KR20160092999A - 유체동압 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터 - Google Patents

유체동압 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터 Download PDF

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타카오 아라이
후유키 이토
미키히사 후지와라
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엔티엔 가부시키가이샤
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Abstract

소결 금속제의 베어링 슬리브(8)와, 베어링 슬리브(8)의 내주에 삽입된 축부(21), 및 축부(21)의 일단으로부터 지름 방향 외측으로 돌출된 허브부(23)를 갖는 회전체(2)를 구비하고, 회전체(2)의 회전에 따라 베어링 슬리브(8)의 상단면(8b) 및 하단면(8c)에서 각각 제 1 및 제 2 스러스트 베어링부(T1, T2)의 스러스트 베어링 간극이 형성되는 유체동압 베어링 장치(1)에 있어서, 베어링 슬리브(8)의 적어도 외주면에 봉공 처리가 실시되고, 베어링 슬리브(8)의 테이퍼상 외주면(8d1)에서 윤활유의 유면을 유지한 밀봉 간극(S)이 형성되며, 또한 베어링 슬리브(8)의 하단 외주에 바닥이 있는 통 형상의 덮개 부재(10)가 고정되어 있다.

Description

유체동압 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터{FLUID DYNAMIC BEARING DEVICE AND MOTOR PROVIDED THEREWITH}
본 발명은 유체동압 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터에 관한 것이다.
주지와 같이, 유체동압 베어링 장치는 고속 회전, 고속 회전 정밀도 및 저소음 등의 장점을 갖는다. 이 때문에, 유체동압 베어링 장치는 정보기기를 비롯한 다양한 전기기기에 탑재되는 모터, 예를 들면 HDD 등의 디스크 구동 장치에 장착되는 스핀들 모터, PC 등에 장착되는 팬 모터, 또는 레이저빔 프린터(LBP)에 장착되는 폴리곤 스캐너 모터 등의 모터용 베어링 장치로서 바람직하게 사용되고 있다.
예를 들면, 하기 특허문헌 1에는 소결 금속제의 베어링 슬리브와, 이 베어링 슬리브의 내주에 삽입된 축부, 및 베어링 슬리브의 일단면의 축 방향 외측에 배치된 허브부를 갖는 회전체와, 회전체를 레이디얼 방향 및 스러스트 방향으로 각각 비접촉 지지하는 레이디얼 베어링부 및 스러스트 베어링부를 갖고, 회전체의 회전에 따라 베어링 슬리브의 내주면과 이것에 대향하는 축부의 외주면 사이에 레이디얼 베어링부의 레이디얼 베어링 간극이 형성됨과 아울러, 베어링 슬리브의 일단면과 이것에 대향하는 허브부의 끝면 사이에 스러스트 베어링부의 스러스트 베어링 간극이 형성되는 유체동압 베어링 장치(스핀들 모터)가 개시되어 있다. 이 유체동압 베어링 장치에 있어서, 베어링 슬리브는 바닥이 있는 통 형상의 하우징의 내주에 고정되어 있고, 하우징의 개구부는 하우징의 외주면과 허브부의 내주면 사이에 형성되어 윤활유의 유면을 유지한 밀봉 간극에 의해 밀봉되어 있다. 이러한 구성에 의해, 윤활유의 외부 누설을 가급적으로 방지하고, 소망의 베어링 성능을 안정적으로 유지할 수 있다.
일본 특허공개 2013-104560호 공보
최근, HDD의 대용량화나 저가격화가 급속하게 진전되고 있기 때문에, 유체동압 베어링 장치의 더 나은 고회전 정밀도화와 저비용화를 동시에 실현할 필요가 생기고 있다. 유체동압 베어링 장치를 고회전 정밀도화하기 위한 기술 수단으로서, 베어링 슬리브의 끝면에 형성하는 스러스트 베어링면의 면적을 확대하여, 스러스트 베어링부의 베어링 강성을 높이는 것이 생각된다. 그러나, 특허문헌 1의 유체동압 베어링 장치와 같이, 베어링 슬리브를 베어링 슬리브와는 별체의 하우징의 내주에 고정할 경우, 베어링 슬리브의 지름 방향의 후육화, 즉 베어링 슬리브의 끝면(스러스트 베어링면)의 면적 확대에는 한도가 있다. 또한, 특허문헌 1의 유체동압 베어링 장치에서는 특히 하우징의 일단 외주에서 밀봉 간극이 형성되거나 하기 때문에 베어링 슬리브와 하우징을 개별적으로 정밀도 좋게 제작하고, 또한 양자를 정밀도 좋게 고정할 필요가 있다. 따라서, 제조 비용의 점에서도 어려움이 있다.
이상의 실정을 감안하여, 본 발명은 특히 스러스트 방향의 베어링 성능이 뛰어나고, 또한 소망의 베어링 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 유체동압 베어링 장치를 저비용으로 제공 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명은 소결 금속제의 베어링 슬리브와, 베어링 슬리브의 내주에 삽입된 축부, 및 축부의 일단으로부터 지름 방향 외측으로 돌출된 허브부를 갖는 회전체를 구비하고, 회전체의 회전에 따라 베어링 슬리브의 내주면과 이것에 대향하는 축부의 외주면 사이에 회전체를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 레이디얼 베어링부의 레이디얼 베어링 간극이 형성됨과 아울러, 베어링 슬리브의 일단면과 이것에 대향하는 허브부의 끝면 사이에 회전체를 스러스트 일방향으로 비접촉 지지하는 스러스트 베어링부의 스러스트 베어링 간극이 형성되는 유체동압 베어링 장치에 있어서, 베어링 슬리브의 적어도 외주면에 봉공(封孔) 처리가 실시되고, 베어링 슬리브의 일단 외주면에서 윤활유의 유면을 유지한 밀봉 간극이 형성되며, 또한 베어링 슬리브의 타단 외주에 바닥이 있는 통 형상의 덮개 부재가 고정되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에서 말하는 허브부란 디스크(디스크상 정보 기록 매체)를 유지 가능한 디스크 허브에 한정되는 것은 아니고, 날개 또는 폴리곤 미러를 갖는 로터 등을 포함하는 개념이다.
