JP6918766B2

JP6918766B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP6918766B2
Application number: JP2018224162A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　真吾; 真吾伊藤; 田中　正志; 正志田中; 孝平岡安; 飯田　健一; 健一飯田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: JP2020086313A; US20200174394A1; US11036159B2

Description

本発明は、レーザビームプリンタ、デジタル複写機、デジタルＦＡＸといった電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、感光体を露光するための光走査装置を有している。光走査装置は、画像データに基づいて光ビームを射出し、射出した光ビームを回転多面鏡で反射させ、走査レンズを透過させることで感光体を走査・露光する。走査レンズとしては、所謂ｆθ特性を有するレンズが用いられることが多い。ここで、ｆθ特性とは、回転多面鏡を等角速度で回転させると、感光体の表面を光ビームによるスポットが等速で移動するように、光ビームを感光体の表面に結像させる光学的特性である。しかしながら、ｆθ特性を有する走査レンズは、サイズが大きく、画像形成装置が大型化する要因となる。そのため、小型化、コストダウンを目的として、走査レンズ自体を使用しない、或いは、ｆθ特性を有さない走査レンズが使用される。特許文献１は、光ビームのスポットが感光体の表面を等速で移動しない場合でも、感光体に形成される潜像ドットの中心の間隔である画素幅が一定となるよう、クロック周波数を変更する構成を開示している。

特開昭５８−１２５０６４号公報

しかしながら、光ビームのスポットが感光体の表面を等速で移動しない場合、走査速度の変動により感光体の単位面積あたりの露光量が変化する。この露光量の違いによって、感光体の主走査方向において画像が不均一となることがある。

以上の状況を鑑みて、本発明の目的は、主走査方向において一定でない走査速度で走査して感光体を露光する場合において発生する画像弊害を抑制することにある。

この目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、電荷発生層を備える感光体と、前記感光体の表面を帯電する帯電部材と、前記帯電部材によって帯電された前記感光体の前記表面にトナー像を形成するために前記表面を露光する露光ユニットであって、前記帯電部材によって帯電された前記感光体の前記表面に前記トナー像が形成される画像形成部を第１の露光量で露光し、前記トナー像が形成されない非画像形成部を前記第１の露光量より小さい第２の露光量で露光する露光ユニットと、前記露光ユニットを制御する制御部と、を有する画像形成装置において、前記露光ユニットは、レーザ光を主走査方向に一定でない走査速度で走査することで前記感光体の前記表面を露光し、第１の走査速度で露光された前記感光体の前記表面における第１の領域の方が、前記第１の走査速度よりも速い第２の走査速度で露光された前記感光体の前記表面における第２の領域よりも、前記主走査方向における前記感光体の前記表面の単位長さ当たりの露光量が大きくなるように構成され、前記電荷発生層の厚みは前記第１の領域の方が前記第２の領域よりも薄く、前記制御部は、前記第１の露光量で前記感光体の前記表面が露光される場合において、前記第１の領域に形成された第１の電位の絶対値が前記第２の領域に形成された前記第１の電位の絶対値よりも大きくなるように前記露光量を制御することを特徴とする。

本発明によると、主走査方向において一定でない走査速度で走査して感光体を露光する場合において発生する画像弊害を抑制することができる。

実施例１における画像形成装置の構成図である。実施例１における（ａ）光走査装置の主走査方向の構成図、（ｂ）副走査方向の構成図、である。実施例１における像高と部分倍率との関係を示す図である。実施例１における像高による光量と感光体の感度の関係を示す図である。実施例１におけるプロセスカートリッジの構成を示す図である。実施例１における制御ブロック図である。実施例１におけるかぶり量と感光体の表面電位の関係を示す図である。実施例及び比較例の（ａ）検討に用いた画像、（ｂ）ゴーストが発生した画像、を示す図である。実施例１における感光体の表面電位を示す図である。実施例１におけるゴーストの発生状況を示す図である。実施例１及び変形例１〜４の露光量と感光体の表面電位の関係を示す図である。実施例２の像高と電荷輸送層の膜厚の関係を示す図である。実施例２の露光量と感光体の表面電位の関係を示す図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

１．画像形成装置
図１は、本実施例による画像形成装置１の概略的な構成図である。画像形成装置１はＡ４モノクロレーザービームプリンタであり、露光手段たる光走査装置としての走査手段４００のレーザ駆動部３００は、画像信号生成部１００から出力される画像データに基づき、光ビーム２０８を射出する。この光ビーム２０８は、帯電部材としての帯電ローラ２により帯電された感光体４の表面を走査・露光し、感光体４の表面に潜像を形成する。現像部材としての現像ローラ３は、この潜像をトナーで現像してトナー像を形成する。また、給紙ユニット８から給紙された記録材Ｐは、搬送ローラ５により感光体４と転写ローラ４１とのニップ領域である転写部に搬送される。転写ローラ４１は、感光体４に形成されたトナー像をこの記録材Ｐに転写する。転写されずに感光体４上に残ってしまった、いわゆる転写残トナーは不図示のクリーニング部材により清掃され、感光体４の表面は次の画像形成に供される。一方、転写後のトナー像は、その後定着手段６によって、記録材Ｐを加熱・加圧して記録材Ｐに定着される。トナー像が定着された記録材Ｐは、排紙ローラ７により画像形成装置１の外部に排出される。

感光体４は像担持体たる円筒状の回転可能な感光ドラムであり、その軸を中心に回転する。感光ドラム４の表面が接触帯電装置たる帯電ローラ２により一様に暗部電位Ｖｄに帯電された後、露光手段４００により感光ドラム４の表面が露光され明部電位Ｖｌが形成されることによって潜像が形成される。

帯電ローラ２は芯金と、芯金周りに同心一体に形成された導電性弾性体層とを有し、帯電電圧印加手段たる不図示の帯電電圧電源によって芯金に帯電電圧が印加される。帯電ローラ２にはＶｄ＋ＶｔｈからなるＤＣ（直流）電圧が印加されており、放電によって感光ドラム４上を帯電電位Ｖｄで一様に帯電する。Ｖｔｈは放電開始電圧であり、印加する帯電電圧が小さいときは、感光ドラム４上の表面電位は放電によっては増加しないが、放電開始電圧Ｖｔｈから放電により表面電位が増加し始める。本実施の形態では、帯電ローラ２に印加する帯電電圧は−１１００Ｖであり、放電開始電圧Ｖｔｈは−５４０Ｖ、帯電電位（暗部電位）Ｖｄは−５６０Ｖ、明部電位Ｖｌは−１００Ｖとした。

現像容器３０は磁性一成分現像剤としてのトナー９０が収容され、所定の電荷極性を帯びたトナー９０は、現像剤を担持する現像部材である現像ローラ３により感光ドラム４上の静電潜像に供給されてトナー像として可視化される。現像ローラ３は芯金と、芯金周りに同心一体に形成された導電性弾性体層とを有し、現像電圧印加手段である不図示の現像電圧電源により芯金に現像電圧が印加される。本実施の形態では、現像電圧は−２４０Ｖである。

感光ドラム４上のトナー像は、転写電圧印加手段である不図示の転写電圧電源によって転写電圧を印加された転写部材たる転写ローラ４１により静電的に記録材Ｐ上に転写される。転写ローラ４１は、軸上に導電性弾性層を設けたローラ状に構成され、軸に転写電圧が印加される。本実施の形態では、転写電圧は１０００Ｖである。その後に、定着部６によって記録材Ｐ上に熱融解・混色して永久画像として定着されて画像形成物として排紙される。

２．光走査装置
図２は、本実施の形態による露光手段たる光走査装置４００の構成図であり、図２（ａ）は、主走査方向の断面図を、図２（ｂ）は、副走査方向の断面図を示している。なお、主走査方向とは、感光ドラム４の表面に平行で且つ感光ドラム４の表面の移動方向に直交する方向である。また、副走査方向とは、感光ドラム４の表面の移動方向である。

光源４０１が射出した光ビーム２０８は、開口絞り４０２によって楕円形状に整形されてカップリングレンズ４０３に入射する。カップリングレンズ４０３を通過した光ビーム２０８は、略平行光に変換されて、アナモフィックレンズ４０４に入射する。なお、略平行光とは、弱収束光及び弱発散光を含む。アナモフィックレンズ４０４は、主走査断面内において正の屈折力を有しており、入射する光束を主走査断面内においては収束光に変換する。また、アナモフィックレンズ４０４は、副走査断面内において偏向器（ポリゴンミラー）４０５の反射面４０５ａの近傍に光束を集光しており、主走査方向に長い線像を形成する。

そして、アナモフィックレンズ４０４を通過した光束は、偏向器４０５の反射面４０５ａにて反射される。反射面４０５ａで反射した光ビーム２０８は、結像レンズ４０６を透過し、感光ドラム４の表面で結像し、所定のスポット状の像（以降、スポットと記述する）を形成する。偏向器４０５を不図示の駆動部により矢印Ａｏ方向に一定の角速度で回転させることにより、感光ドラム４の被走査面４０７上でスポットが主走査方向に移動し、被走査面４０７上に静電潜像を形成する。

