JP3450734B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、露光手段によって
静電潜像担持手段に静電潜像を形成する画像形成装置に
係り、詳しくは、、静電潜像担持手段としてアモルファ
スシリコン感光体を備え、後述するＢＡＥ方式の複写
機、プリンタ、ファクシミリ等に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、デジタル方式の画像形成装置では
一般的に下述の如きプロセスで画像を形成することが広
く行われている。図１は、この画像形成装置の要部断面
を図示する。 【０００３】一次帯電手段３で一様に電位Ｖdprc（Ｖ）
に帯電された静電潜像担持手段であるドラム感光体１に
対し、レーザードライバ回路１からのレーザービームＢ
がポリゴンスキャナと呼ばれる不図示の回転多面鏡に照
射され、回転多面鏡からの反射ビームＢが、一定速度Ｖ
prs （Ｖ）で移動する静電潜像担持手段１の表面に照射
される。回転多面鏡の回転によりレーザービームＢはド
ラム感光体１の移動方向（以下、副走査方向と呼ぶ）Ａ
と直角方向（以下、主走査方向と呼ぶ）Ｋに走査される
（図１２）。レーザービームＢは出力すべき画像に応じ
てオンまたはオフされるので、ドラム感光体１上には静
電潜像が形成され、この静電潜像が現像されて可視のト
ナー像となる。 【０００４】該トナー像は転写手段５によって転写材Ｍ
に転写され、転写材Ｍは分離手段６で静電潜像担持手段
１から分離された後、図示しない定着手段で該トナーＴ
を転写材Ｍ上に定着し、最終プリントとして出力する。
なお、転写材Ｍに転写されずに静電潜像担持手段上に残
留したトナーＴ′は清掃手段７によって除去される。 【０００５】そもそも、トナーは、カブリ等のない鮮明
な画像を得るために適正な電荷を有することがまず要求
される。更に、経時変化及び湿度変化等の環境変化によ
り、著しい帯電量の減衰や固化等の変化を生じないこと
も要求されている。これは帯電量が最初に設定された値
から減衰して小さくなると、画像濃度が低下したり、ト
ナー飛散が多くなり地肌カブリや白紙部分へのトナー飛
散、または現像手段４周辺にトナー汚れが生ずる等の問
題が発生するからである。 【０００６】上記要求に応えるため、トナー製造に際し
荷電制御剤の添加がほぼ必須となるが、近年カラー化が
進み、色再現性に優れた白色あるいは淡黄色の帯電制御
剤が要求される。 【０００７】負の電荷を付与する負荷電制御剤には無
色、白色または薄い黄色のものが市販され、効果も高
く、これらの制御剤を用いることは特に実用上制限はな
い。ところが正の電荷を付与する正荷電制御剤、特にカ
ラートナーに使用可能なものは、有色のニグロシン系染
料、白色の四級アンモニウム塩あるいはイミダゾール化
合物（特開昭６２−２８７２６２号公報、特開昭６１−
２５９２６５号公報あるいは特開昭５９−１８７３５０
号公報）が知られているがその種類は非常に少ない。 【０００８】ニグロシン系染料は、純粋な一種類の化合
物からなるのではなく、数種類の化合物の混合物でその
正確な組成等は不明で、常に同程度の機能を期待できず
問題である。またニグロシン系染料は転写速度が中低速
である複写機に用いられるトナーに対しては安定した荷
電を付与することに有効に機能するが、さらに低融点、
低粘度の樹脂で構成される高速複写機用のトナーにその
まま適用しても上記機能を得ることはできない。カラー
トナーに関しても、ニグロシン系染料は有色であるため
適用することに問題がある。 【０００９】四級アンモニウム塩は荷電性能の耐環境安
定性が不安定であり、粒径が大きくかつ定着時に溶け
ず、さらに匂いがある等の問題がある。また四級アンモ
ニウム塩はニグロシン染料と同様に帯電性能において不
十分である。 【００１０】つまるところ、正の電荷を付与する正荷電
制御剤は、その種類も少なく、特にカラートナーに適し
た無色あるいは白色のものが少ないことから、現時点で
は負帯電性トナーの自由度が高いと言わざるを得ず、実
際、高速の装置においては、負帯電性トナーが広く用い
