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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen des Lagerteils des
Motors eines Festplattenlaufwerks.
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Ein
Festplattenlaufwerk kann einen Spindelmotor verwenden. Ein Spindelmotor
umfasst eine Motorwelle, einen Läufer,
eine Basis und einen Jochhalter. Die Motorwelle wird in einer Lageranordnung gelagert,
die sich in einer Lagerbuchse befindet und einen inneren und einen äußeren Laufring
und Kugeln hat.
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Eine
Lageranordnung vom Stand der Technik, wie sie in den 6(a) und 6(b) gezeigt wird, umfasst zwei Kugellagereinheiten
A und B und einen trennbaren buchsenartigen Abstandshalter C. Diese Bauteile
werden separat produziert und dem Benutzer, z.B. einem Hersteller
von Festplattenlaufwerken, zum Montieren an einer Motorwelle D zugeliefert.
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Wie
abgebildet, ist es bei der konventionellen Lageranordnung des Motors
im Festplattenlaufwerk notwendig, dass der Festplattenlaufwerkhersteller die
zwei Kugellagereinheiten durch den Abstandshalter getrennt an der
Motorwelle montiert. Dies wirft die folgenden Probleme auf:
- (a) Die Motorwelle muss so hergestellt werden, dass
ihr äußerer Durchmesser
passend zu den inneren Laufringen der Kugellagereinheiten bemessen
ist.
- (b) Der Abstandshalter ist ein von den zwei Kugellagereinheiten
separates Bauteil. Um den Abstandshalter zwischen den Kugellagereinheiten einbauen
zu können,
müssen
die Endflächen
des Abstandshalters hochgenau fertigbearbeitet sein, um sowohl glatt
als auch parallel zu sein.
- (c) Die einander entgegengesetzten Endflächen des Abstandshalters sollten
in einheitlichem Kontakt mit den entsprechenden Endflächen der äußeren Laufringe
der Kugellagereinheiten sein. Dies erfordert umständliche
Bearbeitungs- und Montagearbeit.
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Wenn
nicht alle der obigen Voraussetzungen umfassend erfüllt sind,
kann dies Schwingungen der Motorwelle und der Festplatte zur Folge
haben. Daher ist es unmöglich,
ein Festplattenlaufwerk mit hervorragender Rotationsleistung zu
erhalten, da Schwingungen des Motors oder der Festplatte bewirkt
werden können.
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US-A-5.341.569
beschreibt ein Lager mit einstellbarer Vorspannung, das eine gestufte
Welle hat, die einen ersten Teil mit einem größeren Durchmesser als ein zweiter
Teil hat. Am Teil kleineren Durchmessers ist ein innerer Laufring
angebracht. Ein buchsenartiger äußerer Laufring
umgibt die gestufte Welle und der innere Laufring hat ein Paar äußerer Laufrillen,
die direkt in seiner inneren Außenfläche gebildet
sind. Eine Mehrzahl erster Kugeln sind in einer inneren Laufrille
des Teils größeren Durchmessers
aufgenommen und werden in einer der im äußeren Laufring gebildeten äußeren Laufrillen
gehalten, und eine Mehrzahl zweiter Kugeln sind in einer im inneren
Laufring gebildeten inneren Laufrille aufgenommen und werden in
der äußeren Laufrille gehalten.
