WO1998015875A1

WO1998015875A1 - Image forming device and image forming method

Info

Publication number: WO1998015875A1
Application number: PCT/JP1997/003555
Authority: WO
Inventors: Noboru Sawayama; Akio Kosuge; Atsushi Takehara; Hiroshi Yoshimura; Katsuhiko Maeda
Original assignee: Ricoh Company, Ltd.
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 1998-04-16
Also published as: DE69733358D1; US6249304B1; EP1548514A1; EP0932085A1; JPH10171221A; EP0932085B1; EP0932085A4; EP1548514B1; DE69733358T2

Description

明細書

画像形成装置及び画像形成方法技術分野

本発明は、階調表現を伴う画像形成技術を使用し、特にカラ一画像を形成するのに適した画像形成装置及び画像形成方法に関する。背景技術

電子写真技術を応用したデジタル複写機やプリンタでは、近年、画像情報の高精細な再現性が求められている。これに伴い、画像形成状態を安定化させる技術や、より精細な階調表現を可能にする技術等の研究開発が進められている。

例えば、特開平 1 一 2 9 7 2 6 9号公報には、感光体に静電潜像を形成する発光素子の黒情報記録のための光量を感光体の明減衰特性の飽和領域内に設定する技術が開示されている。感光体の明減衰特性の飽和領域内では、発光素子の光量変動に対する感光体電位の変動が少なくなる。このため、発光素子毎の光量のバラツキにより生ずる記録濃度むらが抑えられる。

また、特開平 4 - 2 5 8 7 1号公報には、感光体として高 7感光体を用い、この高ァ感光体上でのビーム光量分布の最大光量 I 。及び感光体の電位を半減する半減露光光量 P _{1 / 2} とが

1. 2 X P 1 / 2 ≤ I 0 ≤2. 5 X P 1 / 2

の条件を満たすようにした方式が開示されている。このような条件を満足させることによって、感光体の感度変化に影響されない鮮明な画像形成を実現しょうとしている。

さらに、特開平 8 - 1 6 0 6 7 7号公報には、従来、現像同時クリ一ニングまたはクリ一ナレスと呼ばれる画像形成プロセスで、転写できずに感光体上に残留したトナーの上に再度帯電、露光して十分な画像を得るための条件として、露光工程における露光強度を所定範囲内に設定すると良いことが開示されている。このように露光強度を所定範囲内に設定することによって、ゴース卜が発生しにくく、解像度や階調性の優れた画像形成を実現しょうとしている。上述した特開平 1 一 2 9 7 2 6 9号公報、特開平 4 - 2 5 8 7 1 号公報、及び特開平 8 — 1 6 0 6 7 7号公報では、それぞれ定義方法は異なるが、静電潜像形成のために感光体に照射する光の光量が感光体の飽和領域となるよう十分な光量を与える「飽和書き込み」を行うことで、書き込みュニットによる露光量バラツキや感光体感度バラツキや残留トナーによる画像の変動を小さくしょうとするものである。

このように、飽和書き込みを行うことによって画像形成状態を安定化させる技術が従来知られている。また、副走査方向の微小な書き込み位置の変動に起因するバンディングと呼ばれる濃度むらに対しても、この飽和書き込みによる中間調再現方式が有利であることが従来知られている。

しかしながら、上述した特開平 1 一 2 9 7 2 6 9号公報、特開平 4 - 2 5 8 7 1号公報、及び特開平 8 — 1 6 0 6 7 7号公報には、感光体に対し飽和書き込みを行うための十分な光量を与える場合において、高精細で高安定な画像形成を行うための手段については、明記されていない。特に、記録画像の高精細性を実現するために、感光体の感光層における電荷の拡散や現像電界の拡がりを低減するための、光ビームの露光径と感光体の膜厚の関係、及び、最大露光量と感光体微分感度の関係を感光体の厚みや書き込みュニットの光ビーム径との関係について、十分な考慮がなされていない。言い換えると、上述のような従来方式で問題にされている画像の精細性はまだ粗く、感光層の厚みや書き込みュニットの光ビーム径との関係まで考慮する必要性がなかった。

電子写真方式を使用した画像形成は、元来アナログ方式であり、各ドットを多値化することは容易であった。すなわち、書き込みュニット（例えば、レーザダイオード）の出力を多値化することによって、各画素に階調（濃度階調）を持たせ繊細な画像形成を行うことが可能であった。もし、各ドットの多値化を行わないで、ディザ法や誤差拡散等の面積階調方式を利用した場合には、力ラー画像としては実用に耐えないものであった。

しかしながら、電子写真方式を使用した画像形成において、各ドットを多値化することは、一方で、感光体に対して飽和書き込みを行うことで獲得した種々の変動に対する安定性を犠牲にすることになった。これらを改善する方法として、以下に挙げるような方式が提案されている。

階調再現性、特にハイライト部の再現性や安定性を改良する技術として、楕円ビームをパルス幅変調する方式が提案されている（

「電子写真によるカラー画像の高品質記録」電子通信学会論文誌 V ol . J69-C No. 9 ( 1 9 8 6 ) ) 。このような楕円ビームによるパルス幅変調方式によれば、濃度階調に面積階調の要素を含ませた階調表現が可能となり、階調再現性が向上する。

また、階調再現性を向上させる技術としては、階調レベルによつて特定方向の階調数を変える H I E S Tと称される方式も提案されている（「ハイライト再現を重視した新しいスクリーン技術」 Japa n Hardcopy ' 95) 。しかし、上述した楕円ビームによるパルス幅変調方式や H I E S T方式においては、電子写真方式で多値化を行う場合に、犠牲にされる種々の変動に対する安定性を改善するための方法であり、飽和書き込みを行って感光体に十分な光量を与える場合において、高精細で、かつ高安定な画像形成を実現するには十分ではなかった。発明の開示

