JP2011028203A - スキャナモーター - Google Patents

Abstract

【課題】多面鏡を安定に支持し、内部応力を吸収して変形量を最小化し、高強度の締結が可能で製作単価を減らすスキャナモーターを提供する。
【解決手段】スキャナモーターを全体的に支持するためのもので、上面に回路基板が装着され、中央部位にベアリングホルダーが固定結合されるベースプレート、前記スキャナモーターを回転可能に垂直方向に軸支する回転軸、前記回転軸の外周面に回転可能に嵌合されたベアリング、前記ベアリングを保持するベアリングホルダー、前記ベアリングホルダーの外周面に装着されて電気力を発生させるステータ、多面鏡を搭載するために、前記回転軸の外周面に嵌合されて回転するローターケース、前記多面鏡を安定に支持するために、前記ローターケースの上部に等間隔で形成された三つの半円形突起部、及び前記突起部の間に凹設されて外部応力を吸収する凹部を含む。
【選択図】図１

Description

本発明はスキャナモーターに係り、より詳しくはレーザービームプリンターまたはスキャナのような光学技術を利用する出力装置に使用されて多面鏡を回転させるスキャナモーターに関するものである。

光学技術を利用した出力装置の市場が段々小型化、高速化していくにつれて、多面鏡のような核心部品である光学反射装置を駆動するためのアクチュエータに要求される性能は一層高くなっている。
近年、最も要求される性能は、駆動の際、回転軸の回転中心と多面鏡のような光学反射ユニットの水平度である。また、このような性能とともに製作費用の減少も重要な考慮事項である。

スキャナモーターはレーザービームプリンターなどに設置され、光源からの光ビームを偏向させて走査するように多面鏡を高速で回転させるための装置であり、高速で回転する多面鏡がスキャナモーターに固定結合されなければならない。このような従来のスキャナモーターが図７に概略的に示されている。

図７に示すように、従来技術によるスキャナモーター１０は、スキャナモーター１０の上部に設置される多面鏡１１、及び多面鏡１１をハウジングシャフト１３に固定するためのスプリング１２で構成され、このような従来技術は特許文献１にも記載されている。
スキャナモーター１０はベアリングホルダー（図示せず）の外周面に設置されて、外部電源が印加されるステータ（図示せず）とローターケース１４の内周面に設置されるローターマグネット１５との間で生じる力でハウジングシャフト１３を回転させる。
ハウジングシャフト１３は多面鏡１１を搭載するためのものであり、ハウジングシャフト１３の下部にはローターケース１４が装着される。
ハウジングシャフト１３は全体的に円盤状のもので、その上に多面鏡１１が搭載され、中央部位に回転軸１６が固定挿設される。ハウジングシャフト１３の上部にはスプリング１２が押し付けられて多面鏡１１の上部を固定させる。
ローターケース１４はハウジングシャフト１３の下側面にコーキング工程によって固定結合され、その内周壁には、ステータ（図示せず）と向かい合うように、ローターマグネット１５が設置される。
多面鏡１１はスキャナモーター１０のハウジングシャフト１３に固定設置されて回転され、レーザービームプリンターなどの装置においてレーザービームを反射させる。ここで、多面鏡１１は、ハウジングシャフト１３に設置されるスプリング１２によって上面の少なくとも一部が圧迫されてハウジングシャフト１３に固定される。

しかし、前述したような構成を持つスキャナモーター１０は、回転軸１６と多面鏡１１の水平状態を確保するために、多面鏡１１の支持部であるハウジングシャフト１３を機械加工して使用しており、スプリング１２と多面鏡１１の間の締結力が低いため、外部から印加される強い衝撃によってスプリング１２及び多面鏡１１が離脱することがあった。
また、スキャナモーター１０の高速回転の際、多面鏡１１の浮上力によってスプリングが変形することがあり、これによりスキャナモーター１０の全バランスが崩れるなど、スキャナモーター１０の安定した駆動特性を得ることができなかった。
したがって、多面鏡１１の離脱を防止することができ、多面鏡１１を堅く固定させることで多面鏡１１のバランスを安定に維持することができ、部品の製造コストも節減することができるスキャナモーターに対する研究が至急の実情である。

