JP3675146B2 - Image forming apparatus - 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に用いられる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やすいという問題がある。また、温湿環境の変化などに対する階調表現の安定性が低いという問題もある。
【０００５】
これらの問題に対する解決策として、ハイライト部における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減少させ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ができるが、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））
と表すことができる。
【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用い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に対して波長の短い半導体レーザを用いたとしても〜６８０ｎｍ程度が限度であり、たかだか１２％程度の改善にしか過ぎない。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、精密で高価な光学系が必要となるため実用には向かない。
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となり、単一の光ビームによる露光方式では得られない、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、実用的なビーム径の光源を用いて、ざらつき感の少ない粒状性に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は、感光体上の、現像が要求されない部分、いわゆる非画像部も第２の光ビームによって露光されるため、感光体の光電位減衰特性に応じた表面電位となる。すなわち、温湿度環境の変化により感光体の光電位減衰特性に変動を生じた場合は、非画像部の表面電位が変動し、非画像部の表面電位と、現像手段に印加される現像バイアスの直流成分との電位差が変動する。その結果、地カブリや、キャリアオーバと称する感光体へのキャリア付着などの画像欠陥が発生する恐れがある。また、中間調画像の階調トーンが大幅に変化して、中間調画像の再現性を低下させてしまうことがある。
【００１１】
特に、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合わせるように転写してカラー画像を形成する画像形成装置に適用した場合は、階調トーンの変動が色の変動となって現れ、画像上では、より一層顕著に検出されるようになる。
本発明は、上記の事情に鑑み、環境変化の影響を受けにくく、地カブリやキャリアオーバの発生が防止された、ざらつき感のない粒状性に優れた高画質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第１の画像形成装置は、
所定の副走査方向に移動する、表面に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基づく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、現像剤を担持してその現像剤を上記感光体に対向した所定の現像位置に搬送する現像剤担持体を有し、その現像剤担持体と上記感光体との間に、直流成分に交流成分が重畳された現像バイアスを印加することにより、上記感光体上に形成された静電潜像が現像剤で現像されてなる可視画像を感光体上に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感光体上を主走査方向に走査する走査光学系とを備えたものであり、かつ
この画像形成装置が、
上記露光手段により光ビームの走査を受けた後の感光体上の表面電位を検出する表面電位検出手段と、
上記表面電位検出手段により検出された、上記感光体上の上記第２の光ビームにより露光された領域の表面電位に基づき、上記現像剤担持体と上記感光体との間に印加する現像バイアスの直流成分の電圧を制御するバイアス電圧制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記の目的を達成する本発明の第２の画像形成装置は、
所定の副走査方向に移動する、表面に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基づく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、現像剤を担持してその現像剤を上記感光体に対向した所定の現像位置に搬送する現像剤担持体を有し、その現像剤担持体と上記感光体との間に、直流成分に交流成分が重畳された現像バイアスを印加することにより、上記感光体上に形成された静電潜像が現像剤で現像されてなる可視画像を感光体上に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感光体上を主走査方向に走査する走査光学系とを備えたものであり、かつ
上記露光手段が、上記感光体上にテストパターンを形成するテストパターン形成手段を含むものであって、
この画像形成装置が、
上記テストパターン形成手段により形成されたテストパターンの表面電位を検出する表面電位検出手段と、
上記表面電位検出手段により検出された表面電位に基づき、上記現像剤担持体と上記感光体との間に印加する現像バイアスの直流成分の電圧を制御するバイアス電圧制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
【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。
この実施形態は、本発明の第１の画像形成装置に対応するものである。
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。
【００１５】
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を一様に帯電する一次帯電器２、一次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、光ビーム走査部２０による光ビームの走査を受けた後の感光体ドラム１の表面電位を検出する表面電位計８、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、回転現像器４に直流成分に交流成分が重畳された現像バイアス電圧を供給する電源３、表面電位計８により検出された感光体ドラム１の表面電位に基づき上記現像バイアスの直流成分の電圧を制御するバイアス電圧制御部９、現像により形成さ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１０、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。
【００１６】
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、一次帯電器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、表面電位計８は本発明にいう表面電位検出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り、バイアス電圧制御部９は本発明にいうバイアス電圧制御手段に相当するものである。
【００１７】
感光体ドラム１の回転方向Ａ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。
副走査方向Ａに回転する感光体ドラム１は、一次帯電器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。
【００１８】
感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、表面電位計８による表面電位の検出が行われた後、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に対向する現像位置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ている。各現像ユニットは、２成分磁気ブラシ現像による反転現像方式の現像器であり、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ごとに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には電源３からの現像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に対向する転写位置Ｔに搬送される。
【００１９】
図２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。
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、互いに反対の回転方向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。
【００２０】
現像ロール４１は、本発明にいう現像剤担持体に相当するものであり、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表面に、互い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が形成される。スリーブ４２はその磁気ブラシを矢印Ｂ方向に搬送する。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ている。
【００２１】
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上の静電潜像に移行して静電潜像を現像し、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。
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。
【００２２】
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）とが混合された２成分系現像剤であり、現像剤中のトナー濃度は７％に設定されている。
図１に戻り、画像形成装置全体の説明を続ける。
現像器４により感光体ドラム１上に形成された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。
【００２３】
転写位置Ｔにおける転写が終了した後、感光体ドラム１は、クリーナ５により残存トナーが除去され、前露光器６による光の照射を受けて除電された後、再び、一次帯電器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の形成およびそのトナー像の記録用紙Ｐへの転写が順次行われている間、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タイミングと同期しており、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。
【００２４】
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７ｄにより転写ドラム７上から剥離されて定着器１０に搬送され、そこでトナー像が記録用紙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７ｅ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、用紙吸着用帯電器７ａにより次の記録用紙Ｐを吸着する。
【００２５】
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）について説明する。
図３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。
【００２６】
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をシリンダーレンズ２４に向けて透過し、第２の光ビーム２０ｂをシリンダーレンズ２４に向けて反射する。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。
【００２７】
図４は、図３に示した光ビーム走査部の光路の主走査方向の断面図、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図である。
画像信号制御装置３２は入力された画像情報に基づく画像信号をレーザ駆動装置３１ａに出力するとともに、その画像信号を反転させて生成した反転画像信号をレーザ駆動装置３１ｂに出力する。
【００２８】
レーザーダイオード２１ａは、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、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。
【００２９】
