KR20130073687A - 스핀들 모터 - Google Patents

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KR20130073687A
KR20130073687A KR1020110141670A KR20110141670A KR20130073687A KR 20130073687 A KR20130073687 A KR 20130073687A KR 1020110141670 A KR1020110141670 A KR 1020110141670A KR 20110141670 A KR20110141670 A KR 20110141670A KR 20130073687 A KR20130073687 A KR 20130073687A
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KR
South Korea
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oil
shaft
dummy
sleeve
spindle motor
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Application number
KR1020110141670A
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Inventor
신현호
유창조
Original Assignee
삼성전기주식회사
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    • G—PHYSICS
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    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B19/00—Driving, starting, stopping record carriers not specifically of filamentary or web form, or of supports therefor; Control thereof; Control of operating function ; Driving both disc and head
    • G11B19/20—Driving; Starting; Stopping; Control thereof
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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    • G11B19/20—Driving; Starting; Stopping; Control thereof
    • G11B19/2009—Turntables, hubs and motors for disk drives; Mounting of motors in the drive
    • G11B19/2036—Motors characterized by fluid-dynamic bearings

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  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 스핀들 모터에 관한 것으로서, 고정부재 및 상기 고정부재와의 사이에 형성되는 베어링 간극에 오일이 충진되고 상기 고정부재에 상대 회전하는 회전부재를 포함하고, 상기 고정부재 및 상기 회전부재는 상기 베어링 간극에 채워지는 오일이 공기와의 경계에서 형성하는 기액계면과 외부를 연통하는 오일확산경로를 형성하며, 상기 고정부재 및 상기 회전부재 중 적어도 하나에는 상기 오일확산경로로 개구되고 내부의 적어도 일부에 오일이 채워지는 적어도 하나의 더미 오일홈을 구비할 수 있다.

Description

스핀들 모터{SPINDLE MOTOR}
본 발명은 스핀들 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 스핀들 모터가 사용된다.
이러한 소형의 스핀들 모터는 유체 동압 베어링 어셈블리가 이용되고 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리의 회전부재와 고정부재 사이에는 윤활 유체가 개재되어 상기 윤활 유체에서 생기는 유체 압력으로 샤프트를 지지하게 된다.
또한, 유체 동압 베어링 어셈블리를 채용하는 있는 스핀들 모터에서 윤활 유체(오일)는 표면장력 및 모세관 현상에 의해 공기와의 경계에서 기액계면이 형성되며 이를 이용하여 상기 유체의 실링부를 구성하고 있다.
다만, 상기 오일은 다른 요인에 의해 외부로 유출되기도 하나, 대부분은 오일의 분압차에 의해 형성되는 오일의 농도구배에 의한 확산에 의해 오일이 비산될 수 있다. 이에, 확산에 의해 누출되는 오일의 양을 저감시킬 수 있는 방안이 요구된다.
미국등록특허 제6380651호 일본공개특허 제2006-211795호
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 오일의 분압차에 의해 형성되는 오일의 농도구배에 의한 오일의 확산 현상에 의한 오일의 누설을 방지할 수 있는 모터의 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터는 고정부재; 및 상기 고정부재와의 사이에 형성되는 베어링 간극에 오일이 충진되고, 상기 고정부재에 상대 회전하는 회전부재;를 포함하고, 상기 고정부재 및 상기 회전부재는, 상기 베어링 간극에 채워지는 오일이 공기와의 경계에서 형성하는 기액계면과 외부를 연통하는 오일확산경로를 형성하며, 상기 고정부재 및 상기 회전부재 중 적어도 하나에는, 상기 오일확산경로로 개구되고, 내부의 적어도 일부에 오일이 채워지는 적어도 하나의 더미 오일홈을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 더미 오일홈은 원주방향을 따라 환형으로 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 더미 오일홈은 상기 더미 오일홈의 바닥에서 상기 오일확산경로 방향으로 갈수록 단면의 넓이가 커지도록 측면이 경사지도록 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 더미 오일홈과 외부를 연통하는 적어도 하나의 연통홀을 구비하고, 상기 연통홀은 캡으로 밀봉될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 캡은 착탈 가능할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 더미 오일홈은 상기 오일확산경로가 래버린스 실로 구비되는 부분으로 개구될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 더미 오일홈에 채워지는 오일은 상기 베어링 간극에 채워지는 오일과 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 회전부재는 샤프트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 고정부재는 샤프트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하드 디스크 드라이브는 하우징에 결합되어 디스크를 회전시키는 본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터; 상기 디스크의 데이터를 기록 및 재생하기 위한 자기 헤드; 및 마그네트와 코일에 의한 전자기적 상호 작용에 의해 상기 자기 헤드를 상기 디스크 상의 소정의 위치로 이동시키는 헤드 이송부;를 포함할 수 있다.
본 발명을 이용하면, 오일의 분압차에 의해 형성되는 오일의 농도구배에 의한 오일의 확산 현상에 의한 오일의 누설을 방지할 수 있는 모터의 제공이 가능하다.
