JP2005195938A - 画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】経時で発生するハイライト部の粒状性の悪化を抑制しつつトナー付着量を低減した画像形成プロセスを達成することができる構成の画像形成装置を実現する。
【解決手段】本発明は、像担持体１と、該像担持体を露光して静電潜像を形成する露光装置３と、内部に少なくともトナーを有し前記像担持体上に形成された静電潜像をトナー像として顕像化する現像装置４と、前記トナー像を記録媒体７上に移動させる転写手段５，８と、前記記録媒体上のトナー像を固定化する定着装置９とを備えた画像形成装置において、前記露光装置３における露光エネルギーを変更する露光エネルギー変調手段と、前記現像装置４の動作時間を検知する現像動作時間検知手段を有し、前記現像動作時間検知手段の結果に応じて露光エネルギーを変調する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンター、プロッター、ファクシミリ等の画像形成装置および、その画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジに関する。

近年、複写機、プリンターなどの画像形成装置は市場に広く普及するようになっており、また、ドキュメントのカラー化に伴ってカラー画像形成装置も市場に広く普及しつつある。
画像形成装置として広く普及している電子写真方式においては、代表的な画像形成プロセスとして以下のプロセスが実行されている。すなわち、まず像担持体である感光体を帯電器によって一様に帯電させ、次いで帯電させられた感光体に対し画像情報に応じた露光を行なって非画像部と画像部との間に電位差を生じさせる。次に現像器によって画像部にのみトナー粒子を付着させ、これを記録紙やＯＨＰシートなどの記録媒体に直接あるいは中間転写体を介して転写する。また、カラー画像を形成する場合には、以上の画像形成プロセスを色毎に実施し、感光体上に順次各色のトナー像を形成してこれを順次記録媒体に直接あるいは中間転写体を介して転写する、あるいは感光体上に複数色のトナー像を重ねて形成してこれを一括して記録媒体に直接あるいは中間転写体を介して転写する、あるいは複数の感光体上にそれぞれの色のトナー像を形成してこれを転写時に記録媒体に直接あるいは中間転写体を介して重ね合わせる、など公知の種々の方法で各色のトナー像を重ね合わせる。記録媒体上に形成された単色あるいはカラーのトナー像は定着器において記録媒体上に固定される。

ところで単色画像と比べてカラー画像は背景部も着色されている場合が多く、1枚の画像形成当たりに消費するトナーの量が多くなりがちである。しかし、トナー消費量の増大は環境負荷低減の観点から好ましくない。
また、画質の面からは、1つの画素に対して多くのトナーを付着させると、１画素当たりのトナー層厚みが厚くなるため、転写時にトナーのチリが発生しやすくなり、また、定着時にトナー像のドット面積が拡大しやすくなる。これらの現象は単色画像においても発生し、カラー画像においては特に顕著に発生する。これによって画像の鮮鋭性が阻害され、画質の劣化につながる。
さらにカラー画像においては、１画素に付着するトナーの色数は画素毎に異なるために画素毎にトナー層の厚みが変化し、定着時のドット面積拡大率も変化する。１画素当たりのドット面積が異なると画像の粒状性が悪化する、すなわち画像にざらつき感を与えることとなり、画質の劣化につながる。

ここで、露光エネルギーの制御による粒状性の改善の従来技術として、特許文献１に開示されているように、感光体の光電位減衰特性に注目し、露光装置の光ビームの出力エネルギーを制御する方式や、特許文献２に開示されているように、ハイライト部において露光パターンを選択使用する方式、などが提案されている。
一方、長期間現像器を使用していくと、内部のトナーは機械的、熱的なストレスにより劣化していく。特にトナーに被覆しているシリカなどの外添剤は、そのストレスによりトナー表面に埋没したり、離脱してしまう。すると帯電特性や流動性が変化し、画質が劣化してしまうことが問題となる。これについては、特許文献３や特許文献４に開示されているように、外添剤の形状、粒径を規定することでトナーの経時劣化を防止する方式が提案されている。

特開２０００−１１８０３６号公報 特開２００３−５４０２６号公報 特開２００２−１９６５２６号公報 特開２００３−０５７８６４号公報

画質向上の有力な手段として、画像部の単位面積当たりに付着するトナーの量を低くすることが考えられる。以下においては、画像部の単位面積当たりに付着するトナーの重量をＭ／Ａと呼び、単位面積当たりに付着するトナーの量を表わす特性として用いる。
トナー付着量の低減はトナー消費量の低減につながり環境負荷を低減させる。また、トナー付着量の低下によって転写チリ、定着時のドット面積の拡大が抑制され、画素間でのドット面積差も縮小される。さらにトナー層の厚みに起因する記録媒体の変形、カール等の不具合も大幅に軽減される。かかる観点から、本出願人はトナー付着量を低減させた場合の高画質化等を研究してきた。
しかし、検討を進めていくうちに、本出願人は、トナー付着量を低減させた画像形成プロセスにおいて、装置の使用時間が長くなるにつれ画像の粒状性が著しく悪化していき、初期の画像品質を維持することが出来ないことに気づいた。特に装置の初期の画像品質に比べ、経時での画質はハイライト部における粒状性が悪化していることを発見した。

