KR930010408B1 - 동압형 유체베어링장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

동압형 유체베어링장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 있어서의 동압형 유체베어링장치의 단면도.

제2도는 본 발명의 제2실시예에 있어서의 동압형 유체베어링장치의 단면도.

제3도는 동윤활제 유지의 해설도.

제4도는 제1종래예의 동압형 유체베어링장치의 단면도.

제5도는 동장치의 문제점을 도시한 단면도.

제6도는 제2종래예의 동압형 유체베어링장치의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3, 21 : 축 2, 22 : 슬리이브

2A, 22A, 22B : 동압발생홈 3A : 꼭대기부

3B : 바닥부 4 : 드러스트베어링

6A, 6B, 24 : 윤활제 22E : 공간

본 발명은 디스크구동장치, 비데오테이프레코우더의 회전헤드실린더등에 사용되는 고속회전성능이 뛰어난 동압형 유체 베어링장치에 관한 것이다.

최근, 디스크장치등은 고밀도화 또는 박형화가 도모되고 있으며, 그 회전 구동용 주축부는 레이디얼베어링 스팬이 짧고 박형이며, 또한 축흔들림이 1μm 이하라는 고정밀도의 구동장치가 필요하게 되고, 비데오테이프레코우더등은 고성능화를 위하여 회전헤드실린더의 회전주축부에 고정밀도로 회전할 수 있는 베어링이 필요하여 동압형 유체베어링이 사용되고 있다.

이하 도면을 참조하면서 상기한 제1종래예의 동압형 유체베어링장치의 일례에 대해서 설명한다. 제4도 ~ 제5도는 제1종래예의 동압형 유체버어링 장치의 단면도이다. 제4도에 있어서, (11)은 새시이며, 슬리이브(12)가 나사등에 의해 고정되어 있다. 슬리이브(12)의 중심에는 축(13)이 회전 자재하게 삽입되어 있다. 축(13)의 바닥부(13B)는 드러스트베어링(14)에 당접하여 드러스트하중을 받치고 피벗베어링을 구성하고 있다. 드레스트베어링(14)은 슬리이브(12)에 나사등에 의해 고정된 드러스트받침판(15)에 의해 지지되고 있다. 축(13)의 꼭대기부(13A) 근처에는 허브(16)와 모우터(17)가 고정되고, 축(13)과 함께 회전한다. 슬리이브(12)에는 통기구멍(12B)이 형성되고, 베어링구멍 내면에는 헤링보운동의 동일발생홈(12A)이 형성되어 있다. 이 동압발생홈(12A)은 일반적으로는 홈각(B)은 약 30°이며, 홈깊이는 레이디얼베어링 반경간격과 거의 동일한 2~3μm이다. 슬리이브(12), 축(13), 드러스트베어링(14)의 사이에는 주로 광유등으로 이루어진 윤활제(18A)(18B)가 주유되고, 허브(16)에는 회전디스크(19)가 장착된다.

이상과 같이 구성된 동압형 유체베어링장치에 대해서, 이하 그 동작에 대해서 설명한다. 먼저, 도시하지 않은 모우터에 통전되어, 모우터(17), 허브(16), 축(13)이 회전을 시작하면 윤활제(18A)는 동압발생홈(12A)의 펌핑작용에 의해 압력을 발생하여 축(13)은 무접촉 회전한다.

다음에 도면을 참조하면서 상기한 제2종래예의 동압형유체 베어링장치의 일례에 대해서 설명한다. 제6도는 제2종래예의 동압형유체 베어링장치의 단면도이다. 제6도에 있어서, (31)은 축이며, 슬리이브(32)와 함께 회전 자재하게 끼워 맞추어져 있다. 축(31)의 단부면(31A)에는 드러스트판(33)이 당접하여 슬리이브(32)의 단부에 고정되어 있다. 드러스트판(33)에는 동압발생홈(33A)이 형성되고 윤활제(34)가 주유되어 드러스트베어링을 구성한다. 슬리이브(32)의 안쪽둘레에는 또는 축(31)의 바깥둘레에는 동압발생홈(32A)(32B)이 형성되고, 윤활제(34) 가 주유되어 레이디얼베어링을 구성한다. 이 동압발생홈은 회전방향에 대해서 (θ1)(θ2)의 각도를 가지고 있으며, 이 각도는 일반적으로 25°∼40°이다. 슬리이브(32)에는 통기구멍(32C)(32D)이 뚫어져 있다.

