主軸電機的製作方法
2023-06-28 03:12:36 3
專利名稱：主軸電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種主軸電機。
背景技術：
通常，屬於無刷直流電機(BLDC)的主軸電機被廣泛用作雷射印表機的雷射光束掃描電機、軟盤驅動器(FDD)的電機、用於光碟驅動器例如壓縮磁碟(⑶)或數字光碟機(DVD)等的電機，以及用於硬碟驅動器的電機。近來，在需要大容量和高速驅動力的裝置如硬碟驅動器中，為了最小化產生的噪音和在使用球軸承時振動產生的非重複性跳動(NRR0)，已經廣泛地使用包括流體動壓軸承(fluid dynamic pressure bearing)的主軸電機,所述流體動壓軸承與現有球軸承相比具有較低的驅動摩擦力。在流體動壓軸承中，薄油膜基本上形成在轉子與定子之間，以致通過轉動時產生的壓力支撐轉子和定子。因此，所述轉子和定子彼此沒有互相接觸，從而減少摩擦載荷。在使用流體動壓軸承的主軸電機中，潤滑油(在下文中，稱為「工作液」)保持電機的軸僅憑著動壓力(通過軸的離心力使油壓返回中心的壓力)旋轉磁碟。因此，使用流體動壓軸承的主軸電機不同於球軸承主軸電機,因為球軸承主軸電機中的軸由鐵製的軸球(shaftball)支撐。當在所述主軸電機中使用流體動壓軸承時，所述轉子由流體支撐，因此電機產生的噪音量小、能耗低且抗衝擊性好。在根據現有技術的硬碟驅動器(HDD)電機中，近來，通常使用為了支撐推力軸承的硬度而使用推板的結構。在這種結構中，轉變電機從停止狀態到運轉狀態的情況下，靜摩擦是產生在所述推板和推力動壓產生槽(thrust dynamic pressure generation groove)支撐所述推板而形成的表面之間的最大的摩擦力。在這種摩擦力反覆產生的情況下，通過所述摩擦力可以產生磨損粒子。在這種結構中，當所述主軸電機反覆地和連續地停止，運轉和停止時，所述摩擦力頻繁產生，可能減少電機的使用壽命。另外，由於這種摩擦力反覆產生，所述主軸電機的操作性能可能惡化，驅動可靠性也可能惡化。
發明內容
本發明旨在提供一種主軸電機，該主軸電機包括在推板上能夠減小摩擦力的塗層，因此，當所述主軸電機反覆地停止和運轉時，可以減小產生的摩擦力。根據本發明的優選實施方式，提供一種主軸電機，該主軸電機包括:軸,該軸形成電機的旋轉中心；套筒，該套筒容納所述軸在其中，並且該套筒可旋轉地支撐所述軸；推板，該推板在垂直於軸向的方向與所述套筒連接；其中，所述推板包括形成在該推板上的減小摩擦力的塗層。所述減小摩擦力的塗層可以形成在面對所述套筒的所述推板上。所述減小摩擦力的塗層可以由自組裝單層(self-assembled monolayer) (SAM)塗覆法形成。所述減小摩擦力的塗層可以通過一種方法形成，該方法包括:在己烷溶液中，去除所述推板的表面的有機物；在食人魚洗液中進行表面處理，使所述推板的表面活化；將所述推板浸潰在溶液中以塗覆所述推板的表面，該溶液通過用濃度為ImM的十六烷溶液稀釋十八烷基三氯矽烷(OTS)自組裝單層溶液而獲得；用異丙醇(IPA)溶液去除所述推板上的殘留物；以及用去離子(DI)水清洗所述推板。所述方法還可以包括:在己烷溶液中去除所述推板的表面的所述有機物之後，在異丙醇溶液中去除所述推板的表面的所述有機物。所述減小摩擦力的塗層可以通過一種方法形成，該方法包括:在己烷溶液中，去除所述推板的表面的有機物；在食人魚洗液中進行表面處理，使所述推板的表面活化；將所述推板浸潰在溶液中以塗覆所述推板的表面，該溶液通過用濃度為ImM的異辛烷溶液稀釋
