KR20150020567A - 유체 동압 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터 - Google Patents

유체 동압 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터 Download PDF

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KR20150020567A
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Abstract

다공질 재료로 형성된 회전측의 베어링 부재(22)와, 베어링 부재(22)를 내주에 수용한 정지측의 하우징(7)과, 베어링 부재(22)의 상측을 실링 간극(S)을 통해 대기로 개방하는 실링 부재(9)와, 베어링 부재(22)의 외주면(22a)과 하우징(7)의 내주면(7a2) 사이에 형성되는 래디얼 베어링 간극과, 베어링 부재(22)의 하단면(22c)과 하우징(7)의 내저면(7b1) 사이에 형성되는 스러스트 베어링 간극을 구비하고, 래디얼 베어링 간극 및 스러스트 베어링 간극이 윤활유(11)로 채워지고, 양쪽 베어링 간극에 형성되는 유막으로 베어링 부재(22)가 래디얼 방향 및 스러스트 방향으로 지지되는 유체 동압 베어링 장치(1)로서 베어링 부재(22)의 상단면(22b)과, 이것에 대향하는 실링 부재(9)의 하단면(9b) 사이에 공기를 포함하는 축방향 간극(10)을 개재시켰다.

Description

유체 동압 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터{FLUID DYNAMIC BEARING DEVICE AND MOTOR WITH SAME}
본 발명은 유체 동압 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 유체 동압 베어링 장치는 고속 회전, 고속 회전 정밀도 및 저소음 등의 특징을 갖는다. 이 때문에, 유체 동압 베어링 장치는 정보 기기를 비롯한 여러 가지 전기 기기에 탑재되는 모터용 베어링 장치로서 구체적으로는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 장착되는 스핀들 모터용, PC 등에 장착되는 팬 모터용, 또는 레이저 빔 프린터(LBP)에 장착되는 폴리곤 스캐너 모터용 베어링 장치 등으로서 적합하게 사용되고 있다.
유체 동압 베어링 장치는 회전측의 부재를 래디얼 방향으로 지지하는 래디얼 베어링부와, 회전측의 부재를 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부를 구비하고 있고, 최근에는 상기 특징을 유효하게 얻기 위해서 래디얼 베어링부 및 스러스트 베어링부의 쌍방을 동압 베어링으로 구성하는 경우가 많다. 이 종류의 유체 동압 베어링 장치로서는 여러 가지의 것이 제안되어 있지만, 예를 들면 특허문헌 1의 도 2에는 회전측을 구성하는 소결 금속제의 베어링 부재와, 베어링 부재를 내주에 수용하는 정지측의 하우징을 구비하고, 베어링 부재의 외주면과 하우징의 내주면 사이에 래디얼 베어링부의 래디얼 베어링 간극이 형성되는 유체 동압 베어링 장치가 개시되어 있다. 또한, 이 유체 동압 베어링 장치에서는 베어링 부재의 일단면 및 타단면에서 스러스트 베어링부의 스러스트 베어링 간극이 각각 형성된다.
특허문헌 1의 구성을 채용하면 축 부재의 외주면과 하우징의 내주에 고정한 베어링 부재의 내주면 사이에 래디얼 베어링부의 래디얼 베어링 간극을 형성하도록 한 구성(예를 들면, 특허문헌 2)에 비해 래디얼 베어링부의 지지 면적 확대를 도모할 수 있는 것에 추가해서 베어링 부재의 회전에 따라 윤활유에 작용하는 원심력에 의해 래디얼 베어링 간극을 윤택한 윤활유로 채우는 것이 가능해진다. 그 때문에, 래디얼 베어링부의 지지 능력을 높이는 점에서 또한 래디얼 베어링부의 지지 능력을 안정적으로 유지하는 점에서 유리해진다.
일본 특허 공개 2007-24089호 공보 일본 특허 공개 2003-336636호 공보
그런데, 특허문헌 1에 기재된 유체 동압 베어링 장치와 같이 베어링 부재의 일단면 및 타단면에서 각각 스러스트 베어링 간극을 형성하도록 했을 경우, 양쪽 스러스트 베어링 간극에서의 유막 부족을 방지하기 위해 하우징의 내부 공간을 윤활유로 채울 필요가 있다. 이것은 하우징의 개구부를 실링하는 실링 간극의 범위 내에 윤활유의 유면을 유지하도록 하고 있는(특허문헌 1의 단락 0028 참조) 점에서도 명확하다.
그러나, 상기 구성을 채용하면 베어링 장치의 조립 후에 소위 진공 함침 등의 번잡한 방법을 사용하여 하우징의 내부 공간을 윤활유로 채우고, 또한 윤활유의 유면을 정밀도 좋게 관리할(윤활유량을 미조정할) 필요가 있다. 그 때문에, 유체 동압 베어링 장치에 대한 추가적인 저비용화의 요청에 대응하는 것이 어렵다는 문제가 지적되고 있다.
