NL8902819A - Inrichting voor het roteren van een schijfvormige informatiedrager, alsmede draaitafel en gestel ten gebruike in de inrichting. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Inrichting voor het roteren van een schijfvormige informatiedrager, alsmede draaitafel en gestel ten gebruike in de inrichting."

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het roteren van een schijfvormige informatiedrager, omvattende een gestel, een om een constructie-as roteerbare, met behulp van een radiaal lager ten opzichte van het gestel gelagerde draaitafel met een oplegvlak voor de informatiedrager, en een electromagnetische aandrijfeenheid met een aan het gestel bevestigd statordeel en een aan de draaitafel bevestigd rotordeel.

Een dergelijke inrichting is bekend uit de Britse octrooiaanvrage GB 2,180,1J13 (herewith incorporated by reference). De bekende inrichting is in het bijzonder bestemd voor het roteren van harde schijven voor gegevensopslag, en wordt toegepast in een van een aftast-eenheid voorzien aftastsysteem. De inrichting omvat een D.C.-motor met een stator met vaste spoelen en een rotor met permanente magneten. De rotor is bevestigd aan een rotoras, die door middel van twee kogellagers roteerbaar ten opzichte van de stator is gelagerd. Op de rotoras is een draaitafel voor het opleggen van de harde schijf gemonteerd. Een nadeel van de bekende inrichting is, dat de toegepaste lagering aanleiding kan geven tot ontoelaatbare slingeringen van de rotoras en de daarop bevestigde draaitafel. Met name kunnen relatief grote onregelmatige verplaatsingen (non-repeatable runouts) van de draaitafel in radiale en in het bijzonder in axiale zin ontstaan door fouten in de kogellagers, die bijvoorbeeld worden veroorzaakt door afwijkingen van de rondheid van de kogels of door vervormde loopbanen voor de kogels.

De optredende ongewenste verplaatsingen vallen vanwege hun karakter vaak buiten het regelbereik van het aftastsysteem, waardoor de aftast-eenheid in contact kan komen met de harde schijf en beschadigingen daarvan kan veroorzaken.

De uitvinding beoogt ondermeer zodanige maatregelen aan te geven, dat het optreden van ontoelaatbare verplaatsingen van de draaitafel van de in de aanhef genoemde inrichting voorkomen kan worden.

Daartoe vertoont de inrichting volgens de uitvinding als kenmerk, dat de draaitafel en een zich tegenover de draaitafel bevin dend gesteldeel zijn voorzien van co-axiaal ten opzichte van de constructie-as lopende, zich parallel aan het oplegvlak uitstrekkende, en zich tegenover elkaar, en op een radiale afstand van de genoemde as bevindende ringvormige lageroppervlakken voor het vormen van een zelfstandig dynamisch axiaal lager, waarbij in ten minste een van de lageroppervlakken ten minste een patroon van groeven aanwezig is, dat bij rotatie van het rotordeel ten opzichte van het statordeel een drukop-bouwwerking in een zich tussen de lageroppervlakken bevindend medium teweegbrengt.

Aan inrichtingen van de onderhavige soort worden als gevolg van de steeds verder toenemende informatiedichtheden op informatie-schijven, in het bijzonder harde schijven, steeds hogere mechanische nauwkeurigheidseisen gesteld, met name wat betreft het tegengaan van non-repeatable runouts van de draaitafel in radiale, maar vooral in axiale zin. Een voordeel van de inrichting volgens de uitvinding is, dat de met elkaar samenwerkende ringvormige lageroppervlakken tijdens bedrijf contactloos met elkaar samenwerken, waardoor de kans uiterst klein is, dat storingen als gevolg van mechanische fouten of onregelmatigheden in de lageroppervlakken optreden. Bij voorkeur zal de radiale afstand tussen de constructie-as en de ringvormige lageroppervlakken zo groot mogelijk genomen worden, om daarmede zowel een grote axiale stijfheid als een grote kantelstijfheid van het gevormde op zichzelf werkende axiale dynamische lager te kunnen bereiken. Daardoor voert de draaitafel onder normale bedrijfsomstandigheden goed gedefinieerde rotatiebewegingen uit, waarbij de non-repeatable runouts gunstige waarden hebben, bijvoorbeeld kleiner dan 0,2 μ.

