KR20130027217A - 모터용 로터 어셈블리 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

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KR20130027217A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 로터 어셈블리는 코일과 전자기적 상호작용으로 회전구동력을 발생시키는 마그네트가 구비되는 허브; 및 상기 허브에 구비되어 디스크가 탑재되는 디스크 탑재부;를 포함하며, 상기 디스크 및 상기 디스크와 접촉하는 피접촉부의 접촉면은 동일한 재질 및 동일한 조도를 구비하여 서로 결합될 수 있다.

Description

모터용 로터 어셈블리 및 이를 포함하는 모터{Roror assembly for motor and motor including the same}
본 발명은 모터용 로터 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스크 탑재 후에 디스크의 왜곡을 방지하여 성능 및 수명을 향상시키는 모터용 로터 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 모터가 사용된다.
소형의 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 모터에는 데이터를 저장할 수 있는 디스크가 장착될 수 있으며, 하드 디스크 드라이브의 용량이 증가함에 따라 상기 하드 디스크 드라이브를 구성하는 부품의 정밀도가 향상되어야 한다.
특히, 하드 디스크 드라이브의 정밀도 향상을 위해 헤드 슬라이더에서 디스크 표면의 내측과 외측 데이터 영역 사이의 액츄에이터의 스트로크 경로를 따라 헤드가 일정한 부상고(flying height)를 유지하는 것이 중요하다.
그러나, 디스크의 탑재시 디스크가 탑재되는 면에 대하여 디스크를 클램핑하는 부재에 의해 가해지는 압력이나, 디스크의 자중에 의해 디스크의 휨 변형 또는 허브의 변형이 발생하게 되고 이는 디스크의 회전 정밀도를 저하시키는 문제가 발생한다.
따라서, 디스크의 회전 정밀도를 향상시켜 모터의 성능 및 수명을 최대화하기 위해 디스크 탑재시 디스크 또는 허브의 변형(Warpage)를 방지하도록 하는 연구가 시급한 실정이다.
본 발명의 목적은 별도의 부재없이 디스크를 허브에 고정함으로써, 상기 디스크 및 허브의 변형을 방지하고, 상기 디스크와 허브와의 결합력을 향상시켜 성능 및 수명을 극대화하도록 하는 모터용 로터 어셈블리 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 로터 어셈블리는 코일과 전자기적 상호작용으로 회전구동력을 발생시키는 마그네트가 구비되는 허브; 및 상기 허브에 구비되어 디스크가 탑재되는 디스크 탑재부;를 포함하며, 상기 디스크 및 상기 디스크와 접촉하는 피접촉부의 접촉면의 평면도는 0nm 이상 20nm이하의 범위 내에 구비되어 서로 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터용 로터 어셈블리는 코일과 전자기적 상호작용으로 회전구동력을 발생시키는 마그네트가 구비되는 허브; 및 상기 허브에 구비되어 디스크가 탑재되는 디스크 탑재부;를 포함하며, 상기 디스크 및 상기 디스크와 접촉하는 피접촉부는 옵티컬 컨택 본딩에 의해 서로 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 모터용 로터 어셈블리의 상기 디스크 및 상기 디스크와 접촉하는 피접촉부는 동일한 재질로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 모터용 로터 어셈블리의 상기 피접촉부는 디스크 탑재부 또는 상기 디스크 탑재부와 상기 디스크를 이격시키는 스페이서일 수 있다.
본 발명에 따른 모터용 로터 어셈블리의 상기 디스크와 상기 피접촉부는 면접촉을 할 수 있다.
본 발명에 따른 모터용 로터 어셈블리의 상기 디스크 및 상기 디스크와 접촉하는 피접촉부의 접촉면은 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 스핀들 모터는 모터용 로터 어셈블리; 상기 허브와 연동하여 회전하는 샤프트를 지지하는 슬리브; 및 상기 슬리브와 결합하며, 상기 코일이 권선되는 코어가 결합하는 베이스;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 모터용 로터 어셈블리 및 이를 포함하는 모터에 의하면, 별도의 부재인 디스크 고정 수단(예: 클램프) 없이 디스크를 허브에 고정할 수 있다.
