KR20050019126A - 낮은 프로파일 스러스트 저널 플레이트 유체 다이내믹베어링 모터 - Google Patents

낮은 프로파일 스러스트 저널 플레이트 유체 다이내믹베어링 모터

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KR20050019126A
KR20050019126A KR10-2004-7020000A KR20047020000A KR20050019126A KR 20050019126 A KR20050019126 A KR 20050019126A KR 20047020000 A KR20047020000 A KR 20047020000A KR 20050019126 A KR20050019126 A KR 20050019126A
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시게이트 테크놀로지 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 제한된 축 간격을 갖는 초소형 팩터들에 사용하기 적합한 허브/샤프트/스러스트 플레이트 어셈블리상에 유체 다이내믹 베어링을 제공하는 것이다.

Description

낮은 프로파일 스러스트 저널 플레이트 유체 다이내믹 베어링 모터{LOW PROFILE THRUST JOURNAL PLATE FLUID DYNAMIC BEARING MOTOR}
본 출원은 "낮은 프로파일 스러스트 저널 플레이트 FDB 모터"라는 명칭의 2002년 6월 12일 출원된 미국예비출원 일련번호 60/388,404를 우선권 주장한다. 상기 특허 출원은 본 출원의 출원인으로 출원되었으며, 그 전체가 본 발명에 참조로 포함된다.
본 발명은 낮은 프로파일 스러스트(thrust) 저널 플레이트 유체 다이내믹 베어링(fluid dynamic bearing: FDB) 모터에 관한 것이다.
디스크 드라이브 메모리 시스템들은 디지탈 정보의 저장을 위해 많은 세월 동안 컴퓨터들에서 사용되었다. 정보는 자기 디스크 매체의 동심원 메모리 트랙들상에 기록되고, 실제 정보는 매체내의 자기 변이(magnetic transition)들의 형태로 저장된다. 디스크들 그 자체는 스핀들상에 회전 가능하게 장착되고, 정보는 디스크 표면상에서 방사상으로 이동하는 피봇팅 아암상에 일반적으로 배치된 판독/기록 헤드들에 의해 액세스된다. 트랜스듀서들의 판독/기록 헤드들은 적당한 정보의 판독 및 기록을 보장하기 위하여 디스크들상에서 저장 트랙들과 정밀하게 정렬되어야 한다.
동작시, 디스크들은 허브 내부 또는 디스크 아래에 배치된 전기 모터에 의해 밀봉된 하우징내에서 고속으로 회전된다. 일반적인 용도의 한가지 형태의 모터는 인-허브(in-hub) 또는 인-스핀들(in-spindle) 모터로서 알려졌다. 상기 공지된 인-스핀들 모터들은 통상적으로 두 개의 볼 베어링 시스템들에 의해 허브의 중심에 배치된 모터 샤프트에 장착된 스핀들을 가진다. 상기 베어링들 중 하나는 통상적으로 스핀들의 상부 근처에 배치되고, 다른 하나는 스핀들 저면 근처에 배치된다. 이들 베어링들은 샤프트에 대한 스핀들의 정밀한 정렬을 유지하면서 샤프트 및 허브 사이의 회전 이동을 허용한다. 베어링들 자체는 일반적으로 그리스(grease) 또는 오일이 급유된다.
상기 종래의 베어링 시스템은 몇가지 단점들을 갖는다. 첫번째 문제점은 배선관로(raceway)에서 볼들의 회전에 의해 진동이 발생된다는 것이다. 하드 디스크 드라이브 스핀들에 사용되는 볼 베어링들은 베어링 오일 또는 그리스에 의해 제공된 윤활유 층에도 불구하고, 일반적으로 배선관로들과 볼들 사이의 물리적 접촉을 보장하는 조건들에서 동작한다. 미세하게 불균일하고 거친 배선관로들에서 동작하는 베어링 볼들은 회전 디스크에 진동들을 전달한다. 상기 진동은 데이터 트랙들 및 판독/기록 트랜스듀서 사이에 오정렬을 유발하여, 디스크 드라이브 시스템의 데이터 트랙 밀도 및 전체 성능을 제한한다.
게다가, 기계적 베어링들은 항상 비례적으로 보다 작은 크기들로 축소되지 않는다. 이것은 디스크 드라이브 산업 경향이 디스크 드라이브 유닛의 물리적 크기들을 축소시키는데 있기 때문에 상당한 단점이다.
종래의 볼 베어링 스핀들 시스템들에 대한 대안은 유체 다이내믹 베어링이다. 상기 시스템들에서, 기체(공기 포함) 또는 액체의 윤활유 유체는 고정 베이스 또는 하우징 및 회전 스핀들 사이, 또는 회전 허브 및 고정 모터의 주변부 사이의 실제 베어링 표면으로서 기능한다. 예를 들어, 오일, 보다 복합적인 강자기 유체들, 또는 심지어 공기를 포함하는 액체 윤활유들은 유체 다이내믹 베어링 시스템들에 사용되었다. 공기의 사용을 선호하는 이유는 헤드 디스크 하우징의 밀봉된 영역으로 오염물들의 가스 배출을 방지하는 중요성 때문이다. 그러나, 공기는 오일의 윤활유 품질들을 제공하지 못한다. 공기의 낮은 점도는 보다 작은 베어링 갭들을 요구하므로, 유사한 다이내믹 성능을 달성하기 위하여 보다 높은 허용오차 표준들을 요구한다.
