KR100696238B1

KR100696238B1 - 동압형 베어링 유닛 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100696238B1
Application number: KR1020000017652A
Authority: KR
Inventors: 나카제키쯔기토; 오카무라카주오; 히라타마사카주; 코모리이사오
Original assignee: 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 1999-04-05
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2007-03-20
Also published as: KR20000071559A; US6390681B1

Abstract

축(2a) 및 플랜지부(2b)로 이루어지는 축부재(2)와, 축부재(2)를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부(10)와, 축부재의 플랜지부(2b)를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부(11)를 보유하고, 레이디얼 베어링부(10) 및 스러스트 베어링부(11)가 각각 동압작용으로 축부재(2)를 비접촉지지하는 것에 있어서, 축(2a)과 플랜지부(2b)를 일체로 구성한다. 이 경우, 스러스트 베어링부(11)의 동압홈은, 베어링부재(7)의 단면이나 플랜지부(2b)와 대향하는 스러스트 지지부 (13)의 상면에 형성된다.

Description

동압형 베어링 유닛 및 그 제조방법{DYNAMIC PRESSURE BEARING-UNIT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1은, 본 발명에 관한 동압형 베어링 유닛을 보유하는 정보기기용 스핀들모터의 단면도이다.
도 2는, 도 1의 요부확대단면도이다.

도 3(A)는 베어링부재의 단면도이다.

도 3(B)는 스러스트 베어링부의 평면도이다.

도 4는, 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 5는, 본 발명의 관한 동압형 베어링 유닛을 보유하는 스핀들모터의 단면도이다.

도 6은, 상기 동압형 베어링 유닛의 제조순서를 나타내는 단면도이다.

도 7은, 상기 동압형 베어링 유닛의 제조순서를 나타내는 단면도이다.

도 8은, 상기 동압형 베어링 유닛의 제조순서를 나타내는 단면도이다.

도 9는, 본 발명에 적용될 수 있는 수지재료와 용제의 조합을 나타내는 표이다.

도 10은, 종래의 정보기기용 스핀들모터의 단면도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 ㆍㆍㆍ 베어링유닛 2, 22 ㆍㆍㆍ 축부재

2a, 22a ㆍㆍㆍ 축 2b ㆍㆍㆍ 플랜지부

3 ㆍㆍㆍ 디스크허브 4 ㆍㆍㆍ 모터고정자

5 ㆍㆍㆍ 모터회전자 6 ㆍㆍㆍ 하우징

7, 27 ㆍㆍㆍ 베어링부재 8 ㆍㆍㆍ 시일부재

10, 30 ㆍㆍㆍ 레이디얼 베어링부 10a ㆍㆍㆍ 레이디얼 베어링

11 ㆍㆍㆍ 스러스트 베어링 13 ㆍㆍㆍ 스러스트 지지부

21 ㆍㆍㆍ 베어링 유닛 22b ㆍㆍㆍ 스러스트 원반

31 ㆍㆍㆍ 스러스트 베어링부 33 ㆍㆍㆍ 백메탈

본 발명은, 동압형 베어링 유닛 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이 베어링 유닛은, 특히 정보기기, 예컨대 HDD, FDD 등의 자기디스크장치, CD-ROM, DVD-ROM 등의 광 디스크장치, MD, MO 등의 광자기디스크장치 등의 스핀들모터, 혹은 레이저빔프린터(LBP)의 폴리곤스캐너모터 등의 스핀들 지지용으로서 바람직한 것이다.

상기 각종 정보기기의 스핀들모터에는, 고회전정밀도 외, 고속화, 저비용화, 저소음화 등이 요구되고 있다. 이들 요구성능을 결정짓는 구성요소 중 한 개로 상기 모터의 스핀들을 지지하는 베어링이 있고, 최근에는, 이러한 종류의 베어링으로서, 상기 요구성능이 우수한 특성을 갖는 동압형 베어링의 사용이 검토되고, 혹은 실제로 사용되고 있다.

도 10에 이러한 종류의 스핀들모터의 일례로, 베어링 유닛(21)에 회전가능하게 지지된 축부재(22)(축(22a)과, 축(22a)으로의 장착에 의해 플랜지부로 되는 스러스트원반(22b)으로 구성된다)를, 베어링부재(27)에 고정한 모터고정자(4)와, 축부재(22)에 장착한 모터회전자(5) 사이에 생기는 여자력으로 회전구동하는 구조이다. 베어링 유닛(21)에는, 축부재(22)를 레이디얼방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부(30)와 스러스트원반(22b)을 스러스트방향으로 지지하는 스러스트 베어링부(31)가 설치되고, 이들 베어링부(30), (31)는 모두 베어링면에 동압발생용의 홈(동압홈)을 보유하는 동압형 베어링이다. 레이디얼 베어링부(30)의 동압홈은, 베어링부재(27)의 내주면에 형성되고, 스러스트 베어링부(31)의 동압홈은, 축부재(22)의 하단에 고정한 스러스트원반(22b)의 양 끝면에 각각 형성된다. 베어링 부재(27)의 저부에는, 스러스트원반(22b)의 두께에 스러스트 베어링 간극의 폭(t =10 내지 20㎛정도) 만큼을 가산한 단차가 형성되고, 이 단차부분에 백메탈(33)을 짜넣는 것에 의해서, 스러스트원반(22b)의 축방향 양측에 상기 소정폭의 스러스트 베어링 간극(Cs1), (Cs2)이 형성된다(t=Cs1+Cs2).

