JP2013104560A - 流体動圧軸受アセンブリ及びそれを含むモータ - Google Patents

流体動圧軸受アセンブリ及びそれを含むモータ Download PDF

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Abstract

【課題】焼結スリーブを用いながらも軸受剛性を向上させる流体動圧軸受アッセンブリ及びそれを含むスピンドルモータ。
【解決手段】流体動圧軸受アセンブリ100及びそれを含むモータ400は、シャフト110が回転可能に挿入されるように軸孔を備え、シャフト110の回転時に軸受間隙に充填された潤滑流体に動圧を誘起するように、少なくとも一つの動圧軸受部121、127を備える焼結スリーブ120と、焼結スリーブ120の外周面を包むように備えられるハウジング170と、を含み、動圧軸受部121,127の動圧溝の底面の気孔度が突起面の気孔度より高い。
【選択図】図1

Description

本発明は、流体動圧軸受アセンブリ及びそれを含むモータに関する。
情報保存装置の一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ている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。
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ためのディスク駆動装置を必要とし、上記ディスク駆動装置には小型のモータが用いられる。
このような小型のモータには流体動圧軸受アセンブリが利用されており、上記流体動圧軸受アセンブリの回転部材の一つであるシャフトと固定部材の一つであるスリーブとの間にはオイルが介され、上記オイルから生じる流体圧力でシャフトを支持するようになる。
ここで、上記小型のモータに用いられるスリーブには焼結スリーブと加工スリーブがあり、モータの価格競争力を高めるために、オイル含有量が多い焼結スリーブが主に用いられる。
しかし、焼結スリーブを用いる場合、オイル含有量が多いためにオイルの熱膨脹によるオイル界面の変動が大きくなり、オイルの漏れを防止するためには、スリーブの外径を包むスリーブハウジングが必要である。
このような焼結スリーブを用いる流体動圧軸受アセンブリは、焼結スリーブの内周面に多数の気孔が存在するため、モータの作動時にシャフトとスリーブとの間に形成される軸受間隙のオイルが多量吸収される可能性があり、ジャーナル軸受が効果的に形成されない恐れがあった。
従って、焼結スリーブを用いながらも、軸受剛性を向上させることができる方案が求められている状況である。
本発明は、上記の問題点を解消するためのものであって、焼結スリーブを用いながらも、軸受剛性を向上させることができるスピンドルモータを提供することをその目的とする。
本発明の一実施例による流体動圧軸受アセンブリは、シャフトが回転可能に挿入されるように軸孔を備え、上記シャフトの回転時に軸受間隙に充填された潤滑流体に動圧を誘起するように、少なくとも一つの動圧軸受部を備える焼結スリーブと、上記焼結スリーブの外周面を包むように備えられるハウジングと、を含み、上記動圧軸受部の動圧溝の底面の気孔度が突起面の気孔度より高いことができる。
本発明の一実施例による流体動圧軸受アセンブリにおいて、上記動圧溝は、スリーブの内周面に形成されるラジアル動圧溝であることができる。
本発明の一実施例による流体動圧軸受アセンブリにおいて、上記動圧溝は、スリーブの軸方向の上部面または下部面に形成されるスラスト動圧溝であることができる。
本発明の一実施例による流体動圧軸受アセンブリにおいて、上記動圧軸受部は、へリングボーン(herringbone)状、スパイラル(Spiral)状及び螺旋状の動圧溝のうち何れか一つを備えることができる。
本発明の一実施例による流体動圧軸受アセンブリにおいて、上記動圧軸受部の動圧溝は、電解加工(Electrolytic machining)法により形成されることができる。
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を含むことができる。
本発明による流体動圧軸受アセンブリ及びそれを含むモータによると、焼結スリーブを用いながらも、軸受剛性を向上させることができる。
また、簡単な方式により動圧軸受部の溝を形成しながらも、溝部分の気孔度と突起部分の気孔度とが相違するように形成することができるため、製品への適用が非常に容易である。
本発明の第1実施例によるモータを図示した概略断面図である。 本発明の第1実施例による流体動圧軸受アセンブリを図示した概略断面図である。 本発明の第1及び第2実施例によるスリーブの概略断面図で、(a)はラジアル動圧軸受部の形状を図示した断面図であり、(b)はスラスト動圧軸受部の形状を図示した平面図である。 本発明の第2実施例によるモータを図示した概略断面図である。 本発明の第2実施例による流体動圧軸受アセンブリを図示した概略断面図である。 本発明の実施例によるモータが装着された記録ディスク駆動装置を図示した概略断面図である。 本発明の実施例によるモータが装着された記録ディスク駆動装置を図示した概略断面図である。
