(57)【要約】【課題】本発明は軸受の剛性を増加させながら電流の上昇を最小化する流体動圧軸受アセンブリーの構造に関する。【解決手段】本発明は、シャフトを含む回転部材と、上記シャフトが回転可能に係合されるように軸孔を備えるスリーブと、上記シャフトの外径及び上記スリーブの内径のうち少なくとも１つに備えられ、上記シャフトが回転する時、上記シャフトと上記スリーブの間に形成される軸受隙間に充填される潤滑流体に動圧を誘発するように軸方向の上下に備えられる複数の動圧発生溝とを含み、上記複数の動圧発生溝のうち何れか１つまたは２つ以上の動圧発生溝は他の動圧発生溝より深く形成することを特徴とする。【選択図】図１
2013053747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトを含む回転部材と、
前記シャフトが回転可能に係合されるように軸孔を備えるスリーブと、
前記シャフトの外径面及び前記スリーブの内径面のうち少なくとも１方に、回転軸方向に並べて備えられ、前記シャフトが回転する時に前記シャフトと前記スリーブとの間に形成される軸受隙間に充填される潤滑流体に動圧を誘発する複数の動圧発生溝と
を含み、
前記複数の動圧発生溝のうち少なくとも１つの動圧発生溝は他の動圧発生溝より深い流体動圧軸受アセンブリー。
【請求項２】
前記回転部材の重心は、溝が浅く備えられる動圧発生溝よりも溝が深く備えられる動圧発生溝の近くに位置する請求項１に記載の流体動圧軸受アセンブリー。
【請求項３】
前記複数の動圧発生溝は、第１動圧発生溝、及び第２動圧発生溝からなり、
前記第１動圧発生溝及び前記第２動圧発生溝の一方が他方よりも溝の深さが深い請求項１または２に記載の流体動圧軸受アセンブリー。
【請求項４】
前記複数の動圧発生溝が前記シャフトの回転により形成する合力で前記潤滑流体は軸方向の下側に移動する請求項１から３の何れか１項に記載の流体動圧軸受アセンブリー。
【請求項５】
前記複数の動圧発生溝の各々は、ヘリングボーン、スパイラル及び螺旋の何れかの形状であり、前記複数の動圧発生溝の少なくとも１つが異なる形状で備えられる請求項１から４の何れか１項に記載の流体動圧軸受アセンブリー。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の流体動圧軸受アセンブリーを含むスピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体動圧軸受アセンブリーに関し、より詳細には軸受の剛性を増加させながら電流の上昇を最小化する流体動圧軸受アセンブリーの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報保存装置の１つであるハードディスクドライブ（ＨＤＤ；Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）は、記録再生ヘッド（ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ  ｈｅａｄ）を用いてディスクに保存されたデータを再生したり、ディスクにデータを記録する装置である。
【０００３】
このようなハードディスクドライブはディスクを駆動させるディスク駆動装置が必要で、上記ディスク駆動装置には小型スピンドルモータが用いられる。
【０００４】
小型スピンドルモータには流体動圧軸受アセンブリーが用いられており、上記流体動圧軸受アセンブリーのシャフトとスリーブの間には潤滑流体が介在され、上記潤滑流体から生じる流体圧力によりシャフトを支持する。
【０００５】
この場合、上記シャフトが回転する際、垂直度を正確に保持して回転するように、ジャーナル軸受が軸方向の上下に２つ備えられ、上下２つのジャーナル軸受の溝の深さは等しく設計することが一般的である。
【０００６】
ここで、シャフトの垂直度と関連のある軸受の剛性を向上させようとする場合は、上記２つ備えられるジャーナル軸受の間隔を最大限広くして軸受を長くしたり、シャフトとスリーブの間隔または上記ジャーナル軸受の溝の深さを小さくする方法を用いることができる。
【０００７】
しかし、スピンドルモータの小型化傾向により、軸受を長くすることには困難があり、シャフトとスリーブの間隔または上記ジャーナル軸受の溝の深さを小さくすると、シャフトの回転抵抗が増加して全体所要電流が増加するという問題点がある。
【０００８】
