KR100810477B1 - Fluid bearing device - Google Patents
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Abstract
(과제)
베어링의 축 방향 길이를 길게하지 않고, 회전 요동이 적고 높은 신뢰성을 얻을 수 있는 유체 베어링 장치를 제공한다.
(해결 수단)
샤프트 (1, 51) 와, 이 샤프트가 삽입된 슬리브 (9, 59) 와 샤프트와 슬리브와의 간극에 개재시킨 윤활 유체 (20) 를 구비하고, 샤프트를 슬리브에 대해 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하고, 슬리브의 단부에 고리 형상의 시일링 (4, 54) 을 구비하고, 시일링의 내주면 (4a, 54a) 과 이에 대향하는 샤프트의 외주면 (1a, 91b) 의 적어도 한쪽을, 서로의 간극을 슬리브로부터 떨어짐에 따라 확장되는 방향의 경사면 (4a, 54a) 으로 하여 윤활 유체의 누출을 방지하는 테이퍼 시일부 (TS) 를 형성 하는 것과 동시에, 시일링을 그 열팽창 계수가 슬리브 및 샤프트의 열팽창 계수보다 큰 재료로 형성하였다.
샤프트, 슬리브, 유체 베어링
(assignment)
Provided is a fluid bearing device capable of achieving low rotational fluctuations and high reliability without lengthening an axial length of a bearing.
(Solution)
A shaft (1, 51) and a sleeve (9, 59) into which the shaft is inserted and a lubricating fluid (20) interposed in the gap between the shaft and the sleeve, so that the shaft can rotate relatively freely with respect to the sleeve. It is supported and provided with annular seal rings 4 and 54 at the end of the sleeve, and at least one of the inner circumferential surfaces 4a and 54a of the seal ring and the outer circumferential surfaces 1a and 91b of the shaft opposite thereto is a gap between each other. To the inclined surfaces 4a and 54a in the direction of extension as it is moved away from the sleeve to form a tapered seal portion TS that prevents leakage of lubricating fluid, and at the same time, the thermal expansion coefficient of the sleeve and shaft Formed of larger material.
Shaft, sleeve, fluid bearing
Description
도 1 은 본 발명의 유체 베어링 장치에서의 실시예를 탑재한 모터의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a motor equipped with an embodiment in the fluid bearing device of the present invention.
도 2 는 본 발명의 유체 베어링 장치의 주요부를 설명하는 확대 단면도이다. 2 is an enlarged cross-sectional view illustrating the main part of the fluid bearing device of the present invention.
도 3 은 본 발명의 유체 베어링 장치에서의 승온 상태에서의 주요부를 설명하는 확대 단면도이다. It is an expanded sectional view explaining the principal part in the temperature rising state in the fluid bearing apparatus of this invention.
도 4 는 본 발명의 유체 베어링 장치에서의 다른 실시예를 탑재한 모터의 단면도이다. 4 is a sectional view of a motor equipped with another embodiment in the fluid bearing device of the present invention.
도 5 는 종래의 유체 베어링 장치를 탑재한 모터의 단면도이다. Fig. 5 is a sectional view of a motor equipped with a conventional fluid bearing device.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 : 샤프트 1a : 외주면 1:
2 : 허브 2a : 외주면 2:
2b : 중심 구멍 2d : 둘레 벽 2b:
2d1 : 내면 4 : 테이퍼링 2d1: inside 4: tapering
4a : 제 2 테이퍼면 (내주면) 6 : 마그넷 4a: 2nd taper surface (inner peripheral surface) 6: magnet
9 : 슬리브 9a : 내주면9:
9b : 단부 9c : 제 1 테이퍼면 9b:
9k : 돌출벽 9t : 단면 9k:
13 : 모터 베이스 13a : 기립부 13:
13a1 : 내주면 13a2 : 외주면 13a1: Inner circumference 13a2: Outer circumference
14 : 스테이터 코어 20 : 윤활 유체14: stator core 20: lubricating fluid
20a : 액면 (계면) 30 : 코일 20a: liquid level (interface) 30: coil
31 : 스러스트링 32 : 스러스트 플레이트 31: thrust ring 32: thrust plate
50, 50A : 모터 51 : 샤프트 50, 50A: motor 51: shaft
54 : 테이퍼링 54a : 제 2 테이퍼면 (내주면) 54:
56 : 마그넷 59 : 슬리브 56: magnet 59: sleeve
59a : 관통 구멍 59a1 : 내주면 59a: through hole 59a1: inner circumferential surface
59m1, 59m2 : 주변 홈(접착제 홈) 63 모터 베이스 59m1, 59m2: Peripheral groove (adhesive groove) 63 Motor base
63a : 기립부 63a1 : 외주면 63a: standing part 63a1: outer peripheral surface
63b : 중심 구멍 64 : 스테이터 코어 63b: center hole 64: stator core
72 : 허브 72a : 외주면 72:
72b : 관통 구멍 72b1 : 내면 72b: through hole 72b1: inner surface
72d : 둘레 벽 72d1 : 내면 72d: perimeter wall 72d1: inner surface
80 : 코일 91 : 원통체80: coil 91: cylindrical body
91a : 외주면 91b : 제 1 테이퍼면 91a: outer
91t : 단부 adh : 접착제91t: end adh: glue
B : 유체 베어링 (장치) S : 스테이터 B: fluid bearing (device) S: stator
TS : 테이퍼 시일부 R : 로터 TS: Taper Seal R: Rotor
RB : (반경 방향의) 베어링 SB : (스러스트 방향의) 베어링 RB: Bearing (in radial direction) SB: Bearing (in thrust direction)
ds, d1, d2 : 직경ds, d1, d2: diameter
특허 문헌 1 일본 공개특허공보 2002-101610호
특허 문헌 2 일본 공개특허공보 평8-210364호
본 발명은 유체 베어링 장치에 관한 것으로, 특히, 하드 디스크 드라이브의 디스크 구동용 모터에 매우 적합하게 탑재되는 유체 베어링 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
종래의 유체 베어링 장치를 탑재한 모터의 예로서 특허 문헌 1 및 2 에 기재된 것이 있다. 이러한 모터의 일반적 형태를 도 5 에 나타내었다.
