JP3617289B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式のプリンタや複写機などの画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、文字や絵などを表わす画像信号に基づいてオンオフ変調された光ビームで感光体表面を走査することにより感光体上に静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーで現像して可視画像を形成する、いわゆるディジタル電子写真方式の画像形成装置がプリンタや複写機に広く採用されている。
【０００３】
このようなディジタル画像形成装置において、白と黒の二値画像を形成するときのみならず中間調を持った画像を形成する場合にも光ビームを高速でオンオフし、いわゆる網点構造や万線構造の静電潜像を感光体上に形成することにより、中間調を表現する画像形成方法が従来から知られている。この方法はアルゴリズムも比較的簡易であり、また低コストの画像形成装置を実現することができるため、ディジタル方式のプリンタや複写機に広く採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような網点構造や万線構造の静電潜像を形成することにより、中間調を表現する画像形成方式においては、画像中の低濃度部（ハイライト部）から高濃度部まで、一定の光ビームスポット径（以下、単にビーム径という）、かつ、走査線単位長さ当たり一定のドット数ないし線数で潜像形成が行われる。このため、ハイライト部での露光プロファイルは、露光エネルギがオンまたはオフのように二値的（ディジタル的）には変化せず、コントラストが低下した中間的（アナログ的）な露光エネルギ分布をもった露光プロファイルとなり、さらに露光量自体も少なくなることから、ドットや万線の再現性が乏しく、粒状感の悪いざらついた画像となり、また、温湿環境などに対する階調表現の安定性が低いという問題がある。
【０００５】
この問題に対する解決策として、ハイライト部で露光プロファイルのコントラストを向上するために、走査線単位長さ当たりのドット数ないし線数を少なくして潜像形成を行うと、ハイライト部におけるドットや万線の再現性を向上させることはできるが、ドットなどの画像構造が認識されやすくなり、また、文字の分解能も低下し低画質化するという欠点がある。
【０００６】
また、ビーム径を十分小さくする露光方式も考えられるが、結像光学系の考察によれば、ガウシアンビームの伝播において、波長をλ、屈折率をｎ、ビームの収束角をθｂｅａｍとした時、最小ビーム径ω０ は次式により求められる。
ω０ ≒λ／（ｎ・π・θｂｅａｍ）
また、θｂｅａｍは、ｆθレンズへの入射ビーム径をＤとし、ｆθレンズの焦点距離をｆとした時、
θｂｅａｍ＝ｔａｎ−１（Ｄ／（２・ｆ））
と表される。
【０００７】
従って、ビーム径を小さくするには、波長λを短くするか、ｆθレンズへの入射ビーム径Ｄ、すなわち回転多面鏡への入射ビーム径を大きくすればよい。そこで、波長の短い半導体レーザを使用してビーム径を小さくした画像形成装置が実現されているが、一般的な半導体レーザの波長〜７８０ｎｍに対して〜６８０ｎｍと、たかだか、１２％程度の改善にとどまっている。さらに波長の短い光源ということになると、アルゴンレーザ、又は半導体レーザと波長変換素子との組み合せといった技術を採用しなければならなくなるために、装置の大型化と価格の上昇を招く恐れがある。
【０００８】
また、回転多面鏡への入射ビーム径を大きくするためには、光ビームを集光して感光体上に光ビームスポットを形成する結像光学系が大型化してしまい、精密で高価な光学系が必要となり実用に向かない。
この問題を解決するものとして、特開平９−１６９１３６号公報には、ビーム径の異なる複数の光ビームを同時走査しながら同一走査線上に静電潜像を形成するに当たり、ビーム径の小さい第１の光ビームを用いて画像情報の記録露光を行うとともに、ビーム径の大きな第２の光ビームを用いて反転画像の露光を行い、第１の露光と第２の露光の総和をもって静電潜像を形成する露光方式が開示されている（以下この露光方式をバイアス露光方式という）。
【０００９】
このバイアス露光方式では、二つの露光像を合成することにより、ビーム径の違いによる露光像の輪郭部の傾きが急峻になり、単一の光ビームによる露光では得られない、極めてコントラストの高い静電潜像を得ることができ、その静電潜像を現像プロセスに供することにより、実用的なビーム径でありながらも、ざらつき感の少ない粒状性の優れた画像再現を実現し、ハイライト部がなだらかで均一性の良好な画像を得ることができる。
【００１０】
しかし、上記バイアス露光方式に反転現像方式を組み合わせた場合は、いわゆる非画像部（現像されない領域）も第２の光ビームによる露光を受けているため、非画像部も潜像構造を有している。従って、反転現像方式により画像形成を行うと、露光ビームや感光体帯電電位の条件によっては、地カブリを発生しやすいという問題がある。さらに、露光ビームや感光体帯電電位の条件によっては、画像領域、特に中間調画像領域で、バンディングと称する高周波の横スジが発生するという問題も明らかになっている。
【００１１】
また、上記バイアス露光方式を、複数色のトナーによる可視画像を被転写体上に順次重ねるように転写してカラー画像を形成するカラー画像形成装置に適用したところ、露光ビームや感光体帯電電位の条件によっては、高周波の色むらが発生する問題があることも判明した。
本発明は、上記の事情に鑑み、地カブリやバンディングが防止された、ざらつき感のない粒状性の優れた画像を得ることのできる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の画像形成装置は、
所定の副走査方向に移動する、静電潜像が形成される感光体、その感光体を帯電する帯電手段、帯電された感光体上を上記副走査方向と交わる所定の主走査方向に画像信号に対応した光ビームで走査することにより感光体上に静電潜像を形成する露光手段、および上記感光体上に形成された静電潜像を現像することにより感光体上にトナー像を形成する現像手段を備えた画像形成装置において、
上記露光手段が、
上記画像信号に基づいてオンオフ変調された第１の光ビームを発生する第１の光ビーム発生手段と、
上記画像信号に基づいて、上記第１の光ビームとは背反的にオンオフ変調された第２の光ビームを発生する第２の光ビーム発生手段と、
上記第１の光ビーム発生手段および第２の光ビーム発生手段からそれぞれ発生した第１の光ビームおよび第２の光ビームを１本の光ビームに合成する光ビーム合成手段と、
上記合成手段により合成された光ビームを上記感光体に導き該感光体上を主走査方向に走査する走査光学系とを備え、
上記第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２と副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ２／ＤＰと、上記感光体の、上記帯電手段により帯電された状態の表面電位ＶＨと、上記感光体の、上記第２の光ビームにより露光された領域の表面電位ＶＳとの電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜との間に、
５００（Ｄ２／ＤＰ）−２００≧｜ＶＨ−ＶＳ｜
なる関係を有し、かつ上記比率Ｄ２／ＤＰが
Ｄ２／ＤＰ≧０．８
であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の画像形成装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
図１には、本発明の画像形成装置を用いたカラー複写機が示されている。
この画像形成装置には、矢印Ａ方向に回転する、静電潜像が形成される感光体ドラム１、感光体ドラム１を一様に帯電する帯電器２、帯電された感光体ドラム１上を画像信号に対応した光ビームで走査して静電潜像を形成する光ビーム走査部２０、感光体ドラム１上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する回転現像器４、得られたトナー像を記録用紙Ｐに静電転写するための転写ドラム７、記録用紙Ｐを収納する用紙トレイ１１、記録用紙Ｐを搬送する用紙搬送経路１２、トナー像が転写された記録用紙Ｐを転写ドラム７から剥離する剥離用帯電器７ｃおよび剥離爪７ｅ、転写ドラム７から剥離された記録用紙Ｐ上のトナー像を定着する定着器９、転写後の感光体ドラム１に残存するトナーを除去するクリーナ５、トナー除去後の感光体ドラム１表面を除電する前露光器６が備えられている。
【００１４】
この実施形態における感光体ドラム１は本発明にいう感光体に相当するものであり、帯電器２は本発明にいう帯電手段に相当するものであり、光ビーム走査部２０は本発明にいう露光手段に相当するものであり、回転現像器４は本発明にいう現像手段に相当するものである。
矢印Ａ方向は本発明にいう副走査方向に相当し、この副走査方向と交わる、感光体ドラム１の回転軸方向に平行な方向が本発明にいう主走査方向に相当する。
【００１５】
副走査方向Ａに回転する感光体ドラム１は、帯電器２により一様に帯電された後、光ビーム走査部２０からの、画像信号に対応した複数の光ビームにより主走査方向に走査されて感光体ドラム１が露光され感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。光ビーム走査部２０による露光工程の詳細については後述する。
