KR20060086614A - 스러스트베어링과 샤프트의 결합구조가 개선된하드디스크드라이브용 스핀들모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스핀들모터의 회전축을 이루는 샤프트와, 회전시 상기 샤프트가 상측으로 부상하는 것을 방지하도록 수직방향으로 샤프트를 지지하는 스러스트베어링의 결합구조가 개선된 하드디스크드라이브용 스핀들모터에 관한 것이다.

이에 따른 본 발명의 특징은 상기 샤프트가 내경전체에 걸쳐 나사산이 형성된 관형상을 이루고, 상기 스러스트베어링은 원판형상의 중심부가 돌출되어 그 돌출된 외경을 따라 나사산이 형성된 형상으로 이루어지는 것이다.

그리고, 상기 스러스트베어링의 돌출된 부위가 샤프트의 하단부 내경에 삽입되고 수직방향으로 상승시키면 상기 각각의 나사산이 서로 맞물려 결합이 이루어진다.

따라서, 본 발명을 적용하면 종래에 열간압입방법에 의해 샤프트와 스러스트베어링을 결합할 경우 고온의 열에 의해 마그네트가 손상되던 문제점을 해소할 수 있다.

하드디스크드라이브, 스핀들모터, 스러스트베어링, 샤프트

Description

스러스트베어링과 샤프트의 결합구조가 개선된 하드디스크드라이브용 스핀들모터{SPINDLE MOTOR OF HARD DISK DRIVE IMPROVED ON UNION CONSTRUTION OF THRUST BEARING AND SHAFT}

도 1은 종래 하드디스크드라이브의 외부구조를 보인 도면.

도 2는 유체동압베어링이 적용된 종래 스핀들모터의 내부구조를 보인 도면.

도 3은 본 발명에 따른 하드디스크드라이브용 스핀들모터의 내부절단면을 보인 도면.

도 4는 본 발명에 따른 스핀들모터의 베어링부분을 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 샤프트와 스러스트베어링의 결합상태를 보인 도면.

*** 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 ***

310 : 베이스 320 : 슬리브

330 : 고정자코어 340 : 샤프트

350 : 허브 360 : 마그네트

370a : 스러스트베어링 370b : 스러스트커버플레이트

380 : 그루브 390 : 오일갭

392 : 저널베어링부분 394 : 스러스트베어링부분

본 발명은 스핀들모터의 회전축을 이루는 샤프트와 그 하단에 결합되어 회전시 샤프트가 상측으로 부상하는 것을 방지하도록 축방향으로 샤프트를 지지하는 스러스트베어링의 결합이 나사결합에 의해 이루어지는 하드디스크드라이브용 스핀들모터에 관한 것이다.

일반적으로, 하드디스크드라이브는 자성체를 입힌 원판형 알루미늄 기판을 회전시키면서 자료를 저장하고 읽어 내도록 한 보조기억장치를 지칭하는 것으로 필요에 따라 다른 것과 교환하여 사용할 수 없는 단점이 있으나, 가격이 싸고 기억용량이 크기 때문에 소형 컴퓨터에 많이 사용된다.

특히, 소형 하드디스크드라이브는 개인용 컴퓨터에서 사용하기에 알맞기 때문에 개인용 컴퓨터에서 많이 사용되고 있다. 이러한 개인용 컴퓨터에서 사용되는 하드디스크드라이브의 용량은 1990년대 중반에 1GB급이 기본으로 사용되었으며, 1990년대 후반에는 16GB급이 일반화되고 있다. 세계적으로 저장용량은 매년 60%씩 증가되고 있으며, 가격은 분기당 12%씩 하락하는 추세이다.

보통, 상기 하드디스크드라이브는 플래터가 레코드판처럼 겹쳐져 있고 그 위에는 트랙이라고 하는 동심원이 그려져 있어 이 동심원 안에 데이터를 전자적으로 기록하는데, 하드디스크드라이브(100)는 첨부된 도 1에 도시된 바와 같이 간략히 플래터(200), 스핀들모터(300), 헤드(400), 헤드암(500) 및 스텝핑모터(600)로 이 루어진다.