ここで初期と経時での現像装置内のトナーを電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した。すると初期トナーではトナー表面に外添剤が被覆している様子が観察されたが、経時トナーではトナー表面には外添剤が観察されなかった。これは前述の従来技術で説明したように、機械的および熱的なストレスにより経時のトナーでは外添剤が埋没および離脱してしまっていることを表す。
この外添剤の埋没、離脱した経時トナーが、画質に及ぼす影響を調べるために、本出願人は以下のような実験を行った。
まず初期状態と経時状態の現像装置を２種類用意し、それぞれを画像形成装置に設置して画像出力を行う。経時状態の現像装置は、内部に現像剤を入れた状態で、単体駆動装置にて１２０分間空回しをして加速的に作成した。このときのトナーはサンプリングし電子顕微鏡にて外添剤の被覆状態を観察すると、前述したような外添剤が埋没および離脱した状態の経時トナーと同様の表面状態となっていることを確認した。
また、画像形成条件としては、解像度１２００［dpi］（dpi：ドット／インチ）、帯電電位−６３０［Ｖ］、現像バイアス−５００［Ｖ］、トナー径５．５［μｍ］、キャリア径３５［μｍ］とし、紙上のベタ画像（全面にトナーを付着させた状態）における単位面積当たりのトナー付着量Ｍ／Ａが０．４５［mg/cm²］となるように実験条件を設定している。

ここで、画像のざらつき感である粒状性は網点中のドット面積が変動するために引き起こされると考え、ドット面積のばらつきを評価することで、粒状性の代用特性とした。また、各プロセスでの画質劣化の寄与を確かめるため、画像の評価は現像後の感光体上のドット画像、転写後の中間転写体上のドット画像、定着後の紙上ドット画像をそれぞれ評価した。ドット面積の評価は、各プロセスにてドット画像をデジタルマイクロスコープにて撮影し、その画像を２値化処理することで網点中の各ドット面積が得られる。そのドット面積の標準偏差をドット面積のばらつき量として評価した。
このときの評価結果を図６に示す。横軸は各プロセスを表し、現像後は感光体上の画像、転写後は中間転写体上の画像、定着後は定着後紙上の画像をそれぞれ表す。また、縦軸はドット面積の変動を表す標準偏差σである。図６より転写後において初期トナーと経時トナーの差が大きくなっており、経時トナーを用いた場合は転写工程において画質劣化が大きくなっていることがわかった。それにより定着後においてもこの画質劣化が助長され、粒状性の悪化を引き起こしていると考えられる。

上記外添剤が埋没および離脱したトナー（経時トナー）の転写工程での画質劣化について、本出願人は以下のようなメカニズムを推定している。経時トナーは初期トナーに比べてトナー表面の外添剤の被覆が少ないため、感光体との非静電的付着力が大きいことが予想される。よって転写効率が低下するが、通常は転写バイアスなどの条件で調整することが可能である。しかしながら、このときベタ画像などの付着量の多いパターンを用いて調整することが主である。本実験では初期と経時のトナーついては紙上のベタ部の付着量が一定になるように既に転写条件を調整しているが、ハイライト部のドット画像についてはベタ部とは転写性が異なり、適正な転写効率が得られていないものと考えられる。

この画像パターンによる転写効率の違いについては以下のように考察している。現像後の感光体上のトナー像は約２層から３層程度のトナー層が形成されていることは従来の計測などでわかっている。転写工程においては転写電界が印加されるため、感光体上のトナーには感光体から中間転写体方向に移動する力が働く。このとき全トナーが転写されるためには、少なくとも感光体とトナー間との付着力よりも強い力で静電的に転写される必要がある。ここで次のような簡易なモデルを考案した。まずベタ画像の場合、感光体上のトナー像は図７（ａ）のように感光体（ＯＰＣ）に対し、感光体（ＯＰＣ）と接触しているトナー１層をＡとし、その上に乗っているトナー層がＢのようになっているとする。さて、トナー層を図７（ａ）で考えると、トナー層Ａとトナー層Ｂにはトナーとトナー間の付着力が、トナー層Ａと感光体（ＯＰＣ）にはトナーと感光体間の付着力がそれぞれ働いている。通常、この付着力のうち非静電的な成分は後者の方が大きい。そのため、転写電界が弱いとき、または非静電的な力が大きいときは、トナー層Ａ部分が感光体上に多く残ることになる。つまり経時トナーにおいては非静電的な力が大きくなるため、トナー層Ａ部分の転写残トナーが多くなる。そのため、転写電界を強めたり、入力の付着量（トナー層Ｂ部分）を増加させて、目的のベタ付着量を得られるように調整が行われる。ただし、過剰に転写電界をかけることは逆に転写効率を悪化させ、トナーの飛び散りなどの不具合が発生することは周知であるため、あらかじめ狙いの付着量と転写率を考慮してベタ付着量を設定する必要がある。

