KR101460573B1 - 유체 베어링 장치 - Google Patents

Abstract

모멘트 강성이 우수하고, 베어링 슬리브의 제조가 용이하며, 또한, 조립이나 부품 관리의 작업 효율을 개선할 수 있는 유체 베어링 장치를 제공한다. 베어링 슬리브가 축방향으로 복수개 배치되고, 또한 각 베어링 슬리브(3,4)는 서로 축방향 길이를 다르게 해서 형성되어 있다.

Description

유체 베어링 장치{FLUID BEARING DEVICE}

본 발명은 유체 베어링 장치에 관한 것이다.

유체 베어링 장치는 베어링 간극에 형성되는 오일막으로 축부재를 회전가능하게 지지하는 것이다. 이 유체 베어링 장치는 고속 회전, 고속 회전 정밀도, 저소음 등의 특징을 갖는 것이며, 최근에는 그 특징을 살려 정보기기, 예컨대 HDD, FDD 등의 자기 디스크 장치, CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM 등의 광디스크 장치, MD, MO 등의 광자기 디스크 장치 등에 탑재하는 스핀들 모터용, 또한, 퍼스널 컴퓨터(PC) 등에 탑재되어 발열원의 냉각을 행하는 팬 모터용 등의 베어링으로서 널리 이용되고 있다.

예컨대, HDD 등의 디스크 구동 장치의 스핀들 모터에 조립되는 유체 베어링 장치에서는 축부재를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부 및 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부 쌍방을 동압 베어링으로 구성하는 경우가 있다. 이러한 종류의 유체 베어링 장치에 있어서의 레이디얼 베어링부로서는, 예컨대 일본 특허 공개 2003-239951호 공보(특허문헌1)에 기재된 바와 같이, 베어링 슬리브의 내주면과 이것에 대향하는 축부재의 외주면 중 어느 한쪽에 동압 발생부로서의 동압 홈을 형성함과 아울러, 양면 사이에 레이디얼 베어링 간극을 형성하는 것이 알려져 있다.

상기 구성의 유체 베어링 장치를 조립한 정보기기, 예컨대 HDD 등의 디스크 구동 장치에 있어서는 고용량화를 목적으로 하여 복수장의 디스크의 탑재가 요청되지만, 그 경우에는 스핀들 축을 회전가능하게 지지하는 베어링부에 작용하는 모멘트 하중이 커진다. 이 모멘트 하중의 증대에 대응하기 위해서, 레이디얼 베어링부를 축방향으로 이격한 복수 개소에 설치함과 아울러, 레이디얼 베어링부 간의 스팬을 크게 하여 모멘트 강성을 높일 필요가 생긴다. 이들 복수개의 레이디얼 베어링부를 1개의 베어링 슬리브의 내주측에 형성한 구성이 상기 특허문헌1도 포함해서 널리 채용되고 있지만, 모터의 소형화, 및 이것에 따른 스핀들 축 및 베어링 슬리브의 소경화의 요청도 있고, 레이디얼 베어링부 간의 스팬 증대에 대응할 수 있는 베어링 슬리브를 제조하는 것이 곤란해질 경우가 있다.

레이디얼 베어링부 간의 스팬을 증대시켜서 모멘트 강성을 높임과 아울러, 베어링 슬리브의 제조를 용이화하는 수단으로서, 예컨대 일본 특허 공개 평11-269475호 공보(특허문헌2)나 일본 특허 제3602707호 공보(특허문헌3)에 기재된 바와 같이, 베어링 슬리브를 축방향의 복수 개소(예컨대 2개소)에 배치하는 구성이 고려된다. 그러나, 이러한 구성의 유체 베어링 장치에 있어서 각 베어링 슬리브는 회전 방향을 고려해서 내주면 등에 형성되는 동압 홈의 배열 패턴이나 형성 개소를 다르게 하고는 있지만, 그 축방향 치수가 동일하게 형성되어 외관상의 차이가 매우 미소한 것이다. 그 때문에, 맞붙임 방향이나 맞붙임 위치가 잘못되기 쉬울 뿐만 아니라, 부품 관리가 번잡해진다는 문제가 있다. 맞붙임 방향 등을 잘못하면 베어링 장치로서 기능하지 않을 우려가 있고, 따라서 맞붙임에는 각별한 배려가 필요하므로 이것이 베어링 장치의 제조 비용을 높이고 있다.

또한, 모멘트 강성 향상의 다른 수단으로서 스러스트 베어링부의 베어링 스팬을 확대시킨 구조를 채용할 수도 있고, 이러한 종류의 구조를 갖는 유체 베어링 장치로서, 예컨대 일본 특허 공개 2005-321089호 공보(특허문헌4)에 개시되어 있는 바와 같이, 베어링 슬리브의 양단측에 스러스트 베어링부를 형성한 것이 알려져 있다. 그리고, 더나은 모멘트 강성의 향상을 노려 상기 특허문헌2(또는 특허문헌3) 및 특허문헌4의 구성을 조합시킨 구성을 채용할 수도 있다. 이러한 구성으로 할 경우, 스러스트 베어링 간극에 유체 동압을 발생시키는 동압 홈 등의 동압 발생 수단은 성형성을 고려해서 소결 금속제의 베어링 슬리브의 끝면에 형성되는 경우가 많지만, 각 동압 홈은 회전 방향을 고려해서 경사 방향을 다르게 할 필요가 있다. 따라서, 2종류의 베어링 슬리브가 필요하지만, 이들은 육안으로는 판별하기 어려운 레벨의 대략 동일 형상으로 형성되기 때문에, 맞붙임 방향이나 맞붙임 위치가 잘못되기 쉽다. 맞붙임 방향 등을 잘못하면, 상기한 바와 마찬가지로 베어링 장치로서 기능하지 않을 우려가 있고, 따라서 맞붙임에는 각별한 배려가 필요하므로 이것이 베어링 장치의 제조 비용을 높이고 있다.

그런데, 상기 특허문헌2(또는 3)의 구성에서는 레이디얼 베어링부 간의 베어링 스팬을 증대시켜서 모멘트 강성을 높임과 아울러 베어링 슬리브의 제조를 용이화할 수 있지만, 베어링 장치의 조립시에 있어서 이하의 문제가 생기는 경우가 있다. 즉, 이 구성에서는 가령 개개의 베어링 슬리브가 고정밀도로 형성되어 있어도 각 베어링 슬리브를 접착, 압입 등의 수단으로 하우징에 고정할 때에 코어 어긋남이 생길 우려가 있다. 코어 어긋남에 기인하는 쌍방의 레이디얼 베어링면 사이에서의 동축도의 저하는 베어링 강성의 편차를 초래하고, 이것에 의해 모멘트 강성을 비롯한 베어링 성능의 저하가 우려된다.

또한, 애당초 유체 베어링 장치의 회전 성능은 베어링 간극(예컨대 레이디얼 베어링 간극)의 폭 정밀도에 의해 결정된다. 그 때문에, 레이디얼 베어링 간극을 형성하는 축부재의 외주면 및 베어링 슬리브(베어링 부재)의 내주면을 정밀도 좋게 형성하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭은, 예컨대 특허 공개 2004-132402호 공보(특허문헌5)에 기재된 바와 같이 축방향 전장에 걸쳐 균일하게 형성되는 경우가 많다.

모터로의 조립시, 유체 베어링 장치의 축부재에는 각종 회전체가 맞붙여지지만, 맞붙여진 회전체의 크기, 중량 등은 모터에 따라 다르기 때문에 회전체의 무게 중심 위치는 그 때마다 다르다. 따라서, 상기와 같이 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭을 축방향 전장에 걸쳐 균일하게 형성하고 있으면, 유체 베어링 장치에 진동이나 충격이 부하된 경우에 모멘트 강성을 비롯한 베어링 강성이 부족해지고, 회전체의 흔들림량의 증대나 공진 현상을 야기할 우려가 있다.

또한, 예컨대 스핀들 모터에 조립되는 유체 베어링 장치에는 상기와 같은 모멘트 강성의 향상뿐만 아니라, 회전 정밀도의 향상이 요구되고 있다. 이것에 대응하기 위해서는 레이디얼 베어링 간극을 형성하는 베어링 부재의 내주면, 및 축부재의 외주면을 한층 고정밀도로 마무리할 필요가 있지만, 일반적으로, 내주면을 고정밀도로 마무리하는 것은 외주면을 고정밀도로 마무리보다 어렵고, 또한, 가공 정밀도를 일반적인 기계 가공으로 높이는 것은 한도가 있다.

일본 특허 공개 2003-239951호 공보 일본 특허 공개 평11-269475호 공보 일본 특허 제3602707호 공보 일본 특허 공개 2005-321089호 공보 일본 특허 공개 2004-132402호 공보

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 제 1 과제는 모멘트 강성이 우수하고, 베어링 슬리브의 제조가 용이하며, 또한, 조립이나 부품 관리의 작업 효율을 개선할 수 있는 유체 베어링 장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 제 2 과제는 조립 정밀도에 기인하는 베어링 성능의 저하를 가급적으로 회피하여 높은 모멘트 강성을 발휘할 수 있는 유체 베어링 장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 제 3 과제는 레이디얼 베어링 간극의 폭 정밀도를 높이고, 모멘트 강성을 비롯한 베어링 성능이 우수한 유체 베어링 장치를 저비용으로 제공하는 것에 있다.

상기 제 1 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 레이디얼 베어링면을 갖는 베어링 슬리브와, 베어링 슬리브의 내주에 삽입되는 축부재와, 베어링 슬리브의 레이디얼 베어링면과 축부재의 외주면 사이의 레이디얼 베어링 간극에 생기는 유체의 동압 작용에 의해 축부재를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 레이디얼 베어링부를 구비한 유체 베어링 장치에 있어서, 베어링 슬리브는 축방향으로 복수개 배치되고, 또한 각 베어링 슬리브는 서로 축방향 길이를 다르게 해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치를 제공한다.

상기 구성에 의하면, 베어링 슬리브를 축방향의 복수 개소에 배치했으므로, 레이디얼 베어링부 간의 스팬을 크게 해서 모멘트 하중에 대한 부하 능력을 높일 수 있음과 아울러, 베어링 슬리브의 제조를 용이하게 할 수 있다. 또한, 축방향으로 복수개 배치한 베어링 슬리브의 축방향 길이를 서로 다르게 했으므로, 외관상의 차이가 명확해지고, 조립 실수를 확실하게 방지하는 것이, 또한, 부품 관리의 간략화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

예컨대, 베어링 슬리브를 축방향의 2개소에 배치할 경우, 레이디얼 베어링부의 베어링 스팬을 크게 취하는 관점으로부터, 한쪽의 베어링 슬리브의 레이디얼 베어링면은 다른쪽의 베어링 슬리브로부터 이반되는 쪽의 단부 내주에 형성되는 것이 통례이다. 그러나, 이 경우, 특히 축방향 치수를 장대화시킨 측의 베어링 슬리브의 양단부간, 또한 베어링 슬리브(레이디얼 베어링면) 상호간에서의 동축 확보가 어려워지고, 베어링 장치의 회전 성능에 악영향을 끼칠 우려가 있다.

그래서, 본 발명에서는 인접하는 2개의 베어링 슬리브 중 적어도 어느 한쪽의 내주면에 레이디얼 베어링면보다 다른쪽의 베어링 슬리브측에 위치하며 레이디얼 베어링면과 동일한 직경의 볼록부를 형성한 구성을 제공한다. 이러한 구성으로 함으로써 예컨대 조립 핀을 삽입했을 경우에는 단체(單體)의 베어링 슬리브의 양단부간, 및 베어링 슬리브 상호간에서 동축 확보하면서 용이하게 조립 작업을 진행시킬 수 있다. 또한, 볼록부는 동압 발생 기능을 갖는 형상으로 형성하면 토크 업을 초래하므로, 동압 발생 기능을 갖지 않는 형상(예컨대, 띠형상 등)으로 형성하는 것이 바람직하다. 그런데 볼록부는 회전 성능에 악영향을 미치지 않을 정도의 동축 확보를 할 수 있으면 레이디얼 베어링면과 약간 다른 지름이어도 좋다. 따라서, 여기서 말하는 「동일한 직경의 볼록부」에는 약간 다른 지름의 볼록부도 포함된다.

또한, 상기 구성에 있어서 축부재에 외경측으로 돌출한 돌출부를 형성하고, 돌출부의 끝면과 베어링 슬리브의 끝면 사이에 스러스트 베어링 간극에 생기는 유체의 동압 작용에 의해 축부재를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 스러스트 베어링부를 형성해도 된다. 돌출부는 축부재에 일체로 형성된 것이어도 좋고, 축부재에 고정된 것이어도 좋다. 또한, 스러스트 베어링부의 스러스트 베어링 간극에 동압 작용을 발생시키는 동압 홈 등의 동압 발생 수단은 돌출부의 끝면 및 베어링 슬리브의 끝면 중 적어도 어느 한쪽에 형성하면 좋다.

또한, 축부재에 형성한 돌출부의 외주측에 시일 공간이 형성되도록 해도 좋다. 이 시일 공간은 베어링 장치 내부에 충만된 유체(예컨대, 윤활유)의 온도 변화에 기인하는 용적 변화(팽창ㆍ수축)를 흡수하는 기능, 소위 버퍼 기능을 갖는다.

또한, 상기 제 1 과제를 해결하는 위한 다른 구성으로서, 본 발명에서는, 베어링 부재와, 베어링 부재의 내주에 삽입되는 축부재를 갖는 회전체와, 베어링 부재와 회전체 사이에 형성되는 제 1 및 제 2 스러스트 베어링 간극과, 제 1 스러스트 베어링 간극에 유체 동압을 발생시키는 제 1 동압 홈 영역과, 제 2 스러스트 베어링 간극에 유체 동압을 발생시키는 제 2 동압 홈 영역을 구비한 유체 베어링 장치에 있어서, 베어링 부재는 축방향으로 배열된 2개의 베어링 슬리브를 갖고, 그 2개의 베어링 슬리브가 모두 양단면에 제 1 동압 홈 영역과 제 2 동압 홈 영역을 갖는 것이며, 또한 한쪽의 베어링 슬리브의 제 1 동압 홈 영역을 제 1 스러스트 베어링 간극에 면하게 하고, 다른쪽의 베어링 슬리브의 제 2 동압 홈 영역을 제 2 스러스트 베어링 간극에 면하게 한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치를 제공한다.

상기와 같이, 베어링 부재가 2개의 베어링 슬리브를 갖고 있으므로, 레이디얼 베어링부의 베어링 스팬을 증대시켜서 모멘트 강성을 높일 수 있음과 아울러, 베어링 슬리브의 제조를 용이화할 수 있다. 또한, 상기의 베어링 슬리브가 모두 양단면에 제 1 동압 홈 영역과 제 2 동압 홈 영역을 갖는 것이며, 또한 한쪽의 베어링 슬리브의 제 1 동압 홈 영역을 제 1 스러스트 베어링 간극에 면하게 하고, 다른쪽의 베어링 슬리브의 제 2 동압 홈 영역을 제 2 스러스트 베어링 간극에 면하게 하고, 이것은 환언하면 동일한 베어링 슬리브를 축방향으로 2개 늘어 놓은 것을 의미한다. 따라서, 상하의 배치를 고려하는 일 없이 각 베어링 슬리브를 하우징에 맞붙일 수 있고, 이것에 의해, 베어링 부재의 일단측에 제 1 스러스트 베어링 간극, 타단측에 제 2 스러스트 베어링 간극을 구비하고, 한층 모멘트 강성이 우수한 유체 베어링 장치를 용이하게 형성할 수 있다. 또한 베어링 슬리브를 1종류로 집약할 수 있는 만큼 부품 단가를 저감할 수 있고, 또한, 부품의 관리 비용을 저감할 수도 있다.

제 1 동압 홈 영역과 제 2 동압 홈 영역을 다른 형상으로 형성하면, 각 베어링 슬리브의 상하를 용이하게 식별하는 것이 가능하게 되고, 한층 맞붙임의 용이화를 도모할 수 있다. 여기서 말하는 「다른 형상」은 예컨대 한쪽을 스파이럴 형상으로 배열된 복수개의 동압 홈으로, 다른쪽을 헤링본 형상으로 배열된 복수개의 동압 홈으로 형성하는 구성 외에 동종 형상으로 배열된 동압 홈의 홈 개수 등을 양자에서 다르게 한 것도 포함된다. 식별성을 높이는 관점에서 말하면 전자의 구성이 바람직하다. 또한, 유체 베어링 장치의 용도에 따라 제 1 스러스트 베어링 간극과 제 2 스러스트 베어링 간극에서 필요로 되는 압력이 다른 경우 등에는 그것에 맞추어 동압 홈의 배열 패턴을 변경해도 좋다.

2개의 베어링 슬리브 간에는 스페이서 부재를 개재시킬 수 있다. 이 스페이서 부재는 예컨대 베어링 슬리브를 오일 함유 소결 금속으로 형성할 경우에 다공질조직을 갖지 않는 재료(비다공질 재료)로 형성할 수 있다. 이 경우, 베어링 장치에 포함시키는 윤활유량을 감소시킬 수 있으므로, 총 오일량이 적어지는 만큼 저비용화할 수 있다. 또한, 오일량이 적어지는 만큼 시일 공간의 용적을 작게 할 수 있고, 레이디얼 베어링부의 베어링 스팬을 한층 확대시키는 것이 즉 모멘트 강성을 한층 높일 수 있다.

이상의 구성을 갖는 유체 베어링 장치는 상기 유체 베어링 장치와, 고정자 코일과, 회전자 자석을 갖는 모터, 그중에서도 고속 회전화나 회전체의 중량화에 따라 특히 높은 모멘트 강성이 필요한 모터에 바람직하게 이용할 수 있다.

