KR20010080462A

KR20010080462A - 기동 특성을 개선한 동압 베어링

Info

Publication number: KR20010080462A
Application number: KR1020017006153A
Authority: KR
Inventors: 다께우찌히사오; 고무라오사무; 무라베가오루; 오쯔끼마꼬또
Original assignee: 오카야마 노리오; 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2001-08-22
Also published as: WO2001021969A1; US20040156569A1; EP1132633A4; EP1132633A1; US6702464B1

Abstract

기동 특성을 개선한 동압 베어링을 제공한다. 레이디얼 베어링부, 드러스트 베어링부에 대향하는 한 쪽 면에 설치된 홈(2, 5)의 깊이를, 유체 흐름의 상류에서 하류에 따라서 서서히 얕게 하고, 홈 내를 균일한 압력 분포로 한다. 이에 의해 홈 내의 동압이 분산하고, 베어링 지지력을 높여, 결로 발생을 억제한다. 드러스트 베어링부에 대향하는 대향면 중 어느 한 쪽 혹은 쌍방의 베어링부의 내주부로부터 반경 방향 외주부를 향하여 경사를 마련하고, 축방향의 간극을 외주부로 약 2 ㎛ 까지 넓게 한다. 이에 의해, 베어링 정지시의 양부재 사이의 접촉 부분을 베어링에 접근하고, 기동시의 저항이 감소하여 동압 토크를 저감할 수 있다. 또 외부로부터의 요동에 의한 드러스트 베어링부에서의 접촉을 회피한다. 드러스트 판(4)에 대향하는 측과는 반대측의 슬리브(3) 단말에 제2 드러스트 판(11)을 고정하고, 베어링 정지시에는, 제2 드러스트 판(11)과, 이에 대향하는 샤프트(1)의 단부면 사이에서 회전측의 하중을 지지하고, 기동시의 저항을 경감한다.

Description

기동 특성을 개선한 동압 베어링{DYNAMIC PRESSURE BEARING WITH IMPROVED STARTING CHARACTERISTICS}

HDD와 같은 기억 기기나, 바코드 주사용 폴리건 미러의 구동 등에 제공되는 스핀들 모터로 사용되는 동압 베어링에 있어서는, 고속 ·고부하에서의 안정된 회전을 얻을 수 있고, 외부로부터의 요동이 있어도 상대 회전하는 베어링 부재 사이가 접촉되지 않는 높은 베어링 강성을 구비하고, 또, 기동시의 토크가 낮고, 접촉 회전에 의한 마모 등이 적고 우수한 기동 특성을 구비하는 것, 등이 요구되고 있다.

도8은, 종래 기술에 관한 스핀들 모터의 예를 도시하고 있다. 도면에 있어서, 베이스(10)에는, 원주형 샤프트(1)와, 샤프트(1)의 일단부에 있어서 축에 수직으로 부착된 원판형 드러스트 판(4)이 고정되어 있다. 샤프트(1)의 축에 평행한 외주면에는, 소정의 간극을 설치하여 중공 원통형 슬리브(3)가 상대 회전 가능하게 끼움 장착되어 있으며, 이들 부재 사이에서 동압 베어링이 구성되어 있다. 즉, 샤프트(1)의 외주면과 슬리브(3)의 내주면 사이에서, 축에 수직 방향인 레이디얼 방향의 동압을 발생시키는 레이디얼 베어링부가 구성되고, 그리고 드러스트 판(4)과 드러스트 판(4)에 대향하는 슬리브(3)의 한 쪽의 단말면 사이에서, 축에 평행한 방향인 드러스트 방향의 동압을 발생시키는 드러스트 베어링부가 구성되어 있다. 드러스트 판(4)의 슬리브(3)에 대향하는 측의 면에는, 파선으로 도시하는 동압 발생용 홈(5)이 설치되어 있다. 본 명세서에서는, 드러스트 판(4)에 대향하는 상기 슬리브(3)의 하단부면을, 드러스트 대향면(13)이라 부르기로 한다. 슬리브(3)에는, 로터(17)가 고정되고, 따라서 로터(17)는, 슬리브(3)와 동시에 샤프트(1)를 중심으로서 회전 가능하다. 로터(17)의 외주면에는, 도시하지 않은 정보 미디어(HDD의 경우)나 폴리건 미러(바코드 주사 장치의 경우)등이 탑재된다. 로터(17)의 내주면에는, 로터 자석(18)이 장착되어 있고, 이 로터 자석(18)은, 베이스(10)에 장착된 스테이터 코일(19)에 대향하고 있다.

도9는, 상기 드러스트 판(4)에 설치된 동압 발생용 홈(5)의 상세를 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 홈(5)은, 드러스트 판(4)의 표면 상에 원주 방향에 대하여 일정한 각도로 경사한 복수의 스파이럴의 홈으로서 형성되어 있고, 홈의 깊이는, 일반적으로 수 ㎛(1 내지 5 ㎛) 정도이다. 또, 도9에서는, 홈(5)이 드러스트 판(4)의 표면으로 설치된 예를 도시하였지만, 이 홈(5)을 슬리브(3)의 드러스트 대향면(13) 측에 설치하는 것이어도 좋다.

이상 도시한 바와 같이 구성된 스핀들 모터의 동작시는, 도8에 있어서, 스테이터 코일(19)에 통전됨으로써, 스테이터 코일(19)과 로터 자석(18) 사이에 흡인 /반발력이 생긴다. 그에 따라서 로터 자석(18)을 고착하는 로터(17)에 회전 구동력이 생기고, 로터(17)와 그 로터(17)에 고정되어 있는 슬리브(3)가 동시에 샤프트(1)를 중심으로 회전한다. 이 회전에 따르는 샤프트(1)와 슬리브(3)의 상대 운동으로 양자의 사이에 개재하는 공기 등의 유체에 의해서 레이디얼 동압이 발생한다. 마찬가지로, 드러스트 판(4)과 슬리브(3)의 한 쪽의 단부면인 드러스트 대향면(13) 사이의 상대 운동에 의해서 홈(5)의 작용에 의해 드러스트 동압이 발생한다. 이 양쪽 동압의 발생에 의해, 슬리브(3), 로터(17), 다른 회전측 부재가, 고정측 부재인 샤프트(1) 및 드러스트 판(4)과 무접촉 상태로 되고, 샤프트(1)를 중심으로 회전한다.

도10은, 도8에 도시하는 스핀들 모터의 동압 베어링 부분만을 확대하여 도시하는 사시도이다. 도면에 있어서, 샤프트(1)의 일단부에 축에 수직인 드러스트 판(4)이 고정되고, 또, 샤프트(1)의 외주면에는, 파선으로 도시하는 슬리브(3)가 회전 가능하게 끼움 장착되어 있다. 상술한 바와 같이, 스핀들 모터에 통전되어 기동하는 사이에는, 슬리브(3) 다른 회전측 부재는, 그 자중에 의해 슬리브(3)와 드러스트 판(4)이 접촉한 채로 회전을 시작한다. 이 때 슬리브(3)의 화살표(6)방향의 회전에 의해서 스파이럴형으로 설치된 홈(5)의 작용에 의해, 공기 등의 유체가 슬리브(3)와 드러스트 판(4) 사이에 도입되고, 화살표(7)로 도시하는 방향에 따라서 드러스트 판(4)의 내주부로 압박된다. 드러스트 판(4) 표면의 홈(5)과 샤프트(1)의 외주면 사이에는 랜드부(9)가 있어, 상기 압박된 유체가 이 랜드부(9)와 홈(5)의 모서리 사이에서 압축되어 동압을 발생시키고, 슬리브(3)를 들어올리는 작용을 한다. 종래 기술에 의한 동압 베어링에 있어서는, 이와 같이, 드러스트 동압은 홈(5)의 랜드부(9)에 가까운 모서리 부분에 국부적으로 발생한다.

도10에 도시하는 예에 있어서는, 샤프트(1)의 외주면에, 축방향에 대하여 경사진 홈(2)이 설치되고, 이 홈(2)이 슬리브(3)의 내주면에 대향하고 있다. 레이디얼 동압의 발생에는, 이 홈(2)은 반드시 필요한 것은 아니다. 다만, 동압 베어링에서는, 회전측 부재(도시한 예로는, 슬리브(3))가, 고정측 부재(도시한 예로는, 샤프트(1))의 베어링에 대하는 회전(자전)과는 별도로, 상기 베어링으로부터 편심한 진동 회전(공전)을 하는 하프 휘얼이라 불리는 형상을 발생시키는 것이다. 이 하프 휘얼이 발생하면, 로터(17)에 탑재된 정보 미디어나 폴리건 미러 등의 기능 부품도 진동하기 때문에, 이들을 이용할 때 장해가 된다. 상기 샤프트(1)의 외주면에 설치된 홈(2)은, 이와 같은 하프 휘얼 현상을 회피하는 효과를 가지므로, 홈(2)을 설치하는 것은 유효하다. 홈(2)은, 도시한 바와 같은 축에 대하여 경사진 홈이든, 축에 평행한 홈이든, 또는 헤링 본형 홈이든, 상기 하프 휘얼 현상의 회피에 관해서는 마찬가지 효과를 얻을 수 있다. 다만, 도시한 바와 같이 경사진 홈(2)인 경우에는, 도면에 있어서 슬리브(3) 내주면의 화살표(8)방향의 회전에 의해, 유체가 자신의 점성에 의해서 도면의 상측에서 하측으로 압입되어, 드러스트 베어링부의 동압을 더욱 높이는 효과를 낳으므로 바람직하다. 또, 이 홈(2)은, 샤프트(1) 측이 아닌, 슬리브(3)의 내주면에 설치되어 있어도 좋다.

레이디얼 베어링부에 설치된 홈(2)에 있어서의 유체의 압력 분포는, 전술한 드러스트 베어링부에 있어서의 것과 마찬가지로, 화살표(8)로 나타낸 홈(2)에 대향하는 슬리브(3)의 움직임에 의해, 홈(2) 내에 있는 유체 자신이 가지는 점성의 작용에 의해서, 유체는 홈(2)을 교차하는 화살표(8)의 상측(도면의 오른쪽)에서 하측(도면의 왼쪽)으로, 화살표(8)의 방향에 따라서 홈(2) 내에 밀어 붙여진다. 이 결과, 하측의 홈(2)의 모서리 부근에서의 압력이 높아지는 불균일한 압력 분포가 존재한다고 추정된다.

다음에, 도11은, 상기 구성에 관한 동압 베어링이 외부 요인에 의해서 요동하고, 슬리브(3)가 샤프트(1) 및 드러스트 판(4)에 대하여 상대적으로 기울어진 상태를 도시하고 있다. 도면에 있어서, 슬리브(3)가 반시계 회전인 상대적으로 기울어진 결과, 샤프트(1)와 슬리브(3)와의 사이의 우측 상부의 A부, 마찬가지로 좌측 하부의 B부, 그리고 드러스트 판(4)과 드러스트 대향면(13) 사이의 왼쪽 끝의 C부가 각각 접근한다.

