KR100189929B1 - Fluidic bearing with a spacer - Google Patents
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Abstract
스페이서를 갖는 유체베어링에 관한 내용이 개시되어 있다. 이 유체베어링은 회전하는 축에 서로 대면하도록 고정되는 한 쌍의 내륜과, 내륜의 윤활면에 대응하는 윤활면을 가지며 상기 내륜과 상대회전운동하는 외륜과, 내륜 사이에 설치되어 내륜과 외륜 사이의 클리어런스를 유지시키는 스페이서를 구비하는 스페이서를 갖는 유체베어링에 있어서, 외륜과 스페이서의 간격이 스페이서가 저널베어링의 역할을 할 수 있는 간격인 것을 특징으로 한다. 이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 외형의 크기에는 변화 없이 반경 방향 부하 특성이 우수한 스페이서를 갖는 유체베어링을 제공할 수 있다.Disclosed is a fluid bearing having a spacer. The fluid bearing has a pair of inner races fixed to face each other on a rotating shaft, a lubrication surface corresponding to the lubrication surface of the inner race, and an outer race that moves relative to the inner race, and is installed between the inner race and between the inner race and the outer race. In a fluid bearing having a spacer having a spacer for maintaining clearance, the gap between the outer ring and the spacer is characterized in that the spacer can serve as a journal bearing. The present invention having such a feature can provide a fluid bearing having a spacer excellent in radial load characteristics without changing the size of the appearance.
Description
본 발명은 유체베어링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스페이서를 갖는 유체베어링에 관한 것이다.The present invention relates to a fluid bearing, and more particularly to a fluid bearing having a spacer.
스페이서를 갖는 유체베어링에는 반구형 유체베어링, 원추형 유체베어링 등이 있다. 이러한 유체베어링은 고속회전을 요하는 곳에 이용된다. 예를 들면, 반구형 유체베어링은 하드디스크드라이브 등의 스핀들모터, 레이저프린터 또는 레이저스케너에 사용되는 회전다면경을 구동시키는 모터 등에 이용된다. 일반적으로, 스페이서를 갖는 유체베어링은 크기가 작으면서, 축방향 및 반경방향에서 작용하는 큰 힘을 지지할 수 있으면 좋은 유체베어링이라 할 수 있다. 즉, 유체베어링은 축방향 및 반경방향 부하 특성이 크면 좋다.Fluid bearings with spacers include hemispherical fluid bearings, conical fluid bearings, and the like. Such fluid bearings are used where high speed rotation is required. For example, hemispherical fluid bearings are used in spindle motors such as hard disk drives, motors for rotating rotary mirrors used in laser printers or laser scanners. In general, a fluid bearing having a spacer is small in size, and can be called a fluid bearing as long as it can support a large force acting in the axial direction and the radial direction. That is, the fluid bearing may have large axial and radial load characteristics.
제1도는 종래의 반구형 유체베어링을 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 반구형 유체베어링은 축(1)에 서로 대면하도록 고정되고 외주면이 구형(spherical)인 상부내륜(2) 및 하부내륜(3)과, 상기 상부내륜(2) 및 하부내륜(3)을 감싸는 외륜(5)과, 상부내륜(2) 및 하부내륜(3)을 축(1)으로부터 이탈하지 않도록 압착시키는 링(6)과, 상부내륜(2)과 하부내륜(3)에 사이에 위치하여 상, 하부내륜(2,3)과 외륜(5) 사이의 클리어런스를 유지시키기 위한 스페이서(7)를 포함한다.1 is a cross-sectional view showing a conventional hemispherical fluid bearing. As shown, the conventional hemispherical fluid bearing is fixed to the shaft (1) to face each other, the upper inner ring (2) and lower inner ring (3) having a spherical outer peripheral surface, and the upper inner ring (2) and lower inner ring (3) an outer ring (5) surrounding the ring, a ring (6) for compressing the upper inner ring (2) and the lower inner ring (3) from being separated from the shaft (1), the upper inner ring (2) and the lower inner ring (3) And a spacer 7 positioned between the upper and lower inner rings 2 and 3 to maintain the clearance between the outer ring 5.
