KR20050094757A - 베어링 유니트 및 베어링 유니트를 가지는 회전 구동장치 - Google Patents

Abstract

윤활유의 누설이 없고 신뢰성이 우수하고, 한편 한 쌍의 동압 발생홈의 불평형에 의해 생기는 로터의 회전시의 축부상의 문제를 확실하고 또한 염가로 해결할 수 있는 베어링 유니트 및 베어링 유니트를 가지는 회전 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

이를 위해, 노출 단부(160)과 노출 단부(160)의 반대 측에 설치된 외경 치수가 작은 내단부(162)와, 노출 단부(160)와 내단부(162)의 사이의 위치에 형성되어 있는 외경 치수가 작은 중간 단차부(170)를 가지는 축(100)과, 축(100)의 내단부(162)를 스러스트 방향에 관해서 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링(130)과, 유지부재(120)내에 있어서 축(100)과 래디얼 베어링(110)과, 스러스트 베어링(130)의 사이에 충전된 윤활유(150)를 갖추고, 축(100)의 내단부(162)의 축방향에 관한 길이(m)는, 유지부재(120)의 외면으로부터 축(100)의 중간 단차부(170)를 포함하는 부분까지의 축방향의 길이(n)보다 작게 한 것이다.

Description

베어링 유니트 및 베어링 유니트를 가지는 회전 구동장치{Bearing unit, and rotation driving device having bearing unit}

본 발명은, 축을 회전 가능하게 지지하는 베어링 유니트 및 이 베어링 유니트를 가지는 회전 구동장치에 관한 것이다.

베어링 유니트는, 축을 회전 가능하게 지지하는 것이고, 이 베어링 유니트는 예를 들어 디스크 장치의 모터에 설치되어 있다.

이와 같은 구조의 베어링 유니트는, 축의 형상이 I자형(스트레이트형이라고도 한다)의 것이며, 윤활유를 이용해 회전 가능하게 지지되어 있다.(예를 들어, 특허 문헌 1과 특허 문헌 2 참조.).

〔특허 문헌 1〕

특개 2002－27703호 공보(제 1페이지, 도 1, 도 2)

〔특허 문헌 2〕

특개평 8－335366호 공보(제 1페이지, 도 1, 도 2)

도 1은 본 발명의 베어링 유니트를 가지는 전자기기의 일례를 나타내는 사시도,

도 2는 도 1에 이용되고 있는 팬 모터의 단면도,

도 3은 도 2에 나타내는 팬 모터의 사시도,

도 4는 팬 모터를 자세하게 나타내는 단면도,

도 5는 베어링 유니트를 확대해 나타내는 단면도,

도 6은 베어링 유니트의 제 1동압 발생홈과 제 2동압 발생홈의 형상예를 나타내는 도면,

도 7은 도 5의 부분 A를 확대해 나타내는 도면,

도 8은 동압 발생홈에 있어서의 유입 각도에 의한 동압의 예를 나타내는 도면,

도 9는 제 1동압 발생홈의 도면과 제 2동압 발생홈의 동압력의 예를 나타내는 도면이다.

특허 문헌 2의 모터에 탑재되어 있는 베어링 유니트에서는, 특허 문헌 2의 도 2에 나타내는 것같이, 모터의 로터부가 탑재되는 측의 동압발생홈의 폭(Bl)은, 비(非)로터부 탑재측의 동압(動壓) 발생홈의 폭(B2)보다 크게 되는 것을 특징으로 하고 있다. 로터부측의 동압 발생홈의 폭(Bl)을 크게 하는 것으로, 로터부가 회전한 경우의 강성을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있지만, 다른 효과를 얻을 수 있다.

다른 효과는 다음과 같은 것이다. 축(이 경우는 고정축으로 회전하지 않는다)과 동압 베어링이 상대적으로 회전하고, 동압 발생홈이 동압을 발생한 경우에, 축은 정압이 높은 측으로부터 낮은 측으로도 이동한다. 바꾸어 말하면, 축은 동압이 낮은 측으로부터 높은 측으로 이동하므로, 모터의 경우에는, 축은 폭이 좁은 동압 발생 능력이 낮은 동압 발생홈으로부터 폭이 넓은 동압 발생 능력이 높은 동압 발생홈의 방향으로 이동된다. 즉, 축은 동압 베어링의 상대적인 회전에 의해, 스러스트(thrust) 베어링으로 억누르게 되어 강성이 증가한다.

특허 문헌 2의 모터에서는, 도 1b에 나타내는 베어링 유니트에서도 역시, 로터부가 회전한 경우의 강성을 얻기 위해, 로터부측의 동압 발생홈의 폭(Bl)의 편이 비로터부측의 동압 발생홈의 폭(B2)보다 넓게 구성되어 있다.

그렇지만, 이 모터의 경우에는, 축이 회전하면, 전술한 것같이, 축은 동압이 낮은 측으로부터 높은 측으로 이동하게 되고, 축은 회전과 동시에 부상해 나가게 된다.

