KR20130011630A - 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샤프트의 펌핑 작용에 의하더라도 오일의 누수가 저감되도록 유량조절부재를 구비하는 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로서, 샤프트 및 상기 샤프트가 회전 가능하게 설치되고, 상기 샤프트와의 사이에 형성하는 베어링 간극에 충진되는 윤활유체가 순환하도록 축방향으로 관통되는 순환홀을 구비하는 슬리브를 포함하고, 상기 순환홀의 축방향 상단 또는 하단에는 순환홀로 유동하는 윤활유체의 양을 제한하는 유량조절부재가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터{Hydrodynamic bearing assembly and motor including the same}

본 발명은 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샤프트의 펌핑 작용에 의하더라도 오일의 누수가 저감되도록 유량조절부재를 구비하는 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 관한 것이다.

정보 저장 장치 중 하나인 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)는 기록재생헤드(read/write head)를 사용하여 디스크에 저장된 데이터를 재생하거나, 디스크에 데이터를 기록하는 장치이다.

이러한 하드 디스크 드라이브는 디스크를 구동시킬 수 있는 디스크 구동장치가 필요하며, 상기 디스크 구동장치에는 소형의 스핀들 모터가 사용된다.

소형의 스핀들 모터는 유체 동압 베어링 어셈블리가 이용되고 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리의 회전부재 중의 하나인 샤프트와 고정부재 중의 하나인 슬리브 사이인 베어링 간극에는 오일이 개재되어 상기 오일에서 생기는 유체 압력으로 샤프트를 지지하게 된다.

여기서, 상기 베어링 간극에 개재되는 오일은 다양한 원인에 의해 정상적인 오일 계면을 벗어나게 되는 문제점이 발생하였으며, 이는 오일 누출에 의해 모터의 성능에 치명적인 영향을 끼치게 되었다.

특히 외부 충격이 가해지는 경우의 오일 누출은 더욱 심각한 문제를 야기시켰으며, 결과적으로 모터의 수명을 줄이게 되는 문제점이 발생하였다.

이는, 외부 충격이나 진동 등이 모터에 가해지는 경우에 샤프트의 펌핑 작용에 의해 오일이 순환홀을 통해 외부로 급격히 펌핑되는 현상에 의해 발생될 수 있는 것이었다.

따라서, 외부충격이나 진동 등 있는 경우에도 모터의 성능에 영향이 없도록 순화홀의 구조를 개선하여 모터의 수명을 향상시키도록 하는 연구가 시급한 실정이다.

본 발명의 목적은 순환홀에 유량조절부재를 구비하여 순환홀을 통한 급격한 유체의 펌핑량을 저감함으로써 외부충격이나 진동 등에 의하더라도 샤프트의 펌핑 작용을 최소화하여 모터의 성능 저하를 방지할 수 있도록 하는 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리는 샤프트 및 상기 샤프트가 회전 가능하게 설치되고, 상기 샤프트와의 사이에 형성하는 베어링 간극에 충진되는 윤활유체가 순환하도록 축방향으로 관통되는 순환홀을 구비하는 슬리브를 포함하고, 상기 순환홀의 축방향 상단 또는 하단에는 순환홀로 유동하는 윤활유체의 양을 제한하는 유량조절부재가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 상기 유량조절부재는 상기 순환홀보다 직경이 작은 관통홀을 구비하여 상기 순환홀의 축방향 상단 또는 하단에 상기 순환홀과 연통되도록 끼움될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 상기 유량조절부재는 테이퍼지게 형성된 테이퍼홀을 구비하고 상기 테이퍼홀의 일단은 상기 순환홀보다 직경을 작게 구비하여 상기 순환홀의 축방향 상단 또는 하단에 상기 순환홀과 연통되도록 끼움될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 상기 유량조절부재는 적어도 2단으로 단차지게 형성된 단차홀을 구비하고 상기 단차홀의 일단은 상기 순환홀보다 직경을 작게 구비하여 상기 순환홀의 축방향 상단 또는 하단에 상기 순환홀과 연통되도록 끼움될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 상기 유량조절부재는 상기 관통홀의 중심이 상기 순환홀의 중심과 일치하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 상기 유량조절부재는 상기 관통홀의 중심이 상기 순환홀의 중심에서 편심되도록 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 의하면, 외부충격이나 진동 등에 의한 샤프트의 펌핑 작용에 의한 오일의 누출을 방지하여 모터의 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함하는 모터를 도시한 개략 단면도이고,
도 2는 도 1의 A 부분 확대도로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 구조를 도시한 단면도이며,
도 3은 도 1의 A 부분 확대도로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 구조를 도시한 단면도이고,
도 4는 도 1의 A 부분 확대도로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 구조를 도시한 단면도이며,
도 5는 도 1의 A 부분 확대도로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 구조를 도시한 단면도이다.

