KR100224603B1 - 역류구가 형성된 유체 베어링 장치 - Google Patents

역류구가 형성된 유체 베어링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 드러스트 베어링의 동압 발생홈으로 유입되는 유체량을 증가시키기 위해 유체의 역류가 발생하는 부분에 역류 방지용 동압 발생홈을 형성하여 유체가 상기 드러스트 베어링의 상기 내경으로 역류하는 것을 방지하는 역류구가 형성된 유체 베어링 장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 회전체의 드러스트 하중을 지지하는 드러스트 베어링에 형성된 헤링본 형상의 동압 발생홈으로부터 드러스트 베어링 내측으로 역류되는 유체량을 감소시켜 회전축의 강성을 증가시킨다.

Description

역류구가 형성된 유체 베어링 장치{APPARATUS FOR ADJUSTING CLEARANCE IN ROTATING AXIS FOR WHICH FLUID BEARING IS ADAPTED}
본 발명은 유체 베어링 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 드러스트 베어링의 동압 발생홈으로 유입되는 유체량을 증가시키기 위해 유체의 역류가 발생하는 부분에 역류 방지용 동압 발생홈을 형성하여 회전축 지지 강성을 높인 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 드러스트 베어링의 동압 발생홈으로 유입되어 동압을 발생시키는 유체로 강성이 공기보다 뛰어난 비압축성 오일 종류를 사용하고 있다. 또한 오일의 사용에 따라 고청정 환경을 요하는 상기 기기들의 오염을 방지하기 위해 오일막이 형성되어 있는 부분을 완전 밀봉(sealing) 시키고 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 고정되어 있는 하부 드럼(30), 상기 상부 드럼(20)의 회전 중심 및 상부 드럼(20)의 드러스트 하중을 지지함과 아울러 고정축(40)에 압입 고정되어 있으며 상면에 헤링본 형상의 제 1 동압 발생홈이 형성되어 있는 드러스트 베어링(50) 및 구동 모터부(60)(70)로 구성되어 있다.
상기 고정축(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 고정축(40)의 내주면의 직경보다 수 ㎛ 큰 직경을 갖는 부싱(80)이 상부 드럼(20)에 고정되어 있다.
또한, 제 1 동압 발생홈 및 제 2 동압 발생홈(40a)으로 유입되는 유체인 공기 또는 오일이 VTR 헤드 구동 장치의 외측으로 누설되는 것을 방지하기 위하여 고정축(40)을 둘러싸고 있는 부분에서 누설이 발생하지 않도록 실링 커버가 상부 드럼(20) 및 부싱(80)에 형성되어 있다.
기 언급된 구동 모터는 다시 고정축(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 드러스트 베어링에 형성된 제 1 동압 발생홈과 고정축을 도시한 도면으로, 상기 드러스트 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 고정축(40)의 직경 보다는 크고 드러스트 베어링(50)의 직경보다는 작은 가상의 원주선상 D에 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 VTR 헤드 구동장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 구동 모터중 고정축(40)에는 스테이터(60)가 고정되어 있고 상부 드럼(20)에는 로터(70)가 고정되어 있음으로, 구동 모터에 전원이 인가되면 고정축(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 드러스트 하중의 지지 및 상부 드럼(20)이 회전하면서 발생하는 마찰을 최소로 하기 위해서 드러스트 베어링(50)의 상면에 형성된 헤링본 형상의 제 1 동압 발생홈(50b)으로 소정 유체가 유입되어 드러스트 베어링(50)과 상부 드럼(20)은 소정 유체압(Pmax)에 의해 무접촉 되면서 고속으로 회전하게 된다.
그러나 이와 같은 종래의 유체 베어링 장치에서 작동 유체인 오일은 드러스트 베어링에 형성된 제 1 동압 발생홈으로 유입되지만 회전체가 고속으로 회전하 때문에 와류에는 소정 크기의 원심력 및 관성이 발생하여 유체중 일부는 미처 제 1 동압 발생홈으로 유입되지 못하고 역류하여 회전체를 지지하는 강성이 부족하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 동압 발생홈으로 유입되는 유체량을 증가시키기 위해 유체의 역류가 발생하는 부분에 역류 방지용 동압 발생홈을 형성하여 회전축 지지 강성을 높이는데 있다.
