JP2000500898A - 導電性非金属添加剤を含むディスクドライブ流体軸受用潤滑剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明によるディスクドライブ（１０）には、非導電性潤滑剤（６０）および導電性非金属添加剤を含む流体軸受（３７）がある。

Description

【発明の詳細な説明】 導電性非金属添加剤を含む ディスクドライブ流体軸受用潤滑剤 発明の背景 本発明は、ディスクドライブ・データ記憶装置用流体軸受スピンドルモータの 分野に関し、更に詳しくは、導電性非金属添加剤を含む潤滑剤を有するモータに 関する。 “ウィンチェスター”型ディスクドライブとして知られるディスクドライブ・ データ記憶装置は、この業界でよく知られている。ウィンチェスター・ディスク ドライブでは、回転ディスクの表面上にある磁化可能材料の薄層にディジタルデ ータを読み書きする。読み書き作業は、スライダ本体が担持する変換器を介して 行う。このスライダと変換器は、時々まとめてヘッドと称し、典型的には、各デ ィスク面に単一ヘッドが関連する。これらのヘッドは、電子回路の制御の下でア クチュエータ装置によって、このディスク面上の複数の円形で同心のデータトラ ックの何れかへ選択的に動かされる。各スライダ本体は、自動式の空気軸受面を 含む。ディスクが回転すると、そのディスクが空気軸受面の下に空気を引込み、 それがスライダをディスク面上に１００ないし１５０ミクロン持上げ、浮遊させ る上昇力を発生する。 現代のディスクドライブ製品で、最も普通に使われる種類のアクチュエータは 、回転可動コイルアクチュエータである。ディスク自体は、典型的には、ブラシ レスＤＣスピンドルモータのハブ構造に“積重ね”て取付けてある。スピンドル モータの回転速度は、このモータのステータ巻線へ向ける転流信号のタイミング と電力の両方を制御するモータ駆動回路装置によって正確に制御する。典型的な スピンドルモータの速度は、３６００ｒｐｍの範囲にあった。現在の技術は、ス ピンドルモータの速度を７２００ｒｐｍ、１０，０００ｒｐｍおよびそれ以上に 増加した。 ディスクドライブ・データ記憶装置の主な騒音源の一つは、スピンドルモータ である。ディスクドライブ製造業者は、最近スピンドルモータの従来の球軸受ま たはころ軸受を、動圧軸受または靜圧軸受のような、“流体”軸受で置換えるこ とに注目し始めた。流体軸受は、軸受面を分離する流体膜に依存し、従って従来 の玉軸受より遙かに静かであり、一般的に振動が少ない。動圧軸受は、流体膜の 分離を維持するために内部で圧力を発生する、自己ポンピング軸受である。靜圧 軸受は、流体膜の分離を維持するために外部の加圧流体源を要する。流体軸受に 於ける軸受面間の相対運動は、軸受面間が接触しないように完全に流体膜内に起 る剪断要素を生ずる。 流体軸受では、空気または液体のような潤滑流体がハウジングの固定部材とデ ィスクハブの回転部材の間に軸受面を形成する。空気の外に、典型的な潤滑剤に は、油脂または磁性流体がある。流体軸受は、一連の点接触面を含む玉軸受に比 べて、軸受面を大きな表面積に亘って拡げる。これは、大きくなった軸受面が回 転部材と固定部材の間の揺れまたは振れを減らすので、望ましい。 しかし、典型的流体軸受用潤滑剤は、非導電性である。動作中、静電荷がディ スク面に蓄積するかも知れない。ディスク面からディスクドライブのハウジング 組立体への電路がなければ、この静電荷が読み／書きヘッドから放電するかも知 れない。これは、特に静電気放電による損傷を非常に受けやすい磁気抵抗（ＭＲ ）ヘッド場合、データを喪失しまたはヘッドそれ自体を損傷することがある。導 電性潤滑剤が代替導電路を形成するために使われている。従来の導電性潤滑剤、 例えば磁性流体は、電導性を与えるために懸濁した金属粒子または磁性粒子を使 う。これらの流体は、通常粘度が非常に高く、耐摩耗特性が悪い。 粘度および耐摩耗特性は、ディスクドライブ用小型流体軸受で重要な考慮事項 である。管理しなければならない潤滑剤特性、および達成しなければならない管 理の程度は、これらの軸受に特有である。