一方、ハイライト部のドット画像の場合にはその面積が小さくなり、ベタ画像と異なりドット画像のエッジ部の影響があるため、感光体上のトナー像は図７（ｂ）のようにトナー層Ｂは山型になると考えられる。転写工程ではベタ部と同様の作用が働くが、トナーが劣化して非静電的な付着力が増加した場合に、ベタ画像と同様な割合でトナー層を増加させても、トナー層Ｂが山型であるためにその増加分は少ない。よって、経時トナーにおいては、紙上のベタ画像が十分な量であっても、ハイライトのドット画像においては転写量が十分でない。このことが経時での粒状性を悪化させている原因であると考えられる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、経時で発生するハイライト部の粒状性の悪化を抑制しつつトナー付着量を低減した画像形成プロセスを達成することができる構成の画像形成装置を提供することである。また、その画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジを提供することである。

上記目的を達成するための手段として、本発明は以下のような構成を備えている。
本発明の第１の構成は、像担持体と、該像担持体を露光して静電潜像を形成する露光装置と、内部に少なくともトナーを有し前記像担持体上に形成された静電潜像をトナー像として顕像化する現像装置と、前記トナー像を記録媒体上に移動させる転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を固定化する定着装置とを備えた画像形成装置において、前記露光装置における露光エネルギーを変更する露光エネルギー変調手段と、前記現像装置の動作時間を検知する現像動作時間検知手段を有し、前記現像動作時間検知手段の結果に応じて露光エネルギーを変調することを特徴とする（請求項１）。

ここで、第１の構成の画像形成装置において、露光エネルギーの変調については、具体的に以下のような構成を備えている。
すなわち本発明の第２の構成は、第１の構成の画像形成装置において、露光エネルギーの変調は、単位画素当たりの露光エネルギーを、ベタ画像の書込み時の露光エネルギーよりも大きくすることを特徴とする（請求項２）。
また、本発明の第３の構成は、第１または第２の構成の画像形成装置において、露光エネルギーの変調は、入力画像の面積率が２５％以下の部分にて行うことを特徴とする（請求項３）。
また、本発明の第４の構成は、第１乃至３の何れか一つの構成の画像形成装置において、前記変調手段は、光源の発光強度を変調することを特徴とする（請求項４）。

さらに、本発明の第５の構成は、第１乃至４の何れか一つの構成の画像形成装置において、前記動作時間検知手段は、前記現像装置の動作時間を積算し、トナーの劣化度合いを算出することを特徴とする（請求項５）。
また、本発明の第６の構成は、第１乃至５の何れか一つの構成の画像形成装置において、主走査および副走査方向の画像解像度のうち、少なくともどちらかが１２００［dpi］以上であることを特徴とする（請求項６）。
また、本発明の第７の構成は、第１乃至６の何れか一つの構成の画像形成装置において、擬似中間調処理であるディザ処理の線数が２００［lpi］（lpi：ライン／インチ）以上であることを特徴とする（請求項７）。

さらに、本発明の第８の構成は、第１乃至７の何れか一つの構成の画像形成装置において、単色のベタの単位面積当たりの付着量が０．５０［mg/cm²］以下であることを特徴とする（請求項８）。
また、本発明の第９の構成は、第１乃至８の何れか一つの構成の画像形成装置において、トナーの体積平均粒径が６．０［μｍ］以下であることを特徴とする（請求項９）。
また、本発明の第１０の構成は、第１乃至９の何れか一つの構成の画像形成装置において、トナーの円形度が０．９６以上であることを特徴とする（請求項１０）。

さらに、本発明の第１１の構成は、第１乃至１０の何れか一つの構成の画像形成装置において、複数の現像装置を備え、各現像装置はそれぞれ異なる色のトナーを内部に有していることを特徴とする（請求項１１）。
また、本発明の第１２の構成は、第１１の構成の画像形成装置において、前記動作時間検知手段は、少なくとも黒のトナーを内部に有する現像装置の動作時間を検知することを特徴とする（請求項１２）。

さらに、本発明の第１３の構成は、第１乃至１２の何れか一つの構成の画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジであって、像担持体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とする（請求項１３）。

