KR20010092857A - 스캐너 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 회전시의 베어링 마찰을 완전 제거하므로서 소음 및 진동을 극소화하고, 내구력이 증대되도록 하는 동시에 미러의 안정된 구동성을 유지시키게 되는 스캐너 모터에 관한 것으로서, 이를 위해 본 발명은 회로기판(10)과; 상기 회로기판(10)에 하단부가 결합되며, 외주면에는 코어에 코일이 권선된 스테이터 어셈블리(30)가 결합되는 원통형상의 슬리이브(20)와; 내경면의 상부와 하부에 각각 동압발생용 그루브(71)를 형성하고, 상기 슬리이브(20)의 내경부에 억지끼워지는 소결 베어링(70)과; 상기 슬리이브(20)의 내경부에서 상단부에 결합되며, 상하로 분극이 이루어진 링형상의 고정 마그네트(81)와; 상기 소결 베어링(70)의 내경부에 삽입되면서 하단부는 상기 슬리이브(20)의 내경부의 하단을 커버하는 캡(21)으로부터 소정의 높이만큼 이격되어 위치되는 샤프트(40)와; 상기 샤프트(40)의 상기 고정 마그네트(81)와 동일 수평선상의 외주면에 결합되며, 상기 고정 마그네트(81)와 서로 인력이 작용되는 대응되는 극성을 갖도록 상하로 분극이 이루어진 회전 마그네트(82)와; 상기 회전 마그네트(82)의 상부에서 상기 샤프트(40)의 상단부에 결합되며, 외주연 끝단부는 하향 연장되면서 상기 스테이터 어셈블리(30)와 서로 마주보는 내주면에는 요크(52)를 개제시켜 구동 마그네트(51)가 부착되도록 하고, 상부면에는 폴리건 미러(60)가 안착되는 로터 케이스(50)로서 구비되도록 하는데 특징이 있다.

Description

스캐너 모터{Scanner motor}

본 발명은 레이저 빔 프린터의 스캐너 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속 회전시의 베어링 마찰을 완전 제거하므로서 소음 및 진동을 극소화하고, 내구력이 증대되도록 하는 동시에 미러의 안정된 구동성을 유지시키게 되는 스캐너 모터에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 빔 프린터에 적용되는 광 주사장치에 있어서 가장 핵심적인 부분은 레이저 빔을 감광 드럼을 향해 전반사시키기 위하여 마련되는 폴리건 미러(polygon mirror)를 고속으로 회전시키게 되는 스캐너 모터이다.

도 1은 이와같은 종래의 스캐너 모터를 도시한 것으로서, 스캐너 모터는 대부분의 구성이 소형 정밀 기기에 적용되는 소형의 스핀들 모터와 거의 유사하다.

즉 광폭의 회로기판(1)에는 원통형의 슬리이브(2)의 하단부가 결합되고, 이 슬리이브(2)의 상부측 외주면에는 코어에 코일을 권선시킨 스테이터 어셈블리(3)가 결합된다.

또한 슬리이브(2)에는 내경부로 샤프트(4)가 삽입되도록 하되 샤프트(4)의 슬리이브(2)에 삽입된 상,하 외주면에는 헤링본 형상의 동압발생 그루브(4a)가 형성되도록 하고 있다.

한편 슬리이브(2)의 상부로 연장되는 샤프트(4)의 상단부에는 홀더(5)가 끼워지고, 이 홀더(5)의 상부로 폴리건 미러(6)가 견고하게 안착된다.

그리고 홀더(5)의 하부에는 로터 케이스(7)가 결합되고, 이 로터 케이스(7)에는 내주면에 스테이터 어셈블리(3)와 소정의 간극을 두고 마주보게 하여 마그네트(7a)가 부착되도록 한다.

이와같은 스캐너 모터는 스테이터 어셈블리(3)를 구성하고 있는 코어와 코일그리고 로터 케이스(7)에 부착시킨 마그네트(7a) 사이에서 발생되는 회전 전자기력에 의해서 샤프트(4)를 중심으로 서로 결합된 마그네트(7a)와 로터 케이스(7) 그리고 홀더(5)와 폴리건 미러(6)가 동시에 회전되도록 하며, 이때 회전하는 폴리건 미러(6)에 레이저 빔이 주사되면서 반사되도록 하는 것이다.

한편 샤프트(4)는 하단부가 와셔(8)에 피봇 지지되면서 외주면에 형성된 동압발생 그루브(4a)에 의해 레디얼 방향으로의 하중을 지지하게 된다.

즉 샤프트(4)의 회전시 외주면의 상부와 하부에 각각 형성된 동압발생 그루브(4a)에 오일이 집중되면서 이때의 오일압에 의해 슬리이브(2)와 샤프트(4)간을 서로 접촉되지 않는 상태에서 샤프트(4)가 원활하게 회전할 수 있도록 하는 것이다.

