JP4497682B2

JP4497682B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4497682B2
Application number: JP2000266088A
Authority: JP
Inventors: 功已伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: US20020027591A1; US6466244B2; JP2002067387A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
像担持体としての感光体表面に静電的に形成したトナー像を、これに密着させた記録材（例えば、紙）に静電的に転写する電子写真方式の画像形成装置において、転写部材として導電性の転写ローラやコロナ帯電器を用いたものが知られている。
【０００３】
この画像形成装置においては、転写部材を感光体に圧接又は近接させて、感光体と転写部材との間に転写部を形成し、この転写部に記録材を通過させるとともに、転写部材に感光体上のトナー像と逆極性の転写バイアス電圧を印加することにより、感光体上のトナー像を記録材表面に転写するものである。
【０００４】
上述の画像形成装置に使用される感光体としては、有機感光体（ＯＰＣ感光体）やアモルファスシリコン系感光体（以下「ａ−Ｓｉ感光体」という。）等がよく用いられている。このうちａ−Ｓｉ感光体は、表面硬度が高く、半導体レーザなどに高い感度を示し、しかも繰り返し使用による劣化もほとんど認められないことから、高速複写機やレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）などの電子写真用感光体として用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のａ−Ｓｉ感光体は、ガスを高周波やマイクロ波でプラズマ化して固体化し、アルミシリンダ上に堆積させて成膜するという方法で製造されるため、プラズマを均一にすることや、プラズマの中心にアルミシリンダを置くことが難しく、成膜条件を感光体表面全域で精度よく均一なものとすることが困難であった。このため、現像位置において、感光体表面全域内で２０Ｖ程度の電位ムラが発生し、この電位ムラにより濃度ムラが発生するという問題があった。
【０００６】
上述の電位ムラは、
▲１▼成膜時の膜厚ムラより静電容量の違いができて帯電能に差が生じること、
▲２▼成膜状態の不均一等に起因する局所的な膜質の違いにより電位減衰特性に差が生じること、
などによって発生するものである。
【０００７】
上述の帯電後の電位減衰は、ａ−Ｓｉ感光体を用いた場合、ＯＰＣ感光体に比べ暗状態でも非常に大きく、さらに像露光の光メモリによる電位減衰が増大されるため、前回の像露光による光メモリを消すために、帯電前に前露光を行うことが必要となる。
【０００８】
ここで、光メモリについて説明する。ａ−Ｓｉ感光体を帯電し像露光を行うと光キャリアを生成し電位を減衰させる。しかしこのとき、ａ−Ｓｉ感光体は、多くのタングリングボンド（未結合手）を有しており、これが局在準位となって光キャリアの一部を捕捉してその走行性を低下させ、あるいは光生成キャリアの再結合確率を低下させる。したがって、画像形成プロセスにおいて、ａ-Ｓｉ感光体は、露光によって生成された光キャリアの一部は、次工程の帯電時にａ−Ｓｉ感光体に電界がかかると同時に局在準位から開放され、露光部と非露光部とでａ−Ｓｉ感光体の表面電位に差が生じて、これが最終的に光メモリとなる。
【０００９】
そこで、帯電前に露光器によって均一露光を行うことによりａ−Ｓｉ感光体内部に潜在する光キャリアを過多にし全面で均一になるようにして、光メモリを消去することが一般的である。このとき、前露光器から発する前露光の光量を増やしたり、前露光の波長をａ−Ｓｉ感光体の分光感度ピーク（約６８０〜７００ｎｍ）に近づけたりすることにより、より効果的に光メモリ（ゴースト）を消去することが可能である。
【００１０】
しかしながら、上述のようにａ−Ｓｉ感光体に膜厚ムラや、膜質の違いによる電位減衰特性の差が存在すると、光導電層間にかかる電界が異なるため、上記局在準位からの光キャリアの解放に差が生じ、帯電位置においてたとえ均一に帯電できたとしても、現像位置においては電位ムラが生じてしまう。また、帯電能についても膜厚が薄い部分ほど静電容量が大きくなるため不利となり、帯電能が低下してくると上記の現像部での帯電ムラはより顕著となってしまう。
【００１１】
