KR100719830B1

KR100719830B1 - 스핀들 모터

Info

Publication number: KR100719830B1
Application number: KR1020060030202A
Authority: KR
Inventors: 미츠오 고다마
Original assignee: 닛뽕빅터 가부시키가이샤
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2007-05-18
Also published as: CN1874120A; KR20060124558A; US7265469B2; US20060267434A1; JP4499615B2; CN100521453C; JP2006329381A

Abstract

과제

고속 회전하에서도 심한 온도 변화하에 있어서도, 소비 전력의 증가 없이 고신뢰성을 갖는 스핀들 모터를 제공한다.

해결수단

로터 (12) 와 스테이터 (14) 와, 로터를 스테이터에 대하여 윤활 유체 (20) 를 사용하여 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 스러스트 동압 베어링 (SB) 및 래디알 동압 베어링 (RB) 을 구비하고, 스러스트 동압 베어링은, 역방향의 동압을 발생시키는 제 1 및 제 2 의 스러스트 베어링부 (SB1,SB2) 를 구비하고, 윤활 유체는, 로터와 스테이터 간의 소정 간극인 충전부 (M) 에 충전되고, 충전부는, 외부로 개방된 일 단측 (6) 으로부터, 제 2 의 스러스트 동압 베어링부, 제 1 스러스트 베어링부, 래디알 동압 베어링부의 순서로 연결된 제 1 충전부 (M1) 와, 제 1 충전부에 있어서의 제 2 및 제 1 스러스트 동압 베어링부 사이와 제 1 스러스트 베어링부 및 래디알 동압 베어링부 사이를 연결하는 제 2 충전부 (M2) 를 갖는다.

모터

Description

스핀들 모터{SPINDLE MOTOR}

도 1 은, 본 발명의 스핀들 모터의 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 2 는, 도 1 의 A 부를 확대한 부분 단면도이다.

도 3 은, 본 발명의 스핀들 모터의 실시예를 설명하는 모식도이다.

도 4 는, 본 발명의 스핀들 모터의 실시예에 있어서의 요부를 나타내는 도면이다.

도 5 는, 본 발명의 스핀들 모터의 실시예와 비교예의 특성을 설명하는 그래프이다.

도 6 은, 본 발명의 스핀들 모터의 실시예와 비교예의 별도의 특성을 설명하는 그래프이다.

도 7 은, 본 발명의 스핀들 모터의 실시예에 대한 변형예를 설명하는 도면이다.

도 8 은, 본 발명의 스핀들 모터의 실시예에 대한 다른 변형예를 설명하는 도면이다.

도 9 는, 본 발명의 스핀들 모터의 실시예를 설명하는 도면이다.

도 10 은, 종래의 스핀들 모터를 설명하는 도면이다.

부호의 설명

1 샤프트부 3 스러스트 링

3a 상면 3b 하면

4 슬리브 4a 플랜지부

4a1 하면 4a2 측면

4b 관통 구멍 4c 내주면

4d 상면 4e 경사부

4f 외주면 5 카운터 플레이트

6 테이퍼 시일부 7 허브

7a 외주면 7b 탑재부

7c 내주면 7c1 대향면

8 모터 베이스 8a 중심 구멍

8b 관통 구멍 9 코어

10 코일 10a 권선 단말

11 마그넷 12 로터

13 외통부 13a 외주면

14 스테이터 15 플렉시블 프린트 기판 (FPC)

17 시일 플레이트 17a 상면

17b 외주면 18 돌극

19 하드 디스크 20 윤활제 (윤활 유체)

20a 액면 21 연결부

22 절결부 (바이패스 경로) 23 환상 플랜지

23a 관통 구멍 24 동압 홈

51 스핀들 모터 M 충전부(경로)

M1 제 1 충전부(경로) M2 제 2 충전부(경로) (바이패스 경로)

RB 래디알 동압 베어링부 SB 스러스트 동압 베어링부

SB1,SB2 제 1,제 2 스러스트 동압 베어링부

특허문헌 1 일본 공개특허공보 2004-11897

기술분야

본 발명은 스핀들 모터에 관련되고, 특히, 유체 동압 베어링를 구비한 스핀들 모터에 관한 것이다.

배경기술

유체 동압 베어링를 구비한 스핀들 모터는, 고속 회전시의 특성이 우수하기 때문에, 자기 디스크나 광 디스크 등의 디스크상 기록 매체의 구동용으로서 그 기록 재생 장치에 많이 사용되고 있다.

이 유체 동압 베어링을 사용한 종래의 스핀들 모터의 일례가 특허문헌 1 에 기재되어 있다.

이 특허문헌 1 에 기재된 모터는, 축과 슬리브에 의해 구성된 한 쌍의 래디알 베어링부와, 슬리브 상단면과 허브 내면에 의해 구성된 하나의 스러스트 베어링부를 구비하여 이루어지는 것이다.

