专利名称：成像装置、马达单元以及图像承载元件单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由马达以预定转速旋转的马达单元、以及成像装置和包括图像承载元件的图像承载元件单元。
背景技术：
成像装置比如彩色复印机和彩色打印机包括用于四种颜色(黄色、品红、青色和黑色)的图像承载元件(感光鼓)，并且这些图像承载元件由马达旋转。旋转驱动图像承载元件的马达必需不产生会不利地影响待形成图像的不规则旋转。为此，将常规马达构造为包括作为一体轴与每个图像承载元件直接且可一体旋转地相联接的输出轴；以及编码器，编码器设置于输出轴处以检测转速以便基于来自编码器的输出信号控制图像承载元件的转速(参见美国专利No. 7，060, 969)。编码器是检测旋转角度、转数、位置等并且因此检测转速的转速检测装置。更具体地，编码器可以是光学类型的，其包括待被检测元件，比如代码轮，其同轴地附接至输出轴，代码轮具有由在圆周方向上以规则间隔布置的大量缝隙构成的光学图案；以及例如由将代码轮夹在其间的发光部件和光接收部件构成的旋转传感器。参照图8，彩色复印机中使用的这种常规感光鼓在下面举例示出。图9A是图8中的每个感光鼓单元的主要部件的横截视图。如图8中所示，彩色复印机包括分别相应于黄色、品红、青色和黑色的四个感光鼓 70、71、72 和 73。在这些感光鼓70、71、72和73绕着它们的轴中心旋转时，形成于其上的与相应颜色对应的调色剂图像转印到转印元件上。感光鼓70、71、72和73均与作为旋转驱动装置的振动波马达10相连接。更具体地，如图9A中所示，作为一体轴的从每个振动波马达10延伸的输出轴沈与相应的感光鼓70、71、72或73直接且可一体旋转地相联接。虽然没有详细描述，每个感光鼓70、71、72或73经由联接元件50和51与输出轴 26在轴向上相联接并且经由联接元件50与之在旋转方向上相联接。因此，每个感光鼓70、71、72或73的惯性力矩在联接元件50的位置处形成对于输出轴26的负荷。每个振动波马达10包括固定至彩色复印机的机架74的马达壳体12。接着参照图9B，其为图9A中的马达及其周围部件的放大横截面图，驱动马达单元的构造在下面进行描述。将振动波马达10构造为使得定子ST用螺钉等紧固至马达壳体12并且定子ST由联接至弹性元件22比如不锈钢的一个表面的压电元件21构成。然后，由弹性元件比如不锈钢制成的转子23由压簧25经由橡胶垫M压靠定子ST。压簧25牢固地固定至盘28，并且压配合至由安装于马达壳体12中的两个径向轴承BA和BB可旋转地支撑的输出轴26，由此转子23在压力下与定子ST相接触。
压力的反作用力由径向轴承BB的内环和轴环M接收。然后，盘观与输出轴26 一体地相联接，因而将转子的旋转传递至输出轴26。这里，定子ST和转子23的接触部分经受淬火或氮化以提高耐磨性。布置于马达外壳13中的代码轮35与输出轴沈同轴地附接以便夹在构成旋转传感器36的发光部件和光接收部件之间。旋转传感器36中的两个设置于相对位置处以便消除在代码轮35与输出轴沈偏心时对于一个周期每一旋转所产生的旋转误差分量，并且使用来自两个传感器的信号的平均值计算转数。然而，这种控制驱动图像承载元件的马达的转速的常规方式具有以下问题。图IOA和图IOB示出图9A中所示的感光鼓的传输特性。图IOA和图IOB是当电压在与驱动频率不同的作为扰动的频率下重叠于振动波马达的输入电压上时来自旋转传感器的输出的波德图。图IOA示出增益(输入/输出的比率)并且图IOB示出相位差的频率特性。如从图IOA和图IOB中明显地，在大约500赫兹(在图中用箭头指示)处观察到槽口(notch)特性。这由以下原因产生。也就是，输出轴沈的扭转振动的共振出现于振动波马达10和感光鼓70 (71、72或 73)用作质量(重量)(图9A中的箭头)的频率处。因此，由于旋转传感器36检测振动波马达10自身的旋转角度以及由于振动造成的扭转角位移而观察到槽口特性。图IOC示意性地示出用于输出轴沈的扭转共振模式的角位移的分布。水平轴线表示输出轴沈的位置，并且竖直轴线表示扭转角度。输出轴沈扭转振动以便在两条实线60之间往复运动。由于旋转传感器36布置于在图IOC的左端附近具有扭转共振模式的较大扭转角位移的位置处，旋转传感器36检测振动波马达10的转数，包括扭转共振期间的较大扭转振动分量。