KR100446450B1 - 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들모터 - Google Patents

단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테이터의 압입공 내주면이나 베이스의 고정체 외주면에 등간격으로 요철을 형성하여 스테이터의 내주면과 고정체의 외주면 사이의 접촉면적을 현저하게 줄일 수 있도록 함은 물론, 스테이터의 내주면과 고정체의 외주면 사이에 형성되는 공극을 통해 반경방향으로의 단열특성을 향상시킴으로써 스테이터에서 발생된 열이 베이스를 통해 볼 베어링 및 동압베어링에 전달되지 않도록 하여 베어링의 열적 안정성을 높일 수 있으며, 또한 스테이터에서 발생한 열이 플래터에 미치지 못하도록 하여 플래터의 열변형을 방지할 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성된 본 발명은 스테이터의 압입공 내주면과 스테이터의 압입공에 삽입되는 고정체의 외주면 중 어느 하나에 요철을 형성하여 고정체에 스테이터의 압입공을 압입·결합시 고정체의 외주면과 스테이터의 압입공 내주면 사이에 다수의 공극이 형성되도록 한 것으로, 스테이터의 내주면과 고정체의 외주면 사이의 접촉면적을 현저하게 줄일 수 있도록 함은 물론, 스테이터의 내주면과 고정체의 외주면 사이에 형성되는 공극을 통해 반경방향으로의 단열특성을 향상시킴으로써 스테이터에서 발생된 열이 베이스를 통해 볼 베어링 및 동압베어링에 전달되지 않도록 하여 베어링의 열적 안정성을 높일 수 있으며, 또한 스테이터에서 발생한 열이 플래터에 미치지 못하도록 하여 플래터의 열변형을 방지 할 수 있도록 한 것이다.

Description

단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터{Spindle motor for hard disk drive having insulation and protection against heat structure}
본 발명은 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스테이터의 내주면 또는 스테이터를 고정시키는 고정체의 외주면에 등간격으로 요철을 형성하거나 베이스의 하부면에 다수의 방열핀을 형성하여 단열 및 방열특성을 향상시킴으로써 스테이터에서 발생된 열이 베이스를 통해 볼 베어링 및 동압베어링에 전달되지 않도록 하며, 또한 스테이터에서 발생한 열이 플래터에 미치지 못하도록 하여 플래터의 열변형을 방지할 수 있도록 하는 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 관한 것이다.
일반적으로 하드 디스크 드라이브(hard disk drive)는 컴퓨터(computer)의 보조기억장치로, 이 하드 디스크 드라이브는 플래터, 헤드, 스핀들 모터, 헤드 암 및 회로기판으로 이루어져 헤드를 통해 플래터에 저장된 정보를 독출하여 재생하거나 플래터에 새로운 정보를 기록함으로써 컴퓨터의 시스템 운영에 기여하게 된다.
전술한 하드 디스크 드라이브의 구성에서 플래터는 자상체를 입힌 금속 원판으로 자료를 여기에 기록하게 된다. 이러한 플래터를 여러장 축에 꽂아서 돌리는데 이때의 축이 스핀들 축이고, 이 축을 돌리는 모터가 스핀들 모터이다.
그리고, 플래터에 자료를 읽고 쓰는 헤드는 헤드 암에 연결되어 있으며, 헤드 암을 이동시켜 헤드가 원하는 주소로 움직이게 해주는 역할을 한다. 이러한 헤드 암은 엑츄에이트(actuator)라고도 하며, 이것을 구동하는 것은 VCM(voice coilmotor)이다. 다음은 종래의 기술에 따른 스핀들 모터에 대해 설명한 것이다.
도 1 은 종래 기술에 따른 볼 베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터를 보인 분리 사시도, 도 2 는 도 1 의 종단면도이다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 종래 볼 베어링 구조의 하드 디스크용 스핀들 모터(10)는 상부면에 동심원 형태의 고정체(11a)가 돌출·형성되어 하부를 이루는 베이스(11), 베이스(11)의 중심에 수직 방향으로 설치되는 스핀들 축(12), 베이스(11) 상부측의 스핀들 축(12) 하부 외주연에 설치되는 하부 볼 베어링(13), 중심부에 압입공(14a)이 형성되는 한편 외주면에 방사상으로 다수 형성되어 코일(14c)이 감기는 코어(14b)로 이루어져 압입공(14a)을 통해 베이스(11)의 고정체(11a) 외주면에 압입·고정되는 스테이터(14), 스핀들 축(12)의 상부에 설치되는 상부 볼 베어링(15), 베이스(11)의 상부를 덮는 구조로 상·하부 볼 베어링(13, 15)의 외주연으로 회전 가능하게 지지되는 허브(16), 허브(16)의 하부측 내주면에 설치되어 코일(14c)과의 사이에 형성되는 자장을 통해 허브(16)가 회전되는 구동력을 발생시키는 링 형태의 영구자석(17)으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 종래 볼 베어링 구조의 하드 디스크용 스핀들 모터(10)는 스테이터(14)의 코일(14c)에 전원이 인가되면 코어(14b)와 영구자석(17) 사이에 자장(도시하지 않음)이 형성된다. 이러한 코어(14b)와 영구자석(17) 사이의 자장에 의해 허브(16)는 일방향으로 회전하게 된다.
