KR100699896B1

KR100699896B1 - 클램핑 스크류, 이를 구비한 스핀들 모터-디스크 조립체,및 상기 스핀들 모터-디스크 조립체의 조립방법

Info

Publication number: KR100699896B1
Application number: KR1020060012879A
Authority: KR
Inventors: 정우철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-03-28

Abstract

위하여 본 발명은, 스핀들 모터에 체결되며 디스크를 상기 스핀들 모터에 대해 고정하기 위한 디스크 클램프를 가압하여 상기 디스크 클램프 및 디스크를 상기 스핀들 모터에 대해 고정시키는 클램핑 스크류에 있어서, 상기 클램핑 스크류의 표면에 2 에서 20% 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 클램핑 스크류와, 이를 구비한 스핀들 모터-디스크 조립체를 제공한다.

또한 본 발명은, 스핀들 모터에 디스크를 장착하는 단계; 디스크 클램프를 스핀들 모터에 탑재하는 단계; 및, 표면에 2 에서 20% 질량 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층이 형성된 클램핑 스크류를 상기 스핀들 모터에 체결하여 상기 디스크 클램프 및 디스크를 상기 스핀들 모터에 대해 고정시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터-디스크 조립체의 조립방법을 제공한다.

Description

클램핑 스크류, 이를 구비한 스핀들 모터-디스크 조립체, 및 상기 스핀들 모터-디스크 조립체의 조립방법{Clamping screw and spindle motor-disk assembly with the same, and method for assembling the spindle motor-disk assembly}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들 모터-디스크 조립체를 포함하는 하드디스크 드라이브를 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 스핀들 모터-디스크 조립체를 도시한 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 클램핑 스크류를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 ..하드디스크 드라이브 101 ..베이스 부재

105 ..커버 부재 110 ..스핀들 모터-디스크 조립체

111, 112 ..디스크 115 ..스페이서

120 ..스핀들 모터 121 ..샤프트

125 ..회전자 130 ..디스크 클램프

140 ..클램핑 스크류 141 ..헤드

142 ..보디 145 ..니켈-테프론 코팅층

150 ..액츄에이터 155 ..보이스 코일 모터

본 발명은 하드디스크 드라이브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 데이터 저장매체인 디스크를 스핀들 모터에 고정시키기 위한 클램핑 스크류와, 이를 구비한 스핀들 모터-디스크 조립체와, 상기 스핀들 모터-디스크 조립체의 조립방법에 관한 것이다. 하드 디스크 드라이브는 컴퓨터, MP3 플레이어, 모바일폰 등의 보조 기억장치들 중의 하나로서, 자기헤드에 의해 데이터 저장매체인 디스크에 저장된 정보를 재생하거나, 디스크에 새로운 정보를 기록하는 장치이다. 이러한 하드 디스크 드라이브에 있어서, 상기 디스크는 스핀들 모터에 장착되어 회전되고, 상기 자기헤드는 회전하는 디스크에서 소정 높이 부상한 상태로 액츄에이터에 의해 원하는 위치로 이동하면서 그 데이터의 기록 또는 판독 기능을 수행하게 된다.

상기 디스크는 디스크 클램프(disk clamp)에 의해 가압되어 스핀들 모터에 고정된다. 상기 디스크 클램프는 스핀들 모터에 체결되는 클램핑 스크류(clamping screw)에 의해 스핀들 모터 측으로 가압된다. 체결시에 상기 클램핑 스크류는 스핀들 모터의 상단부에 마련된 스크류홀(screw hole)에 회전 삽입되고, 분리시에는 삽입 당시와 반대 방향으로 회전하여 상기 스크류홀에서 이탈된다. 그런데, 이러한 클램핑 스크류의 삽입 또는 분리시에 클램핑 스크류의 수나사면과 스크류홀의 암나사면 사이에 마찰이 증대되어 상기 클램핑 스크류가 마모되거나, 심하면 상기 클램핑 스크류가 스핀들 모터에 달라붙는 소위 스크류 스턱(screw stuck) 현상이 야기될 수 있다.

