KR101367245B1 - 동압 베어링 장치 및 베어링 부재의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

성형 핀(23)을 가상 원통면(C')에 대하여 2점에서 접촉하는(접촉점을 P'로 나타냄) 단면 형상으로 하였다. 이에 따라, 고정 구멍(21b1)의 언더컷이 작아지거나 또는 소멸되므로 금형의 가공이 용이하게 된다. 또한, 원통면(21c)과 고정 구멍(21b1) 사이의 코너부(21d)가 둔화되므로 금형이 변형·파손되기 어려워진다. 따라서, 금형 제작 비용의 저렴화가 가능해지고 베어링 장치의 저가화를 도모할 수 있다.
동압 베어링 장치, 베어링 부재

Description

동압 베어링 장치 및 베어링 부재의 제조 방법{DYNAMIC-PRESSURE BEARING DEVICE, AND BEARING MEMBER MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 베어링 간극에 발생되는 윤활 유체의 동압 작용으로 축 부재를 회전가능하게 지지하는 동압 베어링 장치, 및 그 동압 베어링 장치에 이용되는 베어링 부재의 제조 방법에 관한 것이다.
이러한 종류의 동압 베어링 장치는 정보 기기, 예를 들면 HDD 등의 자기디스크 구동 장치, CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM 등의 광디스크 구동 장치, MD, MO 등의 광자기디스크 구동 장치 등의 스핀들 모터용, 레이저빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐너 모터, 프로젝터의 컬러 휠, 또는 전기 기기, 예를 들면 팬 모터 등의 소형 모터용으로서 적합하게 사용될 수 있다.
종래의 동압 베어링 장치의 대부분은 하우징의 내주에 베어링 슬리브를 고정하고, 또한 베어링 슬리브의 내주에 축 부재를 삽입하여 축 부재의 외주면과 베어링 슬리브의 내주면 사이에 레이디얼 베어링 간극을 형성하고, 이 레이디얼 베어링 간극에 발생된 윤활 유체의 동압 작용으로 축 부재를 회전가능하게 지지하는 구조이다.
최근에는 부품점수의 삭감에 의한 비용 저감 등을 목적으로 베어링 슬리브와 하우징을 일체화함과 아울러, 이것을 형(型) 성형품으로 바꾸어 배치하도록 제안되고 있다(특허 문헌 1).
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2006-226520호 공보
그런데, 동압 베어링 장치에 있어서는 베어링 장치의 내부에 가득 채워진 윤활유의 압력 밸런스를 유지하기 위해 베어링 장치의 내부에서 윤활유를 순환시키기 위한 순환로를 설치하는 경우가 많다. 상기한 바와 같이, 베어링 슬리브와 하우징을 일체화시킨 구조에서는(이하, 이 일체화시킨 부품을 「베어링 부재」라고 함) 순환로의 일부로서 베어링 부재에 관통 구멍을 형성할 필요가 있다. 비용면 또는 오염 방지의 관점에서 관통 구멍은 베어링 부재의 형 성형과 동시에 형으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 9에 관통 구멍이 형성된 베어링 부재(107)의 일례를 나타낸다. 이 베어링 부재(107)는 하우징의 내주면에 베어링 슬리브를 고정한 어셈블리의 윤곽을 그대로 갖고, 그 내주면은 베어링 슬리브의 내주면에 해당하는 소경(小經) 내주면(107a), 및 하우징의 내주면에 해당하는 제 1 대경(大徑) 내주면(107b)과 제 2 대경 내주면(107c)으로 구성된다. 소경 내주면(107a)의 일단과 제 1 대경 내주면(107b)의 일단 사이에는 직경 방향으로 제 1 어깨면(107d)이 형성되고, 소경 내주면(107a)의 타단과 제 2 대경 내주면(107c)의 일단 사이에는 직경 방향으로 제 2 어깨면(107e)이 형성된다. 축 방향의 관통 구멍(112)은 제 1 어깨면(107d) 및 제 2 어깨면(107e)으로 각각 개구되어 있다.
이 베어링 부재(107)는 예를 들면 도 10에 나타내는 금형을 사용함으로써 사출 성형될 수 있다. 이 금형은 가동 형(121)과 고정 형(122), 및 관통 구멍(112)을 성형하기 위한 성형 핀(123)을 구비한다. 가동 형(121)은 베어링 부재(7)의 소경 내주면(107a)를 성형하는 샤프트부(121a), 제 1 어깨면(107d)을 성형하는 어깨면(121b), 및 제 1 대경 내주면(107b)을 성형하는 원통면(121c)을 갖는다. 고정 형(122)은 제 2 어깨면(107e)을 성형하는 어깨면(122b)을 갖는다. 가동 형(121)의 어깨면(121b)의 외경부에는 고정 구멍(121b1)이 형성되고, 이 고정 구멍(121b1)에 성형 핀(123)의 일단이 삽입된다. 이 상태로 가동 형(121)과 고정 형(122)을 형 체결하고, 성형 핀(123)의 타단이 고정 형(122)의 어깨면(122b)의 외경부에 형성된 고정 구멍(122b1)에 삽입되어 성형 핀(123)이 캐비티(cavity) 내에서 위치 결정된다.
이 경우에 있어서, 도 10(b)의 확대 단면도에 나타낸 바와 같이, 성형 핀(123)을 단면 원형으로 하고, 또한 성형 핀(123)의 외주면을 제 1 대경 내주면(107b)을 성형하는 원통면(121c)에 1점에서 내접시키면 고정 구멍(121b1)이 극단적으로 큰 언더컷(undercut)을 가지므로 금형의 가공이 곤란하게 된다. 또한, 가공할 수 있더라도 원통면(121c)과 고정 구멍(121b1) 사이의 코너부(121b3)가 첨단 형상이 되므로 금형이 변형·파손되기 쉬워진다. 이들은 금형 제작 비용의 상승으로 연결되며, 또한 베어링 장치의 비용 상승을 초래한다.