粘度と耐摩耗性の他に、他の重要な特 性には、電力損失、表面移動、蒸気圧および蒸発速度、耐酸化性および耐腐蝕性 、レオロジー、境界特性並びにシステム適合性がある。粘度は、電力損失および 軸受剛性を決定し、種々の動作条件に亘って比較的一定であるべきである。小型 ディスクドライブの用途では、電力損失が少なく、限られた油脂供給でこの軸受 から逃げることなく長寿命中適正でなければならないことが必要である。潤滑剤 は、 軸受から這い出てヘッドとディスクの境界面に入らないように表面移動が小さく あるべきである。潤滑剤は、高い耐酸化性および耐反応性を有して軸受の寿命を 長くすべきである。レオロジーは、剪断に対する変形および流れ反応である。 潤滑剤は、ディスクドライブの他の材料に適合すべきでもある。例えば、潤滑 剤の表面移動またはガス抜けが、ヘッドとディスクの間の付着摩擦を増したり、 ヘッドの構造若しくは働きを低下させたりして、ヘッドとディスクの間の相互作 用を損うべきでない。従って、適当な流体軸受特性をもつ流体の処方は、汎用潤 滑剤を意図した流体とは異なる考慮が必要である。 発明の概要 本発明は、非導電性潤滑剤および導電性非金属添加剤を含む流体軸受を有する 、ディスクドライブ用スピンドルモータである。一好適実施例で、この潤滑剤は 、有機ポリマー添加剤で改質した、鉱物ベースの炭化水素、合成炭化水素または エステルを含む。この添加剤は、潤滑剤中の濃度が低く、その濃度を変えて所望 の電気伝導度を与えるように調整できるのが好ましい。低濃度であれば、潤滑剤 全体の濃度の変化を最少にする。 図面の簡単な説明 図１は、本発明によるディスクドライブ・データ記憶装置の平面図である。 図２は、本発明による動圧軸受スピンドルモータの断面図である。 図３は、図２の線３−３による動圧スピンドルモータの、明瞭にするために一 部除去した、概略断面図である。 図４は、本発明による添加剤を試験するために使用する試験装置の平面図であ る。 好適実施例の詳細な説明 本発明は、従来の非導電性潤滑剤および導電性非金属添加剤を含む流体軸受流 体を有する、ディスクドライブ用スピンドルモータである。図１は、本発明が有 用である、典型的なディスクドライブ１０の平面図である。ディスクドライブ１ ０には、ハウジングベース１２および上カバー１４がある。ハウジングベース１ ２は、上カバー１４と組合さって密封した環境を作り、内部部品をこの密封した 環境外からの要素による汚染から保護する。 ディスクドライブ１０には、更に、ディスククランプ１８によってスピンドル モータ（図示せず）上に回転するように取付けられたディスクパック１６がある 。ディスクパック１６には、中心軸周りに一緒に回転するように取付けられた、 複数の個々のディスクがある。各ディスクは、関連するヘッド２０を有し、その ヘッドは、そのディスク面と連絡するようにディスクドライブ１０に取付けられ ている。図１に示す例では、ヘッド２０が屈曲部２２に支持され、次にそれがア クチュエータ本体２６のヘッド取付けアーム２４に取付けられている。図１に示 すアクチュエータは、回転可動コイルアクチュエータとして知られる型式であり 、全体を２８で示すボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含む。ボイスコイルモータ ２８は、アクチュエータ本体２６をそれに取付けられたヘッド２０と共にピボッ ト軸３０の周りに回転して、ヘッド２０を弓形経路３２に沿って所望のデータト ラック上に配置する。図１に回転アクチュエータを示すが、本発明は、リニヤア クチュエータのような他の型式のアクチュエータを有するディスクドライブにも 有用である。 図２は、本発明による動圧軸受スピンドルモータ３２の断面図である。スピン ドルモータ３２には、固定部材３４、ハブ３６およびステータ３８がある。図２ に示す実施例では、この固定部材がナット４０および座金４２によってベース１ ２に固定され、取付けられた軸である。ハブ３６は、動圧軸受３７を介して軸３ ４の周りに回転するように軸３４と相互連結されている。軸受３７には、半径方 向作動面４４および４６、並びに軸方向作動面４８および５０がある。