이 베어링 유닛(21)은, 베어링부재(27)에 스러스트 원반(22b)과 백메탈(33)을 조립한 후, 베어링 부재(27)의 내경부에 그 내경보다 레이디얼 베어링 간극(Cr)분만큼 작은 지름의 축(22a)을 삽입하고, 또한 축(22a) 선단을 스러스트 원반(22b)의 내경부에 압입함으로써 조립된다. 혹은, 스러스트 원반(22b)을 축(22a )에 압입하여 이것을 베어링부재(27)에 조립한 후, 백메탈(33)이 조립된다.

상기 베어링 유닛(21)에 있어서, 축(22a)과 스러스트 원반(22b)의 직각도의 정밀도가 나쁘면, 스러스트 베어링 간격(Cs1), (Cs2) 내에서 스러스트 원반(22b )이 그 대향면과 접촉하고, 베어링성능을 악화시킬 우려가 있다. 따라서, 조립공정에서는, 축(22a)을 스러스트 원반(22b)에 정밀도 좋게 압입할 필요가 있지만, 압입에서는 필요한 정밀도(직각도 2㎛정도)를 얻는 것이 어렵다. 또한, 직각도를 측정하고자 하더라도, 축(22a)이나 스러스트 원반(22b)은 이미 유닛 내에 조립되어 있기 때문에, 그 정밀도 측정이나 확인은 일반적으로 곤란하고, 설령 가능하더라도 번잡한 작업을 필요로 하여 조립비용의 증대 등을 초래한다.

또한, 상기 베어링 유닛에 있어서는, 스러스트 원반(22b)의 양 끝면의 동압홈 가공은 프레스가공에 의해 저비용으로 행할 수 있지만, 베어링부재(27) 내주면의 동압홈 가공은 각각의 베어링부재(27)의 형상에 대응한 전용의 고정밀도 가공장치에 의해 행할 필요가 있기 때문에, 제조비용이 높게 된다. 또한, 이 구조에서는, 스러스트 베어링부의 베어링 간극을 정밀도 좋게 하기 위하여 치수측정 등의 번잡한 작업을 필요로 하고, 조립공정수의 증대에 의한 비용 증대도 염려된다.

그래서, 본 발명은, 동압형 베어링 유닛의 제조비용을 저감시키면서 더나은 고정밀도화를 도모하는 것을 주목적으로 한다. 구체적으로는, 축과 스러스트원반 사이의 정밀도(직각도 등)를 저비용으로 향상시킬 수 있는 동압형 베어링 유닛의 제공을 제 1의 목적으로 하고, 스러스트 베어링부의 베어링 간극(스러스트 베어링 간극)의 설정을 용이하게 함과 동시에, 고정밀도의 스러스트 베어링 간극을 실현가능하게 하는 것을 제 2의 목적으로 한다.

상기 제 1의 목적의 달성을 위하여, 본 발명에 관한 동압형 베어링 유닛에서는, 축 및 플랜지부로 이루어지는 축부재와, 축부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부와, 축부재의 플랜지부를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부를 갖고, 레이디얼 베어링부 및 스러스트 베어링부가 각각 동압작용으로 축부재를 비접촉지지하는 것에 있어서, 축과 플랜지부를 일체로 구성하였다.

이와 같이 축부재를 일체 구조로 하면, 축과 플랜지부 간의 직각도 등의 정밀도를 용이하게 확보할 수 있고, 또한 베어링 유닛에의 조립 전에 직각도를 측정할 수 있으므로, 정밀도 측정이나 그 확인작업도 용이하게 된다.

이 동압형 베어링 유닛의 레이디얼 베어링부는, 축부재의 외주측에 베어링부재를 배치하고, 축부재의 외주면과 이것에 대향하는 베어링부재와의 사이에 레이디얼 베어링부의 레이디얼 베어링 간극을 형성하는 것에 의해 구성된다.

스러스트 베어링부는, 플랜지부의 양측에 2개의 스러스트 베어링 간극을 갖는 것으로 한다. 이 경우, 레이디얼부의 한쪽의 끝면과, 이것에 대향하는 베어링부재(예컨대 그 끝면)로 스러스트 베어링부의 한쪽의 스러스트 베어링 간극을 구성하는 것이 가능하다. 또한, 플랜지부의 다른쪽의 끝면에 대향시켜서 스러스트 지지부를 설치하고, 이 스러스트 지지부와 플랜지부의 다른쪽의 끝면으로 다른쪽의 스러스트 베어링 간극을 구성하는 것이 가능하다.

스러스트 베어링부의 동압홈은, 베어링부재 및 스러스트 지지부 중 어느 하나를 한쪽(스러스트 부하의 방향에 의해 정해진다), 또는 양쪽에 형성하는 것이 바람직하다.

베어링부재의 일단측은, 시일부재로 밀봉하여 두는 것이 좋다. 밀봉수단으로서는 래버린스 시일(labyrinth seal)이 바람직하다.

