DE69619055T2

DE69619055T2 - Festplattenantrieb mit zusammengesetzter Lagereinheit

Info

Publication number: DE69619055T2
Application number: DE69619055T
Authority: DE
Inventors: Rikuro Obara
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2016-10-19
Also published as: EP0770999A1; EP0770999B1; DE69619055D1; US5828150A; JPH09112546A

Description

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen an dem Motor eines Festplattenlaufwerks.
Bei einem Motor für ein Festplattenlaufwerk gemäß dem Stand der Technik ist ein Lagerbausatz zwischen einem Motorschaft und einem Rotorkranz vorgesehen.
Ein zusammengesetzter Lagerbausatz gemäß dem Stand der Technik, wie in Fig. 5(a) und 5(b) dargestellt, umfasst zwei Kugellagereinheiten A und B und einen muffenähnlichen Abstandshalter C. Diese Bestandteile werden getrennt hergestellt und dem Benutzer, z. B. einem Hersteller von Festplattenlaufwerken, zur Montage auf einen Motorschaft D geliefert.
Bei solch einem herkömmlichen Lagerbausatz zur Verwendung mit einem Motor für ein Festplattenlaufwerk, muss der Hersteller von Festplattenlaufwerken notwendigerweise zwei durch einen Abstandshalter getrennte Kugellagereinheiten auf den Motorschaft montieren. Dieses wirft die nachfolgenden Probleme auf.
(a) Der Motorschaft muss so vorbereitet werden, dass sein Außendurchmesser zu dem der Innenlaufringe der Kugellagereinheiten passt.
(b) Der Abstandshalter ist ein von den zwei Kugellagereinheiten getrennter Bestandteil. Damit nun der Abstandshalter zwischen die Kugellagereinheiten eingepasst werden kann, müssen die Endflächen des Abstandshalters derart exakt fertigbearbeitet sein, dass sie sowohl eben als auch parallel sind.
(c) Da der Abstandshalter, wenn er durch den Benutzer montiert wird, nur zwischen die Außenlaufringe der zwei Kugellagereinheiten geklemmt wird, ist höchst exakte Montagearbeit erforderlich, um den Abstandshalter konzentrisch um den Motorschaft anzubringen.
Wenn all den obengenannten Anforderungen nicht vollständig entsprochen wird, können sich Vibrationen des Motorschaftes oder der Platte ergeben. Deshalb ist es unmöglich ein Festplattenlaufwerk, das ausgezeichnete Rotationsleistung aufweist, zu schaffen, weil sich Vibrationen des Motorschaftes oder der Platte ergeben können.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein Festplattenlaufwerk mit verbesserter Leistung zu schaffen, indem den oben beschriebenen Problemen Rechnung getragen wird. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der geschaffene zusammengesetzte Lagerbausatz, als ein vollständiges Produkt nach dem Zusammensetzen von Bestandteilen, direkt für einen Motor, beispielsweise durch den Plattenantriebshersteller, verwendet werden kann.
Ein weiterer Lagerbausatz für ein Festplattenlaufwerk gemäß dem Stand der Technik (worauf der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert) wird in der US-Patentschrift 5,341,569 beschrieben. Der Lagerbausatz umfasst einen Schaft mit abgestuftem Durchmesser mit einem Innenring einer Lagerkonstruktion, die eine Innenlaufbahn aufweist, die um sein Äußeres herum ausgestaltet ist, der auf einem Abschnitt davon mit einem kleineren Durchmesser befestigt ist, und eine Innenlaufbahn, die um einen Abschnitt davon mit einem größeren Durchmesser ausgestaltet ist. Kugelsätze bewegen sich zwischen den zwei Innenlaufbahnen und Außenlaufbahnen, welche beide auf der Innenseite eines einzigen Außenlaufringes ausgestaltet sind.
Nach der Erfindung wird ein Festplattenlaufwerk geschaffen, das einen zusammengesetzten Lagerbausatz umfasst mit:
einem abgestuften Schaft, der einen ersten Abschnitt mit einem größeren Durchmesser aufweist als der zweite Abschnitt, wobei der Abschnitt mit dem größeren Durchmesser eine Innenlaufbahnrille aufweist, die direkt in dem Außenumfang davon ausgestaltet ist;
einem Außenlaufring, der den Abschnitt mit dem größeren Durchmesser des abgestuften Schaftes umgibt und der eine Außenlaufbahnrille aufweist, die in dem Umfang davon ausgestaltet ist;
einer Vielzahl an Kugeln, die zwischen den Innenlaufbahn- und Außenlaufbahnrillen vorgesehen sind; und
einer Kugellagerkonstruktion, die einen Innenlaufring, eine Außenlaufbahn und eine Vielzahl von dazwischen vorgesehenen Kugeln aufweist, wobei der Innenlaufring der Kugellagerkonstruktion auf dem Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser des abgestuften Schaftes angepasst ist;
