KR100224606B1

KR100224606B1 - 반구 베어링의 반구 제작 방법

Info

Publication number: KR100224606B1
Application number: KR1019960061353A
Authority: KR
Inventors: 이창우
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1999-10-15
Also published as: JPH10175124A; US5907905A; KR19980043476A; JP2883323B2

Abstract

본 발명은 반구 베어링 장치에 사용되는 반구를 제작하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반구 형상으로 조각된 단조 형틀에 의해 반구를 제작함으로써, 반구의 양산성 및 반구의 기계적 성질을 향상시킨 반구 베어링 장치의 반구 제작 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 NC 공작기계, CNC 공작기계 등에 의해 가공되던 반구를 로드 및 단조형틀에 의한 단조 가공에 의해 제작하여 반구 제작 시간을 단축하고, 제작 공정을 감소시켜 반구의 생산성을 증대시키는 효과가 있다.

Description

반구 베어링의 반구 제작 방법

본 발명은 반구 베어링 장치에 사용되는 반구를 제작하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반구 형상으로 조각된 단조 형틀에 의해 반구를 제작함으로써, 반구의 양산성 및 반구의 기계적 성질을 향상시킨 반구 제작 방법에 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 트러스트 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 제1도에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

반구 베어링이 적용된 레이저 프린터의 폴리건 미러 구동장치는 크게 보이 폴리건 미러(10)의 회전 중심인 고정축(20)과, 고정축(20)에 압입되어 있는 진구도가 높은 반구면을 갖는 반구(30) 및 반구(30)의 레이디얼 하중 및 드러스트 하중을 지지하는 부싱(40), 일부분만 도시된 구동장치인 모터(50), (55) 및 상부 하우징(60), 하부 하우징(70)등으로 구성되어 있다.

상기 반구(30)는 신구도가 높게 가공된 구(球)의 반지름이 동일하도록 이등분하여 동일한 반지름을 갖는 두 개의 반구(30)가 한 쌍으로 제작되는데, 다시 이등분된 각각의 반구(30)의 반구면 상단부의 일부를 절단한 후, 반구면에 동압 발생 홈을 형성하고, 반구(30)의 중점을 기준으로 고정축(20)의 외주면 소정 위치에 반구(30)가 압입되도록 관통공을 형성한다.

또한, 부싱(30)은 소정 직경을 갖는 속이 찬 원통 형상의 봉의 중심에 고정축(20) 보다 큰 직경으로 관통공을 형성한 다음, 봉의 양단에 기 가공되어 있는 반구(30)의 반구면이 서로 마주보고 있는 상태에서 절단면이 봉의 양단 표면과 동일 평면상에 위치하도록 반구홈(30a)을 형성하되, 반구홈(30a)은 반구(30)와 결합되었을 때 반구홈(30a)과 반구(30) 사이에 공간이 형성되지 않는 곡률로 가공되어 있다.

한편, 부싱(30)의 외주면으로는 도우넛 형상의 로터(50)가 감싸여 있으며, 로터(50)와 소정 간격 이격된 곳에는 스테이터 코어(55)가 하부 하우징(70)에 부착되어 있다. 한편, 반구홈(30a)이 형성되어 있지 않은 관통공면에는 부싱(40)과 반구(30)사이의 간극 간격을 조정하는 스페이서(40a)가 끼워져 고정되어 있다.

이어서, 상기 폴리건 미러(10), 고정축(20), 반구(30), 부싱(40)의 결합관계를 살펴보면 하부 하우징(70)에는 반구(30)가 압입되어 고정되어 있는 고정축(20)이 압입 고정되어 있다. 또한, 고정된 고정축(20)에 대하여 회전 가능하도록 모터(50), (55)가 고착된 부싱(40)이 폴리건 미러(10)가 고정되어 있는 상부 하우징(60)의 하면에 부착되어 있어 결과적으로 반구(30) 및 고정축(20)은 고정되어 있으며 부싱(30) 및 폴리건 미러(10)가 고정되어 있는 상부 하우징(60)은 고정축(20)에 대하여 회전할 수 있도록 설치되어 있다.

