JPH0519601A

JPH0519601A - 画像形成方法

Info

Publication number: JPH0519601A
Application number: JP3174075A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Ogawa; 朋子小川; Hisafumi Shoji; 尚史庄司
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】【目的】露光光のビーム強度、感光体の光減衰特性、現
像特性、転写特性、定着特性などの影響を受けず、常に
安定して階調表現ができ高画質を維持できるデジタル方
式の画像形成方法を提供する。【構成】ＬＤビームＬの主走査方向の径を３５μｍと
し、このＬＤビームＬを感光体ドラムに照射して、１画
素分の静電潜像を形成するのに、ＬＤビームＬを主走査
方向へ走査させる。このようにすると相対的に潜像の画
像濃度が飽和する電位を超える領域が大きくなり、画像
濃度が飽和する電位より低い領域が減少することにな
る。したがってトナーの付着状態等も安定し、階調表現
も安定的なものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプリンタ、デジタル複写
機、ファクシミリ等に適用されている画像形成方法にか
かり、特に面積階調法を用いる画像形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル複写機等においては、画像デー
タに基づいて得られる光書き込み信号にしたがって半導
体レーザ（ＬＤ）からの露光光を変調し、帯電されてい
る感光体を露光して感光体上に静電潜像を形成する。次
いで静電潜像にトナーを供給して現像を行ない、感光体
上にトナー像を形成する。そして感光体上のトナー像は
転写紙に転写され、転写紙上のトナー像が定着されて画
像形成が終了する。

【０００３】以下、説明する例は、露光されて電位が低
下した部分にトナーを付着させる現像方法（反転現像）
を採用したものである。図９（ａ）、（ｂ）は１画素に
階調をもたせて形成した潜像を示す。同図においてＶｈ
は帯電チャージャーによって帯電させられた感光体の電
位を示し、Ｖｌは画像濃度が飽和する電位である。

【０００４】スポットが１画素程度の大きさのビームを
用い、（ａ）はパルス幅変調方式により、すなわち露光
時間を段階的に区切り露光強度を変えて１画素内に階調
をもたせて形成した静電潜像を示し、（ｂ）はパワー変
調方式により、すなわち露光強度を変化させ１画素内に
階調をもたせて形成した静電潜像を示す。なおデジタル
複写機では、書き込み密度を４００ｄｐｉとし、露光光
を変調することによって１画素を３階調以上の範囲で記
録するものが知られている。

【０００５】上記いずれの方法でも結果的に露光部電位
Ｖｌより高く非露光部Ｖｈより低い領域、すなわちトナ
ー濃度が中間となる中間濃度領域を用いて階調表現を行
なうようにしている。この中間濃度領域におけるトナー
濃度等の階調表現に影響を及ぼす要素は、画像濃度が飽
和する電位Ｖｌに比べ、電子写真特性である露光光のビ
ーム強度、感光体の光減衰特性、現像特性、転写特性、
定着特性などの影響を受けやすく、安定した階調表現を
行なうことができない欠点をもつことになる。

【０００６】上記した階調表現法の他、ディザ法などを
用いた面積階調法がある。この面積階調法は所定の大き
さのマトリックスを区分し、この区分を１画素として、
２値化した画像データに基づいてマトリックス内の所定
の画素に露光光を照射し、静電潜像を形成して、その静
電潜像にトナーを供給し、マトリックス内の所定数、所
定位置の画素にトナーを付着させることによって中間階
調の表現をするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１０（ａ）は、帯電
電位Ｖｈに帯電された感光体にレーザービームを照射し
て形成された静電潜像の典型的な図である。１画素を２
値で表現し、面積階調法を用い、階調表現を行なう場
合、画像の密度を細かくする程、滑らかな表現が可能と
なる。密度の増加は、すなわち１画素面積の減少であ
り、現像の安定性の著しい悪化をまねく。

