KR20000051070A - 메탈베어링과 이를 위한 베어링하우징 그리고 그 메탈베어링과 베어링하우징을 구비한 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메탈베어링과 베어링하우징 및 그 메탈베어링과 베어링하우징을 구비한 모터에 관하여 개시하며, 특히 값이 저렴하면서도 베어링성능이 강화된 메탈베어링을 제공하여 광디스크 구동용 스핀들모터의 우수한 성능과 저가보급을 통해 고밀도 고배속 기록 및/또는 재생을 위한 광디스크 드라이브의 저가격화를 꾀하기 위한 것이다. 광디스크(11)의 턴테이블(12)을 가지는 스핀들모터의 회전축(15)을 지지하는 본 발명에 따른 메탈베어링(16)은 경사진 내경부(17a)를 가지는 베어링하우징(17)에 압입고정되며, 축방향으로 이격되어 각각 회전축(15)을 끼워 지지하는 상하측 저널부(16a,16b)를 가지며, 그 사이의 부분(16c)은 회전축(15)과 접촉하지 않게 된 것이다. 따라서 메탈베어링(16)은 상하측 저널부(16a,16b)의 거리에 상당하는 베어링폭으로 회전축(15)을 안정적으로 지지하여 주며, 특히 각 저널부의 길이가 짧기 때문에 고정도로 가공될 수 있고 그래서 회전축(15)의 회전정밀도를 높게 유지할 수 있는 우수한 베어링성능을 보유한다. 따라서 스핀들모터의 우수한 회전성능과 함께 그 가격을 낮출 수 있게 되며, 이를 장착하는 고밀도 고배속 기록 및/또는 재생가능한 광디스크 드라이브를 저가격화하는데 효과적이다.

Description

메탈베어링과 이를 위한 베어링하우징 그리고 그 메탈베어링과 베어링하우징을 구비한 모터{METAL BEARING AND ITS BEARING HOUSING THEREFOR AND MOTOR WITH THOSE}

본 발명은 각종 회전기의 회전축을 끼워서 미끄럼지지하는 메탈베어링(metal bearing)과 이를 위한 베어링하우징(bearing housing) 그리고 그 메탈베어링과 베어링하우징을 구비한 모터에 관한 것으로서, 특히 광디스크 등의 원반형 기록매체를 구동하기 위한 스핀들모터(spindle motor)와 같이 높은 회전정밀도가 요구되는 모터에 있어서의 회전축을 안정적으로 지지할 수 있는 메탈베어링과 그 베어링하우징 및 이들을 구비한 모터에 관한 것이다.

최근, 퍼스널컴퓨터(personal computer)의 보조기억장치에 광정보저장기술이 응용되면서, 콤팩트디스크(CD; compact disk) 계열의 광정보저장매체인 CD-ROM이나 DVD-ROM 등을 구동하는 드라이브에서의 고배속 재생이 가능하게 되었으며, 또한 CR-RW과 DVD-RAM 등이 출현하면서 고배속 재생뿐만 아니라 고배속 고밀도 기록도 가능하게 되었다. 이에 따라 고배속 고밀도 기록 및/또는 재생을 위한 광디스크 드라이브의 저가보급을 위하여, 핵심부품이라 할 수 있는 광디스크 구동용 스핀들모터가 우수한 회전성능을 보유하는 동시에 저가격으로 제공될 필요가 있다.

일반적으로 광디스크 구동용 스핀들모터와 같은 정밀 회전기기에는 회전축을 높은 회전정밀도로 지지하기 위해 베어링성능이 우수한 볼베어링이나 유체베어링이 사용된다. 그런데 볼베어링이나 유체베어링은 값이 매우 비싸므로 그 모터나 전술한 광디스크드라이브 등의 가격을 낮추는데 매우 불리하다. 따라서 볼베어링이나 유체베어링을 값이 아주 저렴한 메탈베어링으로 대체하여 저가격화를 꾀하되, 세트에서 요구하는 베어링성능을 만족하도록 그 메탈베어링을 개선할 필요가 있는 것이다.

