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KR100207987B1 - 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치 - Google Patents

자성물질을 이용한 반구 베어링 장치 Download PDF

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KR100207987B1 KR1019970000986A KR19970000986A KR100207987B1 KR 100207987 B1 KR100207987 B1 KR 100207987B1 KR 1019970000986 A KR1019970000986 A KR 1019970000986A KR 19970000986 A KR19970000986 A KR 19970000986A KR 100207987 B1 KR100207987 B1 KR 100207987B1
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Abstract

본 발명은 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 하부 하우징에 고정되어 있는 고정축과, 반구면이 상호 대향하도록 상기 고정축에 억지끼워맞춤 되어 있으며 상기 반구면에 스파이럴 형상의 동압 발생홈이 형성되어 있는 반구와, 상기 고정축과 상기 고정축에 끼워져 있는 상기 반구의 형상과 대등한 형상의 홈이 형성되어 있는 부싱과, 상기 부싱의 외주면에 형성되어 있는 제 1 영구 자석과 상기 제 1 영구 자석과 소정 간극 이격된 하부 하우징에 제 2 영구 자석을 형성하여 상기 제 1 영구 자석과 상기 제 2 영구 자석이 상호 반발하도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

자성물질을 이용한 반구 베어링 장치
본 발명은 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 반구 베어링 장치의 소정 위치에 상호 반발력을 발생시는 영구 자석을 한 쌍 또는 두 쌍을 설치한 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치에 관한 것이다.
최근들어 널리 공지된 바와 같이, 전기전자 및 기계산업의 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 있다.
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 장치 및 원추형 베어링 장치가 사용되고 있다.
이와 같은 유체 베어링 장치들중 특히 레이디얼 하중과 드러스트 하중을 동시에 지지하며 초고속 회전에 적합한 유체 베어링 장치인 반구 베어링 장치가 적용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
반구 베어링 장치가 적용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치는 크게 보아 폴리건 미러(10)의 회전 중심인 고정축(20)과, 고정축(20)에 압입되어 있는 반구면을 갖는 반구(30)(35) 및 반구(30)(35)의 레이디얼 하중 및 드러스트 하중을 지지하는 부싱(40), 구동장치인 모터(50)(55) 및 허브(60), 상부 하우징(75)과 하부 하우징(70) 등으로 구성되어 있다.
하부 하우징(70)에는 반구(30)(35)가 고정되어 있는 고정축(20)이 압입 고정되어 있으며, 부싱(40)의 외주면에는 폴리건 미러(10) 및 모터 로터(55)가 설치되도록 허브(60)가 압입되어 있어, 결과적으로 반구(30)(35) 및 고정축(20)은 고정되어 있으며 부싱(40)은 고정축(20)에 대하여 회전할 수 있도록 되어 있으며, 상기 모터 로터(55)로부터 소정 간격 이격되어 모터 스테이터(50)가 형성되어 있다.
한편, 상기 반구(30)(35)의 레이디얼 하중 및 드러스트 하중을 지지하는 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 반구(30)(35)의 곡률과 동일한 반구홈(30a)(30b)을 형성하고, 부싱(40)의 관통공에는 반구(30)(35)와 반구홈(30a)(30b) 사이의 간극 간격을 조정하기 위한 스페이서(40a)가 삽입된다.
이와 같이 구성된 반구 베어링 장치가 적용된 폴리건 미러 구동장치의 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 하부에서 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 반구(30)에서 발생한 동압과 상부 반구(35)에서 발생한 동압의 차이가 회전체의 자중과 일치되는 간극에서 부싱(40)은 평형 상태로 회전하게 된다.