한편, 이 구성의 모터에 대하여, 가반형 기구에 요구되는 내진성, 내충격성이 우수한 구성으로서, 슬리브측에, 그 외측으로 돌출되는 플랜지와 시일 플레이트를 축방향으로 이격하여 형성함과 함께, 양자 사이에 허브측에 형성된 스러스트 링을 끼워 넣는 구성으로 하고, 이 스러스트 링의 상하의 2 면과 각각 대향하는 플랜지 및 시일 플레이트 면에 의해 구성되는 2 개의 스러스트 베어링부를 구비한 구성의 모터도 검토되고 있다.

이 모터의 일례로서, 1 인치의 하드 디스크 장치 (HDD) 용 스핀들 모터 (151) 를, 도 10 을 사용하여 설명한다.

스테이터 (114) 는, 모터 베이스 (108) 와 이 모터 베이스 (108) 에 장착되고 일 단부측에 플랜지부 (104a) 가 형성된 슬리브 (104) 와 코어 (109) 를 갖는다.

코어 (109) 에는 코일 (110) 이 감겨져 있고, 슬리브 (104) 의 타단부측에는 링형의 시일 브레이트 (117) 가 고착되어 있다.

로터 (112) 는, 링형 마그넷 (111) 이 외주면에 고착된 허브 (107) 를 갖는다. 이 허브 (107) 는, 그 중심에 샤프트 (101) 가 일체적으로 형성되어 있고, 이 샤프트 (101) 의 외주면에 통상의 외통부 (113) 가 삽입 장착되어 있다.

또 허브 (107) 의 내주면에는 스러스트 링 (103) 이 고착되어 있다.

그리고, 로터 (112) 의 외통부 (113) 가 스테이터 (114) 의 슬리브 (104) 에 삽입되고, 로터 (112) 는 스테이터 (114) 에 대하여 이하에 설명하는 유체 동압 베어링을 개재하고 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된 구성으로 되어 있다. ·

스러스트 동압 베어링 (SB) 은, 스러스트 링 (103) 과, 플랜지부 (104a) 와, 시일 플레이트 (117) 와, 이들의 간극에 충전된 윤활 유체 (윤활제) 에 의해 구성된다.

구체적으로는, 스러스트 링 (103) 의 축방향의 양면에 형성된 한 쌍의 동압홈이, 로터 (112) 의 회전에 수반하여 동압을 발생시킴으로써 스러스트 베어링 기능이 발휘된다.

즉, 스러스트 링 (103) 의 하면과 시일 플레이트 (117) 의 상면에서 로터를 상승시키는 동압이 발생하고, 스러스트 링 (103) 의 상면과 플랜지 (104a) 의 하면에서 로터를 하강시키는 동압이 발생하고, 양 동압의 균형에 의해 로터 (112) 는 스테이터 (114) 에 대하여 부상된 상태에서 지지된다.

래디알 동압 베어링 (RB) 은, 외통부 (113) 와 슬리브 (104) 와 이들 간극에 충전된 윤활제에 의해 구성된다.

구체적으로는, 외통부 (113) 및 슬리브 (104) 의 서로 대향하는 면의 어느 하나에 형성된 동압 홈이, 로터 (112) 의 회전에 수반하여 동압을 발생시킴으로써 래디알 베어링 기능이 발휘된다.

이 래디알 동압 베어링 (RB) 은, 축방향으로 떨어져서 한 쌍 형성된다.

상기 기술한 구성에 있어서, 윤활제의 충전 경로는, 2 개의 스러스트 동압 베어링부 (SB) 와 래디알 동압 베어링부 (RB) 를 직렬로 연결하도록 형성되어 있다.

또 스러스트 동압 베어링부 (SB) 에서 발생하는 동압은, 회전 중에 윤활제가 동압 베어링부로부터 외부로 유출되지 않도록 펌프 인의 방향으로 되어 있다.

이것을 윤활제의 충전 경로를 따라 말하면, 스러스트 동압 베어링부 (SB) 에서 발생하는 동압은, 윤활제를 내측의 래디알 동압 베어링부 (RB) 를 향하도록 발생시킨다는 것이다.

그런데, 상기 기술한 스러스트 동압 베어링부를 2 개 구비한 모터에 있어서는, 각각 동압 홈의 홈 형상이, 제조시의 가공 치수의 편차나, 소재의 편차 등에 의해 약간 상이하게 형성된다. 그 상이함이 어느 정도 이상이 되면, 발생하는 동압에 무시할 수 없는 차이가 발생하고, 특히 회전이 고속으로 될수록 현저하게 된다.

구체적으로는, 로터가 이 동압의 언밸런스에 의해 과도하게 상승 또는 하강하고, 로터와 스테이터가 접촉해 버리는 경우가 발생한다.