이상과 같이 구성된 동압형 유체베어링에 대해서 이하 그 동작에 대해서 설명한다. 도시하지 않은 모우터에 통전되면 축(31) 또는 슬리이브(32)와 드러스트판(33)이 회전을 시작한다. 윤활제(34)는 동압발생홈(33A)(32A)(32B)의 펌핑작용에 의해 압력을 발생하여 무접촉회전한다. 또한 일본국 특개소 60-78106호 공보에 도시된 바와 같이 통기구멍(32C)은 축(31)을 슬리이브(32)에 삽입하여 조립할때에 공간(32E)의 공기를 배출시키는 것이며, 또 통기구멍(32D)은 온도, 압력이 변화하여 공간(32F)의 공기가 체적변화하였을 때에, 이 공간내의 압력에 변화를 주지 않도록 외기와 연통시키는 것이다.

그러나 상기와 같은 제1종래예의 구성에서는 다음과 같은 문제점이 있다. 첫째로는, 슬리이브(12)에는 통기구멍(12B)이 필요하였다. 이 통기구멍(12B)이 없으면 제5도에 도시한 바와 같이 주위의 온도가 상승하여 베어링부에 혼입되어 있었던 공기(20)가 열팽창하여 축(13)에 부착되어 있었던 윤활제(18A)를 도면중(18C)에 도시한 바와 같이 베어링부의 밖으로 밀어내버리고 이 반복이 있은 후에는 윤활제(18A)의 양이 부족하다는 문제점이 있었다. 또, 이 통기구멍(12B)는 소직경이므로 드릴에 의한 가공속도가 상승되지 않아 생산성이 나쁘다는 문제가 있었다.

둘째로는 축(13)이 부품형상에 관한 것이나, 제4도에 있어서 축(13)의 바닥부(13B)와 드러스트베어링(14)의 마모방지를 위해서는 축(13)의 바닥부(13B)를 단단한 스테인레스에 의해서 그 구면의 반경을 크게(예를 들면 5~6mm) 구성하지 않으면 안된다. 또 드러스트베어링(14)은 탄화규소 또는 질화규소를 사용하고, 윤활제(18A)(18B)는 점도가 높은 예를 들면 20℃에서 약 100센티스톡(cst)의 광유를 사용하지 않으면 안되고, 레이디얼 베어링 및 드러스트베어링의 마찰토오크는 0℃의 저온에서는 매우 커져버리고, 또 축(13)의 꼭대기부(13A)는 회전디스크(19)의 삽입성을 확보하기 위하여 구면의 반경을 작게 (약 3mm)하고 있기 때문에, 축(13)의 양단부에서 반경이 다르므로 부품의 방향판별이 어렵고, 양산행정에 있어서 판별불량에 의한 라인가동율의 저하가 있다는 문제가 있었다.

그래서 본 발명은 통기구멍이 불필요하고, 축이 대칭형상이며, 생산성이 양호하며 또한 내마모성이 뛰어난 동압형 유체베어링장치를 제공하는 것이다.

또한, 상기과 같은 제2종래예의 구성에서는 다음과 같은 문제점이 있다. 그것은 최근 동압형유체베어링은 종래 이상으로 더욱 고속회전 할 수 있는 것이 요구되고 있으나, 종래의 동압형 유체베어링에 있어서는, 고속회전에서는 슬리이브(32)의 동압발생홈(32A)(32B)에 주유된 윤활제(34)가 원심력에 의해 통기구멍(32D)으로부터 유출되어 버려 윤활제 부족에 의해 베어링강성이 부족하여 흔들임이 커켜서 곧 늘어붙음이 발생하는 것이었다.

상기 문제점을 해소하기 위하여 본 발명의 동압형유체베어링장치는 동압 발생홈의 길이를 4μm 이하로서, 홈각을 17°이하의 예각으로 하므로서, 베어링간격에 발생한 기체를 스무우드하게 배출하도록 구성한 것을 특징으로 한다. 또 드러스트받침에 탄회티탄을 사용하고, 윤활제로 퍼어플루오로 폴리에테르를 사용하므로서, 축의 꼭대기부와 바닥부의 구면의 반경을 동일하게 또는 작게 하여도 충분한 내마모성을 얻을 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 문제점을 해소하기 위하여 본 발명의 동압형유체베어링장치는 4μm 이상의 깊이이며, 회전방향에 대해서 20°미만의 각도를 가진 2조의 동압발생홈의 사이에 밀폐된 공간을 형성하고, 또 2조의 동압발생홈은 그 바깥쪽부분의 깊이를 밀폐된 공간쪽의 길이보다 길게 비대칭 패턴으로한 것이다.