軸３４に は、流体口５４、５６および５８があり、それらが潤滑流体６０を供給し、この 流体を軸受の作動面に沿って循環する支援をする。潤滑流体６０は、既知の方法 で軸３４の内部に結合した流体源（図示せず）によって軸３４に供給する。 スピンドルモータ３２には、更に、動圧軸受３７の軸方向作動面４８および５ ０を形成するスラスト軸受４５がある。カウンタプレート６２が作動面４８を圧 迫して、この動圧軸受を軸方向に安定させ、ハブ３６をスピンドルモータ３２内 に配置する。Ｏリング６４がカウンタプレート６２とハブ３６の間に設けられて いて、この動圧軸受をシールする。このシールは、動圧流体６０がカウンタプレ ート６２とハブ３６の間から逃げるのを防ぐ。代替実施例では、Ｏリング６４を 既知の方法で磁性流体シールで置換える。この磁性流体をハブ３６または軸３４ の周りに配置した一つ以上の磁石でハブ３６と軸３４の間の適所に保持する。 ハブ３６には、中央芯材６５、およびディスクパック１６（図１に示す）を軸 ３４の周りに回転するように支持するディスク担持部材６６がある。ディスクパ ック１６は、ディスククランプ１８（やはり図１に示す）によってディスク担持 部材６６上に保持されている。永久磁石７０がハブ３６の外径に取付けられてい て、それがスピンドルモータ３２のロータとして作用する。芯材６５は、磁性材 料で出来ていて、磁石７０の背鉄として作用する。ロータ磁石７０は、一体の環 状リングに作ることも、またはハブ３６の周辺に離間した、複数の個々の磁石に 作ることもできる。ロータ磁石７０は、磁化して一つ以上の磁極を作る。 ステータ３８は、ベース１２に取付けられ、ステータ積層７２およびステータ 巻線７４を含む。ステータ巻線７４は、ステータ積層７２に取付けられている。 ステータ巻線７４は、ロータ磁石７０とハブ３６が中心軸線８０の周りに回転で きるように、ロータ磁石７０から半径方向に離間している。ステータ３８は、ボ ルト７８によってベース１２に固定された幾つかのＣクランプ７６のような、既 知の方法でベース１２に取付けられている。 ステータ巻線７４に加える転流パルスが回転磁界を発生し、それがロータ磁石 ７０と連絡してハブ３６を軸受３７の中心軸線８０の周りに回転させる。転流パ ルスのタイミングを合わせ、偏極を選択したＤＣ電流パルスを逐次選択したステ ータ巻線に向けて、ロータ磁石を駆動し、その速度を制御する 図２に示す実施例では、スピンドルモータ３２が“ハブ下”型モータで、ステ ータ３８の軸方向位置がハブ３６の下にある。ステータ３８の半径方向位置もハ ブ３６の外にあり、ステータ巻線７４を積層７２の内径面８２に固着する。代替 実施例では、ステータを、ハブの下ではなく、ハブ内に配置する。ステータの半 径方向位置は、ハブの内でも外でもよい。その上、スピンドルモータは、図２に 示すように固定軸を有することも、または回転軸を有することもできる。回転軸 スピンドルモータでは、軸受が回転軸とこの回転軸と同軸の外固定スリーブとの 間にある。 図３は、図２の線３−３による動圧スピンドルモータ３２の、明瞭にするため に一部除去した、概略断面図である。ステータ３８は、積層７２およびステータ 巻線７４を含み、それらはロータ磁石７０および中央芯材６５と同軸である。ス テータ巻線７４は、積層７２の歯の周りに巻いた位相巻線Ｗ１、Ｖ１、Ｕ１、Ｗ ２、Ｖ２およびＵ２を含む。これらの位相巻線は、中心軸線８０に垂直で交差す るコイル軸を有するコイルで作られている。例えば、位相巻線Ｗ１は、中心軸線 ８０に垂直なコイル軸８３を有する。動圧軸受３７の半径方向作動面４４および ４６は、軸３４の外径面と中央芯材６５の内径面が形成する。半径方向作動面４ ４および４６は、通常の動作中、隙間Ｃを維持する潤滑流体６０によって分離さ れている。 本発明によれば、流体軸受流体６０が非導電性潤滑剤および導電性非金属、非 磁性添加剤を含み、その添加剤が、粘度、耐酸化性、耐腐蝕性および耐摩耗性の ような望ましい潤滑特性を犠牲にすることなく、この潤滑剤の導電性を改善する 。好適な基礎潤滑剤には、鉱物ベースの炭化水素、合成炭化水素、エステルまた は基礎潤滑剤の組合せがある。