KR101145873B1 - 스핀들 모터 - Google Patents

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이정훈
송창섭
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주식회사 삼홍사
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Abstract

본 발명은 베어링을 베어링 하우징 내에 압입 결합 시 균일하고 안정된 자세로 베어링 하우징 바닥부에 안착시켜 회전축의 수직도를 확보함과 동시에 베어링 하우징 내에서 이루어지는 오일유로 상에서 오일의 정체구간 없이 원활한 순환이 이루어지며, 또한 수지를 사용하여 베어링 하우징을 형성함과 동시에 베이스 플레이트를 인서트 사출, 열융착, 또는 본딩 등의 방법으로 베어링 하우징과 일체화함에 의해 이에 조립되는 베어링 및 회전축의 수직도를 확보할 수 있는 고속 회전용 스핀들 모터에 관한 것이다.
상기 본 발명의 스핀들 모터는 로터를 구비하며 중앙부에 회전축의 일단이 결합된 회전체; 및 상기 회전체의 회전축을 회전 가능하게 지지하는 고정체를 포함하며, 상기 고정체는 상기 회전축의 외주면을 회전 가능하게 지지하는 베어링; 및 상기 베어링을 수용하는 제1 요홈과 상기 베어링을 관통하여 돌출된 회전축의 타단을 지지하는 제2 요홈을 구비하는 베어링하우징을 포함하고, 상기 제1 요홈은 상기 베어링의 하단이 안착되는 오일가이드패턴을 갖는 다수의 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

스핀들 모터{Spindle Motor}
본 발명은 스핀들 모터에 관한 것으로, 특히 베어링을 베어링 하우징 내에 압입 결합 시 균일하고 안정된 자세로 베어링 하우징 바닥부에 안착시켜 회전축의 수직도를 확보함과 동시에 베어링 하우징 내에서 이루어지는 오일유로 상에서 오일의 정체구간 없이 원활한 순환이 이루어지며, 또한 수지를 사용하여 베어링 하우징을 형성함과 동시에 베이스 플레이트를 인서트 사출, 열융착, 또는 본딩 등의 방법으로 베어링 하우징과 일체화함에 의해 이에 조립되는 베어링 및 회전축의 수직도를 확보할 수 있는 고속 회전용 스핀들 모터에 관한 것이다.
일반적으로, LDP, CDP, CD-ROM 및 DVD-ROM 플레이어, DVD 플레이어, BD, 3D 플레이어 등과 같은 광디스크 플레이어는 로딩 메커니즘에 의해 디스크를 턴테이블 상에 로딩시키면서 상기 디스크의 정중앙에 관통 형성된 장착공을 클램핑 유닛인 척으로서 클램핑하여 끼워 고정하고, 상기 척에 클램핑된 디스크를 구동수단인 스핀들 모터의 구동원에 의해서 일 방향 회전시키면서 그 반경 방향으로 이동하는 광픽업 유닛에 의해 상기 디스크에 기록된 정보를 재생하는 장치이다.
일반적으로 스핀들 모터는 베어링과 회전축 사이에 일정한 접촉구간을 유지하여 회전축을 회전 가능하게 지지함으로써 고정도의 회전특성을 유지할 수 있고, 이로 인해 하드디스크 드라이브(HDD), 광디스크 드라이브(ODD) 및 기타 고속회전을 요망하는 기록매체의 구동수단으로 널리 채용되고 있다.
이러한 고속회전을 요망하는 스핀들 모터는 나날이 소형화되는 전자기기의 발전에 부응하도록 박형화 및 경량화가 요구되고 있으며, 이러한 스핀들 모터의 일례가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다(공개특허 10-2010-0043525 참조).
도 1은 종래의 스핀들 모터의 단면도로서, 도시된 바와 같이, 종래의 스핀들 모터는 베이스 플레이트(11)에 형성된 결합 구멍에 베어링 하우징(13)의 하단부측 외주면이 삽입되어 외측돌기(13a)를 스피닝(Spinning) 또는 코킹(Caulking)함에 의해 결합된다. 베어링 하우징(13)의 하단부측 내주면에는 회전축(19)의 이탈을 저지하기 위한 슬릿 와셔(slit washer)(14)와 캡(15)이 결합되는 데, 캡(15)은 베어링 하우징(13)의 하단부측 내측돌기(13b)를 스피닝 또는 코킹함에 의해 결합한다.
베어링 하우징(13)의 내부에는 슬리브 베어링(17)이 고정되고, 슬리브 베어링(17)에는 회전축(19)이 지지되어 회전가능하게 설치되고, 회전축(19)의 하단에는 회전축의 회전저항을 감소시키기 위한 서포트 와셔(16)가 캡(15)의 내부에 배치되어 있다.
