KR100213878B1

KR100213878B1 - 유체 베어링 장치

Info

Publication number: KR100213878B1
Application number: KR1019960050378A
Authority: KR
Inventors: 엄재용; 이창우
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1999-08-02
Also published as: JP3188412B2; KR19980030897A; JPH10131958A; US5855436A

Abstract

본 발명은 콤팩트화한 유체 베어링 장치에 관한 것으로, 특히 베어링과 회전축 지지부재사이의 대접하는 면적을 최대한 증가시키면서도 콤팩트화 시킨 유체 베어링에 관한 것으로, 회전축의 상단부에 상부로 올라갈수록 직경이 확대되는 테이퍼면으로 이루어지며, 상기 테이퍼면에 동압 발생홈을 갖는 제 1 원추베어링 장치; 제 1 원추베어링의 상부로 연장되는 일정길이의 원통부; 및 상기 원통부의 상부면의 내측에 하부로 내려갈수록 직경이 감소함으로써 단면이 V자 형상의 오목한 테이퍼면에 동압 발생홈을 갖는 제 2 원추 베어링 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성된 본 발명에 따르면 부싱과 베어링이 대접하는 면적을 크게하함으로써 회전축의 동압발생홈에서 발생되는 부상력을 크게할 수 있으며, 회전축의 길이가 연장되는 문제점을 치유할 수 있다.

또한 회전체가 충분한 속도에 이르지 않은 모터 시동의 초기상태에 있어서도 충분한 동압발생홈을 확보할 수 있어 회전체의 자중을 상당히 극복할 수 있어 베어링과 회전체사이에 발생하는 마모를 상당량 감소시킬 수 있다.

Description

유체 베어링 장치

본 발명은 콤팩트화한 유체 베어링 장치 에 관한 것으로, 특히 베어링과 회전축지지부재사이의 대접하는 면적을 최대한 증가시키면서 콤팩트화 시킨 유체 베어링에 관한 것이다.

최근 들어 정보, 컴퓨터 산업의 급격한 발달로 각종 기기를 구동시키는데 필요로 하는 구동 모터들, 예를 들면, 레이저 프린터의 폴리건 미러 구동장치, 하드 디스크의 스핀들 모터, VCR의 헤드 구동 모터 등은 기기의 특성상 축 흔들림이나 축 떨림 없는 고정밀, 초고속 회전 성능을 요구하고 있다. 따라서 구동모터의 축 흔들림이나 축 진동을 억제하며 안정적으로 고속회전 하는 구동 모터의 개발과 함께 이와 같은 모터 회전을 가능하게 하는 유체 베어링 장치의 다양한 형태에 대하여 연구 개발이 추진되어 왔다.

이와 같은 유체 베어링 장치는 공통적으로 동압을 발생시키는 동압 발생홈들이 형성되어 있으며 이와 같은 동압발생홈들은 트러스트 하중을 지지하는 트러스트 베어링에 주로 사용되는 스파이럴 형상의 동압 발생홈과 레이디얼 하중을 지지하는 레이디얼 베어링에 주로 사용되는 헤링본 형상의 동압 발생홈 등이 주로 사용되고 있다.

이와 같은 종래의 유체베어링의 일종인 원추형상의 유체 베어링이 사용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 유체 베어링 장치가 적용된 폴리건 미러의 구동장치를 도시하기 위한 단면도이다.

레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치는 크게 보아 레이져 빔을 감광드럼으로 반사시키는 역할을 하는 폴리건 미러(10)와, 폴리건 미러(10)를 소정 R.P.M으로 회전시키는 일부분만 도시된 모터 장치 및 회전축(40)과, 회전축(40)에 형성되어 있는 원추 베어링(45)으로 구성되어 있다.

폴리건 미러(10)는 레이져 빔을 반사하도록 반사율이 높은 재질로 다각형 정밀 가공되어 있으며, 폴리건 미러(10)의 중심에는 소정 직경을 갖는 폴리건 미러 받침판(20)이 폴리건 미러(10)와 나사 등에 의해 착탈 가능하게 설치되어 있다.