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 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함하는 모터를 도시한 개략 단면도이다. 다만, 본 발명에서 제시되는 모터의 구조는 일 실시예일 뿐이고, 본 발명의 특징부인 순환홀의 구조는 다양한 구조의 모터에 모두 적용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리(100)를 포함하는 모터(400)는 샤프트(110)와 슬리브(120)를 포함하는 유체 동압 베어링 어셈블리(100), 허브(210)를 포함하는 로터(200) 및 코일(320)이 권선되는 코어(310)를 포함하는 스테이터(300)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(100)의 구체적인 실시예들은 이하에서 상술하기로 하며, 본 발명에 따른 모터(400)는 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(100)의 각 실시예들의 구체적인 특징 전부를 가질 수 있다.

유체 동압 베어링 어셈블리(100)는 샤프트(110), 슬리브(120) 및 허브(210)를 포함할 수 있으며, 상기 허브(210)는 후술할 로터(200)를 구성하는 구성인 동시에 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(100)를 구성하는 구성일 수 있다.

우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축방향은 도 1에서 볼 때, 상기 샤프트(110)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 반경방향 외측 및 내측 방향은 상기 샤프트(110)를 기준으로 상기 허브(210)의 외측단 방향 또는 상기 허브(210)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(110)의 중심방향을 의미할 수 있다.

아울러, 용어를 정의하면, 어느 부재, 홀 또는 홈 등의 단부(상단, 하단, 끝단 등)는 해당 구성의 단부 또는 그 구성의 단부에 인접하는 부분을 모두 지칭할 수 있다.

슬리브(120)는 상기 샤프트(110)의 상단이 축방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(110)를 지지할 수 있으며, Cu 또는 Al을 단조하거나, Cu-Fe계 합금 분말 또는 SUS계 분말을 소결하여 형성될 수 있다.

여기서, 상기 샤프트(110)는 상기 슬리브(120)의 축공과 미소 간극을 가지도록 삽입되어 베어링 간극(C)의 역할을 하고, 상기 베어링 간극에는 오일이 충전되며 상기 샤프트(110)의 외경 및 상기 슬리브(120)의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 레디얼 동압홈(122)에 의해 로터(200)의 회전을 부드럽게 지지할 수 있다.

상기 레디얼 동압홈(122)은 상기 슬리브(120)의 축공의 내부인 상기 슬리브(120)의 내측면에 형성되며, 상기 샤프트(110)의 회전 시에 한쪽으로 편향되도록 압력을 형성시키게 된다.

다만, 상기 레디얼 동압홈(122)은 상기 언급한 바와 같이 상기 슬리브(120)의 내측면에 마련되는 것에 한정하지 않으며, 상기 샤프트(110)의 외경부에 마련되는 것도 가능하며, 갯수도 제한이 없다는 것을 밝혀둔다.

상기 레디얼 동압홈(122)은 헤링본 형상, 스파이럴 형상 및 나사선 형상 중 어느 하나일 수 있으며, 레디얼 동압을 발생시키는 형상이라면 그 형상에는 제한이 없다.

