KR20000021128A - 동압 유체 베어링의 오일 누설 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이상회전, 외부 진동에 의한 외란, 저점도 오일 사용시 오일의 자중 등의 원인으로 인한 오일의 누설을 방지할 수 있는 동압유체 베어링의 오일 누설 방지 장치에 관한 것이다.

본 발명의 동압 유체 베어링의 오일 누설 방지 장치는 샤프트의 상하 그루브의 사이 및 상하부에 오일누설 방지를 위한 배리어 필름 및 코팅막 중 어느 하나가 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 샤프트에 형성된 그루브의 상하부에 배리어 필름 또는 코팅막을 설치하여 오일 누설을 방지함으로써 베어링의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

Description

동압 유체 베어링의 오일 누설 방지 장치(Apparatus For Preventing Oil leak of Hydrodynamic Bearing)

본 발명은 회전기기의 베어링 장치로 사용되는 동압 유체 베어링의 오일 누설 방지에 관한 것으로, 특히 이상회전, 외부 진동에 의한 외란, 저점도 오일 사용시 오일의 자중 등의 원인으로 인한 오일의 누설을 방지할 수 있는 동압유체 베어링의 오일 누설 방지 장치에 관한 것이다.

최근, 저장매체(예를 들면, HDD, CD, DVD 등)의 스핀들 모터, 레이저 프린트용 레이저 빔 스캐너 모터 등의 회전기기들의 회전속도가 고속화되어 감에 따라 회전기기의 회전을 원할하게 하는 고속, 고정도, 저소음 특성을 가지는 동압유체 베어링이 많이 사용되고 있다. 다시 말하여, 동압 유체 베어링은 일반적으로 널리 사용되고 있는 볼 베어링에 비해 작은 사이즈로 고속에서 고강성을 유지하며 볼 베어링에 비해 고속회전시 진동, 소음 특성이 우수하여 고속, 고정도 회전기기에 널리 사용되고 있다.

그런데, 오일을 이용하는 동압 유체 베어링의 경우 오일 누설을 방지하는 장치가 미흡할 경우 오일의 누설 등에 의해 샤프트와 슬리브가 고체마찰을 하게 되어 마모가 발생함으로써 급속한 수명 저하가 초래되고 있다. 또한, 누설되는 오일을 강제 보충하는 장치를 설치하는 경우 사이즈가 커지게 되고 가격상승이 발생하여 다른 베어링 장치에 비해 경쟁력이 떨어지게 된다. 이에 따라, 현재 널리 사용되는 오일 누설 방지 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 오일 링을 동압 유체 베어링의 동압 그루브 장치의 상하부에 설치하여 오일의 누설을 방지하는 구조로 되어 있다.

도 1은 종래의 동압 유체 베어링을 채용한 스핀들모터의 예를 도시한 것으로서, 도 1에 도시된 스핀들모터는 크게 회전자부와 고정자부를 구비한다.

도 1의 스핀들 모터에서 회전자부는 턴테이블(2), 회전요크(4), 회전자 마그네트(6), 샤프트(8), 오일누설방지링(10)으로 구성된다. 회전요크(4)는 턴테이블(2)을 아래에서 지지하게 되고 내측에는 회전자 마그네트(6)가 접착되어 있다. 턴테이블(2)은 CD, DVD 등과 같은 정보 저장매체가 안착되어 회전자부가 회전함에 따라 정보 저장매체를 회전시키는 역할을 하게 된다. 턴테이블(2)에 압입되어진 샤프트(8)에는 도 2에 도시된 바와 같이 상단부와 하단부에서 일방향의 빗살무늬로 그루브(20)가 형성되어 있다. 이 그루브(20)는 오일이 충전되어 동압 유체 베어링 역할을 하게 된다. 고정자부는 샤프트(8)가 회전 가능하게 내삽되는 슬리브(16)와, 슬리브(16)에 의해 지지되는 적층코어(12)와, 적층코어(12)에 감긴 코일(14)과, 슬리브(16)를 지지하는 고정자 지지부(18)로 이루어진다. 이러한 스핀들 모터의 회전 구동력은 회전자 마그네트(6)에서 발생되는 자기장과 적층코어(12)에 감긴 코일(14)에 인가되는 전류가 흐를 때 발생되는 전자장과의 관계에 의해 발생하게 되어 회전자부를 회전시키게 된다. 회전자부가 회전하게 되면 샤프트(8)와 슬리브(16) 사이에 존재하는 작동오일이 압력구배에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 샤프트(8)의 상하단측에서 그루브(20)의 중심부로 향하게 된다. 이에 따라, 샤프트(8)와 슬리브(16)는 강한 압력을 갖는 오일막을 사이에 두고 상대운동을 하는 유체 마찰상태가 된다. 오일막에서 발생하는 유막 강성은 오일의 점도, 회전후, 샤프트(8)와 슬리브(16) 간의 간격 등에 따라서 달라지게 되지만 일반적으로 회전수가 증가하면 유막강성도 증가하게 된다. 그런데, 외부의 강한 충격, 전류 쇼크 등에 의한 이상 회전, 정지시 저점도 오일 사용으로 인한 오일 자중에 따른 흘러내림 등으로 오일 누설이 발생하게 된다. 이로 인하여, 베어링의 강성 감소, 오일 유막 파괴 등의 불량이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여, 종래에는 오일누설방지 링(10)을 사용하거나 오일 보충 장치를 부착하기도 한다.

