KR20010098830A - 공기 동압 베어링장치 및 폴리곤 스캐너 모터 - Google Patents

공기 동압 베어링장치 및 폴리곤 스캐너 모터 Download PDF

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KR20010098830A
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    • F16C2223/30—Coating surfaces

Abstract

가공이 용이한 물질을 이용하여, 적은 부품 수로 레이디얼 동압 베어링과 스러스트 동압 베어링을 구비한 공기 동압 베어링장치 및 이를 이용한 폴리곤 스캐너 모터를 제공하기 위해, 금속제의 고정자(21)의 선단에 샤프트부로서 설치된 소경부(21A)에 금속제의 회전자(26)를 부착구멍(26A)을 이용하여 지지하는 동시에 소경부(21A)의 단부에 스러스트 판(8)을 고정하여 베어링부를 구성하고, 이 베어링부의 각 베어링면에 저마찰금속 도금층(M1~M3)을 형성하여, 이것에 의해, 레이디얼 동압 베어링(51), 제1 스러스트 동압 베어링(52) 및 제2 스러스트 동압 베어링(53)을 형성한다.

Description

공기 동압 베어링장치 및 폴리곤 스캐너 모터{AIR-DYNAMIC BEARING APPARATUS AND POLYGON SCANNER MOTOR}
본 발명은 공기 동압(air-dynamic) 베어링장치 및 폴리곤 스캐너 모터에 관한 것이다.
레이저 프린터와 디지털 복사기와 같은 광학장치에는, 레이저 광을 주사하기 위한 수단으로서 폴리곤 스캐너 모터가 사용된다. 이러한 사용에 사용되는 폴리곤 미러를 구동하기 위한 모터장치에 따라, 고정밀도와 고속회전이 요구되며, 따라서 공기 동압 베어링은 폴리곤 미터를 고정한 모터의 회전자를 지지하기 위한 회전베어링으로 폭 넓게 사용된다. 이런 종류의 공기 동압 베어링에는, 일반적으로 레이디얼 베어링부와 스러스트 베어링부가 형성되어 있지만, 전술의 요구를 만족하기 위해, 내마찰성의 관점에서 모든 부품을 세라믹 부품으로 구성하는 것이 바람직하다.
그러나, 복잡한 형상을 갖는 세라믹 부품을 조립하기 어렵기 때문에, 단순한 형상을 갖는 세라믹 부품을 조립하여 소망의 공기 동압 베어링을 조립하는 것이 요구된다. 따라서, 부품 수가 증가하고, 또 세라믹 부품은 고가이기 때문에, 전부를 세라믹제 부품으로 구성하는 공기 동압 베어링은 매우 고가가 되는 문제점을 갖고 있다.
즉, 소재로서 알루미늄과 같은 저렴한 금속물질을 이용하고, 알루미늄으로 조립된 금속부재의 동압면에 수지 층을 코팅하여 내마찰성의 향상을 촉진한 저렴하고 장기간 수명의 공기 동압베어링이 종래부터 제안되고 있다. 그러나, 수지 코팅을 사용하는 경우에는, 코팅후 홈이나 외형 치수 등의 재가공이 필요하게 되어, 생산성이 악화되는 별도의 문제를 갖고 있다.
이 문제를 해결하기 위해, 일본국 특개평 8-219146호에는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 샤프트부재를 형성하고, 이 샤프트부재의 외주면에 윤활성 수지를 코팅하여 레이디얼 동압 베어링을 형성하는 동시에, 자석을 이용하여 스러스트 베어링을 구성한 모터의 베어링이 개시되어 있다.
그러나, 상기 특개평 8-219146호에 개시되어 있는 베어링은, 자석을 이용하여 스러스트 베어링을 구성하기 때문에, 부품 수가 많고 조립에 시간이 걸리므로, 비용이 증가하고 회전시에 외란이 발생하면, 축방향으로 상하운동이 발생해 폴리곤 미러의 측면의 반사면이 상하 운동한다. 이 때문에, 거울면 정확도에 영향을 받기 쉽고, 레이저 광의 주사에 악영향을 주기 쉽다고 하는 문제점을 갖고 있다.
