JPH0450975A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 の１ 本発明は、像担持体にレーザー露光装置を用いて潜像を
形成し、現像剤を担持し搬送する現像剤担持体を備えた
現像装置にて前記潜像を可視像となす画像形成装置に関
するものであり、特に、高解像且つ高階調性を有するフ
ルカラープリンタなどのカラー画像形成装置に好適に具
現化し得る。

願え二皿Ｉ 近年、レーザー光を走査し、このレーザー光のＯＮ、Ｏ
ＦＦにより電子写真感光体のような像担持体上に潜像を
形成し、現像装置にて可視像として所望の画像を記録す
るレーザービームプリンタなどが広（使用されるように
なった。その代表的な用途は文字、図形などの２値記録
である。従って、文字、図形などの記録は中間調を必要
としないので、プリンタ構造も簡単にできる。

ところで、このような２値記録方式であっても中間調を
も記録し得るプリンタがあり、斯るブリンクとしてはデ
イザ法、濃度パターン法などを採用したものが良（知ら
れている。

しかしながら、当業者には周知の如（、デイザ法、濃度
パターン法を採用したプリンタでは、高解像が得られな
い。そこで近年、高記録密度を低下させずに、各画素に
おいて中間調画素を形成する方法が提案されている。こ
れはレーザービームを画像信号でパルス幅変調（ＰＷＭ
）することにより中間調形成を行なうもので、この方式
によれば、高解像度且つ高階調性の画像を形成でき、特
にカラー画像形成に際しては極めて好適なものである。

第７図は、この種の装置におけるレーザー光を走査する
レーザー露光装置、即ちレーザー走査部２００の概略構
成を示すものである。

レーザー走査部２００によりレーザー光を走査する場合
には、先ず、入力された画像信号に基づき発光信号発生
器２０１により固体レーザー素子２０２を所定タイミン
グで明滅させる。固体レーザー素子２０２から放射され
たレーザー光は、コリメータレンズ系２０３により略平
行な光束に変換され、更に、矢印す方向に回転する回転
多面鏡２０４により矢印Ｃ０方向に走査されると共にｆ
θレンズ群２０５　（２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ）
により感光ドラム３などの被走査面にスポット状に結像
される。

このようなレーザー光の走査により被走査面３上には画
像−走査分の露光分布が形成され、更に各走査毎に被走
査面３を前記走査方向とは垂直に所定量だけスクロール
させれば、該被走査面３上に画像信号に応じた露光分布
が得られる。次いで、この潜像を周知の電子写真現像プ
ロセスにより可視像化し、該画像を記録紙上に転写する
ことにより高密度の画像を得ることができる。

画像形成装置において、特に高画質なカラー画像形成を
行なうカラー画像形成装置において、感光ドラム上に形
成された潜像を現像する際、磁気ブラシ法による現像装
置を用いて現像を行なう場合がある。磁気ブラシ法を用
いた現像装置では、現像装置の現像剤担持体としての現
像スリーブ２と同筒状の感光ドラム３との距離ｄを保証
、維持するために、現像スリーブ２と同軸に支持された
コロ状の部材１０９を、感光ドラム３に、又は感光ドラ
ム３の回転中心軸上に支持された部材に突当てている。

その場合、コロ状の部材１０９が突き当たる場所は、感
光ドラム３の母線方向で見て画像形成領域外に設けられ
、前記コロ状の部材１０９は、その半径が、現像スリー
ブ２と感光ドラム３との距離ｄ及び現像スリーブ２の半
径ｒを加えたもの（ｄ＋ｒ）になっている。

上記した磁気ブラシ現像法を用いた現像装置において、
このような構成をとる理由としては、■先ず、現像スリ
ーブ２と感光ドラム３との距離ｄが、形成される画像の
濃度或いは品位に大きな影響を与えること、及び ■この距離ｄが通常、極めて小さな値であること、 などが挙げられる。

