KR101288180B1 - 유체 동압 베어링 및 이를 구비한 스핀들 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 동압 베어링 및 이를 구비한 스핀들 모터에 관한 것으로서, 축의 길이방향을 따라 연장된 제1주벽부를 갖는 허브; 및 상기 축이 삽입되는 제1내부 면과 상기 제1주벽부가 삽입되는 제2내부 면을 갖는 슬리브;를 포함하고, 상기 제1내부 면과 상기 제2내부 면에는 유체 동압을 생성하는 유체 동압 홈이 각각 형성될 수 있다.

Description

유체 동압 베어링 및 이를 구비한 스핀들 모터{Hydrodynamic bearing and spindle motor having the same}
본 발명은 유체 동압 베어링 및 이를 구비한 스핀들 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스핀들 모터의 박형화가 가능하도록 허브와 슬리브의 결합구조를 개선한 유체 동압 베어링 및 이를 구비한 스핀들 모터에 관한 것이다.
컴퓨터를 포함한 연산장치는 정보를 저장하고 저장된 정보를 읽을 수 있는 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)를 구비한다. 이러한 하드 디스크 드라이브는 정보가 저장된 디스크와 디스크를 일정 속도로 회전시키는 스핀들 모터를 포함한다.
컴퓨터를 포함한 모든 전자기기가 소형화되면서, 하드 디스크 드라이브의 크기도 소형화되고 있다. 일반적으로 하드 디스크 드라이브의 크기는 정보가 저장된 디스크의 크기를 축소하는 방식으로 이루어져 왔다.
한편, 최근에는 하드 디스크 드라이브의 소형화뿐만 아니라 하드 디스크 드라이브의 박형화도 점차 요구되고 있다. 즉, 전자기기가 점차 박형화되면서, 전자기기에 장착되는 모든 부품의 박형화도 요청되고 있다.
그런데 하드 디스크 드라이브는 다수의 디스크를 고속으로 회전시키는 스핀들 모터(또는 유체 동압 베어링)의 두께로 인해 박형화가 용이하지 않다. 즉, 스핀들 모터는 원활한 작동을 위해 축과 허브 그리고 축과 슬리브 사이에 있어서 소정의 접촉 면적을 필요로 하므로, 축 방향으로의 박형화가 용이하지 않다.
따라서 스핀들 모터 또는 유체 동압 베어링의 박형화가 가능하도록, 축과 허브 그리고 축과 슬리브 간의 결합 구조를 개선한 유체 동압 베어링 또는 스핀들 모터의 개발이 절실히 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 요청에 의해 개발된 것으로서, 유체 동압 베어링과 스핀들 모터의 높이를 낮추면서도 유체 동압 베어링의 특성을 그대로 유지하거나 또는 향상시킬 수 있는 유체 동압 베어링 및 이를 구비한 스핀들 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시 예에 따르면, 축의 길이방향을 따라 연장된 제1주벽부를 갖는 허브; 및 상기 축이 삽입되는 제1내부 면과 상기 제1주벽부가 삽입되는 제2내부 면을 갖는 슬리브;를 포함하고, 상기 제1내부 면과 상기 제2내부 면에는 유체 동압을 생성하는 유체 동압 홈이 각각 형성되는 유체 동압 베어링이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 축의 길이방향을 따라 연장된 제1주벽부를 갖는 허브, 상기 축이 삽입되는 제1내부 면과 상기 제1주벽부가 삽입되는 제2내부 면을 갖는 슬리브를 포함하는 유체 동압 베어링; 및 상기 슬리브가 설치되는 베이스 부재;를 포함하고, 상기 제1내부 면과 상기 제2내부 면에는 유체 동압을 생성하는 유체 동압 홈이 각각 형성되는 스핀들 모터가 제공된다.
전술된 실시 예들에 있어서, 상기 허브는 상기 슬리브의 외부 면을 감싸도록 연장된 제2주벽부를 가질 수 있다.
전술된 실시 예들에 있어서, 상기 축은 상기 제1내부 면에 끼워지는 제1몸체; 및 상기 제1주벽부에 끼워지며 상기 제1몸체의 지름과 다른 크기의 지름을 갖는 제2몸체;를 포함할 수 있다.
전술된 실시 예들에 있어서, 상기 슬리브 또는 상기 허브는 상호 마주하는 적어도 하나의 면에 유체 동압 홈을 가질 수 있다.