본 발명의 목적은, 가공이 용이한 금속물질을 이용하여, 적은 수의 부품으로 레이디얼 동압 베어링과 스러스트 동압 베어링을 구성할 수 있도록 한 공기 동압베어링장치 및 이를 이용한 폴리곤 스캐너 모터를 제공하는 데에 있다.
전술의 목적을 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 금속물질로 이루어지는 샤프트부재, 이 샤프트부재의 선단부에 일체로 형성된 소경 샤프트부, 금속물질로 이루어지고 이 소경 샤프트부에 의해 회전가능하게 지지된 부착구멍을 갖는 회전부재, 및 소경 샤프트부의 단부에 고정된 동압 발생부재를 포함하는 공기 동압 베어링장치에 있어서, 상기 소경 샤프트부와 상기 부착구멍의 내주면 사이에 레이디얼 동압 베어링이 형성되고, 상기 회전부재의 일단면과 샤프트부재의 대응면 사이에 제1 스러스트 동압 베어링이 형성되고, 상기 회전부재의 타단면과 동압 발생부재의 대응면 사이에 제2 스러스트 동압 베어링이 형성되고, 상기 레이디얼 동압 베어링, 상기 제1 스러스트 동압 베어링 및 상기 제2 스러스트 동압 베어링 각각의 동압면에 금속 도금층이 제공된다.
상기 금속물질은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 가공이 용이한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 레이디얼 동압 베어링은, 상기 소경 샤프트부의 외주면과 상기 부착구멍의 내주면으로 이루어지는 동압면의 적어도 하나의 일측면에 동압을 발생하기 위한 홈을 구비하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 스러스트 동압 베어링은, 상기 소경 샤프트부의 하단과 접촉하는 샤프트부의 평면부와 상기 회전부재의 일단면으로 이루어지는 동압면의 적어도 하나의 일측면에 동압을 발생하기 위한 홈을 구비하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 스러스트 동압 베어링은, 상기 회전부재의 타단면과 상기 동압발생용부재의 대응면으로 이루어지는 동압면의 적어도 하나의 일측면에 동압을 발생하기 위한 홈을 구비하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 금속물질로 이루어지는 샤프트부재, 이 샤프트부재의 선단부에 일체로 형성된 소경 샤프트부, 금속물질로 이루어지고 이 소경 샤프트부에 의해 회전가능하게 지지된 부착구멍을 갖는 회전부재, 이 회전부재에 고정되고 일측면에 광을 주사하기 위한 반사면이 형성되어 있는 폴리곤 미러, 및 상기 소경 샤프트부의 단부에 고정된 동압 발생부재;를 포함하는 공기 동압 베어링장치에 있어서, 상기 소경 샤프트부와 상기 부착구멍의 내주면 사이에 레이디얼 동압 베어링이 형성되고, 상기 회전부재의 일단면과 샤프트부재의 대응면 사이에 제1 스러스트 동압 베어링이 형성되고, 상기 회전부재의 타단면과 동압 발생부재의 대응면 사이에 제2 스러스트 동압 베어링이 형성되고, 상기 레이디얼 동압 베어링, 상기 제1 스러스트 동압 베어링 및 상기 제2 스러스트 동압 베어링 각각의 동압면에 금속 도금층이 제공된다.
도 1은 본 발명에 의한 폴리곤 스캐너 모터의 실시예를 도시하는 종단면도이고,
도 2는 도 1에 도시한 공기 동압 베어링장치를 확대하여 상세히 도시하는 확대 상세도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 폴리곤 스캐너 모터 2 : 직류모터
3 : 폴리곤 미러 5 : 공기 동압 베어링장치
8 : 스러스트 판 8A : 하면
21 : 고정자 21A : 세경부
21Aa : 외주면 21B : 수평면
23 : 고정자부 25 : 회전자부
26 : 회전자 26B : 취부공
26C : 하면 26D : 상면
51 : 레이디얼 동압 베어링
52 : 제1 스러스트 동압 베어링
53 : 제2 스러스트 동압 베어링
M1~M3 : 저마찰금속 도금층
R1, R2 : 동압 발생 홈
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따른 폴리곤 스캐너 모터의 일 실시예를 도시하는 도면으로서, 본 실시 형태에는, 레이저 프린터에 사용되는 폴리곤 스캐너 모터의 일례가 도시되어 있다.