感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、感光体ドラム１の矢印Ａ方向への回転に従って回転現像器４に対向した現像位置Ｄに搬送される。回転現像器４は、イエロー、シアン、マゼンタ、黒色のトナーをそれぞれ収納する４組の現像ユニットにより構成される。各現像ユニットには、２成分磁気ブラシ現像による反転現像方式が採用されている。トナーの平均粒径はそれぞれ７μｍである。この回転現像器４は各色に対応した静電潜像を現像する度に１／４回転し、その色に対応したトナーにより静電潜像を現像する。各現像ユニットに配備されている現像ロール４ａにはバイアス電圧が印加され、静電潜像の背景部へのトナー付着を抑制する。現像により得られたトナー像は、感光体ドラム１の矢印Ａ方向への回転に従って、転写ドラム７に対向した転写位置Ｔに搬送される。
【００１６】
一方、感光体ドラム１上のトナー像が転写位置Ｔに搬送されるタイミングに合わせて、用紙トレイ１１から用紙搬送経路１２を経由して記録用紙Ｐが転写ドラム７に搬送されて、用紙吸着用帯電器７ａの作用により転写ドラム７の外周面に吸着され、転写ドラム７の矢印Ｂ方向への回転により転写位置Ｔに搬送されてくる。感光体ドラム１上のトナー像は、転写位置Ｔにおいて転写帯電器７ｂの作用により転写ドラム７に吸着された記録用紙Ｐ上に静電転写される。
【００１７】
転写位置Ｔにおける転写終了後の感光体ドラム１は、クリーナ５により残存トナーの除去が行われ、前露光器６による光の照射を受けて除電された後、再び、帯電器２により一様帯電が行われて次の静電潜像形成が開始される。
転写ドラム７は、感光体ドラム１にイエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色のトナー像が順次形成される間、一枚の記録用紙Ｐを吸着したまま矢印Ｂ方向に回転する。転写ドラム７の回転周期は感光体ドラム１上に形成された各色のトナー像が転写位置Ｔに順次搬送されてくるのと同期しており、一枚の記録用紙Ｐ上の同一個所に各色のトナー像が順次重ね合わされるように転写される。
【００１８】
転写ドラム７に吸着された記録用紙Ｐ上へのイエロー、シアン、マゼンタ、黒の４色のトナー像の転写がすべて終了すると、転写ドラム７に吸着された記録用紙Ｐは、剥離用帯電器７ｃにより転写ドラム７との静電的な吸着力が解除され、剥離爪７ｅにより転写ドラム７上から剥離されて定着器９に搬送され、そこでトナー像は記録用紙Ｐに定着された後、装置外に搬出される。記録用紙Ｐが剥離された転写ドラム７は、除電用帯電器７ｄにより除電され、再度画像形成が行われる場合は、上記と同様にして次の記録用紙Ｐを吸着する。
【００１９】
次に、本実施形態に用いられる露光手段（光ビーム走査部２０）の構造および作用について説明する。
図２は、本実施形態に用いられる光ビーム走査部の概略構成図である。
この光ビーム走査部２０には、第１の光ビーム発生手段であるレーザーダイオード２１ａ、第２の光ビーム発生手段であるレーザーダイオード２１ｂ、コリメータレンズ２２ａ，２２ｂ、ビームスプリッタ２３、シリンダーレンズ２４、反射ミラー２５、ポリゴンミラー２６、ｆθレンズ２７、シリンダーミラー２８が備えられている。
【００２０】
この実施形態におけるビームスプリッタ２３は本発明にいう光ビーム合成手段に相当するものであり、シリンダーレンズ２４、反射ミラー２５、ポリゴンミラー２６、ｆθレンズ２７、シリンダーミラー２８は本発明にいう走査光学系に相当するものである。
レーザーダイオード２１ａから出射した第１の光ビーム２０ａは、コリメータレンズ２２ａにより平行光束となり、ビームスプリッタ２３に入射される。また、レーザーダイオード２１ｂから出射した第２の光ビーム２０ｂは、コリメータレンズ２２ｂにより平行光束となり、ビームスプリッタ２３に入射される。ビームスプリッタ２３は第１の光ビーム２０ａを透過し、第２の光ビーム２０ｂを反射する。こうしてビームスプリッタ２３により２本の光ビームは１本の光ビームに合成されてシリンダーレンズ２４に入射される。合成された光ビームはシリンダーレンズ２４により副走査方向に集光され、反射ミラー２５で反射されてポリゴンミラー２６に入射される。光ビームはポリゴンミラー２６により感光体ドラム１の回転軸方向に平行な主走査方向Ｄに走査される。主走査方向Ｄに走査された光ビームは、ｆθレンズ２７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、シリンダーミラー２８により副走査方向Ｂへの集光を行って感光体ドラム１上に結像する。
【００２１】
図３は、図２に示した光ビーム走査部の光路の主走査断面図、および画像情報の入力から光ビームの出射までの画像信号の流れを示す流れ図である。
レーザーダイオード２１ａは、画像信号制御装置３２から出力された画像信号に基づきレーザ駆動装置３１ａにより駆動されて第１の光ビーム２０ａを出射して感光体ドラム１上に画像情報に基づく第１の露光像を形成する。レーザーダイオード２１ｂは、画像信号制御装置３２から出力された反転画像信号に基づきレーザ駆動装置３１ｂにより駆動されて第２の光ビーム２０ｂを出射して感光体ドラム１上に画像情報の反転像に基づく第２の露光像を形成する。
【００２２】
なお、この実施形態における走査光学系においては、感光体ドラム１の結像面におけるレーザーダイオード２１ａから出射される第１の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ１が、レーザーダイオード２１ｂから出射される第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２より小さくなるように、光学パラメータが設計されている。
【００２３】
本実施形態では、画像情報は二値のラスターデータとして処理されている。以下これを画像データと称する。
図４は、本実施形態に用いられる画像信号制御装置の概略構成図、およびその入出力信号波形を示す図である。
図４（ａ）に示すように、画像信号制御装置３２には増幅器３２ａと反転増幅器３２ｂが備えられており、画像データが画像信号制御装置３２に入力されると、増幅器３２ａおよび反転増幅器３２ｂから図４（ｂ）に示されたタイミングで画像信号Ｓ１および反転画像信号Ｓ２が出力される。
【００２４】
図５は、本実施形態の露光手段により出力される光ビームの露光エネルギ分布を示すグラフである。
図５（ａ）に示すような波形の画像信号Ｓ１、および図５（ｂ）に示すような波形の反転画像信号Ｓ２がレーザーダイオード２１ａ，２１ｂにそれぞれ入力されると、レーザーダイオード２１ａから出射された第１の光ビームは、感光体ドラム１上に図５（ｃ）に示すような露光を行い、レーザーダイオード２１ｂから出射された第２の光ビームは、感光体ドラム１上に図５（ｄ）に示すような露光を行う。その結果、感光体ドラム１上には、図５（ｅ）に示すような合成露光像が描かれる。
【００２５】
図５（ｅ）に示すように、合成露光像の、画像の輪郭となる立上がり部Ａおよび立下がり部Ｂの傾斜が急峻になり、単一の光ビームによる露光では得られない、高コントラストの静電潜像を得ることができる。この静電潜像を現像することによって、ざらつき感の少ない粒状性の優れた画像を得ることができる。
図６は、図１に示した画像形成装置の回転現像器を構成する現像ユニットの概略構成図である。
【００２６】
この現像ユニット４０は、磁性粒子とトナーとが混合された２成分系現像剤を収容するハウジング４８内に、現像剤を表面に担持して現像位置Ｄに搬送する現像ロール４１と、現像ロール４１の表面に形成される現像剤の量を規制する現像剤規制部材４７と、互いに反対の方向Ｃ，Ｃ’に回転することにより現像剤の攪拌および搬送を行い現像ロール４１に現像剤を供給するスクリューオーガ４５，４６とを備えている。
【００２７】
現像ロール４１は、表面に現像剤を担持して矢印Ｂ方向に回転するスリーブ４２と、スリーブ４２の内側に配備された回転しない固定磁石ロール４３を有している。固定磁石ロール４３には複数の磁極４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅが形成されており、スリーブ４２の表面に、隣接する磁極間で形成される磁界により現像剤の磁気ブラシを形成する。スリーブ４２はその磁気ブラシを搬送する。スリーブ４２は現像位置Ｄにおいて感光体ドラム１と、０．５ｍｍの間隔を隔てて対向するように配置され、この現像位置Ｄで現像が行われる。
【００２８】
現像ロール４１には、電源４９から直流成分に交流成分が重畳された現像バイアス電圧が印加されており、この現像バイアス電圧により現像位置Ｄに形成される電界によって、現像剤中の、電荷を有するトナーが感光体ドラム１上に形成された静電潜像に移行し静電潜像を現像する。この現像バイアス電圧の直流成分は感光体ドラム１の帯電電位と同極性となるように設定されている。また、現像バイアス電圧の交流成分は、振幅値がピークツーピーク値で１．２ＫＶ、周波数が６ｋＨｚであり、波形は矩形波が用いられている。
【００２９】
なお、この実施形態で使用している現像剤は、平均粒径が７μｍのトナーと平均粒径が５０μｍの磁性粒子（フェライトキャリア）とを混合したものであり、現像剤中のトナー濃度は７％に設定されている。
図７は、バイアス露光方式の問題点を説明するための模式図である。
単一の光ビームを用いる従来の露光方式では、感光体上の非画像部の副走査方向の表面電位は、帯電器２（図１参照）によって一様に帯電された状態での電位ＶＨであり、図７（ａ）に示すように均一な電位分布を有している。これに対して、従来のバイアス露光方式では、帯電器により一様に帯電された状態での電位ＶＨを第２の光ビームで全面露光して電位ＶＳを得ているため、副走査方向に潜像構造を持っている。すなわち、図７（ｂ）に示すように、感光体は電荷分布を持ち、表面電位が感光体上の位置によって変動している。このように、感光体上の表面電位の変動が大きくなると、局部的に、印加される現像バイアスの直流成分の電位ＶＤとの間の電位差が小さくなる個所が生じ、その個所にトナーが付着しやすくなり、画像に地カブリが発生する。
