KR102068517B1

KR102068517B1 - 유체 동압 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터

Info

Publication number: KR102068517B1
Application number: KR1020157006228A
Authority: KR
Inventors: 신지 코마츠바라; 테츠야 쿠리무라; 야스히로 야마모토
Original assignee: 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2020-01-21
Also published as: US20150233417A1; KR20150053922A; WO2014045772A1; CN104641131B; EP2899417B1; CN104641131A; JP2014059014A; JP6189589B2; US9476449B2; IN2015DN01676A; EP2899417A4; EP2899417A1

Abstract

하우징(7) 내주에 고정된 베어링 슬리브(8)와, 베어링 슬리브(8)의 내주에 삽탈 가능하게 삽입된 축부재(2)와, 축부재(2)의 외주면(2a)과의 사이에 지름 방향 간극(Ga)을 형성하는 내주면(9a)을 갖는 환상 부재(9)와, 축부재(2)를 지지하는 레이디얼 베어링부(R1, R2) 및 스러스트 베어링부(T)를 구비하고, 적어도 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 레이디얼 베어링 간극(Gr) 및 스러스트 베어링부(T)를 수용한 바닥 간극(Gb)이 윤활유(11)로 채워진 유체 동압 베어링 장치(1)에 있어서, 하우징(7)의 내부 공간에 공극부를 갖고, 레이디얼 베어링 간극(Gr)의 간극 폭을 d₁, 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭을 d₂라고 했을 때 30d₁≤d₂≤250d₁의 관계식을 만족한다.

Description

유체 동압 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터{FLUID DYNAMIC BEARING DEVICE AND MOTOR WITH SAME}

본 발명은 유체 동압 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터에 관한 것이다.

주지와 같이, 유체 동압 베어링 장치는 고속 회전, 고회전 정밀도 및 저소음 등의 특징을 갖는다. 이 때문에, 유체 동압 베어링 장치는 정보 기기를 비롯한 다양한 전기 기기에 탑재되는 모터, 구체적으로는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 장착되는 스핀들 모터용, PC 등에 장착되는 팬 모터용, 또는 레이저빔 프린터(LBP)에 장착되는 폴리곤 스캐너 모터용의 베어링 장치 등으로서 적합하게 사용되고 있다.

유체 동압 베어링 장치의 일례가 하기의 특허문헌 1에 기재되어 있다. 이 유체 동압 베어링 장치는 바닥이 있는 통 형상(컵 형상)의 하우징과, 하우징의 내주에 고정된 베어링 슬리브와, 삽탈 가능하게 베어링 슬리브의 내주에 삽입된 축부재와, 레이디얼 베어링 간극에 형성되는 윤활유의 유막에 의해 축부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부와, 축부재를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부와, 스러스트 베어링부를 수용한 바닥 간극과, 하우징의 개구부 내주에 고정된 환상 부재(밀봉 부재)를 구비한다.

이 유체 동압 베어링 장치에 있어서, 환상 부재는 베어링 슬리브와 축 방향으로 맞물린 상태(베어링 슬리브의 뽑힘 방향에서 베어링 슬리브와 맞물린 상태)로 하우징의 개구부 내주에 고정되어 있다. 이 때문에, 하우징에 대한 베어링 슬리브의 고정력(베어링 슬리브의 발거력)이 높아져 축 방향에 있어서의 하우징과 베어링 슬리브의 상대 위치, 나아가서는 원하는 베어링 성능이 안정적으로 유지된다. 또한, 이 유체 동압 베어링 장치는 하우징의 내부 공간 전역을 윤활유로 채운 소위 풀필 상태에서 사용되는 것이며, 환상 부재의 내주면과 축부재의 외주면 사이에 밀봉 공간(레이디얼 베어링 간극보다 간극 폭이 큰 지름 방향 간극)이 형성된다. 밀봉 공간은 윤활유의 온도 변화에 따르는 용적 변화량을 흡수하는 버퍼 기능을 갖고, 상정되는 온도 변화의 범위 내에 있어서 윤활유의 유면을 항상 밀봉 공간의 범위 내로 유지할 수 있도록 설계되어 있다. 따라서, 윤활유의 외부 누설에 기인한 베어링 성능의 저하나 주변 환경의 오염이 가급적 방지된다.

일본 특허 공개 2003-307212 호 공보

그러나, 상기와 같이 하우징의 내부 공간 전역을 윤활유로 채운 소위 풀필 구조를 채용하면, 유체 동압 베어링 장치의 조립 후에 소위 진공 함침 등의 번잡한 방법을 이용하여 하우징의 내부 공간을 윤활유로 채우고, 또한 윤활유의 유면 위치를 정밀도 좋게 관리할(윤활유의 충전량을 미조정할) 필요가 있다. 이 때문에, 유체 동압 베어링 장치에 대한 보다 나은 저비용화의 요청에 대응하는 것이 어렵다는 문제가 지적되고 있다.

그래서, 본 발명은 저비용으로 제조 가능하면서 원하는 베어링 성능을 발휘할 수 있는 유체 동압 베어링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 창안된 본 발명은, 축 방향의 일단이 개구됨과 아울러 타단이 폐쇄된 바닥이 있는 통 형상의 하우징과, 하우징의 내주에 고정된 베어링 슬리브와, 발거 가능하게 베어링 슬리브의 내주에 삽입된 축부재와, 축부재의 외주면과의 사이에 지름 방향 간극을 형성하는 내주면을 갖고 베어링 슬리브와 축 방향으로 맞물린 상태로 하우징의 일단 내주에 고정된 환상 부재와, 베어링 슬리브의 내주면과 축부재의 외주면 사이의 레이디얼 베어링 간극에 형성되는 윤활유의 유막에 의해 축부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부와, 축부재를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부와, 스러스트 베어링부를 수용하고 윤활유로 채워진 바닥 간극을 구비한 유체 동압 베어링 장치에 있어서, 하우징의 내부 공간에 공극부가 형성되고, 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭을 d₁, 지름 방향 간극의 간극 폭을 d₂라고 했을 때 30d₁≤d₂≤250d₁의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 한다. 또한, 여기서 말하는 「스러스트 베어링부」는 축부재를 접촉 지지하는 피봇 베어링이라도 좋고, 축부재를 비접촉 지지하는 동압 베어링이라도 좋다.

