JP5506494B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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本発明は、画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置は、主に複写機及びレーザービームプリンター等の分野において広く利用されており、高解像度/高階調性・高複写/プリント速度等が求められるが、最近ではその要求性能が更に厳しくなってきている。
かかる画像形成装置に用いられる電子写真感光体用基体は、抽伸加工を行ったアルミニウム管を旋削加工して作成するのが一般的である。従来から、押出し、抽伸によって製造された電子写真感光体基体用のアルミニウム系円筒部材の外周面を切削加工によって仕上げることが行なわれている。このような仕上加工では、例えば、ワーク(円筒部材)の両端をチャックにより挟持し中心軸を一定に保ちながら、該ワークの外周面に切削刃(バイト)を当て、ワークを回転させつつ該ワークの中心軸にバイトを相対的に移動させて切削加工している。
これら切削加工した導電性支持体において、周方向に連続した規則的な加工跡が残っていると、切削痕の周期性と、形成する画像パターにおける周期性との干渉によって発生する、所謂モアレ像干渉縞と呼ばれる縞状の画像欠陥が発生し易いという問題があった。
かかる問題に対して、従来は、例えば下記特許文献1に提案されているように、バイト切削と研削テープによる研削を併用するなど、切削痕自体を低減することにより、モアレ発生が抑制していた。
特開平5−34963号公報
しかしながら、近年の画高解像度化の要求の進展につれ、形成される画像パターンの周期性が高くなってきており、従来技術によって低減された後の微細な切削痕であっても、画像パターンとの干渉によって視認できるレベルのモアレが発生する場合がある。
本発明は、かかる課題を解決することを目的になされてものである。
上記課題を解決するために、本発明は、円筒状の基体表面に、アモルファスシリコンを主成分とする光導電層を有する感光層が設けられた電子写真感光体と、現像装置と、を有して構成された複数の画像形成ユニットを備え、前記複数の画像形成ユニットの前記感光体に現像されたトナー像を、記録媒体の表面に順次重ねて転写することで、取得した画像データに対応する画像を前記記録媒体上に形成するタンデム型の画像形成装置であって、前記感光体における前記凸部の稜線と、前記感光体の中心軸とのなす角が、少なくとも2つの画像形成ユニット間で相違していることを特徴とする画像形成装置を提供する。
本発明の感光体および画像形成装置によれば、比較的高精細画像を形成した場合であっ
ても、形成した画像におけるモアレの発生を抑制することができる。
本発明の画像形成装置の一実施形態の構成を示す概略断面図である。 図1に示す画像形成装置が備える複数の画像形成ユニットの1つについて説明する概略断面図である。 図1に示す画像形成装置が備える画像形成ユニットが備える光源の近傍を拡大して示す概略断面図である。 電子写真感光体の構成を示す概略写真図である。 図1に示す画像形成装置が備える電子写真感光体の導電性基体の表面の形態について説明する図であり、(a)は概略側面図、(b)は(a)に示すA−A線およびB−B線で切断した際の表面の断面形状を拡大して示す図である。 (a)は、図4に示す電子写真感光体が備える基体の仕上げ加工における切削加工処理について説明する概略構成図であり、(b)は(a)の一部分を拡大して示している。 図4に示す電子写真感光体が備える基体における、なす角θについて説明する概略図である。 スクリーン処理された後の画像データ(スクリーン画像データ)の一例について説明する図である。 (a)〜(d)はそれぞれ、画像形成装置における、感光体表面における凸部の稜線と、この感光体に形成されるスクリーン画像データのトナー像の関係を示す図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図1は、本発明の画像形成装置の一実施形態である画像形成装置100の構成を示す概略断面図である。また、図2は、画像形成装置100が備える複数の画像形成ユニットの1つである、画像形成ユニット101aについて説明する概略断面図である。図3は、画像形成ユニット101aが備える光源(LED)130の近傍を拡大して示す概略断面図である。