이 경우, 슬리브 베이링(17)은 소결하여 내부에 다수의 공극을 가지는 다공질로 이루어지는데 이때 상기 공극에 오일을 함침함에 따라, 회전축(19)이 회전 시 상기 공극에서 오일이 유출되어 슬리브 베어링(17)과 회전축(19) 사이에 유막을 형성하여 슬리브 베어링(17)과 회전축(19) 간의 마찰을 최소화한다.
상기 오일은 슬리브 베어링(17)과 회전축(19) 사이를 따라 상승한 후, 오일의 비산을 방지하기 위한 오일비산방지 와셔(20)를 거쳐 베어링(17)의 외주에 형성된 4개의 요홈(16a, 도 2 참고)을 따라 하측으로 하강하는 경로를 따라 순환한다.
또한, 베어링 하우징(11)의 외주면에는 코어(21a)와 코일(21b)을 가지는 고정자(21)가 고정되고, 회전축(19)의 선단부에는 로터요크(23a)와 마그넷(23b)을 가지는 회전자(23)가 고정된다.
상기 회전자(23)의 로터요크(23a) 상부면은 데이터가 저장된 디스크(D)를 고정시켜 안착시키기 위한 턴테이블 역할을 한다. 이를 위해 로터요크(23a)의 상부면 외측에는 디스크(D)의 슬릿을 방지하기 위한 고무링(12)이 배치되어 있고, 로터요크(23a)의 상부면 내측에는 로딩되는 디스크(D)를 고정시키도록 디스크 척(18b)과 척 케이스(18a)로 이루어진 척킹 장치(18)가 구비되어 있다.
상기 종래의 스핀들 모터는 코일(21b)에 전류가 공급되면 회전 자계가 발생하여, 코일(21b)과 마그넷(23b) 사이에 형성되는 전자기력에 의해 마그넷(23b), 즉 회전자(23)가 회전하면서 로터요크(23a)에 탑재된 디스크(D)의 회전이 이루어진다.
상기와 같은 종래의 스핀들 모터는 슬리브 베어링(17)과 회전축(19) 간의 상기 오일의 순환 경로를 고려하여, 슬리브 베어링(17)을 베어링 하우징(13)에 압입 시 오일이 베어링(17)과 슬릿 와셔(14) 사이로 원활하게 통과할 수 있도록 슬리브 베어링(17)의 하단이 슬릿 와셔(14)와 소정 간격을 두도록 형성한다.
도 3을 참고하여, 종래의 스핀들 모터의 오일순환경로를 설명한다. 먼저 오일은 슬리브 베어링(17)과 회전축(19) 사이를 따라 상승하고, 이어서 슬리브 베어링(17) 상단과 오일비산방지 와셔(20) 사이를 따라 슬리브 베어링(17) 외측으로 이동한다. 계속해서 슬리브 베어링(17)의 요홈(17a)을 따라 흘러내린 뒤, 슬릿 와셔(14)와 슬리브 베어링(17)의 하단 사이에 형성된 공간(S)을 따라 회전축(19)의 하단을 향해 이동한다.
그런데, 이와 같이 슬리브 베어링(17)의 하단과 슬릿 와셔(14) 사이에 오일이 통과할 수 있는 소정 공간(S)을 두기 위해서는, 슬리브 베어링(17)을 베어링 하우징(13)에 압입 결합할 때 압입력을 적절히 조절하여 슬릿 와셔(14)에 완전히 밀착되지 않도록 해야 한다.
이로 인해 슬리브 베어링(17)을 베어링 하우징(13)에 압입 결합할 때 압입되는 힘 및 압입 방향에 따라 수직도와 와블(wobble)에 큰 영향을 미친다. 즉, 슬리브 베어링(17)이 베어링 하우징(13)에 수직으로 조립되지 않으면 이러한 베어링(17)에 삽입 결합되는 회전축(19)은 수직이 아니므로 편심회전이 이루어지며 이로 인해 진동 및 소음이 발생하는 문제가 있었다.
더욱이, 베어링 하우징(13)에 슬리브 베어링(17)을 압입할 때 슬리브 베어링(17)의 내경부가 압입에 의해 변화가 발생하여 이를 수정하기 위한 사이징(sizing) 공정에 의해 베어링 내경부 가공이 요구된다.
또한, 베어링 하우징(13)과 베이스 플레이트(11) 및 캡(15)의 상호간 결합공정을 위해 스피닝 또는 코킹 공정을 실시하면 베이스 플레이트(11)에 대한 베어링 하우징(13)의 수직도가 어긋나는 경우가 발생하게 된다. 그 결과, 베어링 하우징(13)에 슬리브 베어링(17)을 압입하면 슬리브 베어링(17)의 수직도와 런아웃(run-out) 문제가 발생하여 리페어가 요구된다. 이 경우, 리페어 없이 베어링(17)에 회전축(19)을 조립하면 베이스 플레이트(11)에 대해 회전축(19)이 기울어져서, 진동 및 소음이 발생하는 단점이 있다.
