(57)【要約】【課題】ブルーレーザー搭載電子写真プリンターの高画質安定化。【解決手段】ブルーレーザーを使用し、制御シーケンス時に、現像バイアスの直流成分を振り、その現像後の画像変化を逐次測定する手段を有し、この画像変化が少なくなる範囲を見つけ、その範囲内に前記現像バイアスの直流成分を決定するか、その範囲の大きさが十分でないときは、レーザー光量を調節して、該範囲を拡大した上で、その範囲内に前記直流成分を決定することを特徴とする画像形成装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号で変調された光ビームを感光体上に照射するともに走査することによって潜像を形成し、その形成された潜像をトナーによって現像、これによって形成されるトナー画像を紙上に転写して画像を得る画像形成装置において、
前記光ビームとして３９０〜４２５ｎｍのレーザー光を使用し、制御シーケンス時に、現像バイアスの直流成分を振り、その現像後の画像変化を逐次測定する手段を有し、この画像変化が少なくなる範囲を見つけ、その範囲内に前記現像バイアスの直流成分を決定するか、その範囲の大きさが十分でないときは、レーザー光量を調節して、該範囲を拡大した上で、その範囲内に前記直流成分を決定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記感光体の総膜厚が２５μｍ以下であることを特徴とする第一項記載の電子写真画像形成装置。
【請求項３】
前記画像変化の測定方法として、反射濃度測定であることを特徴とする第一項記載の電子写真画像形成装置。
【請求項４】
請求項１の制御後、その上で、転写の直流成分を同様に振り、中間転写体上、または、紙上などで、その画像変化（転写後濃度変化）を逐次測定し、この画像の変化が少なくなる範囲を見つけ、その範囲内に前記転写の直流成分を決定することを特徴とする第一項記載の電子写真画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンター、ファクシミリ、製版システム、などに広く用いることの出来る画像形成装置に関するものであり、更に詳しくは、従来よりも高解像な画像、特に従来写真等が用いられる高階調性でフルカラーの画像を得ることが可能な画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置の中で高速且つ低騒音プリンタとして、電子写真方式を採用したレーザービームプリンタがある。その代表的な用途は文字、図形などの画像を感光体にレーザービームを当てるか、当てないかで形成する２値記録である。そして、一般には文字、図形等の記録は中間調を必要としないのでプリンタの構造も簡便に出来る。ところがこのような２値記録方式であっても中間調を表現できるプリンタがある。かかるプリンタとしてはディザ法、濃度パターン法等を採用したものが良く知られている。しかし、周知のごとくディザ法、濃度パターン法等を採用したプリンタでは高解像度が得られない。そこで、近年、記録密度を低下させずに高解像度で、各画素において中間調を形成する方式（ＰＷＭ方式）が提案されている。この方式は、画像信号によって、レーザービームを照射する時間を変調することにより中間調画素形成を行うもので、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、したがって、特に高解像度と高階調性を必要とするカラー画像形成装置には特に適している。即ち、この方式によると、１画素毎にビームスポットにより形成されるドットの面積階調を行うことができ解像度を低下させることなく中間調を表現できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このＰＷＭ方式においても、さらに画素密度を上げていくと露光スポット径に対して画素が相対的に小さくなるために露光時間変調による階調を充分にとることが出来ないという問題点がある。
【０００４】
以上の様な問題点が存在するにも関わらず、近年、電子写真方式を用いた画像形成装置に要求される解像度、階調性はますます上昇している。
【０００５】
通常肉眼で識別できる画像としては４００ｄｐｉ、２５６階調程度であるが、この場合の最小解像面積は１６μｍ２程度であり、５０００ｄｐｉ以上の解像度に相当するものである。このような高解像度を実現するためには光ビームのスポット面積を微細化する必要があるが単にスポット面積を微細化するのみでは上記のような高画質を実現することができなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような問題点に対して検討したところ、特に最近日亜工業などからサンプル出荷され始めている、波長４０５ｎｍのヴァイオレットレーザーを光源として使用したところ、そのシャープな潜像書き込みの結果、この潜像の傾き（感光体表面に水平方向の電界強度）が最大になるポイントが発生することがわかった（図１（１））。この潜像の測定方法は、ドット状の潜像形成の後に現像の直流成分を振り、各直流成分の電圧値時に現像された、感光体上のドットトナー像の直径を測定し、グラフにすることにより得られたものである。図２にその説明を示す。
