KR100364407B1 - 유체동압베어링의 오일비산 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스러스트 플레이트가 억지끼워지는 샤프트의 외주면으로 스러스트 플레이트의 밴트 홀과 직교하는 그루브를 형성하고, 샤프트 외경과 부시의 내경이 축소되도록 하여 베어링 간극내 오일로부터 공기 배출로까지의 거리가 보다 이격되게 하므로서 오일의 비산을 방지되도록 하는 유체동압베어링의 오일비산 방지장치에 관한 것으로서, 상기한 목적 달성을 위하여 본 발명은 상부면과 하부면에는 각각 동압발생용 그루브(11)를 형성하고, 주연부에는 내주면과 외주면을 연통되게 한 밴트 홀(12)이 적어도 하나 이상으로 형성되도록 한 스러스트 플레이트(10)와; 상기 스러스트 플레이트(10)가 억지끼워지는 외주면에 상기 밴트 홀(12)과 직교하는 밴트 그루브(21)가 축방향으로 형성되도록 하고, 상기 밴트 그루브(21)의 상부측 외주면은 외경이 축소되도록 한 샤프트(20)와; 슬리이브(40)에 외주면 일측이 일체로 결합되고, 상기 스러스트 플레이트(10)와의 사이에는 베어링 간극을 형성하며, 내경은 상기 샤프트(20)의 외경만큼 축소되게 하면서 샤프트(20)의 외주면과의 사이로는 공기 배출로(31)가 형성되고, 상기 스러스트 플레이트(10)와 마주보는 내경부의 단부는 상기 스러스트 플레이트(10)측으로 점차 내경이 확장되는 테이퍼진 형상이 되도록 하여 상기 밴트 그루브(21)를 통해 유도되는 공기가 외부로 배출되도록 하는 부시로서 이루어지도록 하는 구성이 특징이다.

Description

유체동압베어링의 오일비산 방지장치{An apparatus for preventing oil dispertion of hydrodynamic bearing}

본 발명은 샤프트의 스러스트 플레이트가 억지끼워지는 외주면으로 스러스트 플레이트의 밴트 홀과 직교하는 그루브를 형성하여 베어링 간극내의 유체로부터 생성되는 공기가 원활하게 배출될 수 있도록 하는 동시에 샤프트 외경과 부시의 내경이 축소되면서 베어링 간극내 오일로부터 공기 배출로까지의 거리가 보다 이격되게하여 오일의 비산을 방지되도록 하는 유체동압베어링의 오일비산 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 고속의 정밀 구동이 요구되는 하드 디스크 드라이버 또는 레이저 프린터등에 사용되는 스핀들 모터에는 구동시의 진동이나 부하를 최소화시키기 위해 축의 반경방향과 축방향으로의 하중이 동시에 지지되도록 하고 있는바 이를 위해 구비되는 것이 저널베어링과 스러스트베어링이 적용되는 유체동압베어링이다.

즉 유체동압베어링은 기본적으로 회전체와 고정체 사이에 얇은 유막을 형성하여 회전시 발생하는 압력으로 회전체를 지지할 수 있도록 하는 것으로서, 이때의 압력발생을 보다 효과적으로 형성시키기 위해 회전체 및 고정체의 적어도 일측면에는 동압발생용 그루브가 형성되도록 하고 있다.

따라서 저널베어링은 축의 외주면에 동압발생용 그루브가 형성되도록 하여 슬리이브와의 베어링 간극내 오일이 동압발생용 그루브에서 발생시키게 되는 동압에 의해 축의 반경방향으로의 하중을 지지토록 하며, 스러스트베어링은 스러스트 플레이트의 상부면과 하부면에 동압발생용 그루브를 헝성하여 슬리이브 및 부시와의 베어링 간극내 오일이 동압발생용 그루브에서 발생시키게 되는 동압에 의해 축방향으로의 하중이 지지되게 하므로서 안정된 구동성이 유지되도록 하는 것이다.

