KR20130035681A

KR20130035681A - 스핀들 모터

Info

Publication number: KR20130035681A
Application number: KR1020110100132A
Authority: KR
Inventors: 김덕영
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-09
Also published as: US20130082555A1

Abstract

본 발명의 스핀들 모터는 샤프트, 상기 샤프트를 지지하는 슬리브, 상기 샤프트와 상기 슬리브 사이에 형성되는 오일, 상기 샤프트에 결합되는 허브, 상기 슬리브의 외주면으로부터 이격되어 형성되는 실링부재 및 상기 슬리브의 외주면과 마주보는 상기 실링부재의 내주면 사이에 오일계면이 형성된 오일실링부를 포함하고, 상기 오일실링부의 오일계면 내측으로부터 외측방향으로 상기 슬리브 및 실링부재의 마주보는 표면상에 각각 복수의 표면층이 순차적으로 형성되며, 상기 복수의 표면층이 형성되는 방향으로 각 표면층의 친유성이 점점 작아지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 유체동압베어링부의 오일실링부에 형성되는 오일계면의 내측에서 외측방향으로 오일의 접촉면에 단계적인 표면처리를 통해 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 비산에 따른 다양한 문제가 발생한다. 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 유체동압베어링으로 사용되는 오일에 대하여 오일실링부의 단계적인 표면처리를 통해 오일실링부의 실링을 강화시켜 오일의 비산 등을 방지하기 위한 스핀들 모터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 스핀들 모터는 샤프트, 상기 샤프트를 지지하는 슬리브, 상기 샤프트와 상기 슬리브 사이에 형성되는 오일, 상기 샤프트에 결합되는 허브, 상기 슬리브의 외주면으로부터 이격되어 형성되는 실링부재 및 상기 슬리브의 외주면과 마주보는 상기 실링부재의 내주면 사이에 오일계면이 형성된 오일실링부를 포함하고, 상기 오일실링부의 오일계면 내측으로부터 외측방향으로 상기 슬리브 및 실링부재의 마주보는 표면상에 각각 복수의 표면층이 순차적으로 형성되며, 상기 복수의 표면층이 형성되는 방향으로 각 표면층의 친유성이 점점 작아지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 복수의 표면층은 제1 표면층 및 제2 표면층이 순차적으로 형성되고, 상기 제1 표면층은 친유성 물질, 상기 제2 표면층은 친유성 물질과 융합하지 않는 성질인 발유성 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 표면층은 우레탄 아크릴 또는 에폭시로 형성되고, 상기 제2 표면층은 실리콘계 또는 불소계의 중합물로 이루어지는 경화물질층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 표면층은 제1 표면층, 제2 표면층 및 제3 표면층이 순차적으로 형성되고, 상기 제1 표면층의 친유성은 상기 제2 표면층의 친유성 보다 크고, 상기 제2 표면층의 친유성은 상기 제3 표면층의 친유성 보다 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 표면층은 친유성 물질로 형성되고, 상기 제2 표면층은 노출된 슬리브 및 실링부재의 마주보는 각 일측면으로 형성되며, 상기 제3 표면층은 친유성 물질과 융합하지 않는 성질인 발유성 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 표면층의 친유성 물질은 우레탄 아크릴 또는 에폭시로 형성되며, 상기 제3 표면층의 발유성 물질은 실리콘계 또는 불소계의 중합물로 이루어지는 경화물질층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬리브의 외주면과 마주보는 상기 실링부재의 내주면은 상기 이격공간을 사이에 두고 평행하게 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 표면층은 제1 표면층 및 제2 표면층이 순차적으로 형성되고, 상기 제1 표면층은 친유성 물질, 상기 제2 표면층은 친유성 물질과 융합하지 않는 성질인 발유성 물질로 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 오일의 접촉면에 단계적인 표면처리를 통해 오일계면의 유지를 강화시키는 효과가 있다.

또한, 오일계면에 형성된 다단계의 표면처리를 통해, 오일이 접촉되는 면에서의 표면에너지 차이를 통해 오일의 흘러내림 또는 비산을 방지하는 효과가 있다.

