KR20130043467A - 유체동압베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터 - Google Patents

유체동압베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터 Download PDF

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KR20130043467A
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박원기
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 샤프트와, 상기 샤프트의 상부에 결합된 상부 스러스트 부재와, 상기 샤프트의 하부에 결합된 하부 스러스트 부재와, 상기 샤프트에 회전가능하도록 삽입되고, 상기 상부 스러스트 부재 및 상기 하부 스러스트 부재가 삽입되는 스러스트 부재 수용홈이 형성된 슬리브를 포함하고, 상기 샤프트와 슬리브 사이에 오일이 주입되어 유체동압베어링부가 형성되고, 상기 스러스트 부재 수용홈에 오일이 내재되어 상기 상부 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면이 형성되고, 상기 하부 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면이 형성된다.

Description

유체동압베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터{Bearing Assembly with Fluid Dynamic Mechanism and Spindle Motor having the same}
본 발명은 유체동압베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터에 관한 것이다.
서버(server)용 하드디스트(hard disk) 구동장치 등의 정보 기록 재생장치에는 내충격성이 강한 축을 하드디스크 구동장치의 박스에 고정하는 소위 축 고정형의 스핀들 모터가 일반적으로 탑재된다.
즉, 서버용의 하드디스크 구동장치에 탑재되는 스핀들 모터는 외부의 충격에 의해 서버에 기록된 정보가 파손되거나 기록 또는 판독을 할 수 없는 상태로 되는 것을 방지하기 위해 샤프트가 고정설치된다.
이와같이, 고정형 샤프트가 설치되는 경우, 윤활유체가 주입된 유체동압베어링 어셈블리를 구성하기 위해 2개의 슬리브와 2개의 고정부재, 상기 고정부재의 상,하부를 차폐하기 위한 2개의 커버등이 필요하다.
결국, 종래기술에 따른 샤프트 고정형 유체동압베어링 어셈블리는 구조가 복잡하고, 오일계면의 정확한 위치선정이 어렵고, 오일 보유량이 적어 장기간 수명을 갖지 못하는 문제점을 지니고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스핀들 모터의 샤프트가 고정되는 축 고정형 스핀들 모터에 있어서, 슬리브에 스러스트 부재 수용홈을 형성시키고, 상기 스러스트 부재 수용홈에 오일을 주입하여 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면을 형성시킴에 따라, 많은 오일이 함유되어 스핀들 모터의 수명이 연장될 뿐만 아니라, 외부충격에 강하고, 안정된 시스템으로 구현가능한 유체동압베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 샤프트와, 상기 샤프트의 상부에 결합된 상부 스러스트 부재와, 상기 샤프트의 하부에 결합된 하부 스러스트 부재와, 상기 샤프트에 회전가능하도록 삽입되고, 상기 상부 스러스트 부재 및 상기 하부 스러스트 부재가 삽입되는 스러스트 부재 수용홈이 형성된 슬리브를 포함하고, 상기 샤프트와 슬리브 사이에 오일이 주입되어 유체동압베어링부가 형성되고, 상기 스러스트 부재 수용홈에 오일이 내재되어 상기 상부 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면이 형성되고, 상기 하부 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면이 형성된다.
또한, 상기 스러스트 부재 수용홈은 상부 스러스트 부재 및 하부 스러스트 부재를 각각 수용하기 위해 슬리브에 있어서 상기 샤프트의 축방향에 대한 상부 및 하부에 각각 형성된다.
또한, 상기 슬리브는 상기 샤프트와 슬리브 사이에 레디얼베어링부가 형성되도록 상기 슬리브의 내주면에 형성된 레디얼베어링홈와, 유체동압베어링부를 형성하기 위해 주입된 유체 상부 및 하부로 나누고 샤프트의 축방향으로 오일계면을 각각 형성시키기 위한 만입홈이 형성된다.
또한, 상기 슬리브는 상기 만입홈의 압력과 슬리브 외주부의 압력을 동일하게 형성시키기 위해 연통홀을 더 포함한다.