1H,1H，2H，2H-全氟癸基三氯矽烷(FDTS)自組裝單層溶液而獲得；用異丙醇溶液去除所述推板上的殘留物；以及用去離子水清洗所述推板。所述方法還可以包括:在己烷溶液中去除所述推板的表面的所述有機物之後，在異丙醇溶液中去除所述推板的表面的所述有機物。
通過以下結合附圖的詳細說明，本發明的上述內容和其他目的、特徵以及優點將會更加清楚地得以理解，在附圖中:圖1是根據本發明的優選實施方式的包括推板的主軸電機的剖視圖；圖2是根據本發明的優選實施方式的包括塗層形成其上的推板的透視圖；及圖3是沿圖2的A-A'線的剖視圖。
具體實施例方式本發明的目的、特徵和優勢將通過下面結合附圖對優選實施方式進行的具體描述而被更加清楚地理解。在整個附圖中，相同的附圖標記用於指示相同或類似的構件，並且省略對其的多餘描述。此外，在下面的描述中，術語「第一」、「第二」、「一側」、「另一側」以及類似用語用於區分某一構件與其他構件，而這種構件的結構不應被這些術語所限制。另外，在本發明的描述中，當確定對於相關技術的具體描述將使本發明的主旨模糊時，將省略對其的描述。 下面，將參考附圖對本發明的優選實施方式進行詳細地描述。圖1是根據本發明的優選實施方式的包括推板的主軸電機的剖視圖；圖2是根據本發明的優選實施方式的包括塗層形成其上的推板的透視圖；以及圖3是沿圖2的A-A'線的剖視圖。根據本發明的優選實施方式的主軸電機包括:軸11，該軸11形成電機的旋轉中心，套筒22，該套筒22容納所述軸11在其中，並且該套筒22可旋轉地支撐所述軸11，推板40，該推板40在垂直於軸向的方向與所述套筒22連接，其中，所述推板40包括形成在該推板40上的減小摩擦力的塗層。如圖2和圖3所示，所述減小摩擦力的塗層41可以形成在面對所述套筒22的所述推板40上，並且形成在整個所述推板40的表面上。所述減小摩擦力的塗層41由自組裝單層(SAM)塗覆法形成。根據本發明的優選實施方式，在包括所述流體動壓軸承的所述主軸電機中，在形成推力動壓軸承部的所述推板40上形成所述摩擦力減小的塗層41，因此，可以減小整個摩擦力。通常，所述推板40由陶瓷材料氧化鋯(ZrO2)製成。為了調整燒結後的厚度和表面粗糙度，表面由拋光處理製造，因此，所述推板40具有很好的表面粗糙度，大約在0.035 μ m或更小。停止狀態的主軸電機中的所述推板40和與所述推板40相對應的所述推力動壓產生槽相接觸，而且在所述主軸電機轉動時產生摩擦力。因此，當所述主軸電機從停止狀態轉變到運轉狀態時，由摩擦力產生的磨損粒子對電機的壽命具有重要的影響。本發明為了延長和提高電機的壽命，通過在所述推板40上形成所述減小摩擦力的塗層41以減少根據如上所述的主軸電機的驅動通過摩擦力產生的磨損粒子。如圖1所示，通過所述動壓產生槽形成在面對所述推板40的所述套筒22的表面，在所述推板40與所述套筒22彼此面對的表面上形成所述流體動壓軸承部，而且所述摩擦力可以產生在所述主軸電機停止狀態和運轉狀態之間轉變時。然而，所述減小摩擦力的塗層41形成在所述推板40上，因此，這種摩擦力減小，從而能夠提高電機的操作性能和可靠性。所述減小摩擦力的塗層41使用自組裝單層(SAM)塗覆法形成。作為自組裝單層塗覆法，可以使用將所述推板40浸潰在自組裝單層溶液中的浸潰方法，而且所述減小摩擦力的塗層41可以由除浸潰方法以外的各種塗覆法使用所述自組裝單層溶液等形成。