ビームディテクト（以降、ＢＤと記述する）センサ４０９とＢＤレンズ４０８は、被走査面４０７上に静電潜像を書き込むタイミングを決定する同期用光学系である。ＢＤレンズ４０８を通過した光ビーム２０８は、フォトダイオードを含むＢＤセンサ４０９に入射し検知される。ＢＤセンサ４０９により光ビーム２０８を検知したタイミングに基づいて、書き込みタイミングの制御が行われる。本実施の形態の光源４０１は１つの発光部を有するものであるが、光源４０１として、独立して発光制御可能な複数の発光部を備えるものであっても良い。

図２に示すように、結像レンズ４０６は、入射面４０６ａ及び出射面４０６ｂの２つの光学面（レンズ面）を有する。結像レンズ４０６は、主走査断面内において、反射面４０５ａにて偏向された光束が被走査面４０７上を所望の走査特性で走査する構成となっている。また、結像レンズ４０６は、被走査面４０７上でのレーザ光２０８のスポットを所望の形状にする構成となっている。

本実施の形態の結像レンズ４０６は、所謂、ｆθ特性を有していない。つまり、偏向器４０５が等角速度で回転している時に、結像レンズ４０６を通過する光束のスポットを被走査面４０７上で等速に移動させるような走査特性を有していない。このように、ｆθ特性を有していない結像レンズ４０６を用いることにより、結像レンズ４０６を偏向器４０５に近接して配置することが可能となる。すなわち、図２に示した距離Ｄ１が小さい位置に偏向器４０５を配置することが出来る。また、ｆθ特性を有していない結像レンズ４０６は、ｆθ特性を有する結像レンズよりも、図２に示したように主走査方向（幅ＬＷ）及び光軸方向（厚みＬＴ）において小さくできることから、光走査装置４００の筐体の小型化を実現している。また、ｆθ特性を有するレンズの場合、主走査断面で見た時のレンズの入射面、出射面の形状に急峻な変化がある場合がある。したがって、形状の制約がある場合、良好な結像性能を得られない可能性がある。これに対して、結像レンズ４０６はｆθ特性を有していないため、主走査断面で見た時のレンズの入射面、出射面の形状に急峻な変化が少ないことにより良好な結像性能を得ることができる。

本実施の形態に係る結像レンズ４０６の走査特性は、以下の式（１）で表される。

式（１）では、偏向器４０５による走査角度（走査画角）をθ、光束の被走査面４０７上での主走査方向の集光位置（像高）をＹ［ｍｍ］、軸上像高における結像係数をＫ［ｍｍ］、結像レンズ４０６の走査特性を決定する係数（走査特性係数）をＢとしている。なお、本実施例において、軸上像高は、光軸上の像高（Ｙ＝０＝Ｙｍｉｎ）を指し、走査角度θ＝０に対応する。すなわち、本実施の形態においては感光ドラム４の主走査方向である長手における中心部に位置する。また、軸外像高は、中心光軸（走査角度θ＝０の時）よりも外側の像高（Ｙ≠０）を指し、走査角度θ≠０に対応している。さらに、最軸外像高とは、走査角度θが最大（最大走査画角）となる時の像高（Ｙ＝＋Ｙｍａｘ、−Ｙｍａｘ）を指す。なお、被走査面４０７上の潜像を形成可能な所定の領域（走査領域）の主走査方向の幅である走査幅ＷはＷ＝｜＋Ｙｍａｘ｜＋｜−Ｙｍａｘ｜で表される。すなわち、感光ドラム４の所定の領域の中央部が軸上像高で、端部が最軸外像高となる。

ここで、結像係数Ｋは、結像レンズ４０６に平行光が入射する場合の走査特性（ｆθ特性）Ｙ＝ｆθにおけるｆに相当する係数である。すなわち、結像係数Ｋは、結像レンズ４０６に平行光以外の光束が入射する場合に、ｆθ特性と同様に集光位置Ｙと走査角度θとを比例関係にするための係数である。

走査特性係数について補足すると、Ｂ＝０の時の式（１）は、Ｙ＝Ｋθとなるため、従来の光走査装置に用いられる結像レンズの走査特性Ｙ＝ｆθに相当する。また、Ｂ＝１の時の式（１）は、Ｙ＝Ｋｔａｎθとなるため、撮像装置（一般的にはカメラ）などに用いられるレンズの射影特性Ｙ＝ｆｔａｎθに相当する。すなわち、式（１）において、走査特性係数Ｂを０≦Ｂ≦１の範囲で設定することで、射影特性Ｙ＝ｆｔａｎθとｆθ特性Ｙ＝ｆθとの間の走査特性を得ることができる。

ここで、式（１）を走査角度θで微分すると、式（２）に示すように走査角度θに対する被走査面４０７上での光束の走査速度が得られる。

さらに、式（２）を変形すると、式（３）に示すようになる。

式（３）は、軸上像高の走査速度に対する各軸外像高の走査速度のずれ量（部分倍率）を表現したものである。本実施の形態に係る光走査装置４００は、Ｂ＝０の場合以外においては、軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なっていることになる。

図３は、本実施の形態に係る被走査面４０７上での走査位置をＹ＝Ｋθの特性でフィッティングした際の、像高と部分倍率との関係を示している。本実施の形態においては、式（１）に示した走査特性を結像レンズ４０６に与えたことで、図３に示したように、軸上像高から軸外像高に向かうにつれて、徐々に走査速度が速くなるため部分倍率が大きくなっている。例えば、部分倍率３０％とは、単位時間だけ光照射した場合、被照射面４０７での主走査方向の照射長が、軸上像高に対して軸外像高で１．３倍となることを意味している。図３の例では、軸上像高における走査速度が最も低く、像高の絶対値が大きくなる程、走査速度が速くなっている。従って、クロックの周期によって決めた一定の時間間隔で主走査方向の画素幅を決めてしまうと、軸上像高と軸外像高とで画素密度が異なってしまう。したがって、本実施の形態では、部分倍率補正を行う。具体的には、像高にかかわらず画素幅が略一定となる様に像高に応じてクロック周波数を調整する。

本実施の形態では、図２に示したように、偏向器４０５上のレーザ光２０８が反射する点から被走査面までの距離Ｄ２＝１３０ｍｍ、Ｗ＝２１６ｍｍであり、最軸外像高までの距離はＷ／２＝１０８ｍｍとなる。したがって、図３に示したように、本実施の形態における最軸外像高において、部分倍率Ｄｍａｘ＝３０％となった。このときＢ＝０．７３４であった。走査角度θの最大値は４０°である。

また、被走査面４０７上の像高が軸上像高付近のときに単位長さを走査するためにかかる時間よりも、像高が最軸外像高付近の時に単位長さを走査するためにかかる時間の方が短くなる。これは、図４に示すように光源４０１の発光輝度が一定の場合、像高が軸上像高付近の時の単位長さ当たりの露光量（Ｅｃ）よりも、像高が最軸外像高付近の時の単位長さ当たりの露光量（Ｅｅ）の方が少なくなることを意味する。すなわち、感光ドラム４の軸線方向における感光ドラム４の軸上像高領域に到達するレーザ光２０８の露光量と最軸外像高領域に到達するレーザ光２０８の露光量とが異なるということである。ＥｃとＥｅの比であるＥｒ＝Ｅｃ／Ｅｅは、ほぼＤｍａｘ＋１００％と近い値を示すのでＥｒ＝Ｄｍａｘ＋１００％＝１３０％である。これは、軸上像高付近の光量が最軸外像高付近の光量よりも３０％強いことを意味している。

そこで、本実施の形態では、図４に示したように、軸上像高付近の露光感度が低く、最軸外像高付近の露光感度が高い感光ドラム４を使用することによって、露光手段４００の露光による電位ムラを相殺し、長手で均一な潜像を形成している。ここでいう感度とは、露光量に対してどのくらい電位が明減衰するかという度合を示しており、感度が高いとは明減衰の度合が大きいことを表している。感光ドラム４の具体的態様に関しては後述する。

３．プロセスカートリッジの制御態様
図５は、画像形成装置１に着脱可能に装着されるプロセスカートリッジ１０の概略断面図である。本実施の形態では、感光ドラム４と、感光ドラム４に作用するプロセス手段としての帯電ローラ２及び現像容器３０とが、枠体５０によってまとめられて、一体的に画像形成装置１に対して着脱可能なプロセスカートリッジ１０を構成している。また、本実施の形態では、プロセスカートリッジ１０には、記憶手段としてのカートリッジメモリ１５０が設けられている。このカートリッジメモリ１５０は、プロセスカートリッジ１０の枠体５０の外部に取り付けられている。そして、プロセスカートリッジ１０が画像形成装置１に装着されることで、画像形成装置１に設けられ、図６に示した制御手段としての制御部２００によるカートリッジメモリ１５０に対する情報の読み書きが可能となる。