아울러, 확산의 원리를 이용한 간단한 구조의 추가로 문제의 해결이 가능하므로 별도의 제조 라인을 추가하지 않고도 모터의 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 나타내는 개략 단면도이고,
도 2는 도 1의 'A' 부분의 확대도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터에서 로터를 보여주는 개략 단면 사시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터를 나타내는 개략 단면도이며,
도 5는 도 4의 'B'와 'B'' 부분의 확대도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터에서 샤프트를 보여주는 개략 단면 사시도이며,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터에서 베이스 부재를 보여주는 개략 사시도이고,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모터를 이용하는 디스크 구동장치의 개략 단면도이며,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 모터에서 오일확산경로에서 윤활유체인 오일의 분압분포를 보여주는 그래프이다.
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 나타내는 개략 단면도이고, 도 2는 도 1의 'A' 부분의 확대도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터에서 로터를 보여주는 개략 단면 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리(110)를 포함하는 모터(100)는 스러스트 플레이트(113) 및 캡부재(114)를 포함하는 유체 동압 베어링 어셈블리(110), 코일(132)이 권선되는 코어(131)를 포함하는 스테이터(130) 및 로터케이스(121)를 포함하는 로터(120)를 포함할 수 있다.
이하 상기 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
유체 동압 베어링 어셈블리(110)는 샤프트(111), 슬리브(112), 스러스트 플레이트(113) 및 캡부재(114)를 포함할 수 있다.
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축방향은 도 1에서 볼 때, 상기 샤프트(111)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 반경 방향 외측 또는 내측 방향은 상기 샤프트(111)를 기준으로 상기 로터(120)의 외측단 방향 또는 상기 로터(120)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(111)의 중심 방향을 의미한다.
아울러, 이하 설명에서 회전부재는 샤프트(111), 스러스트 플레이트(113), 로터케이스(121)를 포함하는 로터(120), 이에 장착되는 마그네트(122) 등을 포함하는 회전하는 부재이며, 고정부재는 상기 회전부재를 제외한 나머지 부재로 슬리브(112), 스테이터(130), 베이스 등 상기 회전부재와 상대적으로 고정되어 있는 부재일 수 있다.
슬리브(112)는 상기 샤프트(111)의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(111)를 지지할 수 있으며, Cu 또는 Al을 단조하거나, Cu-Fe계 합금 분말 또는 SUS계 분말을 소결하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 샤프트(111)는 상기 슬리브(112)의 축공과 베어링 간극(C)을 가지도록 삽입되고, 상기 베어링 간극(C)에는 윤활 유체인 오일이 충전되며 상기 샤프트(111)의 외경 및 상기 슬리브(112)의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 래디얼 동압홈에 의해 상기 로터(120)의 회전을 부드럽게 지지할 수 있다.
상기 래디얼 동압홈은 상기 슬리브(112)의 축공의 내부인 상기 슬리브(112)의 내측면에 형성되며, 상기 샤프트(111)의 회전 시에 상기 샤프트(111)가 상기 슬리브(112)의 내측면과 소정 간격 이격하여 부드럽게 회전하도록 압력을 형성시키게 된다.
다만, 상기 래디얼 동압홈은 상기 언급한 바와 같이 상기 슬리브(112)의 내측면에 마련되는 것에 한정하지 않으며, 상기 샤프트(111)의 외경부에 마련되는 것도 가능하며, 갯수도 제한이 없다는 것을 밝혀둔다.
상기 슬리브(112)에는 슬리브(112)의 상부와 하부를 연통하도록 형성되는 바이패스 채널(112a)을 구비하여, 유체 동압 베어링 어셈블리(110) 내부의 윤활 유체인 오일의 압력을 분산시켜 평형을 유지할 수 있도록 할 수 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(110) 내부에 존재하는 기포 등을 순환에 의해 배출되도록 이동시킬 수 있다.
상기 슬리브(112) 하부에는 베어링 간극(C)을 유지한 상태로 상기 슬리브(112)와 결합하며, 상기 베어링 간극(C)에는 윤활 유체인 오일을 수용하는 커버플레이트(115)가 결합될 수 있다.
상기 커버플레이트(115)는 상기 슬리브(112) 사이의 간극에 윤활 유체를 수용하여 그 자체로서 상기 샤프트(111)의 하면을 지지하는 베어링으로서의 기능을 수행할 수 있다.
스러스트 플레이트(113)는 상기 슬리브(112)의 축방향 상부에 배치되며, 중앙에 샤프트(111)의 단면에 상응하는 홀을 구비하여, 이 홀에 상기 샤프트(111)가 삽입되어 고정될 수 있다.
이때, 상기 스러스트 플레이트(113)는 별도로 제조되어 상기 샤프트(111)와 결합할 수도 있으나, 제조시부터 상기 샤프트(111)와 일체로 형성될 수도 있으며, 상기 샤프트(111)의 회전 운동시 상기 샤프트(111)를 따라 회전 운동하게 된다.
또한, 상기 스러스트 플레이트(113)의 하면에는 상기 샤프트(111)에 스러스트 동압을 제공하는 스러스트 동압홈이 형성될 수 있다.
