JP4995159B2

JP4995159B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4995159B2
Application number: JP2008210460A
Authority: JP
Inventors: 良太藤岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2028-08-19
Also published as: JP2010048858A

Description

本発明は、電子写真方式を用い、記録媒体上にカラー画像を形成する画像形成装置に関するものである。

一般に、この種の画像形成装置に用いられる帯電器にはいくつかの種類があり、コロナ放電を利用した帯電器が使用されている。その帯電メカニズムは、タングステンなどの金属細線に数〜十数ｋＶの高電圧を印加し、空気をイオン化して、そのイオン流によって帯電するものである。これは、帯電される感光体とコロナ放電電極とが非接触で配置されることから、帯電の一様性という点で優れている。

このようなコロナ放電を利用した帯電器の中でも、特に感光体表面電位の安定性、一様性に優れた帯電器として、コロナ放電細線と感光体との間にワイヤーグリッドを設け、グリッドバイアスを印加するスコロトロン帯電器が知られている。

また、同様にコロナ放電を利用する帯電器でワイヤーグリッドを持たないものをコロトロン帯電器といい、以下、これらを総称してコロナ帯電器という。

コロナ帯電器は、帯電の安定性、一様性に優れている反面、コロナ放電電極に高電圧を印加する必要がある。また、コロナ放電によりオゾンを発生するため、省エネ、環境対策の観点から、特に多数の帯電器を有するタンデム式カラー画像形成装置の全ての帯電器に使用することは好ましくない。また、文字などの画像形成のために、特に使用頻度が高いＢｋのみに使用するなどの限定的な使用が望ましい。

近年良く利用されている帯電器として、導電性ローラを用いた接触式帯電装置が挙げられる。その帯電メカニズムは、感光体に当接された導電ローラに数ｋＶ以下の電圧を印加し、感光体と導電性ローラとの微小間隙においてコロナ放電が起きることによって帯電するものである。直流電圧に交流電圧を重畳することにより、感光体上に安定した帯電電位が得られる。

このような導電性ローラ帯電器では、コロナ帯電器と比べて、少ない電圧でコロナ帯電器と同等の感光体表面電位が得られるだけでなく、放電領域が少ないためにオゾン発生量も格段に少ない。

しかし、導電性ローラ帯電器は、印加する振動電圧の周波数による像担持体の帯電周波数と、像担持体に露光され形成された潜像の空間周波数とが干渉し、画像ムラが発生する。

具体的には、感光体の表面電位は帯電手段が有する交流バイアスの周波数ｆ[Ｈｚ]と感光体の周速度Ｖｐ[ｍｍ/ｓｅｃ]とに起因する、ν１=(Ｖｐ/ｆ)[ｍｍ]で表される一定周期の帯電ムラがある。そして、画像形成時には、これと画像形成の基本パターンであるスクリーン画像の描画間隔で決まる空間周波数ν２との、うなりＦ=|(１/ν１) - (１/ν２)|で表される周期の濃度ムラ、即ちピッチムラやモアレと呼ばれる画像不良が生じる。

なお、スクリーンとは、一定の画素間隔、及び露光光の主走査方向に対して角度を持つ点、または線の集合であり、画像形成時の単位画像である。主走査方向と同一方向のスクリーン角度を０°とし、０°から副走査方向に向かって角度を増していき主走査方向と垂直な方向、即ち90°に達したところを最大角度という。

うなりＦはいかなるスクリーンピッチ、帯電周波数によっても発生するものであるが、一般に人間の視覚特性で捉えられるのは、サブミリオーダ以上の長さを有するピッチである。出力画像にそのようなピッチが生じる帯電周波数及びスクリーンの描画間隔の設定については注意が必要である。

特に、スクリーン線の方向が０度、または90度をなす場合、或いは０度、または90度に近づくほど、帯電ムラの方向とスクリーンの描画の方向が近づくため、形成画像中に明瞭なモアレが発生しやすい。

また、複数の現像装置が同じスクリーンを有していて中間転写体上において微妙なレジずれが恒常的に発生する場合や互いのスクリーンの交差角が一般に15°以下である場合には、サブミリオーダ以上のピッチを有する視覚的に明瞭なモアレが発生し易い。

特に、形成画像の解像度が600ｄｐｉ以下で全ステーションに導電性ローラ帯電器を有するカラー画像形成装置では、スクリーンの選択肢が少ないために、互いに近しい角度のスクリーンを使わざるを得ない。

