KR20000025096A - 회전체의 동적 흡진장치 - Google Patents

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Abstract

회전체의 회전시 발생되는 진동을 흡수하기 위한 동적 흡진장치에 있어서, 적어도 하나 이상의 질량체와; 질량체를 회전체의 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동가능하도록 회전체에 연결시키기 위한 연결수단;을 포함하여, 회전체의 회전시 질량체가 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동되면서 회전체의 회전에 의한 진동을 흡수하도록 된 것을 특징으로 하는 동적 흡진장치가 개시된다.

Description

회전체의 동적 흡진장치
본 발명은 회전체의 동적 흡진장치에 관한 것으로, 상세하게는 회전체의 회전시 발생하는 진동을 효과적으로 흡수하기 위한 회전체의 동적 흡진장치에 관한 것이다.
일반적으로 HDD, DVD, CD-ROM 등과 같은 전자제품 내에 회전가능하게 설치되는 회전체나, 또는 모터, 로터, 프로펠러 그리고 공작기계 등에 회전가능하게 설치되는 회전체는, 그 자체의 물질적, 기구적 특성에 따라 고유의 진동주파수를 가지고 있다. 그리고, 상기와 같은 회전체가 엔진이나 바람 등과 같은 가진원으로부터 가진을 받게 되면, 상기한 진동주파수를 증폭시키게 되어 심한 진동이 발생하게 된다. 따라서, 이와 같이 발생되는 진동을 흡수하기 위한 흡진장치가 요구된다.
도 1은 종래의 동적 흡진장치가 채용된 회전체를 나타내 보인 개략적인 단면도이다. 도시된 도면은 1986년 6월 24일자로 미국에서 특허등록된 미국 특허(특허번호; 4,596,158)에 개시된 도면이다.
도 1을 참조하면, 케이스(1)에 고정된 고정자(2)에 대해 회전축(3)이 회전가능하게 설치되 있다. 상기 회전축(3)에는 로터(4)가 그 회전축(3)과 함께 회전가능하게 지지되어 있다. 이러한 구조에서 동적 흡진장치는 로터(4)의 회전시 발생하는 진동을 직접 전달받기 위한 환형의 링부재(5)와, 상기 링부재(5)를 상기 로터(4)에 연결시키기 위한 연결수단으로, 고무부재(6)를 포함한다. 즉, 상기 링부재(5)와 로터(4) 사이에는 상기 고무부재(6)가 개재되어 있다. 상기 링부재(5)는 상기 로터(4)와 동일한 공진 주파수를 가지도록 그 질량 및 강성 등이 미리 설계 및 제작된다. 따라서, 상기 링부재(5)는 상기 로터(4)의 회전시 발생되는 공진 주파수를 상쇠시킴으로써, 공진에 의한 진동을 흡수하게 된다. 따라서, 상기 링부재(5)는 상기 로터(40)의 회전속도 등을 고려하여 소정의 공진 주파수를 가지도록 설계 및 제작되어 설치된다.
그런데, 상기와 같은 구성을 가지는 종래의 흡진장치는, 상기 링부재(5)가 환형의 링타입이므로, 로터(4)의 회전시 그 로터(4)의 언벨런스한 질량분포뿐 아니라 상기 링부재(50)의 언벨런스한 질량분포 상태가, 로터(4)의 회전에 의한 진동에 영향을 주게 되어 진동을 효과적으로 흡수하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 상기 로터(4)의 일정한 회전 속도에 대한 공진 주파수를 상쇠시키기 위한 공진 주파수를 가지도록 상기 링부재(5)를 정확히 설계하는 데에는 실질적으로 어려움이 있다는 문제점이 있다.
또한, 상기 링부재(5)와 로터(4) 사이에 스프링 역할을 하는 고무부재(6)가 개재됨으로써, 링부재(5)의 강성을 정확히 예측하기 힘들어 일정한 공진 주파수를 가지도록 설계하기 힘들다는 단점이 있다.
그리고, 상기와 같은 구성에 있어서는 로터(4)가 가지고 있는 공진 주파수만을 상쇠시키게 되므로, 로터(4)의 회전에 의한 가진 주파수에 의해 발생되는 진동 즉, 로터(4)의 회전중심이 흔들리는 소위 회전 진동을 흡수하지 못하는 단점이 있다.
한편, 도 2를 참조하면 1988년 4월 12일 자로 특허등록된 미국 특허(특허번호; 4,736,701)에 개시된 흡진장치가 도시되어 있다.
