CN1783285A - 流体动压轴承和使用该流体动压轴承的硬盘驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种流体动压轴承，该流体动压轴承被构造为稳定支撑对其施加非均匀力的旋转体，还提供了一种使用该流体动压轴承的硬盘驱动器(HDD)。该流体动压轴承包括：轴颈轴承部分，在旋转轴的径向方向上支撑旋转轴；止推部分，形成在旋转轴的一端；止推轴承部分，面向止推部分并且在旋转轴的纵向方向上支撑旋转轴；多个沟槽，形成在止推轴承部分和/或止推部分的表面上。所述多个沟槽包括第一沟槽组和第二沟槽组，其中，所述第一沟槽组包括具有相同形状和排列的多个沟槽，所述第二沟槽组与所述第一沟槽组相邻并且包括具有相对于第一沟槽组的沟槽不对称的至少一个沟槽。

Description

流体动压轴承和使用该流体动压轴承的硬盘驱动器
                          技术领域
本发明涉及一种用于支撑旋转体的流体动压轴承和一种使用该流体动压轴承的硬盘驱动器(HDD)，更具体地讲，涉及一种被构造成稳定支撑在其上施加有非均匀力的旋转体的流体动压轴承和一种使用该流体动压轴承的HDD。
                          背景技术
硬盘驱动器(HDD)，作为信息存储设备，利用读/写磁头再现存储在盘中的数据或者将数据记录在盘上。在HDD中，读/写磁头通过致动器被移动到旋转盘的记录表面上方的预定高度处的期望位置来运行。
随着近来工业的发展，HDD被用于各种类型的电子设备例如，移动电话、MP3播放器和游戏设备中。为此，存在对紧凑的和纤薄的HDD的需求。
作为使HDD变薄的成果，已经公开了一种单读/写头HDD，在该单读/写头HDD中的硬盘具有一个记录表面并且单读/写头面向该记录表面。
图1是示出传统单读/写头HDD的主要部分的示意性的剖视图。图2是图1的单读/写头HDD的止推轴承部分的仰视图。图3是沿图2的线III-III截取的止推轴承部分的剖视图。
参照图1至图3，传统单读/写头HDD包括：流体动压轴承10；旋转轴20，可转动地插入流体动压轴承10中；硬盘30，安装在旋转轴20上并且具有一个记录表面31；驱动源40，对硬盘30提供旋转力；磁头50，在硬盘30上记录信息和再现硬盘30上的信息。
旋转轴20穿过转子箱25位于硬盘30的旋转中心，并且包括由流体动压轴承10在旋转轴20的径向方向上支撑的轴颈部分21和在旋转轴20的纵向方向上支撑的止推部分23。
流体动压轴承10具有旋转轴20可转动地插入其中的空腔10a，并且包括：轴颈轴承部分11，沿着轴颈部分21的外周形成；止推轴承部分15，面向止推部分23并且在旋转轴20的纵向方向上支撑旋转轴20。
参照图2和图3，止推轴承部分15具有环形形状，并且包括形成在其面向止推部分23(见图1)的表面上的多个沟槽17。如图2和图3所示，多个沟槽17的每个具有形状和排列相同的对称螺旋图案。即，当与止推轴承部分15的外周表面相切的切线15a和从沟槽17延伸的线段17a之间形成角θG时，所有的沟槽17具有相同的沟槽角θG。另外，当止推轴承部分15被沿着图2的线III-III剖开时，所有的沟槽17具有相同的沟槽宽度dg，位于相邻沟槽17之间的每个槽脊19具有相同的宽度dr。因此，如果旋转轴20位于硬盘30的旋转中心并且对硬盘30施加均匀负载，则旋转轴20在纵向方向上由箭头63a和63b所指的相同的力稳定支撑。
驱动源40包括位于转子箱25内的磁铁41和沿着流体动压轴承10的外周形成的定子芯45。驱动源40利用通过对定子芯45施加电流产生的电磁力旋转硬盘30。
