KR101101643B1 - 유체 동압 베어링 어셈블리, 유체 동압 베어링 어셈블리를 구비하는 모터 및 이 모터를 탑재하는 기록 디스크 구동장치 - Google Patents

유체 동압 베어링 어셈블리, 유체 동압 베어링 어셈블리를 구비하는 모터 및 이 모터를 탑재하는 기록 디스크 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리는 샤프트가 삽입되는 축공을 구비하는 슬리브; 상기 사프트의 외경 및 슬리브의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 래디얼 동압부; 및 상기 래디얼 동압부의 축 방향 상부의 상기 샤프트의 외경 및 슬리브의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 서브 래디얼 동압부;를 포함하며, 상기 래디얼 동압부 및 서브 래디얼 동압부 사이의 축공에 형성되는 오일계면이 모터의 구동으로 온도가 증가함에 따라 상기 서브 래디얼 동압부 방향으로 상승할 수 있다.

Description

유체 동압 베어링 어셈블리, 유체 동압 베어링 어셈블리를 구비하는 모터 및 이 모터를 탑재하는 기록 디스크 구동장치{Hydrodynamic bearing assembly, motor provided with hydrodynamic bearing assembly and recording disc driving device equipped with motor}
본 발명은 온도 상승으로 부상높이가 낮아지며 베어링의 강성이 떨어지는 모터에 동압을 보상하는 유체 동압 베어링 어셈블리, 유체 동압 베어링 어셈블리를 구비하는 모터 및 이 모터를 탑재하는 기록 디스크 구동장치에 관한 것이다.
기록 디스크 구동장치에 사용되는 소형의 스핀들 모터는 유체 동압 베어링 어셈블리가 이용되고, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리의 샤프트와 슬리브 사이에는 오일이 개재되며, 상기 오일에서 생기는 유체 압력으로 샤프트를 지지하는 기구이다.
최근, 기록 디스크 구동장치의 성능 향상에 따라, 저전류·저NRRO(Non Repeatable Run Out)·내충격·내진동 등의 요구가 높아지고 있다.
특히, 하드 디스크 드라이브(HDD, hard disk drive)용 스핀들 모터가 넷북, 휴대폰, PMP, 게임기 등 다양한 휴대 제품에 적용됨에 따라 소형화에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
일반적으로, 하드 디스크 드라이브용 모터의 유체 동압 베어링 어셈블리는 오일 계면이 슬리브의 외측에 형성되도록 설계된다. 이와 같은 유체 동압 베어링 어셈블리는 오일의 양이 매우 중요한 인자이며, 장시간 구동 등으로 모터의 온도가 상승되는 경우 오일은 열팽창에 따라 오일 점도가 작아진다.
유체 동압 베어링 어셈블리가 오일 점도의 감소에 의해 로터 케이스가 부상되는 높이가 낮아지며, 베어링 어셈블리의 강성이 약해지는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은 온도 상승으로 부상높이가 낮아지며 베어링의 강성이 떨어지는 모터에 동압을 보상하는 유체동압 베어링 어셈블리, 유체 동압 베어링 어셈블리를 구비하는 모터 및 이 모터를 탑재하는 기록 디스크 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리는 샤프트가 삽입되는 축공을 구비하는 슬리브; 상기 사프트의 외경 및 슬리브의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 래디얼 동압부; 및 상기 래디얼 동압부의 축 방향 상부의 상기 샤프트의 외경 및 슬리브의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 서브 래디얼 동압부;를 포함하며, 상기 래디얼 동압부 및 서브 래디얼 동압부 사이의 축공에 형성되는 오일계면이 모터의 구동으로 온도가 증가함에 따라 상기 서브 래디얼 동압부 방향으로 상승할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 상기 오일계면은 상기 서브 래디얼 동압부의 스팬 길이의 상부까지 상승할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 상기 오일계면은 상기 모터의 기동 시에는 상기 샤프트의 부상에 의해 상기 래디얼 동압부 방향으로 하강할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 상기 래디얼 동압부는 헤링본 형상의 동압 홈을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 상기 서브 래디얼 동압부는 인-펌프 스파이럴 형상의 동압 홈을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 상기 샤프트의 외경 및 슬리브의 내경 중 적어도 하나에 요홈 형성되어 오일을 저장하는 오일 저장부;를 더 포함하며, 상기 래디얼 동압부는 상기 오일 저장부의 축 방향 상부 및 하부에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 상기 서브 래디얼 동압부는 상기 오일 저장부의 축 방향 상부에 형성되는 상기 래디얼 동압부보다 축 방향 상부에 위치할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 상기 유체 동압 베어링 어셈블리; 및 상기 샤프트와 연동하여 회전하는 로터;를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기록 디스크 구동장치는 기록 디스크를 회전시키는 모터; 상기 기록 디스크의 정보를 검출하는 헤드를 상기 기록 디스크로 이송하는 헤드 이송부; 및 상기 모터와 헤드 이송부를 수용하는 하우징;을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리, 유체 동압 베어링 어셈블리를 구비하는 모터 및 이 모터를 탑재하는 기록 디스크 구동장치에 의하면, 장시간 동작으로 온도가 상승하면, 오일 계면이 서브 래디얼 동압부의 축 방향 상측에 이동하게 되어 래디얼 동압을 보강할 수 있다.
