KR100235172B1 - 동압 가스 베어링 구조물 및 광편향 주사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬리브와, 슬리브에 끼워지는 기둥형 축과, 축의 외주연면에 형성되고 축의 축방향으로 연장되는 복수의 얕은 홈들을 포함하는 동압 가스 베어링 구조물에 관한 것이다.

얕은 홈들은 그레인들이 상기 축방향으로 정렬된 연삭에 의해 형성된다.

이러한 동압 가스 베어링 구조물은 광편향 주사 장치에 제공된다.

Description

동압 가스 베어링 구조물 및 광편향 주사 장치

본 발명은 레이저 비임 프린터 또는 레이저 팩시밀리 장치와 같은 화상 형성장치에 사용되는 광편향 주사 장치의 회전 구동부의 동압 가스 베어링 구조물에 관한 것이다.

첨부 도면중 도1 및 도2는 일본 실용신안 공보 제1-7849호에 개시된 동압 베어링 장치를 도시한다.도1은 축방향에 대해 수직으로 도시된 동압 베어링 장치의 단면도이고, 도2는 도1의 동압 가스 베어링 장치의 사시도이다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이 샤프트 부재(62)는 원통형 표면에 축방향 얕은 홈(63)들을 갖는다.

얕은 홈(63)들은 통상적인 동압 공기 베어링의 헤링본형(herringbone-like) 얕은 홈과 같은 기능을 수행하고, 베어링(61) 및 샤프트 부재(62)가 서로에 대해 회전할 때 얕은 홈(63)들에 의한 동압이 베어링(61) 및 샤프트 부재(62) 사이에 발생되고, 균일한 공기 막이 2개 부품들을 비접촉식으로 지지한다.

얕은 홈(63)들은 샤프트 부재(62)의 표면에 주연상 균등한 간격으로 배치되고, 얕은 홈(63)들의 홈 가공은 기계가공에 의해 수행된다.

그러나 샤프트 부재(62)의 재료가 고강도의 질화 실리콘과 같은 세라믹 재료일 때에는 밀링과 같은 통상적 기계 가공에 의해 동압 발생 홈을 성형하는 것이 어렵다.

본 발명의 목적은 회전 구동부의 샤프트의 외주면의 기계 가공을 용이하게 하고, 고속에서 안정하게 회전가능한 동압 가스 베어링 구조물과, 이를 구비한 광편향 주사 장치를 제공하는 데 있어서 베어링의 성능을 향상시키는 것이다.

제1도는 종래 기술에 의한 동압 가스 베어링 장치의 단면도.

제2도는 종래 기술에 의한 동압 가스 베어링 장치의 사시도.

제3a도는 본 발명의 한 실시예에 의한 동압 가스 베어링 구조물을 갖는 광편향 주사 장치의 개략적 단면도.

제3b도는 제3a도의 장치의 고정축만을 도시한 확대 사시도.

제4도는 그레인이 원주 방향으로 연삭된 고정축의 확대 사시도.

제5도는 본 발명의 동압 가스 베어링 구조물을 구비한 레이저 비임 프린터 또는 레이저 팩시밀리 장치와 같은 화상 형성 장치에 사용된 광편향 주사 장치를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 회전가능 다각형 거울 2 : 고정 샤프트

3 : 회전가능 슬리브 4 : 플랜지 부재

5 : 회전자 자석 7 : 모터 하우징

8 : 고정자 코일 10 : 뚜껑 부재

10a : 공기 풀 100 : 구동 모터

상기 목적을 위해, 본 발명의 동압 가스 베어링 구조물은 슬리브와, 슬리브에 끼워지는 기둥형 샤프트를 갖고, 샤프트에는 그 축방향으로 연장된 복수의 얕은 홈들이 형성되어 있고, 얕은 홈들은 그레인이 축방향으로 조정되는 연삭에 의해 성형되는 것을 특징으로 한다.

샤프트는 세라믹 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.

그레인을 샤프트의 축방향으로 조정하는 연삭에 의해 얕은 홈이 성형되므로, 축방향에서의 얕은 홈의 리지라인(ridgeline)은 직선형이다.

본 발명의 동압 가스 베어링 구조물이 광편향 주사 장치에 사용되고, 회전가능한 다각형 거울이 슬리브에 장착되어 그 위에서 회전할 때, 회전가능한 다각형 거울의 동작 개시중 또는 그 감속 정지중 또는 저속 회전중일지라도 동압이 불충분하게 되어 회전가능 슬리브가 고정축 내에 들어오게 되어도, 얕은 홈 각각의 대향측 엣지가 요철 리지라인인 경우에서와 같이 회전가능 슬리브와 고정 샤프트 사이에 점접촉이 일어나 마모 분말이 발생되거나 베어링의 골링(galling)과 같은 문제점을 야기시키는 일은 발생하지 않는다.