이상의 본 발명에 의하면, 축부재를 일체구조로 하여 둠으로써, 축과 플랜지부 간의 직각도 등의 정밀도를 용이하게 높일 수 있고, 또한 그 정밀도 측정이나 확인도 간단하게 행할 수 있다. 따라서, 정보기기용 스핀들모터용으로서 바람직한 고정밀도로 싼가격의 베어링 유닛을 제공하는 것이 가능하다.

또한, 스러스트 베어링부의 동압홈을, 베어링부재 및 스러스트 지지부 중 어느 한쪽, 또는 양쪽에 형성하도록 하면, 축부재를 철계 등의 경질재료로 형성한 경우에도, 베어링부재나 스러스트 지지부를, 동압홈을 가공하기 쉬운 연질금속이나 소결금속 등으로 형성하는 것에 의해, 스러스트 베어링면의 가공비용을 저감화하는 것이 가능하다.

상기 제 2의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 동압형 베어링 유닛은, 하우징과, 하우징에 고정된 베어링부재와, 축부재와, 축부재와 베어링부재의 상대회전시에 생기는 동압작용으로 축부재를 비접촉지지하는 레이디얼 베어링부 및 스러스트 베어링부를 보유한다. 상기 하우징은 내주면을 연속면으로 한 바닥이 있는 통형상이고, 또한 스러스트 베어링부의 베어링 간극은, 하우징에 대한 베어링부재의 고정위치를 관리함으로써 적정폭으로 설정가능하게 된다.

이와 같이 하우징을 일체의 바닥이 있는 통형상(주머니형상 하우징)으로 하고, 이 하우징 내에 별체의 베어링부재을 수용하면, 베어링부재(특히 그 내주면)에의 동압홈 가공을 소성가공으로 행하는 것이 가능하고, 고정밀도화 및 저비용화가 달성된다. 또한, 베어링부재의 형상을 단차부가 없는 단순형상, 예컨대 원통형상으로 하는 것이 가능하므로, 동압홈 가공시의 공정의 취급도 용이하게 된다. 베어링을 하우징 내에 조립할 때에는, 하우징에 대한 베어링부재의 고정위치를 관리하고, 양자의 상대위치(특히 축방향의 상대위치)를 적절히 정함으로써, 간단하고 또한 고정밀도로 적정폭의 스러스트 베어링 간극을 얻는 것이 가능하게 된다.

스러스트 베어링부의 베어링 간극은, 베어링부재를 하우징에 대하여 위치를 결정하는 위치결정수단을 제거하는 것에 의해 형성하는 것이 가능하다. 이 경우의 간극의 폭은, 위치결정수단의 치수(특히 축방향의 치수)에 대응하므로, 위치결정수단의 형상, 치수 등을 바꿈으로써 적정폭의 베어링 간극(스러스트 베어링 간극)을 형성하는 것이 가능하다.

상기 동압형 베어링 유닛은, 바닥이 있는 통형상의 하우징 내에 축부재와 베어링부재를 수용하여 상기 레이디얼 베어링부 및 스러스트 베어링부를 형성하는 것에 의해 제조된다. 이 때, 스러스트 베어링부의 베어링 간극은, 하우징에 대한 베어링부재의 고정위치를 관리함으로써 적정폭으로 설정하는 것이 가능하다. 이 경우, 베어링부재의 고정위치를 조절하는 것만으로 원하는 폭의 스러스트 베어링 간극이 얻어지므로, 제조비용의 저감이나 베어링 간극의 고정밀화를 도모하는 것이 가능하다.

하우징에 대한 베어링부재의 고정위치의 관리는, 하우징 내에 설치된 베어링부재를 하우징에 대해서 위치 결정하는 위치결정수단으로 행하는 것이 가능하다. 위치결정수단에 의한 위치결정 후에 그 위치결정수단을 제거하면, 적정폭의 스러스트 베어링 간극이 간단하게 얻어진다.

위치결정수단은 예컨대 수지층으로 구성되고, 그 경우의 수지층의 제거법으로서는 용제가 이용된다. 이와 같이 하우징에 대한 베어링부재의 위치결정, 특히 축방향의 위치결정을 수지층을 통하여 행하는 경우, 베어링부재는 하우징 내에서 수지층의 두께를 가미한 위치에 고정된다. 따라서, 그 후, 수지층을 용제로 제거하면, 베어링부재와 하우징 사이에 수지층의 두께에 따른 폭의 간극(축방향 간극)이 형성되고, 이 간극을 스러스트 베어링부의 베어링 간극으로서 이용하는 것이 가능하게 된다.

구체적으로 상기 베어링부재의 위치결정은, 예컨대 베어링부재와 하우징의 바닥부 사이에 축부재 및 수지층을 개재시키고, 베어링부재, 축부재, 수지층 및 하우징의 바닥부를 서로 밀착시킨 상태에서 행하는 것이 가능하다.

수지층은 시트형상으로 하거나, 혹은 피막형상으로 하는 것이 가능하다.

이상의 발명에 의하면, 동압형 베어링 유닛의 제조비용을 저감할 수 있음과 동시에, 고정밀도의 동압홈을 형성하는 것이 가능하다. 특히, 스러스트 베어링 간극을 간단한 공정으로 정밀도 좋게 형성할 수 있으므로, 더나은 저비용화를 도모하면서, 동작의 안정성이나 신뢰성의 향상을 도모하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도 1 내지 도 9에 기초하여 설명한다.

