KR20080110618A - 유체 베어링 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

이 종류의 유체 베어링 장치에 있어서, 탄소 섬유를 배합했을 경우에도 윤활유의 침입을 가급적 억제할 수 있는 수지 부재를 형성한다. 수지 부재로서의 하우징부(7)는 PPS를 베이스 수지로 해서 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물을 사출 성형함으로써 얻어진다. 하우징부(7)는 베어링 내부에 충전한 에스테르계 윤활유와 접촉한다. 이 경우, 우레탄 수지를 포함하지 않는 결착재로 다수개의 탄소 섬유를 결착시킨 것을 절단하고, 절단에 의해 세분화된 탄소 섬유를 PPS에 배합함으로써 상기 수지 조성물을 얻는다.

유체 베어링 장치

Description

유체 베어링 장치 및 그 제조 방법{FLUID DYNAMIC BEARING APPARATUS AND PROCESS FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 유체 베어링 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

유체 베어링 장치는 고정 부재와 회전 부재 사이의 베어링 간극에 발생하는 유체의 윤활막으로 회전 부재를 회전 가능하게 지지하는 것이다. 이 종류의 베어링 장치는 고속 회전, 고회전 정밀도, 저소음 등의 특징을 구비한 것이며, 정보 기기를 비롯해 각종 전기 기기에 탑재되는 모터용 베어링 장치로서, 보다 구체적으로는 HDD 등의 자기 디스크 장치, CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM 등의 광디스크 장치, MD, MO 등의 광자기 디스크 장치 등에 있어서의 디스크 드라이브의 스핀들 모터용 베어링 장치로서, 또는 레이저 빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐너 모터, 프로젝터의 컬러 휠 모터, 팬 모터 등의 모터용 베어링 장치로서 바람직하게 사용된다.

예를 들면, HDD 등 디스크 구동 장치의 스핀들 모터에 포함되는 유체 베어링 장치에 있어서는 축 부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부 및 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부의 쌍방을 동압 베어링으로 구성한 것이 알려져 있다. 이 종류의 유체 베어링 장치(동압 베어링 장치)에 있어서의 레이디얼 베어링부로서는, 예를 들면 고정 부재를 구성하는 베어링 슬리브의 내주면과, 회전 부재를 구성하는 축 부재의 외주면 중 어느 한쪽에 상기 베어링 간극에 유체의 동압 작용을 발생시키는 동압 발생부로서의 동압홈을 형성함과 아울러 양면간에 레이디얼 베어링 간극을 형성하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).

또한, HDD 등의 디스크 구동 장치는 비교적 폭넓은 온도 범위에서 사용되기 때문에 디스크 구동 장치의 스핀들 모터에 사용되는 유체 베어링 장치에는 저증발율 및 저점도성을 갖는 윤활유체가 바람직하고, 예를 들면 에스테르계의 윤활유가 사용된다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

이 종류의 유체 베어링 장치는 예를 들면 축 부재나 베어링 슬리브, 하우징, 또는 씰부재라는 복수의 구성 부품으로 구성되고, 이 중 성형성이나 저가격의 관점에서 하우징이나 씰부재 등의 구성 부품을 수지 재료로 형성하는 것이 검토되어 있다(예를 들면, 특허문헌 3이나 4를 참조). 또한, 수지 성형품의 보강 효과나 치수 안정성의 향상을 위해 탄소 섬유를 충전 재료로 해서 수지 재료에 배합한 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 5를 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 2000-291648호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허 공개 2003-172336호 공보

[특허문헌 3] 일본 특허 공개 2003-314534호 공보

[특허문헌 4] 일본 특허 공개 2005-265119호 공보

[특허문헌 5] 일본 특허 공개 2006-46431호 공보

수지 재료에 배합되는 탄소 섬유로서는 수㎜ 이하의 섬유 길이의 것이 사용된다. 이것은 통상 수m로 제조된 탄소 섬유를 다수개 묶음 상태로 절단함으로써 얻어지는 것이지만, 상술한 바와 같이, 절단 폭이 작은(섬유 길이가 짧은) 경우에는 섬유 길이를 정렬시킨 상태로 절단하는 것이 어렵고, 또한 절단후의 핸들링성(handling ability)이 결여된다. 따라서, 적절한 결착재를 사용해서 다수개의 탄소 섬유를 결착시킴으로써 절단을 행하는 방법이 고려되지만 이 경우에는 절단에 의해 세분화된 탄소 섬유와 함께 탄소 섬유의 결착에 사용한 결착재가 수지 조성물에 혼입하기 때문에 결착재의 종류에 따라서는 완성품의 특성에 악영향을 끼칠 우려가 있다.