또한, 윤활 경로의 외측의 스러스트 동압 베어링부, 즉, 스러스트 링 (103) 의 하면과 시일 플레이트 (117) 의 상면을 포함하여 구성된 스러스트 동압 베어링부를 펌프 인으로 하여 형성함과 함께, 내측의 스러스트 베어링부, 즉, 스러스트 링 (103) 의 상면과 플랜지 (104a) 의 하면과의 사이에 형성된 스러스트 동압 베어링부에 대하여도, 제조시의 가공 치수의 편차나 소재의 편차 등에 의한 동압 홈의 홈형상의 차이가 있더라도 펌프 아웃이 되지 않도록 펌프 인으로 하여 형성한다.

그런데, 특히, 회전이 고속인 경우, 2 개의 스러스트 동압 베어링에 의한 펌프 인의 압력이 강해지고, 또 내측의 스러스트 동압 베어링부에 있어서는 원심력도 가해져, 감압 베어링 내부의 윤활제의 압력이 필요 이상으로 상승한다.

그러자, 로터 (112) 와 스테이터 (114) 를 떨어뜨리려고 하는 힘이 지나치게 강해지고, 이 힘이, 내측의 스러스트 동압 베어링부에 의해 발생하는 로터 (112) 를 하강시키고자 하는 힘보다 강하여, 로터 (112) 와 스테이터 (114) 가 접촉해 버리는 경우가 발생한다.

한편, 윤활제에는 저온일수록 점도가 높다는 온도 특성이 있다. 그 때문에, 저온에서 어느 정도 펌프 인 압력이 높아지고, 경우에 따라서는 로터를 과잉으로 상승시켜 로터와 스테이터가 접촉해 버린다.

반대로, 윤활제는 고온일수록 점도가 저하되기 때문에 펌프 인 압력이 낮아지고, 경우에 따라서는 로터를 과잉으로 하강시켜 로터와 스테이터가 접촉해 버린다.

즉, 온도 변화가 심할수록 로터와 스테이터가 접촉해 버릴 가능성이 높다. 로터와 스테이터가 접촉하면, 회전에 대하여 부하가 걸리고 소비 전력이 증가한다. 또 축 진동이 커지고 수명도 짧아진다는 신뢰성에 관계되는 문제가 발생한다.

그래서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 유체 동압 베어링을 구비하고, 회전이 고속이더라도, 소비 전력의 증가 없이, 고신뢰성을 갖는 스핀들 모터를 제공한다.

또 유체 동압 베어링을 구비하고, 심한 온도 변화에 의해서도, 소비 전력의 증가 없이, 고신뢰성을 갖는 스핀들 모터를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본원 발명은 수단으로서 다음의〔1〕∼〔3〕의 구성을 갖는다.

〔1〕로터부 (12) 와, 스테이터부 (14) 와, 상기 로터부 (12) 를 상기 스테이터부 (14) 에 대하여, 윤활 유체 (20) 를 사용하여 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 스러스트 동압 베어링 (SB) 및 래디알 동압 베어링 (RB) 을 구비한 스핀들 모터에 있어서,

상기 스러스트 동압 베어링 (SB) 은, 서로 반대 방향의 동압을 발생시키는 제 1 및 제 2 스러스트 베어링부 (SB1,SB2) 를 구비하는 한편, 상기 윤활 유체 (20) 는, 상기 로터부 (12) 와 상기 스테이터부 (14) 사이에 형성된 소정 간극인 충전부 (M) 에 충전되고, 상기 충전부 (M) 는, 외부로 개방된 일 단측 (6) 에서, 상기 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 (SB2), 상기 제 1 스러스트 베어링부 (SB1), 상기 래디알 동압 베어링부 (RB) 의 순서로 연결된 제 1 충전부 (M1) 와, 상기 제 1 충전부 (M1) 에 있어서의, 상기 제 2 및 제 1 스러스트 동압 베어링부 (SB2,SB1) 의 사이와 상기 제 1 스러스트 베어링부 (SB1) 및 상기 래디알 동압 베어링부 (RB) 의 사이를 연결하는 제 2 충전부 (M2) 를 갖고 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터 (51) 이다.

〔2〕대략 컵형의 허브 (7) 와, 이 허브 (7) 의 내주부 (7c) 에 고정된 환형의 스러스트 링 (3) 과, 상기 허브 (7) 와 일체의 샤프트 (1) 를 갖는 로터부 (12) 와, 외향의 직경 방향으로 돌출되는 플랜지 (4a) 를 갖는 대략 원통형의 슬리브 (4) 와, 상기 스러스트 링 (3) 을 상기 플랜지부 (4a) 와의 사이에서 끼우도록 상기 슬리브 (4) 의 외주부 (4f) 에 고정된 시일 플레이트 (17) 를 갖는 스테이터부 (14) 와, 윤활 유체 (20) 를 사용한 래디알 동압 베어링 (RB) 및 스러스트 동압 베어링(SB) 을 구비하고, 상기 샤프트 (1) 가 상기 슬리브 (4) 에 삽입되고, 상기 로터부(12) 가 상기 스테이터부 (14) 에 대하여, 상기 유체 동압 베어링 (RB,SB) 을 개재하고 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 이루어지는 스핀들 모터에 있어서,

