JPS6365766A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は電子写真式カラー複写機あるいは、レーザプ
リンタなどに適用して好適な画像形成装置、特に外部４
３号で駆動される光偏向子を使用した画像形成装置に関
する。

［発明の背景］ 電子写真式カラー複写機などでは、原稿に対応した画像
信号により感光性の像形成体上に静電潜像を形成する手
段として、半導体レーザなどの光信号を使用するものが
ある。

レーザ光走査装置によってカラー記録するような場合に
は、色分解像ごとに静電像をずらしながら形成すること
が容易にでき、鮮明なカラー画像を記録することができ
る。

第１７図はこの種の電子写真式カラー複写機に使用され
るレーザ光走査装置３０の一例を示す構成図である。

同図において、１１はドラム状をなす造形成体を示し、
その表面にはセレンなとの光電導性感光体表層が形成き
れ、光学像に対応した静電像（静電潜像）が形成できる
ようになされている。

レーザ光走査装置３０は、半導体レーザ３１を有し、レ
ーザ３１は画像情報を２値化した変調信号に基づいて光
変調される。

レーザ３１から出射されたレーザビームはコリメータレ
ンズ３２及びシリンドリカルレンズ３３を介して回転多
面鏡（ポリゴン）からなるミラースキャナ、すなわち偏
向器３４に入射する。

この偏向器３４によってレーザビームが偏向され、これ
が結像用のｆ−θレンズ３５及びシリンドリカルレンズ
３６を通して像形成体１１の表面に照射きれる。

偏向器３４によってレーザビームは像形成体１１の表面
を一定速度で所定の方向ａに走査きれ、これによって、
像露光がなされることになる。

なお、３９はフォトセンサを示し、ミラー３８で反射さ
れたレーザビームを受けることにより、レーザビームの
走査開始を示すインデックス信号が得られ、このインデ
ックス信号を基準にして１ラインの画像データの書き込
みが行なわれることになる。

偏向器３４としては図示するような回転多面鏡の他に、
機械式の振動鏡、例えば検流計などで使用されているガ
ルバノメータを使用することができる。

機械式の振動鏡を用いてレーザビームを等速補正しなが
ら走査する例としては、特開昭５４−６０９４４号に開
示されたガルバノ・ミラー・スキャナ装置がある。なお
、この公知例はレンズ形に係わるもので、後述するよう
に機械式振動子の欠点を未解決のまま使用した装置であ
る。

第１８図はこれらのようなガルバノミラ−スキャナー５
０の一例を示す。

ガルバノミラ−スキャナー５０は、周知のように、反射
ミラー５１、駆動コイル５２及びこれらを機械的に連結
するためのリガメント（回転支持棒）５３とで構成きれ
る。

駆動コイル５２に所定周波数の駆動電流を供給すれば、
この駆動コイル５２に所定の電磁力が作用するので、こ
れによって反射ミラー５１が振動する。

従って、反射ミラー５１に上述した画像信号によって変
調された光信号を照射すれば、この光信号が偏向されて
像形成体１１上に到達するから、上述と同様な光走査が
なされることになる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した光走査装置において、回転多面鏡を
使用するようなものでは、モータに多面体の鏡を取り付
け、これを回転駆動することによってレーザを偏向する
ようにした偏向器であるために、次のような問題点を惹
起する。

第１に、回転多面鏡自体が大きくなり、光走査装置の小
型化の隘路となっている。

第２に、モータ駆動時に発生する回転音や回転多面鏡の
風切音が大きくなり、騒音、振動を軽減できない。

第３に、より小型化された回転多面鏡用の駆動モータの
軸受は、通常玉軸受であるから、長期の使用により軸受
が摩耗し、回転の安定性が悪くなり、信頼性が劣化する
。

第４に、玉軸受はモータではその駆動速度は周波数に換
算すると、１ｋＨｚ程度であるから、高速走査用として
の使用には耐えられない。

空気軸受などの耐摩耗性の軸受を使用する場合には、軸
及び軸受の加工精度が非常に厳しく、塵埃などによって
軸の焼付が生じてしまうなど、実際の偏向器としては大
型で、非常に高価なものとなってしまうなどの、数々の
問題点がある。

ざらに、回転多面鏡は、反射面での光散乱が原因で雑光
を光学系内に生じることがある。反射面の面精度コーテ
ング材などによっても、光散乱の程度は変わるが、多か
れ少なかれ、雑光を生じ、この雑光が像形成体１１に照
射されるから、最終画像に悪影響を及ぼすことになる。

特に、カブリとなったり、細線の再現性を低下きせる原
因となる。高画質で高解像度、例えば１２〜２４ｄｏｔ
ｓ／＋ｍ程度の解像度が必要なレーヅ記録装置などにと
っては大きな問題である。

これに対して、第１８図に示すような機械式振動ミラー
を偏向器として使用する場合には、反射ミラー５１と駆
動コイル５２とを別々に製造した上で、リガメント５３
に取り付けるものであるから、各部品が大きくなるなど
の他に、次のような欠点がある。

第１に、リガメントが金属であるためミラーを大きく振
ることが出来ず広角に振らすことが困難である。

第２に、リガメントも金属製であるため長期の使用にお
いては金属疲労が発生し、安定した振動が得られなくな
る。

また、ざらに、リガメント、ミラー、これを支えるフレ
ームの材質が異なる場合、周囲温度変化や環境条件の大
きな変化によって生ずる材質の（線）Ｉ１１張係数の違
いから、安定したミラー支持及び振動が困難になること
がある。レーザビームプリンタやファクシミリのように
高速走査が要求される場合は、ミラー支持及びミラー振
動の不安定さは最終画質に影響を与える。

ビーム走査中にミラーがブしたりすると、像形成体１１
に当たるビームスポットの場所が不規則になるからであ
る。そのため、直線が部分的に曲がったり、等間隔な線
が不規則になったりすることがある。

このような欠点を解決するものとして、光偏向子を光信
号の偏向器として使用することが考えられる。

光偏向子とは、機械式振動鏡であるガルバノミラ−と同
様な機能を有し、後述するように反射ミラー、これを駆
動する駆動コイルなどが同一の基板上に形成されたもの
である。基板としては水晶板などが使用される。

