CN1664648A - 光束扫描单元和图像形成装置 - Google Patents

Abstract

通过计算机内温度传感器和机外温度传感器的检测温度的温度差，在机内温度比机外温度低规定温度或以上、激光写入单元内的光学部件表面发生结露的可能性较高的情况下，驱动多棱镜马达使多棱反射镜旋转。多棱镜马达在驱动时发热，多棱镜马达所产生的热量从凸缘部直接传导到机壳的同时，也向激光写入单元附近的空气传播。并且，利用多棱反射镜的旋转来搅拌机壳内部的空气，使激光写入单元的整体温度升高。

Description

光束扫描单元和图像形成装置

技术领域

本发明涉及一种使从光源射出的光束经过包含偏转部件和透镜的光学部件沿规定方向扫描并照射在被扫描物体上的光束扫描单元、以及将来自光束扫描单元并根据图像数据调制后的光束照射在图像载体上并以电子照相的方式形成图像的图像形成装置。

背景技术

在复印机、打印机等以电子照相的方式形成图像的图像形成装置中，通过带电装置预先使图像载体表面带电，再用根据图像数据调制后的图像光对图像载体表面进行曝光并扫描，从而在图像载体的表面形成静电潜像。图像载体表面的静电潜像通过显影装置被显影为色粉(toner)像后，转印到纸上，最后通过定影装置使色粉像定影于纸上。

上述图像形成装置具有作为将图像光照射在图像载体表面的装置的光束扫描单元。作为光束扫描单元，为了适应调制速度和扫描速度的高速化，一般多采用激光束方式，从半导体激光器照射根据图像数据调制后的激光。

光束扫描单元除了半导体激光器等光源之外还将准直透镜、多棱反射镜、fθ透镜、反射镜等光学部件也配置于大致密闭的机壳中，光束从由玻璃板构成的出射窗射出，扫描在图像载体等被扫描体上。在这种光束扫描单元上，如果机壳内部与外部的温度差变大，会发生由于在包括出射窗在内的光学部件上结露而导致光学特性劣化的问题。即，如果长时间将光束扫描单元容纳在低温环境中后环境温度急速升高，则流入到光束扫描单元的机壳内的外部空气将与仍然处于低温状态的光学部件的表面相接触而迅速冷却，从而使空气中的水分在光学部件的表面结露。

因此，如特开昭63-137206号公报所公开的那样，现有的光束扫描单元设置了防结露用加热装置，从而使光束扫描单元的内部温度不低于周围的温度。

但是，近年来，为了降低成本，作为光束扫描单元的基础部件的机壳已从批量生产性较差的金属模铸产品转向了利于批量生产的树脂成型产品，导致了机壳耐热性的下降。因此，起到防止光学部件结露作用的加热装置无法直接安装在机壳上。也就是说，机壳既要高精度地将上述光学部件固定在预定的位置上，以获得规定的光学特性；也要具备对光学部件的防护功能，以便长时间地维持所获得的光学特性。可是，如果将防止结露的高温加热装置安装在耐热性较差的树脂成型的机壳上，就会导致机壳变形，从而发生光束的光轴偏移、焦点模糊、以及fθ特性恶化等现象，造成无法获得规定的光学特性的问题。

另外，为了加热光学部件，必须将专用的加热装置配置在机壳内的最佳位置上，造成机壳的大型化以及成本上扬的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种不在机壳内安装专用的加热装置即可防止光学部件结露、并可防止因机壳变形而使图像质量劣化、机壳的大型化和成本上扬的光束扫描单元和具有该光束扫描单元的图像形成装置。

本发明包括：射出光束的光源；包含通过马达的驱动力而旋转并使上述光束沿规定的扫描方向偏转的偏转部件以及使上述光束在被扫描体上成像的透镜在内的光学部件，其中，上述光源和光学部件容纳于机壳内，并且还具有驱动控制电路，当检测到机壳外部的温度高于机壳内部的温度的状态时进行使上述偏转部件旋转的防结露处理。

