CN103178679A

CN103178679A - 主轴电机

Info

Publication number: CN103178679A
Application number: CN2012105599602A
Authority: CN
Inventors: 金勇植; 张浩庆; 金相沅; 朴一雄
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-06-26
Also published as: KR20130073199A; JP2013133939A; US20130162083A1

Abstract

本发明公开了一种主轴电机，该主轴电机包括轴，该轴形成电机的旋转中心；套筒，该套筒容纳所述轴在其中，并且该套筒可旋转地支撑所述轴；推板，该推板在垂直于轴向的方向与所述套筒连接；其中，所述推板包括形成在其上的减小摩擦力的涂层。根据本发明，在所述主轴电机的所述推板上形成用于减少摩擦力的涂层，因此，当所述主轴电机被反复地和连续地停止、运转和停止时，可以有效地减小产生的摩擦力，从而可以提高所述主轴电机的操作性能。

Description

主轴电机

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2011年12月23日，申请号为No.10-2011-0140917，名称为“Spindle Motor（主轴电机）”的韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容引入本申请中以作参考。

技术领域

本发明涉及一种主轴电机。

背景技术

通常，属于无刷直流电机（BLDC）的主轴电机被广泛用作激光打印机的激光光束扫描电机、软盘驱动器（FDD）的电机、用于光盘驱动器例如压缩磁盘（CD）或数字光驱（DVD）等的电机，以及用于硬盘驱动器的电机。

近来，在需要大容量和高速驱动力的装置如硬盘驱动器中，为了最小化产生的噪音和在使用球轴承时振动产生的非重复性跳动（NRRO），已经广泛地使用包括流体动压轴承（fluid dynamic pressure bearing）的主轴电机，所述流体动压轴承与现有球轴承相比具有较低的驱动摩擦力。在流体动压轴承中，薄油膜基本上形成在转子与定子之间，以致通过转动时产生的压力支撑转子和定子。因此，所述转子和定子彼此没有互相接触，从而减少摩擦载荷。在使用流体动压轴承的主轴电机中，润滑油（在下文中，称为“工作液”）保持电机的轴仅凭着动压力（通过轴的离心力使油压返回中心的压力）旋转磁盘。因此，使用流体动压轴承的主轴电机不同于球轴承主轴电机，因为球轴承主轴电机中的轴由铁制的轴球（shaft ball）支撑。

当在所述主轴电机中使用流体动压轴承时，所述转子由流体支撑，因此电机产生的噪音量小、能耗低且抗冲击性好。

在根据现有技术的硬盘驱动器（HDD）电机中，近来，通常使用为了支撑推力轴承的硬度而使用推板的结构。在这种结构中，转变电机从停止状态到运转状态的情况下，静摩擦是产生在所述推板和推力动压产生槽（thrustdynamic pressure generation groove）支撑所述推板而形成的表面之间的最大的摩擦力。在这种摩擦力反复产生的情况下，通过所述摩擦力可以产生磨损粒子。在这种结构中，当所述主轴电机反复地和连续地停止，运转和停止时，所述摩擦力频繁产生，可能减少电机的使用寿命。另外，由于这种摩擦力反复产生，所述主轴电机的操作性能可能恶化，驱动可靠性也可能恶化。

发明内容

本发明旨在提供一种主轴电机，该主轴电机包括在推板上能够减小摩擦力的涂层，因此，当所述主轴电机反复地停止和运转时，可以减小产生的摩擦力。

根据本发明的优选实施方式，提供一种主轴电机，该主轴电机包括：轴，该轴形成电机的旋转中心；套筒，该套筒容纳所述轴在其中，并且该套筒可旋转地支撑所述轴；推板，该推板在垂直于轴向的方向与所述套筒连接；其中，所述推板包括形成在该推板上的减小摩擦力的涂层。

所述减小摩擦力的涂层可以形成在面对所述套筒的所述推板上。

所述减小摩擦力的涂层可以由自组装单层（self-assembled monolayer）（SAM）涂覆法形成。

所述减小摩擦力的涂层可以通过一种方法形成，该方法包括：在己烷溶液中，去除所述推板的表面的有机物；在食人鱼洗液中进行表面处理，使所述推板的表面活化；将所述推板浸渍在溶液中以涂覆所述推板的表面，该溶液通过用浓度为1mM的十六烷溶液稀释十八烷基三氯硅烷（OTS）自组装单层溶液而获得；用异丙醇（IPA）溶液去除所述推板上的残留物；以及用去离子（DI）水清洗所述推板。

