최근에, 저장밀도는 증가되는 반면에 저장 시스템의 크기는 감소되는 추세에 있다. 이러한 추세는 자기 저장 디스크의 제작 및 작동에 있어서 보다 큰 정밀도와 보다 낮은 허용공차를 필요로 한다. 예를 들어, 증대된 저장밀도를 달성하기 위해서 상기 변환헤드는 저장 디스크의 표면에 보다 근접되게 놓여야만 한다. 이러한 변환헤드의 근접은 디스크가 단일 평면에서만 회전할 것을 요구한다. 디스크 회전에 있어서의 약간의 흔들림 또는 이탈(wobble 또는 run-out)은 디스크 표면이 변환헤드와 접촉하는 원인이 될 수 있다. 이는 "충돌(crash)"로 공지되어 있으며 저장 디스크의 표면과 변환헤드를 손상시켜 데이터의 손실을 초래한다.

전술한 설명으로부터, 저장 디스크를 지지하는 베어링 조립체가 매우 중요하다는 것을 알 수 있다. 하나의 통상적인 베어링 조립체는 저장 디스크의 허브가 고정부재와 관련하여 회전될 수 있게 하는 한 쌍의 레이스 사이에 지지되는 볼 베어링을 포함한다. 그러나, 볼 베어링 조립체는 마모, 이탈 및 제작상의 난점과 같은 다수의 기계적인 문제점을 갖고 있다. 게다가, 낮은 댐핑으로 인해 작동쇼크 및 진동에 대한 저항은 빈약하다. 따라서, 고밀도 자기 저장 디스크에 사용하기 위한 다른 베어링 조립체의 필요성이 남아 있다.

연구되어 온 하나의 다른 베어링이 유체역학 베어링이다. 유체역학 베어링에 있어서, 공기 또는 액체와 같은 윤활 유체가 하우징의 고정부재와 디스크 허브의 회전부재 사이에 베어링 표면을 제공한다. 공기 이외에도, 통상적인 윤활유로 오일 또는 강자성 유체가 있다. 유체역학 베어링은 일련의 점 경계면을 포함하는 볼 베어링 조립체에 비해서 커다란 표면적에 걸쳐서 베어링 경계면을 덮고 있다. 이는 증가된 베어링 표면에 의해 회전 및 고정부재 사이의 요동 이탈을 감소시키므로 바람직하다. 게다가, 경계면 내에 유체를 사용함으로써 베어링에 대한 댐핑 효과(damping effects)를 부여하여 불규칙적인 이탈을 감소시킨다.

그러나, 유체역학 베어링 자체에 강성 대 동력 비율이 낮다고 하는 단점을 갖고 있다. 이들 문제점은 외부 하중 및 쇼크에 대해 베어링을 매우 취약하게 한다.

이러한 문제점들을 해결하기 위한 바람직한 방법은 디스크 드라이브 하우징의 하부 및 상부 커버에 부착된 스핀들 모터를 제공하는 것이다. 이는 전체 드라이브의 성능을 증대시킨다. 양단부에 부착된 모터는 단지 한 단부에 부착된 모터보다 훨씬 더 강하다.

공지된 유체역학 모터의 설계로는 상부 커버에의 부착방법을 제공하지 못한다. 그 이유는 상부 커버에 부착하기 위해서는 모터 베어링이 양 단부상에서 개방되어야 하기 때문이다. 유체역학 베어링 형식의 모터 베어링의 양 단부를 개방하는 것은 유체역학 베어링으로부터 오일 또는 유체의 누출위험을 증가시킨다. 이러한 누출은 베어링내부의 펌핑압을 상이하게 함으로써 형성되는 흐름비의 미소한 차이에 의해 다른 부품들로부터도 누출을 유발하게 된다. 베어링 내부의 모든 흐름이 상당히 균형잡히지 않으면, 순수 압력이 한 단부 또는 양 단부쪽으로 상승하여 모세관 효과에 의해 유체를 누출시킨다. 공지의 종래의 추력판 베어링에 있어서 흐름비의 균형은 펌핑 홈에 의해 형성된 흐름비가 유체역학 베어링내에 형성된 간극의 함수이고 상기 흐름비가 모터상의 RPM 또는 하중에 따라 변할수 있으므로 어렵다. 따라서, 역학 모터의 성능,(반경 및 축방향으로의)강성 및 댐핑을 최적화할수 있는 유체역학 베어링 모터의 개선된 설계방법이 필요하다.

본 발명의 목적은 부하 및 회전 속도의 변화에 상대적으로 민감하지 않도록 하는 유체역학적인 베어링을 개선하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 증가된 강성(stiffness)을 갖는 유체역학적인 베어링을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 디스크 드라이브용 스핀들 모터 또는 공지된 표준 스핀들 모터들보다 더 강성인 모터 등에 유용한 유체역학적인 베어링을 제공하는데 있다. 상기 스핀들 모터들은 회전형 디스크에 대한 변환기의 특성 및 시스템의 안정성이 최적화되도록 한 단부에서만 지지된다.