従って、互いのスクリーン角を離すために、モアレが視覚的に捉えにくいイエローの画像形成ユニットにおいて０度や90度のスクリーン方向がよく適用され、逆にモアレが視覚的に目立ち易いブラックなどでは０度や90度のスクリーン角は忌避されてきた。

このように、交流電圧印加型の導電性ローラ帯電器を使用する際に生じる、スクリーンと帯電周波数とによるモアレ発生を防止するために、現像装置毎にスクリーンを有している。そして、それぞれの帯電器における帯電周波数は、各スクリーンに対してモアレ間隔が極大となる帯電周波数とすることにより、スクリーンの空間周波数と帯電周波数との干渉によって生じるモアレを防止することが提案されている（特許文献１参照）。

特開2001-281945号公報

しかしながら、複数の帯電器を有する画像形成装置では、例えば解像度が600ｄｐｉ以下の場合にはスクリーン角が限定され、各現像装置間のスクリーン同士で発生するモアレを生じる。

また、モアレの発生要因には、帯電周波数と現像周波数との干渉によるものがある。帯電周波数をスクリーンに応じて変えていると、現像周波数もそれに応じて各色で変えなければならず、各色の現像性維持が困難である。さらに、複数の高圧出力を有することで、画像形成装置の高圧電源への高負荷、高圧電源のコストアップになる。

本発明の技術的課題は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モアレ発生を効果的かつ簡易な構成で防止することができる画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る代表的な構成は、コロナ帯電器を用いて回転可能な感光体を帯電し、帯電された感光体上に最も視認性の高い色の画像を形成する画像形成部と、感光体と接触した帯電部材に交流電圧を印加して回転可能な感光体を帯電し、帯電された感光体上に画像を形成する複数の画像形成部と、を含む画像形成部を備える画像形成装置であって、画像形成装置が備える全ての画像形成部のスクリーン角は互いに異なり、かつ、主走査方向を０度としたとき、帯電部材に交流電圧を印加して感光体を帯電する全ての画像形成部のスクリーン角は、コロナ帯電器で感光体を帯電する画像形成部のスクリーン角よりも、４５度に近く、コロナ帯電器で感光体を帯電する画像形成部は１つのみでそのスクリーン角は９０度から７５度の間に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、接触型帯電器を有する作像ユニットにおいてスクリーンの選択肢が増え、モアレ発生を効果的かつ簡易な構成で防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るタンデム型中間転写方式のカラー画像形成装置の断面図である。また、図２は、導電性ローラ帯電器を使用した作像ユニットの構成図である。図３は、コロナ帯電器を使用した作像ユニットの構成図である。

［実施形態１］
（全体構成）
画像形成装置は接触帯電方式、二成分接触現像方式を採用した電子写真方式のカラー複写機である。図１において、画像形成装置100には、４つの画像形成ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが画像送り方向に直列に並置されている。

そして、各画像形成ステーション（第１の画像形成部及び第２の画像形成部）Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄには、図２に示すように、それぞれ像担持体である感光ドラム１及び帯電装置（接触型帯電器）２を備えている。さらに、露光装置３、現像装置４、クリーニング装置５、トナー補給装置（トナーカートリッジ）６及び１次転写装置７を備えている。

ここで、特に画像送り方向最終位置にある画像形成ステーションＰｄの帯電装置２にはコロナ帯電器が使用されている。また、各画像形成ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの感光ドラム１と一次転写装置７との間を通るように、中間転写体である中間転写ベルト11が矢印方向に移動可能に配置されている。

各画像形成ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの上方部には図示しない光源装置及びポリゴンミラーが設置されている。光源装置から発せられたレーザ光はポリゴンミラーの回転により走査され、その走査光の光束が複数の反射ミラーによって偏向される。そして、ｆθレンズにより感光ドラム１の母線上に集光して露光することにより、感光ドラム１上に画像信号に応じた静電潜像が形成される。

現像装置４には、それぞれイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの非磁性トナーと磁性キャリアが所定の混合比で混合された２成分現像剤が所定量充填されている。そして、感光ドラム上の潜像を順次各色のトナーで現像してトナー像を形成し、中間転写ベルト11上にトナー像が一次転写される。

また、トナーカートリッジ６には非磁性トナーが充填されており、現像装置４内からの非磁性トナー使用量に応じて現像装置４へ補給が行なわれる。さらに、転写材カセット14に収容された転写材Ｐが二次転写装置12へ搬送され、中間転写ベルト11上に担持されたトナー像は転写材Ｐへ二次転写され、定着部９にて加熱及び加圧によりトナー像を定着した後、記録画像として装置外に排出される。

