KR20000004861A - 스핀들 모터 및 기록 디스크 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 변화에 따라서 허브 본체의 편심이나 요동이 생기는 것을 극력 회피할 수 있는 스핀들 모터를 제공하며, 이 스핀들 모터는 기록 디스크 장치의 하우징(12)에 고정되는 부동축(21)과, 상하 한쌍의 회전 베어링(23)을 개재하여 부동축(21) 주위에서 회전 자재로 부동축(21)에 지지되는 허브 본체(24)를 구비하며, 회전 베어링(23)의 주위에서는 허브 본체(24)의 일부가 부재(23)에 의해 둘러싸이며, 허브 본체의 열팽창은 허브 본체(24) 보다도 열팽창률이 작은 부재(31)에 의해 억제되는 것을 특징으로 한다.

Description

스핀들 모터 및 기록 디스크 장치
본 발명은 하드 디스크 드라이브(HDD)를 비롯한 기록 디스크 장치에 이용되는 스핀들 모터에 관한 것이며, 특히 기록 디스크 장치의 하우징(housing)에 고정되는 부동축과, 회전 베어링를 개재하여 부동축 주위에서 회전 자재로 부동축에 지지되며 기록 디스크가 장착되는 허브 본체를 구비하는 스핀들 모터에 관한 것이다.
일반의 HDD에 사용되는 스핀들 모터에서는 경량화의 요구에 응하기 위해 허브 본체가 알루미늄으로 구성되는 경우가 많다. 더욱이 알루미늄제의 HDD 기록 매체에 대하여 재료의 선팽창 계수를 일치시킴으로써 온도 변화에 의한 어긋남을 회피할 목적으로 기록 매체를 지지하는 스핀들 모터의 허브에 알루미늄재가 사용되는 것이 일반적이다.
알루미늄은 비교적 열팽창률(23.5×10-6/℃)이 크기 때문에 HDD 사용시의 온도 상승에 수반하여 허브 본체가 열팽창한다. 이 열팽창은 허브 본체를 반경 방향으로 눌러서 넓혀, 회전 중심에 편심이 생기게 하거나 또는 회전 베어링의 환상 외부 프레임에 대하여 요동이 생기게 한다. 특히 알루미늄에 비하여 비교적 열팽창률이 작은 강철과 같은 재료로 환상 외부 프레임이 구성되면 이러한 편심이나 요동이 현저하게 되는 것으로 예상된다. 이들의 편심이나 요동은 목표 기록 실린더에 대한 자기 헤드의 위치 어긋남이 생기게 한다. 그러나 이러한 편심이나 요동을 방지하지 않으면 자기 디스크에 대한 기록 밀도의 일층 향상을 실현시키기 곤란하다.
도 1은 하드 디스크 드라이브의 외관을 나타내는 사시도.
도 2는 HDD의 내부구조를 나타내는 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 스핀들 모터의 확대 단면도.
도 4는 부재를 나타내는 사시도.
도 5는 스핀들 허브의 제조에 사용되는 주형의 단면도.
도 6은 열팽창의 양상을 나타내는 허브 본체의 확대 평면도.
도 7은 변형례에 관한 부재의 사시도.
도 8은 도 7의 부재가 고정된 스핀들 모터의 확대 단면도.
도 9는 다른 변형례에 관한 부재의 사시도.
도 10은 또 다른 변형례에 관한 부재가 고정된 스핀들 모터의 확대 단면도.
도 11은 또 다른 변형례에 관한 부재가 고정된 스핀들 모터의 확대 단면도.
[도면부호의 간단한 설명]
10 기록 디스크 장치로서의 하드 디스크 드라이브(HDD),
15 스핀들 모터
21 부동축
23 회전 베어링
24 허브 본체
31 부재
33 주형
40 미끄럼 억지 기구로서의 플랜지
41 미끄럼 억지 기구로서의 홈
본 발명은 상기 실상을 감안하여 된 것으로 온도 변화에 따라서 허브 본체의 편심이나 요동이 생기는 것을 극력 회피할 수 있는 스핀들 모터 또는 기록 디스크 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의하면 부동축과 회전 베어링을 개재하여 부동축 주위에서 회전 자재로 부동축에 지지되는 허브 본체와, 허브 본체 보다도 열팽창률이 작고 회전 베어링의 주위에서 적어도 허브 본체의 일부를 둘러싸는 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터가 제공된다.
이와 같은 스핀들 모터에 의하면 온도가 상승하여 허브 본체가 열팽창하더라도 그의 열팽창은 부재의 구속에 의해 억제된다. 왜냐하면 부재는 허브 본체 보다도 열팽창률이 작기 때문이다. 이와 같이 허브 본체의 열팽창이 억제되면 회전 베어링에 대하여 허브 본체의 회전 중심이 편심하거나, 회전 베어링에 대하여 허브 본체가 요동하거나 하는 것이 방지된다.