폴리곤 스캐너 모터(1)는, 브러시리스형의 직류모터(2)에 의해 폴리곤 미러(3)를 회전구동하도록 구성되어 있고, 직류모터(2)는 베이스부재(4)에 고정되어 있다.
직류모터(2)는, 베이스부재(4)에 적정한 수단으로 고정되어 있는 고정자(21)에 권선코일(22)을 소정위치에 접착 고정하여 구성하는 고정자부(23)를 구비하고 있고, 고정자(21)에는 본 발명에 의한 공기 동압 베어링장치(5)를 통해 회전자부(25)가 회전가능하게 지지되어 있다.
회전자부(25)는, 회전자(26)의 외주에 고정되어 있는 자성재료로 구성되는 스커트부(26A)의 내측에 링 형상의 자석(27)을 고정하고 있고, 권선코일(22)에 흐르는 구동전류에 의해 자기장과 자석(27)에 의한 자기장 사이에 작용하는 힘에 의해 회전자(26)가 회전하도록 구성되어 있다.
폴리곤 미러(3)는, 알루미늄으로 이루어지는 육각형의 박판형상부로서, 그 중심부에는 원형의 부착구멍(31)이 형성되어 있다. 그리고, 폴리곤 미러(3)의 측면에는 레이저 광을 반사시키기 위한 미세한 정밀도의 거울면 반사면(32)이 형성되어 있다. 또, 폴리곤 미러(3)의 형상은 육각형으로 한정하는 것이 아니라 정다각형상이라면 다른 형상이 될 수 있다.
부착구멍(31)을 이용하여 회전자(26)에 고정하기 위해, 회전자(26)에는 부착구멍(31)에 고정하는 링 형상의 돌출부(6)가 일체로 형성되어 있다.
본 실시 형태에는, 돌출부(6)에는, 부착구멍(31)에 대략 상응한 외경 치수의 대경부(61)와, 이 대경부(61)에 일체로 연속하는 소경부(62)가 동축으로 형성되어 있고, 대경부(61)의 외주면이 부착구멍(31)에 대한 핏팅면(61A)을 구성하고 있다.
폴리곤 미러(3)가 회전자(26)의 돌출부(6)에 도 1에 도시하는 소정의 부착상태를 이루도록 고정되는 경우에, 핏팅면(61A)의 핏팅면 단부 엣지(61Aa)가 부착구멍(31)의 내주면(31a)의 축선방향의 중심 부근에 대향하도록 되어 있다. 대경부(61)에는 폴리곤 미러(3)와 돌출부(6) 사이의 접합을 위해, 핏팅면 단부 엣지(61Aa)를 따라 복수 지점에 부착구멍(31)의 내주면(31A)을 반경방향 외측을 향해 가압하는 복수의 소성 변형부(71)가 등각도 간격으로 형성되어 있다. 여기서, 폴리곤 미러(3)와 회전자(26) 모두는 알루미늄으로 이루어지고, 따라서, 양자의 선팽창계수가 동일하기 때문에, 온도 변화에 의한 양자 사이의 접합 상태가 변화하는 일은 없다.
회전자부(25)를 고정자부(23)에 회전가능하게 설치하기 위해, 고정자(21)의 선단부에는, 회전자(26)의 부착구멍(26B)을 고정하기 위한 소경부(21A)가 일체로 형성되어 있고, 회전자(26)의 부착구멍(26A)을 소경부(21A)에 고정시키는 것에 의해, 회전자(26)가 고정자(21)에 회전가능하게 지지되는 구성으로 이루어져 있다. 그리고, 소경부(21A)의 선단에는 동압 발생용 부재로서 스러스트 판(8)이 콜킹(calking)에 의해 고정되어 있고, 이것에 의해 회전자(26)의 스러스트 방향의 움직임이 제한되도록 되어 있다.
