KR100224605B1 - 저어널 유체 베어링 장치 - Google Patents

저어널 유체 베어링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체 베어링 장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 소정 직경을 갖는 축과, 상기 축 외주면의 저어널 부분을 지지하도록 부싱부가 형성되어 있는 지지부재와, 상기 축과 상기 축과 대향하고 있는 상기 부싱부중 어느 일측면에 서로 다른 홈 면적을 갖는 직선홈인 제 1 유체 유입구, 제 2 유체 유입구가 소정 예각으로 상호 접속되어 형성된 절곡부를 포함하고 있는 헤링본 형상의 동압 발생홈에 의해 소정 유체압을 발생시키는 동압 발생부를 다수개 포함하고 있는 저어널 유체 베어링 장치에 있어서, 상기 동압 발생부는 상기 제 1 유체 유입구의 홈 면적보다 작게 형성되어 상기 제 1 유체 유입구와 접속되어 있는 상기 제 2 유체 유입구의 사이 사이에 상기 제 2 유체 유입구와 동일한 형상의 제 3 유체 유입구를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

저어널 유체 베어링 장치{JOURNAL FLUID BEARING APPARATUS}
본 발명은 저어널 유체 베어링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저어널 유체 베어링 장치의 회전축, 또는 회전축과 대향하고 있는 부싱부에 형성되어 있는 헤링본 형상의 동압 발생홈에 의해 발생하는 유체압이 동압 발생홈의 절곡부 부분에서 집중됨으로 이를 방지하기 위해 동압 발생홈의 절곡부를 기준으로 양측 동압 발생홈을 비대칭 형성하여 동압 발생홈의 절곡부 부분에서 발생하는 첨두 유체압의 압력 분포를 균일하게 한 저어널 유체 베어링 장치에 관한 것이다.
최근들어, 널리 공지된 바와 같이, 비데오 테이프 레코더의 헤드 구동장치, 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치인 스캐너 모터, 캠코더 구동 모터 등은 점차 고밀도화, 소형화가 진행되고 있으며, 이와 같은 구동장치들은 정밀하고 안정되며 초고속으로 회전할 수 있는 베어링을 필요로 하여 동압형 유체베어링이 사용되고 있는 바, 이와 같은 동압형 유체베어링들은 축의 회전을 방해하는 마찰력을 최소로 하도록 나선형의 동압 발생홈, 헤링본 형상의 동압 발생홈 등 여러 가지 형상의 동압 발생홈들이 개발되고 있다.
이와 같은 동압형 유체베어링 장치가 사용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 일례로 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
회전축(30)이 끼워지는 슬리이브(20)의 내측면에는 회전축(30)을 지지하는 부싱부(25)가 형성되어 있으며, 부싱부(25)에 대향하는 회전축(30) 또는 부싱부(25)중 어느 일측에는 부싱부(25)와 회전축(30)을 무접촉 회전시키기 위해 유체압을 발생시키는 헤링본 형상의 제 1 동압 발생홈(35)이 형성되어 있다.
도 2는 도 1의 제 1 동압 발생홈에 의해 발생한 유체압 분포 그래프를 도시한 도면으로, 제 1 동압 발생홈(35)은 회전축(30) 또는 부싱부(25)중 어느 일측에 형성되어 있을 수 있으나, 회전축(30)에 형성되어 있는 제 1 동압 발생홈(35)을 일례로 들어 설명하면, 부싱부(25)에 대응하는 회전축(30) 부분에는 다수개의 헤링본 형상의 제 1 동압 발생홈(35)이 동일 간격으로 형성되어 있으며, 회전축(30)에 걸리는 자중 및 하중을 따라서 제 1 동압 발생홈(35)의 홈면적 및 개수가 결정된다.
또한, 제 1 동압 발생홈(35)은 선삭가공 에칭 공정 및 CVD 증착 공정에 의해 형성되고, 부싱부(25)의 양단인 D, E의 중점인 F를 기준으로 제 1 유체 유입부(40)와 제 2 유체 유입부(45)가 예각(β=30°)을 이루고 있으면서 두 예각을 갖는 제 1 유체 유입부(40)와 제 2 유체 유입부(45)는 상호 접속되어 절곡부(80)를 형성하고 있으며, 제 1 유체 유입부(40)와 제 2 유체 유입부(45)는 F를 기준으로 대칭되어 있다.
