CN102749707B - 光学扫描装置以及包括光学扫描装置的成像装置 - Google Patents

Abstract

在形成图像时，驱动马达的温度升高在光学扫描装置的底部中产生畸变。如果在光学盒上形成开口以释放热，光学盒变得易于畸变。为了解决这个问题，根据本发明，提供一种光学扫描装置，包括：发射光束的光源；旋转多面镜，其构造为偏转光束以便被偏转的光束扫描感光元件；马达，其构造为旋转地驱动所述旋转多面镜；以及光学盒，所述旋转多面镜和驱动马达布置于该光学盒中，其中光学盒包括开口以及构造为交叉横过开口的连接元件。还提供一种包括这种光学扫描装置的成像装置。

Description

光学扫描装置以及包括光学扫描装置的成像装置

技术领域

本公开涉及光学扫描装置以及包括光学扫描装置的成像装置。

背景技术

使用电子照相方法的成像装置(比如激光束打印机或复印机)包括发射光束用于使感光元件曝光的光学扫描装置。成像装置使用从光学扫描装置发射的光束在感光元件上形成静电潜像。成像装置然后使用调色剂显影静电潜像，并且形成图像。

图13是示出光学扫描装置的透视图。参照图13，从光源1301发射的光束由多面镜1302的反射表面偏转。由多面镜1302偏转的光束然后穿过fθ透镜1303和1304，由反射镜1305反射，并到达感光元件的表面。比如多面镜1302、fθ透镜1303和1304以及反射镜1305之类的光学元件安装于光学扫描装置的壳体1306上。

在成像装置形成图像时，多面镜1302由驱动马达旋转地驱动。通常，驱动马达以高速，即以20,000rpm至40,000rpm的高速旋转，使得驱动马达的温度在从开始驱动的几分钟之后升高15℃或更多。因而由于驱动马达进行驱动所产生的热在壳体1306内部产生温度分布。热分布引起壳体1306的不均匀变形，从而产生畸变。

尤其，由于在布置驱动马达的部分中的温度升高量与其他部分相比更大，布置驱动马达的部分中的变形量变得相对较大。因此，壳体1306在底部处以驱动马达为中心下垂为盆状形状，如图14中所示。参照图14，畸变量与实际畸变量相比夸大，使得变形容易辨别。由于变形将安装于壳体1306上的光学元件的定向从期望的定向改变，光束的光路从期望的光路改变。成像的质量因而变差。

响应于上述问题，日本专利申请公开No.2009-198890讨论了其中在驱动马达的附近形成开口以允许壳体能在壳体的内部和外部之间通风的光学扫描装置。通过形成开口，释放壳体内部的热，使得能抑制壳体的变形。

日本专利申请公开No.2009-198890中讨论的光学扫描装置能通过形成开口降低热变形，然而，开口周边部分的强度(即，刚性)由于形成开口而降低。

参照图13，作为增强元件的筋(即，筋1307)布置于光学扫描装置的壳体中以增加刚性。由于在日本专利申请公开No.2009-198890中讨论的光学扫描装置中的开口周边中没有布置筋，开口周边的刚性降低。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种光学扫描装置包括：发射光束的光源；构造为偏转光束以便被偏转的光束扫描感光元件的旋转多面镜；构造为旋转地驱动旋转多面镜的马达；以及旋转多面镜和驱动马达布置于其中的光学盒，其中光学盒包括开口以及构造为交叉横过开口的连接元件。