즉, 회전가능 다각형 거울이 저속으로 회전할 지라도 안정된 베어링 성능이 유지되고, 회전가능 다각형 거울이 불량 회전을 일으키지 않고, 회전가능 다각형 거울의 반사면 등이 마모 분말에 의해 오염되지 않는 고성능의 광편향 주사 장치가 제공된다.

본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 이하에 설명된다.

도3a는 본 발명의 한 실시예에 의한 동압 가스 베어링 구조물을 구비한 광편향 주사 장치의 회전 구동부의 개략적 단면도이다.

이는 그 외주상에 반사면(1a)을 구비한 회전가능 다각형 거울(1)을 갖고, 그 구동부는 기둥형 고정 샤프트(2)에 끼워진 회전가능 슬리브(3)와, 회전가능 슬리브와 일체로 제공되는 플랜지 부재(4)에 고정된 회전자 자석(5)과, 가압 스프링(6)에 의해 플랜지 부재(4)에 대고 압박되는 회전가능 다각형 거울(1)과, 고정 샤프트(2)가 고정되는 모터 하우징(7)에 의해 지지되는 모터 기부판(7a)과, 모터기부판 위에 직립 제공되는 고정자 코일(8)을 포함하고, 고정자 코일(8)은 회전자 자석(5)과 함께 구동 수단을 구성하고, 고정자 코일(8)이 여기됨에 따라 회전자 자석(5)과 회전가능 다각형 거울(1)은 유니트로 회전된다.

도3a 및 도3b에 도시된 회전가능 구동부는 도5에 도시된 광편향 주사 장치를 사용하는 레이저 비임 프린터 장치 내에 결합된다.

회전가능 슬리브(3)는 그 회전에 의해 고정 샤프트(2)와의 사이에 공기 막을 형성하고, 고정 샤프트(2)와 비접촉식으로 회전가능한 동압 가스 베어링 구조물을 구성한다.

제1 영구 자석(9a)이 회전가능 슬리브(3)의 하단부에 고정되고, 제1 영구 자석(9a)의 하부면은 모터 하우징(7)에 고정된 제2 영구 자석(9b)의 상부면에 대향된다.

그럼으로써 회전가능 슬리브(3)를 회전시키는 구동 모터(100)가 구성된다.

회전가능 슬리브(3)의 상단부 개구는 뚜껑 부재(10)에 의해 폐쇄되고, 공기풀(10a)이 고정 샤프트(2)의 상단부 및 뚜껑 부재(10) 사이에 형성된다.

고정 샤프트(2)에 대한 회전가능 슬리브(3)의 축방향 위치가 변하면, 공기 풀(10a)에서의 공기는 가압 또는 감압되고 회전가능 슬리브(3)를 원래 위치로 복귀시키는 힘이고, 제1 및 제2 영구 자석(9a, 9b)에 의한 자기 반발력과 함께 회전가능 다각형 거울(1)의 축방향 변위를 신뢰성있게 방지하는 역할을 한다.

고정 샤프트(2)와 회전가능 슬리브(3)는 그들 사이의 마찰 또는 먼지 유입에 의한 골링을 감소시키기 위해 고강도 질하 실리콘(Si₃N₄) 등의 세라믹 재료로 제작되고, 플랜지 부재(4)는 알루미늄 또는 황동과 같은 금속으로 제작되고, 수축 끼워맞춤에 의해 회전가능 슬리브(3)에 고정되며, 회전자 자석(5)의 단부면은 플랜지 부재(4)의 플랜지부의 하부면에 맞닿도록 되어 있고, 플랜지 부재(4)의 원통부의 외주면과, 회전자 자석(5)의 내주면 사이에 개재된 접착제에 의해 플랜지 부재(4)에 접착식으로 고정된다.

뚜껑 부재(10)는 알루미늄 또는 스테인레스강과 같은 금속 또는 수지로 제작되고 접착과 같은 종래 방식에 의해 회전가능 슬리브(3)의 상단부에 고정된다.

고정 샤프트(2)의 외주면(원통형 면)과 회전가능 슬리브(3) 사이에 동압을 발생시키기 위한 얕은 홈(21)들이 고정 샤프트(2)의 외주면(원통형 면)에 축방향으로 형성된다.

