KR20130021922A - 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

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박동진
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 샤프트와 스토퍼의 결합시 정확한 수직도를 유지할 수 있을 뿐 아니라 결합이 용이하고 결합 강도도 증대시키도록 하는 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로서, 하단에 끼움홈을 구비하는 샤프트와, 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 슬리브 및 상기 샤프트의 하단에 압입 결합되는 끼움부와 상기 끼움부의 일단에 연결되는 플랜지로 구비되어 상기 플랜지가 슬리브의 하단에 걸림되어 상기 샤프트의 과부상을 방지하는 스토퍼를 포함하고, 상기 끼움홈의 내주면 또는 상기 끼움부의 외주면에는 적어도 하나의 돌출부를 구비하여 상기 끼움부가 상기 끼움홈에 압입 결합되는 것을 특징으로 한다.

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 샤프트와 스토퍼의 결합시 정확한 수직도를 유지할 수 있을 뿐 아니라 결합이 용이하고 결합 강도도 증대시키도록 하는 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 사이에는 오일이 개재되어 상기 오일에서 생기는 유체 압력으로 샤프트를 지지하게 된다.
이러한 스핀들 모터는 회전부재와 고정부재를 구비하고 고정부재를 중심으로 회전부재가 회전하는 구조이며, 회전부재의 회전을 위해 부상력을 필요로 한다.
그러나, 회전부재의 회전을 위해 필요한 부상력 이상의 힘이 발생되거나 외부 충격이 가해지는 경우 회전부재가 고정부재로부터 이탈되게 되어 모터의 성능에 치명적인 결과를 낳게 된다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 스토퍼라는 별도의 부재를 이용하여 회전부재의 이탈을 방지하고 있다.
하지만, 종래 기술에서 상기 스토퍼는 샤프트의 하단에 구비된 나사선 형상의 홈에 나사 결합 방식으로 고정되었으며, 이러한 방식에 의하는 경우 샤프트와 스토퍼의 수직도가 어긋나는 문제점이 발생할 수 있었다.
이에, 샤프트의 하단에 홈을 구비하고 스토퍼를 압입 결합하는 방식이 사용되었으나, 압입 결합 과정 자체가 쉽지 않고, 압입하는 과정에서 불균등한 가압으로 샤프트와 스토퍼의 수직도가 여전히 어긋날 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 샤프트에 스토퍼를 압입 고정하는 것에 있어서, 압입 고정이 쉽고 결합 강도도 확보할 수 있으며 샤프트와 스토퍼의 수직도를 정확히 유지할 수 있는 샤프트와 스토퍼의 결합 구조를 제공하는 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리는 하단에 끼움홈을 구비하는 샤프트; 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 슬리브; 및 상기 샤프트의 하단에 압입 결합되는 끼움부와 상기 끼움부의 일단에 연결되는 플랜지로 구비되어 상기 플랜지가 슬리브의 하단에 걸림되어 상기 샤프트의 과부상을 방지하는 스토퍼;를 포함하고, 상기 끼움홈의 내주면 또는 상기 끼움부의 외주면에는 적어도 하나의 돌출부를 구비하여 상기 끼움부가 상기 끼움홈에 압입 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 돌출부는 적어도 하나의 링 형상으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 돌출부는 나사선 형상으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 돌출부 사이에는 접착제가 도포될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 상기 끼움부는 내부가 중공인 원기둥 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터는 본 발명의 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 의하면, 샤프트에 스토퍼를 안정적으로 결합하여 외부충격 및 회전부재의 과부상이 발생하는 경우 회전부재의 이탈을 방지할 수 있다.
또한, 샤프트에 스토퍼를 결합시키는 간단한 구조를 제공하고, 샤프트와 스토퍼의 수직도를 유지할 수 있으므로 안정적인 모터 구동이 가능해질 수 있으며, 나아가 모터의 수명을 연장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함하는 모터를 도시한 개략 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에 제공되는 샤프트와 스토퍼의 결합관계를 도시한 개략 단면도이며,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에 제공되는 샤프트와 스토퍼의 결합관계를 도시한 개략 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 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함하는 모터를 도시한 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리(100)를 포함하는 모터(600)는 샤프트(110), 슬리브(120), 스토퍼(130), 베이스 커버(140)를 포함하는 유체 동압 베어링 어셈블리(100), 로터 케이스(210)를 포함하는 로터(200) 및 코일(320)이 권선되는 코어(310)를 포함하는 스테이터(300)를 포함할 수 있다.
