KR20030084623A

KR20030084623A - 유체 베어링 장치

Info

Publication number: KR20030084623A
Application number: KR10-2003-0024814A
Authority: KR
Inventors: 고모리이사오; 시미즈세이지; 호리마사하루; 사토지후미노리; 이토겐지
Original assignee: 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2003-11-01
Also published as: CN1453481A; KR100968163B1; US7025505B2; US20040017954A1; CN100419287C

Abstract

하우징은 수지 조성물에 의해 형성되며, 소결금속으로 이루어진 베어링 슬리브를 인서트 부품으로 하여 수지를 사출 성형하여 형성된다. 하우징은 원통형 본체부와, 본체부의 상단으로부터 내경 쪽으로 뻗은 밀폐부와, 본체부의 하단을 막는 바닥부를 구비하고 있다. 하우징은 본체부와 바닥부를 일체 형성하여 하나의 부재로 하고 이것을 밀폐부와 용착한 것이다.

Description

유체 베어링 장치{Fluid bearing device}

본 발명은 베어링간극(間隙)에 형성되는 유막(油膜)으로 회전부재를 지지하는 유체 베어링 장치에 관한 것이다. 이 베어링 장치는 정보기기의 모터류, 예컨대 HDD·FDD 등의 자기디스크 장치, CD-ROM·DVD-ROM 등의 광디스크 장치, MD·MO 등의 광자기 디스크 장치 등의 스핀들 모터, 레이저빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐너 모터 또는 전기 기기, 예컨대 축류팬 등의 소형 모터용으로서 적합하다.

상기 각종 모터에는 고회전 정밀도 외에 고속화, 저비용화, 저소음화 등이 요구되고 있다. 이들 요구 성능을 결정하는 구성 요소 중 하나에 그 모터의 스핀들을 지지하는 베어링이 있으며, 최근에는 이러한 베어링으로서 상기 요구 성능에 우수한 특성을 갖는 유체 베어링(특히 동압 베어링)의 사용이 검토되거나 또는 실제로 사용되고 있다.

이러한 유체 베어링(fluid bearing)은, 베어링간극 내의 윤활유에 동압(動壓)을 발생시키는 동압 발생 수단(dynamic-pressure generating means)을 구비한 소위 동압 베어링(dynamic bearing)과 동압 발생 수단을 구비하지 않은 소위 진원베어링(베어링면이 진원형인 베어링)(cylindrical bearing)으로 대별된다.

예컨대 HDD 등의 디스크 장치의 스핀들 모터나 레이저빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐너 모터에 채용된 유체 베어링 장치는, 축부재를 래디얼 방향으로 회전 가능하게 지지하는 래디얼 베어링부와, 축부재를 스러스트 방향으로 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링부가 설치되며 적어도 래디얼 베어링부에, 베어링면에 동압 발생용 홈을 갖는 동압 베어링이 이용된다. 래디얼 베어링부의 동압 홈은 베어링 슬리브의 내주면 또는 축부재의 외주면 중 어느 한쪽에 형성된다.

보통 베어링 슬리브는 하우징 내주에 압입이나 접착 등의 수단으로 고정되며 또 하우징 내부 공간에 주유한 윤활유가 외부로 새는 것을 방지하기 위해 하우징 개구부에 밀폐부재를 설치하는 경우가 많다.

상기 구성의 유체 베어링 장치는 하우징, 베어링 슬리브, 축부재 및 밀폐부재 등의 부품으로 구성되며, 정보기기의 계속적인 고성능화에 따라 요구되는 높은 베어링 성능을 확보하기 위해, 각 부품의 가공 정밀도나 조립 정밀도를 높이는 노력이 이루어지고 있다. 한편 정보기기의 저가격화 경향에 따라 이러한 유체 베어링 장치에 대한 비용 저감의 요구도 한층 더 높아지고 있다.

본 발명의 목적은 이러한 유체 베어링 장치의 비용 저감을 도모하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이러한 유체 베어링 장치의 하우징의 성형 정밀도 및 기능성을 높이는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유체 베어링 장치에 있어서 보다 안정적인 베어링 성능을 얻음과 동시에 하우징의 가공 정밀도나 조립 정밀도를 향상시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 부품수가 적어 비용이 보다 적게 들고 또 신뢰성이 높은 유체 베어링 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 유체 베어링 장치를 사용한 정보기기용 스핀들 모터의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제3실시예를 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제4실시예를 도시한 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제5실시예를 도시한 단면도이다.

도 7은 본 발명의 제6실시예를 도시한 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제7실시예를 도시한 단면도이다.

도 9는 하우징을 형성하기 위한 사출 성형 장치를 개념적으로 도시한 단면도이다.

도 10은 본 발명의 제8실시예에 따른 베어링 슬리브의 모따기부 주변을 도시한 단면도이다.

도 11은 본 발명의 제9실시예에 따른 베어링 슬리브의 모따기부 주변을 도시한 단면도이다.

도 12는 본 발명의 제10실시예에 따른 베어링 슬리브의 모따기부 주변을 도시한 단면도이다.

도 13은 본 발명의 제11실시예를 도시한 단면도이다.

도 14는 본 발명의 제12실시예를 도시한 단면도이다.

도 15는 본 발명의 제13실시예를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1...유체 베어링 장치 2...축부재

7...하우징 8...베어링 슬리브

R1...제1래디얼 베어링부 R2...제2래디얼 베어링부

T...스러스트 베어링부

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 지지할 축부재의 외주와의 사이에 래디얼 베어링간극을 형성하는 베어링 슬리브와, 내주에 베어링 슬리브가 고정된 하우징을 구비하며, 축부재와 베어링 슬리브의 상대 회전시에 래디얼 베어링간극에 형성되는 유막에 의해 축부재와 베어링 슬리브를 래디얼 방향으로 비접촉 지지하는 유체 베어링 장치에 있어서, 하우징이 수지 제품인 구성을 제공한다. 수지제의 하우징은 사출 성형 등 금형성형으로 형성할 수 있기 때문에, 선삭(旋削) 등의 기계 가공에 의한 금속제 하우징에 비해 저비용으로 제조할 수 있음과 아울러 프레스 가공 등에 의한 금속제 하우징에 비해 비교적 높은 정밀도를 확보할 수 있다.

상기 구성에 있어서 하우징은 복수의 부재를 용착하여 형성한 수지제품으로 해도 좋다.

수지제 하우징은 예컨대 소결금속제 등의 베어링 슬리브를 인서트 부품으로 하여 수지를 금형성형함으로써 형성할 수 있다. 이 경우 하우징을 밀폐부, 본체부및 바닥부로 이루어진 일체 성형품으로 함으로써 부품수를 줄이고 또 하우징의 성형과 베어링 슬리브를 하우징에 고정하는 것을 동시에 실시할 수 있기 때문에 작업 공정수를 줄일 수 있어 유리하다. 한편 이 구성에서는 하우징이 밀폐부, 본체부 및 바닥부로 이루어진 복잡한 형상이라는 점, 또 소결금속제 등의 베어링 슬리브와의 접촉 부분과 비접촉 부분에서 수지의 수축율에 차가 있다는 점 등의 이유에서 수지의 수축율을 균일하게 할 수 없어 하우징의 성형 정밀도를 확보하기 어려운 경우가 있다. 또 밀폐부, 본체부 및 바닥부 등 하우징 각 부위에 요구되는 기능이 다름에도 불구하고 각 부위가 동일 수지 조성물에 의해 형성되기 때문에 각 부위의 요구 기능을 보다 높은 레벨로 만족시키기 어려운 경우가 있다.

하우징을 복수의 부재를 용착하여 형성한 수지 제품으로 함으로써 하우징의 각 부위를 각 부위마다의 요구 기능에 부응하는 재질, 조성, 형상 등을 갖는 수지 조성물로 성형할 수 있게 된다. 또 단순한 형상의 하우징 각 부위를 조립함으로써 복잡한 형상의 하우징을 형성할 수 있으며, 또 베어링 슬리브와의 접촉 여부에 따라 각 부분을 별도의 부재로 할 수도 있다. 따라서 수지 경화시의 수축율을 각 부분에서 균일화할 수 있어 하우징의 고정밀화를 꾀할 수 있다.

이 경우 복수의 부재를 서로 다른 수지 조성물에 의해 형성하면 요구 기능에 부응하는 최적의 수지 조성물을 선택하여 사용할 수 있어 하우징 기능성 향상을 꾀할 수 있다. 이 경우 다른 수지 조성물의 베이스 수지를 공통으로 해두면 충분한 접합 강도를 확보함과 아울러 용착시의 작업성을 높일 수 있다.

