KR20070073597A

KR20070073597A - 스러스트 동압 베어링, 이를 이용한 스핀들 모터 및 이스핀들 모터를 이용한 정보 기록 재생 장치

Info

Publication number: KR20070073597A
Application number: KR1020067014389A
Authority: KR
Inventors: 히로미 기타; 시게오 오바타; 겐이치 미야모리; 히로미츠 노다
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-07-10
Also published as: CN1914429A; WO2006049114A1; US7448805B2; JPWO2006049114A1; US20070189648A1

Abstract

본 발명은 축진동에 대한 내경사 강성이 크고, 또 베어링 로스 토크가 작은 스러스트 동압 베어링을 실현한다. 베어링 회전측부재에 설치한 회전측 베어링면(11)에 중간 굴곡부(132)를 갖는 헤링본 홈(131)을 설치한다. 회전측 베어링면(11)이 방향 A(시계방향)으로 회전하면, 윤활유는 헤링본 홈(131)의 반경방향의 외측부분(133) 및 반경방향 내측부분(134)을 따라 중간 굴곡부(132)를 중심으로 한 영역에 동압이 발생한다. 동압 발생 홈의 홈폭(G)과 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계를, 임의의 반경(2)의 위치에서, G>L로 하는 것에 의해 내경사 강성을 크고, 또 베어링 로스 토크를 작게 한 스러스트 동압 베어링을 제공한다.

Description

스러스트 동압 베어링, 이를 이용한 스핀들 모터 및 이 스핀들 모터를 이용한 정보 기록 재생 장치{THRUST DYNAMIC PRESSURE BEARING, SPINDLE MOTOR USING THE BEARING, AND INFORMATION RECORDING/REPRODUCING DEVICE USING THE SPINDLE MOTOR}

본 발명은, 고속 회전을 원활하게 하는 회전 기계에 있어서, 축선 방향의 하중 지지를 행하는 스러스트 동압 베어링에 관한 것이다. 특히 회전축 진동에 대한 내(耐)경사 강성이 크고, 또한, 베어링 로스 토크가 작은 스러스트 동압 베어링, 이 스러스트 동압 베어링을 이용한 스핀들 모터 및 이 스핀들 모터를 이용한 정보 기록 재생 장치에 관한 것이다.

하드 디스크 장치 등의 정보 기록 재생 장치의 기록 미디어를 회전시키는 스핀들 모터에 있어서, 로터의 축선 방향의 하중을 지지하는 동시에 로터의 회전 진동을 억제하기 위한 수단으로서, 나선형 홈이나 중간 굴곡부를 가지는 헤링본(herring bone) 홈에 의해 동압을 발생하는 스러스트 동압 베어링이 다양하게 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 2001-173645호 공보(제6항, 도 3), 이하 특허문헌 1, 일본 특허공개 2003-113837호 공보(제7항, 도 1), 이하 특허문헌 2, 일본국 특개평 10-73127호 공보(제12항, 도 8), 이하 특허문헌 3).

도 12a는 종래의 스러스트 동압 베어링의 원리적 구성을 도시한다. 회전 중심축(1)의 축선 방향에, 윤활유(50)가 충전된 미소 간극을 통해 대향하는 베어링 회전측 부재(로터)(10) 축의 베어링면(11)과 베어링 고정측 부재(20)의 베어링면(21)으로 구성한다. 상기 미소 간극의 외주측에는, 윤활유(50)와 공기의 기액 경계면(51)을 형성하는 시일부를 형성한다. 베어링 회전측 부재(10)의 베어링면(11) 혹은 베어링 고정측 부재(20)의 베어링면(21) 중 적어도 어느 한쪽에, 동압 발생홈(30)을 형성한다. 또한, 동압 발생홈(30)에 인접하여 모서리부(40)를 형성한다.

도 12b는 종래의 스러스트 동압 베어링의 별도의 원리적 구성을 도시한다. 도 12a에 도시한 구성과 마찬가지로, 회전 중심축(1)의 축선 방향에, 윤활유(50)가 충전된 미소 간극을 통해 대향하는 베어링 회전측 부재(로터)(10) 축의 베어링면(11)과 베어링 고정측 부재(20)의 베어링면(21)으로 구성한다. 상기 미소 간극 외주측에는, 윤활유(50)와 공기의 기액 경계면(51)을 형성하는 시일부를 형성한다.

동압 발생홈(30)의 형상으로는, 도 13에 도시하는 나선형 홈(35)이나 도 14에 도시하는 헤링본 홈(31)이 알려져 있다. 오목부인 동압 발생 홈(31, 35)과 동압 발생 홈과 거의 동일한 형상을 이루고 볼록부인 모서리부(41, 45)가 교대로 소정의 피치로 형성되어 있다. 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 관계는 G= L(특허문헌 1) 혹은 G<L(특허문헌 2, 3)로 되어 있다. 여기서, 홈폭(G) 및 모서리부폭(L)은, 베어링면 상에 상정한 임의 반경의 원(2)이, 동압 발생 홈(31, 35) 및 모서리부(41, 45)와 교차하여 생기는 원호의 길이 혹은 원호의 각도이다.

또한, 임의 반경의 원(2)에 따른 동압 발생 홈의 횡단면을 도 15a, 도 15b에 도시한다. 동압 발생 홈의 형성에 있어, 에칭, 코이닝(coining), 전해 가공, 방전 가공 등의 방법을 이용하는 경우는, 도 15a에 도시하는 바와 같이, 모서리부(41, 45)는 일반적으로 단면 형상이 사다리꼴을 가지고, 모서리부(41, 45)의 코너(C)나, 홈의 코너(C)는 둥글게 하는 경우가 많다. 이러한 경우에 있어서의 모서리부폭(L)은, 모서리부의 단면 프로필이 홈 깊이(H)의 1/2의 표고선보다도 높은 영역을 의미하고, 홈폭(G)은 이 표고선보다도 낮은 영역을 의미한다. 또한, NC 선반 가공으로 동압 발생 홈을 형성한 경우나, 도 15a에서 형성한 모서리부의 정상부(TOP)를, 또한 평면 연삭기 등을 이용해 평탄하게 가공한 경우는, 도 15b에 도시하는 바와 같이, 모서리부의 정상측 코너는 날카로운 가장자리가 될 수 있다. 이러한 경우에 있어서의 모서리부폭(L)은, 모서리부의 정상부의 평탄부의 폭으로 한다.

또한, 전해 가공이나 방전 가공 등으로 동압 발생 홈을 형성한 경우의 대표적인 스러스트 동압홈은 특허문헌 3 등의 도면에 기재되어 있다. 그 대표예를 도 16a에 도시한다. 고정축(300)(후술의 도 16b에 도시한다)에 고정된 고정측 베어링 부재(320)의 상하에는, 오목부인 헤링본 홈(331)을 형성한다. 헤링본 홈(331)은 전해 가공 등을 이용해 형성된 경우, 내주로부터 외주에 걸쳐 거의 동일한 원주 방향 길이를 가진다. 헤링본 홈(331)에 인접하는 모서리부(341)는 전해 가공에 의한 가공 잔여부로서 형성된다. 고정측 베어링 부재(320)의 최내주부와 최외주부는 기동 정지시에 윤활유가 스러스트 베어링부 내부에서 원활하게 이동할 수 있도록, 전해 가공 또는 절삭 등에 의해 헤링본 홈(331)과 동일하게 원환상 오목부(350, 351)를 구성한다. 이 고정측 베어링 부재(320)를 스러스트 베어링에 이용한 베어링부 의 요소 단면도를 도 16b, 도 16c에 도시한다. 도 16b는 모터가 정지한 상태, 도 16c는 모터가 정상 회전하고 있는 상태를 각각 도시한다. 모터가 정지해 있는 상태에서는, 고정측 베어링 부재(320)의 상면과, 회전측 스러스트판(310)이 접촉한다. 한편, 정상 회전시에는 양자 사이에서 동압이 발생하여, 소정량만큼 부상 이격된다. 여기서 정지 상태에서 회전 상태로 이행할 때, 또는 회전 상태에서 정지 상태로 이행할 때는, 방향 353(흰 화살표)으로 표시한 바와 같이, 헤링본 홈(331), 원환상 오목부(350, 351)를 경유하여 윤활유가 스러스트 베어링의 상하를 왕복한다.

