JP2008188860A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体上色重ね方式での画像形成装置において、書込位精度への要求が厳しくなく、トナー像からの反射光に白色光が混入せず、高彩度の色を再現する。
【解決手段】画像処理装置１１内の擬似中間調処理装置では、各画素について３値以上の量子化数によって擬似中間調処理を行い、高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させ、低濃度側領域では１画素ごとに中間レベルまで成長させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、感光体上で複数色のトナー像を重ね合わせる、感光体上色重ね方式の画像形成装置および画像形成方法に関する。

電子写真プロセスを利用したフルカラー複写機やプリンタの１方式として、感光体の周囲にその回転方向の順に、帯電装置、露光装置、複数色の現像装置、転写装置、クリーニング装置を配置して、帯電、露光、現像工程を色数分繰り返すことで、感光体の同一領域上に複数色のトナー像を重ね合わせて形成し、その後転写紙に一括転写し、定着してカラー画像を得る画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１〜４を参照）。

このような感光体上で複数色のトナー像を重ねあわせる方式は、感光体上色重ね方式、ＩＯＩ（Ｉｍａｇｅ ｏｎ Ｉｍａｇｅ）方式と呼ばれている。この感光体上色重ね方式は、プリント速度（生産性）を落とすことなく使用する感光体が１つで済むといった利点があり、さらに中間転写体が不要であるといった、省資源化に寄与する技術である。

この感光体上色重ね方式では、すでに感光体上にトナー像が形成されている領域に対して、帯電、露光、現像の各工程を経て次の色のトナー像を重ねて形成しようとした場合に、すでに感光体上に形成されているトナー層の影響により、上から重ねようとするトナーの量が低下してしまうといった問題が発生する。

このような問題点は以前から指摘されており、その原因としては、
１．すでに形成されているトナー層によって、書き込みのレーザー光が吸収されてしまう（露光後電位の上昇）、
２．すでに形成されているトナー層が持つ電荷量によって、露光後電位が非トナー付着領域と同じようには低下しない（露光後電位の上昇）、
３．トナー層の厚みによってトナー付着時の電位上昇が大きくなることによる、現像トナー量の減少（現像付着量の低下）
などが挙げられる。

２色目以降の現像において、感光体上にトナー層がある領域と感光体上にトナー層がない領域とでは、現像されるトナーの量（トナー付着量）が大きく異なるといった問題に対しては、次のような従来技術が開示されている。

特許文献１では、感光体上に形成されたトナー像の影響を相殺するように、レーザービームの発光量とビーム径とを変更して対応している。しかしながら、このような方法を実現するためには、１色目と２色目との書込位置が正確に一致していることが前提条件として必要となる。もしも、トナー層が存在するとしてレーザービームの光量を制御したとき、実際には書込位置がずれしまいトナー層が存在しない領域を照射してしまうと、悪影響が大きいためである。６００ｄｐｉ（１画素が４２μｍ四方）、１２００ｄｐｉ（１画素が２１μｍ四方）、といった解像度にたいしては、異なる色間の書込位置を一致させることは極めで困難であるため、この方法は実現が難しい。つまり特許文献１の方式には、異なる色間の書込位置に対して厳しい精度が要求される。

特許文献２は、感光体上のトナー層の付着状態が経時変動を引き起こし１色目として感光体上に形成するトナー像の付着量が変化することによって、１色目のトナー像に重ねる２色目のトナー像の付着量が影響を受けるといった、問題の解決を目的としている。しかしながら、この場合も２色目のトナー像の付着量変化の補正方法としては、１色目のトナー付着量変化に対応して、２色目のレーザー書込みを行なう際にその露光量を制御するといったものである。このため、特許文献２においても、特許文献２と同じように、異なる色間の書込位置を一致させることが必要であり、実現性が難しい。つまり特許文献２の方式にも、異なる色間の書込位置に対して厳しい精度が要求される。

この他、感光体上色重ね方式では、先に感光体上に形成されたトナー像を、あとから重ね合わせるトナー像の現像工程の際にかき乱さないようにすることが重要となる。このため感光体上色重ね方式での現像装置としては、感光体と現像装置におけるトナー担持体とを非接触に対向させる、いわゆる非接触現像方式が従来から使用されている。

特許文献３は、感光体に対して非接触に対向した現像ローラ上にトナーを保持した形式で現像を行う非接触１成分現像方式を用いている。また、現像スリーブ上にトナーとキャリアとから構成される２成分現像剤を保持して感光体に対して非接触に配置するいわゆる２成分非接触現像方式が使用されることもある。

このような非接触で現像を行う方式の１つとして、静電搬送部材の表面に形成される移送電界（進行波電界）によってトナーが進行方向の成分を持って飛び跳ねる（ホッピング）現象を利用してトナー像の現像を行うＥＨ現像方式（ＥＨ現像方式については特許文献４を参照）が提案されている。このＥＨ現像では、トナー搬送部材の表面をトナーが進行していくことからわかるように、搬送部材に対してトナーを非静止状態で担持している点が特徴であり、従来の非接触１成分方式、非接触２成分方式とはこの点が異なる点である（上述した、非接触１成分現像方式や非接触２成分現像方式などは、トナーとトナー担持体とは相対的には静止しており、トナー担持体が回転することで一緒にトナーも回転している）。

搬送部材（担持部材）によってトナーを非静止状態に保持する方式は、上記のＥＨ現像方式のほかにもいくつかの方式が提案されているが、いずれの方式であっても担持部材とトナーとの付着力（非静電的な付着力）の影響を小さくすることができる。担持体とトナーとの付着力の影響が小さいことは、現像領域において比較的小さな現像電界にまでトナーが応答することができるようになるため、次のような利点を有する。

１．小さな電位コントラストで、必要なトナー付着量を確保することができる（帯電電位や、現像バイアスなどを従来に比べて小さくすることができる）。

２．担持部材との付着力むらなどの影響を受け難く、中間調領域においてトナー付着量が均一になるため、画像の均一性が向上し、ざらつきの小さい画像を実現することができる（粒状性に優れた出力画像を得ることができる）。

トナーを担持部材によって非静止状態に保持する現像方式は、このように利点を有する現像方式であり、本発明に対しては、特に小さな電位コントラストで十分なトナー付着量を確保できるとう、特有の効果を得ることができると考えている。

特許３０１４１６８号公報 特開２００５−２４２１４５号公報 特公平８−００３６７３号公報 特開２００４−１９８６７５号公報

感光体上色重ね方式では上述したように、２色目以降の現像で感光体上にトナー層がある場合の現像工程（例えば１色目）と感光体上にトナー層がない場合の現像工程（例えば２次色での２色目）とでは、現像されるトナー付着量が大きく異なるといった問題が存在する。このため、例えば２次色など、異なる２色のトナー層を感光体上で重ねる場合、２色目として感光体上にトナー層が形成されることを考慮して２色目のトナーが必要量だけ付着可能となるように、１色目として感光体上に形成するトナー層のトナー付着量を調整して形成することが望ましい（１色目の現像では、最大の現像能力に対して少なめにトナーを付着させる）。もしそのようにせずに、１色目のトナー像のトナー付着量を多くしてしまうと２色目のトナー像のトナー付着量が極端に減ってしまい、狙いの色相の色を再現することができないといった問題が生じてしまう。

このとき、２色目のトナー像形成を考慮して、１色目のトナー付着量を少なめに形成する手法としては、前掲した特許文献１、２に近い方法を考えることができる。つまり、２色目のトナー像を重ねる領域では、１色目のトナー像を形成する際のトナー量が少なくなるように、レーザービームの露光量を小さくして露光を行なうといった方法である。しかしながら、このような方法は、すでに説明したように書込位置精度に対して厳しい精度が要求される。

これとは異なる方法として、１色目のトナー付着量を少なめに設定する方法としては、画像処理工程の擬似中間調処理工程の前段での画像データを加工する方法がある。電子写真方式を始めとするハードコピー機器での擬似中間調処理工程では、一般的には階調処理が面積階調によって行なわれる。この面積階調の手法は、複数の画素を使用して画像濃度を面積的に変調して、擬似的に中間調の画像を表示する（トナー付着領域と非付着領域との比率を変化させることで、低濃度〜中濃度〜高濃度を再現することができる）。このため、擬似中間調処理工程の前段での画像データを加工することでトナーの付着量を少なめに設定する手法は、面積階調による階調処理の場合にはトナー付着領域の比率を小さくして白地領域の割合を増やすことによって行なわれる。