한편, 회전축(30)의 드러스트 하중을 지지 및 회전축(30)을 부상시키기 위한 헤링본 또는 스파이럴 형상의 제 2 동압 발생홈(50a)이 형성되어 있는 드러스트 베어링(50)이 회전축(30)의 일측 단부를 지지하고 있으며, 회전축(30)에는 회전축(30)을 소정 분당 회전수로 회전시키기 위해 허브(70)가 압입되어 있으며, 허브(70)에는 일부분만 도시된 모터(60) 및 레이져 빔을 감광드럼으로 반사시키는 폴리건 미러(85)가 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 동압형 유체베어링이 사용된 폴리건 미러 구동장치를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 일부분만 도시된 모터(60)에 전원이 인가되어 모터(60)가 회전을 시작하면, 폴리건 미러(85) 또한 모터(60)와 동일한 회전수로 회전을 시작하게 된다.
이후, 회전축(30)의 회전에 의해 회전축(30)의 외주면과 양단부에 형성된 와류가 제 1 유체 유입부(40)와 제 2 유체 유입부(45)로 균일하게 유입되어 절곡부(80)에서는 도 2의 그래프와 같이 단일 꼭지점(a)를 갖는 이차포물선의 경향을 보이게 되고 꼭지점(a)은 회전축(30)을 부상시키는 첨두 유체압으로 회전축(30)은 이와 같이 발생한 유체압에 의해 부싱부(25)로부터 이격되어 무접촉 회전하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 저어널 유체 베어링장치의 제 1 동압 발생홈은 절곡부를 기준으로 대칭 형상을 하고 있기 때문에 제 1 동압 발생홈의 유체 유입구로 유입된 유체가 상기 절곡부에서 합쳐져 절곡부에서의 유체압은 근사치로 약 두 배가 되기 때문에 제 1 동압 발생홈에 의해 발생하는 유체압 편차가 매우 크게 발생하여 외부로부터의 축 흔들림 및 축 진동이 발생하여 회전축의 회전 안정성이 크게 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 제 1 동압 발생홈의 절곡부에서 합쳐져 급격하게 커지는 유체량에 의해 발생한 첨두압력을 감소시켜 절곡부에서 발생하는 유체압력 편차를 감소시켜 회전축의 강성 향상 및 회전 안정성을 증대시키는데 있다.
도 1은 종래의 저어널 유체 베어링 장치를 도시한 단면도.
도 2는 종래의 저어널 유체 베어링 장치에 의해 발생한 유체압 분포 그래프를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 저어널 유체 베어링 장치의 축 및 유체압 분포 그래프를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 의한 또다른 일실시예를 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20: 슬리이브 30: 회전축
40: 제 1 유체 유입구 45: 제 2 유체 유입구
100: 제 3 유체 유입구
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명 저어널 유체 베어링 장치는 소정 직경을 갖는 축과, 상기 축 외주면의 저어널 부분을 지지하도록 부싱부가 형성되어 있는 지지부재와, 상기 축과 상기 축과 대향하고 있는 상기 부싱부중 어느 일측면에 서로 다른 홈 면적을 갖는 직선홈인 제 1 유체 유입부, 제 2 유체 유입부가 소정 예각으로 상호 접속되어 형성된 절곡부를 포함하고 있는 헤링본 형상의 동압 발생홈에 의해 소정 유체압을 발생시키는 동압 발생부를 다수개 포함하고 있는 저어널 유체 베어링 장치에 있어서, 상기 동압 발생부는 상기 제 1 유체 유입구의 홈 면적보다 작게 형성되어 상기 제 1 유체 유입구와 접속되어 있는 상기 제 2 유체 유입구의 사이 사이에 상기 제 2 유체 유입구와 동일한 형상의 제 3 유체 유입구를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명 유체 베어링 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 하며, 종래와 동일한 부분에 대해서는 그 중복된 설명을 생략하기로 하며, 종래와 동일한 부분에 대해서는 동일한 명칭과 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.