또한, 상기 상부 스러스트 부재는 내주면이 상기 샤프트에 결합되는 원판부와, 상기 원판부로 부터 샤프트의 축방향으로 연장된 돌출부와, 상기 원판부와 돌출부를 연결하고, 상기 슬리브와의 간격에 의해 오일계면을 형성하기 위한 곡선부가 형성된다.
또한, 상기 하부 스러스트 부재는 내주면이 상기 샤프트에 결합되는 원판부와, 상기 원판부로 부터 샤프트의 축방향으로 연장된 돌출부와, 상기 원판부와 돌출부를 연결하고, 상기 슬리브와의 간격에 의해 오일계면을 형성하기 위한 곡선부가 형성된다.
또한, 상기 상부 스러스트 부재와 상기 슬리브 사이에 형성된 오일계면을 커버하면서 상기 슬리브의 상단부 내주면에 결합된 커버 더 포함한다.
그리고 본 발명에 따른 스핀들 모터는 슬리브, 상기 슬리브에 결합된 허브, 상기 허브의 내주면에 결합된 마그네트를 포함하는 회전부와, 상기 슬리브를 회전가능하도록 지지하는 샤프트, 상기 샤프트의 상부에 결합된 상부 스러스트 부재, 상기 샤프트의 하부에 결합된 하부 스러스트 부재, 상기 샤트프가 고정결합된 베이스, 상기 마그네트에 대향되도록 상기 베이스의 외주부에 결합된 전기자를 포함하는 고정부로 이루어지고, 작업유체인 오일이 주입되어 회전부와 고정부사이에 유체동압 베어링부가 형성되고, 상기 슬리브에는 상기 상부 스러스트 부재 및 상기 하부 스러스트 부재가 삽입되는 스러스트 부재 수용홈이 형성되고, 상기 스러스트 부재 수용홈에 오일이 내재되어 상기 상부 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면이 형성되고, 상기 하부 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면이 형성된다.
또한, 상기 상부 스러스트 부재는 내주면이 상기 샤프트에 결합되는 원판부와, 상기 원판부로 부터 샤프트의 축방향으로 연장된 돌출부와, 상기 원판부와 돌출부를 연결하고, 상기 슬리브와의 간격에 의해 오일계면을 형성하기 위한 곡선부가 형성된다.
또한, 상기 하부 스러스트 부재는 내주면이 상기 샤프트에 결합되는 원판부와, 상기 원판부로 부터 샤프트의 축방향으로 연장된 돌출부와, 상기 원판부와 돌출부를 연결하고, 상기 슬리브와의 간격에 의해 오일계면을 형성하기 위한 곡선부가 형성된다.
또한, 상기 상부 스러스트 부재와 상기 슬리브 사이에 형성된 오일계면을 커버하면서 상기 슬리브의 상단부 내주면에 결합된 커버 더 포함한다.
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 아니되며, 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 스핀들 모터의 샤프트가 고정되는 축 고정형 스핀들 모터에 있어서, 슬리브에 스러스트 부재 수용홈을 형성시키고, 상기 스러스트 부재 수용홈에 오일을 충전하여 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면을 형성시킴에 따라, 많은 오일이 함유되어 스핀들 모터의 수명이 연장될 뿐만 아니라, 외부충격에 강하고, 안정된 시스템으로 구현가능한 유체동압베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유체동압베어링 어셈블리를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 유체동압베어링 어셈블리의 개략적인 부분분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 유체동압베어링 어셈블리를 포함하는 일실시예에 따른 스핀들 모터를 개략적으로 도시한 단면도.
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, "제1", "제2", "일면", "타면" 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 발명에 따른 유체동압베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 회전축 및 슬리브의 유체동압베어링 어셈블리를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 유체동압베어링 어셈블리의 개략적인 부분분해사시도이다.
도시한 바와 같이, 상기 유체동압베어링 어셈블리는 슬리브(110), 샤프트(120), 상부 스러스트 부재(130a), 하부 스러스트 부재(130b), 커버(140), 베이스(150)를 포함한다.