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。
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。
【００３０】
図５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５（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５（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。
【００３１】
図６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６（ａ）に示すような波形の画像信号Ｓ１、および図６（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６（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６（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６（ｅ）に示すような合成露光像が描かれる。
【００３２】
このようにして形成された合成露光像は、図６（ｅ）に示すように、画像の輪郭となる立上がり部Ａおよび立下がり部Ｂの傾斜が急峻となっており、単一の光ビームによる露光方式では得られない、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に優れた画像を得ることができる。
【００３３】
次に、本実施形態における表面電位計８およびバイアス電圧制御部９の作用について説明する。
一次帯電器２（図１参照）により感光体ドラム１表面が一様に帯電された後、第１の光ビーム２０ａ（図４参照）と第２の光ビーム２０ｂによる感光体ドラム１表面への露光によって感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。すなわち、１００％の入力信号に対応した像形成の要求に対しては、第１の光ビームのみで静電潜像形成が行われ、０％の入力信号に対応した像形成の要求に対しては、第２の光ビームのみで静電潜像形成が行われる。
【００３４】
ところで、従来の単一の光ビームによる露光方式の場合は、非画像部の表面電位は、一次帯電器により一様に帯電されたままの電位であり、温湿環境の変化による感光体の光電位減衰特性の変動の影響をそれほど受けないが、バイアス露光方式の場合は、以下に説明するように温湿環境の変化により感光体の光電位減衰特性が変動すると、表面電位もそれに応じて変動してしまう。
【００３５】
図７は、バイアス露光方式における像形成プロセスの説明図である。
図７に示すように、バイアス露光方式の場合は、非画像部Ａでは、一次帯電器により一様に帯電され電位ＶＨとなった感光体表面が第２の光ビームで全面露光することにより電位ＶＳとなっているため、温湿環境の変化により感光体の光電位減衰特性が変動した場合、非画像部Ａの表面電位ＶＳは影響を受ける。
【００３６】
図８は、温湿環境の変化により感光体の光電位減衰特性が変動した場合の画像形成装置の動作を説明する模式図である。
いま、ある環境条件下において、図８に実線Ａで示したような光電位減衰特性を有する感光体について考える。第１の光ビームの全点灯により得られる感光体の表面電位をＶＬ０とし、その時の露光エネルギをＥ１０とする。また、第２の光ビームの全点灯により得られる感光体の表面電位をＶＳ０とし、その時の露光エネルギをＥ２０とする。ここで、現像バイアスの直流成分ＶＤは、地カブリやキャリアオーバーなどを抑制する範囲内の所定の値に設定される。電位ＶＳ０と現像バイアスの直流成分ＶＤの電位差ｄ１が大き過ぎると、キャリアオーバーが発生し、また、電位ＶＳ０と現像バイアスの直流成分ＶＤの電位差ｄ１が小さ過ぎると地カブリが発生する。
【００３７】
次に、第１および第２の光ビームの露光エネルギ条件を変更しない状態で、温湿環境が変化して感光体の光電位減衰特性が図８に破線Ｂで示すように変動した場合は、電位ＶＬ０は電位ＶＬ１となり、電位ＶＳ０は電位ＶＳ１となる。その結果、電位ＶＳ１と現像バイアスの直流成分ＶＤとの電位差が大きくなり（ｄ２）、キャリアオーバーが発生する。一方、現像バイアスの直流成分ＶＤと電位ＶＬ１との電位差で構成される現像コントラストは小さくなり（ｄ３）、現像濃度が低下して階調トーンが変化してしまう。
【００３８】
従来の単一の光ビームによる露光方式の場合は、このような感光体の光電位減衰特性の変動に対して、非画像部（０％画像部）の電位変動については一次帯電器の出力調整により補正し、また、画像部（１００％画像部）の電位変動については露光ビームの出力エネルギの調整により補正を行っている。
図９は、従来の感光体の光電位減衰特性の補正方法をバイアス露光方式の画像形成装置に適用した場合の動作説明図である。
【００３９】
図９に実線Ａで示したような光電位減衰特性を有する感光体の光電位減衰特性が環境条件の変化などにより破線Ｂで示したような光電位減衰特性に変化した場合、第１の光ビームの全点灯により得られる感光体の表面電位がＶＬ０を維持するように、露光エネルギをＥ１０からＥ１１に補正し、また、第２の光ビームの全点灯により得られる感光体の表面電位がＶＳ０を維持するように、露光エネルギをＥ２０からＥ２１に補正することによって、ＶＳ０、ＶＬ０、およびＶＤ相互間の関係を一定に保つことができる。
【００４０】
しかし、この補正を行うことにより、第１および第２の光ビームの露光エネルギの比率Ｅ２０／Ｅ１０がＥ２１／Ｅ１１へと変化してしまう。バイアス露光方式では、第１および第２の光ビームの露光エネルギの比率がその露光像を決定するものであるため、第１および第２の光ビームの露光エネルギの比率が変化すると階調トーンが変化してしまうので、このように、露光ビームの出力エネルギの調整により感光体の光電位減衰特性を補正する方法はバイアス露光方式には適していない。
【００４１】
そこで、実線Ａで示した光電位減衰特性における第１および第２の光ビームの露光エネルギの比率Ｅ２０／Ｅ１０と同一の比率が、破線Ｂで示した光電位減衰特性においても得られる第１の光ビームの全点灯の露光エネルギＸを、次の比例式から求める方法が考えられる。
Ｘ／Ｅ１１＝Ｅ２０／Ｅ１０
図１０は、第１および第２の光ビームの露光エネルギの比率を一定に保つように感光体の特性を補正する方法の説明図である。
【００４２】
図１０に示すように、破線Ｂで示した光電位減衰特性における露光エネルギの比率を実線Ａで示した光電位減衰特性における第１および第２の光ビームの露光エネルギの比率Ｅ２０／Ｅ１０と同一の比率とする第１の光ビームの全点灯により得られる感光体の表面電位はＶＬ２となる。
この補正方法では、現像バイアスの直流成分ＶＤと電位ＶＬ２との電位差で構成される現像コントラストｄ３は、補正前の電位差ｄ０よりも大きくなり、現像濃度が増加し階調トーンが変化してしまう。
【００４３】
ところで、バイアス露光方式では、非画像部（現像が要求されない領域、すなわち第２の光ビームにより露光された領域）の表面電位も、画像部（第１の光ビームにより露光された領域）の表面電位もともに同一感光体の光電位減衰特性に依存しているため、温湿環境変化などにより感光体の光電位減衰特性に変動が生じても、非画像部の表面電位と画像部の表面電位との電位差はほとんど変化しない。
【００４４】
従って、バイアス露光方式において温湿環境変化などにより感光体の光電位減衰特性の変動が生じた場合に、非画像部の表面電位のドリフト分、もしくは画像部の表面電位のドリフト分を現像バイアスの直流成分に加えてやれば、非画像部の表面電位、画像部の表面電位、および現像バイアスの直流成分の相互の関係を光電位減衰特性の変動前と同一に維持することができ、かつ安定した階調トーンを得ることができる。
【００４５】
本発明はこの原理に基づき、第１の実施形態の画像形成装置では、非画像部の表面電位のドリフト分を現像バイアスの直流成分に加える制御方式を採用し、バイアス電圧制御部９（図１参照）が、表面電位計８により検出された、感光体ドラム１上の第２の光ビームにより露光された領域の表面電位に基づき、現像ロール４１と感光体ドラム１との間に印加する現像バイアスの直流成分の電圧を制御している。
【００４６】
なお、本発明の第２の実施形態の画像形成装置では、画像部の表面電位のドリフト分を現像バイアスの直流成分に加える制御方式を採用している。第２の実施形態については後述する。
以下に、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、次のような光電位減衰特性を有する感光体を用い、常温常湿環境（２２℃、５０％Ｒｈ）、Ｈ環境（３３℃、８５％Ｒｈ）、Ｌ環境（１０℃、１５％Ｒｈ）の３種類の環境条件下で、画像信号：２０％，４０％，６０％，８０％の階調パッチ画像を出力させて行った画像評価実験の結果について説明する。
【００４７】
図１１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１１に示すように、この感光体の表面電位は露光エネルギの増加に伴い指数関数的に急激に減衰している。
この実験には、図１１に示した光電位減衰特性を持つ感光体を用い、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。印加した現像バイアスの直流成分の電圧ＶＤと非画像部の表面電位ＶＳとの電位差は１５０Ｖとした。
【００４８】
実験条件を表１に示す。
【００４９】
【表１】

Figure 0003675146
【００５０】
本実施形態の画像形成装置についての実験結果を説明する前に、比較例として、図９および図１０を参照して説明した補正方法に基づく制御を行った場合の実験結果について説明する。
（比較例１）
この比較例１においては、Ｈ環境およびＬ環境における感光体の光電位減衰特性の変動に対して、次に示す制御フローに基づき、第２の光ビームの出力エネルギＥ２および第１の光ビームの出力エネルギＥ１の制御を行っている。すなわち、この制御は、図９を参照して説明した補正方法に対応するものである。
【００５１】
図１２は、比較例１における光ビームの出力エネルギ制御の流れ図である。
図１２（ａ）に示すように、先ず、表面電位計８（図１参照）により感光体ドラム１の非画像部の表面電位ＶＳを測定する（ステップＳ２１）。次に、その表面電位ＶＳと所定の基準表面電位ＶＳ０との電位差｜ＶＳ−ＶＳ０｜を所定の許容電位変動ＶＣ２と比較して（ステップＳ２２）、電位差｜ＶＳ−ＶＳ０｜がＶＣ２以上である場合はステップＳ２３に進み、電位差｜ＶＳ−ＶＳ０｜がＶＣ２未満である場合はステップＳ２５に進む。
【００５２】
ステップＳ２３では、第２の光ビーム出力調整モードによる第２の光ビームの出力エネルギ調整を行い、０％画像部の表面電位ＶＳが、所定の基準表面電位ＶＳ０と同等となる第２の光ビームの出力エネルギＥ２を決定する。
ステップＳ２５では、第２の光ビームの出力エネルギＥ２をＥ２０のままとする。
【００５３】
また、図１２（ｂ）に示すように、第１の光ビームの出力エネルギＥ１についても同様の制御を行っている。すなわち、先ず、表面電位計８（図１参照）により感光体ドラム１の１００％画像部の表面電位ＶＬを測定する（ステップＳ３１）。次にその表面電位ＶＬと所定の基準表面電位ＶＬ０との電位差｜ＶＬ−ＶＬ０｜を所定の許容電位変動ＶＣ１と比較して（ステップＳ３２）、電位差｜ＶＬ−ＶＬ０｜がＶＣ１以上である場合はステップＳ３３に進み、電位差｜ＶＬ−ＶＬ０｜がＶＣ１未満である場合はステップＳ３５に進む。
【００５４】
ステップＳ３３では、第１の光ビーム出力調整モードによる第１の光ビームの出力エネルギ調整を行い、１００％画像部の表面電位ＶＬが、所定の基準表面電位ＶＬ０と同等となる第１の光ビームの出力エネルギＥ１を決定する。
ステップＳ３５では、第１の光ビームの出力エネルギＥ１をＥ１０のままとする。
【００５５】
この比較例２の制御を適用することにより、Ｈ環境においても、また、Ｌ環境においても、地カブリやキャリアオーバーなどを発生させることはなかったが、Ｌ環境では、比率Ｅ２／Ｅ１が所定の値よりも大きくなり、その結果、露光像の輪郭部分がより急峻となり、特に低濃度領域での階調パッチで現像量が増加し、色差変動も３以内に抑制することができず、良好な階調再現特性を得ることができなかった。また、Ｈ環境では比率Ｅ２／Ｅ１が所定の値よりも小さくなり、その結果、露光像の輪郭部分の急峻さが減少し、特に低濃度領域での階調パッチで現像量が低下し、色差変動も３以内に抑制することができず、良好な階調再現特性を得ることができなかった。
（比較例２）
この比較例２においては、Ｈ環境およびＬ環境における感光体の光電位減衰特性の変動に対して、次に示す制御フローに基づき、第２の光ビームの出力エネルギＥ２および第１の光ビームの出力エネルギＥ１の制御を行っている。すなわち、この制御は、図１０を参照して説明した補正方法に対応するものである。
【００５６】
なお、実験条件は前述の比較例１における条件と同一である。
図１３は、比較例２における光ビームの出力エネルギ制御の流れ図である。
図１３に示すように、先ず、表面電位計８（図１参照）により感光体ドラム１の非画像部の表面電位ＶＳを測定する（ステップＳ４１）。次に、その表面電位ＶＳと所定の基準表面電位ＶＳ０との電位差｜ＶＳ−ＶＳ０｜を所定の許容電位変動ＶＣ２と比較して（ステップＳ４２）、電位差｜ＶＳ−ＶＳ０｜がＶＣ２以上である場合はステップＳ４３に進み、電位差｜ＶＳ−ＶＳ０｜がＶＣ２未満である場合はステップＳ４６に進む。
