JP3186080B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、像担持体と、交流成分
を含むバイアス電圧を印加した帯電部材とを当接させ一
方向へ相対移動させて像担持体を帯電処理する工程と、
像担持体面において上記相対移動方向を副走査方向と
し、これに直交する方向を主走査方向としたとき、上記
帯電処理後の像担持体面を画像露光手段により主走査方
向にラスタースキャンする工程を含む作像プロセスによ
り画像形成を実行する画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電子写真プロセスを利用したレ
ーザービームプリンタは、回転ドラム型を一般的とする
像担持体としての電子写真感光体（以下、感光ドラムと
記す）の周面を帯電手段で所定の極性・電位に一様に帯
電させ、その帯電感光ドラム面を画像露光手段としての
レーザースキャナにより該レーザースキャナから目的の
画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調
されて出力されるレーザービームで感光ドラム母線方向
に走査露光（ラスタースキャン）して静電潜像を形成さ
せ、該潜像の現像、該現像像の転写材に対する転写、転
写像の転写材に対する定着の工程を順次に実行させるこ
とで画像形成物を出力させるものである。

【０００３】従来は画像形成装置の感光ドラム等の像担
持体表面を均一に帯電する手段としてコロナ放電による
ものと接触帯電によるものが知られている。後者の接触
帯電はバイアスを印加したローラ型・ブレード型・ロッ
ド型・ブラシ型などの帯電部材を回転感光ドラムに当接
させて帯電を行なうもので、コロナ帯電に比べ、オゾン
の発生やコロナ放電ムラに起因する帯電ムラが生じるこ
とがないなどの利点を有する。特に、ローラ型の帯電部
材（以下、帯電ローラと記す）とする場合は、像担持体
の面移動と等速回転させることで、摺擦によるダメージ
が生じない点で好ましいものである。

【０００４】しかし反面、接触帯電は帯電部材の表面形
状などが微細な帯電ムラとなって現われたり、また帯電
ローラによる場合においては該帯電ローラの偏心や歪み
が部分的な帯電不良となって画像に影響を及ぼすなどの
問題があった。

【０００５】前者の帯電ムラの問題を解消するための手
段として、帯電部材の抵抗値を最適な値に調節するとと
もに、帯電部材に交流成分を含むバイアス電圧を印加す
ることが提案されている（特開昭６３−１４９６６９号
公報、特願昭６２−５１４９２号、特願昭６２−２３０
３３号等）。また、後者の帯電不良の問題を解消するた
めの手段として、感光ドラムと帯電ローラの当接部に交
差角を設け、帯電ローラを感光ドラム全域に均一に当接
させることが知られている（特開昭６３−２０８８８０
号公報等参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、像担持
体面をその面移動方向（副走査方向）と直交する方向
（主走査方向）にレーザー光などによりラスタースキャ
ンして潜像形成を行なう、レーザービームプリンタなど
の従来の画像形成装置においては、像担持体としての感
光ドラムと帯電部材としての帯電ローラの交差角を大き
くしていったときに、レーザービームの走査線方向に対
し帯電ローラと感光ドラムの当接部の方向が角度を持つ
ようになり、このとき規則的な周期のモアレ縞が出力画
像上に生じるという問題のあることが判明した。

【０００７】これは、帯電ローラに交流バイアス電圧を
印加することにより生じるサイクルマークが原因であ
る。すなわち、帯電ローラが感光体からはく離する際
に、感光体とのニップ部において交流バイアスの周波数
に応じたサイクルマーク状の潜像ムラが形成され、これ
がレーザービームの走査線との間でモアレ縞を生じるも
のである。

【０００８】本発明は、像担持体を交流成分を含むバイ
アス電圧を印加した接触帯電手段で帯電処理し、ラスタ
ースキャンによる画像露光で潜像を形成して画像形成を
実行する画像形成装置について、像担持体と帯電部材の
間に交差角を設けたときに出力画像上にモアレ縞が発生
するのを防止することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする画像形成装置である。

