光偏转器，光扫描器以及图像形成设备的制作方法

专利名称：光偏转器，光扫描器以及图像形成设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光偏转器、包括该光偏转器的光扫描器以及包括该光扫描器的图像形成设备。
背景技术：
在诸如复印机、传真机以及打印机的通过将电数据转换成光数据、基于光数据在图像载体上形成静电潜像、以及将静电潜像显影成色粉图像来形成图像的图像形成设备领域中，除全色图像形成之外还需要高速及高密度的图像形成。
为了满足这种需要，某些制造商增加光扫描器的光偏转器中使用的多面镜的数目，或者增加光偏转器的旋转速度。然而，多面镜的数目的增加或者旋转速度的增加不利地导致由多面镜的偏心(eccentricity)引起的振动和噪音的增加，由与周围空气的摩擦引起的风鸣(wind roar)的增加，以及温度的增加。
为了解决该问题，日本专利申请特开第2005-092129号公报公开了一种在全色图像形成设备中使用的用以获得高速和高密度扫描的光偏转器。光偏转器包括彼此紧密连接的多个小尺寸多面镜。因为多面镜彼此紧密地连接，即使在高速旋转期间光偏转器也产生较少的噪音，并且多面镜决不会因加速和温度变化而彼此脱离。
即使是在日本专利申请特开第2005-092129号公报中公开的光偏转器中，随着旋转速度增加，由于旋转频率增加至接近于光偏转器的固有频率时的共振，可能出现强烈的振动。强烈的振动可能导致偏转光束的偏离以及输出图像的质量降低。为了解决该问题，日本专利申请特开第2005-010260号公报和日本专利申请特开第2001-065560号公报公开了通过使用动力减震器来抑制振动的技术。
然而，这种技术因为额外的部件而使成本增加。另外，因为不能使用足够大的动力减震器，所以不能在很大程度上抑制振动。本发明的目的在于至少部分解决传统技术中的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种光偏转器包括旋转体，所述旋转体包括多面镜；旋转轴，固定至所述旋转体并和所述旋转体一起旋转；轴承单元，能旋转地支撑所述旋转轴；以及板，所述轴承单元被固定至所述板，其中满足下述不等式
0.8StSl,B
其中P[每分钟转数]是所述旋转体的转数，l[米]是所述旋转体的重心和所述板之间的距离，m[公斤]是所述旋转体的质量，r[米]是所述旋转轴的半径，E[帕斯卡]是所述旋转轴的杨氏模量，以及t[毫米]是所述板的厚度。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光偏转器，包括旋转体，所述旋转体包括多面镜；旋转轴，固定至所述旋转体并和所述旋转体一起旋转；轴承单元，能旋转地支撑所述旋转轴；以及板，所述轴承单元被固定至所述板，其中满足下述不等式
以及
0. . 8
其中P[每分钟转数]是所述旋转体的转数，l[米]是所述旋转体的重心和所述板之间的距离，m[公斤]是所述旋转体的质量，r[米]是所述旋转轴的半径，以及t[毫米]是所述板的厚度。
当结合附图考虑时，通过阅读本发明的当前优选实施例的以下具体说明，将更好地理解本发明的上述目的及其他目的、特征、优点及其技术上的和工业上的意义。


图l是根据本发明的实施例的图像形成设备的示意图；图2是图像形成设备的光扫描单元的相关部件及其外围设备的示意图;图3是光扫描单元的相关部件及其外围设备的另一个示意图；图4是光扫描单元的左半边的立体5图5是如图4所示的半透明反射棱镜(half-mirrorprism)的放大图6A和6B是说明通过图4所示的多面镜来进行偏转扫描的机构的示意图7是通过图4所示的光扫描单元写入静电潜像的时间图8是光偏转器的剖视图9是光偏转器的相关部件的立体图10A是光偏转器的立体图10B是当共振发生时光偏转器的相关部件的立体图；图11是图8所示的光偏转器的模型结构的概念图；以及图12是图8所示的光偏转器的板厚度和固有频率之间的关系的图。
具体实施例方式
下面参照附图详细描述本发明的示范性实施例。
图1是根据本发明的实施例的图像形成设备100的示意图。图像形成设备100是具有诸如复印机、打印机和传真机的各种功能的多功能产品(MFP)。图像形成设备100形成全色图像。当图像形成设备100被用作打印机或者传真机时，图像形成设备100从外部装置接收图像信号作为图像数据，并基于接收到的图像信号形成图像。
图像形成设备100能够在各种类型的片状记录介质上形成图像，片状记录介质包括被广泛用作复印纸的普通纸、高射投影机(OHP)片、诸如卡片和明信片的厚纸、以及信封。
图像形成设备100包括主体99、扫描原件的扫描器21、将原件从ADF 22的托盘馈送至扫描器21的自动文件馈送机(ADF) 22、以及作为馈纸盘的纸张馈送器23，在纸张馈送器23内贮存作为记录介质的记录纸张S并且将记录纸张S向二次转印位置馈送。从上到下依次配置ADF22、扫描器21、主体99和纸张馈送器23。