도시된, 흡진장치는 길이가 긴 기둥(10)에서 발생되는 진동을 다방면에 걸쳐 흡수하기 위한 것으로, 상기 기둥(10)의 축방향으로의 진동을 흡수하기 위한 제1흡진유니트(20)와, 수평방향으로의 진동을 흡수하기 위한 제2흡진유니트(30)를 포함한다. 상기 제1흡진유니트(20)는 복수개가 상기 기둥(10)의 상부에 균일 간격으로 설치되며, 그 각각은 상기 기둥(10)에 수평으로 설치된 제1판스프링(21)과 상기 제1판스프링(21)의 단부에 설치된 제1질량체(22)를 포함한다. 또한, 상기 제2흡진유니트(30)도 복수개가 상기 기둥(10)의 상부에 동일 간격으로 설치되며, 그 각각은 상기 기둥(10)에 수직으로 설치된 제2판스프링(31)과, 상기 제2판스프링(31)의 단부에 설치된 제2질량체(32)를 포함한다. 여기서, 상기 흡진유니트(20)(30) 각각은 엔진(미도시)이나 바람 등과 같은 가진원으로부터 전달되는 가진 주파수와 동일한 공진 주파수를 가지도록 설계된다. 따라서, 상기 기둥(10)으로 전달되는 가진 주파수를 상쇄시킴으로써, 상기와 같은 가진원에 의해 기둥(10)에서 발생되는 진동을 흡수하게 된다.
그런데, 상기와 같은 구성을 가지는 종래의 흡진장치는, 상기 기둥(10)이 회전체가 아닌 고정물인 경우에 대해서만 진동을 흡수할 수 있는 구조이므로, 상기 기둥(10)이 일정한 회전속도로 회전될 경우에 발생하는 진동을 억제하기 위해, 상기한 진동 주파수와 공진 주파수 등을 최적으로 설계하는데 어려움이 있어, 진동을 효과적으로 흡수하지 못한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 회전체가 고속으로 회전될 때 발생되는 진동을, 그 회전체의 언벨런스한 질량분포에 상관없이 효과적으로 흡수할 수 있도록 구조 개선된 회전체의 동적 흡진장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 및 도 2 각각은 종래의 흡진장치를 나타내 보인 개략적인 단면도 및 사시도이다.
도 3a 및 도 3b 각각은 본 발명의 제1실시예에 따른 동적 흡진장치가 채용된 모터를 나타내 보인 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 4a 내지 도 5b 각각은 본 발명의 제3실시예에 따른 동적 흡진장치가 채용된 모터를 나타내 보인 개략적인 도면이다.
도 6a 및 도 6b 각각은 본 발명의 제3실시예에 따른 동적 흡진장치가 채용된 회전체를 나타내 보인 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 제4실시예에 따른 동적 흡진장치가 채용된 공작기계를 나타내 보인 개략적인 사시도이다.
도 7b는 본 발명의 제5실시예에 따른 동적 흡진장치가 도 7a에 도시된 풀리에 설치된 상태를 나타내 보인 개략적인 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 동적 흡진장치가 채용된 하드디스크 드라이브를 나타내 보인 개략적인 단면도이다.
도 9a 및 도 9b 각각은 도 8에 도시된 스페이서를 발췌하여 나타내 보인 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 10a 및 도 10b 각각은 본 발명에 따른 동적 흡진장치가 도 8에 도시된 하드디스크 드라이브의 클램퍼에 채용된 예를 나타내 보인 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 동적 흡진장치의 작용을 설명하기 위해 도 5a에 도시된 회전체의 움직임에 대한 계략적인 동적 자유도계이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
110..고정체 112,322a..회전축
120..회전체 124,364,374..베이스부재
125,365,375..커버부재 123..지지부
126..수용부 130,330..질량체
140,340..탄성링 142..스프링
144..빔부재 146..체결부재
148..탄성핀 230..벨트
240..풀리 241,..리브
310..베이스 350..하드디스크
360..스페이서 362,372..수용공
370..클램퍼
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전체의 동적 흡진장치는 회전체의 회전시 발생되는 진동을 흡수하기 위한 동적 흡진장치에 있어서, 적어도 하나 이상의 질량체와; 상기 질량체를 상기 회전체의 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동가능하도록 상기 회전체에 연결시키기 위한 연결수단;을 포함하여, 상기 회전체의 회전시 상기 질량체가 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동되면서 회전체의 회전에 의한 진동을 흡수하도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른측면에 따른 하드디스크 드라이브의 동적 흡진장치는 베이스와; 상기 베이스에 설치되며 회전축을 가지는 스핀들 모터와; 상기 회전축을 회전중심으로 회전가능하도록 상기 스핀들 모터의 로터에 설치되는 복수의 하드디스크와; 상기 하드디스크 사이에 개재되는 스페이서와; 상기 로터에 결합되어 상기 하드디스크를 클램핑해주는 클램퍼;를 포함하는 하드디스크 드라이브에 채용되어, 상기 하드디스크의 회전시 발생하는 진동을 감쇄시키기 위한 하드디스크 드라이브의 동적 흡진장치에 있어서, 적어도 하나 이상의 질량체와; 상기 질량체가 상기 스페이서 및/또는 상기 클램퍼의 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동가능하도록, 상기 질량체를 상기 스페이서 및/또는 상기 클램퍼에 연결시키기 위한 연결수단;을 포함하여, 상기 하드디스크의 회전시 상기 복수의 질량체 각각이 상기 스페이서 및/또는 상기 클램퍼의 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동되면서 상기 하드디스크의 회전에 의한 진동을 흡수하도록 된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전체의 동적 흡진장치 및 하드디스크 드라이브의 흡진장치를 설명하기로 한다.
