JP2009223238A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光層を有する感光体上に形成されたトナー像の濃度に応じて現像手段へのトナーの補給を制御するに際し、感光層が摩耗した場合においても、トナーの補給量をより適正量とする。
【解決手段】プリンタにおいて２成分現像剤中のトナー濃度を測定する際に、電荷発生層、電荷輸送層、導電性微粒子を含有する保護層を含む感光層を有する感光体ドラム１２を帯電装置１３で帯電し、感光層上の被帯電領域を現像装置１４のトナーで現像し、現像された画像濃度を濃度センサ１５で検出し、検出された画像濃度に応じて現像装置１４に対するトナーの補給量を決定する。使用に伴って感光体ドラム１２の感光層は摩耗していくが、感光層の最上層に設けられた保護層が導電性微粒子を含有しているため、感光層の帯電特性は一定に維持される。
【選択図】図２

Description

本発明は、感光体を備えた画像形成装置に関する。

電子写真複写機等の画像形成装置では、感光層を有する感光体を帯電し、帯電後の感光体を選択的に露光することで感光体に静電潜像を形成し、この静電潜像を所定の極性に帯電したトナーで現像することで画像を得ている。この種の画像形成装置のうち、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を用いて現像を行うものにおいては、２成分現像剤中のトナーの濃度が、画像の濃度に影響を与える。

公報記載の技術として、例えば、２成分現像剤を用いた画像形成装置において、感光体の感光層を所定の帯電電位に帯電した後、帯電された領域をトナーで現像し、現像された画像の濃度に基づいて２成分現像剤に対するトナーの補給を制御する技術が提案されている（特許文献１参照。）。

特開平１０−２３２５２３号公報

本発明は、感光層を有する感光体上に形成されたトナー像の濃度に応じて現像手段へのトナーの補給を制御するに際し、感光層が摩耗した場合においても、トナーの補給量をより適正量とすることを目的とする。

請求項１記載の発明は、電荷発生材料を含む電荷発生層と、電荷輸送材料を含み当該電荷発生層の上に設けられる電荷輸送層と、導電性微粒子を含み当該電荷輸送層の上に設けられる保護層とを備えた感光層を有する感光体と、前記感光層を第１の電位に帯電する帯電手段と、前記帯電手段で前記第１の電位に帯電された前記感光層を露光することにより当該感光層の被露光領域を当該第１の電位よりも絶対値が小さい第２の電位に設定する露光手段と、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を保持する現像剤保持体と当該現像剤保持体を前記第１の電位と前記第２の電位とは異なる第３の電位に設定する現像電源とを備えた現像手段と、前記帯電手段にて帯電された前記感光層を前記露光手段にて露光した後に前記現像手段で現像する第１の画像形成動作において前記第３の電位を絶対値で前記第１の電位よりも小さく且つ前記第２の電位よりも大きく設定し、当該帯電手段にて帯電された当該感光層を当該露光手段にて露光せずに当該現像手段で現像する第２の画像形成動作において当該第３の電位を絶対値で当該第１の電位よりも大きく設定する電位設定手段と、前記第２の画像形成動作において前記帯電手段から前記感光層に流入させる電流を予め定めた固定電流値に設定する電流設定手段と、前記第２の画像形成動作において前記感光層に現像されたトナー像の画像濃度を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された前記画像濃度に応じて、前記現像手段に対するトナーの補給を制御する制御手段とを含む画像形成装置である。
請求項２記載の発明は、前記感光層の前記保護層は前記導電性微粒子を分散させる樹脂をさらに含み、前記樹脂が架橋構造を有していることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置である。
請求項３記載の発明は、前記感光層の前記保護層は前記導電性微粒子を分散させる樹脂をさらに含み、前記樹脂に対する前記導電性微粒子の添加量が、０．１ｗｔ．％以上且つ５．０ｗｔ．％以下の範囲から選択されることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置である。
請求項４記載の発明は、電荷発生材料を含む電荷発生層と、電荷輸送材料を含み当該電荷発生層の上に設けられる電荷輸送層と、導電性微粒子を含み当該電荷輸送層の上に設けられる保護層とを備えた感光層を有する感光体と、前記感光層に大きさが固定された流入電流を流入させて当該感光層を帯電する帯電手段と、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を用い、前記帯電手段にて帯電された前記感光層の被帯電領域をトナーで現像する現像手段と、前記感光層の前記被帯電領域に現像されたトナー像の画像濃度を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された前記画像濃度に応じて、前記現像手段に対するトナーの補給を制御する制御手段とを含む画像形成装置である。
請求項５記載の発明は、前記帯電手段は、前記感光体に対向する部位に開口が設けられた帯電筐体と、前記帯電筐体の内側に配設される放電ワイヤと、多数の通気孔が形成されて前記帯電筐体の前記開口側に前記感光体と対向して配置される格子状電極と、前記放電ワイヤに一定の供給電流を供給する帯電電源と、前記放電ワイヤから前記帯電筐体および前記格子状電極を介して流出する流出電流を測定する電流計とを備え、前記制御手段は、前記電流計にて測定された前記流出電流に基づいて前記供給電流を決定することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置である。
請求項６記載の発明は、前記感光層の前記保護層は前記導電性微粒子を分散させるベンゾグアナミン樹脂を含み、前記導電性微粒子が酸化スズからなることを特徴とする請求項４または５記載の画像形成装置である。
請求項７記載の発明は、前記感光層の前記保護層の前記導電性微粒子の体積平均粒径ｄ５０が０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項記載の画像形成装置である。

