DE102011017041A1

DE102011017041A1 - Conical, fluid-dynamic bearing system for use in spindle motor of storage disk drive, has two conical bearings comprising bearing cones welded and glued with fixed shaft by snug fit that is arranged on shaft

Info

Publication number: DE102011017041A1
Application number: DE201110017041
Authority: DE
Inventors: Andreas Kull; Stefan Vogtel
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2012-10-18

Abstract

The system has a tapered conical bearing counteracting another tapered conical bearing, where the conical bearings are arranged along a fixed shaft (12). The conical bearings are separated by a bearing gap (20) that is filled with bearing fluid i.e. bearing oil, where conical bearings comprise stops that are arranged on the shaft, and bearing cones (14, 114) that are arranged in a rotor (16). The bearing cones are welded and glued with the shaft by a snug fit that is arranged on the shaft. Grooves (26, 32, 48, 126, 148, 152) are incorporated in the bearing cones or the shaft. Independent claims are also included for the following: (1) a spindle motor (2) a storage disk drive.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere ein fluiddynamisches Lagersystem mit konischen Lagern, welches insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors verwendet werden kann. Spindelmotoren mit derartigen fluiddynamischen Lagern werden beispielsweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken oder Lüftern verwendet.The invention relates to a fluid dynamic bearing system, in particular a fluid dynamic bearing system with conical bearings, which can be used in particular for the rotational mounting of a spindle motor. Spindle motors with such fluid dynamic bearings are used for example for driving hard disk drives or fans.

Stand der TechnikState of the art

Die US 2004/0005101 A1 offenbart ein fluiddynamisches Lagersystem mit zwei gegeneinander arbeitenden konischen Lagern. Jedes konische Lager weist einen an einer feststehenden Welle angeordneten Lagerkonus auf, der mit einem Gegenlager zusammenwirkt, welches in einem Rotorbauteil angeordnet ist. Die Lagerflächen jedes konischen Lagers sind durch einen eigenen, mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt. Die Lagerspalte der beiden konischen Lager weisen jeweils zwei offene Enden auf, wobei jedes offene Ende durch einen teilweise mit Lagerfluid gefüllten konischen Dichtungsspalt abgedichtet ist. Die inneren, dem jeweils anderen konischen Lager zugewandten Dichtungsspalte werden begrenzt durch die Welle sowie die Nabe. Die äußeren Dichtungsspalte werden begrenzt durch eine Oberfläche des Lagerkonus und eine Abdeckkappe, welcher das Lager an dieser Seite verschließt und am Rotorbauteil befestigt ist. Das Lagerfluid wird durch eine Öffnung in der Abdeckkappe in den Dichtungsspalt eingefüllt und gelangt dann durch Kapillarkräfte in den Lagerspalt.The US 2004/0005101 A1 discloses a fluid dynamic bearing system with two conical bearings working against each other. Each conical bearing has a bearing cone arranged on a fixed shaft, which cooperates with an abutment which is arranged in a rotor component. The bearing surfaces of each conical bearing are separated by a separate, filled with a bearing fluid bearing gap. The bearing gaps of the two conical bearings each have two open ends, each open end being sealed by a conical sealing gap partially filled with bearing fluid. The inner, the other conical bearing facing sealing gaps are limited by the shaft and the hub. The outer sealing gaps are bounded by a surface of the bearing cone and a cap, which closes the bearing on this side and is fixed to the rotor component. The bearing fluid is filled through an opening in the cap in the sealing gap and then passes through capillary forces in the bearing gap.

Bei konischen fluiddynamischen Lagern ist es bekannt, dass die beiden Lagerkonusse durch eine Pressverbindung mit der Welle verbunden werden. Dabei muss eine relativ starke Presspassung vorgesehen werden, damit die benötigten Auspresskräfte zwischen Welle und Lagerkonussen erreicht werden. Durch die starke Presspassung von Welle und Lagerkonussen kommt es jedoch beim Aufpressen zu einer Verformung der Lagerkonusse, so dass insbesondere die Gefahr der Deformation der Lagerflächen der Lagerkonusse besteht. Auf Grund des sogenannten Haftgleiteffekts (Stick-Slip-Effekt) ist es zudem relativ schwer und technisch aufwendig, den genauen axialen Abstand der beiden Lagerkonusse auf der Welle einzustellen. Durch das Aufpressen der Lagerkonusse auf die Welle kann es ferner zu Reibungseffekten kommen, so dass Metallpartikel entstehen, die, falls sie in den Lagerspalt gelangen, das Lager beschädigen können. Außerdem erzeugen Partikel im Lagerspalt eine unerwünschte Lagerreibung.In conical fluid dynamic bearings, it is known that the two bearing cones are connected by a press connection with the shaft. In this case, a relatively strong press fit must be provided so that the required extrusion forces between shaft and bearing cones are achieved. Due to the strong interference fit of shaft and bearing cones, however, deformation of the bearing cones occurs during pressing, so that in particular the risk of deformation of the bearing surfaces of the bearing cones exists. Due to the so-called stick-slip effect, it is also relatively difficult and technically complicated to set the exact axial distance of the two bearing cones on the shaft. By pressing the Lagerkonusse on the shaft can also cause friction effects, so that metal particles are formed, which, if they get into the bearing gap, can damage the bearing. In addition, particles in the bearing gap create undesirable bearing friction.

