KR100585129B1 - 스핀들 모터 및 이를 구비한 하드 디스크 드라이브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스핀들 모터는, 하드 디스크 드라이브의 베이스부재에 고정 결합되는 링 형태의 플랜지부를 구비하는 모터 브라켓과, 상기 모터 브라켓에 대해 회전 가능하게 장착된 허브를 구비하는 스핀들 모터에 있어서,

상기 플랜지부의 상면은, 소정 높이의 제1 면과, 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터의 움직임을 방해하지 않도록 상기 제1 면보다 아래로 물러난 제2 면과, 그 경계부에 상기 제1 면과 제2 면을 단차지지 않게 이어주는 경사면을 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브는, 상기한 특징을 갖는 스핀들 모터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

스핀들 모터 및 이를 구비한 하드 디스크 드라이브{Spindle motor and hard disk drive therewith}

도 1은 종래의 하드 디스크 드라이브의 일 예를 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 종래의 하드 디스크 드라이브 내부의 압력 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브의 바람직한 실시예를 도시한 분해 사시도이다.

도 4는 도 3의 하드 디스크 드라이브에 채용된 스핀들 모터의 바람직한 실시예를 도시한 단면도이다.

도 5는 도 3에 도시된 모터 브라켓의 플랜지부를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브 내부의 압력 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 ...하드 디스크 드라이브 101 ...베이스 부재

105 ...디스크 110 ...액츄에이터

119 ...슬라이더 130 ...스핀들 모터

131 ...모터 브라켓 135 ...플랜지부

140 ...샤프트 150 ...허브

175 ...스페이서 180 ...디스크 클램프

본 발명은 하드 디스크 드라이브(HHD: Hard Disc Drive)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스크의 회전에 기인하는 공기의 흐름이 원활해지도록 구조가 개선된 스핀들 모터와 이를 구비하는 하드 디스크 드라이브에 관한 것이다.

스핀들 모터는 레이져 프린터용 레이져 빔 스캐너 모터, 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)용 모터, CD(Compact Disk)나 DVD(Digital Versatile Disk)와 같은 광디스크 드라이브용 모터 등으로 널리 사용되고 있다.

하드 디스크 드라이브는 컴퓨터의 보조 기억장치들 중의 하나로서, 자기 헤드에 의해 자기 디스크에 저장된 정보를 재생하거나, 자기 디스크에 새로운 정보를 기록하는 장치이다. 이러한 하드 디스크 드라이브는 최근 들어 고속화, 고용량화 및 저진동화로 나아가고 있으며, 그와 같은 요구에 부응하기 위해 다양한 연구 개발이 진행되고 있다. 특히, 고속화 및 저진동화를 위해 스핀들모터의 회전체를 비접촉식으로 지지하는 유체 동압 베어링(fluid dynamic bearing)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

도 1에는 종래의 하드 디스크 드라이브의 일 예가 도시되어 있는데, 이를 참 조하면, 종래의 하드 디스크 드라이브(10)에는 베이스 부재(11)에 스핀들 모터(30)가 회동 가능하게 장착되고, 상기 스핀들 모터(30)에 디스크(12)들이 스페이서(50)에 의해 소정 간격 이격된 상태로 결합된다. 그리고, 액츄에이터(20)는 상기 베이스 부재(11)에 회동 가능하게 결합된다. 상기 액츄에이터(20)의 스윙아암(23) 및 이에 연결된 서스펜션(24)은 보이스 코일 모터(VCM, 21)에 의해 피봇 베어링(22)을 중심으로 회동하며, 이에 따라 상기 서스펜션(24)의 선단에 부착된 슬라이더(25)가 디스크(12) 상에서 스핀들 모터(30)를 향한 방향인 화살표 A 방향이나, 디스크(12)의 외주를 향한 방향인 화살표 B 방향으로 이동한다. 상기 슬라이더(25)에는 읽기/쓰기 헤드(미도시)가 장착되어 있어, 디스크(12) 표면의 소정 위치에 기록된 데이터를 읽어들여 재생하거나, 디스크(12) 표면의 소정 위치에 데이터를 기록한다. 도시되진 않았으나, 상기 베이스 부재(11) 상의 구성요소들을 보호하기 위한 커버가 상기 베이스 부재(11)에 결합된다.