상기 래디알 동압 베어링 (RB) 은, 상기 샤프트 (1) 와 상기 슬리브 (4) 를 포함하여 이루어지고, 상기 스러스트 동압 베어링 (SB) 은, 상기 스러스트 링 (3) 및 상기 플랜지부 (4a) 의 서로 대향하는 면 (3a,4a1) 을 포함하여 이루어지는 제 1 스러스트 동압 베어링부 (SB1) 와, 상기 스러스트 링 (3) 및 상기 시일 플레이트(17) 의 서로 대향하는 면 (3b,17a) 을 포함하여 이루어지는 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 (SB2) 로 이루어지고, 상기 윤활 유체 (20) 가 충전되는 충전부 (M) 로서, 외부로 개방된 일 단측 (6) 에서, 상기 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 (SB2) , 상기 제 1 스러스트 동압 베어링부 (SB1), 상기 래디알 동압 베어링부 (RB) 의 순서로 연결하여 형성된 충전부 (M1) 를 구비함과 함께, 상기 슬리브 (4) 는, 상기 충전부 (M1) 에 있어서의, 상기 제 1 및 제 2 스러스트 동압 베어링부 (SB1,SB2) 의 사이와 상기 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 (SB2) 및 상기 래디알 동압 베어링부 (RB) 의 사이를 연결하는 연결공 (21, M2) 을 구비한 것을 특징으로 하는 스핀들 모터 (51) 이다.

〔3〕상기 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 (SB2) 는, 상기 로터부 (12) 의 회전에 수반하여 상기 윤활 유체 (20) 를 상기 래디알 동압 베어링부 (RB) 를 향하여 이동시키는 힘을 발생시키도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 〔1〕또는〔2〕기재의 스핀들 모터 (51) 이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 실시 형태를, 바람직한 실시예에 의해 도 1∼도 9 를 사용하여 설명한다.

도 2 는, 도 1 의 A 부를 확대한 부분 단면도이다.

도 6 은, 본 발명의 스핀들 모터의 실시예와 비교예의 다른 특성을 설명하는 그래프이다.

도 7 은, 본 발명의 스핀들 모터의 실시예에 대한 변형예를 설명하는 도면이 다.

실시예의 스핀들 모터는, 유체 동압 베어링을 구비하여 1 인치의 하드 디스크 장치 (HDD) 에 탑재되는 디스크 구동용이고, HDD 의 청정 공간 내에 배치되어, 허브 (7) 에 부착된 적어도 1 개의 하드 디스크를 허브와 함께 회전수 3600 회/분을 정상 회전수로서 회전시키는 스핀들 모터이다.

이하, 도 1 내지 도 9 를 사용하여 상세히 기술한다.

이 모터 (51) 는, 스테이터 (14) 와 로터 (12) 로 이루어진다.

스테이터 (14) 는, 모터 베이스 (8) 와, 이 모터 베이스 (8) 에 고정되어 코일 (10) 이 감긴 환형의 코어 (9) 와, 환형의 코어 (9) 와 동심이 되도록 모터 베이스 (8) 에 고착된 슬리브 (4) 를 갖고 구성된다.

모터 베이스 (8) 는, 알루미늄 다이캐스트의 절삭 가공에 의해, 또는, 알루미늄판이나 철판의 프레스 가공에 의해 형성된다.

이 모터 베이스 (8) 는 중심 구멍 (8a) 을 갖고, 슬리브 (4) 는, 이 중심 구멍 (8a) 에 그 조립 정밀도를 높이기 위해서 접착제에 의해 고착되어 있다.

이 스테이터 (14) 각 부재의 상세한 것은 다음과 같다.

슬리브 (4) 는, 관통 구멍 (4b) 을 갖고 C3602 등의 구리계 합금, 알루미늄 또는 수지에 의해 형성된다. 그 관통 구멍 (4b) 의 모터 베이스 (8) 측의 개구 부는 카운터 플레이트 (5) 에 의해 봉합되어 있다.

코어 (9) 는, 이 모터 (51) 가 3 상 구동이기 때문에 9 극의 돌극 (18) 을 구비하고 있다 (도 9 참조). 각 돌극 (18) 에는 코일 (10) 이 감긴다.

이 코어 (9) 는, 규소 강판을 적층하여 형성되고, 그 표면을 전착 도장이나 분체 도장 등에 의해 절연 코팅되어 있다.

또 감긴 코일 (10) 의 권선 단말 (10a) 은, 모터 베이스 (8) 의 관통 구멍(8b) 을 통해서 모터 베이스 (8) 의 저면에 부착된 플렉시블 프린트 기판 (FPC) (15) 에 납땜되어 있다.

FPC (15) 에는, 코일 (10) 의 권선 단말 (10a) 을 납땜하는 접속부와, HDD 의 도시하지 않은 구동 회로 및 랜드부가 형성되어 있고, 접속부와 랜드부는 배선 패턴에서 전기적으로 접속되어 있다.