なお、図2では、画像形成ユニット101aのみについて説明しているが、その他の画像形成ユニット101b〜101cも、101aと同様の構成を有している。
図1及び図2において示すように、画像形成装置100は、複数の画像形成ユニット101a〜101d、画像処理手段(スクリーン処理部)110、記録媒体搬送手段112、定着手段113、を備えて構成されている。
かかる画像形成装置100は、例えば、シアン(C)、マゼンダ(M)、イエロー(Y)、黒(K)の4色に対応した画像形成ユニット101a〜101dを備える、タンデム式カラープリンタの例である。
図2において画像形成ユニット101aに関して示すように、各画像形成ユニット101a〜101dはそれぞれ、現像装置120、電子写真感光体121、現像ローラ122、転写ローラ123、クリーナー125、126、帯電器127、現像器128、光源(LED)130を備えている。
また、図3において示すように、光源130としてのLEDヘッドは、ロッドレンズアレイ131、LEDアレイ132、ドライバIC133、回路基板134等を備えている。
光源130から出射される露光光の波長については特に限定されず、例えば685nmをピーク波長とする露光光を用いればよい。露光光の波長については特に限定されない。
光源130が備える回路基板134は、画像処理手段110と接続されている。回路基板134は、画像処理手段110から送信されたスクリーン画像データを変換して、ドライバIC13に送信する。ドライバIC133では、LEDアレイ132の各LEDを画像データに応じたタイミングで発光させるための駆動信号が生成され、各LEDアレイ132に送られる。これにより、各画像形成ユニット101a〜101dが備える感光体121に、各色成分に対応するスクリーン画像データの潜像が形成される。
図4は、電子写真感光体121の構成を示す概略写真図である。電子写真感光体121は、導電性基体10と、感光層20とを備えている。感光層20は、導電性基体10上に形成されたアモルファスシリコンを主成分とする光導電層14と、当該光導電層14上に形成された中間層16と、当該中間層16上に形成された表面層18と、を備えている。
導電性基体10の構成材料としては特に制限されるものではないが、Al、SUS、Zn、Cu、Fe、Ti、Ni、Cr、Ta、Sn、Au、Ag等の金属材料や、それらの合金材料から構成することが好ましい。また、樹脂やガラス・セラミック等の電気絶縁体の表面に、上述した金属やITOやSnO2などの透明導電性材料を蒸着して、導電処理した材料も用いることができる。Al合金を用いると、低コストとなり、しかも、軽量化でき、その上、後述する光導電層や電荷注入阻止層との密着性が高くなって信頼性が向上するという点で好適である。
感光層20の各層は、上述のようにアモルファスシリコン(a−Si)などのアモルファスシリコン系材料(以下、a−Si系材料と称する場合がある)により形成される。これらのa−Si系材料による層は、たとえば、グロー放電分解法、各種スパッタリング法、各種蒸着法、ECR法、光CVD法、触媒CVD法、及び反応性蒸着法などにより成膜形成し、その成膜形成に当たってダングリングボンド終端用に水素(H)やハロゲン元素(FやCl)を、膜全体を100原子%としたときに、1〜40原子%の範囲で含有させることにより形成することができる。
光導電層(第1の層)14は、少なくともSiを含むアモルファスシリコン系材料を主成分とし、光導電性材料から構成されている。したがって、アモルファスシリコン系材料以外に、例えば、水素原子及びハロゲン原子からなる群から少なくとも1つ選択された元素を含有することが好ましい。すなわち、このような原子を添加することにより、光導電層における電荷移動度を、所定範囲に正確に制御することができるためである。
また、前述の電荷注入阻止層同様、必要に応じてa−Siに、C、N、O等を加えた合金のa−Si系材料を用いたり、13族元素や15族元素を含有させて導電性や光導電率などの電気的特性及び光学的バンドギャップなどを調整することもできる。
さらに、光導電層については、a−Si系材料に微結晶シリコン(μc−Si)を含んでいてもよく、このμc−Siを含ませた場合には、暗導電率・光導電率を高めることができるので、光導電層の設計自由度が増すといった利点がある。このようなμc−Siは、先に説明した成膜方法を採用し、その成膜条件を変えることにより形成することができる。
