KR101009171B1 - 스핀들모터 - Google Patents

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KR101009171B1
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Abstract

본 발명은 스러스트 유체동압을 발생시키는 동압발생홈의 훼손을 방지함과 동시에 스핀들모터의 초기 구동시 소모되는 전류를 감소시킬 수 있는 스핀들모터에 관한 것으로, 본 발명의 스핀들모터는 상측부에 직교하게 삽입설치된 스러스트판을 구비하는 회전축, 회전축을 수용하여 회전가능하게 지지하되 스러스트판의 하측면과의 사이에 공간을 형성하여 비접촉되도록 이격되는 슬리브, 플레이트에 고정되게 결합되고 내부에 슬리브가 설치되며 스러스트판의 하측면의 일부를 지지하는 하우징, 그리고 스러스트판의 상면을 지지하여 회전축의 이탈을 방지하도록 하우징에 결합되는 스토퍼를 포함한다.
스핀들모터, 유체동압, 유체동압베어링, 동압발생홈, 비접촉

Description

스핀들모터{Spindle motor}
본 발명은 스핀들모터에 관한 것으로, 더 구체적으로는 스러스트 유체동압을 발생시키는 동압발생홈의 훼손을 방지함과 동시에 스핀들모터의 초기 구동시 소모되는 전류를 감소시킬 수 있는 스핀들모터에 관한 것이다.
일반적으로 스핀들모터는 회전축을 내부에 수용한 베어링이 회전축을 회전가능하게 지지함으로써 고정도의 회전특성을 유지할 수 있고, 이로 인해 하드디스크드라이브, 광디스크드라이브 및 기타 고속회전을 요망하는 기록매체의 구동수단으로 널리 채용되고 있다.
이와 같은 스핀들모터에서, 회전축의 회전을 용이하게 하도록 회전축과 회전축을 축지지하는 슬리브 사이에 소정의 유체를 주입하고 회전축의 회전시 동압이 발생하도록 하는 유체동압베어링이 일반적으로 사용되고 있다.
유체동압베어링은 회전축의 회전시 유체에 의한 동압이 발생되도록 소정의 동압발생홈을 형성함으로써 이루어질 수 있으며, 이와 같은 동압발생홈은 회전축을 회전가능하게 지지하는 슬리브의 내경부 및 회전축의 축방향에 직교하게 설치되는 스러스트판에 형성될 수 있으며, 이와 같은 종래기술의 스핀들모터의 일례가 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 종래기술의 스핀들모터는 플레이트(10), 하우징(20), 슬리브(30), 전기자(40), 회전축(50), 스러스트판(60), 허브(70) 및 스토퍼(80)로 구성된다.
플레이트(10)는 하드디스크드라이브 등의 장치에 고정되게 설치되며, 중앙부위에 하우징(20)이 고정되게 압입설치된다.
하우징(20)은 그 내부에 슬리브(30)를 수용하며, 상부에 스러스트판(60)의 이탈을 방지하는 스토퍼(80)가 고정설치된다.
슬리브(30)는 회전축(50)을 회전가능하게 지지하기 위한 것으로, 회전축(50)과 마주하는 내경부 및 스러스트판(60)과 마주하는 부위에 유체동압베어링이 형성된다.
전기자(40)는 광디스크 또는 자기디스크가 탑재되는 허브(70)를 회전시키기 위하여 외부전원을 인가받아 전기장을 형성하기 위한 것으로, 다수 매의 박형 금속판을 적층시킨 코어(41)와 이 코어(41)에 다수회 권선되는 코일(42)로 이루어진다.
회전축(50)은 허브(70)를 축지지하기 위한 것으로, 슬리브(30)에 삽입되어 슬리브(30)에 의해 회전가능하게 지지되며, 회전축(50)의 상부에는 스러스트판(60) 이 고정되게 삽입설치된다.
스러스트판(60)은 회전축(50)에 고정되게 설치되며 스토퍼(80) 및 슬리브(30)와의 사이에 각각 상측/하측 스러스트 유체동압베어링을 형성한다. 여기서, 하측 스러스트 유체동압베어링은 회전축(50)의 회전시 슬리브(30)와 스러스트판(80) 사이에 보관되는 유체를 이용하여 유체동압을 발생시킴으로써, 도 6에 도시된 바와 같이 슬리브(30)로부터 부상높이(h)만큼 스러스트판(60)을 부상시킨다. 즉, 이와 같은 상측 스러스트 유체동압베어링에 의해 스러스트판(60)은 회전축(50)의 회전시 슬리브(30)에 대해 비접촉 상태를 유지할 수 있다.