상기 플래터(200)는 금속 원판에 자성이 있는 자성체를 얇게 코팅한 것으로 한 장에 기록될 수 있는 용량의 한계 때문에 고용량의 하드디스크드라이브(100)는 여러 장의 플래터(200)를 사용하며 그 크기 및 갯수에 따라 하드디스크드라이브(100)의 크기가 결정된다.

그리고, 상기 스핀들모터(300)는 플래터(200)를 회전시켜주는 모터로 전원이 들어가면 일정한 속도(예를 들어, 매분 약 3600번(3600rpm), 5400번(5400rpm), 7200qjs(7200rpm))로 회전을 하는데 스핀들 축에는 한 개 이상의 플래터(200)가 서로 연결되어 동시에 회전하도록 되어 있다. 신뢰성있는 데이터의 읽기/쓰기를 위해서는 이 스핀들모터(300)의 정확한 회전율을 제어하는 것이 무엇보다 중요하다.

그리고, 상기 헤드(400)는 회전하는 플래터(200)의 위 아래에서 수평으로 움직이며 상기 플래터(200)에 데이터를 읽고 쓰고, 상기 헤드암(500)은 헤드(400)를 움직일 수 있게 하는 팔로서 제어회로의 명령을 받아 헤드(400)의 위치를 조정한다.

마지막으로, 상기 스텝핑모터(600)는 헤드(400)를 플래터(200)의 위치에 이동시키는 원동력으로 이 모터의 성능이 좋고 나쁨에 따라 액세스타임(:하드디스크드라이브가 데이터를 메모리로 배치시키거나 전송하는데 소용되는 총시간)이 결정된다.

상기 기술한 내용중 특히, 본 발명이 적용되는 분야인 스핀들모터(Spindle Motor)는 BLDC모터(Brushless-DC Motor)에 속하는 것으로 디스크의 원판인 상기 플 래터의 중앙에 회전력을 전달시켜 디스크를 회전시켜 주는 모터로서 하드디스크드라이브용 모터 외에도 레이져프린터용 레이져빔 스캐너모터, 플로피디스크드라이브(FDD : Floppy Disk Drive)용 모터, CD(Compact Disk)나 DVD(Digital Versatile Disk)와 같은 광디스크 드라이브용 모터등으로 널리 사용된다.

그리고, 최근 상기 하드디스크드라이브와 같은 고용량 및 고속의 구동력이 요구되는 기기에서는 소음과 NRRO(Non Repeatable Run Out)의 발생을 최소화하기 위하여 기존의 볼베어링의 형태보다는 구동부하(또는 구동마찰)가 적은 유체동압베어링이 적용된 스핀들모터를 애용하는 추세이다.

여기서, 상기 유체동압베어링은 기본적으로 회전체와 고정체 사이에 얇은 유막을 형성하여 회전시 발생하는 압력으로 회전체를 지지하므로 회전체와 고정체간에 서로 접촉하지 않아 마찰부하가 저감되는 것이다. 그러므로, 상기 유체동압베어링이 적용되는 스핀들모터(Fluid Dynamic Bearing Spindle Motor)는 디스크를 회전시키는 모터의 샤프트를 윤활유가 동압(:회전축의 원심력에 의해 밀려나는 유압을 중심으로 되돌리는 압력)만으로 유지시키는 것으로 샤프트를 쇠구슬로 지지하는 볼베어링 스핀들모터와 구별된다.

그리고, 상기 볼베어링이 적용된 스핀들모터의 경우 볼베어링이 샤프트와의 마찰로 인하여 소음과 진동(NRRO : Non Repeatable Run Out)이 발생하고 특히 상기 진동이 하드디스크의 트랙밀도를 높이는데 장애요인으로 작용하는 문제점이 있으나, 이와 달리 상기 유체동압베어링은 원심력을 기반으로 하여 금속 마찰이 없고, 고속 회전일수록 오히려 안정감이 상승하므로 소음과 진동이 적은 특성으로 인하여 하드디스크드라이브에 우선적으로 채용되었다.