본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치는, 레이디얼 베어링부의 레이디얼 베어링 간극과 스러스트 베어링부를 수용한 바닥 간극이 윤활유로 채워진 상황 하에 있어서, 하우징의 내부 공간(이하, 간단히 「내부 공간 」이라고도 한다)에 공극부가 형성된다. 이것은, 즉 하우징의 내부 공간에 충전하는 윤활유량을 상기 내부 공간의 용적보다 적게 하여 상기 내부 공간에 윤활유로 채워져 있지 않은 영역을 형성한 것을 의미한다. 본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치에서는 축부재가 베어링 슬리브에 대하여 삽탈 가능하다. 이것들의 구성으로부터, 예를 들면 하우징의 내주에 베어링 슬리브 및 환상 부재를 고정한 후이며 베어링 슬리브 내주로의 축부재의 삽입 전에, 적절한 급유구(예를 들면, 마이크로 피펫)를 이용하여 내부 공간에 윤활유를 주입하는 것만으로도 내부 공간에 필요량의 윤활유를 개재시킬 수 있다. 따라서, 주유를 위한 대규모의 설비나 고정밀한 유면의 조정·관리 작업이 불필요해지고, 이것을 통해 베어링 장치의 제조 비용을 저렴화할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치의 구조상, 내부 공간으로의 주유 작업은 하우징의 내주에 베어링 슬리브 및 환상 부재를 고정한 후이며 베어링 슬리브 내주로의 축부재의 삽입 전에 실행할 수 있다. 이 경우, 베어링 슬리브의 내주에 축부재를 삽입한 후에 내부 공간에 주유할 경우에 비해 주유 작업을 간편하게 또한 적절히 실행할 수 있다. 그러나, 아무런 대책을 강구하지 않으면 주유 후의 베어링 슬리브 내주로의 축부재의 삽입에 따라 윤활유 누출이 발생하기 쉬워진다. 이 윤활유 누출의 발생 메커니즘을 도 7a, 도 7b를 참조하면서 설명한다.

우선, 도 7a에 나타내는 바와 같이 베어링 슬리브(108) 및 환상 부재(109)를, 하우징(107)의 저부와 베어링 슬리브(108) 사이에 바닥 간극(105)이 형성되도록 하우징(107)의 내주에 고정하고, 그 후 하우징(107)의 내부 공간에 윤활유(110)를 주입한다. 이어서, 도 7b에 나타내는 바와 같이 환상 부재(109) 및 베어링 슬리브(108)의 내주에 축부재(102)를 삽입한다. 축부재(102)가 미리 주입된 윤활유(110)에 접촉되면, 윤활유(110)는 모세관력에 의해 축부재(102)(의 외주면)와 베어링 슬리브(108)(의 내주면) 사이에 형성되는 미소한 간극 폭의 지름 방향 간극(레이디얼 베어링 간극)을 통해 하우징(107)의 개구부를 향해 유동하여 축부재(102)의 외주면, 또한 환상 부재(109)의 내주면에도 부착된다. 그리고, 축부재(102)의 삽입이 더욱 진행됨에 따라 하우징(107)의 내부 공간[축부재(102)와 하우징(107) 사이]에 존재하는 공기가 압축되고, 그 결과 축부재(102)와 베어링 슬리브(108) 및 환상 부재(109) 사이에 개재되는 윤활유(110)에는 이것을 베어링 외부측으로 압출하는 방향의 바이어싱 포오스가 작용한다. 이것에 의해, 축부재(102)의 외주면과 환상 부재(109)의 내주면 사이에 형성되는 지름 방향 간극(밀봉 공간)(103)을 통해 윤활유(110)가 베어링 외부로 누출된다. 이 경우, 레이디얼 베어링 간극 및 바닥 간극(105) 양쪽에 충분량의 윤활유를 개재시킬 수 없어 원하는 베어링 성능을 안정적으로 확보하는 것이 어려워진다.

본원 발명자들이 예의 연구를 거듭한 결과, 지름 방향 간극의 간극 폭을 d₂라고 했을 때, 이 d₂의 값이 소정값을 상회하면 축부재의 삽입에 따르는 환상 부재의 내주면으로의 윤활유의 부착이 가급적 방지되고, 상기 형태에서의 윤활유 누출이 가급적 방지되는 것을 발견했다. 구체적으로는, 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭을 d₁, 지름 방향 간극의 간극 폭을 d₂라고 했을 때 30d₁≤d₂의 관계식을 만족하도록 지름 방향 간극의 간극 폭(d₂)을 설정함으로써 해소할 수 있는 것을 발견했다. 이것에 의해, 베어링 장치의 조립 및 베어링 장치로의 주유를 간편하게 실행 가능하게 해서 유체 동압 베어링 장치의 제조 비용을 저렴화할 수 있다. 단, 지름 방향 간극의 간극 폭(d₂)을 너무 크게 설정하면 베어링 슬리브와 환상 부재의 접촉 면적이 과도하게 작아지기 때문에 필요로 되는 베어링 슬리브의 발거력을 확보하는 것이 어려워질 우려가 있다. 따라서, d₂≤250d₁로 하는 것이 바람직하다.

상기 구성의 베어링 장치에는 지름 방향 간극과 바닥 간극을 연통시키는 연통로를 더 형성할 수 있다. 이와 같이 하면, 내부 공간에 윤활유를 주입한 후에 베어링 슬리브의 내주에 축부재를 삽입했을 경우라도 축부재의 삽입에 따라 바닥 간극 측으로 압입되는 공기를 연통로를 통해 대기로 배출할 수 있으므로, 축부재의 삽입에 따르는 윤활유의 외부 누설을 한층 더 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 이 연통로 중 적어도 일부는 상기 공극부로서 활용된다.

상기 연통로는 하우징과 베어링 슬리브 사이에 형성되고 일단이 바닥 간극으로 개구된 제 1 통로와, 베어링 슬리브와 환상 부재 사이에 형성되고 일단이 지름 방향 간극으로 개구됨과 아울러 타단이 제 1 통로의 타단에 연결된 제 2 통로로 구성할 수 있다.

베어링 슬리브는, 예를 들면 압입(특히, 큰 체결값을 갖게 한 압입. 이하 마찬가지.), 접착, 압입 접착(압입과 접착의 병용) 등에 의해 하우징의 내주에 고정할 수 있다. 그러나, 압입에서는 압입에 따르는 베어링 슬리브의 변형이 베어링 슬리브의 내주면에 미쳐 레이디얼 베어링 간극의 폭 정밀도에 악영향이 발생할 우려가 있다. 또한, 접착에서는 도포한 접착제가 고화될 때까지의 동안, 하우징과 베어링 슬리브를 상대적으로 위치 결정 유지할 필요가 있는 것 외에, 접착제를 고화시키기 위한 별도 공정이 필요한 경우가 있어 양 부재의 고정에 수고와 시간을 요한다. 그래서, 베어링 슬리브를 환상 부재와 하우징의 저부에 의해 축 방향 양측으로부터 협지함으로써 하우징의 내주에 고정했다. 이와 같이 하면, 조립에 요하는 시간을 경감할 수 있다. 또한, 레이디얼 베어링부의 베어링 성능에 악영향이 미치는 것을 가급적 방지할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 레이디얼 베어링 간극은 축 방향의 2개소에 형성할 수 있고, 이 경우 레이디얼 베어링 간극 내의 윤활유에 동압 작용을 발생시키는 레이디얼 동압 발생부도 축 방향의 2개소에 형성할 수 있다. 이와 같이 하면, 로스 토크를 저감하면서 모멘트 하중에 대한 부하 능력(모멘트 강성)을 높일 수 있다. 이때, 한쪽의 레이디얼 동압 발생부를 한쪽의 레이디얼 베어링 간극에 개재하는 윤활유를 다른쪽의 레이디얼 베어링 간극을 향해 압입하는 형상으로 형성하고, 다른쪽의 레이디얼 동압 발생부를 다른쪽의 레이디얼 베어링 간극에 개재하는 윤활유를 한쪽의 레이디얼 베어링 간극을 향해 압입하는 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 각 레이디얼 베어링 간극에 있어서의 유막 절개에 기인한 레이디얼 베어링부의 베어링 성능의 저하를 가급적으로 방지하면서, 레이디얼 베어링 간극에 개재하는 윤활유가 상기 지름 방향 간극을 향해 유동하는 것을, 나아가서는 윤활유가 외부로 누출되는 것을 가급적 방지할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 축부재에 축부재를 하우징의 내저면에 압박하는 외력을 작용시킬 수 있다. 이와 같이 하면, 축부재를 스러스트 양 방향에 지지하는 것이 가능해져서 스러스트 방향의 지지 정밀도가 향상되는 것 외에, 베어링 슬리브에 삽탈 가능하게 삽입된 축부재의 의도하지 않은 누탈을 방지하는 점에서 유리해진다. 상기 외력은, 예를 들면 자력으로 부여할 수 있다. 이 자력은, 예를 들면 하우징을 내주에 유지하는 유지 부재(모터 베이스)에 설치되는 스테이터 코일과, 축부재에 설치되는 로터 마그넷을 축 방향으로 어긋나게 해서 배치 함으로써 부여할 수 있다. 이 종류의 유체 동압 베어링 장치가 조립되는 각종 모터는, 통상 로터 마그넷와 스테이터 코일을 필수 구성 부재로서 구비한다. 따라서, 상기 구성을 채용하면 상기 외력을 특단의 비용 증가를 초래하지 않고 저렴하게 부여할 수 있다.

