JP2006189158A

JP2006189158A - 流体動圧軸受モータ

Info

Publication number: JP2006189158A
Application number: JP2005376600A
Authority: JP
Inventors: Sang Uk Kim; ▲尚▼ 郁金
Original assignee: G & W Technologies Inc
Current assignee: G & W Technologies Inc
Priority date: 2005-01-03
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2006-07-20
Also published as: KR20060079630A; KR100619664B1; CN1801580A; US20060147135A1

Abstract

【課題】流体動圧軸受モータを提供する。
【解決手段】シャフトとスリーブとの間にジャーナル軸受を形成するものであって、シャフトの上端部に結合固定され、環状リーブが形成された上部スラストカバーと、シャフトの下端部に固定され、収容リーブが形成されたフィクスチャーと、スリーブの上端部の外周面と環状リーブとの間に形成され、毛細管現象でオイルが維持される上部毛細管室と、スリーブの下端部の外周面と収容リーブの内周面との間に形成され、毛細管現象でオイルが維持される下部毛細管室と、を備える流体動圧軸受モータである。これにより、発生した気泡の膨脹にも拘わらず、オイルの漏れを防止し、軸受相互間の圧力均衡をなして動作特性が向上し、ジャーナル軸受の長さを確保してモータの駆動特性を向上させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、流体動圧軸受モータに係り、特に、発生した気泡の膨脹にも拘わらず、オイルの漏れを防止し、軸受相互間の圧力均衡をなして動作特性が向上し、ジャーナル軸受の長さを確保してモータの駆動特性を向上させた流体動圧軸受モータに関する。

コンピュータハードディスクドライブの開発には、通常、高精度のトラック密度、ノイズの軽減及び衝撃や振動など外的要素に安定になるように多様な設計要素が採択される。

一般的に使われているボール軸受は、軸受の欠陥による不規則的な振動、大きいノイズ及び高い共振周波数によってドライブの性能が左右されるので、厳格に制限されて採択されている。

流体動圧軸受は、非接触軸受を具現することによって、前記のような制限を克服できる。薄膜のオイルで充填された流体軸受では、不規則的な振動及びノイズが大幅軽減され、高い減衰力によって外部からの衝撃及び振動に対する抵抗が高い。ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）の環境において、流体動圧軸受システムの開発には、軸受性能の低下やドライブ内の汚染を防止するために、全ての動作及び非動作の状況において、オイルの漏れを防止する構造が要求される。

図１は、このようなオイルの漏れを防止できるようにした流体動圧軸受を示す図面であり、非特許文献１に開示された技術である。

この流体動圧軸受は、ベース１１２にシャフト１１４の下端部が押込み固定されており、シャフト１１４の上端は、カバー１１０に固定されており、シャフト１１４の上部側には、傾斜面を有するシートプレート１８５ａとスラストプレート１８４とが結合固定され、下端部には、傾斜面を有するシールプレート１６５が結合固定されている。

スラストプレート１８４とシールプレート１６５との間には、内側スリーブ１９４がシャフト１１４に対して回転自在に一定の間隙を有して結合されており、内側スリーブ１９４の外側には、外側スリーブ１９５とハブ１２８とが順次に結合固定されている。シートプレート１８５ａとスラストプレート１８４との間には、スラスト軸受面を形成するスラストブッシング１８６が外側スリーブ１９５の内径面に結合固定されており、スラストブッシング１８６には、後述する上部毛細管室１５０と連結される穴１７１が形成されている。

また、外側スリーブ１９５の上端部には、シートプレート１８５ａの傾斜面との間に、前記上部毛細管室１５０（図２参照）を形成する上部クランピング１８７が形成されており、外側スリーブ１９５の下端部には、前記シールプレート１６５の傾斜面との間に下部毛細管室１５１（図３参照）を形成する下部クランピング１６７が結合固定されている。また、前記各クランピング１８７，１６７には、各内径面がシートプレート１８５ａとシャフト１１４とに間隙を形成するように上部／下部カバーリング１６０ａ，１６０ｂが結合固定されている。

前記のような構成を有する流体動圧軸受は、上部／下部毛細管室１５０，１５１及び上部／下部カバーリング１６０ａ，１６０ｂの内径面が形成する間隙構造によって、モータの停止時には、毛細管現象によってオイルの漏れを防止させ、モータの駆動中には、遠心力によってオイルを各軸受部に流入させることによって、オイルの漏れを防止する。

しかし、前記のような流体動圧軸受構造において、モータの駆動中に内部発生熱（摩擦熱または電磁気的な要素の作動による発生熱）によって内部温度が上昇することによって発生した気泡が膨脹して外部に排気されるとき、毛細管室１５０，１５１の部分に封じ込められたオイルまたは前記間隙に溜まっていたオイルが外部に漏れるという問題点がある。

