KR20090013078A - 유체동압축받이장치, 스핀들 모터 및 디스크 구동 장치 - Google Patents

유체동압축받이장치, 스핀들 모터 및 디스크 구동 장치 Download PDF

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KR20090013078A
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lubricating oil
bearing
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마사토 고묘
히사야 나카가와
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니혼 덴산 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은 윤활 오일의 변질을 방지할 수 있고, 또한, 제조 비용을 억제하는 할 수 있는 유체동압축받이장치, 스핀들 모터, 및 디스크 구동 장치를 제공하는 것이다.
축받이 하우징(344)의 표면은 니켈 도금층으로 피복되어 있다. 이 때문에, 축받이 하우징(344)의 내부에 충전된 윤활 오일(51)이 축받이 하우징(344)의 아연 성분에 직접 접촉할 일이 없기 때문에, 아연 성분에 의한 윤활 오일(51)의 변질을 방지할 수 있다 . 이에 따라, 유체동압축받이장치(5)의 신뢰성 및 내용연수를 향상시킬 수 있다. 또한, 윤활 오일(51)을 변질시킬 염려가 적지만 고가인 수지재료(LCP 수지, PPS 수지등)나 스테인레스를 사용해서 축받이 하우징(344)을 형성할 경우에 비해, 축받이 하우징(344)을 저비용으로 얻을 수 있다.

Description

유체동압축받이장치, 스핀들 모터 및 디스크 구동 장치{FLUID DYNAMIC BEARING DEVICE, SPINDLE MOTOR AND DISK DRIVE APPARATUS}
본 발명은, 유체동압축받이장치, 해당 유체동압축받이장치를 구비하는 스핀들 모터(spindle motor), 및 스핀들 모터를 구비하는 디스크 구동 장치에 관한 것이다．
퍼스널 컴퓨터나 카네비게이션(car navigation) 등에 사용되는 하드 디스크 장치에는, 자기 디스크를 그 중심축의 주위로 회전시키는 스핀들 모터가 탑재되어 있다. 스핀들 모터는 스테이터(stator)와 로터(rotor)를 축받이 장치를 거쳐서 상대적으로 회전시키는 구성으로 되어 있다. 특히, 최근에는, 스핀들 모터용의 축받이 장치로서, 샤프트와 슬리브(sleeve) 사이에 윤활 오일을 개재시킨 유체동압축받이장치가 많이 사용되고 있다. 유체동압축받이장치는, 샤프트의 외주면 또는 슬리브의 내주면에 새겨 만들어진 방사상 동압홈열 및 샤프트의 한쪽 단부면 또는 슬리브의 한쪽 단부면에 새겨 만들어진 스러스트 동압홈열에 의해 윤활 오일에 유체동압을 발생시키면서 샤프트와 슬리브를 상대 회전시킨다.
종래의 유체동압축받이장치의 구성은, 예를 들면, 특허문헌1 및 특허문헌 2에 개시되어 있다.
(특허문헌 1) 일본국 특허공개공보 평성 제09-044985호
(특허문헌 2) 일본국 특허공개공보 평성 제11-117934호
종래의 유체동압축받이장치 중에는, 슬리브(sleeve)를 다공질소결체에 의해 구성하는 동시에, 윤활 오일의 누출을 방지하기 위해 슬리브를 둘러싸는 축받이 하우징을 구비하는 것이 있다. 축받이 하우징은, 예를 들면, 냉간(冷間) 압연 강판(SPCC, SPCD, SPCE등)에 전기아연도금을 실시한 이른바 아연도금강판(SECE)을 프레스가공에 의해 유저(有底)원통형으로 성형한 것이 사용되고 있었다. 또한, 윤활 오일로서는, 유동성이나 열안정성에 우수한 에스테르(ester) 오일이 많이 사용되었다.
그러나, 축받이 하우징의 아연도금에 포함되는 아연 성분은 에스테르 오일에 대하여 촉매로서 작용하기 때문에 축받이 하우징내의 에스테르 오일을 변질되게 해 열화시키는 우려가 있다. 도 8은, 푸리에(Fourier) 변환 적외 분광 광도계(FT-IR)를 사용해서 에스테르 오일에 파수가 다른 복수의 광(wave number)을 조사(照射)하고, 각 조사(照射)광에 대한 에스테르 오일의 흡광도의 분포를 조사한 그래프다. 또한, 도 9는 에스테르 오일에 아연을 투입해서 몇 일간 경과시킨 후, 마찬가지로 푸리에 변환 적외 분광 광도계를 사용해서 에스테르 오일의 흡광도의 분포를 조사한 그래프다. 도 ８ 및 도 ９에 있어서, 가로축은 조사(照射)광의 파수를 나타내고 있고, 종축은 흡광도를 나타내고 있다. 도 8과 도 9를 비교하면, 도 9에서는 파수 1596/cm부근에 있어서의 흡광도가 저하하고 있다 (도면중 A의 부분). 즉, 아연의 작용에 의해 에스테르 오일을 구성하는 분자 결합에 어떠한 변화가 발생하고, 에스테르 오일이 변질된 것을 알 수 있다.