예를 들면, 사용하는 결착재가 탄소 섬유 또는 베이스 수지와의 친화성이 취약하면 베이스 수지와 탄소 섬유와의 밀착성이 낮고, 이에 따라 베어링 내부의 윤활유가 탄소 섬유의 주위로부터 수지 부재중에 침입할 경우가 있다. 이러한 경우에는 베어링 내부의 윤활유량이 감소하고, 베어링 내부를 순환 가능한 윤활유의 양이 부족하게 되는 사태를 초래하기 쉽다. 특히, 상술한 바와 같이, 윤활유로서 에스테르계 윤활유 등 극성이 높은 것을 사용할 경우에는 사용하는 결착재의 종류에 따라 더 한층 유의해야 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 과제는 이 종류의 유체 베어링 장치에 있어서 탄소 섬유를 배합했을 경우에도 윤활유의 침입을 가급적 억제할 수 있는 수지 부재를 형성하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 고정 부재와, 회전 부재와, 에스테르계 윤활유와, 에스테르계 윤활유로 채워지는 레이디얼 베어링 간극과, 레이디얼 베어링 간극에 발생하는 에스테르계 윤활유의 유막으로 회전 부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부를 구비하고, 고정 부재와 회전 부재 중 적어도 어느 한쪽이 수지 부재를 갖는 유체 베어링 장치에 있어서, 수지 부재의 적어도 에스테르계 윤활유에 접촉하는 개소를 탄소 섬유가 배합되고 또한 베이스 수지 이외의 수지 성분으로서 우레탄 수지를 포함하지 않는 수지 조성물로 형성한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치를 제공한다.

본 발명은 발명자들의 예의 검토 결과 창출된 것이다. 즉, 상술한 바와 같이 단섬유로 절단된 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로 수지 부재를 형성할 때에 발생하는 불량을 사용하는 결착재의 종류를 변경하여 조사한 바 우레탄 수지를 결착재로서 사용했을 때에 상기 불량이 현저하게 드러나는 것이 밝혀졌다. 이러한 결과로부터 본 발명에서는 종래까지 고려된 적이 없었던 결착재의 존재 및 그 존재에 기인해서 발생하는 수지 부재로의 영향에 착안하고, 더욱 상술의 결과를 근거로 하여 고정 부재 또는 회전 부재를 구성하는 수지 부재를 탄소 섬유가 배합되고 또한 베이스 수지 이외의 수지 성분으로서 우레탄 수지를 포함하지 않는 수지 조성물로 형성했다. 이러한 구성에 의하면, 탄소 섬유의 절단시 탄소 섬유를 묶어서 고정하기 위해서 적어도 우레탄 수지를 결착재로서 사용하는 경우가 없다. 따라서, 이러한 수지 부재를 포함한 유체 베어링 장치의 사용시 우레탄 수지가 수지 조성물에 혼입됨으로 인한 악영향, 예를 들면, 상기한 바와 같이, 윤활유가 수지 부재중에 침입하고, 베어링 내부의 윤활유량이 감소한다는 사태를 가급적으로 회피할 수 있다. 따라서, 순환 공급하는데에 충분한 양의 윤활유를 확보할 수 있고, 각 베어링 간극에 윤활유를 순환 공급함으로써 윤활유의 경시 열화를 극히 억제하고, 우수한 베어링 성능을 장기에 걸쳐서 발휘할 수 있다.

상기 구성의 수지 부재이면, 예를 들면 탄소 섬유를 고압수 등 결착재를 사용하지 않고 절단하는 것도 가능하지만 수지 부재의 치수 안정성 등을 고려하면 수지 조성물중에 포함되는 탄소 섬유는 가능한 한 섬유 길이가 정렬된 것이 바람직하다. 또한, 핸들링성의 향상도 실시함에 있어서 중요하게 된다. 이러한 관점으로부터 본 발명은 고정 부재와, 회전 부재와, 에스테르계 윤활유와, 에스테르계 윤활유로 채워지는 레이디얼 베어링 간극과, 레이디얼 베어링 간극에 발생하는 에스테르계 윤활유의 유막으로 회전 부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부를 구비하고, 고정 부재와 회전 부재 중 적어도 어느 한쪽이 수지 부재를 갖는 유체 베어링 장치의 제조 방법으로서, 수지 부재를 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로 형성할 때 우레탄 수지를 포함하지 않는 결착재로 다수개의 탄소 섬유를 결착시킨 것을 절단하고, 절단에 의해 세분화된 탄소 섬유를 베이스 수지에 배합함으로써 수지 조성물을 얻는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치의 제조 방법을 제공한다.

이와 같이, 우레탄 수지를 포함하지 않는 결착재로 다수개의 탄소 섬유를 결착시킨 것을 절단함으로써 상술한 악영향을 회피하면서도 절단후의 핸들링성을 개선할 수 있다. 또한, 섬유 길이가 정렬된 탄소 섬유가 배합된 수지 조성물이면 높은 내유성과 함께 강도 및 치수 안정성이 우수한 수지 부재를 얻을 수 있다.

역으로, 우레탄 수지 이외의 수지로 결착재에 적합한 수지로서, 예를 들면 에폭시 수지나 나일론 수지를 들 수 있다. 이들 수지이면 이들 수지 자체의 에스테르계 윤활유에 대한 높은 내유성도 돕고, 사용시 수지 부재중에 윤활유가 침입하는 것을 확실하게 회피할 수 있다.

또한, 수지 조성물의 베이스 수지로서는 에스테르계 윤활유에 대한 내성(내유성)이 뛰어난 것이면 바람직하게 사용 가능해서, 예를 들면, LCP나 PPS, PEEK, PBT 등의 결정성 수지가 사용 가능하지만 이중에서도 특히 성형성이 우수한 PPS(폴리페닐렌 설파이드)가 바람직하게 사용 가능하다.