이와 같은 스핀들 모터가 기록 디스크 장치에 적용되면 부동축은 기록 디스크 장치의 하우징에 고정되며, 허브 본체에 기록 디스크가 장착되게 된다. 스핀들 모터에서는 허브 본체의 편심이나 요동이 방지되기 때문에 기록 디스크의 회전 진동이 억제되어, 기록 밀도의 일층 향상에 기여할 수가 있다. 기록 디스크 장치에서는 예를 들어 하드 디스크 드라이브(HDD)에 대표되는 자기 디스크 장치 이외에 광 디스크 장치나 광자기 디스크 장치가 포함되어도 좋다.
상기 부재는 허브 본체에 주입(鑄入)되는 것이 요망된다. 주입에 의해 허브 본체에 부재를 고정하면 허브 본체에 부재를 끼워넣는 경우에 비하여 고치수 정밀도로 부재를 마무리 할 필요가 없으며, 부재의 형상이 제한되지도 않는다.
부재가 허브 본체에 주입된 스핀들 허브를 제조할 시에는 예를 들어 허브 본체의 재료 보다도 열팽창률이 적은 재료로 부재를 준비하는 공정과, 준비된 부재를 허브 본체 성형용의 주형에 설치하는 공정과, 허브 본체의 재료를 용융하여 주형에 유입하는 공정을 구비하는 스핀들 허브의 제조 방법을 제공하면 된다. 허브 본체의 재료로는 예를 들어 알루미늄으로 된 유연 금속을 채용하면 된다.
상기 부재의 표면에는 미끄럼 억지 기구가 형성되어도 좋다. 미끄럼 억지 기구는 무단 부재와 허브 본체 간의 미끄럼을 방지하여 허브 본체의 회전축에 따른 열팽창을 억제할 수 있다. 미끄럼 억지 기구는 부재로부터 부동축을 향하여 뻗은 플랜지이어도 좋고 부재의 표면에 형성되는 홈이어도 좋다.
상기 부재는 상기 부동축의 길이 방향으로 연속하는 원통으로 구성되는 것이 요망된다. 이와 같이 부재가 연속함으로써 허브 본체의 길이 방향으로 균일하게 열팽창을 억제할 수 있다. 그 결과 국부적인 과도의 열팽창에 의해 허브 본체가 변형하는 것을 회피할 수 있다.
(발명의 실시예)
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 형태를 설명한다.
도 1은 기록 디스크 장치의 일 구체예인 하드 디스크 드라이브(HDD)를 나타낸다. HDD(10)의 하우징(11)은 상자형의 하우징 본체(12)와, 하우징 본체(12)의 개구를 폐쇄하는 커버(13)로 크게 분할된다. 이러한 HDD(10)는 예를 들어 컴퓨터 본체에 조립되어 사용되어도 좋고, 컴퓨터 본체로부터 독립한 단일체의 외부 기록 장치로서 사용되어도 좋다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 하우징(11)에는 본 발명에 관한 스핀들 모터(15)에 장착되는 자기 디스크(16)와, 자기 디스크(16)에 대향하는 자기 헤드(17)가 수용된다. 자기 헤드(17)는 요동축(18) 주위에서 요동할 수 있는 캐리지 암(19)의 선단에 고착된다. 자기 디스크(16)에 대한 정보의 기록 또는 재생시에는 자기 회로로 구성되는 액츄에이터(20)에 의해 캐리지 암(19)이 요동 구동하여, 그 결과 자기 헤드(17)가 자기 디스크(16)상의 소망하는 기록 트랙에 위치 결정되게 된다.
도 3으로부터 명백한 바와 같이 스핀들 모터(15)는 하우징 본체(12)의 저면에 고정되는 부동축(21)을 구비한다. 하우징 본체(12)에 커버(13)가 결합되면 부동축(21)의 선단에는 커버(13)를 관통하는 나사(22)가 체결되므로, 이에 의해 부동축(21)은 하우징(11)에 대하여 강고하게 고정된다.
부동축(21)에는 상하 한쌍의 회전 베어링(23)을 개재하여 허브 본체(24)가 부동축(21) 주위에서 회전 자재로 지지된다. 각 회전 베어링(23)은 주지한 바와 같이 부동축(21)에서 회전 불능하게 끼워지는 환상 내부 프레임과, 이 환상 내부 프레임의 주위에서 허브 본체(24)의 내주면에 회전 불능하게 끼워 삽입되는 환상 외부 프레임을 구비한다. 환상 내부 프레임 및 환상 외부 프레임 간에 끼워진 복수개의 볼에 의해 환상 내부 프레임과 환상 외부 프레임의 상대 회전이 허용되며, 그 결과 부동축(21) 주위에서 허브 본체(24)가 회전하게 된다. 단, 회전 베어링(23)에는 이러한 구슬 베어링만이 아니고 롤러 베어링이 사용되어도 좋다.