たとえば、グロー放電分解法では、導電性基体の温度及び高周波電力を高めに設定し、希釈ガスとしての水素流量を増すことによって形成できる。また、μc−Siを含む光導電層においても、先に説明したのと同様な不純物元素を添加してもよい。
光導電層の膜厚は1〜100μmの範囲内の値とすることが好ましい。光導電層の膜厚を1〜100μmの範囲内の値とすると、光導電性を維持し、比較的均一な厚さに形成したりすることができる。光導電層の膜厚を1〜100μmの範囲内の値とすることがより好ましく、8〜20μmの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
中間層16は、アモルファスシリコン系材料と、炭素原子と、水素原子とを含有したa−SiC:Hを含むことが好ましい。このような中間層とすることにより、後述する表面層との相乗効果によって、解像度に優れるとともに、ヒータレスシステムを採用した場合であっても、像流れが少ないa−Si感光体を得ることができるためである。
中間層は、アモルファスシリコンカーバイド(a−SiC)以外に、種々の材料を用いることができる。例えば、a−Si系材料として、アモルファスシリコンナイトライド(a−SiN)、アモルファスシリコンオキサイド(a−SiO)、アモルファスシリコンオキシカーバイド(a−SiCO)、アモルファスシリコンオキシナイトライド(a−SiNO)などの高抵抗材料を用いてもよい。a−SiN膜、a−SiO膜、a−SiCo膜、a−SiNO膜等の膜を用いた場合でも、各層における材料の組成比等を調整することで、中間層における屈折率の大きさや分布を制御することができる。かかる組成比の分布等は、各層の成膜時におけう原料比率(ガス圧の比率など)を調整することで、比較的容易に制御することができる。
これらは、a−Siと同様の薄膜形成手段により成膜し、その成膜形成に当たっては、ダングリングボンド終端用、もしくは硬度あるいは抵抗値調整用として水素やハロゲン(F、Cl)を、膜中にシリコン原子と炭素原子の総数に対して、1〜160原子%含有させるとよい。
表面層18は、膜厚を100nm以上、1.0μm未満とすることが好ましい。表面層18の膜厚を100nm以上、1.0μm未満とすることで、感度の低下や残留電位の発生を抑制し、濃度低下やカブリなどの印字品質を高く維持することができる。また、長期にわたって感光体を使用した場合であっても、所定の画像品質を維持するために、表面層の膜厚としては1.0μm未満とすることが好ましい。
表面層18は、中間層と同様、アモルファスシリコンカーバイド(a−SiC)以外に、種々の材料を用いて形成することができる。例えば、a−Si系材料として、アモルファスシリコンナイトライド(a−SiN)、アモルファスシリコンオキサイド(a−SiO)、アモルファスシリコンオキシカーバイド(a−SiCO)、アモルファスシリコンオキシナイトライド(a−SiNO)などの高抵抗材料を用いてもよい。
これらは、a−Siと同様の薄膜形成手段により成膜し、その成膜に当たっては、ダングリングボンド終端用、もしくは硬度あるいは抵抗値調整用として水素やハロゲン(F、Cl)を膜中に1〜160原子%含有させるとよい。
図5は、導電性基体10の表面の形態について説明する図であり、(a)は図1および図2の左側から見た概略側面図、(b)は(a)に示すA−A線およびB−B線で切断した際の表面形状を拡大して示す図である。導電性基体10の表面には、基体10の周方向に沿って連続した凸部11が形成されている。この突部11は、基体10を形成する際の切
削加工において形成された微細な凸部である。基体10の中心軸を通る平面で基体10を切断した場合、凸部11は、図5(b)に示すように、基体10の中心軸に平行な方向に沿って、略一定の間隔Xで離間して配置されている。
図6は、基体10の表面の凸部の形成過程について説明する図である。図6(a)は、基体10の仕上げ加工における切削加工処理について説明する概略構成図であり、(b)は(a)の一部分を拡大して示している。
