JP5459887B1 - スピンドルモータ及びこれを含むハードディスクドライブ - Google Patents

スピンドルモータ及びこれを含むハードディスクドライブ Download PDF

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Abstract

【課題】ラビリンスシール効果を極大化して外部異物の流入及び潤滑流体の漏れを防止することができるスピンドルモータ及びこれを含むハードディスクドライブ。
【解決手段】スピンドルモータは、下部に固定溝111を備えるシャフト110と、固定溝111に挿入される固定部121、固定部121から半径方向外側に延長する円板部123、及び円板部123から軸方向に延長する延長部125を備える下部スラスト部材120と、延長部125と結合するベース部材と、シャフト110と軸受間隙を形成し、シャフト110に対して回転可能に備えられる回転部材と、延長部125の上面と上記回転部材との間に備えられる第1シール部400と、上記ベース部材の内周面と上記回転部材の外周面との間に備えられる第2シール部500と、を含む。
【選択図】図2

Description

本発明は、スピンドルモータ及びハードディスクドライブに関する。
ハードディスク(hard disk)駆動装置などの情報記録再生装置には、耐振動性に優れた軸をハードディスク(hard disk)駆動装置のボックスに固定したいわゆる軸固定型のスピンドルモータを搭載することができる。
即ち、ハードディスク駆動装置に搭載されるスピンドルモータは、記録されている情報が外部衝撃によって破損されたり、記録/読み取りできない状態になることを防止するために、シャフトが固設される構造を有することができる。
一方、ハードディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータには高い信頼性が要求されるため、固定型シャフトを備える流体動圧軸受アセンブリに充填される潤滑流体の充填量を維持する必要がある。
上記潤滑流体が、外部衝撃または振動などにより、気体と成って気液界面を離脱して外部に漏れる場合、スピンドルモータの回転特性が低下する可能性があり、潤滑流体の不足により、軸受間隙を形成する回転部材と固定部材が摩耗される恐れがある。
従って、潤滑流体が外部に漏れることを防止することができる構造を開発する必要がある。
本発明の一実施例による目的は、ラビリンスシール効果を極大化して外部異物の流入及び潤滑流体の漏れを防止することができるスピンドルモータ及びこれを含むハードディスクドライブを提供することにある。
また、本発明の目的は、モータの性能を向上し、モータの寿命を延長することができるスピンドルモータ及びこれを含むハードディスクドライブを提供することにある。
本発明の一実施例によるスピンドルモータは、下部に固定溝を備えるシャフトと、上記固定溝に挿入される固定部、上記固定部から半径方向外側に延長する円板部、及び上記円板部から軸方向に延長する延長部を備える下部スラスト部材と、上記延長部と結合するベース部材と、上記シャフトと軸受間隙を形成し、上記シャフトに対して回転可能に備えられる回転部材と、上記延長部の上面と上記回転部材との間に備えられる第1シール部と、上記ベース部材の内周面と上記回転部材の外周面との間に備えられる第2シール部と、を含むことができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記第1シール部は、半径方向内側に向かって上向きに傾斜することができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記延長部の上面及び上記延長部の上面に対向配置される上記回転部材の対向面のうち少なくとも一つは半径方向内側に向かって上向きに傾斜することができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記延長部の内周面と上記回転部材の外周面との間には第1気液界面が形成されることができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記第1気液界面の軸方向上側には第1空間部が備えられることができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記第1空間部は軸方向上側に向かって広くなることができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記第1シール部と上記第2シール部が接する部分には第2空間部が形成されることができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記第2空間部の体積は上記第1空間部の体積より小さいことがある。