본 발명은 상기한 구성에 의해서 홈각을 충분히 작게하고, 홈깊이를 충분히 깊게 하므로서 통기구멍을 없애도 혼입된 공기의 배출을 확실하게 행할 수 있다.

또, 드러스트받침에 탄화티탄을 또 윤활제로 퍼어플루오로 폴리에테르의 조합을 사용하므로서, 축의 꼭대기와 바닥부의 구면의 반경을 동일하게 하여도 드러스트피벗 베어링의 충분한 내마모성을 가진 동압형유체베어링장치를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 구성에 의해서 동압형 유체베어링으로부터 공기가 배출되기 쉬워져서 안정된 고속회전을 행할 수 있고, 또 고속회전에서도 윤활제를 공간에 확실하게 유지하여 외부에의 유출을 방지하는 것이다.

이하 본 발명의 제1실시예에 있어서의 동압형 유체베어링장치에 대해서, 제1도를 참조하며서 설명한다. 제1도는 본 실시예의 유체베어링의 단면도이다. 제1도에 있어서, (1)은 새시이며, 슬리이브(2)가 코오킹부(2D)에 의해 코오킹 고정되어 있다. 슬리이브(2)의 중심에는 축(3)이 회전자재하게 삽입되어 있다. 축(3)의 바닥부(3B)는 드러스트베어링(4)에 당접하여 드러스트하중을 받치고, 피벗베어링을 구성하고 있다. 드러스트베어링(4)은 슬리이브(2)에 그 코오킹부(2C)에 의해 코오킹 고정되어 있으며 베어링부는 밀폐되어 있다. 축(3)의 꼭대기부(3A)의 근처에는 코우터허브(5)가 고정되어 축(3)과 함께 회전한다.

슬리이브(2)에는 동압발생등의 동압발생홈(2A)과 간격을 크게 해서 이루어진 기름굄(2B)이 형성되어 있다. 동압발생홈(2A)의 홈각(B)은 17°이하이며, 홈깊이는 반경간격인 2~3μm보다 깊게 약 4~9μm로 설정되어 있다. 피벳베어링을 구성하는 축(3)의 바닥부(3B)는 꼭대기부(3A)와 동일한 구면의 반경을 가지고 있다. (6A)(6B)는 불소계의 윤활제(예를 들면 20℃에서 약 30cSt인 점도가 낮은 퍼어플루오로 폴리에테르로서 몬테프레오스사의 Z-03이나 NOK사의 SJ-30등이 있다)이며, (8)은 베어링부에 혼입된 공기이다. 축(3)의 꼭대기부(3A)에는 회전디스크(7)가 삽이되어, 축(3)과 함께 회전한다.

이상과 같이 구성된 동압형 유체베어링장치에 대해서 제1도를 사용해서 그 동작을 설명한다.

먼저 도시하지 않은 모우터에 통전되면 로우터허브(5), 축(3), 회전디스크(7)가 회전을 시작한다. 이 회전에 의해 윤활제(6A)는 동압발생홈(2A)의 펌핑 작용에 의한 압력을 발생하여 축(3)은 무접촉 회전한다. 이때 베어링 간격에 혼입된 공기(8)는 주위의 온도가 상승하므로서 열팽창하나, 슬리이브(2)에 형성된 동압발생홈(2A)은 4μm 이상의 충분한 깊이를 가지고 있으므로 정지중에는 이 홈을 매개로해서 상기 공기(B)를 배출할 수 있다. 또 홈각(B)은 회전방향 또는 유속의 방향에 대해서 17°이하의 예각이므로, 축(3)의 회전중에도 상기 공기(8)를 스무우드하게 홈을 매개로해서 베어링의 외부로 배출할 수 있다. 기름굄(2B)은 상기 공기(8)가 배출된 후에 홈을 다시 충만시키기 위한 윤활제(6A)를 유지하기 위한 것이다. 이와 같이 종래예와 같은 통기구멍이 없이도 안정된 회전을 얻을 수 있다.

