KR100771327B1

KR100771327B1 - 스핀들 모터

Info

Publication number: KR100771327B1
Application number: KR1020060039551A
Authority: KR
Inventors: 김표; 김남석; 이상규; 비아체스라브 스미르노프
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-10-29
Also published as: JP2007298174A; CN101087087A; US20070257574A1; CN101087087B

Abstract

본 발명은 스핀들 모터를 개시한다.

본 발명은 외경부에 코어가 장착된 관형상의 홀더가 중앙부에 상향 돌출되게 조립되는 프레임과, 상기 프레임의 홀더에 압입되는 것으로 상·하 분할 구성되고 내주면에 분할 경계면을 따라 외홈이 형성되는 베어링과, 상기 베어링에 회전 가능하게 삽입되는 것으로 외홈에 대응되는 외주면에 내홈이 형성되는 샤프트와, 상기 샤프트의 상단에 일체로 결합되며 외주연 단부가 하향 연장된 캡 형상으로 연장단부의 내경면에 코어와 공극을 두고 대향 배치되는 마그네트가 구비되는 로터와, 상기 베어링이 압입된 프레임의 하단부를 차폐하는 스러스트 플레이트와, 상기 내홈과 외홈이 형성하는 공간에 개재되어 샤프트의 축방향 이동을 구속하는 고리 형상의 스토퍼로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 스핀들 모터는, 샤프트와 베어링의 중간 부분에 스토퍼를 개재시키는 구성에 의해, 샤프트와 베어링간의 유효 접촉구간의 감소 없이 샤프트의 축방향 구속이 보장되므로 결과적으로 모터의 박형화/경량화를 위한 설계의 자유도를 대폭적으로 높일 수 있는 이점이 있다.

스핀들, 모터, 베어링, 스팬, 박형

Description

스핀들 모터{spindle motor}

도 1은 종래 기술에 따른 스핀들 모터를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터를 나타낸 반단면도,

도 3은 도 2에 나타낸 스핀들 모터의 요부 발췌 사시도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀들 모터의 요부 발췌 단면도,

도 5는 도 4에 나타낸 스핀들 모터에서 스토퍼를 나타낸 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 스핀들 모터 10 : 프레임

15 : 홀더 16 : 스러스트 플레이트

17 : 스러스트 와셔 20 : 베어링

20' : 외홈 20" : 빗면

21 : 상 베어링부 22 : 하 베어링부

30 : 코어 40 : 스토퍼

41 : 경사면 50 : 샤프트

51 : 내홈 60 : 로터

65 : 마그네트

본 발명은 정밀 구동기기나 광디스크 드라이브용으로 사용되는 스핀들 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샤프트와 베어링간의 접촉구간을 최대한 확보하면서 샤프트의 구속을 안정되게 유지시켜 구동특성의 저하 없이 박형화와 경량화를 가능하게 하는 스핀들 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 샤프트(shaft)를 지지하는 방식에 따라 회전축 타입과 고정축 타입으로 구별되며, 구동부의 지지방식에 따라서는 구름 베어링 지지방식과 미끄럼베어링 지지방식으로 대별된다.

구름 베어링 방식은 통상적으로 하나 이상 복수의 볼 베어링(ball bearing)을 통해 샤프트를 지지하도록 된 것으로서, 저가의 볼 베어링을 사용함으로써 단가절감을 도모한다는 이점과, 내,외륜 사이에 개재되는 볼이 큰 강성을 가지고 있어 장시간 사용이 가능한 이점이 있다.

이에 반하여 고정도의 회전 정밀도를 얻을 수 없다는 문제점이 내재되어 있어, 어느 정도의 저속 회전시에는 적용이 가능하지만 고속 및 정속회전을 요망하는 제품에는 적용이 곤란한 문제점이 내재되어 있다.

즉, 고속회전을 요망하는 기록매체의 모터에 적용된 경우에는 볼과 내,외륜간의 틈새에 의한 심한 진동이 발생할 뿐만 아니라 이에 따른 소음(noise)이 발생되는 문제점이 야기된다.

이에 반하여 미끄럼 베어링 지지방식은 유체를 함유하고 있는 메탈 베어링(metal bearing)이나, 또는 오일(oil)을 통한 유막(油膜)을 형성하여 샤프트를 지지하도록 된 것으로서, 볼 베어링을 통한 구름 지지방식에 비하여 단가상승의 문제점이 있는 반면에 고정도의 회전특성을 유지할 수 있어 근래에 들어와서 하드디스크 드라이브(hard disk drive;HDD)나 광디스크 드라이브(optical disk drive;ODD) 및 기타 고속 회전을 요망하는 기록매체(記錄媒體)의 모터에 널리 채용되고 있다.

