JP2003291395A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】書込パルスがオフした時の電荷吸取り量を一定
にすることにより、静電吸着力を一定にし良好な画像を
得る。 【解決手段】像担持体に当接し電荷注入により電荷を印
加する書込電極３ｂにより静電潜像を形成する画像形成
装置において、前記像担持体が誘電体層の表面に露出さ
れた独立電極と備え、前記書込電極の像担持体周方向の
当接幅をW、書込電極に印加するパルス幅をｆ、像担持
体の周速度をＶとしたとき、 W＞（ｆ×Ｖ）／２ の関係を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、書込ヘッドの書込
電極により像担持体上に静電潜像を形成することにより
画像を形成する画像形成装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、静電複写機やプリンタ等の画像形
成装置においては、一般的に帯電装置により感光体の表
面を一様帯電し、この一様帯電された感光体の表面にレ
ーザ光あるいはＬＥＤランプ光等の露光装置の光を露光
することにより、感光体の表面に静電潜像を形成するよ
うにしている。そして、感光体の表面の静電潜像を現像
装置で現像して感光体の表面にトナー像を形成し、この
トナー像を転写装置によって紙等の転写材に転写して画
像を形成している。 【０００３】このような従来の一般的な画像形成装置で
は、静電潜像の書込装置である露光装置がレーザ光ある
いはＬＥＤランプ光発生装置等によって構成されている
ため、画像形成装置が大型でかつ複雑な構成になってい
る。 【０００４】そこで、静電潜像の書込装置として、レー
ザ光やＬＥＤランプ光を用いずに書込電極により像担持
体の表面に静電潜像を書き込む画像形成装置が特開２０
０１−２８７３９６により提案され、また、本出願人
は、特願２００１−２２７６３０により特許出願を行っ
ている。 【０００５】図１は、前記特願２００１−２２７６３０
の基本構成を模式的に示す図である。この画像形成装置
１は、導電性材料からなるとともに接地されている基材
２ａの外周に絶縁性を有して設けられ、かつ静電潜像が
形成される帯電体層２ｂを有する像担持体２と、絶縁性
が高くかつ比較的柔らかく弾性のある可撓性の基材３ａ
に支持されかつこの基材３ａの撓みによる弱い弾性復元
力で像担持体２の帯電体層２ｂ上に軽く押圧されて面接
触し、この帯電体層２ｂ上に静電潜像を書き込む書込電
極３ｂを有する書込ヘッド３と、現像剤担持体である現
像ローラ４ａを有する現像装置４と、転写部材である転
写ローラ６ａを有する転写装置６とを少なくとも備えて
いる。 【０００６】このように構成された画像形成装置１にお
いては、像担持体２の帯電体層２ｂ上を一様電荷状態に
した後、書込電極３ｂに書込パルスがＩＣドライバ１１
を介して印加され、主として、互いに面接触している像
担持体２と書込ヘッド３の書込電極３ｂとの間の電荷移
動（例えば、電荷注入等）により、静電潜像が一様電荷
状態の帯電体層２ｂ上に書き込まれる。そして、帯電体
層２ｂ上の静電潜像が現像装置４の現像ローラ４ａによ
って搬送される現像剤で現像され、その現像剤像が、転
写電圧が印加された転写ローラ６ａにより紙等の転写材
５に転写される。 【０００７】ところで、書込電極３ｂから帯電体層２ｂ
に注入された電荷は、帯電体層２ｂ内でリークしやすい
という問題があり、そこで、図３に示すように、帯電体
層２ｂを、誘電体層２ｃとこの誘電体層の表面に露出さ
れた多数の独立電極２ｄ₁を有する独立フローティング
電極層２ｄとから構成することが考えられる。この場
合、像書込時に、書込電極３ｂから例えばプラスの書込
パルスが独立電極２ｄ₁に印加されて像書込が行われ、
そして、独立電極２ｄ₁への書込電圧での像書込直後か
ら現像までの間において、所定の電荷を保持することが
でき、現像装置により静電潜像が現像される。 【０００８】図１３は、書込電極３ｂに書込パルスを印
加した場合の像担持体２の表面電位（静電潜像電位）の
変化を示している。図（Ａ）〜図（Ｃ）に示すように、
像担持体２がＹ方向に移動するにつれて、表面電位の幅
が長くなると同時に、表面電位のレベルが階段状に上昇
していく。図１４は、書込電極３ｂへの書込パルスをオ
フする直前の表面電位の様子を示している。書込電極３
ｂへの書込パルスをオフする直前では、図示点線のレベ
ルにあった表面電位が、オフした瞬間、書込電極３ｂの
像担持体周方向の当接幅Ｗに対応する部分が図示実線の
レベルに低下し、書込電極３ｂの像担持体周方向の当接
幅Wに相当する電荷吸取り量Ｎが書込電極３ｂに吸い取
られて除電される。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】図１５は、本発明の課
題を説明するための図である。書込電極３ｂの像担持体
周方向の当接幅Wが、書込パルスのパルス長（パルス幅
×像担持体周速度）／２以下の場合、書込電極３ｂがオ
フする位置Ｐ₂で、書込パルスがオフする直前の当接部
の電位は曲線Ｚで示すように急降下しており、そのため
静電吸着力が不安定になり、書込パルスをオフした時に
電荷吸取り量（除電量）Ｎが不安定になり、除電しきれ
ずに潜像コントラストの乱れ、いわゆる尾びきが発生す