한편, 아연도금을 실시하지 않은 냉간 압연강판을 축받이 하우징의 재료로서 사용하면, 아연 성분에 의한 에스테르 오일의 변질은 회피할 수 있다. 그러나, 이 경우에 있어서도, 축받이 하우징의 내부의 부재와 축받이 하우징의 미끄럼운동에 의해 윤활 오일 중에 금속분이 혼입하거나, 또는, 축받이 하우징의 표면에 녹이 발생하는 것에 의해 에스테르 오일의 조성에 영향을 미치는 가능성이 있다.
또, 에스테르 오일을 변질되게 하는 우려가 적은 고가의 수지(LCP 수지, PPS수지)나 스테인레스를 축받이 하우징의 재료로서 사용하면, 축받이 하우징에 드는 비용이 증대하고, 유체동압축받이장치의 저렴한 제조가 곤란하게 되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 상기 문제를 감안해서 이루어진 것으로서, 윤활 오일의 변질을 방지할 수 있고, 또한, 제조비용을 억제할 수 있는 유체동압축받이장치, 스핀들 모터, 및 디스크 구동 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 청구항 1에 의하면, 유체동압축받이장치는, 샤프트와, 상기 샤프트가 삽입되는 축받이 구멍을 소유하고, 상기 샤프트의 중심축을 중심으로 상기 샤프트를 상대회전 가능하게 지지하는 슬리브와, 냉간 압연강판 또는 아연도금강판으로 형성되어, 상기 슬리브가 내부에 배치된 축받이 하우징을 구비하고, 상기 축받이 하우징의 내부에는 에스테르를 주성분으로 하 는 윤활 오일이 충전되어 있어, 상기 샤프트의 외주면과 상기 슬리브의 내주면의 사이에는, 상기 윤활 오일을 작동 유체로서 유지하고, 상기 상대 회전시에 상기 윤활 오일에 유체동압을 야기하는 방사상 동압홈열을 소유하는 방사상 동압축받이부가 구성되어, 상기 축받이 하우징의 표면 중, 적어도 상기 윤활 오일과 접촉하는 영역은, 니켈을 주성분으로 하는 도금층으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 2에 의하면, 청구항 1기재의 유체동압축받이장치로서, 상기 축받이 하우징은, 표면 전체에 걸쳐 상기 도금층으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 3에 의하면, 청구항 1 또는 2기재의 유체동압축받이장치로서, 상기 슬리브는 상기 윤활 오일을 함침한 다공질 소결체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 4에 의하면, 청구항 1 내지 3중 어느 한 항에 기재된 유체동압축받이장치는, 상기 샤프트의 한쪽 단부는 볼록한 형상의 곡면을 하고 있어, 상기 축받이 하우징의 내부에 배치되어, 상기 샤프트의 상기 한쪽 단부와 축 방향으로 대향하는 카운터 플레이트를 또한 구비하고, 상기 샤프트의 상기 한쪽 단부와 상기 카운터 플레이트 사이에는, 피보트 베어링부가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 5에 의하면, 청구항 1 내지 3중 어느 한 항에 기재된 유체동압축받이장치로서, 상기 샤프트는, 상기 샤프트의 한쪽 단부에 고정되어 상기 축 받이 하우징과 대향하도록 배치된 스러스트 플레이트를 또한 구비하고, 상기 스러스트 플레이트와 상기 축받이 하우징 사이에는, 상기 윤활 오일을 작동 유체로서 유지하고, 상기 상대 회전시에 상기 윤활 오일에 유체동압을 야기하는 스러스트 동압홈열을 소유하는 스러스트 동압축받이 부가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 6에 의하면, 청구항 1 내지 5중 어느 한 항에 기재된 유체동압축받이장치로서, 상기 축받이 하우징은, 상기 냉간 압연강판 또는 상기 아연도금강판을 프레스 성형하는 것에 의해 얻을 수 있은 부재인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 7에 의하면, 스핀들 모터는, 베이스부재와, 상기 베이스 부재에 고정된 자속 발생부와 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 유체동압축받이장치에 의해 상기 베이스에 대하여 회전 자유롭게 지지된 로터와, 상기 자속 발생부에 대향하여 상기 로터에 장착되는 로터 마그네트를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 8에 의하면, 디스크를 회전시키는 디스크 구동 장치는, 장치 하우징과, 상기 장치 하우징의 내부에 고정된 제 7 항에 기재된 스핀들 모터와, 상기 디스크에 대하여 정보의 판독 및/또는 기록을 하는 액세스부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 의하면, 냉간 압연강판 또는 아연도금강판으로 형성된 축받이 하우징의 표면 중, 적어도 윤활 오일과 접촉하는 영역은, 니켈을 주성분으로 하는 도금층에 피복되어 있다. 이 때문에, 축받이 하우징의 내부에 충전된 윤활 오일이 냉간 압연강판 또는 아연도금강판에 직접 접촉되지 않고, 이들 재료의 영향에 의한 윤활 오일의 변질을 방지할 수 있다. 또한, 윤활 오일의 변질이나 열화의 가능성이 적지만 고가인 수지재료나 스테인레스를 사용해서 축받이 하우징을 형성할 경우에 비교하여, 축받이 하우징을 저비용에 얻을 수 있다. 또한, 니켈을 주성분으로 하는 도금층에 피복되어 있기 때문에 마모 특성도 좋다.
특히, 본 발명의 청구항 2에 따르면, 축받이 하우징은 표면 전체에 걸쳐 도금층으로 피복되어 있기 때문에, 축받이 하우징의 표면 전체에 걸쳐 파티클(particle)의 발생이나 녹의 발생을 억제 할 수 있다.