【００３０】
図８は、バイアス露光方式における第２の光ビームの副走査方向のビーム径を変化させた時の非画像部の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
図８（ａ）に示すように、第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２が大きい場合は感光体副走査方向の電位分布の変動は小さくなり、図８（ｂ）に示すように、ビーム径Ｄ２が小さい場合は感光体副走査方向の電位分布の変動が大きくなる。
【００３１】
図９は、バイアス露光方式における一様に帯電された状態での表面電位と第２の光ビームにより露光された領域の表面電位との電位差を変化させた時の非画像部の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
図９（ａ）に示すように、電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜が小さい場合は感光体副走査方向の電位分布の変動は小さくなり、図９（ｂ）に示すように、電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜が大きい場合は感光体副走査方向の電位分布の変動は大きくなる。
【００３２】
次に、富士ゼロックス社製複写機Ａｃｏｌｏｒ６３０を改造した画像形成装置に、図１に示した感光体ドラム１として、以下に示すような光電位減衰特性の感光体を用い、帯電器２（図１参照）により一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと第２の光ビームにより露光された領域の表面電位ＶＳとの差｜ＶＨ−ＶＳ｜、および第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２と副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ２／ＤＰを変化させて、地カブリの発生状況を評価するための実験を行った。
【００３３】
図１０は、第１の実施形態に用いられる感光体の光電位減衰特性を示すグラフである。
図１０に示すように、この感光体の表面電位は露光エネルギが増加するのに応じて急激に減少することを示している。
図１０に示した光電位減衰特性の感光体を用い、評価画像としては２００線のラインスクリーンによる階調ステップ画像を用いた。表面電位は、Ｔｒｅｋ社製の表面電位計Ｍｏｄｅｌ３４４を用いて測定した。プロセススピードは１６０ｍｍ／ｓとした。印加した現像バイアスの直流成分の電圧とＶＳとの電位差は、１５０Ｖとした。
【００３４】
実験の結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
なお、ＤＰ＝４２．３μｍの場合の、第１の光ビームの主走査径は３５μｍ、第１の光ビームの副走査径は５０μｍ、第２の光ビームの主走査径は７０μｍになるように調整してある。
また、ＤＰ＝６３．５μｍの場合の、第１の光ビームの主走査径は３５μｍ、第１の光ビームの副走査径は７０μｍ、第２の光ビームの主走査径は７０μｍになるように調整してある。
【００３７】
図１１は、表１に示した実験結果を基に作製した、比率Ｄ２／ＤＰを横軸とし電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜を縦軸とするグラフである。
表１および図１１から明らかなように、第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２と副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ２／ＤＰと、一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと、第２の光ビームにより露光された領域の表面電位ＶＳとの電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜との間に、
５００（Ｄ２／ＤＰ）−２００≧｜ＶＨ−ＶＳ｜
なる関係を有し、かつ上記比率Ｄ２／ＤＰが
Ｄ２／ＤＰ≧０．８
である場合は、地カブリの発生がなく、良好な階調画像を得ることができる。
【００３８】
この比率Ｄ２／ＤＰおよび電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜（Ｖ）は、第２の光ビームで露光される非画像部の潜像構造に寄与するパラメータである。本実施形態の画像形成装置では、帯電手段により感光体が表面電位ＶＨに一様に帯電されたのち、像形成の要求に基づく第１の光ビームによる露光と、像形成しない要求（すなわち、第１の光ビーム制御信号の反転信号）に基づく第２の光ビームによる露光によって静電潜像が形成される。
【００３９】
主走査方向の静電潜像については、２つのビーム径の違いにより露光像の輪郭部の傾斜が急峻となり（図５（ｅ）参照）、単一の光ビームの露光では得られない、高コントラストの静電潜像を現像プロセスに供することができるが、副走査方向の静電潜像については、第１および第２の光ビームのビーム径に依存する。非画像部（すなわち白地部）は、第２の光ビームによる全点灯によって感光体の表面電荷分布（静電潜像）が形成されるため、第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２と副走査方向の走査ピッチＤＰの比率Ｄ２／ＤＰと、感光体が一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと、第２の光ビームにより露光された、像形成が要求されない領域の感光体の表面電位ＶＳとの電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜（Ｖ）の関係が、潜像構造を決定する。
【００４０】
すなわち、以上説明した本発明の条件を外れた領域、すなわち
５００（Ｄ２／ＤＰ）−２００＜｜ＶＨ−ＶＳ｜
もしくは、Ｄ２／ＤＰ＜０．８
の領域では、非画像部の潜像構造が大きくなり（表面電荷分布の変動が大きくなり）、局部的に現像されてしまう部分が発生し、これが地カブリの原因となる。
【００４１】
また、比率Ｄ２／ＤＰが０．８より小さいと、電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜に関わらず、非画像部の副走査方向の潜像構造が大きくなり、地カブリを発生させやすくなる。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態としては、図１から図６までに示された第１の実施形態におけるとほぼ同様の装置が用いられ、第１の実施形態とは、感光体の露光に関するパラメータが異なっているのみである。
【００４２】
図１２は、バイアス露光方式における全面露光領域の副走査方向の潜像構造を示す模式図である。
図１２（ａ）は、バイアス露光方式における通常時の全面露光領域の副走査方向の潜像構造を示しており、図１２（ｂ）は、感光体の回転速度変動が発生した場合の全面露光領域の副走査方向の潜像構造を示している。図１２（ａ）に示すように、通常時は、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位ＶＬは細かな変動に留まっているが、図１２（ｂ）に示すように、感光体の回転速度に変動が生じると、全面露光領域の表面電位ＶＬと、印加する現像バイアスの直流成分の電位ＶＤとの間の電位差が拡大され、これが画像の横スジとして認識される、バンディングとなって現れる。
【００４３】
図１３は、バイアス露光方式における第１の光ビームの副走査方向のビーム径を変化させた時の全面露光領域の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
図１３（ａ）に示すように、第１の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ１が大きい場合は副走査方向の電位分布の変動は小さいが、図１３（ｂ）に示すように、ビーム径Ｄ１が小さい場合は副走査方向の電位分布の変動が大きくなる。
【００４４】
電位分布の変動がもともと大きければ、感光体の回転速度に変動が生じた場合に、印加する現像バイアスの直流成分の電位Ｖｄと第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位ＶＬとの電位差の変動も大きくなり、バンディングの発生が顕著となる。
図１４は、バイアス露光方式における一様に帯電された状態での表面電位と、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位との電位差を変化させた時の全面露光領域の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
【００４５】
図１４（ａ）に示すように、一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位ＶＬとの電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜が小さい場合は、感光体上の副走査方向の電位分布の変動は小さいが、図１４（ｂ）に示すように、電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜が大きい場合は、感光体上の副走査方向の電位分布の変動が大きくなる。
【００４６】