Beim Aufpressen der Lagerkonusse auf die Welle entstehen jedoch auch mikrofeine Kratzer und Rillen an den Lagerkonussen, die parallel zur Rotationsachse verlaufen und durch welche Lageröl aus dem Lager nach außen dringen kann.However, when the bearing cones are pressed onto the shaft, micro-fine scratches and grooves also occur at the bearing cones, which run parallel to the axis of rotation and through which bearing oil can escape from the bearing to the outside.

Ein anderes Problem entsteht dadurch, dass am Innenumfang der Lagerkonusse Kanäle und Nuten vorzugsweise mittels elektrochemischer Abtragung erodiert werden. Diese Kanäle und Nuten werden für eine Zirkulation des Lagerfluids im Lager benötigt. Aufgrund dieser Oberflächenabtragungen verbleibt für die Pressverbindung zwischen der Welle und den Lagerkonussen weniger Verbindungsfläche, wodurch die Auspresskraft geringer wird. Bei der elektrochemischen Abtragung entsteht außerdem unerwünschte Erosion auf Grund der relativ tiefen und breiten Kanäle, welche die erreichbaren Auspresskräfte der Pressverbindung ebenfalls ungünstig beeinflussen kann. Durch diese unerwünschte Erosion kann es außerdem zu unerwünschter Migration des Lagerfluids zwischen dem Lagerkonus und dem jeweiligen Ende der Welle kommen.Another problem arises from the fact that channels and grooves on the inner circumference of the bearing cones are preferably eroded by means of electrochemical removal. These channels and grooves are needed for a circulation of the bearing fluid in the bearing. Due to these surface abrasions, less joining surface remains for the press connection between the shaft and the bearing cones, which reduces the pressing force. In the case of electrochemical erosion, unwanted erosion also occurs due to the relatively deep and wide channels, which can also unfavorably influence the achievable extrusion forces of the press connection. This unwanted erosion can also lead to undesirable migration of the bearing fluid between the bearing cone and the respective end of the shaft.

Außerdem benötigt das ECM-Verfahren eine relativ große Prozesszeit, da die Breite und Tiefe der Kanäle und Nuten im Vergleich zu Lagerrillenstrukturen, die ebenfalls mittels ECM generiert werden, wesentlich größer sind.In addition, the ECM process requires a relatively large process time because the width and depth of the channels and grooves are much larger compared to bearing groove structures that are also generated by ECM.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein fluiddynamisches Lager der eingangs beschriebenen Bauart anzugeben, das einfacher und genauer montiert werden kann und größere Haltekräfte sowie weniger Dichtigkeitsprobleme aufweist.The object of the invention is to provide a fluid dynamic bearing of the type described above, which can be mounted easier and more accurate and has greater holding forces and less leakage problems.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein fluiddynamisches Lager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a fluid dynamic bearing with the features of claim 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention and advantageous features are indicated in the dependent claims.

Das fluiddynamische Lagersystem umfasst ein erstes konisches Lager sowie ein dem ersten konischen Lager entgegen wirkendes zweites konisches Lager, die beide entlang einer feststehenden Welle angeordnet sind. Das erste und das zweite konische Lager umfassen jeweils einen an der Welle angeordneten Lagerkonus sowie ein in einem Rotorbauteil angeordnetes konisches Gegenlager, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt sind.The fluid dynamic bearing system comprises a first conical bearing and a second conical bearing counter to the first conical bearing, both of which are arranged along a fixed shaft. The first and the second conical bearing each comprise a bearing cone arranged on the shaft and a conical counter bearing arranged in a rotor component, which are separated from one another by a bearing gap filled with a bearing fluid.

Erfindungsgemäß sind die beiden Lagerkonusse mittels einer Schweißverbindung oder einer Klebeverbindung oder eine Kombination von Schweiß- und Klebeverbindung an der Welle befestigt.According to the invention, the two bearing cones by means of a welded connection or an adhesive connection or a combination of Welded and glued connection attached to the shaft.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Lagerkonusse mittels einer Übergangspassung auf der Welle angeordnet und mit dieser verschweißt oder verklebt.In a preferred embodiment of the invention, the bearing cones are arranged by means of a transition fit on the shaft and welded or glued thereto.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Schweißverbindung oder Klebeverbindung hat gegenüber der Pressverbindung mehrere Vorteile.The welded connection or adhesive connection used according to the invention has several advantages over the press connection.