도 3은 도 1의 회전축을 전개한 전개도로써, 회전축(30)이 끼워지는 슬리이브(20)의 내측면에는 회전축(30)을 지지하는 부싱부(25)가 형성되어 있으며, 부싱부(25)에 대향하는 회전축(30) 또는 부싱부(25)중 어느 일측에는 부싱부(25)와 회전축(30)을 무접촉 회전시키기 위해 유체압을 발생시키는 헤링본 형상의 제 1 동압 발생홈(35)이 형성되어 있다.
제 1 동압 발생홈(35)은 부싱부(25)의 양단인 D, E의 중심인 F로부터 수평으로 연장된 선분인 G를 기준으로 소정 각도를 이루고 있는 제 1 유체 유입부(40) 및 제 2 유체 유입부(45)로 형성되어 있으며, 제 1 유체 유입부(40)는 선분 G 선상으로부터 소정 각도(-β3;여기서 - 기호는 G를 기준으로 시계 방향인 CW이다)로 소정 홈 면적을 형성하고 있으며, 소정 간격으로 다수개 형성되어 있는 것이다.
제 2 유체 유입부(45) 역시 선분 G 선상으로부터 제 1 유체 유입부(40)와 동일한 소정 각도(+β3; 여기서 + 기호는 G를 기준으로 반시계 방향인 CCW이다)로 형성하되, 제 1 유체 유입부(40)의 홈 면적 보다는 작게 형성한다.
또한, 이와 같은 제 2 유체 유입부(45)를 제 1 유체 유입부(40)와 접속하되, G 선상에 형성되어 있는 제 2 유체 유입부(45)의 단부와 접속시켜 제 1 유체 유입부(40)와 제 2 유체 유입부(45)로 유입된 유체가 제 1 유체 유입부(40)와 제 2 유체 유입부(45)에서 접속된 부분에서 합쳐지도록 형성한다.
제 1 유체 유입부(40)의 개수에 대응하여 상기의 방법으로 제 2 유체 유입부(45)를 형성하고 다시 제 2 유체 유입부(45)와 제 2 유체 유입부(45)의 사이 사이에 제 3 유체 유입부(100)를 형성하여 회전축(30)에 제 1 동압 발생홈(35)을 형성한다.
이와 같은 제 1 동압 발생홈(35)이 형성되어 있는 저어널 유체 베어링 장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 일부분만 도시된 모터(60)에 전원이 인가되어 모터(60)가 회전을 시작하면 회전축(30)에 압입되어 있는 허브(70)에 안착되어 있는 폴리건 미러(80) 또한 모터(60)와 동일한 회전수로 회전을 시작하게 된다.
이후, 이와 같이 회전축(30)이 고속 회전하게 되면 회전축(30) 또는 회전축(30)이 끼워지는 부싱부(25)중 어느 일측에 형성된 제 1 동압 발생홈(35)으로는 유체가 유입되어 절곡부(80)에서 합쳐짐으로써, 소정 유체압을 발생시키게 된다.
이때, 제 1 동압 발생홈(35)을 형성하고 있는 제 1 유체 유이부(40), 제 2 유체 유입부(45), 제 3 유체 유입부(100)중, 제 1 유체 유입부(40)와 접속되어 있는 제 2 유체 유입부(45)의 홈 면적이 제 1 유체 유입구(40)의 홈 면적 보다 작음으로 제 2 유체 유입부(45)로 유입되는 유체 유입량은 제 1 유체 유입구(40)보다 적어지게 되어 제 1 유체 유입구(40)와 제 2 유체 유입구(45)가 접속되는 부분인 절곡부(80)에서 유체가 합쳐지면서 발생하는 전체 유체압의 크기는 작아지게 된다.
한편, 제 1 동압 발생홈(35)의 제 2 유체 유입구(45) 사이 사이에 형성되어 있는 제 3 유체 유입구(100)는 제 1 유체 유입구(40)와 접속되어 있지 않음으로써, 제 3 유체 유입구(100)에 의해 발생한 유체압은 G 선상에서 최대가 되어 도 3의 유체압 분포 그래프에 도시된 바와 같이 첨두압 발생 부분이 분산되는 경향을 나타낸다.
