KR100522590B1 - 밸런서 - Google Patents

Abstract

회전체의 편심질량에 의한 내부진동을 억제할 수 있는 밸런서를 개시한다.

개시된 밸런서는, 회전축을 중심으로 회전하며, 그 회전축 주위에 환형으로 인입 형성된 레이스를 갖는 회전체; 및 레이스 내에 위치되며, 회전체의 밸런싱 위치에서 고정될 수 있는 밸런싱액;을 구비한다.

Description

밸런서{Ballancer}

본 발명은 밸런서에 관한 것으로서, 상세하게는 밸런싱액을 회전체의 레이스 내에 위치시키고, 그 회전체가 밸런싱된 상태에서 밸런싱액을 레이스에 고착시킴으로써 매 회전시 마다 밸런싱 동작이 불필요해지도록 구조가 개선된 밸런서에 관한 것이다.

일반적으로 컴팩트 디스크(CD), 씨디롬(CD-ROM), 디지털 비디오 디스크(DVD), 디브이디롬(DVD-ROM), 하드디스크 드라이브(HDD)와 같은 디스크 플레이어에 사용되는 스핀들모터, 턴테이블와 같은 회전체는 제조 공정 상의 오차에 따라 회전체의 회전시 그 편심질량에 의해 회전중심과 무게중심이 불일치하는 것이 통상적인 현상이다. 이와 같이 회전중심과 무게중심이 일치되지 않은 상태로 회전체가 회전하게 되면, 그 회전중심이 공전(空轉)하게되어 훨링(whirling) 현상이 발생한다. 따라서, 회전체는 내부진동이 발생하게 되는데 특히, 회전의 반경방향으로의 진동이 심각한 문제를 야기한다.

이와 같이 내부진동을 억제하기 위해 종래의 밸런서는 도 1에 도시된 바와 같은 자기보상형 밸런싱(Self-Compensating balancing) 원리를 이용한다. 이 밸런서는 케이스(10)와, 이 케이스(10) 내에 위치한 다수의 가동부재(40)를 구비한다. 케이스(10)는 강체와 같은 가동부재(40)가 놓이도록 그 내부로 인입 형성된 환형의 레이스(21)를 갖는 본체(20)와, 이 본체(20)의 개구부를 덮을 수 있는 커버부재(30)를 포함한다.

상기 커버부재(30)의 중심에는 구동원(50)의 회전축(51)에 케이스(10)를 결합시키기 위한 체결공(35)이 형성되어 있다. 환형의 레이스(21)는 가동부재(40)가 자유롭게 움직일 수 있도록 된 공간으로서, 체결공(35)의 중심을 그 회전중심으로 한다. 따라서, 케이스(10)의 회전시 레이스(21) 내부에 위치된 가동부재(40)는 원심력에 의해 회전축(51)의 회전중심으로부터 멀어지는 방향으로 위치되려고 한다. 여기서, 회전축(51)이 편심질량에 의해 공전하는 경우, 강체(40)는 회전축(51)을 기준으로 상기 공전중심과 반대측에 위치되어 상기 편심질량에 의한 내부진동을 억제한다. 이러한 밸런서는 회전체의 정상적인 회전속도를 감안하여 환형을 이루는 레이스(21)의 중심 및 직경과, 가동부재(40)의 직경, 질량 및 개수가 적절히 결정됨으로써 회전체의 불평형 질량에 의한 내부진동을 완화하게 된다.

상기와 같은 자기보상형 밸런싱 원리는 필연적으로 디스크와 같은 회전대상물이 회전체에 결합되어 회전될 때, 가동부재(40)의 움직임에 의해 밸런싱 동작이 마무리되는 것으로서, 언밸런싱된 상태에서 회전체의 최초 회전시 그 밸런싱 위치로 가동부재(40)가 찾아가기 위해 레이스(21) 내부에서 상기 가동부재(40)가 구르는데 따르는 소음, 진동 등의 문제가 심각하다.

그러나, 하드디스크 드라이브(HDD)와 같은 디스크 플레이어의 경우에는 초기 밸런싱 동작을 위해 가동부재의 움직임에 의해 소음이 심하게 발생하고, 진동이 증가되는 문제점이 있다. 그런데, 디스크와 같은 회전대상물이 장착되지 않고 회전체 그 자체에 이미 편심질량이 결정되는 하드디스크 드라이브와 같은 경우에는 매 회전시 마다 상기 자기보상형 밸런싱 원리를 적용시킬 필요가 없으며, 일단 회전체의 언밸런싱 량이 결정되면 그 언밸런싱 상태를 보상한 상태인 최초 밸런싱 위치에서 가동부재(40)를 레이스(21) 내에 고정시킬 필요성이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 착상된 것으로서, 소정의 회전체를 제작 초기부터 밸런싱된 상태로 양상될 수 있도록 레이스 내에 밸런싱액을 구비하여 그 밸런싱액이 밸런싱된 상태에서는 레이스에 고착되도록 구조가 개선된 밸런서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전축을 중심으로 회전하며, 상기 회전축 주위에 환형으로 인입 형성된 레이스를 갖는 회전체; 및 상기 레이스 내에 위치되며, 상기 회전체의 밸런싱 위치에서 고정될 수 있는 밸런싱액;을 구비하며, 상기 회전체의 편심질량에 의한 내부진동을 억제할 수 있다.

