KR100196930B1 - 반구 베어링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반구 베어링 장치에 관한 것으로, 본 발명의 구성에 의하면, 하부 하우징에 고정되어 있는 고정축과;
반구면이 상부를 향하도록 상기 고정축에 고정되어 소정 유체압을 발생시키는 제 1 반구 및 반구면이 하부를 향하며 고정축에 대하여 수직 방향으로 이동 가능하도록 설치되어 소정 유체압을 발생시키는 제 2 반구와,
상기 제 1 반구, 상기 제 2 반구의 반구면을 수용할 수 있는 반구홈이 형성되어 있는 부싱과;
상기 제 2 반구를 탄력적으로 압축시켜 상기 부싱의 상기 반구홈과 상기 제 1 반구, 상기 제 2 반구를 밀착시키는 제 2 반구 가압수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

반구 베어링 장치
본 발명은 반구 베어링 장치에 관한 것으로, 특히 반구 베어링의 반구와 부싱의 간극을 조절하는 스페이서를 제거한 반구 베어링 장치에 관한 것이다.
최근들어 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 보다 많은 데이터의 검색 및 저장, 재생을 단축된 시간에 수행하기 위해서는 축 흔들림이나 축 떨림 없는 고정밀, 초고속 회전 성능을 요구하고 있으며, 이에 따라서 구동모터의 축 흔들림이나 축 진동을 억제하며 안정적으로 고속회전 하는 구동 모터의 개발과 함께 이와 같은 모터 회전을 가능하게 하는 동압형 유체 베어링 장치의 다양한 형태에 대하여 연구 개발이 추진되고 있으며, 이와 같은 동압형 유체베어링들중 특히 레이디얼 하중과 드러스트 하중을 동시에 지지하며 초고속 회전에 적합한 동압형 유체베어링 장치인 반구 베어링의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이와 같은 반구 베어링이 적용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 첨부된 도 1에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
반구 베어링이 적용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치는 크게 보아 폴리건 미러(10)의 회전 중심인 고정축(20)과, 고정축(20)에 압입되어 있는 진구도가 높은 반구면을 갖는 반구(30)(35) 및 반구(30)(35)의 레이디얼 하중 및 드러스트 하중을 지지하는 부싱(40), 구동장치인 모터(50)(55) 및 허브(60), 하부 하우징(70)등으로 구성되어 있다.
상기 폴리건 미러(10), 고정축(20), 반구(30)(35), 부싱(40)의 결합관계를 살펴보면 하부 하우징(70)에는 반구(30)(35)가 압입되어 고정되어 있는 고정축(20)이 압입 고정되어 있다.
또한, 부싱(40)의 외주면에는 폴리건 미러(10) 및 스테이터 모터(50),로터(55)가 설치되도록 허브(60)가 압입되어 있어, 결과적으로 반구(30) 및 고정축(20)은 고정되어 있으며 부싱(30)은 고정축(20)에 대하여 회전할 수 있도록 되어 있다.
한편, 상기 반구(30)(35)의 레이디얼 하중 및 드러스트 하중을 지지하는 부싱(40)은 소정 직경을 갖는 속이 찬 원통 형상의 봉의 중심에 고정축(20) 보다 큰 직경으로 관통공을 형성한 다음, 봉의 양단에는 기 가공되어 있는 반구(30)(35)의 곡률과 동일한 반구홈(30a)(30b)을 형성하고, 부싱(40)의 관통공에는 반구(30)(35)와 반구홈(30a)(30b) 사이의 간극 간격을 조정하기 위한 스페이서(40a)가 삽입된다.
이와 같이 구성된 종래의 반구 베어링 장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 스테이터 코어(50) 및 로터(55)에 전원이 인가되어 부싱(40)이 회전하기 시작할 때, 부싱(40)의 하측 반구홈(30a)은 부싱(40)에 걸리는 하중에 의해 중력 방향으로 내려가 하측 반구(30)와 간극없이 밀착되어 있다.
이와 같은 하측 반구(30)가 반구홈(30a)과 밀착되어 있고, 상측 반구(35)는 반구홈(30b)과 수 ㎛의 간극이 형성되어 있음으로 부싱(40)이 회전할 때, 상하측 반구(30)(35)에 기 형성되어 있는 동압 발생홈으로 유입되는 유체에 의해 발생한 동압의 크기는 간극 간격이 넓은 상측 반구(35)보다 간극 간격이 좁은 하측 반구(30)가 더 크기 때문에 상측 반구(35)에서 발생하는 동압이 부싱(40)의 하중보다 크게 되면서 하측 반구(30)로부터 부싱(40)은 부상하게 된다.