이와 같이 상호 접속되어 있는 제 1 유체 유입구(40)와 제 2 유체 유입구(45) 및 제 2 유체 유입구(45)의 사이에 형성되어 있는 제 3 유체 유입구(100)에 의해 발생한 유체압으로 절곡부(80)에서 지나친 과도 압력이 발생하는 것을 방지하고 압력 분포를 균일하게 하여 외부로부터의 충격, 진동등이 회전축에 전달되어 회전 성능을 저하시키는 것을 방지하게 된다.
본 발명에서는 G에 대하여 소정 각도(β3)를 갖으면서 절곡부(80)에서 접속되어 있는 제 1 유체 유입구(40), 제 2 유체 유입구(45)와 제 2 유체 유입구(45)의 사이 사이에 소정 각도로 형성되어 있는 제 3 유체 유입구(100)가 형성되어 있는 제 1 동압 발생홈(35)을 바람직한 일실시예로 설명하였다.
이와는 다른 일실시예로 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 유체 유입구(40)와 제 2 유체 유입구(45)가 절곡부(80)에서 접속되어 있되, 제 1 유체 유입구(40)와 제 2 유체 유입구(45) 및 제 3 유체 유입구(100)가 G에 대한 각도(제 1 유체 유입부;β4, 제 2 유체 유입부;β5제 3 유체 유입부;β5, β4≠β5)가 상이 하여도 상기 일실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제 1 유체 유입구(40)와 제 2 유체 유입구(45)의 각도가 상이한 제 2 유체 유입구(45)의 사이 사이에 상기 일실시예와 동일하게 제 3 유체 유입구(100)를 형성하는 등, 본 발명 청구범위의 정신을 벗어나지 않는 범위에서 제 1 유체 유입구와 제 2 유체 유입구의 형상을 대칭 시키거나, 접속되어 있는 제 1 유체 유입구, 제 2 유체 유입구의 각도를 가변시켜도 절곡부 부분에서 크게 형성되는 압력 분포 편차를 감소시켜 회전 성능을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명에서는 회전체와 동일하게 회전하는 회전축을 바람직한 일실시예로 설명하였지만 본 발명의 핵심 부분인 동압 발생홈이 형성되어 있는 고정축에 대해서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 제 1 동압 발생홈을 형성하고 있는 소정 각도 및 상이한 홈 면적을 갖는 제 1 유체 유입구 및 제 2 유체 유입구를 상호 접속 하거나 제 1 유체 유입구의 사이에 제 2 유체 유입구를 별도로 형성하여 유체 유입량의 증가 및 제 1 유체 유입구와 제 2 유체 유입구의 접속 부분인 절곡부에서 발생하는 첨두 유체압을 감소 및 평준화하여 회전축의 회전 안정성을 증대시키는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 소정 직경을 갖는 축과;
    상기 축 외주면의 저어널 부분을 지지하도록 부싱부가 형성되어 있는 지지부재와;
    상기 축과 상기 축과 대향하고 있는 상기 부싱부중 어느 일측면에 서로 다른 홈 면적을 갖는 직선홈인 제 1 유체 유입부, 제 2 유체 유입부가 소정 예각으로 상호 접속되어 형성된 절곡부를 포함하고 있는 헤링본 형상의 동압 발생홈에 의해 소정 유체압을 발생시키는 동압 발생부를 다수개 포함하고 있는 저어널 유체 베어링 장치에 있어서;
    상기 동압 발생부는 상기 제 1 유체 유입부의 홈 면적보다 작게 형성되어 상기 제 1 유체 유입부와 접속되어 있는 상기 제 2 유체 유입부의 사이 사이에 상기 제 2 유체 유입부와 동일한 형상의 제 3 유체 유입부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 저어널 유체 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유체 유입부와 상기 제 2 유체 유입부는 수평에 대하여 동일한 각도로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 저어널 유체 베어링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 유체 유입부가 수평과 이루고 있는 각도는 제 3 유체 유입부가 수평과 이루고 있는 각도와 동일한 것을 특징으로 하는 저어널 유체 베어링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유체 유입부와 상기 2 유체 유입부가 수평과 이루고 있는 각도는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 저어널 유체 베어링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 유체 유입부와 상기 제 3 유체 유입부가 이루고 있는 각도는 동일한 것을 특징으로 하는 저어널 유체 베어링 장치.
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