전술된 실시 예들에 있어서, 상기 제2내부 면과 상기 제1주벽부의 외부 면이 마주하는 부분에 형성되는 유체 동압 홈의 형태는 상기 제1내부 면과 상기 축이 마주하는 부분에 형성되는 유체 동압 홈의 형태와 대칭일 수 있다.
전술된 실시 예들에 있어서, 상기 제1내부 면과 제2내부 면에는 제1래디얼 갭과 제2래디얼 갭이 각각 형성될 수 있다.
전술된 실시 예들에 있어서, 상기 제2래디얼 갭의 크기는 상기 제1래디얼 갭의 크기와 동일하거나 상기 제1래디얼 갭보다 더 클 수 있다.
본 발명은 허브와 축 간의 결합력을 그대로 유지하면서도 유체 동압 베어링 또는 스핀들 모터의 높이를 낮출 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 스핀들 모터의 박형화가 가능하다.
또한 본 발명은 허브와 슬리브가 마주하는 부분에 유체 동압 홈을 형성함으로써 스러스트 부재를 생략할 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 스핀들 모터의 제작공정을 단축할 수 있으며 스핀들 모터의 제작 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 유체 동압 베어링의 단면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 유체 동압 베어링의 제1변형 예를 나타낸 단면도이고,
도 3은 도 1에 도시된 유체 동압 베어링의 제2변형 예를 나타낸 단면도이고,
도 4는 도 1에 도시된 유체 동압 베어링의 제3변형 예를 나타낸 단면도이고,
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 스핀들 모터의 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
유체 동압 베어링 및 이를 구비한 스핀들 모터의 박형화는 축의 길이를 줄이거나 허브의 두께를 얇게 하여 달성할 수 있다. 그러나 유체 동압 베어링은 축과 슬리브가 형성하는 베어링 구간(길이)의 확보와 축과 허브의 결합력 확보가 중요하므로, 축의 길이와 허브의 두께를 임의로 변경하기 어렵다.
예를 들어 축의 길이를 짧게 하면, 실질적으로 유체 동압 베어링 구실을 하는 축과 슬리브가 형성하는 베어링 구간이 짧아지므로 베어링 성능이 떨어지고, 허브의 두께를 얇게 하면, 축과 허브의 결합력이 약해 허브의 회전이 불안정해 진다.
다음에서는 위와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 구조를 실시 예를 통해 살펴본다.
(제1실시 예)
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 유체 동압 베어링의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 유체 동압 베어링의 제1변형 예를 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 유체 동압 베어링의 제2변형 예를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 유체 동압 베어링의 제3변형 예를 나타낸 단면도이다.
본 실시 예에 따른 유체 동압 베어링(100)은 축(110), 슬리브(120), 허브(130)를 포함하며, 추가로 덮개(140)를 더 구비할 수 있다.
축(110)은 유체 동압 베어링(100)에서 회전 중심을 이루는 부재로서, 슬리브(120)에 회전 가능하게 설치된다. 축(110)의 외부 면에는 유체 동압을 발생시키기 위한 유체 동압 홈이 형성된다. 유체 동압 홈은 헤링본 형상, 스파이럴 형상 및 나사선 형상 중 어느 하나일 수 있으며, 동압을 발생시키는 형상이라면 어떠한 형상이라도 가능하다.
슬리브(120)는 축(110)과 함께 유체 동압 베어링(100)에서 주된 부재로서, 축(110)과 결합하여 유체 동압을 발생시킨다. 이를 위해 슬리브(120)의 내부 면들(122, 124)에는 유체 동압 홈이 형성된다. 유체 동압 홈은 축(110)과 마찬가지로 헤링본 형상, 스파이럴 형상 및 나사선 형상 중 어느 하나일 수 있으며, 동압을 발생시키는 형상이라면 어떠한 형상이라도 가능하다. 슬리브(120)와 축(110) 사이에서 동압을 발생시키는 유체는 스핀들 모터의 작동 시 연속적으로 채워진다.
한편, 본 실시 예에 따른 슬리브(120)는 제1내부 면(122)과 제2내부 면(124)을 갖는다. 제1내부 면(122)이 형성된 부분의 안쪽 지름과 제2내부 면(124)이 형성된 부분의 안쪽 지름은 서로 다르다. 예를 들어, 제1내부 면(122)이 형성된 부분의 안쪽 지름은 제2내부 면(124)이 형성된 부분의 안쪽 지름보다 작다.
