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DE102005019944B3 - Hydrodynamic bearing for spindle motor has bearing shell with interior annular extension on which inner edge of covering cap rests - Google Patents

Hydrodynamic bearing for spindle motor has bearing shell with interior annular extension on which inner edge of covering cap rests Download PDF

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DE102005019944B3
DE102005019944B3 DE102005019944A DE102005019944A DE102005019944B3 DE 102005019944 B3 DE102005019944 B3 DE 102005019944B3 DE 102005019944 A DE102005019944 A DE 102005019944A DE 102005019944 A DE102005019944 A DE 102005019944A DE 102005019944 B3 DE102005019944 B3 DE 102005019944B3
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hydrodynamic bearing
bearing sleeve
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Thomas Bausch
Donaldo Damiano
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MinebeaMitsumi Inc
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Abstract

The bearing shell (12) is made with an interior annular extension (36) at one endface (12'), on which the inner edge of the covering cap rests. This extension may have at least one radial channel (38) linking the channel gap (26) to the bearing gap.

Description

Gebiet der ErfindungTerritory of invention

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Lager, einen Spindelmotor und ein Festplattenlaufwerk nach dem Patent DE 103 52 573 B4 . Im Hauptpatent DE 103 52 573 B4 wurden drei Ausführungsformen eines hydrodynamischen Lagers für Spindelmotoren, insbesondere für den Einsatz in Festplattenlaufwerken, beschrieben. Danach umfasst das hydrodynamische Lager eine Welle, eine Lagerhülse, welche die Welle mit geringem radialen Abstand unter Bildung eines konzentrischen Lagerspaltes umgreift und ein Ausgleichsvolumen, das zwischen einem Außenumfang der Lagerhülse und einer die Lagerhülse wenigstens teilweise überdeckenden, relativ zur Lagerhülse feststehenden Abdeckkappe angeordnet ist, wobei das Ausgleichsvolumen über mindestens einen Verbindungskanal oder Verbindungsspalt mit dem Lagerspalt verbunden ist. Diese Ausführungen von hydrodynamischen Lagern haben den Vorteil, dass das Ausgleichsvolumen nicht entlang der nutzbaren Lagerlänge in einem Teil des Lagerspaltes ausgebildet sein muss, sondern dass es außerhalb des Lagerspaltes angeordnet und insbesondere in dem Bereich des Außenumfangs der Lagerhülse verlegt werden kann, wobei es über einen Verbindungskanal oder Verbindungsspalt mit dem Lagerspalt verbunden wird. Dadurch kann die Lagerhülse mit über ihre gesamte Lagerlänge unverändertem Durchmesser ausgebildet werden, wodurch sich ein Lagerspalt mit maximaler nutzbarer Länge ergibt, so dass auch der Lagerabstand der beiden Radiallager optimiert werden kann.The invention relates to a hydrodynamic bearing, a spindle motor and a hard disk drive according to the patent DE 103 52 573 B4 , In the main patent DE 103 52 573 B4 Three embodiments of a hydrodynamic bearing for spindle motors, in particular for use in hard disk drives, have been described. Thereafter, the hydrodynamic bearing comprises a shaft, a bearing sleeve, which surrounds the shaft with a small radial distance to form a concentric bearing gap and a compensation volume, which is arranged between an outer periphery of the bearing sleeve and a bearing sleeve at least partially covering, relative to the bearing sleeve fixed cap, wherein the compensating volume is connected via at least one connecting channel or connecting gap with the bearing gap. These embodiments of hydrodynamic bearings have the advantage that the compensation volume does not have to be formed along the usable bearing length in a part of the bearing gap, but that it can be arranged outside of the bearing gap and in particular in the region of the outer circumference of the bearing sleeve can be laid, where it has a Connecting channel or connecting gap is connected to the bearing gap. As a result, the bearing sleeve can be formed with an unchanged diameter over its entire bearing length, which results in a bearing gap with maximum useful length, so that the bearing distance of the two radial bearings can also be optimized.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es bei ungünstigen Belastungen des Lagers, insbesondere starken Stoßbelastungen sowie auch beim Zusammenbau des Lagers, vorkommen kann, dass Lagerfluid aus dem Ausgleichsvolumen bzw. dem Verbindungskanal oder Verbindungsspalt zwischen dem inneren Durchmesser der Abdeckkappe und dem gegenüberliegenden Außendurchmesser der Welle austritt.It However, it has been found that in case of unfavorable loads on the warehouse, especially strong impact loads as well as during assembly of the bearing, may occur that bearing fluid from the compensating volume or the connecting channel or connecting gap between the inner diameter of the cap and the opposite outer diameter the wave emerges.