【０００８】同図に示すように静電潜像の画像濃度が飽
和する電位Ｖｌを超える領域ｄでは充分な電位差がある
ため、電子写真特性である露光光のビーム強度、感光体
の光減衰特性、現像特性、転写特性、定着特性などの影
響、経時による変化の影響を受けにくい。したがってト
ナー付着量等の階調表現に影響を及ぼす要素が一定であ
る。これに対し、電位Ｖｈより低い領域ｆでは、充分な
電位差がないため上記電子写真特性の変化の影響を受け
やすく、トナー付着量等の階調表現に影響を及ぼす要素
が変化しやすい。

【０００９】後者方法で潜像形成を行ない面積階調法を
用い、より滑らかな中間調表現を行なうための高密度化
は、１画素に対するトナー粒径の相対的な増加を招き、
現像工程のノイズを増加させる。特にトナー粒径の５０
倍以下の画素を現像する場合、この傾向が著しい。この
ため図１０（ｂ）に示すように１画素Ｇの周囲の広い範
囲にトナーが飛び散ったりして階調再現性が低下するお
それがある。

【００１０】特に電子写真特性は環境によって変化し、
また経時的にも変化するものであるため、高画質を維持
することが困難となり、結局、階調表現に中間濃度領域
を用いるアナログ方式による画像形成方法と同様の欠点
をもつことになってしまい、デジタル方式の画像形成方
法としての利点を活かすことができない問題がある。

【００１１】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたものであり、面積階調の１ドットの大きさが、トナ
ー粒径の１／５０以下であるシステムにおいて、露光光
のビーム強度、感光体の光減衰特性、現像特性、転写特
性、定着特性などの変化の影響を受け難く、常に高画質
を維持できるデジタル方式の画像形成方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、感光
体を帯電する帯電工程と、前記帯電された感光体に対し
画像データに基づき面積階調法を用いて露光光で書き込
みを行ない静電潜像を形成する露光工程と、前記感光体
に形成された静電潜像にトナーを供給し現像を行なう現
像工程とを有し、トナー断面積の５０倍以下の領域を１
ドットとして形成する画像形成方法において、主走査方
向に画素サイズより小さく、且つ副走査方向に画素サイ
ズより大きいビームスポットの露光光を用い、１画素分
の静電潜像を形成するのに主走査方向へ露光光のビーム
スポットを走査させて露光を行ない静電潜像を形成し、
前記現像工程では、トナーとキャリヤとから成る現像剤
が使用され、前記トナーを振動させ、キャリヤを振動さ
せないような振動成分を有する電界下で静電潜像が現像
されることを特徴とする画像形成方法である。

【００１３】

【作用】本発明によれば、感光体が帯電されこの帯電さ
れた感光体に画像データに基づき面積階調法を用いてト
ナーの断面積の５０倍以上の領域を１画素とし、主走査
方向に画素サイズより小さく、且つ副走査方向に画素サ
イズより大きいビームスポットの露光光によって、１画
素分の静電潜像を形成するのに主走査方向へ露光光のビ
ームスポットを走査させて露光が行なわれる。次いでト
ナーとキャリヤとから成る現像剤が使用され、前記トナ
ーを振動させ、キャリヤを振動させないような振動成分
を有する電界下で、感光体に形成された静電潜像にトナ
ーが供給され現像が行なわれる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図面にしたがって説明す
る。図６にデジタル複写機を示す。同図において符号３
１は感光体ドラムを示し、この感光体ドラム３１は時計
方向へ回転する。この感光体ドラム３１の周囲には、帯
電チャージャー３２、現像装置３３、転写チャージャー
３５が配置されている。符号３８は搬送装置、符号３６
は定着装置を示す。

【００１５】符号４０は露光光学系を示し、この露光光
学系４０の詳細な構成を図７に示す。同図において符
号４１は半導体レーザを示し、この半導体レーザ４１の
レーザ光照射方向には、集光レンズ４５、アパーチャー
４９、シリンドリカルレンズ４６、ポリゴンミラー４２
が配置されている。さらにポリゴンミラー４２の反射方
向にはレンズ４４、ミラー４７が配置されている。ミラ
ー４７の反射方向には感光体ドラム３１が配置されてい
る。４８は書きだし位置を一定にするための光検出器を
示す。

