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KR20110081530A - 스캐너모터 - Google Patents

스캐너모터 Download PDF

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KR20110081530A
KR20110081530A KR1020100001735A KR20100001735A KR20110081530A KR 20110081530 A KR20110081530 A KR 20110081530A KR 1020100001735 A KR1020100001735 A KR 1020100001735A KR 20100001735 A KR20100001735 A KR 20100001735A KR 20110081530 A KR20110081530 A KR 20110081530A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
oil
shaft
bearing
scanner motor
fluid dynamic
Prior art date
Application number
KR1020100001735A
Other languages
English (en)
Inventor
송상재
배영진
오송본
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020100001735A priority Critical patent/KR20110081530A/ko
Priority to US12/722,223 priority patent/US8264110B2/en
Priority to JP2010067163A priority patent/JP2011141022A/ja
Publication of KR20110081530A publication Critical patent/KR20110081530A/ko

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Abstract

본 발명에 따른 스캐너모터는 축지지하며 회전가능한 회전축과, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하도록 상부에 유체동압축계가 구비되고, 하부에 오일함유소결축계가 구비된 중공의 원통형상인 베어링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스캐너모터{Scanner Motor}
본 발명은 스캐너모터에 관한 것이다.
최근 전자기기의 발전에 따라, CD(compact disk), DVD(digital versatile disk), BD(blue-ray disk), HD DVD(high definition disk) 등의 고용량의 정보저장장치들이 사용되고 있다. 이에 따라, 이들을 구동시키는 디스크 드라이브도 고속회전이 요구되고 있다.
폴리건 미러 스캐닝모터(이하, 스캐너모터)는 레이저 빔 플린터의 레이저 스캐닝 유니트에 장착되어, 레이저 빔을 편향시킨다.
해당모터는 폴리건미러를 장착하고 있고, 고속회전을 하며 인쇄정보를 담고 있는 레이저 빔을 폴리건미러의 거울면을 통하여 반사시켜 OPC DRUM에 주사하여 인쇄가 행해진다.
레이저 프린터의 가장 큰 장점이자 특징 중 하나인 인쇄속도의 고속화를 위해서는 스캐너모터의 회전속도도 가속화되어야 한다. 이때 필연적으로 문제가 되는 것이 고속회전에 따른 소음인데, 회전속도에 따라서 어쩔수 없이 발생하는 공기와의 마찰소음 이외에, 스캐너모터가 가지고 있는 질량 불평형에 의하여 발생하는 진동으로 인해 LSU 또는 프린터 세트가 공진하거나 가진되어 소음을 유발하게 되므로, 스캐너모터의 제작과정에는 이런 질량불평형을 억제시켜 LSU나 프린터 세트에서의 원하는 소음수준 이하를 달성하도록 하고 있다.
이처럼 초고속 회전에도 장수명과 수명안정성을 확보할 수 있을 뿐 아니라 제조비용이 저렴한 스캐너모터에 대한 연구가 절실한 실정이다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 초고속 회전에도 장수명과 수명안정성을 확보할 수 있는 스캐너모터를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 축지지하며 회전가능한 회전축과, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하도록 상부에 유체동압축계가 구비되고, 하부에 오일함유소결축계가 구비된 중공의 원통형상인 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너모터를 제공한다.
여기서, 상기 오일함유소결축계와 회전축 사이의 접촉면이 곡면인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유체동압축계의 길이는 상기 오일함유소결축계의 길이보다 긴 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오일함유소결축계와 회전축 사이의 갭은 0.2mm 내지 0.4mm 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유체동압축계의 세로길이는 2mm 내지 6mm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 곡면의 곡률반지름은 2mm 내지 18mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 스캐너모터는 유체동압축계와 오일함유소결축계를 동시에 구비할 수 있는 하이브리드(hybrid)형 베어링을 포함함으로써 초고속 회전에서도 장수명과 회전안정성이 확보됨과 동시에 저렴하게 제조할 수 있다.
여기서, 유체동압축계는 축의 회전에 의하여 생기는 유체의 압력을 이용하여 축을 지지하는 형식의 미끄럼베어링으로, 적당한 형태의 홈을 형성하여 유체의 압력발생을 높이는 원리이다. 이러한 유체동압축계는 초고속 회전에서도 우수한 수명과 회전 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있으며, 현행 폴리건 스캐너모터에 있어서 가장 우수한 베어링으로 인식되고 있다.