また、内側スリーブ１９４とシャフト１１４との間のジャーナル軸受部分で発生する気泡によって、ジャーナル軸受の上下部間の圧力の不均衡が発生して軸受の動作特性が低下する。

また、シャフト１１４の上下部側に上部毛細管室１５０と下部毛細管室１５１とを採用することによって、シャフト１１４と内側スリーブ１９４との間に形成されるジャーナル軸受１３４の長さを確保するのには限界がある。

米国特許５,８７６,１２４号明細書

本発明が解決しようとする第１の技術的課題は、モータの駆動時に発生した気泡にも拘わらず、上下軸受間の圧力を均一に維持させ、オイルの漏れを防止できるように、その構造の改良された流体動圧軸受モータを提供することである。

本発明が解決しようとする第２の技術的課題は、モータの停止または駆動時、オイルの漏れを効果的に防止できるようにした流体動圧軸受モータを提供することである。

本発明が解決しようとする第３の技術的課題は、オイルの注入時、最終注入量を一定にした流体動圧軸受モータを提供することである。

本発明が解決しようとする第４の技術的課題は、シャフトの上下部側にオイル漏れ防止構造を採用するにも拘わらず、ジャーナル軸受の長さを十分に確保して安定した駆動を可能にした流体動圧軸受モータを提供することである。

前記課題を達成するために本発明は、シャフトとスリーブとの間にオイルが充填されたジャーナル軸受を形成して相互相対回転支持する流体動圧軸受モータにおいて、
前記シャフトの上端部に結合固定され、前記スリーブとの間に上部スラスト軸受が形成され、前記スリーブの上端部を取り囲むように下向きに延びて環状リーブが形成された上部スラストカバーと、前記シャフトの下端部が固定結合され、前記スリーブの下端部との間に下部スラスト軸受が形成され、その上端部のエッジに前記スリーブの下端部を取り囲むように上向きに延びた収容リーブが形成されたフィクスチャーと、前記スリーブの上端部の外周面と前記環状リーブとの間に形成され、前記上部スラスト軸受と連通され、毛細管現象でオイルが維持される上部毛細管室と、前記スリーブの下端部の外周面と前記収容リーブの内周面との間に形成され、前記下部スラスト軸受と連通され、毛細管現象でオイルが維持される下部毛細管室と、を備えてなることを特徴とする。

また、本発明のモータにおいて、前記上部毛細管室は、前記スリーブの上端部側に行くほど狭くなり、前記下部毛細管室は、前記スリーブの下端部側に行くほど狭くなるように形成されたことを特徴とする。

また、本発明の流体動圧軸受モータには、前記スラストカバーの上面のエッジとの間に上部間隙を形成するように、前記ハブの上端エッジから延びた環状のフランジが形成され、前記ハブの内径面と環状リーブの外径面との間に環状間隙が形成される。

また、前記上部毛細管室と前記上部間隙とを連通させるように、前記スラストカバーの環状リーブには、圧力均衡ホールが形成される。

また、前記環状間隙と接する前記環状リーブの外周面にオイルが保存されるオイル保存溝が形成される。

また、前記シャフトに上部／下部ジャーナル軸受間のオイルギャップと連通する流入ホールと、大気と連通する排気ホールと、前記流入ホールと排気ホールとの間を連結する連通ホールと、が形成され、前記フィクスチャーに前記排気ホールと連結されて大気と連結させる連結ホールが形成されたことを特徴とする。

前記本発明の特徴によれば、本発明流体軸受モータは、モータの駆動中に発生する気泡が内部熱によって膨脹されるとき、前記排気ホールを通じて大気中に排気させることによってオイルの漏れを防止させ、上下ジャーナル軸受間の圧力を均一に維持させて駆動特性を向上させる。また、毛細管室によってモータの停止中にオイルの漏れを防止させ、圧力均衡ホールによって気泡の排気を円滑にしてオイルの漏れを防止させる。また、毛細管室構造を通じてオイルの注入量を確認することによって正確な量のオイルを注入させうる。

本発明は、次のような利点を有する。

第一に、シャフトにオイルギャップと大気に連通される流入ホール及び排気ホールを形成させ、フィクスチャーに排気ホールと連通される連結ホールを形成させることによって、モータの駆動時に発生した気泡による上下軸受間の圧力を均一に維持させ、膨脹気泡によるオイルの漏れを防止できて周辺の汚染及びモータ駆動特性の低下を防止する。