동압의 힘은 크고, 로터부를 크게 들어 올리므로, 예를 들어 HDD(하드 디스크 드라이브)용의 모터에서는, 모터에 장착된 디스크와 기록 헤드의 기계 정밀도를 유지할 수 없게 된다. 이 때문에, 정상적인 기록 재생을 할 수 없게 되는 불편이 생긴다. 또, 팬 모터등에서는, 팬이 주위의 부품과의 접촉을 일으키는 위험성도 있다.

특허 문헌 2의 도 1과 도 2에 나타내는 베어링 유니트는, 동압 발생홈의 폭을 상대적으로 변화시켜, 모터의 강성의 향상을 도모하고, 우수하지만, 축고정의 경우에는 문제 없지만, 축회전형의 경우에는, 축과 함께 로터부가 부상해 나간다고 하는 결점이 있었다. 즉, 동압 베어링으로부터 축이 노출하는 측의 동압이, 항상 낮지 않으면 안 된다.

특허 문헌 1의 동압 베어링 장치에서는, 축노출측의 동압 발생홈이, 헤링본 형상이며, 한편 노출측 절반의 홈 깊이가, 비(非)노출측의 홈 깊이보다 크게 되는 것을 특징으로 하고 있다. 홈의 변화를 1개의 동압 발생홈중에 설치하는 것으로, 윤활유를 베어링 유니트 내부로 끌어당겨 윤활유의 누설을 방지하는 이점이 있다고 서술하고 있다. 전술한 것처럼, 축은 동압이 낮은 측으로부터 높은 측으로 이동하므로, 바꾸어 말하면, 축을 내부 방향으로 이동시키고 있게 되어, 특허 문헌 1에서도 축의 끌어당김에 효과를 발휘하고 있다.

그러나, 특허 문헌 1의 경우에는, 전조 방식이나 전사 방식, 에칭, 방전 가공 등으로 가공되는 동압 발생홈의 홈 깊이를 정밀도 좋게 관리하지 않으면 안되고, 실제로는 곤란하고, 실시하면 고가로 되어 버리는 결점이 있다.

그래서, 본 발명은 상기 과제를 해소하고, 윤활유의 누설이 없고 신뢰성이 우수하고, 한편 한 쌍의 동압 발생홈의 불평형에 의해 생기는 로터의 회전시의 축부상의 문제를 확실하고 또한 염가로 해결할 수 있는 베어링 유니트 및 베어링 유니트를 가지는 회전 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 축을 회전 가능하게 지지하는 베어링 유니트이며, 노출 단부와, 상기 노출 단부의 반대 측에 설치된 외경 치수가 작은 내단부와, 상기 노출 단부와 상기 내단부의 사이의 위치에 형성되어 있는 외경 치수의 작은 중간 단차부를 가지는 축과, 상기 공극을 통해서 상기 축의 상기 노출 단부를 외부에 노출시켜 심리스 구조를 가지는 유지부재와, 상기 유지부재의 내부에 배치되고, 상기 노출 단부측의 제 1동압 발생홈과 상기 내단부측의 제 2동압 발생홈이 상기 축에 대면하는 내주면에 형성되고, 상기 축을 래디얼 방향에 관해서 회전가능하게 지지하는 베어링과 상기 유지부재의 내부에 형성되어 있고, 상기 축의 상기 내단부를 스러스트 방향에 관해서 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링과, 상기 유지 부재내에 있어서 상기 축과 상기 래디얼 베어링과, 상기 스러스트 베어링의 사이에 충전된 윤활유를 갖추고, 상기 축의 상기 내단부의 축방향에 관한 길이(m)는, 상기 유지부재의 외면으로부터 상기 축의 중간 단차부를 포함하는 부분까지의 축방향의 길이(n)보다 작은 것을 특징으로 하는 베어링 유니트이다.

본 발명에서는, 축은 노출 단부와 내단부 및 중간 단차부를 가지고 있다. 내단부는 노출 단부의 반대 측에 설치된 외경 치수의 작은 부분이다. 중간 단차부는 노출 단부와 내단부의 사이에 위치하고 있고, 외경 치수가 작은 부분이다.

유지부재는, 공극을 통해서 축의 노출 단부를 외부에 노출시켜 심리스 구조를 가진다.

베어링은, 제 1동압 베어링과 제 2동압 베어링을 가지고 있고, 축을 래디얼 방향에 관해서 회전 가능하게 지지한다.

스러스트 베어링은, 유지부재의 내부에 형성되어 있다. 이 스러스트 베어링은 축의 내단부를 스러스트 방향에 관해서 회전 가능하게 지지한다.

윤활유는, 유지부재내에 있어서 축과 래디얼 베어링과 스러스트 베어링의 사이에 충전되어 있다.

축의 내단부의 축방향에 관한 길이(m)는, 유지부재의 외면으로부터 축의 중간 단차부를 포함한 부분까지의 축방향의 길이(n)보다도 작다.

이것에 의해, 비축노출측인 축의 내단부의 동압은, 축노출측인 노출 단부의 동압보다도 크게 설정할 수 있다. 이것에 의해서, 축은 용이하게 작성할 수 있고 축은 유지부재의 내부에 끌어 당겨지고, 축이 부상하는 문제를 확실하고 또한 염가로 해소할 수 있다.

