JP2541789B2 - デ―タ記憶ディスク・ドライブ - Google Patents

デ―タ記憶ディスク・ドライブ

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JP2541789B2
JP2541789B2 JP6300572A JP30057294A JP2541789B2 JP 2541789 B2 JP2541789 B2 JP 2541789B2 JP 6300572 A JP6300572 A JP 6300572A JP 30057294 A JP30057294 A JP 30057294A JP 2541789 B2 JP2541789 B2 JP 2541789B2
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ジーン−エディン・ボータギュー
ルーク・アントニオ・コセット
リチャード・ダブリュ・ルオマ
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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
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    • F16J15/43—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid kept in sealing position by magnetic force
    • G—PHYSICS
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    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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    • G—PHYSICS
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    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rotational Drive Of Disk (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はディスク・ドライブに関
し、特に低プロファイルのディスク・ドライブの磁性流
体シール（magnetic fluid seal）に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】微粒子
及びコンポーネント材料のアウトガス（outgassing）に
よる汚染（contamination）を克服するために、磁気デ
ィスク記憶装置の設計者が直面する問題に加え、新たに
小型化されたフォーム・ファクタ（form factor）が、
厳格に制限されたスペース環境において、各設計要求に
応える問題を提供している。ＰＣＭＣＩＡ（Personal C
omputer Memory Card Industry Association）タイプＩ
Ｉドライブ標準は、全体のデバイスの高さを高々５ｍｍ
に、また長さ及び幅寸法をそれぞれほぼ３ １／４イン
チ及び２インチ（８５．６ｍｍ×５４．０ｍｍ）に規定
する。従来のベアリング及びモータ技術におけるスピン
ドルの設計は、全てのコンポーネントに対して広範囲に
渡る小型化を要求する。既存の磁性流体シールは０．７
５ｍｍの厚さを有し、ＰＣＭＣＩＡタイプＩＩアプリケ
ーションでは容易には使用することができない。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明のスピンドル・ア
センブリは、透磁性のベース上に実装される軸方向に分
極される環状の永久磁石と、環状のポール・ピース（po
le piece）とを含む磁性流体シールを使用し、ポール・
ピースはスピンドル・ハブと協働して、シールを形成す
る磁性流体のためのギャップを提供する。シールはスピ
ンドル・ベアリング・アセンブリから半径に沿って外側
に、ベアリング・アセンブリの軸の範囲内で広がり、ス
ピンドル設計仕様の制限された軸スペースの規定を克服
する。更にハブ・アセンブリ内に封じ込められる磁性流
体の使用により、加えられる可能性のある、あらゆる高
い衝撃レベルによってもディスク・エンクロージャが汚
染されないように流体変位が制限される。また本設計
は、回転ハブの接地を従来の設計よりも効率的に提供す
る。これらの向上された機能がシールの使用に加えて、
スピンドル・アセンブリを通過する空気の流れを阻止
し、スピンドル及びベアリングの破片、並びにエーロゾ