여기서, 도면에 도시하는 평행선은, 도시한 상대적으로 경사진 경우에 있어서의 각 베어링부에 발생하는 동압을 모식적으로 도시한 것이다. 우선 A부에 있어서, 샤프트(1)와 슬리브(3)가 접근하면, 그 부분의 유체의 권입에 의한 동압의 쐐기 효과가 높아져서 접근할 수록 동압이 높아진다. 이것은 B부에서도 마찬가지이다. 따라서 이 A부, B부가 높아지는 동압에 의해서 샤프트(1)와 슬리브(3) 사이에 있어서는 접근에 대한 항력이 작용하고, 그 항력이 외부로부터의 요동을 이겨내는 한 접촉을 회피하는 효과를 낳는다.

한편, 드러스트 판(4)과 드러스트 대향면(13) 사이의 C부에 있어서는, 드러스트 판(4)의 외주부가 유체의 도입부에 닿기 때문에, 상술한 바와 같이 동압이 낮고, 베어링의 중심인 내주부를 향할 수록 동압이 높아진다. 따라서, 본래 C부에서의 동압의 발생은 낮고, 이것은 양부재가 접근하여도 변하기 어렵다. 이 때문에, 외부로부터의 요동 등 외력이 가해진 경우, 이 부분에 있어서 드러스트 판(4)과 드러스트 대향면(13)이 접촉할 가능성이 있다. 그리고 일단 양자가 접촉해 버리면, 그 사이의 마찰력으로 회전이 불안정해지고, 접촉에 따르는 반발력으로부터 회전 거동에도 악영향이 생겨 심한 경우에는 HDD에 있어서 자기 헤드를 파괴시키는 등, 스핀들 모터로서의 기능을 크게 해치는 결과가 된다.

이상 상술한 바로부터, 종래 기술에 의한 동압 베어링에는 몇가지 문제가 있다는 것을 알 수 있다. 첫째, 동압 베어링부에 설치되는 홈의 내부에 있어서는, 국부적으로 압력이 높아지는 곳이 있으며, 예를 들면 도입되는 유체가 공기 등의 기체인 경우에는, 상기 국부적인 압력이 높아지고 즉 압축 작용에 의해, 해당 부분에 있어서 공기 중에 포함된 수증기 성분이 압축되어, 결로에 이를 우려가 있다. 결로가 있어도 회전 동작 중 또는 기류에 의해 그 수분이 불어 날려버려지는 동안은 괜찮지만, 통전이 차단되어 정지 상태로 되면, 수분이 쌓인 채로 슬리브(3)와 드러스트 판(4)이 접촉하여 정지한다. 또는 샤프트(1)와 슬리브(3)가 접촉한 채로 정지한다. 이 때문에, 이들 부분이 수분의 작용으로 밀착한 상태로 되어, 다음에 재기동하려고 하여도 기동 불량 현상이 생기는 경우가 있다.

둘째, 베어링이 외부로부터의 요동 등으로 베어링 부재 사이의 상대적인 쓰러짐이 일어난 경우, 드러스트 베어링부(특히 외주부 근방)에 있어서는 이 쓰러짐을 지탱하는 충분한 항력(토크)을 발생시킬 수 없고, 따라서 드러스트 베어링부에있어서 슬리브(3)와 드러스트 판(4)이 접촉하기 쉬운 상황으로 된다. 이것은, 상술한 바와 같이 드러스트 베어링부에 있어서 발생하는 동압이, 베어링에 가까운 위치에 국부적으로 집중하는 것에도 관련하고 있다.

그리고, 세째, 스핀들 모터의 정지시에는, 회전측 부재가 자중에 의해 내려가고, 슬리브(3)의 하면인 드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(4)이 접촉한 채로 정지하고 있다. 이 경우, 양자 모두 평탄면이므로 전체면에서 접촉한 상태에 있고, 다음의 재기동시에는 이 접촉에 의한 저항에 이겨내는 큰 기동 토크를 필요로 한다. 이 때문에, 모터 용량을 높일 필요가 있고, 소비 전력이 많아진다는 문제가 있다. 또, 회전측 부재가 동압의 작용으로 부상하기 까지의 사이, 베어링 부재 사이가 접촉한 채로 회전함으로써부터, 양부재 사이에서의 마모가 생기고, 마모분이 정밀 기재인 베어링부에 악영향을 미치게하거나, 마모가 심한 경우에는, 소부를 생기게 하거나 하여, 동압 베어링, 또는 스핀들 모터의 내구성, 신뢰성을 해치게 된다.

이들 문제에 대하여, 종래 기술에 있어서도 몇가지의 대응이 이루어져 있다. 예를 들면, 드러스트 베어링부에서의 쓰러짐에 의한 접촉을 회피하는 구체적인 대책 예로서, 일본 특허 공개 평11-18357호 공보나, 일본 특허 공개 평11-55918호 공보에서 개시된 기술은, 코일과 로터 자석을 편심하여 배치함으로써, 슬리브에 대하여 샤프트를 일정 방향으로 압축하여 안정시키면서 회전시키는 것이다. 그러나, 이 방법으로 샤프트를 슬리브에 대하여 평행으로 압축하기 위해서는 코일의 위치가 베어링 중심에 없으면 안되고, 설계상의 제약 때문에 이와 같은 배치가 실현될 수없는 경우가 많다는 문제가 있었다.

또, 일본 실용신안 공개 소55-36456호 공보에 개시된 내용으로서는, 로터 자석에 대향하여 하우징 측에 고정 영구 자석을 설치하고, 이 양자의 흡인력에 의해서 로터를 일정한 방향으로 기울여서 회전시키는 것이다. 그러나, 이 방법에서는 샤프트의 에지부가 치우쳐 닿게되고, 이로 인해 베어링 수명이 짧아진다는 문제가 있었다.

다음에, 기동시의 마찰에 의한 토크 문제를 해결하는 구체적인 대책으로서, 일본 특허 공개 소60-234120호 공보에서는, 평면형의 동압 드러스트 베어링에 있어서, 적어도 그 드러스트 베어링을 구성하는 부재의 한 쪽 면에, 볼록면을 형성하는 내용의 발명이 개시되어 있다. 도12는, 그 드러스트 베어링을 도시한 것으로, 도면에 있어서, 드러스트 판(31)에 설치된 동압 발생홈(32)에 대향하고, 샤프트(33)가 화살표(w)의 방향으로 회전한다. 샤프트(33)의 도면 상에서 단부면에는 드러스트 부재(34)가 고정되어, 상기 드러스트 판(31)에 대향하고 있으며, 이 양자로 드러스트 베어링을 구성하고 있다. 상기 드러스트 부재(34)에는, 드러스트 판(31)에 대향하는 면에 소정의 곡률(R)로 형성된 구면(35)이, 돌출량(N)만 돌출하도록 설치되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 드러스트 베어링에서는, 회전 중은 동압에 의한 작용으로 상기 드러스트 판(31)과 드러스트 부재(34)는 비접촉 상태로 유지되지만, 회전 정지 중에는 양부재가 접촉하고 있다. 그러나, 이 때 접촉 면적은 대부분 점접촉으로 되기 때문에 기동시에 있어서의 과대한 토크를 필요로 하지 않고, 또 스커핑을 발생하지 않으며, 기동 및 회전 부재의 부상을 행하는 것이다.

그러나, 이 방법에 따르면, 상기 드러스트 부재(34)에 설치된 구면(35)의 곡률(R) 및 돌출량(N)에 따라서는, 그 중심부가 드러스트 판(31)에 접촉하는 것도 고려되고, 경우에 따라서는 부상할 수 없게 된다. 또, 상기 드러스트 부재(34)에 상기한 바와 같은 구면부(35)의 가공을 추가할 필요가 있고, 또 그 미소한 볼록 형상의 형성은 어려움이 따르는 문제도 있다.

또, 일본 특허 공개 평9-328381호 공보에 있어서는, 드러스트 부재 미끄럼 이동면의 한 쪽에 비정질 경질 탄소막을 설치하고, 다른 쪽의 미끄럼 이동면(세라믹스재로 설치)을 공극 점유률 6% 이하, 최대 공극 직경 10 ㎛ 이하로 하고, 이에 의해 양부재 사이의 마찰 계수를 저감하는 내용의 발명이 개시되어 있다.

그러나, 이 방법에 따르면, 상기 고정 윤활막에 의한 마찰 계수의 저감에 대응한 토크의 저하는 볼 수 있기는 하지만, 그 이상의 개선은 기대할 수 없다. 즉, 드러스트 부재 미끄럼 이동면 사이에 있어서는 계속해서 그 미끄럼 이동면의 전체면에서 접촉하게 되고, 접촉 반경이 큰 외주부에서의 접촉으로 인해, 기동 토크를 저감하는 효과는 사소한 것으로 밖에 되지 않기 때문이다.

본 발명은, 하드 디스크 드라이브(이하,「HDD」라고 한다.)와 같은 기억 장치나, 바코드 주사 장치의 폴리건 미러 구동 등에 제공되는 스핀들 모터의 동압 베어링에 관한 것이며, 특히, 기동 특성을 개선한 동압 베어링에 관한 것이다.

도1은 드러스트 동압 발생홈의 형상과 압력 분포의 관계를 도시하는 설명도이다.

도2는 종래 기술에 의한 드러스트 동압 발생홈의 압력 분포를 도시하는 컴퓨터 해석도이다.

도3은 본 발명에 관한 드러스트 동압 발생홈의 압력 분포를 도시하는 컴퓨터 해석도이다.

도4는 본 발명에 관한 1개의 형태의 동압 베어링을 도시하는 단면도이다.

도5는 도4에 도시하는 동압 베어링의 대체안를 도시하는 부분 확대 단면도이다.

도6은 본 발명에 관한 다른 형태의 동압 베어링을 도시하는 단면도이다.

도7은 도6에 도시하는 동압 베어링의 대체안를 도시하는 단면도이다.

도8은 종래 기술에 의한 동압 베어링을 구비한 스핀들 모터의 단면도이다.

도9는 종래 기술에 의한 드러스트 동압 발생용 홈을 설치한 드러스트 판을 도시하는 사시도이다.

도10은 도8에 도시하는 동압 베어링부 만을 확대하여 도시하는 사시도이다.

도11은 도8에 도시하는 동압 베어링 부분의 동압 분포 상황을 도시하는 설명도이다.

도12는 종래 기술에 의한 동압 베어링의 기동 특성을 개선하는 구체안을 도시하는 부분 단부면 측면도이다.

이상으로부터, 본 발명은, 상기한 바와 같은 종래 기술에 있는 결점을 없애고, 동압 발생홈에 있어서의 국부적인 고압력의 발생을 회피하여 거의 균일한 압력 분포를 실현시키고, 이것에 의해 동압 기체 베어링에 있어서의 결로에 의한 베어링 기동시의 기능 장해를 없애고, 동시에, 드러스트 베어링에 있어서의 요동에의 대항력이 강한 동압 베어링을 실현하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 또한, 동압 발생홈 내에서의 압력 분포를 거의 균일하게 함으로써, 홈 내에서 발생하는 최고 압력을 저하시키며, 동압 기체 베어링의 결로를 방지하는 방법을 포함한다.