图像形成设备100是串联型图像形成设备。换句话说，每个都是圆柱形的光电导体的四个感光元件20Y、 20M、 20C和20K彼此平行地对准。感光元件20Y、 20M、 20C和20K被用作用于分别承载黄色图像、品红色图像、青色图像和黑色图像的图像载体。
感光元件20Y、 20M、 20C和20K具有相同的直径。感光元件20Y、 20M、 20C和20K以在其间具有恒定间隔的状态被配置在中间转印带11的外表面的上侧。中间转印带11是环状带并且被配置在主体99内的中心附近。
相对于图1中箭头Al所指示的带旋转方向，以感光元件20Y为最上游的方式依次配置感光元件20Y、 20M、 20C和20K。感光元件20Y、 20M、 20C和20K分别被包括在四个图像站60Y、 60M、 60C和60K中。图像站60Y、 60M、 60C和60K分别形成黄色图像、品红色图像、青色图像和黑色图像。
中间转印带11以Al方向旋转，同时与感光元件20Y、 20M、 20C和20K相对。形成在感光元件20Y、 20M、 20C和20K上作为可视图像的色粉图像以叠加的方式被转印至以Al方向旋转的中间转印带11上。然后，叠加的色粉图像被共同转印至记录纸张S上。
为了将相同位置处的色粉图像叠加至以Al方向旋转的中间转印带11上，在不同的时刻将色粉图像从感光元件20Y、 20M、 20C和20K转印至中间转印带11上，换言之，从上游侧开始顺序转印色粉图像。作为转印充电器的四个一次转印辊12Y、 12M、 12C和12K分别被配置在与感光元件20Y、 20M、 20C和20K—起夹紧中间转印带11的位置上。通过使用由一次转印辊12Y、 12M、 12C和12K施加的电压，使色粉图像转印在一次转印位置，即辊隙位置(nip position)。
在本实施例中，中间转印带11的所有层由诸如橡胶的弹性材料制成。但是，只具有一层弹性层的带、其一部分由弹性材料制成的带、或者非弹性的带可以用作中间转印带ll。可允许使用其它的材料，诸如氟基树脂、聚碳酸酯树脂和聚酰亚胺树脂来代替橡胶。
图像形成设备100包括图像站60Y、 60M、 60C和60K、包含中间转印带11的中间转印带单元IO、以及二次转印辊5。中间转印带单元10被配置在感光元件20Y、 20M、 20C和20K下方。二次转印辊5与中间转印带11的外表面接触，并在接触位置处以与中间转印带11的带旋转方向相同的方向旋转。二次转印辊5将色粉图像从中间转印带11转印至记录纸张S。
图像形成设备IOO包括中间转印带清洁单元(未显示)和作为写入单元的光扫描单元8，其中中间转印带清洁单元包括清洁刀片(未显示)。清洁刀片被配置成与中间转印带ll接触以清洁中间转印带11的外表面。光扫描单元8被配置在图像站60Y、 60M、 60C和60K的上方。
图像形成设备100进一步包括一对配准辊13和传感器(未显示)。配准辊13从纸张馈送器23接收记录纸张S，并在与通过图像站60Y、 60M、 60C和60K形成色粉图像的时刻同步的恰当时刻，将记录纸张S传送至中间转印带11和二次转印辊5之间，即，二次转印位置。传感器用于判定记录纸张S的尾端是否被传送至配准辊13。
图像形成设备100包括定影单元6、排出辊7、收集盘17和色粉瓶(未显示)。每一个色粉瓶被填充有黄色色粉、品红色色粉、青色色粉和黑色色粉中相应的一种色粉。在将全色色粉图像转印至记录纸张S上之后，以图1中Cl箭头指示的方向将记录纸张S传送至定影单元6。定影单元6然后将全色色粉图像定影在记录纸张S上。然后，通过排出辊
77将记录纸张S排出主体99外至收集盘17上。
收集盘17被配置在图像形成设备100的中间，更具体的是，在主体99的上表面上以及扫描器21下面。以Dl箭头指示的方向从收集盘17取走记录纸张S。
除中间转印带11、 一次转印辊12Y、 12M、 12C、和12K之外，中间转印带单元10还包括驱动辊72、与二次转印辊5配对的二次转印辊73、以及作为从动辊的支撑辊74。中间转印带11通过驱动辊72、 二次转印辊73和支撑辊74被支撑。通过诸如马达的驱动源(未显示)来驱动驱动辊72旋转。此旋转使得中间转印带ll以A1方向旋转。
定影单元6包括定影辊62和压力辊63，定影辊62在其内包括热源，压力辊63与定影辊62形成辊隙。当在其上转印有全色色粉图像的记录纸张S穿过辊隙，即定影辊62和压力辊63之间时，通过热量和压力将全色色粉图像定影至记录纸张S的表面上。
光扫描单元8基于图像信号，将激光束LY、LM、LC和LY发射至感光元件20Y、20M、20C和20K，借此扫描感光元件20Y、 20M、 20C和20K的扫描目标面。如此，在暴露于光束的扫描目标面上形成静电潜像。光束LY、 LM、 LC和LY指示光数据，该光数据转换自对应于将要形成的所需图像的电数据。光扫描单元8基于光数据，在感光元件20Y、20M、20C和20K上形成静电潜像。
光扫描单元8可从主体99中被拆卸。如果拆卸光扫描单元8，则用户能够通过向上取出随后将描述的图像站60Y、 60M、 60C和60K的处理盒来独立地从主体99中移除图像站60Y、 60M、 60C和60K的处理盒。