특히, 본 발명의 청구항 3에 따르면, 슬리브는 윤활 오일을 함침한 다공질 소결체로 형성되어 있다. 이 때문에, 슬리브와 샤프트 사이의 미끄럼운동성이 향상되고, 또한, 슬리브를 저비용에 얻을 수 있기 때문에, 유체동압축받이장치의 제조비용을 더욱 저감시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 청구항 4에 따르면, 볼록한 형상의 곡면을 한 샤프트의 한쪽 단부와, 축받이 하우징의 내부에 배치된 카운터 플레이트(counter plate) 사이에는, 피보트(pivot)베어링부가 구성되어 있다. 이 때문에, 샤프트를 축 방향으로 안정하게 지지하면서, 샤프트와 슬리브를 미소한 회전 저항으로 상대 회전시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 청구항 5에 따르면, 샤프트의 한쪽 단부에 고정된 스러스트 플레이트(thrust plate)와 축받이 하우징의 사이에, 스러스트 동압축받이부가 구성되어 있다. 이 때문에, 샤프트를 축 방향으로 안정하게 지지하면서, 샤프트와 슬리브를 미소한 회전 저항으로 상대 회전시킬 수 있다. 또한, 샤프트의 한쪽 단부에 고정된 스러스트 플레이트와 슬리브의 사이에 스러스트 동압축받이부가 구성되어 있어도 좋다.
특히, 본 발명의 청구항 6에 따르면, 축받이 하우징은 냉간 압연강판 또는 아연도금강판을 프레스 성형에 의해 얻을 수 있는 부재다. 이 때문에， 축받이 하우징을 저비용으로 얻을 수 있고, 유체동압축받이장치의 제조비용을 더욱 저감시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 설명의 편의상, 도 １ 내지 도 ７에 있어서의 상하 방향에 따라서 「상방」, 「하방」, 「상면」, 「하면」 등의 어구를 사용한다. 그러나, 이에 따라 본 발명의 유체동압축받이장치, 스핀들 모터 및 디스크 구동 장치의 설치 자세(posture)가 한정되는 것은 아니다.
<1. 디스크 구동 장치의 구성>
도 １은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디스크 구동 장치(2)의 종단면도다. 디스크 구동 장치(2)는, 자기 디스크(22)를 회전시키면서 정보의 판독 및 기록을 하는 하드 디스크 장치다. 도 １에 나타낸 것 같이, 디스크 구동 장치(2)는, 주로, 장치 하우징(21), 디스크(22), 스핀들 모터(1), 및 액세스부(23)을 구비하고 있다.
장치 하우징(21)은, 컵 형상의 제 1 하우징부재(211)와, 판형상의 제 2 하우징부재(212)를 소유하고 있다. 제 1 하우징부재(211)는, 상부에 개구를 가지고, 제 1 하우징부재(211)의 내측의 저면에는, 스핀들 모터(1)와 액세스부(23)가 설치되어 있다. 제 2 하우징부재(212)는 제 1 하우징부재(211)의 상부의 개구를 덮도록 제 1 하우징부재(211)에 접합되고, 제 1 하우징부재(211)와 제 2 하우징부재(212)에 둘러싸여진 장치 하우징(21)의 내부공간(213)에는, 디스크(22), 스핀들 모터(1) 및 액세스부(23)가 수용되어 있다. 장치 하우징(21)의 내부공간(213)은, 쓰레기나 먼지가 극도로 적은 청정한 공간으로 되어 있다.
디스크(22)는, 중앙부에 구멍을 소유하는 원판형상의 정보 기록 매체이다. 디스크(22)는, 스핀들 모터(1)의 허브(hub) 부재(42)에 장착되어, 스핀들 모터(1)위에 회전 가능하게 지지되어 있다. 한편, 액세스부(23)는, 헤드(231), 암(arm)(232) 및 헤드 이동 기구(233)를 소유하고 있다. 헤드(231)는, 디스크(22)의 주면(主面)에 근접하고, 디스크(22)에 대하여 정보의 판독 및 기록을 자기(磁氣)적으로 실행한다. 암(232)은, 헤드(231)를 지지하면서 디스크(22)의 주면에 따라 요동한다. 헤드 이동 기구(233)는, 디스크(22)의 옆쪽에 설치되어 있다. 헤드 이동 기구(233)는, 암(232)을 요동시킴으로써, 헤드(231)를 디스크(22)에 대하여 상대적으로 이동시킨다. 이에 따라, 헤드(231)는, 회전하는 디스크(22)의 필요한 위치에 액세스하고, 디스크(22)에 대하여 정보의 판독 및 기록을 행한다. 또, 헤드(231)는, 디스크(22)에 관한 정보의 판독 및 기록의 어느 하나만을 행하는 것이라도 좋다.
<2. 스핀들 모터의 구성>
다음으로, 상기의 스핀들 모터(1)의 상세한 구성에 대해서 설명한다. 도 ２는, 스핀들 모터(1)의 종단면도다. 도 ２에 나타낸 것 같이, 스핀들 모터(1)는, 주로, 디스크 구동 장치(2)의 장치 하우징(21)에 고정되는 스테이터부(3)와, 디스크(22)를 장착해서 소정의 중심축(L)주위로 회전시키는 로터부(4)를 구비하고 있다.
스테이터부(3)는, 베이스부재(31), 스테이터 코어(32), 코일(33) 및 고정 축받이 유닛(34)을 구비하고 있다.