저가격화를 위해 메탈베어링을 구비한 것으로서 현재 사용되고 있는 광디스크 구동용 스핀들모터를 예로 들면 도 1과 같다. 광디스크(1)가 안착되는 턴테이블(2)은 영구자석(4)을 부착한 원통형 회전자요크(yoke; 3)에 일체로 형성되어 있고, 회전축(5)은 그 턴테이블(2) 중심에 압입고정되어 있다. 회전축(5)을 지지하기 위해 값이 저렴한 원통형 메탈베어링(6)과 이를 수납고정하는 베어링하우징(7)이 구비되어 있다. 베어링하우징(7)은 고정자기판(8)에 고정설치된다. 그리고 영구자석(2)과 대향하는 고정자코일(9)은 그 베어링하우징(6)의 외주면에 부착된 것이다. 즉, 고정자코일(9)이 영구자석(2)의 자속과 쇄교하여 그 사이에 회전력을 작용시키도록 여자되면, 그 영구자석(2)을 부착한 회전자요크(3)가 턴테이블(2) 및 회전축(5)과 함께 회전되는 외부회전자(outer rotor)형 브러시리스 (brushless) 모터의 일종이다. 도면중 부호 10은 회전축(5)의 수직하중을 지지하여 축방향으로의 유동을 제한하도록 설치되는 받침대이다.

여기서, 회전축(5)을 끼워 미끄럼지지하는 메탈베어링(6)은 윤활유가 함침되어 있는 다공질 소결체이다. 즉, 회전축의 회전에 따른 흡인력과 소결체의 온도 상승에 의해서 함침된 윤활유가 그 회전축이 접동하는 내경부(6a)로 침출하여 윤활작용을 하게 되는 베어링부시(bush)이다. 일반적으로 베어링부시는 일반적으로 값이 저렴한 반면에 베어링성능면에서는 전술한 볼베어링이나 유체베어링에 비해 훨신 떨어진다.

그래서 종래에는 회전정밀도의 향상을 위해 도 2에 잘 나타나 있는 바와 같이 메탈베어링(6)의 축방향 길이, 즉 베어링폭을 길게 하여 왔다. 그러나 베어링폭이 길면 길수록 회전축이 접촉하는 내경부(6a)를 균일하게 가공하기 힘든 문제가 따른다. 내경부(6a)의 가공정도가 균일하지 못하면 회전축과의 전면(全面) 접촉이 이뤄지지 않고 부분적으로 점접촉하게 되므로 오히려 회전정밀도가 더 떨어지게 되는 불량을 초래할 수 있다. 뿐만 아니라 베어링폭이 긴 메탈베어링(6)을 안정적으로 수납고정하기 위해서 그 메탈베어링(6)의 외경부(6b)와 함께 베어링하우징(7)의 내경부(7a)도 균일하게 가공하여야 하는데 이 역시 용이하지 않으며, 특히 공차관리가 어렵고 조립성이 좋지 않은 것이다.

이때문에 종래에는 값이 저렴한 메탈베어링을 그다지 회전정밀도가 높지 않아도 되는 재생전용 광디스크 드라이브에 사용되는 스핀들모터에만 적용할 수 있었고, 고도의 회전정밀도가 요구되는 기록가능한 광디스크 드라이브에 사용되는 스핀들모터에는 실질적으로 적용하지 못하고 있었다.