또한, 상기 제 2 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 내주에 복수개의 레이디얼 베어링면이 축방향으로 이격해서 설치되는 베어링 부재와, 베어링 부재의 내주에 삽입되는 축부재를 갖는 회전체와, 레이디얼 베어링면과 축부재의 외주면 사이의 레이디얼 베어링 간극에 생기는 유체의 동압 작용에 의해 회전체를 비접촉으로 지지하는 복수개의 레이디얼 베어링부를 구비한 유체 베어링 장치에 있어서, 베어링 부재가 축방향으로 배열된 복수개의 베어링 슬리브를 갖고, 복수개의 베어링 슬리브에 포함되는 제 1 베어링 슬리브에 복수개의 레이디얼 베어링면이 모두 형성되고, 또한 제 1 베어링 슬리브가 회전체의 축방향 무게 중심 위치에 가까운 측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치를 제공한다. 여기서, 회전체는 유체 베어링 장치의 스핀들로서 회전하는 물체 전체를 가리키고, 축부재에 설치되며 축부재와 일체적으로 회전가능한 부재이면 그들을 모두 포함한 물체를 의미한다. 예컨대, 유체 베어링 장치를 HDD 등의 디스크 구동 장치에 조립해서 사용할 경우, 축부재와, 구동부를 구성하는 마그넷이나 디스크, 또는 이들 마그넷이나 디스크를 축부재에 설치하는 허브 등(그 외에 클램퍼 등)을 모두 포함하는 어셈블리체를 가리킨다. 또한, 상기 유체 베어링 장치를 팬 모터 등에 조립해서 사용할 경우, 축부재와, 구동부를 구성하는 마그넷 외에 허브 등을 통해서 축부재에 고정되는 팬 등을 모두 포함하는 어셈블리체를 가리킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 베어링 부재를 구성하는 복수개의 베어링 슬리브 중 하나의 베어링 슬리브에 모든 레이디얼 베어링면을 형성함과 아울러, 이러한 베어링 슬리브를 피지지체가 되는 회전체의 축방향 무게 중심 위치에 가까운 측에 배치한 것을 특징으로 하는 것이다. 즉, 모든 레이디얼 베어링면을 1개의 베어링 슬리브에 집약함으로써 복수개의 베어링 슬리브에 각각 레이디얼 베어링면을 형성하는 것에 기인하는 동축도의 저하, 나아가서는 베어링 강성의 저하를 회피할 수 있다. 또한, 복수개의 베어링 슬리브 간에서 동축 맞춤을 행하는 경우와 비교해서 작업 효율이 현격하게 향상되고, 이것에 의한 가공 비용의 저감화가 가능하게 된다. 아울러, 본 발명에서는 이러한 베어링 슬리브를 회전체의 축방향 무게 중심 위치에 가까운 측에 배치했으므로, 바꾸어 말하면, 되도록이면 회전체의 축방향 무게 중심 위치에 가까운 개소에서 레이디얼 베어링부를 형성하도록 했으므로, 지지해야 할 회전체의 무게 중심 위치에 맞춘 적절한 개소에서 회전체를 지지할 수 있다. 이것에 의해, 복수개의 베어링 슬리브에 각각 레이디얼 베어링면을 나누어 형성하는 경우의 레이디얼 베어링부 간의 베어링 스팬과의 차를 보완하여 높은 모멘트 강성을 확보할 수 있다.

구체적인 구성으로서, 예컨대 베어링 부재를 구성하는 복수개의 베어링 슬리브 중 내주에 레이디얼 베어링면을 갖지 않는 제 2 베어링 슬리브가 제 1 베어링 슬리브의 축방향 일방측에 배치되어 있는 구성을 들 수 있다. 또한, 이 경우, 베어링 부재는 복수개의 베어링 슬리브를 내주에 유지하는 하우징을 갖고, 하우징이 제 2 베어링 슬리브와 일체로 형성되어 있는 것이어도 된다. 또한, 베어링 부재는 내주에 레이디얼 베어링면을 갖지 않는 제 3 베어링 슬리브를 더 갖는 것이어도 된다. 이 경우, 제 3 베어링 슬리브는 제 1 베어링 슬리브의 축방향 타방측에 배치할 수도 있다. 또한, 베어링 부재가 제 2 베어링 슬리브를 일체로 형성해서 이루어지는 하우징을 가질 경우, 제 2 베어링 슬리브의 축방향 일방측에 제 1 베어링 슬리브를, 축방향 타방측에 제 3 베어링 슬리브를 배치할 수도 있다.

모멘트 강성의 더나은 향상을 노려서 예컨대 베어링 부재를 구성하는 복수개의 베어링 슬리브의 끝면 중 축방향에서 가장 일단측에 위치하는 제 1 끝면과, 제 1 끝면과 축방향으로 가장 이격한 제 2 끝면에 각각 스러스트 베어링면을 형성한 구성을 가질 수도 있다. 이러한 구성에 의하면, 각 스러스트 베어링면을 베어링 부재의 축방향으로 가능한 한 이간된 위치에 형성할 수 있다. 이것에 의해, 회전체와의 사이에 형성되는 스러스트 베어링부의 축방향 이간 거리를 가능한 한 크게 하여 모멘트 강성의 보다 한층의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기 제 3 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 베어링 부재와, 베어링 부재의 내주에 삽입되는 축부재를 갖는 회전체와, 베어링 부재와 축부재 사이에 형성되는 레이디얼 베어링 간극에 생기는 유체막에 의해 축부재를 갖는 회전체를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부를 구비하는 유체 베어링 장치에 있어서, 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭을 축방향으로 다르게 하고, 그 간극 폭이 큰 광폭부와 간극 폭이 작은 협폭부 중 협폭부를 회전체의 무게 중심 위치측에 배치하고, 베어링 부재의 적어도 레이디얼 베어링 간극에 면하는 영역을 석출 금속으로 이루어지는 전기 주조부에 형성한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치를 제공한다. 또한, 여기서 말하는 「회전체」는 축부재에 설치되며 축부재와 일체로 회전가능한 부재 모두를 포함한 것을 가리킨다. 예컨대, HDD 등의 스핀들 모터에 조립해서 사용할 경우, 회전체는 축부재, 축부재에 설치되는 디스크 허브, 및 디스크 허브에 고정되는 마그넷이나 디스크, 또한 클램퍼 등을 모두 포함하는 것을 가리킨다. 또한, 예컨대 팬 모터에 조립해서 사용할 경우, 축부재, 허브 등을 통해서 축부재에 고정되는 팬, 마그넷 등을 모두 포함하는 것을 가리킨다.

일반적으로, 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭이 작아짐에 따라 레이디얼 베어링 간극에 형성되는 유체막의 강성(베어링 강성)은 높아진다. 따라서, 상기와 같이, 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭을 축방향으로 다르게 하고, 그 간극 폭이 큰 광폭부와 간극 폭이 작은 협폭부 중 협폭부를 회전체의 무게 중심 위치측에 배치하면, 회전체의 무게 중심 근방에서 베어링 강성을 높일 수 있는 한편, 무게 중심으로부터 떨어진 영역에서는 베어링 강성을 낮게 할 수 있다. 이것에 의해, 베어링 강성의 확보와 저토크화를 동시에 달성할 수 있고, 회전체의 지지 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 레이디얼 베어링부의 베어링 중심과 회전체의 무게 중심 위치의 이간 거리를 단축시킬 수도 있고, 모멘트 강성을 높일 수도 있다. 상기 구성은 예컨대 레이디얼 베어링 간극에 면하는 축방향 영역에서 축부재를 지름이 일정하게 형성함과 아울러 베어링 부재를 다른 지름으로 형성하거나, 또는, 축부재를 다른 지름으로 형성함과 아울러 베어링 부재를 지름이 일정하게 형성함으로써 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 베어링 부재의 적어도 레이디얼 베어링 간극에 면하는 영역(소위, 레이디얼 베어링면)을 석출 금속으로 이루어지는 전기 주조부에 형성한 것을 특징으로 하는 것이다. 전기 주조부는 전해 도금(전기 도금), 또는 무전해 도금(화학 도금)에 준하는 방법으로 형성할 수 있다. 이러한 방법의 특성상, 전기 주조부의 석출 개시측의 면은 이것을 형성하는 마스터의 표면 형상이 미크론 오더의 레벨까지 고정밀도로 전사된 치밀한 면이 되므로, 마스터의 표면을 소정의 형상 정밀도로 마무리해 두면, 특별한 마무리 가공 등을 실시하는 일 없이 용이하게 베어링 부재의 내주면 정밀도를 높일 수 있다. 따라서, 전기 주조부, 특히 그 석출 개시면에 레이디얼 베어링면을 형성하면, 레이디얼 베어링 간극의 폭 정밀도를 용이하고 또한 저비용으로 높일 수 있게 된다. 또한, 이러한 구성으로 하면, 레이디얼 베어링면이 금속면이 되므로, 온도 변화에 따른 레이디얼 베어링면의 특성 변화를 억제하여 회전 정밀도의 저하를 최대한 억제할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 소망하는 회전 정밀도를 확보할 수 있는 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭은 축부재의 축 지름(d)에 대한 레이디얼 베어링 간극의 최소의 직경 간극(δ)의 비(δ/d)로 정의할 수 있고, 본 발명자들의 검증에 의하면, 비(δ/d)는 1/1000≤δ/d≤1/250의 범위 내이면 좋은 것이 판명되었다. 그 이유를 이하에 상세히 설명한다.

우선, 비(δ/d)의 하한값 1/1000은 마스터나 축부재의 외주면, 및 전기 주조부 내주면의 진원도ㆍ원통도 등으로부터 도출할 수 있다. 즉 직경 간극(δ)이 축부재의 외주면이나 베어링 부재의 내주면의 진원도ㆍ원통도보다 작아지면, 축부재와 베어링 부재 사이에서 접촉이 생겨 소정의 성능을 확보하는 것이 어려워진다. 축부재의 외주면이나 베어링 부재의 내주면의 진원도 등을 한층 높이는 것도 가능하지만, 고정밀도화함에 따라 비용 상승을 피할 수 없게 된다. 따라서, 기능면 및 비용면의 밸런스를 고려하면, 비(δ/d)는 1/1000 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 비(δ/d)의 상한값 1/250은 회전 정밀도나 모멘트 강성의 관점으로부터 도출할 수 있다. 즉, 레이디얼 베어링 간극의 최소의 직경 간극(δ)이 커지면, 소망하는 베어링 강성, 모멘트 강성을 확보할 수 없게 되고, 회전 정밀도의 악화나 축부재와 베어링 부재의 접촉 등의 문제가 생긴다. 따라서, 비(δ/d)는 1/250 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구성에 있어서 예컨대 레이디얼 베어링 간극의 일단에 광폭부, 타단에 협폭부를 형성함과 아울러, 광폭부로부터 협폭부에 걸쳐 간극 폭을 점점 감소시킬 경우, 레이디얼 베어링 간극의 축방향 길이(L)와, 레이디얼 베어링 간극의 축방향 전장에 있어서의 반경 간극의 감소량(ε)의 비(ε/L), 바꾸어 말하면, 경사(ε/L)는 1/1000≤ε/L≤1/500으로 하는 것이 바람직한 것이 본 발명자들의 예의연구에 의해 발견되었다. 비(ε/L)가 1/1000보다 작으면 상술한 베어링 강성의 향상 효과, 및 토크 저감 효과를 충분하게 얻는 것이 어려워진다. 한편, 1/500보다 크면, 광폭부의 값이 과대해져 베어링 강성이 부족해지고, 회전 정밀도가 악화될 우려가 있고, 또한, 베어링 부재의 성형시에 있어서는 마스터를 무리하게 빼내는 정도가 커져 레이디얼 베어링면의 손상을 초래할 우려가 높아지기 때문이다.

상기의 유체 베어링 장치에는 레이디얼 베어링 간극에 유체 동압을 발생시키기 위한 동압 발생부를 형성할 수 있고, 이것에 의해 레이디얼 베어링부를 회전 정밀도가 우수한 동압 베어링으로 구성할 수 있다. 동압 발생부는 전기 주조부의 내주면 또는 축부재의 외주면에 형성할 수 있지만, 전기 주조 가공에서 이용하는 마스터 표면에 동압 발생부에 대응한 다이부를 설치해 두는 것만으로 용이하고 또한 고정밀도로 형성할 수 있다. 그 때문에, 동압 발생부는 축부재의 외주면에 형성하는 것보다 전기 주조부의 내주면에 형성하는 것이 바람직하다. 동압 발생부는 경사 홈, 축방향 홈, 또는 원호면 등 공지의 여러가지의 형상을 채용할 수 있다. 또한, 이러한 동압 발생부를 형성했을 경우, 베어링 부재의 내주면과 축부재의 외주면 사이에 형성되는 간극 중 동압 발생부에 면하는 영역이 본원에서 말하는 레이디얼 베어링 간극이 된다.

<발명의 효과>

상기와 같이, 베어링 슬리브를 축방향으로 복수개 배치하고, 또한 각 베어링 슬리브를 서로 축방향 길이를 다르게 해서 형성함으로써 모멘트 강성이 우수하고, 베어링 슬리브의 제조가 용이하며, 또한, 조립이나 부품 관리의 작업 효율을 개선할 수 있는 유체 베어링 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 베어링 부재가 축방향으로 배열된 2개의 베어링 슬리브를 갖고, 그 2개의 베어링 슬리브가 모두 양단면에 제 1 동압 홈 영역과 제 2 동압 홈 영역을 갖는 것이며, 또한 한쪽의 베어링 슬리브의 제 1 동압 홈 영역을 제 1 스러스트 베어링 간극에 면하게 하고, 다른쪽의 베어링 슬리브의 제 2 동압 홈 영역을 제 2 스러스트 베어링 간극에 면하게 한 구성을 채용함으로써 모멘트 강성이 우수하고, 베어링 슬리브의 제조가 용이하며, 또한, 조립이나 부품 관리의 작업 효율을 개선할 수 있는 유체 베어링 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 베어링 부재에 축방향으로 배열된 복수개의 베어링 슬리브를 설치하고, 복수개의 베어링 슬리브에 포함되는 제 1 베어링 슬리브에 복수개의 레이디얼 베어링면을 모두 형성하고, 또한 제 1 베어링 슬리브를 회전체의 축방향 무게 중심 위치에 가까운 측에 배치함으로써 조립 정밀도에 기인하는 베어링 성능의 저하를 가급적으로 회피하여 높은 모멘트 강성을 발휘할 수 있는 유체 베어링 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭을 축방향으로 다르게 하고, 상기 간극 폭이 큰 광폭부와 간극 폭이 작은 협폭부 중 협폭부를 회전체의 무게 중심 위치측에 배치하고, 베어링 부재의 적어도 레이디얼 베어링 간극에 면하는 영역을 석출 금속으로 이루어지는 전기 주조부에 형성함으로써 레이디얼 베어링면의 폭 정밀도를 높이고, 모멘트 강성을 비롯한 베어링 성능이 우수한 유체 베어링 장치를 저비용으로 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 1 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 2(A)는 하우징에 베어링 슬리브를 고정한 상태를 나타내는 상면도, 도 2(B)는 그 단면도, 도 2(C)는 그 하면도이다.
도 3(A)는 베어링 슬리브의 조립 공정을 나타내는 개략도, 도 3(B)는 하우징의 상방 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 제 1 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 2 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 유체 베어링 장치를 조립한 스핀들 모터를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 유체 베어링 장치를 조립한 팬 모터를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 유체 베어링 장치를 조립한 스핀들 모터를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 1 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 9(A)는 베어링 슬리브의 종단면도, 도 9(B)는 베어링 슬리브의 상측 끝면을 나타내는 도면, 도 9(C)는 베어링 슬리브의 하측 끝면을 나타내는 도면이다.
도 10은 제 2 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 2 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 베어링 슬리브의 다른 구성예를 나타내는 종단면도이다.
도 12는 유체 베어링 장치를 조립한 팬 모터를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 13은 유체 베어링 장치를 조립한 스핀들 모터를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 1 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 15는 베어링 부재의 단면도이다.
도 16은 도 15에 나타내는 베어링 부재를 화살표 a의 방향으로 바라본 단면도이다.
도 17은 도 15에 나타내는 베어링 부재를 화살표 b의 방향으로 바라본 단면도이다.
도 18은 베어링 부재의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 19는 베어링 부재의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 20은 제 3 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 2 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 1 구성예를 나타내는 함축(含軸) 단면도이다.
도 22는 베어링 부재의 단면도이다.
도 23(A)는 마스터의 사시도, 도 23(B)는 마스터에 마스킹을 실시한 상태를 나타내는 사시도, 도 23(C)는 전기 주조 부재의 사시도이다.
도 24는 삽입 성형 직후의 베어링 부재의 단면도이다.
도 25는 제 4 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 2 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 26은 제 4 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 3 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 27은 제 4 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 4 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 28은 레이디얼 베어링부를 다원호 베어링으로 구성했을 경우의 함축 단면도이다.
도 29는 레이디얼 베어링부를 다원호 베어링으로 구성했을 경우의 함축 단면도이다.
도 30은 레이디얼 베어링부를 다원호 베어링으로 구성했을 경우의 함축 단면도이다.
도 31은 레이디얼 베어링부를 스텝 베어링으로 구성했을 경우의 함축 단면도이다.

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유체 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터를 도 1~도 6에 기초하여 상세히 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서의 『상하』방향은 단지 각 도면에 있어서의 상하방향을 편의적으로 나타내는 것으로, 유체 베어링 장치의 설치 방향이나 사용 형태 등을 한정하는 것은 아니다. 도 7 이후에서 나타내는 본 발명의 다른 실시형태에 대해서도 마찬가지이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 일구성예를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 유체 베어링 장치(1)는 HDD에 조립되는 모터에 있어서 스핀들 축의 회전을 지지하는 것이다. 이 유체 베어링 장치(1)는 하우징(2)과, 축방향으로 서로 이격된 위치에서 하우징(2)에 고정된 복수개, 여기서는 2개의 베어링 슬리브(제 1 베어링 슬리브(3), 제 2 베어링 슬리브(4))와, 상기 제 1, 제 2 베어링 슬리브(3,4) 사이에 배치된 스페이서 부재(8)와, 제 1, 제 2 베어링 슬리브(3,4)의 내주에 삽입된 축부재(5)를 주요한 구성 부품으로서 구비하고 있다.

후술하는 바와 같이, 제 1 베어링 슬리브(3)의 내주면(3a)과 축부재(5)의 외주면(5a) 사이에 제 1 레이디얼 베어링부(R1)가 설치되고, 제 2 베어링 슬리브(4)의 내주면(4a)과 축부재(5)의 외주면(5a) 사이에 제 2 레이디얼 베어링부(R2)가 설치된다. 또한, 제 1 베어링 슬리브(3)의 상측 끝면(3b)과 시일 부재(6)의 하측 끝면(6b) 사이에 제 1 스러스트 베어링부(T1)가 설치되고, 제 2 베어링 슬리브(4)의 하측 끝면(4b)과 시일 부재(7)의 상측 끝면(7b) 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 설치된다.

하우징(2)은 예컨대 수지 재료를 사출 성형해서 대략 원통형상으로 형성되고, 제 1, 제 2 베어링 슬리브(3,4) 및 스페이서 부재(8)가 고정되는 제 1 내주면(2a)은 스트레이트의 원통면으로 형성되어 있다. 또한, 제 1 내주면(2a)의 양단부에는 제 1 내주면(2a)보다 큰 지름의 제 2, 제 3 내주면(2b,2c)이 형성되어 있고, 제 2, 제 3 내주면(2b,2c)은 단차면(2d,2e)을 통해서 각각 제 1 내주면(2a)에 연결되어 있다.

