KR100213880B1 - 유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 장치 - Google Patents

유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 드러스트 하중을 받는 회전축을 부상시키는 드러스트 베어링의 헤링본 형상의 동압 발생홈으로 유입되는 유체 유입량이 증가 되도록 헤링본 형상의 동압발생홈의 형상을 개량하여 유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 장치에 관한 것으로, 본 발명의 구성은 부싱부가 형성되어 있는 슬리이브와, 상기 부싱부 또는 상기 부싱부중 어느 일측에 제 1 동압 발생홈이 형성되어 있는 회전축과, 상기 회전축을 지지 및 부상시키기 위한 유체압을 발생시키는 유체가 유입되도록 소정 깊이의 헤링본 형상의 제 1 측벽, 제 2 측벽으로 형성되어 있는 제 2 동압 발생홈이 형성되어 있는 드러스트 베어링과, 상기 슬리이브 및 상기 드러스트 베어링을 고정시키는 베어링 브라켓을 포함하고 있는 유체베어링 장치에 있어서, 상기 제 1 측벽, 제 2 측벽의 유체유입구는 유체 유입량을 증가시키기 위해 소정 곡률로 만곡되어 있는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 구성에 따른 효과는 드러스트 베어링의 본체에 형성되어 있는 유체 유입부분을 만곡시켜 헤링본 형상의 유체베어링으로 유입되는 유체량을 증가시켜 유입 유체량의 증가에 대응하여 유체압은 증가되어 축과 드러스트 베어링 본체에 걸리는 과부하 및 마찰에 의한 마모를 감소시켜 유체베어링의 수명을 연장시키는 효과가 있다.

Description

유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 장치
본 발명은 유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 드러스트 하중을 받는 회전축을 부상시키는 드러스트 베어링의 헤링본 형상의 동압 발생홈으로 유입되는 유체 유입량이 증가 되도록 헤링본 형상의 동압발생홈의 형상을 개량하여 유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 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 실정이다.
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 수행한다.
이때 회전축은 매우 고속으로 회전하게 됨으로 고속 회전에 의한 축 떨림 및 축 흔들림, 축 진동 등은 고속회전시 제품의 성능에 치명적인 결과를 가져 오게 된다.
따라서 이와 같은 기기들의 고속회전에 의한 문제점들을 보안하기 위해 기계요소중 하나인 베어링이 사용되고 있으며 특히 회전축에 최소의 마찰력이 작용하도록하는 여러 가지 베어링 종류들중 유체베어링 장치가 널리 사용되고 있으며, 이와 같은 유체베어링 장치에는 일반적으로 동압 발생홈들이 형성되어 있고, 이와 같은 동압 발생홈의 종류로는 회전축의 드러스트 하중 또는 레이디얼 하중을 받치는 헤링본 형상의 헤링본 동압 발생홈과 나선형의 스파이럴 동압 발생홈 등이 있다.
도 1은 이와 같은 종래의 헤링본 형상의 동압 발생홈과 나선형의 스파이럴 동압 발생홈이 형성되어 있는 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 바람직한 일실시예로 도시한 도면으로 회전축(30)이 끼워지는 슬리이브(20)의 내측면에는 회전축(30)을 지지하는 부싱부(25)가 형성되어 있으며, 부싱부(25)에 대향하는 회전축(30)에는 부싱부(25)와 회전축(30)을 무접촉 회전시키기 위한 유체압을 발생시키는 헤링본 형상의 제 1 동압 발생홈(35)이 형성되어 있으며 부싱부(25)와 제 1 동압 발생홈(35)의 간극은 동일하게 수 ㎛로 형성되어 있으며, 회전축(30)에는 일부분만 도시된 모터(60)와 폴리건 미러(80)가 결합되어 있다.
한편, 회전축(30)의 드러스트 하중을 지지 및 회전축(30)을 부상시키기 위한 헤링본 형상의 제 2 동압 발생홈(55)이 형성되어 있는 드러스트 베어링(50)이 축(30)의 일측 단부를 지지하고 있다.
도 2는 회전축의 드러스트 하중을 지지하면서 회전축을 부상시키는 헤링본 형상의 제 2 동압 발생홈이 형성되어 있는 드러스트 베어링을 도시한 평면도로 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
종래의 유체베어링 장치의 드러스트 베어링(10)은 도 1에 도시된 슬리이브(20)의 내경에 끼워지는 직경을 갖는 드러스트 베어링 본체(50a)와, 슬리이브(20)에 형성되어 있는 볼트 삽입공과 대응하여 볼트로 고정되도록 볼트 삽입공이 형성되어 있는 드러스트 베어링 받침판(50b)과 드러스트 베어링 본체(50a)의 상면에 에칭 또는 증착 공정(CVD)에 의해 형성되어 있는 제 2 동압 발생홈(55)으로 구성되어 있다.
이들중 드러스트 베어링 본체(50a)는 회전축의 기동 및 정지시 접촉 및 마찰되는 회수가 많고 마찰되는 시간 또한 많음으로 특히 마모에 강한 재질로 이루어져 있으며, 드러스트 베어링(50)의 중앙에는 외부와 연통되어 있는 소정 직경의 관통공이 형성되어 있고, 즉 그 평면이 도우넛의 형상으로 외경(A)과 내경(B)을 형성하고 있다.
