JP2001125322A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、露光光の感光体での反射光が電位
検知部に回り込んで再反射して検知電位に好ましくない
影響を及ぼすことが回避できると共に、適正で安定なプ
ロミス制御が働き、安定した画像品質が得られる画像形
成装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 電子写真感光体を一様に帯電し、レーザ
ビームで電子写真感光体に書き込み露光して静電潜像を
形成し、現像剤担持体を電子写真感光体の表面に接触ま
たは近接させて電子写真感光体の表面に形成された静電
潜像を現像する、本発明の画像形成装置によれば、電子
写真感光体の表面の電位を測定し、測定結果に基づいて
作像プロセス条件を制御するために、帯電手段と現像手
段の間の感光体表面に近接する位置に設置された表面電
位計センサから書き込み露光手段側への近傍に、感光体
表面に近接して遮光部材（１１）を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置に関
し、詳細には像担持体上に静電潜像を形成し、その潜像
にトナーを付着せしめて現像する、いわゆる電子写真法
において、計測、評価、制御等の目的で、像担持体、即
ち電子写真感光体の表面電位を検知する表面電位計セン
サに対して露光光の電子写真感光体からの反射光による
検知電位に誤差を及ぼすことを防ぐ画像形成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法を用いた画像形成手段は、複
写機、プリンタ、ファクシミリ等において採用されてい
る。この電子写真法による画像形成手段は今日最も主要
なイメージング技術の一つであり、その基体プロセスは
広く知られている。その基本作像プロセスは、光導電性
感光部材（以下感光体と称す）の帯電−露光による潜像
形成−トナーによる現像、よりなる。通常、トナー像は
シート状部材に転写され、感光体部材表面上の非転写ト
ナーの除去（クリーニング）と余剰残留電荷の消去（除
電）を経て、作像プロセスは任意に反復される。

【０００３】潜像形成の露光方式には、大別して二つの
方式がある。その二つの方式とは、レンズ光学系（多く
は一つ以上の反射鏡を含む）で情報パタンを感光体表面
に直接結像照射するアナログ方式と、発光素子のアレイ
又はレーザビームで微小な画素に分割された情報を感光
体の表面に書き込んで露光するデジタル方式である。今
日、コンピュータの普及による利用側の要求と、デジタ
ル処理技術の向上による技術的背景の双方の理由から、
後者のデジタル方式が主流を占めている。このデジタル
方式における光源としては半導体レーザの使用が主流で
ある。

【０００４】カラー複写機、カラープリンタにおいて
も、色座標空間に関わる種々の情報操作、即ち色変換、
原色ごとの独立の階調補正等、がデジタル処理技術で可
能なことから、今日ほぼ全面的にデジタル方式が採用さ
れている。カラー作像機において、均一性と精細さはア
ウトプット画像の色偏差と関わっている。

【０００５】最近の電子写真方式の画像形成装置では、
作像プロセス条件の自動制御が広く採用されている。と
りわけ、デジタル方式の作像機においては、良好な画質
を得るために、プロセス条件の制御は事実上欠くことが
できなくなっている。制御の方式には様々な技術が開発
され実用化されているが、そのほとんどが、感光体の表
面電位を検知して現像条件にフィードバックする方式を
その主要基本手段の一つとしている。

【０００６】現在、機器組み込み専用のいわゆる内臓型
表面電位計が開発されていて、その選択・採用に大きな
技術的困難はない。通常、装置内の表面電位計は、露光
直後（必然的に現像のほぼ直前）に配置され、露光下で
その露光量でのいわゆる明部電位を、また露光をオフす
ることでいわゆる暗部電位（又は帯電電位）を測る。

【０００７】電位計を内臓せる作像装置では、複数の既
知露光を段階的に与えその電位を測ることで、いわばｉ
ｎ ｓｉｔｕな状況で、感光体の光・電気特性の概略が
把握できる。併せて、現像後のトナー濃度を測ること
で、いわゆるγ（ガンマ）特性が得られる。プロセス制
御の仔細な内容・方式は開発技術者の判断によるもの
の、その制御の信頼性が、電位測定の確度に依存するこ
とは明らかであり、同時にそれは、直接に画像品質の安
定性に関与する。