【０００７】
従来赤外レーザーのような場合、ぼけてしまい、最大になるポイントが発生しなかった（図１（２））。
【０００８】
この最大ポイント付近では、現像バイアスを変えてもドット径が変わらない、即ち、感光体の膜厚ムラや傷による電位変動や現像ローラーと感光体間のギャップ変動などの電位的変動が画像に影響しにくいという特徴があることがわかる（図３（１）潜像がシャープなＡとボケたＢ、（２）Ａ，Ｂの出力結果比較で、シャープなＡの方が安定したドット径生成が出来ている）。この特徴を生かせば、今までになかった、高精細なドット形成とその安定化が図れる可能性がある。
【０００９】
そこで、ヴァイオレットレーザーを本発明のような電子写真装置に応用する際には、特にこの点に注意して現像バイアスを設定することが、ヴァイオレットレーザーの最大の特徴である、高精細画像形成とその安定化が同時に図れるのである。
【００１０】
即ち、入力信号で変調された光ビームを感光体上に照射するともに走査することによって潜像を形成し、その形成された潜像をトナーによって現像、これによって形成されるトナー画像を紙上に転写して画像を得る画像形成装置において、前記光ビームとして３９０〜４２５ｎｍのレーザー光を使用し、制御シーケンス時に、現像バイアスの直流成分を振り、その現像後の画像変化を逐次測定する手段を有し、この画像変化が少なくなる範囲を見つけ、その範囲内に前記現像バイアスの直流成分を決定するか、その範囲の大きさが十分でないときは、レーザー光量を調節して、該範囲を拡大した上で、その範囲内に前記直流成分を決定することを特徴とする画像形成装置を提案するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図５は、前記の装置においてレーザー光を走査するレーザー操作部３００の概略機構を示すものである。このレーザー操作部３００によりレーザー光を走査する場合には、まず入力された画像信号に基づき発光信号発生器３０１により、固体レーザー素子３０２から放射されたレーザー光は、コリメーターレンズ系３０３により概略平行な光束に変換され、更に矢印ｂ方向に回転する回転多面鏡３０４により矢印ｃ方向に走査されるとともにｆθレンズ群３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃにより感光ドラム等の被走査面３０６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３０６上には画像一走査分の露光分布が形成され、該被走査面３０６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３０６上に画像信号に応じた露光分布が得られる。
【００１２】
本実施例においては、レーザーＰＷＭ方式（パルス幅変調）を用いて、１画素の面積階調による多値記録を行ったため、ＰＷＭ方式について簡単に説明する。
【００１３】
図６（１）はパルス幅変調回路の１例を示す回路ブロック図、（２）はパルス幅変調回路の動作を示すタイミングチャートである。図５において４０１は８ビットのデジタル画像信号をラッチするＴＴＬラッチ回路、４０２はＴＴＬ論理レベルをＥＣＬ論理レベルに変換する高速レベル変換器、４０９ＥＣＬ論理レベルをアナログ信号に変換する高速Ｄ／Ａコンパレーター、４０５はＥＣＬ論理レベルをＴＴＬ論理レベルに変換するレベル変換器、４０６はクロック信号２ｆを発振するクロック発振器、４０８はクロック信号２ｆを１／２分周して画像クロック信号ｆの２倍の周期を有していることとなる。なお、回路を高速動作させるために、随所にＥＣＬ論理回路を配している。
【００１４】
かかる構成からなる回路動作を（２）のタイミングチャートを参照して説明する。信号（ａ）はクロック信号２ｆ，信号（ｂ）は画像クロック信号ｆを示しており、図示のごとく画像信号と関係付けてある。また、三角波発生器内部においても、三角波信号のデューティー比を５０％に保つために、クロック信号２ｆをいったん１／２分周してから三角波信号（ｃ）を発生させている。更に、この三角波信号（ｃ）はＥＣＬレベルに変換されて三角波信号（ｄ）になる。
【００１５】