상기 슬리브(120)에는 슬리브(120)의 상부와 하부를 연통하도록 형성되는 순환홀(125)을 구비하여, 유체 동압 베어링 어셈블리(100) 내부의 오일의 압력을 분산시켜 평형을 유지할 수 있도록 할 수 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(100) 내부에 존재하는 기포 등을 순환에 의해 배출되도록 이동시킬 수 있다.

상기 순환홀(125)의 상단 또는 하단에는 순환홀(125)로 유동하는 윤활유체의 양을 제한하는 유량조절부재(140)가 구비될 수 있다. 상기 스핀들 모터는 외부의 충격이나 진동 등에 의해 샤프트(110)가 상하로 유동할 수 있으며, 이 경우 샤프트(110)의 펌핑 작용에 의해 베어링 간극(C)에 채워진 윤활유체가 상기 순활홀(C)을 통해 급격히 펌핑되어 오일의 누설을 발생시키는 원인으로 작용할 수 있다. 이에, 본 발명에서는 상기 순환홀(125)의 상단 또는 하단에 유량조절부재(140)를 구비하여 오일의 누설을 최소화하고자 한다.

이에 대해서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 자세히 후술하기로 한다.

또한, 상기 슬리브(120)의 축방향 하부에는 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브(120)와 결합하며, 상기 간극에는 오일을 수용하는 베이스 커버(130)가 결합될 수 있다.

상기 베이스 커버(130)는 상기 슬리브(120) 사이의 간극에 오일을 수용하여 그 자체로서 상기 샤프트(110)의 하면을 지지하는 베어링으로서의 기능을 수행할 수 있다.

허브(210)는 샤프트(110)와 결합하며, 상기 샤프트(110)와 연동하여 회전하는 회전부재로 유체 동압 베어링 어셈블리(100)를 구성하는 구성인 동시에 로터(200)를 구성할 수 있으므로, 이하 로터(200)에서 자세히 설명한다.

로터(200)는 스테이터(300)에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전 구조물이며, 후술할 코어(310)와 일정 간격을 두고 서로 대응되는 환고리형의 마그네트(220)를 외주면에 구비하는 허브(210)를 포함할 수 있다.

다시 말하면, 상기 허브(210)는 상기 샤프트(110)에 결합되어 상기 샤프트(110)와 연동하여 회전하는 회전부재일 수 있다.

여기서, 상기 마그네트(220)는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정 세기의 자기력을 발생시키는 영구자석으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 허브(210)는 샤프트(110)의 상단에 고정되도록 하는 제1 원통형 벽부(212), 상기 제1 원통형 벽부(212)의 단부로부터 반경방향 외측으로 연장 형성되는 원판부(214), 상기 원판부(214)의 반경방향 외측 단부에서 하향 돌출되는 제2 원통형 벽부(216)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 원통형 벽부(216)의 내주면에는 상기 마그네트(220)가 결합될 수 있다.

상기 허브(210)는 상기 슬리브(120)의 상측 외측부와 대응되도록 축방향 하측으로 연장되어 형성되는 주벽부(230)를 구비할 수 있다.

상기 주벽부(230)의 내주면은 테이퍼지게 형성되어 상기 슬리브(120)의 외측면과의 사이에 오일계면이 형성되어 오일이 실링되도록 할 수 있다. 또한, 상기 슬리브(120)의 외주면이 테이퍼지게 형성되어 오일이 실링되도록 할 수도 있다.

스테이터(300)는 코일(320), 코어(310) 및 베이스 부재(330)를 포함할 수 있다.

다시 말하면, 상기 스테이터(300)는 전원인가 시 일정크기의 전자기력을 발생시키는 코일(320) 및 상기 코일(320)이 권선되는 복수개의 코어(310)를 구비하는 고정 구조물일 수 있다.