Zum einen wird keine starke Presspassung zwischen Lagerkonus und Welle benötigt und damit Verformungen der Welle bzw. der Lagerkonusse beim Aufpressen der Lagerkonusse vermieden. Ferner entfällt das Problem bei der Einstellung des Axialspiels auf Grund des Haftreibungseffektes. Außerdem werden durch die verwendete Übergangspassung beim Aufschieben der Lagerkonusse auf die Welle keine unerwünschten Partikel erzeugt und es entstehen auch keine Mikrokratzer, welche eine Migration des Lagerfluids ermöglichen.On the one hand, no strong interference fit between the bearing cone and the shaft is required and thus deformations of the shaft or the bearing cones when pressing the bearing cones are avoided. Furthermore, eliminates the problem in the adjustment of the axial clearance due to the stiction effect. In addition, no unwanted particles are generated by the transition fit used when pushing the Lagerkonusse on the shaft and there are no micro-scratches, which allow migration of the bearing fluid.

Ein weiterer Vorteil sind die stärkeren Haltekräfte einer Schweißverbindung bzw. Klebeverbindung im Vergleich zur vorhergehenden Pressverbindung. Da keine definierte Fügelänge mehr notwendig ist, um die geforderten Auspresskräfte zu erreichen, wird es auch möglich, die Höhe des gesamten Lagers zu reduzieren, d. h. die axiale Länge der Lagerkonusse und der Welle zu verringern.Another advantage is the stronger holding forces of a welded joint or adhesive bond compared to the previous press connection. Since no defined length of flock is more necessary to achieve the required Auspresskräfte, it is also possible to reduce the height of the entire bearing, d. H. reduce the axial length of the bearing cone and the shaft.

Die Lagerkonusse sind aus weichem Stahl gefertigt, beispielsweise SUS 303 mit ggf. einer Hartbeschichtung, und die Welle aus härterem Stahl, beispielsweise SUS 440 gehärtet. Die Hartbeschichtung auf den Lagerkonussen ist vorzugsweise auf den Lagerflächen vorgesehen, damit diese einen geringeren Verschleiß aufweisen.The bearing cones are made of soft steel, for example SUS 303 with possibly a hard coating, and the shaft of harder steel, for example hardened SUS 440. The hard coating on the bearing cones is preferably provided on the bearing surfaces, so that they have a lower wear.

Auf Grund der erfindungsgemäßen Schweiß- oder Klebeverbindung zwischen Lagerkonus und Welle entfallen auch viele Nachteile, die durch die ECM erodierten Kanäle und Nuten in den Lagerkonussen entstehen.Due to the inventive welding or adhesive connection between bearing cone and shaft also eliminates many disadvantages caused by the ECM eroded channels and grooves in the bearing cones.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Kanäle und Nuten nicht durch elektrochemische Abtragung erzeugt, sondern die Kanäle und Nuten werden vorzugsweise durch spanabhebende Verfahren generiert.In a preferred embodiment of the invention, the channels and grooves are not generated by electrochemical removal, but the channels and grooves are preferably generated by machining methods.

Durch eine solche spanabhebende Fertigung der Nuten und Rillen, die entweder am Außenumfang der Welle oder am Umfang der Bohrung der Lagerkonusse vorgesehen sein können, wird zum einen die erreichbare Genauigkeit der Strukturen im Vergleich zu erosiven Verfahren erhöht und gleichzeitig die Prozessdauer verringert. Ferner ergibt sich dadurch keine unerwünschte Erosion und es entstehen keine unerwünschten Pfade und Lecks, durch welche Lagerfluid nach außen dringen kann. Als Erosion wird der Überbrand zwischen zwei benachbarten ECM Strukturen bzw. einer breiten ECM Struktur und benachbarten Oberflächen bezeichnet.Such a machining of the grooves and grooves, which may be provided either on the outer circumference of the shaft or on the circumference of the bore of the bearing cones, on the one hand increases the achievable accuracy of the structures compared to erosive methods and at the same time reduces the duration of the process. Furthermore, this results in no unwanted erosion and there are no unwanted paths and leaks through which bearing fluid can escape to the outside. Erosion is the overburn between two adjacent ECM structures or a wide ECM structure and adjacent surfaces.

Die Kanäle und Nuten, die an der Welle oder am Lagerkonus aufgebracht werden, haben eine Breite von typischerweise 100 Mikrometern oder mehr und eine typische Tiefe von 100 Mikrometern oder mehr.The channels and grooves that are applied to the shaft or to the bearing cone have a width of typically 100 microns or more and a typical depth of 100 microns or more.

Für eine exakte axiale Ausrichtung der Lagerkonusse auf der Welle kann es vorteilhaft sein, wenn die Welle einen Anschlag, beispielsweise eine Stufe, für die Lagerkonusse aufweist.For an exact axial alignment of the bearing cones on the shaft, it may be advantageous if the shaft has a stop, for example a step, for the bearing cones.