[발명의 효과]

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 이 종류의 유체 베어링 장치에 있어서 탄소 섬유를 배합했을 경우에도 윤활유의 침입을 가급적 억제할 수 있는 수지 부재를 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 유체 베어링 장치를 포함한 스핀들 모터의 단면도이다.

도 2는 제 1 실시형태에 의한 유체 베어링 장치의 단면도이다.

도 3은 베어링 슬리브의 단면도이다.

도 4는 하우징의 상단면도이다.

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

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

도 7은 실시예의 재료 조성 및 실험 결과를 나타내는 도면이다.

[부호의 설명]

1, 11, 21 : 유체 베어링 장치 2, 12 : 축부

3 : 회전 부재 7, 17, 27 : 하우징부

7a : 스러스트 베어링면 7a1 : 동압홈

8 : 슬리브부 9 : 허브부

10 : 뚜껑 부재 R1, R2 : 레이디얼 베어링부

T1, T2, T11, T12 : 스러스트 베어링부 S : 씰 공간(seal space)

이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1∼도 4에 의거해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서의 『상하』방향은 단지 각도에 있어서의 구성 요소간의 위치 관계를 용이하게 이해하기 위해서 규정한 것에 지나지 않고, 유체 베어링 장치의 설치 방향이나 사용 실시형태 등을 특정하는 것이 아니다. 후술하는 제 2 실시형태 이후의 설명에 대해서도 마찬가지이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(1)를 포함한 정보 기기용 스핀들 모터의 일구성예를 나타낸 단면도이다. 이 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 사용되는 것이고, 축부(2)를 구비한 회전 부재(3)를 회전 가능하게 비접촉 지지하는 유체 베어링 장치(1)와, 예를 들면 반경 방향의 갭을 통해 대향시킨 스테이터 코일(4) 및 로터 마그넷(5)과, 브래킷(6)을 구비하고 있다. 스테이터 코일(4)은 브래킷(6)의 반경 방향 외측에 부착되어 있고, 로터 마그넷(5)은 회전 부재(3)의 외주에 부착되어 있다. 유체 베어링 장치(1)의 하우징부(7)는 브래킷(6)의 내주에 고정된다. 회전 부재(3)에는 도시는 생략했지만 자기 디스크 등의 디스크상 정보 기록 매체(이하, 단지 디스크라 함)가 1 또는 복수개 유지된다. 이와 같이 구성된 스핀들 모터에 있어서, 스테이터 코일(4)에 통전되면 스테이터 코일(4)과 로터 마그넷(5)의 사이에 발생하는 전자력으로 로터 마그넷(5)이 회전하고, 이에 따라, 회전 부재(3) 및 회전 부재(3)에 유지된 디스크가 축부(2)와 일체로 회전한다.

도 2는 유체 베어링 장치(1)를 나타내고 있다. 이 유체 베어링 장치(1)는 하우징부(7)와, 하우징부(7)에 고정된 슬리브부(8)와, 하우징부(7) 및 슬리브부(8)에 대하여 상대 회전하는 회전 부재(3)를 주로 구비하고 있다. 이 실시형태에서는 고정 부재가 하우징부(7)와 슬리브부(8), 및 축방향 양단에 개구된 하우징부(7)의 일단측을 밀봉하는 뚜껑 부재(10)로 구성된다.

회전 부재(3)는, 예를 들면 하우징부(7)의 개구측에 배치된 허브부(9)와, 슬리브부(8)의 내주에 삽입되는 축부(2)를 구비하고 있다.

허브부(9)는 금속 재료나 수지 재료 등으로 형성되고, 하우징부(7)의 개구측(상측)을 덮는 원반부(9a)와, 원반부(9a)의 외주부로부터 축방향 하방으로 연장된 통상부(筒狀部)(9b)와, 통상부(9b)의 외주에 형성된 디스크 탑재면(9c) 및 플랜지부(9d)로 구성된다. 도시되지 않은 디스크는 원반부(9a)의 외주에 외삽되고, 디스크 탑재면(9c)에 배치된다. 그리고, 도시되지 않은 적절한 유지 수단(클램퍼 등)에 의해 디스크가 허브부(9)에 유지된다.

축부(2)는 이 실시형태에서는 허브부(9)와 일체로 형성되고, 그 하단에 미끄러짐을 방지하는 플렌지부(2b)를 별체로 구비하고 있다. 플렌지부(2b)는 금속제이며, 예를 들면 나사 결합 등의 수단에 의해 축부(2)에 고정된다. 또한, 이 실시형태에서는 축부(2)를 허브부(9)와 일체로 형성한 경우를 예시했지만 축부(2)를 허브부(9)와는 별체로 형성하고, 이것들을 접착, 압입 등의 수단에 의해 고정(어셈블리화)하는 것도 가능하다.

슬리브부(8)는, 예를 들면 금속제의 비공질체(非孔質體) 또는 소결 금속으로 이루어지는 다공질체로 원통상으로 형성된다. 이 실시형태에서는 슬리브부(8)는 구리를 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 원통상으로 형성되고, 하우징부(7)의 내주면(7c)에, 예를 들면 접착(루즈 접착을 포함함), 압입(압입 접착을 포함함), 용착(초음파 용착을 포함함) 등, 적절한 수단에 의해 고정된다. 물론, 슬리브부(8)를 수지나 세라믹 등 금속 이외의 재료로 형성하는 것도 가능하다.

