KR980011327A - 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체 - Google Patents

하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체는 축의 상,하 단부에 각각 설치되며 회전체인 허브의 축방향 지지를 위한 스러스트 공기동압 베어링을 형성하기 위한 상,하부 스러스트 베어링과, 상기 상,하부 스러스트 베어링 사이의 축의 둘레에 설치되며 상기 허브의 반경방향 지지를 위한 저어널 공기동압 베어링을 형성하기 위한 상,하부 저어널 베어링을 포함한다.
이와 같은 본 발명의 베어링 구조체에 의하면, 스러스트 베어링과 저어널 베어링에 의해 형성되는 각각의 공기동압 베어링에 의해 비접촉식으로 회전체인 허브를 축방향 및 반경방향으로 지지하게 되므로, 종래의 볼베어링에 의한 지지방식에서와 같은 진동을 방지할 수 있으며, 궁극적으로 고성능, 저진동의 하드 디스크 드라이브의 제작을 가능하게 한다.
대표도:제3도

Description

하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체
본 발명은 하드 디스크 드라이브에 관한 것으로서, 더 상세히는 자기 디스크를 회전가능하게 고정시키는 허브를 지지하는 베어링 구조체에 관한 것으로, 특히 허브를 비접촉 방식으로 지지함으로써 기기의 진동을 줄이고, 성능을 향상시킬 수 있는 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체에 관한 것이다.
하드 디스크 드라이브는 컴퓨터의 보조기억장치들 중의 하나로서, 자기 헤드에 의해 자기 디스크에 저장된 정보를 독출하여 재생하거나, 자기 디스크에 새로운 정보를 기록함으로써 컴퓨터의 시스템 운영에 기여하게 된다.
이와 같은 하드 디스크 드라이브는 최근 고속화, 고용량화 및 저진동화의 요구에 부응하기 위해 다양한 연구개발이 추진되고 있으며, 특히 고속화 및 저진동화를 위해 회전체를 지지하는 베어링 구조체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
제1도는 종래의 하드 디스크 드라이브의 구성을 개략적으로 나타내 보인 평면도이다.
제1도를 참조하면, 하드 디스크 드라이브는 기기의 프레임을 이루는 베이스 하우징(11)과, 정보의 저장을 위한 자기 디스크(12)와, 그 자기 디스크(12)에 정보를 기록하거나 디스크에 기록된 정보를 읽어내기 위한 헤드 스택 어셈블리(13) 및 헤드 스택 어셈블리(13)를 자기 디스크(12)의 반경방향으로 왕복 선회운동시키기 위한 구동력을 제공하는 보이스 코일 모터(14)로 구성된다.
여기서, 상기 자기 디스크(12)는 클램프(15)에 의해 허브(16)에 고정되고, 상기 헤드 스택 어셈블리(13)는 피봇(pivot)(13p)을 중심으로 선회운동이 가능하게 설치된다. 그리고, 이 헤드 스택 어셈블리(13)는 액츄에이터(13a)와, 그 액츄에이터(13a)에 연장되어 결합된, 탄성력을 가지는 판재형의 로드 빔(load beam)(13b)과, 로드 빔(13b)의 단부에 고정되어 상기 자기 디스크(12)에 기록된 정보를 독출하거나 자기 디스크 (12)에 새로운 정보를 기록하는 자기 헤드(13h)로 구성된다.
또한, 상기 자기 헤드(13h)와 거의 180°반대방향의, 액츄에이터 (13a)의 일측 단부에는 강자성체의 철편(17)이 설치되고, 그 철편(17)의 선회운동 궤적 상에는 하드 디스크 드라이브의 정지 시, 상기 철편(17) 을 끌어당겨 흡착함으로써 상기 헤드 스택 어셈블리(13)를 고정시키기 위한 래치(latch)(18)가 설치된다. 여기서, 이 래치(18)는 영구자석(18m)과 그 영구자석(18m)을 고정시키는 고정부재(18s)로 구성된다.
한편, 제2도는 제1도의 II-II선에 따라 절단한 단면도이다.
제2도를 참조하면, 베이스 하우징(11)에 고정된 축(21)에는 볼 베어링(22)이 압입 설치되어 있고, 그 볼베어링(22)의 외륜에는 허브(16)가 압입 고정되어 있으며, 허브(16)의 외주에는 복수의 자기 디스크(12)가 상호 소정 간격 이격되어 적층으로 설치되어 있다. 또한, 허브 (16)의 하단부 일측에는 회전자(23)가 마련되어 있고, 그 회전자(23)와 인접하여 베이스 하우징(11)에는 고정자(24)가 마련되어 모터를 구성하고 있다. 참조부호 25는 자기 디스크(12)를 소정 간격으로 고정지지하는 스페이서부재이다.