ステップＳ４３では、第２の光ビーム出力調整モードによる第２の光ビームの出力エネルギ調整を行い、０％画像部の表面電位ＶＳが、所定の基準表面電位ＶＳ０と同等となる第２の光ビームの出力エネルギＥ２を決定する。
【００５７】
ステップＳ４３では、第２の光ビーム出力調整モードによる第２の光ビームの出力エネルギ調整を行い、０％画像部の表面電位ＶＳが、所定の基準表面電位ＶＳ０と同等となる第２の光ビームの出力エネルギＥ２を決定する（ステップＳ４４）。また、第１の光ビーム出力エネルギＥ１は、第２の光ビームの出力エネルギＥ２と、所定の第１の光ビーム出力エネルギＥ１０と第２の光ビーム出力Ｅ２０との比率Ｅ１０／Ｅ２０とに基づき決定する（ステップＳ４５）。
【００５８】
ステップＳ４６では、第２の光ビームの出力エネルギＥ２をＥ２０のままとし、ステップＳ４７では、第１の光ビームの出力エネルギＥ１をＥ１０のままとする。
この比較例２の制御を適用することにより、Ｈ環境においても、また、Ｌ環境においても、地カブリやキャリアオーバーなどを発生させることはなかったが、Ｌ環境では、第１の光ビームによる露光部の表面電位が通常の電位減衰よりも過剰に減衰し、その結果、現像バイアス電圧の直流成分と第１の光ビームによる露光部の表面電位の差で構成される現像コントラスト電位が増大し、すべての階調パッチで現像量が増加し、色差変動も３以内に抑制することができず、良好な階調再現特性を得ることができなかった。また、Ｈ環境では第１の光ビームによる露光部の表面電位が十分に減衰せず、現像コントラスト電位が減少して、すべての階調パッチで現像量が低下し、色差変動も３以内に抑制することができず、良好な階調再現特性を得ることができなかった。
（比較例３）
この比較例３においては、Ｈ環境およびＬ環境における感光体の光電位減衰特性の変動に対して、次に示す制御フローに基づき、第２の光ビームの出力エネルギＥ２および第１の光ビームの出力エネルギＥ１の制御を行っている。
【００５９】
なお、実験条件は前述の比較例１，２における条件と同一である。
図１４は、比較例３における光ビームの出力エネルギ制御の流れ図である。
図１４に示すように、先ず、表面電位計８（図１参照）により感光体ドラム１の１００％画像部の表面電位ＶＬを測定する（ステップＳ５１）。次にその表面電位ＶＬと所定の基準表面電位ＶＬ０との電位差｜ＶＬ−ＶＬ０｜を所定の許容電位変動ＶＥ２と比較して（ステップＳ５２）、電位差｜ＶＬ−ＶＬ０｜がＶＥ２以上である場合はステップＳ５３に進み、電位差｜ＶＬ−ＶＬ０｜がＶＥ２未満である場合はステップＳ５６に進む。
【００６０】
ステップＳ５３では、第１の光ビーム出力調整モードによる第１の光ビームの出力エネルギ調整を行い、１００％画像部の表面電位ＶＬが、所定の基準表面電位ＶＬ０と同等となる第１の光ビームの出力エネルギＥ１を決定する（ステップＳ５４）。次に、第２の光ビーム出力エネルギＥ２は、第１の光ビームの出力エネルギＥ１と、第２の光ビーム出力Ｅ２０と第１の光ビーム出力エネルギＥ１０との比率Ｅ２０／Ｅ１０とに基づき決定する（ステップＳ５５）。
【００６１】
ステップＳ５６では、第１の光ビームの出力エネルギＥ１をＥ１０のままとし、ステップＳ５７では、第２の光ビームの出力エネルギＥ２をＥ２０のままとする。
この比較例３の制御を適用することにより、Ｌ環境では、第２の光ビームによる露光部の表面電位が十分に減衰せず、その結果、非画像領域の表面電位と現像バイアスの直流成分の電位差が増加し、キャリアオーバーが発生した。また、非画像領域の表面電位と現像バイアスの直流成分の電位差が増加したことにより、現像剤にかかる逆電界成分が増加したことによって、現像特性が低下し、すべての階調パッチで現像量が低下し、色差変動も３以内に抑制することができず、良好な階調再現特性を得ることができなかった。
【００６２】
また、Ｈ環境では、第２の光ビームによる露光部の表面電位が通常時よりも過剰に減衰し、その結果、非画像領域の表面電位と現像バイアスの直流成分の電位差が減少し、地カブリが発生した。また、非画像領域の表面電位と現像バイアスの直流成分の電位差が減少したことにより、現像剤にかかる逆電界成分が減少したことによって、現像特性が増加し、すべての階調パッチで現像量が増加し、色差変動も３以内に抑制することができず、良好な階調再現特性を得ることができなかった。
【００６３】
次に、本発明の第１の実施形態の画像形成装置を用いて行った実験結果について説明する。
第１の実施形態では、Ｈ環境およびＬ環境における感光体の光電位減衰特性の変動に対して、次に示す制御フローに基づき現像バイアスの直流成分ＶＤを制御している。
【００６４】
なお、実験条件は表１に示したとおりである。
図１５は、第１の実施形態における現像バイアス電圧制御の流れ図である。
図１５に示すように、先ず、表面電位計８（図１参照）により感光体ドラム１の非画像部（画像信号０％、すなわち０％画像部）の表面電位ＶＳを測定する（ステップＳ１）。次に、その表面電位ＶＳを所定の基準表面電位ＶＳ０と比較して（ステップＳ２）、ＶＳがＶＳ０以上である場合はステップＳ３に進み、ＶＳがＶＳ０未満である場合はステップＳ６に進む。
【００６５】
ステップＳ３では、式：ΔＶＳ１＝ＶＳ−ＶＳ０により電位差ΔＶＳ１を求め、電位差ΔＶＳ１が所定の許容電位変動ＶＡより大きい場合は、ステップＳ４に進み現像バイアスの直流成分ＶＤを式：ＶＤ＝ＶＤ−ΔＶＳ１から求めたＶＤに置き換える。ステップＳ３において電位差ΔＶＳ１が許容電位変動ＶＡ未満の場合は、ステップＳ５に進み現像バイアスの直流成分ＶＤは変更しない。
【００６６】
ステップＳ６では、式：ΔＶＳ２＝ＶＳ０−ＶＳにより電位差ΔＶＳ２を求め、電位差ΔＶＳ２が所定の許容電位変動ＶＡより大きい場合は、ステップＳ７に進み現像バイアスの直流成分ＶＤを式：ＶＤ＝ＶＤ＋ΔＶＳ２から求めたＶＤに置き換える。ステップＳ６において電位差ΔＶＳ２が許容電位変動ＶＡ未満であった場合は、ステップＳ８に進み現像バイアスの直流成分ＶＤは変更しない。
【００６７】
上記の制御フローに基づき現像バイアスの直流成分ＶＤを制御した結果、Ｈ環境においても、また、Ｌ環境においても、地カブリやキャリアオーバーなどを発生させずに、階調パッチの色差変動も３以内に抑制することができ、極めて良好な階調再現特性を得ることができた。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６８】
この実施形態は、本発明の第２の画像形成装置に対応するものである。この実施形態の画像形成装置は、図１に示した第１の実施形態の画像形成装置とほぼ同様の構成を有しているが、第２の実施形態の画像形成装置は、露光手段が感光体上にテストパターンを形成するテストパターン形成手段を含んでおり、そのテストパターン形成手段により形成されたテストパターンの表面電位を検出する表面電位検出手段と、その表面電位検出手段により検出された表面電位に基づき、現像剤担持体と感光体との間に印加する現像バイアスの直流成分の電圧を制御するバイアス電圧制御手段とを備えている。
【００６９】
なお、この実施形態においては、光ビーム走査部２０（図１参照）は、本発明にいう露光手段に相当するものであるとともに、本発明にいうテストパターン形成手段をも含むものである。
第２の実施形態の画像形成装置はこのように構成されており、Ｈ環境およびＬ環境における感光体の光電位減衰特性の変動に対して、以下に説明する制御フローに基づき、現像バイアスの直流成分ＶＤを制御している。
【００７０】
図１６は、第２の実施形態における現像バイアス電圧制御の流れ図である。
図１６に示すように、先ず、第１の光ビームのみで感光体ドラム１を露光し、感光体ドラム１上にテストパターンを形成する。このテストパターンは画像信号１００％の部分、すなわち１００％画像部として形成される。次に、このテストパターン部の表面電位ＶＬを表面電位計８により測定する（ステップＳ１１）。次に、その表面電位ＶＬを所定の基準表面電位ＶＬ０と比較して（ステップＳ１２）、ＶＬがＶＬ０以上である場合はステップＳ１３に進み、ＶＬがＶＬ０未満である場合はステップＳ１６に進む。
【００７１】
ステップＳ１３では、式：ΔＶＬ１＝ＶＬ−ＶＬ０により電位差ΔＶＬ１を求め、電位差ΔＶＬ１が所定の許容電位変動ＶＢより大きい場合は、ステップＳ１４に進み現像バイアスの直流成分ＶＤを式：ＶＤ＝ＶＤ−ΔＶＬ１から求めたＶＤに置き換える。ステップＳ１３において電位差ΔＶＬ１が許容電位変動ＶＢ未満の場合は、ステップＳ１５に進み現像バイアスの直流成分ＶＤは変更しない。
【００７２】
ステップＳ１６では、式：ΔＶＬ２＝ＶＬ０−ＶＬにより電位差ΔＶＬ２を求め、電位差ΔＶＬ２が所定の許容電位変動ＶＢより大きい場合は、ステップＳ１７に進み現像バイアスの直流成分ＶＤを式：ＶＤ＝ＶＤ＋ΔＶＬ２から求めたＶＤに置き換える。ステップＳ１６において電位差ΔＶＬ２が許容電位変動ＶＢ未満であった場合は、ステップＳ１８に進み現像バイアスの直流成分ＶＤは変更しない。
【００７３】
上記の制御フローに基づき現像バイアスの直流成分ＶＤを制御した結果、Ｈ環境においても、また、Ｌ環境においても、地カブリやキャリアオーバーなどを発生させずに、階調パッチの色差変動も３以内に抑制することができ、極めて良好な階調再現特性を得ることができた。
なお、実験条件は表１に示したとうりである。
【００７４】
この制御フローを適用することにより、Ｈ環境においても、また、Ｌ環境においても、地カブリやキャリアオーバーなどを発生させずに、階調パッチの色差変動も３以内に抑制することができ、極めて良好な階調再現特性を得ることができた。
【００７５】
【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、実用的な光ビームスポット径、例えば３０μｍ以上の光ビームスポット径の光ビームを用いて、感光体上でのコントラストの高い露光像を形成することにより、環境変化の影響を受けにくく、地カブリやキャリアオーバの発生が防止された、ざらつき感のない粒状性に優れた高画質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】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３】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４】図３に示した光ビーム走査部の光路の主走査方向の断面図、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図である。
【図５】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６】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７】バイアス露光方式における像形成プロセスの説明図である。
【図８】温湿環境の変化により感光体の光電位減衰特性が変動した場合の画像形成装置の動作を説明する模式図である。
【図９】従来の感光体の光電位減衰特性の補正方法をバイアス露光方式の画像形成装置に適用した場合の動作説明図である。
【図１０】第１および第２の光ビームの露光エネルギの比率を一定に保つように感光体の特性を補正する方法の説明図である。
【図１１】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１２】比較例１における光ビームの出力エネルギ制御の流れ図である。
【図１３】比較例２における光ビームの出力エネルギ制御の流れ図である。
【図１４】比較例３における光ビームの出力エネルギ制御の流れ図である。
【図１５】第１の実施形態における現像バイアス電圧制御の流れ図である。
【図１６】第２の実施形態における現像バイアス電圧制御の流れ図である。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
２ 一次帯電器
３ 電源
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 剥離爪
７ｅ 除電用帯電器
８ 表面電位計
９ バイアス電圧制御部
１０ 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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus used for an electrophotographic printer, a copying machine, and the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an electrostatic latent image is formed on a photosensitive member by scanning the surface of the photosensitive member with a light beam modulated on and off based on an image signal representing characters or pictures, and the electrostatic latent image is developed with toner. So-called digital electrophotographic image forming apparatuses that form visible images are widely used in printers and copiers.