しかしながら、こうした白地領域を生じさせることによりトナー付着量をコントロールする手法では、発明者らの検討によるとトナー像からの反射光に白色光が混入することになるため、高彩度の色（鮮やかな色）を再現することができない。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、感光体上色重ね方式での画像形成装置において、（１）書込位精度への要求が厳しくなく、（２）トナー像からの反射光に白色光が混入せず、高彩度の色を再現する画像形成装置および画像形成方法を提供することにある。

本発明者らの検討によると、擬似中間調処理工程の前段での画像データを加工する方法では、２色のトナー像の重ね合わせを行なう場合には１色目のトナー付着量と２色目のトナー付着量は、トナー像の重ね合わせを行わず、それぞれを単独で使用する場合にくらべて、少なくなってしまう。このため、感光体上色重ね方式においてトナー像の重ね合わせを行なわないときのトナー付着量が、従来の感光体色重ねを行なわない方式（例えば中間転写方式）での単色のトナー付着量と、同等である場合（最大の現像能力が同程度である場合）には、感光体上色重ね方式での２色以上の重ね合わせ時のトナー付着量は、従来方式での２色以上の重ね合わせ時のトナー付着量にくらべて少なくなってしまう。つまり、２次色・３次色などの多色を行なう場合のトナー付着量を比較した場合、本発明が採用しようとする感光体上色重ね方式、擬似中間調処理工程の前段での画像データを加工する方式は、トナー付着量が少なくなるために不利である。こうした２次色・３次色でのトナー付着量が少ないといった問題は、色再現範囲が狭いことを意味するため、鮮やかな出力画像を行なうことができず使用者にとっての価値の低下につながる。

このような問題に対して、２次色・３次色でのトナー付着量不足といった問題が起きないようにするためには、感光体色重ね方式での単色のトナー付着量を多い条件に設定しておく必要がある（高い現像能力を確保する必要がある）。しかしながら、上述したように感光体色重ね方式では、感光体ドラムと現像装置とが非接触であることが要求される（非接触となることで現像能力は低下し、トナー付着量は減ってしまう傾向にある）といった背景もあり、高い現像能力を得るためには、従来に比べてきわめて大きな現像ポテンシャルが必要となる。このことは、感光体の帯電電位、現像バイアスなどを従来に比べて高く設定しなければならず、電源装置のコストアップや、感光体ドラムの寿命低下といった問題を引き起こす。

本発明の他の目的は、このような現像ポテンシャルが高くなってしまうといった問題を解決し、２次色・３次色のトナー付着量不足に伴う色再現範囲の低下、といった問題を両立して解決することが可能な、感光体上色重ね方式の画像形成装置および画像形成方法を提供することにある。

本発明は、複数色の画像データを擬似中間調データへ変換する擬似中間調処理手段と、感光体の周囲に配置された複数の画像形成手段とを有し、前記擬似中間調データに基づいた複数色のトナー画像を前記感光体上に重ね合わせて画像を形成する画像形成装置において、前記擬似中間調処理手段は、１つの画素について３値以上の量子化数によって擬似中間調処理を行い、かつ、高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させる成長順とした擬似中間調処理であることを最も主要な特徴とする。

請求項１の画像形成装置では、擬似中間調処理装置において、１つの画素について３値以上の量子化数によって擬似中間調処理を行い（多値の量子化）、高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させる成長順（全ての画素を均一に成長させる）とすることを特徴としている。

請求項１では、感光体上色重ね方式を実現化する。感光体上色重ね方式は、プリント速度を落とすことなく使用する感光体が１つで済み、さらに中間転写体が不要であるといった特徴があるため、部品点数が低減され省資源化に寄与することができる。つまり、請求項１は省資源化に貢献することができる。

また、請求項１では、感光体色重ね方式において大きな技術課題である「２色目以降の現像において、感光体上にトナー層がある領域とトナー層がない領域とで、現像されるトナーの付着量が大きく異なる」といった問題に対して、従来とは異なる方法で解決を行なっている。この結果、請求項１では、感光体色重ね方式において、色再現範囲が狭くならず、また狙いの色を再現することが可能であり、高画質の画像出力を実現する。このことを以下で詳しく説明する。

請求項１では、画像処理工程での擬似中間調処理工程の前段での画像データを加工することでトナー付着量の制御を行なっている。つまり、個々の画素ごとにトナー付着量の制御を行なっているのではなく、一定の領域を単位として領域内のトナー付着量を制御する方法である。したがって、特許文献１のように画素単位で制御を行なう方法とは異なるため、従来技術での問題であった「異なる色間の書込位置精度に厳しい精度が要求される」といった問題が、請求項１の構成では発生しない。請求項１では、一定の領域内のトナー付着量を制御しているため、この一定領域（通常は肉眼では識別できないサイズで１５０〜２００μｍ）が重なる程度の精度で十分である。つまり、請求項１では、異なる色間での書込位置精度を厳しくする必要がないといった利点を有する画像形成装置を実現することができる。

さらに、請求項１のように、擬似中間調処理の前段での画像データを加工してトナー付着量を制御する方法では、基本的にはトナー付着領域と非付着量域との比率をかえることで、一定の領域内のトナー付着量をコントロールすることになる。つまり、トナー付着量を少なくすることは、トナー付着領域の比率を小さくして白地領域の割合を増やすことによって行なわれることになる。しかしながら、こうした白地領域を生じさせてトナー付着量を少なくする方法では、トナー像からの反射光に白色光（白地領域からの反射光）が混入することになるため、高彩度の色を再現することができない。

このような問題に対して、請求項１では、「高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させる成長順（全ての画素を均一に成長させる）とした、擬似中間調処理を行う」方法を採る。このように請求項１では、高濃度側領域で全画素を平均的に成長させる成長順となるように擬似中間調処理を行うため、高濃度側領域において白地部を発生させることなく、一定領域内のトナー付着量を制御する（少なくする）ことが可能になる。このため、高彩度の色が再現できないといった従来の問題を解決することができる。

請求項２の場合も、請求項１と同じ論理で、従来技術の問題点であった「（１）書込位置精度への要求が厳しくなってしまう、（２）トナー像からの反射光に白色光が混入することにより高彩度の色を再現することができない」といった問題を解決することができる。

さらに、請求項２では、低濃度側領域においては１画素ごとに中間レベルまで成長させる成長順（中間レベルまで深さ方向に、つまり１画素毎にレベルを上げるように、優先的に成長させる）としてあるため、低濃度側領域において階調性に優れた出力画像を得ることができる。電子写真方式の画像形成装置では、低濃度側領域（ハイライト領域）においては、なるべく１画素毎に深さ方向に優先的に成長させた方が、トナーが付着しやすくなり、階調再現性がよいといった特徴がある。請求項２では、このような特徴を踏襲しながら、上述した「高濃度側領域において白地部を発生させることがない」といった特徴を両立して実現することができる。

さらに加えて、本発明のように複数色のトナー像を感光体上に重ねて現像する、感光体色重ね方式の画像形成装置では、ベタ画像などの高濃度画像に相当するトナー像が感光体上に形成されたところに、低濃度のトナー像を重ねて形成しようとした場合には、こうした低濃度のトナー像が再現されにくいため、カラー階調性（例えば、マゼンタ色からブルーへの階調が滑らかに再現されること）が劣化するという現象が発生する（すでに形成されているトナー像が、後から重ねるトナー像の現像を妨げる方向に作用するため）。こうした感光体上色重ね方式に特有な現象に対しても、請求項２のような構成にすることで利点が得られる。つまり、低濃度側領域（ハイライト領域）においてなるべく１画素毎に深さ方向に優先的に成長させることで、トナー像上に対する低濃度トナー像の現像性が改善し、カラー階調再現性が向上する。このため、請求項２では、感光体色重ね方式に特有に発生するカラー階調性の劣化の防止と「高濃度側領域において白地部を発生させない」といった特徴を実現することができる。

請求項３の場合も、請求項１と同じ論理で、従来技術の問題点であった「（１）書込位置精度への要求が厳しくなってしまう、（２）トナー像からの反射光に白色光が混入することにより高彩度の色を再現することができない」といった問題を解決することができる。

請求項３においても、「低濃度側領域では１画素ごとに量子化数の中間レベルまで成長させる成長順（中間レベルまで深さ方向に優先的に成長させる）とし、高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させる成長順（全ての画素を均一に成長させる）とした、擬似中間調処理とする」が、請求項３では、このような擬似中間調処理をディザ法と呼ばれる方法によって行なうことが特徴である。

ディザ法は、擬似中間調処理方法の中では計算過程が比較的単純であるため、処理系への計算負荷が小さく、高速での階調処理が可能である。このため実際の画像形成装置に搭載した場合には、ハードウエアやソフトウエアの規模が大きくならず、必要となるメモリなども小規模で済むため、低コストの画像形成装置を実現することができる。つまり、請求項３の画像形成装置では、低コストの画像形成装置を実現に寄与する。