하우징(2)을 형성하는 수지 재료에 이용하는 베이스 수지로서는 사출 성형 가능한 것이면 비결정성 수지ㆍ결정성 수지를 막론하고 사용 가능하므로, 예컨대, 비결정성 수지로서, 폴리설폰(PSU), 폴리에테르설폰(PES), 폴리페닐설폰(PPSU), 폴리에테르이미드(PEI) 등, 결정성 수지로서 액정 폴리머(LCP), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌술피드(PPS) 등을 이용할 수 있다. 물론 이것들은 일례에 지나지 않고, 사용환경 등을 고려해서 그 외의 베이스 수지를 사용할 수도 있다. 또한, 상기 베이스 수지에 충전하는 충전재의 종류도 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 충전재로서 유리섬유 등의 섬유상 충전재, 티탄산 칼륨 등의 휘스커 형상 충전재, 운모 등의 비늘 조각 형상 충전재, 카본섬유, 카본블랙, 흑연, 카본 나노 재료, 금속 분말 등의 섬유상 또는 분말상의 도전성 충전재를 이용할 수 있다. 이들 충전재는 단독으로 이용하거나, 또는, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다.

이 외에 황동이나 알루미늄 합금 등의 연질 금속 재료, 그 외의 금속 재료로서 하우징(2)을 형성할 수도 있다.

축부재(5)는 스테인레스강 등의 금속 재료로 형성되고, 전체적으로 대략 동일한 직경의 축 형상을 하고 있다. 이 축부재(5)에는 돌출부로서의 환상의 시일 부재(6,7)가 적절한 고정수단 예컨대 접착 또는 압입 접착(압입과 접착의 병용)에 의해 고정되어 있다. 이들 시일 부재(6,7)는 축부재(5)의 외주면(5a)으로부터 외경측으로 돌출한 형태가 되고, 각각 하우징(2)의 제 2, 제 3 내주면(2b,2c)의 내주측에 수용된다. 또한, 접착제에 의한 고정 강도를 높이기 위해서 시일 부재(6,7)의 고정 위치가 되는 축부재(5)의 외주면(5a)에 접착제 저류부가 되는 원주 홈(5a1,5a2)이 형성되어 있다. 또한, 시일 부재(6,7)는 놋쇠(황동) 등의 연질 금속 재료나 그 외의 금속 재료로 형성해도 좋고, 수지 재료로 형성해도 좋다. 또한, 시일 부재(6,7) 중 한쪽은 축부재(5)에 일체로 형성해도 좋다.

시일 부재(6)의 외주면(6a)은 하우징(2)의 제 2 내주면(2b)과의 사이에 소정 용적의 시일 공간(S1)을 형성하고, 시일 부재(7)의 외주면(7a)은 하우징(2)의 제 3 내주면(2c)과의 사이에 소정의 용적의 시일 공간(S2)을 형성한다. 이 실시형태에 있어서 시일 부재(6)의 외주면(6a) 및 시일 부재(7)의 외주면(7a)은 각각 하우징(2)의 외부측을 향해서 점차 축경된 테이퍼면 형상으로 형성되어 있다. 그 때문에, 시일 공간(S1,S2)은 하우징(2)의 내부측을 향해서 점차 축소된 테이퍼 형상을 나타낸다.

제 1, 제 2 베어링 슬리브(3,4)는 모두 예컨대 소결 금속으로 이루어지는 다공질체, 특히 구리를 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 원통형상으로 형성되고, 각각 하우징(2)의 제 1 내주면(2a)에 압입, 접착, 또는 압입 접착 등의 수단에 의해 고정된다. 또한, 베어링 슬리브(3,4)는 소결 금속 이외에도 구리합금 등의 금속 재료로 형성할 수도 있다. 제 1, 제 2 베어링 슬리브(3,4)는 서로 축방향 길이를 다르게 해서 형성되고, 본 구성예에서는 제 1 베어링 슬리브(3)의 축방향 길이(L1)가 제 2 베어링 슬리브(4)의 축방향 길이(L2)보다 크게(L1>L2) 형성되어 있다.

도 2(B)에 나타내는 바와 같이, 제 1 베어링 슬리브(3)의 내주면(3a)에는 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 레이디얼 베어링면(A)이 되는 영역이 형성되고, 상기 레이디얼 베어링면(A)에는 헤링본 형상의 동압 홈(3a1)이 형성되어 있다. 이 레이디얼 베어링면(A)은 제 2 베어링 슬리브(4)로부터 이반되는 측(상측)의 단부에 형성되어 있다. 또한, 제 1 베어링 슬리브(3)의 내주면(3a) 중 레이디얼 베어링면(A)과 축방향으로 이격된 반대측(하측)의 단부에는 띠형상의 볼록부(B)가 형성되어 있다. 이 볼록부(B)는 동압 홈(3a1)을 구획 형성하는 언덕부와 대략 동일한 직경으로 형성되어 있다.

도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 제 1 베어링 슬리브(3)의 상측 끝면(3b)의 일부 또는 전체부 환상 영역에는 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링면이 되는 영역이 형성되고, 상기 스러스트 베어링면에는 헤링본 형상의 동압 홈(3b1)이 형성되어 있다. 또한 외주면(3d)에는 원주방향 등간격으로 배치된 복수개(도시예는 3개)의 축방향 홈(3d1)이 형성되어 있다.

또한, 도 2(B)에 나타내는 바와 같이, 제 2 베어링 슬리브(4)의 내주면(4a)에는 제 2 레이디얼 베어링부(R2)의 레이디얼 베어링면(A')이 되는 영역이 형성되고, 상기 레이디얼 베어링면(A')에는 헤링본 형상의 동압 홈(4a1)이 형성되어 있다. 또한 도 2(C)에 나타내는 바와 같이, 제 2 베어링 슬리브(4)의 하측 끝면(4b)의 일부 또는 전체부 환상 영역에는 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링면이 되는 영역이 형성되고, 상기 스러스트 베어링면에는 헤링본 형상의 동압 홈(4b1)이 형성되어 있다. 또한 외주면(4d)에는 원주방향 등간격으로 배치된 복수개(도시예에서는 3개)의 축방향 홈(4d1)이 형성되어 있다.

제 1, 제 2 베어링 슬리브(3,4) 사이에는 예컨대 황동이나 알루미늄 등의 연질 금속, 수지 재료, 또는 소결 금속 등으로 형성된 원통형상의 스페이서 부재(8)가 끼워져 장착되고, 하우징(2)의 제 1 내주면(2a)에 압입, 접착, 또는 압입 접착 등의 수단에 의해 고정되어 있다. 스페이서 부재(8)의 내주면(8a)은 양 베어링 슬리브(3,4)의 내주면(3a,4a)보다 약간 큰 지름으로 형성되어 있고, 축부재(5)의 회전시(베어링 운전시), 축부재(5)와의 사이에 레이디얼 베어링 간극은 형성되지 않는다. 또한, 외주면(8d)에는 원주방향 등간격으로 배치된 복수개(예컨대, 3개)의 축방향 홈(8d1)이 형성되어 있다.

상기 구성 부재로 이루어지는 유체 베어링 장치(1)는 예컨대 다음과 같은 공정으로 조립된다.

우선, 제 1, 제 2 베어링 슬리브(3,4), 및 스페이서 부재(8)를 도 2에 나타내는 형태로 하우징(2)의 제 1 내주면(2a)에 고정한다. 고정시에 있어서의 양 베어링 슬리브(3,4) 사이의 동축 확보는 예컨대 도 3(A)에 나타내는 바와 같은 조립 핀(P)을 이용하여 행해진다. 이 때, 제 1 베어링 슬리브(3)의 내주면(3a)에는 레이디얼 베어링면(A)으로부터 이격된 하단부측에 레이디얼 베어링면(A)과 대략 동일한 직경의 볼록부(B)가 형성되어 있으므로, 제 1 베어링 슬리브(3)는 자세를 악화시키는 일 없이 그 양단부간에 있어서의 동축 확보가 확실하게 행해진다. 또한 이 조립 핀(P)을 이용함으로써 제 1, 제 2 베어링 슬리브(3,4) 사이에 있어서의 동축 확보가 확실하게 행해진다.

또한, 양 베어링 슬리브(3,4), 및 스페이서 부재(8)의 하우징(2)으로의 고정시에는, 도 3(B)에 확대해서 나타내는 바와 같이, 제 1 베어링 슬리브(3)의 상측 끝면(3b)이 하우징(2)의 상측의 단차면(2d)과 동일면으로 되거나, 또는, 단면(2d)으로부터 약간의 치수(δ2)만큼 돌출된 상태가 되도록 제 1 베어링 슬리브(3)의 축 방향 위치를 조정한 상태에서 내주면(2a)에 고정한다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 제 1 베어링 슬리브(3)의 상측 끝면(3b)을 단면(2d)으로부터 치수(δ2)만큼 돌출시켰을 경우, 시일 부재(6)의 하측 끝면(6b)과 단차면(2d) 사이의 축방향 치수는 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극의 폭(δ1)보다 커진다. 또한, 도시는 생략하지만, 제 2 베어링 슬리브(4)도 제 1 베어링 슬리브(3)와 마찬가지의 위치 조정을 행한 상태에서 하우징(2)의 제 1 내주면(2a)에 고정한다.

상기의 형태로 양 베어링 슬리브(3,4)의 축 방향 위치를 조정해서 하우징(2)의 내주면(2a)에 고정한 결과, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 1 베어링 슬리브(3)의 하측 끝면(3c)과 스페이서 부재(8)의 상측 끝면(8b) 사이, 제 2 베어링 슬리브(4)의 상측 끝면(4c)과 스페이서 부재(8)의 하측 끝면(8c) 사이에 약간의 간극이 생기는 경우가 있다. 또한, 제 1, 제 2 베어링 슬리브(3,4), 및 스페이서 부재(8)와 하우징(2)의 내주면(2a)의 축방향 치수에 따라서는 상기 간극이 베어링 슬리브(3,4) 중 한쪽측에만 생기는 경우도 있다. 또는, 베어링 슬리브(3,4) 쌍방이 스페이서 부재(8)에 접촉하는 경우도 있다.

다음에, 축부재(5)를 제 1, 제 2 베어링 슬리브(3,4)의 내주면(3a,4a) 및 스페이서 부재(8)의 내주면(8a)에 삽입하고, 시일 부재(6,7)를 축부재(5)의 소정 위치에 고정한다. 또한, 시일 부재(6,7) 중 어느 한쪽은 삽입 전에 미리 축부재(5)에 고정해 두어도 좋고, 축부재(5)에 일체로 형성해도 좋다.

상기의 공정을 거쳐 조립이 완료된 후, 시일 부재(6,7)에 의해 시일된 하우징(2)의 내부 공간에 양 베어링 슬리브(3,4)의 내부 기공(다공질체 조직의 내부 기공)도 포함시키고, 윤활 유체로서 예컨대 윤활유를 충전한다. 윤활유의 충전은 예컨대 조립이 완료된 유체 베어링 장치(1)를 진공조 내에서 윤활유 중에 침지한 후, 대기압에 개방함으로써 행할 수 있다.

상기 구성의 유체 베어링 장치(1)에 있어서 축부재(5)가 회전하면, 제 1 베어링 슬리브(3)의 내주면(3a)의 레이디얼 베어링면(A)은 축부재(5)의 외주면(5a)과 레이디얼 베어링 간극을 통해서 대향한다. 레이디얼 베어링면(A)에서는 레이디얼 베어링 간극에 충만된 윤활유가 동압 홈(3a1)의 동압 작용에 의해 그 압력이 높아지고, 이 압력에 의해 축부재(2)가 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지된다. 또한, 본 구성예에서는 볼록부(B)와 축부재(5)의 외주면(5a) 사이에 레이디얼 베어링 간극이 형성되고, 이 레이디얼 베어링 간극에는 제 1 베어링 슬리브(3)로부터 삼출된 오일에 의해 오일막이 형성되고, 이 오일막에 의해 축부재(5)가 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 지지된다. 이것에 의해, 동압 베어링 및 원통형 베어링에 의해 축부재(5)를 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R1)가 구성된다. 제 2 베어링 슬리브(4)에서도 레이디얼 베어링면(A')에 의해 동압 베어링이 구성되고, 축부재(5)를 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 지지하는 제 2 레이디얼 베어링부(R2)가 구성된다.

또한, 축부재(5)가 회전하면, 제 1 베어링 슬리브(3)의 상측 끝면(3b)의 스러스트 베어링면이 시일 부재(6)의 하측 끝면(6b)과 소정의 스러스트 베어링 간극을 통해서 대향하고, 제 2 베어링 슬리브(4)의 하측 끝면(4b)의 스러스트 베어링면이 시일 부재(7)의 상측 끝면(7b)과 소정의 스러스트 베어링 간극을 통해서 대향한다. 그리고 축부재(2)의 회전에 따라 각 스러스트 베어링 간극에 충만된 윤활유는 동압 홈(3b1,4b1)의 동압 작용에 의해 그 압력이 높아지고, 축부재(5)가 양 스러스트 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지된다. 이것에 의해, 축부재(5)를 양 스러스트 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)와 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 형성된다.

또한, 축부재(5)의 회전시에는 상술한 바와 같이 시일 부재(6)의 외주면(6a)측과 시일 부재(7)의 외주면(7a)측에 형성되는 시일 공간(S1,S2)이 하우징(2)의 내부측을 향해서 점차 축소된 테이퍼 형상을 나타내고 있으므로, 양 시일 공간(S1,S2) 내의 윤활유는 모세관력에 의한 인입 작용과, 회전시의 원심력에 의한 인입 작용에 의해서 시일 공간이 좁아지는 방향 즉 하우징(2)의 내부측을 향해서 인입된다. 이것에 의해, 하우징(2)의 내부로부터의 윤활유의 누출이 효과적으로 방지된다. 또한, 시일 공간(S1,S2)은 하우징(2)의 내부 공간에 충전된 윤활유의 온도 변화에 따른 용적 변화량을 흡수하는 버퍼 기능을 갖고, 상정되는 온도 변화의 범위 내에서는 윤활유의 오일면은 항상 시일 공간(S1,S2) 내에 있다.

또한, 제 1 베어링 슬리브(3)의 축방향 홈(3d1)에 의해 형성되는 유체 통로, 제 2 베어링 슬리브(4)의 축방향 홈(4d1)에 의해 형성되는 유체 통로, 스페이서 부재(8)의 축방향 홈(8d1)에 의해 형성되는 유체 통로, 각 베어링 간극(제 1 레이디얼 베어링부(R1) 및 제 2 레이디얼 베어링부(R2)의 레이디얼 베어링 간극, 제 1 스러스트 베어링부(T1) 및 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극), 및 스페이서 부재(8)의 내주면(8a)과 축부재(5)의 외주면(5a) 사이의 간극에 의해 하우징(2)의 내부에 일련의 순환 통로가 형성된다. 그리고, 하우징(2)의 내부 공간에 충전된 윤활유가 이 순환 통로를 통해서 유동 순환함으로써 윤활유의 압력 밸런스가 유지됨과 동시에, 국부적인 부압의 발생에 따른 기포의 생성, 기포의 생성에 기인하는 윤활유의 누설이나 진동의 발생 등이 방지된다. 또한, 제 1 베어링 슬리브(3)의 축방향 홈(3d1)에 의해 형성되는 유체 통로의 일단과, 제 2 베어링 슬리브(4)의 축방향 홈(4d1)에 의해 형성되는 유체 통로의 일단은 각각 대기 개방측이 되는 시일 공간(S1,S2)에 통하고 있다. 그 때문에, 어떠한 이유로 윤활유 중에 기포가 혼입된 경우에도 기포가 윤활유를 따라 순환할 때에 외기 개방측으로 배출되므로 기포에 의한 악영향은 보다 한층 효과적으로 방지된다.

또한, 도시는 생략하지만, 양 베어링 슬리브(3,4) 및 스페이서 부재(8)와 하우징(2) 사이에 형성되는 축방향의 유체 통로는 하우징(2)의 내주면(2a)에 축방향 홈을 형성함으로써 형성할 수도 있다.

이상으로 나타낸 구성이면, 레이디얼 베어링부(R1,R2) 사이의 축방향 스팬을 크게 해서 모멘트 하중에 대한 부하 능력을 높일 수 있고, 한편 개개의 베어링 슬리브의 장대화를 방지할 수 있기 때문에, 소기의 정밀도의 베어링 슬리브(3,4)를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 제 1 베어링 슬리브(3)와 제 2 베어링 슬리브(4)의 축방향 길이를 서로 다르게 했으므로, 외관상의 차이가 명확해져 조립 실수를 확실하게 방지할 수 있고, 또한, 부품 관리의 간략화를 도모할 수 있다.

또한, 본 구성예에서는 축방향 길이를 장대화시킨 제 1 베어링 슬리브(3)의 내주면(3a) 중 레이디얼 베어링면(A)과는 이격된 축방향 하단부에 레이디얼 베어링면(A)과 동일한 직경의 볼록부(B)를 형성했으므로, 조립시에는 확실하게 레이디얼 베어링면(A,A') 사이에서 동축을 확보할 수 있고, 이러한 종류의 정밀도 저하에 의한 베어링 성능의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 이상에서는 볼록부(B)를 내주면(3a)의 전체 둘레에 걸쳐서 연속된 띠형상으로 형성한 경우에 대해서 설명을 행했지만, 베어링 슬리브의 동축 확보를 확실하게 행할 수 있으면, 볼록부(B)를 예컨대 원주방향으로 간헐적으로 형성해도 좋다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 다른 구성예(제 2 구성예)를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 유체 베어링 장치(21)가 상술한 유체 베어링 장치(1)와 다른 주된 점은 하우징(2)의 내주면(2a)이 균일 지름으로 하우징(2)의 끝면까지 연장되어 있는 점, 그것에 따라 시일 부재(6,7)가 비교적 작은 지름으로 되어 있는 점에 있다. 이러한 구성에서는 제 1 구성예의 유체 베어링 장치(1)에 비해서 하우징(2)의 형상을 간소화하고, 또한, 소경화할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 이 구성예에서는 베어링 슬리브(3)의 하측 끝면(3c)과 스페이서부(2c)의 상측 끝면(2c2)이 접촉하고, 베어링 슬리브(4)의 상측 끝면(4c)과 스페이서부(2c)의 하측 끝면(2c3)이 접촉하고 있다. 그 외의 사항은 제 1 구성예에 준하므로, 공통의 참조 번호를 붙여 중복 설명을 생략한다.

