KR101070928B1

KR101070928B1 - 볼 밸런서를 포함한 스핀들 모터

Info

Publication number: KR101070928B1
Application number: KR1020090078024A
Authority: KR
Inventors: 김용주
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2029-08-24
Also published as: KR20110020418A; US20110047562A1; CN101997355A

Abstract

본 발명의 스핀들 모터는, 디스크가 안착되는 턴테이블; 상기 턴테이블의 회전 중심이 되는 회전축; 상기 턴테이블에 마련되어 상기 디스크의 회전 진동을 저감하는 것으로, 볼과, 상기 볼이 수용되는 레이스가 마련되는 볼 밸런서; 를 포함하며, 상기 볼 및 상기 레이스의 래디얼 방향 이격 거리인 제1갭과 상기 볼 및 상기 레이스의 높이 방향 이격 거리인 제2갭 중 적어도 하나는 상기 볼의 직경의 10~20%이다.

Description

볼 밸런서를 포함한 스핀들 모터{SPINDLE MOTOR INCLUDING A BALL BALANCER}

본 발명은 광디스크 드라이브 장치의 진동 발생을 저감하는 볼 밸런서를 포함하는 스핀들 모터에 관한 것이다.

스핀들 모터는 베어링에 회전 가능하게 삽입되는 회전축과, 회전축에 결합되어 회전하는 회전자와, 회전자에 전자기력을 작용하는 코일이 권선되는 고정자와, 상기 고정자를 지지하는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트에 고정되며 상기 베어링을 지지하는 베어링 하우징을 포함한다.

이때, 디스크의 기하학적 중심이 어긋나 있거나 라벨 부착 등으로 편심 질량이 존재하는 '편심 디스크'가 로딩되면, 편심 디스크로 인한 진동 발생이 크게 증가하여 광디스크 드라이브 장치의 에러 발생 요인이 된다.

이러한 진동 발생을 저감하고자 볼 밸런서가 장착된다. 볼 밸런서는 소정 질량의 볼이 자유롭게 구를 수 있는 공간으로서 레이스가 턴테이블에 마련되고, 디스크와 함께 턴테이블이 회전하면, 스핀들 모터가 장착된 광디스크 드라이브 장치의 기계적 고유 진동수에 해당하는 회전수에서 볼이 편심 질량의 반대편으로 이동함으로써 진동을 저감하는 장치이다.

이를 위하여 볼이 자유롭게 구를 수 있도록 레이스 내부 조건을 조성해야 하는데, 종래의 경우 볼과 레이스의 상대적인 공간이 너무 협소하여 볼 구름성이 저하되며, 이에 따라 진동 저감 효과가 충분하지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 볼과 레이스의 상대적인 공간을 최적화시킴으로써 볼 구름성을 개선하여 볼 밸런서의 진동 저감 효과를 극대화시킨 스핀들 모터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 볼과 레이스의 상대적인 공간의 크기를 최적화시킴으로써 볼 구름성이 개선되어 볼 밸런서의 진동 저감 효과가 극대화된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 볼 밸런서를 포함한 스핀들 모터의 측단면도이다. 도 2는 본 발명의 볼 밸런서의 구조를 간략하게 도시한 평면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하며 본 발명의 볼 밸런서를 포함한 스핀들 모터의 구조 및 작용을 상세히 설명한다.

설명에 앞서 스핀들 모터(100)의 원통 좌표계를 정의한다. 스핀들 모터(100)의 래디알(radial) 방향을 따르는 가상축은 r축, 원주 방향이자 접선 방향(tangential)을 따르는 가상축은 θ축, 길이 방향이자 높이 방향을 따르는 가상축은 z축으로 표시된다.

도시된 예로서, 스핀들 모터(100)는 베이스 플레이트(110), 스테이터(120), 로터(130), 회전축(140) 및 베어링 하우징(150)을 포함한다. 베이스 플레이트(110)의 상면에는 회로기판(115)이 결합된다. 베이스 플레이트(110)에는 베이스 플레이트(110)를 관통하여 베어링 하우징(150)이 결합된다. 스테이터(120)는 베어링 하우 징(150)에 고정되고, 로터(130)는 회전축(140)과 결합된다. 회전축(140)은 베어링 하우징(150)의 내부에 배치되는 베어링(160)에 회전 가능하게 지지된다.