여기서, 상기 레이스 내에 위치되며, 상기 회전체의 밸런싱 위치에서 상기 밸런싱액과 함께 고정될 수 있는 다수의 가동부재;가 더 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 회전체는: 하드디스크 드라이브용 스핀들모터의 회전축에 삽입되는 회전자와, 상기 회전자의 외주면에 적층되어 상기 회전자와 함께 회전되는 복수의 자기디스크, 및 상기 자기디스크 사이에 개재된 스페이서를 포함하고, 상기 레이스는 상기 스페이서에 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 밸런싱액은 자외선에 의해 경화반응을 일으키는 경화형 접착제인 것이 바람직하다.

또한, 상기 스페이서는 자외선이 조사될 수 있도록 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 밸런싱액은 열경화성 수지액인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 밸런서를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런서를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 밸런서는 인입 형성된 환형의 레이스(61)를 갖는 본체(60)와, 레이스(61) 내부에 움직임 가능하게 배치된 가동부재(70)와, 레이스(61)의 개구부에 결합되어 레이스(61)를 덮어주는 커버부재(80) 및 레이스(61) 내부의 밸런싱 위치에 가동부재(70)와 함께 레이스(61)에 고정될 수 있는 밸런싱액(90)을 포함한다.

상기 본체(60)는 예를 들어, 하드디스크 드라이브의 스핀들모터(50)에 고정된 회전축(51)을 중심으로 회전하는 회전자에 해당한다. 또한, 본체(60) 외주면에는 본체(60)와 함께 회전할 수 있도록 복수의 자기디스크(62)가 적층된다. 이 자기디스크(62) 사이에는 스페이서(spacer:64)가 위치된다. 따라서, 본체(60)는 스핀들모터(50)로부터 제공되는 회전력에 따라 회전할 수 있다.

레이스(61)의 개구부는 볼 형상의 강체와 같은 가동부재(70)가 들어가 배치될 수 있도록 본체(60)의 상부 전면에 걸쳐 형성될 수도 있고, 레이스(61) 상부 일부에 상기 가동부재(70)가 들어갈 수 있는 크기로 형성되어도 무방하다.

상기 가동부재(70)는 회전체의 회전시 그 원심력에 의해 본체(60)의 중심에 대향되는 반경방향으로 향하게 된다. 먼저, 회전체가 고속 회전되어 가동부재(70)가 그 보상위치를 찾기 위해 레이스(61) 내에서 움직일 때, 가동부재(70)는 레이스(61)에 대해 축방향과, 축에 수직한 방향으로 접촉된다. 즉, 가동부재(70)는 회전체의 회전력에 의해 원심력을 받으므로 레이스(61)와의 접촉에 있어서 축방향으로 주로 미끄럼 접촉이 발생되고, 축에 수직된 방향으로는 구름접촉이 일어나면서 최종적으로 밸런싱 위치에 고정된다. 도면의 참조부호 54,56,58은 베어링을 나타내고, 참조부호 80은 제조 공정이 끝난 후, 본체(60)와 스페이서(64) 상부를 클램핑하는 클램퍼를 나타낸다.

상기 밸런싱액(90)도 회전체의 회전시 그 원심력에 의해 본체(60)의 중심에 대향되는 반경방향으로 향하고 레이스(61)의 외측벽에 몰리게 된다. 먼저, 회전체가 고속 회전되어 밸런싱액(70)이 가동부재(70)와 함께 그 보상위치를 찾기 위해 레이스(61) 내에서 움직일 때, 밸런싱액(90)은 레이스(61)의 외측벽에 몰리게 되고, 최종적으로 밸런싱 위치에 고정된다. 상기와 같은 밸런싱 위치에 가동부재(70)와 함께 위치 고정된 상태에서 자외선을 쪼여 주면 경화반응에 의해 그 밸런싱된 상태에서 고정된다. 따라서, 상기 밸런싱액(90)은 경화형 접착제(UV 본드) 혹은 열경화성 수지액이 이용된다.