まず、図６を用いて、制御態様について説明する。露光手段４００に設けられたレーザ駆動部３００は、画像信号生成部１００から出力される画像信号、及び制御部２００から出力される制御信号に基づき、レーザ光２０８を発する。画像信号生成部１００は、画像変調手段としての画像変調部１１０を有する。本実施の形態では、画像変調部１１０は、パルス幅調整手段としてのパルス幅調整部１０１、画素挿入手段としての画素挿入部１０２を有して構成される。画像信号生成部１００におけるこれらの機能は、画像信号生成部１００が備えた不図示のＣＰＵが、画像信号生成部１００が備えた不図示のＲＯＭに格納されたプログラムに従って、画像変調部１１０を制御することで実現される。画像信号生成部１００は、画像形成装置１に接続されたホストコンピュータなどのホスト装置から画像データを受け取り、画像データに対応するＶＤＯ信号（画像信号）を生成する。

制御部２００は、本実施の形態では、画像形成装置１の全体の制御を司る。制御部２００は、膜厚情報取得手段としての膜厚情報取得部２０１、パルス幅決定手段としてのパルス幅決定部２０２、画素挿入決定手段としての画素挿入決定部２０３を有する。制御部２００におけるこれらの機能は、制御部２００が備えた不図示のＣＰＵが、制御部２００が備えた不図示のＲＯＭに格納されたプログラムに従って制御部２００を制御することで実現される。また、制御部２００が備えたＲＯＭには、補正情報２０４として、パルス幅調整情報及び画素挿入情報などが予め記憶されている。

画像信号生成部１００は、画像形成のためのＶＤＯ信号（画像信号）の出力の準備が整った段階で、制御部２００に印字開始の指示を送る。この指示を受けて制御部２００は、印字準備が整ったら、記録材Ｐの先端の位置情報を通知するための副走査同期信号であるＴＯＰ信号と、記録材Ｐの左端の位置情報を通知するための主走査同期信号であるＢＤ信号とを画像信号生成部１００に出力する。上記２種類の同期信号を受け取った画像信号生成部１００は、所定タイミングでＶＤＯ信号を露光手段４００のレーザ駆動部３００に出力する。レーザ駆動部３００は、ＶＤＯ信号に基づいて電流を光源４０１に供給することにより、光源４０１を発光させる。本実施の形態では、画像信号生成部１００において、ＶＤＯ信号のクロックである画像クロックのクロック周波数を調整する処理を行なう。

本実施の形態では、画像信号生成部１００、制御部２００によって、画像データに基づいて露光手段４００を制御する。なお、上述の各機能ブロックの実装形態は、本実施の形態のものに限定されるものではない。例えば、上述の膜厚情報取得部２０１、パルス幅決定部２０２、画素挿入決定部２０３の機能の一部又は全てが画像信号生成部１００において実現されるなどでもよい。

制御手段２００によって、感光ドラム４は、帯電工程後に光走査装置４００からのレーザ光２０８の露光を受ける。レーザ光２０８は、図５に示したように、感光ドラム４の光透過性の表層である電荷輸送層４ｄを透過した後に、感光層４ｃに到達する。なお、感光ドラム４の表層が光透過性（透光性）であるとは、潜像の形成のために露光手段４００が感光ドラム４に照射するレーザ光２０８など、画像形成装置１の機能上必要な光を十分に透過して感光層４ｃに到達する性能である。これによって、感光層４ｃにおいて光励起によって電子−正孔対が生成される。そして、予め帯電ローラ２による帯電処理により感光ドラム４の表面がＶｄに帯電していることで、正孔は電荷輸送層４ｄへ移動して帯電電荷と打ち消しあい、露光された部分の電位の絶対値が低下する。その結果、感光ドラム４の表面に、明部電位Ｖｌと暗部電位Ｖｄとの電位差が生じ、潜像が形成される。

本実施の形態では、カートリッジメモリ１５０には、感光ドラム４の表層（本実施の形態では電荷輸送層４ｄ）の厚みを示す感光ドラム４の膜厚に関する情報が記憶される。感光ドラム４の最外層である電荷輸送層４ｄは、画像形成を繰り返すと、帯電ローラ２による帯電処理時の放電、あるいは現像ローラ３や記録材Ｐとの摺擦などによって徐々に削れる。そのため、感光ドラム４の膜厚は、感光ドラム４の使用量の増加に伴って変化し、通常は減少する。

感光ドラム４の膜厚は、感光ドラム４の使用量に関する情報に基づいて予測することができる。感光ドラム４の使用量に関する情報としては、感光ドラム４の回転回数、回転時間、帯電処理中の回転回数、帯電処理中の回転時間などの、感光ドラム４の使用量と相関する任意の指標を用いることができる。これら複数の指標の組み合わせでもよい。この場合、膜厚情報は、感光ドラム４の使用量に関する情報、この情報から求められた感光ドラム４の膜厚値などであってよい。

感光ドラム４の膜厚を、膜厚情報取得部２０１によって計算により求めてもよい。まず、感光ドラム４が駆動された際に感光ドラム４の回転時間をカウントして逐次カートリッジメモリ１５０に積算して記憶させる。そして、膜厚情報取得部２０１は、カートリッジメモリ１５０に記憶されている現在の感光ドラム４の積算の回転時間を読み込み、現在の感光ドラム４の膜厚を求める。予め求められた感光ドラム４の積算の回転時間と感光ドラム４の膜厚との関係に関する情報が制御部２００のＲＯＭに記憶されている。そして、膜厚情報取得部２０１は、この情報に基づいて現在の感光ドラム４の積算の回転時間から現在の感光ドラム４の膜厚を求める。

また、感光ドラム４の膜厚は、渦電流式膜厚計測などによって直接的に検出することもできる。この場合、膜厚情報は、計測方法に応じた検出信号値、この検出信号値から求められた膜厚値などであってよい。

本実施の形態では、画像形成装置１の小型化とコストダウンの点から、膜厚情報としての感光ドラム４の新品時からの積算の回転時間に基づいて感光ドラム４の膜厚を予測する方法を用いた。つまり、カートリッジメモリ１５０に新品時からの感光ドラム４の回転時間が逐次記憶される。そして、概略、予め求められた感光ドラム４の積算の回転時間と感光ドラム４の膜厚との関係に基づいて、現在の感光ドラム４の積算の回転時間から現在の感光ドラム４の膜厚が求められる。

また、同じ画像形成装置１に装着可能でプリント可能枚数が異なる複数種類のプロセスカートリッジ１０がラインナップされる場合もある。このような場合に、各種類のプロセスカートリッジ１０に、それぞれ新品時の膜厚が異なる感光ドラム４が用いられることがある。この場合、カートリッジメモリ１５０に、新品時の感光ドラム４の膜厚情報が記憶されていてもよい。つまり、プリント可能枚数が異なる複数種類のプロセスカートリッジ１０のカートリッジメモリ１５０に、それぞれ異なる新品時の膜厚情報が記憶されていてもよい。新品時の膜厚情報は、プロセスカートリッジ１０の製造時や工場出荷時などにカートリッジメモリ１５０に記憶させることができる。新品時の膜厚情報は、新品時の感光ドラム４の膜厚値の他、この膜厚値を指定する情報、例えば、装置本体側で膜厚値に変換することが可能な個体識別情報、型番情報などの情報であってもよい。

また、本発明は、膜厚情報の取得方法を何ら制限するものではなく、利用可能な任意の方法を適宜用いることができる。

また、本実施の形態の露光手段４００は、対応する感光ドラム４のトナーを付着させてトナー像を形成する画像部に通常の露光を行いつつ、画像形成を行わず潜像の背景部となる非画像部に通常の露光の露光量よりも低い露光量の微小露光を行う。この非画像部への微小露光をバックグラウンド露光という。レーザ駆動部３００はレーザーパワーを非画像部露光用のＰ１、画像露光用のＰ２の２段階に切り替え可能であり、露光量はＰ１＜Ｐ２である。画像信号生成部１００から出力される画像データに基づき、非画像部はレーザーパワー値Ｐ１で発光させてバックグラウンド露光を行い、画像部はＰ２で発光させて通常の露光を行う。本実施の形態では、感光ドラム４の初期のＰ１を０．１０μＪ／ｃｍ２、Ｐ２を０．４０μＪ／ｃｍ２とした。Ｐ１は０．０２〜０．１５μＪ／ｃｍ２の範囲、Ｐ２は０．２８〜０．５５μＪ／ｃｍ２の範囲に調整することが好ましい。以上、具体的に述べたＰ１及びＰ２の値は最軸外像高における値であり、軸上像高の光量はそれぞれに光量比Ｅｒを乗じた値となる。