그래서, 본 발명은 저비용으로 제조 가능하면서 소망의 베어링 성능을 발휘할 수 있는 유체 동압 베어링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 창안된 본 발명은 다공질 재료로 형성되고, 축방향 양측에 단면을 갖는 회전측의 베어링 부재와, 축방향 일방측이 폐색된 유저통상을 이루고, 베어링 부재를 내주에 수용한 정지측의 하우징과, 베어링 부재의 축방향 타방측의 단면과 대향 배치되고, 베어링 부재의 축방향 타방측을 실링 공간을 통해 대기로 개방하는 실링 부재와, 베어링 부재의 외주면과 하우징의 내주면 사이에 형성되는 래디얼 베어링 간극과, 베어링 부재의 축방향 일방측의 단면과 하우징의 내저면 사이에 형성되는 스러스트 베어링 간극을 구비하고, 래디얼 베어링 간극 및 스러스트 베어링 간극이 윤활유로 채워지고, 래디얼 베어링 간극 및 스러스트 베어링 간극에 형성되는 유막에 의해 베어링 부재가 래디얼 방향 및 스러스트 방향으로 각각 지지되는 유체 동압 베어링 장치에 있어서 베어링 부재의 축방향 타방측의 단면과, 이것에 대향하는 실링 부재의 단면 사이에 공기를 포함하는 축방향 간극을 개재시킨 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치(이하, 단순히 「베어링 장치 」라고도 칭한다)에서는 상기 래디얼 베어링 간극 및 스러스트 베어링 간극이 윤활유로 채워진 상황 하에 있어서 베어링 부재의 축방향 타방측의 단면과, 이것에 대향하는 실링 부재의 단면 사이에 공기를 포함하는 축방향 간극을 개재시켰다. 이것은 즉, 상기 상황 하에 있어서 축방향 간극의 범위 내에 윤활유의 유면을 유지 가능하게 한 것을 의미하고, 이 경우 하우징의 내부 공간에 충전하는 윤활유량을 하우징의 내부 공간의 용적(양쪽 베어링 간극을 비롯하여 2개의 부재 사이에 형성되는 간극의 용적의 총합)보다 적게 할 수 있다. 이것에 의해 상기 베어링 장치의 조립 후에, 예를 들면 마이크로 피펫 등의 급유구를 사용하여 실링 간극으로부터 하우징의 내부 공간에 주유한다는 간단한 작업을 실행하는 것만으로도 하우징의 내부 공간에 필요량의 윤활유를 개재시킬 수 있다. 그 때문에, 고정밀한 유면의 조정·관리 작업이 불필요해지고, 이것을 통해서 베어링 장치의 제조 비용을 저렴화할 수 있다.
상기 구성에 있어서 베어링 부재에 베어링 부재를 축방향 일방측으로 압박하는 외력을 작용시킬 수 있다. 이와 같이 하면 베어링 부재를 스러스트 양방향으로 지지하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 스러스트 베어링 간극에 형성되는 유막에 의한 스러스트 일방향의 하중 지지 능력이 과도하게 커지고, 이것에 따라 스러스트 방향의 지지 정밀도가 불안정화되는 사태를 가급적으로 회피할 수 있다. 또한, 스러스트 타방향의 하중을 동압 베어링으로 이루어지는 스러스트 베어링부로 지지하는 특허문헌 1의 구성에서는 상기 스러스트 베어링부의 스러스트 베어링 간극의 간극 폭을 고정밀도로 조정·관리할 필요가 있지만 상기 본 발명의 구성에서는 이와 같은 조정·관리 작업이 불필요해진다. 따라서, 상기 베어링 장치의 저비용화를 도모하면서 베어링 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 외력은, 예를 들면 자력으로 부여할 수 있다. 이 자력은, 예를 들면 정지측의 하우징을 내주에 유지하는 유지 부재(모터 베이스)에 설치되는 스테이터 코일과, 회전측의 베어링 부재에 설치되는 로터 마그넷을 축방향으로 어긋나게 해서 배치함으로써 부여할 수 있다. 이 종류의 유체 동압 베어링 장치가 장착되는 각종 모터는 통상 로터 마그넷과 스테이터 코일을 필수 구성 부재로서 구비한다. 따라서, 상기 구성을 채용하면 상기 외력을 특단의 비용 증가를 초래하는 일 없이 저가격으로 부여할 수 있다.
상기 구성에 있어서 베어링 부재의 회전 시, 축방향 간극 내의 윤활유를 실링 간극으로부터 지름 방향으로 이반하는 방향으로 압입하는 압입부를 더 갖는 것으로 할 수 있다. 이와 같이 하면 베어링 부재의 회전 중(베어링 장치의 운전 중)에 있어서의 실링 간극을 통한 윤활유 누출, 나아가서는 이것에 기인한 베어링 성능의 저하를 가급적으로 방지할 수 있다.
압입부는, 예를 들면 축방향 간극을 형성하는 대향 이면 중 적어도 한쪽에 형성한 복수의 홈부로 구성할 수 있지만 다공질 재료로 형성되는 베어링 부재의 양호한 가공성을 감안하여 베어링 부재의 축방향 타방측의 단면에 형성한 복수의 홈부로 구성하는 것이 바람직하다.
압입부를 구성하는 각 홈부의 홈 폭은 실링 간극으로부터 지름 방향으로 이반하는 방향을 향해서 점감시키는 것이 바람직하다. 모세관력에 의해 축방향 간극 내의 윤활유를 실링 간극으로부터 지름 방향으로 이간한 위치에서 유지하기 쉬워지므로 실링 간극을 통한 윤활유 누출을 방지하는 점에서 유리해지기 때문이다. 또한, 압입부를 구성하는 각 홈부는 홈 바닥측을 향해서 홈 폭을 점감시킨 단면 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 모세관력에 의해 축방향 간극 내의 윤활유를 각 홈부의 홈 바닥측(실링 간극으로부터 축방향으로 이간한 측)으로 끌어들일 수 있으므로 실링 간극을 통한 윤활유 누출을 방지하는 점에서 한층 유리해지기 때문이다.
이상의 구성에 있어서 실링 간극은 베어링 부재를 외주에 고정한 축 부재의 외주면과, 하우징과 일체 또는 별도로 설치한 실링 부재의 내주면 사이에 형성할 수 있다. 이 경우, 래디얼 베어링 간극을 실링 간극보다 외경측에 형성할 수 있다. 그 때문에, 압입부를 복수의 홈부로 구성하고, 또한 각 홈부의 홈 폭을 실링 간극으로부터 지름 방향으로 이반하는 방향을 향해서 점감시켜 두면 베어링 부재의 정지 시 및 회전 시의 쌍방에 있어서 축방향 간극에 개재하는 윤활유를 래디얼 베어링 간극으로 끌어들이기 쉬워진다. 이것에 의해 래디얼 베어링 간극을 윤택한 윤활유로 채우고, 래디얼 방향의 회전 정밀도의 안정화를 도모할 수 있다.
