KR100196931B1 - 단조 가공된 반구 베어링의 부싱 가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선삭, 밀링, 보오링 등의 공작 기계에 의존하던 반구 베어링 부싱의 가공을 단조에 의해 가공하여 공정수와 생산 원가를 절감한 반구 베어링의 부싱에 관한 것으로, 본 발명의 구성은 통상의 반구베어링의 부싱을 가공함에 있어서, 내측 공간부가 상기 부싱의 형상과 대응하는 제 1 형틀 및 제 2 형틀을 단조기의 램(ram) 및 엔빌중 어느 일측에 형성시키고, 상기 제 1 형틀, 상기 제 2 형틀의 사이에 부싱 소재를 위치시킨 후, 상기 램에 의해 상부 형틀 및 하부 형틀에 소정 압력을 가하여 상기 제 1 형틀 및 제 2 형틀의 내측 공간에서 상기 부싱 소재가 소성변형 되도록 함으로써, 상기 부싱을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

단조 가공된 반구 베어링의 부싱 가공 방법

본 발명은 반구 베어링에 관한 것으로 더욱 상세하게는 선삭, 밀링, 보오링 등의 공작 기계에 의존하던 반구 베어링 부싱의 가공을 단조에 의해 가공하여 공정수와 생산 원가를 절감한 반구 베어링의 부싱에 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 성능을 요구하고 있으며, 이에 따라서 구동모터의 축 흔들림이나 축 진동을 억제하며 안정적으로 고속회전 하는 구동 모터의 개발과 함께 이와 같은 모터 회전을 가능하게 하는 동압형 유체 베어링 장치의 다양한 형태에 대하여 연구 개발이 추진되고 있으며, 이와 같은 동압형 유체베어링들중 특히 레이디얼 하중과 드러스트 하중을 동시에 지지하며 초고속 회전에 적합한 동압형 유체베어링 장치인 반구 베어링의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.

이와 같은 반구 베어링이 적용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 첨부된 도 1에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

반구 베어링이 적용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치는 크게 보아 폴리건 미러(10)의 회전 중심인 고정축(20)과, 고정축(20)에 압입되어 있는 진구도가 높은 반구면을 갖는 반구(30) 및 반구(30)의 레이디얼 하중 및 드러스트 하중을 지지하는 부싱(40), 일부분만 도시된 구동장치인 모터(50)(55) 및 허브(60), 하부 하우징(70)등으로 구성되어 있다.

상기 반구(30)는 진구도가 높게 가공된 구(球)의 반지름이 동일하도록 이등분하여 동일한 반지름을 같는 두 개의 반구(30)를 한 쌍으로 제작되는데, 다시 이등분된 각각의 반구(30)의 반구면 상단부의 일부를 절단한 후, 반구면에 동압 발생홈을 형성하고, 반구(30)의 중점을 기준으로 고정축(20)의 외주면 소정 위치에 반구(30)가 압입되도록 관통공을 형성한다.

또한, 부싱(40)은 소정 직경을 갖는 속이 찬 원통 형상의 봉의 중심에 고정축(20) 보다 큰 직경으로 관통공을 형성한 다음, 봉의 양단에 기 가공되어 있는 반구(30)의 반구면이 서로 마주보고 있는 상태에서 절단면이 봉의 양단 표면과 동일 평면상에 위치하도록 반구홈(30a)을 형성하되, 반구홈(30a)과 반구(30)는 수 ㎛의 간격을 유지하도록 가공되어 있다.

한편, 부싱(40)의 외주면으로는 도우넛 형상의 로터(50)가 감싸여 있으며, 로터(50)와 소정 간격 이격된 곳에는 스테이터 코어(55)가 하부 하우징(70)에 부착되어 있다. 한편, 반구홈(30a)이 형성되어 있지 않은 부싱(40)의 관통공면에는 부싱(40)과 반구(30) 사이의 간극 간격을 조정하는 스페이서(40a)가 끼워져 고정되어 있다.