られている。 【００１１】一方、ドラム感光体には、製造コストが低
く、毒性も皆無な有機半導体（以下ＯＰＣという）が広
く用いられている。 【００１２】しかしながら、ＯＰＣは、摩耗速度が早い
上、露光エネルギーＥexp とドラム感光体電位Ｖs の関
係は、図１３に示すように非線型性が強いため、画像エ
ッジ部で電位のダレが大きくなり、ＢＡＥに於はライン
が細るという欠点がある。 【００１３】さらに、ＯＰＣは画像出力の反復に伴う帯
電特性及び露光特性の劣化が著しい（図１４）。ａが帯
電特性の劣化（画像暗部の電位の低下）、ｂが感光特性
の劣化（画像明部の電位の上昇）を示す。 【００１４】初期には５００（Ｖ９あった現像コントラ
ストＶcdevが、末期には３００（Ｖ）まで低下すること
がわかる。現像コントラストＶcdevが減少するとトナー
の現像量が減少し、同時に線画等の線の太さも細くなる
ことは周知である。 【００１５】一方アモルファスシリコン系（以下ａ−Ｓ
ｉ系という）の静電潜像担持手段は、製造コストは高い
ものの、潜像形成は露光エネルギー分布に比較的忠実な
ためＩＡＥ、ＢＡＥで画質の差は小さく、また、圧倒的
な耐久性の故に結果的に単位プリントのコストは安価と
なり、高速の画像形成装置にとって理想的な静電潜像担
持手段であるといえる。 【００１６】 【発明が解決しようとする課題】ここで、デジタル静電
潜像形成方法には、従来より以下に述べるような２通り
の方式がある。 【００１７】第１に画像の暗部（黒部）にレーザ露光を
行う方式（以下ＩＡＥ(Image AreaExposure: 画像部露
光）という）であり、レーザ光等を潜像形成に用いたデ
ジタル方式の複写機、プリンター等において広く用いら
れている。 【００１８】ＩＡＥ方式では、画像明部（白部）の電位
がＶl 、そして、画像暗部（黒部）の電位がＶd となり
（ただし｜Ｖd ｜＞｜Ｖl ｜）、現像手段で静電潜像担
持手段と同極性に帯電されたトナーを、平均値Ｖm なる
現像バイアスで反転現像することでトナー像を形成す
る。 【００１９】第２に画像の明部（白部）に露光を行う方
式（以下ＢＡＥ(Background Area Exposure:背景部露
光）という）であり、周知のごとく、アナログ方式の複
写機等の画像形成装置において広く用いられている。 【００２０】ＢＡＥ方式では、画像明部（白部）の電位
がＶl 、そして、画像暗部（黒部）の電位がＶd となり
（ただし｜Ｖd ｜＞｜Ｖl ｜）、現像手段で静電潜像担
持手段と逆極性に帯電したトナーを、平均値Ｖm なる現
像バイアスで正規現像することでトナーを形成する。 【００２１】ＢＡＥ方式は、アナログ方式による以外
に、デジタル方式によっても画像情報領域以外の白地の
部分の電位の絶対値をレーザー光等により低下させるこ
とによっても実現できる。 【００２２】したがって、高速の画像形成装置において
は、負帯電性トナーとａ−Ｓｉ系の静電潜像担持手段の
組み合わせが理想的である。 【００２３】故に、かかる画像形成装置においては、必
然的にＢＡＥ方式の潜像形成を用いることとなるが、静
電潜像担持手段１表面を走査するレーザ光の光強度分布
は図８の破線で示したように完全な矩形でなく、実際に
は実線で示したように、ガウシアン分布を持っているた
め、ＢＡＥ方式のレーザ露光を行った場合、画像暗部と
明部の境界部において、隣の画素のスポットの広がりが
画像暗部（黒部）に侵入してしまう。その結果、細い線
画や細かい点描においては静電潜像が実際の画像情報に
比べ細くなってしまい、現像後のトナー像も画像情報に
忠実な画像にはならない。 【００２４】また、平均現像バイアスＶm と静電潜像担
持手段の明部電位Ｖl との差である背景コントラスト電
位Ｖcbg が小さいと、副走査ピッチの電位の消し残りの
部分Ｐに帯電不良のトナーが付着しやすくなる（図１
５）。よって細線を再現するには十分にスポット径を小
さくしなければならなく、副走査方向のスジ状のカブリ
が目立たなくなったとしても暗部電位と明部電位のコン
トラストが取れなくなってしまい、べた黒の濃度は低下
してしまう。かかる現像は、潜像形成が高解像度になる