次に、第１の実施形態と同じ画像形成装置、同じ感光体を用い、一様に帯電された状態の感光体ドラム１の表面電位ＶＨと、第１の光ビームにより全面露光された領域の感光体ドラム１の表面電位ＶＬとの差｜ＶＨ−ＶＬ｜、および第１の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ１と副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ１／ＤＰを変化させて、バンディングの発生状況を評価するための実験を行った。
【００４７】
評価画像、表面電位計、プロセススピードその他の条件は第１の実施形態における条件に合わせた。
実験の結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
なお、ＤＰ＝４２．３μｍの場合の、第１の光ビームの主走査径は３５μｍ、第２の光ビームの副走査径は８５μｍ、第２の光ビームの主走査径は７０μｍになるように調整した。
また、ＤＰ＝６３．５μｍの場合の、第１の光ビームの主走査径は３５μｍ、第２の光ビームの副走査径は１３０μｍ、第２の光ビームの主走査径は７０μｍになるように調整した。
【００５０】
図１５は、表２に示した実験結果を基に作製した、比率Ｄ１／ＤＰを横軸とし電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜を縦軸とするグラフである。
表２および図１５から明らかなように、第１の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ１と副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ１／ＤＰと、一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位ＶＬとの電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜との間に、
１０００（Ｄ１／ＤＰ）−３００≧｜ＶＨ−ＶＬ｜
なる関係を有し、かつ比率Ｄ１／ＤＰが
Ｄ１／ＤＰ≧０．８
である場合は、バンディングの発生がなく、良好な階調画像を得ることができる。
【００５１】
このように、比率Ｄ１／ＤＰおよび電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜は、第１の光ビームで露光される画像部の潜像構造に寄与するパラメータである。
画像部（すなわち印字部）は、主に第１の光ビームによる露光によって静電潜像が形成され、特に副走査方向の潜像構造について、第１の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ１と副走査方向の走査ピッチＤＰの比率Ｄ１／ＤＰと、帯電手段により一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位ＶＬとの電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜の関係が、潜像構造を決定する。
【００５２】
すなわち、以上説明した本実施形態において提示した条件を外れた領域、すなわち
１０００（Ｄ１／ＤＰ）−３００＜｜ＶＨ−ＶＬ｜
もしくは、Ｄ１／ＤＰ＜０．８
の領域では、画像部の副走査方向の潜像構造が大きくなり（表面電位の変動が大きくなり）、感光体の駆動速度変動などの影響を受けやすくなって、そのためバンディング発生の原因となる。
【００５３】
また、比率Ｄ１／ＤＰが０．８より小さいと、電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜の如何に関わらず、画像部の副走査方向の潜像構造が大きくなり、バンディングを発生させやすくなる。
なお、上記の各実施形態には、１つの感光体、帯電手段、露光手段を有する画像形成装置（図１参照）が示されているが、本発明は、必ずしもこの構成に限られるものではなく、感光体、帯電手段、露光手段、および現像手段を有し、複数の色のトナー像を分担して形成する複数の画像形成ユニットを備えるとともに、これら複数の画像形成ユニットにより形成された複数のトナー像を、これら複数のトナー像が所定の被転写体上に相互に重なるように転写する転写手段とを備えた、例えば、タンデム型カラー画像形成装置に本発明を適用することも好ましい態様の一つである。本発明による、地カブリやバンディングの少ない画像再現は、このタンデム型カラー画像形成装置に、高周波の色むらを発生させないという大きな効果をもたらすことができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、実用的なビーム径、例えば３０μｍ以上のビーム径の光ビームを用いて高コントラストの露光像を形成することにより、地カブリやバンディングが防止され、ざらつき感のない粒状性の優れた画像を得ることのできる画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に用いられる光ビーム走査部の概略構成図である。
【図３】図２に示した光ビーム走査部の光路の主走査断面図、および画像情報の入力から光ビームの出射までの画像信号の流れを示す流れ図である。
【図４】本実施形態に用いられる画像信号制御装置の概略構成図、およびその入出力信号波形を示す図である。
【図５】本実施形態の露光手段により出力される光ビームの露光エネルギ分布を示すグラフである。
【図６】図１に示した画像形成装置の回転現像器を構成する現像ユニットの概略構成図である。
【図７】バイアス露光方式の問題点を説明するための模式図である。
【図８】バイアス露光方式における第２の光ビームの副走査方向のビーム径を変化させた時の非画像部の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
【図９】バイアス露光方式における一様に帯電された状態での表面電位と第２の光ビームにより露光された領域の表面電位との電位差を変化させた時の非画像部の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
【図１０】第１の実施形態に用いられる感光体の光電位減衰特性を示すグラフである。
【図１１】表１に示した実験結果を基に作製した、比率Ｄ２／ＤＰを横軸とし、電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜を縦軸とするグラフである。
【図１２】バイアス露光方式における全面露光領域の副走査方向の潜像構造を示す模式図である。
【図１３】バイアス露光方式における第１の光ビームの副走査方向のビーム径を変化させた時の全面露光領域の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
【図１４】バイアス露光方式における一様に帯電された状態での表面電位と、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位との電位差を変化させた時の全面露光領域の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
【図１５】表２に示した実験結果を基に作製した、比率Ｄ１／ＤＰを横軸とし、電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜を縦軸とするグラフである。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
２ 帯電器
４ 回転現像器
４ａ 現像ロール
５ クリーナ
６ 前露光器
７ 転写ドラム
７ａ 用紙吸着用帯電器
７ｂ 転写帯電器
７ｃ 剥離用帯電器
７ｄ 除電用帯電器
７ｅ 剥離爪
９ 定着器
１１ 用紙トレイ
１２ 用紙搬送経路
２０ 光ビーム走査部
２０ａ，２０ｂ 光ビーム
２１ａ，２１ｂ レーザーダイオード
２２ａ，２２ｂ コリメータレンズ
２３ ビームスプリッタ
２４ シリンダーレンズ
２５ 反射ミラー
２６ ポリゴンミラー
２７ ｆθレンズ
２８ シリンダーミラー
３１ａ，３１ｂ レーザ駆動装置
３２ 画像信号制御装置
３２ａ 増幅器
３２ｂ 反転増幅器
４０ 現像ユニット
４１ 現像ロール
４２ スリーブ
４３ 固定磁石ロール
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅ 磁極
４５，４６ スクリューオーガ
４７ 現像剤規制部材
４８ ハウジング
４９ 電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式のプリンタや複写機などの画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、文字や絵などを表わす画像信号に基づいてオンオフ変調された光ビームで感光体表面を走査することにより感光体上に静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーで現像して可視画像を形成する、いわゆるディジタル電子写真方式の画像形成装置がプリンタや複写機に広く採用されている。
【０００３】
このようなディジタル画像形成装置において、白と黒の二値画像を形成するときのみならず中間調を持った画像を形成する場合にも光ビームを高速でオンオフし、いわゆる網点構造や万線構造の静電潜像を感光体上に形成することにより、中間調を表現する画像形成方法が従来から知られている。この方法はアルゴリズムも比較的簡易であり、また低コストの画像形成装置を実現することができるため、ディジタル方式のプリンタや複写機に広く採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような網点構造や万線構造の静電潜像を形成することにより、中間調を表現する画像形成方式においては、画像中の低濃度部（ハイライト部）から高濃度部まで、一定の光ビームスポット径（以下、単にビーム径という）、かつ、走査線単位長さ当たり一定のドット数ないし線数で潜像形成が行われる。このため、ハイライト部での露光プロファイルは、露光エネルギがオンまたはオフのように二値的（ディジタル的）には変化せず、コントラストが低下した中間的（アナログ的）な露光エネルギ分布をもった露光プロファイルとなり、さらに露光量自体も少なくなることから、ドットや万線の再現性が乏しく、粒状感の悪いざらついた画像となり、また、温湿環境などに対する階調表現の安定性が低いという問題がある。