상기 스핀들 모터(30)는 유체 동압 베어링이 적용된 스핀들 모터로서, 고정자인 모터 브라켓의 플랜지부(32)가 상기 베이스 부재(11)에 고정되고, 회전자인 허브(40)가 상기 모터 브라켓에 회전 가능하게 지지되는 구조로 되어 있다. 상기 플랜지부(32)가 베이스 부재(11)의 상면보다 약간 돌출되게 설치되어 있으므로, 액츄에이터(20)가 화살표 A 방향으로 회전하면, 베이스 부재(11) 및 가장 아래에 위치한 디스크(12) 사이에서 이동하는 서스펜션(24)의 선단부가 상기 플랜지부(32)에 접촉될 수 있고, 이에 의해 액츄에이터(20)의 회전이 방해받을 수 있다. 이를 방지하기 위해 상기 플랜지부(32)의 상면은 소정 높이의 제1 면(33)과, 상기 제1 면(3) 에서 단차지게 움푹 패인 제2 면(34)을 구비한다.

상기와 같은 유체 동압 베어링을 적용한 스핀들 모터(30)는 기존의 볼 베어링을 적용한 스핀들 모터에 비해 구조 자체에 기인한 진동 특성이 향상되어, 비반복적 진동 성분인 NRRO(Non-Repeatable Runout)이 기존의 볼 베어링을 적용한 스핀들 모터의 경우에 비해 50% 이하로 감소한다는 것이 공지되어 있다. 이에 따라, 7200RPM 이상으로 디스크(12)를 고속 회전시키는 것이 가능하게 되었으며, 고속 회전하는 디스크(12)로 인하여 화살표 D 로 나타낸 디스크(12)의 회전 방향과 같은 방향으로 회전하는 공기의 흐름이 디스크(12), 액츄에이터(20), 및 하드 디스크 드라이브(10) 전체의 진동을 야기하는 주요 인자가 되기에 이르렀다.

그런데, 상기한 종래의 하드 디스크 드라이브(10)에서는 상기 공기의 흐름이 플랜지부(32)의 제1 면(33)과 제2 면(34)의 경계에 형성된 단차면(35)에 막혀 불규칙적인 공기의 유동이 형성되며, 이와 같은 불규칙적인 공기의 유동이 스핀들 모터(30)와, 디스크(12), 및 액츄에이터(20)에 진동을 야기한다.

도 2에는 베이스 부재 측에서 측정한 종래의 하드 디스크 드라이브 내부의 압력 분포에 대한 시뮬레이션 결과가 나타나 있는데, 여기에서 연두색으로 나타난 부분은 파란색으로 나타난 부분에 비해 압력이 높다는 것을 의미한다.

도 2를 참조하면, 종래의 하드 디스크 드라이브에 있어서 디스크 영역이 대체적으로 연두색으로 나타나는데, 상기 디스크 영역의 내부에도 국부적으로 선명한 파란색으로 나타난 부분이 있다는 것을 알 수 있다. 이는 곧 디스크 영역에서 기압의 변화가 심하여 이로 인해 디스크, 액츄에이터, 및 하드 디스크 드라이브 전체에 진동이 야기될 수 있음을 의미한다.

이와 같은 진동은 읽기/쓰기 헤드의 정확한 위치제어를 어렵게 하여, 데이터의 정확한 기록이나 재생을 곤란하게 하는 문제점이 있다. 더욱이, 최근에는 TPI(Track per Inch)가 높아지면서, 이러한 문제점은 더욱 심각하게 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 디스크의 회전으로인해 야기되는 디스크 회전 방향과 같은 방향의 공기의 흐름을 보다 원활하게 해주는 스핀들 모터, 및 이를 구비한 하드 디스크 드라이브를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 하드 디스크 드라이브의 베이스부재에 고정 결합되는 링 형태의 플랜지부를 구비하는 모터 브라켓과, 상기 모터 브라켓에 대해 회전 가능하게 장착된 허브를 구비하는 스핀들 모터에 있어서,