【０００８】ところで、電子写真方式の感光体には、従
来種々の種類・形態ものが開発され、かつ実用化されて
きた。電子写真感光体の主たる機能を担う光電的に活性
な物質としては、セレン、セレン・テルル合金、セレン
・ヒ素合金、酸化亜鉛等の無機物質と、ポリビニルカル
バゾール、アトランセン、アゾ系顔料、フタロシアニン
系顔料、ペリレン系顔料、スクアリック酸系染料、アズ
レニウム塩系染料、等の有機材料とが知られている。最
近は、種々の利点を持った複数の有機材料からなる感光
体、いわゆるＯＰＣ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏ Ｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ）の研究開発とその利用がますます盛
んになっている。ＯＰＣは、材料や構成の選択によって
特性の制御が比較容易で、しかも量産性にも優れてい
る。

【０００９】ＯＰＣの感光層は、通常、結着剤と呼ばれ
る樹脂材料と、有機顔料、有機染料、電子供与体、電子
受容体等から選ばれたいくつかの材料とを、多くは有機
溶剤中に分散又は相溶した液を基本表面に１層以上塗布
・乾燥して形成される。

【００１０】ＯＰＣの代表的な形態として、電極側に電
荷発生層（以下ＣＧＬと称す）、その上に電荷輸送層
（以下ＣＴＬと称す）を積層した、いわゆる積層・機能
分離型が挙げられる。有機化合物においては実用上十分
良好な電子移動性を示す材料が見いだされていないた
め、その必然として今日実用化されているほとんどの積
層・機能分離型ＯＰＣはＣＧＬを基本側とし、その上に
スチルベン系やヒドラゾン系、オキサゾール系、イミダ
ゾール系、トリフェニルアミン系等の正孔移動物質をポ
リマー中に相溶してなるＣＴＬを積層してなり、負帯電
で用いられる。この形態において、ＣＴＬは露光光に対
して実質的に透明であり、また感光層の厚みのほとんど
はＣＴＬの厚みによる。

【００１１】感光層と基体との間に、又は上述の積層・
機能分離型であれば基体とＣＧＬとの間に、電気特性、
画像品質、接着強度等の改良を目的に、下引き層、いわ
ゆるアンダーレイヤ（以下ＵＬと称す）を設けることも
広く採用されている。ＵＬの主材料は通常樹脂で、具体
的には、ポリアミド、ポリビニブチラール、ポリビニル
アルコール、ポリビニルセタール、メチルセルロース、
ニトロセルロース、ポリエステル、カゼイン、ロジン、
セラミック、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アルキド
樹脂、エポキシ樹脂、ニトリルゴム、クロロプレンゴ
ム、アクリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリ
ル−スチレン共重合体、塩化ビニル−酢酸ビチル共重合
体、及びそれらの混合物等が知られている。

【００１２】抵抗制御又は干渉性の入射光を散乱する目
的で、ＵＬ中へイオン伝導性材料の添加と無機又は有機
の顔料の分散も広く行われている。デジタル方式の電子
写真感光体では、酸化亜鉛、酸化チタン等の特定の金属
酸化物粒子の分散が、抵抗の制御と露光レーザ光の反射
干渉の制御効果を兼ねて好適に広く用いられている。

【００１３】電子写真感光体の基体としては、アルミニ
ウム、ニッケル等の金属、又はステンレス、ニクロム、
ハステロイ等の合金そのもの、もしくは、アルミニウ
ム、ニッケル、クロム等の金属かステンレス、ニクロ
ム、ハステロイ等の合金、又は酸化スズ、酸化インジウ
ムなどの比較的低抵抗の金属酸化物を、プラスチック、
紙等の表面に蒸着、スパッタリング等の手段で被覆した
ものを用いることができる。基体表面には、目的に応
じ、それぞれの素材に適した手段により、一定の範囲で
平滑性もしくは光学的粗面性を持たせることもできる。