또한, 오일계면에 형성된 다단계의 표면처리를 통해, 오일실링부의 축방향 하부로 확대되는 테이퍼 형상 이외의 형상에도 적용가능함으로써 오일실링부 설계의 자유도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

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

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스핀들 모터의 단면도;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에서 오일실링부에 3단계의 표면층을 형성한 확대도;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에서 오일실링부에 2단계의 표면층을 형성한 확대도;
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스핀들 모터의 단면도;
도 5는 본 발명의 제2 실시예에서 오일실링부에 3단계의 표면층을 형성한 확대도;
도 6은 본 발명의 제2 실시예에서 오일실링부에 2단계의 표면층을 형성한 확대도;
도 7은 표면층의 친유성의 상대적 차이에 의한 오일과 오일접촉면이 이루는 접촉각의 차이를 나타내는 모식도;
도 8은 본 발명에 따른 2개의 표면에너지가 상이한 표면에서의 오일의 이동경로를 나타내는 도면; 및
도 9는 본 발명에 따른 표면에너지가 상이한 마주보는 두 부재 사이에서의 오일의 이동경로를 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. 여기서, "축방향" 이란 본 발명의 구성요소인 샤프트(11)를 기준으로 하여 길이방향으로의 상하방향을 의미한다. 또한, "일측", "타측" "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.

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

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스핀들 모터의 단면도, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에서 오일실링부(30)에 3단계의 표면층을 형성한 확대도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에서 오일실링부(30)에 2단계의 표면층을 형성한 확대도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 스핀들 모터는 샤프트(11), 상기 샤프트(11)를 지지하는 슬리브, 상기 샤프트(11)와 상기 슬리브(22) 사이에 형성되는 오일, 상기 샤프트(11)에 결합되는 허브(12), 상기 슬리브(22)의 외주면으로부터 이격되어 형성되는 실링부재(13) 및 상기 슬리브(22)의 외주면과 마주보는 상기 실링부재(13)의 내주면 사이에 오일계면(31)이 형성된 오일실링부(30)를 포함하고, 상기 오일실링부(30)의 오일계면(31) 내측으로부터 외측방향으로 상기 슬리브(22) 및 실링부재(13)의 마주보는 표면상에 각각 복수의 표면층이 순차적으로 형성되며, 상기 복수의 표면층이 형성되는 방향으로 각 표면층의 친유성이 점점 작아지는 것을 특징으로 한다.

샤프트(11)는 스핀들 모터의 회전에 따른 회전축을 이루는 것으로써, 후술하는 허브(12)와 결합하여 회전자(10)를 이룬다.

슬리브(22)는 샤프트(11)를 지지하면서 작동유체에 의한 유체동압베어링부(40)가 형성될 수 있다. 슬리브(22)에는 샤프트(11)와 결합되기 위해 결합홀(미도시)이 형성될 수 있으며, 결합홀에 샤프트(11)가 삽입되어 결합될 수 있다. 샤프트(11)가 삽입되어 결합되면서 슬리브(22)의 결합홀 내측면과 샤프트(11)의 외측면과의 접촉면에는 작동유체에 의한 유체동압베어링부(40)가 형성될 수 있다. 구체적으로는 축방향의 스러스트베어링부(42, 44)가 형성될 수 있다. 샤프트(11)와 슬리브(22)의 결합방식은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 샤프트(11)가 슬리브(22)와 결합되어 회전가능하고, 유체동압베어링부(40)를 형성할 수 있는 것이라면 다양한 결합구조가 가능하다.

허브(12)는 샤프트(11)에 결합된다. 샤프트(11)에 결합되면서 슬리브(22)를 눌러주는 역할을 동시에 할 수 있다. 허브(12)는 후술하는 실링부재(13)가 허브에 연장되어 일체로 형성될 수 있다. 허브(12)와 슬리브(22)가 접촉되는 면에 유체동압에 의한 래디얼베어링부(41, 43)가 형성될 수 있다.

오일실링부(30)는 슬리브(22)의 일측면과 마주보는 실링부재(13)의 일측면 사이에 오일계면(31)이 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.

