KR20010093289A - 스핀들 모터용 무미립자 차폐물 조립체 - Google Patents

Abstract

고정된 축과 상기 축의 한단부 근처에 장착된 내측 및 외측 레이스를 갖춘 볼 베어링을 갖는 모터에서, 허브와 함께 회전하는 백 아이언(back iron)과 일체를 이루거나 접착된 밀봉체 지지대로부터 지지된 자기 밀봉체가 제공되며, 밀봉체의 자기 편극은 축 주위로 연장하며 페로플루이드를 극편의 단부와 축 사이에 유지시킨다. 진공 프레스는 차폐물 조각을 유지시키고 차폐물을 소정의 온도로 가열시켜 워셔형태의 밀봉체 조각의 내측 반경이 축의 외측 반경보다 크게 된다. 그후 프레스는 차폐물을 축의 외측 직경 상으로 하강시키고, 차폐물은 위치선정 표면을 축의 단부와 충돌하는 진공 프레스 상에 제공함으로써 위치되며, 플레스의 진공 유지부는 차폐물을 축의 외측 상에 위치시키기 위해 이러한 정렬 표면보다 낮게 연장한다. 차폐물이 냉각될 때, 차폐물은 축의 외측 표면에 대해 압박하며 정위치에 고정된다. 밀봉체 지지대는 축과 직면하고 소정의 표유 금속 미립자를 포획하는 위치에 있는 캐쳐 리세스를 포함할 수도 있다.

Description

스핀들 모터용 무미립자 차폐물 조립체{PARTICLE FREE SHIELD ASSEMBLY FOR SPINDLE MOTOR}

자기 디스크 드라이브, 광 디스크 드라이브 및 자기-광 디스크 드라이브를 포함하는 디스크 드라이브들은 정보를 저장하는데 폭넓게 사용된다. 통상적인 디스크 드라이브는 정보를 복수의 동심원의 트랙 내에 저장하기 위한 하나 이상의 디스크를 가진다. 정보는 작동기구에 의해 디스크의 표면을 가로지르도록 트랙으로부터 트랙으로 이동하는 작동기 아암상에 장착된 판독/기록 헤드를 사용하여 디스크에서 판독되고 디스크에 기록된다. 디스크는 판독/기록 헤드 아래로 디스크 표면을 통과시키기 위해 스핀들 모터에 의해 회전되는 스핀들상에 장착된다. 스핀들 모터는 일반적으로 기저판에 고정된 축과 허브를 포함하며, 상기 허브에는 스핀들이 부착되며 상기 축이 내측에 삽입되는 슬리브를 가진다. 상기 허브에 부착된 영구자석들은 기저판 상의 고정자 권선과 상호작용하여 축에 대해 허브를 회전시킨다. 상기 허브와 축 간의 하나 이상의 베어링은 허브의 회전을 용이하게 한다.

또한, 스핀들 모터는 통상적으로 허브와 축 사이의 경계 공간을 밀봉하기 위한 배타 밀봉체를 포함한다. 밀봉체는 꼭 필요한데, 그 이유는 베어링에 사용되는 윤활 유체나 그리스가 스핀들 모터로부터 디스크가 내부에 유지되어 있는 디스크 챔버로 이동 또는 확산되는 에어로졸 또는 증기 성분을 방출하는 경향이 있기 때문이다. 이러한 증기는 종종 베어링 또는 스핀들 모터의 다른 부품으로부터 마모된 물질과 같은 기타 미립자들을 디스크 챔버 내측으로 이동시키곤 한다. 이들 증기와 미립자들은 판독/기록 헤드 및 디스크 표면 상에 쌓여 디스크 표면을 통과할 때마다 다스크 및 판독/기록 헤드를 손상하는 원인이 된다. 따라서, 이들 오염물들이 디스크 챔버 내측으로 이동하는 것을 방지해야 한다.