磁头50位于安装在悬架55的一端的滑块上，并且通过致动器(未示出)在记录表面31上方的预定区域往复运动，以将信息记录在记录表面31上和再现记录表面31上的信息。当硬盘30旋转时，滑块被抬起，并且由于对悬架55施加的克负载61使得磁头50保持在预定高度H。这里，在与磁头50被抬起的方向相反的方向上，对硬盘30施加了一个与抬起读/写头50的作用相反的力62。
因此，如所示，当HDD使用单读/写头以被制造得紧凑时，由于磁头50和硬盘30之间的反作用力62导致对硬盘30施加不平衡力。此时，如图1中的点划线所示，当使用具有对称结构的止推轴承部分15时，由于施加到硬盘30的不平衡力导致硬盘30和旋转轴20在不稳定状态下倾斜旋转。从而，信息记录和再现性能劣化并引起噪音。
                         发明内容
本发明提供了一种包括止推轴承部分的流体动压轴承，该止推轴承部分被构造成当对旋转体施加非均匀力时稳定支撑该旋转体。
本发明还提供了一种单读/写头硬盘驱动器，该单读/写头硬盘驱动器被构造成通过抵消对单读/写头施加的反作用力来稳定旋转硬盘。
根据本发明的一方面，提供了一种流体动压轴承，包括：轴颈轴承部分，在旋转轴的径向方向上支撑旋转轴；止推部分，形成在旋转轴的一端；止推轴承部分，面向止推部分并且在旋转轴的纵向方向上支撑旋转轴；多个沟槽，形成在止推轴承部分和/或止推部分的表面上，其中，所述多个沟槽包括：第一沟槽组，包括具有相同形状和排列的多个沟槽；第二沟槽组，与第一沟槽组相邻并且包括相对于第一沟槽组不对称的至少一个沟槽。
根据本发明的另一方面，提供了一种硬盘驱动器，包括：硬盘，具有在其上记录信息的一个记录表面；流体动压轴承，旋转支撑硬盘的旋转轴，并且包括在旋转轴的径向方向上支撑旋转轴的轴颈轴承部分、形成在旋转轴的一端的止推部分、面向止推部分并且在旋转轴的纵向方向上支撑旋转轴的止推轴承部分、形成在止推轴承部分和/或止推部分表面上的多个沟槽；驱动源，对硬盘提供旋转力；读/写头，当其滑过硬盘的记录表面的上方时，记录和再现信息，其中，所述多个沟槽包括：第一沟槽组，包括具有相同形状和排列的多个沟槽；第二沟槽组，位于由磁头施加负载的硬盘的预定部分上，并且包括相对于第一沟槽组的沟槽不对称的至少一个沟槽。
                           附图说明
参照附图通过对示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加清楚，其中：
图1是传统单读/写头硬盘驱动器(HDD)的示意剖视图；
图2是传统流体动压轴承的止推轴承部分的仰视图；
图3是沿图2的线III-III截取的止推轴承部分的剖视图；
图4是根据本发明实施例的流体动压轴承的部分剖视图；
图5是图4的流体动压轴承的止推轴承部分的仰视图；
图6是沿图5的线VI-VI截取的止推轴承部分的剖视图；
图7是用于解释图4的流体动压轴承的刚度和阻尼系数的止推轴承部分的仰视图；
图8是根据本发明的另一个实施例的流体动压轴承的止推轴承部分的仰视图；
图9是沿图8的线IX-IX截取的止推轴承部分的剖视图；
图10是根据本发明又一个实施例的流体动压轴承的止推轴承部分的仰视图；
图11是根据本发明又一个实施例的流体动压轴承的止推轴承部分的仰视图；
图12是根据本发明又一个实施例的流体动压轴承的止推轴承部分的仰视图；
图13是根据本发明实施例的HDD的示意剖视图。
                        具体实施方式
现在将参照附图更完全地描述本发明，在附图中，示出了本发明的优选
实施例。