더욱이, 윤활유도 항상 유지부재의 내부로 끌여 들여지는 것과 동시에, 유지부재는 심리스 구조이므로, 윤활유의 누설 문제를 일으키지 않는 뛰어난 베어링 유니트를 확실하고 또한 염가로 제공할 수 있다.

또, 본 발명은, 상술에 기재의 베어링 유니트에 있어서, 상기 내단부는, 앞이 가는 테이퍼부 또는 외형 치수가 작은 단차부이다.

본 발명에서는, 내단부는, 앞이 가는 테이퍼부 또는 외경 치수가 작은 단차부이다.

또, 본 발명은, 상술에 기재의 베어링 유니트에 있어서, 상기 내단부의 외형 치수(D)는, 상기 중간 단차부의 외형 치수(d)보다도 크다.

본 발명에서는, 내단부의 외경 치수(D)는 중간 단차부의 외경 치수(d)보다 크다.

이것에 의해, 비축노출측의 동압이 축노출측의 동압보다 크게 할 수 있으므로, 더욱 축의 부상 문제나 윤활유의 누설 문제를 해소할 수 있다.

또, 본 발명은, 상술에 기재의 베어링 유니트에 있어서, 상기 중간 단차부는, 상기 제 1 동압 발생홈에 대면하는 상기 축의 외주부를 상기 노출 단부측이 작아지도록 형성된 단차부이다.

또, 본 발명은, 상술에 기재의 베어링 유니트에 있어서, 상기 제 1 동압 발생홈과 상기 제 2 동압 발생홈은 헤링본홈이며, 상기 제 1 동압 발생홈의 유입 각도(α)는, 상기 제 2 동압 발생홈의 유입 각도(β)　보다 크다.

본 발명에서는, 제 1동압 발생홈의 유입 각도(α)가 제 2동압 발생홈의 유입 각도(β)보다 크기 때문에, 비축노출측의 동압 발생홈의 동압이 축노출측의 동압보다 크게 할 수 있다.

또, 본 발명은, 축을 회전 가능하게 지지하는 베어링 유니트를 가지는 회전 구동장치이며, 노출 단부와 상기 노출 단부의 반대 측에 설치된 외경 치수가 작은 내단부와, 상기 노출 단부와 상기 내단부의 사이의 위치에 형성되어 있는 외경 치수가 작은 중간 단차부를 가지는 축과, 상기 공극을 통해서 상기 축의 상기 노출 단부를 외부에 노출시켜 심리스 구조를 가지는 유지부재와, 상기 유지부재의 내부에 배치되고, 상기 노출 단부측의 제 1동압 발생홈과 상기 내단부측의 제 2동압 발생홈이 상기 축과 대면하는 내주면에 형성되고, 상기 축을 래디얼 방향에 관해서 회전 가능하게 지지하는 베어링과 상기 유지부재의 내부에 형성되고 있고, 상기 축의 상기 내단부를 스러스트 방향에 관해서 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링과, 상기 유지부재내에 있어서 상기 축과 상기 래디얼 베어링과, 상기 스러스트 베어링의 사이에 충전된 윤활유를 갖추고, 상기 축의 상기 내단부의 축방향에 관한 길이(m)는 상기 유지부재의 외면으로부터 상기 축의 중간 단차부의 축방향의 길이(n)보다 작은 것을 특징으로 하는 베어링 유니트를 가지는 회전 구동장치이다.

본 발명에서는, 축은 노출 단부와 내단부 및 중간 단차부를 가지고 있다. 내단부는, 노출 단부의 반대 측에 설치된 외경 치수가 작은 부분이다. 중간 단차부는, 노출 단부와 내단부의 사이에 위치하고 있고, 외경 치수가 작은 부분이다.

유지부재는, 공극을 통해서 축의 노출 단부를 외부에 노출시켜서 심리스 구조를 가진다.

베어링은, 제 1동압 베어링과 제 2동압 베어링를 가지고 있고, 축을 래디얼 방향에 관해서 회전 가능하게 지지한다.

스러스트 베어링은, 유지부재의 내부에 형성되어 있다. 이 스러스트 베어링은, 축의 내단부를 스러스트 방향에 관해서 회전 가능하게 지지한다.

윤활유는, 유지부재내에 있어서 축과 래디얼 베어링과 스러스트 베어링의 사이에 충전되고 있다.

축의 내단부의 축방향에 관한 길이(m)는, 유지부재의 외면으로부터 축의 중간 단차부를 포함하는 부분까지의 축방향의 길이(n)보다 작다.

이것에 의해, 비축노출측인 축의 내단부의 동압은, 축노출측인 노출 단부의 동압보다 크게 설정할 수 있다. 이것에 의해서, 축은 용이하게 작성할 수 있고, 축은 유지부재의 내부에 끌어당겨지고, 축이 부상하는 문제를 확실하고 또한 염가로 해소할 수 있다.