본 발명의 또다른 목적은 스핀들 모터에 유용하거나, 모터가 스핀들 모터용 하우징의 베이스 및 상부 커버에 부착되는 모터 등에 유용한 유체역학적인 베어링을 설계하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 베어링이 상부 및 하부 단부에서 개방되는 유체역학적인 베어링 모터를 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 목적 및 다른 목적들은 베어링 카트리지 또는 카트리지가 스핀들 모터등속에 있듯이 유용한 유체역학적인 베어링을 제공하므로서 이루어진다. 상기 베어링은 축과 적어도 2개의 독립 베어링을 포함하며, 상기 적어도 2개의 독립 베어링들은 축상에 지지된 추력판(trust plate)과 축 둘레로 상대 회전할 수 있는 슬리이브에 있는 카운터플레이트로 구성된다. 제조의 한계로 인하여 베어링의 여러부분이 실질적으로 기하학적인 이탈이 이루어지기 때문에, 상부 커버 부착물을 갖는 단일 판 또는 다중 추력판 형식의 베어링은 그 양단부가 개방되고 유체에 힘을 가한다. 이러한 효과는 유체역학적인 작용에 의해 발생된 베어링 내측면의 압력 불균형에 기인한 탓이다. 이러한 상황에서, 다중 추력판을 갖는 전체 베어링은 섹션들로 분리되어야 한다. 압력 불균형의 효과를 최소화 하기 위해 서로 분리될수 있으며, 그결과 유체의 누설에 따른 변화를 감소시키거나 제거할수 있다.

이런 종류의 장치에서, 각각의 베어링들은 여러위치에서 여러방향으로 분리되어 환기가 이루어진다. 단일 추력판은 판을 통해 반경 방향으로 연장되는 반경 방향의 환기 개구와, 상기 반경 방향의 환기 개구와 연결되는 판 내측 직경의 축선 방향의 환기 구멍을 포함한다. 다중추력판을 설계하는 경우에, 축을 통하여 구멍이 축과 추력판들을 환기시키기 위해 연결된다. 메니스커스(meniscus)는 간극을 형성하기 위해 환기 개구의 각 접합 측면상에 형성된다.

상세히 기술하면, 통상의 실시예에서 베어링은 고정축 및, 상기 축 주변을 회전하는 슬리브와, 상기 축의 일부에 의해 분리되는 적어도 제 1 및 제 2 추력판을 포함한다. 축은 베어링 내측면상의 적절한 위치를 환기시키기 위해 축선의 구멍을포함한다. 상기 축선의 구멍은 추력판들중의 적어도 하나를 통과하는 축의 한 단부로부터 연장된다. 상기 축선 구멍은 축의 한 단부에 인접한 추력판과 여기에 대면하는 카운터플레이트 사이의 위치의 베어링 간극에 반경방향의 보어에 의해서 연결된다.

선택적인 실시예에서, 축선 구멍은 축의 한단부에서부터 가장 멀리 떨어진 추력판 넘어로 연장될수 있으며, 제 2 반경방향의 십자형 보어에 의해 베어링 간극에 연결될 수 있다. 이러한 접근은 축의 한 단부로부터 가장 멀리 떨어진 추력판을 너머 슬리브 및 축 사이의 간극이 저널 베어링 영역으로서 사용 가능하게 한다. 메니스커스는 각 환기 개구의 한 측면 상에 베어링 간극에서 형성되며 유체역학적인 베어링의 베어링 섹션에 인접하게 분리된다.

베어링이 디스크 드라이브, 통상적으로는 스핀들 모터에서 또는 다른 베어링으로서 사용되는 상황에서, 축선의 구멍의 개방 단부는 하부 또는 베이스에 있게 되도, 축선 구멍의 밀폐 단부는 상부에 있게 된다. 강성을 증가하기 위해 많은 간극영역에서 슬리브 또는 축상에 홈들이 형성될 수 있다. 상기 홈들은 하나 이상의 카운터플레이트 또는 하나 이상의 추력판 상에 나타난다.

다중 추력판을 이용하면, 전력 소모에 있어서 부수적인 증가 없이 전반적인 설계 강성을 유지하며 증가한다. 더욱이, 제조 및 조립공정은 간극이 합당한 너비로 유지되기 때문에, 더 어렵지 않게 이루어진다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 본 발명의 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 이해되도록 하기에 첨부된 도면을 참조하여보다 상세히 기술된다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 역학적 카트리지 및 스핀들 모터를 결합할 수도 있는 자기 디스크 저장 장치의 개략도이다.

도 2는 스핀들 모터 조립체에 결합된 종래 기술의 유체 역학적 베어링 카트리지를 수직 방향으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 따른 유체역학적 베어링 카트리지의 수직 방향으로 도시한 도면이다.

