KR100517085B1 - 유체동압 베어링 모터 - Google Patents

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KR100517085B1
KR100517085B1 KR10-2004-0059502A KR20040059502A KR100517085B1 KR 100517085 B1 KR100517085 B1 KR 100517085B1 KR 20040059502 A KR20040059502 A KR 20040059502A KR 100517085 B1 KR100517085 B1 KR 100517085B1
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Abstract

소형화를 가능하게 하고 원추형진동을 억제하여 구동특성을 향상시킨 유체동압 베어링 모터에 대해 개시한다. 이는 중심부에 결합공이 형성되고, 이 결합공과 동심으로 결합리브(111)가 형성되며, 이 결합리브(111)의 외주면에 코아(130)가 마련된 하우징(110)과; 결합공에 결합고정되며 중앙에 관통공이 형성되고 바닥면(115a)과 원주벽(115b)이 형성된 픽스쳐(115)와; 일단이 관통공에 결합고정되는 샤프트(140)와; 그 하단면이 픽스쳐의 바닥면(115a)에 유체동압베어링에 의해서 스러스트(thrust)방향으로 회전가능하게 지지되고, 그 내경면이 샤프트(140)에 유체베어링에 의해서 저널(jurnal)방향으로 회전가능하게 지지되는 슬리이브(120)와; 그 중심부가 슬리이브(120)에 연결되어 함께 회전되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 코아(130)와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트(160)가 부착된 허브(150)와; 샤프트(140)의 상단부에 고정되며 슬리이브(120)의 상단면과의 사이에 유체동압베어링면을 형성하는 환형의 스러스트 플레이트(170);를 구비한다. 이와같은 유체동압베어링 모터는 구조물중 상대적으로 가늘고 길어서 강성이 약한 샤프트를 고정부재로 사용함으로써 길이 및 직경의 축소 설계를 가능하게 하여 모터의 소형화설계를 가능하게 한다. 또한, 샤프트와 슬리이브의 상하단부에 각각 스러스트베어링부를 구성함으로써 모터의 회전 구동시 원추형 진동의 발생을 억제하여 모터의 동작특성을 향상시킨다. 또한, 샤프트의 상하부에 각각 오일저장 공간부를 형성함으로써 모터의 정지시 오일의 누출을 방지할 수 있게 한다.

Description

유체동압 베어링 모터{Fluid dynamic bearing motor}
본 발명은 유체동압 베어링 모터(Fluid Dynamic Bearing Spindle Motor)에 관한 것으로써, 특히 소형화를 가능하게 하고 원추형진동을 억제하여 구동특성을 향상시킨 유체동압 베어링 모터에 관한 것이다.
일반적으로 볼베어링이 채용된 모터는 샤프트와 마찰이 존재하고 이로인해 소음과 진동이 발생한다. 이때 발생되는 진동을 NRRO(Non Repeatable Run Out)라고 하는데 이 진동은 하드디스크의 트랙밀도를 높이는데 장애요인으로 작용한다.
반면에, 모터의 샤프트를 원심력에 의한 윤활유 가동압만으로 유지시키는 유체동압 베어링은 원심력을 기반으로 하기 때문에 금속 마찰이 없고, 고속 회전일수록 안정감이 상승하며 소음과 진동이 적다. 또한 디스크의 고속 회전이 볼베어링보다 순조로와 하이엔드용 하드디스크 제품에 적합하다.
스핀들 모터에서의 유체동압베어링은 통상 슬리이브(sleeve)의 내경면이나 스러스트 플레이트(thrust plate)의 상대면에 각각 헤링본(herringbone) 또는 스파이럴(spiral)형상의 동압(hydrodynamic pressure)발생 그루브(groove)가 형성되도록 하고, 샤프트(shaft)와 슬리이브(sleeve) 또는 스러스트 플레이트와 슬리이브간으로 미세하게 형성되는 베어링 간극(clearance)으로 오일이 충전되게 하므로서 베어링 간극에서의 동압발생으로 마찰부재간 서로 비접촉상태가 되도록 하여 마찰부하가 저감되도록 하는 구성이다.