参照图4，根据本发明实施例的流体动压轴承110具有旋转轴120可转动地插入其中的空腔。流体动压轴承110包括轴颈轴承部分111和止推轴承部分115。轴颈轴承部分111面向形成在旋转轴120的外周的轴颈部分121，并且在旋转轴120的径向方向上支撑旋转轴120。止推轴承部分115面向形成在旋转轴120的一端的止推部分123，并且在旋转轴120的纵向方向上支撑旋转轴120。为此，止推轴承部分115和/或止推部分123包括形成在彼此面对的表面上的多个沟槽210。
即使当对由旋转轴120旋转支撑的旋转体(未示出)局部施加力时，流体动压轴承110可通过改变形成在止推轴承部分115上的沟槽210的结构来均匀地支撑旋转体。
参照图5和图6，止推轴承部分115的每个沟槽210具有螺旋图案，止推轴承部分115被分为对称排列的第一沟槽组210A和不对称排列的第二沟槽组210B。
第一沟槽组210A包括具有相同形状和排列的多个沟槽211，并且覆盖环形的止推轴承部分115的一半以上。这里，具有相同尺寸的每个槽脊213形成在所述多个沟槽211的相邻沟槽211之间。
第二沟槽组210B包括相对于第一沟槽组210A的沟槽211不对称的至少一个沟槽215。图5和图6示例性地示出了包括七个沟槽215的第二沟槽组210B。这里，第二沟槽组210B的多个沟槽215具有基于其排列而变化的宽度。
优选地，第二沟槽组210B的所述多个沟槽215中，位于第二沟槽组210B的中心的沟槽的宽度相对小于与第一沟槽组210A相邻的沟槽的宽度。
当旋转轴120旋转时，在止推轴承部分115和旋转轴120的止推部分123之间产生的流体动压力如下。
图7是图6的止推轴承部分的仰视图，止推轴承部分被分为八段。第二沟槽组210B的主要部分形成在第八段中。在这种情况下，表1中分析并示出了包括第八段的各段的刚度和阻尼系数。
表1
  段   刚度系数[N/m]   阻尼系数[Ns/m]
  1   10.6   0.0305
  2   11.9   0.0304
  3   11.9   0.0308
  4   11.9   0.0300
  5   11.9   0.0300
  6   11.9   0.0306
  7   10.8   0.0327
  8   18.0   0.0295
参照表1，第二沟槽组210B的主要部分形成在其中的第八段具有最大刚度系数和最小阻尼系数。可从表1中看出，在第二沟槽组210B中比在第一沟槽组210A中产生更大的流体动压力。
因此，当对由旋转轴120支撑的旋转体施加非均匀负载时，在旋转体旋转期间产生的不平衡可通过在被施加最大负载的部分上设置具有第二沟槽组210B的最小宽度的沟槽来补偿。
参照图8和图9，根据本发明另一个实施例的流体动压轴承的止推轴承部分115的每个沟槽具有螺旋图案，并且止推轴承部分115被分为第一沟槽组220A和第二沟槽组220B。
第一沟槽组220A包括具有相同形状和排列的多个沟槽221并且覆盖环形的止推轴承部分115的一半以上。这里，具有相同尺寸的每个槽脊223形成在多个沟槽221的相邻沟槽之间。
第二沟槽组220B包括相对于第一沟槽组220A的沟槽221不对称的至少一个沟槽225。图8和图9示例性地示出了第二沟槽组220B包括六个沟槽225。这里，第二沟槽组220B的多个沟槽225具有相同的尺寸、形状和排列。
优选地，第二沟槽组220B的每个沟槽225的宽度相对小于第一沟槽组220A的每个沟槽221的宽度。
另外，形成在第二沟槽组220B的多个沟槽225的相邻沟槽之间的每个槽脊227的宽度也小于第一沟槽组220A的每个槽脊223的宽度。
