DE19721447C2

DE19721447C2 - Konisches Fluidlager

Info

Publication number: DE19721447C2
Application number: DE19721447A
Authority: DE
Inventors: Min-Soo Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 2001-12-20
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: KR970076638A; CN1077706C; CN1169572A; GB2313633B; GB9710437D0; DE19721447A1; JPH1047342A; JP3043294B2; US5873657A; KR100230256B1; GB2313633A

Description

Die Erfindung betrifft ein konisches Fluidlager, welches in einer Kopftrommel oder einem Spindelmotor anordbar ist.

Fluidlager werden an Orten installiert, die eine Rotation mit hoher Drehzahl erfordern wie zum Beispiel einen Plattenantriebsmotor einer Festplatte, einen Polygonaldrehspiegel- Antriebsmotor eines Laserdruckers, einen Kopftrommel-Antriebsspindelmotor eines VCR, da Fluidlager für sichere und stabile Rotation bei Hochgeschwindigkeistsrotation sorgen.

Fig. 5 zeigt eine Kopftrommel 1 nach US 5 631 761, an welcher ein Fluidlager 2 gemäß dem Stand der Technik installiert ist, und Fig. 6 zeigt die Konfiguration des Fluidlagers im einzelnen. Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, besteht ein in der Kopftrommel 1 verwende tes halbkugelförmiges Fluidlager 2 aus einer Lagerschale 3, einer oberen Halbkugel 4, einer unteren Halbkugel 5 und einem Abstandhalter 6.

Die Lagerschale 3 ist zylindrisch, und halbkugelförmige Hohlräume 8 und 8' sind an ihrem oberen und unteren Abschnitt ausgebildet zur Vereinigung mit den jeweiligen Halbkugeln 4 und 5. Ein Lagerschalenloch 7 ist zwischen den halbkugelförmigen Hohlräumen 8 und 8' ausgebildet. Durchgangslöcher 9 und 9', die einen kleineren Durchmesser als das Lager schalenloch 7 aufweisen, sind durch die obere und die untere Halbkugel 4 bzw. 5 hindurch ausgebildet.

Die Lagerschale 3 ist an einem Drehtransformator 101 befestigt, der mit einer rotierenden oberen Trommel 100 derart verbunden ist, daß sie zusammen mit der oberen Trommel 100 rotiert. Die obere und die untere Halbkugel 4 bzw. 5 sind aufgepreßt auf eine Welle 11 einer feststehenden Trommel 102. Die obere und die untere Halbkugel 4 bzw. 5 werden eingefügt zum Vereinigen mit den an der Lagerschale 3 ausgebildeten Hohlräumen 8 und 8', und der Abstandhalter 6 sitzt auf der Welle 11 zwischen der oberen und der untere Halbkugel 4 bzw. 5 und ist in dem Lagerschalenloch 7 gelegen.

Um das Fluidlager 2 herzustellen, das in einer Kopftrommel gemäß obiger Beschreibung zu verwenden ist, werden die Lagerschale 3 und die obere und die untere Halbkugel 4 bzw. 5 spanend bearbeitet, und die halbkugelförmigen Hohlräume 8 und 8' in der Lagerschale 3 werden geschliffen unter Verwendung einer Läppmaschine und dann zusammengesetzt. Auch die halbkugelförmigen Hohlräume 8 und 8' und die obere und die untere Halbkugel 4 bzw. 5 müssen genau bearbeitet werden. Daher ist die (spanende) Bearbeitung schwierig, und es benötigt viele Stunden, sie zu verarbeiten. Da der Abstandhalter 6 so montiert wer den muß, daß er in dem Lagerschalenloch 7 zwischen der oberen und der unteren Halbkugel 4 bzw. 5 gelegen ist, ist es außerdem schwierig, die Größe genau einzustellen. Diese Nachteile führen zur Verschlechterung der Produktivität.