상기 구성에 의하면, 특허문헌 1의 유체동압 베어링 장치에서 채용하고 있는 하우징을 생략하면서도, 윤활유의 외부 누설을 방지하여 소망의 베어링 성능을 안정적으로 유지할 수 있다. 그리고, 하우징을 생략할 수 있으면 하우징의 두께분만큼 베어링 슬리브를 지름 방향으로 후육화(베어링 슬리브의 외경 치수를 확대)할 수 있으므로, 베어링 슬리브의 일단면의 면적 확대를 통해서 스러스트 베어링부의 베어링 성능을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 밀봉 간극이 베어링 슬리브의 일단 외주면에서 형성되므로, 베어링 슬리브를 고정밀도로 제작하는 것만으로 소망의 밀봉 성능, 나아가서는 베어링 성능을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 베어링 슬리브의 타단 외주에 바닥이 있는 통 형상의 덮개 부재가 고정되지만, 이 덮개 부재는 베어링 슬리브의 타단면 등의 표면 개공이나 베어링 슬리브의 축 구멍의 타단 개구부 등을 통해서 윤활유가 장치 외부로 새어나가는 것을 방지할 수 있는 기능을 갖고 있으면 충분하고, 하우징에 필요로 될 만큼의 형상 정밀도나 베어링 슬리브에 대한 고정 정밀도는 필요로 되지 않는다. 또한, 봉공 처리는 베어링 슬리브 중 적어도 외주면(베어링 외부로 노출된 면)의 표면 개공이 확실하게 밀봉되도록 실시되어 있으면 좋고, 봉공부의 형성 형태에 특단의 정밀도는 필요로 되지 않는다. 그 때문에, 하우징을 덮개 부재로 치환함으로써 향수할 수 있는 비용 저감 효과가, 베어링 슬리브에 추가적으로 봉공 처리를 실시할 필요가 발생함에 의한 비용 증가분을 상회한다. 따라서, 유체동압 베어링 장치의 제조 비용을 전체적으로 저렴화할 수 있다.
봉공 처리로서는 피처리면(베어링 슬리브의 외주면 등)에 소성 가공 등을 실시함으로써 표면 개공을 밀봉하는 소위 틈새 메우기 처리, 피처리면에 개구된 표면 개공에 충전한(함침시킨) 봉공재를 경화시키는 처리, 피처리면을 피복하는 도금 피막 등을 형성하는 피막 형성 처리 등을 채용할 수 있다. 이것들 중, 피처리면의 표면 개공에 충전한 봉공재를 경화시키는 처리는 간편하게 실행할 수 있고, 또한 피처리면의 형상에 영향을 주지 않으므로 특히 바람직하다. 또한, 봉공재로서는 베어링 슬리브와의 밀착성이 뛰어난 것이 바람직하고, 예를 들면 에폭시계 수지를 채용할 수 있다.
회전체에는 베어링 슬리브(의 타단면)와 덮개 부재(의 내저면) 사이에 배치되는 플랜지부를 형성할 수 있다. 이 경우, 베어링 슬리브의 타단면과 이것에 대향하는 플랜지부의 끝면 사이에, 회전체를 스러스트 타방향으로 비접촉 지지하는 스러스트 베어링부의 스러스트 베어링 간극을 형성할 수 있다.
이상의 구성에 있어서, 베어링 슬리브에는 그 일단면 및 타단면에 개구된 축 방향의 관통 구멍을 형성할 수 있다. 이렇게 하면, 베어링 슬리브의 일단면 및 타단면에서 각각 형성되는 공간을 상기 관통 구멍을 통해서 연통시킬 수 있으므로, 베어링 장치 내에 있어서의 윤활유의 압력 밸런스에 붕괴가 발생했을 경우라도 이것을 바로 해소하고, 소망의 베어링 성능을 안정적으로 유지할 수 있다.
덮개 부재에는 베어링 슬리브의 타단면과 축 방향에서 맞물리는 단차부를 형성할 수 있다. 이렇게 하면, 베어링 슬리브와 덮개 부재의 축 방향 상대 위치를 정확하게 관리한 상태로 덮개 부재를 베어링 슬리브에 고정할 수 있다.
베어링 슬리브에 대한 덮개 부재의 고정 수단에 특단의 제약은 없지만, 양자를 간편하고 또한 강고하게 고정할 수 있고, 또한 베어링 슬리브의 외주면의 표면 개공의 밀봉도 동시에 실현할 수 있는 접착이 바람직하다.
바닥이 있는 통 형상의 덮개 부재는, 예를 들면 금속(금속판)의 프레스 가공품이나 수지의 사출 성형품으로 할 수 있다. 이것에 의해, 고정밀도의 덮개 부재를 저비용으로 양산할 수 있다. 또한, 덮개 부재는 베어링 슬리브의 타단 외주에 고정 되기 때문에, 덮개 부재의 외주면을 모터 베이스에 대한 부착면으로서 활용할 수 있다. 이 경우, 덮개 부재가 금속으로 형성되어 있으면, 덮개 부재와 모터 베이스 사이에 높은 접착 강도를 확보할 수 있다.
