KR20070059047A - 동압 베어링 장치 - Google Patents

Abstract

이 종류의 동압 베어링 장치에 있어서의 하우징을 고내유성과 저아웃가스성을 갖는 수지재료로 형성하여 베어링 장치의 청정도를 확보한다. 동압 베어링 장치(1)의 내부에 충전시키는 윤활유로서 에스테르계 윤활유를 사용하고, 하우징(7)을 액정 폴리머(LCP)를 베이스로 하는 수지재료로 형성한다.

동압 베어링 장치

Description

동압 베어링 장치{DYNAMIC PRESSURE BEARING DEVICE}

본 발명은 레이디얼 베어링 간극에 발생하는 유체의 동압 작용에 의해 축부 재를 비접촉 지지하는 동압 베어링 장치에 관한 것이다.

이 동압 베어링 장치는 디스크 장치용 스핀들 모터, 레이저빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐닝 모터, 그 밖의 소형 모터용으로 사용된다. 이러한 각종 모터에는 고회전 정밀도 외에, 고속화, 저가격화, 저소음화 등이 요구되고 있다. 이러한 요구 성능을 결정짓는 구성 요소 중 하나에 해당 모터의 스핀들을 지지하는 베어링이 있고, 최근에는 상기 요구 성능에 뛰어난 특성을 갖는 동압 베어링의 사용이 검토되거나 실제로 사용되고 있다.

예컨대, 하드 디스크 등의 기록 디스크 구동 장치용 스핀들 모터에는 회전 부재와 베어링 슬리브 사이의 레이디얼 베어링 간극에 발생하는 윤활유체의 동압 작용에 의해 회전 부재를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 레이디얼 베어링부와, 하우징과 회전 부재 사이의 스러스트 베어링 간극에 발생하는 윤활유체의 동압 작용에 의해 회전 부재를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 스러스트 베어링부를 구비한 동압 베어링 장치가 사용된다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

또한, 상기 하드 디스크 등의 기록 디스크 구동 장치는 비교적 폭넓은 온도 범위에서 사용되기 때문에 상기 기록 디스크 구동 장치의 스핀들 모터에 사용되는 동압 베어링 장치에는 저증발율 및 저점도성을 갖는 윤활유체가 적합하여, 예컨대, 에스테르계의 윤활유가 사용된다(예컨대, 특허문헌 2 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-291648호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2003-172336호 공보

상기 구성의 동압 베어링 장치는 하우징, 베어링 슬리브, 회전 부재라고 하는 부품으로 구성되어, 정보 기기가 점점 고성능화 됨에 따라 필요하게 되는 높은 회전 성능을 확보하기 위해, 각 부품의 가공 정밀도나 조립 정밀도를 높이는 노력이 이루어지고 있다. 한편, 정보 기기의 저가격화 경향에 따라 이 종류의 동압 베어링 장치에 대한 가격 저감의 요구도 점점 높아지고 있다. 이러한 요구에 대응하여 최근에는 하우징의 저가격화를 목적으로 하우징을 수지재료로 성형하는 것이 검토되고 있다.

그런데, 이 종류의 동압 베어링 장치에 사용되는 에스테르계 윤활유는 에스테르기를 함유하고 있기 때문에 타부재와의 높은 반응성을 갖는다. 따라서, 하우징을 형성하는 수지재료와 윤활유의 반응에 의해 생성된 생성물이 윤활유의 변성열화 또는 베어링 장치의 청정도 저하를 일으킬 우려가 있다.

또한, 수지제 하우징은 보통 수지재료를 사출성형함으로써 형성되지만, 수지재료는 고온 분위기하에서 가스[아웃가스(outgas)]를 발생시킨다. 특히, 하드 디스크 등의 기록 디스크 구동 장치에 사용하는 베어링 장치의 경우, 고온 분위기하에서 발생한 아웃가스에 의해, 예컨대, 하드 디스크 등의 디스크 표면이 오염되는 등, 베어링 장치, 또는 기록 디스크 구동 장치의 청정도 저하를 초래한다.

따라서, 본 발명은 이 종류의 동압 베어링 장치에 있어서의 하우징을 고내유성과 저아웃가스성을 갖는 수지재료로 형성하여 베어링 장치의 청정도를 확보하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는 저부를 일체 또는 별체로 갖는 하우징과, 하우징의 내주에 고정된 베어링 슬리브와, 베어링 슬리브 및 하우징에 대하여 상대회전하는 회전 부재를 구비하고, 베어링 간극에 발생하는 윤활유체의 동압 작용에 의해 회전 부재를 레이디얼 방향 및 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 동압 베어링 장치에 있어서, 윤활유체로서 에스테르계 윤활유를 사용하고, 하우징을 액정 폴리머(LCP)를 베이스로 하는 수지재료로 형성한다.