作為可以用於所述自組裝單層塗層的所述自組裝單層的例子，具有能夠結合陶瓷表面的氧氣(O2)的十八烷基三氯矽烷(OTS) SAM (CH3(CH2)17SiCl3)或1H，1H，2H，2H-全氟癸基三氯娃 ^ (1Η, 1Η, 2Η, 2H-Perflurodecyltrichlorosilane, FDTS) SAM(CF3(CH2)7(CH2)2SiCl3)等。由於所述自組裝單層塗層通常形成具有大約3nm薄的厚度，所述自組裝單層塗層的優點在於對所述推板40的設計沒有大的影響。更具體地，使用十八烷基三氯矽烷自組裝單層溶液在所述推板40上形成所述減小摩擦力的塗層41的方法包括:在己烷溶液中，去除所述推板40的表面的有機物；在食人魚洗液中進行表面處理，使所述推板40的表面活化；將所述推板40浸潰在溶液中以塗覆所述推板40的表面，該溶液通過用濃度為ImM的十六烷溶液稀釋十八烷基三氯矽烷自組裝單層溶液而獲得；用異丙醇溶液去除所述推板40上的殘留物；以及用去離子水清洗所述推板40。首先，在己烷溶液中進行去除所述推板40的表面的有機物的過程。在本過程中，去除所述推板40的雜質，因此，保證塗層進行的可靠性。具體地，為了確保去除所述推板40的殘留有機物，還可以進行在IPA溶液中去除所述推板40的表面的所述有機物。這裡，所述IPA溶液，S卩，異丙醇，具有溶解非極性物質易於蒸發不留自身汙染的特徵，因此，所述異丙醇溶液是用於信息技術構件如半導體、液晶顯示屏(LCD)等的主要用作清洗液的物質。通過這種處理，可以徹底去除所述推板40的表面的殘留雜質。
其次，在食人魚洗液中進行表面處理的過程，使所述推板40的表面活化。在食人魚洗液(異辛烷(isooctane))中浸潰所述推板40，從而可以使所述推板40的表面活化，而且更容易形成化學鍵。此外，所述推板40浸潰在溶液中以塗覆所述推板40的表面，該溶液通過用濃度為ImM的十六烷溶液稀釋十八烷基三氯矽烷自組裝單層溶液而獲得。這裡，進行所述十八烷基三氯矽烷自組裝單層塗層，因此可以在所述推板40的表面充分地形成所述減小摩擦力的塗層41。然後，用異丙醇溶液去除所述推板40的殘留物，以及用去離子水清洗所述推板40，從而完成所述推板40的表面處理。這裡，所述去離子(DI)水是指通過去除所有溶解在水中的離子除通過水的自電離產生的離子之外沒有雜質的純水。最後，用去離子水清洗所述推板40的表面，從而形成所述減小摩擦力的塗層41。另外，在所述推板40上使用1H，1H, 2H, 2H-全氟癸基三氯矽烷自組裝單層溶液形成所述減小摩擦力的塗層41的方法包括:在己烷溶液中，去除所述推板40的表面的有機物；在食人魚洗液中進行表面處理，使所述推板40的表面活化；將所述推板40浸潰在溶液中以塗覆所述推板40的表面，該溶液通過用濃度為ImM的異辛烷溶液稀釋
1H,1H, 2H, 2H-全氟癸基三氯矽烷自組裝單層溶液而獲得；用異丙醇溶液去除所述推板40的殘留物；以及用去離子水清洗所述推板40。這裡，這個方法不同於使用上述方法的方法，因為將所述推板40浸潰在溶液中以塗覆所述推板40的表面，該溶液通過用濃度為ImM的異辛烷溶液稀釋1H，1H, 2H, 2H-全氟癸基三氯矽烷自組裝單層溶液而獲得。也就是說，使用1H，1H, 2H, 2H-全氟癸基三氯矽烷自組裝單層溶液形成所述減小摩擦力的塗層41。因為其他過程是重複以上描述，由此將省略詳細說明。所述摩擦力的影響程度可以通過材料的表面能體現，而且使用根據本發明的所述自組裝單層塗層可以減小表面能，因此，形成具有表面能小於不包括所述減小摩擦力的塗層41的現有推板40的疏水性表面如下面表I所不。表I