图IOA和图IOB中所示的槽口特性源自大约500赫兹处这种扭转振动模式的共振频率的存在并且变成使控制范围变窄的因素。尤其在图IOA和图IOB的情况下，增益在大约500赫兹处降低。因此，能认为，由于扭转共振造成的角位移具有与来自振动波马达的输出的响应相反的相位。因此，试图降低不规则旋转的扭转振动的分量将相反地变成该分量的增大。虽然这是例举感光鼓单元的描述，但是任何具有一定长度的输出轴(旋转轴)的马达单元(没有感光鼓的构造)对于扭转振动模式具有类似问题，该扭转振动模式可以具有不同的共振频率。为了拓宽控制范围，输出轴沈能制作为更厚或感光鼓70(71、72或73)的惯性力矩可降低从而增大扭转振动的共振频率。然而，当前的状况使得这种改变由于设备侧的限制而变得困难。这里，感光鼓70(71、72或7 在轴向上和在旋转方向上通过联接元件50与输出轴26相联接，并且仅在轴向上通过联接元件51与输出轴相联接。因此，感光鼓70(71、72 或73)的旋转角度在联接元件50的位置处变成输出轴沈的旋转角度。也就是说，感光鼓70(71、72或73)具有如图IOC中的虚线61所示的均勻角位移。
为了应付这些问题，本发明的目标是提供一种成像装置、马达单元以及图像承载元件单元，其能够在抑制驱动图像承载元件的马达的输出轴的扭转振动模式的影响的同时检测转速，并且能在宽频带中精确地控制马达的转速以便形成高质量的图像。
发明内容
本发明的一种成像装置包括至少一个图像承载元件单元，该图像承载元件单元包括图像承载元件以及具有与图像承载元件相联接的输出轴从而旋转驱动图像承载元件的马达。马达的输出轴包括转速检测装置以检测输出轴的转速，转速检测装置布置于马达的输出轴的扭转共振模式的波节附近。本发明的马达单元包括输出轴以及与输出轴相联接从而旋转驱动输出轴的马达。 马达的输出轴包括转速检测装置以检测输出轴的转速，转速检测装置布置于马达的输出轴的扭转共振模式的波节附近。本发明的图像承载元件单元包括图像承载元件以及具有与图像承载元件相联接的输出轴以旋转驱动图像承载元件的马达。马达的输出轴包括转速检测装置以检测输出轴的转速，转速检测装置布置于马达的输出轴的扭转共振模式的波节附近。根据本发明，能在抑制马达的输出轴的扭转振动模式的影响的同时检测转速，并且马达的转速能在较宽的频带中精确地控制。本发明用于图像承载元件单元中以驱动成像装置的图像承载元件，从而成像装置能形成高质量的图像。本发明的其他特点从以下参照附图对示例性实施例的描述中将变得明显。
图1是本发明的实施例1中的感光鼓单元的主要部件的横截面图。图2示意性地示出图1中所示的马达输出轴的扭转共振模式的扭转角位移分布。图3A是表示图1中所示的感光鼓单元的传输特性的波德图。图;3B是表示图1中所示的感光鼓单元的传输特性的波德图。图4是本发明的实施例2中的感光鼓单元的主要部件的横截面图。图5示意性地示出图4中所示的马达输出轴的扭转共振模式的扭转角位移分布。图6是本发明的实施例3中的感光鼓单元的主要部件的横截面图。图7示意性地示出图6中所示的马达输出轴的扭转共振模式的扭转角位移分布。图8是示出彩色复印机中使用的常规感光鼓单元的示例的示意性透视图。图9A是图8中的每个感光鼓单元的主要部件的横截面图。图9B是图9A中所示的感光鼓单元的周围部分以及马达的放大横截面图。图IOA是示出图9A中所示的感光鼓单元的传输特性的波德图。图IOB是示出图9A中所示的感光鼓单元的传输特性的波德图。图IOC示意性地示出图9A中所示的马达输出轴的扭转共振模式的扭转角位移分布。
具体实施例方式本发明的优选实施例现在将根据附图详细描述。