【００１４】電子写真感光体は、通常循環駆動して反復
使用されるため、無端ベルト状か円筒状であり、代表的
基体としては、アルミニウム又はニッケル合金を蒸着し
たポリエステルフィルム（接合して感光部材とする）、
電着成形したニッケルのシームレス無端ベルト、アルミ
ニウム系円筒基体（以下アルミドラムと称す）がある。
なお、素材のアルミニウムは、意図的に添加した成分と
して、又は不可避的不純物として、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｆｅ等を含む。とりわけ、アルミドラムは、比較
的生産性が高く資源的にも恵まれ、かつ材料の再生利用
が容易なため、今日では最も広く使用されている。アル
ミドラムは、素管に加工された後、切削、超仕上げ、研
磨等の表面処理が施され感光層の塗工に供せられる。

【００１５】今日広く普及している代表的な電子写真方
式の画像形成装置とその感光体の構成要素について、改
めて下記の表１、２に整理して示す。表１、２は、本画
像形成装置の好適な適用対象を示すものである。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】さて、上記表に示した
方式・構成の画像形成装置のより好敵な作像条件から、
その方式・構成に起因するプロセス制御上の問題点が発
生する。現象的には、後述するいくつかの条件下で、制
御条件から予想される範囲を越えてプロセス制御の逸脱
が生じ、画像品質の不安定が発現した。

【００１９】具体的に説明すれば、本現象は、デジタル
方式、すなわち半導体レーザ書き込み露光方式で、かつ
電位検知によるプロセス制御を採用せる装置で発現し、
ＵＬに金属酸化物粒子の分散層を有する感光体でより顕
著であった。さらに、感光体ドラムの径が小さいほど現
象しやすく、また、感光体のＣＧＬの“濃さ”に対して
の依存性があった。

【００２０】現象の内容を鋭意解析し、下記に列記す
る。 １．レーザ書き込み露光系では、感光体のＣＧＬかＵＬ
で、レーザ光の拡散的反射が起こる。 ２．装置内臓の表面電位計センサは、作像プロセス順序
（帯電−露光−現像等）での、通常は露光直後に（当然
感光体に接近して）位置するため、多かれ少なかれ、露
光の反射光がセンサ部分まで及ぶ。 ３．今日広く採用されている表面電位計センサの検知面
（ヘッド）は平坦な金属であり、従って、露光部からの
反射光は幾分かはさらにほぼ正反射して感光部材表面に
当たる。 ４．レーザ光では、本来ある一点（画素）の露光時間は
極めて短いものの、拡散的反射光は広がりを持つため、
実質的に大ビーム径と同じ状況となり、反射光の実質的
露光時間は、書き込み露光時間より数桁大きくなる。 ５．表面電位計センサは、通常、軸方向の一カ所（多く
の場合ほぼ中央に設置）のみを固定的に測り、作像条件
は画像全体に一様に及ぶため、全体としてプロセス制御
の不適正が発生する。

【００２１】すなわち、レーザ書き込み露光系を採用
し、かつ、作像プロセス条件を目的に感光体の表面電位
計センサを備えた、今日広く普及している電子写真方式
の画像形成装置においては、露光強度に依存して、電位
が電位検知近傍の外部域より低めに検知されることがあ
り、それが、プロセス制御の不適正、ひいては画像の不
安定性の原因になっていた。

【００２２】本発明はこれらの問題点に鑑みてなされた
ものであり、露光光の感光体での反射光が電位検知部に
回り込んで再反射して検知電位に好ましくない影響を及
ぼすことが回避できると共に、適正で安定なプロセス制
御が働き、安定した画像品質が得られる画像形成装置を
提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、電子写真感光体を一様に帯電し、レーザビームで
電子写真感光体に書き込み露光して静電潜像を形成し、
現像剤担持体を電子写真感光体の表面に接触または近接
させて電子写真感光体の表面に形成された静電潜像を現
像する、本発明に係る画像形成装置によれば、電子写真
感光体の表面の電位を測定し、測定結果に基づいて作像
プロセス条件を制御するために、帯電手段と現像手段の
間の感光体表面に近接する位置に設置された表面電位計
センサから書き込み露光手段側への近傍に、感光体表面
に近接して遮光部材を設けたことに特徴がある。よっ
て、反射光による検知電位に悪影響を及ぼすことがなく
なり、検知電位の誤差を制御の分解幅以下に抑えられ、
従って制御の逸脱が回避でき、適正な作像プロセス制御
による安定した画像を得ることができる画像形成装置を
提供できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】電子写真感光体の表面の電位を測
定し、測定結果に基づいて作像プロセス条件を制御する
ために、帯電手段と現像手段の間の感光体表面に近接す
る位置に設置された表面電位計センサから書き込み露光
手段側への近傍に、感光体表面に近接して遮光部材を設
けた。