상, 하부내륜(2,3)과 외륜(5) 사이의 클리어런스에는 윤활유인 액체 또는 기체가 개재되어 있으므로 상, 하부내륜(2,3)과 외륜(5)은, 상대운동에 의해 접촉되지 않고 회전될 수 있다.Since the clearance between the upper and lower inner rings 2 and 3 and the outer ring 5 is interposed with a liquid or gas which is a lubricant, the upper and lower inner rings 2 and 3 and the outer ring 5 are not contacted by relative motion. Can be rotated.
여기서, 참조부호 1a는 상기 축(1)의 일부에 형성된 홈을 나타내며, 이 홈(la)은 원활한 유체베어링의 작동올 위해 상, 하부내륜(2,3)과 외륜(5) 사이의 상대적인 회전시에 유체베어링내에 발생된 예컨대, 공기압의 배치가 적절히 이루어지도록 윤활유인 액체 또는 기체가 이동되는 통로이다. 이때, 상기 클리어런스와 상기 홈(la) 사이의 액체 또는 기체의 이동은 상기 스페이서(7)의 상기 하부내륜(3)과 마주하는 면에 형성된 홈(미도시)을 통해 이루어진다.Here, reference numeral 1a denotes a groove formed in a part of the shaft 1, and this groove la is a relative rotation between the upper and lower inner rings 2 and 3 and the outer ring 5 for the smooth operation of the fluid bearing. It is a passage through which the liquid or gas which is lubricating oil is moved so that the arrangement of air pressure generated in the fluid bearing at the time is appropriately made. At this time, the movement of the liquid or gas between the clearance and the groove (la) is made through a groove (not shown) formed on the surface facing the lower inner ring 3 of the spacer (7).
한편, 종래에 따른 반구형 유체베어링에 작용되는 반경방향의 부하 특성은 상부내륜(2) 및 하부내륜(3)의 반지름 크기 또는 클리어런스의 크기에 의해 결정된다. 반경 방향의 큰 부하 특성을 요구하는 장치에서는 큰 상부내륜(2) 및 큰 하부내륜(3)을 설치하거나 클리어런스를 작게 해야 하나, 상기 장치의 구조적 특성 때문에 상부내륜(2) 및 하부내륜(2)의 크기를 크게 할 수 없는 경우가 많으며, 가공성과 조립성 때문에 상기 클리어런스를 작게할 수 없는 경우가 많다.On the other hand, the radial load characteristic applied to the hemispherical fluid bearing according to the prior art is determined by the size of the radius or the clearance of the upper inner ring 2 and the lower inner ring 3. In devices requiring large load characteristics in the radial direction, a large upper inner ring 2 and a large lower inner ring 3 have to be installed or the clearance is small, but due to the structural characteristics of the device, the upper inner ring 2 and the lower inner ring 2 In many cases, it is not possible to increase the size of, and in some cases, the clearance cannot be made small due to workability and assembly properties.
외형 크기에는 변화 없이 반경 방향 부하 특성이 우수한 스페이서를 갖는 유체베어링을 실현하는데 있다.It is to realize a fluid bearing having a spacer having excellent radial load characteristics without any change in outer size.
제1도는 종래의 스페이서를 갖는 유체베어링의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a fluid bearing with a conventional spacer.
제2도는 본 발명에 따른 스페이서를 갖는 유체베어링의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a fluid bearing with a spacer according to the present invention.