도 1은 축의 반경방향과 축방향으로의 하중이 동시에 지지될 수 있도록 저널베어링과 스러스트베어링이 동시에 적용되는 종래의 스핀들 모터의 구조를 보인 측단면도로서, 샤프트(1)의 외주면에는 상부와 하부에 각각 동압발생용 그루브(1a)가 형성되고, 이 동압발생용 그루브(1a)를 포함하여 샤프트(1)을 감싸는 구성으로 슬리이브(2)가 구비되며, 이렇게 동압발생 그루브(1a)가 형성되는 샤프트(1)의 외주면과 슬리이브(2)의 내주면간에는 미세하게 베어링 간극이 형성되어 오일이 충진되도록 한다.

그리고 상부의 동압발생용 그루브(1a)의 직상부에는 샤프트(1)에 평판의 스러스트 플레이트(3)가 억지끼워지도록 하되 이 스러스트 플레이트(3)의 상부면과 하부면에는 샤프트(1)에서와 마찬가지로 동압발생용 그루브가 각각 형성되도록 한다.

또한 스러스트 플레이트(3)의 외주면은 각각 슬리이브(2)와 부시(4)에 의해서 감싸지도록 하되 이들의 대향하는 면간에는 미세하게 베어링 간극이 형성되면서 샤프트(1)와 슬리이브(2)간의 베어링 간극과도 서로 통하는 구조가 되도록 한다.

한편 동압을 발생시키게 되는 베어링내에는 오일 이외에도 미세한 공기입자들이 생기게 되고, 이러한 공기입자들이 내부에서 열팽창하게 되면 구동성능에 대단히 치명적인 NRRO(Non-Repeatable Run Out, 비반복적 흔들림)의 증가 및 구동부하의 증가와 그에따른 소비전류의 증가를 초래하게 되는 악영향을 미치게 된다.

따라서 베어링내에서 오일내에 공기입자가 발생되는 것을 근본적으로 방지시킬 수는 없으므로 현재는 샤프트(1)와 스러스트 플레이트(4)에 서로 연통되게 밴트 홀이 형성되도록 하고 있으며, 이때의 밴트 홀은 압력이 작용되지 않는 샤프트(1)의 상,하부 동압발생용 그루브(1a)간 외주면과 스러스트 플레이트(3)에서의 외측단면측으로 공기가 집중되는 부위와 연통되게 하여 베어링내 공기가 외부로 배출되어 제거될 수 있도록 하고 있다.

특히 스러스트 플레이트(3)에 형성되는 밴트 홀은 스러스트 플레이트(3)의 내경부측 단부에서 부시(4)가 구비되는 방향으로 상향 연통되고, 부시(4)의 내경부측 단부는 직경이 하향 확장되는 테이퍼진 형상으로 형성되게 하여 스러스트 플레이트(3)의 밴트 홀로부터 배출되는 공기가 샤프트(1)의 외주면과 부시(4)의 내주면간 사이의 미세하게 이격된 공극을 통해 원활히 배출되게 안내하는 기능을 한다.

하지만 이러한 밴트 홀을 통한 공기입자의 배출경로는 대단히 복잡할 뿐만 아니라 특히 도 2에서와 같이 스러스트 플레이트(3)에서의 부시(4)와의 베어링 간극내 오일이 밴트 홀(3a)을 통해 유도되는 공기와 함께 샤프트(20)와 부시(40)간 통로를 거쳐서 동시에 배출되기도 하므로 불필요한 오일 소모를 초래하게 되고, 이러한 오일 소모는 급기야 베어링내 오일 부족에 따른 마찰력의 증대를 가져와 베어링의 사용수명을 단축시키는 문제가 있다.

또한 스러스트 플레이트(3)를 샤프트(1)에 억지끼우게 될 때 이들 사이에서는 미세한 금속칩이 발생하면서 베어링내의 오일과 혼입되고, 이렇게 오일과 혼입된 금속칩은 모터의 구동시 마찰면을 심각하게 손상시키게 되며, 특히 샤프트(1)의 외주면 표면 조도가 악화되면서 구동 성능을 불안정하게 만드는 심각한 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정 보완하기 위한 것으로서, 본 발명은 스러스트 플레이트를 통한 공기 배출 통로의 경로가 보다 단축되게 하므로서 공기를 신속하게 배출시킬 수 있도록 하는 동시에 베어링 간극내 오일 단부로부터 공기가 배출되는 통로까지의 거리가 보다 이격되게 하므로서 오일 비산이 방지될 수 있도록 하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 스러스트 플레이트를 억지끼우게 되더라도 샤프트의 표면 조도를 안정되게 유지될 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

