JP2002055515A - 電子写真画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光学フィルターなしで焦点深度が深くかつスポ
ット径が小さいベッセルビームのサイドローブを切るこ
とができる電子写真画像形成装置を提供する。 【解決手段】前記電子写真画像形成装置において、露光
手段より出射される光は主スポットのほかにサイドロー
ブを持つベッセル関数型のベッセルビームであり、感光
体はデジタル感光体であって、高γ値を持ち、露光量の
少ない領域で感度を示さないインダクション領域を持つ
インダクション感光体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真画像形成装
置に関するものである。このような画像形成装置として
は、白黒、モノカラー、あるいはフルカラーの電子写真
複写機、プリンター、その他種々の記録機器などがあ
る。

【０００２】

【従来の技術】電子写真画像形成装置の高画質化に伴っ
て、近年その露光系にはレーザービームが主流に用いら
れている。通常レーザービームはビームの進行方向に対
して垂直方向の断面における振幅分布がガウス型をして
いるためガウスビームとも呼ばれている。

【０００３】近年、文字画像だけでなく自然画像の出力
用途が高まり、ますますの高解像、高画質が求められて
いる。このためには画像形成装置の露光スポット系を小
さくするか露光ビームの点灯時間（パルス幅）を変調し
露光面積を変化させることで階調表現を行う方式（以
下、ＰＷＭ方式という。）などが知られている。

【０００４】従来の技術を用いた光偏向装置では、入力
された画像信号に基づいて半導体レーザ等の光源から出
射したガウスビームはコリメーター−集光レンズ系を介
して平行光束に変換され、レーザー偏向装置の回転多面
鏡に入射され、偏向出射された後、ｆ−θレンズ系にて
回転ドラム上にスポット状に照射される。

【０００５】しかし通常のレンズを用いた光学系におい
てはビーム径を極端に小さくすることは困難である。な
ぜならガウスビームの径をレンズ系により絞っていく
と、ビームの焦点深度が浅くなってしまうことと、通常
露光光源として用いられる半導体レーザは焦点深度の中
心部分（ビームウエスト）が温度により位置変化するた
め、感光体上に露光したガウスビームが焦点ずれを起こ
し画像がボケる可能性が存在するためである。

【０００６】これらの理由により露光装置のビーム径
は、一般的に波長６７０ｎｍで、３０μｍ程度が実使用
上の限界であると考えられている。

【０００７】一方、近年ベッセルビームと呼ばれるビー
ムの適用が提案されている。ベッセルビームとは光の超
解像現象を利用したもので、ビームの進行方向に対して
垂直方向の光の強度分布が第１種０次ベッセル関数の２
乗に比例するものである。

【０００８】上記の超解像現象とは光の干渉を利用した
ビーム形成方法であり、光軸上に光を集光させたり交差
させたりして光の干渉領域を作り出し、ビームスポット
を得る方法である。

【０００９】このように形成されるビームスポットはビ
ーム径を極めて細くすることができると同時に焦点深度
を深くすることができる特徴を持つ。ビーム径を２０μ
ｍに絞った例では、ガウスビームでは焦点深度が約０．
３ｍｍなのに対し、ベッセルビームでは焦点深度が約１
０ｍｍになることが知られている。このように、ガウス
ビームでは温度変化などによる焦点位置のずれを考える
と２０μｍのスポット径を実現することは困難である
が、ベッセルビームではこのような細いビームの実現が
可能となる。

【００１０】しかし、図４に示すようにベッセルビーム
では光軸の中心主極大に対し同心円状に副極大（サイド
ローブ）が発生する。サイドローブの大きさは、１次の
もので１５％程度、２次のものでも５％程度あるため、
光走査書き込み系においてはいかにこのサイドローブを
カットするかが大きな課題となっていた。

【００１１】例えば、光学フィルターを用いてサイドロ
ーブの強度を下げる、ピンホールを設けてサイドローブ
を切る、複数のベッセルビームを重ね合わせてサイドロ
ーブの割合を小さくするなどの手段が用いられていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ベ
ッセルビーム露光装置において、サイドローブを完全に
消す光学フィルターの作成は困難であり、このようなフ
ィルターを作成できたとしても取り付け精度の向上が必
要となり露光装置のコストが高くなってしまう。またピ
ンホールを設けるとそのエッジにより更に回折像が現れ
る、という問題点があり、どれも本質的な解決法ではな
かった。

【００１３】そこで本発明においてはベッセルビーム露
光装置を備えた電子写真画像形成装置にて、光学フィル
ターなしで焦点深度が深くかつスポット径が小さいベッ
セルビームのサイドローブを切ることができる電子写真
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】上記目的を達成するた
め、本発明の電子写真画像形成装置においてベッセルビ
ームを出射する露光装置に対し、電子写真感光体が導電
性支持体の上に単層の感光層を有し、該電子写真感光体
が高γ値を持つデジタル感光体であることを特徴とする
ものである。