그런데, 최근의 휴대 정보 단말 기기의 보급에 따라, 이에 탑재되는 하드 디스크 장치 등의 정보 기록 재생 장치에는 소형화·박형화·저소비 전력화가 요구된다. 이 때문에 정보 기록 재생 장치의 기록 미디어를 회전시키는 스핀들 모터는, 박형화, 축 진동이 없는 고정밀도 회전의 실현, 저소비 전력화가 필수이다.

종래의 3.5형이나 2.5형의 비교적 대형의 하드 디스크 장치에 이용되는 스핀들 모터에서는 회전축을 길게 할 수 있다. 그래서 방사상 동압 베어링을 회전축 주위에 상·하 2단으로 배치하고, 회전축을 상하 2점에서 지지함으로써, 회전축의 경사를 변동시켜 축 진동을 발생시키고자 하는 외란 모멘트 토크에 대한 강성(이하, 내경사 강성이라고 부른다)을 확보했다. 이에 대해, 1.8형 이하의 소형이고 또한 박형의 하드 디스크 장치용의 스핀들 모터에서는, 박형화를 위해 회전축을 짧게 하지 않으면 안된다. 이 때문에, 방사상 동압 베어링을 회전축 주위에 상·하 2단으로 배치하는 것에는 어려움이 따른다. 그 결과, 방사상 동압 베어링으로 회 전축 진동을 억제하기 위한 내경사 강성을 확보하는 것이 곤란해진다.

또한, 가령 상·하 2단으로 배치할 수 있다고 해도, 방사상 베어링에 있어서의 내경사 강성은 2개의 방사상 베어링 피치의 거의 2승에 비례한다. 이에 따라, 특히 드라이브 두께 5㎜ 이하로 적용되는 박형 모터에서는 내경사 강성은 현저하게 작아진다.

그래서, 스러스트 동압 베어링의 내경사 강성을 높이고, 방사상 동압 베어링에 대신해 스러스트 동압 베어링으로 회전축 진동을 억제할 필요가 생긴다. 한편, 저소비 전력화를 위해서는 동압 베어링의 베어링 로스 토크를 작게하지 않으면 안된다. 즉, 저소비 전력에서 고회전 정밀도인 박형 스핀들 모터의 스러스트 동압 베어링에는, 종래의 스러스트 동압 베어링에 대해, 한층 더 내경사 강성의 향상과 베어링 로스 토크의 저감이 요구된다.

또한, 스러스트 동압 홈의 가공 방법에는, 에칭, 코이닝, 전해 가공 등이 알려져 있다. 이러한 방법에 의해서, 스러스트 동압 홈을 형성할 때 및 이를 모터에 조립할 때에는 회전 중심에 대한 편심이나 홈폭의 편차가 반드시 발생한다. 여기서 홈폭(G) 및 모서리부폭(L)의 비가 1 : 1을 설계 중심의 목표로서 설정하면, 편심 내지 가공 편차에 의해, 동일 반경 상에서도 G : L의 비가 일정치 않게 변동하고, 스러스트 동압 홈의 장소에 따라서는 G> L이거나, G<L로 되기도 한다. 이는, 윤활유를 동압 홈에 의한 쐐기 효과에 의해서 소정 위치에 집중시켜 압력을 발생시키는데 있어서, 그 집중도 정도(펌프 인/펌프 아웃 특성)가 회전 위상에 따라 변화되는 것으로 이어진다. 또한 G : L= 50 : 50의 상태에서는, 후술하는 바와 같이, 내경사 강성이 가장 약하므로, 회전축이 경사지기 쉽고, 스러스트 베어링 근방의 윤활유 액면의 높이 변동이나 액면 진동을 유발하게 된다. 특히 기동 시와 같이, 스러스트 베어링 부상량이 제로인 상태로부터 소정의 부상량에 도달하기까지의 과도적 상태나, 광 디스크 드라이버용 모터와 같이 운전 중에 급격히 회전 속도가 변동하는 경우, 윤활유가 스러스트 베어링의 대향면의 사이에서 증감하게 된다. 이 때 G:L의 비가 50:50에 가깝고, 또한 스러스트 동압 홈의 장소 혹은 회전 위상에 따라서 일정치 않게 분산해 있으면, 내경사 강성이 작으므로, 회전축이 경사지기 쉽고, 위상에 따라서는 정상으로 윤활유가 공급 배출되는 것이 어려워진다. 이들 액면 진동의 발생이나, 공급 배출이 정상으로 작용하지 않는 상태가 발생하면, 스러스트 베어링 사이에 윤활유가 채워지지 않고, 그 결과 베어링 내부에 공기가 들어가거나, 윤활유가 베어링 밖으로 누설되기도 한다. 이러한 현상은 홈폭(G)의 임의 변동 성분 △G가 (G+ L)에 대해 3% 정도 이상이 되면 발생이 현저해 지는 것을 실험적으로 알았다. 이와 같이 베어링 내부에 공기가 들어간 베어링은, 회전 변동 성분이 나타나거나, 혹은, 베어링 강성이 저하한다는 과제가 발생하는 동시에, 윤활유가 베어링 밖으로 누설되면 베어링 수명이 짧아진다는 문제가 발생한다.

본 발명은, 상기의 문제를 극복하기 위해서 이루어진 것이다. 베어링면에 형성된 헤링본 홈 혹은 나선형 홈에 의해서 동압을 발생시키는 스러스트 동압 베어링에 있어서, 종래의 구성을 크게 바꾸지 않는 간편한 구성을 채용한다. 즉, 종래의 스러스트 동압 베어링보다도 큰 내경사 강성을 가지고, 또한 베어링 로스 토크가 작은 스러스트 동압 베어링을 제공하는 동시에, 홈폭(G)이 일정치 않게 변동해도 베어링 내로의 공기의 흡입이나 윤활유 누출을 억제하는 것을 목적으로 한다.

또한, 이 스러스트 동압 베어링을 이용한 저소비 전력에서 고회전 정밀도인 박형 스핀들 모터, 및 이 스핀들 모터를 이용한 저소비 전력으로 신뢰성이 높은 박형의 정보 기록 재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서의 정보 기록 재생 장치는, HDD, VCR, 광 디스크 장치 등과 같이 기록 매체를 포함한다. 또한, 기록 재생 소자를 고속 회전하는 모터 상에 탑재한 장치나, 레이저 빔을 반사하여 소정 위치에 가동 조사시킴으로써 정보를 기록 또는 재생하기 위한 폴리곤 미러를 스핀들 모터 상에 탑재한, 레이저 빔 프린터, 스캐너 장치, 복사기 등도 포함한다. 즉 정보를 기록 또는 재생하기 위한 장치 중에서, 고속 회전하는 모터를 사용하는 장치 등을 포함하는 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 종래의 문제를 극복하기 위해서, 본 발명의 스러스트 동압 베어링은 축선 방향에 미소 간극을 통해 대향하는 베어링 회전측 부재의 베어링면과 베어링 고정측 부재의 베어링면을 구비한다. 미소 간극 사이에는 윤활유가 충전되고, 베어링 회전측 부재의 베어링면과 베어링 고정측 부재의 베어링면 중 한쪽에 복수의 동압 발생 홈을 형성한다. 베어링 회전측 부재가 회전하면, 동압 발생 홈에 의해 윤활유의 동압이 유기됨으로써 회전이 유지되는 스러스트 동압 베어링이다. 동압 발생 홈의 홈폭(G)과, 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계를 G> L로 한다.

또한, 본 발명의 별도의 스러스트 베어링은, 동압 발생 홈의 홈폭(G)과, 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 비를 G> L로 하는 것은, 베어링 회전측 부재의 베어링면과 베어링 고정측 부재의 베어링면이 미소 간극을 통해 대향하는 베어링면에 형성된 동압 발생 홈 형성 영역 중 80% 이상의 면적으로 한다.