그러나, 부싱(40)이 부상될수록 하측 반구(30)와 반구홈(30a)의 간극 간격은 넓어지고 반대로 상측 반구(35)와 반구홈(30b)은 점차 간극 간격이 좁아지게 되어 결국 상측 반구(35)와 반구홈(30b)에 의해 형성된 동압은 점차 커지는 경향을 보이게 된다.
이와 같이 한 쌍의 반구 사이에 형성되어 있는 부싱(40)은 상향, 하향으로 조금씩 유동되다가 결국 상측 반구(35), 하측 반구(30)와 반구홈(30a)(30b)이 이루는 간극 간격이 동일해지는 동압 평형점에서 부싱(40)은 평형 상태로 회전하게 된다.
그러나 기 언급한 바 있듯이 상측 반구, 하측 반구와 상하 반구홈들은 스페이서에 의해 수 ㎛의 간극을 유지하고 있으므로, 스페이서는 매우 정밀한 치수로 가공되어 스페이서 제작에 많은 시간과 비용이 소요되며 스페이서의 치수 불량이 발생하였을 경우 반구 베어링의 성능이 크게 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 부싱의 반구홈과 반구의 간극 간격을 조정하는 스페이서를 제거하고, 반구가 수직 방향으로 이동 가능하게 함과 동시에 반구에 발생한 수직 방향 변위를 발생시켜 반구의 간극 간격을 구속할 수 있도록 한 반구 베어링 장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 반구 베어링 장치의 단면을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 반구 베어링 장치를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 다른 일실시예를 도시한 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20: 고정축 30: 상측 반구
35: 하측 반구 40: 부싱
70: 하부 하우징 80: 스프링
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 반구 베어링 장치는 하부 하우징에 고정되어 있는 고정축과;
반구면이 상부를 향하도록 상기 고정축에 고정되어 소정 유체압을 발생시키는 제 1 반구 및 반구면이 하부를 향하며 고정축에 대하여 수직 방향으로 이동 가능하도록 설치되어 소정 유체압을 발생시키는 제 2 반구와,
상기 제 1 반구, 상기 제 2 반구의 반구면을 수용할 수 있는 반구홈이 형성되어 있는 부싱과;
상기 제 2 반구를 탄력적으로 압축시켜 상기 부싱의 상기 반구홈과 상기 제 1 반구, 상기 제 2 반구를 밀착시키는 제 2 반구 가압수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명 반구 베어링 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같으며, 종래와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 번호와 동일한 명칭을 사용하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 반구 베어링 장치를 도시한 도면으로, 본 발명에 의한 반구 베어링 장치는 크게 보아 소정 곡률을 갖는 상측 반구(35) 및 하측 반구(30)와, 상하측 반구(30),(35)의 곡률과 동일한 반구홈(30a),(30b)이 형성되어 있는 부싱(40) 및 상하측 반구(30),(35)와 반구홈(30a),(30b)을 밀착시키는 반구 가압장치(80),(90) 부싱(40)을 회전시키는 구동모터부(55),(50)로 구성되어 있다.
상기 상하측 반구(30),(35)는 진구도 높게 가공된 구면과 관통공이 형성되어 있으며, 이와 같이 가공된 상하측 반구(30),(35)는 하부 하우징(70)에 압입되어 있는 고정축(20)에 다시 삽입되는데, 이때 상하측 반구(30),(35)는 그 구면이 서로 마주보게끔 고정축(20)에 삽입되며, 상하측 반구(30),(35)중 하측 반구(30)는 고정축(20)에 압입 되어 있고, 상측 반구(35)의 관통공 내부에는 상측 반구(35)가 고정축(20)에 끼워진 상태에서 수직 방향으로 슬라이드 운동만 가능하도록 키 홈(30c)이 형성되어 있으며, 고정축(20)에는 키 홈(30c)에 대응하는 키(key;20a)가 형성되어 있다.
상기 상측 반구(30)와 하측 반구(35)의 사이에는 관통공이 형성되어 있는 부싱(40)이 고정축(20)을 통해 삽입되는데, 부싱(40)에는 상하측 반구(30),(35)의 구면과 동일한 곡률을 갖는 반구홈(30a),(30b)이 형성되어 있다.
