KR100224609B1 - 역류구가 형성된 유체 베어링 장치 - Google Patents

역류구가 형성된 유체 베어링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스러스트 하중을 지지하는 스러스트 베어링에 형성되어 있는 동압 발생홈의 절곡부 위치를 가변시켜 외경부로의 역류에 의한 누설, 내경부로의 역류에 의한 누설을 방지하는 역류구가 형성된 유체 베어링 장치에 관한 것으로, 본 발명은 제 1 유체압 발생부와 제 2 유체압 발생부의 면적을 가변하여 외경부로의 역류에 의한 누설, 내경부로의 역류에 의한 누설을 방지하여 유체압 손실을 감소시켜 회전 성능 저하를 방지하는 효과가 있다.

Description

역류구가 형성된 유체 베어링 장치{APPARATUS FOR ADJUSTING CLEARANCE IN ROTATING AXIS FOR WHICH FLUID BEARING IS ADAPTED}
본 발명은 역류구가 형성된 유체 베어링 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 스러스트 하중을 지지하는 스러스트 베어링에 형성되어 있는 동압 발생홈의 절곡부 위치를 가변시켜 외경부로의 역류에 의한 누설, 내경부로의 역류에 의한 누설을 방지하는 역류구가 형성된 유체 베어링 장치에 관한 것이다.
최근들어 컴퓨터, 오디오 시스템, 영상 기기 등과 같은 정보, 매체 산업의 기술력이 증가되면서 기 언급한 각종 기기의 크기는 소형화되고, 소형화에 따라 더욱 미세하고 정밀한 성능을 갖는 기기의 부품을 요구하고 있는 실정이며, 특히, 컴퓨터의 경우 기억장치의 하나인 하드 디스크(HDD)의 스핀들 모터 구동장치 및 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치, 오디오 시스템의 경우 레이저 디스크 및 컴팩트 디스크 구동 장치, 영상 기기의 경우 VCR 헤드 및 캠코더의 구동 장치등은 공통적으로 구동장치에 결합되어 있는 회전축과 회전체를 고속회전 시킴으로서 원하는 데이터의 저장 및 탐색, 데이터 재생 등의 작업을 하게 되는데, 이때 회전축은 매우 고속으로 회전하게 됨으로 고속 회전에 의한 축 떨림 및 축 흔들림, 축 진동 등은 고속회전시 제품의 성능에 치명적인 결과를 가져 오게 됨으로 이와 같은 기기들에는 모두 고속회전에 의한 문제점들을 보안하기 위해 기계요소중 하나인 베어링이 사용되고 있으며 특히 회전축에 최소의 마찰력이 작용하도록하는 여러 가지 베어링 종류들중 공기 또는 오일(oil)을 사용하는 유체 베어링 장치가 널리 사용되고 있다.
이와 같은 유체 베어링 장치중 초정밀, 초고속 회전 성능을 요구하는 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치, 하드 디스크(HDD)의 스핀틀 모터, VTR 헤드 구동 장치등은 스러스트 베어링의 동압 발생홈으로 유입되어 동압을 발생시키는 유체로 강성이 공기보다 뛰어난 비압축성 오일 종류를 사용하기도 한다.
이와 같은 유체 베어링 장치는 하중의 방향에 따라 레이디얼 하중을 지지하는 레이디얼 유체 베어링 장치 및 스러스트 하중을 지지하는 스러스트 유체 베어링장치로 분류되며 이들중 스러스트 유체 베어링 장치는 다시 스러스트 유체 베어링 장치가 회전체에 부착되어 회전하고 회전체를 지지하는 축이 고정되어 있는 경우와, 축에 압입등의 방법으로 고정되어 있고 회전체가 회전하여 소정 유체압을 발생하는 경우등 다양한 조합을 이룰 수 있다.
도 1은 종래의 VTR 헤드 구동 장치를 도시한 도면으로, VTR 헤드 구동 장치는 크게 보아 VTR 테이프에 기록되어 있는 영상 신호 및 음성신호를 판독하는 헤드(10)가 설치되어 있는 회전 가능한 상부 드럼(20) 및 데크 플레이트(미도시)의 드럼 베이스(미도시)에 소정 경사각을 형성하면서 고정되어 있는 하부 드럼(30), 상기 상부 드럼(20)의 회전 중심 및 상부 드럼(20)의 스러스트 하중을 지지함과 아울러 소정 직경을 갖는 제 1 원통부(이하 축이라 칭한다;40)에 압입 고정되어 있으며 상면에 헤링본 형상의 제 1 동압 발생홈(50b)이 형성되어 있는 원판 형상의 제 2 원통부(이하 스러스트 베어링이라 칭한다;50) 및 구동 모터부(60),(70)로 구성되어 있다.
