JP2000514903A - 不拡散性潤滑剤で潤滑した軸受を有するディスクドライブ用モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ディスクドライブ１０が、ディスク３０並びに回転可能部５０および固定部４６を有するモータを含む。この固定部４６および回転可能部５０が軸受５２，５４によって分離され、この回転可能部５０がこのディスク３０を支持する。このディスク３０の異なる部分にアクセスするために、このディスク３０に対して動くために、データ変換器がアクチュエータ３６に結合されている。この軸受５２，５４は、反応性末端基を備えるペルフルオロポリエーテルの添加剤を有する潤滑剤を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 不拡散性潤滑剤で潤滑した軸受を有するディスクドライブ用モータ 発明の背景 本発明は、ディスクドライブに関する。更に詳しくは、本発明は、ディスクド ライブに使用するモータに関する。 典型的なディスクドライブは、ハブまたはスピンドル上で回転するように取付 けた１枚以上の磁気ディスクを含む。典型的なディスクドライブは、流体力学的 空気軸受によって支持され、各磁気ディスク上を浮動する、一つ以上の変換器も 含む。これらの変換器および流体力学的空気軸受をまとめてデータヘッドと称す る。ホストシステムから受けた指令に基づいてこのディスクドライブシステムを 制御するために、普通、ドライブ制御装置を使用する。このドライブ制御装置は 、磁気ディスクから情報を検索し、磁気ディスクに情報を記憶するためにディス クドライブを制御する。 電気機械式アクチュエータが負帰還、閉ループサーボシステム内で作動する。 このアクチュエータは、トラックのシーク動作のために、データヘッドをディス ク表面上で半径方向に動かし、トラック追従動作のために、変換器をディスク表 面のトラック上に直接保持する。 情報は、典型的には、磁気ディスクの表面に記憶すべきデータを表す磁化反転 を符号化するために、データヘッドへ書込み信号を供給することによって、この 磁気ディスク上に記憶する。このディスクからデータを検索する際は、データヘ ッドがこの磁気ディスク上を浮動し、この磁気ディスク上の磁化反転を検知し、 およびこれらの磁化反転に基づく読取り信号を発生するように、ドライブ制御装 置が電気機械式アクチュエータを制御する。次に、この読取り信号をドライブ制 御装置によって復号して、磁気ディスク上に記憶した磁化反転によって表される 、従ってデータヘッドが提供するこの読取り信号に表されるデータを復元する。 現代のディスクドライブ製品では、最も普通に使用する型式のアクチュエータ は、回転式可動コイルアクチュエータである。ディスクそれ自体は、典型的には 、 ブラシレスＤＣスピンドルモータのハブ構造体に“積重ね”て取付けられている 。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に導かれる整流信 号のタイミングと出力の両方を制御する、モータ駆動回路装置によって精確に制 御する。このハブ構造体は、一組の軸受を介して軸に回転可能に結合されている 。このハブは、磁石を坦持する、スリーブまたは背面鉄部を含む。この磁石とス テータの間の相互作用がこの軸の周りのハブの制御された回転を生ずる。 スピンドルモータの軸受は、典型的には、軸受面を分離する流体フィルムをも たらす材料で潤滑する。そのような軸受は、普通、小型の、グリースで潤滑した 玉軸受、自己ポンピングをする流体力学的流体軸受、またはオイル飽和多孔質金 属ブッシュである。 ディスクドライブでは、スピンドルモータの中の軸受のオイル供給が制限され 、そのオイルは、このドライブの寿命だけ持続しなければならない。しかし、潤 滑特性の良い潤滑材料は、典型的には、それらが接触する面も濡らす。