【００１０】（１）像担持体と、交流成分を含むバイア
ス電圧を印加した帯電部材とを当接させ一方向へ相対移
動させて像担持体を帯電処理する工程と、像担持体面に
おいて上記相対移動方向を副走査方向とし、これに直交
する方向を主走査方向としたとき、上記帯電処理後の像
担持体面を画像露光手段により主走査方向にラスタース
キャンする工程を含む作像プロセスにより画像形成を実
行する画像形成装置において、帯電部材が前記主走査方
向を長手とする部材であり、該帯電部材をその長手軸線
を前記主走査方向に対してθ（ｄｅｇ）の交差角にして
像担持体に当接配設したとき、帯電部材に印加するバイ
アス電圧の交流周波数をｆ（Ｈｚ）、ラスタースキャン
による画像露光の記録密度をＤ（ドット／インチ）、像
担持体と帯電部材との相対移動速度をＶｐ（ｍｍ／秒）
として、下記の式２で表わされる全ての整数ｎに対し、
式１を満足するようにθとｆを設定したことを特徴とす
る画像形成装置。

【００１１】 ｜〔｛（Ｄ×Ｖｐ）／（25.4×ｆ×ｎ）｝− cosθ〕／ sinθ｜＞２．７５ ‥‥‥‥式１ ２≦ｎ＜｛（Ｄ×Ｖｐ）／（25.4×ｆ）｝×１．５ ‥‥‥‥式２ （２）像担持体は回転体であり、帯電部材はローラ体で
あることを特徴とする（１）記載の画像形成装置。

【００１２】

【作 用】まず、モアレ縞が発生する原因を図７・図８
により具体的に説明する。図７の（ａ）・（ｂ）におい
て、２を像担持体としての電子写真感光ドラム、１をこ
の感光ドラム２に当接させた帯電部材としての帯電ロー
ラ、３をこの帯電ローラの芯金、４・５をこの帯電ロー
ラに対するバイアス印加電源としての交流電源と直流電
源とする。感光ドラム２は（ａ）の矢示の時計方向に所
定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動さ
れ、帯電ローラ１はこれに従動回転し、この帯電ローラ
１に電源４・５から所定の交流（ＡＣ）と直流（ＤＣ）
の重畳電圧が印加されることで感光ドラム２面が所定の
極性・電位に帯電処理される。この感光ドラム２の帯電
面に対して画像露光手段としての不図示のレーザースキ
ャナによりドラム母線方向にレーザービーム６がラスタ
ースキャンされることで感光ドラム面に静電潜像が形成
されていく。図７の（ｂ）において６ａをレーザービー
ムの感光ドラム面上の走査線とする。

【００１３】また、帯電ローラ１と感光ドラム２の密着
性を向上させるため、図７の（ｂ）のように、帯電ロー
ラ１を交差角θをもって感光ドラム２に当接させている
ものとする。

【００１４】而して、上記の交差角θにより、図８のよ
うに感光ドラム２の表面にはレーザービーム６の走査線
６ａと帯電ローラ１の軸３の方向で発生するＡＣサイク
ルマークＪが間隔Ｍ（ｍｍ）のピッチをもって潜像とし
て形成される。しかし、このサイクルマークＪはある程
度周波数ｆが大きければ、即ち、Ｍ＜０．２５ｍｍ程度
となる様にｆが大きければ、画像上には生じることはな
いものである。

