KR20080013863A - 동압 베어링 장치 - Google Patents

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KR20080013863A
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radial
thrust
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켄지 이토
이사오 코모리
후미노리 사토지
후유키 이토
요시하루 이나즈카
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엔티엔 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 동압 베어링 장치의 저비용화를 도모하는 것이다. 동압 베어링 장치는 축부재(2)의 외주면과 베어링 부재(7)의 내주면(7a) 사이의 레이디얼 베어링 간극에 발생한 동압 작용으로 축부재(2)를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 것으로, 축부재(2), 베어링 부재(7), 덮개 부재(8) 및 시일 부재(9)로 구성된다. 베어링 부재(7)의 내주에 축부재(2)가 삽입되고, 그 하단 개구부가 덮개 부재(8)에 의해 밀봉되어 있다. 시일 부재(9)는 베어링 부재(7)의 상단 개구부에 장착되며, 축부재(2)의 외주면과의 사이에 시일 공간(S)을 형성하고 있다. 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 동압 홈(G)은 베어링 부재(7)의 내주면(7a)에 틀성형에 의해 형성된다.
동압 베어링 장치

Description

동압 베어링 장치{DYNAMIC PRESSURE BEARING DEVICE}
본 발명은 동압 베어링 장치에 관한 것이다.
동압 베어링 장치는 베어링 부재와, 베어링 부재의 내주에 삽입한 축부재의 상대 회전에 의해 베어링 간극에 생긴 유체의 동압 작용으로 압력을 발생시켜, 이 압력으로 축부재를 비접촉 지지하는 베어링 장치이다. 이 동압 베어링 장치는 고속회전, 고속 회전 정밀도, 저소음 등의 특징을 구비하는 것이며, 정보기기, 예를 들면 HDD 등의 자기디스크 장치, CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM 등의 광디스크 장치, MD, MO 등의 광자기디스크 장치 등에 있어서의 디스크 드라이브용의 스핀들 모터, 레이저빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐너 모터, 프로젝터의 컬러 휠 모터, 혹은 축류 팬 등의 소형 모터용의 베어링 장치로서 바람직하다.
예를 들면 HDD 등의 디스크 구동장치의 스핀들 모터에 장착되는 동압 베어링 장치에서는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 축부재(20)를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부(R)와, 축부재를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부(T)가 설치된다. 이 레이디얼 베어링부(R)의 베어링으로서는, 원통형상의 베어링 슬리브(80)의 내주면에 동압 발생용의 홈(동압 홈)을 형성한 동압 베어링이 공지이며, 스러스트 베어링부(T)로서는, 예를 들면 축부재(20)의 플랜지부(20b)의 양 단면, 또는 이것에 대향하는 면(슬리브부(80)의 끝면(81)이나, 하우징(70)의 저부에 고정되는 덮개 부재(61)의 끝면(61a) 등)에 동압 홈을 형성한 동압 베어링이 이미 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1∼2 참조).
이 종류의 동압 베어링 장치에 있어서, 통상 베어링 슬리브(80)는 하우징(70)의 내주의 소정 위치에 고정되고, 또한 하우징(70)의 내부 공간에 주유한 윤활유가 외부로 새는 것을 방지하기 위해서 하우징(70)의 개구부에 시일 부재(90)를 설치할 경우가 많다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 2003-65324호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허공개 2003-336636호 공보
상술한 바와 같이, 도 19에 나타내는 동압 베어링 장치에서는, 하우징의 내주면에 베어링 슬리브를 고정하는 구조이기 때문에 양자를 고정하기 위한 접착 공정 등을 요하여 조립 공정이 번잡화되어 있다. 특히 하우징에 대한 베어링 슬리브의 축방향의 고정 정밀도는, 스러스트 베어링부에서의 스러스트 베어링 간극의 폭정밀도도 좌우하기 때문에, 그 고정에는 신중을 필요로 하고, 이것이 새로운 고비용화의 요인이 되고 있다.
그래서, 본 발명은 동압 베어링 장치의 저비용화를 도모하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 동압 베어링 장치는, 축부재와, 내주에 축부재가 삽입되고, 외주면에 브래킷에 고정하기 위한 고정면이 형성된 베어링 부재와, 축부재의 외주면과 베어링 부재의 내주면 사이의 레이디얼 베어링 간극에 생긴 윤활유체의 동압 작용에 의해 축부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부와, 축부재를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부와, 레이디얼 베어링 간극에 면한 베어링 부재의 내주면에 틀성형으로 형성되어, 레이디얼 베어링 간극에 윤활유체의 동압 작용을 발생시키는 동압 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같이, 본 발명에서는 베어링 부재가 브래킷(예를 들면 스테이터 코일의 부착부를 갖는 브래킷)에 고정하기 위한 고정면을 구비하고 있다. 또한 베어링 부재의 내주면과 이것에 대향하는 축부재의 외주면 사이에는, 윤활유체(윤활유, 자성유체, 에어 등)의 동압 작용을 발생시키는 레이디얼 베어링 간극이 형성되어 있다. 이상의 구성으로부터, 본 발명에 있어서의 베어링 부재는, 도 19에 나타내는 종래품에 있어서 하우징(70)과 베어링 슬리브(80)를 일체화한 구조에 상당하다. 이것에 의해 하우징과 베어링 슬리브의 고정 공정을 생략함과 아울러, 부품수의 삭감을 통해서 동압 베어링 장치의 저비용화를 꾀할 수 있다. 또한 종래와 같이 베어링 슬리브의 하우징에 대한 고정 정밀도에 의해, 스러스트 베어링부의 스러스트 베어링 간극의 폭이 좌우되는 일은 없고, 스러스트 베어링 간극의 폭 관리를 용이화할 수 있다.
비용면을 고려하면, 베어링 부재는 수지나 금속 등의 사출성형으로 형성하는 것이 바람직하다. 사출성형이면 레이디얼 베어링부의 동압 발생부를 그 형상에 대응한 성형부를 갖는 성형틀을 사용함으로써, 베어링 부재의 성형과 동시에 틀성형할 수 있고, 동압 베어링 장치의 새로운 저비용화를 꾀할 수 있다.
베어링 부재의 개구부에는 시일 부재로 시일 공간을 형성할 수 있다. 이 시일 공간은 시일 부재의 내주에 형성하는 것 외에, 시일 부재의 외주에 형성할 수도 있다. 전자는 시일 부재를 베어링 부재에 고정하는 구조에 적합한 것으로, 이 경우에는 예를 들면 시일 부재의 내주면과 축부재의 외주면 사이에 시일 공간이 형성된다. 후자는 시일 부재를 축부재에 고정하는 구조에 적합한 것으로, 이 경우에는 예를 들면 시일 부재의 외주면과 베어링 부재의 내주면 사이에 시일 공간이 형성된다.
또한 본 발명의 동압 베어링 장치는 축부재와, 소경 내주면 및 대경 내주면을 형성하고, 소경 내주면을 레이디얼 베어링 간극을 통해서 축부재의 외주면과 대향시켜, 외주면에 브래킷에 고정하기 위한 고정면이 형성된 베어링 부재와, 베어링 부재의 대경 내주면과 대향하는 외주면을 구비하고, 베어링 부재의 개구부에 시일 공간을 형성하는 시일 부재와, 레이디얼 베어링 간극에 생긴 윤활유의 동압 작용에 의해 축부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부와, 축부재를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 구성에서도, 베어링 부재가 브래킷(특히 스테이터 코일의 부착부를 갖는 브래킷)에 고정하기 위한 고정면을 구비하고 있다. 또한 베어링 부재의 소경 내주면과 이것에 대향하는 축부재의 외주면 사이에는 윤활유체(윤활유, 자성유체, 에어 등)의 동압 작용을 발생시키는 레이디얼 베어링 간극이 형성되어 있다. 이상의 구성으로부터, 본 발명에 있어서의 베어링 부재는, 도 19에 나타내는 종래품에 있어서 하우징(70)과 베어링 슬리브(80)를 일체화한 구조에 상당한다. 이것에 의해 하우징과 베어링 슬리브의 고정 공정을 생략함과 아울러 부품수의 삭감을 통해서 동압 베어링 장치의 저비용화를 꾀할 수 있다. 또한 종래와 같이 베어링 슬리브의 하우징에 대한 고정 정밀도에 의해 스러스트 베어링부의 스러스트 베어링 간극의 폭이 좌우되는 일은 없고, 스러스트 베어링 간극의 폭 관리를 용이화할 수 있다.
이 경우, 시일 공간은 시일 부재의 내주에 형성하는 것 외에, 시일 부재의 외주에 형성할 수도 있다. 전자는 시일 부재를 베어링 부재에 고정하는 구조에 적합한 것으로, 이 경우에는 예를 들면 시일 부재의 내주면과 축부재의 외주면 사이에 시일 공간이 형성된다. 후자는 시일 부재를 축부재에 고정하는 구조에 적합한 것으로, 이 경우에는 예를 들면 시일 부재의 외주면과 베어링 부재의 대경 내주면 사이에 시일 공간이 형성된다.
상기 어느 구성에 있어서나, 베어링 부재의 끝면과 시일 부재의 끝면을 축방향으로 결합 가능하게 할 수도 있다. 이 경우, 조립시에 양자를 결합시키면 시일 부재의 축방향에서의 위치 정밀도를 높일 수 있다. 예를 들면 도 19에 나타내는 바와 같이, 시일 공간과 대향하는 축부재의 외주면을 테이퍼상으로 했을 경우, 시일 부재의 위치 정밀도가 불충분하면 시일 공간의 용적에 불균일을 발생시킬 우려가 있다. 시일 공간은 동압 베어링 장치의 내부 공간에 충만된 윤활유의 온도변화에 따르는 용적 변화량을 흡수하는 기능(버퍼 기능)을 갖는 것이기 때문에, 시일 공간의 용적의 불균일은 오일누출 등의 요인이 될 가능성이 있다. 이것에 대하여 본 발명에서는, 축부재의 끝면과의 결합에 의해 시일 부재에 대해서도 높은 위치 정밀도가 얻어지므로, 이러한 걱정을 불식시킬 수 있다.
동압 베어링 장치의 운전 중에는, 가공 오차 등의 영향에 의해 베어링 장치 내의 윤활유체를 채운 공간이 국소적으로 부압으로 될 경우가 있다. 이러한 부압 발생은 윤활유체 중에서의 기포의 생성, 기포의 생성에 의한 진동의 발생 등의 문제를 초래하므로 바람직하지 못하다.