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記延長部の上面の半径方向外側端には軸方向下側に陥入して形成される段差部が備えられることができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記ベース部材は、本体部と、上記本体部から軸方向上側に延長する結合部と、を備え、上記結合部が上記延長部と結合することができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記結合部の内周面と上記回転部材との間には第2シール部が形成されることができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記結合部の内周面に対向配置される上記回転部材の対向面は上記延長部の外周面より半径方向内側に位置することができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記結合部の上面は上記延長部の上面より軸方向上側に位置することができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記シャフトの上部には半径方向外側に延長するフランジ部が備えられ、上記フランジ部の外周面及び上記フランジ部の外周面に対向配置される上記回転部材の対向面には第2気液界面が形成されることができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記フランジ部の外周面及び上記フランジ部の外周面に対向配置される上記回転部材の対向面のうち少なくとも一つはテーパ状に形成されることができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータは、上記フランジ部の上面及び上記回転部材の上面のうち何れか一つに固定され、潤滑流体の漏れを防止するカバー部をさらに含むことができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの上記回転部材は、上記シャフトと、上記下部スラスト部材との間に軸受間隙を形成するスリーブと、上記スリーブから延長形成されるロータハブと、を備えることができる。
本発明の一実施例によるハードディスクドライブは、基板を介して印加される電源によりディスクを回転させる請求項1〜17の何れか一項に記載のスピンドルモータと、上記ディスクのデータを記録及び再生するための磁気ヘッドと、上記磁気ヘッドを上記ディスク上の所定の位置に移動させるためのヘッド駆動部と、を含むことができる。
本発明によるスピンドルモータ及びこれを含むハードディスクドライブによると、ラビリンスシール効果を極大化して外部異物の流入及び潤滑流体の漏れを防止することができる。
また、モータの性能を向上し、寿命を延長することができる。
本発明の一実施例によるスピンドルモータの概略断面図である。 図1のA部分の拡大断面図である。 図2のB部分の拡大断面図である。 本発明の一実施例によるシャフト、回転部材、下部スラスト部材、及びベース部材の部分切開斜視図である。 本発明の一実施例によるモータを用いるディスク駆動装置の概略断面図である。
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同一の思想の範囲内で他の構成要素の追加、変更、削除等によって、退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施例を容易に提案することができ、これも本発明の思想の範囲内に含まれる。
また、各実施例の図面に示す同一の思想の範囲内における機能が同一の構成要素は、同一の参照符号を用いて説明する。
先ず、方向に対する用語を定義すると、軸方向は図1を参照して、シャフトを基準として上下方向を意味し、半径方向外側方向又は半径方向内側方向は上記シャフトを基準としてロータハブの外周面に向かう方向又は上記ロータハブの外周面からシャフトの中心に向かう方向を意味する。
図1は本発明の一実施例によるスピンドルモータの概略断面図であり、図2は図1のA部分の拡大断面図であり、図3は図2のB部分の拡大断面図である。
また、図4は本発明の一実施例によるシャフト、回転部材、下部スラスト部材及びベース部材の部分切開斜視図である。