도 1은, 본 발명에 관한 동압형 베어링 유닛(1)을 구비하는 정보기기용 스핀들모터의 단면도로, 일례로서 HDD(하드디스크드라이브) 스핀들모터를 나타내고 있다. 이 스핀들모터는, 축부재(2)를 회전가능하게 지지하는 베어링 유닛(1)과, 축부재(2)에 설치되고, 자기디스크(D)를 하나 또는 복수개 유지하는 디스크허브(3)와, 반경방향의 갭을 통해서 대향시킨 모터고정자(4) 및 모터회전자(5)를 보유한다. 고정자(4)는, 베어링 유닛(1)을 유지하는 케이싱(9)의 원통형상 외주부에 설치되고, 회전자(5)는 디스크허브(3)의 내주면에 설치되어 있다. 고정자(4)에 통전하면, 고정자(4)와 회전자(5) 사이의 여자력으로 회전자(5)가 회전하고, 디스크허브(3) 및 축부재(2)가 회전한다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 베어링 유닛(1)은, 축부재(2)와, 바닥이 있는 통형상의 소위 주머니형상 하우징(6)과, 하우징(6)의 내주면에 고정된 두꺼운 원통형상의 베어링부재(7)와, 베어링부재(7)의 일단측(하우징(6)의 개구측을 말함)을 래버린스 시일하는 시일 와셔 등의 시일부재(8)를 주된 구성요소로 한다. 축부재(2)는, 축(2a)과 축(2a)의 하단부에 설치된 플랜지부(2b)로 이루어지고, 축( 2a)을 베어링부재(7)의 내주부에, 플랜지부(2b)를 베어링부재(7)와 하우징(6)의 바닥부 사이에 수용하여 유닛(1) 내에 조립된다.

베어링부재(7)는, 예컨대 동이나 놋쇠 등이 연질금속 등으로 형성된다. 베어링부재(7)의 내주면에는, 동압홈을 보유하는 레이디얼 베어링면(10a)이 형성되고, 이보다 축부재(2)와 베어링부재(7)의 상대회전시(본 실시형태에서는 축부재(2)의 회전시)에는, 레이디얼 베어링면(10a)과 축(2a)의 외주면 사이의 레이디얼 베어링 간극(Cr)에 작동유체(기름 등)의 동압이 발생하고, 축(2a)을 레이디얼 방향으로 비접촉지지하는 레이디얼 베어링부(10)가 구성된다. 또한, 도면 중의 레이디얼 베어링 간극(Cr)의 폭은 과장하여 묘사되어 있다(후술의 스러스트 베어링 간극(Cs1), (Cs2)에 관해서도 마찬가지임).

베어링부재(7)는 연질금속 등뿐만 아니라, 예컨대 소결금속에 의해서도 형성하는 것이 가능하다. 그 경우의 동압홈은 압축성형, 즉, 코어로드의 외주면에 레이디얼 베어링면(10a)의 동압홈 형상(도 3(A) 참조)에 대응한 요철형상의 홈형상을 형성하고, 코어로드의 외주에 소결금속을 공급하여 소결금속을 압박하고, 소결금속의 내주부에 홈형상에 대응한 동압홈을 전사하는 것에 의해서, 저비용으로 또한 고정밀도로 성형하는 것이 가능하다. 이 경우, 소결금속의 탈형은, 압박력을 해제하는 것에 의한 소결금속의 스프링백을 이용하여 간단하게 행한다. 이와 같이 베어링부재(7)의 소재로서 소결금속을 이용하는 경우, 베어링부재(7)에 윤활유나 윤활그리스를 함침시키는 것에 의해 동압형 오일함유 베어링이 구성된다.

플랜지부(2b)의 축방향 양측에는, 축방향의 간극인 스러스트 베어링 간극(Cs 1), (Cs2)이 형성된다. 스러스트 베어링 간극(Cs1)은, 플랜지부(2b)의 상부 끝면(2b1)과 이것에 대향하는 베어링부재(7)의 끝면 사이에 형성되고, 다른쪽의 스러스트 베어링 간극(Cs2)은, 플랜지부(2b)의 하부 끝면(2b2)과, 이것에 대향하는 스러스트 지지부(13)의 상면 사이에 형성된다. 본 실시형태는, 스러스트 지지부(13)를 하우징(6)과 일체로 형성하고, 또한, 스러스트 지지부(13)를 하우징(6)의 타단 개구를 밀봉하는 바닥부로 된 구조를 예시하고 있다. 한쪽의 스러스트 베어링 간극( Cs1)을 면한 베어링부재(7)의 하부 끝면, 및 다른쪽의 스러스트 베어링 간극(Cs2)을 면한 스러스트 지지부(13)의 상면에는, 각각 동압홈을 보유하는 스러스트 베어링면 (11a), (11b)이 형성되고, 이보다 상기 회전시에는, 스러스트 베어링 간극(Cs1), (Cs2)에 기름 등의 작동유체의 동압이 발생하고, 플랜지부(2b)를 스러스트 방향 양측에서 비접촉지지하는 스러스트 베어링부(11)가 구성된다.

