KR19980066271A - 모터에 적용된 원추 베어링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터에 적용된 원추형 베어링에 관한 것이다.
본 발명의 구성에 의하면, 하부 하우징에 고정되어 있는 축과, 소정 단면적을 갖는 제 1 단부와 상기 제 1 단부보다 작은 단면적을 갖는 제 2 단부에 의해 소정 기울기를 갖는 테이퍼면으로 형성되어 상기 축에 상기 제 2 단부가 상호 대향하도록 압입되어 있는 한쌍의 원추와, 상기 축 및 상기 원추의 형상과 닮은꼴로 내측에 음각되어 있는 음각면이 형성되어 있는 원통 형상의 부싱과, 상기 부싱에 고정되어 상기 부싱을 회전시키기 위한 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터에 적용된 원추 베어링 장치
본 발명은 모터에 적용된 원추형 베어링에 관한 것으로 래핑 등과 같은 높은 정밀도 및 많은 가공 시간을 요구하는 반구 베어링 대신에 가공 시간의 단축으로 생산성을 향상시킨 원추형 베어링에 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 성능이 요구되고 있는 상태이다.
이에 따라서 구동모터의 축 흔들림이나 축 진동을 억제하며 안정적으로 고속회전 하는 구동 모터의 개발과 함께 이와 같은 모터 회전을 가능하게 하는 베어링 장치의 다양한 형태에 대하여 연구가 진행되고 있으며, 이와 같은 베어링 장치의 종류로는 초고속, 고정밀 안정성이 입증된 바 있는 유체 베어링 장치가 널리 사용되고 있고, 이와 같은 유체 베어링 장치로는 레이디얼 하중과 드러스트 하중을 동시에 지지하는 반구 베어링 장치가 사용되고 있다.
도 1은 이와 같은 종래의 반구 베어링이 적용된 레이저 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
폴리건 미러 구동장치는 크게 보아 레이져 빔을 감광드럼(미도시)으로 편향 시키는 폴리건 미러(10)와, 폴리건 미러(10)를 최소의 마찰로 초고속 회전시켜주는 반구베어링 장치(20)(30)(35)(40)와, 상기 반구 베어링 장치와 결합되어 회전력을 발생시키는 회전력 발생 장치(50),(55) 및 상기 구성 요소들이 안착될 수 있도록 하부 하우징(고정 지지부;70) 및 상부 하우징(고정 지지부;75)로 구성되어 있다.
상기 폴리건 미러(10)에는 소정 직경의 관통공이 형성되어 있으며, 상기 폴리건 미러(10)의 관통공에는 다시 허브(60)가 결합되는 바, 허브(60)는 서로 다른 두 개의 직경을 갖는 두 개의 원통(60a)(60b)이 접합되어 있는 형상으로 두 개의 원통중 작은 직경을 갖는 원통(60a)에는 상기 폴리건 미러(10)의 관통공이 끼워지도록 형성되어 있으며, 타측 큰 직경을 갖는 원통(60b)에는 소정 직경, 소정 깊이의 요홈(60c)이 파여져 있다.
이와 같이 폴리건 미러(10)는 허브(60)의 작은 직경을 갖는 원통(60a)에 끼워진 후, 작은 직경의 원통(60a)과 큰 직경의 원통(60b)이 만나는 부분에 형성되어 있는 턱부에 놓여진 다음 판 스프링(65)등에 의해 완전히 밀착된다.
상기 허브(60)에는 다시 부싱(40)이 결합되는 바, 부싱(40)은 소정 높이를 갖는 속이 꽉찬 원통형상으로 그 직경은 허브(60)의 상기 요홈(60c)보다 다소 커서 요홈(60c)에 억지 끼워맞춤되는 직경을 갖고 있다.
또한, 상기 부싱(40)의 양단에는 소정 직경의 관통공이 형성되어 있으며, 상기 관통공은 하부 하우징(70)에 고정되어 있는 축(20)의 직경보다 다소 큰 직경으로 형성되어 있다.