그러나, 이와 같은 장치는 조립성이 나쁘고, 주로 고무재질로 만들어지는 오일 링의 경시변화에 의한 오일의 누설, 오일 링의 경화 후 발생되는 고무 준진에 의한 회전계의 이상 소음 및 수명 단축 등이 문제점이 초래되고 있다.

한편, 오일을 사용하지 않고 압축성 유체인 공기 등을 이용하는 동압 유체 베어링도 사용되고 있다. 그러나, 이 동압 유체 베어링을 사용하는 경우 공기의 점도가 너무 낮아 초고속(예컨대, 30000RPM 이상) 회전장치 이외에서는 부하 능력이 낮아서 현실적으로 적용하기가 힘들다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상회전, 외부 진동에 의한 외란, 저점도 오일 사용시 오일의 자중 등의 원인으로 인한 오일 누설을 방지하여 베어링의 성능이 저하되는 것을 막을 수 있는 동압 유체 베어링의 오일 누설 방지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 오일 누설을 방지하여 샤프트와 슬리브가 고체마찰에 의한 수명 저하를 방지할 수 있는 동압 유체 베어링의 오일 누설 방지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 오일 누설을 방지하여 오일 보충장치의 필요없이 콤팩트화가 가능한 동압 유체 베어링의 오일 누설 방지 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 동압 유체 베어링이 적용된 스핀들 모터를 나타내는 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 그루브를 확대하여 나타낸 확대도 및 선 A-A'을 따라 절취한 그루브의 단면도.

도 3은 도 1에 도시된 그루브에서의 회전시 오일의 유입방향을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동압 유체 베어링의 오일 누설 방지 장치가 적용된 스핀들 모터를 나타내는 단면도.

도 5는 도 4에 도시된 동압 유체 베어링의 오일 누설 방지 장치를 확대하여 나타낸 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2 : 턴테이블 4 : 회전요크

6 : 회전자 마그넷트 8 : 샤프트

20 : 빗살무늬 그루브 10 : 오일누설방지링

12 : 적층코아 14 : 코일

16 : 슬리브 18 : 고정자 지지부

22 : 배리어 필름, 코팅막

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 동압 유체 베어링의 오일 누설 방지 장치는 저장매체가 안착되는 턴테이블, 상기 턴테이블을 지지하는 회전자 요크, 상기 회전자 요크에 접착되는 마그네트 및 상기 턴테이블에 압입되며 상하 그루브가 형성된 샤프트를 구비하는 회전자부와, 코일이 감긴 적층코아, 상기 적층코아를 지지하는 슬리브를 구비하는 고정자부로 구성되는 스핀들 모터에 있어서, 샤프트의 상하 그루브의 사이 및 상하부에 오일누설 방지를 위한 배리어 필름 및 코팅막 중 어느 하나가 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동압 유체 베어링의 오일 누설 방지 장치를 채용한 스핀들 모터를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 동압 유체 베어링의 오일 누설 방지 장치를 확대하여 나타낸 단면도이다.

도 4 및 도 5에 있어서, 본 발명에 따른 동압 유체 베어링 오일 누설 방지 장치는 그루브 설치부의 상하부에 배리어 필름(Barrier Film) 또는 코팅막(22)의 형태로 형성되게 된다.