感光ドラム３上の１（象に対してより忠実な可視像化を
行なうためには、感光ドラム３と現像スリーブ２との距
１１［ｄをより小さ（し、具体的には１ｍｍ以下とし、
且つ直流成分を含む交番電界からなる現像バイアスを印
加しつつ、し、かも十分な濃度を確保するために感光ド
ラム３の移動速度に対して現像スリーブ２の移動速度を
上げる、所謂「早まわし」が採用されている。

が　　しよ　とする ところで、上述した従来画像形成装置においてより高密
度の記録を行うためには、被走査面、即ち感光ドラム３
に照射するレーザービームのスポットの大きさを記録す
べき密度に応じて小さ（する必要がある。例えば１画素
毎に明滅するガウススポットを走査した場合、被走査面
３上における露光分布は被走査面３上のスポット径によ
って第８図に示すように変化する。

すなわち、主走査方向のスポット径が小さい場合、その
レーザー光による露光分布は明滅のタイミングに合った
矩形波に近くコントラストも高いが、スポット径が大き
くなるにつれレーザー光が隣接画素に侵入し、露光分布
の振幅が小さく且つコントラストが低くなるので、出力
画像の品位を劣化させることとなる。従って、例えば８
００ｄｐｉ　　（３２ｄｏｔｓ／ｍｍ）という高解像力
のプリンタを構成する場合、前記コントラストを８０％
以上にするためには感光ドラム３上に結像するスポット
の大きさを４０μｍ（ガウス分布スポット、１／ｅ２直
径）程度以下に抑えなければならない。

一方、このような微小な径のレーザースポットを得るた
めには、一般にＦ／Ｎの大きな結像光学系が必要である
が、このＦ／Ｎの値が太き（なると結像光学系の焦点深
度が非常に浅くなることは周知である。

例えば、前記主走査方向の直径が４０μｍの結像スポッ
トを走査可能な装置にあっては、結像光学系の焦点位置
を被走査面３の前後±０゜８ｍｍという極めて小さな範
囲内に抑えなければならない。

他方、前述したように、結像光学系の焦点位置にあるべ
き、被走査面である感光ドラム３上に、突き当てコロ１
０９を当接させて、現像ギャップｄを補償して現像する
ような構成を用いた従来装置の場合には、以下のような
理由で画像品位を低下させる欠点があった。

つまり、前記した画像形成装置では、現像時に現像スリ
ーブ２表面から遊離、飛散する現像剤或は現像後に感光
ドラム３表面から遊離、飛散する現像剤が、成る程度発
生することは避けられない。これら遊離、飛散した現像
剤が、現像スリーブ２に支持されたコロ状の突当て部材
１０９と感光ドラム３との接触面に達すると、この接触
面で現像剤が圧接される。その際、通常、磁気ブラシ現
像法で用いられる現像剤は、圧力により溶融する性質を
有しているので、圧接された現像剤は、コロ状の突当て
部材１０９表面に或は感光ドラム３表面に融着し、その
結果、双方の突当て面に微妙な突起を形成する。

このようにして形成された突起は、感光ドラム３とコロ
状の突当て部材１０９とが接触しながら回転する際、円
滑な回転を妨げる。その結果、両者の回転に伴って現像
スリーブ２と感光ドラム３との距離ｄが変動したり、或
は回転時に発生する像担持体３自身の振動、若しくは光
学系へ伝播した振動の影響により、潜像或は可視像が乱
れる。更には、このような振動が、感光ドラム３から転
写紙への画像転写過程において発生すると、感光ドラム
３上の微妙なトナー偉や、シャープなライン像が乱れて
、そのまま転写されてしまう可能性が生じる。又、転写
過程の後に、感光ドラム３上の転写残トナーをクリーニ
ングするクリーニング過程においては、弾性体を感光ド
ラム３上に当接してクリーニングしているため、感光ド
ラム３が振動を受けると、その当接部における圧力に微
妙な変化を与え、クリーニング特性が低下したり、感光
ドラム３の円滑な回転に不規則な負荷を与える可能性が
生じる。

上記した現象は、現像剤の融着によって微小な突起が形
成される以前の初期状態では大きな影響を与えることは
ないが、長時間に渡り画像形成を行なって来ると、その
影響は無視し得な（なり、画質が初期画像よりも低下す
ることの大きな原因となる。