소결 금속의 양호한 가공성을 감안하여, 베어링 슬리브의 내주면에는 레이디얼 베어링 간극에 개재하는 윤활유에 유체동압을 발생시키는 동압 발생부(레이디얼 동압 발생부)를 설치할 수 있다. 또한, 마찬가지의 이유로부터 베어링 슬리브의 양단면 중 적어도 일단면에는 이 일단면에서 형성되는 스러스트 베어링 간극에 개재하는 윤활유에 유체동압을 발생시키는 동압 발생부(스러스트 동압 발생부)를 설치할 수 있다.
본 발명에 의한 유체동압 베어링 장치는 상술한 바와 같은 다양한 장점을 갖기 때문에, 예를 들면 디스크 구동 장치용의 스핀들 모터, PC용의 팬 모터, 또는 LBP용의 폴리곤 스캐너 모터 등의 각종 소형 모터에 장착하여 바람직하게 사용할 수 있고, 또한 각종 모터의 저비용화에 기여할 수 있다.
(발명의 효과)
이상으로부터, 본 발명에 의하면 저비용으로 제조 가능하면서, 특히 스러스트 방향의 베어링 성능이 뛰어나고, 또한 소망의 베어링 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 유체동압 베어링 장치를 실현할 수 있다.
도 1은 유체동압 베어링 장치를 장착한 모터의 일구성예를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 유체동압 베어링 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 베어링 슬리브의 개략 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타내는 베어링 슬리브의 하단면을 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 2에 나타내는 유체동압 베어링 장치의 부분 개략 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 유체동압 베어링 장치를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 유체동압 베어링 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
도 1은 유체동압 베어링 장치를 장착한 스핀들 모터의 개략적인 단면도이다. 이 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 사용되는 것이며, 회전체(2)를 회전 가능하게 지지하는 유체동압 베어링 장치(1)와, 반경 방향의 갭을 개재하여 대향시킨 스테이터 코일(4) 및 로터 마그넷(5)과, 유체동압 베어링 장치(1)를 내주에 유지한 모터 베이스(6)를 구비하고 있다. 스테이터 코일(4)은 모터 베이스(6)에 부착되고, 로터 마그넷(5)은 회전체(2)를 구성하는 허브부(23)로서의 디스크 허브에 부착된다. 디스크 허브에는 도시하지 않은 디스크(디스크상 정보 기록 매체)가 1매 또는 복수매 유지된다. 이상의 구성에 있어서, 스테이터 코일(4)에 통전하면 스테이터 코일(4)과 로터 마그넷(5) 사이의 전자력에 의해 로터 마그넷(5)이 회전하고, 그것에 따라 회전체(2)가 회전한다.
도 2에 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 유체동압 베어링 장치(1)를 나타낸다. 이 유체동압 베어링 장치(1)는 회전체(2)와, 회전체(2)의 축부(21)가 삽입되는 축 구멍을 갖는 대략 원통 형상의 베어링 슬리브(8)와, 베어링 슬리브(8)에 고정된 덮개 부재(10)를 구비하고 있고, 내부 공간에는 윤활 유체로서의 윤활유(빽빽한 산점 해칭으로 나타냄)가 충전되어 있다. 또한, 이하에서는 설명의 편의 상 덮개 부재(10)가 배치된 측을 하측, 그 축 방향 반대측을 상측이라고 하지만, 유체동압 베어링 장치(1)의 사용 형태를 한정하는 것은 아니다.
회전체(2)는 베어링 슬리브(8)의 내주에 삽입된 축부(21)와, 축부(21)의 하단으로부터 지름 방향 외측으로 돌출된 플랜지부(22)와, 축부(21)의 상단으로부터 지름 방향 외측으로 돌출된 허브부(23)로서의 디스크 허브를 구비한다. 본 실시형태에 있어서, 플랜지부(22)는 축부(21)의 하단에 나사 고정되고, 허브부(23)는 축부(21)와 일체로 설치되어 있다. 허브부(23)는 베어링 슬리브(8)의 상방에 배치된 원반부(23a)와, 원반부(23a)의 외경 단부로부터 하방으로 연장되고 외주에 로터 마그넷(5)(도 1 참조)이 부착되는 통 형상부(23b)와, 도시하지 않은 디스크를 적재하기 위한 디스크 탑재면(23c)을 구비한다.
베어링 슬리브(8)는 구리 또는 철을 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 대략 원통 형상으로 형성된다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에는 대향하는 축부(21)의 외주면(21a)과의 사이에 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 레이디얼 베어링 간극을 형성하는 원통 형상의 레이디얼 베어링면(A1, A2)이 축 방향의 2개소로 이간해서 형성된다. 레이디얼 베어링면(A1, A2)에는 각각 레이디얼 베어링 간극에 개재하는 윤활유에 동압 작용을 발생시키기 위한 동압 발생부(레이디얼 동압 발생부)가 형성되어 있다. 상측의 레이디얼 베어링면(A1)에 설치된 레이디얼 동압 발생부는 헤링본 형상으로 배열된 복수의 동압홈(Aa1)과, 동압홈(Aa1)을 구획 형성하는 언덕부로 구성되고, 하측의 레이디얼 베어링면(A2)에 설치된 레이디얼 동압 발생부는 헤링본 형상으로 배열된 복수의 동압홈(Aa2)과, 동압홈(Aa2)을 구획 형성하는 언덕부로 구성된다. 상측의 레이디얼 동압 발생부에 있어서는 상측 영역의 동압홈(Aa1)의 축 방향 치수가 하측 영역의 동압홈(Aa1)의 축 방향 치수보다 크게 되어 있고, 하측의 레이디얼 동압 발생부에 있어서는 상측 영역의 동압홈(Aa2) 및 하측 영역의 동압홈(Aa2)의 축 방향 치수가 상측의 레이디얼 베어링면(A1)에 형성된 레이디얼 동압 발생부 중, 하측 영역의 동압홈(Aa1)의 축 방향 치수와 동일하게 되어 있다.