본 발명에서는 하우징용 베이스 수지재료로서 액정 폴리머(LCP)를 선정했다. 이 수지는 분자쇄간의 상호작용이 강하고, 수지표면은 고분자쇄가 고도로 배향하기 때문에 저점도의 에스테르계 윤활유를 수지 내에 침입시키기 어렵다. 액정 폴리머(LCP) 중에서도 특히, 전방향족 폴리에스테르로 이루어지는 용융 액정성 수지는 이 전방향족에 기인하는 고분자쇄간의 상호작용이 크고, 분자의 패킹(packing)성이 양호하기 때문에 에스테르계 윤활유 수지 내로의 침입을 한층 더 억제할 수 있다. 따라서, 액정 폴리머(LCP)를 베이스로 하는 수지재료로 하우징을 형성하면 에스테르계 윤활유에 대한 높은 내유성을 하우징에 부여할 수 있다. 또한, 상기 수지재료는 주로 고화시의 아웃가스 발생량이 적다는 이점을 갖지만, 그 이외에도 흡수성이 낮고, 높은 내열성을 갖는 등의 좋은 특성을 갖기 때문에 상기 수지재료로 하우징을 형성함으로써 하우징 형성시 또는 형성후의 아웃가스 발생량을 억제할 수 있음과 아울러 흡수에 의한 하우징의 치수변화를 억제할 수 있다. 또한, 모터 구동중에 있어서의 베어링 내부의 온도상승에도 견딜 수 있는 하우징으로 할 수 있다.

하우징(7)을 상기 수지재료(액정 폴리머)로 형성하는 경우, 보강 때문에 반드시 충전재를 상기 수지재료에 배합할 필요가 있다. 특히 하드 디스크 등의 기록 디스크 구동 장치가 폭넓은 온도범위하에서 사용되는 것을 고려하면, 온도변화에 따른 치수변화를 최소한으로 억제하는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 하우징을 형성하는 수지재료에 탄소섬유와 무기섬유 중 적어도 한쪽을 충전재로서 배합했다. 탄소섬유나 무기섬유는 수지재료에 비해 낮은 선팽창계수를 갖기 때문에, 이 탄소섬유나 무기섬유를 충전재로서 배합한 수지성형품(하우징)의 온도변화에 따른 치수변화를 억제하고, 치수안정성을 높일 수 있다. 물론, 탄소섬유나 무기섬유는 강화 재료로서도 작용하므로, 이 섬유 중 어느 하나를 수지재료에 배합함으로써 수지제 하우징에 대한 보강 효과가 얻어진다. 이러한 치수안정 효과나 보강 효과는 상기 충전재를 총량에서 15wt% 이상 수지재료에 배합함으로써 충분히 발휘된다. 또한, 충전재의 총량이 50wt%를 초과하면, 성형 금형 중의 수지재료의 유동성이 불충분해지는 등, 수지성형품(하우징)의 성형성에 악영향을 끼친다. 따라서, 충전재의 총량은 50wt% 이하로 억제하는 것이 좋다.

충전재로서 탄소섬유를 사용했을 경우, 내마모성의 향상에 현저한 효과가 인정되므로, 하우징 내의 특히, 회전 부재와의 슬라이딩성이 요구되는 개소를 형성하는 수지재료, 예컨대, 하우징의 저부나 개구부를 형성하는 수지재료에는, 충전재에 탄소섬유를 배합하는 것이 바람직하다. 필요한 내마모성을 얻기 위해서는, 적어도 탄소섬유의 배합 비율을 5wt% 이상으로 할 필요가 있다.

그런데, 하우징은 수지재료를 사출성형함으로써 형성되지만, 성형 금형 내에 수지재료를 유입시킬 때, 금형 내의 공기를 트랩(trap)할 경우가 있다. 통상, 금형에는 금형 내의 공기를 배출하여 충전을 용이하게 하기 위한 가스 벤트가 설치되어 있지만, 이 가스 벤트에서는 수지재료 내부에 트랩된 공기를 외부로 배출시킬 수 없다. 따라서, 수지재료 내부에 남은 공기는 수지성형품의 내부에 머물러 성형품의 보이드(void), 블리스터(blister)를 일으킨다. 이 문제를 해결하기 위해서는, 탄소섬유를 하우징 중에 1wt% 이상 함유시키면 좋다. 이에 따라, 수지재료 내부의 공기가 수지성형품의 성형면에 노출된 탄소섬유와, 이 탄소섬유 주위의 수지 사이의 계면부분을 통해 성형품 외부로 배출되므로 성형품 내부의 보이드 발생이나 성형품의 블리스터를 피하고, 수지성형품의 성형성을 높일 수 있다.