[바람직한 실시예의 상세한 설명]

도 1 은 본 발명의 유체 역학적 베어링 카트리지가 사용될 수 있는 자기 디스크 드라이브 저장 장치를 전개하여 도시한 도면이다. 하기에 논의할 실례에 있어서, 유체 역학적 베어링과 연관된 카트리지의 사용은 스핀들 모터와 결합하여 도시하였다. 명확하게는, 이 베어링 카트리지는 단지 실시예를 목적으로 도시한 디스크 드라이브의 특정 디자인의 사용에 제한되지 않는다. 본 발명에서 달성될 수 있는 많은 장점이 주어져 있지만, 또한 회전을 위한 액츄에이터를 지지하는데 사용될 수도 있다. 또한 이 베어링 카트리지는 이 디스크 드라이브 분야이외에도 다른 많은 용도를 갖는다.

추가로, 본원에 기술된 유체 베어링은 고정 샤프트 및 주변 회전 슬리브를 갖춘다. 또한 이러한 설계는 슬리브가 고정되고 샤프트가 회전하는 경우에 유용하다. 베어링은 양쪽 단부에서 개방되어 있기 때문에, 이 샤프트는 이 슬리브를 너머 연장되고 외부 장치 또는 시스템에 축방향으로 연결되어 있다.

이 특정 실례에 있어서, 저장 장치(10)는 저장 디스크(16)를 지지하는 스핀들 모터(14)를 갖춘 하우징 기초부(12)를 구비한다. 전기자 조립체(18)는 디스크(16)의 표면을 가로질러 트랜스듀서(20)를 이동시킨다. 이 디스크(16)의 주변은 시일(22) 및 커버(24)에 의해 밀봉된다. 작동하는 동안, 디스크(16)는 고속으로 회전되지만 트랜스듀서(20)는 디스크(16) 표면의 반경 방향으로 분화된 수많은 트랙중 임의의 트랙에 위치된다. 이것은 트랜스듀서(20)가 선택된 위치에서 디스크(16) 표면의 자기적으로 기록된 정보를 판독하거나 또는 기록하도록 한다. 이 디스크는 트랜스듀서가 디스크의 표면에서 부양되도록 고속으로, 예컨대 수천 RPM으로 회전한다. 현재의 기술에 있어, 트랜스듀서와 회전 디스크 표면사이의 이격 거리는 마이크로 인치로 규제되어 본질적으로 디스크가 경사져 있지 않거나 또는 흔들림이 없다는 것은 매우 중요하다.

도 2는 이미 이 기술 분야에서 달성한 형태의 단일 추력판 유체 역학적 베어링 모터 디자인을 수직방향으로 도시한 도면이다. 이 도면에 도시된 모터의 기본적 구조는 고정식 샤프트(10) 및 이 샤프트 주변을 회전하도록 슬리브(13)로부터 지지된 허브(12)를 구비한다. 이 샤프트(10)는 한 단부에서는 추력판(14)을 구비하고, 이 대칭 단부의 숄더(16)에서 종료된다. 이 슬리브(13)는 추력판(14)에 대한 회전을 위하여 한 단부에서는 카운터플레이트(counter plate, 19)를 지지한다. 이 카운터플레이트(19) 및 추력판(14)은 충분한 갭(22)으로 분리되어, 윤활 유체의 순환은 저장기(20)와 갭(22)을 거쳐 추력판(14)의 한 단부와 슬리브(13)의 내부 표면(27)사이에 형성된 저장기(26)를 통해 그리고 상기 추력판(14)의 하부 표면(24)과 슬리브(13)의 상부 표면(25)사이와 슬리브 내부표면(28)과 고정 샤프트 외부 표면(29)사이에서 유체 역학적 베어링을 윤활시킨다. 이러한 유체 경로는 주로 중앙 보어(21)를 통해 저장기(20)에서 완성된다. 추력판(14)과 카운터플레이트(19)사이에, 추력판(14)과 슬리브(13)사이에 그리고 샤프트(10)와 슬리브(13)사이에 형성된 베어링 표면에 대하여 유체 유동을 향상시키기 위해서는, 본 기술분야에서 공지되어 있는 바와 같이, 통상적으로 각각 이러한 조립체의 2 개의 대향 표면중 어느 하나가 홈(groove)의 섹션을 지지한다.

베어링 표면 사이의 유동은 유체역학적 압력을 생성하여 강성을 초래한다. 유체의 이러한 순환은 기하학적으로 적절한 설계와 베어링 표면의 홈 형성 패턴을 통해 샤프트의 중앙 홀(20)을 거쳐 다른 베어링 표면까지 유지된다. 모터 설계를 완성시키는데 사용되는 중요한 나머지 구조물은 베이스(44)의 일부로 나사 연결된 나사 영역(31)에서 단부가 형성된 샤프트 연장부(30)를 구비한다. 고정자(42)가 슬리브(13)로부터 지지된 자석(40)과 협응되어, 고정자(42) 와인딩에 에너지가 가해져서 고정 샤프트를 중심으로 슬리브(18)와 허브(12)가 회전하도록 한다.