그러나, 전술한 바와 같이 허브를 회전시키는 과정에서 스테이터에서는 많은 열이 발생하게 되고, 이에 따라 압입공의 내주면에 면접촉된 베이스의 고정체를 통해 베이스로 전달되어 하부 볼 베어링으로 많은 열이 전달됨으로써 하부 볼 베어링은 열적 안정성이 저하되고, 또한 스테이터에서 발생한 열이 플래터에 전달이 되어 플래터의 열변형을 일으키는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 전술한 바와 같은 종래 볼 베어링 구조의 하드 디스크용 스핀들 모터는 스테이터에서 발생된 열이 하부 볼 베어링으로 전달되지 않도록 하는 단열구조가 없기 때문에 열적 안정성이 저하되어 회전정밀도가 저하됨은 물론, 베어링이나 기타 정밀 부품의 열변형으로 회전정밀도가 저하된다. 다음의 도 3 은 동압베어링 구조를 보인 것이다.
도 3 은 종래 기술에 따른 동압베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터를 보인 종단면도이다.
도 3 에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 동압베어링(aero dynamic bearing) 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터(20)는 상부면에 동심원 형태의 고정체(21a)가 형성되어 하부를 이루는 베이스(21), 베이스(21)의 중심 상부측에 설치되는 하부 베어링(22), 중심부에 압입공(23a)이 형성되는 한편 외주면에 방사상으로 다수 형성되어 코일(23c)이 감기는 코어(23b)로 이루어져 압입공(23a)을 통해 베이스(21)의 고정체(21a) 외주면에 압입·고정되는 스테이터(23), 하부 베어링(22)의 상부 중심에 수직방향으로 설치되는 스핀들 축(24), 스핀들 축(24)의 상부에 설치되는 상부 베어링(25), 베이스(21)의 상부를 덮는 구조로 스핀들 축(24)의 외부에 회전 가능하게 지지되는 허브(26), 허브(26)의 내측 상부에 설치되어 스핀들 축(24)을 중심으로 허브(26)의 원활한 회전을 위해 동압을 형성하는상하의 제 1 동압베어링(27)과 제 2 동압베어링(28), 허브(26)의 하부측 내주면에 설치되어 코일(23c)과의 사이에 자장을 형성시켜 허브(26)가 회전되는 구동력을 발생시키는 영구자석(29)으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 동압베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터(20)는 코일(23c)에 전원이 인가되면 코어(23b)와 영구자석(29) 사이에 자장이 형성되고, 이러한 코어(23b)와 영구자석(29) 사이의 자장에 의해 허브(26)는 일방향으로 회전하게 된다.
한편, 허브(26)가 회전하게 되면 제 1 및 제 2 동압베어링(27, 28)의 내면에 공기의 유동이 발생하게 되고, 허브(26)의 회전이 증가 할수록 제 1 및 제 2 동압베어링(27, 28)과 스핀들 축(24), 상부 베어링(25), 하부 베어링(22)의 사이에는 허브(26)의 회전 속도에 비례하여 더 큰 강성의 공기층이 형성된다. 따라서, 플래터(도시하지 않음)를 탑재한 허브(26)는 스핀들 축(24)과의 사이에 형성된 소정의 강성을 가진 공기층을 베어링으로 하여 부과되는 부하량과 외란을 극복하면서 스핀들 축(24)을 중심으로 회전된다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래 동압베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터에서 발생하는 손실열의 대부분은 스테이터에서 발생되어 베이스측으로 바로 전도되기 때문에 부하에 따라 공기층의 온도 차가 커져 공기층의 두께 변화가 심하게 된다. 이러한 온도 차에 따른 공기층의 두께 변화로 인하여 베어링의 회전정밀도가 저하되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 스테이터의 압입공 내주면이나 베이스의 고정체 외주면에 등간격으로 요철을 형성하여 스테이터의 내주면과 고정체의 외주면 사이의 접촉면적을 현저하게 줄일 수 있도록 함은 물론, 스테이터의 내주면과 고정체의 외주면 사이에 형성되는 공극을 통해 반경방향으로의 단열특성을 향상시킴으로써 스테이터에서 발생된 열이 베이스를 통해 볼 베어링 및 동압베어링에 전달되지 않도록 하여 베어링의 열적 안정성을 높일 수 있도록 한 단열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 스테이터에서 발생된 열이 베이스를 통해 볼 베어링 및 동압베어링에 전달되지 않도록 하여 베어링의 열적 안정성을 높일 수 있도록 함으로써 회전정밀도를 향상시킬 수 있도록 함에 있다.