るという問題を有している。 【００１０】この問題は、図３で説明した、誘電体層２
ｃの表面に露出された多数の独立電極２ｄ₁を有する像
担持体において特に顕著となる。この場合には、像担持
体表面に固い独立電極２ｄ₁と軟らかい誘電体層２ｃが
あるため、長期の使用により像担持体表面に凹凸が生
じ、書込電極３ｂと独立電極２ｄ₁の当接の確保が困難
になるからであり、そのため静電吸着力を一定に保持す
ることが課題となっている。 【００１１】本発明は、上記の問題および課題を解決す
るものであって、書込パルスがオフした時の電荷吸取り
量を一定にすることにより、静電吸着力を一定にするこ
とができ、良好な画像を得ることができる画像形成装置
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】上記目的を達成するため
に、本発明の画像形成装置は、像担持体に当接し電荷注
入により電荷を印加する書込電極により静電潜像を形成
する画像形成装置において、前記像担持体が誘電体層の
表面に露出された独立電極と備え、前記書込電極の像担
持体周方向の当接幅をW、書込電極に印加するパルス幅
をｆ、像担持体の周速度をＶとしたとき、 W＞（ｆ×Ｖ）／２ の関係を満足することを特徴とする。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態について説明する。図２は、本発明の画像形成
装置の１実施形態を示し、図（Ａ）は基本構成を模式的
に示す図、図（Ｂ）は図（Ａ）の具体的構成を示す斜視
図、図３は、図２の像担持体を部分的にかつ模式的に示
す拡大図である。 【００１４】図２に示すように、画像形成装置１は、ア
ルミニウム等の導電性材料からなるとともに接地されて
いる基材２ａの外周に絶縁性を有して設けられ、かつ静
電潜像が形成される帯電体層２ｂを有する像担持体２
と、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit ）あるいはＰＥ
Ｔ（ポリエチレンテレフタレート）等の絶縁性が高くか
つ比較的柔らかく弾性のある可撓性の基材３ａに支持さ
れかつこの基材３ａの撓みによる弱い弾性復元力で像担
持体２の帯電体層２ｂ上に軽く押圧されて面接触し、こ
の帯電体層２ｂ上に静電潜像を書き込む書込電極３ｂを
有する書込ヘッド３と、現像剤担持体である現像ローラ
（現像剤担持体）４ａを有する現像装置４と、転写部材
である転写ローラ６ａを有する転写装置６とを少なくと
も備えている。 【００１５】帯電体層２ｂは、絶縁層である誘電体層２
ｃとこの誘電体層２ｃの表面に設けられた像書込部であ
る独立フローティング電極層２ｄとから構成されてい
る。図３に示すように、この独立フローティング電極層
２ｄは誘電体層２ｃの表面に露出するように配設された
多数の独立電極２ｄ₁から構成されている。これらの独
立電極２ｄ₁は互いに電気的に独立しかつ誘電体層２ｃ
の表面から露出した海島構造に形成されている。なお、
図２には誘電体層２ｃと独立フローティング電極層２ｄ
とが区画されて示されているが、これは説明の便宜上区
画しているだけであって、図３に明瞭に示すように、誘
電体層２ｃと独立フローティング電極層２ｄとは明確に
区画されるものではなく、誘電体層２ｃの表層における
多数の独立電極２ｄ₁が存在する部分が独立フローティ
ング電極層２ｄである。 【００１６】そして、像書込時に、ＩＣドライバ１１を
介して印加される例えばプラスの電圧が書込電極３ｂか
ら書込電圧Ｖ₁として独立フローティング電極層２ｄに
印加されて、この独立フローティング電極層２ｄの像書
込部にプラスの電荷が帯電することで、独立フローティ
ング電極層２ｄに像書込が行われる。 【００１７】誘電体の樹脂材料としては、ポリカーボネ
ート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、
ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレ
ン、スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、ＡＥ
Ｓ樹脂、ＡＳＡ樹脂、塩素化ポリエーテル、ポリ酢酸ビ
ニル、ポリ塩化ビニル、アクリル変性ポリ塩化ビニル、
エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、アルキド
樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＰＣＴ
ＦＥ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂、ＥＣＴＦＥ樹脂、ＰＶＤＦ樹
脂、ＰＶＦ樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル−スチレ
ン共重合体、石油樹脂、ＰＢＴ、ＰＥＴ、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンエー
テル、ポリフェニレンスルフィド、シリコーン樹脂、キ
シレン樹脂、ポリビニルアセタール、メラミン樹脂、ユ
リア樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、フェノール樹脂等の
