JP2019126969A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ｆθ特性を有する走査レンズを用いない構成において、主走査方向における画像濃度ムラの発生を抑制することのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】感光体１と、帯電手段２と、主走査方向に関する走査領域の走査位置に応じて走査速度が変化する露光装置４００と、現像手段４と、転写部材５と、を有する画像形成装置５０は、主走査方向に関する走査領域の第１、第２の走査位置におけるレーザ光のスポット径をそれぞれφ１、φ２、主走査方向に関する転写ニップＮｔの第１、第２の走査位置のそれぞれに対応する位置における、転写ニップＮｔの主走査方向と略直交する方向の幅をそれぞれＮ１、Ｎ２としたとき、次式、φ１＜φ２、かつ、Ｎ１＜Ｎ２の関係を満たす構成とする。【選択図】図１５

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置は、感光体を露光する露光手段としての露光装置（光走査装置）を有している。露光装置は、画像データに基づいてレーザ光を出射し、そのレーザ光を回転多面鏡で反射し、走査レンズを透過させて感光体へ照射し、感光体を露光する。このとき、露光装置は、回転多面鏡を回転させて、感光体の表面に形成したレーザ光のスポットを移動させる走査を行うことで、感光体に潜像を形成する。

走査レンズとしては、所謂ｆθ特性を有するレンズが用いられることが多い。ｆθ特性とは、回転多面鏡が等角速度で回転している場合に、感光体の表面のレーザ光のスポットが感光体の表面上を等速で移動するように、レーザ光を感光体の表面に結像させる光学的特性である。ｆθ特性を有する走査レンズを用いることにより、適切な露光を行って、所望の潜像を形成することができる。しかし、ｆθ特性を有する走査レンズは、サイズが比較的大きく、画像形成装置が大型化する要因となる。そのため、画像形成装置の小型化などを目的として、走査レンズ自体を使用しない、あるいはｆθ特性を有していない走査レンズを使用することが考えられている。

特許文献１では、感光体の表面のレーザ光のスポットが感光体の表面上を等速で移動しない場合でも、感光体の表面上に形成するドットが一定の幅となるように、次のような方法が開示されている。つまり、一走査する間に、露光、非露光を切り替える画像クロックの周波数を変更するように電気的な補正を行う方法が開示されている。

また、特許文献２では、主走査方向における中央部のドットと端部のドットとでの、感光体の表面への単位面積あたりの露光量の違いを抑えるために、次のような方法が開示されている。つまり、画像データの１画素の主走査方向における長さを補正する方法、走査速度が速いほどレーザ光の発光輝度が大きくなるようにレーザ光の発光輝度を補正する方法が開示されている。

特開昭５８−１２５０６４号公報 特開２０１６−１５０５８２号公報

しかしながら、ｆθ特性を有する走査レンズを用いない構成において、上述のような補正を行ったとしても、レーザ光のスポット径に関しては、主走査方向における中央部と端部とで差異が生じる可能性がある。このスポット径の差異は、特に小さなドットや小さなドットの集合で形成されるハーフトーン画像において画像濃度ムラ（画像濃度差）として顕在化しやすい。

したがって、本発明の目的は、ｆθ特性を有する走査レンズを用いない構成において、主走査方向における画像濃度ムラの発生を抑制することのできる画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、感光体と、前記感光体を帯電させる帯電手段と、前記感光体の表面の移動方向と略直交する主走査方向にレーザ光を走査しながら前記感光体を露光し、前記感光体の表面の前記主走査方向に関する走査領域に潜像を形成する露光装置であって、前記主走査方向に関する前記走査領域の走査位置に応じて走査速度が変化する露光装置と、前記感光体に形成された潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、前記感光体に当接して転写ニップを形成し、電圧が印加されて、前記転写ニップを通過する記録材に前記感光体からトナー像を転写させる転写部材と、を有する画像形成装置において、前記主走査方向に関する前記走査領域の第１、第２の走査位置におけるレーザ光のスポット径をそれぞれφ１、φ２、前記主走査方向に関する前記転写ニップの前記第１、第２の走査位置のそれぞれに対応する位置における、前記転写ニップの前記主走査方向と略直交する方向の幅をそれぞれＮ１、Ｎ２としたとき、次式、φ１＜φ２、かつ、Ｎ１＜Ｎ２の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、ｆθ特性を有する走査レンズを用いない構成において、主走査方向における画像濃度ムラの発生を抑制することができる。

画像形成装置の概略断面図である。 露光装置の断面図である。 像高と部分倍率との関係を示すグラフ図である。 露光制御構成のブロック図である。 各種同期信号と画像信号のタイミング関係を示すチャート図である。 部分倍率補正と濃度補正の説明図である。 スポット径に対応した光量分布を示すグラフ図である。 スポット径に対応した１ドット露光時の光量分布を示すグラフ図である。 スポット径に対応した１ドット露光時の電位モデルを示すグラフ図である。 画像処理フローの機能ブロック図である。 ディザマトリクスの模式図及び位置制御マトリクスの模式図である。 閾値テーブルを示す説明図である。 パルス信号のテーブルを示す説明図である。 ディザ成長の説明図である。 転写装置の側面図及び転写ニップの形状を示す模式図である。 感光ドラムの層構成を示す模式的な断面図である。 感光ドラム上のドラム電位分布を示すグラフ図である。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

［実施例１］
１．画像形成装置の全体的な構成及び動作
図１は、本実施例の画像形成装置５０の概略断面図である。本実施例では、画像形成装置５０は、Ａ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）までの大きさの記録材１５への画像の出力に対応した、解像度が主走査方向６００ｄｐｉ×副走査方向４００ｄｐｉ、プリント速度が２０ｐｐｍのレーザプリンタである。

画像形成装置５０は、トナー像を担持する像担持体としての回転可能な感光体（電子写真感光体）である感光ドラム１を有する。感光ドラム１は、感光体駆動手段（図示せず）によって図中矢印Ｒ１（反時計回り）に回転駆動される。回転する感光ドラム１の表面は、帯電手段としてのローラ型の帯電部材である帯電ローラ２によって、所定の極性（本実施例では負極性）の所定の電位に一様に帯電処理される。帯電工程時に、帯電ローラ２には、帯電電圧印加手段としての帯電電源Ｅ１によって、負極性の直流電圧である帯電バイアス（帯電電圧、帯電ＤＣバイアス）が印加される。

帯電処理された感光ドラム１の表面は、露光手段としての露光装置（光走査装置、光学走査ユニット）４００によって走査露光され、感光ドラム１上に潜像（静電潜像）が形成される。露光装置４００内には、レーザ駆動手段としてのレーザ駆動部３００が設けられている。レーザ駆動部３００は、画像信号生成部１００から出力された画像信号に基づいて、走査光（レーザ光）Ｌを出射する。そして、露光装置４００は、感光ドラム１をレーザ光Ｌで走査することで、感光ドラム１の表面に潜像を形成する。

感光ドラム１上に形成された潜像は、現像手段としての現像装置４によって現像剤としてのトナーが供給されて現像（可視化）され、感光ドラム１上に潜像に対応したトナー像（現像剤像）が形成される。本実施例では、一様に帯電処理された後に露光されることで電位の絶対値が低下した感光ドラム１上の露光部に、感光ドラム１の帯電極性と同極性（本実施例では負極性）に帯電したトナーが付着する（反転現像）。つまり、本実施例では、現像時のトナーの帯電極性であるトナーの正規の帯電極性は負極性である。現像装置４は、トナーを担持して感光ドラム１との対向部へと搬送する現像剤担持体としての現像ローラ４１を有する。現像工程時に、現像ローラ４１には、現像電圧印加手段としての現像電源Ｅ２によって、負極性の直流成分（現像ＤＣバイアス）を含む現像バイアス（現像電圧）が印加される。

感光ドラム１に対向して、転写手段としてのローラ型の転写部材である転写ローラ５が配置されている。転写ローラ５は、感光ドラム１に向けて付勢され、感光ドラム１と転写ローラ５とが接触する転写ニップ（転写部）Ｎｔを形成する。上述のように感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写ニップＮｔにおいて、感光ドラム１と転写ローラ５とに挟持されて搬送される紙などの記録材（転写材、記録媒体、シート）１５に転写される。転写工程時に、転写ローラ５には、転写電圧印加手段としての転写電源Ｅ３によって、トナーの正規の帯電極性とは逆極性（本実施例では正極性）の直流電圧である転写バイアス（転写電圧、転写ＤＣバイアス）が印加される。記録材１５は、カセット７に収容されており、カセット７から給送ローラ８によって給送され、搬送ローラ９によって転写ニップＮｔに供給される。

トナー像が転写された記録材１５は、定着手段としての定着装置１０へと搬送される。定着装置１０は、加熱源を備えた加熱回転体１０ａと、加熱回転体１０ａに圧接する加圧回転体１０ｂと、を有する。加熱回転体１０ａと加圧回転体１０ｂとは互いに当接して定着ニップＮｆを形成する。定着装置１０は、定着ニップＮｆで記録材１５を挟持して搬送しながら加熱及び加圧することで、トナー像を記録材１５に定着（溶融、固着）させる。トナー像が定着された記録材１５は、排出ローラ１１によって画像形成装置５０の装置本体の外部に排出（出力）される。