当在旋转轴120旋转期间在止推轴承部分115和旋转轴120的止推部分123之间产生流体动压力时(见图4)，在第二沟槽组220B中比在第一沟槽组220A中产生更大的流体动压力。如果对由旋转轴120支撑的旋转体施加非均匀负载，则在旋转体旋转期间产生的不平衡可通过在施加更大负载的部分上设置第二沟槽组220B来补偿。
参照图10，根据本发明又一个实施例的流体动压轴承的止推轴承部分115的每个沟槽具有螺旋图案，并且止推轴承部分115被分为第一沟槽组230A和第二沟槽组230B。
第一沟槽组230A包括具有相同形状和排列的多个沟槽231，并且覆盖环形的止推轴承部分115的一半以上。这里，具有相同尺寸的每个槽脊233形成在沟槽231的相邻沟槽之间。
第二沟槽组230B包括具有与第一沟槽组230A的沟槽231的沟槽角α1不同的沟槽角α2的沟槽235。这里，沟槽角α1是与止推轴承部分115的外周表面相切的切线115a和从第一沟槽组230A的沟槽231延伸的线段231a之间的角，沟槽角α2是与止推轴承部分115的外周相切的切线115a和从第二沟槽组230B的沟槽235延伸的线段235a之间的角。这里，优选地，沟槽角α1大于沟槽角α2。图10示例性地示出了沟槽角α1为35°，沟槽角α2为20°。
第二沟槽组230B的每个沟槽235的倾斜度大于第一沟槽组230A的每个沟槽231的倾斜度。因此，当在旋转轴120(见图4)旋转期间，在止推部分123(见图4)和止推轴承部分115之间产生流体动压力时，在第二沟槽组230B中比在第一沟槽组230A中产生更大的流体动压力。因此，如果对由旋转轴120支撑的旋转体施加非均匀负载时，可补偿在旋转体旋转期间产生的不平衡。
参照图11，根据本发明又一个实施例的流体动压轴承的止推轴承部分115的每个沟槽具有螺旋形图案，并且止推轴承部分115被分为第一沟槽240A和第二沟槽240B。
第一沟槽组240A包括具有相同形状和排列的多个沟槽241。这里，具有相同尺寸的每个槽脊243形成在多个沟槽241的相邻沟槽之间。
第二沟槽组240B包括与第一沟槽组240A相邻的至少一个沟槽245，沟槽245具有从其内部凸出的子槽脊246。图11示意性地示出了第二沟槽组240B包括两个沟槽245，每个沟槽245具有子槽脊246。
这里，槽脊247形成在第二沟槽组240B的沟槽245之间，以将两个沟槽245彼此分离。子沟槽248形成在槽脊247中。
由于第二沟槽组240B的子沟槽248和子槽脊246导致第二沟槽组240B的沟槽245变得狭窄。因此，当在旋转轴120(见图4)旋转期间，在止推部分123(见图4)和止推轴承部分115之间产生流体动压力时，在第二沟槽组240B中比第一沟槽组240A中产生更大的流体动压力。
参照图12，根据本发明又一个实施例的流体动压轴承的止推轴承部分115的每个沟槽具有V形的人字形图案，并且止推轴承部分115被分为第一沟槽组250A和第二沟槽组250B。
第一沟槽组250A包括具有相同形状和排列的多个沟槽251，具有相同尺寸的每个槽脊253形成在多个沟槽251的相邻沟槽之间。
第二沟槽组250B包括相对于第一沟槽组250A的沟槽251不对称的至少一个沟槽255。图12示例性地示出了第二沟槽组250B包括四个沟槽255。
在第二沟槽组250B中比第一沟槽组250A中产生更大的流体动压力。因此，当对由旋转轴120(见图4)支撑的旋转体施加非均匀负载时，可通过在施加更大负载的部分上设置第二沟槽组250B来补偿在旋转体旋转期间产生的不平衡。
此时，图5、图10和图11中示出的每个沟槽可具有人字形图案而不是螺旋图案。
图13是根据本发明实施例的单读/写头硬盘驱动器(HDD)的示意剖视图。
参照图13，该HDD包括：硬盘330，具有在其上记录信息的一个记录表面331；流体动压轴承310；旋转轴320，可转动地插入流体动压轴承310中并且位于硬盘330的旋转中心；驱动源340，对硬盘330提供旋转力；磁头350，在硬盘330上记录信息和再现硬盘330上的信息。