이것에 대하여, 베어링 부재를 관통하여 스러스트 베어링부의 베어링 간극과 시일 공간을 연통하는 유체유로를 설치하면, 밀폐측으로 되는 스러스트 베어링부의 베어링 간극에 채워진 윤활유체가 유체유로를 통해서 대기 개방측의 시일 공간 및 레이디얼 베어링부의 베어링 간극과의 사이에서 유통 가능해지기 때문에, 국소적인 부압 발생, 및 이것에 의한 기포의 발생 등을 방지할 수 있다. 어떠한 이유에서 윤활유체 중에 기포가 혼입된 경우에도, 기포가 윤활유체와 함께 순환할 때에 시일 공간으로부터 외기로 배출되므로, 기포에 의한 악영향은 보다 한층 효과적으로 방지된다.
이 유체유로는, 예를 들면 일단을 스러스트 베어링부의 베어링 간극(스러스트 베어링 간극)에 연결시킨 축방향부와, 베어링 부재의 끝면과 시일 부재의 끝면 사이에 형성되어 축방향부의 타단과 시일 공간을 연통하는 반경 방향부를 갖는 것으로 구성할 수 있다.
유체유로는 베어링 부재(베어링 슬리브)의 성형과 동시에, 혹은 베어링 부재 성형 후의 후가공에 의해 형성할 수 있다. 그러나, 유체유로의 내경 치수는 일반적으로 미소(수십㎛∼수백㎛ 정도)하기 때문에, 이것을 정밀도 좋고 또한 안정되게 형성하는 것은 어렵다.
상술의 문제는 유체유로를 대경화함으로써 해결할 수 있다. 그러나, 그 한편으로, 유체유로의 전체를 단지 대경화한 것 만으로는 베어링 부재의 강도 저하를 초래할 우려가 있다. 또한 유체유로의 대경화에 따라, 다른 유체 유지공간으로부터 유체유로로 유체가 과잉으로 흘러 들어옴으로써, 본래 압력이 높아져야 할 장소로부터 유체가 빠져나가거나, 혹은 국소적으로 부압 상태를 발생시킬 우려가 있다. 그 때문에 도리어 베어링 내부의 압력 밸런스가 무너질 가능성이 있다.
본 발명에서는, 동압 베어링 장치에 있어서 베어링 내부의 압력상태를 적정화하는 유체유로를 정밀도 좋고 또한 안정되게 형성하기 위해서, 베어링 부재에 그 축방향 양측으로 개구하고, 레이디얼 베어링 간극을 포함하는 축부재의 외주면과 베어링 부재의 내주면 간극의 양단 사이에서 유체를 유통시킬 수 있는 유체유로를 설치하고, 또한 유체유로의 유로면적을 그 축방향으로 다르게 했다.
이와 같이, 본 발명은 베어링 부재에 설치된 유체유로의 유로면적을, 그 축방향으로 다르게 한 것을 특징으로 하는 것이다. 이러한 구성에 의하면, 유체유로 중 적어도 그 유로면적을 크게 한 영역에서는 이러한 유체유로의 가공성이나 성형성을 개선할 수 있다. 또한 베어링 내부에서의 유체의 보유량이 증가함으로써 유체의 열화를 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 유체유로에 그 유로면적을 작게 한 영역을 형성함으로써 유체의 유체유로로의 과잉한 유입을 최대한 회피하여, 베어링 내부에 있어서의 압력 밸런스를 적정하게 유지할 수 있다.
상기 유체유로는, 예를 들면 유로면적이 작은 제 1 유로부와, 제 1 유로부에 비해서 유로면적이 큰 제 2 유로부를 설치한 것으로 할 수 있다.
상기 유체유로를 갖는 동압 베어링 장치로서, 예를 들면 스러스트 베어링 간극에 형성되는 유체막을 통해서 축부재와 베어링 부재의 어느 한쪽을 스러스트 방향으로 회전가능하게 지지하는 제 1 스러스트 베어링부를 더 구비하고, 또한 제 1 스러스트 베어링부에 그 스러스트 베어링 간극에 유체의 동압 작용을 발생시키는 제 1 동압 발생부를 설치한 것이 고려된다. 이 경우, 유체유로가 스러스트 베어링 간극의 압력발생 영역에 개구되어 있으면, 개구부를 통해서 압력의 누출이 생기고, 동압 발생부에 의한 동압효과가 불충분하게 될 우려가 있다. 따라서, 유체유로는 제 1 동압 발생부를 피해서 그 내경측 혹은 외경측에 개구시키는 것이 바람직하다.
제 1 동압 발생부보다 외경측에 유체유로를 개구시킬 경우, 축부재의 필요 축지름과의 균형으로부터 제 1 동압 발생부의 형성 영역을 내경측으로 확대하는 것은 어렵다. 이 경우, 유체유로의 상기 개구부를 유로면적이 작은 제 1 유로부로 함으로써 제 1 동압 발생부의 형성 영역을 가능한 한 외경측으로 확대하는 것이 가능해진다. 따라서, 제 1 동압 발생부에서 용이하게 필요면적을 확보할 수 있고, 베어링설계의 자유도가 높아진다.
또한 다른 구성으로서, 스러스트 베어링 간극에 형성되는 유체막을 통해서 축부재와 베어링 부재의 어느 한쪽을 스러스트 방향으로 회전가능하게 지지하는 제 2 스러스트 베어링부를 더 구비하고, 또한 제 2 스러스트 베어링부에 그 스러스트 베어링 간극에 유체의 동압 작용을 발생시키는 제 2 동압 발생부를 설치한 것이 고려된다.
상기 구성에 있어서, 유체유로를 개구시킴에 있어서 상기 베어링 장치의 외경측에서는 내경측에 비해서 치수상의 제약이 느슨하기 때문에, 제 2 동압 발생부의 형성 영역을 용이하게 외경측으로 확대할 수 있다. 따라서, 유체유로를 제 2 동압 발생부보다 내경측에 개구시킬 경우에는, 그 개구 면적에 관계없이 제 2 동압 발생부의 형성 영역을 확보할 수 있다. 이것에 의해, 상기 개구부를 제 1 유로부에 비해서 그 유로면적을 크게 한 제 2 유로부로 한 경우에도, 이것에 의한 제 2 동압 발생부의 면적감소를 회피할 수 있고, 베어링 설계의 새로운 용이화가 도모된다.
유체유로는, 그 유로면적을 축방향으로 다르게 한 영역(예를 들면 제 1 유로부와 제 2 유로부)을 갖는 것인 한, 여러 가지 형태를 채택할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 유체유로를 베어링 부재의 축방향 일단측에 개구하는 제 2 유로부와, 제 2 유로부와의 사이에서 단차를 갖고, 또한 베어링 부재의 축방향 일단측에 개구하는 제 1 유로부로 구성할 수 있다. 또는, 제 2 유로부로부터 제 1 유로부를 향해서 그 유로면적이 점차 축소되는 영역을, 유체유로의 축방향 일부 또는 전체에 걸쳐서 형성한 구성으로 할 수 있다.
이들 유체유로를 포함하는 베어링 내부의 유체 보유공간은, 통상 시일 공간 을 통해서 대기와 연통 가능해지도록 구성된다. 이 경우, 제 1 유로부를, 제 2 유로부를 통해서 외기에 개방되도록 스러스트 베어링부를 설치하는 것이 바람직하다. 제 1 유로부를 제 1 동압 발생부보다 외경측에 개구할 경우에는, 이러한 제 1 동압 발생부를 시일 공간과는 반대측의 대기 폐쇄측에 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 베어링 부재의 외기에 연통하는 시일 공간의 측에 제 1 동압 발생부를 설치할 경우와 비교하여, 이러한 스러스트 베어링 간극에 있어서의 유체압력을 용이하게 높일 수 있다.
또한 베어링 부재는, 수지 또는 금속의 일체 성형품으로 함으로써, 유체유로를 베어링 부재의 성형시에 베어링 부재 본체와 동시에 형성할 수 있다.
상기 구성의 동압 베어링 장치는 로터 마그넷와 스테이터 코일을 갖는 모터, 예를 들면 HDD용의 스핀들 모터 등에 바람직하게 사용할 수 있다.
발명의 효과
이상으로부터, 본 발명에 의하면 동압 베어링 장치의 저비용화를 꾀할 수 있다.
또한 베어링 내부의 압력상태를 적정화하는 유체유로를 정밀도 좋고 또한 안정되게 형성할 수 있다.
도 1은 동압 베어링 장치를 장착한 모터의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 3은 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 4는 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 5는 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 6은 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 7은 레이디얼 베어링부의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8은 레이디얼 베어링부의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 9는 동압 베어링 장치를 장착한 스핀들 모터의 단면도이다.
도 10은 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 11은 베어링 부재의 단면도이다.
도 12는 베어링 부재를 도 10 중의 화살표A의 방향으로부터 본 평면도이다.
도 13은 베어링 부재를 도 10 중의 화살표B의 방향으로부터 본 평면도이다.
도 14는 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 15는 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 16은 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 17은 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 18은 유체유로의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 19는 동압 베어링 장치의 종래 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 동압 베어링 장치 2 : 축부재
2a : 축부 6 :브래킷
6b : 스테이터 코일 부착부 7 : 베어링 부재
7a : 소경 내주면 7b : 외주면
7c : 하측 끝면 7d1 : 제 1 대경 내주면
7d2 : 제 1 대경 내주면 7e : 상측 끝면
8 : 덮개 부재 9 : 시일 부재
G : 동압 홈 S : 시일 공간
R1 : 제 1 레이디얼 베어링부 R2 : 제 2 레이디얼 베어링부
T1 : 제 1 스러스트 베어링부 T2 : 제 2 스러스트 베어링부
T : 스러스트 베어링부
1, 21, 31, 41, 51 : 동압 베어링 장치 2, 22a : 축
2b, 22b : 플랜지부 3, 22 : 축부재
4 : 스테이터 코일 5 : 로터 마그넷
7, 27 : 베어링 부재 8 : 슬리브부
8b : 제 1 스러스트 베어링면 8b1 : 동압 홈
9, 29 , 49, 59 : 하우징부 9a : 제 2 스러스트 베어링면
9a1 : 동압 홈 10 : 허브부
12 : 연통 구멍 12a : 소경부
12b : 대경부 25 : 덮개 부재
25a : 제 2 스러스트 베어링면 25c : 반경방향 홈
32 : 축방향 홈 32a : 소경부
32b : 대경부 S, S2 : 시일 공간
R1, R2 : 레이디얼 베어링부
T1, T2, T11, T12 : 스러스트 베어링부
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 동압 베어링 장치(유체 동압 베어링 장치)(1)를 장착한 정보기기용 스핀들 모터의 일구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 정보기기용 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동장치에 사용되는 것으로, 동압 베어링 장치(1)와, 동압 베어링 장치(1)의 축부재(2)에 부착된 디스크 허브(3)와, 예를 들면 반경방향의 갭을 통해서 대향시킨 스테이터 코일(4) 및 로터 마그넷(5)과, 브래킷(6)을 구비하고 있다. 스테이터 코일(4)은 브래킷(6)의 예를 들면 외주면에 설치한 스테이터 코일 부착부(6b)에 부착되고, 로터 마그넷(5)은 디스크 허브(3)의 내주에 부착되어 있다. 디스크 허브(3)는 그 외주에 자기디스크 등의 디스크(D)를 한장 또는 복수장 유지한다. 스테이터 코일(4)에 전류가 통하면 스테이터 코일(4)과 로터 마그넷(5)의 사이에 발생하는 전자력에 의해 로터 마그넷(5)이 회전하고, 그것에 따라 디스크 허브(3), 및 축부재(2)가 일체로 되어서 회전한다.