액체 윤활유를 사용하는 유체 다이내믹 베어링의 경우에, 윤활유 유체 자체는 감소된 베어링 로드 능력을 유발하는 윤활유의 손실을 피하기 위하여 베어링내에 밀봉되어야 한다. 그렇지 않으면, 스핀들 및 하우징의 물리적 표면은 서로 건식 접촉되어, 베어링 시스템의 마모 및 점진적인 결함을 증가시킨다. 또한, 이러한 밀봉부의 결함, 또는 베어링 시스템내에 윤활유를 포함하기 위한 다른 노력에 의해 디스크 드라이브의 헤드 디스크 인터페이스 영역내로 오염물들이 진입할 수 있다.
공지된 유체 다이내믹 베어링 어셈블리들의 한가지 단점은, 유체 다이내믹 베어링이 기계적 베어링 어셈블리들로부터 발생하는 고유의 강성도(stiffness)를 가지지 않기 때문에, 상기 어셈블리들이 축 및 방사상 로드들을 지지하기 위해 긴 축 구조 엘리먼트들을 종종 필요로 한다는 것이다. 현재 소비자 요구에 따라 보다 작은 디스크 드라이브 크기들 이내로 유체 베어링 어셈블리를 축소 설치하는 것은 어렵다. 관련된 이슈로, 유체 다이내믹 베어링 어셈블리는 매우 촘촘한(tight) 간극(clearance) 및 정렬을 요구하는 단점을 가지며, 이러한 부담은 작은 편차 또는 수차(aberration) 조차도 결함있는 베어링을 야기할 수 있기 때문에 제조를 어렵게 한다.
전형적으로, 저널(journal) 또는 방사형 베어링은 샤프트 상에 배치된다. 그러나, 2.5 인치, 1.8 인치 또는 1.0 인치 초소형 팩터 드라이브에서, 샤프트들은 제한된 축상의 공간으로 인하여 짧아야 한다. 그러한 공간은 3.0 mm 또는 그 이하만큼 작을 수 있다. 따라서, 저널 베어링 홈(groove)들의 적절한 길이를 위한 긴 샤프트가 항상 가능한 것은 아니다.
따라서, 허브/샤프트/스러스트(thrust) 플레이트 어셈블리의 적절한 축상 및 방사상 위치설정을 제공하기 위해 적절한 강성도를 갖는 낮은 프로파일 유체 다이내믹 베어링 모터를 개발하는 것이 당업계의 관심사이다. 부가하여, 전력을 보존하는 모터를 개발하는 것이 관심사이다.
도 1은 본 발명의 낮은 프로파일 스러스트 저널 플레이트가 특히 유용한 공지된 디스크 드라이브의 평면도이다.
도 2는 디스크 드라이브에 통합된 유체 다이내믹 베어링의 수직 단면도이다.
도 3은 허브/샤프트/스러스트 플레이트 어셈블리의 간략화된 수직 횡단면도이다.
도 4는 허브/샤프트/스러스트 플레이트 어셈블리의 간략화된 수직 횡단면도이다.
도 5는 허브/샤프트/스러스트 플레이트 어셈블리의 간략화된 수직 횡단면도이다.
도 6은 허브/샤프트/스러스트 플레이트 어셈블리의 간략화된 수직 횡단면도이다.
도 7은 허브/샤프트/스러스트 플레이트 어셈블리의 간략화된 수직 횡단면도이다.
도 8은 디스크 드라이브의 다른 특징들을 또한 통합한 허브/샤프트/스러스트 플레이트 어셈블리의 단면도이다.
1.8 인치 드라이브와 같은 초소형 팩터들은 그 높이에서 극히 제한된다. 본 발명은 축상 강성도, 방사상 강성도 및 각 강성도를 제공하기 위하여 전통적인 스러스트 플레이트의 2 또는 3 개의 표면 상에 유체 베어링을 형성한다. 이것은 전형적으로 샤프트 상에 배치된 저널 베어링을 제거함으로써, 그리고 스러스트 플레이트의 외경 상에 저널을 제공하므로써 달성된다. 본 발명은 저널 베어링을 수용할 긴 샤프트를 필수적으로 가질 필요가 없기 때문에 낮은 프로파일 슬리브/스러스트 플레이트/샤프트 어셈블리를 제공한다. 대신에, 방사상 강성도가 스러스트 플레이트 외경 상의 홈이 형성된 베어링에 의해 제공된다. 이러한 구성은 방사상 강성도를 손상시키지 않으면서 전력을 보존할 수 있는데, 그 이유는 저널 베어링이 샤프트의 외경 상에 배치될 때보다 스러스트 플레이트의 외경 상에 배치될 때 중력의 회전자 중심과 축상으로 더 잘 정렬될 수 있기 때문이다. 본 발명의 개념은 소형 팩터 디스크 드라이브에 특히 유용하긴 하지만, 모든 크기의 드라이브에 유용하고, 모터가 이외의 환경에서 사용되는 유체 베어링에 포함될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 베어링 홈이 외부 원둘레 상에 있는 원통형 형태를 가진 디스크 드라이브의 스핀들 모터에 사용하기 위한 스러스트 플레이트를 제공한다. 또한, 샤프트는 스러스트 플레이트의 상부 단부 또는 하부 단부로부터 연장된다. 또한, 스러스트 플레이트의 상부 표면 또는 스러스트 플레이트의 하부 표면 중 적어도 하나 상에 베어링 홈이 위치할 수 있다.