이러한 고속회전을 요망하는 기록매체에 있어서, 가장 중요한 요소 중의 하나는 디스크를 유동 없이 고속으로 회전시키는 것이며, 디스크를 유동 없이 고속으로 회전시키기 위해서는 스핀들 모터의 내구성과 더불어 디스크가 안착되는 턴테이블(turn table)의 고속회전에 따른 균형을 안정되게 유지시키는 것이 중요하다고 할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 스핀들 모터를 나타낸 단면도로서, 도시된 바와 같이 모터를 이루는 구성수단으로는 프레임(110)과 베어링(120) 그리고 코어(130)로 이루어지는 고정부재와, 샤프트(150)와 로터(160) 및 마그네트(165)로 이루어지는 회전부재로 대별된다.

먼저, 프레임(110)은 중앙부에 관 형상으로 상향 돌출되는 홀더(115)가 끼워 맞춤으로 결합 구성되며, 이 홀더(115)의 내경부에는 베어링(120)이 삽입되어 고정되고, 외경부에는 외주연 단부로 코일이 감겨진 코어(130)가 고정 장착된다.

여기서, 상기 샤프트(150)는 고속으로 회전시 로터(160)와 일체로 부상하게 되는 부상력이 작용하게 되는데, 이러한 부상력에 의해 상기 샤프트(150)가 베어링(120)에서 분리되는 것이 방지되도록 샤프트(150)의 하단부측에 고리형의 링홈(151)이 형성되고, 이 링홈(151)에는 오링(O-ring) 형상의 스토퍼(155)가 끼움 조립된다.

그리고, 상기 홀더(115)의 개방된 하단부는 내경부에 판재형의 스러스트 플레이트(116)가 코킹 또는 본딩으로 조립되는 것에 의해 외부로부터 차폐되는 구조이다.

또한, 상기 베어링(120)의 내경부에 회전 가능하게 삽입되는 샤프트(150)는 그 상단으로 로터(160)가 일체로 결합되며, 이때의 상기 로터(160)는 하향 개방된 캡 형상으로서 연장 단부의 내경면에는 상기 코어(130)의 외경면과 마주보게 마그네트(165)가 부착된다.

이와 같은 구성을 갖는 종래의 스핀들 모터는 외부로부터 전원이 코어(130)에 전달되면, 상기 코어(130)와 마그네트(165) 사이의 상호 전자기력에 의하여 회전부재인 마그네트(165)가 회전됨에 따라 로터(160) 역시 연동하여 회전되며, 이로써 로터(160)와 결합된 샤프트(150)가 동시에 회전하게 된다.

그러나, 최근 들어 정밀 기기의 소형화 및 박형화/경량화 추세에 따라 이들 정밀기기에 탑재되는 스핀들 모터 또한 슬림화가 절실히 요구되고 있으나, 종래 기술에 따른 스핀들 모터는 박형화를 위한 설계의 자유도가 극히 낮아 결과적으로 소 형화에 한계가 있는 단점이 있었다.

즉, 종래 기술에 따른 스핀들 모터는 샤프트(150)의 하단부측에 오링 형상을 갖는 스토퍼(155)를 끼워 이탈을 방지하도록 하고 있으나, 상기 스토퍼(155)의 두께 및 여유공간의 확보 등의 이유로 샤프트(150)에 대한 베어링(120)의 유효 접촉구간이 짧아지는 단점이 있다.