디스크 구동 모터에서 사용되는 바와 같이, 이 장치는 회전을 위해 하나 또는 그 이상의 베이스(44)를 지지한다. 트랜스듀서 및 디스크 드라이브는 디스크의 표면에 대해 극히 낮은 속도에서 부양되기 때문에, 본질적으로 디스크가 회전하는 경우 허브 및 디스크가 요동하거나 및 진동하지 않는 것이 매우 중요하다. 더욱이, 이러한 요동이 일어난다면, 추력판(14) 표면과 카운터플레이트(19) 및 슬리브(13)의 대향 표면사이에서 접촉(touchdown)이 생기지 않는 것도 매우 중요하다. 그러나 상술한 바와 같이, 진동 및 요동이 있는 경우에 그 주위에서 임의의 피봇팅이 발생하는 중앙 지점으로부터 멀리 떨어진 곳에 추력판(14)인 하중지지 표면이 배치되는, 도 2에 도시된 바와 같은 칸티레버 타입의 베어링에 있어서, 대면하는 표면사이에서 터치다운 또는 접촉이 일어날 기회는 더 많으며, 이것은 장기간에 걸쳐서는 표면 마모를 초래하고 단기간에 걸쳐서는 디스크의 회전 속도를 느리게 한다.

이러한 이유로 인해 다음 도면의 설계를 채용하였다. 이러한 설계를 통하여, 스러스트 타입이거나 원뿔형 베어링 타입의 하중지지 표면은 전체 유체 역학적 베어링 장치의 중앙에 더 가깝게 위치된다. 또한 베어링의 임의의 흔들림(rocking)이 일어날 수도 있는데, 이 피벗 지점도 베어링의 중앙 지점에 근접하게 놓여진다. 이 때문에, 디스크 중앙에 가능한 더 가깝게 하중 지지 표면을 이동시킴으로서, 임의의 요동 또는 진동이 베어링의 단부에서 터치다운을 일으킬 기회는 더 작다. 추력판을 부가함에 의해, 갭 폭을 증가시키지 않고서도 강성(stiffness)을 증가시켜서 장치를 용이하게 제조하도록 한다.

도 3을 참조하면, 도 2의 설계에 용이하게 병합되어 용도가 다양하지만 특히 허브(71)와 같은 허브를 장착하는데 용이한 카트리지를 형성하고 디스크 드라이브로 통합될 수 있는 변형예를 볼 수 있다. 샤프트(59)의 상부 단부(101)는 디스크 드라이브의 상단 커버(24)에 체결될 수 있으며 샤프트(59)의 바닥 연장부는 도 2에 지시되어 나타내어진 바와 같이 베이스 부분(82)과 맞추어지도록 연장될 수 있다.

본 발명의 구성은 적어도 두 개의 추력판(90,92)을 포함하는데, 각각의 추력판은 샤프트(59)에 장착되고 샤프트 구멍(94)의 영역만큼 이격된다. 더욱이, 각각의 추력판은 샤프트의 단부 섹션(101,103)만큼 이격된다. 디스크 드라이브 내에서 사용되는 경우, 상층단부 섹션(101)은 덮개(24)에 체결되는 것이 바람직하며, 바닥 샤프트 단부 섹션(103)은 베이스(82)에 체결되거나 장착된다.

본 발명의 유체 베어링은 슬리브(72) 내부면과 슬리브가 지지하는 카운터플레이트(105,107) 사이에, 그리고 샤프트(59)의 결합 외측 슬리브와 추력판(90, 92) 사이에 한정된다. 유체는 유체 동역학 베어링의 고정부와 회전부 사이의 간극(102) 내에 유지된다. 또한, 이하 상세히 기술되는 바와 같이, 베어링 간극 내의 유체는 섹션으로 분리되는데, 각각의 베어링 섹션의 단부는 유체 내에 형성된 메니스커스(meniscus)에 의해 한정된다.

도 3의 실시예의 작동 중에, 슬리브(72)는 샤프트(59)에 대해 회전하며, 유체 베어링 내에서 유체를 순환시켜, 유체 역학 압력을 발생시킨다. 작동 유체(hydrodynamic fluid)는 압력을 발생시켜 고정부로부터 유체 동력 베어링의 회전부를 분리시키고, 그 사이에 베어링 표면을 제공한다. 상대적으로 위치된 섹션 내 두 개의 마주하는 표면중의 하나에 홈이 적당하게 형성되는 경우에 유체 유동 펌프 작용 및 압력 발생이 일어난다. 일반적으로, 유체 압력을 강화시키고 유지하기 위해, 간극의 최상층(101) 및 최하층(103)에서 샤프트를 직접 향해 있는 슬리브 표면 또는 샤프트 표면에는 필요한 펌프 효과를 제공하기 위해 이미 공지된 나선형 또는 오늬형(herringbone) 또는 유사한 홈 패턴을 이용하여 홈이 형성된다. 택일적으로, 적어도 하나의 추력판의 적어도 하나의 표면 또는 카운터플레이트의 대향 면에 홈을 형성한다. 일반적으로, 추력판(90,92)의 단부에서 간극 영역(200,202)을 한정하는 축선 표면에는 홈이 형성되지 않는다.