ル（aerosol）がディスク・エンクロージャに入らない
ことを保証する。
【０００４】
【実施例】図１を参照すると、低プロファイル・ディス
ク・ドライブのベース部材１０及びハブ・アセンブリ１
２を含むディスク・ドライブの部分が示される。ベース
１０は透磁性の鋼材により形成される。低いカーボン鋼
ハブ１３がベアリング１５、１７上に設けられ、ベース
部材１０に固定されるシャフトの回りの回転を容易にす
る。ディスク（図示せず）は半径に沿って広がるハブ表
面２０上に支持され、一連のボルトにより固定されるプ
レート（図示せず）によりクランプされる。ボルトはネ
ジ山を切られたハブ開口２２に留められる。モータ・ロ
ータはハブ１３に固定される。ベル形のロータ２４はハ
ブ・アセンブリ１２の単一部品として実装され、リング
形のロータ磁石２６を取り囲む。ステータの層状構造２
９及び巻線３０がベース部材１０に固定され、またそれ
により支持される。
【０００５】ハブとスピンドル・モータ間の半径に沿っ
て、磁性流体シール・アセンブリがベース部材１０上に
設けられ、ハブの円柱表面３２と協働する。軸方向に分
極される円柱磁石３５がベース部材１０上に設けられ、
円柱上のポール・ピース３６が磁石の円柱端部から広が
り、その内径において円柱表面３８を提供し、ほぼ０．
１ｍｍの半径に沿うギャップを形成する。このギャップ
内では、最高の磁束密度が磁性流体４０を集中化させ、
シールを形成する。
【０００６】高速回転において高度な衝撃レベルが加わ
ると、従来の磁性流体シールはスプラッシュし、ディス
ク・エンクロージャの汚染を引起こす傾向がある。図示
の設計はスピンドル・アセンブリ内に磁性流体を含み、
高度な衝撃レベルが加わると、ギャップにおけるシール
から変位した流体がポール／ハブ間ギャップまたはハブ
／ベース間ギャップに転位して戻る。ハブ／ベース間ギ
ャップに転位する流体は、ベアリング・アセンブリのシ
ール空間内にあり、汚染に晒されることはない。ポール
／ハブ間ギャップは流体転位のバリアとして作用する。
なぜなら、磁界がギャップ内において最大の集中及び強
度を有し、これが流体の封じ込めに寄与するからであ
る。
【０００７】図２は、ハブが存在しない場合の円柱磁石
３５、ポール・ピース３６及びベース部材１０の一部の
断面図であり、磁性流体シール・アセンブリ内及び近傍
の磁束パスを示す。図３は、図２のラインＡに沿う磁束
集中度を表し、最大磁束密度が環状のポールの近くに来
る。図４は図２に類似するが、ハブ１３がアセンブリ内
に設けられた場合を示し、透磁性材料を通過し、第１ギ
ャップ（ポール・ピース／ハブ間）４３及び第２ギャッ
プ（ハブ／ベース間）４４を横断する戻りの磁束パスが
提供される。図５は、図４のラインＢに沿う磁束集中度
を示す。図３と同様、最大集中はポール・ピース／ハブ
間ギャップに見い出されるが、ハブが存在すると、第２
位の磁束集中がハブ１３とベース部材１０との間の第２
ギャップ４４内及びその近傍に見い出される。
【０００８】磁気シールはドライブの組立ての間に、円
柱磁石３５の内面に磁性流体を供給することによりチャ
ージされる。ハブ１３がシャフト１８の回りに組立てら
れると、ポール・ピース３６とハブ表面３２との間の最
も短いギャップが最初に設けられ、その後、ベース部材
１０とハブ表面４１との間のより長いベース／ハブ間ギ
ャップが設けられる。従来技術では、セルフ・チャージ
（self charging）磁性流体シールの設計を含んだ。シ
ール構造は、通常、軸の各端部にワッシャ（washer）形
状のポール・ピースを有するリング形の磁石を有する環
状アセンブリであり、各ポール・ピースは磁石から半径
に沿って内側に広がる。ポール・ピース間の磁石の内側
の表面において、シール・アセンブリを磁性流体により
チャージすることにより、流体がシャフトの回りの組立
てまで保持される。しかしながら、装置がシャフトの回
りに軸方向に組立てられる時に、磁性流体が直ちにギャ
ップに転位し、シャフトに沿って汚染を生じる。この汚
染により、流体の一部がシール・アセンブリから漏れて
汚染物となり、シールは装置設計を邪魔するものであっ
た。
【０００９】本発明のシール設計では、ポール・ピース
とハブとの間の第１のシーリング・ギャップと、ハブと
ベースとの間の第２のギャップとを有し、ハブがベース
に組立てられる時に、ハブのベースへの組付けの間にハ
ブに転位してそれを汚染する磁性流体が、シール・アセ
ンブリ内の第１のギャップ及び第２のギャップ間に捕獲
される。それにより、汚染物が装置のエンクロージャ内
に侵入すること無く、シール・アセンブリの密閉（seal
ing）の保全性が維持される。
【００１０】磁性流体シールの１つの目的は、回転アセ
ンブリとベース部材との間の接地を提供することであ
る。このために、導電性の磁性流体が使用される。従来