베어링 슬리브(8)의 하단면(8c)에는, 대향하는 플랜지부(22)의 상단면(22a)과의 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극(제 2 스러스트 베어링 간극)을 형성하는 환상의 스러스트 베어링면(C)이 형성된다. 이 스러스트 베어링면(C)에는 제 2 스러스트 베어링 간극에 개재하는 윤활유에 동압 작용을 발생시키기 위한 스러스트 동압 발생부가 형성되어 있다. 스러스트 동압 발생부는, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이 스파이럴 형상의 동압홈(Ca)과, 동압홈(Ca)을 구획 형성하는 언덕부를 둘레 방향에 교차로 형성해서 구성된다.
또한, 베어링 슬리브(8)의 상단면(8b)에는, 대향하는 허브부(23)의 원반부(23a)의 하단면(23a1)과의 사이에 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극(제 1 스러스트 베어링 간극)을 형성하는 환상의 스러스트 베어링면(B)이 형성된다. 상세한 도시는 생략하지만, 이 스러스트 베어링면(B)에는, 예를 들면 스파이럴 형상의 동압홈과, 이 동압홈을 구획 형성하는 언덕부를 원주 방향으로 교차로 형성해서 구성된 스러스트 동압 발생부가 설치되어 있다.
베어링 슬리브(8)의 외주면은 상대적으로 상측에 배치되고 상방을 향해서 점차 지름을 넓힌 테이퍼상 외주면(8d1)과, 상대적으로 하측에 배치되고 축 방향으로 연장되는 원통 형상 외주면(8d2)을 갖는다. 테이퍼상 외주면(8d1)은 대향하는 허브부(23)의 통 형상부(23b)의 내주면(원통 형상 내주면)(23b1)과의 사이에 상방을 향해서 반경 방향 치수가 점차 축소된 쐐기상의 밀봉 간극(S)을 형성한다. 이 밀봉 간극(S)은 유체동압 베어링 장치(1)의 운전시, 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극의 외경측과 연통된다. 또한, 밀봉 간극(S)은 유체동압 베어링 장치(1)의 내부 공간에 충전된 윤활유의 온도 변화에 따른 용적 변화량을 흡수하는 버퍼 기능을 갖고, 상정되는 온도 변화의 범위 내에서 윤활유의 유면을 항상 밀봉 간극(S)의 축 방향 범위 내로 유지한다. 또한, 도시는 생략하고 있지만, 베어링 슬리브(8)의 외주면 중 밀봉 간극(S)과 축 방향으로 인접하는 영역[구체적으로는, 예를 들면 원통 형상 외주면(8d2) 중 덮개 부재(10)와 간섭하지 않는 영역]에는 발유막을 형성해도 좋다. 이것에 의해, 윤활유의 외부 누설이 효과적으로 방지된다.
베어링 슬리브(8)는 상단면(8b)[스러스트 베어링면(B)] 및 하단면(8c)[스러스트 베어링면(C)]에 개구된 축 방향의 관통 구멍(11)을 갖는다. 이 관통 구멍(11)은 둘레 방향의 하나 또는 복수 개소(본 실시형태에서는 둘레 방향의 1개소. 도 4 참조)에 형성되어 있고, 여기에서는 압분체를 압축 성형하는 것과 동시에 금형 성형되어 있다.
베어링 슬리브(8)는 그 외주면에 개구된 표면 개공을 밀봉하는 봉공부(7)를 갖는다. 봉공부(7)는, 예를 들면 도금 피막 등을 형성하는 피막 형성 처리에 의해, 또는 소위 틈새 메우기 처리에 의해 형성할 수 있지만, 본 실시형태에서는 도 5에 확대해서 나타내는 바와 같이 외주면의 표면 개공에 봉공재(P)를 충전하고, 이것을 경화시킴으로써 형성하고 있다. 봉공재(P)로서는, 예를 들면 베어링 슬리브(8)와의 밀착성이 뛰어난 에폭시 수지가 사용된다. 봉공부(7)는 베어링 슬리브(8)의 외주면[테이퍼상 외주면(8d1) 및 원통 형상 외주면(8d2)] 전역에 형성해도 상관없지만, 여기에서는 외주면의 상단부로부터 원통 형상 외주면(8d2)의 축 방향 대략 중앙부에 이르러 형성되어 있다. 이것은 후술하는 바와 같이, 원통 형상 외주면(8d2)의 하측 영역에 덮개 부재(10)가 접착 고정되기 때문이다. 즉, 덮개 부재(10)를 고정하는 접착제가 봉공부(7)로서 기능하는 것에 추가해서, 덮개 부재(10)로 원통 형상 외주면(8d2)의 하측 영역이 피복되기 때문이다. 또한, 본 실시형태에서는 봉공부(7)의 형성 영역과 덮개 부재(10)의 고정 영역[통 형상부(10b)]을 축 방향에서 오버랩시키고 있다.
이상의 구성을 갖는 베어링 슬리브(8)는, 예를 들면 이하와 같은 순서를 밟아 제조할 수 있다. 우선, 구리계 분말 또는 철계 분말을 주성분으로 해서 이것에 적당한 충전재를 배합한 원료분을 압축 성형해서 대략 완성품 형상의 압분체를 얻고, 그 후 이 압분체를 소결 온도 이상으로 가열해서 소결체를 얻는다. 이어서, 이 소결체에 교정 가공(사이징)을 실시함으로써 소결체를 완성품 형상으로 마무리함과 동시에, 소결체의 내주면 및 양단면에 레이디얼 동압 발생부 및 스러스트 동압 발생부를 각각 금형 성형한다. 그 후, 이 소결체의 외주면에 봉공 처리를 실시해서 봉공부(7)를 형성한다.