De inrichting volgens de uitvinding is bij voorkeur geschikt voor toepassing in apparaten voor optische of magnetische registratie, zoals optische platenspelers, respectievelijk Winchester-drives.

Opgemerkt wordt, dat een ringvormig spiraalgroeflager op zichzelf bekend is uit het boek "Spiral Groove Bearings", E.A. Muijderman, 1966, p. 76, 77, Philips Technical Library (herewith incorporated by reference). Het bekende axiale spiraalgroeflager is voorzien van twee ringvormige lageroppervlakken, welke direct aan een rotatie-as grenzen, en is niet toereikend voor het opvangen van op draaitafels van inrichtingen voor het roteren van schijfvormige informatiedragers uitgeoefende krachten en momenten.

Opgemerkt wordt voorts dat uit de Japanse octrooiaanvrage 64-8505 (herewith incorporated by reference) een koppentrommel voor een videorecorder bekend is, waarin een aërodynamisch combinatielager, bestaande uit een radiaal en een axiaal lagerdeel, is toegepast. Zowel het radiale deel als het daarop aansluitende axiale deel van het combinatielager is voorzien van lagergroeven, waarbij tijdens bedrijf aangezogen lucht vanuit het radiale lagerdeel via het axiale lagerdeel naar buiten wordt gepompt.

Een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het zich tussen de lageroppervlakken bevindende medium een gas, in het bijzonder lucht, is. Deze uitvoeringsvorm is bijzonder geschikt voor toepassing in apparaten, waar als registratie-drager een harde data-schijf wordt toegepast. In een dergelijk apparaat bevindt de harde schijf zich in een in hoge mate schone ruimte, die tijdens de levensduur van het apparaat niet mag vervuilen. Daartoe zijn extra voorzieningen aangebracht, om te voorkomen, dat tijdens bedrijf stof en gassen in de geconditioneerde ruimte kunnen doordringen. Een lagering met behulp van kogellagers, zal bijvoorbeeld voorzien moeten worden van een een magnetische vloeistof bevattend afdichtingssysteem.

Een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat een aan de omtreksrand van de draaitafel grenzende zone is voorzien van een van de zich op een afstand van de constructie-as bevindende lageroppervlakken. Op deze wijze is een dynamische axiale lagering verkregen, die een optimale kantelstijfheid bezit.

Een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het radiale lager een hydrodynamisch spiraalgroeflager is, waarbij het massamiddelpunt van de draaitafel met het daaraan bevestigde rotordeel zich binnen het lager bevindt.

Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is, dat de inrichting zowel geschikt is voor horizontale opstelling, waarbij de constructie-as vertikaal georiënteerd is, als voor vertikale opstelling, waarbij de constructie-as horizontaal loopt.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een draaitafel, alsmede een gestel ten gebruike in de inrichting volgens de uitvinding.

De uitvinding zal nu nader, bij wijze van voorbeeld, worden beschreven aan de hand van de tekening, waarin,

Figuur 1 in langsdoorsnede schematisch en niet op schaal een eerste van een aërodynamische axiale lagering voorziene uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding toont,

Figuur 2 schematische een gedeelte van een lageroppervlak van de dynamische axiale lagering van de uitvoeringsvorm van figuur 1 toont,

Figuur 3 in langsdoorsnede schematisch en niet op schaal een tweede uitvoeringsvorm toont, en

Figuur 4 in langsdoorsnede schematisch en niet op schaal een derde uitvoeringsvorm toont.