DE-PS 868 811 offenbart einen schwimmend gelagerten Rotor, aus zwei gegeneinander wirkenden, miteinander zusammenhängenden Körper, die in einem Stator angeordnet und so geformt sind, dass sie Triebkräften in axialer Richtung Angriffsflächen bieten. Die beiden Körper sind beispielsweise als symmetrischer Doppelkegel ausgebildet. Der Doppelkegel ist als Innenläufer im Stator gelagert, wobei der Stator zwei konische Hohlräume aufweist, die über einen Ringkanal und senkrecht zu diesem verlaufende Nuten miteinander in Verbin dung sind. Über den Ringkanal wird Luft als Trag- und Antriebsmedium für den Rotor zu geführt. Mittig am Rotor ist weiterhin ein Verbindungsstück angeordnet, das bei im Stator eingesetzten Rotor im wesentlichen vom Ringkanal aufgenommen wird.

In dem DE-Buch W. J. Bartz u. a. "Luftlagerung", Kontakt und Studium, Band 78, Expert- Verlag, 7031 Grafenau 1/Württ. 1982, Seiten 177 bis 185 sind im § 6.3.2 konische und sphärische Luftlager beschrieben. Diese können auch doppelkonisch ausgeführt sein. Ein solches doppelkonisches Luftlager ist insbesondere in einem Bild in dem Buch dargestellt, wobei in dem Luftlager ein axiales Durchgangsloch ausgebildet ist. Mittig am Luftlager ist ein anscheinend ringförmiges Bauteil angeordnet.

In dem DE-Buch: "Luftlagerung", Grundlagen und Anwendungen, Expert-Verlag, 1982 ist auf der Seite 40 ein aerostatisches Doppelkegellager aus porösem Werkstoff dargestellt. Die gesamte Innenkontur des Doppelkegellagers ist in einer Aufspannung gefertigt. Das Spiel zwischen Läufer und Lagerschale wird durch eine Beilagscheibe eingestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein konisches Fluidlager dahingehend zu verbes sern, dass dieses leicht und schnell montierbar ist und Reibung weitestgehend bei hoher Le bensdauer des Fluidlagers vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch ein konisches Fluidlager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbei spiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht eines konischen Fluidlagers gemäß der Er findung;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Kopftrommel, in der das konische Fluidlager von Fig. 1 installiert ist;

Fig. 3 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines Spindelmotors, an dem ein konisches Fluidlager gemäß der Erfindung installiert ist;

Fig. 4 eine horizontale Schnittansicht des oberen und unteren Konus von Fig. 1;

Fig. 5 eine partielle Schnittansicht einer Kopftrommel, in welcher ein herkömmliches Fluidlager installiert ist; und

Fig. 6 eine perspektivische Explosionsansicht des herkömmlichen konischen Fluidlagers.

Ein in Fig. 1 gezeigtes konisches Fluidlager gemäß der Erfindung besteht aus einem obe ren Konus 23, einem unteren Konus 24, einer Lagerschale 25 und einem Abstandhalter 26.

Die Lagerschale 25 ist zylindrisch, und konische Hohlräume 28 und 28' zum Vereinigen mit dem oberen und dem unteren Konus 23 bzw. 24 sind an ihrem oberen und unteren Abschnitt ausgebildet. Ein Lagerschalenloch 27 ist zwischen den konischen Hohlräumen und 28' aus gebildet. Ferner sind Durchgangslöcher 29 und 29', die kleinere Durchmesser aufweisen als das Lagerschalenloch 27, in dem oberen bzw. unteren Konus ausgebildet.

Der obere und der untere Konus 23 bzw. 24 werden eingesetzt zum Vereinigen mit den konischen Hohlräumen 28 und 28', die in der Lagerschale 25 ausgebildet sind. Nuten 23a, 24a und 26a sind an den äußeren Umfangsflächen des oberen und unteren Konus 23, 24 bzw. des Abstandhalters 26 so ausgebildet, daß die Kontaktfläche mit der Lagerschale 25 klein ist, so daß die Lagerschale ruhig mit dem oberen und unteren Konus 23, 24 und dem Abstandhalter 26 rotiert.

