KR20130017325A - 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터 Download PDF

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KR20130017325A
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김영태
김주호
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 실링부의 길이를 길게 하여 오일의 저장량을 늘리고, 오일의 증발이나 누수를 방지할 수 있는 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로서, 샤프트의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트를 지지하는 슬리브와, 상기 슬리브의 외주면을 감싸도록 구비되고, 외경방향 내측면과 상기 샤프트의 상단에 끼워지는 로터 케이스에서 축방향 하부로 돌출되는 주벽부 사이에 오일계면을 형성하는 하우징 및 상기 샤프트 및 슬리브의 하부에 간극을 유지한 상태로 상기 하우징에 결합되는 커버부재를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터{Hydrodynamic bearing assembly and motor including the same}
본 발명은 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실링부의 길이를 길게 하여 오일의 저장량을 늘리고, 오일의 증발이나 누수를 방지할 수 있는 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 관한 것이다.
정보 저장 장치 중 하나인 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)는 기록재생헤드(read/write head)를 사용하여 디스크에 저장된 데이터를 재생하거나, 디스크에 데이터를 기록하는 장치이다.
이러한 하드 디스크 드라이브는 디스크를 구동시킬 수 있는 디스크 구동장치가 필요하며, 상기 디스크 구동장치에는 소형의 모터가 사용된다.
소형의 모터는 유체 동압 베어링 어셈블리가 이용되고 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리의 회전부재 중의 하나인 샤프트와 고정부재 중의 하나인 슬리브 사이에는 오일이 개재되어 상기 오일에서 생기는 유체 압력으로 샤프트를 지지하게 된다.
여기서, 상기 소형의 모터에 사용되는 슬리브는 소결 슬리브와 가공 슬리브가 있으며, 모터의 가격 경쟁력을 높여주기 위해 오일 함유량이 많은 소결 슬리브가 주로 이용된다.
그러나, 소결 슬리브를 사용하는 경우 오일 함유량이 많아 오일 열팽창에 의한 오일 계면의 변동이 커지게 되고, 오일 누설 방지를 위해 슬리브 외경을 감싸는 슬리브 하우징이 필요하다.
이러한 소결 슬리브를 사용하는 유체 동압 베어링 어셈블리에서 변동이 큰 오일 계면에 의해 베어링 간극에 채워지는 오일량이 급변할 수 있어 모터의 성능 및 수명에 영향을 줄 수 있으므로 이를 해결할 수 있는 연구가 시급한 실정이다.
본 발명의 목적은 소결 슬리브를 사용하더라도 오일의 열팽창에 의한 오일 계면의 변동에 효율적으로 대응할 수 있는 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리는 샤프트의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트를 지지하는 슬리브; 상기 슬리브의 외주면을 감싸도록 구비되고, 외경방향 내측면과 상기 샤프트의 상단에 끼워지는 로터 케이스에서 축방향 하부로 돌출되는 주벽부 사이에 오일계면을 형성하는 하우징; 및 상기 샤프트 및 슬리브의 하부에 간극을 유지한 상태로 상기 하우징에 결합되는 커버부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 하우징의 상단부는 외경방향 외측으로 절곡된 후 재차 축방향 상부로 절곡되어 상기 주벽부가 위치되도록 하는 안착부를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 하우징의 상단부 내주면에 단차부가 구비되어 상기 주벽부가 위치되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 주벽부의 외주면은 축방향 상부로 갈수록 상기 하우징과의 간격이 넓어지도록 테이퍼지게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 주벽부와 대향하는 하우징의 내주면은 축방향 상부로 갈수록 상기 주벽부와의 간격이 넓어지도록 테이퍼지게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 하우징과 커버부재는 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 샤프트의 하부에 장착되고 상기 슬리브의 단면과 대향하도록 구비되는 스러스트 플레이트를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 슬리브의 상부면 또는 상기 슬리브와 대향하는 로터 케이스의 하부면에는 스러스트 동압홈이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 슬리브의 하부면 또는 상기 스러스트 플레이트의 상부면에는 스러스트 동압홈이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 슬리브는 소결 슬리브일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 본 q라명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 의하면, 오일 계면이 형성되는 실링부의 길이를 길게 하여 오일량이 급변하더라도 대처가 가능하여 모터의 성능을 향상시킬 수 있으며, 상대적으로 긴 실링부에 의해 외부충격 등에도 오일의 누수가 발생하지 않아 모터의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 도시한 개략 단면도이고,
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터에 제공되는 유체 동압 베어링 어셈블리를 도시한 개략 단면도이며,
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터에 제공되는 유체 동압 베어링 어셈블리를 도시한 개략 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 모터가 장착된 기록 디스크 구동장치를 도시한 개략 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 도시한 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(500)는 유체 동압 베어링 어셈블리(100), 스테이터(200) 및 로터(300)를 포함할 수 있다.