上記のことから、軸受の剛性を増加させながらも電流の上昇は抑制できる新しい軸受アセンブリーの構造に関する研究が急がれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、スピンドルモータの軸受の剛性を増加させながらも電流の上昇を最小化する軸受アセンブリーの構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施例による動圧軸受アセンブリーは、シャフトを含む回転部材と、上記シャフトが回転可能に係合されるように軸孔を備えるスリーブと、上記シャフトの外径及び上記スリーブの内径のうち少なくとも１つに備えられ、上記シャフトが回転する時、上記シャフトと上記スリーブの間に形成される軸受隙間に充填される潤滑流体に動圧を誘発するように軸方向の上下に備えられる複数の動圧発生溝とを含み、上記複数の動圧発生溝のうち何れか１つまたは２つ以上の動圧発生溝は他の動圧発生溝より深く形成されることができる。
【００１１】
本発明の一実施例による動圧軸受アセンブリーにおける上記回転部材の重心は、溝が浅く備えられる動圧発生溝より深く備えられる動圧発生溝に近く位置することができる。
【００１２】
本発明の他の実施例による動圧軸受アセンブリーは、シャフトを含む回転部材と、上記シャフトが回転可能に係合されるように軸孔を備えるスリーブと、上記シャフトの外径及び上記スリーブの内径のうち少なくとも１つに備えられ、上記シャフトが回転する時、上記シャフトと上記スリーブの間に形成される軸受隙間に充填される潤滑流体に動圧を誘発するように軸方向の上下に備えられる第１、２動圧発生溝とを含み、上記第１動圧発生溝及び第２動圧発生溝は何れか１つの溝が他の動圧発生溝より深く形成されることができる。
【００１３】
本発明の他の実施例による動圧軸受アセンブリーにおける上記回転部材の重心は、溝が浅く備えられる動圧発生溝より深く備えられる動圧発生溝に近く位置することができる。
【００１４】
本発明の実施例による動圧軸受アセンブリーにおける上記複数の動圧発生溝が上記シャフトの回転により形成する合力で上記潤滑流体は軸方向の下側に移動することができる。
【００１５】
本発明の実施例による動圧軸受アセンブリーにおける上記複数の動圧発生溝はヘリングボーン、スパイラル及び螺旋の何れか１つまたは２つ以上が異なる形状で備えられることができる。
【００１６】
本発明の一実施例によるスピンドルモータは、本発明の実施例による流体動圧軸受アセンブリーを含むことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による流体動圧軸受アセンブリーによると、軸受の長さは増加させず、簡単な方法で軸受の剛性を増加させることができる。
【００１８】
また、回転部材の重心を考慮し、ジャーナル軸受の一部の溝の深さを調節することで、回転抵抗の増加を最小化して電流の上昇を最小化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例による流体動圧軸受アセンブリーを含むモータ装置を示した概略断面図である。
【図２】本発明の一実施例による流体動圧軸受アセンブリーを示した概略切開斜視図である。
【図３】本発明の一実施例によるスリーブの断面図である。
【図４】図３に示されたスリーブに備えられる第１、２動圧発生溝の深さプロファイルを示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、図面を参照して本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同じ思想の範囲内で他の構成要素の追加、変更、削除などを通じて、退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施例を容易に提案することができ、これも本願発明の思想の範囲内に含まれる。
【００２１】
また、各実施例の図面に示した同じ思想の範囲内の機能が同じ構成要素は同じ参照符号を使用して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施例による流体動圧軸受アセンブリーを含むモータ装置を示した概略断面図である。
【００２３】
図１を参照すると、本発明の一実施例によるモータ装置４００は、流体動圧軸受アセンブリー１００、ステータ２００及びローター３００を含むことができる。