이상의 구성에 있어서 래디얼 베어링 간극을 통해 대향하는 하우징의 내주면과 베어링 부재의 외주면 중 어느 한쪽 또는 쌍방에는 래디얼 베어링 간극 내의 윤활유에 동압 작용을 발생시키는 동압 발생부(래디얼 동압 발생부)를 형성할 수 있다.
래디얼 동압 발생부는 베어링 부재의 회전 시에 래디얼 베어링 간극 내의 윤활유를 스러스트 베어링 간극측에 압입하는 형상으로 하는 것이 바람직하다. 스러스트 베어링 간극에 있어서의 유막 부족을 가급적으로 방지하고, 스러스트 일방향의 회전 정밀도의 안정화를 도모할 수 있기 때문이다.
베어링 부재에는 베어링 부재의 양단면을 연통시키는 연통로를 형성할 수 있다. 이와 같은 연통로를 형성해 둠으로써 베어링 장치의 운전 중에 하우징의 내부 공간에 개재하는 윤활유를 적극적으로 유동 순환시키는 것이 가능해지므로 베어링 장치 내부의 압력 밸런스의 붕괴나, 각 베어링 간극에 있어서의 윤활유 부족에 기인한 베어링 성능의 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
이상에서 나타낸 본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치는 이상에서 나타낸 여러 가지의 특징을 갖는 점에서, 예를 들면 PC용 팬 모터나, 디스크 구동 장치용 스핀들 모터 등의 각종 모터에 장착해서 적합하게 사용할 수 있고, 또한 각종 모터의 저비용화에 기여할 수 있다.
(발명의 효과)
이상으로부터 본 발명에 의하면 저비용으로 제조 가능하면서 소망의 베어링 성능을 발휘할 수 있는 유체 동압 베어링 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 팬 모터의 일구성예를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 유체 동압 베어링 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 베어링 부재의 하단면을 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 2에 나타내는 베어링 부재의 상단면을 나타내는 평면도이다.
도 5a는 도 4 중의 X1-X1 화살표 방향으로 보았을 때의 단면도이며, 베어링 부재의 상단면에 형성한 홈부의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5b는 베어링 부재의 상단면에 형성하는 홈부의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 5c는 베어링 부재의 상단면에 형성하는 홈부의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 변형예에 의한 베어링 부재의 상단면을 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 유체 동압 베어링 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 유체 동압 베어링 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
도 1에 본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치(1)가 장착된 팬 모터의 일구성예를 개념적으로 나타낸다. 같은 도면에 나타내는 팬 모터는 유체 동압 베어링 장치(1)와, 모터의 정지측을 구성하는 유지 부재로서의 모터 베이스(6)와, 모터 베이스(6)에 부착된 스테이터 코일(5)과, 날개(도시 생략)를 갖는 회전 부재로서의 로터(3)와, 로터(3)에 부착되고, 스테이터 코일(5)과 반경 방향의 갭을 통해 대향하는 로터 마그넷(4)을 구비한다. 유체 동압 베어링 장치(1)의 하우징(7)은 모터 베이스(6)의 내주에 고정되고, 로터(3)는 유체 동압 베어링 장치(1)의 축 부재(21)의 일단에 고정되어 있다. 이와 같이 구성된 팬 모터에 있어서 스테이터 코일(5)에 통전하면 스테이터 코일(5)과 로터 마그넷(4) 사이의 전자력에 의해 로터 마그넷(4)이 회전하고, 이것에 따라 축 부재(21), 축 부재(21)에 고정된 날개를 갖는 로터(3) 및 로터(3)에 고정된 로터 마그넷(4) 등을 구비한 회전체(2)가 회전한다.
또한, 회전체(2)가 회전하면 로터(3)에 설치된 날개의 형태에 따라 도면 중 상향 또는 하향으로 바람이 이송된다. 이 때문에, 회전체(2)의 회전 중에는 이 송풍 작용의 반력으로서 유체 동압 베어링 장치(1)의 축 부재(21) 및 그 외주에 고정한 베어링 부재(22)에 도면 중 하향 또는 상향의 추진력이 작용한다. 스테이터 코일(5)과 로터 마그넷(4) 사이에는 이 추진력을 없애는 방향의 자력(척력)을 작용시키고 있고, 상기 추진력과 자력의 크기의 차에 의해 발생한 스러스트 하중이 유체 동압 베어링 장치(1)의 스러스트 베어링부(T)로 지지된다. 상기 추진력을 없애는 방향의 자력은, 예를 들면 스테이터 코일(5)과 로터 마그넷(4)을 축방향으로 어긋나게 해서 배치함으로써 발생시킬 수 있다(상세한 도시는 생략). 또한, 회전체(2)의 회전 시에는 유체 동압 베어링 장치(1)의 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)에 래디얼 하중이 작용한다. 이 래디얼 하중은 유체 동압 베어링 장치(1)의 래디얼 베어링부(R)로 지지된다.
도 2에 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 유체 동압 베어링 장치(1)를 나타낸다. 이 유체 동압 베어링 장치(1)는 회전측을 구성하는 축 부재(21) 및 그 외주에 고정된 베어링 부재(22)와, 축방향 일방측이 폐색된 유저통상을 이루고, 베어링 부재(22) 및 축 부재(21)를 내주에 수용한 정지측의 하우징(7)과, 베어링 부재(22)의 축방향 타방측의 단면과 대향 배치되고, 베어링 부재(22)의 축방향 타방측을 실링 간극(S)을 통해 대기로 개방하는 실링 부재(9)를 주요한 구성 부재로서 구비하고 있다. 하우징(7)의 내부 공간에는 윤활유(11)(조밀한 산점 해칭으로 나타낸다)가 충전되어 있고, 도 2에 나타내는 상태에서는 적어도 래디얼 베어링부(R)의 래디얼 베어링 간극 및 스러스트 베어링부(T)의 스러스트 베어링 간극이 윤활유(11)로 채워져 있다. 또한, 이하에서는 설명의 편의상, 실링 부재(9)가 배치된 측을 상측, 그 축방향 반대측을 하측으로 한다.