이와 같이, 유체동압베어링이 적용된 종래 스핀들모터의 내부구조는 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이 베이스(301), 슬리브(302), 고정자코어(303), 샤프트(304), 허브(305) 및 마그네트(306)로 이루어진다.

상기 스핀들모터(300)는 외관을 형성하는 베이스(301)의 내측에 수직으로 슬리브(302)가 결합고정되고 베이스(301)의 상측 외부에 코일이 감겨진 고정자코어(303)가 장착되며 상기 슬리브(302)의 내부중심을 관통하여 샤프트(304)가 회전가능하게 삽입된다.

그리고, 상기 샤프트(304)의 하단부에는 원판형상의 스러스트베어링(307a)이 샤프트(304)와 함께 회전가능하도록 결합되고 그 하단은 스러스트커버플레이트(307b)에 의하여 외부와 차폐되며, 상기 샤프트(304)의 상단부에는 내부가 하향 개방된 캡형상의 허브(305)가 결합된다.

그리고, 상기 허브(305)의 끝단부의 내측에는 고정자코어(303)와 마주하는 위치에 마그네트(306)가 부착되며 상기 샤프트(304) 및 스러스트베어링(307a)의 외주면과 슬리브(302)사이에는 오일갭(309)이 형성되어 이 오일갭(309)에 윤활유나 구리스등과 같은 유체가 채워진다.

따라서, 상기와 같은 구조로 이루어진 유체동압베어링 스핀들모터는 외부전원이 가해지면 상기 고정자코어(303)와 마그네트(306)사이에 작용하는 전자기적 반발력에 의하여 허브(305) 및 이와 결합된 샤프트(304)가 회전한다.

그리고, 통상 상기 슬리브(302)의 내주면에는 다수의 그루브(308)가 빗살 무 늬(Herringbone) 또는 나선무늬(Sprial)형태로 형성되어 있어 샤프트(304)가 회전하면 상기 오일갭(309)에 충전된 오일이 압력 구배에 의해 그루브(308)의 중심부를 향하여 이동하면서 유체동압을 발생시켜 샤프트(304)를 지지한다.

또한, 상기 샤프트(304)의 하단에 결합된 스러스트베어링(307a)은 샤프트(304)를 축방향으로 지지하기 위한 원판형상으로 샤프트(304)에 열간압입(금속재료가 재결정되는 온도를 넘는 온도에서 회전하고 있는 한 쌍의 원기둥체인 롤 사이의 틈에 금속소재를 넣고 롤의 압력으로 소재의 길이를 늘려 단면적을 축소시키는 금속가공법)방법에 의하여 결합고정한다.

그런데, 상기 샤프트(304)에 스러스트베어링(307a)을 열간압입하는 작업중에 고온의 열이 가해지면서 이 열로 인해 마그네트가 손상되어 제 기능을 못하는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기 기술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로 샤프트의 내경 및 중심부가 돌출성형된 스러스트베어링의 외경에 나사산이 형성되어 상기 스러스트베어링의 돌출된 외경을 샤프트의 내경에 삽입하여 상기 나사산의 맞물림에 의하여 결합이 이루어지는 하드디스크드라이브용 스핀들모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술한 바와 같은 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 베이스, 상기 베이스의 내측에 결합되고 유체동압발생을 유도하는 그루브가 소정의 위치마다 형성된 슬리브, 상기 베이스의 상부에서 결합되며 코일이 감겨진 고정자코어, 상기 슬리브의 내경에 삽입되어 회전가능하게 결합되고 하단부에 스러스트베어링이 결합되는 샤프트 및 상기 샤프트가 중심부에 일체로 결합되면서 상기 고정자코어와 마주하는 위치에 마그네트가 부착되는 허브를 포함하는 구조로 이루어지는 하드디스크드라이브용 스핀들모터에 있어서,