【００２４】
上記流体動圧軸受アセンブリー１００の具体的な実施例は、以下で詳しく説明する。本発明によるモータ装置４００は上記流体動圧軸受アセンブリー１００の各実施例の具体的な特徴の全てを有することができる。
【００２５】
上記ステータ２００は、電源印加時、一定大きさの電磁気力を発生させる巻線コイル２２０と、上記巻線コイル２２０が巻線される複数個のコア２１０とを備える固定構造物である。
【００２６】
上記コア２１０はパターン回路が印刷された印刷回路基板（不図示）が備えられるベース２３０の上部に固定配置され、上記巻線コイル２２０と対応するベース２３０の上部面には上記巻線コイル２２０を下部に露出させるために一定大きさのコイル孔が複数個貫通形成され、上記巻線コイル２２０は外部電源が供給されるように上記印刷回路基板（不図示）と電気的に連結されることができる。
【００２７】
ここで、上記ベース２３０は、上記ステータ２００及び後述する流体動圧軸受アセンブリー１００を構成する構成要素であるため、以下で詳しく説明する。
【００２８】
上記ローター３００は上記ステータ２００に対して回転可能に備えられる回転構造物であり、上記コア２１０と一定間隔を置いて対応する環状のマグネット３２０を内周面に備えるローターケース３１０を含むことができる。
【００２９】
そして、上記マグネット３２０は円周方向にＮ極、Ｓ極が交互に着磁されて一定強さの磁気力を発生させる永久磁石である。
【００３０】
ここで、上記ローターケース３１０は、シャフト１１０の上端に圧入されて固定されるようにする固定部３１２と、上記固定部３１２から外径方向に延長され軸方向の下側に折れ曲がって上記ローター３００の上記マグネット３２０を支持するマグネット支持部３１４とからなることができる。
【００３１】
また、スピンドルモータは固定部材と上記固定部材を基準として回転する回転部材を含んで構成されることができる。上記固定部材は上記ステータ２００と以下で説明する流体動圧軸受アセンブリー１００におけるスリーブ１２０とシーリングキャップ１４０を含んでよい。また、上記回転部材は上記固定部材を除く全部分を意味し、上記ローター３００と流体動圧軸受アセンブリー１００におけるシャフト１１０とスラストプレート１３０を含むことができる。
【００３２】
図２は本発明の一実施例による流体動圧軸受アセンブリーを示した概略切開斜視図であり、図３は本発明の一実施例によるスリーブの断面図であり、図４は図３に示されたスリーブに備えられる第１、２動圧発生溝の深さプロファイルを示したグラフである。
【００３３】
本発明の一実施例による流体動圧軸受アセンブリー１００はシャフト１１０、スリーブ１２０、スラストプレート１３０、シーリングキャップ１４０及びベース２３０を含むことができる。
【００３４】
ここで、方向に対する用語を定義すると、軸方向は図２及び図３において、上記シャフト１１０を基準として上下方向を意味し、外径または内径方向は上記シャフト１１０を基準として上記ローター３００の外側端方向または上記ローター３００の外側端を基準として上記シャフト１１０の中心方向を意味する。
【００３５】
上記スリーブ１２０は上記シャフト１１０の上端が軸方向の上側に突出するように上記シャフト１１０を支持することができ、ＣｕまたはＡｌを鍛造したり、Ｃｕ−Ｆｅ系合金粉末またはＳＵＳ系粉末を焼結して形成することができる。
【００３６】
ここで、上記シャフト１１０は上記スリーブ１２０の軸孔１２２と微小隙間（軸受隙間）を有するように挿入され、上記微小隙間には潤滑流体が充填され、上記シャフト１１０の外径及び上記スリーブ１２０の内径のうち少なくとも１つに形成される動圧発生溝１２５により上記ローター３００の回転をさらに滑らかに支持することができる。
【００３７】
上記動圧発生溝１２５は上記スリーブ１２０の軸孔１２２の内部である上記スリーブ１２０の内側面に形成され、上記シャフト１１０の回転時、片方に偏向するように圧力を形成する。
【００３８】
但し、上記動圧発生溝１２５は、上述のように上記スリーブ１２０の内側面に設けられることに限定されず、上記シャフト１１０の外径部に設けられてもよく、個数も制限されない。
【００３９】
また、本発明において、上記動圧発生溝１２５は上記シャフト１１０が回転する時、上記シャフト１１０と上記スリーブ１２０の間に形成される軸受隙間に充填される潤滑流体に動圧を誘発するようにヘリングボーン（ｈｅｒｒｉｎｇｂｏｎｅ）、スパイラル（ｓｐｉｒａｌ）及び螺旋のうち何れか１つまたは２つ以上の形状で備えられる第１、２動圧発生溝１２３、１２４を含むことができる。図面には便宜上、動圧発生溝が２つ備えられているが、動圧発生溝の個数は上述のように制限されない。