【００２５】

【実施例】図２は本発明の一実施例が適用し得る画像形
成装置の構成を示す断面図である。なお、同図は感光部
材（感光体ドラム）周りの配置の概略を示している。感
光体ドラム２１は、スコロトロン帯電器２２で帯電さ
れ、防塵ガラスを通った露光レーザビーム２３で書き込
み露光される。露光後の表面電位は露光部に近接した表
面電位計センサ２４で測られ、現像ユニット２５（カラ
ーのため４段ステージ）での現像条件等に反映される。
ただし、露光なしで電位を測る制御モードも設定し得
る。現像−転写後の感光体ドラム２１は、プレクリーニ
ングチャージ２６を経てクリーニングブラシ７とクリー
ニングブレード８で非転写トナーが除去され、さらに除
電用ＬＥＤアレイ２９で余剰残留電荷を消去（除電）さ
れ、作像プロセスは任意に反復される。各構成部材２５
〜２９は、本発明には直接関わらないため以下では説明
を省く。なお、露光レーザビーム２３の主走査面は、図
示していないレーザダイオード光源への正反射を避け
て、感光体ドラム２１の表面の法線に対し、わずかな傾
きを持たせてある。

【００２６】露光レーザビーム２３は、感光層の光学的
特性に応じて吸収されるが、多くの場合、仔細に見れ
ば、図３に示すごとく、入射後の幾分かは、拡散的に反
射する。これは、感光体が層構成の一部に粒子分散構造
を持つことになる。現在最も広く用いられている感光体
は、積層・機能分離タイプの有機光導電部材（ＯＰＣ）
であり、その入射光側は露光光に対して実質的に透明な
ＣＴＬで、入射光はＣＴＬを通過し、顔料分散層である
ＣＧＬか、少なくとも幾分かはその下の、同じく多くの
場合無機顔料の分散であるＵＬ（光学的に粗面の基体と
見なすこともできる）で拡散的に反射し、再びＣＴＬを
通過して一定の立体角で広がる形で感光層を出る。

【００２７】現在多用されているＬＤからのレーザ光は
可視域外のため、ビームの広がりを目視で確認すること
はできない。拡散的反射を、幾何光学的に予測すること
も困難である。しかし、拡散の状況は、電位に影響を及
ぼす範囲として確認できる。詳細に解析すると、拡散的
反射光は入射点を中心に半径約３〜１０ｍｍの範囲で、
図２の表面電位計センサ２４の計測に影響を及ぼす程度
の光量分布を持っている。ここでは、迷光がさらに表面
電位計センサ２４の表面で反射する状況を前提としてい
る。この領域は最大でビーム径の１００倍を超える。ビ
ームの拡大は、主・副走査において、実質的な露光時間
の拡大である。従って、反射光の強度が感光体面で１０
００分の１のオーダーでも、露光量としては、書き込み
露光ビームの１０分の１程度にまでなり得る。この露光
量は、通常使われている感光体の帯電電位を数１０ボル
ト低下するに充分である。

【００２８】かかる状況は、表面電位計センサの書き込
み露光側に、上述の反射光の入射を阻止する遮光部材を
設けることで回避できた。以下にその具体例を示す。

【００２９】まず、本発明の効果確認のために、表２の
感光部材に該当する次の感光体ドラムを作成した。

【００３０】〔基体〕外径９０ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ
３５５ｍｍのアルミドラムを準備した。引き抜き管の両
端を切断し、表面をダイヤモンドのＲバイトで、深さお
よそ２．０μｍ、ピッチ２００μｍに切削加工したもの
である。

