KR100224611B1 - 반구베어링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반구베어링 장치의 부싱에 허브를 억지끼워맞춤할 때 부싱과 허브의 억지끼워맞춤 간섭량에 의해 발생한 부싱의 변형에 의한 동작불량을 방지한 반구베어링 장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 소정 곡률을 갖는 반구면이 상호 대향하고 있는 상태로 억지끼워맞춤되어 있는 반구를 포함하고 있는 소정 직경의 축과, 내주면에 상기 축이 수납되도록 음각면이 형성되어 축에 의하여 지지되는 부싱, 일측단은 폴리건 미러를 지지하고 타측단은 부싱과 결합되어 있는 허브를 포함하고 있는 반구베어링 장치에 있어서, 허브에 형성되어 부싱을 압착하기 위한 압착부는 상기 부싱중 살두께가 두꺼운 부분에 압착되는 것을 특징으로 한다.

Description

반구베어링 장치{HEMISPHERE-BEARING APPARATUS}

본 발명은 반구베어링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반구베어링 장치의 부싱에 허브를 억지끼워맞춤할 때 부싱과 허브의 억지끼워맞춤 간섭량에 의해 발생한 부싱의 변형에 의한 동작불량을 방지한 반구베어링 장치에 관한 것이다.

최근들어 정보, 컴퓨터 산업의 급격한 발달로 각종 기기를 구동시키는데 필요로 하는 구동 모터들, 예를 들면, 레이저 프린터의 스캐닝 모터, 하드 디스크 드라이버의 스핀들 모터, VCR의 헤드 구동 모터 등은 기기의 특성상 보다 많은 데이터의 검색, 저장, 재생을 보다 단축된 시간에 수행하기 위해서 축 흔들림이나 축 떨림 없는 고정밀, 초고속 회전 성능을 요구하고 있다.

이에 따라서 구동모터의 축 흔들림이나 축 진동을 억제하며 안정적으로 고속회전 하는 구동 모터의 개발과 함께 이와 같은 각종 모터 회전을 가능하게 하는 동압형 유체 베어링 장치의 다양한 형태에 대하여 연구가 활발히 진행되고 있다.

이와 같은 동압형 유체베어링들중 특히, 레이디얼 하중과 드러스트 하중을 동시에 지지하며 초고속 회전에 적합한 동압형 유체베어링 장치인 반구베어링 장치가 적용된 레이져 프린터의 레이저 스캐닝 유닛트를 일례로 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 반도체 레이저 프린터의 레이저 스캐닝 유닛트를 보인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 광원으로 사용되는 레이저 빔을 출사시키는 반도체 레이저 다이오우드(10)와, 상기 반도체 레이저 다이오우드(10)에서 출사된 레이저 빔을 광축에 대해 평행광으로 만들어주는 콜리메이터 렌즈(20)와, 상기 콜리메이터 렌즈(20)를 통한 평행광을 부주사 방향에 대해 수평방향의 선형광으로 만들어주는 실린더형 렌즈(30)와, 상기 실린더형 렌즈(30)를 통한 수평방향의 선형광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 폴리건 미러(40)와, 상기 폴리건 미러(40)를 등선속도로 회전시켜 주는 스캐닝 모터(50)와, 광축에 대해 일정한 음의 굴절률을 갖고 상기 폴리건 미러(40)를 통한 등선속도의 광을 주 스캐닝 방향으로 편광시키고 구면수차를 보정하여 스캐닝 면상에 포커스를 맞추어 주는 결상용 렌즈군(70)과, 상기 결상용 렌즈군(70)을 통한 레이저 빔을 수직으로 반사시켜 결상면인 감광드럼(60)의 표면에 점상으로 결상시키는 결상용 반사미러(75)와, 상기 결상용 렌즈군(70)을 통한 레이저 빔을 수평방향으로 반사시켜 주는 수평동기 미러(80)와, 상기 수평동기 미러(80)에서 반사된 레이저 빔을 수광하여 동기를 맞추기 위한 광센서(90)로 구성된다.