하우징(7)은 원통 형상의 통부(7a)와, 통부(7a)의 하단 개구를 폐색하는 바닥부(7b)를 갖는 유저통상을 이루고, 여기에서는 통부(7a)와 바닥부(7b)가 금속 또는 수지로 일체로 형성되어 있다. 통부(7a)의 내주면은 단차부를 통해 대경 내주면(7a1)과 지름 내주면(7a2)으로 구획되고, 대경 내주면(7a1)에는 실링 부재(9)가 고정된다. 소경 내주면(7a2)은 축 부재(21)에 고정된 베어링 부재(22)의 외주면(22a) 사이에 래디얼 베어링 간극을 형성하는 원통 형상 영역을 갖고, 상기 원통 형상 영역은 요철이 없는 평활면으로 형성되어 있다. 또한, 바닥부(7b)의 내저면(7b1)은 베어링 부재(22)의 하단면(22c)과의 사이에 스러스트 베어링 간극을 형성하는 원환 형상 영역을 갖고, 상기 원환 형상 영역은 요철이 없는 평활면으로 형성되어 있다.
실링 부재(9)는 금속 또는 수지로 원환 형상으로 형성되고, 하우징(7)의 대경 내주면(7a1)에 접착, 압입, 압입 접착 등의 적당한 수단으로 고정된다. 실링 부재(9)의 내주면(9a)과, 이것에 대향하는 축 부재(21)의 외주면(21a) 사이에는 실링 간극(래버린스 실링)(S)이 형성되고, 베어링 부재(22)의 상측은 실링 간극(S)을 통해 대기로 개방되어 있다.
축 부재(21)는 스테인리스강 등의 금속 재료로 형성되고, 그 외주면(21a)은 평활한 원통면으로 형성되어 있다. 축 부재(21)의 상단 외주에 날개를 갖는 로터(3)가 고정되어 있다.
베어링 부재(22)는 다공질체, 여기에서는 구리(구리계 합금을 포함한다) 또는 철(철계 합금을 포함한다)의 금속 분말을 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 원통 형상으로 형성된다. 베어링 부재(22)는 소결 금속 이외의 다공질체, 예를 들면 다공질 수지로 형성하는 것도 가능하다. 이 베어링 부재(22)는 하단면(22c)이 축 부재(21)의 하단면(21b)보다 축방향 외측(하측)에 위치하도록 하고, 축부(21)의 외주면(21a)에 압입, 접착, 압입 접착(압입과 접착의 병용), 용접 등의 적당한 수단으로 고정되어 있다.
베어링 부재(22)는 그 양단면(22b, 22c)을 연통시키는 연통로(8)를 1개 또는 복수개 구비하고 있다. 여기에서는 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이 베어링 부재(22)의 내주면(22d)에 형성한 축방향 홈(22d1)과, 평활한 원통면상을 이루는 축 부재(21)의 외주면(21a)으로 연통로(8)를 형성하고 있다. 물론, 축 부재(21)의 외주면(21a)에 축방향 홈을 형성함으로써 연통로(8)를 형성할 수도 있다.
베어링 부재(22)의 외주면(22a)에는 대향하는 하우징(7)의 소경 내주면(7a2)과의 사이에 래디얼 베어링 간극을 형성하는 원통 형상의 래디얼 베어링면이 형성된다. 래디얼 베어링면에는 래디얼 베어링 간극 내의 윤활유(11)에 동압 작용을 발생시키기 위한 동압 발생부(래디얼 동압 발생부)(A)가 형성되어 있다. 래디얼 동압 발생부(A)는 서로 반대 방향으로 경사지고, 또한 축방향으로 이간한 복수의 동압홈(Aa1, Ab1)을 헤링본 형상으로 배열해서 구성된다. 래디얼 동압 발생부(A)에 있어서 상측의 동압홈(Aa1)의 축방향 치수는 하측의 동압홈(Ab1)의 축방향 치수보다 크게 되어 있다. 이것에 의해 회전체(2)(축 부재(21) 및 베어링 부재(22))의 회전 시, 래디얼 베어링 간극에 채워진 윤활유(11)는 하향(스러스트 베어링부(T)의 스러스트 베어링 간극측)으로 압입된다.
또한, 래디얼 동압 발생부(A)를 구성하는 각 동압홈은, 예를 들면 베어링 부재(22)를 성형함과 동시에(상세하게는 금속 분말을 압분·소결해서 이루어지는 원통 형상의 베어링 소재에 사이징 가공을 실시함으로써 완성 치수·형상의 베어링 부재(22)를 성형함과 동시에) 몰드 성형할 수도 있고, 소결 금속의 양호한 가공성을 감안하여 외주면이 평활면으로 성형된 베어링 소재에 전조 등의 소성 가공을 실시함으로써 형성할 수도 있다. 또한, 래디얼 동압 발생부(A)(동압홈)의 형성 실시형태는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 래디얼 동압 발생부(A)는 스파이럴 형상의 동압홈을 원주 방향으로 복수 배열한 것으로 해도 좋다.
도 3에 나타내는 바와 같이 베어링 부재(22)의 하단면(22c)에는 대향하는 하우징(7)의 내저면(7b1)과의 사이에 스러스트 베어링부(T)의 스러스트 베어링 간극을 형성하는 환상의 스러스트 베어링면이 형성된다. 이 스러스트 베어링면에는 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)가 회전함에 따라 스러스트 베어링 간극 내의 윤활유(11)에 동압 작용을 발생시키기 위한 스러스트 동압 발생부(B)가 형성되어 있다. 스러스트 동압 발생부(B)는 스파이럴 형상의 동압홈(Ba)을 둘레 방향으로 소정 간격으로 복수 형성해서 구성되어 있고, 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)의 회전 시 스러스트 베어링 간극 내의 윤활유(11)를 내경측으로 압입하는 펌프 인 기능을 갖는다. 스러스트 동압 발생부(B)는 헤링본 형상의 동압홈을 둘레 방향으로 소정 간격으로 배치해서 구성할 수도 있다.
