KR100224602B1 - 반구의 변형을 방지한 반구 베어링 장치 - Google Patents

반구의 변형을 방지한 반구 베어링 장치 Download PDF

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Abstract

축에 높은 진구도로 가공된 반구를 억지끼워맞춤시 억지끼워맞춤에 의해 발생하는 반구의 변형을 방지한 반구 베어링 장치가 개시된다.
반구에 형성된 두 절단면인 제 1 면과 제 2 면중 제 1 면과 제 2 면을 관통하고 있는 관통공의 내주면으로부터 소정 거리 이격되고 제 1 면의 표면으로부터 소정 깊이를 갖도록 형성된 제 1 그루우브인 제 1 반구 변형 방지부와, 관통공의 내주면으로부터 소정 거리 이격되고 제 2 면의 표면으로부터 소정 깊이를 갖는 제 2 그루우브인 제 2 반구 변형 방지부를 형성하여 축을 반구에 억지끼워맞춤할 때 발생한 응력에 의해 반구의 변형을 감소시키게 된다.

Description

반구의 변형을 방지한 반구 베어링 장치{SEMISPRENICAL BEARING APPARATUS FOR PREVENTING TRANSFORMATION IN SHAPE THEREOF}
본 발명은 반구 베어링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드러스트 하중 및 레이디얼 하중을 동시에 지지하는 반구 베어링의 반구의 회전 중심에 형성되어 있는 축 삽입공에 축을 압입하면서 발생하는 반구의 변형을 방지한 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 연구가 진행되고 있다.
이와 같은 동압형 유체 베어링 장치들은 대부분 축방향 하중을 지지하기 위한 동압 발생홈과 축방향에 대하여 직각 방향의 하중인 레이디얼 하중을 지지하는 동압 발생홈이 별도로 사용되었으나, 최근들어 개발된 반구 베어링 장치는 이와 같은 문제점을 해결한 베어링 장치중 하나이다.
종래 반구 베어링 장치는 고정된 축에 반구면이 상호 대향하고 있는 한 쌍의 반구가 억지끼워맞춤되어 있는데 이 한 쌍의 반구의 반구면에는 소정 깊이를 갖는 스파이럴 형상의 동압 발생홈이 형성되어 있고, 이 반구는 반구면이 음각되어 있는 원통 형상의 부싱과 면접하고 있어 부싱은 반구의 동압 발생홈에 의해 발생한 동압에 의해 반구로부터 무접촉 회전하게 된다.
이때, 반구면과 대향하고 있는 부싱의 반구홈과, 반구면은 수 ㎛의 간극을 유지하기 위하여 반구와 반구의 사이에는 정밀하게 가공된 스페이서(spacer)가 개재되어 있고 이와 같은 부싱의 외주면에는 모터가 부착되어 모터의 회전에 의해 반구면에 형성되어 있는 동압 발생홈에 의해 발생한 유체압에 의해 부싱의 반구홈과 반구면은 상호 이격되어 무접촉 회전하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 반구 베어링 장치의 축에 끼워지는 반구의 위치 변동이 발생하게 되면 부싱의 반구홈과 반구면이 형성하고 있는 간극이 가변되어 베어링 성능이 크게 저하되므로 이와 같은 이유로 인해 반구는 축에 억지끼워맞춤 되어 있으며, 억지끼워맞춤하기 위해 반구에 형성된 축공의 직경은 축의 직경보다 다소 작은 지경으로 형성되어 있음으로 인해 억지끼워맞춤되면서 발생하는 내부 응력으로 높은 정밀도(진구도;0.05㎛)로 가공되어 있는 반구에 변형이 발생하게 되어 도 1에 보여지는 바와 같이 높은 반구면(30c),(30d)이 변형되어 반구(30),(35)와 부싱의 반구홈(30a),(30b) 사이의 간극이 불균일하게 됨에 따라 상기 반구와 상기 반구홈 사이에서 발생하는 유체압 분포 또한 불균일하게 되어 이에 따라 회전 성능이 불균일하게 발생되고, 반구의 일부분이 반구면과 접촉하게 되어 반구의 마멸이 발생하여 반구 베어링의 수명이 감소되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 반구 베어링의 반구 변형에 따른 불균일한 회전 성능 및 반구 베어링의 수명 감소에 따른 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 고안의 목적은 반구를 축에 억지 끼워맞춤할 때 발생하는 변형을 방지하기 위해 축에 끼워지는 반구의 축공으로부터 일정 간격 이격된 거리에 반구의 변형량을 흡수하는 변형 방지수단을 형성하여 반구의 변형을 방지한 반구 베어링 장치를 제공함에 있다.