게다가, 윤활유도 항상 유지부재의 내부로 끌여들여지는 것과 동시에, 유지부재는 심리스 구조이므로, 윤활유의 누설 문제를 일으킬리가 없는 뛰어난 베어링 유니트를 가지는 회전 구동장치를 확실하고 또한 염가로 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시의 형태를 첨부 도면에 근거해 상세하게 설명한다.

또한, 이하에 서술하는 실시의 형태는, 본 발명의 바람직한 구체적인 예이기 때문에, 기술적으로 바람직한 여러 가지의 한정이 부가되어 있지만, 본 발명의 범위는, 이하의 설명에 대해 특히 본 발명을 한정하는 뜻의 기재가 없는 한, 이들 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 베어링 유니트를 가지는 모터가 적용되어 있는 전자기기의 일례로서 휴대형의 컴퓨터(1)를 나타내고 있다.

컴퓨터(1)는 표시부(2), 본체(3)를 가지고 있고, 표시부(2)는 본체(3)에 대해서 연결부(4)에 의해 회전 가능하게 연결되어 있다. 본체(3)는 키보드(5)와 케이스(12)를 가지고 있다. 케이스(12) 안에는 방열 장치(10)가 설치되어 있다.

도 2는, 도 1의 케이스(12)의 E－E에 있어서의 단면 구조예를 나타내고 있다. 도 3은 도 2에 나타내는 케이스(12)내에 설치된 방열 장치(10)의 구조예를 나타내는 사시도이다.

도 2에 있어서, 케이스(12)안에는 방열 장치(10)가 수용되고 있다. 이 방열 장치(10)는 도 3에 나타내는 구조를 가지고 있다. 방열 장치(10)는, 냉각 장치라고도 하고, 금속제의 베이스(20), 모터(30), 회전 대상물인 팬(34), 팬 케이스(36), 히트 싱크(38)를 가지고 있다.

베이스(20)의 한편의 면(하면에 상당한다)(21)은, 부착면(50), 부착면(52), 부착면(54)을 가지고 있다. 부착면(50), 부착면(52) 및 부착면(54)은, 예를 들어 거의 L자형을 형성하고 있고, 부착면(50)의 한편의 면(21)에는 발열 소자(40)가 열전달 실(44)을 이용해 고정되어 있다. 이 발열 소자(40)는 예를 들어 CPU(중앙 처리장치)이며, 통전에 의해 동작하면 열을 발생하는 소자이다.

부착면(52)에는 팬 케이스(36)와 모터(30)가 고정되어 있다. 팬 케이스(36)의 내부에는 팬(34)과 모터(30)가 수용되어 있다. 팬 케이스(36)는 원형 모양의 구멍(48)을 가지고 있다. 이 원형 모양의 구멍(48)은, 도 2에 나타내는 것같이 케이스(12)의 하면의 구멍(60)과 대면하는 위치에 형성되어 있다. 팬 케이스(36)는 냉각풍을 공급하는 냉각 대상물인 히트 싱크(38)측에 구멍(37)을 가지고 있다.

부착면(54)에는 히트 싱크(38)가 고정되어 있다. 이 히트싱크(38)는 예를 들어 콜 게이트형상 혹은 핀형상의 히트 싱크이며, 방열성이 우수한 금속 예를 들어 알루미늄에 의해 만들어지고 있다. 베이스(20)와 팬 케이스(36)는 방열성이 뛰어난 금속인 알루미늄이나 철에 의해 만들 수 있다.

베이스(20)의 필요한 장소에는 부착용의 구멍(70)이 설치되어 있고, 이들 부착용의 구멍(70)을 통해서, 베이스(20)는 케이스(12)의 내면 측에 대해 도 2의 보스(72)를 통하여 나사에 의해 고정되어 있다.

도 2와 도 3에 나타내는 히트 싱크(38)는, 케이스(12)의 측면의 구멍(76)에 대응한 위치에 있다. 이것에 의해 모터(30)가 작동해 팬(34)이 R방향으로 연속 회전하는 것으로써, 케이스(12)의 내부의 공기는, 구멍(60)과 구멍(48)으로부터 화살표(Dl, D2, D3)를 통하여 측면의 구멍(76)으로부터 외부에 배출된다.

이 때에, 발열 소자(40)가 발생하고 있는 열은, 베이스(20)의 부착면(50, 52)을 통해서 부착면(54)에 전달하므로, 발열 소자(40)의 열은 히트 싱크(38)에 전달된다. 팬(34)이 회전함으로써 생기는 공기의 흐름은, 화살표(Dl, D2 및 D3)에 흐르는 것에 의해, 히트 싱크(38)에 전달되고 있는 열은, 케이스의 측면의 구멍(76)을 통해서 외부에 방출할 수 있다.

도 4는, 도 3의 모터(30)의 단면 구조예를 나타내고 있다. 이 모터(30)는 로터(80)와 스테이터(84)를 가지고 있다.

팬 케이스(36)안에 이 모터(30)와 팬(34)이 수용되고 있고, 스테이터(84)는 팬 케이스(36)의 표면부(36A)측에 일체적으로 설치되어 있다. 스테이터(84)는, 스테이터 요크(88)와 베어링 유니트(90), 코일(164) 및 코어(160)를 가지고 있다.