이와 같이 관통공이 형성되어 있는 드러스트 베어링 본체(50a)의 상면에는 헤링본 형상의 제 2 동압 발생홈(55)이 형성되어 있는 바, 제 2 동압 발생홈(55)은 드러스트 베어링(50)의 중심을 기준으로 다수개가 동일 간격으로 배열되어 있으며 다수개의 제 2 동압 발생홈(55)중 임의의 제 2 동압 발생홈(55) 하나를 선택하여 그 형상을 설명하면 다음과 같다.
회전축이 시계 방향으로 회전한다고 가정하면, 회전축의 회전에 의해 형성된 와류가 유입되도록 드러스트 베어링(50)에는 두 곳의 유입구(,)가 형성되어 있으며, 유입구 외경(A)와 내경(B)의 유입구(,)를 통해 유입된 유체가 c점과 d점에서 합쳐져서 소정 유체압이 형성되도록 제 1 측벽(35)인, 제 2 측벽(40)인는 각각 c점과, d 점에서 꼭지점을 형성하고 있으며, 꼭지점을 연결한의 곡률은 가상선인 C의 곡률과 동일하고, ∠ace와 ∠bdf가 이루고 있는 각인 θ1,θ2는 직각 또는 예각을 이루고 있다.
또한, 드러스트 베어링(50)과 회전축이 대향하고 있는 부분에는 통기공(미도시)이 형성되어 외경(A)의 유입구()로 유체를 공급하게 된다.
이와 같이 구성되어 있는 종래의 헤링본 동압 발생홈이 형성되어 있는 유체베어링의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 회전축이 회전하기 시작하여 회전에 의한 와류가 형성되면, 와류는 드러스트 베어링(50)의 외경(A)과 내경(B)의 유입구(,)를 통해 유입되어 제 1 측벽(35)과, 제 2 측벽(40)을 따라 꼭지점 d 부분에서 합쳐져서 소정 유체압이 발생하게 되고 이와 같은 소정 유체압에 의해 회전축은 드러스트 베어링(50)의 상부로 부상하여 무접촉 회전하게 된다.
이와 같은 소정 유체압의 크기는 회전축의 자중 및 하중과, 회전축의 회전속도와, 드러스트 베어링(50)과 회전축이 이루고 있는 간극 면적과, 제 2 동압 발생홈의 면적과 관계가 있으며 회전축의 자하중과, 회전축의 회전 속도와, 드러스트 베어링과 회전축이 이루고 있는 간극 면적이 동일하다면, 언급한 동압 발생 고정 인자(factor)들에 의해 유체압의 크기는 제 2 동압 발생홈의 면적에 의해 결정되며 유체압의 크고 작음에 의해 회전축이 드러스트 베어링 본체(50a)의 상부로 부상하는데 걸리는 부상 시간 또한 결정된다.
그러나, 이와 같은 종래의 드러스트 베어링의 동압 발생홈중 유체 유입구 부분은 모두 날카로운 모서리로 형성되어 있어 유체 유입을 극대화하지 못하여 축을 부상시키는 유체압을 빠른 시간내에 형성하지 못하고 이에 따라 축 부상 시간이 길어져서 축과 드러스트 베어링은 부상에 걸리는 시간만큼 마찰을 하게되어 축에는 과부하 및 마모가 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 드러스트 베어링의 동압 발생홈의 유체 유입구를 소정 범위 내에서 확대하여 유체 유입량을 증가시킨 유체어링 장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 유체베어링 장치가 사용된 폴리건 미러 구동장치를 나타낸 단면도.
도 2는 유체베어링 장치중 스파이럴 홈을 도시한 평면도.
도 3은 본 발명에 의한 유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 장치중 스파이럴 홈을 도시한 평면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20: 슬리이브30: 회전축
25: 부싱부35: 제 1 측벽
40: 제 2 측벽50: 드러스트 베어링
55: 제 2 동압 발생홈
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 장치는 부싱부가 형성되어 있는 슬리이브와, 상기 부싱부와 대응하는 위치에 제 1 동압 발생홈이 형성되어 있는 회전축과, 상기 회전축을 지지 및 부상시키기 위한 유체압을 발생시키는 유체가 유입되도록 소정 깊이로 헤링본 형상을 갖는 제 1 측벽, 제 2 측벽으로 형성되어 있는 제 2 동압 발생홈이 형성되어 있는 드러스트 베어링과, 상기 슬리이브 및 상기 드러스트 베어링을 고정시키는 베어링 브라켓을 포함하고 있는 유체베어링 장치에 있어서, 상기 제 1 측벽, 제 2 측벽의 유체유입구는 유체 유입량을 증가시키기 위해 소정 곡률로 만곡되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명 유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 유체베어링 장치는 종래의 드러스트 베어링 부분만이 변형되었음으로 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 하며, 종래의 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일 명칭과, 동일 도면 부호를 부여하기로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 장치중 드러스트 베어링 부분을 도시한 평면도로서 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 유체 유입을 증가시킨 유체베어링 장치의 드러스트 베어링(50)은 도 1에 도시된 슬리이브(20)의 내경에 끼워지는 직경을 갖는 드러스트 베어링 본체(50a)와, 슬리이브(20)에 형성되어 있는 볼트 삽입공과 대응하여 볼트로 고정되도록 또다른 볼트 삽입공이 형성되어 있는 드러스트 베어링 받침판(50b)과 드러스트 베어링 본체(50a)의 상면에 에칭 또는 증착 공정(CVD)에 의해 형성되어 있는 제 2 동압 발생홈(55)으로 구성되어 있다.