이하, 이와 같은 종래의 반구 베어링의 반구 제작 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제2도는 NC 동작기계, CNC공작 기계에 의해 반구 베어링의 반구를 제작하는 공정 순서를 나타낸 블록도로서, 먼저 반구의 곡률 및 반구의 반지름, 관통공의 위치 등을 드로잉 페이퍼(S10)에 설계 및 가공 위치, 가공 툴(tool)을 선정하는 예비 단계를 거친 후, 이어서 설계 도면을 기초로 하여 기 언급된 반구의 정보를 프로그래밍된 지령 테이프(S20)를 작성한다.

이후, 작성된 지령 테이프(S20)를 CNC 공작기계의 CNC 제어장치인 정보 처리 회로(S30)에 입력하고, 공작기계의 툴(tool) 위치 및 동력을 제어하는 서어보 기구(servomechanism ; S40)를 작동시켜 피가공되는 소재를 최초 시험 절삭한 후, 재 계측을 하여 반구의 치수가 허용 공차 내에 있을 경우, 공작기계(S50)에 의해 반구(S60)를 제작하게 된다.

이후, 반구(S60)가 완성되면 고정축(20)에 반구(S60)가 압입 되도록 관통공을 형성하고 반구(S60)의 진구도가 설계치의 허용 범위 내에 들어가도록 다시 그라인딩 가공 및 래핑(lapping) 가공(S70)을 한 후, 스페이서(40a)에 의해 반구(30)와 부싱(40) 사이의 간극 간격을 조정하기 위해 반구(30)의 반구면 상단을 소정 길이로 절단(S80)한 후, 반구 표면에 소정 홈면적을 갖는 동압 발생홈 및 반구 표면 처리 과정(S90)을 거쳐 반구를 제작한다.

그러나, 이와 같이 기계 공작에 의존하여 반구 베어링의 반구를 제작시, 선산 공작 기계에 의해 먼저 반구를 제작하고, 고정축에 반구가 압입되도록 관통공을 형성한 후, 다시 그라운딩, 래핑 등을 통해 반구면을 가공하는 방식을 채택하므로써 진구도(예 : 진구도 0.05㎛이상)를 요구하는 반구면을 가공할 때에는 가공시간이 길어져 양산에 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서 , 본 발명의 목적은 내부면에 반구의 형상이 정밀하게 조각된 단조 형틀 사이에 반구 소재를 위치시키고 단조 형틀을 가압하여 상기 반구 소재를 소성 변형시켜 반구 가공 시간의 단축과 정밀한 진구도를 갖는 반구 베어링의 반구 제작 방법을 제공함에 있다.

제1도는 종래의 반구 베어링을 도시한 단면도.

제2도는 제1도의 반구 제작 방법을 도시한 도면.

제3도는 본 발명에 의한 반구 제작 방법을 도시한 도면.

제4도는 본 발명의 다른 일실시예를 도시한 도면.

제5도는 본 발명의 또다른 일실시예를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110 : 제1 형틀 130 : 제2 형틀

120 : 반구 소재 100 : 로드

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 반구 베어링의 반구 제작 방법은 반구 베어링 장치에 사용되는 한 쌍의 반구를 제작함에 있어서, 내측면에 반구홈이 형성되며, 반구홈이 상호 대향하도록 설치된 제1 형틀, 제2 형틀의 사이에 소정 용적을 갖는 소재를 넣는 단계와, 제1 형틀, 상기 제2 형틀을 가압하기 위한 제1 가압 수단, 제2 가압수단에 의해 제1 형틀, 제2 형틀을 한 번 가압하여 상기 소재를 구 형상으로 단조 성형하는 단계와, 단조 성형 단계에서 성형된 구 형상을 취출하여 반경이 동일한 한쌍의 반구로 절단하는 단계와, 반구에 관통공을 형성하는 단계와, 반구를 그라인딩 및 래핑 가공하는 단계와, 그리인딩 및 래핑 가공된 반구에 동압발생홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명 반구 베어링의 반구 제작 방법을 설명하기로 하며, 반구 베어링 장치중 종래와 동일한 부분에 대해서는 그 중복된 설명을 생략하기로 하며, 종래와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호와 명칭을 사용하기로 한다.