の磁性流体シール・アセンブリはハブに接着されたた
め、接地の効果は使用される接着剤の導電性に依存し
た。回転ハブ・アセンブリの接地は、ポール・ピース３
６及び円柱磁石３５を通じベース部材１０に至るパスに
より、ある程度は提供される。このパスの有効度は円柱
磁石３５をベース部材１０に、並びにポール・ピース３
６を円柱磁石３５に接続する接着材料を介する導電性パ
スの連続性に依存する。第２ギャップ４４は、ハブ１３
とベース部材１０との間の接着材料により不具合を受け
ることのない磁性流体を介する接地パスを提供する。こ
の第２ギャップはベースとハブとにより形成され、広い
対向する表面領域を提供する。回転スピンドル・アセン
ブリが流体ベアリング上に支持されて、ボール・ベアリ
ング・アセンブリによる接地が提供されないより一般的
な環境では、接地のための直接パスは極めて重要であ
る。
【００１１】図６は図１と類似し、本発明の第２の実施
例を示す。ベース１０'はシャフト１８'を支持し、シャ
フト１８'の回りにはハブ１３'が回転する。ハブ１３'
は流体ベアリングまたはボール・ベアリング・アセンブ
リのいずれかのベアリング・アセンブリ４６上に支持さ
れる。この実施例では、ハブ１３'及びベース１０'は非
磁性材料により構成される。円柱磁石３５'及びポール
・ピース３６'は第１ギャップ４３'を形成する。ハブ１
３'と一緒に回転される透磁性材料の円柱スリーブ４８
と、例えばプレスまたは鋳込成形（casting）によりベ
ースに固定される透磁性材料の挿入リング４９とによ
り、磁束回路が形成される。円柱スリーブ４８及び挿入
リング４９は互いに対向し、第２ギャップ４４'を形成
する。
【００１２】本発明は特定の実施例に関連して述べられ
てきたが、当業者には理解されるように、本発明の精神
及び範囲を逸脱することなしに、その形態及び詳細にお
ける様々な変更が可能である。
【００１３】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００１４】（１）硬質のベース部材と、前記ベース部
材上に支持されるスピンドル・シャフトと、前記スピン
ドル・シャフトの軸の回りに設けられ、ベアリング・ア
センブリ上に支持されるハブと、前記ハブ上に設けられ
る少なくとも１つのディスクと、前記少なくとも１つの
ディスクの表面からデータを読取るために支持される少
なくとも１つのトランスジューサと、前記少なくとも１
つのディスクの前記表面上における移動のために、前記
少なくとも１つのトランスジューサを支持するアクチュ
エータ手段と、前記ベース部材上に支持される環状の永
久磁石と、前記環状の永久磁石と接し、前記ハブの円柱
表面との間にギャップを介して対向する円柱表面を提供
する環状ポール・ピースであって、前記ギャップが前記
ベアリング・アセンブリに対して、半径に沿って外側に
軸方向に構成される、前記ポール・ピースと、前記ギャ
ップ内に保持される磁性流体と、を含む、データ記憶デ
ィスク・ドライブ。 （２）前記環状ポール・ピースが外径ハブ表面と対向す
る内径円柱表面を提供する、前記（１）記載のデータ記
憶ディスク・ドライブ。 （３）前記磁性流体が導電性磁性流体であり、前記導電
性磁性流体が含まれる前記ベース部材と前記ハブとの間
の第２のギャップを含み、前記ベース部材及び前記ハブ
が透磁性材料からなり、前記第２のギャップ内の前記導
電性磁性流体が前記ハブと前記ベース部材との間の接地
パスを提供する、前記（２）記載のデータ記憶ディスク
・ドライブ。 （４）前記ハブ及び前記ベースが透磁性材料からなり、
各々が前記環状永久磁石の磁束パスの一部を形成する、
前記（２）記載のデータ記憶ディスク・ドライブ。 （５）前記ベース部材及び前記ハブが非磁性材料からな
り、円柱表面が前記ポール・ピースに対抗して前記ギャ
ップを形成するように、前記ハブに固定される透磁性材
料のスリーブ要素と、前記ベース内に挿入され、前記永
久磁石を支持する透磁性材料の部材と、前記スリーブと
前記挿入部材との間に形成される第２のギャップと、を
含む、前記（４）記載のデータ記憶ディスク・ドライ
ブ。 （６）前記ハブと一体に形成されるロータと、前記ベー
ス部材上に設けられるステータとを有するスピンドル・
モータを含み、前記スピンドル・モータが前記環状永久
磁石から半径に沿って外側に配置される、前記（４）記
載のデータ記憶ディスク・ドライブ。 （７）前記磁性流体が導電性磁性流体であり、前記環状
磁石、前記環状ポール・ピース、及び前記ギャップ内の
前記磁性流体が、前記ハブと前記ベース部材との間の接
地パスを形成する、前記（６）記載のデータ記憶ディス
ク・ドライブ。 （８）硬質のベース部材と、中心軸の回りに回転される
ようにベアリング・アセンブリ上に設けられ、前記ベー
ス部材上に支持されるディスク回転用ハブと、前記ベー
ス部材上に支持され、前記ハブの外形表面と対向する環