이하 상기 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
유체 동압 베어링 어셈블리(100)는 샤프트(110), 슬리브(120), 스토퍼(130) 및 베이스커버(140)를 포함할 수 있다.
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축방향은 도 1에서 볼때, 샤프트(110)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 외경방향 또는 내경방향은 상기 샤프트(110)를 기준으로 로터(200)의 외측단 방향 또는 상기 로터(200)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(110)의 중심 방향을 의미한다.
샤프트(110)는 회전하는 후술할 로터(200)와 결합되어 상기 로터(200)와 연동하여 회전하는 회전부재이다.
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 간극의 역할을 하고, 상기 베어링 간극에는 오일이 충전되며 상기 샤프트(110)의 외경 및 상기 슬리브(120)의 내경 중 적어도 하나에 형성되는 레디얼 동압홈에 의해 로터(200)의 회전을 부드럽게 지지할 수 있다.
상기 레디얼 동압홈은 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 동압홈은 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 동압홈은 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(122)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.
또한, 상기 슬리브(120)의 축방향 하부에는 간극을 유지한 상태로 상기 슬리브(120)와 결합하며, 상기 간극에는 오일을 수용하는 베이스커버(140)가 결합될 수 있다.
상기 베이스커버(140)는 상기 슬리브(120) 사이의 간극에 오일을 수용하여 그 자체로서 상기 샤프트(110)의 하면을 지지하는 베어링으로서의 기능을 수행할 수 있다. 물론, 본 발명에서는 상기 샤프트(110)의 하단에 스토퍼(130)가 구비되므로 오일은 상기 스토퍼(130)와 베이스커버(140)의 사이에 수용될 수 있다.
스토퍼(130)는 상기 샤프트(110)의 하단에 고정 결합되어 상기 샤프트(110)의 과부상을 방지하는 기능을 할 수 있다. 상기 스토퍼(130)는 본 발명에 따른 모터(600)에 외부충격이 가해지는 경우 슬리브(120)에 걸림 기능을 수행할 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 스토퍼(130)라 지칭하고 있으나, 상기 스토퍼(130)는 스러스트 플레이트의 기능을 수행할 수 있다.
즉, 상기 스토퍼(130)는 상기 샤프트(110)와 결합하여 상기 샤프트(110)와 동시에 회전하는 부재로 본 발명에 따른 모터(600) 구동시 스러스트 동압을 발생시킬 수 있다. 이에, 상기 스토퍼(130) 상면 또는 하면 중 적어도 하나에는 스러스트 동압을 발생시키는 스러스트 동압홈이 형성될 수 있으며, 상기 스러스트 동압홈은 헤링본 형상, 스파이럴 형상 또는 나사선 형상 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 스토퍼(130)는 상기 샤프트(110)의 하단에 압입 결합되게 되는데, 이에 대해서는 각 실시예별로 도 2 내지 도 3을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
로터(200)는 스테이터(300)에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전 구조물이며, 후술할 코어(310)와 일정 간격을 두고 서로 대응되는 환고리형의 마그네트(214)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(214)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, 상기 원판부의 반경방향 외측 단부에서 하향 돌출되는 제2 원통형 벽부(220)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 원통형 벽부(220)의 내주면에는 상기 마그네트(216)가 결합될 수 있다.
상기 허브(210)는 상기 슬리브(120)의 상측 외측부와 대응되도록 축방향 하측으로 연장되어 형성되는 주벽부(216)를 구비할 수 있다.
상기 주벽부(216)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 어셈블리에 제공되는 샤프트와 스토퍼의 결합관계를 도시한 개략 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에 제공되는 샤프트와 스토퍼의 결합관계를 도시한 개략 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 샤프트(110)와 상기 샤프트(110)의 하단부에 결합되는 스토퍼(130)는 압입 방식에 의해 고정될 수 있다.
즉, 상기 샤프트(110)는 하단에 끼움홈(111)을 구비하고, 상기 스토퍼(130)는 상기 샤프트(110)의 하단에 압입 결합되는 끼움부(131)와 상기 끼움부(131)의 일단에 연결되는 플랜지(133)로 구비되어, 상기 플랜지(133)가 슬리브(120)의 하단에 걸림되어 상기 샤프트(110)의 과부상을 방지하는 구조이다. 이에, 상기 플랜지(133)의 최외곽 직경은 상기 슬리브(120)의 내경보다 더 크게 구비될 수 있다.
