JP6589288B2

JP6589288B2 - モノクロ画像形成装置

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Publication number: JP6589288B2
Application number: JP2015028727A
Authority: JP
Inventors: 山下　昌秀; 昌秀山下
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2019-10-16
Anticipated expiration: 2035-02-17
Also published as: JP2016151653A

Description

本発明は、モノクロ画像形成装置に関する。

従来、高速性及び画像再現性が求められる複写機やプリンタまたは複合機等の画像形成装置では、トナー帯電の安定性や立ち上がり性と画像品質の長期的安定性等の要求に応えるべく、二成分現像方式が多く採用されている。また、省スペース化、低コスト化等の要求が大きい小型プリンタやファクシミリ等においては、一成分現像方式が多く採用されている。

出力画像のコストには、画像形成装置の消費財としてのコストや電力コストと共に、用紙のコスト並びにトナー（粉体インク）等の消耗品のコストが含まれる。この中でも、トナーによるコストの抑制に対しては一定の画像品質を保ちつつできるだけその消費量を抑制するため、これまでにも様々な提案がなされている。一例として、露光量及び現像バイアスを調整することにより画像濃度を安定化させる方法が挙げられる。

この方法では、感光体の光減衰特性のうち、光ビームを感光体に照射して高濃度用パッチ画像に対応する静電潜像を形成するとき、光ビームのエネルギ密度が増大することに伴って感光体の表面電位が所定の電位に漸近するエネルギ密度の範囲を漸近範囲とする。そして現像バイアスの設定可能な範囲のうち高濃度用パッチ画像に対応する静電潜像に付着するトナー密度の増加に対する光学濃度の増加がほぼ飽和する現像バイアスの範囲を濃度飽和範囲とする。このとき、制御手段は現像バイアスを最適現像条件に設定し、しかも光ビームのエネルギ密度を漸近範囲内に設定した状態でトナー像を形成する。そしてさらに、必要に応じてトナー像形成に先立って濃度飽和範囲で現像バイアスを多段階に設定変更しながら各バイアス値で低濃度用パッチ画像を形成し、その画像濃度に基づいて最適現像条件を求める最適化処理を実行している（例えば「特許文献１」参照）。

第二の例として、ベタ部と網点部とで露光量を切り替える方法が挙げられる。この方法では、画像濃度を検出する検出部と、検出部によって検出されたベタ画像の画像濃度情報に基づいて現像部に印加する現像バイアス及び感光体の表面電位の値を決定するベタ濃度制御部とを有している。さらに、検出部に検出された予め定められた参照網点の画像濃度情報を記憶するメモリ部を有している。さらに、参照網点と等しい網点面積率の予め定められた標準網点の画像濃度を、参照網点の画像濃度と同一となるように標準網点に対する露光量を設定する露光量制御部と、ベタ画像と網点画像とで露光量を切り替える露光量可変部とを有している（例えば「特許文献２」参照）。

第三の例として、ベタ領域のトナー量を規定する方法が挙げられる。この方法では、静電潜像をトナーで現像して顕像化する際に、記録媒体上の単位面積当たりのトナー量が最大となるベタ領域でのトナー量をＴ（ｇ／ｍ^２）としたとき、次式で示すように現像が行われる（例えば「特許文献３」参照）。ａ＝（４π／３）・（ｄ_ｔ／２）^３・ρ_ｔ／（３^１／２・ｄ_ｔ ^２／２）ただし、１≦Ｔ／ａ≦１．２、ｄ_ｔ：トナーの体積中心径（ｍ）、ρ_ｔ：トナー密度（ｇ／ｍ^２）

モノクロ画像用途の画像形成装置では、安定した一定品質の画像を低コストで得ることが最重要であり、そのためには画像品質を保ったままトナーの消費量を最小限にすることが重要である。このために上述した技術が提案されているが、これ等の提案では未だ十分なトナー消費量の低減を実現するには至っていない、もしくはトナー消費量低減のための手続が複雑化して安定した画像品質を効率よく得るには至っていない。

例えば、「特許文献１」及び「特許文献２」に開示されている技術では、何れも露光量の制御を頻繁に行う必要があり、外的要因に対する制御の安定性が必ずしも十分ではないか、安定化させるためのコストが大きくなりがちである。また「特許文献３」に開示された技術では、ベタ領域のトナー付着量は一定範囲に保つことができるが、線状の画像に対してトナー付着量が過剰になることがあるため、トナー消費量が大きくなることがあるという問題点がある。