상기 스러스트 동압홈은 상기 언급한 바와 같이 상기 스러스트 플레이트(113)의 하면에 형성되는 것에 한정하지 않으며 상기 스러스트 플레이트(113)의 하면에 대응되는 슬리브(112)의 상면에도 형성될 수 있다.
캡부재(114)는 스러스트 플레이트(113) 상측에서 압입되어 상기 스러스트 플레이트(113) 사이에서 윤활 유체가 실링되도록 하는 부재이다.
상기 캡부재(114)는 상기 스러스트 플레이트의 상부에 배치되는 수평부(114a) 및 상기 수평부(114a)의 외측단에서 하측으로 연장되는 수직부(114b)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 수직부(114b)의 내주면이 상기 슬리브(112)의 외주면에 압입되거나 접착제를 이용하여 본딩 결합될 수 있다.
상기 캡부재(114)는 윤활 유체가 실링되도록 하기 위해 상기 스러스트 플레이트(113)와 마주보는 하면이 테이퍼진 형상으로 구비될 수 있으며, 이는 모터 구동시 윤활 유체가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해 모세관 현상 및 윤활 유체의 표면 장력을 이용한 것이다.
스테이터(130)는 코일(132), 코어(133) 및 베이스 부재(131)를 포함할 수 있다.
다시 말하면, 상기 스테이터(130)는 전원인가 시 일정크기의 전자기력을 발생시키는 코일(132) 및 상기 코일(132)이 권선되는 복수개의 코어(133)를 구비하는 고정 구조물일 수 있다.
상기 코어(133)는 패턴회로가 인쇄된 인쇄회로기판(미도시)이 구비되는 베이스 부재(131)의 상부에 고정 배치되고, 상기 권선코일(132)과 대응하는 베이스 부재(131)의 상부면에는 상기 권선코일(132)을 하부로 노출시키도록 일정크기의 코일공이 복수개 관통형성될 수 있으며, 상기 권선코일(132)은 외부전원이 공급되도록 상기 인쇄회로기판(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 베이스 부재(131)는 상기 슬리브(112)의 외주면이 압입되어 고정되고, 상기 코일(132)이 권선되는 코어(133)가 삽입될 수 있으며, 상기 베이스 부재(131)의 내면 혹은 상기 슬리브(112)의 외면에 접착제를 도포하여 조립될 수 있다.
로터(120)는 상기 스테이터(130)에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전 구조물이며, 상기 코어(133)와 일정 간격을 두고 서로 대응되는 환고리형의 마그네트(122)를 외주면에 구비하는 로터 케이스(121)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 마그네트(122)는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정 세기의 자기력을 발생시키는 영구자석으로 구비된다.
여기서, 상기 로터 케이스(121)는 샤프트(111)의 상단에 압입되어 고정되도록 하는 허브베이스(121a) 및 상기 허브베이스(121a)에서 외경방향으로 연장되고 축방향 하측으로 절곡되어 상기 마그네트(122)를 지지하는 마그네트 지지부(121b)로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 오일계면에서 확산에 의해 윤활 유체인 오일이 비산 또는 누설되는 것을 방지하는 수단을 구비할 수 있다.
도 9를 참고하면, 오일의 확산을 방지할 수 있는 별도의 수단이 구비되지 않은 경우에는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 오일의 농도 구배가 기액계면에서 외부로 대략 리니어 하게 감소하도록 형성되므로, 지속적으로 확산에 의한 오일의 누설이 발생할 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에서는, 베어링 간극(C)에 채워지는 오일이 공기와의 경계에서 형성하는 기액계면과 외부를 연통하는 오일확산경로(R1)에 오일이 채워지는 더미 오일홈(123)을 적어도 하나 구비하도록 할 수 있다. 즉, 오일확산경로(R1)를 형성하는 고정부재 및 회전부재 중 적어도 하나에, 상기 오일확산경로(R1)로 개구되고, 내부의 적어도 일부에 오일이 채워지는 적어도 하나의 더미 오일홈(123)을 구비하도록 할 수 있다.
오일확산경로(R1)로 개구되어 추가로 오일의 확산을 가능하게 하는 더미 오일홈(123)을 구비하면, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 기액계면에서 상기 더미 오일홈(123)이 위치하는 부분까지는 오일의 농도 구배가 감소하다가 다시 증가하고, 상기 더미 오일홈(123)이 위치하는 부분을 지나서야 비로소 오일의 농도 구배가 외부로 대략 리니어 하게 감소하도록 형성되므로, 상기 더미 오일홈(123)에 채워진 오일이 모두 비산 또는 누설되고 난 후에 비로소 모터의 베어링 간극(C)에 채워지는 오일의 비산이나 누설이 발생하게 되므로, 확산에 의해 베어링 간극(C)에 채워진 오일의 누설을 효율적으로 방지할 수 있다.