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 동적 흡진장치가 채용된 모터의 개략적 단면도이며, 도 3b는 도 3a의 회전체를 나타내 보인 평면도이다.
도 3a 및 도 3b 각각을 참조하면, 모터(100)는 고정체(110)와 회전체(120) 및 동적 흡진장치를 구비한다. 상기 고정체(110)는 소정의 지지물에 고정설치되며, 상기 회전체(120)가 회전가능하게 설치되는 회전축(112)과, 상기 회전체(120)의 하부에 설치된 마그네트(121)에 대면되게 설치된 코일(114)을 구비한다.
상기 회전체(120)는 통상 로터(Rotor)로 불리는 회전자로서, 상기 회전축(112)에 베어링(122)에 의해 회전가능하게 설치되어 있다. 이러한 회전체(120)는 상기 코일(114)에 전기신호가 인가될 때, 상기 마그네트(121)가 상기 코일(114)과의 상호 전자기력에 의해 회전가능하게 된다.
상기 동적 흡진장치는 상기 회전체(120)의 회전시 발생되는 진동을 흡수하기 위한 것으로, 상기 회전체(120)에 설치된 복수의 질량체(130)와, 상기 질량체(130)를 상기 회전체(120)에 연결기키기 위한 연결수단을 구비한다.
상기 질량체(130)는 상기 회전체(120)의 회전중심축을 중심으로 서로 축대칭을 이루도록 배치되어 있다. 또한, 상기 질량체(130)는 그 각각이 상기 회전체(120)의 원주방향으로 동일한 간격을 유지하고, 회전체(120)의 외주면(120a)에 대해 소정간격 이격되도록 배치되어 있다. 이러한 질량체(130)는 소정의 질량을 가지는 금속재 등으로 제작된다.
한편, 상기 연결수단은 상기 회전체(120)의 외주면에 대해 돌출형성된 지지부(123)와, 상기 지지부(123)에 설치되는 환형의 탄성링(140)을 구비한다. 상기 지지부(123)는 상기 회전체(120)의 원주방향으로 일정 간격으로 복수개가 마련되어 있다. 상기 탄성링(140)은 상기 질량체(130)가 상기 지지부들(123) 사이에 개재되도록 지지한 채로, 상기 지지부(123)에 고정된다. 이러한 탄성링(140)은 상기 질량체(130)를 상기 회전체(120)의 반경방향으로 탄력적으로 이동가능하게 지지하기 위해, 탄성변형 가능한 금속재로 제작된다.
여기서, 상기 회전체(120)는 상기 탄성링(140)을 상기 지지부(123)에 몰입되게 고정시키기 위해, 하방에 설치되는 베이스부재(124)와 상기 베이스부재(124)의 상부에 결합되는 커버부재(125)를 구비하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 베이스부재(124)와 상기 커버부재(125) 사이에 상기 탄성링(140)이 개재되도록, 양부재(124)(125)를 결합시킴으로써, 탄성링(140)을 회전체(120)의 지지부(123)에 고정시키는 것이 가능하게 된다. 상기 베이스부재(124)와 커버부재(125)는 나사(S)에 의해 결합되거나 또는, 접착제에 의해 결합될 수도 있다.
또한, 상기 질량체(130)는 상기 탄성링(140)에 용이하게 설치될 수 있도록, 한 쌍의 질량부재(132)(134)를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 한 쌍의 질량부재(132)(134)는 서로 대칭을 이루도록 형성되어 있다. 따라서, 상기 질량부재(132)(134)들 사이에 상기 탄성링(140)이 개재되도록 위치시킨 후, 서로를 본드 등에 의해 접착시킴으로써, 탄성링(140)에 설치할 수 있다.