기 언급한, 결상용 렌즈군(70)은, 상기 폴리건 미러(40)에서 등선속도로 굴절된 레이저 빔을 집속하여 편광 시키는 구면수차 보정용 구면 렌즈(70a) 및 상기 구면렌즈(70a)를 통해 구면수차가 보정된 레이저 빔을 일정한 굴절률을 갖고 주 스캐닝 방향으로 편광시켜 주는 토릭렌즈(Toric Lens; 70b)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 레이저 스캐닝 유닛트의 스캐닝 모터(50)의 구성을 첨부된 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

스캐닝 모터(50)는 크게 보아 회전 대상체인 다수 모서리를 갖는 정다각형 형상인 폴리건 미러(40), 상기 폴리건 미러(40)가 안착되어 상기 폴리건 미러(40)와 함께 회전하는 허브(150) 및 상기 허브(150)의 일측 단부에 형성되어 있는 요홈에 결합되는 반구베어링 장치 및 반구베어링 장치를 회전시키는 구동수단을 포함하고 있다.

상기 반구베어링 장치는 다시 고정된 축(95), 축(95)에 지지된 상태로 회전이 가능한 부싱(120)으로 구성된다. 축(95)은 다시 소정 직경을 갖는 봉 형상의 로드 양단을 통하여 반구(100)(110)의 반구면이 상호 대향한 상태로 삽입되어 구성된다.

부싱(120)은 축(95)에 가해지는 레이디얼 하중 및 드러스트 하중을 동시에 지지하는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 부싱(120)은 소정 직경을 갖는 원통 형상으로, 원통 형상의 봉 중심에는 축(95)의 로드 보다 큰 직경으로 관통공이 형성되고, 원통 형상의 봉의 양단부에는 반구(100)(110)의 곡률과 동일한 반구홈(100a)(110a)이 형성된다.

또한, 부싱(120)의 상기 관통공으로는 반구(100)(110)와 반구홈(100a)(110a) 사이의 간극 간격을 조정하기 위한 스페이서(115)가 삽입되며 스페이서(115)의 양단은 상기 반구(100)(110)와 상호 밀착되어 있다.

부싱(120)의 외주면에는 모터 로터(140)가 형성되어 있고, 상기 모터 로터(140)와 소정 간격 이격되어 모터 스테이터(130)가 형성된다.

이와 같이 구성된 레이저 스캐닝 유닛트의 스캐닝 모터의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 모터 스테이터(130) 및 모터 로터(140)에 전원이 인가되어 부싱(120)이 막 회전하기 시작할 때, 부싱(120)의 하부 반구홈(100a)은 부싱(120)에 걸리는 하중에 의해 중력 방향으로 내려가 하부 반구(100)와 간극 없이 밀착되어 있는 상태이다.

이와 같이 하부 반구(100)가 하부 반구홈(100a)과 밀착되어 있고 상부 반구(110)는 상부 반구홈(110a)과 수 ㎛의 간극이 형성되어 있음으로 부싱(120)이 회전할 때, 상하부 반구(100)(110)에 기 형성되어 있는 스파이럴 동압 발생홈으로 유입되는 유체에 의해 발생한 동압은 상부 반구홈(110a)과 상부 반구(110)가 이루고 있는 간극 간격이 하부 반구(100)와 하부 반구홈(100a)의 간극보다 더 크기 때문에 하부에서 발생한 동압이 크게되어 하부 반구홈(100a)은 상기 발생한 동압에 의해 하부 반구(100)로부터 부상하게 된다.

그러나, 하부 반구(100)로부터 부싱(120)이 부상될수록 하부 반구(100)와 하부 반구홈(100a)의 간극 간격은 넓어지고 반대로 상부 반구(110)와 상부 반구홈(110a)의 간극 간격은 점차 좁아지게 되어 결국 상부 반구(110)와 상부 반구홈(110a)에 의해 형성된 동압은 점차 커지는 경향을 보이게 된다.

이와 같이 한 쌍의 반구 사이에 형성되어 있는 부싱(120)은 상향, 하향으로 조금씩 간극 간격을 가변하다가 결국 하부 반구(100)에서 발생한 동압과 상부 반구(110)에서 발생한 동압이 부싱(120)과 폴리건 미러 및 허브(150)의 자중과 일치되면서 부싱(120)은 평형 상태로 반구(100)(110)와 무접촉 회전하게 된다.