請求項１記載の発明によれば、感光体の帯電特性の変動を抑制することで、トナーの濃度を適正な範囲に維持するための制御をより良好に行うことができる。
請求項２記載の発明によれば、感光体の感光性の耐摩耗性が高まり、トナーの濃度を適正にするための制御をより長期にわたって良好に行うことができる。
請求項３記載の発明によれば、感光体の帯電特性の変動を抑制できるとともに、感光体の感光層を構成する保護層の透明性および保護層における導電性微粒子の分散性を良好なものとすることができる。
請求項４記載の発明によれば、感光体の帯電特性の変動を抑制することで、トナーの濃度を適正な範囲に維持するための制御をより良好に行うことができる。
請求項５記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、トナーの濃度を適正な範囲に維持するための制御をより精度よく行うことができる。
請求項６記載の発明によれば、感光体の感光層を構成する保護層の耐摩耗性が高まるとともに、保護層における導電性微粒子の分散性が向上し、感光層の帯電特性を一様にすることができる。
請求項７記載の発明によれば、感光体の感光層を構成する保護層の透明性を良好なものとすることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用される画像形成装置としてのプリンタ１の全体構成を示した図である。プリンタ１は、各色の階調データに対応して用紙に画像を形成する画像形成部１０、用紙を搬送する用紙搬送部４０、そして、画像形成部１０や用紙搬送部４０を含むプリンタ１の動作を制御する制御部５０を備えている。

画像形成部１０は、水平方向に一定の間隔を置いて並列に配置される、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の４つの画像形成ユニット１１（具体的には１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）、各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト２１上に多重転写させる転写ユニット２０、各画像形成ユニット１１に対してレーザ光を照射する露光ユニット３０を備えている。また、プリンタ１は、転写ユニット２０によって用紙に二次転写されたトナー像を定着させる定着ユニット２９を備えている。

また、中間転写ベルト２１の上部側には、ＹＭＣＫ各色のトナーを内包する４本のトナーカートリッジ１９（１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋ）が設けられている。各トナーカートリッジ１９は対応する色の画像形成ユニット１１に設けられた現像装置１４（図２参照）に、対応する色のトナーを供給する。

転写ユニット２０は、中間転写ベルト２１を駆動する駆動ロール２２、中間転写ベルト２１に一定の張力を付与する張力付与ロール２３、重畳された各色のトナー像を用紙に二次転写する二次転写部において中間転写ベルト２１を支持するためのバックアップロール２４、中間転写ベルト２１上に存在する残留トナー等を除去するベルトクリーナ２５を備えている。中間転写ベルト２１は、これら駆動ロール２２、張力付与ロール２３およびバックアップロール２４に掛け渡されており、駆動ロール２２により駆動されて循環移動する。

露光手段の一例としての露光ユニット３０は、図示しないレーザダイオード、変調器、ポリゴンミラー、各種レンズおよびミラー等を備えており、各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２に対してレーザ光を走査露光するようになっている。

用紙搬送部４０は、用紙を積載する給紙積載部４１、二次転写位置に設けられ用紙を介してバックアップロール２４に圧接して用紙上に画像を二次転写する二次転写ロール４６を備えている。

図２は、画像形成ユニット１１の構成を説明するための図である。なお、各画像形成ユニット１１は、使用するトナーの色を除いて同じ構成を有している。各画像形成ユニット１１は、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１２を備えている。そして、感光体ドラム１２の周囲には、矢印Ａ方向に沿って、帯電装置１３、現像装置１４、濃度センサ１５、一次転写装置１６および感光体クリーナ１７が順次配置されている。

これらのうち、帯電手段の一例としての帯電装置１３は、感光体ドラム１２の軸方向に沿って設けられ、感光体ドラム１２に対向する部位に開口が設けられた断面略コ字型の帯電筐体１３１と、この帯電筐体１３１の長手方向両端に設けられた支持部材(図示せず)に支持されて帯電筐体１３１の内側に張られる放電ワイヤ１３２と、帯電筐体１３１の開口側に感光体ドラム１２と対向して配設される格子状電極１３３とを備えている。また、放電ワイヤ１３２には、負極性の直流帯電バイアスを印加する帯電電源１３４が接続されている。なお、本実施の形態では、帯電電源１３４として定電流を供給する電流源を用いている。一方、帯電筐体１３１および格子状電極１３３は、電流計１３５および定電圧素子１３６を介して接地されている。定電圧素子１３６は、帯電筐体１３１および格子状電極１３３を一定電位に保持する機能を有するものであり、例えばバリスタ（非直線性抵抗素子）等で構成される。また、格子状電極１３３は、多数の通気孔が形成された金属製のメッシュ状のもので構成される。なお、格子状電極１３３としては、メッシュ状のものの他に、例えば板材に多数のスリットを形成したものを用いてもよい。また、本実施の形態では、帯電筐体１３１および格子状電極１３３を、定電圧素子１３６を介して接地しているが、例えば定電圧素子１３６に代えて電源を直接に接続するようにしてもよい。

現像手段の一例としての現像装置１４は、感光体ドラム１２の軸方向に沿って設けられ、感光体ドラム１２に対向配置される現像剤保持体の一例としての現像スリーブ１４１と、この現像スリーブ１４１に内包されるマグネットロール１４２と、現像スリーブ１４１およびマグネットロール１４２からなる現像ロールに、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を供給する一対の供給部材１４３とを備える。本実施の形態では、マグネットロール１４２が固定され、現像スリーブ１４１が回転する。また、２成分現像剤において、トナーは負の帯電極性を有している。そして、現像装置１４には、現像スリーブ１４１に現像バイアスを供給する現像電源１４４がさらに設けられている。ここで、現像電源１４４は、現像スリーブ１４１に対して負極性の直流現像バイアスを供給する。なお、現像電源１４４は、現像スリーブ１４１に対し、直流に交流を重畳した現像バイアスを印加するようにしてもよい。さらに、現像装置１４には、トナーカートリッジ１９から現像装置１４へとトナーを補給するトナー補給部１４５が設けられている。