제3도는 제2도의 스페이서를 도시한 일부 절제 사시도이다.3 is a partially cutaway perspective view of the spacer of FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 축 20 : 상부내륜10: shaft 20: upper inner ring
30 : 하부내륜 50 : 외륜30: lower inner ring 50: outer ring
60 : 링 70 : 스페이서60 ring 70 spacer
71 : 그루브 72 : 티타늄 코팅막71: groove 72: titanium coating film
73 : DLC코팅막73: DLC coating film
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스페이서를 갖는 유체베어링은, 회전하는 축에 서로 대면하도록 고정되는 한 쌍의 내륜과, 상기 내륜의 윤활면에 대응하는 윤활면을 가지며 상기 내륜과 상대회전운동하는 외륜과, 상기 내륜 사이에 설치되어 상기 내륜과 외륜 사이의 클리어런스를 유지시키는 스페이서를 구비하는 스페이서를 갖는 유체베어링에 있어서, 상기 외륜과 상기 스페이서의 간격이 상기 스페이서가 저널베어링의 역할을 할 수 있는 간격인 것을 특징으로 한다.A fluid bearing having a spacer according to the present invention for achieving the above object has a pair of inner rings fixed to face each other on a rotating shaft, and a lubricating surface corresponding to the lubricating surface of the inner ring and having a relative rotational movement. In a fluid bearing having a outer ring and a spacer provided between the inner ring and the spacer to maintain the clearance between the inner ring and the outer ring, the gap between the outer ring and the spacer can act as a journal bearing It is characterized in that the interval.
그리고, 바람직하게 상기 외륜과 상기 스페이서의 간격이 상기 내륜과 외륜사이의 클리어런스와 같은 것을 특징으로 한다.Preferably, the gap between the outer ring and the spacer is equal to the clearance between the inner ring and the outer ring.
그리고, 바람직하게 상기 스페이서의 주면에 그루브가 형성된 것을 특징으로 한다.And, preferably, a groove is formed on the main surface of the spacer.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 스페이서를 갖는 유체베어링은 외형의 크기에는 변화 없이 반경 방향 부하 특성이 우수하다.The fluid bearing having a spacer according to the present invention having such a feature is excellent in radial load characteristics without a change in the size of the outer shape.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 스페이서를 갖는 유체베어링의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a fluid bearing having a spacer according to the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.
제2도를 참조하며, 본 발명의 기술적 사상은 스페이서를 갖는 유체베어링에 사용되는 스페이서(70)의 역할이 상, 하부내륜(20, 30)과 외륜(50) 사이의 클리어런스를 유지하도록 할뿐만 아니라, 저널베어링 역할을 하도록 하여, 반구형 유체베어링의 반경 방향 부하 특성이 증가된 점에 특징이 있다.Referring to FIG. 2, the technical idea of the present invention is to allow the role of the spacer 70 used in the fluid bearing having the spacer to maintain the clearance between the upper and lower inner rings 20 and 30 and the outer ring 50. Rather, it serves as a journal bearing, which is characterized in that the radial load characteristics of the hemispherical fluid bearing are increased.
본 발명에 따른 스페이서를 갖는 유체베어링을 반구형 유체베어링을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.Referring to the fluid bearing having a spacer according to the present invention taking a hemispherical fluid bearing as an example.
반구형 유체베어링은 외주면이 구형이고 축(10)에 서로 대면하도록 고정된 상부내륜(20) 및 하부내륜(30)과, 상부내륜(20) 및 하부내륜(30)과 상대 회전운동하는 외륜(50)과, 상부내륜(20) 및 하부내륜(30)을 축(10)으로부터 이탈되지 않도록 압착하는 링(60)과, 상부내륜(20)과 하부내륜(30) 사이에 설치되어 상, 하부내륜(20, 30)과 외륜(50) 사이의 클리어런스를 유지하도록 하며 저널베어링 역할을 하는 스페이서(70)를 포함하여 구성되어 있다. 여기에서, 링(60)과 축(10)은 예컨대, 억지끼워마춤 또는 나사 구조로 결합될 수 있다.The hemispherical fluid bearing has a spherical outer circumferential surface and an outer ring 50 that is relatively rotated with the upper inner ring 20 and the lower inner ring 30 fixed to face each other on the shaft 10, and the upper inner ring 20 and the lower inner ring 30. ), A ring 60 for pressing the upper inner ring 20 and the lower inner ring 30 so as not to be separated from the shaft 10, and an upper and lower inner ring 30 between the upper inner ring 20 and the lower inner ring 30. It is configured to include a spacer 70 to maintain the clearance between the (20, 30) and the outer ring 50 and serves as a journal bearing. Here, the ring 60 and the shaft 10 can be combined, for example in an interference fit or screw structure.