따라서, 디스크 고정 수단(예: 클램프)에 의한 디스크 및 허브의 변형을 방지하는 동시에 상기 디스크와 허브의 결합력을 향상시켜 성능 및 수명을 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 로터 어셈블리를 포함하는 모터를 도시한 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 로터 어셈블리를 도시한 개략 절개 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 로터 어셈블리에 제공되는 허브의 디스크 탑재부와 디스크의 접촉면의 평면도에 따른 접착력을 측정한 그래프.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터용 로터 어셈블리를 도시한 개략 절개 분해 사시도.
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 모터용 로터 어셈블리를 포함하는 모터를 도시한 개략 단면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 로터 어셈블리를 도시한 개략 절개 분해 사시도이고. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 로터 어셈블리에 제공되는 허브의 디스크 탑재부와 디스크의 접촉면의 평면도에 따른 접착력을 측정한 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 로터 어셈블리(100, 이하 로터 어셈블리)를 포함하는 모터(10)는 허브(110)를 포함하는 로터 어셈블리(100), 샤프트(101)를 지지하는 슬리브(102) 및 코어(104)가 결합하는 베이스(105)를 포함할 수 있다.
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축 방향은 도 1에서 볼 때, 샤프트(101)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 반경 방향 외측 또는 내측 방향은 상기 샤프트(101)를 기준으로 허브(110)의 외측단 방향 및 상기 허브(110)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(101)의 중심 방향을 의미할 수 있다.
로터 어셈블리(100)는 디스크 탑재부(116)를 구비하는 허브(110)를 포함할 수 있으며, 상기 디스크 탑재부(116)에는 디스크(D)가 탑재될 수 있다.
구체적으로, 상기 허브(110)는 샤프트(101)와 결합하여 상기 샤프트(101)와 연동하여 회전하는 회전부재로, 베이스(105)에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전구조물일 수 있다.
또한, 상기 허브(110)는 샤프트(101)의 상단이 고정되도록 하는 결합부(112) 및 상기 결합부(112)의 반경 방향 외측에 형성되는 디스크 탑재부(116)를 구비할 수 있으며, 상기 결합부(112)와 상기 디스크 탑재부(116)는 상기 결합부(112)의 단부로부터 반경 방향 외측으로 연장된 후, 축 방향 하측으로 재차 연장 형성되는 연장부(114)에 의해 서로 연결되어 일체로 형성될 수 있다.
여기서, 축방향 하측으로 연장 형성되는 상기 연장부(114)의 내주면에는 마그네트(120)가 결합될 수 있다.
상기 마그네트(120)는 원주방향으로 N극과 S극이 교대로 착자되어 일정세기의 자기력을 발생시키도록 하는 영구자석으로, 후술할 코일(103)과의 전자기적 상호작용으로 상기 허브(110)는 회전하게 된다.
여기서, 데이터를 저장할 수 있는 디스크(D)는 상기 디스크(D)와 접촉되는 피접촉부(116)에 의해 상기 허브(110)의 디스크 탑재부(116)에 고정될 수 있으며, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 피접촉부(116)는 상기 디스크 탑재부(116)일 수 있다.
즉, 상기 허브(110)의 디스크 탑재부(116)에는 데이터를 저장할 수 있는 디스크(D)가 직접 탑재될 수 있으며, 상기 디스크(D)와 상기 디스크 탑재부(116)는 별도의 결합부재(예: 클램프) 없이 직접적으로 결합되는 옵티컬 컨택 본딩 방식이 적용될 수 있다.
여기서, 옵티컬 컨택 본딩(광학 접촉식 본딩) 방식이란 광학 가공 분야에서 널리 사용되는 기법으로 엄밀하게는 접착되는 두개의 부재가 동일한 물질로 형성되고, 접촉되는 접촉면이 거의 유사한 평면도를 가지는 표면을 형성하여 접착제 없이 밀착 또는 용착시키는 접착 공법이다.
이는 접촉되는 두 면을 연마 가공하여 정밀도를 좋게 하고, 접촉되는 두 면을 평면으로 밀착시킴으로써 그 표면의 수산기(水酸基)끼리가 수소 결합하거나 또는 탈수소 축합에 의한 공유 결합에 의해 접합되는 방식을 의미할 수 있다.
