KR20100045660A - 초박형 스핀들모터용 회전축 - Google Patents

초박형 스핀들모터용 회전축 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전축과 베어링 사이의 마찰면적을 감소시켜 회전축의 회전시 소모되는 소모전류를 감소시킬 수 있는 초박형 스핀들모터용 회전축에 관한 것으로, 로터케이스를 축지지하는 회전축과 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 포함하는 초박형 스핀들모터에 있어서, 본 발명의 회전축은 로터케이스에 압입되는 결합부와, 베어링의 상측부 및 하측부에 각각 지지되는 상측/하측 접촉부와, 상측/하측 접촉부 사이에서 베어링에 비접촉되는 비접촉부를 포함한다.
스핀들모터, 회전축, 비접촉부, 접촉부, 전류, 순환

Description

초박형 스핀들모터용 회전축{Rotating shaft for a ultra slim spindle motor}
본 발명은 초박형 스핀들모터용 회전축에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전축과 베어링 사이의 마찰면적을 감소시켜 회전축의 회전시 소모되는 소모전류를 감소시킬 수 있는 초박형 스핀들모터용 회전축에 관한 것이다.
스핀들모터는 베어링과 회전축 사이에 윤활유를 통한 유막을 형성하여 회전축을 회전가능하게 지지함으로써 고정도의 회전특성을 유지할 수 있고, 이로 인해 하드디스크드라이브, 광디스크드라이브 및 기타 고속회전을 요망하는 기록매체의 구동수단으로 널리 채용되고 있다.
현재 DVD 기록을 위한 하프하이트 드라이브의 DVD 디스크의 경우 16 내지 20배속 또는 그 이상의 기록배속을 갖도록 디스크 기록 배속을 높여가고 있는 추세이며, 이와 같은 기록 배속 향상에 있어 스핀들모터의 최대 회전 속도는 10500RPM 이상으로 확보하여야 한다. 이와 같은 스핀들모터의 회전 속도 향상을 위해서 스핀들모터용 드라이브IC의 최대 허용 전류를 감소시키기 위한 다양한 방안이 제시되고 있다.
이러한 고속회전을 요망하는 스핀들모터의 일례가 도 9에 개략적으로 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 스핀들모터(400)는 지지부재 및 지지부재에 회전 가능하게 지지되는 회전부재로 구성되어 있다.
지지부재는 플레이트(410), 베어링홀더(420), 베어링(430) 및 전기자(440)를 구비한다.
플레이트(410)는 지지부재를 전체적으로 고정되게 지지하기 위한 것으로, 스핀들모터(400)가 설치되는 하드디스크드라이브 등의 장치에 고정되게 설치된다.
베어링홀더(420)는 베어링(430)을 고정되게 지지하기 위한 것으로, 중공원통형으로 형성되며 단부가 코킹 또는 스피닝처리되어 플레이트(410)에 고정되게 설치된다.
베어링(430)은 회전축(460)을 회전가능하게 지지하기 위한 것으로, 구리 등의 금속으로 실질적으로 원통형으로 형성되며, 중심축이 회전축(460)의 중심축과 일치되게 설치된다. 또한, 베어링(430)은 회전축(460)과의 사이에 소정의 윤활제를 내포하고 있어 회전축(460)이 보다 원활하게 회전될 수 있게 한다.
전기자(440)는 외부전원을 인가받아 전기장을 형성함으로써 회전자를 회전시키기 위한 것으로, 코어(441) 및 코어(441)에 권선되는 코일(442)로 이루어진다.
코어(441)는 소정의 금속재료로 만들어져 베어링홀더(420)의 외주면에 고정 되게 설치된다. 코일(442)은 외부로부터 인가되는 전원으로 전기장을 형성함으로써 로터케이스(470)의 자석(472)과의 사이에 형성되는 힘으로 로터케이스(470)를 회전시킨다.
한편, 회전부재는 회전축(460) 및 로터케이스(470)를 구비한다.
