| 【発明の名称】 |
画像形成装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】神谷 裕二
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| 【要約】 |
【課題】ライン幅の再現性の高い高品位な画像を形成する画像形成装置を提供する。
【解決手段】暗部電位をＶＤ、明部電位をＶＬ、明部電位を得るための露光量をＥ０とし、感光ドラム２の露光・電位曲線をＥＶとし、ＥＶの通る露光量０での暗部電位ＶＤと、ＥＶの通る露光量Ｅ０での明部電位ＶＬと、を通る直線をＥＶ’とし、曲線ＥＶと直線ＥＶ’とに囲まれた面積ΔＳとして、比率η＝ΔＳ÷｛（ＶＤ−ＶＬ）×Ｅ０｝とするときに、感光ドラム２、比率η≦０．１を満たす特性を備えたことで、ライン幅の再現性の高い高品位な画像を形成することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】像担持体と、該像担持体を一様に暗部電位に帯電する帯電手段と、該帯電手段によって一様に帯電された前記像担持体を露光し、前記像担持体に明部電位を形成する露光手段と、前記像担持体の明部電位以外の暗部電位上に現像剤を付着させる現像手段と、を備えた画像形成装置において、前記暗部電位をＶＤ、前記明部電位をＶＬ、前記明部電位を得るための露光量をＥ０とし、前記像担持体の露光・電位曲線をＥＶとし、ＥＶの通る露光量０での暗部電位ＶＤと、ＥＶの通る露光量Ｅ０での明部電位ＶＬと、を通る直線をＥＶ’とし、曲線ＥＶと直線ＥＶ’とに囲まれた面積ΔＳとして、比率η＝ΔＳ÷｛（ＶＤ−ＶＬ）×Ｅ０｝とするときに、前記像担持体は、比率η≦０．１を満たす特性を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記像担持体は、暗部電位ＶＤ、明部電位ＶＬ、又は露光量Ｅ０を変更し、比率η≦０．１の特性を満たすように調整されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】バックグラウンドエリア露光方式のデジタル画像形成装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子写真感光体等の像担持体に、露光された明部電位以外の未露光部分の暗部電位に主として現像剤が付着する画像形成装置に関するものであり、例えばバックグラウンドエリア露光のデジタル画像形成装置に適用される。
【０００２】
【従来の技術】像担持体としての電子写真感光体上に暗部電位及び明部電位を作成し、明部電位部分に主として現像剤としてのトナーを付着させるイメージエリア露光方式のデジタル画像形成装置が、従来から広く知れ渡っている。
【０００３】一方、電子写真感光体上に暗部電位及び明部電位を作成し、暗部電位部分に主としてトナーを付着させるバックグランドエリア露光方式のデジタル画像形成装置も、従来から存在する。
【０００４】バックグランドエリア露光方式のデジタル画像形成装置は、アナログ式の露光手段を持つ画像形成装置で培われた帯電・現像等の要素技術をそのまま利用できる点から、デジタル式の露光手段を持つ画像形成装置に応用しやすいというメリットがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、暗部電位にトナーを付着させるバックグランドエリア露光方式のデジタル画像形成装置は、ラインの再現性において、イメージエリア露光方式のデジタル画像形成装置に劣り、ライン幅が細いという最大のデメリットがある。
【０００６】ライン幅が細いと、文字の出力等で読みづらく貧弱な印象を与えてしまったり、細線が途切れて画像情報を失うことになる。
【０００７】これを解消するため、トナーをできるだけ多く電子写真感光体に付着させればライン幅は確実に増加するものの、同時に白地部にトナーが付着してしまうようなカブリ現象が増加するため、根本的な対策とはならない。
【０００８】よって、同一の潜像条件・現像条件では、イメージエリア露光方式の方がラインの再現性が優れることがわかっている。このような理由から、一般的なデジタル露光の画像形成装置は、イメージエリア露光方式が採用されている。