大韓民国特許公開第２００３−８４１４８号明細書

したがって、本発明は前述したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、多面鏡を安定に支持することができ、内部応力を吸収して回転体の変形量を最小化することができ、高強度の締結が可能で製作単価を減らすことができるスキャナモーターを提供することにある。

前述した本発明の目的を達成するために、本発明は、スキャナモーターを全体的に支持するためのもので、上面に回路基板が装着され、中央部位にベアリングホルダーが固定結合されるベースプレート；前記スキャナモーターを回転可能に垂直方向に軸支する回転軸；前記回転軸の外周面に回転可能に嵌合されたベアリング；前記ベアリングを保持するベアリングホルダー；前記ベアリングホルダーの外周面に装着されて電気力を発生させるステータ；多面鏡を搭載するために、前記回転軸の外周面に嵌合されて回転するローターケース；前記多面鏡を安定に支持するために、前記ローターケースの上部に等間隔で形成された三つの半円形突起部；及び前記突起部の間に凹設されて外部応力を吸収する凹部；を含む、スキャナモーターを提供する。

前記ローターケースは鉄系磁性材料からプレス方式で製作され、前記ローターケースの上部、前記ローターケースの側部及び前記ローターケースの下部がカップ状に一体的に形成されることができる。
前記凹部は円形、扇形または棒状に形成されることができる。
前記ローターケースは、前記突起部の円周直径より内径部に下側方向に形成された環状の段部をさらに含むことができる。
前記回転軸と前記ローターケースの間には、溶接機で融着されて前記ローターケースの離脱を防止する結合部が形成されることができる。
本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた以降の詳細な説明からより明らかになるであろう。

本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に使用された用語や単語は通常的で辞書的な意味に解釈されてはいけなく、発明者がその自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されなければならない。

本発明によれば、ローターケースの上部に等間隔で形成された突起部と、突起部の突起方向と反対方向に凹設された凹部と、突起部の円周直径より内径部に下側方向に形成された環状の段部を含むローターケースを備えて、回転の際にも多面鏡を安定に支持し平面度を維持することができる。

また、凹部は、レーザー溶接機のように高強度締結のための熔接を行うときに発生する応力を吸収して圧縮荷重及び遠心力によるローターケースの変化量を減らすことができ、静荷重と周速による３点突起部の変位量（変形量）も減らすことができる。

また、鉄磁性材料でなるローターケースを短時間に締結加工することができ、機械加工で製作されるハウジングシャフトが不要なので、製作単価を減らすことができる。

本発明によるスキャナモーターを示す断面図である。 本発明によるスキャナモーターのローターケースの拡大図である。 本発明によるスキャナモーターの側面拡大図である。 本発明によるスキャナモーターとジグの側面図である。 本発明によるスキャナーモーターの静荷重による３点突起部の変位量を示すグラフである。 本発明によるスキャナーモーターのローターケースの外径の周速と３点突起部の変位量を示すグラフである。 従来技術によるスキャナモーターの断面図である。

本発明の目的、利点及び特徴は添付図面を参照する以下の詳細な説明及び好適な実施例からもっと明らかになろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際して、同じ構成要素には、たとえ異なる図面に表示されていても、できるだけ同一符号を付けることにする。また、本発明の説明において、関連の公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにすることができると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例によるスキャナモーターについて詳細に説明する。
図１〜図４に示すように、本発明のスキャナモーター１００は、固定部、及び固定部によって回転可能に支持される回転部を含む。
固定部は、ベースプレート１１０、ベアリングホルダー１２０、ベアリング１３０及びステータ１２１を含む。
ベースプレート１１０はスキャナモーター１００を全体的に支持するためのもので、上面にステータ１２１を電気的に制御するための回路基板（図示せず）が設置され、上面に、ステータ１２１を電気的に制御するための回路基板（図示せず）が設置され、中央部位に、ベースプレート１１０の上面及び下面から挟支するようにベアリングホルダー１２０が固定結合される。