以下、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一の思想の範囲内で他の構成要素の追加、変更、削除等によって、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、これも本発明の思想の範囲内に含まれる。
また、各実施例の図面に示す同一の思想の範囲内における機能が同一の構成要素は、同一の参照符号を用いて説明する。
図1は本発明の第1実施例によるモータを図示した概略断面図であり、図2は本発明の第1実施例による流体動圧軸受アセンブリを図示した概略断面図であり、図3は本発明の実施例によるスリーブの概略断面図で、(a)はラジアル動圧軸受部の形状を図示した断面図であり、(b)はスラスト動圧軸受部の形状を図示した平面図である。
図1から図3を参照すると、本発明の第1実施例によるモータ400は、流体動圧軸受アセンブリ100と、ステータ200と、ロータ300と、を含むことができる。
上記流体動圧軸受アセンブリ100は、シャフト110と、スリーブ120と、スラストプレート130と、カバー部材150と、ハウジング170と、を含むことができる。
まず、方向に関する用語を定義すると、軸方向は図1及び図2を参照して、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300の外側端方向、または上記ロータ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。
上記スリーブ120は、上記シャフト110の上端が軸方向上側に突出されるように上記シャフト110を支持することができる。上記スリーブ120は、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。
ここで、上記シャフト110は上記スリーブ120の軸孔122と微小間隙を有するように挿入され、上記微小間隙には潤滑流体が充填される。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一つに形成されるラジアル動圧溝123及びラジアル動圧溝123が形成されていない部分である突出部124を含むラジアル動圧軸受部121により、上記ロータ300の回転をよりスムーズに支持することができる。
上記ラジアル動圧溝123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の回転時に片方に偏向されるように圧力を形成させる。
但し、上記ラジアル動圧溝123は、上述したように上記スリーブ120の内側面に形成されることに限定されず、上記シャフト110の外径部に形成されることも可能であり、その数も制限されない。
一方、上記ラジアル動圧溝123がスリーブ120の内側面に形成される場合には、上記ラジアル動圧溝123の底面の気孔度が突出部124の上面の気孔度より高く形成されることができる。
具体的には、上記ラジアル動圧溝123の底面の気孔度は10〜40%程度にし、突出部124の上面の気孔度は10%以下にすることができる。
突出部124の上面の気孔度を低くすると、動圧の発生が容易であるためシャフトの浮上が容易になるとともに軸受剛性が良好になり、ラジアル動圧溝123の底面の気孔度を高くすると、潤滑流体がスリーブ120に吸収された後流れ出る循環が容易になるため、焼結スリーブ固有の特徴をそのまま用いることができる。
ここで、上記ラジアル動圧溝123は、へリングボーン(herringbone)状、スパイラル(Spiral)状及び螺旋状のうち何れか一つであることができる。
また、上記ラジアル動圧軸受部121は、少なくとも上部121a及び下部121bの二つ以上で備えられることが好ましいが、これに制限されるものではない。
上記スリーブ120には、スリーブ120の上部と下部とを連通するように形成されるバイパスチャンネル(不図示)が備えられ、流体動圧軸受アセンブリ100の内部の潤滑流体の圧力を分散させて平衡を維持させることができ、上記流体動圧軸受アセンブリ100の内部に存在する気泡などが循環によって排出されるように移動させることができる。
ここで、上記スリーブ120は後述するハウジング170の内部に挿入されることができる。軸方向下部には、間隙を維持した状態で後述するカバー部材150がハウジング170に結合され、上記間隙には潤滑流体が収容されることができる。
上記カバー部材150は、上記シャフト110またはスラストプレート130と間の間隙に潤滑流体を収容し、それ自体で上記シャフト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。
スラストプレート130は上記スリーブ120の下部に配置され、中央に備えられたホールに上記シャフト110が挿入され固定されることができる。
この際、上記スラストプレート130は別に製造されて上記シャフト110と結合することができるが、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の回転運動時に上記シャフト110に沿って回転運動される。
また、上記スラストプレート130の上面または下面には、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軸受部127が形成されることができる。
