KR20120043504A - 유체 동압 베어링 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

외주면에 제1 동압 그루브가 형성되는 샤프트와, 상기 샤프트가 삽입 설치되며, 내주면에 상기 제1 동압 그루브에 대향 배치되는 제2 동압 그루브가 형성되는 슬리브를 포함하며, 상기 제1,2 동압 그루브는 서로 반대방향을 향하도록 형성되는 유체 동압 베어링 어셈블리가 개시된다.

Description

유체 동압 베어링 어셈블리{Fluid dynamic bearing assembly}
본 발명은 유체 동압 베어링 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동압 그루브를 구비하는 유체 동압 베어링 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 기록 디스크 구동장치(Hard disk drive, HDD)에 사용되는 소형의 스핀들 모터에는 유체 동압 베어링 어셈블리가 구비되며, 유체 동압 베어링 어셈블리의 샤프트와 슬리브 사이에 형성된 베어링 간극(clearanec)에 오일과 같은 윤활 유체가 충진된다. 이와 같은 베어링 간극에 충진된 오일이 압축되면서 유체 동압을 형성하여 샤프트를 회전 가능하게 지지한다.
즉, 일반적으로 유체 동압 베어링 어셈블리는 축방향으로 스파이럴(spiral) 형태의 그루브와 원주방향으로 헤링본(harringbone) 형태의 그루브를 통해 동압을 발생시켜 모터 회전 구동의 안정성을 도모하고 있다.
그런데, 상기한 샤프트와 슬리브 사이에 형성된 베어링 간극이 너무 좁아 샤프트의 회전시 마찰토크가 발생되며, 이에 따라 전력소모량이 증가되는 문제가 있으며, 결국 모터 회전 구동의 안정성이 저해되는 문제가 있다.
본 발명은 샤프트의 회전시 발생되는 마찰토크를 저감할 수 있는 유체 동압 베어링 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리는 외주면에 제1 동압 그루브가 형성되는 샤프트와, 상기 샤프트가 삽입 설치되며, 내주면에 상기 제1 동압 그루브에 대향 배치되는 제2 동압 그루브가 형성되는 슬리브를 포함하며, 상기 제1,2 동압 그루브는 서로 반대방향을 향하도록 형성될 수 있다.
상기 제1,2 동압 그루브는 헤링본 형상을 가질 수 있다.
상기 제1,2 동압 그루브는 제1,2 상부 동압 그루브와, 상기 제1,2 상부 동압 그루브 보다 축방향 길이가 짧게 형성되는 제1,2 하부 동압 그루브로 구성될 수 있다.
상기 제1,2 상부 동압 그루브는 상기 제1,2 하부 동압 그루브와 이격 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1,2 동압 그루브를 통해 샤프트와 슬리브의 베어링 간극을 증대시킬 수 있어 샤프트의 회전시 발생되는 마찰토크를 저감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리를 구비하는 모터를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에 구비되는 샤프트와 슬리브를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1,2 동압 그루브를 설명하기 위한 설명도이다.
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 제안한 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리를 구비하는 모터를 나타내는 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에 구비되는 샤프트와 슬리브를 나타내는 분해 사시도고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1,2 동압 그루브를 설명하기 위한 설명도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 유체 동압 베어링 어셈블리(100)는 샤프트(110), 슬리브(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 유체 동압 베어링 어셈블리(100)가 설치되는 모터(10)는 기록 디스크를 회전시키는 기록 디스크 구동장치에 적용되는 모터로서, 로터(20)와 스테이터(40)로 이루어진다.
로터(20)는 스테이터 코어(42)와 대응하는 환고리형의 마그넷(26)을 외주부에 구비하는 컵상의 로터 케이스(25)를 구비한다. 그리고, 상기한 환고리형의 마그넷(26)은 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정세기의 자기력을 발생하는 영구자석이다.
또한, 로터 케이스(25)는 샤프트(110)에 삽입되어 체결되는 로터 허브(25a)와, 환고리형의 마그넷(26)을 내부면에 배치시키는 마그넷 결합부(25b)를 구비할 수 있다.
스테이터(40)는 회전하는 부재를 제외한 모든 고정 부재를 의미하는 것으로, 스테이터 코어(42) 및 스테이터 코어(42)를 감싸는 권선코일(44)를 포함한다.
