KR100242018B1 - 이격 거리 조정이 가능한 유체 베어링 장치 - Google Patents

Abstract

유체 베어링 장치중 반구 형상의 동압발생부재와 이 동압발생부재와 수 ㎛의 간극 간격을 유지하는 부싱의 반구홈 사이의 간극을 유지하는 역할을 하는 스페이서를 제거하고 스페이서의 위치에 고정되어 있는 동압발생부재와 슬라이드 운동하는 동압발생부재중 슬라이드 운동하는 동압발생부재를 가압하도록 스프링을 개재하고, 이 슬라이드 운동하는 동압발생부재의 변위를 조정하도록 축에 미세 피치를 갖는 암나사부와 이 암나사부와 결합하여 슬라이드 운동하는 동압발생부재에 변위를 발생 및 조정하는 고정링을 형성하여 조립단계에서 양산성에 많은 영향을 미치는 간극 조정 시간을 단축시키고, 이미 조정된 간극 간격의 재 조정을 가능하게 하는 유체 베어링 장치가 개시되고 있다.

Description

간극 조정이 가능한 유체 베어링 장치

본 발명은 간극 측정 및 조정이 가능한 유체 베어링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초고속, 고정밀 회전체에 적합한 유체 베어링 장치중 회전체와 회전체 지지부재 사이에 존재하는 간극을 측정 및 조정하기 위해 회전체의 변위 발생을 억제한 상태에서 회전체 지지부재를 나사 원리에 의해 조정 및 측정함으로써, 유체 베어링 장치의 성능을 더욱 향상시킨 유체 베어링 장치에 관한 것이다.

유체 베어링 장치는 초고속으로 회전하는 회전체와 이 회전체를 지지하는 회전체 지지부재 사이에 존재하여 회전체의 회전 성능을 저하시키는 마찰력을 최소로 만들어 주기 위해 고체인 회전체와 회전체 지지부재 사이가 유체에 의하여 경계마찰되도록 소정 유체압을 발생하는 여러 형상의 동압발생홈을 구비하고 있어 이 동압발생홈에 의해 발생한 유체압에 의해 회전체와 회전체 지지부재가 최소의 마찰로 회전하도록 하는 장치이다.

이와 같은 유체 베어링 장치는 최근들어 점차 초고속 회전 성능을 요구하는 고배속으로 데이터를 탐색하는 CD-ROM 드라이버, 정밀하게 데이터를 고속 탐색 및 저장하는 하드 디스크 드라이버(HDD), 레이저 빔을 결상면에 점상으로 주사하여 결상면에 정전잠상을 형성하여 고화질 인쇄물을 출력하는 레이저 스캐닝 유닛트(LSU)등에 폭넓게 응용되고 있는 바, 제품의 기계적 특성에 맞게 다양한 종류가 개발되고 있지만 최근들어서는 회전체의 레이디얼 하중과 드러스트 하중을 동시에 지지하는 반구 베어링 장치의 개량 및 개발이 꾸준히 진행되고 있는 실정이다.

이와 같은 종래 유체 베어링 장치중 스캐닝 모터에 적용된 반구 베어링 장치를 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 반구 베어링 장치는 고정된 축(10)에 반구면이 상호 대향하고 있는 반구 형상의 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30) 한 쌍이 억지끼워맞춤되어 있다.

이 한 쌍의 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)의 반구면에는 소정 깊이를 갖는 스파이럴 형상의 동압 발생홈(미도시)이 형성되어 있고, 이 동압발생부재(20),(30)는 반구면이 음각되어 있는 원통 형상의 부싱(40)과 면접하고 있어 부싱(40)은 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)의 동압 발생홈에 의해 발생한 동압에 의해 동압발생부재(20),(30)로부터 최소의 마찰력으로 회전하게 된다.