一方、画像信号は００ｈ（白）〜ＦＦ（黒）まで２５６階調レベルで変化する。尚、記号’ｈ’は１６進数表示をしている。そして画像信号（ｅ）はいくつかの画像信号値についてそれらをＤ／Ａ変換したＥＣＬ電圧レベルを示している。例えば、第１画素は黒画素レベルのＦＦｈ、第２画素は中間調レベルの８０ｈ、第３画素は中間調レベルの４０ｈ、第４画素は中間調レベルの２０ｈの各電圧を示している。コンパレーターは三角波信号（ｄ）と画像信号（ｅ）を比較することにより、形成すべき画素濃度に応じたパルス幅Ｔ、ｔ２，ｔ３，ｔ４，等のＰＷＭ信号を発生する。そしてこのＰＷＭ信号は、０ｖまたは５ｖのＴＴＬレベルに変換されてＰＷＭ信号（ｆ）になりレーザードライバ回路に入力される。このようにして得られたＰＷＭ信号値に対応して１画素当たりの露光時間を変化させることにより１画素で最大２５６階調を得ることが出来る。
【００１６】
本実施例はＰＷＭ方式による階調制御を用いたが、ディザ法などの面積階調法やレーザー光強度変調を用いることも可能である、更に、それらを組み合わせても良い。
【００１７】
次に感光体について説明する。
【００１８】
従来のレーザーを用いた電子写真装置に使用される電子写真感光体では、７００〜８００ｎｍ付近の可視〜赤外波長域に、白色光を用いた電子写真装置に使用される電子写真感光体では、５００〜７００ｎｍ付近の可視波長域に大きな吸収帯を持ち実用的な感度特性を発現できるものの、短波長領域において十分な感度が得られない。
【００１９】
また、従来から知られている電荷発生材料を単独で用いた場合、３８０〜５００ｎｍ付近に感度を有していても、この付近での感度の環境依存性、波長依存性が大きいという問題があることが分かってきた。そのため、温湿度等周囲の環境や入力レーザー波長の変動によって感度の変動が生じ、適切な出力を得られないという問題がある。
【００２０】
特開平９−２４００５１号公報には、導電性支持体上に電荷発生層、電荷輸送層の順に積層した感光体では、３８０〜５００ｎｍの光は電荷輸送材料に吸収され、電荷発生層まで光が届かないため、原理上感度を示さないとあるが、必ずしもそのようなことはなく、電荷輸送層に使用される電荷輸送材料として、レーザーの発振波長に透過性のある電荷輸送材料を用いれば、本構成の感光体でも、十分な感度が得られ使用可能である。
【００２１】
以下に導電性支持体上に電荷発生層と電荷輸送層を積層した機能分離型感光体についてその作成方法を述べる。
【００２２】
電荷発生層は、電荷発生物質を適当なよう在中でバインダー樹脂と共に分散した液を導電性支持体上に公知の方法によって塗布することによって形成され、その膜厚は５μｍ以下、好ましくは０．１〜１μｍの薄膜層とすることが望ましい。
【００２３】
本発明においては、一般式（１）で示されるアゾ顔料と一般式（３）で示されるフタロシアニン顔料とを適当な溶剤中でバインダー樹脂と共に分散した液、或いは別々に分散したアゾ顔料分散液とフタロシアニン分散液とを混合させた液を塗布することで得られる単一の層でも良く、また、上記した液を複数回塗布することによって得られる複数層でも良い。また、このような複数層の場合、支持体側の層はアゾ顔料を含有していることが望ましい。
【００２４】
この際用いられるバインダー樹脂としては、広範な絶縁性樹脂或いは有機光導電性ポリマーから選択されるが、ポリビニルブチラール、ポリビニルベンザール、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、フェノキシ樹脂、セルロース系樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタンなどが好ましく、これなどの樹脂は置換基を有しても良く、置換基としてはハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、等が好ましい。また、バインダー樹脂の使用量は、電荷発生層中の含有率で８０重量％以下、好ましくは４０重量％以下である。
【００２５】
また、使用する溶剤は前記の樹脂を溶解し、後述の電荷輸送層や下引き層を溶解しないものから選択することが望ましい。具体的には、テトラヒドロフラン、１、４−ジオキサンなどのエーテル類、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン等のケトン類、Ｎ、Ｎージメチルホルムアミド等の芳香族類、メタノール、エタノール、２−プロパノール等のアルコール類、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエチレン、四塩化炭素、トリクロロエチレン等の脂肪族ハロゲン化炭化水素類などが挙げられる。
【００２６】