여기서, 상기 끼움부(131)의 외주면 또는 상기 끼움홀(111)의 내주면에는 적어도 하나의 돌출부(135)가 구비될 수 있다. 상기 끼움부(131)는 기본적으로 상기 끼움홈(111)에 압입결합되게 되므로 상기 끼움홈(111)의 내경보다 외경이 작거나 크게 구비될 수 있다. 그러므로, 상기 끼움부(131)가 상기 끼움홈(111)에 삽입되면 압입 결합이 자연스럽게 진행되게 되는데, 이러한 압입 결합을 용이하게 하면서 스토퍼(130)를 더욱 견고하게 압입 결합하고자 상기 끼움부(131)의 외주면 또는 상기 끼움홈(111)의 내주면에는 돌출부(135)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 돌출부(135)는 상기 끼움부(131)의 외주면 또는 상기 끼움홈(111)의 내주면에 구비될 수 있으며, 돌출부(135)는 끼움부(131)의 선단부 외주면 또는 상기 끼움홈(111)에서 상기 끼움부(131)가 끼움이 완료되어 안착되는 끝단부 근처의 내주면에 구비될 수 있다. 이하에서는 상기 돌출부(135)가 상기 끼움부(131)의 외주면에 구비된 것을 대표 실시예로 설명하도록 한다.
상기 끼움부(131)가 압입되기 시작하면 내경 방향으로 압력을 받게 되므로 상기 끼움부(131)에서 상기 돌출부(135)가 구비된 부분은 그 외 부분에 비해 내측으로 압력을 더 크게 받게 된다. 이에 의해 내부가 중공으로 구비되는 끼움부(131)의 경우는 상기 끼움부(131)가 내경 방향으로 절곡되는 소성 변형이 발생할 수 있다. 이에 본 발명에서는 상기 끼움부(131)를 내부가 중공인 원기둥 형상으로 구비할 수 있다.
이러한 소성 변형에 의해 상기 끼움부(131)는 내경 방향으로 절곡이 되기는 하지만 여전히 외측으로 밀어내는 힘이 작용하게 되므로 상기 끼움부(131)는 상기 끼움홈(111)에 압입이 용이하면서도 충분한 결합력을 갖도록 끼움될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리는, 상기 끼움부(131)의 외주면 또는 상기 끼움홈(111)의 내주면에 구비되는 돌출부(135)의 사이에 접착제가 도포될 수 있다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 동압 베어링 어셈블리에서 샤프트(110)와 상기 샤프트(110)의 하단부에 결합되는 스토퍼(130)는 압입 방식에 의해 고정되면서 상기 샤트프(110)의 끼움홈(111)의 내주면 또는 이에 끼움되는 끼움부(131)의 외주면에 돌출부(135)을 구비하고 상기 끼움부(131)의 내주면은 중공으로 하여 상기 끼움부(131)를 내측으로 절곡을 유도하는 방식인데, 상기 제1 실시예에 의하는 경우 실질적으로 압입 결합이 이루어지는 부분에서는 결합력이 실질적으로 다소 약해질 수 있다는 단점을 보완하고자 상기 돌출부(135) 사이에 접착제(150)를 도포하여 추가로 본딩 결합이 이루어지도록 할 수 있다. 이에, 상기 돌출부(135)는 적어도 하나의 링 형상으로 구비되거나 나사선 형상으로 구비될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예는 상기 돌출부(135) 사이에 접착제(150)가 도포된다는 것 이외에는 상기 제1 실시예와 동일하므로 다른 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 수 있다.
100: 유체 동압 베어링 어셈블리
200: 로터
300: 스테이터

Claims (6)

  1. 하단에 끼움홈을 구비하는 샤프트;
    상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 슬리브; 및
    상기 샤프트의 하단에 압입 결합되는 끼움부와 상기 끼움부의 일단에 연결되는 플랜지로 구비되어 상기 플랜지가 슬리브의 하단에 걸림되어 상기 샤프트의 과부상을 방지하는 스토퍼;를 포함하고,
    상기 끼움홈의 내주면 또는 상기 끼움부의 외주면에는 적어도 하나의 돌출부를 구비하여 상기 끼움부가 상기 끼움홈에 압입 결합되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는 적어도 하나의 링 형상으로 구비되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는 나사선 형상으로 구비되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부 사이에는 접착제가 도포되는 유체 동압 베어링 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 끼움부는 내부가 중공인 원기둥 형상인 유체 동압 베어링 어셈블리.
  6. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 유체 동압 베어링 어셈블리를 포함하는 스핀들 모터.
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