所述方法还可以包括：在己烷溶液中去除所述推板的表面的所述有机物之后，在异丙醇溶液中去除所述推板的表面的所述有机物。

所述减小摩擦力的涂层可以通过一种方法形成，该方法包括：在己烷溶液中，去除所述推板的表面的有机物；在食人鱼洗液中进行表面处理，使所述推板的表面活化；将所述推板浸渍在溶液中以涂覆所述推板的表面，该溶液通过用浓度为1mM的异辛烷溶液稀释1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷（FDTS）自组装单层溶液而获得；用异丙醇溶液去除所述推板上的残留物；以及用去离子水清洗所述推板。

附图说明

通过以下结合附图的详细说明，本发明的上述内容和其他目的、特征以及优点将会更加清楚地得以理解，在附图中：

图1是根据本发明的优选实施方式的包括推板的主轴电机的剖视图；

图2是根据本发明的优选实施方式的包括涂层形成其上的推板的透视图；及

图3是沿图2的A-A′线的剖视图。

具体实施方式

本发明的目的、特征和优势将通过下面结合附图对优选实施方式进行的具体描述而被更加清楚地理解。在整个附图中，相同的附图标记用于指示相同或类似的构件，并且省略对其的多余描述。此外，在下面的描述中，术语“第一”、“第二”、“一侧”、“另一侧”以及类似用语用于区分某一构件与其他构件，而这种构件的结构不应被这些术语所限制。另外，在本发明的描述中，当确定对于相关技术的具体描述将使本发明的主旨模糊时，将省略对其的描述。

下面，将参考附图对本发明的优选实施方式进行详细地描述。

图1是根据本发明的优选实施方式的包括推板的主轴电机的剖视图；图2是根据本发明的优选实施方式的包括涂层形成其上的推板的透视图；以及图3是沿图2的A-A′线的剖视图。

根据本发明的优选实施方式的主轴电机包括：轴11，该轴11形成电机的旋转中心，套筒22，该套筒22容纳所述轴11在其中，并且该套筒22可旋转地支撑所述轴11，推板40，该推板40在垂直于轴向的方向与所述套筒22连接，其中，所述推板40包括形成在该推板40上的减小摩擦力的涂层。

如图2和图3所示，所述减小摩擦力的涂层41可以形成在面对所述套筒22的所述推板40上，并且形成在整个所述推板40的表面上。所述减小摩擦力的涂层41由自组装单层(SAM)涂覆法形成。

根据本发明的优选实施方式，在包括所述流体动压轴承的所述主轴电机中，在形成推力动压轴承部的所述推板40上形成所述摩擦力减小的涂层41，因此，可以减小整个摩擦力。通常，所述推板40由陶瓷材料氧化锆(ZrO₂)制成。为了调整烧结后的厚度和表面粗糙度，表面由抛光处理制造，因此，所述推板40具有很好的表面粗糙度，大约在0.035μm或更小。停止状态的主轴电机中的所述推板40和与所述推板40相对应的所述推力动压产生槽相接触，而且在所述主轴电机转动时产生摩擦力。因此，当所述主轴电机从停止状态转变到运转状态时，由摩擦力产生的磨损粒子对电机的寿命具有重要的影响。

本发明为了延长和提高电机的寿命，通过在所述推板40上形成所述减小摩擦力的涂层41以减少根据如上所述的主轴电机的驱动通过摩擦力产生的磨损粒子。如图1所示，通过所述动压产生槽形成在面对所述推板40的所述套筒22的表面，在所述推板40与所述套筒22彼此面对的表面上形成所述流体动压轴承部，而且所述摩擦力可以产生在所述主轴电机停止状态和运转状态之间转变时。然而，所述减小摩擦力的涂层41形成在所述推板40上，因此，这种摩擦力减小，从而能够提高电机的操作性能和可靠性。

所述减小摩擦力的涂层41使用自组装单层(SAM)涂覆法形成。作为自组装单层涂覆法，可以使用将所述推板40浸渍在自组装单层溶液中的浸渍方法，而且所述减小摩擦力的涂层41可以由除浸渍方法以外的各种涂覆法使用所述自组装单层溶液等形成。

作为可以用于所述自组装单层涂层的所述自组装单层的例子，具有能够结合陶瓷表面的氧气（O₂）的十八烷基三氯硅烷（OTS）SAM（CH₃(CH₂)₁₇SiCl₃）或1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷（1H,1H,2H,2H-Perflurodecyltrichlorosilane，FDTS）SAM（CF₃(CH₂)₇(CH₂)₂SiCl₃）等。由于所述自组装单层涂层通常形成具有大约3nm薄的厚度，所述自组装单层涂层的优点在于对所述推板40的设计没有大的影响。