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、階調表現を伴う画像形成技術を使用し、感光体に対し飽和書き込みを行うための十分な光量を与える場合において、感光層における電荷の拡散や現像電界の拡がりを低減するための、露光径と感光体膜厚の関係、及び、最大露光量と感光体微分感度の関係を明確にすることによって、高精細で高安定な画像形成を行う画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置及び画像形成方法においては、膜厚 T pの感光層を表面に有する感光体と、この感光体の表面を一様に帯電する帯電装置と、一様帯電後の感光体を光ビームで露光して静電潜像を形成するイメージ露光装置と、階調情報を持つ画像データに基づいてイメージ露光装置に駆動信号を付与し、その階調信号に従った階調表現を行う階調表現手段と、感光体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、感光体から記録媒体に現像像を転写する転写装置とを備え、感光体上での光ビームのエネルギー分布を露光時間で積分したものとして定義される露光量分布のピーク値より 1 Ze ² での最小直径を光ビームの露光径 D bとした場合、感光層の膜厚 T と露光径 Dbとを 2Tpく Dbの関係に設定するものである。そして、露光径 D b内での最大露光量を感光層の微分感度を十分に小さくする値に設定する。より具体的には、露光径 Db内での最大露光量を感光層の微分感度がその最大値の 1 / 3以下の値に低下する値に設定する。

ここで、「光ビームのエネルギー分布」というのは、イメージ露光装置から照射される光ビームのエネルギーの分布を意味する。また、「露光量分布」は、感光体上での光ビームのエネルギー分布を意味、感光体の表面座標を（X, y ) としたとき、感光体上での光ビームのエネルギー分布 P ( X, _y , t) Cwatt/m² 〕を露光時間で積分した値である E ( X, y ) Cjule/m² 〕，つまり、

E (x， y) = J P (x, y, t) d t

として定義される。光ビームがレーザビームである場合、レーザビームは感光体上の主走査ライン上にスキャンされるため、光ビームのエネルギー分布と積分される露光時間は、専ら主走査方向のスキヤニング時間となる。感光体上の主走査方向へのスキヤ二ングを伴わない L E Dビームの場合には、光ビームのエネルギー分布と積分される露光時間は、専ら感光体の回転に伴う副走査方向のスキヤニング時間となる。また、「微分感度」は、イメージ露光装置が照射する光ビームと同等の波長の光ビームで感光体を均一露光したときに得られる感光体の表面電位 V ( E ) と露光量 Eとの関係で定義される。具体的には、感光体をある露光量 Eで露光し、ここから露光量 Eを微小な値 d Eだけ増やした時の感光体の表面電位を V ( E + d E ) とした場合、微分感度は、

I V ( E + d E ) - V ( E ) I / d E

として定義される。一般に、微分感度は、露光量 Eが増加するに従い低減する。「微分感度を十分に小さくする値」というのは、階調表現手段による階調表現を実現させながら求める安定性を得るのに十分な感光体の減衰特性の領域を使用することができるような露光量の値を意味する。また、「求める安定性」というのは、例えば、バンデイングが生じないような安定性を意味する。このような「微分感度を十分に小さくする値」は、具体的には、感光層の微分感度がその最大値の 1 / 3以下の値に低下する値である。

したがって、本発明の画像形成装置では、帯電装置によって一様に帯電された感光体にィメ一ジ露光装置が光ビームで露光して静電潜像を形成する際、露光径 D b内での最大露光量が感光層の微分感度を十分に小さくする値に設定され、あるいは、露光径 D b内での最大露光量が感光層の微分感度をその最大値の 1 Z 3以下の値に低下させる値に設定されているので、機械的振動等の各種の変動に影響されにくい高品質な画像形成が行われる。しかも、感光層の膜厚 T pと露光径 D bとが 2 T pく D bの関係に設定されているため、感光体の感光層における電荷の拡散と現像電界の広がりとが少なくなり、この面からも機械的振動等の各種の変動に影響されにくくなるし、静電潜像のボケも生じにくくなる。つまり、本発明は、換言すると、階調表現等を目的としてある程度光ビームスポット径を小さくし、この場合に感光体の感光層での画素の広がりを防止するために感光層の膜厚 T pと露光径 D bとの関係を設定し、その上で機械的振動等の各種の変動に影響されにくい高品質な画像形成を行ない得るように光ビームの光強度を設定している。したがって、本発明の画像形成装置によれば、ある程度の細かさの階調表現が可能でありながら、高精細で高安定な画像形成が行われる。

ここで、露光径 D b内での最大露光量が感光層の微分感度を十分に小さくする値、例えば、露光径 D b内での最大露光量が感光層の微分感度をその最大値の 1 / 3以下の値に低下させる値というのは、感光体が完全に飽和する領域に達する前の領域を含むので、階調表現手段による階調表現は、面積階調という手法のみならず、濃度階調という手法も取りうる。また、感光層の膜厚 T pと露光径 D bとが 2 T pく D bという関係に設定されているので、感光体の感光層における電荷の拡散と現像電界の広がりとが少なくなつてドットの微細化が図られるため、面積階調という手法によっても細かな階調表現をすることが可能となる。このようなことから、「微分感度を十分に小さくする値」、つまり、「階調表現手段による階調表現を実現させながら求める安定性を得るのに十分な感光体の減衰特性の領域を使用することができるような露光量の値」を容易に設定することが可能となる。

本発明の他の目的、特徴及び利点は添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより一層明瞭となるであろう。図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の実施の一形態を示す画像形成装置の模式図であ図 2は、感光体における感光層の断面図である。図 3は、光ビームのエネルギー分布（ビームプロファイル）を示すグラフである。

図 4は、露光量分布を示すグラフである。

図 5は、露光量に対する感光体の表面電位の減衰特性を示すグラフである。

図 6は、本発明の第三の実施の形態を示すカラーの画像形成装置の模式図である。発明を実施するための最良の形態

本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に基づいて説明する。

図 1 は、画像形成装置の模式図である。図 1に示すように、記録媒体としての転写紙 1を収納する給紙装置 2と図示しない排紙部とを連絡する通紙経路 3が設けられ、この通紙経路 3中には定着装置 4を含む画像プロセス部 5が設けられている。