또한, 유체동압축계의 하부에 구비된 오일함유소결축계는, 소결베어링에 함침되어 있는 오일이 축회전에 의해 베어링밖으로 나와 유막을 형성하여 샤프트를 지지하는 원리이다. 즉, 내부 금속분말 사이에 공기층이 형성되어 있어 오일이 베어링 내외부를 순환한다.
이러한 오일함유소결축계는 저렴한 제작비용으로 비교적 안정된 수명과 안정성을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 베어링 자체가 오일을 함유하고 있어 고온, 장시간 상태에서도 안정적으로 오일을 공급받을 수 있으며 오일의 증발에 대해 비교적 자유롭다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캐너모터의 단면도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캐너모터의 일부 확대도;
도 3은 본 발명의 바람직한 또다른 실시예에 따른 베어링의 단면도;
도 4는 본 발명의 바람직한 또다른 실시예에 따른 베어링의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 스캐너모터에 대해 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 2는 설명상의 편의를 위하여 스캐너모터의 절반만 나타낸 것이며, 좌우동일한 대칭형상으로 이루어진다.
도 1은 바람직한 실시예에 따른 스캐너모터의 단면도이며, 도 2는 스캐너모터의 베어링의 일부 확대도이다. 이하 이를 참조하여 본 실시예들에 따른 스캐너모터(100)에 대해 설명하기로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캐너모터(100)는 베이스플레이트(110), 베어링홀더(120), 베어링(130), 회전축(140), 하우징샤프트(150), 다면경(160), 로터케이스(170), 스테이터(180), 지지부재(190)를 포함한다.
베이스플레이트(110)는 스캐너모터(100)를 전체적으로 고정되게 지지하기 위한 것으로, 스캐너모터(100)가 설치되는 하드디스크드라이브 등의 장치에 고정되게 설치된다. 여기서 베이스플레이트(110)는 알루미늄판 또는 알루미늄합금판 등의 경량재질로 제작되나, 이와 달리 강철판으로 제작될 수도 있다.
베어링홀더(120)는 그 내부에 수용되는 베어링(130)을 고정되게 지지하기 위한 것으로, 전체적으로 중공원통형으로 베이스플레이트(110)에 고정되게 결합되며, 외주면에는 스테이터(180)가 설치된다. 스테이터(180)에 관해서는 추후 보충 설명하기로 한다.
베어링(130)은 회전축(140)을 회전가능하게 지지하기 위한 것으로, 전체적으로 중공의 원통형상을 가지며 회전축(140)과 마주하는 내경부에 유체동압베어링이 형성된다. 여기서, 베어링(130)의 외주면에는 베이스플레이트(110)를 지지하며 베어링(130)과 회전축(140)의 회전을 원활하게 고정하는 베어링홀더(120)가 일반적으로 장착된다.
회전축(140)은 로터케이스(170)를 축지지하기 위한 것으로, 베어링(130)의 내경부에 삽입되며 베어링(130)에 의해 회전가능하게 지지된다.
하우징샤프트(150)는 다면경(160)과 지지부재(190)로 고정되어 회전구동되는 것으로 회전축(140)의 외경에 삽입되며 로터케이스(170)의 상부에 장착된다.
다면경(160)은 광원(미도시)에서 오는 광빔을 편향시켜 주사하기 위한 것으로, 중심홀이 하우징샤프트(150)의 외주면에 삽입된다. 다면경(160)의 상부에는 회전시 다면경(160)의 이탈 및 상승을 방지하도록 지지부재(190)가 구비된다. 지지부재(190)는 탄성재질이 바람직하며 다양한 형상의 스프링이 사용될 수도 있다.
로터케이스(170)는 다면경(160) 및 하우징샤프트(150)를 지지하기 위한 것으로 회전축(140)의 외주면에 중심의 개구부가 삽입결합되어 회전하며, 다면경(160)을 지지하는 상부와 내부에 환형의 로터마그네트(171)가 설치되는 측부로 이루어진다.