이상으로부터 충전재에 포함되는 탄소섬유의 배합량은 적어도 1wt% 이상, 특히 내마모성을 고려하는 경우에는 5wt% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 탄소섬유의 배합 비율이 35%를 초과하면, 하우징의 연신성이 저하되므로, 예컨대, 하우징에 타부재(베이스 플레이트나 실링부재 등)를 압입하는 경우에 하우징이 스트레칭되기 어려워져서 작업성을 저해한다. 따라서, 이러한 용도에서는, 하우징에 포함되는 탄소섬유의 비율을 35% 이하로 하는 것이 바람직하다. 하우징의 신장이 문제가 안되는 경우라도, 탄소섬유의 배합 비율이 40wt%를 초과하면 성형성이 크게 저하하므로, 탄소섬유의 배합량은 40wt% 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

충전재로서 탄소섬유만을 사용할 수도 있지만, 이러한 방식으로는 고가의 탄소섬유의 사용량이 늘어나서 경제성을 해친다. 따라서, 경제성의 관점으로부터도, 충전재에는 탄소섬유 이외에 무기섬유, 예컨대, 침상 단결정인 위스커를 배합하는 것이 바람직하다. 특히 하우징에 있어서, 상기 슬라이딩성이 요구되지 않는 개소에 이용되는 충전재에는 탄소섬유를 함유하지 않고, 무기섬유를 주성분으로 하는 충전재를 사용할 수도 있다. 무기섬유의 배합 비율이 40wt%를 초과하면, 마찬가지로 성형성의 저하를 초래하므로, 무기섬유의 배합량은 40wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 충전재 중 무기섬유는 규소(Si)를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 규소를 포함하는 경우, 가스화한 유기Si가 베어링 장치 내부 또는 베어링 장치 주변에서 재결정화하여 예컨대, 디스크 표면이나 헤드부에 부착될 우려가 있지만, 규소를 포함하지 않는 무기섬유이면, 이러한 부적합은 없고, 베어링 장치나 베어링 장치 주변의 청정도를 보다 고도로 유지할 수 있다.

하드 디스크 등의 기록 디스크 구동 장치용 스핀들 모터에 사용하는 베어링 장치 하우징에는 모터의 구동 중에 발생하는 정전기를 하우징을 통해 접지측으로 방전시키기 위한 도전성이 요구된다. 상기한 바와 같이, 충전재가 탄소섬유를 함유하는 경우, 그 평균 섬유길이가 500㎛ 이상이면, 탄소섬유 자체가 충분한 도전성을 갖기 때문에 하우징의 도전성을 확보할 수 있지만, 500㎛를 초과하는 평균 섬유길이는 리사이클 사용시[금형의 러너(runner)나 스풀(spool)에 잔존 고화한 수지재료의 재사용시]에 스크류(screw)로 재용융시킬 때에 탄소섬유가 세단되기 때문에 보강 기능의 저하를 초래한다. 이 문제는 충전재로서 분말상의 도전화제를 배합함으로써 해소할 수 있다.

분말상의 도전화제로서는, 예컨대, 카본블랙이나 카본 나노머티리얼(carbon nanomaterial) 이외에 금속분말 등을 사용할 수 있지만, 수지재료 내부에서의 분산성의 장점, 저아웃가스성, 그리고 리사이클에 의한 상기 도전성의 저열화성 등의 점으로부터, 이 중에서도 특히, 카본블랙이 바람직하다. 카본블랙은, 예컨대, 하우징 등의 수지성형품 중에 2∼10wt% 배합되는 것이 좋다. 이것은, 카본블랙의 배합량이 2wt% 미만이면 카본블랙이 수지성형품 중에서 상기 도전화제로서 충분히 기능하지 않고, 상기 배합량이 10wt%를 초과하면, 수지성형품의 성형성에 불량을 나타내기 때문이다.

또한, 이 충전재를 배합한 수지재료로 형성된 수지성형품은 다른 부재와의 용착부를 포함하는 경우에는, 충전재 총량의 상한치를 35wt%로 하면 좋다. 이에 따라, 수지성형품의 성형성과 치수안정성을 유지하면서도, 다른 부재와의 용착력을 충분히 확보할 수 있다.

[발명의 효과]

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 고내유성과 저아웃가스성을 갖는 수지재료로 하우징을 형성할 수 있고, 이에 따라, 베어링 장치 및 이 베어링 장치를 조립한 디스크 구동 장치의 청정도를 높게 유지할 수 있다. 또한, 용도에 따라서 탄소섬유나 무기섬유, 또는 카본블랙 등의 충전재를 적량배합한 수지재료로 하우징을 형성함으로써 성형성, 치수안정성, 정전제거성이 뛰어난 하우징을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 동압 베어링 장치를 조립한 스핀들 모터의 단면도이다.

도 2는 제 1 실시형태에 의한 동압 베어링 장치의 단면도이다.

도 3(a)는 베어링 슬리브의 세로 단면도, 도 3(b)는 베어링 슬리브를 화살표A 방향으로부터 본 도면이다.

도 4는 하우징을 화살표B 방향으로부터 본 도면이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 동압 베어링 장치의 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 동압 베어링 장치의 단면도이다.

도 7은 하우징의 요구 특성에 관한 비교 시험 결과이다.

도 8은 하우징의 요구 특성에 관한 비교 시험 결과이다.