画像プロセス部 5は、感光ドラム構成の感光体 6を主体として構成される。この感光体 6の周囲には、帯電装置 7 , 現像装置 8 , 転写装置 9 , クリーニング装置 1 0が順に配設されている。そして、帯電装置 7と現像装置 8 との間が露光位置 E Xとなり、画像プロセス部 5には、その露光位置 E Xにレーザビームである光ビームを照射するイメージ露光装置 1 1が設けられている。このような画像プ口セス部 5では、帯電装置 7によるコロナ帯電によって感光体 6に帯電電荷を注入し、感光体 6を一方の極性に一様に帯電する。そして、帯電装置 7による電荷注入によって感光体 6は露光位置 E Xにおいて一様に帯電されるため、この露光位置 E Xにィメージ露光装置 1 1から画像情報に応じて光ビームを照射することで、感光体 6 に静電潜像を形成する。つまり、感光体 6では、その帯電電位との電位差が光ビームの照射部分に生じ、この部分が静電潜像となる。現像装置 8は、露光位置 E Xで感光体 6に形成された静電潜像にこの静電潜像とは逆極性のトナーを付着させて顕像化する構造である。転写装置 9は、顕像化された感光体 6上のトナー像を逆極性の電位で吸引し、そのトナー像を転写紙 1 に転写させる構造であり、通紙経路 3において転写紙 1を搬送する搬送構造をも備えている。クリーニング装置 1 0は、転写過程後の感光体 6に残留するトナーを搔き落とす等の方法でクリ一二ングする構造である。定着装置 4は、通紙経路 3中において転写装置 9の下流側に配置されており、転写装置 9を通過した後の転写紙 1 に付着する未定着トナーを加熱 ·加圧作用によって定着する構造である。

次いで、本実施の形態の画像形成装置は、各部を制御するマイク口コンピュータ構成のシステム制御部 1 2を備える。このシステム制御部 1 2は、各種演算処理を実行して各部を集中的に制御する C P Uと、固定データを格納する R O Mと、可変データを格納したりワークエリアとして使用される R A Mとを主要な構成要素として構成されている（何れも図示せず）。そして、システム制御部 1 2には、前述した各部の駆動制御回路や画像情報を展開して保持する画像メモリ等が接続されている（何れも図示せず）。このため、システム制御部 1 2によって各部が駆動制御されて電子写真プロセスによる画像形成がなされる。特に、ィメージ露光装置 1 1 は、感光体 6の露光位置 E Xに画像情報に応じた光ビームを照射するように、システム制御部 1 2からィメージ露光装置 1 1に出力される画像信号及び制御信号によって制御される。

この際、システム制御部 1 2のマイクロコンピュー夕によって実行される手段として、本実施の形態の画像形成装置は、階調表現手段を備えている。この階調表現手段は、階調情報を持つ画像データに基づいてイメージ露光装置 1 1を駆動制御し、その階調情報に従った階調表現をする手段であり、具体的には、誤差拡散法やディザ法等の周知の階調表現技術を用いて実行される。

図 2は、感光体 6の感光層 1 2の断面図である。この感光体 6は有機感光体であり、感光体 6の感光層 1 2は、感光体 6の基部側に配置された電荷発生層 1 2 aと表面側に配置された電荷輸送層 1 2 bとよりなる。このような感光層 1 2は、膜厚 T pが 1 3 m に形成されている。そして、感光層 1 2の膜厚 T pと光ビームの露光径 D bとは、

2 Tp <D b < 8 Tp

の関係に設定されている。ここで、光ビームの露光径 D bは、感光体 6の表面座標を（x， y ) としたとき、感光体 6上での光ビームのエネルギー分布 P ( X, y , t ) Cwatt/m² 〕を露光時間で積分した値として定義される露光量分布 E ( X, y ) Cjule/m² 〕，つまり、

Ε (χ, y ) = X P (x, y， t ) d t

のピーク値より l Ze² での最小直径として定義される。図 3 Aは、感光体 6に照射する光ビームのエネルギー分布（ビームプロファィル）を示すグラフであり、図 4 Aは、感光体 6上での露光量分布を示すグラフである。本実施の形態では、ビームプロファイルにおいて、露光量分布のピーク値より 1 Z e ² での光ビームの直径が、例えば、主走査方向で 3 0〃m ，副走查方向で 3 8 m である（図 3 B参照）。つまり、光ビームのエネルギー分布は、主走査方向で 3 0 m , 副走査方向で 3 8 m のガウス分布を示す。そして、 1画素分の静電潜像を感光体 6に形成するために、副走査方向に感光体 6の長さ約 2 0 m だけ露光するとすると、露光量分布における光ビームの露光径は、主走査方向及び副走査方向共に約 3 8 となる（図 4 B参照）。つまり、主副走査方向共、近似的に 3 8 m のガウス分布を示す。したがって、露光量分布のピーク値より 1 /e ² での最小直径として定義される光ビームの露光径 D bは、 3 8 / m である。