以上のような理由で、帯電−現像間での電位減衰は非常に大きくなり、１００〜２００Ｖ程度の電位減衰が生じる。このとき前述の膜厚ムラや、電位減衰特性の違いにより感光体表面全域内で１０〜２０Ｖ程度の電位ムラが発生してしまっていた。
【００１２】
このような電位ムラが生じた場合、静電容量の大きなａ−Ｓｉ感光体においては、ＯＰＣ感光体に比べてコントラストも小さいため、影響をより大きく受けてしまい、濃度ムラも顕著になってしまう。
【００１３】
本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであり、濃度ムラのない良好な画像を形成することのできる画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１に係る本発明は、移動可能な感光体と、帯電された前記感光体を露光する露光手段と、前記露光手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、前記感光体と一体的に設けられ、製造時における前記感光体表面の電位減衰特性を２次元的に表した特性テーブルを記憶した記憶手段と、前記特性テーブルに対応した前記感光体の移動方向の位置を検知する検知手段と、を有し、前記制御手段は、前記検知手段により検知した前記感光体の位置情報と対応させて、前記記憶手段に記憶された前記特性テーブルに基づき前記露光手段を制御する、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る本発明は、請求項１の画像形成装置において、前記制御手段は前記露光手段の光量を制御する、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る本発明は、請求項１の画像形成装置において、前記記憶手段は前記感光体表面をその移動方向と直交する方向及び移動方向に多数に分割したブロックごとの電位減衰特性を前記特性テーブルとして記憶する、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る本発明は、請求項３の画像形成装置において、前記露光手段は光源と、前記光源から出射されたレーザ光を偏向する偏向手段と、を有し、前記感光体の移動方向と直交する方向は前記偏向手段による前記感光体走査方向である、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る本発明は、請求項３の画像形成装置において、前記ブロックは前記露光手段の記録解像度に応じて設定される、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項６に係る本発明は、請求項１の画像形成装置において、前記感光体は光導電層を有する、ことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項６に係る本発明は、前記光導電層が、シリコン原子を母体とし水素原子とハロゲン原子とのうちの少なくとも一方を含有する非単結晶材料によって形成されている、ことを特徴とする。
【００２１】
〔作用〕
上記のように、感光体の電位減衰特性に合わせて露光光量を変えることにより、現像部における電位ムラを緩和させることが可能となり、ａ−Ｓｉ感光体を用いた場合においてもムラのない良好な画像を得ることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す。同図は、画像形成装置としてのレーザビームプリンタの概略構成を示す縦断面図である。
【００２４】
同図に示す画像形成装置は、画像形成装置本体Ａの内部に、像担持体としてドラム形の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）１を備えている。感光ドラム１の周囲にはその回転方向に沿ってほぼ順に、帯電装置２、露光装置（露光手段）３、現像装置４、転写装置５、クリーニング装置６、前帯電器７等が配設されている。また、記録材（例えば、紙）Ｐの搬送方向に沿っての上流側から順に、給搬送装置８、定着装置９、排紙トレイ１０が配設されており、画像形成装置本体Ａの上部には、画像読取装置１１が配設されている。
【００２５】
上述の感光ドラム１は、アルミシリンダの外周面に、ａ−Ｓｉ感光体を層状に設けたものであり、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。なお、感光ドラム１については後に詳述する。
【００２６】
感光ドラム１は、その表面が帯電装置２によって所定の極性・所定の電位に均一に帯電される。帯電装置２としては、例えば、感光ドラム１に対して非接触のコロナ帯電器を使用することができる。