ここで、水晶板を使用した場合、この水晶板は周知のよ
うにその固有振動数で振動するから、この水晶板自体を
用いて所定の駆動回路を構成すれば、この水晶板自体が
振動することになる。すなわち、自動発振する。

従って、この水晶板自体を発振素子としても使用するよ
うにした、いわゆる自励式に構成する場合には、発振素
子そのものを省略できるので、外部駆動源が大幅に簡略
化される。

しかし、このように自動式に構成した場合には、水晶板
の加工精度によって、必要な固有振動数ｆｏが得られな
い場合がある。すなわち、画像処理装置における駆動周
波数ｆは画像記録速度、水平走査速度、最大記録紙サイ
ズなどから決定された周波数であるから、光偏向子を製
造する場合には、水晶板の固有振動数ｆｏが駆動周波数
ｆに一致するように加工される。

しかし、加工精度にはばらつきがあるので、水晶板の固
有振動数ｆｏが駆動周波数ｆとなるように加工するのは
、高度な加工技術を要する。

固有振動数ｆｏが駆動周波数ｆから若干ずれているよう
なときには、その固有振動数ｆｏを駆動周波数ｆとして
見做すこともできるが、ある程度以上に周波数がずれて
いるときには、最早この水晶板を光偏向子として使用す
ることができない。

従って、自励式に構成した場合には、光偏向子の歩留り
が著しく低下する欠点がある。

固有振動数ｆｏが駆動周波数ｆとなるように、水晶板を
加工し直すことも考えられるが、こうすると加工作業が
面倒で、却ってコストアップをもたらすこととなり、あ
まり得策な手段とは言い難たい。

固有振動数ｆｏに合うように駆動周波数ｆを変更すると
、それに応じて記録速度など、全てにわたって仕様内容
を変更しなければならないので、この手段も採用し難な
い。

以上説明したように、上述した画像形成装置において、
回転多面鏡あるいは機械式振動ミラーの代わりに水晶板
で構成された光偏向子を、自励式の偏向器として使用す
る場合には、解決しなげればならない数々の問題点を惹
起していた。

そこで、この発明では、このような画像形成装置のもつ
欠点をことごく一掃したものであって、小型、高信頼性
、高画質かつ光偏向子の歩留りを向上させた画像形成装
置を提案するものである。

［問題点を解決するため技術的な手段］上述の問題を解
決するため、この発明においては、画像信号により変調
された光信号を所定の方向に偏向する光偏向子と、この
光偏向子によって＠何された光信号で記録体を走査する
ことにより、画像信号をこの記録体上に書き込むように
した画像形成装置において、 光偏向子が外部信号で駆動されるいわゆる他励式の構成
となされる。

その駆動信号の周波数ｆと、光偏向子の固有振動数ｆｏ
との関係は、 ｜ｆ−ｆ０｜≦ｆ０／Ｑ （ただし、Ｑは光偏向子の共振特性における共振の鋭き
） に選定きれ、そのような光偏向子が使用されてなること
を特徴とするものである。

光偏向子としては水晶板が使用される。

光偏向子としては、特公昭６０−５７０５２号、特公昭
６０−５７０５３号アルイハ、第２０回５ＩＣＥ学術講
演会昭和５６年７月予稿集ｒ水晶光偏向子Ｊ　　（６５
７〜６５８頁）などに開示されたものを用いることがで
きる。

なお、このような公知の文献に記載きれた光偏向子は本
質的には、電磁オシログラフ用などに開発されたもので
あり、一般に、振れ角が小さく、また振動数も小さいも
のである。

従って、このような偏向器を小型、高速のレーザプリン
タなどの画像形成装置に応用することは、困難と思われ
ていた。

本発明者等は種々検討の結果、この光偏向子を特定条件
で用い、適正な制御をすることによって、従来からの予
想に反し、高速走査が可能であるにも拘らず、高安定性
、高耐久性・、かつ高画質が得られることが確認された
。

［作　用］ 駆動コイルに所定周波数の交流信号を供給すれば、この
駆動コイルの形成きれた光偏向子に所定の電磁力が作用
して、反射ミラーは所定角度をもって所定の周波数で振
動きれる。

従って、画像信号によって変調されたレーザビームを照
射すればこのレーザビームが偏向きれることになるから
、偏向後のレーザビームを像形成体上に結像きせること
によって、画像情報に対応した、静電像をこの像形成体
上に形成することができる。

特に、上述したように偏向子として水晶基板を使用し、
これより一体成形したものを使用する場合には、大きな
ねじりモーメントに耐え得る強度を有している。

従って、このような偏向子の駆動コイルに、この偏向子
の固有振動数、あるいはその近傍の振動数で振動させる
駆動信号（交流信号）を供給すれば、偏向子に設けられ
た反射ミラーは所望の回転角度をもって所定の振動数で
均一、かつ安定に振動することになる。

［実施例］ 続いて、この発明に係る画像形成装置を、光信号として
レーザを使用した簡易型のカラー画像記録装置に適用し
た場合につき、第１図以下を参照して詳細に説明する。

第１図は、この発明を適用したレーザ記録装置及びその
制御系の概略構成を示す図である。

カラー原稿は赤及びシアンの２色に色分解され、ＣＣＤ
などの光電変換素子に入射きれてカラー原稿が光電変換
されると共に、これが所定ビット数のデジタル信号に変
換されたのち色分１Ｉｌｌきれる。

この例では赤、青及び黒の３色の色信号に色分離される
。

色分離された各色信号は半導体レーザビームを用いた、
書き込み部Ｂを介して像形成体１１上に書き込まれて静
電像が形成される。その後、この色信号に対応する現像
器により現像されて色トナー像が形成されることになる
。

このような静電像形成及び現像プロセスが各色信号ごと
に繰り返されることにより、像形成体１１上に単色トナ
ー像もしくは各色トナー像が重ね合された多色トナー像
が形成きれる。このような多色もしくは単色トナー像は
、記録紙上に転写、定着される。

さて、操作パネル５６のコピーボタンを操作することに
より、そのデータが操作部回路６４を介して本体制御即
用として使用されるＣＰＵＩに取り込まれ、その結果と
して得られる原稿の走査開始信号がＣＰＵＩとシリアル
通信で連結きれた光学駆動用のＣＰＵ２に送出きれ、こ
のＣＰＵ２と電気的に連結きれている原稿読み取り部Ａ
が駆動される。