实施例1现在参照图1，以下描述了本发明的实施例1，这是一种成像装置，其具有至少一个(即一个或更多个)图像承载元件单元，所述单元包括图像承载元件以及具有与图像承载元件一体地相联接的输出轴以用于旋转驱动图像承载元件的马达。本发明中的马达单元指的是包括旋转驱动装置、输出轴(旋转轴)以及转速检测装置的组合的单元。本发明的图像承载元件单元是使用本发明的优选实施例之一，其指的是包括本发明的马达单元以及图像承载元件(通常是感光鼓)的组合的单元。虽然以下通过参照作为本发明一个典型示例的图像承载元件单元来描述本发明的构造，但是图像承载元件对于本发明不是关键的。除了图像承载元件以外的旋转目标可以被旋转驱动。于是，本发明还包括马达单元，马达单元包括输出轴和与输出轴相联接用于旋转驱动输出轴的马达，马达的输出轴设置有转速检测装置以检测输出轴的转速，转速检测装置布置于马达的输出轴的扭转共振模式的波节附近。如图1中所示，本实施例的图像承载元件单元(感光鼓单元)包括与作为旋转驱动装置的振动波马达101相连接的感光鼓70(71、72或73)。然后，输出轴261作为一体轴从振动波马达101延伸并且与感光鼓70(71、72或73)直接并能够一体旋转地相联接。感光鼓70(71、72或7 经由联接元件50和51在轴向上与输出轴261相联接并且经由联接元件50在旋转方向上与输出轴相联接。振动波马达101包括固定至彩色复印机机架74的马达壳体121。输出轴261设置有转速检测装置以检测输出轴的转速。该转速检测装置是包括作为待被检测元件的代码轮351和旋转传感器361的编码器，并且是用来检测旋转角度、转数、位置等并且因此检测转速的装置。更具体地，代码轮351同轴地附接于振动波马达101和感光鼓70 (71、72或73)之间。然后，两个相对的由发光部件和光接收部件构成的旋转传感器361经由基部14固定至马达壳体121以便将代码轮351夹在发光部件和光接收部件之间，因而构成转速检测
直ο振动波马达101基于来自旋转传感器361的信号输出进行控制以使得转速恒定。这里注意到，由于在彩色复印机内部(尤其在感光鼓附近)漂浮的调色剂可能降低转速检测装置的光学性能，转速检测装置可由盖元件覆盖以防止异物从外部侵入。举例来说，编码器盖15可附接至马达壳体121以便覆盖代码轮351和旋转传感器 361两者。图2示意性地示出图1中所示的感光鼓单元的输出轴261的扭转共振模式的角位移分布。与图IOC中的常规示例类似，输出轴261扭转振动以便在两个实线60之间往复运动。然而，在本实施例中，代码轮351布置于扭转共振模式的角位移是0的位置附近， 即，在扭转共振模式的波节附近。因此，来自旋转传感器361的信号输出不包括扭转共振的分量。在本发明中，扭转共振模式的波节附近不仅包括扭转共振模式的波节的严格位置，而且还包括在组装精度范围内能基本上视为扭转共振模式的波节的位置。
图3A和;3B是示出这种系统的传输特性的波德图。图3A示出增益(输入/输出的比率)并且图3B示出相位差的频率特性。 与示出常规示例的图IOA和IOB相比，大约500Hz处的槽口特性几乎不会显现(图中的箭头)。因此，由于这种系统免受扭转共振对控制增益的限制，由此能获得较宽的控制范围。也就是，控制界限能由于不检测源自扭转共振的不规则旋转分量而增大，并且因此这种控制增益能增大且准确性能得到提高。这里注意到，本发明没有通过控制来移除源自扭转共振的不规则旋转分量。实施例2现在参照图4，以下描述了具有调节质量的作为图像承载元件单元(感光鼓单元) 的实施例2。与实施例1共同的部件的描述已经省略。如图4中所示，本实施例的感光鼓单元包括与作为旋转驱动装置的振动波马达 102相连接的感光鼓70 (71、72或73)。然后，作为一体轴从振动波马达102延伸的输出轴沈2与感光鼓70(71、72或73)
直接地且可一体旋转地相联接。感光鼓70(71、72或7 经由联接元件50和51在轴向上与输出轴262相联接并且经由联接元件50在旋转方向上与输出轴相联接。振动波马达102包括固定至彩色复印机的机架74的马达壳体122。与常规示例类似，代码轮352与输出轴262同轴地附接，并且两个相对的旋转传感器362固定至马达外壳13。振动波马达102基于来自旋转传感器362的信号输出受到控制以使得转速恒定。输出轴还在与图像承载元件的联接侧相反的一侧上设置有调节质量(重量)40以便将马达夹在调节质量与图像承载元件之间，并且构造为使得马达的输出轴的扭转共振模式的波节的位置设置于马达102和调节质量40之间。更具体地，相对于振动波马达102，调节质量40附接于与感光鼓70 (71,72或73)相反的一侧上，并且马达的输出轴的扭转共振模式的波节的位置设置于马达与调节质量之间。代码轮352和旋转传感器362然后布置于振动波马达102与调节质量40之间并且在扭转共振模式的波节的附近。在本实施例中，编码器盖151附接至马达外壳13以便覆盖代码轮352和旋转传感器362。