이때, 반구면과 대향하고 있는 부싱(40)의 반구홈과, 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)의 반구면은 수 ㎛의 간극을 유지하기 위하여 제 1 동압발생부재(20)와 제 2 동압발생부재(30)의 사이에는 정밀하게 가공된 스페이서(spacer;50)가 개재되어 있고, 이와 같은 부싱(40)의 외주면에는 플레이트(60)에 부착된 로우터(65)가 부착되어 있고, 로우터(65)와 소정 간격 이격된 베이스 플레이트(70)에는 스테이터(67)가 설치되어 이 로우터(65)의 회전에 의해 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)의 반구면에 형성되어 있는 동압 발생홈에 의해 발생한 유체압에 의해 부싱(40)의 반구홈과 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)의 반구면은 상호 이격되어 무접촉 회전하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 반구 베어링 장치에서 부싱의 반구홈과, 동압발생부재의 사이에 수 ㎛의 간극을 유지하도록 하는 스페이서는 매우 정밀하게 제작되어야 하기 때문에 반구 베어링 장치의 양산성이 떨어지고 스페이서의 가공 정밀도가 허용 오차밖에 있을 경우 반구 베어링 장치의 성능이 저하되는 등 다양한 문제점을 도출하고 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 축에 결합되는 한 쌍의 동압발생부재중 어느 하나는 축에 대하여 고정 결합하고 타측 동압발생부재는 축에 대하여 슬라이드 운동 가능하도록 구성한 후, 한 쌍의 동압발생부재의 사이에 소정 탄성계수를 갖는 탄성부재를 개재하여 한 쌍의 동압발생부재가 탄성력을 받도록 하고, 슬라이드 운동 가능한 타측 동압발생부재가 나사 원리에 의해 탄성력을 받는 동압발생부재 사이의 간격을 조정하도록 하여 정밀하게 가공되어야 하는 스페이서를 제거한 상태에서도 동압발생부재와 동압발생부재와 접촉하는 회전체 사이의 간극을 측정 및 조정할 수 있는 유체 베어링 장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 반구 베어링 장치가 적용된 스캐닝 모터를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 반구 베어링 장치가 적용된 스캐닝 모터를 도시한 단면도.

도 3은 도 2의 고정링을 도시한 사시도 및 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 고정축 10a: 수나사부

20,30: 동압발생부재 40: 부싱

100: 고정링 100a: 암나사부

100b: 표시 눈금

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 유체 베어링 장치는 베이스 플레이트에 고정되어 있는 고정축과;

상기 고정축에 억지끼워맞춤되어 있는 반구 형상의 제 1 동압발생부재와;

상기 제 1 동압발생부재와 소정간격으로 이격되어 구면이 상호 대향되며 상기 고정축에 수직 방향으로 이동 가능하게 끼워진 제 2 동압발생부재와;

상기 제 1 동압발생부재와 상기 제 2 동압발생부재의 사이에 개재되어 상기 제 1 및 제 2 동압발생부재에 가압력을 발생시키는 탄성부재와;

상기 제 1 및 제 2 동압발생부재의 상기 구면을 수용하는 제 1 및 제 2 반구홈이 형성된 부싱과;

상기 탄성부재의 가압력에 의한 상기 제 2 동압발생부재에 소정 변위를 발생시켜 상기 제 2 반구홈과 이루고 있는 간극을 조정하는 간극 간격 조정수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 제 2 동압발생부재에는 키홈이 형성되어 있고 상기 제 2 동압발생부재와 결합하는 상기 고정축에는 키가 형성되어 있다.