이상의 설명에서는 레이디얼 베어링부(R1,R2) 및 스러스트 베어링부(T1,T2)의 동압 발생 수단으로서 헤링본 형상의 동압 홈을 예시하고 있지만, 스파이럴 형상이나 그 외의 형상의 동압 홈이어도 좋다. 또는, 동압 발생 수단으로서 소위 스텝 베어링이나 다원호 베어링을 채용해도 좋다.

도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유체 베어링 장치 중 도 1에 나타내는 유체 베어링 장치(1)를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 일구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 스핀들 모터는 예컨대 서버용 HDD에 이용되는 것으로, 유체 베어링 장치(1)와, 유체 베어링 장치(1)의 축부재(5)에 장착된 회전자(디스크 허브(12))와 예컨대 반경방향(레이디얼 방향)의 갭을 사이에 두고 대향시킨 고정자 코일(10) 및 회전자 자석(11)을 구비하고 있다. 고정자 코일(10)은 브래킷(9)의 외주에 부착되고, 회전자 자석(11)은 디스크 허브(12)의 내주에 부착되어 있다. 유체 베어링 장치(1)의 하우징(2)은 브래킷(9)의 내주에 장착된다. 디스크 허브(12)에는 자기디스크 등의 디스크(D)가 1장 또는 복수장 유지된다. 고정자 코일(10)에 통전하면, 고정자 코일(10)과 회전자 자석(11) 사이의 전자력에 의해 회전자 자석(11)이 회전하고, 그것에 의해서, 디스크 허브(12) 및 디스크 허브(12)에 유지된 디스크(D)가 축부재(5)와 일체로 회전한다.

또한, 이상에서 설명을 행한 유체 베어링 장치는 HDD 등의 디스크 장치용 스핀들 모터에 한정되지 않고, 고속 회전하며 높은 모멘트 하중에 대한 부하 능력이 요구되는 모터 예컨대 팬 모터에도 바람직하게 이용할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(1)를 조립한 팬 모터, 그 중에서도 반경방향(레이디얼 방향)의 갭을 사이에 두고 고정자 코일(10) 및 회전자 자석(11)을 대향시킨 소위 레이디얼 갭형 팬 모터의 일례를 개념적으로 나타내는 것이다. 도시예의 모터는 주로 축부재(5)의 상단 외주에 고정되는 회전자(13)가 외주면에 날개를 갖는 점, 및 브래킷(9)이 모터의 각 구성 부품을 수용하는 케이싱으로서의 기능을 하는 점에서 도 5에 나타내는 스핀들 모터와 구성이 다르다. 또한, 그 외의 사항은 도 5에 나타내는 스핀들 모터에 준하므로, 공통의 참조 번호를 붙여 중복 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유체 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터를 도 7~도 12에 기초하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유체 베어링 장치를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 일구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 이용되는 것으로, 유체 베어링 장치(101)와, 축부재(102)에 장착된 회전자(디스크 허브(103))와, 예컨대 반경방향의 갭을 사이에 두고 대향시킨 고정자 코일(104) 및 회전자 자석(105)을 구비하고 있다. 고정자 코일(104)은 브래킷(106)의 외주에 부착되고, 회전자 자석(105)은 디스크 허브(103)의 내주에 부착된다. 유체 베어링 장치(1)의 하우징(107)은 브래킷(106)의 내주에 장착된다. 디스크 허브(103)에는 자기디스크 등의 디스크(D11)가 1장 또는 복수장 유지된다. 고정자 코일(104)에 통전하면, 고정자 코일(104)과 회전자 자석(105) 사이의 전자력에 의해 회전자 자석(105)이 회전하고, 그것에 의해서, 디스크 허브(103) 및 디스크 허브(103)에 유지된 디스크(D11)가 축부재(102)와 일체로 회전한다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 일구성예를 나타내는 것이다. 이 유체 베어링 장치(101)는 고정측의 베어링 부재(108)와, 베어링 부재(108)의 내주에 삽입되는 축부재(102)를 갖는 회전측의 회전체를 주요한 구성 부재로서 구비한다. 본 구성예에 있어서 회전체는 축부재(102)와 축부재(102)의 축방향 2개소에 이격해서 설치된 시일 부재(109,110)로 구성된다. 또한, 본 구성예에 있어서 베어링 부재(108)는 축방향으로 이격해서 배치된 2개의 베어링 슬리브(181,181)와, 양 베어링 슬리브(181,181) 사이에 끼워져 장착된 스페이서 부재(182)와, 양 베어링 슬리브(181,181) 및 스페이서 부재(182)를 내주에 고정한 하우징(107)으로 구성되어 있다.

도 8에 나타내는 유체 베어링 장치(101)에서는, 후술하는 바와 같이, 상측의 베어링 슬리브(181)의 내주면(181a)과 축부재(102)의 외주면(102a) 사이에 제 1 레이디얼 베어링부(R11)가 설치되고, 하측의 베어링 슬리브(181)의 내주면(181a)과 축부재(102)의 외주면(102a) 사이에 제 2 레이디얼 베어링부(R12)가 설치된다. 또한, 상측의 베어링 슬리브(181)의 상측 끝면(181b)과 시일 부재(109)의 하측 끝면(109b) 사이에 제 1 스러스트 베어링부(T11)가 설치되고, 하측의 베어링 슬리브(181)의 하측 끝면(181c)과 시일 부재(110)의 상측 끝면(110b) 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T12)가 설치된다.

축부재(102)는 스테인레스강 등의 금속 재료로 형성된다. 축부재(102)는 전체적으로 대략 동일한 직경의 축 형상을 하고, 그 중간 부분에는 타 개소보다 약간 작은 지름의 도피부(102b)가 형성되어 있다. 축부재(102)의 외주면(102a) 중 시일 부재(109,110)의 고정 위치에는 오목부 예컨대 원주 홈(102c)이 형성되어 있다. 또한, 이 실시형태에서는 축부재(102)는 금속의 일체 가공품이지만, 금속이 수지로 이루어지는 하이브리드 축(칼집부가 금속이고, 심부가 수지 등)으로 할 수도 있다.

하우징(107)은 양단 개구의 통형상을 이루고, 그 내주면(107a)은 축방향으로 지름이 일정하게 스트레이트의 원통면으로 형성되어 있다. 이 하우징(107)은 예컨대 황동이나 알루미늄 등의 금속 재료의 기계 가공품, 또는 수지조성물의 사출 성형품으로 된다. 수지조성물로 사출 성형할 경우, 사용 가능한 베이스 수지에 특별히 한정은 없지만, 예컨대, 폴리설폰(PSU), 폴리에테르설폰(PES), 폴리페닐설폰(PPSU), 폴리에테르이미드(PEI) 등의 비결정성 수지 외에 액정 폴리머(LCP), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌술피드(PPS) 등의 결정성 수지를 이용할 수 있다. 또한, 상기의 수지에 충전하는 충전재의 종류도 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 충전재로서 유리섬유 등의 섬유상 충전재, 티탄산 칼륨 등의 휘스커 형상 충전재, 운모 등의 비늘 조각 형상 충전재, 카본섬유, 카본블랙, 흑연, 카본 나노 재료, 금속 분말 등의 섬유상 또는 분말상의 도전성 충전재를 사용할 수 있다. 이들 충전재는 단독으로 사용하거나, 또는, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다.

2개의 베어링 슬리브(181,181)는 모두 소결 금속으로 이루어지는 다공질체, 특히 구리를 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 원통형상으로 형성되어 있다. 양 베어링 슬리브(181,181)는 황동 등의 연질 금속으로 형성할 수도 있다. 베어링 슬리브(181)의 외주면(181d)에는 축방향 홈(181d1)이 원주방향의 복수 개소(도시예에서는 3개소)에 동일한 간격으로 형성되어 있다.

양 베어링 슬리브(181,181)의 내주면(181a)에는 각각 제 1, 제 2 레이디얼 베어링부(R11,R12)의 레이디얼 베어링면(A11)이 되는 영역이 형성되고, 레이디얼 베어링면(A11)이 되는 영역에는, 예컨대 도 9(A)에 나타내는 바와 같이, 헤링본 형상으로 배열된 복수개의 동압 홈(181a1)이 축방향으로 대칭 형상으로 형성되어 있다. 동압 홈(181a1)은 공지 외의 형상 예컨대 스파이럴 형상 등으로 배열할 수도 있다.

양 베어링 슬리브(181,181)의 상측 끝면(181b)의 일부 또는 전체부 환상 영역에는, 예컨대 도 9(B)에 나타내는 바와 같이, 스파이럴 형상으로 배열된 복수개의 동압 홈(181b1)으로 이루어지는 제 1 동압 홈 영역이 형성되어 있다. 또한, 하측 끝면(181c)의 일부 또는 전체부 환상 영역에는, 예컨대 도 9(C)에 나타내는 바와 같이, 헤링본 형상으로 배열된 복수개의 동압 홈(181c1)으로 이루어지는 제 2 동압 홈 영역이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 상측의 베어링 슬리브(181)의 제 1 동압 홈 영역이 제 1 스러스트 베어링부(T11)의 스러스트 베어링면(B11)으로 되고, 하측의 베어링 슬리브(181)의 제 2 동압 홈 영역이 제 2 스러스트 베어링부(T12)의 스러스트 베어링면(C11)이 된다. 상술한 동압 홈(181a1,181b1, 및 181c1)은 모두 베어링 슬리브(181)의 성형과 동시에 형성할 수 있다.

2개의 베어링 슬리브(181,181)의 사이에는 원통형상의 스페이서 부재(182)가 끼워져 장착되어 있다. 스페이서 부재(182)는 황동이나 알루미늄 등의 금속 재료 또는 수지 재료로 형성되고, 그 내주면(182a)은 베어링 슬리브(181)의 내주면(181a)보다 큰 지름으로 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서 스페이서 부재(182)는 그 상단면(182b)을 상측의 베어링 슬리브(181)의 하측 끝면(181c)과, 또한 하단면(182c)을 하측의 베어링 슬리브(181)의 상측 끝면(181b)과 접촉시킨 상태에서 하우징(107) 내주의 축방향 대략 중앙부에 배치되어 있다. 스페이서 부재(182)의 외주면(82d)에는 축방향 홈(182d1)이 원주방향의 복수 개소(예컨대, 3개소)에 형성되어 있다.

시일 부재(109,110)는 모두 황동 등의 연질 금속 재료나 그 외의 금속 재료, 또는 수지 재료로 링 형상으로 형성되고, 축부재(102)의 외주면(102a)에 예컨대 접착 고정되고, 접착 고정시에는 축부재(102)에 도포한 접착제가 접착제 저류부로서의 원주 홈(102c)에 충전되어 고화됨으로써 시일 부재(109,110)의 축부재(102)에 대한 접착 강도가 향상된다.

시일 부재(109)의 외주면(109a)은 하우징(107)의 상단 개구부측의 내주면(107a)과의 사이에 소정 용적의 제 1 시일 공간(S11)을 형성하고, 또한 시일 부재(110)의 외주면(110a)은 하우징(107)의 하단 개구부측의 내주면(107a)과의 사이에 소정 용적의 제 2 시일 공간(S12)을 형성한다. 본 구성예에 있어서 시일 부재(109)의 외주면(109a) 및 시일 부재(110)의 외주면(110a)은 각각 베어링 장치의 외부측을 향해서 점차 축경된 테이퍼면 형상으로 형성된다. 그 때문에, 양 시일 공간(S11,S12)은 서로 접근하는 방향(하우징(107)의 내부방향)으로 점차 축경된 테이퍼 형상이 된다. 축부재(102)의 회전시, 양 시일 공간(S11,S12) 내의 윤활유는 모세관력에 의한 인입 작용과, 회전시의 원심력에 의한 인입 작용에 의해서 시일 공간이 좁아지는 방향(하우징(107)의 내부방향)을 향해서 인입된다. 이것에 의해, 하우징(107)의 내부로부터의 윤활유의 누출이 효과적으로 방지된다. 오일 누출을 확실하게 방지하기 위해서 하우징(107)의 상하 끝면, 시일 부재(109)의 상측 끝면(109c), 및 시일 부재(110)의 하측 끝면(110c)이 각각 발유제(撥油劑)로 이루어지는 피막을 형성할 수도 있다(도시 생략).

제 1 및 제 2 시일 공간(S11,S12)은 하우징(107)의 내부 공간에 충만되는 윤활유의 온도 변화에 따른 용적 변화량을 흡수하는 버퍼 기능을 갖는다. 상정되는 온도 변화의 범위 내에서 오일면은 항상 양 시일 공간(S11,S12) 내에 있다. 이것을 실현하기 위해서 양 시일 공간(S11,S12)의 용적의 총 합계는 적어도 내부 공간에 충만되는 윤활유의 온도 변화에 따른 용적 변화량보다 크게 설정된다.

상기 구성으로 이루어지는 유체 베어링 장치(101)의 조립은 예컨대 다음과 같이 해서 행해진다.

베어링 슬리브(181,181) 및 스페이서 부재(182)를 하우징(107)의 내주면(107a)에 접착, 압입, 용착 등 적절한 수단으로 고정한다. 그리고, 베어링 슬리브(181,181) 및 스페이서 부재(182)의 내주에 축부재(102)를 삽입한 후, 베어링 슬리브(181,181) 및 스페이서 부재(182)를 끼우도록 시일 부재(109,110)를 소정의 축 간극을 확보한 상태에서 축부재(102)의 원주 홈(102c)의 외주에 접착 고정한다. 이와 같이 하여 유체 베어링 장치(101)의 조립이 완료되면, 양 시일 부재(109,110)에 의해 밀폐된 하우징(107)의 내부 공간에 양 베어링 슬리브(181,181)의 내부 기공도 포함시키고, 윤활 유체로서 예컨대 윤활유를 충만시킨다. 윤활유의 충전은 예컨대 조립이 완료된 유체 베어링 장치(101)를 진공조 내에서 윤활유 중에 침지한 후, 대기압에 개방함으로써 행할 수 있다.

상기 구성의 유체 베어링 장치(101)에 있어서 축부재(102)가 회전하면, 양 베어링 슬리브(181)의 내주면(181a)의 레이디얼 베어링면(A11)은 각각 축부재(102)의 외주면(102a)과 레이디얼 베어링 간극을 통해서 대향한다. 그리고 축부재(102)의 회전에 따라 각 레이디얼 베어링 간극에 윤활유의 동압이 발생하고, 그 압력에 의해 축부재(102)가 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지된다. 이것에 의해, 축부재(102)를 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R11)와 제 2 레이디얼 베어링부(R12)가 형성된다.

또한, 축부재(102)가 회전하면, 상측의 베어링 슬리브(181)의 상측 끝면(181b)의 스러스트 베어링면(B11)이 되는 영역(제 1 동압 홈 영역)이 시일 부재(109)의 하측 끝면(109b)과 소정의 제 1 스러스트 베어링 간극을 통해서 대향하고, 또한 하측의 베어링 슬리브(181)의 하측 끝면(181c)의 스러스트 베어링면(C11)이 되는 영역(제 2 동압 홈 영역)이 시일 부재(110)의 상측 끝면(110b)과 소정의 제 2 스러스트 베어링 간극을 통해서 대향한다. 그리고 축부재(102)의 회전에 따라 각 스러스트 베어링 간극에 윤활유의 동압이 발생하고, 그 압력에 의해 축부재(102)가 양 스러스트 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지된다. 이것에 의해, 축부재(102)를 양 스러스트 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T11)와 제 2 스러스트 베어링부(T12)가 형성된다.

그런데, 유체 베어링 장치(101)의 운전 중에는 국소적인 부압의 발생에 따른 기포의 생성, 기포의 생성에 기인하는 윤활유의 누설이나 진동의 발생 등이 생기는 경우가 있다. 이것에 대하여 본 실시형태에서는 양 베어링 슬리브(181,181)의 축방향 홈(181d1), 스페이서 부재(182)의 축방향 홈(182d1), 각 베어링 간극(제 1, 제 2 레이디얼 베어링부(R11,R12)의 레이디얼 베어링 간극, 제 1, 제 2 스러스트 베어링부(T11,T12)의 스러스트 베어링 간극), 및 스페이서 부재(182)의 내주면(182a)과 축부재(102)의 외주면(102a) 사이의 간극에 의해 유체 베어링 장치(101)의 내부에 일련의 순환 유로를 형성했으므로, 베어링 운전 중에는 윤활유가 이 순환 유로를 통해서 유동 순환한다. 이것에 의해, 상기 문제는 효과적으로 방지된다. 또한, 양 베어링 슬리브(181)의 축방향 홈(181d1)의 일단은 각각 대기 개방측이 되는 시일 공간(S11,S12)에 통하고 있다. 그 때문에, 어떠한 이유로 윤활유 중에 기포가 혼입된 경우에도 기포가 윤활유를 따라 순환할 때에 외기 개방측으로 배출되므로, 기포에 의한 악영향은 한층 효과적으로 방지된다.

이상에 나타낸 구성에서는 상측 끝면(181b)에 동압 홈(181b1)으로 이루어지는 제 1 동압 홈 영역을, 하측 끝면(181c)에 동압 홈(181c1)으로 이루어지는 제 2 동압 홈 영역을 각각 갖는 베어링 슬리브(181,181)를 이용하여 환언하면 동일한 베어링 슬리브를 2개 이용해서 베어링 부재(108)를 형성하고 있다. 따라서, 베어링 슬리브(181,181)는 상하의 위치 관계를 고려하는 일 없이 하우징(107)에 맞붙일 수 있고, 조립 실수에 기인해서 유체 베어링 장치(101)를 사용할 수 없다는 문제를 회피하면서, 베어링 부재(108)의 양단측에 스러스트 베어링부(T11,T12)를 설치해서 모멘트 강성이 우수한 유체 베어링 장치(101)를 용이하고 또한 저비용으로 얻을 수 있다. 특히, 본 구성예에서는 상측 끝면(181b)의 동압 홈(181b1)을 스파이럴 형상으로 배열해서 제 1 동압 홈 영역을 형성하고, 하측 끝면(181c)의 동압 홈(181c1)을 헤링본 형상으로 배열해서 제 2 동압 홈 영역을 형성하고 있으므로, 양단면의 식별성을 높이고, 각 베어링 슬리브(181)의 상하를 잘못해서 맞붙인다는 사태를 확실하게 방지하는 것이 가능하게 된다.

또한, 2종류의 베어링 슬리브를 1종류의 베어링 슬리브에 집약할 수 있는 만큼 부품 단가를 저감할 수 있는 것 외에 부품의 관리 비용을 저감할 수 있다.