上記スラスト動圧軸受部127は、上述のように上記スラストプレート130の上面または下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の上面に対応する上記スリーブ120の下部面または上記スラストプレート130の下面に対応する上記カバー部材150の上面に形成されることもできる。
ここで、上記スラスト動圧軸受部127が上記スリーブ120の軸方向上部面または下部面に形成される場合には、上記スラスト動圧軸受部127を形成するスラスト動圧溝125の底面の気孔度が、スラスト動圧溝125が形成されていない突出部126の上面の気孔度より高く形成されることができる。
具体的には、上記スラスト動圧溝125の底面の気孔度は10〜40%程度にし、突出部126の上面の気孔度は10%以下にすることができる。
上記突出部126の上面の気孔度を低くすると、動圧の発生が容易であるためシャフトの浮上が容易になるとともに軸受剛性が良好になり、スラスト動圧溝125の底面の気孔度を高くすると、潤滑流体がスリーブ120に吸収された後流れ出る循環が容易になるため、焼結スリーブ固有の特徴をそのまま用いることができる。
ここで、上記スラスト動圧溝125は、へリングボーン(herringbone)状、スパイラル(Spiral)状及び螺旋状のうち何れか一つであることができる。
上記スリーブ120を包むように備えられるハウジング170は、スリーブ120の外周面に結合されることができ、厳密にはスリーブ120がスリーブハウジング170の内周面に挿入されて、圧入またはボンディングによって結合されることができる。
ここで、上記スリーブハウジング170は、後述するステータ200を構成するベース部材230の一部であることができるが、スリーブ120とスリーブハウジング170との結合関係を説明するために、上記スリーブハウジング170を流体動圧軸受アセンブリ100を構成する構成要素と見なして説明する。
上記スリーブハウジング170は、オイルを含む上記スリーブ120の外周面に結合され、オイルの漏れを防止することができる。
また、上記スリーブハウジング170の下端には、上記スラストプレート130と間隙を維持した状態で上記スリーブハウジング170と結合するカバー部材150が結合されることができる。上記間隙には潤滑流体が収容されることができる。
上記カバー部材150は、上記シャフト110またはスラストプレート130と間の間隙に潤滑流体を収容し、それ自体で上記シャフト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。
ここで、上記カバー部材150は別に製作されて上記スリーブハウジング170に圧入または接着剤によって結合されることができる。また、上記カバー部材150は、上記スリーブハウジング170と一体に備えられ、プレスまたは鋳造などの多様な方式により製造されて備えられることもできる。
尚、本発明において、ロータケース310に備えられる周壁部316の内周面とハウジング170の外周面との間にオイル界面が形成されるシール部が備えられることができる。そのため、上記ハウジング170の外周面は、毛細管現象が円滑に発生することができるように、軸方向下部に向かって内径方向にテーパ状に形成されることができる。
ロータ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、コア220と一定間隔を置いて互いに対応する環状のマグネット320を外周面に備えるロータケース310を含むことができる。
また、上記マグネット320は周方向にN極、S極が交互に着磁され、一定強さの磁気力を発生させる永久磁石として備えられる。
ここで、上記ロータケース310は、シャフト110の上端に圧入され固定されるようにするハブベース312と、上記ハブベース312から外径方向に延長され、軸方向下側に折り曲げられて上記ロータ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。
また、ハウジング170との間で潤滑流体がシールされるシール部が備えられるように、軸方向下側に延長されて形成される周壁部316を備えることができる。
上記周壁部316と上記ハウジング170との間の間隔は、モータの駆動時に潤滑流体が外部に漏れることを防止するために、軸方向下側に向かって次第に広くなるように、上記ハウジング170の外周面は外径方向にテーパ状に形成されることができる。
図4は本発明の第2実施例によるモータを図示した概略断面図であり、図5は本発明の第2実施例による流体動圧軸受アセンブリを図示した概略断面図である。
図4及び図5を参照すると、本発明の第2実施例によるモータ400´は、流体動圧軸受アセンブリ100´と、ステータ200と、ロータ300と、を含むことができる。本発明の第2実施例によるモータ400´は、本発明の第1実施例によるモータ400と流体動圧軸受アセンブリにおいて差異を有し、より具体的には、スラストプレート130´がシャフト110の上部に形成されるという差異がある。
従って、以下では流体動圧軸受アセンブリについてのみ説明し、ステータ200及びロータ300の構成は同様であるためその詳細な説明を省略する。また、同一の構成については同一の図面符号を用いる。