这种编码器盖151不是必需的，因为代码轮352和旋转传感器362远离感光鼓 70(71、72或73)并且较少受到调色剂的影响。图5示意性地示出图4中所示的感光鼓单元的输出轴262的扭转共振模式的角位移分布。输出轴262扭转振动以便在两条实线601之间往复运动(虚线611表示感光鼓 70(71、72或73)的旋转角度)。这里注意到，本实施例的调节质量40允许扭转共振模式的波节的位置朝着调节质量40移动并且正好定位于代码轮352附近。因此，来自旋转传感器362的信号输出不包括扭转共振的分量，并且控制增益甚至能在共振频率带中增大。实施例3
现在参照图6，以下描述了具有调节质量的作为图像承载元件单元(感光鼓单元) 的实施例3，该调节质量布置于与实施例2不同的位置处。与实施例1和2共同的部件的描述已经省略。如图6中所示，本实施例的感光鼓单元包括与作为旋转驱动装置的振动波马达 103相连接的感光鼓70 (71、72或73)。然后，作为一体轴从振动波马达103延伸的输出轴沈3与感光鼓70(71、72或73)
直接且可一体旋转地相联接。感光鼓70 (71,72或7 在轴向上经由联接元件501和51与输出轴263相联接并且在旋转方向上经由联接元件501与输出轴相联接。振动波马达103包括固定至彩色复印机的机架74的马达壳体123。在本实施例中，代码轮353经由联接元件501与输出轴沈3同轴地附接，并且两个相对的旋转传感器363经由基部141固定至马达壳体123。基于来自旋转传感器363的信号输出对振动波马达103进行控制以使得转速恒定。输出轴还在与马达103相反的一侧上设置有调节质量(重量)以便将图像承载元件在旋转方向上与输出轴相联接的位置(即，联接元件501的位置)夹在调节质量与马达之间。然后，输出轴构造为使得马达的输出轴的扭转共振模式的波节的位置设置于图像承载元件与输出轴的联接位置的附近(即，联接元件501的位置的附近)。更具体地，相对于感光鼓70 (71、72或7 ，输出轴263在与振动波马达103相反的一侧上设置有调节质量401并且马达的输出轴的扭转共振模式的波节的位置设置于图像承载元件与输出轴的联接位置的附近。在本实施例中，由于代码轮353和旋转传感器363 靠近感光鼓70(71、72或73)，将编码器盖152附接至马达壳体123以便覆盖这些部件。图7示意性地示出图6中所示的感光鼓单元的输出轴263的扭转共振模式的角位移分布。输出轴263扭转振动以便在两条实线602之间往复运动。这里注意到，本实施例的调节质量401允许扭转共振模式的波节的位置朝着调节质量401移动并且定位为正好在代码轮353附近。因此，来自旋转传感器363的信号输出不包括扭转共振的分量，并且在共振频率带中也能增大控制增益。在本实施例中，不仅代码轮353而且联接元件501大致与扭转共振模式的波节的位置重合，并且因此感光鼓70 (71、72或73)几乎不会产生源自扭转共振(图7的虚线612) 的不规则旋转。如上所述，根据这些实施例的构造，马达的转数能在没有马达输出轴的扭转共振模式的影响之下进行检测，因而能在比扭转振动模式的共振频率更高的频带中进行控制。上面对实施例的描述涉及使用振动波马达作为驱动马达的情况，因为振动波马达具有优良响应性和较宽控制范围的特点，并且因此在振动波马达的情况下，能够特别明显地获得本发明的效果。然而，本发明不限于这种构造，并且也能用于使用电磁马达的感光鼓单元中。虽然本发明已经参照示例性实施例进行描述，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将遵循最宽泛的解释以涵盖所有这些变型和等同结构以及功能。
权利要求
1.一种成像装置，包括至少一个图像承载元件单元，所述图像承载元件单元包括图像承载元件以及具有与图像承载元件相联接的输出轴从而旋转驱动图像承载元件的马达，其中马达的输出轴包括转速检测装置以检测输出轴的转速，转速检测装置布置于马达的输出轴的扭转共振模式的波节附近。
2.根据权利要求1的成像装置，其中转速检测装置包括编码器，该编码器由待被检测元件和旋转传感器构成，所述旋转传感器包括发光部件和光接收部件，所述发光部件和光接收部件布置成将待被检测元件夹在发光部件和光接收部件之间，并且待被检测元件与马达的输出轴一体地相联接并且布置于马达的输出轴的扭转共振模式的波节附近。