도 2는 상기 스핀들 모터에서 사용되는 동압 베어링 장치(1)의 단면도이다. 이 동압 베어링 장치(1)는 축부재(2)와, 내주에 축부재(2)를 삽입한 베어링 부재(6)와, 베어링 부재(7)에 고정된 덮개 부재(8) 및 시일 부재(9)를 주요 구성부품으로 하여 구성된다. 또, 이하에서는, 설명의 편의상 베어링 부재(7)의 시일 부재(9)로 시일된 측을 상측, 그 축방향 반대측을 하측으로 해서 설명을 진행시킨다.
이 동압 베어링 장치(1)에서는, 베어링 부재(7)의 내주면(7a)과 축부재(2)의 축부(2a) 외주면 사이에 제 1 레이디얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)가 축방향으로 이격하여 설치되어 있다. 또한 베어링 부재(7)의 하측 끝면(7c)과 축부재(2)의 플랜지부(2b)의 상측 끝면(2b1) 사이에 제 1 스러스트 베어링부(T1)가 설치되고, 덮개 부재(8)의 내저면(8a1)과 플랜지부(2b)의 하측 끝 면(2b2) 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 설치된다.
축부재(2)는 스테인레스강 등의 금속재료로 형성되어, 축부(2a)와 축부(2a)의 하단에 일체 또는 별체로 형성된 플랜지부(2b)를 구비하고 있다. 축부재(2)의 전체를 금속으로 형성하는 것 외에, 예를 들면 플랜지부(2b)의 전체 혹은 그 일부( 예를 들면 양단면)를 수지로 구성함으로써 금속과 수지의 하이브리드 구조로 할 수도 있다.
베어링 부재(7)는 수지의 사출성형에 의해 형성된다. 이 베어링 부재(7)는 내주에 축부재(2)의 축부(2a)를 삽입한 슬리브부(71)와, 슬리브부(71)의 상단 외경부에 형성된 상측 돌출부(72)와, 슬리브부(71)의 하단 외경부에 형성된 하측 돌출부(73)로 일체적으로 구성된다. 베어링 부재(7)의 내주면은 소경 내주면(7a)과, 이것보다 대경인 제 1 및 제 2 대경 내주면(7d1, 7d2)으로 이루어지고, 슬리브부(71)에 소경 내주면(7a), 상측 돌출부(72)에 제 1 대경 내주면(7d1), 하측 돌출부(73)에 제 2 대경 내주면(7d2)이 각각 형성된다. 한편, 베어링 부재(7)의 외주면(7b)의 외경치수는 슬리브부(71), 및 상하의 돌출부(72, 73)를 막론하고 대략 균일한 지름이다. 베어링 부재(7)의 외주면(7b)이, 도 1에 나타내는 브래킷(6)의 내주면(6a)에 고정하기 위한 고정면이 된다. 베어링 부재(7)의 브래킷(6)에의 고정은, 예를 들면 접착에 의해 행하여진다.
베어링 부재(7)를 형성하는 수지는 주로 열가소성 수지이며, 예를 들면 비결정성 수지로서 폴리설폰(PSU), 폴리에테르설폰(PES), 폴리페닐설폰(PPSU), 폴리에테르이미드(PEI) 등, 결정성 수지로서 액정 폴리머(LCP), 폴리에테르에테르케 톤(PEEK), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 등을 사용할 수 있다. 또한 상기의 수지에 충전하는 충전재의 종류도 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 충전재로서 유리섬유 등의 섬유상 충전재, 티탄산 칼륨 등의 휘스커형상 충전재, 마이카 등의 비늘편 형상 충전재, 카본섬유, 카본블랙, 흑연, 카본나노마테리알, 금속분말 등의 섬유상 또는 분말상의 도전성 충전재를 사용할 수 있다. 이들 충전재는 단독으로 사용하거나, 또는 2종이상을 혼합해서 사용해도 좋다. 이 동압 베어링 장치(1)에서는 베어링 부재(7)를 형성하는 재료로서 결정성 수지로서의 액정 폴리머(LCP)에, 도전성 충전재로서의 카본섬유 또는 카본나노튜브를 2∼8wt% 배합한 수지재료를 사용하고 있다.
베어링 부재(7)의 소경 내주면(7a)에는 제 1 레이디얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)의 레이디얼 베어링면이 되는 상하 2개의 영역이 축방향으로 이격해서 형성된다. 이들 2개의 영역에는, 동압 발생부로서 예를 들면에 헤링본 형상으로 배열된 복수의 동압 홈(G)이 각각 형성된다. 제 1 레이디얼 베어링부(R1)에 대응하는 상측의 영역의 동압 홈(G)은 축방향에서 비대칭으로 형성되어 있고, 상기영역 내에서는 상측의 동압 홈의 축방향 길이(X)가 하측의 동압 홈의 축방향 길이(Y)보다 약간 크게 되어 있다(X>Y). 한편, 제 2 레이디얼 베어링부(R2)에 대응하는 하측의 영역의 동압 홈(G)은 축방향 대칭으로 형성되어, 상기 영역 내에서는 상하의 동압 홈(G)의 축방향 길이가 각각 같다.
베어링 부재(7)의 소경 내주면(7a)의 레이디얼 베어링면이 되는 영역은 베어링 부재(7)의 사출성형시에 동시에 틀성형할 수 있다. 이것은, 예를 들면 성형틀이 되는 코어 로드의 외주에 헤링본 형상에 대응한 요철형상을 갖는 성형부를 형성하고, 이 코어 로드를 베어링 부재(7)의 형상에 대응한 캐비티의 규정 위치에 배치한 상태에서 캐비티에 수지를 사출함으로써 행할 수 있다.
이 경우, 사출재료의 고화 후는, 코어 로드의 성형부와 레이디얼 베어링면이 되는 영역이 축방향에서 요철 결합하기 때문에 코어 로드의 탈형시의 작업성이 문제가 된다. 이 경우, 상술한 바와 같이 사출재료로서 수지를 사용하면 코어 로드의 인발에 따라서 레이디얼 베어링면으로 되는 영역의 수지가 탄성 변형하고, 그 후 원래의 형상으로 되돌아오므로, 성형 후의 동압 홈 형상을 무너뜨리거나, 상처를 입히거나 하지 않아 코어 로드를 원활하게 베어링 부재(7)의 내주로부터 인발할 수 있다. 또, 상기에 예시한 수지재료 중, LCP는 용융 수지의 흐름방향, 성형 조건 등을 검토함으로써 고화 후의 성형품 내경 치수를 코어 로드의 외경 치수보다 크게 하는 것이 가능하므로, 코어 로드의 인발을 용이하게 행할 수 있다. 또한 PPS, PEEK는 충전재의 선정에 의해 이방성을 적게 할 수 있고, 이것에 의해 진원도 등의 치수 정밀도를 높이는 것이 가능하기 때문에, 인발시의 수지의 변형을 억제하여 인발 작업성을 높일 수 있다.
베어링 부재(7)의 하측 끝면(7c)에는 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링면이 되는 영역이 형성된다. 이 영역에는 동압 발생부로서, 예를 들면 스파이럴상으로 배열한 복수의 동압 홈이 형성되어 있다(도시생략). 이 동압 발생부는 베어링 부재(7)의 사출성형과 동시에 틀성형으로 형성할 수 있다.
베어링 부재(7)의 성형 소재로서는 코어 로드를 인발할 때에 레이디얼 베어 링면이 되는 영역에서 충분한 탄성 변형이 얻어지는 재질인 한 수지 이외도 선택할 수도 있고, 예를 들면 황동 등의 연질 금속재료나 그 밖의 금속재료(소결 금속도 포함함)로 베어링 부재(7)를 형성할 수도 있다. 또한 사출성형의 일형태로서 저융점 금속(알루미늄 합금 등)의 사출성형이나 MIM 성형을 채용할 수도 있다.
베어링 부재(7)의 하측 개구부는 덮개 부재(8)에 의해 밀봉된다. 덮개 부재(8)는 황동 등의 연질 금속재료나 그 밖의 금속재료, 혹은 수지재료를 이용하여 저부(8a)와 저부(8a)의 외경부 상방으로 돌출하는 원통부(8b)로 이루어지는 밑면을 구비하는 원통형상으로 일체 형성된다. 덮개 부재(8)의 내저면(8a1)에는 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링면이 되는 영역이 형성되고, 이 영역에는 동압 발생부로서, 예를 들면 스파이럴상으로 배열한 복수의 동압 홈이 형성되어 있다(도시생략). 원통부(8b)의 상단면을 베어링 부재(7)의 하측 끝면(7c)(슬리브부(71)의 하측 끝면)에 접촉시킴으로써, 제 1 스러스트 베어링부(T1) 및 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 각 스러스트 베어링 간극이 규정 폭으로 설정된다. 원통부(8b)의 외주면을 베어링 부재(7)의 하측 돌출부(73)의 대경 내주면(7d2)에 접착이나 압입 등의 수단으로 고정함으로써 덮개 부재(8)가 베어링 부재(7)에 고정된다. 베어링 부재(7) 및 덮개 부재(8)가 모두 수지제인 경우, 양자를 용착(예를 들면 초음파 용착)으로 고정함으로써 덮개 부재(8)를 베어링 부재(7)와 일체화할 수도 있다.
시일 부재(9)는 모두 황동 등의 연질 금속재료나 그 밖의 금속재료, 또는 수지재료로 링형상으로 형성되어, 상측 돌출부(72)의 대경 내주면(7d1)에 예를 들면 접착에 의해 고정된다. 이 때, 시일 부재(9)의 하측 끝면(9b)은 베어링 부재(7)의 상측 끝면(7e)(슬리브부(71)의 상측 끝면)에 접촉시켜, 축방향에서 서로 결합시킨다.
