KR100549102B1

KR100549102B1 - 정보기기의스핀들모터및그회전축지지장치

Info

Publication number: KR100549102B1
Application number: KR1019980036999A
Authority: KR
Inventors: 나쯔히코 모리; 카주오 오카무라; 야수히로 야마모토
Original assignee: 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2006-04-28
Also published as: KR19990029633A; NL1010020A1; US6023114A; NL1010020C2

Abstract

본 발명은 회전축(2)의 외주면과 베어링 간극을 통하여 대향하는 베어링면(1b)을 구비한 다공질의 베어링 본체(1)에 윤활유를 함침시키고, 또한 베어링면(1b)에 동압홈(1c)을 형성한다. 베어링 간극에 형성된 윤활유의 동압 유막에 의하여 정보기기에 장비되는 스핀들용 모터의 회전축(2)의 외주면을 떠받들어 지지함과 아울러 베어링면의 개공부를 통하여 오일을 베어링 본체(1)의 내부와 베어링 간극의 사이에서 순환시킨다.

Description

정보기기의 스핀들모터 및 그 회전축 지지장치

본 발명은 정보기기에 장비되는 스핀들모터 및 그 회전축 지지장치에 관한 것이다. 여기에서 말하는 정보기기에는 자기디스크장치(HDD,FDD), 광디스크장치(CD,DVD), 광자기디스크장치(MD,MO,ODD), 디지탈오디오테이프레코더(DAT) 등의 정보기록담체(디스크,테이프 등)를 사용하는 정보기억장치의 외에, 레이저빔 프린터(LBP), 디지탈FAX, 디지탈PPC 등의 정보처리장치도 포함된다.

상기 정보기기의 스핀들모터에는 고회전 정밀도 외, 고속화, 저비용화, 저소음화 등이 요구되고 있다. 이들의 요구성능을 결정짓는 구성요소의 하나로 그 모터의 스핀들을 지지하는 지지장치가 있고, 종래에는 그 지지장치로서 볼베어링이 소결함유 베어링을 사용하는 지지장치가 사용되고 있다.

그러나, 볼베어링을 사용하는 경우에는 이하의 문제점이 있다.

이러한 종류의 스핀들모터는 5,000~12,000rpm 정도, 특히 레이저빔 프린터에는 수만 rpm의 고속으로 사용되는 경우가 많다. 볼베어링에는 특유의 레이스음(볼이 궤도바퀴를 구르는 소리)이나, 유지기 자체의 진동에 의한 소음발생이 있고, 고속으로 사용하면 소음레벨이 크고, 저소음화가 한계에 이르게 되며, 또 스핀들모터에는 축진동, NRRO, 짓터(Jitter) 등에 대처하기 위해 고회전 정밀도가 요구된다. 볼베어링은 그 구성부품이 외륜, 내륜, 볼, 유지기, 시일(Seal), 그리스 등으로 많고, 그 하나하나의 기계정밀도나 모터의 결합정밀도, 여압(與壓)방법 등, 회전정밀도에 영향을 주는 인자가 많고 복잡하게 관계하고 있으므로 정밀도관리가 어렵고, 관리가 된다 할지라도 비용이 많이 들게 된다. 또한, 구성부품이 많기 때문에 제조비용도 필연적으로 높게 된다.

한편, 소결함유 베어링의 경우는 성능적으로는 저소음이라는 것, 부품수가 적고 저비용인 것 등의 점에서는 볼베어링보다 뛰어나지만 다음과 같은 결점이 있다.

광디스크장치에 있어서는 사용자는 복수종류의 디스크 중에서 특정 디스크를 선택하여 회전테이블 상에 셋트한다. 그러나, 개개의 디스크에는 정밀도의 불균형이 있으므로 모터의 기동시에는 이것이 불균형 하중으로 작용하여 회전축의 진동(디스크면의 진동)이 생긴다. 종래의 소결함유 베어링에서는, 상기와 같은 고속회전하에서 사용할 경우, 회전에 수반해서 하중부하영역이 둘레방향으로 이동하므로 유막이 이를 추종할 수가 없어 유막의 형성이 저해되어 축진동(면진동)이 크게 되므로 판독오류 등의 문제가 발생한다. 또한, 소결함유 베어링에서는 회전에 수반해서 공기도 인입되나, 고속회전하에서는 이 인입되는 양이 많아져서 유막형성을 저해한다. 유막형성이 불충분한 경우에는 금속접촉이 발생하여 마모가 진행되고, 이 마모에 의해 진동이 크게 되므로 유막의 형성이 곤란하게 되는 악순환에 빠진다. 따라서, 내구성의 관점에서 문제가 있다. 또한, 소결함유 베어링은 실질적으로 원형인 베어링의 일종이므로 HDD, LBP 등에 사용하면 휠(whirl) 등의 불안정 진동이 발생하여 요구되는 NRRO의 정밀도를 만족할 수 없다.

그래서, 본 발명은 볼베어링이나 소결함유 베어링이 지니는 상기한 문제점을 해결한 정보기기의 스핀들모터 및 그 회전축 지지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

1. 상기 문제점을 해결하는 것으로서, 본 발명에 관한 스핀들모터의 회전축 지지장치는 정보기기의 회전요소가 장착되고, 회전자와 고정자 사이에 생기는 여자력으로 회전구동되는 회전축과, 이 회전축을 회전이 자유롭도록 지지하는 베어링을 갖는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치에 있어서,

상기 베어링이 회전축의 외주면과 베어링 간극을 통하여 대향하는 베어링면을 갖는 다공질의 베어링 본체와, 베어링 본체에 함침된 윤활유 또는 윤활그리스와, 베어링 본체의 베어링면에 경사지게 설치된 동압홈을 구비하고, 베어링 간극에 형성된 윤활유의 동압 유막에 의해 회전축을 비접촉지지함과 아울러 베어링면의 개공부를 통하여 오일을 베어링 본체의 내부와 베어링 간극 사이에서 순환시키는 것이다(청구항 1).

상기 정보기기를 레이저빔 프린터로 하고, 회전요소를 폴리곤밀러로 하면 폴리곤밀러용 스핀들모터로서 사용할 수 있고, 또한 정보기기를 디스크장치(자기디스크장치, 광디스크장치, 광자기디스크장치)로 하고, 회전요소를 정보기록담체인 디스크를 지지하기 위한 회전테이블로 하면 디스크드라이브용 스핀들모터로서 사용할 수가 있다(청구항 2 및 3).

이 베어링(다공질함유 베어링)에서는, 회전축의 회전에 수반해서 베어링 본체 내부의 윤활제(윤활유 또는 윤활그리스)가 베어링 본체의 내주면(내경 테이퍼부 도포함)으로부터 스며나와서 베어링 간극에 인입된다. 베어링 간극에 인입된 오일은 윤활유막을 형성하여 회전축을 비접촉지지한다. 이때, 베어링면에 축방향에 대하여 경사진 복수의 동압홈(에컨대, 헤링본형이나 스파이럴(spiral)형으로 한다)을 설치하면 그 동압작용에 의하여 더욱 베어링 본체 내부의 윤활제를 베어링 간극에 인입시킴과 아울러 베어링면에 윤활제를 계속 압입함으로써 유막력을 높이고, 베어링의 강성을 향상시킬 수가 있다. 물론 정압(正壓)이 발생하면 베어링면의 표면에 구멍(개공부＝다공질체조직의 미세 구멍이 외표면에 개공한 부분을 말한다)이 있으므로 윤활제는 베어링 본체의 내부로 환류하지만 점차적으로 윤활제가 계속 압입됨으로써 유막력 및 강성이 높은 상태로 유지된다. 따라서, 고회전 정밀도가 유지되고, 축진동이나 NRRO, 짓터(Jitter)가 저감된다. 또한, 축과 베어링 본체가 비접촉으로 회전하기 때문에 소음이 적고, 더욱이 비용이 저렴하게 된다. 또한, 유막 내에 기포가 발생되거나 말려들어오는 경우에도 오일이 순환하고 있으므로 기포가 베어링 본체의 내부에 흡수되어, 베어링 기능이 불안정화하는 일도 없다.