제3도는 본 발명에 의한 반구 베어링의 반구 제작 방법을 도시한 도면으로, 먼저 제3a도에 도시된 바와 같이, 가공 여유를 고려하여 고정축보다는 약간 작은 직경를 갖으며 단조 기계에 고정되어 있는 로드(100)를 설치한다. 또한, 로드(100)의 일측단을 통해 로드(100)에 대하여 좌우로 이송가능하며, 내측면에 반구의 형상이 정밀하게 조각된 반구홈(115)이 형성된 제1 단조 형틀(110)을 삽입하고, 로드(100)의 타측단을 통해 원통형상의 반구 소재(120)를 끼운다음, 로드(100)의 타측단을 통해 반구홈(135)이 내측에 형성된 제2 단조 형틀(130)을 삽입하되, 로드(100)를 중심으로 제1 단조 형틀(110)과 제 2 단조 형틀(130)은 로드(100)를 기준으로 축 중심이 어긋나지 않도록 주의 한다.

이후, 제1 단조 형틀(110)과 제2 단조 형틀(130)을 가압장치인 램(ram ; 미도시) 및 엔빌(anvil ; 미도시)에 고정시킨다. 이때, 반구 소재(120)는 제1, 제2 단조 형틀(110), (130)의 내부에서 소성 변형되면서 공극 발생 억제 및 가공 여유를 고려하여 계산된 용적을 갖도록 한다.

이와 같이 반구 소재(120) 및 단조 기계의 가공 준비가 끝나면 성형에 들어 가되, 램과 엔빌에 적정 압력을 가하여 반구 소재(120)가 급격하게 변형을 일으키지 않도록 주의하면서 상온에서 냉간 단조한다.

계속해서, 냉간 단조가 종료되면 제1, 제2 단조 형틀(110), (130)로부터 축공이 형성된 구 형상의 반구 소재(120)를 취출하여, 취출된 반구 소재(120)에 형성되어 있는 붙임 지느러미(125)를 제거한 후, 취출된 반구 소재(120)가 대칭되도록 이등분 하여 축공이 형성된 한 쌍의 반구(140)를 제작한다. 이후, 제작된 한 쌍의 반구(140)의 절단면을 매끈하게 가공한 다음, 반구면의 진구도를 더욱 미세하게 가공하기 위하여 그라운딩 가공과, 래핑 가공을 수회 반복한 후, 반구면의 상부를 소정 길이로 절단하여 스페이서(40a)에 의해 반구(140)와 부싱이 소정 간극을 유지하도록 하고, 상기 반구 절단면을 밀링 머신등으로, 고정축으로부터 반구가 유동되지 않도록 하는 링(ring)홈(150)은 가공한다.

이와 같은 과정을 거쳐 반구의 형상이 완성되면 반구의 표면 처리 공정을 진행하는데 이때 표면 처리 공정으로는 두 번에 걸친 코팅(예 : TiN coating, DLC coating) 및 동압을 발생시키도록 동압 발생홈을 습식 에칭 및 플라즈마 에칭등으로 형성하여 표면 처리까지 끝난 반구를 제작한다.

제4도는 본 발명에 의한 또다른 일실시예를 도시한 도면으로, 상기 제3도의 일실시예는 제1 단조 형틀(110) 및 제2 단조 형틀(130)을 이용하여 축공이 형성된 구 형상을 성형 후, 성형된 구 형상의 소재를 두 개로 이등분 하여 반구(140)를 제작하지만, 제4도에 의한 일실시예에서는 단일 단조 형틀(200)과 형틀 지지대(210)에 의해 단일 반구(220)를 제작하여 상기 제3도에서 보여진 바와 같이 반구를 절단하는 과정을 생략하되, 한 번에 하나의 반구(220)를 제작하는 방법으로 먼저 단일 단조 형틀(200)과 형틀 지지대(210)의 사이에 속이 빈 원통형상의 반구 소재(215)를 위치시키고 단조 형틀을 램 및 엔빌에 의해 가압하여 반구(220)를 제작한다.

이때, 단조 형틀에는 반구가 고정축에 끼워지는 축공이 형성되도록 로드(230)가 형성되어 있어 한 번의 단조 형틀 가압에 의해서 축공이 형성된 하나의 반구를 제작할 수 있다.