본 발명의 목적은 광디스크 구동용 스핀들모터 등 회전정밀도가 높게 요구되는 각종 모터의 저가격화를 위하여 값이 저렴한 동시에 그 회전축을 끼워서 안정적으로 미끄럼지지하도록 베어링성능이 강화된 메탈베어링을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광디스크 구동용 스핀들 모터 등 회전정밀도가 높게 요구되는 각종 모터의 저가격화를 위하여 값이 저렴한 동시에 그 회전축을 끼워서 안정적으로 미끄럼지지하도록 베어링성능이 강화된 메탈베어링을 수납고정하는데 적합한 베어링하우징을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 값이 저렴한 동시에 회전축을 끼워서 안정적으로 미끄럼지지하도록 베어링성능이 강화된 메탈베어링과 이를 수납고정하는 베어링하우징을 구비함으로써 회전성능이 우수하면서도 저가격으로 보급될 수 있는 모터를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 메탈베어링과 그 베어링하우징을 구비한 광디스크 구동용 스핀들모터를 도시한 단면도.

도 2는 종래의 메탈베어링과 그 베어링하우징의 조립전 분리된 상태를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 메탈베어링과 그 베어링하우징을 구비한 광디스크 구동용 스핀들모터를 도시한 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 메탈베어링을 위한 1차 성형품인 베어링소결체를 베어링하우징에 압입하기 전 그 분리된 상태로 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 메탈베어링을 위한 1차 성형품인 베어링소결체를 베어링하우징에 압입한 후 그 결합된 상태로 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

12 : 턴테이블13 : 회전자요크

14 : 영구자석15 : 회전축

16 : 메탈베어링16a,16b : 저널부

16' : 베어링소결체16e' : 수직한 외경부

17 : 베어링하우징17a : 경사진 내경부

18 : 고정자기판19 : 고정자코일

상기 첫번째 목적을 달성하기 위하여 본 고안은,

회전축을 끼워서 미끄럼지지하는 내경부를 가지는 메탈베어링으로서, 그 내경부에 축방향으로 충분한 간격을 두고 이격되어 각각 회전축을 미끄럼지지하는 상측 저널부와 하측 저널부를 형성하고, 그 상하측 저널부 사이의 부분은 회전축과 접촉하지 않게 큰 직경으로 되게 구성하는 것이다.

여기서, 바람직하게는 메탈베어링의 상하측 저널부 사이의 부분을 회전축보다 큰 직경으로 형성함에 있어서 일측 저널부와는 단차지고 타측 저널부와는 같은 직경으로 접하도록 경사지게 형성한다.

이같이 상하측 저널부 사이의 부분이 경사지는 메탈베어링을 제작함에 있어서, 윤활유가 함침된 다공질 소결체로서 축방향으로 수직한 내경부 및 외경부를 가지며 그 내경부의 일측 단부에 상기한 단차를 이루도록 형성되어 그보다 작은 직경으로 관통하는 소경부를 가지는 원통형 베어링소결체를 성형하는 한편, 상기 메탈베어링을 수납고정하기 위한 것으로서 원통형 베어링소결체의 수직한 외경부에 대해 직경이 점차 작아지는 경사진 내경부를 가지는 베어링하우징을 제작하며, 상기 베어링소결체를 그 내경부의 끝부분부터 베어링하우징의 내경부가 좁아지는 쪽으로 강제압입하여 그 베어링소결체 내경부 끝부분이 상기 소경부와 대략 같은 직경으로 수축되게 한 다음, 그 수축된 내경부의 끝부분과 상기 소경부에 회전축이 접동하도록 사이징(sizing)함으로써 상기한 상하측 저널부를 형성하는 것이다.

따라서 상기한 두번째 목적을 달성하는 본 발명에 따른 베어링하우징은 메탈베어링 소결체의 수직한 외경부에 대해 일측에서 타측으로 직경이 작아지게 경사진 내경부를 가지는데 그 특징이 있다.