本発明は、上述の問題点を解決し、オフィス用途に適した画像品質を安定して維持しつつ、トナーの消費量を大幅に低減することが可能なモノクロ画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、形成された潜像を可視像化する現像手段と、可視像化されたトナー像を前記像担持体から記録媒体に転写する転写手段とを備え、前記潜像としてベタ画像を形成する際に、該ベタ画像として前記潜像形成手段により書き込み部と非書き込み部とを形成し、前記非書き込み部が直線状に形成され、前記現像手段が二成分現像剤を用いることを特徴とする。

本発明によれば、ベタ画像の中央部にも書き込み部と非書き込み部とが隣り合うことによりエッジ効果が発現する部位が形成され、ベタ画像のどの露光箇所においてもトナー付着量を同等とすることができる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の外観図である。本発明の一実施形態を適用可能な感光体の概略構成図である。従来の露光方法におけるベタ画像の露光パターンを示す概略図である。従来の露光方法における線状画像の露光パターンを示す概略図である。電位制御のために処理を施した露光方法におけるベタ画像の露光パターンを示す概略図である。電位制御のために処理を施した露光方法における線状画像の露光パターンを示す概略図である。本発明の一実施形態に用いられる露光方法におけるベタ画像の露光パターンを示す概略図である。本発明の一実施形態に用いられる露光方法における線状画像の露光パターンを示す概略図である。本発明の一実施形態である実施例１に用いられる露光方法におけるベタ画像の露光パターンを示す概略図である。本発明の一実施形態である実施例２に用いられる露光方法におけるベタ画像の露光パターンを示す概略図である。本発明の一実施形態である実施例３に用いられる露光方法におけるベタ画像の露光パターンを示す概略図である。本発明の一実施形態である実施例４に用いられる露光方法におけるベタ画像の露光パターンを示す概略図である。本発明の一実施形態である実施例５に用いられる露光方法におけるベタ画像の露光パターンを示す概略図である。本発明の一実施形態である実施例６に用いられる露光方法におけるベタ画像の露光パターンを示す概略図である。本発明の一実施形態である各実施例１〜６と比較される比較例１に用いられる露光方法におけるベタ画像の露光パターンを示す概略図である。本発明の一実施形態である各実施例１〜６と比較される比較例２に用いられる露光方法におけるベタ画像の露光パターンを示す概略図である。

以下に本発明の実施形態を説明するが、実施形態中に用いる用語は次の意味を持つものとする。
画像形成装置とは、例えば電子写真方式を用いたプリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これ等の複合機等を含む。記録媒体は、例えば紙、プラスチックシート等の媒体を含み、以下では記録媒体として用紙を例に説明する。画像形成とは、文字や図形、パターン等の画像を記録媒体に付与すること、着色粉体（例えばトナー）により静電潜像を可視像化し、これを記録媒体に転写して定着させることを意味する。着色粉体とは、単一の樹脂粉末、複合粉末、単一または複数の色材、樹脂と色材との複合物やこれにワックス成分や無機材料を加えた粉末を含む。また、これ等を高次に形態制御した機能粉末を始めとするトナー等、画像形成を行うことができる全ての粉体の総称として用いる。以下では、粉体をトナーとして説明する。

次に、本実施形態に用いられる画像形成装置を説明する。
図１において、画像形成装置１００は像担持体としての感光体１を有している。感光体１はトナーによる画像を担持可能であり、光導電層を有している。該画像は、潜像形成手段としての書込装置３により感光体１に対して書き込まれる。ドラム状の感光体１の周囲には、帯電手段としての帯電装置２、書込装置３、現像手段としての現像装置４、転写手段としての転写装置５、クリーニング装置６が配置されている。

転写装置５は、感光体１に対向配置され感光体１に対して記録媒体である用紙Ｓを当接させた状態で搬送する転写ベルト５３を有している。書込装置３は、静電潜像形成工程に用いられる装置であるが、静電潜像形成のための手段としてはその形式が特に限定されるものではない。つまり、帯電装置２による感光体１に対する規定の帯電を行った後に静電潜像を形成できればどのような構成であってもよい。