纸张馈送器23包括纸张馈送盘15和纸张馈送辊16，在纸张馈送盘15中叠放记录纸张S，纸张馈送辊16从纸张馈送盘15馈送记录纸张S。
处于主体99上方的扫描器21可绕轴24被旋转附接到主体99，轴24被配置在相对于Dl方向的上游侧。如此，扫描器21可以相对于主体99在开启位置和闭合位置之间移动。
扫描器21在相对于D1方向的下游侧配备有手柄25。当用户希望开启扫描器21时，用户握住手柄25并向上旋转扫描器21至开启位置。处于开启位置的扫描器21和主体99之间的角度大约是90度。因此，用户能够容易地进行各种操作，诸如使用主体99内的单元以及闭合扫描器21。
扫描器21包括在其上放置原件的露光玻璃(exposure glass) 21a、包含第一反射镜(未显示)的第一载体21b、包含第二反射镜(未显示)的第二载体21c、成像透镜21d和扫描传感器21e。当光源(未显示)将光发射至露光玻璃21a上的原件时，光从原件反射至第一反射镜。第一载体21b可以从一侧移动到另一侧以接收反射光。然后光从第一反射镜被反射至第二反射镜，并进一步从第二反射镜被反射至成像透镜21d。光在穿过成像透镜21d 后形成图像。扫描传感器21e接收穿过成像透镜21d的光，并扫描原件的内容。
配置在扫描器21上方的ADF 22可绕轴26被旋转附接到扫描器21，轴26被配置在 相对于D1方向的上游侧。如此，ADF 22可以相对于扫描器21在开启位置和闭合位置之 间移动。
ADF22在相对于D1方向的下游侧配备有手柄27。当用户希望开启ADF22时，用户 握住手柄27并向上旋转ADF22至开启位置。当ADF22开启时，露光玻璃21a被露出。
ADF22包括在其上放置原件的文件盘22a以及包括马达等的驱动单元(未显示)。驱 动单元从文件盘22a馈送原件。当用户希望通过使用图像形成设备100复印原件时，用户 将原件放置在文件盘22a上。或者，用户开启ADF 22，将原件放置在露光玻璃21a上并 闭合ADF22。处于开启位置的ADF22和扫描器21之间的角度大约是90度。因此，用户 能够容易地进行各种操作，诸如在露光玻璃21a上放置原件以及对露光玻璃21a进行维护。
参照图1描述包括感光元件20Y的图像站60Y的结构。图像站60Y、 60M、 60C和60K 具有大致相同的结构，关于其他三个感光元件的相同说明不再重复。除了末尾附加的字母 不同之外，与图像站60Y的组件相对应的其它三个感光元件的组件用相同标号表示。字母 Y、 M、 C和K意指用于分别以黄色、品红色、青色和黑色形成图像的组件。
图像站60Y包括一次转印辊12Y、清洁感光元件20Y的清洁单元70Y、用高压为感光 元件20Y充电的充电单元30Y、以及将色粉图像显影在感光元件20Y上的显影单元5QY。 这些单元以一次转印辊12Y相对于顺时针旋转方向，gp， Bl方向处于最上游侧的状态， 被依次配置在感光元件20Y的周围。显影单元50Y包括显影辊51Y，显影辊51Y位于与 感光元件20Y接触的位置。
感光元件20Y、清洁单元70Y、充电单元30Y和显影单元50Y形成作为一个单元的处 理盒。处理盒可从主体99中被拆卸。作为处理盒的单元结构在维护上具有显著优势，因 为能够容易地用新的处理盒替换使用过的处理盒。
用这样的方式，当感光元件20Y以B1方向旋转时，充电单元30Y均匀地对感光元件 20Y的表面充电，然后通过对来自光扫描单元8的光束L1的曝光，使黄色的静电潜像形 成在感光元件20Y上。感光元件20Y既在与图1的平面相垂直的主扫描方向上扫描，又在 与感光元件20Y的圆周方向相平行的副扫描方向上扫描。为了在主扫描方向扫描，光束 LY在主扫描方向上移动。另一方面，为了在副扫描方向上扫描，感光元件20Y在B1方向 上旋转。然后，通过显影单元50Y用充电的黄色色粉将静电潜像显影成黄色图像。黄色图像通 过一次转印辊12Y被一次转印至以Al方向旋转的中间转印带11上。在一次转印之后，清 洁单元70Y从感光元件20Y刮掉并去除残余色粉等，然后将残余色粉等贮存在其内。充电 单元30Y再次为感光元件20Y充电。
以同样的方式，分别在其它的感光元件20M、 20C和20K上形成品红色图像、青色图 像、黑色图像。当中间转印带11以Al方向旋转时，通过一次转印辊12M、 12C和12K 将三个色粉图像一次转印在中间转印带11上转印黄色图像的同样的位置上。如此，在中间 转印带ll上形成全色色粉图像。
当中间转印带11以Al方向旋转时，将全色色粉图像传送到靠近二次转印辊5的二次 转印位置。在二次转印位置使全色色粉图像被二次转印至记录纸张S上。
当记录纸张S从纸张馈送器23被传送至中间转印带11和二次转印辊5之间时，配准 辊13基于从传感器接收到的检测信号调整传送记录纸张S的时刻，以便使记录纸张S的 前端和形成在中间转印带11上的全色色粉图像的前端在相同的时刻进入二次转印位置。