まず、原稿台８１の原稿８２が光学系により光走査され
る。

この光学系は、蛍光灯８５．８６及び反射ミラー８７が
設けられたキャリッジ８４、■ミラー８９及び８９′が
設けられた可動ミラーユニット８８で構成きれる。

キャリッジ８４及び可動ミラーユニット８８はステッピ
ングモーター９０により、スライドレール８３上をそれ
ぞれ所定の速度及び方向に走行せしめられる。

蛍光灯８５．８６により原稿８２を照射して得られた光
学情報（画像情報）が反射ミラー８７、■ミラー８９．
８９’を介して、光学情報変換ユニット１００に導かれ
る。

なお、カラー原稿の光走査に際しては、光学に基づく特
定の色の強調や減衰を防ぐため、蛍光灯８５及び８６と
しては、市販の温白色系の蛍光灯が使用きれ、また、ち
らつき防止のためこれら蛍光灯８５及び８６は、約４０
ｋＨｚの高周波電源で点灯、駆動される。また管壁の定
温保持あるいは、ウオームアツプ促進のため、正特性サ
ーミスターを使用したヒーターで保温されている。

プラテンガラス８１の両端部裏面側には標準白色板９７
．９８が設けられている。これは、標準白色板９７．９
８を光走査することにより画像信号を白色信号に正規化
するためである。

光学情報変換ユニット１００はレンズ１０１、プリズム
１０２、ダイクロイックミラー１０３及び赤の色分解像
が投光されるＣＣＤ　１０４と、シアン色の色分解像が
投光されるＣＣＤ１０５とで構成きれる。

光学系より得られる光信号はレンズ１０１により集束さ
れ、プリズム１０２内に設けられたダイクロイックミラ
ー１０３により赤色光学情報と、シアン色光学情報に色
分解される。

それぞれの色分解像は各ＣＣＤ１０４．１０５の受光面
で結像されることにより、電気信号に変換きれた画像４
３号が得られる。画像信号は信号処理手段で信号処理さ
れた後、各色信号が書き込み部Ｂへと出力される。

信号処理手段は図示しないが、Ａ／Ｄ変換手段の他、演
算処理手段、色分離手段、２値化手段等の信号処理回路
を含む。

書き込み部Ｂは後述するように、水晶等を使用した光偏
向子からなる偏向器３００を有し、色信号により変調さ
れたレーザビームはこの偏向器３００によって偏向走査
される。

偏向走査が開始されると、レーザビームインデックスセ
ンサー（図示せず）によりビーム走査が検出されて、第
１の色信号（例えば青信号）によるビーム変調が開始さ
れる。変調されたビームは高圧電源６９から所定の高圧
電圧が送給きれた帯電器１２１によって、一様な帯電が
付与された像形成体１１上を走査するようになされる。

ここで、レーザビームによる主走査と、像形成体１１の
回転による副走査とにより、像形成体１１上には第１の
色信号に対応する静電像が形成されることになる。

この静電像は、青トナーを収容する現像器１２３によっ
て現像きれる。現像Ｎ１２３には高電圧源７０からの所
定のバイアス電圧が印加されている。現像により青トナ
ー像が形成される。

なお、現住器１２３のトナー補給はＣＰＵＩからの指令
信号に基づいて、トナー補給手段６６が制＠されること
により、必要時トナーが補給されることになる。

冑トナー像はクリーニングブレード１２７の圧着が解除
された状態で回転され、第１の色信号の場合と同様にし
て第２の色信号（例えば赤信号）に基づき静電像が形成
され、赤トナーを収容する現像器１２４を使用すること
によって、これが現像されて赤トナー像が形成される。

現像器１２４には高圧電源７０から所定のバイアス電圧
が印加きれるは言うまでもない。

同様にして、第３の色信号（黒信号）に基づき静電像が
形成され、黒トナーが充填された現掻器゛１２５により
、前回と同様にして現像される。その結果、像形成体１
１上には多色トナー像が書き込まれたことになる。

なお、ここでは３色の多色トナー像の形成について説明
したが、２色又は単色トナー像を形成することもできる
のは言うまでもない。

現像処理としては、上述したように、高圧電源７０から
の交流及び直流バイアス電圧が印加された状態において
、像形成体１１に向けて各トナーを飛翔させて現像する
ようにした、いわゆる非接触現象の例を示した。

現像器１２４，１２５へのトナー補給は、上述と同様に
ＣＰＵＩからの指令信号に基づき、トナー補給手段６７
．６８か駆動きれるもので、これによって各現像器１２
４−，１２５に所定量のトナー量が補給される。

一方、給紙装置１４１から送り出しロール１４２及びタ
イミングロール１４３を介して送給された記録紙Ｐは、
像形成体１１の回転とタイミングを合わせられた状態で
、像形成体１１の表面上に搬送される。そして、高圧電
源７１から高圧電圧が印加された転写１１３０により、
多色トナー像が記録紙Ｐ上に転写され、かつ分離極１３
１により分離される。

分離された記録紙Ｐは定着装置１３２（これは定着ヒー
タ温度制御回路６３により所定の温度に常時制御されて
いる）へと搬送きれることにより定着処理がなされてカ
ラー画像が得られる。

転写終了した像形成体１１はクリーニング装置１２６に
より清掃きれ、次の像形成プロセスに備えられる。

クリーニング装置１２６においては、ブレード１２７に
より清掃されたトナーの回収をしやすくするため、金属
ロール１２８に高圧電源７２から所定の直流電圧が印加
される。この金属ロール１２８が像形成体１１の表面に
非接触状態で配置される。

ブレード１２７はクリーニング終了後、圧着を解除され
るが、解除時、取り残される不要トナーを除去するため
、ざらに補助クリーニングローラ１２９が設けられ、こ
のローラ１２９を像形成体１１と反対方向に回転、圧着
することにより、不要トナーが十分に清掃、除去きれる
。

なお、第１図において、蛍光灯８５．８６を駆動するた
めの点灯制御回路６１はＣＰＵ２からの指令４８号で制
御される。同様に、ステッピングモータ９０もＣＰＵ２
の指令信号でその駆動回路６２が制御ｉＩキれることに
なる。