2. 베어링면에, 축방향에 대하여 한쪽으로 경사진 복수의 동압홈을 원주방향으로 배열한 제1동압 발생영역과, 제1동압 발생영역으로부터 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있도록 하고, 축방향에 대하여 다른쪽으로 경사진 복수의 동압홈을 원주방향으로 배열한 제2동압 발생영역과, 제1 및 제2동압 발생영역 사이에 위치하는 평활부를 설치하여도 좋다(청구항 6).

이와 같은 구조로 할 경우,

① 축과 베어링 본체 사이에 상대회전이 생기면 축방향 양측의 영역에 역방향으로 형성된 동압홈에 의하여 오일이 평활부로 모여지므로 이 부분에서의 유막압력이 높아지게 된다.

② 평활부에는 동압홈이 없기 때문에, 동압홈이 축방향으로 연속하고 있는 경우에 비하여 베어링강성이 높아지게 된다. 따라서, 축진동을 작게 억제할 수 있다.

③ 개공부의 불균형에 의한 동압발생의 불균일성을 피할 수 있다.

3. 베어링 본체의 내경면(內面)에 복수의 베어링면을 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있도록 형성하면(청구항 7) 복수개의 베어링을 별체로 배치한 경우에 문제가 되는 정밀도불량 등의 폐해를 회피할 수가 있다.

4. 상기한 바와 같이 폴리곤밀러모터는 고속으로 사용되므로 윤활유나 윤활그리스 등의 윤활제의 점도가 너무 높으면 소정의 회전수까지 오르지 않고, 발열이 커지게 되는 등의 문제가 발생한다. 따라서, 최적의 점도설정을 행할 필요가 있다. 40℃에서의 동(動)점도를 30cSt 보다 크게 하면 고속에서의 구동에 지장을 가져온다. 반대로 5cSt보다 작게 하면 동점도가 너무 작아서 오일이 비산되기 쉽고, 내구성에 문제가 생긴다. 이상에서, 베어링 본체에 함침시킨 윤활유 또는 윤활그리스의 기유(基油)의 40℃에서의 동점도는 5cSt 이상, 30cSt 이하로 설정한다(청구항 4).

5. 윤활제를 윤활그리스로 하면 전단력을 받는 베어링 간극 이외에서는 외관의 점도가 오일에 비하여 현저하게 커지고, 주위로 유출되기가 어렵게 된다. 그러나, 오일에 혼합분산시키는 증조제()의 양을 5wt％ 보다 크게 하면, 외관의 점도가 너무 높아서 베어링 본체에 함침되기 어렵게 되고, 또한, 함침후에 표면에 부착한 과잉의 그리스의 제거작업이 번거롭게 된다. 한편, 증조제의 양을 0.5wt％ 보다 작게 하면 그리스로 한 효과가 적고, 유출정도가 오일을 사용하는 경우로 변하지 않게 된다. 이상에서, 윤활그리스의 증조제 농도는 0.5wt％ 이상, 5wt％ 이하로 한다(청구항 5).

6. 고정밀도를 유지하기 위해서는 동압홈의 홈깊이(h)와 베어링 간극(c)의 비를 c/h＝0.5~4.0의 범위 내로 하는 것이 바람직하다(청구항 8).

7. 또한, 고정밀도를 유지하기 위해서는 베어링 간극(c)과 회전축의 반경(r)의 비를 c/r＝0.0005~0.01의 범위 내로 하는 것이 바람직하다(청구항 9).

8. 다공질함유 베어링은 통상 무급유로 사용되지만 오일의 비산, 증발 등에 의해 오일이 서서히 소모 및 유출되는 것을 피할 수 없다. 이러한 경우에는 유막형성범위가 수축하므로 축진동 등의 회전정밀도의 악화를 초래한다. 특히, 축자세가 세로형으로 사용되는 경우가 많고, 매분 1만회전 이상의 고속으로 사용되는 레이저빔 프린터(LBP)용 모터에서는 원심력의 작용으로 오일이 유출되기 쉽고, 유막형성 등의 윤활성능의 유지가 어려웠다.

폴리곤밀러모터에서는 유막끊김을 일으키는 것이 고정밀도의 회전을 유지하는데 있어서 치명적으로 된다. 특히, 베어링 본체를 단독으로 하는 경우에는, 고속으로 회전하면 오일이 주위의 공기도 끌어들여서 베어링 내부를 순환하므로 베어링간극에 공기가 혼입되는 일이 발생한다. 공기의 혼입을 방지하기 위해서는 베어링 본체의 내부에 조금이라도 빈구멍이 생길 경우에 오일을 보급하는 부재(오일보급부재)를 배치하는 것이 유효한 대책으로 된다.

이와 같은 오일보급부재로는 합성수지를 기본재료로 하여 윤활유 또는 윤활그리스를 배합 혹은 함침시킨 고(固)형상의 수지윤활조성물을 생각할 수 있다. 이 수지윤활조성물은, 예컨데, 합성수지의 분말과 윤활유 또는 윤활그리스를 혼합하고, 이 혼합물을 소성함으로써 얻을 수 있고, 이것을 베어링의 베어링 본체(베어링면을 제외한다)에 접촉시켜서 배치하면 베어링 본체의 오일이 유출하여도 수지윤활조성물로부터 새로운 오일이 모세관현상에 의하여 베어링 본체의 내부로 보급됨으로써 회전축과의 사이에 상시 양호한 동압 유막을 형성할 수가 있다. 그 외에도, 상술의 수지윤활조성물과 펠트재를 일체로 복합한 윤활성 수지조성물, 또는, 오일을 함침한 펠트재 중 어느 하나로 이루어지는 오일보급부재를 베어링 본체에 접촉시켜도 동일한 오일보급효과가 얻어진다(청구항 10).

9. 베어링 본체의 축방향 한쪽측 또는 양측에 오일누출 방지부재를 배치하고, 이 오일누출 방지부재의 내주면에 회전축과의 상대회전에 있어서 그 회전축과의 사이의 간극에 베어링 본체측에 흐르는 기류(氣流)를 발생시키는 기류발생홈을 설치하여도 좋다(청구항 11,12).

10. 본 발명에 관한 광디스크장치의 스핀들모터는 광디스크를 지지하는 회전테이블이 장착된 회전축과, 이 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링과, 상기 회전축 또는 상기 회전축과 함께 회전하는 회전부재에 설치된 회전자와, 정지부재에 설치된 고정자를 갖는 광디스크장치의 스핀들모터에 있어서,

상기 회전축의 직경이 3㎜ 이하이고,

상기 베어링이, 회전축의 외주면과 베어링 간극을 통하여 대향하는 베어링면을 갖는 다공질의 소결금속으로 이루어지는 베어링 본체와, 베어링 본체에 함침된 윤활유 또는 윤활그리스와, 베어링 본체의 베어링면에 축방향에 대하여 경사지게 설치된 동압홈을 구비하고, 베어링 간극에 형성된 윤활유의 동압 유막에 의하여 회전축을 비접촉지지함과 아울러 베어링 본체 표면의 개공부를 통하여 오일을 베어링 본체의 내부와 베어링 간극 사이에서 순환시킨다(청구항 13).

11. 또한 본 발명에 관한 광디스크장치의 스핀들모터의 회전축 지지장치는 광디스크를 지지하는 회전테이블이 장착되고, 회전자와 고정자 사이에 생기는 여자력으로 회전구동되는 회전축과, 이 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 갖는 광디스크장치의 스핀들모터의 회전축 지지장치에 있어서,

상기 회전축의 직경이 3㎜ 이하이고,

상기 베어링이, 회전축의 외주면과 베어링 간극을 통하여 대향하는 베어링면을 갖는 다공질의 소결금속으로 이루어지는 베어링 본체와, 베어링 본체에 함침된 윤활유 또는 윤활그리스와, 베어링 본체의 베어링면에 축방향에 대하여 경사지게 설치된 동압홈을 구비하고, 베어링 간극에 형성된 윤활유의 동압 유막에 의하여 회전축을 비접촉지지함과 아울러 베어링 본체 표면의 개공부를 통하여 오일을 베어링 본체의 내부와 베어링 간극 사이에서 순환시킨다(청구항 20).