도 4a 및 도 4b 각각은 본 발명의 제2실시예에 따른 동적 흡진장치가 채용된 모터의 개략적 단면도 및 평면도이다. 여기서, 앞서 도 3a 및 도3b 각각의 구성요소와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여하였다.
도면을 참조하면, 제2실시예에 따른 동적 흡진장치는 상기 연결수단으로, 상기 회전체(120)의 내부에 형성되어 상기 질량체(130)를 수용하는 수용부(126)와, 상기 수용부(126) 내에 설치되어 상기 질량체(130)를 지지하는 스프링(142)을 구비하는데 그 특징이 있다.
상기 수용부(126)는 상기 회전체(120)의 원주방향으로 동일 간격을 유지하도록 복수개가 마련되어 있으며, 그 각각은 회전체(120)의 회전반경 방향으로 길게 형성되어 있다. 상기 수용부(126)는 상기 베이스부재(124)와 커버부재(125)의 서로 접합되는 면에 인입된 홈을 형성시킴으로써 마련될 수 있다. 이러한 수용부(126) 내에 상기 질량체(130)가 수용되어 상기 반경방향으로 이동가능하게 된다. 상기 스프링(142)은 복수개가 마련되며, 그 각각은 일단이 질량체(130)에 연결되고 타단은 수용부(126)의 일측에 연결되어 있다. 이와 같이, 회전체(120) 내에 수용부(126)를 마련하고, 그 수용부(126)에 상기 질량체(130) 및 상기 스프링(142)을 수용시킴으로써, 질량체(130) 및 스프링(142)을 설치할 별도의 공간을 줄일 수 있다는 장점 이외에도, 회전체(120)의 외관을 심플하게 할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 질량체(130)가 수용부(126) 내에서 회전체(120)의 회전중심쪽에 가깝게 치우치도록 설치된 것을 예로 들어 설명하였으나, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 질량체(130)와 스프링(142)의 위치를 바꿔서 설치할 수도 있다. 즉, 질량체(130)가 회전체(120)의 회전중심에서 스프링(142)보다 먼쪽에 설치되어 있다. 또한 도면을 살펴보면, 질량체(130)가 수용되는 수용부(126´)가 회전체(120)의 외부로 개방되게, 구체적으로는 회전체(120)의 외주면(120a)으로 개방되게 형성되어 있다. 이와 같이 일측이 외부로 개방된 수용부(126´)를 마련함으로써, 그 내부에 수용된 질량체(130)가 회전체(120)의 회전시에 수용부(126´) 내외측으로 이동가능하게 된다.
도 6a 및 도 6b 각각은 본 발명의 제3실시예에 따른 동적 흡진장치가 채용된 회전체(120)의 개략적 평면도 및 단면도이다.
도면을 참조하면, 제3실시예에 따른 동적 흡진장치는 연결수단으로, 회전체(120)의 외주면(120a)에 대해 돌출형성된 복수의 지지부(123)와, 양단이 상기 지지부(123) 각각에 설치되는 빔부재(144) 및 상기 지지부(123)에 나사결합되는 체결부재(146)를 구비하는데 그 특징이 있다.
상기 지지부(123) 각각은 회전체(120)의 원주방향으로 일정 간격을 유지하도록 형성되어 있다. 상기 빔부재(144)는 복수개가 마련되어 있으며, 그 각각에는 상기 질량체(130)가 결합되어 있다. 이와 같이 질량체(130)가 결합된 빔부재(144)는 그 양단이 상기 지지부(123)의 외측에 밀착된 상태에서, 상기 체결부재(146)가 지지부(123)에 나사결합됨으로써, 고정되는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 설치된 빔부재(144)는 상기 질량체(130)가 회전체(120)의 회전시 회전체(120)의 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동가능하도록, 사각형의 단면형상을 가지며 탄성변성 가능한 금속재로 제작된다. 여기서, 상기 빔부재(144)의 길이와, 단면의 두께 및 높이 등에 대한 치수는 회전체(120)의 회전속도 및 상기 질량체(130)의 질량 등을 고려하여 설계된다.