基体10は、アルミニウム系円筒部材の外周面を切削加工によって仕上げることが行なわれている。このような仕上加工では、例えば、ワーク(円筒部材)50の両端をチャック51により挟持し中心軸を一定に保ちながら、該ワークの外周面に切削刃(バイト)52を当て、ワークを回転させつつ該ワークの中心軸にバイトを相対的に移動させて切削加工している。これら切削加工を経て作製された導電性支持体10は、図4(a)(b)に示すような、周方向に連続した規則的な加工跡が残る。凸部11は、このような切削加工によって形成される。
かかる加工によって形成された凸部11の稜線13と、基体10の中心軸とのなす角θは、上記切削加工におけるワーク50の回転速度と、切削刃52の移動速度との関係によって、種々変化する。
なお、画像形成装置100における、なす角θとは、感光体121(基体10)の中心軸に平行な任意の一方向に沿ったベクトルαと、凸部11の稜線13に略平行な感光体121の回転方向に沿ったベクトルβと、のなす角をいう。図7は、基体10における、なす角θについて説明する概略図である。
このなす角θは、例えば以下のように測定することもできる。例えば、基体10の表面上の基体の中心軸に沿った2本の直線(図4には、A−A、B―Bで例示される)について、それぞれの直線に沿った表面形状のデータを得る。この表面形状データにおいて、最端部から数えて同じ順番に位置する凸部11同士の、中心軸に沿った離間距離Xをそれぞれ計測する(図4では、左から5番目の凸部同士について例示している)。各凸部11同士の離間距離Xの平均値X´と、基体10の周面に沿った上記2本の直線(図4ではA−A、B−Bで例示される)との離間距離Yは、関係式tan(π―θ)=Y/X´を満たす。この関係式から、θの角度を特定することができる。
この凸部11は、例えば高さ0.1〜1.0μm程度、離間処理X´は、0.1μm〜5mm程度にされている。これら高さや離間距離は、バイトの種類や押圧力等の切削条件を変更することで、種々調整することができる。
この凸部11の部分と、凸部11以外の部分とでは、帯電状態やトナーの付着状態が微小ながら変動することがある。この微小な変動に起因して、画像形成装置100では、各画像形成ユニット101a〜101dによって形成される画像に、周期的なゆらぎが生じる場合がある。
この周期的なゆらぎが重なると、形成した画像に、いわゆるモアレといわれる視認できる干渉縞が生じることがある。画像形成装置100では、上記なす角θが、複数の画像形成ユニット毎に相違しており、モアレの発生が比較的抑制されている。
本実施形態では、複数の画像形成ユニットの少なくとも1つの画像形成ユニットが備える感光体において、上記凸部11の稜線のなす角θが15°以上の大きさを有している。
画像処理手段110は、図示しないデータ読取部、複数の画像形成ユニット101a〜101dそれぞれの光源130と接続されている。画像処理手段110は、図示しないデータ取得部を介して送られる原画像データを受け取り、この原画像データを色成分毎に分解した上で、各色成分毎の画像データに例えば公知のスクリーン処理を施す。各色成分毎にスクリーン処理がなされた画像データ(スクリーン画像データ)は、各色に対応する画像形成ユニット101a〜101dが備える光源130に送信する。
スクリーン処理は、ハーフトーン画像を再現するための画像処理に行う公知の画像処理である。具体的には、分解した各色成分毎の画像データに対し、分解した各色成分毎の濃淡を再現するため、大小の異なる点(網点)を例えばマトリクス状に配列した画像に変換する。
図8は、スクリーン処理された後の画像データ(スクリーン画像データ)の一例について説明する図である。図8に示す例のように、スクリーン画像データでは、色の濃淡が、小さな点(網点)の大小によって表現している。
図8に示すように、スクリーン画像データにおける網点の配列位置は、略マトリクス状に規定されている。このため、スクリーン画像データでは、比較的網点の数が多く連続する仮想線γを有している。本実施形態においては、感光体121にスクリーン画像を再現する潜像が形成された状態における、この仮想線γに平行な回転方向に沿って進む方向のベクトルγと、基体10の中心軸に平行な上記ベクトルαとのなす角を、スクリーン角度φという。
各色の画像が用紙に転写されたときに、該転写後の画像にモアレが生じ難くするために、画像形成装置100では、これらスクリーン角度φが、各色(シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック)の画像形成ユニット101a〜101d毎に異なっている。