更具体地，使用十八烷基三氯硅烷自组装单层溶液在所述推板40上形成所述减小摩擦力的涂层41的方法包括：在己烷溶液中，去除所述推板40的表面的有机物；在食人鱼洗液中进行表面处理，使所述推板40的表面活化；将所述推板40浸渍在溶液中以涂覆所述推板40的表面，该溶液通过用浓度为1mM的十六烷溶液稀释十八烷基三氯硅烷自组装单层溶液而获得；用异丙醇溶液去除所述推板40上的残留物；以及用去离子水清洗所述推板40。

首先，在己烷溶液中进行去除所述推板40的表面的有机物的过程。在本过程中，去除所述推板40的杂质，因此，保证涂层进行的可靠性。具体地，为了确保去除所述推板40的残留有机物，还可以进行在IPA溶液中去除所述推板40的表面的所述有机物。这里，所述IPA溶液，即，异丙醇，具有溶解非极性物质易于蒸发不留自身污染的特征，因此，所述异丙醇溶液是用于信息技术构件如半导体、液晶显示屏（LCD）等的主要用作清洗液的物质。通过这种处理，可以彻底去除所述推板40的表面的残留杂质。

其次，在食人鱼洗液中进行表面处理的过程，使所述推板40的表面活化。在食人鱼洗液（异辛烷（isooctane））中浸渍所述推板40，从而可以使所述推板40的表面活化，而且更容易形成化学键。

此外，所述推板40浸渍在溶液中以涂覆所述推板40的表面，该溶液通过用浓度为1mM的十六烷溶液稀释十八烷基三氯硅烷自组装单层溶液而获得。这里，进行所述十八烷基三氯硅烷自组装单层涂层，因此可以在所述推板40的表面充分地形成所述减小摩擦力的涂层41。

然后，用异丙醇溶液去除所述推板40的残留物，以及用去离子水清洗所述推板40，从而完成所述推板40的表面处理。这里，所述去离子（DI）水是指通过去除所有溶解在水中的离子除通过水的自电离产生的离子之外没有杂质的纯水。最后，用去离子水清洗所述推板40的表面，从而形成所述减小摩擦力的涂层41。

另外，在所述推板40上使用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷自组装单层溶液形成所述减小摩擦力的涂层41的方法包括：在己烷溶液中，去除所述推板40的表面的有机物；在食人鱼洗液中进行表面处理，使所述推板40的表面活化；将所述推板40浸渍在溶液中以涂覆所述推板40的表面，该溶液通过用浓度为1mM的异辛烷溶液稀释1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷自组装单层溶液而获得；用异丙醇溶液去除所述推板40的残留物；以及用去离子水清洗所述推板40。

这里，这个方法不同于使用上述方法的方法，因为将所述推板40浸渍在溶液中以涂覆所述推板40的表面，该溶液通过用浓度为1mM的异辛烷溶液稀释1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷自组装单层溶液而获得。也就是说，使用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷自组装单层溶液形成所述减小摩擦力的涂层41。因为其他过程是重复以上描述，由此将省略详细说明。

所述摩擦力的影响程度可以通过材料的表面能体现，而且使用根据本发明的所述自组装单层涂层可以减小表面能，因此，形成具有表面能小于不包括所述减小摩擦力的涂层41的现有推板40的疏水性表面如下面表1所示。

表1

材料种类	表面能
		根据现有技术的材料（氧化锆（Z_rO₂））	42.04mJ/m²
OTS SAM涂层	24.12mJ/m²
		FDTS SAM涂层	16.52mJ/m²

如表1所示，因为在低表面能时所述摩擦力减小，可以减少由所述摩擦力产生的所述磨损粒子，因此，可以提高所述主轴电机的驱动性能和可靠性，从而延长所述主轴电机的寿命。

如图1所示，根据本发明优选实施方式的所述主轴电机包括：所述轴11，该轴11形成转子10的旋转中心，所述套筒22，该套筒22容纳所述轴11在其中，并且该套筒22可旋转地支撑所述轴11，基体21，所述基体21连接到所述套筒22的外侧表面以支撑所述套筒22，所述基体21包括安装在所述基体21的内侧表面上的磁芯23以及具有围绕该磁芯23缠绕的线圈23a，并且包括在所述基体21的下端面形成的通孔21a，线圈23a在轴向穿过通过所述通孔21a，以及在所述基底21的背面形成柔性印刷电路板50，其中穿过所述通孔21a的所述线圈23a焊接并粘附到所述柔性印刷电路板50。