그러나, 종래 반구 베어링 장치는 부싱에 허브가 억지끼워맞춤될 때 허브에 의하여 부싱에 가해지는 압축력에 의하여 부싱에 변형이 발생하여 성능 저하가 유발되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 폴리건미러가 부착되어 있는 허브를 부싱에 억지끼워맞춤할 때 발생하는 허브의 압축력을 부싱이 극복할 수 있도록 부싱중 변형이 가장 작은 부분에서 허브가 억지끼워맞춤 되도록 하여 부싱의 변형을 방지한 반구베어링 장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 레이저 프린터에 적용된 스캐닝 유닛트를 나타낸 도면.

도 2는 도 1의 스캐닝 모터의 A-A' 단면을 나타낸 단면도.

도 3은 허브와 부싱의 억지끼워맞춤 위치에 따른 부싱 변형을 나타내기 위한 억지끼워맞춤의 일례를 도시한 모델.

도 4는 허브와 부싱의 억지끼워맞춤 위치에 따른 부싱의 변형량을 도시한 그래프.

도 5는 본 발명에 의한 반구베어링 장치를 도시한 단면도.

도 6은 도 5의 B-B' 단면을 도시한 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

95: 축 100,110: 반구

120: 부싱 150: 허브

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 반구베어링 장치는 소정 곡률을 갖는 반구면이 상호 대향하고 있는 상태로 억지끼워맞춤되어 있는 반구를 포함하고 있는 소정 직경의 축과, 내주면에 축의 형상에 대응하여 내주면의 중앙부로 향할수록 볼록하게 되는 볼록부를 갖는 음각면이 형성되어 축에 의하여 지지되는 부싱, 일측단은 폴리건미러를 지지하고 타측단은 부싱과 결합되어 있는 허브를 포함하며, 허브에 형성된 압착부는 부싱을 압착하였을 때 변형이 가장 작게 발생하는 부싱의 볼록부를 압착한다.

이하, 본 발명에 의한 반구베어링 장치를 설명하면 다음과 같으며, 반구베어링 장치중 허브와 부싱을 제외하고는 종래의 구성과 동일하므로 그 중복된 설명을 생략하기로 하며 종래와 동일한 부분에 대해서는 첨부된 도면 도 1 또는 도 2에 명시된 도면 부호 및 동일한 명칭을 사용하기로 한다.

도 3은 허브와 부싱의 억지끼워맞춤 위치에 따른 허브 및 부싱의 변형을 설명하기 위한 허브와 부싱의 억지끼워맞춤부의 모델 형상을 컴퓨터 시뮬레이션한 도면이다.

도시된 바와 같이 부싱(120)의 양단에는 반구(100)(110)와 동일한 곡률을 갖도록 반구홈(100a)(110a)이 한 쌍으로 형성되어 있으며, 부싱(120)의 양단중 상단 외주면에는 부싱(120)의 직경보다 다소 작은(예를 들어 부싱의 외경;15㎜, 허브의 내경;14.994㎜) 내경을 갖는 허브(150)가 억지끼워맞춤 된다.

도 4의 그래프-F(일점 쇄선으로 나타낸 그래프)는 부싱(120)의 외경과 허브(150)의 내경의 차이, 즉 간섭량을 3㎛로 고정하고 부싱(120)의 상단 A로부터 부싱(120)의 중심부(B) 방향으로 1mm 간격으로 이동하면서 허브(150)를 상기 부싱(120)에 억지끼워맞춤할 때 발생한 부싱(120)과 반구홈(100a)(110a)의 변형량을 측정한 시뮬레이션 결과를 그래프로 도시한 도면으로, 부싱(120)의 상단 A 부분은 부싱(120)의 단면적이 가장 적은 부분으로 간섭량이 3㎛ 이었을 때 A 부분에서는 최대 2.4㎛의 변형량이 발생하여 부싱(120)의 반구홈(110a)의 변형율은 약 80.0%에 도달하는 것을 나타내고 있다.