슬리브부(8)의 내주면(8a)의 전면(全面) 또는 일부 영역에는 레이디얼 동압 발생부로서 복수의 동압홈을 배열한 영역이 형성된다. 이 실시형태에서는, 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 동압홈(8a1, 8a2)을 헤링본 형상으로 배열한 영역이 축방향으로 이격해서 2개소 형성된다. 상측의 동압홈(8a1)의 형성 영역에서는 동압홈(8a1)이 축방향 중심(m)(상하의 경사홈간 영역의 축방향 중앙)에 대하여 축방향 비대칭으로 형성되어 있고, 축방향 중심(m)으로부터 상측 영역의 축방향 치수(X1)가 하측 영역의 축방향 치수(X2)보다도 크게 되어 있다.

슬리브부(8)의 하단면(8c)의 전면 또는 일부 환상 영역에는 스러스트 동압 발생부로서, 예를 들면 도시는 생략되지만 복수의 동압홈을 스파이럴(spiral) 형상으로 배열한 영역이 형성된다. 이 동압홈 형성 영역은 스러스트 베어링면으로서, 플렌지부(2b)의 상단면(2b1)과 대향하고, 축부(2)[회전 부재(3)]의 회전시에는 상단면(2b1)과의 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 2 참조).

하우징부(7)는 원통상의 수지 성형품(수지 부재)이다. 이 실시형태에서는 하우징부(7)의 축방향 양단이 개구되어 있고, 그 일단측이 뚜껑 부재(10)로 밀봉되어 있다. 타단측의 단면(상단면)의 전면 또는 일부 환상 영역에는 스러스트 베어링면(7a)이 형성되어 있다. 이 실시형태에서는 스러스트 베어링면(7a)에 스러스트 동압 발생부로서, 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 동압홈(7a1)을 스파이럴 형상으로 배열한 영역이 형성된다. 이 스러스트 베어링면(7a)[동압홈(7a1) 형성 영역]은 허브부(9)의 원반부(9a)의 하단면(9a1)과 대향하고, 회전 부재(3)의 회전시에는 하단면(9a1)과의 사이에 후술하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 2 참조).

하우징부(7)의 타단측 개구부는 뚜껑 부재(10)로 밀봉된다. 이 뚜껑 부재(10)는 금속 재료나 수지 재료 등으로 형성되고, 하우징부(7)의 타단 내주측에 형성된 단차부(7b)에 고정된다. 여기서, 고정 수단은 특별히 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 어셈블링 강도(assembling strength), 밀봉성 등에 따라 적절히 선택할 수 있다.

하우징부(7)의 내주면(7c)에는 슬리브부(8)의 외주면(8b)이, 예를 들면 접착(루즈 접착이나 압입 접착을 포함함), 압입, 용착 등의 적절한 수단에 의해 고정된다.

하우징부(7)의 외주에는 상방을 향해서 점차 직경이 커지는 테이퍼 형상의 씰면(7d)이 형성된다. 이 테이퍼 형상 씰면(7d)은 통상부(9b)의 내주면(9b1)과의 사이에 하우징부(7)의 밀봉측(하방)으로부터 개구측(상방)을 향해서 반경 방향 간극 치수가 점차 축소되는 환상(環狀)의 씰 공간(S)을 형성한다. 이 씰 공간(S)은 축부(2) 및 허브부(9)의 회전시 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극의 외경 방향 외측과 연통하고 있다.

상기 구성을 이루는 유체 베어링 장치(1)의 슬리브부(8)의 내부 공공 영역(空孔領域)을 포함한 베어링 내부 공간(도 2 중 도트 패턴으로 나타낸 영역)에는 윤활유가 충전된다. 윤활유의 유면은 항상 씰 공간(S)내에 유지된다. 이 실시형태에서는 레이디얼 베어링 간극을 형성하는 축부(2)의 외주면(2a)과 슬리브부(8)의 내주면(8a), 또한 쌍방의 스러스트 베어링 간극을 형성하는 허브부(9)의 하단면(9a1)과 하우징부(7)의 상단면[스러스트 베어링면(7a)] 등이 윤활유와 접촉한다. 윤활유로서는 저증발율 및 저점도성이 우수한 에스테르계 윤활유가 사용된다. 특히, 이 실시형태와 같이, HDD 등의 디스크 구동 장치용 유체 베어링 장치(동압 베어링 장치)에 제공되는 윤활유에는 더 한층 저증발율 및 저점도성이 요구되기 때문에, 예를 들면 디옥틸 세바케이트(DOS), 디옥틸 아젤레이트(DOZ) 등의 에스테르계 윤활유가 바람직하게 사용된다.

상기 구성의 하우징부(7)(수지 부재)는 베이스 수지 및 탄소 섬유가 배합된 수지 조성물을 도 2에 도시된 하우징부(7)에 대응한 형상을 갖는 금형에 의해 사출 성형함으로써 얻어진다. 이 경우, 수지 조성물로의 탄소 섬유의 배합은 이하와 같이 해서 행해진다.