続いて、バックグラウンド露光について説明する。一旦、帯電電圧を印加された帯電ローラ２により絶対値が暗部電位Ｖｄ以上の帯電後露光前電位Ｖｄ０に感光ドラム４の表面を帯電させる。その後、感光ドラム４の回転方向に対して、露光手段４００を露光量Ｐ１により発光させて感光ドラム４の表面をバックグラウンド露光し、表面電位を減衰（降下）させる。この方法により、帯電プロセスだけでなく露光プロセスを用いる事によって、目標とする暗部電位Ｖｄを得ることができる。この方法によって、たとえ帯電電圧の絶対値が大きい場合においても、感光ドラム４の表面が回転方向における帯電部通過後、現像部到達前の感光ドラム４の表面電位をあらかじめ下げる事が出来る。

４．感光ドラムの層構成
本実施の形態における画像形成装置１に用いる感光ドラム４は、図５に示したように下引層４ｂを有する導電性支持体４ａ上に、電荷発生層４ｃ、電荷輸送層４ｄを順に形成した積層型感光体である。

導電性支持体４ａはアルミニウム等の金属を主成分とする合金をドラム状に形成したものである。

下引層４ｂを設けるにあたっては、公知の方法を採用することができ、公知の有機及び無機材料を使用することができる。下引層４ｂとしては、樹脂又は白色顔料と樹脂を主成分としたもの、導電性基体表面を化学的又は電気化学的に酸化させた酸化金属膜等を挙げることができる。下引層４ｂに用いる樹脂としては、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が挙げられる。白色顔料としては、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛等の金属酸化物が挙げられ、中でも導電性基体からの電荷の注入防止性に優れる酸化チタンは最も好ましい白色顔料である。下引層４ｂ中の白色顔料のうち、酸化チタンの使用量は重量基準で６０〜１００％とし、好ましくは７０〜１００％、より好ましくは８０〜１００％とする。酸化チタンの使用量が６０％未満では、環境変動により下引層４ｂの特性が変動しやすくなり、導電性支持体４ａからの電荷の注入をブロックする効果が不安定になるので望ましくない。下引層４ｂの膜厚は０．１μｍ〜３０μｍ、好ましくは、１０〜２５μｍである。

本実施の形態における画像形成装置１に用いる電荷発生層４ｃと電荷輸送層４ｄからなる感光層を設けるにあたっては、下引層４ｂと同様に公知の方法を採用することができ、この感光層を構成する材料にも、公知の有機及び無機材料を使用することができる。さらに、感光層の表面に保護層等を設けてもよい。本実施の形態の感光ドラム４に用いる電荷発生物質としては、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、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、ビリリウム系染料、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、ビスベ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又は染料や、セレン、セレン−ヒ素、セレン−テルル、硫化カドミウム、酸化亜鉛、酸化チタン、アモルファスシリコン等の無機材料を挙げることができる。これら電荷発生物質は、単独で用いてもよく、混合物として用いてもよい。

上述したように、本実施の形態における画像形成に用いる感光ドラム４の感度に偏差を設けるために電荷発生物質の付着量に偏差を設ける必要がある。その方法としては、湿式法、乾式法共に採用可能であるが、量産性に優れる湿式法により行うことが好ましい。本実施の形態における円筒形の感光ドラム４にあっては、浸漬塗工法、スプレー塗工法が好ましい。浸漬塗工法においては、塗膜の膜厚は導電性支持体４ａを塗工液に浸漬後、導電性支持体４ａの引き上げ速度に対応して変化するため、感光ドラム４の引き上げ速度を変化させながら導電性支持体４ａを引き上げれば、塗膜の膜厚に所定の偏差を設けることができる。また、スプレー塗工法においては、塗布液のスプレー量に偏差を設けることにより、塗膜の膜厚に変化を持たせることができる。

本実施の形態における感光ドラム４に用い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、オキサジアゾール化合物、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をあげることができ、これら電荷輸送物質は、単独で用いてもよく、混合物として用いてもよい。

また、感光層を形成するために使用する結着樹脂としては、公知の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂又は光導電性樹脂等を挙げることができる。適切な結着樹脂としては、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、これら樹脂は、単独で用いてもよく、混合物として用いてもよい。

本実施の形態では、浸漬塗工法により各層の形成を行った。感光ドラム４の軸上像高の感度を低く、最軸外像高の感度を高くするには感光層の厚さを軸方向について変調させ、軸上像高で最も薄く、最軸外像高に近づくにつれて厚くすればよい。浸漬塗工法では、塗膜の膜厚は導電性支持体４ａを塗工液に浸漬後、導電性支持体４ａの引き上げ速度に応じて変化するため、感光ドラム４の引き上げ速度を変化させながら導電性支持体４ａを引き上げれば膜厚を軸方向に対して変調させることができる。

感光ドラム４の軸上像高の感度を低く、最軸外像高の感度を高くする別の方法としては、以下の方法が挙げられる。例えば、スプレー法やインクジェット法で感光層を形成するときに、電荷発生物質濃度の異なる２種類の液Ａ、Ｂを用意し、像高位置によってＡとＢの吹き付ける割合を変化させる方法がある。Ａの方が電荷発生物質濃度を高くする場合には、最軸外像高位置でＡの割合を多く、軸上像高位置でＢの割合を多くし、その中間では段階的にＡとＢ液の比率を変化させるとよい。

５．感光ドラムの具体的製法
次に、本実施の形態に用いる感光ドラム４の具体的製法について説明する。

まず、アクリル樹脂（アクリディックＡ−４６０−６０（大日本インキ化学工業製））１５部及びメラミレ樹脂（スーパーベッカミンＬ−１２１−６０（大日本インキ化学工業製））１０部をメチルエチルケトン８０部に溶解する。これに酸化チタン粉末（ＴＭ−１（富士チタンエ業製））９０部加え、ボールミルで１２時間分散して、下引層４ｂの塗布液を調製した。この下引層４ｂの塗布液を外径２４ｍｍ、長さ２２５ｍｍ、厚さ１ｍｍの導電性支持体４ａであるアルミドラムに引き上げ速度一定の浸漬塗工により塗布し、１４０℃で２０分乾燥して、厚さ２μｍの下引層４ｂを形成した。次に、ブチラール樹脂（エスレックＢＬＳ、積水化学製）１５部をシクロヘキサノン１５０部に溶解し、これに下記式（Ａ）のトリスアゾ顔料１０部を加えてボールミルで４８時間分散した。

続いて、シクロヘキサノン２１０部を加え、３時間分散を行った。これを固形分が１．５％になるように撹拌しながら、シクロヘキサノンで希釈して電荷発生層４ｃ用塗工液を調製した。この電荷発生層４ｃ用塗工液を用い、上記下引層４ｂ上に浸漬塗工で、引き上げ速度を変化させながら電荷発生層４ｃを形成した。

さらに、下記式（Ｂ）の電荷輸送物質６部、ポリカーボネート樹脂（パンライトＫ−１３００、帝人化成製）１０部及びシリコンオイル（ＫＦ−５０、信越化学工業製）０．００２部を９０部の塩化メチレンに溶解して電荷輸送層４ｄ塗工液を調製した。

この電荷輸送層４ｄの塗工液を電荷発生層４ｃ上に浸漬塗工により塗布し、乾燥して、厚さ１０μｍの電荷輸送層４ｄを形成し、電子写真感光体である感光ドラム４を作製した。感光ドラム４の全域に亘って、膜厚の厚さムラは±０．５μｍ以下であった。

走査方向における感光層の感度変化は感光ドラム４の表面をマクベス濃度計（Ｘ−ｒｉｔｅ社製５００シリーズ）で測定することで見積もった。感光層の膜厚が大きいほど感光層の感度が高く、またマクベス濃度が高い傾向にある。電荷発生層４ｃの膜厚はサブミクロンオーダーであり、後述の渦電流方式では測定が難しく、また電荷輸送層４ｄは透明であることから、マクベス濃度計の濃度で感光層の感度を見積もる方が簡便で精度が高い。

作成した感光ドラム４のマクベス濃度測定結果を表１に示す。表１には後述する変形例、比較例、実施例２の測定結果も併記している。比較例１の感光ドラム４の長手全域の結果と実施例１、実施例２、変形例１、変形例２の感光ドラム４の軸上像高位置でのマクベス濃度の結果から、電荷発生層４ｃのバラつきΔｔはΔｔ＝ｔｍａｘ−ｔｍｉｎ＝０．９０７−０．８６４＝０．０４３となる。一方、実施例１の感光ドラム４の軸上像高位置での電荷発生層４ｃと最軸外像高位置での電荷発生層４ｃとでは、膜厚差は、Δｔ＝１．１７−０．８６７＝０．３０３となる。したがって、実施例１に用いる感光ドラム４の軸上像高位置での電荷発生層４ｃと最軸外像高位置での電荷発生層４ｃとの差は、比較例１に用いる感光ドラム４の電荷発生層４ｃの膜厚バラつきの差よりも十分大きくなるように設定されている。上記の方法にてマクベス濃度で電荷発生層４ｃの感度測定は出来ているが、感光ドラム４の長手に渡る感光ドラム４の感度を感光ドラム４の表面電位を直接測定することで判断することも出来る。しかし、画像部電位Ｖｌを測定するにあたり、本実施例の露光手段４００を用いると、軸上像高位置と最軸外像高位置で感光ドラム４に到達するレーザ光２０８の露光量が異なる。したがって、電荷発生層４ｃの膜厚と感光ドラム４の露光量（ＥｃとＥｅ）が相殺してしまい、実際の感度が分からない。そこで、感光ドラム４の感度を測定する際には、以下の方法で測定することが好ましい。