또한, 본 발명의 별도의 스러스트 동압 베어링은 동압 발생 홈이 헤링본 형상을 이루고 있다.

또한, 본 발명의 별도의 스러스트 동압 베어링은 동압 발생 홈이 나선 형상을 이루고 있다.

또한, 본 발명의 다른 별도의 스러스트 동압 베어링에서는, 동압 발생 홈이 헤링본 형상을 이루고, 동압 발생 홈의 홈폭(G)과, 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 비를 G:L= 65:35에서 G:L= 75:25로 한다.

또한, 본 발명에 추가해 별도의 스러스트 동압 베어링에서는, 동압 발생 홈은 나선 형상을 이루고, 동압 발생 홈의 홈폭(G)과, 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 비를 G:L= 65:35로부터 G:L= 80:20로 한다.

이들 구성에 의해, 본 발명의 스러스트 동압 베어링은 종래의 스러스트 동압 베어링보다도 내경사 강성을 크게 하고, 또한, 베어링 로스 토크를 작게 할 수 있다. 또한, 적극적으로 홈폭(G)을 모서리부폭(L)보다도 크게 함으로써, 가공 오차에 의한 펌프 인/아웃 특성으로의 영향이 억제된다. 그 결과, 윤활유의 액면의 위치 변동이나, 공기의 흡입이 억제되는 효과도 생긴다. 실험적으로는 홈폭(G)의 임의 변동 성분 △G가 (G+L)에 대해 6% 정도에 도달해도 발생이 억제된다.

또한, 본 발명에 관한 스핀들 모터는 상기 어느 하나에 기재의 스러스트 동압 베어링을 구비한다.

또한, 본 발명에 관한 정보 기록 재생 장치는 상기의 어느 하나의 스러스트 동압 베어링을 구비한 스핀들 모터를 탑재하고 있다.

도 1은 헤링본 홈의 스러스트 동압 베어링에 있어서, 스러스트 하중이 일정한 경우의 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비 G:L과 내경사 강성의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 2는 헤링본 홈의 스러스트 동압 베어링에 있어서, 스러스트 하중이 일정한 경우의 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비 G:L과 베어링 로스 토크의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 3은 헤링본 홈의 스러스트 동압 베어링에 있어서, 스러스트 하중이 일정한 경우의 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비 G:L과 스러스트 베어링 부상량의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 4는 나선형 홈의 스러스트 동압 베어링에 있어서, 스러스트 하중이 일정한 경우의 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비 G:L과 내경사 강성의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 5는 나선형 홈의 스러스트 동압 베어링에 있어서, 스러스트 하중이 일정한 경우의 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비 G:L과 로스 토크의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 6은 나선형 홈의 스러스트 동압 베어링에 있어서, 스러스트 하중이 일정한 경우의 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비 G:L과 스러스트 베어링 부상량의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 7a는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 스러스트 동압 베어링의 베어링면의 헤링본 홈의 패턴도이다.

도 7b는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 스러스트 동압 베어링의 베어링면의 헤링본 홈의 별도의 패턴도이다.

도 8a는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 스러스트 동압 베어링의 베어링면의 나선형 홈의 패턴도이다.

도 8b는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 스러스트 동압 베어링의 베어링면의 나선형 홈의 별도의 패턴도이다.

도 9는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 스핀들 모터 및 정보 기록 재생 장치의 개략 단면도이다.

도 10은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 스핀들 모터의 동압 베어링부의 단면 확대도이다.

도 11은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 다른 일례를 도시하는 스핀들 모터 및 정보 기록 재생 장치의 개략 단면도이다.

도 12a는 종래의 스러스트 동압 베어링의 구성도이다.

도 12b는 종래의 스러스트 동압 베어링의 구성도이다.

도 13은 종래의 스러스트 동압 베어링의 베어링면의 나선형 홈의 패턴도이 다.

도 14는 종래의 스러스트 동압 베어링의 베어링면의 헤링본 홈의 패턴도이다.

도 15a는 종래의 스러스트 동압 베어링의 베어링면의 임의 반경의 원(2)에 따른 동압 발생 홈의 횡단면도이다.

도 15b는 종래의 스러스트 동압 베어링의 베어링면의 임의 반경의 원(2)에 따른 동압 발생 홈의 다른 예에 있어서의 횡단면도이다.

도 16a는 종래의 스러스트 동압 베어링의 베어링면의 헤링본 홈의 패턴도이다.

도 16b는 종래의 모터 정지 상태에 있어서의 스러스트 베어링의 베어링부 요소 단면도이다.

도 16c는 종래의 모터 회전 상태에 있어서의 스러스트 베어링의 베어링부 요소 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 회전 중심축 2 : 임의 반경의 원

10 : 베어링 회전측 부재 11 : 회전측 베어링면

20 : 베어링 고정측 부재 21 : 고정측 베어링면

30 : 동압 발생홈 31 : 헤링본 홈

32 : 중간 굴곡부 35 : 나선형 홈

36 : 최내주부

40 : 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부

41 : 헤링본 홈에 인접하는 모서리부

45 : 나선형 홈에 인접하는 모서리부

50 : 윤활유 51 : 기액 경계면

131 : 헤링본 홈 132 : 중간 굴곡부

133 : 반경 방향 외측 부분 134 : 반경 방향 내측 부분

135 : 나선형 홈 136 : 최내주부

141 : 헤링본 홈에 인접하는 모서리부

145 : 나선형 홈에 인접하는 모서리부

201 : 회전 중심 202, 302 : 로터부

202a : 중공 원통부 202b : 플랜지부

202c : 외주면 202d : 하단면

202e : 회전측 베어링부 202f : 단차부

203 : 회전 자석 204 : 회전체

205 : 섀시 206 : 베어링 고정측 부재

206a : 내주면 206b : 상단면

206c : 고정측 베어링부 207 : 코일

208 : 스테이터 코어 209 : 스테이터

210 : 고정축 210a : 계단상 면

210b : 암나사부 211 : 실드판

212, 312 : 스핀들 모터 214, 314 : 디스크

215 : 나사 26 : 디스크 지지 부재

217 : 커버 217a : 접촉부

218 : 커버 고정 나사 220 : 동압 베어링부

220a : 스러스트 동압 베어링 220b : 방사상 동압 베어링

221 : 방사상 동압 베어링의 헤링본 홈

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

도 1, 도 2 및 도 3은 각각, 헤링본 홈의 스러스트 동압 베어링을 유한 요소법으로 수치 해석한 결과이다. 스러스트 하중이 일정한 경우에 있어서의 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비, G:L과 스러스트 동압 베어링의 내경사 강성, 베어링 로스 토크 및 스러스트 베어링 부상량의 관계를 도시한다. 또한, 세로축은 G:L= 50:50인 경우의 각 값을 1.0으로 하였을 때의 비로 표시한다. 한편, 도 4, 5 및 도 6은 나선형 홈의 스러스트 동압 베어링을 유한 요소법으로 수치 해석한 결과이다. 헤링본 홈의 경우와 마찬가지로, 각각 내경사 강성, 베어링 로스 토크 및 스러스트 베어링 부상량의 관계를 도시한다. 도 1에서 도 3의 계산에 이용한 헤링본 홈과, 도 4에서 도 6의 계산에 이용한 나선형 홈의 주요 치수 형상은 모두 홈 개수 10개, 스러스트 베어링의 최 외경은 5.5㎜, 최 내경은 3.6㎜, 홈의 깊이는 10미크론이다.

유한 요소법에 의거한 계산의 결과, 윤활유의 점도가 달라도 홈 형상이 변화하지 않는 한 도 1에서 도 6의 특성도는 변화하지 않는 것을 알았다. 또한 상기 주요 홈형상이 변화한 경우, 특성에 약간의 변화가 생기지만, 경향에 큰 변화는 생기지 않는다.