につれて顕著になる。 【００２５】本発明は、かかる従来技術の課題を解決す
るためになされたものであって、その目的とするところ
は、画像出力の反復回数に拘らず、線画の線幅を一定に
保ち、かぶりの少ない安定した画像出力を得ることので
きる画像形成装置を提供することである。 【００２６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、静電潜像担持手段と、前記静電潜像担持手
段を帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電さ
れた前記静電潜像担持手段を露光して静電潜像を形成す
る露光手段と、前記静電潜像担持手段に現像剤を転移せ
しめることにより現像を行うため前記静電潜像担持手段
と距離Ｇ（μｍ）なる間隙を以って配設された現像剤担
持体を備えた現像手段と、前記現像剤担持体に現像バイ
アス電圧を印加する現像バイアス電圧印加手段と、を備
えた画像形成装置において、前記露光手段によって露光
された前記静電潜像担持手段の領域が電位Ｖｌ（Ｖ）を
有し、前記露光手段によって露光されていない前記静電
潜像担持手段の領域が電位Ｖｄ（Ｖ）を有し、前記現像
バイアス電圧印加手段は、前記現像工程において、前記
現像剤を前記現像剤担持体から前記静電潜像担持手段へ
転移せしめるために印加される印加電圧Ｖｄｅｖ（Ｖ）
と、前記現像剤を前記静電潜像担持手段から前記現像剤
担持体へ転移せしめるために印加される電圧Ｖｄｅｆ
（Ｖ）の間で周期Ｔ（μｓ）で変化する現像バイアス電
圧を印加し、電圧Ｖｄｅｖ（Ｖ）から電圧Ｖｄｅｆ
（Ｖ）への遷移時間Ｔ１（μｓ）、電圧Ｖｄｅｆ（Ｖ）
から電圧Ｖｄｅｖ（Ｖ）への遷移時間Ｔ２（μｓ）が、
０．３Ｔ＜Ｔ１＜０．５Ｔかつ、Ｔ２＜０．１Ｔを満た
し、Ｖｄ，Ｖｄｅｖ，Ｇ，Ｖｄｅｆ，及びＶｌの間に、
３．７Ｖ／μｍ＜｜Ｖｄ−Ｖｄｅｖ｜／Ｇ＜５．２Ｖ／
μｍかつ、２．２Ｖ／μｍ＜｜Ｖｄｅｆ−Ｖｌ｜／Ｇ＜
５．２Ｖ／μｍを満たし、前記露光手段による前記静電
潜像担持手段上の光スポットの副走査方向の大きさＤｌ
ｓを副走査方向走査ピッチＤｐｓの１．４倍以上とし、
かつ、前記光スポットの主走査方向の大きさＤｌｍと前
記光スポットの副走査方向の大きさＤｌｓの差ΔＤｓを
画素の大きさＤｐｘの０．５倍未満としたことを特徴と
する。 【００２７】また、前記距離Ｇが１４０μｍ以上２００
μｍ以下であることが好適である。 【００２８】また、前記周期Ｔが２５０μｓ以上６００
μｓ以下であることが好適である。 【００２９】また、前記電圧Ｖｄｅｖと前記電圧Ｖｄｅ
ｆの差が２０００Ｖ以下であることが好適である。 【００３０】また、画素の露光は、２値化された画像情
報に基づくようにしてもよい。 【００３１】また、前記現像剤担持体は、導電性粒子を
含有した樹脂で被覆されたアルミニウム合金から成るよ
うにしてもよい。 【００３２】また、前記静電潜像担持手段は、少なくと
も非晶質の珪素を含む光導電層を有するようにしてもよ
い。 【００３３】また、前記現像剤は磁性一成分トナーであ
るようにしてもよい。 【００３４】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
に沿って、各実施例に分けて説明する。 【００３５】なお、本発明を実施した画像形成装置にお
いて従来の技術の項で説明したものと同様の部分につい
ては、説明を省略する。 【００３６】（実施例１）図１は本発明の実施例１に係
る画像形成装置の主要部を示す図である。 【００３７】１は感光層１０１にａ−Ｓｉを用いた直径
８０ｍｍの静電潜像担持手段としてのドラム感光体であ
り、ドラム感光体の回転速度すなわちプロセススピード
は２６５ｍｍ／ｓｅｃであり、Ａ４サイズの転写材片面
に同一の画像を連続して形成する速度は毎分６０枚であ
る。 【００３８】図２は、ドラム感光体の構造を示す模式的
な断面図である。 【００３９】この図においてドラム感光体は、Ａｌなど
からなる導電性支持体１０２と、導電性支持体１０２の
表面上に順次堆積された感光層１０１（電荷注入阻止層
１０１ａおよび光導電性を示す光導電層１０１ｂ）と表