상기 스페이서(70)는 축(10) 또는 내륜(20)에 고정되어 축(10)과 함께 외륜(50)에 대하여 상대회전운동한다. 그리고, 스페이서(70)와 외륜(50) 사이의 간격은 스페이서(70)가 외륜(50)과 작용하여 저널베어링 역할을 할 수 있도록 상기 반구(20, 30)와 외륜(50) 사이의 클리어런스와 같은 간격이다.The spacer 70 is fixed to the shaft 10 or the inner ring 20 to move relative to the outer ring 50 together with the shaft 10. In addition, the clearance between the spacer 70 and the outer ring 50 may include a clearance between the hemispheres 20 and 30 and the outer ring 50 so that the spacer 70 may act as the outer ring 50 to serve as a journal bearing. It is the same interval.
상기 반구형 유체베어링에 작용되는 반경방향의 부하 특성은 스페이서(70)의 베어링 역할만큼 증대된다. 즉, 종래의 반구형 유체베어링의 반경방향 부하 능력은 상부내륜의 부하능력 및 하부내륜의 부하능력을 더한 값이었으나, 본 발명에 따른 반구형 유체베어링의 반경방향 부하 능력은 상부내륜(20)의 부하능력, 하부내륜(30)의 부하능력 그리고 스페이서(70)의 부하능력을 더한 값이 된다.The radial load characteristic applied to the hemispherical fluid bearing is increased by the bearing role of the spacer 70. That is, the radial load capacity of the conventional hemispherical fluid bearing was the sum of the load capacity of the upper inner ring and the load capacity of the lower inner ring, but the radial load capacity of the hemispherical fluid bearing according to the present invention is the load capacity of the upper inner ring 20. , The load capacity of the lower inner ring 30 and the load capacity of the spacer 70 are added.
여기서, 참조부호 10a는 상기 축(10)의 일부에 형성된 홈을 나타내며, 이 홈(10a)은 원활한 유체베어링의 작동을 위해 상, 하부내륜(20, 30)과 외륜(50) 사이의 상대적인 회전시에 유체베어링내에 발생된 예컨대, 공기압의 배치가 적절히 이루어지도록 윤활유인 액체 또는 기체가 이동되는 통로이다. 이때, 상기 클리어런스와 상기 홈(10a) 사이의 액체 또는 기체의 이동은 상기 스페이서(70)의 상기 하부내륜(30)과 마주하는 면에 형성된 홈(미도시)을 통해 이루어진다.Here, reference numeral 10a denotes a groove formed in a part of the shaft 10, and the groove 10a is a relative rotation between the upper and lower inner rings 20 and 30 and the outer ring 50 for the smooth operation of the fluid bearing. It is a passage through which the liquid or gas which is lubricating oil is moved so that the arrangement of air pressure generated in the fluid bearing at the time is appropriately made. At this time, the movement of the liquid or gas between the clearance and the groove (10a) is made through a groove (not shown) formed on the surface facing the lower inner ring 30 of the spacer 70.