상기 레이디얼 베어링면(10a) 및 스러스트 베어링면(11a), (11b)의 동압홈형상은 임의로 선택하는 것이 가능하고, 공지의 헤링본형, 스파이럴형, 스탭형, 다원호형상 등 중 어느 하나를 선택하거나, 혹은 이것을 적당 조합시켜서 사용하는 것이 가능하다. 도 3은 동압홈형상의 일례로서 헤링본형을 나타내는 것으로, 동 도(A)는 레이디얼 베어링면(10a)을, 동 도(B)는, 스러스트 지지부(13)에 설치된 스러스트 베어링면(11b)을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 레이디얼 베어링면(10a)은, 한쪽에 경사진 동압홈(14)이 형성된 제 1의 홈영역(m1)과, 제 1의 홈영역(m1)에서 축방향으로 이격하고, 다른쪽으로 경사진 동압홈(14)이 배열된 제 2의 홈영역(m2)과, 2개의 홈영역(m1), (m2) 간에 위치하는 고리형상의 평활부(n)를 구비하여 두고, 평활부(n)와 동압홈(13) 간의 등의 부분(15)은 동일 레벨로 형성된다. 스러스트 베어링면(11b)의 동압홈(16)은, 반경방향의 거의 중심부에 굴곡부분을 보유하는 거의 V자형상을 이루고 있다.

상기 베어링 유닛(1)은, 하우징(6) 내에 플랜지부(2b)를 밑으로 하여 축부재 (2)를 삽입하고, 게다가 소정폭(5 내지 20㎛정도)의 스러스트 베어링 간극(Cs1), (Cs2)이 형성되도록 하우징(6) 내주부의 소정위치로, 베어링부재(7)의 눌러 넣기 혹은 접착하는 것에 의해 조립된다. 게다가, 이 베어링 유닛(1)을 케이싱(9)의 원통형상 내주부에 눌러 넣기 혹은 접착하고, 게다가 회전자(5)나 디스크허브(3)로 이루어지는 어셈블리(모터회전자)를 축(2a)의 상단에 눌러 넣는 것에 의해, 도 1에 나타내는 스핀들모터가 조립된다.

본 발명에서는, 축부재(2)의 축(2a)과 플랜지부(2b)가 예컨대 단조 혹은 기계가공 등에 의해서 일체로 형성된다. 이와 같이 축부재(2)를 일체구조로 하면, 축(2a)과 플랜지부(2b) 간의 직각도 등의 정밀도를 용이하게 높이는 것이 가능하고, 또한 베어링 유닛에의 조립 전에 직각도를 측정할 수 있게 되므로, 정밀도 측정이나 그 확인도 간단하게 행할 수 있다. 또한, 모터회전자를 최후에 설치할 수 있으므로, 베어링 유닛(1)에의 주유가 용이하게 되고, 게다가 스핀들 유닛으로서의 취급이 가능하게 되고, 취급이 용이하게 되는 이점도 얻어진다. 또한, 축부재(2)는, 축(2a)과 플랜지부(2b)를 용접에 의해 일체화한 후, 소정의 정밀도로 마무리하는 것에 의해서도 제조가능하다.

상기한 바와 같이, 축(2a)에는 모터회전자가 압입되는 것이므로, 축부재( 2)의 재질로서는 고경도의 철계재료로 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 철계재료로는, 종래와 같이 플랜지부(2b)의 끝면에 동압홈을 소성가공이나 기계가공으로 형성하는 것이 어려우므로, 가공비용이 많이 오르지만, 그 경우에도 상기와 같이 동압홈을 플랜지부(2b)가 아니라, 베어링부재(7)의 끝면이나 스러스트 지지부(13)에 형성하도록 하면, 이러한 종류의 문제를 해소하는 것이 가능하다. 즉, 베어링부재( 7)나 스러스트 지지부(13)를 연질금속이나 소결금속(소성가공이나 기계가공이 용이한 재료)으로 형성하는 것이 가능하고, 가공비용의 저감화를 도모하는 것이 가능하다. 예컨대, 연질금속을 사용하는 경우는, 프레스가공 등에 의해, 소결금속을 사용하는 경우는 레이디얼 베어링면(10a)과 마찬가지의 압축성형에 의해, 동압홈(16)부착의 스러스트 베어링면(11a), (11b)을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 가공비용이 특별히 문제로 되지 않는 경우는, 플랜지부(2b)의 양 끝면에 상기 스러스트 베어링면(11a), (11b)을 형성하는 것도 가능하다.

도 4에 본 발명의 제 2의 실시형태를 나타낸다. 이 베어링 유닛(1)은, 도 5에 나타내는 구성에 대응하는 것으로, 도 1에 하우징(6)과 베어링부재(7)를 일체화하여 단체의 베어링부재(7')로 하고, 그 베어링부재(7')의 바닥부개구를 별부재의 스러스트 지지부(13)(예컨대 종래와 같은 백메탈(33))로 밀봉한 구조를 나타낸다. 그 외의 실질적인 구성은 도 1 내지 도 3과 마찬가지이다. 이 경우도 축부재(2)는 일체구조로 되고, 스러스트 베어링면(11a), (11b)은 각각 베어링부재(7')의 끝면 및 스러스트 지지부(13)에 설치하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 제 3의 실시형태를 도 5 내지 도 9에 기초하여 설명한다.