또한, 래디얼 동압 특성 보강에 따라 모터의 일반적인 특성인 NRRO, 저전류화, 부상 시의 안정성, 소음 등이 개선될 수 있다.
또한, 오일 계면이 형성되는 부근에 래디얼 동압부가 형성되므로 오일 실링력이 강화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 개략 단면도.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 개략 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 기동 전의 오일계면의 위치를 도시한 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터에서 로터가 부상한 경우 오일계면의 위치를 도시한 개략도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 온도가 상승한 경우 오일계면의 위치를 도시한 개략도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터가 장착된 기록 디스크 구동장치를 도시한 개략 단면도.
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 동일 또는 유사한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일 또는 유사한 참조부호를 사용하여 설명한다.
유체 동압 베어링 어셈블리 및 모터
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 개략 단면도이며, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 개략 확대 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(10)는 유체 동압 베어링 어셈블리(60), 스테이터(40) 및 로터(20)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 모터(10)는 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD DVD 등의 광 디스크와 같은 기록 디스크를 구동하기 위한 모터로, 크게 스테이터(40)와 로터(20)를 포함할 수 있다.
상기 로터(20)는 스테이터(40)의 코일(46)과 대응하는 환고리형의 마그네트(24)를 외주부에 구비하는 컵상의 로터 케이스(22)를 구비한다. 상기 마그네트(24)는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정세기의 자기력을 발생하는 영구자석이다.
여기서, 상기 로터 케이스(22)는 샤프트(62)의 상단에 압입되어 고정되도록 하는 허브 베이스(220) 및 허브 베이스(220)에서 외경방향으로 연장되고 축 방향 하측으로 절곡되어 로터(20)의 마그네트(24)를 지지하는 마그네트 지지부(224)로 이루어 진다.
한편, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축 방향은 도 1에서 볼 때, 샤프트(62)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 외경 또는 내경 방향은 샤프트(62)를 기준으로 로터(20)의 외측단 방향 또는 로터(20)의 외측단을 기준으로 샤프트(62)의 중심 방향을 의미한다.
상기 스테이터(40)는 회전하는 부재를 제외한 모든 고정 부재를 의미하는 것으로, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(60)의 외주면이 끼워지져 고정되도록 하는 지지부(42), 상기 지지부(42)에 고정되는 코어(44) 및 상기 코어(44)를 감싸는 코일(46)을 포함한다.
상기 코일(46)과 상기 마그네트(24)의 전자기적 상호작용에 의해 로터(20)는 회전하게 된다.
또한, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(60)는 스테이터의 지지부(42)의 내측에 배치 고정될 수 있으며, 슬리브(66), 래디얼 동압부(400) 및 서브 래디얼 동압부(300)를 포함할 수 있다.
상기 슬리브(66)는 상기 샤프트(62)의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(62)를 지지한다.
여기서, 상기 샤프트(62)는 상기 슬리브(66)의 축공(65)과 미소 간극을 가지도록 삽입되며, 상기 미소 간극에는 오일이 충전된다. 그리고, 상기 샤프트(62)의 외경 및 상기 슬리브(66)의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 동압 발생부(400)가 형성될 수 있다.