電荷輸送層は電荷発生層の上又は下に積層され、電界の存在下電荷発生層から電荷キャリアを受け取り、これを輸送する機能を有している。電荷輸送層は電荷輸送物質を必要に応じて適当なバインダー樹脂とともに溶剤中に溶解した塗布液を塗布することによって形成され、その膜厚は一般的には３０〜４０μｍであるが５〜２５μｍが「安定範囲」を生むため好ましい。今回は１５μｍとした。
【００２７】
電荷輸送物質は電子輸送性物質と正孔輸送性物質があり、電子輸送性物質としては、例えば２、４、７−トリニトロフルオレノン、２、４、５、７−テトラニトロフルオレノン、クロラニル、テトラシアノキノジメタン等の電子吸引性物質やこれ等電子吸引性物質を高分子化したもの等が挙げられる。
【００２８】
正孔輸送物質としては、例えばピレン、アントラセン等の多環芳香族化合物、カルバゾール系、インドール系、オキサゾール系、チアゾール系、オキサジアゾール系、ピラゾール系、ピラゾリン系、チアジアゾール系トリアゾール系化合物などの複素環化合物、ヒドラゾン系化合物、スチリル系化合物、ベンジジン系化合物、トリアリールメタン系化合物、トリフェニルアミン系化合物あるいは、これ等の化合物からなる基を主鎖または側鎖に有するポリマー（例えばポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルアントラセン等の有機光導電性ポリマーなどが挙げられる。
【００２９】
ただし、本発明の感光体に使用する場合は、前述の通り使用する半導体レーザーの発振波長に対して透過性のある電荷輸送物質やバインダー樹脂を選択する必要がある。
【００３０】
導電性支持体の材質としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、亜鉛、ステンレス、バナジウム、モリブデン、クロム、チタン、ニッケル、インジウム、金や白金などが挙げられる。またこれ等金属または合金を真空蒸着法によって被膜形成したプラスチック（例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート及びアクリル樹脂などの支持体）や導電性粒子（例えばカーボンブラック、銀粒子など）を適当なバインダー樹脂と共に上記のようなプラスチック、金属または合金上に被膜下支持体或いは導電性粒子をプラスチックや紙に含浸させた支持体などを用いることが出来る。形状としてはドラム状、シート状及びベルト状などが挙げられる。
【００３１】
また、感光層を外部からの機械的及び化学的悪影響から保護することなどを目的として、保護層を設けることも出来る。
【００３２】
尚、感光層には必要に応じて酸化防止剤や紫外線吸収剤などの添加剤を使用してもかまわない。
【００３３】
次に、本発明の電子写真装置について説明する。図４で感光ドラム４３に形成された静電潜像は現像装置４１により現像され、形成されたトナー像は、転写帯電器４０によって転写材上に静電転写される。その後、転写材は分離帯電器５０によって静電分離されて定着器４７へと搬送され、熱定着されて画像が出力される。
【００３４】
一方、トナー像転写後の感光ドラム４３の面はクリーナー４２によって転写残りトナーなどの付着汚染物の除去を受けて繰り返し画像形成に使用される。
【００３５】
以上の構成の下に、１は発光ダイオードなどの微光量の発光素子１００と受光素子１０１を有するパッチ検センサーであり（図７）、機械立ち上げ時（複写作業前）、特定パターンの標準ドット潜像を特定直流現像バイアスＶａにて現像器４１で現像し、パッチ検センサー１位置に送られてきたドット・トナー像を読みとり、その第１の反射濃度Ａ  を読みとるというプロセスを行う。そして、Ｖａ＝ＶＬ（反転現像時のベタ黒電位）〜Ｖｄ（反転現像時のベタ白電位）の範囲で直流現像バイアス値を順次変えて、反射濃度と直流現像バイアスの関係をとれば、そのドットの潜像電位の変化を調べることが出来る。
【００３６】
例えば、図８は現像バイアスの直流成分を振った時に現像されるドットパターンとマクロな反射濃度の関係を表している。このとき現像されるドット径は小さく、現像バイアス直流成分Ｖｄｃの変化に対して、安定な領域Ｖａ１〜Ｖａ２が存在する様子を示している。
【００３７】
実際に出力した結果は図９の様になる。条件は６００ｄｐｉ２値の市松パターン（中間調域）、前述Ｖｄ＝−６００ｖ、ＶＬ＝−２００ｖ、２成分現像システム。これより、実際には、安定範囲より小さな現像コントラストで、ほとんどトナー画像が現像されていない（現像するに不十分な条件である）、非現像範囲という、画像反射濃度の変化が少ない領域が存在するが、本発明における請求第１項記載の「画像変化が少なくなる範囲」にこの「非現像範囲」は含まないものとする。
【００３８】
この図１０のような結果が得られた後に、現像コントラストを−２２０Ｖから−１７５Ｖ（現像バイアスは−４２０Ｖから−３７５Ｖ）に変えて、決定したことにより、現像後のドット・トナー画像１個１個の面積の変化率は、２０％から１０％へ改善され、ドット形成の安定化が図れたことが分かった。
