KR100679581B1

KR100679581B1 - 스핀들 모터

Info

Publication number: KR100679581B1
Application number: KR1020017003204A
Authority: KR
Inventors: 고무라오사무; 다께우찌히사오; 오쯔끼마꼬또; 무라베가오루
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2007-02-07
Also published as: EP1113567A1; DE60036849D1; US6417590B1; JP2003222124A; US20020180289A1; WO2001006621A1; DE60036849T2; KR20010075062A; EP1113567A4; US6608415B2; EP1113567B1

Abstract

스핀들 모터의 기동시의 드러스트 동압 베어링면의 접촉 미끄럼 이동에 의한 마모를 방지하는 수단을 제공한다.

모터 코일(7)을 권취 장착하는 스테이터(2a)를 구비한 스테이터 코어(2)의 축심 상의 상단부에, 외주면에 레이디얼 동압 발생 홈을 갖는 레이디얼 동압 베어링의 원주(4)와 상면에 드러스트 동압 발생 홈을 갖는 드러스트 동압 베어링의 원반(3)을 구비하고, 회전 부재로서의 허브(5)에 상기 레이디얼 동압 베어링의 원주(4)에 대면하는 내면이 평활인 원통(6)과 상기 모터 코일(7)에 대면하는 로터 마그넷(8)을 배치하고, 레이디얼 방향의 하중을 상기 레이디얼 동압 베어링에 의해 지지하고, 드러스트 방향의 하중을 상기 스테이터(2a)와 상기 로터 마그넷(8)에 의해 구성되어 있는 자기 베어링 및 상기 드러스트 동압 베어링을 병용하여 지지한다.

스테이터 코어, 스테이터, 원반, 스파이럴 홈, 원주, 허브, 원통, 모터 코일, 로터 마그넷

Description

스핀들 모터{SPINDLE MOTOR}

본 발명은 레이디얼 동압 베어링과 드러스트 동압 베어링을 갖는 공기 동압 베어링을 구비한 스핀들 모터로서, 이 스핀들 모터를 자기 디스크, 광 디스크, 폴리건 미러 등의 회전체의 구동원으로 한 회전 장치에 있어서, 특히 그 기동시의 드러스트 동압 베어링면의 접촉 미끄럼 이동에 의한 마모를 방지하는 구조에 관한 것이다.

자기 디스크, 광 디스크, 폴리건 미러 등의 회전체 장치에 있어서, 회전체의 구동원에 공기 동압 베어링을 구비한 스핀들 모터가 채용되고 있는 것은 이미 알려져 있다. 이것은 공기 동압 베어링은 구조가 단순하고 소형화가 가능한 점과, 정상 회전 중은 비접촉으로 회전하므로 베어링에 기인하는 진동이나 불규칙한 회전이 없으며, 게다가 고속 내구성이 우수하다는 점과, 또한 오일이나 그리스 등을 사용하지 않으므로 윤활제의 비산에 의한 오염이 전혀 없는 점 등의 특징을 갖기 때문이다.

그러나, 공기 동압 베어링을 구비한 스핀들 모터는 정지시에 드러스트 베어링의 동압 발생면이 접촉하고 있으므로, 기동 초기에 접촉 미끄럼 이동하여 드러스트 베어링의 동압 발생면이 마모한다고 하는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 정지시에는 드러스트 베어링의 동압 발생면을 뜨게 하고, 드러스트 하중을 고정 부재인 레이디얼 동압 베어링의 원주(圓柱)의 축심부에서 받아 스핀들 모터의 회전수의 상승에 따라 발생하는 레이디얼 동압 발생 홈의 추력에 의해 원주 축심부를 이격시켜 드러스트 베어링의 간극을 설정치로 유지하는 수단이 있다.

일본 특허 공개 평11-69715호 공보에, 그 실시예가 제안되어 있다. 도10은 그 샤프트 고정형 스핀들 모터(100)의 구조를 도시하는 것이다. 도면 부호 101은 스테이터(110)의 베이스 플레이트, 도면 부호 102는 베이스 플레이트(101)에 세워 설치된 샤프트 겸용의 원주 부재이고, 도면 부호 103은 폐색 단부를 갖는 원통 부재이다. 원통 부재(103)는 폐색 단부를 상부 방향으로 하여 원주 부재(102)에 회전 가능하게 끼워 맞추어져 있다. 원통 부재(103)의 외주에는 도넛형 원반형의 드러스트 부재(104)가 일체로 형성되고, 대향하는 위치에 베이스 플레이트(101)에 결합하는 커버(105)를 거쳐서 드러스트 압박 부재(106)가 설치되어 있다. 원통 부재(103)와 일체로 형성된 허브(107)에 회전체로서의 로터(108)가 고정된다. 로터 자석(109)은 원통 부재(103)의 하단부의 외주면에 설치되고, 대향하는 위치에 베이스 플레이트(101)로부터 신장되는 스테이터(110)에 권취된 모터 코일(111)이 배치된다.

