KR100208014B1 - 드러스트 베어링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드러스트 베어링장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 드러스트 베어링장치에 형성되는 유체 유입홈(동압 발생홈)으로의 유체 유입이 많아지도록 상기 유체 유입홈을 소용돌이 나선형 그루우브로 형성함으로써 동압 발생 면적을 증가시킨 드러스트 베어링장치에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은, 소정의 회전중심 축과, 상기 축이 끼워져 있는 슬리이브와, 상기 슬리이브를 고정시키기 위한 베어링 브라켓과, 상기 슬리이브에 고정되어 상기 축을 부상시키도록 소정 형태의 제 1 동압 발생홈이 형성되어 있는 드러스트 베어링과, 상기 슬리이브에 끼워져 있는 상기 축의 외경부에 형성되어 상기 슬리이브와 상기 축을 무접촉 회전시키기 위한 제 2 동압 발생홈을 포함하고 있는 베어링장치에 있어서, 상기 드러스트 베어링에 형성되어 있는 제 1 동압 발생홈은 단일한 소용돌이 나선형 그루우브인 것을 특징으로 한다. 이로써, 본 발명은 동압 발생면적을 증가시키는 이점을 제공한다.

Description

드러스트 베어링장치

본 발명은 드러스트 베어링장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 드러스트 베어링장치에 형성되는 유체 유입홈(동압 발생홈)으로의 유체 유입이 많아지도록 상기 유체 유입홈을 소용돌이 나선형 그루우브로 형성함으로써 동압 발생 면적을 증가시킨 드러스트 베어링장치에 관한 것이다.

최근들어 컴퓨터, 오디오 시스템, 영상 기기 등과 같은 정보, 매체 산업의 기술력이 증가되면서 상기 각종 기기의 크기는 소형화되고, 소형화에 따라 더욱 미세하고 정밀한 성능을 갖는 기기의 부품을 요구하고 있는 실정이며, 특히, 컴퓨터의 경우 기억장치의 하나인 하드 디스크(HDD)의 스핀들 모터 구동장치 및 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치, 오디오 시스템의 경우 레이저 디스크 및 컴팩트 디스크 구동 장치, 영상 기기의 경우 VCR 헤드 및 캠코더의 구동 장치등은 공통적으로 구동장치에 결합되어 있는 회전축과 회전체를 고속회전시킴으로서 원하는 데이터의 저장 및 탐색, 데이터 재생 등의 작업을 하게 되는데, 이때 회전축은 매우 고속으로 회전하게 됨으로 고속 회전에 의한 축 떨림 및 축 흔들림, 축 진동 등은 고속회전시 제품의 성능에 치명적인 결과를 가져 오게 됨으로 이와 같은 기기들에는 모두 고속회전에 의한 문제점들을 보안하기 위해 기계요소중 하나인 베어링이 사용되고 있으며, 특히 회전축에 최소의 마찰력이 작용하도록 하는 여러 가지 베어링 종류들중 드러스트 베어링 장치가 널리 사용되고 있다.

이와 같은 종래의 드러스트 베어링 장치를 포함하고 있는 구동장치중 레이져 프린터의 감광드럼에 레이져 빔을 조사하는 폴리건 미러 구동장치를 일례로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 도시한 도면으로, 베어링 브라켓(10)에는 소정 직경을 갖는 관통공이 형성되어 있으며, 관통공에는 도시된 바와 같은 슬리이브(sleeve;20)가 끼워진 후, 고정 나사(22) 등에 의해 베어링 브라켓(10)과 체결되어 고정되어 있으며, 슬리이브(20)에는 축(30)이 회전 가능하게 삽입되어 있다.

축(30)의 하단부(30b)는 축(30)의 수직 드러스트 하중을 받치고 있는 드러스트 베어링(50)과 면접하고 있으며, 드러스트 베어링(50)의 상면에는 소정 형태, 예를 들면 스파이럴 그루우브 형태 또는 헤링본 그루우브 형태의 제 1 동압 발생홈(50a;도 2)이 형성되어 있는 바, 제 1 동압 발생홈(50a)은 드러스트 베어링(50) 상면의 원주면으로부터 시작하여 상면 중심부까지 소정 면적과 소정 깊이로 형성되어 있으며, 이러한 제 1 동압 발생홈(50a)은 에칭 등에 의해 수 ㎛의 깊이로 정밀 가공되어 있다.