帯電工程での帯電方法は、帯電装置２を用いて感光体１の表面に電圧を印加する方法が用いられる。ここで帯電装置２としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、導電性または半導電性のローラ、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えたそれ自体周知の接触帯電装置、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電装置等が挙げられる。中でも、オゾン等の放電生成物の発生を回避する理由から、直流電圧を印加した導電性または半導電性のローラを感光体１に対して接触させて帯電を行うローラ状帯電部材、いわゆる帯電ローラを有する帯電装置が好ましい。また、接触帯電時に帯電ローラ等の帯電部材を有する帯電手段を用いる場合には、当接部分で大きな押圧力が加わらないように、軟質の接触帯電ローラの使用や加圧部材を用いない帯電手段構成を取ることがより好ましい。

静電潜像形成工程に用いられる書込装置３は、例えば書込露光装置を用いて感光体１の表面を書込データに従って露光することにより、静電潜像の形成を行うことができる。書込露光装置としては、帯電装置２により帯電された感光体１の表面に、形成すべき画像に対応した位置（態様）の露光を行うことができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザ光学系、液晶シャッタ光学系、ＬＥＤ光学系等の各種書込露光装置が挙げられる。なお、感光体１の裏面側から像様に書込露光を行う光背面方式を採用してもよい。また、中間調の画像を形成する際には、像様に応じて露光面積を変化させる面積階調を行えばよい。このとき感光体１上では、書込装置３により潜像電位が実質的に書込部及び非書込部の二値潜像電位の表面電位を持つ部分に分けられる。

現像装置４は、感光体１に形成された静電潜像を、二成分現像剤を用いて現像することにより可視像を形成する手段であり、現像スリーブ及び現像剤攪拌搬送機構を有している。現像スリーブは内部に永久磁石を有しており、現像剤を担持すると共に感光体１との対向位置まで担持した現像剤を搬送する。感光体１と現像スリーブとの間には、隙間として形成される現像ギャップが設けられている。この現像ギャップは、現像剤の汲み上げ量や現像剤を現像スリーブ上に保持するための磁界の強さ、現像剤中のキャリアの磁化、現像スリーブ回転速度等を考慮の上、ほぼ均等の間隔に調整して形成される。このため、必ずしも特定できるものではないが、概ねの平均値として０．２〜０．４ｍｍ程度であることが好ましい。現像装置４としては、これ等の構成を有するものであれば特に制限はなく、周知のものの中から適宜選択することができるが、例えば現像剤を収容して静電潜像に現像剤を接触または非接触で付与可能な現像器を少なくとも有するものが好ましい。

二成分現像剤に用いられるトナーとしては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、下式で表される円形度ＳＲの平均値である平均円形度が０．９４〜１．００のものが好ましく、０．９６〜０．９９がより好ましい。この平均円形度は、トナー粒子の凹凸度合いの指標であり、トナーが完全な球形の場合に１．００を示し、表面形状が複雑になるほど平均円形度は小さな値となる。
円形度ＳＲ＝トナー粒子の投影面積と等しい面積を持つ円の周長／トナー粒子の周長
トナーの質量平均粒径（Ｄ４）としては特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、３〜１０μｍが好ましく、４〜８μｍがより好ましい。この範囲では、微小な潜像ドットに対して十分に小さい粒径のトナー粒子を有していることから、ドット再現性が優れている。この理由は、質量平均粒径（Ｄ４）が３μｍ未満では転写効率の低下、ブレードクリーニング性の低下といった現象が発生し易いことがあり、１０μｍを超えると文字やラインの飛び散りを抑えることが難しい場合があることがあるためである。

クリーニング工程に用いられるクリーニング装置６としては、感光体１の表面をクリーニングする手段であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、クリーニング工程を実現可能なクリーニング装置を挙げることができ、中でも感光体１の表面をクリーニングするためのクリーニングブレードを有することが好ましい。一般に、感光体１のクリーニング方法としては、クリーニングブレードを用いた方法の他に、感光体１上に残存するトナーとは逆極性となるように電圧を印加したブラシを用いた静電クリーニング方式が挙げられる。クリーニングされたトナーは図示しない廃トナーボトルに排出されて廃棄されてもよく、また、クリーニングされたトナーの全部またはその一部を現像装置４内に搬送して再利用してもよい。