第二に、毛細管室を形成することによって、モータの停止または駆動時にオイルの漏れを効果的に防止できる。

第三に、スラストカバーに毛細管室と連通される圧力均衡ホールを形成させることによって、環状間隙に溜まっていたオイルが内部の膨脹気泡が発生するにも拘わらず、オイルが漏れることを防止する。また、スラストカバーの外周面にオイル保存溝を形成させることによって、大気中に向かって移動するオイルの移動を減少させてオイル漏れをさらに効果的に防止させる。

第四に、オイルの注入時、毛細管室を通じて最終注入量を一定にできて同一品質の製品生産が可能になる。

第五に、漏れ防止のための毛細管室をスリーブの外側に形成させることによって、ジャーナル軸受が長さを確保して円錘形の振動発生などを軽減して安定した駆動を可能にする。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。

本発明の実施形態の流体軸受モータは、モータの停止時には、毛細管現象によってオイルの漏れを防止させ、モータの運転中には、発生した気泡を円滑に排出させることによって膨脹されたオイルによるオイルの漏れを防止させ、また上部／下部軸受部分での気泡を円滑に排気させて軸受相互間の圧力均衡をなしてモータの動作特性を向上させる。

また、同じサイズの他のモータに比べて、ジャーナル軸受の長さを確保してモータの安定した駆動を可能にする。

このような本発明の実施形態の流体動圧軸受モータを示す図４ないし図６を参照すれば、これは、回転子と固定子との間にオイルギャップを形成して流体動圧軸受を形成して回転子を回転自在に支持し、前記オイルギャップを形成する回転子または固定子の相互対応面にオイル溝が形成された構造を表す。

前記固定子は、中央に結合孔２０２が形成され、前記結合孔２０２の外周縁にステータ２０１が固定されたベース２００と、前記結合孔２０２に結合固定されて中心部に挿入孔２２４が形成され、上端エッジに上向きに延びた収容リーブ２２２が形成され、前記結合孔２０２との間に大気５００と連結される間隙２０５が形成されたフィクスチャー２２０と、前記挿入孔２２４に結合固定されるシャフト２１０と、前記シャフト２１０の上端部に結合固定され、そのエッジから下向きに延びた環状リーブ２３２が形成されたスラストカバー２３０からなる。

前記回転子は、前記シャフト２１０に上部／下部ジャーナル軸受４１３，４１４を形成しつつ回転自在に結合され、前記スラストカバー２３０及びフィクスチャー２２０との間に上部／下部スラスト軸受４１１，４１２が形成され、上部側の外周縁に環状ストッパー３１１が形成されたスリーブ３１０と、前記スリーブ３１０の環状ストッパー３１１の外周縁に結合固定され、その内周面に前記ステータ２０１と対向してマグネット３５０が固定されたハブ３２０とからなる。

前記シャフト２１０には、上部／下部ジャーナル軸受４１３，４１４間のオイルギャップと連通する流入ホール２１３と、大気５００と連通する排気ホール２１４と、前記流入溝２１３と排気ホール２１４との間を連結する連通ホール２１５が形成されている。前記フィクスチャー２２０には、前記排気ホール２１４と連結されて大気５００と連結させる連結ホール２２１が形成されている。

このような構成の本発明の実施形態の流体動圧軸受モータは、前記オイルギャップに形成された気泡が前記流入ホール２１３、連通ホール２１５、排気ホール２１４、連結ホール２２１及び間隙２０５を経由して大気中に排気させる。このような気泡の排気経路を異なって実施した図８を参照すれば、これは、ベース２００の結合孔２０２とフィクスチャー２２０との間の間隙２０５を前記実施形態より大きくして、前記連結ホール２２１が直接大気５００と連結させる。

図９を参照すれば、前記上部／下部ジャーナル軸受４１３，４１４は、スリーブ３１０及び／またはシャフト２１０の外周面にヘリンボーン状のオイル溝２１６，２１７が形成されて、スリーブ３１０の回転時、オイルが矢印方向に集中して動圧を形成する。また、前記流入ホール２１３は、陰圧発生部分である前記上部ジャーナル軸受４１３と下部ジャーナル軸受４１４との間に形成され、陰圧部分に移動して（図９の点線矢印方向）捕集された気泡を流入させる。

一方、本発明の実施形態の流体動圧軸受モータには、モータの停止時及び運転時にオイルの漏れを防止できるようにしたオイル漏れ防止構造が採用されている。前記オイル漏れ防止構造は、スリーブ３１０の上下端部側に形成される上部／下部毛細管室５１０，５１１と、前記スラストカバー２３０とハブ３２０との間に形成される環状間隙５２０及び上部間隙５３０を形成して、毛細管現象及び遠心力によってオイルの漏れを防止できるようにした構造を有する。