在将全色色粉图像转印至记录纸张S上之后，以Cl方向将记录纸张S传送至定影单 元6。然后，当记录纸张S通过定影辊62和压力辊63之间时，通过热量和压力将全色色 粉图像定影在记录纸张S上。如此，全色色粉图像被定影在记录纸张S上。然后，通过排 出辊7将具有定影的全色色粉图像的记录纸张S排出至收集盘17上。另一方面，为了接 下来的一次转印，通过中间转印带清洁单元清洁中间转印带11。
为了实现高速图像形成，光扫描单元8将静电潜像高速写入在感光元件20Y、 20M、 20C和20K的表面上。更具体的是，光扫描单元8用高速旋转的多个多面镜来实现高速写 入。
下面描述光扫描单元8的结构。要注意的是感光元件20Y、 20M、 20C和20K的旋转 速度、中间转印带11的旋转速度、记录纸张S的传送速度等，随着光扫描单元8的写入 速度的增加而增加。
图2是从与图1相同的方向观察的光扫描单元8的示意图。光扫描单元8包括光偏转 器117。光扫描单元8的结构相对于光偏转器117是对称的。稍后参照图8到图IO详细描 述光偏转器117的结构。
图3是从副扫描方向，即平行于光偏转器117的旋转轴的方向观察的光扫描单元8的 示意图。图3平面的左右方向与图1和图2的一致。在图3中，图解了在图2中未显示的 光扫描单元8的某些组件；然而，图2中显示的诸如反射镜119K和119C的某些组件被省略。为了容易理解，从光偏转器117到每一个感光元件20Y、 20M、 20C和20K的光程在 图3中几乎被描绘成直线。虽然在图3中简单描绘了光扫描单元8，但是很明显光扫描单 元8的结构相对于光偏转器117是对称的。
图4是说明部分光扫描单元8，具体地，图2或图3中光扫描单元8相对于光偏转器 117的左侧部分的结构的立体图。如上所述，因为光扫描单元8相对于光偏转器117具有 对称的结构，所以下面参照图4仅描述左侧部分的结构。与左侧部分中的组件相对应的右 侧部分中的组件显示在图2和图3中，相同的说明不再重复。
光扫描单元8包括每一个都发射单束光束的激光二极管(LD) 111和lll'。 LD 111和
iir形成作为一个单元的单个光源。ld iii和iir由支持架112支持。从ld iii和iir发
出的光束通过耦合透镜113和113'被转换为适合于随后的光学系统的平行光束。每一个耦 合透镜113和113'都能够被设计成取决于随后的光学系统将光束转换为具有低发散或者 低收敛的光束。
已经穿过孔径122的开口的平行光束被整形为具有预定宽度的光束。整形光进入半透 明反射棱镜114，并在副扫描方向上被分成两束光束。
图5是半透明反射棱镜114的放大图。为了使说明更简单，在图5中只显示从LD111 发出的光束(以下，"光束L1")。半透明反射棱镜114包括配置为在垂直于副扫描方向的 方向上互相平行的半透镜114a和反射面114b。
首先，光束Ll进入半透镜114a。然后，光束Ll的一部分穿透半透镜114a，并笔直 从半透明反射棱镜114中出射，其被称作"光束L11"。另一方面，光束L1的剩余部分从 半透镜114a被反射至反射面114b，并进一步从反射面114b被全反射至半透明反射棱镜114 外部，其被称作"光束L12"。因为半透镜114a和反射面114b互相平行，所以光束L11和 U2互相平行。
用这样的方式，从LD111发出的光束L1在副扫描方向上被分成光束L11和L12。从 LD111'发出的其它光束以同样的方式被分成两束光束。如此，在光扫描单元8中，单个光 源发射两束光束，并且两束光束中的每一束光束都在副扫描方向上被分成两束光束。艮P, 总计得到四束光束。
回头参照图4，四束光束进入柱面透镜115K和115C，并且通过运用柱面透镜115K 和115C使光束在副扫描方向上被聚焦，聚焦在光偏转器117的反射表面的附近以形成在 主扫描方向延伸的线图像。更具体的是，包括如图5所示的光束L11的两束光束笔直穿过 半透镜114a进入柱面透镜115K，同时包括光束L12的被半透镜114a和反射面114b反射
11的另外两束光束进入柱面透镜115C。
四束光束通过隔音玻璃116进入光偏转器117;偏转的光束通过隔音玻璃116出射至 扫描/图像形成光学系统。隔音玻璃116被设置为覆盖光偏转器117的隔音壳体(未显示) 的开口 。作为一个单元，光偏转器117包括作为上多面镜的多面镜117a以及作为下多面镜 的多面镜117b。多面镜117a和117b在旋转轴的方向上被上下配置。在本实施例中，多面 镜117a和117b具有相同的形状，并且它们中的每一个都具有四个偏转反射表面。以多面 镜117a的偏转反射表面在旋转方向上偏离多面镜117b的偏转反射表面6角的方式，配置 多面镜117a和117b。现在假定e是45度。