얕은 홈(21)들은 고정 샤프트(2)의 주연면에 원주 방향으로 동일한 간격으로 3개의 지점에 배치되고, 얕은 홈(21)들의 홈 가공은 고정 샤프트(2)를 간헐적으로 회전시키면서 고정 샤프트(2)의 축방향으로 홈가공을 행하는 연삭 휘일을 반복 이동시킴으로써 실행된다.

따라서 얕은 홈(21)의 그레인(21a)은 축방향으로 형성되고, 각 얕은 홈(21)의 대향측 엣지 상에 형성된 직선 리지라인(22)은 그레인(21a)을 따라 불균일함이 없는 직선 형태이다.

도4는 본실시예와의 비교를 위해, 그레인을 원주 방향으로 조정하여 연삭된 동압 가스 베어링 구조물이 고정 샤프트를 확대 도시한 사시도이다.

고정 샤프트(102) 및 이 고정 샤프트(102)에 끼워진 (도시되지 않은) 회전가능 슬리브는 그들 사이의 마찰 또는 먼지 등의 유입에 기인한 골링 등을 감소시키기 위해 고강도 질화 실리콘(Si₃N₄)과 같은 세라믹 재료로 만들어지고, 고정 샤프트(102)는 도4에 도시된 바와 같이 그 원통면에 축방향 얕은 홈(121)을 가진다.

얕은 홈(121)은 통상적인 동압 공기 베어링의 헤링본형 얕은 홈과 같은 기능을 수행하고, 회전가능 슬리브가 회전할 때 얕은 홈(121)에 의한 동압이 회전가능 슬리브 및 고정 샤프트(102) 사이에 발생되고, 균일한 공기 막이 형성되어 그들을 비접촉식으로 지지한다.

얕은 홈(121)은 고정 샤프트(102)의 표면에 원주 방향으로 동일 간격의 3개지점에 배치되고, 얕은 홈(121) 각각의 홈 가공은 고정 샤프트(102)의 표면(102a)의 일부를 그 축방향으로 띠모양으로 연삭 휘일에 의해 절단함으로써 수행된다.

따라서 얕은 홈(121) 각각은 실질적으로 고정 샤프트(102)의 원통면(102a) 상에 띠모양으로 형성된 축방향 단일 평면에 의해 구성된다.

본실시예에 채용된 고강도 질화 실리콘(Si₃N₄)과 같은 세라믹 재료로 만들어진 샤프트에 얕은 홈을 제공하기 위해, 다이아몬드 연마 그레인이 수지 결합부에 의해 고정된 연삭 휘일을 회전시킴으로써 소정의 깊이로 샤프트가 절단되고, 샤프트는 축방향으로 연삭 휘일에 대해 상대 이동됨으로써 띠모양 연삭이 축방향으로 행해진다. 따라서 소정의 형상이 샤프트에 형성된다.

그러나 상기 비교예에서와 같이 고정 샤프트의 표면에 형성된 얕은 홈의 그레인은 축방향이 아니고, 고정 샤프트의 표면은 얕은 홈 주위에 연마되고 대량의 마모 분말이 발생되어 회전가능 슬리브 상에 장착된 회전가능 다각형 거울 등을 오염시키거나 베어링의 골링에 기인한 불량 회전과 같은 문제점을 야기하기 쉽다는 문제가 발생한다.그 이유는 이하와 같다.

얕은 홈의 그레인이, 예컨대 축방향이면 얕은 홈(121) 각각의 양측에 형성된 리지라인(122)은 도4에 도시된 바와 같이 톱날형 요철 형태를 취한다.

회전가능 슬리브에 장착된 회전가능 다각형 거울의 작동 개시중 또는 감속정지중 또는 저속 회전중 회전가능 슬리브 및 고정 샤프트(102) 사이의 공기 막에 동압이 충분히 형성되지 않고, 따라서 회전가능 슬리브는 고정 샤프트(102)와 국소적으로 접촉하면서 회전하게 되지만, 회전가능 슬리브가 그와 같이 고정 샤프트(102)와 접촉하면서 회전하면 회전가능 슬리브가 고정 샤프트(102)의 얕은 홈(121)의 리지라인(122)의 볼록부(122a)와 접촉할 때 소위 점접촉이 발생하고, 접촉 압력은 국소적으로 현저히 증가하여 그 부분을 마모시킨다. 그 결과, 대량의 연마 분말이 발생되고 광편향 주사 장치의 내부를 오염시키거나 베어링의 골링 등에 기인한 불량회전을 야기한다.