또한, 베어링 슬리브(8)의 양단면(8b, 8c)에 개구된 축 방향의 관통 구멍(11)은 원료분(압분체)을 압축 성형하는 것과 동시에 금형 성형할 수 있는 것 이외에, 소결체에 대하여 기계 가공을 실시함으로써 형성해도 좋다. 또한, 레이디얼 동압 발생부 및 스러스트 동압 발생부는 압분체를 압축 성형하는 것과 동시에 금형 성형해도 좋다.
덮개 부재(10)는 플랜지부(22)의 하측에 배치되는 원반상의 저부(10a)와, 저부(10a)의 외경 단부에 세워서 설치된 통 형상부(10b)를 일체로 갖는 바닥이 있는 통 형상을 이룬다. 본 실시형태의 통 형상부(10b)는 플랜지부(22)의 외경측에 배치되는 소경 통부(10b1)와, 소경 통부(10b1)보다 상측에 배치된 대경 통부(10b2)와, 축선과 직교하는 방향으로 연장되어 양 통부(10b1, 10b2)를 접속하는 단차부(10b3)로 구성된다. 또한, 소경 통부(10b1)의 축 방향 치수[저부(10a)의 상단면과 단차부(10b3)의 상단면의 축 방향 이간 거리]는 적어도 플랜지부(22)의 두께와, 회전체(2)의 회전시에 형성되는 2개의 스러스트 베어링 간극의 간극폭을 합산한 값으로 설정된다. 이 덮개 부재(10)는, 예를 들면 도전성을 갖는 금속판에 프레스 가공을 실시함으로써 형성된다.
이상의 구성을 갖는 덮개 부재(10)는 단차부(10b3)의 상단면을 베어링 슬리브(8)의 하단면(8c)의 외경 영역에 접촉시킨 상태[단차부(10b3)와 베어링 슬리브(8)를 축 방향으로 맞물리게 한 상태]에서, 대경 통부(10b2)의 내주면을 베어링 슬리브(8)의 하단 외주[원통 형상 외주면(8d2)의 하측 영역]에 고정함으로써 베어링 슬리브(8)에 대하여 부착 고정되어 있다. 소망의 고정력이 얻어지는 한에 있어서 베어링 슬리브(8)에 대한 덮개 부재(10)의 고정 방법에 특단의 제약은 없지만, 본 실시형태에서는 서로 대향하는 대경 통부(10b2)의 내주면과 베어링 슬리브(8)의 원통 형상 외주면(8d2)의 하측 영역 사이에 개재시킨 접착제층을 통해서 덮개 부재(10)와 베어링 슬리브(8)가 고정되어 있다. 이상의 구성에 의해, 베어링 슬리브(8)의 하단 외주[원통 형상 외주면(8d2) 중, 봉공부(7)가 형성되어 있지 않은 하측 영역]의 표면 개공, 베어링 슬리브(8)의 하단면(8c)의 표면 개공, 및 베어링 슬리브(8)의 축 구멍의 하단 개구부를 통해서의 윤활유 누출이 방지된다.
또한, 도 2에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에서는 금속판의 프레스 성형품으로 된 덮개 부재(10)의 통 형상부(10b)[대경 통부(10b2)]가 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에 형성한 레이디얼 베어링면(A2)의 일부와 축 방향에서 오버랩되어 있다. 이와 같은 경우에, 덮개 부재(10)의 대경 통부(10b2)를 큰 체결값을 갖고 베어링 슬리브(8)에 압입하면 베어링 슬리브(8)의 외주면[원통 형상 외주면(8d2)]이 변형되고, 이 변형이 레이디얼 베어링면(A2)의 형상 정밀도, 나아가서는 레이디얼 베어링부(R2)의 베어링 성능에 악영향을 끼칠 우려가 있다. 그 때문에, 덮개 부재(10)는 소위 간극 접착에 의해, 또는 레이디얼 베어링면(A2)의 형상 정밀도에 악영향을 끼치지 않을 정도의 체결값으로 대경 통부(10b2)를 압입한 압입 접착에 의해 베어링 슬리브(8)에 고정하는 것이 바람직하다.
이상의 구성을 갖는 유체동압 베어링 장치(1)는 이하와 같은 순서로 조립된다. 우선, 베어링 슬리브(8)의 내주에 허브부(23)를 일체로 갖는 축부(21)를 삽입하고 나서, 축부(21)의 하단에 플랜지부(22)를 고정한다. 이어서, 베어링 슬리브(8)의 하단 외주에 덮개 부재(10)를 감합하여 양자를 접착 고정한다. 베어링 슬리브(8)와 덮개 부재(10)의 접착 고정은 덮개 부재(10)의 단차부(10b3)의 상단면을 베어링 슬리브(8)의 하단면(8c)에 접촉시킨 상태에서 행한다. 이렇게 하면, 덮개 부재(10)의 소경 통부(10b1)의 축 방향 치수가 상기한 바와 같이 설정되어 있으므로, 베어링 슬리브(8)와 덮개 부재(10)의 축 방향 상대 위치를 정확하게 관리한 상태(2개의 스러스트 베어링 간극의 간극 제공이 정확하게 행하여진 상태)로 베어링 슬리브(8)와 덮개 부재(10)를 고정할 수 있다. 그리고, 베어링 슬리브(8)의 내부 기공, 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 레이디얼 베어링 간극, 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극 및 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극 등을 채우도록 유체동압 베어링 장치(1)의 내부 공간에 윤활유(예를 들면, 에스테르계 윤활유)를 충전하면, 도 2에 나타내는 유체동압 베어링 장치(1)가 완성된다.
