用于平板盖的铰链机构 【技术领域】
本发明涉及一种用于成像装置的平板盖的铰链机构，该平板盖用于将布置在平板玻璃上的原始文件保持在固定位置，其中，平板盖安装成允许操作人员在放置和取出原始文件时打开和关闭平板盖。
背景技术
例如各种复印机和印刷机的成像装置的文件阅读部分都设置有平板盖，该平板盖能够放低到平板玻璃上和从该平板玻璃上升高，用于将布置在平板玻璃上的原始文件保持在固定位置和防止漫射光进入光学扫描系统内。通常，这种平板盖通过它的由铰链固定在装置壳体上的枢轴端而可摆动地支承。各铰链通常与弹性部件相连，该弹性部件用于沿打开方向给平板盖施加作用力，以便保证平滑地打开和关闭平板盖。
例如，在日本专利申请公开No.2002-23431中公开了一种利用扭转压缩弹簧作为弹性部件的铰链机构。还有，在日本专利申请公开No.2001-57611中公开了一种利用压缩线圈弹簧作为弹性部件的铰链机构。例如，如图7A和7B所示，支承平板盖51的铰链单元52通常与压缩线圈弹簧54一起插入和保持在位于成像装置壳体的一端处的柱形铰链保持器53中，这样，平板盖51能够通过使它绕铰链单元52的枢轴上下摆动而打开和关闭。
不过，当铰链单元52如上所述容纳于铰链保持器53中时，压缩线圈弹簧54在打开和关闭平板盖51时会偶尔在铰链保持器53内部产生强烈振动。当一次次发生这样的振动时，通常由硬树脂材料制成的铰链保持器53很容易在使用一段时间后破裂。这导致出现平板盖51松弛地置于平板上的问题，从而导致原件移动，或者导致漫射光进入光学扫描系统。产生这种问题的原因将在下面介绍。
普通的成像装置设计成这样，在接近平板盖51的关闭位置处，在自由下落点(平板盖51的打开角度在从0°到十几度地范围内)和低于该自由下落点时，由铰链单元52的压缩线圈弹簧54施加的、沿打开方向偏置平板盖51的铰链力矩保持为零或无负载状态，如图6所示。通过该结构，在平板盖接近关闭位置时，压缩线圈弹簧54并不向平板盖51施加偏置力(铰链力矩)，因此，平板盖51必然通过它自身的重量而降低到关闭位置。
这样的结构用于防止平板盖51保持打开。不过，当由于某种原因而急速关闭平板盖51时，突然从负载状态转换到空载状态的压缩线圈弹簧54在铰链保持器53内强烈振动，并与铰链保持器的内壁相撞。这将逐渐导致铰链保持器53从内部最终破裂。
特别是，当平板盖51打开到一定程度时，装入辊子支持器56内并由该辊子支持器56支承的辊子57与固定在平板盖51的枢轴端上的凸轮元件55接触，该辊子支持器56由垂直向上的弹簧力向上推，如图7A所示，因此，辊子57向上给该凸轮元件55施加作用力。辊子57的该偏置力产生了前述铰链力矩，它使得平板盖51沿它的打开方向摆动，其中，铰链力矩定义为指向凸轮中心的矢量(表示沿经过在凸轮元件55和辊子57之间的接触点的切线的垂线P方向而作用的力)与从接触点到铰链单元52的支承点的距离d的乘积。
另一方面，当平板盖51关闭时，经过在凸轮元件55和辊子57之间的接触点的切线的垂线经过凸轮元件55的枢轴中心58，该辊子57由垂直向上的弹簧力向上推，而该凸轮元件的枢轴中心58作为平板盖51的支承点，如图7B所示，因此铰链力矩为零。这意味着在压缩线圈弹簧54稍微压低(压缩)的状态下，沿打开方向偏置平板盖51的铰链力矩为零。
因此，当平板盖51从它的打开位置急速关闭时，压缩线圈弹簧54快速变化成铰链力矩为零的压缩状态。因此，压力平衡变得不稳定，压缩线圈弹簧54的弹力使得它自己在铰链保持器53中强烈振动，并与铰链保持器的内壁相撞，这使得铰链保持器53逐渐破裂，特别是从它的底部开始。