いずれか単体、もしくは２種以上の材料を用いるが、同
じような電気特性を有する材料であればこの限りではな
い。 【００１８】溶剤としては、ＣＨ₂Ｃｌ₂、芳香族、エス
テル類、ケトン類、エーテル類、メタノール、エタノー
ル、フェノール類、炭化水素、水等を用いる。 【００１９】導電性微粒子Ｅｂの材料としては、Ｍｏ、
Ｗ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、
Ｎｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｒａ、Ｏｓ、Ｉｒ等の金属、
または、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ₂（酸
化チタン）、ＳｎＯ₂（酸化スズ）等の金属酸化物にホ
ウ素等をドーピングしたもの、または、カーボンブラッ
ク、カーボンナノチューブ、フラーレン、ヨウ素ドーピ
ングポリアセチレン等の導電性高分子を用いる。 【００２０】このように構成された画像形成装置１にお
いては、像担持体２の帯電体層２ｂ上を一様電荷状態に
した後、書込電極３ｂに書込電圧が書込電極３ｂのＩＣ
ドライバ１１を介して印加され、主として、互いに面接
触している像担持体２と書込ヘッド３の書込電極３ｂと
の間の電荷移動（例えば、電荷注入等）により、静電潜
像が一様電荷状態の独立フローティング電極層２ｄ上に
書き込まれる。そして、独立フローティング電極層２ｄ
上の静電潜像が現像装置４の現像ローラ４ａによって搬
送される現像剤で現像され、その現像剤像が、転写電圧
が印加された転写ローラ６ａにより紙等の転写材５に転
写される。 【００２１】図４は、図１の画像形成装置１における画
像形成の基本プロセスを示す図である。本発明の画像形
成装置１における画像形成の基本プロセスとして、(1)
一様除電−接触帯電書込−正規現像、(2) 一様除電−接
触帯電書込−反転現像、(3)一様帯電−接触除電書込−
正規現像、および(4) 一様除電−接触除電書込−反転現
像の４つの画像形成プロセスがある。以下、これらの画
像形成プロセスについて説明する。 (1) 一様除電−接触帯電書込−正規現像 この画像形成プロセスの一例として、図（Ａ）に示すよ
うに、像担持体２として独立フローティング電極層２ｄ
が用いられているとともに、像担持体一様電荷制御装置
７として除電ローラ７ｂが用いられている。この除電ロ
ーラ７ｂにより独立フローティング電極層２ｄの電荷が
除電されて誘電体２ｂ上が、電荷が取り除かれた０Ｖに
近い一様電荷状態にされる。書込ヘッド３の書込電極３
ｂは独立フローティング電極層２ｄに接触して独立フロ
ーティング電極層２ｄの画像部を（＋）帯電することで
この独立フローティング電極層２ｄに静電潜像を書き込
むようになっている。現像装置４の現像ローラ４ａに
は、従来と同様に例えば（−）の直流のバイアス電圧が
印加される。なお、現像ローラ４ａには（−）の直流に
交流が重畳されたバイアス電圧を印加することもでき
る。また、除電ローラ７ｂには、交流のバイアス電圧が
印加される。 (2) 一様除電−接触帯電書込−反転現像 この画像形成プロセスの一例として、図（Ｂ）に示すプ
ロセスがある。この画像形成プロセスは、図（Ａ）に示
す例と同様に像担持体２として独立フローティング電極
層２ｄが用いられているとともに、像担持体一様電荷制
御装置７として除電ローラ７ｂが用いられている。ま
た、書込ヘッド３の書込電極３ｂは誘電体２ｂに接触し
てこの誘電体２ｂの非画像部を（−）帯電するようにな
っている。この例の画像形成プロセスの他の構成は、前
述の図（Ａ）に示す例と同じである。 【００２２】この例の画像形成プロセスにおいては、除
電ローラ７ｂが独立フローティング電極層２ｄに接触さ
れており、この除電ローラ７ｂにより独立フローティン
グ電極層２ｄの電荷が除電されて独立フローティング電
極層２ｄ上が、電荷が取り除かれた０Ｖに近い一様電荷
状態にされる。その後の画像形成動作は、前述の図
（Ａ）に示す例と同じである。 (3) 一様帯電−接触除電書込−正規現像 この画像形成プロセスの一例として、図（Ｃ）に示すプ
ロセスがある。この画像形成プロセスは像担持体２とし
て独立フローティング電極層２ｄが用いられているとと
もに、像担持体一様電荷制御装置７として帯電用コロナ
放電器７ｄが用いられている。図示しないが、この帯電
用コロナ放電器７ｄには、従来と同様に（−）の直流の
バイアス電圧または（−）の直流に交流を重畳されたバ
イアス電圧が印加される。また、書込ヘッド３の書込電
極３ｂは独立フローティング電極層２ｄに接触して独立
フローティング電極層２ｄの非画像部の（−）電荷を除
電するようになっている。更に、現像ローラ４ａには
（＋）の直流のバイアス電圧が印加されていて、現像ロ
ーラ４ａは（＋）に帯電された現像剤８を独立フローテ
ィング電極層２ｄの方へ搬送するようになっている。 【００２３】この例の画像形成プロセスにおいては、帯
電用コロナ放電器７ｄにより独立フローティング電極層
２ｄ上が（−）帯電されて所定電圧の一様電荷状態にさ
れた後、書込ヘッド３の書込電極３ｂにより独立フロー
ティング電極層２ｄ上の非画像部の（−）電荷が除電さ
れてこの独立フローティング電極層２ｄ上に静電潜像が
書き込まれる。そして、現像装置４の現像ローラ４ａに
