CN100507734C - 具有用于转动图像承载构件的齿轮机构的成像装置 - Google Patents

Abstract

图像形成装置的驱动单元如此设置，使得啮合噪音频率要高于图像质量保证频率，且啮合噪音频率低于或等于包括图像质量保证频率的1/3倍频带的上限频率。图像质量频率的值定义为记录介质的传输速度乘以数值1.6，而啮合噪音频率定义为第一齿轮的预定齿数乘以电机的转速，当记录介质的传输速度的单位是毫米/秒时，数值1.6的单位是圈/毫米，电机转速的单位是转/秒。

Description

具有用于转动图像承载构件的齿轮机构的成像装置

相关申请的交互引用

本申请要求2005年5月20日申请的日本专利申请号为2005-148630的优先权。其内容通过引用在这里被结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及一种成像装置，尤其是涉及电子照相型的成像装置。

技术背景

例如激光打印机的电子照相型的成像装置通过旋转感光鼓将粘附于感光鼓的圆周表面上的色粉转印到记录介质上，从而将图像形成在纸或OHP薄片之类的记录介质上。

相应地，在将色粉转印到记录介质的过程中，倘若感光鼓没有相对于记录介质恒速旋转，就会在记录介质的传输方向上出现所不期望的、诸如周期性的白色或深色条纹的图像瑕疵。

在以下的叙述中，这样的瑕疵被称条带效应，感光鼓没有相对于记录介质保持恒速旋转的状态被称感光鼓的旋转不规则。

感光鼓的旋转不规则主要由于驱动感光鼓旋转的齿轮精确度变差而引起的，例如单个(啮合的)节距误差，节距变化，法向节距误差和齿轮的齿形误差。在JIS B 1702(日本工业标准)中，对单个(啮合的)节距误差，节距变化，法向节距误差和齿轮的齿形误差有描述。

由于齿轮在齿轮旋转轮齿接连地与另一个齿轮的轮齿相啮合时传递旋转力，因此在轮齿接连地啮合过程中，施加到每个齿上的负载是波动的，负载的波动则引起旋转不规则。

相应地，当齿距不恒定和齿形不精确的原因同时存在时，旋转运动则不能得到精确地传递。这样的话，在齿与齿接连地啮合时，其负载波动将变得尤其大。因此产生瞬时的、剧烈的旋转不规则。所以，轮齿的低精确度将引起具有轮齿周期的条带效应。

如使用高精度齿轮，旋转不规则能够降低，条带效应也能够减少。另一方面，由于齿轮在齿与齿接连地啮合时传递旋转力，所以在轮齿接连地啮合时很难完全消除旋转不规则。

美国专利No.6142690(对应于日本专利申请公布文本No.HEI一10—312097)指明，增加齿轮的齿数来配置齿轮机构以减少条带之间的间隔，从而使条带不能被轻易识别出来。

当旋转感光鼓的齿轮齿数增加时，记录介质被传输一个单位长度时转过的齿轮齿数也增加了。因此，齿轮的轮齿在更短的周期内转换与另一个齿轮的啮合(也就是，转换的周期变得更短而频率变得更高)，这样使得条带不容易被清楚识别。

发明内容

一般来说，记录介质传输一个单位长度所用的时间内所转过的齿轮齿数等于整个齿轮的齿数与齿轮旋转速度(转/秒)的乘积除以记录介质的传输速度(毫米/秒)所得的数值。这个值在下文中称为空间频率。

空间频率变得越大，条纹间的间隔则变得越小，相邻的条纹就不能被肉眼识别，这就使得条带效应变得不显眼。另一方面，空间频率越小，条纹间隔则越大，相邻条纹容易被肉眼识别，这样条带效应变得显眼。

