KR100260918B1 - Air dynamic pressure bearing apparatus having increased radial stiffness - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An air dynamic pressure bearing device having increased rigidity in a radial direction is provided to reduce a size and a manufacturing cost by removing a spacer and reducing the number of hemispheres and to secure stability in rotation by increasing the rigidity against tilting of a bushing. CONSTITUTION: An air dynamic pressure bearing device having increased rigidity in a radius direction includes a step bearing(150) fixed on an upper portion of a shaft(120), a hemisphere(130) fixed on a lower portion of the shaft and having a plurality of dynamic pressure generating holes(135), and a bushing(140) inserted into the shaft to rotate between the step bearing and the hemisphere and having a through hole(146) at the center. The step bearing has a first diameter plate member(152) fixed on an end of the shaft for covering an upper end of the bushing, a second diameter air pocket member(154) axially piled up on the plate member and a third diameter recess member(156) axially piled up on the air pocket member. The first diameter is larger than the second diameter and the second diameter is larger than the third diameter. The bushing has a hemispherical hole for receiving the hemisphere at a lower end surface and a receiving hole(141) for receiving the air pocket and the recess member at an upper end surface.

Description

반경방향의 강성을 증가시킨 공기 동압 베어링 장치Pneumatic hydrodynamic bearing device with increased radial stiffness

본 발명은 반경방향의 강성을 증가시킨 공기 동압 베어링 장치에 관한 것으로, 특히 공기가 유출되는 상부에 에어 포켓이 형성된 스텝 베어링을 설치하여 스러스트 하중과 레이디얼 하중을 발생시켜 회전의 안정성을 획보하고 부싱의 틸팅에 대해 강성을 증가시킨 반경방향의 강성을 증가시킨 공기 동압 베어링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pneumatic hydrodynamic bearing device that increases the rigidity of the radial direction, in particular, by installing a step bearing formed with an air pocket in the upper air flow out to generate a thrust load and a radial load to achieve stability of rotation and bushing It relates to a pneumatic hydrodynamic bearing device which increases the radial stiffness which increases the stiffness with respect to the tilting of.

최근 들어 정보, 컴퓨터 산업의 급격한 발달로 각종 기기를 구동시키는데 필요한 구동 모터들, 예를 들면, 레이저 프린터의 폴리건 미러 구동장치, 하드디스크의 스핀들 모터 및 VCR의 헤드 구동 모터 등은 기기의 특성상 보다 많은 데이터의 검색, 저장 및 재생을 짧은 시간에 수행하기 위해서 축 흔들림이나 축 진동이 없는 고정밀, 초고속 회전 성능을 요구하고 있다. 이에 따라서 구동모터의 축 흔들림이나 축 진동을 억제하며 안정적으로 고속 회전하는 구동 모터의 개발과 함께 이와 같은 모터 회전을 가능하게 하는 베어링 장치에 대하여 연구 개발이 추진되고 있다. 이와 같은 베어링 장치 중 특히 레이디얼 하중과 스러스트 하중을 동시에 지지하며 초고속 회전에 적합한 동압형 유체베어링 장치에 대해 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.Recently, due to the rapid development of information and computer industry, drive motors required to drive various devices, such as polygon mirror drive of laser printer, spindle motor of hard disk and head drive motor of VCR, etc. In order to perform data retrieval, storage and retrieval in a short time, high precision and high speed rotation performance without shaft shaking or shaft vibration is required. Accordingly, research and development are being promoted for a bearing device that enables the motor rotation as well as the development of a drive motor that stably rotates at high speed while suppressing shaft shake and shaft vibration of the drive motor. Among such bearing devices, in particular, the research and development is being actively conducted for a dynamic pressure fluid bearing device which supports radial load and thrust load at the same time and is suitable for high speed rotation.

도 1은 동압형 유체 베어링 장치의 일종인 반구형 베어링 장치가 적용된 레이저 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a polygon mirror driving device of a laser printer to which a hemispherical bearing device, which is a type of hydrodynamic fluid bearing device, is applied.

도시된 바와 같이, 하부 하우징(70)에는 축(20)이 고정되며, 축(20)의 소정위치에 상부 및 하부반구(30)(35)가 소정거리 이격되어 상호 대향하도록 고정된다.As shown, the shaft 20 is fixed to the lower housing 70, and the upper and lower hemispheres 30 and 35 are fixed to face each other at a predetermined distance from the predetermined position of the shaft 20.