한편, 상기한 세번째 목적을 달성하는 본 발명에 따른 모터는,

회전구동되는 회전축을 가지는 회전자와, 그 회전축을 끼워서 미끄럼지지하는 내경부를 가지는 메탈베어링과, 이 메탈베어링의 외경부를 수납고정하는 내경부를 가지는 베어링하우징을 포함하는 고정자로 이루어지며, 메탈베어링이 그 내경부에 축방향으로 충분한 간격을 두고 이격되어 각각 회전축을 미끄럼지지하는 상측 저널부와 하측 저널부를 형성하고, 그 상하측 저널부 사이의 부분은 회전축과 접촉하지 않게 큰 직경으로 형성하여 되는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에 따라 두 개의 저널부를 가지고 있고 그 두 개의 저널부 사이가 회전축가 접촉하지 않게 큰 직경으로 되는 메탈베어링을 사용하면, 베어링폭이 긴 경우와 같이 회전축의 안정된 지지를 꾀할 수 있는 동시에 각 저널부의 길이를 축소시킴으로써 그 가공정도를 높일 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 메탈베어링을 사용하여 광디스크 구동용 스핀들모터 등의 저가격화와 함게 높은 회전정밀도를 만족할 수 있게 된다.

한편, 메탈베어링의 수용하는 베어링하우징의 내경부를 그 메탈베어링의 외주면과 함께 경사지게 형성하면, 조립성이 크게 개선되는 동시에 그 내경부의 가공오차가 다소 크더라도 메탈베어링을 안정적으로 지지할 수 있게 된다. 따라서 제작과 조립성이 좋고 허용가공오차의 한계를 넓혀서 그 불량률을 낮출 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 자세하게 설명한다.

첨부된 도면중 도 3은 본 발명에 따른 메탈베어링과 그 베어링하우징을 구비한 광디스크 구동용 스핀들모터를 보인다. 도시된 광디스크 구동용 스핀들모터의 전반적인 구성은 종래의 그것과 크게 다르지 않다.

즉, 원반형 기록매체인 광디스크(11)가 안착되는 턴테이블(12)을 일체로 가지는 원통형 회전자요크(13)와, 이 회전자요크(13)의 내주면에 부착되어 자속을 발생하는 영구자석(14)과, 턴테이블(12) 중심에 끼워진 회전축(15)과, 이 회전축(15)을 끼워서 미끄럼지지하는 내경부를 가지는 원통형 메탈베어링(16)과, 이 메탈베어링(16)의 외주면을 수납지지하는 내경부를 가지는 베어링하우징(17)과, 이 베어링하우징이 고정설치되는 고정자기판(18), 그리고 베어링하우징(17)의 외주면에 설치되어 영구자석(14)의 자속과 쇄교하여 그 사이에 회전력을 작용시키도록 여자되는 고정자코일(19)을 포함하는 것이다. 미설명 부호 20은 받침대이다.

이러한 스핀들모터에 있어서, 회전축(15)을 지지하기 위해 사용된 메탈베어링(16)의 내경부는 축방향으로 이격된 그 양단부에 회전축(15)과 균일하게 접촉하도록 사이징된 상하측 저널부(16a,16b)와, 이 상하측 저널부(16a,16b) 사이에 비접촉부(16c)로 이루어지고, 비접촉부(16c)는 상측 저널부(16a)와 같은 직경으로 접하면서 하측 저널부(16b)와는 단차(16d)를 형성하도록 경사져 있다. 또한 메탈베어링(16)의 외경부를 수납고정하는 베어링하우징(17)의 내경부(17a)는 대략 그 메탈베어링(16)의 비접촉부(16c)와 같이 경사진 것이다.