스테이터 요크(88)는, 팬 케이스(36)의 상면부(36A)와 일체물이어도 좋고 별체물이어도 좋고, 예를 들어 철이나 스텐레스강철에 의해 만들어지고 있다. 베어링 유니트(90)의 하우징(120)은, 스테이터 요크(88)의 홀더(92)안에, 압입 혹은 접착 혹은 양측에 의해 고정되어 있다. 홀더(92)는 원통형의 부분이다.

도 4에 나타내는 베어링 유니트(90)는, 개략적으로는 축(100), 래디얼 베어링(110), 스러스트 베어링(130), 유지부재(하우징이라고도 부른다)(120), 그리고 윤활유(150)를 갖추고 있다.

도 5는, 도 4에 나타내는 베어링 유니트(90)의 구조를 더 상세하게 나타내고 있다. 도 5를 참조하여, 베어링 유니트(90)의 구조에 대해 더 자세하게 설명한다.

축(100)은, 이른바Ⅰ자형(스트레이트형이라고도 한다)의 축이다. 이 축(100)은, 예를 들어 스텐레스강철에 의해 만들어지고 있다.

축(100)은, 노출 단부(160), 축외주부(161), 내단부(162), 중간 단차부(170), 테이퍼부(100A)를 가지고 있다.

노출 단부(160)와 축외주부(161)의 각 외경 치수는 같은 치수로 할 수 있다.

테이퍼부(100A)는, 노출 단부(160)와 축외주부(161)의 사이에 위치하고 있는 테이퍼 형상의 부분이다. 이 테이퍼부(100A)는, 축외주부(161)로부터 노출 단부(160)를 향해서 선세하게 되어 있다. 노출 단부(160)는, 유지부재(120)의 공극(S)으로부터 외부에 노출하고 있고, 테이퍼부(100A)는, 이 공극(S)에 대응한 위치에 형성되고 있다.

축(100)의 내단부(162)는, 유지부재(120)의 스러스트 베어링(130)에 대해서 스러스트 방향에 관해서 회전 가능하게 지지되고 있다. 이 내단부(162)의 형상은, 도 5에 나타내는 단차부의 형상이어도 좋고, 테이퍼 형상이어도 물론 상관없다. 테이퍼 형상인 경우에는, 내단부(162)는 앞이 가는 테이퍼 형상이다. 내단부(162)의 직경은 D로 나타내고 있고, 내단부(162)의 축방향의 길이는 m으로 나타내고 있다.

도 5에 나타내는 것같이, 축(100)의 중간 부분에는, 중간 단차부(170)가 형성되어 있다. 이 중간 단차부(170)의 직경은 d로 나타내고 있다. 중간 단차부(170)는, 단부(171)와 외주부(179)와 상술한 테이퍼부(100A)의 일부분에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

내단부(162)의 직경(D)은, 외주부(179)의 직경(d)보다 크게 설정되어 있다. 또 내단부(162)의 축방향의 길이(m)는, 유지부재(120)의 단면(121)으로부터 중간 단차부(170)를 포함한 부분까지의 위치의 축방향의 길이(n)보다 작게 설정되어 있다.

이와 같이, 외경 치수(D)는 외경 치수(d)보다 크게(D＞d) 설정되어 있다. 게다가, 바람직하게는 내단부(162)의 축방향의 길이(m)가, 중간 단차부(170)의 축방향의 길이(n)보다 작게 설정되어 있다.

다음에, 도 5에 나타내는 래디얼 베어링(110)에 대해 설명한다.

래디얼 베어링(110)은, 원통형의 부재이며, 축(100)의 축외주부(161)를 회전 가능하게 래디얼 방향에 관해서 지지하고 있다. 일 예로서 래디얼 베어링(110)의 내주면에는, 제 1동압 발생홈(201)과 제 2동압 발생홈(202)이 간격을 두고 형성되어 있다. 제 1동압 발생홈(201)은, 중간 단차부(170)의 부근에 바람직하게는 겹치도록 형성되어 있다. 제 2동압 발생홈(202)은, 내단부(162)측에 형성되어 있다. 제 1동압발생홈(201)은, 축노출측의 동압 발생홈이라고 할 수 있다. 제 2동압 발생홈(202)은 비축노출측의 동압 발생홈이라고 할 수 있다.

래디얼 베어링(110)은, 놋쇠나 스텐레스강 등의 금속, 소결금속 등에 의해 만들 수 있다. 소결금속이나 금속을 이용하는 경우에는, 전조, 전사, 방전, 에칭 처리 등의 방법에 의해, 헤링본홈과 같은 동압 발생홈을 형성할 수 있다.

도 6a는 제 1동압 발생홈(201)의 형상예를 나타내고, 도 6b는, 제 2동압 발생홈(202)의 형상예를 나타내고 있다. 제 1동압 발생홈(201)의 홈의 윤활유의 유입 각도(α)는, 제 2동압 발생홈(202)의 윤활유의 유입 각도(β)에 비해 크게 설정하는 것이 바람직하다.