【００１６】図８に現像装置３３の詳細な構成を示す。
同図において符号６１はケーシングを示し、このケーシ
ング６１には開口部６１ａが形成されている。符号５２
は反時計方向へ回転する現像スリーブを示し、この現像
スリーブ５２の周面の一部は開口部６１ａから露出して
おり、この露出部分は感光体ドラム３１の周面に対向し
ている。現像スリーブ５２内にはマグネット５３が配置
されている。ケーシング６１内にはキャリヤとトナーか
らなる２成分現像剤が収容されている。

【００１７】キャリヤは磁性体を芯材とし、この芯材に
ポリマーをコーティングして構成され、粒径が２０μｍ
から６０μｍのものを使用する。またトナーは着色剤を
含んだポリマーによって構成され７．０μｍ程度のもの
を使用する。

【００１８】現像スリーブ５２にバイアス電圧を印加す
る図示しないバイアス電圧印加装置が設けられている。
このバイアス電圧印加装置は直流電流が重畳された振動
電流を印加するようになっている。直流電流は−２００
Ｖから−５００Ｖの範囲で用いられ、振動成分は３ＫＨ
ｚ以上、３００Ｖ（ｐｐ）から３０００Ｖ（ｐｐ）の範
囲で用いる。またバイアスの波形は三角波、正弦波、矩
形波など周期的なものであれば、どのようなものでもよ
い。

【００１９】現像スリーブ５２の後方領域には、セパレ
ータ５６、反時計方向へ回転するパドルホイール５５、
時計方向へ回転するアジテータ５４が配置されている。
符号６３はトナー補給部を示し、このトナー補給部６３
内にはトナー６５が収容されている。トナー補給部６３
内のトナー６５はトナー補給ローラ６９によってケーシ
ング６１内に補給される。

【００２０】次にこのデジタル複写機の基本的画像形成
動作について説明する。感光体ドラム３１が時計方向へ
回転し、帯電チャージャー３２によって帯電される。次
いで露光光学系４０によって露光が行なわれ、感光体ド
ラム３１上に静電潜像が形成される。すなわち原稿画像
が図示しない画像読み取り装置で読み取られ、図示しな
い画像処理装置に画像データが送られる。そして画像処
理装置によってガンマ変換、中間調再現処理等の画像処
理が行なわれ、この処理された画像情報に基づいて半導
体レーザ４１からレーザ光が照射が照射される。このレ
ーザ光は、集光レンズ４５を通り、アパーチャー４９に
よってビーム径が調節され、シリンドリカルレンズ４６
を通過し、さらにポリゴンミラー４２によって反射され
る。そしてポリゴンミラー４２によって反射されたレー
ザ光はレンズ４４を通過し、ミラー４７によって感光体
ドラム３１に向かって反射されて、感光体ドラム３１上
に静電潜像が形成される。

【００２１】感光体ドラム３１上に形成された静電潜像
は、現像装置３３の現像スリーブ５２上に担持された現
像剤からトナーが供給されて現像される。一方、図示し
ない給紙装置によって転写紙が感光体ドラム３１と転写
チャージャー３５との対向領域に送られ、転写チャージ
ャー３５の作用によって、感光体ドラム３１上のトナー
像が転写紙に転写される。トナー像が転写された転写紙
は搬送装置３８によって定着装置３６へ送られ、転写紙
上のトナー像が定着された後、機外に排出される。

【００２２】本実施例では図４に示すようなしきい値マ
トリックス７０を使用して、面積階調法の１つであるデ
ィザ法を用い、原稿画像に基づいて階調を表現するため
の画像データが処理されて、図５に示すようにリニヤー
なものとされる。なおディザ法の他、誤差拡散法を用い
ることも可能である。