本実施例では、帯電ローラ２による帯電処理で形成される感光ドラム１の帯電電位Ｖｄは−６３０Ｖである。また、本実施例では、現像バイアスの直流成分の電位である現像電位Ｖｄｃは−４７０Ｖである。また、本実施例では、レーザが１画素内の全領域で発光した場合の感光ドラム１の露光電位Ｖｌは約−１５０Ｖである。帯電電位Ｖｄと露光電位Ｖｌとの差が潜像コントラストＷである。また、本実施例では、レーザ光のスポットの直径（スポット径）は、後述する走査領域の主走査方向における中央部において７０［μｍ］である。また、本実施例では、１ドット（画素）のサイズは４２．３μｍ（主走査方向）×４２．３μｍ（副走査方向）である。

２．露光装置
図２は、本実施例における露光装置４００の断面図であり、図２（ａ）は主走査断面、図２（ｂ）は副走査断面を示している。なお、「主走査方向」は、後述するポリゴンミラー４０５の回転によるレーザ光のスポットの感光ドラム１上での移動方向であり、「副走査方向」は、主走査方向に直交する方向である。主走査方向は、感光ドラム１の回転軸線方向（長手方向）と略平行であり、副走査方向は、感光ドラム１の表面の移動方向と略平行である。

レーザ光源４０１は、半導体レーザチップである。レーザ光源４０１から出射されたレーザ光Ｌは、開口絞り４０２によって楕円形状に整形されて、カップリングレンズ４０３に入射する。カップリングレンズ４０３を通過した光束は、略平行光に変換されて、アナモフィックレンズ４０４に入射する。アナモフィックレンズ４０４は、主走査断面内において正の屈折力を有しており、主走査断面内においては、入射する光束を収束光に変換する。また、アナモフィックレンズ４０４は、副走査断面内においては、入射する光束をポリゴンミラー（偏向器、回転多面鏡）４０５の偏向面（反射面）４０５ａの近傍に集光し、主走査方向に長い線像を形成する。

アナモフィックレンズ４０４を通過した光束は、ポリゴンミラー４０５の偏向面４０５ａで反射される。反射面４０５ａで反射された光束は、走査光Ｌとして、結像レンズ４０６を透過し、感光ドラム１の表面に入射する。結像レンズ４０６は、結像光学素子である。本実施例では、単一の結像光学素子（結像レンズ４０６）のみで、結像光学系が構成されている。結像レンズ４０６を通過（透過）した光束が入射する感光ドラム１の表面は、光束によって走査される被走査面４０７である。結像レンズ４０６によって被走査面４０７上で光束が結像し、所定のスポット状の像（スポット）を形成する。ポリゴンミラー４０５を駆動部（図示せず）により図中矢印Ａ方向に一定の角速度で回転させることにより、被走査面４０７上でスポットが主走査方向に移動し、被走査面４０７上に潜像を形成する。

ビームディテクト（以下「ＢＤ」という。）センサ４０９及びＢＤレンズ４０８は、被走査面４０７上に潜像を書き込むタイミングを決定する同期用光学系である。ＢＤレンズ４０８を通過した光束は、フォトダイオードを備えたＢＤセンサ４０９に入射し、ＢＤセンサ４０９によって検知される。ＢＤセンサ４０９により光束が検知されたタイミングに基づいて、被走査面４０７上への潜像の書き込みタイミングの制御が行われる。

結像レンズ４０６は、所謂ｆθ特性を有していない。つまり、結像レンズ４０６は、ポリゴンミラー４０５が等角速度で回転している場合に、結像レンズ４０６を通過する光束のスポットを被走査面４０７上で等速に移動させるような走査特性を有していない。ｆθ特性を有していない結像レンズ４０６を用いることにより、結像レンズ４０６を、ポリゴンミラー４０５に近接して、すなわち、図中距離Ｄ１が小さい位置に配置することが可能となる。また、ｆθ特性を有していない結像レンズ４０６は、ｆθ特性を有する結像レンズよりも、主走査方向の大きさ（図中幅ＬＷ）及び光軸方向の大きさ（図中厚みＬＴ）を小さくすることができる。これらのことから、本実施例では、露光装置４００の小型化が実現されている。

図３は、本実施例における、被走査面４０７上での主走査方向における走査位置（集光位置）である像高と、部分倍率と、の関係を示すグラフ図である。本実施例では、結像レンズ４０６がｆθ特性を有していないことで、軸上像高から軸外像高に向かうにつれて徐々に走査速度が速くなるため、部分倍率が大きくなっている。なお、被走査面４０７上の主走査方向における潜像を形成可能な所定の幅（走査幅）Ｇの領域を走査領域（感光ドラム１上の画像を形成することのできる領域である画像形成領域に対応）とする。軸上像高は、光軸上の像高であり、主走査方向における走査領域の中央部（０ｍｍ）を指す。軸外像高は、中心光軸よりも外側の像光であり、主走査方向における走査領域の端部が最軸外像高となる。部分倍率１３５％は、単位時間だけレーザ光を照射した場合に、被走査面（被照射面）４０７上での主走査方向における照射長が、部分倍率１００％の場合の１．３５倍となることを意味している。したがって、画像クロックの周期によって決めた一定の時間間隔で主走査方向の画素幅を決めてしまうと、軸上像高と軸外像高とで画素密度が異なってしまう。

また、像高が、軸上像高から離れて最軸外像高に近づくに連れて、徐々に走査速度が速くなる。これにより、像高が軸上像高付近の場合に被走査面４０７上の単位長さを走査するのにかかる時間よりも、像高が最軸外像高付近の場合に被走査面４０７上の単位長さを走査するのにかかる時間の方が短くなる。これは、レーザ光源４０１の発光輝度が一定であるときに、像高が軸上像高付近の場合の単位長さ辺りの総露光量よりも、像高が最軸外像高付近の場合の単位長さ辺りの総露光量の方が少なくなることを意味する。

このように、上述のような光学構成の場合、主走査方向における部分倍率及び単位長さ辺りの総露光量の差が生じる。特に、上述のような光学構成の場合、ポリゴンミラー４０５から感光ドラム１までの光路長が短くなるほど、画角が大きくなるため、上述した軸上像高と最軸外像高とで走査速度の差が大きくなる。なお、本実施例の光学構成では、軸上像高（走査領域の中央部）で最も遅い走査速度となり、最軸外像高（走査領域の端部）で最も速い走査速度となる。そのため、上述のような光学構成の場合、主走査方向における部分倍率及び単位長さ辺りの総露光量の差の影響を受ける。そこで、本実施例では、後述するように、部分倍率の補正とレーザ光の発光輝度の補正（画像濃度の補正）とを行う。これにより、良好な画質を得ることを可能とする。

３．露光制御構成
図４は、本実施例における露光制御構成を示すブロック図である。画像信号生成部１００は、ホストコンピュータ（図示せず）から印字データを受け取り、対応するＶＤＯ信号１１０を生成する。また、画像信号生成部１００は、画像濃度を補正する濃度補正手段としての機能を有する。制御部２００は、画像信号生成部１００及び画像形成装置５０の全体の制御を行う。レーザ駆動部３００には、レーザドライバＩＣ（図示せず）が搭載されている。このレーザドライバＩＣは、ＶＤＯ信号１１０に基づき、レーザ光源４０１の発光のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

画像信号生成部１００は、画像形成のための画像信号の出力の準備が整ったら、制御部２００に印字開始の指示をする。制御部２００は、ＣＰＵ２０１を有しており、印字の準備が整ったら、副走査同期信号であるＴＯＰ信号１１２と、主走査同期信号であるＢＤ信号１１１と、を画像信号生成部１００に送信する。画像信号生成部１００は、上記の同期信号を受信したら、所定タイミングで画像信号であるＶＤＯ信号１１０をレーザ駆動部３００に出力する。画像信号生成部１００、制御部２００及びレーザ駆動部３００のそれぞれの主な構成ブロックの作用については後述する。

図５（ａ）は、記録材１５の１ページ分に相当する画像形成動作を行った際の同期信号（ＢＤ信号１１１、ＴＯＰ信号１１２）と画像信号（ＶＤＯ信号１１０）とのタイミング関係を示すチャート図である。図５（ａ）において、時間は左から右に向かって経過する。ＴＯＰ信号１１２の「ＨＩＧＨ」は、記録材１５の搬送方向の先端が所定の位置に到達したことを表す。画像信号生成部１００は、ＴＯＰ信号１１２の「ＨＩＧＨ」を受信したら、ＢＤ信号１１１に同期して、ＶＤＯ信号１１０をレーザ駆動部３００に送信する。このＶＤＯ信号１１０に基づいて、レーザ光源４０１が発光し、感光ドラム１に潜像が形成される。