하우징은 양단이 개구된 통형의 본체부와, 본체부의 일단측을 폐쇄하는 바닥부와, 본체부의 타단측에 설치되어 축부재의 외주와의 사이에 밀폐간극을 형성하는 밀폐부를 구비한 구성으로 할 수 있다. 이와 같이 밀폐부를 하우징에 마련함으로써 종래와 같이 별도의 밀폐부재를 하우징의 타단측 내주에 압입·접착하는 경우에 비해 부품수와 작업 공정수를 줄일 수 있어 저비용화가 달성된다.

또 하우징은 본체부, 밀폐부 및 바닥부를 각각 일부재로 하여 이들 부재를 서로 용착함으로써 또는 본체부와 바닥부 및 밀폐부 중 어느 한쪽을 미리 일체 성형하여 하나의 부재로 하고 이것을 다른쪽과 용착함으로써 성형할 수 있다.

어느 경우라도 적어도 본체부는 베어링 슬리브를 인서트 부품으로 하여 금형성형할 수 있다. 이로써 베어링 슬리브의 고정 작업을 하우징 성형 작업과 동시에 수행할 수 있어 작업 공정수가 줄어든다.

본체부, 밀폐부 및 바닥부는 각각에 요구되는 기능이 서로 다르기 때문에 각 부분을 성형하는 수지 조성물은 그 요구 기능에 적합한 것을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

예컨대 본체부는 정밀도를 장기간 유지할 수 있는 높은 강도가 필요하다. 따라서 본체부는 베이스 수지로서의 열가소성 수지에 보강재를 배합한 수지 조성물에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

또 바닥부는 축부재와의 접촉시 마찰이나 마찰 저항을 줄일 것이 요구된다. 따라서 바닥부는 베이스 수지로서의 열가소성 수지에 고체 윤활제를 배합한 수지 조성물에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

밀폐부는 하우징 내에서의 기름 누출이나 외부로부터의 수분 침입을 확실하게 방지할 것이 요구된다. 따라서 밀폐부는 베이스 수지로서 열가소성 수지를 사용하여 물에 대한 접촉각이 80°이상인 수지 조성물에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

하우징 바닥부에 마련된 스러스트 베어링부에서 축부재의 하측 단면을 스러스트 방향으로 지지하는 구성의 유체 베어링 장치에서는 스러스트 베어링부 주변에서 윤활유체의 압력이 높아져 밀폐부 주변의 윤활유체와 압력차가 생기는 경우가 있다. 이 압력차에 의해 하우징의 내부공간 내의 윤활유체에 국부적인 부압이 발생하여 윤활유체 중의 기포 생성, 이에 기인하는 윤활유체의 누출이나 진동 발생 등의 원인이 되는 경우가 있다. 또한, 스러스트 베어링부 주변의 윤활유체의 압력이 높아짐으로써 축부재의 들뜸이 발생할 수도 있다. 스러스트 베어링부와 밀폐부를 연통시키는 연통 홈을 설치함으로써 이와 같은 문제를 해결할 수 있다. 즉 스러스트 베어링부 주변에서 윤활유체의 압력이 높아지면 연통 홈을 통해 스러스트 베어링부 주변에서 밀폐부 주변을 향한 윤활유체의 유동이 생기고 이에 따라 스러스트 베어링부 주변과 밀폐부 주변의 윤활유체의 압력이 같은 압력으로 유지된다.

상기 연통홈은 예컨대 하우징 바닥부와 베어링 슬리브의 일단측 단면(端面) 사이에 설치된 제1반경방향 홈과, 하우징 내주면과 베어링 슬리브의 외주면 사이에 마련된 축방향 홈과, 밀폐부의 내측면과 베어링 슬리브의 타단측 단면 사이에 마련된 제2반경방향 홈에 의해 구성할 수 있다.

또 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 지지할 축부재의 외주와의 사이에 래디얼 베어링간극을 형성하는 소결금속제 베어링 슬리브와, 내주에 베어링 슬리브를 고정시킨 하우징을 구비하며, 축부재와 베어링 슬리브의 상대 회전시에 래디얼 베어링간극에 형성되는 유막에 의해 축부재와 베어링 슬리브를 래디얼 방향으로 비접촉 지지하는 유체 베어링 장치에 있어서, 하우징을 결정화도(結晶化度)가 20% 이상인 결정성 수지 조성물에 의해 형성한 구성을 제공한다.

20% 이상의 결정화도를 갖는 수지 조성물로 하우징을 형성함으로써 하우징에 윤활유체로서의 윤활유가 잘 흡수되지 않게 된다. 따라서 하우징 내에 공급된 윤활유의 양을 안정적으로 유지할 수 있어 장기간 높은 베어링 성능을 유지할 수 있다.

베어링 슬리브의 소재가 되는 소결금속은, 다공질 금속으로서, 금속분말을 혼합하고 성형하고 소결하여 얻어진다. 이와 같은 소결금속은 내부에 다수의 기공(다공질체 조직으로서의 기공)을 구비함과 동시에 이들 기공이 외표면으로 통하여 형성되는 다수의 개공(開孔)을 구비하고 있다. 상기 금속분말로는 예컨대 동, 철 및 알루미늄 중에서 선택되는 한가지 이상의 분말을 원료로 하여 필요에 따라 주석, 아연, 납, 흑연, 이황화몰리브덴 등의 분말 또는 이들의 합금분말을 첨가한 것을 고려할 수 있다. 이 소결금속제의 베어링 슬리브는 기름을 함침시킨 상태에서 사용된다.

상기 수지 조성물의 흡수율(吸水率)은 0.5% 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 수지 조성물의 선팽창계수는 5×10^-5/℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 수지 조성물 100 중량부에 대해 보강재를 10∼80 중량부 배합하면 하우징의 강도를 높여 하우징 변형에 의한 동압 홈의 정밀도 저하를 막을 수 있다.

또, 축부재를 스러스트 방향으로 지지하기 때문에 축부재를 스러스트 베어링간극에 형성되는 유막에 의해 스러스트 방향으로 비접촉 지지하거나 또는 축부재를 하우징 바닥부에 의해 스러스트 방향으로 접촉 지지할 수도 있다.

축부재를 하우징 바닥부에 의해 스러스트 방향으로 접촉 지지하는 경우 접촉부에서의 마찰력을 저감시키기 위해 상기 결정성 수지 조성물 100 중량부에, 대해 고체 윤활제를 5∼30 중량부 배합하는 것이 바람직하다.

상기 각 하우징은 베어링 슬리브를 인서트 부품으로 하여 금형성형함으로써 성형할 수 있다.

또 본 발명은 목적을 달성하기 위해, 일단측에 바닥부를 갖는 수지제의 하우징과, 하우징 내부에 설치된 금속제의 베어링 슬리브와, 베어링 슬리브의 내주면에 삽입된 축부재와, 베어링 슬리브의 내주면과 축부재의 외주면 사이에 설치되어 베어링간극에 생긴 윤활유의 유막에 의해 축부재를 래디얼 방향으로 비접촉 지지하는 래디얼 베어링부와, 하우징 바닥부에 설치되어 축부재의 일단측 단면을 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부를 구비하며, 하우징은 베어링 슬리브를 인서트 부품으로 하여 수지를 금형성형하여 형성하며 베어링 슬리브는 적어도 내주 일단측 부분에 모따기부를 가지며, 또 그 모따기부에 하우징을 구성하는 수지와의 박리를 방지하는 박리방지수단이 구비된 유체 베어링 장치를 제공한다.

베어링 슬리브를 인서트 부품으로 하여 수지를 금형성형(인서트 성형)하여 하우징을 형성함으로써, 하우징을 금속재로 형성하는 경우에 비해, 하우징 제조비용을 줄일 수 있다. 또 스러스트 베어링부는 축부재의 일단측 단면을 하우징 바닥부에서 직접 지지하는 구조로 할 수 있기 때문에, 종래 유체 베어링 장치에 설치되어 있던 스러스트 플레이트는 필요 없게 되어 부품수를 줄일 수 있다. 또 하우징에 대한 베어링 슬리브의 조립 작업이 불필요해져 조립 비용도 줄어든다.