한편, 본 발명은 스테이터의 압입공 내주면이나 고정체의 외주면에 등간격으로 요철을 형성하여 공극을 통한 단열특성을 향상시키는 구성에 더하여 베이스의 하부면에 다수의 방열핀을 형성함으로써 베이스의 방열면적을 더욱 크게하여 방열효과가 향상되도록 함에 있다.
나아가, 본 발명은 전술한 목적들을 통해 스핀들 모터의 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있도록 함은 물론, 열에 의한 시스템의 파손을 방지하여 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있도록 함에 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 볼 베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터를 보인 분리 사시도.
도 2 는 도 1 의 종단면도.
도 3 은 종래 기술에 따른 동압베어링 적용구조의 하드 디스크용 스핀들 모터를 보인 종단면도.
도 4 는 본 발명에 따른 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터를 보인 볼 베어링 구조의 분리 사시도.
도 5 는 도 4 에 따른 결합 단면도.
도 6 은 본 발명에 따른 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터의 다른 실시예를 보인 볼 베어링 구조의 분리 사시도.
도 7 은 도 6 에 따른 결합 단면도.
도 8 은 본 발명에 따른 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터를 보인 동압베어링 구조의 결합 단면도.
도 9 는 본 발명에 따른 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용스핀들 모터의 다른 실시예를 보인 동압베어링 구조의 결합 단면도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100, 200. 스핀들 모터
110, 210. 베이스
112, 212. 고정체
114, 148, 214, 238. 요철
114a, 148a, 214a, 238a. 공극
120, 260. 허브
130, 150. 볼 베어링
140, 230. 스테이터
142, 232. 압입공
144, 234. 코어
146, 236. 코일
170, 290. 영구자석
180, 216. 방열핀
270, 280. 동압베어링
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터의 단열구조는 상부면 중심부에 고정체가 구성되어 하부를 이루는 베이스, 상부에는 플래터가 고정되는 한편 하부의 내주면에 영구자석이 설치되는 허브, 허브를 베이스의 상부에 회전 가능하게 지지하는 베어링 및 외주면에 코일이 감기는 코어가 방사상으로 형성되는 한편 그 중심부에는 상하로 압입공이 관통 형성되어 베이스의 상부면에 구성되는 고정체의 외주면에 압입·고정되는 스테이터로 이루어져 스테이터에 전원의 인가시 코일과 영구자석 사이에 형성되는 자장을 통해 허브를 일방향으로 회전시키는 구조의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 있어서, 스테이터의 압입공 내주면과 스테이터의 압입공에 삽입되는 고정체의 외주면 중 어느 하나에 요철을 형성하여 고정체에 스테이터의 압입공을 압입·결합시 고정체의 외주면과 스테이터의 압입공 내주면 사이에 다수의 공극이 형성되도록 한 것이다.
전술한 바와 같은 구성을 통해 본 발명은 스테이터의 내주면과 고정체의 외주면 사이의 접촉면적을 현저하게 줄일 수 있도록 함은 물론, 스테이터의 내주면과 고정체의 외주면 사이에 형성되는 공극을 통해 반경방향으로의 단열특성을 향상시킴으로써 스테이터에서 발생된 열이 베이스를 통해 볼 베어링 및 동압베어링에 전달되지 않도록 하여 베어링의 열적 안정성을 높일 수 있도록 한 것이다.
전술한 바와 같은 요철은 고정체의 외주면 외주면에 형성하여 고정체에 스테이터의 압입공을 압입·결합시 고정체의 외주면에 공극이 형성되도록 할 수 있다.
또한, 전술한 요철은 스테이터의 압입공 내주면에 형성하여 고정체에 스테이터의 압입공을 압입·결합시 스테이터의 압입공 내주면에 공극이 형성되도록 할 수있다.