特に、コロ状の突当て部材１０９と感光ドラム３の表面
に現像剤の融着物が付着し、感光ドラム３が、即ち走査
光学系の焦点面が振動することとなり、正規の焦点位置
からズしてしまい、感光ドラム３上のレーザースポット
径が所望の値から変化し、潜像コントラストが低下して
しまい、画像のシャープさ、階調性に乏しい画像となっ
てしまう。又、画像形成に重大な影響を与える距離ｄが
不規則な変化を招き、その間で作用する現像電界が変動
してしまい、画像ムラが発生してしまうと考えられる。

更に、上記従来のカラー画像形成装置においては、現像
装置は複数個設けられており、各現像装置は、順次感光
ドラム３に対面するように移動される。従って、多色画
像を形成する際、前述したコロ状の突き当て部材１０９
と感光ドラム３とが衝突することを避けることができな
かった。特に昨今、画像形成作動の高速化が所望されて
いる現状に鑑みて、現像装置を現像位置に短時間で高速
に移動させる必要のある場合、上記突き当て部材１０９
と感光ドラム３との衝突時において既に感光ドラム３上
に静電潜像を形成中である場合、感光ドラム３から転写
材への転写過程中である場合、或いは、感光ドラム上の
転写残トナーをクリーニング中である場合などには、衝
突時の振動や接触中の振動が光学系へ伝播したり、更に
は、感光ドラム自身の振動との相互作用により、潜像形
成過程、現像過程、転写過程、クリーニング過程におい
て悪影響が相乗され、画像品位が低下するという欠点が
あった。

従って、本発明の目的は、像担持体上に形成される潜像
を現像剤担持体上の現像剤にて現像する際、画質に大き
な影響を及ぼす像担持体と現像剤担持体との距離を保証
、維持する部材を像担持体に対し直接的に接触させるこ
とがなく、それによって像担持体、その他の画像形成手
段に振動を発生せしめることがなく、又、画像形成中に
遊離、飛散した現像剤が、像担持体と現像剤担持体との
距離を保証、維持する部材、或いは像担持体の表面に融
着させることがな（、常に高品位の画像を形成すること
のできる画像形成装置を提供することである。

課　を　　するための 上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。

要約すれば本発明は、像担持体にレーザー露光装置を用
いて潜像を形成し、現像剤を担持し搬送する現像剤担持
体を備えた現像装置にて前記潜像を可視像となす画像形
成装置において、前記レーザー露光装置のレーザーのス
ポット径（ｘ　（１／ｅ２））及び露光強度分布（ｘ　
（１／ｅ２）／ｘ　（１／ｅ）　）が、 ｘ　（１／ｅ２）５４５μｍ　、　ｘ　（１／ｅ２）／
　ｘ　（１／ｅ）≦１．６０但し、ｘ　（１／ｅ２）　
：露光強度が１／ｅ２となる巾ｘ　（１／ｅ２）／　ｘ
　（１／ｅ）　　：露光強度が１／ｅ２と１／ｅとなる
巾の比 なる条件を満足し、且つ現像剤担持体が像担持体に接触
しないことを特徴とする画像形成装置である。特に、本
発明は、複数の現像装置を備え、各現像装置が移動して
、多色記録を行なうカラー画像形成装置に好適に具現化
され、好ましくは、現像剤担持体の線速度は潜像担持体
の線速度より大とされる。

東ＪＬ伝 以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳
しく説明する。

第２図を参照すると、本発明による画像形成装置の一実
施例としてのフルカラー電子写真複写機の全体的な概略
構成が示されている。本実施例によると、複写機の中央
部には、表面に電子写真感光層を有した像担持体として
の感光ドラム３が配設され、矢印方向（反時計方向）に
回転駆動される。