또한, 본 발명은 제 1 및 제 2 축 표면(axial surface) 및 외경을 갖는 스러스트 플레이트를 포함하는 유체 다이내믹 베어링을 제공한다. 스러스트 플레이트의 외경 상에 홈들이 있고, 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면으로부터 연장되는 샤프트가 있다. 샤프트 및 스러스트 플레이트와 더불어, 갭을 통해 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 축 표면을 가진 카운터 플레이트(counter plate)가 있다. 더욱이, 카운터 플레이트에 결합되고 샤프트 및 스러스트 플레이트에 대한 회전을 위해 지지되는 슬리브(sleeve)가 있다. 본 발명에서, "~에 대한 회전을 위해 지지되는"이라는 문구가 사용될 때, 그것은 샤프트와 스러스트 플레이트가 고정되고 슬리브와 카운터 플레이트가 회전하고 있거나, 또는 샤프트와 스러스트 플레이트는 회전하고 있고 슬리브와 카운터 플레이트는 고정되어 있다는 것을 의미한다.
더욱이 슬리브는 제 1 축 스러스트 플레이트 표면 및 스러스트 플레이트의 외경 표면과 마주보는 표면을 규정(define)한다. 슬리브 표면들 사이의 갭들에 유체가 있다. 유체는 슬리브를 지지하는 것을 돕는다. 외경 상의 홈들과 더불어, 스러스트 플레이트는 하나 또는 둘의 축 표면 상에 홈들을 가질 수 있다. 선택적으로, 스러스트 플레이트의 축 표면들에 인접한 구조물들 상에, 즉, 슬리브 또는 카운터 플레이트 상에 베어링 홈들이 있을 수 있다. 하나의 축 표면 상에 홈들이 있다면, 유체 다이내믹 베어링 모터는 시스템의 구조에 따라 스러스트 플레이트 및 슬리브 또는 카운터 플레이트 중 하나 사이에 축의 자기 편향력(magnetic bias force)을 형성하기 위한 수단을 더 포함한다. 만약 두개의 축 표면들 상에 홈들이 있다면, 추가적인 자기 편향력이 요구되지 않는다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 자세히 설명될 것이며, 그러한 예시들은 첨부 도면들을 참조하여 설명된다. 본 발명은 그러한 실시예들과 함께 설명될 것이지만, 본 발명이 설명될 실시예들에 특히 한정되거나, 또는 디스크 드라이브들에 그러한 실시예들이 단독으로 사용되는 것은 아니다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 한정된 본 발명의 개념 및 범위내에 포함될 수 있는 대안예, 변경예 및 균등예를 커버한다. 본 발명은 작은 형태의 팩터 디스트 드라이브들에 특히 유용하지만, 그러나 본 발명의 개념은 모든 형태 및 크기의 드라이브들에 유용하고, 모터들과는 다른 분야에서 사용되는 유체 베어링들에 포함될 수 있다.
또한, 하드 디스크 드라이브들은 당업자에게 잘 알려져 있다. 당업자가 본 발명을 실시하는데 있어서 혼동을 방지하기 위해서, 본 명세서는 공지된 사항들에 관해서는 생략한다.
본 발명의 허브/샤프트/플레이트 어셈블리에 유용한 형태의 디스크 드라이브의 단순 평면도가 도 1에 도시된다. 상기 도면은 더 자세히 설명될 스핀들 어셈블리의 스핀들(21)에 의해 회전되는 회전 디스크(19)를 포함하는, 드라이브의 기본 엘리먼트들을 예시한다. 디스크들이 회전함에 따라, 트랜스듀서를 디스크 표면 위의 트랙에서 트랙으로 이동시키도록, 엑츄에이터 암(27)의 일 단부 상에 장착된 트랜스듀서(23)는 피봇(31)(통합적으로, 트랜스듀서 어셈블리)에 대해 회전하는 보이스 코일 모터(29)에 의해 선택적으로 위치한다.
