JPH08238798A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透明基体上に感光層を設けた感光体ドラムの
内側から像露光を行う画像形成装置で、高画質の画像が
得られる像露光手段を求める。 【構成】 感光体ドラム１０の内部にＬＥＤアレイ１２
Ａとセルフォックレンズ１２Ｂからなる像露光手段１２
によって感光層１０Ｂ上に形成されるビームスポットの
輝度分布が主走査方向をａ、副走査方向をｂとするとき （ｂ／ａ）＜１ とし、ＬＥＤアレイ１２Ａに対して通電時間制御を行っ
て副走査方向へのパルス幅変調を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドラム状の像形成体の
内部に像露光手段を有し、像形成体の周面に帯電手段及
び現像手段を配置して、電子写真方式によって画像形成
を行う画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多色のカラー画像を形成する方法として
は、画像を必要な色と同数の感光体，帯電器，現像器等
を備え、それぞれ感光体に形成した単色のトナー像を転
写体等に重ね合わせてカラー画像とする装置（Ａ）や、
１つの感光体を複数回回転して各色毎の帯電，像露光な
らびに現像を繰り返してカラー画像を形成する装置
（Ｂ）あるいは同じく１つの感光体の一回転以内に各色
毎の帯電，像露光ならびに現像を順次行ってカラー画像
を形成する装置（Ｃ）等が知られている。

【０００３】しかし前記の装置（Ａ）は複数の感光体や
転写体の搬送を要するため装置の容積が大型化する欠点
がある。これに対し装置（Ｂ）は帯電手段、像露光手段
や感光体が一つだけであるので容積は小型化される。

【０００４】また装置（Ｃ）は高速の画像形成を可能と
するものの、感光体の一周内に帯電器，像露光手段と現
像器を複数組配設する必要があることから感光体の径が
大きくなって装置を大型化する傾向がある。

【０００５】装置（Ｃ）における前述したような障害の
欠点を避ける目的から、像形成体の基体を透明体の素材
によって形成し、その内部に複数の像露光手段を収容し
て、画像を前記の基体を通してその外周に形成した感光
層に露光する形態の装置が提案されている（例えば特開
平5-307307号公報）。

【０００６】本発明は、上記のドラム状をした像形成体
の内部に像露光手段を設けて、像形成体の透明な基体を
通してその外周に位置した感光層に像露光を行う画像形
成装置に関したものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ドラム状像形成体の内
部に設ける像露光手段としては、例えばＬＥＤアレイと
その前面に結像素子として例えばセルフォックレンズを
設けた棒状の像露光手段が用いられ、該像露光手段のラ
インヘッドをドラム状像形成体のドラム軸と平行に設け
て、ラインヘッドからのビームスポットを回転する像形
成体上に結像させる。従ってラインヘッドに沿って主走
査がなされ、回転に伴って副走査が行われて、像形成体
上に記録画像の潜像が形成される。個々のＬＥＤより発
するビームは曲率を有した円弧状の透明基体を通して感
光層上にビームスポットを形成するが、透明基体を通過
することによって大きな非点収差的な焦点位置のズレが
生じ、主走査方向と副走査方向とでそれぞの光束は結像
位置がずれ、感光層上に形成されるビームスポットの形
状は、透明基体を通過することによって変形した形状と
なる。

【０００８】本発明は、従来全く注目されなかったライ
ンヘッドによって形成されるビームスポットの形状に注
目し、固定したラインヘッドによって高画質の画像形成
を可能とするビームスポットの輝度分布をもった画像形
成装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ドラム状透
明基体上に感光層を設けた像形成体の裏面より像露光手
段によって像露光を行う画像形成装置において、前記像
露光手段は前記像形成体の回転軸と平行に設けたライン
ヘッドからなり、前記像露光手段の結像特性を示す像形
成体上に形成されるビームスポットの輝度分布が主走査
方向をａ、副走査方向をｂとするとき、 （ｂ／ａ）＜１ からなる条件を満たすことを特徴とする画像形成装置に
より達成される。