図２は、感光体１の部分拡大図を示している。感光体１は、支持体１０、下引き層１１、感光層１２を含み、感光層１２は電荷発生層１２０、電荷輸送層１２１を含む。
支持体１０としては導電性を示すものが好ましく用いられ、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、金、銀、白金等の金属、酸化スズ、酸化インジウム等の金属酸化物を、蒸着またはスパッタリングによりプラスチック、強化ガラス等に被覆したものである。また、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス等を押し出し、引き抜き等の工法でドラム状に素管化後、切削、仕上げ、研磨等の表面処理を施した管等も挙げられる。画像形成時の位置合わせ精度や寸法安定性の面から、支持体１０は硬質の円管状または十分な引張強度を有した薄い筒状であることが好ましい。

支持体１０の直径としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２０〜１５０ｍｍが好ましく、２４〜１００ｍｍがより好ましく、２８〜７０ｍｍが特に好ましい。直径が２０ｍｍ未満であると、感光体１の周辺に帯電、露光、現像、転写、クリーニングの各手段を配置することが物理的に困難となることがあり、１５０ｍｍを超えると画像形成装置１００が大型化してしまう場合がある。

下引き層１１としては特に制限はなく、一層であっても複数層で構成されていてもよい。例えば、樹脂を主成分としたもの、電子受容材料及びＮ型半導体粒子と樹脂とを主成分としたもの、導電性支持体表面を化学的または電気化学的に酸化させた酸化金属膜等が挙げられる。これ等の中でも、電子受容材料及びＮ型半導体粒子と樹脂とを主成分としたものが好ましい。

電子受容材料としては、所望の特性が得られるものであれば如何なるものでも使用可能であるが、Ｎ型半導体粒子との親和性が高いものが好ましく用いられる。水酸基を有するアントラキノン構造を基本骨格とする化合物が好ましく、ヒドロキシアントラキノン系化合物、アミノヒドロキシアントラキノン系化合物等が何れも好ましく用いられる。具体的には、１，２−ジヒドロキシ−９，１０−アントラキノン、１，４−ジヒドロキシ−９，１０−アントラキノン、１，５−ジヒドロキシ−９，１０−アントラキノン、１，２，４−トリヒドロキシ−９，１０−アントラキノン、１−ヒドロキシアントラキノン、２−アミノ−３−ヒドロキシアントラキノン、１−アミノ−４−ヒドロキシアントラキノン等が挙げられる。また、フラーレンの誘導体も電子受容材料として用いることができ、フェニルＣ６１酪酸メチルエステル、フェニルＣ６１酪酸ブチルエステル、フェニルＣ６１酪酸イソブチルエステル等、何れも好ましく用いることができる。

また、Ｎ型半導体粒子としては特に制限はなく、例えば酸化亜鉛、二酸化スズ、酸化インジウム、ＩＴＯ（例えばＩｎ_２Ｏ_３：ＳｎＯ_２＝９０：１０重量％）等の金属酸化物や、無機酸化物の基材粒子表面をこれ等の材料で処理した粒子が挙げられる。また、樹脂としては特に制限はなく、例えばポリアミド、ポリビニルアルコール、カゼイン、メチルセルロース等の熱可塑性樹脂、アクリル、フェノール、メラミン、アルキッド、不飽和ポリエステル、エポキシ等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。これ等は１種を単独で用いても２種以上を併用してもよい。

下引き層１１の厚みは、使用する材料の種類や組み合わせにより変更することが好ましいため、一概にその範囲を決定できるものではないが、概ね０．５〜２０μｍ程度が好ましい。特に、支持体１０からの電荷注入をより確実に防止しつつ、電荷発生層１２０で発生した電荷や帯電時の余剰な電荷を速やかに減衰するためには、２〜１５μｍ程度であることがより好ましい。