즉, 수지 조성물에 배합되는 탄소 섬유로서는 금형내에서의 유동성 또는 성형성 등을 고려하여 수㎜ 이하, 바람직하게는 0.2㎜∼0.5㎜ 정도로 절단된 것이 사용된다. 이 경우에는 절단후의 핸들링성 등을 고려하여, 예를 들면 적절한 결착재를 이용해서 복수개의 탄소 섬유를 묶어서 고정한 상태로 절단한다. 절단된 탄소 섬유는 그것들 섬유를 결착하는 결착재와 함께 베이스 수지에 공급되고, 이에 따라 베이스 수지와 탄소 섬유, 및 결착재를 배합한 수지 조성물이 얻어진다. 이러한 수지 조성물을 상술한 바와 같이 사출 성형함으로서 수지 부재로서의 하우징부(7)가 형성된다.

이때, 결착재로서 우레탄 수지를 포함하지 않는 것을 사용함으로써 절단된 탄소 섬유와 함께 이들 결착재를 이루는 수지가 수지 조성물에 혼입했을 경우에도 하우징부(7)의 성형 표면에 노출된 탄소 섬유의 주위로부터 에스테르계 윤활유가 내부에 침입해 가는 사태를 회피할 수 있다. 따라서, 예를 들면 씰 공간(S)내에 유지되어야 할 유면의 저하 등 유체 베어링 장치(1) 내부에 충전된 윤활유의 유량이 감소하는 것을 가급적 억제하여 각 베어링 간극에 안정적으로 윤활유를 순환 공급할 수 있다. 또한, 순환 공급을 행하는데에 충분한 양의 윤활유를 확보함으로써 윤활유의 경시 열화를 극히 억제하여 우수한 베어링 성능을 장기에 걸쳐서 발휘할 수 있다. 이 경우, 완성품으로서의 하우징부(7)는 베이스 수지 및 탄소 섬유를 함유하지만 베이스 수지 이외의 수지 성분으로서 우레탄 수지를 전혀 함유하지 않는 것이 된다.

결착재로서는 우레탄 프리(free)인 것 외에 탄소 섬유의 분산성의 관점으로부터 사출 성형시 베이스 수지의 용융 온도 이하에서 용융 가능한 것이면 좋고, 바람직한 재료로서는, 예를 들면 에폭시 수지나 나일론 수지 등을 들 수 있다. 이 경우, 완성품으로서의 하우징부(7)는 베이스 수지 및 탄소 섬유를 함유함과 아울러, 예를 들면 탄소 섬유의 주위에 결착재로서의 에폭시 수지 또는 나일론 수지를 함유한 것이 된다.

또한, 이 실시형태에서는 수지 부재[하우징부(7)]를 형성하는 수지 조성물의 베이스 수지에 PPS를 사용했다. 여기서, PPS는 주로 고화시의 아웃 가스 발생량이 적고, 또한 흡수성이 낮고, 높은 내열성을 갖는 등 좋은 특성을 가지므로 상기 수지 조성물로 하우징부(7)를 형성하면 하우징부(7) 성형시 또는 성형후의 아웃 가스 발생량을 억제할 수 있음과 아울러 급수에 의한 하우징부(7)의 치수 변화를 억제할 수 있다. 또한, 모터의 구동중에 있어서의 베어링 내부의 온도 상승에도 견딜 수 있는 하우징부(7)를 얻을 수 있다. 또한, PPS이면 윤활유에 대한 높은 내유성(저흡유성)을 하우징부(7)에 부여할 수 있으므로 스트레스 크랙(stress crack) 등 기름의 침투에 기인하는 불량을 회피할 수 있다.

또한, PPS는 다른 수지와 비교해서 성형성(예를 들면, 성형시의 유동성)이 우수한 수지이기 때문에 이 실시형태와 같이 수지 부재[하우징부(7)]의 일부 표면 에 동압홈(7a1) 등의 미소하고 복잡한 형상을 갖는 개소를 형성할 경우에도 금형내의 동압홈(7a1)에 대응한 개소를 원활하게 충전하는 것이 가능하다.

또한, 탄소 섬유를 충전 재료로서 배합함으로써 하우징부(7)의 보강 효과가 얻어짐과 아울러 하우징부(7)의 온도 변화에 따른 치수 변화를 억제하여 높은 치수 안정성을 얻을 수 있다. 이 결과, 사용시에 있어서의 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극을 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 탄소 섬유를 베이스 수지에 배합함으로써 탄소 섬유가 가지는 높은 도전성이 발현되어서 하우징부(7)에 충분한 도전성을 부여할 수 있다. 이에 따라, 사용시에 디스크에 대전하는 정전기를 회전 부재(3) 및 하우징부(7)[또한, 슬리브부(8)를 경유할 경우도 있음]를 통해 접지측 부재[브래킷(6) 등]로 빠져나가게 할 수 있다.

상기 요구 특성을 만족하기 위해서 탄소 섬유로서는 3000㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 것이 바람직하다. 고강도와 함께 고도전성을 겸비한 것으로서, 예를 들면 PAN계(폴리아크릴로니트릴계)의 탄소 섬유를 들 수 있다.

이들 탄소 섬유를 수지 조성물에 배합함에 의한 보강 효과, 치수 안정 효과, 정전 제거 효과 등은 탄소 섬유의 애스펙트비를 고려함으로써 더 한층 현저하게 발휘된다. 즉, 탄소 섬유의 섬유 길이가 길수록 보강 효과나 정전 제거 효과가 높아지고, 섬유 직경이 작을수록 내마모성, 특히 슬라이딩 상대재(sliding counterpart)의 손상이 억제된다. 이들 관점으로부터 구체적으로는 탄소 섬유의 애스펙트비를 6.5 이상으로 하는 것이 바람직하다. 특히, 이 실시형태와 같이, 하우징부(7)의 일부 표면에 동압홈(7a1)을 배열한 스러스트 베어링면(7a)을 형성할 경 우 상기 애스펙트비를 갖는 탄소 섬유를 배합함으로써 하우징부(7)의 내마모성을 향상시킬 수 있다.