한편, 로터 (12) 는, 대략 컵형이고 그 회전 중심에 일체적으로 수직 설치되는 샤프트부 (1) 를 구비한 허브 (7) 와, 이 허브 (7) 의 외주면 (7a) 에 고착된 링형의 마그넷 (11) 을 갖고 구성된다. 샤프트부 (1) 의 외주면에는, 통형의 외통부 (13) 가 고착되어 있다.

이 허브 (7) 는, 스테인레스재를 절삭 마무리하여 형성되고, 그 상면측에 하드 디스크 (19) 가 탑재되는 탑재부 (7b) 를 갖고 있다.

허브 (7) 는, 통상, 마르텐사이트계, 페라이트계 또는 오스나이트계의 스테인레스를 사용하여 형성되고, 그 표면에는, 내마모성의 향상을 목적으로 하여 무전해 니켈 도금 등의 코팅이 실시된다.

마그넷 (11) 은, 그 외주측 (해칭 부분) 이 12 극에 착자되어 있고, 표면에는 전착 도장이 실시되어 있다.

상기 기술한 구성에 있어서, 허브 (7) 와 코어 (9) 와 마그넷 (11) 에 의해 이 모터 (51) 의 자기 회로가 형성된다. 마그넷 (11) 이 착자된 부분의 상면 (11a) 과 허브 (7) 가 접촉하면 자기 회로가 단락되기 때문에, 양자 사이에는 간극 (16) 을 형성해 둔다.

또 로터 (12) 는, 그 외통부 (13) 가 슬리브 (4) 의 관통 구멍 (4b) 에 삽입되고, 후술하는 래디알 및 스러스트 동압 베어링부를 개재하여 스테이터 (14) 에 대하여 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된다.

이 상태에서 HDD 측의 모터 구동 회로에 의해 코일 (10) 의 각 상에 순차적으로 통전되면, 이 로터 (12) 는 회전한다.

다음으로, 로터 (12) 를 지지하는 래디알 및 스러스트 동압 베어링부 (RB,SB) 에 대하여 각각 설명한다.

래디알 동압 베어링부 (RB) 는, 외통부 (13) 의 외주면 (13a) 과 슬리브 (4) 의 내주면 (4c) 과 그 간극에 충전된 유체의 윤활제 (윤활 유체, 20) 에 의해 구성되고, 축방향으로 이격하여 2 군데에 형성되어 있다.

즉, 도 1 에 있어서 상측이 되는 제 1 래디알 동압 베어링부 (RB1) 와, 하측의 제 2 래디알 동압 베어링부 (RB2) 이다.(양자를 총칭하여 RB 라고도 한다)

이 래디알 동압 베어링부 (RB) 에 있어서의 외통부 (13) 의 외주면 (13a) 에는, 헤링본이나 레일리 스텝 등의 동압 홈 (24) 이 형성되어 있다. 이 동압 홈 (24) 은, 슬리브측에 형성되어 있어도 된다.

또 외통부 (13) 와 슬리브 (4) 의 간극에는, 상기 기술한 바와 같이 윤활제 (20) 가 충전되어 있기 때문에, 이 동압 홈 (24) 에 의해 로터 (12) 의 회전시에 동압이 발생하고, 이 로터 (12) 는 래디알 방향으로 지지된다.

윤활제 (20) 가 충전된 간극인 윤활제의 충전부는, 제 1 및 제 2 래디알 동압부 (RB1), (RB2) 사이에서 연결되어 있다. 이 충전부의 상세한 것에 대해서는 후술한다.

다음으로, 스러스트 동압 베어링부 (SB) 에 대하여 상세히 기술한다.

허브 (7) 의 내주면 (7c) 에는, 환형의 스러스트 링 (3) 이 고착되어 있다.

슬리브 (4) 의 허브 (7) 측의 단부에는, 외측 방향으로 돌출되는 플랜지부 (4a) 가 형성되어 있고, 반대측의 단부의 외주면 (4f) 에는, 플랜지부 (4a) 와의 사이에 스러스트 링 (3) 을 끼우도록 환상의 시일 플레이트 (17) 가 고착되어 있다.

스러스트 링 (3) 과 이것을 끼우는 플랜지부 (4a) 및 시일 플레이트 (17) 와의 서로 대향하는 면의 간극에는, 윤활제 (20) 가 충전된다.

또 스러스트 링 (3) 의 상하면에는, 각각 스러스트 동압 홈이 형성되어 있다. 이 스러스트 동압 홈은, 헤링본이나 레일리 스텝 등의 홈이고, 에칭이나 스템핑 등의 가공 방법으로 형성할 수 있다.

그리고, 스러스트 링 (3) 의 상면 (3a) 과 플랜지부 (4a) 의 하면 (4a1) 과 양자의 간극에 충전된 윤활제 (20) 에 의해 제 1 스러스트 동압 베어링부 (SB1) 가 구성된다. 이 제 1 스러스트 동압 베어링부 (SB1) 는, 윤활제 (20) 를 내부로 보내는 방향의 펌프 인 압력을 발생시킨다.