また、電子写真方式の画像形成装置には、孤立１ドットの再現性・安定性が乏しいといった特徴がある。ディザ法による擬似中間調処理法は、こうしたドットの安定性に乏しい電子写真方式には非常に適した方法である。ドットの安定再現性に乏しい電子写真方式に対してたとえば誤差拡散法などの擬似中間調処理方法を適用した場合には、粒状性が悪かったり、筋ムラが目立ったりして、画像品質が低下してしまう。一方、電子写真方式に対してディザ法を適用した場合には、こうした問題が発生せず、高品質の出力画像を得ることができる。このため、ディザ法による擬似中間調処理法は、電子写真方式の画像形成装置において重要な技術であると考えられる。請求項３では、電子写真方式の画像形成装置において、高品質（粒状性が良好であり、筋ムラが目立つことのない）の画像の出力に寄与する。

請求項４の場合も、請求項１と同じ論理で、従来技術の問題点であった「（１）書込位置精度への要求が厳しくなってしまう、（２）トナー像からの反射光に白色光が混入することにより高彩度の色を再現することができない」といった問題を解決することができる。

また、請求項４も、請求項３と同じく、擬似中間調処理はディザ法である。このため、請求項３と同じく、低コストの画像形成装置の実現に寄与する。

この他、請求項４は、「１画素ごとに中間レベルまで成長させる低濃度領域においては、ドット状（網点状）のパターンで擬似中間調処理を行う」ことが特徴である。ドット状のパターンで擬似中間調処理を行うことで、各網点の周囲長を短くすることができるようになる。このことは、濃度の安定性に優れるといった特徴を持つ。この理由を簡単に説明すると次のようになる。環境変動をはじめとする変動要因によって網点に付着するトナーの量が増減するが、このときトナー付着領域がどの程度広がるかといったことが、一番大きな画像の濃度変動の原因となる（付着量そのものの変化よりも、付着領域が広がってしまうことが、変動の原因となる）。

トナー付着領域の広がり易さは、各網点の周囲長の長さに比例することになるため、各網点の形状をドット形状とした場合に最も周囲長が短く、濃度変動が起こり難いといった特徴をもつようになる。つまり、請求項４は、さまざまな変動要因に対して、濃度変動が起こり難いといった特徴を持つようになる。請求項４の画像形成装置は、変動要因に対して濃度変動が起こり難く、安定した画像の出力が可能な画像形成装置の実現に寄与する。

請求項５の場合も、請求項１と同じ論理で、従来技術の問題点であった「（１）書込位置精度への要求が厳しくなってしまう、（２）トナー像からの反射光に白色光が混入することにより高彩度の色を再現することができない」といった問題を解決することができる。

また、請求項５も、請求項３と同じく、擬似中間調処理はディザ法である。このため、請求項３と同じく、低コストの画像形成装置の実現に寄与する。

この他、請求項５は、「１画素ごとに中間レベルまで成長させる低濃度領域においては、ライン状のパターンで擬似中間調処理を行う」ことが特徴である。ライン状のパターンで擬似中間調処理を行うことで、複数のトナー像を重ね合わせた場合に、色モアレが発生し難いといった特徴を持つ。このようにライン状のパターンで擬似中間調処理を行った場合には、周期構造の周波数成分は１方向にしか存在しない。このため、複数色のトナー像を重ね合わせた場合に、周波数成分を離して配置できるような周期構造の組み合わせを選択しやすい。この結果、周期構造の干渉によって生じる色モアレ（異なる色のトナー像の干渉によって生じるモアレ）が、視覚的に目立ちにくく干渉周期を細かくすることができるようになり、実質的に色モアレのない出力画像を得ることができる。つまり、請求項５の画像形成装置は、色モアレのない（目立ちにくい）出力画像を得ることが可能な画像形成装置の実現に寄与する。

請求項６の場合も、請求項１と同じ論理で、従来技術の問題点であった「（１）書込位置精度への要求が厳しくなってしまう、（２）トナー像からの反射光に白色光が混入することにより高彩度の色を再現することができない」といった問題を解決することができる。

また請求項６では、トナー担持体上のトナーが非静止状態で保持されるためトナーとトナー担持体との付着力が非常に小さい。このため、現像領域にトナーが十分に搬送される条件であれば、感光体上にトナーが付着した状態での感光体電位が、現像バイアスと等しくなった時点で現像が終了する。つまり、請求項６の構成では、小さな現像バイアスであっても、十分なトナー付着量を得ることができる。

「発明が解決しようとする課題」の項に記載したように、本発明が対象としている感光体上色重ね方式では、感光体上にトナー層が形成された状態では、その上にさらにトナー層を重ねるためには大きな現像バイアスが必要になる。このため、２次色・３次色といった多層を必要とする色を表現するためには、現像バイアスが大きくなってしまう。つまり、２次色・３次色において色再現範囲が狭くならないようにするためには、こうした色でトナーの付着量を低下させないことが必要であり、このことが感光体上色重ね方式での現像バイアスの増加を引き起こす。

従来の中間転写方式などの色重ね方式では、１次色と２次色・３次色とでは、それぞれを構成する単色については同じ現像バイアスで同じ付着量のトナー得ることができた。したがって、必要となる現像バイアスを大きくする必要はなく、現像バイアスが大きくなるといった問題はなかった。

これに対して、感光体上色重ね方式では、トナー層を積層していくにしたがって現像バイアスを大きくする必要があり、２次色・３次色といったトナー層を積層して再現する色については、現像バイアスを大きくしなければならず、これにより、現像担持体から感光体ドラムへ放電が発生することから、現像装置の絶縁性を高めなければならない。

これに対して、請求項６では、上述したようにトナー担持体上のトナーが非静止状態で保持される構成のため、単色で必要となる現像バイアスを小さくすることができる。このため、感光体上色重ね方式に適用することで、感光体上色重ね方式での現像バイアスが大きくなるという問題を解決することができる。

請求項７の画像形成装置では、トナー担持体が所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加され、この複数の電極間に形成される搬送電界によってトナーを担持しつつ、感光体との対向領域に搬送するように構成されることを特徴としている。

請求項７の画像形成装置でも、請求項１と同じく従来技術の問題点であった「（１）書込位置精度への要求が厳しくなってしまう、（２）トナー像からの反射光に白色光が混入することにより高彩度の色を再現することができない」といった問題を解決することができる。

これに加えて請求項７では、上述した請求項７に特有の構成により、トナーをトナー担持部材上で非静止に保持することができるため、トナーとトナー保持部材との間の付着力を小さくして保持することが可能となる。このため、感光体上色重ね方式に好適なトナー担持部材と感光体とを非接触に配置して現像を行なう非接触現像を実現し、さらに低現像バイアスでの現像を実現することができる。

さらに、請求項７では、トナー担持体そのものが静止しているため、現像装置としては駆動する部分が少ない。駆動部分が多い場合にはその部分が摩擦されるため、この摩擦部分から現像装置内のトナーが漏れやすい。これに対して、請求項７の構成では、トナー漏れにより装置内の汚染や画像への付着といったトラブルが起こり難い画像形成装置を実現できる。また、トナー担持体が駆動しない構成であることから、感光体とトナー担持体との距離を一定に維持しやすく、メカ設計を行う上で設計自由度が大きい。

請求項８の画像形成装置では、トナー担持体が所定の間隔で並べて配置された複数の電極に対して多相の電圧が印加されるとともに、このトナー担持体自体の表面が移動するように構成されており、この複数の電極間に形成される搬送電界によってトナーを担持しつつ移送するように構成するとともにトナー担持体自体の表面の移動に伴って、トナー担持体上のトナーを感光体との対向領域に搬送するように構成したことを特徴としている。

請求項８の画像形成装置では、請求項１と同じく従来技術の問題点であった「（１）書込位置精度への要求が厳しくなってしまう、（２）トナー像からの反射光に白色光が混入することにより高彩度の色を再現することができない」といった問題を解決することができる。

これに加えて請求項８では、上述した請求項７に特有の構成により、トナーをトナー担持部材上で非静止状態に保持することができるため、トナーとトナー保持部材との間の付着力を小さくして保持することが可能となる。このため、感光体上色重ね方式に好適なトナー担持部材と感光体とを非接触に配置して現像を行う非接触現像を実現し、さらに低電位での現像を実現することができる。

また、請求項８では、請求項７とは異なりトナー担持体は表面を移動可能に構成している。このため、トナー担持体の感光体と対向する部分を変化させるような対応が可能となる。つまり、感光体に対向している部分に異常が生じたような場合であっても、この部分を移動させることで正常な部分を感光体に対向させることができる。このため、頻繁にトナー担持体を交換する必要が無くなる。