よって搬送される（＋）帯電された現像剤８が独立フロ
ーティング電極層２ｄの（−）帯電された画像部に付着
して静電潜像が正規現像される。 (4) 一様帯電−接触除電書込−反転現像 この画像形成プロセスの一例として、図（Ｄ）に示すプ
ロセスがある。この画像形成プロセスは、像担持体２と
して独立フローティング電極層２ｄが用いられていると
ともに、像担持体一様電荷制御装置７として帯電用コロ
ナ放電器７ｄが用いられている。図示しないが、この帯
電用コロナ放電器７ｄには、従来と同様に（＋）の直流
のバイアス電圧または（＋）の直流に交流を重畳された
バイアス電圧が印加される。 【００２４】この例の画像形成プロセスにおいては、帯
電用コロナ放電器７ｄにより独立フローティング電極層
２ｄ上が（＋）帯電されて所定電圧の一様電荷状態にさ
れた後、書込ヘッド３の書込電極３ｂにより独立フロー
ティング電極層２ｄ上の画像部の（＋）電荷が除電され
てこの独立フローティング電極層２ｄ上に静電潜像が書
き込まれる。そして、現像装置４の現像ローラ４ａによ
って搬送される（＋）帯電された現像剤８が誘電体２ｂ
の（＋）帯電されない画像部に付着して静電潜像が反転
現像される。 【００２５】図５は、書込装置３の書込電極３ｂの帯電
または除電による静電潜像の書込の原理を説明し、図
（ａ）は書込電極３ｂと像担持体２との接触部の拡大
図、図（ｂ）はこの接触部の電気的等価回路図、図
（ｃ）ないし図（ｆ）は各パラメータと像担持体２の表
面電位との関係を示す図である。図６は、像担持体に対
する帯電または除電を説明し、図（ａ）は電荷注入によ
る像担持体に対する帯電または除電の説明図、図（ｂ）
は放電による像担持体に対する帯電または除電の説明
図、図（ｃ）はパッシェンの法則を説明する図である。 【００２６】図５（ａ）に示すように像担持体２は、ア
ルミニウム等の導電性材料からなり、接地されている基
材２ａと、この基材２ａの外周に形成された絶縁性を有
する帯電体層２ｂとからなっている。書込装置３のＦＰ
Ｃ等からなる基材３ａに支持されている書込電極３ｂが
前述のように帯電体層２ｂに所定の小さな押圧力で接触
しているとともに、像担持体２が所定の速度Ｖで移動
（回転）している。この小さな押圧力は、幅３００ｍｍ
で押圧力１０Ｎ以下、すなわち線圧０.０３Ｎ／ｍｍ以
下が書込電極３ｂと像担持体２との接触を安定化し、電
荷注入または放電を安定化する上で好ましく、摩耗の観
点から接触を安定の保つ状態を維持しつつ極力線圧を下
げることが望ましい。 【００２７】書込電極３ｂには、所定の高電圧Ｖ₀また
は所定の低電圧Ｖ₁が基材３ａを介して選択的に切り替
えられて印加されるようになっている（前述のように±
の電荷があるため、高電圧は絶対値が高い電圧をいい、
また、低電圧は高電圧と同じ極性として絶対値が低い電
圧または０Ｖをいう。本明細書における本発明の説明で
は、この低電圧はすべて接地電圧であるとしているの
で、以下の説明では、高電圧Ｖ₀を所定電圧Ｖ₀といい、
低電圧Ｖ₁を接地電圧Ｖ₁という。接地電圧Ｖ₁は０Ｖで
あることは言うまでもない）。 【００２８】すなわち、書込電極３ｂと像担持体２との
接触部（ニップ部）において、図６（ｂ）に示す電気的
な等価回路が構成されている。図５（ｂ）において、Ｒ
は書込電極３ｂ及び独立電極（両者の接触抵抗を含む）
の抵抗を示し、Ｃは帯電体層２ｂの容量を示している。
書込電極３ｂの抵抗Ｒは、Ａ側の（−）の所定電圧Ｖ ₀
またはＢ側の接地電圧Ｖ₁に選択的に切換接続されるよ
うになっている。 【００２９】等価回路において、書込電極３ｂをＡ側に
接続してこの書込電極３ｂに（−）の所定電圧Ｖ₀を印
加したときの書込電極３ｂの抵抗Ｒと像担持体２の表面
電位との関係は、図５（ｃ）に実線で示すように書込電
極３ｂの抵抗Ｒが小さい領域では像担持体２の表面電位
が一定の所定電圧Ｖ₀となり、書込電極３ｂの抵抗Ｒが
所定値より大きい領域であると、像担持体２の表面電位
の絶対値が低下する。一方、書込電極３ｂをＢ側に接続
してこの書込電極３ｂを接地したときの書込電極３ｂの
抵抗Ｒと像担持体２の表面電位との関係は、図５（ｃ）
に点線で示すように書込電極３ｂの抵抗Ｒが小さい領域
では像担持体２の表面電位が一定のほぼ接地電圧Ｖ₁と
なり、書込電極３ｂの抵抗Ｒが所定値より大きい領域で
あると、像担持体２の表面電位の絶対値が上昇する。 【００３０】そして、書込電極３ｂの抵抗Ｒが小さく像
担持体２の表面電位が一定の所定電圧Ｖ₀または一定の
接地電圧Ｖ₁である領域では、図６（ａ）に示すように
像担持体２に接触する書込電極３ｂと像担持体２の帯電
体層２ｂとの間で、電圧の低い方から高い方へ直接
（−）の電荷の電荷注入が行われる。すなわち、電荷注
入により像担持体２が帯電または除電される。また、書
込電極３ｂの抵抗Ｒが大きく像担持体２の表面電位が変
化し始める領域では、電荷注入による像担持体２の帯電
または除電が次第に小さくなってくるとともに、書込電
極３ｂの抵抗Ｒが大きくなることで図６（ｂ）に示すよ
うに基材３ａの後述する導電パターンと像担持体２との
間で放電が生じてくるようになる。 【００３１】この基材３ａの導電パターンと像担持体２
の基材２ａとの間で生じる放電は基材３ａと像担持体２
との間の電圧（所定電圧Ｖ₀）の絶対値が放電開始電圧
Ｖ_thより大きくなったときに生じるが、基材３ａおよび