여기서, 로터케이스(170)는 바람직하기로 자성체로써 프레스가공으로 형성된다. 또한, 로터케이스(170)의 내부에 장착된 로터마그네트(171)는 스테이터(180)와 마주보게 구비되며 스테이터(180)와의 사이에서 발생되는 힘으로 모터를 회전시킨다.
스테이터(180)는 광디스크 또는 자기 디스크가 탑재되는 로터케이스(170)를 회전시키기 위하여 외부전원을 인가받아 전기장을 형성하기 위한 것으로, 다수 매의 박형 금속판을 적층시킨 코어(181)와 이 코어(181)에 다수회 권선되는 코일(182)로 이루어진다.
코어(181)는 베어링홀더(120)의 외주면에 고정되게 설치되며, 코일(182)은 코어(181)에 권선된다. 여기서 코일(182)은 외부로부터 인가되는 전류로 전기장을 형성함으로써 로터케이스(170)의 로터마그네트(171)와의 사이에 형성되는 전자기력으로 로터케이스(170)를 회전시킨다.
스토퍼(172)는 로터케이스(170)의 끝부를 상부에서 지지하여 모터의 회전시 로터케이스의 지나친 상승을 막기위한 것으로, 로터케이스(170)의 끝부를 지지하도록 다양한 형상으로 구비된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 스캐너모터(100)의 베어링(130)은 도 1에 도시한 바와 같이, 축회전에 의한 유체의 압력을 이용하는 유체동압축계(131)와, 소결베어링에 함침되어 있는 오일이 촉의 회전에 의해 유막형성하여 축지지하는 오일함유소결축계(132)로 이루어진다.
유체동압축계(131)는 축의 회전에 의하여 생기는 유체의 압력을 이용하여 축을 지지하는 형식의 미끄럼베어링으로, 적당한 형태의 홈(131a)을 형성하여 유체의 압력발생을 높이는 원리이다. 이러한 유체동압축계(131)는 초고속 회전에서도 우수한 수명과 회전 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있으며, 현행 폴리건 스캐너모터에 있어서 가장 우수한 베어링으로 인식되고 있다.
그러나, 이러한 유체동압축계(131)는 자재를 기계가공으로 제작하므로 설비의 구입과 운영에 있어 높은 비용이 발생된다. 또한, 베어링자체가 오일을 함유하고 있지 않음으로, 전적으로 초기 주입된 오일에 의해 성능이 결정되며 오일의 증발에 대해 엄격한 관리가 필요하다는 단점이 있다.
이러한 유체동압축계(131)의 단점을 보완하기 위하여 유체동압축계(131)의 하부에 구비된 오일함유소결축계(132)는, 소결베어링에 함침되어 있는 오일이 축회전에 의해 베어링밖으로 나와 유막을 형성하여 샤프트를 지지하는 원리이다. 즉, 내부 금속분말 사이에 공기층이 형성되어 있어 오일이 베어링 내외부를 순환한다.
이러한 오일함유소결축계(132)는 저렴한 제작비용으로 비교적 안정된 수명과 안정성을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 베어링 자체가 오일을 함유하고 있어 고온, 장시간 상태에서도 안정적으로 오일을 공급받을 수 있으며 오일의 증발에 대해 비교적 자유롭다.
이러한 오일함유소결축계(132)는 초고속 회전에서는 수명과 회전안정성 확보가 어렵다는 단점이 있으나, 이러한 단점은 상부에 구비된 유체동압축계(131)로부터 보완된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같이 서로 다른 장점과 단점을 가지는 유체동압축계(131)와 오일함유소결축계(132)를 동시에 구비할 수 있는 하이브리드(hybrid)형 베어링(130)을 포함하는 스캐너모터(100)를 제공함으로써 초고속 회전에서도 장수명과 회전안정성이 확보됨과 동시에 저렴하게 제조할 수 있다.
여기서, 유체동압축계(131)는 종래보다 짧은 길이로 제작하며, 반대급부로 발생하는 축계 안정성 저하를 해결하기 위해 짧아진 길이만큼 오일함유소결축계(132)를 구비한다. 이로써, 초고속 회전에서 장수명과 회전안정성이 확보하는 동시에 제작비용이 저렴한 베어링(130)을 제공할 수 있다.