【０００９】ただし、イメージエリア露光方式のデジタル画像形成装置は、アナログ式の露光手段を持つ画像形成装置で培われた技術を利用し難い点があるので、この点ではバックグラウンドエリア露光方式に対して不利である。
【００１０】本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ライン幅の再現性の高い高品位な画像を形成する画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明にあっては、像担持体と、該像担持体を一様に暗部電位に帯電する帯電手段と、該帯電手段によって一様に帯電された前記像担持体を露光し、前記像担持体に明部電位を形成する露光手段と、前記像担持体の明部電位以外の暗部電位上に現像剤を付着させる現像手段と、を備えた画像形成装置において、前記暗部電位をＶＤ、前記明部電位をＶＬ、前記明部電位を得るための露光量をＥ０とし、前記像担持体の露光・電位曲線をＥＶとし、ＥＶの通る露光量０での暗部電位ＶＤと、ＥＶの通る露光量Ｅ０での明部電位ＶＬと、を通る直線をＥＶ’とし、曲線ＥＶと直線ＥＶ’とに囲まれた面積ΔＳとして、比率η＝ΔＳ÷｛（ＶＤ−ＶＬ）×Ｅ０｝とするときに、前記像担持体は、比率η≦０．１を満たす特性を備えたことを特徴とする。
【００１２】したがって、ライン幅の再現性の高い高品位な画像を形成することができ、ライン幅をイメージエリア露光方式と同等レベル程度で再現することが可能となる。
【００１３】前記像担持体は、暗部電位ＶＤ、明部電位ＶＬ、又は露光量Ｅ０を変更し、比率η≦０．１の特性を満たすように調整されることが好ましい。
【００１４】これにより、像担持体の材質自体は比率η≦０．１の特性を満たさなくても、暗部電位ＶＤ、明部電位ＶＬ、又は露光量Ｅ０を変更する調整によって特性を満たし、ライン幅の再現性を高めることができる。
【００１５】バックグラウンドエリア露光方式のデジタル画像形成装置であることが好ましい。
【００１６】これにより、ライン幅が細いという最大のデメリットがなくなり、アナログ式の露光手段を持つ画像形成装置で培われた帯電・現像等の要素技術をデジタル式の露光手段を持つバックグラウンドエリア露光方式のデジタル画像形成装置に応用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１８】（第１の実施の形態）図１〜図５を参照して、第１の実施の形態について説明する。図１に、本実施の形態に係る画像形成装置の一例としてのプリンタの概略を示す。
【００１９】このプリンタは、装置本体１のほば中央に、像担持体としての電子写真感光体である円筒状の感光ドラム２を備えている。感光ドラム２は、装置本体１によって矢印Ｒ１方向に回転自在に支持されている。
【００２０】感光ドラム２の周囲には、その回転方向に沿って順に、感光ドラム２上の電位を消去する除電器３、感光ドラム２表面を一様に帯電する帯電手段としての一次帯電器４、感光ドラム２表面を露光して静電潜像を形成する露光手段５、露光後の感光ドラム２上の電位を測定する電位センサ６、静電潜像に現像剤としてのトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段としての現像器７、転写材Ｐ上にトナー像を転写する転写帯電器８、転写材Ｐを感光ドラムから分離する分離帯電器９、感光ドラム２上の残留トナーを除去するクリーナー１０が配置されている。
【００２１】トナー像の転写先となる転写材Ｐは、給紙デッキ１１から供給される。感光ドラム２の下方、つまり装置本体１内側の下部には、転写材Ｐを収納する給紙デッキ１１が配置されている。
【００２２】給紙デッキ１１内の転写材Ｐは、給紙ローラ１２によって給紙され、搬送ローラ１３、レジストローラ１５を介して、感光ドラム２と転写帯電器８との間に供給される。
【００２３】転写材Ｐは、ここで感光ドラム２からトナー像を転写され、搬送ベルト１６によって、定着器１７に搬送される。定着器１７で付与される熱及び圧力によりトナー像が固着された転写材Ｐは、最終的なコピーとして、排紙ローラ１９によって排紙トレイ２０上に排紙される。