【００２７】
帯電後の感光ドラム１は、露光装置３によって静電潜像が形成される。画像読取装置１１は、矢印Ｋ１２方向及びその反対方向に移動可能な光源１１ａを有しており、光源１１ａは、原稿台ガラス１１ｂ上に画像面を下方に向けて載置された原稿Ｄの画像面を照射する。画像面からの反射光は、反射ミラー、レンズ等を介してＣＣＤ（いずれも不図示）によって読み取られ、読み取られた画像情報は、適宜に加工されて露光装置３に入力される。露光装置３は、レーザ光を出射するレーザ発振器（光源）３ａと、偏向手段としてのポリゴンミラー３ｂ、レンズ３ｃ、反射ミラー３ｄとを有しており、上述の画像読取装置１１から入力された画像情報に応じて感光ドラム１表面を露光して静電潜像を形成する。
【００２８】
感光ドラム１表面に形成された静電潜像は、現像装置４によってトナーが付着されてトナー像として現像される。一方、給搬送装置８の給紙カセット８ａに収納されている記録材Ｐが、給紙ローラ８ｂによって給紙され、搬送ローラ８ｃによって、ローラ８ｅ及びローラ８ｆに掛け渡されている転写ベルト８ｄ表面に担持される。上述の現像装置４によって感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写装置５にトナー像と逆極性の転写バイアスを印加することで、転写ベルト８ｄ上の記録材Ｐ表面に転写される。
【００２９】
トナー像が転写された記録材Ｐは、転写ベルト８ｄによって定着装置９に搬送され、ここで、定着ローラ９ａと加圧ローラ９ｂとによって加熱・加圧されて表面にトナー像が定着され、その後、排紙トレイ１０上に排出される。
【００３０】
図５（ａ）〜（ｆ）を参照して、ａ−Ｓｉ感光体によって構成された感光ドラム１について詳述する。なお、いずれの図も、感光ドラム１の軸心を含む縦断面図のうちの、軸心よりも上方に位置する部分の一部を模式的に示すものである。
【００３１】
図５（ａ）に示す感光ドラム１は、感光体用としての円筒状のドラム（支持体）２１の表面に、感光層２２を設けたものである。感光層２２はａ−Ｓｉ：Ｈ、Ｘからなり光導電性を有する光導電層２３で構成されている。
【００３２】
図５（ｂ）に示す感光ドラム１は、感光体用としてのアルミニウムなどからなる導電性のドラム２１の表面に、感光層２２が設けられている。この感光層２２はａ−Ｓｉ：Ｈ、Ｘからなり光導電性を有する光導電層２３と、ａ−Ｓｉ系表面層２４とから構成されている。
【００３３】
さらに、図５（ｃ）〜（ｆ）に示すように、ａ−Ｓｉ系電荷注入阻止層２５を設けたり、光導電層２３がａ−Ｓｉ：Ｈ、Ｘからなる電荷発生層２７及び電荷輸送層２８と、ａ−Ｓｉ系表面層２４とから構成されたりしてもよい。
【００３４】
上述の電荷注入阻止層２５は導電性のドラム２１から光導電層２３へ電荷が注入することを阻止するために、必要に応じて設けられるものである。また、ドラム２１としては、それ自体が導電性であっても、また、導電処理を施した電気絶縁性のものであってもよい。
【００３５】
感光層２２の一部を構成する光導電層２３は、ドラム２１上、必要に応じて下引き層（不図示）上に形成され、プラズマＣＶＤ法（ｐ−ＣＶＤ法）、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などの周知の薄膜堆積法によって形成することができる。ｐ−ＣＶＤ法としては、ＲＦ帯、ＶＨＦ帯、μＭ帯の周波数帯を利用したものが利用されており、上述の各層は、周知の装置及び膜形成方法にて製造される。本発明において、光導電層２３の層厚は、所望の電子写真特性が得られる点、使用状態における電気容量が前述の範囲に収まる点、経済的効果がある点などを考慮して適宜に所望にしたがって決定され、好ましくは２０〜５０μｍである。
【００３６】
なお、図５（ａ）〜（ｆ）中の符号２６は、自由表面を示している。
【００３７】
つづいて、本発明の特徴を説明する。本発明では、ａ−Ｓｉ感光体表面全域にわたる電位減衰特性の違いによって発生する帯電ムラ、ひいては濃度ムラをなくすために以下のような構成をとっている。
【００３８】
本実施の形態で感光ドラム１として用いたａ−Ｓｉ感光体は、製造時における各ａ−Ｓｉ感光体ごとにその電位減衰特性を２次元的に表した特性テーブルとしてもつようにしている。すなわち、各ａ−Ｓｉ感光体表面を帯電した後、露光位置において露光装置により所定の光量で露光し、その後、現像位置でのａ−Ｓｉ感光体の表面電位をａ−Ｓｉ感光体内部に設置されたメモリチップ（記憶手段）に記録しておくのである。この特性テーブルはａ−Ｓｉ感光体表面全域を、露光装置３の光走査方向についての主走査方向（感光体長手方向）及び副走査方向（感光体回転方向）に、記録解像度に合わせた適当な多数のブロックに区画し、各ブロックごとの電位減衰をデータを記憶して全体として電位減衰特性マップを作成するものである。