所述轴11形成围绕所述主轴电机旋转的中心轴，并通常具有圆柱体形状。通过流体动压轴承用于形成所述推力动压轴承部的所述推板40可以插入地安装使所述推板40垂直于所述轴11的上面部分。这里，所述推板40可以形成在所述轴11的上面部分或插入地安装使所述推板40垂直于所述轴11的下端部分。为了使所述推板40固定到所述轴11上，可以分别对所述推板40和所述轴11进行激光焊接等。然而，对于本领域技术人员来说明显的是可以通过施加预定的压力将所述推板40压装（press-fitted）到所述轴11。为了通过流体动压轴承形成推力动压轴承部，可以在朝向所述推板40与所述套筒22的表面的任一面中形成所述动压产生槽（未图示）。因为根据本发明，在所述推板40上形成所述减小摩擦力的涂层41的结构上面已经说明，这里将省略详细说明。

所述套筒22可以容纳所述轴11在其中，并且具有中空圆柱体形状以便可旋转地支撑所述轴11，并且在相互连接的所述轴11的外周面11a和所述套筒22的内周面22a通过油（工作液）可以形成径向动压轴承部。另外，用于产生所述径向动压轴承部的动压的动压产生槽（未图示）可以在形成所述径向动压轴承部的所述轴11的外周面11a和所述套筒22的内周面22a的任一面形成。

轮毂12（在其上安装和旋转光盘（未图示）或磁盘（未图示））具有在所述轮毂12的中心与其连接为一体的所述轴11，并且连接到所述轴11的上部，以便与所述套筒22的上端面沿轴向相对应。形成的转子磁体13以便与下面描述的所述基体21的所述磁芯23沿径向相对。当电流流过时，所述磁芯23产生磁通量，同时形成磁场。与所述磁芯23相对的所述转子磁体13包括反复磁化的N极和S极以形成电极，该电极与产生在所述磁芯23内的可变电极相对应。由于通过磁通量的交链（interlinkage）产生电磁力，所述磁芯23和所述转子磁体13之间产生斥力，从而使所述轮毂12和连接到所述轮毂12的所述轴11旋转。

所述基体21的一个侧表面连接到所述套筒22的外周面，以致包括所述轴11的所述套筒22连接到所述基体21的内侧。所述基体21具有连接到与所述基体21的一个侧表面相对的另一个侧表面，在与形成在轮毂12上的转子磁体13相对应的位置上的磁芯23，其中，所述磁芯23具有围绕其缠绕的线圈23a。所述基体21可以用于在所述主轴电机的下部支撑所述主轴电机的整个结构，并且所述基体21可以通过挤压工艺法（press processing method）或压铸法（die-casting method）制成。在所述基体21由挤压工艺法制成的情况下，所述基体21可以由各种金属材料例如铝、钢等制成，尤其是可以由具有硬度的材料制成。所述基体21和所述套筒22可以通过应用在所述基体21的内表面或所述套筒22的外表面上的粘合剂相互装配。用于在所述基体21和所述套筒22之间导电的导电粘合剂（未图示）可以连接到并且形成在所述基体21和所述套筒22相互粘合的部分的下端面上。形成所述导电粘合剂以允许在电机运转时产生的过量电荷通过基体21流出，从而能够提高电机运转的可靠性。

所述磁芯23通常由多个薄金属板层叠而成，并且所述磁芯23固定地设置在包括柔性印刷电路板50的所述基体21上。在所述基体21的下端面中可以形成多个通孔21a，以便与缠绕线圈23a引导的线圈23a相对应，并且通过所述通孔21a引出的所述线圈23a可以焊接并电连接于所述柔性印刷电路板50。

盖部件（cover member）30连接到所述套筒22以遮盖所述轴11和所述套筒22沿轴向的下端面。所述盖部件30包括形成在与所述轴11的下端面11b相对的内侧表面中的动压产生槽，从而能够形成推力动压轴承部。所述盖部件30具有连接到所述套筒22同时完全遮盖所述套筒22的下端的结构，因此，所述盖部件30可以存储形成在所述流体动压轴承的油（工作液）。