図 5は、露光量 Eに対する感光体 6の表面電位 Vの減衰特性を示すグラフである。本実施の形態では、ィメージ露光装置 1 1 は、その光ビームの波長が 6 7 Onmであり、露光パワーが感光体 6の表面で 0.23mWとなるように調節されている。これにより、露光量分布のピーク値での露光量、つまり、露光径 D b内での最大露光量が感光層 1 2の微分感度を十分に小さくする値となる。「微分感度」は、ィメージ露光装置 1 1が照射する光ビームと同等の波長（ 6 7 0 η m ) の光ビームで感光体 6を均一露光したときに得られる感光体 6 の表面電位 V (E) と露光量 Eとの関係で定義される。具体的には、感光体 6をある露光量 Eで露光し、ここから露光量 Eを微小な d E だけ増やした時の感光体 6の表面電位を V (E + d E) とした場合、微分感度 d Vは、 dV= | V (E + d E) — V (E) I /d E として定義される。また、「微分感度を十分に小さくする値」というのは、階調表現手段による階調表現を実現させながら、高精細で高安定な画像を得るのに十分な感光体の減衰特性の領域を使用することができるような露光量 Eの値を意味する。このような「微分感度を十分に小さくする値」は、例えば、感光層 1 2の微分感度がその最大値の 1 / 3以下の値に低下する値である。図 5に例示する感光体 6の減衰特性では、最大微分感度（ d Vm a X) が 2 8 V · ra² /mJ であり、その 1 Z 3以下の微分感度 d Vに対応する露光量 Eが微分感度を十分に小さくする値である。参考までに述べると、図 5 に例示する感光体 6の減衰特性では、露光量分布のピーク値の露光量（ピーク露光量） Epeakが 2 1 mJ/m² であり、これに対応する微分感度 d V 0は 5 V · mVmJ である。したがって、最大微分感度の約 1ノ 5 となっている。

このような構成において、帯電装置 7により感光体 6の感光層 1 2が帯電され、露光位置 EXにおいて帯電後の感光体 6に画像情報に基づく静電潜像が形成される。この際、画像データが持つ階調情報に従い階調表現手段による階調表現がなされる。このような静電潜像には現像装置 8から供給されるトナーが付着することで、静電潜像が現像されて顕像化される。そして、所定のタイミングで電子写真プロセス部 5に搬送された転写紙 1 に対し、顕像化された現像画像、つまりトナー像が転写される。その後、転写画像は定着装置 4で定着され、これによつて転写紙 1 に画像が形成される。転写後の感光体 6は、クリーニング装置 1 0によって掃除され、残留トナ一が除去される。

ここで、感光体 6に対する露光過程に着目すると、一様に帯電された感光体 6にィメージ露光装置 1 1が光ビームで露光して静電潜像を形成する際、光ビームの露光径 D b内での最大露光量が感光層 1 2の微分感度を十分に小さくする値に設定されているので、機械的振動等の各種の変動に影響されにくい高品質な画像形成が行われる。つまり、本実施の形態の画像形成装置では、図 5に例示する感光体 6の減衰特性中、微分感度が小さな領域で露光が行われる。このため、露光量 Eの変動に対する感光体 6の表面電位の変動が少なレ、。したがって、機械的振動や各部の動作不安定等の原因で露光量 Eが変動したとしても、感光体 6の表面電位の変動が少なく、高精細で高安定な画像形成がなされる。しかも、本実施の形態の画像形成装置では、感光層 1 2の膜厚 T と露光径 D bとが 2 T p < D b の関係に設定されているため、感光体 6の感光層 1 2における電荷の拡散と現像電界の広がりとが少なくなり、この面からも機械的振動等の各種の変動に影響されにくくなるし、静電潜像のボケも生じにくくなる。したがって、ある程度の細かさの階調表現を可能としながら、高精細で高安定な画像形成を行うことができる。

次に、ある程度の細かさの階調表現が可能となる理由について説明する。露光径 D b内での最大露光量が感光層の微分感度を十分に小さくする値というのは、階調表現手段による階調表現を実現させながら求める安定性を得るのに十分な感光体 6の減衰特性の領域を使用することができるような露光量の値を意味する。この値は、具体的には、露光径 D b内での最大露光量が感光層 1 2の微分感度をその最大値の 1 Z 3以下の値に低下させる値であり、このような露光量で感光体 6を露光した場合、感光体 6は完全には飽和しない領域を含んで露光されることになる。このため、階調表現手段による階調表現は、面積階調という手法のみならず、濃度階調という手法も取りうる。また、感光層 1 2の膜厚 T pと露光径 D bとが 2 T p < D bという関係に設定されているので、感光体の感光層における電荷の拡散と現像電界の広がりとが少なくなつてドットの微細化が図られるため、面積階調という手法によっても細かな階調表現をすることが可能となる。これが、ある程度の細かさの階調表現が可能となる理由である。

また、本実施の形態に用いられている有機感光体である感光体 6 は、無機感光体に比べて機械強度が弱く、クリーニング装置 1 0によるクリーニング動作によって研磨等され易い。これに対し、本実施の形態では、感光層 1 2の膜厚 T pと光ビームの露光径 D bとが 8 T p〉 D bの関係を満たすため、感光層 1 2の膜厚 T pが必要以上に薄くならない。したがって、感光層 1 2における電荷の拡散と現像電界の広がりとを実用上問題とならないレベルに抑えながら、感光体 6の寿命を長くすることができる。

さらに、本実施の形態の画像形成装置では、光ビームの露光径 D bが 3 8 m である。このため、十分な光エネルギーを感光体 6に与えても、転写紙 1上に最終的に形成される画素径が明視の距離 ( 2 5〜 3 0 cm) における人間の目の分解能である 5 0〜 7 0〃m を越えない。したがって、高品質な画像形成が行われる。

第一の実施の形態の変形例として、正現像方式を用いて画像形成を行っても良い。つまり、帯電装置 7によって現像装置 8が保持するトナーとは逆極性に感光体 6を一様帯電し、イメージ露光装置 1 1 による露光部分以外の部分に静電潜像を形成し、この静電潜像に現像装置 8によってトナーを付着する。この場合、感光体 6は、露光径 D b内での最大露光量が感光層 1 2の微分感度を十分に小さくする値に設定されているので、露光部分以外の部分に形成される静電潜像においてドットが微細化される。したがって、きめ細かな画像形成を行うことができる。また、露光部分ではない部分がベ夕部となるため、ベ夕部において十分な画像濃度が得られる。そして、正現像方式を用いて画像形成を行う場合、帯電装置 7が感光体 6の表面を正の極性に帯電するように構成すれば、帯電装置 7のコロナ放電を利用する方式のものを用いることで、感光体 6をより安定的に帯電することができる。しかも、この場合には一般に広く用いられている負極性のトナーを用いることが可能となる。

