KR20130102732A - 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터 - Google Patents

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KR20130102732A
KR20130102732A KR1020120023797A KR20120023797A KR20130102732A KR 20130102732 A KR20130102732 A KR 20130102732A KR 1020120023797 A KR1020120023797 A KR 1020120023797A KR 20120023797 A KR20120023797 A KR 20120023797A KR 20130102732 A KR20130102732 A KR 20130102732A
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shaft
stopper
hollow
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sleeve
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KR1020120023797A
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이홍주
이익선
김주호
허명화
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리는 일측에 중공을 구비하는 샤프트를 지지하는 슬리브; 및 상기 중공을 규정하는 상기 샤프트의 외벽이 압입되며, 상기 샤프트의 과부상을 방지하는 스톱퍼;를 포함하며, 상기 중공의 반경 방향으로의 단면적은 최상측이 최하측보다 작게 형성될 수 있다.

Description

베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터{Bearing assembly and spindle motor including the same}
본 발명은 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기록 디스크를 회전시키는 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)에 적용될 수 있는 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.
소형의 스핀들 모터는 유체 동압 베어링이 이용되고 있으며, 유체 동압 베어링은 회전부재 중의 하나인 샤프트와 고정부재 중의 하나인 슬리브 사이에 오일이 개재되어 상기 오일에서 생기는 유체 압력으로 샤프트의 회전을 지지하는 베어링을 의미한다.
한편, 종래의 스핀들 모터의 회전부재는 샤프트, 샤프트에 결합되는 허브 및 상기 회전부재의 과부상을 방지하기 위한 스톱퍼를 포함하고 있다.
여기서, 샤프트와 스톱퍼의 결합 방식은 접착제에 의한 본딩 또는 압입 방식이 적용되고 있으나, 접착제에 의한 본딩의 경우 접착제가 오일이 개재되는 간극으로 유입될 가능성이 항상 존재한다는 문제가 있다.
또한, 압입 방식의 경우 압입의 특성상 샤프트의 외경과 스톱퍼의 내경의 차이가 요구되는 바, 이 경우에는 스톱퍼가 소성 변형되어 상기 샤프트와의 결합력에 문제를 야기시킬 수 있다.
따라서, 샤프트와 스톱퍼를 결합시키는데 있어서 접착제에 의한 문제를 개선시키는 동시에 스톱퍼의 소성 변형을 방지하여 성능 및 수명이 극대화되는 스핀들 모터의 연구가 시급한 실정이다.
하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1은 샤프트에 스러스트 판이 압입되는 경우에 상기 스러스트 판이 소성 변형되어 파손될 가능성이 여전히 존재한다.
일본공개특허공보 제2001-082460호
본 발명의 목적은 샤프트와 스톱퍼의 결합시 상기 스톱퍼의 소성 변형 및 파손을 방지하여 상기 샤프트와 상기 스톱퍼의 안정적인 결합을 구현하는 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리는 일측에 중공을 구비하는 샤프트를 지지하는 슬리브; 및 상기 중공을 규정하는 상기 샤프트의 외벽이 압입되며, 상기 샤프트의 과부상을 방지하는 스톱퍼;를 포함하며, 상기 중공의 반경 방향으로의 단면적은 최상측이 최하측보다 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리의 상기 중공의 반경 방향으로의 단면적은 축 방향 하측을 향하여 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리의 상기 중공의 반경 방향으로의 단면적은 축 방향 하측을 향하여 선형적 또는 비선형적으로 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리의 상기 중공을 규정하는 상기 샤프트의 내벽은 축 방향을 기준으로 적어도 2 이상의 기울기를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리의 상기 스톱퍼의 상면은 상기 중공의 최상측보다 축 방향 상측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리의 상기 스톱퍼의 상면 및 상기 스톱퍼의 상면과 대향하는 슬리브 중 적어도 하나에는 오일을 매개로 하여 동압을 발생토록 하는 스러스트 동압부를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스핀들 모터는 베어링 어셈블리; 상기 샤프트와 연동하여 회전하며, 마그네트를 구비하는 허브; 및 상기 슬리브에 결합되어 회전구동력을 발생시키는 코일이 권선되는 코어를 구비하는 베이스;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터에 의하면, 샤프트와 스톱퍼의 결합력을 향상시키는 동시에 상기 스톱퍼의 파손을 방지하여 성능 및 수명을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리를 포함하는 스핀들 모터를 도시한 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리를 도시한 개략 분해 절개 사시도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 샤프트 및 스톱퍼가 압입되어 결합되는 과정을 도시한 개략 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 샤프트의 변형예를 도시한 개략 절개 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 샤프트의 다른 변형예를 도시한 개략 절개 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 샤프트의 또 다른 변형예를 도시한 개략 절개 사시도.