또 스러스트 링 (3) 의 하면 (3b) 과 시일 플레이트 (17) 의 상면 (17a) 과 양자간 간극에 충전된 윤활제 (20) 에 의해 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 (SB2) 가 구성된다. 이 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 (SB2) 도, 윤활제 (20) 를 내부로 보내는 방향의 펌프 인 압력을 발생시킨다.

이 제 1 및 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 (SB1,SB2) 에 있어서 윤활제 (20) 가 충전되는 충전부는, 양 베어링부 사이에서 연결되어 있다.

또한, 이 충전부는, 제 1 스러스트 동압 베어링부 (SB1) 와 제 1 래디알 동압 베어링부 (RB1) 에서 연결되어 있다.

이와 같이 충전된 윤활제 (20) 는, 이하에 설명하는 테이퍼 시일부 (6) 에 의해 그 외부로의 누출이 방지된다.

테이퍼 시일부 (6) 는, 시일 플레이트 (17) 의 외주면 (17b) 과, 허브 (7) 의 내주면 (7c) 안의 이 외주면 (17b) 에 대향하는 대향면 (7c1) 에 의해 구성된다.

구체적으로는, 외주면 (17b) 과 대향면 (7c1) 은, 스러스트 링 (3) 에서 멀어짐에 따라서 각각 회전축 C 에 접근함과 함께 양면의 간극이 넓어지는 경사면으로 되어 있다. 그리고, 윤활제 (20) 의 액면 (20a) 이 테이퍼 시일부 (6) 의 도중에 위치하도록 제조시에 충전되는 윤활제 (20) 의 양이 설정되어 있다.

이 테이퍼 시일부 (6) 에 있어서, 윤활제 (20) 의 표면 장력에 의해 그 외부 로의 누출이 방지되고, 또 로터 (12) 의 회전시에 발생하는 원심력에 의해 윤활제 (20) 에는 충전부의 내부로 향하도록 힘이 부여되어, 더욱 효과적으로 누출이 방지된다.

여기에서, 실시예의 모터 (51) 에 있어서 윤활제 (20) 가 충전된 부분인 충전부 (M) 에 대하여 도 3 을 사용하여 설명한다. .

이 충전부 (M) 은, 제 1 충전부 (M1) 와 제 2 충전부 (M2) 에 의해 이루어진다. 윤활제 (20) 는, 로터 (12) 의 회전에 수반하여 발생되는 압력에 따라 이 윤활부 (M) 내를 유동한다.

도 3 는, 상기 기술한 구성에 있어서의 윤활제 (20) 의 충전부 (M) 을 충전 경로로서 모식적으로 나타낸 도면이다. (이 충전부 (M) 내에서 윤활제 (20) 는 유동이 가능하기 때문에, 이하, 편의상 충전 경로 (M) 라고도 칭한다).

즉, 윤활제 (20) 는, 그 액면 (20a) 이 위치하는 테이퍼 시일부 (6) 로부터, 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 (SB2), 제 1 스러스트 동압 베어링부 (SB1) 를 경유하고, 플랜지부 (4) 의 측면 (4a2), 슬리브 (4) 의 상면 (4d) 을 통과하며, 제 1 래디알 동압 베어링부 (RB1) 로부터 제 2 래디알 동압 베어링부 (RB2) 를 경유하여 샤프트부 (1) 와 카운터 플레이트 (5) 와의 간극에 이르는 충전 경로 (제 1 충전부) (M1) 에 충전된다.

이것은 이른바 풀필 (full fill) 타입이라고 칭하는 윤활 경로 구조에 속한다.

실시예의 스핀들 모터 (51) 는, 또한, 충전 경로 (M1) 에 있어서의, 제 1 의 및 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 (SB1,SB2) 사이와, 제 1 스러스트 동압 베어링부 (SB1) 와 제 1 의래디알 동압 베어링부 (RB1) 의 사이를 연결하는 바이패스 경로 (제 2 충전부) (M2) 를 구비하고 있다.

이 바이패스 경로 (M2) 의 구체적 형성예로서, 도 2 에 나타내는 바와 같은, 슬리브 (4) 의 상면 (4d) 과 슬리브 (4) 의 외주면에 있어서의 플랜지부 (4a) 의 근본을 연결하는 연결공 (21) 이 있다.

이 연결공 (21) 을 갖는 슬리브 (4) 의 일례를 도 (4) 에 나타낸다.

이 슬리브 (4) 에는, 직경Φ이 0.3㎜ 의 둥근 구멍인 연결공 (21) 이 1 군데 천공 형성되어 있다. 또 상면 (4d) 의 내주측에는, 오목 방향으로 경사지는 경사면 (4e) 이 형성되어 있다.

이 경사면 (4e) 은, 대향하는 허브 (7) 에 있어서, 그 샤프트부 (1) 의 근본부분에 강도 향상을 위한 보충을 가능하게 할 목적으로 형성되어 있다. 물론, 도 1, 도 2 에 나타내는 바와 같이 이 경사면 (4e) 을 구비하고 있지 않은 슬리브(4) 라도 된다.