스핀들 모터(100)의 정지시에는 허브(107)를 포함하는 로터(108)의 자중(自重)에 의해 원통 부재(103)의 폐색 단부과 원주 부재(102)의 정점은 접촉하고, 드러스트 부재(104)와 드러스트 압박 부재(106)의 간극은 충분히 확보되어 있다. 모터 코일(111)에 통전되면, 로터(108) 측으로부터 보아 원통 부재(103)가 시계 방향 으로 회전한다. 그리고, 그 회전수가 상승함에 따라 원주 부재(102)의 외주면의 상부로 치우쳐 설치되는 헤링본 홈(112)에서 추력이 발생하고, 원통 부재(103)의 폐색 단부과 원주 부재(102)의 정점은 이격한다. 동시에, 드러스트 부재(104)의 상면에 설치하는 스파이럴 홈(도시하지 않음)의 발생하는 드러스트 동압에 의해, 드러스트 압박 부재(106)와의 간극은 접근하고, 추력과 드러스트 동압이 균형을 이루는 위치에서 로터(108)는 부상한다.

상술한 바와 같이 구성함으로써, 드러스트 부재(104)와 드러스트 압박 부재(106)가 정상 회전 중에 접촉 미끄럼 이동하는 것은 회피되어, 해당 부분에 마모가 전혀 발생하지 않는다고 설명되어 있다. 또, 로터(108)는 레이디얼 동압 베어링의 헤링본 홈(112)에서 발생하는 추력에 의해 상승하므로, 공기 동압 베어링 이외의 여분의 추가 수단을 생략한 콤팩트한 스핀들 모터를 얻을 수 있다고 설명되어 있다.

그러나, 도10의 스핀들 모터의 구조에서는 원통 부재(103)의 외주에 설치하는 드러스트 부재(104)에 스파이럴 홈을 가공해야만 하므로, 형상이 복잡해져 일체로 형성하는 것은 비경제적이다. 또, 드러스트 압박 부재(106)는 부상해 오는 드러스트 부재(104)의 상방에 위치하므로, 베이스 플레이트(101)와 커버(105)에 센터링을 위한 가공이 필요해 형상이 복잡해져 조립이 어렵다. 또한, 이러한 관계 부재의 집적 오차에 의해 드러스트 동압 베어링의 간극을 수 미크론 정도로 유지하는 것은 매우 곤란하다. 그래서 본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해, 정지 시에도 고정 부재와 회전 부재의 접촉을 끊을 수 있는 스핀들 모터를 제공하는 것이다.

제1 실시예로서, 모터 코일을 권취 장착하는 스테이터를 구비한 스테이터 코어의 축심 상의 상단부에, 외주면에 레이디얼 동압 발생 홈을 갖는 레이디얼 동압 베어링의 원주와 상면에 드러스트 동압 발생 홈을 갖는 드러스트 동압 베어링의 원반을 구비하고, 회전 부재로서의 허브에 레이디얼 동압 베어링의 원주에 대면하는 내면이 평활인 원통과 모터 코일에 대면하는 로터 마그넷을 배치하고, 레이디얼 방향의 하중을 레이디얼 동압 베어링에 의해 지지하고, 드러스트 방향의 하중을 스테이터와 로터 마그넷에 의해 구성되어 있는 자기 베어링 및 상기 드러스트 동압 베어링을 병용하여 지지한다.

제2 실시예로서, 외주에 로터 마그넷을 배치한 모터 축의 상단부에 회전 부재로서의 허브를 구비하고, 하방에는 하면에 드러스트 동압 발생 홈을 갖는 드러스트 동압 베어링의 원반과 외주면에 레이디얼 동압 발생 홈을 갖는 레이디얼 동압 베어링의 원주를 구비하고, 고정 부재로서의 케이스에 레이디얼 동압 베어링의 원주에 대면하는 내면이 평활인 원통과 로터 마그넷에 대면하는 모터 코일을 권취 장착하는 스테이터를 구비하고, 레이디얼 방향의 하중을 레이디얼 동압 베어링에 의해 지지하고, 드러스트 방향의 하중을 스테이터와 로터 마그넷에 의해 구성되어 있는 자기 베어링 및 드러스트 동압 베어링을 병용하여 지지한다.

