(57)【要約】【課題】低い現像コントラストを設定した画像形成でも、画像の着色領域に濃度ムラが形成されにくい画像形成装置を提供する。【解決手段】マスク露光装置６１は、コロナ帯電器６３によって一様に帯電された感光ドラム６５の表面を、トナー粒子サイズのスリットを設けた露光マスク６１ｂを通じて露光することにより、ストライプ状の潜像パターンを形成する。走査露光装置６６は、感光ドラム６５の表面を画像情報に応じて露光する。現像装置６４は、マスク露光装置６１と走査露光装置６６により形成された潜像パターンを有する画像の静電潜像に対してトナーを供給してトナー像を現像する。【選択図】図２
2016200692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体と、
前記感光体の表面を帯電させる帯電装置と、
前記帯電装置により帯電された前記感光体の表面を露光することにより、前記感光体に、露光された露光部と露光されていない非露光部とが交互に周期的に形成された潜像パターンを形成可能な第１露光装置と、
画像情報に応じて前記感光体を露光する第２露光装置と、
前記第１露光装置と前記第２露光装置により前記感光体に形成された、前記潜像パターンを有する画像の静電潜像に対してトナーを供給して現像する現像装置と、を備え、
前記潜像パターンは、前記潜像パターンの１周期分の領域に対して前記露光部が占める割合が３０％以上７０％以下で、かつ、前記潜像パターンの幅方向に関して、前記潜像パターンの１周期分の間隔が、平均トナー粒子径の１００％以上４００％未満であること、を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第２露光装置は、回転する前記感光体の表面に、前記潜像パターンに応じた光透過部を有する遮光部材を通じて光を照射す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】
感光体と、
前記感光体の表面を帯電させる帯電装置と、
画像情報に応じて、前記帯電装置により帯電された前記感光体の表面を露光することにより、静電潜像を形成する露光装置と、
前記静電潜像に対してトナーを供給して現像する現像装置と、を備え、
前記感光体は、前記露光装置の露光を受けて電位が低下する第１領域と、前記露光装置の露光を受けて実質的に電位が低下しない第２領域と、が交互に周期的に形成された周期パターンを有し、
前記周期パターンは、前記周期パターンの１周期分の領域に対して前記第２領域が占める割合が３０％以上７０％以下で、かつ、前記周期パターンの周期方向に関して、前記第１領域と前記第２領域の１周期分の間隔が、平均トナー粒子径の１００％以上４００％未満であること、を特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記感光体は、露光されて表面電荷が減少する感光層が前記周期パターンに応じて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記感光体は、露光されて表面電荷が減少する感光層が前記周期パターンに応じて遮光されていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記周期パターンは、線状の領域が平行に配列したストライプパターンであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記感光体は、回転可能であって、
前記周期パターンは、前記感光体の回転方向に連続した領域が前記感光体の回転軸線方向に配列したストライプパターンであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記現像装置は、現像電位に保持した現像剤担持体に平均トナー粒子径４μ以上８μｍ未満のトナーを担持させて前記感光体の静電潜像をトナー像に現像し、
前記感光体のトナーが付着する領域の平均電位と前記現像電位との電位差が１５０Ｖ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置が感光体を画像情報に応じて露光して静電潜像を形成し、現像装置が感光体に形成された静電潜像を帯電したトナーで現像してトナー像を形成する画像形成装置が広く用いられている。現像装置は、通常、所定の現像電位に保持した現像剤担持体にトナーを担持させており、感光体に形成された現像電位よりもトナーの帯電極性と逆極性の電位の領域に選択的にトナーを付着させて静電潜像をトナー像に現像する。
【０００３】
ここで、現像電位よりもトナーの帯電極性と逆極性の電位の領域の電位と現像電位との電位差を現像コントラストＶｃｏｎｔと呼ぶ。静電潜像のトナーが付着する領域の単位面積当たりのトナー付着量と現像コントラストＶｃｏｎｔとはほぼ比例関係を有しており、現像コントラストＶｃｏｎｔが大きいほど、静電潜像に現像されるトナー像が厚くなる。しかし、現像コントラストＶｃｏｎｔが一定でも、その面積が大きくなると、現像時に場所によってトナーの付着量がばらついて、画像に濃度ムラが発生し易くなる。
【０００４】
特許文献１では、メッシュパターン、スクリーンパターン、ディザパターン等と呼ばれる周期パターンを持たせた静電潜像を用いてハーフトーン画像の濃度ムラを軽減する技術が示される。ここでは、画像の濃度に応じて面積を異ならせた微細な静電潜像を、周期パターンに従って配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１４７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の画像形成装置では、例えば、平均トナー粒子径７μｍのトナーを用いて３００Ｖの現像コントラストＶｃｏｎｔを設定して、１０〜１８μｍの厚さ、すなわち粒子層が２層程度のトナー像を現像している。しかし、後述するように、現像コントラストＶｃｏｎｔを低下させてゆくと、ある限界値（例えば１５０Ｖ）未満で急に静電潜像のトナーが付着する領域の単位面積当たりのトナー付着量が減少することが判明した。このため、ある限界値（例えば１５０Ｖ）未満では、静電潜像のトナーが付着する領域の単位面積当たりのトナー付着量が領域内の場所によって大幅にばらついて画像の濃度ムラが形成され易くなる。
【０００７】
特許文献１に開示された技術では、従来の現像コントラストを用いた粒子層が２層程度のトナー像の領域と、トナー像が形成されない白地領域とを周期パターンに従って画像の着色領域に配置している。このため、現像コントラストを従来の限界値未満に下げると、トナー像の領域ごとの単位面積当たりのトナー付着量が大幅にばらついて、濃度ムラが発生する。
【０００８】
本発明は、低い現像コントラストを設定した画像形成でも、画像の着色領域に濃度ムラが形成されにくい画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の画像形成装置は、感光体と、前記感光体の表面を帯電させる帯電装置と、前記帯電装置により帯電された前記感光体の表面を露光することにより、前記感光体に、露光された露光部と露光されていない非露光部とが交互に周期的に形成された潜像パターンを形成可能な第１露光装置と、画像情報に応じて前記感光体を露光する第２露光装置と、前記第１露光装置と前記第２露光装置により前記感光体に形成された、前記潜像パターンを有する画像の静電潜像に対してトナーを供給して現像する現像装置と、を備えるものである。そして、前記潜像パターンは、前記潜像パターンの１周期分の領域に対して前記露光部が占める割合が３０％以上７０％以下で、かつ、前記潜像パターンの幅方向に関して、前記潜像パターンの１周期分の間隔が、平均トナー粒子径の１００％以上４００％未満である。