Die DE 202 18 170 U1 offenbart ein hydrodynamisches Lager, Spindelmotor und Festplattenlaufwerk mit einer Welle, welche an ihrem einen Ende fest mit einem drehenden Bauteil verbunden ist. Eine Lagerhülse umgreift die Welle an dem anderen freien Wellenende mit geringem radialen Abstand unter Bildung eines konzentrischen Lagerspalts. Zwischen einer Stirnseite der Lagerhülse und einer die Lagerhülse teilweise überdeckenden, relativ zur Lagerhülse feststehenden Abdeckkappe ist ein Ausgleichsvolumen vorgesehen, das über einen Verbindungskanal mit dem Lagerspalt verbunden ist.The DE 202 18 170 U1 discloses a hydrodynamic bearing, spindle motor and hard disk drive having a shaft fixedly connected at one end thereof to a rotating member. A bearing sleeve engages around the shaft at the other free shaft end with a small radial distance to form a concentric bearing gap. Between a front side of the bearing sleeve and the bearing sleeve partially overlapping, relative to the bearing sleeve fixed cap a compensating volume is provided, which is connected via a connecting channel with the bearing gap.

Die US 6 236 129 B1 offenbart einen Motor mit einem Stator, der eine in einem Gehäuse angeordnete Lagerhülse aufweist. Eine Welle ist drehbar in der Hülse gelagert. Zwischen dem Außenumfang der Hülse und dem die Hülse tragenden Gehäuse ist ein Ausgleichvolumen vorgesehen, wobei eine Abdeckkappe zur Bildung eines Ausgleichsvolumens vollständig fehlt.The US Pat. No. 6,236,129 B1 discloses a motor with a stator having a bearing sleeve disposed in a housing. A shaft is rotatably mounted in the sleeve. Between the outer circumference of the sleeve and the housing carrying the sleeve, a compensation volume is provided, wherein a cover for the formation of a compensation volume is completely absent.

Gegenstand der Erfindungobject the invention

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein hydrodynamisches Lager gemäß dem Hauptpatent zu entwickeln, bei dem das Risiko eines Austrittes von Lagerfluid zwischen der Abdeckkappe und der Welle bei der Montage der Lagerkomponenten, beim Befüllen des Lagers mit Hydrofluid sowie auch bei ungünstigen Belastungen vermieden wird.task The invention is therefore a hydrodynamic bearing according to the main patent to develop, where the risk of leakage of bearing fluid between the cap and the shaft during assembly of the bearing components, when filling the bearing with hydrofluid as well as under unfavorable loads avoided becomes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein hydrodynamisches Lager gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.These The object is achieved by a Hydrodynamic bearing according to the features of independent Patent claim solved.

Die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The under claims show further advantageous embodiments of the invention.

Nach der in diesem Zusatzpatent beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung ist an dem durch die Abdeckkappe verschlossenen Stirnende der Lagerhülse ein radial innenliegender Ringansatz vorgesehen, auf dem der innere Rand der Abdeckkappe aufliegt. Dadurch wird erreicht, dass das Ausgleichsvolumen bzw. der Verbindungskanal oder Verbindungsspalt gegenüber dem Lagerspalt im wesentlichen abgedichtet ist, so dass auch bei ungünstigen Belastungen des Lagers kein Lagerfluid aus dem durch das Stirnende der Lagerhülse und die Abdeckkappe gebildeten Hohlraum austreten kann. Weiterhin wird gewährleistet, dass die Abdeckkappe parallel zur Oberfläche der Lagerhülse aufliegt, wodurch sich konstante Volumenverhältnisse ergeben.To the embodiment of the invention described in this additional patent is at the closed by the cap front end of the bearing sleeve a provided radially inner annular shoulder on which the inner Edge of the cap rests. This will ensure that the compensation volume or the connecting channel or connecting gap with respect to the Bearing gap is essentially sealed, so even under adverse conditions the bearing no bearing fluid from the through the front end of the bearing sleeve and the cap formed cavity can escape. Continue guaranteed the cover cap rests parallel to the surface of the bearing sleeve, resulting in constant volume ratios.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zur Verbindung des Ausgleichsvolumens bzw. des Verbindungskanals oder/-spaltes mit dem Lagerspalt mindestens ein im wesentlichen radial verlaufender Kanal vorgesehen ist, der den Ringansatz durchbricht. Dieser zusätzliche Kanal kann auch als Teil des Verbindungskanals bzw. -spaltes ausgebildet sein.In a preferred embodiment The invention provides that for the connection of the compensation volume or the connecting channel or /-gap with the bearing gap at least one is provided substantially radially extending channel, the Ring approach breaks through. This additional channel can also be called Part of the connecting channel or gap may be formed.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zwischen den aneinander angrenzenden Oberflächen der Abdeckkappe und des Ringansatzes ein Dichtmaterial angeordnet ist, das die Dichtwirkung der erfindungsgemäßen Anordnung verstärkt. Dieses Dichtmaterial kann als Kunststofffilm oder als Materialbeschichtung ausgebildet sein.In a further advantageous embodiment of the invention, it may be provided that between the adjoining surfaces of the cap and the annular shoulder a sealing material is arranged, which enhances the sealing effect of the arrangement according to the invention. This sealing material can be used as a plastic film or as Materi Al coating be formed.