아울러, 베어링 하우징(13)에 캡(15)을 결합하기 위한 스피닝 또는 코킹 작업 불량 시, 베어링 하우징(13)과 캡(15)의 접촉 부위를 통하여 슬리브 베어링(17)의 오일이 누설되는 단점이 있다.
또한, 베어링 하우징(13)과 베이스 플레이트(11)의 결합 및 베어링 하우징(13)과 캡(15)의 결합이 외측 및 내측 돌기(13a,13b)를 스피닝(spinning) 또는 코킹 공정에 의해 이루어지므로 조립공정이 복잡한 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 베어링 하우징 바닥면에 오일가이드패턴을 갖는 돌기부를 형성하여 슬리브 베어링을 베어링 하우징에 압입 시 슬릿 와셔와 함께 돌기부에 완전히 밀착되도록 함으로써, 오일 순환을 원활하게 유도하는 것은 물론 회전축의 수직도를 확보하고 진동을 최소화할 수 있는 스핀들 모터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 베어링 하우징에 베어링을 압입 조립 시에 베어링의 강도가 베어링 하우징의 강도보다 더 크기 때문에 베어링 내경부의 변화가 발생하지 않아 베어링의 사이징(sizing) 공정이 요구되지 않는 스핀들 모터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 수지를 사용하여 베어링 하우징을 형성하며, 또한 수지를 사용하여 베어링 하우징을 형성함과 동시에 베이스 플레이트를 인서트 사출, 열융착, 또는 본딩 등의 방법으로 베어링 하우징과 일체화함에 의해 이에 조립되는 슬리브 베어링 및 회전축의 수직도를 확보할 수 있고, 제조비용의 절감과 제조공정의 효율화를 도모할 수 있는 스핀들 모터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 베어링 하우징을 형성할 때 베어링 하우징과 함께 서포트 와셔와 캡을 일체로 형성함에 의해 조립 부품의 절감을 기할 수 있고, 회전축의 수직도를 향상시켜 진동 및 소음을 저감할 수 있으며, 베어링의 오일이 누설되는 것을 방지할 수 있는 모터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 베이스 플레이트를 베어링 하우징과 동일한 재료로 일체로 고정체 하우징을 성형함에 의해 부품의 조립성 향상과 제조비용의 절감 및 회전축의 수직도를 향상시켜 진동 및 소음을 저감할 수 있고, 회전축 또는 베어링의 스큐를 방지하여 보다 안정된 구동특성을 보장할 수 있으며, 경량화와 박형화를 도모할 수 있는 모터를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 로터를 구비하며 중앙부에 회전축의 일단이 결합된 회전체; 및 상기 회전체의 회전축을 회전 가능하게 지지하는 고정체를 포함하며, 상기 고정체는 상기 회전축의 외주면을 회전 가능하게 지지하는 베어링; 및 상기 베어링을 수용하는 제1 요홈과 상기 베어링을 관통하여 돌출된 회전축의 타단을 지지하는 제2 요홈을 구비하는 베어링하우징을 포함하고, 상기 제1 요홈에는 상기 베어링의 하단이 안착되는 오일가이드패턴을 갖는 다수의 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터를 제공한다.
상기 다수의 돌기부는 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되어 베어링의 하단을 전체적으로 안정적으로 지지할 수 있다.
상기 베어링 하우징의 제1 요홈에 설치되며 상기 로터의 회전축이 베어링으로부터 이탈하는 것을 저지하기 위한 슬릿 와셔(slit washer)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 슬릿 와셔는 상기 돌기부와 상기 베어링 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 베어링 상측의 베어링 하우징의 제1 요홈의 입구에 결합되어 베어링 내의 오일이 외부로 비산되는 것을 방지하기 위한 오일비산방지 와셔를 더 포함할 수 있다.
상기 고정체는, 상기 베어링 하우징의 하단으로부터 외주부가 연장 형성되어 상부면에 스테이터에 대한 구동신호를 인가하는 구동회로용 인쇄회로기판이 장착되고, 디스크 드라이브 장치에 고정되는 베이스 플레이트가 일체로 형성된 고정체 하우징을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 베어링 하우징의 외주부에 결합되어 일체화되는 베이스 플레이트를 더 포함하는 것도 물론 가능하다.
더욱이, 본 발명은 상기 로터에 대향하도록 상기 베어링 하우징의 외경부에 결합되며 구동신호가 인가될 때 전자계를 발생하여 상기 로터를 회전 구동시키는 스테이터; 및 상기 베어링 하우징의 최상단 외경부에 결합되어, 로터의 고속 회전시 축방향으로 부상하는 것을 억제하기 위한 스러스트 자석을 더 포함하며, 상기 베어링 하우징은 상기 스러스트 자석이 상기 베어링 하우징을 이탈하지 않도록 상기 스러스트 자석 상측에 배치되는 스토퍼가 열 융착되는 것이 바람직하다.