尽管没有详细表示，但是在铰链保持器53和压缩线圈弹簧54之间有间隙，以便使压缩线圈弹簧54能够灵活地压缩和伸长。因此，压缩线圈弹簧54可以在铰链保持器53内松弛地振动，从而当打开或关闭平板盖51时产生强烈振动。
【发明内容】
本发明提供了一种解决上述现有技术的问题的方案。特别是，本发明的目的是提供一种用于平板盖的铰链机构，该铰链机构的特征是具有很好的耐用性，这样，即使重复打开和关闭平板盖，铰链保持器也不会破裂。
根据本发明，提供了一种成像装置的铰链机构，该铰链机构支承用于将原件保持在平板玻璃上固定位置处的平板盖，该铰链机构包括：铰链单元，用于支承平板盖，以便使平板盖能够通过向上和向下摆动而打开和关闭；弹性部件(压缩线圈弹簧)，用于沿打开方向给平板盖施加作用力；以及铰链保持器，该铰链保持器安装在装置的壳体上，用于容纳弹性部件。铰链单元设置有铰链力矩保持机构，该铰链力矩保持机构使得弹性部件即使在平板盖关闭时也产生特定大小的铰链力矩，以便沿打开方向给平板盖施加作用力。
如前所述，普通成像装置通常构成为这样，即平板盖通过铰链以可绕装置壳体一端摆动的方式支承，每个铰链有设置有弹性部件，用于沿打开方向给平板盖施加作用力，以保证平板盖的平滑打开和关闭。在普通铰链机构中，扭转压缩线圈弹簧或压缩线圈弹簧用作弹性部件。弹簧(弹性部件)通常安装和保持在柱形铰链保持器中，该柱形铰链保持器在装置壳体的后端。
尽管在普通结构中可以防止平板盖处于打开状态，但是例如当平板盖急速关闭时，压缩线圈弹簧将在铰链保持器内部产生强烈振动。这样，压缩线圈弹簧将与铰链保持器的内壁相撞，这逐渐导致铰链保持器从内部最终破裂。
不过，根据本发明的前述结构，即使当平板盖关闭时，铰链单元仍然持续产生沿打开方向偏置平板盖的很小铰链力矩，因此，弹性部件在铰链保持器中保持稳定状态。因此，与普通铰链机构不同，本发明的铰链机构不会引起这样的问题：由于在关闭普通装置的平板盖时弹性部件产生强烈振动而引起铰链保持器破裂。这用于提高铰链机构的耐用性。
优选地，铰链力矩保持机构包括：凸轮，用于保证平板盖的平滑打开和关闭；以及辊子，该辊子在布置于平板盖和铰链单元之间的凸轮上滚转。
在该结构中，当平板盖打开和关闭时，由弹性部件产生的铰链力矩通过辊子和凸轮而平滑传递给平板盖，从而能够保证平滑打开和关闭平板盖。
凸轮的形状形成为能够使平板盖在特定打开角度处保持静止。
在这种情况下，平板盖可以以特定的打开角度停止，因此能够准确设置原件在平板玻璃上的位置，并能方便可靠地校验该原件的位置，从而提高可操作性。
还有，凸轮的形状可以形成为这样：当平板盖关闭时，大致朝上的、和经过所述辊子和所述凸轮之间的接触点的切线垂直的垂线偏离凸轮的枢轴。
在该结构中，当平板盖关闭时，大致朝上的、和经过所述辊子和所述凸轮之间的接触点的切线垂直的垂线并不经过凸轮的枢轴，因此，即使关闭时，大致朝上的很小铰链力矩施加在平板盖上。这也用于使弹性部件在铰链保持器中保持稳定状态。
还优选地，经大致朝上的、和经过所述辊子和所述凸轮之间的接触点的切线垂直的垂线朝着平板盖的前侧偏离凸轮的枢轴。
在该结构中，当平板盖关闭时，大致朝上的、和经过所述辊子和所述凸轮之间的接触点的切线垂直的垂线朝着平板盖的前侧偏离凸轮的枢轴，因此，铰链力矩施加在关闭的平板盖上。这用于使弹性部件在铰链保持器中保持稳定状态。
【附图说明】