第１の構成の画像形成装置においては、装置の使用時間によらずにハイライト部において粒状性が損なわれることのない良好な画像を常に得ることができる。また、装置の使用時間に応じて適正な制御を行うので、装置をより長く使用することができ、画像形成装置の長寿命化が図れる。これにより高画質化と長寿命化の両立ができる。また、低コスト化や環境負荷の低減に効果がある。

第２の構成の画像形成装置においては、露光エネルギーの変調はトナー消費量を大きく増やすことなしに効率的に制御を行うことになり、高画質化と長寿命化の両立が図れる。
また、第３の構成の画像形成装置においては、露光エネルギーの変調はハイライト部分のみに適用されることになり、装置全体のトナー消費量を大きく増やすことなしにより効率的に制御を行うことができ、高画質化と長寿命化の両立が図れる。
さらに、第４の構成の画像形成装置においては、露光エネルギーの変調をレーザーの発光強度の変調で行うことにより、ＰＷＭ変調に比べドット面積を増やすことなく、よりエネルギーを集中することができるので、ハイライト部の再現性がよくなり高画質化を長期間維持することができる。

第５の構成の画像形成装置においては、現像動作時間により直接的にトナーの劣化度合いを把握することができ、また、現像装置やトナーの構成が異なっても簡易な実験により相関を得ることができるので、より正確な制御を行うことが可能となる。よって高画質化と長寿命化の両立が図れる。
また、第６の構成の画像形成装置においては、１２００［dpi］のような高解像度で小ドットを形成する場合においても、ハイライト部の粒状性を損なうことなく、高画質化を長期間維持することができる。
さらに、第７の構成の画像形成装置においては、高線数のディザで中間調処理を行い、網点中に小ドットを形成する場合においても、ハイライト部の粒状性を損なうことなく、高画質化を長期間維持することができる。

第８の構成の画像形成装置においては、単色のベタ画像が０．５０［mg/cm²］以下と低付着量の場合においても、高画質化と長寿命化の両立を図ることができる。
また、第９の構成の画像形成装置においては、トナーの体積平均粒径が６．０［μｍ］以下と小粒径である場合においても、初期画像における良好な粒状性を長期間維持することができる。
さらに、第１０の構成の画像形成装置においては、形状がより球形であるトナーを用いるので、経時的にトナーが劣化しやすい場合においても、高画質化を長期間維持することができる。

第１１の構成の画像形成装置においては、第１乃至１０の何れか一つの構成を備え、かつ複数の現像装置を備え、各現像装置はそれぞれ異なる色のトナーを内部に有しているので、カラー画像形成装置において各色のハイライト部の再現性がよくなるため、色重ねした際の色再現性およびグレーバランスが向上するとともに、カラーにおける粒状性も向上する。特にカラー画質で重要な写真調画像における人物の肌色の再現性などが安定する。また、各色の現像装置において低付着量の作像が可能となるため、カラー画像形成装置全体としては大幅なトナー量の低減が図れる。
また、第１２の構成の画像形成装置においては、少なくともトナー付着量のばらつきによって粒状性への影響が大きい黒トナーを用いた現像装置において制御をすることにより、経時における粒状性の悪化を効率よく抑制することが可能となる。

第１３の構成のプロセスカートリッジにおいては、像担持体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることにより、このプロセスカ−トリッジを第１乃至１２の何れか一つの構成の画像形成装置に用いることにより、装置のライフサイクルをさらに延ばすことができるため、省エネルギー化による環境負荷の低減ができ、かつ良好な画質を長期間にわたり得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す図であって、プロセスカートリッジを有する画像形成装置の概略構成図である。
図１に示すカラー画像形成装置は、いわゆるタンデム方式と言われるカラー画像形成装置であり、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（黒）の各色毎のプロセスカートリッジ（画像形成ユニット）１０が中間転写体の移動方向に直列に配置された構成になっている。各色毎のプロセスカートリッジ１０は、像担持体であるドラム状の感光体１を中心に帯電装置２、現像装置４、クリーニング装置６等が配置された構成となっており、同一の構成である。また、各プロセスカートリッジ１０の感光体１に対し、露光装置３と、中間転写装置の中間転写体５が配置されており、その他に、用紙搬送部（レジストローラ１５、搬送ベルト１６等）、紙転写装置８、定着装置９などを備えている。また、中間転写装置の中間転写体５は無端ベルト状の中間転写ベルトであり、この中間転写ベルト５は３つの支持ローラ１１〜１３に支持されて図中の矢印の方向に回動される。なお、３つの支持ローラ１１〜１３のうちの一つが駆動ローラであり、他は従動ローラである。また、各感光体と対向する位置の中間転写ベルト５の裏面側には、転写バイアス印加ローラ１４がそれぞれ配設されている。本発明においては、上述の感光体１、帯電装置２、現像装置４およびクリーニング装置６等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジ１０として一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジ１０を複写機やプリンター等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。