충전 재료로서의 탄소 섬유의 베이스 수지로의 충전량은 5∼35vol%로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 예를 들면 충전량이 5vol% 미만이면 탄소 섬유의 충전에 의한 보강 효과나 내마모성, 정전 제거 효과가 충분히 발휘되지 않고, 또한 충전량이 35vol%을 초과하면 하우징부(7)의 성형성을 확보하는 것이 곤란해지기 때문이다.

이와 같이, 하우징부(7)를 상술한 수지 조성물로 형성하면 고내유성이나 저아웃 가스성(low outgas property), 성형시의 고유동성, 저흡수성, 고내열성에 더해 기계적 강도, 내충격성, 성형성, 치수 안정성, 정전 제거성, 내마모성에도 우수한 하우징부(7)를 얻을 수 있다. 이에 따라, 유체 베어링 장치(1) 및 이 베어링 장치를 포함한 디스크 구동 장치의 내구성, 신뢰성을 높일 수 있다.

상기 구성의 유체 베어링 장치(1)에 있어서, 축부(2)[회전 부재(3)]의 회전시, 슬리브부(8)의 내주면(8a)의 레이디얼 베어링면이 되는 영역[상하 2개소의 동압홈(8a1, 8a2) 형성 영역]은 축부(2)의 외주면(2a)과 레이디얼 베어링 간극을 통해 대향한다. 그리고, 축부(2)의 회전에 따라 상기 레이디얼 베어링 간극의 윤활유가 동압홈(8a1, 8a2)의 축방향 중심(m)측으로 압입되어 그 압력이 상승한다. 이러한 동압홈(8a1, 8a2)의 동압 작용에 의해 축부(2)를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)가 각각 구성된다.

이와 동시에 하우징부(7)의 스러스트 베어링면(7a)[동압홈(7a1) 형성 영역]과 이에 대향하는 허브부(9)[원반부(9a)]의 하단면(9a1) 사이의 스러스트 베어링 간극, 및 슬리브부(8)의 하단면(8c)(동압홈 형성 영역)과 이에 대향하는 플렌지부(2b)의 상단면(2b1) 사이의 스러스트 베어링 간극에 동압홈의 동압 작용에 의해 윤활유의 유막이 각각 형성된다. 그리고, 이들 유막의 압력에 의해 회전 부재(3)를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)와 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 각각 구성된다.

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

상기 제 1 실시형태에서는 하우징부(7)의 상단면에 복수의 동압홈(7a1)을 배열한 스러스트 베어링면(7a)을 형성함과 아울러[스러스트 베어링부(T1)], 슬리브부(8)의 하단면(8c)에 복수의 동압홈을 배열한 스러스트 베어링면을 형성한[스러스트 베어링부(T2)] 경우를 설명했지만 본 발명은 스러스트 베어링부(T1)만을 형성한 유체 베어링 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 이 경우, 축부(2)는 플렌지부(2b)를 구비하지 않은 스트레이트 형상이 된다. 따라서, 하우징부(7)는 뚜껑 부재(10)를 저부로 해서 일체로 수지 재료로 형성한 바닥면이 있는 원통 형상으로 할 수 있다. 또한, 축부(2)와 허브부(9)는 금속 또는 수지로 일체 성형할 수 있는 것 외에 축부(2)를 허브부(9)와 별체로 형성할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(11)를 나타내고 있다. 이 실시형태에 있어서, 축부(회전 부재)(12)는 그 하단에 일체 또는 별체로 설치된 플렌지부(12b)를 구비하고 있다. 또한, 하우징부(17)는 원통상의 측부(17a)와, 측부(17a)와 별체 구조를 이루고 측부(17a)의 하단부에 위치하는 저부(17b)를 구비하고 있다. 하우징부(17)의 측부(17a)의 상단부에는 내주측으로 돌출한 씰부(13)가 하우징부(17)와 일체로 형성된다. 하우징부(17)의 저부(17b)의 상단면(17b1)에는, 도시는 생략되지만, 예를 들면 복수의 동압홈을 스파이럴 형상으로 배열한 영역이 형성됨과 아울러 슬리브부(8)의 하단면(8c)에도 마찬가지 형상으로 동압홈을 배열한 영역이 형성된다. 그리고, 슬리브부(8)의 하단면(8c)과 축부(12)의 플렌지부(12b) 상단면(12b1) 사이에 제 1 스러스트 베어링부(T11)가 형성되고, 하우징부(17)의 저부(17b)의 상단면(17b1)과 플렌지부(12b)의 하단면(12b2) 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T12)가 형성된다. 또한, 이 실시형태에서는 고정 부재가 씰부(13)를 일체로 설치한 하우징부(17)와 슬리브부(8), 및 저부(17b)로 구성된다.