wobei der Außenlaufring und die Kugellagerkonstruktion in den zusammengesetzten Lagerbausatz zusammengebaut werden, wobei der Abschnitt mit dem größeren Durchmesser des abgestuften Schaftes einen Stiel aufweist, der an einem Grundelement des Festplattenlaufwerkes, im Wesentlichen rechtwinkelig dazu, befestigt ist, wobei der Motor des Festplattenlaufwerkes einen Rotor mit einem mittleren Kranz aufweist, der an den zusammengesetzten Lagerbausatz angepasst und daran befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellagerkonstruktion Teil einer Kugellagereinheit ist, die einen Außenlaufring aufweist, in welchem die Außenlaufbahn ausgebildet ist und dadurch, dass der zusammengesetzte Lagerbausatz weiterhin umfasst:
einen muffenähnlichen Abstandshalter, der den abgestuften Schaft umgibt, mit gegenüberliegenden Endabschnitten mit kleineren Durchmessern als der Durchmesser des Hauptkörpers der Muffe, wobei der Außenlaufring, der den Abschnitt des Schaftes mit dem größeren Durchmesser umgibt, und der Außenlaufring der Kugellagereinheit jeweils auf den gegenüberliegenden Endabschnitten mit kleinerem Durchmesser des muffenähnlichen Abstandshalters befestigt sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung, weisen der Innenlaufring der Kugellagereinheit und der Abschnitt mit dem großen Durchmesser des abgestuften Schaftes einen gleichen Außendurchmesser auf, und der Außenlaufring der Kugellagereinheit weist jeweils gleiche Außen- und Innendurchmesser zu den Außen- und Innendurchmessern von dem Außenlaufring auf, der den Abschnitt mit dem großen Durchmesser umgibt, so dass alle Kugeln den selben Durchmesser haben.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun als Beispiel mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht, die ein Festplattenlaufwerk darstellt;
Fig. 2 eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform eines Motortypes mit Außenrotor in dem Festplattenlaufwerk gemäß der Erfindung darstellt;
Fig. 3 eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform eines Motortypes mit Innenrotor in dem Festplattenlaufwerk gemäß der Erfindung darstellt;
Fig. 4 eine Schnittansicht, die den Lagerbausatz eines Motors darstellt, der für das Festplattenlaufwerk gemäß der Erfindung verwendet wird; und
Fig. 5(a) und 5(b) Schnittansichten, die Lagerbausätze gemäß dem Stand der Technik darstellen, dabei zeigt Fig. 5(a) zwei Kugellagereinheiten und einen Abstandshalter vor dem Zusammensetzen, und Fig. 5(b) zeigt die Kugellagereinheiten und Abstandshalter, die auf einem Motorschaft montiert sind.
Für ein Festplattenlaufwerk gemäß der Erfindung wird ein neuartiger Lagerbausatz, wie in Fig. 4 dargestellt, als eine Motorlagereinheit verwendet. Dieser Lagerbausatz wird nun beschrieben. Gemäß Fig. 4 weist ein abgestufter Schaft 1 einen ersten Abschnitt 1a auf mit einem größeren Durchmesser als ein zweiter Abschnitt 1b, wobei der Abschnitt 1a mit dem größeren Durchmesser eine Innenlaufbahnrille 2a aufweist, die direkt in dem Außenumfang davon ausgestaltet ist.
Ein Außenlaufring 3 ist auf dem Abschnitt 1a mit dem größeren Durchmesser vorgesehen. Der Außenlaufring 3 ist auf dem Abschnitt 1a mit dem größeren Durchmesser mit einer Vielzahl von Kugeln 4 angeordnet, die zwischen einer Außenlaufbahnrille 2b, die in dessen Innenumfang ausgebildet ist, und der Innenlaufbahnrille 2a des Abschnittes 1a mit dem größeren Durchmesser vorgesehen sind.
Bei einer Kugellagereinheit 5 mit einem konventionellen Aufbau, die einen Innen- und einen Außenlaufring 5a und 5b und eine Vielzahl an dazwischen vorgesehenen Kugeln 6 aufweist, ist der Innenlaufring 5a auf den Abschnitt 1b mit dem kleineren Durchmesser des abgestuften Schaftes 1 angepasst und daran befestigt.
Ein muffenähnlicher Abstandshalter 7 umgibt den abgestuften Schaft 1. Der Abstandshalter 7 hat gegenüberliegende Endbereiche 7a und 7b mit kleinem Durchmesser, welche solch einen Außendurchmesser aufweisen, dass sie jeweils genau in die Außenlaufringe 3 und 5b passen. Der Abstandshalter 7 ist dadurch sicher in der Position befestigt, dass seine Abschnitte 7a und 7b mit kleinem Durchmesser jeweils in den Außenlaufring 3 und den Außenlaufring 5b der Kugellagereinheit 5 eingepasst werden.