한편, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 더하여 베이스의 하부면에 다수의 방열핀을 더 형성하여 스테이터로부터 베이스로 전달된 열을 방열핀을 통해 외부로 방열할 수 있도록 구성이 더 부가될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 4 는 본 발명에 따른 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터를 보인 볼 베어링 구조의 분리 사시도, 도 5 는 도 4 에 따른 결합 단면도, 도 6 은 본 발명에 따른 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터의 다른 실시예를 보인 볼 베어링 구조의 분리 사시도, 도 7 은 도 6 에 따른 결합 단면도이다.
먼저, 볼 베어링 구조의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터를 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 도 4 내지 도 7 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)는 베이스(110)의 상부면에 동심원의 형태로 돌출 형성되는 고정체(112)의 외주면과 고정체(112)의 외주면에 압입 결합되어 전원의 인가시 영구자석(170)과의 사이에 자장을 형성시키는 스테이터(140)의 압입공(142) 내주면 중 어느 하나에 등간격의 요철(凹凸; 114 또는 148)을 형성하여 고정체(112)에 스테이터(140)의 압입공(142)을 압입·결합시 고정체(112)와 스테이터(140)의 압입공(142) 사이에 공기가 유동될 수 있는 다수의 공극(114a 또는 148a)이 형성되도록 한 구성으로 이루어진다.
즉, 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)는 스테이터(140)의 압입공(142) 내주면과 고정체(112)의 외주면 중 어느 하나에 요철(114 또는 148)을 형성함으로써 압입공(142) 내주면과 고정체(112) 외주면 사이의 접촉면적을 현저하게 줄일 수 있도록 함은 물론, 압입공(142)의 내주면과 고정체(112)의 외주면 사이에 형성되는 공극(114a 또는 148a)을 통해 반경방향으로의 단열특성을 향상시킴으로써 스테이터(140)에서 발생된 열이 베이스(110)를 통해 볼 베어링(130, 150)으로 전달되지 않도록 하여 베어링(130, 150)의 열적 안정성을 높일 수 있도록 한 것이다.
전술한 바와 같이 고정체(112)의 외주면과 스테이터(140)의 압입공(142) 내주면 중 어느 하나에 등간격의 요철(凹凸; 114 또는 148)을 형성하여 고정체(112)에 스테이터(140)의 압입공(142)을 압입·결합시 고정체(112)와 스테이터(140)의 압입공(142) 사이에 공기가 유동될 수 있는 다수의 공극(114a 또는 148a)을 형성함으로써 다수의 공극(114a 또는 148a)이 반경방향으로 단열특성을 향상시키게 된다. 이에 따라 허브(160)의 회전에 의해 스테이터(140)에서 발생하는 열이 볼 베어링(130, 150)에 전달되지 않도록 하여 베어링(130, 150)의 열적 안정성을 향상시키게 된다.
한편, 전술한 바와 같은 단열구조를 갖는 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)에서 베이스(110)의 하부면에는 다수의 방열핀(180)이 더 형성되어 스테이터(140)로부터 베이스(110)로 전달된 열을 방열핀(180)을 통해 외부로 방열할 수 있도록 구성이 더 부가된다.
본 발명에 따른 볼 베어링 구조의 단열 및 방열구조가 적용된 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100) 역시 종래의 기술과 마찬가지로 상부면에 동심원 형태의 고정체(112)가 돌출·형성되어 하부를 이루는 베이스(110), 베이스(110)의 중심에 수직 방향으로 설치되는 스핀들 축(120), 베이스(110) 상부측의 스핀들 축(120) 하부 외주연에 설치되는 하부 볼 베어링(130), 중심부에 압입공(142)이 형성되는 한편 외주면에 방사상으로 다수 형성되어 코일(146)이 감기는 코어(144)로 이루어져 압입공(142)을 통해 베이스(110)의 고정체(110) 외주면에 압입·고정되는 스테이터(140), 스핀들 축(120)의 상부에 설치되는 상부 볼 베어링(150), 베이스(110)의 상부를 덮는 구조로 상·하부 볼 베어링(130, 150)의 외주연으로 회전 가능하게 지지되는 허브(160), 허브(160)의 하부측 내주면에 설치되어 코일(146)과의 사이에 형성되는 자장을 통해 허브(160)가 회전되는 구동력을 발생시키는 링 형태의 영구자석(170)으로 이루어진다.