【００４０】
上記動圧発生溝１２５は軸方向の上下に備えられ、正確に中心を保持しながらシャフト１１０が回転できるようにする。
【００４１】
ここで、シャフト１１０の垂直度と関連のある軸受の剛性を向上させようとする場合には、第１動圧発生溝１２３と第２動圧発生溝１２４の間隔を最大限広くして軸受を長くしたり、シャフトとスリーブの間隔または上記ジャーナル軸受の溝の深さを小さくする方法を用いることができる。
【００４２】
しかし、スピンドルモータの小型化傾向により、軸受を長くすることには困難があり、シャフトとスリーブの間隔または上記ジャーナル軸受の溝の深さを小さくする場合と、シャフトの回転抵抗が増加して全体所要電流が増加するという問題点がある。
【００４３】
上記のことから、本発明では軸受の剛性を増加させながらも電流の増加は最小化する軸受アセンブリーの構造を提示する。
【００４４】
即ち、上記シャフト１１０及び上記スリーブ１２０のうち少なくとも１つに備えられる複数の動圧発生溝１２３、１２４のうち何れか１つまたは２つ以上の動圧発生溝を他の動圧発生溝より深く形成し、他の動圧発生溝は相対的に浅く形成する。
【００４５】
また、回転部材の重心は溝が浅く備えられる動圧発生溝より深く備えられる動圧発生溝に近く位置するようにして重心に近く位置する動圧発生溝の軸受の剛性を相対的に増大させることで、全体的な軸受の剛性を増大させることができるようにする。
【００４６】
勿論、上記複数個備えられる動圧発生溝のうち一部の溝の深さだけを増加させるため、シャフト１１０の回転抵抗が一部のみで上昇し、電流の上昇を最小化することができる。
【００４７】
上記動圧発生溝が２つ備えられたものを図２から図４を参照してさらに詳しく説明する。
【００４８】
即ち、上記シャフト１１０及び上記スリーブ１２０の少なくとも１つに備えられる第１、２動圧発生溝１２３、１２４の何れか１つの動圧発生溝を他の動圧発生溝より深く形成し、他の動圧発生溝は相対的に浅く形成する。
【００４９】
また、回転部材の重心は溝が浅く備えられる動圧発生溝より深く備えられる動圧発生溝に近く位置するようにして重心に近く位置する動圧発生溝の軸受の剛性を相対的に増大させることで、全体的な軸受の剛性を増大させることができるようにする。
【００５０】
勿論、上記第１，２動圧発生溝１２３、１２４の一部の溝の深さだけを増加させるため、シャフト１１０の回転抵抗が一部のみで上昇し、電流の上昇を最小化することができる。
【００５１】
図４に示されているように、図４（ａ）の溝の深さプロファイル（Ｘ）が図４（ｂ）の溝の深さプロファイル（Ｙ）に比べて、溝がさらに深く形成されたことが分かる。すなわち、第１，２動圧発生溝１２３、１２４の一方の溝の深さを、溝の深さプロファイル（Ｙ）と比べて相対的に溝の深さの深い溝の深さプロファイル（Ｘ）のように形成するとよい。また、第１，２動圧発生溝１２３、１２４の他方の溝の深さを、溝の深さプロファイル（Ｘ）と比べて相対的に溝の深さの浅い溝の深さプロファイル（Ｙ）のように形成するとよい。本発明では、ヘリングボーン形状の動圧発生溝を例示し説明したが、動圧発生溝はスパイラルまたは螺旋状の場合も同様に適用可能である。
【００５２】
上記スリーブ１２０にはスリーブ１２０の上部と下部を連通するように形成されるバイパスチャンネル１２６を備え、流体動圧軸受アセンブリー１００の内部の潤滑流体の圧力を分散させることで平衡に保持でき、上記流体動圧軸受アセンブリー１００の内部に存在する気泡などを循環により排出されるように移動させることができる。
【００５３】
上記スラストプレート１３０は上記スリーブ１２０の軸方向の上部に配置され、中央に備えられる孔に上記シャフト１１０が挿入されることができる。
【００５４】
このとき、上記スラストプレート１３０は別途に製造されて上記シャフト１１０と結合することも、製造時から上記シャフト１１０と一体に形成されることもでき、上記シャフト１１０が回転運動する時、上記シャフト１１０に従って回転運動する。
【００５５】
また、上記スラストプレート１３０の上面には、上記シャフト１１０にスラスト動圧を提供するスラスト動圧溝が形成されてよい。
【００５６】