상기 베어링하우징은 수지로 이루어지고, 상기 베이스 플레이트는 금속으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 수지로 베어링하우징을 사출 성형하면서 베이스 플레이트를 인서트 사출에 의해 일체화하거나, 사출 성형된 베어링하우징에 베이스 플레이트를 열융착 또는 본딩에 의해 일체화하는 것이 바람직하다.
상기 베어링하우징은 적어도 하나의 살빼기 공간을 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 로터는 아웃터 로터 방식으로 스테이터와 결합이 이루어지고, 상기 로터는 로터 케이스의 상부면에 설치되어 디스크를 고정시키기 위한 척킹 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 로터; 일단이 상기 로터와 결합되는 회전축; 내주부에 상기 회전축의 외주면을 회전 가능하게 지지하며, 외주면에 길이방향을 따라 적어도 하나의 오일 순환용 요홈을 갖는 베어링; 상기 베어링을 수용하는 제1 요홈과 상기 제1 요홈의 중앙부에 회전축의 타단을 지지하는 제2 요홈을 구비하는 베어링하우징; 및 상기 베어링하우징의 제1 요홈 바닥에 상기 베어링의 하단과 밀착되어 설치되며 상기 로터의 회전축이 베어링으로부터 이탈하는 것을 저지하기 위한 슬릿 와셔를 포함하고, 상기 제1 요홈에는 상기 슬릿 와셔의 하단이 안착되는 오일가이드패턴을 갖는 다수의 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터를 제공한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터는 베어링 하우징의 바닥면에 오일가이드패턴을 갖는 돌기부를 형성하여, 상기 돌기부에 안착된 슬릿 와셔에 슬리브 베어링의 하단을 밀착 고정시켜 슬리브 베어링에 관통 삽입되는 회전축의 수직도를 확보하여 진동 및 소음을 최소화할 수 있으며, 오일이 정체되는 구간 없이 원활하게 순환될 수 있도록 유도할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에서는 베어링 하우징에 베어링을 압입 조립시에 베어링의 강도가 베어링 하우징의 강도보다 더 크기 때문에 베어링 내경부의 변화가 발생하지 않아 사이징(sizing) 공정이 요구되지 않는다.
또한, 본 발명에서는 수지를 사용하여 베어링 하우징을 형성함과 동시에 베이스 플레이트를 인서트 몰딩 또는 인서트 사출 방법으로 일체화함에 의해 이에 조립되는 슬리브 베어링 및 회전축의 수직도를 확보할 수 있고, 제조비용의 절감과 조립공정의 효율화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 베어링 하우징을 형성할 때 베어링 하우징과 함께 서포트 와셔와 캡을 일체로 형성함에 의해 조립 부품의 절감을 기할 수 있고, 회전축의 수직도를 향상시켜 진동 및 소음을 저감할 수 있으며, 베어링의 오일이 누설되는 것을 방지하는 것은 물론, 부품의 조립성 향상과 제조비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 스핀들 모터에 대한 축방향 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 슬리브 베어링을 나타내는 평면도,
도 3은 종래의 스핀들 모터의 오일순환경로를 나타내는 확대단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 스핀들 모터를 나타내는 축방향 단면도,
도 5는 도 4에 도시된 베이스 플레이트를 나타내는 평면도,
도 6은 도 4에 도시된 베어링 하우징의 바닥면에 형성된 오일가이드패턴을 갖는 돌기부를 나타내는 평면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초박형 스핀들 모터의 오일순환경로를 나타내는 확대단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스핀들 모터를 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명은 고속 회전이 요구되는 스핀들 모터 뿐 아니라 저속 회전용 모터에 모두 적용 가능하며, 브레시레스(brushless) DC 모터 또는 DC 모터에도 모두 적용 가능하다. 하기의 도면을 참고한 일 실시예의 설명에서는 본 발명이 바람직한 실시예로서 BLDC 타입의 스핀들 모터에 적용된 것을 예를 들어 설명한다.
도 4 내지 도 7을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초박형 스핀들 모터(100)는 크게 스테이터(stator)(또는 전기자)(140)와 아웃터 로터 방식의 로터(rotor)(180)를 포함한다.
상기 스테이터(140)는 방사상으로 돌출된 다수의 티스를 포함하는 코어(141)에 코일(143)이 권선된 구조를 가지고 있다.
상기 로터(180)는 반전된 컵 형상으로 이루어지는 로터 케이스(181)와, 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치되거나 또는 N극 및 S극이 분할 착자된 링형 자석(182)을 포함하고 있다. 이 경우, 상기 로터 케이스(181)는 자석(182)에 대한 백요크 역할과 함께 후술하는 스러스트 자석(171)과 자기력에 의한 상호 흡인작용이 이루어짐에 의해 로터(180)의 회전 시에 로터(180)가 축방향으로 부상 및 유동을 방지할 수 있는 자로 형성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 스러스트 자석(171)은 베어링 하우징(120) 상단에 열 융착방식으로 고정된 스토퍼(172)에 의해 베어링 하우징(120) 외주에 고정된다.
