JP2005266481A - 画像形成装置、及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 像担持体の膜厚が経時変動してもドット再現性及び階調性の優れた高画質を維持し、高い安定性を維持する画像形成装置を提供する。
【解決手段】 像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、該像担持体上に画像情報に基づく静電潜像を形成する露光装置１１７１Ａと、該像担持体上の静電潜像を同極性のトナーで現像する現像装置とを有する画像形成装置において、像担持体の膜厚を計測もしくは予測するとともに該膜厚変動を認識する膜厚変動認識手段を構成するエンジン制御部１３及び感光体電流値検出部２０を備え、かつエンジン制御部１３に像担持体の膜厚変動に伴い、露光装置１１７１Ａの露光状態を制御する露光制御手段としての構成を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置、及び画像形成方法に係わり、像担持体の膜厚が経時的に変動した場合でも、像担持体の光減衰特性を初期の一特性に近似させ、かつ露光状態を最適な状態に制御することで、ドット再現性や階調性が良好で、高安定性、及び高画質を維持する画像形成装置、及び画像形成方法に関する。

近年、電子写真方式を用いた画像形成装置において低コスト化、長寿命化といった要求を達成するために、装置およびそれらを構成する部品の高耐久性が求められている。その一方で、同画像形成装置の高画質化、高安定性も要求されており、高解像度の画像が長期間安定に再現されることが要求されている。

画像形成装置の像担持体にはコスト面、生産性等から有機感光体が主に使用されているが、それらの高耐久性が求められており、この耐久性は大きく、静電的な光応答性能の維持と、機械的な摩擦に耐えうる耐磨耗性に分けられる。

ここで、後者の耐磨耗性を向上するべく、電子写真感光体表面層の磨耗量が感光体１０万回転あたり０．６〜３．０μｍであり、電子写真感光体の表面層中に環状エーテル系化合物が１０００〜１００００ｐｐｍ含有させ、耐磨耗性に優れた像担持体を有する画像形成装置の開発が行われている（例えば特許文献１参照。）。

しかし、耐磨耗性を向上し、磨耗量を低減させた場合、像担持体の帯電時に発生するオゾン等の放電活性種により酸化され吸湿性となりやすいうえ、ＮＯｘ等の酸化生成物が像担持体表面に付着し、画像不良が発生してしまう。高画質を達成するためにはそれらの付着物を削り取るような手段が必須となる。また、紙粉等の異物の付着や、高画質を達成するための小粒径の現像剤の使用等も、像担持体上の現像剤を掻き取るような積極的なクリーニングを必要としており、経時的な安定性を達成するためには像担持体表面のクリーニング手段は必要不可欠である。よって、クリーニング手段により像担持体が磨耗して像担持体の静電容量が増大しても安定して使いこなしていくことが必要となってくる。

しかし、像担持体を積極的に削りながら使用していくと、像担持体膜厚変動により像担持体の静電容量が可変し、画質の劣化が発生する。ここで、像担持体の膜厚が減少することを「膜削れ」と呼ぶ。

ここで「膜削れ」に対応する技術の従来例として、一つには帯電装置を用いて光導電性感光体を帯電させ、感光体に光学系装置により原稿反射光を照射するもので、感光体への流れ込み電流値を検出する回路と、流れ込み電流値の電位に対応して帯電器のグリット電圧を制御する手段とを設けた画像形成装置が知られている（例えば特許文献２参照。）。

また一つには感光体の感光層の膜厚変動を認識し、認識された感光層の膜厚変動に応じて帯電バイアスと現像バイアスとを減少調整することで、「膜削れ」した感光層の帯電による注入電荷量の増大を防止し、これにあわせた現像バイアスの減少調整によって地肌汚れ余裕度ポテンシャル（|帯電電位−現像バイアス|）の低下を防止し、画像形成状態を安定化させる画像形成装置が知られている（例えば特許文献３参照。）。

特開２００１−２８１８９２号公報 特開平４−６７１７５号公報 特開平１０−２４６９９４号公報

しかしながら、特許文献２に開示された発明では、感光体の感光層の「膜削れ」に応じてグリット電圧を減少制御し、同じ電荷量になるよう帯電を制御しているが、現像バイアスが以前のままの値なので地肌汚れ余裕度ポテンシャル（｜帯電電位−現像バイアス｜）が低下し、ドットが再現性が低下したり、階調性が悪くなったりと、画像形成状態が不安定になってしまうという問題がある。