즉, 옵티컬 컨택 본딩 방식은 접촉되는 두 표면의 정밀도를 향상시키기 위해 표면에 존재하는 입자 및 오염물을 제거하는 세척작업을 거칠 수 있으며, 상기 세척작업은 폴리싱 파우더(Polishing powder)를 사용하여 표면에 응고된 각종 오염물을 제거할 수 있다.
상기와 같은 공정에 의해 별도의 결합부재인 접착제 없이 두개의 부재를 서로 결합시킬 수 있으며, 온도 변화에 대한 접착제의 수축 혹은 팽창에 기인한 결합 오차 발생을 미연에 방지할 수 있다.
상기와 같은 옵티컬 컨택 본딩 방식을 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 어셈블리(100)에 적용하면, 디스크(D)와 피접촉부(116)인 디스크 탑재부(116)의 접촉면(C)의 평면도는 0nm 이상 20nm이하의 범위 내에 구비될 수 있다.
여기서, 평면도란 표면의 거친 정도를 나타내는 파라미터로, 평면도가 커질수록 표면의 거친 정도, 즉, 표면의 조도가 매끄럽지 못하고 거칠다는 것을 의미할 수 있다.
여기서, 디스크(D)와 피접촉부(116)인 디스크 탑재부(116)의 접촉면의 평면도에 따라 상기 디스크(D)와 상기 디스크 탑재부(116)의 접착력을 25℃에서 측정하면, 도 3의 그래프 중 A 곡선을 얻을 수 있다.
도 3에 도시된 그래프에서 가로축은 디스크(D)와 피접촉부(116)인 디스크 탑재부(116)의 접촉면의 평면도를 의미하며, 세로축은 상기 디스크(D)와 피접촉부(116)인 디스크 탑재부(116)의 접착력을 의미한다.
여기서, 평면도의 단위는 nm이며, 접착력의 단위는 kgf이다.
도 3에 도시된 그래프로부터 디스크(D)와 피접촉부(116)인 디스크 탑재부(116)의 접촉면의 평면도가 증가할수록 상기 디스크(D)와 피접촉부(116)인 디스크 탑재부(116)의 접착력은 기하급수적으로 감소한다는 것을 알 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 어셈블리(100)는 통상 디스크(D)와 디스크 탑재부(116)와의 접착력이 20kgf 이상이 되어야 하며, 20kgf 이상의 접착력이 유지되어야 상기 디스크(D)의 안정적인 회전을 구현할 수 있다.
따라서, 디스크(D)와 피접촉부(116)인 디스크 탑재부(116)의 접촉면의 평면도는 20nm이하이어야 하며, 수치상으로 0nm 이상 20nm 이하의 범위내에 구비되어야 함을 알 수 있다.
여기서, 도 3에 도시된 그래프 중 B곡선은 A곡선을 함수의 형태로 나타내기 위한 근사곡선이며, B 곡선은 가로축을 X라 하고 세로축을 Y라 가정했을 때 다음과 같은 수식을 도출할 수 있다.
Figure pat00001
상기 수식은 그래프의 A곡선과 93% 일치하는 곡선 B의 수식이며, 결국, 7%의 오차를 수반하는 A곡선의 함수식일 수 있다.
또한, 디스크(D)와 피접촉부(116)인 디스크 탑재부(116)의 접촉면은 동일한 재질을 구비하여 서로 결합될 수 있다.
즉, 상기 디스크(D)와 상기 디스크 탑재부(116)의 접촉면(C)은 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있으며, 표면에만 알루미늄(Al) 코팅처리가 행해질 수도 있다.
또한, 상기 디스크(D)와 상기 디스크 탑재부(116)의 접촉되는 부분(C)은 옵티컬 컨택 본딩의 결합력을 극대화하기 위해 갭이 발생되지 않도록 면접촉이 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 로터 어셈블리(100)는 클램프 등과 같은 디스크 고정 수단없이 옵티컬 컨택 본딩 방식에 의해 디스크(D)를 허브(110)에 고정할 수 있으므로, 상기 클램프 등과 같은 디스크 고정 수단에 의한 디스크 및 허브의 변형을 방지하는 동시에 상기 디스크와 허브의 결합력을 향상시켜 성능 및 수명을 최대화할 수 있다.