도 1은 반구 베어링 장치의 한 쌍의 반구에 고정축을 억지끼워맞춤하였을 때 반구에 발생하는 변형을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 레이저 스캐닝 유닛트에 적용된 반구 베어링 장치를 도시한 분해 단면도.
도 3은 반구변형방지부가 형성되어 있는 반구와 반구가 억지끼워맞춤되는 고정축을 도시한 단면도.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 반구의 변형을 방지한 반구 베어링 장치는 고정축과, 상기 고정축에 스페이서를 개재하여 상호 대칭되도록 끼워지고 상기 스페이서의 반대측에 위치한 제 1 면과 상기 스페이서에 접하는 제 2 면을 포함하는 한 쌍의 반구들과, 상기 제 1 면내에 상기 고정축을 중심으로 일정거리에 반구의 변형을 방지하기 위해 형성된 제 1 변형방지수단을 포함하는 반구 베어링 장치가 개시되어 있다.
바람직하게 이 제 2 면내에는 고정축을 중심으로 일정거리에 반구의 변형을 방지하기 위해 형성된 제 2 변형방지수단이 형성된다. 또한, 제 1 변형방지수단은 상기 제 1 면으로부터 제 1 깊이와 제 1 폭을 갖는 링형상의 제 1 그루우브를 포함한다.
한편, 제 2 변형방지수단 또한 상기 제 2 면으로부터 제 2 깊이와 제 2 폭을 갖는 링 형상의 제 2 구루우브를 포함하고 있다. 여기서 제 2 그루우브는 상기 고정축을 수용하도록 형성되어 있으며 제 1 그루우브 및 제 2 구루우브의 높이의 합은 상기 반구의 높이와 동일하지만, 제 1 및 제 2 그루우브는 상호 연통되어 있지 않다.
따라서, 제 1 그루우브의 상기 고정축으로부터 이격거리는 상기 제 2 그루우브의 상기 고정축으로부터의 이격거리보다 크며, 기 언급한 제 1 깊이의 조정에 따라서 상기 반구의 높이와 일치되도록 제 2 깊이가 가변된다.
이하, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명 반구의 변형을 방지한 반구 베어링 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 반구 베어링 장치가 적용된 레이저 프린터의 폴리곤 미러 구동장치를 일실시예로 도시한 단면도로써, 레이저 프린터의 폴리곤 미러 구동장치는 크게 보아 레이저 빔을 감광드럼(미도시)으로 반사시켜 주는 폴리곤 미러(10)와, 폴리곤 미러(10)를 최소의 마찰로 초고속 회전시켜주는 반구베어링 장치(20)(30)(35)(40)와, 상기 반구 베어링 장치와 결합되어 회전력을 발생시키는 회전력 발생장치(50)(55) 및 상기 구성 요소들이 안착될 수 있도록 하는 하부 하우징(70)으로 구성되어 있다.
상기 폴리곤 미러(10)에는 소정 직경의 관통공이 형성되어 있으며, 상기 폴리곤 미러(10)의 관통공에는 다시 허브(60)가 삽입되어 있다. 이 허브(60)는 서로 다른 두 개의 직경을 갖는 속이 빈 두 개의 원통(60a)(60b)중, 작은 직경을 가는 원통(60a)에는 상기 폴리곤 미러(10)의 관통공이 끼워지도록 형성되어 있으며, 타측 큰 직경을 갖는 원통(60b)에는 소정 직경, 소정 깊이의 요홈(60c)이 파여져 있다.
이와 같은 폴리곤 미러(10)는 허브(60)의 작은 직경을 갖는 원통(60a)에 끼워진 후, 작은 직경을 갖는 원통(60a)과 큰 직경을 갖는 원통(60b)이 만나는 부분에 형성되어 있는 턱부에 놓여진 다음 판 스프링(15)등에 의해 완전히 밀착된다.
또한, 이 허브(60)의 큰 직경을 갖는 원통(60b)의 요홈(60c)에는 다시 부싱(40)이 억지끼워맞춤의 방식으로 결합되어 있다. 이 부싱(40)은 소정 높이를 갖는 원통 형상으로 그 직경은 허브(60)의 요홈(60c)보다 다소 커서 요홈(60c)에 억지 끼워맞춤되는 직경을 갖고 있다. 한편, 이와 같은 부싱(40)의 양단 중심에는 이 양단 중심을 연결하는 관통공이 형성되어 있으며, 이 관통공은 하부 하우징(70)에 고정되어 있는 축(20)의 직경보다 다소 큰 직경으로 형성되어 있다.