베이스부재(31)는, 알루미늄 등의 금속재료에 의해 형성되어, 디스크 구동 장치(2)의 장치 하우징(21)에 나사조임등에 의해 고정되어 있다. 베이스부재(31)에는, 중심축(L)의 주위에 있어서 축 방향(중심축(L)에 따른 방향. 이하 같음.)으로 돌출한 대략원통형상의 홀더부(311)가 형성되어 있다. 홀더부(311)의 내주측(중심축(L)에 대한 내주측. 이하 같음.)은 고정 축받이 유닛(34)을 유지하기 위한 관통공으로 되어 있다. 또한, 홀더부(311)의 외주측 (중심축(L)에 대한 외주측. 이하 같음.)의 면은, 스테이터 코어(32)를 끼워붙임시키는 설치면이 마련되어 있다.
또, 본 실시예에서는, 베이스부재(31)와 제 1 하우징부재(211)를 별도로 구 성하고 있지만, 베이스부재(31)와 제 1 하우징부재(211)가 하나의 부재로 구성되어 있어도 좋다. 이 경우, 베이스부재(31) 및 제 1 하우징부재(211)를 구성하는 부재로서 홀더부(311)가 형성되는 것이 된다.
스테이터 코어(32)는, 홀더부(311)의 외주면에 끼워붙여지는 요크(yoke)부(321)과, 요크부(321)로부터 직경 방향(중심축(L)에 대한 직경 방향. 이하 같음.)의 외측을 향해서 돌출형성되는 복수 라인의 톱니부(322)를 가지고 있다. 스테이터 코어(32)은, 예를 들면, 전자(電磁)강판을 축 방향으로 적층시킨 적층 강판에 의해 형성된다.
코일(33)은, 스테이터 코어(32)의 각 톱니부(322)의 주위에 두루 감아진 도선에 의해 구성되어 있다. 코일(33)은, 소정의 전원 장치(도시 생략)와 접속되어 있다. 전원 장치로부터 코일(33)에 구동 전류를 부여하면, 톱니부(322)에는 직경 방향의 자속이 발생한다. 톱니부(322)에 발생한 자속은, 후술하는 로터 마그네트(43)의 자속과 서로 작용하고 로터부(4)를 중심축(L)주위로 회전시키기 위한 토크를 발생시킨다.
고정 축받이 유닛(34)은, 로터부(4)측의 샤프트(41)를 상대적으로 회전 가능하게 지지하기 위한 기구다. 고정 축받이 유닛(34)은 샤프트(41)와 함께 유체동압축받이장치(5)를 구성한다. 도 ３은, 유체동압축받이장치(5)의 구성을 나타낸 확대 종단면도다. 도 ３에 나타낸 것 같이, 고정 축받이 유닛(34)은, 슬리브(341), 카운터 플레이트(342), 씰(seal)부재(343) 및 축받이 하우징(344)을 구비하고 있다.
슬리브(341)는, 샤프트(41)가 삽입되는 축받이 구멍(341a)을 가지는 원통형 상의 부재다. 슬리브(341)는 축받이 하우징(344)의 내주면에 고정되어 있다. 슬리브(341)는 축받이 구멍(341a)내의 샤프트(41)를 지지해서 샤프트(41)의 직경 방향의 이동을 규제하면서, 샤프트(41)의 중심축(L)주위의 회전을 허용한다. 슬리브(341)의 내주면과 샤프트(41)의 외주면은 미소한(예를 들면, 수μｍ정도의) 간격을 사이에 두고 서로 대향하고, 그 간격에는, 후술하는 윤활 오일(51)이 충전되어 있다. 슬리브(341)는 금속분말을 가열하면서 결합 고화시킴으로써 얻을 수 있은 소결체에 의해 구성되어 있다. 이 때문에， 슬리브(341)는, 미시적으로 보면, 다수의 미소한 공동(구멍)을 소유하는 다공질체가 되어 있어, 그 표면에 윤활 오일을 함침한다. 샤프트(41)는, 윤활 오일을 함침한 슬리브(341)에 대하여 양호하게 접동(摺動)한다. 또한, 소결체로 구성되는 슬리브(341)는 비교적 저비용에 얻을 수 있다.
카운터 플레이트(342)는, 샤프트(41)의 아래쪽으로 배치된 원판형상의 부재다. 카운터 플레이트(342)는, 그 상면을 샤프트(41)의 하단부(4lb)에 접촉시킴으로써 샤프트(41)를 축 방향으로 지지하면서, 샤프트(41)의 중심축(L)주위의 회전을 허용한다. 카운터 플레이트(342)의 상면의 중앙 부분에는, 오목한 형상의 곡면을 한 오목부(342a)가 형성되어 있다. 오목부(342a)의 곡률반경은, 샤프트(41)의 하단부의 곡률반경과 동일하거나 크게 설정되어 있다. 오목부(342a)의 상면은 샤프트(41)의 하단부에 면 또는 점으로 접촉하여, 카운터 플레이트(342)와 샤프트(41)의 사이에는, 이른바 피보트 베어링기구가 구성되어 있다. 샤프트(41)는, 이러한 피보트 베어링기구에 있어서 미소한 회전 저항으로 중심축(L)주위로 회전할 수 있다. 또, 카운터 플레이트(342)는, 스테인레스나 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되 어 있어도 좋고 또는 세라믹이나 수지에 의해 구성되어 있어도 좋다. 또한, 카운터 플레이트(342)는 축받이 하우징(344)의 일부로서, 축받이 하우징(344)과 일체적으로 형성되어 있어도 좋다.