이러한 클램핑 스크류의 마모, 또는 스크류 스턱 현상을 방지하기 위하여, 근래에는 표면에 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층을 구비한 클램핑 스크류가 사용되고 있다. 상기 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층은 클램핑 스크류의 내식성 및 내마모성을 증대시키고 스핀들 모터와의 마찰은 감소시킨다. 그러나, 상기 니켈-테프론(Ni-PTFE)의 농도가 너무 묽으면 이와 같은 내식성 및 내마모성 증대와, 마찰 감소의 효과를 볼 수 없어 스크류 스턱 현상을 방지할 수 없다. 그렇다고, 니켈-테프론(Ni-PTFE)의 농도가 너무 진하면, 하드디스크 드라이브에 불측의 외란이 가해질 때 디스크가 일측으로 미끄러져 편심되는, 소위 디스크 슬립(disk slip) 현상의 발생 가능성이 증대된다. 이러한 디스크 슬립의 정도가 심하면 디스크에 기록된 서보(servo) 정보의 판독이 어려워 PES(Position Error Signal)가 증대되며 하드디스크 드라이브 성능의 신뢰성이 저하된다. 그러므로, 스크류 스턱 현상이 방지되고, 외란으로 인한 디스크 슬립이 억제되는 적절한 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층의 농도 범위를 설정할 필요가 있다.

본 발명은 상기한 필요에 의해 고안된 것으로, 스크류 스턱 현상이 방지되고, 외란으로 인한 디스크 슬립이 억제되는 적절한 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층이 표면에 형성된 클램핑 스크류와, 이를 구비한 스핀들 모터-디스크 조립체를와, 상기 스핀들 모터-디스크 조립체의 조립방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 스핀들 모터에 체결되며 디스크를 상기 스핀들 모터에 대해 고정하기 위한 디스크 클램프를 가압하여 상기 디스크 클램프 및 디스크를 상기 스핀들 모터에 대해 고정시키는 클램핑 스크류에 있어서, 상기 클램핑 스크류의 표면에 2 에서 20% 질량 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 클램핑 스크류와, 이를 구비한 스핀들 모터-디스크 조립체를 제공한다.

바람직하게는, 상기 클램핑 스크류는 2 에서 6.5 kgfㆍcm 의 토크로 상기 스핀들 모터에 체결된 것일 수 있다.

바람직하게는, 상기 클램핑 스크류를 상기 스핀들 모터에 체결하는 단계에서 상기 클램핑 스크류를 2 에서 6.5 kgfㆍcm 의 토크로 상기 스핀들 모터에 체결할 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 클램핑 스크류, 이를 구비한 스핀들 모터-디스크 조립체, 및 상기 스핀들 모터-디스크 조립체의 조립방법을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들 모터-디스크 조립체를 포함하는 하드디스크 드라이브를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 스 핀들 모터-디스크 조립체를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 하드디스크 드라이브(100)에는 베이스 부재(101) 및 커버 부재(102)와, 데이터 저장매체인 한 쌍의 디스크(111, 112)와, 상기 디스크들(111, 112)를 회전시키기 위한 스핀들 모터(120)와, 자기헤드(미도시)를 가진 액츄에이터(150)가 구비된다. 상기 스핀들 모터(120)와, 그에 장착된 디스크들(111, 112)은 스핀들 모터-디스크 조립체(110)를 형성한다.

상기 베이스 부재(101)의 상면쪽에는 스핀들 모터(120) 및 액츄에이터(150) 등을 수용하기 위한 공간이 형성된다. 상기 커버 부재(102)는 다수의 체결 스크류(105)를 사용하여 상기 베이스 부재(101)의 상부에 조립되어, 상기 스핀들 모터-디스크 조립체(110), 액츄에이터(150) 등을 감싸서 보호하는 역할과 함께, 하드디스크 드라이브(100) 내부로 먼지나 습기가 유입되는 것을 방지하고, 하드디스크 드라이브(100) 내부에서 발생된 소음이 외부로 전파되는 것을 차단하는 역할을 한다.