한편, 마그넷 결합부(25b)의 내주면에 구비되는 마그넷(26)은 권선코일(44)과 대향하게 배치되며, 마그넷(26)과 권선코일(44)의 전자기적 상호작용으로 로터(20)가 회전하게 된다. 다시 말해, 로터 케이스(25)가 회전하면 로터 케이스(25)와 연동하는 샤프트(110)가 회전된다.
여기서, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축방향은 도 1에서 볼 때, 샤프트(110)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 반경방향은 샤프트(110)를 기준으로 로터 케이스(25)의 외측단 방향 또는 로터 케이스(25)의 외측단을 기준으로 샤프트(110)의 중심방향을 의미하고, 원주방향은 샤프트(110)의 외주면을 따라 회전되는 방향을 의미한다.
샤프트(110)의 외주면에는 제1 동압 그루브(112)가 형성된다. 또한 샤프트(110)는 슬리브(120)에 회전 가능하게 설치되어 로터 케이스(25)의 회전시 로터 케이스(25)와 연동하여 회전된다. 즉, 샤프트(110)는 마그넷(26)과 권선코일(44)의 전자기적 상호작용으로 로터 케이스(25)가 회전되면 이에 연동되어 회전된다.
한편, 제1 동압 그루브(112)는 제1 상부 동압 그루브(112a)와, 제1 하부 동압 그루브(112b)로 구성될 수 있다.
그리고, 제1 하부 동압 그루브(112b)는 제1 상부 동압 그루브(112a)보다 축방향 길이가 짧게 형성되며, 이에 따라 샤프트(110)의 회전시 샤프트(110)와 슬리브(120)의 사이 공간, 즉 베어링 간극에 충진된 윤활유체가 하부측으로 유동될 수 있다.
또한, 제1 상부 동압 그루브(112a)와 제1 하부 동압 그루브(112b)는 소정 간격 이격 배치된다.
그리고, 제1 동압 그루브(112)는 헤링본 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 상부 동압 그루브(112a)와 제1 하부 동압 그루브(112b)의 중심부에서 유체동압의 크기가 최대가 된다.
한편, 본 실시예에서는 제1 동압 그루브(112)가 헤링본 형상으로 형성되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 제1 동압 그루브(112)는 유체 동압을 형성할 수 있는 어떠한 형상이라도 채용 가능할 것이다. 예를 들어 제1 동압 그루브(112)는 스파이럴 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
슬리브(120)에는 샤프트(110)가 삽입 설치되며, 내주면에 제1 동압 그루브(112)에 대향 배치되는 제2 동압 그루브(122)가 형성된다. 그리고, 제1,2 동압 그루브(112,122)는 서로 반대방향을 향하도록 형성된다.
한편, 슬리브(120)는 Cu 또는 Al 을 단조하거나, Cu-Fe 계 합금 분말 또는 SUS 계 분말을 소결하여 형성할 수 있으며, 외경이 축방향으로 연속하여 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라 슬리브(120)는 하나의 금형으로 제작될 수 있다.
또한, 슬리브(120)는 샤프트(110)가 삽입 장착될 수 있도록 중공의 원통 형상을 가질 수 있다. 즉, 샤프트(110)가 슬리브(120)에 삽입 장착되는 경우 슬리브(120)의 내주면과 샤프트(110)의 외주면 사이에는 베어링 간극이 형성되며, 베어링 간극에는 윤활유체가 충진된다.
이에 따라, 샤프트(110)의 회전시 충진된 윤활유체가 압축되면서 유체 동압을 형성하여 샤프트(110)를 회전 가능하게 지지할 수 있다.
한편, 슬리브(120)에는 베어링 간극에 충진된 윤활 유체가 순환 가능하도록 축방향으로 윤활 유체의 이동 경로를 제공하는 순환홀(124)을 구비할 수 있다. 즉, 슬리브(120)의 내주면과 샤프트(110) 사이에 충진된 윤활 유체는 순환홀(124)을 통해 이동되어 반시계방향으로 유동될 수 있다.
한편, 제2 동압 그루브(122)도 제1 동압 그루브(112)와 동일하게 제2 상부 동압 그루브(122a)와, 제2 하부 동압 그루브(122b)로 구성될 수 있다.
그리고, 제2 하부 동압 그루브(122b)는 제2 상부 동압 그루브(122a)보다 축방향 길이가 짧게 형성되며, 이에 따라 샤프트(110)의 회전시 샤프트(110)와 슬리브(120)의 사이 공간, 즉 베어링 간극에 충진된 윤활유체가 하부측으로 유동될 수 있다.
또한, 제2 상부 동압 그루브(122a)와 제2 하부 동압 그루브(122b)도 제1 상부 동압 그루브(112a)와 제2 하부 동압 그루브(112b)와 대향 배치되도록 소정 간격 이격 배치된다.
그리고, 제2 동압 그루브(122)는 대향 배치되는 제1 동압 그루브(112)와 서로 반대 방향을 향하도록 형성되되 헤링본 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 상,하부 동압 그루브(112a,112b)는 샤프트(110)의 회전방향과 반대방향을 향하도록 형성된다. 그리고, 제2 상,하부 동압 그루브(122a,122b)는 샤프트(110)의 회전방향과 동일한 방향을 향하도록 형성된다.