附图说明

图1表示本发明的实施方式所涉及的设置有光束扫描单元的图像形成装置的结构概要图。

图2是包括上述图像形成装置的控制部的方框图。

图3是表示作为所述光束扫描单元的激光写入单元的结构的立体图。

图4是表示包含在上述图像形成装置的控制部中的驱动控制电路在进行防结露处理时的处理顺序的流程图。

图5是表示上述图像形成装置的控制部的另一种处理顺序的流程图。

图6是表示上述控制部的处理顺序的另一个实施例的流程图。

具体实施方式

如图1所示，图像形成装置1由原稿读取部110、图像形成部210和送纸部250构成，其置于多级送纸装置270上并在一个侧面上安装后处理装置260。

在图像形成装置1的上方的由透明玻璃构成的原稿台111上装有自动原稿输送装置112。自动原稿输送装置112可自动地将多页原稿逐页地输送至原稿台111上。

原稿读取部110位于原稿台111的下方，扫描并读取置于原稿台111上的原稿的图像。原稿读取部110包括：第1扫描单元113、第2扫描单元114、光学透镜115、以及光电转换元件(以下称为CCD行传感器)116。第1扫描单元113包括：对原稿的图像面进行曝光的曝光灯单元、和将原稿的反射光像向规定方向反射的第1反射镜。第2扫描单元114包括：将由第1反射镜所反射的原稿图像面的反射光导向CCD行传感器116的第2反射镜和第3反射镜。通过光学透镜115将原稿图像面的反射光在CCD行传感器116上成像。原稿读取部110利用与自动原稿输送装置112之间的联动，依次读取由自动原稿输送装置112输送至原稿台111上的原稿的图像。

原稿读取部110所读取的原稿图像，通过下述的图像数据输入部24和图像处理部25作为图像数据暂时存储在下述的存储器26中。存储器26中的图像数据可根据输出指令传送至图像形成部210。

图像形成部210可自由转动地支撑作为本发明的图像载体(被扫描体)的感光鼓222。感光鼓222的周围安装有带电器223、显影单元224、转印器225、剥离器229和清洁装置226。此外，图像形成部210上还设置有作为本发明的光束扫描单元的激光写入单元227、定影单元217和控制部228。

带电器223使感光鼓222的表面均匀带电至规定的电位。激光写入单元227将根据从图像处理部的存储器26传送过来的图像数据或者从外部装置传送过来的图像数据而调制的激光(即本发明的光束)照射在从带电器223的对面位置通过的感光鼓222的表面。显影单元224将经激光照射而形成在感光鼓222表面的静电潜像显影为色粉像。转印器225将载于感光鼓222表面的色粉像转印到纸张等记录介质上。剥离器229除去转印上色粉像的记录介质的静电，以提高从感光鼓222的表面的剥离性。清洁装置226回收转印工序完成后的感光鼓222表面所残留的色粉。

送纸部250设置于图像形成部210的下方，包括手动送纸托盘254、双面单元255和送纸托盘251，多级送纸单元270包括送纸托盘252和送纸托盘253。送纸部250将容纳在托盘251～254内的记录介质输送到图像形成部210的感光鼓222和转印器225之间。在图像形成部210中被转印上色粉像的记录介质在定影单元217被加热和加压后，色粉像被定影在其表面上。

在送纸部250中，在定影单元217和排纸辊219之间形成有分叉的转回(switch back)输送通道221。根据需要，通过定影单元217后的记录介质被导入转回输送通道221中，以使输送方向的前后端反向的状态被容纳于双面单元255中。当在记录介质的正反两面形成图像时，双面装置255将已在第1面形成图像的记录介质以其第2面朝向感光鼓222的表面的方式再次导入图像形成部210中。