상기 플랜지부의 상면은, 소정 높이의 제1 면과, 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터의 움직임을 방해하지 않도록 상기 제1 면보다 아래로 물러난 제2 면과, 그 경계부에 상기 제1 면과 제2 면을 단차지지 않게 이어주는 경사면을 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 경사면은 상기 제1 면과 제2 면 사이의 경계부 중에, 하 드 디스크 드라이브의 디스크 회전방향을 따라 상대적으로 전방에 위치한 경계부에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은, 베이스 부재; 상기 베이스 부재에 고정 결합되는 링 형태의 플랜지부를 구비하는 모터 브라켓과, 상기 모터 브라켓에 대해 회전 가능하게 장착된 허브를 구비하는 스핀들 모터; 및, 상기 스핀들 모터의 허브에 고정 결합되는 디스크; 읽기/쓰기 헤드를 탑재한 슬라이더를 디스크상의 소정 위치로 이동시키는 액츄에이터;를 구비하는 하드 디스크 드라이브에 있어서,

상기 플랜지부의 상면은, 소정 높이의 제1 면과, 상기 액츄에이터의 움직임을 방해하지 않도록 상기 제1 면보다 아래로 물러난 제2 면과, 그 경계부에 상기 제1 면과 제2 면을 단차지지 않게 이어주는 경사면를 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 경사면은 상기 제1 면과 제2 면 사이의 경계부 중에, 디스크 회전방향을 따라 상대적으로 전방에 위치한 경계부에 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스핀들 모터 및 이를 구비한 하드 디스크 드라이브의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브의 바람직한 실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 하드 디스크 드라이브에 채용된 스핀들 모터의 바람직한 실시예를 도시한 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 모터 브라켓의 플랜지부를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하드 디스크 드라이브(100)는, 베이스 부재(101)와, 상기 베이스 부재(101)에 회전 가능하게 장착된 스핀들 모터(130)와, 상기 스핀들 모터(130)에 고정 지지되어 스핀들 모터(130)의 회전에 종동 회전하는 데이터 저장체인 디스크(105)들과, 액츄에이터(110)를 구비한다. 또한, 도시되진 않았으나 베이스 부재(101) 상의 구성요소들(105, 110, 130)을 보호하기 위하여 커버가 베이스 부재(101)에 결합된다.

상기 액츄에이터(110)는, 데이터의 기록 및 재생을 위한 읽기/쓰기 헤드(미도시)를 상기 디스크(105) 상의 소정 위치로 이동시키기 위한 것으로, 스윙아암(115)과, 서스펜션(116)과, 보이스 코일 모터(112)를 가진다. 상기 스윙아암(115)은 베이스 부재(101)에 설치된 피봇 베어링(113)에 회전 가능하게 결합된다. 상기 서스펜션(116)은 스윙아암(115)의 선단부에 결합되어 있으며, 상기 읽기/쓰기 헤드(미도시)가 탑재된 슬라이더(119)를 디스크(105)의 표면쪽으로 탄성 바이어스되게 지지한다. 상기 보이스 코일 모터(112)는 상기 스윙아암(115)을 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 것으로, 서보 제어 시스템에 의해 제어되며, VCM 코일에 입력되는 전류와 마그네트에 의해 형성된 자기장의 상호 작용에 의해 플레밍의 왼손 법칙에 따르는 방향으로 스윙아암(115)을 회전시키게 된다. 상기 서스펜션(116)의 선단에 부착된 슬라이더(119)가 디스크(105) 상에서 스핀들 모터(130)를 향한 방향인 화살표 A 방향이나, 디스크(105)의 외주를 향한 방향인 화살표 B 방향으로 이동한다.