【００２３】第１実施例における実施条件は、感光体ド
ラム３１の帯電電位は−４００Ｖ、感光体ドラム３１の
線速度１５０ｍｍ／ｓ、書き込み密度６００ｄｐｉ、Ｌ
Ｄビームの主走査方向の径が３５μｍ、副走査方向の径
が５５μｍ、露光部の電位が−２０Ｖ、トナー粒径７．
０μｍ（重量平均）、キャリヤ粒径５０μｍ（重量平
均）、トナー帯電量１８μｃ／ｇ、現像バイアスとして
ＡＣ３ＫＨｚ、１ＫＶｐｐにＤＣ−３００Ｖを重畳した
電圧を印加し、現像スリーブ５２と感光体ドラム３１と
のギャップが５００μｍ、現像スリーブ３１の線速度が
１８０ｍｍ／ｓである。なお現像スリーブ５２と感光体
ドラム３１とのギャップは２００μｍから１０００μｍ
の範囲で設定することが可能である。

【００２４】第２実施例における実施条件は、感光体ド
ラム３１の帯電電位が−４００Ｖ、感光体ドラム３１の
線速度１５０ｍｍ／ｓ、書き込み密度６００ｄｐｉ、Ｌ
Ｄビームの主走査方向の径が３５μｍ、副走査方向の径
が５５μｍ、露光部の電位が−２０Ｖ、トナー粒径７．
０μｍ（重量平均）、キャリヤ粒径５０μｍ（重量平
均）、トナー帯電量１８μｃ／ｇ、現像バイアスとして
ＡＣ３ＫＨｚ、１、５ＫＶｐｐにＤＣ−３００Ｖを重畳
した電圧を印加し、現像スリーブ５２と感光体ドラム３
１とのギャップが８００μｍ、現像スリーブ３１の線速
度が１８０ｍｍ／ｓである。

【００２５】第１実施例、第２実施例では、ＬＤビーム
の主走査方向の径は３５μｍであるので、図２に示すよ
うにこのＬＤビームを感光体ドラム３１に照射して形成
される静電潜像の立上りは急勾配となる。したがって電
位Ｖｈより低い領域ｆが小さくなる。そして図１に示す
ように１画素分の静電潜像を形成するのに、ＬＤビーム
のスポットＬを矢印で示す主走査方向へ走査させる。こ
のようにすると相対的に潜像の画像濃度が飽和する電位
Ｖｌを超える領域ｄが大きくなり、電位Ｖｌより低い領
域ｆを減少させることができることになる。

【００２６】また書き込み密度を６００ｄｐｉとしてい
るので、人間の視覚で判断すると良好な画像を得ること
ができる。ジャパンハードコピー’８９において発表さ
れた研究によれば、人間の視覚は１０ｃｙｃｌｅ／ｍｍ
の空間波長があれば、２値しか弁別できなくなる。した
がって２値記録を行なう場合、４００ｄｐｉでは滑らか
な画像と判断されないおそれがあるが、６００ｄｐｉで
は充分に滑らかな画像と判断されることになる。印画紙
に銀塩画像のサンプルを作成し、官能評価を行なった
が、これを裏付ける結果が得られた。また転写紙に画像
を定着する際において、画像の太りを防止することも可
能である。

【００２７】現像時にトナーとキャリヤとから成る現像
剤が使用され、前記トナーを振動させ、キャリヤを振動
させないような振動成分を有するバイアスを印加するの
で、現像スリーブ５２上の現像剤中のトナーが激しく振
動し、浮遊状態となり、静電潜像の微細な部分にも確実
にトナーを供給することができるようになる。滑らかな
階調表現を行なうための書き込み高密度化により、従来
と比べて１画素面積に対して大きなトナーでの現像が必
要になる。前記振動成分を有するバイアスを印加するこ
とで、この要求が満足でき、１画素の大きさがトナー粒
径の５０倍以下という現像にとって難しい条件での、前
述の潜像形成の効果とあわせ、結果として、図３に示す
ように画素Ｇのトナー付着状態も安定的なものとなる。

【００２８】従来、通常の感光体の帯電電位の絶対値は
１ＫＶから８００Ｖである。これは中間階調を表現する
するためには大きな電位差を必要とするからであり、ま
た充分なトナー濃度を得るため、感光体に多くのトナー
を付着させる必要があるからである。これに対し本実施
例では、感光体ドラム３１を−４００Ｖに帯電し、２値
化された画像情報に基づいて階調表現を行なっている。
したがって少ない露光量で電位を充分に減衰することが
でき、現像時の前記効果によって充分にトナーを付着さ
せ、充分な画像濃度を得ることができる。なお感光体電
位は−４００Ｖに限らず、画像部と非画像部との電位差
は絶対値で５００Ｖ以下とすることができる。

