KR100218953B1 - 레이저 스캐닝장치의 모터 - Google Patents

레이저 스캐닝장치의 모터 Download PDF

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KR100218953B1
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Abstract

본 발명은 레이저 스캐닝장치의 모터에 관한 것으로, 특히 측면프레임과 상·하부프레임으로 이루어진 하우징과; 상기 하우징의 내부에 설치되어서 다면경을 회전시키며, 고정자와, 회전자로 구성된 구동부와; 상기 구동부의 회전자의 내측에 축설된 고정축과; 상기 고정축의 외면에 설치되며, 상부가 개방된 원통형상으로 외주면에는 상기 다면경을 지지하는 지지테가 형성된 베어링으로 이루어진 레이저 스캐닝장치의 모터에 있어서; 상기 고정축의 저널부의 상하단에 각각 설치된 제1자석부와; 상기 제 1자석부가 설치된 상기 고정축과 상기 베어링이 척력에 의해 이격되도록 상기 제 1자석부에 대향되는 상기 베어링의 내면에 설치되며, 상기 제 1자석부와 동일한 극성을 갖는 레디얼하중자석과; 상기 레디얼하중자석이 설치된 상기 베어링의 상면에 설치된 스러스트하중자석과; 상기 스러스트하중자석과 대향되는 상기 상부프레임의 내면에 설치되고, 상기 스러스트하중자석의 상면극성과 동일한 극성이 하면에 형성된 보조자석과; 상기 보조자석과 대향되는 상기 스러스트하중자석의 하면에 설치되고, 상기 스러스트하중자석의 하면극성과 동일한 극성이 상면에 형성되어서 상기 고정축의 상면에 고착된 제 2자석부로 이루어진 레이저 스캐닝장치의 모터에 관한 것으로, 고정축(120)과 베어링(140)사이에 척력이 발생하는 자기장을 이용하여 고정축(120)으로부터 베어링(140)을 소정간격 이격시켜 회전시키므로, 마찰이 저감되고 회전이 원활해지는 이점이 있다. 또한, 고정축(120)이나 베어링(140)에 공기압을 이용하기 위한 그루브 등의 별도의 가공을 요하지 않으므로, 제조가 용이해지고 생산성이 향상되는 이점이 있다. 그리고, 소정의 공기압을 위해 고정축(120)과 베어링(140)사이의 간격측정 등에 사용되던 비용을 절감하여 제조비용이 저감되는 이점이 있다.

Description

레이저 스캐닝장치의 모터
본 발명은 레이저 스캐닝장치의 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 스캐닝 장치에 사용되는 모터의 축을 지지하고 회전을 원활히 하는 베어링의 구조를 개선하여 회전이 원활한 레이저 스캐닝 장치의 모터에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 스캐닝 장치는 2차원의 화면이나 인쇄된 데이터를 광학적으로 주사하여 아날로그나 디지털 신호를 발생함으로써 화상 등을 통해 재현해 내는 장치로, 이러한 레이저 스캐닝 장치의 일반적인 내부구조는 제1도에 도시한 바와 같다.
이에 도시한 바와 같이, 반도체 레이저(1)에서 주사된 광을 모아 평행한 레이저 광선으로 바꾸어 주는 시준렌즈(collimate lens,2)가 마련된다. 이러한 평행 광선으로 선형의 상이 만들어지도록 모터(10)에 의해 회전하는 제2도에 도시된 다면경(polygon mirror,20)이 마련되며, 다면경(20)과 시준렌즈(2)사이에는 다면경(20)에 선형의 상을 만들기 위해 원통렌즈(cylindrical lens,3)가 설치된다.
그리고, 다면경(20)에서 반사된 광선을 이용하여 인쇄정보 패턴을 기록하는 매체로 감광드럼(4)이 마련되는데, 이 다면경(20)과 감광드럼(4)사이에는 구면렌즈(5), 원환체렌즈(toric lens,6), 수평동기경(7), 검지센서(8), 반사경(9) 등이 순차적으로 마련되어 있다. 이 가운데 레이저 광선이 다면경(20)에 의해 감광드럼(4)의 축방향과 일치되도록 등선속도로 이동되는 사이에 원환체렌즈(6)에 의해 초점이 맺혀지고, 반사경(9)에 의해 감광드럼(4)의 원하는 위치로 반사된다. 이때, 감광드럼(4)위의 시작위치를 벗어난 광선이 수평동기경(7)에 반사되어 검지센서(8)에 입력됨으로써 감광드럼(4)에 시작위치를 일치시킨다.