그래서, 본 발명은 베어링 부재의 관통 구멍을 낮은 비용으로 형 성형가능하게 함으로써 베어링 장치의 저가화를 도모하는 것을 주된 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 대경 내주면, 축 부재와의 사이에서 레이디얼 베어링 간극을 형성하는 소경 내주면, 대경 내주면과 소경 내주면 사이의 어깨면, 및 내부에 윤활 유체가 유통되는 축 방향의 관통 구멍을 갖는 축 부재를 사출 성형시에 캐비티 내에 관통 구멍을 성형하는 성형 핀을 배치하고, 또한 성형 핀의 적어도 일단측에 있어서의 외주면을 대경 내주면의 성형면을 포함한 가상 원통면(C')과 2점에서 접촉하는 단면 형상으로 형성한다.
도 4(b)에 나타내는 베어링 부재의 성형 금형에 있어서, 부호 C'는 대경 내주면의 성형면[원통면(121c)]을 포함하는 가상 원통면을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 성형 핀(23)이 가상 원통면(C')에 대하여 2점에서 접촉하는(접촉점을 P'로 나타냄) 단면 형상이면 고정 구멍(21b1)의 언더컷이 작아지거나 또는 소멸되므로 금형의 가공이 용이하게 된다. 또한, 원통면(21c)과 고정 구멍(21b1) 사이의 코너부(21d)가 둔화되므로 금형이 변형·파손되기 어려워진다. 따라서, 금형 제작 비용의 저렴화가 가능해지고, 베어링 장치의 저가화를 도모할 수 있다.
베어링 부재(7)의 제 1 대경 내주면(7b)은 그것을 성형하는 원통면(21c)과 동일한 형상이고, 또한 동일한 치수이다. 마찬가지로, 베어링 부재의 관통 구멍(12)도 이것을 성형하는 성형 핀(23)과 동일한 형상이고, 또한 동일한 치수이다. 따라서, 본 발명은 대경 내주면, 소경 내주면, 대경 내주면과 소경 내주면 사이의 어깨면, 및 내부에 윤활 유체가 유통되는 축 방향의 관통 구멍을 갖고 관통 구멍도 포함하여 형 성형된 베어링 부재, 및 베어링 부재의 내주에 삽입된 축 부재를 구비하고, 베어링 부재의 소경 내주면과 축 부재의 외주면 사이의 레이디얼 베어링 간극에 발생되는 윤활 유체의 동압 작용으로 축 부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 것으로서, 상기 관통 구멍의 적어도 일단측에 있어서의 내주면이 상기 대경 내주면을 포함한 가상 원통면(C)과 2점에서 접촉하는 단면 형상을 구비한 동압 베어링 장치로서도 특징지을 수 있다.
특히, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 가상 원통면(C)과 관통 구멍의 내주면의 접촉점(P)으로부터 베어링 부재의 중심측을 향해서 연장된 관통 구멍의 내주면의 한변이 관통 구멍의 중심선(O)과 평행하면 사출 성형시에 사용되는 성형 핀(23)의 고정 구멍(21b1)의 언더컷을 없앨 수 있다. 따라서, 금형 제작 비용의 더 나은 저렴화를 도모할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 관통 구멍의 중심선(O)은 직경 방향 단면에 있어서의 베어링 부재의 중심(O1)과 관통 구멍의 중심(도면 중심)(O2)을 연결하는 직선을 말하고[도 3(b) 참조], 이하의 설명에 있어서도 마찬가지이다.
관통 구멍의 내주면의 단면 형상이 반원형 등의 곡선부를 갖는 경우에는 상기 가상 원통면(C)과 관통 구멍의 접촉점(P)으로부터 베어링 부재의 중심측을 향해서 연장된 관통 구멍의 내주면의 접촉점(P)에 있어서의 접선이 관통 구멍의 중심선(O)과 평행하면 상기와 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 가상 원통면(C)과 관통 구멍의 접촉점(P)으로부터 베어링 부재의 중심측을 향해서 연장된 관통 구멍의 내주면의 한변(도 5 참조), 또는 가상 원통면(C)과 관통 구멍의 접촉점(P)으로부터 베어링 부재의 중심측을 향해서 연장된 관통 구멍의 내주면의 접촉점(P)에 있어서의 접선(도 6 참조)이 베어링 부재의 중심측을 향해서 관통 구멍 중심선(O)에 점차 접근하는 형상이어도 상기와 동일한 효과가 얻어진다.
관통 구멍의 직경 방향 단면적을 축 방향에서 다르게 하면 관통 구멍을 성형하는 성형 핀을 부분적으로 크게 할 수 있다. 이에 따라, 성형 핀의 강성을 높일 수 있으므로 성형 핀의 구부러짐이나 파손 등의 불량을 저감하고 성형성을 한층더 높일 수 있다.
<발명의 효과>
이상과 같이, 본 발명에 의하면 베어링 부재에 유체 순환용 관통 구멍을 형성하는 경우에도 관통 구멍을 낮은 비용으로 형 성형하는 것이 가능해진다. 따라서, 베어링 장치의 저가화를 도모할 수 있다.
또한, 관통 구멍을 형 성형함으로써 베어링 부재의 성형 후에 관통 구멍을 펀칭 가공하는 경우에 비해 절삭분이 발생하지 않는 만큼 오염물 발생 방지에 보다 유효하다.
도 1은 동압 베어링 장치(1)를 조립한 스핀들 모터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 동압 베어링 장치(1)의 단면도이다.
도 3(a)는 베어링 부재(7)의 하면도이고, 도 3(b)는 베어링 부재(7)의 상면도이다.