Ferner kann zwischen den aneinander angrenzenden Oberflächen der Abdeckkappe und der Lagerhülse, also am Außendurchmesser der Lagerhülse ebenfalls ein Dichtmaterial angeordnet werden, so dass die Abdeckkappe hermetisch dicht auf der Lagerhülse aufliegt.Further can between the adjacent surfaces of the cap and the bearing sleeve, so on the outside diameter the bearing sleeve also a sealing material can be arranged so that the cap hermetically sealed on the bearing sleeve rests.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.in the The invention will be described in more detail below with reference to an exemplary embodiment.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

1 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung gemäß Hauptpatent mit stirnseitigem Ringansatz als Auflage für die Abdeckkappe. 1 shows a fourth embodiment of the invention according to the main patent with an end-ring approach as a support for the cap.

2 zeigt eine Draufsicht auf ein zu 1 ähnliches Lager mit abgenommener Abdeckkappe. 2 shows a plan view of a to 1 similar bearing with removed cap.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispielsdescription a preferred embodiment

In den Zeichnungen sind entsprechende, im Hauptpatent beschriebene Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.In The drawings are corresponding, described in the main patent Components with the same reference numerals.

Das in 1 gezeigte hydrodynamische Lager umfasst eine Welle 10, die in einer zylindrischen Lagerhülse 12 aufgenommen ist. Die Welle 10 weist an ihrem von der Lagerhülse 12 umschlossenen Ende eine Druckplatte (thrust plate) 14 auf, wobei die Stirnseite 12'' der Lagerhülse 12 an diesem Ende durch ein Widerlager (counter plate) 16 abgeschlossen ist, das die axiale Lagerkraft, welche auf die Welle 10 wirkt, über die Druckplatte 14 aufnimmt. Sowohl die Druckplatte 14 als auch das Widerlager 16 sind in entsprechend dimensionierten Aussparungen der Lagerhülse 12 aufgenommen.This in 1 shown hydrodynamic bearing comprises a shaft 10 in a cylindrical bearing sleeve 12 is included. The wave 10 indicates at its from the bearing sleeve 12 enclosed end a pressure plate (thrust plate) 14 on, with the front side 12 '' the bearing sleeve 12 at this end by an abutment (counter plate) 16 is completed, the axial bearing force acting on the shaft 10 acts, over the pressure plate 14 receives. Both the printing plate 14 as well as the abutment 16 are in appropriately sized recesses of the bearing sleeve 12 added.

Die Welle 10 ist an ihrem Wellenende 10' aus der Lagerhülse 12 herausgeführt. Die Lagerhülse 12 ist an diesem Ende durch den Boden 18' einer Abdeckkappe 18 verschlossen, die eine zentrale Öffnung aufweist. Die Abdeckkappe überdeckt ein Stirnende 12' der Lagerhülse, sowie einen Teil des sich anschließenden Außenumfangs der Hülse. Weiterhin weist die Abdeckkappe 18 mindestens eine Öffnung 18'' zur Entlüftung des Lagers beim Aufpressen der Kappe auf.The wave 10 is at her shaft end 10 ' from the bearing sleeve 12 led out. The bearing sleeve 12 is at this end through the floor 18 ' a cap 18 closed, which has a central opening. The cap covers a front end 12 ' the bearing sleeve, and a part of the adjoining outer circumference of the sleeve. Furthermore, the cap 18 at least one opening 18 '' for venting the bearing when pressing the cap on.