[0003]
In such a digital image forming apparatus, not only when forming a binary image of white and black, but also when forming an image having a halftone, the light beam is turned on / off at high speed, so-called a halftone dot structure or a line. An image forming method for expressing halftone by forming an electrostatic latent image having a structure on a photoreceptor is known. Since this method has a relatively simple algorithm and can realize a low-cost image forming apparatus, it is widely used in digital printers and copiers.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In an image forming method that expresses halftone by forming an electrostatic latent image with such a halftone dot structure or a line structure, it is constant from the low density part (highlight part) to the high density part in the image. A latent image is formed with a light beam spot diameter (hereinafter simply referred to as a beam diameter) and a fixed number of dots or lines per scanning line unit length. For this reason, the exposure profile in the highlight area does not change in a binary (digital) manner, such as when the exposure energy is on or off, but has an intermediate (analog) exposure energy distribution with a reduced contrast. Since the exposure profile becomes smaller and the exposure amount itself is reduced, there is a problem that the reproducibility of dots and lines is poor, and a rough image with a poor graininess is likely to occur. There is also a problem that the gradation expression is less stable with respect to changes in the temperature and humidity environment.
[0005]
As a solution to these problems, in order to improve the contrast of the exposure profile in the highlight area, the latent image is formed by reducing the number of dots or the number of lines per unit length of the scanning line. Although it is possible to improve the reproducibility of lines and lines, there are drawbacks that image structures such as dots are easily recognized, and that the resolution of characters is reduced and the image quality is lowered.
[0006]
Although an exposure method for sufficiently reducing the beam diameter is also conceivable, according to the consideration of the imaging optical system, in the propagation of the Gaussian beam, when the wavelength is λ, the refractive index is n, and the beam convergence angle is θbeam, Minimum beam diameter ω 0 Is obtained by the following equation.
ω 0 ≈λ / (n · π · θbeam)
Also, θbeam is D when the incident beam diameter to the fθ lens is D and the focal length of the fθ lens is f.
θbeam = tan -1 (D / (2 · f))
It can be expressed as.
[0007]
Therefore, in order to reduce the beam diameter, the wavelength λ may be shortened or the incident beam diameter D to the fθ lens, that is, the incident beam diameter to the rotary polygon mirror may be increased. Therefore, an image forming apparatus having a beam diameter reduced by using a semiconductor laser having a short wavelength is realized. Even if a semiconductor laser having a short wavelength is used with respect to a wavelength of a general semiconductor laser, which is about 680 nm, about 680 nm. However, it is only an improvement of about 12%. Furthermore, when it comes to a light source with a short wavelength, it is necessary to employ a technique such as an argon laser or a combination of a semiconductor laser and a wavelength conversion element, which may lead to an increase in the size and price of the apparatus.
[0008]
In addition, in order to increase the incident beam diameter to the rotating polygon mirror, the imaging optical system that condenses the light beam and forms the light beam spot on the photosensitive member is enlarged, and a precise and expensive optical system is required. Therefore, it is not suitable for practical use.
In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-169136 discloses a first one having a small beam diameter when forming an electrostatic latent image on the same scanning line while simultaneously scanning a plurality of light beams having different beam diameters. Image information is recorded and exposed using a second light beam, and a reversal image is exposed using a second light beam having a large beam diameter, and an electrostatic latent image is obtained by summing the first exposure and the second exposure. Has been disclosed (hereinafter, this exposure method is referred to as a bias exposure method).
[0009]
In this bias exposure method, by synthesizing two exposure images, the gradient of the contour of the exposure image due to the difference in beam diameter becomes steep, and an extremely high static contrast that cannot be obtained with a single light beam exposure method. An electrostatic latent image can be obtained, and by using the electrostatic latent image for the development process, a light source with a practical beam diameter is used to realize image reproduction with little graininess and excellent graininess. An image with smooth portions and good uniformity can be obtained.
[0010]
However, in the bias exposure method, a portion on the photoconductor where development is not required, that is, a so-called non-image portion is also exposed by the second light beam, so that the surface potential corresponds to the photopotential attenuation characteristic of the photoconductor. That is, when the photopotential attenuation characteristic of the photoconductor varies due to changes in the temperature and humidity environment, the surface potential of the non-image area varies, and the surface potential of the non-image area and the development bias applied to the developing means The potential difference with the DC component varies. As a result, there is a possibility that image defects such as ground fogging and carrier adhesion to the photoconductor called carrier over may occur. In addition, the gradation tone of the halftone image may change significantly, reducing the reproducibility of the halftone image.
[0011]
In particular, when the bias exposure method is applied to an image forming apparatus that forms a color image by transferring a visible image of a plurality of color toners so as to be sequentially superimposed on a transfer target, gradation tone fluctuations may occur in color. And appear more significantly on the image.
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, the present invention is an image forming apparatus that can obtain a high-quality image that is not easily affected by environmental changes and that is free from rough fog and carrier over and has excellent graininess without roughness. The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The first image forming apparatus of the present invention that achieves the above object provides:
A photosensitive member that moves in a predetermined sub-scanning direction, on which an electrostatic latent image is formed, a charging unit that charges the photosensitive member, and a predetermined main scanning direction that intersects the sub-scanning direction on the charged photosensitive member And an exposure means for forming an electrostatic latent image on the photosensitive member by scanning with a light beam based on the image signal, and a developer which is carried and placed at a predetermined development position facing the photosensitive member. A developer carrying member to be conveyed is applied, and a developing bias in which an alternating current component is superimposed on a direct current component is applied between the developer carrying member and the photosensitive member. In an image forming apparatus provided with a developing unit that forms a visible image formed by developing an electrostatic latent image with a developer on a photoreceptor,
The exposure means is
First light beam generating means for generating a first light beam modulated on and off based on the image signal;
Second light beam generating means for generating a second light beam that is on / off modulated opposite to the first light beam based on the image signal;
Light beam combining means for combining the first light beam and the second light beam generated from the first light beam generating means and the second light beam generating means, respectively, into one light beam;
A scanning optical system for guiding the light beam synthesized by the synthesizing means to the photosensitive member and scanning the photosensitive member in the main scanning direction, and
This image forming apparatus
Surface potential detection means for detecting the surface potential on the photoconductor after being scanned by the light beam by the exposure means;
Based on the surface potential of the region exposed by the second light beam on the photoconductor detected by the surface potential detecting means, a developing bias applied between the developer carrier and the photoconductor is determined. And bias voltage control means for controlling the voltage of the DC component.