한편, 다면경(20)을 회전시키는 모터(10)는 하우징(30)을 구비한다. 이 하우징(30)은 상하부가 개방된 원통상의 측면프레임(32)과 이 측면프레임(32)의 상하면을 밀폐하는 상, 하부프레임(31, 33)으로 구성되는데, 측면프레임(32)의 상측에는 입사된 레이저 광선을 감광드럼(4)으로 반사시킬 수 있도록 구멍(32a)이 형성되어 있다. 그리고, 하우징(30) 내부에는 하부프레임(33)의 중심에 고정축(11)이 축설되고, 이 고정축(11)둘레로 구동부(12)가 위치한다. 구동부(12)는 측면프레임(32)의 내주면에 고정된 고정자(12a)와, 고정자(12a)의 내측에 원주방향으로 설치되어 고정축(11)을 중심으로 회전하는 회전자(12b)로 구성된다. 또한, 구동부 회전자(12b)의 회전이 원활하도록 베어링(40)이 고정축(11)의 외면에 설치되어 있다. 이 베어링(40)은 고정축(11)의 외주면에 대향되게 설치되고, 다면경(20)을 지지하도록 그 외주면에 지지테(42a)가 형성된 레이디얼 하중을 지지하는 원통상의 저널 베어링(42)과, 고정축(11)의 상면에 대향되게 설치되어 스러스트 하중을 지지하는 판상의 스러스트 베어링(41)으로 구성된다. 저널 베어링 지지테(42a)의 하부에 회전자(12b)가 설치되고, 베어링(40) 내에 위치하는 고정축(11)에는 저널부(11a)가 형성되며, 회전하면서 흡입되는 공기를 이용하여 저널 베어링(42)의 내주면과 고정축(11)의 마찰을 줄이도록 저널부(11a)에는 헤링본 그루브(herringbone groove,11b)가 형성된다. 그리고, 스러스트 베어링(41)은 저널 베어링(42)의 상부에 고정축(11) 상면과 대향되게 설치되어 이 하면에 스파이럴 그루브(spiral groove,41a)가 형성된다.
이와 같이 구성된 모터의 구동부(12)에 전원이 인가되면 회전자(12b)가 고정자(12a)와의 상호작용으로 다면경(20)과 함께 회전하게 된다. 이때, 고정축(11)을 중심으로 회전자(12b)와 함께 회전하는 저널 베어링(42)과 스러스트 베어링(41)은 고정축(11)의 외주면에 형성된 헤링본 그루브(11a)와 스러스트 베어링(41)의 하면에 형성된 스파이럴 그루브(41a)에 의해 공기가 일정한 장소에 집중되고, 압력이 높아지므로 이로 인해 스러스트 베어링(41)이나 저널 베어링(42) 등은 부상하여 회전한다.
그러나, 종래의 모터에서 고정축 저널부의 외주면과 스러스트 베어링의 일면에 회전시 공기층이 형성될 수 있게 그루브 형성을 위한 가공을 해야 하며, 이로 인해 제조공정이 복잡해지는 문제가 발생한다.
또한, 모터의 회전은 고정축과 베어링사이에 형성되는 공기압에 따라 그 미세한 정도가 결정되어 질 수 있는데, 고정축과 베어링 사이에 형성된 간격은 미소한 차이가 발생하여도 압력변화에는 큰 영향을 주게 된다. 이 때문에 회전중에 고정축과 베어링 사이에 적정한 압력의 공기층을 형성하기 위해서는 고정축과 베어링 사이에는 마이크론 단위의 간격이 형성되어야 한다. 그런데, 이를 형성하고 유지하기 위해서는 제조공정에서 베어링 등을 가공하고, 형성된 고정축과 베어링 사이의 간격을 측정하는 등에 있어서 제조비용이 상승하게 된다.