なお、本実施の形態では、階調表現手段による階調表現技術として誤差拡散法又はディザ法等が用いられることを例示したが、実施に当たっては、これらの面積階調技術のみならず濃度階調技術を用いても良い。

次に、本発明の第二の実施の形態について説明する。第一の実施の形態と同一又は近似する部分は同一符号で示し説明も省略する

(第三の実施の形態において同様）。本実施の形態では、感光体 6 としてァモルファスシリコンからなる無機感光体が用いられ、帯電装置 7はそのような感光体 6を正の極性で例えば + 5 5 0 Vに一様帯電する。そして、イメージ露光装置 1 1 は、一様帯電後の感光体

6の表面電位をその帯電電位の 1 / 2まで減衰させる光エネルギーの 2倍以上の光エネルギーを持った光ビームで露光して静電潜像を形成する。感光体 6上の露光部電位は、例えば + 5 0 Vである。また、現像装置 8は、負の極性を持ったトナーを収納保持し、例えば + 2 0 0 Vの現像バイアスがかけられて感光体 6に形成された静電潜像を正現像方式で現像する。つまり、感光体 6は、帯電装置 7によって、現像装置 8が保持するトナーの帯電極性とは逆極性である正の極性に一様帯電され（例えば + 5 5 0 V ) , このように一様帯電された感光体 6をィメ一ジ露光装置 1 1 によって露光すると、例えば + 5 0 Vまで電位が落ちる露光部分ではない部分に + 5 5 0 V の静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置 8に保持されたトナーとは逆極性であって電位差が大きいため、静電潜像が現像装置 8を通過することにより静電潜像にトナーが付着し、これが転写装置 9で転写紙 1 に転写されて転写紙 1上での画像形成がなされる。

ここで、イメージ露光装置 1 1 は、一様帯電後の感光体 6の表面電位をその帯電電位の 1 / まで減衰させる光エネルギーの 2倍以上の光エネルギーを持った光ビームで露光して静電潜像を形成する。このため、いわゆる感光体 6の飽和領域近くから飽和領域にかけての領域で露光が行われ、こうして形成された静電潜像には正現像方式で現像が行われる。したがって、感光体 6が飽和する領域近く以上での露光と正現像方式の現像とが相俟って、静電潜像におけるドットの微細化が図られ、きめ細かな画像形成が行われる。また、露光部分ではない部分がベタ部となるため、ベタ部においては十分な画像濃度が得られることになる。さらに、いわゆる感光体 6の飽和領域近くから飽和領域にかけての領域で露光が行われるため、機械的振動等の各種の変動に影響されにくく、高精細で高安定な画像形成が行われる。

また、イメージ露光装置 1 1 は、一様帯電後の感光体 6の表面電位をその帯電電位の 1 Z 2まで減衰させる光エネルギーの 2倍以上の光エネルギーを持った光ビームで露光して静電潜像を形成するため、感光体 6は、完全に飽和する領域に達する前の領域においても露光されるので、喈調表現手段による階調表現として、面積階調という手法のみならず、濃度階調という手法も取りうる。しかも、感光体 6が飽和する領域近く以上での露光と正現像方式の現像とが相俟つて、ドットの微細化が図られるために、面積階調という手法によっても細かな階調表現をすることが可能となる。よって、本実施の形態の画像形成装置によれば、ある程度の細かさの階調表現が可能でありながら、高精細で高安定な画像形成が行われる。

また、帯電装置 7は、感光体 6の表面を正の極性に帯電する。このため、帯電装置 7にコロナ放電を利用する方式のものを用いれば、感光体 6がより安定して帯電される。そして、一般に広く用いられている負極性のトナーを用いることが可能となる。

さらに、感光体 6 としてアモルファスシリコンからなる無機感光体が用いられているので、感光体 6の寿命が長くなり安全性も高まる o

本発明の第三の実施の形態を図 6に基づいて説明する。本実施の形態は、タンデム型のカラー画像形成装置への適用例である。駆動ローラ 2 1 と従動ローラ 2 2との間に掛け渡された搬送ベルト 2 3 上にイエロ一、マゼン夕、シアン及びブラック用の画像プロセス部 5 Y , 5 M , 5 C , 5 Kが上流側から順に配置されている。これらの画像プロセス部 5 Y , 5 M , 5 C， 5 Kには、第一の実施の形態又は第二の実施の形態の画像プロセス部 5が適宜用いられる。したがって、本実施の形態のカラー画像形成装置では、図 6には図示しない給紙装置 2から搬送ベルト 2 3上に給紙された転写紙 1がイエロー、マゼン夕、シアン及びブラック用の画像プロセス部 5 Y， 5 Μ, 5 C , 5 Κに順に搬送され、転写紙 1上にカラー画像が転写される。転写されたカラー画像は定置装置 4における加熱 ·加圧作用で転写紙 1に定着される。

ここで、第一の実施の形態又は第二の実施の形態の画像プロセス部 5によれば、高精細で高安定な画像形成、ドッ卜の微細化、細かな階調表現等が可能であるため、カラ一画像形成装置ではそれらの特質が発揮され、高品質なカラー画像が形成される。

本発明の画像形成装置及び画像形成方法が画像の精細性、安定性を高めるために有効であることを、次に述べる二つの実施例による実験によって確かめた。実験に使用した実機は、実施の形態で説明した装置と略同一である。したがって、実施の形態で説明した装置と同一部分は同一符号を用い、二つの実施例を以下に説明する。〔実施例 1〕