感光層１２としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、電荷発生物質と電荷輸送物質とを混在させた単層型、電荷発生物質を含有する電荷発生層の上に電荷輸送物質を含有する電荷輸送層を有する順層型、または電荷輸送層の上に電荷発生層を有する逆層型が挙げられる。また、各層には必要に応じて可塑剤、酸化防止剤、レベリング剤等を適量添加することも可能である。感光層１２の厚みとしては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、１０〜５０μｍが好ましい。また、下引き層１１と感光層１２とを合わせた厚みとしては、２０〜６０μｍの範囲を満たすことが好ましい。これ等の関係を満たすと、長期間にわたり均等な可視像の形成を実現でき、経時変動の小さい安定した画像形成装置を提供することができる。厚みが２０μｍ未満の場合には感光体としての電気的な均一性を確保することが困難となる場合があり、６０μｍを超えた場合には静電潜像解像度の低下を引き起こすことがあるため、好ましくない。

感光層１２における電荷発生材料としては、例えばテトラベンゾポルフィリン骨格を持つ化合物が挙げられる。具体的には、無置換のテトラベンゾポルフィリン、中心金属として銅、銀、金、白金、ニッケル、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、マンガン、鉄、コバルト、アルミニウム、ガリウム等を導入した錯体、特性基としてアルキル基、フェニル基、ハロゲン基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、カルボキシル基等を導入した化合物等が挙げられ、必要により適宜選択して使用することができる。

また、例えばモノアゾ系顔料、ビスアゾ系顔料、トリスアゾ系顔料、テトラキスアゾ顔料等のアゾ顔料、トリアリールメタン系染料、チアジン系染料、オキサジン系染料、キサンテン系染料、シアニン系色素、スチリル系色素、ピリリウム系染料、キナクリドン系顔料、インジゴ系顔料、ペリレン系顔料、多環キノン系顔料、ベスビンズイミダゾール系顔料、インダスロン系顔料、スクアリリウム系顔料、フタロシアニン系顔料等の有機系顔料または染料、硫化カドミウム、酸化亜鉛、酸化チタン等の無機材料等も電荷発生材料として挙げられる。これ等の電荷発生材料は、種々併用してもよい。

感光層１２における電荷輸送物質としては、例えばアントラセン誘導体、ピレン誘導体、カルバゾール誘導体、テトラゾール誘導体、メタロセン誘導体、フェノチアジン誘導体、ピラゾリン化合物、ヒドラゾン化合物、スチリル化合物、スチリルヒドラゾン化合物、エナミン化合物、ブタジエン化合物、ジスチリル化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾ−ル化合物、チアゾール化合物、イミダゾール化合物、トリフェニルアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アミノスチルベン誘導体、トリフェニルメタン誘導体等が挙げられる。これ等は１種単独で用いても２種以上併用してもよい。

感光層１２における結着樹脂としては、適度に電気絶縁性を有しそれ自体周知の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、及び光導電性樹脂等を用いることができる。具体的には、例えばポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリエステル、フェノキシ樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、イソシアネート樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルアントラセン、ポリビニルピレン等が挙げられる。これ等は１種単独で用いても２種以上併用してもよい。

感光層１２における酸化防止剤としては、例えばフェノール系化合物、パラフェニレンジアミン類、ハイドロキノン類、有機硫黄化合物類、有機リン化合物類等が挙げられる。フェノール系化合物としては、例えば２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、ブチル化ヒドロキシアニソール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−エチルフェノール、ステアリル−β−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート、２，２’−メチレン−ビス−（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、２，２’−メチレン−ビス−（４−エチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−チオビス−（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−ブチリデンビス−（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、１，１，３−トリス−（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン、１，３，５−トリメチル−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン、テトラキス−〔メチレン−３−（３’，５’−ジ−ｔ−ブチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕メタン、ビス〔３，３’−ビス（４’−ヒドロキシ−３’−ｔ−ブチルフェニル）ブチリックアッシド〕クリコールエステル、トコフェロール類等が挙げられる。

パラフェニレンジアミン類としては、例えばＮ−フェニル−Ｎ’−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ−フェニル−Ｎ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ，Ｎ’−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン等が挙げられる。