상기와 같은 유체동압 베어링을 채용하는 모터의 일예가 도 1에 도시되어 있다.
이는 하우징(10)과 슬리이브(20) 그리고 코어(30)로 이루어지는 고정부재와, 샤프트(40)와 허브(50) 및 마그네트(60)로 구성된 회전부재로 이루어진다.
슬리이브(20)는 중공형으로 형성되어서 샤프트(40)가 회전 가능하게 삽입되도록 이루어지며, 내경면에는 동압발생을 위한 홈(미도시)이 형성되어서 샤프트(40)의 반경방향으로의 유체동압을 발생시킨다.
또한, 상기 샤프트(40)의 하단부에는 환형의 스러스트플레이트(70)가 결합고정되어서 슬리이브(20)의 내경부에 샤프트(40)와 함께 회전가능하게 되어 있고, 하우징(10)의 내부 중심부에는 코일이 권선된 코어(30)가 고정 장착되어 있다.
상기 스러스트플레이트(70)는 상부면과 하부면에 동압발생을 위한 홈(미도시)이 형성됨으로써 축방향으로의 유체동압이 발생되도록 이루어진다.
한편, 상기 슬리이브(20)의 하단부는 내경부가 커버플레이트(80)에 의해 차폐되어 외부와 차단되며, 이 커버플레이트(80)의 상측으로 스러스트플레이트(70)가 회전 가능하게 상대 접촉된다.
그리고, 상기 슬리이브(20)의 내경부에 회동가능하게 삽입된 샤프트(40)의 상단에는 허브(50)가 일체로 결합되며, 이 허브(50)는 하향 개방된 캡 형상으로서 연장단부의 내경면에는 코어(30)의 외경면과 마주보게 마그네트(60)가 설치된다.
이와 같은 구조에서 슬리이브(20)의 내경면과 샤프트(40) 및 스러스트(70)와의 사이에는 미세하게 오일갭(Gap)이 형성되며, 이 오일갭에는 소정의 점성을 갖는 오일이 채워지게 된다.
이러한, 오일갭 내의 오일은 상기 고정부재와 이에 면대향되어 회전되는 회전부재 사이에서 동압을 발생하여 샤프트(40)가 안정되게 구동될 수 있도록 한다.
그러나 상기와 같은 구조의 유체동압베어링을 채용한 모터는 다음과 같은 문제점을 가진다.
첫째, 모터를 소형화하는 경우 샤프트(40)의 직경 및 길이의 축소가 요구되는 데, 이경우 허브(50)에 결합되어 함께 회전되는 플래터(platter)의 하중등 외부하중에 취약하게 된다. 또한, 회전부재의 사이즈 축소로 강성이 저하되고, 이에따라 동일한 외부하중에 대해 진동량이 커지게 되어 정밀제어에 불리하다.
따라서 상기와 같은 통상의 유체동압베어링 모터는 소형화에 불리하다.
둘째, 샤프트(40)의 하단부에 하나의 스러스트플레이트(70)를 채용함으로써 이 스러스트플레이트(70)를 중심으로 샤프트(40)의 상단부분이 큰원을 형성하면서 회전하는 원추형진동을 유발하게 된다.
유체동압 베어링에서는 회전체가 한쪽 방향으로 치우쳐서 간극(clearance)이 좁아지면 그에 따라 압력이 크게 발생하여 회전체를 원위치로 복귀시켜주게 되지만, 기울어짐의 정도(동축도)가 커지면 동압의 변화가 심해져서 NRRO(Non-Repeatable RunOut)와 같은 진동특성이 커지게 된다.
특히, 슬리이브(20), 샤프트(40) 및 스러스트플레이트(70) 부품간 조립공차로 생기는 틈새로 인하여 슬리이브(20) 및 샤프트(40)의 상하단부에서의 동축도가 어긋나게 되어 NRRO(Non-Repeatable RunOut)가 커지게 되는 문제점이 있다.