【０００５】
この問題に対する解決策として、ハイライト部で露光プロファイルのコントラストを向上するために、走査線単位長さ当たりのドット数ないし線数を少なくして潜像形成を行うと、ハイライト部におけるドットや万線の再現性を向上させることはできるが、ドットなどの画像構造が認識されやすくなり、また、文字の分解能も低下し低画質化するという欠点がある。
【０００６】
また、ビーム径を十分小さくする露光方式も考えられるが、結像光学系の考察によれば、ガウシアンビームの伝播において、波長をλ、屈折率をｎ、ビームの収束角をθｂｅａｍとした時、最小ビーム径ω０ は次式により求められる。
ω０ ≒λ／（ｎ・π・θｂｅａｍ）
また、θｂｅａｍは、ｆθレンズへの入射ビーム径をＤとし、ｆθレンズの焦点距離をｆとした時、
θｂｅａｍ＝ｔａｎ−１（Ｄ／（２・ｆ））
と表される。
【０００７】
従って、ビーム径を小さくするには、波長λを短くするか、ｆθレンズへの入射ビーム径Ｄ、すなわち回転多面鏡への入射ビーム径を大きくすればよい。そこで、波長の短い半導体レーザを使用してビーム径を小さくした画像形成装置が実現されているが、一般的な半導体レーザの波長〜７８０ｎｍに対して〜６８０ｎｍと、たかだか、１２％程度の改善にとどまっている。さらに波長の短い光源ということになると、アルゴンレーザ、又は半導体レーザと波長変換素子との組み合せといった技術を採用しなければならなくなるために、装置の大型化と価格の上昇を招く恐れがある。
【０００８】
また、回転多面鏡への入射ビーム径を大きくするためには、光ビームを集光して感光体上に光ビームスポットを形成する結像光学系が大型化してしまい、精密で高価な光学系が必要となり実用に向かない。
この問題を解決するものとして、特開平９−１６９１３６号公報には、ビーム径の異なる複数の光ビームを同時走査しながら同一走査線上に静電潜像を形成するに当たり、ビーム径の小さい第１の光ビームを用いて画像情報の記録露光を行うとともに、ビーム径の大きな第２の光ビームを用いて反転画像の露光を行い、第１の露光と第２の露光の総和をもって静電潜像を形成する露光方式が開示されている（以下この露光方式をバイアス露光方式という）。
【０００９】
このバイアス露光方式では、二つの露光像を合成することにより、ビーム径の違いによる露光像の輪郭部の傾きが急峻になり、単一の光ビームによる露光では得られない、極めてコントラストの高い静電潜像を得ることができ、その静電潜像を現像プロセスに供することにより、実用的なビーム径でありながらも、ざらつき感の少ない粒状性の優れた画像再現を実現し、ハイライト部がなだらかで均一性の良好な画像を得ることができる。
【００１０】
しかし、上記バイアス露光方式に反転現像方式を組み合わせた場合は、いわゆる非画像部（現像されない領域）も第２の光ビームによる露光を受けているため、非画像部も潜像構造を有している。従って、反転現像方式により画像形成を行うと、露光ビームや感光体帯電電位の条件によっては、地カブリを発生しやすいという問題がある。さらに、露光ビームや感光体帯電電位の条件によっては、画像領域、特に中間調画像領域で、バンディングと称する高周波の横スジが発生するという問題も明らかになっている。
【００１１】
また、上記バイアス露光方式を、複数色のトナーによる可視画像を被転写体上に順次重ねるように転写してカラー画像を形成するカラー画像形成装置に適用したところ、露光ビームや感光体帯電電位の条件によっては、高周波の色むらが発生する問題があることも判明した。
本発明は、上記の事情に鑑み、地カブリやバンディングが防止された、ざらつき感のない粒状性の優れた画像を得ることのできる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の画像形成装置は、
所定の副走査方向に移動する、静電潜像が形成される感光体、その感光体を帯電する帯電手段、帯電された感光体上を上記副走査方向と交わる所定の主走査方向に画像信号に対応した光ビームで走査することにより感光体上に静電潜像を形成する露光手段、および上記感光体上に形成された静電潜像を現像することにより感光体上にトナー像を形成する現像手段を備えた画像形成装置において、
上記露光手段が、
上記画像信号に基づいてオンオフ変調された第１の光ビームを発生する第１の光ビーム発生手段と、
上記画像信号に基づいて、上記第１の光ビームとは背反的にオンオフ変調された第２の光ビームを発生する第２の光ビーム発生手段と、
上記第１の光ビーム発生手段および第２の光ビーム発生手段からそれぞれ発生した第１の光ビームおよび第２の光ビームを１本の光ビームに合成する光ビーム合成手段と、
上記合成手段により合成された光ビームを上記感光体に導き該感光体上を主走査方向に走査する走査光学系とを備え、
上記第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２と副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ２／ＤＰと、上記感光体の、上記帯電手段により帯電された状態の表面電位ＶＨと、上記感光体の、上記第２の光ビームにより露光された領域の表面電位ＶＳとの電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜との間に、
５００（Ｄ２／ＤＰ）−２００≧｜ＶＨ−ＶＳ｜
なる関係を有し、かつ上記比率Ｄ２／ＤＰが
Ｄ２／ＤＰ≧０．８
であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の画像形成装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
図１には、本発明の画像形成装置を用いたカラー複写機が示されている。
この画像形成装置には、矢印Ａ方向に回転する、静電潜像が形成される感光体ドラム１、感光体ドラム１を一様に帯電する帯電器２、帯電された感光体ドラム１上を画像信号に対応した光ビームで走査して静電潜像を形成する光ビーム走査部２０、感光体ドラム１上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する回転現像器４、得られたトナー像を記録用紙Ｐに静電転写するための転写ドラム７、記録用紙Ｐを収納する用紙トレイ１１、記録用紙Ｐを搬送する用紙搬送経路１２、トナー像が転写された記録用紙Ｐを転写ドラム７から剥離する剥離用帯電器７ｃおよび剥離爪７ｅ、転写ドラム７から剥離された記録用紙Ｐ上のトナー像を定着する定着器９、転写後の感光体ドラム１に残存するトナーを除去するクリーナ５、トナー除去後の感光体ドラム１表面を除電する前露光器６が備えられている。
【００１４】
この実施形態における感光体ドラム１は本発明にいう感光体に相当するものであり、帯電器２は本発明にいう帯電手段に相当するものであり、光ビーム走査部２０は本発明にいう露光手段に相当するものであり、回転現像器４は本発明にいう現像手段に相当するものである。
矢印Ａ方向は本発明にいう副走査方向に相当し、この副走査方向と交わる、感光体ドラム１の回転軸方向に平行な方向が本発明にいう主走査方向に相当する。
【００１５】
副走査方向Ａに回転する感光体ドラム１は、帯電器２により一様に帯電された後、光ビーム走査部２０からの、画像信号に対応した複数の光ビームにより主走査方向に走査されて感光体ドラム１が露光され感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。光ビーム走査部２０による露光工程の詳細については後述する。
感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、感光体ドラム１の矢印Ａ方向への回転に従って回転現像器４に対向した現像位置Ｄに搬送される。回転現像器４は、イエロー、シアン、マゼンタ、黒色のトナーをそれぞれ収納する４組の現像ユニットにより構成される。各現像ユニットには、２成分磁気ブラシ現像による反転現像方式が採用されている。トナーの平均粒径はそれぞれ７μｍである。この回転現像器４は各色に対応した静電潜像を現像する度に１／４回転し、その色に対応したトナーにより静電潜像を現像する。各現像ユニットに配備されている現像ロール４ａにはバイアス電圧が印加され、静電潜像の背景部へのトナー付着を抑制する。現像により得られたトナー像は、感光体ドラム１の矢印Ａ方向への回転に従って、転写ドラム７に対向した転写位置Ｔに搬送される。
【００１６】
一方、感光体ドラム１上のトナー像が転写位置Ｔに搬送されるタイミングに合わせて、用紙トレイ１１から用紙搬送経路１２を経由して記録用紙Ｐが転写ドラム７に搬送されて、用紙吸着用帯電器７ａの作用により転写ドラム７の外周面に吸着され、転写ドラム７の矢印Ｂ方向への回転により転写位置Ｔに搬送されてくる。感光体ドラム１上のトナー像は、転写位置Ｔにおいて転写帯電器７ｂの作用により転写ドラム７に吸着された記録用紙Ｐ上に静電転写される。
【００１７】
転写位置Ｔにおける転写終了後の感光体ドラム１は、クリーナ５により残存トナーの除去が行われ、前露光器６による光の照射を受けて除電された後、再び、帯電器２により一様帯電が行われて次の静電潜像形成が開始される。