상기 코어(310)는 패턴회로가 인쇄된 인쇄회로기판(미도시)이 구비되는 베이스 부재(330)의 상부에 고정 배치되고, 상기 권선코일(320)과 대응하는 베이스 부재(330)의 상면에는 상기 권선코일(320)을 하부로 노출시키도록 일정크기의 코일공이 복수개 관통형성될 수 있으며, 상기 권선코일(320)은 외부전원이 공급되도록 상기 인쇄회로기판(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 베이스 부재(330)는 상기 슬리브(120)의 외주면이 고정되고, 상기 코일(320)이 권선되는 코어(310)가 삽입될 수 있으며, 상기 베이스 부재(330)의 내면 혹은 상기 슬리브(120)의 외면에 접착제를 도포하여 조립될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 구조를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 구조를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 구조를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리의 구조를 도시한 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에 제공되는 슬리브(120)의 순환홀(125) 상단 또는 하단에는 유량조절부재(140)가 구비될 수 있다.

상기 스핀들 모터는 외부의 충격이나 진동 등에 의해 샤프트(110)가 상하로 유동할 수 있으며, 이 경우 샤프트(110)의 펌핑 작용에 의해 베어링 간극(C)에 채워진 윤활유체가 상기 순활홀(C)을 통해 급격히 펌핑되어 오일의 누설을 발생시키는 원인으로 작용할 수 있다. 이에, 본 발명에서는 상기 순환홀(125)의 상단 또는 하단에 유량조절부재(140)를 구비하여 오일이 유동될 수 있는 경로를 협소하게 함으로써 오일의 누설을 최소화하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에 제공되는 슬리브(120)의 순환홀(125) 상단 또는 하단에는 유량조절부재(140)가 구비될 수 있다. 상기 유량조절부재(140)는 상기 순환홀(125)보다 직경이 작은 관통홀(141)을 구비하여 상기 순환홀(125)의 축방향 상단 또는 하단에 상기 순환홀(125)과 연통되도록 끼움되는 부재일 수 있다.

여기서, 상기 유량조절부재(140)는 상기 관통홀(141)의 중심이 상기 순환홀(125)의 중심과 일치하도록 구비되거나(도 2 참조), 상기 관통홀(141)의 중심이 상기 순환홀(125)의 중심에서 편심되도록 구비될 수 있다(도 3 참조).

상기 유량조절부재(140)는 상기 순환홀(125)의 내부에 압입 또는 접착제 접착 방식 등에 의해 고정되거나 상기 순환홀(125)의 양단과 인접하도록 구비되는 별도의 홈에 압입 또는 접착제 접착 방식 등에 의해 고정될 수 있다. 여기서, 상기 유량조절부재(140)는 상기 순환홀(125)의 내부에 압입 또는 접착제 접착 방식 등에 의해 고정되는 경우에는 순환홀(125)의 상단, 중단 또는 하단 등 어느 위치에 고정하더라도 무방하다.

상기 유량조절부재(140)의 상기 관통홀(141)은 상기 순환홀(125)의 직경보다 작게 구비되어 상기 순환홀(125)로 유동될 수 있는 윤활유체의 양을 감소시켜 샤프트(110)의 급격한 펌핑 작용에 의하더라도 윤활유체의 누설을 최소화할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에 제공되는 슬리브(120)의 순환홀(125) 상단 또는 하단에는 테이퍼지게 형성된 테이퍼홀(143)을 구비하고 상기 테이퍼홀(143)의 일단은 상기 순환홀(125)보다 직경을 작게 구비하여 상기 순환홀(125)의 축방향 상단 또는 하단에 상기 순환홀(125)과 연통되도록 끼움되는 유량조절부재(140)가 구비될 수 있다.

상기 유량조절부재(140)는 상기 순환홀(125)의 내부에 압입 또는 접착제 접착 방식 등에 의해 고정되거나 상기 순환홀(125)의 양단과 인접하도록 구비되는 별도의 홈에 압입 또는 접착제 접착 방식 등에 의해 고정될 수 있다. 여기서, 상기 유량조절부재(140)는 상기 순환홀(125)의 내부에 압입 또는 접착제 접착 방식 등에 의해 고정되는 경우에는 순환홀(125)의 상단, 중단 또는 하단 등 어느 위치에 고정하더라도 무방하다.