이 도 5 에 나타내는 모터 (500) 는 하드 디스크 드라이브의 디스크 구동용 모터이며, 스테이터 (S) 와 로터 (R) 에 의해 구성된다. The
스테이터 (S) 는 모터 베이스 (J13) 와, 그 중심부에 원고리 형상으로 기립할 수 있는 기립부 (J13a) 의 내주면에 고정된 놋쇠로 이루어진 슬리브 (J9) 와 기립부 (J13a) 의 외주면에 고정된 스테이터 코어 (J14) 를 포함하여 구성된다. The stator S is fixed to the motor base J13 and the outer circumferential surface of the sleeve J9 and the standing portion J13a made of brass fixed to the inner circumferential surface of the standing portion J13a, which can stand in a circular shape at the center thereof. Configured stator core J14.
로터 (R) 는 허브 (J2) 와 이 허브 (J2) 에 고정된 링 마그넷 (J6) 을 포함하여 구성된다. The rotor R comprises a hub J2 and a ring magnet J6 fixed to the hub J2.
허브 (J2) 의 외주면 (J2a) 에는 하드 디스크 (도시생략) 가 장착된다. A hard disk (not shown) is attached to the outer circumferential surface J2a of the hub J2.
또한, 이 허브 (J2) 의 중심 구멍 (J2b) 에는 스테인리스강으로 이루어진 샤프트 (J1) 가 고정되어 있다. In addition, the shaft J1 made of stainless steel is fixed to the center hole J2b of the hub J2.
이 구성에 있어서, 슬리브 (J9) 는 샤프트 (J1) 를 스러스트 방향 및 반경 방향으로 유체 베어링을 통해 축지지되어 있고, 이로써, 로터 (R) 는 스테이터 (S) 에 대해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된다. In this configuration, the sleeve J9 is axially supported through the fluid bearing in the thrust direction and the radial direction of the shaft J1, whereby the rotor R is supported so as to be able to rotate freely with respect to the stator S. .
반경 방향의 유체 베어링은 샤프트 (J1) 의 외주면 (J1a) 과 슬리브 (J9) 의 내주면 (J9a) 과 그 간극에 충전된 윤활 유체 (20) 를 포함하여 구성된다. 이 윤활 유체 (20) 는 도시하지 않은 스러스트 방향의 유체 베어링에도 공유되어 있다. The radial fluid bearing comprises an outer circumferential surface J1a of the shaft J1, an inner circumferential surface J9a of the sleeve J9 and a lubricating
이 윤활 유체 (20) 를 시일하는 테이퍼 시일부 (JTS) 는 슬리브 (J9) 에서의 허브 (J2) 측의 단부에 형성되고, 슬리브 (J9) 의 내주면 (J9a) 과 이에 대향하는 샤프트 (J1) 의 외주면 (J1a) 으로 형성된다. A tapered seal portion JTS for sealing this lubricating
또한, 윤활 유체 (20) 는 그 액면 (20a) 이 테이퍼 시일부 (JTS) 에 위치하도록 충전량이 규정되어 있다. In addition, the filling amount of the lubricating
그러나, 상기 서술한 유체 베어링을 이용한 모터 (500) 는 베어링 내부가 윤활 유체 (20) 로 채워지고, 로터 (R) 의 회전에 의해 발생하는 윤활 유체 (20) 의 압력을 이용하여 샤프트 (J1) 가 슬리브 (J9) 등에 비접촉 상태로 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된 것이다. However, the
또한, 유체 베어링의 개방 단부에는 윤활 유체 (20) 를 밀봉하기 위한 테이퍼 시일부 (JTS) 가 형성되어 있지만, 이 테이퍼 시일부 (JTS) 는 로터 (R) 의 회전에 따른 승온에 의해 윤활 유체 (20) 가 팽창해도 넘쳐 나오지 않는 형상으로 형성되어 있다. In addition, although the tapered seal part JTS for sealing the
즉, 테이퍼 시일부 (JTS) 는 그 형상이 윤활 유체 (20) 가 소정의 용량만큼 축적된 형상으로 되어 있다. In other words, the tapered seal portion JTS has a shape in which the
이 팽창에 대해 예를 들어 설명한다. This expansion will be described by way of example.
스테인리스강으로 이루어진 샤프트 (J1) 의 열팽창 계수는 10.5×10-6/℃ 이고, 놋쇠로 이루어진 슬리브 (J9) 의 열팽창 계수는 17×10-6/℃ 이다. The thermal expansion coefficient of the shaft J1 made of stainless steel is 10.5 × 10 −6 / ° C., and the thermal expansion coefficient of the sleeve J9 made of brass is 17 × 10 −6 / ° C.
또한, 모터 (500) 의 사용 상한 온도는 통상 80℃ 이며, 상온인 25℃ 에서 이 사용 상한 온도까지 온도가 상승하면 그 온도 증가량은 55℃ 이다. In addition, the upper limit temperature of use of the
이 유체 베어링은 상온인 25℃ 에서, 구멍의 직경이 4.0050mm, 깊이 (구멍의 길이) 가 21.000mm 인 놋쇠로 이루어진 슬리브 (J9) 안에, 외경이 4.0000mm, 길이가 20.000mm 인 스테인리스강제의 샤프트 (J1) 가 삽입되고, 윤활 유체 (20) 를 유지하는 용량 (테이퍼 시일부 (JTS) 를 제외한 간극의 체적) 이 13.227㎣ 이다. This fluid bearing is a stainless steel shaft with an outer diameter of 4.0000 mm and a length of 20.000 mm in a brass sleeve J9 having a hole diameter of 4.0050 mm and a depth of 21.000 mm at a temperature of 25 ° C. The capacity J1 is inserted and the volume (volume of the gap except the tapered seal portion JTS) for holding the
온도가 상온에서 80℃ 로 상승하면, 슬리브 (J9) 의 구멍의 직경은 4.0087mm으로 변화하고, 샤프트 (J1) 의 외경은 4.0023mm 로 변화하고, 용량은 13.431㎣ 로 1.0154배로 증가한다. 이 증가분은 1.54% 이다. When the temperature rises from room temperature to 80 ° C, the diameter of the hole of the sleeve J9 changes to 4.0087 mm, the outer diameter of the shaft J1 changes to 4.0023 mm, and the capacity increases to 13.431 kPa to 1.0154 times. This increase is 1.54%.