한편, 제2도 및 제3도를 참조하면, 고 탄소강 또는 WCo를 주성분으로 하여 만들어진 상, 하부내륜(20, 30) 및 스페이서(70)에는 5㎛-20㎛두께의 티타늄(Ti)막이 코팅될 수 있다. 마찬가지로, 고탄소강 또는 WCo를 주성분으로 하는 외륜(50)의 윤활면에는 5㎛-20㎛두께의 티타늄막이 코팅될 수 있다. 상부내륜(20), 하부내륜(30), 스페이서(70) 그리고 외륜(50)에는 티타늄 코팅막(73) 대신에 세라믹 예컨대, Al2O3로된 코팅막이 형성될 수도 있다. 그리고, 상, 하부내륜(20, 30), 스페이서(70) 및 외륜(50)은 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.Meanwhile, referring to FIGS. 2 and 3, a titanium (Ti) film having a thickness of 5 μm to 20 μm is coated on the upper and lower inner rings 20 and 30 and the spacer 70 made of high carbon steel or WCo as a main component. Can be. Similarly, a titanium film having a thickness of 5 µm-20 µm may be coated on the lubricating surface of the outer ring 50 mainly composed of high carbon steel or WCo. Instead of the titanium coating film 73, a coating film made of ceramic, for example, Al 2 O 3 , may be formed on the upper inner ring 20, the lower inner ring 30, the spacer 70, and the outer ring 50. The upper and lower inner rings 20 and 30, the spacer 70, and the outer ring 50 may be made of a ceramic material.
제3도를 참조하면, 기동시 스페이서(70)와 외륜(50) 사이의 고체마찰에 의한 마모를 감소시키기 위하여 스페이서(70)에 코팅된 티타늄 코팅막(73) 위에 두께 0.5 - 10㎛의 DCL(Diamond Like Carbon)막(72)이 코팅될 수 있다.Referring to FIG. 3, a DCL having a thickness of 0.5-10 mu m on the titanium coating film 73 coated on the spacer 70 to reduce abrasion by solid friction between the spacer 70 and the outer ring 50 at the start-up Diamond Like Carbon) film 72 may be coated.
상기 스페이서(70)의 주면에는 그루브(71)가 형성되어 있다. 상기 스페이서(70)의 주면에 그루브(71)를 형성한 다음 코팅막(73) 및 DLC 코팅막(71)을 형성하는 경우에는 상기 그루브(71)는 DLC 코팅막(71)에 형성되게 된다. 한편, 상기 스페이서(70)의 주면에 티타늄 코팅막(73) 및 DLC 코팅막(71)을 형성한 다음 식각에 의해 그루브를 형성하는 경우, 예를 들어 5㎛ 깊이의 그루브라면, DLC 코팅막(71)의 두께가 5㎛미만인 경우에 상기 그루브(71)의 저면은 티타늄 코팅막(73)이 된다.A groove 71 is formed on the main surface of the spacer 70. When the groove 71 is formed on the main surface of the spacer 70 and then the coating film 73 and the DLC coating film 71 are formed, the groove 71 is formed on the DLC coating film 71. On the other hand, when the titanium coating film 73 and the DLC coating film 71 is formed on the main surface of the spacer 70, and then grooves are formed by etching, for example, grooves of 5 μm depth, the DLC coating film 71 When the thickness is less than 5 μm, the bottom surface of the groove 71 becomes a titanium coating film 73.
이와 같이, 상기 그루브(71)는 필요하면 DLC 코팅막(71)의 두께에 따라 DLC 코팅막(71)을 지나 티타늄 코팅막(73)까지 연장될 수 있다. 상기 그루브(71)는 스페이서(70)가 회전될 때 오일 또는 공기압을 발생시켜 고속에서 베어링을 포함한 회전계의 안전성을 증가시킨다.As such, if necessary, the groove 71 may extend through the DLC coating layer 71 to the titanium coating layer 73 according to the thickness of the DLC coating layer 71. The groove 71 generates oil or air pressure when the spacer 70 is rotated to increase the safety of the rotation system including the bearing at high speed.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당 업계의 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예의 실시가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 본 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will be able to practice various modifications and other equivalent embodiments therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the present invention.
본 발명에 의한 반구형 유체베어링은 외형의 크기에는 변화 없이 반경 방향부하 특성이 크다.The hemispherical fluid bearing according to the present invention has a large radial load characteristic without a change in the size of the outer shape.
본 발명의 목적은 외형 크기에는 변화 없이 반경 방향 부하 특성이 우수한 스페이서를 갖는 유체베어링을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fluid bearing having a spacer having excellent radial load characteristics without a change in outer size.
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