스테이터(120)는 베어링 하우징(150)에 고정되는 코어(121)와 코어(121)에 권취되는 코일(122)을 포함한다. 로터(130)는 회전축(140)에 결합되는 로터 요크(131)와 로터 요크(131)의 안쪽 둘레에 배치되는 마크네트(132)를 포함한다. 로터 요크(131)의 중앙에는 회전축(140)이 압입되는 결합구멍(133)이 마련된다. 로터 요크(131)의 상면에는 디스크가 안착되는 턴테이블(134)이 마련된다.

코일(122)에 전류가 인가되면 스테이터(120)와 마그네트(132) 사이에 발생하는 전자기력에 의해 로터(130)가 회전축(140)과 함께 회전한다.

코어(121)는 베어링 하우징(150)으로 고정된다. 베어링 하우징(150)의 내부에는 베어링 수용홈(151) 및 스러스트 플레이트 수용홈(152)이 마련된다. 베어링 수용홈(151)에는 베어링(160)이 삽입되고, 스러스트 플레이트 수용홈(152)에는 스러스트 플레이트(154)가 배치된다.

스러스트 플레이트(154)는 회전축(140)과 베어링 하우징(150) 사이의 마찰 발생을 방지하고 회전축(140)의 수직 하중을 지지하기 위한 것으로, 회전축(140)의 하단과 베어링 하우징(150)의 바닥면 사이에 개재된다. 스러스트 플레이트 수용홈(152)의 폭은 베어링 수용홈(151)의 폭보다 작다.

베어링 수용홈(151)과 스러스트 플레이트 수용홈(152)의 사이에는 스토퍼 안착부(153)가 마련된다. 스토퍼 안착부(153)에는 와셔 형상의 스토퍼(Stopper)(155)가 놓여진다. 스토퍼(155)는 디스크의 회전시 회전축(140)이 들떠서 베어링(160)을 이탈하는 것을 방지한다. 스토퍼(155)는 회전축(140)의 스토퍼 홈(149) 및 베어링(160)의 하단부에 걸림으로써 회전축(140)의 들뜸을 억제한다.

베어링(160)의 내주에는 회전축(140)이 관통된다. 베어링(160)의 내주면과 회전축(140)의 외주면 사이에는 미세한 갭이 형성되며 여기에 오일이 수용된다. 갭 공차의 범위는 회전축의 회전을 방해하지 않고 회전축의 축 흔들림이나 런 아웃 사양을 만족시킬 수 있는 범위에서 결정된다.

볼 밸런서(200)는 편심 디스크의 회전 진동을 저감시키는 것으로서 턴테이블(134)에 마련된다. 도시된 바에 의하면 턴테이블(134)과 볼 밸런서(200)가 일체로 마련되지만, 도시된 바에 한정되지 않고 턴테이블과 볼 밸런서가 별개의 부품으로 마련되어도 본 발명의 실시예로서 무방하다.

볼 밸런서(200)는 볼(240)이 자유롭게 구를 수 있도록 볼(240)이 수용되는 레이스(210)와, 볼(240)을 포함한다. 볼(240)은 진구에 가까운 구 형상이 바람직하며, 레이스(210)는 원주 방향으로 연장되는 빈 공간으로서 볼(240)을 삽입하기 위하여 일측이 개구된다. 레이스(210)의 개구된 일측은 볼(240)의 삽입 후 커버(230)에 의하여 덮인다. 볼(240)의 개수는 대응하고자 하는 편심 질량의 크기에 비례한다.

볼 밸런서(200)는, 스핀들 모터(100)의 회전 속도와 볼(240)의 구름 속도를 맞추어 주기 위한 것으로 스핀들 모터(100)의 가속시 볼(240)을 가속시키고 스핀들 모터(100)의 정지시 볼(240)을 감속시키도록 마찰력을 제공하는 마찰 부재(220)와, 레이스(210)를 덮는 커버(230)를 더 포함할 수 있다. 마찰 부재(220)는 커버(230) 에 부착된다.

레이스(210)는 턴테이블(134)의 하측 방향으로 개구되며 커버(230)는 턴테이블(134)의 하측에 조립됨으로써 레이스(210)를 밀봉한다.

본 발명은 볼(240)의 직경과 이에 대한 레이스(210)의 상대적인 크기를 최적화시킴으로써 진동 저감 효과를 극대화하기 위한 것이다.

일 실시예로서, 볼(240) 및 레이스(210)의 래디얼 방향 이격 거리인 제1갭(Gr)과 볼(240) 및 레이스(210)의 높이 방향 이격 거리인 제2갭(Gz) 중 적어도 하나는 볼(240)의 직경의 10~20%로 최적화된다.