세째, 베어링 간극에 공급되는 오일내에는 다량의 공기입자(air bubble)가 존재하게 되는데 이들 공기입자는 구동초기에 베어링 간극에서 발생되는 마찰열에 의해 온도가 상승되면서 열팽창하게 되고, 이렇게 팽창되는 공기가 오일을 베어링 간극에서 밀어내게 하므로 오일이 외부로 누유되는 문제가 있다.
특히, 상기와 같은 구조의 모터에 있어서, 샤프트(40)와 함께 유체동압 베어링면을 형성하는 슬리이브(20)의 상단부는 대기에 노출됨으로써, 슬리이브(20)와 샤프트(40) 사이의 오일이 누출될 염려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 다음과 같은 목적을 가진다.
첫째, 회전시 진동량이 감소되고 소형화가 가능하도록 그 구조가 개량된 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
둘째, 회전구동시 원추형 진동을 경감하여 플래터로부터의 정보의 기록/재생 품질이 향상되도록 그 구조가 개량된 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
세째, 모터의 정지시 또는 회전시 오일의 누출을 방지할 수 있도록 그 구조가 개량된 유체동압베어링 모터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하는 본 발명 유체동압베어링 모터는 중심부에 결합공이 형성되고, 이 결합공과 동심으로 결합리브가 형성되며, 이 결합리브의 외주면에 코아가 마련된 하우징과;
상기 결합공에 결합고정되며 중앙에 관통공이 형성되고 바닥면과 원주벽이 형성된 픽스쳐와;
일단이 상기 관통공에 결합고정되는 샤프트와;
그 하단면이 상기 픽스쳐의 바닥면에 유체동압베어링에 의해서 스러스트(thrust)방향으로 회전가능하게 지지되고, 그 내경면이 상기 샤프트에 유체베어링에 의해서 저널(jurnal)방향으로 회전가능하게 지지되는 슬리이브와;
그 중심부가 상기 슬리이브에 연결되어 함께 회전되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 상기 코아와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트가 부착된 허브와;
상기 샤프트의 상단부에 고정되며 상기 슬리이브의 상단면과의 사이에 유체동압베어링면을 형성하는 환형의 스러스트 플레이트;를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.
본 발명 유체동압베어링 모터는 상기 픽스쳐의 원주벽의 내주면이 일정각도로 경사형성되어서 상기 슬리이브의 외주면과의 사이에 공간부가 형성된 구조를 가진다.
또한, 본 발명 유체동압베어링 모터는 상기 슬리이브의 상단부에는 상기 스러스트플레이트를 수용하는 수용홈이 형성되고, 상기 스러스트플레이트의 외주면은 상협하광(上狹下廣)의 경사면이 형성되어서, 상기 슬리이브와 스러스트플레이트의 외주면 사이에 공간부가 형성되어서 모터의 정지시 모세관작용으로 오일의 누출이 방지되도록 된 구조를 가진다.
상기 본 발명 모터의 구조에 있어서, 상기 스러스트플레이트는 상기 샤프트와 일체로 형성될 수 있으며, 상기 샤프트의 상단부는 고정케이스에 고정되어서 샤프트의 상하 양단이 모두 고정설치될 수 있다.
또한, 상기 슬리이브와 허브는 상호 분리가능하게 고정결합될 수 있고, 상기 수용홈에는 엔드블럭이 마감결합될 수 있다.
상기 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명 유체동압베어링 모터는 구조물중 상대적으로 가늘고 길어서 고속회전시에 강성이 약한 샤프트를 고정부재로 사용함으로써 길이 및 직경의 축소 설계를 가능하게 하여 모터의 소형화설계를 가능하게 한다.