본 발명의 목적은 회전자와 고정축 사이의 마찰을 저감시키는 레이저 스캐닝 장치의 모터를 제공하는데 있다.
제1도는 일반적인 레이저 스캐닝 장치를 개략적으로 보인 도면이다.
제2도는 종래 레이저 스캐닝장치의 모터의 내부구조를 보인 측단면도이다.
제3도는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝장치의 모터의 내부구조를 보인 측단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 모터 110 : 하우징
120 : 고정축 131 : 고정자
132 : 회전자 140 : 베어링
151 : 제 1자석부 152 : 레이디얼 하중자석
153 : 제 2자석부 154 : 스러스트 하중자석
155 : 보조자석
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 측면프레임과 상·하부프레임으로 이루어지고, 입사된 광선을 감광드럼으로 반사시킬 수 있도록 상기 측면프레임에 구멍이 천공된 하우징과; 상기 하우징의 내부에 설치되어서 다면경을 회전시키며, 상기 측면프레임의 내주면에 고정된 고정자와, 상기 고정자와 상호작용을 하면서 회전하는 회전자로 구성된 구동부와; 상기 구동부의 회전자의 내측에 축설되어 상기 회전자로 부터 이격설치된 고정축과; 상기 고정축의 외면에 설치되어서 상기 회전자가 원활하게 회전되도록 상기 회전자가 설치되며, 상부가 개방된 원통형상으로 외주면에는 상기 다면경을 지지하는 지지테가 형성된 베어링으로 이루어진 레이저 스캐닝 장치의 모터에 있어서; 상기 고정축의 저널부의 상하단에 각각 설치된 제 1자석부와; 상기 제 1자석부가 설치된 상기 고정축과 상기 베어링이 척력에 의해 이격되도록 상기 제 1자석부에 대향되는 상기 베어링의 내면에 설치되며, 상기 제 1자석부와 동일한 극성을 갖는 레디얼하중자석과; 상기 레디얼하중자석이 설치된 상기 베어리의 상면에 설치된 스러스트하중자석과; 상기 스러스트하중자석과 대향되는 상기 상부프레임의 내면에 설치되고, 상기 스러스트하중자석의 상면극성과 동일한 극성이 하면에 형성된 보조자석과; 상기 보조자석과 대향되는 상기 스러스트하중자석의 하면에 설치되고, 상기 스러스트하중자석의 하면극성과 동일한 극성이 상면에 형성되어서 상기 고정축의 상면에 고착된 제 2자석부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 레이저 스캐닝 장치는 모터를 제외하고는 종래의 구성요소와 동일하기 때문에 이에 대한 설명시 동일구성요소에 대해서는 동일명칭과 동일부호를 사용하여 설명한다.
본 발명이 적용되는 일반적인 레이저 스캐닝 장치(LASER Scanning Unit)는 제1도에 도시한 바와 같이, 데이터에 따라 반도체 레이저(1)에서 주사된 광을 모아 평행한 레이저 광선으로 바꾸어 주는 시준렌즈(collimate lens,2)가 마련된다. 이러한 평행광선으로 선형의 상이 만들어지도록 모터(100)에 의해 회전하는 제3도에 도시된 다면경(polygon mirror,20)이 마련되며, 다면경(20)과 시준렌즈(2)사이에는 다면경(20)에 선형의 상을 만들기 위해 원통렌즈(cylindrical lens,3)가 설치된다.
그리고, 원통렌즈(3)에서 다면경(20)을 거쳐 나온 광선을 이용하여 인쇄정보 패턴을 기록하는 매체로 감광드럼(4)이 마련되는데, 이 다면경(20)과 감광드럼(4) 사이에는 구면렌즈(5), 원환체렌즈(toric lens,6), 수평동기경(7), 검지센서(8), 반사경(9) 등이 순차적으로 마련되어 있다. 이 가운데 감광드럼(4)으로 다면경(20)에 의해 등선속도로 이동되는 광선은 원환체렌즈(6)를 거쳐 감광드럼(4)에 초점이 맺혀지는데, 이 광선은 반사경(9)에 의해 감광드럼(4)의 원하는 위치로 반사되어 진다. 그리고, 감광드럼(4)위의 시작위치를 일치시키기 위해 수평동기경(7)과 검지센서(8)가 사용된다.