도 5는, 본 발명에 관한 동압형 베어링 유닛(1)을 보유하는 정보기기용 스핀들모터의 단면도이다. 이 스핀들모터는, 축부재(2)를 회전가능하게 지지하는 베어링 유닛(1)과, 축부재(2)에 설치되며, 도시하지 않는 자기디스크를 하나 또는 복수개 유지하는 디스크허브(3)와, 반경방향의 갭을 통해서 대향시킨 모터 고정자(4) 및 모터회전자(5)를 보유한다. 고정자(4)는 베어링 유닛(1)의 하우징(6) 외주부에 설치되고, 회전자(5)는 디스크허브(3)의 내주면에 설치되어 있다. 고정자(4 )에 통전하면, 고정자(4)와 회전자(5) 사이의 여자력에 의해 회전자(5)가 회전하고, 디스크허브(3) 및 축부재(2)가 회전한다.

베어링 유닛(1)은, 축부재(2)와, 바닥이 있는 통형상의 주머니형 하우징(6)과, 하우징(6)의 내주면에 고정된 두꺼운 원통형상의 베어링부재(7)와, 베어링부재 (7)의 일단측(하우징(6)의 개구측을 말함)을 래버린스 시일하는 시일부재(8)를 주된 구성요소로 한다. 결국, 이 베어링 유닛(1)은, 하우징(6)을 일체의 바닥이 있는 통형상으로 함과 동시에, 하우징(6)의 내경부에 별체의 베어링부재(7)를 고정한 구조이다. 하우징(6)의 내주면은, 도 10에 나타내는 종래품의 베어링부재(27)와 다르고, 단차부분이 없는 연속면이고, 개구부에서 바닥부에 걸쳐서 동일 내경으로 형성된다. 축부재(2)는, 축(2a)과 플랜지부(2b)로 이루어지고, 플랜지부(2b)는 축(2a)의 하단부에 구멍이 뚫린 원반형상의 스러스트 원반을 압입 등으로 고정하는 것에 의해서, 혹은 도 1과 마찬가지로, 축(2a) 및 플랜지부(2b)를 일체형성하는 것에 의해서 구성된다. 이 축부재(2)는, 축(2a)을 베어링부재(7)의 내경부에, 플랜지부( 2b)를 베어링부재(7)와 하우징(6)의 바닥부(6a) 사이의 축방향 공간(9)에 수용하여 배치된다. 플랜지부(2b)와, 베어링부재(7) 및 스러스트 베어링부(13)로 이루어지는 하우징 바닥부(6a) 사이에는 축방향의 간극(스러스트 베어링 간극(Cs1), (Cs2))이 있고, 그 때문에 축부재(2)는 축방향으로 이동가능하다.

베어링부재(7)는, 예컨대 연질금속 혹은 합금(예컨대 동, 놋쇠 등)으로 형성된다. 베어링부재(7)의 내주면 혹은 축(2a)의 외주면(도면에서는 베어링부재(7)의 내주면)에는, 동압홈을 보유하는 레이디얼 베어링면(10a)이 형성된다. 이보다 축부재(2)의 회전시에는, 레이디얼 베어링 간극(Cr)(레이디얼 베어링면(10a)과 축(2a)의 외주면과의 사이의 고리형상 간극)에서 동압작용이 발생하고, 축(2a)을 비접촉상태로 회전가능하게 지지하는 레이디얼 베어링부(10)가 구성된다. 베어링부재(7)는 연질금속 등뿐만 아니라, 예컨대 소결금속에 의해서 형성하는 것도 가능하고, 그 경우의 동압홈은 압축성형, 즉, 코어로드의 외주면에 레이디얼 베어링면(7a )의 동압홈형상(도 3(A) 참조)에 대응한 요철형상의 홈형상을 형성하고, 코어로드의 외주에 소결금속을 공급하여 소결금속을 압박하고, 소결금속의 내주부에 홈형상에 대응한 동압홈을 전사하는 것에 의해서, 저비용으로 또한 고정밀도로 형성하는 것이 가능하다. 이 경우, 소결금속의 탈형은, 압박력을 해소하는 것에 의한 소결금속의 스프링백을 이용하여 간단하게 행한다. 이와 같이 베어링부재(7)의 소재로서 소결금속을 이용한 경우, 베어링부재(7)에 윤활유나 윤활유를 함침시키는 것에 의해, 내부에 기름을 보유하는 동압형 오일함유 베어링이 구성된다.

축부재(2)를 스러스트 지지하는 스러스트 베어링부(11)는, 동압홈을 보유하는 스러스트 베어링면(11a), (11b)을 플랜지부(2b)에 대향하는 베어링부재(7)의 끝면이나 하우징 바닥면(6a1)에 설치하여 구성된다. 이 구성으로부터, 축부재(2)의 회전시에는, 한쪽의 스러스트 베어링면(11a)이 면하는 스러스트 베어링 간극(Cs1) , 및 다른쪽의 스러스트 베어링면(11b)이 면하는 스러스트 베어링 간극(Cs2)의 각각에 동압이 발생하므로, 플랜지부(2b)는 베어링부재(7)의 하부 끝면 및 하우징 바닥면(6a1)에 대하여 각각 비접촉상태로 지지되고, 이것에 의해 축부재(2)가 축방향 양단측에서 스러스트 지지된다. 또한, 스러스트 베어링면(11a), (11b)의 일방 또는 쌍방을, 플랜지부(2b)의 한 끝면 또는 양 끝면(2b1), (2b2)에 설치하는 것도 가능하다.