한편, 상기에서는 본 발명에 따른 동적 흡진장치를 모터의 로터와 같은 회전체에(120)에만 채용한 것을 예로 들러 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 다른 일예로 도 7a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 흡진장치는 일반적으로 공장이나 기타 산업현장에서 널리 사용되는 선반, 밀링 등과 같은 공작기계(200)에 적용될 수도 있다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 동적 흡진장치가 채용된 공작기계(200)는 구동원인 모터(220)의 회전력을 본체(210)로 전달하기 위한 동력전달장치로서, 본체(210)에 회전가능하게 설치된 샤프트(250)에 설치된 풀리(240)와, 상기 풀리(240)와 상기 모터(220)의 회전축에 연결되는 벨트(230) 및 상기 풀리(240)의 회전시 발생하는 진동을 흡수하기 위한 동적 흡진장치를 구비한다. 여기서, 상기 풀리(240)는 벨트(230)를 통해 동력을 전달받아 회전되면서 본체(210)를 구동시키는 소위 로터에 해당된다.
상기 동적 흡진장치는 상기 풀리(240)의 회전축에 대해 서로 축대칭을 이루도록 배치된 복수의 질량체(130)와, 상기 질량체(130)를 풀리(240)의 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동가능하게 연결시키기 위한 연결수단을 구비한다. 여기서, 상기 질량체(130)는 앞서 도 3a를 통해 자세히 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 연결수단은 상기 풀리(240)의 회전중심 주위에 마련된 다수의 리브(241)와, 상기 질량체(130)를 지지한 채로 상기 풀리(240)에 설치되는 탄성링(140)을 구비한다. 상기 리브(141) 각각은 동일 간격으로 마련되며, 그 사이에는 상기 질량체(130)를 수용하기위한 관통홀(242)이 형성되어 있다. 상기 탄성링(140)은 상기 질량체(130)가 상기 리브들(141) 사이에 위치될 수 있도록 지지한 채로 풀리(240)의 내부에 일부가 몰입되게 설치되어 있다. 이러한 탄성링(140)은 상기 질량체(130)와 마찬가지로 상기 도 3a를 통해 자세히 설명하였으므로, 그 설명은 생략하기로 한다.
또한, 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 동적 흡진장치는 연결수단으로서, 회전체인 풀리(240´)에 마련된 리브(241)와, 상기 리브(241)의 측면에 마련된 로킹홈(241a)에 삽입 결합되는 탄성핀(148)을 구비하는데 그 특징이 있다. 상기 탄성핀(148)은 그 중심부에 상기 질량체(130)를 지지한 채로, 양단부 각각이 상기 로킹홈(241a)에 로킹결합되어 있다. 이러한 탄성핀(148)은 탄력적으로 변형가능한 금속재로 제작되며, 그 단면은 원형 또는 사각형의 구조를 가질 수 있다. 이러한 탄성핀(148)에 의해 질량체(130)가 상기 풀리(140´)의 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동되는 것이 가능하게 된다. 여기서, 상기와 같이 탄성변형 가능한 탄성핀(148)에 질량체(130)를 설치함으로서, 풀리(140´)와 같은 회전체에 설치하기가 용이하게 된다. 또한, 상기 풀리(140´)에 리브(141)를 마련하여 그 사이에 마련되는 관통홀(242)에 상기 질량체(130)를 위치시킴으써, 풀리(140´)의 회전시 발생되는 공기와의 마찰저항을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
이하 본 발명에 따른 동적 흡진장치의 작용을 도 3a와 도 3a 및 도 10을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
우선, 상기 회전체(120)가 상기 고정체(110)와의 상호 전자기력에 의해 고속회전된다. 상기 회전체(120)가 회전됨에 따라서, 상기 각각의 질량체(130)들은 상기 회전체(120)의 회전반경 방향으로 각각 독립적으로 이동하게 된다. 즉, 상기 질량체(130) 각각은 상기 회전체(120)의 외주면(120a)에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 일정한 진동변위로 움직이게 된다. 이때, 상기 탄성링(140)은 탄력적으로 굽혀지게 되어 상기 질량체(130)의 움직임이 가능하게 된다. 그리고, 이러한 탄성링(140)의 굽힘에 의한 변형을 통해 상기 회전체(120)의 회전에 의한 회전진동이 상기 질량체(130)로 전달되어 흡수된다. 여기서, 상기 질량체(130)는 각각 독립적으로 일정한 진동변위로 움직이게 되므로, 회전체(120) 및 그 질량체(130)가 가지고 있는 언벨런스한 질량분포에 의한 진동의 영향을 받지 않고, 상기한 회전진동을 효과적으로 흡수하게 된다. 따라서, 회전체(120)마다 다르게 나타나는 언벨런스한 질량분포를 측정할 필요 없이 간단한 구조에 의해 진동을 효과적으로 흡수할 수 있게 된다.