[0013]
The second image forming apparatus of the present invention that achieves the above object is
A photosensitive member that moves in a predetermined sub-scanning direction, on which an electrostatic latent image is formed, a charging unit that charges the photosensitive member, and a predetermined main scanning direction that intersects the sub-scanning direction on the charged photosensitive member And an exposure means for forming an electrostatic latent image on the photosensitive member by scanning with a light beam based on the image signal, and a developer which is carried and placed at a predetermined development position facing the photosensitive member. A developer carrying member to be conveyed is applied, and a developing bias in which an alternating current component is superimposed on a direct current component is applied between the developer carrying member and the photosensitive member. In an image forming apparatus provided with a developing unit that forms a visible image formed by developing an electrostatic latent image with a developer on a photoreceptor,
The exposure means is
First light beam generating means for generating a first light beam modulated on and off based on the image signal;
Second light beam generating means for generating a second light beam that is on / off modulated opposite to the first light beam based on the image signal;
Light beam combining means for combining the first light beam and the second light beam generated from the first light beam generating means and the second light beam generating means, respectively, into one light beam;
A scanning optical system for guiding the light beam synthesized by the synthesizing means to the photosensitive member and scanning the photosensitive member in the main scanning direction, and
The exposure means includes a test pattern forming means for forming a test pattern on the photoreceptor,
This image forming apparatus
Surface potential detecting means for detecting the surface potential of the test pattern formed by the test pattern forming means;
Bias voltage control means for controlling the DC component voltage of the developing bias applied between the developer carrying member and the photoconductor based on the surface potential detected by the surface potential detecting means. And
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the image forming apparatus of the present invention.
This embodiment corresponds to the first image forming apparatus of the present invention.
FIG. 1 shows a color copying machine using the image forming apparatus of the present invention.
[0015]
The image forming apparatus includes a photosensitive drum 1 that rotates in the direction of an arrow A on which an electrostatic latent image is formed, a primary charger 2 that uniformly charges the photosensitive drum 1, and a primary charged photosensitive drum 1. A light beam scanning unit 20 that scans the top with a light beam corresponding to an image signal to form an electrostatic latent image, and detects the surface potential of the photosensitive drum 1 after being scanned by the light beam scanning unit 20 Surface potential meter 8, rotating developer 4 that develops an electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 1 to form a toner image, and developing bias voltage in which an AC component is superimposed on a DC component in the rotating developer 4. A bias voltage controller 9 for controlling the DC component voltage of the developing bias based on the surface potential of the photosensitive drum 1 detected by the surface potential meter 8, and a toner image formed by the development on the recording paper For electrostatic transfer to P The transfer drum 7, the paper tray 11 for storing the recording paper P, the paper transport path 12 for transporting the recording paper P, the peeling charger 7c for peeling the recording paper P with the toner image transferred from the transfer drum 7 and the peeling claw 7e. , A fixing device 10 for fixing the toner image on the recording paper P peeled off from the transfer drum 7, a cleaner 5 for removing the toner remaining on the photosensitive drum 1 after the transfer, and the surface of the photosensitive drum 1 after the toner removal. A pre-exposure device 6 is provided.
[0016]
The photosensitive drum 1 in this embodiment corresponds to the photosensitive member referred to in the present invention, the primary charger 2 corresponds to the charging means referred to in the present invention, and the light beam scanning unit 20 refers to the present invention. The surface potential meter 8 corresponds to the surface potential detecting means according to the present invention, the rotary developing device 4 corresponds to the developing means according to the present invention, and bias voltage control is performed. The unit 9 corresponds to the bias voltage control means referred to in the present invention.
[0017]
The rotation direction A of the photosensitive drum 1 corresponds to the sub-scanning direction according to the present invention, and the direction parallel to the rotation axis direction of the photosensitive drum 1 intersecting with the sub-scanning direction corresponds to the main scanning direction according to the present invention. .
The photosensitive drum 1 rotating in the sub-scanning direction A is uniformly charged by the primary charger 2, and then scanned in the main scanning direction by a plurality of light beams corresponding to image signals from the light beam scanning unit 20. As a result, the photosensitive drum 1 is exposed to form an electrostatic latent image on the photosensitive drum 1. Details of the exposure process by the light beam scanning unit 20 will be described later.
[0018]
The electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 1 is developed so as to face the rotary developer 4 according to the rotation of the photosensitive drum 1 in the direction of arrow A after the surface potential is detected by the surface potential meter 8. It is conveyed to position D. The rotary developing device 4 is composed of four sets of developing units that respectively store yellow, cyan, magenta, and black toners. Each developing unit is a reversal developing type developing device using two-component magnetic brush development, and the average particle diameter of the toner is 7 μm. The rotating developer 4 rotates 1/4 each time an electrostatic latent image corresponding to each color is developed, and develops the electrostatic latent image with toner corresponding to the color. A developing bias voltage from the power source 3 is applied to the developing roll 4a provided in each developing unit, and toner adhesion to the background portion of the electrostatic latent image is suppressed. The toner image obtained by development is conveyed to a transfer position T facing the transfer drum 7 as the photosensitive drum 1 rotates in the direction of arrow A.
[0019]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a developing unit constituting the rotary developing device of the image forming apparatus shown in FIG.
The developing unit 40 includes a developing roll 41 that carries a developer on its surface and transports it to the developing position D in a housing 48 that contains a two-component developer in which magnetic particles and toner are mixed, and a developing roll 41. The developer regulating member 47 that regulates the amount of developer formed on the surface of the sheet and the developer is stirred and conveyed by rotating in the opposite rotation directions C and C ′ to supply the developer to the developing roll 41 Screw augers 45, 46.
[0020]
The developing roll 41 corresponds to the developer carrying member referred to in the present invention, and has a sleeve 42 that carries the developer on its surface and rotates in the direction of arrow B, and a non-rotating fixed magnet disposed inside the sleeve 42. A roll 43 is provided. A plurality of magnetic poles 44a, 44b, 44c, 44d, and 44e are formed on the fixed magnet roll 43, and a developer magnetic brush is formed on the surface of the sleeve 42 by a magnetic field formed between adjacent magnetic poles. The sleeve 42 conveys the magnetic brush in the direction of arrow B. The sleeve 42 is disposed so as to face the photosensitive drum 1 at a development position D with an interval of 0.5 mm.
[0021]
A developing bias voltage in which an alternating current component is superimposed on a direct current component is applied from the power source 49 to the developing roll 41, and the developer has an electric charge in the developer by an electric field formed at the developing position D by the developing bias voltage. The toner moves to the electrostatic latent image on the photosensitive drum 1 to develop the electrostatic latent image, and a toner image is formed on the photosensitive drum 1.
The DC component of the developing bias voltage is set to have the same polarity as the charging potential of the photosensitive drum 1. Further, the AC component of the developing bias voltage has a peak-to-peak value of 1.2 KV, a frequency of 6 kHz, and a rectangular wave.
[0022]
The developer used in this embodiment is a two-component developer in which a toner having an average particle diameter of 7 μm and magnetic particles (ferrite carrier) having an average particle diameter of 50 μm are mixed. The toner density is set to 7%.
Returning to FIG. 1, the description of the entire image forming apparatus will be continued.
The recording paper P is conveyed from the paper tray 11 to the transfer drum 7 via the paper conveyance path 12 in accordance with the timing at which the toner image formed on the photosensitive drum 1 by the developing device 4 is conveyed to the transfer position T. Thus, the sheet is attracted to the outer peripheral surface of the transfer drum 7 by the action of the sheet attracting charger 7a, and is conveyed to the transfer position T by the rotation of the transfer drum 7 in the arrow B direction. The toner image on the photosensitive drum 1 is electrostatically transferred onto the recording paper P attracted to the transfer drum 7 by the action of the transfer charger 7b at the transfer position T.
[0023]
After the transfer at the transfer position T is completed, the photosensitive drum 1 is uniformly removed by the primary charger 2 again after the residual toner is removed by the cleaner 5 and discharged by light irradiation from the pre-exposure device 6. Charging is performed to start the next electrostatic latent image formation.
The transfer drum 7 removes a single recording sheet P while the yellow, cyan, magenta, and black toner images are formed on the photosensitive drum 1 and the toner images are sequentially transferred to the recording sheet P. It rotates in the direction of arrow B while adsorbed. The rotation period of the transfer drum 7 is synchronized with the timing at which the toner images of the respective colors formed on the photosensitive drum 1 are sequentially conveyed to the transfer position T. The toner images are transferred so as to be sequentially superimposed.
[0024]
When the transfer of the toner images of four colors of yellow, cyan, magenta, and black onto the recording paper P attracted to the transfer drum 7 is completed, the recording paper P attracted to the transfer drum 7 is removed from the charging charger 7c. Is released from the transfer drum 7 by the peeling claw 7d and conveyed to the fixing device 10, where the toner image is fixed on the recording paper P and then removed from the apparatus. It is carried out to. The transfer drum 7 from which the recording sheet P has been peeled is discharged by the discharging charger 7e, and when the image is formed again, the next recording sheet P is sucked by the sheet suction charger 7a as described above. .
[0025]
Next, the exposure means (light beam scanning unit 20) used in this embodiment will be described.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a light beam scanning unit used in the present embodiment.
The light beam scanning unit 20 includes a laser diode 21a serving as a first light beam generating unit, a laser diode 21b serving as a second light beam generating unit, collimator lenses 22a and 22b, a beam splitter 23, a cylinder lens 24, a reflection lens. A mirror 25, a polygon mirror 26, an fθ lens 27, and a cylinder mirror 28 are provided.
[0026]
The beam splitter 23 in this embodiment corresponds to the light beam combining means referred to in the present invention, and the cylinder lens 24, the reflecting mirror 25, the polygon mirror 26, the fθ lens 27, and the cylinder mirror 28 include the scanning optical system referred to in the present invention. It is equivalent to.
The first light beam 20 a emitted from the laser diode 21 a becomes a parallel light beam by the collimator lens 22 a and is incident on the beam splitter 23. The second light beam 20 b emitted from the laser diode 21 b is converted into a parallel light beam by the collimator lens 22 b and is incident on the beam splitter 23. The beam splitter 23 transmits the first light beam 20 a toward the cylinder lens 24 and reflects the second light beam 20 b toward the cylinder lens 24. In this way, the two light beams are combined into one light beam by the beam splitter 23 and are incident on the cylinder lens 24. The combined light beam is condensed in the sub-scanning direction by the cylinder lens 24, reflected by the reflection mirror 25, and incident on the polygon mirror 26. The light beam is scanned by the polygon mirror 26 in the main scanning direction D parallel to the rotation axis direction of the photosensitive drum 1. The light beam scanned in the main scanning direction D is adjusted by the fθ lens 27 so that the scanning angle and the scanning distance are proportional to each other, and is condensed in the sub-scanning direction B by the cylinder mirror 28 to be on the photosensitive drum 1. To form an image.