샤프트(101)는 허브(110)와 결합하여 상기 허브(110)와 연동하여 회전하는 회전부재로 슬리브(102)에 의해 지지될 수 있다.
슬리브(102)는 회전부재의 일 구성인 샤프트(101)를 지지하는 구성요소로, 상기 샤프트(101)의 상단이 축 방향 상측으로 돌출되도록 상기 샤프트(101)를 지지할 수 있으며, Cu 또는 Al을 단조하거나, Cu-Fe계 합금 분말 또는 SUS계 분말을 소결하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 슬리브(102)는 샤프트(101)가 삽입되어 상기 샤프트(101)와 미소 간극을 가지는 축공을 구비할 수 있으며, 상기 미소 간극에는 오일(O)이 충전되어 상기 오일(O)을 매개로 한 레디얼 동압에 의해 상기 샤프트(101)를 안정적으로 지지할 수 있다.
이때, 상기 오일(O)을 매개로 한 레디얼 동압은 슬리브(102)의 내주면에 요홈 형성되는 유체 동압부(106)에 의해 발생될 수 있으며, 상기 유체 동압부(106)는 헤링본 형상, 스파이럴 형상 또는 나산선 형상 중 하나일 수 있다.
다만, 상기 유체 동압부(106)는 상기 언급한 바와 같이 슬리브(102)의 내주면에 형성되는 것에 한정되지 않으며, 회전부재인 샤프트(101)의 외주면에 형성되는 것도 가능하고 갯수도 제한이 없다는 것을 밝혀둔다.
또한, 상기 슬리브(102)의 상면에는 오일(O)을 매개로 스러스트 동압을 발생토록 하는 스러스트 동압부(107)가 형성될 수 있으며, 상기 스러스트 동압부(107)에 의해 샤프트(101)를 포함하는 회전부재는 일정한 부상력이 확보된 채 회전될 수 있다.
여기서, 상기 스러스트 동압부(107)의 형상은 상기 유체 동압부(106)와 마찬가지로 헤링본 형상, 스파이럴 형상 또는 나사선(스크류) 형상의 홈일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 스러스트 동압을 제공할 수 있는 형상이면 다 적용할 수 있다.
또한, 상기 스러스트 동압부(107)는 상기 슬리브(102)의 상면에 형성되는 것에 한정되지 않으며, 상기 슬리브(102)의 상면과 대응되는 허브(110)의 일면에 형성되어도 무방하다.
또한, 상기 슬리브(102)의 하부에는 상기 슬리브(102)의 하부를 밀폐시키도록 하는 베이스 커버(108)가 결합될 수 있으며, 상기 베이스 커버(108)에 의해 본 발명에 따른 모터(10)는 풀필(full-fill) 구조를 형성할 수 있다.
베이스(105)는 샤프트(101) 및 허브(110)를 포함하는 회전부재에 대하여 상기 회전부재의 회전을 지지하는 고정부재일 수 있다.
여기서, 상기 베이스(105)에는 코일(103)이 권선되는 코어(104)가 결합할 수 있으며, 상기 코어(104)는 패턴회로가 인쇄된 인쇄회로기판(미도시)이 구비되는 베이스(105)의 상부에 고정 배치될 수 있다.
다시 말하면, 상기 베이스(105)는 상기 슬리브(102)의 외주면 및 상기 코일(103)이 권선되는 코어(104)가 삽입되어 상기 슬리브(102) 및 상기 코어(104)가 결합될 수 있다.
이때, 상기 슬리브(102) 및 상기 코어(104)와 상기 베이스(105)의 결합방식은 본딩, 용접 또는 압입 등의 방식이 적용될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모터용 로터 어셈블리를 도시한 개략 절개 분해 사시도.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 로터 어셈블리(200)는 디스크(D)가 접촉되는 피접촉부(230)를 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 어셈블리(100)와 동일하므로, 상기 피접촉부(230) 이외의 설명은 생략하기로 한다.