其他特点和方面将从以下结合附图对示例性实施例的详细描述中变得明显。

附图说明

结合于说明书中并且构成说明书一部分的附图示出了本公开的示例性实施例、特点和方面，并且连同文字描述一起用来解释这里公开的原理。

图1是示出成像装置的主要部分的示意性横截面图。

图2A和2B是示出光学扫描装置的内部构造的示意图。

图3A、3B和3C是示出光学扫描装置的内部构造的示意图和放大图。

图4是示出多面镜的周边部分的横截面图。

图5A和5B是示出光学扫描装置的外部的透视图和放大图。

图6是根据第一实施例的光学扫描装置的另一示例。

图7是示出开口周边的顶视图。

图8A和8B示出相对于本示例性实施例的光学扫描装置的比较示例。

图9示出由根据第一示例性实施例的光学扫描装置获得的效果。

图10示出由根据第一示例性实施例的光学扫描装置获得的效果。

图11示出由根据第一示例性实施例的光学扫描装置获得的效果。

图12A和12B是示出根据第二实施例的光学扫描装置的外部的示意性透视图。

图13是示出光学扫描装置的常规示例的透视图。

图14示出光学外壳的变形。

图15A、15B和15C示出光学外壳的另一示例。

具体实施方式

本公开的各种示例性实施例、特点和方面将在下面参照附图详细描述。

第一示例性实施例将在下面描述。图1是示出根据本示例性实施例的电子照相成像装置的主要部分的示意性横截面图。参照图1，成像装置包括供给片材的片材供给单元101、形成黄色调色剂图像的成像单元102Y、形成品红色调色剂图像的成像单元102M、形成青色调色剂图像的成像单元102C、以及形成黑色调色剂图像的成像单元102Bk。由于每个成像单元的零部件是相同的，成像单元的构造将在下面使用成像单元102Y进行描述。成像单元102Y包括感光鼓107Y(即感光元件)、充电装置108Y以及显影装置109Y。

在成像装置形成图像时，充电装置108Y将感光鼓107Y的表面充电。将在下面描述的光学扫描装置103然后使充电的感光鼓107Y曝光，使得静电潜像形成于感光鼓107Y上。利用从显影装置109Y供应的黄色调色剂使静电潜像形成可视图像(显影)。

每个成像单元102M、102C以及102BK类似地分别包括感光鼓107M、107C和107Bk、充电装置108M、108C和108Bk、以及显影装置109M、109C和109Bk。每个元件的功能与包括于成像单元102Y中的元件的功能类似。

形成于每个成像单元中的感光鼓上的调色剂图像在初次转印部分(即，Ty、Tm、Tc以及Tbk)处从感光鼓转印至中间转印带105。转印至中间转印带105的调色剂图像然后共同地转印至从片材供给单元101传输至次级转印单元T2的记录片材。调色剂图像转印在其上的记录片材传输至定影装置106，其将记录片材上的调色剂图像热定影。定影装置106已经在其上面执行了定影处理的记录片材排出至成像装置的外部。

接着，将在下面描述光学扫描装置。光学扫描装置103使包括于成像单元102Y和102M中的感光鼓107Y和107M曝光，并且光学扫描装置104使包括于成像单元102C和102BK中的感光鼓107C和107Bk曝光。每个感光鼓暴露至光束，从而在感光鼓表面上形成静电潜像。

由于光学扫描装置103和104类似地构造，光学扫描装置103将在下面作为示例进行描述。

图2A是示出图1中所示的光学扫描装置的光路在一个平面中展开的主扫描横截面图。主扫描横截面是将在下面描述的驱动多面镜的驱动马达的旋转轴与之垂直的平面。

参照图2A，光学扫描装置103包括光源201，用于发射使感光鼓107M曝光的光束。从光源201发射的光束(即，激光)由准直透镜202转换为平行光通量并且由紧邻地布置于准直透镜202之后的柱面透镜203变成会聚光。柱面透镜203具有折射能力以沿与感光鼓107M的副扫描方向(即，感光鼓107M的旋转方向)相对应的方向会聚光通量。穿过柱面透镜203的光束由光阑204形成为预定形状并且线性地聚焦于多面镜205(即旋转多面镜)的反射表面上。

图2B是光学扫描装置103的示意性横截面图。参照图2B，多面镜205由驱动马达218可旋转地驱动。从光源201发射的光束由旋转的多面镜205偏转并且因而转换为扫描光束(偏转光束)，该扫描光束沿预定方向(即，箭头M′的方向)扫描感光鼓107M(即，在感光鼓上移动)。穿过fθ透镜206(即光学元件之一)的扫描光束由反射镜214反射，并且然后穿过fθ透镜207。反射镜215将穿过fθ透镜207的扫描光束引导至感光鼓107M。已经穿过fθ透镜206和207的扫描光束沿预定方向以恒定的速度在感光鼓107M上移动。