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 베어링 어셈블리를 포함하는 스핀들 모터를 도시한 개략 단면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리를 도시한 개략 분해 절개 사시도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 샤프트 및 스톱퍼가 압입되어 결합되는 과정을 도시한 개략 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 어셈블리(110)를 포함하는 스핀들 모터(100)는 중공(S)을 구비하는 샤프트(111) 및 스톱퍼(113)를 포함하는 베어링 어셈블리(110), 마그네트(130)가 결합하는 허브(120) 및 코일(150)이 권선되는 코어(160)를 구비하는 베이스(140)를 포함할 수 있다.
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축 방향은 도 1에서 볼 때, 샤프트(111)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 반경 방향 외측 또는 내측 방향은 상기 샤프트(111)를 기준으로 허브(120)의 외측단 방향 또는 상기 허브(120)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(111)의 중심 방향을 의미할 수 있다.
베어링 어셈블리(110)는 일측인 축 방향 하측에 중공(S)을 구비하는 샤프트(111), 상기 샤프트(111)를 지지하는 슬리브(112) 및 상기 샤프트(111)에 결합되는 스톱퍼(113)를 포함할 수 있다.
이하, 상기 구성요소에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
샤프트(111)는 마그네트(130)가 결합되는 허브(120)와 결합하여 상기 허브(120)와 연동되어 회전하는 구성요소로, 슬리브(112)에 의해 지지될 수 있다.
여기서, 상기 샤프트(111)는 축 방향 하측에 중공(S)을 구비할 수 있으며, 상기 중공(S)의 반경 방향으로의 단면적은 상이하게 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 중공(S)은 반경 방향으로의 단면적 중 최상측이 최하측보다 작게 형성될 수 있으며, 축 방향 하측을 향하여 선형적으로 점점 증가할 수 있다.
한편, 상기 샤프트(111)에 형성되는 중공(S)은 상기 샤프트(111)가 스톱퍼(113)에 압입되어 상기 샤프트(111)와 스톱퍼(113)가 결합되는 경우 상기 스톱퍼(113)의 소성 변형을 방지하여 상기 스톱퍼(113)의 파손을 방지하기 위한 구성요소로, 구체적인 설명은 상기 스톱퍼(113)와 동시에 설명하기로 한다.
슬리브(112)는 회전부재의 일 구성인 샤프트(111)의 회전을 지지하는 구성요소로, 상기 샤프트(111)의 상단이 축 방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(111)를 지지할 수 있으며, Cu 또는 Al을 단조하거나, Cu-Fe계 합금 분말 또는 SUS계 분말을 소결하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 슬리브(112)는 샤프트(111)가 삽입되어 상기 샤프트(111)와 미소 간극을 가지는 축공을 구비할 수 있으며, 상기 미소 간극에는 오일(O)이 충전되어 상기 오일(O)을 매개로 한 레디얼 동압에 의해 상기 샤프트(111)를 안정적으로 지지할 수 있다.
이때, 상기 오일(O)을 매개로 한 레디얼 동압은 슬리브(112)의 내주면 및 샤프트(111)의 외주면 중 적어도 하나에 형성되는 유체 동압부(JB)에 의해 발생될 수 있으며, 상기 유체 동압부(JB)는 헤링본 형상, 스파이럴 형상 또는 나산선 형상 중 하나일 수 있다.
다만, 상기 유체 동압부(JB)는 앞서 언급한 바와 같이 슬리브(112)의 내주면에 형성되는 것에 한정되지 않으며, 샤프트(111)의 외주면에 형성되는 것도 가능하고 갯수도 제한이 없다는 것을 밝혀둔다.
한편, 오일(O)은 슬리브(112)의 축 방향 하부와 결합한 베이스 커버(114)에 의해 밀폐될 수 있으며, 상기 베이스 커버(114)는 상기 슬리브(112)와 별도의 부재로 형성될 수 있다.
다만, 상기 베이스 커버(114)는 상기 슬리브(112)와 일체로 형성되어 상기 슬리브(112)와 함께 일측이 개구되고 타측이 폐쇄된 컵 형상이 될 수 있다.
스톱퍼(113)는 샤프트(111)의 일측과 결합되어 상기 샤프트(111)를 포함하는 회전부재의 과부상을 방지하기 위한 구성요소로, 상기 샤프트(111)와 압입, 즉, 억지끼움 방식에 의해 서로 체결될 수 있다.
구체적으로, 상기 스톱퍼(113)는 샤프트(111)의 축 방향 하측에 형성된 중공(S)을 규정하는 상기 샤프트(111)의 외벽이 압입되도록 하는 홀(H)을 구비하여, 상기 샤프트(111)와 안정적으로 고정될 수 있다.