이상의 구성으로 이루어지는 유체동압 베어링 장치(1)에 있어서, 회전체(2)가 회전하면 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에 형성한 상하 2개의 레이디얼 베어링면(A1, A2)과, 이것에 대향하는 축부(21)의 외주면(21a) 사이에 레이디얼 베어링 간극이 각각 형성된다. 그리고, 회전체(2)의 회전에 따라 레이디얼 베어링 간극에 형성되는 유막 압력이 레이디얼 동압 발생부의 동압 작용에 의해 높아져, 회전체(2)를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 레이디얼 베어링부(R1, R2)가 상하로 이간된 2개소에 형성된다.
이것과 동시에, 베어링 슬리브(8)의 상단면(8b)에 형성한 스러스트 베어링면(B)과 이것에 대향하는 허브부(23)의 원반부(23a)의 하단면(23a1) 사이, 및 베어링 슬리브(8)의 하단면(8c)에 형성한 스러스트 베어링면(C)과 이것에 대향하는 플랜지부(22)의 상단면(22a) 사이에 스러스트 베어링 간극이 각각 형성된다. 그리고, 회전체(2)의 회전에 따라 양 스러스트 베어링 간극의 유막 압력이 스러스트 동압 발생부의 동압 작용에 의해 높아져, 회전체(2)를 스러스트 일방향 및 스러스트 타방향으로 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T1) 및 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 형성된다.
또한, 회전체(2)가 회전하면 상측의 레이디얼 동압 발생부를 구성하는 상하의 동압홈(Aa1)의 축 방향 치수차에 의해 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)과 축부(21)의 외주면(21a) 사이의 간극에 개재하는 윤활유는 하방으로 유동하고, 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극→베어링 슬리브(8)의 양단면(8b, 8c)에 개구된 축 방향의 관통 구멍(11)→제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극이라고 하는 경로를 순환하여, 레이디얼 베어링부(R1)의 레이디얼 베어링 간극으로 다시 인입된다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 윤활유의 압력 밸런스가 유지됨과 동시에 국부적인 부압의 발생에 따르는 기포의 생성, 기포의 생성에 기인하는 윤활유의 누설이나 진동의 발생 등의 문제를 해소할 수 있다. 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극의 외경측이 밀봉 간극(S)과 연통하고 있으므로, 어떠한 이유로 윤활유 중에 기포가 혼입된 경우에도 기포가 윤활유와 함께 상기 경로를 순환할 때에 밀봉 간극(S) 내의 윤활유의 유면(기액 계면)으로부터 외기로 배출된다. 따라서, 기포에 의한 악영향은 한층 효과적으로 방지된다.
이상의 구성을 갖는 유체동압 베어링 장치(1)는 덮개 부재(10)의 외주면을, 알루미늄 합금 등의 금속 재료로 형성된 모터 베이스(6)(도 1 참조)의 원통 형상 내주면에, 예를 들면 접착 고정함으로써 모터에 장착된다. 덮개 부재(10)와 모터 베이스(6)는 모두 금속제로 되기 때문에, 유체동압 베어링 장치(1)는 모터 브래킷(6)에 대하여 높은 접착 강도를 갖고 고정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 유체동압 베어링 장치(1)에서는 베어링 슬리브(8)의 적어도 외주면에 봉공 처리가 실시되어 베어링 슬리브(8)의 상단 외주면[테이퍼상 외주면(8d1)]과 이것에 대향하는 허브부(23)의 내주면(23b1) 사이에 윤활유의 유면을 유지한 밀봉 간극(S)이 형성되고, 또한 베어링 슬리브(8)의 하단 외주[원통 형상 외주면(8d2)의 하측 영역]에 바닥이 있는 통 형상의 덮개 부재(10)가 고정된다. 이와 같은 구성에 의하면, 특허문헌 1의 유체동압 베어링 장치에서 채용하고 있는 하우징을 생략하면서도 윤활유의 외부 누설을 방지하여 소망의 베어링 성능을 안정적으로 유지할 수 있다. 그리고, 하우징을 생략할 수 있으면, 하우징의 지름 방향의 두께분만큼 베어링 슬리브(8)를 지름 방향으로 후육화[베어링 슬리브(8)의 외경 치수를 확대]할 수 있다. 이것에 의해, 베어링 슬리브(8)의 상단면(8b)[스러스트 베어링면(B)] 및 하단면(8c)[스러스트 베어링면(C)]의 면적 확대를 통해서 제 1 및 제 2 스러스트 베어링부(T1, T2)의 베어링 강성을 높일 수 있다.