旋转轴320穿过转子箱325位于硬盘330的旋转中心。旋转轴320包括由流体动压轴承310在径向方向上支撑的轴颈部分321和由流体动压轴承310在旋转轴320的纵向方向上支撑的止推部分323。
流体动压轴承310具有旋转轴320可转动地插入其中的空腔，并且包括沿着轴颈部分321的外周形成的轴颈轴承部分311和面向止推部分323并且在旋转轴320的纵向方向上支撑旋转轴320的环形的止推轴承部分315。止推轴承部分315和/或止推部分323包括形成在彼此面对的表面上的多个沟槽(未示出)。多个沟槽的每个具有螺旋图案或者人字行图案，并且根据沟槽的排列和形状，止推轴承部分315被分为第一沟槽组和第二沟槽组。第一沟槽组包括具有相同形状和排列的多个沟槽。第二沟槽组位于由磁头350施加预定的力362的硬盘330的部分。第二沟槽组包括相对于第一沟槽组的沟槽不对称的至少一个沟槽。
这里，由于第一沟槽组和第二沟槽组的沟槽的形状与参照图5至图11说明的第一沟槽组和第二沟槽组的沟槽的形状基本相同，所以将不给出其详细描述。
驱动源340包括位于转子箱325内部的磁铁341和环绕流体动压轴承310的外周形成的定子铁芯345。驱动源340利用通过对定子铁芯345施加电流产生的电磁力来旋转硬盘330。
磁头350位于安装在悬架355的一端的滑块上，并且当在记录表面331上方预定区域往复运动时，在记录表面331上记录信息和再现记录表面331上的信息。当硬盘330旋转时，滑块被抬起，由于对悬架355施加的克负载361使得磁头350保持在预定高度。这里，在与磁头350被抬起的方向相反的方向上对硬盘330施加与抬起磁头350的力反作用的力362。
因此，当使用单读/写头以使HDD紧凑时，由于在磁头350和硬盘330之间产生的反作用力362导致对硬盘330施加不平衡力。然而，如果止推轴承部分315被构造成具有如上所述的第一沟槽组和第二沟槽组，可补偿对硬盘330施加的不平衡力。结果，硬盘330和旋转轴320可均匀地旋转。
如上所述，由于支撑旋转体的流体动压轴承包括具有不对称沟槽的止推轴承部分，所以流体动压轴承可补偿对旋转体施加的非均匀力。结果，由流体动压轴承支撑的旋转体可稳定地旋转。
另外，由于所述HDD在施加反作用力的单读/写头部分布置了不对称的第二沟槽组，所以可补偿由于旋转期间的反作用力导致的硬盘倾斜。因此，硬盘可稳定地旋转并且可防止旋转期间由于不平衡导致的噪音。
尽管已经参照本发明的示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对其作各种形式上和细节上的改变。

Claims (20)

1、一种流体动压轴承，包括：
轴颈轴承部分，在旋转轴的径向方向上支撑所述旋转轴；
止推部分，形成在所述旋转轴的一端；
止推轴承部分，面向止推部分并且在所述旋转轴的纵向方向上支撑所述旋转轴；
多个沟槽，形成在所述止推轴承部分和/或所述止推部分的表面上，
其中，所述多个沟槽包括：
第一沟槽组，包括具有相同形状和排列的多个沟槽；
第二沟槽组，与所述第一沟槽组相邻并且包括相对于所述第一沟槽组的沟槽不对称的至少一个沟槽。
2、如权利1所述的流体动压轴承，其中，所述第二沟槽组包括具有不同宽度的多个沟槽。
3、如权利要求2所述的流体动压轴承，其中，在所述第二沟槽组的所述多个沟槽中，位于所述第二沟槽组的中心的沟槽的宽度相对小于与所述第一沟槽组相邻的沟槽的宽度。
4、如权利要求1所述的流体动压轴承，其中，所述第二沟槽组包括具有相同尺寸、形状和排列的多个沟槽。