이와 같이 구성된 레이저 스캐닝 장치는 반도체 레이저(1)에서 주사된 광을 시준렌즈(2)를 거치면서 평행한 광선으로 보내며, 이 광선은 원통렌즈(3)를 통과하면서 시준렌즈(2)에서 평행하게 나온다. 이러한 광선중 직각방향의 광선은 다면경(20)에 집광되고, 수평방향의 광선은 그대로 투과되어 다면경(20)에 선형의 상을 형성한다. 또한, 이러한 과정에서 나온 레이저 광선이 다면경(20)에 의해 감광드럼(4)의 축방향과 일치되도록 등선속도로 이동되면서 원환체렌즈(6)에 의해 초점이 맺혀지고, 반사경(9)에 의해 감광드럼(4)의 원하는 위치로 반사된다. 이 때, 감광드럼(4) 위의 시작위치를 벗어난 광선이 수평동기경(7)에 반사되어 검지센서(8)에 입력됨으로써 감광드럼(4)상에 시작위치를 일치시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 다면경(20)을 회전시키는 모터(100)는 다면경(20)과 그외의 장치를 수용하는 하우징(110)을 구비한다. 이 하우징(110)은 상하부가 개방된 원통상의 측면프레임(112)과, 상하부를 밀폐하는 상, 하부프레임(111, 113)을 구비하며, 측면프레임(112)의 상부에는 입사된 레이저 광선을 감광드럼(4)으로 반사시킬 수 있도록 구멍(112a)이 형성되어 있다. 이러한 하우징(110) 내부에는 구동부(130)가 설치되어 다면경(20)을 회전시키는데, 구동부(130)는 측면프레임(112)의 내주면에 고정된 고정자(131)와, 이 고정자(131)와 상호작용하면서 회전하는 회전자(132)로 구성된다. 그리고, 이 회전자(132)의 회전중심을 이루는 고정축(120)이 하부프레임(113)의 중심에 축설되며, 이를 중심으로 회전자(132) 등이 원활하게 회전할 수 있도록 고정축(120)의 외면에는 베어링(140)이 설치된다. 이 베어링(140)은 상부가 개방된 원통형상으로, 외주면에는 지지테(141)가 형성되어 다면경(20)을 지지하고, 베어링(140) 내부에 안착된 고정축부위는 저널부(121)가 형성된다. 이러한 베어링(140)이 고정축(120)에 대하여 회전자(132)와 함께 원활하게 회전할 수 있도록 자기형성수단(150)이 마련된다. 이 자기형성수단(150)은 고정축(120)과 베어링(140)사이에 척력을 발생하도록 자기장을 형성함으로써 베어링(140)으로부터 고정축(120)을 소정간격 이격시켜 소정의 간격사이에서 발생된 자기장을 이용하여 윤활작용을 하게 한다. 이 자기형성수단(150)은 영구자석을 이용하여 마련되는데, 자기형성수단(150)은 우선, 저널부(121)의 상하단부에 설치된 제 1자석부(151)를 구비하고, 베어링(140)의 내주면에는 제 1자석부(151) 외측으로 형성된 극과 동일한 극이 대향되게 설치되는 영구자석으로 이루어진 레이디얼 하중자석(152)이 구비된다. 또한, 상부프레임(111)과 고정축(120)사이의 개방된 베어링(140)의 상단에는 스러스트 베어링 역할을 할 수 있도록 영구자석으로 구성된 스러스트 하중자석(154)이 설치된다. 그리고, 이 스러스트 하중자석(154)의 하면에 대면하는 고정축(120) 상면에는 스러스트 하중자석(154)의 하면에 형성된 극과 동일한 극이 대향되게 제 2자석(153)이 설치된다. 이와 같이 척력을 유발할 수 있도록 같은 극끼리 대향되게 자석을 고정축(120)과 베어링(140)에 각각 설치하여 고정축(120)으로부터 베어링(140)이 소정간격이격되어 회전할 수 있게 한다.