請求項９の画像形成装置では、トナー担持体が所定の間隔で並べて配置された複数の電極に電圧が印加されるとともに、このトナー担持体自体の表面が移動するように構成されており、この複数の電極間に形成される振動電界によってトナーを非静止状態で担持するように構成されるとともにトナー担持体自体の表面の移動にともなって、トナー担持体上のトナーを感光体との対向領域に搬送するように構成したことを特徴としている。

請求項９の画像形成装置では、請求項１と同じく従来技術の問題点であった「（１）書込位置精度への要求が厳しくなってしまう、（２）トナー像からの反射光に白色光が混入することにより高彩度の色を再現することができない」といった問題を解決することができる。

これに加えて請求項９では、上述した請求項６、７と同じように、トナーをトナー担持部材上で非静止に保持することができるため、トナーとトナー保持部材との間の付着力を小さくして保持することが可能となる。このため、トナー担持部材と感光体とを非接触に配置して現像を行う非接触現像を実現し、さらに低電位での現像を実現することができる。

また、請求項９では、請求項７、８とは異なり、トナー担持体に配置される複数の電極間に形成される電界によって、トナーの搬送を行わず同じ位置で往復運動を繰り返すように構成する。このためトナーはトナー担持体の表面に非静止状態で保持されているが、平均（時間平均）的にはトナー担持体上の同じ位置にとどまっている。そして、トナーの現像領域への移送はトナー担持体の表面が移動することで行なわれる。

請求項９では、トナー担持体上に保持したトナーの搬送は行なわず、往復運動を繰り返すだけであるため、トナー担持体上に異物が付着するなどのトラブルによって、トナーがうまく搬送できない（異物にトラップされて異物より下流側にトナーを搬送することができない）といったような問題が根本的に発生しない。つまり、トナー担持体に対する異物付着に対してタフな画像形成装置を実現する。また、トナー担持体上のトナーを搬送した場合には、搬送可能なトナー量が比較的狭い範囲内に制限されてしまうのに対して（搬送量を多くすると搬送が途中で止まってしまう）、請求項９では比較的広い範囲のトナー量をトナー担持体の表面に保持することができる。

請求項９では、トナー担持体への異物の影響を受け難く、トナー搬送量を比較的自由に設定することが可能な画像形成装置を実現することができる。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

実施例１：
図１は、実施例１のフルカラー画像形成装置を示す。実施例１は、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー像を、感光体上で重ね合わせることによりカラー画像を形成する画像形成装置である。

図１の装置では、ベルト感光体１がほぼ中央に配置されている。また、このベルト感光体１の周回方向（矢示方向）に沿って上流側から下流側に、ＭＹＣＫ４色の帯電装置２Ｍ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｋと現像装置４Ｍ、４Ｙ、４Ｃ、４Ｋが配置されている。帯電装置２Ｍではベルト感光体１を一様に帯電させ、書き込み装置３によってベルト感光体１を光走査することでベルト感光体１上にマゼンタ色の静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置４Ｍによってマゼンタ色トナー像を感光体ベルト１上に形成する。ＹＣＫ色についてもマゼンタ色と同様にトナー像をベルト感光体１上に重ねて形成する。この重ね合わせトナー像は、転写前帯電装置５で電荷調整を行なった後、転写装置６において感光体ベルト１から転写材である記録用紙７へと一括して（ＭＣＹＫ４色のトナー像が全て同時に）転写される。記録用紙７へと転写されたトナー像は定着装置８において熱定着され、記録用紙７上の画像となる。

ベルト感光体１は、ベルト状の導電性基体上にＵＬ（アンダーレイヤー）層、電荷発生層、電荷輸送層を積層した積層型感光体である。ベルト感光体１は図１のように画像形成装置の中央に配置されており、矢印方向に周回移動している。実施例１ではベルト感光体の周速を１００ｍｍ／ｓｅｃとしている。

帯電装置２Ｍ〜２Ｋは４つとも同じ構成の帯電装置であり、いわゆるスコロトロン帯電器である。実施例１では、この帯電装置２Ｍ〜２Ｋのグリッド電圧を制御することで、ベルト感光体の表面を−４００Ｖに均一帯電する。

書き込み装置３は、レーザダイオード（ＬＤ）素子から光変調を施されたレーザー光がベルト感光体１の表面上で結像するように光学素子を配置した構成となっている。このレーザー光によってベルト感光体１上を走査することで、所望する画像に対応した静電潜像をベルト感光体１上に形成する。実施例１ではレーザダイオードは波長が７８０ｎｍのＬＤ素子を使用している。現像装置４については、詳細を後述する。

転写前帯電装置５も、帯電装置２と同じスコロトロン帯電器であり、ベルト感光体１上に重ね合わされたトナー像を−４００Ｖになるように帯電する。転写装置６は、ローラ形状の導電性弾性ローラであり記録用紙７への転写時には記録用紙裏面からベルト感光体１に対して押し当てられるように配置されている。この転写装置である弾性ローラには転写バイアスとして定電流制御（４０μＡ）されたバイアスが印加されている。記録用紙７は用紙バンク（不図示）から搬送手段によって搬送された後に、レジストローラ１０で所定のタイミングを取り、転写装置６へと搬送される。転写装置６では、上述したようにベルト感光体上のトナー像（４色分のトナー像）が記録用紙７上の所望の位置に転写される。定着装置８は、トナー像が転写された記録用紙７を加熱・加圧することによって、トナー像が記録用紙上に定着され、機外へと排出される。

図２は、実施例１の現像装置を示す。実施例１の現像装置は、ＭＹＣＫ４色が同一構成であるため、そのうちの１色について説明する。

図２の現像装置は、ケーシング４１内に、現像領域にトナーを搬送電界によって搬送するローラ状に形成したトナー担持体４２と、このトナー担持体４２に対向し、トナー担持体４２に対してトナーを供給するトナー供給手段であるトナー供給ローラ４３と、このトナー供給ローラ４３に対してトナーの補給を行うトナー補給装置４５から構成され、ケーシング４１内の一部がトナーを収容するトナー収容部４４となるように構成されている。

トナー担持体４２はベルト感光体１に対して非接触に対向して配置される。実施例１ではトナー担持体４２とベルト感光体１との距離（ギャップ）を０．２０ｍｍに設定した。トナー担持体４２の構成の詳細は後述する。トナー担持体４２はφ１０の円筒形状であり、静止した状態で配置される。トナー担持体４２では、後述する供給ローラ４３から供給されたトナーを、トナー担持体表面に形成される搬送電界により現像領域まで搬送することで、トナー像を現像する。

トナー供給ローラ４３は、図２のようにトナー担持体４２に対して現像領域のほぼ反対側で非接触に対向して配置される。実施例１ではトナー供給ローラ４３とトナー担持体４２との距離（ギャップ）を０．２０ｍｍに設定した。トナー供給ローラ４３はφ１２の円筒形状であり、図示しない駆動手段によって回転している。実施例１では回転数３２６ｒｐｍに設定した。またトナー供給ローラ４３とトナー担持体４２との間には、１．３ｋＶの電位差を設けることで、トナー供給ローラ４３からトナー担持体４２へトナーを供給している。

トナー規制部材４６は、トナー供給ローラ４３上に付着させるトナー量が一定になるようにすると共に、この部分でトナーがトナー供給ローラ４３およびトナー規制部材４６と摩擦されることでトナーが所定の帯電量に帯電される。

トナー補給装置４５は、トナー供給ローラ上４３のトナーが消費されて少なくなった場合には、トナー補給装置４５を駆動してトナー収容部４４に収容されているトナーをトナー供給ローラ４３側に補給する。

次に、実施例１で使用するトナーについて説明する。実施例１では使用するトナーは重合法によって作製した、いわゆる重合トナーであり、トナーの粒径は、体積平均粒径が５．５μｍとなるように製造した（トナー粒径の測定は、コールターエレクトロニクス社製の粒度測定器「コールターカウンターＴＡＩＩ」を用い、アパーチャー径１００μｍで測定した）。ほぼ同一の製法により、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーについて作製している。なお、上記した記載は本発明のトナーの仕様を限定するものではなく、上記作製方法のほか、分散重合法あるいは粉砕法などによって作製したトナーであっても構わない。

実施例１ではこのような現像装置の構成により、トナー担持体４２の表面に、付着量０．７ｍｇ／ｃｍ＾２のトナー量を付着させることができた。このようにトナー担持体４２上に供給したトナーを現像領域に搬送して、感光体上に形成された静電潜像の現像を行う。