상기 로터 케이스(181)는 데이터가 저장된 디스크(D), 즉 기록매체를 고정시켜 안착시키기 위한 턴테이블 역할을 하는 원형 커버판(181a)과, 스테이터(140)의 외주부와 대향하도록 커버판의 선단부로부터 하향 절곡되어 내주면에 자석(182)이 부착되는 하향 절곡부(181c)와, 커버판의 중앙부에 후술하는 회전축(150)이 안정되게 결합되도록 상방향으로 돌출된 상향 절곡부(181b)를 구비하고 있다.
원형 커버판(181a)의 상부면 외측에는 디스크(D)의 슬릿을 방지하기 위해 고무링으로 이루어진 디스크지지부(195)가 배치되어 있고, 내측에는 로딩되는 디스크(D)를 고정시키도록 스프링(193)에 의해 선단부가 탄성적으로 지지되는 복수개의 디스크 척(chuck)(192)과 척을 지지하는 원형의 척 케이스(191)로 이루어진 척킹 장치(chucking device)(190)가 구비되어 있다. 상기 척 케이스(191)는 중앙부가 로터 케이스(181)의 상향 절곡부(181a)에 결합되어 지지된다.
상기와 같이 구성된 스핀들 모터(100)는 상기 스테이터(140)의 코일(143)에 전류가 공급되면 회전 자계가 발생하여, 코일(143)과 자석(182) 사이에 형성되는 전자기력에 의해 자석(182), 즉 로터(23)가 회전하면서 로터 케이스(181)에 탑재된 디스크(D)의 회전이 이루어진다.
한편, 본 발명의 스핀들 모터(100)는 상기 로터(180)와 척킹 장치(chucking device)(190)를 포함하며 중앙부에 회전축(150)이 결합된 회전체(rotating body)(101)와, 상기 회전체(rotating body)(101)의 중심에 결합된 회전축(150)을 회전 가능하게 지지하는 고정체(fixed body)(103)로 구별될 수 있다.
상기 고정체(103)는 외주부 상측에 상기 스테이터(140)가 결합되며, 외주부 하단에 베이스 플레이트(또는 브라켓)(110)가 일체로 결합 형성되고, 내주부에 형성된 제1요홈(121)에 슬리브 베어링(160)이 결합되는 베어링 하우징(120)을 포함하며, 상기 회전체(rotating body)(101)는 그의 중심에 결합된 회전축(150)이 슬리브 베어링(160)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
상기 베이스 플레이트(110)는 고정체(103)를 전체적으로 고정 지지하며, 예를 들어, 스핀들 모터(100)가 설치되는 다양한 디스크 드라이브 장치에 고정 설치될 수 있도록 다양한 형상으로 제작될 수 있고 다수의 스크류 또는 볼트 체결구멍(115)을 구비하고 있다.
또한, 베이스 플레이트(110)는 스테이터(140)의 하측에 배치되며 스테이터(140)에 대한 구동신호를 인가하는 인쇄회로기판(PCB)(137)을 코킹 등의 방법으로 고정시키기 위한 적어도 하나 이상의 고정용 구멍(119)을 더 포함하고 있으며, 상기 인쇄회로기판(PCB)(137)에는 디스크 드라이브 장치 본체로부터 스핀들 모터(100)를 제어하기 위한 구동신호가 예를 들어, FFC(Flexible Flat Cable)를 통하여 인가되고 있다.
더욱이, 베이스 플레이트(110)는 주로 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 경량 재질 또는 철계 합금으로 이루어지는 것이 바람직하나, 다른 금속재질 또는 합성수지로 제작될 수 있다.
이 경우, 베이스 플레이트(110)는 예를 들어, 열가소성 또는 열경화성 수지를 사용하여 사출 성형되는 베어링 하우징(120)의 제작 시에 인서트 사출(insert injection, insert molding) 방법으로 상기 베어링 하우징(120)과 일체화가 이루어진다. 또한, 상기 베이스 플레이트(110)가 합성수지로 이루어지는 경우 베어링 하우징(120)의 사출 성형시에 일체로 형성된다.
이를 위해 베이스 플레이트(110)는, 도 5를 참고하면 평판부(111)와, 상기 평판부(111)로부터 상방향으로 절곡된 후 평판부(111)와 평행하게 연장 성형되어 베어링 하우징(120)과의 결합력을 높이기 위한 연장부(112)를 포함하며, 상기 연장부(112)는 중앙에 형성된 관통구멍(113)으로 돌출된 다수, 예를 들어, 6개의 돌기부(114)를 포함한다.