시일 부재(9)의 내주면(9a)은 축부(2a)의 외주면과의 사이에 소정의 용적을 가진 시일 공간(S)를 형성한다. 시일 부재(9)의 내주면(9a)은 베어링 부재(7)의 외부방향을 향해서 점차 확경된 테이퍼면 형상으로 형성되고, 그 때문에 시일 공간(S)은 베어링 부재의 내부방향을 향해서 점차 축소된 테이퍼 형상을 보인다. 따라서, 시일 공간(S) 내의 윤활유는 모세관력에 의한 인입 작용에 의해 시일 공간(S)이 좁아지는 방향을 향해서 끌어들여지고, 그 결과, 베어링 부재(7)의 상단개구부가 시일된다. 시일 부재(9)에 의해 시일된 베어링 부재(7)의 내부 공간에, 윤활유체로서 예를 들면 윤활유를 충만시킨다. 시일 공간(S)은 베어링 부재(7)의 내부 공간에 충만된 윤활유의 온도변화에 따르는 용적 변화량을 흡수하는 버퍼 기능도 갖고, 오일면은 항상 시일 공간(S) 내에 있다.
또, 시일 부재(9)의 내주면(9a)을 원통면으로 하는 한편, 이것에 대향하는 축부(2a)의 외주면을 테이퍼면 형상으로 형성해도 좋고, 이 경우, 또한 원심력 시일로서의 기능도 얻어지므로 시일 효과가 보다 한층 높아진다.
축부재(2)의 회전시에는 베어링 부재(7)의 소경 내주면(7a) 중 레이디얼 베어링면이 되는 상하 2개소의 영역은, 각각 축부(2a)의 외주면과 레이디얼 베어링 간극을 통해서 대향한다. 또한 베어링 부재(7)의 하측 끝면(7c)(슬리브부(71)의 하측 끝면)의 스러스트 베어링면이 되는 영역이 플랜지부(2b)의 상측 끝면(2b1)과 소 정의 스러스트 베어링 간극을 통해서 대향하고, 덮개 부재(8)의 내저면(8a1)의 스러스트 베어링면이 되는 영역은 플랜지부(2b)의 하측 끝면(2b2)과 소정의 스러스트 베어링 간극을 통해서 대향한다. 그리고, 축부재(2)의 회전에 따라 상기 레이디얼 베어링 간극에 윤활유의 동압이 발생하고, 축부재(2)가 레이디얼 베어링 간극 내에 형성되는 윤활유의 오일막에 의해 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지된다. 이것에 의해 축부재(2)를 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)가 구성된다. 동시에, 상기 스러스트 베어링 간극에 윤활유의 동압이 발생하고, 축부재(2)가 상기 스러스트 베어링 간극 내에 형성되는 윤활유의 오일막에 의해 스러스트 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지된다. 이것에 의해 축부재(2)를 스러스트 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)와 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 구성된다.
이 동압 베어링 장치(1)에는, 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 베어링 간극을 시일 공간(S)과 연통시키기 위한 유체유로(10)가 형성된다. 이 유체유로(10)는 베어링 부재(7)의 슬리브부(71)를 관통해서 그 상하 끝면(7e, 7c)에 개구된 축방향으로 연장되는 부분(축방향부)(10a)과, 축방향부(10a)의 상단과 시일 공간(S)을 연통하는 반경방향으로 연장되는 부분(반경방향부)(10b)으로 구성된다. 이 동압 베어링 장치(1)에서는, 축방향부(10a)를 플랜지부(2b)의 외주면과 덮개 부재(8)의 내주면 사이의 공간에 개구시켰을 경우를 예시하고 있다. 반경방향부(10b)는, 도면에 나타내는 바와 같이 예를 들면 슬리브부(71)의 상측 끝면(7e)에 형성한 홈으로 구성하 는 것 외에, 시일 부재(9)의 하측 끝면(9b)에 형성한 홈으로 구성할 수도 있다.
유체유로(10) 중 축방향부(10a)의 형성 방법은 임의이고, 예를 들면 베어링 부재의 사출성형 단계에 있어서 캐비티에 성형 핀을 걸친 상태에서 수지를 사출하고, 후의 탈형시에 성형 핀을 빼내는 방법에 의해 형성할 수 있다. 이 밖에, 사출성형 후의 기계가공 등으로 축방향부(10a)를 형성할 수도 있다. 반경방향부(10b)는, 예를 들면 베어링 부재(7)의 사출성형과 동시에, 혹은 사출성형 후의 기계가공등으로 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 동압 홈(G)은 축방향 비대칭으로 형성되어 있고, 상측 영역의 축방향 치수(X)가 하측영역의 축방향 치수(Y)보다 커져 있다. 그 때문에 축부재(2)의 회전시, 동압 홈(G)에 의한 윤활유의 인입 력(펌핑력)은 상측 영역이 하측 영역에 비해서 상대적으로 커진다. 그리고, 이 인입력의 차압에 의해 베어링 부재(7)의 소경 내주면(7a)과 축부(2a)의 외주면 사이의 간극에 채워진 윤활유가 하방으로 유동하여, 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극→유체유로(10)의 축방향부(10a)→반경방향부(10b)라고 하는 경로를 순환하고, 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 레이디얼 베어링 간극에 다시 끌어 들여진다. 이와 같이, 윤활유가 베어링 부재(7)의 내부를 유동 순환하도록 구성함으로써 베어링 부재(7)의 내부에 채워진 윤활유의 압력이 국소적으로 부압으로 되는 현상을 방지하고, 부압 발생에 따르는 기포의 생성, 기포의 생성에 기인하는 윤활유의 누설이나 진동의 발생 등의 문제를 해소할 수 있다. 또한 어떠한 이유에서 윤활유 중에 기포가 혼입한 경우에도, 기포가 윤활유를 따라 순환할 때에 시일 공 간(S) 내의 윤활유의 오일면(기액 계면)으로부터 외기로 배출되므로, 기포에 의한 악영향은 보다 한층 효과적으로 방지된다.
이상으로 설명한 동압 베어링 장치(1)는, 축부재(2), 베어링 부재(7), 덮개 부재(8), 및 시일 부재(9)를 주요한 구성요소로 하는 것이며, 도 19에 나타내는 종래품에 비해서 부품수를 적게 할 수 있다. 또한 이 종래품의 조립공정에서 필요하게 되는 베어링 슬리브와 하우징의 고정 공정도 불필요하게 된다. 그 때문에 동압 베어링 장치(1)의 저비용화를 꾀할 수 있다. 또한 이 동압 베어링 장치에서는, 스러스트 베어링부(T1, T2)의 스러스트 베어링 간극의 폭 정밀도는 조립 정밀도가 아니라 축부재(7)나 덮개 부재(8)의 성형 정밀도에 의존한다. 그 때문에 축부재(7)나 덮개 부재(8)를 각각 충분한 정밀도로 성형하면 스러스트 베어링 간극의 간극 폭도 고정밀도로 설정할 수 있고, 간극 폭의 관리를 용이화할 수 있다. 또한, 베어링 부재(7)의 상측 끝면(7e)과 시일 부재(9)의 하측 끝면(9b)이 축방향에서 접촉하고 있기 때문에, 시일 부재(9)의 축방향에서의 위치 정밀도를 높이는 것도 가능해진다.
도 3은 동압 베어링 장치(1)의 다른 구성을 나타내고 있다. 이 동압 베어링 장치(1)가 도 2에 나타내는 동압 베어링 장치와 다른 점은, 덮개 부재(8)를 평탄한 플레이트상으로 하고, 이것을 하측 돌출부(73)의 대경 내주면(7d2)에 고정한 점에 있다. 이 경우, 대경 내주면(7d2)에 단차부(7f)를 형성하고, 이 단차부(7f)에 덮개 부재(8)의 외경부를 결합시킴으로써 스러스트 베어링부(T1, T2)의 스러스트 베어링 간극의 간극 폭을 정밀도 좋게 관리하는 것이 가능해진다.
도 4는 동압 베어링 장치(1)의 다른 구성을 나타내고 있다. 이 동압 베어링 장치(1)는 스러스트 베어링부를 동압 베어링이 아니라, 피봇 베어링으로 구성한 점이 도 2 및 도 3에 나타내는 동압 베어링 장치와 다르다. 피봇 베어링은 축부재(2)의 구면상의 축끝(2c)을 덮개 부재(8)의 내저면(8a1)(혹은 내저면(a1) 상에 배치한 저마찰성의 별도의 부재)에 접촉시킨 구조를 갖고, 이것에 의해 축부재(2)를 스러스트 방향으로 접촉 지지하는 스러스트 베어링부(T)가 구성되어 있다. 도면에서는, 덮개 부재(8)를 베어링 부재(7)와 일체로 형성했을 경우를 예시하고 있지만, 양자를 별도의 부재로 할 수도 있다. 또한 도시는 생략하지만, 도 2 및 도 3에 나타내는 동압 베어링 장치와 마찬가지로 유체유로(10)를 설치하고, 축부재(2)의 축끝(2c)과 베어링 부재(7) 사이에 형성된 공간을 시일 공간(S)에 연통시킬 수도 있다.
도 5는 동압 베어링 장치(1)의 다른 구성을 나타내고 있다. 이 동압 베어링 장치가 도 2에 나타내는 동압 베어링 장치와 다른 점은, 주로 시일 부재(9)를 회전측이 되는 축부재(9)에 고정한 점에 있다. 이 경우, 시일 부재(9)의 외주면(9c)과 상측 돌출부(72)의 대경 내주면(7d1) 사이에 시일 공간(S)가 형성된다. 축부재(2)의 회전 중, 시일 부재(9)의 하측 끝면(9b)은 베어링 부재(7)의 상측 끝면(7e)과 스러스트 베어링 간극을 통해서 대향하고, 제 2 스러스트 베어링부(T2)를 구성한다. 축부재(2)의 정지 중에는, 시일 부재(9)의 하측 끝면(9b)과 베어링 부재(7)의 상측 끝면(7e)은 축방향에서 결합한 상태로 된다. 조립 단계에 있어서 시일 부재(9)를 축부재(2)에 고정할 때에 시일 부재(9)의 하측 끝면(9b)과 베어링 부재(7)의 상측 끝면(7e)을 축방향으로 결합시킴으로써, 제 1 및 제 2 스러스트 베어링 부(T1, T2)의 스러스트 베어링 간극의 간극 폭을 정확하게 관리하는 것이 가능해진다.
시일 부재(9)의 외주면(9c)은 베어링 부재(7)의 외부방향을 향해서 점차 축경된 테이퍼면 형상으로 형성되고, 그 때문에 시일 공간(S)은 베어링 부재(7)의 내부방향을 향해서 점차 축소된 테이퍼 형상을 보이고 있다. 이 경우, 시일 부재(9)의 외주면(9a)의 측에 시일 공간(S)을 형성하고 있으므로, 소정의 버퍼 기능을 얻는데에 필요한 용적을 시일 공간(S)에 있어서 확보함에 있어서, 시일 공간(S)(시일 부재(9))의 축방향 치수를 도 2에 나타내는 동압 베어링 장치에 비해서 작게 하는 것이 가능하고, 따라서, 동압 베어링 장치(1)의 축방향 치수를 작게 할 수 있다.