또 본 발명은, 베어링 정지시에 있어서 드러스트 판과 드러스트 대향면이 전체면에서 접촉하는 것을 회피하고, 종래 기술에 있어서의 기동시의 마모나 에너지 손실 등의 문제를 회피하여, 얼마 안되는 기동 토크로 베어링 회전측 부재를 고정측 부재로부터 확실하게 부상시키고, 또한 내요동성도 우수한 동압 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은, 상술한 바와 같은 기동 특성을 개선하고, 쓰러짐 강성도 우수한 안정된 회전을 실현하는 스핀들 모터를 제공하는 것, 및 상기 스핀들 모터를 구비함으로써, 내구성, 신뢰성이 높은 기억 장치, 및 바코드 주사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로는, 이하의 내용을 포함한다. 즉, 본 발명에 관한 하나의 형태는, 베어링의 축에 수직인 방향인 레이디얼 방향, 또는 베어링의 축에 평행한 방향인 드러스트 방향으로 소정의 간극을 설치하여 대향하는 대향면을 각각 가지는 회전측 부재와 고정측 부재로 이루어지고, 상기 양부재의 대향면 사이에 유체를 개재시켜서 상대 회전시킴으로써 상기 유체가 발생하는 동압을 이용하여 상기 양부재 사이를 비접촉 상태로 유지하여 회전 지지를 행하는 동압 베어링에 있어서, 상기 레이디얼 방향 혹은 드러스트 방향에 서로 대향하는 상기 양부재 중 어느 한 쪽 대향면에 설치된 홈의 깊이를 상기 홈 내의 장소에 따라서 변화시키고, 베어링 회전시에 있어서의 상기 홈 내의 압력이 거의 균일하게 분포하도록 한 것을 특징으로 하는 동압 베어링에 관한 것이다. 홈의 깊이를 변화시킴으로써, 발생 압력을 분산시키고, 특히 드러스트 베어링부에 있어서는 쓰러짐에 대하는 항력을 높일 수 있으며, 또, 특히 동압 기체 베어링에 있어서는, 레이디얼, 드러스트 양쪽 베어링부에 있어서의 피크 압력하에서의 결로의 발생을 회피하는 것이다. 상기 홈 내에서의 압력을 균일하게 하기 위해서는, 상기 홈 깊이의 변화가, 흐름의 상류에서 하류로, 혹은 회전 방향의 우측 상부에서 좌측 하부로, 연속적으로 얕아지도록 변화시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 다른 형태는, 베어링의 축에 수직인 방향으로 넓어지는 원판형 드러스트 판과 상기 드러스트 판에 대향하고, 베어링의 축에 수직인 방향으로 넓어지는 원형의 드러스트 대향면으로 이루어지며, 상기 드러스트 판 혹은 드러스트 대향면 중 어느 한 쪽에 설치된 스파이럴형의 동압 발생홈의 작용에 의해, 상기 드러스트 판과 드러스트 대향면의 상대 회전에 의해서 베어링의 축에 평행한 방향인 드러스트 방향의 동압을 발생시키고, 양자 사이를 비접촉 상태로 유지하여 회전 지지하는 드러스트 베어링부를 가지는 동압 베어링에 있어서, 상기 드러스트 판 및 드러스트 대향면 중 어느 한 쪽 혹은 쌍방의 서로 대향하는 면을, 상기 드러스트 베어링부의 내주부로부터 반경 방향 외주부로 향하여 양쪽 대향하는 간극이 넓어지도록 경사시킨 것을 특징으로 하는 동압 베어링에 관한 것이다. 상기 경사는, 드러스트 동압의 발생에는 그다지 영향을 주지 않고, 쓰러짐에 의한 접촉을 회피하도록 설치하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 드러스트 베어링부에서 대향하는 어느 한 쪽, 혹은 쌍방의 면을 원추대형, 구면형으로 설치하고, 상기 경사에 의한 드러스트 베어링부의 간극의 변화를 약 2 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 또 다른 형태는, 원기둥형 샤프트, 및 상기 샤프트의 축에 평행한 외주면으로 회전 가능하게 끼움 장착되는 중공 원통형 슬리브로 이루어지며, 상기 샤프트 및 상기 슬리브의 상대 회전에 의해서 레이디얼 동압을 발생시키는 레이디얼 베어링부와, 상기 샤프트의 축방향의 한 쪽 단부면에 축과 수직으로 설치 혹은 고정되는 드러스트 판, 및 상기 슬리브의 축방향의 한 쪽 단부면에 설치 혹은 고정되어 상기 드러스트 판에 대향하는 드러스트 대향면으로 이루어지고, 상기 드러스트 판 및 드러스트 대향면의 상대 회전에 의해서 드러스트 동압을 발생시키는 드러스트 베어링부와, 양쪽 베어링부로부터 구성되는 동압 베어링에 있어서, 상기 슬리브의 축방향의 다른 쪽 단부면에서 상기 슬리브의 중공부를 폐색하도록 고정되는 제2 드러스트 판이 또 설치되고, 상기 제2 드러스트 판과 이 제2 드러스트 판에 대향하는 상기 샤프트의 축방향의 다른 쪽 단부면 사이의 축에 평행한 방향의 간극을 a, 상기 드러스트 판과 이것에 대향하는 드러스트 대향면 사이의 축으로 평행한 방향의 간극을 b라 했을 때, 상기 a와 b의 사이에,

a < b

의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링에 관한 것이다. 제2 드러스트 판을 설치함으로써, 베어링 정지시에는, 이 제2 드러스트 판과 샤프트의 사이에서 회전측 부재의 하중을 지지하고, 재기동시의 접촉 저항의 아암을 짧게 하여 기동성을 개선하는 것이다. 상기 제2 드러스트 판, 혹은 이것에 대향하는 샤프트의단부면 중 어느 한 쪽에는, 구면형, 원추대형 등의 돌출부를 설치하는 것이, 상기 양부재 사이의 접촉점을 보다 베어링에 근접하게 하는 데에 있어서 바람직하다.

본 발명에 관한 또 다른 형태로서는, 베어링 부재를 구성하는 샤프트, 슬리브, 드러스트 판, 드러스트 대향면, 상기 제1 드러스트 판 중 어느 1개, 혹은 2개 이상의 적어도 베어링부에서 대향하는 부분이, 세라믹스재로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 세라믹스 재료는, 알루미나, 지르코니아, 탄화 규소, 질화 규소, 사이아론으로 이루어지는 군 중으로부터 선택된다. 내마모성이 우수한 세라믹스재를 사용함으로써, 접촉 회전에 의한 마모가 회피되는 것 외에 고강성, 고정밀도의 베어링 부재를 제공할 수 있다.

본 발명에 관한 또 다른 형태는, 이상 서술한 바와 같은 기동 특성, 고강성을 구비한 동압 베어링을 가지는 스핀들 모터, 또는 상기 스핀들 모터를 구비한 것을 특징으로 하는 기억 장치, 또는 바코드 주사 장치에 관한 것이다. 안정성, 신뢰성, 내구성에 우수한 이들 제품을 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 제1 실시 형태의 동압 베어링에 관하여, 도면을 참조하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 동압 베어링의 드러스트 베어링부에 있어서는, 스파이럴형의 홈 작용에 의해서, 외부로부터 드러스트 베어링부에 공기 등의 유체를 도입함으로써 동압을 발생시킨다. 상기 도입되는 유체는, 드러스트 베어링부에서의 상대 회전에 따르는 펌프 작용에 의해, 순차 외주부에서 내주부(베어링의 축심 방향으로, 샤프트의 외주면 근방)로 보내여지는 결과, 샤프트 근방의 내주부의 압력이높아지고, 이 압력에 의해서 베어링 부상력이 유지된다. 이 압력의 분포 상황은, 수치 계산에 따르면, 드러스트 판의 축중심에 가까운 위치에서 높고, 또 랜드부가 설치되어 있는 경우에는, 랜드부(9)와 홈(5)(도10 참조)의 모서리와의 경계 근방에서 압력이 높고, 반경 방향 외주부에 향하여 차례로 압력이 저하되고 있다. 즉, 종래 기술에 의한 동압 베어링에 있어서는, 드러스트 베어링부에서의 높은 압력 발생 부위가 국부적으로 편재하고 있다.

도1의 (a)는, 종래 기술에 의한, 드러스트 판(4)의 홈(5)이 설치된 부분을 단면형으로 도시하고 있다. 도9를 참조하여 설명한 바와 같이, 실제로는 홈(5)은 스파이럴형으로 설치되어 있지만, 도1의 (a)에서는, 이 홈(5) 중 1개를 추출하고, 스파이럴형 홈을 반경 방향으로 투영하여 도시하고 있다. 도면에 있어서, X는 샤프트의 외주면(드러스트 판(4)의 내주부), Y는 드러스트 판(4)의 외주면을 도시한다. 드러스트 판(4)에는, 샤프트 외주면 X로부터 소정 거리 연장하는 랜드부(9)가 설치되고, 이 랜드부(9)에 이어서 깊이(h)의 홈(5)이 설치되어 있다. 도의 a―a는 드러스트 판(4)의 표면을, b―b는 홈(5)의 저면을 표시하고 있다. 화살표(7’)는, 이 홈(5)에 도입되는 유체의 흐름을 표시하고 있고, 이 화살표(7’)는, 도10에 도시하는 화살표(7)를 반경 방향에 투영한 것이다. 또, 도1의 (a)에 도시하는 홈(5)은, 그 반경 방형 외측이, 외부로 개방되어 있는 형식의 것이다. 종래 기술에 있어서의 스파이럴형의 홈(5)은, 도에 도시한 바와 같이, 그 깊이(h)가 일정한 평탄한 홈이었다.

다음에, 도1의 (b)에 도시하는 점선(J)은, 상기한 바와 같은 구성의 홈(5)이베어링 회전시에 발생시키는 동압의 분포를, 역시 반경 방향으로 투영하여 본 것이다. 도1의 (a)에 대응하여, 횡축(S)은 드러스트 판(4)의 내주부로부터 외주면에 이르는 거리, 종축(P)은 동압 압력의 크기를 도시한다. 또, 본 드러스트 베어링부는, 레이디얼 베어링부와는 분리하여 단독으로 동작하는 것으로 했기 때문에, 내주부도 외주부와 마찬가지로 외부로 개방되어 있고, 이 위치에 있어서의 압력은 외부 압력에 동등(제로)하다고 가정했다. 레이디얼 베어링부와 결합하고 있는 경우에는, 내주부 압력이 높아지는 외는, 압력 분포는 마찬가지의 경향을 도시한다. 이제 까지 설명한 바와 같이, 종래 기술에 의한 드러스트 베어링부의 압력 분포는, 도면의 점선 J로 도시하는 홈(5)의 축중심에 가까운 측의 모서리 근방에서, 국부적으로 최대 압력 p_a를 도시하고, 이하 외주부를 향하여 점차적으로 감소하는 경향을 도시한다. 본원 발명자들이 행한 수치 계산에 따르면, 드러스트 베어링부 직경이 20 ㎜, 드러스트 내경이 14 ㎜, 홈 깊이 h가 2 ㎛, 회전시의 베어링 간극이 1.5 ㎛, 회전수를 16,000 rpm이라 한 경우, 상기 최대 압력 p_a는, 약 1.59 atm이었다. 실험에 의해서 압력 분포를 측정하는 것은 어렵지만, 부상 높이(간극)나 부하 용량(회전부 질량) 등의 관계는 계산 결과와 잘 일치하고 있고, 본 압력도 타당하다고 추정된다.