【発明の効果】
【００１０】
潜像パターンを画像の静電潜像に重ね合わせることで、現像コントラストを低下させたときの単位面積当たりトナー付着量が潜像パターンを重ね合わせない従来の静電潜像よりも多くなることが実験により確認された。潜像パターンを画像の静電潜像に重ね合わせることで、現像コントラスト一定の領域内における場所ごとの単位面積当たりトナー付着量のばらつきが小さくなる（図１０）。潜像パターンを画像の静電潜像に重ね合わせることで、現像コントラストを低下させても、画像の濃度ムラが発生しにくくなる（表１）。
【００１１】
したがって、低い現像コントラストを設定した画像形成でも、画像の着色領域に濃度ムラが形成されにくい画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】画像形成部の構成の説明図である。
【図３】現像コントラストとトナー像の濃度の関係の説明図である。
【図４】文字画像における潜像パターンの説明図である。
【図５】ハーフトーン画像における潜像パターンの説明図である。
【図６】スクリーンパターンにおける潜像パターンの説明図である。
【図７】潜像パターンの電界の説明図である。
【図８】潜像パターンを現像した状態の説明図である。
【図９】潜像パターンのピークツウピーク振幅の説明図である。
【図１０】現像コントラストと画像濃度の関係の説明図である。
【図１１】走査露光装置の構成の説明図である。
【図１２】マスク露光装置の説明図である。
【図１３】感光ドラムに形成された潜像パターンの説明図である。
【図１４】静電潜像のエッジの電位の傾きの説明図である。
【図１５】潜像パターンの説明図である。
【図１６】実施の形態１における露光工程の説明図である。
【図１７】潜像パターンの表面電界の説明図である。
【図１８】現像されるトナー粒子の平面分布の説明図である。
【図１９】実施の形態２における画像形成部の構成の説明図である。
【図２０】実施の形態２における感光層の形成方法の説明図である。
【図２１】実施の形態２における静電潜像の説明図である。
【図２２】実施の形態３における感光層の形成方法の説明図である。
【図２３】実施の形態４における現像コントラストとトナー像の濃度の関係の説明図である。
【図２４】交流電圧を重畳しない現像プロセスの説明図である。
【図２５】周期パターンの別の配置例の説明図である。
【図２６】別の周期パターンの例の説明図である。
【図２７】潜像パターンの現像状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に則して詳しく説明する。
【００１４】
＜実施の形態１＞
（画像形成装置）
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図２は画像形成部の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置２００は、中間転写ベルト７０に沿ってシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの画像形成部２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋを配置した中間転写方式フルカラープリンタである。
【００１５】
画像形成部２０１Ｃでは、感光ドラム６５Ｃにシアントナー像が形成されて中間転写ベルト７０へ転写される。画像形成部２０１Ｍでは、感光ドラム６５Ｍにシアントナー像が形成されて中間転写ベルト７０のイエロートナー像に重ねて転写される。画像形成部２０１Ｙ、２０１Ｋでは、感光ドラム６５Ｙ、６５Ｋにイエロートナー像、ブラックトナー像が形成されて同様に重ねて中間転写ベルト７０へ転写される。
【００１６】
記録材カセット２０７に収納された記録材Ｐは、分離ローラ２０８で１枚ずつに分離されてレジストローラ２０９で待機する。レジストローラ２０９は、中間転写ベルト７０のトナー像にタイミングを合せて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐを給送する。二次転写部Ｔ２でトナー像を転写された記録材Ｐは、定着装置２０５で加熱加圧を受けて表面に画像を定着された後に、画像形成装置２００の外部へ排出される。定着装置２０５にはキヤノン製Ｃ７０００ＶＰ複写機の定着装置を用いた。
【００１７】
中間転写ベルト７０は、駆動ローラ２１１、テンションローラ２１２、二次転写内側ローラ２１４に張架され、駆動ローラ２１１に駆動されて矢印方向に回転する。二次転写ローラ２１３は、二次転写内側ローラ２１４に支持された中間転写ベルト７０に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。
【００１８】
画像形成部２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋは、現像装置６４Ｃ、６４Ｍ、６４Ｙ、６４Ｋで使用されるトナーの色が異なる以外はほぼ同一に構成される。そのため、以下では、説明の重複を避けるために、画像形成部ごとの構成を区別する符号末尾のＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋを除いて総括的に説明する。
【００１９】
図２に示すように、画像形成部２０１は、感光ドラム６５の周囲にコロナ帯電器６３、走査露光装置６６、現像装置６４、転写ローラ６９、ドラムクリーニング装置６７を配置している。
【００２０】
感光ドラム６５は、アルミニウムの円筒材料の外周にＯＰＣ感光層を形成されて矢印方向に回転する。感光ドラム６５の周速度は３００ｍｍ／ｓｅｃである。感光ドラム６５の直径Ｄは８０ｍｍ、ＯＰＣ感光層の膜厚は１５μｍである。帯電部の一例であるコロナ帯電器６３は、感光体の一例である感光ドラム６５の表面を帯電させる。コロナ帯電器６３は、コロナ放電に伴う荷電粒子を照射して感光ドラム６５の表面を所定の暗部電位ＶＤに帯電させる。走査露光装置６６は、感光ドラム６５の表面を画像情報に応じて走査露光して、露光部分の電位を明部電位ＶＬまで低下させることにより画像の静電潜像を形成する。
【００２１】
現像装置６４は、トナーとキャリアを含む現像剤を現像スリーブ２４に担持させて感光ドラム６５の静電潜像をトナー像に現像する。転写ローラ６９は、中間転写ベルト７０を押圧して中間転写ベルトと感光ドラム６５との間にトナー像の一次転写部を形成する。ドラムクリーニング装置６７は、クリーニングブレードを感光ドラム６５に摺擦させて転写を逃れて残留した転写残トナーを回収する。前露光器６８は、感光ドラム６５の表面を均一露光して残留した静電潜像を解消させる。
【００２２】
以上説明したように、感光体の一例である感光ドラム６５は、回転可能である。帯電装置の一例であるコロナ帯電器６３は、感光ドラム６５の表面を帯電させる。現像装置の一例である現像装置６４は、感光ドラム６５の表面に形成された静電潜像に対してトナーを供給して現像する。
【００２３】
（潜像パターン）
図３は現像コントラストとトナー像の濃度の関係の説明図である。図４は文字画像における潜像パターンの説明図である。図５はハーフトーン画像における潜像パターンの説明図である。図６はスクリーンパターンにおける潜像パターンの説明図である。図７は潜像パターンの電界の説明図である。図８は潜像パターンを現像した状態の説明図である。
【００２４】
画像形成装置において、トナー使用量を節約する等の目的で、従来よりも少ないトナー量で静電潜像を現像することが求められている。従来は例えばトナー粒子２層分（約１０μｍ）のトナー像が静電潜像上に現像されていたのに対して、従来よりも顔料の濃度を高くしたトナーを用いてトナー粒子１層分（約５μｍ）のトナー像を静電潜像上に現像することが求められている。