給紙装置１４１にはセンサ６５ａが設けられ、その検出
出力は紙サイズ検知回路６５に供給されて、その検出出
力がＣＰＵＩに供給きれる。

以上がこの発明を適用したレーザ記録装置の要部の概略
構成であるが、次に各部の構成などを第２図以下を参照
して詳細に説明しよう。

第２図は上述したレーザ記録装置に使用される光学走査
系の、より具体的な関係を示すものである。

半導体レーザ３１から出射されたレーザビームはコリメ
ータレンズ３２でビーム形状が補正きれたのち、シリン
ドリカルレンズ３３、反射ミラー４１を通過して偏向器
３ｏＯに入射せしめられる。

偏向器３００でレーザビームが所定方向に所定の速度で
もって偏向される。

偏向されたレーザビームは走査用レンズ４２及びシリン
ドリカルレンズ３６を通過することにより像形成体１１
上に結像されて静電像が形成される。

シリンドリカルレンズ３３．３６は偏向器３００に設け
られた反射ミラー（後述する）に、上下方向のあおりが
ある場合、そのあおりを補正するために使用されるもの
である。

ここで、一方のシリンドリカルレンズ３６は、プラスチ
ック製のレンズを使用することができる。

このようなプラスチックレンズを使用する場合には、レ
ンズの面形状を最適形状に合せることが比較的簡単にで
きるため、光学系全体の性能を向上できるなどの利点が
ある。

しかし、反射ミラーのあおりが非常に小ざい場合は、上
述したシリンドリカルレンズ３３．３６は省略すること
もできる。

走査用レンズ４２はレーザビームを像形成体１１の表面
に正しく結像させるためと、レーザビームが像形成体１
１上を等速走査できるようにするために使用される。

ここで、光偏向子３１０がもつ固有振動数で振動させた
場合、反射ミラーの偏向角Ｏは、θ＝Ａ−５ｉｎ　ωｔ ここに Ａ：反射ミラーの最大偏向角 ω：角速度 ｔ：時　間 で表されているような、正弦波動作となる。

このため、レーザビームのスポット位置をθの関数Ｘ（
θ）としたとき、走査レンズ４２として、Ｘ（Ｏ）＝Ａ
−ｆ−ａｒｃ−８ｉｎ（θ／Ａ）ただし、ｆは走査レン
ズ４２の焦点距離となる特性を持たせることにより、像
形成体１１上におけるレーザビームのスポットの位置を
時間ｔの関数Ｘ　（ｔ）として表わした場合、上式より
Ｘ　（ｔ）＝Ａ−ｆ・ωｔ となる。

従って、上述したようにこの走査レンズ４２を使用すれ
ば、レーザビームを等速運動に変換することができる。

等速運動によって静電像を形成する場合には歪のない画
質を得ることができる。

きて、このような光学走査系において、偏向器３００と
しては、第３図あるいは第４図に示すような光偏向子３
１０を使用した偏向器が使用きれる。

第３図は偏向器３００のうち、光偏向子３１０を図示し
たものであって、これはほぼ長方形状をなす縦長のフレ
ーム３１５を有し、そのほぼ中央部に駆動コイル３１１
が設けられる。そして、その上方部に反射ミラー３１２
が形成され、この反射ミラー３１２の上方と、フレーム
３１５との間には、回転支持棒として機能するリガメン
ト３１３が一体化されて形成されている。

駆動コイル３１１の下方にも、リガメント３１３が一体
形成されている。

このように光偏向子３１０は駆動コイル３１１、反射ミ
ラー３１２、回転指示用のリガメント３１３が一体的に
構成されたものである。

光偏向子３１０としては、結晶が等方性で、エツチング
加工がし易く、弾性係数の大きな水晶、ガラス、石英等
を使用することができる。

実施例では、水晶を使用した場合である。

光偏向子３１０として使用きれる水晶板の厚みは、その
厚きが厚くなるほど、偏向子３１０がもつ固有振動数ｆ
ｏが高くなるが、その反面、加工が困難になったり、振
れ角が小きくなってしまうために、その厚みは０．１ｍ
ｍ〜０．５ｍｍ程度が望ましい。

水晶板を加工して光偏向子３１０を形成する場合、その
加工手段は通常、フォトリゾグラフィーとエツチング技
術が応用され、これによって微細加工が可能になる。エ
ツチング加工された光偏向子３１０の表面は、電気的な
抵抗を下げるために、クロムメッキ処理後、通常銀メッ
キが施される。

また、反射ミラー３１２は特に光源として半導体レーザ
を使用する場合、その反射率を上げるため、金、銅、又
はアルミ等のメッキ処理が施される。ざらに、反射ミラ
ー３１２の表面の傷や、酸化を防ぐため、メッキ処理後
の表面にＳｉＯ又は５ｉ０２等の保護膜をコーティング
することもできる。

反射ミラー３１２は次のような形状に選定されたものが
使用される。

すなわち、コリメータレンズ３２を通過したレーザビー
ムの形状は、第５図Ａに示すような形状となされている
のに対し、これがシリンドリカルレンズ３３を通過する
ことにより、同図Ｂに示すような横長の楕円形状に変形
される。従って、反射ミラー３１２の形状としては、主
走査方向に向って長くなる長方形状のものを使用すれば
よい。

このような観点から、反射ミラー３１２としては、第６
図に示すような種々の形状をとり得る。

同図Ａは、長方形状をなし、同図Ｂはひし形影状であり
、同図Ｃは長方形の各四辺の隅を切り落とした状態の形
状であり、又同図りは横長の楕円形状をなす。

高速で反射ミラー３１２を振動きせるような場合には、
特に空気抵抗が問題となるので、このような場合には、
同図りに示す様な楕円形状をなす反射ミラーとすれば好
都合である。

反射ミラー３１２の横方向の長きは走査用レンズ４２の
焦点距離、像形成体１１上に結像されるビームスポット
の径、あるいは像形成体１１上における走査幅等によっ
て相違するが、実験によれば、４〜１０ｍｍ程度が望ま
しい値である。