如上所述，引起条带效应的主要原因是驱动感光鼓旋转的齿轮周期性啮合变化。另外，空间频率实质上是等于记录介质被传输单位长度(通常1毫米)的时间内所转过的齿数。

正如上述，驱动感光鼓的齿轮齿数增加时，条带效应就变得不为显眼。然而，由于齿轮旋转时其轮齿间的碰撞次数增加了，噪音频率将变高。

另一方面，众所周知，在听到相同强度的声音时，人们觉得频率较低的声音听起来小些，而频率较高的声音听起来大些(刺耳些)。因此，当驱动感光鼓的齿轮齿数增加时，刺耳的高频噪音也将增多。

针对这个问题，如果根据至少需要增加的齿数而降低齿轮的转速，这样在单位时间内齿间碰撞的次数将减少。因此，可以提高空间频率以改善打印质量，而噪音频率的提高也得到了抑制。然而，记录介质的传输速度会降低，这就影响了打印速度。

为了克服记录介质传输速度降低的问题，可以减小齿轮机构(减速机构)的减速比。这样，传输速度得到了保证，打印质量也得到了改善，且噪声降低。然而，在减速比减小的情况下驱动扭矩会增加。于是电机的尺寸就要增大，而且施加在齿面上的力将变大，这样给齿轮的设计带来了难度。

回顾前述，这个发明一方面的目的就是提供这样一种成像装置，能够在不明显降低记录介质的传输速度的情况下，改善打印质量和减少噪声。

为了实现上述及其它一些目的，本发明可以提出了这样的成像装置。该成像装置包括成像单元，传输单元和驱动单元。成像单元能够在记录介质上形成图像。成像单元包括图像承载构件。传输单元以一定速度传输记录介质。驱动单元驱动图像承载构件旋转。驱动单元包括电机，第一齿轮和第二齿轮。电机具有旋转轴，它能产生旋转力使转轴以一定速度旋转。第一齿轮与转轴整体性地一同旋转。第一齿轮有预定的齿数。第二齿轮与第一齿轮啮合。驱动单元是按照这种方式设置的，即啮合噪音频率要高于图像质量保证频率且小于或等于包括图像质量保证频率的1/3倍频带的上限频率。图像质量保证频率定义为记录介质的传输速度乘以数值1.6，啮合噪音频率定义为第一齿轮的预定齿数乘以电机的转速，当记录介质的传输速度单位是毫米/秒时，数值1.6的单位是圈/毫米，电机转速的单位是转/秒。

附图说明

将参照下图对本发明上述方面做出详细叙述：

图1是根据本发明的激光打印机的外观立体图；

图2是图1中激光打印机相应部分垂直截面图；

图3A是感光鼓和减速机构配置的放大图；

图3B是图3A中减速机构的示意图；

图4是一个A特性曲线的图形表示。

具体实施方式

对于此项发明的各个方面，成像装置可以参照附图来描述。

在以下的描述中，术语“前”、“后”、“上”和“下”用来定义成像装置被放置在可使用的方向上时的各个部分。

1.激光打印机的整体结构

图1是根据本发明的激光打印机1的外观图。如图箭头所示，激光打印机1通常放置为顶面朝上，前端面朝前的位置。

激光打印机具有基本上为盒子形状(长方体)的外壳3。在外壳3的顶面有纸张排出盘5，记录介质就是通过纸张排出盘从外壳3中打印输出。例如，纸张或OHP薄片可用作记录介质。

纸张排出盘5具有倾斜表面5a，它从外壳3的前侧倾斜下降到外壳3的后侧。送出打印后图像的送出部分7位与斜面5a的后端。

2.激光打印机的内部结构

图2是激光打印机相应部分的垂直截面图。外壳3罩住用于将图像形成在记录介质上的成像单元10、作为进给手段向成像单元10传送记录介质的进纸单元20和作为引导构件而将在成像单元10打印出的记录介质引导到送出部分7的输出斜道30。