【００２５】
従来よりも厚みが薄いトナー像を現像するためには、現像スリーブの電位と静電潜像のトナーを付着させようとする部分の電位との電位差である現像コントラストを従来よりも低下させる必要がある。現像コントラストに比例した電荷量のトナーがトナーを付着させようとする部分に付着するからである。
【００２６】
ここで、感光ドラム６５に現像されるトナー像を単層程度に薄層化するためには、現像コントラストＶｃｏｎｔを１５０Ｖ程度にまで低下させる必要がある。しかし、図３に示すように、現像コントラストＶｃｏｎｔが１５０Ｖ程度の場合、暗部電位ＶＤや明部電位ＶＬが少しばらついて現像コントラストＶｃｏｎｔが少し変化するだけで、静電潜像に現像されるトナー像の濃度が大きく変化する。このため、均一な再現性の高い濃度のトナー像を安定して形成することが難しい。トナー粒子１層分のトナー像が現像される水準まで現像コントラストを低下させると、静電潜像に対するトナーの付着量に場所ごとのばらつきが発生し易くなり、トナーの単位面積当たり付着量のばらつきが大きくなって出力画像の画像品質が低下する。図３に示すように、画像形成装置２００では、通常の画像形成条件で、現像コントラストを低下させてゆくと、現像コントラストＶｃｏｎｔが１５０Ｖ付近で画像濃度が急低下して、トナー像の濃度の安定性が低下し、出力画像に著しい濃度ムラが発生する。
【００２７】
すなわち、現像コントラストが低い現像条件では、静電潜像からトナーに作用する電界強度が小さくなって、図３に示すように、現像コントラストＶｃｏｎｔとトナー像の濃度Ｄｅｎｓｉｔｙの関係におけるＳ字特性が顕著になる。Ｓ字特性が顕著になると、静電潜像の暗部電位ＶＤや明部電位ＶＬが少し変わるだけでトナー像の単位面積当たりトナー付着量が大きく変動する。
【００２８】
そのため、実施の形態１では、図４、図５、図６に示すように、感光ドラム６５に形成される静電潜像にトナー粒子の直径レベルの潜像パターンを形成する。画像の静電潜像にストライプ状の潜像パターンを形成することで、現像コントラストが１５０Ｖ未満でも安定したトナー像の単位面積当たりトナー付着量のトナー像を現像することができた。
【００２９】
実施の形態１では、画像の静電潜像にストライプ状の潜像パターンを形成することで、図３に示されるＳ字特性を解消して、破線で示されるような直線性の高い現像コントラストＶｃｏｎｔとトナー像の濃度Ｄｅｎｓｉｔｙの関係を実現することができた。これにより、帯電過程や露光過程で生じる現像コントラストＶｃｏｎｔの変動に対して安定した画像出力を実現できるようになった。
【００３０】
図４の（ｂ）に示すように、文字画像は文字領域の全域がトナーを付着させようとする部分Ｇであって、トナーを付着させようとする部分Ｇの全体にトナーを等しく付着させるようにトナー像が現像される。従来の文字画像の静電潜像では、文字の輪郭の内側の全体が一様な電位（例えば暗部電位ＶＤ）であった。これに対して、実施の形態１では、文字の輪郭の内側の全域がストライプの周期パターンに応じた凹凸のある電位分布を有する。このような静電潜像は、トナー像に現像すると、電位分布の凸の電位部分のみならず凹の部分にもトナーが付着する。
【００３１】
図５の（ｂ）に示すように、ハーフトーン画像はドット内の全域がトナーを付着させようとする部分Ｇであって、トナーを付着させようとする部分Ｇの全体にトナーを等しく付着させるようにトナー像が現像される。従来のハーフトーン画像の静電潜像では、ドットの輪郭の内側全体が一様な電位（例えば暗部電位ＶＤ）であった。これに対して、実施の形態１では、ドットの輪郭の内側の全域がストライプの周期パターンに応じた凹凸のある電位分布を有する。このような静電潜像は、トナー像に現像すると、電位分布の凸の電位部分のみならず凹の部分にもトナーが付着する。
【００３２】
なお、図４、図５に背景として記載された格子状の細線は、現像されない６００ｄｐｉの画素（１ドット）の境界を示す補助線である。実際にそのような線が存在する訳ではないが、現像される画素と現像されない画素とを対比するために記載している。
【００３３】
図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、スクリーンパターンは、スクリーンのドットの全域がトナーを付着させようとする部分Ｇであって、トナーを付着させようとする部分Ｇの全体にトナーを等しく付着させるようにトナー像が現像される。従来のスクリーンパターンの静電潜像では、輪郭の内側全体が一様な電位（例えば暗部電位ＶＤ）であった。これに対して、実施の形態１では、輪郭の内側全域がストライプの周期パターンに応じた凹凸のある電位分布を有する。このような静電潜像は、トナー像に現像すると、電位分布の凸の電位部分のみならず凹の部分にもトナーが付着する。
【００３４】
図７の（ａ）に示すように、実施の形態１では、潜像パターンは１０μｍピッチでデューティ比５０％の矩形波状のストライプパターンを持たせて形成される。静電潜像のトナーを付着させようとする部分Ｇに、電位が周期パターンに従って変動する静電潜像を形成することで、図７の（ｂ）に示すように、トナーを付着させようとする部分Ｇの全域にトナー粒子Ｔがほぼ均等に現像される。
【００３５】
図８に示すように、５μｍ幅で交互に繰り返すストライプパターンの静電潜像によって平均トナー粒子径が５μｍのトナーを拘束するために充分な閉じ込め電界を発生させることができた。
【００３６】
なお、潜像パターンの１ピッチは、ストライプパターンの周期方向における電位分布の１周期の長さである。現像電位から見たトナーが付着する側の電位のストライプ幅と付着しない側の電位のストライプ幅の合計長さである。したがって、潜像パターンのストライプパターンのストライプ幅方向に関して、１周期（ＶＤ＋ＶＬ）分の間隔である。
【００３７】
（潜像パターン）
図９は潜像パターンのピークツウピーク振幅の説明図である。図１０は現像コントラストと画像濃度の関係の説明図である。図９中、（ａ）はピークツウピーク振幅が６００Ｖ、（ｂ）はピークツウピーク振幅が４００Ｖ、（ｃ）はピークツウピーク振幅が２００Ｖである。
【００３８】
図９の各図において、潜像パターンのピークツウピーク振幅を暗部電位ＶＤと明部電位ＶＬの電位差として定義した。実際には、感光ドラム６５表面の電位は、周囲の電位の影響を受けるため、グラフどおりの矩形波分布とはならない。実際の表面電位分布は、ピークツウピーク振幅が縮小したサインカーブ状の電位分布である。また、現像コントラストＶｃｏｎｔは、潜像パターンの平均電位ＶＤｍと現像電圧Ｖｄｃの電位差として定義した。
【００３９】
図２を参照して図９の（ａ）に示すように、実施の形態１では、露光した部分が白地部となって画像に応じた露光しない部分（潜像パターンを有する）にトナーが付着する正規現像方式である。マイナスに帯電したトナーが現像スリーブ２４の現像電圧Ｖｄｃ以上の領域（トナーを付着させようとする部分Ｇ）に付着する。
【００４０】
図９の（ａ）に示すように、実施例１では、暗部電位７００Ｖに帯電した感光ドラム６５をストライプパターンで露光して明部電位１００Ｖに低下させることで、ピークツウピーク振幅６００Ｖ、平均電位ＶＤｍ４００Ｖの潜像パターンを形成した。現像スリーブ２４に印加する現像電圧Ｖｄｃを３５０Ｖに設定することで現像コントラストＶｃｏｎｔは５０Ｖになる。
【００４１】
図９の（ｂ）に示すように、実施例２では、暗部電位６００Ｖに帯電した感光ドラム６５をストライプパターンで露光して明部電位２００Ｖ相当に低下させることで、ピークツウピーク振幅４００Ｖ相当、平均電位ＶＤｍ４００Ｖの潜像パターンを形成した。現像スリーブ２４に印加する現像電圧Ｖｄｃを３５０Ｖに設定することで現像コントラストＶｃｏｎｔは５０Ｖになる。