次に図１に示す構成の画像形成装置におけるカラー画像の作像動作について説明する。各色の画像形成ユニットにおいて、像担持体である感光体１は図中の矢印方向に回転駆動し、帯電装置２によって表面が一様に帯電された後、画像信号に基づき駆動点灯する露光装置３によって露光されることで静電潜像が形成され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（黒）の各色の現像装置４にて前記静電潜像に応じて感光体上に各色のトナー像が形成される。各画像形成ユニットの感光体１上に形成された各色単色毎のトナー像は、中間転写装置の中間転写ベルト５上に順次転写されることで中間転写ベルト５上に各単色のトナー像が重ねられていく。また、中間転写ベルト５に転写されずに感光体上に残留したトナーはクリーニング装置６により回収される。一方、記録媒体である用紙７は、用紙７をストックしている給紙カセット（不図示）から給紙され、用紙搬送部のレジストローラ１５により紙転写装置８へ搬送される。そして前記中間転写ベルト５上に重ねられた４色のトナー像は紙転写装置８によって用紙上へと一括転写される。転写後の用紙７は搬送ベルト１６で定着装置９に搬送され、用紙上のトナー像が定着装置９によって熱定着されることで、カラー画像が得られる。

次に本発明の画像形成装置に用いられる像担持体である感光体１について説明する。感光体１は積層型電子写真感光体であり、導電性支持体（導電性基体）上に感光層が設けられているもので、この感光層は電荷発生材料を主成分とする電荷発生層と、電荷輸送材料を主成分とする電荷輸送層との積層で形成されている。そして、感光体１の表層として保護層なども形成されている。本実施形態では、感光体１の全膜厚が２０［μｍ］であるものを用い、特に電荷輸送層の膜厚は１５［μｍ］である。

次に本発明の画像形成装置に用いられるトナーについて説明する。トナー粒子は少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤からなる混合物を、熱ロールミルで溶融混練した後、冷却固化せしめ、これを粉砕分級して得られる母体粒子に、添加剤をヘンセルミキサー等で混合付着させることによって得られる。この場合の結着樹脂、着色剤としては、従来からトナー用結着樹脂として利用されてきたものの全てが適用される。結着樹脂では軟化点９０〜１５０［℃］、ガラス転移温度５０〜７０［℃］、数平均分子量２０００〜６０００、重量平均分子量８０００〜１５００００を示すものが特に好ましい。また、着色剤のトナー粒子における含有量は２〜１２［％］程度が着色力、帯電性維持のバランスを考慮すると最適である。一方、離型剤としては、公知のもの全てが使用できるが、特にカルナウバワックス、モンタンワックス、および酸化ライスワックスを単独、又は組み合わせで用いることが好ましい。離型剤の使用量としては、トナー樹脂成分に対して１〜１０［％］の範囲が良く、トナーバインダー中に分散させる前の離型剤の平均体積粒径は特に１０〜３００［μｍ］が好ましい。また、トナー粒子に外部添加される添加剤としては、酸化チタン、シリカ等の無機微粉体が好ましく、より効率的な帯電付与を与える効果がある。なお、トナーの製法としては粉砕法に限るものではなく、乳化重合法や溶解懸濁法などの重合法を用いても良い。

次に本発明の画像形成装置に用いられる現像装置４の構成の一例を図２に基づき説明する。現像剤担持体としての現像ローラ４１は、像担持体としての感光体１に近接するようにして配置されており、両者の対向部分に現像領域が形成されるようになっている。上記現像ローラ４１には、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒状に形成してなる現像スリーブ４３が図示を省略した回転駆動機構によって図中の矢印方向（時計回り方向）に回転されるようにして備えられている。現像スリーブ４３内には該現像スリーブ４３の表面上に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石ローラ体４４が固定状態で備えられている。現像装置内に収容される現像剤はトナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤であり、現像剤を構成するキャリアは、上記磁石ローラ体４４から発せられる磁力線に沿うようにして現像スリーブ４３上にチェーン状に穂立ちされるとともに、このチェーン状に穂立ちされたキャリアに対して帯電トナーが付着されて磁気ブラシが形成されるようになっている。形成された磁気ブラシは、現像スリーブ４３の回転移送にともなって現像スリーブ４３と同方向、すなわち時計回り方向に搬送されることとなる。現像剤の搬送方向すなわち時計回り方向における前記現像領域の上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さ、すなわち現像剤の量を規制するドクタブレード４５が設置されている。さらに上記現像ローラ４１の後方領域には、現像ケーシング４６内の現像剤を撹拌させながら現像ローラ４１側に汲み上げるスクリュ４７が設置されている。また、スクリュ４７の下部のケーシング壁面には、現像剤中のトナー濃度を検出する濃度センサ４８が設けられている。なお、この他、現像装置４にトナーを補給するトナー補給部等が設けられるが、図示を省略する。