제3 실시예로서, 모터 코일을 권취 장착하는 스테이터를 구비한 스테이터 코어의 축심 상의 상단부에, 외주면에 레이디얼 동압 발생 홈을 갖는 레이디얼 동압 베어링의 원주와 상면에 드러스트 동압 발생 홈을 갖는 드러스트 동압 베어링의 원반을 구비하고, 회전 부재로서의 허브에 레이디얼 동압 베어링의 원주에 대면하는 내면이 평활인 원통과 모터 코일에 대면하는 로터 마그넷을 배치하고, 원주의 상단부면에 링형상의 제1 영구 자석을 고정하고, 제1 영구 자석을 둘러싸도록 원통의 상단부면에 링형상의 제2 영구 자석을 고정하여 구성되는 부(副)자기 베어링을 설치하고, 레이디얼 방향의 하중을 레이디얼 동압 베어링에 의해 지지하고, 드러스트 방향의 하중을 스테이터와 로터 마그넷에 의해 구성되어 있는 주(主)자기 베어링과 부 자기 베어링 및 드러스트 동압 베어링을 병용하여 지지한다.

제4 실시예로서, 외주에 로터 마그넷을 배치한 모터 축의 상단부에 회전 부재로서의 허브를 구비하고, 하방에는 하면에 드러스트 동압 발생 홈을 갖는 드러스트 동압 베어링의 원반과 외주면에 레이디얼 동압 발생 홈을 갖는 레이디얼 동압 베어링의 원주를 구비하고, 고정 부재로서의 케이스에 레이디얼 동압 베어링의 원주에 대면하는 내면이 평활인 원통과 로터 마그넷에 대면하는 모터 코일을 권취 장착하는 스테이터를 구비하고, 원주의 하단부면에 링형상의 제1 영구 자석을 고정하고, 제1 영구 자석을 둘러싸도록 원통의 하단부면에 링형상의 제2 영구 자석을 고정하여 구성되는 부 자기 베어링을 설치하고, 레이디얼 방향의 하중을 상기 레이디얼 동압 베어링에 의해 지지하고, 드러스트 방향의 하중을 스테이터와 로터 마그넷에 의해 구성되어 있는 주 자기 베어링과 부 자기 베어링 및 상기 드러스트 동압 베어링을 병용하여 지지한다.

어떠한 실시예에도 존재하는 레이디얼 동압 발생 홈은 적어도 3개의 긴 홈으로 이루어지며, 긴 홈의 리드 종점이 전개도에 있어서 인접하는 긴 홈의 시점을 벗어나지 않는 범위로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또, 어떠한 실시예에도 존재하는 레이디얼 동압 발생 홈은 상하 비대칭의 홈 길이를 갖는 헤링본 홈이라도 마찬가지인 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 레이디얼 동압 베어링과 드러스트 동압 베어링을 구성하는 부재에는 가볍고 경질인 질화 규소계 혹은 탄화 규소계, 알루미나계의 세라믹스를 사용하는 것이 바람직하다.

도1은 본 발명의 스핀들 모터의 제1 실시예의 단면도.

도2는 본 발명의 스핀들 모터의 제2 실시예의 단면도.

도3은 본 발명의 스핀들 모터의 제3 실시예의 단면도.

도4는 본 발명의 스핀들 모터의 제4 실시예의 단면도.

도5는 본 발명의 제1 실시예에 드러스트 동압 홈으로서 헤링본 홈을 형성한 예.

도6은 본 발명의 제3 실시예에 드러스트 동압 홈으로서 헤링본 홈을 형성한 예.

도7은 본 발명의 레이디얼 동압 발생 홈의 외관도.

도8은 제1 비교예의 스핀들 모터의 단면도.

도9는 제2 비교예의 스핀들 모터의 단면도.