【００１５】すなわち、本発明はベッセルビームのサイ
ドローブの光量に対しては感度がなく、ベッセルビーム
の中心主極大に対してのみ感度を持つようなデジタル感
光体を用いることにより、精細な画像書き込みが可能と
なる電子写真画像形成装置に関わるものである。

【００１６】本発明に用いるベッセルビームについて説
明する。

【００１７】Ｄｕｒｎｉｎ；Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａ
ｍ．Ａ，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．４，Ｐ６５１（１９８７）
にあるように、理論的には第１種０次ベッセル関数の二
乗に比例する強度分布Ｉ₀ （ｒ）を持つベッセルビーム
を形成することが可能であり、その強度分布は次のよう
に表される。

【００１８】Ｉ₀ （ｒ）＝Ａ・ｘ^{2 (}α^r) ここで、Ａ、α；定数、ｒ；光軸からの距離である。

【００１９】この関数で表されるベッセルビームは図５
に示すように明るい中心主極大スポットのまわりに同心
円上に明暗の縞が現れ、この同心円上の縞は理論的には
無限遠まで存在するものである。

【００２０】次にベッセルビームを発生させるための露
光装置について説明する。

【００２１】図６（ａ）はリング状スリット開口１１と
レンズ１２によりベッセルビームを発生させるものであ
る。コリメータされたレーザ光１０がスリット開口１１
を経てレンズ１２により網点部分に集光される。そして
レンズ１２の焦点位置１３において第１種０次ベッセル
関数の二乗に比例したスポットを有するベッセルビーム
を発生する。

【００２２】図６（ｂ）はアキシコンプリズム１４を用
いてベッセルビームを発生させるものである。コリメー
トされたレーザ光１０が網点部分に集光され、焦平面１
５上にベッセルビームを形成する。

【００２３】図示していないが、そのほかにも位相フィ
ルターを用いる方法、レーザー共振器内にスリット−レ
ンズ系を組み込み発振させる方法、などベッセルビーム
を発生する手段はいくつか知られている。

【００２４】次にデジタル感光体について説明する。

【００２５】従来の感光体は入射光量に対して得られる
濃度が比例関係にあるいわゆるアナログ的な感光体であ
った。これに対して、感光体の感度特性に閾値を持たせ
るデジタル感光体が知られている。これは以前より「イ
ンダクション現象」として知られているものであり、図
７に示すように光照射量が少ないうちは感光体表面の電
位減衰の遅れ（いわゆるインダクション領域−Ｉｎｄｕ
ｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｏｄ）が存在し、その後露光量が
増加すると光減衰が急峻になり、高γ領域に移行するこ
とになる。

【００２６】インダクション領域から高γ領域への屈曲
点での露光量をＥａ、高γ領域から残留電位領域への屈
曲点での露光量をＥｂとすると、つまりＥａ以下の露光
量では非露光部状態であり、Ｅｂ以上の露光量で表面電
位減衰が始まるものである。感光体の光減衰特性がイン
ダクション領域を持つ特性を示すものをデジタル感光体
またはインダクション感光体と称している。

【００２７】本発明の感光体は、このインダクション現
象を利用して、光学的な手続きなしにベッセルビームの
サイドローブをカットするものである。

【００２８】ベッセルビームは中心極大の周りに同心円
上にサイドローブを持つものであり、サイドローブの大
きさは中心光から遠ざかるほど小さくなるという特徴が
ある。従って１次光がカットできればそれより高次のサ
イドローブはカットできることになる。

【００２９】本発明者らが検討したところ、本発明の露
光装置より出射されるベッセルビームにおいては３次光
まで考慮すればよく、これより高次のサイドローブに関
しては光量も小さく、画像に対して殆ど影響を与えない
ことがわかっている。

【００３０】ここで、ベッセルビームの３次光までの光
量をＩとする。ベッセルビームの中心極大（０次光）に
は全エネルギーの７０％が含まれ、１次光には全エネル
ギーの１５％が含まれる。

【００３１】このことにより、ベッセルビームの１次光
がインダクション領域によりカットされるためには、以
下の関係式 Ｅａ＞０．１５Ｉ かつ Ｅｂ＜０．７Ｉ を満たせばよいことがわかる。

【００３２】以上は孤立１ドット露光の観点から述べて
いるが、これはハーフトーン領域においても同様に記述
できることは図８からも明らかである。図８は本発明の
露光装置を用いて６００ｄｐｉの１ドット１スペース画
像を露光したときにドラム上に照射される光エネルギー
分布を示したものである。画像信号に対応する大きな露
光部と、ベッセルビームのサイドローブに起因する小さ
な露光部が分布しているのがわかる。