本実施例に用いた露光手段４００ではなく、レーザ光２０８を主走査方向に一定な走査速度で露光走査することで感光ドラム４に到達する露光量が長手均一となる、例えば、ｆθ特性を有するレンズを搭載した露光手段を用いて表面電位を測定する。すると、軸上像高位置での感光ドラム４上の露光量と最軸外像高位置での感光ドラム４上の露光量が同じなので、純粋に電荷発生層４ｃの感度を比較することが出来る。すなわち、帯電ローラ２によって帯電された後、表面を露光した際に感光ドラム４に形成された表面電位がそのまま電荷発生層４ｃの感度となる。表面電位の絶対値が大きいほど感度が小さいということになる。

実施例１に用いる感光ドラム４の電荷発生層４ｃの特徴を以下に示す。帯電ローラ２によって帯電された感光ドラム４の表面において、ｆθ特性を有するレンズを搭載した露光手段を用いて表面電位を測定した場合を考える。第１の走査速度で第１の領域に露光を行った場合に形成される感光ドラム４の表面電位が、次のような関係性を有するように、電荷発生層４ｃの膜厚を調整する。第１の領域の表面電位が、第１の走査速度（同じ走査速度）で第２の領域に第１の領域に露光した露光量と同じ露光量で露光を行った場合に形成される感光ドラム４の表面電位より、絶対値が大きくなるように電荷発生層４ｃが形成される。

６．感光ドラム表面電位
本実施の形態では、トナー９０の帯電極性、感光ドラム４の帯電極性共に負極性を正規極性とする反転現像法を使用している。帯電方式は、導電性のゴムローラである帯電ローラ２を感光ドラム４に当接させ、感光ドラム４に対して従動回転しながら直流電圧を印加することによって帯電する、ＤＣ帯電方式を使用した。作像中、帯電ローラ２には−１１００Ｖの直流電圧が印加されており、感光ドラム４の表面電位は帯電ローラ２により均一に−５６０Ｖに帯電され、その後、露光手段４００によって潜像を形成する。軸上像高付近と最軸外像高付近の帯電後電位Ｖｄ０、バックグラウンド露光後の非画像部電位Ｖｄ、画像部電位Ｖｌをそれぞれ表２に示す。Ｖｄはバックグラウンド露光により−３６０Ｖに長手均一に減衰させ、画像部電位Ｖｌは通常露光により−１００Ｖから−８５Ｖの間に減衰させる。現像ローラに印加される現像電圧は−２４０Ｖとし、非画像部には負極性のトナー９０は付着しない電位関係で、画像部にはトナー９０が付着する電位関係とすることにより、感光ドラム４上に形成した潜像を可視化することができる。

ここで、本実施の形態での現像電圧は、アース電位との電位差として表現される。したがって、現像電圧＝−２４０Ｖは、アース電位（０Ｖ）に対して、現像ローラ３の芯金に印加された現像電圧によって、−２４０Ｖの電位差を有したと解釈される。これは、帯電電圧に関しても同様である。以降、現像ローラ３に印加された現像電圧や帯電ローラ２に印加された帯電電圧を電位差で表現する際には、現像電位、帯電電位と表現する場合もある。

続いて、Ｖｄと現像電位の電位差であるバックコントラストＶｂａｃｋ、現像電位とＶｌの電位差である現像コントラストＶｃｏｎｔを説明する。軸上像高と最軸外像高でのＶｂａｃｋ、Ｖｃｏｎｔを表２に併記する。

Ｖｂａｃｋが小さく、Ｖｃｏｎｔが大きいほど、ハーフトーン濃度は濃く、ライン画像のラインの太さは太くなる。また、Ｖｂａｃｋの値によりかぶりトナー量が変化する。かぶりトナーとは、感光ドラム４の非画像部に余分に付着するトナーのことをいう。かぶりが発生すると、本来、画像を形成したい部分以外にトナーが付着することによって、非画像部である白地部に色味が生じてしまうため、ユーザーに不利益となり得る。Ｖｂａｃｋが小さいと、トナーを現像ローラ３上に留めておく電界が弱まり、感光ドラム４上の非画像部に正規極性トナー９０のかぶりが発生する。一方、Ｖｂａｃｋが大きいと、現像ローラ３上の逆極性に帯電したトナー９０が感光ドラム４上の非画像部に付着する反転極性トナーのかぶりが発生する。したがって、最もかぶりが少なくなるようにＶｂａｃｋを設定する必要がある。

図７に、Ｖｂａｃｋとかぶりの関係について示す。グラフの横軸はＶｂａｃｋであり、縦軸はかぶりの量を示している。かぶりの量は、感光ドラム４上のトナー９０をマイラーテープでテーピングして写し取り、基準紙上にテープを張り付けた後に、その濃度を東京電色社の反射濃度計（ＴＣ−６ＤＳ／Ａ）で測定した。かぶりの量の算出方法は、画像形成装置１を用いて画像形成動作を行い、記録材Ｐを使わずにＶｂａｃｋを変化させて現像させたときの、感光ドラム４上のトナー量から算出を行った。かぶりの量は一定値以下であれば視認されないため、画像上は問題ないが、かぶりの量が増えると視認できるようになり画像弊害となる。このため、通常、Ｖｂａｃｋはかぶりが視認できない程度に小さくなる値に設定される。本実施の形態では、図７に示したように、かぶり許容値を下回る領域である１２０Ｖに設定している。Ｖｂａｃｋは１００Ｖから２５０Ｖの範囲で設定されるとかぶりが視認できない範囲となり、特に、１１０Ｖから１５０Ｖの範囲に設定することが好ましい。

本実施の形態では、かぶりトナー量が最も少ないＶｂａｃｋ＝１２０Ｖをとるように設定した。トナー消費量を抑制するため、転写部材の汚れ防止のため、或いは良好な画質を出力するためにかぶりは極力少ないことが好ましい。現像ローラ３から感光ドラム４に現像する現像方式は磁性一成分ジャンピング現像方式であり、現像電圧には直流電圧に矩形交流電圧が重畳されているが、交流電圧の１周期間の電圧平均値を現像電位としている。

７．感光ドラムに起因する画像弊害と解決手段
感光ドラム４を画像形成装置１にセットし、感光ドラム４の表面電位を調整した状態で図８（ａ）に示すような画像を出力すると、図８（ｂ）に示したような画像弊害が発生することがある。これは、図８（ｂ）のベタ黒パッチ印字先端からＬの長さである感光ドラム４の１周回転後に現れるゴーストと呼ばれる画像不良によるものであり、特に、高温多湿環境において顕著となる。具体的には、画像部においてベタ黒パッチを印字した部分が、再度、画像形成に寄与する場合に所望の感光ドラム４上の表面電位を形成することが出来ずに濃度が変化する現象である。

ゴーストが発生するメカニズムについて以下に説明する。

感光ドラム４上に露光を受けた部分と受けていない部分とが、次の帯電工程で帯電を受けたときの電位差からゴースト画像が発生することがある。前の工程で露光を受けている部分は、電荷輸送層４ｄの内部に残留した電荷などの影響で、次の帯電工程で電位差が生じる。その様子を図９に示す。図９は、感光ドラム４の表面電位と長手位置の関係を示しており、感光ドラム４の軸方向において露光した部分と露光しない部分を再帯電、再露光させた時の感光ドラム４の表面電位を示している。図９のように、再度、露光工程で露光を受けると、前の工程で露光を受けている部分（前回画像部ｙ）と露光を受けていない部分（前回非画像部ｘ）の露光後の電位に差（図中ｚ部）が生じる。すなわち、感光ドラム４の１周回転前に印字された前回画像部ｙと、感光ドラム４の１周回転前に印字されなかった前回非画像部ｘの電位差が、次の画像形成時にも感光ドラム４に残ってしまう。この電位差が大きくなると、最終的に形成した画像に濃度差であるゴーストが生じる。特に、感光ドラム４の軸上像高の感度を低く、最軸外像高の感度を高くする本実施の形態の感光ドラム４では、感度が高い最軸外像高の領域においてゴーストが発生しやすい。

感度が高い最軸外像高の領域のゴーストが悪い原因を、図１０を用いて説明する。図１０は感光ドラム４の断面図であり、感光ドラム４の表面にベタ黒パッチを印字してから再帯電し、現像部に到達するまでの過程を示している。特に、電子と正孔の動きに関して着目する。