본 발명에 있어서는, 이 홈의 깊이를 외주부와 내주부와의 사이에서 변화시킴으로써, 압력 분포를 균일화시키려고 하는 것이다. 즉, 도1의 (c)에 도시한 바와 같이, 홈(5)의 저면을 b’― b’로 도시한 바와 같이 비스듬하게 경사지게 하고, 드러스트 판(4)의 외주부의 홈 깊이 h₁에서 내주부 X 방향으로 이동함에 따라서, 홈 깊이를 얕게 하고, 랜드부(9)와의 경계 위치에서 깊이 h₂까지 감소시키는 것이다. 도면에 도시하는 다른 부호는, 각각 도1의 (a)와 마찬가지이다. 종래 기술에서는, 홈(5)에 도입된 유체가 랜드부(9)와 홈(5)의 경계 부분에 압입되어 국부적으로 고압을 발생하였던 것에 반해, 본 실시 형태와 같이, 내부에 진행함에 따라서 차례로 깊이를 얕게 하는(h1 → h2) 함으로써, 외주부 근방의 입구 부근으로부터 서서히 압력을 높이는 것이다.

본 발명에 관한 베어링에 있어서는, 상기와 같이 홈 깊이를 조정한 결과, 도1의 (b)의 실선 K로 도시한 바와 같이, 동압의 분포는 거의 평균화되었다. 본원 발명자들이 행한 수치 계산에 따르면, 홈(5)의 깊이를, 드러스트 판(4) 외주부의 유체 입구 근방의 h₁에서 2 ㎛, 랜드부(9)와의 경계 위치의 h₂에서 0.4 ㎛로 하고, 다른 것은 상기 종래 기술과 같은 조건으로 회전시켰을 때의 최대 압력 p_c는 약 1.31 atm이고, 이것이 반경 방향으로 거의 균일하게 관찰되었다. 즉, 최대 압력 p_c는, 종래 기술의 최대 압력 p_a에 비하여 감소하였지만, 압력이 균일하게 분포되는 결과, 베어링의 부상력 전체로서는 변화는 없다. 또 다른 이점으로서는, 축중심으로부터 떨어진 위치에서 발생하는 압력이 높으므로, 요동에 대하여 우수한 효력(모멘트)을 발휘할 수 있다는 것을 들 수 있다.

도2와 도3은, 본원 발명자들이 행한 상기의 수치 계산을 도시하는 것이다.도2의 (a)는, 상기 도시하는 종래 기술에 관한 동압 베어링의 홈에 있어서의 압력 분포를 컴퓨터 해석한 결과, 도2에 (b)는, 그것을 모식적으로 재현한 것을 도시하고 있다. 어느 것이나 드러스트 판(4)을 축방향으로부터 본 도면이다. 도2에 (b) 에 도시한 바와 같이, 홈(5)의 랜드부(9)와의 경계 부분에 최고 압력 1.59 atm을 도시하는 고압 부분이 나타나고, 그 주위에 약 1.4 atm의 압력 부분이 짧게 존재하고, 그 후, 압력은 점차적으로 감소하고 있다. 즉, 홈(5)의 형상이 전체로서 분명하지 않은 만큼 고압 부분이 국부적으로 집중하고 있음을 도시하고 있다.

도3은, 같은 상황을 상기 수치 계산 결과로 도시하는 제원의 본 발명에 관한 동압 발생홈을 구비한 드러스트 판(4)에서 본 것이다. 도2와 마찬가지로, 도3에 (a)는 컴퓨터 해석 결과, 도3에 (b)는 그 결과를 모식적으로 도시하고 있다. 도3에 (b)로부터도 분명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 베어링에 있어서는, 최고 압력은 1.31 atm으로, 종래의 것에 비하여 낮게 되어 있는 반면, 그 고압 부분이 홈의 형상을 확실히 나타날 만큼 균일하게 분포하여 있으며, 그 주위에는 1.2 atm 정도의 압력 부분이 존재하고 있다. 즉, 종래 기술에 의한 것이 축 또는 랜드부(9)와의 경계부에 가까운 위치에서 집중되어 드러스트 하중을 지지하고 있는 데 반하여, 본 발명에 관한 베어링에서는 드러스트면 전체로 지지하고 있는 것을 알 수 있다.

결로에 관해서는, 예를 들면 상온에서 습도 60 %의 공기를 유체로서 사용하여 동압 베어링을 동작시키면, 종래 기술에 의한 것에서는, 1.59 atm까지 압축되는 결과, 결로를 일으키기 쉽다. 본 발명에 관한 최대 압력 1.31 atm에서는, 결로를생기게 하는 일은 적고, 따라서 결로를 포함한 채로 정지한 후의 재기동을 할 수 없다는 문제가 생기기 어려워진다.

또 본 실시 형태에서는, 동압 발생 유체가 드러스트 베어링부의 외주부로부터 내부에 도입되는 펌프 인 형식의 것이었다. 즉, 홈(5)의 스파이럴의 경사가, 슬리브(3)의 회전에 의해서 유체를 외부로부터 내부에 흡입하는 방향으로 향해지는 형식으로 되어 있다. 이 스파이럴의 경사를 역방향으로 하고(또는 슬리브(3)의 회전 방향을 역으로 하여), 내부로부터 유체를 외부에 배출하는 펌프 아웃 형식으로 함으로써 동압을 발생시킬 수 있다. 이 형식의 경우에는, 유체가 축근방의 내부로부터 차례로 드러스트 판 외주부에 압축되는 것으로부터, 드러스트 판의 외주를 향하여 압력이 높아지게 된다. 따라서, 본 발명의 실시에 있어서, 홈(5)의 깊이의 경사는, 도2의 (c)에 도시하는 것과는 역의 경사로 하고, 랜드부를 설치하는 경우에는 외주부에 설치할 필요가 있다.

도1의 (c)에 도시하는 점선(M)은, 본 실시 형태의 대체안을 도시하고 있다. 이 대체안에서는, 홈(5)의 깊이를 연속적으로 경사지게 하는 것이 아니라, 단계적으로 얕아지도록 변화시키는 것을 특징으로 한다. 예를 들면 홈(5)을 형성하기 위해서, 마스킹을 이용하여 숏 블라스트 분사를 행하는 경우나 레이저 빔 조사를 행하는 경우에는, 이와 같은 단계적인 깊이 변화를 마련하여 실시하는 쪽이 간편하다. 홈(5)을 이와 같은 구성으로 형성하여도, 상기와 마찬가지 효과를 얻을 수 있다. 다만, 이 경우에 있어서도 유체의 원활한 흐름을 고려하면, 이 단차를 가능한 한 많게 하고, 1개의 단차 당 깊이의 변화를 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.

또, 본 실시 형태에 있어서의 설명에서는, 드러스트 동압 발생용 홈(5)을 드러스트 판(4)에 설치한 것으로 하고 있지만, 이 홈은 드러스트 판(4)에 대향하는 드러스트 판(13)의 면에 설치되어 있어도 좋다. 또, 본 실시 형태로는, 홈 깊이를 직선적으로, 또는, 등간격 등단차로의 단계적으로 변화시키도록 도시하고 있지만, 본 발명의 목적은, 홈 내부에 있어서의 압력 분포를 할 수 있는 한 균일하게 하는 것에 있다. 따라서, 상기 홈 깊이의 변화는, 예를 들면 매끄러운 곡선적인 변화이거나, 혹은 부등간격 부등단차의 단계적인 변화이거나 하더라도, 그것이 압력 분포를 균일화시키는 것이라면 괜찮다.

또, 지금까지 실시 형태에 있어서의 설명은, 드러스트 베어링부에 관한 것이지만, 레이디얼 베어링부에 있어서의 홈(2)에 대해서도, 본 발명을 마찬가지로 적용할 수 있다. 이 경우의 홈 변화는, 드러스트 베어링부에 있어서는 외주부에서 축중심부로 향한 것(펌프 인 ·타입의 경우)이었지만, 레이디얼 베어링부에 있어서는, 상대 회전의 상측에서 하측을(도10의 화살표 8방향으로) 향하여 깊이가 차례로 얕아지도록 변화하여 형성된다. 이것은, 동일한 홈(2)이 샤프트(1)의 외주면이 아니라, 슬리브(3)의 내주면에 설치되는 경우에 있어서도 마찬가지이다.

(실시예 1)

외경 20 ㎜, 내경 14 ㎜의 드러스트 기체 베어링의 동압 발생부에, 도9에 도시하는 형식의 최대 깊이 2 ㎛, 폭 15도의 홈을 12개 형성했다. 내경측의 0.75 ㎜ 폭의 영역에는, 홈이 없는 랜드부를 설치하고, 홈의 입구부와 출구부의 각도차는45도로 했다.

<시료 A> 홈 깊이를 직선적으로 변화시킨 것으로, 레이저 가공에 의해 제작했다. 홈 깊이는 외경측의 기류 입구부 깊이(도1의 (c)의 h₁)가 2 ㎛이고, 내경측의 랜드부(9)와의 접속부에서 0.4 ㎛(도1의 (c)의 h₂)이며, 그 사이는 직선적으로 감소시켰다.

<시료 B> 도1의 (c)의 점선(M)에 도시한 바와 같은 홈 깊이를 계단형으로 변화시킨 홈을, 마스크를 바꿔서 복수회의 블라스트 가공을 행하여 제작했다. 홈 깊이는 도1의 (c)의 점선(M)과 같이, 외경측의 기류 입구부(h₁)가 2 ㎛이고, 3회에 걸쳐서, 같은 간극, 단차로 깊이를 변화시키고, 내경측 랜드부(9)와 접속했다.

<시료 C> 홈 깊이가 일정한 비교예로, 1회의 블라스트 가공에 의해 제작했다. 홈 깊이는, 전영역 2 ㎛로, 내경측 랜드부(9)와의 접속부에 있어서의 단차는 2 ㎛이다.