베어링 부재(22)의 상단면(22b)과, 이것에 대향하는 실링 부재(9)의 하단면(9b) 사이에는 공기를 포함하는 축방향 간극(환상 공간)(10)이 형성된다. 유체 동압 베어링 장치(1)가 도 2에 나타내는 자세로 배치된 상태(실링 간극(S)을 연직 방향 상측에 배치한 상태)에서는 적어도 래디얼 베어링부(R1, R2)의 래디얼 베어링 간극 및 스러스트 베어링부(T)의 스러스트 베어링 간극이 윤활유(11)로 채워지고, 하우징(7)의 내부 공간에 충전한 윤활유(11)의 유면이 상기 축방향 간극(10)의 범위 내에 유지된다.
따라서, 이 유체 동압 베어링 장치(1)에서는 하우징(7)의 내부 공간에 충전되는 윤활유(11)의 양(체적)이 하우징(7)의 내부 공간의 용적보다 적게 되어 있다.
베어링 부재(22)의 상단면(22b)에는 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)의 회전 시 축방향 간극(10) 내의 윤활유(11)를 실링 간극(S)으로부터 지름 방향으로 이반하는 방향(본 실시형태에서는 지름 방향 외향)으로 압입하는 압입부(12)가 형성된다. 압입부(12)는 도 4에 나타내는 바와 같이 둘레 방향 소정 간격으로 배치된 복수의 홈부(13)로 구성되고, 여기에서는 각 홈부(13)를 지름 방향으로 연장되는 방사홈으로 구성하고 있다. 각 홈부(13)는 그 홈 폭을 외경측(실링 간극(S)으로부터 지름 방향으로 이반하는 방향)을 향해서 점감시킨 형태를 이루고, 또한 그 홈 폭을 홈 바닥측을 향해서 점감시킨 단면 형상을 갖는다. 또한, 각 홈부(13)의 단면 형상으로서는, 예를 들면 도 5a에 나타내는 단면 삼각형상을 채용할 수 있는 것 외에 도 5b에 나타내는 단면 사다리꼴 형상, 또는 도 5c에 나타내는 단면 반원 형상도 채용할 수 있다.
각 홈부(13)의 외경 단부 및 내경 단부는 베어링 부재(22)의 상단 외주 챔퍼(22e) 및 상단 내주 챔퍼(22f)에 각각 개구되어 있고, 홈부(13)의 홈 깊이는 상단 외주 챔퍼(22e)의 모따기량보다 작게 설정된다. 예를 들면, 상단 외주 챔퍼(22e)의 모따기량을 0.2㎜로 했을 경우, 홈부(13)의 홈 깊이는 0.15㎜ 정도로 설정된다. 이와 같이 한 것은 홈부(13)의 홈 깊이가 상단 외주 챔퍼(22e)의 모따기량보다 커지면 베어링 부재(22)의 외주면(22a)에 형성한 래디얼 동압 발생부(A)(특히, 상측의 동압홈(Aa1))의 형상이 붕괴되어 래디얼 베어링부(R)의 지지 능력에 악영향이 미칠 우려가 있기 때문이다.
베어링 부재(22)의 하단면(22c) 및 상단면(22b)에 각각 형성되는 동압홈(Ba) 및 홈부(13)는 베어링 부재(22)를 성형함과 동시에(상세하게는 금속 분말을 압분·소결해서 이루어지는 베어링 소재에 사이징 가공을 실시함으로써 완성 형상·치수의 베어링 부재(22)를 성형함과 동시에) 몰드 성형할 수도 있고, 소결 금속의 양호한 가공성을 감안하여 양단면이 평활면으로 성형된 베어링 소재에 프레스 등의 소성 가공을 실시함으로써 형성할 수도 있다.
이상의 구성을 구비하는 유체 동압 베어링 장치(1)는, 예를 들면 축 부재(21) 및 그 외주에 고정한 베어링 부재(22)를 하우징(7)의 내주에 삽입하고, 하우징(7)의 대경 내주면(7a1)에 실링 부재(9)를 고정한 후, 마이크로 피펫 등의 급유구를 사용하여 실링 간극(S)을 통해 하우징(7)의 내부 공간에 윤활유(11)를 충전(주유)함으로써 완성된다.
이상의 구성으로 이루어지는 유체 동압 베어링 장치(1)에 있어서, 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)가 회전하면 베어링 부재(22)의 외주면(22a)에 형성된 래디얼 베어링면과, 이것에 대향하는 하우징(7)의 소경 내주면(7a2) 사이에 래디얼 베어링 간극이 형성된다. 그리고, 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)의 회전에 따라 래디얼 베어링 간극에 형성되는 유막 압력이 래디얼 동압 발생부(A)의 동압 작용에 의해 높아지고, 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)를 래디얼 방향으로 비접촉 지지하는 래디얼 베어링부(R)가 형성된다.
이것과 동시에 베어링 부재(22)의 하단면(22c)에 형성된 스러스트 베어링면과, 이것에 대향하는 하우징(7)의 내저면(7b1) 사이에 스러스트 베어링 간극이 형성된다. 그리고, 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)의 회전에 따라 스러스트 베어링 간극의 유막 압력이 스러스트 동압 발생부(B)의 동압 작용에 의해 높아지고, 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)를 스러스트 일방향으로 비접촉 지지(상방으로 부상 지지)하는 스러스트 베어링부(T)가 형성된다. 또한, 도 1을 참조하면서 설명한 바와 같이 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)에는 이들을 하방으로 압박하는 외력으로서의 자력을 작용시키고 있고, 이것에 의해 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)의 과부상이 억제된다.