【００１５】説明を簡単にするために、レーザービーム
６の走査線６ａは（ｎ−１）本おきに、即ち、ｎ本の幅
のうち、ｎ−１本はレーザーＯＦＦ、１本だけレーザー
ＯＮというくり返しで１ドット幅の横線パターンを露光
したものについて説明する。潜像としてはレーザービー
ム６の走査線６ａとＡＣサイクルマークＪの交点Ｉが強
調され、交点Ｉと交点Ｉの間では弱められたものとな
り、見かけ上、交点Ｉを結ぶ線Ｋがモアレパターンとな
って画像上に表れ、（ｎ−１）本おきの横線だけで構成
される中間調画像に斜め線が見えるようになる。この線
は、交点同士が近接する程強調されるので、モアレによ
る斜め線Ｋのドラム回転方向Ａに対する角度（モアレ線
の角度）αが０°に近付く程はっきりとした線として目
立つようになり、逆にαが±９０°に近付くと見えなく
なる。

【００１６】そこで、レーザービーム６を（ｎ−１）本
おきに点燈したときに形成される横線のピッチＬ（ｍ
ｍ）、間隔Ｍ、交差角θ、感光ドラム２の回転方向に対
するモアレパターンのなす角度Ｔａｎαの関係を求めた
ところ、 tanα＝｛（Ｍ／Ｌ）ー cosθ｝／ sinθ ‥‥‥‥式３ となることがわかった。

【００１７】このとき、帯電ローラ１に印加する交流バ
イアスの周波数をｆ（Ｈｚ）、感光ドラム２の周速をＶ
ｐ（ｍｍ／秒）、レーザービームによる画像露光の記録
密度をＤ（ドット／インチ）とすると、 Ｌ＝（25.4×ｎ）／Ｄ ‥‥‥‥式４ Ｍ＝Ｖｐ／ｆ ‥‥‥‥式５ となるため、 tanα＝［｛（Ｄ×Ｖｐ）／（25.4×ｆ×ｎ）｝ー cosθ］／ sinθ ‥‥‥‥式６ を得る。

【００１８】次に、モアレ線の角度αがどの位になる
と、モアレパターンが実画像上で目立つようになるかを
実験により求めたところ、次の２つのことがわかった。

【００１９】（Ａ）間隔Ｍに対して横線ピッチＬ（ｍ
ｍ）が十分大きいと、角度αが０°に近づいてもモアレ
パターンは目立たない。これは、横線パターンが粗にな
り、交点Ｉが互いに離れて斜め線Ｋの相関が見えぬよう
になるためである。具体的には Ｌ≧１．５×Ｍ 位からモアレ縞は目立たなくなる。上記の式４を用い、
（ｎ−１）本おきの横線ピッチＬ（ｍｍ）と間隔Ｍの関
係からこれを表現すると、 ｎ≧（Ｄ×Ｍ／２５．４）×１．５ であれば、モアレ縞は目立たないということが言える。

【００２０】（Ｂ）前述のモアレ縞の角度αはα＝０°
（即ち、横線パターンに垂直にモアレが出る状態）が最
も目立ち、｜α｜≦７０°位までは画像的にモアレ縞が
目立つレベルであるが、｜α｜＞７０°（α＝±９０°
で横線パターンに平行となり、モアレ縞は出ない）即
ち、 Tanα＞２．７５においては実用上殆ど目立たず、
問題のないレベルとなる。

【００２１】即ち、上記のことから、上記とは逆にモア
レ縞が発生して実用上問題となる、 ２≦ｎ＜｛（Ｄ×Ｖｐ）／（25.4×ｆ）｝×１．５ ‥‥‥‥式２ の範囲にある全ての整数ｎの場合については、式１ |〔｛（Ｄ×Ｖｐ）/（25.4×ｆ×ｎ）｝−cosθ〕/sinθ｜＞２．７５ ‥‥‥‥式１ を満足するように、交差角θと帯電ローラ１の交流バイ
アス周波数ｆを設定すれば、モアレ縞の目立たないよう
にできることがわかった。

【００２２】なお、ｎ＝１の場合は、レーザービーム６
の走査線６ａの間にすき間がなくなる、いわゆるベタ黒
パターンとなるため、モアレ縞は発生しない。

【００２３】

【実施例】〈実施例１〉（図１〜図３） 図１は、本発明を適用するレーザービームプリンタの概
要図であり、帯電部材としての帯電ローラ１は矢印方向
に回転する像担持体としての感光ドラム２に当接し従動
回転しながら且つ交流電源４と直流電源５により交流と
直流の重畳電圧を印加されて該感光ドラム表面を均一に
帯電する。