鉱物ベースの炭化水素は、高度に精製（高度に浄 化）するのが好ましい。 好適な添加剤には、有機ポリマー、例えば、芳香族および脂肪族炭化水素系溶 剤に溶かしたクォータナイズド重合性アミノアミドエステル、ニトリロポリマー 、クロロベンゼンおよびエチレン ジクロライドの市販の溶液がある。芳香族お よび脂肪族炭化水素系溶剤は、この添加剤溶液の残りの成分に比べて濃度４０〜 ７０％である。そのような市販の溶液の一例は、米国ペトロライト社のトラド５ １１である。適当な市販の有機ポリマーの他の例には、ドデシル ベンゼンおよ びスルホン酸の溶剤（トルエン、イソプロピルアルコール、およびその他の芳香 族溶剤Ｃ９〜Ｃ１６）の溶液がある。他の市販の溶液を使うこともできる。これ らの添加剤は、非金属で非磁性であるので、摩耗および粘度性能に悪影響はしな い。他の非金属添加剤を使うこともできる。 潤滑剤中の添加剤の濃度を変えて所望の電気伝導度を達成することができる。 しかし、この濃度は、潤滑剤の全体の粘度が変らないように、低く保つのが好ま しい。好適実施例では、添加剤の濃度が潤滑剤中で１００〜５０００ｐｐｍで、 改質潤滑剤の抵抗が５０ＭΩ未満である。例えば、鉱物ベースの炭化水素中に１ ０００ｐｐｍ（即ち、０．１％）の有機ポリマーを入れると、適当な性能が得ら れることが分った。これは、潤滑剤中の磁性粒子の濃度が４％まである典型的な 磁性流体潤滑剤より遙かに低い濃度である。 例 図３は、本発明による添加剤を試験するために使用する試験装置の平面図であ る。試験装置１００には、平面１０４を有する油浴１０２および側壁１０８のあ る凹み領域１０６がある。試験装置１００には、更に１対の離間した金属板１１ ０および１１２がある。板１１０および１１２は、直径２５．４ｍｍで、表面仕 上げのよい円板である。板１１０および１１２は、直径６．３５ｍｍのプラスチ ックのシム１１４によって離間されている。電気端子１１６および１１８が、そ れぞれ、板１１０および１１２に電気的に結合されている。凹み領域１０６の深 さは、この領域に試験する潤滑剤を満たしたとき、板１１０および１１２を沈め るに十分である。 最初に、未改質の鉱物ベースの炭化水素潤滑剤（表１の試料１）をこれらの板 の間に導入し、電気端子１１６および１１８を介して抵抗および損失を測定した 。損失は、実インピーダンスを仮想インピーダンスで割った比である。損失とい うのは、コンデンサの“品質”を評価するために使う用語である。それは、コン デンサの両板間の電荷が誘電体媒質を介して放電する速度である。この試験装置 の中の未改質の潤滑剤は、本質的に非導電性であるので、この試験装置が平行板 コンデンサのように作用する。コンデンサは、抵抗が無限大で、損失が無限小で ある。測定した抵抗値および損失値を表１の最上列に示す。 次に、基礎流体と非金属、導電性添加剤の溶液を用意して板１１２および１１ ４の間に導入した。試料２では、鉱物ベースの炭化水素基礎流体を、芳香族およ び脂肪族炭化水素系溶剤に溶かした重合性アミノアミドエステル、ニトリロポリ マー、クロロベンゼンおよびエチレン ジクロライドの市販の溶液と配合した。 添加剤の流体中の濃度は１０００ｐｐｍであった。再び、その結果の抵抗および 損失を測定した。潤滑剤を添加剤で改質すると、その潤滑剤が変化を示した。表 １に示すように、損失が増し、抵抗が減った。試料２は、粘度が０℃で１５セン チストークス（ｃＳｔ）で、比重が１６℃で０．８８であった。この様に、添加 剤は、所望の粘度を維持しながら潤滑剤の電気伝導度を増した。 試料３および試料４では、エステルベースの流体を、試料２で使った添加剤で 、二つの異なる濃度で改質した。これらの試料も成功であることが分った。潤滑 剤は、両濃度で損失が比較的高く、抵抗が比較的低かった。 最後に、試料５では、エステルベースの基礎流体にトルエン溶媒中に非金属ポ リマーを含む市販の添加剤を配合した。この添加剤の主な成分には、とりわけ、 溶剤（トルエン、イソプロピルアルコール、およびその他の芳香族溶剤Ｃ９〜Ｃ １６）、ドデシル ベンゼンおよびスルホン酸があった。この場合、損失係数が 高く、抵抗が遙かに少なかった。従って、約１００ｐｐｍ（０．