このため 、潤滑剤は、重力または毛管引力の影響の下で、軸受から拡散または移行しがち である。そのような性質は、１回の寿命の間たった１度しか潤滑してはならない 、ディスクドライブのモータのような、小型の機構には特に望ましくない。 回転組立体の軸受からのオイル漏れまたは移行の問題に対応するため、多くの 解決と称するものが試みられている。例えば、グリースは、必要に応じて潤滑領 域へ引出す液体潤滑剤（グリースの中のベースオイル）の溜を形成するので、し ばしば使われる。しかし、高い機械的剪断力または高温と組合わさった毛管引力 のために、この液体がグリースから無くなることがある。 従って、移行を防ぐために、ある軸受では、毛管シールおよびラビリンスシー ルを使用する。しかし、これらのシールは、全ての条件では漏れを効果的に防が ない。更に、ゴムブッシュのような、回転型シールは、ディスクドライブ産業で は有用でない。何故なら、そのようなシールの寿命が極端に長いという要件のた め、およびそのようなシールが、典型的には、使用中こすり落とされる摩耗粒子 を発生するからでもある。これらの粒子は、ディスクドライブにとって極端に有 害である。 普通“境界フィルム”と称するフィルムも、移行を制御する試みで使われてい る。そのようなフィルムは、オイルをはじき、典型的には、オイルが望ましくな い面に付ける。しかし、境界フィルムは、通常目に見えず、従って、合理的な制 御程度で付けることは困難である。更に、そのようなフィルムを付けることは、 追加の製造工程を要し、それも望ましくない。 “自己嫌悪性”と称する不拡散性オイルも他の産業では知られている。これら のオイルは、主としてクロック製造業で使われている。自己嫌悪性オイルは、直 ちにはそれ自体のフィルムを濡らさず、従って拡散する傾向は遙かに小さい。し かし、クロックオイルは、粘度および表面張力が比較的高く、エステルおよび脂 肪酸のような極性化合物を含む天然油と配合する。これらのオイルは、その高粘 度特性に関連して電力消費が高く、ヘッドとディスクのインタフェースに適合し ないために、コンピュータのディスクドライブスピンドルの軸受の寿命潤滑には 適さない。 発明の概要 ディスクドライブが、ディスク並びに回転可能部および固定部を有するモータ を含む。この固定部および回転可能部が軸受によって分離され、この回転可能部 がこのディスクを支持する。このディスクの異なる部分にアクセスするために、 このディスクに対して動くために、データ変換器がアクチュエータに結合されて いる。この軸受は、反応性末端基を備えるペルフルオロポリエーテルの添加剤を 有する潤滑剤を含む。 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１０のブロック線図である。 図２は、本発明によるディスクドライブ用モータの一実施例の側面断面図であ る。 好適実施例の詳細な説明 図１は、本発明によるディスクドライブ１０のブロック線図である。ディスク ドライブ１０は、ドライブ制御装置１２、サーボ制御処理装置１４、電力増幅器 １６、アクチュエータ組立体１８、ディスク堆積組立体２０、前置増幅器２２、 データおよびクロック復元回路２４、および誤り検出回路２６を含む。ドライブ 制御装置１２は、典型的にはマイクロプロセッサ、またはディジタルコンピュー タで、ホストシステム、または複数のドライブを制御するもう一つのドライブ制 御装置に結合されている。 ディスク堆積組立体２０は、複数の同軸に配置したディスク３０を支持するス ピンドル２８を含む。これらのディスクは、回転軸２９の周りにスピンドル２８ と共に回転するように取付けられている。各ディスク３０には、第１面３２と第 ２面３４がある。面３２および３４は、共に、符号化した磁化反転の形でデータ を受け且つ記憶するためのトラックを含む。各面３２および３４につき１本のト ラックを含むトラックのグループで、このグループの各トラックがそれのある対 応するディスク３０の内径から共通の半径距離にあるグループをシリンダと称す る。 