도10은 종래 예의 스핀들 모터의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 베이스 플레이트

2 : 스테이터 코어

2a : 스테이터

3 : 원반

3a : 스파이럴 홈

4 : 원주

4a : 긴 홈

5 : 허브

5a : 스커트

6 : 원통

7 : 모터 코일

8 : 로터 마그넷

9 : 모터 축

10 : 케이스

11 : 제1 영구 자석

12 : 제2 영구 자석

<제1 실시 형태>

이하에, 본 발명을 구체화한 적합한 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 도1은 스테이터와 로터 마그넷 사이에 자기 베어링을 구성한 제1 실시예의 구조를 도시하고, 도1의 (a)는 정지시의 상태도이며, 도1의 (b)는 정상 회전중 인 상태도이다.

도1의 (a)에 있어서, 도면 부호 1은 고정 부재로서의 스테이터 코어(2)를 고정하는 베이스 플레이트이다. 스테이터 코어(2)의 외주에는 규소 강판으로 이루어지는 스테이터(2a)가 일체적으로 설치되고, 모터 코일(7)이 권취 장착되어 있다. 스테이터 코어(2)의 축심 상에는 상면에 드러스트 동압 발생 홈이 되는 스파이럴 홈(3a) 등을 갖는 드러스트 동압 베어링의 원반(3)과, 외주면에 레이디얼 동압 발생 홈이 되는 나선형 홈(4a)을 갖는 레이디얼 동압 베어링의 원주(4)가 고정된다. 그리고, 회전 부재로서의 허브(5)의 내측 원주(4)와 대면하는 위치에, 내면이 평활한 원통(6)을 고정한다. 또, 허브(5)의 스커트부(5a)의 모터 코일과 대면하는 위치에 로터 마그넷(8)을 링형상으로 배치한다. 덧붙여서, 원주(4)와 원통(6)의 간극은 직경차가 5 ㎛ 이하로 설정된다. 도시하고 있지 않지만, 자기 디스크, 광 디스크, 폴리건 미러 등의 회전체는 허브(5)의 외주에 부착된다.

로터 마그넷(8)과 스테이터(2a)는 자기 베어링을 구성하고 있다. 스핀들 모터의 정지시는 모터 코일(7)에는 통전되지 않으므로, 로터 마그넷(8)의 중심 위치(b)는 자력의 가장 강한 스테이터(2a)의 중심 위치(a)에 정지하려고 하지만, 허브(5)의 중량과 자력의 균형에 의해, (a)보다 약간 하강한 위치에 정지한다. 이 때의 드러스트 동압 베어링을 구성하는 원반(3)의 상면과, 원통(6) 하단부면의 클리어런스(clearance)는 A1이 되어 서로 비접촉 상태에 있다.

그리고, 도1의 (b)에 도시한 바와 같이, 모터 코일(7)에 통전되어 스테이터(2a)에 교번 자계가 발생하면, 허브(5) 측으로부터 보아 원통(6)이 반시계 방향으로 회전한다. 그 회전수가 상승함에 따라 레이디얼 동압 베어링을 구성하는 원통(6)과 원주(4)의 외주면의 나선형 홈(4a)과의 동압에 의해, 허브(5)는 하강하여 원반(3)의 상면과 원통(6)의 하단부면의 클리어런스는 스파이럴 홈(3a)에서 발생하는 반발력과 균형을 이루어 A2가 된다. 통상, 허브(5)의 회전수는 12000 내지 18000 rpm에 달하고, A2는 2 ㎛ 내지 3 ㎛의 클리어런스로 유지된다. 정상 회전 중은 허브(5)가 나선형 홈(4a)의 동압에 의해 하강하므로, 로터 마그넷(8)의 중심 위치(b)는 정지시보다도 내려와 (a)로부터 A3 벗어나, 모터 효율이 약간 저하한다.

도2는 원통(6) 측을 고정 부재로서, 제1 실시예와 마찬가지로 스테이터(2a)와 로터 마그넷(8) 사이에 자기 베어링을 구성한 제2 실시예의 구조를 도시한다. 도2의 (a)는 정지시의 상태도이며, 도2의 (b)는 정상 회전 중인 상태도이다.