회전축(460)은 지지부재에 대해 회전부재를 회전가능하게 지지하기 위한 것으로, 중심축이 베어링(430)의 중심축과 일치하도록 베어링(430)의 내경부에 회전가능하게 삽입 설치된다.
로터케이스(470)는 미도시한 기록매체를 탑재하여 회전시키기 위한 것으로, 회전축(460)에 고정되게 설치되며 중앙에는 미도시한 광디스크를 고정하기 위한 척킹조립체가 구비된다.
또한, 로터케이스(470)는 전기자(440)에 마주하여 회전력을 발생시키기 위한 자석(472)이 로터케이스(470)의 내주벽에 고정되게 설치된다. 여기서, 코일(442)에 전류가 인가되면 코일(442)과 자석(472) 사이에 발생하는 힘에 의해 회전부재가 회전하게 된다.
그러나, 상술한 구성의 스핀들모터(400)는 회전축(460)의 전체 외주면이 베어링(430)에 지지되는 구성을 가져 회전축(460)과 베어링(430) 사이에 큰 마찰면적을 가지며, 이로 인해 회전축(460)을 고속으로 회전시키기 위하여 드라이브IC 및 코일(442)에 더 큰 소모전류가 인가되어야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 회전축의 회전시 베어링에 의해 실질적으로 지지되는 유효면적을 제외한 나머지 부위가 베어링에 비접촉되도록 회전축을 가공함으로써 베어링과 회전축 사이의 마찰면적을 감소시키고 이로 인하여 소모전류의 감소를 달성할 수 있는 초박형 스핀들모터용 회전축을 제공하는 것이다.
본 발명은 로터케이스를 축지지하는 회전축과 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 포함하는 초박형 스핀들모터에 있어서, 상기 로터케이스에 압입되는 결합부와, 상기 베어링의 상측부 및 하측부에 각각 지지되는 상측/하측 접촉부와, 상기 상측/하측 접촉부 사이에서 상기 베어링에 비접촉되는 비접촉부;를 포함하는 초박형 스핀들모터용 회전축을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 비접촉부는 상기 회전축의 외주면을 따라 단차지게 형성된 홈 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전축의 축방향으로 하나 이상의 비접촉부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전축의 전체 길이에 대한 상기 비접촉부의 길이는 50% 이상의 비율을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전축의 반경에 대한 상기 비접촉부의 깊이는 99% 이하의 비율을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전축의 회전시 상기 상측/하측 접촉부와 접촉되는 상기 베어링의 부위에서 스며나오는 윤활유는 상기 비접촉부에 보관되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비접촉부에 보관된 상기 윤활유는 모세관력에 의해 상기 상측/하측 접촉부로 순환되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 초박형 스핀들모터용 회전축에 따르면, 회전축의 비접촉부가 베어링에 비접촉되기 때문에, 회전축과 베어링 사이의 마찰면적이 감소되고, 이로 인하여 회전축의 고속회전시 요구되는 소모전류가 감소될 수 있다.
또한, 회전축과 베어링 사이의 마찰면적이 감소되기 때문에, 동일 전류량에서 회전축의 회전속도를 증대시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초박형 스핀들모터용 회전축에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전축은 초박 형 스핀들모터(100)에 구비되며, 스핀들모터(100)는 지지부재 및 지지부재에 회전가능하게 지지되는 회전부재를 포함한다.
지지부재는 플레이트(110), 베어링홀더(120), 베어링(130) 및 전기자(140)를 포함한다.
플레이트(110)는 지지부재를 전체적으로 고정되게 지지하기 위한 것으로, 스핀들모터(100)가 설치되는 하드디스크드라이브 등의 ODD장치에 고정되게 설치된다. 또한, 플레이트(110)는 주로 알루미늄판 또는 알루미늄합금판 등의 경량재질로 제작되나, 이와 달리 강철판으로 제작될 수 있으며, 중앙부위에 베어링홀더(120)가 결합되는 결합공(111)이 형성된다.
베어링홀더(120)는 베어링(130)을 고정되게 지지하기 위한 것으로, 플레이트(110)의 결합공(111)에 일부가 삽입된 후 단부가 코킹 또는 스피닝처리되어 플레이트(110)에 고정되게 설치된다.