도 4(a)는 베어링 부재(7)를 성형하기 위한 성형 금형을 나타내는 단면도이 고, 도 4(b)는 도 4(a)에 나타내는 성형 금형의 a-a 단면에 있어서의 단면도이다.
도 5는 관통 구멍(12)의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 관통 구멍(12)의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 관통 구멍(12)의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 다른 실시형태에 의한 동압 베어링 장치(1)를 나타내는 단면도이다.
도 9는 종래의 베어링 부재(107)를 나타내는 단면도이다.
도 10(a)는 종래의 베어링 부재(107)를 성형하기 위한 성형 금형을 나타내는 단면도이고, 도 10(b)는 도 10(a)에 나타내는 성형 금형의 ａ-a 단면에 있어서의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 동압 베어링 장치 2: 축 부재
7: 베어링 부재 7a: 소경 내주면
7b: 제 1 대경 내주면 7c: 제 2 대경 내주면
7d: 제 1 어깨면 7e: 제 2 어깨면
10: 뚜껑 부재 11: 시일부
12: 관통 구멍 12a: 제 1 유로
12b: 제 2 유로 12c: 제 3 유로
21: 가동 형 21b: 어깨면
21b1: 고정 구멍 21c: 원통면
21d: 코너부 22: 고정 형
22b: 단부면 22b1: 고정 구멍
23: 성형 핀 A: 대경 핀
23a: 제 1 성형 핀 23b: 제 2 성형 핀
23c: 제 3 성형 핀
C: (베어링 부재에 있어서의) 가상 원통면
C': (금형에 있어서의) 가상 원통면
P: 접촉점 O: 관통 구멍의 중심선
R1,R2: 레이디얼 베어링부 T1,T2: 스러스트 베어링부
S: 시일 공간
이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 ~ 도 4에 의거하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 동압 베어링 장치(1)를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 하나의 구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 이용되는 것으로, 축 부재(2)를 상대 회전가능하게 비접촉 지지하는 동압 베어링 장치(1), 축 부재(2)에 고정되는 디스크 허브(3), 예를 들면 반경 방향의 갭을 통하여 대향된 스테이터 코일(4)과 로터 마그넷(5), 및 브래킷(6)을 구비하고 있다. 스테이터 코일(4)은 브래킷(6)의 외주에 설치되고, 로터 마그넷(5)은 디스크 허브(3)의 내주에 설치되어 있다. 동압 베어링 장치(1)의 베어링 부재(7)는 브래킷(6)의 내주에 고정된다. 또한, 디스크 허브(3)에는 정보 기록 매체로서의 디스크(D)가 1매 또는 복수매(도 1에서는 2매) 유지된다. 이와 같 이 구성된 스핀들 모터에 있어서 스테이터 코일(4)에 통전되면 스테이터 코일(4)과 로터 마그넷(5) 사이에 발생하는 여자력에 의해 로터 마그넷(5)이 회전되고, 이에 따라 디스크 허브(3) 및 디스크 허브(3)에 유지된 디스크(D)가 축 부재(2)와 일체로 회전한다.
도 2는 동압 베어링 장치(1)를 나타내고 있다. 이 동압 베어링 장치(1)는 베어링 부재(7), 베어링 부재(7)의 내주에 삽입되는 축 부재(2), 베어링 부재(7)의 일단을 폐구하는 뚜껑 부재(10), 및 베어링 부재(7)의 타단을 시일하는 시일부(11)를 주로 구비하고 있다. 또한, 설명의 편의상, 축 방향 양단에 형성되는 베어링 부재(7)의 개구부 중 뚜껑 부재(10)로 폐구되는 측을 하측, 폐구측과 반대인 측을 상측으로 하여 이하 설명한다.
축 부재(2)는 축부(2a), 및 축부(2a)의 하단에 형성된 플랜지부(2b)를 구비한다. 축부(2a)는 SUS강 등의 금속 재료로 대략 원통 형상으로 형성된다. 플랜지부(2b)는 축부(2a)와 동일 재료로 일체로 형성하는 것 외에 다른 재료로 형성할 수도 있다. 예를 들면, 플랜지부(2b)를 수지 재료로 형성하여 축부(2a)와 일체로 형성된 하이브리드 구조로 할 수 있다.
축부(2a)의 외주면(2a1)의 전체면 또는 일부 원통면 영역에는 레이디얼 동압 발생부로서 복수개의 동압 홈을 배열한 영역이 형성된다. 이 실시형태에서는, 예를 들면 도 2에 나타낸 바와 같이, 복수개의 동압 홈(2c1,2c2)을 헤링본 형상으로 배열한 영역이 축 방향으로 이격해서 2개소 형성된다. 이들 동압 홈(2c1,2c2) 형성 영역은 축 부재(2)의 회전시에 대향하는 베어링 부재(7)의 소경 내주면(7a)과의 사 이에 후술하는 제 1, 제 2 레이디얼 베어링부(R1,R2)의 각 레이디얼 베어링 간극을 형성한다.
베어링 부재(7)는 축 방향 양단을 개구한 개략 원통 형상을 이루고, 소경 내주면(7a), 소경 내주면의 상측에 형성된 제 1 대경 내주면(7b), 및 소경 내주면(7a)의 하측에 형성된 제 2 대경 내주면(7c)을 구비한다. 소경 내주면(7a)의 상단과 제 1 대경 내주면(7b)의 하단 사이에는 직경 방향으로 제 1 어깨면(7d)이 형성됨과 아울러, 소경 내주면(7a)의 하단과 제 2 대경 내주면(7c)의 상단 사이에는 직경 방향으로 제 2 어깨면(7e)이 형성된다. 또한, 이 실시형태에서는 제 2 대경 내주면(7c)은 제 1 대경 내주면(7b)보다 약간 큰 직경으로 형성된다.