検出手段の一例としての濃度センサ１５は、現像装置１４と一次転写装置１６との間で感光体ドラム１２に対向して配置されており、現像装置１４によって感光体ドラム１２上に現像されたトナー像の濃度を検知する。なお、濃度センサ１５は感光体ドラム１２に光を照射する発光素子と感光体ドラム１２あるいは感光体ドラム１２上のトナー像からの反射光を受光する受光素子とを備えた光学式センサで構成されている。

一次転写装置１６は、中間転写ベルト２１を挟んで感光体ドラム１２に対向して配置される一次転写ロール１６１を備えている。この一次転写ロール１６１は、感光体ドラム１２との対向部において感光体ドラム１２の回転方向Ａと同じ矢印Ｂ方向に回転する中間転写ベルト２１の駆動力を受けて回転する。そして、一次転写ロール１６１には、一次転写ロール１６１に対して正極性の一次転写バイアスを印加する一次転写電源１６２が接続されている。
そして、感光体クリーナ１７は、感光体ドラム１２に接触配置されるブレード部材１７１を備えている。

なお、図１に示す制御部５０は、電位設定手段、電流設定手段および制御手段として機能しており、上述した帯電電源１３４、現像電源１４４、トナー補給部１４５および一次転写電源１６２の動作を制御する。また、制御部５０は、感光体ドラム１２および現像スリーブ１４１の駆動のほか、図１に示す駆動ロール２２を介した中間転写ベルト２１の駆動、用紙搬送部４０における用紙搬送、二次転写部に印加する二次転写バイアス、そして定着ユニット２９における定着の動作も制御する。そして、制御部５０には、電流計１３５による電流測定結果および濃度センサ１５による濃度測定結果が入力される。

次に、感光体ドラム１２の構成について詳細に説明する。
図３は、感光体ドラム１２の断面を示す図である。この感光体ドラム１２は、導電性基材１２１と、導電性基材１２１の上に形成される下引き層１２２と、下引き層１２２の上に形成される電荷発生層１２３と、電荷発生層１２３の上に形成される電荷輸送層１２４と、電荷輸送層１２４の上に形成される保護層１２５とを備えている。なお、この例では、電荷発生層１２３、電荷輸送層１２４および保護層１２５によって、感光層１２６が構成されている。

これらのうち、導電性基材１２１は、導電性を有する材料であれば特に制限されず、例えばアルミニウム合金等の金属材が用いられる。なお、導電性基材１２１は、感光体ドラム１２がプリンタ１に取り付けられた際に接地される。なお、導電性基材１２１の形状はドラム状に限られるものではなく、例えばベルト状あるいはシート状であってもよい。

下引き層１２２は、積層構造を有する感光層１２６を帯電する際に、導電性基材１２１から感光層１２６への電荷の注入を阻止するとともに、感光層１２６を導電性基材１２１に対して一体的に保持させる接着層として機能する。このような下引き層１２２は、例えば、金属酸化物微粒子および結着樹脂を含んだもので構成される。

電荷発生層１２３は、光が照射されることに伴って電子および正孔のキャリア対を発生する。電荷発生層１２３は、電荷発生材料及び結着樹脂を含んで構成される。

電荷輸送層１２４は、光照射に伴って電荷発生層１２３で発生したキャリアを輸送する。電荷輸送層１２４は、例えば電荷輸送材料および結着樹脂を所定の溶媒に溶解および／または分散させた塗布液を塗布し乾燥することによって形成される。なお、本実施の形態において、電荷輸送層１２４は、キャリアとして正孔を輸送する機能を備えている。

保護層１２５は、感光体ドラム１２の外周面の耐摩耗性を向上させ、感光体ドラム１２の帯電時における電荷発生層１２３および電荷輸送層１２４の化学変化を抑制するために設けられる。また、保護層１２５は、導電性微粒子と、少なくとも一種以上の電荷輸送性化合物とを含有する樹脂にて構成されている。この保護層１２５を構成する樹脂としては、耐磨耗性を向上させ十分な硬度を確保するために、架橋構造を有するものを用いることが好ましい。このような樹脂を用いない場合には、表面の硬度が低く十分な耐磨耗性が得にくくなるため、傷の発生や磨耗の進行が生じやすくなる。このため、画像形成速度を高速にしたい場合や非常に長期に渡って画像形成を行う場合などにおいて、架橋構造を有する樹脂を使用しないと、高い画質を得にくくなる。なお、保護層１２５を構成する樹脂として、架橋構造を有する樹脂以外に、必要に応じて架橋構造を有さないバインダー樹脂、フッ素樹脂やアクリル樹脂などからなる潤滑性微粒子が含まれていてもよい。また、保護層１２５の形成に際しては、必要に応じてシリコーンや、アクリルなどのハードコート剤を使用してもよい。保護層１２５の形成方法の詳細については後述するが、保護層１２５の形成には、架橋構造を有する樹脂を構成する前駆体を少なくとも含む最表面層形成用溶液が用いられる。なお、架橋構造を有する樹脂としては、保護層１２５の硬度を確保する点から種々の材料を用いて差し支えないが、例えばフェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、シロキサン樹脂、ウレタン樹脂およびエポキシ樹脂等を挙げることができ、これらの中でもフェノール系樹脂、メラミン樹脂、およびベンゾグアナミン樹脂が耐久性の点で好ましく、この中ではベンゾグアナミン樹脂がもっとも好ましい。さらに、電気特性や画質維持性などの観点からは、架橋構造を有する樹脂が電荷輸送性を有している（電荷輸送能を有する構造単位を含む）ことが好ましい。この場合、積層構成型の感光層１２６では、保護層１２５が電荷輸送層１２４の一部として機能する場合もある。このような電荷輸送能を有する構造単位としては、水酸基、カルボキシル基、アルコキシシリル基、エポキシ基、チオール基及びアミノ基から選択される少なくとも１種を有する電荷輸送材料であることが好ましい。