像担持体２間のギャップとこの放電開始電圧Ｖ_thとの関
係はパッシェンの法則により図６（ｃ）に示すようにな
る。すなわち、ギャップが約３０μｍ位であるとき放電
開始電圧Ｖ_thが最も小さく、ギャップが約３０μｍより
小さくても大きくても放電開始電圧Ｖ_thが大きくなり、
放電が発生し難くなる。この放電によっても像担持体２
の表面が帯電または除電されるようになる。しかし、書
込電極３の抵抗Ｒがこの領域であるときには、電荷注入
による像担持体２の帯電または除電が大きいとともに放
電による像担持体２の帯電または除電が小さく、像担持
体２の帯電または除電は電荷注入による帯電または除電
が支配的となっている。この電荷注入による帯電または
除電では、像担持体２の表面電位は、書込電極３ｂに印
加される所定電圧Ｖ₀または接地電圧Ｖ₁となる。電荷注
入による帯電の場合、書込電極３ｂに供給される所定電
圧Ｖ₀は書込電極３ｂと像担持体２の基材２ａとの間で
放電が発生する放電開始電圧Ｖ_th以下に設定するのが望
ましい。 【００３２】書込電極３ｂの抵抗Ｒが更に大きい領域で
あると、電荷注入による像担持体２の帯電または除電が
小さく、放電による像担持体２の帯電または除電が電荷
注入による帯電または除電より大きくなり、像担持体２
の帯電または除電は次第に放電による帯電または除電が
支配的となってくる。すなわち、書込電極３ｂの抵抗Ｒ
が大きくなると、像担持体２の表面は主に放電によって
帯電または除電され、電荷注入による像担持体２はほと
んど帯電または除電されなくなる。この放電による帯電
または除電では、像担持体２の表面電位は、書込電極３
ｂに印加される所定電圧Ｖ₀または接地電圧Ｖ₁から放電
開始電圧Ｖ_thを差し引いた電圧となる。なお、所定電圧
Ｖ₀が（＋）の電圧でも同じである。 【００３３】したがって、電極の３ｂの抵抗Ｒを、像担
持体２の表面電位が一定の所定電圧｜Ｖ₀｜（±の電圧
があるため、絶対値で表す）あるいは一定の接地電圧Ｖ
₁となる小さい領域に設定するとともに、書込電極３ｂ
に印加する電圧を所定電圧Ｖ₀と接地電圧Ｖ₁との間でス
イッチング制御することにより、電荷注入による像担持
体２の帯電または除電を行うことができるようになる。 【００３４】また、書込電極３ｂをＡ側に接続してこの
書込電極３ｂに（−）の所定電圧Ｖ₀を印加したときの
像担持体２の容量Ｃと像担持体２の表面電位との関係
は、図５（ｄ）に実線で示すように誘電体２ｂの容量Ｃ
が小さい領域では像担持体２の表面電位が一定の所定電
圧Ｖ₀となり、誘電体２ｂの容量Ｃが所定値より大きい
領域では、像担持体２の表面電位の絶対値が低下する。
一方、書込電極３ｂをＢ側に接続してこの書込電極３ｂ
を接地したときの像担持体２の容量Ｃと像担持体２の表
面電位との関係は、図５（ｄ）に点線で示すように像担
持体２の容量Ｃが小さい領域では像担持体２の表面電位
が一定のほぼ接地電圧Ｖ₁となり、像担持体２の容量Ｃ
が所定値より大きい領域では、像担持体２の表面電位の
絶対値が上昇する。 【００３５】そして、像担持体２の容量Ｃが小さく像担
持体２の表面電位が一定の所定電圧Ｖ₀または一定の接
地電圧Ｖ₁である領域では、像担持体２に接触する書込
電極３ｂと像担持体２の帯電体層２ｂとの間で直接
（−）の電荷の電荷注入が行われる。すなわち、電荷注
入により像担持体２が帯電または除電される。また、像
担持体２の容量Ｃが大きく像担持体２の表面電位が変化
し始める領域では、電荷注入による像担持体２の帯電ま
たは除電が次第に小さくなってくるとともに、像担持体
２の容量Ｃが大きくなることで図６（ｂ）に示すように
基材３ａと像担持体２との間で放電が生じてくるように
なる。この放電によっても像担持体２の表面が帯電また
は除電されるようになる。しかし、像担持体容量Ｃがこ
の領域であるときには、電荷注入による像担持体２の帯
電または除電が大きいとともに放電による像担持体２の
帯電または除電が小さく、像担持体２の帯電または除電
は電荷注入による帯電または除電が支配的となってい
る。この電荷注入による帯電または除電では、像担持体
２の表面電位は、書込電極３ｂに印加される所定電圧Ｖ
₀または接地電圧Ｖ₁となる。 【００３６】像担持体２の容量Ｃが更に大きい領域であ
ると、書込電極３ｂと像担持体２の帯電体層２ｂとので
間でこの電荷注入はほとんど行われない。すなわち、電
荷注入によっては像担持体２は帯電または除電されなく
なる。なお、所定電圧Ｖ₀が（＋）の電圧の場合でも同
様である。 【００３７】したがって、像担持体２の容量Ｃを、像担
持体２の表面電位が一定の所定電圧｜Ｖ₀｜（±の電圧
があるため、絶対値で表す）あるいは一定の接地電圧Ｖ
₁となる小さい領域に設定するとともに、書込電極３ｂ
に印加する電圧を所定電圧Ｖ₀と接地電圧Ｖ₁との間でス
イッチング制御することにより、電荷注入による像担持
体２の帯電または除電を行うことができるようになる。 【００３８】更に、書込電極３ｂをＡ側に接続してこの
書込電極３ｂに（−）の所定電圧Ｖ₀を印加したときの
像担持体２の速度（周速度）ｖと像担持体２の表面電位
との関係は、図５（ｅ）に実線で示すように像担持体２
の速度ｖが比較的小さい領域では、像担持体２の表面電
位は速度ｖが大きくなるにしたがって上昇し、像担持体
２の速度ｖが所定値より大きくなると、像担持体２の表