感光体 6の直径を 1 0 O mmとし、感光層 1 2の膜厚 T pを 1 3 とした。そして、 6 7 0 nmの光に対する光減衰特性は図 5のグラフに示す通りであり、最大微分感度は 2 8 V - mVmJ である。このような感光体 6を 2 0誦 /s ecの周速（プロセス速度）で回転させた。

帯電装置 7では、感光体 6を一 3 4 0 Vに帯電させた。

現像装置 8では、平均粒径 5 O m のシリコンコートフヱライトキヤリァに平均粒径 7〃m のトナーを重量比 5 %となるように混合した現像剤を用いた。トナーの平均帯電量をブローオフ装置で測定したら、一 2 0 c/g であった。そして、現像装置 8では、一 2 0 0 Vのバイアス電圧を印加した現像スリ一ブを周速 4 0 mm/s ecで回転させ、現像を行った。

イメージ露光装置 1 1から照射される光ビームについては、実施の形態と同様に、波長が 6 7 0 nmの光ビームを用い、露光パワーが感光体 6の表面で 0. 23m Wとなるように調節した。また、露光径 D bが主走査方向に 3 0 z m , 副走査方向に 3 8〃πι となるようなガウス分布を示すように調節した（図 3 Β参照）。そして、 8面のポリゴナルミラーを用い、これを 7 2 0 0 rpm で回転させ、感光体 6 の表面上を 5 3 O m/sec の速度で光ビームのスポットを走査させた。このようなィメージ露光装置 1 1を用い、 4 0 ns ec (感光体 6上の長さ約 2 0 m ) だけ感光体 6を露光した。このような設定では、近似的に、主副走査方向共に 3 8 の同心円上のガウス分布ができる。したがって、露光径 D bは 3 8 z m である（図 4 B参照）。その結果、露光量分布のピーク値、つまり、ピーク露光量が 2 1 mJ/m² となり、このピーク露光量での微分感度は 5 V · mVmJ という値を示し、最大微分感度の 1 / 5以下の値に減衰した。ちなみに、このときの感光体 6の表面電位は— 4 0 Vである。そして、感光体 6の表面に形成されたトナー像の平均粒径が 3 7 m , その標準偏差が 5 w m と、極めて均一な画素が得られた。しかも、帯電電位、現像バイアス、及び露光量を各々 3 0 %変動させても、画素の均一さは損なわれなかった。したがって、実施例 1の装置によれば、高精細で高安定な画像形成が可能である。

〔実施例 2〕

感光体 6の直径を 1 2 0讓とし、感光層 1 2の膜厚 T pを 1 7 Ά とした。そして、 6 7 0 nmの光に対する光減衰特性中、最大微分感度は 5 0 V · mVmJ である。このような感光体 6を 1 8 0 mm/s ecの周速（プロセス速度）で回転させた。

帯電装置 7では、感光体 6を— 5 0 0 Vに帯電させた。

現像装置 8では、平均粒径 5 0 n のシリコンコートフヱライトキヤリァに平均粒径 7 m のトナーを重量比 5 %となるように混合した現像剤を用いた。トナーの平均帯電量をブローオフ装置で測定したら、 — 2 0 c/g であった。そして、現像装置 8では、一 2 0 0 Vのバイアス電圧を印加した現像スリ一ブを周速 4 0 mm/s ecで回転させ、現像を行った。

イメージ露光装置 1 1から照射される光ビームについては、実施の形態と同様に、波長が 6 7 O nmの光ビームを用い、露光パワーが感光体 6の表面で 1. 63m Wとなるように調節した。また、露光径 D bが主走査方向に 5 5 m ，副走査方向に 8 5 m となるようなガウス分布を示すように調節した（図 3 B参照）。そして、 8面のポリゴナルミラーを用い、これを 2 1 2 6 0 rpm で回転させ、感光体 6の表面上を 8 7 0 m/sec の速度で光ビームのスポットを走査させた。このようなィメージ露光装置 1 1を用い、 5 5 ns ec (感光体 6 上の長さ約 5 0 / m ) だけ感光体 6を露光した。このような設定で、近似的に、主副走査方向共に 8 0 z m の同心円上のガウス分布ができる。したがって、露光径 D bは 8 0 / m である（図 4 B参照）。その結果、露光量分布のピーク値、つまり、ピーク露光量が 2 1 mJ/m² となり、このピーク露光量での微分感度は 5 V · ηι² /πϋ という値を示した。したがって、微分感度は十分に減衰した。ちなみに、このときの感光体 6の表面電位は— 5 0 Vである。そして、感光体 6の表面に形成されたトナー像の平均粒径が 6 0 m , その標準偏差がと、極めて均一な画素が得られた。そして、帯電電位、現像バイアス、及び露光量を各々 2 0 %変動させても、画素の均一さは損なわれなかった。したがって、実施例 2の装置によれば、高精細で高安定な画像形成が可能である。

上述のように、本発明の画像形成装置及び画像形成方法によれば、感光体における感光層の膜厚 T pと感光体に照射する光ビームの露光径 D bとを 2 T p < D bの関係に設定したので、感光体の感光層における電荷の拡散と現像電界の広がりとを少なくすることができ、したがって、機械的振動等の各種の変動に影響されにくい高品質な画像形成を行うことができ、また、静電潜像のボケも生じにくくすることができる。また、露光径 D b内での最大露光量を感光層の微分感度を十分に小さくする値に設定し、あるいは、露光径 D b内での最大露光量を感光層の微分感度がその最大値の 1 / 3以下の値に低下する値に設定したので、この面からも機械的振動等の各種の変動に影響されにくい高品質な画像形成を行うことができる。したがって、ある程度の細かさの階調表現を可能としながら、高精細で高安定な画像形成を行うことができる。

本発明の画像形成装置においては、感光体として感光層が有機物からなる有機感光体を用い、感光層の膜厚 T pと光ビームの露光径 D bとが 8 T p〉 D bの関係を満たすよう構成する。したがって、機械強度が弱い有機感光体を使用しても、感光層の膜厚が必要以上に薄くならないために、感光層における電荷の拡散と現像電界の広がりとが実用上問題とならないレベルに抑えられながら、感光体の寿命が長くなる。