ここで、感光体ドラム１２の構成例を以下に示す。
（構成例）
４重量部のポリビニルブチラール樹脂（エスレックＢＭ−Ｓ、積水化学社製）を溶解したｎ−ブチルアルコール１７０重量部に、有機ジルコニウム化合物（アセチルアセトンジルコニウムブチレート）３０重量部および有機シラン化合物（γ−アミノプロピルトリメトキシシラン）３重量部を添加、混合撹拌して下引層形成用の塗布液を得る。この塗布液を、ホーニング処理により粗面化された外径８４ｍｍのアルミニウム支持体すなわち導電性基材１２１の上に浸漬塗布し、室温で５分間風乾を行った後、導電性基材１２１を１０分間で５０℃に昇温し、５０℃、８５％ＲＨ（露点４７℃）の恒温恒湿槽中に入れて、２０分間加湿硬化促進処理を行う。その後、熱風乾燥機に入れて１６０℃で１５分間乾燥を行い、導電性基材１２１上に下引き層１２２を形成する。

電荷発生材料として機能するクロロガリウムフタロシアニン１５重量部、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体樹脂（ＶＭＣＨ、日本ユニオンカーバイト社製）１０重量部、およびｎ−ブチルアルコール３００重量部からなる混合物をサンドミルにて４時間分散した。得られた分散液を、上記下引き層１２２上に浸漬塗布し、乾燥して、膜厚０．２５μｍの電荷発生層１２３を形成する。

次に、電荷輸送材料として機能するＮ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン４０部とビスフェノールＺポリカーボネート樹脂（分子量４０，０００）６０重量部とをテトロヒドロフラン２３０重量部及びモノクロロベンゼン１００重量部に十分に溶解混合して得られた塗布液を上記電荷発生層１２３上に浸漬塗布し、１１５℃で４０分乾燥することにより、膜厚２２μｍの電荷輸送層１２４を形成する。

下記構造式で表される化合物１を６部、ベンゾグアナミン樹脂（ニカラックＢＬ−６０：三和ケミカル）７部をイソプロピルアルコール１０部に溶解させ、所定量の導電性微粒子を加えた後、さらにガラスビーズ（φ１．０ｍｍ）１０質量部とともにペイントシェイカーで５時間分散させる。その後、ガラスビーズをろ過分離することで、保護層形成用塗布液を得る。この保護層形成用塗布液を電荷輸送層１２４上に浸漬塗布し、室温で２０分風乾した後、１５０℃で３５分乾燥させ、膜厚４μｍの保護層１２５を形成する。以上により、感光体ドラム１２が得られる。

なお、保護層１２５を構成する導電性微粒子としては、所定の導電性を有するものであれば各種材料より適宜選択して差し支えないが、金属あるいは金属酸化物の微粒子を用いることが好ましい。ここで、金属としては、例えばアルミニウム、亜鉛、銅、クロム、ニッケル、銀およびステンレス等、またはこれらの金属をプラスチックの粒子の表面に蒸着したもの等が挙げられる。また、金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化ビスマス、スズをドープした酸化インジウム、アンチモンやタンタルをドープした酸化スズおよびアンチモンをドープした酸化ジルコニウム等が挙げられる。これらの金属あるいは金属酸化物は単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。そして、２種以上を組み合わせて用いる場合は、単に混合してもよいし、固溶体や融着の形にしてもよい。ただし、本実施の形態では、これらの各種材料、特に各種金属酸化物の中でも透明性、分散性の観点より酸化スズを用いることがより好ましい。なお、導電性微粒子の平均粒径は保護層１２５の透明性を確保するという点から０．３μｍ以下、特に０．１μｍ以下とすることが好ましい。ここで、本実施の形態における導電性微粒子の平均粒径は、導電性微粒子の体積分布による累積が５０％に達したときの粒径（体積平均粒径ｄ５０という）である。そして、導電性微粒子の体積平均粒径ｄ５０は、例えばレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置［マスターマイザー２０００（商品名）、マルバーン社製］により測定することができる。また、保護層１２５を構成する電荷輸送性化合物や樹脂等からなる固形成分に対する導電性微粒子の添加量は適宜選択して差し支えないが、後述する保護層１２５の摩耗に伴う感光層１２６の帯電特性の変動の抑制という観点からは０．１ｗｔ．％以上とすることが好ましく、また、保護層１２５の透明性の確保および保護層１２５における導電性微粒子分散性の確保という観点からは５．０ｗｔ．％以下とすることが好ましい。

では、このプリンタ１による画像形成動作について説明する。外部から入力され、画像処理部で画像処理が施された画像データは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の四色の色材階調データに変換され、露光ユニット３０に出力される。

露光ユニット３０では、入力された色材階調データに応じて、レーザダイオードから出射された各色用レーザ光を、図示しない光学系を介して各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２に照射する。回転する感光体ドラム１２では、帯電装置１３によって帯電された表面が走査露光され、所定の静電潜像が形成される。感光体ドラム１２に形成された静電潜像は、各画像形成ユニット１１の現像装置１４にて、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像として現像される。

各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２上に形成されたトナー像は、それぞれに対応して設けられた一次転写装置１６により中間転写ベルト２１上に順次転写される。また、一次転写後の感光体ドラム１２は、感光体クリーナ１７によって残トナー等が取り除かれ、次の帯電に備える。

一方、用紙搬送部４０では、給紙積載部４１から送り出された用紙が所定のタイミングで二次転写部に供給され、中間転写ベルト２１に重ね転写されたトナー像が副走査方向に順次、二次転写される。そして、トナー像が二次転写された用紙は、定着ユニット２９によって定着処理を受けた後、排出される。なお、二次転写後の中間転写ベルト２１は、ベルトクリーナ２５によって残トナーが取り除かれ、次の一次転写に備える。