アクチュエータ組立体１８は、複数のアクチュエータ・アーム３８を支持する アクチュエータ３６を含む。各アクチュエータ・アーム３８は、少なくとも一つ のヘッド・ジンバル組立体４０にしっかり結合されている。各ヘッド・ジンバル 組立体は、その第１端でアクチュエータ・アーム３８に、およびその第２端でジ ンバルにしっかり結合された、負荷ビーム、または撓みアームを含む。次に、こ のジンバルは、ディスク面上のトラック内のデータにアクセスするために、デー タヘッドを対応するディスク面３２または３４上に支持する、流体力学的空気軸 受に結合されている。 アクチュエータ３６は、ディスク３０に関して回転可能に取付けられている。 アクチュエータ３６が回転すると、それは、ヘッド・ジンバル組立体４０に結合 された変換器を、半径方向に内方に、対応するディスク３０の内側半径の方か、 または半径方向に外方に、対応するディスク３０の外側半径の方へ動かす。この 様にして、アクチュエータ３６は、ヘッド・ジンバル組立体４０上の変換器を、 ディスク３０上の所望のトラック（およびシリンダ）の上に位置付ける。 作動する際、ドライブ制御装置１２は、典型的には、ホストシステムから、デ ィスク堆積組立体２０上のディスク３０のある部分にアクセスすべきであること を示す、指令信号を受ける。この指令信号に応じて、ドライブ制御装置１２は、 サーボ制御処理装置１４に、アクチュエータ３６がヘッド・ジンバル組立体４０ を配置すべき特定のシリンダを示す、位置信号を供給する。サーボ制御処理装置 １４は、この位置信号をアナログ信号に変換し、それを電力増幅器１６が増幅し て、アクチュエータ組立体１８に供給する。このアナログ信号に応じて、アクチ ュエータ１８がヘッド・ジンバル組立体４０を所望のシリンダ上に配置する。 ドライブ制御装置１２からの指令信号は、特定のセクタに読み書きすべきこと も示す。もし、特に指定したディスクおよびセクタを読むべきならば、対応する ヘッド・ジンバル組立体４０上の読取り変換器がこのデータを含む読取り信号を 発生する。この読取り信号を前置増幅器２２に供給し、その増幅器がこの読取り 信号を増幅してデータおよびクロック復元回路２４に供給する。データおよびク ロック復元回路２４は、このデータをこのディスク面に書込むときにこのディス ク面上に符号化したデータを復元する。このデータは、前置増幅器２２が供給し た読取り信号から復元する。データおよびクロック復元回路２４は、既知の方法 で作動する。 一旦データを復元すると、それを誤り検出回路２６に与え、その回路は、この 好適実施例では、リードソロモン符号のような、誤り訂正符号（ＥＣＣ）に基づ き、ディスクから読み戻したデータに何か誤りが起きたかどうかを検出する。 ヘッド位置決め中、ドライブ制御装置１２は、サーボ制御処理装置１４に位置 信号を与え、アクチュエータ組立体１８に、（粗い位置決めに対し、）ヘッド・ ジンバル組立体４０を選択したシリンダの上に、および（細かい位置決めに対し 、）トラック内の所望の相対位置に配置させる。 図２は、本発明によるディスクドライブ用モータの側面断面図である。ドライ ブモータ４２は、スピンドル２８を回転するためのスピンドルモータとして使い 、ベース４４およびベース４４に固定して取付けた軸４６を含む。回転軸線４８ は、一般的に軸４６の縦軸線が形成する。モータ４２は、ロータ組立体５０も含 む。ロータ組立体５０は、軸受５２および５４、軸受ホルダ５６、ハブ５８およ び磁石６０を含む。 軸受５２および５４は、軸４６の周りに配置され、軸受ホルダ５６によって保 持されている。ラビリンスシール６２および磁性流体シール６４が、一般的に軸 受ホルダ５６の対向する軸方向端に配置され、軸受５２および５４を保持する軸 受隔室６６を封止する。ハブ５８は、軸受ホルダ５６に固定結合され、フランジ ６８を有する。