상기 축(40)의 외주면 원주 방향으로는 헤링본 형상의 제 2 동압 발생홈(40a)이 형성되어 있으며, 상기 제 2 동압 발생홈(40a)에 의해 동압이 발생이 발생하여 상부 드럼(20)의 고속 회전시 발생하는 레이디얼 하중을 지지하도록 상부 드럼(20)에는 축(40)의 내주면의 직경보다 수 ㎛ 큰 직경을 갖는 축 지지부재(이하 부싱이라 칭한다;80)이 상부 드럼(20)에 고정되어 있다.
기 언급된 구동 모터(60),(70)는 다시 축(40)의 상면에 고정되어 있는 스테이터 모터(60) 및 상부 드럼(20)에 안착되어 있는 로터(70)로 구성되어 있으며, 도면 미설명 부호인 95는 스테이터 트랜스 이고, 90은 스테이터 트랜스와 수 ㎛ 이격되어 로터리 트랜스이다.
도 2는 상기 도 1의 스러스트 베어링에 형성된 제 1 동압 발생홈과 축을 도시한 도면으로, 상기 스러스트 베어링(50)의 상면에는 소정 면적을 갖는 두 개의 직선이 예각으로 접속되어 절곡부(50a)가 형성되어 있는 헤링본 형상의 동압 발생홈(50b)이 형성되어 있되, 절곡부(50a)는 축(40)의 직경 보다는 크고 스러스트 베어링(50)의 직경보다는 작은 원주선상 D에 형성되어 있으며 D는 스러스트 베어링(50)의 이등분선상 부분에 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 VTR 헤드 구동장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 구동 모터중 축(40)에는 스테이터(60)가 고정되어 있고 상부 드럼(20)에는 로터(70)가 고정되어 있음으로, 구동 모터에 전원이 인가되면 축(40)을 중심으로 상부 드럼(20)이 회전하면서 상부 드럼(20)에 설치되어 있는 헤드(10) 또한 회전하면서 비디오 테이프의 영상 신호와 음성신호를 판독하게 되는데 상부 드럼(20)의 스러스트 하중의 지지 및 상부 드럼(20)이 회전하면서 발생하는 마찰을 최소로 하기 위해서 스러스트 베어링(50)의 상면에 형성된 헤링본 형상의 제 1 동압 발생홈(50b)으로 소정 유체가 유입되어 스러스트 베어링(50)과 상부 드럼(20)은 무접촉 되면서 고속으로 회전하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 스러스트 베어링에 형성되어 스러스트 하중을 지지하기 위해 소정 유체압을 발생시키는 헤링본 형상의 제 1 동압 발생홈으로 유입되는 유체는 스러스트 베어링의 초고속 회전에 의하여 원심력이 발생하여 발생한 원심력에 의해 스러스트 베어링의 절곡부로 유입되지 못하고 스러스트 베어링의 외경부로 누설되어 누설량에 대응하여 유체압의 크기가 감소하여 스러스트 하중을 지지하기 위한 충분한 동압이 발생하지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 스러스트 베어링에 형성된 헤링본 형상을 갖는 동압 발생홈의 절곡부 위치를 가변시켜 유체의 역류에 의한 유체압 손실이 발생하는 것을 방지한 역류구를 형성함에 있다.