다음에, 도 2를 참조하여 공기 동압 베어링장치(5)에 관해서 설명한다. 공기 동압 베어링장치(5)는, 상술한 바와 같이 구성된 폴리곤 스캐너 모터(1)에 있어서, 회전자(26)가 동압 작용에 의해 소경부(21A)를 중심으로 원활하면서 안정적으로 고속회전할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 레이디얼 동압 베어링(51)과, 제1 스러스트 동압 베어링(52)과, 제2 스러스트 동압 베어링(53)을 구비하도록 구성되어 있다.
레이디얼 동압 베어링(51)은, 소경부(21A)의 외주면(21Aa)과 회전자(26B) 사이에 구성되어 있고, 본 실시 형태에는 외주면(21Aa)에 동압 발생 홈(R1)이 형성되고, 이것에 의해 소경부(21A)와 회전자(26)가 상대적으로 회전한 경우에 레이디얼 방향으로 소정의 동압을 발생시킬 수 있는 구성으로 되어 있다. 또, 도 2에 있어서는, 공기 동압 베어링장치(5)를 구성하기 위한 갭이 설명을 위해 과장 도시되어 있지만, 실제로는, 수 십 마이크로미터의 갭으로 구성되어 있다.
제1 스러스트 동압 베어링(52)은, 회전자(26)의 하면(26C)과 이에 대향하는 고정자(21)의 수평면(21B) 사이에 형성되어 있고, 본 실시 형태에서, 하면(26C)에 동압 발생 홈(R2)이 형성되어 있다. 여기서, 수평면(21B)에는, 고정자(21)에 형성되어 있는 소경부(21A)의 하단과 직각으로 접하는 평면이다.
제2 스러스트 동압 베어링(53)은, 회전자(26)의 상면(26D)과 이에 대향하는 스러스트 판(8) 하면(8A) 사이에 형성되어 있고, 본 실시 형태에는 상면(26D)에 동압 발생 홈(R2)이 형성되어 있다.
고정자(21), 회전자(26) 및 스러스트 판(8) 모두, 가공이 용이한 금속물질인 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어져 있고, 이들 부재의 각부 동압면의 미끄럼성과 내마찰성을 확보하기 위해, 각부 동압면에는 저마찰금속 도금층(M1~M3)이 형성되어 있다.
저마찰금속 도금층(M1)은 외주면(21Aa)과 고정자(21)의 수평면(21B)를 덮고, 저마찰금속 도금층(M2)은 부착구멍(26B), 회전자(26)의 하면(C) 및 회전자(26)의상면(26D)을 덮고, 저마찰금속 도금층(M3)은, 스러스트 판(8)의 하면(8A)를 덮고 있다.
따라서, 저마찰금속 도금층(M1~M3)은, 도금 처리공정에서 그 도금층의 두께를 비교적 좋게 제어하기 위해, 각 부품을 설계된 치수로 완성할 수 있고, 도금후의 치수 완성 공정이 필요 없기 때문에 비용 절감을 기대할 수 있다.
레이디얼 동압 베어링(51)은, 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 부품 수가 비교적 적고, 또 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 이용하기 때문에 가공이 용이하고, 그 조립도 용이하다. 따라서, 비용 절감을 도모할 수 있다. 또, 레이디얼 동압 베어링 및 스러스트 베어링 모두 공기 동압 베어링이기 때문에, 회전자(26)를 안정적으로 고속 회전시킬 수 있고, 회전중에 회전자(26)의 축방향의 운동을 매우 작게 할 수 있기 때문에, 폴리곤 미러(3)의 반사면(32)의 소정 부분에 레이저 광을 안정되게 할 수 있다. 그 결과, 광 주사의 품질을 향상시킬 수 있다.
게다가, 각 동압면은 도금처리에 의해 보호되기 때문에, 소정의 내구성을 확보할 수 있는 것은 물론, 상술의 도금 공정에서 두께 제어를 행하는 것에 의해, 각 부품의 치수를 소정의 값으로 할 수 있고, 치수 완성 공정을 생략할 수 있기 때문에 공정 수를 삭감할 수 있고, 비용 절감을 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상술한 바와 같이, 공기 동압 베어링장치를, 가공이 비교적 용이한 금속물질을 이용하여 적은 부품 수로 구성하고, 동압 베어링면에 저마찰 도금층을 설치한 것이기 때문에, 부품 수가 비교적 적고, 또 가공이 용이하고 조립도 간단하다. 따라서, 비용 절감을 도모할 수 있다. 게다가, 각 동압면은 도금처리에 의해 보호되기 때문에, 소정의 내구성을 확보할 수 있는 것은 물론, 상술의 도금 공정에서 두께 제어를 행하는 것에 의해, 각 부품의 치수를 소요의 값으로 할 수 있고, 치수 완성 공정을 생략할 수 있기 때문에 공정 수를 삭감할 수 잇고, 비용 절감을 도모할 수 있다.