偏转的光束通过第一扫描透镜118K和118C、第二扫描透镜120K和120C、和反射镜 119K和U9C被引导至感光元件20K和20C中相应的一个。更具体的是，形成扫描/图像 形成光学系统的一个单元的第一扫描透镜118K、第二扫描透镜120K和反射镜119K将多 面镜117a偏转的两束光束，即从LD 111和lll'出射并笔直穿过半透镜114a的两束光束， 引导至感光元件20K上，从而形成在副扫描方向上分离的两个光斑。更具体的是，形成扫 描/图像形成光学系统的另一个单元的第一扫描透镜118C、第二扫描透镜120C和反射镜 119C将多面镜117b偏转的两束光束，即从LD 111和lll'射出并被半透镜1Ma反射的两 束光束，引导至感光元件20C上，从而形成在副扫描方向上分离的两个光斑。
从光偏转器117的旋转轴方向观察，光学元件被配置为从LD 111和lll'射出的光束的 主光线在靠近偏转反射表面处彼此交叉。因此，进入多面镜117a—对光束中的每一个和进 入多面镜117b的一对光束形成发散角。即，从偏转反射表面向光源看， 一对光束向垂直于 旋转轴的表面的投射具有某个角度。发散角的形成意味着形成在每一个感光元件20K和 20C的两个光斑不仅在副扫描方向上分离，而且在主扫描方向上也分离。诸如光电二极管 的同步光接收单元(未显示)被配置在有效的扫描范围外。同步光接收单元分别感应用于 每个感光元件20K和20C的两束光束，从而分别调整通过光束启动扫描的时刻。
用这样的方式，用从多面镜117a接收到的两束偏转光束对感光元件20K多重扫描； 以及用从多面镜U7b接收到的两束偏转光束对感光元件20C进行多重扫描。因为多面镜 117a的偏转反射表面与多面镜117b的偏转反射表面在旋转方向上偏离45度，所以当正在 用从多面镜117a接收到的两束偏转光束扫描感光元件20K时，从多面镜117b接收到的两 束偏转光束不被引导至感光元件20C。另一方面，当正在用从多面镜117b接收到的两束偏 转光束扫描感光元件20C时，从多面镜117a接收到的两束偏转光束不被引导至感光元件 20K。换句话说，根据时间交替地扫描感光元件20K和20C。图6A和6B是用于说明通过光偏转器117进行偏转扫描的机构的示意图。为了使说明 更简单，将进入光偏转器117的四束光束显示为由白色箭头表示的入射光。将通过光偏转 器117偏转的光束显示为由黑色箭头表示的偏转光"a"和"b"。通过多面镜117a偏转的 两束光束用偏转光"a"代表；通过多面镜117b偏转的另外两束光束用偏转光"b"代表。 图6A是当偏转光"a"被引导至感光元件20K时的状态的示意图。在此状态中，偏转光"b" 不被引导至感光元件20C。图6B是当偏转光"b"被引导至感光元件20C时的状态的示意 图。在此状态中，偏转光"a"不被引导至感光元件20K。
优选的是配置屏蔽构件SD以使偏转光"b"在偏转光"a"被引导至感光元件20K的 同时不能用作漫射光，反之亦然。通过使用非反射壁作为光偏转器117的隔音壳体的内壁 能够实现该构造。如上所述，交替地扫描感光元件20K和20C。当扫描感光元件20K时， 光源基于黑色图像信号发射通过光强度调制的光束。当扫描感光元件20C时，光源基于青 色图像信号发射通过光强度调制的光束。如此，黑色的静电潜像被写入在感光元件20K上， 青色的静电潜像被写入在感光元件20C上。
图7是当通过使用共用的光源，即LD 111和lll'发出的光束写入黑色图像和青色图像 时的时间图。为了使说明更简单，当扫描有效的扫描范围时，LD111和111'始终开启。实 线表示黑色图像的写入，虚线表示青色图像的写入。诸如光电二极管的同步光接收单元在 光束移动至开始扫描的位置之前感应光束，借此基于来自同步光接收单元的信号调整启动 黑色或青色图像写入的时刻。
下面参照图8、图9以及图10A和图10B描述光偏转器117的结构。
光偏转器117包括旋转体101，旋转体101包括多面镜117a和117b。除多面镜117a 和117b之外，旋转体101还包括支撑转子磁铁103的凸缘102c。围绕旋转轴104的凸缘 102c通过热配合固定。多面镜117a经由联接构件连接至多面镜117b。
用铝将旋转体101铸造成一个单元。因此，多面镜117a和117b彼此紧密地连接。如 此，即使在高速旋转期间，旋转体101也产生较少的噪音。另外，多面镜117a和117b绝 不会因加速和温度变化而彼此分离。
在本实施例中，旋转体101包括两个多面镜117a和117b，每一个多面镜都具有在旋 转方向上偏离G角作为相位差的偏转反射表面。但是，可以允许使用每一个都具有不在旋 转方向上偏离的偏转反射表面的多面镜。
径向轴承105支撑旋转轴104。径向轴承105是用油浸润的流体动力学轴承(FDB)。 径向轴承105中的间隙被设定为10微米(nm)以下。为确保高速旋转期间的足够的稳定性，径向轴承105配备有产生动压力的动压力槽(未显示)。可以将动压力槽设置到旋转 轴104的外周。然而，考虑到径向轴承105由具有高加工性的烧结材料制成，在本实施例 中，优选的是以相同的方式将动压力槽设置到径向轴承105的内周。