상기와 같은 상하측 저널부(16a,16b)와 그 사이의 경사진 비접촉부(16c)를 가지는 메탈베어링(16)의 제작과정을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4에 있어서, 부호 16'는 전술한 메탈베어링(16)의 제작을 위해 1차 성형품인 함유된 베어링소결체이다. 도시된 바와 같이 1차 성형품인 베어링소결체(16')는 수직한 내경부(16c')와 이 내경부(16c')와 동심원상의 역시 수직한 외경부(16e')를 가지는 원통형이다. 또한 베어링소결체(16')는 그 수직한 내경부(16c')의 하단부에 단차(16d')를 이루면서 그보다 작은 직경으로 형성된 소경부(16b')를 가진다. 여기서 내경부(16c')는 후술하는 베어링하우징(17)의 경사진 내경부(17a)에 강제압입되는 것에 의해 그 상단부가 수축되는 것을 감안한 직경으로 된 것이며, 거기에 형성되는 소경부(16b')의 직경은 그 상단부(16a')가 수축된 경우와 대략 같은 직경으로 성형 또는 성형후 절삭 등으로 예비가공하여 되는 것이다.

도 4에 함께 도시되어 있는 베어링하우징(17)은 전술한 메탈베어링(16) 제작을 위하여 미리 제작되는 것으로서, 상기한 베어링소결체(16')보다는 높은 강성을 보유하는 재질로 되며, 그 베어링소결체(16')의 수직한 외경부(16e')에 대해 하단부에서 상단부로 직경이 점차 좁아지도록 경사진 내경부(17a)를 가지고 있다.

상기와 같이 같이 1차 성형 및/또는 가공된 베어링소결체(16')의 수직한 외경부(16e')를 베어링하우징(17)의 경사진 내경부(17a)에 밑에서 위로 압입하면, 베어링하우징(17)의 강성이 크므로 그 압입되는 베어링소결체(16')의 수직한 외경부(16e')의 압입량이 많아지면서 그 베어링하우징(17)의 경사진 내경부(17a)와 거의 동일하게 경사지도록 직경방향으로 수축되어 도 5와 같이 베어링소결체(16')의 내경부(16c')도 경사지게 된다. 이때 경사진 내경부(16c')의 상단부(16a')는 전술한 바와 같이 그 하단의 소경부(16b')와 대략 같은 직경으로 된다. 참고로 수축된 내경부(16c')의 상단부(16a') 직경과 그 하단의 소경부(16b') 직경은 전술한 회전축(15)의 직경보다는 약간 작게 미리 조정된 것이다. 따라서 도 5와 같이 압입한 이후에는 그 상단부(16a')와 하단의 소경부(16b')를 사이징함으로써 그 회전축(15)을 접촉지지할 수 있는 전술한 상하측 저널부(16a,16b)를 완성하면 된다. 물론 이때에 경사지게 수축된 내경부(16c')는 회전축과 접촉하지 않게 되므로 별도의 가공을 필요로 하지 않는다.

이렇게 제작되는 메탈베어링(16)은 그 내경부에 축방향으로 충분히 이격되어 사이징된 상하측 저널부(16a,16b)로 회전축(15)을 지지하게 되므로, 베어링폭이 긴 경와 같이 그 회전축(15)을 안정적으로 지지할 수 있다. 특히 사이징되는 상하측 저널부(16a,16b)는 각 길이가 비교적 짧기 때문에 균일하게 가공하는데 큰 문제가 없다. 따라서 상하측 저널부(16a,16b)의 가공정도가 높아서 그 안정된 지지와 함께 높은 회전정밀도를 보유하는 등 우수한 베어링성능을 보유할 수 있게 된다.

이상에 실시예를 통하여 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명은 값이 저렴하면서도 우수한 베어링성능을 보유하는 메탈베어링을 제공하는 것이다.

이러한 메탈베어링은 광디스크 구동용 스핀들모터를 우수한 회전성능과 함께 저가격화하는데 유리하다. 따라서 본 발명은 스핀들모터를 장착하는 고밀도 고배속 재생 및/또는 기록을 위한 광디스크 드라이브의 저가격화를 실현시킬 수 있는 효과적인 발명이다.

본 발명에 따른 메탈베어링은 비록 광디스크 구동용 스핀들모터에서뿐 아니라 소형이면서 고속으로 회전되며 특히 높은 회전정밀도가 요구되는 각종 정밀회전기기의 회전축을 지지하는데 사용될 수 있는 것이다.