베어링 슬리브는 내부 공공(空孔)에 상기 윤활유를 함침시킨 다공질체로 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 베어링 슬리브의 표면 개구로부터의 윤활유의 스며나옴에 의해 레이디얼 베어링 간극 및 바닥 간극 양쪽을 윤택한 윤활유로 채울 수 있어, 레이디얼 베어링부 및 스러스트 베어링부의 베어링 성능을 안정적으로 유지하는데 유리해지기 때문이다.

본 발명에 의한 베어링 장치에서 사용하는 윤활유는 40℃에 있어서의 동점도가 20~90㎟/s이고, 또한 20℃에 있어서의 표면 장력이 29~31mN/m인 에스테르계 또는 PAO계 윤활유로 하는 것이 바람직하다.

이상에서 나타낸 본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치는 이상에서 나타낸 여러가지 특징을 갖기 때문에, 예를 들면 PC용 팬 모터나, 디스크 구동 장치용 스핀들 모터 등의 각종 모터에 조립해서 적합하게 사용할 수 있고, 또한 각종 모터의 저비용화에 기여할 수 있다.

[발명의 효과]

이상에 의해, 본 발명에 의하면 저비용으로 제조 가능하면서 원하는 베어링 성능을 발휘할 수 있는 유체 동압 베어링 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 팬 모터의 일구성예를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 유체 동압 베어링 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 베어링 슬리브의 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타내는 유체 동압 베어링 장치의 요부 확대 단면도이다.
도 5a는 도 2에 나타내는 유체 동압 베어링 장치의 조립 공정의 초기 단계를 나타내는 도면이다.
도 5b는 도 2에 나타내는 유체 동압 베어링 장치의 조립 공정 중간 단계를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 유체 동압 베어링 장치를 나타내는 단면도이다.
도 7a는 종래의 유체 동압 베어링 장치의 조립 공정의 초기 단계를 나타내는 도면이다.
도 7b는 종래의 유체 동압 베어링 장치의 조립 공정 중간 단계를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.

도 1에 본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치(1)가 장착되는 팬 모터의 일구성예를 개념적으로 나타낸다. 동 도면에 나타내는 팬 모터는 유체 동압 베어링 장치(1)와, 모터의 정지측을 구성하는 유지 부재로서의 모터 베이스(6)와, 모터 베이스(6)에 부착된 스테이터 코일(5)과, 블레이드(도시 생략)를 갖는 회전 부재로서의 로터(3)와, 로터(3)에 부착되며 스테이터 코일(5)과 반경 방향의 갭을 사이에 두고 대향하는 로터 마그넷(4)을 구비한다. 유체 동압 베어링 장치(1)의 하우징(7)은 모터 베이스(6)의 내주에 고정되고, 로터(3)는 유체 동압 베어링 장치(1)의 축부재(2)의 일단에 고정되어 있다. 이와 같이 구성된 팬 모터에 있어서, 스테이터 코일(5)에 통전하면 스테이터 코일(5)과 로터 마그넷(4) 사이의 전자력에 의해 로터 마그넷(4)이 회전하고, 이것에 따라 축부재(2) 및 축부재(2)에 고정된 로터(3)가 일체로 회전한다.

또한, 로터(3)가 회전하면 로터(3)에 설치된 블레이드의 형태에 따라 도면 중 상향 또는 하향으로 바람이 보내진다. 이 때문에, 로터(3)의 회전 중에는 이 송풍 작용의 반력으로서 유체 동압 베어링 장치(1)의 축부재(2)에 도면 중 하향 또는 상향의 추력이 작용한다. 스테이터 코일(5)과 로터 마그넷(4) 사이에는 이 추력을 상쇄하는 방향의 자력(척력)을 작용시키고 있고, 상기 추력과 자력의 크기의 차에 의해 발생한 스러스트 하중이 유체 동압 베어링 장치(1)의 스러스트 베어링부(T)에 의해 지지된다. 상기 추력을 상쇄하는 방향의 자력은, 예를 들면 스테이터 코일(5)과 로터 마그넷(4)을 축 방향으로 어긋나게 해서 배치함으로써 발생시킬 수 있다 (상세한 도시는 생략). 또한, 로터(3)의 회전시에는 유체 동압 베어링 장치(1)의 축부재(2)에 레이디얼 하중이 작용한다. 이 레이디얼 하중은 유체 동압 베어링 장치(1)의 레이디얼 베어링부(R1, R2)에 의해 지지된다.

도 2에 본 발명의 실시형태에 의한 유체 동압 베어링 장치(1)를 나타낸다. 이 유체 동압 베어링 장치(1)는 바닥이 있는 통 형상의 하우징(7)과, 하우징(7)의 내주에 고정된 베어링 슬리브(8)와, 베어링 슬리브(8)의 내주에 삽입된 축부재(2)와, 베어링 슬리브(8)보다 하우징(7)의 개구측에서 하우징(7)의 내주에 고정된 환상 부재(9)를 주요한 구성 부재로서 구비하고 있다. 하우징(7)의 내부 공간에는 소정량의 윤활유(11)(조밀한 산점 해칭으로 나타낸다)가 충전되어 있고, 적어도 축부재(2)를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 레이디얼 베어링 간극(Gr)(도 4를 참조)과, 축부재(2)를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부(T)를 수용한 바닥 간극(Gb)이 윤활유(11)로 채워져 있다. 또한, 이하에서는 설명의 편의상 환상 부재(9)가 배치된 측을 상측, 그 축 방향 반대측을 하측이라 하지만, 사용시에 있어서의 유체 동압 베어링 장치(1)의 자세를 한정하는 것은 아니다.