通过阅读下面结合附图的详细说明，可以更清楚本发明的这些和其它目的、特征和优点。
图1是根据本发明实施例的复印机的透视图；
图2是复印机在其平板盖打开时的透视图；
图3是表示复印机的结构的剖视图；
图4是表示用于复印机中的铰链单元的结构的视图；
图5是表示铰链力矩和平板盖负载力矩如何变化的曲线图；
图6是表示在普通铰链机构的一个实例中，铰链力矩和平板盖负载力矩如何变化的曲线图；以及
图7A和7B是表示普通铰链机构的典型结构的视图(平板盖打开角度为：在图7A中为45°，在图7B中为0°)。
【具体实施方式】
下面将参考附图介绍本发明实施例的、用于平板盖的铰链机构。
成像装置
图1是根据本发明实施例的复印机的透视图，该复印机是成像装置的一个典型实例。复印机包括壳体20和自动文件供给器10，该自动文件供给器10安装在壳体20上，并使该自动文件供给器10能够上下摆动，以便打开和覆盖壳体20的顶部。图2是复印机的透视图，其中，自动文件供给器10升高，以便打开壳体20的顶部。在壳体20的顶部提供有平板玻璃21，原始文件置于该平板玻璃21上。在如图2所示使自动文件供给器10向上摆动后，可以将原件61布置在平板玻璃21的顶部。在本实施例中，自动文件供给器10安装在平板盖10a上并紧邻它的顶面，这样，它们一起构成单个构件。
图3是表示复印机的结构的剖视图。在壳体20的上部提供有光学扫描系统22，该光学扫描系统22将光投射到置于平板玻璃上的原件61上，以便光学扫描或阅读它的图像。光学扫描系统22包括灯22a和第一反射镜22b。该灯22a向位于平板玻璃21一侧(图3中所示为左侧)的文件阅读部分投射光。
从灯22a投射的光由原件61反射，第一反射镜22b沿水平方向将该反射光向壳体20的一侧(左侧)反射。还需要能使灯22a和第一反射镜22b一起沿着与第一反射镜22b反射光的方向相反的方向在平板玻璃21底侧横过该平板玻璃21水平运动的装置。通过该装置，可以使置于平板玻璃21上的原件61的整个表面曝光。
由第一反射镜22b反射的光通过第二反射镜22c和第三反射镜22d进一步反射，该第二反射镜22c和第三反射镜22d分别布置在一侧的一对上下位置处，以便使光反向，从而将光引向透镜22e，该透镜22e大致设置在壳体20左右方向的中部，如图3所示。当灯22a和第一反射镜22b沿水平方向以特定速度运动以扫描原件图像时，第二反射镜22c和第三反射镜22d一起同步运动，但是速度为灯22a和第一反射镜22b的速度的一半，方向与扫描方向相同(如图3所示为从左至右)。因此，在扫描操作过程中，由布置在平板玻璃21上的原件61反射的光总是运行相同长度的光程。
由第三反射镜22d反射的光通过透镜22e，并由第四反射镜22f和第五反射镜22g反射，该第四反射镜22f和第五反射镜22g布置在壳体20的固定位置处，并在与第二反射镜22c和第三反射镜22d相对的一侧，以便再次使光反向。由第五反射镜22g反射的光投射到第六反射镜22h上，该第六反射镜22h使光朝着设置在该第六反射镜22h下面的电子照相处理单元24的感光鼓24a反射。
感光鼓24a在它的柱形表面上有感光涂层，该感光涂层通过充电器24b进行充电。以前述方式从光学扫描系统22投射来的光照射在感光鼓24a的表面上，从而使它的感光涂层曝光。因此，在感光涂层上形成与原件图像相对应的静电潜像。形成于感光涂层的充电区域中的静电潜像因为吸引调色剂颗粒24c而显影形成调色剂图像。