Der Innenlaufring 5a der Kugellagereinheit 5 weist einen gleichen Außendurchmesser wie der Außendurchmesser des Abschnittes 1a mit dem größeren Durchmesser des abgestuften Schaftes 1 auf, und der Außenlaufring 5b der Kugellagereinheit 5 weist gleiche Außen- und Innendurchmesser auf wie jene des Außenlaufringes 3 auf dem Abschnitt 1a mit dem größeren Durchmesser, so dass die Kugeln 4 und 6 den selben Durchmesser aufweisen können.
Beim Herstellen des Lagerbausatzes wird der Innenlaufring 5a der Kugellagereinheit 5 am Anfang schiebbar auf den Abschnitt 1b mit dem kleinen Durchmesser des abgestuften Schaftes 1 angepasst. Dann wird eine angemessene Vorbelastung auf die äußere oder rechte Endfläche (siehe Fig. 4) des Innenlaufringes 5a ausgeübt und der Innenlaufring 5a wird in diesem Zustand mittels eines Klebers auf dem Abschnitt 1b mit dem kleinen Durchmesser des abgestuften Schaftes 1 sicher befestigt. Auf diese Weise werden der Außenlaufring 3, der Abstandshalter 7 und die Kugellagereinheit 5 auf dem abgestuften Schaft 1 angebracht.
Bezugszeichen 8a und 8b bezeichnen die Laufbahnrillen der Innen- und Außenlaufringe 5a und 5b der Kugellagereinheit 5.
Während in der obengenannten Ausführungsform die Kugeln 4 und 6 den selben Durchmesser aufweisen, ist es möglich, Kugeln mit verschiedenen Durchmessern für die Seiten der Abschnitte 1a und 1b mit dem größeren und dem kleineren Durchmesser zu verwenden.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wird das untere Ende des abgestuften Schaftes 1 in dem Lagerbausatz, der auf die obengenannte Art fertiggestellt wird, an einem Grundelement 9a des Gehäuses 9 sicher befestigt, und dann wird ein mittlerer Kranz 11 eines Rotors 10 von einem Motor an die Außenlaufringe 3 und 5b der Lagereinheit angepasst und sicher daran befestigt.
Ein Magnet 12, ein Statorjoch 13 mit einer darum gewickelten energiezuführenden Spule und ein Jochhalter 14, ein Schwinghebel 15 mit einem magnetischen Kopf 16, der an dem Ende befestigt ist, und eine magnetische Platte 17 werden ebenfalls in Fig. 1 und 2 dargestellt.
Während die obengenannte Ausführungsform einen Motortyp mit Außenrotor betrifft, bei welchem der Magnet 12 auf dem Innenumfang des Kranzes 11 des Rotors 10 vorgesehen ist, ist die Erfindung ebenfalls auf einen Motortyp mit Innenrotor anwendbar, bei welchem der Magnet in dem Außenumfang des Rotorkranzes vorgesehen ist.
Für einen Festplattenantrieb mit dem Lagerbausatz des Motors, der die weiter obenbeschriebene Konstruktion aufweist, können die nachfolgenden vorteilhaften Funktionen und Wirkungen erzielt werden.
(1) Da die Kugellagereinheit, der Außenlaufring, die Kugeln, der muffenähnliche Abstandshalter und der abgestufte Schaft des zusammengesetzten Lagerbausatzes von dem Lagerhersteller zusammengesetzt werden, ist es für den Benutzer nicht notwendig, diese Bestandteile zusammenzusetzen und der Rotor des Motors kann schon fertig auf der Lageranordnung befestigt werden, indem der Kranz des Motors im Verhältnis zu den Außenlaufringen der Lagereinheit angepasst und sicher befestigt wird.
(2) Demzufolge ist es möglich, ein Festplattenlaufwerk zu schaffen, bei dem die Vibrationen des Motorschaftes und der Platte minimiert werden können.
(3) Da bei dem Abschnitt mit dem größeren Durchmesser des abgestuften Schaftes in dem Lagerbausatz die Innenlaufbahnrille direkt in seinem Außenumfang ausgestaltet ist, wird der herkömmliche Innenring überflüssig und entsprechender Weise erhöht sich teilweise der Durchmesser des Schaftes, um den abgestuften Schaft zu schaffen, welcher demzufolge erhöhte Steifigkeit aufweist.
(4) Da der abgestufte Schaft den Abschnitt mit größerem Durchmesser und erhöhte Steifigkeit aufweist, kann der Resonanzpunkt des Schaftes, verglichen mit jenen der anderen Bestandteile, erhöht werden, um Resonanz mit den anderen Bestandteilen zu verhindern und demzufolge die Leistung und Zuverlässigkeit des Motors zu erhöhen.
(5) Die Lageranordnung benötigt nur einen einzigen herkömmliche Lagerbausatz und deshalb nur einen einzigen Innenlaufring und umfasst deswegen eine reduzierte Anzahl an Bestandteilen.
(6) Da bei dem Abschnitt mit dem größeren Durchmesser des abgestuften Schaftes die Innenlaufbahnrille direkt auf seinem Außenumfang ausgestaltet ist, ist kein Innenlaufring für die Seite des Abschnittes mit dem größeren Durchmesser erforderlich. Durch die fehlende Erfordernis für einen Innenlaufring, wird eine entsprechende Reduzierung des Außendurchmessers des Außenlaufringes ermöglicht. Es ist demzufolge wie gewünscht möglich, einen kompakten Festplattenantrieb zu schaffen.