Die beiden konischen Lager sind in der Regel identisch, d. h. symmetrisch zueinander ausgebildet.The two conical bearings are usually identical, d. H. formed symmetrically to each other.

Die Erfindung betrifft neben dem beschriebenen fluiddynamischen Lagersystem ebenfalls einen Spindelmotor mit einem Stator, einem Rotor, einem elektromagnetischen Antriebssystem und einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem zur Drehlagerung des Rotors gegenüber dem Stator.In addition to the described fluid-dynamic bearing system, the invention also relates to a spindle motor having a stator, a rotor, an electromagnetic drive system and a fluid-dynamic bearing system according to the invention for rotational mounting of the rotor relative to the stator.

Ein Speicherplattenlaufwerk mit einem solchen Spindelmotor, welches mindestens eine durch den Spindelmotor angetriebene Speicherplatte und Mittel zum Schreiben und/oder Lesen von Daten auf und von der Speicherplatte aufweist, wird ebenfalls beansprucht.A disk drive having such a spindle motor which has at least one disk driven by the spindle motor and means for writing and / or reading data to and from the disk is also claimed.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei ergeben sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung.Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing figures. This results in further advantages and features of the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystems. 1 shows a section through a spindle motor with a first embodiment of a fluid dynamic bearing system according to the invention.

1A zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Lagerkonus des in 1 dargestellten Lagersystems. 1A shows an enlarged section through a bearing cone of the in 1 illustrated storage system.

2 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystems. 2 shows a section through a spindle motor with a first embodiment of a fluid dynamic bearing system according to the invention.

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

1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10 mit einer Bohrung, in welcher eine Welle 12 aufgenommen ist. Das Lagersystem ist als konisches Lagersystem mit zwei gegeneinander arbeitenden konischen Lagerbereichen ausgebildet. An der Welle 12 sind in einem gegenseitigen axialen Abstand zwei Lagerkonusse 14, 114 angeordnet. Das obere freie Ende der Welle 12 kann mit einem feststehenden Bauteil (nicht dargestellt) verbunden sein, welches beispielsweise ein Gehäusebauteil sein kann. Die Basisplatte 10, die Welle 12 und die beiden Lagerkonusse 14, 114 bilden die feststehende Komponente des Lagersystems. 1 shows a section through a spindle motor with a fluid dynamic bearing system according to the invention. The spindle motor comprises a base plate 10 with a hole in which a shaft 12 is included. The storage system is designed as a conical bearing system with two conical bearing areas working against each other. At the wave 12 are two bearing cones in a mutual axial distance 14 . 114 arranged. The upper free end of the shaft 12 may be connected to a fixed component (not shown), which may be a housing component, for example. The base plate 10 , the wave 12 and the two storage cones 14 . 114 form the fixed component of the storage system.

Jeder Lagerkonus 14, 114 besitzt eine ringförmige, schräg zur Drehachse 38 ausgebildete Lagerfläche. Ein Rotorbauteil 16 ist um die Drehachse 38 relativ zu den Lagerkonussen 14, 114 drehbar angeordnet. Das Rotorbauteil 16 kann zweiteilig ausgebildet sein, und aus einem inneren Lagerbauteil 16a und einer äußeren Nabe 16b bestehen. Das Rotorbauteil 16 besitzt ebenfalls ringförmige und schräg zur Drehachse 38 angeordnete Lagerflächen, die den Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 jeweils gegenüberliegen. Bei der Montage des Lagers wird beispielsweise der untere Lagerkonus 114 auf der Welle 12 montiert, dann wird das Rotorbauteil 16 über die Welle 12 gesteckt und schließlich der Lagerkonus 14 in einem festgelegten axialen Abstand auf der Welle 12 montiert. Die Montage erfolgt so, dass die einander gegenüberliegenden Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 und des Rotorbauteils 16 jeweils durch einen Lagerspalt 20, 120 definierter Breite voneinander getrennt sind. Die Lagerspalte 20, 120 haben beispielsweise eine Breite von wenigen Mikrometern. Die Lagerspalte 20, 120 sind mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.Every storage bonus 14 . 114 has an annular, oblique to the axis of rotation 38 trained storage area. A rotor component 16 is about the axis of rotation 38 relative to the storage concessions 14 . 114 rotatably arranged. The rotor component 16 may be formed in two parts, and from an inner bearing component 16a and an outer hub 16b consist. The rotor component 16 also has annular and oblique to the axis of rotation 38 arranged bearing surfaces, the bearing surfaces of the Lagerkonusse 14 . 114 each opposite. When mounting the bearing, for example, the lower storage cone 114 on the wave 12 mounted, then the rotor component 16 over the wave 12 and finally the storage bonus 14 at a fixed axial distance on the shaft 12 assembled. The assembly takes place in such a way that the opposing bearing surfaces of the bearing cones 14 . 114 and the rotor component 16 each through a bearing gap 20 . 120 defined width are separated. The warehouse column 20 . 120 for example, have a width of a few micrometers. The warehouse column 20 . 120 are filled with a bearing fluid, such as a bearing oil.