또한, 본 구성예에서는 제 1 스러스트 베어링부(T11)의 제 1 스러스트 베어링 간극에 면하는 스러스트 베어링면(B11)(제 1 동압 홈 영역)에는 스파이럴 형상으로 배열한 동압 홈을 형성하고, 제 2 스러스트 베어링부(T12)의 제 2 스러스트 베어링 간극에 면하는 스러스트 베어링면(C11)(제 2 동압 홈 영역)에는 헤링본 형상으로 배열한 동압 홈을 형성하고 있지만, 식별성을 확보할 수 있는 것이면, 예컨대, 제 1 동압 홈 영역과 제 2 동압 홈 영역을 홈 개수나 경사각을 다르게 한 동일형상으로 배열한 동압 홈으로 구성할 수도 있다.

또한, 이상에서는, 식별성에만 착안해서 제 1 동압 홈 영역과 제 2 동압 홈 영역의 동압 홈의 배열 형상을 결정했지만, 예컨대 제 1 스러스트 베어링부(T11)나 제 2 스러스트 베어링부(T12)에서 필요로 되는 압력에 따라 동압 홈의 배열 형상이나 홈 개수 등을 다르게 할 수도 있다.

본 구성예에서는 베어링 슬리브(181,181) 사이에 비다공질체의 스페이서 부재(182)를 끼워 장착하고 있으므로, 베어링 내부에 충만해야 할 윤활유량을 저감할 수 있다. 이것에 의해, 시일 부재(109,110)의 축방향 치수를 단축하고, 레이디얼 베어링부(R11,R12)의 베어링 스팬을 확대시킬 수도 있다.

또한, 도시는 생략하지만, 상기 구성의 유체 베어링 장치(101)에 있어서 시일 부재(109,110)의 어느 한쪽은 축부재(102)와 일체로 형성할 수 있고, 이 구성으로 함으로써 유체 베어링 장치(101)의 맞붙임을 한층 간략화할 수 있다.

또한, 이상의 설명에서는 레이디얼 베어링 간극에 유체 동압을 발생시키는 동압 발생 수단(동압 홈)을 베어링 슬리브(181)의 내주에 형성하는 경우에 대해서 설명을 행했지만, 동압 홈은 레이디얼 베어링 간극을 통해서 대향하는 축부재(102)의 외주면(102a)에 형성해도 된다. 이 경우, 양 베어링 슬리브의 상하의 위치 관계는 회전 성능에 영향을 미치지 않으므로, 제 1 레이디얼 베어링부(R1)를 형성하기 위한 동압 홈과 제 2 레이디얼 베어링부(R2)를 형성하기 위한 동압 홈은 그 형상 등을 서로 다르게 해도 좋다.

도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 다른 구성예(제 2 구성예)를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 유체 베어링 장치(121)는 주로 베어링 부재(108)를 2개의 베어링 슬리브(181,181)와 하우징(7)으로 구성한 점에서 도 8에 나타내는 유체 베어링 장치(101)와 구성이 다르다. 이 때, 베어링 슬리브(181)의 내주면(181a)에 동압 홈을 형성하는 경우에는 그 동압 홈(181a2) 형상을 예컨대 도 11에 나타내는 바와 같은 원주방향 등간격으로 형성된 복수개의 축방향 홈 형상으로 하면, 도 8에 나타내는 구성과 마찬가지로, 양 베어링 슬리브(181,181)의 상하 위치를 고려하는 일 없이 맞붙임을 행할 수 있다. 이 형태의 동압 홈(181a2)으로 구성되는 레이디얼 베어링부(R11,R12)는 소위 스텝 베어링이다. 물론, 레이디얼 베어링부(R11,R12)를 형성하기 위한 동압 홈을 축부재(102)의 외주면(102a)에 형성할 경우에는, 상기와 마찬가지로, 그 형상은 자유롭게 설정하는 것이 가능하다. 또한, 이 이외의 구성은 도 8에 나타내는 제 1 구성예에 준하기 때문에 공통의 참조 번호를 붙여 중복 설명을 생략한다.

또한, 이상에서 설명을 행한 유체 베어링 장치(101,121)에 있어서 레이디얼 베어링부(R11,R12)는 레이디얼 베어링면이 되는 영역에 복수개의 원호면을 형성한 소위 다원호 베어링으로 구성할 수도 있다. 또한, 스러스트 베어링부(T11,T12)로서는 상기와 같이 헤링본 형상이나 스파이럴 형상 등의 동압 홈에 의해 윤활유의 동압 작용을 발생시키는 것 이외에도 스러스트 베어링면이 되는 영역에 복수개의 반경방향 홈을 원주방향 소정 간격으로 형성한 소위 스텝 베어링, 소위 파형 베어링(스텝형이 파형으로 된 것) 등을 채용해도 좋다.

또한, 이상의 설명에서는 유체 베어링 장치(101,121)의 내부에 충만하는 유체로서 윤활유를 예시했지만, 그 이외에도 각 베어링 간극에 동압을 발생시킬 수 있는 유체 예컨대 공기 등의 기체나, 자성 유체 등을 사용할 수도 있다.

이상에서는 본 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(101)를 디스크 장치용 스핀들 모터에 조립해서 사용하는 경우를 설명했지만, 본 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(101)는 정보기기용 스핀들 모터 이외에도 고속 회전하며 높은 모멘트 강성이 요구되는 모터 예컨대 팬 모터에도 바람직하게 이용할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(101)를 조립한 팬 모터, 그 중에서도 반경방향(레이디얼 방향)의 갭을 사이에 두고 고정자 코일(104) 및 회전자 자석(105)을 대향시킨 소위 레이디얼 갭형 팬 모터의 일례를 개념적으로 나타내는 것이다. 도시예의 모터는 주로 축부재(102)의 상단 외주에 고정되는 회전자(133)가 외주면에 날개를 갖는 점, 및 브래킷(136)이 모터의 각 구성 부품을 수용하는 케이싱으로서의 기능을 달성하는 점에서 도 7에 나타내는 스핀들 모터와 구성이 다르다. 또한, 그 외의 구성은 도 7에 나타내는 모터에 준하기 때문에 공통의 참조 번호를 붙여 중복 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유체 베어링 장치 및 이것을 구비하는 모터를 도 13~도 20에 기초하여 설명한다.

도 13은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유체 베어링 장치를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 일구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 이용되는 것으로, 축부재(206)를 갖는 회전체(202)를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 유체 베어링 장치(201)와, 예컨대 반경방향의 갭을 사이에 두고 대향시킨 고정자 코일(204a) 및 회전자 자석(204b)으로 이루어지는 구동부(204)와, 브래킷(205)을 구비하고 있다. 축부재(206)에는 허브(203)가 부착되고, 허브(203)에 회전자 자석(204b)이 고정된다. 또한, 브래킷(205)에 고정자 코일(204a)이 고정된다. 유체 베어링 장치(201)의 하우징(210)은 브래킷(205)의 내주에 고정된다. 또한, 동 도면에 나타내는 바와 같이, 허브(203)에는 디스크(D21)가 1장 또는 복수장(도 13에서는 2장)이 유지된다. 이렇게 구성된 디스크 구동 장치에 있어서 고정자 코일(204a)에 통전하면, 고정자 코일(204a)과 회전자 자석(204b) 사이에 발생하는 전자력에 의해 회전자 자석(204b)이 회전하고, 이것에 따라, 허브(203)에 고정된 디스크(D21)가 축부재(206)와 일체로 회전한다.

도 14는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(201)의 일례(제 1 구성예)를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 유체 베어링 장치(201)는 복수개의 베어링 슬리브를 갖는 베어링 부재(209)와, 베어링 부재(209)의 내주에 삽입된 축부재(206)를 갖는 회전체(202)를 주요한 구성 부품으로서 구비한다.

베어링 부재(209)는 하우징(210)과, 하우징(210)의 내주에 고정된 복수개의 베어링 슬리브, 여기서는 제 1 베어링 슬리브(211)와 제 2 베어링 슬리브(212)로 구성된다.

하우징(210)은 예컨대 금속 재료 또는 수지 재료 등으로 형성되는 것으로, 작은 지름면(210a)과, 작은 지름면(210a)의 축방향 양단에 위치하며 작은 지름면(210a)에 비해서 상대적으로 큰 지름이 되는 큰 지름면(210b,210c)을 갖는다. 작은 지름면(210a)의 내주에는 제 1 베어링 슬리브(211)와, 제 2 베어링 슬리브(212)가 축방향으로 늘어서서 배치된다. 또한, 큰 지름면(210b,210c)은 단차면(210d,210e)을 통해서 각각 작은 지름면(210a)과 연결되어 있다.

축부재(206)는 스테인레스강 등의 금속 재료로 형성되고, 전체적으로 대략 동일한 직경의 축 형상을 하고 있다. 축부재(206)의 외주면(206a)에는 환상의 시일 부재(207,208)가 적절한 고정수단 예컨대 접착에 의해 고정되어 있다. 그 때문에, 본 구성예에서는 시일 부재(207,208)를 외주에 고정한 축부재(206)와, 축부재(206)에 고정된 허브(203), 허브(203)에 부착된 회전자 자석(204b), 디스크(D21), 및 디스크(D21)를 허브(203)에 고정하기 위한 클램퍼(도시는 생략)로 회전체(202)가 구성된다. 이러한 구성의 회전체(202)의 축방향 무게 중심 위치는 이 구성예에서는 베어링 부재(209)의 축방향 중간 위치보다 상측(허브(203)에 가까운 측)에 있다.

시일 부재(207,208)는 축부재(206)에 고정한 상태에서는 외주면(206a)으로부터 외경측으로 돌출한 형태가 되고, 각각 하우징(210)의 내부(큰 지름면(210b,210c)의 내주)에 수용된다. 시일 부재(207,208)의 축부재(206)로의 고정수단으로서는 접착이나 압입, 압입과 접착의 병용 등 여러가지의 수단이 사용 가능하다. 축부재(206)의 외주면(206a) 중 시일 부재(207,208)가 고정되는 개소에는 접착제 저류부가 되는 원주 홈(206a1,206a2)이 형성되고, 이것에 의해 축부재(206)에 대한 시일 부재(207,208)의 접착 강도의 향상을 도모하고 있다. 또한, 시일 부재(207,208)는 놋쇠(황동) 등의 연질 금속 재료나 그 외의 금속 재료로 형성된 것이어도 좋고, 수지 재료로 형성된 것이어도 좋다. 또한, 시일 부재(207,208) 중 한쪽이 축부재(206)에 일체로 형성된 것이어도 된다. 이와 같이, 한쪽의 시일 부재를 축부재와 일체로 형성할 경우에는 예컨대 금속제의 축부재(206)를 삽입 부품으로 하고, 시일 부재의 어느 한쪽을 수지로 사출 성형할 수도 있다.

시일 부재(207)의 외주면(207a)은 하우징(210)의 큰 지름면(210b)과의 사이에 소정 용적의 시일 공간(S21)을 형성하고, 시일 부재(208)의 외주면(208a)은 하우징(210)의 큰 지름면(210c)과의 사이에 소정 용적의 시일 공간(S22)을 형성한다. 본 구성예에 있어서 시일 부재(207)의 외주면(207a) 및 시일 부재(208)의 외주면(208a)은 각각 하우징(210)의 외부측을 향해서 점차 축경된 테이퍼 형상을 이룬다. 그 때문에, 시일 공간(S21,S22)은 하우징(210)의 내부측(제 1 베어링 슬리브(211)의 측)을 향해서 점차 축소된 테이퍼 형상을 갖는다.

베어링 부재(209)를 구성하는 복수개의 베어링 슬리브 중 제 1 베어링 슬리브(211)는 예컨대 소결 금속으로 이루어지는 다공질체로 원통형상으로 형성된다. 이 실시형태에서 제 1 베어링 슬리브(211)는 구리를 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 원통형상으로 형성되고, 하우징(210)의 내주면(작은 지름면(210a))에 압입, 접착, 또는 압입 접착 등의 수단에 의해 고정된다. 또한, 제 1 베어링 슬리브(211)는 수지나 세라믹 등의 비금속 재료로 이루어지는 다공질체로 형성할 수도 있고, 또한 소결 금속 등의 다공질체 이외에도 내부 중공을 가지지 않거나, 또는 윤활유가 출입을 할 수 없을 정도의 크기의 중공 밖에 가지지 않은 구조의 재료로 형성할 수도 있다. 후술하는 제 2 베어링 슬리브(212)에 대해서도 같은 재료가 선택가능하다.

제 1 베어링 슬리브(211)의 내주면(211a)에는 복수개의 레이디얼 베어링면(A21,A22)이 축방향으로 이격해서 형성된다. 이 실시형태에서는, 예컨대 도 15에 나타내는 바와 같이, 복수개의 동압 홈(211a1)을 헤링본 형상으로 배열한 영역(동압 발생부)이 상측의 레이디얼 베어링면(A21)에 형성되고, 복수개의 동압 홈(211a2)을 헤링본 형상으로 배열한 영역(동압 발생부)이 하측의 레이디얼 베어링면(A22)에 형성된다. 이들 레이디얼 베어링면(A21,A22)은 축부재(206)의 외주면(206a)과 대향하고, 축부재(206)의 회전시에는 외주면(206a)과의 사이에 후술하는 제 1, 제 2 레이디얼 베어링부(R21,R22)의 레이디얼 베어링 간극을 각각 형성한다(도 14를 참조).

베어링 부재(209)를 구성하는 복수개의 베어링 슬리브 중 제 2 베어링 슬리브(212)는 예컨대 소결 금속으로 이루어지는 다공질체로 원통형상으로 형성되고, 제 1 베어링 슬리브(211)의 축방향 일방측(여기서는 하측)에 배치된다. 이 실시형태에서는 제 2 베어링 슬리브(212)는 구리를 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 원통형상으로 형성되고, 하우징(210)의 작은 지름면(210a)에 압입, 접착, 또는 압입 접착 등의 수단에 의해 고정된다. 따라서, 이 실시형태에서는 제 1 베어링 슬리브(211)는 하우징(210) 내주에 있어서 제 2 베어링 슬리브(212)에 대하여 상대적으로 상측의 영역에 배치되어 있다. 구체적으로는 제 1 베어링 슬리브(211)의 레이디얼 베어링면(A21,A22)과 이것에 대향하는 축부재(206)의 외주면(206a) 사이에 각각 형성되는 레이디얼 베어링부(R21,R22)의 축방향 중간 위치는 베어링 부재(209)의 축방향 중간 위치보다 상측(허브(203)에 가까운 측)에 있다.

제 2 베어링 슬리브(212)의 하단면(212b)의 전체면 또는 일부 영역에는 스러스트 베어링면(B21)이 형성된다. 본 구성예에서는, 예컨대 도 16에 나타내는 바와 같이, 복수개의 동압 홈(212b1)을 헤링본 형상으로 배열한(바꿔 말하면, 굴곡부를 가진 복수개의 동압 홈(212b1)을 원주방향으로 배열한) 영역이 형성된다. 이 스러스트 베어링면(B21)은 축부재(206)에 고정되는 시일 부재(207)의 상단면(207b)과 대향하고, 축부재(206)의 회전시에는 시일 부재(207)의 상단면(207b)과의 사이에 후술하는 제 1 스러스트 베어링부(T21)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 14를 참조).

또한, 제 1 베어링 슬리브(211)의 상단면(211b)의 전체면 또는 일부 영역에는 스러스트 베어링면(C21)이 형성된다. 본 구성예에서는, 예컨대 도 17에 나타내는 바와 같이, 복수개의 동압 홈(211b1)을 헤링본 형상으로 배열한 영역이 형성된다. 이 스러스트 베어링면(C21)은 축부재(206)에 고정되는 시일 부재(208)의 하단면(208b)과 대향하고, 축부재(206)의 회전시에는 시일 부재(208)의 하단면(208b)과의 사이에 후술하는 제 2 스러스트 베어링부(T22)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 14를 참조).

여기서, 제 2 베어링 슬리브(212)의 내경 치수(내주면(212a)의 지름 치수)는 제 1 베어링 슬리브(211)의 내경 치수보다 크다. 그 때문에, 축부재(206)를 제 1 베어링 슬리브(211) 및 제 2 베어링 슬리브(212)의 내주에 삽입한 상태에서는 제 1 베어링 슬리브(211)의 내주면(211a)만이 레이디얼 베어링면(A21,A22)이 될 수 있다.

각 베어링 슬리브(211,212)의 외주면(211d,212d)에는 각각 복수개(도시예에서는 3개)의 축방향 홈(211d1,212d1)이 원주방향으로 등간격으로 형성되어 있다. 이것에 의해, 축방향으로 이격해서 형성되는 스러스트 베어링부(T21,T22) 사이를 연통할 수 있는 유체 유로가 형성된다.

이상의 구성으로 이루어지는 유체 베어링 장치(201)는 예컨대 다음과 같은 공정으로 조립할 수 있다.

우선, 하우징(210)의 작은 지름면(210a)에 제 1 베어링 슬리브(211)를 접착 고정한다. 이 때, 제 1 베어링 슬리브(211)의 상단면(211b)이 그 외경측에 위치하는 하우징(210)의 단차면(210e)과 동일 평면상, 또는 단차면(210e)보다 축방향 상측(시일 부재(208)의 하단면(208b)에 가까운 측)이 되도록 축방향의 위치 결정이 행해진 상태에서 작은 지름면(210a)에 고정된다. 이것에 의해, 제 1 베어링 슬리브(211)의 상단면(211b)에 형성된 스러스트 베어링면(C21)만이 시일 부재(208)의 하단면(208b)과의 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T22)를 형성할 수 있게 된다.

이어서, 제 2 베어링 슬리브(212)를 하우징(210)의 하단측(제 1 베어링 슬리브(211)의 축방향 일방측)으로부터 작은 지름면(210a) 내주에 도입한다. 그리고, 스러스트 베어링면(B21)을 형성한 제 2 베어링 슬리브(212)의 하단면(212b)으로부터 스러스트 베어링면(C21)을 형성한 제 1 베어링 슬리브(211)의 상단면(211b)까지의 축방향 이간 거리가 소정의 값이 되도록 제 2 베어링 슬리브(212)의 하우징(210)에 대한 축 방향 위치를 결정하고, 이러한 위치에서 제 2 베어링 슬리브(212)를 하우징(210)의 작은 지름면(210a)에 고정한다. 이것에 의해, 베어링 부재(209)의 어셈블리가 완료된다.

이와 같이, 쌍방의 레이디얼 베어링면(A21,A22)을 하나의 베어링 슬리브(제 1 베어링 슬리브(211))에 집약한 것을 사용함으로써 예컨대 제 1 베어링 슬리브(211)에 쌍방의 레이디얼 베어링면(A21,A22)을 성형할 때의 성형 정밀도를 높여 두는 것만으로 쌍방의 레이디얼 베어링면(A21,A22) 사이의 동축도를 고정밀도로 마무리할 수 있다. 그 때문에, 종래와 같이 쌍방의 레이디얼 베어링면(A21,A22)을 각각 다른 베어링 슬리브에 형성한 것을 하우징(210)에 위치 결정 고정하는 경우와 비교해서 동축도의 관리가 용이하게 된다. 또한, 복수개의 슬리브 사이에서 내주면(레이디얼 베어링면) 사이의 동축 맞춤을 행하는 경우와 비교해서 작업 효율의 향상이 도모되고, 이것에 의해 가공 비용의 저감화가 가능하게 된다.