储存在存纸盒25a或手动供纸盘25b中的打印纸通过两对辊子25c、25d而送入电子照相处理单元24中。形成于感光鼓24a上的调色剂图像通过调色剂转印单元24d转印到打印纸62上。
清洁单元24e从感光鼓24a的表面上除去残余的调色剂颗粒。转印到纸张62上的调色剂图像通过定影器单元24f而定影在该纸张上，且载有定影的调色剂图像的纸张62弹出到排出盘25e上。
自动文件供给器10设置成覆盖平板玻璃21和壳体20的整个顶表面。设置有文件供给盘11，原始文件61的每张纸都从该文件供给盘11供给到位于一侧(图3中所示为左侧)的平板玻璃21的图像阅读区域。通过放低到平板玻璃21上以覆盖平板玻璃21顶部的自动文件供给器10，可以将一张或多张的原始文件61装在文件供给盘11上。原件61从顶部向底部一张接一张地供给到平板玻璃21的图像阅读区域。
自动文件供给器10有可垂直运动的拾取辊15a，该拾取辊15a位于文件供给盘11的输出端附近。一对文件供给辊15c沿文件供给方向布置在拾取辊15a的下游。文件供给辊15c传送原件61，并使它经过平板玻璃21的图像阅读区域。
当经过平板玻璃21的图像阅读区域时，原件61被压靠在图像阅读区域上。当原件61经过图像阅读区域时，光学扫描系统22的灯22a将光投射到原件61上，光学扫描系统22将由原件61反射的光导向感光鼓24a，如上所述。光学扫描系统22逐行阅读或扫描经过平板玻璃21的图像阅读区域的原件61图像，并以前述方式将与原件图像相对应的光投射到感光鼓24a上。
在文件供给盘11上面还提供有一定倾斜角的文件输出盘。经过平板玻璃21的图像阅读区域的原件61被向上引导。原件61还通过一对传送辊15d向上传送，并通过一对文件输出辊15e弹出到文件输出盘14上。
平板盖铰链机构
在上述结构的复印机中，装配有自动文件供给器10以形成单件结构的平板盖10a的枢轴端通过一对铰链单元H而固定在壳体20的顶部并靠近壳体的后端，以便使该平板盖10a能够绕它的铰接端上下摆动。各铰链单元H的结构如图4所示。特别是，如图所示，辊子36装入辊子支持器37内并由该辊子支持器37支承，该辊子支持器37安装在压缩线圈弹簧(弹性部件)34上。压缩线圈弹簧34与辊子支持器37一起安装在由硬树脂材料制成的铰链保持器33内。铰链保持器33安装在形成于壳体20的后端部分中的孔内。
两个铰链单元H的辊子36保持与固定在平板盖10a枢轴端上的相应凸轮35滚动接触。凸轮35的旋转轴(枢轴)38布置在各铰链保持器33的上面，且平板盖10a绕凸轮35的旋转轴38上下摆动。铰链机构具有如此结构：即使如图4所示当平板盖10a关闭时，各铰链单元H的、沿打开方向给平板盖10a施加作用力的压缩线圈弹簧34也施加一定大小的铰链力矩。因此，各铰链单元H有铰链力矩保持机构，用于即使在平板盖10a关闭时也保持由沿打开方向给平板盖10a施加作用力的压缩线圈弹簧34产生的铰链力矩。
根据该结构，当平板盖10a关闭时，压缩线圈弹簧34在铰链保持器33内保持稳定状态。因此，即使当平板盖10a频繁打开和关闭，也可以防止在使用一段时间后由于压缩线圈弹簧的强烈振动而引起的铰链保持器破裂的前述固有问题，从而提高铰链机构的耐用性。
这还将在下面详细介绍。例如，由沿打开方向给平板盖10a施加作用力的压缩线圈弹簧34产生的铰链力矩随平板盖10a的打开角度成非线性(曲线)变化，如图5所示。特别是，当平板盖10a的打开角度减小时，由平板盖10a自身重量产生的平板盖10a负载力矩(在图5中以虚线表示)增大。当平板盖10a在自由下落点角度或低于该角度的情况下通过它的自重而落下时，压缩线圈弹簧34在平板盖10a的自由下落过程中产生铰链力矩，在该自由下落点处，表示负载力矩的曲线与表示铰链力矩的实线相交(图5)。此外，即使在平板盖10a完全落下后，压缩线圈弹簧34继续施加一定的铰链力矩，尽管它并不是很大。