【００２４】交流バイアスの波形としては正弦波・矩形
波・三角波等適宜使用可能である。また交流バイアスは
例えば直流電源を周期的にＯＮ・ＯＦＦすることによっ
て形成された矩形波の電圧も含む。このように交流バイ
アスは周期的に電圧値が変化するようなバイアスが使用
できる。また交流バイアスは像担持体としての感光ドラ
ムの帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有するこ
とが好ましい。

【００２５】帯電処理された感光ドラム２はレーザー光
学系８から出射されたレーザービーム６によりラスター
スキャンされて画像信号に応じた潜像が感光ドラム２面
に形成される。７はレーザー光学系８から出射されたレ
ーザービーム６を感光ドラム２へ折り返えすミラーであ
る。その潜像は現像器９の現像スリーブ９ａにより感光
体電位と同極性のトナーで反転現像されて顕像化され、
転写帯電器１０で転写用紙Ｐに転写される。転写後、転
写用紙Ｐは不図示の定着装置へ送られる。一方、感光ド
ラム面上に残留した転写残りトナーはクリーナ１１によ
り清掃される。

【００２６】帯電ローラ１は、図２に層構成模型を示し
たように、芯金３の上にＥＰＤＭ等の１０⁴ 〜１０⁵ Ω
ｃｍの導電ゴム層１４を設け、その上にヒドリンゴム等
からなる１０⁷ 〜１０⁹Ωｃｍ程度の中抵抗層１３設
け、その上にトレジン等のナイロン系物質からなる１０
⁷ 〜１０¹⁰Ωｃｍのブロッキング層１２を表層として設
けた、硬度がＡｓｋｅｒ−ｃ測定で５０°〜７０°程度
のものを用いた。この帯電ローラ１を感光ドラム２との
密着性を向上させるため、図７の（ｂ）に示すように交
差角θをもって感光ドラム２に当接させた。本実施例で
は交差角θは０．５°とした。帯電ローラ１のバイアス
印加条件はＤＣ電源５で−７００Ｖの直流バイアスを印
加し、これに交流電源４からの交流バイアスを重畳させ
た。

【００２７】感光ドラム２は負極性のＯＰＣ感光体を用
い、周速９４．２５ｍｍ／秒で回転させた。レーザービ
ーム６の記録密度は４００ドット／インチとした。

【００２８】以上の条件で、まず帯電ローラ１の交流バ
イアス値として、ｆ＝６００Ｈｚの値を用い、１８００
Ｖｐ−ｐのＡＣ電圧を印加した。このとき、前述の式６
のｔａｎαは、 ｎ＝２（１本おきの１ドット横線）：tan α＝-27.14（α＝-87.88°） ｎ＝３（２本おきの１ドット横線）：tan α＝-20.09（α＝-87.15°） となり、いずれも前述の式１を満足する。なお、ｎ＝４
のときは式２を満足しないので、モアレは出ない（対象
外）。

【００２９】このとき、実際の画像形成によって、モア
レ縞が出るかどうかチェックしたところ、１本おき、２
本おきの横線パターンとも全くモアレ縞は観測されなか
った。また、３本おきの横線パターンは前述のように、
横目が粗く設定によらずモアレが見えないレベルであっ
た。なお、ｎ＝１、即ちすき間なしのぬりつぶし状態で
は、レーザービーム６の走査線間はぬりつぶされてお
り、モアレ縞は観測不可能な状態であることが確認され
た。

【００３０】次に交流バイアスの周波数ｆ＝５００Ｈｚ
としたところ、１本おきの横線パターンではモアレ縞が
出なかったものが、２本おきの横線パターンでモアレ縞
が発生した。この時、 ｔａｎα（ｎ＝３）＝−１．１９８７（α＝−５０．１６°） であり、前述の式６のｔａｎαが式１を満足していない
ことがわかった。