感光ドラム３の周囲には当業者には周知の画像形成手段
が設けられる。つまり、感光ドラム３の略真上位置には
一次帯電器４が配置され、感光ドラム３の左側には現像
手段、即ち本実施例では回転式現像装置１が配置され、
又、感光ドラム３の略真下位置には転写装置（転写ドラ
ム）９が、更に、感光ドラム３の右側にはクリーニング
装置１２が設けられる。

又、電子写真複写機の上方部には、第１図のようなレー
ザー露光装置２００、即ち、レーザービームスキャナが
配設されている。該レーザービームスキャナは、第７図
に関連して説明したレーザー走査部２００と同じ構成と
され、発光信号発生器２０１、固体レーザー素子２０２
、コリメータレンズ系２０３、回転多面鏡２０４、及び
ｆθレンズ群２０５　（２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ
）を有し、画像読取装置やコンピューター（図示せず）
によって演算出力される時系列のデジタル画素信号の入
力を受けて、その信号に対応してＰＷＭ変調されたレー
ザービームを発振し、感光ドラム３上に結像させる。

又、フルカラー電子写真複写機内の右側には、定着装置
１７及び給紙装置１９が配設され、また転写装置９と定
着装置１７及び給紙装置との間には、それぞれ転写材搬
送系１６及び１８が配設されている。

上記構成にて感光ドラム３は、各色毎に、当業者には周
知の帯電、露光、現像、転写及びクリーニング工程等の
一連の画像形成プロセスが一次帯電器４、レーザービー
ムスキャナ２００、回転式現像装置１、転写装置９及び
クリーニング装置１２によって施される。

更に説明すると、回転式現像装置１は、第３図をも参照
すると理解されるように、回転支持体３００と、この回
転支持体３００に略９０”の角度間隔でそれぞれ着脱自
在に保持された複数の現像装置、即ち本実施例では４個
の現像器ユニットＩＭ、ＩＣ，ＩＹ、ＩＢＫを具備し、
各色毎の潜像を、それぞれ対応する現像器ユニットの現
像剤で顕像化する。

つまり、回転支持体３００の略９０°ずっの回転角制御
により、所定の現像器ユニットの現像剤担持体、即ち、
マグネットローラを内蔵した現像スリーブ２（２Ｍ、２
Ｃ１２Ｙ、２８Ｋ）が感光ドラム３と対向する所定の現
像位置に移動して、この現像器ユニットによる現像が実
行される。現像時、現像スリーブ２Ｍ、２Ｃ１２Ｙ、２
ＢＫは交流、或いは直流電圧を重畳したサイン波、矩形
波等の振動電圧が現像バイアス電圧として現像スリーブ
に印加される。好ましくは、現像スリーブの線速度は感
光ドラム３の線速度より大とされ、感光ドラムにトナー
を繰り返し付着、離脱させる工程を経て、潜像を現像す
る。

このようにして現像されたトナー可視像は、転写装置９
にて、給紙装置１９から供給される転写材Ｐに転写され
る。即ち、転写装置９は、典型的には、その周面に転写
材Ｐを把持するためのグリッパ７を有した転写ドラムを
備えており、給紙装置１９から転写材搬送系１８を経て
送給された転写材Ｐの先端をグリッパ７で把持し、感光
ドラム３上の各色毎のトナー像を転写するべく回転移送
せしめる。なお、転写域には、転写帯電器１０が転写ド
ラムの内部に配置されている。

かくして、各色のトナー画像が順次転写された転写材Ｐ
は、グリッパ７から解放され、分離帯電器１１、除電器
１３．１４及び分離爪１５の作用の下に転写ドラム９か
ら剥離される。次いで、転写ドラムから剥離された転写
材Ｐは、転写材搬送系１６によって定着装置１７へと送
られ、この定着装置１７によって転写材上のトナー画像
は転写材Ｐ上に定着され、その後、転写材Ｐは、トレー
上へと放出される。