材料種類表面能
根據現有技術的材料(氧化鋯(Zp2))42.04mJ/m2
OTS SAM 塗層24.12mJ/m2
FDTS SAM 塗層16.52mJ/m2如表I所示，因為在低表面能時所述摩擦力減小，可以減少由所述摩擦力產生的所述磨損粒子，因此，可以提高所述主軸電機的驅動性能和可靠性，從而延長所述主軸電機的壽命。如圖1所示，根據本發明優選實施方式的所述主軸電機包括:所述軸11，該軸11形成轉子10的旋轉中心，所述套筒22，該套筒22容納所述軸11在其中，並且該套筒22可旋轉地支撐所述軸11，基體21，所述基體21連接到所述套筒22的外側表面以支撐所述套筒22，所述基體21包括安裝在所述基體21的內側表面上的磁芯23以及具有圍繞該磁芯23纏繞的線圈23a，並且包括在所述基體21的下端面形成的通孔21a，線圈23a在軸向穿過通過所述通孔21a，以及在所述基底21的背面形成柔性印刷電路板50，其中穿過所述通孔21a的所述線圈23a焊接並粘附到所述柔性印刷電路板50。所述軸11形成圍繞所述主軸電機旋轉的中心軸，並通常具有圓柱體形狀。通過流體動壓軸承用於形成所述推力動壓軸承部的所述推板40可以插入地安裝使所述推板40垂直於所述軸11的上面部分。這裡，所述推板40可以形成在所述軸11的上面部分或插入地安裝使所述推板40垂直於所述軸11的下端部分。為了使所述推板40固定到所述軸11上，可以分別對所述推板40和所述軸11進行雷射焊接等。然而，對於本領域技術人員來說明顯的是可以通過施加預定的壓力將所述推板40壓裝(press-fitted)到所述軸11。為了通過流體動壓軸承形成推力動壓軸承部，可以在朝向所述推板40與所述套筒22的表面的任一面中形成所述動壓產生槽(未圖示)。因為根據本發明，在所述推板40上形成所述減小摩擦力的塗層41的結構上面已經說明，這裡將省略詳細說明。所述套筒22可以容納所述軸11在其中，並且具有中空圓柱體形狀以便可旋轉地支撐所述軸11，並且在相互連接的所述軸11的外周面Ila和所述套筒22的內周面22a通過油(工作液)可以形成徑向動壓軸承部。另外，用於產生所述徑向動壓軸承部的動壓的動壓產生槽(未圖示)可以在形成所述徑向動壓軸承部的所述軸11的外周面Ila和所述套筒22的內周面22a的任一面形成。輪轂12 (在其上安裝和旋轉光碟(未圖示)或磁碟(未圖示))具有在所述輪轂12的中心與其連接為一體的所述軸11，並且連接到所述軸11的上部，以便與所述套筒22的上端面沿軸向相對應。形成的轉子磁體13以便與下面描述的所述基體21的所述磁芯23沿徑向相對。當電流流過時，所述磁芯23產生磁通量，同時形成磁場。與所述磁芯23相對的所述轉子磁體13包括反覆磁化的N極和S極以形成電極，該電極與產生在所述磁芯23內的可變電極相對應。由於通過磁通量的交鏈(interlinkage)產生電磁力，所述磁芯23和所述轉子磁體13之間產生斥力，從而使所述輪轂12和連接到所述輪轂12的所述軸11旋轉。所述基體21的一個側表面連接到所述套筒22的外周面，以致包括所述軸11的所述套筒22連接到所述基體21的內側。所述基體21具有連接到與所述基體21的一個側表面相對的另一個側表面，在與形成在輪轂12上的轉子磁體13相對應的位置上的磁芯23，其中，所述磁芯23具有圍繞其纏繞的線圈23a。