【００３１】〔下引層〕オイルフリーアルキッド樹脂
（大日本インキ化学社製：ベッコライト Ｍ６４０
１）；１５部、メラニン樹脂（大日本インキ化学社製：
スーパーベッカミン Ｇ−８２１）；１０部、二酸化チ
タン（石原産業社製：タイペークＲ−６７０）；５０
部、２−ブタノン；４０部（全て重量部、以下同じ）、
のミリング分散液を浸漬塗布し、乾燥して４μｍの下引
層とした。

【００３２】〔電荷発生層〕下記の構造式１の電荷発生
部材；５部、ポリビニルブラチール樹脂（電気化学工業
社製：デンカブチラール ＃５０００−Ａ）；２部、シ
クロヘキサノン；２部、テトラヒドロフラン（安定化添
加剤としてＢＨＴを含む）；１５０部、のミリング分散
液を、下引層の上に浸漬塗布し、乾燥して電荷発生層と
した。電荷発生層の膜厚は、書き込みＬＤの波長７８０
ｍｍでの積分反射濃度で計量し、光学濃度で０．１０
（反射率で８０％）、０．１５（反射率で７０％）、
０．３０（同５０％）相当の３水準とした。

【００３３】

【化１】

【００３４】〔電荷輸送層〕下記の構造式２の化合物；
７部、ポリカーボネート（帝人化成社製：パンライト
Ｋ−１３００）；１０部、テトラヒドロフラン（安定化
添加剤としてＢＨＴを含む）；７０部、シリコンオイル
（信越シリコン製：ＫＦ−５０）；０．００２部、の溶
液を電荷発生層の上に浸漬塗布し、乾燥して２５μｍの
電荷輸送層とした。

【００３５】

【化２】

【００３６】ついで、表面電位計センサとしては、最も
一般的に用いられる振動容量型を用意した。その振動容
量型表面電位計センサは、約６ｍｍ角、長さ５０ｍｍの
エンドビュー型で端部は鏡面ステンレスである。

【００３７】図１は本発明の一実施例に係る画像形成装
置の部分構成を示す図である。同図において、先の条件
で作成した感光体ドラム２１と表面電位計センサ２４
を、リコー製カラー複写機ＰＲＥＴＥＲ６００シリーズ
機の改造機に装着した。表面電位計センサ２４は、フェ
ノール樹脂製のコの字形ブロックに、３側面が囲まれる
形にはめ込んで樹脂製ビスで固定し、解放側面を露光側
にして、センサヘッドの中心が露光部から１０ｍｍ離れ
た位置に、ヘッド面を感光体面から２ｍｍ離して取り付
けた。ついで、センサの書き込み露光側の面に、遮光部
材１１として、センサの側面幅（６ｍｍ）よりやや大き
い幅の黒色植毛シート（厚さ７５μｍのポリエステルフ
ィルに貼り付けて補強）を、植毛側を露光部側とし、遮
光部材１１の感光体ドラム２１側の端部が感光体面から
０．５ｍｍ離れる位置に貼り付けた。比較のため、遮光
部材１１を付けない表面電位計センサも用意した。表面
電位計センサ２４と遮光部材１１、および書き込み露光
部の感光体との位置関係は図１の（ａ）のようになる。
なお、本実施例では、表面電位計センサを露光直後とし
たが、併せて露光前、つまり帯電直後に表面電位計セン
サを取り付けた状態にも適用できることは言うまでもな
い。