旋转轴104优选由例如马氏体不锈钢(例如，SUS420J2)制成，马氏体不锈钢通过淬 火在表面上获得高硬度并具有高抗磨力特性。转子磁铁103被固定至凸缘102c的内表面的 下部。包括线圈107a的定子芯107被固定至轴承壳体106。转子磁铁103和定子芯107作 为一个单元形成在径向上具有磁隙的外部转子无刷电动机，转子磁铁103是用树脂粘结剂 接合的磁铁。转子磁铁103的外周被紧密地固定至凸缘102c，从而使得即使在高速旋转期 间也不出现由离心力引起的分裂。如果转子磁铁103通过压力安装固定，则固定部分在更 高速度旋转期间和更高的温度中也不会移动，这可以高精度地维持旋转体101的平衡。
推力轴承108支撑作为旋转轴104的底面的凸曲面104a。 B卩，推力轴承108作为枢轴 承支撑旋转体101和旋转轴104的推力方向的负载。通过用例如诸如马氏体不锈钢、陶瓷 的硬质材料和诸如类金刚石碳(DLC， diamond-like carbon)的经过表面硬化处理的金属来 制造推力轴承108，或者通过使用树脂材料等增加润滑性，来抑制来自推力轴承108的磨 损碎屑的产生。径向轴承105和推力轴承108被容纳
在轴承壳体106中，使轴承壳体106以油不能流出的方式密封有液封109。
轴承壳体106通过填缝(calking)被固定至电路板110。填缝是通过在两个构件之间 设置负公差来机械地结合具有相同直径的两个构件的方法，两个构件 一个是凸形构件， 另一个是凹形构件。与其他不同的结合方法相比，两个构件被紧密地固定。因此，填缝被 优选用于将轴承壳体106固定至电路板110。径向轴承105、推力轴承108和轴承壳体106 形成轴承单元130，轴承单元130相对于电路板110可旋转地支撑旋转轴104。换句话说， 轴承单元130经由旋转轴104相对于电路板IIO可旋转地支撑旋转体101。
如果旋转体IOI以例如每分钟25,000转(rmp)以上的高速旋转，以便将振动抑制在 较低水平，则必须精确地调整和保持旋转体101的平衡。有两个用于调整旋转体101的平 衡的点 一个是在旋转体IOI的上表面上沿圆周延伸的上面的凹形区域102d，以及另一个 是在旋转体101的下表面上沿圆周延伸的下面的凹形区域102e。通过向上面的凹形区域 102d和下面的凹形区域102e涂布粘合剂来进行平衡调整。所需的不均衡量是10 mg'mn 以下。举例来说，在径向上离开中心10毫米(mm)的区域上的调整量是l毫克(mg)以 下。如果用粘合剂难以调整如此细微的量、或者因为涂布的粘合剂的量不够而导致粘合剂 在例如以40,000 rpm的高速旋转期间具有脱落的可能性，则优选的是通过用钻切割或者激光处理除去旋转体101的一部分来调整平衡。
旋转体101的旋转由驱动集成电路(IC)132控制。更具体的是，为了旋转旋转体101， 驱动IC 132基于来自设置到电路板110的霍尔元件140的位置信号，通过转子磁铁103的 磁场的作用，进行线圈107a的励磁切换。在圆周方向被磁化的转子磁铁103，通过转子磁 铁103和定子芯107的外圆周之间的作用所产生的扭矩旋转。转子磁铁103的磁通路向内 径方向闭合，同时向其他方向即上下方向以及外径方向打开。霍尔元件140被配置在打开 的任意一个磁通路中。连接至导线(未显示)的连接器133从主体99传输电力和各种控 制信号，诸如激活/停止电动机的信号、用于转数的信号等。具有该电动机构造，驱动旋转 体101与旋转轴104 —起围绕旋转轴104旋转。换句话说，旋转轴104被配置在旋转体101 的中心，与旋转体101—起旋转。
从振动的观点出发，具有上述构造的光偏转器U7能够被假设为如图11所示的包括在 一端具有球状重物的悬臂梁的振动系统。通过公式(1)计算悬臂梁在横向上的第一模式
固有频率f:
其中，r[米(m)]是旋转轴104的半径、E[帕斯卡(Pa)]是杨氏模量、m[公斤(kg)] 是旋转体101的质量、以及l[m]是旋转体101的重心和电路板IIO之间的距离。即便多面 镜和凸缘是分开的构件，包括多面镜和凸缘的光偏转器的总质量也被计算为质量m。作为 使用公式(1)的计算结果，根据本实施例的旋转体IOI的固有频率f是782赫兹(Hz)。
图12是作为分析结果的光偏转器117的固有频率F的图。图IOA和IOB是能够以高 速，即最高以60,000 rpm旋转的小尺寸的旋转体101的立体图。应该注意旋转体101和旋 转轴104的全部部件未在图10B中显示。现在假定电路板110的厚度是0.8mm，并且旋转 轴104的半径是lmm。
从图12可清楚看到光偏转器117的固有频率F是1,016 Hz。如果旋转体101以60,000 rpm旋转，则如图10B所示，旋转体101将以轴承壳体106被固定至电路板110的基座位 置作为振动的中心，在X箭头指示的方向，即平行于电路板110的较短侧的方向上振动。 此强烈的振动由共振引起。当旋转体101以60,000 rpm旋转时，旋转频率标示1,000 Hz， 接近1,016 Hz的固有频率f，因此发生共振。该强烈的振动可能致使扫描的偏离，导致低 的图像质量。