面層１０３とからなる。ここで、電荷注入阻止層１０１
ａは導電性支持体１０２から光導電層１０１ｂへの電荷
の注入を阻止するためのものであり、必要に応じて設け
られる。また、光導電層１０１ｂは少なくとも珪素原子
を含む非晶質材料で構成され、光導電性を示すものであ
る。さらに、表面層１０３は珪素原子と炭素原子（さら
に、必要により水素原子あるいはハロゲン族原子または
その両方の原子）を含み、電子写真装置における顕像を
保持する機能を有する。 【００４０】２は残留電荷を除去するための波長略６６
０ｎｍの光を発するＬＥＤ発光素子を含む前露光手段、
３は帯電電極としてのタングステンワイヤー３０１を用
い、グリッド３０２を有する帯電手段としてのいわゆる
スコロトロン方式の一次帯電手段、４は現像手段である
（図１）。 【００４１】図３は本発明の実施例１に係る画像形成装
置の現像手段４を示す図である。現像手段４は、直径３
２．３３ｍｍの円筒状のアルミニウム合金（Ａ６０６
３）製スリーブ４２と、その内部に６個の磁極を有する
マグネットローラ４３を固定配置した現像ローラー，現
像バイアス電圧印加手段４８等からなる。スリーブ４２
の外層４２ａは、フェノール等の樹脂にカーボングラフ
ァイト等の導電性粒子を分散させた厚さ１０から１４μ
ｍの層である（図４）。 スリーブ４２は、現像剤とし
てのトナーＴ_oを担持し、不図示の樹脂製スペーサコロ
によりＧ＝１８０μｍを以ってドラム感光体１に対向せ
しめられ、不図示の駆動手段により、速度３９０ｍｍ／
ｓにて回転せしめられ、ドラム感光体１の画像情報部分
にトナーを転移させる。ここで、Ｇ＜１４０μｍとする
と、画像形成装置の微小な振動が現像電界へ及ぼす影
響、特に画像のムラが顕著となるので、距離Ｇは１４０
μｍ以上２００μｍ以下であることが好適である。 【００４２】スリーブに印加する現像バイアス波形は、
図５に示すとおりのいわゆる「スロープ形」であり、周
期は周期Ｔは３７０μｓ、周波数ｆは（＝１／Ｔ）は２
７００Ｈｚ、振幅Ａ（＝Ｖdef −Ｖdev ）は１１００
Ｖ、平均電圧Ｖm は１８０〜２２０Ｖである。ここで、
Ｔ＜２５０μｓとすると、現像バイアス電源の装置コス
トが高くなってしまい、また、耐刷後における微小画素
の再現性が劣るので、周期Ｔは２５０μｓ以上６００μ
ｓ以下であることが好適である。また、ここで、振幅Ａ
を２０００Ｖより大きくすると、現像バイアス電源の装
置コストが高くなってしまうので、振幅Ａは２０００Ｖ
以下であることが好適である。 【００４３】スロープ形バイアスは、従来多用されてい
る矩形バイアスに地べて、理論的には画像濃度は低下す
るのであるが、実際にはほぼ同等であり（図１８）、更
に、かぶり（特に帯電極性が反転したトナーによるも
の）が少なく、画像均一性が良好である等の種々の好ま
しい効果を有することがわかった。 【００４４】以下に、現像バイアスの変化を時系列に説
明する。まず、現像バイアスは、ａ点から立ち下り、ｃ
点に移行するが、ｂ点すなわち、Ｖd との電位差が一定
の値Ｖth以上となるｂ点よりも電位が下ったとき、スリ
ーブ上のトナーはスリーブとの鏡映力に打ち勝って感光
体へと転移を始める。 【００４５】ｃ点から、ｄ点まで一周期の２５％は、現
像促進側の電位Ｖdev を維持して現像が行なわれ、ｄ点
から再び電位は立ち上る。 【００４６】このとき電位は、引き戻し側のＶdef への
変化がゆるやかになるように立ち上るようにしている。
もちろん従来から現像バイアス電源には立ち上りがあ
り、図６に示すような通常の矩形波は一周期の１０％程
度の立ち上り時間を有している。本発明では、通常の矩
形波ではなく意図的に立ち上り時間を大きく設定するこ
とが重要であり、本実施例では一周期の３８％としてい
る。 【００４７】そして１／２周期のｅ点にて、ＡＣ成分の
積分ＤＣ値Ｖm と交差する。そのため、ｂｃｄｅで囲れ
た面積Ｓｄｅｖ＋で現像が行なわれるとし、面積Ｓｄｅ
ｖ＋を三角波／矩形波／スロープ波で比較すると、１．
５７／３．１４／２．３６となり、スロ−プ波は現像の
強さを三角波よりは大きくできることがわかる。 【００４８】現像バイアスは、さらに立ち上り、ｆ点ま