また、特許文献３に開示された発明では、認識された感光層の膜厚変動に応じて帯電バイアスと現像バイアスとを減少調整することで、「膜削れ」した感光層の帯電による注入電荷量の増大を防止し、これにあわせた現像バイアスの減少調整によって地肌汚れ余裕度ポテンシャル（|帯電電位−現像バイアス|）の低下を防止し、画像形成状態を安定化させてはいるが、帯電バイアスおよび現像バイアスを減少調整させているため、階調性が劣化する。また、膜厚変動時のドット再現性も不安定となる可能性がある。

ところで、像担持体の膜厚が薄くなることにより光減衰特性はブロードになり感度が低下する現象は、図１０にも示すように、像担持体の膜厚が減少する程明らかに現われてくる。この現象は、下記に示す像担持体の光減衰特性の理論式からも説明できる。

ここで、Ｖ_Dは初期帯電電位、eは電荷素量、ηは像担持体の量子効率、Ｃは像担持体の静電容量、hνはレーザービームのフォトンのエネルギー、Ｌは像担持体膜厚、ｘは露光量、ｎは量子効率の電界強度の依存度である。量子効率η、像坦持体の静電容量Ｃはそれぞれ下記に示す数式の関係を有する。

ここで、ε₀は真空の誘電率、ε_rは像担持体の比誘電率である。膜厚Ｌの減少に伴い、静電容量Ｃは増加する。即ち、静電容量Ｃの増加により上記数１の第２項が小さく電位の減少量が小さくなり、光減衰特性としてはブロードになる。

本発明は、上記従来の技術の問題点を解決し、像担持体の膜厚の経時変動に対応して露光手段を制御することにより、ドット再現性及び階調性の優れた高画質を維持することができ、高い安定性を維持することができる画像形成装置、及び画像形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、該像担持体上に画像情報に基づく静電潜像を形成する露光手段と、該像担持体上の静電潜像を同極性のトナーで現像する現像手段とを有する画像形成装置において、前記像担持体の膜厚を計測もしくは予測するとともに該膜厚変動を認識する膜厚変動認識手段と、前記膜厚変動認識手段により認識した前記像担持体の膜厚変動に伴い、前記露光手段の露光状態を制御する露光制御手段とを備えることを特徴とする。

前記膜厚変動認識手段は、前記像担持体の軸に注入する電流量を計測することで前記膜厚変動を認識することを特徴とする。

前記膜厚変動認識手段は、前記帯電手段の帯電ローラに流れる電流量を計測することで前記膜厚変動を認識することを特徴とする。

前記露光制御手段は、前記像担持体の膜圧変動に応じて、前記露光手段のビームスポット径を制御することを特徴とする。

前記露光制御手段は、前記ビームスポット径を制御する際に、前記像担持体の光減衰特性を第１の演算式に基づいて初期の一特性に近似させ、かつ第１の演算式の所定のパラメータを含む第２の演算式が成立するよう露光エネルギーを制御することを特徴とする。

前記露光制御手段は、前記像担持体の膜圧変動に応じて、前記露光手段の露光のデューティー比もしくはレーザーパワーを制御することを特徴とする。

前記露光制御手段は、前記露光のデューティー比もしくはレーザーパワーを制御する際に、前記像担持体の光減衰特性を第１の演算式に基づいて初期の一特性に近似させ、かつ第１の演算式の所定のパラメータを含む第２の演算式が成立するよう露光エネルギーを制御することを特徴とする。

また、本発明の画像形成方法は、像担持体を帯電し、かつ該像担持体を露光して画像情報に基づく静電潜像を形成した後、該像担持体上の静電潜像を同極性のトナーで現像し記録媒体に転写する画像形成方法において、前記像担持体の膜厚を計測もしくは予測するとともに該膜厚変動を認識し、前記認識した前記像担持体の膜厚変動に伴い、前記露光状態を制御することを特徴とする。

前記膜厚変動を認識する際に、前記像担持体の軸に注入する電流量を計測することを特徴とする。

前記膜厚変動を認識する際に、前記像担持体を帯電する帯電ローラに流れる電流量を計測することを特徴とする。

前記像担持体の膜圧変動の認識に基づいて、前記露光を行うビームスポット径を制御することを特徴とする。

前記露光を行うビームスポット径を制御する際に、前記像担持体の光減衰特性を第１の演算式に基づいて初期の一特性に近似させ、かつ第１の演算式の所定のパラメータを含む第２の演算式が成立するよう露光エネルギーを制御することを特徴とする。