【００１０】なお前記条件は更に、 ０．５≦（ｂ／ａ）≦０．９ であることが好ましい条件であって、ラインヘッドに対
して発光素子アレイの通電時間制御を行い、副走査方向
にパルス幅変調を行って潜像形成を行うことが好ましい
実施態様である。

【００１１】

【実施例】本発明の説明に先立って本発明の適用される
画像形成装置について、図１及び図２によって説明す
る。本発明の画像形成装置の像形成体はドラム状の像形
成体即ち感光体ドラム１０で、光学ガラス若しくは透明
アクリル樹脂等の透明部材によって形成される基体の外
周に透明導電層から成る有機感光層（ＯＰＣ）を塗布し
たもので、接地した状態で時計方向に駆動回転される。

【００１２】本発明では、画像露光用の露光ビームの結
像点である感光体ドラム１０の光導電体層において、光
導電体層の光減衰特性（光キャリア生成）に対して適正
なコントラストを付与できる波長の露光光量を有してい
ればよい。従って、本発明における感光体ドラムの透明
基体の光透光率は、１００％である必要はなく、露光ビ
ームの透過時にある程度の光が吸収されるような特性が
あっても構わない。透光性基体の素材としては、ソーダ
ガラス、パイレックスガラス、ホウ珪酸ガラスや一般光
学部材などに使用されるフッ素、ポリエステル、ポリカ
ーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの各種透
光性樹脂が使用可能である。また、透光性導電層として
は、インジウム・スズ・酸化物（ＩＴＯ）、酸化錫、酸
化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅や、Ａｕ、Ａｇ、Ｎ
ｉ、Ａｌなどからなる透光性を維持した金属薄膜が用い
られ、成膜法としては、真空蒸着法、活性反応蒸着法、
各種スパッタリング法、各種ＣＶＤ法、浸漬塗工法、ス
プレー塗布法などが利用される。また、光導電体層とし
ては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）合金感光層、
アモルファスセレン合金感光層や、各種有機感光層（Ｏ
ＰＣ）が使用可能である。

【００１３】11は帯電手段であるスコロトロン帯電器
で、感光体ドラム10の前述した有機感光体層に対し所定
の電位に保持されたグリッドと放電ワイヤによるコロナ
放電とによって帯電作用を行い、感光体ドラム10に対し
一様な電位を与える。

【００１４】12は像露光手段である露光光学系で、感光
体ドラム10の軸方向に配列したＬＥＤ，ＦＬ，ＥＬ，Ｐ
Ｌ等の発光素子とセルフォックレンズとによってライン
ヘッドが構成される。別体の画像読み取り装置によって
読み取られた各色の画像信号がメモリより順次取り出さ
れて前記の各露光光学系12にそれぞれ電気信号として入
力される。この実施例で使用される発光素子の発光波長
は各々同一波長であり500〜900nmの範囲のものである。

【００１５】前記の各露光光学系12は何れも共通の柱状
の支持部材20にラインヘッドがドラム軸と平行となるよ
う取り付けられ、かつ各露光光学系12（Ｙ），12
（Ｍ），12（Ｃ），12（Ｋ）等間隔に配置され、前記感
光体ドラム10の基体内部に収容される。露光光学系12は
上記の発光素子以外にＬＣＤ，ＬＩＳＡ，ＰＬＺＴ等の
光シャッタ部材を組み合わせたものとセルフォックレン
ズ等の結像レンズとによってラインヘッドを構成するこ
ともできる。

【００１６】13Ｙ，13Ｍ，13Ｃ，13Ｋはイエロー
（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）及び黒色（Ｋ）
の各現像剤を収容する現像手段である現像器で、それぞ
れ感光体ドラム10の周面に対し所定の間隙を保って同方
向に回転する現像スリーブ130を備えている。

【００１７】前記の各現像器13は、前述した帯電器11に
よる帯電，露光光学系12による像露光によって形成され
る感光体ドラム10上の静電潜像を現像バイアス電圧の印
加により非接触の状態で反転現像する。