제1내부 면(122)은 슬리브(120)의 하부(도 1 기준임)에 형성된다. 제1내부 면(122)에는 축(110)이 삽입된다. 제1내부 면(122)은 축(110)의 외부 면과 일정한 간격을 유지하며(청구범위의 제1래디얼 갭에 해당함), 축(110)과 소정의 유체 동압을 발생시킨다. 제2내부 면(124)은 슬리브(120)의 상부(도 1 기준임)에 형성된다. 제2내부 면(124)에는 허브(130)의 제1주벽부(132)가 삽입된다. 제2내부 면(124)은 제1주벽부(132)의 외부 면과 일정한 간격을 유지하며(청구범위의 제2래디얼 갭에 해당함), 허브(130)와 소정의 유체 동압을 발생시킨다. 여기서, 제2래디얼 갭의 크기는 제1래디얼 갭의 크기와 동일하거나 제1래디얼 갭보다 더 클 수 있다.
허브(130)는 축(110)에 설치된다. 축(110)과 결합한 허브(130)는 축(110)의 움직임에 따라 함께 회전한다. 허브(130)는 제1주벽부(132)를 갖는다. 제1주벽부(132)는 축(110)의 외부 면을 따라 축(110)의 길이방향(도 1 기준으로 아래쪽)으로 연장된다. 하방으로 연장된 제1주벽부(132)는 슬리브(120)에 끼워져, 슬리브(120)의 제2내부 면(124)과 접촉한다(참고로, 유체 동압 베어링에 주입된 유체에 의해 실질적으로 접촉하지는 않는다).
위와 같이 구성된 유체 동압 베어링(100)은 축 방향으로의 베어링 구간(길이)을 확보하면서 축(110)과 허브(130)의 결합력을 증진시킬 수 있다. 즉, 본 실시 예에서는 축 방향으로의 베어링 구간(h1+h2)이 종래와 같이 슬리브(120)의 높이 걸쳐 그대로 형성되면서, 축(110)과 허브(130)가 접촉하는 구간(h2 + h3 + h4)이 연장되어 있다.
본 실시 예에서 축 방향으로의 베어링 구간(또는 길이)은 축(110)과 슬리브(120)의 제1내부 면(122)이 마주하는 구간(h1)에 허브(130)의 제1주벽부(132)와 슬리브(120)의 제2내부 면(124)이 마주하는 구간(h2)을 더한 값(h1 + h2)이다. 이 값(h1 + h2)은 슬리브(120)의 실제 높이보다 작으나, 그 차이가 매우 작으므로 실질적으로 슬리브(120)의 높이와 동일한 것으로 볼 수 있다. 따라서 본 실시 예에 따르면 종래와 동일한 유체 동압 베어링 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 실시 예에서, 축(110)과 허브(130)의 결합 구간(h2 + h3 + h4)은 제1주벽부(132)의 연장 구간(h2)에 허브(130)의 두께(h3)를 더한 값(h2 + h3)보다 크다. 이 값(h2 + h3 + h4)은 허브(130)의 두께(h3)보다 최소 h2 + h4 만큼 큰 값이며, 축(110)과 허브(130)의 결합 구간이 허브(130)의 두께만큼 이루어지는 종래의 유체 동압 베어링에 비해 상당히 크다. 따라서 본 실시 예에서는 h3의 값을 소정의 범위 내에서 감소시켜, 유체 동압 베어링(100)의 전체 높이(h)를 대폭 줄일 수 있다.
한편, 본 실시 예는 유체 동압 홈이 축(110)과 제1내부 면(122), 허브(130)와 제2내부 면(124) 뿐만 아니라 슬리브(120)의 제1평면(126)과 제1주벽부(132)의 끝면(133), 슬리브(120)의 제2평면(128)과 허브(130)의 저면(131) 사이에도 형성된다. 여기서, 슬리브(120)의 제1평면(126)과 제1주벽부(132)의 끝면(133), 및 슬리브(120)의 제2평면(128)과 허브(130)의 저면(131)에 형성된 유체 동압 홈은 스러스트 베어링으로 이용되므로, 본 실시 예에서는 스러스트 동압을 발생시키기 위해 스러스트 판을 구비할 필요가 없다.
다음에서는 본 실시 예의 변형 예를 설명한다.