図４は、画像形成動作（第１の画像形成動作）における感光体ドラム１２上の電位レベルの一例を示している。
帯電装置１３によって負の電流すなわち負の電荷が供給された感光体ドラム１２では、感光層１２６を構成する保護層１２５の表面に負の電荷が保持され、結果として−６５０Ｖの帯電電位ＶＨ（第１の電位）に帯電する。このとき、制御部５０は、感光体ドラム１２の感光層１２６の帯電電位ＶＨが−６５０Ｖとなるように放電ワイヤ１３２に電流の供給を行うよう、帯電電源１３４を制御する。本実施の形態では、帯電装置１３として所謂スコロトロン帯電器を用いているため、帯電電源１３４から放電ワイヤ１３２に供給された電流のうち、一部が格子状電極１３３を通り抜けて感光体ドラム１２に流れ、残りが帯電筐体１３１および格子状電極１３３を介して電流計１３５に流れる。なお、以下の説明では、帯電電源１３４から放電ワイヤ１３２に供給される電流を供給電流と呼び、放電ワイヤ１３２から感光体ドラム１２（感光層１２６）に流れる電流を流入電流と呼び、放電ワイヤ１３２から帯電筐体１３１および格子状電極１３３に流れる電流を流出電流と呼ぶ。ここで、供給電流と流入電流と流出電流との関係は予め調べられており、制御部５０は、電流計１３５による流出電流の測定結果に基づき、感光体ドラム１２の帯電電位ＶＨが−６５０Ｖとなる流入電流が流れるよう、帯電電源１３４から放電ワイヤ１３２への供給電流を制御する。

そして、−６５０Ｖに帯電された感光体ドラム１２の感光層１２６には、露光ユニット３０からレーザ光が選択的に照射される。感光層１２６のうちレーザ光が照射された部位すなわち被露光領域では、電荷発生層１２３において正および負の電荷からなる電荷対が発生する。そして、発生した正の電荷は、電界の影響により電荷発生層１２３から電荷輸送層１２４を介して保護層１２５へと移動し、保護層１２５上の負の電荷と結合して消滅する。一方、発生した負の電荷は、電界の影響によって電荷発生層１２３から下引き層１２２を介して導電性基材１２１へと移動する。その結果、感光層１２６のうち、レーザ光が照射された画像領域の電位すなわち露光電位ＶＬ（第２の電位）はほぼ−２００Ｖまで低減される一方、レーザ光が照射されない背景領域の電位は帯電電位ＶＨのままほぼ−６５０Ｖに維持される。このようにして、感光体ドラム１２の感光層１２６には、画像領域および背景領域からなる静電潜像が形成される。

現像装置１４において、現像電源１４４は、現像スリーブ１４１に対して所定の現像バイアスを供給し、現像電位ＶＢ（第３の電位）を−５００Ｖに設定する。このとき、第３の電位である現像電位ＶＢは、絶対値で、第１の電位である帯電電位ＶＨよりも小さく且つ第２の電位である露光電位ＶＬよりも大きくなる。このため、感光体ドラム１２の感光層１２６上の画像領域（露光電位ＶＬ：−２００Ｖ）は、現像スリーブ１４１に対して相対的に正（＋３００Ｖ）となる。一方、感光層１２６上の背景領域（帯電電位ＶＨ：−６５０Ｖ）は、現像スリーブ１４１に対して相対的に負（−１５０Ｖ）となる。これにより、負極性に帯電した状態で現像スリーブ１４１に保持されたトナーは、感光層１２６の画像領域に転移する一方、背景領域には転移しにくくなる。これにより、感光体ドラム１２には、画像領域（被露光領域）に対応したトナー像が現像される。このように、本実施の形態では、所謂反転現像方式を利用して画像の形成を行っている。
なお、一次転写電源１６２は、一次転写ロール１６１に対して正極性の一次転写バイアスを印加しているため、感光体ドラム１２上のトナーは、中間転写ベルト２１に一次転写されることになる。

ところで、本実施の形態のプリンタ１では、現像装置１４においてトナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を用いており、画像形成動作に伴ってトナーが消費されることから、２成分現像剤中のトナー濃度が減少していく。このため、このプリンタ１では、制御部５０が、所定のタイミングで２成分現像剤中のトナー濃度の検出動作を実行させ、必要に応じてトナーカートリッジ１９から現像装置１４に対するトナーの補給動作を実行させている。

では、トナー濃度の検出動作およびトナー補給量の決定動作について説明する。なお、この動作は、例えばプリンタ１の電源が投入されたときや、例えばプリンタ１にて所定枚数の画像形成動作の終了後など、画像形成動作を行っていない非画像形成期間に実行される。ここで、図５は、トナー濃度の検出動作（第２の画像形成動作）における感光体ドラム１２上の電位レベルの一例を示している。

動作の開始に伴い、制御部５０は、感光体ドラム１２の感光層１２６に流れる流入電流が予め設定され大きさが固定された固定電流値となるように、帯電装置１３の帯電電源１３４からの供給電流を調整する。また、制御部５０は、感光体ドラム１２を画像形成動作時と同じ周速度で回転させる。その結果、感光体ドラム１２は、画像形成動作と同じ帯電電位ＶＨ（−６５０Ｖ：第１の電位）に帯電される。
このようにして感光体ドラム１２への流入電流を規定値に調整した後、制御部５０は、露光ユニット３０からのレーザ光の照射（露光）を行わせない状態とする。これにより、感光体ドラム１２は、露光位置を通過した後も帯電電位ＶＨ（−６５０Ｖ）に維持される。