오염물들이 디스크 챔버 내측으로 이동하는 것을 방지하기 위해, 최신형 스핀들 모터들은 축과 허브 사이에 페로플루이드 밀봉체(ferrofluidic seal)를 사용한다. 페로플루이드 밀봉체는 예를들어 본 발명에 참조된 미국 특허 제 5,473,484호에 설명되어 있다. 통상적인 페로플루이드 밀봉체는 페로플루이드, 축방향 자극을 갖는 환형 자석 및 상기 자석의 맞은 편에 부착된 두 개의 자기 투과성 환형 극편(pole piece)으로 구성된다. 상기 페로플루이드는 유체 캐리어 내에 현수된 자기 투과성 입자인 서스펜션으로 종래대로 구성된다. 일반적으로, 자석과 극편은 허브에 고정되고 축에 접촉되지 않을 정도로 가깝게 연장된다. 자석에 의해 생성된 자속은 극편과 자기 투과성을 갖는 축을 통과하여, 극편과 축 사이의 간극에 페로플루이드를 자기적으로 유지함으로써 밀봉체를 형성한다.

그러나, 모터의 조립 중에 존재하거나 생성될 수도 있는 미립자 등의 존재로 문제점이 발생된다. 예를 들어, 고정축은 홈이 난 나사가 내측에 있는 중앙 구멍을 갖는다. 나사가 구멍 밖으로 나올 때, 매우 미세한 자기 미립자가 페로플루이드 내에 떨어질 수 있다.

차폐물을 축의 외측 표면 상으로 압박하여 그 차폐물이 페로플루이드 위에서 커버로서 작용하게 함으로써 미립자가 페로플루이드의 내부로 떨어지는 것을 방지하려는 노력이 과거에 행해졌다. 그러나, 축과 자기 유체 직상의 밀봉체 사이에 죔쇠 끼워맞춤이 존재함으로써 버어(burr)를 유발하여 유체로 떨어질 수 있는 미립자를 생성할 수도 있다. 50 미크론 이상의 크기의 미립자는 자기 유체가 필드 밖으로 튕겨 나가게 한다. 또한, 금속 조각이 밀봉체 내로 돌출한다면, 페로플루이드가 갭 외부로 이동하게 하는 금속 조각이 형성될 수 있다. 밀봉체의 효율을 감소시킴과 함께, 모터의 작동 중에 모터가 디스크 드라이브 내에 설치되면, 유체는 모터 영역으로부터 헤드 디스크 영역으로 튕겨나가거나 이동되어 디스크 드라이브를 파괴시킨다. 그러므로, 이러한 문제점을 해결할 방법이 요구된다.

본 발명의 다른 특징과 장점은 관련 도면과 함께 아래에 주어진 개시 내용을 연구하는 당업자에게 분명할 것이다.

본 발명은 1999년 1월 29일자 출원된 미국 가출원 번호 60/117,822호를 우선권으로 주장한다.

본 발명은 일반적으로 디스크 드라이브에 관한 것이며, 더 상세하게는 조립 중에 미립자로부터 페로플루이드 밀봉체(ferrofluid seal)를 차폐시키기 위한 디스크 드라이브 및 정위치에 차폐물을 위치시키는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 페로플루이드 밀봉체와 차폐물을 형성하는 스핀들 모터가 특히 유용하게 사용되는 디스크 드라이브의 평면도이다.

도 2는 선행 기술에 따른 페로플루이드 밀봉체를 구현한 스핀들 모터의 실시예를 도시하는 측면도이다.

도 3은 본 발명의 밀봉체 지지대와 차폐물을 도시하기 위해 수정된 도 2의 스핀들 모터의 부분 단면도이다.

도 4는 차폐물을 위치시키기 위해 사용되는 프레스 차폐물과 축을 도시하는 개략적 형태의 도 3의 모터의 부분 단면도이다.