그리고 상기 슬리브(110)는 샤프트(120)에 삽입되고, 상기 샤프트(120)에 의해 회전가능하도록 지지된다. 그리고 상기 샤프트와 슬리브 사이에 오일이 주입되어 유체동압베어링부가 형성되도록 상기 슬리브의 내경은 샤프트의 외경과 미세간격으로 설계된다.
또한, 도 2에 보다 자세히 도시한 바와 같이, 상기 슬리브(110)는 스러스트 부재 수용홈(111), 레디얼베어링홈(112), 만입홈(113) 및 연통홀(114)이 형성된다. 상기 스러스트 부재 수용홈(111)은 슬리브(110)에 있어서 샤프트의 축방향에 대한 상부 및 하부에 각각 형성되고, 상부 스러스트 부재(130a) 및 하부 스러스트 부재(130b)를 각각 수용하기 위한 것이다. 또한, 상기 상부 스러스트 부재(130a) 및 하부 스러스트 부재(130b)가 스러스트 부재 수용홈(111)에 수용되고, 유체동압베어링부를 형성하기 위해 오일이 주입될 경우, 상기 오일은 상기 스러스트 부재 수용홈(111)에 충분히 내재되고, 상기 샤프트(120)의 축방향에 대한 상부 및 하부로 스러스트 부재 수용홈(111)과 상부 스러스트 부재(130a) 및 하부 스러스트 부재(130b)의 외주면 사이에 각각 오일계면(I 1,I 2)이 형성된다.
그리고 상기 레디얼베어링홈(112)은 상기 슬리브(110)와 샤프트(120) 사이에 레디얼베어링부가 형성시키기 위한 것으로, 상기 슬리브(110)의 내주면에 형성된다. 또한, 상기 레디얼베어링홈(112)은 상기 슬리브(110)의 내주면의 상부 및 하부에 2개 형성될 수 있다. 또한 상기 레디얼베어링홈은 슬리브에 형성되지 않고, 상기 회전축의 외주면의 상부 및 하부에 2개가 선택적으로 형성될 수도 있다.
그리고 상기 만입홈(113)은 유체동압베어링부를 형성하기 위해 주입된 오일을 상부 및 하부로 나누기 위한 것이고, 단면은 "V"자 형상으로 이루어질 수 있고, 상기 만입홈(113)에 의해 상기 샤프트의 축방향으로 오일계면(I3,I4)이 형성된다. 또한 상기 만입홈(113)의 압력과 상기 슬리브(110) 외주부의 압력을 동일하게 형성시키기 위해 연통홀(114)이 형성될 수 있다.
그리고 상기 상부 스러스트 부재(130a) 및 상기 하부 스러스트 부재(130b)는 상기 샤프트(120)의 상부 및 하부에 각각 압입 또는 본딩제에 의해 결합되고, 상기 슬리브(110)의 스러스트 부재 수용홈(111)에 삽입되어 오일계면(I 1,I 2)을 형성시킨다. 이를 위해 상기 상부 스러스트 부재(130a) 및 상기 하부 스러스트 부재(130b)는 각각 내주면이 상기 샤프트(120)에 결합되는 원판부(131), 상기 원판부(131)로 부터 샤프트의 축방향으로 연장된 돌출부(132), 상기 원판부와 돌출부를 연결하고, 상기 슬리브와의 간격에 의해 오일계면(I 1,I 2)을 형성하기 위한 곡선부(133)가 형성된다. 또한, 스러스트베어링부를 형성하기 위해 상기 슬리브의 상면에 대향되는 상기 원판부의 일면에는 스러스트 동압발생홈(미도시)이 형성될 수 있다.
그리고 상기 샤프트(120)는 축방향 상부 및 하부에 각각 상부 스러스트 부재(130a) 및 하부 스러스트 부재(130b)가 각각 결합되고, 베이스(150)에 장착고정된다.