하우징(7)은 원통 형상의 통부(7a)와 통부(7a)의 하단 개구를 폐쇄하는 저부(7b)를 갖는 바닥이 있는 통 형상을 이루고, 여기서는 통부(7a)와 저부(7b)가 금속으로 일체로 형성되어 있다. 통부(7a)와 저부(7b)의 경계부 내주에는 통부(7a) 및 저부(7b)와 일체로 단차부(7c)가 형성되고, 단차부(7c)의 상단면(7c1)에 베어링 슬리브(8)의 하단면(8b)(의 외경측 영역)이 접촉하고 있다. 본 실시형태에서는 하우징(7)의 내저면(7b1)의 스러스트 베어링면으로 되는 영역에, 예를 들면 수지제의 스러스트 플레이트(10)를 배치하고 있다. 단, 이 스러스트 플레이트(10)는 반드시 설치할 필요는 없고 생략해도 상관없다. 이 하우징(7)은 수지의 사출성형품으로 할 수도 있다.

축부재(2)는 스테인리스강으로 대표되는 고강성의 금속 재료로 형성되고, 그 외주면(2a)은 평활한 원통면으로 형성됨과 아울러 전체 길이에 걸쳐 지름이 일정하게 형성되어 있다. 축부재(2)의 외경 치수는 베어링 슬리브(8) 및 환상 부재(9)의 내경 치수보다 소경으로 된다. 따라서, 축부재(2)는 베어링 슬리브(8) 및 환상 부재(9)에 대하여 삽탈 가능하게 된다. 축부재(2)의 하단면(2b)은 볼록 구면으로 형성되고, 하우징(7)의 내저면(7b1)[스러스트 플레이트(10)의 상단면]과 접촉하고 있다. 축부재(2)의 상단에는 블레이드를 갖는 로터(3)가 고정된다(도 1 참조).

베어링 슬리브(8)는 다공질체, 여기서는 구리 분말(구리계 합금 분말을 포함함) 또는 철 분말(철계 합금 분말을 포함함)을 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체에 의해 원통 형상으로 형성되고, 그 내부 공공에는 상기 윤활유(11)가 함침되어 있다. 베어링 슬리브(8)는 소결 금속 이외의 다공질체, 예를 들면 다공질 수지로 형성할 수도 있다. 이 베어링 슬리브(8)는 그 하단면(8b)을 하우징(7)의 단차부(7c)의 상단면(7c1)에 접촉시킨 상태로 하우징(7)의 내주에 고정되어 있다. 이것에 의해, 하우징(7)과 베어링 슬리브(8)의 축 방향에 있어서의 상대적인 위치 결정이 이루어지고, 또한 베어링 슬리브(8)의 하단면(8b)과 하우징(7)의 내저면(7b1)[스러스트 플레이트(10)의 상단면] 사이에 소정 용적의 바닥 간극(Gb)이 형성된다.

베어링 슬리브(8)는 압입(큰 체결값을 갖게 한 압입), 접착, 압입 접착(압입과 접착의 병용) 등의 적절한 수단으로 하우징(7)의 내주에 고정할 수 있지만, 본 실시형태에서는 환상 부재(9)와 하우징(7)의 저부(7b)[의 외경단에 설치한 단차부(7c)]로 베어링 슬리브(8)를 그 축 방향 양측으로부터 협지함으로써 베어링 슬리브(8)를 하우징(7)의 내주에 고정하고 있다. 이와 같이 하면, 환상 부재(9)를 하우징(7)에 고정하는 것과 동시에 베어링 슬리브(8)를 하우징(7)에 고정할 수 있으므로 부재끼리의 장착에 필요한 시간을 경감할 수 있다. 또한, 베어링 슬리브(8)를 금속제로 이루어지는 본 실시형태의 하우징(7)의 내주에 큰 체결값으로써 압입하면, 압입에 따르는 베어링 슬리브(8)의 변형이 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에 미치고, 레이디얼 베어링 간극(Gr)의 폭 정밀도, 나아가서는 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 베어링 성능에 악영향이 미칠 가능성이 있지만, 상기 고정 방법에서는 이와 같은 폐해가 가급적 방지된다.

베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에는 대향하는 축부재(2)의 외주면(2a)과의 사이에 레이디얼 베어링 간극(Gr)(도 4 참조)을 형성하는 원통 형상의 레이디얼 베어링면이 축 방향의 2개소에 형성된다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 레이디얼 베어링면에는 레이디얼 베어링 간극 내의 윤활유(11)에 동압 작용을 발생시키기 위한 동압 발생부(레이디얼 동압 발생부)(A1, A2)가 각각 형성되어 있다. 본 실시형태의 레이디얼 동압 발생부(A1, A2)는 각각 서로 반대 방향으로 경사지고, 또한 축 방향으로 이간되어 형성된 복수의 상측 동압홈(Aa1) 및 하측 동압홈(Aa2)과, 양 동압홈(Aa1, Aa2)을 구획하는 볼록 형상의 언덕부를 갖고, 전체적으로 헤링본(herringbone) 형상을 나타낸다. 본 실시형태의 언덕부는 둘레 방향으로 이웃하는 동압홈 사이에 형성된 경사 언덕부(Ab)와, 상하의 동압홈(Aa1, Aa2) 사이에 형성되고 경사 언덕부(Ab)와 대략 동일 지름의 환상 언덕부(Ac)로 이루어진다.

상측 레이디얼 동압 발생부(A1)에 있어서는, 상측 동압홈(Aa1)의 축 방향 치수가 하측 동압홈(Aa2)의 축 방향 치수보다 크게 되어 있다. 한편, 하측 레이디얼 동압 발생부(A2)에 있어서는 하측 동압홈(Aa2)의 축 방향 치수가 상측 동압홈(Aa1)의 축 방향 치수보다 크게 되어 있다. 또한, 레이디얼 동압 발생부(A1)를 구성하는 상측 동압홈(Aa1)의 축 방향 치수는 레이디얼 동압 발생부(A2)를 구성하는 하측 동압홈(Aa2)의 축 방향 치수와 동일하고, 또한 레이디얼 동압 발생부(A1)를 구성하는 하측 동압홈(Aa2)의 축 방향 치수는 레이디얼 동압 발생부(A2)를 구성하는 상측 동압홈(Aa1)의 축 방향 치수와 동일하게 되어 있다. 따라서, 축부재(2)의 회전시 상측[레이디얼 베어링부(R1)] 및 하측[레이디얼 베어링부(R2)]의 레이디얼 베어링 간극(Gr) 내의 윤활유(11)는 각각 하측 및 상측의 레이디얼 베어링 간극을 향해 압입된다.

또한, 레이디얼 동압 발생부(A1, A2)는, 예를 들면 베어링 슬리브(8)를 성형하는 것과 동시에[상세하게는, 금속 분말을 압분·소결해서 이루어지는 베어링 소재에 사이징 가공을 실시함으로써 완성 치수의 베어링 슬리브(8)를 성형하는 것과 동시에] 몰드 성형할 수도 있고, 소결 금속의 양호한 가공성을 감안하여 내주면이 평활한 원통면으로 성형된 베어링 소재에 전조 등의 소성 가공을 실시함으로써 형성할 수도 있다. 또한, 레이디얼 동압 발생부(A1, A2)(각 동압홈)의 형태는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 레이디얼 동압 발생부(A1, A2) 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 스파이럴 형상의 동압홈을 원주 방향으로 복수 배열한 것으로 해도 좋다. 레이디얼 동압 발생부(A1, A2) 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 대향하는 축부재(2)의 외주면(2a)에 형성해도 좋다.