なお、図５（ａ）では、図の簡略化のため、ＶＤＯ信号１１０が複数のＢＤ信号１１１を跨いで連続的に出力されているように記載している。しかし、実際には、ＶＤＯ信号１１０はＢＤ信号１１１が出力されてから次のＢＤ信号１１１が出力されるまでの間の所定の期間に出力されるものである。

４．部分倍率補正
次に、部分倍率の補正（部分倍率補正）について説明する。図５（ｂ）は、ＢＤ信号１１１とＶＤＯ信号１１０とのタイミング関係を示すチャート図、及び被走査面４０７上の潜像により形成したドットイメージを主走査方向の位置に沿って示した模式図である。図５（ｂ）において、時間は左から右に向かって経過する。

画像信号生成部１００は、ＢＤ信号１１１の立ち上がりエッジを受信したら、走査領域の主走査方向における一端（図中左端）から所望の距離だけ離れた位置に潜像を形成できるように、所定タイミング後にＶＤＯ信号１１０を送信する。そして、このＶＤＯ信号１１０に基づいてレーザ光源４０１が発光し、被走査面４０７上にＶＤＯ信号１１０に応じた潜像を形成する。

ここで、ＶＤＯ信号１１０に基づき、軸上像高及び最軸外像高において同じ期間だけレーザ光源４０１を発光させてドット形状の潜像を形成した場合について説明する。上述のように、本実施例では、露光装置４００は、被走査面４０７上の走査領域の中央部（軸上像高）の走査速度に比べて端部（最軸外像高）の走査速度が速い光学構成である。この場合、潜像Ａに示すように、軸上像高の潜像ｄｏｔ２に比べて、最軸外像高の潜像ｄｏｔ１は、主走査方向に肥大する。潜像ｄｏｔ１、ｄｏｔ２は、軸上像高で６００ｄｐｉの１ドット（主走査方向４２．３μｍの幅）に相当する時間だけレーザ光源４０１を発光させた際に形成されるものである。

そこで、本実施例では、部分倍率補正として、主走査方向の位置に応じてＶＤＯ信号１１０の周期と時間幅とを補正する。すなわち、部分倍率補正により、最軸外像高の発光時間間隔を軸上像高の発光時間間隔に比べて短くし、潜像Ｂに示すように最軸外像高の潜像ｄｏｔ３と軸上像高の潜像ｄｏｔ４とを同等のサイズにする。このような部分倍率補正によって、主走査方向に関して、実質的に等間隔、等サイズで、各画素に対応する潜像ドットを形成できるようにする。

このような部分倍率補正は、特許文献１に示されるような公知の構成で行うことができる。図４に示すように、制御部２００のＣＰＵ２０１から、画像信号生成部１００の画像処理部１０１に対し、主走査方向の位置に応じてＶＤＯ信号１１０の周期や時間幅を補正するためのビデオクロック周波数の変更を、信号ＶＣＬＫ１１３を用いて指定する。この際、画像処理部１０１に設けられた、複数の異なる周波数のクロックを出力可能なクロック生成手段（図示せず）が用いられる。図６は、部分倍率補正の一例を示す説明図である（後述する輝度補正の一例も併せて示している。）。図６には、走査速度の変化が３５％で、軸上像高を１００％としたとき最軸外像高で１３５％の部分倍率補正が発生する場合の例を示している。図４に示す制御部２００のＲＯＭ２０２には、露光装置４００に関するクロック周波数比が記憶されており、ＣＰＵ２０１は、この情報に基づいて、ビデオクロック信号ＶＣＬＫ１１３を画像処理部１０１に送信し、クロック周波数を制御する。つまり、図６に示す例の場合、画像処理部１０１から発信されるＶＤＯ信号１１０のクロック周波数比が、軸上像高を１００％としたとき最軸外像高で１３５％とされる。このとき、レーザ光Ｌのスポットが、走査面４０７上を主走査方向に１ドット（画素）の幅（４２．３μｍ）だけ移動する期間は、最軸外像高で軸上像高の０．７４倍になる。このような部分倍率補正により、画素幅を補正し、主走査方向に関して実質的に等間隔、等サイズで、各画素に対応する潜像を形成することができる。

５．輝度補正
次に、レーザ光の発光輝度の補正（輝度補正）について説明する。輝度補正を行う理由は、次のとおりである。つまり、部分倍率補正により、像高の絶対値が大きくなるほど、１画素の長さが短くなるよう補正を行う。そのため、レーザ光源４０１による１画素への総露光量（積分光量）が、像高の絶対値が大きくなるほど低下する。そのため、輝度補正では、レーザ光源４０１の輝度を補正することで、１画素への総露光量（積分光量）が各像高で一定となるようにする。

図４に示す制御部２００は、ＣＰＵ２０１と、ＤＡコンバータ（図示せず）と、レギュレータ（図示せず）と、を有しており、該制御部２００とレーザ駆動部３００とで輝度補正手段を構成する。レーザ駆動部３００は、電圧を電流に変換するＶＩ変換回路３０６と、レーザドライバＩＣ３０７と、を有し、レーザ光源４０１の発光部４０１ａへ駆動電流を供給する。本実施例では、発光部４０１ａは、レーザダイオードである。制御部２００のＲＯＭ２０２には、部分倍率特性情報が保存されていると共に、発光部４０１ａに供給する補正電流の情報が保存されている。

制御部２００は、ＲＯＭ２０２に格納された発光部４０１ａに対する補正電流の情報に基づき、ＢＤ信号１１１に同期して、一走査内で増加減する輝度補正アナログ電圧３１２を出力する。この輝度補正アナログ電圧３１２は、後段のＶＩ変換回路３０６で電流値に変換され、レーザドライバＩＣ３０７に出力される。

レーザドライバＩＣ３０７は、発光部４０１ａの光量のモニタ用にレーザ光源４０１に設けられたフォトディテクタ（図示せず）によって検知される輝度が所望の輝度となるように、レーザドライバＩＣ３０７の内部の回路によりフィードバック制御を行う。これにより、レーザドライバＩＣ３０７は、発光部４０１ａの光量を自動調整する。つまり、レーザドライバＩＣ３０７は、所謂ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。図６は、輝度補正の一例を示す説明図である（上述の部分倍率補正の一例も併せて示している。）。図６に示すように、発光部４０１ａの輝度の自動調整は、一走査毎に、印字領域（走査領域）外でＢＤ信号を検知するために発光部４０１ａを発光させている間に実施する。

発光部４０１ａの輝度補正は、次のような方法で行う。つまり、最軸外像高における輝度を得るために必要な電流をＡＰＣで自動調整する。また、ＲＯＭ２０２に格納された発光部４０１ａに対する補正電流の情報に基づいて輝度補正アナログ電圧３１２を制御し、上記ＡＰＣで自動調整した発光部４０１ａの駆動電流から所定電流分差し引く。これにより、図６に示すように、像高の絶対値が大きくなるほど、輝度が大きくなるように、発光部４０１ａの光量の補正を行う。このような輝度補正により、レーザ光源４０１の輝度は、最軸外像高で１００％としたときに、軸上像高が７４％（≒１００％／１３５％）となり、１画素への総露光量（積分光量）が各像高で一定となるように補正を行うことができる。

６．１ドット露光時の光量分布
本実施例では、上述のように、主走査方向の倍率の補正と１画素への総露光量が各像高で一定となるような補正とを行っているが、レーザ光のスポット径に関しては、主走査方向における走査領域の中央部と端部とで同一とはならない。これは、該中央部と端部とで光路長の違いがあると共に、結像レンズ４０６によって被走査面４０７上に結像させるレーザ光Ｌのスポットの形状を最軸外像高と軸上像高とで完全に一致させられないためである。その結果、本実施例では、露光装置４００の被走査面４０７上におけるスポット径は、軸上像高部において７０μｍ、最軸外像高において９０μｍとなっている。

図７（ａ）は、軸上像高でのスポット径（７０μｍ）に対応した被走査面４０７上のレーザ光のスポットの光量分布を示す。また、図７（ｂ）は、最軸外像高でのスポット径（９０μｍ）に対応した被走査面４０７上のレーザ光のスポットの光量分布を示す。このレーザ光のスポットの光量分布は、ガウス分布を有するものとして近似している。

図８は、上述のスポット径において１画素に渡りレーザ走査し、１ドットを形成した際の主走査ＬＳＦプロファイルを示す。主走査ＬＳＦプロファイルとは、上述の光量分布（光波形）で被走査面４０７上に形成されたスポットのプロファイルを、主走査方向に該スポットを移動させて主走査方向に積分したものである。つまり、図８に示す主走査ＬＳＦプロファイルは、図７に示した光量分布のスポットを主走査方向に移動させながら露光した際の総露光量（積分光量）を示すものである。図８（ａ）は軸上像高の主走査ＬＳＦプロファイル、図８（ｂ）は最軸外像高の主走査ＬＳＦプロファイルである。図８（ｃ）は、図８（ａ）、（ｂ）に示した軸上像高と最軸外像高の１ドットの主走査ＬＳＦプロファイルを重ねて記載したものである。なお、本実施例では、解像度は主走査方向６００ｄｐｉであり、１ドット（画素）の主走査方向の幅は４２．３μｍである。