また、転写材Ｐへの二次転写位置から中間転写ベルト11の進行方向下流には中間転写ベルト11の表面に付着したカブリトナーや二次転写残トナー等をクリーニングするクリーニングブレード13が常時当接されている。これにより、中間転写ベルト11の表面がクリーニングブレード13により清掃されるようになっている。感光ドラム１上に残留した一次転写残トナー等は、クリーニング装置５により回収される。なお、51は、原稿Ｓを読み取るリーダ部を示す。

帯電装置２は導電性ゴムからなる帯電ローラ20及び毛織物等によって形成される帯電ローラ清掃部材22を有している。帯電ローラ20及び帯電ローラ清掃部材22は、芯金の両端部をそれぞれ軸受け部材（図示せず）により一定の軸間距離を保って、回転自在に保持されている。そして、押圧ばね21によって感光ドラム１に付勢され、感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力で圧接している。

帯電ローラ清掃部材22は、帯電ローラ20の回転に従動し、クリーニング装置５を通過して帯電ローラ20の表面に付着した転写残トナーやトナーの外添剤等を吸着或いは掃き散らすことにより清掃する。

また、帯電ローラ20は、感光ドラム１の回転に従動して回転し、帯電ローラ20の芯金には、高圧電源101により所定の条件の帯電バイアス電圧（交番電圧）が印加される。これにより、回転する感光ドラム１の表面は、所定の極性及び電位に接触帯電処理される。

帯電ローラ20に対する帯電バイアス電圧は、直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧である。具体的には、―700Ｖの直流電圧と、周波数1.3ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ＝1.5ｋＶの正弦波の交流電圧とを重畳した振動電圧である。この帯電バイアス電圧により、感光ドラム１の表面は帯電ローラ20に印加した直流電圧と同じ−700Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に帯電される。

41は現像スリーブであり、この現像スリーブ41には、高圧電源102から所定の現像バイアスが印加される。なお、現像バイアス電圧は、直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧である。具体的には、−550Ｖの直流電圧と、周波数8.0ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ＝1.8ｋＶの矩形波の交流電圧とを重畳した振動電圧である。この現像バイアスと、感光ドラム１の表面に形成された静電潜像の電界によって静電潜像が反転現像される。

次に、図３により、図２の帯電装置２がコロナ帯電器（非接触型帯電器）200に置き換わった例を説明する。図３において、コロナ帯電器200は感光ドラム１に一定の距離を保って対向して固定されている。

コロナ帯電器200は、その中央部に主にタングステンからなる金属細線201を有し、この金属細線201には高圧電源101より電圧を供給され、金属細線201を起点にイオン流が発生する。このとき、感光ドラム１へ向かわないイオン流はシールド部材202によって進路を塞がれる。

また、金属細線201と感光ドラム１との間に固定されたワイヤーグリッド203は、高圧電源111より高圧が供給され、感光ドラム１上の帯電電位の一様性向上に寄与する。具体的には、金属細線201にかけられる帯電バイアスは−７ｋＶ、ワイヤーグリッド203にかけられるグリッドバイアスは−750Ｖであり、これらの帯電バイアスにより感光ドラム１の表面は約−700Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に帯電される。

（露光制御）
次に、露光装置３による画像情報に対応した露光方法を説明する。ここで、感光ドラム１の回転方向を副走査方向、母線方向を主走査方向とする。図４に、露光装置３のブロック図を示す。また、図５に、ＬＥＤドライバのドライブタイミングチャートを示す。

リーダ部51にて色分解されて読み込まれた画像信号は、所望の画像処理が行われた後、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの４色256階調の画像信号に変換され、リーダ部51の１ライン走査ごとに不図示のバッファメモリに保管される。

その後、図４に示すスクリーンジェネレータ401により、画像形成方法に対応したスクリーン化が行われる。このスクリーン化の詳細については後述する。

後述する様にプリンタ部の主走査、副走査方向の記録密度が異なる。従って、スクリーン化処理を行なうために画像データをバッファメモリから読み出す際に、各色の記録解像度にあわせて主走査、副走査とも間引きまたは重複して読み出すことにより、解像度の変換を行っている。

その後、後述するマトリクス画素をディザマトリクスの１画素とした多値のディザ処理を行った後、マトリクス画素を形成する基本画素単位の２値データに展開する。なお、ディザマトリクスのサイズ、形状は後述するように各色それぞれ設定されている。