상기 베어링 하우징(120)은 외주부 하단의 제1 외경부(126)에 베이스 플레이트(110)의 내측 부분 일부가 베어링 하우징(120)의 사출 성형 시에 인서트 사출 방법에 따라 매입되어 상기 베어링 하우징(120)과 일체화가 이루어진다.
또한, 상기 베어링 하우징(120)은 제1 외경부(126)로부터 순차적으로 단계적으로 직경이 줄어들면서 제2 및 제3 외경부(127,128)가 형성되어 있다. 상기 제2 외경부(127)의 외주에는 스테이터(140)의 내주부가 결합되어 제1 외경부(126) 및 제2 외경부(127) 사이의 단차부에 안착되며, 상기 제3 외경부(128)의 외주에는 후술하는 로터(180)가 고속 회전시에 축방향으로 부상하는 것을 억제하기 위한 링 형상의 스러스트 자석(흡인용 자석)(171)이 결합되어 제2 외경부(127) 및 제3 외경부(128) 사이의 단차부에 안착되어 있다.
더욱이, 상기 베어링 하우징(120)은 내주부에 형성된 원통형상의 제1 요홈(121)에 슬리브 베어링(160)이 압입 결합되며, 슬리브 베어링(160)은 중앙부에 원형의 관통구멍을 구비하여 회전축(150)이 회전 가능하게 결합된다.
이 경우, 회전축(150)의 하단은 제1 요홈(121)의 중앙부에 형성된 제2 직경의 제2 요홈(122)에 삽입되어 제2 요홈(122)의 바닥면(124)에 지지된다.
또한, 제2 요홈(122) 외곽의 제1 요홈(121)의 바닥면에 돌출된 돌기부(123)에는, 상기 회전축(150)의 하측 요홈부(151)에 내측단이 삽입되어 로터(180)의 회전축(150)이 베어링(160)으로부터 이탈하는 것을 저지하기 위한 슬릿 와셔(slit washer)(152)가 안착되어 있다.
상기 슬릿 와셔(slit washer)(152)는 슬리브 베어링(160)이 베어링 하우징(120)의 내부에 압착 결합될 때 슬리브 베어링(160)에 의해 베어링 하우징(120)의 제1 요홈(121)의 바닥면에 돌출된 돌기부(123)에 밀착 지지된다.
도 6을 참고하면, 상기 돌기부(123)는 회전축(150)이 안착되는 베어링 하우징(120)의 중심을 기준으로 하여 방사상으로 다수개가 형성되며, 각 돌기부(123) 사이에는 각각 오일이 통과하는 다수의 가이드 홈(123a)이 동일한 간격으로 형성된다. 이에 따라 슬리브 베어링(160)의 외주에 형성된 다수의 요홈(160a)을 따라 흘러내린 오일은 상기 다수의 가이드 홈(123a)을 따라 회전축(15) 하단으로 자연스럽게 이동할 수 있다.
상기 슬리브 베어링(160)은 예를 들어, 오일 함유 소결 금속(oil-containing sintered metal)으로 이루어지는 오일레스 베어링(oilless bearing)을 사용할 수 있으며, 실린더 형상으로 이루어져 있다. 즉, 다공성의 구리 합금(Brass 계통)에 오일을 침투시킨 메탈 베어링(Metal Bearing)을 사용할 수 있다.
상기 베어링(160) 상측의 베어링 하우징(120)의 제1 요홈(121)의 입구에는 베어링 내의 오일이 비산되는 것을 방지하기 위한 오일비산방지 와셔(161)가 결합되어 있다.
이 경우 슬리브 베어링(160)은 외주에 슬리브 베어링(160)의 축방향에 평행하게 다수의 요홈(160a)이 형성된다. 상기 다수의 요홈(160a)은 회전축(150)과 슬리브 베어링(160) 사이를 따라 상승한 오일이 오일비산방지 와셔(161)에 의해 더 이상 상승하지 못하고 베어링 하우징(130)과 슬리브 베어링(160) 사이를 따라 아래로 하강하도록 안내한다.
상기 베어링 하우징(120)은 나일론 66 또는 폴리카보네이트(PC)와 같은 엔지니어링 플라스틱 재료 등의 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 사용하여 사출 성형방법으로 제작이 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 베어링 하우징(120)은 도 4와 같이 적어도 하나의 살빼기 공간(129)을 형성하여 재료비 절감과 동시에 무게를 줄이는 것이 바람직하다.
또한, 상기 베어링 하우징(120)은 나일론 66 또는 폴리카보네이트(PC)와 같은 엔지니어링 플라스틱 등의 재료로 성형하는 경우 종래와 같은 회전축(150)의 마찰저항을 감소하기 위하여 서포트 와셔 또는 스러스트 플레이트를 생략하는 것이 가능하다.