面電位の絶対値は一定の電圧となる。像担持体２の表面
電位が像担持体２の速度ｖの増大に応じて大きくなるの
は、書込電極３ｂと像担持体２との間の摩擦による像担
持体２への電荷注入の容易化によるものであると考えら
れる。この摩擦による電荷注入の容易化は像担持体２の
速度ｖがある程度大きくなると変化しなく、ほぼ一定と
なる。一方、書込電極３ｂをＢ側に接続してこの書込電
極３ｂを接地したときの誘電体２ｂの速度ｖと誘電体２
ｂの表面電位との関係は、図５（ｅ）に点線で示すよう
に誘電体２ｂの速度ｖに関係なく一定の接地電圧Ｖ₁と
なる。なお、所定電圧Ｖ₀が（＋）の電圧の場合でも同
様である。 【００３９】更に、書込電極３ｂをＡ側に接続してこの
書込電極３ｂに（−）の所定電圧Ｖ₀を印加したときの
書込電極３ｂの像担持体２への押圧力（以下、単に書込
電極３ｂの圧力という）と像担持体２の表面電位との関
係は、図５（ｆ）に実線で示すように書込電極３ｂの圧
力がきわめて小さい領域では、像担持体２の表面電位は
書込電極３ｂの圧力が大きくなるにしたがって比較的急
上昇し、書込電極３ｂの圧力が所定値より大きくなる
と、像担持体２の表面電位の絶対値は一定の電圧とな
る。像担持体２の表面電位が書込電極３ｂの圧力の増大
に応じて急上昇するのは、書込電極３ｂと像担持体２と
の接触が書込電極３ｂの圧力の増大にしたがってより確
実になることによるものであると考えられる。この書込
電極３ｂと像担持体２との接触の確実性は、書込電極３
ｂの圧力がある程度大きくなると変化しなく、ほぼ一定
となる。一方、書込電極３ｂをＢ側に接続してこの書込
電極３ｂを接地したときの書込電極３ｂの圧力と像担持
体２の表面電位との関係は、図５（ｆ）に点線で示すよ
うに書込電極３ｂの圧力に関係なく一定の接地電圧Ｖ₁
となる。なお、所定電圧Ｖ₀が（＋）の電圧の場合でも
同様である。 【００４０】このようにして、書込電極３ｂの抵抗Ｒお
よび像担持体２の容量Ｃを像担持体２の表面電位が一定
の所定電圧となるように設定するとともに、像担持体２
の速度ｖおよび書込電極３ｂの圧力を像担持体２の表面
電位が一定の所定電圧となるように制御し、書込電極３
ｂに印加する電圧を所定電圧Ｖ₀と接地電圧Ｖ₁との間で
スイッチング制御することにより、電荷注入による像担
持体２の帯電または除電を確実にかつ簡単に行うことが
できるようになる。 【００４１】なお、前述の例では書込電極３ｂに印加す
る所定電圧Ｖ₀が直流電圧であるが、直流電圧に交流電
圧を重畳することもできる。交流電圧を重畳する場合
は、直流成分を像担持体２に印加する電圧とし、また、
交流成分の振幅を放電開始電圧Ｖ_thの２倍以上に設定す
るとともに、交流成分の周波数を像担持体２の回転にお
ける周波数の５００〜１０００倍程度が好ましい（例え
ば、像担持体２の径が３０φでかつ像担持体２の周速度
が１８０ｍｍ／ｓｅｃであるとすると、像担持体２の回
転における周波数が２Ｈｚであるから、交流成分の周波
数は１０００〜２０００Ｈｚとなる）。 【００４２】このように直流電圧に交流電圧を重畳させ
ることにより、書込電極３ｂの放電による帯電または除
電がより安定するとともに、交流電圧により書込電極３
ｂが振動することで、書込電極３ｂに付着する異物を除
去でき、この書込電極３ｂの汚れが防止されるようにな
る。 【００４３】図７は、書込電極３ｂに所定電圧Ｖ₀およ
び接地電圧Ｖ₁を切替接続するためのスイッチング回路
を示す図である。例えば４列に配置された書込電極３ｂ
は、それぞれ、対応する高電圧スイッチ（High Voltage
Switch；H.V.S.W.）１５に接続されており、これらの
高電圧スイッチ１５は、それぞれ、対応する電極３ｂを
所定電圧Ｖ₀と接地電圧Ｖ₁とに切替接続するようになっ
ている。各高電圧スイッチ１５には、それぞれシフトレ
ジスタ（Ｓ.Ｒ.）１６からの画像書込制御信号が入力さ
れ、またこのシフトレジスタ１６には、バッファ１７に
蓄えられている画像信号およびクロック１８からのクロ
ック信号がそれぞれ入力される。そして、シフトレジス
タ１６からの画像書込制御信号はアンド回路１９により
エンコーダ２０からの書込タイミング信号に基づいて各
高電圧スイッチ１５に入力されるようになる。各高電圧
スイッチ１５およびアンド回路１９により各書込電極３
ｂへの供給電圧を切替制御する前述のドライバ１１が構
成されている。 【００４４】図８は、各電極３ｂの各高電圧スイッチ１
５をそれぞれ所定電圧Ｖ₀または接地電圧Ｖ₁に選択的に
切替制御したときの状態を示し、（ａ）は各電極の電圧
状態を示す図、（ｂ）は（ａ）の電圧状態で正規現像し
たときの現像剤像を示す図、（ｃ）は（ａ）の電圧状態
で反転現像したときの現像剤像を示す図である。 【００４５】図８において、例えばｎ−２番目、ｎ−１
番目、ｎ番目、ｎ＋１番目、ｎ＋２番目の各電極３ｂ
が、それぞれの高電圧スイッチ１５が切替制御されて
（ａ）に示す電圧状態になっているとする。そこで、こ
のような電圧状態の各電極で像担持体２に静電潜像の書
込を行うとともに、正規現像によりこの静電潜像を現像
すると、現像剤８が像担持体２の所定電圧Ｖ₀部上に付
着し、（ｂ）にハッチングで示すような現像剤像が得ら
れる。また、同様にして静電潜像の書込を行い、反転現
像によりこの静電潜像を現像すると、現像剤８が像担持