【００１８】次に本装置におけるカラー画像形成装置の
プロセスについて説明する。

【００１９】原稿画像は本装置とは別体の画像読み取り
装置において、撮像素子により読み取られた画像あるい
は、コンピュータで編集された画像を、Ｙ，Ｍ，Ｃ及び
Ｋの各色別の画像信号として一旦メモリに記憶し格納さ
れる。

【００２０】画像記録のスタートにより感光体駆動モー
タが回動して感光体ドラム10を時計方向へと回転し、同
時に帯電器11（Ｙ）の帯電作用により感光体ドラム10に
電位の付与が開始される。

【００２１】感光体ドラム10は電位を付与されたあと、
前記の露光光学系12（Ｙ）において第１の色信号すなわ
ちイエロー（Ｙ）の画像信号に対応する電気信号による
像露光が開始されドラムの回転走査によってその表面の
感光層に原稿画像のイエロー（Ｙ）の画像に対応する静
電潜像を形成する。

【００２２】前記の潜像は現像器13（Ｙ）により現像ス
リーブ上の現像剤が非接触の状態で反転現像され感光体
ドラム10の回転に応じイエロー（Ｙ）のトナー像が形成
される。

【００２３】次いで感光体ドラム10は前記イエロー
（Ｙ）のトナー像の上にさらに帯電器11（Ｍ）の帯電作
用により電位を付与され、露光光学系12（Ｍ）の第２の
色信号すなわちマゼンタ（Ｍ）の画像信号に対応する電
気信号による像露光が行われ、現像器13（Ｍ）による非
接触の反転現像によって前記のイエロー（Ｙ）のトナー
像の上にマゼンタ（Ｍ）のトナー像が順次重ね合わせて
形成される。

【００２４】同様のプロセスにより帯電器11（Ｃ）、露
光光学系12（Ｃ）および現像器13（Ｃ）によってさらに
第３の色信号に対応するシアン（Ｃ）のトナー像が、ま
た最後に帯電器11（Ｋ）、露光光学系12（Ｋ）および現
像器13（Ｋ）によって第４の色信号に対応する黒（Ｋ）
のトナー像が順次重ね合わせて形成され、感光体ドラム
10の一回転以内にその周面上にカラーのトナー像が形成
される。

【００２５】かくして感光体ドラム10の周面上に形成さ
れたカラーのトナー像は、転写器14Ａにおいて給紙カセ
ット15より搬送されタイミングローラ16の駆動によって
同期して給紙される転写材である転写紙上に転写され
る。

【００２６】トナー像の転写を受けた転写紙は、除電器
14Ｂにおいては帯電の除去を受けてドラム周面より分離
し、定着装置17においてトナーを溶着し定着がなされた
のち排紙ローラ18を介して装置上部のトレイ上に排出さ
れる。

【００２７】一方、転写紙を分離した感光体ドラム10は
クリーニング装置19において残留トナーを除去，清掃し
て原稿画像のトナー像の形成を続行するか、もしくは一
旦停止して新たな原稿画像のトナー像の形成に待機す
る。

【００２８】前記の感光体ドラム10は、各帯電器11、現
像器13ならびにクリーニング装置19とさらに前記の各現
像器13に対しトナーを供給する各トナー収納容器40およ
びクリーニング装置19により回収したトナーを収容する
廃トナー容器50と共にプロセスカートリッジ30に収めら
れて、一体で装置本体より水平方向に引き出して移動
し、さらに装置本体の外部に取り出すことも出来るよう
に構成されている。

【００２９】図２は断面ＡＡを示したもので、感光体ド
ラム10は前方端部のフランジ部材10Ａが軸受Ｂ１を介し
てプロセスカートリッジ30の壁面に直接支持され、また
後方端部のフランジ部材10Ｂはプロセスカートリッジ30
とカートリッジ30に着脱可能の円盤部材30Ａとに挟着保
持される軸受Ｂ２を介して支持されている。

【００３０】一方各露光光学系12は、前記の支持部材20
を挿通固定する軸部材21の前方端部がプロセスカートリ
ッジ30の壁面に係合支持され、また後方端部は前記の円
盤部材30Ａに係合し回転を規制された状態に支持されて
いる。