베어링 간극에 정압이 발생하면 베어링면의 표면에 개공부가 있으므로 윤활제는 베어링 본체의 내부로 환류하지만 차차 새로운 윤활제가 베어링 간극에 계속 압입되므로 유막력 및 강성이 높은 상태로 유지된다. 따라서 고회전 정밀도가 얻어지고, 근래의 광디스크장치에 요구되는 레벨(10㎛ 이하, 다만, 불균형 하중을 0.5 g·㎝, 회전수를 800rpm으로 하고, 디스크장치면에서 상방 10㎜의 위치에서 측정한 경우)까지 축진동을 저감시킬 수가 있다. 또 축과 베어링 본체가 비접촉으로 회전하기 때문에 저소음이고, 더욱이 비용이 저렴하다. 또한, 다공질체가 아닌 통상의 동압 미끄럼 베어링과는 달리, 유막 내에 기포가 발생하거나 말려들어오는 경우에도 오일이 순환하고 있기 때문에 기포가 베어링 본체의 내부를 통하여 외부로 방출되기 때문에 베어링기능이 불안정화하는 일도 없다.

12. 동압홈의 홈깊이(h)와 베어링 간극(c)의 비를, c/h＝0.5~2.0로 설정하면(청구항 14,21), 축진동을 억제하여 디스크에 기록된 정보의 판독정밀도를 향상시킬 수 있다.

13. 베어링 본체에 함침하는 윤활유 또는 윤활그리스의 기유의 동점도는 40℃에서 7cSt이상, 50cSt이하로 하는 것이 좋다(청구항 15,22).

14. 베어링면의 표면개공율을 2％이상, 12％이하로 하면(청구항 16,23), 베어링 본체 내부의 오일의 환류량과 오일의 삼출량(出量)을 균형있게 하여 실용상 바람직한 유막력(베어링강성)을 확보할 수 있다.

15. 베어링면은, 축방향에 대하여 한쪽으로 경사진 복수의 동압홈을 원주방향으로 배열한 제1홈영역과, 제1홈영역으로부터 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있도록 하고, 축방향에 대하여 다른쪽으로 경사진 복수의 동압홈을 원주방향으로 배열한 제2동압홈과, 제1 및 제2홈영역 사이에 위치하는 평활부를 갖는 것으로 한다(청구항 17,24). 이 구성에 의하면, 양 영역에 서로 역방향으로 형성된 동압홈에 의하여 오일이 평활부를 중심으로 하여 모여지기 때문에, 이 부분에서의 유막 압력이 높아진다. 또한, 평활부에는 동압홈이 없기 때문에, 동압홈이 축방향으로 연속하고 있는 연속형 베어링에 비하여 베어링강성을 높일 수 있고, 축진동을 더욱 저감시킬 수 있다.

16. 베어링 본체의 내경면에 복수의 베어링면을 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있도록 형성하면(청구항 18,25), 복수개의 베어링를 별체로 배치한 경우에 문제가 되는 정밀도 불량 등의 폐해를 회피할 수가 있다.

17. 베어링 본체를 하우징의 내경면에 고정하고, 베어링 본체의 외경면과 하우징의 내경면 사이에 베어링 본체의 축방향 양단부로 개구하는 통기로를 설치하면(청구항 19,26), 베어링에 대한 축의 결합성이 개선된다.

이상과 같이, 본 발명에 의한 회전축 지지장치에 의하면 베어링 간극에 형성된 윤활유의 동압 유막에 의하여 회전축을 비접촉지지함과 아울러 베어링 본체 표면의 개공부를 통하여 오일을 베어링 본체의 내부와 베어링 간극 사이에서 순환시킴으로써 볼베어링을 사용한 회전축 지지장치에 비하여 저소음화 및 비용의 저렴화를 도모할 수 있다. 또한, 동압홈이 없는 소결함유 베어링을 사용한 경우와 비교하여도 동압홈의 동압작용에 의해 베어링강성을 높게 함과 아울러, 축진동, NRRO, 짓터 등의 회전정밀도를 향상시킬 수 있고, 디스크의 불균형 하중에 따르는 축진동 등을 저감시킬 수가 있다. 또한, 베어링면에는 양호한 유막을 상시 형성할 수 있고, 내구수명을 대폭 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의한 스핀들모터에 의하면 저소음화 및 비용의 저렴화를 꾀할 수 있고, 또한, 광디스크의 판독정밀도를 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 스핀들용 모터(폴리곤밀리모터용)의 지지장치의 일 예를 표시한 것으로, 일단이 개방되어 있고, 타단이 폐쇄되어 있는 하우징(2) 내에 축방향 2개소에 레이디얼 베어링면(1b)을 갖는 단일체의 베어링 본체(1a)를 압입고정하고, 이 베어링 본체(1a)의 내주부에 회전자와 폴리곤밀러를 맞붙인 회전축(3)을 삽입하여 다공질함유 베어링(1)를 구성한 것이다.

베어링(1)은 하우징(2)의 내경부에 압입 혹은 접착하여 고정된다. 이 베어링(1)은, 도 2에 표시하는 바와 같이, 회전축(3)의 외경면과 베어링 간극(4)을 통하여 대향하는 베어링면(1b)을 갖는 다공질의 소결금속으로 이루어지는 원통형상의 베어링 본체(1a)에 윤활유 혹은 윤활그리스를 함침시켜서 구성된다. 소결금속으로 이루어지는 베어링 본체(1a)는 구리계 혹은 철계, 또는, 그 쌍방을 주성분으로 하는 소결금속으로 형성되고, 바람직하게는 구리를 20~95wt％ 사용하여, 밀도가 6.4~7.2g/㎤로 되도록 성형된다. 소결금속으로 이루어지는 베어링 본체는 소결금속 외에, 주철, 합성수지, 세라믹 등을 소결 또는 발포성형하는 것 등에 의하여 다수의 가느다란 구멍을 갖는 두꺼운 원통형상의 다공질체로서 성형된 것이여도 좋다.

베어링 본체(1a)에 함침시키는 윤활유 혹은 윤활그리스는 특별히 한정되는 것은 아니지만 윤활유로서는 증발량이 적고, 산화안정도에 뛰어나고, 교반시에 기포의 발생이 적은 폴리α올레핀계, 혹은, 에스테르계 합성오일(디에스테르,폴리올에스테르계 합성오일)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 윤활그리스의 증조제로서는 취급이 간편하고, 생산성에 뛰어난 리튬계 증조제나 내열성에 뛰어난 우레아계 증조제를 사용하는 것이 바람직하다. 윤활유 또는 윤활그리스의 기유(基油)의 40℃에서의 동점도는 50cSt 이상, 30cSt 이하로 설정된다. 윤활그리스를 사용하는 경우는 증조제 농도가 0.5wt％ 이상, 5wt％ 이하인 것이 선택된다.

베어링 본체(1a)의 내주에는 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있는 두 개의 베어링면(1b)이 형성되고, 두 개의 베어링면(1b)의 쌍방에 각각 축방향에 대하여 경사진 복수의 동압홈(1c)(헤링본형)이 원주방향으로 배열형성된다. 동압홈(1c)은 축방향에 대하여 경사지게 형성되어 있으면 되고, 이 조건을 충족하는 한, 헤링본형이외의 다른 형상, 예컨데 스파이럴형으로 할 수도 있다.

양 베어링면(1b)은 한쪽으로 경사진 동압홈(1c)이 배열된 제1홈영역(m1)과 제1홈영역(m1)으로부터 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있도록 하고, 다른쪽으로 경사진 동압홈(1c)이 배열된 제2홈영역(m2)과, 두 개의 홈영역(m1)(m2) 사이에 위치하는 환상의 평활부(n)를 구비하고, 두 개의 홈영역(m1)(m2)의 동압홈(1c)은 평활부(n)에서 구획되어서 비연속적으로 되어 있다. 평활부(n)와 동압홈(1c)간의 배부(背部, 1e)는 동일 레벨에 있다.