허브(70)는 미도시한 광디스크 또는 자기디스크를 탑재하여 회전시키기 위한 것으로, 환형의 테두리부(71)에는 코일(42)에서 형성되는 전기장과의 사이에 전자기력을 발생시키도록 자기장을 형성하는 자석(72)이 내주면에 고정되게 설치된다.
스토퍼(80)는 스러스트판(60)을 지지하여 허브(70) 및 회전축(50)의 이탈을 방지하기 위한 것으로, 스러스트판(60)의 상면을 지지하도록 하우징(20)에 고정되게 결합된다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래의 스핀들모터에서 스러스트판(60) 또는 스러스트판(60)에 마주하는 슬리브(30)의 상면에는 스러스트 유체동압베어링을 형성하기 위한 미세한 동압발생홈이 형성되어 있다.
그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 스핀들모터의 비구동시 스러스트판(60)과 슬리브(30)의 상면이 접촉상태를 유지하고 있어, 스핀들모터의 최초 구동시 스러스 트판(60)과 슬리브(30) 사이의 물리적 접촉으로 인하여 동압발생홈이 훼손되거나 스러스트판(60)이 마모되는 문제점이 있었다. 즉, 동압발생홈에 의해 유체동압이 발생되기 위해서는 스러스트판(60)이 소정의 회전속도를 가져야 하나, 스러스트판(60)이 이와 같은 회전속도를 가질 때까지 스러스트판(60)과 슬리브(30)가 물리적으로 접촉되기 때문에 동압발생홈이 훼손될 수 있었다.
또한, 스러스트판(60)과 슬리브(30)가 접촉상태를 유지하기 때문에 이들 사이의 마찰 또는 이들 사이에 보관되는 유체의 점성에 의한 마찰에 의하여 스핀들모터의 초기 구동시 소모되는 전류가 증대되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 스러스트판과 슬리브를 소정 간격으로 이격시켜 스러스트판과 슬리브 사이의 비접촉상태를 유지시킴으로써, 스핀들모터의 초기 구동시 스러스트판 또는 슬리브에 형성된 동압발생홈의 훼손 또는 스러스트판의 마모를 방지할 수 있으며, 이들 사이의 마찰 또는 이들 사이에 보관되는 유체의 점성에 의한 마찰을 감소시켜 스핀들모터의 초기 구동시 소모되는 전류를 감소시킬 수 있는 스핀들모터를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상측부에 직교하게 삽입설치된 스러스트판을 구비하는 회전축과; 상기 회전축을 수용하여 회전가능하게 지지하되 상기 스러스트판의 하측면과의 사이에 공간을 형성하여 비접촉되도록 이격되는 슬리브와; 플레이트에 고정되게 결합되고 내부에 상기 슬리브가 설치되며 상기 스러스트판의 하측면의 일부를 지지하는 하우징; 및 상기 스러스트판의 상면을 지지하여 상기 회전축의 이탈을 방지하도록 상기 하우징에 결합되는 스토퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들모터를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 슬리브는 상기 스러스트판의 하측면과 마주하며 상기 스러스트판과의 사이에 스러스트 동압베어링을 형성하는 베어링면을 가지며, 상기 베어링면 은 상기 스러스트판의 하측면에 비접촉되도록 이격되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징은, 상기 슬리브를 수용하는 원통형 몸체부; 상기 몸체부의 상부에 단차지게 형성되며 상기 스러스트판을 지지하는 판지지부; 및 상기 판지지부의 상부에 단차지게 형성되어 상기 스토퍼가 결합되는 스토퍼결합부;로 이루어지며, 상기 판지지부는 상기 스러스트판과 상기 슬리브 사이에 공간이 형성되도록 상기 스러스트판을 지지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스러스트판은 상기 회전축의 회전시 상기 스러스트 동압베어링에 의해 상기 슬리브의 베어링면에 대해 부상높이(Ｈ)만큼 부상되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스러스트판은 상기 회전축의 비회전시 상기 슬리브의 베어링면에 대해 높이(Ｈ1)만큼 이격되도록 상기 하우징의 판지지부에 지지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징의 판지지부는 상기 슬리브의 베어링면에 대해 높이(Ｈ1)만큼 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬리브의 베어링면에 대한 상기 하우징의 판지지부의 높이(Ｈ1)는 상기 스러스트판의 부상높이(Ｈ)의 50~60%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스토퍼는 상기 스러스트판의 상면과의 사이에 유체를 보관하는 테이퍼실을 형성하고 상기 스러스트판의 상면과의 사이에 스러스트 동압베어링을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스핀들모터에 따르면, 스러스트판과 슬리브를 높이(H1)의 간격으로 이격시켜 스러스트판과 슬리브 사이의 비접촉상태를 유지하도록 하우징의 판지지부로 스러스트판을 지지함으로써, 스핀들모터의 초기 구동시 스러스트판 또는 슬리브에 형성된 동압발생홈의 훼손 또는 스러스트판의 마모를 방지할 수 있으며, 이들 사이의 마찰 또는 이들 사이에 보관되는 유체의 점성에 의한 마찰을 감소시켜 스핀들모터의 초기 구동시 소모되는 전류를 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들모터에 대해 상세하게 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들모터(100)는 플레이트(110), 하우징(120), 슬리브(130), 전기자(140), 회전축(150), 스러스트판(160), 허브(170) 및 스토퍼(180)를 포함한다.