例如，当平板盖10a关闭时，经过凸轮35和辊子36之间的接触点的切线(未示出)的、大致朝上的垂线P朝着平板盖10a的前侧偏离(倾斜)凸轮35的旋转轴(枢轴)38。这意味着垂线P的方向朝着由图4中“X”标记的凸轮35的曲率中心偏移。换句话说，垂线P偏离凸轮35的旋转轴(枢轴)38的距离为d，如图所示。因此，如图4所示当平板盖10a关闭时，铰链机构产生很小的铰链力矩，该铰链力矩等于沿垂线P方向施加的、将使平板盖10a沿打开方向旋转的力分量与距离d的乘积，该距离d为该力的作用力臂的长度。
这样，压缩线圈弹簧34在铰链保持器33内保持稳定压缩状态，因此，当平板盖10a关闭时不会产生振动。因此，与现有技术的铰链机构不同，本发明的压缩线圈弹簧34并不会产生例如使铰链保持器33的内壁破裂的问题。它还可以防止由于平板盖10a升高而使原件61移动以及防止漫射光进入光学扫描系统22中。而且，本发明的前述结构保证铰链机构有很高的耐用性。
此外，因为当平板盖10a打开和关闭时，由压缩线圈弹簧34产生的铰链力矩通过辊子36和凸轮35平滑传递给平板盖10a，因此，即使与平板盖10a装配在一起的自动文件供给器10较重时，平板盖10a也能够平滑地打开和关闭。
凸轮35的形状形成为能够在特定的打开位置使平板盖10a保持静止。特别是，在凸轮35的滚动表面(凸轮表面)中形成凹口35a，这样，凸轮35能够将平板盖10a保持在使辊子36装入凹口35a中的特定打开角度。该结构可以使原件6在平板玻璃21上准确设置就位，并能方便可靠地校验原件61的位置，从而提高可操作性。
尽管在本实施例中，平板盖10a与自动文件供给器10装配在一起以形成单件结构，但是本发明并不局限于该结构，平板盖10a可以以可摆动的方式单独地支承在壳体20顶部。还有，具有通过本发明的铰链机构固定的平板盖10a的复印机的结构并不必须如图1至3所示。本发明可用于任意成像装置，不管它的类型或结构，只要该装置装备有能够上下摆动以打开和覆盖平板玻璃顶部的平板盖，原件布置在该平板玻璃上。
由前述说明可知，本发明有以下效果：
(1)因为即使当平板盖关闭时，铰链单元也产生很小的、沿打开方向偏置平板盖的铰链力矩，因此，弹性部件在铰链保持器中保持稳定状态。因此，与普通铰链机构不同，本发明的铰链机构不会引起这样的问题：由于在关闭平板盖时弹性部件产生强烈振动而引起铰链保持器破裂。这用于提高铰链机构的耐用性。
(2)当平板盖打开和关闭时，由弹性部件产生的铰链力矩通过辊子和凸轮而平滑传递给平板盖，以便保证平滑打开和关闭平板盖。
(3)因为平板盖能够在特定打开角度处保持静止，因此本发明的铰链机构可以准确设置原件在平板玻璃上的位置，并能方便可靠地改变该原件的位置，从而提高可操作性。
(4)当平板盖关闭时，大致朝上的、和经过辊子和凸轮之间的接触点的切线垂直的垂线偏离凸轮的枢轴，因此，即使关闭时，大致朝上的很小铰链力矩施加在平板盖上。这也用于使弹性部件在铰链保持器中保持稳定状态。
(5)因为当平板盖关闭时，大致朝上的、和经过辊子和凸轮之间的接触点的切线垂直的垂线朝着平板盖的前侧偏离凸轮的枢轴，铰链力矩施加在关闭的平板盖上。这用于使弹性部件在铰链保持器中保持稳定状态。