또, 본 실시예에 있어서, 축(3)은 단단한 마르텐사이트게의 경화를 행한 스테인레스강이며, 드러스트베어링(4)은 탄화티탄 또는 부분안정화 지르코늄산화물(PSZ)이며, 그 표면조도는 0.3μm 이하로 정밀도 좋게 완성되어 있다. 그리고 윤활제(6B)로서 불소계 윤활제를 사용하고 있으며, 마모가 매우 적다. 이들의 조합에 의해 축(3)의 직경이 약 4mm일 경우, 축(3)의 바닥부(3B)는 꼭대기부(3A)와 동일한 구면반경(약 3mm)에서도 충분한 내마모성을 가진다. 또한 드러스트베어링의 내마모성으로서는 알루미나＜탄화규소=질화규소＜PSZ=탄화티탄의 순서이며, PSZ 또는 탄화티탄을 사용하므로서 필요로 되는 수명을 보증하는 것이 가능해진다.

이상과 같이 본 실시예에 의하면 4μm 이하이며 유속에 대해서 17°이하인 홈을 가지므로서 종래예와 같은 통기구멍이 없어도 안정된 회전을 얻을 수 있다. 또 불소계 윤활제와, 탄화티탄을 사용하므로서 축의 꼭대기부와 바닥부의 반경을 동일하게 하여도 충분히 내마모성을 얻을 수 있다.

또한 상기 실시예에 있어서 동압발생홈은 슬리이브의 안쪽둘레가 아니라 축의 바깥둘레에 있어도 마찬가지이다. 또 축이 회전하지 않고 슬리이브와 드러스트받침이 회전하여도 마찬가지인 것이다.

다음에, 본 발명의 제2실시예에 있어서의 동압형유체 베어링장치에 대해서 제2도~제3도를 참조하면서 설명한다. 제2도는 동장치의 단면도이다. 제2도에 있어서 (21)은 축이고, 슬리이브(22)와 함께 회전자재하게 끼워 맞추어져 있다. 축(21)의 단부면(21A)에는 드러스트판(23)이 당접하여 슬리이브(22)의 단부면에 고정되어 있다. 드러스트판(23)에는 동압발생홈(23A)이 형성되고, 윤활제(24)가 주유되어 드러스트베어링을 구성한다. 슬리이브(22)의 안쪽둘레에는 또는 축(21)의 바깥둘레에는 2조의 동압발생홈(22A)(22B)이 형성되고, 윤활제(24)가 주유된 레이디얼베어링을 구성한다. 이 동압발생홈(22A)(22B)은 제2도에 도시한 바와 같이 회전방향에 대해서(β1)(β2) 각도를 가지고 있으며, 이들 각도는 20°미만의 예각이다. 또 그 홈깊이는 4μm 이상의 충분한 깊이를 가지고 있다. 슬리이브에는 공간(22D)에 연결되는 통기구멍(22C)이 뚫어져 있다. (22E)는 2개의 동압발생홈(22A)(22B)의 사이에 있는 공간이며 공기가 밀봉되어 있다.

이상과 같이 구성된 동압형유체베어링에 대해서 이하 그 동작에 대해서 설명한다. 먼저 도시하지 않은 모우터에 통전되며 축(21) 또는 슬리이브(22)와 드러스트판(23)이 회전을 시작한다. 윤활제(24)는 동압발생홈(23A)(22A)(22B)이 펌핑작용에 의해 압력을 발생하여 무접촉 회전한다. 또한 통기구멍(22C)은 축(21)을 슬리이브(22)에 삽입하여 조립할때에 공간(22E)의 공기를 배출시키는 것이다. 본 실시예에 있어서 고속회전중에 온도의 상승이나, 주위의 압력에 저하가 있으면, 공간에 밀폐된 공기는 외부로 나오려고 하나, 2조의 동압발생홈(22A)(22B)은 각도가 20°미만의 예각이며, 유속에 대한 저항이 적기 때문에 공기는 스무우드하게 배출된다. 이때 종래와 같이 각도가 20°이상에서는 공기가 배출되기 어렵고 안정된 회전을 행할 수 없다. 또, 그 홈(22A)(22B)의 깊이는 4μm 이상이기 때문에 밀폐된 공기는 보다 스무우드하게 배출되기 쉽다. 한편 동압발생홈(22A)(22B)의 깊이가 3μm 이하에서는 공기는 배출되기 어렵다. 이와 같이 본실시예에서는 공기가 스무우드하게 배출되기 때문에 베어링은 항상 윤활제에 의해 채워지고, 안정되어 고속회전할 수 있다. 또 공간(22E)에는 종래와 같은 통기구멍이 형성되어 있지 않으므로 윤활제가 통기구멍으로부터 유출하는 일은 없다.