또한, 샤프트와 슬리이브의 상하단부에 각각 스러스트베어링부를 구성함으로써 스러스트베어링간의 거리를 최대한 확보하여 모터의 회전 구동시 원추형 진동의 발생을 억제하고, 샤프트의 상하부에 각각 오일저장 공간부를 형성함으로써 모터의 정지시 모세관현상으로 인해 오일의 누출을 방지할 수 있게 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명 실시예의 유체동압베어링 모터는 소형화를 가능하게 하면서 외부하중에 대하여 진동발생을 경감하고, 모터의 회전구동시 원추형진동 발생을 억제하여 모터의 구동특성을 향상시키고, 모터의 회전시 및 정지시에 누유(漏油)를 방지하여 모터의 오염 및 오일의 손실을 방지할 수 있도록 한다.
본 발명 일 실시예의 유체동압베어링 모터를 나타낸 도 2 및 도 5를 참조하면, 이는 고정부재에 대하여 회전되는 회전부재에 플래터(platter;미도시)를 탑재하여 정보를 기록/재생토록 구동되는 구조를 가진다.
상기 고정부재는 중심부에 결합공이 형성되고 이 결합공과 동심으로 결합리브(111)가 형성되며 이 결합리브(111)의 외주면에 코아(130)가 마련된 하우징(110)과, 상기 결합공에 결합고정되며 중앙에 관통공이 형성되고 바닥면(115a)과 원주벽(115b)이 형성된 픽스쳐(fixture;115)와, 일단이 상기 관통공에 결합고정되는 샤프트(140)로 구성된다.
상기 회전부재는 그 하단면이 상기 픽스쳐의 바닥면(115a)에 유체동압베어링에 의해서 스러스트(thrust)방향으로 회전가능하게 지지되고, 그 내경면이 상기 샤프트(140)에 유체베어링에 의해서 저널(jurnal)방향으로 회전가능하게 지지되는 슬리이브(120)와; 그 중심부가 상기 슬리이브(120)에 연결되어 함께 회전되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 상기 코아(130)와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트(160)가 부착된 허브(150)와; 상기 샤프트(140)의 상단부에 고정되며 상기 슬리이브(120)의 상단면과의 사이에 유체동압베어링면을 형성하는 환형의 스러스트 플레이트(170);를 구비한다.
상기 스러스트플레이트(170)의 저면 또는 이와 대향되는 상기 슬리이브(120)의 상단면에는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 인워드 스파이럴 또는 헤링본 형상의 유체홈(172)(173)이 형성되어서, 충전된 오일을 회전중심 측으로 안내하여 스러스트방향의 유체동압을 형성토록 한다.
마찬가지로, 상기 픽스쳐(115)의 바닥면(115a) 또는 이와 대향되는 슬리이브(120)의 하단면에도, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 인워드 스파이럴 또는 헤링본 형상의 유체홈이 형성되어서, 충전된 오일을 회전중심 측으로 안내하여 스러스트방향의 유체동압을 형성토록 한다.
상기와 같은 유체홈(172)(173)에 의해서 회전시 오일이 회전중심 측으로 유도됨으로써 오일의 누출이 방지된다.
또한, 상기 샤프트(140)의 외주면에는 도 4에 도시된 바와 같이 유체홈(141)이 형성되어서, 회전시 동압을 발생하여 저널방향으로 하중을 지지하게 한다. 또한, 슬리이브(120)의 내경면에도 마찬가지로 샤프트(140)의 유체홈과 같은 오일홈이 형성될 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 이는 상기 픽스쳐(115)의 원주벽(115b)의 내주면이 일정각도로 경사형성되어서 상기 슬리이브(120)의 외주면과의 사이에 공간부(115c)가 형성된 구조를 가진다. 이에 따라서 모터가 정지되었을때 모세관현상으로 인해 베어링부에 충전된 오일의 누출을 방지할 수 있게 한다.