플레이트(110)는 스핀들모터(100)를 전체적으로 고정되게 지지하기 위한 것으로, 스핀들모터(100)가 설치되는 하드디스크드라이브 등의 장치에 고정되게 설치 된다. 여기서 플레이트(110)는 알루미늄판 또는 알루미늄합금판 등의 경량재질로 제작되나, 이와 달리 강철판으로 제작될 수 있다.
또한, 플레이트(110)는 하우징(120)이 결합되는 결합부(111)가 돌출형성되며 결합부(111)는 중앙부위에 하우징(120)이 삽입되도록 하우징(120)의 외경과 동일한 직경을 갖는 결합공이 형성된다. 즉, 이 결합공에 하우징(120)이 삽입되어 고정되게 결합된다. 이때 하우징(120)을 결합부(111)에 고정시키기 위하여 별도의 접착제를 사용한 접착 결합 공정 또는 레이저 용접 등이 수행될 수 있으나, 이와 달리 하우징(120)에 소정의 압력을 인가하여 결합공에 압입함으로써 고정되게 결합시킬 수 있다.
하우징(120)은 그 내부에 슬리브(130)를 수용하기 위한 것으로, 플레이트(110)의 결합부(111)에 삽입되어 고정되게 결합되며, 하우징(120)은 바닥이 막혀있는 원통형상으로 형성된다. 더 구체적으로, 하우징(120)은 슬리브(130)의 외주면에 밀착되어 슬리브(130)를 지지하는 원통형 몸체부(121), 몸체부(121)에 대해 단차지게 형성되며 스러스트판(160)의 외주부를 지지하는 판지지부(122) 및 판지지부(122)의 상부에 단차지게 형성되어 스토퍼(180)가 결합되는 스토퍼결합부(123)로 이루어진다.
도 2에 확대하여 도시한 바와 같이, 하우징(120)의 판지지부(122)는 슬리브(130)의 상면에 대해 돌출되게 형성되어 스핀들모터(100)의 비구동시 슬리 브(130)의 상면에 대하여 스러스트판(160)을 H1의 높이만큼 이격시키는 것이 바람직하다. 즉, 판지지부(122)는 슬리브(130)의 상면에 대하여 H1의 높이만큼 단차지게 형성될 수 있다. 여기서 높이 H1은 스러스트판(160)에 형성되는 유체동압에 의해 스러스트판(160)이 슬리브(130)의 상면에 대해 부상되는 부상높이(H)의 약 50~60%인 것이 바람직하다.
슬리브(130)는 회전축(150)을 회전가능하게 지지하기 위한 것으로, 전체적으로 중공의 원통형상을 가지며 회전축(150)과 마주하는 내경부(131) 및 스러스트판(160)과 마주하는 베어링면(132)에 유체동압베어링이 형성된다. 더 구체적으로는, 슬리브(130)의 내경부(131)에는 회전축(150)과의 사이에 레디얼 유체동압베어링을 형성하기 위한 레디얼 동압발생홈(미도시)이 형성되며 내경부(131)와 회전축(150) 사이에 유체가 보관된다. 레디얼 동압발생홈은 회전축(150)의 회전시 슬리브(130)와 회전축(150) 사이에 보관되는 유체를 이용하여 유체동압을 발생시킴으로써 회전축(150)과 슬리브(130) 사이에 비접촉 상태를 유지한다. 본 실시예에서 레디얼 동압발생홈을 슬리브(130)의 내경부(131)에 형성하였으나, 이와 달리 레디얼 동압발생홈은 회전축(150)의 외주면에 형성될 수 있다.
여기서 슬리브(130)의 베어링면(132)은 하우징(120)의 판지지부(122)에 대하여 낮은 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 더 구체적으로는, 도 2에 확대하여 도시한 바와 같이, 슬리브(130)의 베어링면(132)은 하우징(120)의 판지지부(122)에 대하여 높이(H1)만큼 낮은 위치에 배치되며, 이로 인하여 회전축(150)의 비회전시 스러스트판(160)과 비접촉 상태를 유지할 수 있다.