그러나 이와 같은 종래의 반구 베어링 장치는 정지 상태에서 폴리건 미러의 자중 및 부싱 모터 등의 자하중에 의해 두 개의 반구, 반구홈중 어느 하나의 반구 및 반구홈은 상호 밀착되어 있는 상태이기 때문에 이와 같은 상태에서 부싱의 반구홈의 회전에 의해 반구에서 발생한 동압에 의하여 밀착되어 있는 반구와 반구홈이 상호 이격되기 까지는 소정 시간 간격을 요하게 되어 상기 반구 및 반구홈이 밀착되어 있는 상기 소정 시간 동안은 반구와 반구홈이 밀착된 상태로 회전하게 되어 반구 및 반구홈의 마멸이 발생하게 되어 반구 베어링 장치의 수명이 감소되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 부싱에 제 1 영구 자석을 설치하고, 상기 제 1 영구 자석과 소정 간격 이격된 하부 하우징에 제 2 영구 자석을 설치하여, 상기 제 1 영구 자석 및 제 2 영구 자석의 반발력을 이용하여 부싱에 걸리는 하중을 상기 반발력에 의해 상쇄하여 부싱에 걸리는 하중감소에 의해 반구로부터 부싱이 부상하는 시간을 단축하여 마찰에 의한 베어링 장치의 수명 단축을 방지한 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 반구 베어링 장치가 적용된 레이저 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 반구 베어링 장치가 적용된 레이저 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 일실시예로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 또다른 일실시예를 나타낸 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
30,35: 반구 30a,30b: 반구홈
100: 제 1 영구 자석 200: 제 2 영구 자석
300: 제 3 영구 자석 400: 제 4 영구 자석
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치는 하부 하우징에 고정되어 있는 고정축과;
반구면이 상호 대향하도록 상기 고정축에 억지끼워맞춤 되어 있으며 상기 반구면에 스파이럴 형상의 동압 발생홈이 형성되어 있는 반구와;
상기 고정축과 상기 고정축에 끼워져 있는 상기 반구의 형상과 대등한 형상의 홈이 형성되어 있는 부싱과;
상기 부싱의 외주면에 형성되어 있는 제 1 영구 자석과 상기 제 1 영구 자석과 소정 간극 이격된 하부 하우징에 제 2 영구 자석을 형성하여 상기 제 1 영구 자석과 상기 제 2 영구 자석이 상호 반발하도록 된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치가 적용된 레이저 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 첨부된 도면을 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 제 1 원통(60a)에는 상기 폴리건 미러(10)의 관통공이 끼워지도록 형성되어 있으며, 타측 큰 직경을 갖는 제 2 원통(60b)에는 소정 직경, 소정 깊이의 요홈(60c)이 파여져 있다.
상기 허브(60)의 제 2 원통(60b)에는 다시 부싱(40)이 결합되는 바, 부싱(40)은 소정 높이를 갖는 원통형상으로 그 직경은 상기 요홈(60c)보다 다소 커서 요홈(60c)에 억지 끼워맞춤되는 직경을 갖고 있다.
또한, 상기 부싱(40)의 양단부의 중심을 관통하여 소정 직경의 관통공이 형성되어 있으며, 상기 관통공은 하부 하우징(70)에 고정되어 있는 축(20)의 직경보다 다소 큰 직경으로 형성되어 있다.
이와 같은 부싱(40)의 양단에는 다시 반구면이 상호 대향하고, 반구면에 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 닮은꼴 형상으로 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.
또한, 부싱(40)의 외주면에는 모터 로터(50) 및 모터 스테이터(55) 외에 도우넛 형상의 제 1 영구 자석(100)이 부착되어 있는 바, 상기 제 1 영구 자석(100)은 자장이 형성되도록 두 개의 극성 즉, N극과 S극을 갖는 두 개의 극성판이 부착되어 형성된 것이다.
이와 같이 부싱(40)의 외주면에 형성된 제 1 영구 자석(100)과 소정 간격 이격된 하부 하우징(70)에는 제 1 영구 자석(100)과 동일한 형상 및 동일한 자속 밀도를 갖고 있는 제 2 영구 자석(200)이 형성되어 있으며, 제 2 영구 자석(200) 또한 두 개의 극성판이 부착되어 형성된 것이다.
이와 같이 형성된 제 1 영구 자석(100)과 제 2 영구 자석(200)의 극성판은 상호 동일 극성을 갖는 극성판이 상호 대향하고 있어 제 1 영구 자석(100)과 제 2 영구 자석(200)은 동일 극성판에 의해 상호 반발하게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 부싱(40)의 외주면에 형성되어 있는 제 1 영구 자석(100)과 하부 하우징(70)에 형성되어 있는 제 2 영구 자석(200)의 자속 밀도에 대응하여 제 1 영구 자석(100)과 제 2 영구 자석(200)에는 반발력이 발생하게 된다.
또한, 제 2 영구 자석(200)은 고정되어 있는 상태이며, 제 1 영구 자석(100)은 부싱(40)의 이동 방향과 동일한 방향인 수직으로 상하 이동이 가능하므로 상기 제 1 영구 자석(100)과 제 2 영구 자석(200)에 의해 발생한 반발력은 부싱(40)의 자중 및 모터(50)(55), 폴리건 미러(10)등 부싱(40)에 의해 발생한 중력 방향의 하중에 대하여 반대로 작용하게 된다.
따라서, 상기 중력 방향의 하중은 제 1 영구 자석(100) 및 제 2 영구 자석(200)의 반발력에 의해 상쇄되어 상기 중력 방향의 하중은 감소된다.