도 5에 나타내는 동압 베어링 장치(1)에서는, 유체유로(10)로서 축방향부(10a)만이 설치되어 있고, 이 축방향부(10a)를 통해서 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극이 시일 공간(S)과 연통하고 있다. 축부재(2)의 회전에 따라 베어링 부재(7)의 내주면(7a)과 축부(2a)의 외주면 사이의 간극을 하방으로 유동한 윤활유는, 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극→축방향부(10a)→제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극이라고 하는 경로를 순환하고, 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 레이디얼 베어링 간극에 다시 끌어들여진다.
이 때, 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 동압 홈(G)에 의한 윤활유의 내경측으로의 인입력(펌핑력)이 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 레이디얼 베어링 간극의 윤활유에도 작용하므로, 제 1 레이디얼 베어링부(R1)에 있어서의 상기의 인입력의 차 압은 상대적으로 낮은 것이여도 윤활유의 양호한 유동 순환은 확보된다. 그 결과, 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 동압 홈(G)에 있어서의 축방향 비대칭을 종래보다 작게 할 수 있고, 예를 들면 동압 홈(G)의 상측 영역의 축방향 치수(X)를 종래보다 축소해서 베어링 슬리브(8)의 축방향 치수를 축소하는 것이 가능해진다.
도 6은 다른 구성의 동압 베어링 장치(1)를 나타내고 있다. 이 동압 베어링 장치(1)는 베어링 부재(7)의 상단 개구부를 제 1 시일 부재(9)로 시일할 뿐 아니라, 덮개 부재(8)에 의해 밀봉된 측의 개구부도 제 2 시일 부재(11)로 시일한 점이 도 5에 나타내는 동압 베어링 장치와 다르다. 제 1 시일 부재(9)의 외주면(9c)과 상측 돌출부(72)의 대경 내주면(7d1) 사이에 제 1 시일 공간(S1)이 형성되고, 제 2 시일 부재(11)의 외주면(11c)과 하측 돌출부(72)의 대경 내주면(7d2) 사이에 제 2 시일 공간(S2)이 형성되어 있다. 양 시일 공간(S1, S2)은 유체유로(10)의 축방향부(10a)를 통해서 연통 상태에 있다. 축부재(2)의 회전 중, 제 2 시일 부재(11)의 하측 끝면(11b)은 베어링 부재(7)의 하측 끝면(7c)과 스러스트 베어링 간극을 통해서 대향하고, 제 1 스러스트 베어링부(T1)를 구성한다.
제 2 시일 부재(11)의 외주면(11c)은 제 1 시일 부재(9)와 마찬가지로, 베어링 부재(7)의 내부 방향을 향해서 점차 확경되는 테이퍼면 형상을 하고, 이것에 의해 제 2 시일 공간(S2)은 베어링 부재의 내부 방향을 향해서 점차 축소된 테이퍼 형상을 보이고 있다.
이 경우, 베어링 부재(7)의 양단 개구부에 시일 공간(S1, S2)이 형성되기 때문에 상단 개구부에만 시일 공간(S)을 형성한 도 5에 나타내는 동압 베어링 장 치(1)에 비하여 베어링 장치 전체의 버퍼 기능을 높일 수 있다. 따라서, 개개의 시일 공간(S1, S2)의 용적을 보다 작게 할 수 있고, 시일 부재(9, 11)의 축방향 치수를 축소해서 동압 베어링 장치의 축방향 치수를 더욱 소형화할 수 있다.
이상의 설명에서는, 레이디얼 베어링부(R1, R2) 및 스러스트 베어링부(T1, T2)로서 헤링본 형상이나 스파이럴 형상의 동압 홈에 의해 윤활유의 동압 작용을 발생시키는 구성을 예시하고 있지만, 레이디얼 베어링부(R1, R2)로서 소위 스텝 베어링이나 다원호 베어링을 채용할 수도 있고, 스러스트 베어링부(T1, T2)로서 동압 홈을 방사상으로 배치한 소위 스텝 베어링이나, 소위 물결형 베어링(스텝형이 물결형이 된 것) 등으로 구성할 수도 있다.
또한 이상의 설명에서는, 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 동압 홈(G)을 슬리브부(71)의 소경 내주면(7a)에 형성할 경우를 예시했지만, 이 동압 홈(G)을 축부재(2)의 축부(2a) 외주면에 형성할 수도 있다. 구체적으로는, 축부재(2)의 축부(2a)의 외주면에 제 1 레이디얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)의 레이디얼 베어링면이 되는 상하 2개의 영역을 축방향으로 이격해서 형성하고, 이들 2개의 영역에 동압 발생부로서, 예를 들면 헤링본 형상으로 배열한 복수의 동압 홈(G)을 각각 형성한다. 축부(2a)의 외주면의 레이디얼 베어링면이 되는 상하의 영역은 단조, 전조, 에칭, 혹은 인쇄에 의해 형성할 수 있다. 축부재(2)의 회전시에는 축부(2a)의 외주면 중, 레이디얼 베어링면이 되는 상하 2개소의 영역은 각각 베어링 부재(7)의 소경 내주면(7a)과 레이디얼 베어링 간극을 통해서 대향하고, 상기 레이디얼 베어링 간극에 윤활유의 동압이 발생한다. 또, 이 구성이면 베 어링 부재(7)의 성형 소재의 선택시에 코어 로드를 인발할 때의 탄성 변형성을 고려할 필요는 없다.
도 7 및 도 8은 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 한쪽 또는 양쪽을 다원호 베어링으로 구성했을 경우의 일례를 나타내고 있다. 이 중, 도 7에 나타내는 예에서는, 슬리브부(71)의 소경 내주면(7a)의 레이디얼 베어링면이 되는 영역이 동압 발생부로서의 3개의 원호면(7a1)으로 구성되어 있다(소위 3원호 베어링). 3개의 원호면(7a1)의 곡률중심은 각각 베어링 부재(7)(축부재(2))의 축중심(O)으로부터 등거리 오프셋되어 있다. 3개의 원호면(7a1)으로 구획되는 각 영역에 있어서, 레이디얼 베어링 간극은 원주방향의 양 방향에 대하여 각각 쐐기상으로 점차 축소된 형상을 갖고 있다. 그 때문에 베어링 부재(7)와 축부재(2)가 상대 회전하면, 그 상대 회전의 방향에 따라 레이디얼 베어링 간극 내의 윤활유가 쐐기상으로 축소된 최소 간극측으로 밀려들어가 그 압력이 상승한다. 이러한 윤활유의 동압 작용에 의해 베어링 부재(7)와 축부재(2)가 비접촉 지지된다. 또, 3개의 원호면(7a1) 상호간의 경계부에 분리 홈이라 불리는 한층 깊은 축방향 홈을 형성해도 좋다.
도 8은 다원호 베어링의 다른 예이며, 3개의 원호면(7a1)으로 구획되는 각 영역에 있어서 레이디얼 베어링 간극은 원주방향의 일방향에 대하여 각각 쐐기상으로 점차 축소된 형상을 갖고 있다. 이러한 구성의 다원호 베어링은 테이퍼 베어링이라고 불리는 경우도 있다. 또한 3개의 원호면(7a1) 상호간의 경계부에 분리 홈이라 칭해지는 한층 깊은 축방향 홈(7a3)이 형성되어 있다. 이 구성에 있어서는, 도시는 생략하지만, 3개의 원호면(7a1)의 최소 간극측의 소정 영역을 각각 베어링 부 재(7)(축부재(2))의 축중심(O)을 곡률중심으로 하는 동심의 원호로 구성할 수도 있다(테이퍼·플랫 베어링이라고 불리는 일도 있다).
이러한 다원호면(7a1)으로 이루어지는 동압 발생부는, 헤링본 형상의 동압 홈(G)의 경우와 마찬가지로 베어링 부재(7)의 사출성형과 동시에 틀성형할 수 있다. 이 경우, 헤링본 형상이나 스파이럴 형상과 달리, 다원호면(7a1)과 코어 로드의 성형부 사이에 축방향의 요철 결합은 발생하지 않으므로, 탈형시에는 코어 로드를 원활하게 베어링 부재(7)의 내주로부터 인발할 수 있다. 따라서, 베어링 부재(7)의 소재의 특성으로서, 탄성변형의 중요도가 낮아져 재료 선택의 자유도가 커진다.
또, 이상의 설명에서는, 제 1 및 제 2 스러스트 베어링부(T1, T2)의 동압 홈을 베어링 부재(7)의 끝면(7c)이나 덮개 부재(8)의 내저면(8a1)에 형성할 경우를 예시했지만, 플랜지부(2b)의 양단면(2b1, 2b2)의 한쪽 또는 양쪽에 동압 발생부로서의 동압 홈을 형성할 수도 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시형태를 도 9∼도 18에 기초하여 설명한다.
도 9는 동압 베어링 장치(1)를 장착한 정보기기용 스핀들 모터의 일구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동장치에 사용되는 것으로, 축(2) 및 허브부(10)를 구비한 축부재(3)를 회전가능하게 비접촉 지지하는 동압 베어링 장치(1)와, 예를 들면 반경방향의 갭을 통해서 대향시킨 스테이터 코일(4) 및 로터 마그넷(5)과, 브래킷(6)을 구비하고 있다. 스테이터 코일(4)은 브래킷(6)의 외경측에 부착되고, 로터 마그넷(5)은 축부재(3)의 허브부(10) 외주에 부착되어 있다. 동압 베어링 장치(1)의 베어링 부재(7)는 브래킷(6)의 내주에 고정된다. 또한 축부재(3)의 허브부(10)에는, 도시는 생략하지만, 자기디스크 등의 디스크형 정보기록매체(이하, 단지 디스크라고 한다.)가 1 또는 복수매 유지된다. 이와 같이 구성된 스핀들 모터에 있어서, 스테이터 코일(4)에 전류가 통하면 스테이터 코일(4)과 로터 마그넷(5) 사이에 발생하는 여자력에 의해 로터 마그넷(5)이 회전하고, 이것에 따라서 축부재(3) 및 축부재(3)의 허브부(10)에 유지된 디스크가 축(2)과 일체적으로 회전한다.
도 10은 동압 베어링 장치(1)를 확대해서 나타내고 있다. 이 동압 베어링 장치(1)는 축부재(3)와, 축부재(3)의 축(2)을 내주에 수용 가능한 베어링 부재(7)를 주로 구비하고 있다. 또, 설명의 편의상, 축방향 양단에 형성되는 베어링 부재(7)(하우징부(9)) 개구부 중, 덮개 부재(11)에 의해 밀봉되는 쪽을 하측, 밀봉측과 반대인 측을 상측으로 해서 이하에 설명한다.
축부재(3)는 예를 들면 베어링 부재(7)의 개구측에 배치되는 허브부(10)와, 허브부(10)의 지름방향 중앙으로부터 회전축방향으로 연장되는 축(2)을 구비하고 있다.