[부호의 설명]

1, 11, 21 : 동압 베어링 장치 2, 12, 22 : 축부

3 : 회전 부재 4 : 스테이터 코일

5 : 로터 마그넷 6 : 모터 브래킷

7, 17, 27 : 하우징 7a, 17a, 27a : 측부

7a1 : 상측단면 7a11 : 동압홈

7b, 17b, 27b : 저부 8, 18, 28 : 베어링 슬리브

8a1, 8a2 : 동압홈 8c, 18c, 28c : 하측단면

9 : 허브부 9a : 원반부

9a1 : 하측단면 9b : 원통부

9c : 디스크 탑재면 9d : 테두리부(brim)

10, 20, 30 : 플랜지부 10a, 20a, 30a : 상측단면

13,23 : 씰부 17b1, 27b1 : 내저면

R1, R2 : 레이디얼 베어링부

T1, T2, T11, T12, T21, T22 : 스러스트 베어링부

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 동압 베어링 장치(1)를 조립한 정보 기기용 스핀들 모터의 일 구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 정보 기기용 스핀들 모터는 하드 디스크 등의 기록 디스크 구동 장치에 사용되는 것으로, 축부(2)를 구비한 회전 부재(3)를 회전 가능하게 비접촉 지지하는 동압 베어링 장치(1)와, 예컨대, 반경방향의 갭(gap)을 통해 대향시킨 스테이터 코일(stator coil)(4) 및 로터 마그넷(rotor magnet)(5)과, 모터 브래킷(motor bracket)(6)을 구비하고 있다. 스테이터 코일(4)은 모터 브래킷(6)의 외주에 부착되고, 로터 마그넷(5)은 회전 부재(3)의 외주에 부착된다. 동압 베어링 장치(1)의 하우징(7)은 모터 브래킷(6)의 내주에 접착 고정된다. 회전 부재(3)에는 자기 디스크 등의 디스크상 정보 기록 매체가 하나 또는 복수로 유지된다. 스테이터 코일(4)에 통전되면, 스테이터 코일(4)과 로터 마그넷(5)의 사이에 발생하는 전자력으로 로터 마그넷(5)이 회전하고, 이것에 의해서 회전 부재(3) 및 축부(2)가 일체가 되어서 회전한다.

동압 베어링 장치(1)는, 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(7)과, 하우징(7)의 내부에 고정된 베어링 슬리브(8)와, 하우징(7) 및 베어링 슬리브(8)에 대하여 상대회전하는 회전 부재(3)를 구비하고 있다. 또한, 설명의 편의상, 하우징(7)의 개구측을 상방향, 개구측과 반대인 측을 하방향으로 해서 이하 설명한다.

회전 부재(3)는, 예컨대, 하우징(7)의 개구측에 위치하는 허브부(9)와, 베어링 슬리브(8)의 내주에 삽입되는 축부(2)로 구성된다.

허브부(9)는, 하우징(7)의 개구측을 커버하는 원반부(9a)와, 원반부(9a)의 외주부로부터 축방향 하방으로 연장된 원통부(9b)와, 원통부(9b)의 외주에 형성된 디스크 탑재면(9c) 및 테두리부(brim)(9d)를 구비하고 있다. 도시되지 않은 디스크상 정보 기록 매체는 원반부(9a)의 외주에 끼워져 디스크 탑재면(9c)에 배치된다. 그리고, 도시되지 않은 적절한 유지 수단에 의해 디스크상 정보 기록 매체가 허브부(9)에 유지된다.

축부(2)는 이 실시형태에서는 허브부(9)와 일체로 형성되어 그 하단에 스톱퍼(stopper)로서 플랜지부(10)를 별체로 구비하고 있다. 플랜지부(10)는 금속제이며, 예컨대, 나사 결합 등의 수단에 의해 축부(2)에 고정된다.

베어링 슬리브(8)는, 예컨대, 소결금속으로 이루어지는 다공질체, 특히 구리를 주성분으로 하는 소결금속의 다공질체이며, 원통형으로 형성된다.

베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 레이디 얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)의 레이디얼 베어링면이 되는 상하 2개의 영역이 축방향으로 이격되어 형성되어 있다. 상기 2개의 영역에는, 예컨대, 도 3(a)에 도시된 바와 같은 헤링본 형상의 동압홈(8a1, 8a2)이 각각 형성되어 있다. 상측의 동압홈(8a1)은 축방향 중심(m)(상하의 경사홈 사이 영역의 축방향 중앙)에 대하여 축방향 비대칭으로 형성되어 있고, 축방향 중심(m)보다 상측 영역의 축방향 치수(X1)가 하측 영역의 축방향 치수(X2)보다 크게 되어 있다. 또한, 베어링 슬리브(8)의 외주면(8b)에는 1개 또는 복수의 축방향홈(8b1)이 축방향 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 3개의 축방향홈(8b1)을 원주방향에 등간격으로 형성하고 있다.

베어링 슬리브(8)의 하측단면(8c)의 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링면이 되는 영역에는, 예컨대, 도 3(b)에 도시된 바와 같은 동압홈(8c1)이 형성된다.