도 3을 다시 참조하면, 슬리브(72)의 축벽에 의한 단부에서, 그리고 각각의 추력판(90,92)은 슬리브(72) 또는 카운터플레이트(105,107)의 반경 방향 벽에 의한 측면 상에서 각각 한정된 리세스(200,202) 내에서 회전한다. 따라서, 리세스(200) 내에서 회전하는 추력판(90)을 고려하면, 베어링 간극은 슬리브(72)의 반경 방향 벽(210)과 추력판(90)의 반경 방향 벽(214)에 의해, 그리고 나서 추력판(90)의 단부벽(216)과 슬리브(72)의 축벽(218)에 의해 한정되며, 결국 이러한 간극은 추력판의 반경 방향 벽(220)과 카운터플레이트(105)의 반경 방향 벽(222)사이에서 연장한다. 추력판(92) 주변의 간극, 및 샤프트(59) 상에 장착될 수도 있는 임의의 부가적인 추력판은 유사하게 한정되어, 중복 샤프트와 슬리브의 길이를 연장하는 연속적인 간극이 한정된다.

간극은 고정 샤프트와 회전 슬리브 사이에 유체의 펌핑 작용을 제공하고, 간극은 슬리브의 자유 회전을 제공하며, 각각의 베어링 섹션 내 유체는 베어링 회전을 위한 윤활뿐만 아니라, 필요한 강성 및 감쇠도 제공한다.

제조 한계로 인한 베어링 내 상이한 부품의 실제 기하학적 구조에서 벗어나기 때문에, 상층 덮개 부착물을 구비한 양 단부가 개방된 다중 추력판은 유체를 베어링의 밖으로 밀어낼 수도 있다. 이러한 효과는 유압 작용에 의해 발생된 베어링 내부의 압력 불균형으로 인해 초래된다. 이러한 상황에서, 다수의 추력판에 의해 한정된 각각의 베어링 섹션은 압력 불균형의 효과를 최소화함으로써 유체 누수를 제거하거나 감소시키도록 인접한 섹션으로부터 분리되어야 한다. 이는 본 발명에서 각각의 유체 베어링 섹션의 어느 단부에 있는 간극을 가로지른 메니스커스를 형성하기 위한 수단을 제공함으로써 이루어진다.

이러한 종류의 조립체에서, 각각의 베어링은 다른 위치에서 다른 방식으로 배출된다. 추력판의 위 아래 또는 각각의 측면 상의 베어링 섹션은 각각의 추력판에 공동 축 및 수직 구멍을 제공함으로써 배출된다. 다중 추력판이 사용되는 경우에는, 이들은 샤프트를 통해 축선 구멍을 제공함으로써 분리되는데, 반경 방향 환기 개구(들)는 인접한 베어링 섹션 사이에 필요한 경계를 형성한다. 즉, 메니스커스는 각각의 환기 개구의 각 면상에 형성된다. 메니스커스는 샤프트(59) 및 슬리브(72)가 서로에 대하여 회전하는 경우, 간극을 통한 유체 순환을 제한한다. 따라서, 각 단부에서 유체가 간극(102)을 벗어나는 가능성이 감소된다. 본 발명의 개념에 따라, 축선 또는 수직 구멍을 통한 순환은 없으며, 샤프트 구멍(94) 내부에는 유체가 없다. 단지 베어링(102) 내부의 적절한 위치를 환기시키기 위해서 샤프트는 관통 구멍(94)을 구비한다. 반경 방향 횡단 구멍(110)은 추력판(90,92) 사이의 간극(102)과 이어져, 각각의 면에서의 메니스커스 형성은 각 추력판 둘레에 형성된 베어링 섹션을 고립시키게 한다. 상층 추력판(92) 위의 샤프트(101) 상층 단부(섹션 B) (101)가 베어링 표면으로 사용되는 경우, 반경 방향 횡단 구멍(111)은 상층 추력판(92)과 카운터플레이트(107) 사이에서 간극(102)까지 이어진다.

개별적인 베어링 섹션은 각각의 추력판의 각 면상에서도 발견된다. 메니스커스는 반경 방향 또는 축선 배출 구멍 또는 보어를 제공함으로써 베어링 섹션의 각 단부에 형성된다.