【００３１】なお、本実施例における条件で、帯電ロー
ラ１の交流バイアスの周波数ｆを変化させたときのモア
レ角度αの値を図３のグラフに示す。曲線Ａは１ドット
おきの場合、曲線Ｂは２ドットおきの場合であり、領域
I・IIがモアレの発生する領域、これ以外がモアレの発生
しない式１・式２を満足する領域となる。

【００３２】式１・式２からわかるように、帯電ローラ
１の交流バイアス周波数ｆを極端に大きくすればモアレ
は発生しなくなる。しかし、実際にはこの交流バイアス
周波数ｆを大きくすると、帯電時における帯電音の増大
や交流電流値の増大、感光ドラム２への悪影響（異物融
着など）等が生じるので好ましくない。従って、帯電ロ
ーラ１の材質にもよるが、一般に交流バイアス周波数ｆ
の上限は１〜１．５ＫＨｚ程度であり、この範囲におい
て前述の式１・式２を満足するように交差角θ、交流バ
イアスの周波数ｆを設定するのが良い。

【００３３】〈実施例２〉（図４） 前述の式１からわかるように、モアレ縞は交差角θが大
きい程出やすい。帯電ローラ１の感光ドラム２からの浮
き上りを押さえるための交差角θは、帯電ローラ１の硬
度や径、感光ドラム２の径にもよるが、一般に感光ドラ
ム２と帯電ローラ１の関係で言えば０．２°〜２°程度
必要である。

【００３４】一方、モアレに関しては、レーザービーム
６の走査方向と帯電ローラ１の軸の角度が発生要因とな
る。そこで、図４に示すように、画像に影響のない範囲
でレーザービーム６の走査方向を角度θ２だけ感光ドラ
ム２の軸方向に対しずらすことによりモアレ縞が軽減で
きる。すなわち、感光ドラム２の軸方向と帯電ローラ１
のなす角θ１に対し、モアレの要因となる交差角θをθ
＝θ１−θ２だけ小さくできるので、図３のモアレ発生
領域 I・IIを狭くすることが可能となる。

【００３５】図４のようにレーザービーム６の走査線６
ａが矢印方向に向かっていて、これに対し感光ドラム２
の回転方向が矢印Ａのようである場合、右から左へ走査
する間に感光ドラム２は１走査分進行する。そこで、角
度θ２は右上りの方向につける方が画像歪みを防止する
上で有利である。実験的には角度θ２＝０．２°位まで
は画像上大きな問題はなかった。但し、角度θ２をあま
り大きくすると、プリントが斜め方向に歪む恐れがあ
る。

【００３６】〈実施例３〉（図５・図６） 図５は第３実施例を示す概要図であり、前記図１と同一
部分には同一符号を付して重複説明を省略する。１５は
記録密度変更スイッチ、１６は図６に示す光学系８内の
スキャナー２０のドライバー、１７は交流電源４の周波
数変換手段である。図６は光学系８の具体的構成を示す
ブロック図であり、１８はレーザーダイオード、１９は
シリンドリカルレンズ、２０はスキャナー、２１はｆθ
レンズである。

【００３７】前述の式１により記録密度Ｄによってｔａ
ｎα（式６）が変化し、最適周波数が変化し得ることが
わかるが、交差角θとの関係で様々な記録密度Ｄについ
て全てモアレの出ないように周波数ｆを設定することが
できない場合もある。

【００３８】ところが、最近、一台で様々な記録密度を
切換えて出力するプリンターが要望されている。そこで
本実施例は記録密度Ｄ（ドット／インチ）を切換える際
に、式１・式２を満足するように帯電ローラ１の交流バ
イアスも最適に切換えることで、モアレ縞の発生を防止
できるように構成したものである。