上記スラスト動圧溝は、上述のように、上記スラストプレート１３０の上面に形成されることに限定されず、上記スラストプレート１３０の上面に対応する後述のシーリングキャップ１４０の内周面にも形成されてよい。
【００５７】
上記シーリングキャップ１４０は上記スラストプレート１３０の上側から圧入され、上記スラストプレート１３０との間で潤滑流体をシーリングさせる部材であり、後述するベース２３０の外周面に係合支持されることができる。
【００５８】
上記シーリングキャップ１４０は潤滑流体をシーリングするために下面に突出部が形成されてよい。これはモータが駆動する時、潤滑流体が外部に漏れることを防ぐために、毛細管現象を利用したものである。
【００５９】
上記シーリングキャップ１４０は上記スリーブ１２０の軸方向の上側に装着されるようにベース２３０と接する内周面の直径が上記スラストプレート１３０の外周面と接する内周面の直径より大きくてよい。
【００６０】
これは上記シーリングキャップ１４０の外周面と上記ベース２３０の外周面を平行に一致させるためのもので、結果的に、コイル２２０が巻線されるコア２１０を上記シーリングキャップ１４０の外周面と上記ベース２３０の外周面に安定的に圧入する。
【００６１】
よって、上記シーリングキャップ１４０の形状に対応して上記ベース２３０の形状も直径に差のある外周面を備える。
【００６２】
ここで、上記シーリングキャップ１４０が上記ベース２３０の外周面に圧入されることで、実質的に、上記スリーブ１２０の直径を減らすことができる。
【００６３】
これは、上記ベース２３０に圧入されるコア２１０の内径を相対的に減らし、自然にコイル２２０が巻線されるコア２１０のティースの長さを増加させる。
【００６４】
従って、コア２１０に巻線されるコイル２２０の巻線回数が増加し、上記流体動圧軸受アセンブリー１００の性能及び動的安全性を向上させることができる。
【００６５】
上記ベース２３０は上記スリーブ１２０の外周面に圧入されて固定され、上記コイル２２０が巻線されるコア２１０が挿入されることができ、上記ベース２３０の内面または上記スリーブ１２０の外面に接着剤を塗布して組み立てることができる。
【００６６】
上記ベース２３０の外周面は外径方向に直径が大きくなる２段の段差が形成され、該段差部分にそれぞれ上記シーリングキャップ１４０とコア２１０が圧入される。
【００６７】
第１段差部２３２は上記シーリングキャップ１４０の外周面と上記コア２１０が接する上記ベース２３０の外周面を平行に一致させることができ、上記シーリングキャップ１４０を上記ベース２３０に安定的に固定させることができる。
【００６８】
また、第２段差部２３４は上記コア２１０を固定支持することができ、上記コア２１０を安定的に固定支持できれば、外径方向に突出する長さは制限されない。
【００６９】
結果的に、上記ベース２３０の外周面の直径に差をつけて上記シーリングキャップ１４０を圧入するため、上記シーリングキャップ１４０が上記スリーブ１２０に圧入される場合より上記スリーブ１２０の直径を減らすことができ、結局、コア２１０のティースの長さは増加することができる。
【００７０】
ベースカバー１５０は上記スリーブ１２０の軸方向の下部に隙間を保持した状態で上記スリーブと結合し、上記スリーブ１２０の外径より大きい外径であることができる。
【００７１】
上記スリーブ１２０と上記ベースカバー１５０との隙間には、潤滑流体を収容し、それ自体が上記シャフト１１０の下面を支持する軸受としての機能をすることができる。
【００７２】
以上の実施例を通して、上記スピンドルモータにおいて、回転部材の軸受の剛性を向上させながらも電流の上昇は最小化できる軸受アセンブリーを提供することができる。また、本発明による軸受アセンブリー構造は、簡単な製造方式の変更により簡単に製造できるため、従来の製造ラインをそのまま利用することができるという長所もある。
【符号の説明】
【００７３】
１００  流体動圧軸受アセンブリー
１１０  シャフト
１２０  スリーブ
１２５  動圧発生溝
１３０  スラストプレート
１４０  シーリングキャップ
２００  ステータ
２１０  コア
２２０  コイル
２３０  ベース
３００  ローター
４００  モータ装置
【図１】
2013053747.tif 000003
【図２】
2013053747.tif 000004
【図３】
2013053747.tif 000005
【図４】
2013053747.tif 000006