図1から図4を参照すると、本発明の一実施例によるスピンドルモータ600は、シャフト110、下部スラスト部材120、及びベース部材330を含む固定部材と、回転部材200と、第1シール部400と、第2シール部500と、を含んでなることができる。下部スラスト部材120はスラスト部材の一例であってよい。
ここで、上記シャフト110及び下部スラスト部材120は、ベース部材330と共に固定部材を構成することができる。
即ち、上記ベース部材330は、回転部材200の回転を支持する固定部材であることができる。
ここで、上記ベース部材330は、上記回転部材200と共に所定空間を形成することができ、上記空間にはコイル310が巻線されるコア320が配置されることができる。
具体的に、上記ベース部材330は、本体部331と、上記本体部331から軸方向上側に延長する結合部333と、を備えることができ、上記コイル310が巻線されるコア320は、上記結合部333の外周面に固設されることができる。
上記ベース部材330は、アルミニウム(Al)を材料として、ダイキャスティング(Die−casting)方式により製造することができ、鋼板(steel sheet)を塑性加工(例えば、プレス加工)して製造することができる。
上記シャフト110は、上記下部スラスト部材120を介して上記ベース部材330に間接的に固設されることができ、上記下部スラスト部材120及び上記ベース部材330と共に固定部材を構成することができる。
上記シャフト110は、上記下部スラスト部材120の一部が挿入される固定溝111を備えることができる。
即ち、上記シャフト110の下部には軸方向上側に陥入して形成される固定溝111が備えられることができ、上記固定溝111に上記下部スラスト部材120の一部が挿入固定されることができ、圧入、溶接、及びボンディングのうち少なくとも一つの方式により固設されることができる。
一方、上記シャフト110の上部には半径方向外側に延長するフランジ部113が備えられることができる。
上記フランジ部113は、上記回転部材200に備えられる収容溝211に収容されることができ、上記回転部材200と軸受間隙を形成することができる。
上記フランジ部113の底面には、上記回転部材200がより安定して回転されるようにスラスト動圧を発生させるスラスト動圧部(不図示)が形成されることができる。
但し、これに限定されず、上記スラスト動圧部(不図示)が上記フランジ部113の底面に対向配置される上記回転部材200の対向面に形成されることも可能である。
一方、上記フランジ部113の外周面と上記収容溝211を形成する内壁212との間には第2気液界面(F2)が形成されることができ、上記第2気液界面(F2)を形成するために、上記フランジ部113の外周面と、上記収容溝211を形成する内壁212のうち少なくとも一つはテーパ状に形成されることができる。
上記フランジ部113の上面は、カバー部130を固定するために段差状に形成することができる。
上記カバー部130は、上記フランジ部113の上面の段差状に形成された部分に固定配置されて潤滑流体の漏れ及び蒸発を抑制することができる。
但し、上記カバー部130は、上記フランジ部113の上面に固定配置されることに限定されず、上記回転部材200の上面に固定配置されることも可能である。
上記下部スラスト部材120は、上記回転部材200のスリーブ210と共に第1気液界面(F1)を形成することができ、上記シャフト110と結合して固定部材を構成することができる。
上記下部スラスト部材120は、上記固定溝111に挿入される固定部121と、上記固定部121から半径方向外側に延長する円板部123と、上記円板部123の端部から軸方向に延長する延長部125と、を備えることができる。
上記延長部125の外周面は、上記ベース部材330の上記結合部333の内周面に、溶接、ボンディング、及び圧入のうち少なくとも一つの方式により結合されることができる。
また、上記下部スラスト部材120に備えられる上記円板部123の上面及び上記回転部材200に備えられる上記スリーブ210の底面のうち少なくとも一つには、スラスト動圧を発生させるためのスラスト動圧部(不図示)が形成されることができる。
即ち、上記下部スラスト部材120に形成される上記スラスト動圧部(不図示)により上記回転部材200が回転するとスラスト動圧が発生するため、上記回転部材200がより安定して回転されることができる。
上記回転部材200は、上述した上記シャフト110と軸受間隙を維持した状態で潤滑流体を介して回転可能に設けられることができ、記録媒体を搭載することができる。
上記回転部材200は、上記固定部材と軸受間隙を形成するスリーブ210と、上記スリーブ210から延長するロータハブ220と、を含むことができる。