하우징(7)은 원통형의 측부(7a)와, 측부(7a)의 하단측에 위치하는 저부(7b)를 구비한 것이며, 적어도 측부(7a)는 수지재료로 형성된다. 측부(7a)의 상측단면(7a1)의 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링면이 되는 영역에는, 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같은 동압홈(7a11)이 형성된다. 이 동압홈(7a11)은 하우징(7)의 측부(7a)를 성형하는 금형의 표면에 동압홈(7a11)의 성형 패턴을 형성해 두고, 측부(7a)의 성형시에 상기 성형 패턴의 형상을 측부(7a)의 상측단면(7a1)에 전사 함으로써 측부(7a)의 성형과 동시에 성형된다.

측부(7a)의 하부에는 측부(7a)와 별체로 형성된 저부(7b)가 개장된다. 저 부(7b)는 금속재료 또는 수지재료로 형성된다. 전자의 경우 저부(7b)는 접착 등의 수단(압입 접착을 포함)으로 측부(7a)에 고정되고, 후자의 경우 저부(7b)는 접착 이외에 초음파 용착이나 레이저 용착 등의 수단에 의해 측부(7a)에 고정된다.

또한, 측부(7a)의 외주에는 상방을 향하여 점차 직경이 커지는 테이퍼진 형상의 외벽(7c)이 형성되어 있다. 이 테이퍼진 형상의 외벽(7c)은 원통부(9b)의 내주면(9b1)과의 사이에 하우징(7)의 저부(7b)측으로부터 상방을 향하여 반경방향 치수가 점차 축소된 고리모양의 씰(seal)공간(S)을 형성한다. 이 씰공간(S)은 축부(2) 및 허브부(9)의 회전시, 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극의 외경측과 연통되어 있다.

동압 베어링 장치(1)의 내부에는 베어링 슬리브(8)의 내부기공(다공질체 조직의 기공)을 포함하고, 윤활유가 충전된다. 윤활유 유면은 항상 씰공간(S) 내에 유지된다. 윤활유로서는, 여러가지가 사용될 수 있지만, 특히 하드 디스크 등의 기록 디스크 구동 장치용 동압 베어링 장치에 제공되는 윤활유에는 저증발율 및 저점도성이 요구되어, 예컨대, 디옥틸 세바케이트(DOS), 디옥틸 아젤레이트(DOZ) 등의 에스테르계 윤활유가 적합하다.

상기 하우징(7)[본 실시형태에서는 측부(7a)]에는 상기 에스테르계 윤활유에 대한 높은 내유성(저흡유성)이 요구되지만, 이 외에도, 성형시의 아웃가스 발생량이나 흡수량을 낮게 억제하는 것이 필요하다. 또한, 높은 내열성도 요구된다.

상기 요구 특성을 만족하는 수지로서, 예컨대, 폴리이미드(PI), 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴 리머(LCP)가 사용 가능하고, 이에 따라, 청정도나 치수안정성, 그리고 내열성이 뛰어난 하우징(7)을 얻을 수 있다. 이 중에서도 특히, 가격면이나 성형시의 유동성(점도)을 고려하면, 액정 폴리머(LCP)가 보다 바람직하다.

상기 수지 중에서 선택되는 하나의 수지를 베이스로 하는 수지재료에는 탄소섬유와 무기섬유 중 적어도 어느 한쪽이 충전재로서 배합된다. 이것에 의하면, 하우징(7)을 보강할 수 있고, 하우징(7)의 온도변화에게 따른 치수변화를 억제하여 높은 치수안정성을 얻을 수 있다. 또한, 이 충전재는 총량에서 하우징(7) 중에 15∼50wt%가 포함되는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 수치범위의 하한값 이하이면 치수안정 효과가 충분히 발휘되지 않고, 상한치를 넘으면 성형 금형 중의 수지의 유동성이 저하하고, 하우징(7)의 성형성에 악영향을 끼치기 때문이다.

무기섬유로서는, 특히 규소(Si)를 포함하지 않는 것이 바람직하고, 예컨대, 티탄산 칼륨 위스커, 산화 아연 위스커, 붕산 알루미늄 위스커 등이 적합하다. 이것은 규소(Si)를 포함하는 무기섬유를 충전재로서 사용하는 경우, 가스화한 유기Si가 베어링 장치나, 예컨대, 하드 디스크의 디스크 표면에 재결정화하여 부착되고, 베어링 장치나 베어링 장치 주변의 청정도를 저하시킬 우려가 있기 때문이다. 또한, 무기섬유의 배합량은 성형 금형 중의 수지재료의 유동성을 양호하게 유지하는 관점으로부터 40wt% 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

탄소섬유를 충전재로 해서 하우징을 성형하는 경우, 하우징(7)의 성형면에 탄소섬유가 일부 돌출 또는 노출된다. 따라서, 탄소섬유를 하우징(7) 중에 함유시킴으로써 성형 금형 내에 수지재료를 유입시킬 때 수지재료 내부에 들어온 금형 내 의 공기가 수지성형품의 성형면에 노출된 탄소섬유와 이 탄소섬유의 주위의 수지재료 사이의 계면부분을 통해 성형품 외부로 방출된다. 이에 따라, 하우징(7) 내부의 보이드 발생이나 하우징(7)의 블리스터를 피하고, 하우징(7)의 성형성을 높일 수 있다. 이 탄소섬유에 의한 가스 제거 작용은 탄소섬유를 하우징(7) 중에 1wt% 이상 함유시킴으로써 충분히 발현된다. 또한, 탄소섬유의 배합량이 40wt%를 초과하면, 하우징(7)의 성형성이나 치수안정성을 양호하게 유지하는 것이 곤란하기 때문에 탄소섬유의 배합량은 40wt% 이하로 억제하는 것이 좋다.