한편, 이상과 같은 구성의 종래 하드 디스크 드라이브는 회전체(허브 및 자기 디스크 조립체)가 상기 볼베어링(22)에 의해 축과 접촉된 상태로 회전하게 되므로, 볼베어링(22)의 형상오차에 따라 회전체에는 진동 및 소음이 발생하게 된다. 이와 같은 진동은 자기 디스크 상에서 자기 헤드의 정밀한 정보독출 및 기록을 어렵게 하며, 결국 고성능, 저진동의 하드 디스크 드라이브의 개발에 있어서 해결되어야 할 과제로 대두되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 축을 비접촉 방식으로 지지함으로써 기기의 진동을 줄이고, 성능을 향상시킬 수 있는 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체를 제공함에 그 목적이 있다.
제1도는 종래의 하드 디스크 드라이브의 구성을 개략적으로 나타내 보인 평면도.
제2도는 제1도의 II-II선에 따른 절단면도.
제3도는 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체가 채용된 하드 디스크 드라이브에서의 허브 조립체의 종단면도.
제4도는 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체에 있어서, 스러스트 베어링에 형성된 그루브를 나타내 보인 평면도.
제5도는 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체에 있어서, 저어널 베어링의 내주면에 형성된 웨이브를 나타내 보인 평면도.
제6도는 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체에 있어서, 허브의 회전 시 형성되는 공기동압 베어링의 공기흐름을 나타내 보인 도면.
제7도는 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체에 있어서, 허브의 회전 시 고정축의 외주면과 저어널 베어링의 내주면 사이의 압력분포를 나타내 보인 도면.
＊도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11, 39：베이스 하우징 12, 35：자기 디스크
1：.헤드 스택 어셈블리 13a：액츄에이터
13b：로드 빔 13h：자기 헤드
13p：피봇 14：보이스 코일 모터
15：클램프 16, 32：허브
17：철편 18：래치
18m：영구자석 18s：고정부재
21, 31：고정축 22：볼베어링
23, 37：회전자 24, 38：고정자
25, 36：스페이서 33a, 33b：스러스트 공기동압 베어링
33u：상부 스러스트 베어링 33l：하부 스러스트 베어링
34u：상부 저어널 베어링 34l：하부 저어널 베어링
34a：저어널 공기동압 베어링 34h, 34v：공기통로
33g：그루브 34w：웨이브
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체는, 축의 상,하 단부에 각각 설치되며 회전체인 허브의 축방향 지지를 위한 스러스트(thrust) 공기동압 베어링을 형성하기 위한 상,하부 스러스트 베어링과, 상기 상,하부 스러스트 베어링 사이의 축의 둘레에 설치되며 상기 허브의 반경방향 지지를 위한 저어널(journal) 공기동압 베어링을 형성하기 위한 상,하부 저어널 베어링을 포함하여 된 점에 특징이 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 베어링 구조체에 의하면, 스러스트 베어링과 저어널 베어링에 의해 형성되는 각각의 공기동압 베어링에 의해 비접촉식으로 회전체인 허브를 축방향 및 반경방향으로 지지하게 되므로, 종래의 볼베어링에 의한 지지방식에서와 같은 진동을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체가 채용된 하드 디스크 드라이브에서의 허브 조립체의 종단면도이다.
제3도를 참조하면, 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체는 축(31)의 상,하 단부에 각각 설치되며 회전체인 허브(32)의 축방향 지지를 위한 스러스트 공기동압 베어링(33a)(33b)을 형성하기 위한 상,하부 스러스트 베어링(33u)(33l)과, 그 상,하부 스러스트 베어링(33u)(33l) 사이의 축의 둘레에 설치되며 상기 허브(32)의 반경방향 지지를 위한 저어널 공기동압 베어링(34a)을 형성하기 위한 상,하부 저어널 베어링(34u)(34l)으로 구성된다. 참조 번호 35는 자기 디스크, 36은 스페이서부재, 37은 회전자, 38은 고정자, 그리고 39는 베이스 하우징을 나타낸다.
한편, 상기 상부 스러스트 베어링(33u)의 저면과 하부 스러스트 베어링(33l)의 상면에는 제4도에 도시된 바와 같이 외부의 공기가 화살표 방향으로 회전할 때, 그 외부의 공기가 베어링의 내측으로 흡입될 수 있도록 그루브(groove)(33g)가 형성된다. 이때, 이와 같은 그루브(33g)의 커브 방향은 상부 스러스트 베어링(33u)과 하부 스러스트 베어링(33l)이 서로 반대되게 형성된다. 따라서, 허브(32)가 회전될 때, 상기 상,하부 스러스트 베어링(33u)(33l)은 각각 외부의 공기를 내측으로 흡입하게 되고, 그에 따라 상부 스러스트 베어링(33u)의 하부와 하부 스러스트 베어링(33l)의 상부에는 스러스트 공기동압 베어링(33a)(33b)이 형성 된다.