도 10은 상기에서 설명한 본 발명에 따른 동적 흡진장치의 작용을 이론적으로 설명하기 위해 도 5a에 도시된 회전체에 대한 개략적인 동적 자유도계를 나타낸 것이다. 도 5a에 도시된 바와 같은 시스템에서 회전체(120)와 질량체(130)의 회전반경 방향, 구체적으로는 x축 방향으로의 운동식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
상기 식은 앞서 설명한 대로 x축 방향에 대한 운동방정식이며, x축 방향에 대한 운동방적식도 상기와 같은 동일한 방법으로 쉽게 얻을 수 있으므로 생략한다. 그리고, 상기와 같이 주어진 식을 rR=xR+iyR ( r1=x1+iy1 , r2=x2+iy2 ) 로 치환하여 복소수 형태로 표현한 후에, 그 변화한 식에 다시 rR=AReiωt, r1=A1eiωt , r2=A2eiωt 를 대입하여 다음에 보여지는 메트릭스식으로 간단하게 표현될 수 있다.
=
여기서, 상기 메트릭스식에서 댐핑상수값을 c = 0 으로 하여 단순화시킨 후, , 로 치환하여 회전체(120)의 변위( AR )함수로 나타내면 다음과 같이 표현된다.
[(kR+2km-MRω2)(km-Mmω2)-2km 2]AR=MReRω2(km-Mmω2)
상기 식에서 회전체(120)의 회전시 발생되는 진동은 회전체(120)의 상기 x축과 y축으로의 변위( AR )에 의한 것이므로, 진동이 발생하지 않을 때는 상기 변위( AR )의 값이 AR = 0 이 되어야 한다. 그리고, AR = 0 이 될 때 상기 식을 만족시키기 위해 다음에 보여지는 식을 얻어 낼 수 있다.
km-Mmω2=0
&there4;
즉, 상기 식을 통해 알 수 있듯이 회전체(120)의 회전주파수( ω )와 질량체(130)의 고유주파수( ωm )의 값이 같을 때, 회전체(120)의 회전시 상기 x축 및 y축으로의 이동이 없게 되어 결국, 진동이 발생하지 않는다는 것을 이론적으로 알 수 있게 된다.
한편, 상기에 보여진 여러 식에 사용된 부호들 및 도 11에 표시된 부호는 다음과 같이 정의된다.
Rm,Mm = 회전체와 질량체의 질량, kR,km = 스프링 상수, c = 댐핑상수, xR,x1,x2,yR,y1,y2 = 회전체 및 질량체 각각의 x축 및 y축으로의 변위, = 회전체 및 질량체 각각의 관성력, MReRω2 = 회전체에 가해지는 외력(회전력), AR,A1,A2 = 회전체 및 질량체의 변위, ω,ωm = 회전체의 회전주파수 및 질량체의 고유주파수.
도 8은 본 발명에 따른 흡진장치가 채용된 하드디스크 드라이브의 개략적인 단면도이고, 도 9a 및 도 9b 각각은 도 8에 도시된 스페이서를 발췌하여 나타내보인 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 8을 참조하면, 하드디스크 드라이브는 베이스(310)와, 상기 베이스(310)에 설치되는 스핀들 모터(320)와, 상기 스핀들 모터(320)의 로터(324)에 설치되는 하드디스크(350) 및 스페이서(360)와, 상기 하드디스크(350)를 클램핑해주는 클램퍼(370) 및 상기 하드디스크(350)의 회전시 발생하는 진동을 흡수하기 위한 흡진장치를 구비한다.
상기 스핀들 모터(320)는 상기 하드디스크(350)를 회전시키기 위한 구동원으로서, 상기 베이스(310)에 고정되며 회전축(322a)을 가지는 고정체(322)와, 상기 회전축(322a)에 설치되어 고정체(322)와의 상호 전자기력에 의해 회전되는 로터(324)를 구비한다. 이러한 로터(324)에는 기록매체인 상기 하드디스크(350)가 복수개가 지지되어 있다. 상기 하드디스크(350)는 다량의 정보를 기록하기 위해 통상 다층구조로 설치되어 있다. 그리고, 상기 하드디스크들(350) 사이에는 환형의 형상을 가지는 상기 스페이서(360)가 개재되어 있다. 이러한 하드디스크(350)는 상기 클램퍼(370)에 의해 클램핑 되어 상기 로터(324)로부터 이탈되는 것이 방지되고, 상기 로터(324)와 함께 회전가능하게 된다. 여기서, 상기 클램퍼(370)는 상기 로터(324)에 나사(S)에 의해 결합되어 하드디스크(350)를 클램핑하는 것이 가능하게 된다.