前記像担持体の膜圧変動の認識に基づいて、前記露光のデューティー比もしくはレーザーパワーを制御することを特徴とする。

前記露光のデューティー比、もしくはレーザーパワーを制御する際に、前記像担持体の光減衰特性を第１の演算式に基づいて初期の一特性に近似させ、かつ第１の演算式の所定のパラメータを含む第２の演算式が成立するよう露光エネルギーを制御することを特徴とする。

本発明によれば、像担持体の膜厚の経時変動に対応して露光手段を制御することにより、ドット再現性及び階調性の優れた高画質を維持することができ、高い安定性を維持することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置を説明する。まず、画像形成装置１０００の機構的な構成から説明する。図１は本実施の形態に係る画像形成装置１０００の機構的構成の一例を説明する説明図である。画像形成装置１０００は、図１に示すように、レーザプリンタの構成が採用されており、像担持体１１１０として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を備えている。像坦持体１１１０の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１１２１、現像装置１１３１、転写ローラ１１４１、クリーニング装置１１５１が配備されている。帯電手段としては帯電ローラ１１２１のみならずコロナチャージャやブラシ、ベルト等を採用しても良い。また、像担持体１１１０の上方にはレーザ走査装置１１７１が配設されていり、帯電ローラ１１２１下流側にて像担持体１１１０に対し露光を行う。

画像形成を行うときは、光導電性の像坦持体１１１０が時計回りに回転し、その表面が帯電ローラ１１２１により均一に帯電され、露光装置（図２参照）１１７１Ａの一部である光走査装置１１７１のレーザ走査による書き込みの露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は「ネガ潜像」であって原稿の画像に対応した露光とともに形成されている。この静電潜像は、現像装置１１３１により像担持体１１１０の帯電極性と同極性のトナーにより反転現像され、像担持体１１１０上にトナー画像が形成される。紙やＯＨＰ（透明シート）等の転写部材Ｐを収納したカセット１１８１は、画像形成装置１０００本体に着脱可能であり、装着された状態において、収納された転写部材Ｐの最上位の１枚が給紙コロ１２０１により給紙される。給紙された転写紙Ｐは先端部をレジストローラ対１１９１に銜えられる。

レジストローラ対１１９１は、像担持体１１１０上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合せて、転写部材Ｐを転写ローラ１１４１へ送りこむ。送りこまれた転写部材Ｐは、転写位置においてトナー画像と重ね合わせられ、転写ローラ１１４１の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写部材Ｐは、定着装置１１６１へ送られるとともに、定着装置１１６１において例えば加熱とニップ圧を受けてトナー画像の定着が行われる。画像定着後の転写部材Ｐは、搬送路１２１１を通り、かつ排紙ローラ対１２２１によりトレイ１２３１上に排出される。一方、トナー画像の転写を行った後の像担持体１１１０の表面は、クリーニング装置１１５１によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。

尚、トナー画像の転写は、転写ローラ１１２１のみならず上述の如くベルト、チャージャ、ブラシ等でも可能であり、あるいは中間転写ベルト等の「中間転写媒体」を介して行うことも可能である。但し、ここではモノクロの画像形成装置の一例を示しているが、像担持体１１１０に複数の現像手段を有するカラー画像形成装置や、複数の像担持体および作像部を有するカラータンデム方式等の画像形成装置であっても良いことは勿論である。

次に、画像形成装置１０００の電気系の構成について説明する。図２は、画像形成装置１０００の電気系の構成を示すブロック図である。本実施の形態の画像形成装置１０００は、図２に示すように、各部を制御するマイクロコンピュータ構成のコントローラ１２とエンジン制御部１３とを基本構成として備える。コントローラ１２は、画像メモリ１４やフォントバンク１５等の記憶装置等を備える。コントローラ１２にはホストコンピュータ１６が双方向セントロニクスを介して接続されており、コントローラ１２はホストコンピュータ１６からの画像情報の送信を受けてプリンタ機能のための処理を行なう。また、エンジン制御部１３にはエンジン制御部１３からの駆動信号を受けて動作するスキャナ１７が電気的に接続設されており、コントローラ１２にはスキャナ１７により読み取られた画像情報が送信され、これによってコントローラ１２がデジタル複写機機能のための処理を行なう。つまり、ホストコンピュータ１６やスキャナ１７から画像信号を受けたコントローラ１２は、これを画像メモリ１４に展開し、操作パネル１８からの駆動信号に応じてエンジン制御部１３に制御・書込データを送信する。この際、画像信号がホストコンピュータ１６からのテキストデータであれば、必要に応じてフォントバンク１５から適切なフォントを呼び出し、呼び出されたフォントに従った画像データ（文字データ）を画像メモリ１４に展開する。