이들 베어링에, 총 질량이 200 g이 되도록 추를 넣고, 평판과 조합하여 회전수 16,000 rpm으로 10분 회전시킨 후 정지시키고, 정지 후 즉시 재차 회전시키는 것이 가능한지를 시도하는 것에 따라, 물의 응축의 유무를 조사했다. 또, 안정 회전시의 부상 높이를 측정했다. 주위 온도는 25 ℃에 유지하고, 습도를 50 내지 100 %로 변화시켰다. 또한 측정은 각 습도로 5회 반복했다.

이상의 결과, 재현성 좋고 재회전이 가능한 상한 습도는, 시료 A에서는 90 %, 시료 B에서는 85 %, 시료 C에서는 75 %이었다. 또, 안정 회전시의 부상 높이는, 어느 것이나 약 1.5 ㎛이고, 수치 계산으로부터 예상된 값과 좋은 일치를 나타냈다.

다음에 본 발명에 관한 제2 실시 형태의 동압 베어링에 관하여, 도면을 참조하여 설명한다. 도4는, 본 실시 형태에 관한 베어링을 도시하고 있다. 도면에 있어서 원주형 샤프트(1)의 외주면에는, 슬리브(3)가 소정의 간극을 두고 회전 가능하게 끼움 장착되어, 샤프트(1)의 일단부에는 축에 수직인 면을 따라서 드러스트 판(4a)이 고정되어 있다.

드러스트 판(4a)은, 슬리브(3)의 하면과 대향하고, 그 대향하는 면에는 드러스트 동압 발생용 홈(5)이 설치되어 있다. 슬리브(3)의 하면에서, 상기 드러스트 홈(5)에 대향하는 면을 드러스트 대향면(13)이라 부른다.

상기와 같이, 구성된 동압 베어링의 동작시는, 도시하지 않은 스핀들 모터의 스테이터 코일과 로터 자석 사이에서 발생하는 회전 구동력에 의해 로터가 회전하고, 그 로터에 고정되어 있는 슬리브(3)가 회전함으로서, 샤프트(1)와 슬리브(3)와의 상대 운동이 생기고, 양자의 사이에 레이디얼 방향의 동압이 발생한다. 마찬가지로, 슬리브(3)의 드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(4a)의 상대 운동에 의해서 드러스트 홈(5)의 작용으로 드러스트 방향의 동압이 발생하고, 이것에 의해 슬리브(3) 이외에 회전 측 부재가 무 접촉 상태로 샤프트(1)를 중심으로 회전한다.

본 실시 형태에 관한 동압 베어링에서는, 도4에 도시한 바와 같이, 드러스트 판(4a)의 드러스트 홈(5)이 새겨진 측의 면이, 드러스트 베어링부의 내주부로부터 반경 방향 외주부에 향하여 드러스트 대향면(13)으로부터 떨어진 방향으로 경사져있는 것을 특징으로 한다. 이 경사가 설치되어 있음으로써, 도의 점선으로 도시하는 슬리브(3)의 정상 회전 상태로부터 어느 외부 요인에 의해서 샤프트(1)와 드러스트 판(4a)에 대하여 슬리브(3)가 상대적으로 경사하고, 도면의 실선으로 도시하는 상태에 이르렀다고 해도, 드러스트 판(4)의 외주부(H)가 경사져 있어, 접근하는 드러스트 대향면(13)으로부터는 도피하고 있으므로, 접촉이 회피된다.

당연하지만, 상기 회피를 하기 위해서는, 이 드러스트 판(4a)의 경사면의 각도가 클수록 효과가 있다. 그러나, 이 면에는 드러스트 홈(5)이 설치되고 드러스트 동압을 발생시키는 베어링 구성 요소이므로, 크게 경사시킨 경우에는 충분한 동압의 발생을 기대할 수 없게 된다. 접촉을 회피할 수 있기에 충분히 큰 기울기를 가지고, 드러스트 동압을 발생시키기에 충분히 작은 기울기인 것이 바람직하다.

도4의 종단면도에 있어서, 드러스트 판(4a)에 마련되는 경사는, 드러스트 베어링부 최내주부(드러스트 판(4)에 부착된 샤프트(2)의 외주면)로부터 반경 방향으로 드러스트 베어링부 최외주부(드러스트 판(4)의 외주면)에 이르는 거리인 드러스트 폭(s)의 사이에, 축방향의 높이 변화량인 경사량(d)만큼 경사진 직선형 경사로 이루어져 있는 것으로 한다. 즉, 드러스트 홈(5)이 새겨진 드러스트 판(4a)의 면 전체는 원추대형으로 형성되어 있다. 이 때, 도의 점선으로 도시하는 슬리브(3)의 정상 상태에 있어서의 샤프트(1)의 양측면에 있어서 슬리브(3)와의 사이에 존재하는 레이디얼 방향의 간극을 각각 f1, f2, 그 합계를 F(F = f1 + f2)라 하고, 레이디얼 베어링부의 축길이를(L)이라 한다면, 레이디얼부에서는

F / L

의 경사(구배)가 가능하다. 따라서, 드러스트부의 코너부(H)에서의 접촉을 회피하기 위해서는, 드러스트 판(4)에 있어서의 경사(구배)가, 상기 레이디얼부의 경사보다도 같거나 크게 되면 좋다. 즉,

F / L ≤ d / s

의 관계의 성립이, 드러스트부의 접촉을 회피하는 조건이 된다.

본원 발명자들이 행한 실험에 따르면, 축 길이 L = 15 mm, 레이디얼 간극 F = 4 ㎛, 드러스트 판(4)의 직경 D = 20 mm인 경우에 있어서, 경사량 d = 2 ㎛이라면, 드러스트 동압을 확보할 수 있고, 드러스트부에서의 접촉을 충분히 회피할 수 있는 효과를 알 수 있었다. 이 경사량(d)을 약 2 ㎛ 이하로 하는 것은, 충분한 드러스트 동압을 확보한 결과 바람직한 조건이라 고려할 수 있다.

본 실시 형태에 관한 동압 베어링에 있어서, 다른 유리한 점으로서, 베어링 기동시의 필요 토크를 저하시키는 효과가 있다. 도4로부터도 이해할 수 있듯이, 본실시 형태의 구성에 관한 베어링이 정지한 상태에 있어서는, 슬리브(3)에 고정된 회전측 부재의 전체 하중은, 슬리브(3)의 드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(4)이 접촉함으로써, 드러스트 판(4)의 표면에 걸린다. 이 때, 종래 기술에 있어서는, 드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(4)이 평면으로, 즉 대향하는 양쪽면의 전체면 끼리가 접촉하고 있었다. 본 실시 형태에 관한 구성에 따르면, 드러스트 판이 경사져 있는 것으로부터, 양부재의 접촉면은, 드러스트 대향면(13) 중, 베어링의 축심에 가까운 내주면 단말부에만 링형으로 존재하는게 된다.

따라서, 다음에 재기동할 때, 이제까지는 평면 전체에 하중이 퍼져있던 경우에 비해, 본 발명에서는 회전의 중심에 가까운 위치에 하중이 집중하고 있으므로, 베어링에서 하중점까지의 아암 길이를 작게 할 수 있고, 따라서, 기동 토크를 작게 억제할 수 있다. 이것은, 모터 용량을 낮게 할 수 있고, 따라서 전체가 소형화되어, 전기 소비를 저감할 수 있으며, 또한, 용이하게 회전수를 높일 수 있기 때문에 접촉 회전을 최소로 억제하여 접촉 부재 사이의 마모를 줄일 수 있고, 결과적으로 베어링 수명을 향상시키는 효과도 생긴다.

도5는, 본 실시 형태의 대체안에 관한 동압 베어링의 드러스트 베어링부 한 쪽만을 도시하는 부분 확대도이다. 도4에 있어서 설명한 것과 동일 부품에는 동일 부호를 부여하고 있다. 도의 종단부면도에 도시한 바와 같이, 본 대체안으로는, 드러스트 판(4)의 경사면을 직선형으로부터 원호형으로 개량한 것이며, 따라서 베어링 전체로 본 경우에 이 경사면은 구면형으로 나타난다.

도면의 드러스트 판(4b)의 동압 발생면에 그린 평행선은, 이 면에서 발생하는 동압의 분포 상황을 모식적으로 그린 것이다. 앞에서도 설명한 바와 같이, 드러스트 베어링부에 있어서는, 드러스트 판(4b)의 외주부 근방은, 동압 발생용의 기체의 흡인부에 오게되어, 따라서 발생하는 동압 압력은 낮다. 역으로 샤프트(1) 외주면 근방의 드러스트 베어링부 내주부를 향할 수록 동압이 높아지고, 드러스트 동압의 거의 대부분이 이 샤프트(1)에 가까운 장소에서 발생한다.

본 대체안의 이점은, 상기 드러스트 판(4)의 경사부를 원호형으로 한 것으로부터, 베어링에 가까운 위치에서는 상기 경사가 완만하고, 외주부에 가까워짐에 따라서 경사가 커진다. 이것은, 동압이 발생하는 부분에 있어서는, 대향하는슬리브(3)의 드러스트 대향면(13)에 가까운 거리를 유지하고 있기 때문에 동압의 저하를 피할 수 있고, 역으로 접촉이 염려되는 외주부 근방에 있어서는, 동압 발생에 그다지 기여하지 않는 부분에서 드러스트 대향면(13)으로부터 떨어져 있다. 즉, 경사면을 이와 같은 원호형으로 함으로써, 동압의 확보와 접촉의 회피를 동시에 만족할 수 있는 바람직한 경사를 마련할 수 있다.

본원 발명자들이 행한 실험에 따르면, 본 대체안에 있어서도, 드러스트 판(4b)의 경사량(d)은, 약 2 ㎛ 이하로 해두는 것이 바람직하다. 즉, 이 때의 곡률은, 이 2 ㎛와, 드러스트 베어링부 최내주부(샤프트(1)의 외주면)로부터 최외주부(드러스트 판(4)의 외주면)까지의 거리인 드러스트 폭(s)으로부터 산출이 가능하다.

또, 여기서 경사면의 형상을 단부면도로 본 경우를「원호형」, 또, 전체로 본 경우를「구면형」이라 칭하고 있지만, 도5를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 드러스트 베어링부 최내주부, 즉 드러스트 판(4b)의 외주면으로부터 s의 거리에 있는 축에 평행한 선상에 중심을 두고 경사면의 원호를 그린 경우, 베어링 전체로 보았을 때의 구면형의 형상은, 실제로는 진정한 구면의 일부가 되지는 않는다. 진정한 구면으로 하기 위해서는, 원호의 중심을 샤프트(1)의 축심 상에 둘 필요가 있지만, 여기에서는 이 양자를 맞춰서「구면형」이라 칭하기로 한다. 상기 드러스트 최내주부가 샤프트(1)의 축에 근접하는 경우에는, 상기 경사부의 원호의 중심을 샤프트(1)의 축 상에 설치하고, 이것과 상기 경사량(d)의 2가지로부터 원호의 곡률을 구하여 진정한 구면의 일부로 하도록 해도 좋다. 또, 상기「원호」는, 반드시 진원이 아니더라도, 드러스트 베어링부의 축에 가까운 내주면에서 경사가 적고, 외주부에서 경사가 진행하는 형상이라면, 타원이나 포물선의 일부, 그 밖의 곡선이라도 좋다. 재 기동시의 기동 토크를 작게 하여, 전력 소비를 삭감할 수 있는 등의 효과는, 이전의 제2 실시 형태와 마찬가지이다.