フランジ６８は、磁気ディスク３０を軸線４８の周りに回転させ るために支持する。 軸受ホルダ５６は、形状が一般的に円筒形で、好ましくは、軸受ホルダ５６と 一体に作られた、背面鉄またはスリーブ部７０を含む。シールホルダ７２は、非 磁性材料で作られ、磁性流体シール６４を支持するためにスリーブ７０の内面に 取付けられている。 スリーブ７０は、外周が一般的に円筒形の面７４によって形成されている。磁 石７６がスリーブ７０の外面７４に結合されている。磁石７６は、外面７４の周 りに配置された、一般的に環状形の磁石である。 ステータ巻線７８が、ベース４４にしっかりと取付けられ、整流信号が選択的 に供給される。ステータ７８が発生する磁界と磁石７６の間の相互作用がロータ 組立体５０を軸４６の周りに制御回転させる。 軸受５２および５４は、多数の市販の潤滑剤の一つで潤滑する。ディスクドラ イブ産業は、ヘッドとディスクのインタフェースとの優れた適合性を含む、小型 軸受で優れた特性を有する、幾つかの潤滑剤（Ｍｕｌｔｅｍｐ ＳＲＬのような 、液体およびグリース）を開発した。これらの潤滑剤は、主として天然および合 成炭化水素並びに合成エステル潤滑剤に基づく。全て、軸受５２および５４から 移行するという、変動するが類似の傾向を示す。 平面でそのような移行が起きたとき、それを“拡散”と称する。潤滑剤が拡散 する傾向は、典型的には、テストを受ける少量の潤滑剤を、種々の表面仕上げの 、軸受構成材料の平坦で清浄なブロック上に置くことによってテストする。次に 、この潤滑剤からのオイルが覆う面積をある期間に亘って測定する。液体潤滑剤 に対しては、清浄なガラス毛管の中の液体の上昇を測定することによって、毛管 移行もテストする。これらのテストは、相俟つて軸受５２および５４からの潤滑 剤の移行性能を予示する。 ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）と称する、ある種の合成潤滑剤は、他 の潤滑剤に添加すると、移行を減少することが分かった。この利益をもたらすＰ ＦＰＥには、反応性末端基がある。この反応性末端基は、表面に化学的に結合し て、このＰＦＰＥ分子を適所に定着することを意図した化学構造である。反応性 末端基を備えるＰＦＰＥの例は、米国ニュージャジー州モリスタウンのモンテフ ルオス株式会社が生産する一連のＰＦＰＥがＦＯＭＢＬＩＮ Ｚという商品名で 商業的に入手可能である。反応性末端基を備える他のＰＦＰＥは、日本国大阪の ダイキン化学会社からＤＥＭＮＵＭの商品名で商業的に入手可能である。多数の ＰＦＰＥの中から特定の商品名および化学構造を典型的な特性と共に表１に示す 。 表１に示す上記のＰＦＰＥは、テストし、本発明に従って十分に機能する。ま た、上記のＰＦＰＥは、ディスクドライブのヘッドとディスクのインタフェース に適合する。 本発明の一例では、添加剤ＦＯＭＢＬＩＮ Ｚ−ＤＯＬを、流体力学的軸受流 体として適していることが分かっている、市販の精製パラフィン系石油炭化水素 に混合した。この添加剤を、この潤滑剤材料の体積に関してこの添加剤が約０． ０５容量％と約１容量％を含むその間の幾つかの量で混合した。この混合物の拡 散および移行傾向は、元のオイル潤滑剤のそれより大きく減少した。ステンレス ブロック（０．１２７μｍより良い表面仕上げ）上で、この添加剤を含む潤滑剤 の液滴が室温で９６時間後に覆う面積は、同じ条件で移行防止添加剤を含まない 潤滑剤オイルが覆うそれの約２５％であった。１ヶ月後、この添加剤を含む液滴 が覆う面積は、添加剤を含まない液滴が覆う面積の１０％未満であった。また、 この添加剤の入った液体潤滑剤がガラス毛管を昇る高さは、この添加剤のない液 体の高さの５０％しかなかった。幾らか高い濃度で、このＰＦＰＥは、この液体 の中にエマルジョンを作り、沈殿物が容器の底に沈降した。