도 1에서, 헤링본 홈의 스러스트 동압 베어링의 내경사 강성은 G:L= 50:50일 때 최소로 된다. 홈 폭(G)과 모서리부폭(L)의 차가 커질수록 내경사 강성이 커지는 것을 알 수 있다. 현재, 스러스트 베어링 부상량이 같은 경우, 홈폭(G)이 모서리부폭(L)보다도 작아지면, 유로가 좁아져 홈을 흐르는 윤활유의 유량이 감소한다. 이 때문에 발생하는 동압이 작아져 베어링 부하용량이 저하한다. 또한, 반대로 홈폭(G)이 모서리부폭(L)보다도 커지면 유로가 넓어져 윤활유의 유량이 증가한다. 그러나, 윤활유가 충분히 압축되지 않으므로 발생하는 동압이 작아져 베어링 부하 용량이 저하한다. 그 결과, 스러스트 가중을 일정하게 했을 시의 스러스트 베어링 부상량은 도 3에 도시하는 바와 같이 헤링본 홈의 경우는 G:L= 50:50일 시에 최대로 된다. 그런데, 내경사 강성이나 스러스트 베어링의 축방향 베어링 강성은 부상량에 거의 반비례한다. 따라서, 최대 부상량을 얻는 G:L에서 내경사 강성은 최소가 된다.

여기서 도 4에서 나선형 홈의 경우도 G:L의 값이 변화하면 내경사 강성이 변화하는 것을 알 수 있다. 헤링본 홈의 경우보다도 홈폭(G)이 모서리부폭(L)보다도 약간 넓은 52:48정도에서 내경사 강성이 최대값에 도달한다. 이와 같이 홈 형상에 따라서 최대값에 도달하는 G:L의 값이 상이한 것은 헤링본 홈과 나선형 홈에서 최대 압력 발생 장소가 다르기 때문에 기인하는 것으로 생각된다. 헤링본 홈의 경우, 반경 방향의 중앙 부근에 전환 부분이 있다. 이 전환부 부근에서 최대 압력이 발생한다. 한편 나선형 홈의 경우, 반경 방향의 최내주부가 최대 압력 발생부가 된다. 이와 같이 발생 압력 분포가 상이하기 때문에, 내경사 강성이 최대값에 도달하는, G:L은 홈 형상에 따라서 약간의 차이가 생기게 된다.

또한, 도 2 및 도 5에서, 홈폭(G)이 커질수록 스러스트 동압 베어링의 베어링 로스 토크는 작아지는 것을 알 수 있다. 이는, 홈폭(G)이 커짐으로써 유로가 넓어져 윤활유가 흐르기 쉬워져, 윤활유의 점성에 의한 베어링면 전체의 평균적인 전단 속도가 저하하고, 마찰 저항이 감소하기 때문이다.

도 3 및 도 6에서, G≫L 또는 G≪L인 경우, 같은 크기의 스러스트 하중을 지지하기 위해서는, G≒L의 경우보다도 스러스트 베어링 부상량을 작게 하고 동압을 크게 하여 균형이 맞도록 하지 않으면 안된다. 전술과 같이, 헤링본 홈의 경우 G= L일 때 최대가 된다. 또한 나선형 홈의 경우는 53:47일 때 최대가 된다. 그리고 양자 모두 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 차가 커질수록 스러스트 베어링 부상량이 작아진다.

즉, 스러스트 베어링 부상량이 같은 경우, 홈폭(G)이 모서리부폭(L)보다도 작아지면 유로가 좁아져 홈을 흐르는 윤활유의 유량이 감소하기 때문에 발생하는 동압이 작아져 베어링 부하 용량이 저하한다. 또한, 반대로, 홈폭(G)이 모서리부폭(L)보다도 커지면 유로가 넓어져 윤활유의 유량이 증가하는데, 윤활유가 충분히 압축되지 않으므로 발생하는 동압이 작아져 베어링 부하 용량이 저하한다.

이 때문에, G≫L 또는 G≪L인 경우, 같은 크기의 스러스트 하중을 지지하기 위해서는, G≒L의 경우보다도 스러스트 베어링 부상량을 작게 하고 동압을 크게 하 여 베어링 부하 용량을 크게 하지 않으면 안된다.

여기서 전술과 같이 스러스트 베어링 부상량의 변화는 베어링의 내경사 강성에 크게 영향을 준다. 스러스트 하중이 일정한 경우, 원리적으로는 베어링 간극이 작을수록 스러스트 베어링의 축 강성이나 내경사 강성은 커진다. 따라서, G≫L 또는 G≪L의 경우는, 스러스트 베어링 부상량이 작아지므로, G≒L의 경우보다도 내경사 강성이 커진다.

이상에서, 종래의 스러스트 동압 베어링보다도 내경사 강성을 크게 하고, 또한 베어링 로스 토크를 작게 하기 위해서는, 홈폭(G)을 모서리부폭(L)보다 크게 할수록 좋은 것을 알 수 있다. 다만, 과도하게 홈폭(G)을 크게 하면 특히 고온 시에는 윤활유의 점도가 저하하는 것과 더불어 스러스트 베어링 부상량이 지나치게 작아진다. 베어링 회전측 부재의 베어링면과 베어링 고정측 부재의 베어링면의 접촉이 우려된다. 또한 기동 시에 부상하기 까지 베어링 회전측 부재의 베어링면과 베어링 고정측 부재의 베어링면은 접촉 슬라이드하는데, 모서리부폭(L)이 과도하게 작아져, 면압이 높아진다. 이에 따라 슬라이딩 마모가 진행되는 것을 생각할 수 있다. 즉, 내경사 강성을 크게 하고, 또한 베어링 로스 토크를 작게 하기 위해서는, 홈폭(G)이 과도하게 커지지 않는 범위에서 홈폭(G)을 모서리부폭(L)보다 크게 하면 좋다.

현재, 홈폭(G)을 크게 하는 것에 의한 스러스트 베어링 부상량의 감소를 약 10%까지 허용하고, 내경사 강성의 향상 및 베어링 로스 토크의 저감 효과를 적어도 2% 이상 기대하기로 한다. 도 1, 도 2 및 도 3에서, 헤링본 형상의 동압 홈의 경 우, 바람직한 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 적정 범위는 G:L= 65:35에서 G:L= 75:25까지로 된다.

또한 나선 형상의 동압 홈의 경우, 도 4, 도 5 및 도 6 및 나선상 홈 내주부측의 모서리부폭(L)의 가공 상의 편차 정확도도 가미하여, 바람직한 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 적정 범위는 G:L= 65:35부터 G:L= 80:20까지, 더욱 바람직하게는 G:L= 65:35부터 G:L= 75:25까지로 된다.

또한, G> L인 것은, 베어링면에 설치되고, 윤활유와 협동하여 동압을 발생하는 동압 발생 홈의 형성 영역 중 70%이상, 바람직하게는 80%이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상의 면적으로 성립하면 상기 효과가 생긴다.

단, 여기서 말하는 베어링면이란, 모터가 정지하여 부상량이 제로인 상태에서, 베어링 회전측 부재와 베어링 고정측 부재와의 간극이 5미크론 이하인 영역을 말한다. 그보다도 간극이 큰 부분은 제외하고 생각한다. 또한, 이 간극이란, 동압 발생 홈(오목부)에 대해 원주 방향에 인접한 모서리부 부분과, 또한 그에 대향하는 다른쪽 베어링 부재와의 사이의 굴대 방향 간극을 말한다.

또한, 동압 발생 홈의 형성 영역은 상기 정지 시의 간극이 5미크론 이하인 영역 전체를 가리키는 것은 아니다. 이 정지 시의 간극이 5미크론 이하인 영역 중 동압 발생 홈이 실제로 형성되어 있는 영역만을 가리킨다. 따라서, 정지 시의 간극이 5미크론 이상이 되는 영역에 동압 발생 홈의 연신부가 있다고 해도 그 부분은 고려하지 않는다.