이와 같이 제 1 동압 발생홈(50a)이 형성되어 있는 드러스트 베어링(50)은 다시 드러스트 받침대(40)에 의해 지지되는데, 드러스트 받침대(40)는 슬리이브(20)와 나사(42) 등에 의해 체결되어 있고, 축(30)의 중간 부분에는 허브(70)가 압입되어 축(30)과 고정되어 있으며, 허브(70)에는 일부분만 도시된 모터(60)가 접합되어 축(30)은 모터(60)와 함께 회전하며, 허브(70)에는 폴리건 미러(80)가 부착된다.

또한, 슬리이브(20)에는 드러스트 베어링(50)과 축(30)이 면접하고 있는 부분에 통기공(20a)이 형성되어 있고, 슬리이브(20)의 구멍에 삽입되는 축(30)과 상기 슬리이브(20)의 내경이 대향하는 면의 축(30) 또는 슬리이브(20)에는 헤링본 형상의 제 2 동압발생홈(30a)이 형성되어 있는 바, 제 2 동압발생홈(30a)의 홈각은 일반적으로 약 30°이며, 제 2 동압발생홈(30a)의 깊이는 수 ㎛ 정도이다.

상기와 같은 종래의 드러스트 베어링장치가 구비되어 있는 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치의 작용을 첨부된 도 1, 도 2을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 일부분만 도시된 모터(60)에 전원이 인가되면 모터(60)는 각속도가 0인 상태에서 점차 각속도가 증가하여 소정 시간이 지난후 최고 각속도에 도달하게 되어 각속도는 일정해지는데 이때 회전축(30)도 모터와 동일한 각속도로 회전하게 된다.

수학식 1은 유체압과, 축의 자중 및 축의 하중, 간극 면적 및 축 각속도의 관계를 나타내고 있다.

P : 축을 부상시키는 유체압

V : 축 각속도

F : 축 자중 및 축 하중(kg_f)

S : 드러스트 베어링과 축 사이의 간극 면적

수학식 1을 도 2에 적용하여 살펴보면 축(30)의 회전에 의해 유체는 드러스트 베어링(50)의 제 1 동압 발생홈(50a)의 시작 부분인 A(또는 C) 부분으로 유입 후, 제 1 동압 발생홈(50a)의 중심부인 B 부분으로 유입되어 제 1 동압 발생홈(50a)의 중심부(B)에서는 축(30)을 부상시키는 유체압(P)이 형성되는데, 드러스트 베어링(50)과 축의 하단부(30b)의 면적(S)과 축자중 및 축하중(F)은 변화가 없으므로, 유체압은 축(30)의 각속도(V)에 비례하여 커지다가, 축(30)이 소정 분당 회전수에 도달해 축의 자중 및 축 하중(F) 보다 유체압(P)이 커지게 되면 축(30)은 제 1 동압 발생홈(50a)으로부터 일정한 간극을 형성하면서 제 1 동압 발생홈(50a)의 상부로 부상 후, 평형상태를 이루게 된다.

그런데, 상기와 같이 작용하여 회전축을 부상시키는 드러스트 베어링장치에 있어서, 스파이럴 그루우브 형태의 제 1 동압 발생홈은 통상 도 3에 상세하게 도시되어 있는 바와 같이 바람개비 날개 형태로 형성되어 있어 중앙부에서만 최대의 유체압을 발생시키는 문제점이 있었다. 즉, 유체 베어링장치의 제 1 동압 발생홈(50a)에서 발생하는 유체압은, 스파이럴 그루우브 형태의 제 1 동압 발생홈(50a)의 외주면(A)에서 발생하기 시작하여 증가하다가 그 중심부(C)에서 최대가 되기 때문에 회전축이 상기 유체압에 의해 부상하여 회전할 때 축 떨림, 축 흔들림 및 축 진동 등이 발생되어 회전 안정도를 저하시킴으로써 제품의 오동작, 성능저하 및 수명단축 등의 문제점을 야기시켰다.