ここで、本発明に従って構成される上記回転現像装置１
について、第１図及び第３図を参照して更に詳しく説明
する。

回転現像装置１に搭載される各現像器ユニットは同じ構
成とされるので、マゼンタ用現像器ユニットＩＭを参照
して説明する。

現像器ユニットＩＭは、ベアリング１０３を介して現像
スリーブ２Ｍを現像容器１０１に回転自在に担持してい
る。又、現像スリーブ２Ｍの内部には、複数の磁極を有
したマグネットローラ（図示せず）が現像スリーブ２と
共に回転することなく固定的に配置されている。現像ス
リーブ２Ｍは、その外層に現像器内の現像剤を担持し、
穂立ちして現像領域へと搬送する。

ベアリング１０３より外方へと突抜けた現像スリーブ２
Ｍの軸両端部は、ベアリング１０４を介して支持部材１
０５の切欠部１０５ａに回転自在に担持される。該ベア
リング１０４は、一端１０６ａが支持部材１０５に枢着
され、他端が止め螺子２にて支持部材１０５に取付けら
れる固定アーム１０６によって該切欠部１０５内に固定
される。又、該支持部材１０５は回転支持体３００に固
定されている。

従って、固定アーム１０６を、第３図に図示するように
、止め螺子２を締め付けることによりその取付は部１０
６ａを中心にして回転させ、ベアリング１０４を支持部
材１０５に押し付けることにより、現像器ユニットＩＭ
に支持された現像スリーブ２Ｍ及び現像器ユニットＩＭ
を、感光ドラム３に対して所定位置に保持することがで
き、又、固定アーム１０６を外すことにより、現像器ユ
ニットＩＭは現像位置以外の場所で、回転支持体３００
に対して着脱可能とされる。

次に、上記構成の画像形成装置における潜像形成につい
て考えてみる。前述したように、−広帯電器４により一
様に帯電された感光ドラム３はビームスキャナ２００か
らのレーザー光Ｅを受けて潜像が形成され、上記現像器
ユニットによって現像される。これを第４図を用いて説
明する。

レーザーからの露光量がＥＡからＥ、まで△Ｅ変化する
と、感光ドラム３上の電位が■、がらＶ、へと変化する
。この電位の変化は、現像特性に起因して画像濃度の変
化量ＤＡ−Ｄ、＝△Ｄの変化となって表れる。

又、レーザー露光分布は一般に第５図のような形状をし
ており、感光ドラム上の各スポット部のミクロな電位分
布も、感光ドラムのＥ−Ｖ特性に従ってほぼ類似した形
状を示すと考えられる。この電位分布と現像剤の帯電量
及び現像バイアスの兼ね合いでバランスのとれるところ
まで現像が進行し現像剤が電位分布に従って感光ドラム
上へ移動する。現像においては上記のようなバランス点
、つまり感光ドラム電位に関する閾（しきい）値が存在
すると考えられており、従って第５図のようにミクロな
電位分布、即ち露光分布が変化した場合、ある電位の閾
値（つまり第５図における露光分布の強度の閾値）に対
する、現像され得る巾（第５図におけるＸ軸の長さ）が
変化することが考えられる。

そこで、本発明者は、第５図に示されるように、レーザ
ー露光分布（即ち、レーザースポット径）とその形状に
ついて着目し、Ａ、Ｂ、Ｃのような分布をもつレーザー
にて実験を行なった。

この実験結果より、−数的に、 （１）レーザー光を絞ったほど、つまりｘ　（１／ｅ２
）が小さいほど、画像の再現性が向上する。

（２）又、露光分布をシャープにするほど、つまり（ｘ
　（１／ｅ２）／　ｘ　（１／ｅ）　）が小さいほど、
画像スジに対して強い。

ということが分かった。

これは、レーザー光を絞るほど単位面積当りのエネルギ
ーが増加し、よりミクロにおいて深い電位分布ができる
からであり、シャープなほど画像スジに強いというのは
、分布がシャープなため、現像における閾値の変化に対
して現像される巾の変化が小さいためと考えられる。

従って、本発明者は、レーザー露光分布を、（１）露光
量が１／ｅ２に減衰する巾を４５μｍ以下とし、 （２）ｌ／ｅ”と１／ｅとなる巾の比（ｘ　（１／ｅ２
）／ｘ　（１／ｅ）を１．６以下とする、 ことにより、再現性及び画像スジの出易さを改善できる
ことを見出し、更にレーザーを絞りこむことによる焦点
深度の浅さ、つまり、走査結像面である感光ドラムの振
動に対する弱さを、現像器ユニットを非接触化すること
によって克服した。