한편, 테이퍼 시일부 (JTS) 는 상온인 25℃ 에서, 최소 직경이 4.0050mm, 최 대 직경이 4.2050mm, 축 방향 길이가 2.1000mm 로 형성되어 있고, 그 용량이 1.4091㎣ 이다. On the other hand, the tapered seal portion JTS is formed at 25 ° C. at room temperature, with a minimum diameter of 4.0050 mm, a maximum diameter of 4.2050 mm, and an axial length of 2.1000 mm, with a capacity of 1.4091 kPa.
온도가 상온에서 80℃ 로 상승하면, 용량은 1.4306㎣ 로 1.0153 배 증가한다. 이 증가분은 1.53% 이다. When the temperature rises from room temperature to 80 ° C., the capacity increases by 1.0153 times to 1.4306 kPa. This increase is 1.53%.
이들에 대해, 윤활 유체 (20) 로서 일반적으로 사용되는 오일의 열팽창 계수는, 8×10-6/℃ 이므로, 온도가 동일하게 상온인 25℃ 에서 80℃ 로 상승하면, 온도 증가량은 55℃ 이기 때문에 체적 증가분은 4.40% 이다. On the other hand, since the thermal expansion coefficient of the oil generally used as the lubricating
이와 같이, 승온에 의한 용량 (또는 체적) 의 증가는 테이퍼 시일부 (JTS) 를 제외하고 윤활 유체를 유지하는 용량의 증가분과 테이퍼 시일부 (JTS) 의 용량의 증가분을 합친 용량 증가량보다 윤활 유체 자체의 체적 증가량이 크기 때문에, 승온에 따라 윤활 유체 (20) 의 액면 (20a) 은 테이퍼 시일부 (JTS) 에서 상승한다. In this way, the increase in the capacity (or volume) due to the temperature increase is greater than the increase in the capacity of the combined capacity increase of the capacity of the tapered seal portion JTS except for the tapered seal portion JTS and the increase in the capacity of the tapered seal portion JTS. Since the volume increase amount of is large, the
구체적으로는, 상온인 25℃ 에서, 도 5 에서의 슬리브 (J9) 의 단면 (J9b) 에서 액면 (20a) 까지의 거리가 1.100mm 로 하면, 온도가 80℃ 로 상승 했을 경우, 윤활 유체 (20) 자체의 체적 팽창분에서 윤활 유체를 유지하는 전체 용량의 증가분을 빼면, 0.3824㎣ 가 되고, 이 때 액면은 0.479mm 상승하므로, 이 액면 상승이 있어도 윤활 유체 (20) 가 흘러 넘치지 않도록 테이퍼 시일부 (JTS) 의 축 방향 길이가 설정된다. Specifically, if the distance from the end surface J9b of the sleeve J9 in FIG. 5 to the
실제 설계에 있어서, 이러한 액면 상승 뿐만 아니라, 대량 생산시의 치수의 요동, 윤활 유체의 증발에 의한 액체량 감소분 , 외부로부터 가해지는 충격에 의한 액면 요동분 등을 고려하여 테이퍼 시일부의 형상을 설정해야 한다. In actual design, the shape of the tapered seal should be set in consideration of not only the liquid level rise but also the fluctuation of the dimension during mass production, the decrease in the amount of liquid due to the evaporation of the lubricating fluid, and the liquid surface fluctuation due to the external impact. do.
그러나, 모터의 두께는 예를 들어, 하드 디스크 드라이브에 탑재되는 경우, 7.5mm 이하 등과 같이 엄격히 규정되기 때문에, 테이퍼 시일부의 축 방향 길이를 크게 하면, 그만큼 스러스트 방향의 베어링 스팬이 짧아지고, 베어링에 가해지는 부하가 증가되어 로터의 회전 요동이 커지는 문제가 있었다. However, since the thickness of the motor is strictly prescribed, for example, when mounted on a hard disk drive, such as 7.5 mm or less, when the axial length of the tapered seal portion is increased, the bearing span in the thrust direction is shortened by that amount. There was a problem that the rotational fluctuation of the rotor is increased due to the increased load applied.
이 문제에 대해서는 슬리브의 재질을 다른 부재보다 큰 열팽창 계수를 갖는 재질로 하는 구성도 검토되고 있다. In order to solve this problem, a configuration in which the material of the sleeve is made of a material having a larger coefficient of thermal expansion than other members is also studied.
이 구성에 의하면, 온도가 증가함에 따라, 슬리브의 내경이 확장되고 테이퍼 시일부의 용량이 증가되어 윤활 유체의 액면 상승을 억제할 수 있으나, 테이퍼 시일부 이외의 윤활 유체 유지부, 즉, 샤프트와 슬리브의 간극도 그 간극이 미소하기 때문에 큰폭으로 확장되고 베어링 강성이 저하되어, 로터의 회전 요동이 커진다는 문제가 생긴다. According to this configuration, as the temperature increases, the inner diameter of the sleeve is expanded and the capacity of the tapered seal portion is increased to suppress the liquid level rise of the lubricating fluid, but the lubricating fluid holding portions other than the tapered seal portion, that is, the shaft and the sleeve Because of the small gap, the gap between is greatly expanded, the bearing rigidity is lowered, and the rotational swing of the rotor is increased.
그래서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 베어링의 축 방향 길이를 크게 하지 않고, 회전 요동이 적으며 높은 신뢰성을 얻을 수 있는 유체 베어링 장치를 제공하는 것에 있다. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a fluid bearing device that can achieve high reliability without rotational fluctuations without increasing the axial length of the bearing.
[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]
상기의 과제를 해결하기 위해 본원 발명은 수단으로서 다음의 구성을 갖는다. MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said subject, this invention has the following structures as means.