【００３９】
上述の、適当なブロックの区画としては、例えば、感光ドラム１（ａ−Ｓｉ感光体）表面全体を最大サイズで１０ｍｍ×１０ｍｍのブロックに区画する。実際には、記録解像度の１ｐｉｘｅｌサイズ×１０００ｐｉｘｅｌを１辺としたブロックが適当である。記録解像度が４００ｄｐｉの場合、６３．５μｍ×１０００＝６．３５ｍｍであるので、６．３５ｍｍ×６．３５ｍｍに分割する。
【００４０】
この電位減衰特性マップの作成は、そのａ−Ｓｉ感光体を、これが実際に装着される画像形成装置本体Ａに装着して行う必要はない。
【００４１】
このメモリチップに記憶された電位減衰特性マップのデータは、その感光ドラム１（ａ−Ｓｉ感光体）を画像形成装置本体Ａにセットした際に画像形成装置本体Ａ側の不図示の制御装置（制御手段）によって読み取り、その各ブロックごとのデータをもとに、現像位置において均一な表面電位となるように、露光装置３（本実施の形態では、レーザを使用している）の露光光量を電位減衰特性マップに記録されたブロックごとに変更することで制御する。
【００４２】
ａ−Ｓｉ感光体表面についての電位減衰特性マップと実際のａ−Ｓｉ感光体表面との対応は、データを記録したメモリチップから画像形成装置本体Ａにデータを転送するための接点（後述）を基準とし、ａ−Ｓｉ感光体停止時に常にその場所が所定の位置に来るように設定した。
【００４３】
図６に示すように、ａ−Ｓｉ感光体である感光ドラム１の軸方向の両端部のそれぞれに取り付けられたフランジ３０、３１のうちの、感光ドラム１を画像形成装置本体Ａに装着する際の先端側のフランジ３０に、ドラム内部のメモリチップ３２（図７（ａ）参照）への接点（検知手段）３３を設ける。画像形成装置本体Ａは、この接点３３を通じてメモリチップ３２から、装着された感光ドラム１の帯電特性についてのブロックデータを読み取る。この接点３３が位置情報を検知する手段を兼ねる。方法としては、図７（ａ）の状態が感光ドラム停止時であり、画像形成装置本体Ａ側に配設したメモリデータ読み取り用のピン３４が接点３３に加圧されて固定されているが、図７（ｂ）に示す感光ドラム駆動時にはピン３４は、加圧解除されて接点３３から離れ、したがって感光ドラム１は、フリーで回転可能となっている。回転していた感光ドラム１が停止されるときには、感光ドラム１の停止直前に、ピン３４が加圧されて接点３３に固定され、感光ドラム１が停止するようになっている。
【００４４】
次に、図８を参照して、感光ドラム表面に設定したブロックと、ブロック化した画像データとの対向関係を説明する。なお、図８では、横軸に露光光量（ＬａｓｅｒＰｏｗｅｒ）を、また縦軸に感光ドラム表面電位を取っている。図８の実線は、使用する感光ドラムの露光光量ｖｓ電位のグラフ（ＥＶカーブ）を示し、また破線は、その逆数のグラフを示している。設定された露光後の電位はＶｌであり、そのときの露光光量はＬＰである。このＥＶカーブを元に、Ａ〜Ｇに電位を分割する。Ａ〜Ｇのそれぞれの範囲の中心値の電位をＶｌに補正するための電位は、水平右向きの矢印が指す、右の縦軸に示されたＬＰＡ〜ＬＰＧとなる。この補正後の露光光量を感光ドラム表面の各ブロックの露光光量とし、メモリチップ３２上に記録されたブロックに対応する領域の画像を露光する際の露光光量とする。
【００４５】
図４に、本実施の形態での画像出力の流れを示す。
【００４６】
まず、電位減衰特性マップに記録されたａ−Ｓｉ感光体表面の露光後の現像位置における電位が所定の電位Ｖｌ（本実施の形態では３０Ｖに設定した）に対し、どれだけずれているかを、図３に示すようにＶｌを中心として６Ｖ刻みでａ−Ｓｉ感光体表面をＡ〜Ｇの８段階に分類したものと比較する。すなわち各ブロックが上述のＡ〜Ｇのどれに相当するかをみる（ステップＳ１）。図３中の曲線はａ−Ｓｉ感光体表面における露光装置３の例えば主走査方向の露光後の表面電位（Ｖｌ）である。
【００４７】
Ａ：（Ｖｌ＋１５Ｖ）＜Ａの範囲
Ｂ：（Ｖｌ＋９Ｖ）＜Ｂ（Ｖｌ＋１５Ｖ）の範囲
Ｃ：（Ｖｌ＋３Ｖ）＜Ｂ（Ｖｌ＋９Ｖ）の範囲
Ｄ：（Ｖｌ−３Ｖ）＜Ｄ（Ｖｌ＋３Ｖ）の範囲
Ｅ：（Ｖｌ−９Ｖ）＜Ｅ（Ｖｌ−３Ｖ）の範囲
Ｆ：（Ｖｌ−１５Ｖ）＜Ｅ（Ｖｌ−９Ｖ）の範囲
Ｇ：（Ｖｌ−１５Ｖ）の範囲
この分類に対応し、画像形成装置本体Ａの処理回路（不図示）によって処理し（ステップＳ２）、ａ−Ｓｉ感光体表面全領域の各ブロックを図４に示すようにＡ〜Ｇに分類し、ａ−Ｓｉ感光体表面のそれぞれのブロックのＶｌがＤの範囲にはいるように露光光量をＡ〜Ｇにあわせ８段階に設定する（ステップＳ３）。