또한, 베어링홀더(120)는 회전축(150)의 말단을 추력방향으로 지지하는 스러스트와셔(121)가 중앙부위에 스러스트와셔덮개(122)를 매개로 고정되게 설치되며 스러스트와셔덮개(122)는 코킹/스피닝처리를 통해 베어링홀더(120)에 고정되게 설치된다.
베어링(130)은 회전축(150)을 회전가능하게 지지하기 위한 것으로, 금속 등의 재질로 실질적으로 원통형으로 형성되며, 본 실시예의 베어링(130)은 윤활유를 내포하는 원통형 소결베어링(130)일 수 있으나, 베어링(130)의 제작방식 및 그 형상이 본 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시예의 베어링(130)은 금속 분말과 윤활유를 섞어 압축/소결하여 만든 베어링(130)이거나, 또는 베어링 재료를 물리적으로 가공하여 만든 베어링(130)일 수 있다.
또한, 베어링(130)은 회전축(150)의 접촉부(152)와 마주하는 부위에 유체 동압을 발생시키기 위한 다양한 형상의 동압발생홈(미도시)들이 형성될 수 있으며, 동압발생홈은 회전축(150)의 고속 회전시 윤활유를 일정 부위로 집중시켜 동압을 발생시킴으로써 회전축(150)의 회전을 원활하게 한다. 한편, 동압발생홈은 베어링(130)이 아닌 회전축(150)에 형성될 수도 있다.
전기자(140)는 외부전원을 인가받아 전기장을 형성함으로써 회전축(150)을 회전시키기 위한 것으로, 코어(141) 및 코어(141)에 권선되는 코일(142)로 이루어진다.
코어(141)는 베어링홀더(120)의 외주면에 고정되게 설치되며, 다수개의 규소강판을 적층 결합하여 제작될 수 있다. 코일(142)은 외부로부터 인가되는 전원으로 전기장을 형성함으로써 로터케이스(160)의 자석(161)과의 사이에 형성되는 전자기력으로 로터케이스(160)를 회전시킨다.
한편, 회전부재는 미도시한 광디스크 등의 기록매체를 회전시키기 위한 것으로, 회전축(150) 및 로터케이스(160)를 포함한다.
회전축(150)은 지지부재에 대해 회전부재를 회전가능하게 지지하기 위한 것으로, 중심축이 베어링(130)의 중심축과 일치하도록 베어링(130)의 내경부에 회전가능하게 삽입되며, 말단이 스러스트와셔(121)에 의해 추력방향으로 지지되고 외주면의 일부가 베어링(130)에 의해 회전가능하게 지지된다.
또한, 회전축(150)은 추력방향의 상/하부에 베어링(130)에 의해 지지되는 접촉부(152)와 이 접촉부(152) 사이에 베어링(130)으로부터 이격된 비접촉부(153)로 이루어지며, 이와 같은 구성의 회전축(150)은 도 2를 참조로 아래에서 더 구체적으로 설명하기로 한다.
로터케이스(160)는 미도시한 광디스크를 탑재하여 회전시키기 위한 것으로, 회전축(150)에 고정되게 설치되며 중앙에는 광디스크를 고정하기 위한 척킹조립체가 구비된다.
또한, 로터케이스(160)는 전기자(140)에 마주하여 회전력을 발생시키기 위한 자석(161)이 로터케이스(160)의 내주벽에 고정되게 설치된다. 여기서, 코일(142)에 전류가 인가되면 코일(142)과 자석(161) 사이에 발생하는 힘에 의해 회전축(150) 및 로터케이스(160)가 회전하게 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 회전축(150)은 베어링(130)에 삽입되어 회전가능하게 지지되며, 베어링(130)의 외측으로 돌출되어 로터케이스(160)에 결합되는 결합부(151), 베어링(130)에 회전가능하게 지지되는 접촉부(152) 및 베어 링(130)에 비접촉되는 비접촉부(153)로 이루어진다.