도2의 (a)에 있어서, 도면 부호 9는 모터 축이며, 외주에 로터 마그넷(8)을 설치하고, 상단부에 회전 부재로서의 허브(5)를 고정한다. 그 하방에는 하면에 드러스트 동압 발생 홈이 되는 스파이럴 홈(3a) 등을 갖는 드러스트 동압 베어링의 원반(3)과, 외주면에 레이디얼 동압 발생 홈이 되는 나선형 홈(4a)을 갖는 레이디얼 동압 베어링의 원주(4)가 고정된다. 고정 부재로서의 케이스(10)에, 원주(4)에 대면하는 위치에서 내면이 평활인 원통(6)이 고정되고, 로터 마그넷(8)에 대면하는 위치에서 모터 코일(7)을 권취 장착한 규소 강판으로 이루어지는 스테이터(2a)가 일체적으로 배치된다.

정지시에는 드러스트 동압 베어링을 구성하는 원반(3)의 하면과, 원통(6)의 상단부면과는 서로 비접촉인 상태에서, 그 클리어런스는 A1이 되고 있다. 모터 코 일(7)에 통전되어 스테이터(2a)에 교번 자계가 발생하면, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 허브(5) 측으로부터 보아 원주(4)는 반시계 방향으로 회전하여 허브(5)는 하강한다. 원반(3)의 하면과 원통(6)의 상단부면의 클리어런스는 스파이럴 홈(3a)이 발생하는 반발력과 균형을 이루어 A2가 되며, 제1 실시예와 마찬가지인 작용 효과를 발휘한다. 정상 회전 중에 로터 마그넷(8)의 중심 위치(b)가 하방으로 이동하고, 모터 코일(7)의 중심 위치(a)로부터 A3만큼 벗어나 모터 효율이 약간 저하하는 점도 제1 실시예와 마찬가지이다.

도3에, 원주(4)와 원통(6) 각각의 상단부면의 동심원 상에, 링형상의 영구 자석을 고정하고, 부 자기 베어링을 구성한 제3 실시예의 구조를 도시한다. 도3의 (a)는 정지시의 상태도이며, 도3의 (b)는 정상 회전 중인 상태도이다.

도3의 (a)에 있어서, 도면 부호 1은 고정 부재로서의 스테이터 코어(2)를 고정하는 베이스 플레이트이다. 스테이터 코어(2)의 외주에는 규소 강판으로 이루어지는 스테이터(2a)가 일체적으로 설치되고, 모터 코일(7)이 권취 장착되어 있다. 스테이터 코어(2)의 축심 상에는 상면에 드러스트 동압 발생 홈이 되는 스파이럴 홈(3a)을 갖는 드러스트 동압 베어링의 원반(3)과, 외주면에 레이디얼 동압 발생 홈이 되는 나선형 홈(4a)을 갖는 레이디얼 동압 베어링의 원주(4)가 고정된다. 그리고, 회전 부재로서의 허브(5) 내측의 원주(4)와 대면하는 위치에, 내면이 평활한 원통(6)을 고정한다. 또한, 허브(5)의 스커트부(5a)의 모터 코일과 대면하는 위치에, 로터 마그넷(8)을 링형상으로 배치하여 주 자기 베어링을 구성하는 점은 제1 실시예와 완전히 같다.

제1 실시예에서는 정지시에 로터 마그넷(8)의 중심 위치(c)가 허브(5)의 자중에 의해 스테이터(2a)의 중심 위치(a)보다도 하방으로 내려가지만, 제3 실시예에서는 이를 방지하기 위해, 원주(4)의 상단부면에 링형상의 제1 영구 자석(11)을 고정하고, 이 제1 영구 자석(11)을 둘러싸도록 원통(6)의 상단부면에 링형상의 제2 영구 자석(12)을 고정하여 부 자기 베어링을 구성한다. 제1 영구 자석(11)의 외측을 S극으로, 제2 영구 자석(12)의 내측을 N극으로, 혹은 그 반대로 설정하면, 각각의 영구 자석(11, 12)은 서로 흡인하여 허브(5)의 자중을 지지하고, 로터 마그넷(8)의 중심 위치(c)는 스테이터(2a)의 중심 위치(d)보다 높은 곳에 정지한다. 제1 영구 자석(11)의 외경은 원주(4)의 외경보다 약간 작으며, 제2 영구 자석(12)의 내경은 원통(6)의 내경보다 약간 크게 설정하여 자외선에 의해 경화하는 혐기성의 접착제 등에 의해 고정한다. 이와 같이, 영구 자석(11, 12)의 대면 간극을 레이디얼 동압 베어링의 대면 간극보다 크게 함으로써, 영구 자석(11, 12)끼리가 접촉하기 전에 원주(4)와 원통(6)이 접촉하므로, 접착제의 비드의 처리도 간단해진다.