また、制御部５０は、現像スリーブ１４１に対して画像形成動作のときとは異なる現像バイアスを供給させ、現像電位ＶＢ（第３の電位）を−７５０Ｖに設定する。このとき、第３の電位である現像電位ＶＢは、絶対値で、第１の電位である帯電電位ＶＨよりも大きくなる。これにより、感光体ドラム１２（帯電電位ＶＨ：−６５０Ｖ）は、現像スリーブ１４１に対して相対的に正（＋１００Ｖ）となる。つまり、画像形成動作のときと比較して、帯電電位ＶＨと現像電位ＶＢとの高低の関係が逆になる。これにより、現像スリーブ１４１に保持されたトナーは、一様に感光層１２６に転移する。なお、このとき、感光層１２６は、帯電が行われ且つ露光がなされていない状態となっており、全域が被帯電領域となっている。なお、現像電位ＶＢを−７５０Ｖに設定するのは、所定の時間だけである。このため、感光体ドラム１２には、主走査方向に沿って伸びる帯状のトナー像（トナー濃度検知用パッチ）が現像される。つまり、トナー濃度の検出動作では、画像形成動作時とは異なり、背景領域（被帯電領域）にトナーが転移、付着する。

感光体ドラム１２に形成された帯状のトナー濃度検知用パッチは、その回転に伴って濃度センサ１５との対向部を通過する。濃度センサ１５では、感光体ドラム１２上に形成されたトナー濃度検知用パッチからの反射光量Ｖpatchとトナーの乗っていない部分からの反射光量Ｖcleanとを検知し、検知した各信号を増幅し制御部５０へと出力する。
次いで、制御部５０にて、反射率Ｒ＝Ｖpatch/Ｖcleanを計算する。ここで、反射率Ｒは、２成分現像剤中のトナー濃度を反映したものとなっており、トナー濃度が高い場合は小さく、トナー濃度が低い場合は大きくなる。そして、制御部５０は、得られた反射率Ｒと予め設定した目標値とを比較演算し、目標値との差に応じて現像装置１４に対するトナーの補給を行うか否か、また、現像装置１４に対するトナーの補給を行う場合にはトナーの補給量をどの程度とするか、を決定する。ここで、トナーの補給量は反射率Ｒに応じて決定され、反射率Ｒが著しく大きかった場合に多くなる。そして、トナーの補給を行うことを決定した場合には、トナー補給部１４５がトナーカートリッジ１９から、決められた補給量のトナーを現像装置１４に補給する。このようなトナー濃度の検出動作およびトナー補給量の決定動作は、各画像形成ユニット１１でそれぞれ行われる。

なお、この例では、トナー濃度の検出動作において、感光体ドラム１２の帯電電位ＶＨを画像形成動作時（−６５０Ｖ）と同じに設定し、現像電位ＶＢを画像形成動作時（−５００Ｖ）とは異なる−７５０Ｖに設定しているが、これに限られない。例えばトナー濃度の検出動作において、感光体ドラム１２の帯電電位ＶＨを画像形成動作時（−６５０Ｖ）とは異なる−３００Ｖに設定し、現像電位ＶＢを画像形成動作時（−５００Ｖ）と同じに設定した場合にも、帯電電位ＶＨとなる背景領域にトナーが転移、付着し、トナー像が形成されることになる。
また、帯電電位ＶＨを２種類以上（例えば上記−６５０Ｖおよび−３００Ｖ）設定し、大きさが異なる帯電電位ＶＨの各領域にトナーを転移させ、それぞれの画像濃度の測定結果に基づいてトナーの補給制御を行うようにしてもよい。
さらに、この例では、トナー濃度の検出結果から現像装置１４に対するトナー補給量を決定しているが、これに限られるものではなく、例えば短期的な濃度調整のために、トナー濃度の検出結果に基づき、さらに帯電装置１３から感光体ドラム１２の感光層１２６に流す流入電流や露光ユニット３０から照射されるレーザ光の強度を調整するようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、帯電電位ＶＨに対して現像電位ＶＢを絶対値で高く設定することにより、通常の画像形成動作では背景領域となる部位にトナー像を形成し、その画像濃度を測定することにより、２成分現像剤中のトナー濃度の推定を行っている。これは、環境変化等に伴う光感度の変動の影響を受けやすい露光電位ＶＬに比べて、帯電電位ＶＨが安定しているためである。
ただし、感光体ドラム１２に設けられた感光層１２６は、中間転写ベルト２１やブレード部材１７１によって擦られるため、長期の使用に伴って徐々に摩耗していく。また、感光層１２６の摩耗の度合いは必ずしも一様ではなく、局所的に摩耗が大きい部位や小さい部位が発生する。すると、感光層１２６の摩耗に伴って感光層１２６の帯電特性に変化が生じ、帯電電位ＶＨが変動するおそれがある。
これに対し、本実施の形態では、感光層１２６の最上層である保護層１２５に導電性微粒子を予め添加しておくことにより、このような帯電特性の変動を抑制している。

ではここで、本発明者が行った実験について説明する。
本発明者は、感光層１２６を構成する保護層１２５に導電性微粒子の一種である酸化スズ（ＳｎＯ₂）１ｗｔ．％を添加した感光体ドラム１２と、酸化スズを添加しない感光体ドラム１２とを用意し、各々の感光体ドラム１２に与えた電荷量と感光体ドラム１２の表面に発生した電位量との関係について評価を行った。なお、この実験では、保護層１２５の摩耗との関係を調べるため、保護層１２５の厚さをそれぞれ６μｍ、７μｍ、８μｍとした感光体ドラム１２を、酸化スズを添加したものおよび添加しないもののそれぞれに準備した。なお、感光体ドラム１２に与えた電荷量は、感光体ドラム１２に流れた流入電流と正比例の関係にある。なぜなら、電流は単位時間あたりにある断面を通り抜けた電荷量として表現される（ｉ＝ｄＱ／ｄｔ）からである。