ハイドロキノン類としては、例えば２，５−ジ−ｔ−オクチルハイドロキノン、２，６−ジドデシルハイドロキノン、２−ドデシルハイドロキノン、２−ドデシル−５−クロロハイドロキノン、２−ｔ−オクチル−５−メチルハイドロキノン、２−（２−オクタデセニル）−５−メチルハイドロキノン等が挙げられる。
有機硫黄化合物類としては、例えばジラウリル−３，３’−チオジプロピオネート、ジステアリル−３，３’−チオジプロピオネート、ジテトラデシル−３，３’−チオジプロピオネート等が挙げられる。
有機リン化合物類としては、例えばトリフェニルホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、トリ（ジノニルフェニル）ホスフィン、トリクレジルホスフィン、トリ（２，４−ジブチルフェノキシ）ホスフィン等が挙げられる。
これ等化合物は、ゴム、プラスチック、油脂類等の酸化防止剤として知られており、市販品を容易に入手することができる。酸化防止剤の添加量としては、添加する層の総質量に対して０．０１〜１０質量％であることが好ましい。

感光層１２における可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート等の一般的な樹脂の可塑剤として使用されているものがそのまま使用でき、その使用量は結着樹脂１００質量部に対して０〜３０質量部程度が適当である。
また、感光層１２中にはレベリング剤を添加してもよい。具体的には、例えばジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等のシリコーンオイル類、側鎖にパーフルオロアルキル基を有するポリマまたはオリゴマが使用される。レベリング剤の使用量は、バインダ樹脂１００質量部に対して０〜１質量部が好ましい。

次に、本発明の特徴部について説明する。
一般に静電潜像を用いた画像形成装置では、線状画像とベタ画像とを同等の条件で露光書き込みして静電潜像を形成すると、現像工程においてベタ画像の周辺部分や線状画像の方がベタ画像の塗りつぶし部と比較してトナー付着量が多くなることが知られている。このトナー付着量の比は、線状画像：ベタ画像で１．３〜１．５：１程度となる場合がある。これは、いわゆる静電界のエッジ効果と呼ばれ、静電コントラストが強くなる部分で電界が強くなるように振る舞うことで生じる現象と理解されている。このエッジ効果の影響を緩和するためには「背景技術」の欄で開示した技術が知られているが、これ等の技術では露光光量の制御や画像デジタル情報の前処理が必要となる。また、静電潜像の電位制御を行うため使用環境等の影響を受け易く、これを補正するための複雑な制御が不可欠であった。本発明は、画像形成装置の像担持体上に担持された静電潜像へのトナー付着による可視像化、いわゆる現像工程において上述したエッジ効果を抑制するのではなく利用することを目的としている。これにより、線状画像とベタ画像とで単位面積当たりのトナー付着量の差を緩和し、複雑な制御を行うことなく像担持体上に安定した現像を行うと共に、トナーの過剰な消費を抑制することが可能な点を特徴としている。

図３ないし図８は、モノクロ画像を作像する際の露光パターンについて、それぞれ従来の露光方法（図３、図４）、電位制御のために処理を施した露光方法（図５、図６）、本発明の露光方法（図７、図８）をそれぞれ示した模式図である。各図における個々の黒丸の大きさは、露光の強度を概念的に示している。

図３及び図４に示す従来の露光パターンでは、ベタ画像の周辺部分や線状画像の静電潜像が強調されるため、現像工程においてこれ等の部分へのトナー付着量が過剰となる。しかし、画像品質を維持するためにはベタ画像部の画像濃度（光学濃度）を一定レベルに保つ必要があるため、過剰なトナーの消費を抑制することができない。

図５及び図６に示す電位制御のために処理を施した露光パターンでは、ベタ画像の周辺部分や線状画像のトナー付着量を抑制するため、これ等の部分の露光量を抑制している。その効果として過剰なトナー消費を抑制することができるが、使用環境や経時での現像剤特性、特に現像電界強度に対するトナー付着量の変化を考慮した露光量調整を行う必要があり、制御が複雑である。

図７及び図８は本発明を採用した画像形成装置における露光パターンを示しており、図７に示すようにベタ画像中の一部を露光しないことにより、強いて静電潜像が強調されるように露光パターンを形成している。すなわち、書き込み部の集合体であるベタ画像の中央部にも非書き込み部である露光しない部分が形成される。この構成により、ベタ画像の中央部にも書き込み部と非書き込み部とが隣り合うことによりエッジ効果が発現する部位が形成され、ベタ画像のどの露光箇所においてもトナー付着量を同等とすることができる。