따라서, 스핀들 모터의 안정된 구동특성을 보장하기 위해서는 샤프트(150)에 대한 베어링(120)의 유효 접촉구간을 최대한 확보해야 하는데, 종래의 스핀들 모터에서 이를 실현하기 위해서는 불가피하게 샤프트(150)의 길이를 키워야 하므로 결과적으로 스핀들 모터의 전체적인 크기가 증대되는 단점이 발생된다. 이러한 이유로 종래 기술에 따른 스핀들 모터는, 구조적으로 박형으로 제작하기가 어려울 뿐만 아니라 박형으로 제작하는 경우 구동특성이 대단히 불량하게 되는 등의 문제점이 야기된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 샤프트에 대한 베어링의 유효 접촉구간의 감소없이 축방향 구속을 안정되게 실시하면서 박형화를 위한 설계의 자유도를 높일 수 있는 스핀들 모터를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스핀들 모터는, 외경부에 코어가 장착된 관형상의 홀더가 중앙부에 상향 돌출되게 조립되는 프레임과, 상기 프 레임의 홀더에 압입되는 것으로 상·하 분할 구성되고 내주면에 분할 경계면을 따라 외홈이 형성되는 베어링과, 상기 베어링에 회전 가능하게 삽입되는 것으로 외홈에 대응되는 외주면에 내홈이 형성되는 샤프트와, 상기 샤프트의 상단에 일체로 결합되며 외주연 단부가 하향 연장된 캡 형상으로 연장단부의 내경면에 코어와 공극을 두고 대향 배치되는 마그네트가 구비되는 로터와, 상기 베어링이 압입된 프레임의 하단부를 차폐하는 스러스트 플레이트와, 상기 내홈과 외홈이 형성하는 공간에 개재되어 샤프트의 축방향 이동을 구속하는 고리 형상의 스토퍼로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 베어링의 외홈은 입구측의 진입각이 좁아지는 형태로 빗면이 형성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 베어링의 외홈은 스토퍼의 외측부분이 끼워 맞춤으로 결합되고, 상기 샤프트의 내홈은 스토퍼와 비접촉되게 외홈에 비해 증대된 크기를 갖는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 스토퍼는 내주면과 상면의 경계를 이루는 모서리 부분을 모따기 하여 된 경사면이 형성되는 것에 있다.

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 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙 에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 본 발명에 따른 스핀들 모터의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 일 실시예를 나타난 스핀들 모터를 나타낸 것으로서, 먼저 도 2에 나타낸 스핀들 모터의 단면도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

이에 나타내 보인 바와 같이 스핀들 모터(1)는 크게 프레임(10)과 메탈 베어링(20) 그리고 코어(30)로 이루어진 고정부재와, 샤프트(50)와 로터(60) 및 마그네트(65)로 이루어진 회전부재로 대별된다.

먼저, 고정부재를 구성하는 요소를 설명하면, 프레임(10)은 중앙부에 관형상으로 상향 돌출되는 홀더(15)가 끼워맞춤 구조에 의해 일체로 구성되며, 이때의 상기 홀더(15)는 그 내주면으로 베어링(20)이 강제 압입되어 구비된다. 그리고, 상기 홀더(15)의 외경부에는 선택적으로 전원이 인가되는 코일이 감겨진 코어(30)가 장착되며, 이때의 상기 코어(30)는 후술할 로터(60)의 내주면에 부착된 마그네트(65)와 공극을 두고 대향 배치됨으로써 상호 작용에 의해 전자기력을 발생시키게 된다.

이어서, 회전부재를 구성하는 요소를 설명하면, 샤프트(50)는 상술한 베어 링(20)의 중앙부에 수직 방향으로 형성된 축공에 회전 가능하게 삽입되며, 그 상단부에는 외측의 끝단을 하향 연장시키고 그 연장단부의 내주면에 마그네트(65)가 부착되는 로터(60)가 결합된다. 이때 상기 마그네트(65)는 상기 코어(30)의 외경면과 공극을 두고 마주보게 배치되어 상호 작용에 의해 전자기력을 발생시키게 된다.

한편, 상기 프레임(10) 및 베어링(20)의 축공 하단부는 스러스트 플레이트(16)에 의해 외부와 차단되는 구성이며, 또한 상기 샤프트(50)의 하단부에는 축방향의 회전력을 원활하게 하기 위한 판재형의 스러스트 와셔(17)가 구비될 수 있다.

이러한 구성의 스핀들 모터(1)는 외부로부터 전원이 인가되면, 상기 코어(30)와 마그네트(65) 간의 상호 작용에 의해 발생되는 전자기력에 의해 회전부재인 로터(60)에 회전력이 부가되고 결과적으로 로터(60)와 함께 샤프트(50)가 회전되어 구동된다.

상기와 같은 구성은 종전의 스핀들 모터의 구조와 유사하며, 다만 본 발명은 샤프트(50)에 대한 베어링(20)의 유효 접촉구간 상에 샤프트(50)의 분리 방지를 위한 스토퍼(40)를 개재시키도록 하는데 가장 두드러진 특징이 있다.

