KR20120136975A

KR20120136975A - 스핀들 모터

Info

Publication number: KR20120136975A
Application number: KR1020110056229A
Authority: KR
Inventors: 김주호
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-12-20
Also published as: US8562221B2; US20120314983A1

Abstract

본 발명에 따른 스핀들 모터는 샤프트, 상기 샤프트를 지지하는 슬리브, 회전 중심에 상기 샤프트가 결합되는 허브, 상기 샤프트와 상기 슬리브 사이에 작동유체가 형성되며, 상기 슬리브의 외주면으로부터 이격되어 형성되는 실링부재, 상기 슬리브의 외주면과 마주보는 상기 실링부재의 내주면 사이에 오일계면이 형성된 오일실링부 및 상기 오일계면 외측방향으로 형성되는 실링표면층을 포함한다. 본 발명에 따르면, 유체동압베어링부의 오일실링부에 형성되는 오일계면의 내측에서 외측방향으로 실링표면층을 형성함으로써 오일계면의 유지를 강화시키는 효과가 있다.

Description

스핀들 모터{Spindle motor}

본 발명은 스핀들 모터에 관한 것이다.

일반적으로 스핀들 모터(Spindle Motor)는 BLDC(Brushless-DC Motor)에 속하는 것으로 하드디스크 드라이브용 모터 외에도 레이저프린터용 레이저빔 스캐너 모터, 플로피디스크(FDD:Floppy Disk Driver)용 모터, CD(Compack Drive)나 DVD(Digital Versatile Disk)와 같은 광디스크 드라이브용 모터 등으로 널리 사용되고 있다.

최근 하드디스크 드라이브와 같은 고용량 및 고속의 구동력이 요구되는 기기에서는 소음과 볼 베어링 채용시에 발생되는 진동인 NRRO(Non Repeatable Run Out)의 발생을 최소화하기 위하여 기존의 볼베어링의 형태보다는 구동마찰이 적은 유체동압베어링이 적용된 스핀들 모터가 범용적으로 사용되고 있다. 유체동압베어링은 기본적으로 회전체와 고정체 사이에 얇은 유막을 형성하여 회전시 발생하는 압력으로 회전체와 고정체를 지지하므로 회전체와 고정체간에 서로 접촉하지 않아 마찰부하가 저감되는 것이다. 그러므로, 상기 유체동압베어링이 적용되는 스핀들 모터는 디스크를 회전시키는 모터의 샤프트를 윤활유(이하 '작동유체'라 한다)가 동압(회전축의 원심력에 의해 유압을 중심으로 되돌리는 압력)만으로 유지시키는 것으로 샤프트볼 쇠구슬로 지지하는 볼베어링 스핀들 모터와는 구별된다.

이러한 유체동압베어링을 스핀들 모터에 적용하게 되면 유체를 이용하여 회전체를 지지하기 때문에 모터에서 발생되는 소음량이 적고, 소비전력도 적게 소요됨과 동시에 내충격성이 우수하다.

그러나, 종래 유체동압베어링을 적용한 스핀들 모터에서는 유체동압베어링에서의 작동유체의 실링(sealing)에 따른 작동유체의 비산 등 다양한 문제가 발생하였다. 특히, 작동유체의 계면, 즉 오일을 작동유체로 사용하는 경우의 오일계면이 외부의 충격에 매우 약하고, 작동중에 충격 등으로 인하여 작동유체가 외부로 흘러내리는 문제점이 있었다. 이러한 작동유체의 유출은 모터의 작동 성능을 저해하고, 이에 따라 모터 작동의 신뢰성이 떨어지는 심각한 문제를 초래하였다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유체동압베어링의 작동유체의 외부로의 비산을 방지하고 작동유체의 실링을 강화시키기 위한 스핀들 모터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 스핀들 모터는 샤프트, 상기 샤프트를 지지하는 슬리브, 회전 중심에 상기 샤프트가 결합되는 허브, 상기 샤프트와 상기 슬리브 사이에 작동유체가 형성되며, 상기 슬리브의 외주면으로부터 이격되어 형성되는 실링부재, 상기 슬리브의 외주면과 마주보는 상기 실링부재의 내주면 사이에 오일계면이 형성된 오일실링부 및 상기 오일계면 외측방향으로 형성되는 실링표면층을 포함한다.

여기서, 상기 실링표면층은 하나 이상의 요철이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실링표면층의 표면거칠기는 상기 오일계면 내측방향의 상기 슬리브의 외주면 및 상기 실링부재의 내주면의 표면거칠기 보다 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실링표면층은 상기 오일계면 내측방향으로 형성된 상기 슬리브 외주면 및 상기 실링부재의 내주면을 포함하여, 상기 오일계면 외측방향으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실링표면층은 상기 슬리브 외주면 또는 상기 실링부재의 내주면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 유체동압베어링부의 오일실링부에 형성되는 오일계면의 내측에서 외측방향으로 실링표면층을 형성함으로써 오일계면에서의 오일실링효과를 향상시키는 효과가 있다.