도 5에 나타내는 유지부재(120)은, 공극(S)을 가지는 심리스 구조의 부재이다. 유지부재(120)는 복수의 부재를 조합해 형성하고 있는 것이 아니고, 테플론(등록상동), 폴리이미드, 폴리아미드, LCP(액정 폴리머), PC(폴리카보네이트) 등의 고분자 재료나, 소결금속을 래디얼 베어링(110)에 대해서 아웃 서트 성형에 의해 형성한 것이다.

유지부재(120)는 상술한 것처럼 약간의 공극(S)을 설치하고는 있지만, 그 주위는 심리스 구조로 되어 있다. 유지부재(120)는 래디얼 베어링(110)과 축(100)의 축외주부(161)을 수용한 구조가 되어 있다. 윤활유(150)는, 축외주부(161), 래디얼 베어링(110)과 유지부재(120)의 사이에 충전되고 있다.

약간의 공극(S)은, 단면 형상을 테이퍼 형상으로 하고 있으므로, 압력 구배가 생겨 윤활유를 베어링 유니트 내부로 끌어 들이기 위한 표면장력 실을 형성하고 있다.

또한, 도 6a에 나타내는 것같이 제 1동압 발생홈(201)의 축방향의 폭(W)은 도 6b에 나타내는 제 2동압 발생홈(202)의 축방향의 폭(Wl)에 비해 크게 설정되어 있다. 그러나 이것에 한정하지 않고 폭(W)은 폭(Wl)에 비해 작게 설정하도록 해도 물론 상관없다.

여기서, 상기 서술한 각 부위 치수에 대소 관계를 설치한 것에 대한 이점을 설명한다.

축(100)이, 상대적으로 회전한 경우에 발생하는 동압(Pd)은, 윤활유의 유속(u)의 2승에 비례하고, Pd ∝ u²이다.

유속(u)은, 축(100)의 상대속도(U)에 비례하고, 축(100)과 래디얼 베어링(110)의 공극량(h)에 반비례 하므로, u∝U／h이다. 여기서, U=rω, r：축반경, ω：축회전수.

즉, 대개 동압(Pd)은, 축반경(r)의 2승에 비례하고, 축과 베어링의 공극량(c)의 2승에 반비례 하므로, P d ∝ (r／c)²가 된다.

결과, 축의 외경 치수를 가늘게 한 편이, 동압의 발생은 낮게 억제된다.

본 발명의 도 5의 베어링 유니트(90)에서는, 도 5에 나타내는 것같이 비축노출측의 내단부(162)의 단차 부분의 편이, 축노출측의 중간 단차부(170)에 비해, 축의 길이가 작고(m＜n), 또, 축 지름은 크게(D＞d) 되어 있으므로, 항상 축노출측의 동압이 낮아진다.

축(100)은, 동압이 낮은 편으로부터 높은 편으로 이동하므로, 축(100)은, 유지부재(120)의 내부의 스러스트 베어링(130)측으로 끌어 들여지고, 부상하지 않는다.

게다가 도 5의 축(100)의 부상을 저지하기 위해서, 비축노출측의 제 2동압 발생홈(202)의 동압이 축노출측의 제 1동압 발생홈(201)의 동압보다 커지도록, 제 1동압 발생홈(201)에 대향하는 축(100)의 부분에 중간 단차부(170)를 설치하고 있다.

또, 중간 단차부(170)를 설치한 것에 의해, 축노출측의 제 1동압 발생홈(201)의 동압을 비축노출측의 제 2동압발생홈(202)에 비해, 작게 할뿐아니라, 축노출측의 제 1동압 발생홈(201) 자체에도, 축노출측이 항상 동압이 작은 상태를 만들 수 있으므로, 축(100)의 부상을 한층 더 확실하고 또한 염가로 저지할 수 있다. 즉, 축에 대한 내단부(162)와 중간 단차부(170)는 간단하게 작성할 수 있다.

종래 기술에서는, 전술한 것처럼, 동압 발생홈의 깊이를 변화시키는 것으로, 축노출측의 동압을 감소시켜, 오일을 내부로 끌여들이는 것을 저지하고 있다. 그러나, 본 발명의 베어링 유니트에서는, 축(100)의 외경을 변화시키고, 동압의 변화를 얻고 있으므로, 현격히 간소하고 또한 염가로 작성할 수 있고, 확실히 같은 효과를 얻을수 있다.

상기 서술한 효과를 정리하면, 축노출측의 동압과 비축노출측의 동압을 비교하면, 축(100)의 형상에 의하면, 축노출측이 낮고, 동압 발생홈에 의하면, 축노출측이 낮다. 이와 같이, 모두 축노출측이 낮게 설정되어 있으므로, 축의 부상을 확실히 방지할 수 있다. 베어링 유니트(90)는, 바꾸어 말하면 윤활유를 확실히 베어링 유니트의 내부로 끌여들여 유지할 수 있는 신뢰성이 뛰어난 염가의 것이다.

여기서, 도 5에 나타내는 비축노출측의 내단부(162)로서의 단차를 설치하는 필요성을 더욱 설명한다.