Zwischen der Stirnseite 12' der Lagerhülse 12 und dem Boden 18' der Abdeckplatte 18 ist ein geringer Abstand vorgesehen, dessen Größe durch einen Abstandshalter 30 definiert wird. Der Abstandshalter 30 ist vorzugsweise aus dem Material der Abdeckkappe 18 ausgeformt, kann aber auch als Teil der Lagerhülse 12 oder als separates Teil ausgebildet sein. Zwischen dem Stirnende 12' und dem Boden 18', der zu dem Stirnende 12' im wesentlichen parallel ausgerichtet ist, bildet sich durch den eingehaltenen Abstand ein Verbindungskanal/-spalt 26, der zur Rotationsachse 22 des hydrodynamischen Lagers im wesentlichen senkrecht verläuft und dessen Breite vorzugsweise einige bis einige zehn Mikrometer oder auch mehr betragen kann.Between the front side 12 ' the bearing sleeve 12 and the floor 18 ' the cover plate 18 a small distance is provided, the size of which is provided by a spacer 30 is defined. The spacer 30 is preferably made of the material of the cap 18 formed, but can also be used as part of the bearing sleeve 12 or be formed as a separate part. Between the front end 12 ' and the floor 18 ' who is at the front end 12 ' is oriented substantially parallel, formed by the distance maintained a connecting channel / gap 26 , the axis of rotation 22 of the hydrodynamic bearing is substantially perpendicular and whose width may preferably be several to several tens of microns or even more.

Zwischen der Welle 10 und der Lagerhülse 12 ist in bekannter Weise ein Lagerspalt 24 gebildet, der über den Verbindungskanal/-spalt 26 an der Stirnseite 12' der Lagerhülse 12 mit einem Ausgleichsvolumen 20, das weiter unten näher erläutert ist, verbunden ist. Der Verbindungskanal/-spalt 26 ist vorzugsweise als ein umlaufender Ringspalt ausgebildet, der eine kapillare Verbindung zwischen dem Lagerspalt 24 und dem Ausgleichsvolumen 20 bildet und aufrechterhält.Between the wave 10 and the bearing sleeve 12 is in a known manner a bearing gap 24 formed over the connecting channel / gap 26 at the front 12 ' the bearing sleeve 12 with a compensation volume 20 , which is explained in more detail below, is connected. The connecting channel / gap 26 is preferably formed as a circumferential annular gap, which has a capillary connection between the bearing gap 24 and the equalization volume 20 forms and maintains.

Das Ausgleichsvolumen 20 ist zwischen dem Außenumfang der Lagerhülse 12 und der diesen Bereich der Lagerhülse 12 umgebenden Abdeckkappe 18 angeordnet und wird bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform dadurch gebildet, dass der Außenumfang der Lagerhülse 12 vorzugsweise einen Freistich in Form einer umlaufenden, sich in axialer Richtung konisch aufweitenden Aussparung aufweist. Zwischen der Abdeckkappe 18 und der Lagerhülse bildet sich dadurch ein konzentrischer, kegelförmiger Ringraum, der in einem Winkel bezüglich der Rotationsachse 22 verläuft, wobei die Konusbasis über den Verbindungskanal/-spalt 26 mit dem Lagerspalt 24 verbunden ist.The compensation volume 20 is between the outer circumference of the bearing sleeve 12 and this area of the bearing sleeve 12 surrounding cap 18 arranged and is formed in the embodiment shown in the figures, characterized in that the outer circumference of the bearing sleeve 12 preferably has an undercut in the form of a circumferential, conically widening in the axial direction recess. Between the cap 18 and the bearing sleeve thereby forms a concentric, conical annular space which is at an angle with respect to the axis of rotation 22 runs, wherein the cone base via the connecting channel / gap 26 with the bearing gap 24 connected is.

Erfindungsgemäß ist nun an der oberen Stirnseite 12' der Lagerhülse 12 an deren innerem Durchmesser ein Ringansatz 36 vorgesehen, der unmittelbar an den Lagerspalt 24 angrenzt. Dieser Ringansatz 36 dient als Auflagefläche für den inneren Rand der Abdeckkappe 18, so dass das Ausgleichsvolumen 20 bzw. der Verbindungskanal oder/– Spalt 26 in Richtung des Lagerspaltes durch den Ringansatz 36 abgedichtet ist. Wie man insbesondere in 2 erkennt, weist der Ringansatz mindestens einen radialen Durchbruch oder Kanal 38 auf, durch welchen der Verbindungskanal/-spalt 26 bzw. dadurch auch das Ausgleichsvolumen 20 mit dem Lagerspalt 24 verbunden wird. Es können auch wie in 2 gezeigt mehrere Kanäle 38 vorgesehen sein.According to the invention is now at the upper end 12 ' the bearing sleeve 12 at the inner diameter of a ring approach 36 provided directly to the bearing gap 24 borders. This ring approach 36 serves as a support surface for the inner edge of the cap 18 so that the equalization volume 20 or the connection channel or / - gap 26 in the direction of the bearing gap through the ring approach 36 is sealed. How to particular in 2 recognizes, the annular shoulder has at least one radial aperture or channel 38 through which the connection channel / gap 26 or thereby also the compensation volume 20 with the bearing gap 24 is connected. It can also be like in 2 shown several channels 38 be provided.