스러스트 베어링 간극(Cs1), (Cs2)의 폭은, 하우징(6)에 대한 베어링부재(7)의 고정위치, 특히 축방향의 고정위치를 관리하는 것에 의해 적정하게 설정된다. 역으로 말하면, 베어링부재(7)는, 적정폭의 스러스트 베어링 간극이 형성되는 위치에서 하우징(6)에 고정되지만, 그 구체적 수단에 관해서는 후술한다.

레이디얼 베어링면(7a) 및 스러스트 베어링면(11a), (11b)의 동압홈형상은 임의로 선택하는 것이 가능하고, 공지의 헤링본형, 스파이럴형, 스탭형, 다원호형 등 중에 어느 하나를 선택하거나, 혹은 이것을 적당 조합시켜서 사용하는 것이 가능하다. 동압홈형상으로서는, 예컨대 도 3(A)(B)에 나타내는 헤링본형을 들 수 있다.

상기 베어링 유닛(1)의 조립시에 있어서, 스러스트 베어링 간극(Cs1), (Cs2)의 폭설정은 이하의 순서로 행해진다.

우선, 도 6에 나타내는 바와 같이, 하우징(6) 내의 예컨대 바닥면(6a1) 상에 위치결정수단으로서 수지층(12)을 형성한다. 수지층(12)은, 예컨대 하우징 바닥면( 6a1) 상에 수지시트를 부설하는 것에 의해서 구성된다. 수지시트(12)의 두께는, 스러스트 베어링 간극(Cs1), (Cs2)의 폭의 합(Cs1+Cs2)정도로 하고, 또한, 그 부설영역은 도시한 바와 같이 하우징 바닥면(6a1)의 전체면으로 하는 것 외에, 그 일부영역으로 하여도 좋다. 다음으로, 도 7에 나타내는 바와 같이 축부재(2)를 하우징(6)의 내경부에 삽입한다. 다음으로 베어링부재(7)를 하우징(6)의 내경부에 눌러 넣는다. 베어링부재(7)의 하부 끝면이 플랜지부(2b)의 상부 끝면(2b1)에 접촉하기까지 베어링부재 (7)를 밀고 나아가고, 서로 대향하는 베어링부재(7)의 하부 끝면, 플랜지부(2b)의 양 끝면(2b1)ㆍ(2b2), 수지시트(12), 및 하우징 바닥면(6a1)을 각각 밀착시킨다. 이것에 의해, 베어링부재(7)의 하우징(6)에 대한 축방향의 위치결정이 이루어지므로, 이 밀착상태를 유지하면서 베어링부재(7)를 하우징(6) 내주면에 고정부착한다. 베어링부재(7)의 고정부착방법으로서는, 압입 혹은 접착 등이 고려된다. 또한, 상기한 바와 같이 축부재(2)와 베어링부재(7)를 따로따로 하우징(6) 내에 삽입하는 것 외에, 한꺼번에 삽입하여도 좋다.

다음으로, 하우징(6)의 내경부에 용제를 공급하고, 수지시트(12)를 용해시키면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 베어링부재(7)의 하부 끝면과 하우징 바닥면(6a1) 사이에 수지시트(12)의 두께(δ)정도에 상당하는 스러스트 베어링 간극(Cs1+Cs2)이 형성된다. 그 후, 하우징(6) 내에 주유하여 각 베어링 간극(Cr), (Cs1), (Cs2)을 윤활유로 채우고, 베어링부재(7)의 상면측을 시일부재(8)로 시일하면 도 5에 나타내는 베어링 유닛(1)이 얻어진다.

이 경우, 양 스러스트 베어링 간극(Cs1), (Cs2)의 폭의 합은 수지시트(12)의 두께(δ)와 같게 되므로, 두께(δ)가 정확하게 되면, 임시로 플랜지부(2b), 하우징(6), 베어링부재(7) 등에 다소의 치수오차가 있는 경우에도 고정밀도인 스러스트 베어링 간극(Cs1), (Cs2)을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 각 부재의 치수측정작업 등은 불필요하므로, 규정폭의 스러스트 베어링 간극(Cs1), (Cs2)을 간이하게 또한 저비용으로 얻는 것이 가능하다.

또한, 상기 공정에 있어서는, 공급한 용제가 부드럽게 수지시트(12)까지 달하도록, 베어링부재(7)의 외주면에 용제공급용의 홈을 형성하여 두는 것이 바람직하다. 이 홈은, 공기빼기로서도 기능하므로, 하우징(6) 내로의 베어링부재(7)의 삽입작업을 용이화하거나, 혹은 스러스트 베어링 간극(Cs1) ,(Cs2)에 혼입된 공기가 사용시에 열팽창하여 축부재(2)를 밀어 올리는 등의 폐해를 방지하는 것이 가능하다.