즉, 샤프트 (1, 51) 와, 이 샤프트 (1, 51) 가 삽입된 슬리브 (9, 59) 와, 상기 샤프트 (1, 51) 와 상기 슬리브 (9, 59) 의 간극에 개재시킨 윤활 유체 (20) 를 구비하고, 상기 샤프트 (1, 51) 를 상기 슬리브 (9, 59) 에 대해 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 유체 베어링 장치 (B) 에 있어서, 상기 슬리브 (9, 59) 의 단부에 고리 형상의 시일링 (4, 54) 을 구비하고 상기 시일링 (4, 54) 의 내주면 (4a, 54a) 과 이에 대향하는 상기 샤프트 (1, 51) 의 외주면 (1a, 91b) 의 적어도 한쪽을, 서로의 간극을 상기 슬리브 (9, 59) 로부터 떨어짐에 따라 확장되는 방향의 경사면 (4a, 54a) 으로 하여, 상기 윤활 유체 (20) 의 누출을 방지하는 테이퍼 시일부 (TS) 를 형성하는 것과 함께, 상기 시일링 (4, 54) 을, 그 열팽창 계수가 상기 슬리브 (9, 59) 및 상기 샤프트 (1, 51) 의 열팽창 계수보다 큰 재료로 형성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치 (50, 50A) 이다. That is, the lubricating fluid interposed between the
본 발명의 실시 형태를 바람직한 실시예에 의해 도 1 내지 도 4 를 이용하여 설명한다. An embodiment of the present invention will be described with reference to Figs.
<제 1 실시예> <First Embodiment>
도 1 에 나타내는 제 1 실시예의 유체 베어링 장치를 탑재한 모터 (50) 는 하드 디스크 드라이브에 사용되는 디스크 구동용 모터로, 스테이터 (S) 와 로터 (R) 에 의해 구성된다. The
스테이터 (S) 는 모터 베이스 (13) 와 그 중심부에 원고리 형상으로 기립할 수 있는 기립부 (13a) 의 내주면 (13a1) 에 고정된 놋쇠로 이루어진 슬리브 (9) 와 기립부 (13a) 의 외주면 (13a2) 에 고정된 고리 형상의 스테이터 코어 (14) 를 포 함하여 구성된다. 이 스테이터 코어 (14) 는 도시하지 않은 복수개의 돌출극을 구비하고 각 돌출극에는 코일 (30) 이 감겨져 있다. The stator S is formed of brass sleeves fixed to the inner circumferential surface 13a1 of the standing
로터 (R) 는 컵 형상의 허브 (2) 와 그 가장 바깥 둘레의 둘레 벽 (2d) 의 내면 (2d1) 에 고정된 링 형상의 마그넷 (6) 을 포함하여 구성된다. The rotor R comprises a cup-shaped
허브 (2) 의 외주면 (2a) 에는 하드 디스크 (도시 생략) 가 장착된다. A hard disk (not shown) is attached to the outer
이 허브 (2) 의 중심 구멍 (2b) 에는 스테인리스강으로 이루어진 샤프트 (1) 가 고정되어 있다. A
샤프트 (1) 는 슬리브 (9) 에 삽입되는 것과 동시에 반경 방향 및 스러스트 방향으로 유체 베어링 장치 (B) 를 통해 축지지된다. The
이 유체 베어링 장치 (B) 는 반경 방향의 베어링 (RB) 과 스러스트 방향의 베어링 (SB) 으로 구성되어 있다. This fluid bearing device B is comprised from the radial bearing RB and the thrust bearing SB.
반경 방향의 베어링 (RB) 은 샤프트 (1) 의 외주면 (1a) 과 슬리브 (9) 의 내주면 (9a) 과 그 간극에 충전된 윤활 유체 (20) 를 포함하여 구성된다. The radial bearing RB comprises an outer
스러스트 방향의 베어링 (SB) 은 슬리브 (9) 에서의 도 1 의 하방측의 단부에 형성된 단부 (9b) 와, 샤프트 (1) 의 단부에 고정되며 단부 (9b) 에 수용된 스러스트링 (31) 과 단부 (9b) 에 고정되며 슬리브 (9) 의 개구 단부를 밀봉하는 스러스트 플레이트 (32) 와 이들 부재의 간극, 즉, 슬리브 (9) 및 스러스트 플레이트 (32) 와 스러스트링 (31) 및 샤프트 (1) 의 첨단면의 간극에 충전된 윤활 유체 (20) 를 포함하여 구성된다. The bearing SB in the thrust direction has an
이상과 같은 구성에 있어서, 로터 (R) 는 스테이터 (S) 에 대해 자유롭게 회 전할 수 있도록 지지되어 있다. In the above structure, the rotor R is supported so that it may rotate freely with respect to the stator S. As shown in FIG.
이어서, 유체 베어링 장치 (B) 의 테이퍼 시일부 (TS) 에 대해 상세하게 서술한다. Next, the taper seal part TS of the fluid bearing device B is explained in full detail.
실시예의 유체 베어링 (B) 에 있어서, 그 테이퍼 시일부 (TS) 는 샤프트 (1) 와 슬리브 (9) 와 이 슬리브 (9) 의 외주부로부터 축 방향으로 고리 형상으로 돌출된 돌출벽 (9k) 및 슬리브 (9) 의 단면 (9t) 에 고정된 테이퍼링 (4) 에 의해 구성된다. 이 테이퍼링 (4) 은 단면 (9t) 과 접착제 (adh1) 에 의해 고정되어 돌출벽 (9k) 과도 접착제 (adh2) 에 의해 고정된다. In the fluid bearing B of the embodiment, the tapered seal portion TS has a
접착제 (adh1) 는 예를 들어, 면접착에 적절한 혐기성 접착제를 이용할 수 있다. The adhesive adh1 may use, for example, an anaerobic adhesive suitable for surface bonding.
접착제 (adh2) 는 모퉁이부에 쌓여 경화되었고, 예를 들어 체적 변화가 적은 에폭시계 접착제를 사용할 수 있다. The adhesive adh2 is cured by being piled up at the corners, and for example, an epoxy adhesive having a small volume change can be used.