この液体を沈殿物の 上からデカントしたとき、この液体の移行防止特性がそのまま残っていることが 分かった。 本発明のもう一つの例では、ＦＯＭＢＬＩＮ ＡＭ−２００１を同じ精製パラ フィン系石油炭化水素に混合した。この結果は、ＦＯＭＢＬＩＮ Ｚ−ＤＯＬ添 加剤を含む潤滑剤と同じであった。 本発明の更にもう一つの例では、ＦＯＭＢＬＩＮ ＡＭ−２００１を、小型の 自己ポンピングをする流体力学的軸受に使用するために優れた液体であることが 分かっている、市販の合成エステル潤滑剤に混ぜた。この液体は、この添加剤を 含む精製パラフィン系液体より移行傾向がわずかに大きいことが分かった。しか し、添加剤のない潤滑剤よりかなり改善した。この添加剤を潤滑剤材料の体積の 約０．０５容量％と約１容量％を含むその間に調合するように、多数の濃度に混 合した。ステンレスブロック（０．１２７μｍより良い表面仕上げ）上で、この 添加剤を含む液滴が室温で９６時間後に覆う面積は、同じ条件で移行防止添加剤 を含まないオイルが覆うそれの約４０％しかなかった。また、この添加剤の入っ た液体がガラス毛管を昇る高さは、この添加剤のない液体の高さの７０％しかな かった。 本発明の更にもう一つの例では、ＦＯＭＢＬＩＮ Ｚ−ＤＯＬを、小型の自己 ポンピングをする流体力学的軸受に使用するために優れた液体であることが分か っている、市販の合成エステル潤滑剤に混ぜた。この液体は、この添加剤を含む 精製パラフィン系液体より移行傾向がわずかに大きいことが分かった。しかし、 添加剤のない潤滑剤よりかなり改善した。この添加剤を潤滑剤材料の体積の約０ ．０５容量％と約１容量％を含むその間に調合するように、多数の濃度に混合し た。ステンレスブロック（０．１２７μｍより良い表面仕上げ）上で、この添加 剤を含む液滴が室温で９６時間後に覆う面積は、同じ条件で移行防止添加剤を含 まないオイルが覆うそれの約４０％しかなかった。また、この添加剤の入った液 体がガラス毛管を昇る高さは、この添加剤のない液体の高さの７０％しかなかっ た。 本発明の尚もう一つの例では、ＦＯＭＢＬＩＮ Ｚ−ＤＯＬを、現在コンピュ ータのハードディスクの玉軸受スピンドルモータに使われている、高品質の、商 業的に知られ且つ入手可能な、合成エステルベースのグリースに混ぜた。このグ リースからのベースオイルの移行性をテストするために、少量のグリース（約０ ．１ないし３ｍｇ）を高度に研磨したステンレスブロックに載せ、７０℃のオー ブンの中に２４時間置いた。添加剤のないグリースは、オイルがこのグリースの 覆う面積の約３〜５倍に等しい面積に亘る拡散を示した。このＺ−ＤＯＬ添加剤 を含むグリースに対しては、実質的にベースオイルの拡散を観測しなかった。上 の例と同様に、約０．０５容量％ないし約１容量％の範囲で、種々の濃度の添加 剤を試行した。 上記の全ての例で、約０．０５容量％と約１容量％の間（およびそれを含む） 種々の濃度の添加剤を使ったが、溶液の特性に重要な相違はなかった。０．０５ 容量％ないし約０．５容量％の範囲が好適であることを観測した。更に好適なの は、ベース潤滑剤材料に対して添加剤を約０．１容量％添加した濃度レベルであ る。５容量％を超える濃度レベルでは、添加剤が溶液から析出し、または相分離 する傾向があり、１％を超える濃度では、このバルク潤滑剤の影響を受け得る性 能および特性に意味のある改善は何もなかった。従って、１％を超える濃度は、 必要なかった。 磁性流体シールを含むスピンドルモータで本発明を説明したが、本発明は、こ の磁性流体シールと共に、またはその代わりに、使用できることを理解すべきで ある。磁性流体シールは、現在かなり高価であって、モータの全コストのかなり の割合を占める。本添加剤を含む潤滑剤があれば、汚染に対するこのドライブの 鋭敏度に依っては、およびこのドライブの回転速度に依っては、そのようなシー ルが実質的に必要ないかも知れない。 