상기 경화형 접착제는 자외선에 의한 경화 반응을 이용한 접착제로서, 아크릴기 또는 메타크릴기 등의 불포화기를 가진 프리폴리머, 불포화 폴리에스테르에 스티렌 등의 비닐모노머를 용해한 계에 벤조인화합물의 광증감제를 이용한 것이 있고, 티올-올레핀수지계에 광증감제로 카보비닐화합물을 이용한 것 등이 있다. 그 외에 디아조늄염이나 설포늄염 등을 사용한 광 양이온 중합반응에 의한 에폭시수지의 광경화가 특허화된 것도 있다. 이러한 접착제는 단시간 접착, 작업의 자동화, 에너지절약화 등의 특징이 있다.

상기 열경화성 수지액은 페놀수지, 멜라민수지 등의 일반적인 열경화성수지가 대표적인 예이다. 이들은 저분자량(보통은 분자량 1000이하)의 분말이나 수지상고체 또는 점성이 큰 유상의 것을 만드는 공정과 이것을 형속에서 경화시켜 거대한 분자량의 성형물을 만드는 열경화 공정의 2단으로 제조된다.

여기서, 상기 가동부재(70)는 밸런싱액(90)의 밸런싱 효과를 높이기 위한 것으로서, 회전체의 회전시 가동부재의 큰 비중을 이용하기 위한 것이다. 따라서, 밸런싱액(90) 만으로도 회전체의 언밸런싱량을 조절할 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 구성을 가진 밸런서의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스핀들모터(50)의 회전자인 본체(60)에 마련된 레이스(61) 내부에 다수의 가동부재(70)와 밸런싱액(90)을 위치시킨 상태에서 스핀들모터(50)를 고속으로 회전시키면서, 상기한 바와 같은 자기보상형 밸런싱 원리를 이용하여 레이스(61) 내의 가동부재(70)와 밸런싱액(90)이 밸런싱 위치에 도달되도록 한 다음, 자외선 발생기(미도시) 또는 가열기를 이용하여 상기 밸런싱액(90)을 자외선을 조사하거나 가열시키게 되면 상기 밸런싱액(90)이 경화된다. 그러면, 상기 가동부재(70)와 밸런싱액(90)은 레이스(61) 내부의 밸런싱 위치에 고정될 수 있기 때문에, 연속되는 회전체의 회전에 있어서 밸런싱 동작이 불필요해 진다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸런서를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하여 설명된 참조부호와 동일한 부호를 가진 구성요소는 동일 기능을 가진 동일부재이므로 그 상세한 설명은 생략한다.

도시된 바와 같이, 밸런서(100)는 그 자체가 회전자의 본체(60)에 스크류(82)에 의해 결합되는 클램퍼에 레이스를 인입형성하고, 그 레이스에 가동부재(70) 및 밸런싱액(90)을 위치시킨 것이다. 따라서, 본 실시예의 밸런서(100)는 상기 실시예에서 설명된 클램퍼 역할도 가진다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밸런서를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 밸런서는 스핀들모터(110)의 회전축(112)에 결합되는 회전자 본체(120)와, 이 본체(120)의 외주면에 적층되는 다수의 자기디스크(130)와, 이 자기디스크들(130) 사이에 개재된 스페이서(140)를 포함하는 하드디스크 드라이브(200)에 있어서, 상기 환형의 스페이서(140)에 레이스(142)를 형성하고, 그 레이스(142) 내에 밸런싱액(150)을 위치시킨 것이다.

상기 밸런싱액(150)은 상술한 바와 같이, 경화형 접착제 혹은 열경화성 수지액이 이용되고 레이스(142)에 가득 차지 않게 주입시킨다. 만약 밸런싱액(150)이 경화형 접착제인 경우 외부로부터 자외선의 조사가 가능하도록 상기 스페이서(140)는 투명재질이 이용된다.

상기 스페이서(140)는 자기디스크(130)의 간격을 유지하기 위한 것으로서, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 레이스(142)가 인입 형성되는 스페이서본체(144)와, 이 스페이스본체(144)의 개구를 덮을 수 있는 스페이서덮개(146)를 포함한다. 도면의 참조부호 160은 스페이서(140)를 회전자 본체(120)에 고정시키기 위한 클램퍼이고, 그 클램퍼(160)는 스크류(162)에 의해 회전자 본체(120)에 고정된다. 여기서, 참조부호 182는 하드디스크 드라이브(200)를 시험하기 위한 베이스를 나타내고, 참조부호 184는 액츄에이터를, 참조부호 186은 요오크 마그넷을 각각 나타낸다. 여기서, 베이스(182)는 탄성부재(188)에 의해 지지된다.

상기와 같은 구성을 가진 밸런서의 제조공정을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 5는 밸런싱된 밸런싱액을 고착시키는 과정을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6a 및 도 6b는 각각 밸런싱 전과 후의 스페이서의 부위를 도시한 단면도이다.