図３は、実施例１のトナー担持体の概略図である。実施例１のトナー担持体４２は、粉体であるトナーＴを搬送、ホッピング（現像）、回収するための電界を発生する複数の電極４２１を表面に有する。このトナー担持体４２の各電極４２１に対しては駆動回路４２４から所要の電界を発生させるためのｎ相（ここでは３相とする）の異なる駆動波形Ｖａ〜Ｖｃが印加される。

この駆動波形Ｖａ〜Ｖｃを与えた電極４２１の間に形成される搬送電界によって、トナーＴを前述のベルト感光体１の近傍まで移送し、ベルト感光体１の潜像にトナーＴを付着させてトナー像を形成し、現像で使用しなかったトナーＴをトナー担持体側に回収する。

また、トナー担持体４２の各電極４２１に対しては、現像領域においては、ベルト感光体１上の潜像の画像部に対してはトナーＴがベルト感光体１側に向かい、非画像部に対してはトナーＴがベルト感光体１と反対側（トナー担持体側）に向かう方向の電界を形成して、トナーＴを潜像に付着させて現像を行うようにしてある。これにより、現像領域ではベルト感光体１上の潜像にトナーが付着して可視像化され、現像に寄与しなかったトナーはベルト感光体１の回転方向（移動方向）下流側で回収される。

図３における、トナー担持体４２の支持基板４２２としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。実施例１では、膜厚０．１ｍｍのポリイミドフィルムを使用した。

電極４２１は、支持基板４２２上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ厚、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成する。これらの複数の電極４２１のトナー進行方向における幅Ｌは移動させるトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極４２１のトナー進行方向の間隔Ｒも移動させるトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。実施例１では、電極４２１は電極材料としてＡｌを使用し、２μｍの膜厚で形成した。また上記の幅Ｌ（電極４２１のピッチ）は５０μｍとした。

表面保護層４２３としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。また、無機ナイトライド化合物、例えばＳｉＮ、Ｂｎ、Ｗなどを用いることができる。実施例１では、ＳｉＯ２を使用して、膜厚３μｍで形成した。

次に、このように構成したトナー担持体におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。トナー担持体４２の複数の電極４２１に対してｎ相（実施例１では３相）の駆動波形を印加することにより、複数の電極４２１によって移相電界（進行波電界）が発生し、トナー担持体上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向にホッピングと搬送を含んで移動する。

例えば、トナー担持体４２の複数の電極４２１に対して図４に示すようにグランドＧ（０Ｖ）と負（−）の電圧との間で変化する３相のパルス状駆動波形（駆動信号）Ａ（Ａ相）、Ｂ（Ｂ相）、Ｃ（Ｃ相）を、タイミングをずらして印加する。

このとき、図５に示すように、トナー担持体４２上に負帯電トナーＴがあり、トナー担持体４２の連続した複数の電極４２１に図５に丸付き数字１で示すように、それぞれ「−」、「−」、「Ｇ」、「−」、「−」が印加されたとすると、負帯電トナーＴは「Ｇ」の電極４２１上（中央の電極）に位置する。

次のタイミングで複数の電極４２１には、丸付き数字２に示すようにそれぞれ「Ｇ」、「−」、「Ｇ」、「Ｇ」、「−」が印加され、負帯電トナーＴには図５で左側の「−」の電極４２１との間で反発力が、右側の「Ｇ」の電極４２１との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは右側の「Ｇ」の電極４２１側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極４２１には丸付き数字３に示すように、それぞれ「Ｇ」、「−」、「−」、「Ｇ」、「−」が印加され、負帯電トナーＴは右側に１ずれた「Ｇ」の電極４２１側に移動する。

このように複数の電極４２１に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、トナー担持体４２上には進行波電界が発生し、この進行波電界の進行方向に負帯電トナーＴは搬送及びホッピングを行いながら移動する。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。

駆動回路４２４（図４の４２４）の構成について図６を参照して説明する。この駆動回路４２４は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路４２４１と、このパルス信号発生回路４２４１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを生成出力する波形増幅器４２４２ａ、４２４２ｂ、４２４２ｃとを有する。
パルス信号発生回路４２４１は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０°に位相シフトした１組み（３つで１組み）パルスで、次段の波形増幅器４２４２ａ〜４２４２ｃに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して１００〜５００Ｖのスイッチングを行うことができるレベルの出力電圧１０〜１５Ｖのパルス信号を生成して出力する。

実施例１では、トナー担持体４２の３相の電極に対して、図７に示すような駆動電圧を印加した。この波形は、ピーク間電圧３００Ｖであって、いわゆるデューティー比が５０％の交流成分に、−３００Ｖの直流成分を重畳した電圧波形である。また、実施例１では、６６７Ｈｚの周波数で駆動している。現像領域でトナーによる潜像の現像のきっかけとなる現像バイアスは、ここでは上記の駆動電圧の時間平均値であると考える。つまり実施例１では、現像バイアスは−３００Ｖとなる。

このような波形の駆動電圧をトナー担持体４２に印加することで、トナーをトナー担持体４２によって現像領域に搬送することができ、さらに、現像領域においてもトナーを画像領域に付着させることができる。

このように、実施例１では、トナー担持体上のトナーは、電極に印加された駆動電圧によって、現像領域へと搬送されるため、非静止状態に保持された状態になっている。また、実施例１では、上記したようにトナー担持体上にはトナーが０．７ｍｇ／ｃｍ＾２の付着量で担持されている。現像領域では、上記したようにトナー担持体には現像バイアスとして−３００Ｖが印加されているため、画像領域にはトナーが付着する。このとき画像領域の感光体上のトナー付着量は、０．７ｍｇ／ｃｍ＾２となっていた。

トナー担持体上を搬送されるトナーは、トナー担持体の電極ピッチが１５０μｍ（５０μｍピッチの３層電極のため）、駆動電圧の周波数が６６７ｋＨｚであるため、移動速度は１００ｍｍ／ｓｅｃである。トナー担持体上のトナー量は、０．７ｍｇ／ｃｍ＾２であるので、トナー担持体上のトナー搬送量は、７ｍｇ／（ｃｍ・ｓｅｃ）となっている。

これに対して、現像領域通過後の感光体上のトナー付着量は上述したように０．７ｍｇ／ｃｍ＾２、感光体の線速は１００ｍｍ／ｓｅｃであるので、画像領域ではトナー担持体上に保持されている全てのトナーが感光体側に移動したことになる。つまり、実施例１の構成では、感光体上に現像されるトナーの付着量が、トナー担持体上に保持されるトナー量によって規制された状態が実現されている。

以上説明したように、実施例１では、感光体上色重ねを行なう際に既に感光体上に形成されているトナー像を乱すことがないよう、感光体とトナー担持体とが非接触に対向している、非接触現像となっている。また、実施例１では、トナー担持体上でトナーを非静止状態で保持するという特徴があるため、実施例１では低電位現像バイアス（現像バイアスの平均値は、−３００Ｖ）にもかかわらず、感光体上のトナー付着量０．７ｍｇ／ｃｍ＾２といった十分な付着量を確保することができる。

次に、後述する画像処理装置によって作成された出力用画像データに対応して動作するレーザー光学ユニットの動作を説明する（図１を参照）。

ビデオ信号処理部１２では後述する画像処理装置１１によって作成される出力画像用データ（画像処理の結果）を受け取り、発光点（ＬＤ：レーザーダイオード）の個数分のデータをラインメモリ上に記憶し、ポリゴンミラーの回転に同期した信号（いわゆる同期信号）に合せて、各画素に対応する上記ラインメモリ上のデータを所定のタイミング（画素クロック）で、ＰＷＭ制御部へ出力する（なお、実施例１では、発光点の数は、各色ともに１つである）。ＰＷＭ制御部では、このデータがパルス幅変調（ＰＷＭ）信号へと変換され、ＬＤドライバへ出力される。ＬＤドライバでは、このパルス幅変調信号に対応して所定の光量でＬＤ素子（ＬＤアレイ）を光変調駆動する。実施例１では、各色成分の出力用画像データに対応して、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行い、レーザーの光変調駆動を行う。

ＬＤからの発光光は、コリーメートレンズにおいて平行光を形成し、アパーチャーにより所望のビーム径に対応する光束に切り取られる。アパーチャー通過後の光束はシリンドリカルレンズを通過し、ポリゴンミラーへと入射される。ポリゴンミラーで反射された光束は、走査レンズ（ｆ−θレンズ）によって集光されて、折り返しミラーで折り返した後に、上述の感光体位置上で結像する。