상기 래디얼 동압부(400)는 헤링본(herringbone) 형상의 홈을 포함할 수 있으며, 상기 헤링본 형상의 홈은 샤프트(62)의 회전을 부드럽게 지지하도록 래디얼 동압을 발생시킨다.
한편, 오일은 상기 래디얼 동압부(400) 및 서브 래디얼 동압부(300) 사이의 축공(65)에 오일계면(I)이 형성되도록 충진된다. 상기 오일계면(I)은 모터(10)의 구동으로 온도가 증가함에 따라 상기 서브 래디얼 동압부(300) 방향으로 상승하게 된다.
여기서 구동온도에 대해서 온도가 증가한다는 의미는 모터(10)의 온도가 60℃ 내지 70℃의 고온으로 상승한 경우를 의미하며, 상온 이하의 온도를 저온으로 규정할 수 있다.
상기 서브 래디얼 동압부(300)는 인-펌프 스파이럴 형상의 동압 홈을 포함할수 있으며, 상기 인-펌프 스파이럴 형상의 동압 홈은 모터(10)가 고온 상태에서 상기 서브 래디얼 동압부(300)의 스팬 길이 상부로 상승하면 더 이상 상부로 상승하지 않도록 할 수 있다. 이로 인해, 축공(65) 내에서 오일이 외부로 비산하지 않고 오일이 실링될 수 있다.
본 실시예의 유체 동압 베어링 어셈블리(60)는 상기 샤프트(62)의 외경 및 슬리브(66)의 내경 중 적어도 하나에 요홈 형성되어 오일을 저장하는 오일 저장부(67)를 더 포함할 수 있다.
상기 래디얼 동압부(400)는 상기 오일 저장부(67)의 축 방향 상부 및 하부에 2개소 형성될 수 있다. 여기서 상기 오일 저장부(67)의 축 방향 상부에 위치되는 래디얼 동압부(400)를 상부 래디얼 동압부(420)으로, 축 방향 하부에 위치되는 래디얼 동압부(400)를 하부 래디얼 동압부(440)로 정의하기로 한다.
상기 서브 래디얼 동압부(300)는 상기 상부 래디얼 동압부(420)의 축 방향 상부에 배치될 수 있다.
상기 슬리브(66)의 저면에는 상기 슬리브(66)의 축공(65) 내의 샤프트(62)를 지지하는 지지 플레이트(61)가 구비될 수 있다. 여기서 상기 지지 플레이트(61)의 저면에는 상기 샤프트(62)에 스러스트 동압을 제공하는 스러스트 발생부(610)가 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 기동 전의 오일계면의 위치를 도시한 개략도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터에서 로터가 부상한 경우 오일계면의 위치를 도시한 개략도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 온도가 상승한 경우 오일계면의 위치를 도시한 개략도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 초기 기동시에서 로터가 부상된 상태에서 회전하여 고온으로 되는 과정에서의 오일의 이동모습을 알 수 있다.
도 3은 초기 기동시의 모터의 모습이 도시되어 있으며, 초기 상태에서의 오일 계면은 축공(65) 내에서 래디얼 동압부(400)와 서브 래디얼 동압부(300) 사이에 위치되고 있다.
그리고, 도 4는 로터(20)가 회전되어 축 방향 상부로 부상하여, 상기 로터(20)와 연동되는 샤프트(62)도 부상하는 모습을 도시한다. 샤프트(62) 저면의 초기 위치를 i로 샤프트(62)의 저면이 부상된 나중 위치를 f로 나타내었다. 상기 샤프트(62)가 부상하면 상기 샤프트(62)의 저면과 지지 플레이트(61) 사이에 오일이 유입될 수 있다.
따라서, 래디얼 동압부(400)와 서브 래디얼 동압부(300) 사이의 초기 위치(i)에 있는 오일계면(I)은 상기 샤프트(62)의 저면과 지지 플레이트(61) 사이에 오일이 유입된 만큼 내려오게 된다(나중 위치 f).
또한, 도 5는 모터(10)의 장시간 구동으로 온도가 고온의 상태로 되는 경우, 오일은 열팽창이 일어나게 되고, 오일계면이 상기 서브 래디얼 동압부(300) 방향으로 상승하게 된다(나중 위치 f’).