이 연결공 (21), 즉 바이패스 경로 (M2) 를 형성함으로써, 특히, 고속 회전시에서의 펌프 인 압력이나 원심력의 영향으로, 제 1 충전부 (M1) 에 있어서의 제 1 스러스트 동압 베어링 (SB1) 보다도 내부측의 압력이 한층 더 상승하는 경우에 있어서도, 그 압력이 바이패스 경로 (M2) 를 통해 제 1 스러스트 동압 베어링 (SB1) 보다 외부측에 충전 경로 (M1) 로 개방되기 때문에, 그 압력이 지나치게 상승하는 경우가 없다.

따라서, 특히, 고속 회전시의 로터 (12) 의 부상량 (상승량) 이 안정되어 로터 (12) 와 스테이터 (14) 의 접촉을 방지할 수 있다.

또 제 1 스러스트 동압 베어링 (SB1) 에서 발생하는 펌프 인 압력의 제 2 의 스러스트 동압 베어링 (SB2) 에 미치는 영향이 완화되기 때문에, 심한 온도 변화가 있더라도 로터의 부상량이 안정되어 로터 (12) 와 스테이터 (14) 의 접촉을 방지할 수 있다.

이러한 바이패스 경로 (M2) 를 갖는 실시예의 스핀들 모터와, 이것을 갖고 있지 않는 비교예의 스핀들 모터에 대한, 로터의 부상량과 온도 및 회전수와의 관계를 각각 도 5 과 도 6 에 나타내어 비교 설명한다.

여기에서, 도 5 는, 로터의 회전수가 3600 회/분인 경우를 대표로 나타내고 있고, 또 도 6 은, 온도가 0℃ 인 경우를 대표로서 나타내고 있지만, 다른 회전수 또는 온도에 있어서도 이하에 설명하는 결과는 동일하다.

도 5 에 나타내는 부상률의 대온도 특성에 있어서, 비교예의 스핀들 모터에서는, 0℃ 이하에서 부상률이 약 80% 이상이 되어 회전 부하가 매우 커지고 있다.

부상률이 이러한 고율인 경우, 스러스트 링의 상면과 슬리브의 플랜지부의 하면이 접촉할 가능성이 높고, 또한 -20℃ 에서 부상률이 100%, 즉, 접촉이 발생하고 있다.

또 80℃ 이상에서는, 부상률이 20% 이하의 저율로 되어 있다. 따라서, 이 온도 범위에서는 회전 부하가 크고, 스러스트 링의 하면과 시일 플레이트의 상면이 접촉할 가능성이 높다.

이에 대하여, 실시예의 스핀들 모터에서는 -20℃ 에서 80℃ 까지의 부상률의 변화폭은 비교예와 비교하여 현저하게 작고, 부상률은 35%∼60% 의 범위로 알맞게 되어 있다. 이와 같이, 실시예의 스핀들 모터는, 온도 변화에 대하여 매우 안정된 특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

한편, 부상률의 대회전수 특성인 도 6 에 있어서, 비교예의 스핀들 모터에서는, 약 5500 회전/분 이상의 회전수역에 있어서, 부상률이 100% 가 되고, 접촉이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.

이에 대하여, 실시예의 스핀들 모터에서는, 적어도 2000∼10000 회전/분의 범위의 회전수역에 있어서, 부상률이 30∼50% 의 양호한 범위에 들어 있어 매우 안정된 것을 들 수 있다. ·

특히, 6000 회전 이상의 고속 회전역에 있어서 부상률은 거의 일정하고, 데이터의 경향으로부터 10000 회전 이상의 초고속 회전역에서도 안정된 부상률이 얻어지는 것을 기대할 수 있다.

이와 같이, 실시예의 스핀들 모터는, 온도 변화나 회전수에 의하지 않고, 로터의 부상률이 매우 양호한 수치 범위에 있고, 또 그것을 매우 안정적으로 유지할 수 있다.

상기 기술한 실시예에 있어서의 바이패스 경로 (M2) 는, 이하와 같은 변형예 이어도 되고, 또 이 실시예나 변형예에 한정되는 것은 아니다.

도 7 에 제 1 변형예를 나타낸다.

이 예는, 바이패스 경로 (M2) 를 둥근 구멍이 아니라, 플랜지부 (4a) 에 형 성된 U 자형의 절결부 (22) 로 한 것이다. 이 경우, 절결부 (22) 의 회전축 C 측의 안쪽 부분 (22a) 이, 제 1 의및 제 2 의 스러스트 베어링부 (SB1,SB2) 의 사이에 위치하여 바이패스 경로 (M2) 에 상당한다.

이 예는, 절결부 (22) 의 개구측의 부분이 제 1 스러스트 베어링부 (SB1) 에 대응하여 발생하는 동압을 약간 저하시키기 때문에, 바이패스 경로 (M2) 로서는 실시예와 같이 둥근 구멍으로 하는 편이 바람직하다.