여기서, 상기 스톱퍼(113)에 형성된 홀(H)의 직경(d2)은 중공(S)을 규정하는 샤프트(111)의 외벽의 직경(d1)보다 다소 크게 형성될 수 있으며, 상기 직경(d1, d2)의 차이(d)에 의해 샤프트(111)를 스톱퍼(113)에 형성된 홀(H)에 안정적이면서도 견고하게 압입시킬 수 있다.
한편, 상기 스톱퍼(113)의 상면 및 상기 스톱퍼(113)의 상면과 대향하는 슬리브(112) 중 적어도 하나에는 오일(O)을 매개로 하여 스러스트 동압을 발생토록 하는 스러스트 동압부(SB)가 형성될 수 있으며, 상기 스러스트 동압부(SB)는 헤링본 형상, 스파이럴 형상 또는 나사선 형상 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
다만, 상기 스러스트 동압부(SB)는 앞서 언급한 위치에 한정되어 형성되는 것은 아니며, 슬리브(112)의 상면, 상기 슬리브(112)의 상면과 대향하는 허브(120)의 일면, 스톱퍼(113)의 저면 또는 상기 스톱퍼(113)의 저면과 대향하는 베이스 커버(114)의 일면 등에도 형성될 수 있다.
이하에서는 샤프트(111)와 스톱퍼(113)의 결합 방식에 대해 구체적으로 살펴보도록 한다.
우선, 샤프트(111)의 하측을 스톱퍼(113)의 상측에 배치(도 3 참조)시킨 후, 상기 샤프트(111)를 상기 스톱퍼(113)에 형성된 홀(H)에 압입할 수 있다.
이때, 샤프트(111)에 형성된 중공(S)을 규정하는 샤프트(111)의 외벽은 반경 방향 내측으로 탄성 변형(도 4 참조)될 수 있으며, 이로 인해 상기 샤프트(111)를 상기 스톱퍼(113)에 형성된 홀(H)에 압입시키는 경우 상기 스톱퍼(113)의 파손을 방지할 수 있다.
다시 말하면, 종래에는 샤프트와 스톱퍼를 압입에 의해 체결하는 경우 샤프트의 외경과 스톱퍼의 내경 차이에 의해 스톱퍼의 내주면의 소정영역이 소성 변형되어 파손되는 문제가 종종 발생하였다.
이와 함께, 샤프트의 저면의 외측 부분도 파손될 수 있으며, 이는 결국 압입 공정의 특성상 빈번히 발생되는 문제이며, 특히 샤프트를 스톱퍼에 압입시키려는 초기 순간에 종종 발생되는 문제이다.
여기서, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 샤프트에 중공을 형성하였으나, 중공을 형성하는 경우에도 중공의 내경이 일정하여 상기 중공을 규정하는 최상측의 벽이 압입에 의한 변형력을 견디지 못하게 되어 파손되는 문제가 발생하였다.
그러나, 본 발명에 따른 샤프트(111)와 스톱퍼(113)의 결합시에는 반경 방향으로의 단면적이 상이하게 형성되는 중공(S)에 의해 상기와 같은 문제를 방지할 수 있다.
즉, 샤프트(111)에 형성되는 중공(S)의 반경 방향으로 단면적은 축 방향 하측을 향하여 선형적으로 증가하게 형성될 수 있으며, 이로 인해 샤프트(111)를 스톱퍼(113)에 형성된 홀(H)에 압입하는 경우 상기 샤프트(111)의 단부의 탄성 변형의 정도를 증가시켜 상기 샤프트(111)를 상기 스톱퍼(113)에 형성된 홀(H)에 안정적으로 압입시킬 수 있다.
따라서, 압입 공정에 따른 상기 샤프트(111) 및 상기 스톱퍼(113)의 소성 변형에 의한 파손을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 샤프트(111)에 형성된 중공(S)을 규정하는 벽 중 최상측에 위치하는 벽의 두께가 두껍게 형성되므로, 압입시 또는 압입 후(도 5 참조) 상기 샤프트(111)의 중공(S)을 규정하는 벽이 압입에 의한 변형력을 충분히 견디도록 할 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 샤프트(111)와 스톱퍼(113)의 압입 결합은 결합력을 충분히 확보하면서도 상기 샤프트(11) 또는 상기 스톱퍼(113)의 파손을 방지하여 성능 및 수명을 최대화할 수 있다.
한편, 샤프트(111)와 스톱퍼(113)의 결합 이후에는 상기 스톱퍼(113)의 상면이 상기 중공(S)의 최상측보다 축 방향 상측에 배치되도록 함으로써, 상기 중공(S)을 규정하는 벽의 안정성을 더욱 증대시킬 수 있다.