여기에서는 도 1 내지 도 3에서와 같이 오일실링부(30)가 축방향으로 형성된 실시예를 기준으로 설명한다. 슬리브(22)의 일측면으로부터 형성된 이격공간 사이에 오일이 충진되고, 오일계면(31)이 형성됨으로써 오일실링부(30)가 형성된다. 오일실링부(30)의 오일이 충진되는 이격공간은 슬리브(22)의 일측면과 마주보는 별도의 실링부재(13)에 의해 형성될 수 있다. 여기서 실링부재(13)는 허브(12)와 일체로 축방향 돌출부를 형성함으로써 오일실링부(30)를 형성할 수 있고, 별도의 실링부재(13)가 결합됨으로써 오일실링부(30)를 형성할 수도 있다. 본 발명의 제1 실시예에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 오일실링부(30)가 축방향 하부로 갈수록 이격공간의 폭이 확대되는 형상의 구조로 형성되고, 이러한 구조를 이루는 슬리브(22) 및 실링부재(13)의 마주보는 각 일측면에 후술하는 복수의 표면층을 형성할 수 있다. 이렇게 테이퍼진 형상은 오일이 좁은 틈에 모이는 모세관 현상을 이용하여 실링을 형성하게 할 수 있지만, 이러한 실링만으로는 외부충격 또는 작동중의 다양한 충격에 의한 오일의 비산 또는 흘러내림을 방지하기 어렵다.

따라서, 본 발명은 오일실링부(30)가 형성되는 마주보는 두 부재의 표면에 본 발명에 따른 다단계의 표면층을 형성함으로써, 실링효과를 증대시켜 스핀들 모터의 작동성능 및 신뢰성을 향상시키고자 한다.

복수의 단계로 이루어지는 표면층은 오일실링부(30)가 형성되는 이격공간을 이루는 슬리브(22) 및 실링부재(13)의 마주보는 각 일측면에 오일계면(31)을 중심으로 내측으로부터 외측방향으로 순차적으로 복수 단계의 표면층을 형성할 수 있다. 여기서, 오일계면(31)의 내측으로부터 외측방향은 도 2에 도시된 화살표(D)와 같은 방향을 의미한다. 여러 단계의 표면층이 형성되는 경우, 표면층의 시작은 도 2에서와 같이, 오일계면(31)을 중심으로 오일이 충진된 부분의 접촉면으로부터 시작으로 형성될 수 있고, 오일계면(31)이 형성된 부분에서부터 시작하여 그 외측방향으로 다단계의 표면층이 형성될 수도 있다. 그러나, 오일계면(31) 내측에 오일이 접촉되는 슬리브(22) 및 실링부재(13)의 마주보는 각 일측면으로부터 단계별로 표면층이 형성되는 것이 바람직하다. 복수의 단계로 형성되는 표면층은 화살표(D)방향으로 갈수록 친유성(親油性)의 정도가 작아지도록 형성된다. 친유성이 큰 표면층과 친유성이 작은 표면층을 형성하여 친유성이 큰 표면의 표면에너지와 친유성이 작은 표면의 표면에너지의 상대적 차이를 통해 오일계면(31)의 파괴, 오일의 흘러내림 또는 오일의 비산을 방지할 수 있다. 이것은 각 단계 표면층 사이에서 오일이 안정화되기 위해 친유성이 큰 표면층으로 이동할 수 있기 때문이다.

도 2는 본 발명에 따른 제1 표면층(32, 32a), 제2 표면층(33, 33a) 및 제3 표면층(34, 34a)을 형성한 경우의 실시예를 도시한 도면이다. 제1 표면층(32, 32a)은 오일계면(31)을 중심으로 하여 내측방향의 슬리브 및 실링부재의 마주보는 각 일측면에 형성되고, 제2 표면층(33, 33a)은 오일계면(31) 부근에서 제1 표면층에 연속하여 순차적으로 형성되며, 제3 표면층(34, 34a)은 제2 표면층(33, 33a) 이후에 연속하여 순차적으로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 표면층(32, 32a)은 상기에서 설명한 바와 같이, 그 형성위치에 제한이 없지만, 적어도 오일계면(31)이 형성된 부분에서부터는 시작되어야 하며, 오일계면(31)의 내측으로부터 형성되어 오일계면(31)을 포함한 부분까지 형성될 수도 있다.