Die Lagerspalte 20, 120 der beiden konischen Lager sind nicht miteinander verbunden, sondern weisen jeweils zwei offene Enden auf. Das jeweils außen liegende Ende der Lagerspalte 20, 120 mündet jeweils in Richtung der beiden Enden der Welle 12, während das innen liegende Ende der Lagerspalte 20, 120 innerhalb des Lagers in einen Freiraum mündet, der zwischen den beiden Lagerkonussen 14, 114, der Welle 12 und dem Rotorbauteil 16 angeordnet ist. Der Freiraum ist beispielsweise durch eine am Außenumfang der Welle 12 und/oder am Innenumfang des Rotorbauteils 16 vorgesehene Nut 32 oder Rille gebildet. Die Enden der Lagerspalte 20, 120 sind durch Dichtungen, vorzugsweise Kapillardichtungen in Form von Dichtungsspalten 22, 122 und 28, 128 abgedichtet. Die zweiten Dichtungsspalte 28, 128 weisen darüber hinaus eine in Richtung des jeweiligen Lagerkonus 14, 114 wirkende Pumpdichtung 30, 130 auf. Die Dichtungsspalte 22, 122 und 28, 128 sind teilweise mit Lagerfluid gefüllt. Die äußeren, ersten Dichtungsspalte 22, 122 werden begrenzt durch eine Dichtungsfläche der Lagerkonusse 14, 114 sowie eine gegenüberliegende Dichtungsfläche einer Abdeckung 18, 118. Die Abdeckungen 18, 118 sind mit dem Rotorbauteil 16 verbunden.The warehouse column 20 . 120 The two conical bearings are not connected to each other, but each have two open ends. The respective outer end of the bearing column 20 . 120 each opens in the direction of the two ends of the shaft 12 while the inside end of the bearing column 20 . 120 within the warehouse opens into a free space between the two storage concessions 14 . 114 , the wave 12 and the rotor component 16 is arranged. The clearance is, for example, by a on the outer circumference of the shaft 12 and / or on the inner circumference of the rotor component 16 provided groove 32 or groove formed. The ends of the bearing column 20 . 120 are by seals, preferably capillary seals in the form of sealing gaps 22 . 122 and 28 . 128 sealed. The second sealing column 28 . 128 moreover, point in the direction of the respective storage cone 14 . 114 acting pump seal 30 . 130 on. The sealing column 22 . 122 and 28 . 128 are partially filled with bearing fluid. The outer, first sealing gaps 22 . 122 are limited by a sealing surface of the bearing cones 14 . 114 and an opposing sealing surface of a cover 18 . 118 , The covers 18 . 118 are with the rotor component 16 connected.

Die Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 bzw. die Lagerflächen des Rotorbauteils 16 besitzen in bekannter Weise Lagerrillenstrukturen 26, 126, die bei Rotation des Rotorbauteils 16 relativ zu den Lagerkonussen 14, 114 eine Pumpwirkung auf das im jeweiligen Lagerspalt 20, 120 befindliche Lagerfluid ausüben. Dadurch entsteht im Lagerspalt 20, 120 ein fluiddynamischer Druck, der das Lager tragfähig macht. Beide konusförmigen Lager weisen beispielsweise fischgrätenartige Lagerrillen 26, 126 auf, die einen längeren Ast aufweisen, der dem Dichtungsspalt 22, 122 benachbart angeordnet ist, sowie einen kürzeren Ast, welcher der Pumpdichtung 30, 130 benachbart angeordnet ist. Aufgrund der stärkeren Pumpwirkung des längeren Astes der Lagerrillen 26, 126 des konischen Lagers ergibt sich insgesamt eine in das Lagerinnere gerichtete Pumpwirkung. Aufgrund der konischen Ausgestaltung der Lagerkonusse 14, 114 wirken diese zugleich als Radial- und als Axiallager. Die beiden konusförmigen Fluidlager arbeiten insofern gegeneinander, als dass diese das Lagerfluid in Richtung der jeweils zugeordneten Pumpdichtung 30, 130 pumpen, so dass das Lagersystem insgesamt im Gleichgewicht ist.The storage areas of the storage cones 14 . 114 or the bearing surfaces of the rotor component 16 possess bearing groove structures in a known manner 26 . 126 during rotation of the rotor component 16 relative to the storage concessions 14 . 114 a pumping action on that in the respective bearing gap 20 . 120 exert bearing fluid. This results in the bearing gap 20 . 120 a fluid dynamic pressure that makes the bearing sustainable. Both conical bearings have, for example herringbone-like bearing grooves 26 . 126 on, which have a longer branch, the sealing gap 22 . 122 is arranged adjacent, and a shorter branch, which of the pumping seal 30 . 130 is arranged adjacent. Due to the stronger pumping action of the longer branch of the bearing grooves 26 . 126 the conical bearing results in a total directed into the bearing interior pumping action. Due to the conical design of the bearing cones 14 . 114 At the same time they act as radial and thrust bearings. The two conical fluid bearings work against each other insofar as they are the bearing fluid in the direction of the associated pumping seal 30 . 130 pump, so that the storage system is in total balance.