도 8 에 제 2 변형예를 도시한다.

이 예는, 플랜지부 (4a) 를 슬리브 (4) 와는 별체의 환상 플랜지 (23) 로서 형성한 예이다. 이 환상 플랜지 (23) 의 내주부에 축방향으로 연재하는 홈 (23a) 을 형성해 두고, 슬리브 (4) 에 끼워서 장착하여 실시예의 바이패스 경로 (M2) 에 상당하는 관통 구멍을 형성하는 예이다.

이들의 변형예에 있어서도, 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예는, 상기 기술한 구성 및 순서에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않은 범위에 있어서 변형예로서도 바람직한 것은 말할 것도 없다.

예를 들어, 샤프트부 (1) 를 허브 (7) 와 별체로서, 허브 (7) 에 형성한 관통 구멍에 압입 등에 의해 고정시킨 것이어도 된다.

또 외통부 (13) 를 생략하고, 슬리브 (4) 의 관통 구멍 (4a) 에 샤프트부 (1) 를 직접 삽입 장착한 스핀들 모터라도 된다. 이 경우, 샤프트부 (1) 의 외주면이 외통부 (13) 의 외주면 대신에 래디알 동압 베어링부 (RB) 를 구성하는 면 으로서 기능한다.

또한, 실시예와 같이 외통부 (13) 를 구비한 경우도, 샤프트부의 구성에 이외통부 (13) 가 포함되는 것으로 간주할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

본 발명에 의하면, 회전이 고속이더라도, 소비 전력이 증가 없이, 높은 신뢰성이 유지된다.

또 심한 온도 변화에 의해서도, 소비 전력이 증가 없이, 높은 신뢰성이 유지된다는 효과를 가져온다.

Claims

로터부와, 스테이터부와, 상기 로터부를 상기 스테이터부에 대하여, 윤활 유체를 사용하여 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 스러스트 동압 베어링 및 래디알 동압 베어링을 구비한 스핀들 모터에 있어서,

상기 스러스트 동압 베어링은, 서로 반대 방향의 동압을 발생시키는 제 1 의및 제 2 의 스러스트 베어링부를 구비하는 한편, 상기 윤활 유체는, 상기 로터부와 상기 스테이터부의 사이에 형성된 소정의 공극인 충전부에 충전되고,

상기 충전부는,

외부로 개방된 일 단측으로부터, 상기 제 2 의 스러스트 동압 베어링부, 상기 제 1 의 스러스트 베어링부, 상기 래디알 동압 베어링부의 순서로 연결된 제 1 충전부와,

상기 제 1 충전부에 있어서의, 상기 제 2 및 제 1 의 스러스트 동압 베어링부 사이와 상기 제 1 의 스러스트 베어링부 및 상기 래디알 동압 베어링부 사이를 연결하는 제 2 충전부를 갖고 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
대략 컵형의 허브와, 이 허브의 내주부에 고정된 환형의 스러스트 링과, 상기 허브와 일체인 샤프트를 갖는 로터부와,

외향의 직경 방향으로 돌출된 플랜지를 갖는 대략 원통형의 슬리브와, 상기 스러스트 링이 상기 플랜지부 사이에서 끼워지도록 상기 슬리브의 외주부에 고정된 시일 플레이트를 갖는 스테이터부와,

윤활 유체를 사용한 래디알 동압 베어링 및 스러스트 동압 베어링을 구비하고,

상기 샤프트가 상기 슬리브에 삽입되고, 상기 로터부가 상기 스테이터부에 대하여, 상기 유체 동압 베어링을 통해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 이루어지는 스핀들 모터에 있어서,

상기 래디알 동압 베어링은, 상기 샤프트와 상기 슬리브를 포함하여 이루어지고,

상기 스러스트 동압 베어링은, 상기 스러스트 링 및 상기 플랜지부의 서로 대향하는 면을 포함하여 이루어지는 제 1 의 스러스트 동압 베어링부와, 상기 스러스트 링 및 상기 시일 플레이트의 서로 대향하는 면을 포함하여 이루어지는 제 2 의 스러스트 동압 베어링부에 의해 이루어지고,

상기 윤활 유체가 충전되는 충전부로서, 외부로 개방된 일 단측으로부터, 상기 제 2 의 스러스트 동압 베어링부, 상기 제 1 의 스러스트 동압 베어링부, 상기 래디알 동압 베어링부의 순서로 연결하여 형성된 충전부를 구비함과 함께,

상기 슬리브는, 상기 충전부에 있어서의, 상기 제 1 및 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 사이와 상기 제 2 의 스러스트 동압 베어링부 및 상기 래디알 동압 베어링부 사이를 연결하는 연결공을 구비한 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제 2 의 스러스트 동압 베어링부는, 상기 로터부의 회전에 수반하여 상기 윤활 유체를 상기 래디알 동압 베어링부를 향하여 이동시키는 힘을 발생시키도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터.