상기 유체 동압 베어링 어셈블리(100)는 샤프트(110), 슬리브(120), 스러스트 플레이트(130), 커버부재(150) 및 하우징(170)을 포함할 수 있다.
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축방향은 도 1 및 2에서 볼 때, 상기 샤프트(110)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 외경 또는 내경 방향은 상기 샤프트(110)를 기준으로 상기 로터(300)의 외측단 방향 또는 상기 로터(300)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(110)의 중심 방향을 의미한다.
상기 슬리브(120)는 상기 샤프트(110)의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(110)를 지지할 수 있다. 상기 슬리브(120)는 Cu-Fe계 합금 분말 또는 SUS계 분말을 소결하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 샤프트(110)는 상기 슬리브(120)의 축공(122)과 미소 간극을 가지도록 삽입되고, 상기 미소 간극에는 윤활 유체가 충전되며 상기 샤프트(110)의 외경 및 상기 슬리브(120)의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 래디얼 동압홈에 의해 상기 로터(300)의 회전을 더 부드럽게 지지할 수 있다.
상기 래디얼 동압홈은 상기 슬리브(120)의 축공(122)의 내부인 상기 슬리브(120)의 내측면에 형성되며, 상기 샤프트(110)의 회전 시에 한쪽으로 편향되도록 압력을 형성시키게 된다.
다만, 상기 래디얼 동압홈은 상기 언급한 바와 같이 상기 슬리브(120)의 내측면에 마련되는 것에 한정하지 않으며, 상기 샤프트(110)의 외경부에 마련되는 것도 가능하며, 갯수도 제한이 없다는 것을 밝혀둔다.
상기 슬리브(120)에는 슬리브(120)의 상부와 하부를 연통하도록 형성되는 바이패스 채널(미도시)을 구비할 수 있으며, 유체 동압 베어링 어셈블리(100) 내부의 윤활 유체의 압력을 분산시켜 평형을 유지할 수 있도록 할 수 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(100) 내부에 존재하는 기포 등을 순환에 의해 배출되도록 이동시킬 수 있다.
여기서, 상기 슬리브(120)의 축방향 하부에는 간극을 유지한 상태로 이하 설명할 슬리브 하우징(170)과 결합하며, 상기 간극에는 윤활 유체를 수용하는 커버부재(150)가 결합될 수 있다.
상기 커버부재(150)는 상기 샤프트(110) 또는 스러스트 플레이트(130) 사이의 간극에 윤활 유체를 수용하여 그 자체로서 상기 샤프트(110)의 하면을 지지하는 베어링으로서의 기능을 수행할 수 있다.
스러스트 플레이트(130)는 상기 슬리브(120)의 축방향 하부에 배치되며, 중앙에 샤프트(110)의 단면에 상응하는 홀을 구비하여, 이 홀에 상기 샤프트(110)가 삽입될 수 있다.
이때, 상기 스러스트 플레이트(130)는 별도로 제조되어 상기 샤프트(110)와 결합할 수도 있으나, 제조시부터 상기 샤프트(110)와 일체로 형성될 수도 있으며, 상기 샤프트(110)의 회전 운동시 상기 샤프트(110)를 따라 회전 운동하게 된다.
또한, 상기 스러스트 플레이트(130)의 상면 또는 하면에는 상기 샤프트(110)에 스러스트 동압을 제공하는 스러스트 동압홈이 형성될 수 있다.
상기 스러스트 동압홈은 상기 언급한 바와 같이 상기 스러스트 플레이트(130)의 상면 또는 하면에 형성되는 것에 한정하지 않으며, 상기 스러스트 플레이트(130)의 상면에 대응되는 상기 슬리브(120)의 하부면 또는 상기 스러스트 플레이트(130)의 하면에 대응되는 상기 커버부재(150)의 상면에도 형성될 수 있다.
상기 슬리브(120)을 감싸도록 구비되는 하우징(170)은 슬리브(120)의 외주면에 결합할 수 있으며, 엄밀하게는 슬리브(120)가 슬리브 하우징(170)의 내주면에 삽입되고 압입 또는 본딩에 의해 결합될 수 있다.