본 발명은 유체 내로 떨어지는 미립자 등으로부터 페로플루이드 자기 밀봉체를 차폐시키기 위한 장치를 제공한다. 또한 본 발명은 미립자 또는 버어의 생성없이 그러한 차폐물을 설치하는 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 형태에 따라, 고정된 축과 상기 축의 한단부 근처에 장착된 내측 및 외측 레이스를 갖춘 볼 베어링을 갖는 모터에서, 허브와 함께 회전하는 백 아이언(back iron)과 일체를 이루거나 접착된 밀봉체 지지대로부터 지지된 자기 밀봉체가 제공되며, 밀봉체의 자기 극편은 축 주위로 연장하며 페로플루이드를 극편의 단부와 축 사이에 유지시킨다. 진공 프레스는 차폐물 조각을 유지시키고 차폐물을 소정의 온도로 가열시켜 워셔형태의 밀봉체 조각의 내측 반경이 축의 외측 반경보다 크게 된다. 그후 프레스는 차폐물을 축의 외측 직경 상으로 하강시키고, 차폐물은 위치선정 표면을 축의 단부와 충돌하는 진공 프레스 상에 제공함으로써 위치되며, 프레스의 진공 유지부는 차폐물을 축의 외측 상에 위치시키기 위해 이러한 정렬 표면보다 낮게 연장한다. 차폐물이 냉각될 때, 차폐물은 축의 외측 표면에 대해 압박하며 축과 차폐물 사이의 죔쇠 끼워맞춤이 형성되는 동안 소정의 미립자가 형성됨이 없이 정위치에 고정된다.

본 발명의 또다른 특징에서, 자기 밀봉체의 방사형 외측 에지를 지지하는 밀봉체 지지대는 축과 직면하고 차폐물 조각과 자기 밀봉체 사이의 공기 갭 내에 존재하는 소정의 부가적인 표유 금속 미립자를 포획하는 위치에 있는 캐쳐 리세스를 포함할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 차폐물을 정위치에 유지시키기 위한 진공을 포함함과 아울러 조립체 프레스는 차폐물을 예비 가열하기 위한 밀폐된 루프식 가열 시시템을 포함하도록 수정된다.

본 발명의 특징을 이루는 특징과 장점은 다음의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해 분명해 질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 페로플루이드 밀봉체를 갖춘 스핀들 모터가 특히 유용한 자기 디스크 드라이브의 평면도이다. 도 1을 참조하면, 디스크 드라이브(100)는 통상적으로 커버(115)에 결합되는 기저부(110)를 갖춘 하우징(105)을 포함한다. 정보를 자기적으로 저장하기 위한 자기 매체(도시않음)로 도포된 표면(135)을 갖는 하나 이상의 디스크(130)가 스핀들(140)에 부착되어 있다. 스핀들 모터(본 도면에는 도시되어 있지 않음)는 서스펜션 아암 조립체(150)에 의해 디스크의 표면(135) 위에 현수된 판독/기록 헤드(145)를 지나쳐서 디스크(130)를 회전시키도록 스핀들(140)을 회전시킨다. 작동시,디스크(130)는 서스펜션 아암 조립체(150)가 디스크(130)의 표면(135)상에 다수의 반경방향으로 이격된 트랙(도시않음) 위의 원호 내부로 판독/기록 헤드를 이동시키는 동안에 판독/기록 헤드(145)를 지나쳐서 고속으로 회전한다. 따라서, 상기 판독/기록 헤드(145)는 선택된 위치에서 디스크(130) 표면(135)상의 자기매체에 자기적으로 코드화된 정보를 판독하거나 기록할 수 있다.

도 2는 특히 디스크 드라이브(100)에 사용되는 형태인 스핀들 모터(155)의 측면도이다. 일반적으로 스핀들 모터(155)는 축(175)의 외측면 주위에 배열된 내측면(165)을 갖는 회전 가능한 허브(160, hub)를 포함한다. 본 발명에 따른 페로플루이드 밀봉체(185)는 축(175)의 외측면(170)을 허브(160)의 내측면(165)에 밀봉시키며 전기적으로 연결시킨다. 허브(160)의 주변부(195)에 부착된 하나 이상의 자석(190)은 기저부(110)에 부착된 고정자 권선(205)과 상호 작용하여 허브(160)를 회전시킨다. 허브(160)는 하나 이상의 베어링(215)에 의해 축(175)에 지지된다. 베어링(215)은 볼 베어링(도시됨) 또는 유동 베어링(도시 않음)일 수 있다. 볼 베어링은 일반적으로 리테이너(225)에 의해 내측 레이스(230)와 외측 레이스(235) 사이에 느슨하게 유지된 하나 이상의 볼(220)을 포함한다. 볼(220), 리테이너(225) 및 내측 레이스(230)와 외측 레이스(235) 사이의 계면 공간(245)은 볼(220)의 이동을 용이하게 하도록 유동액 또는 그리스로 채워질 수 있다. 유동 베어링에서, 가스 또는 액체와 같은 윤활 유체는 허브(160)와 축(175) 사이에 베어링 표면을 제공한다. 허브(160)의 내측면(165) 또는 축(175)의 외측면(170) 상의 레이스 내에 형성된 동압 생성 그루브(도시 않음)는 허브를 반경방향으로 지지하는 고압의 국부영역을 생성시킨다. 바람직하게, 사용된 베어링(215)의 형태에 불구하고, 외측 레이스(235)는 페로플루이드 밀봉체(185)가 대향해서 유지된 상승된 환형의 쇼울더(250) 또는 허브(160)의 내측면(160) 주위의 레지를 형성한다.