즉, 볼(240)을 레이스(210)의 일측 벽에 붙여놓고 볼(240)의 외곽과 레이스(210)의 타측 벽 사이의 이격 거리를 측정하면 제1갭(Gr)이 되며 볼(240)의 직경의 10~20%로 최적화된다.

또한, 볼(240)을 마찰 부재(220)에 올려 놓고 볼(240)의 외곽과 레이스(210)의 상측 벽 사이의 이격 거리를 측정하면 제2갭(Gz)이 되며 볼(240)의 직경의 10~20%로 최적화된다.

도 3은 본 발명의 최적화된 볼 밸런서(200)의 효과를 설명하는 그래프이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하여 본 발명의 최적화 효과를 설명한다.

본 발명과 대비하기 위한 비교 실시예로서, 볼(240)의 직경이 2.5mm이고, 제1갭(Gr) 및 제2갭(Gz)이 볼(240)의 직경의 2~6%인 0.05~0.15mm인 비교 실시예를 상정한다. 비교 실시예에서 제1갭(Gr) 및 제2갭(Gz)은 0.05~0.15mm의 범위 중에서 선택된 값인 0.1mm를 선정하였다.

이때, 편심 질량이 없는 노멀 디스크를 회전시키고 5개의 실험 샘플에 대하여 측정한 진동량은 참조 부호 300과 같다. 참조 부호 320은 0.3g·cm의 편심 디스크를 회전시키고 5개의 실험 샘플에 대하여 측정한 진동량이다.

이에 비하여 본 발명은 볼(240)의 직경이 상기 비교 실시예와 동일하게 2.5mm이고, 제1갭(Gr) 및 제2갭(Gz) 중 적어도 하나가 볼(240)의 직경의 10~20%인 0.25~0.5mm가 되도록 최적화시켰다. 실험의 회수를 줄이기 위하여 상기 범위 중에서 임의로 선택된 값으로서, 제1갭(Gr)은 0.4mm로 셋팅하였고, 제2갭(Gz)은 0.3mm로 셋팅하였다.

이때, 편심 질량이 없는 노멀 디스크를 회전시키고 5개의 실험 샘플에 대하여 측정한 진동량은 참조 부호 310과 같다. 참조 부호 330은 0.3g·cm의 편심 디스크를 회전시키고 5개의 실험 샘플에 대하여 측정한 진동량이다.

참조 부호 300과 310을 비교하고 참조 부호 320과 330을 비교하면, 본 발명의 최적화된 볼 밸런서(200)의 진동 저감 효과가 최적화되지 않은 비교 실시예에 비하여 노멀 디스크는 물론 편심 디스크 2가지 모두의 경우에서 탁월함을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 볼 밸런서를 포함한 스핀들 모터의 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 볼 밸런서의 구조를 간략하게 도시한 평면도이다.

도 3은 본 발명의 최적화된 볼 밸런서의 효과를 설명하는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...스핀들 모터 110...베이스 플레이트

115...회로기판 120...스테이터

121...코어 122...코일

130...로터 131...로터 요크

132...마그네트 134...턴테이블

140...회전축 149...스토퍼 홈

150...베어링 하우징 151...베어링 수용홈

152...스러스트 플레이트 수용홈 153...스토퍼 안착부

154...스러스트 플레이트 155...스토퍼

160...베어링 200...볼 밸런서

210...레이스(race) 220...마찰 부재

230...커버 240...볼

Claims

디스크가 안착되는 턴테이블;

상기 턴테이블의 회전 중심이 되는 회전축;

상기 디스크의 회전 진동을 저감하는 것으로, 볼과, 상기 볼을 수용하며 상기 볼이 자유롭게 구르는 레이스가 마련되는 볼 밸런서; 를 포함하며,

상기 볼 및 상기 레이스의 래디얼 방향 이격 거리인 제1갭과 상기 볼 및 상기 레이스의 높이 방향 이격 거리인 제2갭 중 적어도 하나는 상기 볼의 직경의 10~20%인 스핀들 모터.
제1항에 있어서,

상기 볼 밸런서는,

상기 볼의 가감속을 위한 마찰력을 제공하는 마찰 부재와, 상기 마찰 부재가 부착되며 상기 레이스를 덮는 커버를 포함하는 스핀들 모터.
제2항에 있어서,

상기 커버는 상기 턴테이블의 하측 방향으로 개구된 상기 레이스를 덮는 스핀들 모터.
제1항에 있어서,

상기 볼 밸런서는 상기 턴테이블과 일체로 마련되거나 상기 턴테이블과 별개로 마련되는 스핀들 모터.