도 3에 표시하는 바와 같이, 원통형상의 함유다공질체로 이루어지는 베어링 본체(1a)의 내경면에 연속한 동압홈(1c: 도면에서는 헤링본형 동압홈을 예시한다)을 설치하면 축방향 단면에서의 오일의 흐름은 도 4와 같이 된다. 즉, 축(3)의 회전에 수반해서 베어링 본체(1a)의 축방향 양측으로부터 오일(0)이 스며나오고, 스며나온 오일(O)이 베어링 간극(4)의 축방향 중앙부에 압입되어 압력(동압)이 발생하고, 이 압력에 의하여 축(3)이 비접촉지지된다.

그런데, 이와 같은 압력이 발생하면 오일이 표면의 개공부로부터 베어링 내부로 환류한다. 또한, 일반적으로 베어링면의 개공부의 분포를 균일하게 하는 것이 어렵기 때문에 베어링면에는 큰 구멍이나 작은 구멍이 혼재한다. 이러한 경향은 동압홈을 설치하는 경우와 같이 베어링면에 요철을 설치하면 더욱 현저하게 된다. 예컨데, 동압홈의 도중에 큰 구멍이 있는 경우, 오일은 그 부분으로부터 베어링 내부로 환류하므로 동압작용이 대폭 감소하게 된다. 따라서, 오일의 베어링 내부의 환류정도는 불균일하게 되지 않을 수 없다. 이 경우, 오일이 빠져나가기 쉬운 부분에서는 유막이 생기기 어렵고, 빠져나가기 어려운 부분에서는 유막이 생기기 쉽기 때문에, 도 5(베어링면의 둘레방향에 있어서의 전개도를 표시한다)에 표시하듯이, 베어링면(1b)에서의 유막(S)의 분포가 축방향으로 불균일하게 된다. 이와 같이 되면, 실질적으로 원형인 베어링에 비하면 불안정 진동(휠 등)의 억제에는 일정한 효과를 가지지만 충분한 동압효과를 발휘할 수가 없다.

또한, 동압홈(1c) 간의 배부(背部, 1e)가 축을 지지하는 지지면으로 되나, 베어링면의 단면형상이 요철형상이기 때문에, 지지면으로 되는 배부(1e)의 면적이 작게 되어 베어링강성이 저하한다.

이에 대하여, 도 6에 표시하는 바와 같이, 제1 및 제2동압 발생영역(m1)(m2)간에 환상의 평활부(n)를 설치하면 평활부(n)에서는 개공정도를 관리하기 쉽게 된다. 또한, 양 영역(m1)(m2)에서는 홈방향의 오일의 흐름이 지배적이나, 평활부(n)에서는 원주방향의 오일의 흐름도 존재하고, 비록 큰 구멍이 있다 하더라도 계속 오일이 보급되기 때문에 동압효과가 줄어드는 정도가 훨씬 적다. 도 7에 이러한 경우의 베어링면(1b)의 원주방향에 있어서의 전개도를 표시한다. 도시하는 바와 같이, 유막(S)의 넓은 부분과 좁은 부분의 차가 축소되어 유막 분포가 균일화됨으로써, 안정한 동압효과가 얻어진다. 또한, 동압홈(1c)간의 배부(1e)뿐 아니라 평활부(n)도 축(3)을 지지하는 지지면으로 되므로 지지면의 면적이 확대하여 베어링강성을 높일 수 있다.

일반적으로 헤링본형의 동압홈에서는 연속형 쪽이 베어링 내에 부압을 일으키는 부분이 없으므로 기포가 발생하지 않으며, 오일의 시일성에 뛰어나다고 말할 수 있으나 본 발명과 같이 베어링 본체(1a)가 다공질체인 경우에는 비연속형에서도 오일이 베어링 간극(4)과 베어링 내부 사이에서 순환하기 때문에 비록 기포가 발생하여도 오일이 기포에 의해서 베어링 간극(4)으로부터 밀려나와 윤활성을 손상시키는 문제가 발생하지 않는다고 사료된다.

그리고, 사용조건에 따라서는 오히려 연속형 동압홈쪽이 바람직한 경우도 있으므로, 이 경우에는 비연속형 동압홈에 대신해서 연속형 동압홈을 사용할 수도 있다.

베어링 본체(1a)의 표면개공율은 제1 및 제2동압 발생영역(m1)(m2)에서 3~20％의 범위로, 바람직하게는 3~12％의 범위로 설정하고, 평활부(n)에서 2~12％의 범위로 설정하는 것이 좋다. 양 영역에서의 표면개공율이 3％ 미만에서는 베어링 내부로부터 베어링 간극(4)으로의 오일의 공급량이 줄어서 오일부족 및 윤활불량이 생길 우려가 있고, 20％를 넘으면 베어링 내부에 나가는 오일량이 많아져서 평활부(n)에 오일이 공급되지 않아서 역시 오일부족 및 윤활불량이 생길 우려가 있다. 또한, 평활부(n)에서의 표면개공율이 2％ 미만에서는 생산이 극히 곤란하게 되어 비용의 상승을 초래하고, 12％를 넘으면 오일의 베어링 내부로 빠져나가는 양이 많게 되어 윤활불량을 초래할 우려가 있다.

또한, 평활부(n)의 베어링 폭방향의 비율(R)은 베어링폭을 1로 한 경우, R＝0.1~0.6의 범위로, 바람직하게는 R＝0.2~0.4의 범위로 설정하는 것이 좋다. 베어링폭 1에 대하여, 0.1 미만에서는 평활부(n)에 설치한 것에 의한 효과(동압의 증가, 베어링강성의 증가)가 현저하게 나타나지 않고, 연속한 홈의 경우와 변함이 없다. 또한, 베어링폭 1에 대하여 R을 0.6보다 크게 하면 동압홈이 적어지고, 오일을 축방향 중앙부로 밀어 넣는 힘이 약해져서 동압효과가 유효하게 발휘되지 않는다.

평활부(n)에서의 표면개공율은 제1 및 제2영역(m1)(m2)에서의 표면개공율보다 작게하는 것이 좋다. 이에 의해서, 동압홈(1c)에 의해 평활부(n)에 모아진 오일이 표면의 개공부로부터 베어링 내부로 빠져나가기 어렵게 되므로 발생하는 압력을 높일 수가 있다. 또한, 축을 지지하기 위한 지지면의 면적이 충분히 확보되므로 베어링강성을 높일 수도 있다.

그런데, 하우징(2)에 두개의 베어링(다공질함유 베어링)를 압입하는 경우, 두 개의 베어링의 동축도(同軸度), 원통도(圓筒度) 등의 정밀도가 문제로 된다. 정밀도가 나쁜 경우, 축과 베어링이 선접촉하거나 최악의 경우에는 축이 두 개의 베어링을 관통하지 않는 경우도 일어날 수 있다. 이 경우에는 도 1 및 도 8에 표시하는 바와 같이, 베어링 본체(1a)의 축방향 2개소 이상에 도 6에 표시하는 형상의 베어링면(1b)을 설치하는 것이 좋다. 이 베어링(1)은 베어링 본체(1a)를 1개로 하고, 그 내경면의 복수개소(도면에서는 2개소)에 동압베어링면(1b)을 설치한 것이므로 복수개의 베어링을 별체로 배치한 것에 기인하는 정밀도 불량 등의 상기 폐해를 회피하는 것이 가능하게 된다.

동압홈(1c)의 홈깊이(h: 도 2참조)와 베어링 간극(c)(베어링 본체의 내경면의 반경과 회전축의 외경면의 반경과의 차)의 비에는 최적한 범위가 있고, 이 범위 외에서는 충분한 동압효과가 얻어지지 않는 것으로 생각된다. 이 최적범위를 명백하게 하기 위해, 도 9에 표시하는 LBP 실기모터의 축(3)의 진동을 측정하는 평가시험을 행하였다. 회전수는 10000rpm, 시험 분위기는 상온·상습이다. 그리고, 도 9중의 2는 하우징, 5는 회전자, 6은 스러스트받이이다. 회전자(5)는 도시하지 않은 고정자와 대향하여 배치되고, 이 회전자(5)와 고정자 사이에 생기는 여자력으로 축(3)이 회전구동된다.