이를 위해 본 발명은 샤프트(50)에 대한 베어링(20)의 유효 접촉구간의 중간부분에 고리 형상의 스토퍼(40)가 개재될 수 있도록 상기 베어링(20)과 샤프트(50)에 각각 외홈(20')과 내홈(51)을 형성하며, 이를 첨부된 도면 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 베어링(20)은 상·하 2단으로 분할되어 관형상을 갖는 상 베어링부(21)와 하 베어링부(22)로 구성되며, 이들 상 베어링부(21)와 하 베어링부(22)는 분할 경계면을 따라 고리 형상의 외홈(20')이 형성된다.

즉, 상기 상 베어링부(21)는 하측 내주면에 홈이 형성되고, 하 베어링(20)부는 상측 내주면에 홈이 형성되며, 이들 상·하 베어링(20)부가 조립된 상태에서는 전체적으로 외홈(20')을 형성하게 된다.

또한, 상기 베어링(20)의 외홈(20')은 입구측 부분의 진입각이 좁아지는 형태로 빗면(20")이 형성되며, 이러한 빗면(20")은 후술할 스토퍼(40)가 원활하게 조립될 수 있게 한다.

한편, 상기 베어링(20)의 외홈(20')은 스토퍼(40)의 외측 부분이 끼워 맞춤으로 결합될 수 있을 정도의 크기를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 베어링(20)의 외홈(20')은 후술할 샤프트(50)의 내홈(51)과 함께 고리 형상을 갖는 공간을 형성하게 된다.

상기 샤프트(50)는 상술한 베어링(20)의 외홈(20')과 마주보는 외주면으로 대응되는 형상을 갖는 내홈(51)이 형성된다. 이때의 상기 내홈(51)은 상술한 외홈(20')과 함께 전체적으로 사각 단면의 홈을 형성하게 된다.

한편, 상기 샤프트(50)는 스토퍼(40)와 접촉되는 경우에는 마찰에 의한 구동특성이 저하될 수 있으므로 상기 내홈(51)을 외홈(20')에 비해 증대된 크기로 마련하는 것이 바람직하다. 이는 모터가 정상적으로 동작되는 상태에서는 상기 스토퍼(40)의 내측 부분이 샤프트(50)에 형성된 내홈(51)에 접촉되지 않도록 하여 안정된 구동특성이 유지되게 하고, 상기 로터(60)와 샤프트(50)에 부상력(축방향 이동)이 작용하는 경우에는 샤프트(50)의 내홈(51)이 스토퍼(40)에 접촉하여 걸림됨으로써 축방향 구속이 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

이러한 구성을 갖는 샤프트(50)는 상술한 베어링(20)에 회전 가능하게 삽입되면, 상기 내홈(51) 부분이 상기 베어링(20)의 외홈(20') 부분과 대향 배치되는 것에 의해 고리 형상의 공간을 형성하게 되고, 이 고리 형상의 공간에 스토퍼(40)가 구비된다.

스토퍼(40)는 소정의 두께를 갖는 고리(ring)형상을 갖는 판형물로서, 그 내경은 샤프트(50)에 형성된 내홈(51)에 접촉되지 않을 정도의 지름 크기를 가지며, 그 외경은 베어링(20)의 외홈(20')에 끼워 맞춤될 수 있을 정도의 지름크기를 갖는다.

이러한 구성을 갖는 스토퍼(40)는 상기 샤프트(50)의 내홈(51)과 베어링(20)의 외홈(20')에 의해 형성되는 공간에 개재되어 부상력에 의한 샤프트(50)의 축방향 유동을 구속하게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀들 모터의 요부 발췌 단면도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 스핀들 모터에서 스토퍼를 나타낸 사시도이다.

본 실시예에서는 스토퍼(40)의 일측 모서리 부분을 모따기 처리하여 샤프트(50)의 압입 하중을 감소시키면서 조립성을 개선시키도록 하는 것에 특징이 있다.

즉, 상기 스토퍼(40)는 내주면과 상면의 경계를 이루는 모서리 부분이 모따기 처리되어 경사면(41)이 형성된다. 이때의 상기 경사면(41)은 모터의 구동시 또는 외력에 의해 샤프트(50)가 하방향으로 압입 하중을 받을 때 샤프트(50)의 접촉단부와 사선방향으로 접촉되는 것에 샤프트(50)의 압입 하중을 감소시키게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 스핀들 모터의 조립과정 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 조립과정을 살펴보면 프레임(10)에 코어(30)가 장착된 홀더(15)를 결합하고, 이 홀더(15)내에 하 베어링부(22)를 압입으로 구비한다. 그리고 프레임(10) 및 베어링(20)의 하단부를 스러스트 플레이트(16)로 차폐시킨다.