또한, 스러스트 베어링면을 구성하는 하우징(7)의 상측단면(7a1)과 허브부(9)[회전 부재(3)]의 하측단면(9a1)은 동압 베어링 장치(1)의 회전 시동시 또는 정지시에 슬라이딩되지만, 이 때의 내마모성을 고려하는 경우, 하우징(7) 중의 탄소섬유의 함유량은 5∼35wt%인 것이 바람직하다. 이것은 하우징(7)의 내마모성 향상 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는, 적어도 탄소섬유가 5wt% 필요하고, 또한, 타부재[예컨대, 저부(7b) 등]의 하우징(7)으로의 압입시에 충분한 신장을 확보하기 위해서는 상기 함유량을 35wt% 이내로 억제할 필요가 있기 때문이다.

하우징(7)을 형성하는 수지재료에 배합 가능한 충전재로서는 상기 탄소섬유나 무기섬유 이외에 분말상의 도전화제, 예컨대, 카본블랙을 들 수 있다. 카본블랙은 하우징(7) 중에 2∼10wt% 포함되는 것이 바람직하고, 이에 의하면, 예컨대, 회전 부재(3)의 회전시에 발생하는 정전기를 하우징(7)을 통해 접지측 부재 [본 실시형태에서는 모터 브래킷(6)]로 방전시킴으로써, 타부재(예컨대, 하드 디스크의 헤드)로의 대전을 방지할 수 있다. 또한, 동압 베어링 장치(1)의 조립 작업중, 하우 징(7) 등의 구성부품에 정전기가 대전되고, 이 구성부품에 먼지가 부착되지만, 상기한 바와 같이, 하우징(7)에 정전제거성을 부여하면 상기 구성부품에 먼지가 부착되는 것을 방지하여 동압 베어링 장치(1)의 청정도를 유지할 수 있다. 또한, 카본블랙은 보통 하우징(7) 중에 미립자끼리가 응집한 형태로 포함되어 있고, 예컨대, 리사이클 때문에 하우징(7) 성형시의 스풀(spool), 러너부를 용융 혼련시킴으로써 응집 상태의 미립자가 분산된다. 따라서, 하우징(7)의 폐재의 리사이클을 되풀이해도 하우징(7)의 상기 도전성이 열화되지 않는다.

또한, 하우징(7)이 타부재[예컨대, 저부(7b) 등]와의 용착부를 포함하는 경우에는, 하우징(7)에 함유되는 충전재 총량을 35wt% 이하로 억제함으로써 하우징(7)의 성형성과 치수안정성을 유지하면서도, 타부재와의 용착력을 충분히 확보할 수 있다.

이와 같이, 하우징(7)을 상기 수지재료로 형성하면, 고내유성이나 저아웃가스성, 저흡수성, 고내열성을 구비한 하우징을 형성할 수 있고, 이에 의하면, 동압 베어링 장치(1) 및 이 베어링 장치를 조립한 디스크 구동 장치의 청정도를 높게 유지할 수 있다. 또한, 탄소섬유나 무기섬유, 또는 카본블랙 등의 상기 도전화제를 용도에 따라 적량 배합한 수지재료를 예컨대, 사출성형함으로써 성형성, 치수안정성, 정전제거성에도 뛰어난 하우징(7)을 얻을 수 있다.

동압 베어링 장치(1)의 회전 부재(3)[축부(2)]가 회전하면, 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)의 레이디얼 베어링면이 되는 상하 2개의 영역은 각각 축부(2)의 외주면(2a)과 레이디얼 베어링 간극을 통해 대향한다. 그리고, 축부(2)의 회전 에 따라, 상기 레이디얼 베어링 간극에 충전된 윤활유가 동압 작용을 발생하고, 그 압력에 의해 축부(2)가 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지된다. 이에 따라, 회전 부재(3)를 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)가 구성된다. 또한, 하우징(7)의 측부(7a)의 상측단면(7a1)과, 축부(2)와 일체로 성형된 허브부(9)의 하측단면(9a1)의 사이에는 스러스트 베어링 간극이 형성되어 있고, 회전 부재(3)의 회전에 따라, 상기 스러스트 베어링 간극에 충전된 윤활유가 동압 작용을 발생하고, 그 압력에 의해 회전 부재(3)가 스러스트 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지된다. 이에 따라, 회전 부재(3)를 스러스트 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 스러스트 베어링부(T1)가 구성된다. 마찬가지로, 베어링 슬리브(8)의 하측단면(8c)과 축부(2)의 플랜지부(10)의 상측단면(10a)의 사이에 스러스트 베어링 간극이 형성되어, 이 스러스트 베어링 간극에 윤활유의 동압 작용이 생겨서 회전 부재(3)를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 형성된다.