또한, 상기 반구 가압장치(80),(90)는 수직 방향으로 슬라이딩 가능한 상측 반구(30)에 압축력을 가하여 상하측 반구(30)(35)와 상기 부싱(40)의 반구홈(30a),(30b)을 밀착시키는 스프링(80)과, 스프링(80)이 이탈되지 않도록 고정축(20)을 수평 방향으로 관통한 관통공을 통해 끼워져 있는 스프링 이탈 방지 핀(90) 또는 스프링 걸림돌기이다.
부싱(40)의 외주면으로 허브(hub;60)를 압입 설치하고, 압입된 허브(60)에는 폴리건 미러(10)와, 구동 모터중 하나인 도우넛 형상의 로터(55)를 안착시키고, 로터(55)의 하부로 소정 간격 이격된 거리의 하부 하우징(70)에 스테이터 코어(50)를 부착시켜 반구 베어링 장치를 구성한다.
이와 같이 구성된 본 발명 반구 베어링 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 부싱(40)이 정지되어 있는 상태에서 상측 반구(35)는 스프링(80) 및 스프링 이탈 방지 핀(90)에 의해 중력 방향으로 눌려지게 되어 부싱(40)의 상하측 반구면(30a),(30b)과 고정축(20)에 압입되어 있는 하측 반구(30) 및 상측 반구(35)는 밀착 상태가 된다.
이와 같이 부싱(40)이 회전하고 있지 않은 상태에서 도시된 모터(50),(55)에 전원을 인가하여 모터(55)가 회전하기 시작하면, 이에 따라 부싱(40)도 모터(55)와 동일한 각속도로 회전하게 된다.
부싱(40)이 회전함에 의해 하측 반구(30) 및 상측 반구(35)의 동압 발생홈에서는 소정 유체압이 발생하게 되는데 하측 반구(30) 및 상측 반구(35)가 반구홈(30a),(30b)과 이루는 간극 간격은 동일함으로, 따라서 하측 반구(30) 및 상측 반구(35)에서 발생하는 동압도 동일하게 된다.
그러나, 하측 반구(30)는 고정축(20)에 압입되어 수직 이동 변위가 발생할 수 없고 상측 반구(35)와 부싱(40)은 수직 방향으로 이동 변위가 발생 가능함으로 결국 하측 반구(30)에 의해 발생한 유체압으로는 부싱(40)과 상측 반구(35)를 상방으로 밀어올리고, 상측 반구(35) 또한 부싱(40)을 밀어내려는 유체압을 발생시킴으로 결과적으로 부싱(40)은 스페이서를 제거한 상태에서도 상측 반구(35) 및 하측 반구(30)와 이격되어 무접촉 회전하게 된다.
도 3은 본 발명에 의한 또다른 일실시예를 도시한 단면도로써, 하부 하우징(70)에 압입 고정되어 있는 고정축(20)에는 구면을 마주보게끔 상하측 반구(30),(35)가 압입되어 있다.
또한, 상하측 반구(30),(35)의 사이에는 상하측 반구(30),(35)의 구면에 대응하는 반구홈(30a),(30b)이 형성되어 있되, 두 개의 부재로 분리되어 있는 상측 부싱(45) 및 하측 부싱(40)이 끼워져 있다.
상기 상측 부싱(45) 및 하측 부싱(40)의 접면에는 상측 반구(35) 및 하측 반구(30)와, 상측 부싱(45) 및 하측 부싱(40)의 반구홈(30a),(30b)이 밀착되도록 탄발 스프링(100)이 상측 부싱(45)과 하측 부싱(40)의 스프링 삽입홈(45a)에 끼워져 있으며, 상측 부싱(45) 및 하측 부싱(40)이 상하측 반구홈(30a),(30b)에 밀착되어 있을 때 상측 부싱(45)과 하측 부싱(40)은 수 ㎛ 이격되어 있다.
또한, 상측 부싱(45)과 하측 부싱(40)은 분리되어 있는 상태에서 회전하기 때문에 상측 부싱(45)과 하측 부싱(40)은 회전 슬립이 발생할 수 있음으로 상측 부싱(45)과 하측 부싱(40)의 대접면중 어느 일측에는 돌기(110)가 형성되어 있으며, 타측에는 돌기(110)에 대응하는 돌기홈(110a)이 형성되어 있다.