이 실시형태에 있어서, 하우징부(17)의 측부(17a)는 우레탄 수지를 포함하지 않는 결착재를 사용해서 절단하고, 세분화된 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로 형성된다. 이에 따라, 세분화된 탄소 섬유와 함께 결착재를 이루는 수지가 수지 조성물에 혼입했을 경우에도 하우징부(7)의 성형 표면에 노출한 탄소 섬유의 주위에서 에스테르계 윤활유가 내부에 침입해 가는 사태를 확실히 회피할 수 있다. 따라서, 예를 들면 씰 공간(S)내에 유지되어야 할 유면의 저하 등 유체 베어링 장치(11) 내부에 충전된 윤활유의 유량이 감소하는 것을 가급적 억제하여 각 베어링 간극에 안정적으로 윤활유를 순환 공급할 수 있다. 이 경우, 완성품으로서의 하우징부(17)는 베이스 수지 및 탄소 섬유를 함유하지만 우레탄 수지를 전혀 함유하지 않는 것이 된다.

도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(21)를 나타내고 있다. 이 실시형태에 있어서, 씰부(23)는 하우징부(27)의 측부(27a)와 별체로 형성되고, 하우징부(27)의 상단부 내주에 접착, 압입, 또는 용착 등의 수단에 의해 고정된다. 또한, 하우징부(27)의 저부(27b)는 하우징부(27)의 측부(27a)와 일체로 수지 재료로 형성형되어 바닥면이 있는 원통상의 형태를 이루고 있다. 여기서, 고정 부재는 하우징부(27)와 슬리브부(8), 및 씰부(23)로 구성된다. 또한, 이외의 구성은 제 2 실시형태에 준하므로 설명을 생략한다.

이 실시형태에 있어서, 하우징부(27)는 측부(27a)와 저부(27b)의 일체 성형품으로서, 그리고 우레탄 수지를 포함하지 않는 결착재를 사용해서 절단하고, 세분화된 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로 형성된다. 이에 따라, 세분화된 탄소 섬유와 함께 결착재를 이루는 수지가 수지 조성물에 혼입했을 경우에도 하우징부(27)의 성형 표면에 노출한 탄소 섬유의 주위로부터 에스테르계 윤활유가 내부에 침입해 가는 사태를 확실히 회피할 수 있다. 따라서, 예를 들면 씰 공간(S)내에 유지되어야 할 유면의 저하 등 유체 베어링 장치(21) 내부에 충전된 윤활유의 유량이 감소하는 것을 가급적 억제하여 각 베어링 간극에 안정적으로 윤활유를 순환 공급할 수 있다. 이 경우, 완성품으로서의 하우징부(27)는 베이스 수지 및 탄소 섬유를 함유하지만 우레탄 수지를 전혀 함유하지 않는 것이 된다.

또한, 이상의 실시형태(제 1∼제 3 실시형태)에서는 하우징부(7)와, 하우징부(7)의 내주에 수용되는 슬리브부(8)를 별체로 했을 경우를 설명했지만 이것들 하 우징부(7)와 슬리브부(8)를 일체화할 수도 있다[하우징부(17, 27)의 경우도 마찬가지]. 또한, 상기 동압 발생부는 하우징부(7)나 슬리브부(8) 등 고정 부재의 측에 설치하는 것 외에 이것들에 대향하는 회전 부재(3)의 측에 설치할 수도 있다.

또한, 이상의 실시형태에서는 수지 부재로서의 하우징부(7, 17, 27)를 PPS를 베이스 수지로 하는 수지 조성물로 형성한 경우를 설명했지만 상기 에스테르계 윤활유에 대한 고내유성(저흡유성)을 갖는 한 다른 수지도 사용할 수 있다. 그 중에서도, 예를 들면 LCP(액정 폴리머)나 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), PA(폴리아미드), TPI(열가소성 폴리이미드), PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트) 등의 결정성 수지는 고화시의 아웃 가스 발생량이나 급수량을 낮게 억제할 수 있고, 또한 높은 내열성을 갖기 때문에 유체 베어링 장치(1)의 수지 구성 부품용으로서 바람직하게 사용 가능하다. 또한, 탄소 섬유뿐만 아니라 금속 섬유나 유리 섬유, 휘스커(whisker) 등의 무기물, 카본 블랙 등의 도전 부여 부재, 또는 그라파이트 등의 고체 윤활제 등 구성 부품에 의해 필요로 되는 기능이나 특성에 따라 다양한 충전재를 2종 이상 충전하는 것도 가능하다.

또한, 이상의 실시형태에서는 탄소 섬유가 배합되고, 그리고 우레탄 수지를 포함하지 않는 수지 조성물로 이루어지는 수지 부재로서 하우징부(7, 17, 27)를 예시했지만 특히 이 부재에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하우징부(7, 17, 27)에 대신하여 슬리브부(8)나 뚜껑 부재(10), 저부(17b), 또는 씰부(13, 23) 등 에스테르계 윤활유에 접촉하는 개소를 갖는 부재이면 상기 수지 조성물로 형성할 수도 있다(본 발명을 적용할 수 있다). 또한 고정 부재에 한정되지 않고, 회전 부재(3) 를 구성하는 부품, 예를 들면 축부(2, 12)나 플렌지부(2b, 12b), 또는 허브부(9)를 상기 수지 성형품으로 하는 것도 가능하다.