도 2는 디스크 드라이브에 통합된 유체 다이내믹 베이링의 수직 횡단면도이다. 도 2는 일단에 스러스트 플레이트(52)를 가지는 중앙의 고정 샤프트(50)를 포함하는 스핀들 모터를 도시한다. 샤프트/스러스트 플레이트 구조는 단일한 집적부일 수 있거나, 샤프트/스러스트 플레이트 구조를 형성하도록 개별적으로 제조되고 순차적으로 함께 결합된 2개 이상의 부분들일 수 있다. 이러한 하나의 구성은 링 형상의 스러스트 플레이트이고, 상기 스러스트 플레이트 링의 내경에 결합된 샤프트를 갖는다. 샤프트는 회전 슬리브(54)에 대해 고정된다. 스러스트 플레이트(52)는 슬리브(54)에 의해 규정된 리세스(56) 및 상기 슬리브(54) 상에 지지된 카운터 플레이트(58) 내에 위치한다. 카운터 플레이트(58)는 허브 슬리브(54) 상의 숄더(60) 내부에 압착되거나 또는 이와 유사하게 고정됨으로써 슬리브(54) 상에 배치되어 고정된다. 저널 또는 방사형 베어링(40)은 샤프트(50)와 슬리브(54) 사이의 갭에 위치한다. 홈들은 샤프트(50)의 외벽 또는 슬리브(54)의 내벽 중 하나 상에 위치한다. 유체는 방사형 베어링(40)의 갭을 충진한다.
샤프트(50)의 대향 단부에서, 샤프트는 모터가 장착된 베이스(66)의 들어올려진(upraised) 부분(64) 상에 놓여 있는 숄더(62)를 포함한다. 샤프트 연장부(68)는 베이스(66)의 개구부(70)를 통해 연장되고, 샤프트의 나선형 장착 단부(72)는 베이스 내에 배치되어 상기 샤프트를 고정하는 너트(도시되지 않음)를 수용한다. 허브(74)는 슬리브(54)의 외측상에 지지되고, 자석(76)은 슬리브의 동일 표면 상에 위치하고 베이스 캐스팅(66)으로부터 지지되는 고정자(78)와 정렬된다. 상기 고정자에 에너지를 공급하면 허브의 회전을 유도하기 위해 자석(76)과 상호작용하는 필드를 형성한다. 하나 이상의 디스크들(19)은 허브의 표면 상에 지지된다. 트랜스듀서(23)(도 1)가 각각의 디스크(19) 표면 상부에서 근접하게 동작되기 때문에, 모터와 허브가 매우 안정한 것이 중요하다. 고정 샤프트 설계에 있어, 이러한 목적을 달성하기 위해, 상당한 직경의 샤프트(50)가 고정 샤프트 설계에서 사용되어야 한다. 본 발명은 축상 및 방사상 안정성 목적을 달성하며 고정 샤프트 및 회전 샤프트 설계 모두에 사용될 수 있는 스러스트 저널 플레이트 유체 다이내믹 베어링 어셈블리(thrust journal plate fluid dynamic bearing assembly)를 제공한다.
따라서, 전반적으로 본 발명은 제 1 및 제 2 축(axial) 표면 및 외경을 갖는 스러스트 플레이트를 포함하는 유체 다이내믹 베어링을 제공한다. 스러스트 플레이트의 외경상에는 홈들이 제공되고 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면으로부터 연장되는 샤프트가 제공된다. 샤프트 및 스러스트 플레이트 이외에, 갭에 대해 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 축 표면을 갖는 카운터 플레이트가 제공된다. 또한, 샤프트 및 스러스트 플레이트에 대해 회전하도록 지지되는 카운터 플레이트에는 슬리브가 결합된다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에서, "~대한 회전을 위해 지지된"이란 문구가 사용되는 경우, 이는 샤프트 및 스러스트 플레이트가 고정되고 슬리브 및 카운터 플레이트가 회전하는 경우, 또는 샤프트 및 스러스트 플레이트가 회전하고 슬리브 및 카운터 플레이트가 고정된 것을 의미한다 - 즉, 본 발명의 유체 다이내믹 베어링은 고정 및 비-고정상태의 샤프트 설계 모두에 있어 유용하다.
또한, 슬리브는 제 1 축방향 스러스트 플레이트 표면과 마주보는 표면 및 스러스트 플레이트의 외경 표면을 형성한다. 슬리브 표면들 사이의 갭에는 유체가 제공된다. 상기 유체는 슬리브 지지에 도움을 준다. 스러스트 플레이트는 외경 상의 홈 이외에, 하나 또는 두개의 축 표면상에 홈을 가질 수 있다. 선택적으로, 베어링 홈은 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 카운터 프레이트의 축바향 표면 상에 또는 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면과 마주보는 슬리브의 표면 상에 위치될 수 있다. 하나의 축 표면상에 홈이 제공되는 경우, 유체 다이내믹 베어링 모터는 시스템의 구성에 따라, 스러스트 플레이트와 카운터 플레이트 사이에 축방향 자기 편향력을 설정하는 수단을 더 포함할 수 있다. 두 개의 축 표면 상에 홈이 제공되는 경우, 부가적인 자기 편향력은 필요없다. 도 3-9는 본 명세서 및 이전의 설명에서 일반적으로 개시된 유체 다이내믹 베어링의 다양한 실시예를 나타낸다.