하우징(7)의 내주면(7a1)의 상단부에는 금속 또는 수지로 원환 형상으로 형성된 환상 부재(9)가 접착, 압입, 압입 접착 등의 적절한 수단으로 고정된다. 환상 부재(9)의 내주면(9a)과 이것에 대향하는 축부재(2)의 외주면(2a) 사이에는 지름 방향 간극(Ga)이 형성되어 있고, 베어링 슬리브(8)의 상측은 이 지름 방향 간극(Ga)을 통해 대기로 개방되어 있다.

도 4에 확대해서 나타내는 바와 같이, 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭(d₂)은 레이디얼 베어링부(R1, R2)[도 4에서는 레이디얼 베어링부(R2)는 미도시]의 레이디얼 베어링 간극(Gr)의 간극 폭(d₁)보다 폭이 넓게 설정된다. 구체적으로는, 30d₁≤d₂의 관계식을 만족하도록 환상 부재(9)의 내경 치수가 조정된다. 또한, 레이디얼 베어링 간극(Gr)의 간극 폭(d₁)은 필요로 되는 베어링 성능에 따라 설정되지만, 통상 수㎛ 정도, 보다 구체적으로는 2~10㎛로 설정되는 경우가 많다[도 4에서는 레이디얼 베어링 간극(Gr)의 간극 폭(d₁)을 과장해서 그리고 있다]. 따라서, 예를 들면 레이디얼 베어링 간극(Gr)의 간극 폭(d₁)이 10㎛로 설정될 경우, 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭(d₂)은 300㎛(0.30㎜) 이상으로 설정된다.

한편, 상술한 바와 같이 환상 부재(9)는 베어링 슬리브(8)를 하우징(7)에 대하여 고정하기 위한 고정 부재로서의 기능도 갖기 때문에 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭(d₂)을 너무 크게 설정하면, 하우징(7)에 대한 베어링 슬리브(8)의 고정력 저하를 초래한다. 이 때문에, 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭(d₂)은 d₂≤250d₁의 관계식도 만족하도록 설정한다. 또한, 이것을 다른 관점으로부터 보면 베어링 슬리브(8)의 지름 방향의 두께를 d₃이라고 했을 때, d₂≤d₃/2의 관계식도 만족하도록 설정한다. 예를 들면, 베어링 슬리브(8)로서 지름 방향의 두께 d₃=0.8㎜의 것을 사용할 경우, 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭(d₂)은 0.4㎜ 이하로 설정한다.

이 유체 동압 베어링 장치(1)는 상기 지름 방향 간극(Ga)과 바닥 간극(Gb)을 연통시키기 위한 연통로(12)를 갖는다. 연통로(12)는 하우징(7)과 베어링 슬리브(8) 사이에 형성되며 일단이 바닥 간극(Gb)으로 개구된 제 1 통로(12a)와, 베어링 슬리브(8)와 환상 부재(9) 사이에 형성되며 일단이 지름 방향 간극(Ga)으로 개구됨과 아울러 타단이 제 1 통로(12a)의 타단에 연결된 제 2 통로(12b)로 구성된다. 여기서는, 베어링 슬리브(8)의 외주면(8d)에 형성한 1개 또는 복수의 축 방향 홈(8d1)과 하우징(7)[통부(7a)]의 내주면(7a1)에 의해 형성되는 축 방향의 유체 통로, 및 베어링 슬리브(8)의 하단면(8b)에 형성한 1개 또는 복수의 지름 방향 홈(8b1)과 하우징(7)의 단차부 상단면(7c1)에 의해 형성되는 지름 방향의 유체 통로로 상기 제 1 통로(12a)를 구성하고 있다. 또한, 베어링 슬리브(8)의 상단면(8c)에 형성한 1개 또는 복수의 지름 방향 홈(8c1)과 환상 부재(9)의 하단면(9b)에 의해 형성되는 지름 방향의 유체 통로로 상기 제 2 통로(12b)를 구성하고 있다.

이상의 구성을 갖는 유체 동압 베어링 장치(1)가 도 2에 나타내는 자세로 배치된 상태에서는, 하우징(7)의 내부 공간 중 적어도 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 레이디얼 베어링 간극(Gr)[축부재(2)의 외주면(2a)과 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a) 사이의 지름 방향 간극] 및 스러스트 베어링부(T)를 수용한 바닥 간극(Gb)이 윤활유(11)로 채워진다. 본 실시형태에서는, 또한 베어링 슬리브(8)의 하단면(8c)에 형성한 지름 방향 홈(8c1), 베어링 슬리브(8)의 하단 외주 챔퍼에 의해 형성되는 환상 공간, 및 베어링 슬리브(8)의 상단 내주 챔퍼와 축부재(2)의 외주면(2a) 사이에 형성되는 지름 방향 간극(환상 공간)도 윤활유(11)로 채워진다(도 2 참조). 한편, 연통로(12)의 일부는 윤활유(11)로 채워져 있지 않다. 구체적으로는, 베어링 슬리브(8)의 외주면(8d)에 형성한 축 방향 홈(8d1)[제 1 통로(12a)의 일부], 베어링 슬리브(8)의 상단 외주 챔퍼에 의해 형성되는 환상 공간, 및 베어링 슬리브(8)의 상단면(8c)에 형성한 지름 방향 홈(8c1)[제 2 통로(12b)]이 윤활유(11)로 채워져 있지 않다.

이상으로부터, 이 유체 동압 베어링 장치(1)에서는 하우징(7)의 내부 공간에 충전되는 윤활유(11)의 양(체적)이 하우징(7)의 내부 공간의 용적보다 적게 되어 있고, 따라서 이 유체 동압 베어링 장치(1)[하우징(7)]의 내부 공간에는 윤활유(11)가 개재되지 않는 공극부가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 연통로(12)의 일부에 공극부가 구성된다.

여기서, 윤활유(11)로서는 유체 동압 베어링 장치(1)의 사용시나 수송시에 있어서의 온도 변화 등을 고려하여 에스테르계 또는 PAO계 윤활유가 적합하게 사용된다. 특히, 이 유체 동압 베어링 장치(1)에서는 하우징(7)의 개구부에 형성된 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭(d₂)이 종래의 유체 동압 베어링 장치(예를 들면 상기 특허문헌 1에 기재된 유체 동압 베어링 장치)에 비해 커서 지름 방향 간극(Ga)을 통한 윤활유 누출이 종래품보다 발생하기 쉬워질 가능성이 있으므로, 40℃에 있어서의 동점도가 20~90㎟/s이고, 또한 20℃에 있어서의 표면 장력이 29~31mN/m인 에스테르계 또는 PAO계 윤활유가 적합하게 사용된다.

이상의 구성을 구비하는 유체 동압 베어링 장치(1)는 이하와 같은 순서로 조립된다.