또한, 오일계면에 형성된 실링표면층을 통해, 오일이 접촉되는 면에서의 접촉각을 증가시켜 오일실링효과를 향상시킴으로써 오일계면 오일의 흘러내림 또는 비산을 방지하는 효과가 있다.

또한, 오일계면의 주변부에 실링표면층을 형성시에 오일계면을 형성하는 내주면을 직접 가공하여 형성함으로써, 실링효과의 지속성 및 실링표면층의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 오일실링부의 실링효과를 향상시킴으로써 스핀들 모터의 작동 성능의 향상과 더불어, 작동의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀들 모터의 오일실링부를 나타내는 도면;
도 2는 종래의 오일실링부의 오일계면이 형성되는 접촉각을 나타내는 도면; 및
도 3은 본 발명에 따른 오일실링부의 오일계면이 형성되는 접촉각을 나타내는 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 스핀들 모터는 샤프트(11), 상기 샤프트(11)를 지지하는 슬리브(23), 회전 중심에 상기 샤프트(11)가 결합되는 허브(12), 상기 샤프트(11)와 상기 슬리브(23) 사이에 작동유체가 형성되며, 상기 슬리브(23)의 외주면으로부터 이격되어 형성되는 실링부재(30a), 상기 슬리브(23)의 외주면과 마주보는 상기 실링부재(30a)의 내주면 사이에 오일계면이 형성된 오일실링부(30) 및 상기 오일계면 외측방향으로 형성되는 실링표면층(50)을 포함한다.

여기서, 실링표면층(50)은 하나 이상의 요철을 포함하여 형성될 수 있다. 소수성표면을 형성하기 위해서 복수개의 요철이 샤프트(11)를 중심으로 오일계면의 외측방향으로 형성된 슬리브(23) 외주면과 마주보는 실링부재(30a)의 내주면에 샤프트(11)의 회전방향을 따라 형성될 수 있다. 슬리브(23) 외주면 또는 이와 마주보는 실링부재(30a)의 내주면의 어느 한 측면에만 형성될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 실링표면층(50)의 표면거칠기는 상기 오일계면 내측방향의 상기 슬리브(23)의 외주면 및 상기 실링부재(30a)의 내주면의 표면거칠기 보다 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실링표면층(50)은 상기 오일계면 내측방향으로 형성되는 상기 슬리브(23) 외주면 및 상기 실링부재(30a)의 내주면을 포함하여, 상기 오일계면 외측방향으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실링표면층(50)은 상기 슬리브(23) 외주면 또는 상기 실링부재(30a)의 내주면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀들 모터의 오일실링부(30)를 나타내는 도면이고, 도 2는 종래의 오일실링부(30)의 오일계면이 형성되는 접촉각을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 오일실링부(30)의 오일계면이 형성되는 접촉각을 나타내는 도면이다.

샤프트(11)는 허브(12)의 중심에 결합되고, 슬리브(23)에 삽입된 상태로 회전한다. 일반적으로 원통형 형상으로 이루어 진다. 샤프트(11)는 스핀들 모터의 회전부가 회전하는 회전중심과 일치되도록 형성되고, 샤프트(11)가 회전가능하게 지지하도록 샤프트(11)를 감싸는 슬리브(23)가 샤프트(11)의 외주면에 형성된다.

슬리브(23)는 샤프트(11)를 지지하면서 작동유체에 의한 유체동압베어링부가 형성될 수 있다. 슬리브(23)에는 샤프트(11)와 결합되기 위해 결합홀(미도시)이 형성될 수 있다. 유체동압베어링을 형성하기 위하여 샤프트(11)의 외경부 또는 슬리브(23)의 내경부의 일측에 형성되는 복수개의 래디얼 동압홈(도면 미도시)이 형성될 수 있다.

허브(12)는 회전중심에 샤프트(11)가 결합된다. 샤프트(11)에 결합되면서 슬리브(23)를 눌러주는 역할을 동시에 할 수 있다. 허브(12) 자체로 오일실링을 위한 실링부재(30a)의 역할을 할 수 있으며, 후술하는 실링부재(30a)가 허브(12)에 연장되어 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 허브(12)와 슬리브(23)가 접촉되는 면에 유체동압베어링부가 형성되어 오일계면이 형성되는 오일실링부(30)를 형성할 수 있음은 물론이다.