특히 도 3의 향상된 차폐물의 설계를 참조하면, 상기 도면은 상기 실시예에서 고정자(308) 외측으로 회전시키는 자석(306)을 지지하는 회전 백 아이언(304)으로부터 지지된 회전 허브(302)에 의해 둘러쌓인 고정축인 축(300)을 도시한다. 고정자의 활성화는 고정자가 지지하는 소정의 디스크 또는 디스크들과 허브를 고속의 일정한 속도로 회전시킨다. 상기 실시예에서, 310으로 표시된 볼 베어링은 일반적으로 내측 레이스(312)와 외측 레이스(314)를 포함한다. 외측 레이스(314)는 위치 선정 링(328)과 극편(320, 322) 및 자석(324)을 포함하는 자기 밀봉체(318)를 지지하는 밀봉체 지지 부재(316)를 지지한다. 자기 밀봉체는 페로플루이드(326)를 극편(320. 322)과 축(300)의 외측면 사이의 영역에 유지하기 위해 필요한 자기 인력을 제공한다. 그러나, 특히 고속의 오랜 기간의 작동 조건 하에서 유체를 그 위치에 유지시키기 위해, 소정의 미립자가 페로플루이드(326) 내로 떨어지는 것을 방지할 수 있는 수치가 취해져야 하지만 작은 값이어야 한다. 그러므로 차폐물(330)을 축(300)의 단부에 인접하고 자기 밀봉체의 상부극으로부터 작은 갭(332)을 가로질러 이격된 위치에 위치시키는 것이 중요하다.

이러한 차폐물에 의해 야기된 문제점은 차폐물을 축 상에 장착시키는데 과잉(undo) 비용을 방지하기 위해 축(300)의 외측면과 차폐물의 내측면 사이에 죔쇠 끼워맞춤이 필요하다는 것이다. 그러나, 서로 압착될 때, 이들 두 부재는 고울링(gauling)으로 인해 버어와 느슨한 미립자를 형성할 수도 있다. 이러한 미립자는 자기 유체로 떨어질 수도 있다. 유체와 접촉하는 버어, 또는 50㎛ 이상의 미립자는 자기 유체가 페로플루이드 밀봉체(318) 밖으로 튕겨나가게 한다. 버어 또는 자기 유동 내로 뻗는 다른 긴 조각은 유체를 용이하게 상기 영역 밖으로 위크하게 할 수 있다. 자기 유체는 헤드 디스크 영역 밖으로 이동하여 디스크 드라이브를 파괴시킬 수 있다. 소정의 페로플루이드 스플래쉬 또는 이동은 또한 밀봉체의 압력 성능을 하강시켜 모터를 통해 누출을 야기하며, 오랜 기간에 걸쳐 드라이브를 파괴시킨다.