우선, 베어링 슬리브(8)의 하단면(8b)이 하우징(7)의 단차부(7c)의 상단면(7c1)에 접촉할 때까지 베어링 슬리브(8)를 하우징(7)의 내주에 경압입 또는 간극 끼움한다. 이어서, 환상 부재(9)를 그 하단면(9b)을 베어링 슬리브(8)의 상단면(8c)에 접촉시킨 상태에서 하우징(7)의 내주면(7a1)의 상단부에 고정한다. 이것에 의해, 베어링 슬리브(8)는 환상 부재(9)와 하우징(7)의 저부(7b)[단차부(7c)]에 의해 축 방향 양측으로부터 협지되도록 하여 하우징(7)의 내주에 고정된다. 이어서, 상기 형태에서 하우징(7)의 내부 공간의 각 개소가 윤활유(11)로 채워지도록 하우징(7)의 내부 공간[예를 들면, 베어링 슬리브(8)의 내주]에 윤활유(11)를 충전한다[이상, 도 5a를 참조]. 그리고, 도 5b에 나타내는 바와 같이 환상 부재(9) 및 베어링 슬리브(8)의 내주에 축부재(2)를 삽입하면 도 2에 나타내는 유체 동압 베어링 장치(1)가 완성된다.

이상의 구성으로 이루어지는 유체 동압 베어링 장치(1)에 있어서, 축부재(2)가 회전하면 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)의 상하 2개소에 형성된 레이디얼 베어링면과 이것에 대향하는 축부재(2)의 외주면(2a) 사이에 레이디얼 베어링 간극(Gr, Gr)이 각각 형성된다. 그리고, 축부재(2)의 회전에 따라 양 레이디얼 베어링 간극(Gr, Gr)에 형성되는 유막의 압력이 레이디얼 동압 발생부(A1, A2)의 동압 작용에 의해 높아져, 축부재(2)를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 레이디얼 베어링부(R1, R2)가 축 방향의 2개소에 형성된다. 이것과 동시에, 하우징(7)의 내저면(7b1)[스러스트 플레이트(10)의 상단면]에서 축부재(2)를 스러스트 일방향으로 접촉 지지하는 스러스트 베어링부(T)가 형성된다. 또한, 도 1을 참조하면서 설명한 바와 같이, 축부재(2)에는 이것을 하방[하우징(7)의 저부(7b)측]으로 압박하는 외력으로서의 자력을 작용시키고 있다. 따라서, 축부재(2)가 회전하는 것에 따라 축부재(2)가 과도하게 부상하는 것을, 나아가서는 베어링 슬리브(8)의 내주로부터 누탈하는 것을 가급적 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치(1)에서는 레이디얼 베어링 간극(Gr) 및 바닥 간극(Gb)이 윤활유(11)로 채워진 상황 하(도 2)에 있어서 하우징(7)의 내부 공간에 공극부가 형성된다. 이것은, 즉 내부 공간에 충전하는 윤활유(11)의 양을 내부 공간의 용적보다 적게 한 것을 의미한다. 본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치(1)에서는 축부재(2)가 베어링 슬리브(8)[및 환상 부재(9)]에 대하여 삽탈 가능하므로, 상술한 바와 같이 하우징(7)의 내주에 베어링 슬리브(8) 및 환상 부재(9)를 고정한 후이며 베어링 슬리브(8) 내주로의 축부재(2)의 삽입 전에, 적절한 급유구를 이용하여 하우징(7)의 내부 공간에 윤활유(11)를 충전한 것만으로도 하우징(7)의 내부 공간에 필요량의 윤활유(11)를 개재시킬 수 있다. 이 때문에, 주유를 위한 대규모의 설비나 고정밀한 유면의 조정·관리 작업이 불필요해지고, 이것을 통해 유체 동압 베어링 장치(1)의 제조 비용을 저렴화할 수 있다.

상기 순서로 하우징(7)의 내부 공간에 주유하면, 베어링 슬리브(8)의 내주에 축부재(2)를 삽입한 후에 하우징(7)의 내부 공간에 주유하는 경우에 비해 주유 작업을 간편하게 또는 적절히 실행할 수 있다. 그러나, 아무런 대책을 실시하지 않을 경우에는, 도 7a, 도 7b를 참조하면서 설명한 바와 같이 그 후의 베어링 슬리브(8) 내주로의 축부재(2)의 삽입시에 윤활유(11)가 환상 부재(9)의 내주면(9a)에서 형성되는 지름 방향 간극(Ga)을 통해 장치 외부로 누출되기 쉬워진다.

이와 같은 문제에 대해서는 레이디얼 베어링 간극(Gr)의 간극 폭을 d₁, 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭을 d₂라고 했을 때, 30d₁≤d₂의 관계식을 만족하도록 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭(d₂)을 설정함으로써 해소할 수 있다. 즉, 이와 같이 하면 도 5a에 나타내는 바와 같이 베어링 슬리브(8) 내주로의 축부재(2)의 삽입에 따르는 환상 부재(9)의 내주면(9a)으로의 윤활유(11)의 부착이 효과적으로 방지되므로, 하우징(7) 외부로의 윤활유 누출이 가급적 방지된다. 이것에 추가하여, 본 실시형태에서는 지름 방향 간극(Ga)과 바닥 간극(Gb)을 연통시키는 연통로(12)를 형성했으므로, 하우징(7)의 내부 공간에 윤활유(11)를 주입한 후에 베어링 슬리브(8)의 내주에 축부재(2)를 삽입했을 경우에도, 축부재(2)의 삽입에 따라 하우징(7)의 저부(7b)측에 압입되는 공기를 연통로(12)를 통해 대기로 배출할 수 있다. 따라서, 축부재(2)의 삽입에 따르는 윤활유(11)의 외부 누설을 한층 더 효과적으로 방지할 수 있다.

이상으로부터, 유체 동압 베어링 장치(1)의 조립 및 하우징(7)의 내부 공간으로의 주유 작업을 간편하게 실행 가능하게 하고, 이것들을 통해 유체 동압 베어링 장치(1)의 제조 비용을 저렴화할 수 있다. 단, 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭(d₂)을 너무 크게 설정하면 베어링 슬리브(8)의 상단면(8c)과 환상 부재(9)의 하단면(9b)의 접촉 면적이 작아지므로 필요로 되는 베어링 슬리브(8)의 발거력을 확보하는 것이 어려워진다. 따라서, 상술한 바와 같이 d₂≤250d₁의 관계식도 만족하도록 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭(d₂)의 상한값을 설정한다.

또한, 축부재(2)에는 축부재(2)를 하우징(7)의 저부(7b)측으로 압박하는(스러스트 타방향으로 지지한다) 외력을 작용시키도록 했다. 이와 같이 하면, 축부재(2)를 스러스트 양 방향으로 지지하는 것이 가능해지므로, 스러스트 방향의 지지 정밀도(회전 정밀도)를 높일 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 외력을 자력으로 부여하도록 하고, 또한 이 자력을 하우징(7)을 내주에 유지하는 모터 베이스(6)에 설치되는 스테이터 코일(5)과 로터(3)에 설치되는 로터 마그넷(4)을 축 방향으로 어긋나게 해서 배치함으로써 부여하도록 했다. 이 종류의 유체 동압 베어링 장치(1)가 장착되는 각종 모터는 로터 마그넷(4)과 스테이터 코일(5)을 필수 구성 부재로서 구비한다. 따라서, 상기 구성을 채용하면 상기 외력을 특단의 비용 증가를 초래하지 않고 저렴하게 부여할 수 있다.