이때, 상기 서브 래디얼 동압부(300)는 인-펌프 스파이럴 형상의 동압 홈을 구비하므로, 상기 서브 래디얼 동압부(300)의 스팬 길이 상부로 상승한 오일을 더 이상 상승하지 않도록 한다.
기록 디스크 구동장치
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터가 장착된 기록 디스크 구동장치를 도시한 개략 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 기록 디스크 구동장치(1)는 하드 디스크 구동장치이며, 모터(10), 헤드 이송부(6) 및 하우징(3)을 포함한다.
상기 모터(10)는 상기에서 설명한 본 발명의 모터의 특징을 모두 가지며, 기록 디스크(2)를 탑재한다.
상기 헤드 이송부(6)는 상기 모터(10)에 탑재된 기록 디스크(2)의 정보를 검출하는 헤드(4)를 검출하고자 하는 기록 디스크(2)의 면으로 이송시킨다. 상기 헤드(4)는 상기 헤드 이송부(6)의 지지부(5) 상에 배치된다.
상기 하우징(3)은 상기 모터(10)와 헤드 이송부(6)를 수용하는 내부공간을 형성하기 위해, 모터 탑재 플레이트(8)와 상기 모터 탑재 플레이트(8)의 상부를 차폐하는 탑 커버(7)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리, 유체 동압 베어링 어셈블리를 구비하는 모터 및 이 모터를 탑재하는 기록 디스크 구동장치에 의하면, 장시간 동작으로 온도가 상승하면, 오일 계면이 서브 래디얼 동압부의 축 방향 상측에 이동하게 되어 래디얼 동압을 보강할 수 있다.
또한, 래디얼 동압 특성 보강에 따라 모터의 일반적인 특성인 NRRO, 저전류화, 부상 시의 안정성, 소음 등이 개선될 수 있다.
또한, 오일 계면이 형성되는 부근에 래디얼 동압부가 형성되므로 오일 실링력이 강화될 수 있다.
10: 모터 20: 로터
40: 스테이터 60: 축받이 어셈블리
62: 샤프트 300: 서브 래디얼 동압부
400: 래디얼 동압부

Claims (9)

  1. 샤프트가 삽입되는 축공을 구비하는 슬리브;
    상기 사프트의 외경 및 슬리브의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 래디얼 동압부; 및
    상기 래디얼 동압부의 축 방향 상부의 상기 샤프트의 외경 및 슬리브의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 서브 래디얼 동압부;를 포함하며,
    상기 래디얼 동압부 및 서브 래디얼 동압부 사이의 축공에 형성되는 오일계면이 모터의 구동으로 온도가 증가함에 따라 상기 서브 래디얼 동압부 방향으로 상승하는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오일계면은 상기 서브 래디얼 동압부의 스팬 길이의 상부까지 상승하는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오일계면은 상기 모터의 기동 시에는 상기 샤프트의 부상에 의해 상기 래디얼 동압부 방향으로 하강하는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 래디얼 동압부는 헤링본 형상의 동압 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서브 래디얼 동압부는 인-펌프 스파이럴 형상의 동압 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트의 외경 및 슬리브의 내경 중 적어도 하나에 요홈 형성되어 오일을 저장하는 오일 저장부;를 더 포함하며,
    상기 래디얼 동압부는 상기 오일 저장부의 축 방향 상부 및 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 서브 래디얼 동압부는 상기 오일 저장부의 축 방향 상부에 형성되는 상기 래디얼 동압부보다 축 방향 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 유체 동압 베어링 어셈블리; 및
    상기 샤프트와 연동하여 회전하는 로터;를 포함하는 모터.
  9. 기록 디스크를 회전시키는 제8항의 모터;
    상기 기록 디스크의 정보를 검출하는 헤드를 상기 기록 디스크로 이송하는 헤드 이송부; 및
    상기 모터와 헤드 이송부를 수용하는 하우징;을 포함하는 기록 디스크 구동장치.
KR1020100034872A 2010-04-15 2010-04-15 유체 동압 베어링 어셈블리, 유체 동압 베어링 어셈블리를 구비하는 모터 및 이 모터를 탑재하는 기록 디스크 구동장치 KR101101643B1 (ko)

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