(제1실시 예의 제1변형 예)
제1변형 예는 허브(130)의 형상에 있어서 전술된 제1실시 예의 기본형태와 차이점을 갖는다.
제1변형 예에 따른 허브(130)는 제1주벽부(132)와 함께 제2주벽부(134)를 갖는다. 제1주벽부(132)는 제1실시 예의 기본형태와 마찬가지로 축(110)의 외부 면을 따라 하방으로 연장되고, 제2주벽부(134)는 슬리브(120)의 외부 면을 따라 하방으로 연장된다. 여기서 슬리브(120)의 외부 면에 연장된 제2주벽부(134)는 슬리브(120)의 제2평면(128)과 허브(130)의 저면(131) 사이로 유체가 누설되는 것을 차단한다.
따라서 본 변형 예는 축(110)과 슬리브(120) 사이에 주입된 유체의 누설을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
(제1실시 예의 제2변형 예)
제2변형 예는 축(110)의 형상에 있어서 전술된 제1실시 예의 기본형태와 차이점을 갖는다.
본 변형 예에 따른 축(110)은 제1몸체(112)와 제2몸체(114)를 갖는다. 제1몸체(112)는 슬리브(120)에 삽입되고, 제2몸체(114)는 허브(130)와 결합한다.
이와 같은 구조의 유체 동압 베어링(100)은 축(110)과 슬리브(120)의 압입면 위쪽에 허브(130)의 제1주벽부(132)의 끝면(133)이 위치하므로, 축(110)과 슬리브(120)의 사이에 주입된 유체가 축(110)과 허브(130)의 결합면 사이로 누설되지 않는다.
또한 이러한 구조는 제2내부 면(124)과 제1주벽부(132) 사이 및 제2평면(128)과 허브(130)의 저면(131) 사이로 유체의 이동을 유도하므로, 유체 동압 베어링의 특성을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 변형 예에 따르면, 유체의 누설방지와 함께 유체 동압 베어링의 성능향상을 꾀할 수 있다.
(제1실시 예의 제3변형 예)
제3변형 예는 제1주벽부(132)의 연장 길이에 있어서 전술된 제1실시 예의 기본형태와 차이점을 갖는다.
본 변형 예에 따른 허브(130)는 슬리브(120)의 1/2 지점까지 연장된 제1주벽부(132)를 갖는다. 즉, 축(110)과 제1내부 면(122)이 형성하는 유체 동압 베어링의 구간(h1)은 제1주벽부(132)와 제2내부 면(124)이 형성하는 유체 동압 베어링의 구간(h2)과 거의 같다.
따라서 본 변형 예에서는, 제1주벽부(132)와 제2내부 면(124)에 형성되는 유체 동압 홈을 축(110)과 제1내부 면(122)에 형성되는 유체 동압 홈과 대칭형태로 형성하여, 유체 동압 베어링의 상하 균형을 맞출 수 있다.
이와 같이 이루어진 본 변형 예는 유체 동압 베어링의 상하 균형 설계가 용이하고, 허브(130)를 더욱더 얇게 할 수 있는 장점이 있다.
(제2실시 예)
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 스핀들 모터의 단면도이다.
다음에서는 위에서 설명한 유체 동압 베어링(100)을 구비한 스핀들 모터(10)에 대해서 설명한다. 참고로, 본 실시 예에서, 유체 동압 베어링(100)에 대한 설명에서 언급한 구성요소들은 동일한 도면부호를 사용하며, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 예에 따른 스핀들 모터(10)는 유체 동압 베어링(100), 베이스 부재(200), 전자석(300), 영구자석(320)을 포함한다.
유체 동압 베어링(100)은 베이스 부재(200)에 설치된다. 여기서, 유체 동압 베어링(100)은 슬리브(120)만이 베이스 부재(200)에 고정 설치되므로, 유체 동압 베어링(100)의 다른 부분, 즉 축(110)과 허브(130)는 슬리브(120)에 대해 회전이 가능하다.
베이스 부재(200)는 제4주벽부(220)를 갖는다. 제4주벽부(220)는 슬리브(120)의 외부 면을 따라 상방으로 연장되어, 슬리브(120)를 베이스 부재(200)에 단단히 고정시킨다. 참고로, 제4주벽부(220)의 연장 길이는 허브(130)의 제2주벽부(134, 도 2 참조)의 유무 및 제2주벽부(134)의 연장 길이에 따라 변경될 수 있다.