제1 표면층(32, 32a)은 제2 표면층(33, 33a) 및 제3 표면층(34, 34a)보다 가장 친유성이 높은 표면층이므로, 오일계면(31)의 내측에 오일이 접촉되는 슬리브 및 실링부재의 표면에 형성하는 것이, 오일의 비산 등의 방지에 유리할 수 있다. 제1 표면층(32, 32a)에 가장 친유성이 높은 물질로 표면층을 형성하고, 제2 표면층(33, 33a)은 오일실링부(30)를 형성하고 있는 슬리브(22) 등의 부재 표면 자체를 노출시킴으로써 제1 표면층(32, 32a)보다 상대적으로 친유성이 작은 표면을 형성할 수 있다. 제3 표면층(34, 34a)은 발유성 물질로 표면층을 형성함으로써, 제1 표면층(32, 32a), 제2 표면층(33, 33a) 및 제3 표면층(34, 34a)이 단계적으로 친유성이 작아지도록 형성할 수 있다.

제1 표면층(32, 32a)은 우레탄 아크릴 또는 에폭시로 형성될 수 있고, 제3 표면층(34, 34a)은 발유성 물질로 실리콘계 또는 불소계의 중합물로 이루어지는 경화물질층으로 형성할 수 있다. 오일과 친하거나 친하지 않은 성질에 맞는 물질이라면 다양한 친유성 및 발유성 물질을 사용할 수 있음은 물론이다. 또는 제1 표면층(32, 32a), 제2 표면층(33, 33a) 및 제3 표면층(34, 34a)을 친유성 물질로 형성하되, 각 친유성 물질의 친유성이 단계적으로 작아지는 물질로 형성할 수도 있다.

도 3에서와 같이, 본 발명은 제1 표면층(32b. 32c) 및 제2 표면층(33b, 33c)만의 두 단계의 표면층을 형성할 수도 있다. 여기서, 제1 표면층(32b, 33c)은 친유성 물질로, 제2 표면층(33b, 33c)은 발유성 물질로 형성할 수 있으며, 제1 표면층(32b, 32c)을 친유성 물질로, 제2 표면층(33b, 33c)은 오일실링부(30)를 형성하고 있는 부재 자체의 표면을 노출시킬 수 있으며 또는 제1 표면층(32b, 32c)을 오일실링부(30)를 형성하고 있는 부재 자체의 표면으로 사용하고, 제2 표면층(33b, 33c)에 발유성 물질로 표면층을 형성할 수도 있다.

기타, 여러단계의 표면층을 형성하고, 이러한 표면층이 오일계면(31)의 내측으로부터 외측방향으로 순차적으로 친유성이 작아지도록 형성함으로써 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에서 복수 단계의 표면층의 친유성 정도 차이로 인한 오일의 흘러내림 또는 비산의 방지할 수 있는 이유에 대해 설명한다.

도 7은 표면층(100, 200, 300)의 친유성의 상대적 차이에 의한 오일과 오일접촉면이 이루는 접촉각의 차이를 나타내는 모식도, 도 8은 본 발명에 따른 2개의 표면에너지가 상이한 표면에서의 오일의 이동경로를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 표면에너지가 상이한 마주보는 두 부재 사이에서의 오일의 이동경로를 나타내는 도면이다.

도 7 내지 도 9에서는 친유성 정도의 차이에 의한 표면에너지 차이 및 그에 따른 오일의 안정화를 위한 이동을 설명하는 도면이다. 특히, 오일이 표면에너지 의 상대적 차이가 있는 표면층에서 물질이 안정화 되려는 경향에 따라 오일이 오일계면(31)쪽으로 향하게 됨으로써 오일계면(31)에 의한 실링효과가 증대될 수 있다.