Het in figuur 1 weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding omvat een gestel 1, een electro-magneti-sche aandrijfeenheid en een draaitafel 3. De electro-magnetische aan-drijfeenheid, welke als borstelloze D.C. motor is uitgevoerd, is voorzien van een in het als motorhuis uitgevoerde gestel 1 bevestigd statordeel 5 en een aan de draaitafel 3 bevestigd rotordeel 7. Het statordeel 5 omvat een aantal op een printplaat 9 aangebrachte cylindrische spoelen 11, en werkt over een luchtspleet 13 samen met een geschikt aantal op een ferro-magnetische ring 15 aangebrachte axiaal gemagnetiseerde permanente magneten 17 van het rotordeel 7. De draaitafel 3 is star bevestigd op een roteerbare constructie-as 19, welke door een dynamisch axiaal lager 21 volgens de uitvinding en een radiaal lager 23 ten opzichte van het gestel 1 is gelagerd. Het dynamische axiale lager 21 is in dit voorbeeld uitgevoerd als een gaslager, en is voorzien van twee zich tegenover elkaar bevindende ringvormige lager-oppervlakken 21A en 21B waarbij, het lageroppervlak 21A is aangebracht in een aan de omtreksrand 3A van de draaitafel 3 grenzende zone op de naar het gestel 1 toegekeerde zijde van de draaitafel en het lageroppervlak 21B zich bevindt op een flensvormig deel 4 van het gestel 1.

Het lageroppervlak 21A, dat zich evenals het lageroppervlak 21B op een maximale radiale afstand d van de constructie-as 19 bevindt, is volkomen glad uitgevoerd. In het lageroppervlak 21B daarentegen zijn twee patronen van ondiepe groeven aangebracht. In figuur 2, waarin een gedeelte van het lageroppervlak 21B in aanzicht is weergegeven, zijn de patronen aangeduid met de cijfers 25 en 27. De groeven van het ene patroon lopen tegengesteld gericht aan de groeven van het andere patroon, opdat, wanneer de draaitafel 3 roteert in de richting van de in figuur 1 getekende pijl R de patronen 25 en 27 het zich tussen de lageroppervlakken 21A en 21B bevindende gas, in dit voorbeeld lucht, naar elkaar toe stuwt, waardoor in het axiale lager 21 op een opzich-zelf bekende wijze een aërodynamische druk wordt opgebouwd. Het radiale lager 23 is in dit voorbeeld uitgevoerd als een zelfinstellend glij-lager.

De in figuur 1 getoonde inrichting kan bijvoorbeeld toegepast worden in apparaten voor het roteren van magnetisch uitleesbare harde schijven. Daartoe is de draaitafel 3 voorzien van een oplegvlak 29 voor het opleggen van een harde schijf 31. Teneinde electro-stati-sche ladingen van de harde schijf 31 te kunnen afvoeren, is een met de constructie-as 19 in aanraking zijnde aardingsstrip 33 voorzien.

Hierna zullen voor met onderdelen van figuur 1 overeenkomende onderdelen reeds toegepaste verwijzingscijfers gebruikt worden.

De uitvoeringsvorm, zoals getoond in figuur 3> is voorzien van een gestel 1, een draaitafel 3 met een oplegvlak 29, en een een statordeel 5 en een rotordeel 7 omvattende aandrijfeenheid. Op de draaitafel 3 ligt in dit voorbeeld een optisch uitleesbare plaat 31, welke door een aandrukker 32 tegen het oplegvlak 29 wordt gedrukt. De electro-magnetische aandrijfinrichting kan van hetzelfde soort zijn als toegepast is in de inrichting volgens figuur 1. De draaitafel 3 met de rotoras of constructie-as 19 is in het gestel 1 gelagerd door middel van een dynamisch axiaal lager 21 volgens de uitvinding en een dynamisch radiaal lager 23. Het dynamische lager 21 is voorzien van twee lageroppervlakken 21A en 21B, welke elk ringvormig zijn, co-axiaal ten opzichte van de constructie-as 19 lopen en zich parallel aan het oplegvlak 29 uitstrekken. Het op een statordeel 5 omsluitend flensvormig gesteldeel 4 aangebrachte lageroppervlak 21B is volkomen glad uitgevoerd. In het oppervlak 21A, dat aan of nagenoeg aan de omtreks-rand 3A van de draaitafel 3 grenst, zijn patronen van groeven aangebracht, welke verwant zijn aan de in figuur 2 aangeduide patronen 23 en 25. Tussen de zich tegenover elkaar bevindende lageroppervlakken 21A en 21B bevindt zich lucht. Het radiale lager 23 is uitgevoerd als een opzichzelf bekend hydrodynamisch lager, waarbij zich tussen de cilindrische lageroppervlakken, waarvan er ten minste een is voorzien van patronen van groeven, een smeermiddel vindt. Het spiraalgroeflager 23 is zodanig gepositioneerd dat het zwaartepunt van het roterende gedeel te van de getoonde inrichting zich binnen het lager 23 bevindt, bij voorkeur in het door de keerpunten van het lager 23 bepaalde vlak P. Indien gewenst, kan het lager 23 voorzien worden van een afdichtings-systeem om te voorkomen, dat smeermiddeldampen ontwijken.