【００３９】交差角θ＝０．５°、感光ドラム２の周速
を９４．２５（ｍｍ／秒）とし、次のような切換え設定
を行なった。

【００４０】 ａ．記録密度Ｄ＝４００（ドット／インチ）→ｆ＝５５０Ｈｚ ｂ．記録密度Ｄ＝３００（ドット／インチ）→ｆ＝５００Ｈｚ この結果、ａ・ｂともモアレは発生しなかった。これに
対し、 ｃ．記録密度Ｄ＝４００（ドット／インチ）→ｆ＝５００Ｈｚ ｄ．記録密度Ｄ＝３００（ドット／インチ）→ｆ＝５５０Ｈｚ としたところ，ｃでは２本おきの横線、ｄでは１本おき
の横線でモアレ縞が発生した。

【００４１】なお、記録密度Ｄの変化はスキャナードラ
イバー１６の発振クロックとレーザ記録用の画像クロッ
ク（不図示）を同時に切換えることで行ない、帯電ロー
ラ１の交流電源４の周波数変換手段１７もこれに同期し
て動作させればよい。その詳細な説明は省略する。

【００４２】本発明は像担持体が回動駆動されるベルト
体や走行駆動されるウエブ体等である場合も、また帯電
部材がブレード型やロッド型等である場合でも有効であ
る。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、像担持体
を交流成分を含むバイアス電圧を印加した接触帯電手段
で帯電処理し、ラスタースキャンによる画像露光で潜像
を形成して画像形成を実行する画像形成装置について、
像担持体と帯電部材の間に交差角を設けたときに出力画
像上にモアレ縞が発生するのを防止することができる効
果が有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例のレーザービームプリンタの概略
図

【図２】 帯電ローラの層構成模型図

【図３】 交流バイアス周波数に対するモアレ角度の関
係を示す図

【図４】 第２実施例の要部図

【図５】 第３実施例のレーザービームプリンタの概略
図

【図６】 ラスタースキャンを行う光学系のブロック図

【図７】（ａ）・（ｂ）は夫々感光ドラムに帯電ローラ
を当接させた状態の側面図と平面図

【図８】 モアレ縞の発生説明図

【符号の説明】

１ 帯電ローラ（帯電部材） ２ 感光ドラム（像担持体） ６ レーザービーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−149669（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−208880（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−124152（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−131165（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/04 - 1/207

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】像担持体と、交流成分を含むバイアス電圧
   を印加した帯電部材とを当接させ一方向へ相対移動させ
   て像担持体を帯電処理する工程と、像担持体面において
   上記相対移動方向を副走査方向とし、これに直交する方
   向を主走査方向としたとき、上記帯電処理後の像担持体
   面を画像露光手段により主走査方向にラスタースキャン
   する工程を含む作像プロセスにより画像形成を実行する
   画像形成装置において、帯電部材が前記主走査方向を長
   手とする部材であり、該帯電部材をその長手軸線を前記
   主走査方向に対してθ（ｄｅｇ）の交差角にして像担持
   体に当接配設したとき、帯電部材に印加するバイアス電
   圧の交流周波数をｆ（Ｈｚ）、ラスタースキャンによる
   画像露光の記録密度をＤ（ドット／インチ）、像担持体
   と帯電部材との相対移動速度をＶｐ（ｍｍ／秒）とし
   て、下記の式２で表わされる全ての整数ｎに対し、式１
   を満足するようにθとｆを設定したことを特徴とする画
   像形成装置。 ｜〔｛（Ｄ×Ｖｐ）／（25.4×ｆ×ｎ）｝− cosθ〕／ sinθ｜＞２．７５ ‥‥‥‥式１ ２≦ｎ＜｛（Ｄ×Ｖｐ）／（25.4×ｆ）｝×１．５ ‥‥‥‥式２
2. 【請求項２】 像担持体は回転体であり、帯電部材はロ
   ーラ体であることを特徴とする請求項１記載の画像形成
   装置。