상술한 바와 같이 축 부재(2) 및 베어링 부재(22)의 회전 시에는 래디얼 베어링 간극 내의 윤활유(11)가 하방으로 압입된다. 이것에 의해 베어링 부재(22)의 회전 시에는 베어링 부재(22)의 외주면(22a)과 하우징(7)의 내주면(7a2) 사이의 간극에 개재하는 윤활유(11)는 하방으로 유동하고, 스러스트 베어링부(T)의 스러스트 베어링 간극→베어링 부재(22)에 형성한 연통로(8)→베어링 부재(22)의 상단면(22b)과 실링 부재(9)의 하단면(9b) 사이의 축방향 간극(10)이라는 경로를 순환하여 래디얼 베어링부(R)의 래디얼 베어링 간극으로 다시 끌어 들여진다. 특히, 본 실시형태에서는 스러스트 동압 발생부(B)가 스러스트 베어링 간극 내의 윤활유(11)를 내경측에 압입하는 펌프 인 기능을 갖고, 또한 베어링 부재(22)의 상단면(22b)에 축방향 간극(10) 내의 윤활유(11)를 외경측에 압입하는 펌프 아웃 기능을 갖는 압입부(12)(복수의 홈부(13))를 형성하고 있으므로 윤활유(11)의 유동 순환이 한층 촉진된다. 이와 같은 구성으로 함으로써 하우징(7)의 내부 공간의 압력 밸런스가 유지됨과 동시에 래디얼 베어링부(R)의 래디얼 베어링 간극 및 스러스트 베어링부(T)의 스러스트 베어링 간극에 있어서의 유막 부족을 방지할 수 있으므로 베어링 성능의 안정화를 도모할 수 있다.
이상에 나타내는 바와 같이 본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치(1)에서는 래디얼 베어링 간극 및 스러스트 베어링 간극이 윤활유(11)로 채워진 상황 하(도 2)에 있어서, 베어링 부재(22)의 상단면(22b)과, 이것에 대향하는 실링 부재(9)의 하단면(9b) 사이에 공기를 포함하는 축방향 간극(10)을 개재시켰다. 이것은 즉, 상기 상황 하에 있어서, 축방향 간극(10)의 범위 내에 윤활유(11)의 유면을 유지 가능하게 한 것을 의미하고, 이 경우 하우징(7)의 내부 공간에 충전하는 윤활유(11)의 양을 하우징(7)의 내부 공간의 용적(양쪽 베어링 간극을 비롯해서 2개의 부재 사이에 형성되는 간극의 용적과, 소결 금속제의 베어링 부재(22)의 내부 공공(空孔)의 용적의 총합)보다 적게 할 수 있다. 이것에 의해 상기 베어링 장치(1)의 조립 후에, 예를 들면 마이크로 피펫 등의 급유구를 사용하여 실링 간극(S)으로부터 하우징(7)의 내부 공간에 주유한다는 간단한 작업을 실행하는 것만으로도 하우징(7)의 내부 공간에 필요량의 윤활유(11)를 개재시킬 수 있어 고정밀한 유면 관리가 불필요해진다.
또한, 베어링 부재(22)에는 베어링 부재(22)를 하방으로 압박하는(스러스트 타방향으로 지지하는) 외력을 작용시키도록 했다. 이와 같이 하면 베어링 부재(22)를 스러스트 양방향으로 지지하는 것이 가능해지므로 스러스트 베어링 간극에 형성되는 유막에 의한 스러스트 일방향의 하중 지지 능력이 과도하게 커지고, 이것에 따라 스러스트 방향의 지지 정밀도(회전 정밀도)가 불안정화되는 사태를 가급적으로 회피할 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 외력을 자력으로 부여하도록 하고, 또한 이 자력을 정지측의 하우징(7)을 내주에 유지하는 모터 베이스(6)에 설치되는 스테이터 코일(5)과, 회전측의 베어링 부재(22)에 설치되는 로터 마그넷(4)을 축방향으로 어긋나게 해서 배치함으로써 부여하도록 했다. 이 종류의 유체 동압 베어링 장치(1)가 장착되는 각종 모터는 로터 마그넷(4)과 스테이터 코일(5)을 필수 구성 부재로서 구비한다. 따라서, 상기 구성을 채용하면 상기 외력을 특단의 비용 증가를 초래하는 일 없이 저가격으로 부여할 수 있다.
또한, 축방향 간극(10) 내에 윤활유(11)의 유면을 유지하도록 함으로써 하우징(7)의 내부 공간으로의 주유 작업은 하우징(7)에 실링 부재(9)를 고정하기 전에 행하는 것도 가능하다. 이와 같이 하면 실링 부재(9)의 고정 후에 실링 간극(S)을 통해 하우징(7)의 내부 공간에 윤활유(11)를 충전하는 경우보다 주유 작업을 간략화할 수 있다.
본 발명에 의한 유체 동압 베어링 장치(1)의 구조상, 예를 들면 상기 베어링 장치(1)를 도 2에 나타내는 실시형태와는 상하를 반전시킨 자세로 사용하는 경우에는 실링 간극(S)을 통해 윤활유(11)가 외부에 누출될 우려가 다소나마 높아진다. 이와 같은 문제에 대해서는 상기한 바와 같이 (1) 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)의 회전 시, 축방향 간극(10) 내의 윤활유(11)를 실링 간극(S)으로부터 지름 방향으로 이반하는 방향(본 실시형태에서는 외경측)으로 압입하는 압입부(12)를 형성한 것, (2) 압입부(12)를 베어링 부재(22)의 상단면(22a)에 형성한 복수의 홈부(13)로 구성하고, 또한 각 홈부(13)의 홈 폭을 실링 간극(S)으로부터 지름 방향으로 이반하는 방향을 향해서 점감시킨 것 및 (3) 압입부(12)를 구성하는 각 홈부(13)를 홈 바닥측을 향해서 홈 폭을 점감시킨 단면 형상으로 형성한 것 등에 의해 효과적으로 방지할 수 있다.