다만, 본 발명은 도 4 및 도 5 에서와 같이 베이스(110)의 상부면에 동심원의 형태로 돌출·형성된 고정체(112)의 외주면에 등간격으로 요철(114)이 형성되어 스테이터(140)를 압입공(142)을 통해 고정체(112)에 압입·결합시 고정체(112)의 외주면과 압입공(142)의 내주면 사이에 공극(114a)이 형성되도록 한 구성 또는 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이 스테이터(140)의 압입공(142) 내주면에 등간격으로 요철(148)이 형성되어 스테이터(140)를 압입공(142)을 통해 고정체(112)의 외주면에 압입·결합시 고정체(112)와 압입공(142)의 내주면 사이에 공극(148a)이 형성되도록 한 구성이 다르다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)에 전원을 인가하게 되면 스테이터(140)의 코일(146)이 감긴 코어(144)와 영구자석(170) 사이에 자장이 형성되고, 이에 따라 허브(160)는 스핀들 축(120)을 회전 중심으로 하여 일방향으로 회전하게 된다.
전술한 바와 같이 전원의 인가에 의해 허브(160)를 회전시키는 과정에서 스테이터(140)에서는 많은 열이 발생하게 되는데, 이처럼 스테이터(140)에서 발생된 열은 도 4 내지 도 7 에 도시된 바와 같은 구성의 단열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)에서와 같이 베이스(110) 상부면의 고정체(112) 외주면과 스테이터(140)의 압입공(142) 내주면의 접촉이 요철(凹凸; 114 또는 148)의 철(凸) 부분에서만 이루어지기 때문에 접촉면적이 현저하게 줄어 스테이터(140)로부터 고정체(112) 부분으로 전열되는 열의 양이 많지 않게 된다. 따라서, 스테이터(140)에서 발생된 열이 볼 베어링(130, 150) 부분으로 전열되는 양을 현저하게 줄일 수 있어 볼 베어링(130, 150)의 열적 안정성을 기할 수 있다.
또한, 도 4 내지 도 7 에 도시된 바와 같은 구성의 단열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)에서와 같이 베이스(110) 상부면의 고정체(112) 외주면과 스테이터(140)의 압입공(142) 내주면의 접촉이 요철(凹凸; 114 또는 148)의 철(凸) 부분에서만 이루어지고, 이에 따라 요철(凹凸; 114 또는 148)의 요(凹) 부분은 공기가 상하로 유동될 수 있는 공극(114a 또는 148a)으로 형성되기 때문에 스테이터(140)에서 발생된 열은 다수의 공극(114a 또는 148a)에 의해 고정체(112) 부분으로의 전달이 차단된다. 즉, 전술한 다수의 공극(114a 또는 148a)은 반경방향으로 단열특성을 향상시켜 스테이터(140)에서 발생된 열이 고정체(112)와 베이스(110)를 통해 볼 베어링(130, 150)으로 전달되지 않도록 한다.
따라서, 전술한 바와 같이 공극(114a 또는 148a)을 통해 반경방향으로의 단열특성을 향상시켜 스테이터(140)에서 발생된 열이 고정체(112)와 베이스(110)를 통해 볼 베어링(130, 150)으로 전달되지 않도록 함으로써 볼 베어링(130, 150)의 열적 안정성을 향상시켜 스핀들 모터(100)의 회전정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 베이스(110)의 하부면에 다수 형성된 방열핀(180)은 베이스(110)의 방열면적을 극대화하여 전원의 인가에 의해 스테이터(140)에서 발생되어 베이스(110)로 전달된 열의 방열속도를 그 만큼 빠르게 한다.
본 발명에 따른 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(100)를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이 베이스(110)의 상부면에 동심원의 형태로 상향으로 돌출·형성된 고정체(112)의 외주면에 요철(凹凸; 114)을 형성한 구조에 베이스(110)의 하부면에 다수의 방열핀(180)을 형성한 구조의 스핀들 모터(100)는 요철(凹凸; 114)이 형성된 고정체(112)의 외주면에 스테이터(140)의 압입공(142)을 압입·결합할시 고정체(112)의 외주면에 형성된 요철(凹凸; 114)의 철(凸) 부분만이 스테이터(140)의 압입공(142) 내주면에 접촉되고, 이에 따라 고정체(112)의 외주면에 형성된 요철(凹凸; 114)의 요(凹) 부분은 공기가 상하로 유동될 수 있는 공극(114a)으로 형성된다.