De in figuur 4 getoonde uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is voorzien van een als motorhuis uitgevoerd gestel 1, waarin een constructie-as 19 vast is bevestigd, een om een rotatie-as 20 roteerbare draaitafel 3 en een electro-magnetische aandrijfeenheid voor het roteren van de draaitafel 3 ten opzichte van het gestel 1. De aandrijfeenheid omvat een in het gestel 1 bevestigd statordeel 5 en een aan de draaitafel 3 bevestigd rotordeel 7, en is overeenkomstig de reeds beschreven aandrijfeenheden uitgevoerd. Het gestel 1 is voorzien van een ringvormige, dwars op de constructie-as 19 georiënteerde naar buiten gerichte flens 4, welke het statordeel 5 omgeeft, een omtreksrand 35 van de inrichting vormt, en een lageropper-vlak 21B van een dynamisch axiaal lager 21 vertoont. Tegenover het lageroppervlak 21B, dat is voorzien van patronen van groeven, bevindt zich een op de draaitafel 3 aangebracht lageroppervlak 21A. Beide ringvormige lageroppervlakken 21A en 21B bevinden zich, gegeven de afmetingen van de inrichting op een maximale afstand van de rotatie-as 20, en zijn uitgevoerd, zoals beschreven is aan de hand van de figuren 1 en 2. De zich tussen het dynamische lager 21 en de constructie-as 19 bevindende ruimte wordt nuttig gebruikt voor het onderbrengen van de aandrijfeenheid. De inrichting is voorts voorzien van een dynamisch radiaal lager 23, dat twee cilindrische lageroppervlakken vertoont, waarvan er een gevormd is door een draaitafeldeel 3B en het andere door de vaste constructie-as 19. Tussen deze lageroppervlakken, waarvan er een is voorzien van een of meer patronen van ondiepe spiraalgroeven, bevindt zich een medium voor het tijdens rotatie van de draaitafel 3 opbouwen van een dynamische druk.

Claims (7)

1. Inrichting voor het roteren van een schijfvormige informatiedrager, omvattende - een gestel, - een om een constructie-as roteerbare, met behulp van een radiaal lager ten opzichte van het gestel gelagerde draaitafel met een opleg-vlak voor de informatiedrager, en - een electromagnetische aandrijfeenheid met een aan het gestel bevestigd statordeel en een aan de draaitafel bevestigd rotordeel, met het kenmerk, dat de draaitafel en een zich tegenover de draaitafel bevindend gesteldeel zijn voorzien van co-axiaal ten opzichte van de constructie-as lopende, zich parallel aan het oplegvlak uitstrekkende, en zich tegenover elkaar, en op een radiale afstand van de genoemde as bevindende ringvormige lageroppervlakken voor het vormen van een zelfstandig dynamisch axiaal lager, waarbij in ten minste een van de lageroppervlakken ten minste een patroon van groeven aanwezig is, dat bij rotatie van het rotordeel ten opzichte van het statordeel een drukop-bouwwerking in een zich tussen de lageroppervlakken bevindend medium teweegbrengt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het zich tussen de lageroppervlakken bevindende medium een gas, in het bijzonder lucht, is.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een aan de omtreksrand van de draaitafel grenzende ringvormige zone is voorzien van een van de zich op afstand van de constructie-as bevindende lageroppervlakken .

4. Inrichting volgens conclusie 1, 2, of 3> met het kenmerk, dat het gestel is uitgevoerd als motorhuis.

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het radiale lager een hydrodynamisch spiraalgroeflager is, waarbij het massamiddelpunt van de draaitafel met het daaraan bevestigde rotordeel zich binnen het lager bevindt.

6. Draaitafel ten gebruike in de inrichting volgens conclusie 1 of 3.

7. Gestel ten gebruike in de inrichting volgens conclusie 1 of 4.