도3의 (a)의 정지시에 있어서의 원반(3)의 상면과 원통(6)의 하단부면의 클리어런스는 A1이 되어 서로 비접촉인 상태로 유지된다. 모터 코일(7)에 통전되어 허브(5) 측으로부터 보아 원통(6)이 반시계 방향으로 회전하는 원통(6)의 정상 회전 상태에 이르면, 레이디얼 동압 베어링을 구성하는 원통(6)과 원주(4)의 외주면의 나선형 홈(4a)에서 발생하는 동압에 의해, A2의 위치까지 허브(5)가 강하한다. 이 상태에서는 로터 마그넷(8)의 중심(c)과 모터 코일(7)의 중심(d)은 자력선의 최 적 지역에서 합치하므로 모터 효율의 최적화를 도모할 수 있다.

도4는 원통(6) 측을 고정 부재로서, 제3 실시예와 같이 부 자기 베어링을 구성한 제4 실시예의 구조를 도시한다. 도4의 (a)는 정지시의 상태도이며, 도4의 (b)는 정상 회전 중의 상태도이다.

도4의 (a)에 있어서, 도면 부호 9는 모터 축이며, 외주에 로터 마그넷(8)을 설치하고, 상단부에 회전 부재로서의 허브(5)를 고정한다. 그 하방에는 하면에 드러스트 동압 발생 홈이 되는 스파이럴 홈(3a) 등을 갖는 드러스트 동압 베어링의 원반(3)과, 외주면에 레이디얼 동압 발생 홈이 되는 나선형 홈(4a)을 갖는 레이디얼 동압 베어링의 원주(4)가 고정된다. 고정 부재로서의 케이스(10)에, 원주(4)에 대면하는 위치에서 내면이 평활인 원통(6)이 고정되고, 로터 마그넷(8)에 대면하는 위치에서 모터 코일(7)을 권취 장착한 규소 강판으로 이루어지는 스테이터(2a)가 일체적으로 배치되고, 주 자기 베어링을 구성하는 점은 제2 실시예와 완전히 마찬가지이다.

또한, 링형상의 제1 영구 자석(11)을 원주(4)의 하단부면에 고정하고, 이 제1 영구 자석(11)을 둘러싸도록 링형상의 제2 영구 자석(12)을 원통(6)의 하단부면에 고정하여 부 자기 베어링을 구성하는 점은 제3 실시예와 완전히 같다.

도4의 (a)의 정지시에 있어서, 비접촉 상태에 있는 원반(3)과 원통(6)의 클리어런스 A1은 모터 코일(7)에 통전되어 허브(5) 측으로부터 보아 원통(6)이 반시계 방향으로 회전하는 정상 회전 상태에 이르면, 도4의 (b)에 도시한 바와 같이 A2의 위치까지 허브(5)가 강하한다. 이 상태에서는 로터 마그넷(8)의 중심(d)과 모 터 코일(7)의 중심(c)은 자력선의 최적 지역에서 합치하므로 제3 실시예와 마찬가지로 모터 효율의 최적화를 도모할 수 있다.

제1 실시예 내지 제4 실시예에 공통하여 원주(4)의 외주에 형성하는 레이디얼 동압 발생 홈은 도5, 도6에 도시되는 상하에 비대칭인 헤링본 홈이라도 좋다. 또한, 도7에 도시한 바와 같은 홈, 즉 원둘레 상에 적어도 3개의 긴 홈(4a)을 형성한다. 그리고, 긴 홈(4a)의 종점 Y1은 전개된 상태에서 인접하는 긴 홈(4a)의 시점 X2를 벗어나지 않는 범위로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 시점 X1 내지 종점 Y1에 걸쳐 긴 홈(4a)은 직선 또는 나선형의 곡선이라도 좋다. 통상, 긴 홈(4a)의 폭은 1 ㎜ 내지 3 ㎜이며, 깊이는 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 정도의 얕은 홈이라도 좋으며, 지석이 닿는 쪽에 의해 원통이 깎인 평면에 의해 형성해도 좋다. 상기한 긴 홈(4a)은 헤링본 홈보다 훨씬 가공 공정수를 저감할 수 있어 동등한 효과를 발휘한다.

제1 실시예 내지 제4 실시예에 공통하여 적어도 원반(3), 원주(4) 및 원통(6)은 알루미나, 질화 규소, 탄화 규소 등의 세라믹스로 이루어지는 부재로 구성하는 것이 바람직하다. 그 중에서도 알루미나는 가장 경제적인 재료이다.