Die Flächen des Ringansatzes 36 sowie das obere Ende der Welle (10), welches aus der Lagerhülse austritt, sind vorzugsweise mit einem Dichtungsmaterial, dem sogenannten Ölstopp-Lack bzw. Barrier Film beschichtet. In gleicher Weise können auch die entsprechenden Flächen der Abdeckkappe mit einem Dichtungsmaterial beschichtet sein. Hierdurch wird ein zusätzlicher Rückhalte-Effekt auf das Öl erzeugt, wodurch die Schockresistenz des Lagers weiter erhöht wird. Als Medien für den Barrier Film werden bevorzugt Fluoropolymere verwendet.The surfaces of the ring approach 36 as well as the upper end of the shaft ( 10 ), which emerges from the bearing sleeve, are preferably coated with a sealing material, the so-called oil-stop varnish or barrier film. In the same way, the corresponding surfaces of the cap can be coated with a sealing material. This will add an extra retention effect to the Produces oil, which further increases the shock resistance of the bearing. As the media for the barrier film, fluoropolymers are preferably used.

1010
Wellewave
10'10 '
Wellenendeshaft end
1212
Lagerhülsebearing sleeve
12', 12''12 ', 12' '
Stirnende der Lagerhülsefront end the bearing sleeve
1414
Druckplatteprinting plate
1616
Widerlagerabutment
1818
Abdeckkappecap
18'18 '
Boden der Abdeckkappeground the cap
18''18 ''
Öffnung (Befüll-)Opening (filling)
2020
Ausgleichsvolumencompensating volume
2222
Rotationsachseaxis of rotation
2424
Lagerspaltbearing gap
2626
Verbindungskanal/-spalt/ -Spalt connecting channel
2828
RückführungskanalReturn passage
3030
Abstandhalterspacer
3232
Rand der Abdeckkappeedge the cap
3434
Öffnungopening
3636
Ringansatzannular shoulder
3838
Kanalchannel

Claims (8)

Hydrodynamisches Lager nach dem Patent DE 103 52 573 B4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (12) an einem Stirnende (12') einen radial innen liegenden Ringansatz (36) aufweist, auf dem der innere Rand der Abdeckkappe (18) aufliegt.Hydrodynamic bearing according to the patent DE 103 52 573 B4 Characterized in that the bearing sleeve ( 12 ) at one end ( 12 ' ) a radially inner annular projection ( 36 ), on which the inner edge of the cap ( 18 ) rests. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringansatz (36) mindestens einen im wesentlichen radial verlaufenden Kanal (38) aufweist, der den Verbindungskanal/-spalt (26) mit dem Lagerspalt verbindet.Hydrodynamic bearing according to claim 1, characterized in that the ring attachment ( 36 ) at least one substantially radially extending channel ( 38 ) having the connecting channel / gap ( 26 ) connects to the bearing gap. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (38) ein Teil des Verbindungskanals/-spaltes (26) ist.Hydrodynamic bearing according to claim 2, characterized in that the channel ( 38 ) a part of the connecting channel / gap ( 26 ). Hydrodynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den aneinander angrenzenden Oberflächen der Abdeckkappe (18) und des Ringansatzes (36) ein Dichtmaterial angeordnet ist.Hydrodynamic bearing according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the adjoining surfaces of the cap ( 18 ) and the ring approach ( 36 ) A sealing material is arranged. Hydrodynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den aneinander angrenzenden Oberflächen der Abdeckkappe (18) und der Lagerhülse (12) sowie im Bereich der Öffnung 18'' ein Dichtmaterial angeordnet ist.Hydrodynamic bearing according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the adjoining surfaces of the cap ( 18 ) and the bearing sleeve ( 12 ) as well as in the area of the opening 18 '' a sealing material is arranged. Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtmaterial ein Fluoropolymer verwendet wird.Hydrodynamic bearing according to one of the preceding Claims, characterized in that the sealing material is a fluoropolymer is used. Spindelmotor zum Antrieb von Festplatten mit einem hydrodynamischen Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche.Spindle motor for driving hard disks with a Hydrodynamic bearing according to one of the preceding claims. Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor nach Anspruch 7.Hard disk drive with a spindle motor according to claim 7th
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Cited By (4)

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