【００４２】
図９の（ｃ）に示すように、実施例３では、暗部電位５００Ｖに帯電した感光ドラム６５をストライプパターンで露光して明部電位３００Ｖ相当に低下させることで、ピークツウピーク振幅２００Ｖ相当、平均電位ＶＤｍ４００Ｖの潜像パターンを形成した。現像スリーブ２４に印加する現像電圧Ｖｄｃを３５０Ｖに設定することで現像コントラストＶｃｏｎｔは５０Ｖになる。
【００４３】
図１０に示すように、実施例１、２、３の潜像パターンで、現像コントラストＶｃｏｎｔを異ならせて、画像形成装置２００において画像形成を行い、トナーを付着させようとする部分Ｇの定着画像の反射濃度を測定して比較した。図１０中、比較例１は、潜像パターンを形成しない露光条件（図３）である。
【００４４】
図１０に示すように、潜像パターンのピークツウピーク振幅が大きいほど現像コントラストＶｃｏｎｔ＝５０Ｖにおける画像濃度が高くなる。ピークツウピーク振幅を６００Ｖにすることで、現像コントラストＶｃｏｎｔ＝５０Ｖ未満の領域におけるＳ字特性がほぼ解消される。
【００４５】
次に、上述したピッチ１０μｍの潜像パターンにおいて、デューティ比を１０％、３０％、６０％、８０％に異ならせて画像形成を行い、現像コントラストＶｃｏｎｔ＝５０Ｖにおける画像濃度を比較した。デューティ比は、潜像パターンの１ピッチにおけるトナー付着側の電位領域の幅の割合、すなわち図９の（ａ）では暗部電位ＶＤの長さ／１波長である。記録材には王子製紙社製ＯＫトップコート紙を使用した。定着画像の濃度測定にはＸ−Ｒｉｔｅ社製反射濃度計Ｘ−Ｒｉｔｅ５３０を使用した。現像コントラストＶｃｏｎｔを１００Ｖに設定して単層のトナー像を形成した。高評価が得られたデューティ比５０％のときの感光ドラム６５上のトナー載り量は０．３２ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００４６】
【表１】
2016200692.tif 000003
【００４７】
表１に示すように、デューティ比を３０％未満にすると明部電位ＶＬのストライプ幅が大きくなって明部電位ＶＬの中央にトナーが付着しなくなる。一方、平均電位ＶＤｍ４００Ｖの条件でデューティ比が７０％を超えると、ＶＤを下げる必要があるため、面全体のトナー吸着力が低下する。このため、デューティ比は、３０％以上７０％以下が望ましい。
【００４８】
次に、デューティ比５０％の潜像パターンのピッチを２μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍの５段階に異ならせて、それぞれ現像コントラストＶｃｏｎｔ＝５０Ｖ、１００Ｖ、１５０Ｖにおける画像濃度を比較した。等しい帯電、露光条件で潜像パターンを形成し、等しい現像条件で潜像パターンを現像した。
【００４９】
【表２】
2016200692.tif 000004
【００５０】
表２に示すように、ピッチが大きくなると、デューティ比を小さくした場合と同様に、明部電位ＶＬの中央にトナーが付着しなくなる。ピッチが小さくなると、隣り合うパターンの反対電位に影響を受けて表面に形成される電位の振幅が小さくなるので、周期パターンを形成しない場合に近付く。ただし、実験によれば、２μｍピッチ（１μｍストライプ幅）を形成した場合でも、従来の潜像パターンを形成しないフラットな電位分布の静電潜像に比較すればトナーを付着させようとする部分のトナー被覆率が高まり、図３に示すＳ字特性も軽減された。このため、潜像パターンのピッチは、平均トナー粒子径の１００％以上４００％未満、すなわち平均トナー粒子径が５μｍの場合、潜像パターンのピッチは、５μｍ以上２０μｍ未満が望ましい。
【００５１】
以上の実験結果に基づいて、実施の形態１では、ピッチ１０μｍ、デューティ比５０％、ピークツウピーク振幅＝６００Ｖ、潜像パターンの平均電位ＶＤｍ＝４００Ｖの条件で潜像パターンを含む静電潜像を感光ドラム６５に形成することとした。潜像パターンは、ピッチが平均トナー粒子径の１００％以上４００％未満であってデューティ比が３０％以上７０％以下である。
【００５２】
実施の形態１では、潜像パターンを含む静電潜像を感光ドラム６５に形成する方法として、走査露光装置６６による画像情報に応じた露光に重ねて、マスク露光装置６１によるストライプパターンの露光を実行する。走査露光装置６６は、トナーを付着させない領域を露光する白地部露光方式で露光を行い、現像装置６４は、正規現像方式、暗部電位現像方式で現像を行う。
【００５３】
（走査露光装置）
図１１は走査露光装置の構成の説明図である。図１１に示すように、走査露光装置６６は、半導体レーザー３１から射出したレーザービームをポリゴンミラー３４で偏向して感光ドラム６５を走査露光する。
【００５４】
半導体レーザー３１は、画像を展開した走査線画像信号をＯＮ／ＯＦＦ変調して生成された発光信号に駆動されて所定の強度とタイミングで明滅する。半導体レーザー３１から射出したレーザービームの光束は、コリメートレンズ３２、シリンダーレンズ３３を通過して、一定速度で回転するポリゴンミラー３４に反射されて走査される。レーザービームの光束は、ｆθレンズ３５を通過することで、感光ドラム６５の表面にスポット状に結像され、主走査方向３８に等速度で移動する。
【００５５】
画像形成装置の解像度が６００ｄｐｉなので、走査露光装置６６は、６００ｄｐｉの解像度で静電潜像を形成する。走査露光装置６６は、感光ドラム６５の主走査方向３８に４２μｍピッチで発光長を調整しながら走査露光を行う。走査露光に用いるビームスポットは、主走査方向３８のスポット径が５０μｍ、感光ドラム６５の送り方向である副走査方向のスポット径が６０μｍである。半導体レーザー３１の出力は、図９の（ａ）に示すように、暗部電位ＶＤが７００Ｖのときの全面均一露光時（以下ベタ部と呼ぶ）における明部電位ＶＬが１００Ｖとなるよう設定した。
【００５６】
（マスク露光装置）
図１２はマスク露光装置の説明図である。図１３は感光ドラムに形成された潜像パターンの説明図である。図１４は静電潜像のエッジの電位の傾きの説明図である。図１５は潜像パターンの説明図である。図１４中、（ａ）は走査露光装置による静電潜像、（ｂ）はマスク露光装置による静電潜像である。
【００５７】
図２に示すように、実施の形態１では、走査露光装置６６による露光を行う前に、マスク露光装置６１を用いて、画像露光（走査露光装置６６による露光）で形成する静電潜像パターンより周期の細かい潜像パターンを感光ドラム６５に形成した。像担持体上の一例である感光ドラム６５上に隙間なく均一にトナーを現像できるようなパターンサイズ及びピッチで、感光ドラム６５のトナー像形成領域全体に潜像パターンを形成した。そして、感光ドラム６５に潜像パターンを形成した後に、走査露光装置６６による画像の露光を行って画像の静電潜像を形成した。
【００５８】
なお、走査露光装置６６による画像の露光を行った後にマスク露光装置６１を用いて潜像パターンを形成しても、現像装置６４によって現像される静電潜像は、実施の形態１と等しいものとなる。すなわち、走査露光装置６６による画像の露光を行った後にマスク露光装置６１を用いて潜像パターンを形成しても、実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００５９】
マスク露光装置６１は、走査露光装置６６の露光位置とコロナ帯電器６３の間に配置される。マスク露光装置６１は、ＬＥＤ光源６１ａと露光マスク６１ｂを有する。露光マスク６１ｂは、光を透過させるスリットパターンを感光ドラム６５に当接させて配置している。
【００６０】