このように、露光箇所のトナー付着量をほぼ均一とした上で、露光部単位面積当たりのトナー付着量が所定量となるように現像バイアスを調整することで、線状画像へのトナー付着量の増大によるトナーの過剰消費を抑制することができる。ここで、所定量の目安としては、例えば画像濃度の維持に必要となるベタ画像トナー付着量に、ベタ画像画素数をベタ相当部露光画素数で除した計数を乗じた付着量として求めることができる。

上述の構成において、現像されたトナー像は転写過程及び定着過程を経る間に画像周辺領域においてわずかに広がる。このため、ベタ相当部の露光パターンの非露光部である非書き込み部は広がったトナーで埋まっていき、目視画像としてはベタ画像全領域を露光した場合と遜色ない画像を形成することができる。ここで、非書き込み部の割合がベタ画像の書き込み画素基準で５〜２０％であれば、良好なベタ画像が形成される。一方で線状画像部では、従来の画像パターンにおいてベタ画像の１．３〜１．５倍程度付着していたトナー量を、例えば１．１倍程度（ベタ画像の書き込み部と非書き込み部との比を１０：１とした場合）に抑制することができる。特に文字の画像形成が多いモノクロ用の画像形成装置においては、線状画像への過剰なトナー付着量の制御はトナー消費量低減の効果が大きく、本発明では従来の技術に比して、約１５〜２７％程度のトナー消費の抑制が見込まれる。

上述した構成に基づき、本願発明者は次の実験により実施例と比較例との画像品質を対比した結果を得た。先ず、以下に挙げる評価結果について説明する。表１は評価結果を示しており、以下にその内容について説明する。

表１における書き込みパターンは、図９ないし図１６に相当する。トナー付着量は、書き込み画素数から換算した画像部単位面積当たりのトナー付着量を指し、ｍｇ／ｃｍ^２の単位で示している。画像濃度は、ベタ画像に相当する部分の光学濃度をＸ−Ｒｉｔｅ９３９型（エックスライト社製）で測定した値である。初期画像品質とは、１〜１０枚目の用紙に形成された画像サンプルの品質をいう。１００００枚後画像品質は、１００００枚通紙試験後に形成された画像サンプルの品質をいう。通紙試験については、画像面積率５％の文字画像を所定枚数通紙することにより行った。通紙条件としては、３枚を１セットとして所定枚数に必要なセット数を設定して行った。所定枚数通紙後、トナー付着量及び画像濃度確認用のテストチャートを出力し、ベタ画像と線状画像それぞれのトナー付着量及びベタ画像の画像濃度（測定箇所１０箇所）について評価を行った。以下、実施例１〜６及び比較例１，２の前提条件について説明する。

（実施例１）
＜画像品質の確認＞
リコー製モノクロ複写機ｉｍａｇｉｏＭＰ１３０１ＳＰを用い、ベタ画像の書き込みパターンとして図９のパターンを使用し、上述の手順により画像評価を行った。このとき、書き込みパターンの画像処理は行わず、画像パターンデータのままの書き込みが行われるようにした。画像パターンの書き込みは６００ｄｐｉで行った。

＜トナー付着量の確認＞
ベタ画像及び線状画像それぞれについて、感光体上の転写前画像と転写後画像（残存分）とをそれぞれ吸引法により測定し、その差分から各画像の単位面積当たりのトナー付着量を求めた。評価結果を表１に示す。

（実施例２）
露光部の幅による影響の有無を比較するため、ベタ画像の書き込みパターンとして図１０に示す画像パターンを用いた以外は実施例１と同様であり、上述した手順により画像評価を行った。評価結果を表１に示す。

（実施例３，４，５，６）
非書き込み部の方向による影響の有無を比較するため、ベタ画像の書き込みパターンとして図１１、図１２、図１３、図１４に示す画像パターンを用いた以外は実施例１と同様であり、上述した手順により画像評価を行った。評価結果を表１に示す。

（比較例１）
ベタ画像全域を露光した場合のトナー付着量を確認するため、ベタ画像の書き込みパターンとして図１５に示す画像パターンを用いた以外は実施例１と同様であり、上述した手順により画像評価を行った。このとき、現像バイアス電圧を変更して、ベタ画像のトナー付着量が実施例１と同等となるように調整した。評価結果を表１に示す。