【００２４】上述のプリンタにおいては、露光手段５は、半導体レーザ３０から画像信号に応じて照射されたレーザビームがポリゴンミラー３１により走査され、結像レンズ３２および反射ミラー３３を介して感光ドラム２に導かれる。
【００２５】図２は、画像形成装置本体を動作させる制御基板周辺の電気構成を概略説明する図である。
【００２６】図２において、制御基板内には制御プログラムの記述されたＲＯＭと、プログラム上の必要データの一時記憶素子であるＲＡＭと、が処理の中心素子であるＣＰＵに接続されている。
【００２７】また、インターフェース素子であるＩ／０と、データの変換素子であるＡ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器が外部の周辺機器である一次帯電器４と半導体レーザ３０に接続されている。
【００２８】一次帯電器４の印加電圧はＣＰＵの命令に従い帯電量が調整され、所望の暗部電位ＶＤを得ることが可能であり、半導体レーザ３０もＣＰＵの命令に従い露光量が調整され、所望の明部電位ＶＬを得ることが可能である。
【００２９】図３は、感光ドラム２周辺の概略説明図であり、本実施の形態のための実験説明図である。感光ドラム２の周囲には、その回転方向Ｒ１に沿って順に、除電器３、一次帯電器４、露光手段５、電位センサ６、現像器７が並ぶが、実験では現像器７を取り外した後に外付けの電位センサ５０を取り付けて、感光ドラム２上の電位を測定するようにした。
【００３０】これにより、現像器７位置でトナーが付着して顕像化されるときの感光ドラム２上の電位を確認できるようになっている。
【００３１】図４（ａ）は、有機感光体を使った感光ドラム２（以下ＯＰＣドラム）の露光量Ｅ・ドラム表面電位Ｖの相関図（いわゆるＥ−Ｖカーブ）である。
【００３２】３種類の有機感光層を持つ感光ドラムＡ・Ｂ・Ｃを用意して、暗部電位ＶＤを同一にして露光を行い、図３で示した外付けの電位センサ５０にて現像器７位置でのドラム上電位を測定した。
【００３３】３種顛の感光ドラム２は、感度の違いから異なる曲線を示した。なお、明部電位ＶＬを得る露光量で規格化し、露光量Ｅ０において明部電位ＶＬが得られるような表記がされている。また、具体的な暗部電位は４５０Ｖ、明部電位は５０Ｖとしている。
【００３４】図４（ｂ）は、アモルフアスシリコン層を持つ感光ドラム２（以下ａ−Ｓｉドラム）の露光量Ｅ・ドラム表面電位Ｖの相関図（いわゆるＥ−Ｖカーブ）である。
【００３５】３種類のアモルフアスシリコン層を持つ感光ドラムＤ・Ｅ・Ｆを用意して、暗部電位ＶＤを図４（ａ）の暗部電位とも同一にして露光を行い、図３で示した外付けの電位センサ５０にて現像器７位置でのドラム上電位を測定した。
【００３６】３種類の感光ドラム２は、感度の違いから異なる曲線を示し、かつ図４（ａ）で示したＯＰＣドラムの３種類とも異なる曲線を示した。なお、明部電位ＶＬを得る露光量で規格化し、露光量Ｅ０において明部電位ＶＬが得られるような表記がされている。また具体的な暗部電位は４５０Ｖ、明部電位は５０Ｖとしている。
【００３７】図５は、任意のＥ−Ｖカーブを持つ１つの感光ドラムにおける露光量Ｅ・ドラム表面電位Ｖの相関図であり、本発明の電位条件を説明する図である。
【００３８】図５において、露光量０における暗部電位ＶＤを示す点をＰ点、露光量Ｅ０における明部電位ＶＬを示す点をＱ点とすると、２点間を露光量Ｅとドラム表面電位Ｖの相関曲線ＥＶと、２点間を通る直線ＥＶ’が考えられる。
【００３９】また、本発明の着目点として曲線ＥＶと直線ＥＶ’に囲まれた面積をΔＳとして以下の式で求められる。
【数１】
【００４０】なお、筆者らの実験で使用した感光ドラム２はいずれもΔＳが正であったが、負の値を有するものであっても本発明は成り立つことを先に述べておく。
【００４１】次に、露光量０におけるＶＬを示す点をＲ点、露光量Ｅ０におけるＶＤを示す点をＳ点とすると、四角形ＲＰＳＱの面積は｛（ＶＤ−ＶＬ）×Ｅ０｝であり、この四角形ＲＰＳＱの面積に対するΔＳの面積の比率ηは、【数２】
と定義される。
【００４２】この面積の比率ηは本発明の筆者らが見出した変数であり、この比率ηを管理することこそ、バックグラウンド露光の必須条件であることも本発明の筆者らは見出した。