또한, 폴리건 미러 받침판(20)에는 폴리건 미러 받침판(20)과 동일한 외경을 갖는 부싱(30)이 착탈 가능하게 설치되어 있고, 부싱(30)의 내주면은 테이퍼진 원추 베어링(45)이 형성되어 있는 축(40)이 삽입되어, 원추베어링(45)과 부싱(30)이 면접하도록 역테이퍼 가공되어 있으며, 원추 베어링(45)과 부싱(30)이 면접하고 있을 때에는 같은 직경차에 대하여 원추 베어링(45)의 수직 단면 높이인 L_C보다 부싱(30)의 테이퍼 가공면 수직 단면 높이인 L_B가 수 ㎛ 커서 원추 베어링(45)의 상단면(45d)과 폴리건 미러 받침판(20) 사이에는 수 ㎛의 간극이 형성되어 있다. 또한, 원추 베어링(45)의 테이퍼면에는 부싱(30)의 회전에 의해 형성된 와류가 유입되어 부싱(30)을 부상시켜 원추 베어링(45)과 부싱(30)이 무접촉 회전하도록 스파이럴 형상의 동압 발생홈(45b)이 형성되어 있으며, 동압 발생홈(45b)의 형성 방향은 부싱(30)의 회전 방향에 의해 결정되며 동압 발생홈(45b)의 개수는 원추베어링(45)의 테이퍼면(45a)의 면적에 의해 결정된다.

한편, 부싱(30)의 하단부에는 일부분만 도시된 모터(50)가 부착되어 모터(50)의 회전과 함께 부싱(30)과 폴리건 미러 받침판(20)과 폴리건 미러(10)가 동일 속도로 회전할 수 있도록 설치되어 있으며, 회전축(40)은 하부 베어링 브라켓(60)에 끼워져 고정되어 있다. 이때 도 1 중 도트(dot)로 해칭된 부분은 고정되어 있는 부분이며, 사선으로 해칭된 부분은 모터(50)의 회전에 의해 회전하는 부분이다.

이와 같이 구성되어 있는 원추베어링 장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 일부분만 도시된 모터(50)에 전원이 인가되면 모터(50)는 정지 상태에서 구동하게 되는데, 모터(50)는 부싱(30)과 폴리건 미러 받침판(20)과 폴리건 미러(10)와 결합되어 있어 결국 모터(50)의 회전에 의해 폴리건 미러(10)도 같이 회전하게 되는데, 이때 고정되어 있는 원추베어링(45)의 테이퍼면(45a)에 형성되어 있는 동압 발생홈(45b)으로 유체가 유입되어 원추베어링(45)의 상단면(45d)에는 부싱(30)을 상부로 밀어 올리려는 소정 유체압이 발생하게 된다.

이후, 모터(50)의 회전 속도는 점차 증가하여 소정 시간이 경과되면 모터(50)는 최고 회전 속도(모터의 종류에 따라 최고 회전 속도에 도달하는 시간은 다르다)에 도달하게 되고 기 언급한 동압 발생홈(45b)에 의해 발생한 유체압은 모터(50)의 회전 속도에 대응하여 점차 커지다가 모터(50), 부싱(30), 폴리건 미러 받침대(20) 및 폴리건 미러(10)의 자중보다 원추베어링의 상단면(45d)과 폴리건 미러 받침대(20)의 사이에 형성되어 있는 유체압이 커지는 순간 부싱(30)은 원추베어링(45)의 테이퍼면(45a)으로부터 부상하여 부싱(30)은 원추베어링(45)과 무접촉 상태에서 회전하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 원추형 베어링을 사용하는 구동장치에 있어서, 원추 베어링과 부싱이 무접촉 상태에서 회전되기 위해서는 원추베어링의 동압 발생홈에서 발생하는 유체압이 부싱의 자중과, 회전축의 자중보다 커져야 하나, 원추 베어링의 동압 발생홈의 개 수 및 면적은 상기에서 제시한 바와 같은 여러 가지 요인에 의해서 제한되어 충분한 부상력을 얻기에 제한이 따르게되고, 특히 초기 시동구간에는 베어링의 회전이 충분하지 않기 때문에 원추 베어링과 부싱 사이에 마모 및 과하중이 발생하여 축의 회전 안전성이 저하되는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 개선하기 위해서 부싱과 회전축의 접촉면적을 크게하는 방안이 강구되어졌다.