一般说来，为了解除共振的副作用，固有频率F优选满足下述不等式(2):
15其中p[rpm]是转数。从不等式(2)清楚看出，如果光偏转器117以60,000rpm旋转， 光偏转器117的固有频率F必须是1,410 Hz以上。
由公式(1)计算出的旋转体101的固有频率f是782 Hz，低于1，016 Hz的光偏转器 117的固有频率F。 782 Hz的值表示与旋转轴104 —起旋转的旋转体101的固有频率。实 际上，旋转体101容纳在轴承壳体106中。因此，包括诸如电路板110的其它组件的光偏 转器117的固有频率F增加到大约1,000 Hz。换句话说，虽然旋转体101的谐振点低于1,000 Hz，但是旋转体101通过轴承壳体106和电路板110被支撑。
一般说来，固有频率F高于固有频率f。然而，如果假定固有频率F接近于固有频率f， 则从公式(1)和不等式(2)中得到下述不等式(3):
一般说来，旋转轴104由具有从1.9X 10" Pa到2.1 X 1011 Pa的杨氏模量的刚性材料(例 如，SUS420和铁)制成。如果杨氏模量E是1.9X10" Pa，则从不等式(3)中得到下述 不等式(4):
然而，固有频率F实际上高于固有频率f。因此，为了防止由自励振动引起的共振并 维持高图像质量，必须增加光偏转器117的固有频率F。
存在两个途径增加光偏转器117的固有频率F。第一种途径是增加旋转体101的固有 频率f。第二种途径是增加支撑振动源，即旋转体101的电路板110的强度。
使用具有较大直径的轴作为旋转轴104，有效增加了旋转体101的固有频率f。如果旋 转轴104的半径r从lmm增加至1.25mm，由公式(1)计算出的固有频率f从782 Hz增 加到l,222Hz。然而，固有频率f低于1,410 Hz的目标值。
半径r增加得越多，固有频率f增加得越多。然而，太大的半径r导致下述缺陷1. 轴承损耗的增加，2.由旋转体101的尺寸增加引起的功耗增加，以及3.因为转子磁铁103 的半径必须在旋转体101的半径增加时也增加，所以由离心力引起的在转子磁铁103上形 成裂缝的可能性增加。
发明人实际生产了包括具有1.5 mm的半径r的旋转轴104的光偏转器117，并激活生产的光偏转器117。在光偏转器117高速旋转的同时，转子磁铁103裂开。另一方面，为 了获得支撑旋转体101的足够强度，旋转轴104的半径r必须是0.75mm以上。因此，从 增加固有频率的度量的观点出发，旋转轴104的半径r优选在0.75mm《r〈I.5mm范围内。
旋转轴104的直径能够被增加的程度具有如上所述的上限。因此，下面描述增加电路 板110的强度的度量。
图12是固有频率F和电路板110的厚度之间的关系图。从图中可以清楚看出，固有 频率F随电路板110的厚度的增加而增加。当板厚度从0.8mm增加到1.1 mm,如果旋转 轴104的半径r是1.0 mm (即，轴直径是2.0mm)，则固有频率F增加大约200 Hz，并且 如果旋转轴104的半径r是1.25 mm (即，轴直径是2.5 mm)，则固有频率F增加大约400 Hz。这是因为电路板110的厚度的增加导致了支撑振动源的基座的强度的增加。
从强度和成本之间的平衡的观点出发，电路板110优选是具有厚度t在0.6 mm < t < 0.9 mm的范围内的铁板。然而，为了承受高速旋转，必须将电路板110的厚度t设定为比通 常更高的值。另外，如果半径r是1.0mm(轴直径是2.0mm)，则固有频率F在大约1.7 mm 的板厚度处饱和。考虑到成本增加和上述因素，作为增加固有频率和抑制自励振动的度量， 优选的是将板的厚度t设定在0.8mm《t<1.8mm (以下，"不等式(5)")的范围内。
从成本和强度的观点出发，优选使用铁板作为电路板110。考虑到铁板的杨氏模量是 206千兆帕斯卡(GPa)，电路板110的杨氏模量H优选为比200Gpa更高。另外，更优选 的是使用涂覆有具有抗腐蚀能力的锌的铁板。
在本实施例中，旋转体101旋转的高速度是60,000 rpm。假定该值是当前阶段的最高 速度。可以允许假定任何速度作为高速度。
从如图12所示的各种情况中，当旋转轴104的半径是0.75 mm(即，轴直径是1.5 mm) 并且电路板110的厚度t是0.8 mm时，固有频率F标示最低，即大约800 Hz。即便固有 频率F是800Hz，通过不等式(2)计算出上限是大约34,000 rpm，在该上限内旋转体101 能够稳定地旋转而不会出现共振的。这意味着该上限比通常假定作为高速度的20,000 rpm 高得多。
从如图12所示的各种情况中，当旋转轴104的半径是1.25mm(即，轴直径是2.5mm) 并且电路板110的厚度t是1.8mm时，固有频率F标示最高，即大约1,800 Hz。如果固有 频率F是l,800Hz，通过不等式(2)计算出的上限是大约73,550rpm，在该上限内旋转体 101能够稳定地旋转而不会出现共振。这意味着该上限比当前阶段假定作为最高速度的60,000 rpm高得多。