한편, 상기 흡진장치는 상기 스페이서(360)에 그 회전중심축에 대해 서로 축대칭을 이루며, 원주방향으로 동일 간격을 유지하도록 배치되는 복수의 질량체(330)와, 상기 질량체(330)를 상기 스페이서(360)의 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동가능하도록 그 스페이서(360)에 연결시켜주기 위한 연결수단을 구비한다.
상기 질량체(330)는 상기 스페이서(360)의 회전중심을 중심으로 서로 대칭을 이루도록 복수개가 배치되어 있다. 또한, 상기 질량체(330)는 그 각각이 상기 스페이서(360)의 원주방향으로 동일한 간격을 유지하도록 배치되어 있다. 이러한 질량체(330)는 소정의 질량을 가지는 금속재 등으로 재작된다.
상기 연결수단은 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 스페이서(360)의 회전중심 주위에 마련된 수용공(362)과, 상기 수용공(362)을 통해 외부로 노출되도록 상기 스페이서(360)에 설치되는 환형의 탄성링(340)을 구비한다.
상기 수용공(362)은 상기 스페이서(360)의 원주방향으로 일정한 간격으로 복수개가 마련되어 있다. 상기 탄성링(340)은 상기 질량체(330)가 상기 수용공(362) 내에 개재되도록 지지한 채로 상기 스페이서(360) 내에 몰입되게 고정된다. 이러한 탄성링(340)은 상기 질량체(330)가 상기 스페이서(360)의 회전반경 방향으로 이동가능하도록 탄력적으로 지지하기 위해, 탄성변형 가능한 금속재로 제작된다.
한편, 상기 스페이서(360)는 상기 탄성링(340)이 그 내부에 몰입되도록 고정시키기 위해 상하 분리 가능한 베이스부재(364)와 커버부재(365)로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 커버부재(365)는 상기 베이스부재(364)와의 사이에 상기 탄성링(340)을 개재시킨 상태에서 나사(미도시)에 의해 결합되거나, 접착제 등에 의해 결합될 수 있다.
또한, 상기 질량체(330)도 도시된 바와 같이 상기 탄성링(340)에 용이하게 설치될 수 있도록, 한쌍의 질량부재(332)(334)로 구성되어 접착제 등에 의해 결합되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 하드디스크 드라이브에 채용된 본 발명에 따른 동적 흡진장치의 동작 및 효과는 앞서 도 3a 및 도 11을 참조하여 자세히 설명하였으므로, 설명을 생략하기로 한다.
한편, 본 실시예에서는 상기 스페이서(360)에 연결수단으로, 상기 수용공(362)과 탄성링(340)이 마련된 것을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 앞서 도 4a 내지 도 7b 각각을 통해 설명된 다양한 연결수단이 상기 스페이서(360)에 마련될 수 있는 것은 물론이다.
또한, 본 실시예에 따른 하드디스크 드라이브는 질량체(330) 및 상기 연결수단을 스페이서(360)에 설치한 것을 예로 들어 설명하였으나, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 클램퍼(370)에 설치하는 것도 가능하게 된다. 여기서, 상기 클램퍼(370)에 설치되는 질량체(330) 및 연결수단으로 수용공(372)와 탄성링(370)은 앞서 스페이서(360)에 설치한 것과 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 여기서, 도면부호 374와 375 각각은 그 사이에 상기 탄성링(340)을 고정시키기 위해 상호 결합 가능한 베이스부재와 커버부재를 나타낸 것이다.
또한, 도시되지는 않았지만, 상기 질량체(330) 및 연결수단을 상기 스페이서(360)와 클램퍼(370) 각각에 동시에 설치할 수 있는 것은 물론이다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 질량체를 회전체에 복수개 설치하고, 그 각각을 서로 축대칭 및 균일 간격으로 설치된 것을 예로 들어설명하였다. 그러나, 도시되지는 않았으나, 회전체에 하나의 질량체를 설치하거나 또는 복수개의 질량체를 불균일하게 설치하여도 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 있는 것은 물론이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 회전체의 동적 흡진장치는 회전체의 언벨런스한 질향분포의 측정없이도, 탄력적으로 이동되는 질량체의 움직임이 회전체의 회전시 발생하는 진동을 효과적으로 흡수하게 된다.
또한, 회전체의 언벨런스뿐 아니라, 그 회전체의 회전속도에 관계없이 진동을 효과적으로 흡수할 수 있으므로, 그 적용범위가 상기한 공작기계 및 하드디스크 드라이브 외에도 폭넓게 사용될 수 있다는 장점이 있다.