이상의 조건하에서 c/h에 대한 축진동의 값을 측정하였더니 도 10에 표시하는 결과가 얻어졌다. 도 10에서 c/h가 0.5~4.0의 범위내이면 축진동은 5㎛ 이하로 되지만 0.5 미만 혹은 4.0보다 크게 되면 5㎛ 이상으로 되므로 고정밀도를 유지하기 위해서는 동압홈의 홈깊이(h)와 베어링 간극(c)의 비를 c/h＝0.5~4.0의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 2에서는, 베어링 간극(c)나 홈깊이(h)가 실제보다 과장해서 그려져 있다.

도 11에서 표시하는 CD-ROM 실기모터에 대하여도 동일한 시험을 행하였다. 회전수는 8000rpm, 시험 분위기는 상온·상습이고, 축에는 0.5 g·㎝의 불균형 하중을 부가하고 있다. 도 11 중의 11은 디스크, 12는 회전테이블, 20은 클램퍼이다. 시험결과를 도 12에 표시한다. 도 12에서 c/h가 0.5~4.0의 범위 내이면 축진동은 10㎛ 이하로 되지만 0.5미만 혹은 4.0보다 크게 되면 10㎛ 이상으로 되므로 고정밀도를 유지하기 위해서는 상기 LBP의 경우와 마찬가지로 c/h＝0.5~4.0의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

베어링간극<반경간극: (c)>과 회전축의 반경(r)의 비에는 최적한 범위가 있고, 이 범위 외에서는 충분한 동압효과가 얻어지지 않는 것으로 생각된다. 이 최적 범위를 명백하게 하기 위해 상기와 마찬가지로 도 9에 표시하는 LBP 실기모터의 축(3)의 진동을 측정하는 평가시험을 행하였다. 회전수는 10000rpm, 시험 분위기는 상온·상습이다.

이상의 조건하에 c/r에 대한 축진동의 값을 측정하였더니, 도 13에서 표시하는 결과를 얻었다. 도 13에서 c/r가 0.0005~0.01의 범위 내이면 축진동은 5㎛ 이하로 되지만 0.0005 미만에서는 토크가 너무 커져서 소정의 회전수까지 증속할 수 없었다. 또한, 0.01보다 크게 되면 축진동은 5㎛ 이상으로 되므로 고정밀도를 유지하기 위해서는 베어링 간극(c)과 회전축의 반경(r)의 비를 c/r＝0.0005~0.01의 범위내로 하는 것이 바람직하다.

도 11에 표시하는 CD-ROM 실기모터에 대해서도 동일한 시험을 행하였다. 회전수는 8000rpm, 시험 분위기는 상온·상습이고, 축에는 0.5 g·㎝의 불균형 하중을 부가하고 있다. 시험결과를 도 14에 표시한다. 도 14에서 c/r이 0.0005~0.003의 범위 내이면 축진동은 10㎛ 이하로 되나, 0.0005 미만에서는 소정의 회전수까지 증속할 수 없고, 또한, 0.003보다 크게 되면 축진동은 10㎛ 이상으로 되므로 고정밀도를 유지하기 위해서는 베어링 간극(c)과 회전축의 반경(r)의 비는 상기 LBP의 경우와 마찬가지로 c/r＝0.0005~0.01의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 특히 c/r＝0.0005~0.003의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 동압홈(1c)은, 예컨대, 압축성형에 의하여 형성할 수가 있다. 즉, 코어로드(예컨대, 사이징핀)의 외주면에 동압홈(1c) 형상에 대응하는 요철형상의 홈형(型)을 형성하고, 코어로드의 외주면에 베어링 본체(1a)의 소재인 다공질소재, 예컨대, 소결금속을 공급하고, 소결금속에 압박력을 가하여 그 내경부를 코어로드의 홈형에 가압하고, 그 내경부에 홈형의 형상에 대응하는 동압홈(1c)을 전사한다. 이 때, 배부(1e)와 동압홈(1c)을 동시에 성형할 수가 있다. 동압홈의 형성 후에는 압박력을 제거하는 것에 의한 소결금속의 스프링백을 이용하여 동압홈(1c)을 무너트리는 일없이 코어로드를 소결금 속의 내경부로부터 떨어져 있는 형태로 할 수가 있다.

이 경우, 동압홈(1c)을 전사하는 사이징핀을 정밀도가 좋게 마무리하여 두면 베어링의 정밀도도 좋게 된다. 사이징핀의 정밀도를 필요로 하는 정밀도로, 예컨대, 진원도(眞圓度) 1㎛ 이내, 원통도(圓筒度) 2㎛ 이내 등으로 마무리하는 것이 그렇게 어렵지 않고 용이하게 달성할 수 있다.

도 1에 표시하는 바와 같이, 베어링 본체(1a)의 하측 끝면과 스러스트판(6)의 상면 사이의 공간(7)에는 오일을 함침한 펠트재로 이루어지는 오일보급부재(8)가 베어링 본체(1a)와 접촉되어 배치된다.

이와 같은 오일보급부재(8)로서는 합성수지를 기본재료로 하여 윤활유 또는 윤활그리스를 배합 혹은 함침시킨 고형상의 수지윤활조성물도 고려된다. 이 수지윤활조성물은, 예컨대, 합성수지의 분말과 윤활유 또는 윤활그리스를 혼합하고, 이 혼합물을 조성하는 것에 의하여 얻을 수 있고, 이것을 베어링의 베어링 본체(1a)(베어링면(1b)을 제외한다)에 접촉시켜서 배치하면 베어링 본체(1a)의 오일이 유출하여도 수지윤활조성물로부터 새로운 오일이 모세관 현상에 의하여 베어링 본체(1a)의 내부에 보급됨으로써 회전축(3)과의 사이에 항상 양호한 동압 유막을 형성할 수가 있다. 이 수지윤활 조성물은 적어도 20℃ 이상의 온도에서는 가라앉은 상태에서도 함유된 오일이 표면으로 스며나오는 성상(性狀)으로 하는 것이 바람직하다.

구체적으로는 베어링 본체(1a)가 함유하는 윤활유 또는 그 윤활유를 기유로 하는 윤활그리스 5~99wt％에, 평균 분자량이 1×10⁶~5×10⁶인 초고분자량 폴리올레핀의 분말 95~1wt％를 혼합함과 아울러 초고분자량 폴리올레핀분말의 겔화점 이상, 또한, 윤활그리스를 사용하는 경우는 그리스의 적당한 온도 이하로 분사를유지시키고, 상온에서 냉각함으로써 성형할 수가 있으며, 이에 의하여 비용이 저렴하고 양산성이 풍부하며, 취급이 용이하고 결합작업이 간단한 수지윤활조성물이 제공된다. 초고분자량 폴리올레핀 분말은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐 혹은 이들의 공중합체로 된 분말, 또는 각각의 단독의 분말을 배합한 혼합분말이다.

그 외에도, 상기 수지윤활조성물과 펠트재를 일체로 복합한 윤활성수지복합물, 또는, 오일을 함침한 펠트재 중 어느 하나로 이루어지는 오일보급부재(8)를 베어링 본체(1a)에 접촉하여도 동일한 오일보급효과가 얻어진다. 상기 윤활성수지복합물은, 예컨대, 합성수지의 분말과 윤활유 또는 윤활그리스를 혼합하여 이 혼합물을 펠트에 합침시켜서 소성함으로써 성형할 수가 있다.