本発明の画像形成装置においては、光ビームの露光径 D bを 3 0 〜 5 0 z m に設定する。明視の距離（ 2 5〜 3 0 cm) では、 5 0〜 7 0 n m が人間の目の分解能である。そこで、電子写真プロセスにおいて露光径を 3 0 ~ 5 0 m に設定することで、本発明の画像形成装置のように十分な光エネルギーを感光体に与えても感光体上の静電潜像の画素径が 4 0〜 6 0 z m となる。したがって、転写紙上の最終的な画素径が人間の目の分解能である 5 0〜 7 0 / ffl となり、高品質な画像形成が行われる。

本発明の画像形成装置において、現像装置は、正現像方式を用いて静電潜像を現像する。つまり、帯電装置によって現像装置が保持するトナーの帯電極性と逆極性に感光体が一様帯電され、露光装置に感光体が露光されると、露光部分以外の部分に静電潜像が形成される。したがって、この静電潜像、つまり、感光体の露光部分以外の部分にトナーが付着して画像形成がなされる。この場合、本発明の画像形成装置においては、飽和領域近く以上で露光、つまり、露光径 D b内での最大露光量が感光層の微分感度を十分に小さくする値、例えば、露光径 D b内での最大露光量が感光層の微分感度をその最大値の 1 / 3以下の値に低下させる値に設定されて露光されるので、どうしても露光部分のドット太りが生じやすい。これに対し、正現像方式の現像では、露光部分以外の部分に静電潜像が形成されてこれが現像されるという方式上、ドットの微細化が図られる。したがって、きめ細かな画像形成が行われる。また、露光部分ではない部分がベタ部となるため、ベタ部においては十分な画像濃度が得られる。

本発明の画像形成装置において、帯電装置は、感光体の表面を正の極性に帯電する。このため、帯電装置にコロナ放電を利用する方式のものを用いれば、感光体がより安定して帯電される。また、一般に広く用いられている負極性のトナーを用いることが可能となる。本発明の画像形成装置は、感光層を表面に有する感光体と、この感光体の表面を一様に帯電する帯電装置と、一様帯電後の感光体の表面電位をその帯電電位の 1 / まで減衰させる光エネルギーの 2 倍以上の光エネルギーを持った光ビームで露光して静電潜像を形成するイメージ露光装置と、感光体に形成された静電潜像を正現像方式で現像する現像装置と、感光体から記録媒体に現像像を転写する転写装置とを備える。

したがって、帯電装置によって現像装置が保持するトナーの帯電極性と逆極性に感光体が一様帯電され、露光装置に感光体が露光されると、露光部分以外の部分に静電潜像が形成され、この静電潜像にトナーが付着して画像形成がなされる。この場合、イメージ露光装置は、一様帯電後の感光体の表面電位をその帯電電位の 1 / 2まで減衰させる光エネルギーの 2倍以上の光エネルギーを持った光ビームで露光して静電潜像を形成するため、いわゆる感光体の飽和領域近くから飽和領域にかけての領域で露光が行われる。このため、どうしても露光部分のドット太りが生じやすい。これに対し、正現像方式の現像では、露光部分以外の部分に静電潜像が形成されてこれが現像されるという方式上、飽和領域近く以上での露光と相俟って、ドットの微細化が図られる。したがって、きめ細かな画像形成が行われる。また、露光部分ではない部分がベ夕部となるため、ベ夕部においては十分な画像濃度が得られる。さらに、いわゆる感光体の飽和領域近くから飽和領域にかけての領域で露光が行われるため、機械的振動等の各種の変動に影響されにくく、高精細で高安定な画像形成が行われる。

本発明の画像形成装置において、帯電装置は、感光体の表面を正の極性に帯電する。このため、帯電装置にコロナ放電を利用する方式のものを用いれば、感光体がより安定して帯電される。また、一般に広く用いられている負極性のトナーを用いることが可能となる。本発明の画像形成装置においては、感光体としてァモルファスシリコンからなる無機感光体を用いる。したがって、感光体の寿命が長くなり安全性も高まる。

本発明の画像形成装置においては、階調情報を持つ画像データに基づいてイメージ露光装置に駆動信号を付与し、その階調信号に従った階調表現を行う階調表現手段を備え、かつ、一様帯電後の感光体の表面電位をその帯電電位の 1 / 2まで減衰させる光ェネルギ一の 2倍以上の光エネルギーを持った光ビームで露光して静電潜像を形成する。この場合、感光体は、完全に飽和する領域に達する前の領域においても露光されるので、階調表現手段による階調表現は、面積階調という手法のみならず、濃度階調という手法も取りうる。また、感光体の飽和領域近くから飽和領域に達する領域での露光と露光部分以外の部分に静電潜像が形成されてこれが現像されるという正現像方式の現像とが相俟って、ドットの微細化が図られる。このため、面積階調という手法によっても細かな階調表現をすることが可能となる。

本発明の画像形成装置においては、少なくともイェロー、マゼン夕及びシアンの 3色を用いてカラー画像を形成する。高精細で高安定な画像形成、ドットの微細化、細かな階調表現等が可能であるため、カラー画像形成をした場合にそれらの特質が発揮され、高品質なカラー画像が形成される。

さらに、本発明は具体的に開示された上述の実施例に限定されるものではなく、また本発明の範囲から逸脱することなく様々な改良された実施例が考えられる。

Claims

請求の範囲

1. 膜厚 Tpの感光層を表面に有する感光体（ 6) と、

この感光体の表面を一様に帯電する帯電装置（7) と、一様帯電後の前記感光体を光ビームで露光して静電潜像を形成するイメージ露光装置（ 1 1 ) と、

階調情報をもつ画像データに基づいて前記ィメージ露光装置に駆動信号を付与し、その階調信号に従った階調表現を行う階調表現手段（ 1 2) と、

前記感光体に形成された静電潜像を現像する現像装置（ 8) と、

前記感光体から記録媒体に現像像を転写する転写装置（ 9) とを備え、

前記感光体上での光ビームのエネルギー分布を露光時間で積分したものとして定義される露光量分布のピーク値より l Ze ² での最小直径を光ビームの露光径 D bとした場合、前記感光体の感光層の膜厚 Tpと露光径 Dbとが