또한, 유체동압축계(131)와 유일함유소결축계(132)의 세로길이비율을 조절함으로써 유체동압축계(131)와 오일함유소결축계(132)의 각각의 장점을 최대한 살릴 수 있는 스캐너모터(100)를 제공한다.
유체동압축계(131)의 길이와 오일함유소결축계(132)의 길이에 대한 한정은 없으나, 유체동압축계(131)의 적용을 기본으로 하고 있으므로 일반적으로 유체동압축계(131)의 세로길이가 오일함유소결축계(132)의 세로길이보다 길게 구비되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예로, 오임함유소결축계(132)의 세로길이는 2mm 내지 6mm 인 것이 바람직하다.
오일함유소결축계(132)는 유체동압축계(131)의 하부에 구비됨으로써 초기 주입된 오일이 비정상적인 현상(증발, 비산, 누유 등)이 발생하더라도, 오일함유소결축계(132)로부터 오일을 지속적으로 공급받을 수 있으며, 오일의 증발에 대한 엄격한 관리가 필요없다.
도 2는 본 발명에 따른 베어링(130)의 오일함유소결축계(132)와 회전축(140)이 접하는 것을 확대한 도면으로, 회전축(140)과 접하는 오일함유소결축계(132)의 접촉면을 SR(곡면)으로 구성하여 구동 손실력을 최소화하는 동시에 축지지를 실현하여 회전안정성을 확보하도록 한다.
여기서, 회전축(140)과 오일함유소결축계(132) 사이의 최대갭(A)은 오일의 표면장력이 저하되는 시점인 0.2mm 내지 0.4mm로 설정하여 표면장력에 의한 손실이 최소화되도록 한다. 통상적으로 사용하는 오일의 경우 최대갭(A)이 0.3mm 이상이 되면 표면장력이 그 이하보다 상당한 수준으로 저하된다.
따라서, 표면장력을 고려할 경우 0.3mm 이상으로 설계를 하나 본 발명의 경우 0.3mm 보다 지나치게 크게 할 경우 유체베어링의 동압이 갭부분으로 빠져나갈 수 있기 때문에 최대갭(A)은 0.3mm로 구성하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 오일함유소결축계(132)의 세로길이가 2mm 내지 6mm 인 것이 바람직한 것을 기준으로, SR(곡면)의 곡률반지름은 2mm 내지 18mm 정도인 것이 바람직하다.
도 3은 오일함유소결축계(132)의 세로길이가 2mm(P1)인 경우를 나타낸 도면으로, 이때의 곡률반지름(R1)은 2mm 정도인 것이 바람직하다. 오일함유소결축계(132)의 최대갭(A)은 역시 0.3mm로 구성하는 것이 가장 바람직하며, 이때 표면장력이 최소화된다.
도 4는 오일함유소결축계(132)의 세로길이가 6mm(P2)인 경우를 나타낸 도면으로, 이때의 곡률반지름(R2)은 18mm 정도인 것이 바람직하다. 오일함유소결축계(132)의 최대갭(A)은 역시 0.3mm로 구성하는 것이 가장 바람직하며, 이때 표면장력이 최소화된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 스캐너모터는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 스캐너모터 110: 베이스플레이트
120: 베어링홀더 130: 베어링
131: 유체동압축계 132: 오일함유소결축계
140: 회전축 150: 하우징샤프트
160: 다면경 170: 로터케이스
180: 스테이터 190: 지지부재

Claims (6)

  1. 축지지하며 회전가능한 회전축; 및
    상기 회전축을 회전가능하게 지지하도록 상부에 유체동압축계가 구비되고, 하부에 오일함유소결축계가 구비된 중공의 원통형상인 베어링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너모터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 오일함유소결축계와 상기 회전축 사이의 접촉면이 곡면인 것을 특징으로 하는 스캐너모터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체동압축계의 길이는 상기 오일함유소결축계의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 스캐너모터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 오일함유소결축계와 회전축 사이의 갭은 0.2mm 내지 0.4mm 인 것을 특징으로 하는 스캐너모터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체동압축계의 세로길이는 2mm 내지 6mm인 것을 특징으로 하는 스캐너모터.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 곡면의 곡률반지름은 2mm 내지 18mm인 것을 특징으로 하는 스캐너모터.
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