여기서, 상기 더미 오일홈(123)은 원주방향을 따라 환형으로 구비될 수 있다. 도 3에서 보듯이, 원부방향을 따라 환형으로 구비되는 더미 오일홈(123)에 오일이 채워짐으로써 기액계면의 전면에 해당하는 방향에 더미 오일홈(123)이 구비됨으로써 오일의 비산을 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 더미 오일홈(123)은 상기 더미 오일홈(123)의 바닥에서 상기 오일확산경로 방향으로 갈수록 단면의 넓이가 커지도록 측면이 경사지도록 구비할 수 있다. 즉, 상기 더미 오일홈(123)의 바닥에서 외부 방향으로 갈수록 단면의 넓이가 커지도록 측면이 경사지도록 구비할 수 있다. 이는 모세관 현상이 효율적으로 발생하도로 하여 오일의 실링을 명확하게 할 수 있다.
또한, 상기 더미 오일홈(123)은 상기 오일확산경로(R1)가 래버린스 실(L1, labyrinth seal)로 구비되는 부분으로 개구되도록 할 수 있다. 오일확산경로(R1)는 다양한 부재(고정부재 및 회전부재)에 의해 형성되며, 이의 직경은 위치에 따라 다양할 수 있다. 즉, 모터의 구조에 따라 오일확산경로(R1)의 단면 사이즈는 다양할 수 있다. 그러므로, 분압차에 의한 확산을 방지하기 위한 차원에서 구비되는 더미 오일홈(123)은 오일확산경로(R1)의 단면 사이즈가 작은 부분에 위치하도록 하는 것이 확산을 효율적으로 방지할 수 있다.
나아가, 상기 더미 오일홈(123)에 채워지는 오일은 상기 베어링 간극(C)에 채워지는 오일과 동일한 것을 이용할 수 있다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며 본 발명의 적용을 위해 다양한 종류의 오일을 이용할 수 있다.
한편, 상기 더미 오일홈(123)과 외부를 연통하는 적어도 하나의 연통홀(124)을 구비하고, 상기 연통홀(124)은 캡(125)으로 밀봉할 수 있다. 즉, 더미 오일홈(123)의 내부에 채우진 오일이 확산에 모두 소진되면 추가로 오일을 리필할 수 있는 수단으로 연통홀(124)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 연통홀(124)은 착탈 가능한 캡(125)으로 밀봉되어 반복적으로 활용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 로터(120)에 더미 오일홈(123)이 구비되는 것이 개시되어 있으나, 더미 오일홈(123)의 구비 위치는 이에 한정하는 것은 아니며, 오일확산경로(R1)라면 어느 위치에든 구비될 수 있다. 가령, 도면에 점선으로 도시되듯이 더미 오일홈(127)은 캡부재(114)의 수직부(114b)외주면과 주벽부(129) 사이로 개구되도록 구비될 수 있다. 나아가, 회전부재든 고정부재든 구분 없이 어느 부재에라도 구비될 수 있다. 도면의 도시에서는 회전부재인 로터(120)에 더미 오일홈(123)이 구비되는 것이 개시되나 이에 한정하지 않으며 이와 마주보는 캡부재(114)에도 구비될 수 있다.
또한, 도면의 도시에서는 더미 오일홈(125)의 길이 방향이 오일확산경로(R1)의 방향과 수직하도록 구비되는 것이 개시되나, 이에 한정하지 않으며 상기 더미 오일홈(125)은 상기 오일확산경로(R1)에 경사진 형상으로 구비될 수 있다(도 4 또는 도 5 참조).
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터를 나타내는 개략 단면도이며, 도 5는 도 4의 'B'와 'C' 부분의 확대도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터에서 샤프트를 보여주는 개략 단면 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀들 모터(200)는 베이스부재(210), 하부 스러스트부재(220), 샤프트(230), 슬리브(240), 로터 허브(250) 및 상부 스러스트부재(260)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 유체 동압 베어링 어셈블리는 샤프트(230), 슬리브(240), 상,하부 스러스트 부재(220)(260) 및 로터 허브(250)를 포함하는 구성일 수 있다.
여기서, 먼저 방향에 대한 용어를 정의하면, 축 방향은 도 4에서 볼 때, 상,하 방향, 즉 샤프트(230)의 하부측으로부터 상부측을 향하는 방향 또는 샤프트(230)의 하부측으로부터 상부측을 향하는 방향을 의미하고, 반경 방향은 도 4에서 볼 때, 좌,우 방향, 즉 샤프트(230)로부터 로터 허브(250)의 외주면을 향하는 방향 또는 로터 허브(250)의 외주면으로부터 샤프트(230)를 향하는 방향을 의미하고, 원주 방향은 회전 중심에서 소정 거리 이격하는 반경을 갖는 원의 원주를 따라 회전되는 방향을 의미한다.
아울러, 이하 설명에서 회전부재는 슬리브(240), 로터 허브(250) 및 이에 장착되는 마그네트(280) 등을 포함하는 회전하는 부재이며, 고정부재는 상기 회전부재를 제외한 나머지 부재로 샤프트(230), 상,하부 스러스트 부재(220)(260) 및 베이스부재(210) 등 상기 회전부재에 상대적으로 고정되어 있는 부재일 수 있다.
베이스부재(210)는 로터 허브(250)와 함께 소정 공간를 형성토록 장착홈(212)을 구비할 수 있다. 그리고, 베이스부재(210)는 축방향 상부측으로 연장 형성되어 외주면에 스테이터 코어(202)가 설치되는 결합부(214)를 구비할 수 있다.