그리고 상기 커버(140)는 상부 스러스트 부재(130a)와 상기 슬리브(110) 사이에 형성된 오일계면(I 1)을 보호하기 위한 것으로서, 상기 슬리브(130)의 상단부 내주면에 결합된다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명에 따른 유체동압베어링 어셈블리는 오일 주입후 오일계면의 위치조절이 가능하고, 슬리브에 삽입되는 상기 상부 및 하부 스러스트 부재를 통해 충분히 오일을 확보할 수 있어 장기간의 수명을 확보할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 유체동압베어링 어셈블리를 포함하는 일실시예에 따른 스핀들 모터를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도시한 바와 같이, 스핀들 모터(100)는 슬리브(110), 커버(140), 허브(160) 및 마그네트(170)를 포함하는 회전부와, 샤프트(120), 상부 스러스트 부재(130a), 하부 스러스트 부재(130b), 베이스(150), 전기자(180)를 포함하는 고정부로 이루어지고, 작업유체인 오일이 충전되어 회전부와 고정부사이에 유체동압 베어링부가 형성된다.
그리고 상기 회전부에 있어서, 상기 슬리브(110)는 상기 샤프트(120)에 삽입되어 회전가능하도록 지지된다. 또한 상기 슬리브(110)는 도 1,2에 따른 설명을 통해 그 형상 및 기능에 대하여 전술한 바, 이에 대하여 생략한다.
상기 허브(160)는 슬리브(110)의 상단부 외주면에 압입 또는 접착등에 의해 고정된다. 보다 구체적으로, 상기 허브(160)는 상기 슬리브(110)의 상단부에 고정되는 원통부(161), 상기 원통부(161)로 부터 반경방향 외측으로 연장된 원판부(162), 상기 원판부(162)의 반경방향 외측 단부에서 회전축의 축방향으로 하향 연장되는 측벽부(163)로 이루어진다.
또한, 상기 측벽부(163)의 내주면에는 상기 코어(181) 및 코일(182)로 이루어진 전기자(180)에 대향되도록 환고리형으로 이루어진 상기 마그네트(170)가 장착된다.
그리고 상기 커버(140)는 전술한 바와 같이, 상기 슬리브(110)의 상단부 내주면에 장착되어 상부 스러스트 부재(130a) 및 상기 슬리브(110) 사이에 형성된 오일계면(I 1)을 보호한다.
다음으로 상기 고정부에 있어서, 상기 샤프트(120)는 도 1,2를 통해 전술한 바와 같이, 상기 슬리브(110)를 회전가능하도록 지지하고, 상기 샤프트(120)의 상부 및 하부에 각각 상부 스러스트 부재(130a) 및 하부 스러스트 부재(130b)가 결합된다. 또한 상기 샤프트(120)의 하단부는 상기 베이스(150)의 내주면에 압입 또는 접착등에 의해 고정된다.
그리고, 상기 베이스(160)의 내주부에는 상기 슬리브(110)가 수용되고, 외주부에는 상기 마그네트(170)에 대향하도록 코어(181) 및 코일(182)로 이루어진 전기자(180)가 압입 또는 접착등에 의해 고정결합된다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명에 따른 유체동압베어링 어셈블리를 갖는 스핀들 모터(100)는 상기 슬리브는 전기자와 마그네트의 전자기력에 의해 로터와 함께 회전되고, 상기 슬리브에 삽입되는 상기 상부 및 하부 스러스트 부재를 통해 충분히 오일을 확보할 수 있어 장기간의 수명을 확보할 수 있게 된다.
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.