次に本発明の画像形成装置に用いられる露光装置３の構成の一例を図３に基づき説明する。露光装置３は、図３に示すように、光源であるレーザー発光素子３１、コリメータレンズ３２、アパーチャ３３、シリンドリカルレンズ３４、ポリゴンミラー３５、およびｆ−θレンズ３６等から構成される、いわゆるレーザー走査光学系を備えており、このレーザー走査光学系が各色用の感光体１に対応して設けられている。レーザー発光素子３１から出射した光ビームは、コリメータレンズ３２により平行光束となり、アパーチャ３３を通過してシリンドリカルレンズ３４に入射される。光ビームはシリンドリカルレンズ３４により副走査方向に集光されて、ポリゴンミラー３５に入射される。光ビームはポリゴンミラー３５により感光体１の回転軸方向に平行な主走査方向に走査される。主走査方向に走査された光ビームは、ｆ−θレンズ３６によって走査角と走査距離とが比例するように調整され、かつ副走査方向への集光を行なって感光体１上に結像する。

なお、上記のレーザー走査光学系を用いた場合は、ポリゴンミラー３５の回転速度を変え、主走査方向のレーザー照射のクロックを変えることで、容易に画像の記録密度の変更をすることができる。また、ポリゴンミラー３５の回転速度を変える代わりに、感光体１の線速を変更することでも同様の記録密度変更が可能である。レーザー発光素子３１はレーザー光発生のための発光信号を発生する図示しないレーザドライバに接続されて点滅動作を行う。なお、レーザー発光素子３１は複数を並列させたいわゆるマルチビームの構成でもよい。

次に露光エネルギーの変調方法について以下に説明する。前記レーザードライバはパルス幅変調（ＰＷＭ）部と光量変調（ＰＭ）部からなる露光エネルギー変調部に接続されている。パルス幅変調（ＰＷＭ）部はレーザーの発光時間を制御する。具体的には三角波信号と画像信号をコンパレータにて比較することにより所望のパルス幅信号を形成することが可能となる。一方、光量変調（ＰＭ）部はレーザー光の強度を制御する。画像信号に対応してレーザー発光素子３１に入力する電流値を設定する強度信号を形成する。したがって露光エネルギー変調部においては、画像信号に応じて前記のパルス幅信号と強度信号がレーザードライバに送られるが、例えば入力画像が４bitである場合にはパルス幅信号と強度信号を組合わせて１６段階の露光エネルギーを設定することができる。その設定方法はレーザードライバに依存するが、例えばパルス幅変調を２bit、強度変調を２bitとし、画像信号に対しそれらをテーブル化することで変調を行うことなどができる。

本実施形態においては、図示しない制御部（マイクロコンピュータ、メモリ、各種制御回路、クロック、カウンタ、入・出力ポートなどから構成される本体メイン制御板）のメモリに露光エネルギー変調のテーブルを複数備え、それらが入力画像に応じて選択的に適用されることを特徴としている。具体的に図４を用いて説明する。本実施形態の露光エネルギーの変調はパルス幅変調（ＰＷＭ）を２bit、強度変調（ＰＭ）を３bitとし、それぞれの範囲で変調可能である。ここで露光エネルギー変調のテーブルの一例として、パルス幅変調（ＰＷＭ）は２bitで固定し、強度変調（ＰＭ）方向は２bitおよび３bitとしたテーブルを図４（ａ），（ｂ）のように設け、図４（ａ）のテーブルをtable（Ａ）、同図（ｂ）のテーブルをtable（Ｂ）とする。通常の場合（トナーの劣化なし）においてはtable（Ａ）を用いて作像を行う。そして、トナーが劣化しハイライト部の粒状性が悪化したときには、ハイライト部の作像のみtable（Ｂ）を適用し、ベタ画像などのトナー付着量の多いパターンは通常のtable（Ａ）をそのまま用いる。これによりトナーが劣化しハイライト部の粒状性が悪化した場合においても、全体の使用トナー量を増加させることなく、付着量が減少したハイライト部の付着量のみを効率的に増加させることが可能となる。このときハイライト部として、入力画像の面積率が２５［％］以下の場合にこの処理を適用することで、効率的にハイライト部の付着量のみを増加させることができる。なお、それよりも大きい面積率で適用すると、階調部での画像濃度の不連続性が目立つこと、および使用トナー量の低減が図れないことから好ましくない。また、テーブル数、および変調数はこの例に限るものではなく、テーブル数を増やすことで、より精密な制御が可能となる。