도 3은 슬리브/샤프트/스러스트 플레이트 어셈블리의 간략화된 수직 횡단면도이다. 도 3은 회전 샤프트를 구비하는 실시예를 나타낸다. 도 3은 스러스트 플레이트(306)에 결합되어 샤프트(304)에 결합되는 허브(302)를 나타낸다. 스러스트 플레이트(306)의 상부 표면은 308로 도시되며, 스러스트 플레이트(306)의 외경은 310으로 도시되며, 스러스트 플레이트(306)의 하부 표면은 312로 도시된다. 314는 샤프트(304)의 샤프트 벽(324)과 슬리브(316)의 내부 벽(322) 사이에 배치된 윤활제(lubricant)를 나타낸다. 카운터 플레이트는 슬리브(316)에 결합된 318로 도시된다. 유체는 스러스트 플레이트(306)의 외부 표면들(308, 310, 312) 사이, 및 슬리브(316)와 카운터 플레이트(318)의 마주보는(facing) 표면들 사이의 갭에 배치된다.
도 3의 실시예에서, 스러스트 플레이트(306) 상에는 3개의 베어링이 제공된다. 스러스트 플레이트(306)의 외경(310) 상에는 하나의 방사형 베어링이 있고, 두개의 축방향 베어링들이 제공된다. 축방향 베어링중 하나는 스러스트 플레이트(306)의 상부 표면(308) 상에 있고, 또다른 축방향 베어링은 스러스트 플레이트(306)의 하부 표면(312)상에 제공된다. 따라서, 본 발명의 실시예에서, 방사형 유체 다이내믹 베어링은 스러스트 플레이트(306)의 외경(310)상에 위치된다. 도 2를 참조로, 저널 또는 방사형 베어링은 샤프트(50)와 슬리브(54) 사이의 갭(40)에 위치된다. 따라서, 방사형 또는 저널 베어링은 종래기술의 구성에서 샤프트와 슬리브 사이에 위치되는 반면, 본 발명에서는 샤프트(304) 상에 베어링이 위치되지 않는다. 대신, 슬리브(316)의 내부 벽(322)과 샤프트(304)의 벽(324) 사이에는 윤활제(314)가 제공된다. 유체 또는 윤활제(314)는 모세관 작용으로 인해 갭내에 유지된다(밀봉부(320)).
또한 도 4는 상기 개시된 슬리브/샤프트/스러스트 플레이트 어셈블리의 간략화된 수직 단면을 나타낸다. 도 4는 고정 샤프트를 갖는 어셈블리의 실시예를 나타낸다. 도 4는 카운터 플레이트(418)에 결합된 허브(402)를 나타낸다. 샤프트(404)는 스러스트 플레이트(406)에 결합된다. 스러스트 플레이트(406)는 상부 표면(408), 외경 방사 표면(410), 및 하부 축 표면(412)을 포함한다. 허브(402)의 내부 벽(426)과 샤프트(404) 및 스러스트 플레이트(406)의 외부 벽 사이에는 414로 표시된 윤활제가 제공된다.
도 3을 참조로, 도 4는 스러스트 플레이트(406)의 외경(410)상에 하나의 방사형 베어링이 제공된 실시예를 나타낸다. 또한, 두개의 축방향 스러스트 베어링들이 제공된다. 축방향 스러스트 베어링 중 하나가 스러스트 플레이트(406)의 상부 표면과 카운터 플레이트(418)의 외부 표면 사이에 있고, 다른 축방향 베어링은 스러스트 플레이트(406)의 하부 표면(412)과 슬리브 섹션(421)의 외부 표면 사이에 있다. 다시 도 3에서와 같이, 종래 구성에서는 방사형 또는 저널 베어링이 샤프트 상에 위치하였고, 도 4에 나타낸 실시예에서는 샤프트(404) 상에 방사형 베어링이 없다. 대신, 스러스트 플레이트(406)의 외경(410)에 방사형 베어링이 있다. 또한, 도 4의 실시예에는 개별 슬리브가 없다. 대신, 허브(402)가 슬리브 역할을 하도록 구성된다. 그러나, 본 실시예 및 다른 모든 실시예들에서, 슬리브 및 허브는 공지된 어떤 방식으로도 함께 고정되는 개별 엘리먼트들일 수 있다.
본 명세서에 나타낸 다른 실시예 및 본원에 나타내지 않은 본 발명의 다른 실시예들은 물론, 도 4에 나타낸 실시예에서, 베어링 패턴은 공지된 어떤 타입이 될 수도 있다. 예를 들어, 이러한 패턴들은 쉐브론(chevron) 홈, 헤링본(herringbone) 홈, 나선형 홈, 사인형 홈이며, 스탬핑(stamping), 주조(coining) 또는 그 밖의 물질 패터닝 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 5는 허브/샤프트/스러스트 플레이트 어셈블리의 간략화된 수직 단면도이다. 도 5는 회전 샤프트 어셈블리의 실시예이다. 도 5에 나타낸 실시예는 도 3 및 도 4에 나타낸 2개의 축 대향 스러스트 베어링 대신 단일 스러스트 설계를 나타낸다. 도 5는 샤프트(504)에 결합되어 스러스트 플레이트(506)에 결합되는 허브(502)를 나타낸다. 스러스트 플레이트(506)는 상부 표면(508), 외경(510) 및 하부 표면(512)을 갖는다. 부가적으로, 슬리브(516)가 있다. 이 경우, 슬리브(516)는 카운터 플레이트 역할도 한다. 또한, 밀봉 실드(532)가 있다. 슬리브(516), 스러스트 플레이트(506) 및 밀봉 실드(532) 사이에 윤활제가 유지된다. 이 실시예에서는 다른 실시예에서와 같이, 허브/스러스트 플레이트/샤프트 어셈블리의 각종 컴포넌트들 사이에 윤활제를 유지하기 위해 밀봉부(seal)가 사용될 수도 있다. 이러한 밀봉부는 방사형 밀봉부, 구심성(centripetal) 밀봉부, 종래의 모세관형 밀봉부, 리버스 모세관형 밀봉부 또는 공지된 다른 밀봉부일 수 있다.