또한, 부싱(40)의 내부에는 관통공 및 반구홈(30a, 30b)이 형성되어 부싱(40)이 회전할 수 있도록 축(20)과 상부 및 하부반구(30)(35)를 수용하며, 관통공 내에는 상부 및 하부반구(30)(35)와 반구홈(30a)(30b) 사이의 간극(clearance)을 조정하기 위한 스페이서(40a)가 끼워진다. 도시되지는 않았지만, 반구홈(30a)(30b) 각각의 반구면 상에는 동압 발생홈이 축방향으로 다수개 형성된다. 또한, 부싱(40)의 외주면에는 폴리건 미러(10)와 스테이터(50) 및 로터(55)를 장착한 허브(60)가 압입되어 부싱(40)과 함께 회전한다.In addition, through holes and hemisphere grooves 30a and 30b are formed in the bushing 40 to accommodate the shaft 20 and the upper and lower hemispheres 30 and 35 so that the bushing 40 can rotate. The through hole is fitted with a spacer 40a for adjusting the clearance between the upper and lower hemispheres 30 and 35 and the hemisphere grooves 30a and 30b. Although not shown, a plurality of dynamic pressure generating grooves are formed in the axial direction on the hemispheres of each of the hemisphere grooves 30a and 30b. In addition, the hub 60 having the polygon mirror 10, the stator 50, and the rotor 55 mounted on the outer circumferential surface of the bushing 40 is press-fitted to rotate together with the bushing 40.

스테이터(50)에 전원을 인가하면, 이에 대향한 로터(55)와의 전자기적 작용에 의해 로터(55)가 회전하며, 이에 따라 허브(60), 부싱(40)이 회전한다. 회전 초기에는 부싱(40)의 자체 중량에 의해 중력 방향으로 힘이 작용하여 부싱(40)은 하부반구(30)와 접촉하고 상부반구(35)와는 일정간격을 유지한다.When power is applied to the stator 50, the rotor 55 is rotated by the electromagnetic action of the opposite rotor 55, thereby rotating the hub 60, the bushing 40. At the beginning of rotation, a force acts in the direction of gravity by the weight of the bushing 40 so that the bushing 40 contacts the lower hemisphere 30 and maintains a constant distance from the upper hemisphere 35.

이어 부싱(40)이 회전함에 따라 상부 및 하부반구(30)(35)와 반구홈(30a, 30b) 사이의 간극을 통하여 유체가 유입되어 동압이 각각 발생한다. 이때, 하부반구(30)와 반구홈(30a) 사이의 간극이 더 작기 때문에 더 큰 동압이 발생하고 이에 따라 부싱(40)이 부상하게 된다.Then, as the bushing 40 rotates, fluid flows through the gap between the upper and lower hemispheres 30 and 35 and the hemisphere grooves 30a and 30b to generate dynamic pressure, respectively. At this time, since the gap between the lower hemisphere 30 and the hemisphere groove 30a is smaller, a larger dynamic pressure is generated and thus the bushing 40 is floated.

이후 부싱(40)은 상호 대향한 상부 및 하부반구(30, 35) 사이에서 상하로 유동되다가 양측 반구(30)(35)와 반구홈(30a)(30b)이 이루는 간극이 동일해지는 동압 평형점에서 평형 상태를 이루면서 회전하게 된다.The bushing 40 is then moved up and down between the upper and lower hemispheres 30 and 35 facing each other, and the equal pressure equalization gap between the two hemispheres 30 and 35 and the hemisphere grooves 30a and 30b is the same. Rotate in equilibrium at.

그러나 이러한 방식으로 동작하는 유체 베어링 장치를 제조하기가 매우 어렵고 제조원가가 높아진다는 문제점이 있다.However, there is a problem that it is very difficult to manufacture a fluid bearing device that operates in this manner and the manufacturing cost is high.

먼저, 부싱 내부에 형성된 관통공에 끼우는 스페이서는 동작특성상 매우 정밀한 치수로 가공되어야 하기 때문에 베어링을 제조하는데 많은 시간과 비용이 소요되며, 스페이서에 의해 베어링 장치의 크기가 증가한다.First, since the spacer inserted into the through hole formed inside the bushing has to be processed to a very precise dimension due to its operation characteristics, it takes a lot of time and cost to manufacture the bearing, and the size of the bearing device is increased by the spacer.