本発明に従って使用した添加剤の多数の例を提供したが、この添加剤は、潤滑 オイルをはじき、適当な固体面に付着し、且つヘッドとディスクのインタフェー スに適合する合成潤滑剤に使用可能などんな添加剤でも良いことを理解すべきで ある。 本発明をここではスピンドルモータとの関連で説明したが、それはディスクド ライブ内または外のその他のモータにも有用であることにも注目すべきである。 好適実施例を参照して本発明を記述したが、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、形式および詳細で変更をなし得ることを認めるだろ う。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ１０Ｎ 40:02

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ディスクドライブであって： ディスク； 回転可能部および固定部を有し、この固定部および回転可能部が軸受によって 分離され、この回転可能部がこのディスクを支持するモータ； データ変換器；並びに このディスクの部分にアクセスするためにこのデータ変換器をこのディスクに 対して動かすためにこのデータ変換器に結合されたアクチュエータ； を含み、この軸受が、反応性末端基を備えるペルフルオロポリエーテル（ＰＦ ＰＥ）の添加剤を有する潤滑剤を含むディスクドライブ。 ２． 請求項１のディスクドライブに於いて、潤滑剤が約１．０容量％以下の 上記ＰＦＰＥ添加剤を含むディスクドライブ。 ３． 請求項２のディスクドライブに於いて、上記潤滑剤が約０．０５容量％ ないし約１．０容量％の上記ＰＦＰＥ添加剤を含むディスクドライブ。 ４． 請求項３のディスクドライブに於いて、上記潤滑剤が約０．１容量％の 上記ＰＦＰＥ添加剤を含むディスクドライブ。 ５． 請求項１のディスクドライブに於いて、上記モータが更に： 上記固定部と回転可能部の間に、上記モータ内の上記潤滑剤の封止に資する磁 性流体シール を含むディスクドライブ。 ６． 請求項１のディスクドライブに於いて、上記モータが更に： 上記固定部と回転可能部の間に、上記モータ内の上記潤滑剤の封止に資するラ ビリンスシール を含むディスクドライブ。 ７． 請求項１のディスクドライブに於いて、上記軸受が、グリースで潤滑し た玉軸受、流体力学的流体軸受、およびオイル飽和多孔質金属ブッシュの一つを 含むディスクドライブ。 ８． ディスクドライブであって： ディスク； 回転可能部および固定部を有し、この固定部および回転可能部が軸受によって 分離され、この回転可能部がこのディスクを支持するモータ； データ変換器；並びに このディスクの部分にアクセスするためにこのデータ変換器をこのディスクに 対して動かすためにこのデータ変換器に結合されたアクチュエータ； を含み、この軸受が、潤滑オイルをはじく傾向があり且つ固体面に付着する傾 向のある添加剤を有する潤滑剤を含むディスクドライブ。 ９． 請求項８のディスクドライブに於いて、上記添加剤が、反応性末端基を 備えるペルフルオロポリエーテルを含むディスクドライブ。 １０． 請求項９のディスクドライブに於いて、上記潤滑剤が半固体潤滑剤を 含むディスクドライブ。 １１． 請求項１０のディスクドライブに於いて、上記潤滑剤がグリースを含 むディスクドライブ。 １２． 請求項９のディスクドライブに於いて、上記潤滑剤が液体潤滑剤を含 むディスクドライブ。 １３． 請求項１２のディスクドライブに於いて、上記潤滑剤が精製パラフィ ン系石油炭化水素および合成エステルの一つを含むディスクドライブ。 １４． ディスクドライブで使用するためのモータであって： 可動部； 固定部；並びに この固定部および可動部を分離する軸受を含み、この軸受が、反応性末端基を 備えるペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）の添加剤を有する潤滑剤を含 むモータ。