作为计算机技术的不断进步的一个部分，愈来愈大的数据量要求存储在 恒定回转磁盘上的密度就愈来愈高。磁盘驱动器一般包括一个或多个支承于 恒定高速回转的、普通精度的、主轴轴承组件的旋转磁盘，在相对于每一个 磁盘所选择的位置上，至少配置一个读/写磁头，该磁头在极接近于每个磁盘 处是浮动的。磁头从磁道读出数据流或把数据流写到磁道上，磁道位于磁盘 表面的规定位置。磁道的宽度确定了在给定磁盘上可能限定的磁道的数目。 给定磁道的数目愈大，存储的密度就愈大。其主轴承是低磨损的磁盘驱动组 件能提供较高的磁道密度，于是这就造成每个磁盘的存储密度增加。
流体动力主轴轴承是众所周知的，其中轴部分和轴承座部分有对应的面 对表面，在各表面之间支承着相对的回转运动。通过这些轴承表面，一个轴 承部分相对另一部分搭靠在液体润滑剂(即油)的油膜上。这种轴承在技术领 域里是众所周知的，在优点中它的特征一般是具有低的磨损。然而，这样的 轴承要求供给连续循环的润滑。这种润滑无论在磁盘驱动器中使用还是在任 何别的场合使用，对于设计一种成功的流体动力轴承来说都是很重要的。
关于自持润滑型流体动力主轴轴承的改进结构，要解决的主要问题是防 止润滑剂从轴承中泄漏。在任何场合中，润滑剂的损失将会降低轴承的性能， 缩短其寿命，并降低其刚性或减小使轴承倾斜的阻力。当这些损失能降低轴 承性能并引起读/写误差时，这些问题对于带有这种流体动力轴承的磁盘驱动 器来说，是特别严重的。另外，润滑剂的泄漏能导致磁盘表面的污染，使读/ 写过程造成故障，甚至使浮动磁头组件突然失效。这样的磁盘驱动器的工作 条件变化很大，特别是工作温度的变化很大。没有精细的设计，这种温度的 改变或压力的改变将导致从轴承中产生大量的流体损失。
尽管在美国专利5,246,294中指出了解决这个问题的另一种方案，例如 毛细收集器和节流阀组合体，但是对于在各种工作范围内仍须满足对具有可 靠刚性的流体动力轴承的要求。
发明目的
因此，本发明的总目的是提供一种对温度相对不灵敏的改进的流体动力 轴承。
本发明的另一目的是提供一种甚至在工作温度范围很宽的条件下，仍保 持其刚性的流体动力轴承。
本发明的再一个目的是提供一种甚至在工作条件很严格或困难的情况 下，也没有过度消耗动力的流体动力轴承。
本发明还有一个目的是提供一种高度稳定的防止倾斜或摆动的流体动 力轴承，因此它特别适用于磁盘驱动器等装置中。
实现本发明的这些和其他目的的流体动力轴承，是一种具有固定轴和锥 形套筒的锥形结构。该锥形套筒表面对轴的表面向内朝中心区域扩张，扩张 的锥形部分面对轴的向内渐缩区域。套筒和轴在其轴向中心形成连接区域， 其连接区域的形状是凹入形，最好是面对轴的漏斗形表面，以形成一个凹入 的连接区域。凹入区域配置收缩管，当工作场合改变时，压力提高的情况下 收缩管皱缩。管的皱缩使来自锥形轴承外层表面之间的一些润滑流体排出， 减少各轴承之间的湿润的表面区域。结果是，即使工作温度有改变，轴承动 力消耗变化不大，同时轴承的刚性保持稳定。从而得到了一种高效率的轴承， 该轴承在磁盘驱动器和其它类似的工作环境中是非常有用的。
附图说明
本发明上述的和其它的特性和优点，通过参照下列结合附图的详细说明 将会更全面的理解，其中相同的零件标有相同的参照号。
图1A是采用本发明的磁盘驱动器的顶面图；
图1B是采用本发明的磁盘驱动器组件剖开的侧视图；
图2是本发明实施例的局部侧视截面图。
实施发明的最佳方式
图1表示的是示例的磁盘驱动器组件10，轴11固定安装在该磁盘驱动 器组件的框架13中。毂盘18至少支承一个磁盘14，而一般是支承多个磁盘， 磁盘与主轴呈同心安装，且由回转的主轴壳体或套筒15支承。马达16也安 装在框架13上，以驱动回转的壳体15并致使磁盘14回转(马达16的细节是 与本发明不相关的)。图1B示意地表示选取数据用的装置，它也显示了安装 一个磁盘14的轴11。如图所示，当磁盘回转时，选取数据是通过支承在致 动杆27上的变换器23的伺服位置得到，并通过本技术中众所周知的声圈马 达30定位。众所周知的是这种结构的长寿命和有用性，直接取决于支承磁盘 的主轴马达的能力，以便在无倾斜或摆动情况下恒定速度回转和速度均匀， 该主轴马达由于在工作期间靠近改变的环境温度，可能出现许多热源，所以 必须在宽范围变化的环境条件下工作，而且必须还应具有经得起严重振动的 能力。