그리고, 제1 상부 동압 그루브(112a)와 제2 상부 동압 그루브(122a)의 중심은 서로 대향 배치되도록 형성된다. 또한 제1 하부 동압 그루브(112b)와 제2 하부 동압 그루브(122b)의 중심도 서로 대향 배치되도록 형성된다.
이에 따라, 샤프트(110)의 회전시 윤활유체가 샤프트(110)의 회전방향으로 회전되면서 제1,2 상부 동압 그루브(112a,122a), 제1,2 하부 동압 그루브(112b,122b)의 중심측으로 유동되어 유체 동압을 형성한다.
한편, 슬리브(120)는 고정된 상태로 설치되며, 제2 상,하부 동압 그루브(122a,122b)는 윤활유체의 회전방향과 동일한 방향을 향하도록 형성되므로, 윤활유체가 제2 상,하부 동압 그루브(122b,122b)를 따라 중심측으로 유동된다.
그리고, 샤프트(110)는 회전되며, 제1 상,하부 동압 그루브(112a,112b)는 윤활유체의 회전방향과 반대 방향을 향하도록 형성되므로, 윤활유체가 샤프트(110)의 회전시 상대적으로 제1 상,하부 동압 그루브(112a,112b)의 중심측으로 모이게 된다.
이에 따라, 제1,2 동압 그루브(112,122)를 통해 발생되는 동압의 크기가 증대된다.
한편, 샤프트(110)와 슬리브(120)의 내주면 사이에 형성되는 베어링 간극은 샤프트(110)의 외주면 또는 슬리브(120)의 내주면 중 어느 하나에 동압 그루브가 형성되는 경우와 비교하여 넓어질 수 있다.
즉, 베어링 간극이 넓어지도록 샤프트(110)가 슬리브(120)에 설치되더라도 제1,2 동압 그루브(112,122)에 의해 샤프트(110)의 회전시 발생되는 동압의 크기가 증대되므로, 샤프트(110)가 보다 안정적으로 회전될 수 있다.
결국, 제1,2 동압 그루브(112,122)가 샤프트(110)와 슬리브(120)에 형성되어 있으므로, 베어링 간극이 넓어지도록 샤프트(110)가 슬리브(120)에 설치될 수 있고, 이에 따라 샤프트(110)의 회전시 발생되는 마찰토크를 감소시킬 수 있다.
더하여, 베어링 간극이 넓어지도록 샤프트(110)가 슬리브(120)에 설치되므로, 샤프트(110)를 슬리브(120)에 보다 용이하게 설치할 수 있다. 즉 샤프트(110)의 조립성이 향상될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 제2 동압 그루브(122)가 헤링본 형상을 가지는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 제2 동압 그루브(122)는 제1 동압 그루브(112)에 형상에 대응되는 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 동압 그루브(112)가 스파이럴 형상을 가지도록 형성되는 경우 제2 동압 그루브(122)도 스파이럴 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 서로 반대방향을 향하도록 형성되는 제1,2 동압 그루브(112,122)를 통해 샤프트(110)의 회전시 발생되는 동압의 크기를 증가시킬 수 있으므로, 샤프트(110)와 슬리브(120) 사이에 형성되는 베어링 간극을 증대시킬 수 있다.
이에 따라, 샤프트(110)의 회전시 발생되는 마찰토크를 저감시킬 수 있으며, 더하여 샤프트(110)의 조립성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리(100)는 본 발명의 설명을 위해 부분적으로 과장되게 도시된 부분이 있으며, 실제의 유체 동압 베어링 어셈블리(100)를 도시한 도면은 아니다.
10 : 모터 100 : 유체 동압 베어링 어셈블리
110 : 샤프트 120 : 슬리브

Claims (4)

  1. 외주면에 제1 동압 그루브가 형성되는 샤프트;
    상기 샤프트가 삽입 설치되며, 내주면에 상기 제1 동압 그루브에 대향 배치되는 제2 동압 그루브가 형성되는 슬리브;
    를 포함하며,
    상기 제1,2 동압 그루브는 서로 반대방향을 향하도록 형성되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 동압 그루브는 헤링본 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 동압 그루브는 제1,2 상부 동압 그루브와, 상기 제1,2 상부 동압 그루브 보다 축방향 길이가 짧게 형성되는 제1,2 하부 동압 그루브로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1,2 상부 동압 그루브는 상기 제1,2 하부 동압 그루브와 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 어셈블리.
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