더욱이, 본 발명에서는 상기 베어링 하우징(120)이 서포트 와셔 또는 스러스트 플레이트를 지지하는 캡을 일체화하여 형성함에 의해 부품수를 추가로 축소하는 것이 가능하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 스핀들 모터(100)의 조립방법에 대하여 설명한다.
우선, 인서트 사출 방법에 의해 베어링 하우징(120)을 성형함과 동시에 베이스 플레이트(110)의 내측 부분 일부가 매입되도록 성형하여 상기 베어링 하우징(120)과 베이스 플레이트(110)를 일체화시킨다.
이어서, 스테이터(140)의 하측에 배치된 베이스 플레이트(110)에 스테이터(140)에 대한 구동신호를 인가하는 인쇄회로기판(PCB)(137)을 코킹 등의 방법으로 고정시킨다.
그 후, 베어링 하우징(120)의 제1 요홈(121)에 슬릿 와셔(152)와 슬리브 베어링(160)을 순차적으로 압입 조립한다. 이때, 슬리브 베어링(160)은 돌기부(123) 상에 안착된 슬릿 와셔(152)와 완전히 밀착하도록 압입함으로써, 간접적으로 돌기부(123)에 의해 슬리브 베어링(160)의 하단이 전체적으로 안정적으로 안착됨에 따라, 추후 슬리브 베어링(160)에 삽입되는 회전축(150)의 수직도를 확보할 수 있다.
상기 슬리브 베어링(160)을 베어링 하우징(120)에 삽입 후, 오일비산방지 와셔(161)를 슬리브 베어링(160) 상측에 위치하도록 베어링 하우징(120)에 압입하거나 열 융착을 통해 베어링 하우징(120)에 고정시킨다.
이어서, 미리 조립되어 있는 스테이터(140)를 베어링 하우징(120)의 제1 외경부(126) 및 제2 외경부(127) 사이의 단차부에 안착되도록 제2 외경부(127)의 외주에 압입결합한 후, 접착제로 고정시킨다.
또한, 스러스트 자석(171)을 제2 외경부(127)와 제3 외경부(128) 사이의 단차부에 안착되도록 상기 제3 외경부(128)의 외주에 결합한 후 접착제로 고정한다. 이 경우, 스러스트 자석(171)은 제2 외경부(127)와 제3 외경부(128) 사이의 단차부에 안착되는 것 대신에, 백 요크 역할을 하는 로터 케이스(181)의 커버판(181a)과 대향하여 스테이터(140)의 상측에 배치하거나, 스테이터(140)의 코어(141)에 대향하는 로터 케이스(181)의 커버판(181a)의 하부면에 스러스트 자석(171)을 배치하는 것도 물론 가능하다.
그 후, 미리 조립되어 있는 로터(180)의 원형 커버판(181a) 상부에 척킹 장치(chucking device)(190)와 디스크지지부(195)를 결합시키고, 로터 케이스(181)의 상향 절곡부(181a)에 회전축(150)의 일단을 압입결합하면 회전체(rotating body)(101)가 완성된다.
이어서, 회전축(150)의 타단을 베어링(160)의 중공부에 삽입하여 하단부가 슬릿 와셔(152)를 통과하여 베어링 하우징(120)의 제2 요홈(122)의 바닥면(124)에 접촉될 때까지 결합시키면 조립이 완료된다.
상기와 같이 조립된 스핀들 모터(100)는 회전체가 고속회전 시, 도 7과 같이, 베어링 하우징(120) 내에서 오일이 순환하여 회전축(150)과 슬리브 베어링(160) 사이의 마찰을 최소화한다.
이 경우, 베어링 하우징(120) 내부에서 오일순환경로를 따라 이동하는 오일은, 제2 요홈(124)으로부터 회전축(150)과 슬리브 베어링(160) 사이를 따라 상승하고, 이어서 슬리브 베어링(160)의 상단과 오일비산방지 와셔(161) 사이를 따라 이동 후 슬리브 베어링(160) 외주의 다수의 요홈(160a)을 따라 하강한 뒤, 계속해서 다수의 돌기부(123) 사이에 형성된 가이드 홈(123a)을 따라 회전축(150)의 하단이 지지된 제2 요홈(124)으로 다시 집유된다.
상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터(100)는, 오일이 오일순환경로를 따라 원활하게 순환함으로써, 회전축(150)과 슬리브 베어링(160) 간의 마찰 및 마모를 최소화할 수 있다.
또한, 슬리브 베어링(160)이 베어링 하우징(120)에 압일 될 때 하단이 안정적으로 베어링 하우징(120)의 돌기부(123)에 간접적으로 안착 지지됨에 따라, 회전축(150)의 수직도를 안정적으로 확보하여 진동 및 떨림을 방지할 수 있다. 아울러 본 발명은 종래와 같이 베어링(160)의 압입방향 및 압입하는 힘에 의해 회전축(150)의 수직도에 영향을 받지 않게 되므로 균일한 조립품질을 유지할 수 있어 제품의 신뢰도를 확보할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 베어링 하우징(120)에 베어링(160)을 압입 조립시에 금속재로 이루어지는 베어링(160)의 강도가 수지로 이루어지는 베어링 하우징(120)의 강도보다 더 크기 때문에 베어링 내경부의 변화가 발생하지 않아 사이징(sizing) 공정이 요구되지 않는다.