Die gestufte Welle kann von einer Basis eines Festplattenlaufwerks
vorstehen, wobei ein basisseitiger Schaftteil des Teils größeren Durchmessers an
der Basis befestigt ist, wobei das Festplattenlaufwerk einen Motor
hat, der einen Läufer
mit einer an dem Lager mit einstellbarer Vorspannung angebrachten
und befestigten zentralen Nabe hat.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, durch Behandeln der oben besprochenen
Probleme ein Festplattenlaufwerk mit verbesserter Leistung bereitzustellen,
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass der Hersteller eine Lageranordnung
verwenden kann, bei der ihre Bauteile bereits an seinem Motor montiert
sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Festplattenlaufwerk vorgesehen, umfassend eine
zusammengesetzte Lageranordnung mit
- einer gestuften
Welle mit einem Teil größeren Durchmessers
und einem Teil kleineren Durchmessers,
- einem inneren Laufring, der an dem genannten Teil kleineren
Durchmessers angebracht ist,
- einem buchsenartigen äußeren Laufring,
der den genannten Teil größeren Durchmessers
der gestuften Welle umgibt,
- einem separaten buchsenartigen äußeren Laufring, der den genannten
Teil kleineren Durchmessers der gestuften Welle umgibt und an ein
Ende des genannten äußeren Laufrings
anstößt,
- einer äußeren Laufrille,
die direkt in der inneren Außenfläche des äußeren Laufrings
und in der inneren Außenfläche des
separaten äußeren Laufrings
gebildet ist,
- einer Mehrzahl erster Kugeln, die in einer direkt im Teil größeren Durchmessers
gebildeten inneren Laufrille aufgenommen sind und in der äußeren Laufrille
des äußeren Laufrings
gehalten werden, und
- einer Mehrzahl zweiter Kugeln, die in einer im inneren Laufring
gebildeten inneren Laufrille aufgenommen sind und in der äußeren Laufrille
des separaten äußeren Laufrings
gehalten werden,
- wobei die gestufte Welle von einer Basis des Festplattenlaufwerks
vorspringt, wobei ein basisseitiger Schaftteil des genannten Teils
größeren Durchmessers
an der Basis befestigt ist, wobei das genannte Festplattenlaufwerk
einen Motor hat, der einen Läufer
mit einer an der zusammengesetzten Lageranordnung angebrachten und
befestigten zentralen Nabe hat,
- wobei der genannte innere Laufring gleitfähig an dem genannten Teil kleineren
Durchmessers angebracht ist und der innere Laufring mit Klebstoff in
einem vorgespannten Zustand an dem Teil kleineren Durchmessers befestigt
ist;
- dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des genannten buchsenartigen äußeren Laufrings
und des genannten separaten buchsenartigen äußeren Laufrings verschieden
sind.
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Der
innere Laufring, sein assoziierter separater äußerer Laufring und die Mehrzahl
zweiter Kugeln dazwischen können
eine Kugellagereinheit bilden.
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Im
Folgenden werden Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung mit
Bezug auf die Begleitzeichnungen beispielhaft beschrieben. Dabei
zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht,
die ein Festplattenlaufwerk zeigt,
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2 eine Schnittansicht, die
eine erste Ausgestaltung eines Motors des Außenläufertyps in dem Festplattenlaufwerk
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt,
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3 eine Schnittansicht, die
eine zweite Ausgestaltung des Motors des Außenläufertyps in dem Festplattenlaufwerk
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt,
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4 eine Schnittansicht, die
eine erste Ausgestaltung eines Motors des Innenläufertyps in dem Festplattenlaufwerk
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt,
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5 eine Schnittansicht, die
eine zweite Ausgestaltung eines Motors des Innenläufertyps
in dem Festplattenlaufwerk gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, und
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6(a) und 6(b) eine Schnittansicht, die eine Lageranordnung
vom Stand der Technik zeigt, wobei 6(a) zwei
Kugellagereinheiten und einen Abstandshalter vor dem Montieren zeigt, 6(b) die Kugellagereinheiten
und den Abstandshalter an einer Motorwelle montiert zeigt.
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Eine
gestufte Welle 1, Bezug nehmend auf 2, hat einen ersten Teil 1a mit
einem größeren Durchmesser
als ein zweiter Teil 1b. Der Teil größeren Durchmessers 1a hat
eine direkt in seiner äußeren Außenfläche gebildete
innere Laufrille 2a.
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Ein äußerer Laufring 3 ist
am Teil größeren Durchmessers 1a der
gestuften welle 1 montiert, wobei eine Mehrzahl von Kugeln 4 zwischen
einer in seiner inneren Außenfläche gebildeten äußeren Laufrille 2b und
der im Teil größeren Durchmessers 1a gebildeten
inneren Laufrille 2a bereitgestellt sind.