한편, 부싱(120)의 상단 A로부터 부싱(120)의 중심부 B로 이동하면서 허브(150)를 억지끼워맞춤한 결과 동일 3㎛의 간섭량일 때 부싱(120)의 단면적이 증가함에 따라서 변형량은 계속 감소하다 부싱(120)의 단면적이 최대가 되는 B 부분에서 변형량은 최소가 되다 다시 부싱(120)의 단면적이 감소하게 되면서 변형량은 다시 증가하는 경향을 시뮬레이션 그래프를 통해 알 수 있다.

도 4의 그래프-G, 그래프-H는 그래프-F에 대하여 비교되는 그래프로 간섭량을 1㎛(그래프-G) 및 5㎛(그래프-H)로 고정시킨 상태에서 부싱(120)을 허브(150)에 억지끼워맞춤하였을 때 부싱(120)의 변형량을 측정한 시뮬레이션 그래프이다.

부싱(120)의 단면적이 최소가 되는 곳(A 부분)에서는 그래프-F와 동일하게 부싱(120)의 변형량이 가장 크게 나타나고 있으며, 부싱(120)의 단면적이 점차 증가함에 따라서 변형량이 점차 감소하다가 부싱(120)의 단면적이 최대가 되는 곳(B 부분)에서 부싱(120)의 변형량이 최소가 되는 것을 알 수 있다.

따라서, 부싱(120)의 반구홈(100a)(110a)과 반구(100)(110) 사이에 형성되는 간극(clearance)이 약 2㎛∼수㎛로 매우 미세 가공되는 것을 감안하였을 때 부싱(120)의 일측 단부에 허브(150)를 억지끼워맞춤하였을 때 발생하는 변형량 또한 무시하지 못할 정도로 크게 되므로 도 5에 도시한 바와 같이, 부싱(120)의 직경보다 크고 부싱(120)중 단면적이 가장 큰 부분까지 삽입되도록 허브(150)를 형성하고 허브(150)의 단부에 상기 부싱(120)중 단면적이 가장 큰 부분과 억지끼워맞춤하여 압착되도록 소정 높이로 돌출된 압착부(125)를 형성한다.

도 6은 상기 도 5의 상기 압착부가 형성되어 있는 허브의 B-B'면을 절단한 단면도로 도 6은 여러 가지 압착부(125)의 형상을 제시하고 있다.

일례로 도 6A는 부싱(120)의 단면적이 가장 큰 부분에 억지끼워맞춤되는 억지끼워맞춤부가 링 형상으로 소정 높이 돌출되어 있는 것을 도시하고 있으며, 도 6B는 압착부(125)가 상기 부싱(120)에 동일 거리를 이루면서 적어도 2 곳 이상에 형성되어 있는 것을 도시하고 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 부싱의 단면중 그 단면적이 가장 큰 곳에 폴리건 미러가 형성되어 있는 허브를 억지끼워맞춤으로써 부싱과 허브가 억지끼워맞춤되면서 발생하는 부싱의 변형을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 소정 곡률을 갖는 반구면이 상호 대향하고 있는 상태로 억지끼워맞춤되어 있는 반구를 포함하고 있는 소정 직경의 축과;

   내주면에 상기 축의 형상에 대응하여 내주면의 중앙부로 향할수록 볼록하게 되는 볼록부를 갖는 음각면이 형성되어 상기 축에 지지되는 축 지지부재와;

   일측단은 회전대상물인 회전체를 지지하고 타측단은 상기 축 지지부재와 결합되어 있는 회전체 지지수단을 포함하며,

   상기 회전체 지지수단에는 상기 축 지지부재의 상기 볼록부를 압착하기 위한 압착부가 형성된 것을 특징으로 하는 반구베어링 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 압착부는 상기 축 지지부재의 외주면의 면적보다 작은 링 형상인 것을 특징으로 하는 반구베어링 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 압착부는 소정 면적으로 동일 거리를 유지하면서 2 곳 이상이 상기 축 지지부재를 압착하는 것을 특징으로하는 반구베어링 장치.

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