제5도는 본 발명의 또다른 일실시예로써, 반구홈(305)이 내부에 형성된 제1 단조 형틀(300), 반구홈(315)이 형성된 제2 단조 형틀(310)의 내부를 반구 베어링의 반구의 형상과 동일하게 조각하고 속이 꽉찬 봉 형상의 반구 소재(320)를 위치시킨 후, 제1 단조 형틀(300)과 제2 단조 형틀(310)을 램(330) 및 엔빌(340)에 의해 가압하여 구(350)를 성형 한 후, 구(350)를 대칭되도록 이등분 하여, 반구(360)에 소정 직경의 관통공을 형성한 후, 반구 표면을 표면처리하여 완성된 반구를 제작한다.

이후, 구를 취출하여 정확하게 이등분하여 반구를 제작한 다음 반구에 축공을 형성할 경우, 고정축의 축 직경이 상이한 제품에 동일 크기의 반구를 적용할 때 특히 효과적이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, NC 공작기계, CNC 공작기계 등에 의해 가공되던 반구를 로드 및 단조형틀에 의한 단조 가공에 의해 제작하여 반구 제작 시간을 단축하고, 제작 공정을 감소시켜 반구의 생산성을 증대시키는 효과가 있다.

Claims

반구 베어링 장치에 사용되는 한 쌍의 반구를 제작함에 있어서, 내측면에 반구홈이 형성되며, 상기 반구홈이 상호 대향하도록 설치된 제1 형틀, 제2 형틀의 사이에 소정 용적을 갖는 소재를 넣는 단계와, 상기 제1 형틀, 상기 제2 형틀을 가압하기 위한 제1 가압 수단, 제2 가압 수단에 의해 상기 제1 형틀, 상기 제2 형틀을 한 번 가압하여 상기 소재를 구 형상으로 단조 성형하는 단계와, 상기 단조 성형 단계에서 성형된 상기 구 형상을 취출하여 반경이 동일한 한 쌍의 반구로 절단하는 단계와, 상기 반구에 관통공을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반구 베어링의 반구 제작 방법.
제1항에 있어서, 상기 반구에 그라인딩 가공을 수행하는 단계와 상기 반구에 래핑 가공을 수행하는 단계를 더 포함하는 반구 베어링의 반구 제작 방법.
제2항에 있어서, 상기 래핑 가공된 상기 반구에 동압 발생홈을 가공하는 단계를 더 포함하는 반구 베어링의 반구 제작 방법.
반구 베어링 장치중 고정축에 끼워지는 반구를 제작함에 있어서, 내측면에 상기 반구 베어링의 반구홈 및 상기 반구홈의 정점에 로드가 형성된 형틀과 평탄면을 갖는 엔빌(envil)중 상기 형틀의 상기 로드에 관통공이 형성된 소재를 넣는 단계와, 상기 형틀을 가압하기 위한 가압 수단에 의해 상기 형틀 및 상기 엔빌을 가압하여 상기 소재에 축공이 형성된 반구 형상을 단조 성형하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반구 베어링의 반구 제작 방법.
제4항에 있어서, 상기 반구 소재는 소정 직경을 갖는 원통인 것을 특징으로 하는 반구 베어링의 반구 제작 방법.
반구 베어링 장치의 축에 압입되는 한 쌍의 반구를 제작함에 있어서, 상기 축의 직경과 동일한 직경을 갖는 고정된 로드에 관통공이 형성된 소정 형상의 소재를 삽입하는 단계와, 내측면에 상기 반구홈이 형성되며 상기 내부면이 서로 대향하도록 설치된 제1 형틀, 제2 형틀을 상기 로드에 대하여 이동 가능하도록 결합하는 단계와, 상기 제1 형틀, 제2 형틀을 제1 가압 수단, 제2 가압 수단에 의해 가압하여 상기 소재를 축공이 형성된 구형으로 단조 성형하는 단계와, 상기 로드로부터 관통공이 형성된 구형으로 단조된 상기 소재를 취출하고, 상기 로드의 직경과 동일한 관통공이 형성되어 있는 상기 구형 소재를 동일 반경을 갖는 두 개의 반구로 절단하는 단계를 포함하는 반구 베어링의 반구 제작 방법.