또한, 테이퍼링 (4) 의 외주측인 접착제 (adh2) 가 도포되는 부분에는 축 방향의 두께를 얇게하는 오목부 (4k) 가 형성되어 있다. Moreover, the recessed
그럼으로써, 접착제 (adh2) 는 테이퍼링 (4) 의 상면 (4t) 으로부터 돌출되는 일이 없기 때문에, 접착제 (adh2) 에 의해 모터 (50) 의 축 방향의 두께가 증가하는 일이 없다. Thereby, since the adhesive agent adh2 does not protrude from the
또한, 돌출벽 (9k) 의 내주면에 테이퍼링 (4) 의 외주면이 맞닿도록 테이퍼링 (4) 을 고정시킴으로써, 테이퍼링 (4) 의 중심 위치를 고정밀도로 맞출 수 있다. Moreover, by fixing the
이러한 고정 방법에 있어서, 로터 (R) 의 회전에 의한 승온으로 테이퍼링 (4) 이 팽창했을 때에는, 테이퍼링 (4) 의 내경이 확장하는 것과 동시에 두께가 증가되도록 변형된다. In such a fixing method, when the
따라서, 테이퍼링 (4) 으로 슬리브 (9) 의 단면 (9t) 사이의 접착면 등에 박리가 생기는 일도 없다. Therefore, peeling does not arise in the adhesive surface between the end surfaces 9t of the
이 테이퍼링 (4) 을 포함한 부분의 구성에 대해, 도 2 를 이용하여 구체적으로 설명한다. 이 도면은 상온에서의 상태를 설명하는 도면이다. The structure of the part containing this tapering 4 is demonstrated concretely using FIG. This figure is a figure explaining the state in normal temperature.
도 2 에 있어서, 테이퍼 시일부 (TS) 는 샤프트 (1) 의 외주면 (1a) 과, 슬리브 (9) 의 내주면 (9a) 의 단면 (9t) 측에 단면 (9t) 으로 향함에 따라 큰 직경이 되도록 경사져 형성된 제 1 테이퍼면 (9c) 과, 테이퍼링 (4) 의 내주면이며, 슬리브 (9) 에서 떨어짐에 따라 큰 직경이 되도록 경사진 제 2 테이퍼면 (4a) 에 의해 구성된다. In FIG. 2, the tapered seal portion TS has a large diameter as it faces the
즉, 테이퍼 시일부 (TS) 에 있어서, 테이퍼링 (4) 의 내주면 (4a) 과 샤프트 (1) 의 외주면 (1a) 의 직경 방향의 간극이 슬리브 (9) 에서 떨어짐에 따라 확대되도록 형성되어 있다. That is, in the taper seal part TS, it is formed so that the space | interval of radial direction of the inner
윤활 유체 (20) 는 그 액면 (20a) 이 테이퍼 시일부 (TS) 의 도중에 위치하는 양으로 충전되어 있다. The lubricating
이어서, 각 부재의 열팽창에 대해 상세하게 서술한다. Next, the thermal expansion of each member is explained in full detail.
샤프트 (1) 는 마르텐 사이트계의 스테인리스로 형성되고 슬리브 (9) 는 구리합금으로 형성되고, 테이퍼링 (4) 은 알루미늄으로 형성되어 있고, 각각 열팽창 계수는, The
샤프트 (1) : 10.5×10-6/℃Shaft (1): 10.5 × 10 -6 / ℃
슬리브 (9) : 17×10-6/℃ Sleeve (9): 17 × 10 -6 / ℃
테이퍼링 (4) : 23.5×10-6/℃ 이다. Taper ring (4): 23.5 × 10 -6 / ° C.
즉, 테이퍼링 (4) 이 샤프트 (1) 및 슬리브 (9) 보다 열팽창 계수가 큰 재료로 형성되어 있다. That is, the
또한, 윤활 유체 (20) 로서 에스테르계 오일을 사용하고 있고, 그 열팽창 계수는, 8×1O-6/℃ 이다. In addition, ester oil is used as lubricating
여기서, 각 부재는 상온 25℃ 에서, 이하의 치수가 되도록 형성되어 있다. Here, each member is formed so that it may become the following dimensions at normal temperature 25 degreeC.
즉, 샤프트 (1) 의 외경 (ds): Φ4.0000mm That is, the outer diameter ds of the shaft 1: Φ4.0000mm
테이퍼링 (4) 의 내주면인 제 2 테이퍼면 (4a) 에 있어서, In the
최소 내경 (d1) (슬리브측의 내경): Φ4.0050mmMinimum Inner Diameter (d1) (Inner Diameter of Sleeve Side): Φ4.0050mm
최대 외경 (d2) (슬리브와는 반대측의 내경): Φ4.2050mm 이다. Maximum outer diameter (d2) (inside diameter of sleeve): Φ4.2050mm
따라서, 로터 (R) 의 회전에 따른 승온으로 각 부재의 온도가 80℃ 가 된다면, 온도 증분이 55℃ 이기 때문에, 각 치수는 이하와 같이 커지는 방향으로 변화한다. 여기서는 구별을 위해 부호에 첨자 「(80)」 를 부기하고, 이 승온한 상태를 도 3 을 이용하여 설명한다. Therefore, when the temperature of each member becomes 80 degreeC by the temperature rising according to the rotation of the rotor R, since the temperature increment is 55 degreeC, each dimension changes to the direction which becomes large as follows. Here, the subscript " (80) " is appended to the code | symbol for a distinction, and this elevated temperature state is demonstrated using FIG.
즉, 승온한 80℃ 에서의 각 치수는,That is, each dimension at 80 degreeC which heated up,
샤프트 (1) 의 외경 (ds(80)):Φ4.0023mm Outer diameter of shaft 1 (ds 80 ): Φ4.0023mm
제 2 테이퍼면 (4c) 의 최소 내경 (d1(80)):Φ4.0102mm Of the second tapered surface 4c Minimum inner diameter (d1 (80) ): Φ 4.0 102 mm
제 2 테이퍼면 (4c) 의 최대 내경 (d2(80)):Φ4.2104mm 이다. Maximum inner diameter d2 (80) of the second tapered surface 4c: Φ 4.2104 mm.
또, 상기 서술한 바와 같이, 테이퍼링 (4) 은 슬리브 (9) 의 단면 (9t) 에 접착제 (adh1) 에 의해 고정되고, 돌출벽 (9k) 과도 접착제 (adh) 에 의해 고정되어 있으므로, 로터 (R) 의 회전에 의한 승온으로 테이퍼링 (4) 이 팽창했을 때에는, 도 3 의 화살표로 나타낸 바와 같이, 테이퍼링 (4) 의 내경이 확장됨과 함께 두께가 증가되는 방향으로 변형된다. In addition, as described above, the tapering
이러한 치수 변화에 의해, 테이퍼 시일부 (TS) 의 용적은, 1.4091㎣ 에서 1.4505㎣ 로 1.0294배로 확장된다. 이 증가분은 2.94% 이다. By this dimensional change, the volume of the tapered seal portion TS is expanded by 1.0294 times from 1.4091 mm to 1.4505 mm. This increase is 2.94%.
