KR0164734B1 - 공기 베어링 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브이 씨 알(VCR)의 헤드 드럼(Head Drum) 등을 구동시키는 데 사용되는 공기 베어링의 제조 방법에 관한 것으로서, 소요의 형상으로 가공된 소재를 형상 정밀도 및 표면 거칠기를 향상시킬 수 있도록 가공하는 래핑 및 폴리싱 단계와, 상기 래핑 및 폴리싱 단계를 거친 소재의 표면에 나선형의 공기홈을 습식 에칭 방법으로 가공하는 에칭 단계와, 소재의 표면에 내마모성이 향상되도록 소정 두께의 TiN 막을 형성시키는 TiN 코팅 단계와, 상기 코팅 단계를 거친 소재의 표면을 윤활성이 향상되도록 소정 두께의 DLC 코팅막을 형성시키는 DLC 코팅 단계로 이루어지는 것을 특징으로하여, 에칭 기술을 이용하여 양산가능하게 되고, 또한 코팅막을 균일케 함과 동시에 얇게 가공할 수 있게 됨으로써 제품의 가공 시간 및 비용을 절감할 수 있어 생산성 및 경제성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

공기 베어링 제조 방법

제1도는 일반적인 공기 베어링의 결합 단면도.

제2(a)(b)도는 제1도의 구성 요소인 부상 부재의 상세도로서, (a)는 평면도이고, (b)는 정면도이다.

제3(a)~(b)도는 종래의 공기 베어링 제조 방법에 따른 부상 부재의 단계별 제조 공정도.

제4(a)~(c)도는 종래의 공기 베어링 제조 방법에 따른 부시(Bush)의 단계별 제조 공정도.

제5(a)~(d)도는 본 발명에 의한 공기 베어링 제조 방법에 따른 부상 부재의 단계별 제조 공정도.

제6(a)(b)도는 본 발명에 의한 공기 베어링 제조 방법에 따른 부시(Bush)의 단계별 제조 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 부시(Bush) 24, 34 : TiN 코팅막

30 : 부상 부재 32 : 공기홈

36 : DLC 코딩막

본 발명은 공기 베어링 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베어링을 부상시키고 회전을 원활하게 하는 공기홈(Groove)을 양산 가능한 간단한 방법으로 가공하고, 표면의 내마모성을 증대시키기 위한 TiN 코팅막의 두께를 최소화하여 제조 공정을 보다 용이하게 할 수 있는 공기 베어링 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기 베어링은 하드 디스크 드라이버(Hard Disk Driver)의 스핀들 모터, 레이져 프린터(Laser Printer)의 회전 다면경, 브이 씨 알(VCR)의 헤드 드럼(Head Drum)등을 구동시키는 데 사용되고 있다.

제1도 및 제2도(a)(b)에는 일반적으로 사용되는 공기 베어링의 결합 단면도 및 부상 부재의 상세도를 나타내고, 이를 약술하면 다음과 같다.

제1도에서, 공기 베어링은 도시되지 않은 구동 모터에 의하여 회전되는 회전축(1)의 외주면에 일정한 간격(2a)을 두고 끼워진 부시(Bush)(2)와, 상기 부시(2)의 양단과 회전축(1)사이에 삽입 개재되어 회전축(1)을 원활히 회전시킬 수 있도록 하는 반구 형상으로 된 한 쌍의 부상 부재(3)로 구비된다.

여기서, 상기 부상 부재(3)는 각 곡면부가 상호 마주하며 대칭되도록 결합되어 있고, 특히 제2도(a)(b)에서 나타낸 바와 같이, 그 곡면부의 외주면에는 나선형으로 소정 간격을 두고 복수의 공기홈(Groove)(3a)이 형성된다.

이렇게 구비된 공기 베어링은 도시되지 않은 구동 모터에 의하여 회전축(1)이나 부시(2)가 회전하게 되면 양 부상 부재(3)의 공기홈(3a)을 통하여 공기가 유입되어 부상 부재(3)와 부시(2)사이에 미세한 유격이 형성된다.

따라서, 공기 베어링은 상기 미세 유격을 통하여 마찰 계수가 적은 공기에 의한 접촉으로 회전축(1)의 회전 운동을 원활하게 함으로써 예를 들어, 볼 베어링 등에 비하면 회전 소음 및 마모성이 저하되므로 고 정밀도가 요구되는 부품에 적용되어진다.