이와 반대로, 본 실시예에서는 회전가능 다각형 거울(1)의 작동 개시중 또는 감속 정지중 또는 저속 회전중에 충분한 동압이 회전가능 슬리브(3) 및 고정 샤프트(2)사이의 공기막에 발생되지 않고, 따라서 회전가능 슬리브(3)는 고정 샤프트(2)와 국소적으로 접촉하면서 회전하게 되지만, 얕은 홈(21) 각각의 리지라인(22)은 축방향으로 불균일함이 없는 직선형태이므로, 상기 비교예와 같이 접촉 압력이 국소적으로 증가하여 연마 분말의 발생 또는 베어링의 골링 등을 야기할 가능성이 없다.

즉, 얕은 홈(21)의 리지라인(22)은 축방향으로 연장된 직선형이고 상기 비교예에서와 같은 요철형이 아니므로 회전가능 슬리브(3)가 고정 샤프트와 접촉하면 접촉은 리지라인(22) 전체가 회전가능 슬리브(3)와 균일하게 접촉하는 소위 선 접촉 상태이고, 요철 리지라인과 같이 접촉 압력이 점접촉 때문에 국소적으로 증가할 가능성은 없다.

본 실시예에 의하면, 회전가능 다각형 거울의 작동 개시중 또는 감속 정지중 또는 저속 회전중에 회전가능 다각형 거울을 지지하는 베어링부에서 대량의 연마분말이 발생되는 것이 방지되고, 또는 베어링의 골링 등과 같은 문제에 기인한 불량회전이 야기되는 것이 방지되고, 안정된 광학 성능이 고속 회전중 뿐만 아니라 회전가능 다각형 거울의 작동 개시중 또는 저속 회전중에도 유지되는 고성능 광편향 주사 장치가 제공된다.

본 실시예에서 고정 샤프트 및 회전가능 슬리브 모두가 세라믹 재료로 만들어졌지만, 고정 샤프트 및 회전가능 슬리브 중 하나만이 세라믹 재료로 만들어지고 다른 하나는 금속 또는 수지로 만들어질 수 있으며, 또는 고정 샤프트 및 회전가능 슬리브 모두가 금속 또는 수지로 만들어질 수 있다.

도3a 및 도3b에 도시된 구동 모터(100)가 도5에 도시된 바와 같이 광편향 주사 장치(200)의 광학 상자(107)에 내장된다.

도5는 본 발명의 동압 가스 베어링 구조물을 구비한 레이저 비임 프린터 또는 레이저 팩시밀리 장치와 같은 화상 형성 장치에 사용되는 광편향 주사 장치를 도시하고, 이 장치는 광원 유니트(50)로부터 발생된 레이저 비임(L_O)이 원통형 렌즈(51)에 의해 회전가능 다각형 거울(1)의 반사면 상에 선형으로 수렴되게 하고, 회전가능 다각형 거울(1)의 회전에 의해 편향 및 주사되고, 화상 형성 렌즈 시스템(52)을 통해 회전가능 드럼 상의 기록 매체인 감광 부재(60) 상에 화상이 형성되게 한다.화상 형성 렌즈 시스템(52)은 구형 렌즈(52a)아, 원환체 렌즈(52b)등으로 구성되고, 감광 부재상에 형성된 점 화상의 변형을 교정하는 기능을 갖는다.

또한, 반사 거울(53)에 의해 광섬유(54)의 광 수용 단부로 입사된 편향 주사된 레이저 비임의 일부분은 주사 개시 신호로 변환되고 광원 유니트(50)로 보내진다.

회전가능 다각형 거울(1)의 구동부는 플랜지 부재(4)를 통해 고정 샤프트(2)에 끼워진 회전가능 슬리브(3)에 고정된 회전자 자석과, 플랜지 부재(4)에 일체식으로 결합된 회전가능 다각형 거울(1)과, 고정 샤프트(2)에 고정된 모터 하우징에 지지된 모터 기부판을 포함하고, 모터 기부판에 직립 제공되는 고정자 코일이 여기됨으로써 회전자 자석과 회전가능 다각형 거울(1)을 유니트로 회전시킨다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 이하의 효과를 갖는다.

회전가능 다각형 거울의 작동 개시중 또는 감속 정지중 또는 저속 회전중 국소적으로 마모되는 축방향 얕은 홈을 포함하는 동압 발생 홈을 가진 동압 가스 베어링이 대량의 분말 발생 또는 불량 회전과 같은 문제를 일으키는 것을 피할 수 있다.