상기 액츄에이터(150)는, 데이터의 기록 및 재생을 위한 자기헤드(미도시)를 상기 디스크(111, 112) 상의 소정 위치로 이동시키기 위한 것으로, 스윙 아암(152)과, 서스펜션(153)과, 보이스 코일 모터(155)를 가진다. 상기 스윙 아암(152)은 베이스 부재(101)에 설치된 피봇(151)에 회전 가능하게 결합된다. 상기 서스펜션(153)은 스윙 아암(152)의 선단부에 결합되어 상기 자기헤드가 형성된 슬라이더(미도시)를 디스크(111, 112)의 표면쪽으로 탄성 바이어스되게 지지한다.

상기 보이스 코일 모터(155)는 상기 스윙 아암(152)을 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 것으로, 서보 제어 시스템에 의해 제어되며, 액츄에이터(150)의 VCM 코일(미도시)에 입력되는 전류와 마그네트(미도시)에 의해 형성된 자기장의 상호 작용에 의해 플레밍의 왼손 법칙에 따르는 방향으로 스윙 아암(152)을 회전시키게 된다. 즉, 하드디스크 드라이브(100)의 전원이 온(on) 되어 디스크(111, 112)가 회전하기 시작하면, 보이스 코일 모터(155)는 스윙 아암(152)을 반시계 방향으로 회전시켜 상기 자기헤드를 디스크(111, 112)의 기록 영역 위로 이동시킨다. 반대로, 하드디스크 드라이브(100)의 전원이 오프(off) 되어 디스크(111, 112)의 회전이 정지하면, 보이스 코일 모터(155)는 스윙 아암(152)을 시계방향으로 회전시켜 상기 자기헤드가 디스크(111, 112)를 벗어나도록 한다. 이 때, 디스크(111, 112)의 기록 영역을 벗어난 자기헤드는 디스크(111, 112)의 바깥쪽에 마련된 램프(156)에 파킹된다.

상기 스핀들 모터(120)는 샤프트(121)와, 샤프트(121)의 외주에 결합된 고정자(stator, 124) 및 회전자(rotator, 125)를 구비한다. 상기 회전자(125)는 허브(hub)라고도 불리우는 것으로, 상기 회전자(125)의 외주에 데이터 저장매체인 디스크(111, 112)가 끼워진다. 회전자(125)에 끼워진 한 쌍의 디스크(111, 112) 사이의 간격을 유지하기 위하여 링 형상의 스페이서(115)가 디스크들(111, 112) 사이에 배치되도록 회전자(125)의 외주에 끼워진다.

상기 디스크(111, 112)는 회전자(125) 위에 탑재되는 디스크 클램프(130)에 의해 상기 회전자(125)에 고정된다. 클램핑 스크류(clamping screw, 140)는 상기 스핀들 모터(120)의 샤프트(121)에 체결된다. 체결시에 수나사면이 형성된 상기 클램핑 스크류(140)의 보디(142)는 회전하여 암나사면이 형성된 상기 샤프트(121)의 스크류홀(122)에 삽입된다. 이와 같이 체결된 클램핑 스크류(140)의 스크류 헤드(141)는 디스크 클램프(130)의 스크류 관통공 내주부(132)를 가압하여 디스크 클램프(130) 및 디스크들(111, 112)을 회전자(125)에 대해 고정시킨다. 상기 디스크 클램프(130)의 중앙부에는 클램핑 스크류(140)가 관통하여 샤프트(121)에 체결될 수 있게 스크류 관통공(131)이 형성되어 있다.

도 3은 도 2에 도시된 클램핑 스크류를 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 클램핑 스크류(140)의 표면에는 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145)이 형성되어 있다. 상기 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145)은 클램핑 스크류(140)의 내식성 및 내마모성을 증대시키고, 상기 보디(142)의 수나사면과 상기 스크류홀(122, 도 1 참조)의 마찰을 감소시켜, 스크류 스턱(screw stuck) 현상을 방지한다.

본 발명의 발명자는 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145)의 질량 농도와 디스크(112) 슬립량의 관계를 알아보기 위한 실험을 실시하였으며, 그 결과가 하기의 표 1에 정리되어 있다.