보통, 베어링 슬리브의 내주 양단측 부분(모서리 부분)에는 모따기부가 마련되어 있는데 특히 베어링 슬리브의 내주 일단측 부분(하우징 바닥부측의 모서리 부분)의 모따기부는 하우징과 베어링 슬리브를 인서트 성형할 때 베어링 슬리브의 내주 일단측 부분과 베어링 슬리브의 내주면에 장착되는 내측금형 사이의 간극부에 필요한 공간 용적을 확보하여 그 간극부에 충전되는 수지 부분이 미세한 버어(burr) 형상이 되는 것을 막는 역할을 겸하고 있다. 한편 용융 수지가 성형용 캐비티 내에서 고화될 때의 수지 수축에 따라 하우징 바닥부를 구성하는 수지 부분에 내경측을 향한 내부 응력이 발생하고 이 내부 응력은 베어링 슬리브의 내주 일단측 부분의 모따기부에서 수지를 박리하는 방향으로 작용한다. 그래서 본 발명에서는 베어링 슬리브의 내주 일단측 부분의 모따기부에, 하우징을 구성하는 수지와의 박리를 방지하는 박리 방지수단을 갖춤으로써 그 모따기부에서 수지가 박리되어 베어링 기능에 바람직하지 못한 영향이 생기는 사태를 방지하여 유체 베어링 장치의 신뢰성을 높이고 있다.

상기 박리 방지수단은 예컨대 베어링 슬리브를 소결금속으로 형성함과 동시에 그 내주일단측 부분의 모따기부의 개공율(開孔率)을 내주면의 개공율보다 크게 함으로써 구성할 수 있다.

상기 소결금속으로는 예컨대 동, 철 및 알루미늄 중에서 선택되는 한종류 이상의 금속분말, 또는 동 피복 철분 등의 피복 처리한 금속분말이나 합금분말을 주원료로 하고 필요에 따라 주석, 아연, 납, 흑연, 이황화몰리브덴 등의 분말 또는 이들의 합금분말을 혼합하고 형성하고 소결하여 얻어진 것을 이용할 수 있다. 이와 같은 소결금속은 내부의 다수의 기공(다공질체 조직으로서의 기공)을 구비함과 동시에 이들 기공이 외표면으로 통하여 형성되는 다수의 개공을 구비하고 있다(다공질체).

소결금속제의 베어링 슬리브를 인서트 부품으로 하여 하우징을 수지에 의해 금형성형하면 성형 금형의 캐비티 내로 향하는 베어링 슬리브의 표면의 개공에서 표층부의 기공 내로 용융수지가 침입하여 고화되고 일종의 앵커 효과를 동반하여 수지를 상기 표면에 강하게 밀착시킨다. 그리고 상기 모따기부의 개공율을 내주면의 개공율과 비교하여 크게 함으로써 그 모따기부의 상기 앵커 효과를 한층 더 높여 그 모따기부에서 수지가 박리되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이와 같은 개공율의 설정은 상기 모따기부 뿐 아니라 수지가 밀착되는 베어링 슬리브의 기타 표면, 예컨대 외주면이나 단면에 적용해도 좋다.

여기에서 상기「개공율」은 단위면적당 차지하는 각 개공의 면적 총합계(총면적)의 비율을 말하며 이하의 조건으로 측정되는 것이다.

[측정기구]

금속 현미경: Nikon ECLIPSS ME600

디지털 카메라: Nikon DXM1200

사진촬영 소프트: Nikon ACT-1 ver.1

화상처리 소프트: 이노텍제 QUICK GRAIN

[측정조건]

사진촬영: 셔터 스피드 0.5초

2치화 문턱값: 235

또는, 상기 박리 방지수단은 베어링 슬리브를 통상의 금속재(조직적인 기공이 없는 금속재, 또는 조직적인 기공이 있더라도 그 기공율이 작은 금속재)를 형성함과 동시에 그 내주 일단측 부분의 모따기부의 표면거칠기를 내주면의 표면거칠기보다 크게 함으로써 구성할 수 있다. 상기 금속재로는 예컨대 스테인리스, 동합금, 놋쇠 등을 이용할 수 있다.

상기 모따기부의 거칠기를 내주면의 거칠기와 비교하여 크게 함으로써 하우징의 성형시에 용융수지가 표면거칠기 내의 미세한 오목부에 침입하여 고화되고 일종의 앵커 효과를 동반하여 수지를 상기 모따기부의 표면에 강하게 밀착시킨다. 이로써 그 모따기부에서 수지가 박리되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또 이와 같은 거칠기의 설정은 상기 모따기부 뿐 아니라 수지가 밀착되는 베어링 슬리브의 기타 표면 예컨대 외주면이나 단면에 적용해도 좋다.

상기 박리 방지효과를 한층 더 높이기 위해 상기 모따기부에 오목부를 설치해도 좋다. 이 오목부는 예컨대 홈 모양, 잘라낸 모양, 구덩이 모양으로 할 수 있다. 상기 모따기부에 오목부를 설치함으로써 그 모따기부에 대한 수지의 밀착 면적이 증대하여 그 결과 상기 박리 방지효과가 한층 향상된다. 또 오목부의 형상에 따라 상기에 더해 오목부와 수지의 결합력이 상기 박리방지에 기여하는 경우도 있다.

또 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 일단측에 바닥부를 갖는 수지제의하우징과, 하우징 내부에 설치된 금속제의 베어링 슬리브와, 베어링 슬리브의 내주면에 삽입된 축부재와, 베어링 슬리브의 내주면과 축부재의 외주면 사이에 마련되어 베어링간극에 생긴 윤활유의 유막에 의해 축부재를 래디얼 방향으로 비접촉 지지하는 래디얼 베어링부와, 하우징의 바닥부에 마련되어 축부재의 일단측 단면을 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부와, 하우징 바닥부에 마련되어 베어링 슬리브의 내주 일단측 부분을 덮는 바닥부재를 구비하며, 하우징이 베어링 슬리브 및 바닥부재를 인서트 부품으로 하여 수지를 금형성형하여 형성되어 있는 유체 베어링 장치를 제공한다.

하우징 성형 후 베어링 슬리브의 내주 일단측 부분과 베어링 슬리브의 내주면에 장착되는 내측금형 사이의 간극부가 바닥부재에 의해 막혀 있기 때문에 용융수지는 그 간극부에는 충전되지 않는다. 따라서 베어링 슬리브의 내주 일단측 부분은 수지와 접하지 않아서 그 부분에서 수지가 박리되는 문제는 발생하지 않는다.

이상의 구성에 있어서, 베어링부는 베어링간극 내의 윤활유에 동압을 발생시키는 동압 베어링으로 할 수 있다. 또 하우징 내부 공간에 주유한 윤활유가 외부로 새는 것을 방지하기 위해 하우징의 타단측에 축부재의 외주면과의 사이에 밀폐간극을 형성하는 밀폐부를 일체로 형성하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 실시예에 따른 유체 베어링 장치(1)를 채용한 정보기기용 스핀들 모터의 일 구성예를 도시하고 있다. 이 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동장치에 이용되는 것으로서 축부재(2)를 회전 가능하게 비접촉 지지하는 유체 베어링장치(1)와, 축부재(2)에 장착된 디스크 허브(3)와, 반경 방향의 간격을 두고 대향시킨 모터 스테이터(4) 및 모터 로터(5)를 구비하고 있다. 스테이터(4)는 케이싱(6)의 외주에 장착되며 로터(5)는 디스크 허브(3)의 외주에 장착된다. 유체 베어링 장치(1)의 하우징(7)은 케이싱(6)의 내주에 장착된다. 디스크 허브(3)에는 자기 디스크 등의 디스크(D)가 하나 또는 여러개 지지된다. 스테이터(4)에 통전시키면 스테이터(4)와 로터(5) 사이의 여자력에 의해 로터(5)가 회전하고 그에 따라 디스크 허브(3) 및 축부재(2)가 일체가 되어 회전한다. 유체 베어링 장치(1)로서는 이하에 설명하는 어떠한 실시예의 베어링 장치를 사용해도 좋다.

도 1은 제1실시예를 나타낸다. 본 실시예의 유체 베어링 장치(1)는 동압 홈에 의해 베어링간극 내에 윤활유의 동압을 발생시켜 축부재를 지지하는 동압 유체 베어링 장치이다.

이 동압 베어링 장치(1)는 일단이 개구되고 타단이 막힌 바닥이 있는 통형 하우징(7)과, 원통형의 베어링 슬리브(8)와, 축부재(2)를 주요 구성부품으로 하여 구성된다.