실링부재(30a)는 상기 샤프트(11)와 상기 슬리브(23) 사이에 작동유체가 형성되며, 상기 슬리브(23)의 외주면으로부터 이격되어 형성된다. 후술하는 오일실링부(30)의 형성위치에 따라 실링부재(30a)의 위치가 결정된다. 본 발명에 따른 일실시예에서는 도 1에서와 같이 허브(12)가 슬리브(23)와 대응되어 실링부재(30a)의 역할을 동시에 함으로써 오일실링부(30)를 형성할 수 있다. 도면에 도시되지 않았지만, 오일실링부(30)의 형성은 오일계면을 중심으로 오일의 비산 등을 막기 위해 모세관현상을 유도하기 위한 오일계면 내측에서 외측방향으로 점점 폭이 좁아지도록 테이퍼지게 형성될 수 있다.

오일실링부(30)는 슬리브(23)의 일측면과 마주보는 실링부재(30a)의 일측면 사이에 오일계면이 포함되어 형성된다. 작동유체는 오일 이외의 물질이 사용될 수 있지만, 본 발명에서는 오일 및 그와 동일 또는 유사한 성질을 갖는 작동유체를 사용하는 경우에 관해 설명한다. 오일실링부(30)는 축방향으로 형성될 수 있다. 오일실링부(30)의 형성방향이 반드시 축방향으로 한정되는 것은 아니며, 오일실링부(30)의 형성의 모습에 따라 축방향에 수직방향으로 오일실링부(30)가 형성될 수 있음은 물론이다. 본 발명의 일실시예는 도 1에서와 같이 축방향에 수직방향으로 오일실링부(30)가 형성된다. 실링부재(30a)는 앞서 살펴본 바와 같이 허브(12)에 일체로 형성될 수 있음은 물론, 별도의 부재가 아닌 상기 허브(12)가 실링부재(30a)의 기능을 하도록 구조적 변경도 가능하다.

실링표면층(50)은 오일계면 외측방향으로 형성된다. 실링표면층(50)은 오일계면이 형성된 오일계면 내측방향에 오일이 접촉되는 슬리브(23) 내주면과 마주보는 실링부재(30a)의 외주면보다 소수성 표면의 성질을 갖도록 한다. 소수성 표면이란 표면에 조도가 형성됨으로써 표면에 형성되는 오일 등의 접촉면적이 상대적으로 줄어드는 성질의 표면을 의미한다. 일반적인 표면과 조도가 형성되어 거칠기가 높은 표면과는 그 표면상에서 오일이 형성될 때, 표면과 오일이 접촉되는 접촉각의 차이가 발생된다. 도 2 및 도 3에서와 같이, 오일계면을 중심으로 내측과 외측의 표면거칠기의 차이로 인하여 오일실링의 효과가 달라진다. 구체적으로, 도 2는 종래의 오일계면의 내측과 외측에 형성된 표면의 조도 또는 거칠기가 동일하거나 아무런 처리도 하지 않은 경우를 나타내고 있으며, 도 3은 본 발명에 따른 오일계면의 외측으로 실링표면층(50)을 형성한 것을 나타낸다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 종래의 오일계면에 오일이 접촉되는 접촉각 a 는 도 3에 도시된 실링표면층(50)에서 오일이 접촉되는 접촉각 b 보다 작은 각으로 형성된다. 본 발명에 따른 실링표면층(50)에서 접촉되는 오일의 접촉각 b가 더 크게 형성됨으로써, 오일의 표면에의 접촉면적이 줄어들어 전체적으로 오일이 오일계면 내측으로 끌어당기는 힘을 받음으로서 오일계면 내측으로 오일이 더욱 모이려고 하는 효과가 나타난다. 본 발명과 같은 실링표면층(50)의 처리를 통해 오일의 접촉각의 차이를 이용함으로써 오일실링부(30)에서의 오일실링 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 실링표면층(50)은 오일계면을 기준으로 외측방향으로 형성될 수 있으며, 오일실링부(30)를 형성하는 슬리브(23) 외주면 또는 마주보는 실링부재(30a) 내주면의 어느 일측면에 형성되거나 양면에 모두 형성될 수 있음은 물론이다. 또한, 오일계면에서의 실링효과를 향상시키기 위해 오일계면이 형성되는 슬리브(23)의 외주면 또는 마주보는 실링부재(30a)의 내주면상에 선택적으로 소수성 표면을 형성하여 오일계면에서의 오일의 접촉각을 상승시킴으로써 오일실링의 효과를 향상시킬 수도 있다.