도 1은 종래의 유체 베어링 장치가 적용된 VTR 헤드 구동 장치를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 드러스트 베어링을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 유체 베어링 장치의 드러스트 베어링을 도시한 단면도.
도 4는 도 3의 E 원내 확대도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 헤드 20: 상부 드럼
30: 하부 드럼 40: 고정축
50: 드러스트 베어링 50a: 절곡부
50b: 제 1 동압 발생홈
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 역류구가 형성된 유체 베어링 장치는 회전력을 발생시키는 회전력 발생수단과, 상기 회전력 발생 수단과 동일한 회전수로 회전하도록 상기 회전력 발생 수단에 부착되어 있는 회전체와, 상기 회전체가 끼워져서 있되, 회전의 중심이 되도록 고정되어 있는 고정축과, 상기 회전체를 지지 및 회전체를 지지하고 있는 상태에서 상기 회전체가 회전할 때 발생하는 마찰을 최소로 하기 위해 상기 고정축에 압입 고정되어 상기 고정축의 직경보다 큰 소정 원주상에 소정 예각을 갖는 헤링본 형상의 절곡부가 소정 개수로 배열된 동압 발생홈이 형성되어 있는 드러스트 베어링을 포함하고 있는 유체 베어링 장치에 있어서, 상기 드러스트 베어링에 형성되어 있는 상기 동압 발생홈중 드러스트 베어링의 내경으로부터 소정 거리 이격된 곳에 형성되어 있는 동압 발생홈 부분을 불연속으로 형성하여 유체가 상기 드러스트 베어링의 상기 내경으로 역류하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명 역류구가 형성된 유체 베어링 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
또한, 본 발명의 핵심 부분인 드러스트 베어링을 제외한 부분중 종래와 동일한 부분에 대해서는 그 중복된 설명을 생략하기로 하며, 종래와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호와 동일한 명칭을 사용하기로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 드러스트 베어링 부분을 도시한 도면으로 제 2 원통부(이하 드러스트 베어링;50)의 중심 부분에는 제 1 원통부(이하 소정 직경의 고정축;40)에 압입되도록 관통공이 형성되어 도우넛의 형상을 하고 있으며, 이중 내경 부분을 A, 외경 부분을 B라 하기로 한다.
이어서, 내경 A 보다 더 큰 직경을 갖는 제 1 원(circle;C)을 형성하고, 다시 C 보다 크고 외경 B 보다는 작은 제 2 원(D)을 형성하고, 제 2 원(D) 상에 동일 각도로 제 1 동압 발생홈의 형성 위치를 결정한다.
여기서, 제 1 동압 발생홈은 드러스트 베어링의 상면, 또는 드러스트 베어링과 대접하고 있는 상부 실린더의 일부에 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 바람직하게 드러스트 베어링에 제 1 동압 발생홈을 형성하였다.
결정된 각각의 제 1 동압 발생홈의 형성 위치로부터 제 1 원(C) 및 외경 B 까지 소정 홈면적을 갖는 제 1 동압 발생홈을 소정 각도(β)로 형성한후, 상기 형성 위치 모두에 상기 제 1 동압 발생홈들을 형성하는데 이때 제 2 원(D) 상에는 제 1 동압 발생홈의 절곡되어 있는 절곡부(50a)가 위치하게 된다.
한편, 앞서 언급하였듯이 회전체가 고속으로 회전함으로 인하여 발생한 와류에는 원심력 및 관성이 작용하여 유체중 일부는 미처 제 1 동압 발생홈으로 유입되지 못하고 역류되어 회전체를 지지하는 강성의 저하가 발생하기 때문에 본 발명에서는 이를 극복하기 위하여 도 3, 도 4에 도시된 바와 같이 드러스트 베어링(50)에 제 1 동압 발생홈 이외에 역류 방지용 동압 발생홈(60)을 더 형성한다.