Vorzugweise werden der obere und untere Konus 23 bzw. 24 und der Abstandhalter 26 aus einem kohlenstoffreichen Stahl oder WCo hergestellt, und die Lagerschale 25 wird aus einem Keramikmaterial wie Al₂O₃ hergestellt.

Wie in Fig. 4 gezeigt, ist ein Titan (Ti)-Überzugsfilm 61 mit einer Dicke die 20 µm nicht übersteigt, auf der äußeren Umfangsfläche des oberen und unteren Konus 23, 24 und des Abstandhalters (nicht gezeigt) ausgebildet und Überzugsfilme 62 aus diamantartigem Koh lenstoff (DLC) mit einer Dicke von nicht mehr als 10 µm sind auf dem Titanüberzugsfilm 61 in vorbestimmten Abständen intermittierend ausgebildet. Vorzugsweise sind die DLC- Überzugsfilme 62 spiralförmig ausgebildet bezüglich der Axialrichtung des oberen und unte ren Konus 23 bzw. 24. Die Nuten 23a und 24a sind zwischen den DLC-Überzugsfilmen 62 ausgebildet. Die Nuten 23a und 24a heben den oberen und unteren Konus 23, 24 an bezüg lich der Lagerschale 25 aufgrund des Drucks, der durch Einströmen von Öl oder Luft wäh rend der Rotation erzeugt wird, so daß sie die Friktion zwischen dem oberen und unteren Konus 23, 24 und der Lagerschale 25 minimieren.

Der DLC-Überzugsfilm 62 weist einen linearen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich dem von Titan auf, so daß Probleme wie Abblättern und Spielveränderungen nicht auftreten, und der DLC-Überzugsfilm ist reibfester als Titan. Alternativ können die Nuten ausgebildet werden durch Formen von Titan-Überzugsfilmen anstatt der DLC-Überzugsfilme 62.

Es können auch Titan-Überzugsfilme (nicht gezeigt) von nicht mehr als 20 µm Dicke an den inneren Umfangsflächen der mit dem oberen und unteren Konus 23, 24 zu vereinigenden konischen Löcher 28 und 28' ausgebildet werden.

Fig. 2 zeigt eine Kopftrommel 21, an welcher das konische Fluidlager mit solch einer Ge staltung installiert ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Lagerschale 25 an einem Drehtransfor mator 101 befestigt, der mit einer rotierenden oberen Trommel 100 verbunden ist, so daß er mit der oberen Trommel 100 rotiert. Der obere und untere Konus 23, 24 sitzen auf einer Welle 31 der feststehenden Trommel 102, die an einem Grundrahmen (nicht gezeigt) befe stigt ist. Der Abstandhalter 26 sitzt ebenfalls auf der Welle 31 zwischen dem oberen und dem unteren Konus 23 bzw. 24 und ist in einem Lagerschalenloch 27 der Lagerschale 25 gelegen.

In dem Betrieb der Kopftrommel mit dem daran installierten konischen Fluidlager gemäß der Erfindung ist eine stabile und ruhige Rotation sichergestellt, wenn die obere Trommel 100 durch einen Motor (nicht gezeigt) gedreht wird.

Fig. 3 zeigt einen Spindelmotor 42 mit dem daran installierten konischen Fluidlager gemäß der Erfindung. Hier bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in den vorherigen Figuren glei che Bauelemente. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Lagerschale 25 an einer Nabe 50 befestigt, so daß sie mit der Nabe 50 rotiert. Der obere und untere Konus 23, 24 sitzen auf einer Welle 51 eines Gehäuses 41, das an einem Grundrahmen (nicht gezeigt) befestigt ist. Der Abstandhalter 26 sitzt ebenfalls auf der Welle 51 zwischen dem oberen und dem unteren Konus 23 bzw. 24 und ist in dem Lagerschalenloch 27 (siehe Fig. 1) der Lagerschale 25 gelegen.

In dem Betrieb des Spindelmotors mit dem daran installierten konischen Fluidlager gemäß der Erfindung ist eine stabile und ruhige Rotation sichergestellt, wenn die Nabe 50 durch einen Motor (nicht gezeigt) gedreht wird.