転写ドラム７は、感光体ドラム１にイエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色のトナー像が順次形成される間、一枚の記録用紙Ｐを吸着したまま矢印Ｂ方向に回転する。転写ドラム７の回転周期は感光体ドラム１上に形成された各色のトナー像が転写位置Ｔに順次搬送されてくるのと同期しており、一枚の記録用紙Ｐ上の同一個所に各色のトナー像が順次重ね合わされるように転写される。
【００１８】
転写ドラム７に吸着された記録用紙Ｐ上へのイエロー、シアン、マゼンタ、黒の４色のトナー像の転写がすべて終了すると、転写ドラム７に吸着された記録用紙Ｐは、剥離用帯電器７ｃにより転写ドラム７との静電的な吸着力が解除され、剥離爪７ｅにより転写ドラム７上から剥離されて定着器９に搬送され、そこでトナー像は記録用紙Ｐに定着された後、装置外に搬出される。記録用紙Ｐが剥離された転写ドラム７は、除電用帯電器７ｄにより除電され、再度画像形成が行われる場合は、上記と同様にして次の記録用紙Ｐを吸着する。
【００１９】
次に、本実施形態に用いられる露光手段（光ビーム走査部２０）の構造および作用について説明する。
図２は、本実施形態に用いられる光ビーム走査部の概略構成図である。
この光ビーム走査部２０には、第１の光ビーム発生手段であるレーザーダイオード２１ａ、第２の光ビーム発生手段であるレーザーダイオード２１ｂ、コリメータレンズ２２ａ，２２ｂ、ビームスプリッタ２３、シリンダーレンズ２４、反射ミラー２５、ポリゴンミラー２６、ｆθレンズ２７、シリンダーミラー２８が備えられている。
【００２０】
この実施形態におけるビームスプリッタ２３は本発明にいう光ビーム合成手段に相当するものであり、シリンダーレンズ２４、反射ミラー２５、ポリゴンミラー２６、ｆθレンズ２７、シリンダーミラー２８は本発明にいう走査光学系に相当するものである。
レーザーダイオード２１ａから出射した第１の光ビーム２０ａは、コリメータレンズ２２ａにより平行光束となり、ビームスプリッタ２３に入射される。また、レーザーダイオード２１ｂから出射した第２の光ビーム２０ｂは、コリメータレンズ２２ｂにより平行光束となり、ビームスプリッタ２３に入射される。ビームスプリッタ２３は第１の光ビーム２０ａを透過し、第２の光ビーム２０ｂを反射する。こうしてビームスプリッタ２３により２本の光ビームは１本の光ビームに合成されてシリンダーレンズ２４に入射される。合成された光ビームはシリンダーレンズ２４により副走査方向に集光され、反射ミラー２５で反射されてポリゴンミラー２６に入射される。光ビームはポリゴンミラー２６により感光体ドラム１の回転軸方向に平行な主走査方向Ｄに走査される。主走査方向Ｄに走査された光ビームは、ｆθレンズ２７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、シリンダーミラー２８により副走査方向Ｂへの集光を行って感光体ドラム１上に結像する。
【００２１】
図３は、図２に示した光ビーム走査部の光路の主走査断面図、および画像情報の入力から光ビームの出射までの画像信号の流れを示す流れ図である。
レーザーダイオード２１ａは、画像信号制御装置３２から出力された画像信号に基づきレーザ駆動装置３１ａにより駆動されて第１の光ビーム２０ａを出射して感光体ドラム１上に画像情報に基づく第１の露光像を形成する。レーザーダイオード２１ｂは、画像信号制御装置３２から出力された反転画像信号に基づきレーザ駆動装置３１ｂにより駆動されて第２の光ビーム２０ｂを出射して感光体ドラム１上に画像情報の反転像に基づく第２の露光像を形成する。
【００２２】
なお、この実施形態における走査光学系においては、感光体ドラム１の結像面におけるレーザーダイオード２１ａから出射される第１の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ１が、レーザーダイオード２１ｂから出射される第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２より小さくなるように、光学パラメータが設計されている。
【００２３】
本実施形態では、画像情報は二値のラスターデータとして処理されている。以下これを画像データと称する。
図４は、本実施形態に用いられる画像信号制御装置の概略構成図、およびその入出力信号波形を示す図である。
図４（ａ）に示すように、画像信号制御装置３２には増幅器３２ａと反転増幅器３２ｂが備えられており、画像データが画像信号制御装置３２に入力されると、増幅器３２ａおよび反転増幅器３２ｂから図４（ｂ）に示されたタイミングで画像信号Ｓ１および反転画像信号Ｓ２が出力される。
【００２４】
図５は、本実施形態の露光手段により出力される光ビームの露光エネルギ分布を示すグラフである。
図５（ａ）に示すような波形の画像信号Ｓ１、および図５（ｂ）に示すような波形の反転画像信号Ｓ２がレーザーダイオード２１ａ，２１ｂにそれぞれ入力されると、レーザーダイオード２１ａから出射された第１の光ビームは、感光体ドラム１上に図５（ｃ）に示すような露光を行い、レーザーダイオード２１ｂから出射された第２の光ビームは、感光体ドラム１上に図５（ｄ）に示すような露光を行う。その結果、感光体ドラム１上には、図５（ｅ）に示すような合成露光像が描かれる。
【００２５】
図５（ｅ）に示すように、合成露光像の、画像の輪郭となる立上がり部Ａおよび立下がり部Ｂの傾斜が急峻になり、単一の光ビームによる露光では得られない、高コントラストの静電潜像を得ることができる。この静電潜像を現像することによって、ざらつき感の少ない粒状性の優れた画像を得ることができる。
図６は、図１に示した画像形成装置の回転現像器を構成する現像ユニットの概略構成図である。
【００２６】
この現像ユニット４０は、磁性粒子とトナーとが混合された２成分系現像剤を収容するハウジング４８内に、現像剤を表面に担持して現像位置Ｄに搬送する現像ロール４１と、現像ロール４１の表面に形成される現像剤の量を規制する現像剤規制部材４７と、互いに反対の方向Ｃ，Ｃ’に回転することにより現像剤の攪拌および搬送を行い現像ロール４１に現像剤を供給するスクリューオーガ４５，４６とを備えている。
【００２７】
現像ロール４１は、表面に現像剤を担持して矢印Ｂ方向に回転するスリーブ４２と、スリーブ４２の内側に配備された回転しない固定磁石ロール４３を有している。固定磁石ロール４３には複数の磁極４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅが形成されており、スリーブ４２の表面に、隣接する磁極間で形成される磁界により現像剤の磁気ブラシを形成する。スリーブ４２はその磁気ブラシを搬送する。スリーブ４２は現像位置Ｄにおいて感光体ドラム１と、０．５ｍｍの間隔を隔てて対向するように配置され、この現像位置Ｄで現像が行われる。
【００２８】
現像ロール４１には、電源４９から直流成分に交流成分が重畳された現像バイアス電圧が印加されており、この現像バイアス電圧により現像位置Ｄに形成される電界によって、現像剤中の、電荷を有するトナーが感光体ドラム１上に形成された静電潜像に移行し静電潜像を現像する。この現像バイアス電圧の直流成分は感光体ドラム１の帯電電位と同極性となるように設定されている。また、現像バイアス電圧の交流成分は、振幅値がピークツーピーク値で１．２ＫＶ、周波数が６ｋＨｚであり、波形は矩形波が用いられている。
【００２９】
なお、この実施形態で使用している現像剤は、平均粒径が７μｍのトナーと平均粒径が５０μｍの磁性粒子（フェライトキャリア）とを混合したものであり、現像剤中のトナー濃度は７％に設定されている。
図７は、バイアス露光方式の問題点を説明するための模式図である。
単一の光ビームを用いる従来の露光方式では、感光体上の非画像部の副走査方向の表面電位は、帯電器２（図１参照）によって一様に帯電された状態での電位ＶＨであり、図７（ａ）に示すように均一な電位分布を有している。これに対して、従来のバイアス露光方式では、帯電器により一様に帯電された状態での電位ＶＨを第２の光ビームで全面露光して電位ＶＳを得ているため、副走査方向に潜像構造を持っている。すなわち、図７（ｂ）に示すように、感光体は電荷分布を持ち、表面電位が感光体上の位置によって変動している。このように、感光体上の表面電位の変動が大きくなると、局部的に、印加される現像バイアスの直流成分の電位ＶＤとの間の電位差が小さくなる個所が生じ、その個所にトナーが付着しやすくなり、画像に地カブリが発生する。
【００３０】
図８は、バイアス露光方式における第２の光ビームの副走査方向のビーム径を変化させた時の非画像部の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
図８（ａ）に示すように、第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２が大きい場合は感光体副走査方向の電位分布の変動は小さくなり、図８（ｂ）に示すように、ビーム径Ｄ２が小さい場合は感光体副走査方向の電位分布の変動が大きくなる。
【００３１】
図９は、バイアス露光方式における一様に帯電された状態での表面電位と第２の光ビームにより露光された領域の表面電位との電位差を変化させた時の非画像部の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
図９（ａ）に示すように、電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜が小さい場合は感光体副走査方向の電位分布の変動は小さくなり、図９（ｂ）に示すように、電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜が大きい場合は感光体副走査方向の電位分布の変動は大きくなる。
【００３２】