【００３１】従って前記の円盤部材30Ａを取り外すこと
により感光体ドラム10ならびに各露光光学系12はプロセ
スカートリッジ30の背面側より容易に取り出すことが出
来るようになっている。

【００３２】前記のプロセスカートリッジ30は、装置本
体の側面部材を形成する側面カバー80を開放することに
より、一旦斜め上方に移動したあとその位置から引き出
すことによって装置本体の外部に向け水平方向に移動さ
れる。

【００３３】本実施例の像露光手段１２はＬＥＤアレイ
の前面に結像素子としてのセルフォックレンズを設けた
構成となっていて、ＬＥＤアレイに対しては通電時間制
御がなされる。図３（ａ）はＬＥＤ通電時間制御の基本
構成図を示し、図３（ｂ）はＬＥＤ通電時間制御の回路
図であって、画素毎の即ちＬＥＤチップ単位での通電時
間制御が行われる。

【００３４】ＬＥＤアレイはカソード電極が共通となっ
ていて、ドライバ部は電流はきだし型となっている。ま
た、電流制限抵抗はＩＣドライバ内にビット単位で設け
られていて、この抵抗はＬＥＤの特性バラツキや温度特
性変動及び電源電圧変動に対して、ＬＥＤ発光出力バラ
ツキを吸収するための安定化抵抗である。ＬＥＤアレイ
に対して通電時間制御の場合は、ＬＥＤ通電時間制御情
報を与える補正メモリとＡＮＤ回路が必要で、回路的に
は高速駆動型となっている。

【００３５】ＬＥＤチップ単位の通電時間制御は、図３
（ａ）に示す如くメモリ（ＲＯＭ）から通電時間制御情
報が各ＩＣドライバのＳＴＲＯＢＥ端子に入力される。
この情報はラッチ回路に保持された印字データと共にＡ
ＮＤ回路に入力されて、ＬＥＤチップ単位で必要時間の
み通電される。補正単位レベルは３２〜６４階調程度で
行われる。ＬＥＤドット単位制御の場合は、予めＬＥＤ
ドット単位の時間制御情報が前記メモリからシフトレジ
スタによってラッチ回路１に保持される。ＬＥＤドット
当たりの補正単位レベルを６４階調程度として、１チッ
プ内で２⁶×６４ドットの通電時間制御情報がラッチさ
れる。

【００３６】ＩＣドライバに情報がラッチされたのち、
印字データをシフトレジスタに入力する。印字データは
ラッチ回路２に保持されると同時にラッチ回路１の情報
と共にＡＮＤ回路に入力されてＬＥＤドット単位で必要
時間のみ通電される。

【００３７】図３（ｂ）は印字データ自身に通電時間制
御情報を持たせたＬＥＤ駆動方式の回路図である。ＬＥ
Ｄ通電時間制御情報はメモリに入っていて、印字データ
との論理積がとられる。この出力はＬＥＤ素子当たり４
ビットのデジタル情報（１６レベル）として６４×４ビ
ットのシフトレジスタ及びストレージレジスタに保持さ
れると共に、一方ではＬＥＤ基本発光時間を決めるデジ
タル情報４ビットがコンパレータ回路に入力される。こ
のデジタル情報は１６レベルの時間情報に変換されて、
前記ＬＥＤ４ビット情報との時間比較に用いられ、ＬＥ
Ｄチップ単位の通電時間を制御してＬＥＤアレイの駆動
がなされる。

【００３８】図４は露光光学系１２によって感光体ドラ
ム１０上に像露光される状態を示す説明図で、通電時間
制御がなされて像露光を行うＬＥＤアレイ１２Ａとその
前面に設けたセルフォックレンズ１２Ｂとより構成され
た露光光学系１２によって、感光体ドラム１０の透明基
体１０Ａ上に設けた感光層１０Ｂ上に多数のビームスポ
ットが直線的に形成されるが、そのうちの１ビットを取
り出してドット形状を示したものである。