먼저, 자기보상형 밸런싱 원리상 시스템의 고유진동수가 회전체의 회전주파수 보다 낮아야만 하므로 밸런싱 과정에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 시스템의 고유진동수가 회전주파수의 1/2 이하가 되도록 탄성부재(188)의 탄성력을 조정한 후 베이스(182) 상에 하드디스크 드라이브(200)를 위치시킨다. 이 상태는 스핀들모터(110)가 회전되지 않기 때문에 레이스(142) 내의 밸런싱액(150)은 도 6a에 도시된 바와 같이, 레이스(142)의 수평면에 골고루 위치하게 된다.

다음, 스핀들모터(110)를 회전시키게 되면 자기디스크130)의 편심에 의해 언밸런스가 발생하고, 그 언밸런스 량이 클 경우에는 밸런싱액(150)이 언밸런스의 반대방향으로 많이 이동하고 편심이 작거나 없을 경우에는 레이스(142)의 외측벽 방향으로 골고루 퍼지게 되어 도 6b의 형상을 하게된다.

이 대, 도 5에 도시된 바와 같이, 자외선 램프 또는 열원과 같은 밸런싱액 고정수단(170)을 이용하여 투명재질의 스페이서(140) 부위를 쪼여 준다. 그러면, 밸런싱된 밸런싱액(150)은 자외선에 의해 반응하거나 열원에 의해 열경화되어 그 밸런싱된 상태에서 레이스(142) 내부에 고정된다.

본 실시예에서는 스페이서(140)의 레이스(142)에 밸런싱액(150)만 위치된 상태로 설명되었다. 그러나, 이에 한정되지 않고 전기 실시예와 마찬가지로 가동부재가 개재될 수 있다. 이와 같이, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명된 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 예를 들어, VCR DRUM과 같은 회전체에 있어서도 상기한 바와 같은 계속적인 자기보상형 밸런싱 동작이 불필요하므로, 최초 밸런싱된 상태에서 가동부재의 고정에 의해 동일한 효과를 달성할 수 있다.

상기한 구성을 가진 본 발명에 따른 밸런서는 다음과 같은 작용효과를 가진다.

첫째, 레이스 내부에 위치된 밸런싱액은 밸런싱 위치에서 회전체의 제조 시부터 고정되어 생산되기 때문에, 회전체의 회전시 초기 밸런싱 동작에 의해 발생되는 소음, 진동 현상을 방지할 수 있다.

둘째, 레이스 내부에 가동부재를 밸런싱액과 함께 위치시키는 경우 밸런싱의 효율을 그 만큼 더 증가시킬 수 있다.

셋째, 별도의 밸런서를 스핀들모터에 채용하는 경우에는 별다른 시설투자 없이도 스크류에 의한 체결에 의해 간단히 장착할 수 있다.

넷째, 기존의 회전체 본체, 클램퍼, 혹은 스페이서에 밸런서를 구성함으로써 밸런서 채용에 따르는 사이즈 증가를 엑제할 수 있다.

도 1은 일반적인 밸런서를 도시한 부분 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런서를 개략적으로 도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸런서를 개략적으로 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밸런서를 개략적으로 도시한 단면도.

도 5는 도 4에 도시된 밸런서에 있어서 밸런싱액을 레이스에 고정시키기 위한 주변 장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 6a 및 도 6b는 도 5의 스페이서에 있어서, 밸런싱액이 고정되기 전, 후의 상태를 각각 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50,110...스핀들모터 51,112...회전축 60,120...회전자 본체

61,142...레이스 70...가동부재 80,160...클램퍼

82,162...스크류 90,150...밸런싱액 130...자기디스크

140...스페이서 170...밸런싱액 고정수단

Claims (6)

1. 하드디스크 드라이브용 스핀들모터의 회전축에 삽입되는 회전자와, 상기 회전자의 외주면에 적층되어 상기 회전자와 함께 회전되는 복수의 자기디스크와, 상기 자기디스크 사이에 개재된 스페이서, 및 상기 스페이서에 형성되는 레이스를 포함하는 회전체;

   상기 레이스 내에 위치되며, 상기 회전체의 밸런싱 위치에서 고정될 수 있는 밸런싱액; 을 구비하며, 상기 회전체의 편심질량에 의한 내부진동을 억제할 수 있는 것을 특징으로 하는 밸런서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 레이스 내에 위치되며, 상기 회전체의 밸런싱 위치에서 상기 밸런싱액과 함께 고정될 수 있는 다수의 가동부재;가 더 구비된 것을 특징으로 하는 밸런서.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 밸런싱액은 자외선에 의해 경화반응을 일으키는 경화형 접착제인 것을 특징으로 하는 밸런서.
5. 제4항에 있어서,

   상기 스페이서는 자외선이 조사될 수 있도록 투명한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸런서.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 밸런싱액은 열경화성 수지액인 것을 특징으로 하는 밸런서.