次に、富士ゼロックス社製複写機Ａｃｏｌｏｒ６３０を改造した画像形成装置に、図１に示した感光体ドラム１として、以下に示すような光電位減衰特性の感光体を用い、帯電器２（図１参照）により一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと第２の光ビームにより露光された領域の表面電位ＶＳとの差｜ＶＨ−ＶＳ｜、および第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２と副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ２／ＤＰを変化させて、地カブリの発生状況を評価するための実験を行った。
【００３３】
図１０は、第１の実施形態に用いられる感光体の光電位減衰特性を示すグラフである。
図１０に示すように、この感光体の表面電位は露光エネルギが増加するのに応じて急激に減少することを示している。
図１０に示した光電位減衰特性の感光体を用い、評価画像としては２００線のラインスクリーンによる階調ステップ画像を用いた。表面電位は、Ｔｒｅｋ社製の表面電位計Ｍｏｄｅｌ３４４を用いて測定した。プロセススピードは１６０ｍｍ／ｓとした。印加した現像バイアスの直流成分の電圧とＶＳとの電位差は、１５０Ｖとした。
【００３４】
実験の結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
なお、ＤＰ＝４２．３μｍの場合の、第１の光ビームの主走査径は３５μｍ、第１の光ビームの副走査径は５０μｍ、第２の光ビームの主走査径は７０μｍになるように調整してある。
また、ＤＰ＝６３．５μｍの場合の、第１の光ビームの主走査径は３５μｍ、第１の光ビームの副走査径は７０μｍ、第２の光ビームの主走査径は７０μｍになるように調整してある。
【００３７】
図１１は、表１に示した実験結果を基に作製した、比率Ｄ２／ＤＰを横軸とし電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜を縦軸とするグラフである。
表１および図１１から明らかなように、第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２と副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ２／ＤＰと、一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと、第２の光ビームにより露光された領域の表面電位ＶＳとの電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜との間に、
５００（Ｄ２／ＤＰ）−２００≧｜ＶＨ−ＶＳ｜
なる関係を有し、かつ上記比率Ｄ２／ＤＰが
Ｄ２／ＤＰ≧０．８
である場合は、地カブリの発生がなく、良好な階調画像を得ることができる。
【００３８】
この比率Ｄ２／ＤＰおよび電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜（Ｖ）は、第２の光ビームで露光される非画像部の潜像構造に寄与するパラメータである。本実施形態の画像形成装置では、帯電手段により感光体が表面電位ＶＨに一様に帯電されたのち、像形成の要求に基づく第１の光ビームによる露光と、像形成しない要求（すなわち、第１の光ビーム制御信号の反転信号）に基づく第２の光ビームによる露光によって静電潜像が形成される。
【００３９】
主走査方向の静電潜像については、２つのビーム径の違いにより露光像の輪郭部の傾斜が急峻となり（図５（ｅ）参照）、単一の光ビームの露光では得られない、高コントラストの静電潜像を現像プロセスに供することができるが、副走査方向の静電潜像については、第１および第２の光ビームのビーム径に依存する。非画像部（すなわち白地部）は、第２の光ビームによる全点灯によって感光体の表面電荷分布（静電潜像）が形成されるため、第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２と副走査方向の走査ピッチＤＰの比率Ｄ２／ＤＰと、感光体が一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと、第２の光ビームにより露光された、像形成が要求されない領域の感光体の表面電位ＶＳとの電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜（Ｖ）の関係が、潜像構造を決定する。
【００４０】
すなわち、以上説明した本発明の条件を外れた領域、すなわち
５００（Ｄ２／ＤＰ）−２００＜｜ＶＨ−ＶＳ｜
もしくは、Ｄ２／ＤＰ＜０．８
の領域では、非画像部の潜像構造が大きくなり（表面電荷分布の変動が大きくなり）、局部的に現像されてしまう部分が発生し、これが地カブリの原因となる。
【００４１】
また、比率Ｄ２／ＤＰが０．８より小さいと、電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜に関わらず、非画像部の副走査方向の潜像構造が大きくなり、地カブリを発生させやすくなる。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態としては、図１から図６までに示された第１の実施形態におけるとほぼ同様の装置が用いられ、第１の実施形態とは、感光体の露光に関するパラメータが異なっているのみである。
【００４２】
図１２は、バイアス露光方式における全面露光領域の副走査方向の潜像構造を示す模式図である。
図１２（ａ）は、バイアス露光方式における通常時の全面露光領域の副走査方向の潜像構造を示しており、図１２（ｂ）は、感光体の回転速度変動が発生した場合の全面露光領域の副走査方向の潜像構造を示している。図１２（ａ）に示すように、通常時は、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位ＶＬは細かな変動に留まっているが、図１２（ｂ）に示すように、感光体の回転速度に変動が生じると、全面露光領域の表面電位ＶＬと、印加する現像バイアスの直流成分の電位ＶＤとの間の電位差が拡大され、これが画像の横スジとして認識される、バンディングとなって現れる。
【００４３】
図１３は、バイアス露光方式における第１の光ビームの副走査方向のビーム径を変化させた時の全面露光領域の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
図１３（ａ）に示すように、第１の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ１が大きい場合は副走査方向の電位分布の変動は小さいが、図１３（ｂ）に示すように、ビーム径Ｄ１が小さい場合は副走査方向の電位分布の変動が大きくなる。
【００４４】
電位分布の変動がもともと大きければ、感光体の回転速度に変動が生じた場合に、印加する現像バイアスの直流成分の電位Ｖｄと第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位ＶＬとの電位差の変動も大きくなり、バンディングの発生が顕著となる。
図１４は、バイアス露光方式における一様に帯電された状態での表面電位と、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位との電位差を変化させた時の全面露光領域の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
【００４５】
図１４（ａ）に示すように、一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位ＶＬとの電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜が小さい場合は、感光体上の副走査方向の電位分布の変動は小さいが、図１４（ｂ）に示すように、電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜が大きい場合は、感光体上の副走査方向の電位分布の変動が大きくなる。
【００４６】
次に、第１の実施形態と同じ画像形成装置、同じ感光体を用い、一様に帯電された状態の感光体ドラム１の表面電位ＶＨと、第１の光ビームにより全面露光された領域の感光体ドラム１の表面電位ＶＬとの差｜ＶＨ−ＶＬ｜、および第１の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ１と副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ１／ＤＰを変化させて、バンディングの発生状況を評価するための実験を行った。
【００４７】
評価画像、表面電位計、プロセススピードその他の条件は第１の実施形態における条件に合わせた。
実験の結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
なお、ＤＰ＝４２．３μｍの場合の、第１の光ビームの主走査径は３５μｍ、第２の光ビームの副走査径は８５μｍ、第２の光ビームの主走査径は７０μｍになるように調整した。
また、ＤＰ＝６３．５μｍの場合の、第１の光ビームの主走査径は３５μｍ、第２の光ビームの副走査径は１３０μｍ、第２の光ビームの主走査径は７０μｍになるように調整した。
【００５０】
図１５は、表２に示した実験結果を基に作製した、比率Ｄ１／ＤＰを横軸とし電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜を縦軸とするグラフである。
表２および図１５から明らかなように、第１の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ１と副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ１／ＤＰと、一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位ＶＬとの電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜との間に、