図１２に示すように、上方から見た露光マスク６１ｂは、ガラス板の感光ドラム６５対向面に５μｍ幅の露光部と遮光部を繰返し配置したスリット状の周期パターンを形成した薄膜を有する。マスク露光装置６１は、ＬＥＤ光源（６１ａ：図２）を連続発光させて、コロナ帯電器６３によって均一帯電された感光ドラム６５の表面に潜像パターンを形成する。
【００６１】
図１３に示すように、感光ドラム６５の回転に伴って、感光ドラム６５の表面には、円周方向に連続して母線方向に均一な間隔で繰り返す潜像パターンが形成される。実施の形態１では、周期パターンは、線状の領域が平行に配列したストライプパターンである。感光ドラム６５の回転方向に連続した線状の領域が感光ドラム６５の回転軸線方向に配列したストライプパターンである。
【００６２】
図１４の（ａ）に示すように、走査露光装置６６によって形成された１ドット画像の静電潜像は、走査露光装置６６のレーザービームのビームスポットの光量分布を反映してガウス曲線の電荷密度分布を有する。これに対して、図１４の（ｂ）に示すように、潜像パターンの周期は、露光マスク６１ｂのスリット周期である。実施の形態１における感光ドラム６５上の光量分布は、移動方向と直角な長手方向のプロファイルが半値幅５μｍの矩形形状である。マスク露光装置６１のスリット内露光量は、走査露光装置６６が画像の静電潜像を形成するときのビームスポット内露光量とほぼ同じなるように設定した。なお、ビームスポット及び露光スポットの光量分布は、浜松ホトニクス社製レーザービームプロファイラＬＥＰＡＳを用いて測定した。
【００６３】
マスク露光装置６１によって形成された潜像パターンは、走査露光装置６６が形成する静電潜像の電荷密度分布よりもシャープな電荷密度分布を有する。マスク露光装置６１は、走査露光装置６６よりも露光／非露光の境界における光量分布の傾きが急峻であるため、マスク露光装置６１が形成する静電潜像は、走査露光装置６６が形成する静電潜像よりもエッジの電位変化が急峻である。マスク露光装置６１は、走査露光装置６６よりもシャープな光量分布の露光スポットを用いて潜像パターンを形成するため、潜像パターンの電荷密度分布を走査露光装置６６よりもシャープな分布にできる。
【００６４】
シャープな電荷密度分布は、静電潜像パターンの電荷が存在する面積に対する電荷密度のアスペクト比が高い。図１４の（ｂ）における電荷が存在する面積２３０に対する電荷密度２３１の比率（アスペクト比）は、図１４の（ａ）における電荷が存在する面積２２０に対する電荷密度２２１の比率（アスペクト比）よりも高い。シャープな潜像パターンは、ストライプ状の露光領域におけるトナー粒子の拘束力を高めて、現像コントラストの変動に対する画像濃度の安定性を高める。
【００６５】
図１５に示すように、マスク露光装置６１が形成する潜像パターンにおいては、露光マスク６１ｂのスリットピッチに対応した繰返し周期で電荷密度分布が形成される。このとき、繰返し１単位の電荷密度分布に対して電荷が存在する面積２４０と電荷密度２４１を定義する。光照射で静電潜像の電荷密度パターンを形成する際には、電荷が存在する面積が露光面積、電荷密度が露光強度とほぼ同義となる。
【００６６】
（露光工程）
図１６は実施の形態１における露光工程の説明図である。図１７は潜像パターンの表面電界の説明図である。図１８は現像されるトナー粒子の平面分布の説明図である。
【００６７】
図１６の（ａ）に示すように、コロナ帯電器６３は、感光ドラム６５の表面に＋７００Ｖの均一な帯電面９１を形成する。図１６の（ｂ）に示すように、マスク露光装置６１は、帯電面９１の全面に潜像パターンを形成する。上述のように露光量を設定したので、露光領域は＋１００Ｖに電位低下して、＋７００Ｖと＋１００Ｖが交互に繰り返す潜像パターン９２が形成される。潜像パターン９２を伴った帯電面９１の平均電位は＋４００Ｖとなった。
【００６８】
図１６の（ｃ）に示すように、走査露光装置６６は、感光ドラム６５を走査露光して、潜像パターン９２に重ねて画像の静電潜像９３を形成する。図１６の（ｄ）に示すように、その結果、画像の静電潜像の全体に潜像パターンが合成された静電潜像分布９４が形成される。
【００６９】
図１７の（ａ）に示すように、感光ドラム６５の表面に潜像パターンが形成される。感光ドラム６５の表面に微小な電荷パターン５１、５２が存在するとき、感光ドラム６５側に閉じる電気力線５３が形成されて、トナー粒子を感光ドラム６５の表面に拘束する力が発生すると考えられる。交互に配置された暗部電位ＶＤのストライプと明部電位ＶＬのストライプとの間に、電界が形成されて、トナー粒子Ｔに拘束力を及ぼしていることが推察される。この電界を閉じ込め電界と呼ぶ。
【００７０】
そして、隣接する電荷パターン５１、５２の間に形成される水平方向の電界がトナー粒子を感光ドラム６５の表面に沿って移動させて、図１８に示すように、隙間のない均一な最密配置の単層のトナー像を形成することを助けていると考えられる。
【００７１】
図１７の（ｂ）に示すように、走査露光装置６６によって露光されない帯電面９１の平均電位が＋４００Ｖであるのに対して、走査露光装置６６によって露光された露光領域の平均電位は＋１００Ｖとなる。デューティ比５０％では、７００Ｖの暗部電位ＶＤの幅と１００Ｖの明部電位ＶＬの幅が等しくなって平均電位４００Ｖの潜像パターンが形成される。
【００７２】
以上説明したように、第１露光装置の一例であるマスク露光装置６１は、帯電された感光ドラム６５の表面を露光して、露光された露光部と露光されていない非露光部とが交互に周期的に形成された潜像パターンを形成可能である。第２露光装置の一例である走査露光装置６６は、画像情報に応じて、感光体上の一例である感光ドラム６５の表面を露光する。現像装置の一例である現像装置６４は、マスク露光装置６１と走査露光装置６６により感光ドラム６５に形成された「潜像パターンが重ね合わせられた画像の静電潜像」に対してトナーを供給してトナー像を現像する。
【００７３】
（現像工程）
図２に示すように、現像装置６４の現像容器２１には、トナーとキャリアを含む現像剤が充填されている。現像容器２１の攪拌室２６と現像室２７は現像剤の循環経路を形成している。攪拌室２６には攪拌スクリュー２２が配置され、現像室２７には現像スクリュー２３が配置される。攪拌スクリュー２２及び現像スクリュー２３は、攪拌室２６及び現像室２７で現像剤を循環させて、トナーとキャリアを摩擦帯電させる。
【００７４】
現像容器２１の感光ドラム６５に向かう開口部に現像スリーブ２４が配置されて高速回転する。現像スリーブ２４の内側には非回転のマグネットロール２５が配置される。現像スリーブ２４は、帯電した現像剤を担持して回転し、現像剤の磁気穂を形成して感光ドラム６５に摺擦させる。
【００７５】
画像の静電潜像の全体に潜像パターンが合成された静電潜像は、マイナス極性に帯電した非磁性トナーとプラス極性に帯電した磁性キャリアからなる二成分現像剤を担持させた現像スリーブ２４によってトナー像に現像される。現像剤は、キヤノン製Ｃ７０００ＶＰ複写機用のシアン現像剤である。
【００７６】
図９の（ａ）に示すように、現像スリーブ２４に平均電位ＶＤｍと暗部電位ＶＤの中間電位の直流電圧Ｖｄｃに交流電圧を重畳した現像電圧を印加することで、感光ドラム６５の静電潜像にトナーが移転してトナー像が現像される。現像スリーブ２４から見て、トナーを付着させようとする部分Ｇは平均電位ＶＤｍの面とみなせるため、平均電位ＶＤｍと直流電圧Ｖｄｃの電位差が現像コントラストＶｃｏｎｔとなって、静電潜像に現像されるトナー像の濃度（トナー載り量）を規定する。明部電位ＶＬと直流電圧Ｖｄｃの電位差がかぶり取りコントラストＶｂａｃｋとなって、画像の白地部にトナー像が付着しない余裕度を規定する。