状の磁束ギャップを提供する磁性流体シール・アセンブ
リであって、前記ギャップが前記ベアリング・アセンブ
リから半径に沿って外側において、軸の範囲内で広が
る、前記磁性流体シール・アセンブリと、前記ギャップ
内に保持される磁性流体と、を含む、固定ディスク・デ
ータ記憶装置。 （９）前記ハブと一緒に回転されるように設けられるロ
ータ部分と、前記ベース上に設けられるステータとを有
するスピンドル・モータを含み、前記磁性流体シール・
アセンブリの前記磁束ギャップが半径に沿って、前記ハ
ブと前記スピンドル・モータの中間に配置される、前記
（８）記載の固定ディスク・データ記憶装置。 （１０）前記磁性流体シール・アセンブリが、前記ベー
ス部材上に設けられる環状の軸方向に分極した磁石と、
前記ハブの外径と協働して第１の流体ギャップを形成す
る内径を提供する、前記環状磁石の軸端部における環状
ポール・ピースと、を含む、前記（９）記載の固定ディ
スク・データ記憶装置。 （１１）前記磁性流体が導電性磁性流体であり、前記導
電性磁性流体が含まれる前記ベース部材と前記ハブとの
間の第２のギャップを含み、前記ベース部材及び前記ハ
ブが透磁性材料からなり、前記第２のギャップ内の前記
導電性磁性流体が前記ハブと前記ベース部材との間の接
地パスを提供する、前記（１０）記載の固定ディスク・
データ記憶装置。 （１２）前記ハブが、前記磁性流体シール・アセンブリ
の磁束回路内に第２のギャップを形成する、前記ベース
部材に対向する半径に沿って広がる表面を提供する、前
記（１１）記載の固定ディスク・データ記憶装置。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速回転または高いレベルの衝撃によっても、磁性流体
シールがスプラッシュして、ディスク・エンクロージャ
の汚染を引起こすことのない、低プロファイルのディス
ク・ドライブのための磁性流体シールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁性流体シールを示すディスク・ドラ
イブ・ベースとスピンドル・アセンブリの片側の断面図
である。
【図２】ハブがない場合のシール・アセンブリの磁束パ
スを示す、シール・アセンブリ磁石、ポール・ピース及
びベースの断面である。
【図３】図２のラインＡに沿う磁束密度を示すグラフを
示す図である。
【図４】ハブが組立てられた時の磁束パスを示す図２に
類似の図である。
【図５】図４のラインＢに沿う磁束密度を示すグラフを
示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例を表す図１に類似の片側
の断面図である。
【符号の説明】
１０、１０' ベース １２ ハブ・アセンブリ １３、１３' ハブ １５、１７ ベアリング １８、１８' シャフト ２０ ハブ表面 ２２ ネジ開口 ２４ ロータ ２６ ロータ磁石 ２９ ステータ ３０ 巻線 ３２ ハブの円柱表面 ３５、３５' 円柱磁石 ３６、３６' ポール・ピース ３８ 円柱表面 ４０ 磁性流体 ４１ ハブ表面 ４３、４３' ポール／ハブ間ギャップ（第１ギャッ
プ） ４４、４４' ハブ／ベース間ギャップ（第２ギャッ
プ） ４６ ベアリング・アセンブリ ４８ 円柱スリーブ ４９ 挿入リング
フロントページの続き (72)発明者 ルーク・アントニオ・コセット アメリカ合衆国55901、ミネソタ州ロチ ェスター、トゥエンティフォース・アベ ニュー・ノース・ウエスト 2405 (72)発明者 リチャード・ダブリュ・ルオマ アメリカ合衆国55906、ミネソタ州ロチ ェスター、ノースウェイ・レーン・ノー ス・イースト 1006

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】硬質のベース部材と、 前記ベース部材上に支持されるスピンドル・シャフト
    と、 前記スピンドル・シャフトの軸の回りに設けられ、ベア
    リング・アセンブリ上に支持されるハブと、 前記ハブ上に設けられる少なくとも１つのディスクと、 前記少なくとも１つのディスクの表面からデータを読取
    るために支持される少なくとも１つのトランスジューサ
    と、 前記少なくとも１つのディスクの前記表面上における移
    動のために、前記少なくとも１つのトランスジューサを
    支持するアクチュエータ手段と、 前記ベース部材上に支持される環状の永久磁石と、 前記環状の永久磁石と接し、前記ハブの円柱表面との間
    にギャップを介して対向する円柱表面を提供する環状ポ
    ール・ピースであって、前記ギャップが前記ベアリング
    ・アセンブリに対して、半径に沿って外側に軸方向に構
    成される、前記ポール・ピースと、 前記ギャップ内に保持される磁性流体と、 を含む、データ記憶ディスク・ドライブ。