여기서, 상기 슬리브 하우징(170)은 후술할 스테이터(120)를 구성하는 베이스 부재(230)의 일 부분일 수 있으나 슬리브(120)와 슬리브 하우징(170)의 결합관계 설명을 위해 상기 슬리브 하우징(170)은 유체 동압 베어링 어셈블리(110)를 구성하는 구성요소로 간주하고 설명하기로 한다.
상기 슬리브 하우징(170)은 오일을 함유한 상기 슬리브(120)의 외주면에 결합하여 오일의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 상기 슬리브 하우징(170)의 하단에는 상기 스러스트 플레이트(130)와 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브 하우징(170)과 결합하며, 상기 간극에는 윤활 유체를 수용하는 커버부재(150)가 결합될 수 있다.
상기 커버부재(150)는 상기 샤프트(110) 또는 스러스트 플레이트(130) 사이의 간극에 윤활 유체를 수용하여 그 자체로서 상기 샤프트(110)의 하면을 지지하는 베어링으로서의 기능을 수행할 수 있다.
여기서 상기 커버부재(150)는 별도의 부재로 제작되어 상기 슬리브 하우징(170)에 압입 또는 접착제 결합되는 방식이 가능하다. 또한, 상기 커버부재(150)는 상기 슬리브 하우징(170)과 일체로 구비되어 프레스 또는 주조 등 다양한 방식으로 제조되어 구비되는 것도 가능하다.
아울러, 본 발명에서 상기 로터 케이스(310)에 구비되는 주벽부(316)의 외주면과와 하우징(170)의 내주면 사이에 오일 계면이 형성되는 실링부를 구비하며 이에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
로터(300)는 상기 스테이터(200)에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전 구조물이며, 상기 코어(220)와 일정 간격을 두고 서로 대응되는 환고리형의 마그네트(320)를 외주면에 구비하는 로터 케이스(310)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 마그네트(320)는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정 세기의 자기력을 발생시키는 영구자석으로 구비된다.
여기서, 상기 로터 케이스(310)는 샤프트(110)의 상단에 압입되어 고정되도록 하는 허브베이스(312) 및 상기 허브베이스(312)에서 외경방향으로 연장되고 축방향 하측으로 절곡되어 상기 로터(300)의 상기 마그네트(320)를 지지하는 마그네트 지지부(314)로 이루어질 수 있다.
또한, 하우징(170)과의 사이에서 윤활 유체가 실링되는 실링부가 구비되도록 축방향 하측으로 연장되어 형성되는 주벽부(316)를 구비할 수 있다.
상기 주벽부(316)와 상기 슬리브(120) 사이 간격은 모터 구동시 윤활 유체가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해 축방향 상측 방향으로 점점 넓어질 수 있으며, 이를 위해 상기 주벽부(316)에 대응되는 상기 하우징(170)의 내주면은 외경방향으로 테이퍼지게 형성될 수 있다. 이에 대한 다양한 실시예는 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터에 제공되는 유체 동압 베어링 어셈블리를 도시한 개략 단면도이며, 도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터에 제공되는 유체 동압 베어링 어셈블리를 도시한 개략 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터에서, 상기 하우징(170)의 상단부는 외경방향 외측으로 절곡된 후 재차 축방향 상부로 절곡되어 상기 주벽부(316)가 내경 방향에 위치되도록 하는 안착부(171)를 구비할 수 있다. 이 경우 상기 주벽부(316)는 내측으로 슬리브(120)와 대향하고, 외측으로 하우징(170)과 대향하게 된다.
여기서, 실링부가 형성되는 형상을 살펴보면, 상기 슬리브(120)의 상부면에서 슬리브(120)의 외주면을 따라 상기 주벽부(316)의 하부면을 통과하여 상기 주벽부(316)의 외주면과 하우징(170)의 내주면에 오일계면(S)이 형성되어 실링부가 구비되게 된다. 이에서 보듯이, 상기 실링부는 상기 주벽부(316)의 내측면, 하부면 및 외측면을 모두 감싸는 형태로 그 길이가 매우 길게 형성되므로 충분한 오일을 확보할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에서 오일 계면(S)이 형성되어 오일을 실링하는 실링부는 도 1에서 확대 기재된 "A" 부분으로 표현되는 도 2 및 도 3에서 파악될 수 있다. "A"에서 보듯이, 실링부가 주벽부(316)의 내측면, 하면 및 외측면을 감싸면서 매우 길게 형성되므로 충분한 오일량을 확보할 수 있다.