도 7의 (A), (B), (C)는 오일실링부(30)를 형성하는 이격공간에서 오일이 접촉되는 면에 친유성의 정도가 다른 (A)에서의 표면층(100), (B)에서의 표면층(200) 및 (C)에서의 표면층(300)을 각각 형성함에 따른 오일계면에서의 오일과 오일이 접촉되는 면과의 접촉각의 크기를 도시한 도면이다. 도 7에서 (A), (B), (C)의 경우에 각각의 접촉각이 a°,b°,c°라면, 각각의 접촉각의 크기는 a°< b°< c°가 된다. 표면층의 친유성 크기는 (A)> (B)> (C)이고, 이에 따른 표면에너지는 (A)> (B)> (C)의 순서가 된다. 즉, 친유성이 클수록 이에 비례하여 표면에너지도 상대적으로 커지게 됨을 알 수 있다.

도 8에서는 표면에너지의 상대적 차이에 의한 오일의 이동방향과(그림 (A)), 최종적으로 형성되는 오일계면을 나타낸다(그림 (B)). 두 표면 중 상부표면(Ⅰ)에는 표면에너지가 높은 물질로 표면층을 형성하고, 하부표면(Ⅱ)에는 표면에너지가 상대적으로 낮은 물질로 표면층을 형성한다. 도 8의 그림 (A)에서와 같이 최초에 상부표면(Ⅰ)은 높은 표면에너지를 갖는 물질 즉, 친유성이 높은 물질로 표면층을 형성하고, 하부표면(Ⅱ)은 상대적으로 낮은 표면에너지, 즉 친유성이 상대적으로 낮은 물질로 표면층을 형성한다. 이 경우, 시간이 지나면, 그림 (B)에서와 같이 오일(51)은 표면에너지가 상대적으로 높은 방향으로 이동하여 상부표면(Ⅰ)과 하부표면(Ⅱ)의 에너지경계(53) 근처에 오일계면(52)이 형성됨을 알 수 있다. 이것은 물질이 안정화되려는 성질에 기인하며, 표면에너지의 상대적 차이가 오일이 안정화 되기 위한 방향으로 이동하게 하는 것이다.

도 9는 본 발명의 오일실링부(30) 구조와 같이 마주보는 두 부재 사이에 오일이 충진되어 있는 경우, 오일과 접촉하는 두 부재의 마주보는 표면층의 상대적인 표면에너지 차이에 따라 오일이 안정화 되기 위해 이동하는 경우의 모식도를 나타내는 도면이다. 여기에서도 상부면(Ⅰ)을 높은 표면에너지, 즉 친유성이 높은 물질로 표면층을 형성하고, 하부면(Ⅱ)을 상대적으로 낮은 표면에너지, 즉 친유성이 낮은 물질로 표면층을 형성한다. 그림 (A)에서 표면에너지가 상대적으로 낮은 부분에 형성되었던 오일(61)은 시간이 흐름에 따라 그림 (B)에서와 같이 표면에너지가 상대적으로 높은 상부면(Ⅰ)의 표면층으로 이동하여 안정화하게 된다. 결국 상부면(Ⅰ)과 하부면(Ⅱ)의 에너지경계(63) 부근에서 오일계면(62)이 형성된다.