以上説明したような構成をとることにより、高速で多色
出力する画像形成装置においても、高品位な画像を維持
できるようになった。

第６図に本発明に係る画像形成装置の他の実施例が図示
される。

本実施例も先の実施例と同じカラー電子写真複写機とさ
れ、現像手段が、水平方向移動式の現像装置１とされ、
複数個の現像器ユニットＩＭ、ＩＣ１ＩＹ、ＩＢＫを移
動台３００により水平に往復移動し、感光ドラム上の潜
像を現像する点で相違するのみで、その他の点は同じと
される。

本実施例においても、各現像器ユニットにおいて、現像
剤担持体としての現像スリーブ２（２Ｍ、２Ｃ１２Ｙ、
２８Ｋ）は、軸両端部がベアリング１０４により担持さ
れ、該ベアリング１０４を、現像器ユニットに固定され
た支持部材１０５及び固定アーム１０６により支持する
ことにより、感光ドラム３と現像スリーブ２との間に所
望する適正な距離ｄを得ることができ、前の実施例と同
等な効果を得ることができる。

なお、現像スリーブ２と感光ドラム１との距離ｄを調整
可能にするための手段や構成は、上記実施例において示
したものに限定されるものではなく、種々の変更態様が
当業者には想到されるであろう。

１旦Ｊと肱呈 以上説明したように、本発明に係る画像形成装置による
と、レーザー露光装置によるレーザーのスポット径及び
露光強度分布を規定し、レーザー走査結像体なる潜像保
持体に、直接的に現像剤担持体が接触しない構成とする
ことにより、画像再現性を向上させつつ、画像形成プロ
セス、特に潜像形成、現像過程に対する振動等の悪影響
を排除することができ、常に高品位な画像を形成するこ
とができる。特に、本発明は、特に、現像装置（現像器
ユニット）を複数個有し、各現像器ユニット移動して像
担持体と対向し、且つ現像剤担持体を像担持体より高速
にて回転させることにより、カラー画像形成装置に極め
て好適に具現化され、高再現性を維持しつつ、極めて安
定した高品位の画像を得ることができるという特長を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る画像形成装置のレーザー露光装
置と、感光ドラム及び現像装置との関係を示す概略構成
図である。 第２図は、本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す
概略構成図である。 第３図は、回転式現像装置の一部破断圧面図である。 第４図は、濃度、電位及び露光量の相関図である。 第５図は、レーザー露光分布図である。 第６図は、本発明に係る画像形成装置の他の実施例を示
す概略構成図である。 第７図は、従来の画像形成装置のレーザー露光装置と、
感光ドラム及び現像装置との関係を示す概略構成図であ
る。 第８図は、レーザー露光分布とスポット径との関係を示
す図である。 第２図 １：現像装置 ２：現像剤担持体（現像スリーブ） ３：像担持体（感光ドラム） ２００：レーザー露光装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）像担持体にレーザー露光装置を用いて潜像を形成し
   、現像剤を担持し搬送する現像剤担持体を備えた現像装
   置にて前記潜像を可視像となす画像形成装置において、
   前記レーザー露光装置のレーザーのスポット径（ｘ（１
   ／ｅ＾２））及び露光強度分布（ｘ（１／ｅ＾２）／ｘ
   （１／ｅ））が、 ｘ（１／ｅ＾２）≦４５μｍ、ｘ（１／ｅ＾２）／ｘ（
   １／ｅ）≦１．６０但し、ｘ（１／ｅ＾２）：露光強度
   が１／ｅ＾２となる巾ｘ（１／ｅ＾２）／ｘ（１／ｅ）
   ：露光強度が１／ｅ＾２と１／ｅとなる巾の比 なる条件を満足し、且つ現像剤担持体が像担持体に接触
   しないことを特徴とする画像形成装置。