Claims (10)

1. 회전축을 끼워서 미끄럼지지하기 위한 내경부를 가지는 메탈베어링에 있어서, 그 내경부가 축방향으로 간격을 두고 각각 회전축을 미끄럼지지하는 상측 저널부와 하측 저널부로 구분되어 있으며, 그 상하측 저널부 사이의 부분이 회전축과 접촉하지 않게 된 것을 특징으로 하는 메탈베어링.
2. 제1항에 있어서, 상기한 내경부의 상하측 저널부 사이의 부분이 그 어느 일측 저널부와 단차지고 타측 저널부와는 같은 직경으로 접하도록 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메탈베어링.
3. 회전축을 끼워서 미끄럼지지하는 원통형 메탈베어링의 외경부를 수납고정하기 위한 베어링하우징에 있어서, 상기한 메탈베어링이 1차 성형품인 수직한 외경부를 가지는 베어링소결체로 제공되고, 그 베어링소결체의 수직한 외경부를 수축시키면서 압입고정하기 위한 경사진 내경부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 베어링하우징.
4. 회전구동되는 회전축을 가지는 회전자와, 그 회전축을 끼워서 미끄럼지지하는 내경부를 가지는 메탈베어링과, 이 메탈베어링을 수납지지하는 외경부를 가지는 베어링하우징을 포함하는 고정자로 이루어지는 동력을 발생하는 모터에 있어서,

   상기한 메탈베어링의 내경부가 축방향으로 간격을 두고 각각 회전축을 미끄럼지지하는 상측 저널부와 하측 저널부로 구분되어 있으며, 그 상하측 저널부 사이의 부분이 회전축과 접촉하지 않게 된 것을 특징으로 하는 모터.
5. 제4항에 있어서, 상기한 메탈베어링 내경부의 상하측 저널부 사이의 부분이 그 어느 일측 저널부와 단차지고 타측 저널부와는 같은 직경으로 접하도록 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
6. 제4항에 있어서, 상기한 메탈베어링이 1차 성형품인 수직한 외경부를 가지는 베어링소결체로 제공되고, 상기한 베어링하우징의 내경부가 그 베어링소결체의 수직한 외경부를 수축시키면서 압입고정하도록 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
7. 제4항에 있어서, 상기 회전축에 결합되어 광기록매체인 광디스크를 안착하여 구동되는 턴테이블이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
8. 원반형 기록매체가 안착되는 턴테이블을 일체로 가지는 원통형 요크와, 이 요크의 내주면에 부착되어 자속을 발생하는 영구자석과, 턴테이블 중심에 끼워진 회전축과, 이 회전축을 끼워서 미끄럼지지하는 내경부를 가지는 원통형 메탈베어링과, 이 메탈베어링의 외주면을 수납지지하는 내경부를 가지는 베어링하우징과, 이 베어링하우징이 고정설치되는 고정자기판, 그리고 베어링하우징의 외주면에 설치되어 영구자석의 자속과 쇄교하여 그 사이에 회전력을 작용시키도록 여자되는 고정자코일을 포함하여 되며, 상기 메탈베어링의 내경부가 축방향으로 간격을 두고 각각 회전축을 미끄럼지지하는 상측 저널부와 하측 저널부로 구분되어 있으며, 그 상하측 저널부 사이의 부분이 회전축과 접촉하지 않게 된 것을 특징으로 하는 모터.
9. 제8항에 있어서, 상기한 메탈베어링 내경부의 상하측 저널부 사이의 부분이 그 어느 일측 저널부와 단차지고 타측 저널부와는 같은 직경으로 접하도록 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
10. 제8항에 있어서, 상기한 메탈베어링이 1차 성형품인 수직한 외경부를 가지는 베어링소결체로 제공되고, 상기한 베어링하우징의 내경부가 그 베어링소결체의 수직한 외경부를 수축시키면서 압입고정하도록 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.