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Ein
buchsenartiger äußerer Laufring 5 ist
an dem Teil mit kleinem Durchmesser 1b der gestuften Welle 1 montiert,
wobei eine Mehrzahl von Kugeln 8a zwischen einer direkt
in der inneren Außenfläche seines
oberen Endteils gebildeten äußeren Laufrille 6b und
einem in der äußeren Außenfläche eines
inneren Laufrings 7a, der am Teil mit kleinem Durchmesser 1b angebracht
ist, gebildeten inneren Laufring 6a bereitgestellt sind.
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Der
innere Laufring 7a, der am Teil kleineren Durchmessers 1a der
gestuften Welle 1 angebracht ist, hat einen Außendurchmesser
gleich dem des Teils-größeren Durchmessers 1a der
Welle, sodass die Kugeln 4 und 8a den gleichen
Durchmesser haben können.
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Beim
Bauen der Lageranordnung wird der innere Laufring 7a anfänglich im
Gleitsitz an dem Teil mit kleinem Durchmesser 1b der gestuften
Welle 1 angebracht. Dann wird die obere Endfläche des
inneren Laufrings 7a angemessen vorgespannt und in diesem
Zustand wird der innere Laufring 7a mithilfe eines Klebstoffs
am Teil kleineren Durchmessers 1b der Welle 1 befestigt.
Auf diese Weise werden der äußere Laufring 3,
der buchsenartige äußere Laufring 5 und
der innere Laufring 7a an der gestuften Welle 1 montiert.
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Die
auf die obige Weise zusammengebaute Lageranordnung ist mit einem
Schaft (oder unteren Ende) des Teils größeren Durchmessers 1a der
gestuften Welle 1 an einer Basis 10a eines Gehäuses 10 des
Festplattenlaufwerks befestigt, sodass die gestufte Welle 1 sich
aufrecht von der Basis 10a erstreckt. Dann werden die äußeren Laufringe 3 und 5 der
Lageranordnung an einer Nabe 12 angebracht und befestigt,
die von der Mitte der Unterseite eines Läufers 11 des Motors
abhängt.
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In
den 1 und 2 sind auch ein Magnet 13, ein
Ständerjoch 14 mit
einer darauf aufgewickelten Erregerspule und ein Jochhalter 15,
ein mit einem Magnetkopf 17 am Ende versehener Schwenkarm 16 und
eine Magnetplatte 18 abgebildet.
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3 zeigt eine zweite Ausgestaltung
eines Plattenlaufwerks, das eine andere Lageranordnung verwendet.
Auch hier ist die innere Laufrille 2a direkt in der äußeren Außenfläche des
Teils größeren Durchmessers 1a der
gestuften Welle 1 der Lageranordnung gebildet.
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In
dieser Ausgestaltung hat ein buchsenartiger äußerer Laufring 5,
der den Teil mit großem Durchmesser 1a der
gestuften Welle 1 umgibt, eine direkt in der inneren Außenfläche ihres
unteren Endteils gebildete äußere Laufrille 2c,
wobei sich die Kugeln 4 zwischen der äußeren Laufrille 2c und
der inneren Laufrille 2a des Teils größeren Durchmessers 1a befinden.
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Eine
konventionelle Kugellagereinheit 7, die einen inneren und
einen äußeren Laufring 7a und 7b und
dazwischen bereitgestellte Kugeln 8b hat, ist an dem Teil
mit kleinem Durchmesser 1b der gestuften Welle 1 bereitgestellt,
wobei der innere Laufring 7a an dem Teil mit kleinem Durchmesser 1b angebracht und
befestigt ist.
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Der
innere Laufring 7a der Kugellagereinheit 7 hat
den gleichen Durchmesser wie der des Teils größeren Durchmessers 1a der
gestuften Welle 1 und der äußeren Laufring 7b hat
den gleichen Außen-
und Innendurchmesser wie die des buchsenartigen äußeren Laufrings 5,
sodass die Kugeln 4 und 8b den gleichen Durchmesser
haben.