본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치(1)의 구조상, 예를 들면 상기 베어링장치(1)를 도 2에 나타내는 형태와는 상하를 반전시킨 자세로 사용하는 경우에는, 지름 방향 간극(Ga)을 통해 윤활유(11)가 외부로 누출되어 베어링 성능의 저하를 초래할 우려가 있다. 이와 같은 문제에 대해서는 (1) 지름 방향 간극(Ga)과 축 방향에 인접하여 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭보다 간극 폭이 작은 레이디얼 베어링 간극(Gr)[레이디얼 베어링부(R1)의 레이디얼 베어링 간극(Gr)]이 형성되어 있는 것, (2) 레이디얼 베어링 간극(Gr) 및 레이디얼 베어링 간극(Gr)에 유체 동압을 발생시키는 레이디얼 동압 발생부(A1, A2)를 축 방향의 2개소에 형성하고, 상측의 레이디얼 동압 발생부(A1)를 상측의 레이디얼 베어링 간극(Gr)을 채우는 윤활유(11)를 하측의 레이디얼 베어링 간극(Gr)을 향해 압입하는 형상으로 형성함과 아울러, 하측의 레이디얼 동압 발생부(A2)를 하측의 레이디얼 베어링 간극(Gr)을 채우는 윤활유(11)를 상측의 레이디얼 베어링 간극(Gr)을 향해 압입하는 형상으로 형성한 것, (3) 윤활유(11)로서 비교적 고점도의 것을 선택 사용하도록 한 것 등에 의해 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 특히 상기 (1)의 구성에 의하면, 모세관력에 의해 윤활유(11)가 베어링 내부측으로 인입되고, 상기 (2)의 구성에 의하면, 레이디얼 베어링 간극(Gr)[특히 상측의 레이디얼 베어링 간극(Gr)]에 개재하는 윤활유(11)가 지름 방향 간극(Ga)을 향해 유동하는 것을 가급적 방지할 수 있기 때문이다. 따라서, 윤활유(11)의 외부 누설에 기인한 베어링 성능의 저하를 가급적 방지하여 원하는 베어링 성능을 안정적으로 유지할 수 있다.

또한, 도시는 생략 하지만 지름 방향 간극(Ga)을 통한 윤활유 누출을 한층 더 효과적으로 방지하기 위해서, 지름 방향 간극(Ga)에 인접해서 대기에 접한 축부재(2)의 외주면(2a)이나 환상 부재(9)의 상단면에 발유막을 형성해도 좋다.

이상, 본 발명의 실시형태에 따른 유체 동압 베어링 장치(1)에 대해서 설명을 행했지만, 유체 동압 베어링 장치(1)의 각 부에는 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 실시할 수 있다.

예를 들면, 축부재(2)를 스러스트 방향(일방향)으로 지지하는 스러스트 베어링부(T)는 소위 동압 베어링으로 구성할 수 있다. 도 6은 스러스트 베어링부(T)를 동압 베어링으로 구성할 경우의 일례를 나타내고 있고, 이 경우 축부재(2)의 하단면(2b)은 축선과 직교하는 방향으로 연장되는 평탄면으로 형성된다. 도시는 생략 하지만, 축부재(2)의 하단면(2b) 및 이것에 대향하는 하우징(7)의 저부(7b)의 내저면(7b1) 중 어느 한쪽에는 동압홈 등의 동압 발생부(스러스트 동압 발생부)가 형성된다.

또한, 이상에서 나타낸 실시형태에서는 모터 베이스(6)의 내주에 모터 베이스(6)와 별체로 형성한 하우징(7)을 고정하도록 했지만, 하우징(7)에 모터 베이스(6)에 상당하는 부위를 일체로 형성할 수도 있다.

또한, 레이디얼 베어링부(R1, R2) 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 소위 다원호(多圓弧) 베어링, 스텝 베어링, 및 파형 베어링 등 공지의 기타 동압 베어링으로 구성할 수도 있다. 또한, 스러스트 베어링부(T)를 동압 베어링으로 구성할 경우(도 6), 이 동압 베어링은 소위 스텝 베어링이나 파형 베어링 등 공지의 기타 동압 베어링으로 구성할 수도 있다.

또한, 이상에서 나타낸 실시형태에서는 로터 마그넷(4)과 스테이터 코일(5)을 축 방향으로 어긋나게 해서 배치함으로써 축부재(2)에 축부재(2)를 하우징(7)의 저부(7b)측으로 압박하기 위한 외력을 작용시키도록 했지만, 이와 같은 외력을 축부재(2)에 작용시키기 위한 수단은 상기의 것에 한정되지 않는다. 도시는 생략 하지만, 예를 들면 로터 마그넷(4)을 끌어당길 수 있는 자성 부재를 로터 마그넷(4)과 축 방향으로 대향 배치함으로써 상기 자력을 로터(3)에 작용시킬 수도 있다. 또한, 송풍 작용의 반력으로서의 추력이 충분히 커서 이 추력만으로 축부재(2)를 하방으로 압박할 수 있는 경우, 축부재(2)를 하방으로 압박하기 위한 외력으로서의 자력(자기 흡인력)은 생략해도 상관없다.

또한, 이상에서는 회전 부재로서 블레이드를 갖는 로터(3)가 축부재(2)에 고정되는 유체 동압 베어링 장치(1)에 본 발명을 적용했을 경우에 대해서 설명을 행했지만, 본 발명은 회전 부재로서 디스크 탑재면을 갖는 디스크 허브, 또는 폴리곤 미러가 축부재(2)에 고정되는 유체 동압 베어링 장치(1)에도 바람직하게 적용할 수 있다. 즉, 본 발명은 도 1에 나타내는 팬 모터뿐만 아니라 디스크 장치용 스핀들 모터나, 레이저빔 프린터(LBP)용 폴리곤 스캐너 모터 등, 그 밖의 전기 기기에 장착되는 유체 동압 베어링 장치(1)에도 바람직하게 적용할 수 있다.

실시예

본 발명의 유용성을 실증하기 위해서, 우선 본 발명의 구성을 구비하는 실시형태에 의한 시험체와 본 발명의 구성을 구비하지 않는 비교예에 의한 시험체를 준비함과 아울러, 각 시험체의 내부 공간에 소정량(3mg)의 윤활유를 충전하고, 그 후에 축부재 삽입시에 윤활유의 외부 누설이 발생했는지의 여부를 확인했다. 이 확인 시험에서 이용한 (A) 실시예에 의한 시험체, (B) 비교예에 의한 시험체, 및 (C) 윤활유의 상세는 이하와 같다.