도 1은 종래의 일반적인 스핀들 모터의 요부를 도시한 측단면도,

도 2는 도 1 의 요부를 확대한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 유체동압베어링의 분해 사시도,

도 4는 본 발명의 결합 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스러스트 플레이트 12 : 밴트 홀

20 : 샤프트 21 : 밴트 그루브

30 : 부시 31 : 공기 토출로

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

상부면과 하부면에는 각각 동압발생용 그루브를 형성하고, 주연부에는 내주면과 외주면을 연통하는 밴트 홀이 적어도 하나 이상으로 형성되는 스러스트 플레이트와;

상기 스러스트 플레이트가 억지끼워지는 외주면에 상기 밴트 홀과 직교하는 밴트 그루브가 축방향으로 형성되도록 하고, 상기 밴트 그루브의 상부에 위치되는 외주면은 외경이 축소되게 한 샤프트와;

슬리이브에 외주면 일측이 일체로 결합되고, 상기 스러스트 플레이트와의 사이에는 베어링 간극이 형성되며, 내경은 샤프트의 외경만큼 축소되게 하면서 샤프트의 외주면과의 사이로는 공기 배출로가 형성되고, 상기 스러스트 플레이트와 마주보는 내경부의 단부는 스러스트 플레이트측으로 점차 내경이 확장되는 테이퍼진 형상이 되도록 하여 상기 밴트 그루브를 통해 유도되는 공기가 외부로 배출되도록 하는 부시로서 이루어지는 구성이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 유체동압베어링의 실시예를 도시한 분리 사시도로서, 본 발명은 크게 스러스트 플레이트(10)와 샤프트(20)와 부시(30)로서 이루어지는 구성이다.

스러스트 플레이트(10)는 중앙이 상하로 관통된 링형부재로서, 상부면과 하부면에는 각각 헤링본 또는 스파이럴 형상의 동압발생용 그루브(11)가 형성되고, 주연부에는 내주면과 외주면간을 관통시켜 연통되도록 하는 밴트 홀(12)이 적어도 하나 이상으로서 형성되도록 한 것이다.

그리고 샤프트(20)는 슬러스트 플레이트(10)가 억지끼워지는 외주면에 소정의 높이로 밴트 그루브(21)가 축방향으로 형성되도록 하되 이때의 밴트 그루브(21)는 최소한 스러스트 플레이트(10)의 두께보다는 길게 형성되도록 하며, 밴트 그루브(21)는 스러스트 플레이트(10)에 형성되는 밴트 홀(12)과는 동일한 갯수와 간격으로 형성한다.

또한 샤프트(20)의 밴트 그루브(21)가 형성되는 부위의 상부측 외주면은 보다 외경이 축소되게 하여 단차진 형상이 되도록 한다.

한편 부시(30)는 슬리이브에 일측의 외주면이 일체로 결합되고, 스러스트 플레이트(10)와의 사이에는 베어링 간극을 형성하며, 샤프트(20)와의 사이에는 공기 배출로(31)가 형성되도록 하는 것인바 이때 부시의 내경은 샤프트(20)의 축소된 외경만큼 축소되도록 하면서 스러스트 플레이트(10)와 마주보는 내경부의 단부는 스러스트 플레이트(10)측으로 점차 내경이 확장되는 테이퍼진 형상이 되도록 한다.

특히 상기한 구성에서 샤프트(20)에 형성되는 밴트 그루브(21)는 스러스트플레이트(10)의 두께보다는 길면서 폭이 적어도 스러스트 플레이트(10)에 형성되는 밴트 홀(12)의 직경보다는 크게 형성되도록 하여 스러스트 플레이트(10)와 슬리이브간 베어링 간극에서 발생되는 공기들이 밴트 그루브(21)를 통해 배출될 수 있도록 하는 것이 보다 바람직하다.

그리고 밴트 그루브(21)는 일단의 요입단부가 축소된 샤프트(20)의 외주면과 동일면으로 만나도록 하며, 또한 타단은 보다 큰 외경의 외주면에 완만하게 연결되는 형상으로 되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

도 4는 전기한 실시예에 따른 구성들을 결합시킨 측단면도로서, 모터의 구동에 의해 베어링 간극에서 유체가 유동하게 되면 오일은 스러스트 플레이트(10)의 상부면과 하부면에 형성한 동압발생용 그루브(11)에 집중되며, 이때 스러스트 플레이트(10)의 외측단면과 슬리이브(40)와의 사이에는 오일로부터 발생되는 공기들이 모여지게 된다.