一方、コントローラ１２から制御・書込データの送信を受けたエンジン制御部１３は、給紙装置や像坦持体１１１０等の各種の可動部の駆動源となる駆動モータ、クラッチ、及びソレノイド等に駆動信号を付与してそれらを駆動制御し、かつ帯電装置や、露光装置１１７１Ａ、現像装置等のための高圧電源回路１９に駆動信号を付与してそれらを駆動制御する。

ここで、エンジン制御部１３には像坦持体１１１０の例えば図示しない軸に流れる電流値を検出する感光体電流値検出部２０が接続されている。感光体電流検出部２０は、像坦持体１１１０の図示しない回転軸に流れる電流値をデジタル変換してエンジン制御部１３に送信するセンサ構成を有する。感光体電流検出部２０は、計測時の電流値の検出信号をエンジン制御部１３に出力することで、エンジン制御部１３に対し像担持体１１１０の膜厚を予測させ、かつ該膜厚変動を認識させ、この認識に基づいて露光装置１１７１Ａの露光状態を最適な露光状態となるよう制御する。尚、感光体電流値検出部２０及びエンジン制御部１３の演算機能により特許請求の範囲に記載の膜厚変動認識手段が構成されている。

即ち、感光体電流検出部２０によって像坦持体１１１の軸への流れ込み電流値を検出する場合、この電流値は帯電処理時に絶縁体である感光層の静電容量に比例し、この静電容量は感光層の膜厚に反比例するため、エンジン制御部１３は、この関係に従って感光体電流検出部２０からの検出信号に基づいて感光層の膜厚を演算処理によって求める。

尚、膜厚変動認識手段の一部として、像担持体１１１０の膜厚変動量と使用時間との関係を規定するテーブルをエンジン制御部１３の図示しないメモリに持たせ、このテーブルに基づいて像担持体１１１０の膜厚量を予測し、これを実際の膜厚として認識するような制御を行っても良い。

一方、エンジン制御部１３は、認識した像担持体１１１０の膜厚変動に応じて、書込条件（即ち露光状態）を可変するための制御信号し最適な状態に制御する。

次に、エンジン制御部１３による書込条件（即ち露光状態）を可変し制御する方法について説明する。まず、エンジン制御部１３の演算機能において実際に測定された像担持体１１１０の光減衰特性を下記の式、即ち特許請求の範囲に記載の第１の演算式を用いて初期の一特性（図１０に示す曲線Ｃ１）に近似させる。

ここで、ｘは露光エネルギー、Ｖ_Dは初期帯電電位、Ｖ_Lは飽和電位、τは、初期帯電電位初期帯電電位Ｖ_D,像担持体膜厚Ｌ、及び電界強度Ｅに依存する定数であり、次式の関係を有する。

ここでａ，ｂ，ｃ，ｄは像担持体特性に依存する定数である。即ち、像担持体１１１０の膜厚が経時的に変動しても、潜像の電位を同じにするためには、初期の露光エネルギー量をｘ１、τを初期の時点のτ１、膜厚変動時の露光エネルギー量をｘ２、τを膜厚変動後のτ２とすると、下記の式、即ち特許請求の範囲に記載の第２の演算式が成立するよう露光エネルギーを制御する。

次に、露光エネルギーを制御する際の例えばエンジン制御部１３の動作を説明する。図３は、露光エネルギーを制御する際の動作を示すフローチャートである。まず、露光エネルギー調整モードを指定（ステップ３０１）した後、先に説明したように、像担持体１１１０の膜厚を認識し（ステップ３０２）、膜厚がある一定値以上減少しているか否かを判断する（ステップ３０３）。即ち今回の膜厚認識Ｌｎと前回（過去）の膜厚認識Ｌｎ−１との差が、所定の閾値ａよりも大きいか否かを判断することで膜厚がある一定値以上減少しているか否かを判断する。膜圧がある一定値以上減少している場合には、認識された膜厚から上記τを算出し（ステップ３０４）、それに応じた書込可変、即ち書込条件として最適な露光エネルギー量に調整する（ステップ３０５）。このように書込条件を最適な状態に可変するという調整モードを実行すると、本フローを終了する。尚、調整モードの実行は、例えば電源投入時や所定枚数の画像形成終了時に行うことが望ましい。