【００２９】第３実施例における実施条件は、感光体ド
ラム３１の帯電電位は−４００Ｖ、感光体ドラム３１の
線速度１５０ｍｍ／ｓ、書き込み密度６００ｄｐｉ、Ｌ
Ｄビームの主走査方向の径が３５μｍ、副走査方向の径
が５５μｍ、露光部の電位が−２０Ｖ、トナー粒径７．
０μｍ（重量平均）、キャリヤ粒径５０μｍ（重量平
均）、ＤＣ−３００Ｖを重畳した電圧を印加し、現像ス
リーブ５２と感光体ドラム３１とのギャップが５００μ
ｍ、現像スリーブ３１の線速度が１８０ｍｍ／ｓ、トナ
ー帯電量２０μｃ／ｇ、現像バイアスとしてＤＣ−３０
０Ｖの電圧を印加し、現像スリーブ５２と感光体ドラム
３１とのギャップが５００μｍ、現像スリーブ３１の線
速度が１８０ｍｍ／ｓであり、マグネットローラ５３の
磁極数が８極、磁力が８００ガウスで、図示しない回転
装置によって１３００ｒｐｍで時計方向へ回転される。

【００３０】第４実施例における実施条件は、感光体ド
ラム３１の帯電電位は−４００Ｖ、感光体ドラム３１の
線速度１５０ｍｍ／ｓ、書き込み密度６００ｄｐｉ、Ｌ
Ｄビームの主走査方向の径が３５μｍ、副走査方向の径
が５５μｍ、露光部の電位が−２０Ｖ、トナー粒径７．
０μｍ（重量平均）、キャリヤ粒径５０μｍ（重量平
均）、ＤＣ−３００Ｖを重畳した電圧を印加し、現像ス
リーブ５２と感光体ドラム３１とのギャップが８００μ
ｍ、現像スリーブ３１の線速度が１８０ｍｍ／ｓ、トナ
ー帯電量２０μｃ／ｇ、現像バイアスとしてＤＣ−３０
０Ｖの電圧を印加し、現像スリーブ５２と感光体ドラム
３１とのギャップが５００μｍ、現像スリーブ３１の線
速度が１８０ｍｍ／ｓであり、マグネットローラ５３の
磁極数が６極、磁力が１０００ガウスで、図示しない回
転装置によって１５００ｒｐｍで時計方向へ回転され
る。

【００３１】マグネットローラ５３の磁力は８００ガウ
スから１０００ガウス程度が好ましく、また回転数は１
３００ｒｐｍから１５００ｒｐｍが好ましい。現像スリ
ーブ５２と感光体ドラム３１とのギャップは２００μｍ
から１０００μｍの範囲で設定することができる。

【００３２】第３実施例、第４実施例では、マグネット
ローラ５３が時計方向すなわち現像スリーブ５２と反対
の方向へ回転する。したがって感光体ドラム３１と現像
スリーブ５２との対向領域である現像領域をマグネット
ローラ５３の磁極が順次通過し、現像スリーブ５２上の
キャリヤが撹拌され、トナーのキャリヤからの離脱が促
進され、トナーは浮遊状態となる。したがってトナーの
静電潜像に対する供給効率が高まり、静電潜像の微細部
にもトナーを確実に供給することができるようになる。
よって１画素の階調再現性が向上することになる。