이러한 공기들은 스러스트 플레이트(10)의 주연부에 형성한 밴트 홀(12)을 통해 밴트 홀(12)과 직교되게 형성한 샤프트(20)의 밴트 그루브(21)로 유도되며, 다시 밴트 그루브(21)에서는 테이퍼진 부시(30)의 내경측 확장부위로 유출되고, 이는 샤프트(20)의 외주면과 부시(30)의 내주면간 공기 배출로(31)를 통해서 외부로 배출하게 된다.

따라서 공기는 좁은 유동로를 거쳐 보다 큰 면적으로 유도되면서 배출되므로 공기의 더욱 원활한 배출을 수행할 수가 있게 되며, 부시(30)의 내경이 축소되면서 테이퍼지는 면이 종전보다 더 길어져 결국 오일이 표면장력(모세관현상)에 의해 베어링 간극에서 유지되는 단부와 공기 배출로(31)간 거리가 더욱 멀어지게 되므로서 오일을 공기 배출로(31)를 통해 더 이상 비산되지 않도록 한다.

이상과 같은 구성에 따라 본 발명은 공기의 배출 경로를 스러스트 플레이트(10)와 샤프트(20)에 각각 밴트 홀(12)과 밴트 그루브(21)로서 독립적으로 형성시켜 이들이 결합시 직교되는 구성이 되도록 하여 종전과 같이 스러스트 플레이트에만 밴트 홀을 형성하는데 따른 작업의 어려움이 제거되도록 하는 동시에 공기 배출로(31)를 통한 오일 비산을 방지시켜 베어링 성능을 향상시키게 되는 것이다.

그러므로 본 발명은 샤프트(20)의 간단한 구조개선으로 샤프트(20)의 표면 조도를 항상 안전하게 유지하는 동시에 베어링내에서의 공기 배출 경로가 대단히 간편하게 이루어지도록 하여 제작 불량 및 오일에의 이물질 침입을 방지시키게 되므로서 베어링의 내구력이 향상되며, 또한 베어링내에서의 오일 비산을 방지시켜 구동성능에 대한 신뢰성이 향상되도록 하는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 상부면과 하부면에는 각각 동압발생용 그루브(11)를 형성하고, 주연부에는 내주면과 외주면을 연통되게 한 밴트 홀(12)이 적어도 하나 이상으로 형성되도록 한 스러스트 플레이트(10)와;

   상기 스러스트 플레이트(10)가 억지끼워지는 외주면에 상기 밴트 홀(12)과 직교하는 밴트 그루브(21)가 축방향으로 스러스트 플레이트(10)의 두께보다는 길게형성되도록 하고, 상기 밴트 그루브(21)의 상부측 외주면은 외경이 축소되도록 한 샤프트(20)와;

   슬리이브(40)에 외주면 일측이 일체로 결합되고, 상기 스러스트 플레이트(10)와의 사이에는 베어링 간극을 형성하며, 내경은 상기 샤프트(20)의 외경만큼 축소되게 하면서 샤프트(20)의 외주면과의 사이로는 공기 배출로(31)가 형성되고, 상기 스러스트 플레이트(10)와 마주보는 내경부의 단부는 상기 스러스트 플레이트(10)측으로 점차 내경이 확장되는 테이퍼진 형상이 되도록 하여 상기 밴트 그루브(21)를 통해 유도되는 공기가 외부로 배출되도록 하는 부시;

   로서 이루어지는 유체동압베어링의 오일비산 방지장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 밴트 그루브(21)는

   폭이 적어도 상기 스러스트 플레이트(10)에 형성되는 밴트 홀(12)의 직경보다는 크게 형성되도록 한 유체동압베어링의 오일비산 방지장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 밴트 그루브(21)는

   일단이 축소된 상기 샤프트(20)의 외주면과 동일면으로 만나고, 타단은 보다 큰 상기 샤프트(20)의 외주면에 완만하게 연결되도록 한 유체동압베어링의 오일비산 방지장치.