2.1 进纸单元

进纸单元20具有置于外壳3最低处的进纸盘21，置于进纸盘21的前上端附近且将记录介质传送到成像单元10的进纸辊22，用于将来自进纸辊22的记录介质一次一张地进行分离的分离辊23，分离垫24和类似部件。放置在进纸盘21上的记录介质在外壳3内前侧转向且被转送到位于外壳3中部的成像单元10。

从进纸盘21到成像单元10设有传输路径。纸屑清除辊25设置在记录介质转向的转向点外侧处。纸屑清除辊25能去除粘在记录介质的成像表面(打印表面)上的纸屑。置于转向点内侧的对向辊26用于将送入的记录介质转到纸屑清除辊25。

在传输路径中，套准辊27置于成像单元10的入口处。套准辊27由一对棍子组成，可以对记录介质施加进给阻力来调整记录介质的传输状态。

2.2 成像单元

成像单元10是电子照相型成像装置的成像手段。成像单元10包括扫描单元40，处理盒50，定影单元60等等。

2.2.1 扫描单元

扫描单元40置于外壳3的上部，它能够在后述的感光鼓51表面上形成静电潜像。扫描单元40包括激光源(没有画出)，多面镜(没有画出)，fθ透镜(没有画出)，反射镜(没有画出)等等。

基于图像数据的从激光源发射的激光束被多面镜反射，通过fθ透镜后被反射镜转向，由反射镜向下偏转照射到感光鼓51的表面，因此形成静电潜像。

2.2.2 处理盒

处理盒50可拆卸地置于外壳3中扫描单元40的下侧。处理盒50包括感光鼓51，充电器53，转印辊54，显影剂盒55等等。

感光鼓51作为图像承载构件，能够承载将要转印到记录介质上的图像。感光鼓包括圆柱形状且在其最上层为由例如聚碳酸脂(polycarbonate)所形成的正充电感光层的主体部分51a，和在鼓主体51a轴线中心沿纵向方向延伸且可旋转地支撑鼓主体51a的鼓轴51b。如图3A和3B所示，感光鼓51由电机52a通过减速机构52驱动旋转。减速机构52包括第一齿轮52c，第二齿轮52d，及其它齿轮52e，52f和52g。如图3A所示，第一齿轮52c设在电机52a旋转轴52b的一端，并与转轴52b整体旋转。齿轮52e和52f设在齿轮构件52h的两端。齿轮52g设在感光鼓51的一端，并与感光鼓51整体旋转。如图3A和3B所示，第二齿轮52d与第一齿轮52c和齿轮52e都啮合。齿轮52f和齿轮52g啮合。通过这样设置，减速机构52就能将电机52a产生的旋转力传送到感光鼓51。这样的范例可以看到，减速机构52和电机52a构成了使得感光鼓51旋转的驱动单元。

在范例中，第一齿轮52c的齿数和电机52a的旋转速度(转/秒)如此设定，使得啮合噪音频率要高于图像质量保证频率，且低于或等于包括图像质量保证频率的1/3倍频带的上限频率。这里，啮合噪音频率是第一齿轮52c齿数乘以电机52a的转速。图像质量保证频率是记录介质的传输速度(毫米/秒)乘以数值1.6(圈/毫米)。数值1.6(圈/毫米)是指示所允许的图像质量下限的空间频率。

如图4所示，1/3倍频带为每个都具有1/3倍频带的R1—R5等等的频率范围。一般说来，噪音值(噪音水平)通过A特性曲线(参考JIS Z 8734，JIS C 1514等)来校正，在同一1/3倍频带内的噪音值用同一校正值来校正(参考JIS Z 8734等)。在图4中，A特性曲线呈阶梯状，每一阶梯都有一1/3倍频带。就是说，阶梯的每一层(每一频率范围R1一R5等)表示在每一1/3倍频带内都使用同一校正值来校正噪音。