이러한 단일 스러스트 베어링 실시예에서는, 스러스트 플레이트(506)의 외경(510)에 또 하나의 방사형 베어링이 있고, 단 하나의 축방향 또는 스러스트 베어링이 있다. 하나의 축방향 또는 스러스트 베어링은 스러스트 플레이트(506)의 하부 표면(512)에 있다. 단 하나의 스러스트 베어링이 있기 때문에, 스러스트 베어링의 적절한 축방향 갭을 유지하기 위해 허브에 편향력(bias force)이 인가되어야 한다. 이러한 편향력은 2차 자석 또는 스테이트 자석 오프셋(미도시)에 의해 제공된 전자기력일 수 있다. 편향력은 530으로 나타낸다. 또한, 드라이브 구동시 베어링의 결과로서의 윤활제 펌핑 방향은 540 및 550으로 나타낸다.
또한, 밀봉 실드(532)는 스러스트 플레이트(506)의 상부 표면(508)을 가장 안쪽 섹션에서 커버하고 위를 덮도록, 축방향 충격 변위 리미터로서 작용한다.
또한 도 6은 고정 샤프트를 갖는 허브/샤프트/스러스트 플레이트 어셈블리의 간략화된 수직 단면도이다. 도 6은 허브(602), 및 샤프트(604)에 결합되어 스러스트 플레이트(606)에 결합되는 베이스(660)를 나타낸다. 스러스트 플레이트(606)는 상부 표면(608), 외경(610) 및 하부 표면(612)을 갖는다. 또한, 도 6은 구심성(또는 구심성) 밀봉부 및 리미터(662)를 나타낸다. 구심성 밀봉부(662), 스러스트 플레이트(606) 및 허브(602) 사이에 유체(614)가 유지된다. 모세관형 밀봉부는 620에 나타낸다.
또한, 도 5에서와 같이 스러스트 플레이트(606)의 외경(610) 상에 하나의 방사형 베어링이 있고, 이 때 스러스트 플레이트(606)의 표면(608) 상에 하나의 축방향 베어링이 있다. 도 5에서와 같이, 스러스트 베어링의 적절한 축방향 갭을 유지하기 위해 편향력이 필요하다. 이전과 같이, 이러한 편향력은 전자기력에 의해 공급될 수 있다.
이 실시예에서, 원심성 밀봉부 및 리미터(662)는 방사형 모세관 밀봉부(620) 메니스커스(meniscus)를 형성한다. 회전하는 회전자의 원심력은 원심성 밀봉부 및 리미터(662) 및 스러스트 플레이트(606) 사이에 유체를 유지시킨다. 윤활제의 해당 원심력은 밀봉부 내에 유체를 유지하는 것을 돕는다. 필요한 편향력은 630으로 나타내고, 드라이브 구동시 축방향 및 방사형 베어링의 결과로서 알짜(net) 윤활제 펌핑 방향은 각각 640 및 650으로 나타낸다.
도 7은 슬리브/샤프트/스러스트 플레이트의 간략화된 수직 단면도이다. 도 7은 고정 샤프트 설계의 실시예이다. 도 7은 카운터 플레이트 역할을 하도록 구성된 허브(702)를 나타낸다. 또한, 베이스(760)는 스러스트 플레이트(706)에 교번으로 결합되는 샤프트(704)에 결합된다. 스러스트 플레이트(706)는 상부 표면(708)과 외경(710) 및 하부 표면(712)을 갖는다. 또한, 환기구 라벨(772)이 있다. 모세관형 밀봉부가 720으로 도시된다.
도 5 및 6에서와 같이, 도 7은 스러스트 플레이트(706)의 외경(710) 상에서 단일 방사형 베어링을 가지며, 스러스트 플레이트(706)의 하부 표면(712) 상에서는 단일 축방향 베어링을 갖는다. 이전과 같이, 편향력이 필요한데, 이 실시예에서는 편향력이 역방향으로 가해지는 것이 요구된다. 상기 편향력은 다시 전자기적 수단에 의해 제공된다. 여기서는 도 6에서와 같이, 방사형 구심성 밀봉부가 허브(702)와 베이스(760) 사이에 형성된다. 또한, 환기구 라벨(772)이 증발 손실을 제한하기 위하여 방사형 구심성 밀봉부 상에 배치된다.