또한, 종래의 드러스트 베어링장치에 있어서, 스파이럴 그루우브 형태의 제 1 동압 발생홈의 전체 크기가 작기 때문에 유입되는 유체의 양이 작은 문제점이 있었다. 따라서, 종래의 드러스트 베어링장치는 소정의 회전축을 효과적으로 부상시키지 못하였다.

더욱이, 종래의 드러스트 베어링장치에 있어서, 스파이럴 그루우브 형태의 제 1 동압 발생홈을 형성하기 위한 에칭 작업시 각 동압 발생홈의 첨두부분을 형성하기가 매우 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 드러스트 베어링장치의 유체 유입홈(동압 발생홈; 이하, 유체 유입홈과 동압 발생홈의 의미가 동일한 것으로 기재한다)인 복수개의 스파이럴 그루우브의 형태를 하나의 소용돌이 나선형 그루우브로 개선하여 형성함으로써 동압 발생 면적을 증가시키고 제조가 용이하게 될 수 있도록 한 드러스트 베어링장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 드러스트 베어링장치가 사용된 폴리건 미러 구동장치를 도시한 단면도,

도 2는 종래 드러스트 베어링장치와 이 베어링장치에서 발생되는 유체압의 형태를 관련지어 도시한 구성도,

도 3은 종래 드러스트 베어링장치에 형성된 스파이럴 그루우브의 형태를 상세하게 도시한 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 드러스트 베어링장치와 이 베어링장치에서 발생되는 유체압의 형태를 관련지어 도시한 구성도,

도 5a,b는 본 발명 드러스트 베어링장치에 형성되는 연속적인 소용돌이 나선형 그루우브의 여러 형태를 도시한 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 베어링 브라켓 20 : 슬리이브

30 : 회전축 100 : 드러스트 베어링

110 : 제 1 동압 발생홈

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 드러스트 베어링장치는, 소정의 회전중심 축과, 상기 축이 끼워져 있는 슬리이브와, 상기 슬리이브를 고정시키기 위한 베어링 브라켓과, 상기 슬리이브에 고정되어 상기 축을 부상시키도록 소정 형태의 제 1 동압 발생홈이 형성되어 있는 드러스트 베어링과, 상기 슬리이브에 끼워져 있는 상기 축의 외경부에 형성되어 상기 슬리이브와 상기 축을 무접촉 회전시키기 위한 제 2 동압 발생홈을 포함하고 있는 베어링장치에 있어서, 상기 드러스트 베어링에 형성되어 있는 제 1 동압 발생홈은 단일한 소용돌이 나선형 그루우브로 이루어진 점에 그 특징이 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 단일한 소용돌이 나선형 그루우브는 그 중심으로 향하면서 그 폭과 깊이가 점진적으로 좁아지게 하거나, 모두 동일하게 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 드러스트 베어링장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 설명의 편의를 위해 종래의 구성부재와 동일한 작용을 하는 구성부재에 대해서는 동일한 도면 부호와 동일한 명칭을 사용하기로 한다.

도 4는 본 발명에 의한 드러스트 베어링장치가 사용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치중 일부분을 도시한 단면도로, 도면에 도시되지 않은 부분은 종래의 구성과 동일함으로 그 설명을 생략하기로 한다.

하부 베어링 브라켓(10)에는 소정 직경을 갖는 관통공이 형성되어 있으며, 관통공에는 도시된 바와 같은 슬리이브(sleeve;20)가 끼워진 후, 고정 나사(22) 등에 의해 베어링 브라켓(10)과 체결되어 고정되어 있으며, 슬리이브(20)에는 축(30)이 회전 가능하게 삽입되어 있다.

또한, 슬리이브(20)에 삽입되어 있는 축(30)의 측면에는 슬리이브(20)와 축(30)이 무접촉으로 회전할 수 있도록 헤링본 형상의 제 2 동압 발생홈(30a)이 형성되어 있다. 한편, 슬리이브(20)와 축(30) 사이의 간극은 수 ㎛로 매우 미세 가공되어 있다.

축(30)의 하단면(30b)과의 접촉면에는 축 자중 및 축 하중을 지지하며 축(30)을 부상시키는 드러스트 베어링(100)이 설치되어 있으며, 드러스트 베어링(100)은 다시 슬리이브(20)와 나사(24) 등에 의해 고정되어 있다.