  2. 【請求項２】前記環状ポール・ピースが外径ハブ表面と
    対向する内径円柱表面を提供する、請求項１記載のデー
    タ記憶ディスク・ドライブ。
  3. 【請求項３】前記磁性流体が導電性磁性流体であり、前
    記導電性磁性流体が含まれる前記ベース部材と前記ハブ
    との間の第２のギャップを含み、前記ベース部材及び前
    記ハブが透磁性材料からなり、前記第２のギャップ内の
    前記導電性磁性流体が前記ハブと前記ベース部材との間
    の接地パスを提供する、請求項２記載のデータ記憶ディ
    スク・ドライブ。
  4. 【請求項４】前記ハブ及び前記ベースが透磁性材料から
    なり、各々が前記環状永久磁石の磁束パスの一部を形成
    する、請求項２記載のデータ記憶ディスク・ドライブ。
  5. 【請求項５】前記ベース部材及び前記ハブが非磁性材料
    からなり、 円柱表面が前記ポール・ピースに対抗して前記ギャップ
    を形成するように、前記ハブに固定される透磁性材料の
    スリーブ要素と、 前記ベース内に挿入され、前記永久磁石を支持する透磁
    性材料の部材と、 前記スリーブと前記挿入部材との間に形成される第２の
    ギャップと、 を含む、請求項４記載のデータ記憶ディスク・ドライ
    ブ。
  6. 【請求項６】前記ハブと一体に形成されるロータと、前
    記ベース部材上に設けられるステータとを有するスピン
    ドル・モータを含み、前記スピンドル・モータが前記環
    状永久磁石から半径に沿って外側に配置される、請求項
    ４記載のデータ記憶ディスク・ドライブ。
  7. 【請求項７】前記磁性流体が導電性磁性流体であり、前
    記環状磁石、前記環状ポール・ピース、及び前記ギャッ
    プ内の前記磁性流体が、前記ハブと前記ベース部材との
    間の接地パスを形成する、請求項６記載のデータ記憶デ
    ィスク・ドライブ。
  8. 【請求項８】硬質のベース部材と、 中心軸の回りに回転されるようにベアリング・アセンブ
    リ上に設けられ、前記ベース部材上に支持されるディス
    ク回転用ハブと、 前記ベース部材上に支持され、前記ハブの外形表面と対
    向する環状の磁束ギャップを提供する磁性流体シール・
    アセンブリであって、前記ギャップが前記ベアリング・
    アセンブリから半径に沿って外側において、軸の範囲内
    で広がる、前記磁性流体シール・アセンブリと、 前記ギャップ内に保持される磁性流体と、 を含む、固定ディスク・データ記憶装置。
  9. 【請求項９】前記ハブと一緒に回転されるように設けら
    れるロータ部分と、前記ベース上に設けられるステータ
    とを有するスピンドル・モータを含み、前記磁性流体シ
    ール・アセンブリの前記磁束ギャップが半径に沿って、
    前記ハブと前記スピンドル・モータの中間に配置され
    る、請求項８記載の固定ディスク・データ記憶装置。
  10. 【請求項１０】前記磁性流体シール・アセンブリが、 前記ベース部材上に設けられる環状の軸方向に分極した
    磁石と、 前記ハブの外径と協働して第１の流体ギャップを形成す
    る内径を提供する、前記環状磁石の軸端部における環状
    ポール・ピースと、 を含む、請求項９記載の固定ディスク・データ記憶装
    置。
  11. 【請求項１１】前記磁性流体が導電性磁性流体であり、
    前記導電性磁性流体が含まれる前記ベース部材と前記ハ
    ブとの間の第２のギャップを含み、前記ベース部材及び
    前記ハブが透磁性材料からなり、前記第２のギャップ内
    の前記導電性磁性流体が前記ハブと前記ベース部材との
    間の接地パスを提供する、請求項１０記載の固定ディス
    ク・データ記憶装置。
  12. 【請求項１２】前記ハブが、前記磁性流体シール・アセ
    ンブリの磁束回路内に第２のギャップを形成する、前記
    ベース部材に対向する半径に沿って広がる表面を提供す
    る、請求項１１記載の固定ディスク・データ記憶装置。
JP6300572A 1994-01-07 1994-12-05 デ―タ記憶ディスク・ドライブ Expired - Lifetime JP2541789B2 (ja)

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US17901594A 1994-01-07 1994-01-07

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JPH07220384A JPH07220384A (ja) 1995-08-18
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