또, 상기 대체안을 포함하는 본 실시 형태에 있어서의 설명에서는, 드러스트 베어링부에서의 경사를 드러스트 판(4)에 설치하는 것으로 하고 있지만, 이 경사는, 이 드러스트 판(4)에 대향하는 슬리브(3)의 드러스트 대향면(13)에 설치하는 것으로 하더라도 완전히 똑같은 효과를 얻을 수 있다. 또, 형식에 따라서는 슬리브(3)가 아니라, 다른 부품으로서 구성되는 드러스트 대향판에 이 경사를 마련하여도 좋다. 또는, 서로 대향하는 드러스트 판(4b)과 드러스트 대향면(13)에 모두 경사를 마련하는 것으로 해도 좋다. 이 양자에 경사를 마련하는 경우에는, 양부재에 설치된 경사량의 합계가, 상기 설명에 관한 경사량(d)에 상당하는 것으로 하는 것이 바람직하다.

(실시예 2)

도4에 도시하는 형식의 슬리브 회전 형식의 동압 베어링에 있어서, 레이디얼 베어링부는 직경 15 mm, 길이 15 mm, 반경 방향 한 측의 레이디얼 간극 2 ㎛, 드러스트 판은 외경 20 mm, 내경 15 mm라 하고, 깊이 5 ㎛의 스파이럴 동압 발생홈을 실시했다. 스파이럴홈은, 숏 블라스트, 레이저 연마, 플라즈마 엣칭 등에 의해 제작 가능하다.

드러스트 판은, 기울기(드러스트 베어링부의 최내주부와 최외주부 사이의 축방향의 높이의 차)로 0.1, 0.3, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 ㎛의 각종의 것을 준비하고, 이들을 모터에 조립하여 12 V로 구동하여, 회전수 10,000 rpm으로 회전시켰다. 기동 전류는 모터를 기동시켜서, 정상 회전에 달하기 까지의 최대 전류치에 의해 평가했다.

베어링 요동을 위한 피칭은, 스텝핑 모터를 구비한 요동 시험기를 이용하여, 회전 속도를 변화시켜 ± 60°로 회전시켰다. 접촉의 발생은 이상음을 검지함으로써 행하고, 로터 부분의 발생음을 마이크로폰으로 모니터하여 이상음이 발생하는 회전 속도를 측정했다. 이상음이 발생하는 때의 회전 속도가 높은 만큼, 피칭에 대하여 강하다고 평가한다.

이상의 결과로부터, 기울기가 0.3 ㎛ 이상이 되면 기동 전류 및 피칭에 대하여, 특성이 향상하는 것이 분명해졌다.

다음에, 본 발명에 관한 동압 베어링의 제3 실시 형태에 관해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도6은, 본 실시 형태에 관한 동압 베어링을 도시하고 있다. 도면에 있어서, 원주형 샤프트(1)의 외주면에는 중공 원통형 슬리브(3)가 끼움 장착되어, 드러스트 판(4)이 샤프트(1)와 수직으로 조합되어 슬리브(3)의 하단부면에 대향하고 있다. 본 실시 형태에 관한 동압 베어링에서는, 이들 종래 기술에 관한 베어링 부재에 부가하여 제2 드러스트 판(11)이 설치되어 있다. 이 제2 드러스트 판(11)은, 원판형 부재 등으로 형성되고, 슬리브(3)의 축방향의 단부면이면서 상기 드러스트 판(4)에 대향하고 있는 단부면과는 반대측의 단부면에, 예를 들면 접착 수단에 의해 고정된다. 드러스트 판(4)의 표면에는, 드러스트 동압 발생용 홈(5)이 새겨져 있고, 이 홈(5)을 가지는 면이, 상기 슬리브(3)의 하단부면인 드러스트 대향면(13)과 대향하고 있다.

이상의 구성에 관한 동압 베어링의 회전 상태에 있어서는, 이제 까지의 각 실시 형태와 마찬가지로, 슬리브(3)가 샤프트(1) 및 드러스트 판(4) 사이에 상대 회전하고, 슬리브(3)와 샤프트(1)와의 사이에는 레이디얼 동압을, 또 상기 슬리브(3)의 하단부면인 드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(3) 사이에는 드러스트 동압을 각각 발생시킨다. 이들 동압의 발생에 의해, 슬리브(3)가 샤프트(1) 및 드러스트 판(4)에 대하여 비접촉 상태로 상대 회전을 행하는 것이다.

도에 도시하는 회전 상태에 있어서, 제2 드러스트 판(11)과 이것에 대향하는 샤프트(1)의 단부면과 사이의 간극을 a, 슬리브(3)의 드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(4) 사이(드러스트 베어링부)의 간극을 b라 한 경우, 본 발명에 있어서는 이 a 와 b 사이에

a < b

의 관계가 성립하도록 구성되어 있다.

상기 관계가 성립하는 동압 베어링의 정지시에 있어서는, 스핀들 모터에의 통전이 차단되는 동시에 회전측 부재의 회전수가 저하하고, 베어링부에서의 동압 발생이 작아지게 되어 그 때 까지 부상하고 있었던 슬리브(3) 이외의 회전측 부재가 자중에 의해 하강한다. 이 하강에 의해, 상기 관계식으로부터, 간극이 좁은 쪽인 a가 우선 0이 되고, 즉 제2 드러스트 판(11)이 샤프트(1)의 단부면에 접촉한 상태로 정지하기에 이른다. 이 상태에 있어서, 상식의 관계로부터 0 < b로 되기 때문에, 이상적으로는 슬리브(3)와 드러스트 판(4)은 비접촉 상태인 채로 되고, 슬리브(3) 다른 베어링 회전측 부재의 전체 하중이, 제2 드러스트 판(11)과 샤프트(1) 상단부의 접촉면에 가해진 상태에서 정지한다.

상술한 바와 같은 상태로 정지하여 있는 동압 베어링을 재기동하는 경우에는, 스핀들 모터의 통전에 의해 회전측 부재가 회전을 시작하면, 당초의 낮은 회전수에 있어서는 충분한 동압이 발생하지 않기 때문에, 상기 제2 슬리브(11)와 샤프트(1)의 단부면이 접촉한 상태인 채로 회전을 계속하고, 일정한 회전수에 이르러서 충분한 동압 발생에 의한 부상력이 생기고, 회전측 부재가 고정측 부재로부터 부상한다. 이 재기동시에 있어서의 종래 기술과의 차이점은, 종래 기술에 있어서는 드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(4)의 드러스트 동압 발생 부재 사이가 전체면에서 접촉하고 있고, 접촉 상태인 채로 회전함에 있어서, 상기 양부재 사이의 마찰력이 회전 중심으로부터의 아암 길이가 긴 위치에서 발생하는 데 반해, 본 발명에 관한 실시 형태에서, 회전 중심에 가까운 아암 길이가 짧은 제2 드러스트 판(11)과 샤프트(1) 단부면 사이의 마찰이므로, 기동 토크를 매우 작게 할 수 있는 점에 있다.

또, 상기한 접촉부의 아암 길이의 차이에 의해, 회전축 부재가 부상할 때의 회전수가 종래 기술에 의한 것과 다르지 않다고 한다면, 그 회전수에 있어서의 마찰 접촉부의 회전 주위 속도를, 본 발명에서는 상기 아암의 길이에 비례하여 작게 할 수 있다. 이에 따라 접촉부에 있어서의 마찰 속도를 낮추고, 마모를 저감할 수 있는 외에, 해당 부분에 있어서의 소부의 우려를 회피할 수가 있다. 상기 마찰에의한 저항력이 종래 기술에 비하여 작고, 따라서 기동시에 있어서의 회전수의 상승이 빠르기 때문에 빠른 시기에 부상 회전수에 도달할 수 있으므로, 마찰을 최소한으로 억제하는 효과를 낳는다.

그런데, 상술한 바와 같이

a < b

의 관계가 성립하고 있다고 해도, b가 a에 대하여 극단적으로 큰 경우에는, 정지 후의 재기동시에 슬리브(3)의 단부면에 있는 드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(4)의 간극(b - a)이 너무 넓어져 버려서 충분한 드러스트 동압이 발생하지 않는 사태가 고려된다. 또는, 예를 들어 동압이 발생하여 회전측 부재가 부상하더라도, 베어링에 요동이 가해진 경우에는 용이하게 제2 드러스트 판(11)과 샤프트(1)의 단부면이 접촉할 우려가 있다. 베어링 부재 사이가 일단 접촉하면 베어링의 회전이 불안정 해지고, 이것을 사용하는 HDD 등의 기능을 손상하게 될지도 모른다.

이러한 사태를 피하기 위해서는, a와 b와의 차를 가능한 한 작게 하는 것이 필요하게 된다. 일반적으로 동압 베어링에 있어서는, 상대 회전하는 2부재 사이의 간극이 2 ㎛ 이하로 되면 부하 용량(드러스트부에 있어서의 부상력)이 증가하는 것이 알려져 있다. 즉, 상기와 같이 요동에 의해서 제2 드러스트 판(11)과 샤프트(1)의 단부면이 요동에 의해 접근하고, 접촉하는 사태가 일어나기 전에, 슬리브(2)의 단부면과 드러스트 판(3)의 간극 b가 2 ㎛ 이하로 되어 충분한 부하 용량이 얻어진다면, 상기와 같은 접촉을 회피할 수 있을 공산이 높다. 즉, 양자의 간극 a, b의 사이에,

0 < b - a ≤ 2 ㎛

의 관계가 성립되어 있는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 접촉에 의한 문제를 보다 확실하게 회피하기 위해서는, 양간극 a, b의 차를 더욱 작게 하고, 슬리브(3)의 단부면과 드러스트 판(3)의 간극 b를 보다 좁힐 수 있도록 하여 부하 용량(드러스트부에 있어서의 부상력)을 높일 수 있다. 이 때 보다 바람직한 관계로서는,

0 < b - a ≤ 0.5 ㎛

의 관계를 성립하게 하는 것이다.

또, 요동시에 있어서의 제2 드러스트 판(11)과 샤프트(1)의 단부면의 접촉을 회피하는 수단으로서, 이 양부재 사이에 있어서도 드러스트 동압을 발생시키는 것을 고려할 수 있다. 즉, 제2 드러스트 판(11)과 샤프트(1)의 단부면의 대향하는 어느 한 쪽 면에, 드러스트 판(4)에 형성된 동압 발생용 홈(5)과 마찬가지 홈을 설치하는 것이다. 이 홈의 형성에 의해서 양부재 사이의 상대 회전에 따르는 동압(즉 양대향면 사이의 접근에 대하는 반발력)이 생기고, 양부재 사이의 접촉을 회피하는 작용을 낳는다. 이 부상력은 양대향면이 접근할수록 강해지므로, 접촉을 회피하는 힘으로 양호한 작용을 미치게 한다.