【００７７】
具体的には、直流電圧Ｖｄｃに周波数６ｋＨｚ、振幅１．５ｋＶの交流電圧を重畳した矩形波の振動電圧を、現像電圧として現像スリーブ２４に印加した。図９の（ａ）に示すように、感光ドラム６５の非露光部の平均電位は、＋４００Ｖ、露光部の電位は、＋１００Ｖである。直流電圧Ｖｄｃ＝＋２５０Ｖに設定したとき、直流電圧Ｖｄｃと感光ドラム６５の非露光部との電位差である現像コントラストＶｃｏｎｔは４００−２５０＝１５０［Ｖ］となる。これにより、感光ドラム６５の静電潜像上に隙間のない均一な最密配置の単層のトナー像が形成された。このときのトナー載り量の算出法を説明する。実施の形態１では、現像装置６４は、現像電位に保持した現像剤担持体に平均トナー粒子径４μ以上８μｍ未満のトナーを用いる。感光ドラム６５のトナーを付着させようとする部分の平均電位と現像電位との電位差である現像コントラストは、１５０Ｖ以下である。
【００７８】
電源Ｄ２４が現像スリーブ２４に印加する電圧は、感光ドラム６５に形成された静電潜像の画像に対応する領域にトナーを単層担持させる程度の電圧である。このため、暗部電位ＶＤのストライプ領域と明部電位ＶＬのストライプ領域とのトナー載り量差が少なくなって、現像された画像の静電潜像の全体がほぼ一層のトナーで覆われていると考えられる。
【００７９】
図１８に示すように、静電潜像のトナーが付着する領域を覆って平均粒径Ｄ［μｍ］の球形のトナー粒子が最密配置されているとする。このとき、繰返し単位である太線で囲ったひし形の面積Ｓ□［μｍ２］、ひし形の領域に含まれるトナー体積Ｖｏ［μｍ３］、トナー密度ρ［ｇ／ｃｍ３］から、細密配置でのトナー載り量Ｍｔ［ｍｇ／ｃｍ２］を求めることができる。
【００８０】
【数１】
2016200692.tif 000005
【００８１】
トナー比重ρは１［ｇ／ｃｍ３］として計算した。今回、使用したトナー粒径から、感光ドラム６５上でトナー層が単層となるトナー載り量Ｍｔは、０．３２ｍｇ／ｃｍ２と計算される。以上のような構成を用いることで、現像コントラストＶｃｏｎｔの変動に対して安定で、最密配置で、ほぼ隙間の無い単層のトナー像を感光ドラム６５上に形成することができる。現像後のトナー層が単層程度の低載り量条件であっても、彩度を落とさずベタ画像部の電位変動に対する安定性を向上させることができる。
【００８２】
（実施の形態１の効果）
実施の形態１では、潜像パターンは、１周期分の領域に対して露光部が占める割合が３０％以上７０％以下で、かつ、潜像パターンの幅方向に関して潜像パターンの１周期分の間隔が平均トナー粒子径の１００％以上４００％未満である。このため、露光部と露光部とに挟まれた本来はトナーが付着しない非露光部にもほぼ露光部に匹敵する量のトナーが付着する。
【００８３】
実施の形態１では、マスク露光装置６１は、回転する感光ドラム６５の表面に、潜像パターンに応じた光透過部を有する遮光部材の一例である露光マスク６１ｂを通じて光を照射する。このため、レーザービームの走査では実現が難しい微小な潜像パターンを形成可能である。
【００８４】
実施の形態１では、画像の静電潜像がストライプ状にパターン化されているので、ストライプ状にパターン化されていない場合に比較して、現像コントラストＶｃｏｎｔ１５０Ｖ未満の範囲におけるトナー像の場所ごとのトナー付着量のばらつきが軽減される。
【００８５】
このため、現像コントラストＶｃｏｎｔ１５０Ｖ未満の範囲を使用して、潜像パターンを用いない通常の画像形成では安定した現像濃度の確保が困難な単層のトナー像を安定して形成可能である。
【００８６】
このため、実施の形態１では、現像後のトナー層が単層程度の低トナー載り量の条件下でも、画像の彩度を落とさず、現像コントラストの変動に対する画像濃度の安定性を向上させることができる。画像の静電潜像が現像されたトナー像において、微小ピッチでトナー粒子が隙間なく配列するため、画像の彩度の低下が起きにくい。
【００８７】
また、実施例２において、潜像パターンのデューティ比や、隣接するピッチ間隔の影響は、表１および表２で示した実施の形態１と同様である。実施の形態１は正規現像であるのに対して実施の形態２は反転現像であり、両者は現像方式の極性は異なるが、静電潜像の分布と、静電潜像が形成する電界がトナーに働く力の関係は、同様である。よって、実施の形態２でも、潜像パターンの画像部である明部領域のデューティ比は、３０％以上７０未満が望ましい。また潜像パターンのピッチは、平均トナー粒子径の１００％以上４００％未満、すなわち平均トナー粒子径が５μｍの場合、潜像パターンのピッチは、５μｍ以上２０μｍ未満が望ましい。
【００８８】
＜実施の形態２＞
図１９は実施の形態２における画像形成部の構成の説明図である。図２０は実施の形態２における感光層の形成方法の説明図である。図２を参照して図４、図５、図６に示すように、実施の形態１では、マスク露光装置６１を用いてストライプ状にパターン化された画像の静電潜像を形成した。これに対して、実施の形態２では、図２０に示すように、感光層（１０７）を予めストライプ状にパターニングしておくことで、自動的にストライプ状にパターン化された画像の静電潜像が形成される。実施の形態２は、感光ドラム６５、帯電ローラ１１０以外の構成は実施の形態１と同一であるため、図１９中、実施の形態１と共通の構成には図２と共通の符号を付して重複する説明を省略する。
【００８９】
図１３に示すように、実施の形態２では、感光ドラム６５の感光層に平行な高密度のストライプ状の微小パターンを形成している。露光によって電位を明部電位ＶＬに低下させることができない領域と、露光によって電位を明部電位ＶＬに低下させることができる領域と、を感光ドラム６５の周面にストライプ状に交互に配置している。したがって、図１９に示すように、感光ドラム６５は、帯電ローラ１１０による感光ドラム６５の帯電処理と走査露光装置６６による画像の露光に伴って、図４、図５、図６に示すような潜像パターンを有する静電潜像が自動的に形成される。実施の形態２では、以下のプロセスに従って、感光ドラム６５の全面に、光導電部と非光導電部とを交互に形成した。
【００９０】
図２０の（ａ）に示すように、Ａｌ基材１００上に絶縁層１０１と光導電層１０２を積層する。図２０の（ｂ）に示すように、光導電層１０２の上にアルミ層１０３を１００ｎｍ蒸着形成し、アルミ層１０３上にポジ型レジスト層１０４を５μｍ塗布する。
【００９１】
図２０の（ｃ）に示すように、５μｍ／５μｍのラインアンドスペースのフォトマスクを用いてポジ型レジスト層１０４を露光して現像することにより、アルミ層１０３上にレジストパターン１０５を形成する。図２０の（ｄ）に示すように、レジストパターン１０５から露出したアルミ層１０６をエッチングする。
【００９２】
図２０の（ｅ）に示すように、露出した光導電層１０７を、酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチングにてパターニングする。図２０の（ｆ）に示すように、パターニング終了後、レジストパターン１０５とアルミ層１０３を部分的に除去する。図２０の（ｇ）に示すように、光導電層１０７の上にディッピングにて電荷輸送層１０８を１５μｍコートする。
【００９３】
（帯電ローラ）
ところで、実施の形態２では、感光ドラム６５上に電荷発生層がない部位が存在するため、実施の形態１のように前露光器（６８：図２）を用いて感光ドラム６５の帯電履歴を消去することができない。このため、実施の形態２では、図１９に示すように、帯電ローラ１１０を用いて、感光ドラム６５の帯電処理に伴って前回の帯電履歴を消去する構成とした。
【００９４】