排纸辊219将已完成图像形成的记录介质向主体外部排出。排纸辊219所排出的记录介质被容纳于具有卡钉(staple)功能等的后处理装置260的排纸托盘261上。

而且，两面单元255可与用于容纳记录介质的普通送纸托盘互换。

控制部228统一控制图像形成装置1内的各个部分。因此，如图2所示，图像读取部110、图像数据输入部24、图像处理部25、存储器26、操作部27、激光写入单元227、定影单元217、转印器225、显影单元224、带电器223、送纸部250、机内温度传感器21、机外温度传感器22、判断电路部23和电源部30等输入输出设备均与控制部228相连接。

操作部27配置于图像形成装置1的上部，包括接收操作者所输入的操作的键盘和显示动作状态等的显示装置。控制部228根据操作部27的输入操作，按照预先写入的程序向各输入输出设备输出驱动数据等。

图像读取部110中的CCD行传感器116的输出信号在图像输入部24中被转换成作为数字数据的图像数据，再经图像处理部25进行规定的图像处理后，储存在存储器26中。控制部228按照规定的时间将存储器26内的图像数据提供给激光写入单元227中的半导体激光器2。在激光写入单元227中，在供给图像数据之前先通过马达11的驱动使多棱反射镜4开始旋转，从来自BD(光束探测器)传感器10的激光接收信号的输入时刻开始经过规定的时间后，控制部228将存储器26中的图像数据逐行地提供给半导体激光器2。

控制部228按照图像形成处理的工作状态设定定影单元217上的定影辊的控制温度。定影辊的温度在图像形成处理的待机和执行期间被控制成可使色粉熔融的规定温度；当因在规时间间内未继续执行图像形成处理而转入节电模式时，则其温度被控制在小于等于规定温度。

在图像形成处理时，控制部228按规时间间驱动送纸部250、带电器223、显影单元224和转印器225，将形成于感光鼓222表面的色粉像转印于从送纸部250供纸的记录介质上。

向控制部228和输入输出设备供电的电源部30包括主电源31以及第1副电源32和第2副电源33。在通常的图像形成处理时，控制部228和输入输出设备由电源部30的主电源31供电。在夜间及节假日，在只接受来自传真机等外部装置的图像数据的等待模式下，仅由第1副电源32向控制部228内的通信用基板供电，而作为高电压电源的主电源31不工作，以降低耗电量。

作为一个实施例，在商用电源为AC100V的情况下，主电源31是AC100V、1.5KW的电源，主要向图像形成部提供AC100V和多个DC电压。第1副电源32是向通信基板(例如传真板)供电的DC12V、5W的电源；第2副电源33是可确保多棱镜马达11起动时的最大电流(例如2A)的DC24V、48W的电源。

此外，还包括用于根据机内温度传感器21和机外温度传感器22来检测温度的DC5V、数W的电源、以及控制部228所进行的用于防结露处理的DC3.3V、数W的电源。

此外，控制部228包含本发明的驱动控制电路，通过下述的防结露处理，根据机内温度传感器21和机外温度传感器22所检测出的温度来驱动马达11。机内温度传感器21和机外温度传感器22是本发明的检测器，如图1所示，作为一个实施例，机内温度传感器21配置于激光写入单元227的附近，机外温度传感器22配置于向图像形成装置1内部导入外部空气的风扇211附近。

如图3所示，激光写入单元227将半导体激光器2、准直透镜3、多棱反射镜4、fθ透镜5、fθ透镜6、复原反射镜(return mirror)7、BD传感器用反射镜8、BD传感器用透镜9和BD传感器10容纳于机壳12内。

半导体激光器2是本发明的光源，用于射出根据图像数据调制后的激光(即本发明的光束)。作为本发明的透镜，准直透镜3具有孔阑(光圈部件)，用于将自半导体激光器2射出的激光转换为平行光。多棱反射镜4利用多棱镜马达11的驱动而按箭头方向转动，使激光向规定的主扫描方向以等角速度偏转。

作为本发明的马达，多棱镜马达11的主体位于机壳12底面的下方(参见图1)，其上部的凸缘(flange)部11A露出在机壳12内部，并安装于机壳12的孔部12A。所以，多棱镜马达11至少在凸缘部11A与机壳12相接触。