次に現像装置４の動作時間を検知する現像動作時間検知手段について以下に説明する。画像形成装置の動作の全体制御をする図示しない制御部（本体メイン制御板）から現像駆動モータへは現像駆動信号が発せられる。現像動作時間検知手段はこの駆動信号を検知し、駆動信号の積算時間をカウントし、メモリに格納する。一方、現像装置の動作時間に応じたトナーの劣化レベルは、あらかじめテーブル化されており、メモリ上の積算時間とトナーの劣化レベルとが比較され、露光エネルギー制御のレベルが決定される。このとき露光エネルギー制御信号がＬＤ制御板のレーザードライバに送られることで、露光エネルギーの変調が行われる。

以上の処理を図５のフローチャートに示す。まず、積算された現像駆動時間（Ｔ）を取得する（Ｓ１）。その現像駆動時間（Ｔ）によりトナー劣化レベル（ｉ）が判定される（Ｓ２）。このレベルは例えば５段階の外添剤埋没レベルであって、現像の駆動時間との関係がすでに得られている。なお、この関係は使用現像装置とトナーに大きく依存する。そのトナー劣化レベルに応じて、露光エネルギー変調する際のテーブル（ＴＢＬ（ｉ））が割り付けられる（Ｓ３）。次に入力画像中の画素を選択する（Ｓ４）。その後、入力画像について網点部ドットの面積率が判定される（Ｓ５）。これにより対応する画素がハイライト部か否かが判定される。その画素がハイライト部であった場合には、（Ｓ３）の処理で決定された露光エネルギーのテーブル（ＴＢＬ（ｉ））にて、その画素の露光エネルギーがセットされる（Ｓ６）。一方、その画素がハイライト部でない場合には、通常の露光エネルギーのテーブル（ＴＢＬ（０））にて露光エネルギーがセットされる（Ｓ７）。この処理を入力画像中の画素全てについて行う（Ｓ８）。

上記の露光エネルギー制御の処理を用い、画像解像度［dpi］、中間調処理の線数［lpi］、トナー体積平均粒径［μｍ］、トナー円形度、の４つの項目について条件を変えて画像形成を連続的に行い、画質の変化を評価した。そのときの各項目における３水準（Ａ，Ｂ，Ｃ）の条件を下記の表１に示す。ここで、画像解像度は主走査×副走査を表す。また、体積平均粒径はコールターカウンター（Multisizer３：ベックマンコールター社製）にて計測した。また、円形度はフロー式粒子像測定器（ＦＰＩＡ）を用いてトナーの形状測定をし、以下の式で定義される。
円形度＝(粒子の投影面積と同じ面積を有する円の周囲長)／(粒子投影像の周囲長)
この円形度は１．００に近いほど真球であることを表す。

ここで、単色ベタ画像の単位面積当たりの付着量は０．４５［mg/cm²]とした。初期画像において、この付着量が０．５０[mg/cm²]より多くなると、画質については定着装置９においてトナー像の潰れが大きくなりドット画像面積のばらつきが増大するため粒状性が悪化してしまう。また、消費トナーが増大する点、および定着性を確保するために定着装置９にてより多くの消費電力が必要な点、などから省エネルギー化、環境への負荷低減の観点からも付着量の増加は好ましくない。

次に具体的な実施例として、上記の３水準（Ａ，Ｂ，Ｃ）の条件で実際に画像形成して得られた画像について、１万枚後、３万枚後、５万枚後のそれぞれにおいて画像評価を行った。評価項目はハイライト部における粒状性の評価であり、良好な順から◎、○、△、×の４段階にて評価を行い、△、×は許容できないレベルとした。評価結果の一覧を下記の表２に示す。

（実施例１から５について）
実施例１から５のように、トナー粒径が５．５［μｍ］以下、円形度が０．９６以上のとき、画像解像度が１２００×１２００［dpi］および１２００×６００［dpi］で、かつ線数が２４０［lpi］および２００［lpi］の水準においては、粒状性は５万枚後まで良好なレベルであり、ハイライト部におけるざらつき感の悪化はみられなかった。
一方、比較例１において、画像解像度が６００×６００［dpi］の場合には粒状性は３万枚からは許容レベルに達していなかった。従って、画像解像度は少なくとも主走査および副走査のどちらかが１２００［dpi］以上でないと本発明の露光エネルギーの制御を用いても経時における粒状性の悪化を抑制することができない。また、比較例２において、線数が１７５［lpi］の場合には、粒状性は３万枚からは許容レベルに達していなかった。従って、中間調処理の線数は少なくとも２００［lpi］以上でないと本発明の露光エネルギーの制御を用いても経時における粒状性の悪化を抑制することができない。