한편, 스러스트 하중자석(154)의 상면에 대면하는 상부프레임(111)의 하면에는 서로 같은 극끼리 대면할 수 있게 보조자석(155)이 설치되어 베어링(140)이 고정축(120)과 상부프레임(111)사이에서 적절한 간격을 유지할 수 있게 한다.
이와 같이 구성된 모터(100)에 전원이 인가되면 회전자(132)가 고정자(131)와의 상호작용으로 회전하게 되는데, 고정축(120)과 베어링(140)사이에는 각각에 설치된 자석에 의해 자기장이 형성되어 같은 극사이에서 발생하는 척력으로 소정간격을 유지하면서 마찰없이 원활하게 회전한다. 특히, 항상 자석사이에서 반발력이 작용하고 있기 때문에 회전초기시에나 정지무렵에 베어링(140)과 고정축(120)의 대응면부위가 접하면서 발생하는 마찰을 제거하게 된다.
본 발명에 따른 레이저 스캐닝 장치의 모터는 고정축과 베어링에 각각 같은 극이 대향되도록 자석을 설치하므로써, 고정축과 베어링 사이에 척력이 발생하는 자기장을 이용하여 고정축으로부터 베어링을 소정간격 이격시켜 회전시키므로, 마찰이 저감되고 회전이 원활해지는 이점이 있다.
또한, 고정축이나 베어링에 공기압을 이용하기 위한 그루브 등의 별도의 가공을 요하지 않으므로, 제조가 용이해지고 생산성이 향상되는 이점이 있다. 그리고, 소정의 공기압을 위해 고정축과 베어링 사이의 간격측정 등에 사용되던 비용을 절감하여 제조비용이 저감되는 이점이 있다.

Claims (1)

  1. 측면프레임(112)과 상·하부프레임(111, 113)으로 이루어지고, 입사된 광선을 감광드럼(4)으로 반사시킬 수 있도록 상기 측면프레임(112)에 구멍(112a)이 천공된 하우징(110)과; 상기 하우징(110)의 내부에 설치되어서 다면경(20)을 회전시키며, 상기 측면프레임(112)의 내주면에 고정된 고정자(131)와, 상기 고정자(131)와 상호 작용을 하면서 회전하는 회전자(132)로 구성된 구동부(130)와; 상기 구동부(130)의 회전자(132)의 내측에 축설되어 상기 회전자(132)로부터 이격설치된 고정축(120)과; 상기 고정축(120)의 외면에 설치되어서 상기 회전자(132)가 원활하게 회전되도록 상기 회전자(132)가 설치되며, 상부가 개방된 원통형상으로 외주면에는 상기 다면경(20)을 지지하는 지지테(141)가 형성된 베어링(140)으로 이루어진 레이저 스캐닝 장치의 모터에 있어서; 상기 고정축(120)의 저널부(121)의 상하단에 각각 설치된 제 1자석부(151)와; 상기 제1자석부(151)가 설치된 상기 고정축(120)과 상기 베어링(140)이 척력에 의해 이격되도록 상기 제 1자석부(151)에 대향되는 상기 베어링(140)의 내면에 설치되며, 상기 제 1자석부(151)와 동일한 극성을 갖는 레디얼하중자석(152)과; 상기 레디얼하중자석(152)이 설치된 상기 베어링(140)의 상면에 설치된 스러스트하중자석(154)과; 상기 스러스트하중자석(154)과 대향되는 상기 상부프레임(111)의 내면에 설치되고, 상기 스러스트하중자석(154)의 상면극성과 동일한 극성이 하면에 형성된 보조자석(155)과; 상기 보조자석(155)과 대향되는 상기 스러스트하중자석(154)의 하면에 설치되고, 상기 스러스트하중자석(154)의 하면극성과 동일한 극성이 상면에 형성되어서 상기 고정축(120)의 상면에 고착된 제 2자석부(152)로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장치의 모터.
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