이와 같이 부싱(40)의 양단 중심 부분을 관통하고 있는 관통공이 형성되어 있는 부싱(40)의 양단에는 반구면이 상호 대향하고 있으며 스파이럴 형상의 동압 발생홈(미도시)이 형성되어 있는 반구(30),(35)와 닮은꼴인 반구홈(30a),(30b)이 형성되어 있다.
또한, 부싱(40)에 형성되어 있는 반구홈(30a),(30b)과, 축(20)에 압입되어 있는 반구(30),(35)는 대등한 형상임으로 부싱(40)의 반구홈(30a),(30b)에 반구(30),(35)를 밀착 상태로 결합하여 고정하게 되면 부싱(40)과 반구(30),(35) 사이에는 유체압을 형상하기 위한 간극이 형성되지 못하여 유체 베어링의 기능을 상실하게 된다.
따라서, 이와 같은 이유로 상기 부싱(40)과 반구(30),(35) 사이에는 적정 간극이 필요하게 되어 상기 부싱(40)의 관통공에는 정밀한 높이 및 소정 내경,외경을 갖는 링 형상의 스페이서(40a)가 끼워져 상기 반구(30),(35)와 부싱(40) 사이에 소정 간극을 유지하도록 되어 있다. 즉, 한 쌍으로 형성되어 있는 반구(30),(35) 및 상하 반구홈(30a),(30b)중 중력의 작용에 의해 하부 반구(30) 및 하부 반구홈(30a)은 완전히 밀착되어 있는 상태이고 상부 반구(35)는 상부 반구홈(30b)과 수 ㎛의 간극을 형성하고 있는 상태이다.
이와 같이 형성된 부싱(40)의 외주면으로는 모터 로터(50)가 형성되어 있으며, 모터 로터(50)와 소정 간격 이격된 곳에는 모터 스테이터(55)가 기 언급한 하부 하우징(70)의 소정 위치에 설치되어 있다.
한편, 상기 반구(30a)(30b)는 높은 진구도(0.05㎛)로 가공 및 그 표면을 매끈하게 하기 위해 다시 그라인딩 가공 기계 및 래핑 머신(lapping machine)을 이용해 래핑 가공을 하게 된다.
이와 같이 구성된 레이저 스캐닝 모터에 적용된 반구 베어링의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 모터 스테이터(55) 및 모터 로터(50)에 전원이 인가되어 부싱(40)이 회전하기 시작할 때, 부싱(40)의 하부 반구홈(30a)은 부싱(40)에 걸리는 하중에 의해 중력 방향으로 내려가 하부 반구(30)와 간극없이 밀착되어 있다.
이와 같이 하부 반구(30)가 하부 반구홈(30a)과 밀착되어 있고, 상부 반구(35)는 상부 반구홈(30b)과 수 ㎛의 간극이 형성되어 있음으로 부싱(40)이 회전할 때, 상하부 반구(30)(35)에 기 형성되어 있는 스파이럴 동압 발생홈(미도시)으로 유입되는 유체에 의해 발생한 동압은 상부 반구홈(30b)와 상부 반구(35)가 이루고 있는 간극 간격이 하부 반구(30)와 하부 반구홈(30a)의 간극보다 더 크기 때문에 하부 반구에서 발생한 동압이 크게 되어 하부 반구홈(30a)은 상기 발생한 동압에 의해 하부 반구(30)로부터 부상하게 된다.
그러나, 하부 반구(30)로부터 부싱(40)이 부상될수록 하부 반구(30)와 하부 반구홈(30a)의 간극 간격은 넓어지고 반대로 상부 반구(35)와 상부 반구홈(30b)의 간극 간격은 점차 좁아지게 되어 결국 상부 반구(35)와 상부 반구홈(30b)에 의해 형성된 동압은 점차 커지는 경향을 보이게 된다.
이와 같이 한 쌍의 반구 사이에 형성되어 있는 부싱(40)은 상향, 하향으로 조금씩 간극 간격을 가변하다가 결국 하부 반구에서 발생한 동압과 상부 반구에서 발생한 동압의 차이가 회전체의 자중과 일치하는 간극에서 부싱(40)은 평형 상태로 회전하게 된다.