Um eine Zirkulation des Lagerfluids in den Lagerspalten 20, 120 sicherzustellen, sind in den Lagerkonussen 14, 114 so genannte Rezirkulationskanäle 24, 124 vorgesehen. Durch die Lagerrillen 26, 126 wird das in den Lagerspalten 20, 120 befindliche Lagerfluid ausgehend vom ersten Dichtungsspalt 22, 122 in Richtung der innen liegenden, zweiten Dichtungsspalte 28, 128 befördert. Über die Rezirkulationskanäle 24, 124 kann dieses Lagerfluid wieder zurück zum ersten Dichtungsbereich 22, 122 zirkulieren. Im Bereich der zweiten Dichtungsspalte 28, 128 können außerdem noch Pumpdichtungen 30, 130 vorgesehen sein. Die Pumpdichtungen 30, 130 sind gekennzeichnet durch Rillenstrukturen, die auf der Welle 12 oder dem Rotorbauteil 16 angeordnet sind. Bei Rotation des Rotorbauteils 16 erzeugen die Rillenstrukturen der Pumpdichtungen 30, 130 eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid in Richtung des Lageinneren, also in Richtung des Lagerspaltes 20 bzw. 120.To a circulation of the bearing fluid in the bearing columns 20 . 120 ensure are in the warehouse concessions 14 . 114 so-called recirculation channels 24 . 124 intended. Through the bearing grooves 26 . 126 that will be in the warehouse columns 20 . 120 located bearing fluid from the first sealing gap 22 . 122 in the direction of the inner, second sealing gaps 28 . 128 promoted. About the recirculation channels 24 . 124 This bearing fluid can be returned to the first sealing area 22 . 122 circulate. In the area of the second sealing gap 28 . 128 can also pumping 30 . 130 be provided. The pump seals 30 . 130 are characterized by grooves on the shaft 12 or the rotor component 16 are arranged. During rotation of the rotor component 16 create the groove structures of the pump seals 30 . 130 a pumping action on the bearing fluid in the direction of the inner layer, ie in the direction of the bearing gap 20 respectively. 120 ,

Das Rotorbauteil 16 wird über ein elektromagnetisches Antriebssystem drehend gegenüber den feststehenden Motorbauteilen angetrieben. Das Antriebssystem besteht aus einer ringförmigen Statoranordnung 34 mit mehreren Phasenwicklungen, die an der Basisplatte 10 befestigt ist. Die Statoranordnung 34 ist innerhalb einer Aussparung des Rotorbauteils 16 angeordnet und liegt einem Rotormagneten 36 direkt gegenüber. Der Rotormagnet 36 ist am Innenumfang eines magnetischen Rückschlussringes 37 angeordnet. Dieser ist an einem inneren Rand des Rotorbauteils 16 angeordnet und durch einen Luftspalt von der Statoranordnung 34 getrennt. Durch entsprechende Bestromung der Phasenwicklungen der Statoranordnung 34 wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, welches auf den Rotormagneten 36 wirkt und den Rotor 16 in Drehung versetzt.The rotor component 16 is driven via an electromagnetic drive system rotating against the fixed engine components. The drive system consists of an annular stator assembly 34 with several phase windings attached to the base plate 10 is attached. The stator arrangement 34 is within a recess of the rotor component 16 arranged and lies a rotor magnet 36 directly opposite. The rotor magnet 36 is on the inner circumference of a magnetic return ring 37 arranged. This one is at an inner Edge of the rotor component 16 arranged and through an air gap of the stator assembly 34 separated. By appropriate energization of the phase windings of the stator assembly 34 an alternating electromagnetic field is generated, which on the rotor magnet 36 acts and the rotor 16 set in rotation.