이것은, 종래의 예에서 나타낸 용적 증분 1.53% 에 대해 약 2배의 증가이다. This is about a 2x increase over the volume increment 1.53% shown in the prior example.
한편, 테이퍼 시일부 (TS) 이외의, 유체 베어링 장치 (B) 의 윤활 유체 (20) 를 유지하는 용량 (간극) 도 동일하게 증가 (확장) 되지만, 이것은 스테인리스의 샤프트 (1) 으로 구리 합금의 슬리브 (9) 와의 조합이므로, 종래와 동일하게 용량 증분은 1.54% 이다. On the other hand, the capacity (gap) for holding the lubricating
또한, 윤활 유체 (20) 의 체적은 4.40% 증가된다. In addition, the volume of the lubricating
이들 각 부재나 윤활 유체의 팽창에 의한 용량이나 체적의 증분을 종합하면, 윤활 유체 (20) 의 액면 (20a) 은, 온도가 상온 25℃ 에서 80℃ 로 상승했을 경우, 0.466mm 변위 (상승) 하지만, 이것은, 종래예의 변위 (상승) 량인 0.479mm 에 대해 0.013mm 적다. Summarizing the increments of the capacities and volumes due to the expansion of each member and the lubricating fluid, the
따라서, 테이퍼 시일부 (TS) 로서 테이퍼링 (4) 을 이용하지 않은 종래의 구조에 대해 그 축 방향 길이를 0.013mm 단축시킬 수 있고 즉, 이 유체 베어링 (B) 을 탑재한 모터 (50) 의 두께를 0.013mm 얇게 할 수 있다. Therefore, with respect to the conventional structure in which the
상기 서술한 내용에서 알 수 있듯이, 테이퍼링 (4) 의 재질은 그 열팽창 계수가 클수록 바람직하다. As can be seen from the above-mentioned contents, the material of the
예를 들어, POM (폴리아세탈) 을 이용하면, 그 열팽창 계수는 90×10-6/℃ 이기 때문에 알루미늄의 열팽창 계수보다 더욱 크고, 이 경우에 다른 부재나 치수 등을 동일한 조건으로 80℃ 에서의 액면 변위 (상승) 를 구하면, 0.326mm 가 된다. 따라서, 이 변위량은 알루미늄을 이용했을 경우의 변위량보다 0.140mm 적다. For example, when POM (polyacetal) is used, the coefficient of thermal expansion is greater than that of aluminum because the coefficient of thermal expansion is 90 × 10 −6 / ° C., in which case other members, dimensions, and the like are used at 80 ° C. under the same conditions. If the liquid level displacement (rising) is found, it is 0.326 mm. Therefore, this displacement amount is 0.140 mm smaller than the displacement amount when aluminum is used.
즉, 이 유체 베어링 장치 (B) 를 탑재한 모터의 두께를 추가로 0.140mm 단축하는 것이 가능해진다. That is, it becomes possible to further shorten the thickness of the motor on which the fluid bearing device B is mounted by 0.140 mm.
이상 상세하게 서술한 구성에 의하면, 유체 베어링 장치 (B) 에서의 테이퍼 시일부 (TS) 이외에서의 윤활 유체 (20) 의 충전 간극을 지나치게 넓히지 않고, 테이퍼 시일부 (TS) 에서의 윤활 유체 (20) 의 유지 용량을 보다 증가시킬 수 있으므로, 승온 시의 윤활 유체 (20) 의 액면 상승을 억제하여 유체 베어링 장치 (B) 의 축 방향 길이를 짧게 할 수 있다. According to the structure described in detail above, the lubricating fluid in the taper seal part TS, without widening the filling gap of the lubricating
또, 베어링 스팬을 짧게 할 필요가 없기 때문에 이에 따른 베어링 강성의 저하를 초래하는 일은 없고, 로터 (R) 의 회전 요동이 커지는 일이 없다. In addition, since the bearing span does not need to be shortened, the bearing rigidity does not deteriorate accordingly, and the rotational fluctuation of the rotor R does not increase.
또, 샤프트 (1) 와 슬리브 (9) 의 간극도 큰폭으로 확장하는 일이 없기 때문에, 베어링 강성의 저하가 억제되어 로터 (R) 의 회전 요동이 커지는 일이 없다. In addition, since the gap between the
<제 2 실시예>Second Embodiment
이어서, 본 발명의 유체 베어링 장치의 제 2 실시예에 대해 도 4 를 이용하여 상세하게 서술한다. Next, the 2nd Example of the fluid bearing apparatus of this invention is described in detail using FIG.
도 4 에 나타내는 제 2 실시예의 유체 베어링 장치를 탑재한 모터 (50A) 는하드 디스크 드라이브에 이용되는 디스크 구동용 모터로서, 스테이터 (S) 와 로터 (R) 에 의해 구성된다. The
제 1 실시예의 모터 (50) 는 모터 베이스 (13) 에 고정된 슬리브 (9) 가 샤프트 (1) 를 자유롭게 회전할 수 있도록 축지하는 구성인 것이었지만, 이 제 2 실시예의 모터 (50A) 는 샤프트 (51s) 의 일단측이 모터 베이스 (63) 에 고정되고, 그 샤프트 (51s) 에 대해 슬리브 (59) 를 포함한 로터 (R) 가 회전하는 구조인 것이다. The
스테이터 (S) 는 모터 베이스 (63) 와 이 모터 베이스 (63) 에 형성된 고리 형상의 기립부 (63a) 의 외주면 (63a1) 에 고정된 고리 형상의 스테이터 코어 (64) 를 포함하여 구성된다. The stator S is comprised including the
이 스테이터 코어 (64) 는 도시하지 않은 복수개의 돌출극을 구비하고 각 돌출극에는 코일 (80) 이 감겨져 있다. This
모터 베이스 (63) 의 중심 구멍 (63b) 에는 스테인리스강으로 이루어진 샤프트심 (51s) 이 고정되어 있고, 이 샤프트심 (51s) 의 외주면에는 원통형의 원통체 (91) 이 고정되어 있다. 샤프트심 (51s) 와 원통체 (91) 는 일체화되어 있으므로, 이 원통체 (91) 를 포함하여 샤프트 (51) 로 볼 수 있다. A shaft core 51s made of stainless steel is fixed to the
로터 (R) 는 관통 구멍 (72b) 을 갖는 고리 형상의 허브 (72) 와 그 둘레 벽 (72d) 의 내면 (72d1) 에 고정된 링 형상의 요크 (56Y) 와 그 내주면에 고정된 링 형상의 마그넷 (56M) 을 포함하여 구성된다. The rotor R has a ring-shaped
허브의 외주면 (72a) 에는 하드 디스크 (도시생략) 가 장착된다. On the outer
이 허브 (72) 의 관통 구멍 (72b) 의 내면 (72b1) 에는 슬리브 (59) 가 장착되어 있다. The
슬리브 (59) 에는 그 관통 구멍 (59a) 에 원통체 (91) 가 삽입되어 있고, 이 원통체 (91) 는 슬리브 (59) 에 의해 반경 및 스러스트 방향으로 유체 베어링 장치 (B) 를 통해 축지지된다. In the
이상과 같은 구성에 있어서, 로터 (R) 는 스테이터 (S) 에 대해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. In the above structure, the rotor R is supported so that it may rotate freely with respect to the stator S. As shown in FIG.