디스크(D) 및 상기 디스크(D)와 접촉하는 피접촉부(230)는 디스크 탑재부(116)와 상기 디스크(D)를 이격시키는 스페이서(230)일 수 있다.
즉, 상기 디스크(D)는 상기 스페이서(230)를 매개로 하여 허브(110)의 디스크 탑재부(116)에 고정될 수 있으며, 상기 스페이서(230)와 상기 디스크(D)는 옵티컬 컨택 본딩 방식에 의해 서로 결합될 수 있다.
여기서, 상기 스페이서(230)는 축 방향 하측으로 연장 형성된 연장부(114)의 외주면에 압입, 본딩 또는 용접 등에 의한 방식으로 결합될 수 있으나, 상기 스페이서(230)와 디스크(D)와의 결합 방식인 옵티컬 컨택 본딩 방식에 의해서도 결합될 수 있다.
또한, 상기 디스크(D)와 피접촉부(230)인 스페이서(230)는 옵티컬 컨택 본딩의 결합력을 극대화하기 위해 갭이 발생되지 않도록 면접촉이 이루어질 수 있으며, 상기 디스크(D)와 상기 스페이서(230)의 접촉면(C)의 평면도는 0nm 이상 20nm이하의 범위 내에 구비될 수 있다.
또한, 상기 디스크(D)와 피접촉부(230)인 스페이서(230)의 접촉면은 동일한 재질을 구비하여 서로 결합될 수 있다.
즉, 상기 디스크(D)와 상기 스페이서(230)의 접촉면(C)은 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있으며, 표면에만 알루미늄(Al) 코팅처리가 행해질 수도 있다.
이상의 실시예를 통해, 본 발명에 따른 모터용 로터 어셈블리(100, 200) 및 이를 포함하는 모터(10)는 디스크 고정 수단(예: 클램프) 없이 옵티컬 컨택 본딩 방식에 의해 디스크(D)를 허브(110)에 고정시킬 수 있으므로, 디스크 고정 수단(예: 클램프)에 의한 디스크(D) 및 허브(110)의 변형을 방지하는 동시에 상기 디스크(D)와 허브(110)의 결합력을 향상시켜 성능 및 수명을 최대화할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
10: 모터 100, 200: 모터용 로터 어셈블리
101: 샤프트 102: 슬리브
104: 코어 105: 베이스
110: 허브 116: 디스크 탑재부
120: 마그네트 D: 디스크

Claims (7)

  1. 코일과 전자기적 상호작용으로 회전구동력을 발생시키는 마그네트가 구비되는 허브; 및
    상기 허브에 구비되어 디스크가 탑재되는 디스크 탑재부;를 포함하며,
    상기 디스크 및 상기 디스크와 접촉하는 피접촉부의 접촉면의 평면도는 0nm 이상 20nm이하의 범위 내에 구비되어 서로 결합되는 모터용 로터 어셈블리.
  2. 코일과 전자기적 상호작용으로 회전구동력을 발생시키는 마그네트가 구비되는 허브; 및
    상기 허브에 구비되어 디스크가 탑재되는 디스크 탑재부;를 포함하며,
    상기 디스크 및 상기 디스크와 접촉하는 피접촉부는 옵티컬 컨택 본딩에 의해 서로 결합되는 모터용 로터 어셈블리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 디스크 및 상기 디스크와 접촉하는 피접촉부는 동일한 재질로 형성되는 모터용 로터 어셈블리.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피접촉부는 디스크 탑재부 또는 상기 디스크 탑재부와 상기 디스크를 이격시키는 스페이서인 모터용 로터 어셈블리.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 디스크와 상기 피접촉부는 면접촉을 하는 모터용 로터 어셈블리.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 디스크 및 상기 디스크와 접촉하는 피접촉부의 접촉면은 알루미늄(Al)으로 형성되는 모터용 로터 어셈블리.
  7. 제1항 또는 제2항에 따른 모터용 로터 어셈블리;
    상기 허브와 연동하여 회전하는 샤프트를 지지하는 슬리브; 및
    상기 슬리브와 결합하며, 상기 코일이 권선되는 코어가 결합하는 베이스;를 포함하는 스핀들 모터.
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