5、如权利要求1所述的流体动压轴承，其中，与所述止推轴承部分的外周面相切的切线和从所述第一沟槽组的沟槽延伸的线段之间为角α1，与所述止推轴承部分的外周面相切的切线和从所述第二沟槽组的沟槽延伸的线段之间为角α2，α1，α2满足公式：α2＜α1。
6、如权利要求1所述的流体动压轴承，其中，所述第二沟槽组包括具有从其内部凸出的子槽脊的至少一个沟槽。
7、如权利要求6所述的流体动压轴承，其中，所述第二沟槽组包括彼此分隔开的多个沟槽，每个槽脊位于所述第二沟槽组的所述多个沟槽的相邻沟槽之间，以将所述沟槽彼此分离，在每个槽脊中形成有子沟槽。
8、如权利要求1所述的流体动压轴承，其中，所述止推轴承部分的所述多个沟槽的每个都为螺旋图案。
9、如权利要求1所述的流体动压轴承，其中，所述止推轴承部分的所述多个沟槽的每个都为人字行图案。
10、一种硬盘驱动器，包括：
硬盘，具有在其上记录信息的一个记录表面；
流体动压轴承，旋转支撑所述硬盘驱动器的旋转轴，并且包括：轴颈轴承部分，在所述旋转轴的径向方向上支撑所述旋转轴；止推部分，形成在所述旋转轴的一端；止推轴承部分，面向止推部分并且在所述旋转轴的纵向方向上支撑所述旋转轴；多个沟槽，形成在所述止推轴承部分和/或所述止推部分的表面上；
驱动源，对所述硬盘提供旋转力；
读/写头，当其掠过所述硬盘的记录表面的上方时，记录和再现信息，
其中，所述多个沟槽包括：
第一沟槽组，包括具有相同形状和排列的多个沟槽；
第二沟槽组，位于由所述读/写头施加负载的所述硬盘的预定部分上，并
且包括相对于所述第一沟槽组的沟槽不对称的沟槽的至少一个沟槽。
11、如权利要求10所述的硬盘驱动器，其中，所述第二沟槽组包括具有不同宽度的多个沟槽。
12、如权利要求10所述的硬盘驱动器，其中，在所述第二沟槽组的所述多个沟槽中，位于所述第二沟槽组的中心的沟槽相对小于与所述第一沟槽组相邻的沟槽的宽度。
13、如权利要求10所述的硬盘驱动器，其中，所述第二沟槽组包括具有相同尺寸、形状和排列的多个沟槽。
14、如权利要求10所述的硬盘驱动器，其中，与所述止推轴承部分的外周表面相切的切线和从所述第一沟槽组的沟槽延伸的线段之间为角α1，与所述止推轴承部分的外周表面相切的切线和从所述第二沟槽组的沟槽延伸的线段之间为角α2，α1，α2满足公式：α2＜α1。
15、如权利要求10所述的硬盘驱动器，其中，所述第二沟槽组包括具有从其内部凸出的子槽脊的至少一个沟槽。
16、如权利要求15所述的硬盘驱动器，其中，第二沟槽组包括彼此分隔开的多个沟槽，每个槽脊位于所述第二沟槽组的所述多个沟槽的相邻沟槽之间，以将所述沟槽彼此分离，在每个槽脊中形成有子沟槽。
17、如权利要求10所述的硬盘驱动器，其中，所述止推轴承部分的所述多个沟槽的每个都为螺旋图案。
18、如权利要求10所述的硬盘驱动器，其中，所述止推轴承部分的所述多个沟槽的每个都为人字形图案。
19、一种流体动压轴承，包括：
轴颈轴承部分，在旋转轴的径向方向上支撑所述旋转轴；
止推轴承部分，面向所述旋转轴的止推部分，并且在所述旋转轴的纵向方向上支撑所述旋转轴；
多个沟槽，形成在所述止推轴承部分和所述旋转轴的所述止推部分之间，
其中，所述多个沟槽包括：
第一沟槽组，包括具有相同形状和排列的多个沟槽；
第二沟槽组，与所述第一沟槽组相邻并且包括相对于所述第一沟槽组的沟槽不对称的至少一个沟槽。
20、一种止推轴承，包括：
第一沟槽组，包括具有相同形状和排列的多个沟槽；
第二沟槽组，与所述第一沟槽组相邻并且包括相对于所述第一沟槽组的沟槽不对称的至少一个沟槽。
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