즉, 회전가능 다각형 거울이 저속으로 회전할 때에도 안정된 베어링 성능이 유지되고, 베어링의 마모에 의해 형성된 분말 등에 의해 회전가능 다각형 거울의 반사면이 오염되거나 불량 회전을 일으킬 가능성이 없는 고성능 광편향 주사 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 동압 가스 베어링 구조물은 고속 및 고정밀도로 회전하는 광편향 주사 장치의 회전 구동부에 응용됨으로써 종래 기술에 비해 고품질, 고속 인쇄가 가능한 레이저 비임 프린터 장치가 제공될 수 있다.

Claims (15)

1. 슬리브와, 상기 슬리브에 끼워진 기둥형 샤프트와, 상기 샤프트의 외주면에 형성되고 상기 샤프트의 축방향으로 연장되고, 그레인들이 상기 축방향으로 정렬된 연삭에 의해 형성되는 복수의 얕은 홈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 동압 가스 베어링 구조물.
2. 제1항에 있어서, 상기 슬리브는 회전가능 슬리브이고, 상기 샤프트는 고정 샤프트인 것을 특징으로 하는 동압 가스 베어링 구조물.
3. 제1항에 있어서, 상기 샤프트는 세라믹 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 동압 가스 베어링 구조물.
4. 슬리브와, 상기 슬리브에 끼워진 기둥형 샤프트와, 상기 샤프트의 외주면에 형성되고 상기 샤프트의 축방향으로 연장되고, 그레인들이 상기 축방향으로 정렬된 연삭에 의해 형성되는 복수의 얕은 홈들과, 상기 샤프트 또는 슬리브를 회전시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 회전 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 슬리브는 회전가능 슬리브이고 상기 샤프트는 고정 샤프트인 것을 특징으로 하는 베어링 회전 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 샤프트는 세라믹 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 베어링 회전 장치.
7. 광선 비임을 편향 주사하는 광편향 주사 장치에 있어서, 슬리브와, 상기 슬리브에 끼워진 기둥형 샤프트와, 상기 샤프트의 외주면에 형성되고 상기 샤프트의 축바향으로 연장되고, 그레인들이 상기 축방향으로 정렬된 연삭에 의해 형성되는 복수의 얕은 홈들과, 상기 샤프트 또는 상기 슬리브를 회전시키는 구동 수단과, 광선 비임을 편향 주사시키기 위해 상기 슬리브 또는 상기 샤프트 상에 장착된 편향기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광편향 주사 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 슬리브는 회전가능 슬리브이고, 상기 샤프트는 고정 샤프트인 것을 특징으로 하는 광편향 주사 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 샤프트는 세라믹 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 광편향 주사 장치.
10. 광원으로부터 광선 비임을 편향 주사하는 광편향 주사 장치에 있어서, 슬리브와, 상기 슬리브에 끼워진 기둥형 샤프트와, 상기 샤프트의 외주면에 형성되고 상기 샤프트의 축방향으로 연장되고, 그레인들이 상기 축방향으로 정렬된 연삭에 의해 형성되는 복수의 얕은 홈들과, 상기 샤프트 또는 상기 슬리브를 회전시키는 구동 수단과, 광원과, 상기 광원으로부터 광선 비임을 편향 주사시키기 위해 상기 슬리브 또는 상기 샤프트 상에 장착된 편향기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광편향 주사 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 슬리브는 회전가능 슬리브이고 상기 샤프트는 고정 샤프트인 것을 특징으로 하는 광편향 주사 장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 샤프트는 세라믹 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 광편향 주사 장치.
13. 슬리브와, 상기 슬리브에 끼워진 기둥형 샤프트와, 상기 샤프트의 외주면에 형성되고 상기 샤프트의 축방향으로 연장되고, 그레인들이 상기 축방향으로 정렬된 연삭에 의해 형성되는 복수의 얕은 홈들과, 상기 샤프트 또는 상기 슬리브를 회전시키는 구동 수단과, 광원과, 상기 광원으로부터 광선 비임을 편향 주사시키기 위해 상기 슬리브 또는 상기 샤프트 상에 장착된 편향기와, 상기 편향기에 의해 편향 주사된 광선 비임을 수용하는 감광 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 비임 프린터 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 슬리브는 회전가능 슬리브이고 상기 샤프트는 고정 샤프트인 것을 특징으로 하는 레이저 비임 프린터 장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 샤프트는 세라믹 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 레이저 비임 프린터 장치.