さて、光偏向子３１０は外部４３号によって駆動される
。光偏向子３１０を使用した他励式の駆動回路の一例を
第７図に示す。

第７図において、３３０は正弦波発振器を示し、これは
ＲＣ回路や水晶振動子を使用した発振器を使用すること
ができる。

水晶振動子を使用する場合には、その固有発振周波数を
所定の値に分周したのちローパスフィルターよって正弦
波状に波形成形したものを使用すればよい。

ここで、その発振周波数つまり、駆動コイル３１１に対
する駆動周波数について説明する。

光偏向子３１０は上述したように、固有振動数ｆｏをも
ち、この固有振動数ｆｏに対する振れ角Ｏの共振特性は
第８図に示すようになる。

第８図の共振特性からも明らかなように、固有振動数ｆ
ｏから外れた周波数において駆動しようとすると、入力
電流に対する振れ角への効率が低下し、固有振動数ｆＯ
で振動させた場合と同等の振れ角θを得るためには、非
常に大きな入力電流を必要とする。

しかし、あまり大きな入力電流を駆動コイル３１１に流
すと、このコイルが焼損する恐れが、あり、故障の原因
となる。そのため、あまり大きな電流を駆動電流として
使用することができない。

また、偏向子３１０の固有振動数ｆｏにバラツキが生じ
ることも考えられ、そのような場合には駆動周波数ｆの
統一を図るために固有振動数ｆ。

以外の周波数で駆動コイル３１１を駆動きせる場合にお
いても、その駆動周波数ｆと固有振動数ｆｏとの関係は
、 ｜ｆ−ｆ０｜≦ｆ０／Ｑ とすることが望ましい。ここで、Ｑは共振特性の共振の
鋭とを示す。

すなわち、製造上のバラツキを考慮すると固有振動数ｆ
ｏを、駆動周波数ｆに等しくなるように加工することが
困難であることから、その固有振動数ｆｏとしては、駆
動周波数ｆより±ｆｏ／Ｑ程度の範囲内にあるときに限
り、その光偏向子３１０を使用しようとするものである
。

±ｆｏ／Ｑ程度のずれの範囲内では、必要な振れ角θを
得るための駆動電流は、差程大きくならないからである
。ただし、駆動周波数としては、常にｆである。

Ｑとしては、１０〜２００程度の共振鋭度をもった光偏
向子３１０が使用される。

このようなことから、正弦波発振器３３０の周波数とし
ては上式にかなうような範囲の周波数に設定されるもの
である。

正弦波発振器３３０の出力、つまり駆動（＝号は次段の
オフセット調整器３３１に供給されて、そのＤＣオフセ
ットが調整される。

偏向器３００を光学走査系に設置する場合において、そ
の取り付は位置が設計値通りでない場合には、第９図に
示すように、駆動信号のＤＣレベル（１点鎖線図示）を
調整することにより、左右の振れ位置を調整することが
可能になる。

このようなことから、オフセット調整器３３１において
は、そのＤＣレベルを調整することにより、像形成体１
１における走査位置を規定通りの走査位置となるように
している。

オフセット調整された駆動信号は振幅調整器３３２にお
いてその走査幅が調整される。

この調整法の一例としては、本出願人が既に開示した特
願昭６１−８１２９６号に述べた方法を用いることがで
きる。

この方法は光偏向子３１０の振れ角を調整するためのも
のである。この場合、像形成体１１上における走査幅を
検出し、その検出出力で振幅調整器３３２の振幅を調整
すれば、走査幅を常に一定の値に制御することが可能に
なる。

ＤＣオフセット及び振幅がそれぞれ調整された駆動信号
は出力アンプ３３３を介して上述した駆動コイル３１１
に抵抗器Ｒを介して供給される。

抵抗器Ｒを使用するのは次のような理由に基づく。

すなわち、駆動コイル３１１の駆動中における発熱を避
けるためには、駆動コイル３１１の全抵抗ｒを下げ、こ
れに流す駆動電流ｉの値を抑える必要がある。

このような関係に選定した場合には、駆動コイル３１１
の両端の電圧降下Ｖは、 ｖ＝ｉｒ となる。

ここで、ＤＣオフセットや振幅値の調整は、駆動コイル
３１１に供給する駆動電圧値を調整するすることによっ
て行うものであるから、ＤＣオフセットや振幅値を微調
整するためには、この駆動電圧Ｖを微調整しなければな
らない。しかし、掻く僅かな駆動電圧Ｖを調整して必要
なりＣオフセットや振幅値に設定するのは、非常に困難
である。

また、必要なりＣオフセットや振幅値を設定しようとす
ると、そのための調整作業に多くの時間を費やすことに
なる。

そこで、図示するように駆動コイル３１１と直列にダミ
ー用の抵抗器Ｒが接続きれる。こうすることによって、
駆動コイル３１１の抵抗値をｒとし、これに通電する駆
動電流をｉとしたままで、この駆動コイル３１１に印加
する駆動電圧Ｖ（ｖ＝　（ｒ＋Ｒ）　　・ｉ）のみを大
きくすることができる。

因みに、ｒ＝１０Ω程度のとき、Ｒは９９０Ω程度に選
定される。

こうすれば、ｊＦｋ抗器Ｒと駆動コイル３１１の直列回
路の両端にはある程度の大きな駆動電圧が印加されるこ
とになるので、必要な値のＤＣオフセットや振幅値に対
する駆動電圧Ｖの調整値が抵抗器Ｒがないときよりも１
００程度大きくなる。従って、ＤＣオフセットや振幅の
微調整が容易である。

しかも短時間で正確に調整できる利点を有する。

ざて、第１０図は上述したレーザ記録装置における緒特
性のデータを示すものであって、この表において、タイ
プＩとは記録紙の最大用紙サイズがＡ４版までのものて
あり、タイプ２とはＡ３版までのものである。

このように記録紙サイズが相違することによって記録ス
ピード、ざらに解像度が相違することになるから、この
ような条件の相違にともなって駆動周波数も適宜選定さ
れる。

ざらに、このように記録紙サイズが異なる場合には、当
然に反射ミラーの振れ角も異なることから、これによっ
て記録泪ビーム振れ角ム相違することになる。

なお、反射ミラー３１２の形はいずれも楕円形状が好ま
しい。

ところで、第１図に示したレーザ記録装置において使用
することができる現ｌ１１２３〜１２５の一例を第１１
図に示す。これらの基本構成はいずれもほぼ同一である
ため、そのうちの１つ、例えば現像器１２３の構成につ
いて説明しよう。