허브(120)는 베이스(140)를 포함하는 고정부재에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전 구조물일 수 있다.
또한, 코어(160)와 일정 간격을 두고 서로 대응되는 환고리형의 마그네트(130)를 내주면에 구비할 수 있다.
여기서, 상기 마그네트(130)는 코어(160)에 권선되는 코일(150)과의 상호작용에 의해 본 발명에 따른 스핀들 모터(100)의 회전구동력을 얻을 수 있다.
베이스(140)는 샤프트(111) 및 허브(120)를 포함하는 회전부재에 대하여 상기 회전부재의 회전을 지지하는 고정부재일 수 있다.
여기서, 상기 베이스(140)에는 코일(150)이 권선되는 코어(160)가 결합할 수 있으며, 상기 코어(160)는 패턴회로가 인쇄된 인쇄회로기판(미도시)이 구비되는 베이스(140)의 상부에 고정 배치될 수 있다.
다시 말하면, 상기 베이스(140)는 상기 슬리브(112)의 외주면 및 상기 코일(150)이 권선되는 코어(160)가 삽입되어 상기 슬리브(112) 및 상기 코어(160)가 결합될 수 있다.
이때, 상기 슬리브(112) 및 상기 코어(160)와 상기 베이스(140)의 결합방식은 본딩, 용접 또는 압입 등의 방식이 적용될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 샤프트의 변형예를 도시한 개략 절개 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 샤프트의 다른 변형예를 도시한 개략 절개 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 베어링 어셈블리에 제공되는 샤프트의 또 다른 변형예를 도시한 개략 절개 사시도이다.
도 6 내지 도 8에 따른 샤프트(211, 311, 411)는 도 1 내지 도 5를 참조로 설명한 샤프트(111)와 비교하여 중공(S)을 제외하고는 구성 및 효과가 동일하므로, 상기 중공(S) 이외의 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 샤프트(211)에 형성된 중공(S)의 반경 방향으로 단면적은 축 방향 하측으로 향하여 비선형적으로 증가할 수 있다.
즉, 상기 중공(S)을 규정하는 내벽은 축 방향으로 라운드지게 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 샤프트(311)에 형성된 중공(S)은 내벽이 축 방향으로 라운드지게 형성된다는 점에서 도 6을 참조로 설명한 샤프트(211)에 형성된 중공(S)과 유사하나, 라운드지게 형성되는 정도가 상이할 수 있다.
즉, 상기 중공(S)의 반경 방향으로의 단면적은 축 방향 하측을 향하여 증가하다가 결국 감소할 수 있다.
도 8을 참조하면, 샤프트(411)에 형성된 중공(S)을 규정하는 내벽은 축 방향을 기준으로 2개의 기울기를 가지도록 형성될 수 있다.
다만, 내벽의 기울기는 2개로 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100: 스핀들 모터 110: 베어링 어셈블리
111: 샤프트 112: 슬리브
113: 스톱퍼 114: 베이스 커버
120: 허브 130: 마그네트
140: 베이스 150: 코일
160: 코어 S: 중공
H: 홀 JB: 유체동압부
SB: 스러스트 동압부 O: 오일

Claims (7)

  1. 일측에 중공을 구비하는 샤프트를 지지하는 슬리브; 및
    상기 중공을 규정하는 상기 샤프트의 외벽이 압입되며, 상기 샤프트의 과부상을 방지하는 스톱퍼;를 포함하며,
    상기 중공의 반경 방향으로의 단면적은 최상측이 최하측보다 작게 형성되는 베어링 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중공의 반경 방향으로의 단면적은 축 방향 하측을 항하여 증가하는 베어링 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중공의 반경 방향으로의 단면적은 축 방향 하측을 향하여 선형적 또는 비선형적으로 증가하는 베어링 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중공을 규정하는 상기 샤프트의 내벽은 축 방향을 기준으로 적어도 2 이상의 기울기를 구비하는 베어링 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스톱퍼의 상면은 상기 중공의 최상측보다 축 방향 상측에 배치되는 베어링 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스톱퍼의 상면 및 상기 스톱퍼의 상면과 대향하는 슬리브 중 적어도 하나에는 오일을 매개로 하여 동압을 발생토록 하는 스러스트 동압부를 구비하는 베어링 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 베어링 어셈블리;
    상기 샤프트와 연동하여 회전하며, 마그네트를 구비하는 허브; 및
    상기 슬리브에 결합되어 회전구동력을 발생시키는 코일이 권선되는 코어를 구비하는 베이스;를 포함하는 스핀들 모터.
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