かかる画像形成装置100(タンデム式カラープリンタ)において、記録媒体P表面に原画像を再現する画像を形成する倍の基本的動作、すなわち、画像形成方法について説明しておく。
図示しないデータ取得部を介して、画像処理手段110が、記録媒体P上に形成したい画像の原画像データを受け取る。画像処理手段110は、この原画像データを色成分毎に分解した上で、各色成分毎の画像データに例えば公知のスクリーン処理を施す。各色成分毎にスクリーン処理がなされた画像データ(スクリーン画像データ)は、各色に対応する画像形成ユニット101a〜101dが備える光源130に送信される。
各画像形成ユニット101a〜101dでは、図1及び図2に示す電子写真感光体121を矢印方向に回転させ、この電子写真感光体121の表面上に、主帯電器127によって均一なコロナ帯電を行い、感光体121の表面が帯電されている。
記録媒体Pは、転写材通路およびレジストローラーよりなる記録媒体搬送手段112を通って、各画像形成ユニット101a〜101dを順次通過する。
各画像形成ユニット101a〜101dでは、光源130の各LEDから、上記スクリーン画像データに応じたタイミングで発光される。光源130からの発光は、ミラー系、レンズ系、フィルター等を介して、電子写真感光体121の表面上に導かれ、感光体121の表面に、各色のスクリーン画像に対応した静電潜像が形成される。各画像形成ユニットでは、この静電潜像に対して、現像器120におけるトナーコンテナ111からトナー125が供給されて、各色のスクリーン画像にそれぞれ対応したトナー像を形成すること
ができる。
記録媒体搬送手段112を通って各画像形成ユニット101a〜101dに供給された記録媒体Pは、転写・分離帯電器を備えた転写ローラ123と、電子写真感光体121の間隙において、背面からトナーとは反対極性の電界を与えられ、これによって、電子写真感光体121の表面に形成されたスクリーン画像データのトナー像が、転写材に転移するとともに、電子写真感光体121側から分離される。これにより、各画像形成ユニット101a〜101dそれぞれにおいて、各色毎のスクリーン画像データが記録媒体Pの表面に順次転写され、記録媒体Pの表面に、各色毎のスクリーン画像が重ね合わされて形成された、原画像を再現する画像データが形成される。
画像形成装置100では、各画像形成ユニット101a〜101bにおいて、電子写真感光体121に形成されるスクリーン画像のスクリーン角度φと、各電子写真角度における上記なす角θとが異なっている。これにより、各画像形成ユニット101a〜101bにおいて形成される、各色毎の画像それぞれにおいてモアレが発生することが抑制されている。上記スクリーン角度φとなす各αとの角度差は特に限定されないが、この角度差が略90°であることが最も好ましい。
また、上述したように、画像形成装置100では、各画像形成ユニット101aにおけるスクリーン角度φが、各色毎に異なっている。図9(a)〜(d)はそれぞれ、画像形成装置100における、感光体表面における凸部11の稜線13と、この感光体に形成されるスクリーン画像データのトナー像の関係を示す図である。例えば図9(a)〜(d)に示すように、各色毎にスクリーン角度を相違させるとともに、スクリーン角度と稜線13との角度を略直交させることで、記録媒体P上に各色毎の画像を重ねあわせた場合の、モアレの発生が抑制されている。
例えば画像形成ユニット101a(イエロー)におけるスクリーン角度が略0度、画像形成ユニット101b(マゼンタ)のスクリーン角度が45度、画像形成ユニット101c(シアン)のスクリーン角度が45度、画像形成ユニット101d(黒)のスクリーン角度が75度であるとき、画像形成ユニット101aにおけるなす角θが略90度に設定され、画像形成ユニット101bにおけるなす角θが105度に設定され、画像形成ユニット101cにおけるなす角θが135度に設定され、画像形成ユニット101dにおけるなす角θが165度に設定されている。
これにより、記録媒体P上に各色毎の画像を重ねあわせた場合の、モアレの発生が抑制されている。