상기 유량조절부재(140)의 상기 테이퍼홀(143)의 일단은 상기 순환홀(125)의 직경보다 작게 구비되어 상기 순환홀(125)로 유동될 수 있는 윤활유체의 양을 감소시켜 샤프트(110)의 급격한 펌핑 작용에 의하더라도 윤활유체의 누설을 최소화할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에 제공되는 슬리브(120)의 순환홀(125) 상단 또는 하단에는 적어도 2단으로 단차지게 형성되는 단차홀(145)을 구비하고 상기 단차홀(145)의 일단은 상기 순환홀(125)보다 직경을 작게 구비하여 상기 순환홀(125)의 축방향 상단 또는 하단에 상기 순환홀(125)과 연통되도록 끼움되는 유량조절부재(140)가 구비될 수 있다.

상기 유량조절부재(140)는 상기 순환홀(125)의 내부에 압입 또는 접착제 접착 방식 등에 의해 고정되거나 상기 순환홀(125)의 양단과 인접하도록 구비되는 별도의 홈에 압입 또는 접착제 접착 방식 등에 의해 고정될 수 있다. 여기서, 상기 유량조절부재(140)는 상기 순환홀(125)의 내부에 압입 또는 접착제 접착 방식 등에 의해 고정되는 경우에는 순환홀(125)의 상단, 중단 또는 하단 등 어느 위치에 고정하더라도 무방하다.

상기 유량조절부재(140)의 상기 단차홀(145)의 일단은 상기 순환홀(125)의 직경보다 작게 구비되어 상기 순환홀(125)로 유동될 수 있는 윤활유체의 양을 감소시켜 샤프트(110)의 급격한 펌핑 작용에 의하더라도 윤활유체의 누설을 최소화할 수 있다.

100: 유체 동압 베어링 어셈블리 110: 샤프트
120: 슬리브 130: 커버플레이트
140: 유량조절부재 141: 관통홀
143: 테이퍼홀 145: 단차홀
150: 스러스트 플레이트 150a, 150b: 스러스트 동압홈
200: 로터 210: 허브
230: 주벽부
300: 스테이터 310: 코어
320: 코일 330: 베이스 부재
400: 모터

Claims (7)

1. 샤프트; 및
   상기 샤프트가 회전 가능하게 설치되고, 상기 샤프트와의 사이에 형성하는 베어링 간극에 충진되는 윤활유체가 순환하도록 축방향으로 관통되는 순환홀을 구비하는 슬리브;를 포함하고,
   상기 순환홀의 축방향 상단 또는 하단에는 순환홀로 유동하는 윤활유체의 양을 제한하는 유량조절부재가 구비되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 유량조절부재는 상기 순환홀보다 직경이 작은 관통홀을 구비하여 상기 순환홀의 축방향 상단 또는 하단에 상기 순환홀과 연통되도록 끼움되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 유량조절부재는 테이퍼지게 형성된 테이퍼홀을 구비하고 상기 테이퍼홀의 일단은 상기 순환홀보다 직경을 작게 구비하여 상기 순환홀의 축방향 상단 또는 하단에 상기 순환홀과 연통되도록 끼움되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 유량조절부재는 적어도 2단으로 단차지게 형성된 단차홀을 구비하고 상기 단차홀의 일단은 상기 순환홀보다 직경을 작게 구비하여 상기 순환홀의 축방향 상단 또는 하단에 상기 순환홀과 연통되도록 끼움되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 유량조절부재는 상기 관통홀의 중심이 상기 순환홀의 중심과 일치하도록 구비되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 유량조절부재는 상기 관통홀의 중심이 상기 순환홀의 중심에서 편심되도록 구비되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함하는 스핀들 모터.

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