【００３３】第５実施例における実施条件は、感光体ド
ラム３１の帯電電位は−４００Ｖ、感光体ドラム３１の
線速度１５０ｍｍ／ｓ、主走査方向の書き込み密度６０
０ｄｐｉ、副走査方向の書き込み密度が８００ｄｐｉ、
ＬＤビームの主走査方向の径が３５μｍ、副走査方向の
径が３５μｍ、露光部の電位が−２０Ｖ、トナー粒径
５．２μｍ（重量平均）、キャリヤ粒径５０μｍ（重量
平均）、トナー帯電量１８μｃ／ｇ、現像バイアスとし
てＡＣ３ＫＨｚ、１ＫＶｐｐにＤＣ−３００Ｖを重畳し
た電圧を印加し、現像スリーブ５２と感光体ドラム３１
とのギャップが５００μｍ、現像スリーブ３１の線速度
が１８０ｍｍ／ｓである。

【００３４】第５実施例では、画素の主走査方向の大き
さが４２μｍ、副走査方向の大きさが３１μｍであり、
画素が副走査方向より主走査方向の方が大きい。そこで
スポットが円形のＬＤビームを用いて、レーザ光のパワ
ーを効率良く利用し、さらに高密度の画像を得ることが
できた。

【００３５】なお上記実施例では、１つのレーザビーム
を使用しているが、複数のレーザビームを用いてもよ
い。複数のレーザビームを使用すれば、ポリゴンミラー
の回転数を増加させなくても高密度の記録が実現でき
る。上記実施例ではデジタル複写機を示したが、本発明
はプリンタ、ファクシミリにも適用することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、トナー断
面積の５０倍以下の領域を１ドットとし、主走査方向に
画素サイズより小さく、且つ副走査方向に画素サイズよ
り大きいビームスポットの露光光を用い、１画素分の静
電潜像を形成するのに主走査方向へ露光光のビームスポ
ットを走査させて露光を行ない静電潜像を形成し、現像
工程では、トナーとキャリヤとから成る現像剤が使用さ
れ、トナーを振動させ、キャリヤを振動させないような
振動成分を有する電界下で静電潜像を現像することとし
たので、露光光のビーム強度、感光体の光減衰特性、現
像特性、転写特性、定着特性などの影響を受けず、常に
階調を表現でき高画質を維持できるデジタル方式による
画像の形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる画像形成方法に用いら
れるＬＤビームスポットの主走査方向の動きを示す図で
ある。

【図２】本発明の実施例にかかる画像形成方法によって
感光体ドラム上に形成された静電潜像の電位状態を示す
図である。

【図３】本発明の実施例にかかる画像形成方法によって
形成されたトナー像の拡大図である。

【図４】本発明の実施例にかかる画像形成方法に用いら
れるしきい値マトリックスを示す図である。

【図５】本発明の実施例にかかる画像形成方法にかかる
画像データと画像濃度との関係を示すグラフである。

【図６】本発明の実施例にかかるデジタル複写機の構成
を示す図である。

【図７】図５のデジタル複写機に搭載されている光学系
の構成を示す図である。

【図８】図５のデジタル複写機に搭載されている現像装
置の構成を示す図である。

【図９】従来例にかかる画像形成方法によって感光体ド
ラム上に形成された静電潜像の電位状態を示す図であ
る。

【図１０】従来の問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

３１感光体ドラム３３現像装置４０光学系５２現像スリーブ５３マグネットローラＬＬＤのビームスポットＧ画素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 1/29 Ｈ 9186−5ＣＥ 9186−5Ｃ // Ｇ０３Ｇ 13/22 6830−2Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】感光体を帯電する帯電工程と、前記帯電さ
れた感光体に対し画像データに基づき面積階調法を用い
て露光光で書き込みを行ない静電潜像を形成する露光工
程と、前記感光体に形成された静電潜像にトナーを供給
し現像を行なう現像工程とを有し、トナー断面積の５０
倍以下の領域を１ドットとして形成する画像形成方法に
おいて、主走査方向に画素サイズより小さく、且つ副走
査方向に画素サイズより大きいビームスポットの露光光
を用い、１画素分の静電潜像を形成するのに主走査方向
へ露光光のビームスポットを走査させて露光を行ない静
電潜像を形成し、前記現像工程では、トナーとキャリヤ
とから成る現像剤が使用され、前記トナーを振動させ、
キャリヤを振動させないような振動成分を有する電界下
で静電潜像が現像されることを特徴とする画像形成方
法。