所述基體21可以用於在所述主軸電機的下部支撐所述主軸電機的整個結構，並且所述基體21可以通過擠壓工藝法(press processingmethod)或壓鑄法(die-casting method)製成。在所述基體21由擠壓工藝法製成的情況下，所述基體21可以由各種金屬材料例如鋁、鋼等製成，尤其是可以由具有硬度的材料製成。所述基體21和所述套筒22可以通過應用在所述基體21的內表面或所述套筒22的外表面上的粘合劑相互裝配。用於在所述基體21和所述套筒22之間導電的導電粘合劑(未圖示)可以連接到並且形成在所述基體21和所述套筒22相互粘合的部分的下端面上。形成所述導電粘合劑以允許在電機運轉時產生的過量電荷通過基體21流出，從而能夠提高電機運轉的可靠性。所述磁芯23通常由多個薄金屬板層疊而成，並且所述磁芯23固定地設置在包括柔性印刷電路板50的所述基體21上。在所述基體21的下端面中可以形成多個通孔21a，以便與纏繞線圈23a引導的線圈23a相對應，並且通過所述通孔21a引出的所述線圈23a可以焊接並電連接於所述柔性印刷電路板50。蓋部件(cover member)30連接到所述套筒22以遮蓋所述軸11和所述套筒22沿軸向的下端面。所述蓋部件30包括形成在與所述軸11的下端面Ilb相對的內側表面中的動壓產生槽，從而能夠形成推力動壓軸承部。所述蓋部件30具有連接到所述套筒22同時完全遮蓋所述套筒22的下端的結構，因此，所述蓋部件30可以存儲形成在所述流體動壓軸承的油(工作液)。下面將參照圖1簡要說明根據本發明的優選實施方式的主軸電機的構件及其之間的操作關係。轉子10可以包括所述軸11和輪轂12以及定子20，所述軸11成為旋轉軸並可旋轉的形成，所述輪轂12具有與其連接的所述轉子磁體13，所述定子20可以包括所述基體
21、所述套筒22、所述磁芯23和拉板(pulling plate)24。每個所述磁芯23和所述轉子磁體13連接到所述基體21的外側和所述輪轂12的內側同時彼此相對。當對所述磁芯23施加電流時，產生磁通量同時形成磁場。與所述磁芯23相對的所述轉子磁體13包括反覆磁化的N極和S極以形成電極，該電極與產生在所述磁芯23內的可變電極相對應。由於通過磁通量的交鏈產生電磁力，所述磁芯23和所述轉子磁體13之間產生斥力，從而使所述輪轂12和連接到所述輪轂12的所述軸11旋轉，從而驅動根據本發明的優選實施方式的所述主軸電機。另外，為了防止電機驅動時發生移動(floating)，在所述基體21上形成所述拉板24以便與所述轉子磁體13沿軸向相對應。所述拉板24可以由金屬材料製成以致吸引力作用在所述拉板24和所述轉子磁體13之間。更具體地，所述拉板24可以由例如不鏽鋼材料、鎳、金等材料製成。另外，所述拉板24的材料不限於上述材料，只要是具有允許吸引力作用在所述拉板24和所述轉子磁體13之間的性質的金屬材料即可。所述拉板24和所述轉子磁體13具有作用在它們之間的吸引力，從而能夠使電機穩定地旋轉。根據本發明，在所述主軸電機的所述推板上形成了用於減小摩擦力的塗層，從而，可以延長所述主軸電機的壽命。另外，在所述主軸電機的所述推板上形成了用於減小摩擦力的塗層，從而，當所述主軸電機反覆地和連續地停止、運轉和停止時，可以有效減小產生的摩擦力，從而能夠提高所述主軸電機的操作性能。