ベアリングホルダー１２０はその内部に収容されるベアリング１３０を固定支持するためのもので、全体的に中空円筒状に形成されてベースプレート１１０に固定結合され、外周面にはステータ１２１が取り付けられる。
ベアリング１３０はその内径部に挿入される回転軸１４０を回転可能に支持するためのもので、中空円筒状に形成され、その外周面がベアリングホルダー１２０の内周面に密着して設置される。また、ベアリング１３０は、回転軸１４０との間に、円滑な回転のための潤滑剤を内包している。

ステータ１２１は外部電源を印加されて電場を形成するためのもので、コア及びコアに巻線されるコイルでなる。
コアはベアリングホルダー１２０の外周面に固定設置され、スキャナモーター１００の薄型化のために、コアはベースプレート１１０に近接して設置されることが好ましい。
コイル１２１は外部電源で電場を形成することで、ローターケース１７０のローターマグネット１７７との間で形成される磁気力でローターケース１７０を回転させる。
一方、回転部は、回転軸１４０、多面鏡１６０、ローターケース１７０、及び固定部材１８０を含む。
回転軸１４０は回転部全体を軸支するためのもので、ベアリング１３０の内径部に挿入され、ベアリング１３０によって回転可能に支持される。

多面鏡１６０は光源（図示せず）からの光ビームを偏向させて走査するためのもので、ローターケースの上部１７１に装着され、回転軸１４０と多面鏡１６０の間には、多面鏡１６０の設置位置を決める多面鏡ガイド１５０が装着される。
ローターケース１７０は回転軸１４０の外周部に嵌合され、上部に多面鏡１６０が装着され、内部面には環状のローターマグネット１７７が設置されてステータ１２１と対面している。
ローターケース１７０は鉄系磁性材料からプレス方式で製作されたカップ状のもので、従来の機械加工方式で製作されたハウジングシャフトを使用しないので、ハウジングシャフトを使用する場合に比べ、コストを減らすことができる。
ローターケース１７０は、ローターケースの上部１７１、ローターケースの側部１７２、ローターケースの下部１７３が一体型に構成される。

ローターケースの上部１７１の中央部には、多面鏡１６０の方向に半円形の突起部１７４が形成され、突起部１７４の上部に多面鏡１６０が装着される。
突起部１７４は等間隔で三つ以上形成され、多面鏡１６０を安定的に支持する。
また、突起部１７４の間には、突起部１７４の突起方向と反対方向に凹設されて、外部応力を吸収する凹部１７５が形成される。
突起部１７４と凹部１７５の構成及び形状についての説明は後に図２及び図３に基づいて詳細に説明する。

ローターケースの側部１７２は多面鏡１６０を支持するローターケースの上部１７１の上端から下方に延びる支持部で、ローターケースの上部１７１とローターケースの側部１７２は、スキャナモーター１００の高速回転の際、多面鏡１７０に印加される浮上力によって撓むか変形しないほどの厚さを持つことが好ましい。
ローターケースの下部１７３はローターケースの側部１７２の下端から水平方向に延び、ローターケースの下部１７３の端部は、回転軸１４０からの離脱を防止するために設置されたストッパ１１１と係合される係合部１７８を持つ。

固定部材１８０は多面鏡１６０をローターケースの上部１７１に固定させるためのもので、多面鏡１６０をローターケースの上部１７１側に圧迫して、回転の際、多面鏡１６０の離脱を防止する。固定部材１８０としては弾性部材が使用され、一般的にスプリングが使用される。