상기 샤프트의 내경 전체에 걸쳐 나사산이 형성되고, 상기 스러스트베어링은 중심부가 수직방향으로 소정의 높이를 형성하며 돌출되고 그 돌출된 부위의 외경 전체에 걸쳐 나사산이 형성되며, 상기 나사산이 형성된 돌출부위가 샤프트의 내경에 삽입되어 상기 나사산이 서로 맞물려 결합되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명 스러스트베어링과 샤프트의 결합구조가 개선된 하드디스크드라이브용 스핀들모터의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 하드디스크드라이브용 스핀들모터의 내부절단면을 보인 도면이다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스핀들모터의 내부구조는 베이스(310), 슬리브(320), 샤프트(340), 고정자코어(330) 및 마그네트(360)가 부착된 허브(350)로 이루어지는 바 그 구성은 종전과 동일하다.

그런데, 본 발명은 상기 샤프트 및 스러스트베어링의 형상에 특징이 있고 이에 따른 결합구조가 개선된 것에 발명의 핵심이 있는 것이다.

즉, 고정부재인 베이스(310)의 내측에는 상하측이 개방된 원통형상의 슬리브(320)가 고정설치되고 상기 슬리브(320)의 내경부에 샤프트(340)가 회전가능하게 장착된다.

그리고, 상기 샤프트(340)의 외경면 및 슬리브(320)의 내경면 사이에 유체가 채워지는 오일갭(390)이 형성된다. 이 오일갭(390)에 충진된 유체에 의하여 유체동압이 발생하는데 이러한 유체동압이 적용되는 본 발명의 적용분야와 같은 유체동압베어링은 상대 운동을 하는 두 면 사이에 유체 윤활제를 넣어서 마찰이나 마모를 줄이고 외부로부터 가해지는 압력없이 표면의 형상(일명 그루브)에 따라 압력이 발생하여 윤활작용을 하는 것으로, 두 면 사이의 유체가 외부로부터 압력을 받아 윤활작용을 하는 유체정압베어링과 구별된다.

그리고, 상기 샤프트(340)의 하단에는 샤프트(340)를 축방향으로 지지하는 스러스트베어링(370a)이 나사결합에 의하여 결합되는데, 이를 위하여 상기 샤프트(340)는 관형상으로 내경전체에 걸쳐 나사산이 형성되고 상기 스러스트베어링(370a)은 중심부가 일부 돌출형성되며 그 돌출된 외경 전체에 걸쳐 나사산이 역시 형성된다. 따라서, 상기 스러스트베어링(370a)의 돌출부분이 상기 샤프트(340)의 내경에 삽입되고 각기 나사산의 맞물림에 의하여 결합이 이루어지는 것이다.

그리고, 상기 샤프트(340)의 상단부는 허브(350)와 결합고정되고, 상기 베이스(310)의 외측 및 허브(350)의 내측으로는 서로 마주하는 위치에 각기 고정자코어(330) 및 마그네트(360)가 부착된다.

여기서 상기 고정자코어(330)는 전류가 흐르면 자기장이 형성되면서 자속이 발생한다. 이와 마주하는 위치에 장착된 마그네트(360)는 N극과 S극이 반복 착자되어져 상기 고정자코어(330)에서 발생하는 가변전극과 대응하는 전극을 형성한다.

그러므로, 상기 고정자코어(330)와 마그네트(360)는 자속의 쇄교에 따른 전자력에 의하여 상호간 반발력이 생성되고 이에 따라 허브(350) 및 이와 결합된 샤프트(340)가 회전함으로 본 발명이 구동되는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 스핀들모터의 베어링부분을 설명하기 위한 도면으로 상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면 베어링부분은 회전시 회전축과 수직을 이루는 방향으로 샤프트를 지지하는 저널베어링부분(journal bearing part, 392)과 샤프트의 하단부에 스러스트베어링이 결합되고 이를 외부와 차폐하는 스러스트커버플레이트가 결합된 구조로 이루어져 회전시 샤프트가 상부로 부상하는 것을 방지하도록 샤프트를 회전축 방향으로 지지하는 스러스트베어링부분(thrust bearing part, 394)으로 구분된다.