体２の接地電圧Ｖ₁部上に付着し、（ｃ）にハッチング
で示すような現像剤像が得られる。 【００４６】このように構成された書込ヘッド３を用い
た画像形成装置１によれば、書込電極３ｂを基材３ａの
小さな弾性復元力による軽い押圧力で像担持体２に接触
させているので、書込電極３ｂを像担持体２に安定して
接触させることができるようになる。したがって、像担
持体２に対する書込電極３ｂによる帯電をより安定して
高精度に行うことができる。これにより、静電潜像の書
込をより安定して行うことができるので、良好な画像を
確実にかつ高精度に得ることができる。 【００４７】また、書込電極３ｂを軽い押圧力で像担持
体２に接触させているだけであるので、書込電極３ｂに
よる像担持体２の損傷を防止でき、像担持体２の耐久性
を向上させることができる。更に、書込装置３として書
込電極３ｂを用いているだけであり、従来のような大型
のレーザ光発生装置やＬＥＤランプ光発生装置等を設け
ないので、装置をより一層小型化することができるとと
もに、部品点数をより一層削減できて一層シンプルで安
価な画像形成装置を得ることができる。また、書込電極
３ｂによりオゾンの発生をより一層抑制することができ
るようになる。 【００４８】図９は、図３の書込ヘッドの具体例を模式
的に示す平面図である。各ドライバ１１は基材３ａ上に
形成されかつ断面矩形状の薄い平板状の例えば銅箔から
なる導電パターン９により電気的に接続されているとと
もに、同様に各ドライバ１１と複数の書込電極３ｂとが
基材３ａ上に形成された導電パターン９により電気的に
接続されている。これらの導電パターン９は、例えばエ
ッチング等の従来の薄膜パターン形成方法で形成するこ
とができる。そして、図において上方の導電パターン９
からラインデータ、書込タイミング信号および高圧電源
が各々のドライバ１１に供給されるようになっている。 【００４９】図１０ないし図１２は、書込電極３ｂの配
列パターンの例を示し、それぞれ図（Ａ）は平面図、図
（Ｂ）は断面図である。 【００５０】図１０に示す例は、複数の長方形の書込電
極３ｂが像担持体２の軸方向に一列に配置し、複数の書
込電極３ｂのうち、所定数（図示例では８個）の書込電
極３ｂがそれぞれそれらの書込電極３ｂを所定電圧また
は接地電圧に切り替え制御するための１つのドライバ１
１に接続されて１組にまとめられており、この組の複数
組が像担持体２の軸方向に一列に配列されている。 【００５１】しかし、このように単純な長方形の書込電
極３ｂを単に像担持体２の軸方向に一列に配列した場
合、隣接する書込電極３ｂの間に隙間が生じる。このた
め、この隙間に対向する像担持体２の表面は帯電されな
い非帯電部あるいは除電されない非除電部となってしま
う。そこで、図１１に示す例においては、書込電極３ｂ
が三角形に形成されるとともに、隣接する三角形の書込
電極３ｂの向きが反対となるように交互に配列されてい
る。これにより、前述の非帯電部あるいは除電部は形成
されることがなく、像担持体２全面への帯電可能とな
る。なお、書込電極３ｂの形状は、三角形以外に、例え
ば台形、平行四辺形、隣接する書込電極３ｂの対向辺に
凹凸を設けた形状等、隣接する書込電極３ｂの一部が互
いに像担持体２の軸方向と直交する方向にオーバーラッ
プするものであればどのような形状にすることもでき
る。 【００５２】また、図１２に示す例の書込電極３ｂの配
列パターンでは、複数の書込電極３ｂを像担持体２の軸
方向と直交する方向に２列にかつ千鳥状に配列してい
る。その場合、１列目および２列目の互いに隣接する各
書込電極３ｂの一部同士が像担持体２の軸方向と直交す
る方向にオーバーラップするように配置している。この
例の書込電極３ｂの配列パターンでも、潜像担持体２の
表面に前述のような非帯電部あるいは除電部は形成され
ることがなく、潜像担持体２の全面が帯電可能となる。 【００５３】次に、本発明の特徴について説明する。図
１３は、書込電極に書込パルスを印加した場合の像担持
体の表面電位の変化を示す図、図１４は、書込電極への
書込パルスをオフする直前の表面電位の様子を示す図、
図１５は、本発明の課題を説明するための図、図１６
は、本発明の１実施形態を説明するための図である。な
お、以下の説明においては各図面間で同一の構成につい
ては同一番号を付して説明を省略する場合がある。 【００５４】図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に示すよう
に、像担持体２がＹ方向に移動するにつれて、表面電位
の幅が長くなると同時に、表面電位のレベルが階段状に
上昇していく。また、図１４に示すように、書込電極３
ｂへの書込パルスをオフする直前では、図示点線のレベ
ルにあった表面電位が、オフした瞬間、書込電極３ｂの
像担持体周方向の当接幅Ｗに対応する部分が図示実線の
レベルに低下し、書込電極３ｂの像担持体周方向の当接
幅Wに相当する電荷吸取り量Ｎが書込電極３ｂに吸い取
られて除電される。 【００５５】図１５は、本発明の課題を説明するための
図である。書込電極３ｂの像担持体周方向の当接幅W
が、書込パルスのパルス長（パルス幅×像担持体周速
度）／２以下の場合、書込電極３ｂがオフする位置Ｐ₂
で、書込パルスがオフする直前の当接部の電位は曲線Ｚ
で示すように急降下しており、そのため静電吸着力が不