도7은, 본 실시 형태에 관한 동압 베어링의 대체안을 도시하고 있다. 도면은, 동압 베어링의 정지 상태를 도시하고 있다. 도면에 있어서, 샤프트(1a)의 상단부(12)에는 곡면이 형성되어 있다. 다른 구성은 제3 실시 형태와 마찬가지이다. 본 도면과 같이, 샤프트(1a)의 상단부(12)를 곡면으로 함으로써, 베어링 정지시에있어서는 제2 드러스트 판(11)과 샤프트(1a)의 상단부(12)가, 대부분 베어링의 중심축 상의 점(T)에서 접하게 되며, 먼저 실시 형태에서 설명한 재기동 회전시의 마찰력의 아암 길이를 거의 0에 가깝게 할 수 있고, 구동 토크를 또 낮게 억제할 수 있다.

또, 샤프트 상단부(12)를 구면으로 했기 때문에 회전부측 부재 전체가 상기 상단부(12)상에 있어서는 안정되지 않고, 따라서 도면에 도시한 바와 같이 어느 쪽이든 경사져서 슬리브(3)의 단부면과 드러스트 판(4) 사이의 일점(G)에서 접촉하여 안정하는 경향으로 된다. 이러한 상황은, 이전의 제1 실시 형태에 있어서도, 예를 들면 샤프트(1a)의 직경이 작거나, 혹은 샤프트(1a)의 단부면의 축에 대한 직각도가 나와 있지 않을 때 등에도 발생할 수 있다고 할 수 있다. 다만, 통상은 샤프트(1a)의 직경은 10 내지 15 mm 정도, 샤프트(1a)의 길이는 10 내지 20 mm 정도, 간극은 직경으로 1 내지 5 ㎛ 정도이므로, 샤프트 상단부면(12)을 약간의 구면으로 하여도, 슬리브(3)의 기울기는 근소하다.

드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(4) 사이에서 일점이라도 접촉하고 있는 경우에는, 베어링 재기동시에 있어서 이 접촉에 의한 마찰 저항이 가해지는 것은 피할 수 없다. 그러나, 도면으로부터도 상정되는 바와 같이, 회전측 부재의 중심은 그 회전축 근방에 있으므로, 회전측 부재의 하중의 거의 대부분은 샤프트 상단부면(12)과 제2 드러스트 판(11)의 접촉점(T)에 걸리고 있고, 상기 접촉점(G)에 있어서는 드러스트 판(4)에 걸려 있는 하중은 근소한 것이라 할 수 있다. 이 때문에 접촉점(G)에 있어서의 기동시의 마찰 저항이 있다고 하더라도, 하중이 작기 때문에그 저항은 근소한 것 밖에 안된다. 특히, 종래 기술에 있어서의 슬리브(3) 단부면의 드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(4)이 전체 면적에서 접촉하고 있는 상태와 비교하면, 상기 접촉점(G)에 있어서의 마찰 저항이 가해진다고 하더라도, 본 발명에 의한 기동 토크의 저감은 더욱 대폭적인 것이라고 말할 수 있다.

또, 도면에 있어서는, 상기 샤프트(1a)의 상단부면(12)을 구면형으로 형성한 것을 표시하고 있지만, 본 실시 형태에서 이것에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 원추형, 원추대형 등, 접촉 부분의 베어링으로부터의 거리를 짧게 하는 효과를 낳는 다른 기하학적 형상의 것이라도, 마찬가지인 효과가 생긴다. 또는, 이와 같은 구면을 샤프트(1a)의 단부면측에 형성하는 것이 아니라, 역으로 이것에 대향하는 제2 드러스트 판(4)의 표면에 상기와 같은 각종 볼록형부를 설치하는 것이어도 좋다.

다음에, 본 발명에 관한 동압 베어링의 제4 실시 형태에 관하여 설명한다. 제3 실시 형태에 있어서 도6을 이용하여 설명한 바와 같이, 드러스트 동압을 발생시키는 슬리브(3)의 드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(4)의 간극을 보다 좁게 하여 부하 용량을 높이려고 할 때, 샤프트(1)와, 샤프트(1)에 고정된 드러스트 판(3)의 직각도가 문제가 된다. 슬리브(3)는, 샤프트(1)에 끼움 장착되어 회전하고, 드러스트 판(4) 사이의 상대 회전에 의해 동압을 발생시키기 때문에, 상기 직각도가 나와 있지 않은 경우에는, 슬리브(3)의 단부면인 드러스트 대향면(13)과 드러스트 판(3) 사이의 간극을 균일하게 유지할 수 없고, 충분한 드러스트 동압을 얻을 수 없기 때문이다.

본원 발명자들은, 실험 결과, 예를 들면 직경 20 mm의 원판형 드러스트 판을 이용한 경우, 이 드러스트 판의 외주의 모서리에 있어서의 직각의 어긋남이, 0.7 ㎛ 이하라면 드러스트 베어링부에 있어서의 동압 발생이 저감하는 일이 없고, 쓰러짐에 대한 강성도 발휘할 수 있음을 알았다. 통상, 스핀들 모터에 이용하는 동압 베어링의 드러스트 판(4)은, 직경 20 mm 내외의 원판형의 것이지만, 드러스트 판(4)의 기울기를 이 20 mm 직경에 있어서 약 0.7 ㎛ 이하로 억제함으로써, 제2 드러스트 판(11)과 샤프트(1) 단부면과의 접촉을 보다 확실하게 회피할 수 있게 된다. 이것을 일반화하여, 본 실시 형태에서, 이 샤프트(1)와, 샤프트(1)에 고정되는 드러스트 판(4)과의 직각도를 약 0.7 ㎛ / 20 mm 이하로 정하는 것이다. 이 값은, 드러스트 판의 직경이 20 mm 이외의 것이라도, 또는, 드러스트 판이 샤프트의 단부면에 직접 고정되지 않고, 다른 부품을 거쳐서 간접적으로 고정되는 경우에 있어서도 적용되는 것이다.

다음에, 본 발명에 관한 제5 실시 형태에 관하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 동압 베어링은, 베어링 구성 부품의 재료로서, 내마모성, 내구성이 우수하고, 경량이고 또한 고강성을 가지는 세라믹스재를 사용하는 것이다. 사용할 수 있는 세라믹스재로서는, 알루미나, 지르코니아, 탄화 규소, 질화 규소, 사이아론 등의 각 세라믹스 재료를 고려할 수 있다.

예를 들면, 알루미나계 세라믹스의 경우, 영률은 약 300 내지 400 Gpa이고, 이것은 강철의 약 2배이다. 한편, 알루미나계 세라믹스의 비중은 3.9로, 강철에 비해서 약 절반이다. 즉, 대충 말하면, 알루미나계 세라믹스는, 강철의 약 절반의질량으로, 약 2배의 강성을 얻을 수 있다. 종래의 스테인레스강 등의 재료 대신 세라믹스재를 사용함으로써, 동압 베어링을 경량 ·소형화할 수 있다. 또 특필할 것은, 세라믹스의 우수한 내마모성에 있다. 상술한 바와 같이, 동압 베어링의 기동시에는, 베어링 부재 사이가 접촉한 채로 회전하기 때문에, 그 사이에서의 마모나 소부의 문제가 있지만, 베어링 구성 부재 중, 적어도 접촉 회전하는 부분에는 세라믹스 재료를 사용함으로써, 이와 같은 문제를 회피하는 것이 용이해진다. 다른 이점으로서는, 세라믹스재는 금속 재료와 비교하여 소성 변형 및 탄성 변형이 작으므로, 세라믹스재의 사용에 의해, 가공시의 변형을 적게 억제할 수 있고, 고정밀도의 베어링 부재를 제공할 수 있는 점이다.

도6에 도시하는 동압 베어링을 예로 들면, 도면 중의 모든 베어링 구성 부재를 세라믹스재로 치환하는 것이 가능하다. 다만, 비용 대 효과의 관점으로부터, 각종 베어링 부재의 상대측 부재와 대향하는 면만을 세라믹스재로 치환하고, 다른 부분을 종래의 스테인레스강인 채로 하는 것이라도 좋다. 예를 들면, 샤프트(1)에 대하여 말하면, 샤프트(1)의 베어링 부분을 스테인레스강으로 형성하고, 그 주위에 중공 원통형 세라믹스를 가열 끼워 맞춤, 냉각 끼워 맞춤, 접착 등에 의해 고정하는 것이라도 좋다. 다른 베어링 부재에 대하여도 마찬가지이다.

다음에, 본 발명에 관한 제6 실시 형태에 관하여, 설명한다. 본 실시 형태는, 이제 까지의 각 실시 형태로 설명하여 온 동압 베어링을 사용하는 스핀들 모터, 또, 상기 스핀들 모터를 구비한 기억 장치, 및 바코드 주사 장치에 관한 것이다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 동압 베어링을 사용함으로써, 기동시에 있어서의 접촉 부재 사이의 저항을 최대한으로 작게 할 수 있으며, 큰 기동 토크를 필요로 하지 않으므로, 효율적인 스핀들 모터의 가동을 실현할 수 있다. 또, 베어링 부재 사이의 마모를 최대한으로 배제할 수 있으므로, 내구성에 우수한 스핀들 모터를 실현할 수 있다. 그리고, 해당 스핀들 모터를 구비함으로써, 효율적으로 신뢰성이 높은 기억 장치, 및 바코드 주사 장치를 제공할 수 있다.

이상, 본 발명에 관한 각 실시 형태에 관하여 설명하여 왔지만, 참고로서 도시한 예로는, 샤프트 및 드러스트 판을 고정측 부재로 하고, 슬리브를 회전측 부재로 하는 것이었다. 본 발명은, 이와 같은 형식에 한정되는 것이 아니라, 이와 반대의 조합, 즉 샤프트를 회전측 부재로 하고, 슬리브를 고정측 부재로 하는 것이라도 마찬가지로 적용할 수 있다.

본 발명에 관한 효과를 요약하면, 드러스트 베어링부에 설치되는 스파이럴형의 홈 깊이를 외주부로부터 축중심으로 향함에 따라서 서서히 얕게 하고, 혹은 레이디얼 축중심부에 설치되는 스파이럴형 홈 깊이를 회전의 상측 방향에서 하측 방향으로 향함에 따라서 서서히 얕게 하여, 압력 상승을 완만하게 함으로써, 국부적인 고압 부분이 없어져서 넓은 영역에서 높은 압력을 발생시킬 수 있다. 이것에 따라서, 소정의 부하 용량을 얻기 위해 필요한 최고 압력을 낮게 억제하는 것이 가능해지기 때문에, 동압 기체 베어링에 있어서는 압축에 따라서 생기는 물의 응축을 방지할 수 있고, 일반적인 유체 동압 베어링에 있어서는, 드러스트 베어링의 요동에 대한 저항력을 높일 수 있다.