또한, 래핑 등의 공정을 통해 정밀하게 가공되고 동압 발생홈이 형성되는 반구면을 갖는 반구를 상하로 2개씩 사용해야 하므로 제조원가가 상승한다.In addition, the manufacturing cost is increased because two hemispheres having a hemispherical surface that is precisely processed through a lapping process and the like, in which a dynamic pressure generating groove is formed, should be used up and down.

또한 외란에 의한 부싱의 틸팅(tilting)에 대해 약하다는 문제점이 있다.In addition, there is a problem that is weak against the tilting (tilting) of the bushing by the disturbance.

또한 상부 및 하부반구와 부싱간의 간극을 정확하게 조절해야 하기 때문에 조립효율이 떨어지고, 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.In addition, because the gap between the upper and lower hemispheres and the bushing must be precisely adjusted, the assembly efficiency is low, and there is a problem that takes a lot of time.

따라서, 본 발명의 목적은 스페이서를 제거하고 사용되는 반구의 개수를 감소시켜 제조원가를 줄이고 크기를 감소시키는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to reduce the manufacturing cost and reduce the size by removing the spacers and reducing the number of hemispheres used.

본 발명의 다른 목적은 외란에 의한 부싱의 틸팅에 대한 강성을 증가시켜 회전 안정성을 확보하는데 있다.Another object of the present invention is to increase the rigidity against tilting of the bushing by disturbance to ensure rotational stability.

본 발명의 또 다른 목적은 조립을 간단하게 하는데 있다.Another object of the present invention is to simplify assembly.

도 1은 종래의 반구 베어링 장치의 단면을 도시한 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing a cross section of a conventional hemisphere bearing device,

도 2는 본 발명에 따른 반경방향의 강성을 증가시킨 공기 동압 베어링 장치를 도시한 일부 절단 단면도이고,Figure 2 is a partial cut cross-sectional view showing an air dynamic bearing device with increased radial rigidity according to the present invention,

도 3은 도 2의 스텝 베어링은 확대한 사시도이고,3 is an enlarged perspective view of the step bearing of FIG.

도 4는 본 발명의 공기 동압 베어링 장치의 동작을 설명하기 위한 확대 단면도이고,Figure 4 is an enlarged cross-sectional view for explaining the operation of the pneumatic hydrodynamic bearing device of the present invention,

도 5는 크로스 해치 패턴의 상세도이다.5 is a detail view of the cross hatch pattern.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 스텝 베어링은 축의 상부에 고정되고, 하부에는 표면상에 다수개의 동압 발생홈들이 형성된 반구가 고정되며, 부싱의 중심에는 관통공이 형성되어 스텝 베어링 및 반구 사이에 회전 가능하도록 관통공 내에 축에 끼워진다. 스텝 베어링은 부싱의 상단면을 커버하도록 축의 단부에 고정되는 제 1 직경의 플레이트 부재와, 축방향으로 플레이트 부재상에 적층되는 제 2 직경의 에어 포켓 부재와, 축방향으로 에어 포켓 부재상에 적층되는 제 3 직경의 리세스 부재로 이루어지고, 제 1 직경 - 제 2 직경 - 제 3 직경의 순서로 크기를 갖는다. 또한 부싱의 하단면에는 반구를 수용하는 반구홈이 형성되고, 부싱의 상단면에는 에어 포켓 및 리세스 부재를 수용하는 수용홈이 형성된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the step bearing is fixed to the upper part of the shaft, and the hemisphere having a plurality of dynamic pressure generating grooves is fixed to the lower part, and a through hole is formed at the center of the bushing to rotate between the step bearing and the hemisphere. It is fitted to the shaft in the through hole if possible. The step bearing is a plate member of a first diameter fixed at the end of the shaft to cover the top surface of the bushing, an air pocket member of a second diameter laminated on the plate member in the axial direction, and an air pocket member in the axial direction. Consisting of a recessed member of a third diameter, which is sized in the order of the first diameter-the second diameter-the third diameter. In addition, the lower surface of the bushing is formed with a hemisphere groove for receiving a hemisphere, the upper surface of the bushing is formed with a receiving groove for receiving the air pocket and the recess member.