で立ち上ったとき、Ｖl との電位差がＶth以上となるの
で、反転帯電トナーがＶL 部へ転移し始める。そして、
ｇ点を経てＶdef のｈ点に至る。ｈ〜ｉ点は、正規帯電
トナーにとっては引き戻しであり、Ｖd 部に過剰に付着
したトナーをスリーブへ引き戻す。 【００４９】一方、反転帯電トナーにとっては、ＶL 部
への現像が行なわれる。 【００５０】そして、ｉ点で再び立ち下り、以上を繰り
返す。 【００５１】ここでまた、反転帯電トナーを現像するた
めの領域（Ｖl よりＶth以上高い領域）ｆｈｉｊの面積
Ｓｄｅｖ−を考えると、矩形波より確実にこの面積を小
さくすることができる。 【００５２】これは、スロープ部分をゆるやかにしてい
くほど（Ｔｌ／Ｔを大きくするほど）効果が疎著とな
り、逆に立ち上りを急峻にしていくほど、効果は減少す
る。そのため、従来の立ち上り時間が１０％程度と急峻
である矩形波とは異なるのである。 【００５３】このように、現像側の強さを三角波よりは
強く、また、反転かぶりを発生させる強さを、矩形波よ
りは小さくしている。 【００５４】正規帯電トナーは、ｂ点にてスリーブの鏡
映力に打ち勝って感光体へと転移し始め、前述したよう
におよそ面積Ｓｄｅｖ＋に応じた力を受け現像される。
その後、ｅ〜ｆ間はトナーはほとんど力を受けないが、
現像バイアスがＶd より高くなり、引き戻し側に変位す
るｇ点までは、慣性力によって感光体へと転移を続ける
（もちろん、空気抵抗やトナーどうしの衝突によって、
転移速度は減衰する）。従って現像のために受ける力
は、ほぼ面積Ｓｄｅｖ＋に応じているが、現像方向に転
移している時間は、ｂ→ｇの間となる。 【００５５】同様に、反転帯電トナーがＶL 部へ転移を
続ける時間は、ｆから現像バイアスがＶl より低くなる
ｋまでのｆ→ｋ間となる。そして、ＡＣバイアスの引き
戻し側に傾きを設けたスロープバイアスは、正規帯電の
トナーの現像時間を１周期Ｔの５０％より大きくするこ
とができ、反転帯電トナーをＶL 部に現像しようとする
時間を５０％より小さくすることができる。 【００５６】更に、面積Ｓｄｅｖ＋は矩形波より小さく
濃度は出にくいが、ｂ→ｇ間（現像時間）を大きくとる
ことで補償しているので、矩形波と同等な濃度が得られ
る。 【００５７】また、反転かぶりについても面積Ｓｄｅｖ
−は三角波より大きく、反転かぶりし易いが、ｆ→ｋ間
（反転かぶり時間）を小さくすることで補償しているの
で、三角波並の反転かぶり防止効果がある。 【００５８】以上述べてきたように、矩形波を改良して
現像ＡＣバイアスの正規帯電トナーにとっての引き戻し
側への変化した比較的大きな傾きをもたせることで図１
８に示すようにｓｉｎ波、矩形波のそれぞれの欠点であ
る低濃度／反転かぶりを同時に抑制できるのである。 【００５９】また、遷移時間Ｔ１は、０．３Ｔより大で
あって、０．５Ｔ未満であればよく、遷移時間Ｔ２は、
０に近いのが望ましいが、バイアス電源のコスト等を考
慮した場合には０．１Ｔ未満であれば問題とならないこ
とがわかった（図１８）。 【００６０】逆に遷移時間Ｔ１が０．３Ｔ以下だと、矩
形波（図６）と効果が変わらなくなってしまい、０．５
Ｔ以上だと、三角波または鋸波（図７）と同様に画像濃
度が低下してしまうのである（図１８）。 【００６１】実際、本実施例においては、遷移時間Ｔｌ
＝１４１μｓ、遷移時間Ｔ２＝１０μｓであるから、
０．３Ｔ＜Ｔｌ＜０．５Ｔ、Ｔ２＜０．１Ｔを満たす。 【００６２】更に、｜Ｖd −Ｖdev ｜／Ｇは、トナーを
スリーブからドラムへ転移せしめる期間中の電界であ
り、極力大きいのが望ましいが、バイアス電源のコスト
や、低気圧環境でのリーク等を考慮した場合には５．２
Ｖ／μｍ未満でなければならず、安定した画像濃度を得
るためには、３．７Ｖ／μｍより大でなければならない
こともわかった（図１８）。 【００６３】実際、本実施例においては、Ｖd ＝４４０
〜４６０Ｖ、Ｖdev ＝−３７０〜−３３０Ｖであるか
ら、｜Ｖd −Ｖdev ｜／Ｇ＝４．２８〜４．８８Ｖ／μ
ｍであるから３．７Ｖ／μｍ＜｜Ｖd −Ｖdev ｜／Ｇ＜