한편 스캐너 모터에서 가장 중요하게 고려되어야 할 사항은 샤프트(4)의 회전시 홀더(5)에 결합된 폴리건 미러(6)가 안정되게 구동되도록 하는 것이다.

즉 폴리건 미러(6)가 구동시 미세하게 나마 유동을 하게 되면 레이저 빔의 반사각이 틀려지면서 인쇄특성이 악화되기 때문이다.

하지만 종전의 스캐너 모터는 비록 레디얼 방향의 하중을 샤프트(4)에 각각 형성한 동압발생 그루브(4a)에 의해서 지지하도록 하고 있다고는 하나 회전하는 부재인 샤프트(4)의 동압발생 그루브(4a)가 오일과 심하게 마찰되면서 샤프트(4)의 마모를 촉진시키기도 하고, 회전 부하로서 작용하면서 구동력을 저감시키는 작용을 하기도 한다.

그리고 종래의 스캐너 모터에서는 샤프트(4)의 하단부를 단순히 와셔(8)에피봇 지지되도록 하고 있으므로 실질적으로 액시얼 방향의 하중에 대해서는 제대로 대응을 하지 못하고 있으며, 특히 폴리건 미러(6)를 장착한 홀더(5)는 통상 폴리건 미러(6)의 안정된 장착을 위하여 고정밀 가공이 용이한 알미늄 재질을 사용하는 반면 이 홀더(5)에 결합되는 로터 케이스(7)는 일반 금속으로 이루어지면서 코킹에 의해 결합되도록 하고 있으므로 모터가 고속으로 구동시 발생되는 고온에 대해서 서로 다른 열팽창 계수를 갖는 홀더(5)와 로터 케이스(7)간 결합상태가 불안정해지면서 결국 폴리건 미러(6)의 구동이 불안정해지고, 그로인해 인쇄특성이 악화되는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정 보완하기 위한 것으로서, 본 발명은 폴리건 미러의 회전시 진동을 대폭적으로 저감시키므로서 성능에 대한 신뢰성이 향상되도록 하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 샤프트가 슬리이브에 대해서 비접촉 상태에서 구동되게 하므로서 접촉 마모를 제거시켜 내구력이 향상될 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

그리고 본 발명은 폴리건 미러를 안착하는 홀더와 로터 케이스를 일체화하므로서 제조 공정을 단축시키는 동시에 보다 안정된 구동성이 유지될 수 있도록 하는데 또다른 목적이 있다.

도 1은 종래의 스캐너 모터를 도시한 측단면도,

도 2는 본 발명에 따른 스캐너 모터를 도시한 측단면도,

도 3은 본 발명에 따른 헤링본 형상의 동압발생 그루브를 갖는 소결 베어링의 일부 단면 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 액시얼 형상의 동압발생 그루브를 갖는 소결 베어링의 일부 단면 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 샤프트의 액시얼 방향의 하중을 지지하는 구조를 도시한 요부 확대도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50 : 로터 케이스 60 : 폴리건 미러

70 : 소결 베어링 71 : 동압발생 그루브

81 : 고정 마그네트 82 : 회전 마그네트

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 회로기판과;

상기 회로기판에 하단부가 결합되며, 외주면에는 코어에 코일이 권선된 스테이터 어셈블리가 결합되는 원통형상의 슬리이브와;

내경면의 상부와 하부에 각각 동압발생용 그루브를 형성하고, 상기 슬리이브의 내경부에 억지끼워지는 소결 베어링과;

상기 슬리이브의 내경부에서 상단부에 결합되는 상하로 분극이 이루어진 링형상의 고정 마그네트와;

상기 소결 베어링의 내경부에 삽입되면서 하단부는 상기 슬리이브의 내경부의 하단을 커버하는 캡과 비접촉되도록 하는 샤프트와;

상기 샤프트의 상기 고정 마그네트와 동일 수평선상의 외주면에 결합되며, 상기 고정 마그네트와 서로 대응되는 극성을 갖도록 상하로 분극이 이루어진 회전 마그네트와;

상기 회전 마그네트의 상부에서 상기 샤프트의 상단부에 결합되며, 외주연 끝단부는 하향 연장되면서 상기 스테이터 어셈블리와 서로 마주보는 내주면에는 요크를 개제하여 구동 마그네트가 부착되도록 하고, 상부면에는 폴리건 미러가 안착되는 로터 케이스;

를 포함하는 구성이 특징이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 스캐너 모터를 도시한 측단면도로서, 회로기판(10)에는 원통형상의 슬리이브(20)가 결합되고, 이 슬리이브(20)에는 외주면으로 코어와 코일로 이루어지는 스테이터 어셈블리(30)가 결합되며, 슬리이브(20)의 내경부로는샤프트(40)가 회전 가능하게 끼워지고, 샤프트(40)에는 로터 케이스(50)가 연동 가능하게 구비된다.