本発明の第2実施例による流体動圧軸受アセンブリ100´は、シャフト110と、スリーブ120と、スラストプレート130´と、キャップ部材140´と、カバー部材150と、ハウジング170と、を含むことができる。
まず、方向に関する用語を定義すると、軸方向は図4及び図5を参照して、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300の外側端方向、または上記ロータ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。
上記スリーブ120は、上記シャフト110の上端が軸方向上側に突出されるように上記シャフト110を支持することができる。上記スリーブ120は、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。
ここで、上記シャフト110は上記スリーブ120の軸孔122と微小間隙を有するように挿入され、上記微小間隙には潤滑流体が充填される。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一つに形成されるラジアル動圧溝123及び突出部124を含むラジアル動圧軸受部121により、上記ロータ300の回転をよりスムーズに支持することができる。
上記ラジアル動圧溝123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の回転時に片方に偏向されるように圧力を形成させる。
但し、上記ラジアル動圧溝123は、上述したように上記スリーブ120の内側面に形成されることに限定されず、上記シャフト110の外径部に形成されることも可能であり、その数も制限されない。
一方、上記ラジアル動圧溝123がスリーブ120の内側面に形成される場合には、上記ラジアル動圧溝123の底面の気孔度が突出部124の上面の気孔度より高く形成されることができる。
具体的には、上記ラジアル動圧溝123の底面の気孔度は10〜40%程度にし、突出部124の上面の気孔度は10%以下にすることができる。
突出部124の上面の気孔度を低くすると、動圧の発生が容易であるためシャフトの浮上が容易になるとともに軸受剛性が良好になり、ラジアル動圧溝123の底面の気孔度を高くすると、潤滑流体がスリーブ120に吸収された後流れ出る循環が容易になるため、焼結スリーブ固有の特徴をそのまま用いることができる。
ここで、上記ラジアル動圧溝123は、へリングボーン(herringbone)状、スパイラル(Spiral)状及び螺旋状のうち何れか一つであることができる。
また、上記ラジアル動圧軸受部121は、少なくとも上部121a及び下部121bの二つ以上で備えられることが好ましいが、これに制限するものではない。
上記スリーブ120には、スリーブ120の上部と下部とを連通するように形成されるバイパスチャンネル(不図示)が備えられ、流体動圧軸受アセンブリ100の内部の潤滑流体の圧力を分散させて平衡を維持させることができ、上記流体動圧軸受アセンブリ100の内部に存在する気泡などが循環によって排出されるように移動させることができる。
ここで、上記スリーブ120は後述するハウジング170の内部に挿入されることができる。軸方向下部には、間隙を維持した状態で後述するカバー部材150がハウジング170に結合され、上記間隙には潤滑流体が収容されることができる。
上記カバー部材150は、上記シャフト110またはスラストプレート130と間の間隙に潤滑流体を収容し、それ自体で上記シャフト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。
スラストプレート130´は上記スリーブ120の上部に配置され、中央に備えられたホールに上記シャフト110が挿入されて固定されることができる。
この際、上記スラストプレート130´は別に製造されて上記シャフト110と結合することができるが、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の回転運動時に上記シャフト110に沿って回転運動される。
また、上記スラストプレート130´の上面または下面には、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軸受部127が形成されることができる。
上記スラスト動圧軸受部127は、上述のように上記スラストプレート130´の上面または下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´の下面に対応する上記スリーブ120の上部面または上記スラストプレート130´の上面に対応する上記キャップ部材140´の下面に形成されることもできる。
ここで、上記スラスト動圧軸受部127が上記スリーブ120の軸方向上部面または下部面に形成される場合には、上記スラスト動圧軸受部127を形成するスラスト動圧溝125の底面の気孔度が突出部126の上面の気孔度より高く形成されることができる。
具体的には、上記スラスト動圧溝125の底面の気孔度は10〜40%程度にし、突出部126の上面の気孔度は10%以下にすることができる。
上記突出部126の上面の気孔度を低くすると、動圧の発生が容易であるためシャフトの浮上が容易になるとともに軸受剛性が良好になり、スラスト動圧溝125の底面の気孔度を高くすると、潤滑流体がスリーブ120に吸収された後流れ出る循環が容易になるため、焼結スリーブ固有の特徴をそのまま用いることができる。