１０００（Ｄ１／ＤＰ）−３００≧｜ＶＨ−ＶＬ｜
なる関係を有し、かつ比率Ｄ１／ＤＰが
Ｄ１／ＤＰ≧０．８
である場合は、バンディングの発生がなく、良好な階調画像を得ることができる。
【００５１】
このように、比率Ｄ１／ＤＰおよび電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜は、第１の光ビームで露光される画像部の潜像構造に寄与するパラメータである。
画像部（すなわち印字部）は、主に第１の光ビームによる露光によって静電潜像が形成され、特に副走査方向の潜像構造について、第１の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ１と副走査方向の走査ピッチＤＰの比率Ｄ１／ＤＰと、帯電手段により一様に帯電された状態での表面電位ＶＨと、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位ＶＬとの電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜の関係が、潜像構造を決定する。
【００５２】
すなわち、以上説明した本実施形態において提示した条件を外れた領域、すなわち
１０００（Ｄ１／ＤＰ）−３００＜｜ＶＨ−ＶＬ｜
もしくは、Ｄ１／ＤＰ＜０．８
の領域では、画像部の副走査方向の潜像構造が大きくなり（表面電位の変動が大きくなり）、感光体の駆動速度変動などの影響を受けやすくなって、そのためバンディング発生の原因となる。
【００５３】
また、比率Ｄ１／ＤＰが０．８より小さいと、電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜の如何に関わらず、画像部の副走査方向の潜像構造が大きくなり、バンディングを発生させやすくなる。
なお、上記の各実施形態には、１つの感光体、帯電手段、露光手段を有する画像形成装置（図１参照）が示されているが、本発明は、必ずしもこの構成に限られるものではなく、感光体、帯電手段、露光手段、および現像手段を有し、複数の色のトナー像を分担して形成する複数の画像形成ユニットを備えるとともに、これら複数の画像形成ユニットにより形成された複数のトナー像を、これら複数のトナー像が所定の被転写体上に相互に重なるように転写する転写手段とを備えた、例えば、タンデム型カラー画像形成装置に本発明を適用することも好ましい態様の一つである。本発明による、地カブリやバンディングの少ない画像再現は、このタンデム型カラー画像形成装置に、高周波の色むらを発生させないという大きな効果をもたらすことができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、実用的なビーム径、例えば３０μｍ以上のビーム径の光ビームを用いて高コントラストの露光像を形成することにより、地カブリやバンディングが防止され、ざらつき感のない粒状性の優れた画像を得ることのできる画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に用いられる光ビーム走査部の概略構成図である。
【図３】図２に示した光ビーム走査部の光路の主走査断面図、および画像情報の入力から光ビームの出射までの画像信号の流れを示す流れ図である。
【図４】本実施形態に用いられる画像信号制御装置の概略構成図、およびその入出力信号波形を示す図である。
【図５】本実施形態の露光手段により出力される光ビームの露光エネルギ分布を示すグラフである。
【図６】図１に示した画像形成装置の回転現像器を構成する現像ユニットの概略構成図である。
【図７】バイアス露光方式の問題点を説明するための模式図である。
【図８】バイアス露光方式における第２の光ビームの副走査方向のビーム径を変化させた時の非画像部の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
【図９】バイアス露光方式における一様に帯電された状態での表面電位と第２の光ビームにより露光された領域の表面電位との電位差を変化させた時の非画像部の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
【図１０】第１の実施形態に用いられる感光体の光電位減衰特性を示すグラフである。
【図１１】表１に示した実験結果を基に作製した、比率Ｄ２／ＤＰを横軸とし、電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜を縦軸とするグラフである。
【図１２】バイアス露光方式における全面露光領域の副走査方向の潜像構造を示す模式図である。
【図１３】バイアス露光方式における第１の光ビームの副走査方向のビーム径を変化させた時の全面露光領域の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
【図１４】バイアス露光方式における一様に帯電された状態での表面電位と、第１の光ビームにより全面露光された領域の表面電位との電位差を変化させた時の全面露光領域の副走査方向の潜像構造の変化を示す模式図である。
【図１５】表２に示した実験結果を基に作製した、比率Ｄ１／ＤＰを横軸とし、電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜を縦軸とするグラフである。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
２ 帯電器
４ 回転現像器
４ａ 現像ロール
５ クリーナ
６ 前露光器
７ 転写ドラム
７ａ 用紙吸着用帯電器
７ｂ 転写帯電器
７ｃ 剥離用帯電器
７ｄ 除電用帯電器
７ｅ 剥離爪
９ 定着器
１１ 用紙トレイ
１２ 用紙搬送経路
２０ 光ビーム走査部
２０ａ，２０ｂ 光ビーム
２１ａ，２１ｂ レーザーダイオード
２２ａ，２２ｂ コリメータレンズ
２３ ビームスプリッタ
２４ シリンダーレンズ
２５ 反射ミラー
２６ ポリゴンミラー
２７ ｆθレンズ
２８ シリンダーミラー
３１ａ，３１ｂ レーザ駆動装置
３２ 画像信号制御装置
３２ａ 増幅器
３２ｂ 反転増幅器
４０ 現像ユニット
４１ 現像ロール
４２ スリーブ
４３ 固定磁石ロール
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅ 磁極
４５，４６ スクリューオーガ
４７ 現像剤規制部材
４８ ハウジング
４９ 電源
Claims (3)
- 所定の副走査方向に移動する、静電潜像が形成される感光体、該感光体を帯電する帯電手段、帯電された感光体上を前記副走査方向と交わる所定の主走査方向に画像信号に対応した光ビームで走査することにより該感光体上に静電潜像を形成する露光手段、および前記感光体上に形成された静電潜像を現像することにより該感光体上にトナー像を形成する現像手段を備えた画像形成装置において、
前記露光手段が、
前記画像信号に基づいてオンオフ変調された第１の光ビームを発生する第１の光ビーム発生手段と、
前記画像信号に基づいて、前記第１の光ビームとは背反的にオンオフ変調された第２の光ビームを発生する第２の光ビーム発生手段と、
前記第１の光ビーム発生手段および第２の光ビーム発生手段からそれぞれ発生した第１の光ビームおよび第２の光ビームを１本の光ビームに合成する光ビーム合成手段と、
前記合成手段により合成された光ビームを前記感光体に導き該感光体上を主走査方向に走査する走査光学系とを備え、
前記第２の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ２と副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ２／ＤＰがＤ２／ＤＰ≧０．８であり、かつ、前記感光体の、前記帯電手段により帯電された状態の表面電位ＶＨと、該感光体の、前記第２の光ビームにより露光された領域の表面電位ＶＳとの電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜が２００Ｖ以上１０００Ｖ以下である条件のもとで、
前記比率Ｄ２／ＤＰと前記電位差｜ＶＨ−ＶＳ｜との間に、
５００（Ｄ２／ＤＰ）−２００≧｜ＶＨ−ＶＳ｜
なる関係を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記第１の光ビームの副走査方向のビーム径Ｄ１と、副走査方向の走査ピッチＤＰとの比率Ｄ１／ＤＰがＤ１／ＤＰ≧０．８であり、かつ、前記感光体の、前記帯電手段により帯電された状態の表面電位ＶＨと、該感光体の、前記第１の光ビームにより露光された領域の表面電位ＶＬとの電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜が５００Ｖ以上１６００Ｖ以下である条件のもとで、
前記比率Ｄ１／ＤＰと前記電位差｜ＶＨ−ＶＬ｜との間に、
１０００（Ｄ１／ＤＰ）−３００≧｜ＶＨ−ＶＬ｜
なる関係を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。 - 前記感光体、前記帯電手段、前記露光手段、および前記現像手段を有し、複数の色のトナー像を分担して形成する複数の画像形成ユニットを備えるとともに、
これら複数の画像形成ユニットにより形成された複数のトナー像を、これら複数のトナー像が所定の被転写体上に相互に重なるように転写する転写手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
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