씰부재(343)는, 슬리브(341)의 상부에 배치된 원환상의 부재이다. 씰부재(343)의 내주면(343a)은, 축방향 위쪽으로 향함에 따라서 내경이 커지는 경사면으로 되어 있다. 이 때문에, 씰부재(343)의 내주면(343a)과 샤프트(41)의 외주면 사이의 간격(343b)의 폭은 축방향 위쪽으로 향함에 따라서 커진다. 간격(343b)에 형성되는 윤활 오일(51)의 계면은, 표면장력에 의해 메니스커스(meniscus) 형상이 되고, 이에 따라 윤활 오일(51)이 고정 축받이 유닛(34)의 외부로 새어나가는 것이 방지된다. 즉, 씰부재(343)와 샤프트(41)의 간격(343b)에 테이퍼드된(tapered) 씰이 구성된다. 씰부재(343)는, 예를 들면, 스테인레스나 알루미늄 등의 금속 혹은 수지에 의해 형성된 것을 사용할 수 있다. 또, 씰부재(343)는, 슬리브(341)와 일체적으로 형성되어 있어도 좋다.
축받이 하우징(344)은, 상기의 슬리브(341), 카운터 플레이트(342), 및 씰부재(343)를 내부에 수용하는 유저(有底)원통형의 부재다. 축받이 하우징(344)은, 베이스부재(31)의 홀더부(311)의 내주측에 형성된 관통공의 내부에 압입 또는 가열 끼워맞춤에 의해 고정되어 있다. 슬리브(341) 및 씰부재(343)는 축받이 하우징(344)의 내주면에 고정되고, 카운터 플레이트(342)는 축받이 하우징(344)의 저면위에 배치되어 있다.
축받이 하우징(344)의 내부에는 에스테르를 주성분으로 하는 윤활 오일(51) 이 충전되어 있다. 윤활 오일(51)로서는, 예를 들면, 폴리올에스테르(polyol ester)계 오일이나 디에스테르(diester)계 오일 등의 에스테르를 주성분으로 하는 오일이 사용된다. 폴리올에스테르계 오일은, 다가 알코올(polyhydric alcohol)과 탄소수 5~20의 포화 또는 불포화의 지방산을 에스테르화한 구조를 가지는 것이며, 예를 들면, 헥사메틸렌 글리콜(hexamethylene glycol)과 카프릴산(caprylic acid) 또는 노난산(nonane acid)의 에스테르, 데카메틸렌(decamethylene)의 카프릴산 에스테르, 카프로산(caproic acid) 또는 카프르산(capric acid)의 트리메틸올 프로판(trimethylol propane) 에스테르등이다. 디에스테르계 오일은 1가의 지방산 알코올과 지방족 및 방향족 디카르복실산(dicarboxylic acid)을 에스테르화한 구조를 가지는 것이며, 예를 들면, 다이옥틸 아디페이트(dioctyl adipate), 다이아이소노닐 아디페이트(diisononyl adipate), 다이옥틸 아젤레이트(dioctyl azelate), 다이옥틸 세바케이트(dioctyl sebacate)등이다. 이러한 에스테르계 오일은 내마모성, 열안정성, 유동성에 우수하기 때문에, 유체동압축받이장치(5)의 윤활 오일(51)로서 바람직하다. 또, 윤활 오일(51)은, 복수 종류의 에스테르를 혼합한 것, 혹은 에스테르와 다른 성분을 혼합한 것이라도 좋다. 또한, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서, 점도지수 향상제나 유동점 강하제, 산화방지제, 금속불활성제, 계면 활성제, 방청제, 부식방지제등 종래 공지의 각종첨가제를 필요에 의해 배합해도 좋다.
윤활 오일(51)은, 슬리브(341)와 샤프트(41) 사이의 간격뿐만 아니라, 슬리브(341)와 카운터 플레이트(342)의 사이나 카운터 플레이트(342)와 축받이 하우 징(344)의 사이에도 연속해서 충전되어 있다. 또한, 슬리브(341)와 축받이 하우징(344)의 사이에도 부분적으로 미소한 간격이 형성되어 있어, 해당 간격에도 윤활 오일(51)이 연속해서 충전되어 있다. 즉, 축받이 하우징(344)의 내부 전체가, 윤활 오일(51)로 채워져 있다.
본 실시예의 축받이 하우징(344)은, 냉간 압연강판 (예를 들면, SPCC, SPCD, SPCE)의 표면에 아연도금을 실시한 아연도금강판(SECE)을 유저원통형으로 프레스 성형하고, 그 표면 전체에 니켈 도금을 실시한 것이다. 즉, 도 ４에 나타낸 것 같이, 축받이 하우징(344)의 표면 전체가 니켈 도금층(344a)으로 피복되어 있다. 이 때문에, 축받이 하우징(344)의 내부에 충전된 윤활 오일(51)이 축받이 하우징(344)의 아연도금 표면에 직접 접촉할 일이 없고, 아연 성분에 의한 윤활 오일(51)의 변질을 방지할 수 있다. 이에 따라, 유체동압축받이장치(5)의 신뢰성 및 내용연수를 향상시킬 수 있다. 또한, 윤활 오일(51)을 변질시킬 염려가 적은 수지재료(LCP 수지, PPS 수지등)나 스테인레스를 사용해서 축받이 하우징(344)을 형성할 경우에 비해서, 축받이 하우징(344)을 저비용에 얻을 수 있다.