すなわち、図４ないし図６を参照すれば、前記上部毛細管室５１０は、前記スリーブ３１０の上段部の外周面に上端部側に向かって直径が拡張される傾斜面３１２が形成されて前記環状リーブ２３２の内径面との間に形成される。

前記上部毛細管室５１０は、前記スリーブ３１０の上端部側に行くほど狭くなり、前記下部毛細管室５１１は、前記スリーブ３１０の下端部側に行くほど狭くなるように形成される。このような上部毛細管室５１０の構造は、図５を参照すれば、モータの停止時には毛細管現象によってオイルの漏れが防止され、運転中には、遠心力によってオイルが上向きに傾斜した傾斜面３１２に沿って上方向の外側に移動してスラスト軸受４１１側にオイルを移動させることによってオイルの漏れを防止させる。

また、図６を参照すれば、前記下部毛細管室５１１は、前記スリーブ３１０の下端部の外周面に下端部側に向かって直径が拡張される傾斜面３１３が形成され、前記収容リーブ２２２の内径面との間に下部毛細管室５１１が形成される。前記下部毛細管室５１１は、モータの停止時には毛細管現象によってオイルの漏れが防止され、モータの運転時には、遠心力によって毛細管室５１１に封じ込められたオイルが下部スラスト軸受４１２側に移動してオイルの漏れが防止される。

一方、前記スラストカバー２３０の環状リーブ２３２の内径面とフィクスチャー２２０の収容リーブ２２２の内径面とには、それぞれ内径溝２３４，２２３が形成され、各毛細管室５１０，５１１から離脱されるオイルを保存させることによってオイルの漏れを減少させる。

一方、前記環状間隙５２０及び上部間隙５３０は、上部毛細管室５１０に封じ込められたオイルの外部衝撃や振動による漏れを最終的に防止する。

ここで、運転中に内部発生熱によって膨脹された気泡がシャフト２１０の上下両端部を通じて排気されるが、このとき、前記間隙５２０，５３０に封じ込められたオイルが排気される気泡によって外部に漏れて周辺を汚染させることを防止するために、前記環状リーブ２３２に前記上部毛細管室５１０と大気とを連通させる圧力均衡ホール２３１を形成した。この場合、膨脹された気泡が圧力均衡ホール２３１を通じて円滑に排気されることによって、間隙５２０，５３０に封じ込められたオイルが排気される気泡によって外部に漏れない。

また、図７に示したように、前記環状間隙２３２と接する前記環状リーブ２３２の外周面にオイルが保存されるオイル保存溝２３３を形成して、大気中に離脱されようとするオイルの移動を減少させた。

前述したような本発明の流体軸受モータは、次のように作動される。

ステータ２０１に電源が印加されれば、マグネット３５０との電磁気力によって固定されたシャフト２１０に対して回転子が回転される。このとき、スラストカバー２３０及びフィクスチャー２２０とスリーブ３１０との間に流体動圧が発生してスラスト軸受４１１，４１２が形成され、スリーブ３１０の内径面とシャフト２１０との間には、ジャーナル軸受４１３，４１４が形成される。

前記のように、固定部分と回転部分との間には、オイルによる流体動圧軸受が形成されてシャフト２１０に対してディスク（図示せず）を定着したハブ３２０の回転子を安定的に回転自在にする。

一方、モータの駆動中に発生した内部熱によって発生した気泡が膨脹される場合、図９に示したように、気泡は、陰圧発生部分である流入ホール２１３側に捕集される。すなわち、オイルギャップ内のオイルは、上部／下部ジャーナル軸受４１３，４１４のオイル溝２１６，２１７の中心部側に移動して動圧を形成し（実線矢印方向）、逆に発生した気泡は、圧力が低いジャーナル軸受４１３，４１４間の陰圧発生部分に移動する（点線矢印方向）。

このように陰圧発生部分に捕集される気泡は、図６に示したように、大気５００と連結される流入ホール２１３、連通ホール２１５、排気ホール２１４及び連結ホール２２１を通じて大気５００中に排気される。

これにより、気泡によるオイルの漏れが防止され、上部ジャーナル軸受４１３と下部ジャーナル軸受４１４とに発生した気泡を流入ホール２１３を通じて排気させて上下軸受間の圧力均衡をなすことによって円滑な回転を可能にする。

また、スリーブ３１０及びハブ３２０の回転時、上部／下部毛細管室５１０，５１１に溜まったオイルは、遠心力によって各スラスト軸受４１１，４１２側に移動するので、オイルの漏れを防止する。