베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)과 축부재(2)의 외주면(2a) 사이에 제1래디얼 베어링부(R1)와 제2래디얼 베어링부(R2)가 축방향으로 이격되어 설치된다. 또 축부재(2)의 하측단면(2b)와 하우징(7)의 바닥부(7c)의 내측바닥면(7c1)과의 사이에 스러스트 베어링부(T)가 설치된다. 설명의 편의상 스러스트 베어링부(T) 쪽을 하측, 스러스트(T)와 반대쪽을 상측으로 하여 설명하기로 한다.

축부재(2)는 예컨대 스테인리스제 등의 금속재료에 의해 형성된다.축부재(2)의 하측 단면(2b)은 볼록한 구형으로 형성되며 하측 단면(2b)을 하우징(7)의 바닥부(7c)의 내측바닥면(7c1)으로 접촉 지지함으로써 피봇형 스러스트 베어링부(T)가 구성된다. 도면에 도시한 예에서는 축부재(2)의 하측 단면(2b)을 하우징(7)의 내측바닥면(7c1)에 직접 접촉시키고 있는데 하우징(7)의 바닥부(7c)에 적당한 재료(저마찰성 재료 등)로 이루어진 스러스트 플레이트를 배치하고 여기에 하측 단면(2b)을 접촉시켜도 좋다.

베어링 슬리브(8)는 하우징(7)의 내주면, 보다 상세하게는 본체부(7b)의 내주면(7b1)의 소정 위치에 배치된다. 베어링 슬리브(8)는 예컨대 소결금속으로 이루어진 다공질체, 특히 동을 주성분으로 하는 소결금속의 다공질체에 의해 형성된다. 이 소결금속으로 이루어진 베어링 슬리브(8)의 내부 기공(다공질 조직의 기공)에는 윤활유체, 예컨대 윤활유가 함침된다.

베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에는 제1래디얼 베어링부(R1) 및 제2래디얼 베어링부(R2)의 각 래디얼 베어링면이 되는 두 영역이 축방향으로 이격되어 설치되며 이들 두 영역에는 예컨대 헤링본 형상의 동압 홈이 각각 형성되어 있다. 한편, 동압 홈의 형상으로서 스파이럴 형상이나 축방향 홈 형상 등을 채용해도 좋다. 베어링 슬리브(8)의 상측 단면(8b)에는 베어링 슬리브(8)의 방향성을 식별하기 위한 홈(8e)이 환형으로 형성되어 있다.

하우징(7)은 수지 조성물에 의해 형성되며 예컨대 소결금속으로 이루어진 베어링 슬리브(8)를 인서트 부품으로 하여 수지를 사출 성형하여 형성된다. 하우징(7)은 원통형 본체부(7b)와, 본체부(7b) 상단에서 내경측으로 뻗은밀폐부(7a)와, 본체부(7b)의 하단을 막는 바닥부(7c)를 구비한다. 도시예의 하우징(7)은 본체부(7b)와 바닥부(7c)를 일체 형성하여 하나의 부재로 하고 이것을 밀폐부(7a)와 용착한 것이다. 구체적으로는 베어링 슬리브(8)를 인서트 부품으로 하여 본체부(7b)와 바닥부(7c)를 일체로 금형성형한 후 본체부(7b)의 상단부 내주에 별도로 제작된 밀폐부(7a)를 장착하고 초음파 용착 등의 용착수단으로 양자를 용착함으로써 일체화되어 있다.

밀폐부(7a)의 내주면(7a1) 및 본체부(7b)의 내주면(7b1)은 축방향으로 똑바로 뻗어있으며, 밀폐부(7a)의 내주면(7a1)은 축부재(2)에 형성된 테이퍼형 외주면과 소정 폭의 테이퍼형 밀폐간극(S)을 사이에 두고 대향하고 있다. 하우징(7) 내에서는 밀폐부(7a)의 내측면(7a2)와 베어링 슬리브(8)의 상측 단면(8b), 본체부(7b)의 내주면(7b1)과 베어링 슬리브(8)의 외주면(8g), 바닥부(7c)의 내측바닥면(7c1)과 베어링 슬리브(8)의 하측 단면(8c)이 각각 밀착되어 있다.

베어링 슬리브(8)의 상측 단면(8b)의 내주에 형성된 모따기부(8d)는 수지로 덮혀 있지 않다. 따라서 이 모따기부(8d)에 상기 홈(8e)을 예컨대 환형으로 형성해 두면 하우징(7)의 성형 후에도 외부에서 베어링 슬리브(8)의 방향성을 판별할 수 있게 된다. 이 밖에 상측 단면(8b)에 홈(8e)을 형성하는 경우에도 하우징(7) 중 적어도 밀폐부(7a)를 투명 수지에 의해 형성해도 같은 효과를 얻을 수 있다.

축부재(2)는 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에 삽입되어 하측 단면(2ba)을 하우징 바닥부(7c)의 내측바닥면(7c1)에 접촉시키고 있다. 밀폐부(7a)에 의해 밀봉된 하우징(7)의 내부 공간은 베어링 슬리브(8)의 내부 기공을 포함하며 윤활유로충전된다. 윤활유의 유면은 밀폐간극(S) 내에 유지된다.

축부재(2)와 베어링 슬리브(8)가 상대 회전하면(본 실시예에서는 축부재(2)가 회전함) 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)의 래디얼 베어링면이 되는 영역(상하 두 영역)은 각각 축부재(2)의 외주면(2a)과 래디얼 베어링간극을 사이에 두고 대향한다. 그리고 축부재(2)의 회전에 따라 래디얼 베어링간극에 윤활유의 유면이 형성되고 그 동압에 의해 축부재(2)가 래디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지된다. 이와 같이 함으로써, 축부재(2)를 래디얼 방향으로 회전 가능하게 접촉 지지하는 제1래디얼 베어링부(R1)와 제2래디얼 베어링부(R2)가 구성된다. 한편, 축부재(2)는 피봇형 스러스트 베어링부(T)에 의해 스러스트 방향으로 회전 가능하게 지지된다.

상기와 같이 본 실시예에서는 본체부(7b)와 바닥부(7c)로 이루어진 컵 모양의 부재를 미리 하나의 부재로서 형성한 다음 이 부재에 다른 부재로서의 밀폐부(7a)를 용착함으로써 하우징(7)을 형성하고 있다. 이로써 각 부재의 형상이 간략화되기 때문에 하우징(7)의 각 부분(7a,7b,7c)을 고정밀도로 성형할 수 있어 하우징(7)의 고정밀도화를 꾀할 수 있다. 또 밀폐부(7a)는 그 기능(실 기능)에 맞는 특성의 수지 조성물에 의해 형성할 수 있기 때문에 밀폐성을 높여 하우징(7) 내에서 기름이 유출되거나 외부에서 이물질(물 등)이 침입하는 것을 장기간 안정적으로 방지할 수 있다.

밀폐성이 우수한 수지 조성물로는 비점착성을 갖는 수지 조성물을 들 수 있다. 이것은 물에 대한 접촉각이 80°이상인 수지 조성물이며 이 조건을 충족하는수지 조성물은 발수성 뿐 아니라 발유성도 우수하기 때문에 외부에서 수분이 스며들거나 내부의 오일이 누출되는 것을 장기간 확실하게 방지할 수 있게 된다. 이 수지 조성물로는 예컨대 PFA 등의 용융불소 수지, PE 등의 폴리올레핀 수지를 들 수 있다. 기타 PTFE, 상기 용융불소 수지, 상기 폴리올레핀 수지 중 어느 하나(또는 2가지 이상)를 베이스 수지로서의 열가소성 수지(특히 엔지니어링 플라스틱)에 배합함으로써 마찬가지의 특성을 가진 비점착성 수지 조성물을 얻을 수 있다. 이 경우의 베이스 수지로는 폴리아미드 수지, PPS(폴리페닐렌 설파이드 수지), LCP(액정 폴리머 수지) 등을 사용할 수 있다.

도 3에 도시한 제2실시예에서는, 제1실시예와는 달리, 밀폐부(7a)와 본체부(7b)로 이루어진 컵 모양의 부재가 하나의 부재로서 미리 일체 성형되어 있다. 인서트 성형 후 본체부(7b)의 하측 단면에 별도로 제작한 다른 부재(바닥부(7c))를 초음파 용착 등의 수단으로 용착함으로써 하우징(7)이 형성된다.

이 경우 바닥부(7c)를 내마모성이나 자기(自己)윤활성이 우수한 수지 조성물에 의해 형성할 수 있으며 이에 따라 스러스트 베어링부(T)에서의 마찰을 줄여 바닥부(7c)의 마모량을 줄임과 동시에 저토크화를 꾀할 수 있다. 이 수지 조성물로는 PTFE, 흑연, 이황화몰리브덴 등의 고체 윤활제를 열가소성 수지(특히 엔지니어링 플라스틱)에 배합한 것을 생각할 수 있다. 이 경우의 열가소성 수지로는 PPS, LCP 등을 사용하는 것이 바람직하다.