도 1은 종래의 유체 베어링 장치가 적용된 VTR 헤드 구동 장치를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 스러스트 베어링을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 스러스트 베어링을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 또다른 일실시예를 도시한 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
40: 축 50: 스러스트 베어링
50b: 제 1 동압 발생홈 100: 제 1 유체압 발생부
110: 제 2 유체압 발생부
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 역류구가 형성된 유체 베어링 장치는 소정 길이와 소정 직경을 갖는 제 1 원통부, 제 1 원통부에 삽입되며 제 1 원통부의 직경보다는 크고 길이는 짧은 제 2 원통부로 형성된 축, 축과 반대 형상으로 형성되며 축과 대접되는 지지 부재, 제 2 원통부 및 제 2 원통부와 대응되는 지지 부재중 어느 하나에 헤링본 형상의 절곡부가 형성되어 있는 동압 발생홈에 의해 소정 유체압을 발생시키는 유체압 발생부를 포함하며, 절곡부는 제 2 원통부상에 소정 직경을 갖도록 형성된 임의의 원주에 소정 각도로 배열되고, 제 1 원통부 및 제 2 원통부가 만나는 경계면과 원주가 형성하고 있는 제 1 간격에는 제 1 유체압 발생부가 형성되고, 제 2 원통부의 외주면과 원주가 형성하고 있는 제 2 간격 사이에는 제 2 유체압 발생부가 형성되며, 제 1 유체압 발생부와 제 2 유체압 발생부의 면적은 동일하지 않아 제 1 유체압 발생부와 제 2 유체압 발생부로부터 상기 유체가 역류되는 것을 방지한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명 역류구가 형성된 유체 베어링 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 역류구가 형성된 유체 베어링 장치중 스러스트 베어링을 도시한 평면도로써, 종래와 동일한 부분에 대해서는 그 중복된 설명을 생략하기로 하며 종래와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호와 동일한 명칭을 사용하기로 한다.
본 발명에 의한 스러스트 베어링(제 2 원통부;50)은 소정 두께와 소정 직경을 갖는 원판 형상이고, 원판의 중심부에는 축(제 1 원통부;40)이 압입되도록 중공부가 형성되어 있으며, 상기 중공부와 스러스트 베어링(50)의 외경 사이에는 헤링본 형상으로 소정 홈 면적을 갖고 있는 제 1 동압 발생홈(50b)이 형성되어 있다.
상기 스러스트 베어링(50)에 형성되어 있는 제 1 동압 발생홈(50b)에는 내경 A와 외경 B 사이에는 가상 원 E를 형성한다.
원 E는 내경 A와 외경 B의 이등분선상을 기준으로 보았을 때 내경 A와 E가 이루는 있는 간격을 제 2 간격(C), 외경 B와 E가 이루고 있는 간격을 제 1 간격(D)가 되도록 하되 이들중 제 2 간격(C)이 제 1 간격(D)보다 작도록 형성되어 있어 상기 E에 의해 제 1 간격(D)과 제 2 간격(C) 및 후술된 제 1 유체압 발생부(100), 제 2 유체압 발생부(110)의 홈 면적 K, G 는 결정되는 것이다.
또한, 제 1 동압 발생홈(50b)은 두 직선 ab, bc가 소정 예각(β:도 3에는 β가 둔각처럼 보이지만 실제는 예각이다)으로 E에 접속되어 절곡부(50a)를 형성하고 있고, 소정 각도 회전한 곳인 e 부분에는 다시 두 직선 de, ef을 소정 예각(β)으로 E에 접속하여 절곡부(e)를 형성하고 있으며, 선 a,b,e,d에 의해 형성된 제 1 유체압 발생부(도트로 해칭된 부분;100)와, 선 b,c,f,e에 의해 형성된 제 2 유체압 발생부(사선으로 해칭된 부분;110)로 형성되어 있는 것이다.
여기서 호(arc)와 직선으로 이루어진 제 1 유체압 발생부(100)의 면적을 K 라 하고, 호(arc)와 직선으로 이루어진 제 2 유체압 발생부(110)의 면적을 G 라 했을 때 K,G는 K G의 관계를 갖도록 형성되어, 제 1 유체압 발생부(100)는 역류구의 역할을 하게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명 역류구가 형성된 유체 베어링 장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 구동 모터중 축(40)에는 스테이터(60)가 고정되어 있고 상부 드럼(20)에는 로터(70)가 고정되어 있음으로, 구동 모터에 전원이 인가되면 축(40)을 중심으로 상부 드럼(20)이 회전하면서 상부 드럼(20)에 설치되어 있는 헤드(10) 또한 회전하여 비디오 테이프의 영상 신호와 음성신호를 판독하게 된다.