[0027]
FIG. 4 is a cross-sectional view in the main scanning direction of the optical path of the light beam scanning unit shown in FIG. 3, and a diagram showing the flow of the image signal from the input of image information to the emission of the light beam.
The image signal control device 32 outputs an image signal based on the input image information to the laser driving device 31a, and outputs an inverted image signal generated by inverting the image signal to the laser driving device 31b.
[0028]
The laser diode 21a is driven by the laser driving device 31a to emit the first light beam 20a and form a first exposure image based on the image information on the photosensitive drum 1. The laser diode 21b is driven by the laser driving device 31b to emit the second light beam 20b to form a second exposure image based on the reverse image of the image information on the photosensitive drum 1.
[0029]
In the scanning optical system in this embodiment, the beam diameter in the sub-scanning direction of the first light beam emitted from the laser diode 21a on the imaging surface of the photosensitive drum 1 is emitted from the laser diode 21b. The optical parameters are designed to be smaller than the beam diameter of the second light beam in the sub-scanning direction.
In this embodiment, the image information is processed as binary raster data. Hereinafter, this is referred to as image data.
[0030]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an image signal control device used in the present embodiment, and a diagram showing input / output signal waveforms thereof.
As shown in FIG. 5A, the image signal control device 32 includes an amplifier 32a and an inverting amplifier 32b. When image data is input to the image signal control device 32, the amplifier 32a and the inverting amplifier 32b The image signal S1 and the inverted image signal S2 are output at the timing shown in FIG.
[0031]
FIG. 6 is a graph showing the exposure energy distribution of the light beam output by the exposure means of this embodiment.
When an image signal S1 having a waveform as shown in FIG. 6 (a) and an inverted image signal S2 having a waveform as shown in FIG. 6 (b) are input to the laser diodes 21a and 21b, they are emitted from the laser diode 21a. The first light beam is exposed on the photosensitive drum 1 as shown in FIG. 6C, and the second light beam emitted from the laser diode 21b is applied to the photosensitive drum 1 in FIG. Exposure as shown in d) is performed. As a result, a composite exposure image as shown in FIG. 6E is drawn on the photosensitive drum 1.
[0032]
In the composite exposure image formed in this way, as shown in FIG. 6E, the rising portion A and the falling portion B, which are the contours of the image, have steep slopes, and are formed by a single light beam. A high-contrast electrostatic latent image that cannot be obtained by the exposure method can be obtained. By developing this electrostatic latent image, it is possible to obtain an image with less graininess and excellent graininess.
[0033]
Next, the operation of the surface potentiometer 8 and the bias voltage controller 9 in this embodiment will be described.
After the surface of the photosensitive drum 1 is uniformly charged by the primary charger 2 (see FIG. 1), the first light beam 20a (see FIG. 4) and the second light beam 20b are applied to the surface of the photosensitive drum 1. An electrostatic latent image is formed on the photosensitive drum 1 by exposure. That is, in response to a request for image formation corresponding to an input signal of 100%, an electrostatic latent image is formed only by the first light beam, and for an image formation request corresponding to an input signal of 0%. The electrostatic latent image is formed only by the second light beam.
[0034]
By the way, in the case of the conventional exposure method using a single light beam, the surface potential of the non-image portion is a potential that is uniformly charged by the primary charger, and the photoconductor's photoelectric potential due to changes in the humidity environment. In the bias exposure method, if the photopotential attenuation characteristics of the photoconductor vary due to changes in the temperature and humidity environment, the surface potential varies accordingly. Resulting in.
[0035]
FIG. 7 is an explanatory diagram of an image forming process in the bias exposure method.
As shown in FIG. 7, in the case of the bias exposure method, in the non-image area A, the surface of the photosensitive member uniformly charged by the primary charger to become the potential VH is exposed by exposing the entire surface with the second light beam. Since it is VS, the surface potential VS of the non-image area A is affected when the photopotential attenuation characteristic of the photoconductor fluctuates due to changes in the temperature and humidity environment.
[0036]
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the operation of the image forming apparatus when the photopotential attenuation characteristic of the photoconductor varies due to a change in the temperature and humidity environment.
Consider a photoconductor having a light potential attenuation characteristic as indicated by a solid line A in FIG. 8 under a certain environmental condition. The surface potential of the photoreceptor obtained by fully lighting the first light beam is VL0, and the exposure energy at that time is E10. Further, the surface potential of the photoconductor obtained by fully lighting the second light beam is VS0, and the exposure energy at that time is E20. Here, the DC component VD of the developing bias is set to a predetermined value within a range that suppresses background fog, carrier over, and the like. If the potential difference d1 between the potential VS0 and the DC component VD of the developing bias is too large, carrier over occurs, and if the potential difference d1 between the potential VS0 and the DC component VD of the developing bias is too small, ground fogging occurs.
[0037]
Next, in the state where the exposure energy conditions of the first and second light beams are not changed, when the hot / humid environment changes and the photopotential attenuation characteristic of the photoconductor changes as shown by a broken line B in FIG. The potential VL0 becomes the potential VL1, and the potential VS0 becomes the potential VS1. As a result, the potential difference between the potential VS1 and the DC component VD of the developing bias increases (d2), and carrier over occurs. On the other hand, the development contrast constituted by the potential difference between the DC component VD of the development bias and the potential VL1 is reduced (d3), the development density is lowered, and the gradation tone is changed.
[0038]
In the case of the conventional exposure method using a single light beam, the output of the primary charger is adjusted for the potential fluctuation of the non-image portion (0% image portion) with respect to the fluctuation of the photopotential attenuation characteristic of the photoconductor. Further, the potential fluctuation of the image portion (100% image portion) is corrected by adjusting the output energy of the exposure beam.
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation when the conventional method for correcting the photopotential attenuation characteristic of a photoconductor is applied to a bias exposure type image forming apparatus.
[0039]
When the photopotential attenuation characteristic of the photoconductor having the photopotential attenuation characteristic as shown by the solid line A in FIG. 9 is changed to the photopotential attenuation characteristic as shown by the broken line B due to a change in environmental conditions, the first light The exposure energy is corrected from E10 to E11 so that the surface potential of the photoconductor obtained by full lighting of the beam is maintained at VL0, and the surface potential of the photoconductor obtained by full lighting of the second light beam is VS0. By maintaining the exposure energy from E20 to E21 so as to maintain the relationship, the relationship among VS0, VL0, and VD can be kept constant.
[0040]
However, by performing this correction, the exposure energy ratio E20 / E10 of the first and second light beams changes to E21 / E11. In the bias exposure method, since the ratio of the exposure energy of the first and second light beams determines the exposure image, the gradation tone is changed when the ratio of the exposure energy of the first and second light beams changes. Thus, the method of correcting the photopotential attenuation characteristic of the photosensitive member by adjusting the output energy of the exposure beam is not suitable for the bias exposure method.
[0041]
Accordingly, the first ratio obtained by the photopotential attenuation characteristic indicated by the broken line B has the same ratio as the exposure energy ratio E20 / E10 of the first and second light beams in the photopotential attenuation characteristic indicated by the solid line A. A method for obtaining the exposure energy X of the full lighting of the light beam from the following proportional expression is conceivable.
X / E11 = E20 / E10
FIG. 10 is an explanatory diagram of a method for correcting the characteristics of the photoconductor so as to keep the ratio of the exposure energy of the first and second light beams constant.
[0042]
As shown in FIG. 10, the exposure energy ratio in the photopotential attenuation characteristic indicated by the broken line B is the same as the exposure energy ratio E20 / E10 of the first and second light beams in the photopotential attenuation characteristic indicated by the solid line A. The surface potential of the photoreceptor obtained by fully lighting the first light beam with the ratio of VL2 is VL2.
In this correction method, the development contrast d3 constituted by the potential difference between the DC component VD of the development bias and the potential VL2 becomes larger than the potential difference d0 before correction, the development density increases, and the gradation tone changes.
[0043]
By the way, in the bias exposure method, the surface potential of the non-image area (area where development is not required, that is, the area exposed by the second light beam) is also the surface potential of the image area (area exposed by the first light beam). Since both potentials depend on the photopotential attenuation characteristics of the same photoconductor, even if the photopotential attenuation characteristics of the photoconductor vary due to changes in the temperature and humidity environment, the surface potential of the non-image area and the surface potential of the image area The potential difference between and is almost unchanged.
[0044]
Therefore, when the photopotential attenuation characteristic of the photoconductor changes due to changes in the temperature and humidity environment in the bias exposure method, the amount of drift in the surface potential of the non-image area or the amount of drift in the surface potential of the image area is determined as the development bias. In addition to the direct current component, the relationship between the surface potential of the non-image area, the surface potential of the image area, and the direct current component of the developing bias can be maintained the same as before the fluctuation of the photopotential attenuation characteristics and is stable. Gradation tone can be obtained.
[0045]
Based on this principle, the image forming apparatus according to the first embodiment of the present invention employs a control method in which the drift amount of the surface potential of the non-image portion is added to the DC component of the developing bias, and the bias voltage control portion 9 (FIG. 1). Is applied between the developing roll 41 and the photosensitive drum 1 based on the surface potential of the area exposed by the second light beam on the photosensitive drum 1 detected by the surface potential meter 8. Controls the voltage of the DC component of the bias.