５．２Ｖ／μｍを満たす。 【００６４】｜Ｖdef −Ｖl ｜／Ｇは、トナーをドラム
からスリーブへ転移せしめる期間中の電界であり、極力
大きいのが望ましいが、同様にバイアス電源のコスト
や、低気圧環境でのリーク等を考慮した場合には５．２
Ｖ／μｍ未満でなければならず、かぶりを一定のレベル
に抑制するためには、２．２Ｖ／μｍより大でなければ
ならないこともわかった（図１８）。 【００６５】実際、本実施例においては、Ｖl ＝４０〜
６０Ｖ、Ｖdef ＝７３０〜７７０Ｖであるから、｜Ｖde
f −Ｖl ｜／Ｇ＝３．７２〜４．０６Ｖ／μｍであるか
ら２Ｖ／μｍ＜｜Ｖdef −Ｖl ｜／Ｇ＜５．２Ｖ／μｍ
を満たす。 【００６６】トナーは、初期体積平均粒径Ｄ４が７．５
μｍの一成分トナーであり、磁性かつ絶縁性を有する。 【００６７】トナーの粒度分布は種々の方法によって測
定できるが、本発明においては、測定装置としてコール
ターカウンタ（商標）ＴＡ−II型（米国コールター社
製）を用い、個数分布，体積分布を出力するインターフ
ェイスおよびコンピュータ等を接続し、電解液として１
％ＮａＣｌ水溶液を用いた。 【００６８】まず、前記電解水溶液１００〜１５０ｍｌ
中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベン
ゼンスルホン酸塩を０．１〜５ｍｌ加え、さらに測定試
料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は超音
波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、前記測定装置
により、アパチャーとして１００μアパチャーを用い
て、個数を基準として２〜４０μの粒子の粒度分布を測
定して、Ｄ４を算出した。 【００６９】トナーの結着樹脂としては、ポリスチレ
ン、ポリ−Ｐ−クロルスチレン、ポリビニルトルエン等
のスチレン及びその置換体の単重合体、スチレン−Ｐ−
クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共
重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレ
ン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロ
ルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニ
トリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重
合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレ
ン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合
体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体等
のスチレン系共重合体、ポリ塩化ビニル、フェノール樹
脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタ
クリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコン樹脂、ポリエス
テル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹
脂、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、キシレン樹
脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンイ
ンディーン樹脂、石油系樹脂などが使用できる。 【００７０】本発明で使用するトナーは、上述の結着樹
脂中に、黒色を呈する着色剤を混合して形成する。着色
剤としては、磁性粉、顔料、染料などが使用できる。磁
性粉としては、例えば、表面酸化、又は未酸化の鉄、ニ
ッケル、銅、マンガン、クロム、希土類等の金属及びそ