図８（ｃ）に示すように、１ドットの主走査ＬＳＦプロファイルを比較すると、最軸外像高の方が、軸上像高に比べて、積算光量のピークが低く、プロファイルの裾野部分の幅が広くなっていることがわかる。つまり、軸上像高と最軸外像高とで完全に主走査ＬＳＦプロファイルを一致させることができていないことがわかる。また、軸上像高から最軸外像高に向けて徐々に積算光量のピークが低くなり、プロファイルの裾野部分の幅が広くなる傾向となる。

このように、軸上像高と最軸外像高とで１ドットの主走査ＬＳＦプロファイルが異なるのは、図８（ａ）、（ｂ）にそれぞれ破線で示したそれぞれのスポット径に対応して、光量分布が異なるからである。

７．１ドット露光時の感光ドラム電位
次に、上述のようにレーザ光のスポット径の差による露光量の差があるときの１ドット露光時の感光ドラム１の露光電位の差について説明する。

スポット径がＦ［μｍ］で、露光幅がＳ［μｍ］であるとき、そのピーク光量比は誤差関数ｅｒｆ（ｅｒｒｏｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いて下記式（１）で計算できる。

ただし、ベタ画像の露光時のピーク光量はＳ＝∞として計算することができる。また、軸上像高におけるスポット径（Ｆ＝φ１）でのベタ画像の露光時の光量をＬｆｆｃ、最軸外像高におけるスポット径（Ｆ＝φ２）でのベタ画像の露光時の光量をＬｆｆｅとすると、Ｌｆｆｃ＝Ｌｆｆｅ＝１となる。

ベタ画像の露光時の潜像コントラストをＷ［Ｖ］とすると、軸上像高と最軸外像高とでの１ドット（画素）露光時に形成されるピーク電位（露光電位のピーク値、潜像ピーク電位）の差Ｄｅｃは、次のＬｃ、Ｌｅを用いて、下記式（２）で計算できる。Ｌｃは、軸上像高部のスポット径（Ｆ＝φ１）での１ドット（画素）露光時のピーク光量であり、Ｌｅは、最軸外像高部のスポット径（Ｆ＝φ２）での１ドット（画素）露光時のピーク光量である。
Ｄｅｃ＝Ｗ＊（１−Ｌｃ）−Ｗ＊（１−Ｌｅ） ・・・（２）
ただし、Ｗ＊（１−Ｌｃ）は、軸上像高での１ドットの露光時のピーク電位
Ｗ＊（１−Ｌｅ）は、最軸外像高での１ドットの露光時のピーク電位

これを整理すると、下記式（３）となる。

つまり、スポット径がφ１の場合とφ２の場合とでは、１ドット（画素）露光時のピーク電位の差が上記Ｄｅｃだけ生じることとなる。なお、本実施例では、１ドット（画素）の露光幅Ｓは、上述のように主走査方向６００ｄｐｉの１ドット（画素）の主走査方向の幅４２．３μｍである。この１ドット（画素）露光時のピーク電位の差Ｄｅｃは、現像工程において露光電位部に付着するトナー量の差を生じさせる原因となり得る。

本実施例の画像形成装置５０では、マイナス帯電トナーを用いて反転現像を行う。この画像形成装置５０において、仮に、同じ帯電電位Ｖｄ（ここでは、Ｖｄ＝−６３０Ｖ）に対して、異なるスポット径（Ｆ＝７０μｍ、Ｆ＝９０μｍ）で１ドット（画素）を露光した場合の感光ドラム１の露光電位Ｖｌのモデル図を図９（ａ）、（ｂ）に示す。図９（ａ）に示した軸上像高を想定したスポット径Ｆ＝７０μｍで露光した場合のピーク電位Ｖｌｃは−３７５［Ｖ］である。一方、図９（ｂ）に示した最軸外像高を想定したスポット径Ｆ＝９０μｍで露光した場合のピーク電位Ｖｌｅは−４１１［Ｖ］である。図９（ｂ）には、比較のため図９（ａ）に示したピーク電位Ｖｌｃを重ねて示している。図９（ｂ）より、ＶｌｃとＶｌｅとの間に３６［Ｖ］の電位差が生じることがわかる。

これに対して、現像電位Ｖｄｃ（ここでは、Ｖｄｃ＝−４７０Ｖ）で現像を行うと、上記ピーク電位Ｖｌｃ、Ｖｌｅのそれぞれと、現像電位Ｖｄｃと、の差分に対応して、露光電位部にトナーが付着することになる。つまり、帯電電位Ｖｄ（＝−６３０Ｖ）に対しては、マイナス帯電トナーは付着しない。一方、図９（ａ）、（ｂ）に示したスポット径Ｆ＝７０μｍ、Ｆ＝９０μｍで露光した場合の感光ドラム１の露光電位Ｖｌに対しては、それぞれ現像電位Ｖｄｃ（＝−４７０Ｖ）との電位差が異なるため、付着するトナー量に差が生じる。スポット径Ｆ＝７０μｍで露光した場合のピーク電位Ｖｌｃ（＝−３７５［Ｖ］）と現像電位Ｖｄｃ（＝−４７０［Ｖ］）との差は９５［Ｖ］である。スポット径Ｆ＝９０μｍで露光した場合のピーク電位Ｖｌｅ（＝−４１１［Ｖ］）と現像電位Ｖｄｃ（＝−４７０［Ｖ］）との差は５９［Ｖ］である。ピーク電位Ｖｌｃ、Ｖｌｅと現像電位Ｖｄｃとの電位差が大きいほど、その電位を埋めるために必要なトナー量が多くなるので、露光電位部に付着するトナー量は多くなる。したがって、スポット径Ｆ＝９０μｍで露光した１ドット（画素）の潜像（Ｖｌｅ＝−４１１［Ｖ］）の方が、スポット径Ｆ＝７０μｍで露光した１ドット（画素）の潜像（Ｖｌｃ＝−３７５［Ｖ］）よりも付着するトナー量が少なくなる。そのため、前者の方が、後者よりも画像濃度が相対的に薄くなる。

８．画像処理フロー
次に、本実施例の画像形成装置５０の画像処理フローについて説明する。図１０は、プリント時の画像処理フローを説明する機能ブロック図である。画像処理部１０１は、濃度補正処理部１０１ｚ、中間調処理部１０１ａ、位置制御部１０１ｂ、ＰＷＭ制御部１０１ｃを有し、以下に説明する画像処理フローを実行する。

本実施例の画像形成装置５０は、ディザ法に基づく階調変換を行い連続的なハーフトーン画像を得る画像処理を行う。ホストコンピュータ（図示せず）からの印字データは、一旦、メモリ１１４に蓄えられる。そして、濃度補正処理部１０１ｚで画像形成装置５０に合わせた所定の濃度補正処理を終えた印字データが、中間調処理部１０１ａに送られる。中間調処理部１０１ａは、ビット深さ８ビット（２５６階調）の印字データを多値ディザ処理して、ビット深さ５ビット（３２階調）の画像データに変換する。位置制御部１０１ｂは、中間調処理部１０１ａが多値ディザ処理に用いたディザマトリクスに対応する位置制御マトリクスを用いて、ドットの成長方向を表す２ビットの位置制御データを、中間調処理部１０１ａが出力する画像データに付加する。ＰＷＭ制御部１０１ｃは、位置制御データが付加された７ビットの画像データを、ＰＷＭ制御を行ってパルス信号であるＶＤＯ信号に変換し、レーザ駆動部３００へ出力する。

このようなディザ法を用いた画像処理フローにより、印字データを、画像形成装置５０において適切に階調表現するためのハーフトーン処理を行った露光用のＶＤＯ信号へ変換する。

（中間調処理）
中間調処理部１０１ａによる多値（５ビット）ディザ処理について説明する。ディザマトリクスは複数の画素の集合体であり、図１１（ａ）には、一例として、主走査方向（図の左右方向）に３画素、副走査方向（図の上下方向）に３画素ずつ計９個の画素（画素ａ〜ｉ）から構成されるディザマトリクスを示す。図中の１マスは１画素である。図１２は、図１１（ａ）に示したディザマトリクスを構成する画素毎の階調のレベル（レベル１〜３１）と、それに対応して設定された閾値と、を示すテーブルである。なお、図１２に示す各画素に対応するテーブル（それぞれレベル列と閾値列とで構成される。）は、図１１（ａ）に示した画素配置と同じ配置で示されている。