次に、露光エネルギー量の算出方法について説明する。書込時の露光エネルギーは(書込パワー)×(照射時間)によって決定される。一例として、１つのレーザーダイオード（以下ＬＤと称する）を主走査方向にスキャンして露光を行うＬＤラスタ方式の場合、レーザーパワーＰｏ（ｗ）、スキャンスピードＶｘ（ｍ／ｓ）がある値の時、解像度Ｋ（ｄｐｉ）から決定される最小画素（以下ドット Ｄｐ（ｍ）とし、Ｄｐ＝２．５４＊１０⁻²／ｋである）に与えられる露光エネルギーＪ（Ｊ）は、Ｊ＝Ｐｏ＊（Ｄｐ／Ｖｘ）となり、像担持体１１１０上に照射された領域の表面電位が変動する。

ここで、解像度Ｋとは、どの程度細かく画像を表現できるかを表す指標であり、単位長（インチ）当りの描画ドット数ｄｐｉ（ｄｏｔｓ／ｉｎｃｈ）で表され、露光走査方向の解像度（以下主走査方向とする）＊像担持体進行方向（副走査方向）の解像度で記載される。なお、以上において「＊」は乗算記号である。

次に、露光プロファイルＩ（ｘ，ｙ）について説明する。露光プロファイルＩ（ｘ，ｙ）は、ＬＤ光のプロファイルをガウシアン分布で近似すると、レーザーパワーＰＯ、ビームスポット径ωｘ（主走査方向）、ビームスポット径ωｙ（副走査方向）とした場合、下記の式に近似させることができる。

即ち、ＬＤの点灯時間分だけ積分することで露光エネルギーを算出することができる。尚、ビームスポット径は静止ビーム露光強度の１／ｅ^２径とする。尚、ここではＬＤを用いた場合の露光エネルギー、露光プロファイルについて説明をしたが、ＬＥＤアレイのような固体作像素子を用いた場合でも同様である。その場合は主走査方向に走査することはないので、スキャンスピードＶｘ＝０となる。

次に、潜像形成過程について説明する。ここでは像担持体として、キャリア発生層（ＣＧＬ）とキャリア移動層（ＣＴＬ）との２層からなる有機感光体を一例として用いる。図４に潜像形成過程の模式図を示す。帯電された感光体上に光エネルギーを照射（露光）すると、像担持体内部のキャリア発生層（ＣＧＬ）にキャリア（ホールと電荷）が発生する。キャリア（ホール）がキャリア移動層（ＣＴＬ）を移動して、像担持体１１１０上の帯電電荷と中和し、感光体上の帯電電位が低下することにより潜像が形成される。

先にも述べたが、「膜削れ」により光減衰特性は低感度化し、同じ露光条件（露光状態）で書込（露光）を行っても所望量の電位が減衰せず満足な画像が得られないような不具合に対応するため、露光エネルギーを増加することがあげられる。

露光エネルギーの増加方法として、レーザーパワーＰＯを増加させることがまず考えられるが、レーザーパワーのみを増加させた場合、露光プロファイルに比例して露光が行われるため、露光強度の増加とともに、ドット径が増加し、画像は形成されるもののドット径が大きく変わってしまい、径時で不安定な画像形成装置になってしまう。

よって、形成ドットの大きさを変えることなく、ドット再現性を向上させるための手段として、ビーム径を小径にすると所望の効果が得られることを確認した。図５にビーム径を変動させた時のビームプロファイルを示す。ビームスポット径を変えても積分光量が一定になるためには、小径ビームでの露光面積が減少するため、露光強度の最大値が大きくなる。よって、ビーム照射部の露光強度はビームスポット径によって異なり、小径ビームの方が露光強度が強くなるため、より多くの電位減衰が起こる。

ビームスポット径の可変方法であるが、例えば、ビーム径変更板５１５，５１６を適宜に移動させることにより達成される。その具体例について説明する。図６は、光学系５０の構成を示す平面図である。光学系５０は、光源装置５１、ポリゴンミラー５２、走査レンズ５３、シリンドリカルレンズ対５７、鏡筒５８を有し、このうち光源装置５１は、さらに第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２等を有する。光源装置５１は、第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２から出力されるレーザービーム５０１、５０２を、その光軸が主走査方向に一致すると共に副走査方向（紙面に垂直な方向）に一定間隔をおいて略平行となるようにしてシリンドリカルレンズ対５７に向け射出する。また、光源装置５１は、解像度に応じてレーザービーム５０１，５０２のビーム径を変更する。このビーム径変更の方法については後述する。