또한, 니켈 도금층(344a)은 축받이 하우징(344)의 표면 중, 적어도 윤활 오일(51)과 접촉하는 영역을 덮고 있으면 좋다. 예를 들면, 도 ５에 나타낸 것 같이, 축받이 하우징(344)의 내측의 면만이 니켈 도금층(344a)에 피복되어 있어도 좋다. 단지, 축받이 하우징(344)의 표면 전체에 걸쳐서 니켈 도금이 실시되어 있으면, 축받이 하우징(344)의 외측의 면에 있어서도 파티클의 발생이나 녹의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 그 외의 기술적 효과를 얻을 수 있다.
니켈 도금층(344a)은, 예를 들면, 환원제를 사용해서 니켈을 환원 석출시키는, 이른바 무전해 니켈 도금법에 의해 축받이 하우징(344)의 표면에 형성된다. 그 후, 300도 내지 700도의 가열 처리를 하는 것에 의해， 표면경도를 더욱 향상시킬 수 있고, 마모를 억제할 수 있다. 니켈 도금층(344a)의 막두께는, 예를 들면, 1 내지 몇백 μm로 하면 좋고, 바람직하게는 몇십 μm로 하면 좋다. 또한, 니켈 도금층(344a)은, 반드시 니켈(Ni)만으로 이루어질 필요는 없고, 니켈을 주성분으로 하는 것이면 좋다. 예를 들면, 니켈 도금층(344a)은, 니켈과 인(P)의 합금이어도 좋다.
도 ２를 다시 참고하면, 로터부(4)는 샤프트(41), 허브부재(42), 및 로터 마그네트(43)를 구비하고 있다.
샤프트(41)는 중심축(L)을 따라 마련된 대략 원주형상의 부재이다. 샤프트(41)는 슬리브(341)의 축받이 구멍(341a)에 하부를 삽입한 상태에서 고정 축받이 유닛(34)으로 지지되어 있다. 샤프트(41)의 외주면에는, 샤프트(41)의 외주면과 슬리브(341)의 내주면과의 사이에 개재하는 윤활 오일(51)에 유체동압을 발생시키기 위한 헤링본(herringbone) 형상의 방사상 동압홈열(41a)이 새겨 만들어져 있다. 샤프트(41)가 회전할 때에는, 방사상 동압홈열(41a)에 의해 윤활 오일(51)이 가압되어, 윤활 오일(51)이 작동 유체로서 작용함으로써， 샤프트(41)가 직경 방향으로 지지되면서 회전한다. 또, 방사상 동압홈열(41a)은, 샤프트(41)의 외주면과 슬리브(341)의 내주면의 어느 한편에 설치되어도 좋다.
샤프트(41)의 하단부 부근에는, 고정 축받이 유닛(34)로부터 샤프트(41)가 빠져 나가는 것을 방지하기 위한 플랜지부재(411)가 고정되어 있다. 플랜지부재(411)는 샤프트(41)와 일체화되어서 샤프트(41)의 외주면으로부터 직경 방향으로 돌출하는 돌출부를 형성한다. 플랜지부재(411)의 상면은 슬리브(341)의 하면과 축 방향으로 대향한다. 로터부(4)에 축 방향 위쪽으로 향하는 힘이 작용했을 때에는, 슬리브(341)의 하면에 플랜지부재(411)의 상면이 접촉하고, 이에 따라 스테이터부(3)와 로터부(4)가 분리되는 것이 방지된다. 또, 샤프트(41) 및 플랜지부재(411)는 단일부재에 의해 형성되어 있어도 좋다.
샤프트(41)의 하단부(4lb)는 볼록한 곡면을 하고 있고, 플랜지부재(411)보다도 더 축 방향 아래쪽으로 돌출되어있다. 샤프트(41)의 하단부(4lb)는 카운터 플레이트(342)의 오목부(342a)(도 ３참조)에 접촉하고, 이에 따라, 샤프트(41)는 축 방향으로 지지된다.
허브부재(42)는 샤프트(41)에 고정되어서 샤프트(41)와 함께 회전하는 부재이다. 허브부재(42)는 중심축(L)의 주위에 있어서 직경 방향외측으로 넓어지는 형상을 구비하고 있다. 보다 상세히 설명하면, 허브부재(42)는 샤프트(41)의 상단부에 압입 또는 가열 끼워맞춤에 의해 접합되는 접합부(421)와, 접합부(421)로부터 직경 방향외측 및 아랫쪽으로 향하여 넓어지는 몸통부(422)와, 몸통부(422)의 외주연으로부터 축 방향 아래쪽으로 늘어뜨리는 늘어뜨림부(423)를 소유하고 있다. 허브부재(42)는, 이러한 형상에 의해 스테이터 코어(32), 코일(33), 및 고정 축받이 유닛(34)의 위쪽을 덮는다.