上記スリーブ210と上記ロータハブ220の個別の部材が互いに結合して回転部材200を構成することができるが、本発明の一実施例によるスピンドルモータ600では、上記スリーブ210と上記ロータハブ220が一体に形成されて回転部材200を構成することができる。
上記スリーブ210と上記ロータハブ220が一体に形成されて回転部材200を構成する場合、反復的なランアウト(Repeatable Run Out;RRO)を低減させることができ、微細振動を最小化して性能を極大化することができる。
上記スリーブ210には、上記スリーブ210の上部と下部を連通する少なくとも一つのバイパス流路が形成されることができる。
上記バイパス流路は、潤滑流体の圧力を分散して平衡を保つことができ、上記潤滑流体の内部に存在する気泡などを循環によって排出されるように移動させることができる。
上記スリーブ210は、上記シャフト110及び上記下部スラスト部材120と軸受間隙を維持した状態で上記シャフト110及び上記下部スラスト部材120と結合することができる。
また、上記スリーブ210の内周面には、上記スリーブ210の回転時に軸受間隙に充填した潤滑流体を介して流体動圧を発生させるためのラジアル動圧部(不図示)が形成されることができる。
但し、上記ラジアル動圧部(不図示)は、上記スリーブ210の内周面に形成されることに限定されず、上記シャフト110の外周面に形成されることも可能である。
上記スリーブ210は中央に貫通孔を備えて上記貫通孔に上記シャフト110を挿入することができ、上記スリーブ210の上部には、上記シャフト110の上記フランジ部113を収容するための収容溝211を備えることができる。
一方、上記回転部材200に備えられる上記スリーブ210の外周面と、上記下部スラスト部材120に備えられる上記延長部125の内周面との間には第1気液界面(F1)が形成されることができる。
この場合、上記スリーブ210の外周面と、上記延長部125の内周面のうち少なくとも一つは、上記第1気液界面(F1)が形成されるように傾斜して形成されることができる。
即ち、上記第1気液界面(F1)は、上記スリーブ210の外周面と、上記延長部125の内周面との間に形成され、軸方向上側に向かうように形成されることができる。
また、上記第2気液界面(F2)は、上記フランジ部113の外周面と上記内壁212との間に形成されることができ、上記第1気液界面(F1)と同様に、軸方向上側に向かうように形成されることができる。
ここで、軸受間隙についてより詳細に説明すると、上記スリーブ210の内周面は、上記シャフト110の外周面と所定間隔離隔して軸受間隙を形成し、上記スリーブ210の上面と上記フランジ部113、上記スリーブ210の底面と上記下部スラスト部材120もまた所定間隔離隔して軸受間隙を形成することができる。
上記軸受間隙は互いに連結されることができ、上記軸受間隙に潤滑流体が充填されることができる。
一方、上記第1気液界面(F1)の上側には第1空間部127が形成されることができる。
上記第1空間部127は、上記スリーブ210の外周面と、上記延長部125の内周面との間に形成される空間を意味することができる。
即ち、上記第1空間部127は上記第1気液界面(F1)と接触することができる。
ここで、上記スリーブ210の外周面と、上記延長部125の内周面のうち少なくとも一つが傾斜して形成されることにより、上記スリーブ210の外周面と上記延長部125の内周面との間の間隙は軸方向上側に向かって広く形成され、結果、上記第1空間部127は軸方向上側に向かって広く形成されることができる。
上記ロータハブ220は、上記スリーブ210から半径方向外側に延長するハブベース221と、上記ハブベース221から軸方向に延長するマグネット支持部222と、を含むことができる。
上記マグネット支持部222の内周面には環状を有するマグネット230が装着されることができ、上記マグネット230は、円周方向にN極、S極が交互に着磁されて所定強さの磁場を発生させる永久磁石であることができる。
また、上記マグネット230は、コイル310が巻線されるコア320に対向配置され、上記コイル310が巻線されたコア320との電磁気的相互作用により上記回転部材200を回転させるための駆動力を発生させる機能を果たす。
即ち、上記コイル310に電源が供給されると、上記コイル310が巻線されたコア320と上記マグネット230の電磁気的相互作用により、上記回転部材200を回転させるための駆動力が発生する。これにより、上記回転部材200が上記シャフト110を中心に回転することができる。