中間調処理部１０１ａは、各座標に８ビット（２５６階調：０〜２５５）の階調値が割り当てられている入力画像データ（印刷データ）の各座標に対して、上述したディザマトリクスを割り当てる処理を行う。中間調処理部１０１ａは、各座標の階調値に基づいて、その座標に割り当てられるディザマトリクスを構成する各画素に５ビットの出力データを付与し、出力画像データを生成する。つまり、階調値が１以上の場合、図１２に示すテーブルに基づいて、入力画像データの各座標の階調値と、ディザマトリクスを構成するそれぞれの画素に設定された閾値と、を比較する。そして、レベル１〜３１の中から、階調値が対応する閾値以上、かつ、１レベル上の閾値未満のレベルを選択し、それを各画素の出力データとする。複数のレベルにまたがり同一の閾値が記載されている場合は、１レベル上の閾値未満であり、かつ、同一閾値の中では最も高いレベルを各画素の出力データとする。出力される画像データは各画素にレベル０〜３１のいずれかに対応する５ビットのデータが割り当てられた画像データとなる。

（位置制御）
位置制御部１０１ｂが位置制御データを付加する処理について説明する。図１１（ｂ）は、位置制御部１０１ｂが位置制御データの付加に用いる位置制御マトリクスの一例を示す図である。位置制御マトリクスとは、ディザマトリクスを構成する各画素（画素ａ〜ｉ）のそれぞれに対応して設定された位置制御データのテーブルである。位置制御データは、「Ｒ」、「Ｃ」、「Ｌ」の３つの値のいずれかであり、２ビットで表現されるデータである。つまり、Ｒ＝‘０１’、Ｃ＝‘００’、Ｌ＝‘１０’のように設定されている。「Ｒ」、「Ｃ」、「Ｌ」は、画素内でのドットの位置、及びその成長方向を表す。「Ｒ」は画素の右端に配置され、左端に向う成長を行い、「Ｃ」は画素の中央に配置され、両端に向かう成長を行い、「Ｌ」は画素の左端に配置され、右端に向かう成長を行うこと意味する。

位置制御部１０１ｂは、ディザ処理後の画像データの各ディザマトリクスを構成する各画素に、位置制御データのテーブルに基づき２ビットの位置制御データを付加して、各画素に計７ビットのデータが割り当てられた画像データを出力する。なお、位置制御データは、ディザ処理後の画像データのＭＳＢ（Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｇｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）側に付加される。

（ＰＷＭ処理）
ＰＷＭ制御部１０１ｃによるＰＷＭ処理について説明する。図１３は、各画素に割り当てられたデータ（７ビット）と、ＰＷＭ処理によって生成するパルス信号と、の関係を示すテーブルの一例を示す。このテーブルでは、パルス信号の幅（ＰＷＭ値）と、パルスの位置（図１３では波形で示した。）に関する情報と、が関係付けられている。ＰＷＭ制御部１０１ｃは、入力される画像データの各画素に割り当てられた７ビットのデータを、下位５ビットのデータ（レベル値：０〜３１）と、上位２ビットのデータ（位置制御データ：Ｃ、Ｌ、Ｒ）と、に分けてＰＷＭ処理を行い、パルス信号を生成する。

ＰＷＭ値は、各レベル０〜３１に対し、０〜２５５の間の整数値が割り当てられる。パルス位置は、パルス信号を同期させる画素間隔を定義する画像クロックの基準位置（例えば１画素の起点）からのパルス立ち上がり位置の遅延量に相当する情報である。図１３に示すテーブルでは、レベル０（非発光）からレベルが上がると共に、位置制御データに対応するパルス位置と成長方向でパルスの幅が太くなるように設定されている。そして、レベル１７に到達すると、ＰＷＭ値が２５５となり、全画素幅で発光する。一方、レベル１７から更にレベルが上がると、パルスの幅が細くなるように設定されている。そして、レベル２４に到達すると、ＰＷＭ値が１５０になる。また、レベル２４から更にレベルが上がると、パルスの幅が再び太くなるように設定されている。そして、レベル３１に到達すると、ＰＷＭ値が２５５となり、全画素幅で発光する。

このような処理を行うことにより、７ビットの画像データをパルス信号であるビデオ信号に変換する。

なお、上述した画像処理に用いられる、図１１（ａ）、図１２、図１１（ｂ）、図１３に示す各テーブルは、階調毎に設けられるディザマトリクスに関する情報であり、画像処理部１０１に付属のＲＯＭ１０２に保持されている。

（ディザマトリクスの成長図）
図１４は、上記画像処理フローで各階調値のハーフトーン画像を処理した際の出力結果をディザマトリクス単位で示したディザ成長図であり、階調値０、１０、１９、２９、３８、４８、５７、６７、７６、８６、９５、１０５、１１４、１２４、１３３、１４３、１５２、１６２、１７１、１８１、１９０、２００、２０９、２１８、２２８、２３７、２４６、２５５に対応するディザマトリクスの発光パターンを示している。図中の１マスは１画素である。図中、各マス内の塗りつぶし部分は露光手段が発光する領域である。同図に示すような画像処理により、良好なハーフトーン階調特性が得られる。

階調値０では、全画素がレベル０で、非発光である。

階調値０（第四階調に対応した第四ディザマトリクス）から階調値１４３（第三階調に対応した第三ディザマトリクス）にかけては、画素ａ、ｃ、ｇ、ｉがレベル０に留まる。一方で、画素ｂ、ｄ、ｅ、ｆ、ｈ（第一座標）のレベルは進行し、画素毎に図１３で定まる所定の成長方向の下で発光（露光領域）幅が単調に増大する。

階調値１４３では、画素ｂ、ｄ、ｅ、ｆ、ｈがレベル１７に到達し、ＰＷＭ値が２５５となり、全発光となる。

階調値１４３（第一階調に対応した第一ディザマトリクス）から階調値１７１（第二階調に対応した第二ディザマトリクス）にかけては、画素ａ、ｃ、ｇ、ｉのレベルが進行し、画素毎に図１３で定まる所定の成長方向の下で発光（露光領域）幅が単調に増大する。一方で、画素ｂ、ｄ、ｅ、ｆ、ｈ（第一座標）のレベルも進行し、画素毎に図１３で定まる所定の成長方向の下で発光（露光領域）幅が単調に減少する。

階調値１７１では、画素ａ、ｃ、ｇ、ｉがレベル１０に到達し、ＰＷＭ値が１５０となり、各画素が発光している。また、画素ｂ、ｄ、ｅ、ｆ、ｈはレベル２４に到達し、ＰＷＭ値が１５０まで低下し、各画素が発光している。つまり、全画素がＰＷＭ値１５０で発光している。

階調値１７１から階調値２５５にかけては、全画素のレベルが進行し、画素毎に図１３で定まる所定の成長方向の下で発光幅が単調に増大する。

階調値２５５では、全画素がレベル３１に到達し、ＰＷＭ値が２５５となり、全発光となる。

以上のように、本実施例の画像処理フローにおけるディザ処理では、低階調域、つまり階調値０から階調値１４３にかけての階調域においては、各画素の発光域が互いに距離を置かず、隣接した状態で成長している。このような成長方法の元では、発光位置に対応する感光ドラム１上の位置に潜像が形成されてトナー像が現像される際、階調増加に伴いトナーサイズが急激に成長し（大きくなり）、ハーフトーン画像濃度が急上昇する現象、いわゆる階調飛びが生じることが良好に防止される。低階調域では、濃度変化に対する人間の視覚的感度が高いため、良好な画像品位を得るために階調飛びの防止は重要である。

一方、中間階調域、つまり階調値１４３から階調値１７１にかけた階調域においては、階調増加と共に、既に発光している画素が発光幅を縮小し、未発光の画素が発光幅を拡大する。これにより、ハーフトーン画像濃度を上昇させると同時に、ディザマトリクスを構成する各画素に発光域を分散させ、階調値１７１に至った際には全画素が発光した状態を得ることができるようになる。

更に、高階調域、つまり階調値１７２以上の階調域においては、全画素が発光する状態を維持したまま各画素がその発光幅を拡大し、階調値２５５になると全画素が全発光した状態となる。

９．転写構成
次に、本実施例における転写構成について説明する。図１５（ａ）は、本実施例における転写ニップＮｔの近傍の構成を記録材１５の搬送方向と略平行に見た様子を示す側面図である。

本実施例では、転写装置１４は、転写部材としての転写ローラ５と、支持部材としての転写ローラ軸受け１２と、付勢部材としての加圧バネ１３と、を有する。また、転写ローラ５には、転写電源Ｅ３（図１）により転写バイアスが印加される。転写ローラ５は、感光体１に当接して転写ニップＮｔを形成し、電圧が印加されて、転写ニップＮｔを通過する記録材１５に感光体１からトナー像を転写させる転写部材の一例である。

本実施例では、転写ローラ５は、軸部材としての金属製の外径４ｍｍのローラ軸５ａと、このローラ軸５ａの外周に設けられた弾性部としての弾性層５ｂと、を有する。本実施例では、ローラ軸５ａは、鉄やステンレスなどの金属で構成された円柱状（棒状）の部材である。また、本実施例では、弾性層５ｂは、連続気泡を有する導電性のウレタンゴム層である。また、本実施例（特に、後述する実施例１−１）では、転写ローラ５は、ストレート形状、すなわち、回転軸線方向（長手方向）の全域で外径が略同一であり、その外径は１０ｍｍである。この転写ローラ５は、回転軸線方向の両端部において、それぞれローラ軸５ａが転写ローラ軸受け１２によって回転可能に支持されている。そして、この転写ローラ５は、回転軸線方向の両端部において、それぞれ転写ローラ軸受け１２を介して加圧バネ１３により感光ドラム１に向けて所定の荷重で付勢され、感光ドラム１に圧接されている。