Bei dem dargestellten Lagersystem mit zwei separaten konischen Lagern und jeweils Lagerspalten 20, 120 mit zwei offenen Enden ist es wichtig, dass die im Lagerinneren mündenden Öffnungen des Lagerspaltes 20, 120 bzw. die Dichtungsbereiche 28, 128 belüftet werden, so dass an der Grenze zwischen dem im Lagerspalt befindlichen Lagerfluid und der umgebenden Luft Umgebungsdruck herrscht. Eine Belüftung des Lagerinneren erfolgt vorzugsweise durch eine in der Welle angeordnete Bohrung 42, die über eine Querbohrung 44 mit dem Freiraum 32 im Lagerinneren verbunden ist. Somit herrscht im Freiraum 32 Atmosphärendruck wie auch an der Außenseite des Lagers im Bereich des Dichtungsspalts 22. Der erste Dichtungsspalt 122 des unteren konischen Lagers wird entweder über eine weitere Querbohrung in der Welle 12 belüftet oder aber über einen Spalt 40 zwischen dem Rotorbauteil 16 und einem Rand der Basisplatte 10.In the illustrated storage system with two separate conical bearings and each bearing gaps 20 . 120 with two open ends, it is important that the opening in the bearing interior openings of the bearing gap 20 . 120 or the sealing areas 28 . 128 be vented, so that at the boundary between the bearing fluid in the bearing gap and the surrounding air ambient pressure prevails. A ventilation of the bearing interior is preferably carried out by a shaft arranged in the bore 42 that has a transverse bore 44 with the free space 32 is connected in the camp interior. Thus prevails in the free space 32 Atmospheric pressure as well as on the outside of the bearing in the region of the sealing gap 22 , The first sealing gap 122 The lower conical bearing will either have another transverse bore in the shaft 12 ventilated or over a gap 40 between the rotor component 16 and one edge of the base plate 10 ,

Die Verbindung zwischen den beiden Lagerkonussen 14, 114 und der Welle 12 wird durch Schweißnähte 46, 146 gebildet, die an der außen liegenden Nahtstelle zwischen den Lagerkonussen 14, 114 und der Welle 12 umlaufend vorgesehen sind. Diese Schweißverbindungen verbinden die Lagerkonusse 14, 114 gasdicht mit der Welle 12, so dass kein Lagerfluid zwischen dem Außenumfang der Welle 12 und dem Innenumfang der Lagerkonusse 14, 114 hindurch kriechen und nach außen gelangen kann.The connection between the two storage concessions 14 . 114 and the wave 12 is made by welds 46 . 146 formed at the outer interface between the bearing cones 14 . 114 and the wave 12 are provided circumferentially. These welded joints connect the bearing cones 14 . 114 gas-tight with the shaft 12 , so no bearing fluid between the outer circumference of the shaft 12 and the inner circumference of the bearing cones 14 . 114 Crawl through and get out.

Die Dichtungsspalte 22, 122 sind anteilig mit Lagerfluid gefüllt und dienen einerseits als Dichtungsbereiche und andererseits als Vorratsvolumen, aus welchem verdampfendes Lagerfluid ersetzt wird.The sealing column 22 . 122 are proportionally filled with bearing fluid and serve on the one hand as sealing areas and on the other hand as storage volume from which evaporating bearing fluid is replaced.

Am radial inneren Ende der Rezirkulationskanäle 24, 124 weisen die Lagerkonusse 14, 114 eine umlaufende Nut 48, 148 oder Rille auf, die erfindungsgemäß durch spanabhebende Verfahren maschiniert wird.At the radially inner end of the recirculation channels 24 . 124 have the storage cones 14 . 114 a circumferential groove 48 . 148 or groove, which is machined by machining processes according to the invention.

Von dieser umlaufenden Nut 48, 148 erstrecken sich am Innenumfang der Lagerkonusse in Richtung des Lagerinnen axial verlaufende Kanäle 50, 150 bis hinein in den Bereich der Dichtungen 28, 128. Das in den Lagerspalten 20, 120 befindliche Lagerfluid wird durch die Lagerrillenstrukturen 26, 126 in Richtung des Lagerinneren befördert und gelangt dann über die Kanäle 50, 150, die umlaufenden Nuten 48, 148 und die Rezirkulationskanäle 24, 124 zurück in den Raum der oberen Dichtungen 22, 122, so dass ein geschlossener Kreislauf des Lagerfluids entsteht.From this circumferential groove 48 . 148 extend on the inner circumference of the bearing cones in the direction of the bearing axially extending channels 50 . 150 into the area of the seals 28 . 128 , That in the warehouse columns 20 . 120 bearing fluid is passing through the bearing groove structures 26 . 126 transported in the direction of the camp interior and then passes through the channels 50 . 150 , the circumferential grooves 48 . 148 and the recirculation channels 24 . 124 back into the room of the upper seals 22 . 122 , so that a closed circuit of the bearing fluid is formed.

1A zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Lagerkonus 14. Man erkennt die zentrale Bohrung für die Welle 12, sowie die umlaufende Nut 48, in welche der Rezirkulationskanal 24 mündet. Von dieser umlaufenden Nut 48 gehen ferner die an der Wandung der Bohrung axial verlaufenden Kanäle 50 aus. Bei einem Spindelmotor zum Antrieb eines 3,5 Zoll Festplattenlaufwerks hat die zentrale Bohrung beispielsweise einen Durchmesser von 2,8 mm. Der Durchmesser des Rezirkulationskanals ist in diesem Beispiel 0,4 mm. Die Breite der Nut 48 beträgt beispielsweise 0,58 mm und deren Tiefe gemessen von der Wandung der Bohrung beispielsweise 130 Mikrometer. Die Breite der Kanäle 50 beträgt 0,44 mm und deren Tiefe ebenfalls beispielsweise 100 bis 150 Mikrometer. 1A shows an enlarged section through a storage cone 14 , You can see the central hole for the shaft 12 , as well as the circumferential groove 48 into which the recirculation channel 24 empties. From this circumferential groove 48 also go on the wall of the bore axially extending channels 50 out. For example, in a spindle motor for driving a 3.5-inch hard disk drive, the central bore has a diameter of 2.8 mm. The diameter of the recirculation channel is 0.4 mm in this example. The width of the groove 48 For example, is 0.58 mm and the depth measured from the wall of the bore, for example, 130 microns. The width of the channels 50 is 0.44 mm and its depth is also, for example, 100 to 150 microns.