ここで、上記スラスト動圧溝125は、へリングボーン(herringbone)状、スパイラル(Spiral)状及び螺旋状のうち何れか一つであることができる。
上記スリーブ120を包むように備えられるハウジング170は、スリーブ120の外周面に結合されることができ、厳密にはスリーブ120がスリーブハウジング170の内周面に挿入されて、圧入またはボンディングによって結合されることができる。
ここで、上記スリーブハウジング170は、後述するステータ200を構成するベース部材230の一部であることができるが、スリーブ120とスリーブハウジング170との結合関係を説明するために、上記スリーブハウジング170を流体動圧軸受アセンブリ100を構成する構成要素と見なして説明する。
上記スリーブハウジング170は、オイルを含む上記スリーブ120の外周面に結合され、オイルの漏れを防止することができる。
また、上記スリーブハウジング170の下端には、上記シャフト110と間隙を維持した状態で上記スリーブハウジング170と結合するカバー部材150が結合されることができる。上記間隙には潤滑流体が収容されることができる。
上記カバー部材150は、上記シャフト110と間の間隙に潤滑流体を収容し、それ自体で上記シャフト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。
ここで、上記カバー部材150は別に製作されて上記スリーブハウジング170に圧入または接着剤によって結合されることができる。また、上記カバー部材150は、上記スリーブハウジング170と一体に備えられ、プレスまたは鋳造などの多様な方式により製造されて備えられることもできる。
尚、本発明において、上記ハウジング170の上部に結合されるキャップ部材140´の底面とスラストプレート130´の上部面との間にオイル界面が形成されるシール部が備えられることができる。そのため、上記キャップ部材140´の下部面は、毛細管現象が円滑に発生することができるように、内径方向に向かってテーパ状に形成されることができる。
図6a及び図6bは本発明によるモータが装着された記録ディスク駆動装置を図示した概略断面図である。
図6a及び図6bを参照すると、本発明によるモータ400、400´が装着された記録ディスク駆動装置600はハードディスク駆動装置であり、モータ400、400´と、ヘッド移送部610と、ハウジング620と、を含むことができる。
上記モータ400、400´は上述した本発明のモータの特徴を全て有するものであり、記録ディスク630を搭載することができる。
上記ヘッド移送部610は、上記モータ400、400´に搭載された記録ディスク630の情報を検出するヘッド615を、検出しようとする記録ディスクの面に移送させることができる。
ここで、上記ヘッド615は、上記ヘッド移送部610の支持部材617上に配置されることができる。
上記ハウジング620は、上記モータ400、400´及び上記ヘッド移送部610を収容する内部空間を形成するために、モータ搭載プレート627と、上記モータ搭載プレート627の上部を遮蔽するトップカバー625と、を含むことができる。
以上の実施例により、本発明による流体動圧軸受アセンブリ100及びそれを含むモータ400、400´は、動圧軸受部において動圧溝と突出部との気孔度を相違するようにすることができるため、焼結スリーブにおける軸受剛性を向上させることができ、安全性を有する製品を提供することができる。
100、100´ 流体動圧軸受アセンブリ
110 シャフト
120 スリーブ
130、130´ スラストプレート
140´ キャップ部材
150 カバー部材
170 ハウジング
200 ステータ
300 ロータ
400、400´ モータ
600 記録ディスク駆動装置

Claims (6)

  1. シャフトが回転可能に挿入されるように軸孔を備え、前記シャフトの回転時に軸受間隙に充填された潤滑流体に動圧を誘起するように、少なくとも一つの動圧軸受部を備える焼結スリーブと、
    前記焼結スリーブの外周面を包むように備えられるハウジングと
    を含み、
    前記動圧軸受部の動圧溝の底面の気孔度が突起面の気孔度より高い流体動圧軸受アセンブリ。
  2. 前記動圧溝は、前記焼結スリーブの内周面に形成されるラジアル動圧溝である請求項1に記載の流体動圧軸受アセンブリ。
  3. 前記動圧溝は、前記焼結スリーブの回転軸方向の両端の面のうち少なくとも一方の面に形成されるスラスト動圧溝である請求項1または2に記載の流体動圧軸受アセンブリ。
  4. 前記動圧軸受部は、へリングボーン(herringbone)状、スパイラル(Spiral)状及び螺旋状の動圧溝のうち何れか一つを備える請求項1から3の何れか一項に記載の流体動圧軸受アセンブリ。
  5. 前記動圧軸受部の動圧溝は、電解加工(Electrolytic machining)法により形成される請求項1から4の何れか一項に記載の流体動圧軸受アセンブリ。
  6. 請求項1から5の何れか一項に記載の流体動圧軸受アセンブリを含むスピンドルモータ。
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