転写ローラ５は、回転軸線方向の両端部で付勢されることによって、ローラ軸５ａにわずかに撓みが生じる。これにより、転写ローラ５と感光ドラム１との当接部で形成される転写ニップＮｔは、その幅（ここでは「転写ニップ幅」ともいう。）が長手方向の中央部よりも端部の方が大きい逆クラウン形状を有する。なお、転写ニップ幅は、転写ローラ５、感光ドラム１の表面の移動方向における転写ニップＮｔの長さである。また、転写ニップＮｔの長手方向は、転写ローラ５、感光ドラム１の回転軸線方向（主走査方向に対応）と略平行である。

図１５（ｂ）は、転写ニップＮｔの長手方向の形状を示す模式図である。同図に示すように、転写ニップＮｔの長手方向の中心位置Ａ−Ａ’での転写ニップ幅をＮ１、転写ニップＮｔの長手方向の端部位置Ｂ−Ｂ’での転写ニップ幅をＮ２とすると、Ｎ１＜Ｎ２の関係となっている。なお、転写ニップＮｔの長手方向の中心位置は、より詳細には、感光ドラム１上の画像形成領域（走査領域に対応）の主走査方向における中央部に対応する。また、転写ニップＮｔの長手方向の端部位置は、より詳細には、感光ドラム１上の画像形成領域（走査領域に対応）の主走査方向における端部に対応する。ここで、転写ニップ幅は、染料を転写ローラ５の表面に塗り、転写ローラ５を感光ドラム１に当接させて、離間させた後に、感光ドラム１上に付着した染料の幅を測定するという方法で求めた。本実施例では、このようにして測定した転写ニップＮｔの長手方向の中心位置における転写ニップ幅Ｎ１は１．５ｍｍ、端部位置における転写ニップ幅Ｎ２は１．６５ｍｍであった。

１０．感光ドラム電位変化
次に、感光ドラム１の電位の変化について説明する。図１６は、感光ドラム１の層構成を示す模式的な断面図である。感光ドラム１は、導電性の基体１ａ上に感光層１ｂを有する。一例として、基体１ａは、アルミシリンダで構成される。基体１ａは、電気的に接地されている。また、一例として、感光層１ｂは、基体１ａ側から電荷発生層、電荷輸送層が順次積層されて構成される。基体１ａと感光層１ｂとの間に抵抗層、感光層１ｂの上に保護層などの他の層が設けられていてもよい。また、感光層１ｂは、単層であってもよい。感光ドラム１の膜厚とは、基体１ａの上に設けられた層の全体（一例として、電荷発生層と電荷輸送層とで構成される感光層１ｂ）の厚さであるものとする。また、感光ドラム１の誘電率とは、基層１ａの上に設けられた層の全体（一例として、電荷発生層と電荷輸送層とで構成される感光層１ｂ）の誘電率であるものとする。

画像形成時には、感光ドラム１の表面は、負極性の帯電ＤＣバイアスが印加された帯電ローラ２により、負極性の所定の電位に帯電処理される。感光ドラム１の表面は、感光ドラム１の回転によって、転写ニップＮｔに到達する。転写ニップＮｔでは、転写ローラ５に正極性の転写ＤＣバイアスが印加されているため、電気的に接地されている感光ドラム１に対して数［μＡ］〜数十［μＡ］の転写電流が流れる。この時、感光ドラム１上に電荷が保持されていると、転写ニップＮｔにおいて、この転写電流によって電荷の移動が起こり、わずかに電位の変動が生じる。そして、この時、転写ニップ幅が異なると、転写電流が流れる時間が異なるため、転写ニップＮｔを通過した後の感光ドラム１の電位にも差が生じることとなる。転写ニップＮｔを通過した感光ドラム１は再び帯電ローラ２によって帯電処理される。しかし、特に、帯電ローラ２に印加される帯電バイアスがＤＣバイアスの場合には、上記の電位差を消し去ることができず、所望の帯電電位Ｖｄの近傍に帯電されるものの、電位差が保持されたままとなることがある。

本実施例では、主走査方向の位置に応じたスポット径の違いにより生じる露光電位Ｖｌの差を、その主走査方向の位置に対応する転写ニップＮｔの長手方向の位置に応じて転写ローラ５から転写電流が流れる時間を最適化することによって解消する。すなわち、本実施例では、上記主走査方向の位置に応じたスポット径の違いにより生じる露光電位Ｖｌの差を、その主走査方向の位置に対応する転写ニップＮｔの長手方向の位置に応じて転写ニップ幅を最適化することによって解消する。

１１．１ドット露光時の感光ドラム電位補償構成
次に、画像濃度の差を発生させる感光ドラム１の露光電位の差を解消するために必要な条件について説明する。

スポット径（φ１とφ２）の差異によって生じる１ドット露光時の露光電位の差は、上述した通り、下記式（３）で表すことができる。

これに対して、この露光電位の差を解消するために必要な電流Ｊｅｃは、感光ドラム１の静電容量Ｃに依存しており、下記式（４）で表すことができる。

ここで、上記式（４）中の静電容量Ｃは、下記式（５）で表すことができる。

ただし、ε０は、真空の誘電率
εｒは、感光ドラムの比誘電率
Ｔ［ｍｍ］は、感光ドラムの膜厚
Ｐ［ｍｍ／ｓ］は、プロセス速度（感光ドラムの表面の移動速度（周速度））

上記式を変形すると、下記式（６）が得られる。

上記式（６）を満たすことができれば、スポット径（φ１とφ２）の差異によって生じる１ドット露光時の感光ドラム１の露光電位の差を解消することができる。

一方、電流Ｊｅｃを流すために必要な転写ニップ幅の差分をＮｅｃ［ｍｍ］とする。また、転写時（より詳細には転写バイアス印加時）に転写ニップＮｔに流れる転写電流の総和である転写電流総量をＩ［μＡ］とする。また、転写ニップＮｔの長手方向の長さの全長をＸ［ｍｍ］とする。また、平均転写ニップ幅をＮ［ｍｍ］とする。また、転写ニップＮｔの長手方向の単位長さ当たりの転写電流をＪ［μＡ／ｍｍ］とする。このとき、Ｎｅｃは、下記式（７）で表すことができる。

ここで、転写ニップ幅の差分Ｎｅｃ、平均転写ニップ幅Ｎは、スポット径φ１に対応する位置での転写ニップ幅をＮ１とし、スポット径φ２に対応する位置での転写ニップ幅をＮ２とすると、それぞれ下記式（８）、下記式（９）で表すことができる。
Ｎｅｃ＝Ｎ２−Ｎ１ ・・・（８）
Ｎ＝（Ｎ２＋Ｎ１）／２ ・・・（９）

これらのパラメータを、前述の式（６）、すなわち、

に代入して整理すると、下記式（１０）となる。

上述の式（６）の左項「Ｄｅｃ」は、スポット径φ１、φ２の違いで生じた感光ドラム１の露光電位の差を表している。また、右項「Ｊｅｃ／Ｃ」は、スポット径φ１に対応する位置での転写ニップ幅をＮ１とし、スポット径φ２に対応する位置での転写ニップ幅をＮ２としたときの転写ニップ幅の差分（Ｎｅｃ）で生じる感光ドラム１の露光電位の差を表している。つまり、これら「Ｄｅｃ」と「Ｊｅｃ／Ｃ」との差を０とすれば、スポット径がφ１とφ２というように異なっていたとしても、１ドット露光時のピーク電位（露光電位のピーク値）を等しくすることができることを意味している。

露光電位Ｖｌは、完全に一致させることが好ましいが、人間の視覚にてハーフトトーン濃度差が認識される視認限界以下であれば、実使用上問題は生じない。そこで、画像サンプルの評価を行い、許容可能な露光電位Ｖｌの差の範囲を確認した。画像評価に用いた本実施例に従う画像形成装置５０のプロセス速度Ｐは１１８［ｍｍ／ｓ］、感光ドラム１の膜厚Ｔは１０［μｍ］、感光ドラム１の比誘電率は３（真空の誘電率は８．８５×１０^−１２［Ｆ／ｍ］）である。評価用の画像としては、孤立１ドットで形成される平均画像濃度０．２４の全面ハーフトーン画像を使用した。画像濃度は、濃度計（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製５０４Ａ）を用いて測定した。平均画像濃度０．２４のハーフトーン画像の面内での最大濃度差が３．０％を超えると、濃度ムラが認識されるようになる。したがって、面内での最大濃度差が３．０％を超えた場合を濃度ムラ評価「×（不良）」、３．０％以内の場合を濃度ムラ評価「○（良好）」とした。