또한, 본 구성예에서는 복수개의 레이디얼 베어링면(A21,A22)을 갖는 제 1 베어링 슬리브(211)를 레이디얼 베어링면을 가지지 않은 제 2 베어링 슬리브(212)와 비교해서 상대적으로 회전체(202)의 축방향 무게 중심 위치에 가까운 측에 배치했다. 이러한 구성에 의하면, 후술과 같이, 각 레이디얼 베어링면(A21,A22)과 이것에 대향하는 축부재(206)의 외주면(206a) 사이에 형성되는 레이디얼 베어링부(R21,R22)의 축방향 중심과 회전체(202) 무게 중심의 축방향 이간 거리를 작게 하여 유체 베어링 장치(201)의 모멘트 강성을 높일 수 있다.

또한, 본 구성예에서는 2개의 스러스트 베어링면(B21,C21)을 각각 다른 베어링 슬리브에 형성하였기 때문에, 이들 스러스트 베어링면(B21,C21)을 단일의 베어링 슬리브에 설치하는 경우와 비교해서 축방향의 이간 거리를 크게 취할 수 있다. 그 때문에, 이러한 구성에 의해서도 모멘트 강성의 향상을 도모할 수 있다. 특히, 본 구성예와 같이, 복수개의 베어링 슬리브(211,212)의 끝면 중 축방향으로 가장 일단측(예컨대 하단측)에 위치하는 제 1 끝면으로서의 하단면(212b)과, 하단면(212b)과 축방향으로 가장 이격한 제 2 끝면으로서의 상단면(211b)에 각각 스러스트 베어링면(B21,C21)을 형성함으로써 스러스트 베어링면(B21,C21)의 축방향 이간 거리를 가능한 한 크게 할 수 있고, 이것에 의해, 더욱더 모멘트 강성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 구성예에서는 제 1 베어링 슬리브(211)의 하단면(211c)과 이것에 대향하는 제 2 베어링 슬리브(212)의 상단면(212c)을 접촉시킨 상태에서 제 2 베어링 슬리브(212)를 하우징(210)에 대하여 위치 결정 고정하고 있지만, 이 이외의 형태로 제 2 베어링 슬리브(212)를 위치 결정 고정하는 것도 가능하다. 예컨대, 제 1 베어링 슬리브(211)와 제 2 베어링 슬리브(212)의 축방향 치수의 편차 정도를 상정하여 양 베어링 슬리브(211,212) 사이(하단면(211c)과 상단면(212c) 사이)에 약간의 간극이 생기도록 양 베어링 슬리브(211,212)의 축방향 치수, 및 하우징(210)의 작은 지름면(210a)의 축방향 치수를 미리 설정할 수도 있다. 물론, 먼저 제 2 베어링 슬리브(212)를 하우징(210)에 대해서 위치 결정 고정한 후, 제 1 베어링 슬리브(211)를 하우징(210)에 고정하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같이 해서 베어링 부재(209)의 어셈블리를 행한 후, 축부재(206)를 각 베어링 슬리브(211,212)의 내주에 삽입하고, 시일 부재(207,208)를 축부재(206)의 소정 위치에 고정한다. 이 때, 한쪽의 시일 부재(207)의 상단면(207b)으로부터 다른쪽의 시일 부재(208)의 하단면(208b)까지의 축방향 이간 거리를 소정의 값으로 관리한 상태에서 각 시일 부재(207,208)를 축부재(206)에 고정함으로써 후술하는 각 스러스트 베어링부(T21,T22)의 스러스트 베어링 간극의 총 합계가 소정의 범위 내로 설정된다. 또한, 시일 부재(207,208) 중 어느 한쪽은 삽입 전에 미리 축부재(206)에 고정해 두어도 되고, 축부재(206)에 일체로 형성해도 된다.

상기의 공정을 거쳐 조립이 완료된 후, 시일 부재(207,208)에 의해 시일되는 하우징(210)의 내부 공간에 윤활 유체로서 예컨대 윤활유를 주유한다. 이것에 의해, 각 베어링 슬리브(211,212)의 내부 중공(다공질체 조직의 내부 중공)을 포함한 베어링 부재(209)의 내부 공간이 윤활유에 의해 채워진다. 윤활유의 충전은 예컨대 조립이 완료된 유체 베어링 장치(201)를 진공조 내에서 윤활유 중에 침지한 후 대기압에 개방함으로써 행할 수 있다.

상기 구성의 유체 베어링 장치(201)에 있어서 축부재(206)(회전체(202))의 회전시, 제 1 베어링 슬리브(211)의 내주면(211a)에 형성된 2개의 레이디얼 베어링면(A21,A22)은 축부재(206)의 외주면(206a)과 레이디얼 베어링 간극을 통해서 대향한다. 그리고, 축부재(206)의 회전에 따라 상기 레이디얼 베어링 간극의 윤활유가 각 레이디얼 베어링면(A21,A22)에 각각 형성된 동압 홈의 축방향 중심측으로 압입되어 그 압력이 상승한다. 이러한 동압 홈(211a1,211a2)의 동압 작용에 의해 축부재(206)(회전체(202))를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R21)와 제 2 레이디얼 베어링부(R22)가 각각 구성된다(도 14를 참조).

이와 동시에, 제 2 베어링 슬리브(212)의 하단면(212b)에 형성된 스러스트 베어링면(B21)과 이것에 대향하는 시일 부재(207)의 상단면(207b) 사이의 스러스트 베어링 간극, 및 제 1 베어링 슬리브(211)의 상단면(211b)에 형성된 스러스트 베어링면(C21)과 이것에 대향하는 시일 부재(208)의 하단면(208b) 사이의 스러스트 베어링 간극에 각 스러스트 베어링면(B21,C21)에 형성한 동압 홈(212b1,211b1)의 동압 작용에 의해 윤활유의 오일막이 각각 형성된다. 그리고, 이들 오일막의 압력에 의해 축부재(206)(회전체(202))를 양 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T21)와 제 2 스러스트 베어링부(T22)가 각각 구성된다(도 14를 참조).

또한, 상술한 바와 같이, 시일 부재(207)의 외주면(207a)측과 시일 부재(208)의 외주면(208a)측에 형성되는 시일 공간(S21,S22)이 하우징(210)의 내부측을 향해서 점차 축소된 테이퍼 형상을 나타내고 있으므로, 양 시일 공간(S21,S22) 내의 윤활유는 모세관력에 의한 인입 작용과, 회전시의 원심력에 의한 인입 작용에 의해 시일 공간이 좁아지는 방향 즉 하우징(210)의 내부측을 향해서 인입된다. 이것에 의해, 하우징(210)의 내부로부터의 윤활유의 누출이 효과적으로 방지된다. 또한, 시일 공간(S21,S22)은 하우징(210)의 내부 공간에 충전된 윤활유의 온도 변화에 따른 용적 변화량을 흡수하는 버퍼 기능을 갖고, 상정되는 온도 변화의 범위 내에서는 윤활유의 오일면은 항상 시일 공간(S21,S22) 내에 있다.

또한, 각 베어링 슬리브(211,212)의 축방향 홈(211d1,212d1)에 의해 형성되는 유체 유로의 존재에 의해 윤활유의 압력 밸런스가 무너진 경우에도 신속하게 이러한 압력차를 해소할 수 있고, 국부적인 부압의 발생에 따른 기포의 생성, 기포의 생성에 기인하는 윤활유의 누설이나 진동의 발생 등을 방지하는 것이 가능하게 된다. 또한, 제 1 베어링 슬리브(211)의 축방향 홈(211d1)에 의해 형성되는 유체 유로의 일단과, 제 2 베어링 슬리브(212)의 축방향 홈(212d1)에 의해 형성되는 유체 유로의 일단은 각각 대기 개방측이 되는 시일 공간(S21,S22)에 통하고 있다. 그 때문에, 어떠한 이유로 윤활유 중에 기포가 혼입된 경우에도 기포가 윤활유를 따라 순환할 때에 외기 개방측으로 배출되므로 기포의 혼입에 따른 상기 문제의 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 일구성예에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 구성예에 한정되는 일 없이 상기 이외의 구성을 이루는 유체 베어링 장치에도 적용가능하다.

이상에서는 제 1 베어링 슬리브(211)를 하우징(210) 내주에 있어서 제 2 베어링 슬리브(212)에 대해서 상대적으로 하우징(210)의 상측 영역(시일 부재(208)측의 영역)에 배치한 경우를 설명했지만, 회전체(202)의 축방향 무게 중심 위치에 따라서는 이것과 반대의 측(시일 부재(207)의 측)에 배치하는 것도 가능하다. 즉, 유체 베어링 장치(201)를 조립해서 사용하는 기기의 종류에 따라서는 회전체(202)의 무게 중심 위치가 베어링 부재(209)의 축방향 중간 위치보다 하측(허브(203)로부터 먼 측)에 있는 경우도 고려된다. 이러한 경우에는 제 1 베어링 슬리브(211)를 제 2 베어링 슬리브(212)보다 상대적으로 하우징(210)의 하측 영역(시일 부재(207)측의 영역)에 배치함으로써 레이디얼 베어링부(R21,R22)의 축방향 중심과 회전체(202) 무게 중심의 축방향 이간 거리를 작게 하여 이것에 의해 높은 모멘트 강성을 얻을 수 있다.

또한, 이상에서는 내주에 레이디얼 베어링면을 갖지 않은 제 2 베어링 슬리브(212)를 하우징(210)과는 별체로 형성한 경우를 설명했지만, 이들을 일체로 형성하는 것도 가능하다. 도 18은 그 일례를 나타내는 것으로, 하우징(210)의 작은 지름면(210a)으로부터 내경측을 향해서 돌출한 슬리브 형상의 돌출부(210f)가 하우징(210)과 일체로 형성되어 있다. 이 경우, 돌출부(210f)의 내경 치수(내주면(210f1)의 지름 치수)는 제 1 베어링 슬리브(211)의 내경 치수보다 크다. 그 때문에, 축부재(206)(도 14를 참조)를 제 1 베어링 슬리브(211) 및 하우징(210)의 돌출부(210f)의 내주에 삽입한 상태에서는, 상기 구성예와 마찬가지로, 제 1 베어링 슬리브(211)의 내주면(211a)만이 레이디얼 베어링면(A21,A22)이 될 수 있다. 또한, 돌출부(210f)의 하단면(210f2)에는 예컨대 도 16에 나타내는 형상의 스러스트 베어링면(B21)이 형성된다. 이 실시형태에서는 이 하단면(210f2)을 통해서 돌출부(210f)의 내주면(210f1)과 하우징(210)의 큰 지름면(210b)이 연결되어 있다. 또한, 이 도시예에서는 돌출부(210f)에는 축방향의 관통 구멍(210f4)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(210f4)과 축방향 홈(211d1)에 의해 유체 유로가 구성되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 새로운 부품점수의 삭감이 도모됨과 아울러, 베어링 부재(209)의 어셈블리 공정이 제 1 베어링 슬리브(211)의 위치 결정 고정만으로 가능하기 때문에 이것에 의해 작업 공정의 간략화를 도모할 수 있다.

또한, 베어링 부재(209)는 내주에 레이디얼 베어링면(A21,A22)을 갖지 않은 제 3 베어링 슬리브를 더 갖는 것이어도 된다. 도 19는 그 일례를 나타내는 것으로, 베어링 부재(209)는 제 1 베어링 슬리브(211)와, 제 2 베어링 슬리브로서의 돌출부(210f)를 갖는 하우징(210)을 구비하고, 돌출부(210f)(제 2 베어링 슬리브)의 하단측에 제 3 베어링 슬리브(213)를 더 구비한 구성을 이룬다. 동 도면에 있어서 돌출부(210f)의 내경 치수 및 제 3 베어링 슬리브(213)의 내경 치수는 모두 제 1 베어링 슬리브(211)의 내경 치수보다 크다. 그 때문에, 상기 구성예와 마찬가지로, 제 1 베어링 슬리브(211)의 내주면(211a)만이 레이디얼 베어링면(A21,A22)이 될 수 있다. 또한, 스러스트 베어링면(B21)은 제 3 베어링 슬리브(213)의 하단면(213b)에 형성된다. 제 3 베어링 슬리브(213)의 외주면(213d)에는 축방향 홈(213d1)이 형성되어 있고, 이 축방향 홈(213d1)과 돌출부(210f)의 관통 구멍(210f4), 및 제 1 베어링 슬리브(211)의 축방향 홈(211d1)에 의해 상술의 유체 유로가 구성된다.

이러한 구성에 의하면, 개개의 베어링 슬리브(211,213)의 하우징(210)에 대한 위치 결정이 용이해짐과 동시에 어떤 스러스트 베어링면(B21,C21)도 소결 금속 으로 형성되기 때문에 각 베어링 간극에 윤택한 윤활유를 안정적으로 공급할 수 있다. 그 때문에, 베어링 간극에서의 기름 떨어짐을 가급적 방지하여 높은 오일막 형성 능력을 안정되게 발휘할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 베어링 슬리브의 일부를 하우징(210)과 일체로 형성함으로써 베어링 내부 공간에 충전되는 윤활유의 오일량을 조정하는 작용도 발휘한다.

또한, 이상에서는, 하우징(210)의 내주면을 다른 지름 형상(예컨대 작은 지름면(210a)과 큰 지름면(210b,210c))으로 한 경우를 예시했지만, 물론 이 이외의 형상을 하는 하우징(210) 및 그것을 갖는 베어링 부재(209)를 사용할 수도 있다. 도 20은 그 일례를 나타내는 것으로, 하우징(210)의 내주면이 균일 지름인(지름이 일정한 내주면(210g)을 갖는) 점, 그것에 따라, 시일 부재(207,208)가 비교적 작은 지름으로 되어 있는 점에서 도 14에 나타내는 유체 베어링 장치(201)와 구성이 다르다. 이 경우, 이러한 형상의 하우징(210)을 사용함으로써 하우징(210)의 형상을 간소화하고, 또한, 소경화할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 이상에서는 동압 홈(211a1,211a2)의 배열 영역(동압 발생부)을 레이디얼 베어링면(A21,A22)을 갖는 제 1 베어링 슬리브(211)의 내주면(211a)이나, 스러스트 베어링면(C21)을 갖는 상단면(211b), 또는 스러스트 베어링면(B21)을 갖는 제 2 베어링 슬리브(212)의 하단면(212b)에 형성한 경우를 설명했지만, 이 형태에 한정될 필요는 없다. 예컨대 동압 홈(211a1,211a2)으로 이루어지는 동압 발생부를 각 레이디얼 베어링면(A21,A22)과 대향하는 축부재(206)의 외주면(206a)에 형성할 수도 있고, 또한 동압 홈(212b1,211b1)으로 이루어지는 동압 발생부를 각 스러스트 베어링면(B21,C21)과 대향하는 시일 부재(207)의 상단면(207b)이나 시일 부재(208)의 하단면(208b)에 형성할 수도 있다. 이하에 나타내는 형태의 동압 발생부에 대해서도 마찬가지로, 베어링 부재(209)측에 한정되지 않고, 이것에 대향하는 축부재(206)나 각 시일 부재(207,208)측에 형성할 수 있다.

또한, 이상에서는 레이디얼 베어링부(R21,R22)나 스러스트 베어링부(T21,T22)로서 헤링본 형상으로 배열된 복수개의 동압 홈에 의해 윤활 유체의 동압 작용을 발생시키는 구성을 예시하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 레이디얼 베어링부(R21,R22)로서, 도시는 생략하지만, 축방향의 홈을 원주방향의 복수 개소에 배열한 소위 스텝 형상의 동압 발생부, 또는, 원주방향으로 복수개의 원호면을 배열하고, 대향하는 축부재(206)의 외주면(206a)과의 사이에 쐐기 형상의 지름 방향 간극(베어링 간극)을 형성한 소위 다원호 베어링을 채용해도 좋다.

또한, 스러스트 베어링부(T21,T22)의 한쪽 또는 양쪽은, 마찬가지로 도시는 생략하지만, 스러스트 베어링면(B21,C21)이 되는 영역에 복수개의 반경방향 홈 형상의 동압 홈을 원주방향 소정 간격으로 형성한 소위 스텝 베어링, 또는 파형 베어링(스텝형이 파형이 된 것) 등으로 구성할 수도 있다. 물론, 각 스러스트 베어링면(B21,C21)에 있어서의 동압 홈(212b1,211b1)의 배열 형상을 스파이럴 형상으로 한 것도 채용가능하다.

또한, 이상에서는 축부재(206)가 회전하여 그것을 베어링 부재(209)로 지지하는 구성을 설명했지만, 이것과는 반대로, 베어링 부재(209)측이 회전하여 그것을 축부재(206)측에서 지지하는 구성에 대해서도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

또한, 이상에서는 유체 베어링 장치(201)의 내부에 충만하고, 레이디얼 베어링 간극이나 스러스트 베어링 간극에 유체의 동압 작용을 발생시키기 위한 유체로서 윤활유를 예시했지만, 이 이외에도 각 베어링 간극에 동압 작용을 발생할 수 있는 유체, 예컨대 공기 등의 기체나, 자성 유체 등의 유동성을 갖는 윤활제, 또는 윤활 그리스 등을 사용할 수도 있다.

이하, 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 유체 베어링 장치를 도 21~도 31에 기초하여 설명한다.

도 21은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(301)의 일례(제 1 구성예)를 나타내는 함축 단면도이다. 동 도면에 나타내는 유체 베어링 장치(301)는 예컨대 HDD 등의 스핀들 모터에 조립해서 사용되는 것으로, 베어링 부재(305)와, 베어링 부재(305)의 내주에 삽입된 축부재(303)를 갖는 회전체(302)를 주요한 구성 부재로서 구비한다. 또한, 상세한 것은 후술하지만, 동 도면에 나타내는 유체 베어링 장치(301)는 레이디얼 베어링 간극을 축방향의 2개소에 이격해서 구비하고, 2개의 레이디얼 베어링 간극(Cr1,Cr2)과 그 사이의 영역에서 각각 간극 폭을 축방향 상방을 향해서 점점 감소시킨 구성이다.