또 본실시예에 있어서, 제2도에 도시한 동압발생홈(22A)의 길이(L1)(L2) 및 동압발생홈(22B)의 길이(L3)(L4)는 각각 L1＞L2, L3＜L4의 관계에 있으며, 즉 회전방향에 대해서 각도(β1)(β2)를 가진 2조의 동압발생홈(22A)(22B)의 양바깥쪽부분의 길이(L1)(L4)가 중간에 있는 공간쪽의 길이(L2)(L3)보다도 길게 비대칭이 홈패턴이 되고 있다. 이에 의해 제3도에 M, N으로 표시한 곳에 공기와 윤활제(24)의 기액경계층이 생기고, 윤활제(24)는 외부로 유출되지 않고 밀폐된 공간(22E)에 유지되고, 윤활제(24)의 부족이 발생하기 어렵고, 안정되어 고속회전할 수 있다.

이상과 같이 본실시예에 의하면 4μm 이상의 깊이이며, 회전방향에 대해서 20°미만의 각도를 가진 2조의 동압발생홈(22A)(22B)의 사이에 밀폐된 공간을 형성하므로서, 또 2조의 동압발생홈(22A)(22B)은 그 바깥쪽부분의 길이를 (L1)(L4)를 밀폐된 공간쪽의 길이(L2)(L3)보다 길게 비대칭패턴으로 하므로서 윤활제(24)의 유출이 없어 안정된 고속회전을 행할 수 있는 동압형 유체베어링을 얻을 수 있다.

또한 단두면(21A)은 구면의 일부이며, 피벗베어링을 구성하여도 된다. 이상과 같이 본 발명은 4μm 이상이며 유속에 대해서 17°이하인 홈을 형성하므로 종래예와 같은 통기구멍이 없어도 안정된 회전을 얻을 수 있고, 또 불소계 윤활제와 탄화틴탄을 사용하므로서 축의 꼭대기부와 바닥부의 반경을 동일하게 하여도 충분한 내마모성을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 4μm 이상의 깊이이며, 유속에 대해서 20°미만의 각도를 가진 2조의 동압발생홈의 사이에 밀폐된 공간을 형성하므로서, 공간의 공기를 스무우드하게 배출할 수 있다. 또 2조의 동압발생홈은 그 바깥쪽부분의 길이를 밀폐된 공간쪽의 길이보다 길게 비대칭패턴으로 하므로서 윤활제의 유출이 없어 안정된 고속회전을 행할 수 있는 동압형 유체베어링을 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 슬리이브와 그 중심에 축을 가지고, 상기 축의 일단부는 상기 슬리이브에 장착된 드러스트받침에 당접하고, 상기 슬리이브 안쪽둘레 또는 상기 축의 바깥둘레에는 동압발생홈을 가지고, 상기 동압발생홈은 깊이가 4μm 이상이며, 회전속도에 대한 홈의 접촉각이 17°이하의 예각이며, 또 상기 슬리이브, 드러스트받침, 축으로 이루어진 베어링 간격은 윤활제로 채워져 밀폐되어 있는 것을 특징으로 하는 동압형 유체베어링장치.
2. 제1항에 있어서, 드러스트받침은 탄화티탄이며, 베어링간격에는 윤활제로서 퍼어플루오로 폴리에테르가 충만되고, 축의 꼭대기부와 바닥부는 동일반경의 구면을 가진 것을 특징으로 하는 동압형 유체베어링장치.
3. 축과 이 축에 대해서 상대적으로 회전자재하게 끼워 맞추어진 슬리이브를 가지고, 상기 축의 바깥둘레 또는 상기 슬리이브의 안쪽둘레의 어느 한쪽에는 적어도 2조의 동압발생홈을 가지고, 상기 축과 상기 슬리이브의 사이에 오일 또는 그리이스의 윤활제가 유지되고, 상기 2조의 동압발생홈의 사이에 밀봉된 공간을 가지고, 상기 동압발생홈은 깊이가 4μm 이상이며, 각도는 상기 축 또는 슬리이브의 회전방향에 대해서 20°미만의 예각인 것을 특징으로 하는 동압형 유체베어링장치.
4. 제3항에 있어서, 동압발생홈은 그 바깥쪽부분의 길이가 밀봉된 공간쪽의 길이보다 긴 비대칭 패턴인 것을 특징으로 하는 동압형 유체베어링장치.