상측 부싱(45)의 외주면에는 허브(60)가 압입되어 있으며, 허브(60)에는 폴리건 미러(10)와 로터(55)가 설치되어 있으며, 하부 하우징(70)에는 스테이터(50)가 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 또다른 실시예의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 모터(55)(50)에 전원이 인가되지 않고 있을 때, 상하측 반구(30),(35)는 상하측 부싱(40),(45)을 상하측 반구측(30),(35)로 밀어내는 탄발 스프링(100)의 탄발력에 의해 상하측 부싱(40),(45)에 밀착되어 있는 상태이기 때문에 이와 같은 상태에서, 모터(55)(50)에 전원이 인가되어 상하측 부싱(40),(45)이 회전하게 되면, 상하측 부싱(40),(45)과 맞닿아 있는 상하측 반구(30),(35)의 동압 발생홈에서는 소정 유체압이 발생하게 된다.
상기 유체압의 방향은 상기 탄발 스프링(100)의 작용 방향과 반대 방향임으로 발생한 상기 유체압이 상기 탄발 스프링(100)이 상기 상하측 부싱(40),(45)을 미는 힘보다 크게 되면 유체압에 의해 상하측 반구(30),(35)와 상하측 부싱(40,(45)은 무접촉 회전하게 되는데, 상하측 반구(30),(35)와 상하측 부싱(40),(45)의 간격이 커질수록 탄발 스프링(100)의 탄발력이 커지게 되어 소정 시간이 경과되면 상하측 부싱(40),(45)과 상하측 반구(30),(35)의 간극은 변경되지 않고 평형 상태를 이루게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 스프링에 의해 반구와 반구홈을 밀착시킨 상태에서 부싱 또는 반구를 고정축에 대하여 수직 방향으로 이동 가능하도록 구성하여 부싱은 반구로부터 이격되어 스페이서를 제거한 상태에서도 무접촉 회전하게 된다.

Claims (6)

  1. 하부 하우징에 고정되어 있는 고정축과;
    반구면이 상부를 향하도록 상기 고정축에 고정되어 소정 유체압을 발생시키는 제 1 반구 및 반구면이 하부를 향하며 고정축에 대하여 수직 방향으로 이동 가능하도록 설치되어 소정 유체압을 발생시키는 제 2 반구와,
    상기 제 1 반구, 상기 제 2 반구의 반구면을 수용할 수 있는 반구홈이 형성되어 있는 부싱과;
    상기 제 2 반구를 탄력적으로 압축시켜 상기 부싱의 상기 반구홈과 상기 제 1 반구, 상기 제 2 반구를 밀착시키는 제 2 반구 가압수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반구 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 반구 가압수단은 상기 제 2 반구와, 상기 고정축에 형성되어 있는 스프링 걸림편의 사이에 설치되어 상기 제 2 반구에 탄발력을 발생하는 스프링인 것을 특징으로 하는 반구 베어링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 반구의 관통공면에는 적어도 1 개 이상의 키(key)홈이 형성되어 있고, 상기 제 2 반구가 삽입되는 고정축에는 상기 키홈과 결합하는 키(key)가 형성되어 상기 제 2 반구가 회전하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 반구 베어링 장치.
  4. 하부 하우징에 고정되어 있는 고정축과;
    반구면이 상부를 향하도록 상기 고정축에 고정되어 소정 유체압을 발생시키는 제 1 반구 및, 반구면이 하부를 향하도록 고정축에 고정되어 소정 유체압을 발생시키는 제 2 반구와;
    일측 단부는 평탄면을 갖고 타측 단부는 제 1 반구의 상기 반구면에 밀착되는 반구홈이 형성되어 있는 제 1 부싱, 일측 단부는 평탄면을 갖고 타측 단부는 상기 제 2 반구의 상기 반구면에 밀착되는 반구홈이 형성되어 있는 제 2 부싱과;
    상기 제 1 부싱이 상기 제 1 반구의 상기 반구홈, 상기 제 2 부싱이 상기 제 2 반구의 반구홈에 밀착되도록 상기 제 1 부싱, 상기 제 2 부싱의 사이에 형성되어 있는 부상 가압 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반구 베어링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 부싱 가압 수단은 상기 제 1 부싱과 상기 제 2 부싱의 접촉면에 소정 깊이로 형성된 스프링 삽입홈에 끼워져 있는 스프링인 것을 특징으로 하는 반구 베어링 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 부싱, 상기 제 2 부싱의 접촉되는 부분중 어느 일측에는 소정 높이로 돌출된 돌기편이 형성되어 있으며, 타측에는 상기 돌기편에 대응되는 돌기홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반구 베어링 장치.
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