[0046]
Note that the image forming apparatus according to the second embodiment of the present invention employs a control method in which the drift amount of the surface potential of the image portion is added to the DC component of the developing bias. The second embodiment will be described later.
In the following, a photoconductor having the following photopotential attenuation characteristics is used as the photoconductor drum 1 shown in FIG. 1 in the image forming apparatus modified from the Fuji Xerox copier Acolor 630, and the room temperature and humidity environment (22 Image signal: 20%, 40%, 60%, 80 under three kinds of environmental conditions of C environment, 50% Rh), H environment (33 ° C., 85% Rh), and L environment (10 ° C., 15% Rh) The results of an image evaluation experiment performed by outputting% tone patch images will be described.
[0047]
FIG. 11 is a graph showing the photopotential attenuation characteristics of the photoconductor used in the first embodiment.
As shown in FIG. 11, the surface potential of this photoconductor decays exponentially with an increase in exposure energy.
In this experiment, a photoconductor having a photopotential attenuation characteristic shown in FIG. 11 was used, and a gradation step image by a 200-line line screen was used as an evaluation image. The surface potential was measured using a surface potential meter Model 344 manufactured by Trek. The potential difference between the DC component voltage VD of the applied developing bias and the surface potential VS of the non-image area was set to 150V.
[0048]
Table 1 shows the experimental conditions.
[0049]
[Table 1]
Figure 0003675146
[0050]
Before describing the experimental results of the image forming apparatus according to the present embodiment, the experimental results when the control based on the correction method described with reference to FIGS. 9 and 10 is performed will be described as a comparative example.
(Comparative Example 1)
In the first comparative example, the output energy E2 of the second light beam and the first light beam of the first light beam are changed based on the following control flow with respect to the fluctuation of the photopotential attenuation characteristic of the photoconductor in the H environment and the L environment. The output energy E1 is controlled. That is, this control corresponds to the correction method described with reference to FIG.
[0051]
FIG. 12 is a flowchart of the output energy control of the light beam in the first comparative example.
As shown in FIG. 12A, first, the surface potential VS of the non-image portion of the photosensitive drum 1 is measured by the surface potential meter 8 (see FIG. 1) (step S21). Next, the potential difference | VS−VS0 | between the surface potential VS and a predetermined reference surface potential VS0 is compared with a predetermined allowable potential fluctuation VC2 (step S22), and the potential difference | VS−VS0 | is equal to or greater than VC2. Proceeds to step S23, and if the potential difference | VS−VS0 | is less than VC2, the process proceeds to step S25.
[0052]
In step S23, the output energy of the second light beam is adjusted in the second light beam output adjustment mode, and the second light beam in which the surface potential VS of the 0% image portion is equal to the predetermined reference surface potential VS0. Output energy E2 is determined.
In step S25, the output energy E2 of the second light beam remains E20.
[0053]
Further, as shown in FIG. 12B, the same control is performed for the output energy E1 of the first light beam. That is, first, the surface potential VL of the 100% image portion of the photosensitive drum 1 is measured by the surface potential meter 8 (see FIG. 1) (step S31). Next, the potential difference | VL−VL0 | between the surface potential VL and a predetermined reference surface potential VL0 is compared with a predetermined allowable potential fluctuation VC1 (step S32). If the potential difference | VL−VL0 | The process proceeds to step S33, and if the potential difference | VL−VL0 | is less than VC1, the process proceeds to step S35.
[0054]
In step S33, the output energy of the first light beam is adjusted in the first light beam output adjustment mode, and the first light beam in which the surface potential VL of the 100% image area is equal to the predetermined reference surface potential VL0. Output energy E1 is determined.
In step S35, the output energy E1 of the first light beam remains E10.
[0055]
By applying the control of Comparative Example 2, neither ground fog nor carrier over occurred in the H environment or the L environment. However, in the L environment, the ratio E2 / E1 is a predetermined value. As a result, the contour portion of the exposure image becomes steeper, the development amount increases particularly in the gradation patch in the low density region, and the color difference fluctuation cannot be suppressed within 3 and is good. The tone reproduction characteristics could not be obtained. Further, in the H environment, the ratio E2 / E1 becomes smaller than a predetermined value. As a result, the steepness of the outline portion of the exposure image is reduced, and the development amount is reduced particularly in the gradation patch in the low density region. The fluctuation could not be suppressed within 3, and good gradation reproduction characteristics could not be obtained.
(Comparative Example 2)
In this comparative example 2, the output energy E2 of the second light beam and the output of the first light beam based on the following control flow with respect to fluctuations in the photopotential attenuation characteristics of the photoconductor in the H environment and the L environment. The output energy E1 is controlled. That is, this control corresponds to the correction method described with reference to FIG.
[0056]
The experimental conditions are the same as those in Comparative Example 1 described above.
FIG. 13 is a flowchart of output energy control of a light beam in Comparative Example 2.
As shown in FIG. 13, first, the surface potential VS of the non-image part of the photosensitive drum 1 is measured by the surface potential meter 8 (see FIG. 1) (step S41). Next, the potential difference | VS−VS0 | between the surface potential VS and a predetermined reference surface potential VS0 is compared with a predetermined allowable potential fluctuation VC2 (step S42), and the potential difference | VS−VS0 | is equal to or greater than VC2. Proceeds to step S43, and if the potential difference | VS−VS0 | is less than VC2, the process proceeds to step S46.
In step S43, the output energy of the second light beam is adjusted in the second light beam output adjustment mode, and the second light beam in which the surface potential VS of the 0% image portion is equal to the predetermined reference surface potential VS0. Output energy E2 is determined.
[0057]
In step S43, the output energy of the second light beam is adjusted in the second light beam output adjustment mode, and the second light beam in which the surface potential VS of the 0% image portion is equal to the predetermined reference surface potential VS0. Output energy E2 is determined (step S44). The first light beam output energy E1 is based on the output energy E2 of the second light beam and the ratio E10 / E20 of the predetermined first light beam output energy E10 and the second light beam output E20. Determine (step S45).
[0058]
In step S46, the output energy E2 of the second light beam remains E20, and in step S47, the output energy E1 of the first light beam remains E10.
By applying the control of Comparative Example 2, neither ground fogging nor carrier over occurred in the H environment and the L environment. However, in the L environment, exposure with the first light beam is performed. The surface potential of the portion is attenuated excessively than the normal potential attenuation, and as a result, the development contrast potential constituted by the difference between the DC component of the development bias voltage and the surface potential of the exposed portion by the first light beam is increased, The development amount increased in all the gradation patches, the color difference variation could not be suppressed within 3, and good gradation reproduction characteristics could not be obtained. Further, in the H environment, the surface potential of the exposed portion by the first light beam is not sufficiently attenuated, the development contrast potential is reduced, the development amount is reduced in all gradation patches, and the color difference fluctuation is also suppressed within 3. It was not possible to obtain good gradation reproduction characteristics.
(Comparative Example 3)
In this comparative example 3, the output energy E2 of the second light beam and the output energy of the first light beam based on the following control flow with respect to fluctuations in the photopotential attenuation characteristics of the photoconductor in the H environment and the L environment. The output energy E1 is controlled.
[0059]
The experimental conditions are the same as those in Comparative Examples 1 and 2 described above.
FIG. 14 is a flowchart for controlling the output energy of the light beam in the third comparative example.
As shown in FIG. 14, first, the surface potential VL of the 100% image portion of the photosensitive drum 1 is measured by the surface potential meter 8 (see FIG. 1) (step S51). Next, the potential difference | VL−VL0 | between the surface potential VL and the predetermined reference surface potential VL0 is compared with a predetermined allowable potential fluctuation VE2 (step S52), and the potential difference | VL−VL0 | is equal to or greater than VE2. The process proceeds to step S53, and if the potential difference | VL−VL0 | is less than VE2, the process proceeds to step S56.
[0060]
In step S53, the output energy of the first light beam is adjusted in the first light beam output adjustment mode, and the first light beam in which the surface potential VL of the 100% image area is equal to the predetermined reference surface potential VL0. Output energy E1 is determined (step S54). Next, the second light beam output energy E2 is determined based on the output energy E1 of the first light beam and the ratio E20 / E10 of the second light beam output E20 and the first light beam output energy E10. (Step S55).
[0061]
In step S56, the output energy E1 of the first light beam remains E10, and in step S57, the output energy E2 of the second light beam remains E20.
By applying the control of Comparative Example 3, in the L environment, the surface potential of the exposed portion by the second light beam is not sufficiently attenuated. As a result, the surface potential of the non-image area and the DC component of the developing bias The potential difference increased and carrier over occurred. In addition, since the difference between the surface potential of the non-image area and the DC component of the developing bias has increased, the reverse electric field component applied to the developer has increased. As a result, the color difference variation could not be suppressed within 3, and good tone reproduction characteristics could not be obtained.
[0062]
Also, in the H environment, the surface potential of the exposed portion due to the second light beam is attenuated excessively compared to the normal time, and as a result, the difference between the surface potential of the non-image area and the DC component of the developing bias is reduced, and the ground fogging is caused. There has occurred. In addition, since the difference in potential between the surface potential of the non-image area and the DC component of the development bias has decreased, the reverse electric field component applied to the developer has decreased, so that the development characteristics have increased, and the development amount has increased in all gradation patches. As a result, the variation in color difference could not be suppressed within 3, and good gradation reproduction characteristics could not be obtained.
[0063]
Next, the results of experiments conducted using the image forming apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, the DC component VD of the developing bias is controlled based on the following control flow with respect to fluctuations in the photopotential attenuation characteristics of the photoconductor in the H environment and the L environment.
[0064]
The experimental conditions are as shown in Table 1.
FIG. 15 is a flowchart of developing bias voltage control in the first embodiment.