【００４３】即ち、面積の比率η≦０．１の場合に優れた画像品位が得られることを見出し、このような特性を有する感光ドラム２を使用することで、ライン幅再現性の高い画像を得ることが可能となる。
【００４４】表１は、図４で示した６種類のＥ−Ｖカーブを示す感光ドラムＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｅ・Ｆについて、面積の比率ηを求め、かつ、ライン幅を測定し、その判定結果を記載したものである。
【００４５】各感光ドラムによる面積の比率ηを求めるにあたってΔＳを算出しなければならないが、各感光ドラムのＥ−Ｖカーブを高次の近似助線で置き換えれば容易に計算が可能である。
【００４６】ライン幅は、デジタル画像形成装置である本機の４画素にあたるラインを出力させて、このライン幅を測定し、出力ライン幅に対する４画素分のライン幅の割合Ｗを求めたものである。
【００４７】本実施の形態では、縦横６００ｄｐｉの分解能を有する画像形成装置のため、４画素分はおよそ１７０μｍの太さに相当する。
【００４８】ライン幅の割合Ｗは小さい程、ライン幅が細く、ライン幅の再現性が低い、即ち画像品位が低いと判定される。実際の判定は目視での印象を含めて、割合Ｗが９０％以上〜１１０％以下の場合「しっかり再現」とし、８０％以上〜９０％未満の場合「普通に再現」とし、７０％以上〜８０％未満の場合「細く再現」とし、７０％未満の場合「極めて細い」と判定したものである。
【００４９】なお、イメージエリア露光方式のデジタル画像形成装置では、通常ライン幅の割合Ｗは８０％以上から１１０％以下になることが分かっており、いわゆる「普通に再現」あるいは「しっかり再現」された状態で、本発明との比較の指標となるものである。
【００５０】
【表１】
【００５１】表１において、感光ドラムＡ〜ＣはＯＰＣドラムであるが、感光ドラムＡ及びＢのような特性を有する場合、本発明の面積の比率ηは０．１より大きく、ライン幅の割合Ｗが小さくなりライン幅の再現性が極めて低いことが分かる。
【００５２】一般にＯＰＣドラムでは、感光ドラムＡ及びＢのようなものが多く見られるため、バックグラウンド露光を使用したデジタル画像形成装置ではＯＰＣドラムを広く採用されていないと考えられる。
【００５３】しかし、ＯＰＣドラムであっても、感光層の成分や成膜方法や膜厚を工夫したり、感光ドラムの選別を行うと、感光ドラムＣのような面積の比率ηが０．１となるものも取り入れることが可能で、この場合にはライン幅が細くなるようなことは少なく、「普通に再現」されることになる。
【００５４】感光ドラムＤ〜Ｆはａ−Ｓｉドラムであるが、感光ドラムＥ及びＦのような特性を有する場合、面積の比率ηは０．１以下であり、ライン幅の割合Ｗが十分で、ライン幅の再現性が高いであることがわかる。
【００５５】一般にａ−Ｓｉドラムでは、感光ドラムＥ及びＦのようなものが多く見られるため、バックグラウンド露光に適していることが分かる。しかしａ−Ｓｉドラムであっても、感光層の成分や成膜方法に違いがあったり、感光ドラムの選別を行うと、感光ドラムＤのような面積の比率ηが０．１より大きいものが製造される場合もあり、この場合にはライン幅が細く、ライン幅の再現性の低い画像となってしまう。
【００５６】このように、本実施の形態に示した面積の比率ηが、ライン幅の再現性において支配的に作用していることが分かる。
【００５７】したがって、感光ドラム２の感光層の成分や成膜方法を調整したり、感光ドラムの選別を行うこにより、画像品位を高次元で維持できるような画像形成装置を成立させることが可能となる。
【００５８】（第２の実施の形態）本発明では、Ｅ−Ｖカーブの面積の比率ηについて管理を行うことで、バックグラウンド露光におけるデジタル画像形成装置の画像品位を管理することが可能となっている。
【００５９】第１の実施の形態では、そのための方法として、感光ドラムの感光層の成分や成膜方法及び感光ドラムの選別をして管理を行った。一方本実施の形態では、数２による面積の比率ηを０．１以下となるように感光ドラムの暗部電位ＶＤや明部電位ＶＬを変更操作することで画像品位を調整管理するようにしている。