이 실시형태에서 베어링 부재(7)는, 예를 들면 액정 폴리머(LCP), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등의 결정성 수지나 폴리페닐설폰(PPSU), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 등의 비결정성 수지를 베이스 수지로 하는 수지 조성물을 사출 성형함으로써 형성된다. 또한, 상기 수지에 충전하는 충전제의 종류도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 충전제로서 유리 섬유 등의 섬유 형상의 충전제, 티탄산 칼륨 등의 위스커 형상의 충전제, 운모 등의 인편 형상의 충전제, 카본파이버, 카본블랙, 흑연, 폴리나노재료, 금속 분말 등의 섬유 형상 또는 분말 형상의 도전성 충전제를 사용할 수 있다. 이들 충전제는 단독으로 사용하거나, 또는 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다.
베어링 부재(7)의 제 2 어깨면(7e)의 전체면 또는 일부 환상 영역에는 스러스트 동압 발생부로서 복수개의 동압 홈을 배열한 영역이 형성된다. 이 실시형태에 서는 예를 들면, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 복수개의 동압 홈(7e1)을 스파이럴 형상으로 배열한 영역이 형성된다. 이 동압 홈(7e1) 형성 영역은 플랜지부(2b)의 상측 단부면(2b1)과 대향하고, 축 부재(2)의 회전시에는 상측 단부면(2b1)과의 사이에 후술하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 2 참조). 동압 홈(7e1)은 베어링 부재(7)의 형 성형에서 사용되는 금형에 대응되는 형상의 홈 형을 형성해 둠으로써 베어링 부재(7)의 사출 성형과 동시에 성형될 수 있다.
이 베어링 부재(7)에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 축 방향으로 관통하는 복수개의 관통 구멍(12)이 형성된다. 이 실시형태에서 관통 구멍(12)은 축 방향에서 축 직교 방향의 단면적을 다르게 함과 아울러, 상측일수록 단면적을 확대시킨 형태를 이루어 베어링 부재(7)의 원주 방향 등간격으로 4개소 형성된다. 구체적으로, 관통 구멍(12)은 상단이 제 1 어깨면(7d)에 개구되고 단면적이 가장 큰 제 1 유로(12a), 하단이 제 2 어깨면(7e)에 개구되고 단면적이 가장 작은 제 3 유로(12c), 및 제 1 유로(12a)와 제 3 유로(12c) 사이에 형성되어 단면적이 제 1 유로(12a)보다 작고 제 3 유로(12c)보다 큰 제 2 유로(12b)로 구성된다. 제 1, 제 2 유로(12a, 12b)는 단면 직사각형으로 형성되고, 제 3 유로(12c)는 단면 원형으로 형성된다[도 3(b) 참조]. 또한, 제 1 유로(12a)와 제 2 유로(12b) 사이에는 테이퍼 형상의 연속부(12d)가 형성되어 이들을 매끄럽게 연속시키고 있다. 제 2 유로(12b)를 생략하고 제 1 유로(12a) 및 제 3 유로(12c)로 관통 구멍(12)을 구성할 수도 있다.
이 관통 구멍(12) 중 제 1 유로(12a)의 내주면은, 도 3(b)의 확대도에 나타 낸 바와 같이, 그 횡단면에 있어서 제 1 대경 내주면(7b)을 포함한 가상 원통면(C) (파선으로 나타냄)과 2점에서 접촉하는 형태를 갖는다(접촉점을 P로 나타냄). 본 실시형태와 같이 제 1 유로(12a)를 단면 직사각형 형상으로 한 경우, 각 접촉점(P)으로부터 베어링 부재의 중심측을 향해서 연장된 제 1 유로(12a) 내주면의 한변(12a1)은 관통 구멍(12)의 중심선(O)[베어링 부재(7)의 중심(O1)과 제 1 유로(12a)의 중심(도면 중심)(O2)을 연결하는 직선]과 평행하게 된다.
상기한 바와 같이, 본 실시형태에서는 베어링 부재(7)의 제 2 어깨면(7e)에 면하여 스러스트 베어링 간극이 형성된다. 이 스러스트 베어링 간극에서의 동압 누출의 방지를 위해 관통 구멍(12)은 제 2 어깨면(7e)의 스러스트 베어링 간극[동압 홈(7e1) 형성 영역]을 피한 영역에 개구되는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 관통 구멍(12)의 일단[제 1 유로(12a)의 개구 단부]을 가상 원통면(C)과 접촉시키면 관통 구멍(12)을 제 2 어깨면(7e)의 외경단에 형성할 수 있다. 따라서, 스러스트 베어링 간극의 직경 방향 폭을 충분하게 확보할 수 있고, 스러스트 방향으로 높은 지지력을 얻을 수 있다.
또한, 제 1 유로(12a) 및 제 2 유로(12b)는 그 외경측의 내주면이 축 방향의 동일면 상에 있다. 이에 따라, 관통 구멍(12)은 제 2 어깨면(7e)에 있어서 한번더 외경측에 개구될 수 있으므로 스러스트 베어링 간극의 영역을 외경 방향으로 확장할 수 있고, 스러스트 방향의 지지력을 한층더 높일 수 있다. 특히, 본 실시형태와 같이 관통 구멍(12)의 단면적을 축 방향에서 다르게 하여 단면적이 가장 작은 제 3 유로(12c)를 베어링 부재(7)의 제 2 어깨면(7e)에 개구하면 스러스트 베어링 간극의 직경 방향 폭의 추가적인 확장이 유효하게 된다. 게다가, 본 실시형태에서는 제 2 유로(12b)의 하단부의 중앙부로부터 제 3 유로(12c)가 연장되어 있지만, 제 3 유로(12c)를 베어링 부재(7)의 외경측으로 밀어서 형성하면 한층더 스러스트 베어링 간극의 영역을 확장할 수 있다.