０１％）の非常 に低い濃度でも流体に電気伝導度を与えただろう。試料５は、粘度が０℃で１０ センチストークス（ｃＳｔ）で、比重が１６℃で０．９１であった。 従って、本発明の流体軸受潤滑剤は、金属または磁性添加剤を含む導電性潤滑 剤と比較して摩耗特性を大幅に改善しながら、静電荷をディスク面から放電する ための導電路を提供する。 代替実施例では、潤滑剤が、酸化、腐蝕、摩耗および粘度のような性能要因を 改善するために、多数の他の配合物または添加剤を含むことができる。 本発明を好適実施例を参照して説明したが、当業者は、この発明の精神および 範囲から逸脱することなく、形および詳細に変更を加えることができることが分 るだろう。ここで提供した特定の潤滑剤および添加剤は、例に過ぎない。他の基 礎流体および非金属または非磁性の電気伝導性向上添加剤も本発明に従って使う ことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 5/16 Ｈ０２Ｋ 5/16 Ｚ 7/08 7/08 Ａ // Ｃ１０Ｎ 40:02 (72)発明者 マーシィ，サムナサン アメリカ合衆国95060 カリフォルニア州 サンタクルズ，ウエスタン ドライブ 373 (72)発明者 パルソネオルト，ノーバート，エス. アメリカ合衆国95076 カリフォルニア州 ワトソンビル，ウィンディング ウェイ 96 (72)発明者 ロイトルド，ハンス，エル. アメリカ合衆国85060 カリフォルニア州 サンタクルズ，ガールキイ ストリート 849

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ディスクドライブ・データ記憶システムであって： ハウジング； 中心軸線； このハウジングに関して固定され、この中心軸線と同軸の固定部材； このハウジングに関して固定されたステータ； この固定部材に関して上記中心軸線周りに回転可能な回転可能部材； この回転可能部材によって支持され、上記ステータに磁気的に結合されたロー タ； この回転可能部材にそれと同軸に取付けられた、少なくとも一つのデータ記憶 ディスク； ヘッドをこのデータ記憶ディスクに近接してそれと連絡するために支持するア クチュエータ；並びに 上記固定部材と回転可能部材を相互連結し、非導電性潤滑剤および導電性非金 属添加剤を含む流体軸受； を含むデータ記憶システム。 ２．請求項１のディスクドライブ・データ記憶システムに於いて、上記非導電 性潤滑剤が鉱物ベースの炭化水素を含むシステム。 ３．請求項１のディスクドライブ・データ記憶システムに於いて、上記非導電 性潤滑剤が合成炭化水素を含むシステム。 ４．請求項１のディスクドライブ・データ記憶システムに於いて、上記非導電 性潤滑剤がエステルを含むシステム。 ５．請求項１のディスクドライブ・データ記憶システムに於いて、上記導電性 非金属添加剤が非磁性であるシステム。 ６．請求項１のディスクドライブ・データ記憶システムに於いて、上記導電性 非金属添加剤が有機ポリマーを含むシステム。 ７．請求項１のディスクドライブ・データ記憶システムに於いて、上記導電性 非金属添加剤の潤滑剤中の濃度が１００〜５０００ｐｐｍであるシステム。 ８．ディスクドライブの流体軸受を潤滑するための流体軸受ディスクドライブ 用潤滑流体であって： 非導電性基礎流体；および 導電性非金属添加剤； を含む流体。 ９．請求項８の流体軸受ディスクドライブ用潤滑流体に於いて、上記基礎流体 が鉱物ベースの炭化水素を含む流体。 10．請求項８の流体軸受ディスクドライブ用潤滑流体に於いて、上記基礎流体 が合成炭化水素を含む流体。 11．請求項８の流体軸受ディスクドライブ用潤滑流体に於いて、上記基礎流体 がエステルを含む流体。 12．請求項８の流体軸受ディスクドライブ用潤滑流体に於いて、上記導電性非 金属添加剤が非磁性である流体。 13．請求項８の流体軸受ディスクドライブ用潤滑流体に於いて、上記導電性非 金属添加剤が有機ポリマーを含む流体。 14．請求項８の流体軸受ディスクドライブ用潤滑流体に於いて、上記導電性非 金属添加剤の基礎流体中の濃度が１００〜５０００ｐｐｍである流体。