이와같은 구성은 종전과 거의 유사하나 다만 본 발명은 샤프트(40)를 직접 지지하는 수단으로 별도의 소결 베어링(70)이 구비되도록 한다.

소결 베어링(70)은 슬리이브(20)의 내경부에 삽입되는 슬리이브(20)보다는 길이가 짧게 형성되는 원통형의 베어링 부재로서, 샤프트(40)의 외주면과 면접촉하게 되는 내경면에는 상부와 하부에 각각 동압발생 그루브(71)를 형성하고, 이들 동압발생 그루브(71)의 사이는 보다 내경이 확장되게 하므로서 일정량의 오일이 항상 유지되도록 한다.

또한 소결 베어링(70)은 금속 분말을 압축 성형하여 소결한 후 오일이 내부에 함침되도록 하여 제작되므로 항상 내부에는 다량의 오일을 포함하고 있게 되고, 특히 상부와 하부의 동압발생 그루브(71)의 사이로 내경을 확장시킨 내경면은 다공질면으로 형성되어 있으므로 항상 일정량의 오일이 저장되면서 상부와 하부의 각 동압발생 그루브(71)로의 안정된 오일 공급을 유지하게 된다.

한편 소결 베어링(70)에 형성되는 동압발생 그루브(71)는 도 3에서와 같은 헤링본 형상으로 형성되게 할 수도 있으나, 이와는 달리 도 4에서와 같이 단순히 축방향으로 일정 간격으로서 액시얼 형상으로 형성되게 할 수도 있다.

이와같은 소결 베어링(70)에는 내경부를 관통하여 샤프트(40)가 삽입되며, 이때의 샤프트(40)는 종래의 피봇 지지되는 구조와는 달리 어디에도 비접촉되는 상태로서 구비되도록 한다.

즉 슬리이브(20)의 수직으로 관통된 내경부는 하단부를 통상 캡(21)에 의해서 커버되도록 하므로서 슬리이브(20)의 내부에 채워지게 되는 오일의 방출이 방지되도록 하고 있는바 종래의 모터에서는 이러한 캡에 와셔를 안착시켜 이 와셔에 샤프트가 피봇 지지되도록 하였으나 본 발명에서는 와셔를 생략하고, 샤프트(40)의 하단부가 캡(21)으로부터 일정 높이 상승된 위치에서 공중에 떠있는 상태로서 유지되도록 하는 것이다.

그리고 슬리이브(20)의 상단부와 그에 대응하는 샤프트(40)의 외주면에는 동일 수평선상에 도 5에서와 같이 각각 상하로 분극이 이루어진 고정 마그네트(81)와 회전 마그네트(82)가 결합되도록 하며, 이때 고정 마그네트(81)와 회전 마그네트(82)는 서로 대향하는 면간으로 인력이 작용하는 극성을 갖도록 한다.

이와함께 본 발명은 종래의 폴리건 미러를 안착시키게 되는 홀더를 로터 케이스와 일체형으로 형성되도록 하고, 이때 로터 케이스(50)는 재질을 종전의 홀더와 동일한 알미늄 재질로서 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하며, 이러한 로터 케이스(50)의 상부에 직접 폴리건 미러(60)가 안착되도록 한다.

이렇게 알미늄 재질로 형성하게 되는 로터 케이스(50)는 비전도성 특성을 갖게 되므로 로터 케이스(50)의 외주면으로 구동 마그네트(51)를 부착시 자속의 형성을 위하여 로터 케이스(50)와 구동 마그네트(51)의 사이에는 요크(52)가 구비되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

전술한 바와같은 구성으로 스캐너 모터를 형성하게 되면 일단 소결 베어링(70)에서는 항상 소결 베어링(70)내에 오일이 함침되어 있게 되므로샤프트(40)와의 사이로 균일한 유막형성을 유지시키게 되며, 특히 소결 베어링(70)에 형성되는 동압발생 그루브(71)에서의 동압작용에 의해 샤프트(40)의 레디얼 방향의 하중을 안정되게 지지할 수가 있게 된다.

또한 샤프트(40)의 고속 회전시 유동하게 되는 오일이 고정부재인 소결 베어링(70)과 접촉하게 되면서 종전과 같이 회전부재인 샤프트에 동압발생 그루브를 형성시켰을 때보다 오일에 의한 마찰력을 현저히 저감시킬 수가 있게 되고, 따라서 오일과의 구동 마찰에 의한 마모를 극소화할 수가 있으며, 특히 이러한 마찰 저감은 샤프트(40)의 구동 소음과 진동 또한 대폭적으로 저감시킬 수가 있도록 한다.