관통 구멍(12) 중 동압 도피를 고려할 필요가 없는 측[시일부(11)의 측]에 단면적이 가장 큰 제 1 유로(12a)를 형성함으로써 베어링 내부의 유지 유량을 증가시킬 수 있다. 본 발명과 같이 베어링 부재(7)를 수지로 일체로 성형하는 경우, 베어링 부재(7)에 윤활유를 함침시킬 수 없으므로 베어링 장치 내부의 유지 유량이 감소되는 경향이 있지만, 상기 구성이면 윤활유의 부족분을 보충해서 레이디얼 베어링 간극이나 스러스트 베어링 간극에 윤택한 윤활유를 공급하는 것이 가능해진다.
또한, 관통 구멍(12)의 상단 개구부가 단면적이 큰 직사각형 형상이고 하단개구부가 단면적이 작은 원형 형상이므로 양 개구부의 형상 차이가 현저하게 되어 베어링 부재(7)의 상하를 용이하게 식별하는 것이 가능해진다. 따라서, 조립시의 잘못된 조립을 회피할 수 있다.
베어링 부재(7)의 제 2 대경 내주면(7c)에는 베어링 부재(7)의 하단측을 폐구하는 뚜껑 부재(10)가 접착(루즈 접착 포함), 압입(압입 접착 포함), 용착(초음파 용착 포함), 용접 등의 수단으로 고정된다. 이때, 베어링 부재(7)와 뚜껑 부재(10)의 고정면 사이에서는 베어링 내부에 가득 채워진 윤활유가 적어도 외부로 누출되지 않을 정도의 밀봉성을 확보할 필요가 있다.
뚜껑 부재(10)의 상측 단부면(10a) 일부 환상 영역에는 스러스트 동압 발생부로서, 도시 생략되지만, 복수개의 동압 홈을 예를 들면 도 3(a)에 나타낸 스파이럴 형상과 원주 방향 반대를 향하는 형상이 되도록 배열한 영역이 형성된다. 이 동압 홈 형성 영역은 플랜지부(2b)의 하측 단부면(2b2)과 대향하고, 축 부재(2)의 회전시에는 하측 단부면(2b2)과의 사이에 후술하는 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 2 참조).
또한, 뚜껑 부재(10)의 상측 단부면(10a) 외주에는 상방으로 돌출되는 돌출부(10b)가 형성되어 있고, 돌출부(10b)의 상단에 위치하는 접촉면(10b1)을 베어링 부재(7)의 제 2 어깨면(7e)에 접촉시킨 상태로 뚜껑 부재(10)가 베어링 부재(7)의 제 2 대경 내주면(7c)에 고정된다. 이 경우, 돌출부(10b)의 축 방향 치수로부터 플랜지부(2b)의 축 방향 폭을 감한 값이 스러스트 베어링부(T1,T2)의 각 스러스트 베어링 간극의 총합과 같아진다.
베어링 부재(7)의 제 1 대경 내주면(7b)에는 환상의 시일부(11)가 그 하측 단부면(11b)을 제 1 어깨면(7d)에 접촉시킨 상태로 고정된다. 시일부(11)의 내주면(11a)과 이 면에 대향하는 축부(2a)의 외주면(2a1) 사이에는 그 반경 방향 치수를 상방을 향해서 확대시킨 테이퍼 형상의 시일 공간(S)이 형성된다. 베어링 장치의 내부를 후술하는 윤활유로 채운 상태에서는 윤활유의 유면은 항상 시일 공간(S)의 범위 내에 있다.
상기 구성을 갖는 동압 베어링 장치(1)의 내부 공간에 윤활 유체, 예를 들면 윤활유를 가득 채운다. 윤활유로서는 여러가지의 것이 사용가능하지만, HDD 등의 디스크 구동 장치용 동압 베어링 장치에 제공되는 윤활유에는 그 사용시 또는 수송시에 있어서의 온도 변화를 고려하여 저증발율 및 저점도성이 우수한 에스테르계 윤활유, 예를 들면 디옥틸 세바케이트(DOS), 디옥틸아절레이트(DOZ) 등을 기유(基油)로 하는 윤활유가 적합하게 사용가능하다.
상기 구성의 동압 베어링 장치(1)에 있어서 축 부재(2)의 회전시에 축부(2a)의 외주면(2a1)에 형성된 동압 홈(2c1,2c2) 형성 영역은 대향하는 베어링 부재(7)의 소경 내주면(7a)과의 사이에 레이디얼 베어링 간극을 형성한다. 그리고, 축 부재(2)의 회전에 따라 상기 레이디얼 베어링 간극의 윤활유가 동압 홈(2c1,2c2)의 축 방향 중심측으로 압입되어 그 압력이 상승한다. 이와 같이, 동압 홈(2c1,2c2)에 의해 발생되는 윤활유의 동압 작용에 의해 축 부재(2)를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)가 각각 구성된다.
이것과 동시에, 베어링 부재(7)의 제 2 어깨면(7e)[동압 홈 (7e1) 형성 영역]과 이것에 대향하는 플랜지부(2b)의 상측 단부면(2b1) 사이의 스러스트 베어링 간극, 및 뚜껑 부재(10)의 상측 단부면(10a)[동압 홈 형성 영역]과 이것에 대향하는 플랜지부(2b)의 하측 단부면(2b2) 사이의 스러스트 베어링 간극에 형성되는 윤활유막의 압력이 동압 홈의 동압 작용에 의해 높아진다. 그리고, 이들 유막의 압력에 의해 축 부재(2)를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)와 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 각각 구성된다.