종래 기술에 있어서의 동압 베어링과 같이, 드러스트 판과, 이것에 대향하는 드러스트 대향면(혹은 드러스트 대향판)이 평면 끼리로 대향하고 있으면, 외부 요인으로 요동하여 이 양자가 상대적으로 쓰러진 경우, 드러스트부가 접촉할 우려가 있었다. 이에 반해, 드러스트 판의 미끄럼 이동면이 내주부로부터 반경 방향 외주부로 향해 경사하여 드러스트 베어링부의 간극이 외주부로 향할 수록 넓어지는 본 발명에 관한 동압 베어링에 의하면, 드러스트 판과 드러스트 대향면이 상대적으로 기울어 있어도, 이 부분에 있어서의 접촉을 회피할 수 있고, 요동에 강한 동압 베어링을 얻을 수 있다. 또, 종래 기술에 의한 동압 베어링에서는, 정지시에 드러스트 부재 끼리가 전체면에서 접촉하기 때문에, 재기동하는 경우의 기동 토크가 커졌다. 드러스트 판의 미끄럼 이동면이 내주부로부터 반경 방향 외주부로 향해 경사져 있으면, 정지시의 접촉부가 회전 중심에 가까운 드러스트 베어링 내주부로 집중하기 때문에, 회전 중심에서 하중점까지의 아암 길이가 짧아져, 기동 토크를 작게 할 수 있다.

또, 제2 드러스트 판을 추가하여 설치하고, 베어링 정지시에는 이 제 2 드러스트 판과 샤프트의 한 쪽 단부면 사이로 접촉하여 회전측 부재의 하중을 지지하는 본 발명에 관한 동압 베어링에 의하면, 드러스트 판과 드러스트 대향면이 전체면에서 접촉하는 것이 없고, 베어링 회전 부재의 하중은 베어링으로부터 아암 길이의 짧은 샤프트 단부면에 가해지므로, 재기동시의 토크를 작게 할 수 있다. 또, 접촉 부분이 베어링에 가까우므로, 부상에 이르는 회전수에 있어서의 주의 속도를 작게 할 수 있고, 접촉면의 사이에서의 마모를 적게 하고, 또 마찰에 의한 소부 등의 문제를 회피할 수 있다.

또, 베어링 부재를, 내마모성, 강성이 우수한 세라믹스재라 함으로써, 보다 내구성이 우수한, 신뢰성이 높은 베어링을 제공할 수 있다.

Claims

베어링의 축에 수직인 방향인 레이디얼 방향, 혹은 베어링의 축에 평행한 방향인 드러스트 방향으로 소정의 간극을 설치하여 대향하는 대향면을 각각 가지는 회전측 부재와 고정측 부재로 이루어지고, 상기 양부재의 대향면 사이에 유체를 개재시켜 상대 회전 시킴으로써 상기 유체가 발생하는 동압을 이용하여 상기 양부재 사이를 비접촉 상태로 유지하여 회전 지지를 행하는 동압 베어링에 있어서,

상기 레이디얼 방향 혹은 드러스트 방향에 서로 대향하는 상기 양부재 중 어느 한 쪽 대향면에 설치된 홈의 깊이를 상기 홈 내의 장소에 따라서 변화시키고, 베어링 회전시에 있어서의 상기 홈 내의 압력이 거의 균일하게 분포하도록 한 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제1항에 있어서, 상기 드러스트 방향을 비접촉 상태로 유지하기 위한 서로 대향하는 양부재의 어느 대향면에 설치된 홈의 깊이가, 상기 홈을 통과하는 유체 흐름의 상류에서 하류로 향하여 차례로 얕아지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제1항에 있어서, 상기 드러스트 방향을 비접촉 상태에 유지하기 위한 대향하는 양부재의 어느 대향면에 설치된 홈 깊이가, 상기 홈을 횡단하는 상대 회전 방향의 상측에서 하측을 향하여 차례로 얕아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는동압 베어링.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈 깊이 변화가, 흐름의 상류에서 하류로, 혹은 회전 방향의 상측에서 하측으로, 연속적으로 순조롭게 얕아지도록 변화하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈 깊이의 변화가, 흐름의 상류에서 하류로, 혹은 회전 방향의 상측에서 하측으로, 단계적으로 단차를 설치하여 얕아지도록 변화하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
베어링의 축에 수직인 방향으로 넓어지는 원판형 드러스트 판과, 상기 드러스트 판에 대향하고 베어링의 축에 수직인 방향으로 넓어지는 원형 드러스트 대향면으로 이루어지고, 상기 드러스트 판 혹은 드러스트 대향면 중 어느 한 쪽에 설치된 스파이럴형 동압 발생홈의 작용에 의해, 상기 드러스트 판과 드러스트 대향면의 상대 회전에 따라서 베어링의 축에 평행한 방향인 드러스트 방향의 동압을 발생시키고, 양자 사이를 비접촉 상태로 유지하여 회전 지지하는 드러스트 베어링부를 가지는 동압 베어링에 있어서,

상기 드러스트 판 및 드러스트 대향면 중 어느 한 쪽 혹은 쌍방의 서로 대향하는 면을, 상기 드러스트 베어링부의 내주부로부터 반경 방향 외주부를 향하여 상대 회전하는 양면의 간극이 넓어지도록 경사시킨 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제6항에 있어서, 상기 경사진 면이, 베어링의 축을 포함하는 축에 평행한 단면으로 본 경우에 직선형으로 경사지는 원추대형 경사면인 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제6항에 있어서, 상기 경사진 면이, 베어링의 축을 포함하는 축에 평행한 단면으로 본 경우에 원호형으로 경사진 구면형 경사면인 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제8항에 있어서, 상기 원호가, 상기 베어링의 축을 포함하는 축에 평행한 단면으로 본 경우, 드러스트 베어링부의 최내주부로부터 축에 평행하게 그은 선상에 중심을 가지는 원의 원호인 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경사에 따르는 드러스트 베어링부에서의 축방향의 간극의 변화량인 경사량이 약 2 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제6항에 있어서, 상기 동압 베어링이 또, 원기둥형 샤프트와, 상기 샤프트의 축에 평행한 외주면에 회전 가능하게 끼움 장착된 중공 원통형 슬리브로 이루어지며 상기 샤프트 및 상기 슬리브의 상대 회전에 따라서 상기 축에 수직인 방향인 레이디얼 방향으로 동압을 발생시키는 레이디얼 베어링부를 구비하고,

상기 드러스트 베어링부의 최내주부에서 반경 방향 최외주부까지의 거리인 드러스트 베어링부의 반경 방향 한 쪽 폭을(s), 상기 드러스트 베어링부의 폭(s) 전체의 베어링의 축방향 간극의 변화량인 경사량을 d, 또, 상기 레이디얼 베어링부의 축방향 길이를 L, 상기 샤프트와 슬리브의 사이의 직경 방향의 합계의 레이디얼 간극을 F라 할 때,

F / L < d / s

의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
원기둥형 샤프트, 및 상기 샤프트의 축에 평행한 외주면에 회전 가능하게 끼움 장착되는 중공 원통형 슬리브로 이루어지고 상기 샤프트 및 상기 슬리브의 상대 회전에 따라서 레이디얼 동압을 발생시키는 레이디얼 베어링부와,

상기 샤프트의 축방향의 한 쪽 단부면에 축과 수직으로 형성 혹은 고정되는 드러스트 판 및 상기 슬리브의 축방향의 한 쪽 단부면에 축에 수직으로 형성 혹은 고정되고 상기 드러스트 판에 대향하는 드러스트 대향면으로 이루어지며 상기 드러스트 판 및 드러스트 대향면의 상대 회전에 따라서 드러스트 동압을 발생시키는 드러스트 베어링부의 양베어링부로 구성되는 동압 베어링에 있어서,

상기 슬리브의 축방향의 다른 쪽의 단부면으로 상기 슬리브의 중공부를 폐색하도록 고정되는 제2 드러스트 판이 또 설치되고,

상기 제2 드러스트 판과, 이 제2 드러스트 판에 대향하는 상기 샤프트의 축방향의 다른 쪽 단부면 사이의 축에 평행한 방향의 간극을 a, 상기 드러스트 판과 이에 대향하는 드러스트 대향면 사이의 축에 평행한 방향의 간극을 b라 할 때, 상기 a와 b 사이에,

a < b

의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제12항에 있어서, 상기 a와 b 사이에, 또,

b - a ≤ 2 ㎛

의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제12항에 있어서, 상기 a와 b 사이에, 또,

b - a ≤ 0.5 ㎛

의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트와, 상기 샤프트에 형성 혹은 고정되는 드러스트 판의 직각도가, 약 0.7 ㎛ / 20 mm 이하인 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 드러스트 판, 혹은 상기 샤프트의 단부면으로서 서로 대향하는 면 중 어느 한 쪽에, 양자 사이의 상대회전에 따라서 축에 평행한 드러스트 방향의 동압을 발생시키는 동압 발생용 홈이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트의 축방향의 단부면에 대향하는 상기 제2 드러스트 판의 면, 혹은 상기 제2 드러스트 판에 대향하는 상기 샤프트의 축방향의 단부면 중 어느 한 쪽에, 구면형, 원추형, 혹은 원추대형의 돌기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트, 상기 슬리브, 상기 드러스트 판, 상기 드러스트 대향면, 상기 제2 드러스트 판 중 어느 1개, 혹은 2개 이상의 적어도 베어링부에서 대향하는 부분이 세라믹스재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제18항에 있어서, 상기 세라믹스재료가, 알루미나, 지르코니아, 탄화 규소, 질화 규소, 사이아론으로 이루어지는 군 중으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 동압 베어링.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 동압 베어링을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
제20항에 기재된 스핀들 모터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 기억 장치, 혹은 바코드 주사 장치.
베어링의 축에 수직인 방향인 레이디얼 방향, 혹은 베어링의 축에 평행한 방향인 드러스트 방향으로 소정의 간극을 마련하여 대향하는 대향면을 각각 가지는 회전측 부재와 고정측 부재로 이루어지고, 상기 양부재의 대향면 사이에 기체를 개재시켜서 상대 회전시킴으로써, 상기 기체가 발생하는 동압을 이용하여 상기 양부재 사이를 비접촉 상태로 유지하여 회전 지지를 행하는 동압 베어링의 베어링부에 있어서의 결로 방지 방법으로서,

상기 회전측 부재 혹은 고정측 부재 중 어느 한 쪽 대향면에 설치된 홈 깊이를 장소에 따라서 변화시킴으로서, 상기 홈 내의 회전시에 있어서의 압력 분포를 거의 균일하게 유지하고, 부하 용량을 얻기 위해서 필요한 홈 내의 최고 압력을 낮게 억제하여 상기 대향면 사이의 압력 상승에 의해 생기는 물의 응고를 방지하는 것을 특징으로 하는 동압 기체 베어링의 결로 방지 방법.