또한, G:L은 반드시 모든 영역에서 일정할 필요는 없고, 회전 위상 방향으로 규칙성을 가지고 복수 종류의 G:L(단 G>L)로 되는 홈 형상을 가진 것이면 된다. 나아가, 반경 방향 위치에 따라 G:L(단 G>L)를 바꾼 것이어도 된다. 이러한 구성의 경우, 헤링본 홈에서는 바람직하게는 G:L= 65:35에서 G:L= 75:25까지의 범위로 하는 것이 좋다. 또한 나선형 홈에서는 G:L=65:35에서 G:L= 80:20, 더욱 바람직하게는 G:L= 65:35에서 G:L= 75:25까지의 범위로 하는 것이 좋다.

또한, 내경사 강성이 향상함으로써, 홈폭(G)이 일정치 않게 변동해도, 회전축의 경사 변동의 억제 능력이 향상되므로, 윤활유의 액면의 위치 변동이나, 공기 흡입이 억제된다. 따라서, 동압 발생 홈의 정밀도를 낮추어도 신뢰성을 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 스핀들 모터는, 상기에서 설명한 스러스트 동압 베어링을 구비한 구성을 가진다. 이 구성에 의해, 저소비 전력에서 회전축 진동이 작아 회전 정밀도를 높이고, 또한 신뢰성이 높아 저 비용을 실현하고, 또한 박형의 스핀들 모터를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 정보 기록 재생 장치는, 상기 스핀들 모터를 탑재하는 구성을 갖는다. 이 구성에 의해, 저소비 전력에서 신뢰성이 높은 정보 기록 재생 장치를 낮은 비용으로 실현할 수 있다. 기기의 소형화·박형화를 도모할 수 있다.

본 발명의 스러스트 동압 베어링에 의하면, 동압 발생 홈의 홈폭(G)을 상기 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부의 폭(L)보다도 크게 함으로써(G>L), 회전축 진동에 대한 내경사 강성이 증대하여 고정밀도 회전이 가능해지고, 또한 베어링 로스 토크를 작게하는 것이 가능해지는 뛰어난 효과를 가진다.

또한, 회전축이 짧으므로, 방사상 동압 베어링만으로 회전축 진동에 대한 내경사 강성을 확보하는 것이 곤란한, 박형(특히 드라이브 두께 5㎜ 이하가 되는 1형 이하)의 하드 디스크용 스핀들 모터에 있어서, 이러한 스러스트 동압 베어링을 이용하는 것이 효과적이다. 이에 따라, 방사상 동압 베어링에 의지하지 않고 내경사 강성을 크게 할 수 있고, 박형이고 회전 정밀도가 높은 스핀들 모터를 실현할 수 있다. 나아가, 베어링 로스 토크가 작아지므로, 저소비 전력화도 실현할 수 있다. 또한, 동압 발생 홈의 정밀도를 종래보다 낮추어도 신뢰성을 손상하지 않으므로, 비용 다운을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 이 스핀들 모터를 탑재함으로써, 정보 기록 재생 장치의 저소비 전력화, 소형·박형화를 낮은 비용으로 실현할 수 있다는 큰 효과를 나타낸다. 특히, 1형 이하의 소형 또한 박형의 하드 디스크 장치에 큰 효과를 갖는다. 1형 이하의 하드 디스크 장치를 이용한 정보 기록 재생 장치는, 사용자가 휴대하여 사용되는 것이 많아지므로, 종래의 베어링 구조를 채용한 하드 디스크 장치에 비해, 베어링부로의 공기의 흡입 및 베어링으로부터의 윤활유의 누설이 적어져, 높은 신뢰성을 얻을 수 있다는 큰 효과를 나타낸다.

또한, 이 스핀들 모터를 탑재함으로써, 레이저 빔 프린터 등 오피스 등에서 거의 하루종일 가동 상태에 놓이는 정보 기록 재생 장치의 저소비 전력화, 고신뢰성을 얻을 수 있다는 큰 효과를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서, 도 7a, 도 7b에서 도 11까지를 참조하면서 설명한다. 또한, 종래예를 도시하는 도 12a, 도 12b에서 도 16c까지 동일 한 구성을 이루는 것에는 동일한 부호를 붙여 설명한다.

(실시의 형태 1)

도 7a는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 스러스트 동압 베어링을 도시한다.

실시의 형태 1에서 베어링면(11)에 형성된 중간 굴곡부(132)를 가지는 헤링본 홈(131)의 홈폭(G)과, 상기 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계를 G>L로 한 점에서 종래예와는 상이하다. 그 이외의 기본적인 구성은 종래예를 도시하는 도 12에서 도 16과 동일하다.

즉, 회전 중심축(1)의 축선 방향에, 윤활유(50)가 충전된 미소 간극을 통해 대향하는 베어링 회전측 부재(로터)(10)의 베어링면(11)과 베어링 고정측 부재(20)의 베어링면(21)으로 구성한다. 상기 미소 간극 사이의 외주측에는, 윤활유(50)와 공기의 기액 경계면(51)을 형성하는 시일부를 설치한다. 도 7a에 도시하는 바와 같이, 베어링 회전측 부재(10)의 베어링면(11)에는 동압 발생용 중간 굴곡부(132)를 가지는 복수의 헤링본 홈(131)과, 상기 동압 발생홈과 동일한 형상의 모서리부(141)가 교대로 소정의 피치로, 또한 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 관계가 G>L이 되도록 형성한다. 이 때, 반경 방향에 있어서의 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비 G:L의 허용 범위는, 임의의 반경 방향(2)의 위치에서 G>L이면 된다.

또한, 헤링본 홈(131)의 홈폭(G)과 헤링본 홈(131)에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계를 G:L= 65:35에서 G:L= 75:25의 범위로 한다. 반경 방향에 있어서 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비 G:L이 변화하는 경우도, G:L= 65:35에서 G:L= 75:25의 범위 내에 있는 것으로 한다. 이와 같이 구성된 스러스트 동압 베어링에서는, 베어링면(11)이 방향 A로 회전하면, 윤활유는 헤링본 홈(131)의 반경 방향의 외측 부분(133)과 동 내측 부분(134)에 따라 중간 굴곡부(132)를 향해서 흐른다. 이 때문에, 중간 굴곡부(132)를 중심으로 한 영역에 동압이 발생한다. 이 동압이 스러스트 하중에 대항하여 베어링 회전 부재(10)를 축선 방향으로 들어 올려 비접촉 상태로 회전을 유지한다. 이미 도 1에서 도 3을 이용해 설명한 이유에 의해, 종래의 스러스트 동압 베어링보다도 큰 내경사 강성을 얻을 수 있고, 또한 베어링 로스 토크는 작아진다.

또한, 상기의 설명에서는, 베어링 회전측 부재(10)의 베어링면(11)에 헤링본 홈(131)을 형성하고, 베어링 고정측 부재(20)의 베어링면(21)을 평활면으로 했다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 베어링 고정측 부재(20)의 베어링면(21)에 헤링본 홈(131)을 형성하고, 베어링 회전측 부재(10)의 베어링면(11)을 평활면으로 해도 된다.

또한, G:L은 베어링면 상에서 1개의 값으로 고정될 필요는 없다. 복수 종류의 조합을 규칙적으로 배치한 구성이어도 된다. 예를 들면, 2종류의 홈폭(G 및 G’)과 2종류의 모서리부폭(L 및 L’)의 관계가, G>L, G>L’, G’>L, G’>L’로 되고, 또한, 홈폭과 모서리부폭의 비 G:L 및 G’: L’가 65:35에서 75:25의 범위에 있는 각각 2종류의 홈과 모서리부를 교대로 배치해도 된다.

또한, 본 발명은 동압 발생 홈의 영역 전체에서, G>L일 필요는 없다. 동압 발생 홈의 형성 영역 중 80%이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상의 면적으로 성립하면 된다. 예를 들면, 베어링 회전측 부재와 베어링 고정측 부재 중 어느 하나가, 가공 정밀도 등의 영향으로 휘어짐이 생기고, 정지 시에 내주부만이 접촉하여 외주측은 간극이 생기는 것을 생각할 경우, 기동 시는 내주부측에서 장시간 접촉 슬라이드하면서 회전수가 증대하여 최종적으로 부상하게 된다.