【００３３】これらの小さな露光分布のエネルギーは照
射したベッセルビームに対してそれぞれ約１４％であっ
た。よってこれらのサイドローブは孤立１ドットの時と
同様にインダクション領域によりカットされることがわ
かる。

【００３４】次に本発明に用いる感光体の構成について
説明する。

【００３５】本発明の感光体は導電性支持体上に単層の
感光層を有するものである。感光層は結着樹脂中に光導
電性微粒子を分散したものであり、光導電性微粒子とし
て好ましいものはキャリアが正孔である場合にはｐ型半
導体に電子捕獲正化合物をドープしたものが用いられ、
キャリアが電子である場合にはｎ型半導体に正孔捕獲性
化合物をドープしたものが用いられる。特に好ましいｐ
型半導体としてはフタロシアニン化合物があり、銅フタ
ロシアニン、チタニルフタロシアニン及びハイドロキシ
ガリウムフタロシアニン等があり、ドープする電子捕獲
性化合物として前述のフタロシアニンのニトロ化物やハ
ロゲン化物等が用いられる。また、特に好ましいｎ型半
導体としてジスアゾ化合物、トリスアゾ化合物、酸化亜
鉛およびＣｄＳ等があり、ドープする正孔捕獲性化合物
としてトリフェニルアミン系化合物等が用いられる。

【００３６】また必要に応じて感光層に潤滑剤、酸化防
止剤、レベリング剤等の公知の添加物を含有することも
できる。

【００３７】本発明における結着樹脂として使用可能な
ものとしてはスチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、アク
リル酸エステル、メタクリル酸エステル、フッ化ビニリ
デン及びトリフルオロエチレン等のビニル化合物の重合
体および共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニル
アセタール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリス
ルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリウレタン、セ
ルロース樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ケイ素
樹脂およびエポキシ樹脂等が挙げられる。

【００３８】本発明における感光層の厚さは５〜１００
μｍ、好ましくは７〜３５μｍである。

【００３９】導電性支持体としては導電性を有する物で
あればよく、アルミニウム、ステンレスなどの金属、あ
るいは導電層を設けた金属、プラスチック、紙などが挙
げられ、形状としては円筒状またはフィルム状等が挙げ
られる。

【００４０】本発明における下引き層は１層のみで構成
されているものでも、複数の層で構成されていてもよ
い。下引き層の膜厚は複数ある場合でも２０μｍ以下が
好ましく、０．１〜５．０μｍがより好ましい。

【００４１】下引き層はガゼイン、ポリビニルアルコー
ル、ニトロセルロース、ポリアミド（ナイロン６、ナイ
ロン６６、ナイロン６１０、共重合ナイロン、Ｎ−アル
コキシメチル化ナイロン等）、ポリイミド、ポリウレタ
ン、ポリエステル、フェノール樹脂、酸化アルミニウム
等によって形成することができる。

【００４２】また本発明の感光体においては、感光体の
耐久性を向上させるために感光層の上に表面保護層を設
けることも可能である。

【００４３】電子写真感光体の作成は、前記材料からな
る感光層の塗工液を、浸漬法、ブレード塗工法、スプレ
ー塗工法等により導電性支持体上に塗工し乾燥させて感
光層を形成すればよい。

【００４４】

【実施例】以下、実施例に従って本発明の電子写真画像
形成装置について説明する。

【００４５】実施例１ まず本発明に用いた単層感光体の形成に用いる塗工液の
具体的調合例を示す。

【００４６】３０φ、２６０ｍｍのＡｌシリンダーを基
体とし、下引き層としてアルコール可溶性共重合ナイロ
ン（アミランＣＭ−８０、東レ（株）製）５部（重量
部、以下同様）をメタノール９５部に溶解した溶液を浸
漬法で塗布し、８０℃で１０分間乾燥して、膜厚が０．
５μｍの下引き層を形成した。

【００４７】次にＸ型無金属フタロシアニン顔料１部に
対してポリエステル−メラミン混合熱硬化樹脂（三井東
圧化学（株）製、Ｐ６４５／ユーバン２０Ｓ）固形分４
部とシクロヘキサノン２０部を加えた溶液をペイントシ
ェーカーにて分散したものを、上記のＡｌシリンダーに
浸漬法で塗布し、１５０℃、６０分熱硬化して１５μｍ
厚さの感光体を得た。