図において、４２１はハウジングを示し、このハウジン
グ４２１内には円筒状のスリーブ４２２が回転自在に収
納される。スリーブ４２２内にはＮ、Ｓ８極を有する磁
気ロール４２３が設けられる。スリーブ４２２の外周面
には層規制片４２４が圧接され、スリーブ４２２に付着
した現性剤の層厚が所定の厚みとなるように規制される
。所定の厚みとは、１０〜５００ｕｍのうち、予め規定
された値をいう。

ハウジング４２１内にはざらに第１及び第２の撹拌部材
４２５．４２６が設けられる。現像剤溜り４２９にある
現性剤りは、反時計方向に回転する第１の撹拌部材４２
５と、第１の撹拌部材４２５とは逆方向に、しかも互い
に重畳するように回転する第２の撹拌部材４２６とによ
って十分撹拌混合され、撹拌混合された現像剤りは、互
いに逆方向に回転するスリーブ４２２と磁気ロール４２
３との回転搬送力により、スリーブ４２２の表面に現像
剤が付着搬送される。

像形成体１１上に付着した現像剤りによって、この像形
成体１１に形成された静電潜像が非接触状態で現像され
る。

なお、現像時には、電源４３０から供給される現像バイ
アス信号が、スリーブ４２２に印加きれる。現像バイア
ス信号は電源４３０から供給されるが、この現像バイア
ス信号は像形成体１１の非露光部の電位とほぼ同電位に
選定された直流成分と、これに重畳きれた交流成分より
なる。

その結果、スリーブ４２２上の現像剤りのトナーＴのみ
が選択的に潜像化きれた像形成体１１０表面に移行する
ことによってその表面上に付着されて、現像処理が行な
われることになる。

なお、４２７は補給トナー容器、４２８はトナー補給ロ
ーラである。４３１は現像領域を示す。

現像剤としては、２成分現像剤が用いられ、現像バイア
スを印加していない状態では、像形成体１１と現像剤り
とが接触しない状態で、しかも交流バイアス印加による
振動電界の下で、トナーＴを飛翔させ、像形成体１１の
静電像に選択的に付着させて現像するようにしている。

このような非接触での現像方法を用いる場合には、像形
成体１１上に冑トナー像、赤トナー像、黒トナー像等か
らなる多色トナー像を順次現像するとき、先のトナー像
を後の現像で損傷したり、異なる色のトナーが混入する
ことがなく、しかも薄層現像を実現できるなどの利点を
有する。

さて、現像剤として上述したような２成分現像を使用す
る場合においては、現像剤の厚みは、厚みが２０００μ
ｍ以下、好ましくは１１０００ｕ以下、就中１０〜５０
０　ｕ　ｍ　％更に好ましくは１０〜４００μｍという
従来にない薄い現像剤層となる。この場合、像形成体１
１とスリーブ４２２との間隙を小ざくして現像するよう
になきれる。

なお、現像剤のキャリアとトナーとの結合力やキャリア
とスリーブ４２２との間の結合力が弱い場合であっても
、現像剤層を掻く薄くしであるために、スリーブ４２２
上に十分強く付着されている。そのため、トナー飛散等
を生ずることがない。

現像剤層を薄層化して像形成体１１とスリーブ４２２と
の間隙を小ざくすれば、トナーを飛ばすに要する振動電
界を低くできる。その結果、現像バイアス電圧を低くす
ることができる。

従って、トナー飛散はこの点からも軽減される他、スリ
ーブ面からの現像バイアスに基づくリーク放電等が制御
されるなどの利点がある。

また、像形成体１１とスリーブ４２２どの間隙を小きく
した場合、潜像により現像領域４３１（像形成体１１と
スリーブ４２２とが対向する空間領域）に形成される電
界強度が大きくなり、その結果、階調の微妙な変化や細
かなパターンもよく現像できるようになる。

現像層を薄くすれば、一般に現像領域に搬送されるトナ
ーの量は少なくなり、現像量も少なくなる。搬送量を大
きくするには、スリーブを高速で回転させることが効果
的である。

ただし、像形成体１１とスリーブ４２２との線速度比が
１：１０になると、現像きれるトナーが潜像面に対して
持つ平行な速度成分が大きくなり、現像に方向性が現れ
、画質が劣化する。

このことがら薄層の下限として、スリーブ面上に少なく
とも０．０４ｍｇ／ｃｍ２程度の密度でトナーが付着し
ズいる状態であることが必要である。一般には、スリー
ブ４２２の線速度をＶｓｌ、像形成体１１の線速度をＶ
ｄ、スリーブ４２２上の薄層中のトナー量をＭｔとする
とき、Ｉ　Ｖｓ　ｌ／Ｖｄ　Ｉ　・Ｍ　ｔ≧０．４　（
ｍｇ／ｃｍ２）ＩＶｓｌ／Ｖｄｌ≦１０ という条件を満たす必要がある。

現像効率を考慮すれば、 Ｉ　Ｖｓ　ｌ／Ｖｄ　ｌ　・Ｍｔ≧０．５　（ｍｇ／ｃ
ｍ２）ＩＶｓｌ／Ｖｄｌ≦８ とするのが好ましく、更に実験結果からは、ｌ　Ｖｓ　
　ｌ／Ｖｄ　　ｌ　　・Ｍｔ≧０．　５　　（ｒｒ＋ｇ
／ａｍ２）ｌ　　ＶＳＬ／Ｖｄ　　ｌ　　≦５ であることがより好ましいことか判った。

このときの現像剤中のトナーとキャリアとの比は、前記
したように単位体積中のトナーとキャリアとの総表面積
の比が０．５〜２とのなるのが望ましい。

以上のような条件に設定すれば、薄層中のトナーを効率
よく現像することができ、現性性は安定しており、良好
な画質を得ることができる。

薄層の現像剤層を形成する手段としては、スリーブ４２
２に対して弾性的に軽度に圧接きれた圧接板からなる層
規制片４２４が好ましく用いられる。

この層規制片４２４は、スリーブ４２２に対し、先端が
スリーブ回転の上流を向くように抑圧された弾性板で構
成されたものである。現像剤をスリーブ４２２と層規制
片４２４の間をすり抜けきせることにより薄層が形成さ
れる。