感光ドラム４内の電荷発生層４ｃがベタ黒パッチの潜像等の強い露光を受けると、電荷発生層４ｃの中で電子と正孔のペアが発生し、正孔は電荷輸送層４ｄを通って表面に到達し、帯電電荷を打ち消すことによって潜像を形成する。そこで、電荷発生層４ｃが露光を受けた際に残留フォトキャリアと呼ばれる電子及び正孔Ｒが電荷発生層４ｃの中に残留し続ける場合がある（状態Ａ）。この残留フォトキャリアは電荷発生層４ｃの膜厚が大きく、感光成分が多い場合により発生し易い。残留フォトキャリアの正孔Ｒは、感光ドラム４が次の帯電を受けた後に層内にかかる電界が強くなるので感光ドラム４の表面に移動し、打ち消される（状態Ｂ）。帯電中に感光ドラム４の表面まで移動した正孔Ｒは、このように打ち消されて、帯電電位に影響を与えない。しかし、正孔Ｒの移動速度が十分速くなく、帯電後に感光ドラム４の表面にゆっくりと移動する正孔Ｒも存在する（状態Ｃ）。ゆっくりと移動する正孔Ｒは、帯電電荷を打ち消し、帯電電位を変化させる（状態Ｄ）。これによってゴーストが発生してしまう。

したがって、本実施の形態のように、電荷発生層４ｃの厚さが最軸外像高の領域である端部で大きく、軸上像高の領域である中央部で小さい場合、中央部のゴーストは極軽度であるが、端部のゴーストが強く発生してしまうことになる。そこで、本実施の形態では、この現象を抑制するために、帯電を行った後、主走査方向にバックグラウンド露光制御を行う。これによって、画像部ｙ、非画像部ｘ、ともに露光を受けた状態になっているため電位差が生じにくくなり、濃度差を抑制することが可能となる。

８．効果確認
続いて、本実施の形態における効果確認を行った。

温度３０℃、湿度８０％の高温多湿環境において、本実施の形態による露光手段４００と感光ドラム４を用いて、ゴーストによる画像弊害の発生のレベルを確認した。確認に使用した画像は図８（ａ）で示した画像である。図８（ａ）の画像中の、画像部と非画像部との中間調を有するハーフトーン部は、濃度４０％の一面均一なハーフトーンである。ゴーストレベルの良し悪しを判断するのにこの画像は適しており、この画像を用いてゴーストレベルと濃度ムラに関して、本実施の形態と表１に示した条件で作成した感光ドラム４を用いて比較を行った。

各条件において画像を出力した結果を表３に示す。ゴーストレベルについては目視でランクを付けた。長手のハーフトーン濃度ムラについては、明度の測定を行い、中央部の明度Ｌ^＊と端部の明度Ｌ^＊の差ΔＬ^＊の値を示した。明度の測定はエックスライト社製ｓｐｅｃｔｒｏｌｉｎｏを用いた。具体的な算出方法は、画像中央の５点の明度平均値と、画像ハーフトーン部の最端部から５ｍｍ内側の５点の明度平均値を求めている。なお、測定位置はゴーストの影響を受けない部分を選んで測定した。ΔＬ^＊は中央部のＬ^＊が０とした時の中央端部差を示している。したがって、ΔＬ^＊がプラスに大きいほど画像中央部の濃度が濃く、マイナスに大きいほど画像端部の濃度が濃いことを示している。

表３中のΔＶは、非画像部のバックグラウンド露光において感光ドラム４の表面電位の露光前後の電位差を表している。すなわち、バックグラウンド露光による、感光ドラム４の表面に形成された電荷の減衰量を示している。Ｅｒは、先述のとおり、軸上像高付近の単位長さ当たりの露光量（Ｅｃ）と、最軸外像高付近の単位長さ当たりの露光量（Ｅｅ）の比であり、Ｅｒ＝Ｅｃ／Ｅｅである。感光ドラム４の膜厚は、変調ａでは電荷発生層４ｃの膜厚を軸上像高と最軸外像高で変更させている。変調ｂでは電荷発生層４ｃと電荷輸送層４ｄの膜厚を軸上像高と最軸外像高で変更させている。変調ｂに関しては、実施例２で詳細に説明する。均一では、電荷発生層４ｃと電荷輸送層４ｄの膜厚を感光ドラム４の長手で均一にしている。ゴーストのレベルは〇が発生無しのレベル、△は感光ドラム４の表面電位に差はあるが視認することが出来ないレベル、×はゴーストが視認されるレベルである。濃度ムラの指標であるΔＬ^＊の値は当然０に近い方が好ましいが、絶対値で３．０以内あれば一般的なユーザーに視認されにくい濃度差となる。したがって、絶対値で３．０以内は問題無しと判断した。

実施例１において、中央部と端部のゴーストレベルは良好であり、また、濃度ムラΔＬ^＊についても−１．８と良好なレベルにあった。実施例１の構成を用いることによって、画像弊害を抑制することが出来る理由を、比較例１、比較例２の結果と比較しながら説明する。

比較例１では、実施例１とは異なり、感光ドラム４として、電荷発生層４ｃの厚さを軸方向で均一にしたドラムを用意した。電荷発生層４ｃ以外の構成は実施例１と同じである。また、各像高位置における感光ドラム４の表面電位を表４に示す。

実施例１と同様に画像評価を行った結果を表３に記載した。ゴーストについては中央端部共に良好であったが、中央端部の濃度差ΔＬ^＊は大きくなった。これは、長手で感光ドラム４の感度が均一なため、光学系の光量ムラをそのまま反映し、表４のように軸上像高における潜像と最軸外像高における潜像が大きく変化したことによる。

比較例２では、非画像部のバックグラウンド露光を行わずに、実施例１と同様の画像出力を行った。Ｖｄを実施例１と同様にするため、帯電電圧を−８３０Ｖとし、その結果Ｖｄは長手全域で−３６０Ｖとなった。画像部のレーザーパワーＰ２は、大凡実施例１のＶｌと同等になるように調整した。それ以外の条件は全て実施例１と同じである。各像高位置における電位を表５に示す。

実施例１と同様に画像評価を行った結果を表３に記載した。中央部のゴースト、濃度ムラについては比較的良好であったが、画像端部のゴーストのレベルが悪かった。比較例２の条件では、長手でゴーストの発生状況が異なるため、図８（ａ）に示したようなハーフトーン画像の感光ドラム４の１周前に高濃度の画像を形成することによりパッチ状にゴーストが発生し、その長手濃度変動が大きくなってしまうことが分かった。具体的には、高濃度の画像を形成した感光ドラム４の１周後にハーフトーン濃度より濃い部分が形成され、その濃い部分に長手濃度変動が見られるということである。

実施例１の検討結果から明らかなように、非画像部でバックグラウンド露光を行う場合、上記のようなゴーストは緩和される。その理由としては、バックグラウンド露光を行う場合には、バックグラウンド露光を行わない場合よりも絶対値が大きい帯電電圧を印加するため、帯電中に電荷発生層４ｃ及び電荷輸送層４ｄにかかる電界が強くなるからである。したがって、残留フォトキャリアを帯電中で消去することができる。すなわち、図１０の（状態Ｃ）において存在していた残留フォトキャリアが少なくなるということである。

一方、比較例２のように、バックグラウンド露光を行わない場合には、前述のとおり、帯電中に残留フォトキャリアを除去できるほど強い電界が形成されない。したがって、帯電後において緩やかに残留フォトキャリアが電荷輸送層４ｄの表面に移動することによって表面電荷を打ち消すため、不必要な潜像を形成してしまう。つまり、バックグラウンド露光で落とす電位ΔＶが大きいほど、帯電電圧の絶対値は大きく設定されるので、残留フォトキャリア及びゴーストを打ち消す効果は大きくなる。

また、バックグラウンド露光時においても、残留フォトキャリアが多い場合のフォトキャリア発生効率は、残留フォトキャリアが少ない場合のフォトキャリア発生効率よりも低くなる。これにより、感光ドラム４の１周前の潜像履歴を打ち消す方向になるので、ゴースト緩和効果がある。この効果についても、バックグラウンド露光強度が強いほど、つまりΔＶが大きいほど効果は強く発揮される。言い換えれば、非画像部へのバックグラウンド露光を行うことで、帯電電圧の絶対値を大きくすることが出来るという点とバックグラウンド露光を行うことによって残った潜像を打ち消すという２つの効果によって、ゴーストを緩和することができる。また、長手におけるゴーストの発生ムラが生じ、ベタ黒画像後のハーフトーン濃度ムラが発生してしまう状況も回避することができる。

本実施の形態においては、レーザ光２０８を主走査方向に一定でない走査速度で露光走査し、感光ドラム４の表面に到達するレーザ光２０８の露光量が異なる。すなわち、感光ドラム４の第１の領域には第１の走査速度で露光し、第２の領域には第１の走査速度より速い第２の走査速度で露光する露光手段４００を有する構成において、実施例１は以下の特徴を有する。帯電ローラ２によって帯電された感光ドラム４の表面にトナー像が形成される画像部電位となるように第１の露光量で露光する第１の露光と、前記トナー像が形成されない非画像部電位となるように前記第１の露光量より小さい露光量で露光する第２の露光を行う。感光ドラム４は電荷発生層４ｃを含み、感光ドラム４の軸線方向において感光ドラム４の第１の領域における電荷発生層４ｃの膜厚は、第１の領域よりも感光ドラム４の中央から離れた領域である第２の領域における電荷発生層４ｃの膜厚より小さくする。すなわち、第１の領域における感光層の感度は第２の領域における感光層の感度より小さくなるようにする。制御手段２００は、画像形成時に感光ドラム４の表面の非画像部電位が形成される領域を第２の露光量で露光するように制御する。それによって、主走査方向において一定でない走査速度で走査して感光ドラム４を露光する場合における画像弊害を抑制することができる。