도 4에 도시한 제3실시예에서는 하우징(7)의 밀폐부(7a), 본체부(7b) 및 바닥부(7c)의 각 부분을 각각 하나의 부재로서 성형하고 이들을 서로 용착함으로써 하우징(7)을 성형하고 있다. 베어링 슬리브(8)를 인서트 부품으로 하여 본체부(7b)를 인서트 성형한 후 그 상하측 단면에 각각 별도로 제작한 밀폐부(7a) 및 바닥부(7c)를 초음파 용착 등으로 용착함으로써 하우징(7)이 형성된다.

이 경우 본체부(7b)를 높은 치수정밀도를 갖는 수지 조성물에 의해 형성할 수 있으며 이에 따라 하우징(7)(특히 본체부(7b))의 정밀도를 높여 하우징(7)의 오차에 기인하는 베어링 슬리브(8)의 변형을 억제하여 동압 홈 정밀도를 유지할 수 있다. 이 수지 조성물로서는, 보강재, 예컨대 섬유형 보강재(유리 섬유 등), 휘스커(whisker; 섬유형으로 성장한 단결정)형 보강재(티탄산 칼륨 등), 또는 비늘형 보강재(운모 등)를 열가소성 수지(특히 엔지니어링 플라스틱)에 배합한 것을 생각할 수 있다. 열가소성 수지로는 제1실시예와 마찬가지로 PPS, LCP 등을 사용하는 것이 바람직하다.

도 5에 도시한 제4실시예는, 제3실시예가 본체부(7b)의 상하측 단면에 각각 밀폐부(7a) 및 바닥부(7c)를 용착했던 데, 반해 본체부(7b)의 상하측 내주면에 밀폐부(7a) 및 바닥부(c)를 용착한 것이다. 이 밖의 점은 제3실시예와 공통되기 때문에 중복되는 설명은 생략한다.

도 6에 도시한 제5실시예는, 제3실시예와 제4실시예의 복합형이라고도 할 수 있는데 밀폐부(7a), 바닥부(7c), 본체부(7b)의 상측 단부 및 하부 단부에 각각 단차부(7a3),(7c3),(7b3),(7b4)를 형성하고 밀폐부(7a)의 단차부(7a3)를 본체부(7b)의 상측 단부의 단차부(7b3)에 밀착시킴과 동시에 바닥부(7c)의 단차부(7c3)를 본체부(7b)의 하측 단부의 단차부(7b4)에 밀착시킨 상태에서 이들 부재를 서로 용착한 것이다. 밀폐부(7a) 및 바닥부(7c) 중 한쪽은 제3실시예나 제4실시예와 동일한 형태로 용착해도 좋다.

이와 같이 하우징 각 부분(7a),(7b),(7c)를 용착하는 경우에는 용착하는 부재들을 베이스 수지가 공통된 수지 조성물에 의해 형성해 둠으로써 강한 용착이 가능해지고 또 용착시의 작업성도 높아진다. 예컨대 LCP를 베이스 수지로 하는 수지 조성물을 본체부(7b)에 사용하는 경우 밀폐부(7a)나 바닥부(7c)도 LCP를 베이스 수지로 하는 수지 조성물에 의해 형성한다.

LCP는 액정성 보강 효과 즉, 자기(自己) 보강성을 가지며 또한 경화 후에는 마찰 저감 효과를 가지기 때문에, 보강재나 고체 윤활제를 배합하지 않아도 그 자체적으로 내마모성이나 정밀도가 우수한 특성을 갖는다. 따라서 하우징 각 부분(7a,7b,7c)을 LCP 만으로 형성할 수도 있으며, 한가지 종류의 수지 조성물로 하우징(7)을 성형할 수도 있다. 또 LCP는 낮은 가스발생성을 갖기 때문에 하우징(7)을 LCP로 형성하면 이와 같은 가스의 발생을 꺼려하는 HDD 장치용 스핀들 모터용 베어링으로서 보다 적합한 것이 된다.

도 7에 도시한 제6실시예는, 스러스트 베어링부(T)와 밀폐부(7a)의 밀폐간극(S)을 연통홈(10)에 의해 연통시킨 것이다. 이 실시예에 있어서 연통 홈(10)은 베어링 슬리브(8)의 하측 단면(8c)에 형성한 제1반경방향 홈(10a)과, 베어링 슬리브(8)의 외주면에 형성한 축방향 홈(10b)과, 베어링 슬리브(8)의 상측 단면(8b)에 형성한 제2반경방향 홈(10c)으로 구성되어 있다. 한편, 제1반경방향홈(10a)은 하우징(7)의 바닥부(7c)의 내측바닥면(7c1)에, 축방향 홈(10b)은 하우징(7)의 본체부(7b)의 내주면(7b1)에, 제2반경방향 홈(10c)은 밀폐부(7a)의 내측면(7a2)에 형성해도 좋다.

하우징(7)은 예컨대 도 2에 도시한 제1실시예에 준하여 수지 조성물에 의해 형성되어 있는데, 이 실시예에서는 본체부(7b)와 바닥부(7c)를 일체 형성하여 하나의 부재로 하고, 본체부(7b)의 내주에 베어링 슬리브(8)를 접착, 압입, 초음파 용착 등의 적당한 수단으로 고정한 후 본체부(7b)의 내주에 별도로 제작된 밀폐부(7a)를 장착하고 초음파 용착 등의 용착 수단으로 용착하고 있다. 이것은 제1실시예와 동일하게 베어링 슬리브(8)를 인서트 부품으로 하여 하우징(7)을 수지로 사출 성형하면 베어링 슬리브(8)에 형성한 제1반경방향 홈(10a)과 축방향 홈(10b)이 성형시의 용융 수지에 의해 메워져 버리기 때문이다.

축부재(2)의 회전시 스러스트 베어링부(T)의 주변으로부터 윤활유의 압력이 높아지면 연통 홈(10)을 통해 스러스트 베어링부(T)의 주변에서 밀폐간극(S)의 주변을 향한 윤활유의 유동이 발생하고, 이에 따라 스러스트 베어링부(T)의 주변과 밀폐간극(S) 주변에서의 윤활유의 압력이 동이랗게 유지된다. 그 때문에 윤활유에 국부적인 진공압이 발생함에 따른 기포의 생성, 이에 기인하는 윤활유체의 누출이나 진동의 발생 등이 방지된다. 또 스러스트 베어링부(T) 주변에서의 윤활유의 압력이 높아짐에 따른 축부재(2)의 들뜸도 방지된다.

도 8은 제7실시예에 따른 유체 베어링 장치(11)를 도시하고 있다. 이 유체 베어링 장치(1)는 하우징(7)과 베어링 슬리브(8)와 축부재(2)를 구성 부품으로 하여 구성된다.

베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)과 축부재(2)의 외주면(2a) 사이에 제1래디얼 베어링부(R1)와 제2래디얼 베어링부(R2)가 축방향으로 이격되어 설치된다. 또 축부재(2)의 하측 단면(2b)과 하우징(7)의 바닥부(7c)의 내측바닥면(7c1) 사이에 스러스트 베어링부(T)가 마련된다. 설명의 편의상 스러스트 베어링부(T) 쪽을 하측, 스러스트(T)의 반대쪽을 상측으로 하여 설명하기로 한다.

축부재(2)는 예컨대 스테인리스강 등의 금속재로 형성되며 그 하측 단면(2b)은 볼록한 구형으로 형성된다.

베어링 슬리브(8)는 예컨대 소결금속으로 이루어진 다공질체, 특히 동을 주성분으로 하는 소결금속의 다공질체에 의해 원통형으로 형성된다. 이 소결금속에 의해 형성된 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에는 제1래디얼 베어링부(R1)와 제2래디얼 베어링부(R2)의 래디얼 베어링면이 되는 상하 두 영역이 축방향으로 이격되어 설치되며, 그 두 영역에는 예컨대 헤링본 형상의 동압 홈이 각각 형성된다. 한편, 동압 홈의 형상으로서 스파이럴 형상이나 축방향 홈 형상 등을 채용해도 좋다. 또 베어링 슬리브(8)의 상측 단면(8b)에는 베어링 슬리브(8)의 상하 방향을 식별하기 위한 표시부(8e)(도 8에 도시한 예에서는 원주 홈)이 형성되어 있다. 베어링 슬리브(8)의 내주 상단측 부분에는 모따기부(8d)가 형성되며 내주 하단측 부분에는 모따기부(8f)가 형성되어 있다.