이어서, 상기 폴리건 미러(10), 고정축(20), 반구(30), 부싱(40)의 결합관계를 살펴보면 하부 하우징(70)에는 반구(30)가 압입되어 고정되어 있는 고정축(20)이 압입 고정되어 있다.

또한, 허브(60)에는 고정된 고정축(30)에 대하여 회전 가능하도록 모터부(50)(55)가 고착된 부싱(40) 및 폴리건 미러(10)가 고정되어 있다. 이하, 이와 같이 구성된 폴리건 미러 구동장치의 구성 부재중 부싱(40)의 제작을 설명하기로 한다.

도 2A는 이와 같이 구성된 폴리건 미러 구동장치의 부재중 하나인 부싱을 제작을 도시한 도면으로 부싱(40)을 제작하기 위해서는 먼저, 부싱의 소재가 되는 소정 직경을 갖는 속이 꽉찬 원통형의 봉의 내측면을 드릴 가공 및 보오링으로 가공하여 관통공을 형성하되 추후, 스페이서(40a)가 압입될 공간을 감안한 직경으로 가공한다.

이후, 도 2B에 도시된 바와 같이 관통공이 가공되면 다시 관통공의 중심을 기준으로 밀링머신(80)에 반구형 치공구(90)를 장착한 후, 반구홈(30a)을 제작하는데 반구홈(30a)의 곡률 및 치수를 주의하여 반구홈(30a)을 정밀 가공하여 부싱(40)을 제작한 후, 반구홈(30a)의 내부면에는 소정 금속으로 코팅을 하여 부싱(40)을 완성한다.

그러나 이와 같은 공작기계에 의해 가공된 부싱은 매우 높은 정밀도를 요구하기 때문에 공작기계 자체에서 발생하는 공차에 의해 정확한 치수로 가공되지 못한 제품이 빈번히 발생하여 제품 정밀도가 낮아지고 생산 원가가 상승하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명은 정확하게 가공된 부싱 상하 형틀을 제작하고, 부싱 상하 형틀의 내부에 원통형의 부싱 소재를 넣고 열간 혹은 냉간 단조하여 부싱의 기계적 성질을 향상시킴과 동시에 매우 작은 가공 오차를 갖는 부싱을 대량 생산하여 생산원가의 절감 및 정밀도가 높은 부싱을 제작함에 있다.

도 1은 반구 베어링이 적용된 레이져 프린터의 폴리건 미러 구동장치를 도시한 단면도.

도 2는 밀링 가공된 반구 베어링의 부싱을 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 단조 가공된 반구 베어링의 부싱을 도시한 공정도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100: 상부 형틀110: 램

120: 하부 형틀130: 엔빌

140: 부싱 소재

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 단조 가공된 반구 베어링의 부싱을 가공함에 있어서, 내측 공간부가 상기 부싱의 형상과 대응하도록 조각된 제 1 형틀 및 제 2 형틀을 제 1 가압 수단 및 제 2 가압 수단에 설치하고, 상기 제 1 형틀, 상기 제 2 형틀의 사이에 부싱 소재를 위치시킨 후, 상기 제 1 가압 수단, 제 2 가압 수단중 어느 일측에 의해 상기 제 1 형틀 및 상기 제 2 형틀에 소정 압력을 가하여 상기 제 1 형틀 및 상기 제 2 형틀의 내측 공간에서 상기 부싱 소재를 소성 변형시킴으로써 된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명 단조 가공된 반구 베어링의 부싱을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 하며, 종래와 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 종래와 동일한 구성에 대해서는 동일한 명칭과 동일한 도면 부호를 적용하기로 한다.

도 3A는 본 발명에 의한 부싱의 단조 가공 방법을 도시한 도면으로 먼저, 내부 공간에 부싱(40)의 형상이 조각된 두 개의 형틀중 하나인 상부 형틀(100)을 가압 장치인 램(ram;110)에 고착하고, 또다른 하나인 하부 형틀(120)을 구비하고 하부 형틀(120)을 엔빌(anvil;130) 위에 고착시킨다.