【００３８】以上の装置で、帯電電位を−６５０Ｖと
し、露光後の真電位が−４００Ｖとなるようレーザーパ
ワーを調節した。３種のドラム、および遮光部材の有り
・無しに伴う６種類の組み合わせによる具体例１〜３と
比較例１〜３の表面電位計センサの効果確認結果を下記
の表３に示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】表３に示すように、本発明の効果の確認に
よれば、改造した作像装置における比較例１〜３におい
て２５Ｖをプロセス制御の分解幅とし、その値を境に制
御不適正を判定した。なお、この２５Ｖは制御方式の固
有の事情で決めた値ではない。また、便宜上の措定値で
もない。よって、次の理由で、作像プロセスの制御のた
めの電位分解幅として、２５Ｖが合理的妥当性を持つと
判断できる。帯電電位の範囲として、５００〜１０００
Ｖ（絶対値）とする。その範囲を２０分割して検知する
と１分割２５Ｖとなる。これ以上の分割は、制御の能率
と実質効果から価値が小さく、また、分割電位幅に関し
ても、それをさらに小さくすることは、自然的帯電電位
変動と内臓型表面電位計の精度から、不安定性の拡大を
招く。

【００４１】従って、このような制御範囲は広めに想定
している。露光後の明部電位であれば電位幅はさらに狭
い。電位変動幅が小さいか、又は制御の負担を軽くする
ために、分割数を少なくすることがあっても、電位分解
幅としては、結局のところ２５Ｖ前後に設定することが
最も合理的、かつ好適である。

【００４２】レイアウト上の都合から、いわゆるサイド
ビュータイプの表面電位計センサも広く用いられてい
る。図１の（ｂ）に示すように、かかるタイプの場合
も、基本的にはエンドビュータイプの場合と同様、表面
電位計センサ２４の書き込み露光側に、センサの幅に渡
って遮光部材１１を設ければよい。

【００４３】本発明の遮光部材は、実質的に不透明で、
表面反射の小さいものであれば、その材質を問わない。
上記実施例のごとく、独立した部材を表面電位計センサ
の近傍に接着してもよく、又は表面電位計センサの取り
付け部品、あるいは作像ユニット、交換使用するカート
リッジ等の一部に、その機能を持たせてもよい。本発明
の遮光部材は、他の部材またはユニットの一部として一
体化されたものも含んでいる。

【００４４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変
形や置換可能であることは言うまでもない。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、電子写真感光体を
一様に帯電し、レーザビームで電子写真感光体に書き込
み露光して静電潜像を形成し、現像剤担持体を電子写真
感光体の表面に接触または近接させて電子写真感光体の
表面に形成された静電潜像を現像する、本発明に係る画
像形成装置によれば、電子写真感光体の表面の電位を測
定し、測定結果に基づいて作像プロセス条件を制御する
ために、帯電手段と現像手段の間の感光体表面に近接す
る位置に設置された表面電位計センサから書き込み露光
手段側への近傍に、感光体表面に近接して遮光部材を設
けたことに特徴がある。よって、露光光の感光体面から
の反射光による検知電位に悪影響を及ぼすことがなくな
り、検知電位の誤差を制御の分解幅以下に抑えられ、従
って制御の逸脱が回避でき、適正な作像プロセス制御に
よる安定した画像を得ることができる画像形成装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る画像形成装置の部分構
成を示す図である。

【図２】本実施例が適用し得る画像形成装置の構成を示
す断面図である。

【図３】露光手段近傍の感光体からの反射光発生の様子
を示す図である。

【符号の説明】

１１；遮光部材、２１；感光体ドラム、２２；スコロト
ロン帯電器、２３；露光レーザビーム、２４；表面電位
計センサ、２５；現像ユニット、２６；プレクリーニン
グチャージャ、２７；クリーニングブラシ、２８；クリ
ーニングブレード、２９；除電用ＬＥＤアレイ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子写真感光体を一様に帯電し、レーザ
   ビームで電子写真感光体に書き込み露光して静電潜像を
   形成し、現像剤担持体を電子写真感光体の表面に接触ま
   たは近接させて電子写真感光体の表面に形成された静電
   潜像を現像する画像形成装置において、 電子写真感光体の表面の電位を測定し、測定結果に基づ
   いて作像プロセス条件を制御するために、帯電手段と現
   像手段の間の感光体表面に近接する位置に設置された表
   面電位計センサから書き込み露光手段側への近傍に、感
   光体表面に近接して遮光部材を設けたことを特徴とする
   画像形成装置。