実施例１では、ＬＤによる光書込みを解像度６００ｄｐｉで行う。またＰＷＭは６ｂｉｔの自由度を持つ。ただし、後述する画像処理装置１１において、出力用画像データは擬似中間調処理での量子化後には、６００ｄｐｉ４ｂｉｔのデータに変換されるため、ＰＷＭ６ｂｉｔ中の４ｂｉｔを出力用画像データ（擬似中間調処理後のデータ）に対応づけて、ＬＤの発光を制御する。このため、ＬＤの発光は、出力用画像データに対応した４ｂｉｔ分（光らない状態を含めて１６通り）となる。

このようにして、光変調されたレーザー光が、書き込み装置３によって、ベルト感光体１上に結像して走査されるために、ベルト感光体１上に所望の画像に対応した静電潜像を形成することができる。この静電潜像をトナー像へ現像して、用紙上のトナー像とするまでの作像工程は先述の通りである。以上説明した動作順により、用紙上に画像データに応じたフルカラー画像を形成することができる。

図８は、実施例１の画像処理装置の概略図である。図８において、入力画像データ１１１であるデジタル画像信号はＲＧＢ各色８ｂｉｔのカラー画像信号であり、色分解画像処理装置１１２の色補正手段１１３、ＢＧ／ＵＣＲ１１４によってカラー画像信号ＣＭＹＫ各色８ｂｉｔのカラー画像信号に変換される。実施例１では、ＤＬＵＴ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｌｏｏｋ ｕｐ Ｔａｂｌｅ）と呼ばれる方法でＣＭＹＫデータへ変換する。

ＤＬＵＴは、入力色空間（ＲＧＢ）を小さな単位立方体に分割し、各格子点に対応した出力値（ＣＭＹＫ）を後述する方法によって決定しておき、ＤＬＵＴ形式で保持する。そして格子点以外の入力値については、補間演算により計算する。実施例１では、この補間演算として、４面体補間を用いる。４面体補間は、単位立方体を６つの単位四面体で分割して補間演算を行う。実施例１ではこのような方法により、ＣＭＹＫ各色８ｂｉｔのカラー画像信号を得ている。

上記のＤＬＵＴの作成方法を説明すると、ＤＬＵＴを作成するために、まず色予測モデルを構築する必要がある。発明者らは、ＣＭＹＫの各色ごと１０段階の階調ステップについて、全ての組み合わせに対して、単色特性データおよび混色特性データを用意した。つまり５０００通りのカラーパッチを、実際に感光体上色重ね方式の実験機を用いて紙上に形成して、自動測色機でＬａｂ値の測色を行い、この色予測モデル構築のために使用した。色予測モデルは、用意した５０００パッチ分の測色データに対して、重回帰モデルを用いて統計処理することにより構築し、構築した色予測モデルを用いて、ＤＬＵＴの各格子点の値を計算することで、ＤＬＵＰを作成した。

本発明では、感光体上色重ね方式の特徴的な特性、つまり「２色目以降の現像において、感光体上にトナー層がある領域と感光体上にトナー層がない領域とでは、現像されるトナーの量（トナー付着量）が大きく異なるといった問題にともなう特性」は、基本的にはＤＬＵＴに保持されるデータによって吸収・補正されるようになっており、これにより狙いの色が再現されるようにＣＭＹＫデータへと変換される。しかしながら、この方法では、ＣＭＹＫデータの値があらかじめ設定された範囲内に制限される（実施例１では、ＣＭＹＫは８ｂｉｔデータであるので、最大でもレベル２５５であり、これ以上の値にすることはできない）。このため、実施例１では、基本的には狙いの色を実現するためには、少なくなってしまう２色目以降の現像に合わせるように１色目のレベルを小さくすることで対応することになる。

上記の色補正手段１１３、ＢＧ／ＵＣＲ１１４によって４色に分解された信号は、メモリ１１５に一旦記憶される。そして、メモリ１１５に記憶した画像信号に対して、プリンタγ補正手段１１６、ディザ処理手段１１７を適用する。

プリンタγ補正手段１１６では、１次元のＬＵＴ（ルックアップテーブル）であるプリンタγテーブルを用いて、ＣＭＹＫデータ（８ｂｉｔ）からＣＭＹＫデータ（８ｂｉｔ）へ変換する。これにより、予め設定されている所定の入出力関係（予め設定されている、色補正後のＣＭＹＫデータに対する感光体上のトナー付着量または付着量を検知する反射センサの出力値との関係）に一致させる。これは、環境変動や経時変動などの変動要因によって入出力関係が変動してしまうことを、吸収して補正するために行うものである。

擬似中間調処理装置であるディザ処理手段１１７では、後述するディザマトリクスと呼ばれる閾値データが記入されたマトリクスが予めディザ処理手段１１７に記憶されており、プリンタγ補正手段１１６で変換されたＣＭＹＫデータに対して、１つ１つの画素についてＣＭＹＫデータ値とディザマトリクスの閾値データとを比較することにより、擬似中間調処理を行う。実施例１では、このディザ処理によって、ＣＭＹＫ８ｂｉｔデータをＣＭＹＫ４ｂｉｔデータへ変換するディザ処理を行う。

実施例１のディザ処理手段７で使用するディザ処理（ディザマトリクス）の周期構造について説明する。実施例１ではディザ処理後の画像はドット状の周期構造になっており、いわゆるドットスクリーンディザとよばれるディザマトリクスを適用している。ディザマトリクスの周期構造を特徴づける数値として、スクリーン角度およびスクリーン線数が用いられる。

図９に示すような周期構造ディザマトリクスの場合、スクリーン角度およびスクリーン線数は、図９の計算式によって一義的に算出される。一般に、２次元の周期構造は、２つの２次元ベクトルによって表すことが便利であるため、この２つのベクトルを以後、主ベクトルおよび副ベクトルと呼ぶことにする。

上記の主ベクトル、副ベクトルを用いて、実施例１でのディザマトリクス（ＣＭＹＫの４色）の組み合わせを記載すると表１のようになる。

表１中のａ０ｘ，ａ０ｙ，ａ１ｘ，ａ１ｙの４つの整数は、それぞれ、図９における主ベクトルのｘ成分、主ベクトルのｙ成分、副ベクトルのｘ成分、副ベクトルのｙ成分に対応している。実施例１では解像度が６００ｄｐｉであるので、表１に記載した周期構造を実現することで、表１に記載したスクリーン線数になることは簡単に理解できる。

次に、実施例１のディザ処理手段１１７における、ＣＭＹＫデータ（８ｂｉｔ）からＣＭＹＫデータ（４ｂｉｔ）への変換方法について説明する。図１０は、実施例１のディザマトリクスを示す。図８のディザ処理手段１１７中のディザマトリクス記憶部には、ＣＭＹＫ４色の各色に対応するディザマトリクスがあらかじめ記憶されている。このディザマトリクスは、閾値データが記入されたマトリクスである。実施例１では、ディザ処理後のデータが４ｂｉｔ（１６値）となるように、量子化数が４ｂｉｔ（１６値）のディザ処理を行う。このとき、プリンタγ変換処理後のＣＭＹＫデータにおける各画素の階調値（８ｂｉｔ、２５６階調）とレベル０〜レベル１５の１６階調（４ｂｉｔ）のレベルに予め設定された閾値データとを比較することにより、入力データの各画素がレベル０〜レベル１５のいずれのレベルに属するかを決定している（詳細後述）。このため、４ｂｉｔディザマトリクスは、閾値データが記述された１５枚のマトリクスによって構成される。つまり、ディザマトリクス記憶部には、このような閾値データが記述された１５枚のマトリクスを１色分として、ＣＭＹＫ４色分のディザマトリクスが記憶されている。

ディザ処理手段１１７の比較部では、ディザマトリクス記憶部に記憶されている閾値データの値とプリンタγ補正手段１１６によって変換を施されたＣＭＹＫデータ（８ｂｉｔ）の値とを、１つ１つの画素について比較することで、各色４ｂｉｔ（１６値）に変換されたＣＭＹＫデータ（出力用画像データ１１８）を得る。この閾値データとの比較方法を具体的に説明すると、次のようになる。まず１つの画素に注目して、プリンタγ補正処理後のＣＭＹＫデータにおける階調値（以後ＤＡＴＡ値と略す）と、１枚目のディザマトリクスの注目する画素に対応する閾値データ（以後閾値と略す）とを比較する。ＤＡＴＡ値が閾値よりも大きければ２枚目の閾値と比較する。以後、ＤＡＴＡ値が閾値よりも大きい限り、レベル２、レベル３と比較を繰り返す、そして、はじめてＤＡＴＡ値が閾値以下となったのがＮ枚目のディザマトリクスであったと仮定すると、その画素のディザ処理後の値を（Ｎ−１）の値に変換する。もし、ＤＡＴＡが１５枚目の閾値よりも大きければ、その画素のディザ処理後の値を１５の値に変換する。実施例１では、このような変換を行うことで、入力データを、０〜１５（４ｂｉｔ）のレベルをもつデータに変換する。