허브부(10)는 금속 혹은 수지로 형성되어, 베어링 부재(7)의 개구측(상측)을 덮는 원반부(10a)와, 원반부(10a)의 외주부로부터 축방향 하방으로 연장되는 통형상부(10b)와, 통형상부(10b)의 외주에 형성되는 디스크 탑재면(10c) 및 플랜지부(10d)로 구성된다. 도시되어 있지 않은 디스크는, 원반부(10a)의 외주에 밖으로 끼워지고, 디스크 탑재면(10c)에 적재된다. 그리고, 도시하지 않은 적당한 유지 수 단(클램퍼 등)에 의해 디스크가 허브부(10)에 유지된다.
축(2)은 허브부(10)와 일체로 형성되어, 그 하단에 빠짐방지로서 플랜지부(2b)를 별체로 구비하고 있다. 플랜지부(2b)는 금속제이고, 예를 들면 나사결합 등의 수단에 의해 축(2)에 고정된다. 또, 축(2)과 허브부(10)는 상술한 바와 같이 금속 혹은 수지로 일체적으로 성형되는 것 외에, 축(2)과 허브부(10)를 각각 별체로 형성할 수도 있다. 이 경우, 예를 들면 축(2)을 금속제로 하고, 이 금속제의 축(2)을 인서트 부품으로 해서 허브부(10)와 일체적으로 축부재(3)를 수지로 틀성형할 수 있다.
베어링 부재(7)는 축방향 양단을 개구시킨 형상을 하고, 대략 원통형상의 슬리브부(8), 및 슬리브부(8)의 외경측에 위치하고, 슬리브부(8)를 내주에 유지하는 하우징부(9)를 주로 구비하고 있다. 베어링 부재(7)는 예를 들면 LCP나 PPS, PEEK 등의 결정성 수지, 혹은 PSU, PES, PEI 등의 비결정성 수지를 베이스 수지로 하는 수지 조성물로 사출성형되고, 이것에 의해 슬리브부(8) 및 하우징부(9)가 일체적으로 형성된다.
슬리브부(8)의 내주면(8a)의 전체면 또는 일부 원통면 영역에는 레이디얼 동압 발생부로서 복수의 동압 홈을 배열한 영역이 형성된다. 이 동압 베어링 장치에 있어서는, 예를 들면 도 11에 나타내는 바와 같이, 복수의 동압 홈(8a1, 8a2)을 헤링본 형상으로 배열한 영역이 축방향으로 이격해서 2개소 형성된다. 상측의 동압 홈(8a1)의 형성 영역에서는 동압 홈(8a1)이 축방향 중심(m)(상하의 경사 홈간 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 커져 있다. 따라서, 축부재(3)의 회전시에는 비대칭의 동압 홈(8a1)에 의해 레이디얼 베어링 간극의 윤활유가 하방으로 밀려들어가진다.
슬리브부(8)의 하단면의 전체면 또는 일부 환상면 영역에는 제 1 스러스트 베어링면(8b)이 형성된다. 제 1 스러스트 베어링면(8b)에 제 1 스러스트 동압 발생부로서, 예를 들면 도 13에 나타내는 바와 같이, 복수의 동압 홈(8b1)을 스파이럴 형상으로 배열한 영역이 형성된다. 이 제 1 스러스트 베어링면(8b)(동압 홈(8b1) 형성 영역)은 플랜지부(2b)의 상단면(2b1)과 대향하고, 축(2)(축부재(3))의 회전시에는 상단면(2b1)과의 사이에 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 10을 참조).
슬리브부(8)의 외경측에 위치하는 하우징부(9)는 대략 통형상을 이루는 것으로, 그 축방향 폭을 슬리브부(8)의 그것에 비해서 길게 하고 있다. 하우징부(9)는 그 축방향 하단을 슬리브부(8)의 하단면(제 1 스러스트 베어링면(8b))보다 더욱 하단측에 돌출시킨 형태를 이룬다.
하우징부(9)의 일단측 끝면(상단면)은 그 내주에 연속하는 슬리브부(8)의 상단면(8c)보다 약간 상방에 위치하고, 그 전체면 또는 일부 환상 영역에는 제 2 스러스트 베어링면(9a)이 형성된다. 제 2 스러스트 베어링면(9a)에 제 2 스러스트 동압 발생부로서, 예를 들면 도 12에 나타내는 바와 같이 복수의 동압 홈(9a1)을 스파이럴 형상(도 13에 나타내는 동압 홈(8b1)과는 그 스파이럴 방향이 반대로 되어 있다.)으로 배열한 영역이 형성된다. 이 제 2 스러스트 베어링면(9a)(동압 홈(9a1) 형성 영역)은 허브부(10)의 원반부(10a)의 하단면(10a1)과 대향하고, 축부재(3)의 회전시에는 하단면(10a1)과의 사이에 후술하는 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 10을 참조).
하우징부(9)(베어링 부재(7))의 하단측을 밀봉하는 덮개 부재(11)는 금속 혹은 수지로 형성되어, 하우징부(9)의 하단 내주측에 형성된 단차부(9b)에 고정된다. 여기에서, 고정 수단은 특별하게 한정되지 않고, 예를 들면 접착(루즈 접착, 압입 접착을 포함함), 압입, 용착(예를 들면 초음파 용착), 용접(예를 들면 레이저 용접) 등의 수단을, 재료의 조합이나 요구되는 조립 강도, 밀봉성 등에 맞춰서 적당하게 선택할 수 있다.
하우징부(9)의 외주에는 상방을 향해서 점차 확경되는 테이퍼상의 시일면(9c)이 형성된다. 이 테이퍼상의 시일면(9c)은 통형상부(10b)의 내주면(10b1)과의 사이에 베어링 부재(7)의 밀봉측(하방)으로부터 개구측(상방)을 향해서 반경방향 치수가 점차 축소된 환상의 시일 공간(S)을 형성한다. 이 시일 공간(S)은 축(2) 및 허브부(10)의 회전시, 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극의 외경측과 연통하고 있다.
베어링 부재(7)의 지름방향 중간부에는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 베어링 부재(7)를 축방향으로 관통하는 유체유로로서의 연통 구멍(12)이 1 또는 복수 개 형성된다. 이 연통 구멍(12)은, 예를 들면 원주방향 동일한 간격으로 4개소 형성되고, 그 하단에서 슬리브부(8)의 제 1 스러스트 베어링면(8b)보다 외경측에 개구된다(도 13을 참조). 또한 연통 구멍(12)은 그 상단에서 하우징부(9)의 제 2 스 러스트 베어링면(9a)보다 내경측에 개구된다(도 12을 참조). 이것에 의해 베어링 장치 내부를 후술하는 윤활유로 충만시킨 상태에서는, 양 스러스트 베어링부(T1, T2)의 스러스트 베어링 간극의 사이에서 윤활유가 유통 가능해진다. 또한 슬리브부(8)의 축방향 양단면(8b, 8c) 사이, 또는 이들의 내경측에 위치하는 레이디얼 베어링 간극을 포함한, 축(2)의 외주면(2a)과 슬리브부(8)의 내주면(8a)의 간극의 양단 사이에서 윤활유가 유통 가능해진다(모두 도 10을 참조).
또한 연통 구멍(12)은 축방향으로 그 단면적을 다르게 한 형태를 이루고, 제 1 스러스트 베어링면(8b)을 포함하는 하단면의 개구측에서 비교적 작은 직경(소경부(12a))으로, 제 2 스러스트 베어링면(9a)을 포함하는 상단면의 개구측에서 비교적 큰 직경(대경부(12b))으로 형성되어 있다.
이들 연통 구멍(12)은, 예를 들면 베어링 부재(7)를 수지로 사출성형할 때, 베어링 부재(7)의 성형과 동시에 성형할 수 있다. 그 때, 도시는 생략하지만, 연통 구멍(12)의 성형에는, 예를 들면 상술한 연통 구멍(12)에 대응한 형상을 갖는 성형 핀, 여기에서는 소경부(12a) 및 대경부(12b)에 대응한 외경 치수를 갖는 성형 핀이 사용된다.
상기 구성의 동압 베어링 장치(1)의 내부에는 윤활유가 충전되고, 윤활유의 오일면은 항상 시일 공간(S) 내에 유지된다. 이 동압 베어링 장치에서는, 예를 들면 도 10에 나타내는 바와 같이, 연통 구멍(12), 및 연통 구멍(12)의 축방향 양단측에 각각 형성되는 스러스트 베어링부(T1, T2)의 각 스러스트 베어링 간극을 포함하는 영역(도 10중 산재점 모양으로 나타내는 영역)에 윤활유가 충전된다. 윤활유 로서는 여러 가지의 것이 사용 가능하지만, HDD 등의 디스크 구동장치용의 동압 베어링 장치에 제공되는 윤활유에는, 그 사용시 혹은 수송시에 있어서의 온도변화를 고려하여 저증발율 및 저점도성이 우수한 에스테르계 윤활유, 예를 들면 디옥틸세바케이트(DOS), 디옥틸아젤레이트(DOZ) 등이 적합하게 사용 가능하다.
상기 구성의 동압 베어링 장치(1)에 있어서, 축(2)(축부재(3))의 회전시, 슬리브부(8)의 내주면(8a)의 레이디얼 베어링면이 되는 영역(상하 2개소의 동압 홈(8a1, 8a2) 형성 영역)은, 축(2)의 외주면(2a)과 레이디얼 베어링 간극을 통해서 대향한다. 그리고, 축(2)의 회전에 따라, 상기 레이디얼 베어링 간극의 윤활유가 동압 홈(8a1, 8a2)의 축방향 중심측에 밀려들어가져 그 압력이 상승한다. 이러한 동압 홈(8a1, 8a2)의 동압 작용에 의해 축(2)을 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)가 각각 구성된다.
이것과 동시에, 슬리브부(8)의 제 1 스러스트 베어링면(8b)(동압 홈(8b1) 형성 영역)과 이것에 대향하는 플랜지부(2b)의 상단면(2b1) 사이의 스러스트 베어링 간극, 및 하우징부(9)의 제 2 스러스트 베어링면(9a)(동압 홈(9a1) 형성 영역)과 이것에 대향하는 허브부(10)(원반부(10a))의 하단면(10a1) 사이의 스러스트 베어링 간극에, 동압 홈(8b1, 9a1)의 동압 작용에 의해 윤활유의 오일막이 각각 형성된다. 그리고, 이들 오일막의 압력에 의해 축부재(3)를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)와 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 각각 구성된다.