전기자(140)는 광디스크 또는 자기디스크가 탑재되는 허브(170)를 회전시키기 위하여 외부전원을 인가받아 전기장을 형성하기 위한 것으로, 다수 매의 박형 금속판을 적층시킨 코어(141)와 이 코어(141)에 다수회 권선되는 코일(142)로 이루어진다.
코어(141)는 플레이트(110)의 결합부(111)의 외주면에 고정되게 설치되며, 코일(142)은 코어(141)에 권선된다. 여기서 코일(142)은 외부로부터 인가되는 전류로 전기장을 형성함으로써 허브(170)의 자석(173)과의 사이에 형성되는 전자기력으로 허브(170)를 회전시킨다.
회전축(150)은 허브(170)를 축지지하기 위한 것으로, 슬리브(130)에 삽입되며 슬리브(130)에 의해 회전가능하게 지지된다. 한편, 회전축(150)의 상부에 스러스트판(160)이 고정되게 삽입설치되며, 이때 회전축(150)의 상부에 삽입된 스러스트판(160)을 회전축(150)에 고정시키기 위하여 별도의 레이저 용접 등이 수행될 수 있으나, 이와 달리 스러스트판(160)에 소정의 압력을 인가하여 스러스트판(160)과 회전축(150)을 압입결합할 수 있다.
스러스트판(160)은 회전축(150)에 고정되게 설치되며 스토퍼(180)와의 사이 및 슬리브(130)의 베어링면(132)과의 사이에 각각 상측/하측 스러스트 유체동압베어링을 형성하기 위한 것으로, 스토퍼(180) 및 슬리브(130)에 마주하는 부위에 상측/하측 스러스트 동압발생홈(미도시)이 형성된다. 하측 스러스트 동압발생홈은 회전축(150)의 회전시 슬리브(130)와 스러스트판(160) 사이에 보관되는 유체를 이용하여 유체동압을 발생시킴으로써 슬리브(130)의 베어링면(132)으로부터 부상높이(H)만큼 스러스트판(160)을 부상시킨다. 또한, 상측 스러스트 동압발생홈은 회전축(150)의 회전시 스토퍼(180)와 스러스트판(160) 사이에 보관되는 유체를 이용하여 유체동압을 발생시킴으로써 스토퍼(180)로부터 스러스트판(160)을 밀어내는 힘을 발생시킨다. 즉, 이와 같은 상측/하측 스러스트 유체동압베어링에 의해 스러스트판(160)은 회전축(150)의 회전시 스토퍼(180) 및 슬리브(130)에 대해 비접촉 상태를 유지할 수 있다. 본 실시예에서 스러스트 동압발생홈을 스러스트판(160)에 형성하였으나, 이와 달리 스러스트 동압발생홈은 슬리브(130)의 베어링면(132) 및 스토퍼(180)에 형성될 수 있다.
허브(170)는 미도시한 광디스크 또는 자기디스크를 탑재하여 회전시키기 위한 것으로, 회전축(150)이 고정되게 설치되는 원판부(171)와 원판부(171)의 말단으로부터 연장되는 환형의 테두리부(172)를 갖는다.
원판부(171)는 중앙부위에 회전축(150)이 고정되게 삽입결합되며, 테두리부(172)는 그 내주면이 전기자(140)에 마주하도록 회전축(150)의 축방향으로 연장 되며, 코일(142)에서 형성되는 전기장과의 사이에 전자기력을 발생시키도록 자기장을 형성하는 자석(173)이 테두리부(172)의 내주면에 고정되게 설치된다.