Claims (13)

  1. 회전체의 회전시 발생되는 진동을 흡수하기 위한 회전체의 동적 흡진장치에 있어서,
    적어도 하나 이상의 질량체와;
    상기 질량체를 상기 회전체의 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동가능하도록 상기 회전체에 연결시키기 위한 연결수단;을 포함하여,
    상기 회전체의 회전시 상기 질량체가 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동되면서 회전체의 회전에 의한 진동을 흡수하도록 된 것을 특징으로 하는 회전체의 동적 흡진장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연결수단은,
    상기 회전체의 외주면에 대해 돌출형성된 복수의 지지부와;
    상기 질량체가 상기 지지부 사이에 개재되도록 지지한 채로 상기 지지부에 설치되며, 탄성변형 가능한 환형의 탄성링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 동적 흡진장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 질량체는,
    서로 대칭을 이루도록 형성된 한 쌍의 질량부재를 포함하며,
    상기 질량부재 각각은 그 사이에 상기 탄성링이 개재되도록 접착되어 상기 탄성링에 설치된 것을 특징으로 하는 회전체의 동적 흡진장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연결수단은,
    상기 회전체의 내부에 마련되며, 상기 질량체가 상기 회전체의 회전반경 방향으로 이동가능하도록 수용되는 수용부와;
    일단은 상기 질량체에 고정되고 타단은 상기 수용부에 고정되며, 탄력적으로 탄성변형가능한 적어도 하나의 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 동적 흡진장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수용부는 상기 회전체의 외주면으로 개방되어, 상기 질량체가 상기 수용부의 내외측으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 회전체의 동적 흡진장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연결수단은,
    상기 회전체의 외주면에 대해 돌출형성된 복수의 지지부와;
    양단이 상기 지지부에 설치되며, 그 중심부에 상기 질량체가 결합되어 상기 회전체의 회전반경 방향으로 이동가능하도록, 탄성변형가능한 빔부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 동적 흡진장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 연결수단은,
    상기 지지부에 나사결합되어 상기 빔부재의 양단을 상기 지지부에 밀착고정시키는 결합용 체결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 동적 흡진장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 연결수단은,
    상기 회전체의 회전중심 주위에 마련되며 로킹홈을 가지는 복수의 리브와;
    양단이 상기 로킹홈에 삽입결합되며, 그 중심부에 상기 질량체가 지지되어 상기 회전체의 회전반경 방향으로 이동가능하도록 탄성변형가능한 탄성핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 동적 흡진장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전체는,
    베이스부재와;
    상기 베이스부재와의 사이에 상기 연결수단 및/또는 상기 질량체가 개재되도록 상기 베이스부재의 상부에 결합되는 커버부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 동적 흡진장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 질량체는,
    복수개가 상기 회전체에 대해 축대칭을 이루도록 균일한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 회전체의 동적 흡진장치.
  11. 베이스와; 상기 베이스에 설치되며 회전축을 가지는 스핀들 모터와; 상기 회전축을 회전중심으로 회전가능하도록 상기 스핀들 모터의 로터에 설치되는 복수의 하드디스크와; 상기 하드디스크 사이에 개재되는 스페이서와; 상기 로터에 결합되어 상기 하드디스크를 클램핑해주는 클램퍼;를 포함하는 하드디스크 드라이브에 채용되어, 상기 하드디스크의 회전시 발생하는 진동을 흡수시키기 위한 하드디스크 드라이브의 동적 흡진장치에 있어서,
    적어도 하나 이상의 질량체와;
    상기 질량체가 상기 스페이서 및/또는 상기 클램퍼의 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동가능하도록, 상기 질량체를 상기 스페이서 및/또는 상기 클램퍼에 연결시키기 위한 연결수단;을 포함하여,
    상기 하드디스크의 회전시 상기 질량체가 상기 스페이서 및/또는 상기 클램퍼의 회전반경 방향으로 탄력적으로 이동되면서 상기 하드디스크의 회전에 의한 진동을 흡수하도록 된 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 흡진장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 연결수단은.
    상기 스페이서 및/또는 상기 클램퍼의 외주면에 대해 돌출형성된 복수의 지지부와;
    상기 질량체가 상기 지지부 사이에 개재되도록 지지한 채로 상기 지지부에 설치되며, 탄성변형 가능한 환형의 탄성링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 동적 흡진장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 연결수단은,
    상기 스페이서 및/또는 상기 클램퍼의 회전중심 주위에 마련되는 복수의 수용공과;
    상기 질량체가 상기 수용공 내에 수용되도록 지지하기 위해서, 일부가 상기 수용공으로 노출되도록 상기 스페이서 및/또는 상기 클램퍼 내에 몰입되게 설치되며 탄성변형 가능한 탄성링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 동적 흡진장치.
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