尚、本実施の形態においては、第１の領域を、レーザ光２０８を走査する被走査面における軸上像高である中央の領域とし、第２の領域を被走査面における最軸外像高である端部の領域としているが、これに限らない。つまり、感光ドラム４の第１の領域には第１の走査速度で露光し、第２の領域には第２の走査速度で露光する条件において、感光ドラム４の表面に到達するレーザ光２０８の露光量が異なれば、中央と端部に限らず、本発明を適応することが出来る。

〔変形例１〕
変形例１では、実施例１よりも偏向器４０５と感光ドラム４の被走査面の距離が長く、図２のＤ２＝１５０ｍｍとした。部分倍率の最大値Ｄｍａｘ＝２３％であり、最軸外像高光量に対する軸上像高光量の比であるＥｒは、Ｅｒ＝Ｅｃ／Ｅｅ＝１２３％である。実施例１よりもＥｒが小さいため、感光層形成時の引き上げ速度の変調度合を実施例１よりも緩やかにして電荷発生層４ｃを形成した。感光ドラム４の表面のマクベス濃度測定結果は上記表１のとおりである。

感光ドラム４の表面電位は実施例１と同じように設定し、実施例１と同様に画像評価を行った結果を表３に記載した。実施例１と同様に良好な結果が得られた。濃度ムラについては実施例１よりもさらに良好であったが、Ｄ２が大きいと装置の小型化への寄与は小さくなる。Ｅｒは少なくとも１１０％以上でないと、通常のｆθ特性を持つスキャナを搭載した画像形成装置に対して明らかに小さく見えるほど装置を小型化することは難しい。

〔変形例２〕
変形例２では、実施例１よりも偏向器４０５と感光ドラム４の被走査面の距離が短く、図２のＤ２＝１０２ｍｍとした。部分倍率の最大値Ｄｍａｘ＝４５％であり、最軸外像高光量に対する軸上像高光量の比であるＥｒは、Ｅｒ＝Ｅｃ／Ｅｅ＝１４５％である。実施例１よりもＥｒが大きいため、感光層形成時の引き上げ速度の変調度合を実施例１よりも大きくして電荷発生層４ｃを形成した。感光ドラム４の表面のマクベス濃度測定結果は上記表１のとおりである。

感光ドラム４の表面電位は実施例１と同じように設定し、実施例１と同様に画像評価を行った結果を表３に記載した。画像端部のゴーストがわずかにみられ、濃度ムラについても実施例１よりも少し大きくなる傾向がみられた。

変形例２のように、Ｄ２が小さいほど画像形成装置１をより小型にすることが可能である。しかし、その分Ｅｒが大きくなるので、電荷発生層４ｃの端部を実施例１より厚く調整しなくてはならず、バックグラウンド露光によるゴースト解消効果と相殺する形となり、端部でのゴーストレベルが悪くなる傾向がある。しかし、ゴーストが目に見える画像は限定的であり、実用に耐えうるレベルであると判断した。

濃度ムラについては、Ｖｄを長手で均一になるように電荷発生層４ｃの膜厚を変調させると、Ｖｌ（若しくはＶｃｏｎｔ）が中央と端部で若干ずれる。電荷発生層４ｃの端部を実施例１より厚く調整する変形例２ではよりその傾向が顕著となる。その理由を、図１１を用いて説明する。

図１１は露光手段４００の露光量と感光ドラム４の表面電位の関係を示したものである。図中横軸は走査光量であり、縦軸は感光ドラム４の表面電位を表している。縦軸の感光ドラム４の表面電位は見やすいようにマイナス方向を上に図示している。実線（ｃ）は軸上像高（画像中央に対応）の電位カーブを、一点鎖線（ｅ）は最軸外像高（画像端部に対応）の電位カーブを示している。横軸のＥ１ｃは、軸上像高におけるバックグラウンド露光時の走査光量であり、Ｅ１ｅは最軸外像高におけるバックグラウンド露光時の走査光量である。Ｅ２ｃは、軸上像高における画像部の走査光量であり、Ｅ２ｅは、最軸外像高における画像部の走査光量である。Ｅ１ｃ／Ｅ１ｅ＝Ｅ２ｃ／Ｅ２ｅ＝Ｅｒ＝１４５％である。軸上像高位置の電荷発生層４ｃの感度は相対的に低いので、電位カーブ（ｃ）は最軸外像高の電位カーブ（ｅ）よりも傾きが緩やかになる傾向にある。したがって、Ｖｄが像高によらず均一に揃えると、Ｖｌが像高によって若干ずれて、軸上像高のＶｌ（ｃ）がＶｌ（ｅ）よりも絶対値が大きくなる。

また、非画像部のバックグラウンド露光における電位差ΔＶについては、ΔＶが大きいほどＶｄ０が大きくなるため、上記のような像高によるＶｌのずれが大きくなる。下記に示す変形例３、４では、実施例１よりもΔＶが小さいため、実施例１よりも像高によるＶｌのずれが小さくなり、結果的に表３に示すように濃度ムラΔＬ＊も実施例１よりも小さくなった。

この傾向は、表３に示したように、電位カーブ（ｃ）と電位カーブ（ｅ）の傾きの差に起因するので、傾きの差が大きくなる条件であるＥｒが大きいほど濃度ムラが顕著になる傾向となる。Ｖｄがずれた場合にかぶりが部分的に悪くなる恐れがあるため、本実施の形態ではＶｄが像高で均一になるように電荷発生層４ｃの膜厚を調整している。その上で、Ｖｌのずれも極力小さくするようにＥｒを設定することが好ましい。

したがって、変形例１と変形例２の条件を鑑みて、Ｅｒ＝Ｅｃ／Ｅｅの範囲は、
１．１０≦Ｅｃ／Ｅｅ≦１．４５・・・式（４）
とすることが望ましい。

〔変形例３〕
変形例３では、非画像部のバックグラウンド露光における電位差ΔＶを７０Ｖとした。バックグラウンド露光後のＶｄを実施例１と合わせるために、帯電ローラ２に印加する帯電電圧は、実施例１は−１１００Ｖであったのに対して−９７０Ｖとした。すると、感光ドラム４の表面電位は帯電ローラ２により均一に−４３０Ｖに帯電される。非画像部のバックグラウンド露光強度と画像部の露光強度を、軸上像高において実施例１の表２と同じ値である−３６０Ｖになるように調整した。感光ドラム４の構成は実施例１と全く同じである。変形例３の感光ドラム４の表面電位を表６に示す。

実施例１と同様に画像評価を行った結果を表３に記載した。実施例１に対してΔＶが小さい分、ゴースト改善効果も小さくなるため、画像端部のゴーストがわずかに見られた。しかし、ゴーストが目に見える画像は限定的であり、実用に耐えうるレベルであると判断した。

〔変形例４〕
変形例４では、非画像部のバックグラウンド露光における電位差ΔＶを１５０Ｖとした。バックグラウンド露光後のＶｄを実施例１と合わせるために、帯電ローラ２に印加する帯電電圧は、実施例１は−１１００Ｖであったのに対して−１０５０Ｖとした。すると、感光ドラム４の表面電位は帯電ローラ２により均一に−５１０Ｖに帯電される。非画像部のバックグラウンド露光強度と画像部の露光強度を、軸上像高において実施例１の表２と同じ値である−３６０Ｖになるように調整した。感光ドラム４の構成は実施例１と全く同じである。変形例４の感光ドラム４の表面電位を表７に示す。

実施例１と同様に画像評価を行った結果を表３に記載した。実施例１に対してΔＶは小さいが、端部ゴーストを解消するには十分であった。ΔＶについては前述のとおり大きい方がゴースト抑制効果は大きい。しかし、ΔＶが大き過ぎると、より大きい帯電電圧やレーザーパワーが必要となるため、帯電電圧のリーク対策や、レーザ素子のスペックが必要となる。また、上述のようにΔＶが大きいと像高によるＶｌのずれも大きくなってしまう。以上のことを鑑みると、よって、ΔＶは３５０Ｖ以下が好ましい。変形例３の結果と合わせると、ΔＶの範囲は、
７０Ｖ≦ΔＶ≦３５０Ｖ・・・式（５）
が好ましい。より好適には、
１５０Ｖ≦ΔＶ≦２５０Ｖ・・・式（６）
にΔＶを設定することにより、帯電での弊害と露光での弊害を抑制し、画像弊害を効果的に抑制することが出来る。