수지시트(12)의 수지재료와 용제와의 조합은, 수지시트(12)를 확실하게 용해시킬 수 있는 한 임의로 선택하는 것이 가능하지만, 함염소수지, 염소계용제, 부식성용제는 제외하는 것이 바람직하다. 수지재료와 용제의 구체적인 조합으로서는, 예컨대 도 9의 O표시로 나타내는 것이 고려된다.

수지층(12)은, 상기한 바와 같이 수지시트(12)를 이용하는 외, 하우징 바닥면(6a1) 상에 수지피막을 코팅하는 것에 의해서도 형성가능하다. 이 경우의 코팅은, 예컨대, 미리 수지를 용제에 녹여 두고, 일정량을 하우징 바닥면(6a1) 상에 공급하고, 그 후, 원심력에 의해 펴서 건조한다. 라는 공정에 의해 형성되고, 이 방법이면 균일한 막두께의 피막을 형성하는 것이 가능하다. 피막형성 후의 조립순서는, 상기 수지시트(12)의 경우와 마찬가지이므로 중복설명을 생략한다.

본 발명은, 동압형 베어링 유닛의 제조비용을 저감할 수 있음과 동시에, 고정밀도의 동압홈을 형성하는 것이 가능하며, 특히, 스러스트 베어링 간극을 간단한 공정으로 정밀도 좋게 형성할 수 있으므로, 더나은 저비용화를 도모하면서, 동작의 안정성이나 신뢰성의 향상을 도모하는 것이 가능하다.

Claims

축 및 플랜지부로 이루어지는 축부재와, 축부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부와, 축부재의 플랜지부를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부를 보유하고, 레이디얼 베어링부 및 스러스트 베어링부가 각각 동압작용으로 축부재를 비접촉지지하는 동압형 베어링 유닛에 있어서,

축과 플랜지부를 일체로 구성한 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛.
제 1항에 있어서, 축부재의 외주측에 베어링부재를 배치하고, 축부재의 외주면과 이것에 대향하는 베어링부재와의 사이에 상기 레이디얼 베어링부의 레이디얼 베어링 간극을 형성한 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛.
제 2항에 있어서, 스러스트 베어링부가, 플랜지부의 양측에 2개의 스러스트 베어링 간극을 보유하는 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛.
제 3항에 있어서, 플랜지부의 한쪽의 끝면과, 이것에 대향하는 베어링부재로 상기 스러스트 베어링부의 한쪽의 스러스트 베어링 간극을 구성한 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛.
제 4항에 있어서, 플랜지부의 다른쪽의 끝면에 대향시켜서 스러스트 지지부를 설치하고, 이 스러스트 지지부와 플랜지부의 다른쪽의 끝면으로 상기 스러스트 베어링부의 다른쪽의 스러스트 베어링 간극을 구성한 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛.
제4항에 있어서, 스러스트 베어링부의 동압홈을 베어링부재에 형성한 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛.
제5항에 있어서, 스러스트 베어링부의 동압홈을 스러스트 지지부에 형성한 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛.
제2항에 있어서, 베어링부재의 일단측을 시일부재로 래버린스 시일한 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛.
하우징과, 하우징에 고정된 베어링부재와, 축부재와, 이 축부재와 베어링부재의 상대회전시에 생기는 동압작용으로 축부재를 비접촉지지하는 레이디얼 베어링부 및 스러스트 베어링부를 보유하고, 상기 하우징이 내주면을 연속면으로 한 바닥이 있는 통형상이고, 또한 스러스트 베어링부의 베어링 간극은, 하우징에 대한 베어링부재의 고정위치를 관리함으로써 적정폭으로 설정가능한 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛.
제 9항에 있어서, 상기 스러스트 베어링부의 베어링 간극이, 베어링부재를 하우징에 대하여 위치결정하는 위치결정수단을 제거하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛.
바닥이 있는 통형상의 하우징 내에 축부재와 베어링부재를 수용하여, 축부재와 베어링부재와의 상대회전시에 생기는 동압작용으로, 축부재를 비접촉지지하는 레이디얼 베어링부 및 스러스트 베어링부를 보유하는 동압형 베어링 유닛을 제조하는 방법에 있어서, 스러스트 베어링부의 베어링 간극을, 하우징에 대한 베어링부재의 고정위치를 관리함으로써 적정폭으로 설정하는 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛의 제조방법.
제 11항에 있어서, 하우징에 대한 베어링부재의 고정위치의 관리를, 하우징 내에 설치된, 베어링부재를 하우징에 대하여 위치결정하는 위치결정수단으로 행하고, 또한, 위치결정 후에 위치결정수단을 제거하여 상기 스러스트 베어링부의 베어링 간극을 형성하는 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛의 제조방법.
제 12항에 있어서, 위치결정수단을 수지층으로 하고, 이것을 용제를 이용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛의 제조방법.
제 13항에 있어서, 베어링부재와 하우징의 바닥부와의 사이에 축부재 및 수 지층을 개재시키고, 베어링부재, 축부재, 수지층 및 하우징의 바닥부를 서로 밀착시켜서 상기 베어링부재의 위치결정을 행하는 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛의 제조방법.
제 14항에 있어서, 수지층이 시트형상인 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛의 제조방법.
제 14항에 있어서, 수지층이 피막형상인 것을 특징으로 하는 동압형 베어링 유닛의 제조방법.