클램핑 토크(clamping torque) & 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층의 질량 농도	최소 슬립량	최대 슬립량	평균 슬립량
4.5 kgfㆍcm & 20 %	7.0 track	48.5 track	27.8 track
4.5 kgfㆍcm & 10 %	4.0 track	43.0 track	25.2 track
4.5 kgfㆍcm & 2 %	2.0 track	38.0 track	23.0 track

실험의 내용은, 2 % 질량 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145), 10 % 질량 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145), 및 20 % 질량 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145)을 갖는 클램핑 스크류들(140)을 4.5 kgfㆍcm 의 클램핑 토크(clamping torque)로 스핀들 모터(120, 도 2 참조)에 체결하여 복수의 스핀들 모터-디스크 조립체(110, 도 2 참조)를 준비하고, 상기 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145)에 따라 구분되는 3 종류의 스핀들 모터-디스크 조립체(110)에 1 ms 지속시간(duration)을 갖는 소정 크기의 하프사인(half sine) 형태의 충격을 인가하고, 수평 방향으로 디스크(112, 도 2 참조)가 미끄러지는, 디스크(112)의 슬립량을 측정한 것이다. 각 종류당 20개의 스핀들 모터-디스크 조립체(110) 샘플이 구비되었으며, 상기 디스크(112)의 트랙 밀도(track density)는 130000 tracks/inch 이다.

상기 표 1을 참조하면, 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145)의 질량 농도 2 내지 20 % 일 때 디스크(112)의 슬립량은 평균적으로 23 내지 28 이며, 상기 농도가 진해질수록 디스크(112)의 슬립량이 커짐을 알 수 있다. 근래의 하드디스크 드라이브(100, 도 1 참조)의 서보 제어 기술은 130000 tracks/inch 의 트랙 밀도를 갖는 디스크(112)에 대하여 80 track 정도의 슬립량은 충분히 보상할 수 있으며, 그 정도의 슬립량에 대해 PES 특성 저하를 나타내지 않는다.

한편, 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145)의 질량 농도가 2 % 보다 묽으면 마찰 저감의 효과가 떨어져 스크류 스턱 현상이 발생되기 쉽다. 따라서, 본 발명의 클램핑 스크류(140) 표면에 형성된 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145)의 질량 농도는 2 내지 20 % 로 제한된다.

이하에서 도 2 및 도 3을 다시 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들 모터-디스크 조립체의 조립방법을 설명한다.

먼저, 베이스 부재(101) 상에 스핀들 모터(120)를 장착하고, 스핀들 모터(120)의 회전자(125) 외주에 디스크(111), 스페이서(115), 디스크(112)의 차례로 이들을 끼워 장착한다. 다음으로, 디스크 클램프(130)를 스핀들 모터(120)의 회전자(125) 상에 탑재하고, 표면에 2 에서 20 % 질량 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145)이 형성된 클램핑 스크류(140)를 스핀들 모터(120)의 샤프트(121)에 체결하여 디스크 클램프(130), 디스크(111, 112) 및, 스페이서(115)를 상기 회전자(125)에 대해 고정시켜 스핀들 모터-디스크 조립체(110)를 완성한다.

상기 클램핑 스크류(140)를 상기 샤프트(121)에 체결할 때 가해지는 클램핑 토크(clamping torque)가 너무 약하면 회전자(125)에 대한 상기 디스크(111, 112)의 고정이 불량하여 하드디스크 드라이브(100, 도 1 참조)의 작동 중에 디스크 슬립이나 편심이 야기되어, 기능 이상이 발생될 수 있다. 반면, 클램핑 토크가 너무 강하면 디스크(111, 112)의 변형으로 소위 런아웃(runout) 이 커진다. 상기 런아웃은, 디스크(111, 112)의 표면에 가해지는 응력(stress) 증가에 의하여 디스크(111, 112)가 부분적으로 일그러져 디스크(111, 112)의 각 부분이 종방향으로 서로 다른 레벨(level)에 위치하게 되는 현상을 의미하며, 상기 런아웃 정도가 커지면 액츄에이터(150, 도 1 참조)의 서보 제어가 어려워진다.

본 발명의 발명자는 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145)이 형성된 클램핑 스크류(140)에 가해지는 클램핑 토크의 최적 범위를 찾아내기 위한 실험을 실시하였으며, 그 결과가 하기의 표 2에 정리되어 있다.