바람직하게, 스텝 베어링은 일체로 형성될 수 있으며, 플라스틱 사출성형으로 제조될 수 있다.Preferably, the step bearing may be integrally formed and manufactured by plastic injection molding.

또한 에어 포켓 부재의 외주면 상에는 에어 포켓들이 형성되고, 에어 포켓들은 크로스 해치 형상으로서, 바람직하게, 에어 포켓 부재는 상기 축의 상단면 중심에서의 원주각 45도 이내에 위치한다.Air pockets are also formed on the outer circumferential surface of the air pocket member, and the air pockets are cross hatched, preferably, the air pocket member is located within 45 degrees of the circumference at the center of the top surface of the shaft.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유체 베어링 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 발명에서는 유체 중에서 공기를 이용한 경우를 예로 들어 설명한다.Hereinafter, a fluid bearing device according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the present invention, the case of using air in the fluid will be described as an example.

도 2를 참조하면, 축(120)의 상부에는 스텝 베어링(150)이 고정된다. 스텝 베어링(150)은 축(120)의 단부로부터 플레이트 부재(152)와 에어 포켓 부재(154) 및 리세스 부재(156)가 순차적으로 결합되어 형성된다. 바람직하게 플레이트 부재(152), 에어 포켓 부재(154) 및 리세스 부재(156)는 일체로 제작된다. 또한 플레이트 부재(152), 에어 포켓 부재(154) 및 리세스 부재(156) 각각의 중심에는 서로 연통되도록 관통공(158)이 형성되어 각각 링형상을 이룬다. 한편, 직경의 크기에 있어서는 플레이트 부재(152) - 에어 포켓 부재(154) - 리세스 부재(156)의 순으로 작아진다.Referring to FIG. 2, the step bearing 150 is fixed to the upper portion of the shaft 120. The step bearing 150 is formed by sequentially combining the plate member 152, the air pocket member 154, and the recess member 156 from the end of the shaft 120. Preferably, plate member 152, air pocket member 154 and recess member 156 are integrally fabricated. In addition, through-holes 158 are formed in the center of each of the plate member 152, the air pocket member 154, and the recess member 156 to form a ring shape. On the other hand, in the size of diameter, it becomes small in order of plate member 152-air pocket member 154-recess member 156.

플레이트 부재(152)의 직경은, 후술하는 바와 같이, 부싱(140)의 직경과 동일하며 부싱(140)과 미세한 간극으로 대향하여 외관상으로 단부 전체를 덮고 있다.As described later, the diameter of the plate member 152 is the same as the diameter of the bushing 140, and covers the entire end portion in appearance in opposition to the minute gap with the bushing 140.

에어 포켓 부재(154)의 외주면상에는 에어 포켓(154a)이 전면에 걸쳐 형성된다. 도 5를 참조하면, 에어 포켓(154a)의 형태는 크로스 해치(cross hatch) 형태로서, 외주면을 널링(knurling)하여 크로스 해치를 생성한다. 선택적으로 스텝 베어링(150) 자체를 플라스틱 사출성형으로 제작하는 경우에는 널링할 필요없이 사출과 동시에 에어 포켓(154a)을 형성할 수 있다.On the outer circumferential surface of the air pocket member 154, an air pocket 154a is formed over the entire surface. Referring to FIG. 5, the air pocket 154a has a cross hatch shape and knurling an outer circumferential surface to generate a cross hatch. Optionally, when the step bearing 150 itself is manufactured by plastic injection molding, the air pocket 154a may be formed simultaneously with the injection without the need for knurling.

또한 리세스 부재(156)의 저면으로부터 일정 직경과 깊이의 리세스(156a)가 형성된다.Further, a recess 156a having a predetermined diameter and depth is formed from the bottom of the recess member 156.

한편, 축(120)의 하부에는 반구(130)가 중심에 축(120)이 삽입되어 고정된다. 반구(130)의 반구면 상에는 통상의 동압 발생홈들(135)이 형성된다.Meanwhile, the hemisphere 130 is inserted into the lower portion of the shaft 120 and the shaft 120 is inserted into and fixed to the center. Normal dynamic pressure generating grooves 135 are formed on the hemisphere of the hemisphere 130.