層規制片４２４の先端とスリーブ４２２の間隙を０．０
８ｍｍ以上とすると、取付は精度や機械的精度のバラツ
キに対し安定に一定量のトナーを搬送することができる
。更に、先端の間隙を０．　１ｍｍ以上とすれば安定度
が増すので好ましい。

勿論、先端の間隙を徒におおきくとることは望ましいこ
とではなく、この間隙を５ｆｆｉＩ＋＋以上にすると、
現像剤すべての均一性が崩れるのが観察された。

次に、薄層化きれた現像剤層は現体領域に搬送された像
形成体１１の静電像を非接触で現像することとなるが、
そのとき好ましい現像が達成されるには、以下のような
条件式（１）及び（２）を満たせばよいことが判明した
。

１　　（ｖｓ　ｌ−ｎωｍｈ’　／３）／Ｖｄ　ｌ≦１
ｏ　・・・・（１） １　　（ｖｓ　１−ｎｃｔ＋ｍｈ’　／３）　／Ｖｄ　
ｌ　・ｍｔ≧０．４　［ｍｇ／ｃｍ２］・・・・（２）
ここに、 Ｖｓｌはスリーブの線速度［ｍｍ／ｓｅｃ　］ｎは磁気
ロールの磁極数［極］ ωｍは磁気ロールの回転角速度［ｒａｄｉａｎ／ｓｅｅ
コｈ′は磁気ブラシの高き［ｆｆ１ｌＩ＋１Ｖｄは像形
成体の線速度［ｍｍ／ｓｅｅ］ｍｔは前記スリーブの単
位面積 当りのトナー付着量［ｍｇ／ｃｍ２１ を表わす。

Ｖｓｌ、ωｍは像形成体１１の移動に対して同方向とな
るとき正とする。また、磁気ブラシの高さとは、スリー
ブ内にある磁気の上に穂立ちした、スリーブ上の磁気ブ
ラシの平均の高ざをいう。

具体的には、 スリーブの線速度Ｖｓｌは、 １００〜１０００ｍｍ／ｓｅｅ 磁極数ｎは、４〜１６ 磁気ロールの回転角速度ωｍは、 ３０〜１５０ｒａｄｉａｎ／ｓｅｃ 磁気ブラシの高ざｈ′は、５０〜４００ｕｍ像形成体１
１の線速度Ｖｄは、 ３０〜５００ｍｍ／ＳｅＣ スリーブの単位面積当りのトナー付着ｆｆ１ｍｔは、３
０〜１０１１ｇ／Ｃｍ２ とされる。

これらの関係は好ましい現像を達成するための一つの目
安となるが、像形成体１１とスリーブ４２２の間隔ｄ及
びバイアス電圧の大きき等により変化する。

このような要因を考慮した好ましい現像条件は下記式に
より示される。

５≦Ｖ　ｐ　−ｐ　／　（ｄ　−ｈ　”　）≦５０　（
ＫＶ／ｍｍ）・・・・・・（３） ここに、 Ｖｐ−ｐば、交流バイアスの ピーク間電圧（Ｋ　’、、ｒ　”） ｄは、像形成体とスリーブとの間隔（μｍ）ｈ”は、磁
気ブラシの最大高き（μｍ）を表わす。

磁気ブラシの最大高ざとは、スリーブ４２２内にある磁
極上に穂立した磁気ブラシの最大高さをいう。

なお、第１２図には非接触ジャンピングによる現像にお
ける各部の条件を説明しである。第１３図には現像剤の
具体例を示しである。第１４図はその時の現像バイアス
条件を示しである。

なお、上述した現像方式の他、本出願人が先に提示した
特開昭６０−１７６０６９号公報に開示きれている現体
装置もこの発明に係る画像記録装置に適用することがで
きる。

上記公報に開示された装置では、磁気ロールは回転せず
、また固定磁石を用いるので、機構が簡単になる。

ところで、偏向器３００の光偏向子として第３図に示す
ような光偏向子３１０を使用する場合においては、回転
多面鏡による走査と異なり、往復走査が可能になる。こ
のような往復走査を採用する場合、光学走査系としては
、第１５図に示すような構成とすればよい。

すなわち、走査方向の前後する方向にそれぞれインデッ
クスセンサー３９．４５を配することにより、レーザビ
ームの走査開始と走査終了（ビームの戻りであるから、
走査開始ともいえる）を検出することができるから、対
応する画像情報を画像形成体１１上に記録することがで
きる。

なお、第１５図において、４４は反射ミラーを示す。

きて、第１図に示したこの発明に係る画像形成装置は簡
易形のカラー画像記録装置に適用した場合であるが、白
黒用の画像記録装置にも適用することができる。

第１６図は、この白黒用の画像記録装置の一例を示すも
のである。

白黒画像信号によって変調きれたレーザビームは、光学
走査系５１０に設けられた偏向器３００に入射し、その
反射ミラー３１２のミラー表面で反射されたのち、走査
レンズ４２、シリンドリカルレンズ３６およびミラー４
６を経て像形成体１１の周囲に照射される。

像形成体１１は、無端のベルト状感光体５２０であって
、３本の感光体支持ローラ５２１゜５２２．５２３に・
よって搬送台５２４の上面を反時計方向に回転、搬送さ
れる。この回転駆動に際しては、前爪ってその表面には
帯電転写極５２５により所定の電荷が与えられているの
で、前述し。

たレーザビームの照射によって画像情報に対応した静電
潜像が形成される。

静電像は現像器としても機能する現像ローラ５２６によ
ってトナーが供給されて、静電像がトナー像となされる
。

その後、搬送台５２４の下方に搬送されるが、一方、こ
れに並行して装置に取付けられた自動給紙装置５３０か
らは給紙ローラ５３１の動作によって記録紙が１枚宛装
置内に搬入され、その先端がセンサ５４１で検出され、
その検出出力によって第２給紙ローラ５４０が回転を始
めて記録紙をさらに送り込む。そして、その先端を再度
検知したセンサ５４２の作用によって第２給紙ローラ５
４０が停止され、前述したトナー像とのタイミングが調
整されたあと回転が再開きれて記録紙の搬送が継続され
るようになっている。

かくして記録紙を一体とした感光体５２０は、帯電転写
極５２５において、そのトナー像を記録紙に転写したの
ち、この記録紙が分離され、レーザビームの全面露光を
受けて除電される。その後、清掃手段５２７によって残
留トナーの付着力を弱め、次いで現像ローラ５２６のも
つクリーニング作用によって取り除くようになっている
。