또한, 도 5를 참조하면, 상기 슬리이브(120)의 상단부에는 상기 스러스트플레이트(170)를 수용하는 수용홈(121)이 형성되고, 상기 스러스트플레이트(170)의 외주면은 상협하광(上狹下廣)의 경사면(171)이 형성된 구조를 가지는 바, 이 경우에도 마찬가지로 슬리이브(120)의 내주면과 스러스트플레이트(170)의 외주면 사이에 공간부가 형성됨으로써 모터가 정지되었을때에 베어링부에 충전된 오일이 외부로 누출되는 것을 방지한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명 유체동압베어링 모터는 코아(130)에 전원이 인가되면 마그네트(160)와의 전자기력에 의해서 하우징(110), 픽스쳐(115), 샤프트(140) 그리고 코아(130)로 이루어지는 고정부재에 대해 슬리이브(120), 허브(150) 및 마그네트(160)로 구성된 회전부재가 상대회전되게 된다.
고정된 픽스쳐(115), 샤프트(140) 및 스러스트플레이트(170)에 대해 회전되는 슬리이브(120) 사이에 충전된 오일은 동압을 형성하여 저널방향 및 스러스트방향의 유체동압베어링을 구성한다.
즉, 스러스트플레이트(170)의 하면과 슬리이브(120)의 상단면 사이 그리고 픽스쳐(115)의 바닥면(115a)과 슬리이브(120)의 하단면 사이에는 스러스트방향의 유체동압베어링이 형성되며, 유체홈(172)(173)에 의해서 오일이 내부방향으로 유도됨으로써 내부압력을 상승시키고 오일의 누출을 방지하게 한다.
또한, 모터의 정지시에는 도 5에 도시된 바와 같이, 픽스쳐(115)와 슬리이브(120) 사이의 공간부(115c)에 의해서 오일의 누출을 방지하게 되며, 슬리이브(120)와 스러스트플레이트(170) 사이의 공간에 의해서 오일의 누출이 방지되게 된다.
또한, 샤프트(140)의 외경면과 슬리이브(120)의 내경면 사이에는 저널방향의 유체동압베어링이 형성되어 상기 회전부재를 저널방향으로 지지한다.
본 발명 실시예의 유체동압베어링 모터는 샤프트의 상/하부에 각각 스러스트 유체동압베어링(thrust Fluid Dynamic Bearing)을 채용함으로써, 회전시 원추형 진동을 억제하여 모터의 동작특성을 향상시킨다.
또한, 본 발명 실시예의 유체동압베어링 모터는 구조물중 상대적으로 가늘고 길어서 강성이 약한 샤프트(140)를 고정부재로 사용함으로써 길이 및 직경의 축소 설계를 가능하게 하여 모터의 소형화설계를 가능하게 한다.
본 발명 유체동압베어링 모터의 다른 실시예를 나타낸 도 6을 참조하면, 이는 상기 스러스트플레이트(170)와 샤프트(140)를 일체로 형성한 구조로써 부품관리 및 조립생산성을 향상시킨다.
본 발명 유체동압베어링 모터의 다른 실시예를 나타낸 도 7을 참조하면, 이는 상기 샤프트(140)의 상단부를 고정케이스(210)에 고정시킨 것으로써, 샤프트(140)의 상하 양단부를 고정시킴으로써 외부하중에 대한 진동을 더욱 억제시킬 수 있게 한다.
또 다른 실시예의 유체동압베어링 모터를 나타낸 도 7을 참조하면, 이는 상기 허브(150)와 슬리이브(120)를 각각 별도로 가공하여 조립된 구조로서, 각 부품의 가공성을 높인다.
또 다른 실시예의 도 9를 참조하면, 이는 상기 슬리이브(120)의 수용홈(121)에 엔드블럭(220)을 결합하여 마감한 구조로써, 오일의 누출을 방지하게 할뿐만 아니라 내부에 동압평형을 가능하게 한다. 이는 엔드블럭(220)으로 한쪽 단을 밀폐시킴으로써 오일의 한쪽방향으로의 흐름이 차단되어 동압불평형으로 인한 오일의 누출이 방지된다.