이 관통공이 형성되어 있는 부싱(40)의 양단에는 구를 이등분한 반구(30)(35)의 반구면이 상호 대향하며 이 반구의 크기와 동일한 음각된 반구홈(30a)(30b)이 형성되어 있다.
이 부싱(40)에 형성되어 있는 반구홈(30a)(30b)과, 축(20)에 압입되어 있는 반구(30)(35)는 동일 형상임으로 부싱(40)의 반구홈(30a)(30b)에 반구(30)(35)를 밀착 상태로 결합하여 고정하게 되면 부싱(40)과 반구(30)(35) 사이에는 유체압을 형성하여 부싱(40)의 반구홈(30a)(30b)과 반구(30)(35)를 무접촉 회전시키지 못하게 되어 유체 베어링의 기능을 상실하게 된다.
따라서, 이와 같은 이유로 부싱(40)과 반구(30)(35) 사이에는 적정 간극이 필요하게 되어 축(20)에는 소정 높이를 갖는 스페이서(40a)가 끼워진 후, 이 스페이서(40a)의 양단에 반구(30)(35)의 반구면이 대향한 상태로 끼워진다.
이와 같은 부싱(40)의 외주면으로는 로우터(50)가 형성되어 있으며, 로우터(50)와 이격되어 고정되어 있는 스테이터(55)가 하부 하우징(70)에 설치되어 있다.
도 3은 반구 변형을 방지한 반구 베어링 장치중 반구와 축 부분을 보다 상세히 도시한 단면도로, 반구(30)(35)는 선삭등에 의해 소정 직경을 갖는 구를 이등분하고 이등분된 구의 표면을 래핑등의 연마 작업을 시행하여 소정 진구도를 얻은 후, 축(20)에 반구(30)(35)를 압입할 때 정밀하게 가공된 진구도에 변화를 주지 않도록 추가 공정을 거치게 된다.
또한, 구를 이등분하여 생성된 절단면인 제 1 면(80)과, 스페이서와 맞닿도록 반구면의 정점 부분을 t 만큼 절단하여 형성된 제 2 면(85)으로 형성되어 있는 반구(30)(35)를 얻을 수 있다.
이 제 2 면(85)들은 모두 스페이서(40a)와 맞닿아 있는 상태이며 이와 같은 반구(30)(35)에는 축(20)이 끼워지기 위한 관통공이 형성되며, 반구(30)(35)의 표면에는 수 ㎛의 깊이를 갖으며 나선형상인 스파이럴 동압 발생홈(미도시)가 형성되어 있다.
한편, 축(20)의 직경을 D, 반구(30)(35)의 높이를 B, 제 1 면(80)의 지름을 L 이라 했을 때, 제 1 면(80)의 관통공면으로부터 n 만큼 이격된 곳에서는 소정 폭 m 과, 제 1 면(80)의 표면으로부터 소정 깊이(r)로 링 형상인 제 1 그루우브인 제 1 반구 변형 방지부(100)가 형성되어 있으며, 이 제 1 반구 변형 방지부(100)에 의해 C 부분이 실질적으로 반구(30)(35)를 고정하는 반구 고정부가 된다.
이 반구(30)(35)의 제 1 면(80) 뿐만 아니라 제 2 면(85)에도 축(20)이 억지끼워맞춤되기 위한 관통공이 형성되어 있으나, 제 1 반구 변형 방지부(100)는 제 2 면(85)까지 도달할 수 없음으로(제 1 반구 변형 방지부(100)가 제 2 면(85)에 도달하게 되면 반구의 반구 고정부(C)는 반구로부터 분리된다) 이로 인해 제 1 반구 변형 방지부(100)가 형성되지 않은 부분에서는 다시 반구(30)(35)에 변형이 발생하게 된다.
따라서, 제 2 면(85) 표면의 관통공을 보오링 가공등의 가공 방법에 의해 축(20)의 직경보다 다소 크게 가공하되 제 1 반구 변형 방지부(100)와 겹쳐지지 않는 깊이로 제 2 반구 변형 방지부(110)을 가공한다(축의 직경 D보다 재가공된 관통공의 직경 P가 다소 크게 가공된다). 여기서, 제 2 반구 변형 방지부(110)을 제 1 반구 변형 방지부(100)와 같은 방식으로 링 형상의 제 2 구루우브(미도시)를 형성하여도 무방하다.