下面将参照图1简要说明根据本发明的优选实施方式的主轴电机的构件及其之间的操作关系。

转子10可以包括所述轴11和轮毂12以及定子20，所述轴11成为旋转轴并可旋转的形成，所述轮毂12具有与其连接的所述转子磁体13，所述定子20可以包括所述基体21、所述套筒22、所述磁芯23和拉板（pulling plate）24。每个所述磁芯23和所述转子磁体13连接到所述基体21的外侧和所述轮毂12的内侧同时彼此相对。当对所述磁芯23施加电流时，产生磁通量同时形成磁场。与所述磁芯23相对的所述转子磁体13包括反复磁化的N极和S极以形成电极，该电极与产生在所述磁芯23内的可变电极相对应。由于通过磁通量的交链产生电磁力，所述磁芯23和所述转子磁体13之间产生斥力，从而使所述轮毂12和连接到所述轮毂12的所述轴11旋转，从而驱动根据本发明的优选实施方式的所述主轴电机。另外，为了防止电机驱动时发生移动（floating），在所述基体21上形成所述拉板24以便与所述转子磁体13沿轴向相对应。所述拉板24可以由金属材料制成以致吸引力作用在所述拉板24和所述转子磁体13之间。更具体地，所述拉板24可以由例如不锈钢材料、镍、金等材料制成。另外，所述拉板24的材料不限于上述材料，只要是具有允许吸引力作用在所述拉板24和所述转子磁体13之间的性质的金属材料即可。所述拉板24和所述转子磁体13具有作用在它们之间的吸引力，从而能够使电机稳定地旋转。

根据本发明，在所述主轴电机的所述推板上形成了用于减小摩擦力的涂层，从而，可以延长所述主轴电机的寿命。

另外，在所述主轴电机的所述推板上形成了用于减小摩擦力的涂层，从而，当所述主轴电机反复地和连续地停止、运转和停止时，可以有效减小产生的摩擦力，从而能够提高所述主轴电机的操作性能。

而且，在所述主轴电机的所述推板上形成了用于减小摩擦力的涂层，从而，减小所述推板的表面能以形成疏水表面，并且可以减少所述磨损粒子的产生。

此外，在所述主轴电机的所述推板上形成了用于减小摩擦力的涂层，从而，可以保证所述主轴电机的驱动可靠性。

另外，因为在所述主轴电机的所述推板上使用所述自组装单层涂层作为用于减小摩擦力的涂层，形成减小细小摩擦力的涂层，因此，所述涂层可以在所述推板的现有结构中选择和使用，而不需要单独设计更改。

虽然出于说明目的公开了本发明的优选实施方式，但这些实施方式用于具体解释本发明，因此根据本发明的主轴电机不限于此，而本领域技术人员应该理解的是，在不脱离公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改变、增加和替换是可能的。

因此，任何和所有改变、变化或等同布置都应视为落入本发明的范围，本发明的具体范围将在附带的权利要求中公开。

Claims

1.一种主轴电机，该主轴电机包括：

轴，该轴形成电机的旋转中心；

套筒，该套筒容纳所述轴在其中，并且该套筒可旋转地支撑所述轴；

推板，该推板在垂直于轴向的方向与所述套筒连接；

其中，所述推板包括形成在该推板上的减小摩擦力的涂层。

2.根据权利要求1所述的主轴电机，其中，所述减小摩擦力的涂层形成在面对所述套筒的所述推板上。

3.根据权利要求1所述的主轴电机，其中，所述减小摩擦力的涂层由自组装单层涂覆法形成。

4.根据权利要求1所述的主轴电机，其中，所述减小摩擦力的涂层通过一种方法形成，该方法包括：

在己烷溶液中，去除所述推板的表面的有机物；

在食人鱼洗液中进行表面处理，使所述推板的表面活化；

将所述推板浸渍在溶液中以涂覆所述推板的表面，该溶液通过用浓度为1mM的十六烷溶液稀释十八烷基三氯硅烷自组装单层溶液而获得；

用异丙醇溶液去除所述推板上的残留物；以及

用去离子水清洗所述推板。

5.根据权利要求4所述的主轴电机，其中，所述方法还包括：在己烷溶液中去除所述推板的表面的所述有机物之后，在异丙醇溶液中去除所述推板的表面的所述有机物。

6.根据权利要求1所述的主轴电机，其中，所述减小摩擦力的涂层通过一种方法形成，该方法包括：

在己烷溶液中，去除所述推板的表面的有机物；

在食人鱼洗液中进行表面处理，使所述推板的表面活化；

将所述推板浸渍在溶液中以涂覆所述推板的表面，该溶液通过用浓度为1mM的异辛烷溶液稀释1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷自组装单层溶液而获得；

用异丙醇溶液去除所述推板上的残留物；以及

用去离子水清洗所述推板。

7.根据权利要求6所述的主轴电机，其中，所述方法还包括：在己烷溶液中去除所述推板的表面的所述有机物之后，在异丙醇溶液中去除所述推板的表面的所述有机物。