画像信号は基本画素単位の２値信号に展開された後、各色それぞれ画像メモリ402に格納される。画像メモリ402に格納された画像信号は主走査１ラインごとに読み出され、ＣＬＫ信号に同期してシフトレジスタ403にセットされる。シフトレジスタ403にセットされた画像信号は、ＳＥＴ信号が入力されるとラッチ404にラッチされる。

次に、各色ごとに設定された副走査方向の画像露光周期に同期したＥＮ信号が入力され、ＡＮＤ回路405によって、ラッチ404にラッチされた画像信号との論理積が取られることにより、ＬＥＤドライバ406に画像信号が入力される。これにより、ＬＥＤ407がＥＮ信号に同期して点燈し、副走査方向に１ライン分の画像露光が行われる。

（スクリーン形成方法）
ここで、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ色にそれぞれ対応した露光装置３が有する副走査の基本記録周期はＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ各色とも、600ＤＰＩとする。

図６〜９は、それぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ色の出力画像におけるスクリーン形成パターンを示した図である。スクリーンジェネレータ401において、これらパターンを参照することにより、各現像ユニットごとに予め決められた画像形成方法に対応したスクリーン化処理が行われる。

（帯電周波数とスクリーン画像との干渉によって発生するモアレ）
ここで、スクリーンと帯電ローラ20が有する帯電周波数との干渉によって起こるモアレ画像生成のメカニズムについて説明する。

帯電手段が有する交流バイアスの周波数ｆ[Ｈｚ]、感光ドラム１の周速度Ｖｐ[ｍｍ/ｓｅｃ]とすると、感光ドラム１の表面電位にはν１=(Ｖｐ/ｆ)[ｍｍ]で表される一定周期の帯電ムラが発生する。帯電ムラとは暗電位Ｖｄのムラであり、このＶｄに一様に露光がなされた場合、現像コントラスト電圧にムラが発生する。

従って、帯電ムラは画像形成時には現像コントラストのムラ、即ち濃度ムラとして現れる。しかし、一般には帯電周波数は数ｋＨｚ以上の高周波であり、感光ドラム１の周速より十分に大きい。

本実施形態においては、Ｖｐ=300[ｍｍ/ｓｅｃ]、ｆ=3.2[ｋＨｚ]であり、ν１=0.093[ｍｍ]となる。一般に人間の視覚特性で捉えられるのは、サブミリオーダ以上の長さを有するピッチであり、したがってここで発生する濃度ムラのピッチは非常に短く一般に人間の視覚特性が捉えられるレベルではない。

また、画像形成の基本パターンであるスクリーン画像の描画間隔で決まる空間周波数をν２とする。この空間周波数も一般に人間の視覚特性が捉えられないレベルである数〜数十μｍオーダで設計されるものである。しかし、帯電ムラν１とこのスクリーンによる空間周波数ν２とによって表される、うなりＦ=|(１/ν１) - (１/ν２)|で表される周期は必ずしも人間の視覚特性によって捉えられない範囲に収まるとは限らない。

この濃度ムラが、帯電ローラが有する帯電周波数との干渉によって起こるピッチムラやモアレと言われる画像である。このような問題は、イオン流によって感光体表面を一様に帯電するコロナ帯電器では発生しない。

ここで、特にスクリーン線の方向が０度、または90度をなす場合、或いは０度、または90度に近づくほど、帯電ムラの方向とスクリーンの描画の方向が近づくため、形成画像中に明瞭なモアレが発生しやすい。

また、複数の現像装置が同じスクリーンや角度が近しいスクリーンを有していても明瞭なモアレが発生し易い。また、各現像ユニットが有するスクリーン角が同じ、または近い場合には、現像後の画像におけるスクリーン同士の干渉によるモアレが発生しやすくなってしまう。これは形成画像が設計上全く重なり、レジによってそれが微妙にズレたり重なったりすることで発生する。

（スクリーンパターン）
画像形成方向最下流に位置する作像ユニットであるブラック(Ｂｋ)ステーションが有する帯電装置をコロナ帯電とし、本実施例ではそのスクリーン線数を200ｌｐｉ、スクリーン角度を90度としたが、実使用上、スクリーン角は９０度から７５度までの間にあればよいものとする。

また、その他のステーションについては各々帯電装置として導電性ローラを有し、イエロー(Ｙ)のスクリーン線数は282.8ｌｐｉ、スクリーン角が45度とする。また、マゼンタ(Ｍ)のスクリーン線数は223.6ｌｐｉ、スクリーン角が26.6度とし、シアン(Ｃ)のスクリーン線数は223.6ｌｐｉ、スクリーン角が63.4度とした。