바람직하게, 간극 간격 조정수단은 고정축과 결합되어 상기 제 2 동압발생부재의 변위를 가변시키는 고정링과, 상기 고정링에 형성된 암나사부와, 상기 암나사부와 결합하도록 상기 고정축에 형성된 수나사부와, 상기 고정링의 표면에 각인되어 고정링의 변위를 측정하는 회전각도 표시부와, 제 2 동압발생부재에 형성되어 상기 회전각도 표시부의 기준점이 되는 기준부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 간극 조정이 가능한 유체 베어링 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같으며, 본 발명에서는 동압발생홈을 구비하고 있는 유체 베어링 장치중 반구 베어링 장치를 바람직한 일실시예로 들어 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 유체 베어링 장치중 반구 베어링 장치는 평판 형상인 베이스 플레이트(70)에 축(10)이 억지끼워맞춤되어 있고, 이 축(10)에는 다시 한 쌍으로 이루어진 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)가 결합되는 바, 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)는 속이 찬 구(sphere)를 이등분한 반구(hemisphere) 형상으로 그 반구면에는 스파이럴 형상으로 소정 홈면적을 갖는 동압발생홈(미도시)이 형성되어 있다.

이와 같이 동압발생홈이 형성되어 있는 한 쌍의 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)는 반구면이 상호 대향한 상태로 축(10)에 결합되어 있는 바, 한 쌍의 동압발생부재(20),(30)중 하나인 제 1 동압발생부재(20)는 축(10)에 대하여 큰 간섭량을 갖고 억지끼워맞춤된다.

이와 같이 제 1 동압발생부재(20)가 억지끼워맞춤된 축(10)에는 다시 속이 찬 원통 형상으로 양단에 제 1 동압발생부재(20)와 동일한 형상의 두 개의 제 1 반구홈(40b), 제 2 반구홈(40a)이 형성되어 있고 다시 원통의 양단 중심을 관통하여 축(10)의 직경보다 큰 직경을 갖는 관통공이 형성되어 있다.

여기서, 축(10)의 직경보다 큰 관통공이 형성되어 있는 부싱(40)의 관통공으로는 축(10)이 끼워져 축(10)에 억지끼워맞춤되어 있는 반구 형상의 제 1 동압발생부재(20)와 제 1 반구홈(40b)이 상호 접촉하고 있다.

이 부싱(40)의 외주면으로는 다각형 폴리건 미러(80)가 안착되는 허브와 로우터(65)가 결합되어 있으며, 이 로우터(65)와 소정 간격 이격된 베이스 플레이트(70)에는 스테이터(67)가 부착되어 있다.

한편, 또다른 하나의 제 2 동압발생부재(30)는 부싱(40)에 끼워진 축(10)의 직경보다 다소 크게 형성된 축공이 회전 중심에 형성되어 축(10)에 대하여 슬라이드 운동 가능하도록 결합되는 바, 여기서, 축(10)에 결합되는 반구 형상의 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30) 사이에는 다시 소정 탄성계수를 갖고 있는 탄성부재인 스프링(90)이 개재된다. 이 스프링(90)은 한 쌍의 제 1, 제 2동압발생부재(20),(30)를 서로 밀어내려는 힘을 작용시키는 역할을 한다.

또한, 부싱(40)은 소정 회전수로 회전하게 되고, 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)는 소정 유체압을 발생시키기 위해 고정되어야 하나 이 슬라이드 운동 가능한 제 2 동압발생부재(30)에 형성된 축공의 직경이 축(10)의 직경보다 크게 되어 부싱(40)이 회전하면서 발생한 회전력에 의해 제 2 동압발생부재(30) 또한 회전력이 전달되어 회전가능하게 되므로 축(10)과 슬라이드 운동하는 제 2 동압발생부재(30)에는 키(110)와 키홈(120)을 형성하는 것이 바람직하다.

계속해서, 앞서 언급한 스프링(90)에 의하여 제 2 동압발생부재(30)는 슬라이드 운동으로 인해 일정한 위치에 고정될 수 없고, 축(10)에 대하여 억지끼워맞춤되어 있는 또하나의 제 1 동압발생부재(20) 또한 스프링(90)의 탄성력에 의해 미세 변위가 발생할 수 있음으로 이를 방지하기 위해 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)가 결합되어 있는 상태에서 축(10)의 양단을 통해 소정 두께를 갖는 고정링(100)이 축(10)에 끼워져 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)의 평탄면과 결합되어 있다.