第1シール部400は、上記延長部125の上面と上記回転部材200との間に備えられることができる。
具体的に、上記第1シール部400は、上記延長部125の上面と、上記延長部125の上面に対向配置される上記回転部材200の対向面213との間に形成されることができる。
また、上記第1シール部400は、半径方向内側に向かって上向きに傾斜して形成されることができる。
このために、上記延長部125の上面及び上記延長部125の上面に対向配置される上記回転部材200の対向面213のうち少なくとも一つは、半径方向内側に向かって上向きに傾斜して形成されることができる。
上記第1シール部400が半径方向内側に向かって上向きに傾斜して形成されることにより、上記第1シール部400の長さを最大化することができ、シール効果を極大化することができる。
第2シール部500は、上記ベース部材330の上記結合部333と、上記回転部材200との間に備えられることができる。
具体的に、上記第2シール部500は、上記結合部333の内周面と、上記結合部333の内周面に対向配置される上記回転部材200の対向面215との間に形成されることができる。
従って、上記結合部333の内周面と上記回転部材200の対向面215との間には上記第2シール部500を形成するための所定の大きさを有する間隙が形成される。このために、上記結合部333の内周面に対向配置される上記回転部材200の対向面215は、上記下部スラスト部材120の上記延長部125の外周面より半径方向内側に位置することができる。
上記第1シール部400、上記第2シール部500、及び上記第1空間部127は互いに接して連通することができる。
上記第1シール部400及び上記第2シール部500と上記第1空間部127が成している間隙を異なる大きさに形成することにより、圧力低下とエネルギー損失を誘導して外部の異物が軸受間隙に流入することを防止することができ、潤滑流体が上記第1気液界面(F1)を離脱して外部に漏れることを防止することができる。
即ち、上記第1シール部400及び上記第2シール部500によりラビリンス(Labyrinth)シールを形成することができる。
ここで、上記第1シール部400及び上記第2シール部500が接する部分には第2空間部129が形成されることができる。
上記延長部125の上面の半径方向外側端には、軸方向下側に陥入して形成される段差部128が備えられることができる。
上記段差部128により、上記結合部333の内周面と上記延長部125の外周面との間の間隙が広くなり、上記第2空間部129を形成することができる。
上記第1、2シール部400、500に比べて上記第2空間部129が相対的に広い間隙を有することにより圧力低下の効果を極大化することができ、結果、シール効果を向上することができる。
また、相対的に狭い間隙を有する上記第1、2シール部400、500により蒸発した潤滑流体を含有する空気が外部に流出されることを抑制して、潤滑流体が減少することを防止することができる。
ここで、上記第2空間部129の体積は、上記第1空間部127の体積より小さいことができる。
図5は本発明の一実施例によるモータを用いるディスク駆動装置の概略断面図である。
図5を参照すると、本発明によるモータが装着された記録ディスク駆動装置800は、ハードディスク駆動装置であって、スピンドルモータ600と、ヘッド駆動部810と、ハウジング820と、を含むことができる。
上記スピンドルモータ600は、上述した本発明の一実施例によるスピンドルモータの特徴を全て有しており、記録ディスク830を搭載することができる。
上記ヘッド駆動部810は、上記スピンドルモータ600に搭載された記録ディスク830の情報を検出する磁気ヘッド815を、検出しようとする記録ディスクの面に移送することができる。
ここで、上記磁気ヘッド815は、上記ヘッド駆動部810の支持部817上に配置されることができる。
上記ハウジング820は、上記スピンドルモータ600と上記ヘッド駆動部810を収容する内部空間を形成するために、モータ搭載プレート822と、上記モータ搭載プレート822の上部を遮蔽するトップカバー824と、を含むことができる。
以上の実施例により、本発明によるスピンドルモータ及びこれを含むハードディスクドライブは、ラビリンスシール効果を極大化して外部異物の流入及び潤滑流体の漏れを防止することができ、スピンドルモータの性能を向上し、寿命を延長することができる。