以上のような構成によれば、副走査方向に１画素相当の幅を有し、主走査方向に連続した画像で、線と線の間にＮ画素分のスペースを有するＮ＝５〜15までの線での作像を行ったとき、帯電周波数とスクリーンとの干渉によるモアレは発生しなかった。なお、Ｎ＝５〜15までの線とは、１Ｌｉｎｅ５Ｓｐａｃｅ(1L5S)から１Ｌｉｎｅ15Ｓｐａｃｅ(1L15S)までを示す。

図10に、画像を形成したときのモアレ結果であるケース３と、比較例として従来のケース１、２を示す。ここで、ケース１は、全てのステーションに導電性帯電ローラが入り、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋのいずれかにスクリーン線数200ｌｐｉ、スクリーン角90度を導入する。そして、他の３色にスクリーン線数282.8ｌｐｉでスクリーン角45度、スクリーン線数223.6ｌｐｉでスクリーン角26.6度、スクリーン線数223.6ｌｐｉでスクリーン角63.4度を導入した場合である。

ケース２は、全てのステーションに導電性帯電ローラが入り、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋのいずれのスクリーン角も90度または０度を持たない。他色にスクリーン線数189.7ｌｐｉでスクリーン角18.4度、スクリーン線数189.7ｌｐｉでスクリーン角71.6度を振り分けて導入する。さらに、スクリーン線数212.1ｌｐｉでスクリーン角45度、スクリーン線数は223.6ｌｐｉでスクリーン角63.4度を振り分けて導入した場合である。

このように、本実施の形態では、少なくとも一つの画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄにおいてコロナ帯電器200を有し、画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄにおけるスクリーン角を90度から75度の間、または０度から１５度の間の範囲に収めるものとする。

そして、帯電装置２を有する画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄの帯電周波数は共通とする構成により、簡易な構成で帯電周波数とスクリーン画像との干渉によってモアレ画像発生を防止することができる。

また、本実施形態においては特にＢｋのスクリーン角を90度としたことで、表や文字などの画像形成が多いＢｋにおいて、タテヨコラインの再現性が向上する。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

コロナ帯電器200を有する画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄは、ハーフトーン画像形成時のスクリーン角として、少なくとも帯電装置２を有する画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄで用いられるスクリーン角に対して45°から最も離れた角度を使用してもよい。

本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の断面図である。導電性ローラ帯電器を使用した作像ユニットの構成図である。コロナ帯電器を使用した作像ユニットの構成図である。画像露光部のブロック図である。画像露光部のドライブタイミングチャートである。Ｙ色のスクリーン形成パターン図である。Ｍ色のスクリーン形成パターン図である。Ｃ色のスクリーン形成パターン図である。Ｋ色のスクリーン形成パターン図である。基準画像に対するモアレ発生頻度を説明する図である。

符号の説明

１感光ドラム
２帯電装置
３露光装置
４現像装置
５クリーニング装置
６トナーカートリッジ
７１次転写装置
９定着部
11 中間転写ベルト
12 二次転写装置
14 転写材カセット
20 帯電ローラ
21 押圧ばね
22 帯電ローラ清掃部材
101、102、111 高圧電源
200 コロナ帯電器
201 金属細線
202 シールド部材
203 ワイヤーグリッド
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ画像形成ステーション

Claims

コロナ帯電器を用いて回転可能な感光体を帯電し、帯電された感光体上に最も視認性の高い色の画像を形成する画像形成部と、感光体と接触した帯電部材に交流電圧を印加して回転可能な感光体を帯電し、帯電された感光体上に画像を形成する複数の画像形成部と、を含む画像形成部を備える画像形成装置であって、
画像形成装置が備える全ての画像形成部のスクリーン角は互いに異なり、かつ、主走査方向を０度としたとき、帯電部材に交流電圧を印加して感光体を帯電する全ての画像形成部のスクリーン角は、コロナ帯電器で感光体を帯電する画像形成部のスクリーン角よりも、４５度に近く、コロナ帯電器で感光体を帯電する画像形成部は１つのみでそのスクリーン角は９０度から７５度の間に設定されていることを特徴とする画像形成装置。
帯電部材に交流電圧を印加して感光体を帯電する全ての画像形成部の帯電部材に印加される交流電圧の周波数は同一であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。