허브부재(42)의 몸통부(422)에는 디스크(22)를 지지하기 위한 제 1 지지 면(422a) 및 제 2 지지면(422b)이 형성되어 있다. 제 1 지지면(422a)은 중심축(L)에 대하여 수직하게 형성된 평면이며, 제 2 지지면(422b)은 제 1 지지면(422a)의 내주측에 있어서 중심축(L)에 대하여 평행으로 형성된 원통면이다. 허브부재(42) 위로 디스크(22)가 장착되었을 때에는, 제 1 지지면(422a)에 디스크(22)의 하면이 접촉하는 동시에 제 2 지지면(422b)에 디스크(22)의 내주부(내주면 또는 내주연)가 접촉하고, 이에 따라 디스크(22)가 수평자세로 유지된다. 허브부재(42)는, 예를 들면, 알루미늄, 자성SUS(스테인레스), 냉간 압연강판 (SPCC, SPCD, SPCE)등의 금속재료로부터 형성된다.
로터 마그네트(43)는 허브부재(42)의 늘어뜨림부(423)의 내주면에 고정되어 있다. 로터 마그네트(43)는 중심축(L)을 둘러싸도록 원환상으로 배치되어 있다. 로터 마그네트(43)의 내주면은 자극(磁極)면이 되어 있고, 스테이터 코어(32)의 복수의 톱니부(322)의 외주면에 대향한다.
이러한 스핀들 모터(1)에 있어서, 스테이터부(3)의 코일(33)에 구동 전류를 부여하면, 스테이터 코어(32)의 복수의 톱니부(322)에 직경 방향의 자속이 발생한다. 그리고, 톱니부(322)와 로터 마그네트(43) 사이의 자속의 작용에 의해 토크가 발생하고, 스테이터부(3)에 대하여 로터부(4)가 중심축(L)주위로 회전한다. 허브부재(42) 위에 지지된 디스크(22)는 샤프트(41) 및 허브부재(42)와 함께 중심축(L)주위로 회전한다.
<3. 변형 예>
이상, 본 발명의 1 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기의 예에 한 정되는 것은 아니고, 여러 변형이 가능하다.
상기의 예에서는 샤프트(41)의 하단부 부근에 고정된 플랜지부재(411)에 의해 고정 축받이 유닛(34)로부터 샤프트(41)가 빠져나가는 것을 방지하고 있었지만, 다른 구성에 의해 고정 축받이 유닛(34)로부터 샤프트(41)가 빠져나가는 것을 방지해도 좋다. 예를 들면, 도 ６에 나타낸 것 같이, 씰부재(343)의 내주부에 내측에 향해서 돌출하는 볼록부(343c)를 형성하는 동시에, 샤프트(41)의 표면 중 볼록부(343c)에 대향하는 부분에 오목부(41c)를 형성하고, 볼록부(343c)와 오목부(41c)를 감합시킴으로써, 고정 축받이 유닛(34)로부터 샤프트(41)가 빠져나가는 것을 방지하도록 해도 좋다.
또, 상기의 예에서는 축받이 하우징(344)내에 배치된 카운터 플레이트(342)에 대하여 샤프트(41)를 상대적으로 회전시키고 있었지만, 카운터 플레이트(342)대신에, 스러스트 플레이트(412)를 샤프트(41)와 함께 회전시키는 구성이어도 좋다. 예를 들면, 도 ７에 나타낸 것 같이, 샤프트(41)의 하단부에 스러스트 플레이트(412)를 나사조임에 의해 고정하고, 축받이 하우징(344)에 대하여 스러스트 플레이트(412) 및 샤프트(41)를 일체적으로 회전시키도록 해도 좋다. 스러스트 플레이트(412)의 상면측에는 슬리브(341)의 하면과 스러스트 플레이트(412) 사이에 개재하는 윤활 오일(51)에 유체동압을 발생시키기 위한 스파이럴(spiral) 형상의 스러스트 동압홈열(412a)가 새겨 만들어져, 스러스트 플레이트(412)의 하면측에는, 스러스트 플레이트(412)와 축받이 하우징(344)의 저면과의 사이에 개재하는 윤활 오일(51)에 유체동압을 발생시키기 위한 스파이럴 형상의 스러스트 동압홈열(412b)이 새겨 만들어져 있다. 이 때문에, 샤프트(41) 및 스러스트 플레이트(412)가 회전할 때에는, 스러스트 동압홈열(412a) 및 스러스트 동압홈열(412b)에 의해 윤활 오일(51)이 가압되어, 윤활 오일(51)이 작동 유체로서 작용함으로써， 샤프트(41)가 축 방향으로 지지되면서 회전한다. 축받이 하우징(344)의 저면은, 니켈을 주성분으로 하는 도금층으로 피복되어 있기 때문에, 스러스트 플레이트(412)와 축받이 하우징(344)은 매끄럽게 접동한다. 따라서, 미끄럼운동에 의한 금속분의 발생을 억제할 수 있고, 금속분이 윤활 오일(51)에 혼입함에 따라 발생하는 윤활 오일(51)의 변질을 방지할 수 있다.
또한, 상기의 예에서는, 윤활 오일(51)의 계면은 1군데에 형성되어 있지만, 복수개소에 설치되어도 좋다. 복수개소의 계면은, 각각 표면장력에 의해 메니스커스 형상이 되고, 이에 따라 윤활 오일(51)이 고정 축받이 유닛(34)의 외부로 새어나가는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기의 예에서는, 축받이 하우징(344)의 기초소재로서 아연도금강판을 사용하고 있었지만, 아연도금강판 대신에, 아연도금을 실시하지 않는 냉간 압연강판을 사용해도 좋다. 아연도금을 실시하지 않는 냉간 압연강판은, 아연도금강판에 비해서 녹이 발생하기 쉽지만, 축받이 하우징(344)의 표면에 니켈 도금을 함으로써, 녹의 발생을 방지 할 수 있다. 또한, 도 ７과 같이 스러스트 플레이트(412)와 축받이 하우징(344)이 접동하는 경우에도, 미끄럼운동에 의한 금속분의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 녹이나 금속분에 의한 윤활 오일(51)의 변질을 방지 할 수 있다.