이때, 관통 구멍(12)과 시일부(11)의 하측 단부면(11b)에 형성된 복수개의 반경 방향 홈(11b1)으로 구성되는 유체 유로에 의해 스러스트 베어링부(T1,T2)의 각 스러스트 베어링 간극과 베어링 부재(7)의 개구측[시일부(11)측]에 형성되는 시일 공간(S) 사이가 연통 상태가 된다. 이것에 의하면, 베어링 내부의 윤활유의 압력이 국부적으로 부압이 되는 현상을 방지하여 부압 발생에 따른 기포의 생성, 기포의 생성에 기인하는 윤활유의 누설이나 진동 발생 등의 문제를 해소할 수 있다.
또한, 이 실시형태에서 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 동압 홈(2c1)은 축 방향 비대칭으로 형성되고, 구체적으로는 축 방향 중간부로부터 상측의 동압 홈의 축 방향 치수(X1)가 하측의 동압 홈의 축 방향 치수(X2)보다 크게 형성되어 있다 (X1>X2). 이 때문에(도 2 참조), 축 부재(2)의 회전시에 동압 홈(2c1)에 의한 윤활유의 인입력(펌핑력)은 상측 영역이 하측 영역에 비해 상대적으로 커진다. 그리고, 이 인입력의 차압에 의해 베어링 부재(7)의 소경 내주면(7a)과 축부(2a)의 외주면(2a1) 사이에 채워진 윤활유가 하방으로 유동하고, 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극→관통 구멍(12)→시일부(11)의 반경 방향 홈(11b1)으로 하는 경로를 순환하여 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 레이디얼 베어링 간극에 다시 인입된다. 이와 같이, 베어링 내부의 윤활유를 유동 순환시킴으로써 상기와 같은 윤활유의 부압 발생을 방지하는 효과를 보다 높일 수 있다. 게다가, 이러한 윤활유의 강제적인 순환이 특별히 필요없는 경우에는 동압 홈(2c1)을 축 방향 대칭으로 형성할 수도 있다.
이하, 도 4를 이용하여 베어링 부재(7)를 성형하기 위한 성형 금형을 설명한 다. 이 금형은 가동 형(21), 고정 형(22), 및 관통 구멍(12)을 성형하기 위한 성형 핀(23)으로 구성된다.
가동 형(21)은 베어링 부재(7)의 소경 내주면(7a)를 성형하는 샤프트부(21a), 제 1 어깨면(7d)을 성형하는 어깨면(21b), 제 1 대경 내주면(7b)을 성형하는 원통면(21c)을 구비한다. 고정 형(22)은 제 2 어깨면(7e)을 성형하는 단부면(22b), 및 제 2 대경 내주면(7c)을 성형하는 원통면(22c)을 구비한다.
성형 핀(23)은 관통 구멍(12)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되어 가동 형(21)과 고정 형(22)으로 형성되는 캐비티 내의 소정 위치에 배치된다. 본 실시형태에서는 성형 핀(23)이 관통 구멍(12)의 제 1 유로(12a)를 성형하는 각기둥 형상의 제 1 성형 핀(23a), 제 2 유로(12b)를 성형하는 각기둥 형상의 제 2 성형 핀(23b), 제 3 유로(12c)를 성형하는 원기둥 형상의 제 3 성형 핀(23c), 및 연속부(12d)를 성형하는 중간부(23d)를 구비한다. 제 1 성형 핀(23a), 제 2 성형 핀(23b), 및 중간부(23d)는 일체로 형성되고, 이 일체품을 대경 핀(A)으로 칭한다. 대경 핀(A)은 가동 형(21)의 어깨면(21b) 외경측에 형성된 고정 구멍(21b1)에 고정되고, 제 3 성형 핀(23c)은 고정 형(22)의 단부면(22b) 외경측에 형성된 고정 구멍(22b1)에 고정된다. 가동 형(21)과 고정 형(22)을 형 체결하면 제 2 성형 핀(23b)의 하측 단부면의 중앙부에 형성된 감합 구멍(23b1)에 제 3 성형 핀(23c)의 상단부가 감합되어 대경 핀(A) 및 제 3 성형 핀(23c)이 금형 내에서 위치 결정된다[도 4(a) 참조].
이와 같이 성형 핀(23)을 2개[대경 핀(A) 및 제 3 성형 핀(23c)]로 분할하여 한쪽을 가동 형(21)에 고정하고 다른쪽을 고정 형(22)에 고정함과 아울러, 형 체결시에 양 핀을 캐비티 중으로 감합되도록 구성하면 한쪽의 형으로부터 돌출되는 핀의 길이를 짧게 할 수 있으므로 핀 강성을 높일 수 있고 사출압 등에 의한 성형 핀의 파손 방지에 유효하게 된다. 특히, 본 실시형태와 같이 한쪽의 핀을 다른쪽의 핀보다 큰 직경으로 형성한 경우, 대경측의 핀(A)을 소경측의 핀(23c)보다 길게 함으로써 성형 핀의 파손 방지에 보다 유효하게 된다.
본 발명에서는, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 성형 핀(23) 중 가동 형(21)에 유지되는 제 1 성형 핀(23a)의 외주면이 베어링 부재(7)의 제 1 대경 내주면(7b)을 성형하는 원통면(21c)의 윤곽을 포함한 가상 원통면(C')과 2점에서 접촉하는 단면 형상으로 형성된다. 특히, 본 실시형태와 같이 성형 핀(23)의 상단측을 단면 직사각형 형상으로 형성한 경우, 가상 원통면(C')과 제 1 성형 핀(23a)의 외주면의 각 접촉점(P')으로부터 축심을 향해서 연장된 제 1 성형 핀(23a)의 외주면(23a1)이 제 1 성형 핀(23a)의 중심선(O')[축심(O1')과 제 1 성형 핀(23a)의 중심(O2')을 연결하는 직선]과 평행하게 된다. 따라서, 제 1 성형 핀(23a)을 삽입하는 고정 구멍(21b1)의 언더컷이 발생하지 않고, 고정 구멍(21b1)의 가공이 용이한 것이 된다. 또한, 고정 구멍(21b1)과 원통면(21c) 사이의 코너부(21d)를 둔화시킬 수 있어 코너부(21d)의 변형·파손을 방지하는 것이 가능해진다. 따라서, 금형 제작 비용의 상승을 방지할 수 있고, 결과적으로 베어링 장치의 저가화를 도모할 수 있다.