レーザービーム５０１，５０２は、鏡筒５８に保持されたシリンドリカルレンズ５７を介して副走査方向に集光されつつ、ポリンゴンミラー５２の偏向面（ミラー面）に入射する。このようにシリンドリカルレンズ５７により副走査方向に集光させるのは、当該偏向面の面倒れ補正を行うためである。ポリゴンミラー５２は、ポリゴンモータ（図示せず）によって回転軸５２ａを中心に回転駆動され、レーザービームを主走査方向に偏向する。走査レンズ５３は、トロイダルレンズ５３１とｆ−θレンズ５３２とから成り、ポリゴンミラー５２から反射されてくるレーザービームを、像担持体上（図示せず）１１１０に合焦状態で照射する。

次に、光源装置５１におけるビーム径変更のための構成とその手順について説明する。図７は、図６に示した光学系５０における光源装置５１の拡大図である。光源装置５１は、基台２７上に、第１、第２レーザーダイオード５１１、５１２、コリメータレンズ５１３，５１４、ビーム径変更板５１５，５１６、及びビームスプリッタ５１９等が配置されて成る。

第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２は、それぞれ異なる方向からレーザービームを出力する。第１、第２レーザーダイオード５１１，５１２が射出する第１、第２レーザービーム５０１，５０２は、感光体ドラム表面でのビームスポットの径がｒとなるように途中の光学系の種々の条件が設定される。また、この強度における第１、第２レーザービーム５０１，５０２の射出時の径はＤとなる。さらに、第１、第２レーザービーム５０１，５０２の射出位置は、これらレーザービームが感光体ドラム表面に入射した２つのビームスポットの副走査方向における中心間隔がｒとなるよう固定されている。

第１、第２ビームスプリッタ５１９は、レーザービーム５０１を入射方向に対して直交する方向に反射する一方、レーザービーム５０２を透過し、両レーザービーム５０１，５０２の光軸がほぼ平行になるようにして、シリンドリカルレンズ対５７に入射させる。ビーム径変更板５１５、５１６は、レーザービーム５０１、５０２の周辺部を可変的に遮蔽して、シリンドリカルレンズ対５７に入射するビームの径を変更する。ビーム径変更板５１５、５１６は、それぞれレール５１７，５１８上を矢印方向に摺動可能な状態でビーム径変更板５１５は支持部５１７ａ，５１７ｂで支持されており、かつビーム径変更板５１６は支持部５１８ａ，５１８ｂで支持されている。即ちビーム径変更板５１５、５１６は、当該レール５１７，５１８の両端に設けられているストッパ（支持部）の間を、ソレノイドなどのアクチュエータ機構（図示せず）によって移動することが可能となっている。このビーム径変更板５１５，５１６の移動は光学系制御部（図示せず）からの信号によって実行される。

尚、本実施の形態においては、ビーム径変更板５１５、５１６を用いてビームスポット径を変更する場合、エンジン制御部１３の演算機能により上記数４乃至数６を用いて露光エネルギーを最適な状態に制御させる。一方、ビームスポット径を可変制御する方法にはビーム径変更板５１５，５１６を用いる他、磁力を発生する磁力発生装置や、所定の光学的レンズを移動させるレンズ移動装置等を用いても良いことは勿論である。

次に、シミュレーションによる確認結果を示す。シミュレーション方法には前記に説明した数４乃至数７を用いて、像担持体１１１０の電位をシミュレートした。

シミュレーション条件は、
感光体膜厚 ２８μm→１５μmに変動、
初期帯電電位 ５００Ｖ、
感光体比誘電率 ２．８、
ビーム径 （主×副走査方向）５０×６５μｍ → ４５×５０μｍに可変、
露光パワー 可変、
境界条件 周期、
である。

図８は、各条件時の像担持体１１１０上の電位分布の状態を示すグラフである。２つの条件（ビームドット４５×５０μｍ、５０×６５μｍ）は良い一致を示しており、膜厚変動時にビームスポットの小径化を図ることにより、像担持体１１１０の膜厚が変動しても像担持体上の潜像分布が一致し形成ドット画像の大きさを一致させることができ、これによりドット再現性の良好な高安定、高画質な画像形成装置を構成することができた。