따라서, 도 3을 참조하면, 반경 방향 보어(400)는 추력판(90)내에 제공된다. 축선 커넥터 슬롯(404)으로부터 추력판(90)의 말단부까지 이어진다. 축선 커넥터 슬롯(404)은 슬롯(400)의 반경 방향 내부 단부와 연속 베어링 간극(102) 사이를 연결시킨다.

보어(400)는 보어(400)와 유압 베어링 간극 사이의 접합점(412)의 각 면상에 유압식 베어링 간극 내에 메니스커스의 형성을 촉진시킨다. 메니스커스는 축선 슬롯(404)과 유압식 베어링 간극(102) 사이의 각각의 접합점(416,418)의 각각의 면상에도 형성된다. 이는 추력판(90)의 회전을 지지하는 인접한 베어링 섹션(C, D) 사이의 소정의 고립을 제공한다. 유사하게, 반경 방향 보어(402) 및 축선 보어(406)는 추력판(92)을 지지하는 베어링 섹션(E, F)의 각 단부에서 메니스커스의 형성을 촉진시킨다. 반경 방향 환기 개구(110,111)는 저널 베어링 섹션(A, G, B)의 단부에서 메니스커스의 형성을 촉진시킨다. 이러한 저널 베어링 섹션의 고립(isolation)은 대기 내부로 윤활재의 누수를 방지하는데 있어서 중요하다.

바람직한 실시예에서, 노치 형상의 오일 트랩(150)은 베어링 간극(102)의 상단부에 제공된다. 이는 노치를 슬리브의 상단부로 절단하는 것을 수반한다. 상대적으로 테이퍼진 벽은 간극을 가로질러 서로 마주보고 있으며, 임의의 이유로 모세관 시일영역으로부터 임의의 물리적인 이동이 있는 경우 중요한 소정의 오일 트랩을 발생시킨다. 간극(102)의 하단부는 모세관 시일(160)의 대안적인 형상을 도시하는데, 여기서 샤프트 벽 섹션(162)은 테이퍼지는 반면에 슬리브 벽 섹션(164)은 직선으로 연장한다. 샤프트가 고정되기 때문에, 이러한 샤프트의 테이퍼링이 가능하며, 모세관시일을 발생시킨다. 대안으로서, 슬리브(72)의 벽(164)이 테이퍼링될 수 있다. 동일한 종류의 모세관 시일은 샤프트의 상층에 제공될수 있다. 누수에 대해 샤프트의 각 단부에 효과적인 시일이 제공되는 한, 이러한 시일(150,160)의 설계 특징은 결정적으로 중요한 것은 아니다.

도면으로부터 도시되어진 것처럼, 조립체는 계단식 구조물(stepped features, 300,302)을 갖는 슬리브(72)를 제공함으로써 달성되는데, 이 계단식 구조물은 축선 방향으로 분리되며 카운터플레이트(105,107)가 공동으로 협력하는 추력판(90,92)에 대한 위치에 억지 끼워맞춤(press fitted)되어지도록 한다. 추력판은 임의의 적합한 방법에 의해 샤프트 상에 장착된다. 유체 동력 베어링을 조립하기 위해서는, 추력판(90,92)을 갖는 샤프트(59)는 슬리브 내부로 삽입되며, 카운터플레이트는 계단식 구조물(300,302)에 의해 정위치로 안내된다.

충진 방법은 샤프트 구멍과 개방된 단부를 막음으로써 그 다음에 (종래의 방법인)진공 충전에 의해 한번에 행해질 수 있다. 그리고 나서, 마개를 열어 베어링으로부터 초과 오일을 버린다.

또 다른 충진 방법은 조립중에 개별적인 저널 및 추력판 영역에서 분배되는 적절한 양의 유체(hydrofluid)로 수행될 수 있다. 이러한 경우, 스피닝에 의한 정화가 필요하지는 않다. 이러한 방법의 또 다른 장점은 베어링의 상이한 영역에서 상이한 유체(액체 또는 가스)를 적용한다는 점이다.

상기한 발명은 축의 양단부가 고정될 수 있다는 점을 포함한 수 많은 장점을 가지고 있는데, 디스크 드라이브 내에 사용되는 경우 상부 커버 부착물은 축의 단부들로부터 분리된 각각의 추력판의 공간 때문에 야기되는 다중 추력판 배열 때문에 달성될 수 있다. 이러한다중 추력판 배열은 축선방향 강도를 현저하게 강화시킨다. 또한, 슬리브는 단일 섹션으로써 정의될 수 있다.

또한, 추력판의 부착점을 조절함으로써 다중 추력판 사이의 갭을 조정하는 것과, 카운터플레이트를 이동시킴으로써 슬리브의 구성을 개조하는 것을 용이하게 함으로써 동력 소모 및 강성에 유연성을 갖는다.