전자석(300)은 제4주벽부(220)에 설치된다. 전자석(300)은 슬리브(120)를 중심으로 원형 배치되어 전류공급 여부에 따라 전자력을 발생시킨다.
영구자석(320)은 허브(130)의 제3주벽부(136)에 설치된다. 영구자석(320)은 제3주벽부(136)의 내부 벽면에 설치되어, 전자석(300)에 대응하는 전자력을 발생시킨다.
위와 같이 구성된 본 실시 예의 스핀들 모터(10)는 전술된 유체 동압 베어링(100)의 특징을 그대로 가지므로, 박형화가 가능하며 유체 동압 베어링의 특성을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 실시 예의 스핀들 모터(10)는 소형 컴퓨터의 하드 디스크 드라이브나 기타 소형 전자기기의 하드 디스크 드라이브에 활용될 수 있다.
참고로, 도 2 내지 도 4에 도시된 유체 동압 베어링(100)은 도 5에 도시된 바와 같이 스핀들 모터(10)에 그대로 적용될 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
10 스핀들 모터 100 유체 동압 베어링
110 축 112 제1몸체
114 제2몸체
120 슬리브 122 제1내부 면
124 제2내부 면 126 제1평면
128 제2평면
130 허브 132 제1주벽부
134 제2주벽부 136 제3주벽부
140 덮개
200 베이스 부재 220 제4주벽부
300 전자석 320 영구자석

Claims (12)

  1. 축의 길이방향을 따라 연장된 제1주벽부를 갖는 허브; 및
    상기 축이 삽입되는 제1내부 면과 상기 제1주벽부가 삽입되는 제2내부 면을 갖는 슬리브;
    를 포함하고,
    상기 제1내부 면과 상기 제2내부 면에는 유체 동압을 생성하는 유체 동압 홈이 각각 형성되는 유체 동압 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 허브는 상기 슬리브의 외부 면을 감싸도록 연장된 제2주벽부를 갖는 것
    을 특징으로 하는 유체 동압 베어링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 축은 상기 제1내부 면에 끼워지는 제1몸체; 및
    상기 제1주벽부에 끼워지며 상기 제1몸체의 지름과 다른 크기의 지름을 갖는 제2몸체
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브 또는 상기 허브는 상호 마주하는 적어도 하나의 면에 유체 동압 홈을 갖는 것
    을 특징으로 하는 유체 동압 베어링.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2내부 면과 상기 제1주벽부의 외부 면이 마주하는 부분에 형성되는 유체 동압 홈의 형태는 상기 제1내부 면과 상기 축이 마주하는 부분에 형성되는 유체 동압 홈의 형태와 대칭인 것
    을 특징으로 하는 유체 동압 베어링.
  6. 축의 길이방향을 따라 연장된 제1주벽부를 갖는 허브, 상기 축이 삽입되는 제1내부 면과 상기 제1주벽부가 삽입되는 제2내부 면을 갖는 슬리브를 포함하는 유체 동압 베어링; 및
    상기 슬리브가 설치되는 베이스 부재;
    를 포함하고,
    상기 제1내부 면과 상기 제2내부 면에는 유체 동압을 생성하는 유체 동압 홈이 각각 형성되는 스핀들 모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 허브는 상기 슬리브의 외부 면을 감싸도록 연장된 제2주벽부를 갖는 것
    을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 축은 상기 제1내부 면에 끼워지는 제1몸체; 및
    상기 제1주벽부에 끼워지며 상기 제1몸체의 지름과 다른 크기의 지름을 갖는 제2몸체
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 슬리브 또는 상기 허브는 상호 마주하는 적어도 하나의 면에 유체 동압 홈을 갖는 것
    을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제2내부 면과 상기 제1주벽부의 외부 면이 마주하는 부분에 형성되는 유체 동압 홈의 형태는 상기 제1내부 면과 상기 축이 마주하는 부분에 형성되는 유체 동압 홈의 형태와 대칭인 것
    을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1내부 면과 제2내부 면에는 제1래디얼 갭과 제2래디얼 갭이 각각 형성되는 것
    을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2래디얼 갭의 크기는 상기 제1래디얼 갭의 크기와 동일하거나 상기 제1래디얼 갭보다 더 큰 것
    을 특징으로 하는 스핀들 모터.
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KR20100070583A (ko) * 2008-12-18 2010-06-28 삼성전기주식회사 모터

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