상기 도 6 내지 도 9의 실시예들은 상기 도 2의 실시예의 구성요소와 동일 구성요소에 대하여는 상세한 설명을 생략하였다.
상술한 바와 같은 본 발명은 본원의 정신과 범위를 이탈함이 없이 상기 실시예에 한정되지 아니하고 많은 변형을 가하여 실시될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 이점을 가진다.
첫째, 본 발명 유체동압베어링 모터는 구조물중 상대적으로 가늘고 길어서 강성이 약한 샤프트를 고정부재로 사용함으로써 길이 및 직경의 축소 설계를 가능하게 하여 모터의 소형화설계를 가능하게 한다.
둘째, 샤프트와 슬리이브의 상하단부에 각각 스러스트베어링부를 구성함으로써 스러스트베어링간 거리를 최대한 길게하여 모터의 회전 구동시 원추형 진동의 발생을 억제하여 모터의 동작특성을 향상시킨다.
세째, 샤프트의 상하부에 각각 오일저장 공간부를 형성함으로써 모터의 정지시 오일의 누출을 방지할 수 있게 한다.
도 1은 종래 유체동압베어링 모터를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명 실시예의 유체동압베어링 모터를 나타낸 단면도,
도 3a 및 도 3b는 도 2에 채용된 스러스트플레이트를 나타낸 실시예의 평면도,
도 4는 도 2의 저널베어링 부분을 발췌하여 나타낸 개략도,
도 5는 오일의 누출방지를 설명하기 위한 요부 발췌도,
도 6은 본 발명 유체동압베어링 모터의 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명 유체동압베어링 모터의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명 유체동압베어링 모터의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명 유체동압베어링 모터의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110...하우징 115...픽스쳐(fixture)
120...슬리이브 121...수용홈
130...코아 140...샤프트
150...허브 160...마그네트
170...스러스트플레이트

Claims (7)

  1. 중심부에 결합공이 형성되고, 이 결합공과 동심으로 결합리브(111)가 형성되며, 이 결합리브(111)의 외주면에 코아(130)가 마련된 하우징(110)과;
    상기 결합공에 결합고정되며 중앙에 관통공이 형성되고 바닥면(115a)과 원주벽(115b)이 형성된 픽스쳐(115)와;
    일단이 상기 관통공에 결합고정되는 샤프트(140)와;
    그 하단면이 상기 픽스쳐의 바닥면(115a)에 유체동압베어링에 의해서 스러스트(thrust)방향으로 회전가능하게 지지되고, 그 내경면이 상기 샤프트(140)에 유체베어링에 의해서 저널(jurnal)방향으로 회전가능하게 지지되는 슬리이브(120)와;
    그 중심부가 상기 슬리이브(120)에 연결되어 함께 회전되며 하향 연장된 연장단부 내경면에 상기 코아(130)와의 상호작용에 의해 전자기력을 발생시키는 마그네트(160)가 부착된 허브(150)와;
    상기 샤프트(140)의 상단부에 고정되며 상기 슬리이브(120)의 상단면과의 사이에 유체동압베어링면을 형성하는 환형의 스러스트 플레이트(170);를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 모터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 픽스쳐(115)의 원주벽(115b)의 내주면은 일정각도로 경사형성되어서 상기 슬리이브(120)의 외주면과의 사이에 공간부(115c)가 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 슬리이브(120)의 상단부에는 상기 스러스트플레이트(170)를 수용하는 수용홈(121)이 형성되고,
    상기 스러스트플레이트(170)의 외주면은 상협하광(上狹下廣)의 경사면(171)이 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스러스트플레이트(170)는 상기 샤프트(140)와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 샤프트(140)의 상단부는 고정케이스(210)에 고정된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 슬리이브(120)와 허브(150)는 상호 분리가능하게 고정결합된 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 수용홈(121)에 결합되는 엔드블럭(220)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 유체동압베어링 모터.
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