충격에 강인한 폴리곤 미러 스캐너 모터의 판 스프링 해석 및 설계

Abstract

폴리곤 미러 스캐너 모터(polygon mirror scanner motor)는 PC 및 기타 매체로부터 정보를 출력하는 레이저 빔 프린터(laser beam printer)의 핵심 부품인 LSU(Laser Scanner Unit) 구동 고속 스핀들 모터로서 폴리곤 미러에 주사된 레이저 빔을 지정된 위치로 편향 시키는 역할을 한다. 폴리곤 미러 스캐너 모터의 회전 속도는 인쇄물을 고속으로 출력하기 위하여 최근 50,000 rpm 이상까지 증가했으며 그 속도는 더욱 증가하고 있는 추세이다. 그리고 폴리곤 미러 스캐너 모터는 프린터의 인쇄 품질을 향상 시키기 위해 저진동 특성이 요구된다. 일반적으로 외부 충격 시 취약부인 스프링의 밸런싱(balancing)이 틀어져 불평형 질량을 야기시킬 수 있다. 그러므로 고속으로 회전하는 폴리곤 미러 스캐너 모터의 회전체에 잔류하는 불평형 질량은 높은 회전 속도 때문에 전체 시스템의 진동 특성을 결정하는 지배적인 요인으로 작용한다. 따라서 폴리곤 미러 스캐너 모터는 작동 조건을 고려하여 회전체의 불평형 질량에 의한 진동을 최소화할 수 있는 구조적인 설계가 필요하다.

본 논문은 유한 요소법과 모드 중첩법을 이용하여 폴리곤 미러 스캐너 모터의 유한 요소 모델을 개발하였다. 정확한 충격 해석을 위하여 폴리곤 미러와 판 스프링 사이에 스프링 강성을 부여하였다. 판 스프링, 케이스 로터는 6자유도 4절점 셀(shell)요소로 분할하였다. 그리고 영구자석(PM), 허브, 폴리곤 미러, 축(shaft)은 6자유도 4절점 사면체 요소로 분할하였다. 개발된 유한 요소 모델을 이용하여 고유 진동 해석과 충격 해석을 수행하고 실험을 통하여 해석 결과의 타당성을 검증하였다. 또한 본 논문은 외부 충격 시 폴리곤 미러 스캐너 모터에 사용하는 판 스프링의 취약부를 분석하고 설계 변수 변경을 통해 외부 충격 시 폴리곤 미러 스캐너 모터의 불평형 질량 변화를 최소화 할 수 있는 방안을 해석적인 방법을 통하여 제시하였다.