회전체(302)는 예컨대 스테인레스강 등의 금속 재료로 이루어지며, 축방향 전장에 걸쳐서 지름이 일정하게 형성된 축부재(303)와, 축부재(303)의 상단 외주에 설치된 허브(디스크 허브)(304)와, 또한, 도시하지 않은 디스크, 회전자 자석, 및 디스크를 허브(304)에 고정하기 위한 클램퍼로 구성된다. 이러한 구성의 회전체(302)의 무게 중심(축방향 무게 중심)(G)은 베어링 부재(305)의 축방향 중심보다 상측(허브(304)에 가까운 측)에 위치하고 있다. 축부재(303)의 외주면(303a)은 평활면으로 형성되고, 또한 하단면(303b)은 볼록 구형상으로 형성되어 있다.

베어링 부재(305)는 후술하는 전기 주조 가공으로 형성된 석출 금속으로 이루어지는 바닥이 있는 통형상의 전기 주조부(306)와, 그 전기 주조부(306)를 삽입부로서 용융 재료를 이용하여 사출 성형된 피복부(307)로 구성된다.

베어링 부재(305) 내주의 상단 개구부에는 축방향 상방을 향해서 점차 확경된 테이퍼면(305c)이 형성되고, 이 테이퍼면(305c)과 축부재(303)의 외주면(303a) 사이에 환상의 시일 공간(S3)이 형성되어 있다.

베어링 부재(305) 중 상기 테이퍼면(305c)보다 하방의 내주면(305a) 영역에는 레이디얼 베어링부(R31,R32)의 레이디얼 베어링면(308,309)이 되는 영역(도면 중 굵은 선 영역)이 상하 2개소에 이격해서 형성되어 있다. 레이디얼 베어링면(308,309)에는, 도 22에 나타내는 바와 같이, 동압 발생부로서 헤링본 형상으로 배열된 복수개의 동압 홈(308a,309a)이 각각 형성되어 있다. 상측의 동압 홈(308a)은 상하의 경사 홈 사이 영역의 축방향 중심(m)에 대해서 축방향 비대칭으로 형성되고, 축방향 중심(m)보다 상측 영역의 축방향 치수(X1)가 하측 영역의 축방향 치수(X2)보다 크게 되어 있다. 한편, 하측의 동압 홈(309a)은 축방향 대칭으로 형성되고, 그 상하 영역의 축방향 치수는 각각 상기 축방향 치수(X2)와 같게 되어 있다. 이 경우, 축부재(303)의 회전시에는 동압 홈에 의한 윤활유의 인입력(펌핑(pumping)력)은 하측의 대칭형의 동압 홈(9a)에 비해서 상측의 동압 홈(308a)에서 상대적으로 커진다. 펌핑력을 필요로 하지 않을 경우에는 상측의 동압 홈(308a)을 하측의 동압 홈(309a)과 마찬가지로 축방향 대칭 형상으로 할 수도 있다. 동압 홈은 헤링본 형상 외에 예컨대 스파이럴 형상이나 그 외에 공지의 형상으로 배열할 수도 있다. 또한, 도면의 간략화를 위해서 도 21에서는 동압 홈을 생략하고 있다.

베어링 부재(305)의 내저면(305b)의 일부 또는 전체부 환상 영역은 스러스트 베어링부(T3)의 스러스트 베어링면이 되고, 본 구성예에 있어서 이러한 영역은 평활 평면으로 형성되어 있다.

레이디얼 베어링면(308,309)을 포함하는 베어링 부재(305)의 내주면(305a)은 축방향 상방을 향해서 내경을 점점 감소시킨 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 즉 본 구성예에서는 레이디얼 베어링면(308,309)과 축부재(303)의 외주면(303a) 사이에 형성되는 레이디얼 베어링 간극(Cr1,Cr2) 중 각 상단부가 간극 폭이 작은 협폭부(D1), 또한 각 하단부가 간극 폭이 큰 광폭부(D2)로 된다. 또한, 도시예에서는 이해의 용이화를 위해서 내주면(305a)의 경사의 정도를 과장해서 나타내고 있지만, 레이디얼 베어링 간극(Cr1 또는 Cr2)의 협폭부(D1)와 광폭부(D2) 사이에 있어서의 반경 간극의 감소량(ε)과, 양 부분 간의 축방향 이간 거리(레이디얼 베어링 간극의 축방향 길이)(L)의 비 즉 경사(ε/L)는 ε/L≤1/500(축선에 대한 경사각으로 말하면 0.11 °이하)의 매우 미소한 것으로 형성되어 있다. 이러한 미소한 경사각의 테이퍼면을 일반적인 기계 가공으로 저비용으로 양산하는 것은 곤란하지만, 전기 주조 가공이면 후술하는 이유로부터 이러한 테이퍼면도 저비용 또한 고정밀도로 양산 가능하다.

이어서, 상기 구성의 베어링 부재(305)의 제조 공정을 도면에 기초하여 설명한다.

베어링 부재(305)는 전기 주조부(306)의 성형 모체가 되는 마스터를 제작하는 공정(Z1), 마스터 표면의 일부를 절연성 재료로 마스킹하는 공정(Z2), 마스킹을 실시한 마스터에 전기 주조 가공을 실시해서 전기 주조부(306)를 석출 형성하는 공정(Z3), 전기 주조부(306)를 설치한 마스터를 삽입해서 베어링 부재(305)를 사출 성형하는 공정(Z4), 및 마스터와 전기 주조부(306)를 포함하는 베어링 부재(305)를 분리하는 공정(Z5)을 순서대로 거쳐서 제조된다.

( Z1 ) 마스터 제작 공정

도 23(A)에 나타내는 마스터 제작 공정에서는 도전성 재료 예컨대 담금질 처리를 실시한 스테인레스강, 니켈 크롬 강, 그 외의 니켈 합금, 또는 크롬 합금 등으로 형성된 중실축 형상의 마스터(311)가 형성된다. 마스터(311)는 이들 금속 재료 이외에도 도전 처리(예컨대, 표면에 도전성의 피막을 형성하는)가 실시된 세라믹 등의 비금속 재료로 형성할 수도 있다.

마스터(311)의 일단면과 이것에 연속한 외주면의 일부 영역에는 전기 주조부(306)를 성형하는 성형부(N)가 형성된다. 성형부(N)는 전기 주조부(306) 내측의 요철 패턴이 반전된 형상을 하고, 그 외주면 중 축방향의 이격한 2개소에는 동압 홈(308a,309a) 사이의 언덕부를 성형하는 다이부(311a1,311a2)의 열이 원주방향으로 형성되어 있다. 물론 다이부(311a1,311a2)의 형상은 동압 홈 형상에 대응시켜 스파이럴 형상 등으로 형성해도 좋다. 또한, 다이부(311a1,311a2)를 포함하는 성형부(N)의 표면 정밀도는 전기 주조부(306)의 정밀도를 직접 좌우한다. 따라서, 성형부(N)는 전기 주조부(306)에 요구되는 각종 정밀도에 따라 되도록이면 고정밀도로 마무리해 두는 것이 바람직하다.

( Z2 ) 마스킹 공정

마스킹 공정에서는, 도 23(B)에 나타내는 바와 같이, 마스터(311)의 외표면 중 성형부(N)를 제외하고 마스킹이 실시되어 마스킹부(312)가 형성된다. 마스킹부(312)를 형성하는 피복재로서는 후술하는 전기 주조 가공을 고려하면 절연성 및 전해질 용액에 대한 내식성을 갖는 재료가 적합하게 사용 가능하다.

( Z3 ) 전기 주조 가공 공정

전기 주조 가공은 Ni나 Cu 등의 금속이온을 함유한 전해질 용액에 마스터(311)를 침지시킨 후, 마스터(311)에 통전하여 마스터(311)의 성형부(N)에 목적하는 금속을 석출(전해 석출)시킴으로써 행해진다. 전해질 용액에는 카본이나 불소계 입자 등의 슬라이딩재, 또는 사카린 등의 응력 완화재를 필요에 따라 함유시켜도 좋다. 전착 금속의 종류는 베어링면에 요구되는 경도, 피로 강도 등의 물리적 성질이나, 화학적 성질에 따라 적절하게 선택된다.

전기 주조 가공이 종료되면, 도 23(C)에 나타내는 바와 같이, 마스터(311)의 성형부(N)에 전기 주조부(306)를 피착한 전기 주조 부재(313)가 형성된다. 이 때, 전기 주조부(306)의 내주면에는 다이부(311a1,311a2)의 형상이 전사되고, 도 22에 나타내는 복수개의 동압 홈(308a,309a)이 축방향으로 이격해서 형성된다. 또한, 전기 주조부(306)의 두께는 지나치게 두꺼우면 마스터(311)로부터의 박리성이 저하되고, 반대로 지나치게 얇으면 전기 주조부(306)의 내구성 저하로 이어지므로, 요구되는 베어링 성능이나 베어링 사이즈, 또한 용도 등에 따라 최적의 두께, 예컨대, 10㎛~200㎛ 정도의 두께로 형성된다.

또한, 전기 주조부(306)는 이상에서 서술한 전해 도금(전기 도금)에 준한 방법 외에 무전해 도금(화학 도금)에 준한 방법으로 형성할 수도 있다. 무전해 도금에 준한 방법을 채용할 경우, 마스터(311)의 도전성이나 마스킹부(312)의 절연성은 불필요하게 되는 대신에 마스킹부(312)는 내식성을 갖는 것으로 형성하는 것이 바람직하다.

( Z4 ) 삽입 성형 공정

도시는 생략하지만, 삽입 성형 공정에서는 전기 주조 부재(313)를 삽입 부품으로 하여 소정의 금형에 배치한 후, 용융 재료 예컨대 용융 수지를 이용하여 삽입 성형이 행해진다. 수지의 사출 후, 수지를 고화시켜 다이 개방을 행하면, 도 24에 나타내는 바와 같이, 마스터(311) 및 전기 주조부(306)로 이루어지는 전기 주조 부재(313)와, 피복부(307)가 일체로 된 성형품이 얻어진다.

피복부(307)를 수지로 형성할 경우, 그 베이스 수지로서는 결정성 수지ㆍ비결정성 수지를 막론하고 사용 가능하다. 결정성 수지로서는 예컨대 액정 폴리머(LCP), 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아세탈(POM), 폴리아미드(PA) 등이, 또한, 비결정성 수지로서는 예컨대 폴리페닐설폰(PPSU), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아미드이미드(PAI) 등이 사용 가능하다. 예시한 상기 베이스 수지에는 필요에 따라 강화재(섬유상, 분말상 등의 형태는 상관 없음)나 윤활제, 도전재 등의 각종 충전재를 1종 또는 2종 이상 첨가할 수도 있다.

또한, 피복부(307)는 수지 이외의 용융 재료 예컨대 마그네슘 합금이나 알루미늄 합금 등의 저융점 금속도 사용 가능하다. 이 외에 금속분과 바인더의 혼합물로 사출 성형한 후, 탈지ㆍ소결하는 소위 MIM 성형을 채용할 수도 있고, 또한, 세라믹과 바인더의 혼합물을 이용한 소위 CIM 성형도 사용 가능하다.

여기서, 전기 주조 가공의 특성상, 마스터(311)로의 석출 개시면 즉 전기 주조부(306)의 내면은 마스터(311)(성형부(N))의 표면 정밀도가 고정밀도로 전사된 치밀한 면이 되는 한편, 석출 종료측의 면 즉 전기 주조부(306)의 외표면은 조면으로 형성된다. 그 때문에, 피복부(307)의 성형시에는 용융 수지가 전기 주조부(306) 표면의 미소한 요철에 들어가고, 소위 앵커 효과에 의해 전기 주조부(306)와 피복부(307)의 결합력은 강고한 것으로 된다.

( Z5 ) 분리 공정

상기와 같이 해서 형성된 전기 주조 부재(313)는 분리 공정으로 이송되고, 전기 주조부(306) 및 피복부(307)가 일체화된 베어링 부재(305)와, 마스터(311)로 분리된다. 이 분리 공정에서는 예컨대 마스터(311) 또는 베어링 부재(305)에 충격을 가함으로써 전기 주조부(306)의 내주면을 약간 확경시켜 마스터(311)의 표면으로부터 전기 주조부(306)를 박리시킨다. 이것에 의해, 마스터(311)가 베어링 부재(305)로부터 분리 가능하게 되고, 마스터(311)를 잡아빼면 완성품으로서의 베어링 부재(305)가 얻어진다. 또한, 전기 주조부(306)의 박리수단으로서는 상기 수단 이외에도 예컨대 전기 주조부(306)와 마스터(311)를 가열(또는 냉각)하고, 양자간에 열팽창량차를 발생시키는 것에 의한 방법, 또는 양 수단(충격과 가열)을 병용하는 방법 등이 사용 가능하다.

또한, 베어링 부재(305)는 바닥이 있는 통형상으로 형성됨과 아울러, 내주면(305a)이 개구측을 향해서 점차 축경된 테이퍼 형상으로 형성되기 때문에, 베어링 부재(305)로부터의 마스터(311)의 분리는 소위 무리하게 빼내어지게 된다. 그러나, 특히 본 구성예와 같이 베어링 부재(305)의 내주면(305a)에 동압 홈(308a,309a)을 형성하고 있을 경우에 마스터(311)를 무리하게 빼내면, 동압 홈(308a,309a)의 손상, 나아가서는 베어링 성능 저하를 초래할 우려가 있다. 이것에 대하여 본 구성예에서는, 상술한 바와 같이, 베어링 부재(305)의 레이디얼 베어링면(308,309)을 포함하는 내주면(305a)의 경사(ε/L)를 ε/L≤1/500 정도의 미소한 값으로 설정하고 있으므로, 무리하게 빼내는 정도는 미소한 것으로 된다. 또한, 베어링 부재(305)를 구성하는 전기 주조부(306)는 매우 얇은 두께로 형성됨과 아울러 전기 주조부(306)와 피복부(307)는 강고하게 고착되어 있기 때문에, 마스터(311)를 잡아뺄 때에 전기 주조부(306)는 탄성이 우수한 수지제의 피복부(307)의 변형에 추종해서 변형된다. 이상의 것으로부터, 마스터(311)의 분리에 의한 동압 홈(308a,309a)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이 형성된 베어링 부재(305)의 내주에 잡아뺀 마스터(311)와는 별도로 준비한 축부재(303)(회전체(302))를 삽입하고, 베어링 부재(305)의 내부 공간에 유체로서의 윤활유를 충만시킴으로써 도 21에 나타내는 유체 베어링 장치(301)가 완성된다. 한편, 분리된 마스터(311)는 반복 전기 주조 가공에 이용할 수 있으므로, 고정밀도의 베어링 부재(305)를 안정되게 또한 저비용으로 양산할 수 있다. 윤활유를 충만한 상태에서 시일 공간(S3)의 윤활유에는 모세관력에 의한 인입력이 작용한다. 이것에 의해 윤활유는 항상 시일 간극(S3)의 범위 내에 유지된다.

상기 구성의 유체 베어링 장치(301)에 있어서 축부재(303)(회전체(302))가 회전하면, 베어링 부재(305)의 내주면(305a)의 상하 2개소에 이격 형성된 레이디얼 베어링면(308,309)은 각각 축부재(303)의 외주면(303a)과 레이디얼 베어링 간극(Cr1,Cr2)을 통해서 대향한다. 그리고 축부재(303)의 회전에 따라 레이디얼 베어링 간극(Cr1,Cr2)에 윤활유의 동압이 발생하고, 그 압력에 의해 레이디얼 베어링 간극(Cr1,Cr2)에 형성되는 윤활유막의 오일막 강성이 높아져 축부재(303)가 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지된다. 이것에 의해, 축부재(303)를 갖는 회전체(302)를 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R31)와 제 2 레이디얼 베어링부(R32)가 형성된다. 또한, 이것과 동시에, 축부재(303)의 하단면(303b)과 베어링 부재(305)의 내저면(305b) 사이에는 축부재(303)를 갖는 회전체(302)를 스러스트 방향으로 회전 가능하게 지지하는 스러스트 베어링부(T3)가 형성된다.

일반적으로, 레이디얼 베어링 간극에 형성되는 오일막의 강성(베어링 강성)은 그 간극 폭이 작아짐에 따라 높아진다. 그 때문에, 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭을 축방향 상방을 향해서 점점 감소시킨 상기 구성에서는 레이디얼 베어링 간극 중 간극 폭이 작은 협폭부(D1)에 있어서의 오일막 강성이 간극 폭이 큰 광폭부(D2)에 있어서의 오일막 강성보다 높게 된다. 본 구성예에서는 회전체(302)의 무게 중심(G)이 베어링 부재(305)의 축방향 중심보다 상측에 위치하고 있으므로, 회전체(302)의 무게 중심(G)에 가까운 영역에서 베어링 강성을 높일 수 있는 한편, 무게 중심(G)으로부터 떨어진 영역에서는 베어링 강성을 낮게 할 수 있다. 이것에 의해, 축부재(303)를 갖는 회전체(302)가 정밀도 좋게 회전하기 위해 필요로 되는 베어링 강성의 확보와 저토크화를 동시에 달성할 수 있다. 또한, 본 구성예에서는 상기 레이디얼 베어링 간극을 축방향으로 이격한 2개소에 형성하고 있으므로, 레이디얼 베어링부(R31,R32)의 베어링 중심은 베어링 부재(305)의 축방향 중심보다 상측에 위치하게 된다. 따라서, 레이디얼 베어링부의 베어링 중심과 회전체(302)의 무게 중심(G)의 이간 거리를 단축시킬 수 있고, 모멘트 하중에 대한 부하 능력(모멘트 강성)이 우수한 구조로 된다.

또한, 상술한 레이디얼 베어링 간극(Cr1 또는 Cr2)의 협폭부(D1)와 광폭부(D2) 사이에 있어서의 반경 간극의 감소량(ε)과, 양 부분간의 축방향 이간 거리(레이디얼 베어링 간극의 축방향 길이)(L)의 비(경사)(ε/L)는 1/1000≤ε/L≤1/500으로 하는 것이 바람직하다. 경사(ε/L)의 값이 1/1000보다 작으면, 베어링 강성의 향상 효과, 및 토크 저감 효과를 충분하게 얻는 것이 어려워진다. 한편, 1/500보다 크면, 광폭부(D2)의 값이 과대하게 되어 베어링 강성이 부족해져 회전 정밀도가 악화될 우려가 있다. 또한, 상술한 베어링 부재(305)의 성형시에 있어서는 무리하게 빼내어지는 정도가 커져 레이디얼 베어링면(308,309)의 손상을 초래할 우려가 있기 때문이다.