허브 본체(24)의 회전은 부동축(21)측에 고정된 코일(26)과, 본체 허브(24)측에 고정되어 코일(26)에 대향하는 영구 자석(27)에 의해 구동된다. 코일(26)의 통과 전류가 자력을 발생하고, 그 자력이 영구 자석(27)과의 사이에서 구동력을 생기게 한다.
자기 디스크(16)는 허브 본체(24)의 외주에 장착된다. 자기 디스크(16)는 허브 본체(24)의 외주에 형성된 외향 플랜지(24a)와, 허브 본체(24)의 선단에 고정되는 클램프(28)와의 사이에 끼워 삽입된 허브 본체(24)에 고정된다. 자기 디스크(16)끼리 간에는 자기 디스크(16)끼리에 소정의 간격을 형성하는 간격 링(29)이 끼워진다. 클램프(28)는 예를 들어 복수개의 나사(30)에 의해 허브 본체(24)의 선단에 고정되면 좋다.
허브 본체(24)내에는 회전 베어링(23)의 주위에서 적어도 허브 본체(24)의 일부를 둘러싸는 부재(31)가 고정된다. 예를 들면 이 부재(31)는 허브 본체(24)의 주조시에 허브 본체(24)에 주입되어 고정된다. 부재(31)는 무단 형상을 갖는 것이 요망되며, 예를 들어 도 4에 나타낸 바와 같이 허브 본체(24) 보다도 열팽창률이 작은 재질을 사용하여 환상 링이나 원통형으로 형성된다. 부재(31)는 주조에 대한 내열성이나 허브의 변형 방지를 위한 강성이 요구되기 때문에 예를 들어 철이나 스테인레스와 같은 금속으로부터 형성되면 좋다. 철의 선팽창 계수는 12.1×10-6/℃이며, 스테인레스의 선팽창 계수는 11.0∼13.0×10-6/℃이다. 허브 본체(24)와 부재(31)에 의해 스핀들 허브가 구성되게 된다.
이상의 허브 본체(24)를 제조할 시에는 우선 도 4에 나타낸 부재(31)를 준비한다. 부재(31)는 주조 또는 단조 그 밖의 임의의 제조 방법에 의해 제조하면 좋다. 도 5에 나타낸 바와 같이 준비된 부재(31)는 허브 본체(24) 성형용의 주형(금형)(33)에 형성된 캐비티(34)에 설치된다. 그 후, 용융된 허브 본체(24)의 재료 즉, 알루미늄이 캐비티(34)로 유입된다. 냉각 후에 주형(33)의 상형(33a)과 하형(33b)을 분리하면 부재(31)가 주입된 스핀들 허브가 얻어진다. 얻어진 스핀들 허브는 부동축(21) 또는 회전 베어링(23) 그 이외의 부품과 동시에 스핀들 모터(15)에 조립된다.
이제 완성된 스핀들 모터(15)가 HDD(10)에 조립되어 사용되는 경우를 고찰한다. HDD(10)의 동작에 의해 생기는 열이나 주위의 환경 변화에 의해 HDD(10)의 온도가 상승하면 열팽창에 의하여 허브 본체(24)는 팽창하려고 한다. 열팽창의 정도는 알루미늄의 열팽창 계수와 허브 본체(24)의 치수의 곱에 의해 결정된다.
예를 들어 도 6에 나타낸 바와 같이 허브 본체(24)의 원주 방향에서 비교하여 허브 본체(24)의 반경방향길이(폭)가 충분히 작은 경우를 상정한다. 이 경우 허브 본체(24)의 원주 방향으로 열팽창 계수가 크게 작용하고, 회전 베어링(23)이 접하는 허브 본체(24)의 내주면(24b)이 반경 방향으로 넓어지려고 하는 것으로 생각된다. 종래에는 이러한 팽창에 의하면 허브 본체(24)가 회전 중심에 대하여 편심하든지, 회전 베어링(23)의 환상 외부 프레임에 대하여 허브 본체(24)가 요동하는 것이 생각된다. 그러나 본 실시 형태에서는 허브 본체(24)에 주입된 부재(31)의 작용에 의해 그러한 팽창이 억제되게 된다. 왜냐하면 부재(31)의 열팽창률이 허브 본체(24) 보다도 작기 때문이다. 따라서 전술한 회전 중심의 편심 또는 회전 베어링에 대한 요동이 극력 회피되게 된다. 그 결과 스핀들 허브의 회전 진동이 억제되며, 자기 디스크(16)의 진동이 억제되게 된다. 자기 헤드(17)의 정확한 트래킹 동작을 실현할 수 있다.