즉, 상기 (2)를 채용하면 모세관력에 의해 축방향 간극(10) 내의 윤활유(11)를 실링 간극(S)으로부터 지름 방향으로 이간한 위치에서 유지하기 쉬워지고, 또한 상기 (3)을 채용하면 모세관력에 의해 축방향 간극(10) 내의 윤활유를 각 홈부(13)의 홈 바닥측(실링 간극(S)으로부터 축방향으로 이간한 측)으로 끌어들일 수 있기 때문이다.
또한, 도시는 생략 하지만 실링 간극(S)을 통한 윤활유 누출을 한층 더 효과적으로 방지하기 위해서 실링 간극(S)에 인접해서 대기에 접한 축부(21)의 외주면(21a)이나 실링 부재(9)의 상단면에 발유막을 형성해도 좋다.
또한, 본 실시형태와 같이 실링 간극(S)을 축 부재(21)의 외주면(21a)과, 하우징(7)에 고정한 실링 부재(9)의 내주면(9a) 사이에 형성하면 래디얼 베어링 간극을 실링 간극(S)보다 외경측에 형성할 수 있다. 그리고, 상기 실시형태의 복수의 홈부(13)로 구성한 압입부(12)가 베어링 부재(22)의 상단면(22b)에 형성되어 있음으로써 축 부재(2) 및 베어링 부재(22)의 정지 시 및 회전 시의 쌍방에 있어서 축방향 간극(10)에 개재하는 윤활유(11)를 래디얼 베어링부(R)의 래디얼 베어링 간극에 끌어들이기 쉬워진다. 이것에 의해 래디얼 베어링부(R)의 래디얼 베어링 간극을 상시 윤택한 윤활유(11)로 채워 래디얼 방향의 회전 정밀도의 안정화를 도모할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 의한 유체 동압 베어링 장치(1)에 대해서 설명을 행했지만 유체 동압 베어링 장치(1)의 각 부에는 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경을 실시할 수 있다.
예를 들면, 압입부(12)는 도 6에 나타내는 스파이럴 형상의 홈부(13)를 복수 형성해서 구성할 수도 있다. 스파이럴 형상의 홈부(13)이면 도 4에 나타내는 방사상의 홈부(13)에 비해 홈부(13) 1개당 단면적(용적)을 확대할 수 있다. 그 때문에, 축방향 간극(10)에 보다 많은 윤활유(11)를 개재시킬(유지할) 수 있어 베어링 성능 향상을 도모함에 있어서 유리해진다.
또한, 축 부재(21) 및 베어링 부재(22)를 래디얼 방향으로 지지하기 위한 래디얼 베어링부는 도 7에 나타내는 바와 같이 축방향의 2개소에 이간해서 형성할 수도 있다(래디얼 베어링부(R1, R2)). 도 7에서는 베어링 부재(22)의 외주면(22a)의 축방향 2개소에 대향하는 하우징(7)의 소경 내주면(7a2)과의 사이에 래디얼 베어링 간극을 형성하는 원통 형상의 래디얼 베어링면을 형성하고 있다. 2개의 래디얼 베어링면에는 래디얼 베어링 간극 내의 윤활유(11)에 동압 작용을 발생시키기 위한 동압 발생부(래디얼 동압 발생부)(A1, A2)가 각각 형성되어 있다. 상측의 래디얼 베어링면에 형성한 래디얼 동압 발생부(A1)는 서로 반대 방향으로 경사지고, 또한 축방향으로 이간한 복수의 동압홈(Aa1, Ab1)을 헤링본 형상으로 배열해서 구성되고, 또한 하측의 래디얼 베어링면에 형성한 래디얼 동압 발생부(A2)는 서로 반대 방향으로 경사지고, 또한 축방향으로 이간한 복수의 동압홈(Aa2, Ab2)을 헤링본 형상으로 배열해서 구성된다. 상측의 래디얼 동압 발생부(A1)에 있어서 상측의 동압홈(Aa1)의 축방향 치수는 하측의 동압홈(Ab1)의 축방향 치수보다 크게 되어 있다. 한편, 하측의 래디얼 동압 발생부(A2)에 있어서는 상측의 동압홈(Aa2)과 하측의 동압홈(Ab2)의 축방향 치수가 서로 같고, 또한 상측의 래디얼 동압 발생부(A1)를 구성하는 하측의 동압홈(Ab1)의 축방향 치수와 같게 되어 있다. 이것에 의해 회전체(2)(축 부재(21) 및 베어링 부재(22))의 회전 시, 베어링 부재(22)의 외주면(22a)과 하우징(7)의 소경 내주면(7a2) 사이의 간극(래디얼 베어링 간극)에 채워진 윤활유(11)는 스러스트 베어링부(T)의 스러스트 베어링 간극측으로 압입된다.
또한, 이상에서 설명한 실시형태에서는 통부(7a)와 그 하단 개구를 폐색하는 바닥부(7b)를 일체로 형성한 하우징(7)을 사용하고, 하우징(7)의 상단 개구를 실링하는 실링 간극(S)을 하우징(7)(통부(7a))의 내주면에 고정한 실링 부재(9)의 내주면(9a)에서 형성하도록 했지만 하우징(7)은 도 8에 나타내는 바와 같이 통부(7a)와 그 하단 개구를 폐색하는 바닥부(7b)가 별도로 형성된 것을 사용하도록 해도 상관없다. 그 대신에 도 8에서는 축부(21)의 외주면(21a)과의 사이에 실링 간극(S)을 형성하는 실링부(7c)를 통부(7a)와 일체로 형성하고 있다. 또한, 이와 같은 구성을 도 2에 나타내는 유체 동압 베어링 장치(1)에 적용할 수도 있다.
또한, 이상에서 나타낸 실시형태에서는 모터 베이스(6)의 내주에 모터 베이스(6)와 별도로 형성한 하우징(7)을 고정하도록 했지만 하우징(7)에 모터 베이스(6)에 상당하는 부위를 일체로 형성할 수도 있다(도시 생략).