또한, 레이디얼 베어링 간극(Cr1)의 최소의 직경 간극(협폭부(D1)에 있어서의 내경 치수)(δ)은 축부재(303)의 축 지름(d)에 대해서 그 비(δ/d)가 1/1000≤δ/d≤1/250이 되도록 각 부재를 형성하는 것이 바람직하고, 그 이유를 다음에 서술한다. 우선, 비(δ/d)의 하한값 1/1000은 마스터(311)나 축부재(303)의 외주면, 및 전기 주조부(306) 내주면의 진원도ㆍ원통도 등으로부터 도출할 수 있다. 즉 직경 간극(δ)이 축부재(303)의 외주면(303a)이나 베어링 부재(305)의 내주면(305a)의 진원도ㆍ원통도보다 작아지면, 축부재(303)와 베어링 부재(305) 사이에서 접촉이 생겨 소정의 성능을 확보하는 것이 어려워진다. 이들 각종 정밀도를 한층 높이는 것도 가능하지만, 고정밀도화함에 따라 비용 상승을 피할 수 없는 것으로 된다. 따라서, 기능면 및 비용면의 밸런스를 고려하면, 비(δ/d)는 1/1000 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 비(δ/d)의 상한값 1/250은 회전 정밀도나 모멘트 강성의 관점으로부터 도출할 수 있다. 즉, 레이디얼 베어링 간극의 최소의 직경 간극(δ)이 커지면, 소망하는 베어링 강성, 모멘트 강성을 확보할 수 없게 되고, 회전 정밀도의 악화나 축부재(303)와 베어링 부재(305)의 접촉 등의 문제가 생긴다. 따라서, 비(δ/d)는 1/250 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 구성예에서는 베어링 부재(305)의 내주면(305a)의 레이디얼 베어링면(308,309)이 되는 영역, 및 축부재(303)의 하단면(303b)과 슬라이딩 접촉하는 내저면(305b)(스러스트 베어링면)이 석출 금속으로 이루어지는 전기 주조부(306)에 형성된다. 전기 주조 가공의 특성상, 전기 주조부(306) 중 마스터(311)로의 석출 개시면이 되는 내면 정밀도는 마스터(311)의 표면 형상이 고정밀도로 전사된 치밀면으로 형성된다. 따라서, 마스터(311)의 외표면 중 특히 전기 주조부(306)를 형성하는 성형부(N)를 고정밀도로 형성해 두면, 별단의 마무리 가공 등을 행하는 일 없이 동압 홈(308a,309a)을 포함한 베어링 부재(305)의 내주면(305a), 및 내저면(305b)의 정밀도가 용이하게 높아져 레이디얼 베어링 간극(Cr1,Cr2)의 폭 정밀도를 고정밀도로 관리하는 것이 가능하게 된다. 또한 레이디얼 베어링면(308,309) 및 스러스트 베어링면이 금속면이 되므로, 레이디얼 베어링부(R31,R32)에서는 온도 변화나 마모 등에 의한 특성 변화를 억제할 수 있고, 또한 스러스트 베어링부(T3)에서는 내마모성을 높일 수 있다. 이상의 것으로부터, 유체 베어링 장치(301)에 진동이나 충격이 부하된 경우에 있어서의 회전체(302)의 흔들림량의 증대나, 공진에 따른 회전 성능의 저하를 억제하여 높은 회전 성능을 유지하는 것이 가능하게 된다.

이상, 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 일구성예에 대해서 설명을 행했지만, 상술한 본 발명의 구성은 상기 형태의 유체 베어링 장치(301)에 한정되지 않고, 다른 형태의 유체 베어링 장치에도 바람직하게 이용할 수 있다. 이하 그 구성예를 도면에 기초하여 설명하지만, 설명의 간략화를 위해서 상기 형태에 준하는 부재, 및 부위에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙여 중복 설명을 생략한다.

도 25는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 2 구성예를 나타내는 것이다. 동 도면에 나타내는 유체 베어링 장치(321)가 도 21에 나타내는 유체 베어링 장치(301)와 다른 점은 주로 회전체(302)를 구성하는 허브(304)가 베어링 부재(305)의 하방에 설치되고, 회전체(302)의 무게 중심(G)이 베어링 부재(305)의 하방에 위치하는 점, 및 이것에 대응하여 베어링 부재(305)의 내경 치수가 축방향 하방을 향해서 점점 감소하도록 형성되어 있는 점이다. 또한, 도시는 생략하고 있지만, 베어링 부재(305)의 양단 개구부에는 도 21에 나타내는 형태와 마찬가지로 시일 공간을 형성할 수도 있다.

도 26은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 3 구성예를 나타내는 것이다. 동 도면에 나타내는 유체 베어링 장치(331)에서는 베어링 부재(305)의 내주면이 도 21 및 도 25에 나타내는 내경 치수를 축방향의 어느 한쪽으로 점점 감소시킨 테이퍼 형상이 아니라, 축방향으로 상대적으로 작은 지름의 제 1 내주면(305d)과, 이 제 1 내주면(305d)보다 큰 지름의 제 2 내주면(305e)으로 구획되어 있다. 제 1 내주면(305d)의 일부 또는 전체부 축방향 영역에는 레이디얼 베어링면(308)이 형성되고, 제 2 내주면(305e)의 일부 또는 전체부 축방향 영역에는 레이디얼 베어링면(309)이 형성되어 있다. 즉 이 구성예에서는 상측의 레이디얼 베어링면(308)과 축부재(303)의 외주면(303a) 사이에 형성되는 레이디얼 베어링 간극(Cr1)의 전체가 협폭부(D1)로 되고, 하측의 레이디얼 베어링면(309)과 축부재(303)의 외주면(303a) 사이에 형성되는 레이디얼 베어링 간극(Cr2)의 전체가 광폭부(D2)로 된다.

도 27은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 유체 베어링 장치의 제 4 구성예를 나타내는 것이다. 동 도면에 나타내는 유체 베어링 장치(341)는 주로 베어링 부재(345)가 레이디얼 베어링면(308,309)을 갖는 본체부(345a), 및 본체부(345a)의 상방으로 돌출시켜 형성되고, 축부재(303)의 외주면(303a)과의 사이에 시일 공간(S3)과 윤활유 저류부(346)를 형성하는 대략 반구 형상의 돌출부(345b)로 구획되어 있는 점에서 도 21에 나타내는 유체 베어링 장치(301)와 구성이 다르다. 본체부(345a)를 구성하는 측부는 그 전체가 축방향 상방을 향해서 내경 치수가 점점 감소되어 있다.

도시는 생략하지만, 이 베어링 부재(345)는 예컨대 이하와 같이 해서 형성할 수 있다. 우선, 상술한 베어링 부재(305)의 성형 순서에 준하여 본체부(345a)의 측부 및 돌출부(345b)를 축선에 대하여 평행한 상태에서 다이 성형하고, 마스터와 분리한다. 이어서, 완성품으로서의 본체부(345a) 및 돌출부(345b)의 형상에 모방한 금형을 가열한 상태에서 상기 베어링 부재(345)의 외경측으로부터 압박력을 부가하고, 본체부(345a)의 측부와 돌출부(345b)를 내경 방향으로 변형시켜 일종의 소성 변형 상태로 한다. 그리고, 그 금형을 개방하면 동 도면에 나타내는 베어링 부재(345)가 얻어진다.

이상에서는 축부재(303)를 축방향 전장에 걸쳐서 지름이 일정하게 형성함과 아울러, 베어링 부재(305)의 내경 치수를 축방향으로 다른 지름으로 함으로써 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭을 축방향으로 다르게 하는 구성에 대해서 설명을 행했지만, 이상에서 나타내는 어느 구성예에 있어서도 베어링 부재(305)의 내주면(305a)을 축방향 전장에 걸쳐서 지름이 일정하게 형성함과 아울러, 축부재(303)를 축방향으로 다른 지름으로 함으로써 레이디얼 베어링 간극의 간극 폭을 축방향으로 다르게 할 수도 있다.

이상에서는 레이디얼 베어링부(R31,R32)로서 헤링본 형상이나 스파이럴 형상의 동압 홈에 의해 유체 동압을 발생시키는 구성을 예시하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 레이디얼 베어링부(R31,R32)의 한쪽 또는 양쪽을 소위 다원호 베어링이나 스텝 베어링으로 구성할 수도 있다. 이들 베어링은 동압 발생부로서 복수개의 원호면, 축방향 홈을 예컨대 베어링 부재(305)의 레이디얼 베어링면(308,309)에 형성함으로써 얻을 수 있다. 이들 동압 발생부의 형성 방법은 동압 홈(308a,309a)을 형성하는 경우의 각 공정에 준하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 28은 레이디얼 베어링부(R31,R32)의 한쪽 또는 양쪽을 다원호 베어링으로 구성했을 경우의 일례를 나타내고 있다. 이 예에서는 베어링 부재(305)의 내주면의 레이디얼 베어링면(308,309)이 되는 영역이 3개의 원호면(351)으로 구성되어 있다(소위 3원호 베어링). 3개의 원호면(351)의 곡률 중심은 각각 베어링 부재(305)(축부재(303))의 축중심(O)으로부터 등거리 오프셋되어 있다. 3개의 원호면(351)으로 구획되는 각 영역에 있어서 레이디얼 베어링 간극은 원주방향의 양방향에 대해서 각각 쐐기 형상으로 점차 축소된 쐐기 형상 간극(Cr3)이다. 그 때문에, 베어링 부재(305)와 축부재(303)가 상대 회전하면, 그 상대 회전의 방향에 따라 레이디얼 베어링 간극 내의 윤활유가 쐐기 형상 간극(Cr3)의 최소 간극측으로 압입되어 그 압력이 상승된다. 이러한 윤활유의 동압 작용에 의해 베어링 부재(305)와 축부재(303)가 비접촉 지지된다. 또한, 3개의 원호면(351) 상호간의 경계부에 분리 홈이라고 칭해지는 한층 깊은 축방향 홈을 형성해도 좋다.

도 29는 레이디얼 베어링부(R31,R32)의 한쪽 또는 양쪽을 다원호 베어링으로 구성했을 경우의 다른 예를 나타내고 있다. 이 예에 있어서도 베어링 부재(305)의 내주면의 레이디얼 베어링면(308,309)이 되는 영역이 3개의 원호면(351)으로 구성되어 있지만(소위 3원호 베어링), 3개의 원호면(351)으로 구획되는 각 영역에 있어서 레이디얼 베어링 간극은 원주방향의 일방향에 대해서 각각 쐐기 형상으로 점차 축소된 쐐기 형상 간극(Cr3)이다. 이와 같은 구성의 다원호 베어링은 테이퍼 베어링이라고 칭해지는 일도 있다. 또한, 3개의 원호면(351) 상호간의 경계부에 분리 홈(352)이라고 칭해지는 한층 깊은 축방향 홈이 형성되어 있다. 그 때문에, 베어링 부재(305)와 축부재(303)가 소정 방향으로 상대 회전하면, 레이디얼 베어링 간극 내의 윤활유가 쐐기 형상 간극(Cr3)의 최소 간극측으로 압입되어 그 압력이 상승된다. 이러한 윤활유의 동압 작용에 의해 베어링 부재(305)와 축부재(303)가 비접촉 지지된다.

도 30은 레이디얼 베어링부(R31,R32)의 한쪽 또는 양쪽을 다원호 베어링으로 구성했을 경우의 다른 예를 나타내고 있다. 이 예에서는 도 29에 나타내는 구성에 있어서 3개의 원호면(351)의 최소 간극측의 소정 영역(θ)이 각각 베어링 부재(305)(축부재(303))의 축중심(O)을 곡률 중심으로 하는 동심의 원호면으로 구성되어 있다. 따라서, 각 소정 영역(θ)에 있어서 레이디얼 베어링 간극(최소 간극)은 일정해진다. 이와 같은 구성의 다원호 베어링은 테이퍼ㆍ플랫 베어링이라고 칭해지는 일도 있다.

도 31은 레이디얼 베어링부(R31,R32)의 한쪽 또는 양쪽을 스텝 베어링으로 구성했을 경우의 일례를 나타내고 있다. 이 예에서는 베어링 부재(305)(전기 주조부(306))의 내주면의 레이디얼 베어링면(308,309)이 되는 영역에 복수개의 축방향 홈 형상의 동압 홈(353)이 원주방향 소정 간격으로 형성되어 있다.

이상에서는 레이디얼 베어링부(R31,R32)와 같이, 레이디얼 베어링부를 축방향으로 2개소 이격해서 설치한 구성으로 했지만, 베어링 부재(305)의 내주면의 상하 영역에 걸쳐서 3개소 이상의 레이디얼 베어링부를 설치한 구성으로 하여도 좋다. 또한, 도 28~도 30에서 나타낸 다원호 베어링은 소위 3원호 베어링이지만, 이것에 한정되지 않고, 소위 4원호 베어링, 5원호 베어링, 또한 6원호 이상의 수의 원호면으로 구성된 다원호 베어링을 채용해도 좋다.

또한, 이상에서는 베어링 부재(305)를 구성하는 전기 주조부(306)의 레이디얼 베어링면(308,309)에 동압 발생부를 형성했을 경우를 예시했지만, 이 레이디얼 베어링면(308,309)과 대향하는 축부재(303)의 외주면(303a)에 동압 발생부를 형성해도 된다. 이 경우, 전기 주조부(306)의 레이디얼 베어링면(308,309)이 되는 영역은 요철이 없는 원통면 형상으로 형성된다.

또한, 이상에서는 베어링 부재(305)를 구성하는 전기 주조부(306)의 레이디얼 베어링면(308,309) 또는 축부재(303)의 외주면(303a)에 동압 발생부를 형성하고, 그 동압 발생부에서 레이디얼 베어링 간극에 유체 동압을 발생시켜 레이디얼 베어링부(R31,R32)를 동압 베어링으로 구성하는 경우에 대해서 설명을 행했지만, 전기 주조부(306)의 레이디얼 베어링면(308,309)을 요철이 없는 원통면 형상으로 형성함과 아울러 축부재(303)의 외주면(303a)을 요철이 없는 단면 진원 형상으로 형성함으로써 레이디얼 베어링부(R31,R32)를 원통형 베어링으로 구성할 수도 있다(도시 생략).

또한, 이상에서는, 스러스트 베어링부(T3)를 피벗 베어링으로 구성하는 형태를 예시했지만, 예컨대, 축부재(303)의 하단을 평탄면으로 하고, 이 평탄면 또는 이것에 대향하는 베어링 부재의 끝면에 스파이럴 형상이나 헤링본 형상으로 배열된 복수개의 동압 홈 등을 형성함으로써 스러스트 베어링부를 동압 베어링으로 구성할 수도 있다(도시 생략).

또한 이상에서는 유체 베어링 장치의 내부 공간에 충전하는 윤활 유체로서 윤활유를 사용했지만, 유체막을 형성할 수 있는 다른 유체, 예컨대, 윤활 그리스나 자성 유체, 또는 공기 등의 기체 등을 사용할 수도 있다.

상술한 유체 베어링 장치는 높은 회전 정밀도를 자랑하는 것이므로, 높은 회전 성능이 요구되는 각종 모터, 예컨대 HDD 등의 디스크 장치의 스핀들 모터나 퍼스널 컴퓨터의 팬 모터용 베어링으로서 적합하게 사용할 수 있다.

1,21 : 유체 베어링 장치 2 : 하우징
3 : 제 1 베어링 슬리브 4 : 제 2 베어링 슬리브
5 : 축부재 6,7 : 시일 부재
8 : 스페이서 부재 A,A' : 레이디얼 베어링면
*B : 볼록부 11 : 제 1 베어링 슬리브의 축방향 길이
L2 : 제 2 베어링 슬리브의 축방향 길이
P : 조립 핀 R1,R2 : 레이디얼 베어링부
T1,T2 : 스러스트 베어링부 S1,S2 : 시일 공간
101 : 유체 베어링 장치 102 : 축부재
104 : 고정자 코일 105 : 회전자 자석
107 : 하우징 108 : 베어링 부재
109,110 : 시일 부재 181 : 베어링 슬리브
182 : 스페이서 부재 81a1,81b1,81c1 : 동압 홈
R11,R12 : 레이디얼 베어링부 T11,T12 : 스러스트 베어링부
S11,S12 : 시일 공간 201 : 유체 베어링 장치
202 : 회전체 203 : 허브
206 : 축부재 207,208 : 시일 부재
209 : 베어링 부재 210 : 하우징
211 : 제 1 베어링 슬리브 212 : 제 2 베어링 슬리브
A21,A22 : 레이디얼 베어링면 B21,C21 : 스러스트 베어링면
R21,R22 : 레이디얼 베어링부 T21,T22 : 스러스트 베어링부
301,321,331,341 : 유체 베어링 장치
302 : 회전체 303 : 축부재
304 : 회전자 305 : 베어링 부재
306 : 전기 주조부 307 : 피복부
308,309 : 레이디얼 베어링면 311 : 마스터
312 : 마스킹부 Cr1,Cr2,Cr3 : 레이디얼 베어링 간극
D1 : (레이디얼 베어링 간극의) 협폭부
D2 : (레이디얼 베어링 간극의) 광폭부
L : 레이디얼 베어링 간극의 축방향 길이
R31,R32 : 레이디얼 베어링부 T3 : 스러스트 베어링부
S3 : 시일 공간 d : 축부재의 축 지름

Claims (4)

1. 베어링 부재와, 베어링 부재의 내주에 삽입되는 축부재를 갖는 회전체와, 베어링 부재의 내주면과 축부재의 외주면과의 사이에 형성되는 레이디얼 베어링 간극에 생기는 유체막에 의해 축부재를 갖는 회전체를 레이디얼 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링부를 구비하는 유체 베어링 장치에 있어서,
   레이디얼 베어링 간극의 간극 폭을 축방향으로 다르게 하고, 그 간극 폭이 큰 광폭부와 간극 폭이 작은 협폭부 중, 협폭부를 회전체의 무게 중심 위치측에 배치하고, 베어링 부재의 내주면 중 적어도 레이디얼 베어링 간극에 면하는 영역을, 석출 금속으로 이루어지는 전기 주조부로 형성한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 축부재의 축 지름(d)에 대한 레이디얼 베어링 간극의 최소의 직경 간극(δ)의 비(δ/d)를, 1/1000≤δ/d≤1/250으로 한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 레이디얼 베어링 간극의 일단에 광폭부, 타단에 협폭부를 형성함과 아울러, 광폭부로부터 협폭부에 걸쳐 간극 폭을 점점 감소시키고, 레이디얼 베어링 간극의 축방향 길이(L)와, 레이디얼 베어링 간극의 축방향 전장에 있어서의 반경 간극의 감소량(ε)의 비(ε/L), 1/1000≤ε/L≤1/500으로 한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 레이디얼 베어링 간극에 유체 동압을 발생시키기 위한 동압 발생부를 갖는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.

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