결합부(151)는 로터케이스(160)에 압입되어 고정되게 결합될 수 있도록 소정의 길이를 갖는 것이 바람직하며, 로터케이스(160)로부터 분리 이탈되지 않는 한도 내에서 가능한 짧게 형성하는 것이 바람직하다.
접촉부(152)는 베어링(130)의 상부에 지지되는 상측 접촉부(152a)와 베어링(130)의 하부에 지지되는 하측 접촉부(152b)로 이루어지며, 상측 접촉부(152a)와 하측 접촉부(152b)는 실질적으로 동일한 길이를 갖도록 형성된다.
이와 같은 접촉부(152)에는 베어링(130)과의 사이에 동압을 발생시키기 위한 동압발생홈이 형성될 수 있다.
접촉부(152)는 회전축(150)의 최초 회전시 베어링(130)에 직접 접촉되어 베어링(130)과의 사이에 마찰열이 발생되며, 이 마찰열에 의해 베어링(130)으로부터 윤활유가 스며나오게 된다. 이후 접촉부(152)에 형성된 동압발생홈에 의해 접촉부(152)와 베어링(130) 사이에 윤활유의 집중에 의한 동압이 발생하게 된다.
비접촉부(153)는 상측 접촉부(152a)와 하측 접촉부(152b) 사이에 형성되며 베어링(130)의 외주면을 따라 단차지게 형성된 홈으로 형성된다. 이 비접촉부(153)는 베어링(130)의 제작 후 별도의 가공기구를 사용하여 베어링(130)의 외주면을 가공함으로써 형성될 수 있고, 또는 베어링(130)의 제작과 동시에 형성될 수도 있다.
이처럼 형성된 비접촉부(153)는 회전축(150)과 베어링(130) 사이의 마찰력을 감소시켜 회전축(150)의 회전시 소모되는 소모전류를 감소시키는 기능을 한다.
또한, 비접촉부(153)는 상측/하측 접촉부(152a,152b) 사이에 형성되며, 접촉부(152)와 베어링(130) 사이로부터 빠져나온 윤활유를 보관하고 이 보관된 윤활유를 다시 접촉부(152)로 전달하는 윤활유 순환 기능을 수행할 수 있다. 즉, 비접촉부(153)에 보관된 윤활유는 회전축(150)의 회전시 접촉부(152)와 베어링(130) 사이에 발생하는 모세관력에 의해 다시 접촉부(152)로 전달될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 초박형 스핀들모터용 회전축(150)은 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같은 비율을 갖도록 제작될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전축(150)은 결합부(151), 상측 접촉부(152a), 비접촉부(153) 및 하측 접촉부(152b)로 이루어지며, 회전축(150)의 전체 길이가 L일때, 결합부(151)의 길이는 L1일때 , 상측 접촉부(152a)의 길이는 L2, 비접촉부(153)의 길이는 L3, 그리고 하측 접촉부(152b)의 길이는 L4를 갖는다.
여기서, 결합부(151)는 로터케이스(160)로부터 이탈되지 않도록 로터케이스(160)에 견고히 압입결합될 수 있을 정도의 길이 L1를 갖는 것이 바람직하며, 상측/하측 접촉부(152a,152b)는 회전축(150)의 흔들림을 방지할 수 있을 정도의 길이 L2, L4를 갖는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성의 회전축(150)에서 비접촉부(153)의 길이 L3은 회전축(150)의 전체 길이 L에 대하여 1/2 이상의 비율, 즉 50% 이상의 비율을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉, L : L3 = 2 : 1 (50%) 이상인 것이 바람직하다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전축(150)이 반경 D를 가질 때, 비접촉부(153)는 깊이 D1를 갖도록 형성된다.