베어링 본체(1a)의 상방에는 조그마한 공간(21)을 통하여 원통형상의 오일누출 방지부재(22)가 배치되고, 이 오일누출 방지부재(22)에 의해서 하우징(2)의 상단 개구부가 폐쇄되어 있다. 오일누출 방지부재(22)의 내주면에는 회전축(3)과의 상대 회전에 있어서 그 회전축(3)과의 사이의 간극에 베어링 본체(1a)측으로 흐르는 기류를 발생시키는 기류발생홈(23)이 설치되어 있다. 오일누출 방지부재(22)는, 예컨대, 베어링 본체(1a)와 동등한 혹은 그보다 약간 큰 내경을 갖는 원통형상으로 하고, 기류발생홈(23)은, 예컨대, 복수의 경사홈(헤링본형 혹은 스파이럴형)으로 한다. 오일누출 방지부재(22)는다공질체로 형성되어 있고, 윤활유 등은 함침되어 있지 않다. 오일누출 방지부재(22)의 성형재료는 특별히 한정되는 것이 아니고, 분말야금, 주철, 합성수지, 세라믹 등을 소결 또는 발포성형함으로써 통기공을 갖는 널리 알려진 다공질체형상으로 성형된다.

이러한 구성에서는, 도 15에 표시하는 바와 같이, 회전축(3)과 오일누출 방지부재(22)의 내주면 사이의 간극(24)에 축(3)의 회전에 수반해서 베어링 본체(1a)의 방향(도면하방)으로 흐르는 기류가 발생함으로써 베어링 본체(1a)로부터 오일이 새어 나오더라도 축(3)과 오일누출 방지부재(22) 사이의 간극(24)를 통과할 수 없다. 이러한 작용에 의하여 오일누출이 방지된다. 또한, 정지(靜止)시에는, 상기 간극(24)의 모세관력으로 오일을 유지하게 하므로 회전이 멈추어도 오일이 새어나오는 일이 없다.

오일누출 방지부재(22)를 다공질체로 하고, 또한 인접하는 베어링 본체(1a)와의 사이에 공간(21)을 설치하면 새어나온 오일을 다공질체로 된 오일누출 방지부재(22)에 흡수할 수가 있고, 또한, 정지시에는 오일누출 방지부재(22)와 축(3) 사이의 오일도 흡수할 수가 있으므로 대기에 바래지는 부분이 줄게 되고, 오일의 증발이나 발진을 감소시킬 수 있다. 오일누출 방지부재(22)에 흡수된 오일은 회전에 수반해서 간극(24) 내에 인출되어 기류발생홈(23)의 작용으로 생긴 기류에 의해 공간(21)을 통하여 베어링 본체(1a)측으로 되돌려진다.

또한, 오일누출 방지부재(22)의 베어링 본체(1a)와 반대측의 끝면(22a) 및 챔퍼부(22b)에 블라인딩가공을 실시하고, 이 부분의 표면개공율이 면적비로 5％이하, 바람직하게는 완전히 구멍을 밀봉하면 오일누출 방지부재(22)에 흡수된 오일의 증발, 발진을 더욱 감소시킬 수 있다.

하우징(2) 저부의 공간(7)은 공기 유통로(8)를 통하여 하우징 외부와 연통되어 있다. 이 공기 유통로(8)는 공기를 뽑아내는 기능을 하는 것으로, 예컨대, 베어링 본체(1a) 및 오일누출 방지부재(22)의 외경면의 일부에 축방향의 노치부가 형성됨으로써 조립시에 축(3)이 삽입되기가 쉽게 되고, 또 회전시에는 발열에 의하여 내압이 높아지고, 갇혀진 공기가 열팽창하여 축(회전자)이 밀어 올려져서 회전이 불안정하게 되는 경우가 있지만 이러한 사태도 방지가능하게 된다.

이하는, 광디스크장치에 장비된 스핀들모터의 회전축 지지장치로서 적합한 다공질함유 베어링(1)에 대한 설명이다. 그리고 여기에서 말하는「광디스크」에는 광자기디스크(MD,MO,ODD 등)도 포함된다.

도 16은 CD-ROM장치에 장비되는 스핀들모터의 단면도이다. 이 스핀들모터는 회전축(3) 및 회전축(3)을 회전가능하게 지지하는 베어링(1)을 갖는 회전축 지지장치(10)와, 회전축의 상단에 부착되어 정보기록담체인 광디스크(11) (CD-ROM 등)를 지지하는 회전테이블(12)과, 반경방향의 갭(gap)을 통하여 대향시킨 고정자(13) 및 회전자(14)를 주체로 하는 모터부(15)로 구성된다. 베어링(1)은 베이스(16)에 고정된 하우징(2)(정지부재)의 내경부에 고정되고, 이 하우징(2)의 외주부에 고정자(13)가 고정배치된다. 고정자(13)에 전류를 통하게 하면 고정자(13)와 회전자(14) 사이의 여자력에 의해 회전자(14)가 회전하고, 이 회전에 수반해서 회전자하우징(17)와 함께 회전테이블(12)이 회전하여 회전테이블(12) 상의 디스크(11) 및 회전축(3)이 회전한다.

상기 지지장치(10)를 구성하는 회전축(3)으로서는 그 직경이 3㎜ 이하인 것을 사용한다. 회전축(3)의 직경의 하한치는 임의이지만 축강성, 제작비용 등의 여러 가지 사정으로 1.5㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

도 17에 표시하는 바와 같이, 베어링(1)은 하우징(2)의 내경부에 압입 혹은 접착하여 고정된다. 이 베어링(1)은, 도 2에 표시하듯이, 회전축(3)의 외경면과 베어링 간극(4)을 통하여 대향하는 베어링면(1b)을 갖는 다공질의 소결금속으로 이루어지는 원통형상의 베어링 본체(1a)에 윤활유 혹은 윤할그리스를 함침시켜서 구성된다. 소결금속으로 이루어지는 베어링 본체(1a)는 구리계 혹은 철계 또는 그 쌍방을 주성분으로 하는 소결금속으로 형성되고, 바람직하게는 구리를 20~95wt％ 사용하고, 밀도가 6.4~7.2g/㎤로 되도록 성형된다. 소결금속으로 이루어지는 베어링 본체는 소결금 속의 외에 주철, 합성수지, 세라믹 등을 소결 또는 발포성형하는 것 등에 의해 다수의 가느다란 구멍을 갖는 두꺼운 원통형상의 다공질체로 성형된 것이어도 좋다.

윤활유 혹은 윤활그리스의 기유에서는, 40℃에서의 동점도를 7~50cSt로 설정된 것을 사용한다. 40℃에서의 동점도를 50cSt 보다 크게 하면 고속에서의 구동에 지장을 가져오고, 디스크 기록 정보의 판독 정밀도의 저하 등을 초래한다. 반대로 7cSt 보다 작게 하면 동점도가 너무 작아서 오일이 사방으로 튀기 쉽고, 내구성에 문제를 일으킨다. 윤활유를 윤활그리스로 하면 전달력을 받는 베어링 간극(4) 이외에서는 외관의 점도가 오일에 비하여 현저하게 커지고, 주위로 유출되기 어렵게 된다. 그러나, 오일에 혼합분산시키는 증조제의 양을 5wt％보다 크게 하면 외관의 점도가 너무 높아서 베어링 본체에 함침하기 어렵게 되고, 또한, 함침 후에 표면에 부착된 과잉의 그리스의 제거작업이 번거롭게 된다. 한편, 증조제의 양을 0.5wt％ 보다 작게 하면 그리스로 한 효과가 적게 되고, 유출정도가 오일을 사용하는 경우와 변하지 않게 된다. 따라서, 윤활그리스의 증조제의 농도는 0.5~5.0wt％로 설정된 것을 사용한다. 윤활유 혹은 윤활그리스 기유의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 폴리α올레핀계, 에스테르계 합성오일(디에스테르, 폴리올에스테르계 합성오일), 혹은 그 혼합오일, 또는 불소계 오일이 적합하다. 또한, 윤활그리스의 증조제로서는 취급이 간편하고 생산성에 뛰어난 리튬계 증조제나 내열성에 뛰어난, 우레어(urea)계 증조제가 적합하다.