본 실시형태와 같이, 제 1 유로(12a)와 제 2 유로(12b)를 직사각형 형상으로 형성하고, 또한 그 외경측의 면을 동일면 상에 형성하는 경우, 제 1 성형 핀(23a) 및 제 2 성형 핀(23b)에 대응되는 성형면도 단차가 없는 평탄면으로 형성된다. 따라서, 양 면을 정밀도 좋게 마무리하는 것이 가능하다. 이에 대하여, 제 1 유로와 제 2 유로를 모두 원형 형상으로 형성하고, 또한 그 외경 단부를 맞추어 형성하는 경우, 성형 핀은 직경이 다른 2개의 원기둥 형상으로 형성되고, 또한 그 외경 단부를 축 방향의 1개의 직선 상에 맞추는 정밀한 형상으로 형성된다. 이 때문에, 성형 핀(23)의 가공이 곤란하게 되어 성형 핀(23)의 제조 비용의 상승을 초래한다.
또한, 제 3 유로(12c)를 성형하는 제 3 성형 핀(23c)은 매우 가는 형상으로 되기 위해서 가공이 용이한 원기둥 형상으로 형성된다. 이 때문에, 제 3 성형 핀(23c)이 감합되는 제 2 성형 핀(23b)의 감합 구멍(23b1)은 원통면 형상으로 형성된다. 이 원통 형상의 감합 구멍(23b1)에 의해 제 2 성형 핀(23b)에 언더컷이 형성되는 것을 방지하기 위해 감합 구멍(23b1)은 제 2 성형 핀(23b)의 하측 단부면의 대략 중앙부에 형성된다. 게다가, 제 3 성형 핀(23c)을 예를 들면 단면 직사각형 등으로 형성하는 경우에는 감합 구멍(23b1)에 의해 제 2 성형 핀(23b)에 언더컷이 형성되지 않으므로 감합 구멍(23b1)을 제 2 성형 핀(23b)의 하측 단부면의 베어링 외경측으로 밀어서 형성할 수 있다. 이것에 의하면, 제 3 유로(12c)를 베어링 외경측으로 밀 수 있으므로 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극의 형성 영역을 확장할 수 있다.
본 발명은 이상의 실시형태에 한정되지 않는다. 상기 실시형태에서는 관통 구멍(12)의 제 1 유로(12a)의 단면이 직사각형으로 형성되어 있지만, 관통 구 멍(12)의 내주면(윤곽선)이 가상 원통면(C)과 2점(P)에서 접촉하는 것이면 그 형태는 특별히 상기와 같이 한정되지 않는다. 관통 구멍(12)의 다른 예를 베어링 부재(7)의 제 1 유로(12a)에 있어서의 단면도인 도 5 ~ 도 7을 사용하여 설명한다.
예를 들면, 관통 구멍(12)의 내주면의 단면 형상을 삼각형(도 5 참조)이나 반원형(도 6 참조)으로 할 수 있다. 이들의 경우, 접촉점(P)으로부터 베어링 부재의 중심측을 향해서 연장된 관통 구멍(12)의 내주면의 한변(12a1)(도 5 참조), 또는 접촉점(P)으로부터 베어링 부재의 중심측을 향해서 연장된 관통 구멍(12)의 내주면의 접촉점(P)에 있어서의 접선(L)(도 6 참조)은 모두 베어링 부재의 중심측을 향해서 관통 구멍(12)의 중심선(O)에 점차 접근하고 있고, 이에 따라 상기 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같은 구성에 있어서, 접촉점(P)에 있어서의 접선(L)이 관통 구멍(12)의 중심선(O)과 평행인 경우에도 상기와 동일한 효과가 얻어진다(도시 생략). 또는, 도 7에 나타낸 예에서는 관통 구멍(12)이 가상 원통면(C)보다 외경측으로 나와있다. 이 구성에 있어서도 접촉점(P)으로부터 베어링 부재의 중심측을 향해서 연장된 관통 구멍(12)의 내주면의 한변(12a1)은 관통 구멍(12)의 중심선(O)과 평행함으로써 상기와 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 이상의 실시형태에서는 관통 구멍(12)의 단면적이 축 방향에서 다른 경우를 나타냈지만, 예를 들면 도 8에 나타낸 바와 같이, 단면 형상이 축 방향에서 일정한(예를 들면 직사각형, 도시 생략) 관통 구멍(12)을 형성할 수도 있다. 이 실시형태에서는 관통 구멍(12)의 하단 개구부가 뚜껑 부재(10)에 형성된 직경 방향 홈(10c)을 통하여 스러스트 베어링 간극과 연통한다.
이 경우, 베어링 부재(7)의 제 2 대경 내주면(7c)을 제 1 대경 내주면(7b)보다 약간 큰 직경으로 하고 있으므로 관통 구멍(12)의 하단측 개구부는 제 2 대경 내주면(7c)으로부터 내경측으로 이격될 수 있다. 따라서, 이 관통 구멍(12)을 성형하는 성형 핀의 하단부가 삽입되는 고정 구멍[도 4(a)의 고정 형(22)의 고정 구멍(22b1)에 상당]에 의해 고정 형에 언더컷이 형성되는 일은 없다. 또한, 제 2 대경 내주면(7c)을 제 1 대경 내주면(7b)과 동일한 내경 치수로 형성하는 경우에는 성형 핀의 하단부를 삽입하는 고정 구멍이 상단부를 삽입하는 고정 구멍[도 4(a)의 가동 형(21)의 고정 구멍(21b1)에 상당]과 동일한 구성이 되므로 고정 형에 언더컷이나 뾰족한 각부가 형성되는 일은 없다.