本実施の形態においては、像担持体１１１０の膜厚の経時変動に対応してビームスポット径、及び露光エネルギーを制御することにより、ドット再現性及び階調性の優れた高画質を維持することができ、高い安定性を維持することができた。

尚、本実施の形態においては、像担持体１１１０の軸に流れる電流により像担持体１１１０の膜厚変動を認識しているが、帯電ローラ１１２１に流れる電流値を検出して像担持体１１１０の膜厚変動を認識するようにしても良い。この場合、帯電電流値検出部（図示せず）が帯電ローラ１１２１に流れる電流値を検出することで像担持体１１１０の膜厚変動を認識することが可能である。

帯電ローラ１１２１に流れる電流値は像担持体１１１０の静電容量Ｃｏと帯電ローラ１１２１の静電容量Ｃｃの和に比例する。各静電容量は各層の膜厚に反比例するため、エンジン制御部１３は、帯電電流検出部によって検出される帯電ローラ１１２１への流れ込み電流値から像担持体１１１０の膜厚が算出可能であり、この演算処理により像担持体１１１０の膜厚、及び膜厚変動を認識することが可能である。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置について説明する。尚、本実施の形態の画像形成装置も図１乃至図７に示す構成と同様の構成を備えるものであり詳しい説明は省略する。

本実施の形態の場合、例えばエンジン制御部１３に、感光体電流値検出部２０の像担持体１１１０の軸に流れる電流値の検出、もしくは帯電ローラ１１２１に流れる電流値の検出に基づいて、露光ビームのデューティ比を制御するか、レーザーパワーを制御するかの何れかの制御を行わせるものである。

例えば、像担持体１１１０の膜厚が経時的に変動する場合、露光ビームのデューティ比を増加させるか、もしくはレーザーパワーを増加させることが好ましい。

尚、露光ビームのデューティ比を制御する場合、もしくはレーザーパワーを制御する場合も、上記数４乃至数６の演算式を用いて露光エネルギーを最適な状態に制御するものである。

次に、シミュレーションによる確認結果を説明する。図９は、デューティ比の変更（７５％、１００％）に基づくドットと電位変化との関係を示すグラフである。本シミュレーション方法においても形成ドットの大きさを変えることなく、露光ビームのデューティ比を増加させ、かつレーザーパワーを増加させても、形成ドットと電位変化の関係が上記第１の実施の形態に示したシミュレーション結果と同じく、良好な関係が得られるという効果があることを確認した。

即ち、シミュレーション条件は、
感光体膜厚 ２８μｍ→１５μｍに変動、
初期帯電電位 −５００Ｖ、
感光体比誘電率 ２．８、
ビーム径（主×副走査方向） ５０×６５μｍ、
duty ７５％、１００％、
露光パワー ０．３５ｍＷ、０．２７ｍＷ、
境界条件 周期、
である。

図９に各条件時の像担持体１１１０上の電位分布を示す。２つの条件はよい一致を示しており、膜厚変動時に露光ビームのデューティー比の調整、レーザーパワーの調整を行うことにより、像担持体１１１０上の潜像分布を一致させることができ、これによりドット再現性の良好な高安定、高画質な画像形成装置を構成することができた。

本実施の形態においても、第１の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができ、即ちドット再現性及び階調性の優れた高画質を維持することができ、高い安定性を維持することができた。

本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の機構的な構成を説明する説明図である。 第１の実施の形態に係る画像形成装置の電気系の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に示すエンジン制御部の露光エネルギー調整モード時の動作を示すフローチャートである。 第１の実施の形態において潜像形成過程を説明する模式図である。 第１の実施の形態においてビーム径を変動させた時のビームの露光強度のビームプロファイルを示すグラフである。 第１の実施の形態において採用する光学系の構成を示す平面図である。 第１の実施の形態において採用する光学系における光源装置の拡大図である。 第１の実施の形態のシミュレーションに伴う像担持体の電位分布の一例を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態のシミュレーションに伴うデューティ比の変更に基づく形成ドットと電位変化との関係を示すグラフである。 従来の技術において像担持体の膜厚が変動することに伴う光減衰特性の一例を示すグラフである。