이들 고정링(100)중 축(10)에 대하여 슬라이드 운동 가능한 제 2 동압발생부재(30)와 결합되는 고정링(100)의 내경부에는 나사 규정 피치보다 작고 정밀도가 높게 가공되어야 하는 바, 예를들어 피치가 0.1mm인 암나사부(100a)가 형성되어 있다.

한편, 슬라이드 운동 가능한 제 2 동압발생부재(30)가 결합되는 부분의 축(10)에는 이 암나사부(100a)와 체결되는 수나사부(10a)가 형성되어 있다.

여기서, 반구형상의 제 2 동압발생부재(30)의 평탄면에는 기준 위치가 되는 기준부(미도시)가 형성되어 있고 이 기준점으로부터 3.6°회전된 간격으로 10 개의 눈금인 표시 눈금(100b)이 고정링(100)에 형성되어 있다.

결국, 이 고정링(100)을 임의의 방향으로 계속 회전시키면 고정링(100)은 제 1 동압발생부재(20)와 제 2 동압발생부재(30) 사이의 간격을 좁히게 되어 결국 부싱(40)의 제 1, 제 2 반구홈(40b),(40a)과 한 쌍의 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)는 상호 밀착상태가 된다.

이와 같이 제 1, 제 2 반구홈(40b),(40a)과 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30) 사이에 간극이 0 인 상태에서 고정링(100)에 도시된 표시 눈금(100b)을 기준부에 대하여 3.6°만큼 즉, 1 눈금만큼을 회전시키면 제 1, 제 2 반구홈(40b),(40a)과 간극없이 밀착되어 있던 제 1, 2 동압발생부재(20),(30) 사이의 간극은 1㎛가 되는 바, 이는 다음의 수학식에 근거한다.

360°: P = χ°: C ∴ χ·P = 360·C

χ = 360·C /P

P: 나사의 pitch, C: 반구홈과 동압발생부재의 원하는 간극 간격

나사가 360°회전하게 되면 1 pitch만큼 1 리드(lead) 되므로 예를 들어 나사의 1 피치가 0.1 mm 이고, 원하는 간극(clearance)이 10㎛일 때, 원하는 간극 10㎛를 얻기 위해서는 360·10㎛ / 0.1mm를 계산하여 얻은 36°만큼 고정링(100)을 회전시키면 된다.

즉, 제 1, 제 2 반구홈(40b),(40a)과 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)가 간극 없이 밀착된 상태에서 36°만큼만 고정링(100)을 회전시키면 제 2 반구홈(40a)과 제 2 동압발생부재(30)는 정확하게 10㎛ 만큼 간극이 형성된다.

이와 같이 10㎛의 간극을 형성하기 위하여 36°만큼 고정링(100)을 회전시켰다면, 제 2 반구홈(40a)과 제 2 동압발생부재(30) 사이에 1㎛의 간극을 형성하기 위해서는 3.6°만큼만 고정링(100)을 회전시키면 되므로 고정링(100)에는 3.6°간격으로 10개 이상의 표시눈금(100b)을 정밀하게 표시하고, 정밀하게 조정되어 고정된 상태인 고정링(100)이 다시 풀어지지 않도록 고정링(100)을 잠금상태로 만들어 주는 록킹부재(미도시)에 의해 잠금상태로 만들어 주는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명 간극 간격 조정이 가능한 유체 베어링 장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 부싱(40)의 제 1, 제 2 반구홈(40b),(40a)과 면접하는 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)중 슬라이드 운동 가능한 제 2 동압발생부재(30)에 소정 변위를 발생시키는 고정링(100)을 원하는 각도(이때, 고정링의 회전 각도에 따른 리드(lead)가 바로 제 2 반구홈(40a)과 제 2 동압발생부재(30) 사이의 간극이 조정됨은 앞서 언급한 바 있다)로 회전시켜 초기상태, 즉 제 1, 제 2 반구홈(40b),(40a)과 제 1, 제 2 동압발생부재(20),(30)사이에 간극이 0 이 되도록 조정한다.