作为本发明的透镜，fθ透镜5和6等速偏转，以使被多棱反射镜4以等角速度偏转的激光沿其旋转轴方向(主扫描方向)上等速度地扫描感光鼓222的表面。复原反射镜7将被fθ透镜5和6等速偏转的激光反射到感光鼓222的表面。这样，感光鼓222的表面就被根据图像数据调制后的激光沿箭头X方向所扫描。

BD传感器用反射镜8将被多棱反射镜4扫描的激光中、未被投射到感光鼓222表面的范围内的激光向BD传感器10反射。被BD传感器用反射镜8所反射的激光通过BD传感器用透镜9成像于BD传感器10的受光面。BD传感器10在主扫描方向的规定的基准位置上检测被多棱反射镜4扫描的激光。根据BD传感器10的检测信号，可以确定向感光鼓222的表面逐行写入的时间。

准直透镜3、多棱反射镜4、fθ透镜5、fθ透镜6和复原反射镜7均为本发明的光学部件。

作为激光写入单元227的基础部件的机壳12将上述光学部件与马达11和半导体激光器2等一起固定地保持在规定的位置上，故要求其具有较高的精度。因此，应采用具有足够的强度和对温度的尺寸变化尽量小的材料制造。通常也会考虑批量生产性，而使用含有约40～50％左右玻璃的PC(聚碳酸酯)或者BMC((团状模塑料)俗称为玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂(FRP))，并采用树脂成型的方法制造。

如图4所示，控制部228在主电源31接通(S1)后，开始使定影单元217的定影辊的温度上升至色粉可熔融的温度的预热过程(S2)，在此期间，读取机内温度传感器21和机外温度传感器22的检测温度(S3)。控制部228计算出机内温度传感器21的检测温度和机外温度传感器22的检测温度的温度差，以判断机内温度是否低于机外温度规定的温度或以上(S4)。

结果，在机内温度低于机外温度规定的温度或以上、并且激光写入单元227内的光学部件表面结露的可能性较高时，控制部228驱动多棱镜马达11，使多棱反射镜4旋转(S5)。

多棱镜马达11在驱动时发热，多棱镜马达11所产生的热量既会从凸缘11A直接传导到机壳12内，也会向激光写入单元227附近的空气传播。并且，通过多棱反射镜4的旋转来搅拌机壳12内的空气，使激光写入单元227的整体温度上升。

这样，不需要使用专用的加热装置，就使激光写入单元227整体加热，提前提高光学部件的表面温度，不会发生因与流入到激光写入单元227内的外部空气相接触而结露。

控制部228在多棱镜马达11驱动开始后，仍反复地读取检测温度(S5→S3)，如果机内温度足够接近机外温度时，多棱镜马达11将停止旋转(S4→S6→S7)。此后，控制部228等待预热过程结束，然后进入图像形成处理的待机状态(S8，S9)。在预热过程刚开始的时间内，机内温度与机外温度足够接近或机内温度高于机外温度的情况下，控制部228将不执行通过旋转多棱镜马达11而进行的防结露处理，而是等待预热过程结束，然后进入图像形成处理的待机状态(S4→S6→S8，S9)。

如图5所示，在夜间和节假日等不执行由用户的操作而进行的图像形成处理的情况下，当执行只接受来自外部装置的图像数据输入的等待模式时，如果到达了规定的时间(S11)，就从机内温度传感器2 1和机外温度传感器22读取表示机内和机外状态的检测温度(S12)。控制部228计算出机内温度传感器21的检测温度和机外温度传感器22的检测温度的温度差，以判断机内温度是否低于机外温度规定的温度或以上(S13)。

当机内温度低于机外温度规定的温度或以上，并且激光写入单元227内的光学部件表面结露的可能性较高时，控制部228接通第2副电源33，然后驱动多棱镜马达11，使多棱反射镜4旋转(S14，S15)。这样，通过多棱镜马达11所产生的热量的传导和多棱反射镜4的旋转使激光写入单元227的整体温度上升，提前使光学部件的表面温度升高，以避免在光学部件的表面结露。并且，由于多棱镜马达11由专用的第2副电源33所供给的电源所驱动，因而不必启动高电压的主电源31，从而可以降低耗电量。