또한, 결합부(214)의 외주면에는 스테이터 코어(202)가 안착되어 설치될 수 있도록 안착면(214a)이 구비될 수 있다. 그리고, 결합부(214)에 안착된 스테이터 코어(202)는 상기한 베이스부재(210)의 장착홈(212) 상부에 배치될 수 있다.
샤프트(230)는 베이스부재(210)에 고정 설치된다. 즉, 샤프트(230)의 하단부가 베이스부재(210)에 형성된 설치홀(210a)에 삽입되도록 설치될 수 있다. 또한, 샤프트(230)의 하단부는 베이스부재(210)의 내부면과 접착제 또는/및 용접에 의해 접합될 수 있다. 이에 따라, 샤프트(230)가 고정될 수 있다.
한편, 샤프트(230)는 이하 설명할 상부 및 하부 스러스트부재(260)(220), 베이스부재(210)와 함께 고정부재, 즉 스테이터에 포함되는 구성일 수 있다.
샤프트(230)의 상면에는 덮개부재(미도시)가 고정 설치될 수 있도록 결합수단, 예를 들어 나사가 체결되는 나사부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 샤프트(230)의 외주면 또는 상기 슬리브(240)의 내주면 중 적어도 어느 하나에는 슬리브(240)의 회전 구동시 유체 동압을 형성하기 위한 상,하부 래디얼 동압홈(241)이 형성될 수 있다. 나아가, 상기 상,하부 래디얼 동압홈(241) 사이에는 베어링 간극이 다른 부분보다 넓게 형성되는 리저버부(231)가 구비될 수 있다.
슬리브(240)는 샤프트(230)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 이를 위해 슬리브(240)는 샤프트(230)가 삽입되는 관통홀(241)로 구비되는 축받침부를 구비할 수 있다. 한편, 슬리브(240)가 샤프트(230)에 설치되는 경우 슬리브(240)의 내주면과 샤프트(230)의 외주면은 소정 간격 이격 배치되어 베어링 간극(C)을 형성할 수 있다. 그리고, 이 베어링 간극(C)에 윤활유체가 충진될 수 있다.
아울러, 상기 슬리브(240)는 이하 설명할 상부 및 하부 스러스트부재(260)(220)가 수납되는 상부 및 하부 홈부(248)(249)가 구비될 수 있다. 상기 상부 및 하부 홈부(248)(249)는 각각 홈부 바닥(248a)(249a) 및 홈부 측벽(248b)(249b)에 의해 형성될 수 있다. 본 실시예에서 홈부 바닥이라는 용어는 상기 홈부(248)(249)에 있어서 축방향과 수직하게 형성되는 면을 의미할 수 있으며, 홈부 측벽은 상기 축방향과 나란하게 형성되는 면을 의미할 수 있다.
또한, 슬리브(240)의 내부면에는 슬리브(240)의 회전시 베어링 간극(C)에 충진된 윤활유체(오일)를 매개로 하여 유체 동압을 발생시키기 위한 래디얼 동압홈(241)이 형성될 수 있다. 즉, 래디얼 동압홈(241)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상부와 하부에 구비될 수 있다.
다만, 래디얼 동압홈은 슬리브(240)의 내부면에 형성되는 경우로 한정되지 않으며, 샤프트(230)의 외주면에 형성될 수도 있으며, 헤링본, 스파이럴, 나사선 형상 등 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 슬리브(240)는 상기 슬리브(240)의 상부 홈부(248)와 하부 홈부(249)를 연통하는 순환홀(247)을 더 구비할 수 있다. 상기 순환홀(247)은 베어링 간극(C)의 윤활유체에 포함된 기포를 외부로 배출할 수 있으며, 윤활유체의 순환을 용이하게 할 수 있다.
로터 허브(250)는 슬리브(240)에 결합되어 슬리브(240)와 연동하여 회전된다.
로터 허브(250)는 슬리브(240)가 내부에 삽입 배치되는 삽입부(252a)가 형성된 로터 허브 바디(252)와, 로터 허브 바디(252)의 가장자리로부터 연장 형성되어 내부면에 마그넷 어셈블리(280)가 장착되는 장착부(254) 및 장착부(254)의 끝단으로부터 반경방향 외측을 향해 연장 형성되는 연장부(256)를 구비할 수 있다.
한편, 로터 허브 바디(252)의 내부면은 슬리브(240)의 외부면에 접합될 수 있다. 즉, 슬리브(240)의 접합면(245)에 로터 허브 바디(252)의 내부면이 접착제에 의해 또는/및 용접에 의해 접합될 수 있다. 또한, 압입 결합도 가능하다.
이에 따라, 로터 허브(250)의 회전시 슬리브(240)가 로터 허브(250)와 함께 회전될 수 있는 것이다.
또한, 장착부(254)는 로터 허브 바디(252)로부터 축방향 하측을 향하여 연장 형성된다. 그리고, 장착부(254)의 내부면에 마그넷 어셈블리(280)가 고정 설치될 수 있다.