另外，光学扫描装置103包括光源208，其发射使感光鼓107Y曝光的光束。从光源208发射的光束由准直透镜209转换为平行光通量并且通过紧邻地布置于准直透镜209之后的柱面透镜210变成会聚光。柱面透镜210具有折射能力以沿与感光鼓107Y的副扫描方向(即，感光鼓107Y的旋转方向)相对应的方向会聚光通量。穿过柱面透镜210的光束由光阑211形成为预定形状并且线性地聚焦于多面镜205(即，旋转多面镜)的反射表面上。

参照图2B，从光源208发射的光束由旋转的多面镜205偏转并且因而转换为扫描光束，该扫描光束沿预定的方向(即，箭头Y′的方向)扫描感光鼓107Y(即，在感光鼓上移动)。穿过fθ透镜212(即，光学元件)的扫描光束由反射镜216反射，并且然后穿过fθ透镜213。反射镜217将穿过fθ透镜213的扫描光束引导至感光鼓107Y。已经穿过fθ透镜212和213的扫描光束沿预定的方向以恒定的速度在感光鼓107Y上移动。

多面镜205、驱动马达218、各个透镜、以及反射镜包含于壳体219(光学盒)的内部。壳体219由已经通过在聚苯醚(PPE)和聚苯乙烯(PS)树脂中混合玻璃纤维而增强的材料构成。

如上所述，多面镜205附近区域中的温度在从驱动马达开始旋转时的几分钟之后升高15℃或更多。由于壳体219由树脂形成，其容易热变形。尤其比如多面镜205、各个透镜以及反射镜之类的光学元件容纳在光学扫描装置内部，使得从驱动马达218产生的热在壳体219中没有均匀地扩散。因此，在成像装置形成图像时，在壳体219中产生热分布。

尤其，在多面镜205的周边部分中，温度升高量与周边部分之外的部分(即，周边部分外部)相比变得较大。热变形的量因而在周边部分中相对地增大，并且如图14中所示在壳体219的底部中产生盆状形状的变形。

如果底部被变形为盆状形状，则光学元件之间的相对位置关系也变形，从而光束的光路改变。因此，光束没有聚焦于感光鼓上的期望位置上。例如，反射镜214和216的定向显著地影响光路。如果每个反射镜214和216所定位的角度改变几弧分，光束在感光鼓上的成像位置沿副扫描方向位移40至50μm。

在成像装置通过叠加四种颜色的调色剂图像来形成图像时，光束的成像位置的上述位移显现化为颜色重合失调并且引起图像质量变差。尤其，根据本示例性实施例，成像装置使用使多个光束在交叉横过多面镜205彼此相对的两个方向上进行扫描的光学扫描装置。壳体219的变形引起照射位置对称地改变。颜色重合失调的相对量因而加倍为80至100μm。

根据本示例性实施例，在光学扫描装置的壳体219中形成开口以释放由于多面镜205引起的温度升高而在壳体219内部产生的热。另外，根据本示例性实施例，增强单元(增强元件，即，连接单元(元件))布置于光学扫描装置中，用于确保开口的周边部分中的刚性(所述刚性由于形成所述开口已经被降低)。

将在下面描述开口。图3A是示出参照图2A和2B描述的光学装置的壳体219的透视图。图3B是示出图3A中所示的多面镜205的周边的放大图。图3C是示出在多面镜205已经移除的状态下布置多面镜205的位置的周边的放大图。图3A、3B和3C仅示出布置于壳体219中的多面镜205。然而，上面描述的透镜和反射镜实际上也布置于壳体219中。另外，图4是多面镜205的周边部分的横截面图。