그러나, 이와 같은 반구 베어링의 반구는 그 특성상 매우 정밀한 가공을 수회 반복하여야 하며 반구면의 가공 치수 및 가공 표면을 매끈하게 처리하기 위하여 별도로 래핑 머신(lapping machine)에 의해 래핑 가공되는데, 래핑 가공 역시 반구의 정밀한 가공 치수 및 형상 때문에 많은 시간에 걸쳐서 매우 미세하게 가공되어야 하므로 반구를 제작하는데 필요한 많은 시간을 요하게 되고 이에 따른 양산성에 많은 어려움이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 레이디얼 하중 및 드러스트 하중을 동시에 지지하는 베어링 장치를 제공하되, 가공성 및 양산성이 뛰어난 원추 베어링을 제공함에 있다.
도 1은 종래의 레이저 스캐닝 모터에 적용된 반구 베어링 장치를 일실시예로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 레이저 스캐닝 모터에 적용된 원추형 베어링 장치를 일실시예로 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 원추와 부싱 부분을 도시한 부분 확대 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 폴리건 미러 20 : 고정축
30,35 : 원추 30a,30b : 원추홈
40 : 부싱
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 모터에 적용된 원추 베어링은 하부 하우징에 고정되어 있는 축과, 소정 단면적을 갖는 제 1 단부와 상기 제 1 단부보다 작은 단면적을 갖는 제 2 단부에 의해 소정 기울기를 갖는 테이퍼면으로 형성되어 상기 축에 상기 제 2 단부가 상호 대향하도록 압입되어 있는 한쌍의 원추와, 상기 축 및 상기 원추의 형상과 닮은꼴로 내측에 음각되어 있는 음각면이 형성되어 있는 원통 형상의 원추 지지부재와, 상기 부싱에 고정되어 상기 부싱을 회전시키기 위한 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 원추형 베어링 장치가 적용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 일례로 첨부된 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
원추형 베어링이 적용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치는 폴리건 미러(10)의 회전 중심인 고정축(20)과, 원뿔의 꼭지점 부분을 상기 고정축(20)의 직경과 대등하게 절단하여 스파이럴 형상의 동압 발생홈이 형성되어 있는 원추면, 원뿔을 절단하여 형성된 양단부중 단면적이 작은 제 2 단부 및 제 2 단부보다 단면적이 큰 제 1 단부가 상기 고정축(20)에 한쌍으로 압입되어 있는 원추(30)(35) 및 원추(30)(35)의 레이디얼 하중 및 드러스트 하중을 지지하는 원추 지지부재(40) ,구동장치인 모터(50),(55) 및 허브(60), 상하부 하우징(75)(70) 등으로 구성되어 있다.
상기 폴리건 미러(10), 고정축(20), 원추(30)(35), 부싱(40)의 결합관계를 살펴보면 하부 하우징(70)에는 원추(30)(35)가 압입되어 고정되어 있는 고정축(20)이 압입 고정되어 있으며, 원추 지지부재(40)의 외주면에는 폴리건 미러(10) 및 모터 로터(55)가 설치되어 있어, 결과적으로 원추(30)(35) 및 고정축(20)은 고정되어 있으며 원추 지지부재(30)는 고정축(20)에 대하여 회전할 수 있도록 되어 있다.
여기서, 상기 원추 지지부재(40)는 상기 원추(30)(35)의 레이디얼 하중 및 드러스트 하중을 지지하는 부싱(40)으로써, 부싱(40)은 소정 직경을 갖는 속이 찬 원통 형상의 봉의 중심에 고정축(20) 보다 큰 직경으로 관통공을 형성한 다음, 봉의 양단에는 기 가공되어 있는 원추(30)(35)의 단면과 동일한 형상이되, 그 크기가 다소 큰 원추홈(30a)(30b)을 형성하고, 부싱(40)의 관통공에는 원추(30)(35)와 원추홈(30a)(30b) 사이의 간극 간격을 조정하기 위한 스페이서(40a)가 삽입된다.