상기 스핀들 모터(130)는, 도 4에 도시된 바와 같이 모터 브라켓(131)과, 샤프트(140)와, 허브(150)를 구비한다. 상기 모터 브라켓(131)은 그 외주부에 형성된 링 형태의 플랜지부(135)와, 중심 부근의 샤프트 안착부(133)를 구비한다. 상기 플랜지부(135)가 베이스 부재(101)에 고정 결합되어 상기 모터 브라켓(131)은 베이스 부재(101)에 대해 고정되고, 상기 샤프트(140)는 상기 샤프트 안착부(133)에 삽입 고정되며, 그 길이방향의 중앙부에 샤프트 플랜지(145)를 구비한다. 상기 허브(150)는 샤프트(140)가 삽입되도록 중공이 형성되어 있고, 그 중공 내주면에 빗살형태의 그루브(미도시)가 형성되어 있다. 상기 샤프트 안착부(133)의 외주면에는 방사상으로 연장된 다수 개의 코어(161)와 상기 코어(161)들에 감긴 코일(162)을 구비하여 이루어진 스테이터(160)가 고정되고, 상기 허브(150)의 하단부 내주면에는 링 형태의 영구자석(165)이 백요크(167)를 매개로 하여 고정된다. 또한, 상기 스테이터(160)와 샤프트 플랜지(145) 사이에는 허브(150)의 내주면에 고정된 부싱 스러스트(155)가 위치한다. 상기 샤프트 플랜지(145)와 마주보는 상기 부싱 스러스트(155)의 상면에도 빗살형태의 그루브(미도시)가 형성되어 있다. 상기 샤프트(140)의 외주면과, 이를 마주보고 있는 허브(150)의 내주면 및 부싱 스러스트(155)의 상면과의 사이에는 베어링 간극(bearing gap, G)이 형성되어 있으며, 이러한 베어링 간극(G)에는 윤활유나 그리스 등과 같은 유체가 채워져 있다.

상기 허브(150)에 디스크(105)들이 관통되어 적층되며, 적층된 디스크(105)들 간의 적절한 공간을 유지하기 위해 스페이서(175)가 디스크(105)들 사이에 개재된다. 상기 디스크(105)들은 볼트(185)에 의해 허브(150)에 체결되는 디스크 클램프(180)에 눌려 허브(150)에 고정된다.

상기 스핀들 모터(130)에 전원이 인가되어 코일(162)에 전류가 흐르면, 코어(161)와 영구자석(165) 사이에 자장이 형성되고, 이에 의해 허브(150)가 샤프트(140)를 중심으로 회전하게 된다. 상기 허브(150)의 회전에 의해 상기 베어링 간극(G)에 유체 동압이 발생되어, 상기 허브(150)가 샤프트(140)의 축방향 및 반경방향으로 지지된다.

상기 모터 브라켓(131)의 플랜지부(135)는 소정 높이의 제1 면(136)과, 상기 제1 면(136)보다 아래로 물러난 제2 면(137)을 구비한다. 상기 모터 브라켓(131)의 플랜지부(135)가 베이스 부재(101)에 고정 결합되면, 상기 제1 면(136)은 베이스 부재(101) 및 가장 아래에 위치한 디스크(105) 사이에서 이동하는 서스펜션(116)의 선단부보다 높게 돌출되어 위치하나, 상기 제2 면(137)은 그렇지 아니하다. 액츄에이터(110)가 화살표 A 방향으로 회전하면, 상기 서스펜션(116)은 상기 제2 면(137) 상으로 이동하게 되어 플랜지부(135)에 접촉하지 않으며, 따라서 액츄에이터(110)의 회전은 방해받지 않는다. 한편, 상기 제1 면(135)과 제2 면(137) 사이의 경계부에는 경사면(138)이 마련된다. 상기 경사면(138)은 제1 면(136)과 제2 면(137) 사이의 경계부 중에, 디스크(105)의 회전방향을 따라 상대적으로 전방에 위치한 경계부에 형성된다. 한편, 디스크(105)의 회전방향을 따라 상대적으로 후방에 위치한 경계부에도 경사면이 형성될 수 있으나, 첨부된 도면에 도시된 실시예에는 반영되지 않았다.