参照图3B，多面镜205和驱动马达218安装于基板301上，用于驱动驱动马达218的集成电路(IC)安装于所述基板上。在图3B中驱动马达218布置于多面镜205下面。在组装光学扫描装置时，将基板301安装于如图3C中所示布置于壳体219上的支承表面306、307、308和309上，并且通过图3B中所示的螺钉302、303、304和305固定于这些支承表面上。

参照图3C，开口H1形成于壳体219的底部上。基板301用螺钉固定至壳体219上的支承表面306、307、308和309，并且驱动马达218的轴承218a(参照图4)插入开口H1。驱动马达218的轴承218a在轴承218a中轴的旋转方向上没有沿着整个周边与开口H1接合。在沿着轴承218a的整个圆周方向上存在其中轴承218a的一部分没有与壳体219相接触的区段。具体地，壳体219中的开口H1相对于轴承218a的形状成形为使得，在驱动马达218的轴承218a就座(插入)于壳体219中的开口H1时，形成间隙H2。在壳体219与轴承218a之间的至少一部分中形成能通风的间隙H2。

因此，壳体219内部的空气释放至壳体219的外部，并且壳体219外部的空气通过形成于壳体219与轴承218a之间的间隙H2进入壳体219。壳体219内部的热因而通过将壳体219内部的空气释放至外部而被释放。另外，壳体219和布置于壳体219内部的光学元件由进入壳体219的壳体219外部的空气(即，与壳体219内部相比相对较冷的空气)冷却。此外，通过具有间隙H2而在轴承218a与开口H1的边缘之间形成空气层，使得热难以从轴承218a传递至开口H1的边缘(即，壳体219的底部)。因而防止了壳体219由于热而局部地变形，并且能降低壳体219的畸变。

根据本示例性实施例，开口H1形成于驱动马达218的附近。然而，开口H1的位置不限于上面所述。如上所述的类似结果能通过在与壳体219中的温度变得相对较高的区域相对应的位置中形成开口H1来获得。

根据本示例性实施例，驱动马达218的轴承218a插入开口H1，使得开口周围的温度与壳体219中的其他区域相比显著地升高。由于开口H1的边缘部分是自由端，其容易由于热而变形。因而在成像装置执行成像处理时可能如图14中所示在壳体219中产生盆状形状的变形。

为了解决这个问题，根据本示例性实施例，将筋(即，增强单元)布置于光学扫描装置中以确保开口H1的周边部分的刚性(即，强度)。如图3C中所示，筋220a和220b以筋220a和220b交叉横过开口H1的方式连接开口H1的边缘。

增强单元将在下面参照图5A和5B详细描述。图5A是示出光学扫描装置的壳体219的外部的透视图。筋220a和220b(即，增强单元)从壳体219的外部(即，壳体219内部布置驱动马达的表面的背面)直立(竖向地直立)。

图5B仅示出在从图5A中所示的光学扫描装置的外部提取时的筋220a和220b。参照图5B，在从驱动马达218的旋转轴的方向观察开口H1时，每个筋220a和220b横过(或纵向地横过)开口H1。而且，筋220a和220b在从驱动马达218的旋转轴的延伸方向上相交。根据本实施例，布置多个筋220a和220b。然而，可仅具有一个筋220a、或三个或更多筋。例如，如图6中所示，筋可被成形为从驱动马达218的开口的中心沿着壳体219的底面以Y形扩展。参照图6，筋601从开口H1的中心沿着壳体219的底面放射状地延伸。

参照图5B，筋220a是连接开口H1的边缘部分上的点W和点X以维持点W和X之间的相对位置关系的增强单元。另外，筋220b是连接开口H1的边缘部分上的点Y和点Z的增强单元。点W、X、Y以及Z对应于开口H1的缘(边缘)。

轴承218a将与之接合的接合部分将在下面参照图3C、4和7描述。参照图3C，作为与轴承218a接合的接合单元210的槽口部分(即，台阶部分)形成于筋220a和220b(下文称为交叉筋220)上。