도 4에 도시된 스핀들 모터는 턴테이블(2), 회전요크(4), 회전자 마그네트(6), 샤프트(8)로 구성되는 회전자부와 슬리브(16), 적층코어(12), 코일(14), 고정자 지지부(18)로 구성되는 고정자부로 이루어진다. 이러한 스핀들모터의 회전자부와 고정자부의 접촉부에 형성되는 동압 유체 베어링은 빗살무늬로 형성된 그루브(20)를 구비한다. 이 그루브(20)에는 회전자부의 회전시 유막을 형성하는 오일이 충진된다. 이러한 그루브 설치부의 상하부에는 원환 형상의 배리어 필름 또는 코팅막(22)이 형성되어 표면 에너지를 저감시켜 오일이 누설되는 것을 방지하게 된다. 이러한 배리어 필름 또는 코팅막(22)에 의한 오일 누설 방지 원리는 임의의 금속표면 에너지가 유체의 표면 장력보다도 큰 경우 금속의 표면으로 유체가 흘러 금속 표면이 젖게 되며 그 반대의 경우 유체가 흐를 수 없다는 표면 장력과 금속 표면 에너지와의 관계에 기초한다. 다시 말하여, 이상 회전, 오일 자중에 등에 의한 오일 누설시 배리어 필름 또는 코팅막(22)은 표면 에너지를 오일의 표면장력보다 작게하여 오일의 누설을 방지하게 된다. 이 배리어 필름 또는 코팅막(22)의 설계 즉, 원환의 상하폭 및 배리어 필름의 두께는 사용 오일의 표면장력에 의해 결정된다. 배리어 필름 또는 코팅막(22)의 두께는 서브 마이크로-미터(Sub Micro-meter) 이하의 값으로 수 마이크로-미터 단위의 슬리브(16)와 샤프트(8) 사이의 틈새에 비해 대단히 작은 값이다. 이에 따라, 배리어 필름 또는 코팅막(22)은 슬리브(16)와 샤프트(8) 사이의 공극 내에서 고체 마찰없이 회전 가능하게 된다. 다시 말하여, 샤프트(8) 혹은 슬리브(16)에 배리어 필름 또는 코팅막의 두께로 고체마찰이 발생하는 것을 막기위한 별도의 형상이 필요치 않으므로 슬리브(16)나 샤프트(8)의 형상이 단순해지게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 오일 누설 방지 장치는 콤팩트화가 가능하며 외부에서 오일을 추가 주유하기 위한 별도의 장치 비용 및 추가공간 없이 바로 회전기기에 사용되게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 동압 유체 베어링 오일 누설 방지 장치에 의하면 그루브 설치부의 상하부에 배리어 필름 또는 코팅막을 설치하여 이상회전, 외부 진동에 의한 외란, 저점도 오일 사용시 오일의 자중 등의 원인으로 인한 오일 누설을 방지하여 베어링의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 동압 유체 베어링 오일 누설 방지 장치에 의하면, 배리어 필름 또는 코팅막의 두께가 서브 마이크로-미터 이하의 값으로 수 마이크로-미터 단위의 슬리브와 샤프트 슬리브와 샤프트 사이의 공극 내에서 고체 마찰없이 회전 가능하게 된다. 이에 따라, 슬리브나 샤프트의 형상이 단순해지므로써 콤팩트화가 가능하여 경박 단순한 회전기기의 구성이 가능하게 되며 오일 추가 공급장치 등이 필요치 않으므로 제조단가를 낮출 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (2)

1. 저장매체가 안착되는 턴테이블, 상기 턴테이블을 지지하는 회전자 요크, 상기 회전자 요크에 접착되는 마그네트 및 상기 턴테이블에 압입되며 상하 그루브가 형성된 샤프트를 구비하는 회전자부와, 코일이 감긴 적층코아, 상기 적층코아를 지지하는 슬리브를 구비하는 고정자부로 구성되는 스핀들 모터에 있어서,

   상기 샤프트의 상하 그루브의 사이 및 상하부에 오일누설 방지를 위한 배리어 필름 및 코팅막 중 어느 하나가 설치된 것을 특징으로 하는 동압 유체 베어링 오일 누설 방지 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 샤프트와 슬리브 사이에는 유막 형성용 오일이 충진되는 것을 특징으로 하는 동압 유체 베어링 오일 누설 방지 장치.