이와 같이, 베어링 부재(7)에 유체유로로서의 연통 구멍(12)을 형성함으로써 이 연통 구멍(12)을 통해서 베어링 부재(7)(슬리브부(8))의 하단에 위치하는 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극과 베어링 부재(7)의 개구측(하우징부(9)의 외경측)에 형성되는 시일 공간(S) 사이가 연통 상태로 된다. 이것에 의하면, 예를 들면 어떠한 이유에서 제 2 스러스트 베어링부(T2) 측의 유체(윤활유)압력이 과도하게 높아지거나, 혹은 저하된다고 한 사태를 피하여, 축부재(3)를 스러스트 방향으로 안정되게 비접촉 지지하는 것이 가능해진다.
또한 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극의 측(하단측)에 제 1 유로부로서의 소경부(12a)를 형성함으로써, 슬리브부(8)의 제 1 스러스트 베어링면(8b)(동압 홈(8b1) 형성 영역)의 면적을 외경방향으로 확장할 수 있다. 이것에 의해 디스크 매수의 증가에 따르는 회전체(축부재(3))의 예를 들면 레이디얼 방향의 부하를 스러스트 베어링부에서도 지지할 수 있고, 안정된 회전 정밀도를 얻을 수 있다. 또한 연통 구멍(12)의, 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극의 개구측에 소경부(12a)를 형성함으로써 상기 스러스트 베어링 간극에 있어서의 유체의 유체유로(연통 구멍(12))으로의 누출을 최대한 억제하면서도 레이디얼 베어링 간극의 양단 사이에서 유체를 유통시켜, 양단 사이에 있어서의 압력 밸런스를 유지할 수 있다. 동시에, 베어링 부재(7)에 형성된 연통 구멍(12)의, 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극의 측(상단측)에 제 2 유로부로서의 대경부(12b)를 형성함으로써 대경부(12b)를 포함하는 베어링 내부에 있어서의 윤활유의 보유 영역을 증가시킬 수 있다. 이러한 구성은 베어링 부재(7)를 수지로 일체 성형하고, 레이디얼 베어링 간극이나 스러스트 베어링 간극 이외의 윤활유 보유 영역이 비교적 작을 경우에 특히 유효하다.
또한 이 동압 베어링 장치(1)에서는, 대경부(12b)를 갖는 연통 구멍(12)을 베어링 부재(7)의 사출성형에 의해 형성했으므로, 적어도 대경부(12b)에 대응하는 개소에서는 이러한 핀의 강성 혹은 강도를 높일 수 있다. 또한 대경부(12b)를 형성함으로써 소경부(12a)의 축방향 폭을 작게 할 수 있으므로, 이것에 의해 성형용 핀의 소경부(12a)에 대응하는 개소에 있어서의 굽힘 강성을 개선할 수 있다. 따라서, 동압 베어링 장치(1)의 소형화를 겨냥하여 연통 구멍(12)(유체유로)을 소경화할 경우, 이러한 연통 구멍(12)의 내경 치수에 대응해서 핀의 외경 치수를 전체적으로 작게 했다고 해도 핀의 강성이나 강도를 확보할 수 있다. 그 때문에 동압 베어링 장치(1), 및 이 동압 베어링 장치(1)를 구비한 모터의 소형화에도 용이하게 대응할 수 있다.
또한 이 방법으로 형성된 유체유로이면, 가공 후 유로 내에 있어서의 절삭분 등의 발생이 억제되기 때문에, 이 종류의 불필요한 물질을 제거하기 위한 세정을 간략화 혹은 생략할 수 있어 비용의 면에서도 우위이다.
또한 이 동압 베어링 장치(1)에서는, 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 동압 홈(8a1)은 축방향 중심(m)에 대하여 축방향 비대칭(X1>X2)으로 형성되어 있기 때문에(도 11 참조), 축(2)의 회전시 동압 홈(8a1)에 의한 윤활유의 인입력(펌핑력)은 상측 영역이 하측 영역에 비해서 상대적으로 커진다. 그리고, 이 인입력의 차압에 의해 슬리브부(8)의 내주면(8a)과 축(2)의 외주면(2a) 사이에 채워진 윤활유가 하방으로 유동하여, 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극→연통 구멍(12)→상단면(8c)과 하단면(10a1) 사이의 축방향 간극,이라고 하는 경로를 순환 하고, 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 레이디얼 베어링 간극에 다시 끌어 들여진다. 이와 같이, 베어링 부재(7)에 축방향의 연통 구멍(12)을 형성하고, 윤활유가 레이디얼 베어링 간극을 포함하는 베어링 내부 공간을 유동 순환하도록 구성함으로써 각 베어링 간극을 비롯한 베어링 내부의 압력 밸런스가 적정하게 유지된다. 또한 베어링 내부 공간의 윤활유의 바람직하지 못한 흐름, 예를 들면 윤활유의 압력이 국부적으로 부압이 되는 현상을 방지하고, 부압 발생에 따르는 기포의 생성, 기포의 생성에 기인하는 윤활유의 누설이나 진동의 발생 등의 문제를 해소할 수 있다.
본 발명의 동압 베어링 장치는, 이상의 구성에 한정되지 않고, 다른 구성을 채택할 수도 있다. 이하, 동압 베어링 장치의 다른 구성예에 대하여 설명한다. 또, 이하에 나타내는 도면에 있어서, 도 10에 나타내는 동압 베어링 장치와 구성·작용을 동일하게 하는 부위 및 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 붙여서 중복 설명을 생략한다.
도 14에 나타내는 구성의 동압 베어링 장치(21)에 있어서, 축부재(22)는 축(22a) 및 축(22a)의 하단에 일체 또는 별체로 형성된 플랜지부(22b)를 구비하고 있다.
베어링 부재(27)는 슬리브부(8) 및 슬리브부(8)의 외경측에 위치하고, 슬리브부(8)와 일체적으로 형성되는 하우징부(29)를 구비하고 있다.
하우징부(29)는 그 축방향 양단을 슬리브부(8)의 양단면(8b, 8c)보다 축방향상하로 돌출시킨 형태를 이룬다. 상단 돌출부(29a)의 내주에는 환상의 시일부(24)가 그 하단면(24b)을 슬리브부(8)의 상단면(8c)에 접촉시킨 상태로 고정된다. 시일 부(24)의 내주면(24a)과, 이 면에 대향하는 축(22a)의 외주면(22a1) 사이에는 환상의 시일 공간(S2)이 형성된다. 하우징부(29)의 하단 돌출부(29b)의 내주에는 베어링 부재(27)의 하단측을 밀봉하는 덮개 부재(25)가 고정된다.
덮개 부재(25)의 상단면의 일부 환상 영역에는 제 2 스러스트 베어링면(25a)이 형성된다. 이 동압 베어링 장치(21)에서는 제 2 스러스트 베어링면(25a)에 스러스트 동압 발생부로서, 예를 들면 도 12에 나타내는 동압 홈 배열 영역이 형성된다. 제 2 스러스트 베어링면(25a)의 외주에는 상방으로 돌출되는 돌출부(25b)가 형성된다. 돌출부(25b)의 상단에 위치하는 접촉면(25b1)을 슬리브부(8)의 하단면에 접촉시킨 상태에서 덮개 부재(25)가 하단 돌출부(29b)에 고정된다.
유체유로는, 이 구성에서는 베어링 부재(27)를 축방향으로 관통시키고, 그 축방향 양측(슬리브부(8)의 양단면(8b, 8c)의 측)으로 개구되는 연통 구멍(12)과, 덮개 부재(25)의 접촉면(25b1)에 형성되어 연통 구멍(12)의 하단 개구측과, 후술하는 스러스트 베어링부(T11, T12)의 스러스트 베어링 간극을 연통하는 반경방향 홈(25c)으로 구성된다. 또한 시일부(24)의 하단면(24b)에는 연통 구멍(12)의 하단개구측과, 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 레이디얼 베어링 간극 상단을 연통하는 반경방향 홈(24b1)이 1 또는 복수개 형성되어 있다.
상기 구성의 동압 베어링 장치(21)에 있어서, 축부재(22)의 회전시에 슬리브부(8)의 제 1 스러스트 베어링면(하단면)(8b)과 축부재(22)의 플랜지부(22b)의 상단면(22b1) 사이에 제 1 스러스트 베어링부(T11)가 형성됨과 아울러, 덮개 부재(25)의 제 2 스러스트 베어링면(25a)과 플랜지부(22b)의 하단면(22b2) 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T12)가 형성된다.
이 동압 베어링 장치(21)에 있어서도, 베어링 부재(27)에 그 단면적을 다르게 한(소경부(12a) 및 대경부(12b)를 갖는) 연통 구멍(12)을 형성함으로써, 도 10에 나타내는 동압 베어링 장치(1)와 동일한 효과(압력 밸런스의 적정화, 유체유로의 성형성 개선, 윤활유의 보유량 증가 등)를 얻을 수 있다.
이상의 설명에서는, 베어링 부재(7, 27)를 일체 성형품으로 하고 있지만, 특별히 이 형태에 한정하지 않고 예를 들면 베어링 부재(7, 27)를 2개이상의 부재로 구성할 수도 있다.
도 15에 나타내는 구성의 동압 베어링 장치(31)는, 주로 베어링 부재(7)를 구성하는 슬리브부(8) 및 하우징부(9)를 별체로 한 점에서, 도 10에 나타내는 동압 베어링 장치(1)와 구성을 달리한다.
슬리브부(8)는, 예를 들면 황동이나 알루미늄 등의 금속으로 형성되거나, 혹은 소결 금속의 다공질체로 형성된다. 이 동압 베어링 장치(31)에서는, 슬리브부(8)는 동을 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 형성되고, 그 외주면(8d)을 하우징부(9)의 내주면(9d)에 접착, 압입, 혹은 용착 등의 수단에 의해 고정하고 있다. 또한 이와 같이, 슬리브부(8)를 하우징부(9)와는 별체로 형성하고, 이것을 하우징부(9)에 고정하는 형태를 채택하는 것이라면, 예를 들면 도시는 생략하지만, 축(2)을 플랜지부(2b)를 갖지 않는 스트레이트인 형상으로 할 수도 있다. 이 경우, 하우징부(9)는 덮개 부재(11)를 저부로 해서 일체로 형성함으로써 밑면을 구비한 원통형을 이룬다.
외주면(8d)에는 1개 또는 복수개의 축방향 홈(32)이 축방향 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있고, 이 축방향 홈(32)에 의해 유체유로가 구성된다. 이 동압 베어링 장치(31)에서는 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 측을 소경부(32a), 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 측을 대경부(32b)로 하는 축방향 홈(32)이 원주방향 동일한 간격으로 복수개(예를 들면 3개) 형성될 경우를 예시하고 있다. 또, 이외의 구성은, 도 10에 나타내는 동압 베어링 장치(1)에 준하므로 설명을 생략한다.
도 16에 나타내는 동압 베어링 장치(41)는, 주로 베어링 부재(27)를 구성하는 슬리브부(8) 및 하우징부(29(49))를 별체로 한 점에서, 도 14에 나타내는 동압 베어링 장치(21)와 구성을 달리한다.