图7示出当从驱动马达218的旋转轴的方向上看到时的开口H1和交叉筋220。参照图7，宽度D的台阶形成于筋220a和220b中的每个上。驱动马达218的轴承218a(其为圆柱形并且具有直径D)由比如黄铜之类的材料形成。驱动马达218的轴承218a因而与接合单元相接合。在组装光学扫描装置时，轴承218a与接合单元310相接合以定位驱动马达218，并且基板301然后由螺钉302、303、304和305固定。

筋的尺寸将在下面参照图4描述。为了易于描述，图4仅示出了交叉筋220中的筋220b，并且筋220a省略。交叉筋220在从壳体219上的开口H1的边缘朝着开口H1的中心延伸的中途处在高度上从高度h1下降一个台阶至h2。轴承218a因而利用这种高度差进行接合。根据本示例性实施例，h1是大约5毫米，h2是大约2.5毫米，并且筋的宽度W是大约2毫米。

根据本示例性实施例获得的效果将在下面描述。图8A和8B示出作为相对于示例性实施例的比较示例的光学扫描装置，并且其与图13中所示的光学扫描装置相同。图8B是示出多面镜的安装位置的放大图。在比较示例中，开口H3形成于壳体1306的底部上，其中开口H1的直径大于开口H3的直径(H1＞H3)。驱动马达的轴承沿着整个周边与壳体1306相接触，因此与本示例性实施例不同，由于所述壳体1306以及驱动马达的轴承没有形成间隙H2。因此，壳体1306的内部与壳体1306的外部之间的通风是不可能的。

图9示出本示例性实施例与比较示例之间、壳体219中的温度分布的差异。更具体地，图9示出在图4的横截面图中示出的每个点A和B处在从驱动马达已经开始进行驱时的10分钟期间的温度升高。从驱动马达的中心至点A的距离是大约10毫米，并且从驱动马达至点B的距离是大约22毫米。

参照图9，根据本示例性实施例获得的实验结果由实线指示，并且根据比较示例获得的实验结果由虚线指示。在根据本示例性实施例获得的结果中，点A和点B之间的温度梯度与根据比较示例获得的结果相比低大约1℃。因而能确定，根据本示例性实施例，与比较示例相比，更难产生使壳体畸变的不均匀线性膨胀。

图10示出根据本示例性实施例和比较示例的开口H1和H3的周边部分的静力强度的分析结果。更具体地，图10示出沿驱动马达的旋转轴的方向的单位负荷施加至开口H1和H3的周边时开口H1和H3的边缘中的变形量。参照图10，如果对于其中不具有交叉筋220的比较示例变形量设置为100％，则根据本示例性实施例的变形量处于大约88％。能理解到，与比较示例相比，根据本示例性实施例的强度增强12％。而且，如果筋的横截面积增大，开口H1的周边部分的强度能增大。

图11示出由图4的横截面图中所示的粗箭头指示的部分(即，变形测量点)的变形(即，倾斜)量的测量结果。更具体地，图11示出测量点所处的平面的角度在从马达开始进行驱动时的10分钟内如何变化。根据常规示例的变化量是大约180秒。相反，根据本示例性实施例，变化量减少至100秒，因此与比较示例相比较，根据本示例性实施例的变形能降低45％。

如上所述，开口H1形成为能在壳体219的内部与外部之间通风。壳体219在开口H1的周边部分中的已经通过形成开口H1而降低的刚性通过布置为交叉横跨或横过开口H1的筋来确保。因而能降低在驱动马达218进行驱动时所产生的壳体219的热变形。

第二示例性实施例将在下面描述。根据第一示例性实施例，能通风的开口H1在光学扫描装置中形成于壳体219与轴承218a之间。然而，根据第一示例性实施例，灰尘可经由开口H1进入壳体219。与第一示例性实施例相比较，根据本第二示例性实施例，开口H1由防灰密封件闭合以提高防灰性。