베어링 본체(1a)의 내주에는 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있는 두 개의 베어링면(1b)이 형성되고, 두 개의 베어링면(1b)의 쌍방에 각각 축방향에 대하여 경사진 복수의 동압홈(1c)(헤링본형)이 원주방향으로 배열되어 형성된다. 동압홈(1c)은 축방향에 대하여 경사지게 형성되어 있으면 되고, 이 조건을 충족하는 한, 헤링본형 이외의 다른 형상으로, 예컨대, 스파이럴형으로 할 수도 있다. 동압홈(1c)의 경사각도는 기본적으로는 임의의 각도로 설정되지만 바람직하게는 축방향과 직교하는 방향의 각도가 15~40°(보다 바람직하게는 15~25°)가 되도록 설정된다. 또한, 동압홈(1c)과 동압홈(1c) 간의 배부(1e)의 폭비는 0.8~1.5의 사이로, 바람직하게는 1.0~1.2의 사이로 설정하는 것이 좋다.

양 베어링면(1b)은 한쪽으로 경사진 동압홈(1c)이 배열된 제1홈영역(m1)과, 제1홈영역으로부터 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있도록 하고, 다른 쪽으로 경사진 동압홈(1c)이 배열된 제2홈영역(m2)과, 두 개의 홈영역(m1)(m2)의 사이에 위치하는 환상의 평활부(n)를 구비하고, 두 개의 홈영역(m1)(m2)의 동압홈(1c)은 평활부(n)에서 구획되어 비연속적으로 되어 있다. 평활부(n)와 동압홈(1c) 간의 배부(1e)는 동일 레벨에 있다. 이러한 종류의 비연속형 동압홈(1c)은 연속형, 즉, 평활부(n)를 생략하고, 동압홈(1c)을 양 홈영역(m1)(m2) 간에서 서로 연속하는 V자형으로 형성한 경우에 비하여 평활부(n)를 중심으로 하여 오일이 모아지기 때문에 유막압력이 높고, 또한, 홈이 없는 평활부(n)를 가지므로 베어링 강성도 높다는 이점을 가진다.

평활부(n)의 베어링 폭방향의 비율(R)은 개개의 베어링면(1b)의 축방향 폭을 1로 한 경우, R＝0.1~0.6의 범위로, 바람직하게는 R＝0.2~0.4의 범위로 설정하는 것이 좋다.

동압홈(1c)의 홈깊이(h: 도 2 참조)와 베어링 간극(c)의 비에는 최적한 범위가 있고, 이 범위 외에서는 충분한 동압효과가 얻어지지 않는 것으로 생각된다. 이 최적범위를 명백하게 하기 위해 CD-ROM 실기모터를 사용하여 축진동을 측정한 결과, c/h가 0.5~2.0의 범위 이내이면 축진동을 실용상 충분한 레벨로 억제하는 것이 판명되었다. 이 경우의 홈깊이(h)는 2~4㎛, 베어링 간극(c)은 1.5~4㎛의 범위로 설정하는 것이 좋다.

이상 설명한 동압홈(1c)은 상기 압축성형에 의해 형성된다. 이 경우, 동압홈사이징을 행하기 전에 소결금속의 내경부에 회전사이징을 실시하고, 그 내경면의 개공부의 분포를 미리 균일화시켜 두는 것이 바람직하다. 이 때의 베어링면(1b)의 표면개공율은 2％ 이상, 12％ 이하, 바람직하게는 5％ 전후로 설정하고, 동압홈이 없는 일반적인 소결함유 베어링의 표면개공율(통상 20~30％ 정도)보다 작게 하는 것이 좋다. 이것은, 표면개공율이 너무 크면 베어링 간극(4)의 오일이 베어링 내부로 빠져나가기 쉽게 되어 동압이 저하되기 때문이다. 그리고, 표면개공율의 설정은, 상기한 바와 같이, 회전사이징 등의 표면처리에 의해 행하는 것 외에 베어링 본체(1a)의 밀도를 미리 설정함으로써, 혹은 표면처리와 밀도의 설정을 병용함으로써 행할 수 있다.

그런데, 통상 회전축(3)은 하우징(2)에 그 회전축(3)의 하단을 지지하기 위한 스러스트판(6)을 장착한 상태로 베어링(1)의 내경부에 삽입된다. 이러한 삽입시에는 공기가 베어링(1)과 회전축(3) 사이의 베어링 간극(4)으로부터 빠져나가게 되지만 베어링 간극(4)은 수 ㎛정도 밖에 안 되기 때문에 공기가 하우징(2)의 하방공간에 갇혀져서 회전축(3)의 삽입이 어렵게 된다. 또한, 모터를 구동하면 발열하나, 이 발열에 의하여 갇혀진 공기가 팽창하여 회전축(3)을 밀어 올려서 베어링 성능을 불안정화시킬 우려도 있다.

이 경우에는, 도 17에 표시하듯이, 베어링 본체(1a)의 외경면과 하우징(2)의 내경면(2a) 사이에 베어링 본체(1a)의 축방향 양단으로 개구하는 통기로(8)를 설치하고, 이 통기로(8)을 통해서 공기를 빠져나가게 하면 좋다. 통기로(8)는 베어링(1a)의 외경면에 축방향의 홈을 설치함으로써 형성할 수가 있지만 하우징 내경면을 설치하여도 좋다. 또한, 홈은 베어링 본체(1a)의 외경면의 1개소뿐만 아니라 원주방향의 여러개소에 설치할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의한 회전축 지지장치에 의하여 베어링 간극에 형성된 윤활유의 동압 유막에 의하여 회전축을 비접촉지지함과 아울러 베어링 본체 표면의 개공부를 통하여 오일을 베어링 본체의 내부와 베어링 간극 사이에서 순환시킴으로써 볼베어링을 사용한 회전축 지지장치에 비하여 저소음화 및 비용의 저렴화를 도모할 수 있다. 또한, 동압홈이 없는 소결함유 베어링을 사용한 경우와 비교하여도 동압홈의 동압작용에 의해 베어링강성을 높게 함과 아울러 축진동, NRRO, 짓터 등의 회전정밀도를 향상시킬 수 있고, 디스크의 불균형 하중에 따르는 축진동 등을 낮게 감소시킬 수가 있다. 또한, 베어링면에는 양호한 유막을 상시 형성할 수 있고, 내구수명을 대폭 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의한 스핀들모터에 의하여 저소음화 및 비용의 저렴화를 꾀할 수 있고, 더욱이 광디스크의 판독정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명을 도시하는 축방향의 단면도이다.

도 2는 동압(動)형 다공질함유 베어링의 반경방향의 단면도이다.

도 3은 연속한 헤링본(herring bone)홈을 갖는 다공질함유 베어링의 축방향의 단면도이다.

도 4는 헤링본홈을 갖는 다공질함유 베어링에 있어서의 오일의 움직임을 표시하는 축방향의 단면도이다.

도 5는 도 3에 표시하는 다공질함유 베어링에 있어서의 베어링면의 원주방향으로의 전개도이다.

도 6은 비연속의 헤링본 홈을 갖는 다공질함유 베어링의 축방향단면도이다.

도 7은 도 6에 표시하는 다공질함유 베어링에 있어서의 베어링면의 원주방향으로의 전개도이다.

도 8은 본 발명에 의한 다공질함유 베어링의 축방향 단면도이다.

도 9는 LBP 실기모터를 사용한 평가시험기의 축방향의 단면도이다.

도 10은 c/h와 축진동의 관계를 구하는 평가시험(도 9)의 결과를 표시하는 도면이다.

도 11은 CD-ROM 실기모터를 사용하는 평가시험기의 축방향의 단면도이다.

도 12는 c/h와 축진동의 관계를 구하는 평가시험(도 11)의 결과를 표시하는 도면이다.

도 13은 c/r와 축진동의 관계를 구하는 평가시험(도 9)의 결과를 표시하는 도면이다.

도 14는 c/r과 축진동의 관계를 구하는 평가시험(도 11)의 결과를 표시하는 도면이다.

도 15는 오일누출 방지부재를 갖는 다공질함유 베어링에 있어서의 오일의 움직임을 표시하는 축방향단면도이다.

도 16은 광디스크장치에 장비되는 스핀들모터의 단면도이다.