이와 같이 부싱(40)의 하중이 감소된 상태에서 모터(50)(55)에 전원이 인가되어 모터(50)가 회전하기 시작하면 반구(30)(35)에 형성되어 있는 스파이럴 동압 발생홈(미도시)에 소정 유체가 유입되어 반구(30)(35)와 반구홈(30a)(30b) 사이에는 소정 유체압이 발생하게된다.
이때, 반구(30)(35) 및 반구홈(30a)(30b) 사이에서 발생하는 유체압의 크기는 부싱(40)의 회전수에 비례하여 커지고, 부싱(40)에 걸리는 자중의 크기보다 하부 반구(30)와 하부 반구홈(30a) 사이에서 발생하는 유체압의 크기가 커질 때 반구(30)로부터 부싱(40)의 반구홈(30b)은 이격되어 소정 간극을 유지하게 되는데, 부싱(40)이 반구(30)로부터 부상하는데 걸리는 시간을 부상 시간이라 정의한다.
기 언급한 바와 같이, 부상 시간은 회전수가 동일할 때, 부싱(40)에 걸리는 하중의 크기에 비례하고 부싱(40)에 걸리는 하중이 일정할 때 회전 가속도에 반비례한다. 즉, 부상 시간을 길게 하려면 부싱(40)에 걸리는 자중을 증가시키거나, 부싱(40)의 회전 가속도를 감소시키고 부상 시간을 단축 시키기 위해서는 부싱(40)에 걸리는 자중을 감소시키거나, 부싱(40)의 회전 가속도를 증가시키면 된다.
본 발명에 의하면 반구(30)(35) 및 반구홈(30a)(30b)에서 발생되는 유체압의 크기는 일정(회전수가 일정하다)하나 제 1 영구 자석(100) 및 제 2 영구 자석(200)에 의해 발생하는 반발력에 의해 부싱(40)에 걸리는 하중이 작아지게 되어 결과적으로 상기 부상 시간은 짧아지게 되므로 반구(30)와 반구홈(30a)이 밀착된 상태에서 회전하여 반구(30) 및 반구홈(30b)의 마멸에 의한 반구 베어링 장치의 수명 단축을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 또다른 일실시예를 도시한 도면으로써, 본 발명에 의한 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치는 도 2의 허브(60)의 작은 직경의 원통에 제 3 영구 자석(300)을 형성하고 상기 제 3 영구 자석(300)과 소정 간격 이격된 곳에 제 4 영구 자석(400)을 설치하되 제 4 영구 자석(400)은 상부 하우징(75)에 의해 고정 지지된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 반구 베어링 장치에 소정 자속 밀도를 갖는 한 쌍의 영구 자석을 설치하여 부싱에 걸리는 하중을 감소시켜 부싱이 반구로부터 이격되는 부상시간을 단축하여 반구 및 반구면의 마멸을 감소시켜 반구 베어링 장치의 수명 감소를 방지하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 하부 하우징에 고정되어 있는 고정축과;
    반구면이 상호 대향하도록 상기 고정축에 억지끼워맞춤 되어 있으며 상기 반구면에 스파이럴 형상의 동압 발생홈이 형성되어 있는 반구와;
    상기 고정축과 상기 고정축에 끼워져 있는 상기 반구의 형상과 대등한 형상의 홈이 형성되어 있는 부싱과;
    상기 부싱의 외주면에 형성되어 있는 제 1 영구 자석과 상기 제 1 영구 자석과 소정 간극 이격된 하부 하우징에 제 2 영구 자석을 형성하여 상기 제 1 영구 자석과 상기 제 2 영구 자석이 상호 반발하도록 된 것을 특징으로 하는 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 영구 자석은 두 개의 극성판인 N 극성판, S 극성판으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 영구 자석은 두 개의 극성판인 N 극성판, S 극성판으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 영구 자석과 상기 제 2 영구 자석은 동일한 상기 극성판이 상호 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 부싱에는 회전체가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 회전체의 상면에는 제 3 영구 자석이 형성되어 있고, 상기 제 3 영구 자석과 소정 간격 이격된 곳에는 제 4 영구 자석이 형성되어 상기 제 3 영구 자석과 상기 제 4 영구 자석은 상호 반발하도록 된 것을 특징으로 하는 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 4 영구 자석은 상부 하우징에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자성물질을 이용한 반구 베어링 장치.
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KR100839890B1 (ko) 2006-10-26 2008-06-27 한국기계연구원 외부댐퍼가 구비된 영구자석을 이용한 회전장치

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KR100839890B1 (ko) 2006-10-26 2008-06-27 한국기계연구원 외부댐퍼가 구비된 영구자석을 이용한 회전장치

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