(A) 실시예에 의한 시험체

내경 φ1.5㎜×외경 φ3.0㎜이고, 또한 축부재와의 사이에 간극 폭 5㎛의 레이디얼 베어링 간극을 형성할 수 있는 베어링 슬리브, 간극 폭 0.3㎜의 지름 방향 간극(Ga)을 축부재와의 사이에 형성할 수 있는 환상 부재, 및 도 2에 나타내는 형태로 상기 베어링 슬리브와 환상 부재를 고정할 수 있는 하우징의 장착품이다. 즉, 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭이 설계상 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭의 60배로 설정된 상기 각 부재의 어셈블리이다.

(B) 비교예에 의한 시험체

간극 폭 0.03㎜의 지름 방향 간극(Ga)을 축부재와의 사이에 형성할 수 있는 환상 부재를 이용하는 것 이외는 실시예에 의한 시험체와 마찬가지이다. 즉, 지름 방향 간극(Ga)의 간극 폭이 설계상 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭의 6배로 설정된 상기 각 부재의 어셈블리이다.

(C) 윤활유

20℃, 40℃ 및 100℃에 있어서의 동점도가 각각 120, 45 및 8㎟/s인 에스테르계 또는 PAO계 윤활유.

(D) 비고

윤활유의 충전량 3mg은 상기 각 시험체에 있어서 대략 도 2에 나타내는 상태, 즉 레이디얼 베어링 간극(Gr) 및 바닥 간극(Gb)이 윤활유로 채워진 상태를 달성할 수 있는 양이다.

그리고, 실시예에 의한 시험체에 축부재를 삽입했을 경우, 삽입 개시~삽입 완료시에 이르러 환상 부재의 내주면으로의 윤활유의 부착이 일체 발생하지 않고, 따라서 축부재의 삽입이 완료된 시점에 있어서도 지름 방향 간극(Ga)을 통한 윤활유 누출은 발생하지 않았다. 한편, 비교예에 의한 시험체에 축부재를 삽입하면 축부재가 소정량 삽입된 시점에서 환상 부재의 내주면에 윤활유가 부착되고, 그 후 축부재가 더욱 삽입되면 지름 방향 간극(Ga)을 통해 윤활유가 시험체 외부로 누출되었다. 따라서, 본 발명의 구성에 의하면 축부재 삽입시에 있어서의 윤활유의 외부 누설을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 상기 확인 시험에 추가하여 실시예에 의한 시험체에 축부재를 삽입해서 유체 동압 베어링 장치를 구성하고, 이 베어링 장치를 도립 자세(도 2에 나타내는 자세)로 1hr 연속 운전했을 때에 윤활유의 외부 누설이 발생하는지의 여부를 확인했다. 결과적으로는, 이와 같은 연속 운전시에도 실시예에 의한 시험체에 축부재를 삽입해서 이루어지는 유체 동압 베어링 장치에서는 윤활유의 외부 누설이 발생하지 않았다. 따라서, 본 발명의 구성에 의하면 운전 중에 있어서의 윤활유의 외부 누설에 기인한 베어링 성능의 저하도 효과적으로 방지할 수 있다.

1 : 유체 동압 베어링 장치 2 : 축부재
3 : 로터(회전 부재) 4 : 로터 마그넷
5 : 스테이터 코일 6 : 모터 베이스
7 : 하우징 7a : 통부
7b : 저부 7c : 단차부
8 : 베어링 슬리브 9 : 환상 부재
10 : 스러스트 플레이트 11 : 윤활유
12 : 연통로 12a : 제 1 통로
12b : 제 2 통로 A1, A2 : 레이디얼 동압 발생부
Ga : 지름 방향 간극 Gb : 바닥 간극
Gr : 레이디얼 베어링 간극 R1, R2 : 레이디얼 베어링부
T : 스러스트 베어링부 d₁ : 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭
d₂ :지름 방향 간극의 간극 폭

Claims

축 방향의 일단이 개구됨과 아울러 축 방향의 타단이 폐쇄된 바닥이 있는 통 형상의 하우징과, 하우징의 내주에 고정된 베어링 슬리브와, 삽탈 가능하게 베어링 슬리브의 내주에 삽입된 축부재와, 베어링 슬리브의 일단면과 축 방향으로 대향하는 축 방향의 타단면을 베어링 슬리브의 일단면에 접촉시킨 상태에서 하우징의 일단 내주에 고정되고, 축부재의 외주면과의 사이에 지름 방향 간극을 형성하는 내주면을 갖는 환상 부재와, 베어링 슬리브의 내주면과 축부재의 외주면 사이의 레이디얼 베어링 간극에 형성되는 윤활유의 유막에 의해 축부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부와, 축부재의 축 방향의 타단을 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부와, 스러스트 베어링부를 수용하고 윤활유로 채워진 바닥 간극을 구비한 유체 동압 베어링 장치에 있어서,
하우징의 내주면, 하우징의 내저면 및 환상 부재의 상기 타단면으로 구획형성되는 하우징의 내부 공간에 윤활유가 개재하고 있지 않는 공극부가 형성되고,
레이디얼 베어링 간극의 간극 폭을 d₁, 상기 지름 방향 간극의 간극 폭을 d₂라고 했을 때 30d₁≤d₂≤250d₁의 관계식을 만족시키고,
하우징의 개구부 및 저부를 연직 방향 상측 및 하측으로 각각 배치한 수직 자세의 상태에서는, 상기 지름 방향 간극이 윤활유로 채워져 있지 않는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 지름 방향 간극과 상기 바닥 간극을 연통시키는 연통로를 더 갖고, 상기 연통로의 적어도 일부로 상기 공극부를 구성한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
제 2 항에 있어서,
하우징과 베어링 슬리브 사이에 형성되고 일단이 바닥 간극으로 개구된 제 1 통로와, 베어링 슬리브와 환상 부재 사이에 형성되고 일단이 상기 지름 방향 간극으로 개구됨과 아울러 타단이 상기 제 1 통로의 타단에 연결된 제 2 통로로 상기 연통로를 구성한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
제 1 항에 있어서,
베어링 슬리브를 환상 부재와 하우징의 저부에 의해 축 방향 양측으로부터 협지하여 하우징의 내주에 고정한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
제 1 항에 있어서,
레이디얼 베어링 간극과 레이디얼 베어링 간극 내의 윤활유에 동압 작용을 발생시키는 레이디얼 동압 발생부를 축 방향의 2개소에 형성하고,
한쪽의 레이디얼 동압 발생부를 한쪽의 레이디얼 베어링 간극에 개재하는 윤활유를 다른쪽의 레이디얼 베어링 간극을 향해 압입하는 형상으로 형성하고, 다른쪽의 레이디얼 동압 발생부를 다른쪽의 레이디얼 베어링 간극에 개재하는 윤활유를 한쪽의 레이디얼 베어링 간극을 향해 압입하는 형상으로 형성한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
제 1 항에 있어서,
축부재에 축부재를 하우징의 내저면에 압박하는 외력을 작용시키는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
제 1 항에 있어서,
베어링 슬리브는 내부 공공이 상기 윤활유를 함침시킨 다공질체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 윤활유는 40℃에 있어서의 동점도가 20~90㎟/s이고, 또한 20℃에 있어서의 표면 장력이 29~31mN/m의 에스테르계 또는 PAO계 윤활유인 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 유체 동압 베어링 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 모터.