이 실시형태에 있어서 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)의 개공율은 예컨대 0.5∼10%, 바람직하게는 1∼5%의 범위내의 값으로 설정되며 내주 하단측 부분의 모따기부(8f)는 내주면(8a)의 개공율보다 크게 설정되는데, 예컨대 3% 이상, 바람직하게는 5∼30%의 범위내의 값으로 설정되어 있다. 상측 단면(8b), 하측 단면(8c) 및 외주면(8g) 중 적어도 한 표면의 개공율도 모따기부(8f)와 동일한 값으로 하는 것이 바람직한데 이 실시형태에서는 이들 모든 표면의 개공율을 모따기부(8f)와 동일한 값으로 설정하고 있다. 내주 상단측 부분의 모따기부(8d)의 개공율은 내주면(8a)과 동일한 값으로 설정해도 좋고 또는 모따기부(8f)와 동일한 값으로 설정해도 좋다.

하우징(7)은 소결금속으로 이루어진 베어링 슬리브(8)를 인서트 부품으로 하여 수지를 사출 성형(인서트 성형)하여 형성되는데, 원통형 본체부(7b)와, 본체부(7b)의 상단에서 내경측으로 일체로 뻗은 환형의 밀폐부(7'a)와, 본체부(7b)의 하단과 일체로 연속된 바닥부(7c)를 구비하고 있다. 밀폐부(7'a)의 내주면(7'a1)은 축부재(2)의 외주면(2a)와 소정의 밀폐간극(S)을 사이에 두고 대향한다. 이 실시형태에서는 밀폐부(7'a)의 내주면(7'a1)과 대향하여 밀폐간극(S)을 형성하는 축부재(2)의 외주면(2a)을, 위쪽(하우징(7)의 바깥방향)을 향해 점차 직경이 축소되는 테이퍼 형상으로 형성하고 있다. 축부재(2)의 회전시 테이퍼 형상의 외주면(2a)는 소위 원심력 밀폐로서도 기능한다.

도 9는 하우징(7)을 성형하기 위한 사출 성형 장치를 개념적으로 도시하고 있다. 이 사출 성형 장치는 내측금형(10)과 외측금형(20)을 가지며 양 금형 중 적어도 한쪽(예컨대 내측금형(10))을 가동형, 다른쪽(예컨대 외측금형(20))을 고정형으로 한다.

내측금형(10)은 원형 단면의 축부(11)를 갖는다. 축부(11)는 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에 끼워지는 결합부(12)와, 하우징(7)의 밀폐부(7'a)의 내주면(7'a1)을 성형하는 밀폐부 성형부(13)를 구비하는데 밀폐부 성형부(13)의 외경 치수는 결합부(12)의 외형 치수보다 크다. 결합부(12)와 밀폐부 성형부(13)의 경계에는 테이퍼형 접촉부(14)가 형성된다. 이 접촉부(14)가 베어링 슬리브(8)의 내주 상단측 부분에 형성된 모따기부(8d)와 접촉함으로써 캐비티(30) 내에서의 베어링 슬리브(8)의 위치가 결정된다.

외측금형(20)은 중공 원통형의 성형부(21)를 가진 것으로서 내측금형(10)과의 동축 상태를 유지하면서 그 밀착면(22)을 내측금형의 밀착면(15)과 밀착시킴으로써 베어링 슬리브(8) 주위에 캐비티(30)가 형성된다. 이 캐비티(30)에 게이트(31)로부터 용융 수지를 사출하여 충전한 후 수지가 경화된 시점에서 내측금형(10)과 외측금형(20)을 떼어내면 베어링 슬리브(8)를 수지로 성형한 하우징(7)을 얻을 수 있다.

하우징(7)과 베어링 슬리브(8)는 상기 인서트 성형에 의해 별도의 고정 공정을 거치지 않고 상호 고정된다. 도 8에 도시한 바와 같이 하우징(7) 내부에 있어서 밀폐부(7'a)의 내측면(7'a2)과 베어링 슬리브(8)의 상측 단면(8b), 본체부(7b)의 내주면(7b1)과 베어링 슬리브(8)의 외주면(8g), 바닥부(7c)의 내측바닥면(7c1)과 베어링 슬리브(8)의 하측 단면(8c) 및 내주 하단측 부분의 모따기부(8f)가 각각 밀착되어 있다. 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)이나 내주 상단측 부분의 모따기부(8d)는 수지로 덮혀 있지 않다.

베어링 슬리브(8)가 다공질의 소결금속에 의해 형성되어 있으며 더욱이 내주 하단측 부분의 모따기부(8f), 상측 단면(8b), 하측 단면(8c) 및 외주면(g)의 개공율이 상기와 같이 설정되어 있기 때문에 상기 앵커 효과에 의해 하우징(7)과 베어링 슬리브(8)가 강하게 밀착되어 그들의 안정적인 고정상태를 얻을 수 있다. 특히 수지가 쉽게 박리되기 쉬운 모따기부(8f)에 있어서 수지의 강한 밀착성이 확보되어 있기 때문에 유체 베어링 장치의 신뢰성이 종래보다 훨씬 향상된다.

사출 성형시에 미리 베어링 슬리브(8)를 금형온도(100℃ 정도) 이상의 온도(예컨대 150℃ 이상), 보다 바람직하게는 용융 수지의 융점 이상으로 가열해 두는 것이 바람직하다. 이와 같이 사출 성형시에 베어링 슬리브(8)를 미리 가온해 두면 용융 수지가 베어링 슬리브(8) 표면의 개공을 통해 표층부의 기공 내로 쉽게 침입하게 되어 상기 앵커 효과를 한층 높일 수 있다.

이 실시형태의 동압 베어링 장치(11)는 상기 인서트 성형에 의해 상호 고정된 하우징(7) 및 베어링 슬리브(8)에 대해 축부재(2)를 장착함으로써 조립할 수 있다. 즉 축부재(2)를 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에 삽입하여 그 하측 단면(2b)을 하우징(7)의 내측바닥면(7c1)에 접촉시킨다. 그리고 밀폐부(7'a)에 의해 밀봉된 하우징(7)의 내부 공간에 윤활유를 주유한다.

축부재(2)의 회전시 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)의 래디얼 베어링면이 되는 영역(상하 두 영역)은 각각 축부재(2)의 외주면(2a)과 래디얼 베어링간극을 사이에 두고 대향한다. 그리고 축부재(2)의 회전에 따라 상기 래디얼 베어링간극에 윤활유의 동압이 발생하여 축부재(2)가 상기 래디얼 베어링간극 내에 형성되는 윤활유의 유막에 의해 래디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지된다. 이로써 축부재(2)를 래디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제1래디얼 베어링부(R1)와 제2래디얼 베어링부(R2)가 구성된다. 동시에 축부재(2)의 하측 단면(2b)이 하우징(7)의 내측바닥면(7c1)에 의해 접촉 지지된다. 이에 따라 축부재(2)를 스러스트 방향으로 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링부(T)가 구성된다.

도 10 내지 도 12에 도시한 실시예는 베어링 슬리브(8)의 모따기부(8f)에서의 수지 박리를 방지하는 효과를 더욱 높이기 위해 모따기부(8f)에 각각 오목부를 마련한 것이다. 도 10에 도시한 제8실시예에서는 오목부로서, 모따기부(8f)의 하측 단면(8c)으로 통한 영역에 원주 홈(8f1)를 마련했다. 또 도 11에 도시한 제9실시예에서는 오목부로서 모따기부(8f)의 중간 영역에 원주 홈(8f2)을 마련했다. 도 12에 도시한 제10실시예에서는 오목부로서, 하측 단면(8c)에서 모따기부(8f)에 도달하는 반경방향 홈(8f3)을 마련했다. 이 반경방향 홈(8f3)은 하나여도 좋고 원주 방향의 여러곳에 마련해도 좋다.