【００６０】なお、画像形成装置については第１の実施の形態で説明したので、本実施の形態ではその主要部について説明する。
【００６１】図６は、図４（ａ）におけるＯＰＣ感光層を有した感光ドラムＢを使って、明部電位ＶＬを変更した場合のＥ−Ｖカーブの面積を示したものである。
【００６２】表１で示したような感光ドラムＢはＶＤを４５０Ｖ、ＶＬを５０Ｖで使用すると面積の比率ηは０．１６となり、０．１より大きくなるが、この原因は図６におけるＥ−Ｖカーブの面積ΔＳが四角形ＲＰＳＱに対して大きいことが要因である。
【００６３】そこで、１５０Ｖに増加した明部電位ＶＬ２を用いると、Ｅ−Ｖカーブの面積ΔＳ２は小さくなり、結果、四角形（Ｒ２）Ｐ（Ｓ２）（Ｑ２）に対しても小さくなり、即ち面積の比率ηは減少する。
【００６４】本実施の形態の場合、明部電位ＶＬ２を１５０Ｖとする場合には、面積の比率ηは０．１程度となり、ライン幅については満足の行く結果となった。
【００６５】図７は、同じく感光ドラムＢを使って、暗部電位ＶＤを変更した場合のＥ−Ｖカーブの面積を示したものである。ここでは暗部電位ＶＤ３を５５０Ｖに増加させており、Ｅ−Ｖカーブの面積ΔＳ３は図では大きくなるが、四角形Ｒ（Ｐ３）（Ｓ３）（Ｑ３）も増加するため、面積の比率ηは結果的に減少する。
【００６６】本実施の形態の場合、暗部電位ＶＤ３を５５０Ｖとする場合に面積の比率ηは０．１程度となり、ライン幅については満足の行く結果となった。
【００６７】図６及び図７でもライン幅は表１の感光ドラムＢについて示したものよりは確実に向上する。
【００６８】ただし、図６ではいわゆる潜像コントラストと呼ばれるＶＤとＶＬの差分が減少するため、画像そのものが薄くなる傾向がある。
【００６９】また図７でも、潜像コントラストであるＶＤとＶＬの差分が増加するためライン幅は増加するものの、画像全体が濃くなり、トナーの消費量が増すなどの別の現象が発生するため大きな変更は難しい。
【００７０】そこで、図８に示すように、感光ドラムＢを使っても、暗部電位ＶＤ４と明部電位ＶＬ４を共に変更させて潜像コントラストを同等乃至略同等にしている。
【００７１】ここでは、ＶＤ４を５００Ｖ、ＶＬ４を１００Ｖとして、Ｅ−Ｖカーブの面積ΔＳ４が変形して、四角形（Ｒ４）（Ｐ４）（Ｓ４）（Ｑ４）に対する面積の比率ηは減少する。
【００７２】本実施の形態で、暗部電位ＶＤ４を５００Ｖ、明部電位ＶＬ４を１００Ｖとする場合には、面積の比率ηは０．１程度となり、ライン幅は満足する結果となる。
【００７３】このように、第１の実施の形態で示したように感光ドラムの感光層の成分や成膜方法及び感光ドラムの選別を行うことなく、本実施の形態で示したように感光ドラムの暗部電位ＶＤや明部電位ＶＬを変更操作することでも画像品位を管理することが可能となる。
【００７４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、比率η≦０．１となる特性を満たす像担持体を使用することで、ライン幅の再現性の高い高品位な画像を形成することができる。
【００７５】像担持体の材質自体は比率η≦０．１の特性を満たさなくても、暗部電位ＶＤ、明部電位ＶＬ、又は露光量Ｅ０を変更する調整によって特性を満たし、ライン幅の再現性を高めることもできる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年３月１６日（２０００．３．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８５００６
【弁理士】
【氏名又は名称】世良 和信 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２６５０７３（Ｐ２００１−２６５０７３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月２８日（２００１．９．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−７９３１２（Ｐ２０００−７９３１２） |
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