이 때, 내주부의 모서리부폭(L)이 작으면, 금속 접촉해 있는 동안의 면압이 높아져, 마모나 소성이 발생할 우려가 있다. 따라서, 내주부의 모서리부폭(L)을 크게 함으로써 기동 시의 금속 접촉부의 면압을 억제하는 것을 생각할 수 있다. 이를 위해, 반경 방향의 외주로부터 중앙부에 걸쳐서는, G:L= 75:25로 하고, 내주부 부근에서는 G≤ L로 해도 된다.

또한 반대 패턴으로서, 반경 방향의 내주로부터 그 중앙부에 걸쳐서는, G:L= 65:35로 하고, 최 외주부를 G≤L로 해도 본 발명의 목적을 달성하는 것이 가능하다.

또한, 도 7a에서는 중간 굴곡부(132)의 내주측과 외주측의 홈 개수가 동일한 경우를 도시했다. 그러나, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 외주측의 홈 개수를 많게 하고, 내주측의 홈 개수를 적게 해도 된다. 도 7b에서는, 중간 굴곡부의 근방에서 내주측은 국소적으로 G:L의 값이 변화한다. 이에 따라 예를들면 G:L을 반경 방향의 대부분에 걸쳐 동일하게 해도, 최 내주부의 모서리부의 원주 방향 길이가 너무 작아지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 기동 시의 금속 접촉 시의 면압 상승을 저감시킬 수 있다. 또한, 도면 상에서는 외주측의 홈 개수를 10, 내주측의 홈 개수를 5로 했는데, 이에 한정되지 않는다.

(실시의 형태 2)

도 8a는 실시의 형태 2에 관한 본 발명의 스러스트 동압 베어링을 도시한다.

실시의 형태 2에서는 회전측 베어링면(11)에 형성된 나선형 홈(135)의 홈폭(G)과, 상기 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계를 G>L로 한 점에서 상이하다. 그 이외의 기본적인 구성은 종래예를 도시하는 도 12 및 도 14와 동일하다.

즉, 회전 중심축(1)의 축선 방향으로, 윤활유(50)가 충전된 미소 간극을 통해 대향하는 베어링 회전측 부재(로터)(10)의 베어링면(11)과 베어링 고정측 부재(20)의 베어링면(21)으로 구성한다. 상기 미소 간극 사이의 외주측에는, 윤활유(50)와 공기의 기액 경계면(51)을 형성하는 시일부를 설치한다. 도 8a에 도시하는 바와 같이, 베어링 회전측 부재(10)의 베어링면(11)에는 복수의 동압 발생용 나선형 홈(135)과, 상기 동압 발생 홈과 동일한 형상의 모서리부(145)가 교대로 소정의 피치로, 또한 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 관계가 G>L이 되도록 형성되어 있다. 이 때, 반경 방향에 있어서의 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비 G:L의 변화는 허용되고, 임의의 반경 방향(2)의 위치에 있어서 G>L의 조건을 만족하면 된다.

또한, 나선형 홈(135)의 홈폭(G)과 나선형 홈(135)에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계를 G:L= 65:35에서 G:L= 80:20의 범위로 한다. 반경 방향에 있어서 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비 G:L이 변화하는 경우도, G:L= 65:35에서 G:L= 80:20의 범위 내에 있는 것으로 한다.

또한, 도 4, 도 5 및 도 6은 각각, 나선형 홈의 스러스트 동압 베어링을 유한 요소법으로 수치 해석한 결과이다. 스러스트 하중이 일정한 경우에 있어서의 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 비 G:L과 스러스트 동압 베어링의 내경사 강성, 베어링 로스 토크 및 스러스트 베어링 부상량의 관계를 도시한다. 또한, 세로축은 G:L= 50:50인 경우의 각 값을 1.0로 했을 때의 비로 표시한다.

이와 같이 구성된 스러스트 동압 베어링에서는, 베어링면(11)이 방향 A로 회전하면, 윤활유는 나선형 홈(135)에 따라 최 내주부(136)를 향해 흐른다. 이 때, 최 내주부(136)를 중심으로 한 영역에 동압이 발생한다. 이 동압이 스러스트 하중에 대항하여 베어링 회전 부재(10)를 축선 방향으로 들어 올려 비접촉 상태로 회전을 유지한다. 이미 도 1부터 도 3을 이용해 설명한 이유와 동일한 이유에 의해, 종래의 스러스트 동압 베어링보다도 큰 내경사 강성을 얻을 수 있고, 또한 베어링 로스 토크를 작게 할 수 있다.

또한, 상기의 설명에서는, 베어링 회전측 부재(로터)(10)의 베어링면(11)에 나선형 홈(135)을 형성하고, 베어링 고정측 부재(20)의 베어링면(21)을 평활면으로 했다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 베어링 고정측 부재(20)의 베어링면(21)에 나선형 홈(135)을 형성하고, 베어링 회전측 부재(로터)(10)의 베어링면(11)을 평활면으로 해도 된다.

또한, 상기의 설명에서는 G:L= 65:35에서 G:L= 80:20으로 했다. 더욱 바람직하게는 G:L= 65:35에서 G:L= 75:25로 하는 것이 좋다.

또한, G:L은 베어링면 상에서 1개의 값으로 고정될 필요는 없고, 복수 종류의 조합을 규칙적으로 배치한 구성이어도 된다. 예를 들면, 2종류의 홈폭(G 및 G’)과 2종류의 모서리부폭(L 및 L’)의 관계가, G>L, G>L’, G’> L, G’>L’가 되 도록 배치한다.

또한 홈폭과 모서리부폭의 비(G:L 및 G’:L’)가 65:35에서 80:20의 범위에, 또한 바람직하게는 65:35에서 75:25의 범위에 있는 각각 2종류의 홈과 모서리부를 교대로 배치해도 된다.

또한, 본 발명은 동압 발생 홈의 영역 전체에서, G>L일 필요는 없다. 동압 발생 홈의 형성 영역중 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상의 면적으로 성립해 있으면 된다. 예를 들면, 베어링 회전측 부재와 베어링 고정측 부재 중 어느 하나가, 가공 정밀도 등의 영향으로 휘어짐이 생기고, 정지 시에 내주부만이 접촉하여 외주측은 간극이 생기는 것이 생각되는 경우, 기동 시는 내주부측에서 장시간 접촉 슬라이드하면서 회전수가 증대하여 최종적으로 부상하게 된다. 이 때, 내주부의 모서리부폭(L)이 작으면, 금속 접촉해 있는 동안의 면압이 높아져, 마모나 소성이 생길 우려가 있다. 따라서, 내주부의 모서리부폭(L)을 크게 함으로써 기동 시의 금속 접촉부의 면압을 억제해 주면 좋다. 이 때문에, 반경 방향의 외주로부터 중앙부에 걸쳐서는 G:L= 80:20, 더욱 바람직하게는 75:25으로 한다. 내주부 부근은 G≤L로 해도 된다. 또한 반대 패턴으로서, 반경 방향의 내주로부터 중앙부에 걸쳐서는 G:L= 65:35로 한다. 최외주부만을 국소적으로 G≤L로 해도 본 발명의 목적을 달하는 것이 가능하다.

또한, 도 8a에서는 내주측과 외주측의 홈 개수가 동일한 경우를 도시했다. 도 8b에 도시하는 바와 같이, 외주측의 홈 개수를 많게 하고, 내주측의 홈 개수를 적게 해도 된다. 동 도면에 있어서는, 반경 방향의 중앙부에서 국소적으로 G:L의 값이 변화한다. 이에 따라 예를 들면 G:L을 반경 방향의 대부분에 걸쳐 동일하게 해도, 최 내주부의 모서리부의 원주 방향 길이가 너무 작아지는 것을 방지할 수 있으므로, 기동 시의 금속 접촉 시의 면압 상승을 저감시킬 수 있다.

(실시의 형태 3)

도 9에서 도 11은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 스핀들 모터 및 정보 기록 재생 장치를 도시한다.