图12A和12B是示出用在根据本示例性实施例的光学扫描装置中的壳体的外部的透视图。开口H1、以及布置为交叉横跨开口H1的筋220a和220b与第一示例性实施例类似。然而，作为围绕开口的增强单元的筋1201与第一实施例的不同。筋1201距壳体的底面的高度高于筋220a和220b距壳体的底面的高度。而且，根据本示例性实施例，在光学扫描装置中，筋220a和包围开口的筋1201、以及筋1201和筋220b分别被连接。因而与第一示例性实施例相比，开口的周边部分的强度由于筋1201的缘故更高。

图12B示出其中附接有防灰密封件1202(即，防灰元件)的光学扫描装置。由壳体219和轴承218a形成的开口H1通过附接防灰密封件1202而被覆盖，因此能减少进入壳体219的灰尘。而且，防灰密封件1202由传热系数高于在形成壳体219中使用的树脂的材料形成。因此，与其中开口H1由树脂覆盖的构造相比，壳体内部的热更容易地释放至外面。根据本示例性实施例，防灰密封件1202的厚度可以比壳体219的底部的厚度薄。与其中没有开口形成于壳体219的底面上的构造相比，壳体219内部的热因而能经由防灰密封件1202更易于释放至壳体219的外面。

如上所述，开口H1的周边部分的刚性能通过布置连接至筋220a和220b并且包围开口H1的筋1201来增大。而且，能通过在筋1201上附接防灰密封件1202来防止灰尘进入壳体，筋1201距壳体的底面的高度比筋220a和220b的高。

筋的形状不限于根据第一示例性实施例在图3C中所示以及根据本示例性实施例在图12中所示的形状。另一形状的筋将在下面参照图15A和15B描述。图15A是示出包围壳体219中的开口H1的区域的透视图。图15B是图15A的俯视图。图15C是沿着图15B中所示的线A-A截取的横截面图。参照图15A，筋1501、1502、1503以及1504从开口H1的每个边缘W′、X′、Y′以及Z′延伸至开口H1的中心部分。每个筋1501、1502、1503以及1504连接至形成于开口H1的中心部分处的环形筋1505。筋的形状因而不限于如图3C中所示的交叉形筋。

而且，参照图15C，增强单元1506布置于壳体219的外部上以包围开口H1，从而增强开口H1的刚性。增强单元1506和每个筋1501、1502、1503以及1504可如图12A中所示进行连接以增大刚性。

虽然本发明已经参照示例性实施例进行了描述，但是将理解到，本发明不限于公开的示例性实施例。以下权利要求的范围依照最宽泛的解释以便涵盖所有变型、等同结构以及功能。

Claims (6)

1.一种光学扫描装置，包括：

发射光束的光源；

旋转多面镜，其构造为偏转光束以便被偏转的光束扫描感光元件；

马达，其构造为旋转地驱动所述旋转多面镜；

轴承，其构造为支承马达的旋转轴；

光学盒，在该光学盒上形成开口并且所述旋转多面镜、所述马达和所述轴承布置于该光学盒中，所述轴承被插入到所述开口中，在所述轴承和插入了所述轴承的所述光学盒之间形成间隙；以及

连接元件，其布置在所述光学盒上并且横过所述开口延伸，其中，横过所述开口延伸的所述连接元件的一部分与所述轴承的端面相对。

2.根据权利要求1的光学扫描装置，其中连接元件相交在马达的旋转轴的延伸线上。

3.根据权利要求1的光学扫描装置，还包括构造为将旋转多面镜固定在所述光学盒内部的预定表面上的固定单元，

其中连接元件从光学盒的外表面延伸，所述外表面是所述预定表面的背侧。

4.根据权利要求3的光学扫描装置，还包括从所述光学盒的所述外表面延伸并且构造为包围开口的增强元件，

其中所述连接元件和该增强元件一体连接。

5.根据权利要求4的光学扫描装置，其中所述增强元件距所述外表面的高度高于所述连接元件距所述外表面的高度，并且

其中防灰密封件附接至所述增强元件并且构造为防止灰尘从所述开口进入光学盒。

6.一种成像装置，包括：

感光元件；

根据权利要求1的所述光学扫描装置；以及

显影单元，其构造为由从光学扫描装置发射的光束将形成于感光元件上的静电潜像显影为调色剂图像。