부싱(140)은 내부에 관통공(146)이 형성된 원기둥 형상으로 스텝 베어링(150)과 반구(130) 사이에서 축(120)에 회전 가능하게 끼워진다.The bushing 140 has a cylindrical shape in which a through hole 146 is formed therein, and is rotatably fitted to the shaft 120 between the step bearing 150 and the hemisphere 130.

부싱(140)의 상단면에는 원주방향을 따라 링형상의 수용홈(141)이 형성되어 스텝 베어링(150)의 에어 포켓 부재(154)와 리세스 부재(156)를 수용한다. 또한 부싱(140)의 하단면에는 반구홈(142)이 형성되어 반구(130)를 수용한다.A ring-shaped receiving groove 141 is formed along the circumferential direction of the upper surface of the bushing 140 to accommodate the air pocket member 154 and the recess member 156 of the step bearing 150. In addition, a hemisphere groove 142 is formed on the bottom surface of the bushing 140 to accommodate the hemisphere 130.

한편, 부싱(140)의 외주면 상에는 도 1에 도시된 바와 같이 허브(60)가 장착되며, 다른 구성요소는 도 1을 참조하여 상기한 바와 동일하며, 이에 대한 상세한 기술을 생략한다.Meanwhile, as shown in FIG. 1, the hub 60 is mounted on the outer circumferential surface of the bushing 140, and other components are the same as described above with reference to FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.

이하, 이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 베어링 장치의 동작을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the operation of the bearing device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

스테이터에 전원을 인가하면, 이에 대향한 로터와의 전자기적 작용에 의해 로터가 회전하며, 이에 따라 허브 및 부싱(140)이 회전한다. 회전을 시작하기 전에는 부싱(140)의 자체 중량에 의해 중력 방향으로 힘이 작용하여 부싱(140)의 하단면에 형성된 반구홈(142)은 반구(130)의 반구면과 접촉한다.When power is applied to the stator, the rotor is rotated by the electromagnetic action of the opposite rotor, thereby rotating the hub and bushing 140. Prior to starting the rotation, a force acts in the direction of gravity by the weight of the bushing 140 so that the hemisphere groove 142 formed on the bottom surface of the bushing 140 contacts the hemisphere surface of the hemisphere 130.

부싱(140)의 회전이 시작되면, 반구(130)와 부싱(140)의 반구홈(142) 사이의 간극을 통해 공기가 유입된다. 유입된 공기는 반구(130)의 반구면에 형성된 동압 발생홈(135)에 의해 반구홈(142)과 반구면 사이에 동압을 발생시키며, 이때, 반구홈(142)과 반구면이 간극은 매우 작아 큰 동압을 발생시켜 단시간에 부싱(140)을 부상시킨다.When the rotation of the bushing 140 starts, air is introduced through the gap between the hemisphere 130 and the hemisphere groove 142 of the bushing 140. The introduced air generates dynamic pressure between the hemisphere groove 142 and the hemisphere by the dynamic pressure generating groove 135 formed in the hemisphere 130 of the hemisphere 130, and the gap between the hemisphere groove 142 and the hemisphere is very large. Small to generate a large dynamic pressure to float the bushing 140 in a short time.

이어 부싱(140)과 축(120) 사이의 간극을 통과한 공기는 리세스 부재(156)의 저면에 형성된 리세스(156a) 내로 유입되어 도 4에 도시된 화살표 A - B - C 를 따라 외부로 유출되는데 이 과정에서 스러스트 하중과 레이디얼 하중이 발생된다.Air passing through the gap between the bushing 140 and the shaft 120 is then introduced into the recess 156a formed at the bottom of the recess member 156 and externally along the arrows A-B-C shown in FIG. In this process, thrust load and radial load are generated.

이를 구체적으로 설명하면, 먼저 제 1 단계로 리세스(156a)는 공간 체적이 크고 리세스 부재(156)와 수용홈(141) 표면 사이의 간극은 공간 체적이 작기 때문에 유입된 공기가 리세스(156a)로부터 리세스 부재(156)와 수용홈(141) 표면 사이의 간극을 통해 유출될 때, 공간 체적의 확대-축소 유동에 의해 하중이 발생된다.In detail, first, in the first step, the recess 156a has a large volume and a gap between the recess member 156 and the surface of the receiving groove 141 has a small volume, so that the introduced air is recessed. As it flows out of 156a through the gap between the recess member 156 and the receiving groove 141 surface, a load is generated by the enlarged-contracted flow of the space volume.