상기한 바와 같이, 이러한 베어링은 액체 베어링으로써 사용될 수 있다. 그렇지만, 가스 베어링으로써 사용될 수 있는데, 이러한 가스 베어링은 다단계 펌핑에 의해, 즉 각각의 추력판과 저널/슬리브 영역(A, B, G) 주위 갭 섹션을 개별적으로 펌핑함으로써 강도를 발생시킨다. 본 명세서에서, "유체(fluid)"는 가스 또는 액체를 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 본 발명이 해당하는 기술의 당업자들에게 명백해질 것이다. 예컨대, 그루브 패턴의 위치와 설계를 개조하고, 갭을 통해 유체의 순환을 강화하거나 최적화하는 것이 가능하다.

이들 설계 원리를 채택함에 의해, 다중 추력판을 갖는 안정한 시스템이 달성될 수 있다. 상부 및 하부 저널 베어링(A, B)은 그의 한 단부에 모세관 시일부(163,160)를 갖추고 있고 타단부에는 메니스커스(A1,B1)를 갖추고 있어서, 시일부에 대한 압력은 제한된다. 베어링 섹션(C, D, E, F)은 주로 각각의 추력판 위와 아래에 주로 제공되며, 각각의 섹션은 메니스커스(C1,C2,...F1,F2)에서 종료된다.

하나 이상의 추력판이 사용되기 때문에, 중앙축 홀(94)로 이어지는 환기 개구(110)에 의해 형성된 하나 이상의 메니스커스(G1)를 갖는 G와 같은 섹션에 의해 인접하는 추력판을 분리하는 것이 필수적이다.

결과적으로, 상부 섹션(B)은 베어링을 완성하기 위해 유체로 충진될 필요가 없으며, 만일 충진된다면 메니스커스(B1)를 형성하기 위해 환기 개구(111)의 설치하는 것은 중요하다. 물론, 선택적으로 환기 개구(110)가 추력판(90) 아래의 메니스커스(A1,C1)사이의 베어링 갭(102)과 만날 수 있으며, 환기 개구(111)는 추력판(92) 아래의 메니스커스(E1,G2) 사이의 베어링 갭과 결합할 수 있다. 본 발명의 다른 특징 및 장점이 당업자들에게 명백할 것이며, 상기한 실시예들이 개조될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하에 기술될 청구범위에 의해서만 제한된다.

[관련출원]

본 출원은 1997년 4월 23일자 출원되고 본 출원인에 양도되어 본 발명에 참조된 미국 임시특허 출원번호 60/044,171호의 계속 출원이다.

또한, 1997년 12월 19일자 출원된 미국 특허출원 번호 08/944,100호(대리인 번호 A-64698/JAS), 1997년 12월 19일자 출원된 미국 특허출원 번호 08/981,548호(대리인 번호 A-65139/JAS), 및 1997년 12월 19일자 출원된 미국 특허출원 번호 08/981,338호(대리인 번호 A-64699/JAS)가 본 발명에 참조되었으며, 상기 출원들은 모두 본 출원인에게 양도되었다.

Claims (16)

1. 원형 샤프트부에 의해 분리되어진 적어도 제 1, 2 추력판을 지지하는 고정 중앙 샤프트를 포함하는 유체역학적 유체 베어링 카트리지로서,

   상기 제 1, 2 추력판은 상기 샤프트의 외단부에 의해 상기 샤프트의 말단부로부터 분리되고, 상기 각각의 추력판은 축방향 표면에 연결된 제 1, 2 반경 방향 표면을 포함하고, 그리고 슬리브는 고정 샤프트에 대해서 상기 샤프트의 중앙축에 의해 형성된 회전 중앙축을 중심으로 회전하며, 상기 슬리브는 상기 추력판의 각 노출면에 대향하는 카운터플레이트를 지지하거나 형성하여 상기 제 1, 2 추력판 각각에 대해 리세스를 형성하고, 상기 리세스 각각은 축방향 표면에 의해 결합된 반경 방향 표면을 포함하며 상기 추력판의 상기 반경 방향과 축방향 표면 각각과 직면하여 상기 추력판 각각의 주변에 연속적인 갭을 형성하며, 상기 갭은 추가로 상기 추력판각각 사이의 고정 샤프트의 축방향 면에 평행하게 연장하는 상기 슬리브의 내부 축방향 면사이로 연장하므로 상기 연속적인 갭은 상기 축의 단부로부터 단부까지 형성되어 있으며,

   상기 샤프트와 상기 슬리브사이의 그리고 상기 추력판과 상기 슬리브와 상기 카운터플레이트 사이의 상기 갭내를 윤활 유체로 윤활하여 상기 슬리브가 상기 슬리브의 증가된 견고성을 유지하면서 상기 고정 샤프트에 대해 자유롭게 회전하는,

   유체역학적 유체 베어링 카트리지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정 샤프트는 상기 베어링 갭에 연결되는 하나 이상의 반경 방향 환기 개구에 의해 연결되어 대기상태로 유지하거나 상기 베어링 갭을 배기하는 중앙홀을 포함하는,