다음에, 제1, 제3 실시예의 작용 효과를 확인하기 위해, 제1, 제2 비교예를 준비하여 비교한 결과에 대해 설명한다. 도8에, 제1 실시예에 비교되는 제1 비교예의 스핀들 모터의 정상 회전 중인 구조도를 도시한다. 도8에 있어서의 구성 부품의 명칭, 부호, 작용은 완전히 제1 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다. 단, 정지시에는 드러스트 동압 베어링을 구성하는 원반(3)의 상면과 원통(6)의 하단부 면은 서로 접촉한 상태가 되는 점이 다르다.

도9에, 제3 실시예에 비교되는 제2 비교예의 스핀들 모터의 정상 회전 중인 구조도를 도시한다. 도9에 있어서의 구성 부품의 명칭, 부호, 작용은 완전히 제3 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다. 단, 원주(4)의 외주에 형성하는 긴 홈(4a)은 상하에 균등한 헤링본 홈이라도, 축심에 평행하고 직선적인 세로 홈이라도 좋다. 그리고, 드러스트 동압 베어링을 구성하는 원반(3)을 생략하고, 드러스트 하중은 주 자기 베어링과 부 자기 베어링만으로 지지한 점이 다르다.

제1, 제3 실시예 및 제1, 제2 비교예의 드러스트 하중을 150g으로 일정하게 설정하고, 스핀들 모터의 사양을 직류 12V 정격으로 정상 회전수 = 18000 rpm으로 운전하여 허브(5) 상면의 상하 이동을 레이져 변위계에서 관찰한 결과를 표1에 나타낸다.

시료	기동시의 전류치	정상 운전시의 허브의 상하 이동
제1 실시예	1.2A	1 ㎛ 이하
제3 실시예	1.2A	1 ㎛ 이하
제1 비교예	2.8A	1 ㎛ 이하
제2 비교예	1.2A	최대 30 ㎛

표1의 결과를 고찰하면, 정상 회전 중인 허브(5)의 상하 이동은 제1, 제3 실시예 및 제1 비교예 모두 1 ㎛ 이하이며, 자기 디스크의 회전체의 표면에 대해 판독 장치의 자기 헤드가 추종 가능한 범위 내이므로, 회전체와 자기 헤드가 충돌하는 일은 없다. 그러나, 제2 비교예는 드러스트 동압 베어링이 생략되어 자기 베어링만으로 드러스트 하중을 지지하고 있으므로, 허브(5)는 불안정하게 부유하여 실 용적이지는 않다.

기동시의 전류는 제1 비교예에 대해서는 정지시에 원반(3)의 상면과 원통(6)의 하단부면이 접촉하고 있으므로, 초기 미끄럼 이동 저항보다 우수한 회전 토오크를 발생시키기 위해, 제1, 제3 실시예 및 제2 비교예에 비교하여 약 2.3배의 기동 전류가 필요하다. 제1 실시예에 대해서는 정상 회전 중에는 로터 마그넷(8)의 자력선의 최적 지역과 모터 코일(7)의 중심이 약간 벗어나므로, 모터 효율이 저하하여 약간 전류치가 증가하는 경향에 있지만 실용적으로는 문제가 되지 않는 범위이다.

정지시에는 스테이터와 로터 마그넷에 의해 구성되는 주 자기 베어링, 혹은 원주와 원통의 단부면에 설치하는 한쌍의 링형 영구 자석으로 이루어지는 부 자기 베어링과 공동하여 허브의 드러스트 하중을 지지하고, 드러스트 동압 베어링의 원반과 원통의 단부면을 비접촉으로 보유 지지하고, 로터 마그넷의 작동시에는 레이디얼 동압 베어링의 레이디얼 동압 발생 홈에 의해 드러스트 동압 베어링의 클리어런스를 감소시키는 힘을 발생시키고, 드러스트 동압 베어링의 원반과 원통이 접근하여 정상 운전 중은 주로 드러스트 동압 베어링의 반발력에 의해 드러스트 하중을 지지하였으므로, 드러스트 동압 베어링의 구성 부품의 접촉은 항상 회피되어 마모의 염려는 없으며, 기동시의 전력 소비가 적은 스핀들 모터를 제공할 수 있다. 그리고, 도1 내지 도4에서 명백한 바와 같이, 관계 부재의 센터링이 용이한 구조이므로, 드러스트 동압 베어링의 간극을 수 미크론의 값으로 유지하는 것도 용이하다.