在范例中，第一齿轮52c使用的是螺旋齿轮，其齿数为8或9，模数为0.5。第一齿轮52c与第二齿轮52d之间的总啮合系数(total contact ratio)大于或等于4。另外，电机52a的转速设置使得包括图像质量保证频率的、1/3倍频带的中心频率为250Hz(hertz)。

例如，当激光打印机1一分钟大约能打印28张A4尺寸的记录介质时，记录介质的传输速度大约是165毫米/秒。因此，图像质量保证频率大约是265Hz(＝165毫米/秒乘以1.6圈/毫米)。如图4所示，265Hz的图像质量保证频率包含在频率范围R4内。频率范围R4的下限频率为222Hz，中心频率为250Hz，上限频率为280Hz。相应地，在这个例子中，啮合噪音频率设置为高于图像质量保证频率(265Hz)，低于或等于包括图像质量保证频率(265Hz)的1/3倍频带范围R4的上限频率(280Hz)。因此，啮合噪音频率例如可以设置为265到270Hz或更大(但要小于或等于280Hz)。

充电器53为对感光鼓51的表面进行充电的电子充电单元。如图2所示，充电器53置于感光鼓51后上侧，对着感光鼓51而不接触感光鼓51，两者之间预先留有预定间隙。范例中的充电器53采用的是电晕式充电器，它通过电晕放电为感光鼓51表面基本均匀地正向充电。

转印辊54面对感光鼓51设置，并随感光鼓51一同旋转。转印辊54为转印单元，当记录介质经过感光鼓51附近时，它从打印表面的相对侧将电荷加在记录介质上，从而使黏附于感光鼓51表面的色粉传递到记录介质的打印表面上。范例应用的电荷是负电荷，它与感光鼓51上的电荷相反。

显影盒55包括里面装有色粉的色粉盒55a，，为感光鼓51提供色粉的色粉供给辊55b，，显影辊等。

当色粉供给辊55b旋转时，色粉盒55a内的色粉加到显影辊55c上，供给到显影辊55c上的色粉就在显影辊55c的表面被运送，色粉的厚度由厚度调节片55d来调整，这样使得厚度能在预定数值保持恒定(均匀)。然后色粉供给到暴露于扫描单元40的感光鼓51表面。

2.2.3 定影单元

定影单元位于感光鼓51在记录介质传输方向上的下游侧。定影单元60通过加热和融化色粉，将色粉转印到记录介质。特定的，定影单元60包括位于记录介质的打印表面侧且能加热色粉的加热辊61，和置于加热辊61相对面、将记录介质压向加热辊61一边的压力辊62。

在范例中，加热辊61有表面涂有碳氟化合物树脂的金属管，和置于金属管内用于加热的卤素灯。另一方面，压力辊62有金属辊轴以及覆盖金属辊轴的橡胶材料的辊。

上述的成像单元10如下所述在记录介质上形成图像。

感光鼓51在旋转时其表面被充电器53均匀地正向充电，并暴露于来自于高速运动扫描单元40的激光束。相应地，与要产生在记录介质上图像对应的静电潜像形成在感光鼓51的表面。

接着，显影辊55c旋转时，在显影辊55c上运载且正充电的色粉面对并接触感光鼓51，色粉就供给到暴露于激光束下且电势降低(静电潜像)的感光鼓51的表面。因此，感光鼓51上的静电潜像变得可见，反转的色粉图像则出现在感光鼓51表面。

接下来，出现在感光鼓51表面的色粉通过施加在转印辊54上的偏压被转印到记录介质上。载有色粉图像的记录介质传输到定影单元60加热，色粉(图像)被定影在记录介质上，完成了成像步骤。

3.根据范例的激光打印机的特征

既然噪音的主要原因是轮齿间的碰撞，人们听到的认为是噪音的声音频率是用齿轮齿数与齿轮转速之积来表示，即，所以啮合噪音频率正如上所述。另外，由于在频率较高时，人耳听起来觉得声音大(刺耳)，所以最高速旋转的齿轮则产生最高频率的噪音，因此出现最大(最刺耳)的声音。