以上、本発明による実施例に基づいて本発明の構成及び特徴について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の思想及び範囲内で多様に変更または変形することができることは、本発明が属する技術分野の当業者にとって明白なことであり、従って、このような変更または変形は添付の特許請求の範囲に属することを明らかにしておく。
110 シャフト
120 下部スラスト部材
130 カバー部
200 回転部材
210 スリーブ
220 ロータハブ
221 ハブベース
222 マグネット支持部
230 マグネット
310 コイル
320 コア
330 ベース部材
400 第1シール部
500 第2シール部

Claims (18)

  1. 軸方向一方側の端部に固定溝を備えるシャフトと、
    前記固定溝に挿入される固定部、前記固定部から半径方向外側に延長する円板部、及び前記円板部から軸方向他方側に延長する延長部を備えるスラスト部材と、
    前記延長部と結合するベース部材と、
    前記シャフトと軸受間隙を形成し、前記シャフトに対して回転可能に備えられる回転部材と、
    前記延長部の前記軸方向他方側の面と前記回転部材との間に備えられる第1シール部と、
    前記ベース部材の内周面と前記回転部材の外周面との間に備えられる第2シール部と、 を含む、スピンドルモータ。
  2. 前記第1シール部は、半径方向内側に向かって前記軸方向他方側の向きに傾斜する、請求項1に記載のスピンドルモータ。
  3. 前記延長部の前記軸方向他方側の面及び前記延長部の前記軸方向他方側の面に対向配置される前記回転部材の対向面のうち少なくとも一つは半径方向内側に向かって前記軸方向他方側の向きに傾斜する、請求項1または2に記載のスピンドルモータ。
  4. 前記延長部の内周面と前記回転部材の外周面との間には第1気液界面が形成される、請求項1から3の何れか1項に記載のスピンドルモータ。
  5. 前記第1気液界面の前記軸方向他方側には第1空間部が備えられる、請求項4に記載のスピンドルモータ。
  6. 前記第1空間部は前記軸方向他方側に向かって広くなる、請求項5に記載のスピンドルモータ。
  7. 前記第1シール部と前記第2シール部が接する部分には第2空間部が形成される、請求項5または6に記載のスピンドルモータ。
  8. 前記第2空間部の体積は前記第1空間部の体積より小さい、請求項7に記載のスピンドルモータ。
  9. 前記延長部の前記軸方向他方側の面の半径方向外側端には前記軸方向一方側に陥入して形成される段差部が備えられる、請求項1から8の何れか1項に記載のスピンドルモータ。
  10. 前記ベース部材は、本体部と、前記本体部から前記軸方向他方側に延長する結合部と、を備え、前記結合部が前記延長部と結合する、請求項1から9の何れか1項に記載のスピンドルモータ。
  11. 前記結合部の内周面と前記回転部材との間には第2シール部が形成される、請求項10に記載のスピンドルモータ。
  12. 前記結合部の内周面に対向配置される前記回転部材の対向面は前記延長部の外周面より半径方向内側に位置する、請求項10または11に記載のスピンドルモータ。
  13. 前記結合部の前記軸方向他方側の面は前記延長部の前記軸方向他方側の面より前記軸方向他方側に位置する、請求項10から12の何れか1項に記載のスピンドルモータ。
  14. 前記シャフトの前記軸方向他方側の端部には半径方向外側に延長するフランジ部が備えられ、前記フランジ部の外周面及び前記フランジ部の外周面に対向配置される前記回転部材の対向面には第2気液界面が形成される、請求項1から13の何れか1項に記載のスピンドルモータ。
  15. 前記フランジ部の外周面及び前記フランジ部の外周面に対向配置される前記回転部材の対向面のうち少なくとも一つはテーパ状に形成される、請求項14に記載のスピンドルモータ。
  16. 前記フランジ部の前記軸方向他方側の面及び前記回転部材の前記軸方向他方側の面のうち何れか一つに固定され、潤滑流体の漏れを防止するカバー部をさらに含む、請求項14または15に記載のスピンドルモータ。
  17. 前記回転部材は、前記シャフトと、前記スラスト部材との間に軸受間隙を形成するスリーブと、前記スリーブから延長形成されるロータハブと、を備える、請求項1から16の何れか1項に記載のスピンドルモータ。
  18. 基板を介して印加される電源によりディスクを回転させる請求項1〜17の何れか一項に記載のスピンドルモータと、
    前記ディスクのデータを記録及び再生するための磁気ヘッドと、
    前記磁気ヘッドを前記ディスク上の所定の位置に移動させるためのヘッド駆動部と、を含む、ハードディスクドライブ。
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