도 9는, 본 발명의 실시의 형태 3에 관한, 스핀들 모터 및 정보 기록 재생 장치의 구성을 설명하기 위한 회전 중심(201)의 축심을 포함하는 평면에서 단면으로 한 주요부의 개략 단면도이다. 또한, 도시되는 정보 기록 재생 장치는 하드 디스크 장치나 광 디스크 장치 등의 디스크 장치에 본 발명에 관한 동압 스러스트 베어링, 스핀들 모터가 채용된 일예를 도시한다.

도 9에 있어서, 회전 중심(201)의 주위에 회전하는 로터부(202)는, 회전 중심(201) 근방에서 중공 원통부(202a) 및 플랜지부(202b)를 가진다. 또한, 중공 원통부(202a)의 외주면(202c) 및 플랜지부(202b)의 하단면(202d)에서 동압 베어링의 회전측 베어링부(202e)가 형성되어 있다.

또한, 로터부(202)의 플랜지부(202b)의 외주측의 하면에는 복수의 자극에 착자된 회전 자석(203)이 압입 혹은 접착 그 밖의 방법에 의해 고정되고, 로터부(202) 및 회전 자석(203)으로 이루어지는 회전체(204)를 구성하고 있다.

회전체(204)를 구성하는 로터부(202)의 중공 원통부(202a)의 내주면은, 그 내경이 로터부(202)의 플랜지부(202b)측에서 크다. 또한, 섀시(205)측에서는, 작 아지도록 적어도 2개의 상이한 내경을 갖는다. 플랜지부(202b)측에 있어서의 내주면과 섀시(205)측에 있어서의 내주면을 접속하는 단차면(202f)이 회전 중심(201)의 축방향에 대략 수직인 형상이 되도록 형성되어 있다.

한편, 로터부(202)의 회전측 베어링부(202e)에 대응하고, 그 내주면(206a)과 상단면(206b)에서 동압 베어링의 고정측 베어링부(206c)가 형성된 베어링 고정측 부재(206)가 압입, 접착 혹은 용접 그 밖의 주지의 방법에 의해 섀시(205)에 고정되어 있다. 또한, 코일(207)이 스테이터 코어(208)의 복수의 자극 톱니부에 감겨 구성된 스테이터(209)의 복수의 자극 톱니부 선단부의 내주면이 로터부(202)에 고정된 회전 자석(203)의 외주면에 대향하도록 하고, 스테이터(209)가 섀시(205)에 고정되어 있다.

또한, 그 축심을 회전 중심(201)에 대략 일치시키고, 또한, 로터부(202)의 중공 원통부(202a)의 중공 부분을, 간극을 가지고 통과하도록, 고정축(210)이 섀시(205)에 압입 혹은 접착 등의 방법에 의해 고정되어 있다.

또한, 스테이터(209)로부터의 누설 자속을 자기적으로 차폐하는 실드판(211)이 섀시(205)에 고정되고, 스핀들 모터(212)를 형성하고 있다.

고정축(210)은, 섀시(205) 측에서 그 외주면의 외경이 작다. 섀시(205)측과 반대측에 있어서는, 그 외주면의 외경이 커지는 계단상 축 형상을 가지고, 섀시(205)측에서의 외경이 로터부(202)의 원통부(202a)의 내주면의 섀시(205)측에 있어서의 내경보다도 작다. 섀시(205)측은 반대측에서의 외경이 로터부(202)의 플랜지부(202b) 측에서의 내주면의 내경보다도 작게 형성되어 있다. 섀시(205) 측에서의 외경이 작은 쪽의 외주면과 섀시(205)측은 반대측의 외경이 큰 쪽의 외주면을 접속하는 계단상 면(210a)이 회전 중심(201)의 축방향으로 대략 수직인 면이 되는 형상을 가진다.

그리고, 로터부(202)의 중공 원통부(202a)의 플랜지부(202b)측에서의 내주면과 섀시(205)측에서의 내주면을 접속하는 단차면(202f)과 고정축(210)의 계단상 면(210a)이, 매우 작은 소정의 간극을 가지고 대향하도록 섀시(205)에 고정되어 있다.

또한, 섀시(205)측과 반대측에 있는 고정축(210)의 단부 중심부에는, 암나사부(210b)가 형성되어 있다.

또한, 로터부(202)의 플랜지부(202b)의 상면에는, 표면에 기록 매체(도시하지 않음)가 형성된 디스크(214)가 얹어지고, 나사(215)에 의해 고정된 디스크 지지 부재(216)의 탄성력에 의해 디스크(214)를 로터부(202)의 플랜지부(202b)의 상면에 가압 고정하고, 로터부(202)의 회전에 따라 디스크(214)가 회전 가능하게 구성되어 있다.

또한, 주지의 방법에 의해 디스크(214)에 형성된 기록 매체에 기록 재생하는 신호 변환 소자(도시하지 않음)를 소정의 트랙 위치에 위치 결정하는 요동 수단(도시하지 않음)을 통해 신호 변환 소자가 디스크(214)에 대향하여 설치되어 있다.

또한, 디스크(214)에 형성되는 기록 매체는, 디스크(214)의 상하 양면에 형성해도 된다. 이러한 구성 하에서는, 신호 변환 소자 및 요동 수단은 디스크(214)의 상하면에 형성된 각각의 기록 매체에 대응시키는 구성이 된다.

또한, 고정축(210)의 암나사부(210b)에 대응한 위치에서 커버(217)에 관통 구멍을 형성한다. 커버(217)의 접촉부(217a)의 하단면에, 고정축(210)의 상단면을 접촉시키고, 커버 고정 나사(218)를 커버(217)의 관통 구멍을 통해 고정축(210)의 암 나사부(210b)에 나사 고정하고, 커버(217)를 고정축(210)에 고정한다.

한편, 커버(217)의 둘레 가장자리부에 있어서 커버(217)를 섀시(205), 혹은 본체(도시하지 않음) 등에 나사 고정 등에 의해 고정 유지한다. 디스크(214), 신호 변환 소자, 요동 수단, 스핀들 모터(212) 및 커버(217) 등으로 이루어지는 디스크 장치를 구성하고 있다. 또한, 커버(217)와 고정축(210)은 반드시 나사 고정하지 않아도 된다.

다음에, 동압 베어링부의 구성에 대해서 자세히 설명한다.

도 10은 스핀들 모터의 동압 베어링부(220) 및 그 주변의 확대 개략 단면도이다.

도 10에 있어서, 로터부(202)의 회전측 베어링부(202e)와 고정측 베어링부(206c)가 각각 대향하는 면의 사이에, 예를 들면 에스테르계 합성유와 같은 윤활유(50)를 충전하고, 로터부(202)의 중공 원통부(202a)의 외주면(202c)과 이에 대향하는 베어링 고정측 부재(206)의 내주면(206a)과의 사이에서 방사상 동압 베어링(220b)을 구성하고 있다. 또한, 로터부(202)의 플랜지부(202b)의 하단면(202d)과 이에 대향하는 베어링 고정측 부재(206)의 상단면(206b)과의 사이에서 스러스트 동압 베어링(220a)을 구성한다.

도 10에 있어서, 방사상 동압 베어링(220b)에는 동압 발생 홈으로서, 헤링본 홈(221)이, 고정측 베어링부(206c)인 베어링 고정측 부재(206)의 내주면(206a)에 형성되어 있다. 이에 대향하는 회전측 베어링부(202e)인 로터부(202)의 중공 원통부(202a)의 외주면(202c)은 평활면으로 되어 있다.

또한, 스러스트 동압 베어링(220a)에는, 동압 발생용의 중간 굴곡부(132)를 갖는 복수의 헤링본 홈(131)과, 상기 동압 발생 홈과 동일한 형상의 모서리부(도시하지 않음)가 교대로 소정의 피치로, 또한 홈폭(G)과 모서리부폭(L)의 관계가 G>L이 되도록 고정측 베어링부(206c)인 베어링 고정측 부재(206)의 상단면(206b)에 형성되어 있다. 또한, 헤링본 홈(131)의 홈폭(G)과, 헤링본 홈(131)에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계는, G:L= 65:35에서 G:L= 75:25의 범위 내에 있다.