한편, 마그넷 어셈블리(280)는 장착부(254)의 내부면에 고정 설치되는 요크(282)와, 요크(282)의 내주면에 설치되는 마그넷(284)으로 구성될 수 있다.
요크(282)는 마그넷(284)로부터의 자기장이 스테이터 코어(202)를 향하여 향하도록 하여 자속밀도를 증가시키도록 하는 역할을 수행한다. 한편, 요크(282)는 원형의 고리 형상을 가질 수 있으며, 마그넷(284)으로부터 발생되는 자기장에 의한 자속밀도를 향상시킬 수 있도록 일단부가 절곡된 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
마그넷(284)은 환고리 형상을 가질 수 있으며, 원주방향을 따라 N극, S극이 교대로 착자되어 일정세기의 자기장을 발생시키는 영구자석일 수 있다.
한편, 마그넷(284)은 코일(201)이 권선되는 스테이터 코어(202)의 선단에 대향 배치되며, 코일(201)이 권선된 스테이터 코어(202)와의 전자기적 상호작용에 의해 로터 허브(250)가 회전될 수 있도록 구동력을 발생시킨다.
즉, 코일(201)에 전원이 공급되면, 코일(201)이 권선된 스테이터 코어(202)와, 이에 대향 배치되는 마그넷(284)의 전자기적 상호작용에 의해 로터 허브(250)가 회전될 수 있는 구동력이 발생되고, 이에 따라 로터 허브(250)가 슬리브(240)와 연동하여 회전될 수 있다.
상부 스러스트 부재(260)는 샤프트(230)의 상단부에 고정 설치되며, 슬리브(240)의 상부 홈부 측벽(248b)과 함께 상부 기액계면(F3)을 형성한다. 상부 스러스트부재(260)는 내부면이 샤프트(230)에 접합되는 내측면(262)과, 상기 상부 스러스트부재(260)의 반경방향 외측에 구비되어 상기 상부 홈부 측벽(248b)과 함께 기액계면을 형성하는 외측면(264)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 외측면(264)은 상부측의 외경이 하부측의 외경보다 작게 형성되는 상부 경사부(261)로 구비될 수 있다.
한편, 상부 스러스트부재(260)의 저면 또는 상부 스러스트부재(260)의 저면에 대향 배치되는 슬리브(240)의 상부 홈부 바닥(248a)면 중 적어도 하나에는 스러스트 동압을 발생시키기 위한 스러스트 동압홈가 형성될 수 있다. 본 발명에서 상기 스러스트 동압홈는 상기 슬리브(240)에 순환홀(247)이 구비되지 않은 경우에는 반경 방향으로 구비되는 모든 방식의 스러스트 동압홈를 포함한다. 가령, 반경 방향으로 1개 또는 2개 이상이 구비되는 경우를 모두 포함한다. 한편, 본 발명에서 상기 슬리브(240)에 순환홀(247)이 구비되는 경우에는 상기 순환홀(247)을 기준으로 반경 방향 내측에 구비되는 스러스트 동압홈(243a) 만을 의미할 수 있다.
그리고, 상부 스러스트부재(260)의 상부에는 베어링 간극(B)에 충진되는 윤활유체가 상부측으로 누설되는 것을 방지하는 실링부재로 상부 캡(291)을 구비할 수 있다. 상기 상부 캡(291)은 상기 상부 홈부(248)을 축방향 상부에서 마감하여 상기 상부 홈부(248)를 통해 윤활유체가 비산하여 누설되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 상부 캡(291)은 슬리브(240)의 상부 홈부 측벽(248b)에 압입 또는 접착제 결합 방식으로 고정될 수 있으며, 샤프트(230)가 상부로 돌출되도록 구비되는 상부 캡(291)의 축공과 샤프트(230) 사이 간극의 간격을 좁게 형성함으로써, 증발된 윤활유체가 함유된 공기가 외부로 유출되는 것을 억제하여 상부 베어링 간극(C)에 충진되는 윤활유체의 감소를 억제할 수 있다.
하부 스러스트 부재(220)는 샤프트(230)의 하단부에 고정 설치되며, 슬리브(240)의 하부 홈부 측벽(249b)과 함께 하부 기액계면(F4)을 형성한다. 하부 스러스트부재(220)는 내부면이 샤프트(230)에 접합되는 내측면(222)과, 하부 스러스트 부재(220)의 반경방향 외측에 구비되어 상기 하부 홈부 측벽(249b)과 함께 기액계면을 형성하는 외측면(224)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 외측면(224)은 하부측의 외경이 상부측의 외경보다 작게 형성되는 하부 경사부(221)로 구비될 수 있다.
한편, 하부 스러스트부재(220)의 상면 또는 하부 스러스트부재(220)의 상면에 대향 배치되는 슬리브(240)의 하부 홈부 바닥(249a)면 중 적어도 하나에는 스러스트 동압을 발생시키기 위한 스러스트 동압홈가 형성될 수 있다. 본 발명에서 상기 스러스트 동압홈는 상기 슬리브(240)에 순환홀(247)이 구비되지 않은 경우에는 반경 방향으로 구비되는 모든 방식의 스러스트 동압홈를 포함한다. 가령, 반경 방향으로 1개 또는 2개 이상이 구비되는 경우를 모두 포함한다. 한편, 본 발명에서 상기 슬리브(240)에 순환홀(247)이 구비되는 경우에는 상기 순환홀(247)을 기준으로 반경 방향 내측에 구비되는 스러스트 동압홈(243a) 만을 의미할 수 있다.