도 3은 본 발명에 의한 원추 베어링의 부싱과 원추가 압입되어 있는 고정축을 도시한 도면으로 부싱(40)의 원추홈(30a),(30b)은 기 언급한 바 있듯이 고정축(20)에 압입되어 있는 원추(30),(35)와 동일한 형상이되, 그 크기가 다소 큼으로 인해 원추(30),(35)와 원추홈(30a),(30b)사이에는 수 ㎛의 간극 t1, t2가 형성하고 있다.
즉, 간극 t1, t2중 t2는 부싱(40)의 자중 및 폴리건 미러, 구동모터 등의 하중으로 인해 중력방향으로 밀려내려가 t2의 간극은 없는 상태이며, t1은 수 ㎛의 간극을 이루고 있다.
기 언급한 원추(30)(35)는 원통 형상의 소재를 선삭 가공에 의해 테이퍼면을 형성하면서 손쉽게 가공하며, 선삭 가공 후, 원추(30)(35)의 크기 및 표면 처리를 위해 그라인딩 가공을 통해 원추(30)(35)를 가공한다.
한편, 부싱(40)에는 모터 로터(50)가 설치되어 있으며, 상기 모터 로터(50)와 소정 간격 이격되어 스테이터 모터(55)가 하부 하우징(70)에 고정되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 모터에 적용된 원추 베어링의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 모터 스테이터(55) 및 모터 로터(50)에 전원이 인가되어 부싱(40)이 회전하기 시작할 때, 부싱(40)의 일측 원추홈(30a)은 부싱(40)에 걸리는 하중에 의해 중력 방향으로 내려가 일측 원추(30)와 간극없이 밀착되어 있다.
이와 같이 원추(30)와 하부 원추홈(30a)이 밀착되어 있고, 상부 원추(35)와 상부 원추홈(30b)이 수 ㎛의 간극을 형성하고 있는 상태에서 부싱(40)이 회전할 때, 원추(30)(35)와 원추홈(30a)(30b)에 의해 발생 동압의 크기는 상부 원추홈(30b)과 상부 원추(35)가 이루고 있는 간극 간격이 하부 원추(30)와 하부 원추홈(30a)의 간극보다 더 크기 때문에( t1t2) 하부 원추(30)가 하부 원추홈(30a)을 밀어내어 하부 원추홈(30a)은 부상하게 된다.
그러나, 하부 원추(30)와 부싱(40)의 하부 원추홈(30a)이 이루고 있는 간극이 넓어지고 반대로 상부 원추(35)와 상부 원추홈(30b)의 간극 간격이 점차 좁아지게 되어 결국 소정 시간이 경과된 후에는 원추(30)(35)와 원추홈(30a)(30b)은 평형 상태가 되어 원추(30)(35)와 원추홈(30a)(30b)은 무접촉 회전하게 된다.
이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 모터에 적용된 원추 베어링은 고정축에 압입되어 있는 원추 및 원추의 형상에 대응하는 원추홈을 부싱에 형성하여 원추의 테이퍼진 원추면 및 원추홈에 의해 드러스트 하중 및 레이디얼 하중을 지지하며 그 가공성 및 양산성이 뛰어난 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 하부 하우징에 고정되어 있는 축과, 소정 단면적을 갖는 제 1 단부와 상기 제 1 단부보다 작은 단면적을 갖는 제 2 단부에 의해 소정 기울기를 갖는 테이퍼면으로 형성되어 상기 축에 상기 제 2 단부가 상호 대향하도록 압입되어 있는 한쌍의 원추와, 상기 축 및 상기 원추의 형상과 닮은꼴로 내측에 음각되어 있는 음각면이 형성되어 있는 원통 형상의 원추 지지부재와, 상기 원추 지지부재에 고정되어 상기 원추 지지부재을 회전시키기 위한 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터에 적용된 원추 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 원추의 테이퍼면에는 스파이럴 형상의 동압 발생홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터에 적용된 원추 베어링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 원추 지지부재의 음각면은 상기 원추보다 큼으로써, 소정 간극을 형성하는 것을 특징으로 하는 모터에 적용된 원추 베어링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 음각면과 상기 원추 사이에 형성된 상기 간극은 스페이서에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 모터에 적용된 원추 베어링 장치.
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