以下、評価方法について説明する。
各々の感光体ドラム１２を１０５ｍｍ／ｓｅｃで回転させ、スコロトロン帯電器で感光体ドラム１２の表面を帯電させ、除電装置で除電させて、帯電除電を繰り返す。ついで、スコロトロン帯電器の放電ワイヤに対する供給電流を一定（−１５０μＡ）にして、格子状電極に印加するグリッド電圧を０〜１４００Ｖまで増加させ、下記の値を測定、計算により求めた。保護層１２５に発生する電位量については、保護層１２５に残留する残留電位の影響を除くため、スコロトロン帯電器の前後に電位プローブ（電位センサ）を配置し、スコロトロン帯電器前後の電位の差に基づいて電位量を測定した。さらに、スコロトロン帯電器が感光体ドラム１２へ与えた単位面積あたりの電荷量については、感光体ドラム１２に接続された電流計で測定された流入電流（μＡ）を、感光体ドラム１２の軸方向のスコロトロン放電幅（ｍｍ）と感光体ドラム１２の移動速度とで割り、１０００を掛けて計算した値とした。

図６は、評価結果を示すグラフ図である。ここで、横軸は感光体ドラム１２へ与えた単位面積あたりの電荷量であり、縦軸は感光体ドラム１２の表面に発生した電位量である。同図からわかるように、保護層１２５に導電性微粒子である酸化スズを含有させることで、保護層１２５の膜厚が６μｍ〜８μｍに変化したとしても、電荷量（横軸）に対する電位量（縦軸）の関係はほぼ変わらないことがわかる。一方、導電性微粒子（酸化スズ）を添加しない従来の構成例では、保護層１２５の膜厚が６μｍ〜８μｍに変わることで、電荷量に対する電位量が変わってしまうこと、具体的には、保護層１２５の膜厚が減ることに伴って電位量が低下していることがわかる。
これは、導電性微粒子を含有させた保護層１２５を有する感光体ドラム１２では、感光層１２６の表面すなわち保護層１２５が摩耗あるいは偏摩耗したとしても、一定の電荷量すなわち一定の流入電流を感光層１２６に流していれば、帯電電位ＶＨが一定に維持されることを意味する。それゆえ、本実施の形態では、上述したトナー濃度の検出動作およびトナー補給量の決定動作において、感光体ドラム１２の感光層１２６に流れる流入電流が予め設定した一定の規定値となるよう、帯電電源１３４から放電ワイヤ１３２に供給する供給電流の調整を行うことにより、一定の帯電電位ＶＨに帯電された背景領域にトナー濃度検知用パッチを形成するようにしている。

ここで、図７は、上述した各サンプルにおける保護層１２５の膜厚と感光層１２６の誘電膜厚との関係を示すグラフ図である。ここでは、保護層１２５に酸化スズ１ｗｔ．％を添加した場合と添加しない場合とを比較している。なお、誘電膜厚とは、感光層１２６全体の膜厚を感光層１２６全体の誘電率で除した値であり、例えばヒューレットパッカード社製４１９４Ａインピーダンスアナライザを用いて測定される値をいう。

図７より、保護層１２５に酸化スズを添加した場合、感光層１２６の誘電膜厚は、保護層１２５の膜厚によらずほぼ一定になることがわかる。一方、保護層１２５に酸化スズを添加しない場合、感光層１２６の誘電膜厚は、保護層１２５の膜厚の増加に伴って増大すること、逆に言えば、保護層１２５の膜厚が薄くなる（摩耗する）ことに伴って感光層１２６の誘電膜厚が減少していくことがわかる。これは、保護層１２５に導電性微粒子を添加しない場合、保護層１２５の膜厚の減少に伴ってその帯電電位ＶＨが低下していくことを意味する。この結果より、保護層１２５に導電性微粒子を添加することで、保護層１２５の膜厚変化に関わらず帯電電位ＶＨが安定することが理解される。
これは、導電性微粒子を含有させた保護層１２５を有する感光体ドラム１２では、感光層１２６の表面すなわち保護層１２５が摩耗あるいは偏摩耗しても、保護層１２５が存在しているうちは静電容量がほとんど変化せず、その結果、帯電電位ＶＨが一定に維持されることを意味する。

では次に、保護層１２５を構成する樹脂と導電性微粒子との関係について説明する。
本発明者は、樹脂材料としてフェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂を用意し、また、導電性微粒子として酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタンを用意し、各々の樹脂に対して各々の導電性微粒子を添加して保護層１２５を作成した。なお、保護層１２５の作成手法は、上記構成例と同じとした。そして、作成された各保護層１２５の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、樹脂に対する導電性微粒子の分散の程度を目視で評価した。なお、各保護層１２５における導電性微粒子の添加量は、それぞれ１ｗｔ．％とした。

図８は、評価結果を示す図である。ここで、評価Ａは分散性が非常によいこと、評価Ｂは分散性がよいこと、評価Ｃは分散性があまりよくないこと、そして評価Ｄは分散性がよくないことを意味する。図８より、ベンゾグアナミン樹脂と酸化スズとを組み合わせた場合に非常に良好な分散性が得られ、メラミン樹脂と酸化スズとを組み合わせた場合に良好な分散性が得られていることがわかる。分散性が良好であるということは、保護層１２５において導電性微粒子が均一に存在していることを意味する。このような理由により、本実施の形態では、保護層１２５を構成する架橋構造を有する樹脂としてベンゾグアナミン樹脂を用い、導電性微粒子として酸化スズを用いた。ただし、図８に示す評価Ｂ〜評価Ｄとなった組み合わせにおいても、樹脂に導電性微粒子を添加した保護層１２５を用いて感光層１２６を形成した場合に、感光層１２６の摩耗に伴う帯電電位ＶＨの変動が抑制されることに変わりはない。