이중 드러스트 베어링 본체(50a)는 회전축의 기동 및 정지시 접촉 및 마찰되는 회수가 많고 마찰 시간 또한 많음으로 특히 마모에 강한 재질로 이루어져 있으며, 드러스트 베어링(50)의 중앙에는 외부와 연통되어 있는 소정 직경의 관통공이 형성되어 있고, 즉 그 평면이 도우넛의 형상으로 외경(A)과 내경(B)을 형성하고 있다.
이와 같이 관통공이 형성되어 있는 드러스트 베어링 본체(50a)의 상면에는 제 2 동압 발생홈(55)이 형성되어 있는 바, 제 2 동압 발생홈(55)은 드러스트 베어링 본체(50a)의 중심을 기준으로 다수개가 동일 간격으로 원형 배열되어 있으며 제 2 동압 발생홈(55)중 임의의 제 2 동압 발생홈(55) 하나를 선택하여 그 형상을 설명하면 다음과 같다.
회전축이 시계 방향으로 회전한다고 가정하면, 회전축의 회전에 의해 형성된 와류가 유입되도록 제 2 동압 발생홈(55)에는 두 곳의 유체 유입구(,)가 형성되어 있으며, 유입구 외경(A)와 내경(B)의 유입구(,)를 통해 유입된 유체가 d'점과 c1점에서 합쳐져서 소정 유체압이 형성되도록 제 1 측벽(35), 제 2 측벽(40)의 c1,d' 점에서는 꼭지점을 형성하고 있으며, 꼭지점을 연결한의 곡률은 가상선인 C의 곡률과 동일하고, ∠c'd'e'와 ∠b1c1d1가 이루고 있는 각인 θ1,θ2는 직각 또는 예각을 이루고 있다.
한편, 제 2 측벽(40)의 시작 부분인와부분은 유체 유입 면적을 증가시키기 위해 소정 곡률로 만곡되어 있으며 제 1 측벽(35) 또한 부분이 소정 곡률로 만곡되어 유체 유입량을 증가시키도록 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명 유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 회전축이 회전하기 시작하여 회전에 의한 와류가 형성되면, 와류는 드러스트 베어링 본체(50a)의 외경(A)과 내경(B)의 유입구(,)를 통해 유입되어 제 1 측벽(35)과, 제 2 측벽(40)을 따라 꼭지점 c1부분에서 합쳐져서 소정 유체압이 발생하게 되고 이와 같은 소정 유체압에 의해 회전축은 드러스트 베어링(10)의 상부로 부상하여 무접촉 회전하게되는데 이때 제 2 측벽(40)의 시작 부분인와부분과 제 1 측벽(35)의,부분으로 유체의 유입량이 증가하여 증가한 유체 유입량에 대응하여 c1부분에서의 유체압은 증가하게 되어 회전축을 드러스트 베어링 본체(50a)의 상부로 부상시키는데 걸리는 부상 시간을 감소하여 회전축과 드러스트 베어링 본체(50a)에 걸리는 과부하 및 마찰 시간은 크게 감소하여 회전축은 안정적으로 회전을 하게 된다.
이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 드러스트 베어링의 본체에 형성되어 있는 유체 유입부분을 만곡시켜 헤링본 형상의 유체베어링으로 유입되는 유체량을 증가시켜 유입 유체량의 증가에 대응하여 유체압은 증가되어 축과 드러스트 베어링 본체에 걸리는 과부하 및 마찰에 의한 마모를 감소시켜 유체베어링의 수명을 연장시키는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 부싱부가 형성되어 있는 슬리이브와, 상기 부싱부, 상기 부싱부와 대응하는 위치에 제 1 동압 발생홈이 형성되어 있는 회전축과, 상기 회전축을 지지 및 부상시키기 위한 유체압을 발생시키는 유체가 유입되도록 소정 깊이로 헤링본 형상을 갖는 제 1 측벽, 제 2 측벽으로 형성되어 있는 제 2 동압 발생홈이 형성되어 있는 드러스트 베어링과, 상기 슬리이브 및 상기 드러스트 베어링을 고정시키는 베어링 브라켓을 포함하고 있는 유체베어링 장치에 있어서,
    상기 제 1 측벽, 제 2 측벽의 유체유입구는 유체 유입량을 증가시키기 위해 소정 곡률로 만곡되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 유입량을 증가시킨 유체베어링 장치.
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