이어 제 2 단계로 공기가 화살표 B를 따라 유동될 때, 에어 포켓 부재(154)의 외주면에는 크로스 해치 형태의 에어 포켓(154a)이 형성되어 동압을 발생시킨다. 즉, 통상 상대운동이 존재하는 쿠에테 플로우(Couette flow)의 경우 상대속도가 압력에너지로 변환되어 압력상승이 발생하는데, 이 경우의 압력발생량은Subsequently, when air flows along the arrow B in the second step, an air pocket 154a in the form of a cross hatch is formed on the outer circumferential surface of the air pocket member 154 to generate dynamic pressure. That is, in the case of the Couette flow in which the relative motion exists, the relative speed is converted into pressure energy, and a pressure rise occurs.

Figure 1019970072453_B1_M0001
Figure 1019970072453_B1_M0001

여기서, L은 공기의 이동거리, υ는 이동속도, γ은 매질의 비중, λ는 마찰계수, C 는 간극을 각각 나타낸다. 이 식에 의하면, 간극이 작을수록, 이동속도가 클수록 또한 마찰계수가 클수록 압력발생량이 증가한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 에어 포켓 부재(154)의 외주면에 형성된 에어 포켓(154a)에 의해 화살표 B를 따라 유동되는 공기의 흐름에 대한 마찰계수가 증가하기 때문에 압력발생량이 증가된다.Where L is the moving distance of air, υ is the moving speed, γ is the specific gravity of the medium, λ is the coefficient of friction, and C is the clearance. According to this equation, it can be seen that the smaller the gap, the larger the moving speed, and the larger the coefficient of friction, the greater the amount of pressure generated. Therefore, the pressure generation amount is increased because the coefficient of friction for the flow of air flowing along the arrow B is increased by the air pocket 154a formed on the outer circumferential surface of the air pocket member 154.

또한 제 3 단계로 수용홈(141) 내에서 플레이트 부재(152)와 부싱(140)의 상단면 사이의 간극을 통해 공기가 외부로 유출될 때에도 공간 체적의 확대-축소 유동에 의해 하중이 발생된다.In addition, in the third step, the load is generated by the expansion-contraction flow of the space volume even when air flows out through the gap between the plate member 152 and the upper surface of the bushing 140 in the receiving groove 141. .

이때, 발생되는 하중은 각각 리세스 부재(156)와 수용홈(141) 표면 사이의 간극 t1 및 플레이트 부재(152)와 부싱(140)의 상단면 사이의 간극 t2에 관련하며, 간극 t1 및 t2가 작을수록 큰 하중을 발생하기 때문에 반구(130)의 동압 발생홈(135)에 의해 발생된 동압이 부싱(140)을 부상시켜 간극 t1 및 t2가 작아지게 됨에 따라 더욱 큰 하중이 발생한다.At this time, the generated load is related to the gap t1 between the recess member 156 and the receiving groove 141 surface and the gap t2 between the plate member 152 and the top surface of the bushing 140, respectively, and the gaps t1 and t2. Since the smaller the larger the load is generated, as the dynamic pressure generated by the dynamic pressure generating groove 135 of the hemisphere 130 floats the bushing 140, and the gap t1 and t2 becomes smaller, a larger load is generated.

이와 같은 시계열적인 단계들을 거치면서 각각 스러스트 및 레이디얼 하중을 발생하는데, 이 중 스러스트 하중은 스텝베어링(150)과 부싱(140)에 동시에 작용하지만, 스텝 베어링(150)은 축(120)에 고정되어 있기 때문에 부싱(140)만이 하중에 영향을 받게 되어, 결과적으로 부싱(140)을 하부로 밀어내리게 된다.Through such time series steps, thrust and radial loads are generated, respectively, of which thrust load acts on the step bearing 150 and the bushing 140 simultaneously, but the step bearing 150 is fixed to the shaft 120. As such, only bushing 140 is affected by the load, which results in pushing bushing 140 downward.