控制部228在多棱镜马达11驱动开始后仍反复地读取检测温度(S15→S12)，如果机内温度足够接近机外温度时，多棱镜马达11将停止旋转并断开第2副电源33回到等待状态(S13→S16→S17→S18→S11)。在规定的时间读取检测温度的结果表明机内温度与机外温度足够接近或机内温度高于机外温度的情况下，控制部228将不执行对第2副电源33的通/断操作和通过旋转多棱镜马达11的旋转而进行的防结露处理，而是回到等待状态(S13→S16→S11)。

在如图6所示的实施例中，控制部228从机内温度传感器21和机外温度传感器22读取检测温度后(S21)，在机内温度低于机外温度并且两者的温度差大于等于可能在光学部件上结露的规定温度差的情况下，当该温度差大于等于第1温度差时，使多棱镜马达11以第1速度转动(S22，S23)；当该温度差大于等于第2温度差时，使多棱镜马达11以第2速度转动(S26，S27)；当该温度差未达到第2温度差时，使多棱镜马达11以第3速度转动(S26→S28)。

如果机内温度与机外温度的温度差小于等于规定的温度差，则控制部228将停止多棱镜马达11的转动(S24，S28，S30→S25)。上述S21～S30的处理可以代替例如图4中的S3～S7的处理来执行。

作为一个实施例，第1温度差设定为20℃，第2温度差设定为10℃，规定温度差设定为5℃。此外，第1速度约为40,000rpm，第2速度约为30,000rpm，第3速度约为10,000rpm，第1速度相当于图像形成装置1以每分钟约70页的速度进行图像形成时的第1处理速度，第2速度相当于图像形成装置1以每分钟约50页的速度进行图像形成时的第2处理速度。而第3速度则小于等于图像形成装置1的处理速度。

这样，多棱镜马达11以与机内温度与机外温度的温度差相对应的速度转动，当温度差较大时，多棱镜马达11将较高速地旋转以提高发热量，从而使激光写入单元227的内部温度迅速地接近外部温度，从而能够可靠地防止光学部件的表面产生结露。另外，通过将多个旋转速度中的至少一个速度作为与图像形成装置1的处理速度相对应的速度，从而可以简化对防结露处理时的多棱镜马达11的转速控制。

另外，虽然不能简化对防结露处理时的多棱镜马达11的转速控制，但却可以将速度全部设定为与图像形成装置1的处理速度相对应的速度以外的速度。

在将激光写入单元227通用于多种图像形成装置时，可以使多棱镜马达11能够以对应于全部机型的处理速度的速度旋转。因此，对于处理速度较低的图像形成装置，也可以使多棱镜马达11以大于等于与图像形成时的处理速度对应的速度旋转。

进而，在驱动多棱镜马达11进行防结露处理时，还可以在激光对感光鼓222的表面不扫描的范围内驱动半导体激光器2，也可以将半导体激光器2所产生的热量用于提高激光写入单元227的内部温度。在此情况下，从进行正常的图像形成处理时BD传感器10接收激光的定时开始到根据一行图像数据所调制的激光射出的规定时间内，停止驱动半导体激光器2，在其余的时间内，驱动半导体激光器2。这样，可以防止因非用于图像形成处理的激光的照射而造成感光鼓222的疲劳。

在上述防结露处理的过程中，在通过操作部27的键操作产生图像形成请求的情况下，禁止图像形成处理的执行。其目的是防止由于光学部件表面结露的状态导致形成劣质的图像。在此情况下，防结露处理结束后，不停止多棱镜马达11的旋转而将其转速调整到与图像形成时的处理速度相对应的转速，以便迅速地开始图像形成处理。另外，在此情况下，还可以进行防结露处理的同时，进行图像形成装置1的初始化过程(例如图像形成部210的前向旋转动作、图像调整动作、定影单元217的预热动作等)。