상기 드러스트 베어링(100)의 상부면에는 단일한 소용돌이 나선형의 그루우브로 이루어진 제 1 동압 발생홈(110)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 제 1 동압 발생홈(110)인 단일한 소용돌이 나선형 그루우브는 도 5a에 도시되어 있는 바와 같이 드러스트 베어링(100)의 중심으로 향하면서 그 폭과 깊이가 점진적으로 좁아지게 하거나, 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이 도 5a와 달리 그 폭과 깊이를 모두 동일하게 할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 드러스트 베어링장치의 작용을 도 4 및 도 5를 참조하면서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 모터(미도시)에 전원이 인가되어 모터가 회전하기 시작하면 모터에 결합되어 있는 축(30) 또한 모터와 동일 각속도로 회전하게 되는데, 이때 축(30)의 회전 속도에 대응하여 축의 하단부(30b)에는 와류가 형성되고 형성된 와류는 축의 하단부(30b)와 대향하고 있는 드러스트 베어링(100)의 상부면 제 1 동압 발생홈(110)인 단일한 소용돌이 나선형 그루우브의 주변을 통해 중심쪽으로 선회하면서 유입되어 도 4에 도시되어 있는 바와 같은 포물선 형태, 바람직하게는 로그함수 그래프 형태의 유체압을 발생시키게 된다. 이를 도 5를 참조하면서 부언하여 설명하면 다음과 같다.

즉, 상기와 같이 형성되는 와류의 유체는 제 1 동압 발생홈(110)인 단일한 소용돌이 나선형 그루우브의 주변에서 화살표로 도시된 바와 같이 유입된다. 여기서, 유입되는 유체의 양은 단일한 소용돌이 나선형 그루우브 전체 체적에 비례하게 된다. 따라서, 본 발명에 의한 유체압은 종래의 그루우브들에 의해 형성되는 유체압(도 3참조)보다 크게 되는데, 이는 본 발명의 제 1 동압 발생홈(110)이 단일한 소용돌이 나선형 그루우브 형태로 되어 있어 이에 유입되는 유체의 양이 증대되기 때문이다. 도 5a에 도시되어 있는 바와 같이 드러스트 베어링(100)의 중심으로 향하면서 그 폭과 깊이가 점진적으로 줄어드는 형태의 그루우브로 이루어진 제 1 동압 발생홈(110)을 갖는 드러스트 베어링장치에서 발생하는 유체압은, 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이 그 폭과 깊이가 어느곳에서나 일정한 형태의 그루우브로 이루어진 제 1 동압 발생홈(110')을 갖는 드러스트 베어링장치에서 발생하는 유체압보다 그 기울기에 있어서 더 가파르게 되지만, 이는 설계적인 측면에서 바람직하게 선택하여 이용할 수 있을 것이다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 드러스트 베어링장치는, 동압 발생면적이 증가되도록 제 1 동압 발생홈을 단일한 소용돌이 나선형 그루우브로 함으로써 유체압을 단위면적당 더욱 크게 하는 효과가 있다. 그리고, 본 발명은 제 1 동압 발생홈을 단일한 소용돌이 나선형 그루우브 형태로 하기 때문에 이의 제조가 용이한 이점이 있게 된다.

Claims (3)

1. 소정의 회전중심 축과, 상기 축이 끼워져 있는 슬리이브와, 상기 슬리이브를 고정시키기 위한 베어링 브라켓과, 상기 슬리이브에 고정되어 상기 축을 부상시키도록 소정 형태의 제 1 동압 발생홈이 형성되어 있는 드러스트 베어링과, 상기 슬리이브에 끼워져 있는 상기 축의 외경부에 형성되어 상기 슬리이브와 상기 축을 무접촉 회전시키기 위한 제 2 동압 발생홈을 포함하고 있는 베어링장치에 있어서, 상기 드러스트 베어링에 형성되어 있는 제 1 동압 발생홈은 단일한 소용돌이 나선형 그루우브인 것을 특징으로 하는 드러스트 베어링장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단일한 소용돌이 나선형 그루우브는 그 중심으로 향하면서 그 폭과 깊이가 점진적으로 좁아지는 것을 특징으로 하는 드러스트 베어링장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 단일한 소용돌이 나선형 그루우브의 폭과 깊이는 모든 위치에서 동일한 것을 특징으로 하는 드러스트 베어링장치.

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