また、外部衝撃や振動によって上部毛細管室５１０から離脱されたオイルは、環状間隙５２０によって２次的に漏れが防止され、モータの駆動時に発生した内部熱による膨脹気泡は、圧力均衡ホール２３１を通じて大気中に円滑に排気されることによって、環状間隙５２０に溜まったオイルの漏れが防止される。

さらに、スラストカバー２３０の外周面に形成されたオイル保存溝２３３によってオイルが大気中に移動する経路上に空間が確保されることによって、オイルの漏れをさらに軽減させる。

また、上部間隙５３０によって外部からの異物の流入が防止され、上部間隙５３０に溜まったオイルは、遠心力によって内部空間に流入させることによって、オイル漏れによる周辺汚染を防止させる。

一方、オイルギャップ内にオイルを注入する過程は、フィクスチャー２２０に固定されたシャフト２１０にスリーブ３１０を結合させ、シャフト２１０の上端にスラストカバー２３０を結合固定させた後、オイルを注入する。このとき、オイルは、毛細管室５１０，５１１まで充填され、常に一定量のオイルを注入できるので、製品ごとに同一品質のモータを具現できる。

また、前記のような本発明の実施形態の流体動圧軸受モータにおいて、漏れ防止のための毛細管室５１０，５１１をスリーブ３１０の外側に形成させることによって、ジャーナル軸受４１３，４１４が長さを確保して円錘形振動の発生を軽減して安定した駆動を可能にする。

本発明は、図面に示された実施形態を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。

本発明の流体動圧軸受モータは、ＨＤＤ関連の技術分野に適用可能である。

従来の流体動圧軸受モータを示す概略図である。図１の要部拡大図である。図１の要部拡大図である。本発明の実施形態による流体動圧軸受モータを示す断面図である。図４の要部拡大図である。図４の要部拡大図である。図４の要部拡大図である。本発明の他の実施形態の要部断面図である。本発明の実施形態のジャーナル軸受部分を示す概略断面図である。

符号の説明

２００ベース
２１０シャフト
２１３流入ホール
２１４排気ホール
２２０フィクスチャー
２２１連結ホール
２３０スラストカバー
２３１圧力均衡ホール
３１０スリーブ
３２０ハブ
４１１，４１２スラスト軸受
４１３，４１４ジャーナル軸受
５００大気
５１０，５１１毛細管室
５２０環状間隙
５３０上部間隙

Claims

シャフトとスリーブとの間にオイルが充填されたジャーナル軸受を形成して相互相対回転支持する流体動圧軸受モータにおいて、
前記シャフトの上端部に結合固定され、前記スリーブとの間に上部スラスト軸受が形成され、前記スリーブの上端部を取り囲むように下向きに延びて環状リーブが形成された上部スラストカーバと、
前記シャフトの下端部が固定結合され、前記スリーブの下端部との間に下部スラスト軸受が形成され、その上端部のエッジに前記スリーブの下端部を取り囲むように上向きに延びた収容リーブが形成されたフィクスチャーと、
前記スリーブの上端部の外周面と前記環状リーブとの間に形成され、前記上部スラスト軸受と連通され、毛細管現象でオイルが維持される上部毛細管室と、
前記スリーブの下段部の外周面と前記収容リーブの内周面との間に形成され、前記下部スラスト軸受と連通され、毛細管現象でオイルが維持される下部毛細管室と、を備えてなることを特徴とする流体動圧軸受モータ。
前記上部毛細管室は、前記スリーブの上端部側に行くほど狭くなり、
前記下部毛細管室は、前記スリーブの下端部側に行くほど狭くなるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受モータ。
前記スラストカーバの上面のエッジとの間に上部間隙を形成するように前記ハブの上端のエッジから延びた環状のフランジが形成され、
前記ハブの内径面と前記環状リーブの外径面との間に環状間隙が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の流体動圧軸受モータ。
前記上部毛細管室と前記上部間隙とを連通させるように前記スラストカーバの環状リーブに圧力均衡ホールが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の流体動圧軸受モータ。
前記環状間隙と接する前記環状リーブの外周面にオイルが保存されるオイル保存溝が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の流体動圧軸受モータ。
前記シャフトに上部／下部ジャーナル軸受間のオイルギャップと連通する流入ホールと、大気と連通する排気ホールと、前記流入ホールと排気ホールとの間を連結する連通ホールが形成され、
前記フィクスチャーに前記排気ホールと連結されて大気と連結させる連結ホールが形成されたことを特徴とする請求項２に記載の流体動圧軸受モータ。