도 17은 도 16에 표시하는 스핀들모터의 회전축 지지장치의 단면도이다.

Claims

정보기기의 회전요소가 장착되고, 회전자와 고정자 사이에 생기는 여자력에 의해 회전구동되는 회전축과, 이 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 갖는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치에 있어서,

상기 베어링은 회전축의 외주면과 베어링 간극을 통하여 대향하는 베어링면을 갖는 다공질의 베어링 본체와, 베어링 본체에 함침된 윤활유 또는 윤활그리스와, 베어링 본체의 베어링면에 경사지게 설치된 동압홈을 구비하고, 베어링 간극에 형성된 윤활유의 동압 유막에 의하여 회전축을 비접촉지지함과 아울러 베어링면의 개공부를 통하여 오일을 베어링 본체 내부와 베어링 간극 사이에서 순환시키고,

상기 동압홈의 홈깊이(h)와 베어링 간극(c)의 비는,

c/h=0.5~4.0

인 것을 특징으로 하는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제1항에 있어서, 상기 정보기기는 레이저빔 프린터이고, 또한, 상기 회전요소는 폴리곤밀러인 것을 특징으로 하는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제1항에 있어서, 상기 정보기기는 디스크장치이고, 또한, 상기 회전요소는 정보기록담체인 디스크를 지지하기 위한 회전테이블인 것을 특징으로 하는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제1항에 있어서, 베어링 본체에 함침시킨 윤활유 또는 윤활그리스의 기유(基油)의 40℃에서의 동점도는 5cSt 이상, 30cSt 이하인 것을 특징으로 하는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제1항에 있어서, 상기 윤활그리스의 증조제의 농도가 0.5wt％ 이상, 5wt％ 이하인 것을 특징으로 하는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제1항에 있어서, 베어링면은 축방향에 대하여 한쪽으로 경사진 복수의 동압홈을 원주방향으로 배열한 제1동압 발생영역과, 제1동압 발생영역으로부터 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있도록 하고, 축방향에 대하여 다른 쪽으로 경사진 복수의 동압홈을 원주방향으로 배열한 제2동압 발생영역과, 제1 및 제2동압 발생영역의 사이에 위치하는 평활부를 갖는 것을 특징으로 하는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제1항에 있어서, 상기 베어링면을 베어링 본체의 축방향 2개소 이상에 설치한 것을 특징으로 하는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제1항에 있어서, 베어링 간극(c)과 회전축의 반경(r)의 비는,

c/h＝0.005~0.01

인 것을 특징으로 하는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
합성수지를 기본재료로 하여 윤활유 또는 윤활그리스를 배합 혹은 함침시킨 수지윤활조성물과, 이 수지윤활조성물과 펠트재를 일체로 복합시킨 윤활성수지복합물 또는 오일을 함침한 펠트재 중 어느 하나로 이루어지는 오일보급부재를, 제1항에 기재된 베어링 본체에 접촉시킨 것을 특징으로 하는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제1항에 기재된 베어링 본체의 축방향 한쪽측 또는 양측에 오일누출 방지부재를 배치하고, 이 오일누출 방지부재의 내주면에, 회전축의 회전에 있어서 그 회 전축과의 사이의 간극에 베어링 본체측으로 흐르는 기류(氣流)를 발생시키는 기류 발생홈을 형성한 것을 특징으로 하는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제9항에 있어서, 베어링 본체의 축방향 한쪽측 또는 양측에 오일누출 방지부재를 배치하고, 이 오일누출 방지부재의 내부면에, 회전축의 회전에 있어서 그 회전축과의 사이의 간극에 베어링 본체측으로 흐르는 기류를 발생시키는 기류발생 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 정보기기의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
광디스크를 지지하는 회전테이블이 장착된 회전축과, 이 회전축을 지지하는 베어링과, 상기 회전축 또는 이 회전축과 함께 회전하는 회전부재에 설치된 회전자와, 정지부재에 설치된 고정자를 갖는 광디스크장치의 스핀들모터에 있어서,

상기 회전축의 직경이 3mm 이하이고,

상기 베어링은 회전축의 외주면과 베어링 간극을 통하여 대향하는 베어링면을 갖는 다공질의 소결금속으로 된 베어링 본체와, 베어링 본체에 함침된 윤활유 또는 윤활그리스와, 베어링 본체의 베어링면에 축방향에 대하여 경사지게 설치된 동압홈을 구비하고, 베어링 간극에 형성된 윤활유의 동압 유막에 의하여 회전축을비접촉 지지함과 아울러 베어링 본체 표면의 개공부를 통하여 오일을 베어링 본체의 내부와 베어링 간극 사이에서 순환시키고,

상기 동압홈의 홈깊이(h)와 베어링 간극(c)의 비는,

c/h=0.5~2.0

인 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터.
제12항에 있어서, 베어링 본체에 함침시킨 윤활유 또는 윤활그리스의 기유의 40℃에서의 동점도는 7cSt 이상, 50cSt 이하인 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터.
제12항에 있어서, 베어링면의 표면개공율이 2％ 이상, 12％ 이하인 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터.
제12항에 있어서, 베어링면은 축방향에 대하여 한쪽으로 경사진 복수의 동압홈을 원주방향으로 배열한 제1홈영역과, 제1홈영역으로부터 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있도록 하고, 축방향에 대하여 다른 쪽으로 경사진 복수의 동압홈을 원주방향으로 배열한 제2홈영역과, 제1 및 제2홈영역의 사이에 위치하는 평활부를 갖는 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터.
제12항에 있어서, 베어링 본체의 내경면에 복수의 베어링면을 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있도록 형성한 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터.
제12항에 있어서, 베어링 본체를 하우징의 내경부에 고정하고, 베어링 본체의 외경면과 하우징의 내경면 사이에 베어링 본체의 축방향의 양단부로 개구하는 통기로를 설치한 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터.
광디스크를 지지하는 회전테이블이 장착되고, 회전자와 고정자 사이에 생기는 여자력에 의해 회전구동되는 회전축과, 이 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 갖는 광디스크장치의 스핀들모터의 회전축 지지장치에 있어서,

상기 회전축의 직경이 3mm 이하이고,

상기 베어링은 회전축의 외주면과 베어링 간극을 통하여 대향하는 베어링면을 갖는 다공질의 소결금속으로 된 베어링 본체와, 베어링 본체에 함침된 윤활유 또는 윤활그리스와, 베어링 본체의 베어링면에 축방향에 대하여 경사지게 설치된 동압홈을 구비하고, 베어링 간극에 형성된 윤활유의 동압 유막에 의하여 회전축을 비접촉지지함과 아울러 베어링 본체 표면의 오일을 개공부를 통해서 베어링 본체의 내부와 베어링 간극 사이에서 순환시키고,

상기 동압홈의 홈깊이(h)와 베어링 간극(c)의 비는,

c/h=0.5~2.0

인 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제18항에 있어서, 베어링 본체에 함침시킨 윤활유 또는 윤활그리스의 기유의 40℃에서의 동점도는 7cSt 이상, 5OcSt 이하인 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제18항에 있어서, 베어링면의 표면개공율은 2％ 이상, 12％ 이하인 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제18항에 있어서, 베어링면은 축방향에 대하여 한쪽으로 경사진 복수의 동압홈을 원주방향으로 배열한 제1홈영역과, 제1홈영역으로부터 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있도록 하고, 축방향에 대하여 다른 쪽으로 경사진 복수의 동압홈을 원주방향으로 배열한 제2홈영역과, 제1 및 제2홈영역의 사이에 위치하는 평활부를 갖는 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제18항에 있어서, 베어링 본체의 내경면에 복수의 베어링면을 축방향으로 간격을 두어 떨어져 있도록 형성한 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터의 회전축 지지장치.
제18항에 있어서, 베어링 본체를 하우징의 내경부에 고정하고, 베어링 본체의 외경면과 하우징의 내경면 사이에 베어링 본체의 축방향의 양단부로 개구하는 통기로를 설치한 것을 특징으로 하는 광디스크장치의 스핀들모터의 회전축 지지장치.