그러므로, 도 4에 도시된 프레스(400)를 이용하는 접근 방식이 적용되었다. 이러한 접근 방식에서, 프레스는 차폐물을 가열하기 위해 가열기와 함께 형성되거나 상호 작동하며, 바람직하게 밀폐된 루프식 가열 시스템은 차폐물(330)을 예비 가열시키기 위해 프레스 내에 형성된다. 차폐물의 재료는 일반적인 차폐물(300)의 재료인 스테인레스 강과는 대조적으로 알루미늄이다. 재료는 가열시의 용이성과 일반적으로 350으로 표시된 내측 직경의 확장시 가열에 대한 응답성으로 선택된다. 직경이 축의 외측 반경보다 크게 확장되고 축이 프레스의 하부면에 대향해서 진공에 의해 바람직하게 정위치에 유지될 때, 프레스는 축의 외측 직경 위로 차폐물(330)을 하강시킨다. 축에 대해 차폐물의 위치는 축(300)의 상부면(420)에 대향해서 상승되는 프레스의 영역 상에 형성된 기준면, 바람직하게 표면(410)을 가짐으로써 설정된다. 차폐물(330)이 적절한 위치에 놓인 후에, 차폐물(330)은 알루미늄의 높은 전도성으로 인해 열을 신속히 잃으며, 열은 축을 통해 외부로 수송된다. 차폐물은 소정의 버어 또는 다른 금속 미립자의 생성 없이 축의 외측면에 대향해서 단단히 죄기 위해 내려간다. 차폐물이 충분히 냉각된 후에, 표면(420)을 통한 진공은 사라지고 프레스는 화살표(415)의 방향으로부터 당겨지며 차폐물을 정위치에 놓는다.

요약하면, 차폐물 재료가 바람직하게 알루미늄으로 변하고, 조립체 프레스는 차폐물을 소정의 온도로 가열하고 축의 외측면 상으로 부드럽게 이동시키기 위해 필요한 팽창을 달성하는 밀폐된 루프식 가열 시스템을 포함하도록 수정되며, 차폐물의 내측 직경은 조립체 공정 중에 부품 사이의 죔쇠가 제거되도록 확장된다. 결과적으로, 고울링으로 인한 미립자의 생성은 죔쇠 끼워맞춤이 최상으로 달성되면서 제거된다.

본 발명의 또다른 특징에서, 미립자 캐쳐 영역(332)이 차폐물 지지 조각(328) 내에 제공되거나 형성된다. 축 주위에서 허브(302)의 고속 회전으로 인해, 차폐물(330)과 밀봉체(318) 사이에 포획된 소정의 미립자는 갭(360) 내에 존재하는 경향이 있다. 허브와 축과 함께 회전하는 밀봉체의 고속 회전에 의해 생성된 원심력은 소정의 느슨한 미립자가 캐쳐 영역(332)을 향해 외측으로 당겨지며 상기 리세스 내에 유지되어 차폐물(330)과 밀봉체 지지대(316)의 돌출 에지(362) 사이의 갭을 통해 달아날 수 없다.

본 발명의 다른 특징과 장점은 당업자에게 분명하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (5)

1. 축상에 지지된 내측 및 외측 레이스를 각각 가지며 상기 축에 대해 회전하도록 상기 외측 레이스로부터 허브를 지지하는 하나 이상의 볼 베어링을 갖는 샤프트와,

   상기 볼 베어링에 근접해 있으며 상기 볼 베어링은 상기 축의 단부에 보다 더 근접해 있는 자기 밀봉체와,

   상기 자기 밀봉체와 상기 축의 단부 사이의 상기 축의 단부 근처에 죔쇠 끼워맞춤에 의해 지지된 차폐물을 포함하는 스핀들 모터에서,

   상기 차폐물을 상기 자기 밀봉체 근처에 있는 상기 축 주위에 위치시키는 방법으로서,

   상기 차폐물의 내측 직경이 상기 축의 외측 직경보다 커지도록 상기 차폐물을 가열시키는 단계,

   상기 차폐물을 상기 축의 외측 직경 상에 위치시키도록 상기 차폐물을 프레스 상에 유지시키고 상기 프레스를 작동시키는 단계, 및

   상기 차폐물이 상기 차폐물의 내측 직경과 상기 축의 외측 직경 사이에 죔쇠 끼워맞춤을 형성하도록 충분히 냉각될 때까지 상기 차폐물을 정위치에 유지시키는 단계를 포함하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 프레스는 상기 차폐물의 내측 직경이 상기 축의 외측 직경보다 커지도록 상기 차폐물을 가열시키는 가열 시스템을 포함하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 차폐물이 상기 축의 외측 직경보다 큰 내측 직경을 갖도록 용이하게 가열되게 상기 차폐물은 알루미늄이고 상기 축은 강인 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 차폐물이 약 400℉로 가열되는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 프레스는 상기 차폐물이 상기 축의 단부에 관해 동일한 위치에 일정하게 위치되도록 상기 축 상의 기준점에 정면으로 충돌하는 기준 표면을 포함하는 방법.