安定になり、書込パルスをオフした時に電荷吸取り量
（除電量）Ｎが不安定になり、除電しきれずに潜像コン
トラストの乱れ、いわゆる尾びきが発生するという問題
を有している。 【００５６】この問題は、図３で説明した、誘電体層２
ｃの表面に露出された多数の独立電極２ｄ₁を有する像
担持体において特に顕著となる。この場合には、像担持
体表面に固い独立電極２ｄ₁と軟らかい誘電体層２ｃが
あるため、長期の使用により像担持体表面に凹凸が生
じ、書込電極３ｂと独立電極２ｄ₁の当接の確保が困難
になるからであり、そのため静電吸着力を一定に保持す
ることが課題となっている。 【００５７】本発明は、上記の問題および課題を解決す
るものであって、図１６に示すように、書込電極３ｂに
印加するパルス幅をｆ（時間）、像担持体の周速度をＶ
としたとき、書込電極３ｂの像担持体周方向の当接幅W
を、 W＞（ｆ×Ｖ）／２ すなわち、書込パルスのパルス長の半分より長くする。 【００５８】このように構成すると、図１６に示すよう
に、書込電極３ｂに書込パルスをオンした位置Ｐ₁とオ
フした位置Ｐ₂とに重なり部Ｄが生じ、書込パルスのオ
フ直前でピーク電圧Ｖ_pが一定となる領域があるため、
書込パルスがオフした時の電荷吸取り量Ｎが常に一定と
なる。その結果、静電吸着力を一定にすることができ、
良好な画像を得ることができる。 【００５９】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、像担持体に当接し電荷注入により電荷を印加
する書込電極により静電潜像を形成する画像形成装置に
おいて、前記像担持体が誘電体層の表面に露出された独
立電極と備え、前記書込電極の像担持体周方向の当接幅
をW、書込電極に印加するパルス幅をｆ、像担持体の周
速度をＶとしたとき、W＞（ｆ×Ｖ）／２の関係を満足
するように構成するので、書込パルスがオフした時の電
荷吸取り量を一定にすることにより、書込パルスがオフ
した時の電荷吸取り量を一定にすることにより、静電吸
着力を一定にすることができ、良好な画像を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】特願２００１−２２７６３０の基本構成を模式
的に示す図である。 【図２】本発明に係わる画像形成装置の例を示し、図
（Ａ）は全体構成図、図（Ｂ）は図（Ａ）の像担持体お
よび帯電書込装置の一部斜視図である。 【図３】図２の像担持体を部分的にかつ模式的に示す拡
大図である。 【図４】本発明の画像形成装置における画像形成の基本
プロセスを示す図である。 【図５】書込装置の書込電極の帯電または除電による静
電潜像の書込の原理を説明し、（ａ）は書込電極と像担
持体との接触部の拡大図、（ｂ）はこの接触部の電気的
等価回路図、（ｃ）ないし（ｆ）は各パラメータと像担
持体の表面電位との関係を示す図である。 【図６】像担持体に対する帯電または除電を説明し、
（ａ）は電荷注入による像担持体に対する帯電または除
電の説明図、（ｂ）は放電による像担持体に対する帯電
または除電の説明図、（ｃ）はパッシェンの法則を説明
する図である。 【図７】書込電極に所定電圧Ｖ₀および接地電圧Ｖ₁を切
替接続するためのスイッチング回路を示す図である。 【図８】各電極の各高電圧スイッチをそれぞれ所定電圧
Ｖ０または接地電圧Ｖ１に選択的に切替制御したときの
状態を示し、（ａ）は各電極の電圧状態を示す図、
（ｂ）は（ａ）の電圧状態で正規現像したときの現像剤
像を示す図、（ｃ）は（ａ）の電圧状態で反転現像した
ときの現像剤像を示す図である。 【図９】図２の書込ヘッドの具体例を模式的に示す平面
図である。 【図１０】書込電極の配列パターンの例を示し、図
（Ａ）は平面図、図（Ｂ）は断面図である。 【図１１】書込電極の配列パターンの他の例を示す図で
ある。 【図１２】書込電極の配列パターンの他の例を示す図で
ある。 【図１３】書込電極に書込パルスを印加した場合の像担
持体の表面電位の変化を示す図である。 【図１４】書込電極への書込パルスをオフする直前の表
面電位の様子を示す図である。 【図１５】本発明の課題を説明するための図である。 【図１６】本発明の１実施形態を説明するための図であ
る。 【符号の説明】 ２…像担持体 ２ａ…基材 ２ｂ…帯電体層 ２ｃ…誘電体層 ２ｄ…独立フローティング電極層 ２ｄ₁…独立電極 ２ｅ…導電性微粒子分散樹脂層 ３…書込ヘッド ３ａ…基材 ３ｂ…書込電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉岡 研二郎 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C162 AE21 AE31 AE47 AF25 AF72 2H029 AA06 AB03 AD04

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】像担持体に当接し電荷注入により電荷を印
   加する書込電極により静電潜像を形成する画像形成装置
   において、前記像担持体が誘電体層の表面に露出された
   独立電極と備え、前記書込電極の像担持体周方向の当接
   幅をW、書込電極に印加するパルス幅をｆ、像担持体の
   周速度をＶとしたとき、 W＞（ｆ×Ｖ）／２ の関係を満足することを特徴とする画像形成装置。