역류 방지용 동압 발생홈(60)은 바람직하게 회전체가 고속으로 회전되면서 내경 A 부분으로 유체가 역류되면서 누설되는 것을 방지하기 위해 제 1 동압 발생홈의 단부로부터 일정 거리 이격되어 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같은 역할을 하는 역류 방지용 동압 발생홈(60)은 제 1 동압 발생홈중 드러스트 베어링(50)의 내주면 A와 제 1 동압 발생홈의 절곡부(50a) 사이에 해당하는 소정 부분을 도 4에 도시된 바와 같이 불연속되도록 형성함으로써 형성되는 바, 역류 방지용 동압 발생홈(60)의 면적 및 위치는 설계적인 요소로 유체 역류량에 따라서 드러스트 베어링(50)의 내주면 A와 제 1 동압 발생홈의 절곡부(50a) 사이에서 자유로운 변경이 가능하다. 이와 같은 역류 방지용 동압 발생홈(60)과 제 1 동압 발생홈은 에칭(etching) 등의 방법에 의하여 제작된다.
이와 같이 제 1 동압 발생홈과 역류 방지용 동압 발생홈(60)이 형성되어 있는 본 발명에 의한 드러스트 베어링이 적용된 VTR 헤드 구동 장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 구동 모터중 고정축(40)에는 스테이터(60)가 고정되어 있고 상부 드럼(20)에는 로터(70)가 고정되어 있음으로, 구동 모터에 전원이 인가되면 고정축(40)을 중심으로 상부 드럼(20)이 회전하면서 상부 드럼(20)에 설치되어 있는 헤드(10) 또한 회전하면서 비디오 테이프의 영상 신호와 음성신호를 판독하게 된다.
상부 드럼(20)의 드러스트 하중의 지지 및 상부 드럼(20)이 회전하면서 발생하는 마찰을 최소로 하기 위해서 드러스트 베어링(50)의 상면에 형성된 헤링본 형상의 제 1 동압 발생홈으로 소정 유체가 유입되어 제 1 동압 발생홈의 절곡부(50a)를 중심으로 제 1 동압 발생홈의 양단으로는 소정 유체가 유입된다.
이때, 제 1 동압 발생홈의 양단중 내경 A 부분으로는 유체가 유입되지만 유체의 관성 및 유체에 형성되어 있는 원심력에 의해 제 1 동압 발생홈으로부터 유체가 다시 빠져 나가는 것을 방지하는 역류 방지 동압 발생홈(60)에 의해 유체가 역류하는 것을 방지하면서 드러스트 베어링(50)과 상부 드럼(20)은 소정 유체압(Pmax)에 의해 무접촉 고속 회전하게 된다.
본 발명에서는 소정 직경의 축과 상기 축에 압입 고정되어 있는 드러스트 베어링을 일실시예로 설명하였지만, 축이 회전하고 드러스트 베어링이 회전체에 부착되어 있을 경우에도 마찬가지로 드러스트 베어링과 드러스트 베어링과 대접하고 있는 부분에 역류 방지 동압 발생홈을 형성 하여도 상기 일실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있을 것이다.
이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 회전체의 드러스트 하중을 지지하는 드러스트 베어링에 형성된 헤링본 형상의 동압 발생홈으로부터 드러스트 베어링 내측으로 역류되는 유체량을 감소시켜 회전축의 강성을 증가시키는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 소정 길이와 소정 직경을 갖는 제 1 원통부, 상기 제 1 원통부에 삽입 고정되며 상기 제 1 원통부의 직경보다 크며, 길이가 짧은 제 2 원통부로 형성되는 축과;
    상기 축과 반대 형상으로 형성되며 상기 축과 대접되는 지지 부재와;
    상기 제 2 원통부와 상기 제 2 원통부와 대응되는 상기 지지 부재중 어느 하나에 소정 예각을 갖는 헤링본 형상의 절곡부가 다수 배열된 동압 발생홈을 포함하며,
    상기 동압 발생홈중 상기 제 2 원통부의 외주면과 상기 절곡부 사이에 해당하는 상기 동압 발생홈의 일부를 불연속적으로 형성하여, 상기 동압 발생홈으로부터 유체가 역류되는 것을 방지한 역류 방지용 동압 발생홈이 형성된 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 동압 발생홈은 상기 제 2 원통부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 동압 발생홈은 상기 지지부재에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 원통부에는 상기 동압 발생홈과 동일 형상의 동압 발생홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 동압 발생홈은 상기 지지부재에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 동압 발생홈이 형성되어 있는 제 2 원통부의 상면은 회전체와 대접하고 있는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
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