実施例１では、上述したように閾値データが記述された１５枚のマトリクスを１色分として、ＣＭＹＫ４色分のディザマトリクスが、ディザマトリクス記憶部に記憶されているが、ここでは、Ｙ色用のディザマトリクスを例に、より詳細に説明する。図１０は、実施例１のＹ色用ディザマトリクスである。表１で説明したようにＹ色用ディザマトリクスは、低濃度領域では２００ｌｐｉ、０ｄｅｇのドットスクリーンディザである。解像度が６００ｄｐｉであるため、Ｘ方向、Ｙ方向ともに３画素おきに成長中心が現れる。ドットスクリーンディザでは成長中心の画素を中心にして、画像濃度が高くなるにしたがって、ドット状に網点が大きくなっていく。図１０のＰｌａｎｅ１をみると理解できるが、Ｘ方向、Ｙ方向ともに３画素おきに、閾値が小さくなっており、この画素が成長中心に相当している。またＰｌａｎｅ１をみるとわかるように、成長中心近くの画素の閾値が小さく成長中心から離れた画素の閾値が大きい。このように閾値を配置することで、ドット状のパターンによる擬似中間調処理を行っている。つまり、実施例１では、図１０のディザマトリクスを使用することで、低濃度領域でドット状のパターンとなるような擬似中間調処理を行うことができる。

一方で、図１０のＰｌａｎｅ９をみると理解できるが、Ｐｌａｎｅ９ではＰｌａｎｅ１〜Ｐｌａｎｅ８とは異なり３６画素すべての閾値が近い値になっている（１３６〜１５２の範囲内である）。同様にＰｌａｎｅ１０〜Ｐｌａｎｅ１５についても、各Ｐｌａｎｅ内では閾値が近い値になっている。このように閾値を設定することにより、全ての画素をほぼ均一に成長させることができるようになる。つまり、実施例１では、図１０のディザマトリクスを使用することで、高濃度領域で全ての画素を平均的に成長させるような擬似中間調処理を行うことができる。

図１１は、図１０のディザマトリクスを使用して、擬似中間調処理であるディザ処理後のデータを表したものである。低濃度領域ではドット状のパターンとなり、中濃度で白地が全て埋まり、高濃度領域では全ての画素を平均的に成長させている（各画素での値が完全に一致しない場合もあるが、低濃度領域のように差が生じることはない）。このように、実施例１では、特に高濃度領域において全ての画素を平均的に成長させることで、白地が現れないようにしており、白地を現さずに光書込みによる潜像状態を変化させてトナー付着量を変化させている。このような白地部を現すことなく、トナー付着量をコントロールできる点が、本発明による顕著な効果である。

実施例１における、他のＣＭＫ色のディザマトリクスの成長順についても、Ｙ色のディザマトリクスと同様であるので、説明を省略する。ＣＭＫ色のディザマトリクスについても、低濃度領域ではドット状のパターンとなるように成長させ、高濃度領域では全ての画素を平均的に成長させるように、ディザマトリクスを作成して、ディザ処理を行なっている。

実施例１では、ディザ処理後のＣＭＹＫデータは、１画素あたりＣＭＹＫ各色４ｂｉｔ（１６値）のデータとなる。この１画素あたりのＣＭＹＫ各色のデータがとりうるサイズ（実施例１の１６値）を量子化数とよぶ。つまり、実施例１では量子化数が１６値の擬似中間調処理（ディザ処理）を用いている。しかしながら、このことは本発明を何ら限定するものではない。本発明では、「高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させる成長順」を実現できるものであれば、量子化数が３値以上の擬似中間調処理であればよい（量子化数が２値の場合には、「高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させる成長順」を実現することができないが、量子化数が３値以上であれば中間レベルで全ての画素の値を一致させることができるため、「高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させる」ことができる）。

また、実施例１では入力データの値が１３６（１３６／２５５⇒約５３％）を超えたところから、「全ての画素をほぼ均一に成長させる」ような形態へと移行することを説明した。このような移行を行う入力データの値のことを、これ以降では「移行点」と呼ぶことにする（上記の例では移行点は約５３％）。この移行点についても、本発明は移行点を上記の値に何ら限定するものではない。移行点については、画像形成装置のいわゆる階調特性などによって適宜設定することが望ましい。多くの場合は、この移行点を４０％〜８０％の範囲内に設定することが望ましい。

実施例２：
実施例２の構成は、実施例１とほぼ同じである。ただし、実施例２では、ディザ処理において使用するディザマトリクスが実施例１と異なる。実施例２では、ディザ処理後の画像はライン状の周期構造になっており、いわゆるラインスクリーンディザとよばれるディザマトリクスを使用している。ラインスクリーンの場合もドットスクリーンと同じように、ディザマトリクスの周期構造を特徴づける数値として、スクリーン角度およびスクリーン線数が用いられる。

ラインスクリーンディザにおける、スクリーン角度およびスクリーン線数は、図１２に示す計算式によって一義的に算出される。ラインスクリーンの場合も、２次元の周期構造は、２つの２次元ベクトルによって表すことが便利であるため、この２つのベクトルを以後、主ベクトルおよび副ベクトルと呼ぶことにする。

上記の主ベクトル、副ベクトルを用いて、実施例２でのディザマトリクス（ＣＭＹＫの４色）の組み合わせを記載すると表２のようになる。

表２中のａ０ｘ，ａ０ｙ，ａ１ｘ，ａ１ｙの４つの整数は、それぞれ、図１２における主ベクトルのｘ成分、主ベクトルのｙ成分、副ベクトルのｘ成分、副ベクトルのｙ成分に対応している。実施例２では解像度が６００ｄｐｉであるので、表２に記載した周期構造を実現することで、表２に記載したスクリーン線数になることは簡単に理解できる。

図１３は、実施例２のＣ色用ディザマトリクスである。表２で説明したようにＣ色用ディザマトリクスは、低濃度領域では２１２ｌｐｉ、４５ｄｅｇのラインスクリーンディザである。このため、角度が４５°方向にライン状に連なったパターンとなり、画像濃度が高くなるにしたがって、ライン幅が太くなっていく。図１３のＰｌａｎｅ１をみると理解できるが、４５°方向に閾値が小さくなっており、この方向に連なるディザパターンとなる。したがって、実施例２では、このような閾値を配置することでライン状のパターンによる擬似中間調処理を行っている。つまり、実施例２では、図１３のディザマトリクスを使用することで、低濃度領域でライン状のパターンとなるような擬似中間調処理を実現できる。

一方で、図１３のＰｌａｎｅ９をみると理解できるが、Ｐｌａｎｅ９ではＰｌａｎｅ１〜Ｐｌａｎｅ８とは異なり１６画素すべての閾値が近い値になっている（１３６〜１５１の範囲内である）。これは、Ｐｌａｎｅ１〜Ｐｌａｎｅ８と明らかに異なっている。同様にＰｌａｎｅ１０〜Ｐｌａｎｅ１５についても、各Ｐｌａｎｅ内では閾値が近い値になっている。このように閾値を設定することにより、全ての画素をほぼ均一に成長させることができるようになる。つまり、実施例２では、図１３のディザマトリクスを使用することで、高濃度領域で全ての画素を平均的に成長させるような擬似中間調処理を実現できる。

図１４は、図１３のディザマトリクスを使用して、擬似中間調処理であるディザ処理後のデータを表す。低濃度領域ではライン状のパターンとなり、中濃度で白地が全て埋まり、高濃度領域では全ての画素を平均的に成長させている（各画素での値が完全に一致しない場合もあるが、低濃度領域のように差が生じることはない）。

このように、実施例２でも、高濃度領域において全ての画素を平均的に成長させることで、白地が現れないようにしており、白地を現さずに光書込みによる潜像状態を変化させてトナー付着量を変化させている。このような白地部を現すことなく、トナー付着量をコントロールできる点が、本発明による顕著な効果である。

実施例２における他のＭＹＫ色のディザマトリクスの成長順についてもＣ色のディザマトリクスと同様であるので、説明を省略する。ＭＹＫ色のディザマトリクスについても、低濃度領域ではライン状のパターンとなるように成長させ、高濃度領域では全ての画素を平均的に成長させるような、ディザマトリクスを使用してディザ処理を行なっている。