또한, 이상의 실시형태(제 1∼제 3 실시형태)에서는 레이디얼 베어링부(R1, R2) 및 스러스트 베어링부(T1, T2)로서 헤링본 형상이나 스파이럴 형상의 동압홈에 의해 윤활유체의 동압 작용을 발생시키는 구성을 예시하고 있지만 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다.

예를 들면, 레이디얼 베어링부(R1, R2)로서, 도시는 생략되지만, 축방향의 홈을 원주 방향의 복수 개소에 형성한 소위 스텝(step) 형상의 동압 발생부, 또는 원주 방향으로 복수의 원호면을 배열하고, 대향하는 축부(2)[또는, 축부(12)]의 외주면(2a) 사이에 쐐기 형상의 직경 방향 간극(베어링 간극)을 형성한 소위 다원호 베어링을 채용해도 좋다.

또는, 레이디얼 베어링면이 되는 슬리브부(8)의 내주면(8a)을 동압 발생부로서의 동압홈이나 원호면 등을 형성하지 않는 진원상 내주면으로 하고, 이 내주면과 대향하는 축부(2)의 진원상 외주면(2a)에 의해 소위 진원 베어링을 구성할 수 있다.

또한, 스러스트 베어링부(T1, T2)의 한쪽 또는 쌍방은 함께 도시는 생략되지만 스러스트 베어링면이 되는 영역에 복수의 반경 방향 홈 형상의 동압홈을 원주 방향 소정 간격으로 형성한 소위 스텝 베어링, 또는 파형 베어링(단면이 조화 파형 등의 파형으로 된 것) 등으로 구성할 수도 있다.

[실시예]

본 발명의 효과를 실증하기 위해서 다른 결착재를 이용하거나 결착재를 이용하지 않고 세분화한 복수의 탄소 섬유를 배합해서 이루어진 수지 조성물에 대해서, 유체 베어링 장치용 하우징에 요구되는 내흡유성에 대한 평가를 행했다.

구체적으로는, 도 7에 도시된 조성의 수지 조성물로 도 6에 도시된 하우징부(27)를 형성하고, 이것을 구비한 유체 베어링 장치(21)에 있어서의 씰 공간(S) 중의 유면 저하량을 측정함으로써 수지제 하우징부의 내흡유성을 평가했다. 측정 개시시보다 10일 경과후의 유면 저하량이 0.03㎜ 이하이며, 그리고 그 후(여기에서는 20일 경과후)에 유면의 저하 경향을 보이지 않을 경우에 내흡유성을 만족하는 것으로 한다. 여기서, 베이스 수지에는 PPS나 LCP 등 5종류의 열가소성 수지를 사용했다. 충전 재료로서의 탄소 섬유에는 결착재로서 에폭시 수지, 나일론 수지, 우레탄 수지를 각각 사용한 것과, 결착재를 사용하지 않고 세분화한 것을 사용했다. 또한, 어느 수지 조성물에도 도전성 부여 물질로서 카본 블랙을 소정량 배합하고 있다.

도 7에 실험 결과를 나타낸다. 비교예 1∼비교예 3과 같이, 결착재에 우레탄 수지를 사용한 탄소 섬유를 배합한 것에 관해서는 사용하는 베이스 수지의 종류에 따르지 않고, 충분한 내유성(내흡유성)을 얻을 수 없었다. 이에 대하여, 실시예 3∼실시예 6과 같이, 결착재에 우레탄 수지 이외의 수지를 사용한 탄소 섬유를 배합한 것에 관해서는 모두 뛰어난 내유성을 나타냈다. 또한, 실시예 1이나 실시예 2와 같이, 결착재를 사용하지 않을 경우도 높은 내유성을 나타냈다.

Claims (5)

1. 고정 부재와, 회전 부재와, 에스테르계 윤활유와, 상기 에스테르계 윤활유로 채워지는 레이디얼 베어링 간극과, 상기 레이디얼 베어링 간극에 발생하는 에스테르계 윤활유의 유막으로 회전 부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부를 구비하고, 고정 부재와 회전 부재 중 적어도 어느 한쪽이 수지 부재를 갖는 유체 베어링 장치에 있어서:

   상기 수지 부재의 적어도 에스테르계 윤활유에 접촉하는 개소를 탄소 섬유가 배합되고 또한 베이스 수지 이외의 수지 성분으로서 우레탄 수지를 포함하지 않는 수지 조성물로 형성한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수지 조성물은 에폭시 수지 또는 나일론 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 수지 조성물은 PPS를 베이스 수지로서 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
4. 고정 부재와, 회전 부재와, 에스테르계 윤활유와, 상기 에스테르계 윤활유로 채워지는 레이디얼 베어링 간극과, 상기 레이디얼 베어링 간극에 발생하는 에스테르계 윤활유의 유막으로 회전 부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부를 구비하고, 고정 부재와 회전 부재 중 적어도 어느 한쪽이 수지 부재를 갖는 유체 베어링 장치의 제조 방법으로서:

   상기 수지 부재를 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로 형성할 때,

   우레탄 수지를 포함하지 않는 결착재로 다수개의 탄소 섬유를 결착시킨 것을 절단하고, 절단에 의해 세분화된 탄소 섬유를 베이스 수지에 배합함으로써 수지 조성물을 얻는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 결착재에 에폭시 수지 또는 나일론 수지를 사용한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치의 제조 방법.

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