유체 베어링 장치 (B) 는 슬리브 (59) 의 관통 구멍 (59a) 의 내주면 (59a1) 과, 원통체 (91) 의 외주면 (91a) 과, 이들 간극에 충전된 윤활 유체 (20) 를 포함하여 구성된다. The fluid bearing device B comprises an inner circumferential surface 59a1 of the through
이 유체 베어링 (B) 의 테이퍼 시일부 (TS) 는 슬리브 (59) 의 양단부 측에 한쌍으로 형성되어 있다. The tapered seal portion TS of the fluid bearing B is formed in pairs on both end sides of the
구체적으로는, 이 테이퍼 시일부 (TS) 는 슬리브 (59) 의 내주면 (59a1) 과, 원통체 (91) 의 외주면 (91a) 의 양단부 (91t) 측에 형성되며, 각 단부 (91t) 로 향함으로써 소경이 되도록 경사진 제 1 테이퍼면 (91b) 과, 슬리브 (59) 의 양단면 (59t) 에 접착에 의해 고정된 한쌍의 테이퍼링 (54) 의 내주면으로서, 슬리브 (59) 로부터 떨어짐에 따라 소경되도록 경사져 형성된 제 2 테이퍼면 (54a) 에 의해 구성된다. Specifically, the tapered seal portion TS is formed on the inner circumferential surface 59a1 of the
테이퍼링 (54) 은 그 외주면도 슬리브 (59) 로부터 축 방향으로 연장된 고리 형상 벽 (59k) 의 내주면에 접착에 의해 고정되어 있다. 이로써, 테이퍼링 (54) 의 중심 위치를 고정밀도로 맞출 수 있다. The tapering
도 4 에 있어서, 슬리브 (59) 에서의 고리 형상 벽 (59k) 의 내주면 및 내측 모퉁이에 형성된 단면 삼각형상의 주변 홈 (59m1, 59m2) 은 테이퍼링 (54) 을 접착하는 접착제를 양호하게 유지하기 위한 접착제 홈이다. In Fig. 4, peripheral grooves 59m1 and 59m2 in cross-sectional triangles formed in the inner circumferential surface and the inner corner of the
제 1 테이퍼면 (91b) 과 제 2 테이퍼면 (54a) 은 간극을 갖고 서로 대향하여, 슬리브 (59) 로부터 떨어짐에 따라 그 직경 방향의 간극이 확대되도록 각각 경사가 설정되어 있다. The inclination is set so that the
윤활 유체 (20) 는 그 액면 (20a) 이 테이퍼 시일부 (TS) 의 도중에 위치하는 양으로 충전되어 있다. The lubricating
이러한 구성에 있어서, 원통체 (91) 는 샤프트심 (51) 와 같은 재질이며, 다른 각 부재를 제 1 실시예와 동일한 재료로서 테이퍼링 (54) 을 원통체 (91) 및 슬리브 (59) 보다도 열팽창 계수가 큰 재료로 형성되어 있다. In such a configuration, the
이로써, 승온에 따라, 테이퍼링 (54) 의 제 2 테이퍼면 (54a) 이 큰 직경 방향으로 크게 확장되어 테이퍼 시일부 (TS) 의 용량이 윤활 유체 (20) 의 체적 팽창 에 맞도록 증가하기 때문에, 로터 (R) 의 회전에 따른 승온에 의한 윤활 유체 (20) 액면 (20a) 의 액면 상승은 근소하게 된다. Thereby, as the temperature increases, the second
따라서, 이 제 2 실시예에 있어서도, 제 1 실시예와 동일하게, 테이퍼 시일부 (TS) 의 축 방향의 길이를 짧게 할 수 있어 이 유체 베어링 장치 (B) 를 탑재한 모터 (50) 의 두께를 그 만큼 얇게 할 수 있다. Therefore, also in this 2nd Example, like the 1st Example, the length of the taper seal part TS in the axial direction can be shortened, and the thickness of the
즉, 이 유체 베어링 장치 (B) 는 테이퍼 시일부 (TS) 이외에서의 윤활 유체 (20) 의 충전 간극을 지나치게 넓히지 않고, 테이퍼 시일부 (TS) 에서의 윤활 유체 (20) 의 유지 용량을 크게 증가시키는 것이므로, 승온시의 윤활 유체 (20) 의 액면 상승을 억제하여 유체 베어링 장치 (B) 의 축 방향 길이를 짧게 할 수 있다. That is, this fluid bearing device B does not widen the filling gap of the lubricating
또한, 베어링 스팬을 짧게 할 필요가 없기 때문에 이에 따른 베어링 강성의 저하를 발생시키지 않고, 로터 (R) 의 회전 요동이 커지지 않는다. In addition, since the bearing span does not need to be shortened, the rotational fluctuation of the rotor R is not increased without causing a decrease in bearing rigidity.