한편 슬리이브(20)의 상단부와 샤프트(40)의 외주면간으로 구비되는 고정 마그네트(81)와 회전 마그네트(82)는 항상 상호 작용하는 인력에 의해 샤프트(40)의 상하 유동을 방지시키게 된다.

즉 샤프트(40)의 구동시 레디얼 방향의 하중에 대해서는 소결 베어링(70)의 동압발생 그루브(71)에서 발생되는 동압에 의해서 균일하게 지지하게 되며, 액시얼 방향의 하중에 대해서는 고정 마그네트(81)와 회전 마그네트(82)간 작용하는 인력에 의해서 유동되지 않도록 지지하는 것이다.

따라서 유체 동압 베어링에서 가장 해결이 어려운 샤프트(40)의 동심도를 항상 정확하고 일정하게 유지시킬 수가 있게 되므로 로터 케이스(50)의 회전시 유동은 거의 없게 되는 것이다.

특히 본 발명은 로터 케이스(50)를 알미늄 재질로 형성하면서 종전의 폴리건 미러를 안착시키게 되는 홀더의 기능을 동시에 수행할 수 있도록 하는데 또 다른구성적 특징이 있다.

즉 통상적으로 모터의 고속회전시 발생되는 고온의 열에 의해 로터 케이스와 이 로터 케이스에 코킹결합되는 홀더간에는 열팽창되는 차이 때문에 결합부위에서의 결합력 저하 및 구동성의 불안 요인이 발생되는데 본 발명은 이러한 재질적인 차이를 없애므로서 이때 발생되는 문제들을 일시에 해소시킬 수가 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 샤프트(40)의 레디얼 방향 및 액시얼 방향의 지지를 비접촉의 상태에서 수행되도록 하므로서 보다 고속의 구동성을 발휘할 수가 있도록 하는 동시에 이러한 지지 구조와 함께 홀더를 일체화한 로터 케이스(50)에 의해 샤프트(40)의 동심도를 향상시키면서 로터 케이스(50)에 결합되는 폴리건 미러(60)를 보다 안정되게 구동시킬 수가 있도록 한다.

상술한 바와같이 본 발명은 소결 베어링(70)과 고정 마그네트(81) 및 회전 마그네트(82) 그리고 폴리건 미러(60)가 안착되는 로터 케이스(50)의 간단한 구조 개선에 의해 보다 정확하고 안정된 동심도와 폴리건 미러(60)의 안정된 구동성을 제공하게 되므로서 모터의 구동 특성 즉 기동 시간의 단축과 소비 전력의 저감 및 소음과 진동의 방지와 내구성을 향상시키게 되는 동시에 폴리건 미러(60)를 통한 인쇄 성능이 보다 향상될 수 있도록 하는 매우 유용한 효과가 있게 된다.

Claims (4)

1. 회로기판(10)과;

   상기 회로기판(10)에 하단부가 결합되며, 외주면에는 코어에 코일이 권선된 스테이터 어셈블리(30)가 결합되는 원통형상의 슬리이브(20)와;

   내경면의 상부와 하부에 각각 동압발생용 그루브(71)를 형성하고, 상기 슬리이브(20)의 내경부에 억지끼워지는 소결 베어링(70)과;

   상기 슬리이브(20)의 내경부에서 상단부에 결합되며, 상하로 분극이 이루어진 링형상의 고정 마그네트(81)와;

   상기 소결 베어링(70)의 내경부에 삽입되면서 하단부는 상기 슬리이브(20)의 내경부의 하단을 커버하는 캡(21)으로부터 소정의 높이만큼 이격되어 위치되는 샤프트(40)와;

   상기 샤프트(40)의 상기 고정 마그네트(81)와 동일 수평선상의 외주면에 결합되며, 상기 고정 마그네트(81)와 서로 인력이 작용되는 대응되는 극성을 갖도록 상하로 분극이 이루어진 회전 마그네트(82)와;

   상기 회전 마그네트(82)의 상부에서 상기 샤프트(40)의 상단부에 결합되며, 외주연 끝단부는 하향 연장되면서 상기 스테이터 어셈블리(30)와 서로 마주보는 내주면에는 요크(52)를 개제시켜 구동 마그네트(51)가 부착되도록 하고, 상부면에는 폴리건 미러(60)가 안착되는 로터 케이스(50);

   로 이루어지는 스캐너 모터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 소결 베어링(70)의 동압발생 그루브(71)는 헤링본 형상으로 형성되는 스캐너 모터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 소결 베어링(70)의 동압발생 그루브(71)는 액시얼 형상으로 형성되는 스캐너 모터.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 로터 케이스(50)는 폴리건 미러(60)를 안착시키는 홀더의 기능을 동시에 갖는 일체형의 알미늄 재질로서 이루어지는 스캐너 모터.