또한, 상기한 본 발명의 스핀들 모터(100)는 수지를 사용하여 베어링 하우징(120)을 형성함과 동시에 베이스 플레이트(110)의 일부를 인서트 몰딩 또는 인서트 사출 방법으로 일체화함에 의해 이에 조립되는 베어링(160) 및 회전축(150)의 수직도를 충분하게 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 종래와 같은 베어링 하우징(120)과 베이스 플레이트(110)의 결합을 위한 스피닝 또는 코킹 공정을 제거할 수 있어 제조비용의 절감과 조립공정의 효율화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 베어링 하우징(120)을 형성할 때 베어링 하우징(120)과 함께 서포트 와셔와 캡을 일체로 형성함에 의해 조립 부품의 절감을 기할 수 있고, 회전축(150)의 수직도를 향상시켜 진동 및 소음을 저감할 수 있으며, 조립불량에 기인한 베어링(160)의 오일이 누설되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100: 스핀들 모터 101: 회전체
103: 고정체 110: 베이스 플레이트
111: 평탄부 112: 연장부
120: 베어링 하우징 121: 제1 요홈
122: 제2 요홈 123: 돌기부
123a: 가이드 홈 124: 바닥면
126-128: 외경부 129: 살빼기공간
137: PCB 138: FFC
140: 스테이터 141: 코어
143: 코일 150: 회전축
151: 요홈부 152: 슬릿 와셔
160: 베어링 161: 오일비산방지 와셔
171: 스러스트 자석 172: 스토퍼
180: 로터 181: 로터 케이스
181a: 커버판 181b: 상향 절곡부
181c: 하향 절곡부 182: 자석
190: 척킹 장치 191: 척 케이스
192: 디스크 척 193: 스프링
195: 디스크지지부

Claims (14)

  1. 로터;
    일단이 상기 로터와 결합되는 회전축;
    내주부에 상기 회전축의 외주면을 회전 가능하게 지지하며, 외주면에 길이방향을 따라 적어도 하나의 오일 순환용 요홈을 가지며, 오일 함유 소결 금속(oil-containing sintered metal)으로 이루어지는 슬리브 베어링;
    상기 슬리브 베어링을 수용하는 제1 요홈과 상기 원통형상의 제1 요홈의 중앙부에 회전축의 타단을 지지하는 제2 요홈을 구비하며 수지로 이루어지는 베어링하우징;
    상기 제2 요홈 외곽의 상기 제1요홈의 바닥에 오일이 통과하는 다수의 가이드 홈을 형성하도록 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 간격을 두고 돌출 형성되며, 상기 슬리브 베어링의 하단이 안착되는 다수의 돌기부;
    상기 슬리브 베어링과 다수의 돌기부 사이에 슬리브 베어링의 하단에 밀착되어 설치되며 상기 로터의 회전축이 슬리브 베어링으로부터 이탈하는 것을 저지하기 위한 슬릿 와셔(slit washer); 및
    상기 베어링 상측의 베어링 하우징의 제1 요홈의 입구에 결합되어 베어링 내의 오일이 외부로 비산되는 것을 방지하기 위한 오일비산방지 와셔;
    상기 로터에 대향하도록 상기 베어링 하우징의 외경부에 결합되며 구동신호가 인가될 때 전자계를 발생하여 상기 로터를 회전 구동시키는 스테이터; 및
    상기 베어링 하우징의 하단으로부터 외주부가 연장 형성되어 상부면에 상기 스테이터에 대한 구동신호를 인가하는 구동회로용 인쇄회로기판이 장착되고, 디스크 드라이브 장치에 고정되는 베이스 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
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  8. 제1항에 있어서, 수지로 베어링하우징을 사출 성형하면서 베이스 플레이트를 인서트 사출에 의해 일체화하거나, 사출 성형된 베어링하우징에 베이스 플레이트를 열융착 또는 본딩에 의해 일체화하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 베어링 하우징의 최상단 외경부에 결합되어, 로터의 고속 회전시 축방향으로 부상하는 것을 억제하기 위한 스러스트 자석을 더 포함하며,
    상기 베어링 하우징은 상기 스러스트 자석이 상기 베어링 하우징을 이탈하지 않도록 상기 스러스트 자석 상측에 배치되는 스토퍼가 열 융착되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 로터는 아웃터 로터 방식으로 스테이터와 결합이 이루어지고, 상기 로터는 로터 케이스의 상부면에 설치되어 디스크를 고정시키기 위한 척킹 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
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