帯電電源１１０Ｄは、直流電圧Ｖｄｃに交流電圧Ｖａｃを重畳した現像電圧を帯電ローラ１１０に印加することにより、感光ドラム６５に残留した静電潜像を消去して、それまでの帯電履歴の影響を受けない均一な帯電面を形成する。実施の形態２では、キヤノン社製Ｃ５０３５複写機の帯電ローラ１１０を用い、−７００Ｖの直流電圧Ｖｄｃに１ｋＨｚ、８００Ｖの矩形波交流電圧Ｖａｃを重畳させた帯電電圧を帯電ローラ１１０に印加した。これにより−７００Ｖの暗部電位ＶＤを得た。
【００９５】
（画像の露光）
図２１は実施の形態２における静電潜像の説明図である。実施の形態２では、光照射した部位に感光ドラム６５に加工したパターン状に潜像パターンが形成される。そこで、画像の静電潜像を形成するための像露光には、トナーを付着させる領域を露光するイメージ露光方式、反転現像方式、明部電位現像方式を用いた。走査露光装置６６は、上述したように、主走査方向５０μｍ、副走査方向６０μｍのガウス分布の強度分布を有するレーザースポットによる走査露光を行って画像の静電潜像を形成する。
【００９６】
図１４を参照して図２１の（ａ）に示すように、帯電ローラ１１０に上記の帯電電圧を印加して、感光ドラム６５に、暗部電位ＶＤ＝−７００Ｖに均一に帯電された帯電面１８１を形成する。その後、走査露光装置６６が、絶縁層１０１に通常の走査露光を行って画像の静電潜像を形成すると、図２１の（ｂ）に示すように、走査露光領域に潜像パターンを含む画像の静電潜像１８２が自動的に形成される。走査露光装置６６のレーザービームの出力は、パターニングされた光導電部が１００Ｖ相当になる光量とした。
【００９７】
感光ドラム６５の光導電層に光導電領域と非光導電領域がパターニングされているので、光導電領域が最大１００Ｖまで電位低下する一方、非光導電領域は、暗部電位ＶＤ＝−７００Ｖのままである。その結果、走査露光装置６６の露光を受けない潜像パターンの平均電位は−４００Ｖとなる。実施の形態２では、感光層を周期パターンに応じて除去しているため、走査露光装置６６による画像情報に応じた通常の露光後、トナーを付着させようとする部分の面全体に潜像パターンが配置された画像の静電潜像が自動的に形成される。
【００９８】
（現像条件）
実施の形態２では、感光ドラム６５に形成された潜像パターンを含む画像の静電潜像を反転現像した。現像剤は、マイナス極性に帯電された非磁性トナーとプラス極性に帯電された磁性キャリアからなるキヤノン製Ｃ７０００ＶＰ複写機のシアン現像剤を用いた。現像装置６４の現像スリーブ２４には、直流電圧Ｖｄｃ＝−５５０Ｖに、周波数６ｋＨｚ、振幅１．５ＫＶの矩形波の交流電圧Ｖａｃを重畳した振動電圧を印加した。潜像パターンを含む画像の静電潜像におけるトナーが付着する領域の平均電位ＶＤｍ＝−４００Ｖ、トナーが付着しない領域の平均電位−７００Ｖとなった。直流電圧Ｖｄｃ＝−５５０Ｖとトナーが付着する領域の平均電位ＶＤｍ＝−４００Ｖとの電位差である現像コントラストＶｃｏｎｔは１５０Ｖとなった。
【００９９】
以上説明したように、露光装置の一例である走査露光装置６６は、画像情報に応じて、コロナ帯電器６３により帯電された感光ドラム６５の表面を露光して、静電潜像を形成する。感光ドラム６５は、露光を受けて電位が低下する第１領域と、露光を受けて実質的に電位が低下しない第２領域と、が交互に周期的に形成された周期パターンが予め形成されている。周期パターンは、線状の領域が平行に配列したストライプパターンであって、感光ドラム６５の回転方向に連続した領域が感光ドラム６５の回転軸線方向に配列したストライプパターンである。
【０１００】
実施の形態２では、周期パターンは、周期パターンの１周期分の領域に対して第２領域が占める割合が３０％以上７０％以下で、かつ、周期パターンの周期方向に関して、第２領域の長さが平均トナー粒子径の１００％以上４００％未満である。このため、露光部と露光部とに挟まれた本来はトナーが付着しない第２領域にも十分な量のトナーが付着する。
【０１０１】
実施の形態２では、感光ドラム６５は、露光されて表面電荷が減少する感光層が周期パターンに応じて形成されている。このため、実施の形態１のようなマスク露光装置を装備する必要が無い。従来の感光ドラムにおけるわずかな工程の追加だけで実施の形態１と同様な効果が得られる。トナー層が単層程度の低いトナー載り量条件でも、現像コントラストの変動に対して安定で、且つ彩度低下のない良好な画像形成が可能となった。
【０１０２】
＜実施の形態３＞
図２２は実施の形態３における感光層の形成方法の説明図である。実施の形態２では、感光ドラム６５に周期パターンを持たせて感光層を形成した。これに対して、実施の形態３では、感光ドラム６５は、露光されて表面電荷が減少する感光層が周期パターンに応じて遮光されている。実施の形態３では、感光ドラム６５の感光層の構成を除いて、画像形成装置の構成、帯電方法、露光方法、及び現像方法は実施の形態２と同一であるため、これらに関する重複する説明を省略する。
【０１０３】
図１３に示すように、実施の形態３では、感光ドラム６５の感光層に遮光層を設け、遮光層に感光ドラム６５の周方向のパターニングを施した。実施の形態３では、以下のプロセスに従って、感光ドラム６５の全面に、光透過部と非光透過部とを交互に形成した。
【０１０４】
図２２の（ａ）に示すように、Ａｌ基材１００上に絶縁層１０１と光導電層１０２を積層する。図２２の（ｂ）に示すように、光導電層１０２の上にアルミ層１０３を１００ｎｍ蒸着し、アルミ層１０３上にポジ型レジスト層１０４を１μｍ塗布する。図２２の（ｃ）に示すように、５μｍ／５μｍのラインアンドスペースのフォトマスクを用いてポジ型レジスト層１０４を露光して現像することにより、アルミ層１０３上にレジストパターン１０５を形成する。図２２の（ｄ）に示すように、レジストパターン１０５から露出したアルミ層１０６をエッチングする。図２２の（ｅ）に示すように、レジストパターン１０５、アルミ層１０６、光導電層１０２の全体を覆うように、ディッピングにて電荷輸送層１０８を１５μｍコートする。
【０１０５】
図１９を参照して図２２の（ｅ）に示すように、感光ドラム６５の感光層において、レジストパターン１０５及びアルミ層１０６が残っている部位は、走査露光装置６６により露光しても光導電層１０２に光が到達しない。そのため、露光を受けても光導電層１０２を通じて電荷が失われず、帯電電位が周期パターンにしたがって保持される。実施の形態３では、露光されて表面電荷が減少する感光層が周期パターンに応じて遮光されている。実施の形態３では、感光層を周期パターンに応じて遮光しているため、走査露光装置６６による画像情報に応じた通常の露光後、トナーを付着させようとする部分の面全体に潜像パターンが配置された画像の静電潜像が自動的に形成される。
【０１０６】
また、実施例３において、潜像パターンのデューティ比や、隣接するピッチ間隔の影響は、表１および表２で示した実施の形態１と同様である。実施の形態３は実施の形態２と同様に反転現像方式であり、静電潜像の分布と、静電潜像が形成する電界がトナーに働く力の関係も同様である。よって、実施の形態３でも、潜像パターンの画像部である明部領域のデューティ比は、３０％以上７０未満が望ましい。また潜像パターンのピッチは、平均トナー粒子径の１００％以上４００％未満、すなわち平均トナー粒子径が５μｍの場合、潜像パターンのピッチは、５μｍ以上２０μｍ未満が望ましい。
【０１０７】
＜実施の形態４＞
図２３は実施の形態４における現像コントラストとトナー像の濃度の関係の説明図である。図２４は交流電圧を重畳しない現像プロセスの説明図である。実施の形態４では、図２に示す実施の形態１の構成を用いて、現像スリーブ２４に交流電圧を印加しないで現像を行わせた。それ以外の構成及び制御は実施の形態１と同一であるため、これらに関する重複する説明を省略する。