한편, 상기 공기 베어링의 제조 방법을 종래에 실시되고 있던 방법에 따라 제3(a)~(e)도 및 제4(a)~(c)도의 공정도를 참조하여 설명한다.

제3(a)~(e)도에서, 종래의 공기 베어링의 구성 요소 중 부상 부재(3)의 제조 방법을 예시하면, 환봉의 소재를 반구 형상으로 가공한 후 형상의 정밀도와 표면 거칠기를 향상시키도록 소재(3)의 표면을 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing)하는 단계(제3(a)도)와, 소재(3) 표면의 내마모성을 향상시키도록 TiN 막(3b)을 10 ㎛ 정도로 코팅하는 단계(제3(b)도)와, 상기 TiN 코팅막(3b)을 그 두께의 4 ~ 5 ㎛ 정도의 가공량으로 2차 래핑 및 폴리싱하는 단계(제3(c)도)로 이루어진다.

그리고 상기 단계를 거쳐 가공된 표면의 마찰력을 감소시킬 수 있도록 코팅 두께를 1 ㎛ 이하로 DLC(Diamond Like Carbon) 코팅하는 단계(제3(d)도)와, 상기 TiN 및 DLC 코팅막(3b)(3c)이 가공된 표면에 이온 스퍼터링(Ion Sputtering) 장치에 의하여 나선형의 공기홈(Groove)(3a)을 형성시키는 단계(제3(e)도)로 이루어진다.

한편, 제4도에서는 공기 베어링의 구성 요소 중 부시(Bush)(2)의 제조 방법을 나타낸 것으로서, 제4(a)도 내지 제4(c)도의 각 단계는 상술한 제3(a)도 내지 제3(c)도의 각 단계와 대응되는 동일한 방법으로 제조되므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같은 종래의 제조 방법을 통하여 가공된 공기 베어링은 TiN 코팅막(3b)의 형성 단계(제3(b)도)에서 상기 코팅막(3b)의 두께가 10 ㎛ 정도로 상당히 크므로 가공 시간이 너무 소요되는 단점이 있다.

또한, 공기홈(Groove)(3a)의 형성 단계(제3(e)도)에서는 그전 단계에서 가공된 TiN 및 DLC 코팅막(3b)(3c)의 경도가 너무 높기 때문에 이온 스퍼터링(Ion Sputtering) 장치와 같은 특수 장비를 이용하여 가공되므로 높은 장비 가격에 따른 생산비의 상승을 초래하는 다른 문제점도 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 여러 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 베어링을 부상시키고 회전을 원활하게 하는 공기홈(Groove)을 습식 에칭으로 가공하고, 표면의 내마모성을 증대시키기 위한 TiN 코팅막의 두께를 1 ~ 2 ㎛ 정도로 최소화하여 제조 공정을 보다 용이하게 함으로써 생산성 및 경제성을 향상시킬 수 있는 공기 베어링 제조 방법을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기 베어링 제조 방법은, 소요의 형상으로 가공된 소재를 형상 정밀도 및 표면 거칠기를 향상시킬 수 있도록 가공하는 래핑 및 폴리싱 단계와, 상기 래핑 및 폴리싱 단계를 거친 소재의 표면에 나선형의 공기홈을 습식 에칭 방법으로 가공하는 에칭 단계와, 소재의 표면에 내마모성이 향상되도록 소정 두께의 TiN 막을 형성시키는 TiN 코팅 단계와, 상기 코팅 단계를 거친 소재의 표면을 윤활성이 향상되도록 소정 두께의 DLC 코팅막을 형성시키는 DLC 코팅 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

제5(a)~(d)도는 본 발명에 의한 공기 베어링 제조 방법에 따른 부상 부재의 단계별 제조 공정도이다.

먼저, 본 발명의 공기 베어링의 구성 요소 중 부상 부재(30)와 제조 방법을 전술한 종래의 방법과 비교하여 단계별로 더욱 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

제5(a)도는 소재(30)의 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing) 단계를 나타낸 것으로, 부품을 소재 상태에서 반구 형상으로 가공한 후 형상의 정밀도 및 표면의 거칠기를 향상시킬 수 있도록 소재(30) 표면을 래핑하고 폴리싱하는 것이다. 이때 소재 상태의 부품은 분말 소결에 의하여 제작된 하나의 부품으로 곡면을 제외하고는 이미 가공된 상태이다. 따라서 종래의 환봉 소재를 가공하는 것에 비하여 가공비가 절감되며, 곡면만 가공하면 되므로 제조 시간이 적게드는 이점이 있다.