도 13에 도시한 제11실시예는 하우징(7)의 바닥부(7c)에 금속제 등의 바닥부재(9)를 매설한 것이다. 바닥부재(9)는 중심부에 형성된 관통 구멍(9a)과, 외주 테두리에서 상측으로 일체로 뻗은 칼라부(9b)를 구비하는데 그 단면은 베어링 슬리브(8)의 하측 단면(8c)에 닿으며 칼라부(9b)의 내면은 베어링 슬리브(8)의 외주면(8g)에 닿는다. 관통공(9a)에는 하우징(7)을 구성하는 수지가 충전되어 있으며 축부재(2)의 하측 단면(2b)은 관통공(9a)에 충전된 수지에 의해 구성되는 내측바닥면(7c1)과 접촉하고 바닥부재(9)와는 접촉하지 않는다. 또 바닥부재(9)의 내주 테두리는 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)보다 약간 내경 쪽으로 뻗어 있으며 그에 따라 베어링 슬리브(8)의 모따기부(8f)가 바닥부재(9)에 의해 하측으로부터 덮힌 상태로 되어 있다.

이 실시예의 하우징(7)은 예컨대 도 9에 도시한 바와 같은 사출 성형 장치를 이용하여 베어링 슬리브(8) 및 바닥부재(9)를 인서트 부품으로 하여 수지를 금형성형함으로써 형성할 수 있다. 하우징(7)의 성형시 베어링 슬리브(8)의 모따기부(8f)와 내측금형(10) 사이의 간극부가 바닥부재(9)에 의해 막히기 때문에 용융수지는 그 간극부에는 충전되지 않는다. 따라서 베어링 슬리브(8)의 모따기부(8f)는 수지와 접하지 않아 모따기부(8f)로부터 수지가 박리되는 문제는 발생하지 않는다.

한편, 도 14의 제12실시예에 도시한 바와 같이 바닥부재(9)는 중심부에 관통 구멍이 없는 형상으로 할 수도 있다.

또 이상의 실시예에서는 베어링 슬리브(8)를 소결금속에 의해 형성했지만 동일한 형태의 베어링 슬리브를 스테인리스, 동합금, 놋쇠 등의 금속재료에 의해 형성해도 좋다. 그 경우 수지의 박리 방지수단으로서 상기 기공율 대신에 표면거칠기의 설정을 행한다. 즉 베어링 슬리브의 내주 하측 부분의 모따기부(모따기부(8f)에 대응)의 표면거칠기를 내주면의 표면거칠기보다 크게 한다. 예컨대 베어링 슬리브의 내주면의 표면거칠기를 Ra 0.5 미만으로 하고 내주 하측 부분의 모따기부의 표면거칠기를 Ra 0.5 이상으로 한다. 베어링 슬리브의 상측 단면, 하측 단면 및 외주면 중 적어도 한 표면의 거칠기도 내주 하측 부분의 모따기부와 같은 값으로 하는 것이 바람직하다.

도 15는 제3실시예에 따른 유체 베어링 장치(21)를 도시하고 있다. 이 실시예에서는 베어링 슬리브(8)는 하우징(7)에 의해 몰딩되어 있지 않다. 베어링 슬리브(8)는 별도로 성형된 바닥이 있는 통형의 수지제 하우징(7)의 내주에 접착, 압입 등의 수단으로 고정되어 있다.

또 밀폐부는 하우징(7)과는 별도의 밀폐부재(10)에 의해 형성되어 있다. 밀폐부재(10)는 상기와 같은 수지 조성물에 의해 형성해도 좋고 또는 금속재로 형성해도 좋다.

본 발명자는 이상의 실시예에서의 수지제 하우징(7)에 요구되는 특성 및 그 특성을 충족시키는 최적의 조건에 대해 예의 검토한 결과 이하의 내용을 알아냈다.

[저흡유성(低吸油性)]

하우징(7)을 구성하는 수지 조성물의 특성으로는 우선 저흡유성이 요구된다. 하우징(7)은 윤활유체로서의 윤활유와의 접촉 부분을 많이 가지고 있기 때문에 흡유율이 높으면 하우징 내의 윤활유가 부족하여 베어링간극에 충분한 동압을 발생시킬 수 없기 때문이다.

이 저흡유성을 충족시키기 위해 하우징(7)은 일정 이상의 결정화도를 갖는 결정성 수지 조성물(분자고리를 규칙적으로 배열한 결정 영역의 양의 비율이 일정 이상인 것을 말함)로 형성하는 것이 바람직하다. 결정화도가 일정 이상이면 수지 조직이 치밀해지므로 윤활유가 조직 내에 잘 흡수되지 않기 때문이다. 상세한 검토에 따르면 20% 이상의 결정화도를 갖는 수지 조성물이라면 하우징(7)에 요구되는 흡유성을 충족시킬 수 있는 것으로 판명되었다. 여기서 결정화도는, 시차(示差) 주사열량 측정(DSC: Differential Scanning Calorimetry)으로 측정된 용해열에서 구해지는데 그 측정조건은 수지의 융해온도에 대해 -100℃ 내지 +30℃의 온도 범위, 승온 속도 5∼10℃/min이다. 이 측정결과로부터 구한 융해열 ΔHm과, 결정화도 100%일 때의 융해열 ΔH⁰를 다음 식에 대입하여 상기 결정화도 Xc(%)를 구할 수 있다.

Xc(%)=ΔHm/ΔH⁰×100

여기에서 ΔH⁰로는 문헌(예컨대「고분자 핸드북·기초편」 고분자 학회 편, 1996, 바이후칸(培風館), 또는 "Thermal Analysis" B. Wunderlich, 1990, Academic Press)에 기재된 값을 이용할 수 있는데 예컨대 나일론66은 46, 나일론11은 41.5, PET는 6.9이다(단위는 모두 [KJ/mol]). 결정화도는 DSC 이외에도 비중이나 X선 회절에 의해서도 구할 수 있다.

[저흡수성(低吸水性)]

다음에 하우징(7)을 구성하는 수지 조성물의 특성으로는 저흡수성이 요구된다. 흡수율이 너무 크면 치수 안정성이 부족하여 하우징의 모터에 채용하기 힘들어지거나 토크가 커지는 등의 문제점이 있다. 따라서 흡수율은 가능한 한 작은 것이 바람직하며 구체적으로는 흡수율 0.5% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하이다. 이 흡수율은 JIS K7029 또는 ASTM D570에 준하는 시험에서 23℃ 물 속에서 24시간 방치했을 때의 흡수율(시험 전후의 중량 변화율)을 의미한다.

[저선팽창성]

다음에 하우징(7)을 구성하는 수지 조성물의 특성으로는 선팽창 계수가 작을 것이 요구된다. 하우징(7)은 베어링 운전중에 발생한 열에 의해 승온되는데 그 때의 팽창량이 크면 베어링 슬리브(8)의 변형을 초래하여 동압 홈의 정밀도가 저하될 우려가 있다. 이러한 사태를 방지하기 위해 하우징(7)은 선팽창 계수가 낮은 수지 조성물, 구체적으로는 선팽창 계수가 5×10^-5/℃ 이하인 수지 조성물에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

[고강성]

하우징(7)에 대해서는 그 강도를 높여 정밀도를 확보할 필요가 있다. 이 점에서 하우징(7)을 구성하는 수지 조성물에는 유리섬유, 탄소섬유, 티탄산 칼륨섬유 등의 보강재를 배합하는 것이 바람직하다. 강도 향상을 위해서는 보강재의 양이 많을수록 바람직하지만 너무 많으면 용융 상태의 수지의 유동성이 저하되어 수지 몰드 공정에서의 작업성이 저하된다. 또 보강재의 배합량에 의해 상술한 선팽창 계수도 영향을 받게 된다. 이러한 관점에서 보강재는 수지 조성물 100 중량부에 대해 10∼80 중량부, 바람직하게는 15∼40 중량부를 배합하는 것이 바람직하다.

[저슬라이딩성]

상기와 같이 하우징(7)의 바닥부(7c)에는 축부재(2)의 하측 단면(2a)이 직접 슬라이딩하기 때문에 하우징(7)의 특성으로는 미끄럼 마찰이 낮은 것이 바람직하다. 이 관점에서 하우징(7)을 구성하는 수지 조성물에는 그 100 중량부에 대해 5∼30 중량부, 바람직하게는 5∼20 중량부의 고체 윤활제, 예컨대 흑연, PTFE 또는 이황화몰리브덴을 배합하는 것이 바람직하다.

이상의 특성을 충족하는 수지 조성물로는 예컨대 나일론66을 들 수 있다. 예컨대 하우징(7)은 이 나일론66의 100 중량부에 대해 예컨대 유리섬유 30 중량부 및 PTFE 10 중량부를 배합함으로써 성형할 수 있다.

본 발명은 하우징을 수지 조성물로 성형한 모든 동압 베어링 장치에 적용할 수 있으며 하우징 형상이나 베어링의 구조는 도시예에 한정되지 않는다. 예컨대 스러스트 베어링부(T)를 스러스트 베어링간극에 생긴 유체 동압에 의해 비접촉 지지하는 동압 베어링으로 구성한 장치에도 동일하게 본 발명을 적용할 수 있다.