이와 같은 구성에 의해, 도 4에 도시된 바와 같이 화살표 D로 나타난 디스크(105)의 회전방향과 같은 방향으로 회전하는 공기의 흐름(F)이 제2 면(137) 상에서 제1 면(136) 상으로 흐를 때, 상기 경사면(138)을 타고 원활한 흐름을 이루 며, 종래의 경우와 달리 불규칙적인 공기의 유동이 억제된다. 이에 따라 공기의 불규칙적인 유동에 의한 스핀들 모터(130)와, 디스크(105), 및 액츄에이터(110)의 진동이 억제될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브 내부의 압력 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면으로, 연두색으로 나타난 부분은 파란색으로 나타난 부분에 비해 압력이 높다는 것을 의미한다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브에 있어서는, 디스크 영역 중 그 외곽 부분이 선명한 연두색으로 나타나고, 그 내측 부분은 도 2에 나타난 종래의 경우에 비해 파란색으로 나타난 부분이 많이 증가되었음을 알 수 있다. 또한, 선명한 연두색 부분과 파란색 부분 사이의 경계 부분에 하늘색으로 나타난 부분이 형성되어 있음을 알 수 있다. 이는 곧 디스크 영역에서의 기압의 변화가 상기 종래의 경우에 비해 완만하게 이루어짐을 의미한다. 이에 따라 디스크, 액츄에이터, 및 하드 디스크 드라이브 전체에 진동이 감소될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 예컨데, 첨부된 도면에 도시된 실시예와 달리, 볼베어링을 적용한 스핀들 모터 및 상기 스핀들 모터를 구비한 하드 디스크 드라이브도 본 발명에 포함될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 스핀들 모터 및 이를 구비한 하드 디스크 드라이브는, 그 작동시에, 디스크의 회전방향과 같은 방향으로 회전하는 공기의 흐름이 방해받지 않고 원활한 흐름을 유지하도록 하여 스핀들 모터, 디스크, 액츄에이터, 및 하드 디스크 드라이브 전체의 진동이 억제된다. 이에 따라, 액츄에이터가 안정적으로 거동할 수 있고, 읽기/쓰기 헤드의 정확한 위치제어도 용이하여, 하드 디스크 드라이브의 동작 신뢰성이 향상되며, 또한 진동에 의한 하드 디스크 드라이브의 소음도 감소된다.

Claims (4)

1. 하드 디스크 드라이브의 베이스부재에 고정 결합되는 링 형태의 플랜지부를 구비하는 모터 브라켓과, 상기 모터 브라켓에 대해 회전 가능하게 장착된 허브를 구비하는 스핀들 모터에 있어서,

   상기 플랜지부의 상면은, 소정 높이의 제1 면과, 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터의 회전을 방해하지 않도록 상기 제1 면보다 아래로 물러난 제2 면과, 그 경계부에 상기 제1 면과 제2 면을 단차지지 않게 이어주는 경사면을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 경사면은 상기 제1 면과 제2 면 사이의 경계부 중에, 하드 디스크 드라이브의 디스크 회전방향을 따라 상대적으로 전방에 위치한 경계부에 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
3. 베이스 부재; 상기 베이스 부재에 고정 결합되는 링 형태의 플랜지부를 구비하는 모터 브라켓과, 상기 모터 브라켓에 대해 회전 가능하게 장착된 허브를 구비하는 스핀들 모터; 및, 상기 스핀들 모터의 허브에 고정 결합되는 디스크; 읽기/쓰기 헤드를 탑재한 슬라이더를 디스크상의 소정 위치로 이동시키는 액츄에이터;를 구비하는 하드 디스크 드라이브에 있어서,

   상기 플랜지부의 상면은, 소정 높이의 제1 면과, 상기 액츄에이터의 회전을 방해하지 않도록 상기 제1 면보다 아래로 물러난 제2 면과, 그 경계부에 상기 제1 면과 제2 면을 단차지지 않게 이어주는 경사면를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 경사면은 상기 제1 면과 제2 면 사이의 경계부 중에, 디스크 회전방향을 따라 상대적으로 전방에 위치한 경계부에 형성되는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브.

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