또한, 밀봉 간극(S)이 베어링 슬리브(8)의 외주면[테이퍼상 외주면(8d1)]에서 형성되므로, 베어링 슬리브(8)를 정밀도 좋게 제작하는 것만으로 소망의 밀봉 성능을 확보할 수 있다. 본 발명에서는 베어링 슬리브(8)의 하단 외주에 바닥이 있는 통 형상의 덮개 부재(10)가 고정되지만, 이 덮개 부재(10)는 베어링 슬리브(8)의 표면 개공이나 베어링 슬리브(8)의 축 구멍의 하단 개구부 등을 통해서 윤활유가 장치 외부로 새어나가는 것을 방지할 수 있는 기능을 갖고 있으면 충분하고, 특허문헌 1의 유체동압 베어링 장치에서 사용하고 있었던 하우징에 필요로 되는 만큼의 형상 정밀도나 베어링 슬리브(8)에 대한 고정 정밀도는 필요로 되지 않는다. 또한, 봉공 처리는 베어링 슬리브(8) 중 적어도 외주면의 표면 개공이 확실하게 밀봉되도록 실시되어 있으면 좋고, 봉공부(7)의 형성 형태에 특단의 정밀도는 필요로 되지 않는다. 그 때문에, 하우징을 덮개 부재(10)로 치환함으로써 향수할 수 있는 비용 저감 효과가, 베어링 슬리브(8)에 추가적으로 봉공 처리를 실시할 필요가 발생하는 것에 의한 비용 증가분을 상회한다. 따라서, 유체동압 베어링 장치(1)의 제조 비용을 전체적으로 저렴화할 수 있다.
이상으로부터, 본 발명에 의하면 저비용으로 제조 가능하면서 베어링 성능, 특히 스러스트 방향의 베어링 성능이 뛰어나고, 또한 소망의 베어링 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 유체동압 베어링 장치(1)를 실현할 수 있다.
도 6에 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 유체동압 베어링 장치(1)를 나타낸다. 동 도면에 나타내는 유체동압 베어링 장치(1)가 도 2에 나타낸 유체동압 베어링 장치(1)와 다른 주된 점은 플랜지부(22)가 생략되고, 이것에 따라 회전체(2)를 스러스트 타방향으로 지지하는 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 생략되어 있는 점에 있다. 이와 같은 구성을 채용하면, 플랜지부(22)가 생략되는 분만큼 유체동압 베어링 장치(1)를 축 방향으로 콤팩트화할 수 있고, 또는 플랜지부(22)가 생략되는 분만큼 베어링 슬리브(8)를 축 방향으로 치수 길이를 증가시켜 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 축 방향 이간 거리를 확대할 수 있다. 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 축 방향 이간 거리를 확대하면, 모멘트 강성을 높일 수 있다.
상기한 바와 같이 플랜지부(22)를 생략했을 경우, 회전체(2)[축부(21)]의 탈락 방지 기능이 상실된다. 그 때문에, 이 실시형태의 유체동압 베어링 장치(1)에서는 허브부(23)의 통 형상부(23b)에 형성한 대경 내주면(23b2)에 베어링 슬리브(8)의 외주에 형성한 단차면(8d3)과 축 방향에서 맞물리는 원환상의 탈락 방지 부재(24)를 고정함으로써 회전체(2)의 탈락 방지를 도모하고 있다.
도 7에 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 유체동압 베어링 장치(1)를 나타낸다. 도 7에 나타내는 유체동압 베어링 장치(1)는 도 6에 나타내는 유체동압 베어링 장치(1)의 변형예이며, 주된 변경점은 베어링 슬리브(8)의 외주부를 부분적으로 모따기함으로써 베어링 슬리브(8)의 상단 외주부에 플랜지부(8e)를 형성하고, 이 플랜지부(8e)의 하측 끝면을 허브부(23)의 대경 내주면(23b2)에 고정한 원환상의 탈락 방지 부재(24)와 축 방향에서 맞물리는 단차면(8d3)으로서 활용한 점, 및 플랜지부(8e)[단차면(8d3)]의 하측에 테이퍼상 외주면(8d1)을 형성하고, 이 테이퍼상 외주면(8d1)과 탈락 방지 부재(24)의 내주면(24a) 사이에 밀봉 간극(S)을 형성한 점에 있다. 결국, 도 7에 나타내는 유체동압 베어링 장치(1)에서는 탈락 방지 부재(24)[회전체(2)]와 베어링 슬리브(8)의 맞물림 위치와, 밀봉 간극(S)의 형성 위치를 도 6에 나타내는 유체동압 베어링 장치(1)와는 반대로 하고 있다.
이와 같은 구성을 채용했을 경우, 스러스트 베어링부(제 1 스러스트 베어링부)(T1)의 스러스트 베어링 간극과 밀봉 간극(S) 사이에 윤활유가 개재하는 대략 L자상의 래비린스 간극이 형성되므로, 유체동압 베어링 장치(1)의 내부 공간에 개재하는 윤활유의 증발량을 억제할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, 상기 래비린스 간극의 존재에 의해 밀봉 간극(S)의 축 방향 치수를 단축해도 밀봉 간극(S)에 필요로 되는 버퍼 기능을 확보할 수 있기 때문에, 베어링 슬리브(8)의 외주면에 설치해야 할 밀봉 간극(S)의 형성면[여기에서는 테이퍼상 외주면(8d1)]의 축 방향 치수를 단축할 수 있다. 그 때문에, 베어링 슬리브(8)의 외주면에 발유막을 형성할 경우, 그 형성 가능 영역이 확대되므로 발유막의 형성 위치의 선택 자유도가 도 6에 나타내는 유체동압 베어링 장치(1)보다 높아진다고 하는 이점이 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 의한 유체동압 베어링 장치(1)에 대하여 설명을 행하였지만, 유체동압 베어링 장치(1)에는 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절한 변경을 실시하는 것이 가능하다.
예를 들면, 이상에서 설명한 유체동압 베어링 장치(1)에서는 축부(21)와 허브부(23)가 일체로 형성된 회전체(2)를 사용하고 있지만, 축부(21)와 허브부(23)는 개별적으로 제작해서 적당한 수단으로 고정해도 좋다. 이 경우, 도 2에 나타내는 유체동압 베어링 장치(1)에 있어서는 축부(21)와 플랜지부(22)의 일체품에 허브부(23)를 적당한 수단으로 고정한 회전체(2)를 사용할 수도 있다.