なお、本実施の形態では、帯電装置１３の放電ワイヤ１３２から感光体ドラム１２に供給する供給電流を、帯電筐体１３１および格子状電極１３３を介して流れる流出電流に応じて制御していたが、これに限られるものではない。すなわち、感光体ドラム１２への流入電流を直接測定し、その測定結果に基づいて帯電電源１３４からの供給電流を調整するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、帯電装置１３として非接触型のスコロトロン帯電器を用いていたが、例えば感光体ドラム１２に接触配置される帯電ロール等の接触帯電部材を用いても差し支えない。この場合には、接触帯電部材から感光体ドラム１２に流れる電流を直接測定することがより容易になる。

さらに、本実施の形態では、感光体ドラム１２上に形成されたトナー像の濃度を濃度センサ１５で検出するようにしていたが、これに限られるものではない。例えば、感光体ドラム１２上に形成されたトナー像を一次転写装置１６によって中間転写ベルト２１に転写し、中間転写ベルト２１上に転写されたトナー像の濃度を他の濃度センサで検出するようにしてもよい。
さらにまた、本実施の形態では、反転現像方式を採用した現像装置１４を用いた例について説明を行ったが、これに限られるものではなく、例えば、正現像方式を採用した現像装置を用いた画像形成装置に適用しても差し支えない。

本実施の形態が適用されるプリンタの全体構成を示した図である。 画像形成ユニットの構成を説明するための図である。 感光体ドラムの断面を示す図である。 画像形成動作における感光体ドラム上の電位レベルの一例を示す図である。 トナー濃度の検出動作における感光体ドラム上の電位レベルの一例を示す図である。 保護層への導電性微粒子の添加の有無と保護層の膜厚変化に関する評価結果を示すグラフ図である。 保護層への導電性微粒子の添加の有無をパラメータとしたときの保護層の膜厚と感光層の誘電膜厚との関係を示すグラフ図である。 保護層を構成する樹脂と導電性微粒子との組み合わせに関する評価結果を示す図である。

符号の説明

１…プリンタ、１０…画像形成部、１１…画像形成ユニット、１２…感光体ドラム、１２１…導電性基材、１２２…下引き層、１２３…電荷発生層、１２４…電荷輸送層、１２５…保護層、１２６…感光層、１３…帯電装置、１４…現像装置、１５…濃度センサ、１６…一次転写装置、１７…感光体クリーナ、１９…トナーカートリッジ、２０…転写ユニット、３０…露光ユニット、４０…用紙搬送部、５０…制御部、ＶＨ…帯電電位、ＶＬ…露光電位、ＶＢ…現像電位

Claims (7)

1. 電荷発生材料を含む電荷発生層と、電荷輸送材料を含み当該電荷発生層の上に設けられる電荷輸送層と、導電性微粒子を含み当該電荷輸送層の上に設けられる保護層とを備えた感光層を有する感光体と、
   前記感光層を第１の電位に帯電する帯電手段と、
   前記帯電手段で前記第１の電位に帯電された前記感光層を露光することにより当該感光層の被露光領域を当該第１の電位よりも絶対値が小さい第２の電位に設定する露光手段と、
   トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を保持する現像剤保持体と当該現像剤保持体を前記第１の電位と前記第２の電位とは異なる第３の電位に設定する現像電源とを備えた現像手段と、
   前記帯電手段にて帯電された前記感光層を前記露光手段にて露光した後に前記現像手段で現像する第１の画像形成動作において前記第３の電位を絶対値で前記第１の電位よりも小さく且つ前記第２の電位よりも大きく設定し、当該帯電手段にて帯電された当該感光層を当該露光手段にて露光せずに当該現像手段で現像する第２の画像形成動作において当該第３の電位を絶対値で当該第１の電位よりも大きく設定する電位設定手段と、
   前記第２の画像形成動作において前記帯電手段から前記感光層に流入させる電流を予め定めた固定電流値に設定する電流設定手段と、
   前記第２の画像形成動作において前記感光層に現像されたトナー像の画像濃度を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出された前記画像濃度に応じて、前記現像手段に対するトナーの補給を制御する制御手段と
   を含む画像形成装置。
2. 前記感光層の前記保護層は前記導電性微粒子を分散させる樹脂をさらに含み、
   前記樹脂が架橋構造を有していることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記感光層の前記保護層は前記導電性微粒子を分散させる樹脂をさらに含み、
   前記樹脂に対する前記導電性微粒子の添加量が、０．１ｗｔ．％以上且つ５．０ｗｔ．％以下の範囲から選択されることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 電荷発生材料を含む電荷発生層と、電荷輸送材料を含み当該電荷発生層の上に設けられる電荷輸送層と、導電性微粒子を含み当該電荷輸送層の上に設けられる保護層とを備えた感光層を有する感光体と、
   前記感光層に大きさが固定された流入電流を流入させて当該感光層を帯電する帯電手段と、
   トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を用い、前記帯電手段にて帯電された前記感光層の被帯電領域をトナーで現像する現像手段と、
   前記感光層の前記被帯電領域に現像されたトナー像の画像濃度を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出された前記画像濃度に応じて、前記現像手段に対するトナーの補給を制御する制御手段と
   を含む画像形成装置。
5. 前記帯電手段は、
   前記感光体に対向する部位に開口が設けられた帯電筐体と、
   前記帯電筐体の内側に配設される放電ワイヤと、
   多数の通気孔が形成されて前記帯電筐体の前記開口側に前記感光体と対向して配置される格子状電極と、
   前記放電ワイヤに一定の供給電流を供給する帯電電源と、
   前記放電ワイヤから前記帯電筐体および前記格子状電極を介して流出する流出電流を測定する電流計とを備え、
   前記制御手段は、前記電流計にて測定された前記流出電流に基づいて前記供給電流を決定することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記感光層の前記保護層は前記導電性微粒子を分散させるベンゾグアナミン樹脂を含み、
   前記導電性微粒子が酸化スズからなることを特徴とする請求項４または５記載の画像形成装置。
7. 前記感光層の前記保護層の前記導電性微粒子の体積平均粒径ｄ５０が０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項記載の画像形成装置。

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