Da in dem konische Fluidlager gemäß der Erfindung, wie oben beschrieben, keine Notwen digkeit besteht, Kurven zu bearbeiten und nur lineare Bearbeitung erforderlich ist, wird die (spanende) Bearbeitung leicht durchgeführt im Vergleich zu einem herkömmlichen halbku geligen Fluidlager, und die Präzision in Größe und Bearbeitung der Gestalt können verbes sert werden. Auch die Montage des Fluidlagers geht leicht und schnell, und Abrieb, der auf grund der Friktion zwischen den Konen und der Lagerschale entsteht, kann vermieden wer den.

Ferner ist in der Kopftrommel und dem Spindelmotor, welche das konische Fluidlager ge mäß der Erfindung übernehmen, die Montage des Fluidlagers leicht, und ein ruhiger Lauf wird während des Betriebs erzielt.

Claims

1. Konisches Fluidlager,
gekennzeichnet durch
eine Lagerschale (25), die an einem rotierenden Körper befestigt ist und konische Hohl räume (28, 28'), welche an dem oberen und dem unteren Abschnitt der Lagerschale (25) entgegengesetzt ausgebildet sind, und ein Lagerschalenloch (27) aufweist, das zwischen den konischen Hohlräumen (28, 28') ausgebildet ist;
einen oberen und einen unteren Konus (23, 24), die drehbar in dem oberen, bezie hungsweise unteren konischen Hohlraum (28, 28') entsprechend angeordnet sind, und von denen jeder eine Durchgangsöffnung (29, 29') aufweist, die mit dem Lagerscha lenloch (27) in Verbindung steht;
einem ringförmigen Abstandhalter (26), der in dem Lagerschalenloch (27) zwischen dem oberen und dem unteren Konus (23, 24) eingesetzt ist,
eine Welle (31), die an einem feststehenden Körper befestigt ist und in die Durch gangslöcher (29, 29') eingesetzt ist, um den oberen und den unteren Konus (23, 24) zu lagern, wobei ein Titanüberzugsfilm (61) auf wenigstens einer Fläche unter den äußeren Umfangsflächen des oberen und unteren Konus (23, 24) und des Abstandshalters (26) oder den inneren Umfangsflächen der konischen Hohlräume (28, 28') ausgebildet ist, und
DLC-Überzugsfilme (62), die in vorbestimmten Abständen intermittierend auf dem Ti tanüberzugsfilm (61) aufgetragen sind, der auf den äußeren Umfangsflächen des obe ren und unteren Konus (23, 24) und des Abstandshalters (26) ausgebildet ist, so dass Nuten (23a, 24a, 26a) zwischen den DLC-Überzugsfilmen (62) gebildet werden.

2. Konisches Fluidlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Nuten (23a, 24a, 26a) an den äußeren Umfangsflächen von wenigstens einem des oberen und unteren Konus (23, 24) und des Abstandhalters (26) ausgebildet sind.

3. Konisches Fluidlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Titan-Überzugsfilmes (61) zwischen 5 µm und 20 µm liegt.

4. Konisches Fluidlager nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des DLC-Überzugsfilmes (62) nicht mehr als 10 µm beträgt.

5. Konisches Fluidlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (25) aus einem Keramikmaterial besteht.

6. Konisches Fluidlager nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (29, 29') kleinere Durchmesser als die Lagerschalenöff nung (27) aufweisen.

7. Konisches Fluidlager nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (23a, 24a) spiralförmig bezüglich einer Axialrichtung von oberem und unterem Konus (23, 24) verlaufen.

8. Konisches Fluidlager nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Körper eine rotierende Trommel (100) einer Kopftrommel ist und ei ne feststehende Trommel (102) an dem feststehenden Körper befestigt ist.

9. Konisches Fluidlager nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der drehende Körper eine Nabe (50) eines Spindelmotors ist, wobei die Nabe drehbar an einem Gehäuse (41) als feststehenden Körper installiert ist, welcher an ei nem Grundrahmen befestigt ist.