相应地，与电机52a的转轴52b整体旋转的第一齿轮52c的啮合噪音频率是最高的频率，因此对人将产生最刺耳的噪音。

另外，正如上述，当听到同一强度的声音时，频率较低时人们感觉声音较小，而频率较高时感觉声音较大(更刺耳)。通常通过利用上面提到的A特性曲线(参考JIS X 7779，JISZ 8734，JIS C 1514等)校正声压水平的绝对测量值来评估噪音水平。

此外，在校正声压水平的绝对测量值时，整个频率范围被分成各个1/3倍频带，每个1/3倍频带内，都是使用同一校正值来校正绝对测量值(参考JIS Z 8734和图4)。

相应地，在范例中，啮合噪音频率高于图像质量保证频率，且低于或等于包括图像质量保证频率的1/3倍频带的上限频率。因此，第一齿轮52c的齿数和电机52a的转速可在一定范围内增加，在这个范围内使用同一校正值校正绝对测量值，人耳听到的噪音感觉是在同一个程度，也就说在1/3倍频带内。

对应地，在不增大噪音的同时可以增加空间频率，这样改善了打印质量和抑制了噪声，而不明显降低记录介质的传输速度。换句话说，在噪声抑制，打印质量和打印速度间找到了合适的平衡。在上述例子中，激光打印机一分钟能大约打印28页A4尺寸的记录介质，其啮合噪音频率设置为265到270Hz或更大(但小于或等于280Hz)。

此外，在范例中，由于减速机构52使用了螺旋齿轮，第一齿轮52c与第二齿轮52d的总啮合系数大于或等于4，这样减速机构52所产生的噪声就能得到降低，而轮齿啮合时发生的旋转不规则也能减少。

虽然根据上述范例而对发明作了详细描述，但对那些本领域的技术人员来说，在不偏离发明实质的情况下，是可以做各种变化和改动的。

以上范例中，激光打印机是成像装置的一个例子。然而，此项发明不限于激光打印机，可以应用到复印机等。

另外，构建减速机构52的齿轮不限于范例中叙述的，其它齿轮也可以使用。

而且范例中使用的是螺旋齿轮。然而，此发明不限于螺旋齿轮，正齿轮或其它齿轮也可以使用。

Claims (8)

1.一种成像装置，其特征在于，包括：

成像单元，在记录介质上形成图像，所述成像单元包含图像承载构件；

传输单元，以一定速度传输所述记录介质；

驱动单元，驱动所述图像承载构件旋转，所述驱动单元包括：

电机，其带有转轴，并产生使所述转轴以一定速度旋转的旋转力；

与所述转轴整体旋转的第一齿轮，所述第一齿轮有预定齿数；和

与所述第一齿轮啮合的第二齿轮；

其中，所述驱动单元如此设置，使得啮合噪音频率高于图像质量保证频率，且低于或等于包括图像质量保证频率的1/3倍频带的上限频率；

其中，所述图像质量保证频率被定义为记录介质的传输速度乘以数值1.6，所述啮合噪音频率定义为所述第一齿轮的预定齿数乘以所述电机的转速，当所述记录介质的传输速度的单位是毫米/秒时，所述数值1.6的单位是圈/毫米，而所述电机转速的单位是转/秒。

2.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述包括图像质量保证频率的1/3倍频带具有250赫兹的中心频率。

3.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述第一齿轮的预定齿数为8或9。

4.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述第一齿轮的模数为0.5。

5.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述第一齿轮和第二齿轮是螺旋齿轮；且

其中，所述第一齿轮与第二齿轮之间的总啮合系数大于或等于4。

6.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述图像承载构件为感光鼓。

7.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述成像装置包括用作所述图像承载构件的单个感光鼓。

8.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述驱动单元包括减速机构，所述减速机构包括所述第一齿轮和第二齿轮。

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