이상, 본 발명의 제 1 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

상기 제 1 실시형태에서는 하우징(7)의 측부(7a)의 상측단면(7a1)에 동압홈(7a11)을 갖는 스러스트 베어링면을 준비함과 아울러[스러스트 베어링부(T1)], 베어링 슬리브(8)의 하측단면(8c)에 동압홈(8c1)을 갖는 스러스트 베어링면을 준비하도록 하고 있지만[스러스트 베어링부(T2)], 본 발명은 스러스트 베어링부(T1)만을 형성한 동압 베어링 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 이 경우, 축부(2)는 플랜지부(10)를 갖지 않는 스트레이트 형상이 된다. 따라서, 하우징(7)은 저부(7b)를 측부(7a)와 일체로 수지재료로 형성함으로써 저면을 가진 원통형의 형태로 할 수 있다.

도 5는 제 2 실시형태에 의한 동압 베어링 장치(11)를 나타내고 있다. 이 실시형태에 있어서, 축부(회전 부재)(12)는 그 하단에 일체 또는 별체로 형성된 플랜지부(20)을 구비하고 있다. 또한, 하우징(17)은 원통형의 측부(17a)와, 측부(17a)와 별체 구조를 이루고, 측부(17a)의 하단부에 위치하는 저부(17b)를 구비하고 있다. 하우징(17)의 측부(17a)의 상단부에는 내주측에 돌출된 씰부(13)가 형성된다. 하우징(17)의 저부(17b)의 내저면(17b1)에는, 도시하진 않았지만, 예컨대, 나선 형상의 동압홈이 형성됨과 아울러 베어링 슬리브(18)의 하측단면(18c)에도 같은 형상의 동압홈이 형성된다. 그리고, 베어링 슬리브(18)의 하측단면(18c)과 축부(12)의 플랜지부(20)의 상측단면(20a)의 사이에 스러스트 베어링부(T11)가 형성되어 하우징(17)의 저부(17b)의 내저면(17b1)과 플랜지부(20)의 하측단면(20b)의 사이에 스러스트 베어링부(T12)가 형성된다.

본 실시형태에 있어서, 하우징(17)의 측부(17a)는 씰부(13)와 함께 수지재료로 형성된다. 따라서, 하우징(17)의 측부(17a)에 상기 제 1 실시형태와 같은 수지재료 및 충전재를 선정하면, 청정도, 치수안정성, 성형성, 정전제거성에 뛰어난 하우징(17)을 얻을 수 있다. 또한, 저부(17b)를 수지재료로 형성하는 경우에는, 측부(17a)와 같은 재료조성으로 할 수 있다. 이 경우에는, 저부(17b)는 초음파 용착 등의 수단으로 측부(17a)에 고정되므로 하우징(17)의 측부(17a) 중의 충전재 총량 은 용착성을 고려하여 35wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.

도 6은 제 3 실시형태에 의한 동압 베어링 장치(21)를 나타내고 있다. 이 실시형태에 있어서, 씰부(23)는 하우징(27)의 측부(27a)와 별체로 형성되어 하우징(27)의 상단부 내주에 압입, 또는 용착 등의 수단에 의해 고정된다. 또한, 하우징(27)의 저부(27b)는 하우징(27)의 측부(27a)와 일체로 수지재료로 형성형되어, 저면을 갖는 원통형의 형태를 이루고 있다. 또한, 이외의 구성은 제 2 실시형태에 준하므로 설명을 생략한다.

본 실시형태에 있어서, 하우징(27)은 측부(27a)와 저부(27b)를 일체로 한 수지재료로 형성된다. 따라서, 하우징(27)에 상기 제 1 실시형태와 같은 수지재료 및 충전재를 선정하면, 청정도, 치수안정성, 성형성, 정전제거성에 뛰어난 하우징(27)을 얻을 수 있다.

[실시예]

본 발명의 유용성을 입증하기 위해서, 액정 폴리머(LCP)를 모재로 해서, 탄소섬유, 무기섬유(붕산 알루미늄 위스커, 산화 아연 위스커), 카본블랙에 대해서 각각의 배합비를 변경한 것을 충전재로 해서 하우징(7)을 형성하고, 하우징(7)에 대한 요구 특성에 대해서 비교를 행하였다.