また、スポット径は、次のようにして測定することができる。つまり、レーザダイオードに対し実際の露光位置と同じ位置にＣＣＤ素子を配置して、ＣＣＤ素子上を露光する。そして、そのときの発光光量分布をＣＣＤ素子により測定し、該分布において光量がピーク光量の１／ｅ^２となっている幅（主走査方向）をスポット径として測定することができる。

軸上像高でのスポット径φ１＝７０［μｍ］、最軸外像高でのスポット径φ２＝９０［μｍ］となる露光装置４００を用い、複数の転写ローラ５を用意して転写ニップ幅Ｎ１、Ｎ２を下記に示した組み合わせとした構成で、濃度ムラの評価を行った。ここで、実施例１−１で使用した転写ローラ５は、ストレート形状である。一方、実施例１−２、１−３、比較例１〜３で使用した転写ローラ５は、逆クラウン形状を調整することによって所望の転写ニップ幅のとなるようにした。
実施例１−１：Ｎ１＝１．５［ｍｍ］、Ｎ２＝１．６５［ｍｍ］
実施例１−２：Ｎ１＝１．５［ｍｍ］、Ｎ２＝１．９０［ｍｍ］
実施例１−３：Ｎ１＝１．５［ｍｍ］、Ｎ２＝２．２０［ｍｍ］
比較例１：Ｎ１＝１．５［ｍｍ］、Ｎ２＝１．５０［ｍｍ］
比較例２：Ｎ１＝１．５［ｍｍ］、Ｎ２＝１．６０［ｍｍ］
比較例３：Ｎ１＝１．５［ｍｍ］、Ｎ２＝２．２５［ｍｍ］

表１は、これらの実施例１−１、１−２、１−３、及び比較例１〜３の構成、主走査方向における感光ドラム１の電位の差の大小を表すＤｅｃ−Ｊｅｃ／Ｃ［Ｖ］、ハーフトーン画像の面内最大濃度差、及び濃度ムラの評価結果を示す。

表１より、濃度ムラの評価結果は、感光ドラム１の電位の差を表すＤｅｃ−Ｊｅｃ／Ｃ［Ｖ］の値と相関があることがわかる。前述のように、Ｄｅｃ−Ｊｅｃ／Ｃが０の場合、主走査方向の位置に応じたスポット径の違いによる感光ドラム１の露光電位の差が、該当位置の転写ニップ幅の違いによって解消されていることを意味する。Ｄｅｃ−Ｊｅｃ／Ｃの値がプラスの場合は、主走査方向の位置に応じたスポット径の違いによる感光ドラム１の露光電位の差が転写ニップ幅の違いによって完全には解消されていない状態である。一方、Ｄｅｃ−Ｊｅｃ／Ｃの値がマイナスの場合は、主走査方向の位置に応じたスポット径の違いによる感光ドラム１の露光電位の差を解消したうえで、最軸外像高での電位を過剰に下げている（ネガトナーに対してプラス電位にしている）状態である。そもそも画像濃度の差は、露光電位の差によって発生しているものであるので、感光ドラム１の電位の差の絶対値がある所定の値以内であればよいことが類推される。表１から、実際に、Ｄｅｃ−Ｊｅｃ／Ｃの絶対値が２５［Ｖ］以内に収まっていれば、濃度ムラとして問題ないレベルであることがわかる。

つまり、下記式（１１）を満たしていれば、濃度ムラが実使用上問題のないレベルのハーフトーン画像を得ることができる。

上記式（１１）に前述した各種パラメータ代入して表記すると、下記式（１２）、（１３）のようになる。

上記式（１３）を満たすようにすることによって、ｆθ特性を有する走査レンズを用いることなく、主走査方向におけるハーフトーン画像の濃度ムラの発生を抑制することができる。

上述のように、転写ローラ５としてはストレート形状の転写ローラ５を用いても、予め所定のクラウン量の逆クラウン形状（あるいはクラウン形状）がつけられた転写ローラ５を用いてもよい。また、転写ニップＮｔは、図１５（ｂ）に示すように長手方向の端部位置から中央位置へと曲線状に転写ニップ幅が徐々に小さくなる形状に限らず、直線状に転写ニップ幅が徐々に小さくなる形状であってもよい。また、転写ローラ５は、長手方向の端部から中央部へと外径が曲線状に徐々に小さくなる形状（逆クラウン形状）に限らず、直線状に徐々に小さくなる形状（テーパ形状）であってもよい。転写ニップ幅は、転写ローラ５の硬度、弾性層の厚さ、感光ドラム１への付勢力などにも依存するため、転写ローラ５単体としての形状（逆クラウン形状、クラウン形状、あるいはテーパ形状など）は適宜調整すればよい。

また、ここでは、感光ドラム１として図１７に示すようなＥ−Ｖカーブ特性を有する感光ドラム１を用いて評価を行ったが、異なるＥ−Ｖカーブ特性を有する感光ドラム１に対しては、それに合わせて転写ニップ幅などの諸設定を適正化すればよい。

また、転写ニップＮｔの長手方向の中心位置（走査領域の主走査方向の中央部）と転写ニップＮｔの長手方向の端部位置（走査領域の主走査方向の端部）とで、上述の関係を満たしていれば、その間の位置において相応の効果が得られる。好ましくは、主走査方向（転写ニップＮｔの長手方向）の任意の位置において上述の関係を満たしていることが好ましい。

このように、本実施例の画像形成装置５０は、感光体１の表面の移動方向と略直交する主走査方向にレーザ光を走査しながら感光体１を露光し、感光体１の表面の主走査方向に関する走査領域に潜像を形成する露光装置４００を有する。この露光装置４００は、主走査方向に関する走査領域の走査位置に応じて走査速度が変化する。ここで、主走査方向に関する走査領域の第１、第２の走査位置におけるレーザ光のスポット径をそれぞれφ１、φ２とする。また、主走査方向に関する転写ニップＮｔの第１、第２の走査位置のそれぞれに対応する位置における、転写ニップＮｔの主走査方向と略直交する方向の幅をそれぞれＮ１、Ｎ２とする。このとき、本実施例では、次式、φ１＜φ２、かつ、Ｎ１＜Ｎ２の関係を満たす。上述のように、第１、第２の走査位置は、それぞれ走査領域における任意の位置であってよい。典型的には、第１の走査位置は、主走査方向に関する走査領域の中央部であり、第２の走査位置は、主走査方向に関する走査領域の端部である。そして、典型的には、転写ニップＮｔの主走査方向と略直交する方向の幅は、主走査方向に関して幅Ｎ２から幅Ｎ１まで徐々に小さくなっている。また、主走査方向に関する１ドットの幅をＳ［μｍ］、ベタ画像の潜像コントラストをＷ［Ｖ］、感光体１の膜厚をＴ［ｍｍ］、感光体１の表面の移動速度をＰ［ｍｍ／ｓ］とする。また、真空の誘電率をε０［Ｆ／ｍ］、感光体１の比誘電率をεｒ、転写時に転写ニップＮｔに流れる転写電流の総和である転写電流総量をＩ［μＡ］、転写ニップＮｔの主走査方向の全長をＸ［ｍｍ］とする。このとき、本実施例では、前述の式（１３）の関係を満たす。また、本実施例では、帯電手段は、感光体１に当接する帯電部材２を有し、帯電時に帯電部材２には直流電圧のみが印加される。また、本実施例では、転写部材５は、軸部材５ａと、軸部材５ａの外周に設けられた弾性部５ｂと、を有する回転可能なローラである。また、本実施例では、転写部材５は、回転軸線方向の両端部がそれぞれ感光体１に向けて付勢される。また、本実施例では、転写部材５は、回転軸線方向の全域で外径が略同一である。

以上説明したように、本実施例によれば、ｆθ特性を有する走査レンズを用いない構成において、主走査方向におけるハーフトーン画像の濃度ムラなどの画像濃度ムラの発生を抑制することができる。

［実施例２］
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は、実施例１のものと同じである。したがって、本実施例の画像形成装置において、実施例１の画像形成装置のものと同一又は対応する機能あるいは構成を有する要素については、実施例１と同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。

本実施例では、画像形成装置５０の構成は、特に、実施例１−１と同様である。本実施例では、実施例１−１の構成に加えて、次のような構成を有する。つまり、本実施例では、定着装置１０の加熱回転体１０ａと加圧回転体１０ｂとの当接部で形成される定着ニップＮｆは、その幅（ここでは「定着ニップ幅」ともいう。）が長手方向の中央部よりも端部の方が大きい逆クラウン形状を有する。なお、定着ニップ幅は、加熱回転体１０ａ、加圧回転体１０ｂの表面の移動方向における定着ニップＮｆの長さである。また、定着ニップＮｆの長手方向は、加熱回転体１０ａ、加圧回転体１０ｂの回転軸線方向（主走査方向に対応）と略平行である。