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Beim
Bauen der Anordnung wird der innere Laufring 7a der Kugellagereinheit 7 anfänglich im Gleitsitz
an dem Teil mit kleinem Durchmesser 1b der gestuften Welle 1 angebracht,
dann wird die obere Endfläche
des inneren Laufrings 7a angemessen vorgespannt und in
diesem Zustand wird der innere Laufring 7a mithilfe eines
Klebstoffs an dem Teil mit kleinem Durchmesser 1b befestigt.
Auf diese Weise werden der äußere Laufring,
der buchsenartige äußere Laufring 5 und
der innere Laufring an der gestuften Welle 1 montiert.
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Während die
Kugeln 4 und 8b in der obigen ersten und zweiten
Ausgestaltung den gleichen Durchmesser haben, können auch Kugeln mit unterschiedlichem
Durchmesser an der Seite des Teils größeren und des Teils kleineren
Durchmessers 1a bzw. 1b verwendet werden.
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Die
obigen Ausgestaltungen betreffen zwar Festplattenlaufwerke, die
Motoren des Außenläufertyps
verwenden, die Erfindung kann aber auch auf Motoren des Innenläufertyps
angewendet werden, wie in den 4 und 5 gezeigt, in denen der Magnet 13 sich
an der Außenseite
der Nabe 12 des Läufers 11 befindet.
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Mit
dem Motor des erfindungsgemäßen Festplattenlaufwerks,
bei dem die Lageranordnung wie im Vorangehenden beschrieben konstruiert
ist, lassen sich die folgenden vorteilhaften Funktionen und Wirkungen
erzielen.
- (1) Da der innere Laufring, der äußere Laufring, der
buchsenartige äußere Laufring
und die Kugeln der zusammengesetzten Lageranordnung vom Lagerhersteller
an der Motorwelle montiert werden, braucht der Festplattenlaufwerk-Hersteller
diese Bauteile nicht zu montieren. Der Läufer des Motors kann daher
leicht an der Lageranordnung montiert werden, indem die Nabe des
Motors mit Bezug auf den buchsenartigen äußeren Laufring der Lageranordnung
vom Festplattenlaufwerk-Hersteller angebracht und befestigt wird.
- (2) Da bei dem Teil größeren Durchmessers
der gestuften Welle in der erfindungsgemäßen Lageranordnung die innere
Laufrille direkt in seiner äußeren Außenfläche gebildet
ist, ist der konventionelle innere Laufring unnötig, und dementsprechend hat
die Welle einen teilweise vergrößerten Durchmesser,
um die gestufte Welle bereitzustellen, was die Steifigkeit vergrößert,
- (3) Da die gestufte Welle den Teil größeren Durchmessers und eine
größere Steifigkeit
hat, kann der Resonanzpunkt der Welle verglichen mit dem der anderen
Bauteile angehoben werden, um Resonanz mit den anderen Bauteilen
zu verhindern und so die Leistung und Zuverlässigkeit des Motors zu verbessern.
Es ist somit möglich,
ein Festplattenlaufwerk bereitzustellen, das Oberflächenschwingungen
weniger unterworfen ist.
- (4) Die Lageranordnung braucht nur eine einzelne konventionelle
Kugellagereinheit und daher nur einen einzelnen inneren Laufring
und umfasst somit eine geringere Zahl von Bauteilen.
- (5) Da bei dem Teil größeren Durchmessers
der gestuften Welle die innere Laufrille direkt in seiner äußeren Außenfläche gebildet
ist, wird für
den Teil größeren Durchmessers
kein innerer Laufring benötigt,
was eine entsprechende Verringerung des Außendurchmessers des äußeren Laufrings
erlaubt. Es ist daher möglich,
wie gewünscht
ein kompakteres Festplattenlaufwerk bereitzustellen,