100 : 스핀들 모터 110 : 슬리브
111 : 스러스트 부재 수용홈 112 : 레디얼베어링홈
113 : 만입홈 114 : 연통홀
120 : 샤프트 130a : 상부 스러스트 부재
130b : 하부 스러스트 부재 140 : 커버
150 : 베이스 160 : 허브
170 : 마그네트 180 : 전기자

Claims (11)

  1. 샤프트;
    상기 샤프트의 상부에 결합된 상부 스러스트 부재;
    상기 샤프트의 하부에 결합된 하부 스러스트 부재; 및
    상기 샤프트에 회전가능하도록 삽입되고, 상기 상부 스러스트 부재 및 상기 하부 스러스트 부재가 삽입되는 스러스트 부재 수용홈이 형성된 슬리브를 포함하고,
    상기 샤프트와 슬리브 사이에 오일이 주입되어 유체동압베어링부가 형성되고, 상기 스러스트 부재 수용홈에 오일이 내재되어 상기 상부 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면이 형성되고, 상기 하부 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면이 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스러스트 부재 수용홈은
    상부 스러스트 부재 및 하부 스러스트 부재를 각각 수용하기 위해 슬리브에 있어서 상기 샤프트의 축방향에 대한 상부 및 하부에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 어셈블리.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬리브는 상기 샤프트와 슬리브 사이에 레디얼베어링부가 형성되도록 상기 슬리브의 내주면에 형성된 레디얼베어링홈와, 유체동압베어링부를 형성하기 위해 주입된 유체 상부 및 하부로 나누고 샤프트의 축방향으로 오일계면을 각각 형성시키기 위한 만입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 어셈블리.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 슬리브는
    상기 만입홈의 압력과 슬리브 외주부의 압력을 동일하게 형성시키기 위해 연통홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 어셈블리.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 스러스트 부재는
    내주면이 상기 샤프트에 결합되는 원판부;
    상기 원판부로 부터 샤프트의 축방향으로 연장된 돌출부;
    상기 원판부와 돌출부를 연결하고, 상기 슬리브와의 간격에 의해 오일계면을 형성하기 위한 곡선부가 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 어셈블리.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 스러스트 부재는
    내주면이 상기 샤프트에 결합되는 원판부;
    상기 원판부로 부터 샤프트의 축방향으로 연장된 돌출부;
    상기 원판부와 돌출부를 연결하고, 상기 슬리브와의 간격에 의해 오일계면을 형성하기 위한 곡선부가 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 어셈블리.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 스러스트 부재와 상기 슬리브 사이에 형성된 오일계면을 커버하면서 상기 슬리브의 상단부 내주면에 결합된 커버 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 어셈블리.
  8. 슬리브, 상기 슬리브에 결합된 허브, 상기 허브의 내주면에 결합된 마그네트를 포함하는 회전부와,
    상기 슬리브를 회전가능하도록 지지하는 샤프트, 상기 샤프트의 상부에 결합된 상부 스러스트 부재, 상기 샤프트의 하부에 결합된 하부 스러스트 부재, 상기 샤트프가 고정결합된 베이스, 상기 마그네트에 대향되도록 상기 베이스의 외주부에 결합된 전기자를 포함하는 고정부로 이루어지고, 작업유체인 오일이 주입되어 회전부와 고정부사이에 유체동압 베어링부가 형성되고,
    상기 슬리브에는 상기 상부 스러스트 부재 및 상기 하부 스러스트 부재가 삽입되는 스러스트 부재 수용홈이 형성되고,
    상기 스러스트 부재 수용홈에 오일이 내재되어 상기 상부 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면이 형성되고, 상기 하부 스러스트 부재와 슬리브 사이에 오일계면이 형성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부 스러스트 부재는
    내주면이 상기 샤프트에 결합되는 원판부;
    상기 원판부로 부터 샤프트의 축방향으로 연장된 돌출부;
    상기 원판부와 돌출부를 연결하고, 상기 슬리브와의 간격에 의해 오일계면을 형성하기 위한 곡선부가 형성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 하부 스러스트 부재는
    내주면이 상기 샤프트에 결합되는 원판부;
    상기 원판부로 부터 샤프트의 축방향으로 연장된 돌출부;
    상기 원판부와 돌출부를 연결하고, 상기 슬리브와의 간격에 의해 오일계면을 형성하기 위한 곡선부가 형성된 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부 스러스트 부재와 상기 슬리브 사이에 형성된 오일계면을 커버하면서 상기 슬리브의 상단부 내주면에 결합된 커버 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 어셈블리.
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