光偏转器117被生产成满足不等式(3)或者(4)和不等式(5)等。生产的光偏转器 117被合并到光扫描单元8中，并且光扫描单元8被合并到图像形成设备100中。具有该 构造，以均匀和高精度的方式将静电潜像写入到感光元件20Y、 20M、 20C和20K上，并 且图像形成设备100能够形成高质量图像。
本发明不限于上述实施例，并能够在本发明的范围内进行各种变型和改变。
根据上述实施例的光偏转器117使用多光束系统。更具体的是，光源向多面镜发射两 束光束；包括多面镜的光学系统以两束光束彼此邻近的方式将两束光束引导至每一个扫描 目标面，借此将静电潜像写入到每一个感光元件上。但是，可以使用单光束系统代替多光 束系统。更具体的是，光源向多面镜发射单束光束；包括多面镜的光学系统将单束光束引 导至每一个扫描目标面，借此将静电潜像写入到每一个感光元件上。
可以使用单鼓图像形成设备代替串联型图像形成设备。单鼓图像形成设备仅包括一个 感光元件。四个色粉图像被依序形成在感光元件上，并依序相互叠加以形成全色图像。另 外，图像形成设备能够仅形成单色图像。
此外，上述任意类型的图像形成设备能够将四个色粉图像直接转印在例如记录纸张S 的纸张上，而跳过将四个色粉图像转印到中间转印介质上的处理。当纸张正在通过例如运 输带被传送的同时，四个色粉图像从四个图像载体被直接转印至纸张。
具有包括复印机、打印机和传真机的各种功能的MFP被用作上述实施例中的图像形 成设备。但是，允许使用复印机、打印机、传真机和具有不同功能组合的MFP中的任何 一个。
根据本发明的方面，能够以高精度偏转光束，这导致以高精度扫描感光元件，借此能 实现高质量图像。
虽然为完全、清楚的公开而用具体实施例对本发明进行说明，但附后的权利要求不因 此受限，应将其看作包含本领域技术人员由此想到的明显落入在此阐明的基本教导内的所 有变动和可选的结构。
权利要求
1. 一种光偏转器，其特征在于，包括旋转体，所述旋转体包括多面镜；旋转轴，固定至所述旋转体并和所述旋转体一起旋转；轴承单元，能旋转地支撑所述旋转轴；以及板，所述轴承单元被固定至所述板，其中满足下述不等式以及0. 8≤t≤1.8其中P[每分钟转数]是所述旋转体的转数，1[米]是所述旋转体的重心和所述板之间的距离，m[公斤]是所述旋转体的质量，r[米]是所述旋转轴的半径，E[帕斯卡]是所述旋转轴的杨氏模量，以及t[毫米]是所述板的厚度。
2. —种光偏转器，其特征在于，包括旋转体，所述旋转体包括多面镜；旋转轴，固定至所述旋转体并和所述旋转体一起旋转；轴承单元，能旋转地支撑所述旋转轴；以及板，所述轴承单元被固定至所述板，其中满足下述不等式<formula>formula see original document page 2</formula>以及<formula>formula see original document page 2</formula>其中p[每分钟转数]是所述旋转体的转数，l[米]是所述旋转体的重心和所述板之间的距离，m[公斤]是所述旋转体的质量，r[米]是所述旋转轴的半径，以及t[毫米]是所述板的厚度。
3. 如权利要求1或2所述的光偏转器，其特征在于，通过填隙将所述轴承单元固定至所述板。
4. 如权利要求1至3中任意一项所述的光偏转器，其特征在于，0.75《r<1.5。
5. 如权利要求1至4中任意一项所述的光偏转器，其特征在于，所述板的杨氏模量高于200千兆帕斯卡。
6. 如权利要求1至5中任意一项所述的光偏转器，其特征在于，所述板由铁制成。
7. —种光扫描器，其特征在于，包括如权利要求1至6中任意一项所述的光偏转器；光源，向所述多面镜发射光束；以及光学系统，其中所述光学系统和所述光偏转器通过所述旋转体的旋转将所述光束引导至扫描目标面以扫描所述扫描目标面。
8. 如权利要求7所述的光扫描器，其特征在于，所述光源向所述多面镜发射多束光束，以及所述光学系统和所述多面镜将所述光束引导至所述扫描目标面上彼此相邻的不同位置以扫描所述扫描目标面。
9. 一种图像形成设备，其特征在于，包括-如权利要求7或8所述的光扫描器；以及图像载体，所述图像载体包括所述扫描目标面，通过所述光扫描器的扫描在所述图像载体上形成潜像。
全文摘要
本发明涉及光偏转器，光扫描器以及图像形成设备。一种光偏转器，包括旋转体，该旋转体包括多面镜；旋转轴被固定至旋转体；可旋转地支撑旋转轴的轴承单元；以及板，轴承单元被固定至该板。其中P[rpm]是所述旋转体的转数，1[m]是所述旋转体的重心和所述板之间的距离，m[kg]是所述旋转体的质量，r[m]是所述旋转轴的半径，E[Pa]是所述旋转轴的杨氏模量，以及t[mm]是板的厚度，满足下述不等式(见图)。
文档编号G03G15/04GK101533155SQ200910127619
公开日2009年9月16日 申请日期2009年3月13日 优先权日2008年3月13日
发明者伊丹幸男, 增田宪介, 篁智隆, 高桥由博 申请人:株式会社理光;东北理光株式会社