図２及び図３に示すように、ローターケース１７０は鉄系磁性材料からプレス加工されたカップ状のものであり、ローターケースの上部１７１は、多面鏡１６０が安定に装着されるように、円周上に等間隔で半円形の突起部１７４が形成される。
突起部１７４はローターケースの上部１７１から多面鏡１６０に向かって半円形に形成され、少なくとも三つが互いに等間隔で放射状に形成される。
突起部１７４は、最小数で最大の平面度を維持するために、互いに１２０°の間隔を成して三つが配置されることが好ましい。

本実施例において、突起部１７４はすべて三つが形成されているが、突起部１７４の数は本実施例に限定されなく、多面鏡１６０の締結力を調節するために数を調節することができる。
突起部１７４は、多面鏡１６０を固定する固定部材１８０の荷重によって多面鏡１６０がローターケース１７０の上部でつぶれることを防止し、多面鏡１６０の回転の際にもいつも平面を維持するようにする。
ローターケース１７０の上部には、突起部１７４のみならず、突起部１７４の間に突起部１７４と反対方向に凹部１７５が凹設される。
凹部１７５は等間隔で三つ以上形成され、その形状の限定はないが、円形、扇形または棒状に形成されることが好ましい。
ローターケース１７０が回転するとき、際遠心力によってローターマグネット１７７の外周部に応力が印加してローターケース１７０が外側に変形することになる。この際、凹部は応力を吸収して突起部１７４の変形を防止し、多面鏡１６０が平面度を維持しながら安定に回転するようにする。

段部１７６は、ローターケース１７０を回転軸１４０にレーザー溶接で締結するとき、溶接部の応力によって突起部１７４が変形されることを防止するために形成されたもので、突起部１７４の円周直径より内径部に下側方向に形成された環状段である。
段部１７６は、回転軸１４０とローターケース１７０の結合部１０が突起部１７４の高さより低くなるように形成される。

図４に示すように、ローターケース１７０は、上部が直角平面をなすジグ１４１の中央孔に回転軸１４０が逆に挿入されることにより、突起部１７４と回転軸１４０が互いに直角をなすことになる。
ローターケース１７０の上部と回転軸１４０が合う部分は溶接機１９１で融着してローターケース１７０の離脱を防止するか、あるいは接着剤によって結合固定された結合部１９０が形成される。
溶接機１９１は高強度締結に有利なレーザー溶接機などを使用することができる。
結合部１９０はローターケース１７０が回転軸１４０から離脱しないで安定に回転するようにする。

このように、本発明によるスキャナモーター１００は、ローターケースの上部１７１に等間隔で形成された突起部１７４と、突起部１７４の間に突起部１７４の突起方向と反対方向に凹設された凹部１７５と、突起部１７４の円周直径より内径部に下側方向に形成された段部１７６を含むローターケース１７０を備えることで、多面鏡１６０を安定に支持し、回転の際にも平面度を維持することができる。
また、凹部１７５は、レーザー溶接機のように高強度締結のための熔接を行うときに発生する応力を吸収することで、ローターケース１７０の変形と３点突起部１７４の変位量を減らすことができる。

図５は３点突起部１７４の直径がΦ１８〜２０の場合、静荷重による３点突起部１７４の変位量を示すグラフである。
多面鏡１６０は軸垂直方向の静荷重が加わる固定部材１８０によって固定され、固定部材１８０の静荷重は多面鏡１６０及び回転体の変形を引き起こす。したがって、本発明は、回転体の特性が変わらないように、２ｋｇｆ以上の静荷重が加わる固定部材１８０で多面鏡１６０を固定する。
固定部材１８０の静荷重が高くなるほど多面鏡１６０の移動を防止することができるが、ローターケース１７０に加わる荷重も増加するので、多面鏡１６０を支持するローターケース１７０及び突起部１７４が下側方向に変形される可能性が高い。
このように、ローターケース１７０及び突起部１７４の変位量が高くなるにつれて多面鏡１７０の変形も高くなるので、究極スキャナーモーター１００の全体的な駆動特性の変形が引き起こされる。
したがって、本発明は、突起部１７４の間に凹部１７５を形成することにより、図５のグラフに示すように、突起部１７４の変位量を格段に減らすことができる。