도 2는 부싱과 회전축의 접촉면적을 크게한 종래의 원추 베어링의 변형예의 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 기본적인 모터의 구성은 도 1의 회전축을 중심으로 하는 부분의 차이점을 제외하고는 기본적으로 동일하다고 할 수 있기 때문에 전체구성에 대해서는 생략하기로 하고, 회전축과 회전축을 감싸는 지지부재를 중심으로 설명하기로 한다.

회전축(40)의 상단부는 상부로 올라갈수록 직경이 증가하는 테이퍼면을 갖는 원추 베어링(45a)이 형성되고, 상기 원추 베어링(45a)의 단부에는 일정 직경의 원통부(46)가 상기 원추 베어링(45)에 연설되고, 상기 원통부(46)에는 상부로 올라갈수록 직경이 작아지는 테이퍼면을 갖는 원추 베어링(45a')이 연설된다.

이때 각각의 테이퍼면에는 동압발생홈(45a),(45a')이 형성되어져 있다. 따라서 종래의 단일의 테이퍼면을 갖는 원추 베어링보다 커다란 부상력을 사선으로 해칭된 회전부재에 미치게 된다.

그러나 이와 같은 구성의 회전장치는 테이퍼면을 두 개로 형성하기 위해서 원추형상의 베어링을 회전축(40)의 길이방향으로 연장하여 제조하여야 하기 때문에 실질적인 회전축의 길이가 그만큼 연장될 수밖에 없고, 이와 같이 연장된 회전축으로 인하여 모터 전체크기가 커지는 문제점을 내포하고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점에 착안하여 안출한 것으로, 회전축의 길이를 연장시키지 않으면서도 회전체가 충분한 부상력을 얻을 수 있도록 하는 베어링을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 유체베어링 장치가 적용된 폴리건 미러건 미러의 구동장치를 도시하기 위한 단면도이다.

도 2는 부싱과 회전축의 접촉면적을 크게한 종래의 원추 베어링 장치의 변형예의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 회전축 상부에 형성된 베어링 장치가 적용되는 폴리건 미러를 구동하기 위한 본 발명의 일실시예를 도시하기 위한 단면도이다.

〈도면의주요부분에대한 부호의설명〉

30:부싱 30d:돌출부

40:회전축 45a:제 1 원추 베어링

45c:제 2 원추 베어링 46:원통부

50:모터 회전판

상기한 바의 목적을 달성하기 위하여 회전축의 상단부에 동압 발생홈이 구비된 회전축과 상기 회전축을 지지하는 부싱 및 상기 부싱과 일체로 회전하는 모터의 회전판으로 이루어진 회전축 지지부재를 포함하는 유체베어링 장치에 있어서, 상기 회전축의 상단부에 상부로 올라갈수록 직경이 확대되는 테이퍼면을 갖으며, 상기 테이퍼면에 동압발생홈을 갖는 제 1 원추베어링; 상기 제 1 원추베어링의 상부로 연장되는 일정길이의 원통부; 및 상기 원통부의 상부면의 내측에 하부로 내려갈수록 직경이 감소함으로써 단면이 V자 형상의 테이퍼면에 동압 발생홈을 갖는 제2 원추 베어링 장치를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 구체적인 특징을 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 회전축 상부에 형성된 베어링이 적용되는 폴리건 미러를 구동하기 위한 본 발명의 일실시예를 도시하기 위한 단면도이다.

회전축(40)은 브라켓(60)에 고정 설치되고, 회전축의 상부에는 베어링이 형성되어 있다. 이때 베어링은 상부로 올라갈수록 직경이 확대되는 테이퍼면을 갖으며, 상기 테이퍼면에 동압발생홈을 갖는 제 1 원추 베어링(45a)과, 상기 제 1 원추베어링(45a)의 상부로 연장되는 일정길이의 원통부(46)와, 상기 원통부(46)의 상부면의 내측에 하부로 내려갈수록 직경이 감소함으로써 단면이 V자 형상의 테이퍼면에 동압 발생홈을 갖는 제 2 원추 베어링(45c)을 갖는다.

이와 같이 형성된 베어링을 포함하는 회전축(40)을 지지하며, 감싸는 회전부재는 회전부재에 회전력을 발생시키는 모터 회전판(50)과, 모터의 회전판(50)과 일체로 회전되며 회전축(40)의 베어링으로부터 부상력을 받음으로써 마찰을 감소시키는 부싱(30)으로 이루어진다.