2 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor, der nahezu identisch zum Spindelmotor von 1 ausgebildet ist. Gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und erfüllen entsprechende Funktionen, wie sie in Zusammenhang mit 1 beschrieben sind. 2 shows a section through a spindle motor, which is almost identical to the spindle motor of 1 is trained. Identical components are designated by the same reference numerals and fulfill corresponding functions, as associated with 1 are described.

Im Gegensatz zu 1 sind in 2 die umlaufenden Nuten 52 bzw. 152 oder Rillen am Außenumfang der Welle 12 und nicht an den Lagerkonussen 14, 114 angeordnet. Der Vorteil einer Anordnung der Nuten 52, 152 sowie 32 an der Welle 12 ist, dass nun lediglich die Welle 12 hinsichtlich der umlaufenden Nuten 52, 152 bzw. auch der Nuten 32, die den Freiraum bildet, maschiniert werden muss.In contrast to 1 are in 2 the circumferential grooves 52 respectively. 152 or grooves on the outer circumference of the shaft 12 and not at the storage concessions 14 . 114 arranged. The advantage of an arrangement of the grooves 52 . 152 such as 32 on the shaft 12 is that now only the wave 12 with respect to the circumferential grooves 52 . 152 or the grooves 32 that forms the clearance that needs to be machined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Basisplattebaseplate
1212: Wellewave
14, 11414, 114: Lagerkonusbearing cone
1616: Rotorbauteilrotor component
16a16a: Lagerbauteilbearing component
16b16b: Nabehub
18, 11818, 118: Abdeckungcover
20, 12020, 120: Lagerspaltthe bearing gap
22, 12222, 122: erster Dichtungsspaltfirst sealing gap
24, 12424, 124: Rezirkulationskanalrecirculation
26, 12626, 126: Lagerrillenraceways
28, 12828, 128: zweiter Dichtungsspaltsecond sealing gap
30, 13030, 130: Pumpdichtungpump seal
3232: Nutgroove
3434: Statoranordnungstator
3636: Rotormagnetrotor magnet
3737: Magnetischer RückschlussringMagnetic return ring
3838: Drehachseaxis of rotation
4040: Spaltgap
4242: Bohrung (Welle)Bore (shaft)
4444: Querbohrungcross hole
46, 146 46, 146: SchweißnahtWeld
48, 14848, 148: Nutgroove
50, 15050, 150: Kanälechannels
52, 15252, 152: Nut (Welle)Groove (shaft)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2004/0005101 A1 [0002]

Claims

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 ), wherein the first and the second conical bearing each have a shaft arranged on the bearing cone ( 14 . 114 ) as well as in a rotor component ( 16 ) arranged conical abutment which by a filled with a bearing fluid bearing gap ( 20 ) Are separated from each other, characterized in that the two Lagerkonusse ( 14 . 114 ) are fastened to the shaft by means of a welded connection and / or an adhesive connection.

Fluid dynamic bearing system according to claim 1, characterized in that the bearing cones ( 14 . 114 ) by means of a transition fit on the shaft ( 12 ) are arranged and welded to this and / or glued.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the shaft ( 12 ) each have a stop for the axial alignment of the Lagerkonusse ( 14 . 114 ) having.

Fluid dynamic storage system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the storage cones ( 14 . 114 ) have a central bore, wherein on the inner circumference of the central bore a circumferential and transverse to the bore groove ( 48 . 148 ) or groove is arranged.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the outer circumference of the shaft ( 12 ) in the storage concessions ( 14 . 114 ) covered sections circumferential and transverse to the bore grooves ( 52 . 152 . 32 ) or grooves are arranged.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 4 or 5, characterized in that the grooves ( 48 . 148 . 52 . 152 . 32 ) or grooves by machining or grinding processes in the material of the Lagerkonusse ( 14 . 114 ) or the wave ( 12 ) are introduced.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first conical bearing is formed symmetrically to the second conical bearing.

Spindle motor with a stator, a rotor, an electro-magnetic drive system and a fluid dynamic bearing system according to the features of claims 1 to 7 for rotational mounting of the rotor relative to the stator.

A disk drive with a spindle motor according to claim 8, at least one storage disk driven by the spindle motor, and means for writing and / or reading data to and from the storage disk.