슬리브부(8)는, 예를 들면 황동이나 알루미늄 등의 금속으로 형성되거나, 혹은 소결 금속의 다공질체로 형성된다. 이 동압 베어링 장치(41)에서는, 슬리브부(8)는 동을 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 형성되고, 그 외주면(8d)을 하우징부(49)의 내주면(49a)에 접착, 압입, 혹은 용착 등의 수단에 의해 고정하고 있다.
외주면(8d)에는 1개 또는 복수개의 축방향 홈(32)이 축방향 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있고, 이 축방향 홈(32) 및 덮개 부재(25)의 접촉면(25b1)에 형성되는 반경방향 홈(25c)으로 유체유로가 구성된다. 이 동압 베어링 장치(41)에서는 제 1 스러스트 베어링부(T1, T2)의 측을 소경부(32a), 시일 공간(S2)에 연통하는 측을 대경부(32b)로 하는 축방향 홈(32)이 원주방향 동일한 간격으로 복수개(예를 들면 3개) 형성될 경우를 예시하고 있다.
하우징부(49)는, 도 14에 나타내는 시일부(24) 및 하우징부(29)를 일체화한 형상을 이룬다. 또한 도 14에 나타내는 반경방향 홈(24b1) 대신에, 이 도시예에서는 둘레방향 홈(8c1) 및 반경방향 홈(8c2)이 슬리브부(8)의 상단면(8c)에 형성되고, 이것에 의해 축방향 홈(32)의 상단 개구부와 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 레이디얼 베어링 간극 상단을 연통하고 있다. 또, 이외의 구성은, 도 14에 나타내는 동압 베어링 장치(21)에 준하므로 설명을 생략한다.
도 17에 나타내는 동압 베어링 장치(51)는, 주로 베어링 부재(27)를 구성하는 슬리브부(8)와 하우징부(29(59))를 별체로 하고, 또한 베어링 부재(27)의 하단을 밀봉하는 덮개 부재(25)를, 하우징부(59)와 일체화한 점에서 도 14에 나타내는 동압 베어링 장치(21)와 구성을 달리한다.
하우징부(59)는 덮개 부재(25)를 저부로 하는, 소위 밑면을 구비하는 원통형상으로 형성된다. 하우징부(59)의 내주 대경면(59a)과 그 하단에 형성된 내주 소경면(59b) 사이에는 단차가 형성되고, 이러한 단차의 축방향 끝면(59c)에 반경방향 홈(25c)이 형성된다. 또한 도시는 생략하지만, 하우징부(59)의 내주면을 축방향에 걸쳐서 균일 지름으로 하고, 이것에 의해 제1, 제 2 스러스트 베어링면(8b, 25a)의 면적을 외경측으로 넓힌 구성을 채택할 수도 있다. 또, 이외의 구성은, 도 14 및 도 16에 나타내는 동압 베어링 장치(21, 41)에 준하므로 설명을 생략한다.
이들 모두의 동압 베어링 장치(도 15∼도 17에 나타내는 동압 베어링 장치)에 있어서도, 베어링 부재(7, 27)에 그 단면적을 다르게 한(소경부(32a) 및 대경부(32b)를 갖는) 축방향 홈(32)을 형성함으로써, 도 10 및 도 14에 나타내는 동압 베어링 장치(1, 21)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한 이상의 동압 베어링 장치(도 10, 도 14∼도 17에 나타내는 동압 베어링 장치)에서는, 레이디얼 베어링부(R1, R2) 및 스러스트 베어링부(T1, T2)로서 헤링본 형상이나 스파이럴 형상의 동압 홈에 의해 윤활유의 동압 작용을 발생시키는 구성을 예시하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면 레이디얼 베어링부(R1, R2)로서 축방향의 홈을 원주방향의 복수 개소에 형성한 소위 스텝상의 동압 발생부, 또는, 원주방향으로 복수의 원호면을 배열하고, 대향하는 축(2)의 외주면(2a)과의 사이에 쐐기상의 지름방향 간극(베어링 간극)을 형성한 소위 다원호 베어링(도 7 및 도 8 참조)을 채용해도 좋다.
또는, 레이디얼 베어링면이 되는 슬리브부(8)의 내주면(8a)을, 동압 발생부로서의 동압 홈이나 원호면 등을 설치하지 않는 진원 내주면으로 하고, 이 내주면과 대향하는 축(2)의 진원상 외주면(2a)으로, 소위 진원 베어링을 구성할 수 있다.
또한 스러스트 베어링부(T1, T2)의 한쪽 또는 양쪽은, 마찬가지로 도시는 생략하지만, 스러스트 베어링면(8b, 9a, 25a)으로 되는 영역에 복수의 반경방향 홈형상의 동압 홈을 원주방향 소정 간격으로 형성한, 소위 스텝 베어링, 혹은 물결형 베어링(스텝형이 물결형이 된 것) 등으로 구성할 수도 있다.
또한 이상의 설명에서는, 베어링 부재(7, 27) 측에 레이디얼 베어링면이, 또한 베어링 부재(7, 27)나 덮개 부재(25)의 측에 스러스트 베어링면(8b, 9a, 25a)이 각각 형성될 경우를 설명했지만, 이들 동압 발생부가 형성되는 베어링면은, 예를 들면 이들에 대향하는 축(2)이나 플랜지부(2b) 혹은 허브부(10)의 측(회전측)에 설 치할 수도 있다.
유체유로를 구성하는 연통 구멍(12)은, 도시의 위치에 한하지 않고, 베어링 부재(7, 27)를 축방향 양측에서 개구하는 한, 임의의 위치에 형성할 수 있다. 또한 유체유로를 연통 구멍(12)과 반경방향 홈(25c), 혹은 축방향 홈(32)과 반경방향 홈(25c)으로 형성할 경우, 이들을 대향하는 부재의 측에 설치하는 것도 가능하다. 예를 들면 도 15∼도 17에 나타내는 동압 베어링 장치에 있어서 축방향 홈(32)은 슬리브부(8)의 측에 형성되어 있지만, 이것을 하우징부(9, 49, 59)의 측에 형성할 수도 있다. 혹은 도 14, 도 16, 도 17에 나타내는 동압 베어링 장치에 있어서 덮개 부재(25) 혹은 하우징부(59)의 측에 형성되어 있는 반경방향 홈(25c)을, 이것과 대향하는 슬리브부(8)의 측에 형성할 수도 있다.
또한 이상의 설명에서는, 유체유로를 소경부(12a) 및 대경부(12b)를 갖는 연통 구멍(12) 혹은 축방향 홈(32)으로 구성했을 경우를 예시했지만, 유체유로는 그 유로면적을 축방향으로 다르게 한 것인 한, 상술의 형태에 한정되는 것은 아니다. 일례로서, 베어링 부재(7)의 축방향 양측에 개구되는 연통 구멍(12)에, 그 단면적(유로면적)이 점차 확대되는 영역, 예를 들면 테이퍼상의 영역을 축방향 일부 또는 전체에 걸쳐서 형성한 구성을 들 수 있다. 도 18은 연통 구멍(12)의 소경부(12a) 및 대경부(12b) 사이에 절두 원추부(12c)(테이퍼상 영역)를 형성했을 경우를 예시하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 연통 구멍(12)의 성형에 따른 핀의 내구성을 보다 한층 높일 수 있기 때문에 바람직하다.

Claims (15)

  1. 축부재;
    내주에 축부재가 삽입되고, 외주면에 브래킷에 고정하기 위한 고정면이 형성된 베어링 부재;
    축부재의 외주면과 베어링 부재의 내주면 사이의 레이디얼 베어링 간극에 생긴 윤활유체의 동압 작용으로 축부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부;
    축부재를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부; 및
    레이디얼 베어링 간극에 면한 베어링 부재의 내주면에 틀성형으로 형성되어, 레이디얼 베어링 간극에 윤활유체의 동압 작용을 발생시키는 동압 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 베어링 부재의 개구부에 시일 공간을 형성하는 시일 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  3. 축부재;
    소경 내주면 및 대경 내주면을 형성하고, 소경 내주면을 레이디얼 베어링 간극을 통해서 축부재의 외주면과 대향시켜, 외주면에 브래킷에 고정하기 위한 고정면이 형성된 베어링 부재;
    베어링 부재의 대경 내주면과 대향하는 외주면을 구비하고, 베어링 부재의 개구부에 시일 공간을 형성하는 시일 부재;
    레이디얼 베어링 간극에 생긴 윤활유의 동압 작용으로 축부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부; 및
    축부재를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 베어링 부재의 끝면과 시일 부재의 끝면이 축방향으로 결합 가능한 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  5. 재 2 항 또는 제 3항에 있어서, 베어링 부재를 관통하고, 스러스트 베어링부의 베어링 간극과 시일 공간을 연통하는 유체유로를 더 구비하는 것을 특징을 하는 동압 베어링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 유체유로는 일단을 스러스트 베어링부의 베어링 간극에 연결시킨 축방향부와, 베어링 부재의 끝면과 시일 부재의 끝면 사이에 형성되어 축방향부의 타단과 시일 공간을 연통하는 반경방향부를 갖는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 시일 공간이 시일 부재의 내주에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 시일 공간이 시일 부재의 외주에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 베어링 부재에, 그 축방향 양측으로 개구되고, 레이디얼 베어링 간극을 포함하는 축부재의 외주면과 베어링 부재 내주면의 간극의 양단 사이에서 유체를 유통시킬 수 있는 유체유로를 설치하고, 또한 유체유로의 유로면적을 그 축방향으로 다르게 한 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 유로면적이 작은 제 1 유로부와, 제 1 유로부에 비해서 유로면적이 큰 제 2 유로부를 유체유로에 설치한 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 스러스트 베어링 간극에 형성되는 유체막 을 통해서 축부재와 베어링 부재의 어느 한쪽을 스러스트 방향으로 회전 가능하게 지지하는 제 1 스러스트 베어링부를 더 구비하고, 또한 제 1 스러스트 베어링부에 그 스러스트 베어링 간극에 유체의 동압 작용을 발생시키는 제 1 동압 발생부를 설치한 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 스러스트 베어링 간극에 형성되는 유체막을 통해서 축부재와 베어링 부재의 어느 한쪽을 스러스트 방향으로 회전 가능하게 지지하는 제 2 스러스트 베어링부를 더 구비하고, 또한 제 2 스러스트 베어링부에 그 스러스트 베어링 간극에 유체의 동압 작용을 발생시키는 제 2 동압 발생부를 설치한 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 제 2 유로부를 제 2 동압 발생부보다 내경측에 개구시킨 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 베어링 부재가 수지 또는 금속의 일체 성형품인 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치.
  15. 제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 동압 베어링 장치와, 스테이터 코일과, 로터 마그넷을 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
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