为实现这些优点下面叙述已设计的该类型的锥形轴承。一般说，在图1A 所示的轴承组件19的实施例中，有围绕轴1的壳体或毂盘15，和形成成对 的其顶相互指向的锥形轴承30、32。具体地说，轴11的锥形部分34、36 是和倾斜的壁面部分38、40配对，但通过轴承间隙42、44从这里彼此分 开。形成轴承间隙的壳体壁的一侧面，最好是外壁38、40是开槽的，例如， 大致在其轴承表面上设有朝内抽吸的螺旋槽(未示出，但在本技术领域中是众 所周知的)。
再参照图1A和图2最佳实施例的更为详细的图。能看到壳体壁部分 38、40是从横端壁50、52径向向内扩张。如前所述，这些表面向内面对 渐缩壁部分36、34，以便形成轴承的间隙。向内渐缩表面34、36是本结 构的固定轴的一部分，壁部分38和40朝向轴承的中心向外扩张，最终到达 短垂直壁部分轴60、62，该垂直壁部分是与轴的垂直表面64相结合，以形 成一个连接区域或过度区域66。
在套筒的扩张的锥形端部处，短垂直面40、42形成导向连接区域64 的开口68和70；该连接区域70的大部分是由套筒15内的凹入槽形成。套 筒15包围固定轴11和成为其一部分的渐缩锥形，并围绕轴转动。
空心管80设置在凹入区域中，并围绕固定轴11。管80是由对油或空 气不可渗透的塑性材料做成，该管尽管可充注入其它气体压力，但最好是充 入周围的空气压力。当管子外侧施加有足够的压力时收缩。也就是说，把管 子设计成可褶曲的甚至在足够压力情况下可收缩的；这就增加围绕轴的凹入 区域70的有效容积，改变轴承表面之间的润滑流体量，最初在各面对锥形表 面之间形成流体动力轴承。采用形成间隙的锥形表面提供了一种楔形结构， 这种结构对于沿整个轴线防止摆动或倾斜提供了显著的总体稳定性。至少在 连接区域上方和下方的两个面对锥形表面其中之一呈沟槽型模式，以分布通 过轴承的润滑流体。
这些沟槽呈螺旋形而不是人字形模式(一般流体动力轴承的模式)，并设 计成使所有泵吸作用都朝向中心或连接区域70。其结果是在收缩管80所处 的中心连接区域中增高了相当大的压力。当连接区域的压力增高时，充注有 周围空气压力的管逐渐收缩，并来自两个相对回转的锥形表面之间的更多的 流体吸入到连接区域70。区域70吸入流体愈多，轴承开口处的流体就愈少， 直到流体返回致使有效的轴承表面开始皱缩为止。当压力一点没有增加时， 在系统和由有效的轴承润湿面积形成的泵的压力之间达到平衡。
目前，该轴承能在变化的环境条件下有效地工作，如果轴承在低温环境 下工作，则润滑流体具有高的粘性，而轴承则在高效率下工作或泵吸。其结 果是，连接区域70的压力将增加，致使管80收缩，从而消耗着较多的轴承 流体，并由此使轴承有效表面面积减少。
相反，如轴承在高温低粘性环境下工作，轴承很少或没有消耗。这就保 持了轴承的刚性，并使轴承动力消耗减少。总之，动力和刚性对整个系统的 温度平衡将得到补偿，因此支承安装在毂盘上的磁盘，在不产生倾斜或摆动 的情况下保持了系统需要的刚性，同时动力消耗也不过多。就是说，当工作 温度上升，润滑剂粘性降低时，轴承不太有效而动力消耗增加。对于定量的 轴承流体来说，温度较高压力较小，管80的收缩比低温时少。在较高温度情 况下，轴承充注有流体，大部分轴承表面用油覆盖，并具有较大的刚性。因 此，这种结构抵消了一般由于温度增加时而刚性降低的现实。
众所周知，当流体动力轴承工作温度升高时粘性下降，所以，对于在轴 承中供给定量的流体而言压力较小，管80的收缩比在低工作温度时少，所以 大部分轴承仍充注有流体。这就造成在大部分轴承表面上由油覆盖着。且使 轴承具有较好的刚性。
因此，这种结构的改进补偿了当流体动力轴承温度降低时刚性增高，而 动力消耗增大的事实。这对于保持轴承座可操作性，特别是用于限制动力的 主轴马达中时是件不利的事。本结构的优点在于，这种轴承即使在可能的最 低工作温度下动力也不过大，并在该温度时仍然具有要求的刚性。本结构由 于提供了制约工作压力的补偿作用，也就提供了一种流体动力轴承，这种流 体动力轴承即使在较低温度情况下，仍处于正常的动力消耗范围。甚至在较 高温度情况下，仍保持系统的所需要的刚性。这种结构的主要优点是在最低 温度情况下有较少的动力消耗，而在最高工作温度情况下保持足够的刚性。 一般在最低温度下很容易发生过大的动力消耗，而在最高温度下刚性很容易 降到低于理想的最小值。虽然这里公开的这种结构会在锥形轴承的宽范围的 锥角内工作，但已发现最大的顶角应是约60度。