부재(31)의 표면에는 부재(31)와 허브 본체(24) 간의 미끄럼을 방지하여 허브 본체(24)의 회전축에 따른 열팽창을 억제하는 미끄럼 억지 기구가 형성되어도 좋다. 이러한 미끄럼 억지 기구는 예를 들어 도 7 또는 도 8에 나타낸 바와 같이 부재(31)로부터 부동축(21)을 향하여 뻗은 플랜지(40)이어도 좋고, 도 9에 나타낸 바와 같이 부재(31)의 표면에 형성되는 홈(41)이어도 좋다. 홈(41)은 예를 들어 나사 홈 등이어도 좋고, 무단 부재(31)의 내주면에 형성되어도 좋고, 외주면에 형성되어도 좋다.
이상의 실시 형태에서는 상측의 회전 베어링(23)과 하측의 회전 베어링(23)으로 별개로 부재(31)를 준비했지만 부재(31)는 도 10 또는 도 11에 나타낸 바와 같이 부동축(21)의 길이 방향으로 연속하는 원통으로 구성해도 좋다. 이와 같이 부재(31)가 연속함으로써 허브 본체(24)의 길이 방향으로 균일하게 열팽창을 억제할 수 있다. 그 결과 국부적인 과도의 열팽창에 의해 허브 본체(24)가 변형하는 것을 회피할 수 있다. 반대로 상측의 회전 베어링(23)과 하측의 회전 베어링(23) 중 어느 한쪽만을 부재(31)로 둘러 싸도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 주입에 의해 허브 본체(24)에 부재(31)를 고정시켰지만 허브 본체(24)의 외주에 부재(31)를 끼워 넣는 등의 수법으로 부재(31)를 고정시켜도 좋다. 단, 주입에 의해 부재(31)를 고정하면 삽입 등에 요구되는 고치수정밀도로 부재(31)를 마무리할 필요가 없고, 부재(31)의 형상에 제약이 부과되지 않고, 접착 공수를 삭감할 수 있으며, 접착에 의한 부품의 산포(散布)를 저감할 수 있는 등의 이점을 갖는다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 허브 본체 보다도 열팽창률이 작은 부재로 회전 베어링의 주위에서 적어도 허브 본체의 일부를 둘러싸게 하였으므로 회전 중심의 편심 또는 회전 베어링의 환상 외부 프레임에 대한 요동을 방지할 수 있다. 그 결과 허브 본체의 회전 진동이 억제되며, 기록 디스크에 대한 기록 밀도의 일층 향상에 기여할 수 있다.

Claims (14)

  1. 부동축과 회전 베어링을 개재하여 부동축 주위에서 회전 자재로 부동축에 지지되는 허브 본체와, 허브 본체 보다도 열팽창률이 작고, 회전 베어링의 주위에서 적어도 허브 본체의 일부를 둘러싸는 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부재는 허브 본체에 주입되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부재의 표면에는 미끄럼 억지 기구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 미끄럼 억지 기구는 상기 부재로부터 부동축을 향하여 뻗은 플랜지인 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 미끄럼 억지 기구는 상기 부재의 표면에 형성되는 홈인 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 부재는 상기 부동축의 길이 방향으로 연속하는 원통으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  7. 하우징에 고정되는 부동축과, 회전 베어링을 개재하여 부동축 주위에서 회전 자재로 부동축에 지지되며, 기록 디스크가 장착되는 허브 본체와 허브 본체 보다도 열팽창률이 작고, 회전 베어링의 주위에서 적어도 허브 본체의 일부를 둘러싸는 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 기록 디스크 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 부재는 허브 본체에 주입되는 것을 특징으로 하는 기록 디스크 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 부재의 표면에는 미끄럼 억지 기구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기록 디스크 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 미끄럼 억지 기구는 상기 부재로부터 부동축을 향하여 뻗은 플랜지인 것을 특징으로 하는 기록 디스크 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 미끄럼 억지 기구는 상기 부재의 표면에 형성되는 홈인 것을 특징으로 하는 기록 디스크 장치.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부재는 상기 부동축의 길이 방향으로 연속하는 원통으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기록 디스크 장치.
  13. 허브 본체의 재료 보다도 열팽창률이 작은 재료로 부재를 준비하는 공정과, 준비된 부재를 허브 본체 성형용 주형에 설치하는 공정과, 허브 본체의 재료를 용융하여 주형에 유입하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 허브의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 허브 본체의 재료는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 스핀들 허브의 제조 방법.
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