As shown in FIG. 15, first, the surface potential VS of the non-image portion (image signal 0%, that is, 0% image portion) of the photosensitive drum 1 is measured by the surface potential meter 8 (see FIG. 1) (step S1). . Next, the surface potential VS is compared with a predetermined reference surface potential VS0 (step S2). If VS is equal to or higher than VS0, the process proceeds to step S3. If VS is less than VS0, the process proceeds to step S6.
[0065]
In step S3, the potential difference ΔVS1 is obtained from the equation: ΔVS1 = VS−VS0. When the potential difference ΔVS1 is larger than the predetermined allowable potential fluctuation VA, the process proceeds to step S4, and the DC component VD of the developing bias is expressed by the equation: VD = VD−ΔVS1. Replace with the obtained VD. If the potential difference ΔVS1 is less than the allowable potential fluctuation VA in step S3, the process proceeds to step S5 and the DC component VD of the developing bias is not changed.
[0066]
In step S6, the potential difference ΔVS2 is obtained from the equation: ΔVS2 = VS0−VS. If the potential difference ΔVS2 is larger than the predetermined allowable potential fluctuation VA, the process proceeds to step S7, and the DC component VD of the developing bias is obtained from the equation: VD = VD + ΔVS2. Replace with VD. If the potential difference ΔVS2 is less than the allowable potential fluctuation VA in step S6, the process proceeds to step S8 and the DC component VD of the developing bias is not changed.
[0067]
As a result of controlling the DC component VD of the developing bias based on the above control flow, the color difference variation of the gradation patch is within 3 in the H environment and the L environment without causing background fog or carrier over. It was possible to obtain extremely good tone reproduction characteristics.
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0068]
This embodiment corresponds to the second image forming apparatus of the present invention. The image forming apparatus of this embodiment has substantially the same configuration as the image forming apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1, but in the image forming apparatus of the second embodiment, the exposure means is photosensitive. A test pattern forming means for forming a test pattern on the body, a surface potential detecting means for detecting the surface potential of the test pattern formed by the test pattern forming means, and a surface detected by the surface potential detecting means Bias voltage control means for controlling the voltage of the DC component of the developing bias applied between the developer carrying member and the photosensitive member based on the potential is provided.
[0069]
In this embodiment, the light beam scanning unit 20 (see FIG. 1) corresponds to the exposure means referred to in the present invention, and also includes the test pattern forming means referred to in the present invention.
The image forming apparatus according to the second embodiment is configured as described above, and a development bias direct current is developed based on a control flow described below with respect to fluctuations in the photopotential attenuation characteristics of the photoreceptor in the H environment and the L environment. The component VD is controlled.
[0070]
FIG. 16 is a flowchart of developing bias voltage control in the second embodiment.
As shown in FIG. 16, first, the photosensitive drum 1 is exposed only with the first light beam, and a test pattern is formed on the photosensitive drum 1. This test pattern is formed as a 100% image signal portion, that is, a 100% image portion. Next, the surface potential VL of this test pattern portion is measured by the surface potential meter 8 (step S11). Next, the surface potential VL is compared with a predetermined reference surface potential VL0 (step S12). If VL is greater than or equal to VL0, the process proceeds to step S13, and if VL is less than VL0, the process proceeds to step S16.
[0071]
In step S13, the potential difference ΔVL1 is obtained from the equation: ΔVL1 = VL−VL0. If the potential difference ΔVL1 is larger than the predetermined allowable potential fluctuation VB, the process proceeds to step S14, and the DC component VD of the developing bias is expressed from the equation: VD = VD−ΔVL1. Replace with the obtained VD. If the potential difference ΔVL1 is less than the allowable potential fluctuation VB in step S13, the process proceeds to step S15 and the DC component VD of the developing bias is not changed.
[0072]
In step S16, the potential difference ΔVL2 is obtained from the equation: ΔVL2 = VL0−VL. If the potential difference ΔVL2 is larger than the predetermined allowable potential fluctuation VB, the process proceeds to step S17, and the DC component VD of the developing bias is obtained from the equation: VD = VD + ΔVL2. Replace with VD. If the potential difference ΔVL2 is less than the allowable potential fluctuation VB in step S16, the process proceeds to step S18 and the DC component VD of the developing bias is not changed.
[0073]
As a result of controlling the DC component VD of the developing bias based on the above control flow, the color difference variation of the gradation patch is within 3 in the H environment and the L environment without causing background fog or carrier over. It was possible to obtain extremely good tone reproduction characteristics.
The experimental conditions are as shown in Table 1.
[0074]
By applying this control flow, even in the H environment and the L environment, the color difference variation of the gradation patch can be suppressed to within 3 without causing ground fog or carrier over, and so on. Good tone reproduction characteristics could be obtained.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the image forming apparatus of the present invention, an exposure image having a high contrast on the photosensitive member can be obtained using a practical light beam spot diameter, for example, a light beam spot diameter of 30 μm or more. By forming the image forming apparatus, it is possible to realize an image forming apparatus that can obtain a high-quality image that is not easily affected by environmental changes and prevents occurrence of background fog and carrier over and has excellent graininess without roughness. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an image forming apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a developing unit constituting a rotary developing device of the image forming apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a light beam scanning unit used in the present embodiment.
4 is a cross-sectional view in the main scanning direction of the optical path of the light beam scanning unit shown in FIG. 3, and a diagram showing a flow of image signals from image information input to light beam emission.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an image signal control device used in the present embodiment, and a diagram showing input / output signal waveforms thereof;
FIG. 6 is a graph showing an exposure energy distribution of a light beam output by the exposure unit of the present embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram of an image forming process in the bias exposure method.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the operation of the image forming apparatus when the photopotential attenuation characteristic of the photoconductor varies due to a change in the temperature and humidity environment.
FIG. 9 is an operation explanatory diagram when a conventional method for correcting a photopotential attenuation characteristic of a photoconductor is applied to an image forming apparatus of a bias exposure system.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a method for correcting the characteristics of the photosensitive member so as to keep the ratio of the exposure energy of the first and second light beams constant.
FIG. 11 is a graph showing photopotential attenuation characteristics of the photosensitive member used in the first embodiment.
12 is a flowchart of output energy control of a light beam in Comparative Example 1. FIG.
13 is a flowchart for controlling output energy of a light beam in Comparative Example 2. FIG.
14 is a flowchart of output energy control of a light beam in Comparative Example 3. FIG.
FIG. 15 is a flowchart of developing bias voltage control in the first embodiment.
FIG. 16 is a flowchart of developing bias voltage control in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Photosensitive drum
2 Primary charger
3 Power supply
4 Rotating developer
4a Developing roll
5 Cleaner
6 Pre-exposure unit
7 Transfer drum
7a Charger for paper adsorption
7b Transfer charger
7c Peeling charger
7d peeling nails
7e Charger for static elimination
8 Surface potential meter
9 Bias voltage controller
10 Fixing device
11 Paper tray
12 Paper transport path
20 Light beam scanning unit
20a, 20b Light beam
21a, 21b Laser diode
22a, 22b Collimator lens
23 Beam splitter
24 cylinder lens
25 reflection mirror
26 Polygon mirror
27 fθ lens
28 Cylinder mirror
31a, 31b Laser drive device
32 Image signal control device
32a amplifier
32b inverting amplifier
40 Development unit
41 Developing roll
42 sleeve
43 Fixed Magnet Roll
44a, 44b, 44c, 44d, 44e Magnetic pole
45,46 Screw auger
47 Developer regulating member
48 housing
49 Power supply

Claims (1)

所定の副走査方向に移動する、表面に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基づく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、現像剤を担持して該現像剤を前記感光体に対向した所定の現像位置に搬送する現像剤担持体を有し、該現像剤担持体と前記感光体との間に、直流成分に交流成分が重畳された現像バイアスを印加することにより、前記感光体上に形成された静電潜像が現像剤で現像されてなる可視画像を該感光体上に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たものであり、かつ
この画像形成装置が、
前記露光手段により光ビームの走査を受けた後の感光体上の表面電位を検出する表面電位検出手段と、
該表面電位検出手段により検出された、前記感光体上の前記第２の光ビームにより露光された領域の表面電位に基づき、前記現像剤担持体と前記感光体との間に印加する現像バイアスの直流成分の電圧を制御するバイアス電圧制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。A predetermined main scanning direction that intersects the sub-scanning direction on a photosensitive member that moves in a predetermined sub-scanning direction, on which an electrostatic latent image is formed, a charging unit that charges the photosensitive member, and the charged photosensitive member And an exposure means for forming an electrostatic latent image on the photosensitive member by scanning with a light beam based on an image signal, and a predetermined developing position that carries the developer and faces the developer to the photosensitive member. Formed on the photosensitive member by applying a developing bias in which an alternating current component is superimposed on a direct current component between the developer carrying member and the photosensitive member. In an image forming apparatus provided with a developing means for forming a visible image formed by developing an electrostatic latent image with a developer on the photoreceptor,
The exposure means
First light beam generating means for generating a first light beam modulated on and off based on the image signal;
Second light beam generating means for generating a second light beam which is on-off modulated opposite to the first light beam based on the image signal;
Light beam combining means for combining the first light beam and the second light beam generated from the first light beam generating means and the second light beam generating means, respectively, into one light beam;
A scanning optical system that guides the light beam combined by the combining unit to the photosensitive member and scans the photosensitive member in the main scanning direction, and the image forming apparatus includes:
A surface potential detecting means for detecting a surface potential on the photoconductor after being scanned with a light beam by the exposure means;
Based on the surface potential of the region exposed by the second light beam on the photoconductor detected by the surface potential detecting means, a developing bias applied between the developer carrier and the photoconductor is determined. An image forming apparatus comprising bias voltage control means for controlling a voltage of a direct current component.
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