（実施例６から８について）
実施例６から８のように、画像解像度が１２００×６００［dpi］、線数が２００［lpi］のとき、トナー粒径が５．５［μｍ］および４．０［μｍ］で、かつトナー円形度が０．９６および０．９８の水準においては、粒状性は５万枚後まで良好なレベルであり、ハイライト部におけるざらつき感の悪化はみられなかった。
一方、比較例３において、トナー粒径が７．０[μｍ]の場合には、粒状性は1万枚後から許容レベルに達しておらず、ハイライト部のざらつき感が悪かった。従って、トナー粒径は６．０［μｍ］以下でないと、本発明の露光エネルギーの制御を用いても長期間にわたって粒状性の悪化を抑制することができない。また、比較例４において、トナーの円形度が０．９４の場合には、粒状性は３万枚後から許容レベルに達しておらず、ハイライト部のざらつき感が悪かった。従って、トナー円形度は０．９６以上にしないと、本発明の露光エネルギーの制御を用いても長期間にわたっては粒状性の悪化を抑制することができない。

以上説明したように、本発明においては、装置の使用時間によらずにハイライト部において粒状性が損なわれることのない良好な画像を常に得ることができる。また、装置の使用時間に応じて適正な制御を行うので、装置をより長く使用することができ、画像形成装置の長寿命化が図れる。これにより高画質化と長寿命化の両立ができる。また、低コスト化や環境負荷の低減に効果がある。従って、本発明を複写機、プリンター、プロッター、ファクシミリ等の画像形成装置に適用することにより、高画質、長寿命で、低コスト化や環境負荷の低減にも効果がある画像形成装置を実現することができる。

本発明の一実施形態を示す図であって、プロセスカートリッジを有する画像形成装置の概略構成図である。 本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の構成例を示す概略断面図である。 露光装置の一例を示すレーザー走査光学系の概略構成図である。 露光エネルギー変調のテーブルの一例を示す図である。 本発明の画像形成装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。 初期トナーと経時トナーを用いた場合の現像後、転写後、定着後のドット面積の標準偏差を示す図である。 感光体上の付着トナーを中間転写体に転写する際の様子をモデル的に説明する図である。

符号の説明

１：感光体（像担持体）
２：帯電装置
３：露光装置
４：現像装置
５：中間転写装置の中間転写ベルト（中間転写体）
６：クリーニング装置
７：用紙（記録媒体）
８：紙転写装置
９：定着装置
１０：プロセスカートリッジ（画像形成ユニット）
１１，１２，１３：支持ローラ
１４：転写バイアス印加ローラ
３１：レーザー発光素子（光源）
３２：コリメータレンズ
３３：アパーチャ
３４：シリンドリカルレンズ
３５：ポリゴンミラー
３６：ｆ−θレンズ
４１：現像ローラ
４３：現像スリーブ
４４：磁石ローラ体
４５：ドクタブレード
４６：現像ケーシング
４７：スクリュ
４８：濃度センサ

Claims (13)

1. 像担持体と、該像担持体を露光して静電潜像を形成する露光装置と、内部に少なくともトナーを有し前記像担持体上に形成された静電潜像をトナー像として顕像化する現像装置と、前記トナー像を記録媒体上に移動させる転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を固定化する定着装置とを備えた画像形成装置において、
   前記露光装置における露光エネルギーを変更する露光エネルギー変調手段と、前記現像装置の動作時間を検知する現像動作時間検知手段を有し、前記現像動作時間検知手段の結果に応じて露光エネルギーを変調することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   露光エネルギーの変調は、単位画素当たりの露光エネルギーを、ベタ画像の書込み時の露光エネルギーよりも大きくすることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２記載の画像形成装置において、
   前記露光エネルギーの変調は、入力画像の面積率が２５％以下の部分にて行うことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一つに記載の画像形成装置において、
   前記変調手段は、光源の発光強度を変調することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一つに記載の画像形成装置において、
   前記現像動作時間検知手段は、前記現像装置の動作時間を積算し、トナーの劣化度合いを算出することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一つに記載の画像形成装置において、
   主走査および副走査方向の画像解像度のうち、少なくともどちらかが１２００［dpi］以上であることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一つに記載の画像形成装置において、
   擬似中間調処理であるディザ処理の線数が２００［lpi］以上であることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一つに記載の画像形成装置において、
   単色のベタ画像の単位面積当たりの付着量が０．５０［mg/cm²］以下であることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１乃至８の何れか一つに記載の画像形成装置において、
   トナーの体積平均粒径が６．０［μｍ］以下であることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一つに記載の画像形成装置において、
    トナーの円形度が０．９６以上であることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか一つに記載の画像形成装置において、
    複数の現像装置を備え、各現像装置はそれぞれ異なる色のトナーを内部に有していることを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１１記載の画像形成装置において、
    前記現像動作時間検知手段は、少なくとも黒のトナーを内部に有する現像装置の動作時間を検知することを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか一つに記載の画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジであって、
    像担持体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカ−トリッジ。
    

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