【００３９】セルフォックレンズ12Ｂから発する光束
は、図５に示すように、主走査方向と副走査方向とで焦
点位置がずれている。本発明の画像形成装置に用いられ
る感光体ドラム１０としてドラム径φ６０〜１８０ｍ
ｍ、透明基体１０Ａの厚みが２〜１０ｍｍの感光体ドラ
ムが好ましく用いられるが、この場合主走査方向と副走
査方向とでの焦点位置のズレ量（ΔＬ）は５０〜２５０
μｍ程度である。本発明は主走査方向と副走査方向とで
の焦点位置のズレを利用して、感光層１０Ｂに楕円状の
ビームスポットのドット形状をつくる。ドット形状はス
ポット径が５０μｍのスポットパターンのセルフォック
レンズ１２Ｂによる像の光強度が最高輝度に対して５０
％以上の輝度分布範囲をもってドット形状と定義してい
る。感光層１０Ｂ上でのドット形状は主走査方向に焦点
を合わせると副走査方向に拡がり、副走査方向に焦点を
合わせると主走査方向に拡がる。本発明の画像形成装置
では、副走査側に焦点を合わせることで、主走査側に長
く副走査側に短い楕円形状のスポットを感光層１０Ｂ上
に形成するもので、感光層１０Ｂ上に形成されるビーム
スポットの輝度分布が主走査方向をａ、副走査方向をｂ
とするとき、（ｂ／ａ）＜１を満足する形状とする。

【００４０】本実施例では、上記のドット形状を０．５
≦（ｂ／ａ）≦０．９の範囲に設定し、ＬＥＤアレイに
対して通電時間制御を行い、副走査方向へのパルス幅変
調を行うことによって、固定したラインヘッドで高画質
の画像が得られた。

【００４１】なお、図６には像露光手段の結像特性を示
しており、ＭＴＦとスポットサイズが焦点位置からのズ
レ量（ΔＬ）によってどのような関係にあるかを示した
もので、スポット径は５０μｍのスリットパターンのセ
ルフォックレンズによる像の光強度が５０％のところの
幅をもって示している。またＭＴＦ（％）はｍｍ当たり
５本のライン記録を行う画像についてのＭＴＦである。

【００４２】本実施例では光学系の結像特性の焦点位置
からのズレを利用しており、具体的には主走査方向と副
走査方向とでの焦点位置のズレ（ΔＬ）は５０〜２５０
μｍの間にあるので、副走査方向に焦点位置を合わせる
ことにより、主走査方向に偏平となったビーム形状を形
成できるのである。

【００４３】

【発明の効果】ドラム状感光体の内部にＬＥＤアレイと
セルフォックレンズと等から成る像露光手段を配設し、
感光層上に形成されるドット形状を本発明によって規定
した形状となるようにする一方、ＬＥＤアレイに対する
通電時間制御を行って副走査方向へのパルス幅変調を行
うことによって固定したラインヘッドによっても必要と
する階調性が得られ、ＭＴＦにおいても良好な高画質の
画像が得られることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用されるカラー画像形成装置の構成
を示す断面図である。

【図２】図１のカラー画像形成装置の要部断面図であ
る。

【図３】ＬＥＤ通電時間制御の基本構成図（ａ）と、回
路図（ｂ）である。

【図４】露光光学系によって像露光される状態を示す説
明図である。

【図５】主走査方向と副走査方向との焦点位置を示す説
明図である。

【図６】焦点位置のズレとＭＴＦ、スポット径の関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 感光体ドラム １０Ａ 透明基体 １０Ｂ 感光層 １１ 帯電器 １２ 露光光学系（像露光手段） １２Ａ ＬＥＤアレイ １２Ｂ セルフォックレンズ １３ 現像器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドラム状透明基体上に感光層を設けた像
   形成体の裏面より像露光手段によって像露光を行う画像
   形成装置において、前記像露光手段は前記像形成体の回
   転軸と平行に設けたラインヘッドからなり、前記像露光
   手段の結像特性を示す像形成体上に形成されるビームス
   ポットの輝度分布が主走査方向をａ、副走査方向をｂと
   するとき、 （ｂ／ａ）＜１ からなる条件を満たすことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記条件は更に、 ０．５≦（ｂ／ａ）≦０．９ としたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 副走査方向にパルス幅変調を行うことを
   特徴とする請求項１記載の画像形成装置。