【０１０８】
実施の形態４では、実施の形態１と同様に、走査露光装置６６による露光とマスク露光装置６１による露光とを重ねることにより、トナーを付着させようとする部分の面全体に潜像パターンを有する画像の静電潜像を形成した。そして、実施の形態１と同様に帯電極性が負極性のトナーを用いた二成分現像方式で、画像の未露光部にトナーを移転可能な現像条件により静電潜像をトナー像に現像した。しかし、実施の形態４では、現像スリーブ２４に印加する現像電圧に交流電圧Ｖａｃを重畳せず、直流電圧Ｖｄｃのみで静電潜像を形成して画像形成を行った。
【０１０９】
トナー載り量が実施の形態１と等しい０．３２ｍｇ／ｃｍ２のベタ画像を形成した。実施の形態１と同様に、トナーが付着する領域の平均電位を＋４００Ｖに設定して、トナーが付着しない領域の平均電位が＋１００Ｖとなるように画像の静電潜像を形成した。現像電圧は、直流電圧Ｖｄｃ＝＋２５０Ｖを用いて、直流電圧Ｖｄｃとトナーが付着する領域の平均電位との電位差を５０Ｖ、１００Ｖ、１５０Ｖ、２００Ｖの四段階に設定した。
【０１１０】
比較例１は、画像の静電潜像に潜像パターンを形成しない場合（図１０の比較例）である。比較例１では、潜像パターンを形成せずに、暗部電位ＶＤ＝＋４２０Ｖ、明部電位ＶＬ＝＋１００Ｖの画像の静電潜像を形成し、現像電圧は、直流電圧Ｖｄｃ＝＋２５０Ｖに設定して、現像コントラスト電位Ｖｃｏｎｔを１７０Ｖに調整した。これにより、トナー載り量が実施の形態１と等しい０．３２ｍｇ／ｃｍ２のベタ画像を得た。比較例２は、比較例１において、実施の形態４と同様に、現像スリーブ２４に印加する現像電圧に交流電圧Ｖａｃを重畳しなかった場合である。
【０１１１】
図２３に示すように、実施の形態４では、現像コントラストの変動に対して画像濃度が実施の形態１よりも緩やかに変化する。一方、実施の形態４と同様に直流電圧Ｖｄｃのみで現像を行う比較例２では、現像コントラストと画像濃度の関係に、比較例１よりもさらに強いＳ字特性が現れた。
【０１１２】
実施の形態４では、トナー層が単層程度の低載り量条件でも、現像コントラストＶｃｏｎｔの変動に対して、実施の形態１よりも画像濃度が安定で、且つ彩度低下の少ない良好な画像形成が可能であった。直流電圧Ｖｄｃのみの現像電圧を用いる場合、実施の形態１で説明した潜像パターンを重畳して形成することで、現像コントラストＶｃｏｎｔの変動に対する画像濃度の安定性が顕著に高まる。
【０１１３】
図２４に示すように、トナーＴに作用する現像駆動力Ｆｄｅｖがキャリアに対するトナーの静電付着力Ｆｅに打ち勝つことで現像が開始する。次式におけるトナーに掛る力Ｆａｄが正のとき現像可能となる。
【０１１４】
【数２】
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【０１１５】
ここで、Ｆｄｅｖは現像駆動力、Ｆｅは静電付着力、Ｆｎｅは非静電付着力である。ｑはトナーの電荷量、ｒはトナーの半径、σはトナー表面の電荷密度、Ｅはトナーに作用する電界強度である。ＫｅとＫＶはそれぞれ静電付着力と非静電付着力の実測値から求めた係数である。
【０１１６】
比較例２では、現像電圧が直流電圧Ｖｄｃのため、トナーに掛る電界強度Ｅが小さくなってＳ字特性の影響が大きくなると考えられる。これに対して、実施の形態４では、図１７の（ａ）に示すように感光ドラム６５の表面の電界強度が高まって近接した第１層のトナー粒子に対して強い拘束力を発揮するため、交流電圧が重畳されていなくても、Ｓ字特性の影響が出にくいと考えられる。
【０１１７】
＜その他の実施形態＞
図２５は周期パターンの別の配置例の説明図である。図２６は別の周期パターンの例の説明図である。図２７は潜像パターンの現像状態の説明図である。本発明は、周期パターンの潜像パターンを有する画像の静電潜像を現像して、潜像パターン全体がトナーで覆われたトナー像を現像する限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。実施例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無い限りは、本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。
【０１１８】
図１３に示すように、実施の形態１、２、３では、潜像パターンの周期パターンを感光ドラム６５の回転軸線方向に配列したストライプパターンとした。しかし、ストライプパターンは、図２５に示すように、感光ドラム６５の回転軸線に平行な線状の領域を感光ドラム６５の回転方向に配列したストライプパターンでもよい。
【０１１９】
図６に示すように、実施の形態１、２、３では、画像の静電潜像におけるトナーを付着させようとする部分Ｇの面全体にストライプパターンの潜像パターンを配置した。しかし、潜像パターンの周期パターンはストライプパターンには限定されない。図２６に示すように、画像の静電潜像におけるトナーを付着させようとする部分Ｇの面全体に分散ドットパターンの潜像パターンを配置してもよい。図２７に示すように、ドットとその周囲の間に電界が形成されてドット上にトナーＴが保持される。
【０１２０】
実施の形態４で説明したように、像担持体と現像剤担持体との間に交流電圧を印加しない現像方法を採用してもよい。ゴムローラを用いて帯電したトナーのみを担持させて像担持体に接触させて静電潜像を現像する接触現像方式の画像形成装置でも実施できる。静電潜像に形成される潜像パターンのパターンはストライプ状には限らない。
【０１２１】
また、コロナ帯電器６３及びマスク露光装置６１は、帯電装置の一例であるとも考えられる。感光ドラム６５のトナー像を形成可能な領域を一様に帯電した後に周期パターンに応じて除電して周期パターンに応じた電位分布を有する感光ドラム６５の表面を形成するからである。
【０１２２】
また、本発明は、回転可能でない感光体、例えば板状の感光体を用いて実施してもよい。
【０１２３】
画像形成装置は、１ドラム型／タンデム型の区別なく実施できる。感光体の数、帯電方式、静電潜像の形成方式、転写方式、定着方式等の区別無く実施できる。必要な機器、装備、筐体構造を付加して、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。
【符号の説明】
【０１２４】
２４  現像スリーブ、２５  マグネット、３１  半導体レーザー
３２  コリメートレンズ、３３  シリンダーレンズ、３４  ポリゴンミラー
３５  ｆθレンズ、３８  走査方向、３９  ＢＤセンサ
５１、５２  電荷パターン、５３  電気力線、５４  静電潜像電位
６１  マスク露光装置、６１ａ  ＬＥＤ光源、６１ｂ  露光マスク
６３  コロナ帯電器、６４  現像装置、６５  感光ドラム
６６  走査露光装置、６７  ドラムクリーニング装置、６８  前露光装置
６９  転写ローラ、７０  中間転写ベルト
９１  帯電面、９２  潜像パターン、９３  画像の静電潜像
９４  静電潜像分布、１００  Ａｌ基材、１０１  絶縁層
１０２  光導電層、１０３  アルミ層、１０４  レジスト層
１０５  レジストパターン、１０６  アルミパターン、１０７  光導電層
１０８  電荷輸送層、１５０  潜像パターンの電位分布
１５１  トナー粒子径相当距離、１５２  トナー粒子ピッチ
１５３  潜像パターンのパターンピッチ
２０５  定着装置、２０１Ｃ、２０１Ｍ、２０１Ｙ、２０１Ｋ  画像形成部
【図１】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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