一方、回転によって発生する遠心力の影響も顧慮する必要があるので、図６は、ローターケース１７０の外径がΦ２５、３点突起部１７４の直径がΦ１８〜０である場合、ローターケース１７０の外径の周速と３点突起部１７４の変位量を示すグラフである。
ローターケース１７０の外径寸法による遠心力は違うが、主に使用される小型多面鏡の外径寸法はΦ２０程度であり、この場合、ローターケース１７０の外径はΦ２５である。
図６に示すように、従来技術によるスキャナーモーターは、ローターケース１７０の外径の周速が２０ｍ／秒以上であるときから３点突起部１７４の変位量が増加し始め、周速が３０ｍ／秒以上であるときは、３点突起部１７４の変位量が２μｍを超えてしまう。この場合、精密加工された多面鏡１６０が変形されてモーターの重要特性が変形される。
反面、本発明は、グラフに示すように、突起部１７４の間に凹部１７５を形成することにより、突起部１７４の変位量が格段に減少する。

図５及び図６に示すように、ローターケースの上部１７１に等間隔で形成された突起部１７４と、突起部１７４の間で突起部１７４の突起方向と反対方向に凹設された凹部１７５と、突起部１７４の円周直径より内径部に下側方向に形成された段部１７６とを含む本発明のローターケース１７０は、従来技術によるローターケースに比べ、静荷重とローターケースの周速による３点突起部１７４の変位量がめっきり減少したことを確認することができる。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのもので、本発明によるスキャナモーターはこれに限定されなく、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を持った者によって多様な変形及び改良が可能であろう。本発明の単純な変形ないし変更はいずれも本発明の範疇内に属するもので、本発明の具体的な保護範囲は特許請求範囲によって明らかに決まるであろう。

本発明は、レーザービームプリンターまたはスキャナのような光学技術を利用する出力装置に使用されて多面鏡を回転させるのに適用可能である。

１００ スキャナモーター
１１０ ベースプレート
１２０ ベアリングホルダー
１３０ ベアリング
１４０ 回転軸
１５０ 多面鏡ガイド
１６０ 多面鏡
１７０ ローターケース
１７４ 段部
１７５ 凹部
１７６ 突出部
１８０ 固定部材

Claims (5)

1. スキャナモーターを全体的に支持するためのもので、上面に回路基板が装着され、中央部位にベアリングホルダーが固定結合されるベースプレート；
   前記スキャナモーターを回転可能に垂直方向に軸支する回転軸；
   前記回転軸の外周面に回転可能に嵌合されたベアリング；
   前記ベアリングを保持するベアリングホルダー；
   前記ベアリングホルダーの外周面に装着されて電気力を発生させるステータ；
   多面鏡を搭載するために、前記回転軸の外周面に嵌合されて回転するローターケース；
   前記多面鏡を安定に支持するために、前記ローターケースの上部に等間隔で形成された三つの突起部；及び
   前記突起部の間に凹設されて外部応力を吸収する凹部；を含むことを特徴とする、スキャナモーター。
2. 前記ローターケースは鉄系磁性材料からプレス方式で製作され、前記ローターケースの上部、前記ローターケースの側部及び前記ローターケースの下部がカップ状に一体的に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載のスキャナモーター。
3. 前記凹部は円形、扇形または棒状に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のスキャナモーター。
4. 前記ローターケースは、前記突起部の円周直径より内径部に下側方向に形成された環状の段部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のスキャナモーター。
5. 前記回転軸と前記ローターケースの間には、溶接機で融着されて前記ローターケースの離脱を防止する結合部が形成されたことを特徴とする、請求項１に記載のスキャナモーター。

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