2 T p < D b

の関係に設定され、

露光径 D b内での最大露光量が前記感光層の微分感度を十分に小さくする値に設定されていることを特徴とする画像形成装置。

2. 膜厚 Tpの感光層を表面に有する感光体（ 6) と、

この感光体の表面を一様に帯電する帯電装置（ 7) と、一様帯電後の前記感光体を光ビームで露光して静電潜像を形成するィメージ露光装置（ 1 1 ) と、

階調情報をもつ画像データに基づいて前記ィメージ露光装置に駆動信号を付与し、その階調信号に従った階調表現を行う階調表現手段（ 1 2) と、前記感光体に形成された静電潜像を現像する現像装置（8) と、

前記感光体上での光ビームのエネルギー分布を露光時間で積分したものとして定義される露光量分布のピーク値より l Ze ² での最小直径を光ビームの露光径 D bとした場合、前記感光層の膜厚 Tpと露光径 Dbとが

2 T ρ < D b

の関係に設定され、

露光径 D b内での最大露光量が前記感光層の微分感度をその最大値の 1ノ3以下の値に低下させる値に設定されていることを特徵とする画像形成装置。

3. 前記感光体（ 6) として感光層が有機物からなる有機感光体を用い、前記感光層の膜厚 Tpと光ビームの露光径 Dbとが、

8 T p > D b

の関係を満たすことを特徴とする請求項 1記載の画像形成装置。

4. 前記感光体（ 6) として感光層が有機物からなる有機感光体を用い、前記感光層の膜厚 Tpと光ビームの露光径 D bとが、

8 Tp >Db

の関係を満たすことを特徴とする請求項 2記載の画像形成装置。

5. 前記イメージ露光装置（ 1 1 ) による前記感光体（ 6 ) 上の光ビームの露光径 D bを 3 0 m— 5 0； umに設定したことを特徴とする請求項 1記載の画像形成装置。

6. 前記イメージ露光装置（ 1 1 ) による前記感光体（ 6) 上の光ビームの露光径 D bを 3 0 zm- 5 0 mに設定したことを特徴とする請求項 2記載の画像形成装置。

7. 前記現像装置（ 8 ) は、正現像方式を用いて静電潜像を現像することを特徴とする請求項 1記載の画像形成装置。

8. 前記現像装置（ 8 ) は、正現像方式を用いて静電潜像を現像することを特徴とする請求項 2記載の画像形成装置。

9. 前記帯電装置（ 7) は、感光体の表面を正の極性に帯電することを特徴とする請求項 7記載の画像形成装置。

1 0. 前記帯電装置（ 7 ) は、感光体の表面を正の極性に帯電することを特徴とする請求項 8記載の画像形成装置。

1 1. 感光層を表面に有する感光体（ 6 ) と、

この感光体の表面を一様に帯電する帯電装置（ 7) と、一様帯電後の前記感光体の表面電位をその帯電電位の 1 2まで減衰させる光エネルギの 2倍以上の光エネルギを持つ光ビ一ムで前記感光体を露光して静電潜像を形成するィメージ露光装置 ( 1 1 ) と、

前記感光体に形成された静電潜像を正現像方式で現像する現像装置（ 8 ) と、

前記感光体から記録媒体に現像像を転写する転写装置（

9 ) と、

を備えることを特徴とする画像形成装置。

1 2. 前記帯電装置（ 7) は、感光体の表面を正の極性に帯電することを特徴とする請求項 1 1記載の画像形成装置。

1 3 . 前記感光体（ 6 ) としてアモルファスシリコンからなる無機感光体を用いることを特徴とする請求項 1 1記載の画像形成装置。

1 4 . 前記画像形成装置は、階調情報をもつ画像データに基づいて前記ィメージ露光装置に駆動信号を付与し、その階調信号に従つた階調表現を行う階調表現手段（ 1 2 ) を備えることを特徴とする請求項 1 1記載の画像形成装置。

1 5 . 前記画像形成装置は、少なくともイェロー、マゼンタ及びシアンの 3色を用いてカラー画像を形成することを特徴とする請求項 1記載の画像形成装置。

1 6 . 前記画像形成装置は、少なくともイェロー、マゼン夕及びシアンの 3色を用いてカラ一画像を形成することを特徴とする請求項 2記載の画像形成装置。

1 7 . 前記画像形成装置は、少なくともイエロ一、マゼン夕及びシアンの 3色を用いてカラ一画像を形成することを特徴とする請求項 1 1記載の画像形成装置。

1 8 . 感光体上での光ビームのエネルギー分布を露光時間で積分したものとして定義される露光量分布のピーク値より 1 / e ² での最小直径を光ビームの露光径 D bとした場合、前記感光体の感光層の膜厚 T pと露光径 D bとを

2 T p < D b

の関係に設定し、

露光径 D b内での最大露光量を前記感光層の微分感度が十分に小さくなる値に設定した上で、

電子写真プロセスによって階調表現を伴う画像形成動作を実行することを特徴とする画像形成方法。

1 9 . 感光体上での光ビームのエネルギー分布を露光時間で積分したものとして定義される露光量分布のピーク値より 1 / e ² での最小直径を光ビームの露光径 D bとした場合、前記感光体の感光層の膜厚 T pと露光径 D bとを

2 T p < D b

の関係に設定し、

露光径 D b内での最大露光量を前記感光層の微分感度がその最大値の 1 / 3以下の値に低下する値に設定した上で、