이후, 도 3B에 도시된 바와 같이 견적에 의해 용적,중량등이 결정된 원통형으로 제조된 부싱 소재(140)를 상부 형틀(100)과 하부 형틀(120) 사이에 위치시킨 후, 램(110)에 소정 압력을 가하여 상부 형틀(100)을 하방으로 이송시키면서 서서히 단조 작업을 진행한다.

이때, 부싱 소재(140)는 적정 온도로 가열한 후 단조를 진행하는 열간 단조 방식 및 상온에서 단조를 진행하는 냉간 단조 방식을 따를 수 있으며, 열간 단조의 경우 산화 등에 의해 부싱 소재의 용적, 중량 등이 감소하게 되므로 이를 감안하여 견적을 산출한다.

이후, 도 3C에 도시된 바와 같이, 계속 단조 작업을 진행하면 상부 형틀(100) 및 하부 형틀(120) 사이의 부싱 소재(140)는 상하 형틀(100)(120)의 조각대로 변형되어 부싱(40)이 가공된다.

이와 같이 가공된 부싱(40)에는 상부 형틀(100)과 하부 형틀(100)의 이격 간격으로 형성된 붙임 지느러미(fin;150)이 발생하게 되므로 이를 제거하고 반구홈(30a)의 내부를 마무리 가공한 후, 반구홈(30a)의 내측면에 소정 두께로 금속피막(40b)을 입히게 되는데 이때 금속 피막 공정에는 플라즈마 이온 빔(스퍼터링 방식)등을 사용한다.

이와 같이 단조 방식으로 가공된 부싱(40)을 도 3D에 도시하였으며, 부싱(40)의 제작이 완료되면 기 제작되어 있는 고정축(20) 및 동압 발생홈까지 가공이 끝난 반구(30) 및 스페이서(40a), 모터를 결합하여 반구 베어링 장치를 제작한다.

이와 같이 단조 가공된 부싱(40)의 단조 가공된 표면은 금속 조직의 균일성이 증가하는 경향이 있으며 기계적 성질이 개선되어 부싱(40)의 반구홈(30a)의 마모를 감소시킬 수 있다.

본 발명에서는 단조의 방법중 바람직한 일실시예로 형틀단조(die forging or closed die forging)의 방식을 사용하였지만 이 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위의 정신을 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 단조용 공작 기계와 단조 방법을 이용하여 본 발명에 의한 부싱의 제작에 적용할 수 있을 것이다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이 반구베어링의 부싱을 단조에 의해 가공하여 생산 공차 불량을 방지하면서 정확한 치수로 가공된 부싱을 대량 생산을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 반구베어링장치중 반구의 레이디얼 하중 및 드러스트 하중을 지지하는 부싱을 가공함에 있어서,

   내측 공간부가 상기 부싱의 형상과 대응하도록 조각된 제 1 형틀 및 제 2 형틀을 제 1 가압 수단 및 제 2 가압 수단에 설치하고, 상기 제 1 형틀, 상기 제 2 형틀의 사이에 부싱 소재를 위치시킨 후, 상기 제 1 가압 수단, 제 2 가압 수단중 어느 일측에 의해 상기 제 1 형틀 및 상기 제 2 형틀에 소정 압력을 가하여 상기 제 1 형틀 및 상기 제 2 형틀의 내측 공간에서 상기 부싱 소재를 소성 변형시킴으로써 된 것을 특징으로 하는 반구베어링의 부싱 가공 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 부싱 소재는 소정 온도로 기 예열되어 열간 단조되는 것을 특징으로 하는 반구베어링의 부싱 가공 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 부싱 소재는 대기 온도에서 냉간 단조되는 것을 특징으로 하는 반구베어링의 부싱 가공 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 단조 가공된 상기 부싱의 오목한 반구면에는 소정 금속, 소정 두께로 피막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반구 베어링의 부싱 가공 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 부싱 소재는 소정 직경을 갖고 속이 빈 원통인 것을 특징으로 하는 반구 베어링의 부싱 가공 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 형틀, 상기 제 2 형틀은 단조 공작기계에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반구 베어링의 부싱 가공 방법.