一般的な画像形成装置では、各色のスクリーン角度が、0°、15°、45°の角度で設定されている。これにより各色毎のスクリーンパターン自体の干渉を抑制している。これは、各色のスクリーン角度が15°以上ずれている場合、各色のスクリーンパターン同士の干渉が比較的少なくされるからである。本実施形態の感光体では、少なくとも1つの感光体における上記なす角θが、15°以上の角度に設定されている。これにより、スクリーンパターンが0°の場合でも、モアレの発生を効率的に抑制することができる。また、少なくとも1つの感光体において、スクリーンパターンと凸部11の稜線とが30°以上の角度差で交差させることが可能となっている。さらに、少なくとも1つの感光体における上記なす角θが45°以上の角度に設定されることで、少なくとも1つの感光体において、スクリーンパターンと凸部11の稜線とが90°以上の角度差で交差させることが可能となっている。本実施形態の感光体を用いることで、画像形成装置の各色毎のモアレ発生を抑制することができる。
上記実施形態では、複数の画像形成ユニットによって、各色毎の画像データを形成してカラー画像を形成する、タンデム型の画像形成装置について説明した。本発明では、画像形成ユニットを複数備えている必要はなく、例えば1つの感光体によってモノクロのハーフトーン画像を形成する画像形成装置にも適用することができる。
例えば、モノクロの画像データを、網点を用いたハーフトーン画像に変換するスクリーン処理を行う場合、このスクリーン画像のスクリーン角度φと、上記なす角θとを相違しておくことで、モアレの発生と抑制できる。このスクリーン角度φと、なす角θとの角度差が略90°とすると、モアレの発生をより効果的に抑制することができる。
以上、本発明について、実施形態を参照して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、発明の範囲において種々変更してもよい。
10 導電性基体
11 凸部
13 稜線
14 光導電層
16 中間層
20 感光層
100 画像形成装置
101a〜101d 画像形成ユニット
110 画像処理手段(スクリーン処理部)
112 記録媒体搬送手段
113 定着手段
130 光源
131 ロッドレンズアレイ
132 LEDアレイ
133 ドライバIC
134 回路基板
121 電子写真感光体

Claims (5)

  1. 円筒状の基体表面に、アモルファスシリコンを主成分とする光導電層を有する感光層が設けられた電子写真感光体と、現像装置と、を有して構成された複数の画像形成ユニットを備え、
    前記複数の画像形成ユニットの前記感光体に現像されたトナー像を、記録媒体の表面に順次重ねて転写することで、取得した画像データに対応する画像を前記記録媒体上に形成するタンデム型の画像形成装置であって、
    前記感光体の前記基体の表面には、前記基体の周方向に沿って連続した凸部が形成されており、
    前記感光体における前記凸部の稜線と、前記感光体の中心軸とのなす角が、少なくとも2つの画像形成ユニット間で相違していることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記感光体における前記凸部の稜線と、前記感光体の中心軸とのなす角が、全ての画像形成ユニット毎に異なることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  3. 取得した画像データに対して網点スクリーン処理を行うスクリーン処理部を有し、
    前記スクリーン処理部では、複数の画像形成ユニット全てにおいて、前記感光体に現像された前記トナー像におけるスクリーン線と前記基体の中心軸とのなす角と、前記凸部の前記稜線と前記基体の中心軸とのなす角と、が相違するように、網点スクリーン処理を行うことを特徴とする請求項1または2記載の画像形成装置。
  4. 少なくとも1つの画像形成ユニットにおいて、前記感光体に現像された前記トナー像におけるスクリーン線と前記凸部の前記稜線とが、略直交することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の画像形成装置。
  5. 複数の画像形成ユニットの全てにおいて、前記感光体に現像された前記トナー像におけるスクリーン線と前記凸部の前記稜線とが、略直交することを特徴とする請求項4記載の画像形成装置。
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