도 7은 윤활제(714)를 위한 순환 도관(770)을 도시한다. 순환 도관(770)은 윤활제가 하나의 영역에서 다른 영역으로 완전히 유출되지 않는 것을 확실히 보장한다. 이러한 구성은 "벤트형(vent)" 또는 "이중 벤트형" 구성으로 언급된다. 도 3-6에서 도시된 실시예들에서는, 순환 경로 또는 도관이 이들 실시예들에 포함될 수 있음에도 불구하고, 상기 경로 또는 도관을 도시하지 않는다. 윤활제 펌핑 방향은 740(축방향 힘) 및 750(방사방향 힘)으로 도시된다.
슬리브/스러스트 플레이트/샤프트 어셈블리의 하나의 실시예로서 이해되어야 한다. 본 명세서에 있는 본 발명의 각 실시예는 "슬리브형 부재"를 포함한다. 예를 들어, 도 3, 5 및 8은 각각 316, 516 및 816으로 슬리브를 도시한다. 도 4 및 7은 슬리브를 그 자체로 도시하지 않는다: 그러나, 허브(402 및 702)의 구성들은 각각 "슬리브" 또는 "슬리브형 부재"로 작용하는 것들이다. 슬리브를 구비하지 않는 도 6에서도 허브(602)와 밀봉부(662)의 구성의 결합으로 슬리브형 부재를 구비한다. 따라서, 슬리브 또는 슬리브형 부재의 다양한 실시예들은 소정의 방식으로 결합될 수 있는 허브 또는 카운터 플레이트 및 슬리브, 개별 허브 및 슬리브 둘다로서 작용하도록 구성된 허브를 포함하고, 유체 다이내믹 베어링을 형성하는데 필요한 표면들을 제공하는 임의의 다른 구성들과 슬리브로서 작용하도록 구성되는 허브 및 밀봉부를 포함한다. 또한, 홈들이 외경 및 스러스트 플레이트 방사형 표면 중 하나 또는 양자 모두 상에 도시되지만, 홈이 파여진 인접 슬리브 또는 카운터 플레이트 표면들일 수 있음을 유의해야 한다.
도 8은 도 7과 유사하다. 그러나, 허브(802), 샤프트(804), 스러스트 플레이트(806), 윤활제(814), 베이스(860), 허브(802)에 일체화된 슬리브(또는 허브 및 슬리브 양자의 기능을 하도록 구성된 허브(802)), 밀봉부 및 리미터 링(816), 및 순환 도관(870)을 도시하는 것과 더불어, 디스크(819) 및 자석(878) 도 도시됨을 주목해야 한다. 다시, 도 8에서 도시된 실시예는 스러스트 플레이트(806)의 외경(810) 상에 하나의 방사형 베어링을 가지며, 스러스트 플레이트(806)의 상부 표면(808)에 하나의 축방향 베어링을 갖는다. 따라서, 이전과 마찬가지로, 편향력(830)이 요구된다.
도 9는 도 8과 유사하다. 도 9는 허브(902), 샤프트(904), 스러스트 플레이트(906), 윤활제(914), 베이스(960), 허브(902)와 일체화된 슬리브(또는, 다른 실시예로서 허브(902)가 허브 및 슬리브 양자로 기능하도록 구성된다), 밀봉부 및 리미터 링(916), 순환 도관(970), 디스크(919) 및 자석(978)을 갖는 상부-커버-부착(top-cover-attach) 유체 다이내믹 베어링을 도시한다. 다시 한번, 도 9에서 도시된 실시예는 스러스트 플레이트(906)의 외경(910) 상에 하나의 방사형 베어링을 가지며, 스러스트 플레이트(906)의 상부 표면(908)에서 하나의 축방향 베어링을 갖는다. 단지 하나의 방사형 표면만이 베어링 홈들을 가지므로, 편향력(930)이 요구된다. 도 9의 상부-커버-부착 유체 다이내믹 베어링 실시예는, 중앙 나사(980)가 샤프트(904)를 커버(990)에 결합시킨다는 것을 제외하고는 도 8에 도시된 고정 샤프트 실시예와 매우 유사하다.
첨부된 청구 범위에 의해 규정되는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 당업자는 본 명세서에서 개시된 어셈블리들에 대한 다양한 변형들을 이룰 수 있다.