（比較例２）
書き込み露光量を調整した場合のトナー付着量を確認するため、ベタ画像及び線状画像の書き込みパターンとして図１６に示す画像パターンを用いた以外は実施例１と同様であり、上述した手順により画像評価を行った。このとき、現像バイアス電圧を変更して、ベタ画像のトナー付着量が実施例１と同等となるように調整した。評価結果を表１に示す。

最後に、実施例２及び比較例２について、温度１０℃／相対湿度１５％ＲＨと、温度３０℃／相対湿度８０％ＲＨとの各環境下でそれぞれ画像を出力し、ベタ画像及び線状画像のトナー付着量を確認した。この結果、実施例２では一定の付着量割合を維持していたのに対し、比較例２では線状画像のトナー付着量がベタ画像の０．８〜１．４倍と大きく変動し、部分的に線の細りや太りが認められた。

上述した実験結果（各実施例及び各比較例）の比較について示す。
＜実施例１〜６及び比較例１，２の比較＞
本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００において適用する範囲に合致する各実施例１〜６に対して、上記範囲外の各比較例１，２は過剰なトナー付着量やその変動が認められた。従って、本願規定の画像形成装置によるトナー消費に対する優位性が示された。

＜実施例１と実施例２との比較＞
ベタ画像における露光パターンの線幅を１ｍｍ以下とすることにより、エッジ効果による付着量の安定化が得られ、ベタ画像と線状画像のトナー付着量の違いを確実に抑制できることが確認された。

＜実施例２と各実施例３，４，５，６との比較＞
各実施例２，４，５，６では、ベタ画像の静電潜像形成時において感光体への書き込みを行わない直線状部分、すなわち非書き込み部が、用紙搬送方向に対して非平行である方向に形成されている。これに対し、実施例３では上述の直線状部分が用紙搬送方向に対して平行に形成されており、この場合にはわずかに線状画像のトナー付着量は少なく、細線形成時に画像品質が劣る可能性があることが確認された。従って、ベタ画像の静電潜像形成時において、非書き込み部を用紙搬送方向に対して非平行である方向に形成することにより、画像品質の維持が良好に行われることが判明した。

上述の結果より、像担持体と帯電手段と潜像形成手段と現像手段と転写手段とを備え、静電潜像としてベタ画像を形成する際に潜像形成手段により書き込み部と非書き込み部とを形成する画像形成装置において、本発明の効果を得ることができる。すなわちこの画像形成装置によればベタ画像と線状画像とのトナー付着量を近付けることができ、従来の画像形成装置よりも画像品質を安定して維持しつつ、トナーの消費量を大幅に低減することが可能となる。これにより、特別な露光量調整を行うことなくトナー消費量を低減でき、画像形成時でのトナーコストを低減することができる。

上述の実施形態では、現像装置４として二成分現像剤を用いるものを例に挙げて説明したが、現像装置として一成分現像剤を用いるものを採用してもよい。しかし、一成分現像剤を用いる現像方式ではトナー供給量の上限が決定してしまう場合があり、本発明が解決する問題点が生じない場合もあり得る。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１像担持体（感光体）
２帯電手段（帯電装置）
３潜像形成手段（書込装置）
４現像手段（現像装置）
５転写手段（転写装置）
１００画像形成装置
Ｓ記録媒体（用紙）

特開２００３−２９５５３２号公報特開２０００−３９７４８号公報特開平１０−１８６８４２号公報

Claims

像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、形成された潜像を可視像化する現像手段と、可視像化されたトナー像を前記像担持体から記録媒体に転写する転写手段とを備え、
前記潜像としてベタ画像を形成する際に、該ベタ画像として前記潜像形成手段により書き込み部と非書き込み部とを形成し、前記非書き込み部が直線状に形成され、前記現像手段が二成分現像剤を用いることを特徴とするモノクロ画像形成装置。
請求項１記載のモノクロ画像形成装置において、
前記非書き込み部の割合が前記ベタ画像の書き込み画素基準で５〜２０％であることを特徴とするモノクロ画像形成装置。
請求項１または２記載のモノクロ画像形成装置において、
前記非書き込み部が前記記録媒体の搬送方向に対して非平行である方向に形成されていることを特徴とするモノクロ画像形成装置。
請求項１ないし３の何れか一つに記載のモノクロ画像形成装置において、
前記書き込み部が１ｍｍ以下の幅を有する部分を含むことを特徴とするモノクロ画像形成装置。