도 7 내지 도 9에서 알 수 있듯이, 결국 본 발명의 다단계의 표면층을 친유성의 정도를 각각 상이하게 형성함으로써 본 발명의 오일실링부(30, 30a)의 오일계면(31)이 파괴되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스핀들 모터의 단면도, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에서 오일실링부(30a)에 3단계의 표면층을 형성한 확대도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에서 오일실링부(30a)에 2단계의 표면층을 형성한 확대도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 스핀들 모터는 샤프트(11), 상기 샤프트(11)를 지지하며 작동유체에 의한 유체동압베어링부(40)가 형성된 슬리브(22), 상기 샤프트(11)에 결합되는 허브(12) 및 상기 슬리브(22)의 일측면으로부터 이격되어 형성되는 실링부재(13), 상기 슬리브(22)의 일측면과 마주보는 상기 실링부재(13)의 일측면 사이의 일정한 폭의 이격공간에 오일계면(31)이 형성된 오일실링부(30)를 포함하고, 상기 오일실링부(30)의 오일계면(31) 내측으로부터 외측방향으로 상기 슬리브(22) 및 실링부재(13)의 마주보는 표면상에 각각 복수의 표면층이 순차적으로 형성되며, 상기 복수의 표면층이 형성되는 방향으로 각 표면층의 친유성이 점점 작아지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 스핀들 모터는 특히, 오일실링부(30a)의 형상에 그 특징이 있다. 즉 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이, 슬리브(22) 일측면으루터 이격된 공간의 폭이 일정 간격으로 형성된다. 오일실링부(30a)의 실링을 위해 도 2에 도시된 오일실링부(30a)와 같이 테이퍼진 형상을 통해 오일이 좁은 틈에 모이는 모세관 현상을 이용하여 실링을 형성할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 오일계면(31)이 형성된 부분을 중심으로 다단계로 형성된 복수의 표면층을 형성하고, 그 표면층의 친유성의 상대적 차이에 따른 표면에너지 차이를 이용함으로써, 오일의 안정화 경향에 따라 오일계면(31)이 유지될 수 있기 때문에 반드시 테이퍼진 오일실링부(30a)의 형상이 요구되지는 않는 것이다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 오일실링부(30a)의 이격공간의 폭이 축방향으로 평행하게 형성될 수 있다. 도시되지 않았지만 오일실링부(30a)는 축방향과 수직방향으로도 형성될 수 있는바, 이 경우에도 오일이 주입되어 오일계면이 형성되는 공간의 폭을 일정하게 형성할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서 3단계의 표면층을 형성하는 경우의 제1 표면층(35, 35a), 제2 표면층(36, 36a), 제3 표면층(37, 37a)과 2단계의 표면층을 형성하는 경우의 제1 표면층(35b, 35c) 및 제2 표면층(36b, 36c)에 관한 설명은 제1 실시예의 그것과 동일하므로 그 설명은 생략한다.

제2 실시예의 오일실링부(30a)와 복수의 단계로 형성되는 표면층 및 기타 자세한 설명은 제1 실시예와 중복되므로 그 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에서 형성되는 오일실링부(30, 30a)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 슬리브(22)의 일측면과 허브(12)로부터 연장되어 형성되는 실링부재(13)의 일측면이 대응되게 형성됨으로써 만들어질 수 있다. 실링부재(13)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 허브(12)에 일체로 형성될 수 있지만, 허브(12)의 구조 이외의 별도의 실링부재(13)를 통해서 형성될 수도 있다. 또한, 본 발명에서는 오일실링부(30, 30a)가 축방향으로 형성된 것을 하나의 예시로 들었지만, 이외에도 오일실링부(30, 30a)는 별도의 실링부재(13)를 통해 축방향에 수직방향으로 형성될 수도 있다. 이러한 경우에도 본 발명에 따른 표면층을 오일계면을 중심으로 오일계면 내측으로부터 외측방향으로 다단계의 표면층을 형성함으로써 오일계면의 파괴를 방지할 수 있고, 기타 상기에서 설명한 표면층의 형성방법에 따라 오일실링부(30, 30a)의 실링효과를 증대시킬 수 있다.

본 발명에 따른 작동관계를 간단하게 설명하면, 회전자(10)는 회전축이 되며 회전되도록 형성된 샤프트(11), 마그네트(14)가 부착된 허브(12)로 구성되고, 고정자(20)는 베이스(21), 슬리브(22), 코어(23)와 풀링플레이트(24)가 포함되어 형성될 수 있다. 베이스(21)의 외측 및 허브(12)의 내측으로 서로 마주하는 위치에 각기 코어(23) 및 마그네트(14)가 부착되는데, 여기서 코어(23)는 전류가 흐르면 자기장이 형성되면서 자속이 발생한다. 이와 마주한 마그네트(14)는 N극과 S극이 반복 착자되어져 코어(23)에서 발생하는 가변전극과 대응하여 전극을 형성한다. 코어(23)와 마그네트(14)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(14)와 축방향으로 대응되도록 베이스(21)에 풀링플레이트(24)가 형성된다. 풀링플레이트(24)는 마그네트(14)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: 회전자 11: 샤프트
12: 허브 13: 실링부재
14: 마그네트 20: 고정자
21: 베이스 22: 슬리브
23: 코어 24: 풀링플레이트
30, 30a: 오일실링부 31: 오일계면
31a: 이격공간
32, 32a, 32b, 32c, 35, 35a, 35b, 35c: 제1 표면층
33, 33a, 33b, 33c, 36, 36a, 36b, 36c: 제2 표면층
34, 34a, 37, 37a: 제3 표면층
40: 유체동압베어링부 41, 42: 래디얼베어링부
43, 44: 스러스트베어링부 51, 61: 오일
52, 62: 오일계면 53, 63: 에너지경계
100, 200, 300: 표면층