Claims (20)

  1. 샤프트;
    제 1 및 제 2 축 표면과 외경을 포함하는 스러스트 플레이트(thrust plate) - 상기 외경은 그 상부에 베어링 홈(groove)들을 갖고, 상기 샤프트는 상기 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면으로부터 연장됨 -;
    갭을 통해 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 축 표면을 갖는 카운터 플레이트;
    상기 카운터 플레이트에 결합되고 상기 샤프트 및 스러스트 플레이트에 대한 회전을 위해 지지되는 슬리브 - 상기 슬리브는 상기 제 1 축 스러스트 플레이트 표면 및 상기 스러스트 플레이트의 외경 표면과 마주보는 표면들을 추가로 형성함 -; 및
    상기 회전을 위한 슬리브를 지지하는 상기 슬리브 표면들 사이의 갭들의 유체
    를 포함하는 유체 다이내믹 베어링.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스러스트 플레이트의 제 1 또는 제 2 축 표면, 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 상기 카운터 플레이트의 축 표면, 또는 상기 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면과 마주보는 상기 슬리브의 표면들 중 하나는 그 상부에 홈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스러스트 플레이트 및 슬리브 사이, 또는 상기 스러스트 플레이트 및 카운터 플레이트 사이의 스러스트 갭을 폐쇄하기 위한 축 자기 바이어스를 형성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면, 또는 상기 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면과 마주보는 상기 슬리브의 표면들 상에 홈들이 있고, 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면, 또는 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 상기 카운터 플레이트의 축 표면 상에 홈들이 있는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 슬리브 및 스러스트 플레이트, 상기 슬리브 및 샤프트 사이에 유체를 유지하기 위한 하나 이상의 밀봉부들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 밀봉부들은 방사형, 구심성, 수직형 또는 리버스된(reversed) 모세관형 밀봉부들의 그룹으로부터 선택되는 모세관형 밀봉부들인 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 홈들은 쉐브론, 헤링본, 나선형 또는 사인형 홈들인 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  8. 디스크 드라이브에서 스핀들 모터로 사용하기 위한 스러스트 플레이트로서,
    원통형 형상부(shape);
    그 상부에 배치되는 베어링 홈들을 갖는 외부 원둘레부(circumference); 및
    제 1 및 제 2 축 표면 -상기 제 1 축 표면에서 상기 스러스트 플레이트로부터 샤프트가 연장됨 -
    을 포함하는 스러스트 플레이트.
  9. 청구항 제 8 항의 스러스트 플레이트;
    갭을 통해 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 축 표면을 갖는 카운터 플레이트;
    상기 카운터 플레이트에 결합되고 상기 샤프트와 스러스트 플레이트에 대한 회전을 위해 지지되는 슬리브 - 상기 슬리브는 상기 제 1 축 스러스트 플레이트 표면 및 상기 스러스트 플레이트의 외경 표면과 마주보는 표면들을 추가로 형성함 -; 및
    상기 회전을 위한 슬리브를 지지하는 상기 슬리브 표면들 사이의 갭들의 유체
    를 포함하는 유체 다이내믹 베어링.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 스러스트 플레이트의 제 1 또는 제 2 축 표면, 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 상기 카운터 플레이트의 축 표면, 또는 상기 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면과 마주보는 상기 슬리브의 표면들 중 하나는 그 상부에 홈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 스러스트 플레이트와 상기 슬리브 사이, 또는 상기 스러스트 플레이트와 상기 카운터 플레이트 사이의 스러스트 갭을 폐쇄하기 위한 축 자기 바이어스를 형성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면 또는 상기 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면과 마주보는 상기 슬리브의 표면들 상에 홈들이 있고, 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면 또는 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 상기 카운터 플레이트의 축 표면 상에 홈들이 있는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 슬리브 및 스러스트 플레이트와, 상기 슬리브 및 샤프트 사이에 유체를 유지하기 위한 하나 이상의 밀봉부들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 홈들은 쉐브론, 헤링본, 나선형 또는 사인형 홈들인 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  15. 샤프트;
    제 1 및 제 2 축 표면과 외경을 포함하는 스러스트 플레이트 - 상기 외경은 그 상부에 베어링 홈(groove)들을 갖고, 상기 샤프트는 상기 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면으로부터 연장됨 -;
    갭을 통해 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 축 표면을 갖는 카운터 플레이트;
    상기 카운터 플레이트에 결합되고 상기 샤프트 및 스러스트 플레이트에 대한 회전을 위해 지지되는 슬리브 - 상기 슬리브는 상기 제 1 축 스러스트 플레이트 표면과 상기 스러스트 플레이트의 외경 표면과 마주보는 표면들을 추가로 형성하고, 상기 스러스트 플레이트의 외경 표면과 마주보는 상기 슬리브 표면은 그 상부에 홈들을 가짐 -; 및
    상기 회전을 위한 슬리브를 지지하는 상기 슬리브 표면들 사이의 갭들의 유체
    를 포함하는 유체 다이내믹 베어링.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 스러스트 플레이트의 제 1 또는 제 2 축 표면, 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 상기 카운터 플레이트의 축 표면, 또는 상기 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면과 마주보는 상기 슬리브의 표면들 중 하나는 그 상부에 홈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 스러스트 플레이트와 상기 슬리브 사이, 또는 상기 스러스트 플레이트와 상기 카운터 플레이트 사이에 스러스트 갭을 폐쇄하기 위한 축 자기 바이어스를 형성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면 또는 상기 스러스트 플레이트의 제 1 축 표면과 마주보는 상기 슬리브의 표면들 상에 홈들이 있고, 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면 또는 상기 스러스트 플레이트의 제 2 축 표면과 마주보는 상기 카운터 플레이트의 축 표면 상에 홈들이 있는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 슬리브와 스러스트 플레이트 사이, 및 상기 슬리브와 샤프트 사이에 유체를 유지하기 위한 하나 이상의 밀봉부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 홈들은 쉐브론, 헤링본, 나선형 또는 사인형 홈들인 것을 특징으로 하는 유체 다이내믹 베어링.
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