次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は、実施例１のものと同じである。したがって、実施例２の画像形成装置において、実施例１の画像形成装置のものと同一又は対応する機能あるいは構成を有する要素については、実施例１と同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

実施例２では、実施例１の電荷発生層４ｃの膜厚変調に加え、電荷輸送層４ｄの膜厚を変調させた感光ドラム４を使用した（表３の変調ｂ）。電荷輸送層４ｄの膜厚についても、浸漬塗工時の引き上げ速度を変調させることによって制御した。電荷輸送層４ｄは透明膜であり、電荷発生層４ｃのように濃度計で測定することができないので、渦電流方式で膜厚を測定した。測定はフィッシャー・インストルメンツ社製ＦｉｓｃｈｅｒｓｃｏｐｅＭＭＳＰＣ２を用いて行った。膜厚測定結果を図１２に示す。図中横軸は像高位置を、縦軸は電荷輸送層４ｄの膜厚Ｔ（μｍ）を示している。軸上像高位置の膜厚は８μｍ、最軸外像高位置の膜厚は１０μｍであり、ほぼ左右対称の形状をしていた。感光ドラム４の表面マクベス濃度については、上記表１に併記している。実施例１よりも軸上像高位置の濃度がわずかに大きくなっており、像高による感度差がわずかに小さくなっている。その他の条件は実施例１と同じである。

実施例２の露光手段４００の露光量と感光ドラム４の表面電位の関係を図１３に示す。軸上像高位置では最軸外像高位置よりも感光ドラム４の電荷輸送層４ｄの膜厚が小さいので帯電後電位Ｖｄ０（ｃ’）が絶対値で大きくなる。さらに、実施例１の図１１中の電位カーブｃよりも図１３中の電位カーブｃ’の方が急勾配となる。これは、実施例１の感光ドラム４よりも軸上像高のマクベス濃度が高い、すなわち、感度が高いことによる。バックグラウンド露光Ｅ１を受けたときの電位Ｖｄと、画像部露光Ｅ２を受けたときの電位Ｖｌにおいて、軸上像高位置と最軸外像高位置の電位が等しくなっている。

実施例２の感光ドラム４の表面電位を表８に示す。

実施例１と同様に画像評価を行った結果を表３に記載した。ゴーストについては実施例１と同様にΔＶを２００Ｖ確保しているので中央端部共に良好であり、さらに濃度ムラΔＬ^＊は実施例１よりもさらに良好な結果が得られた。

レーザ光２０８を主走査方向に一定でない走査速度で露光走査する露光手段４００を有する構成において、実施例２は以下の特徴を有する。帯電ローラ２によって帯電された感光ドラム４の表面にトナー像が形成される画像部電位となるように第１の露光量で露光する第１の露光と、前記トナー像が形成されない非画像部電位となるように前記第１の露光量より小さい露光量で露光する第２の露光を行う。感光ドラム４の感光層は電荷発生層４ｃ、電荷輸送層４ｄを含む。感光ドラム４の軸線方向において感光ドラム４の第１の領域における電荷発生層４ｃの膜厚は、感光ドラム４の軸線方向において第１の領域よりも外側の領域である第２の領域における電荷発生層４ｃの膜厚より小さくする。感光ドラム４の軸線方向において感光ドラム４の第１の領域における電荷発生層４ｄの膜厚は、感光ドラム４の軸線方向において第１の領域よりも外側の領域である第２の領域における電荷発生層４ｄの膜厚より小さくする。制御手段２００は、画像形成時に感光ドラム４の表面の非画像部電位が形成される領域を第２の露光量で露光するように制御する。それによって、主走査方向において一定でない走査速度で走査して感光ドラム４を露光する場合における画像弊害を抑制することができる。

１画像形成装置
２帯電ローラ
３現像ローラ
４感光ドラム
１００画像信号生成部
２０８レーザ光
４００光走査装置

Claims

電荷発生層を備える感光体と、
前記感光体の表面を帯電する帯電部材と、
前記帯電部材によって帯電された前記感光体の前記表面にトナー像を形成するために前記表面を露光する露光ユニットであって、前記帯電部材によって帯電された前記感光体の前記表面に前記トナー像が形成される画像形成部を第１の露光量で露光し、前記トナー像が形成されない非画像形成部を前記第１の露光量より小さい第２の露光量で露光する露光ユニットと、
前記露光ユニットを制御する制御部と、を有する画像形成装置において、
前記露光ユニットは、レーザ光を主走査方向に一定でない走査速度で走査することで前記感光体の前記表面を露光し、第１の走査速度で露光された前記感光体の前記表面における第１の領域の方が、前記第１の走査速度よりも速い第２の走査速度で露光された前記感光体の前記表面における第２の領域よりも、前記主走査方向における前記感光体の前記表面の単位長さ当たりの露光量が大きくなるように構成され、
前記電荷発生層の厚みは前記第１の領域の方が前記第２の領域よりも薄く、
前記制御部は、前記第１の露光量で前記感光体の前記表面が露光される場合において、前記第１の領域に形成された第１の電位の絶対値が前記第２の領域に形成された前記第１の電位の絶対値よりも大きくなるように前記露光量を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記第１の領域は前記主走査方向における前記感光体の中央部の領域であり、前記第２の領域は前記主走査方向における前記感光体の端部の領域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。
前記感光体の前記表面における前記第１の領域の位置は前記レーザ光を走査する被走査面における軸上像高に対応する位置であり、前記感光体の前記表面における前記第２の領域の位置は前記被走査面における最軸外像高に対応する位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記露光ユニットは、前記主走査方向において、前記第１の領域から前記第２の領域に向かうにつれて前記走査速度が速くなり、前記主走査方向における前記感光体の前記表面の単位長さ当たりの露光量が前記第１の領域から前記第２の領域に向かうにつれて小さくなるように構成され、
前記電荷発生層の厚みは前記第１の領域から前記第２の領域に近づくにつれて厚くなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
感光体と、
前記感光体の表面を帯電する帯電部材と、
前記帯電部材によって帯電された前記感光体の前記表面にトナー像を形成するために前記表面を露光する露光ユニットであって、前記帯電部材によって帯電された前記感光体の前記表面に前記トナー像が形成される画像形成部を第１の露光量で露光し、前記トナー像が形成されない非画像形成部を前記第１の露光量より小さい第２の露光量で露光する露光ユニットと、
前記露光ユニットを制御する制御部と、を有し、
前記露光ユニットは、レーザ光を主走査方向に一定でない走査速度で走査することで前記感光体の前記表面を露光し、第１の走査速度で露光された前記感光体の前記表面における第１の領域の方が、前記第１の走査速度よりも速い第２の走査速度で露光された前記感光体の前記表面における第２の領域よりも、前記主走査方向における前記感光体の前記表面の単位長さ当たりの露光量が大きくなるように構成され、
前記感光体の感度は、前記第１の領域より前記第２の領域の方が大きく、
前記制御部は、前記第１の露光量で前記感光体の前記表面が露光される場合において、前記第１の領域に形成された第１の電位の絶対値が前記第２の領域に形成された前記第１の電位の絶対値よりも大きくなるように前記露光量を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記露光ユニットは、前記主走査方向において、前記第１の領域から前記第２の領域に向かうにつれて前記走査速度が速くなり、前記主走査方向における前記感光体の前記表面の単位長さ当たりの露光量が前記第１の領域から前記第２の領域に向かうにつれて小さくなるように構成され、
前記感光体の前記感度は、前記第１の領域から前記第２の領域に近づくにつれて大きくなることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
前記帯電部材によって帯電された前記感光体の前記表面において、前記第１の走査速度で前記第１の領域に露光を行った場合に形成される前記感光体の表面電位は、前記第１の走査速度で前記第２の領域に前記第１の領域に露光した露光量と同じ前記露光量で前記露光を行った場合に形成される前記感光体の表面電位より絶対値が大きくなることを特徴とする請求項５または６に記載の画像形成装置。
前記感光体は電荷輸送層を備え、
前記電荷輸送層の厚みは、前記第１の領域より前記第２の領域の方が厚いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記電荷輸送層の厚みは、前記第１の領域から前記第２の領域に近づくにつれて厚くなることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
前記第１の領域における前記電荷輸送層の厚みと、前記第２の領域における前記電荷輸送層の厚みとの差は１μｍより大きいことを特徴とする請求項８または９に記載の画像形成装置。
前記主走査方向において、前記感光体の前記表面における前記第１の領域の単位長さ当たりの露光量をＥｃ（μＪ／ｃｍ２）、前記感光体の前記表面における前記第２の領域の単位長さ当たりの露光量をＥｅ（μＪ／ｃｍ２）とすると、
１．１０≦Ｅｃ／Ｅｅ≦１．４５
であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記第２の露光量により露光されて減衰する前記非画像形成部の電位減衰量は、
７０Ｖ≦ΔＶ≦３５０Ｖ
であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記露光ユニットにおいて、前記レーザ光の光源の発光輝度は前記主走査方向において一定であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の画像形成装置。