Claims

샤프트;
상기 샤프트를 지지하는 슬리브;
상기 샤프트와 상기 슬리브 사이에 형성되는 오일;
상기 샤프트에 결합되는 허브;
상기 슬리브의 외주면으로부터 이격되어 형성되는 실링부재; 및
상기 슬리브의 외주면과 마주보는 상기 실링부재의 내주면 사이에 오일계면이 형성된 오일실링부를 포함하고,
상기 오일실링부의 오일계면 내측으로부터 외측방향으로 상기 슬리브 및 실링부재의 마주보는 표면상에 각각 복수의 표면층이 순차적으로 형성되며, 상기 복수의 표면층이 형성되는 방향으로 각 표면층의 친유성이 점점 작아지는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 표면층은 제1 표면층 및 제2 표면층이 순차적으로 형성되고, 상기 제1 표면층은 친유성 물질, 상기 제2 표면층은 친유성 물질과 융합하지 않는 성질인 발유성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 표면층은 우레탄 아크릴 또는 에폭시로 형성되고, 상기 제2 표면층은 실리콘계 또는 불소계의 중합물로 이루어지는 경화물질층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 표면층은 제1 표면층, 제2 표면층 및 제3 표면층이 순차적으로 형성되고, 상기 제1 표면층의 친유성은 상기 제2 표면층의 친유성 보다 크고, 상기 제2 표면층의 친유성은 상기 제3 표면층의 친유성 보다 큰 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 표면층은 친유성 물질로 형성되고, 상기 제2 표면층은 노출된 슬리브 및 실링부재의 마주보는 각 일측면으로 형성되며, 상기 제3 표면층은 친유성 물질과 융합하지 않는 성질인 발유성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 표면층의 친유성 물질은 우레탄 아크릴 또는 에폭시로 형성되며, 상기 제3 표면층의 발유성 물질은 실리콘계 또는 불소계의 중합물로 이루어지는 경화물질층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 슬리브의 외주면과 마주보는 상기 실링부재의 내주면은 상기 이격공간을 사이에 두고 평행하게 형성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 7에 있어서,
상기 복수의 표면층은 제1 표면층 및 제2 표면층이 순차적으로 형성되고, 상기 제1 표면층은 친유성 물질, 상기 제2 표면층은 친유성 물질과 융합하지 않는 성질인 발유성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 표면층은 우레탄 아크릴 또는 에폭시로 형성되고, 상기 제2 표면층은 실리콘계 또는 불소계의 중합물로 이루어지는 경화물질층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 7에 있어서,
상기 복수의 표면층은 제1 표면층, 제2 표면층 및 제3 표면층이 순차적으로 형성되고, 상기 제1 표면층의 친유성은 상기 제2 표면층의 친유성 보다 크고, 상기 제2 표면층의 친유성은 상기 제3 표면층의 친유성 보다 큰 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 표면층은 친유성 물질로 형성되고, 상기 제2 표면층은 노출된 슬리브 및 실링부재의 마주보는 각 일측면으로 형성되며, 상기 제3 표면층은 친유성 물질과 융합하지 않는 성질인 발유성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
청구항 11에 있어서,
상기 제1 표면층의 친유성 물질은 우레탄 아크릴 또는 에폭시로 형성되며, 상기 제3 표면층의 발유성 물질은 실리콘계 또는 불소계의 중합물로 이루어지는 경화물질층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.