샘플 No.	2 kgfㆍcm	3 kgfㆍcm	4 kgfㆍcm	5 kgfㆍcm	6 kgfㆍcm
1	28 kgf	37 kgf	40 kgf	40 kgf	40 kgf
2	41 kgf	39 kgf	40 kgf	42 kgf	41 kgf
3	36 kgf	38 kgf	42 kgf	42 kgf	42 kgf
4	39 kgf	40 kgf	40 kgf	42 kgf	41 kgf
5	36 kgf	38 kgf	40 kgf	40 kgf	42 kgf
힘의 평균	36 kgf	38 kgf	40 kgf	41 kgf	41 kgf

실험의 내용은, 2 % 질량 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층(145)을 갖는 1번부터 5번까지의 클램핑 스크류들(140)을, 각각 2, 3, 4, 5, 6 kgfㆍcm 의 클램핑 토크(clamping torque)로 스핀들 모터(120)에 체결할 때 디스크(111, 112)에 가해지는 힘을 측정한 것이다.

상기 표 2를 참조하면, 클램핑 스크류(140)의 클램핑 토크가 2 내지 6 kgfㆍcm 인 범위에서는 디스크(111, 112)의 슬립이나 편심이 억제될 정도의 충분한 힘이 디스크(111, 112)에 가해짐을 알 수 있다. 그러나, 클램핑 토크가 6 kgfㆍcm 를 넘어서면 클램핑 토크의 증가에 불구하고 디스크(111, 112)에 가해지는 힘은 증대되지 않는 경향을 나타내므로, 6 kgfㆍcm 을 크게 초과하는 클램핑 토크를 가하는 것은 비효율적이며, 스크류 스턱 현상을 초래할 가능성만 높아진다. 한편, 클램핑 토크가 6 kgfㆍcm 를 넘어도 상기 디스크(111, 112)의 런아웃은 계속 증대되며, 클램핑 토크가 6.5 kgfㆍcm 을 넘으면 런아웃으로 인하여 액츄에이터(150, 도 1 참조)의 서보 제어가 어려워진다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서 클램핑 스크류(140)의 클램핑 토크는 2 내지 6.5 kgfㆍcm 이다.

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. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명의 클램핑 스크류, 이를 구비한 스핀들 모터-디스크 조립체, 및 상기 스핀들 모터-디스크 조립체의 조립방법에 의하면, 스핀들 모터에 체결되는 클램핑 스크류의 스크류 스턱(screw stuck) 현상이 방지되고, 외란으로 인한 디스크 슬립이 억제될 수 있다.

Claims

스핀들 모터에 체결되며 디스크를 상기 스핀들 모터에 대해 고정하기 위한 디스크 클램프를 가압하여 상기 디스크 클램프 및 디스크를 상기 스핀들 모터에 대해 고정시키는 클램핑 스크류에 있어서,

상기 클램핑 스크류의 표면에 2 에서 20% 질량 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 클램핑 스크류.
스핀들 모터; 상기 스핀들 모터에 장착되는 디스크; 상기 디스크를 스핀들 모터에 대해 고정하기 위한 디스크 클램프; 및, 상기 스핀들 모터에 체결되며 상기 디스크 클램프를 가압하여 상기 디스크 클램프 및 디스크를 상기 스핀들 모터에 대해 고정시키는 클램핑 스크류;를 구비하고,

상기 클램핑 스크류의 표면에 2 에서 20% 질량 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터-디스크 조립체.
제2 항에 있어서,

상기 클램핑 스크류는 2 에서 6.5 kgfㆍcm 의 토크로 상기 스핀들 모터에 체결된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터-디스크 조립체.
스핀들 모터에 디스크를 장착하는 단계;

디스크 클램프를 스핀들 모터에 탑재하는 단계; 및,

표면에 2 에서 20% 질량 농도의 니켈-테프론(Ni-PTFE) 코팅층이 형성된 클램핑 스크류를 상기 스핀들 모터에 체결하여 상기 디스크 클램프 및 디스크를 상기 스핀들 모터에 대해 고정시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터-디스크 조립체의 조립방법.
제4 항에 있어서,

상기 클램핑 스크류를 2 에서 6.5 kgfㆍcm 의 토크로 상기 스핀들 모터에 체결하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터-디스크 조립체의 조립방법.