符号の説明

１２ コントローラ
１３ エンジン制御部
１４ 画像メモリ
１５ フォントバンク
１６ ホストコンピュータ
１７ スキャナ
１８ 操作パネル
１９ 高圧電源回路
２０ 感光体電流値検出部
２７ 基台
５０ 光学系
５１ 光源装置
５２ ポリゴンミラー
５２ａ 回転軸
５３ 操作レンズ
５７ シリンドリカルレンズ対
５８ 鏡筒
５０１，５０２ レーザービーム
５１１，５１２ レーザダイオード
５１３，５１４ コリメータレンズ
５１５，５１６ ビーム径変更板
５１７，５１８ レール
５１９ ビームスプリッタ
５３１ トロイダルレンズ
５３２ ｆ―θレンズ
１０００ 画像形成装置
１１１０ 像担持体
１１２１ 帯電ローラ
１１３１ 現像装置
１１４１ 転写ローラ
１１５１ クリーニング装置
１１６１ 定着装置
１１７１ レーザ走査装置
１１８１ カセット
１１９１ レジストローラ対
１２０１ 給紙コロ
１２１１ 搬送路
１２２１ 排紙ローラ対
１２３１ トレイ
Ｐ 転写部材

Claims (14)

1. 像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、該像担持体上に画像情報に基づく静電潜像を形成する露光手段と、該像担持体上の静電潜像を同極性のトナーで現像する現像手段とを有する画像形成装置において、
   前記像担持体の膜厚を計測もしくは予測するとともに該膜厚変動を認識する膜厚変動認識手段と、
   前記膜厚変動認識手段により認識した前記像担持体の膜厚変動に伴い、前記露光手段の露光状態を制御する露光制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記膜厚変動認識手段は、前記像担持体の軸に注入する電流量を計測することで前記膜厚変動を認識することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記膜厚変動認識手段は、前記帯電手段の帯電ローラに流れる電流量を計測することで前記膜厚変動を認識することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記露光制御手段は、前記像担持体の膜圧変動に応じて、前記露光手段のビームスポット径を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記露光制御手段は、前記ビームスポット径を制御する際に、前記像担持体の光減衰特性を第１の演算式に基づいて初期の一特性に近似させ、かつ第１の演算式の所定のパラメータを含む第２の演算式が成立するよう露光エネルギーを制御することを特徴とする請求項１または４に記載の画像形成装置。
6. 前記露光制御手段は、前記像担持体の膜圧変動に応じて、前記露光手段の露光のデューティー比もしくはレーザパワーを制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記露光制御手段は、前記露光のデューティー比もしくはレーザパワーを制御する際に、前記像担持体の光減衰特性を第１の演算式に基づいて初期の一特性に近似させ、かつ第１の演算式の所定のパラメータを含む第２の演算式が成立するよう露光エネルギーを制御することを特徴とする請求項１または６に記載の画像形成装置。
8. 像担持体を帯電し、かつ該像担持体を露光して画像情報に基づく静電潜像を形成した後、該像担持体上の静電潜像を同極性のトナーで現像し記録媒体に転写する画像形成方法において、
   前記像担持体の膜厚を計測もしくは予測するとともに該膜厚変動を認識し、
   前記認識した前記像担持体の膜厚変動に伴い、前記露光状態を制御することを特徴とする画像形成方法。
9. 前記膜厚変動を認識する際に、前記像担持体の軸に注入する電流量を計測することを特徴とする請求項８に記載の画像形成方法。
10. 前記膜厚変動を認識する際に、前記像担持体を帯電する帯電ローラに流れる電流量を計測することを特徴とする請求項８に記載の画像形成方法。
11. 前記像担持体の膜圧変動の認識に基づいて、前記露光を行うビームスポット径を制御することを特徴とする請求項８に記載の画像形成方法。
12. 前記露光を行うビームスポット径を制御する際に、前記像担持体の光減衰特性を第１の演算式に基づいて初期の一特性に近似させ、かつ第１の演算式の所定のパラメータを含む第２の演算式が成立するよう露光エネルギーを制御することを特徴とする請求項８または１１に記載の画像形成方法。
13. 前記像担持体の膜圧変動の認識に基づいて、前記露光のデューティー比もしくはレーザーパワーを制御することを特徴とする請求項８に記載の画像形成方法。
14. 前記露光のデューティー比もしくはレーザーパワーを制御する際に、前記像担持体の光減衰特性を第１の演算式に基づいて初期の一特性に近似させ、かつ第１の演算式の所定のパラメータを含む第２の演算式が成立するよう露光エネルギーを制御することを特徴とする請求項８または１３に記載の画像形成方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

Images