또한, 상기의 예에서는, 축회전형의 아우터로터(outer rotor) 모터에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 축고정형의 모터나, 이너로터(inner rotor) 모터에도 적용할 수 있다. 또한, 상기의 스핀들 모터(1)는 자기 디스크(22)를 회전시키기 위한 것이었지만, 본 발명은, 광디스크 등의 다른 기록 디스크를 회전시키기 위한 모터에도 적용할 수 있다 .
도 1은 디스크 구동 장치의 종단면도이고,
도 ２는 스핀들 모터의 종단면도이고,
도 3은 유체동압축받이장치의 종단면도이고,
도 4는 표면 전체에 니켈 도금을 실시한 축받이 하우징의 종단면도이고,
도 5는 내측의 면만 니켈 도금을 실시한 축받이 하우징의 종단면도이고,
도 6은 변형예에 있어서의 유체동압축받이장치의 종단면도이고,
도 7은 변형예에 있어서의 유체동압축받이장치의 종단면도이고,
도 8은 아연투입전에 있어서의 에스테르 오일의 흡광도 분포를 나타낸 그래프이고,
도 9는 아연투입후에 있어서의 에스테르 오일의 흡광도 분포를 나타낸 그래프이다.
부호의 설명
1 스핀들 모터 2 디스크 구동 장치
3 스테이터부 4 로터부
5,6,7 유체동압축받이장치 21 장치 하우징
22 디스크 23 액세스부
31 베이스부재 32 스테이터 코어
33 코일 34 고정 축받이 유닛
41 샤프트 41a 방사상 동압홈열
42 허브 부재 43 로터 마그네트
51 윤활 오일 341 슬리브
342 카운터 플레이트 343 씰부재

Claims (8)

  1. 유체동압축받이장치에 있어서,
    샤프트와,
    상기 샤프트가 삽입되는 축받이 구멍을 소유하고, 상기 샤프트의 중심축을 중심으로 상기 샤프트를 상대회전 가능하게 지지하는 슬리브와,
    냉간 압연강판 또는 아연도금강판으로 형성되어, 상기 슬리브가 내부에 배치된 축받이 하우징을 구비하고,
    상기 축받이 하우징의 내부에는 에스테르를 주성분으로 하는 윤활 오일이 충전되어 있어, 상기 샤프트의 외주면과 상기 슬리브의 내주면과의 사이에는, 상기 윤활 오일을 작동 유체로서 유지하고, 상기 상대 회전시에 상기 윤활 오일에 유체동압을 야기하는 방사상 동압홈열을 소유하는 방사상 동압축받이부가 구성되어,
    상기 축받이 하우징의 표면 중, 적어도 상기 윤활 오일과 접촉하는 영역은, 니켈을 주성분으로 하는 도금층으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 유체동압축받이장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 축받이 하우징은, 표면 전체에 걸쳐 상기 도금층으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 유체동압축받이장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 슬리브는 상기 윤활 오일을 함침(含浸)한 다공질 소결체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체동압축받이장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 축받이 하우징의 내부에는 상기 샤프트의 상기 한쪽 단부와 축방향으로 대향하는 카운터 플레이트를 또한 구비하고, 상기 샤프트의 한쪽 단부는 볼록한 형상의 곡면을 하고 있어, 상기 샤프트의 상기 한쪽 단부와 상기 카운터 플레이트 사이에는, 피보트 베어링부가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체동압축받이장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 샤프트는, 상기 샤프트의 한쪽 단부에 고정되어 상기 축받이 하우징과 대향하도록 배치된 스러스트 플레이트를 또한 구비하고, 상기 스러스트 플레이트와 상기 축받이 하우징 사이에는, 상기 윤활 오일을 작동 유체로서 유지하고, 상기 상대 회전시에 상기 윤활 오일에 유체동압을 야기하는 스러스트 동압홈열을 소유하는 스러스트 동압축받이부가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체동압축받이장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 축받이 하우징은, 상기 냉간 압연강판 또는 상기 아연도금강판을 프레스 성형하는 것에 의해 얻을 수 있은 부재인 것을 특징으로 하는 유체동압축받이장치.
  7. 스핀들 모터에 있어서,
    베이스부재와,
    상기 베이스 부재에 고정된 자속 발생부와,
    제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 유체동압축받이장치에 의해 상기 베이스에 대하여 회전 자유롭게 지지된 로터와,
    상기 자속 발생부에 대향하여 상기 로터에 장착된 로터 마그네트를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
  8. 디스크를 회전시키는 디스크 구동 장치에 있어서,
    장치 하우징과,
    상기 장치 하우징의 내부에 고정된 제 7 항에 기재된 스핀들 모터와,
    상기 디스크에 대하여 정보의 판독 및/또는 기록을 하는 액세스부를 구비하 는 것을 특징으로 하는 디스크 구동 장치.
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