상기와 같은 구성의 회전축(150)에서 비접촉부(153)의 깊이 D1는 회전축(150)의 반경 D에 대하여 99% 이하의 비율을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉, D : D1 = 1 : 0.99 이하인 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 전체 길이(L)가 4㎜이고 반경(D)이 2㎜인 회전축(150)에 있어서, 비접촉부(153)의 길이(L3)가 2㎜이고 비접촉부(153)의 깊이(D1)가 1.75㎜라 하면, 이 회전축(150)을 5500rpm으로 회전시키는데 344㎃의 전류가 소모될 수 있으며, 이는 동일한 길이 및 굵기를 갖는 비접촉부가 없는 종래 의 회전축을 5500rpm으로 회전시키는데 359㎃의 전류가 소모되는 것에 비하여 4% 정도의 전류 감소 효과를 가질 수 있다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기와 같은 재원의 회전축(150)에 430㎃의 전류를 인가하는 경우 본 발명의 회전축(150)은 최대 6218rpm으로 회전될 수 있는 데 반해, 동일한 길이 및 굵기를 갖는 비접촉부가 없는 종래의 회전축은 최대 6190rpm으로 회전될 수 있어, 종래에 비하여 4% 정도의 회전속도 증가 효과를 가질 수 있다.
즉, 회전축(150)에 형성된 비접촉부(153)로 인하여 회전축(150)과 베어링(130) 사이의 마찰면적이 감소되고, 이를 통하여 회전축(150)의 회전시 요구되는 전류의 감소 및 동일 전류량에서의 회전속도의 증가 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이 회전축(150)에 하나의 비접촉부(153)가 형성될 수 있으나, 이와 달리 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 회전축(250,350)에 2개 내지 3개의 비접촉부(253,353)가 형성될 수 있다.
즉, 회전축(150)과 베어링(130) 사이의 마찰면적을 감소시키고 접촉부로부터 누출된 윤활유를 다시 접촉부로 순환시킬 수 있다면 비접촉부의 형상이나 수량은 본 발명에 한정되지 않을 것이다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 본 발명의 초박형 스핀들모터의 회전축에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전축이 설치된 초박형 스핀들모터의 개략적인 단면도;
도 2는 도 1의 회전축과 베어링을 부분 확대한 부분 확대 사시도;
도 3 및 도 4는 도 1의 회전축의 단면도;
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전축의 단면도;
도 7 및 도 8은 본 발명의 회전축의 회전시 소모되는 소모전류의 크기 및 동일 전류가 인가되는 경우 회전축의 회전속도를 나타내는 그래프; 및
도 9는 종래기술의 스핀들모터의 개략적인 단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 스핀들모터 110 : 플레이트
120 : 베어링홀더 130 : 베어링
140 : 전기자 150 : 회전축
151 : 결합부 152 : 접촉부
152a : 상측 접촉부 152b : 하측 접촉부
153 : 비접촉부 160 : 로터케이스

Claims (7)

  1. 로터케이스를 축지지하는 회전축과 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 포함하는 초박형 스핀들모터에 있어서,
    상기 로터케이스에 압입되는 결합부;
    상기 베어링의 상측부 및 하측부에 각각 지지되는 상측/하측 접촉부; 및
    상기 상측/하측 접촉부 사이에서 상기 베어링에 비접촉되는 비접촉부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형 스핀들모터용 회전축.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 비접촉부는 상기 회전축의 외주면을 따라 단차지게 형성된 홈 형상인 것을 특징으로 하는 초박형 스핀들모터용 회전축.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전축의 축방향으로 하나 이상의 비접촉부가 형성되는 것을 특징으로 하는 초박형 스핀들모터용 회전축.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전축의 전체 길이에 대한 상기 비접촉부의 길이는 50% 이상의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 초박형 스핀들모터용 회전축.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전축의 반경에 대한 상기 비접촉부의 깊이는 99% 이하의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 초박형 스핀들모터용 회전축.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전축의 회전시 상기 상측/하측 접촉부와 접촉되는 상기 베어링의 부위에서 스며나오는 윤활유는 상기 비접촉부에 보관되는 것을 특징으로 하는 초박형 스핀들모터용 회전축.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 비접촉부에 보관된 상기 윤활유는 모세관력에 의해 상기 상측/하측 접촉부로 순환되는 것을 특징으로 하는 초박형 스핀들모터용 회전축.
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