스토퍼(180)는 스러스트판(160)을 지지하여 허브(170) 및 회전축(150)의 이탈을 방지하기 위한 것으로, 스러스트판(160)의 상면을 지지하도록 하우징(120)의 스토퍼결합부(123)에 레이저 용접, 압입, 열간압입 및 열압슬라이딩 결합 등에 의해 고정되게 결합된다. 여기서 스토퍼(180)는 전체적으로 고리모양을 갖는 원반형상을 가지며, 스러스트판(160)과의 사이에 유체의 테이퍼실(taper seal)을 형성하도록 중심홀이 형성되는 테두리가 스러스트판(160) 쪽으로 테이퍼지게 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 스핀들모터(100)가 구동될 수 있다. 도 2는 스핀들모터(100)의 비구동시 스러스트판(160)이 하우징(120)의 판지지부(122)에 안착되어 있는 상태를 도시하며 도 3은 스핀들모터(100)의 구동시 스러스트판(160)이 슬리브(130)의 베어링면(132)에 대하여 유체동압에 의해 부상된 상태를 도시한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 스핀들모터(100)의 비구동시 스러스트판(160)의 외주부가 하우징(120)의 판지지부(122)에 안착되며, 이때 판지지부(122)는 슬리 브(130)의 베어링면(132)으로부터 높이(H1)만큼 이격되어 있다. 여기서 높이(H1)는 도 3에 도시한 스러스트판(160)의 부상높이(H)의 50~60% 정도가 될 수 있으며, 예를 들어 부상높이(H)가 8~12㎛인 경우 높이(H1)는 4~6㎛가 될 수 있다. 여기서, 스러스트판(160)과 마주하는 슬리브(130) 및 스토퍼(180)에는 유체동압을 발생시키는 데 사용되는 유체가 충전되어 있으며, 스핀들모터(100)의 최초 구동시 스러스트판(160)과 슬리브(130)의 베어링면(132)이 이격되어 있으므로 유체동압이 발생될 때까지의 스러스트판(160) 또는 스러스트판(160)에 형성되는 스러스트 동압발생홈의 훼손이 방지될 수 있다. 또한 스핀들모터(100)의 최초 구동시 스러스트판(160)과 유체 사이의 점성에 의한 마찰이 감소될 수 있어 우수한 구동 특성을 확보할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 스핀들모터(100)가 소정의 회전속도로 구동되면 스러스트판(160), 슬리브(130)의 베어링면(132) 및 스토퍼(180) 사이에 유체에 의한 유체동압이 발생되며, 이로 인해 스러스트판(160)이 베어링면(132)에 대해 부상높이(H)만큼 부상하게 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조로 본 발명의 스핀들모터에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들모터의 개략적인 단면도;
도 2는 도 1의 스핀들모터의 비구동시 슬리브 및 스러스트판의 부분 확대 단면도;
도 3은 도 1의 스핀들모터의 구동시 슬리브 및 스러스트판의 부분 확대 단면도;
도 4는 종래 기술의 스핀들모터의 개략적인 단면도;
도 5는 도 4의 스핀들모터의 비구동시 슬리브 및 스러스트판의 부분 확대 단면도; 및
도 6은 도 4의 스핀들모터의 구동시 슬리브 및 스러스트판의 부분 확대 단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 스핀들모터 110 : 플레이트
111 : 결합부 120 : 하우징
121 : 몸체부 122 : 판지지부
123 : 스토퍼결합부 130 : 슬리브
131 : 내경부 132 : 베어링면
140 : 전기자 141 : 코어
142 : 코일 150 : 회전축
160 : 스러스트판 170 : 허브
171 : 원판부 172 : 테두리부
173 : 자석 180 : 스토퍼

Claims (8)

  1. 상측부에 직교하게 삽입설치된 스러스트판을 구비하는 회전축;
    상기 회전축을 수용하여 회전가능하게 지지하되 스러스트판의 하측면과 마주하며 상기 스러스트판과의 사이에 스러스트 동압베어링을 형성하는 베어링면을 갖는 슬리브;
    상기 슬리브를 수용하는 원통형 몸체부, 상기 몸체부의 상부에 단차지게 형성되며 상기 스러스트판을 지지하는 판지지부 및 상기 판지지부의 상부에 스토퍼결합부가 단차지게 형성된 하우징; 및
    상기 스러스트판의 상면을 지지하여 상기 회전축의 이탈을 방지하도록 상기 스토퍼결합부에 결합되는 스토퍼를 포함하며,
    상기 스러스트판은 상기 슬리브의 베어링면에 대해 높이(Ｈ1)만큼 이격되도록 상기 판지지부에 지지되는 것을 특징으로 하는 스핀들모터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스러스트판은 상기 회전축의 회전시 상기 스러스트 동압베어링에 의해 상기 슬리브의 베어링면에 대해 부상높이(Ｈ)만큼 부상되는 것을 특징으로 하는 스핀들모터.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징의 판지지부는 상기 슬리브의 베어링면에 대해 높이(Ｈ1)만큼 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들모터.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 슬리브의 베어링면에 대한 상기 하우징의 판지지부의 높이(Ｈ1)는 상기 스러스트판의 부상높이(Ｈ)의 50~60%인 것을 특징으로 하는 스핀들모터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 스토퍼는 상기 스러스트판의 상면과의 사이에 유체를 보관하는 테이퍼실을 형성하고 상기 스러스트판의 상면과의 사이에 스러스트 동압베어링을 형성하는 것을 특징으로 하는 스핀들모터.
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