还应指出的本发明的其他特征是，位于中心固定轴底部附近有密封档环 100。可看出该固定轴理想的锥形形式，包括在其外表面上连接有锥形部分 104、和具有平直的轴向内表面106的套筒102。主要的压力是在轴承工作 过程中产生，压力可能使油从连接区域70通过凹槽108和轴与套筒之间泄漏 出，并进入外界大气，凹槽用于在轴外表面上安装套筒。设置档环100挤压 在轴主要部分的端部和紧插入流体动力轴承座底部的栓塞112之间，这是为 防止泄漏现象发生。档环或密封垫100在这两件之间受压成致密的密封垫， 提供紧固密封以防止沿表面106、107之间的间隙产生润滑剂的泄漏。
通过对主要结构的组装顺序的讨论能进一步理解本发明。组装顺序以套 筒100开始到磁铁122和毂盘124与套筒相连接。磁铁胶合到套筒120外部； 毂盘一般是压配合在套筒的外表面上。然后将○形环126、128置于套筒上 和下端表面的通道内。其次，将收缩的中空塑性管80安放在凹入槽72中， 而轴向的主要部分130穿过套筒的顶孔延伸过连接区域70并伸出套筒底。按 照这种配置，支承与下部锥形轴承表面40配合的下部锥形的锥形套筒104 被压入套筒表面上方。一般在夹具中夹持轴部分130，并把套筒102压配在 轴的外部分直到抵靠台肩134为止，这样做是很方便的，通过轴130外表面 的槽180，使这两部分结合也很方便，此时，安装底部的对面板90B，该对 面板压靠在套筒底表面52上，并把○形环126装入其槽中。对面板是通过 台肩150固定就位。可拆卸的○形环也滑入邻近对面板90B的锥形端部160， 和现在成为固定轴一部分的套筒104外表面的位置。图2虚线表示的○形环 158是在轴承充注时，从对着外界大气的流体动力轴承的一端将可能的开口 密封住，充注完成后把○形环卸去。
此时将组件放到真空炉中，测出位于顶表面50的油量，这里顶部对面 板90A在最终组装完成时是不动的。显而易见，在局部组装的马达座中，顶 部对面板90A直到充注后是不定位的。虽然很可能有充注轴承的其他的方 法，但是相信这种方法是最有效的，并至少有可能将油留在锥形流体动力轴 承表面的外侧。
现在把局部组装的轴承座安置于加热的真空室中，并把所有空气从该室 抽出，使之从各轴承表面和连接区域70之间全部排出。当恢复到正常压力 时，留在表面50上的油，因没有空气存在而排入轴承表面36、38和34、 40，以及连接区域70之间的区域。现在表面50上的残余的油被清除。而顶 部对面板90A挤压在台肩151内侧的位置，以便牢固地固定就位，其锥形端 部在固定轴向外伸出的表面153的上方。现在，除了在底部上的密封垫或压 陷的橡胶球100连同盖板112，和顶部上的铆钉170以外，组件已全部完成 了。此时，可将橡胶球或密封垫100安放就位并胶合就位，现在可对盒式组 件进行试验或者储存待以后使用。
为了把这种盒式组件连接到磁带驱动器中，此时的组件的下部区域是由 插入基座180的适当开口中的套筒102限定。然后将盖板112压在柱塞或密 封垫100下面的位置。应该指出，盖板112不应配合的太紧，因为这样可使 空气收集在盖板上方，或强制回到流体动力轴承。在将一个磁盘或多个磁盘 配置于毂盘124上后，把顶盖182置于主轴马达上方，并通过插入固定轴顶 部的铆钉或螺钉170固定就位。图2中由层叠件和缠绕件190所代表的其余 的马达件，支承在本领域众所周知的技术所形成的壳体内部。
根据这一技术方案形成的锥型流体动力轴承组件，其中，相对于工作或 环境温度可控制轴承的动力和刚性。当工作环境中的温度比充注过程的温度 低时，在各锥体之间建立起的附加压力对各锥体施压，并使轴承内流体量降 低，使锥形轴承的轴承表面在内径方向从外径减少。当压力较大时，会发生 相反的结果。
本发明的其它特性和优点，对于研究了上述披露的内容的本领域普通技 术人员来说是显而易见的。