【００４８】
一方、入力画像は、画像全域にわたり感光体表面に対応したブロックに区切られて画像処理される（ステップＳ４、Ｓ５）。
【００４９】
次にａ−Ｓｉ感光体表面のブロックと、処理された入力画像のブロックとを対応させ（Ｓ６）、それぞれのブロック内での像露光の際のレーザ光量（露光情報）を決定し（ステップＳ７）、その決定されたレーザ光量に基づいて像露光を行う。
【００５０】
その結果、ａ−Ｓｉ感光体表面全域において、露光後の現像位置における電位をそろえることが可能になり、画像ムラのない良好な出力画像を得ることが可能になった。
【００５１】
なお、以上では、特に効果の大きい像担持体としてａ−Ｓｉ感光体を使用した画像形成装置について説明したが、本発明は、ａ−Ｓｉ感光体以外の他の像担持体、例えばＯＰＣ感光体に対しても適用することができる。
【００５２】
以上の実施の形態において、メモリチップはａ−Ｓｉ感光体と一体に構成する。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、像担持体表面を多数のブロックに区画し、各ブロックごとの電位減衰特性に合わせて露光装置の露光光量を変化させることにより、現像位置における電位ムラを減少させることができるので、像担持体の感光層の膜厚や膜質の違いによる電位ムラを減少させて、濃度ムラのない良好な画像を形成することができる。特に像担持体として、ａ−Ｓｉ感光体を使用した場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図。
【図２】画像出力の流れを示すフローチャート。
【図３】露光後の感光ドラム表面の電位の分布を示す図。
【図４】感光ドラム表面の露光後の主走査方向（長手方向）及び副走査方向（回転方向）の電位レベルを示す図。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は感光体の構成を示す縦断面図。
【図６】感光ドラム１のフランジに設けられた接点を示す斜視図。
【図７】（ａ）は感光ドラムが停止されて感光ドラム側の接点と、画像形成装置本体側のピンとが接続されている状態を示す縦断面図。
（ｂ）はピンが接点から外されて、感光ドラムが回転可能となっている状態を示す縦断面図。
【図８】感光体の露光光量と電位との関係（ＥＶカーブ）を示す図。
【符号の説明】
１像担持体（感光ドラム、ａ−Ｓｉ感光体）
２帯電装置
３露光装置
４現像装置
５転写装置
２３光導電層
３２記憶手段（メモリチップ）
３３位置情報を検知する手段（接点）

Claims

移動可能な感光体と、帯電された前記感光体を露光する露光手段と、前記露光手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、
前記感光体と一体的に設けられ、製造時における前記感光体表面の電位減衰特性を２次元的に表した特性テーブルを記憶した記憶手段と、
前記特性テーブルに対応した前記感光体の移動方向の位置を検知する検知手段と、を有し、
前記制御手段は、前記検知手段により検知した前記感光体の位置情報と対応させて、前記記憶手段に記憶された前記特性テーブルに基づき前記露光手段を制御する、
ことを特徴とする画像形成装置。
前記制御手段は前記露光手段の光量を制御する、
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記記憶手段は前記感光体表面をその移動方向と直交する方向及び移動方向に多数に分割したブロックごとの電位減衰特性を前記特性テーブルとして記憶する、
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記露光手段は光源と、前記光源から出射されたレーザ光を偏向する偏向手段と、を有し、前記感光体の移動方向と直交する方向は前記偏向手段による前記感光体走査方向である、
ことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
前記ブロックは前記露光手段の記録解像度に応じて設定される、
ことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
前記感光体は光導電層を有し、前記光導電層が、シリコン原子を母体とし水素原子とハロゲン原子とのうちの少なくとも一方を含有する非単結晶材料によって形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。