또한 레이디얼 하중은 부싱(140)이 회전 중에 틸팅되는 경우, 이를 복원하는 힘으로 작용한다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 외주면에 에어 포켓(154a)이 형성된 에어 포켓 부재(154)의 대부분은 축(120)의 상단 중심에서의 원주각 45도 이내에 위치하고 있기 때문에 에어 포켓(154a)에 의한 마찰력 증가로 발생되는 동압은 모두 레이디얼 하중을 작용하여 부싱(140)의 틸팅에 대해 더욱 강성을 갖게 되어 회전이 안정적으로 된다.The radial load also acts as a force to restore the bushing 140 when it is tilted during rotation. In particular, as shown in FIG. 4, most of the air pocket members 154 having the air pockets 154a formed on the outer circumferential surface thereof are located within 45 degrees of the circumference at the center of the upper end of the shaft 120. The dynamic pressure generated by the increased frictional force acts as a radial load, thereby making the rotation more stable due to the rigidity against the tilting of the bushing 140.

부싱(140)이 하부로 밀려내려감에 따라 부싱(140)의 반구홈(132)과 반구면 사이의 간극은 작아지게 되고, 이에 따라 발생되는 동압이 증가하여 다시 부싱(140)을 부상시키게 된다. 이후 상기한 과정을 반복하면서 부싱(140)은 스텝 베어링(150)과 반구(130) 사이에서 상하로 유동되다가 부싱(140)의 양쪽 단부에서 발생되는 스러스트 하중이 평형을 이루는 상태에서 유동이 정지되어 안정적인 회전을 지속한다.As the bushing 140 is pushed downward, the gap between the hemisphere groove 132 and the hemisphere of the bushing 140 becomes small, and the dynamic pressure generated accordingly increases, thereby causing the bushing 140 to rise again. Thereafter, while the above-described process is repeated, the bushing 140 flows up and down between the step bearing 150 and the hemisphere 130, and then the flow is stopped while the thrust load generated at both ends of the bushing 140 is balanced. Keep stable rotation.

이와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 베어링 장치에 따르면 여러 가지 이점을 갖는다.As described above, the bearing device according to the preferred embodiment of the present invention has various advantages.

먼저, 반구를 1개만 사용하므로써 제조원가가 감소하고, 제조공정을 보다 간단하게 할 수 있으며, 특히 스텝 베어링을 플라스틱 사출성형함으로서 제조원가를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있다.First, the production cost can be reduced by using only one hemisphere, and the manufacturing process can be made simpler. In particular, the injection molding of the step bearing can reduce the manufacturing cost and improve productivity.

또한, 스텝 베어링의 플레이트 부재에 의해 부싱의 상단면의 오염을 막을 수 있다.In addition, the plate member of the step bearing can prevent contamination of the upper end surface of the bushing.

또한, 유출되는 공기에 의해 레이디얼 하중을 발생하고, 이와 함께 에어 포켓에 의한 마찰력 증가로 발생되는 레이디얼 하중에 의해 외란에 의한 부싱의 틸팅에 대한 강성이 증가하여 안정적인 회전을 확보할 수 있다.In addition, the radial load is generated by the air flowing out, and the rigidity caused by the disturbance of the bushing due to the disturbance is increased by the radial load generated by the increased frictional force by the air pocket, thereby ensuring stable rotation.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 축의 상부에 부싱을 커버하는 플레이트 부재와 외주면에 에어 포켓이 형성된 에어 포켓 부재와 내부에 리세스가 형성된 리세스 부재가 축방향으로 일체로 형성된 스텝 베어링을 고정하고, 축의 하부에 동압 발생홈을 갖는 반구를 고정하고, 스텝 베어링과 반구 사이에 부싱을 축에 대해 회전 가능하게 삽입한다. 이에 따라, 제조원가를 감소시키고 제조공정을 보다 간단하게 할 수 있으며, 스텝 베어링에 의해 부싱의 상단면의 오염을 막을 수 있다. 또한 부싱의 틸팅에 대한 강성을 증가시켜 안정적인 회전을 확보할 수 있다.As described above, according to the present invention, the plate member covering the bushing on the upper part of the shaft and the air pocket member having the air pocket formed on the outer circumferential surface and the recess member having the recess formed therein are fixed to the step bearing integrally formed in the axial direction. The hemisphere having the dynamic pressure generating groove is fixed to the lower part of the shaft, and the bushing is rotatably inserted about the shaft between the step bearing and the hemisphere. As a result, manufacturing cost can be reduced, manufacturing process can be made simpler, and step bearings can prevent contamination of the upper surface of the bushing. In addition, by increasing the rigidity against the tilting of the bushing can ensure a stable rotation.