이어서, 설계치로 제 2 반구홈(40a)과 제 2 동압발생부재(30)사이의 간극을 조정하기 위해 다시 고정링(100)을 앞의 방향으로부터 반대 방향으로 회전시키되 고정링(100)의 나사 피치(pitch)가 0.1mm 일 경우 표시눈금(100b)를 제 2 동압발생부재(30)의 기준부(미도시)를 기준으로 1 눈금 즉, 3.6°만 회전시키면 약 1 ㎛의 리드가 발생하여 제 2 반구홈(40a)과 제 2 동압발생부재(30) 사이의 간극은 0 에서 1 ㎛로 간극이 조정된다.

이와 같은 방법을 통해 임의의 설계치인 4 ㎛의 간극을 셋팅하기 위해서는 표시눈금(100b)를 기준부를 기준으로 4 눈금만큼 회전시키면 된다.

이와 같이 제 2 반구홈(40a)과 제 2 동압발생부재(30) 사이의 간극 조정이 완료되면 고정링(100)이 더 이상 회전되지 않도록 록킹부재를 통해 고정링(100)을 슬라이드 가능한 제 2 동압발생부재(30)에 고정시킨다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 유체 베어링 장치중 반구 형상의 동압발생부재와 이 동압발생부재와 수 ㎛의 간극 간격을 유지하는 부싱의 반구홈 사이의 간극을 유지하는 역할을 하는 스페이서를 제거하고 스페이서의 위치에 고정되어 있는 동압발생부재와 슬라이드 운동하는 동압발생부재중 슬라이드 운동하는 동압발생부재를 가압하도록 스프링을 개재하고, 이 슬라이드 운동하는 동압발생부재의 변위를 조정하도록 축에 미세 피치를 갖는 암나사부와 이 암나사부와 결합하여 슬라이드 운동하는 동압발생부재에 변위를 발생 및 조정하는 고정링을 형성하여 조립단계에서 양산성에 많은 영향을 미치는 간극 조정 시간을 단축시키고, 이미 조정된 간극 간격의 재 조정을 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 베이스 플레이트에 고정되어 있는 고정축과; 상기 고정축에 억지끼워맞춤되어 있는 반구 형상의 제 1 동압발생부재와; 상기 제 1 동압발생부재와 소정 거리 이격 되어 구면이 상호 대향되며 상기 고정축에 수직 방향으로 이동 가능하게 끼워진 제 2 동압발생부재와; 상기 제 1 동압발생부재와 상기 제 2 동압발생부재의 사이에 개재되어 상기 제 1 및 제 2 동압발생부재에 가압력을 발생시키는 탄성부재와;상기 제 1 및 제 2 동압발생부재의 상기 구면을 수용하는 제 1 및 제 2 반구홈이 형성된 부싱과; 상기 탄성부재의 가압력에 의한 상기 제 2 동압발생부재에 소정 변위를 발생시켜 상기 제 2 반구홈과 이루고 있는 이격 거리를 조정하는 이격 거리 조정수단을 포함하는 유체 베어링장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 동압발생부재에는 키홈이 형성되어 있고 상기 제 2 동압발생부재와 결합하는 상기 고정축에는 키가 형성되어 있는 유체 베어링장치.
3. 제 1 항에 있어서, 이격 거리 조정수단은 고정축과 결합되어 상기 제 2 동압발생부재의 변위를 가변시키는 고정링과, 상기 고정링에 형성된 암나사부와, 상기 암나사부와 결합하도록 상기 고정축에 형성된 수나사부와, 상기 고정링의 표면에 각인되어 고정링의 변위를 측정하는 회전각도 표시부와, 제 2 동압발생부재에 형성되어 상기 회전각도 표시부의 기준점이 되는 기준부가 형성되어 있는 유체 베어링장치.

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