또한, 상기 상,하부 저어널 베어링(34u)(34l)의 내주면에는 각각 제5도에 도시된 바와 같이 n주기의 웨이브(34w)가 형성된다. 이와 같은 웨이브(34w)에 의해 축(31)과 상,하부 저어널 베어링(34u)(34l) 사이에는 허브(32)의 회전 시 저어널 공기동압 베어링(34a)이 형성된다. 여기서, 이와 같은 저어널 공기동압 베어링(34a)에서 생성되는 압력은 웨이브(34w)의 개수(n)와 웨이브의 진폭(a)에 따라 변동되며, 따라서 베어링의 실제의 제작에 있어서는 베어링이 적용되는 상황을 고려하여 웨이브(34w) 의 개수(n)와 진폭(a)을 적절히 설정하게 된다.
그리고, 상기 상,하부 저어널 베어링(34u)(34l) 끼리의 접촉면과, 상,하부 저어널 베어링(34u)(34l)과 허브(32)와의 접촉면에는 제6도에 도시된 바와 같은 공기의 흐름이 발생될 수 있도록 공기 통로(34h)(34v)가 각각 형성된다.
그러면, 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체의 작동에 대해 설명해 보기로 한다.
제3도에서, 회전자(37)와 고정자(38)로 구성된 스핀들 모터의 구동에 의해 허브(32)를 주축으로 하는 회전체가 회전하면, 상,하부 스러스트 베어링(33u)(33l)에 각각 형성되어 있는 그루브(33g)에 의해 일종의 펌핑작용이 발생된다. 그에 따라, 상부 스러스트 베어링(33u)의 저면과 상부 저어널 베어링(34u)의 상면 사이, 그리고 하부 스러스트 베어링(33l)의 상면과 하부 저어널 베어링(34l)의 저면 사이에는 각각 스러스트 공기동압 베어링(33a)(33b)이 형성되어 공기에 의한 압력이 생성된다. 결국, 이와 같이 생성된 압력은 회전하는 허브(32)의 축방향의 비접촉 지지를 가능하게 한다.
한편, 상기 허브(32)가 회전할 때, 고정축(31)과 상,하부 저어널 베어링(34u)(34l) 사이에는 상,하부 저어널 베어링(34u)(34l)의 내주면에 형성되어 있는 웨이브(34w)에 의해 저어널 공기동압 베어링(34a)이 형성되며, 그에 따라 고정축(31)의 외주면과 상,하부 저어널 베어링(34u)(34l)의 내주면 사이에는 제7도에 도시된 바와 같은 압력분포가 생성된다. 그리고, 이와 같은 압력분포는 결국 허브(32)의 반경방향의 비접촉 지지를 가능하게 한다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체는 스러스트 베어링과 저어널 베어링에 의해 형성되는 각각의 공기동압 베어링에 의해 비접촉식으로 회전체인 허브를 축방향 및 반경방향으로 지지하게 되므로, 종래의 볼베어링에 의한 지지방식에서와 같은 진동을 방지할 수 있으며, 궁극적으로 고성능, 저진동의 하드 디스크 드라이브의 제작을 가능하게 한다.

Claims (5)

  1. 축의 상,하 단부에 각각 설치되며 회전체인 허브의 축방향 지지를 위한 스러스트 공기동압 베어링을 형성하기 위한 상,하부 스러스트 베어링과, 상기 상,하부 스러스트 베어링 사이의 축의 둘레에 설치되며 상기 허브의 반경방향 지지를 위한 저어널 공기동압 베어링을 형성하기 위한 상,하부 저어널 베어링을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 스러스트 베어링의 저면과 하부 스러스트 베어링의 상면에는 상기 허브의 회전 시 외부의 공기가 내측으로 흡입될 수 있도록 그루브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 그루브의 커브 방향은 상부 스러스트 베어링과 하부 스러스트 베어링이 서로 반대되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상,하부 저어널 베어링의 내주면에는 소정 주기와 진폭을 가지는 웨이브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상,하부 저어널 베어링 끼리의 접촉면과, 상,하부 저어널 베어링과 허브와의 접촉면에는 공기 통로가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브용 베어링 구조체.
    ※참고사항:최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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