【００４８】この感光体の露光量−ドラム表面電位曲線
を測定したところ図２の結果が得られ、Ｅａ＝２．４μ
Ｊ／ｃｍ² 、Ｅｂ＝２．９μＪ／ｃｍ² であり、インダ
クション感光体であることが確認できた。

【００４９】次に画像形成装置について図１に従って説
明する。

【００５０】コロナ帯電器３により感光体１の外周面が
ほぼ＋５００Ｖに帯電され、この感光体に対してベッセ
ルビーム露光装置２により画像信号に対応したレーザビ
ームが照射され感光体ドラム１上に潜像が形成される。
その潜像は現像装置４によりトナー画像として現像され
る。一方、不図示の給紙部から記録材としての転写材が
給送されて転写手段５によりトナー像が転写される。ト
ナー画像の転写を受けた転写材は感光体１の面から分離
されて熱定着方式等の定着装置６へ導入されてトナー画
像の定着を受け、画像形成物（プリント、コピー）とし
て装置外へ排出される。感光体上に存在する転写残りト
ナーはクリーニング装置７により書き取られ感光体のク
リーニングがなされ、前露光手段８により感光体の電気
的クリーニングがなされる。

【００５１】露光装置２は波長７８０ｎｍの半導体レー
ザをアキシコンプリズムによりスポット系２５μｍにな
るように調整し、ベッセルビームの３次光までの露光量
がＩ＝４．４μＪ／ｃｍ² となるようにレーザ素子の駆
動電流を調整した。

【００５２】このとき、インダクション領域の屈曲点Ｅ
ａ、残留電位領域の屈曲点Ｅｂとベッセルビームの露光
量の間にＥａ＞０．１５ＩかつＥｂ＜０．７０Ｉが成立
した。

【００５３】上記感光体ならびに露光装置を用いて画像
出力を行った。その結果、ハーフトーン画像においても
ベッセルビームのサイドローブに起因するようなカブリ
は見られず非常に高精細な画像が得られた。

【００５４】更に、３０００枚の画像を連続出力した
が、サイドローブに起因する画像欠陥は見られなかっ
た。

【００５５】比較例１ ａ−Ｓｉドラムの使用 実施例１と同じ電子写真画像形成装置に図３に示すよう
な光感度を持つアモルファスシリコン感光体を装着し、
同様に画像出力を行った。低濃度画像ではベッセルビー
ムのサイドローブの光量は極めて小さくなるためこれに
よるカブリなどの画像欠陥は見られなかったが、ハーフ
トーン画像においては隣接する画素のサイドローブ同士
の光量が積算されてしまうため、得られた画像は非常に
カブリの多いものとなってしまった。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、ベッセルビーム露光装置
を備えた電子写真画像形成装置において、インダクショ
ン感光体を用いることによりベッセルビームのサイドロ
ーブを切ることが可能となり、高精細な画像を得ること
ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子写真画像形成装置の断面図であ
る。

【図２】本発明のデジタル感光体の露光量−ドラム表面
電位曲線を示す図である。

【図３】本発明の比較例に関わる図である。

【図４】従来のベッセルビームに関わる図である。

【図５】従来のベッセルビームに関わる図である。

【図６】従来のベッセルビーム作成法に関わる図であ
る。

【図７】本発明のデジタル感光体に関する図である。

【図８】本発明のベッセルビームに関わる図である。

【符号の説明】

１ 感光体 ２ ベッセルビーム露光装置 ３ コロナ帯電器 ４ 現像装置 ５ 転写手段 ６ 定着装置 ７ クリーニング装置 ８ 前露光手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C362 AA21 AA34 AA40 AA52 CB03 CB59 2H068 AA31 FA13 FB07 FC05 2H076 AB09 AB12 DA06 DA21 2H110 AA00 AA24 CD12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性支持体上に感光層を有する電子写
   真感光体と、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手
   段、定着手段、クリーニング手段を備えた電子写真画像
   形成装置において、該露光手段より出射される光は主ス
   ポットのほかにサイドローブを持つベッセル関数型のベ
   ッセルビームであり、該感光体はデジタル感光体である
   ことを特徴とする電子写真画像形成装置。
2. 【請求項２】 該デジタル感光体は高γ値を持ち、露光
   量の少ない領域で感度を示さないインダクション領域を
   持つインダクション感光体であることを特徴とする請求
   項１に記載の電子写真画像形成装置。
3. 【請求項３】 該感光体のインダクション領域の屈曲点
   における露光量Ｅａ、残留電位開始領域の屈曲点におけ
   る露光量Ｅｂ、ベッセルビームの第３次光までの露光量
   Ｉの間に Ｅａ＞０．１５Ｉ かつ Ｅｂ＜０．７Ｉ の関係が成り立つことを特徴とする請求項２に記載の電
   子写真画像形成装置。