전술한 바와 같이 형성된 공극(114a)은 반경방향으로의 단열특성을 향상시켜스테이터(140)에서 발생된 열이 고정체(112) 부분으로 전달되는 것을 차단하게 된다. 이처럼 스테이터(140)에서 발생된 열이 고정체(112)로 전달되지 않도록 함으로써 스테이터(140)에서 고정체(112)와 베이스(110)를 통한 볼 베어링(130, 150)으로의 열전달 또한 이루어지지 않게 되어 볼 베어링(130, 150)의 열적 안정성이 형성된다. 따라서, 스핀들 모터(100)의 회전정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 볼 베어링 구조의 다른 실시예인 도 6 및 도 7 에서와 같이 스테이터(140)의 압입공(142) 내주면에 요철(凹凸; 148)을 형성한 구조에 베이스(110)의 하부면에 다수의 방열핀(180)을 형성한 구조의 스핀들 모터(100)는 고정체(112)의 외주면에 요철(凹凸; 148)이 형성된 스테이터(140)의 압입공(142)을 압입·결합할시 스테이터(140)의 압입공(142) 내주면에 형성된 요철(凹凸; 148)의 철(凸) 부분만이 고정체(112)의 외주면에 접촉되고, 이에 따라 스테이터(140)의 압입공(142) 내주면에 형성된 요철(凹凸; 148)의 요(凹) 부분은 공기가 상하로 유동될 수 있는 공극(148a)으로 형성된다.
전술한 바와 같이 형성된 공극(148a)은 반경방향으로의 단열특성을 향상시켜 스테이터(140)에서 발생된 열이 고정체(112) 부분으로 전달되는 것을 차단하게 된다. 이처럼 스테이터(140)에서 발생된 열이 고정체(112)로 전달되지 않도록 함으로써 스테이터(140)에서 고정체(112)와 베이스(110)를 통한 볼 베어링(130, 150)으로의 열전달 또한 이루어지지 않게 되어 볼 베어링(130, 150)의 열적 안정성이 향상된다. 따라서, 스핀들 모터(100)의 회전정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 8 은 본 발명에 따른 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용스핀들 모터를 보인 동압베어링 구조의 결합 단면도, 도 9 는 본 발명에 따른 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터의 다른 실시예를 보인 동압베어링 구조의 결합 단면도이다.
도 8 및 도 9 는 동압베어링 구조의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(200)를 보인 것으로, 도면에서와 같이 동압베어링(270, 280) 구조의 스핀들 모터(200) 역시 베이스(210)의 상부면에 동심원의 형태로 돌출·형성된 고정체(212)의 외주면과 스테이터(230)의 압입공(도 4 참조) 내주면 중 어느 하나의 면에 요철(凹凸; 214 또는 238)을 형성하여 고정체(212)의 외주면에 스테이터(230)를 압입공을 통해 압입·결합시 공기가 유동될 수 있는 공극(214a 또는 238a)이 형성될 수 있도록 한 것이다. 즉, 전술한 바와 같이 고정체(212)의 외주면과 스테이터(230)의 압입공 내주면 사이에 형성된 공극(214a 또는 238a)을 통해 반경방향으로의 단열특성을 향상시켜 스테이터(230)에서 발생된 열이 고정체(212)와 베이스(210)를 통해 동압베어링(270, 280)으로 전달되지 않도록 함으로써 동압베어링(270, 280)의 열적 안정성을 향상시켜 스핀들 모터(200)의 회전정밀도를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 따른 동압베어링 구조의 단열 및 방열구조가 적용된 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(200) 역시 종래의 기술과 마찬가지로 상부면에 동심원 형태의 고정체(212)가 형성되어 하부를 이루는 베이스(210), 베이스(210)의 중심 상부측에 설치되는 하부 베어링(220), 중심부에 압입공이 형성되는 한편 외주면에 방사상으로 다수 형성되어 코일(236)이 감기는 코어(234)로 이루어져 압입공을 통해베이스(210)의 고정체(212) 외주면에 압입·고정되는 스테이터(230), 하부 베어링(220)의 상부 중심에 수직방향으로 설치되는 스핀들 축(240), 스핀들 축(240)의 상부에 설치되는 상부 베어링(250), 베이스(210)의 상부를 덮는 구조로 스핀들 축(240)의 외부에 회전 가능하게 지지되는 허브(260), 허브(260)의 내측 상부에 설치되어 스핀들 축(240)을 중심으로 허브(260)의 원활한 회전을 위해 동압을 형성하는 상하의 제 1 동압베어링(270)과 제 2 동압베어링(280), 허브(260)의 하부측 내주면에 설치되어 코일(236)과의 사이에 자장을 형성시켜 허브(260)가 회전되는 구동력을 발생시키는 영구자석(290)으로 이루어진다.