또한, 동압 발생 홈이 형성된 고정측 베어링부(206c)인 베어링 고정측 부재(206)의 상단면(206b)에 대향하는 회전측 베어링부(202e)인 로터부(202)의 플랜지부(202b)의 하단면(202d)은 평활면이다.

이와 같이 구성된 스핀들 모터(212)의 동압 베어링부(220)에 있어서, 로터부(202)의 회전측 베어링부(202e)가 회전하면, 동압 발생 홈에 의해서 동압이 유기되어 로터부(202)의 회전이 비접촉 상태로 유지된다. 이 때, 스러스트 동압 베어링(220a)에서는, 이미 도 1에서 도 3을 이용해 설명한 이유에 의해, 종래의 스러스트 동압 베어링보다도 큰 내경사 강성을 얻을 수 있다. 이 때문에, 로터부(202)는 회전 진동이 억제되어 높은 회전 정밀도로 회전할 수 있다. 또한, 종래의 스러스트 동압 베어링보다도 베어링 로스 토크가 작으므로, 스핀들 모터(212)의 소비 전력이 작아진다. 또한, 스러스트 동압 베어링(220a)에서 큰 내경사 강성을 얻을 수 있으 므로, 방사상 동압 베어링(220b)의 축선 방향 길이를 작게 하는 것이 가능해진다. 스핀들 모터(212)의 박형화를 도모할 수 있다. 나아가, 디스크 장치를 비롯한 정보 기록 재생 장치의 박형화를 도모할 수 있다.

이와 같이, 스러스트 동압 베어링(220a)의 동압 발생 홈의 홈폭(G)과, 상기 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계를 G<L로 하면, 높은 회전 정밀도를 가지는 저소비 전력의 박형 스핀들 모터를 실현할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말에 알맞은 높은 신뢰성을 가지는 저소비 전력의 박형 디스크 장치를 비롯한 정보 기록 재생 장치를 실현할 수 있다.

또한, 상기의 설명에 있어서 방사상 동압 베어링(220b)에는, 고정측 베어링부(206c)인 베어링 고정측 부재(206)의 내주면(206a)에 동압 발생 홈인 헤링본 홈(221)을 형성했다. 또한, 회전측 베어링부(202e)인 로터부(202)의 중공 원통부(202a)의 외주면(202c)을 평활면으로 하도록 설명했다. 이에 한정되지 않고, 고정측 베어링부(206c)인 베어링 고정측 부재(206)의 내주면(206a)을 평활면으로 하고, 회전측 베어링부(202e)인 로터부(202)의 중공 원통부(202a)의 외주면(202c)에 동압 발생 홈인 헤링본 홈(221)을 형성해도 된다.

또한, 상기의 설명에 있어서 스러스트 동압 베어링(220a)은 고정측 베어링부(206c)인 베어링 고정측 부재(206)의 상단면(206b)에 동압 발생 홈인 헤링 본 홈(131)을 형성했다. 또한, 회전측 베어링부(202e)인 로터부(202)의 플랜지부(202b)의 하단면(202d)을 평활면으로 하도록 설명했다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 고정측 베어링부(206c)인 베어링 고정측 부재(206)의 상단면(206b)을 평활면으로 한 다. 또한, 회전측 베어링부(202e)인 로터부(202)의 플랜지부(202b)의 하단면(202d)에 동압 발생 홈인 헤링 본 홈(131)을 형성해도 된다.

또한, 상기의 설명에 있어서, 스러스트 동압 베어링(220a)의 동압 발생 홈을 홈폭(G)과 상기 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계가 G>L인 헤링 본 홈(131)으로 하도록 설명했다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 스러스트 동압 베어링(220a)의 동압 발생 홈을 홈폭(G)과 상기 동압 발생 홈에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계가, G>L인 관계를 만족하는 나선형 홈으로 해도 된다.

또한, 실시의 형태 3에 있어서는, 1매의 디스크가 탑재되는 스핀들 모터 및 디스크 장치에 대해서 설명했다. 그러나, 도 11에 도시하는 바와 같이, 주지의 방법에 의해, 로터부(302)에 복수의 디스크(314)가 탑재할 수 있도록 구성하여 스핀들 모터(312)를 형성하고, 복수의 디스크(314)가 탑재된 디스크 장치를 구성해도 된다.

또한, 본 발명은 디스크 장치용의 모터 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 비디오 카세트 레코더용의 회전 헤드 모터나, 레이저 빔 프린터나 이미지 스캐너, 복사기 등에 사용되는 폴리곤 미러 구동용 모터, 또한 이들 모터를 탑재하여, 정보를 기록, 또는 재생하는 정보 기록 재생 장치 등에도 적용할 수 있다.

또한, 도 9, 10, 11에 있어서, 스러스트 베어링부는 대략 원통 형상을 이루는 베어링 고정측 부재의 상면과, 로터부의 하면과의 사이에 설치한 구성을 예시했다. 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 고정축에 원환상의 스러스트 플랜지를 고정하고, 여기에 회전 슬리브를 대향 배치한 구성이어도 된다. 또 한, 스러스트 플레이트에 의해서 일단을 폐색하여 봉지 형상으로 한 고정측 베어링 부재에, 그 하단을 평탄하게 한 회전축을 삽입하고, 스러스트 플레이트와 회전축 하단과의 사이에서 스러스트 베어링을 구성한 것 등 베어링의 전체 구성에는 좌우되지 않는다.

본 발명에 관한 스러스트 동압 베어링은, 내경사 강성이 크고 회전 정밀도가 높고, 또한 베어링 로스 토크가 작은 우수한 특징을 가지고, 휴대 정보 단말 기기에 탑재되는 소형·박형의 정보 기록 재생 장치의 기록 미디어를 회전시키는 박형 스핀들 모터의 스러스트 동압 베어링으로서 유용하므로, 그 산업상의 이용 가능성이 높다.

Claims

축선 방향으로 미소 간극을 통해 대향하는 베어링 회전측 부재의 베어링면과 베어링 고정측 부재의 베어링면을 구비하고, 상기 미소 간극에는 윤활유가 충전되고, 상기 베어링 회전측 부재의 베어링면과 상기 베어링 고정측 부재의 베어링면 중 적어도 한쪽에 복수의 동압 발생 홈이 형성되어 있고, 상기 베어링 회전측 부재가 회전하면, 상기 동압 발생 홈에 의해 윤활유의 동압이 유기됨으로써 회전이 지지되는 스러스트 동압 베어링으로서, 상기 동압 발생 홈의 홈폭(G)과, 상기 동압 발생 홈에 대해 원주 방향에 인접하는 모서리부의 폭(L)과의 관계를 G>L로 한 것을 특징으로 하는 스러스트 동압 베어링.
청구항 1에 있어서, 상기 동압 발생 홈의 홈폭(G)과, 상기 동압 발생 홈에 대해 원주 방향에 인접하는 모서리부의 폭(L)과의 관계가 G>L인 것은, 상기 베어링면에 설치한 동압 발생 홈이 형성된 영역 중, 80%이상의 면적인 것을 특징으로 하는 스러스트 동압 베어링.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 동압 발생 홈은 헤링본(herring bone) 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 스러스트 동압 베어링.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 동압 발생 홈은 나선 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 스러스트 동압 베어링.
청구항 3에 있어서, 상기 동압 발생 홈의 홈폭(G)과, 상기 동압 발생 홈에 대해 원주 방향에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계를 G:L= 65:35에서 G:L= 75:25로 한 것을 특징으로 하는 스러스트 동압 베어링.
청구항 4에 있어서, 상기 동압 발생 홈의 홈폭(G)과, 상기 동압 발생 홈에 대해 원주 방향에 인접하는 모서리부의 폭(L)의 관계를 G:L= 65:35에서 G:L= 80:20로 한 것을 특징으로 하는 스러스트 동압 베어링.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항 기재의 스러스트 동압 베어링을 구비한 스핀들 모터.
청구항 7 기재의 스핀들 모터를 탑재하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.