그리고, 하부 스러스트부재(220)의 하부에는 베어링 간극(C)에 충진되는 윤활유체가 하부측으로 누설되는 것을 방지하는 실링부재로 하부 캡(293)을 구비할 수 있다. 상기 하부 캡(293)은 상기 하부 홈부(249)을 축방향 상부에서 마감하여 상기 하부 홈부(249)를 통해 윤활유체가 비산하여 누설되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 하부 캡(293)은 슬리브(240)의 하부 홈부 측벽(249b)에 압입 또는 접착제 결합 방식으로 고정될 수 있으며, 샤프트(230)가 하부로 돌출되도록 구비되는 하부 캡(293)의 축공과 샤프트(230) 사이 간극의 간격을 좁게 형성함으로써, 증발된 윤활유체가 함유된 공기가 외부로 유출되는 것을 억제하여 상부 베어링 간극(C)에 충진되는 윤활유체의 감소를 억제할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 오일계면에서 확산에 의해 윤활 유체인 오일이 비산 또는 누설되는 것을 방지하는 수단을 구비할 수 있다.
도 9를 참고하면, 오일의 확산을 방지할 수 있는 별도의 수단이 구비되지 않은 경우에는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 오일의 농도 구배가 기액계면에서 외부로 대략 리니어 하게 감소하도록 형성되므로, 지속적으로 확산에 의한 오일의 누설이 발생할 수 있다.
이에, 본 발명의 다른 실시예에서는, 베어링 간극(C)에 채워지는 오일이 공기와의 경계에서 형성하는 기액계면과 외부를 연통하는 오일확산경로(R2)(R3)에 오일이 채워지는 더미 오일홈(233)(213)을 적어도 하나 구비하도록 할 수 있다. 즉, 오일확산경로(R2)(R3)를 형성하는 고정부재 및 회전부재 중 적어도 하나에, 상기 오일확산경로(R2)(R3)로 개구되고, 내부의 적어도 일부에 오일이 채워지는 적어도 하나의 더미 오일홈(233)(213)을 구비하도록 할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 기액계면이 상부와 하부에 2개 구비되는 구조이므로, 오일확산경로(R2)(R3)로 2개 형성되며, 이에 따라 각 경로에 더미 오일홈(233)(213)을 구비하도록 할 수 있다.
오일확산경로(R2)(R3)로 개구되어 추가로 오일의 확산을 가능하게 하는 더미 오일홈(233)(213)을 구비하면, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 기액계면에서 상기 더미 오일홈(233)(213)이 위치하는 부분까지는 오일의 농도 구배가 감소하다가 다시 증가하고, 상기 더미 오일홈(233)(213)이 위치하는 부분을 지나서야 비로소 오일의 농도 구배가 외부로 대략 리니어 하게 감소하도록 형성되므로, 상기 더미 오일홈(233)(213)에 채워진 오일이 모두 비산 또는 누설되고 난 후에 비로소 모터의 베어링 간극(C)에 채워지는 오일의 비산이나 누설이 발생하게 되므로, 확산에 의해 베어링 간극(C)에 채워진 오일의 누설을 효율적으로 방지할 수 있다.
여기서, 상기 더미 오일홈(233)(213)은 원주방향을 따라 환형으로 구비될 수 있다. 도 6 및 도 7에서 보듯이, 원부방향을 따라 환형으로 구비되는 더미 오일홈(233)(213)에 오일이 채워짐으로써 기액계면의 전면에 해당하는 방향에 더미 오일홈(233)(213)이 구비됨으로써 오일의 비산을 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 더미 오일홈(233)(213)은 내부에서 외부로 갈수록 단면의 넓이가 커지도록 측면이 경사지도록 구비할 수 있다. 이는 모세관 현상이 효율적으로 발생하도로 하여 오일의 실링을 명확하게 할 수 있다.
또한, 상기 더미 오일홈(233)(213)은 상기 오일확산경로(R2)(R3)가 래버린스 실(L1, labyrinth seal)(L2)로 구비되는 부분으로 개구되도록 할 수 있다. 오일확산경로(R2)(R3)는 다양한 부재(고정부재 및 회전부재)에 의해 형성되며, 이의 직경은 위치에 따라 다양할 수 있다. 즉, 모터의 구조에 따라 오일확산경로(R2)(R3)의 단면 사이즈는 다양할 수 있다. 그러므로, 분압차에 의한 확산을 방지하기 위한 차원에서 구비되는 더미 오일홈(233)(213)은 오일확산경로(R2)(R3)의 단면 사이즈가 작은 부분에 위치하도록 하는 것이 확산을 효율적으로 방지할 수 있다.