3.根据权利要求1的成像装置，还包括在输出轴的与图像承载元件联接侧相反的一侧上的调节质量以便将马达夹在调节质量与图像承载元件之间，其中马达的输出轴的扭转共振模式的波节的位置设置于马达和调节质量之间。
4.根据权利要求1的成像装置，还包括在输出轴的与马达侧相反的一侧上的调节质量以便将图像承载元件在旋转方向上与输出轴相联接的位置夹在调节质量与马达之间，其中马达的输出轴的扭转共振模式的波节的位置设置于图像承载元件在旋转方向上与输出轴相联接的位置附近。
5.根据权利要求1的成像装置，还包括在输出轴的与马达侧相反的一侧上的调节质量以便将图像承载元件在旋转方向上与输出轴相联接的位置夹在调节质量与马达之间，其中马达的输出轴的扭转共振模式的波节的位置设置于图像承载元件与输出轴相联接的位置附近，转速检测装置包括编码器，所述编码器由待被检测元件和旋转传感器构成，所述旋转传感起包括发光部件和光接收部件，所述发光部件和光接收部件布置为将待被检测元件夹在发光部件和光接收部件之间，并且图像承载元件和输出轴用联接元件联接，并且待被检测元件经由联接元件布置。
6.根据权利要求1的成像装置，还包括覆盖转速检测装置以防止异物从外部侵入的盖元件。
7.根据权利要求1的成像装置，其中马达是振动波马达。
8.一种图像承载元件单元，包括图像承载元件；以及包括与图像承载元件相联接的输出轴以旋转驱动图像承载元件的马达，其中马达的输出轴包括转速检测装置以检测输出轴的转速，转速检测装置布置于马达的输出轴的扭转共振模式的波节附近。
9.根据权利要求8的图像承载元件单元，其中转速检测装置包括编码器，该编码器由待被检测元件和旋转传感器构成，所述旋转传感器包括发光部件和光接收部件，所述发光部件和光接收部件布置成将待被检测元件夹在发光部件和光接收部件之间，并且待被检测元件与马达的输出轴一体地相联接并且布置于马达的输出轴的扭转共振模式的波节附近。
10.根据权利要求8的图像承载元件单元，还包括在输出轴的与图像承载元件联接侧相反的一侧上的调节质量以便将马达夹在调节质量与图像承载元件之间，其中马达的输出轴的扭转共振模式的波节的位置设置于马达和调节质量之间。
11.根据权利要求8的图像承载元件单元，还包括在输出轴的与马达侧相反的一侧上的调节质量以便将图像承载元件在旋转方向上与输出轴相联接的位置夹在调节质量与马达之间，其中马达的输出轴的扭转共振模式的波节的位置设置于图像承载元件在旋转方向上与输出轴相联接的位置附近。
12.根据权利要求8的图像承载元件单元，还包括在输出轴的与马达侧相反的一侧上的调节质量以便将图像承载元件在旋转方向上与输出轴相联接的位置夹在调节质量与马达之间，其中马达的输出轴的扭转共振模式的波节的位置设置于图像承载元件与输出轴相联接的位置附近，转速检测装置包括编码器，该编码器由待被检测元件和旋转传感器构成，所述旋转传感器包括发光部件和光接收部件，所述发光部件和光接收部件布置成将待被检测元件夹在发光部件和光接收部件之间，并且图像承载元件和输出轴用联接元件联接，并且待被检测元件经由联接元件布置。
13.根据权利要求8的图像承载元件单元，还包括覆盖转速检测装置以防止异物从外部侵入的盖元件。
14.根据权利要求8的图像承载元件单元，其中马达是振动波马达。
15.一种马达单元，其包括输出轴以及与输出轴相联接从而旋转驱动输出轴的马达，其中马达的输出轴包括转速检测装置以检测输出轴的转速，转速检测装置布置于马达的输出轴的扭转共振模式的波节附近。
全文摘要
公开了一种成像装置，包括至少一个图像承载元件单元，该图像承载元件单元包括图像承载元件以及具有与图像承载元件相联接的输出轴从而旋转驱动图像承载元件的马达；马达的输出轴包括转速检测装置以检测输出轴的转速，转速检测装置布置于马达的输出轴的扭转共振模式的波节附近；还公开了一种马达单元以及图像承载元件单元。
文档编号G01P3/486GK102445875SQ20111029491
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年10月4日
发明者木村笃史 申请人:佳能株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