제5(b)도는 소재(30)의 곡면에 공기홈(Groove)(32)을 가공하는 습식 에칭(Wet Etching) 단계를 나타낸 것으로, 상기 공기홈(32)은 베어링을 부상시키고 회전을 원활케하기 위한 나선형의 미세한 홈이므로 주로 반도체 소자를 제조할 때 사용되는 에칭법을 이용하면 종래의 이온 스퍼터링(Ion Sputtering) 장치에 비하여 가공 시간이 1/10 정도밖에 들지 않으므로 훨씬 절약되며, 특수 장비의 사용에 따른 생산비의 절감도 우수하여 양산에 적합하다.

제5(c)도는 소재(30)의 표면에 TiN을 코팅하는 단계를 나타낸 것으로, 이는 내마모성을 향상시키기 위한 것이다. 그 코팅막(34)의 두께는 1 ~ 2 ㎛ 로서 적절한 지그(Jig)를 사용하여 곡면 전체에 균일한 막을 형성시킴으로써 종래의 코팅막 두께(10 ㎛)에 비하여 약 1/5 이하로 코팅 시간을 줄일 수 있다. 따라서 코팅 상태가 균일하여 종래와 같은 2차 래핑 및 폴리싱 공정(제3(c)도)이 필요없게되어 제조 공정수를 줄일 수 있다.

제5(d)도는 TiN 코팅된 소재 표면에 DLC(Diamond Like Carbon)를 코팅하는 단계를 나타낸 것으로, 이는 표면의 윤활성을 향상시키거나 바꾸어 말하면 마찰력을 감소시킬 목적으로 수행되는 마무리 단계이며, 그 코팅막(36)의 두께는 종래와 같이 1 ㎛ 이하로 한다.

다음으로, 본 발명의 공기 베어링의 구성 요소 중 부시(Bush)(20)의 제조 방법을 제6(a)(b)도에 나타내고 있지만, 제6(a)도의 공정 단계는 상기 제5(a)도의 래핑(Lapping) 및 폴리싱(Polishing) 단계와 동일한 방법이고, 제6(b)도의 공정 단계는 제5(c)도의 TiN 코팅 단계와 동일한 방법으로 수행되므로 이하 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상술한 본 발명에 따른 공기 베어링 제조 방법에 의하면 에칭 기술을 이용하여 양산가능하게 되고, 또한 코팅막을 균일케 함과 동시에 얇게 가공할 수 있게 됨으로써 제품의 가공 시간 및 비용을 절감할 수 있어 생산성 및 경제성을 향상시키는 효과가 우수하다.

Claims (5)

1. 소요의 형상으로 가공된 소재를 형상 정밀도 및 표면 거칠기를 향상시킬 수 있도록 가공하는 래핑 및 폴리싱 단계와, 상기 래핑 및 폴리싱 단계를 거친 소재의 표면에 나선형의 공기홈을 습식 에칭 방법으로 가공하는 에칭 단계와, 소재의 표면에 내마모성이 향상되도록 소정 두께의 TiN 막을 형성시키는 TiN 코팅 단계와, 상기 코팅 단계를 거친 소재의 표면을 윤활성이 향상되도록 소정 두께의 DLC 코팅막을 형성시키는 DLC 코팅 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기 베어링 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 래핑 및 폴리싱 단계에서 가공되는 소재는 분말 소결에 의하여 하나의 부품으로 완성 제조된 것을 특징으로 하는 공기 베어링 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 에칭 단계 및 DLC 코팅 단계에서 가공되는 소재는 부상 부재인 것을 특징으로 하는 공기 베어링 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 TiN 코팅 단계의 TiN 코팅막의 두께는 1 ~ 2 ㎛ 정도인 것을 특징으로 하는 공기 베어링 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 래핑 및 폴리싱 단계와 TiN 코팅 단계에서 가공되는 소재는 부상 부재 및 부시인 것을 특징으로 하는 공기 베어링 제조 방법.