Claims

1. Festplattenlaufwerk umfassend einen zusammengesetzten Lagerbausatz, der folgendes einschließt:

einen abgestuften Schaft (1) mit einem ersten Abschnitt (1a), der einen größeren Durchmesser aufweist als ein zweiter Abschnitt (1b), wobei der Abschnitt (1a) mit dem größeren Durchmesser eine Innenlaufbahnrille (2a) aufweist, die direkt im Außenumfang davon gebildet wird;

einen Außenlaufring (3), der den Abschnitt (1a) mit dem größeren Durchmesser des abgestuften Schafts (1) umgibt und eine Außenlaufbahnrille (2b) aufweist, die im Umfang davon gebildet wird;

eine Vielzahl an Kugeln (4), die zwischen der Innenlaufbahnrille und der Außenlaufbahnrille (2a, 2b) bereitgestellt werden; und

eine Kugellagerkonstruktion mit einem Innenlaufring (5a), einer Außenlaufbahn (8b) und einer Vielzahl an Kugeln (6), die dazwischen bereitgestellt werden, wobei der Innenlaufring (5a) der Kugellagerkonstruktion auf dem Abschnitt (1b) mit dem kleinen Durchmesser des abgestuften Schafts (1) angebracht wird;

wobei der Außenlaufring (3) und die Kugellagerkonstruktion in den zusammengesetzten Lagerbausatz zusammengebaut werden, wobei ein Stiel des Abschnitts (1a) mit dem größeren Durchmesser des abgestuften Schafts (1) an einem Grundelement (9a) des Festplattenlaufwerks im wesentlichen in rechten Winkeln dazu befestigt ist, wobei der Motor des Festplattenlaufwerks einen Rotor (10) aufweist, dessen mittlerer Kranz (11) auf dem zusammengesetzten Lagerbausatz angebracht und befestigt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellagerkonstruktion Teil einer Kugellagereinheit (5) ist, die einen Außenlaufring (5b) aufweist, in dem die Außenlaufbahn (8b) gebildet ist, und dadurch, daß der zusammengesetzte Lagerbausatz des weiteren folgendes umfaßt:

einen muffenähnlichen Abstandhalter (7), der den abgestuften Schaft (1) umgibt, mit gegenüberliegenden Endabschnitten (7a, 7b) mit kleineren Durchmessern als der Durchmesser eines Hauptkörpers der Muffe, wobei der Außenlaufring (3), der den Abschnitt (1a) mit dem größeren Durchmesser des Schafts (1) umgibt, und der Außenlaufring (5b) der Kugellagereinheit (5) auf den gegenüberliegenden Endabschnitten (7a, 7b) mit kleinerem Durchmesser des muffenähnlichen Abstandhalters (7) befestigt sind.

2. Festplattenlaufwerkbausatz nach Anspruch 1, wobei der Innenlaufring (5a) der Kugellagereinheit (5) und der Abschnitt (1a) mit dem größeren Durchmesser des abgestuften Schafts (1) einen im wesentlichen gleichen Außendurchmesser aufweisen, und der Außendurchmesser und der Innendurchmesser des Außenlaufrings (5b) der Kugellagereinheit (5) und des Außenlaufrings, der den Abschnitt mit dem größeren Durchmesser des Schafts (1) umgibt, im wesentlichen gleich sind, so daß die Kugeln (4, 6) denselben Durchmesser aufweisen können.