이 공기 동압 베어링장치를 이용한 폴리곤 스캐너 모터를 구성하면, 레이디얼 동압 베어링 및 스러스트 베어링 모두 공기 동압 베어링으로 되고, 회전자를 안정적으로 고속 회전할 수 있고, 회전중에 회전자의 축방향의 운동을 매우 작게 할 수 있기 때문에, 폴리곤 미러의 반사면의 소정의 부분에 레이저 광을 안정시키는 것이 가능하다. 그 결과, 광 주사의 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 금속물질로 이루어지는 샤프트부재;
    이 샤프트부재의 선단부에 일체로 형성된 소경 샤프트부;
    금속물질로 이루어지고 상기 소경 샤프트부에 의해 회전가능하게 지지된 부착구멍을 갖는 회전부재; 및
    상기 소경 샤프트부의 단부에 고정된 동압 발생부재를 포함하는 공기 동압 베어링장치에 있어서,
    상기 소경 샤프트부와 상기 부착구멍의 내주면 사이에 레이디얼 동압 베어링이 형성되고, 상기 회전부재의 일단면과 샤프트부재의 대응면 사이에 제1 스러스트 동압 베어링이 형성되고, 상기 회전부재의 타단면과 동압 발생부재의 대응면 사이에 제2 스러스트 동압 베어링이 형성되고, 상기 레이디얼 동압 베어링, 상기 제1 스러스트 동압 베어링 및 상기 제2 스러스트 동압 베어링 각각의 동압면에 금속 도금층이 제공되는 것을 특징으로 하는 공기 동압 베어링장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속물질은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 가공이 용이한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기 동압 베어링장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이디얼 동압 베어링은, 상기 소경 샤프트부의 외주면과 상기 부착구멍의 내주면으로 이루어지는 동압면의 적어도 하나의 일측면에 동압을 발생하기 위한 홈을 구비하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공기 동압 베어링장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스러스트 동압 베어링은, 상기 소경 샤프트부의 하단과 접촉하는 샤프트부의 평면부와 상기 회전부재의 일단면으로 이루어지는 동압면의 적어도 하나의 일측면에 동압을 발생하기 위한 홈을 구비하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공기 동압 베어링장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스러스트 동압 베어링은, 상기 회전부재의 타단면과 상기 동압발생용부재의 대응면으로 이루어지는 동압면의 적어도 하나의 일측면에 동압을 발생하기 위한 홈을 구비하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공기 동압 베어링장치.
  6. 금속물질로 이루어지는 샤프트부재;
    이 샤프트부재의 선단부에 일체로 형성된 소경 샤프트부;
    금속물질로 이루어지고 이 소경 샤프트부에 의해 회전가능하게 지지된 부착구멍을 갖는 회전부재;
    이 회전부재에 고정되고 일측면에 광을 주사하기 위한 반사면이 형성되어 있는 폴리곤 미러; 및
    상기 소경 샤프트부의 단부에 고정된 동압 발생부재;를 포함하는 공기 동압 베어링장치에 있어서,
    상기 소경 샤프트부와 상기 부착구멍의 내주면 사이에 레이디얼 동압 베어링이 형성되고, 상기 회전부재의 일단면과 샤프트부재의 대응면 사이에 제1 스러스트 동압 베어링이 형성되고, 상기 회전부재의 타단면과 동압 발생부재의 대응면 사이에 제2 스러스트 동압 베어링이 형성되고, 상기 레이디얼 동압 베어링, 상기 제1 스러스트 동압 베어링 및 상기 제2 스러스트 동압 베어링 각각의 동압면에 금속 도금층이 제공되는 것을 특징으로 하는 공기 동압 베어링장치.
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