또한 상기 제 2 원추베어링(45c)의 테이퍼면에 대접하는 부싱(30)부분은 상기 제 2 원추베어링(45c)의 테이퍼면과 반대형상으로 상부로 올라갈수록 직경이 확대되는 테이퍼면을 갖는 원추형상의 돌출부(30d)를 갖는다.

또한 상기 실시예와는 반대로 제 2 원추베어링의 테이퍼면에는 동압발생홈을 형성하지 않고, 상기 원추형상의 돌출부(30d)에 동압발생홈을 형성함으로써, 상기 동압발생홈으로부터 발생된 압력에 의해서 제 2 원추베어링의 테이퍼면으로부터 받는 부상력을 얻을 수 있다.

또한 상기 제 1 원추 베어링(45a)와 제 2 원추 베어링(45c) 사이의 원통부(46)에는 회전축(40)에 발생하는 레이디얼 하중에 대응하기 위한 헤링본 형상의 동압발생홈을 형성하도록하여 회전시, 회전축(40)의 측벽과 부싱(30)부 사이에 접촉을 방지할 수 있으며, 상기 제 1 원추 베어링(45a)와 제 2 원추 베어링(45c)의 테이퍼면에 형성되는 동압발생홈은 나선형 형상으로 형성하는 것이 원추형상구조 의 보다 큰 면적의 동압발생홈이 형성될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면 부싱(30)과 베어링이 대접하는 면적이 도1에 따른 구성보다 배가 됨으로써 회전축의 동압발생홈에서 발생되는 부상력을 크게할 수 있으며, 도2에 따른 문제점인 회전축의 길이가 연장되는 문제점을 치유하면서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

회전축의 상단부에 동압발생홈이 구비된 회전축과 상기 회전축을 지지하는 부싱 및 상기 부싱과 일체로 회전하는 모터의 회전판으로 이루어진 회전축 지지부재를 포함하는 유체베어링 장치에 있어서,

상기 회전축의 상단부에 상부로 올라갈수록 직경이 확대되는 테이퍼면으로 이루어지며, 상기 테이퍼면에 동압발생홈을 갖는 제 1 원추베어링;

상기 제 1 원추베어링의 상부로 연장되는 일정길이의 원통부; 및

상기 원통부의 상부면의 내측에 하부로 내려갈수록 직경이 감소함으로써 단면이 V자 형상의 오목한 테이퍼면에 동압 발생홈을 갖는 제2 원추 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체베어링 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 원추베어링의 테이퍼면에 대접하는 상기 부싱부분은 상기 제 2 원추베어링의 테이퍼면의 오목한 것과 반대형상으로 상부로 올라갈수록 직경이 확대되는 테이퍼면을 갖는 원추형상의 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체베어링 장치.
회전축의 상단부에 동압발생홈이 구비된 회전축과 상기 회전축을 지지하는 부싱 및 상기 부싱과 일체로 회전하는 모터의 회전판으로 이루어진 회전축 지지부재를 포함하는 유체베어링 장치에 있어서,

상기 회전축의 상단부에 상부로 올라갈수록 직경이 확대되는 테이퍼면으로 이루어지며, 상기 테이퍼면에 동압발생홈을 갖는 제 1 원추베어링;

상기 제 1 원추베어링의 상부로 연장되는 일정길이의 원통부;

상기 원통부의 상부면의 내측에 하부로 내려갈수록 직경이 감소함으로써 단면이 V자 형상의 오목한 테이퍼면; 및

상기 오목한 테이퍼면에 대접하는 상기 부싱부분은 상기 오목한 테이퍼면과 반대형상으로 상부로 올라갈수록 직경이 확대되는 부싱부 테이퍼면으로 이루어지며, 상기 부싱부 테이퍼면에 동압발생홈이 형성된 제 2 원추베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체베어링 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원통부에 레이디얼 하중에 대응하기위한 헤링본 형상의 동압 발생홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체베어링 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 원추 베어링과 제 2 원추 베어링의 동압 발생홈은 스파이럴 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체베어링 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 제 1 원추 베어링과 제 2 원추 베어링의 동압 발생홈은 스파이럴 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체베어링 장치.