実施例３：
実施例３の構成は、実施例１とほぼ同じである。ただし、実施例３では、現像装置のトナー担持体を無端状に形成し、このトナー担持体を回転自在に配置した点が実施例１と異なる（実施例１では、トナー担持体は固定されている）。具体的には、トナー担持体がギヤなどを通して駆動手段に接続されるように構成されている。

実施例３では、作像動作時には、トナー担持体は静止しているため、実施例１と同様に動作する。しかし、実施例３では、非画像作像時のタイミングで、トナー担持体を回転するようにしてある。実施例３では、このトナー担持体の回転は、トナー担持体の周速が５０ｍｍ／ｓｅｃとなるようにした。

実施例４：
実施例４の構成は、実施例１とほぼ同じである。ただし、実施例４でも現像装置のトナー担持体を無端状に形成し、このトナー担持体を回転自在に配置してある。

実施例４では、作像動作時においてもトナー担持体を回転させるように構成し、周速が５０ｍｍ／ｓｅｃで回転している。実施例４では、電極の構成や駆動電圧の周波数は実施例１と同じであるので、現像領域でのトナーの移動速度は１５０ｍｍ／ｓｅｃとなっている。このため、実施例４では、トナー担持体上のトナー付着量を０．４７ｍｇ／ｃｍ＾２になるように、トナー補給ローラに印加する電圧を調整した。具体的には、トナー補給ローラとトナー担持体間に印加する電圧を１．２ｋＶにすることで、この状態を実現した。

実施例４のように、トナー担持体に印加する駆動電圧でトナーを搬送するとともに、トナー担持体自体を回転させることで、トナー担持体上のトナー担持量が少なくても、より多くのトナーを現像領域に搬送することができるようになる。トナー担持体上のトナー担持量が少ないほうが、温度や湿度の変動によって搬送量が変化するといった悪影響を受け難く、安定性の高いトナー搬送を実現できる。

実施例５：
実施例５の構成は、実施例１とほぼ同じである。ただし、実施例５では、現像装置のトナー担持体を無端状に形成し、このトナー担持体を回転自在に配置する。また、実施例５では、トナー担持体に配置される電極は、搬送電界ではなく、振動電界を発生する。

図１５は、実施例５のトナー担持体の構成を表した概略図であり、トナー担持体４２の電極４２１には振動電圧を印加することでトナーを非静止状態に担持するように構成してある。実施例５のトナー担持体４２は、実施例１のように搬送電界によってトナーを搬送することはなく、同じ位置でトナーが往復運動を行なうようになっている。また、実施例５のトナー担持体は図１５の矢印方向に、周速１００ｍｍ／ｓｅｃで回転する。このように実施例５では、現像領域へのトナーの搬送は、トナー担持体４２の電極４２１が形成する搬送電界ではなく、トナー担持体の回転移動によって行う。

図１６は、実施例５の電極へ印加する駆動電圧を表している。このような駆動電圧を印加することで、実施例５ではトナー担持体上のトナーを、非静止状態で担持する。また、この駆動電圧の時間的平均値である−３００Ｖが、現像バイアスに相当している。実施例５でも、この現像バイアスによって、現像領域において、トナーをベルト感光体１側に移動させて、静電潜像の現像を行なう。

実施例５においても、トナー担持体上のトナー量が、０．７ｍｍ／ｃｍ＾２となるように、トナー供給ローラとトナー担持体間に印加する電圧を調整して、１．３ｋＶとした。このため、トナー担持体４２が搬送するトナー量は、実施例１と同じで、７ｍｇ／（ｃｍ・ｓｅｃ）となる。したがって、実施例５においても、実施例１と同じように、画像領域ではトナー担持体４２上に保持されている全てのトナーがベルト感光体１側に移動したことになる。

実施例１のフルカラー画像形成装置を示す。 実施例１の現像装置を示す。 実施例１のトナー担持体を示す。 駆動電圧波形の例を示す。 実施例１の駆動電圧によるトナー搬送のモデルを示す。 実施例１の駆動回路を示す。 実施例１の駆動電圧波形を示す。 実施例１の画像処理装置の構成を示す。 ドットスクリーンにおける、周期構造と主・副ベクトルおよびスクリーン角度・線数との関係を示す。 実施例１のディザマトリクス（Ｙ色）を示す。 実施例１のディザ処理後のパターンを示す。 ラインスクリーンにおける、周期構造と主・副ベクトルおよびスクリーン角度・線数との関係を示す。 実施例２のディザマトリクス（Ｃ色）を示す。 実施例２のディザ処理後のパターンを示す。 実施例５のトナー担持体を示す。 実施例５の駆動電圧波形を示す。

符号の説明

１ ベルト感光体
２Ｍ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｋ 帯電装置
３ 書き込み装置
４Ｍ、４Ｙ、４Ｃ、４Ｋ 現像装置
５ 転写前帯電装置
６ 転写装置
７ 記録用紙
８ 定着装置
９ 除電装置・クリーナー
１０ レジストローラ
１１ 画像処理装置
１２ ビデオ信号処理部

Claims (11)

1. 複数色の画像データを擬似中間調データへ変換する擬似中間調処理手段と、感光体の周囲に配置された複数の画像形成手段とを有し、前記擬似中間調データに基づいた複数色のトナー画像を前記感光体上に重ね合わせて画像を形成する画像形成装置において、前記擬似中間調処理手段は、１つの画素について３値以上の量子化数によって擬似中間調処理を行い、かつ、高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させる成長順とした擬似中間調処理であることを特徴とする画像形成装置。
2. 複数色の画像データを擬似中間調データへ変換する擬似中間調処理手段と、感光体の周囲に配置された複数の画像形成手段とを有し、前記擬似中間調データに基づいた複数色のトナー画像を前記感光体上に重ね合わせて画像を形成する画像形成装置において、前記擬似中間調処理手段は、１つの画素について３値以上の量子化数によって擬似中間調処理を行ない、かつ、低濃度側領域では１画素毎に前記量子化数の中間レベルまで成長させる成長順とし、高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させる成長順とした、擬似中間調処理であることを特徴とする画像形成装置。
3. 前記擬似中間調処理手段は、ディザ法によって擬似中間調処理を行うことを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記ディザ法による擬似中間調処理は、１画素毎に量子化数の中間レベルまで成長させる低濃度領域においては、ドット状のパターンで擬似中間調処理を行なう処理であることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記ディザ法による擬似中間調処理は、１画素毎に量子化数の中間レベルまで成長させる低濃度領域においては、ライン状のパターンで擬似中間調処理を行なう処理であることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
6. 前記画像形成手段は現像手段を有し、前記現像手段を構成するトナー担持体は、トナーをトナー担持体に対して非静止状態で保持することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
7. 前記現像手段は、トナー担持体が所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加され、前記複数の電極間に形成される搬送電界によって、トナーを担持しつつ、感光体との対向領域に搬送するように構成したことを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
8. 前記現像手段は、トナー担持体が所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されるとともに、前記トナー担持体自体の表面が移動するように構成され、前記複数の電極間に形成される搬送電界によってトナーを担持しつつ搬送するとともに、トナー担持体自体の表面の移動にともなってトナー担持体上のトナーを感光体との対向領域に搬送するように構成したことを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
9. 前記現像手段は、トナー担持体が所定の間隔で並べて配置された複数の電極に電圧が印加されるとともに、前記トナー担持体自体の表面が移動するように構成され、前記複数の電極間に形成される振動電界によって、トナーを非静止状態で担持するとともにトナー担持体自体の表面の移動にともなって、トナー担持体上のトナーが感光体との対向領域に搬送されるように構成したことを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
10. 複数色の画像データを擬似中間調データへ変換する擬似中間調処理工程と、感光体の周囲に配置された複数の画像形成工程とを有し、前記擬似中間調データに基づいた複数色のトナー画像を前記感光体上に重ね合わせて画像を形成する画像形成方法において、前記擬似中間調処理工程は、１つの画素について３値以上の量子化数によって擬似中間調処理を行い、かつ、高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させる成長順とした擬似中間調処理であることを特徴とする画像形成方法。
11. 複数色の画像データを擬似中間調データへ変換する擬似中間調処理工程と、感光体の周囲に配置された複数の画像形成工程とを有し、前記擬似中間調データに基づいた複数色のトナー画像を前記感光体上に重ね合わせて画像を形成する画像形成方法において、前記擬似中間調処理工程は、１つの画素について３値以上の量子化数によって擬似中間調処理を行ない、かつ、低濃度側領域では１画素毎に前記量子化数の中間レベルまで成長させる成長順とし、高濃度側領域では全ての画素を平均的に成長させる成長順とした、擬似中間調処理であることを特徴とする画像形成方法。

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