이어서 샤프트(50)의 내홈(51)에 스토퍼(40)를 가조립시킨 상태에서 하 베어링부(22)에 삽입시킨다. 그리고, 상기 스토퍼(40)가 삽입된 홀더(15)의 내측으로 상 베어링부(21)를 압입으로 조립하여 그 하면이 상기 하 베어링부(22)의 상면과 밀접하게 접촉되게 한다.

이와 같은 상태에서 상기 샤프트(50)의 상부 외주연에 로터(60)를 끼워 맞춤 으로 결합시키면 조립이 완료된다.

이렇게 조립된 스핀들 모터(1)는 모터의 구동시 발생하는 부상력이나 기타 외력에 의한 로터(60)의 축방향 유동을 스토퍼(40)에서 구속시킬 수 있게 된다.

즉, 외부로부터 전원이 인가되어 코어(30)에 전달되면, 상기 코어(30)와 마그네트(65) 사이에 형성되는 전자기력에 의해 상기 마그네트(65)가 부착된 로터(60)가 회전을 이루며, 이로서 로터(60)와 결합된 샤프트(50)가 동시에 회전하게 된다. 이때, 상기 회전부재인 로터(60) 및 샤프트(50)는 고속으로 회전됨에 따라 부상력에 의해 축방향 유동현상이 발생하게 되는데 이는 베어링(20)의 외홈(20')에 끼움구조로 결합된 스토퍼(40)가 샤프트(50)의 외홈(20')에 걸림되게 위치되어 있어 결과적으로 회전부재인 로터(60) 및 샤프트(50)의 축방향 유동이 방지될 수 있게 된다.

특히, 상기 로터(60) 및 샤프트(50)의 축방향 유동을 구속하는 스토퍼(40)는 상 베어링부(21)와 하 베어링부(22)로 2분할된 베어링(20)의 중간 부분에 구비되는 것에 의해 종전의 샤프트(50) 하단부에 구성되는 구속 구조를 제거 할 수 있게 된다.

따라서, 샤프트(50)에 대한 베어링(20)의 유효 접촉구간의 감소 없이 샤프트(50)의 길이를 감소시킬 수 있으므로 안정된 구동특성을 보장하면서 모터의 두께 감소에 따른 박형화와 이를 통한 경량화의 실현이 가능하다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 스핀들 모터는, 샤프트와 베어링의 중간 부분에 스토퍼를 개재시키는 구성에 의해, 샤프트와 베어링간의 유효 접촉구간의 감소 없이 샤프트의 축방향 구속이 보장되므로 결과적으로 모터의 박형화/경량화를 위한 설계의 자유도를 대폭적으로 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims

외경부에 코어가 장착된 관형상의 홀더가 중앙부에 상향 돌출되게 조립되는 프레임과;

상기 프레임의 홀더에 압입되는 것으로 상·하 분할 구성되고 내주면에 분할 경계면을 따라 외홈이 형성되는 베어링과;

상기 베어링에 회전 가능하게 삽입되는 것으로 외홈에 대응되는 외주면에 내홈이 형성되는 샤프트와;

상기 샤프트의 상단에 일체로 결합되며 외주연 단부가 하향 연장된 캡 형상으로 연장단부의 내경면에 코어와 공극을 두고 대향 배치되는 마그네트가 구비되는 로터와;

상기 베어링이 압입된 프레임의 하단부를 차폐하는 스러스트 플레이트와;

상기 내홈과 외홈이 형성하는 공간에 개재되어 샤프트의 축방향 이동을 구속하는 고리 형상의 스토퍼;

로 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
제 1항에 있어서, 상기 베어링의 외홈은 입구측의 진입각이 좁아지는 형태로 빗면이 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 베어링의 외홈은 스토퍼의 외측부분이 끼워 맞춤으로 결합되고, 상기 샤프트의 내홈은 스토퍼와 비접촉되게 외홈에 비해 증대된 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
제 1항에 있어서, 상기 스토퍼는 내주면과 상면의 경계를 이루는 모서리 부분을 모따기 하여 된 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.