다만, 본 발명은 도 8 에서와 같이 베이스(210)의 상부면에 동심원의 형태로 돌출·형성된 고정체(212)의 외주면에 등간격으로 요철(214)이 형성되어 스테이터(230)를 압입공을 통해 고정체(212)에 압입·결합시 고정체(212)의 외주면과 압입공의 내주면 사이에 공극(214a)이 형성되도록 한 구성 또는 도 9 에 도시된 바와 같이 스테이터(230)의 압입공 내주면에 등간격으로 요철(238)이 형성되어 스테이터(230)를 압입공을 통해 고정체(212)의 외주면에 압입·결합시 고정체(212)와 압입공의 내주면 사이에 공극(238a)이 형성되도록 한 구성이 다르다.
한편, 전술한 바와 같은 동압베어링 구조의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(200) 역시 베이스(210)의 하부면에는 다수의 방열핀(216)이 형성되어 스테이터(230)로부터 베이스(210)로 전달된 열을 외부로 방열시키는 기능을 하게 된다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터(200)에 전원을 인가하게 되면 코일(236)에 전원이 인가되면 코어(234)와 영구자석(290) 사이에 자장이 형성되고, 이러한 코어(234)와 영구자석(290) 사이의 자장에 의해 허브(260)는 일방향으로 회전하게 된다.
전술한 바와 같이 허브(260)가 회전하게 되면 제 1 및 제 2 동압베어링(270, 280)의 내면에 공기의 유동이 발생하게 되고, 허브(260)의 회전이 증가 할수록 제 1 및 제 2 동압베어링(270, 280)과 스핀들 축(240), 상부 베어링(250), 하부 베어링(220)의 사이에는 허브(260)의 회전 속도에 비례하여 더 큰 강성의 공기층이 형성된다. 따라서, 플래터(도시하지 않음)를 탑재한 허브(260)는 스핀들 축(240)과의 사이에 형성된 소정의 강성을 가진 공기층을 동압베어링(270, 280)으로 하여 부과되는 부하량과 외란을 극복하면서 스핀들 축(240)을 중심으로 회전된다.
전술한 바와 같이 허브(260)가 회전하는 과정에서 스테이터(230)에서 발생된 열은 고정체(212)의 외주면과 스테이터(230)의 압입공 내주면 사이에 형성된 공극(214a 또는 238a)의 반경방향으로의 단열특성에 의해 차단되어 동압베어링(270, 280)으로 열이 전달되지 않게 된다.
보다 상세하게 설명하면 먼저, 도 8 에 도시된 바와 같이 베이스(210)의 상부면에 동심원의 형태로 상향으로 돌출·형성된 고정체(212)의 외주면에 요철(凹凸; 214)을 형성한 구조에 베이스(210)의 하부면에 다수의 방열핀(216)을 형성한 구조의 스핀들 모터(200)는 요철(凹凸; 214)이 형성된 고정체(212)의 외주면에 스테이터(230)의 압입공(도 4 참조)을 압입·결합할시 고정체(212)의 외주면에 형성된 요철(凹凸; 214)의 철(凸) 부분만이 스테이터(230)의 압입공 내주면에 접촉되고, 이에 따라 고정체(212)의 외주면에 형성된 요철(凹凸; 214)의 요(凹) 부분은공기가 상하로 유동될 수 있는 공극(214a)으로 형성된다.
전술한 바와 같이 형성된 공극(214a)은 반경방향으로의 단열특성을 향상시켜 스테이터(230)에서 발생된 열이 고정체(212) 부분으로 전달되는 것을 차단하게 된다. 이처럼 스테이터(230)에서 발생된 열이 고정체(212)로 전달되지 않도록 함으로써 스테이터(230)에서 고정체(212)와 베이스(210)를 통한 동압베어링(270, 280)으로의 열전달 또한 이루어지지 않게 되어 동압베어링(270, 280)의 열적 안정성이 형성된다. 따라서, 스핀들 모터(200)의 회전정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 동압베어링 구조의 다른 실시예인 도 9 에서와 같이 스테이터(230)의 압입공(도 4 참조) 내주면에 요철(凹凸; 238)을 형성한 구조에 베이스(210)의 하부면에 다수의 방열핀(216)을 형성한 구조의 스핀들 모터(200)는 고정체(212)의 외주면에 요철(凹凸; 238)이 형성된 스테이터(230)의 압입공을 압입·결합할시 스테이터(230)의 압입공 내주면에 형성된 요철(凹凸; 238)의 철(凸) 부분만이 고정체(212)의 외주면에 접촉되고, 이에 따라 스테이터(230)의 압입공 내주면에 형성된 요철(凹凸; 238)의 요(凹) 부분은 공기가 상하로 유동될 수 있는 공극(238a)으로 형성된다.