Claims

모터 코일을 권취 장착하는 스테이터를 구비한 스테이터 코어의 축심 상의 상단부에, 외주면에 레이디얼 동압 발생 홈을 갖는 레이디얼 동압 베어링의 원주와 상면에 드러스트 동압 발생 홈을 갖는 드러스트 동압 베어링의 원반을 구비하고, 회전 부재로서의 허브에 상기 레이디얼 동압 베어링의 원주에 대면하는 내면이 평활인 원통과 상기 모터 코일에 대면하는 로터 마그넷을 배치하고, 레이디얼 방향의 하중을 상기 레이디얼 동압 베어링에 의해 지지하고, 드러스트 방향의 하중을 상기 스테이터와 상기 로터 마그넷에 의해 구성되어 있는 주 자기 베어링 및 상기 드러스트 동압 베어링을 병용하여 지지하며,

상기 원주의 상단부면에 링형상의 제1 영구 자석을 고정하고, 상기 제1 영구 자석을 둘러싸도록 상기 원통의 상단부면에 링형상의 제2 영구 자석을 고정하여 구성되는 부 자기 베어링을 설치하고, 레이디얼 방향의 하중을 상기 레이디얼 동압 베어링에 의해 지지하고, 드러스트 방향의 하중을 상기 스테이터와 상기 로터 마그넷에 의해 구성되어 있는 주 자기 베어링과 상기 부 자기 베어링 및 상기 드러스트 동압 베어링을 병용하여 지지하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
외주에 로터 마그넷을 배치한 모터 축의 상단부에 회전 부재로서의 허브를 구비하고, 하방에는 하부면에 드러스트 동압 발생 홈을 갖는 드러스트 동압 베어링의 원반과 외주면에 레이디얼 동압 발생 홈을 갖는 레이디얼 동압 베어링의 원주를 구비하고, 고정 부재로서의 케이스에 상기 레이디얼 동압 베어링의 원주에 대면하는 내면이 평활인 원통과 상기 로터 마그넷에 대면하는 모터 코일을 권취 장착하는 스테이터를 구비하고, 레이디얼 방향의 하중을 상기 레이디얼 동압 베어링에 의해 지지하고, 드러스트 방향의 하중을 상기 스테이터와 상기 로터 마그넷에 의해 구성되어 있는 주 자기 베어링 및 상기 드러스트 동압 베어링을 병용하여 지지하며,

상기 원주의 하단부면에 링형상의 제1 영구 자석을 고정하고, 상기 제1 영구 자석을 둘러싸도록 상기 원통의 하단부면에 링형상의 제2 영구 자석을 고정하여 구성되는 부 자기 베어링을 설치하고, 레이디얼 방향의 하중을 상기 레이디얼 동압 베어링에 의해 지지하고, 드러스트 방향의 하중을 상기 스테이터와 상기 로터 마그넷에 의해 구성되어 있는 주 자기 베어링과 상기 부 자기 베어링 및 상기 드러스트 동압 베어링을 병용하여 지지하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
삭제
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원주의 외주의 레이디얼 동압 발생 홈은 적어도 3개의 긴 홈으로 이루어지며, 상기 긴 홈의 리드의 종점이 전개도에 있어서, 인접하는 상기 긴 홈의 시점을 벗어나지 않는 범위로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원주의 외주의 레이디얼 동압 발생 홈은 상하 비대칭의 홈 길이를 갖는 헤링본 홈에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 정지시에는 상기 자기 베어링에 의해 상기 허브의 드러스트 하중이 지지되어, 상기 드러스트 동압 베어링의 원반과 상기 원통의 단부면이 비접촉으로 보유 지지되고, 상기 로터 마그넷이 회전하는 데 수반하여, 상기 레이디얼 동압 베어링의 레이디얼 동압 발생 홈에 의해 상기 드러스트 동압 베어링의 클리어런스를 감소시키는 힘이 작용하고, 상기 드러스트 동압 베어링의 원반과 상기 원통이 접근하여, 정상 회전 중에는 주로 상기 드러스트 동압 베어링의 반발력에 의해 드러스트 하중이 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이디얼 동압 베어링과 상기 드러스트 동압 베어링을 구성하는 부재에, 세라믹스가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.