   유체역학적 유체 베어링 카트리지.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 슬리브내에서 회전하는 상기 샤프트의 단부는 상기 샤프트의 단부로부터 상기 제 1,2 추력판을 분리하고, 상기 슬리브의 벽과 상기 샤프트의 단부 사이에 형성된 모세 시일을 포함하여 상기 유체가 상기 샤프트와 상기 슬리브사이의 상기 갭내에 유지되는,

   유체역학적 유체 베어링 카트리지.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 반경 방향 환기 개구 중 하나는 상기 중앙홀을 상기 갭에 연결하며, 상기 추력판과 상기 샤프트가 결합하며 상기 베어링의 인접부분을 분리하도록 상기 갭의 양 측면중 하나의 측면에 있는 상기 유체 내에 메니스커스가 형성되어 있는,

   유체역학적 유체 베어링 카트리지.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 갭에 의해 분리된 상기 추력판과 카운터플레이트의 각각의 반경 방향 표면중 하나 이상에 형성된 홈을 더 포함하는,

   유체역학적 유체 베어링 카트리지.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 홈은 상기 카운터플레이트의 반경 방향 연장 표면의 양쪽상에 또는 상기 제 1, 2 추력판의 양 반경 방향 연장 표면상에 형성되는,

   유체역학적 유체 베어링 카트리지.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 홈은 상기 샤프트의 단부와 직면하는 상기 슬리브의 상기 내부면 또는 상기 샤프트의 외부면상에, 상기 추력판 사이의 상기 슬리브와 상기 샤프트의 중앙표면에 의해 형성된 상기 갭의 중앙부분을 따라서 형성되는,

   유체역학적 유체 베어링 카트리지.
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 슬리브는 상이한 반경을 가진 적어도 제 1, 2 축방향 분리된 스텝을 가지며, 상기 제 1, 제 2 스텝 상에 상기 제 1, 제 2 카운터플레이트가 안착되어 상기 슬리브의 상기 카운터플레이트 부분과 상기 추력판 사이에 갭이 정확하게 형성되는,

   유체역학적 유체 베어링 카트리지.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 샤프트는 제 1, 2 단부를 가지며, 상기 추력판은 저널 베어링 섹션을 형성하는 상기 샤프트의 섹션에 의해 상기 단부로부터 분리되며, 상기 저널 베어링 각각의 어느 한 단부는 상기 반경 방향 환기 개구에 의해 형성된 메니스커스 내에서 종료하는,

   유체역학적 유체 베어링 카트리지.
10. 제 4 항에 있어서,

    상기 환기 개구중 제 1 환기 개구는 상기 제 1, 2 추력판 사이의 상기 갭과 결합하는,

    유체역학적 유체 베어링 카트리지.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 환기 개구중 제 2 환기 개구는 상기 추력판의 상부와 상기 베어링의 상부 사이의 갭과 결합하는,

    유체역학적 유체 베어링 카트리지.
12. 제 2 항에 있어서,

    상기 베어링 유체는 가스와 액체중 어느 하나 이상을 포함하는,

    유체역학적 유체 베어링 카트리지.
13. 제 2 항에 있어서,

    상기 각각의 추력판은 상기 각각의 추력판의 각각의 반경 방향 표면에 인접해서 분리 베어링 섹션을 형성하기 위한 형성수단을 포함하는,

    유체역학적 유체 베어링 카트리지.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 형성수단은 제 1 접합부에 있는 갭과 결합하도록 상기 추력판 각각의 반경 방향 단부까지 연장하는 반경 방향 보어, 및 상기 샤프트에 가깝게 위치되어 있고 제 2, 3 접합부에서 상기 추력판의 위와 아래로 갭을 결합시키도록 상기 추력판을 통해 축방향으로 연장하는 축방향 보어를 포함하고, 상기 베어링 섹션이 제 1 및 제 2 접합부 사이 및 제 1 및 제 3 접합부 사이에 형성되는,

    유체역학적 유체 베어링 카트리지.
15. 자기 디스크 저장 시스템으로서,

    디스크 드라이브용 하우징과,

    정속 회전용 하나 이상의 디스크를 지지하기 위한 수단, 및

    각각의 상기 디스크에 데이터 저장 장소를 액세스하기 위한 수단을 포함하며,

    상기 지지수단이 상기 하우징내에 지지된 샤프트에 대해서 상기 하나 이상의 디스크를 지지하는 허브를 회전시키기 위한 복수의 유체 충진 유체역학 베어링 수단, 및 상기 유체 역학적 베어링 수단을 서로에 대해 분리시키는 수단을 포함하는,

    자기 디스크 저장 시스템.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 분리 수단은 상기 샤프트 내부의 저장조로부터 유체를 유지하는 갭으로 연장하는 일련의 환기 개구를 포함하는,

    자기 디스크 저장 시스템.