또한, 이상에서 설명한 유체동압 베어링 장치(1)에서는 덮개 부재(10)의 외주면만을 모터 베이스(6)에 대한 부착면으로 하고 있지만, 베어링 슬리브(8)의 외주면을 모터 베이스(6)에 대한 부착면으로서 활용할 수도 있다. 이 경우, 모터 베이스(6)에 대한 고정 강도에 문제가 없으면, 수지로 사출 성형된 덮개 부재(10)를 사용할 수도 있다.
또한, 이상에서 설명한 유체동압 베어링 장치(1)에서는 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)[레이디얼 베어링면(A1, A2)]에 레이디얼 동압 발생부를 형성하고 있지만, 레이디얼 동압 발생부는 레이디얼 베어링 간극을 개재하여 대향하는 축부(21)의 외주면(21a)에 형성해도 좋다. 마찬가지로, 베어링 슬리브(8)의 상단면(8b)[스러스트 베어링면(B)]이나 하단면(8c)[스러스트 베어링면(C)]에 형성한 스러스트 동압 발생부는 이것들에 대향하는 끝면에 형성해도 좋다.
또한, 이상에서 설명한 유체동압 베어링 장치(1)에서는 봉공부(7)를 베어링 슬리브(8)의 외주면에만 봉공부(7)를 형성하고 있지만, 봉공부(7)는 베어링 슬리브(8)의 그 밖의 면, 또한 베어링 슬리브(8)의 표면 전역에 형성해도 상관없다.
또한, 본 발명은 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 어느 한쪽 또는 쌍방이, 소위 다원호 베어링, 스텝 베어링, 및 파형 베어링 등 공지의 그 밖의 동압 베어링으로 구성된 유체동압 베어링 장치나, 스러스트 베어링부(T1, T2) 중 어느 한쪽 또는 쌍방이, 소위 스텝 베어링이나 파형 베어링 등 공지의 그 밖의 동압 베어링으로 구성된 유체동압 베어링 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 허브부(23)가 디스크를 유지하는 디스크 허브로 구성된 유체동압 베어링 장치(1)에만 적용되는 것은 아니고, 허브부(23)가 날개를 갖는 로터, 또는 폴리곤 미러를 갖는 로터로 구성되는 유체동압 베어링 장치(1)에도 바람직하게 적용할 수 있다. 즉, 본 발명은 도 1에 나타내는 바와 같은 스핀들 모터뿐만 아니라, PC용의 팬 모터나, 레이저빔 프린터(LBP)용의 폴리곤 스캐너 모터 등, 그 밖의 전기기기용 모터에 장착되는 유체동압 베어링 장치(1)에도 바람직하게 적용할 수 있다.
1 : 유체동압 베어링 장치 2 : 회전체
21 : 축부 22 : 플랜지부
23 : 허브부 7 : 봉공부
8 : 베어링 슬리브 8b : 상단면(일단면)
8c : 하단면(타단면) 8d1 : 테이퍼상 외주면
8d2 : 원통 형상 외주면 10 : 덮개 부재
10a : 저부 10b : 통 형상부
10b3 : 단차부 11 : 관통 구멍
24 : 탈락 방지 부재 P : 봉공재
S : 밀봉 간극 R1, R2 : 레이디얼 베어링부
T1, T2 : 스러스트 베어링부

Claims (10)

  1. 소결 금속제의 베어링 슬리브와, 베어링 슬리브의 내주에 삽입된 축부, 및 축부의 일단으로부터 지름 방향 외측으로 돌출된 허브부를 갖는 회전체를 구비하고, 회전체의 회전에 따라 베어링 슬리브의 내주면과 이것에 대향하는 축부의 외주면 사이에 상기 회전체를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 레이디얼 베어링부의 레이디얼 베어링 간극이 형성됨과 아울러, 베어링 슬리브의 일단면과 이것에 대향하는 허브부의 끝면 사이에 상기 회전체를 스러스트 일방향으로 비접촉 지지하는 스러스트 베어링부의 스러스트 베어링 간극이 형성되는 유체동압 베어링 장치에 있어서,
    베어링 슬리브의 적어도 외주면에 봉공 처리가 실시되고, 베어링 슬리브의 일단 외주면에서 윤활유의 유면을 유지한 밀봉 간극이 형성되며, 또한 베어링 슬리브의 타단 외주에 바닥이 있는 통 형상의 덮개 부재가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉공 처리는 베어링 슬리브의 표면 개공에 충전된 봉공재를 경화시키는 처리인 유체동압 베어링 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전체는 베어링 슬리브와 덮개 부재 사이에 배치된 플랜지부를 갖고,
    베어링 슬리브의 타단면과 이것에 대향하는 플랜지부의 끝면 사이에, 상기 회전체를 스러스트 타방향으로 비접촉 지지하는 스러스트 베어링부의 스러스트 베어링 간극이 형성되는 유체동압 베어링 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    베어링 슬리브의 일단면 및 타단면에 개구된 축 방향의 관통 구멍을 갖는 유체동압 베어링 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    덮개 부재는 베어링 슬리브의 타단면과 축 방향에서 맞물리는 단차부를 갖는 유체동압 베어링 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    덮개 부재는 베어링 슬리브에 대하여 접착 고정되어 있는 유체동압 베어링 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    덮개 부재는 금속의 프레스 가공품인 유체동압 베어링 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    베어링 슬리브의 내주면에 동압 발생부가 설치된 유체동압 베어링 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    베어링 슬리브의 양단면 중, 적어도 일단면에 동압 발생부가 설치된 유체동압 베어링 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유체동압 베어링 장치를 구비하는 모터.
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