이때, 상부 드럼(20)의 스러스트 하중의 지지 및 상부 드럼(20)이 회전하면서 발생하는 마찰을 최소로 하기 위해서 스러스트 베어링(50)의 상면에 형성된 헤링본 형상의 제 1 동압 발생홈(50b)의 제 1 유체압 발생부(100)와 제 2 유체압 발생부(110)로 유입된 유체는 상기 제 1 유체압 발생부(100)와 제 2 유체압 발생부(110)가 만나는 절곡부(50a)에서 합쳐져서 소정 유체압을 발생하게 되는데 이때 제 1 유체압 발생부(100)의 홈 면적은 제 2 유체압 발생부(110)의 홈 면적보다 크기 때문에 유체의 유입량 및 유체압의 크기는 도시된 유체압 그래프와 같이 제 1 유체압 발생부(100)가 크게 되어 원심력에 의해 역류하는 유체의 손실을 보충할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또다른 일실시예로써 도 3의 일실시예에서는 축(40)에 스러스트 베어링(50)이 압입되어 있었지만 도 4의 실시예는 스러스트 베어링(50)이 상부 드럼(미도시)에 부착되어 있고 축(40)에 대하여 회전 가능한 상태인 것을 도시한 평면도로써 이와 같은 실시예에서는 스러스트 베어링(50)의 내경 A로의 역류되어 누설되는 유체가 발생하여 유체압의 감소가 발생할 수 있다.
내경 A와 E가 이루고 있는 제 2 간격(C)과 외경 B와 E가 이루고 있는 제 1 간격(D)중 제 2 간격(C) 보다 제 1 간격(D)을 작게 설정하고, 이와 같이 설정된 E 상에 동일 예각을 갖는 제 1 유체압 발생부(도트로 해칭된 부분;100)와 제 1 유체압 발생부(100)보다 작은 면적을 갖는 제 2 유체압 발생부(사선으로 해칭된 부분;110)를 형성하여 제 2 유체압 발생부(110)에 의해 내경부로 역류에 의해 누설되는 유체량을 감소시키는 효과가 있다.
본 발명의 스러스트 베어링은 적용되는 분야가 매우 다양하며 스러스트 베어링이 적용되는 모터의 구성 또한 매우 다양하므로, 본 발명 청구범위의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 스러스트 하중을 받는 스러스트 베어링에 용이하게 적용할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예중 축과 스러스트 베어링은 별도로 제작된 것을 압입할 수도 있지만, 축 과 스러스트 베어링을 동일 부재를 사용하여 일체형으로 제작하는 것도 가능하다.
이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 제 1 유체압 발생부와 제 2 유체압 발생부의 면적을 가변하여 외경부로의 역류에 의한 누설, 내경부로의 역류에 의한 누설을 방지하여 유체압 손실을 감소시켜 회전 성능 저하를 방지하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 소정 길이와 소정 직경을 갖는 제 1 원통부와;
    상기 제 1 원통부에 삽입되며 상기 제 1 원통부의 직경보다는 크고 길이는 짧은 제 2 원통부로 형성된 축과;
    상기 축과 반대 형상으로 형성되며 상기 축과 대접되는 지지 부재와;
    상기 제 2 원통부 및 상기 제 2 원통부와 대응되는 상기 지지 부재중 어느 하나에 헤링본 형상의 절곡부가 형성되어 있는 동압 발생홈에 의해 소정 유체압을 발생시키는 유체압 발생부를 포함하며,
    상기 절곡부는 상기 제 2 원통부상에 형성된 임의의 원주에 소정 예각으로 배열되고, 상기 제 1 원통부 및 상기 제 2 원통부가 만나는 경계면과 상기 원주 사이에 형성된 제 1 간격에는 제 1 유체압 발생부가 형성되고, 상기 제 2 원통부의 외주면과 상기 원주사이에 형성된 제 2 간격 사이에는 제 2 유체압 발생부가 형성되며, 상기 제 1 유체압 발생부와 상기 제 2 유체압 발생부의 면적은 동일하지 않도록 하여 상기 제 1 유체압 발생부와 상기 제 2 유체압 발생부로부터 상기 유체가 역류되는 것을 방지한 것을 특징으로 하는 역류구가 형성된 유체 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 유체압 발생부로부터 유체의 역류를 방지하기 위하여 상기 제 2 원통부에 형성되어 있는 제 1 간격은 상기 제 2 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 역류구가 형성된 유체 베어링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유체압 발생부로부터 유체의 역류를 방지하기 위해 상기 제 1 간격은 상기 제 2 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 역류구가 형성된 유체 베어링 장치.
  4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 제 2 원통부는 상기 제 1 원통부에 압입되어 있는 것을 특징으로 하는 역류구가 형성된 유체 베어링 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 원통부는 상기 제 1 원통부에 회전 가능하게 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 역류구가 형성된 유체 베어링 장치.
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