또한, 본 실시예에서는 에스테르계 윤활유로서 Nippon Steel Chemical Co., Ltd.의 H3110을, 액정 폴리머(LCP)로서 파우더 상의 액정 폴리머(제조 방법은 후술함)를, 탄소섬유로서 Toho Tenax Co., Ltd.의 Besfight HTA-C6-E를, 붕산 알루미늄 위스커로서 Shikoku Corporation의 Alborex Y를, 산화 아연 위스커로서 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.의 Panatetra WZ-0501을, 카본블랙으로서 Lion Corporation의 Ketchen Black EC를 각각 사용했다. 또한, 이 실시예에서는 이형제(mold releasing agent)로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 배합하고 있고, 구체적으로는 Kitamura Ltd.의 KT-300M을 사용했다. 또한, 상기 파우더 상의 액정 폴리머(LCP)의 제조 방법은 후술하는 바와 같다.

[파우더 상 액정 폴리머(LCP)의 제조 방법]

교반장치, 토크미터(torque meter), 질소 가스 도입관, 온도계 및 환류 냉각기를 구비한 반응기에 피-하이드록시벤조산(p-hydroxybenzoic acid) 994.5g(7.2몰), 4,4'－디하이드록시바이페닐(4,4'-dihydroxybiphenyl) 446.9g(2.4몰), 테레프탈산(terephthalic acid) 299.0g (1.8몰), 이소프탈산 99.7g(0.6몰) 및 무수초산(acetic anhydride) 1347.6g(13.2몰)을 충전하였다. 반응기 내를 충분히 질소 가스로 치환한 후, 질소 가스 기류하에서 30분에 걸쳐 150℃까지 승온하고, 온도를 유지하여 3시간 환류시켰다. 그 후, 추출하는 부생 초산, 미반응의 무수초산을 제거하면서 2시간 50분에 걸쳐 320℃까지 승온하고, 토크의 상승이 인정을 받는 시점을 반응 종료로 간주하고, 내용물을 인출했다. 얻어진 고형분은 실온까지 냉각하고, 조분쇄기(coarse grinder)로 분쇄한 후, 질소 분위기하에서 실온으로부터 250℃까지 1시간에 걸쳐 승온하고, 250℃로부터 280℃까지 5시간에 걸쳐 승온하고, 280℃로 3시간 유지하고, 고상으로 중합 반응을 진행시켰다. 이에 따라, 유동 개시 온도가 327℃인 파우더 상 액정 폴리머(LCP)가 얻어졌다.

도 7은 충전재로서 주로 무기섬유(붕산 알루미늄 위스커 또는 산화 아연 위 스커)와 카본블랙을 배합비를 변경하여 배합한 하우징(7)에 관한 시험 결과를 나타낸다. 비교예3, 비교예5와 같이, 충전재의 총량이 50wt%를 넘으면, 수지나 충전재의 종류에 관계없이 성형성이나 신장에 문제가 발생한다. 이에 대하여, 본 발명에 의한 배합예1∼배합예4에서는 성형성, 치수안정성(저선팽창계수), 정전제거성, 신장의 모든 면에 있어서, 비교예에 비해 뛰어난 결과가 얻어졌다. 또한, 배합예4에 대해서는, 수지재료 내부의 가스제거 효과가 인정을 받았다.

도 8은 충전재로서 탄소섬유와 무기섬유(붕산 알루미늄 위스커), 및 카본블랙을 배합비를 변경하여 배합한 하우징(7)에 관한 시험 결과를 나타낸다. 비교예6∼비교예8과 같이, 탄소섬유가 포함되어 있지 않은 것에 대해서는 내마모성이 부족하다. 또한, 비교예10과 같이, 탄소섬유의 배합량이 지나치게 많으면(35wt%를 초과하면) 상대재료[회전 부재(3) 등]를 손상시키기 때문에 오히려 내마모성이 저하된다. 이에 대하여, 배합예5∼배합예7과 같이, 탄소섬유가 5wt% 이상 포함되어 있는 것에 대해서는 양호한 내마모성을 나타냈다.

이 동압 베어링 장치는, 정보 기기, 예컨대, HDD 등의 자기 디스크 장치, CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM 등의 광디스크 장치, MD, MO 등의 광자기 디스크 장치 등의 스핀들 모터, 레이저 빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐닝 모터, 또는 축류 팬 등의 소형 모터용으로 적합하다.

Claims (8)

1. 저부를 일체 또는 별체로 갖는 하우징과, 하우징의 내주에 고정된 베어링 슬리브와, 베어링 슬리브 및 하우징에 대하여 상대회전하는 회전 부재를 구비하고, 베어링 간극에 발생하는 윤활유체의 동압 작용에 의해 회전 부재를 레이디얼 방향 및 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 동압 베어링 장치에 있어서:

   윤활유체가 에스테르계 윤활유이며, 하우징이 액정 폴리머(LCP)를 베이스로 하는 수지재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징을 형성하는 수지재료에 탄소섬유 또는 무기섬유 중 적어도 어느 한쪽을 충전재로서 배합하고, 충전재의 총량이 15∼50wt%인 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 충전재는 1wt% 이상의 탄소섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 무기섬유가 규소(Si)를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 무기섬유가 위스커인 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 충전재에 분말상의 도전화제를 배합한 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 분말상의 도전화제가 2∼10wt%의 카본블랙인 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 충전재 총량의 상한치가 35wt%인 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.

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