즉, 재가공된 관통공의 직경은 n 보다 크지 않으며, 제 2 반구 변형 방지부(110)의 깊이 q 는 반구(30)(35)의 전체 수직 높이 B에서 제 1 반구 변형 방지부(100)의 깊이인 r을 가감한 길이로 형성되는 것이다.
r+q = B
여기서, 수학식 1은 제 1 반구 변형 방지부(100)의 제 1 그루우브의 기저면 위치와, 제 2 반구 변형 방지부(110)의 최상부 가공면의 위치가 동일 수평면상에 높이를 갖는 것을 의미하여 결국 축(20)과 반구(30)(35)가 억지끼워맞춤되어 접촉되는 부분은 반구 고정부 C 부분밖에 없게 되어 C 부분에 의해 반구(30)(35)는 축(20)에 억지끼워맞춤되어 있는 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명 반구 베어링 장치중 축(20)에 반구(30)(35)를 억지끼워맞춤할 때 먼저, 제 2 반구 변형 방지부의 직경인 P 보다는 작고 관통공의 직경보다는 크게 형성되어 있는 축(20)을 제 1 면(80)의 관통공을 통해 강제로 억지끼워맞춤하게 되면(혹은, 반구를 소정 온도로 가열하여 반구의 열팽창에 따라 관통공이 소정 크기로 신장되는 것을 이용하기도 한다) 관통공보다 큰 직경을 갖는 축(20)에 의해 축(20)과 접촉하고 있는 반구 공정부 C 에는 억지끼워맞춤에 따른 응력이 발생하여 응력에 따른 변형량 만큼 변형이 발생하게 된다.
이때, 축(20)을 기준으로 반구 고정부의 외측으로는 이 변형량을 흡수할 수 있는 제 1 반구 변형 방지부(100)가 형성되어 있는 반구 고정부에 발생한 변형량은 반구면에 전달되지 않게 된다.
계속해서 축(20)을 억지끼워맞춤하다 보면 축(20)은 제 2 반구 변형 방지부(110)에 도달하게 되는데 이때, 제 2 반구 변형 방지부(110)의 직경은 축(20)의 직경보다 크게 형성되어 있음으로 반구(30)(35)의 진구도에는 아무런 영향을 미치지 않고 억지끼워맞춤되어 반복적으로 매우 정밀하게 가공된 반구(30)(35)의 반구면(30c)(30d)의 진구도를 그대로 유지할 수 있어 종래 반구(30)(35)의 변형에 따른 불균일한 유체압 분포를 방지할 수 있다.
이미 언급한 바 있지만, 제 2 변형 방지부(110)를 상기 축의 직경보다 크게 형성하여 억지끼워맞춤시 발생하는 반구 변형을 감소시켰지만 축(20)이 억지끼워맞춤되는 관통공의 내주면으로부터 소정 간격 이격된 곳에 제 1 반구 변형 방지부(100)와 같이 링 형상의 제 2 그루우브를 형성하여 반구 변형을 감소시켜도 상기 일실시예와 동등한 효과를 얻을 수 있을 것이다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 반구 베어링의 반구에 반구 변형 방지부를 형성하여 반구에 축을 억지끼워맞춤할 때 발생하는 반구의 변형을 방지하여 베어링의 회전 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 고정축과;
    상기 고정축에 스페이서를 개재하여 상호 대칭되도록 끼워지고 상기 스페이서의 반대측에 위치한 제 1 면과 상기 스페이서에 접하는 제 2 면을 포함하는 한 쌍의 반구들과;
    상기 제 1 면내에 상기 고정축을 중심으로 일정거리에 상기 반구의 변형을 방지하기 위해 형성된 제 1 변형방지수단을 포함하는 반구 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 면내에 상기 고정축을 중심으로 일정거리에 상기 반구의 변형을 방지하기 위해 형성된 제 2 변형방지수단을 더 포함하는 반구 베어링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 변형방지수단은 상기 제 1 면으로부터 제 1 깊이와 제 1 폭을 갖는 링형상의 제 1 그루우브를 포함하는 반구 베어링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 변형방지수단은 상기 제 2 면으로부터 제 2 깊이와 제 2 폭을 갖는 링 형상의 제 2 그루우브를 포함하는 반구 베어링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 그루우브는 상기 고정축을 수용하도록 형성되는 반구 베어링 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 그루우브의 합은 상기 반구의 높이와 동일한 반구 베어링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 그루우브는 상호 연통되지 않는 반구 베어링 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 그루우브의 상기 고정축으로부터 이격거리는 상기 제 2 그루우브의 상기 고정축으로부터의 이격거리보다 큰 반구 베어링 장치.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 제 1 깊이의 조정에 따라 상기 반구의 높이와 일치하도록 상기 제 2 깊이가 가변되는 반구 베어링 장치.
KR1019970001694A 1997-01-22 1997-01-22 반구의 변형을 방지한 반구 베어링 장치 KR100224602B1 (ko)

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