실링표면층(50)의 형성방법은 전해가공(Electrolyic machnining; ECM), 방전가공(Electrical Discharge Machining; EDM)의 방법으로 수행될 수 있으며, 반도체 공정에서 사용되는 사진식각(Photolithography), 플라즈마 식각, 레이저패터닝 등의 방법이 사용가능하다. 특히, 전해가공은 금속재료의 전기화학적 용해를 할때, 그 진행을 방해하는 양극 생성물인 금속산화물막이 생기는데, 이를 제거하면서 가공하는것이 전해가공이다. 가공해야 할 형태로 만든 공구를 음극으로 하고, 소재를 양극으로 하여 이 양쪽을 전해액에 담그고 전류를 통하면 소재는 음극의 표면형상과 같이 가공된다. 보통의 공구로는 가공이 곤란한 초경합금?내열강 등 가공에 이용한다. 공구가 회전하지 않으므로 원형이 아닌 특수한 형상의 천공에도 이용할 수 있다. 방전가공은 방전의 종류에 따라 스파크가공?아크가공?코로나가공으로, 피가공물의 재질에 따라 금속가공?비금속가공으로, 작업의 종류에 따라 구멍파기?절단 및 연삭(硏削) 등으로 분류된다. 방전가공은 ① 재료의 강도에 무관하며, ② 평면?입체 등의 복잡한 형상의 가공이 용이하고, ③ 표면가공일 경우 길이 0.1~0.2㎛ 까지 가능하며, ④ 열에 의한 표면 변질이 적다는 점 등 다른 가공법으로는 얻을 수 없는 이점이 있어 특수가공에 많이 이용된다. 방전가공은 마이크로 크기의 패턴을 형성하는 과정에서 자연스럽게 나노 구조물이 생성되는 이점이 있다. 그 이유는 방전가공이라는 것은 공구전극과 공작물 사이에서 발생하는 스파크로 원하는 형상을 가공하는 공작법이기 때문이다. 스파크로 인해 발생한 열에너지가 국부적으로 가공하고자 하는 재료를 녹이거나 기화시켜 제거하는 방식이기 때문에 스파크가 만들어낸 크레이터로 인한 나노거칠기를 가지게 되는 것이다. 본 발명에서도 실링표면층(50)은 이러한 나노거칠기를 형성함으로써 본 발명의 목적하는 바를 효과적으로 달성할 수 있는 것이다.

본 발명에 따라 결합된 스핀들 모터의 작동의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

회전부(10)는 회전의 중심이 되어 회전되도록 형성된 샤프트(11), 샤프트(11)의 상부에 결합되고 마그네트(13)가 부착된 허브(12)로 구성되고, 고정부(20)는 베이스(21), 슬리브(23), 코어(22)와 풀링플레이트(24)가 포함되어 형성될 수 있다. 베이스(21)의 외측 및 허브(12)의 내측으로 서로 마주하는 위치에 각기 코어(22) 및 마그네트(13)가 부착되는데, 여기서 코어(22)는 전류가 흐르면 자기장이 형성되면서 자속이 발생한다. 이와 마주한 마그네트(13)는 N극과 S극이 반복 착자되어져 코어(22)에서 발생하는 가변전극과 대응하여 전극을 형성한다. 코어(22)와 마그네트(13)는 자속의 쇄교에 따른 전자력에 의하여 상호간 반발력이 생성되고 이에 따라 허브(12) 및 이와 결합된 샤프트(11)가 회전함으로써 본 발명의 스핀들 모터가 구동되는 것이다. 또한, 모터의 구동시에 부상하는 것을 방지하기 위해 마그네트(13)와 축방향으로 대응되도록 베이스(21)에 풀링플레이트(24)가 형성된다. 풀링플레이트(24)는 마그네트(13)와 인력이 작용되도록 함으로써 안정적인 회전구동이 가능하게 한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 스핀들 모터는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 회전부 11: 샤프트
12: 허브 13: 마그네트
20: 고정부 21: 베이스
22: 코어 23: 슬리브
24: 풀링플레이트 30: 오일실링부
40: 오일 50: 실링표면층
30a: 실링부재

Claims

샤프트;
상기 샤프트를 지지하는 슬리브;
회전 중심에 상기 샤프트가 결합되는 허브;
상기 샤프트와 상기 슬리브 사이에 작동유체가 형성되며, 상기 슬리브의 외주면으로부터 이격되어 형성되는 실링부재;
상기 슬리브의 외주면과 마주보는 상기 실링부재의 내주면 사이에 오일계면이 형성된 오일실링부; 및
상기 오일계면 외측방향으로 형성되는 실링표면층을 포함하는 스핀들 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 실링표면층은 적어도 하나 이상의 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 실링표면층의 표면거칠기는 상기 오일계면 내측방향의 상기 슬리브의 외주면 및 상기 실링부재의 내주면의 표면거칠기 보다 큰 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 실링표면층은 상기 오일계면 내측방향으로 형성된 상기 슬리브 외주면 및 상기 실링부재의 내주면을 포함하며, 상기 오일계면 외측방향으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 실링표면층은 상기 슬리브 외주면 또는 상기 실링부재의 내주면에 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.