또한, 이상의 실시형태에서는 베어링 부재(7)가 수지의 사출 성형으로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고 예를 들면 금속 분말의 사출 성형[소위, 메탈·인젝션·몰딩(Metal Injection Molding)]으로 형성할 수도 있다.
또한, 이상의 실시형태에서는 레이디얼 베어링부(R1,R2) 및 스러스트 베어링부(T1,T2)로서 헤링본 형상이나 스파이럴 형상의 동압 홈에 의해 윤활유의 동압 작용을 발생시키는 구성을 예시하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면 레이디얼 베어링부(R1,R2)로서, 도시 생략되지만, 축 방향의 홈을 원주 방향의 복수 개소에 형성한 소위 스텝 베어링, 또는 원주 방향으로 복수개의 원호면을 배열하여 대향하는 베어링 부재(7)의 소경 내주면(7a)과의 사이에 쐐기 형상을 직경 방향으로 간극(베어링 간극)을 형성한 소위 다원호 베어링을 채용해도 좋다.
또한, 제 1 스러스트 베어링부(T1) 및 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 한쪽 또는 양쪽은, 마찬가지로 도시 생략되지만, 복수개의 반경 방향 홈 형상의 동압 홈을 원주 방향으로 소정 간격을 둔 소위 스텝 베어링, 또는 파형 베어링(스텝형이 파형이 된 것) 등으로 구성할 수도 있다.
또한, 이상의 실시형태에서는 축 부재(2)의 외주면(2a1)이나 베어링 부재(7)의 제 2 어깨면(7e), 또는 뚜껑 부재(10)의 상측 단부면(10a)에 동압 발생부가 각각 형성되는 경우를 설명했지만, 예를 들면 이들과 베어링 간극을 통하여 대향하는 베어링 부재(7)의 소경 내주면(7a), 플랜지부(2b)의 상측 단부면(2b1) 및 하측 단부면(2b2)에 동압 발생부를 형성할 수도 있다.
또한, 이상의 실시형태에서는 레이디얼 베어링부(R1,R2)가 축 방향으로 이격해서 설치되어 있지만, 이에 한정되지 않고 이들을 연속적으로 형성해도 좋다. 또는, 레이디얼 베어링부(R1,R2)의 어느 한쪽만을 형성해도 좋다.
또한, 이상의 설명에서는 동압 베어링 장치(1)의 내부에 가득 채워지고 레이디얼 베어링 간극이나 스러스트 베어링 간극에 동압 작용을 발생시키는 유체로서 윤활유를 예시했지만, 그 이외에도 각 베어링 간극에 동압 작용을 발생시킬 수 있는 유체, 예를 들면 공기 등의 기체나, 자성유체, 또는 윤활 그리스 등을 사용할 수도 있다.
본 발명의 동압 베어링 장치는 이상과 같이 HDD 등의 디스크 구동 장치에 한 정되지 않고, 광디스크의 광자기디스크 구동용 스핀들 모터, 고속 회전하에서 사용되는 정보 기기용 소형 모터, 레이저빔 프린터의 폴리곤 스캐너 모터, 또는 전기 기기 등에 사용되는 팬 모터 등에 있어서의 회전축 지지용으로도 사용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 대경 내주면, 소경 내주면, 상기 대경 내주면과 상기 소경 내주면 사이의 어깨면, 및 내부에 윤활 유체가 유통되는 축 방향의 관통 구멍을 갖고, 상기 대경 내주면, 소경 내주면, 및 어깨면의 형 성형과 함께 관통 구멍이 성형 핀으로 형 성형된 베어링 부재, 및 상기 베어링 부재의 내주에 삽입된 축 부재를 구비하고, 상기 베어링 부재의 소경 내주면과 상기 축 부재의 외주면 사이의 레이디얼 베어링 간극에 발생되는 윤활 유체의 동압 작용으로 상기 축 부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 동압 베어링 장치로서,
    상기 어깨면에 있어서의 각 관통 구멍의 개구부 가장자리가 상기 어깨면의 외경단과 2점(P, P)에서 접촉하고, 이 2점(P, P)으로부터 내경측으로 연장되는 부분이 평행 혹은 내경측을 향해서 서로 접근하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 어깨면에 있어서의 각 관통 구멍의 개구부가 직사각형, 삼각형, 반원형의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 관통 구멍의 직경 방향 단면이 축 방향에서 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  5. 대경 내주면, 축 부재와의 사이에서 레이디얼 베어링 간극을 형성하는 소경 내주면, 상기 대경 내주면과 상기 소경 내주면 사이의 어깨면, 및 상기 어깨면에 개구되어서, 내부에 윤활 유체가 유통되는 축 방향의 관통 구멍을 갖는 베어링 부재를 사출 성형시에,
    캐비티 내에 관통 구멍을 성형하는 성형 핀을 배치하고, 상기 복수의 성형 핀이 상기 어깨면을 성형하는 성형면에 형성된 복수의 고정 구멍에 고정되고,
    상기 성형면에 있어서의 각 고정 구멍의 개구부 가장자리가 상기 성형면의 외경단과 2점(P', P')에서 접촉하고, 이 2점(P', P')으로부터 내경측으로 연장되는 부분이 평행 혹은 내경측을 향해 서로 접근하는 것을 특징으로 하는 베어링 부재의 제조 방법.
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