또한, 이상에서 나타낸 실시형태에서는 다공질체로 이루어지는 베어링 부재(22)의 양호한 가공성을 감안하여 베어링 부재(22)의 외주면(22a)에 래디얼 동압 발생부(A, A1, A2)를 형성했지만 래디얼 동압 발생부는 대향하는 하우징(7)의 내주면(7a2)에 형성해도 좋다. 또한, 래디얼 베어링부는, 소위 다원호 베어링, 스텝 베어링 및 파형 베어링 등 공지의 기타 동압 베어링으로 구성할 수도 있다. 마찬가지로 스러스트 동압 발생부(B)는 베어링 부재(22)의 하단면(22c)이 아니라 이것에 대향하는 하우징(7)의 내저면(7b1)에 형성해도 좋다. 또한, 스러스트 베어링부(T)는 소위 스텝 베어링이나 파형 베어링 등, 공지의 기타 동압 베어링으로 구성할 수도 있다.
또한, 이상에서 나타낸 실시형태에서는 로터 마그넷(4)과 스테이터 코일(5)을 축방향으로 어긋나게 해서 배치함으로써 베어링 부재(22) 등을 포함하는 회전체(2)에 베어링 부재(22) 및 축 부재(21)를 하방으로 압박하기(스러스트 타방향으로 지지하기) 위한 외력(자력)을 작용시키도록 했지만, 이와 같은 외력을 회전체(2)에 작용시키기 위한 수단은 상기한 것에 한정되지 않는다. 도시는 생략하지만, 예를 들면 자성 부재를 로터 마그넷(4)과 축방향으로 대향 배치함으로써 상기 자력을 회전체(2)(로터(3))에 작용시킬 수도 있다. 또한, 송풍 작용의 반력으로서의 추진력이 충분히 커서 이 추진력만으로 베어링 부재(22)를 하방으로 압박할 수 있을 경우, 베어링 부재(22)를 하방으로 압박하기 위한 외력으로서의 자력(자기 흡인력)은 생략해도 상관없다.
또한, 이상에서는 회전 부재로서 날개를 갖는 로터(3)가 축 부재(21)에 고정되는 유체 동압 베어링 장치(1)에 본 발명을 적용했을 경우에 대해서 설명을 행했지만 본 발명은 회전 부재로서 디스크 탑재면을 갖는 디스크 허브 또는 폴리곤 미러가 축 부재(21)에 고정되는 유체 동압 베어링 장치(1)에도 바람직하게 적용할 수 있다. 즉, 본 발명은 도 1에 나타내는 팬 모터뿐만 아니라 디스크 장치용 스핀들 모터나, 레이저 빔 프린터(LBP)용 폴리곤 스캐너 모터 등, 기타 전기 기기용 모터에 조립되는 유체 동압 베어링 장치(1)에도 바람직하게 적용할 수 있다.
1 : 유체 동압 베어링 장치 2 : 회전체
3 : 로터(회전 부재) 4 : 로터 마그넷
5 : 스테이터 코일 6 : 모터 베이스(유지 부재)
7 : 하우징 7a : 측부
7b : 바닥부 7b1 : 내저면
8 : 연통로 9 : 실링 부재
10 : 축방향 간극 11 : 윤활유
12 : 압입부 13 : 홈부
21 : 축 부재 22 : 베어링 부재
22b : 상단면(축방향 타방측의 단면)
22c : 하단면(축방향 일방측의 단면)
A, A1, A2 : 래디얼 동압 발생부
B : 스러스트 동압 발생부 S : 실링 간극
R, R1, R2 : 래디얼 베어링부 T : 스러스트 베어링부

Claims (10)

  1. 다공질 재료로 형성되고, 축방향 양측에 단면을 갖는 회전측의 베어링 부재와, 축방향 일방측이 폐색된 유저통상을 이루고, 베어링 부재를 내주에 수용한 정지측의 하우징과, 베어링 부재의 축방향 타방측의 단면과 대향 배치되고, 베어링 부재의 축방향 타방측을 실링 간극을 통해 대기로 개방하는 실링 부재와, 베어링 부재의 외주면과 하우징의 내주면 사이에 형성되는 래디얼 베어링 간극과, 베어링 부재의 축방향 일방측의 단면과 하우징의 내저면 사이에 형성되는 스러스트 베어링 간극을 구비하고, 래디얼 베어링 간극 및 스러스트 베어링 간극이 윤활유로 채워지고, 래디얼 베어링 간극 및 스러스트 베어링 간극에 형성되는 유막으로 베어링 부재가 래디얼 방향 및 스러스트 방향으로 각각 지지되는 유체 동압 베어링 장치에 있어서,
    베어링 부재의 축방향 타방측의 단면과, 이것에 대향하는 실링 부재의 단면 사이에 공기를 포함하는 축방향 간극을 개재시킨 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    베어링 부재에 베어링 부재를 축방향 일방측으로 압박하는 외력을 작용시키는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    베어링 부재의 회전 시, 축방향 간극 내의 윤활유를 실링 간극으로부터 지름 방향으로 이반하는 방향으로 압입하는 압입부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    압입부를 베어링 부재의 축방향 타방측의 단면에 형성한 복수의 홈부로 구성한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각 홈부의 홈폭을 실링 간극으로부터 지름 방향으로 이반하는 방향을 향해서 점감시킨 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    각 홈부는 홈 바닥측을 향해서 홈 폭을 점감시킨 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실링 간극은 베어링 부재를 외주에 고정한 축 부재의 외주면과, 하우징과 일체 또는 별도로 설치한 실링 부재의 내주면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    래디얼 베어링 간극 내의 윤활유에 동압 작용을 발생시키는 동압 발생부를 갖고, 이 동압 발생부를 래디얼 베어링 간극 내의 윤활유를 스러스트 베어링 간극측에 압입하는 형상으로 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
  9. 제 1 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    베어링 부재의 축방향 양측의 단면을 연통시키는 연통로를 갖는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유체 동압 베어링 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 모터.
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