나아가, 상기 더미 오일홈(123)에 채워지는 오일은 상기 베어링 간극(C)에 채워지는 오일과 동일한 것을 이용할 수 있다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며 본 발명의 적용을 위해 다양한 종류의 오일을 이용할 수 있다.
한편, 상기 더미 오일홈(233)과 외부를 연통하는 적어도 하나의 연통홀(234)을 구비하고, 상기 연통홀(234)은 캡(235)으로 밀봉할 수 있다. 즉, 더미 오일홈(233)의 내부에 채우진 오일이 확산에 모두 소진되면 추가로 오일을 리필할 수 있는 수단으로 연통홀(234)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 연통홀(234)은 착탈 가능한 캡(235)으로 밀봉되어 반복적으로 활용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 샤프트(230) 또는 베이스부재(210)에 더미 오일홈(233)(213)이 구비되는 것이 개시되어 있으나, 더미 오일홈의 구비 위치는 이에 한정하는 것은 아니며, 오일확산경로(R2)(R3)라면 어느 위치에든 구비될 수 있다. 가령, 도면에 점선으로 도시되듯이 더미 오일홈(215)은 하부스러스트부재(293)와 베이스부재(210) 사이로 개구되도록 구비될 수 있다. 나아가, 회전부재든 고정부재든 구분 없이 어느 부재에라도 구비될 수 있다. 도면의 도시에서는 고정부재인 샤프트(230)와 베이스부재(210)에 더미 오일홈(233)(213)이 구비되는 것이 개시되나 이에 한정하지 않으며 이와 마주보는 회전부재인 상부스러스트부재(291), 하부스러스트부재(293) 또는 슬리브(240)에도 구비될 수 있다.
또한, 도면의 도시와 같이 더미 오일홈(233)(213)은 길이방향이 오일확산경로(R1)의 방향과 경사지거나 수직하도록 구비될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 모터(100)(200)가 장착된 기록 디스크 구동장치(800)는 하드 디스크 구동장치이며, 모터(100)(200), 헤드 이송부(810) 및 하우징(820)을 포함할 수 있다.
상기 모터(100)(200)는 상기에서 설명한 본 발명의 모터의 특징을 모두 가지며, 기록 디스크(830)를 탑재할 수 있다.
상기 헤드 이송부(810)는 상기 모터(100)(200)에 탑재된 기록 디스크(830)의 정보를 검출하는 자기 헤드(815)를 검출하고자 하는 기록 디스크의 면으로 이송시킬 수 있다.
여기서, 상기 자기 헤드(815)는 상기 헤드 이송부(810)의 지지부(817) 상에 배치될 수 있다.
상기 하우징(820)은 상기 모터(100)(200)와 상기 헤드 이송부(810)를 수용하는 내부공간을 형성하기 위해, 모터 탑재 플레이트(822)와 상기 모터 탑재 플레이트(822)의 상부를 차폐하는 탑커버(824)를 포함할 수 있다.
100: 스핀들 모터
110: 유체 동압 베어링 어셈블리
120: 로터
130: 스테이터
200 : 스핀들 모터
210 : 베이스부재
220 : 하부 스러스트부재
230 : 샤프트
240 : 슬리브
250 : 로터 허브
260 : 상부 스러스트부재

Claims (10)

  1. 고정부재; 및
    상기 고정부재와의 사이에 형성되는 베어링 간극에 오일이 충진되고, 상기 고정부재에 상대 회전하는 회전부재;를 포함하고,
    상기 고정부재 및 상기 회전부재는, 상기 베어링 간극에 채워지는 오일이 공기와의 경계에서 형성하는 기액계면과 외부를 연통하는 오일확산경로를 형성하며,
    상기 고정부재 및 상기 회전부재 중 적어도 하나에는, 상기 오일확산경로로 개구되고, 내부의 적어도 일부에 오일이 채워지는 적어도 하나의 더미 오일홈을 구비하는 스핀들 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 더미 오일홈은 원주방향을 따라 환형으로 구비되는 스핀들 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 더미 오일홈은 상기 더미 오일홈의 바닥에서 상기 오일확산경로 방향으로 갈수록 단면의 넓이가 커지도록 측면이 경사지도록 구비되는 스핀들 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 더미 오일홈과 외부를 연통하는 적어도 하나의 연통홀을 구비하고,
    상기 연통홀은 캡으로 밀봉되는 스핀들 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 캡은 착탈 가능한 스핀들 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 더미 오일홈은 상기 오일확산경로가 래버린스 실로 구비되는 부분으로 개구되는 스핀들 모터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 더미 오일홈에 채워지는 오일은 상기 베어링 간극에 채워지는 오일과 동일한 것인 스핀들 모터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전부재는 샤프트를 포함하는 스핀들 모터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재는 샤프트를 포함하는 스핀들 모터.
  10. 하우징에 결합되어 디스크를 회전시키는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 스핀들 모터;
    상기 디스크의 데이터를 기록 및 재생하기 위한 자기 헤드; 및
    마그네트와 코일에 의한 전자기적 상호 작용에 의해 상기 자기 헤드를 상기 디스크 상의 소정의 위치로 이동시키는 헤드 이송부;를 포함하는 하드 디스크 드라이브.
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