한편, 본 발명은 부싱이 회전하는 경우를 예를 들어 설명하였지만, 축이 회전하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.On the other hand, the present invention has been described in the case that the bushing rotates, for example, it can be equally applied to the case of rotating the shaft.

그리고, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있으며, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시예들은 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.In addition, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, the present invention may be variously modified and practiced by those skilled in the art, and such modified embodiments should not be individually understood from the technical spirit or viewpoint of the present invention. Such modified embodiments should fall within the scope of the appended claims.

Claims (6)

축과;Axles; 상기 축의 상부에 고정되는 스텝 베어링과;A step bearing fixed to the upper portion of the shaft; 상기 축의 하부에 고정되며, 표면상에 다수개의 동압 발생홈들이 형성된 반구와;A hemisphere fixed to a lower portion of the shaft and having a plurality of dynamic pressure generating grooves formed on a surface thereof; 중심에 관통공이 형성되어 상기 스텝 베어링 및 반구 사이에 회전 가능하도록 상기 축에 끼워진 부싱을 포함하며,A through hole formed at a center thereof and including a bushing fitted to the shaft to be rotatable between the step bearing and the hemisphere; 상기 스텝 베어링은The step bearing 상기 부싱의 상단면을 커버하도록 상기 축의 단부에 고정되는 제 1 직경의 플레이트 부재와;A plate member of a first diameter fixed to an end of the shaft to cover the top surface of the bushing; 축방향으로 상기 플레이트 부재상에 적층되는 제 2 직경의 에어 포켓 부재와;An air pocket member of a second diameter laminated on said plate member in an axial direction; 상기 축방향으로 상기 에어 포켓 부재상에 적층되는 제 3 직경의 리세스 부재로 이루어지고,A recessed member of a third diameter laminated on the air pocket member in the axial direction, 상기 제 1 직경은 상기 제 2 직경보다 크고 상기 제 2 직경은 상기 제 3 직경보다 크며,The first diameter is greater than the second diameter and the second diameter is greater than the third diameter, 상기 부싱의 하단면에는 상기 반구를 수용하는 반구홈이 형성되고,Hemispherical grooves for receiving the hemisphere is formed on the bottom surface of the bushing, 상기 부싱의 상단면에는 상기 에어 포켓 및 리세스 부재를 수용하는 수용홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 반경방향의 강성을 증가시킨 공기 동압 베어링 장치.The upper surface of the bushing is a pneumatic dynamic bearing device for increasing the radial rigidity, characterized in that the receiving groove for receiving the air pocket and the recess member is formed. 제 1 항에 있어서, 상기 스텝 베어링은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 반경방향의 강성을 증가시킨 공기 동압 베어링 장치.The pneumatic hydrodynamic bearing apparatus according to claim 1, wherein the step bearing is integrally formed. 제 1 항에 있어서, 상기 에어 포켓 부재의 외주면 상에는 에어 포켓들이 형성되는 것을 특징으로 하는 반경방향의 강성을 증가시킨 공기 동압 베어링 장치.The pneumatic hydrodynamic bearing apparatus according to claim 1, wherein air pockets are formed on an outer circumferential surface of the air pocket member. 제 3 항에 있어서, 상기 에어 포켓들은 크로스 해치 형상인 것을 특징으로 하는 반경방향의 강성을 증가시킨 공기 동압 베어링 장치.4. The pneumatic hydrodynamic bearing device of claim 3, wherein the air pockets are cross hatched. 제 3 항에 있어서, 상기 에어 포켓 부재는 상기 축의 상단면 중심에서의 원주각 45도 이내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반경방향의 강성을 증가시킨 공기 동압 베어링 장치.4. The pneumatic hydrodynamic bearing device of claim 3, wherein the air pocket member is located within 45 degrees of a circumference at the center of the top surface of the shaft. 제 1 항에 있어서, 상기 스텝 베어링은 플라스틱 사출성형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 반경방향의 강성을 증가시킨 공기 동압 베어링 장치.2. The pneumatic hydrodynamic bearing apparatus according to claim 1, wherein the step bearing is made of plastic injection molding.
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