여기서, 상기 오일계면을 형성하고자 상기 주벽부(316)와 하우징(170)의 간극은 축방향 상부로 갈수록 넓어지도록 구비되어야 하며, 이를 위해 상기 주벽부(316)의 외주면은 축방향 상부로 갈수록 상기 하우징(170)과의 간격이 넓어지도록 테이퍼지게 형성되거나(도 2의 (b)), 상기 주벽부(316)와 대향하는 하우징(170)의 내주면은 축방향 상부로 갈수록 상기 주벽부(316)와의 간격이 넓어지도록 테이퍼지게 형성될 수 있다(도 2의 (a)).
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터에서, 상기 하우징(170)의 상단부 내주면에 단차부(173)가 구비되어 상기 주벽부(316)가 위치되도록 할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 도 2에서 설명한 일 실시예에서 안착부(171)로 제시된 부분이 단차부(173)로 제공되는 것 이외의 다른 구성은 모두 동일하므로 설명을 생략할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 하우징(170)의 상단부에 단차지게 구비되어 상기 주벽부(316)가 위치되도록 하는 단차부(173)가 구비될 수 있다. 이 경우도 실링부는 상기 주벽부(316)의 내측면, 하면 및 외측면을 감싸면서 형성되므로 매우 길게 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 모터가 장착된 기록 디스크 구동장치를 도시한 개략 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 모터(500)가 장착된 기록 디스크 구동장치(600)는 하드 디스크 구동장치이며, 모터(500), 헤드 이송부(610) 및 하우징(620)을 포함할 수 있다.
상기 모터(500)는 상기에서 설명한 본 발명의 모터의 특징을 모두 가지며, 기록 디스크(630)를 탑재할 수 있다.
상기 헤드 이송부(610)는 상기 모터(500)에 탑재된 기록 디스크(630)의 정보를 검출하는 헤드(615)를 검출하고자 하는 기록 디스크의 면으로 이송시킬 수 있다.
여기서, 상기 헤드(615)는 상기 헤드 이송부(610)의 지지부재(617) 상에 배치될 수 있다.
상기 하우징(620)은 상기 모터(500)와 상기 헤드 이송부(610)를 수용하는 내부공간을 형성하기 위해, 모터 탑재 플레이트(627)와 상기 모터 탑재 플레이트(627)의 상부를 차폐하는 탑커버(625)를 포함할 수 있다.
이상의 실시예를 통해, 본 발명에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리(100) 및 이를 포함하는 모터(500)는 실링부의 길이를 길게 할 수 있으므로 소결 슬리브의 단점으로 지적되는 오일 열팽창에 따른 오일 계면의 변동이 크다는 단점을 적절하게 커버하여 안정성 있는 제품을 제공할 수 있다.
100: 유체 동압 베어링 어셈블리 110: 샤프트
120: 슬리브 130: 스러스트 플레이트
150: 커버부재 170: 하우징
200: 스테이터 300: 로터
500: 모터 600: 기록 디스크 구동 장치

Claims (11)

  1. 샤프트의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트를 지지하는 슬리브;
    상기 슬리브의 외주면을 감싸도록 구비되고, 외경방향 내측면과 상기 샤프트의 상단에 끼워지는 로터 케이스에서 축방향 하부로 돌출되는 주벽부 사이에 오일계면을 형성하는 하우징; 및
    상기 샤프트 및 슬리브의 하부에 간극을 유지한 상태로 상기 하우징에 결합되는 커버부재;를 포함하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상단부는 외경방향 외측으로 절곡된 후 재차 축방향 상부로 절곡되어 상기 주벽부가 위치되도록 하는 안착부를 구비하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상단부 내주면에 단차부가 구비되어 상기 주벽부가 위치되도록 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주벽부의 외주면은 축방향 상부로 갈수록 상기 하우징과의 간격이 넓어지도록 테이퍼지게 형성되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주벽부와 대향하는 하우징의 내주면은 축방향 상부로 갈수록 상기 주벽부와의 간격이 넓어지도록 테이퍼지게 형성되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징과 커버부재는 일체로 형성되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트의 하부에 장착되고 상기 슬리브의 단면과 대향하도록 구비되는 스러스트 플레이트를 더 구비하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브의 상부면 또는 상기 슬리브와 대향하는 로터 케이스의 하부면에는 스러스트 동압홈이 구비되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 슬리브의 하부면 또는 상기 스러스트 플레이트의 상부면에는 스러스트 동압홈이 구비되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브는 소결 슬리브인 유체 동압 베어링 어셈블리.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함하는 모터.
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