具体的には、本実施例では、長手方向におけるスポット径φ１に対応する位置での転写ニップ幅をＮ１、定着ニップ幅をＦｕ１とする。また、スポット径φ２（＞φ１）に対応する位置での転写ニップ幅をＮ２、定着ニップ幅をＦｕ２とする。このときに、本実施例では、Ｎ１＜Ｎ２の関係に加えて、Ｆｕ１＜Ｆｕ２を満たす構成とした。

本実施例では、加圧回転体１０ｂは、回転軸部材と、回転軸部材の外周に設けられた弾性部としての弾性層と、を有する。上述のような定着ニップＮｆの形状は、加圧回転体１０ｂの回転軸線方向の両端部で加圧回転体１０ｂを加熱回転体１０ａに付勢することによる回転軸部材の撓みによって形成することができる。あるいは、上述のような定着ニップＮｆの形状は、転写ニップＮｔの場合と同様に、例えば加圧回転体１０ｂを予め所定の逆クラウン形状とすることで形成してもよい。なお、定着ニップ幅は、転写ニップ幅と同様、例えば染料を加圧回転体１０ｂの表面に塗り、加圧回転体１０ｂを加熱回転体１０ａに当接させて、離間させた後に、加熱回転体１０ａ上に付着した染料の幅を測定するという方法で求めることができる。

定着ニップ幅を大きくすると、未定着トナーの加熱、加圧される時間が長くなる。同じ孤立ドットに対しては、加熱、加圧される時間が長くなれば、よりトナーの溶融変形が促進されるので、結果として定着後の孤立ドット径を大きくすることができる。つまり、孤立ドット径を大きくすることによって、画像濃度を高くすることが可能である。

軸上像高でのスポット径φ１＝７０［μｍ］、最軸外像高でのスポット径φ２＝９０［μｍ］となる露光装置４００を用いて濃度ムラの評価を行った。ここでは、軸上像高でのスポット径φ１に対応する位置での転写ニップ幅をＮ１、定着ニップ幅をＦｕ１、最外軸上像高でのスポット径φ２に対応する位置での転写ニップ幅をＮ２、定着ニップ幅をＦｕ２とする。そして、転写ニップ幅Ｎ１、Ｎ２、定着ニップ幅Ｆｕ１、Ｆｕ２を下記に示した組み合わせとした構成で、濃度ムラの評価を行った。評価方法、評価基準は実施例１で説明したものと同様である。評価結果を表２に示す。
実施例１−１：Ｎ１＝１．５［ｍｍ］、Ｎ２＝１．９０［ｍｍ］、
Ｆｕ１＝６．０［ｍｍ］、Ｆｕ２＝６．０［ｍｍ］、
実施例２：Ｎ１＝１．５［ｍｍ］、Ｎ２＝１．６５［ｍｍ］、
Ｆｕ１＝６．０［ｍｍ］、Ｆｕ２＝６．５［ｍｍ］

表２に示すように、本実施例では、スポット径φ１、φ２、転写ニップ幅Ｎ１、Ｎ２が実施例１−１と同じであるが、面内最大濃度差が実施例１−１よりも少なくなった（２．６２［％］から１．３４［％］に低減）。

例えば、スポット径φ１、φ２が比較的大きい場合などに、スポット径の差による主走査方向におけるハーフトーン画像の濃度差を低減しようとすると、転写ニップ幅Ｎ１とＮ２との差が比較的大きくなる可能性がある。この転写ニップ幅の差が大きくなりすぎると、特に薄い紙などの記録材１５へのトナー像の転写時に、記録材１５の走行に影響する可能性がある。このような場合、定着ニップＮｆにおいてＦｕ１＜Ｆｕ２を満たす構成として、画像濃度差の低減をアシストすることで、転写ニップ幅Ｎ１とＮ２との差を大きくしすぎることなく、主走査方向においけるハーフトーン画像の濃度差を低減することができる。

なお、転写ニップＮｔの場合と同様、定着ニップＮｆは、長手方向の端部位置から中央位置へと曲線状に転写ニップ幅が徐々に小さくなる形状とすればよい。ただし、これに限らず、直線状に転写ニップ幅が徐々に小さくなる形状であってもよい。また、転写ニップ幅の場合と同様、定着ニップ幅は、定着部材（加熱回転体、加圧回転体）の硬度、定着部材の弾性層の厚さ、定着部材の付勢力などにも依存する。そのため、定着部材単体としての形状（逆クラウン形状、クラウン形状、あるいはテーパ形状など）は適宜調整すればよい。

このように、主走査方向に関する定着ニップＮｆの第１、第２の走査位置のそれぞれに対応する位置における、定着ニップＮｆの主走査方向と略直交する方向の幅をそれぞれＦｕ１、Ｆｕ２とする。このとき、本実施例では、次式、Ｆｕ１＜Ｆｕ２の関係を満たす。前述のように、第１、第２の走査位置は、それぞれ走査領域における任意の位置であってよい。典型的には、第１の走査位置は、主走査方向に関する走査領域の中央部であり、第２の走査位置は、主走査方向に関する走査領域の端部である。そして、典型的には、定着ニップＮｆの主走査方向と略直交する方向の幅は、主走査方向に関して幅Ｆｕ２から幅Ｆｕ１まで徐々に小さくなっている。

以上説明したように、本実施例によれば、実施例１よりも更に、主走査方向においけるハーフトーン画像の濃度差を低減しやすくすることができる。

［その他］
以上、本発明を具体的な実施例に即して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではない。

例えば、転写部材はローラ状の部材に限定されるものではなく、例えばパッド状の部材、ブラシ状の部材、シート状（フィルム状）の部材などであってもよく、所望の転写ニップの形状が形成できればよい。また、感光体はドラム状のもの（感光ドラム）に限定されるものではなく、無端ベルト状のもの（感光体ベルト）であってもよい。

１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
４ 現像装置
５ 転写ローラ
１０ 定着装置
４００ 露光装置
Ｎｔ 転写ニップ
Ｎｆ 定着ニップ

Claims (11)

1. 感光体と、
   前記感光体を帯電させる帯電手段と、
   前記感光体の表面の移動方向と略直交する主走査方向にレーザ光を走査しながら前記感光体を露光し、前記感光体の表面の前記主走査方向に関する走査領域に潜像を形成する露光装置であって、前記主走査方向に関する前記走査領域の走査位置に応じて走査速度が変化する露光装置と、
   前記感光体に形成された潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、
   前記感光体に当接して転写ニップを形成し、電圧が印加されて、前記転写ニップを通過する記録材に前記感光体からトナー像を転写させる転写部材と、
   を有する画像形成装置において、
   前記主走査方向に関する前記走査領域の第１、第２の走査位置におけるレーザ光のスポット径をそれぞれφ１、φ２、前記主走査方向に関する前記転写ニップの前記第１、第２の走査位置のそれぞれに対応する位置における、前記転写ニップの前記主走査方向と略直交する方向の幅をそれぞれＮ１、Ｎ２としたとき、次式、
   φ１＜φ２、かつ、
   Ｎ１＜Ｎ２
   の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記主走査方向に関する１ドットの幅をＳ［μｍ］、ベタ画像の潜像コントラストをＷ［Ｖ］、前記感光体の膜厚をＴ［ｍｍ］、前記感光体の表面の移動速度をＰ［ｍｍ／ｓ］、真空の誘電率をε０［Ｆ／ｍ］、前記感光体の比誘電率をεｒ、前記転写時に前記転写ニップに流れる転写電流の総和である転写電流総量をＩ［μＡ］、前記転写ニップの前記主走査方向の全長をＸ［ｍｍ］としたとき、次式、
   

   

   の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記帯電手段は、前記感光体に当接する帯電部材を有し、前記帯電時に前記帯電部材には直流電圧のみが印加されることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記転写部材は、軸部材と、前記軸部材の外周に設けられた弾性部と、を有する回転可能なローラであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記転写部材は、回転軸線方向の両端部がそれぞれ前記感光体に向けて付勢されることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記転写部材は、回転軸線方向の全域で外径が略同一であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記第１の走査位置は、前記主走査方向に関する前記走査領域の中央部であり、前記第２の走査位置は、前記主走査方向に関する前記走査領域の端部であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記転写ニップの前記主走査方向と略直交する方向の幅は、前記主走査方向に関して前記幅Ｎ２から前記幅Ｎ１まで徐々に小さくなっていることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. トナー像が転写された記録材を定着ニップで挟持することで記録材にトナー像を定着させる定着装置を有し、
   前記主走査方向に関する前記定着ニップの前記第１、第２の走査位置のそれぞれに対応する位置における、前記定着ニップの前記主走査方向と略直交する方向の幅をそれぞれＦｕ１、Ｆｕ２としたときに、次式、
   Ｆｕ１＜Ｆｕ２
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記第１の走査位置は、前記主走査方向に関する前記走査領域の中央部であり、前記第２の走査位置は、前記主走査方向に関する前記走査領域の端部であることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記定着ニップの主走査方向と略直交する方向の幅は、前記主走査方向に関して前記幅Ｆｕ２から前記幅Ｆｕ１まで徐々に小さくなっていることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。

Images