전술한 바와 같이 형성된 공극(238a)은 반경방향으로의 단열특성을 향상시켜 스테이터(230)에서 발생된 열이 고정체(212) 부분으로 전달되는 것을 차단하게 된다. 이처럼 스테이터(230)에서 발생된 열이 고정체(212)로 전달되지 않도록 함으로써 스테이터(230)에서 고정체(212)와 베이스(210)를 통한 동압베어링(270, 280)으로의 열전달 또한 이루어지지 않게 되어 동압베어링(270, 280)의 열적 안정성이향상된다. 따라서, 스핀들 모터(200)의 회전정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 베이스(110, 210)의 고정체(112, 212) 외주면과 스테이터(140, 230)의 압입공(142) 내주면 중 어느 하나의 면에 요철(114 또는 148, 214 또는 238)을 형성하여 고정체(112, 212)의 외주면에 스테이터(140, 230)를 결합시 고정체(112, 212) 외주면과 스테이터(140, 230)의 압입공(142) 내주면 사이에 공기가 유동될 수 있는 다수의 공극(114a 또는 148a, 214a 또는 238a)이 형성되도록 함으로써 공극(114a 또는 148a, 214a 또는 238a)을 통해 반경방향으로의 단열특성을 향상시켜 볼 베어링(130, 150)과 동압베어링(270, 280)의 열적 안정성을 높일 수 있도록 함은 물론, 회전정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 스테이터의 압입공 내주면이나 고정체의 외주면에 등간격으로 요철을 형성하여 스테이터의 압입공 내주면과 고정체의 외주면 사이에 공극이 형성되도록 하여 공극을 통해 반경방향으로의 단열특성을 향상시킴으로써 스테이터에서 발생된 열이 베이스를 통해 볼 베어링 및 동압베어링에 전달되지 않도록 하여 베어링의 열적 안정성을 높일 수 있는 효과가 발휘된다.
또한, 본 발명은 스테이터에서 발생된 열이 베이스를 통해 볼 베어링 및 동압베어링에 전달되지 않도록 하여 베어링의 열적 안정성을 높일 수 있도록 함으로써 회전정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 발휘된다.
한편, 본 발명은 스테이터의 압입공 내주면이나 고정체의 외주면에 등간격으로 요철을 형성하여 공극을 통한 단열특성을 향상시키는 구성에 더하여 베이스의 하부면에 다수의 방열핀을 형성함으로써 베이스의 방열면적을 더욱 크게 하여 방열효과를 향상시킬 수 있게 된다.
나아가, 본 발명은 전술한 효과들을 통해 스핀들 모터의 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있음은 물론, 각 부품의 열변형에 따른 시스템의 파손을 방지하여 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 발휘된다.

Claims (4)

  1. 상부면 중심부에 고정체가 구성되어 하부를 이루는 베이스, 상부에는 플래터가 고정되는 한편 하부의 내주면에 영구자석이 설치되는 허브, 상기 허브를 상기 베이스의 상부에 회전 가능하게 지지하는 베어링 및 외주면에 코일이 감기는 코어가 방사상으로 형성되는 한편 그 중심부에는 상하로 압입공이 관통 형성되어 상기 베이스의 상부면에 구성되는 고정체의 외주면에 압입·고정되는 스테이터로 이루어져 상기 스테이터에 전원의 인가시 상기 코일과 영구자석 사이에 형성되는 자장을 통해 상기 허브를 일방향으로 회전시키는 구조의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터에 있어서,
    상기 스테이터의 압입공 내주면과 상기 스테이터의 압입공에 삽입되는 고정체의 외주면 중 어느 하나에 요철을 형성하여 상기 고정체에 상기 스테이터의 압입공을 압입·결합시 상기 고정체의 외주면과 스테이터의 압입공 내주면 사이에 다수의 공극이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 단열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 요철은 상기 고정체의 외주면에 형성된 것을 특징으로 하는 단열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 요철은 상기 스테이터의 압입공 내주면에 형성된 것을 특징으로 하는 단열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스의 하부면에 다수의 방열핀을 더 형성하여 상기 스테이터로부터 상기 베이스로 전달된 열을 상기 방열핀을 통해 외부로 방열할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 단열 및 방열구조를 갖는 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터.
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