또한, 샤프트 (51) 와 슬리브 (59) 의 간극도 크게 확장하는 일이 없기 때문에, 베어링 강성의 저하가 억제되어 로터 (R) 의 회전 요동이 커지지 않는다. In addition, since the gap between the shaft 51 and the
또한, 한쌍의 테이퍼링 (54) 의 양쪽이 아닌, 한쪽만을 다른 부재보다 열팽창 계수가 큰 재료로 한 것이어도 된다는 것은 말할 필요도 없다. It goes without saying that only one side of the pair of tapered
이상, 상세하게 서술한 각 실시예는 저온하에 있어서도 각별한 효과를 발휘한다. As mentioned above, each Example described in detail shows the outstanding effect also in low temperature.
저온 환경하에서의 동작에 대해 설명하면, 그 환경하에서는 윤활 유체 (20) 는 열수축하여 체적이 감소된다. Referring to the operation in a low temperature environment, the lubricating
한편, 각 테이퍼링 (4, 54) 은 상기 서술한 바와 같이 다른 부재 (샤프트 (1, 51) 나 슬리브 (9, 59)) 보다 열팽창 계수가 크기 때문에, 다른 부재보다 현저하게 축소되어 테이퍼 시일부 (TS) 의 용량의 감소 정도가 커진다. On the other hand, since each of the tapering rings 4 and 54 has a larger coefficient of thermal expansion than the other members (
따라서, 윤활 유체 (20) 의 체적 수축에 따른 액면 강하가 억제되어 테이퍼 시일부 (TS) 까지 액면이 도달하지 못하고 (테이퍼 시일부 (TS) 에 액면이 위치하지 않음) 동압 발생부 등에서 이른바 윤활유 끊김이 발생하는 것을 방지할 수 있다. Accordingly, the liquid level drop due to the volume shrinkage of the lubricating
이와 같이, 본 발명에 따른 유체 베어링 장치 (B) 는 온도 변화의 영향을 매우 받기 어렵고, 장기간에 걸쳐 초기 기능을 유지할 수 있어 매우 높은 신뢰성을 갖는다. As described above, the fluid bearing device B according to the present invention is very hard to be affected by the temperature change, and can maintain the initial function for a long time, and has a very high reliability.
이상 상세하게 서술한 각 실시예의 설명에서 알 수 있듯이, 각 부재의 열팽창 계수나 치수의 설정에 따라, 온도 변화에 따른 테이퍼 시일부 (TS) 에서의 윤활 유체의 액면 위치의 변화를 임의로 설정할 수 있다. As can be seen from the description of each embodiment described in detail above, the change of the liquid surface position of the lubricating fluid in the tapered seal portion TS according to the temperature change can be arbitrarily set according to the setting of the coefficient of thermal expansion and the dimension of each member. .
각 실시예에 있어서, 승온에 의해 액면 상승을 억제하는 예를 나타냈지만, 승온에 의해 액면이 거의 변화하지 않도록 설정할 수도 있고 또한, 액면이 강하되도록 설정할 수도 있다. In each Example, although the example which suppressed liquid level rise by temperature rising was shown, it can also be set so that a liquid level hardly changes by temperature rising, and it can also be set so that a liquid level may fall.
어느 경우건, 온도가 변화해도 액면을 테이퍼 시일부 (TS) 내에 두고 그 변위를 최소한의 것으로 할 수 있기 때문에, 유체 베어링 장치의 축 방향 길이를 단축시켜, 그 결과적으로, 이 유체 베어링 장치를 탑재한 모터의 축 방향 길이 (두께) 를 짧게 (얇게) 할 수 있다. In any case, even if the temperature changes, the liquid level can be kept in the tapered seal portion TS and the displacement can be minimized. Therefore, the axial length of the fluid bearing device is shortened, and as a result, the fluid bearing device is mounted. The axial length (thickness) of one motor can be shortened (thinned).
본 발명의 각 실시예는 상기 서술한 구성 및 순차적으로 한정되는 것은 아니 고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 변형예로 해도 되는 것은 말할 필요도 없다. Each embodiment of the present invention is not limited to the above-described configuration and sequentially, and needless to say, modifications may be made without departing from the gist of the present invention.
각 실시예는 유체 베어링 장치를 하드 디스크 드라이브의 디스크 구동용 모터에 탑재된 예를 설명했지만, 이 용도로 한정되는 것은 아니고, 유체 베어링을 사용하는 모든 모터에 탑재하는 것이 가능하다. Although each embodiment has described the example in which the fluid bearing device is mounted on the disk drive motor of the hard disk drive, it is not limited to this use, and it is possible to mount it on all the motors using the fluid bearing.
윤활 유체로서 오일의 예를 설명했지만, 물론 이에 한정되는 것은 아니다. Although the example of oil was demonstrated as lubricating fluid, it is, of course, not limited to this.
윤활 유체의 유동성에 대해도 특별히 한정되는 것은 아니고, 반유체의 것이어도 된다. 그 경우, 실시예에서의 액면과는 계면을 포함하는 것으로 해석해도 된다. The fluidity of the lubricating fluid is not particularly limited, but may be semi-fluid. In that case, you may interpret it as including an interface with the liquid surface in an Example.
제 1 실시예에 있어서, 테이퍼 시일부 (TS) 의 테이퍼면을 테이퍼링 (4) 측에만 형성한 예를 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 테이퍼면을 테이퍼링 (4) 과 대향하는 샤프트 (1) 측에도 형성해도 된다. 또한, 테이퍼면을 샤프트 (1) 측에만 형성해도 된다. In the first embodiment, an example in which the tapered surface of the tapered seal portion TS is formed only on the tapered
어느 경우도, 테이퍼링 (4) 의 내주면 (4a) 과 샤프트 (1) 의 외주면 (1a) 의 직경 방향의 간극이 허브 (2) 측을 향함에 따라 확장되도록 형성되어 있으면 된다. In either case, the gap in the radial direction between the inner
본 발명에 의하면, 베어링의 축 방향 길이를 크게 (길게) 하지 않고, 회전 요동이 적으며 높은 신뢰성을 얻을 수 있다. According to the present invention, the rotational fluctuation is small and high reliability can be obtained without increasing (long) the axial length of the bearing.
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- 2006-09-26 KR KR1020060093339A patent/KR100810477B1/en not_active IP Right Cessation
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