【００３９】
ところで、上記の例はレーザー光量が概ね適正の時のことであるが、４０５ｎｍの短波長レーザーを使用し、所謂スポット径（一般的に定義として、スポットの光量分布を概略ガウス分布としたとき、ピーク光量の１／ｅ＾２光量時の大きさを指すことが多い）が小さくても、画像形成にとって、光量が適正化出来ていなければ、所望の出力画像が得られない、即ち「安定範囲」が生まれないことが分かった。光量が大きすぎる場合には、図１１（１）の様に、小さすぎる場合には、図１１（２）の様に、明確な「安定範囲」がない。この原因は、光量大の場合には、隣の画素に打ったドット状潜像同士の光量分布が重なり、両画素の間の積算光量が増えるために（画素干渉現象）、両方のドットの区別が付かなくなってくるからであり、光量小の場合には、その結果生じる、電位分布の変化が少なすぎて、トナー現像の能力では「安定範囲」を顕在化させるほどの実力がないためである。今回のような、潜像の電位設定条件においては、少なくとも、反射濃度変化０．５／５０Ｖ以下の部分が５０Ｖ以上ある（「安定範囲」が広い）方が、好ましいことがわかったが、これは、詳細には出力条件によって多少異なる可能性があるので限定しにくい。
【００４０】
尚、感光体の膜厚が２５μｍ以下でないと、やはり、「安定範囲」が現れないことがわかった。
【００４１】
（実施例２）
図１２に、多重ドラム方式に本発明を適用した例を示す。本実施例にて、画像形成装置はフルカラーのレーザービームプリンタとされるが、前の実施例と異なり色ごとに専用の像担持体、即ち、本実施例では各色ユニットＭ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）を具備し、その中にはそれぞれ専用のレーザービームスキャナ（不図示）、現像器、転写用放電器、クリーニング器が配置されている。転写材は給紙ガイド４５を通り給紙ローラ４６と順に搬送され、吸着用帯電器８１からコロナ放電を受け、搬送ベルト４００へ確実に吸着する。その後、各感光ドラムに形成された画像を転写用放電器により転写し、除電器８２により搬送ベルト４００から除電され定着器により定着されてフルカラーの画像が得られる。本実施例においては、フルカラー画像の高速出力を主たる目的として、レーザービームスキャナーや像担持体を複数配置しているが、この場合、各々のレーザービームスキャナーや像担持体の機械的精度等の限界から、前述したいくつかの実施例に用いられた構成よりもさらにドットの解像性が重要となる。そこで、本発明の方式により、ドットの解像性の向上をはかることにより、上記の問題解決により一層効果が得られる。
【００４２】
本発明の適用例としては、朝一立ち上げ時などの実際のプリントアウトが始まる前の空回転調整時に、転写紙を流すことなく、現像時には各色とも実施例１にて説明した現像バイアスの適正化を行い、その後に、４色のステージから転写ベルト４００に対して、前述の特定のドットパターンを連続して作成したトナー像を転写し、その転写ベルト４００上のドットパターンをパッチ検センサー１１１１において逐次、転写条件を変えた場合の反射濃度測定をすることによって成し遂げられ、各色の高精細なドット形成とその安定化が紙上にて図れるものである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、難しい焦点調節を複雑な機械を搭載することなしに、正確に、且つ容易に、いつでも行えることにより、Ｂｌｕｅ  ＬＤスキャナー光学系の長所を生かした高精細画像出力を極めて安定化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の説明図。
【図２】本発明実施例の説明図。
【図３】本発明実施例の説明図。
【図４】本発明に係る画像形成装置の一実施例であるプリンタ装置の断面図。
【図５】レーザービームスキャナの構成例を示す概略図。
【図６】パルス幅変調回路の１例を示す回路ブロック図とタイミングチャート。
【図７】反射濃度測定器。
【図８】本発明実施例の説明図。
【図９】画像データ説明図。
【図１０】データ例。
【図１１】データ例。
【図１２】本発明に係る画像形成装置の一実施例であるプリンタ装置の断面図。
【符号の説明】
１  パッチ検センサー
４０  転写帯電器
４１  現像器
４３  感光ドラム（像担持体）
４４  １次帯電器
５０  分離帯電器
【図１】
2004309565.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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