最后，上述实施方式的说明，所有的方面均为示例，而非限制性的。本发明的范围不是由上述的实施方式，而是由权利要求的范围所表示。进而，本发明的范围还包括与权利要求的范围等价的、以及权利要求范围以内的所有更改。

Claims (11)

1.一种光束扫描单元，其特征在于，包括：

射出光束的光源；以及

包含通过马达的驱动力而旋转并使所述光束沿规定的扫描方向偏转的偏转部件及使所述光束在被扫描体上成像的透镜的光学部件，其中，所述光源和所述光学部件容纳于机壳内，

还设置有：

检测所述机壳内部和所述机壳外部的温度状态的检测器；以及

驱动控制电路，当所述检测器检测到所述机壳外部温度高于所述机壳内部温度的状态时，进行使所述偏转部件旋转的防结露处理。

2.权利要求1所述的光束扫描单元，其特征在于，在进行所述防结露处理时，所述驱动控制电路使所述偏转部件以与所述检测器检测出的所述机壳外部温度和所述机壳内部温度之间的温度差相对应的速度旋转。

3.权利要求1所述的光束扫描单元，其特征在于，在执行所述防结露处理期间，所述驱动控制电路在所述光束未被扫描在被扫描体的范围内驱动所述光源。

4.权利要求2所述的光束扫描单元，其特征在于，在执行所述防结露处理期间，所述驱动控制电路在所述光束未被扫描在被扫描体的范围内驱动所述光源。

5.一种图像形成装置，其特征在于，

包括光束扫描单元，该光束扫描单元具有：射出光束的光源；含有通过马达的驱动力而旋转并使所述光束沿规定的扫描方向偏转的偏转部件及使所述光束在被扫描体上成像的透镜的光学部件，其中，所述光源和所述光学部件容纳于机壳内，此外还设置有：检测所述机壳内部和所述机壳外部的温度状态的检测器、当所述检测器检测到所述机壳外部温度高于所述机壳内部温度的状态时进行使所述偏转部件旋转的防结露处理的驱动控制电路，

在所述检测器未检测到所述机壳外部温度高于所述机壳内部温度的状态的图像形成处理时，通过来自所述光源并根据图像数据调制后射出的光束的扫描，使形成在所述图像载体上的静电潜像显像并转印在记录介质上。

6.权利要求5所述的图像形成装置，其特征在于，所述检测器测定所述光束扫描单元附近的温度作为所述机壳内部的温度，并测定装置主体外部的温度作为所述机壳外部的温度。

7.权利要求5所述的图像形成装置，其特征在于，所述驱动控制电路从包括图像形成处理时的图像形成处理速度在内的多个旋转速度中选择任何一个速度使驱动所述偏转部件的马达旋转。

8.权利要求5所述的图像形成装置，其特征在于，当所述检测器检测到所述机壳外部温度高于所述机壳内部温度的状态时，所述驱动控制电路向驱动所述偏转部件的马达提供不同于在图像形成处理时提供给装置主体的主电源的电源。

9.权利要求5所述的图像形成装置，其特征在于，在图像形成处理的待机时，所述驱动控制电路向装置主体提供第1副电源，该第1副电源不同于在图像形成处理时提供给装置主体的主电源，当所述检测器检测到所述机壳外部温度高于所述机壳内部温度的状态时，向驱动所述偏转部件的马达提供不同于在图像形成处理时提供给装置主体的主电源的第2副电源。

10.权利要求5所述的图像形成装置，其特征在于，在所述驱动控制电路执行所述防结露处理期间，当存在图像形成的请求时，禁止图像形成处理的执行。

11.权利要求7所述的图像形成装置，其特征在于，所述驱动控制电路在执行所述防结露处理期间，当存在图像形成的请求时，防结露处理结束后，将驱动所述偏转部件的马达的转速改变为图像形成处理时的图像形成处理速度。

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