而且，在所述主軸電機的所述推板上形成了用於減小摩擦力的塗層，從而，減小所述推板的表面能以形成疏水表面，並且可以減少所述磨損粒子的產生。此外，在所述主軸電機的所述推板上形成了用於減小摩擦力的塗層，從而，可以保證所述主軸電機的驅動可靠性。另外，因為在所述主軸電機的所述推板上使用所述自組裝單層塗層作為用於減小摩擦力的塗層，形成減小細小摩擦力的塗層，因此，所述塗層可以在所述推板的現有結構中選擇和使用，而不需要單獨設計更改。雖然出於說明目的公開了本發明的優選實施方式，但這些實施方式用於具體解釋本發明，因此根據本發明的主軸電機不限於此，而本領域技術人員應該理解的是，在不脫離公開的本發明的範圍和精神的情況下，各種改變、增加和替換是可能的。
因此，任何和所有改變、變化或等同布置都應視為落入本發明的範圍，本發明的具體範圍將在附帶的權利要求中公開。
權利要求
1.一種主軸電機，該主軸電機包括: 軸，該軸形成電機的旋轉中心； 套筒，該套筒容納所述軸在其中，並且該套筒可旋轉地支撐所述軸； 推板，該推板在垂直於軸向的方向與所述套筒連接； 其中，所述推板包括形成在該推板上的減小摩擦力的塗層。
2.根據權利要求1所述的主軸電機，其中，所述減小摩擦力的塗層形成在面對所述套筒的所述推板上。
3.根據權利要求1所述的主軸電機，其中，所述減小摩擦力的塗層由自組裝單層塗覆法形成。
4.根據權利要求1所述的主軸電機,其中,所述減小摩擦力的塗層通過一種方法形成，該方法包括: 在己烷溶液中，去除所述推板的表面的有機物； 在食人魚洗液中進行表面處理，使所述推板的表面活化； 將所述推板浸潰在溶液中以塗覆所述推板的表面，該溶液通過用濃度為ImM的十六烷溶液稀釋十八烷基三氯矽烷自組裝單層溶液而獲得； 用異丙醇溶液去除所述推板上的殘留物；以及 用去離子水清洗所述推板。
5.根據權利要求4所述的主軸電機，其中，所述方法還包括:在己烷溶液中去除所述推板的表面的所述有機物之後，在異丙醇溶液中去除所述推板的表面的所述有機物。
6.根據權利要求1所述的主軸電機，其中，所述減小摩擦力的塗層通過一種方法形成，該方法包括: 在己烷溶液中，去除所述推板的表面的有機物； 在食人魚洗液中進行表面處理，使所述推板的表面活化； 將所述推板浸潰在溶液中以塗覆所述推板的表面，該溶液通過用濃度為ImM的異辛烷溶液稀釋1H，1H, 2H, 2H-全氟癸基三氯矽烷自組裝單層溶液而獲得； 用異丙醇溶液去除所述推板上的殘留物；以及 用去離子水清洗所述推板。
7.根據權利要求6所述的主軸電機，其中，所述方法還包括:在己烷溶液中去除所述推板的表面的所述有機物之後，在異丙醇溶液中去除所述推板的表面的所述有機物。
全文摘要
本發明公開了一種主軸電機，該主軸電機包括軸，該軸形成電機的旋轉中心；套筒，該套筒容納所述軸在其中，並且該套筒可旋轉地支撐所述軸；推板，該推板在垂直於軸向的方向與所述套筒連接；其中，所述推板包括形成在其上的減小摩擦力的塗層。根據本發明，在所述主軸電機的所述推板上形成用於減少摩擦力的塗層，因此，當所述主軸電機被反覆地和連續地停止、運轉和停止時，可以有效地減小產生的摩擦力，從而可以提高所述主軸電機的操作性能。
文檔編號H02K15/14GK103178679SQ201210559960
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月20日 優先權日2011年12月23日
發明者金勇植, 張浩慶, 金相沅, 樸一雄 申請人:三星電機株式會社