종래에서는, 복수의 부재로 주위를 둘러싸서 윤활유의 누설을 방지하려고 했지만, 체결부를 완전하게 밀폐하는 것은 용이하지 않고, 에폭시 수지 등의 패킹재를 도포할 필요가 있는 등 고가이고 신뢰성이 부족한 것이었다.

본 발명의 베어링 유니트(90)에서는, 주위를 둘러싸는 유지부재(120)는 LCP등의 고분자 재료를 아웃서트 성형하는 것으로써, 공극(S)부의 표면장력 실부를 남기고, 완전하게 심리스로 하는 방식을 채용하고 있으므로, 염가이고 신뢰성이 우수하다.

그렇지만, 도 7에 나타내는 것같이, 유지부재(120)는, 수지를 예를 들면 100℃~250℃정도의 고온으로 아웃 서트 성형한 후, 상온으로 돌아온다. 이 때에는, 소결금속 등으로 이루어지는 래디얼 베어링(110)과 고분자 재료로 이루어지는 유지부재(120)의 수축율의 차이로부터, 유지부재(120)의 에지부(E)가 래디얼 베어링(110)의 내주측에 약간 돌기하게 된다. 에지(E)와 축(100)의 접촉을 방지하기 위해, 축(100)의 내단부(162)의 단차부, 혹은 테이퍼 형상 등의 접촉 방지 수단이 필요하게 된다.

즉, 윤활유 누설을 완벽하게 방지하기 위해서 심리스의 고분자 재료제의 유지부재(120)를 이용한 경우에는, 내단부(162)와 같은 단차부 등의 접촉 방지 수단이 필요하게 되고, 결과, 축형상에 의한 동압의 발생량을 조절할 필요가 있어, 본 발명과 같은 구조가 필요하게 된다.

그러나, 본 발명의 베어링 유니트(90)의 구조는, 축의 부상을 방지하는 것이 목적이므로, 조금도 유지부재의 구성에 구속되는 것은 아니다.

도 6에 나타내는 것같이, 축노출측의 동압은, 비축노출측의 동압에 비해 상대적으로 낮게 하기때문에, 동압 발생홈(201, 202)은 헤링본형으로 하고, 게다가 헤링본의 유입 각도(α,β)에 연구를 몰두할 수도 있다.

도 8은, 헤링본의 홈의 유입 각도가, 각각 20°, 30°, 40°의 경우의 동압의 계산 결과이다. 횡축에는, 축(100)과 래디얼 베어링(110)의 공극량(c)과 공극량(c)과 헤링본의 홈 깊이(h)의 합의 비, (h＋c)／c이다. 세로축은 발생하는 동압력을 나타내고 있다.

유입 각도가 20°의 경우에 비해, 유입 각도가 30°, 40°로 커지는 편이, 동압은 작아지므로, 축노출측의 제 1동압 발생홈(201)의 유입 각도(α)를, 비축노출측의 제 2동압 발생홈(202)의 유입 각도(β)보다 크게 하면, 더 확실히 축(100)의 부상을 방지할 수 있다.

도 9를 이용하여, 구체적인 설계 수법예를 더욱 서술한다.

도 9는, 횡축에 공극량(c)과 공극량(c)과 헤링본의 홈 깊이(h)의 합과의 비, (c＋h)／c를 나타내고, 세로축에는 동압력을 나타낸다. 공극량(c)과 홈 깊이(h)는 도 9b에 나타낸다.

데이터는, 한편이 축노출측의 제 1동압 발생홈(201)의 동압을 나타내고, 타편이 비축노출측의 제 2동압 발생홈(202)의 동압을 나타내고 있다.

여기서, 공극량(c), 홈 깊이(h)의 기계 치수가 흩어져도, 항상 비축노출측의 동압이 축노출측의 동압을 상회하고 있을 필요가 있다.

예를 들면, 공극량 c =1∼2㎛이고, 홈깊이 h =2∼3 ㎛로 설정되어 있으면, (c＋h)／c는, 최소치(2＋2)／2=2, 최대치(1＋3)／1=4가 되어, 도 9의 그래프중, 사선내의 사용 범위에서는, 비노출측의 제 2동압발생홈(202)의 동압의 편이 제 1동압 발생홈(201)의 동압에 비해 항상 크게 유지되게 되어, 기계 정도의 불균형에 의한 축의 부상문제는 없다.

이와 같이, 항상 비축노출측의 동압이 축노출측의 동압보다 커지도록 상기 여러가지 연구를 실시하면 좋다.

이상 설명한 것같이, 본 발명의 베어링 유니트에는, 다음과 같은 장점이 있다.

본 발명의 베어링 유니트(90)는, 비축노출측의 동압이 축노출측의 동압보다 크게 설정되어 있다. 즉, 축노출측의 제 1동압 발생홈(201)에 대향하는 축에 중간 단차부(170)를 설치하거나 유입 각도(α,β)를 변화시키는 것으로, 비축노출측의 제 2동압 발생홈(202)의 동압이 축노출측의 제 1동압 발생홈(201)의 동압보다 크게 설정되어 있다.