그리고, 통상 동압발생을 위하여 상기 저널베어링부분(392)과 스러스트베어링부분(394)에는 빗살무늬형상의 방사(Radial)방향동압발생그루브, 나선형상의 축(Axial)방향동압발생그루브가 형성된다.

도 5는 본 발명에 따른 샤프트와 스러스트베어링의 결합상태를 보인 도면이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 상기 샤프트(340)는 내경전체에 걸쳐 나사산 이 형성된 관형상을 이루고 이와 결합되는 스러스트베어링(370a)은 원판형상의 중심부가 일부 돌출되고 그 돌출된 부위의 외경을 따라 나사산이 형성된 형상으로 이루어진다.

그리고, 상기 스러스트베어링(370a)의 돌출된 부위를 샤프트(340)의 하단부 내경에 삽입하고 수직방향으로 상승시키면 상기 각각의 나사산이 서로 맞물리면서 결합이 이루어진다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 동압발생의 효과를 극대화하고자 스러스트베어링(370a)의 상, 하측면 자체에 축(Axial)방향동압발생그루브(380)를 형성하는데, 종래와 같이 상기 그루브가공된 스러스트베어링(370a)을 열간압입방법에 의하여 샤프트(340)와 결합시 상기 열로 인해 스러스트베어링(370a)에 손상이 가해질 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면 샤프트(340)와 스러스트베어링(370a)의결합이 나사결합에 의해 이루어지므로 상기와 같은 문제점이 원천적으로 봉쇄된다.

이상에서 살펴본 본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었으나 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

따라서, 본 발명은 스러스트베어링과 샤프트의 결합이 나사결합에 의하여 이 루어지므로 열간압연방법에 의하여 샤프트와 스러스트베어링을 결합하는 중에 고온의 열로 인해 마그네트가 손상되던 종래의 문제점을 해소하여 스핀들모터 제작상의 생산성을 높이는 효과를 제공한다.

또한, 샤프트와 스러스트베어링의 결합이 상기한 바와 같이 나사결합에 의해 이루어지므로 스러스트베어링의 상, 하측면에 그루브가 형성되었을 경우 열로 인한 손상이 가해질 수 있는 점을 방지한다.

더불어, 그동안 전량 해외에 의존되어오던 하드디스크드라이브용 스핀들모터의 국산화가 추진되는 업계의 동향을 감안할 때 본 발명으로 인한 효과는 클 것으로 기대된다.

Claims (1)

1. 베이스(301), 상기 베이스(301)의 내측에 결합되고 유체동압발생을 유도하는 그루브가 소정의 위치마다 형성된 슬리브(302), 상기 베이스(301)의 상부에서 결합되며 코일이 감겨진 고정자코어(303), 상기 슬리브(302)의 내경에 삽입되어 회전가능하게 결합되고 하단부에 스러스트베어링(307a)이 결합되는 샤프트(304) 및 상기 샤프트(304)가 중심부에 일체로 결합되면서 상기 고정자코어(303)와 마주하는 위치에 마그네트(306)가 부착되는 허브(305)를 포함하는 구조로 이루어지는 하드디스크드라이브용 스핀들모터에 있어서,

   상기 샤프트(340)는 내경 전체에 걸쳐 나사산이 형성되고, 상기 스러스트베어링(370a)은 중심부가 수직방향으로 소정의 높이를 형성하며 돌출되고 그 돌출된 부위의 외경 전체에 걸쳐 나사산이 형성되며, 상기 나사산이 형성된 돌출부위가 샤프트(340)의 내경에 삽입되어 상기 나사산이 서로 맞물려 결합되는 것을 특징으로 하는 스러스트베어링과 샤프트의 결합구조가 개선된 하드디스크드라이브용 스핀들모터.

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