또 본 발명은 래디얼 베어링부를 소위 진원 베어링(베어링 면이 진원형인 베어링)으로 구성한 유체 베어링 장치에도 동일하게 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 부품수가 적어 비용이 보다 적게 들고 또 신뢰성이 높은 유체 베어링 장치가 제공될 수 있다.

Claims

지지할 축부재의 외주와의 사이에 래디얼 베어링간극을 형성하는 베어링 슬리브와, 내주에 베어링 슬리브가 고정된 하우징을 구비하며, 상기 축부재와 상기 베어링 슬리브의 상대 회전시에 래디얼 베어링간극에 형성되는 유막에 의해 상기 축부재와 상기 베어링 슬리브를 래디얼 방향으로 비접촉 지지하는 유체 베어링 장치에 있어서,

상기 하우징이 수지 제품인 유체 베어링 장치.
제1항에 있어서, 상기 하우징은 복수의 부재를 용착하여 형성한 수지제품인 유체 베어링 장치.
제2항에 있어서, 상기 복수의 부재가 서로 다른 수지 조성물에 의해 형성되어 있는 유체 베어링 장치.
제3항에 있어서, 상기 다른 수지 조성물의 베이스 수지가 공통으로 되어 있는 유체 베어링 장치.
제1항에 있어서, 상기 하우징이, 양단이 개구된 통형의 본체부와, 상기 본체부의 일단측을 폐쇄하는 바닥부와, 상기 본체부의 타단측에 설치되어 상기 축부재의 외주와의 사이에 밀폐간극을 형성하는 밀폐부를 구비한 유체 베어링 장치.
제5항에 있어서, 상기 본체부와 상기 밀폐부와 상기 바닥부를 각각 하나의 부재로 하고 이들 부재를 서로 용착하여 상기 하우징을 형성한 유체 베어링 장치.
제5항에 있어서, 상기 본체부와 상기 바닥부 및 상기 밀폐부 중 어느 한쪽을 미리 일체 성형하여 하나의 부재로 하고 이것을 다른쪽과 용착하여 상기 하우징을 형성한 유체 베어링 장치.
제5항에 있어서, 적어도 상기 본체부가 상기 베어링 슬리브를 인서트 부품으로 하여 금형성형되어 있는 유체 베어링 장치.
제5항에 있어서, 상기 본체부가 베이스 수지로서의 열가소성 수지에 보강재를 배합한 수지 조성물에 의해 형성되어 있는 유체 베어링 장치.
제5항에 있어서, 상기 바닥부가 베이스 수지로서의 열가소성 수지에 고체 윤활제를 배합한 수지 조성물에 의해 형성되어 있는 유체 베어링 장치.
제5항에 있어서, 상기 밀폐부가 베이스 수지로서 열가소성 수지를 사용하며 물에 대한 접촉각이 80°이상인 수지 조성물에 의해 형성되어 있는 유체 베어링 장치.
제1항에 있어서, 상기 하우징이 통형의 본체부와, 상기 본체부의 일단측을 폐쇄하는 바닥부와, 상기 본체부의 타단측에 설치되어 상기 축부재의 외주와의 사이에 밀폐간극을 형성하는 밀폐부를 가지며, 상기 하우징 바닥부에 상기 축부재의 하측 단면을 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부가 마련된 유체 베어링 장치로서,

상기 스러스트 베어링부와 상기 밀폐부를 연통시키는 연통 홈이 마련되어 있는 유체 베어링 장치.
제12항에 있어서, 상기 연통홈이 상기 하우징 바닥부와 상기 베어링 슬리브의 일단측 단면 사이에 마련된 제1반경방향 홈과, 상기 하우징 내주면과 상기 베어링 슬리브의 외주면 사이에 마련된 축방향 홈과, 상기 밀폐부의 내측면과 상기 베어링 슬리브의 타단측 단면 사이에 마련된 제2반경방향 홈으로 구성되어 있는 유체 베어링 장치.
지지할 축부재의 외주와의 사이에 래디얼 베어링간극을 형성하는 소결금속제 베어링 슬리브와, 내주에 베어링 슬리브를 고정시킨 하우징을 구비하며 상기 축부재와 상기 베어링 슬리브의 상대 회전시에 래디얼 베어링간극에 형성되는 유막에 의해 상기 축부재와 상기 베어링 슬리브를 래디얼 방향으로 비접촉 지지하는 유체베어링 장치에 있어서,

상기 하우징이 결정화도가 20% 이상인 결정성 수지 조성물에 의해 형성되어 있는 유체 베어링 장치.
제14항에 있어서, 상기 수지 조성물의 흡수율(吸水率)이 0.5% 이하인 유체 베어링 장치.
제14항에 있어서, 상기 수지 조성물의 선팽창계수가 5×10^-5/℃ 이하인 유체 베어링 장치.
제14항에 있어서, 상기 수지 조성물 100 중량부에 대해 보강재가 10∼80 중량부 배합되어 있는 유체 베어링 장치.
제14항에 있어서, 상기 축부재를 스러스트 베어링간극에 형성되는 유막에 의해 스러스트 방향으로도 비접촉 지지하는 유체 베어링 장치.
제14항에 있어서, 상기 축부재를 상기 하우징 바닥부에 의해 스러스트 방향으로도 접촉 지지하는 유체 베어링 장치.
제19항에 있어서, 상기 결정성 수지 조성물 100 중량부에 대해 고체 윤활제가 5∼30 중량부 배합되어 있는 유체 베어링 장치.
제14항에 있어서, 상기 하우징을, 상기 베어링 슬리브를 인서트 부품으로 하여 금형성형한 유체 베어링 장치.
일단측에 바닥부를 갖는 수지제의 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치된 금속제의 베어링 슬리브와, 상기 베어링 슬리브의 내주면에 삽입된 축부재와, 상기 베어링 슬리브의 내주면과 상기 축부재의 외주면 사이에 설치되어 베어링간극에 생긴 윤활유의 유막에 의해 상기 축부재를 래디얼 방향으로 비접촉 지지하는 래디얼 베어링부와, 상기 하우징 바닥부에 설치되어 상기 축부재의 일단측 단면을 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부를 구비하며,

상기 하우징은 상기 베어링 슬리브를 인서트 부품으로 하여 수지를 금형성형하여 형성되며,

상기 베어링 슬리브는 적어도 내주 일단측 부분에 모따기부를 가지며 또한 상기 모따기부에 상기 하우징을 구성하는 수지와의 박리를 방지하는 박리 방지수단이 구비되어 있는 유체 베어링 장치.
제22항에 있어서, 상기 박리 방지수단이 상기 베어링 슬리브를 소결금속으로 형성함과 아울러 상기 모따기부의 개공율을 상기 내주면의 개공율보다 크게 함으로써 구성되어 있는 유체 베어링 장치.
제22항에 있어서, 상기 박리 방지수단이 상기 모따기부의 표면거칠기를 상기 내주면의 표면거칠기보다 크게 함으로써 구성되어 있는 유체 베어링 장치.
제22항에 있어서, 상기 모따기부에 오목부가 마련되어 있는 유체 베어링 장치.
일단측에 바닥부를 갖는 수지제의 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치된 금속제의 베어링 슬리브와, 상기 베어링 슬리브의 내주면에 삽입된 축부재와, 상기 베어링 슬리브의 내주면과 상기 축부재의 외주면 사이에 설치되어 베어링간극에 생긴 윤활유의 유막에 의해 상기 축부재를 래디얼 방향으로 비접촉 지지하는 래디얼 베어링부와, 상기 하우징의 바닥부에 설치되어 상기 축부재의 일단측 단면을 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부와, 상기 하우징 바닥부에 설치되어 상기 베어링 슬리브의 내주 일단측 부분을 덮는 바닥부재를 구비하며,

상기 하우징이 상기 베어링 슬리브 및 상기 바닥부재를 인서트 부품으로 하여 수지를 금형성형하여 형성되어 있는 유체 베어링 장치.
제22항 또는 제26항에 있어서, 상기 래디얼 베어링부가, 상기 베어링간극 내의 윤활유에 동압을 발생시키는 동압 베어링인 유체 베어링 장치.
제22항 또는 제26항에 있어서, 상기 하우징이, 상기 축부재의 외주면과의 사이에 밀폐간극을 형성하는 밀폐부를 그 타단측에 갖는 유체 베어링 장치.