なお、補助清掃手段５２７は絶縁性繊維を使用したブラ
シ用の装置で、先行したサイクルにおいて形成される静
電潜像の帯電に同等支障を及ぼざない形式のものとなっ
ている。

かくして、感光体５２０は再び帯電転写極５２５におい
て電荷か付与されて、新たな静電潜像を形成するべく次
なる回転、搬送のサイクルに移るが、一方ではその間に
トナー像の転写を受けた記録紙は感光体支持ローラ５２
１において感光体５２０の周面から剥離される。その後
、定着ローラ５５０においてトナーを溶融固着したあと
、分離爪５５１によって分離きれ、排紙ローラ５５２ニ
導かれると共に、除電ブラシ５５３によって残留電位が
除かれ、記録紙は光学走査系５１０の上面に形成された
排紙面に排出される。

このような白黒用のレーザ記録装置においてもこの発明
においては、駆動周波数ｆと固有振動数ｆｏとの関係が
上述したように選定された光偏向子３１０を有する偏向
器３００が使用されるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、偏向器として
外部信号によって駆動される他励式構成の光偏向子を用
いると共に、外部駆動信号の周波数ｆに対して光偏向子
の固有振動数ｆｏが、１ｆ−ｆ０｜≦ｆ０／Ｑ を満足するような光偏向子を使用するようにしたもので
ある。

このように、固有振動数がｆＯを中心にある幅内の光偏
向子を使用することができるようにしたので、自励式に
構成する場合よりも光偏向子の歩留りが向上し、それに
伴なってコストの低減化を図ることができる。

また、光偏向子を使用することによって、従来よりもｂ
かに信頼性が高く、高画質の画像形成装置を実現するこ
とができる。従来装置と比較すれば次のようになる。

第１に、光偏向子そのものが非常に小型であるから、回
転多面鏡を使用する場合に比し、小型化を達成すること
ができると共に、モータを回転駆動源として使用してい
ないために、騒音がなく、高速走査するときでも、常時
安定した偏向用の振動を実現することができる。

第２に、機械式振動ミラーを使用するものに比し、高速
走査が可能であるばかりでなく、振れ角の大きな小型の
偏向器を実現することができる。

第３に、光偏向子はエツチング処理などによって形成さ
れるため、精度が高く、しかも製品にバラツキがない。

しかも、リガメント部分も弾性係数の大きな材料で構成
されているから、機械式振動ミラーで使用きれている金
属棒のような金属疲労が少なく、長期にわたって安定な
動作を期待できる。

このようなことから、この発明に係る画像形成装置は、
その信頼性が非常に高く、それに伴って、高信頼性の記
録装置を提供することができる。

第４に、光偏向子は一体成形であるため、大きな振れ角
、高い固有振動数が得られるから、記録紙サイズの大き
なもので、より高速記録を行う装置に適用して極めて好
適である。

第５に、光偏向器の反射ミラー面がビームスポットに比
べそれ程大きくないから、反射面での光散乱の影響が少
ない。また、光偏向子は一体成形であるため、周囲温度
や環境条件の変化があっても、ミラーの安定した振動が
得られる。そのため、規則的なビーム走査が行なえる。

従って、高速記録であっても、常に良好な最終画像がえ
られる。

以上のことから、この発、明では上述したように簡易形
のカラー複写機、あるいはレーザプリンタなどのレーザ
記録装置に適用して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る画像形成装置をカラー画像記録
用の記録装置に適用した場合の一例を示す要部の構成図
、第２図は光偏向子を使用したときの光学系の要部を示
す図、第３図及び第４図は光偏向子の一例を示す図、第
５図はレーザビームのドツト形状の説明図、第６図は反
射ミラーの形状説明図、第７図は反射ミラーの駆動回路
の一例を示す系統図、第８図は偏向子の共振特性を示す
図、第９図はＤＣオフセットの説明図、第１０図はレー
ザ記録装置の現像条件などの特性表を示す図、第１１図
は現像器の一例を示す断面図、第１２図は非接触現像条
件を示す図、第１３図は現性剤の組成内容を示す図、第
１４図は現像バイアス条件を示す図、第１５図は第２図
の他の例を示す光学系の図、第１６図はこの発明の他の
例を示す第１図と同様な構成図、第１７図は回転多面鏡
を使用した光学系の一例を示す構成図、第１８図は機械
式振動ミラーを使用した光学系の一例を示す構成図であ
る。 Ａ・・・原稿読み取り部 Ｂ・・・書き込み部 １１・・・保形成体たるドラム ３０・・・レーザ光走査装置 ３１・・・半導体レーザ ３２・・・コリメータレンズ ３３．３６・・・シリンドカルレンズ ４２・・・走査レンズ ３９．４５・・・フォトセンサ １２３〜１２５・・・現性器 ３００・・・偏向器 ３１０・・・光偏向子 ３１１・・・駆動コイル ３１２・・・反射ミラー ３１３・・・リガメント ３１５・・・フレーム Ｒ・・・ダミー抵抗器 第２図 第３図 ３１０：九倫百÷ 第４図 卯：晃傷句手 第５図 Ａ口 第６図 Ａ［：ｌＣＤ 第７図 第１０図 第１１図 に多：珪潰器 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図 第１７図 ＺＱ：し−で九赴（、東ｆ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像信号により変調された光信号を所定の方向に
   偏向する光偏向子を有し、 この光偏向子によって偏向された光信号で記録体を走査
   することにより、前記画像信号をこの記録体上に書き込
   むようにした画像形成装置において、 前記光偏向子が外部信号で駆動されると共に、その駆動
   信号の周波数ｆと、前記光偏向子の固有振動数ｆ＿０と
   の関係が、 ｜ｆ−ｆ＿０｜≦ｆ＿０／Ｑ （ただし、Ｑは光偏向子の共振特性における共振の鋭さ
   ） となるような、光偏向子であることを特徴とする画像形
   成装置。
2. （２）前記光偏向子が水晶基板からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の画像形成装置。
3. （３）前記光偏向子を外部信号で駆動するに際し、この
   駆動信号が所定の抵抗器を介して前記光偏向子に供給さ
   れるようになされたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項及び第２項記載の画像形成装置。