축노출측의 동압 발생홈 자체의 동압의 분포에 대해서도, 비축노출측의 동압이 축노출측의 동압보다 크게 설정되어, 반드시 비축노출측의 동압이 축노출측의 동압보다 커진다.

이 결과, 도 5의 축(100)은, 유지부재(120)의 내부로 끌어당겨지고, 축(100)이 부상 문제를 일으키는 것이 없다. 윤활유(150)도 항상, 내부에 끌어 들여지고, 게다가 심리스인 유지부재(120)에 둘러싸여 있으므로, 윤활유의 누설 문제를 일으키는 것이 없는 신뢰성이 우수한 염가의 베어링 유니트를 제공할 수 있다.

그런데, 본 발명의 베어링 유니트는, 도 1 내지 도 3에 나타내는 것같이 소위 팬 모터의 베어링 유니트로서 이용되고 있다. 팬 모터는, 회전 구동장치의 일종이다. 본 발명의 베어링 유니트는 회전 구동장치의 다른 예인 펌프 장치나 디스크 구동장치, 예를 들면 하드 디스크 드라이브 장치나 광디스크 장치 혹은 광자기 디스크 장치의 베어링으로서 이용하는 일도 물론 가능하다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명에 의하면, 윤활유의 누설이 없고 신뢰성이 뛰어나고, 또한 한 쌍의 동압 발생홈의 불평형에 의해 생기는 로터의 회전시의 축불량의 문제를 확실하고 또한 염가로 해결할 수 있다.

Claims (6)

1. 축을 회전 가능하게 지지하는 베어링 유니트이며,

   노출 단부와, 상기 노출 단부의 반대 측에 설치된 외경 치수가 작은 내단부와, 상기 노출 단부와 상기 내단부의 사이의 위치에 형성되어 있는 외경 치수가 작은 중간 단차부를 가지는 축과,

   상기 공극을 통해서 상기 축의 상기 노출 단부를 외부에 노출시켜 심리스 구조를 가지는 유지부재와,

   상기 유지부재의 내부에 배치되고, 상기 노출 단부측의 제 1동압 발생홈과 상기 내단부측의 제 2동압 발생홈이 상기 축에 대면하는 내주면에 형성되고, 상기 축을 래디얼 방향에 관해서 회전가능하게 지지하는 베어링과,

   상기 유지부재의 내부에 형성되어 있고, 상기 축의 상기 내단부를 스러스트 방향에 관해서 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링과,

   상기 유지 부재내에 있어서 상기 축과 상기 래디얼 베어링과, 상기 스러스트 베어링의 사이에 충전된 윤활유를 갖추고,

   상기 축의 상기 내단부의 축방향에 관한 길이(m)는, 상기 유지부재의 외면으로부터 상기 축의 중간 단차부를 포함하는 부분까지의 축방향의 길이(n)보다 작은 것을 특징으로 하는 베어링 유니트.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 내단부는, 앞이 가는 테이퍼부 또는 외경 치수가 작은 단차부인 것을 특징으로 하는 베어링 유니트.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 내단부의 외형 치수(D)는, 상기 중간 단차부의 외형 치수(d)보다도 큰 것을 특징으로 하는 베어링 유니트.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 중간 단차부는, 상기 제 1 동압 발생홈에 대면하는 상기 축의 외주부를 상기 노출 단부측이 작아지도록 형성된 단차부인 것을 특징으로 하는 베어링 유니트.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 동압 발생홈과 상기 제 2 동압 발생홈은 헤링본홈이며, 상기 제 1 동압 발생홈의 유입 각도(α)는, 상기 제 2 동압 발생홈의 유입 각도(β)　보다 큰 것을 특징으로 하는 베어링 유니트.
6. 축을 회전 가능하게 지지하는 베어링 유니트를 가지는 회전 구동장치이며,

   노출 단부와 상기 노출 단부의 반대 측에 설치된 외경 치수가 작은 내단부와, 상기 노출 단부와 상기 내단부의 사이의 위치에 형성되어 있는 외경 치수가 작은 중간 단차부를 가지는 축과,

   상기 공극을 통해서 상기 축의 상기 노출 단부를 외부에 노출시켜 심리스 구조를 가지는 유지부재와,

   상기 유지부재의 내부에 배치되고, 상기 노출 단부측의 제 1동압 발생홈과 상기 내단부측의 제 2동압 발생홈이 상기 축과 대면하는 내주면에 형성되고, 상기 축을 래디얼 방향에 관해서 회전 가능하게 지지하는 베어링과,

   상기 유지부재의 내부에 형성되고 있고, 상기 축의 상기 내단부를 스러스트 방향에 관해서 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링과,

   상기 유지부재내에 있어서 상기 축과 상기 래디얼 베어링과, 상기 스러스트 베어링의 사이에 충전된 윤활유를 갖추고,

   상기 축의 상기 내단부의 축방향에 관한 길이(m)는 상기 유지부재의 외면으로부터 상기 축의 중간 단차부의 축방향의 길이(n)보다 작은 것을 특징으로 하는 베어링 유니트를 가지는 회전 구동장치.