れらの合金、又は、酸化物及び、フェライトが使用でき
る。顔料としては、カーボンブラックなどが使用でき
る。 【００７１】また、これらの成分以外に、流動化剤とし
て例えば酸化珪素、研磨剤としてチタン酸ストロンチウ
ム、酸化セリウム等、荷電制御剤等を適宜添加できる。 【００７２】スリーブ上でのトナーの平均帯電量は５〜
１５μＣ／ｇ、平均塗布量は、０．６〜０．９ｍｇ／ｃ
ｍ2 である。 【００７３】図１において８１は波長６５５ｎｍのレー
ザー半導体をオンオフ発光駆動させるためのレーザード
ライバー回路、８２はドラム感光体の回転及び画像位置
に同期させレーザー光をドラム面上に照射するためのコ
リメーティングレンズ、ポリゴンミラー、ｆθレンズ等
から構成されるレーザースキャナー装置、８３は、不図
示の原稿台に置かれた原稿の画像情報を６００ｄｐｉ(d
ot per inch)の解像度で読み取るための、ＣＣＤ等の撮
像素子及び光学レンズ等で構成される画像読取手段、８
４は画像読取装置から読み取った画像のシェーディング
補正、濃度変換、データ圧縮伸長、２値化処理等を行う
読み取り画像データ処理手段、８５は外部ネットワーク
と接続し、ネットワークに接続されているコンピュータ
ー等からの制御信号およびコンピュータ等で作成した画
像データ信号を入出力するためのインターフェイス手
段、８６は画像読取手段から読み取った画像データ及び
外部から入力した画像を一時蓄えるためのハードディス
クドライブ等で構成されるバッファーメモリ、８７は装
置全体を制御するＣＰＵである。本実施例ではレーザー
ドライバー回路８１及びレーザースキャナー装置８２か
ら露光手段が構成される。 【００７４】次に、潜像形成について説明する。 【００７５】上記実施例に示す最小画素寸法Ｄpxは主副
とも４２μｍ（解像度６００ｄｐｉ）とし、スポット径
は以下に説明するような実験結果を基に設定する。 【００７６】ここで、スポット径とは、前記レーザ光の
光路長が最短となる状態における前記静電潜像担持手段
上における前記レーザ光の強度Ｅexp が中心部の最高強
度Ｅexpmaxの１／ｅ² である領域の、主走査方向に沿っ
た長さＤlm及び副走査方向に沿った長さＤlsをいう（図
８，９）。 【００７７】図１０は副走査方向スポット径Ｄlsをパラ
メータとしたＶcbg とカブリ（反射率低下度％）△Ｒｆ
の関係を示したものである。ここで、△Ｒｆ^*は主観評
価で不可と可が分かれる別れる△Ｒｆの値を示してい
る。 【００７８】スポット径が大きいほど従来のアナログ露
光に近いカブリ特性になり、また同じＤlsならばＶcbg
が大きいほどカブリは低下する。ここでＶd はａ−Ｓｉ
感光層の帯電能に鑑み例えば４５０Ｖ、またＶl は感光
層の感度、レーザ発光素子のパワー等に鑑み例えば５０
Ｖとする。ライン再現性から必要とされる現像コントラ
ストＶdev （＝Ｖd −Ｖm ）は２５０Ｖ程度であるため
Ｖm は２００Ｖに設定する。したがってＶcbg は略１５
０Ｖ程度となる。よって副走査方向スポット径Ｄlsはマ
ージンＬを考慮し下限を６０μｍとする。 【００７９】一方、主走査方向レーザスポット径Ｄlmは
カブリには影響しないため、小さいほどライン再現性は
良い。しかしながら小さくしすぎると副走査方向のライ
ン幅とアンバランスになり好ましくない。 【００８０】図１８にはＶl ＝５０Ｖ、Ｖcbg ＝１５０
Ｖ、Ｖd ＝４５０Ｖ、副走査方向スポット径Ｄlsを光学
系のバラツキを考慮し７０μｍとした場合における主走
査方向スポット径Ｄlmと縦線の幅と横線の幅の差△Ｗl
及び各主走査方向スポット径における出力画像の主観評
価を示した。 【００８１】６００ｄｐｉの解像度においては主副の差
が２０μｍ程度、すなわちスポット径の差△Ｄs が最小
構成画素サイズＤpxの概略０．５倍未満であれば画質的
に問題ない。 【００８２】よって主走査方向スポット径の下限は５０
μｍ程度が望ましい。 【００８３】この時のＡ方向に垂直な面の白地部（Ｖl
）の潜像電位の形状は、図１１に示す模式図のよう
に、副走査ピッチＤps（４２μｍ）のレーザー照射オー
バーラップ部の消し残り部分は十分小さくなりスジ状の
カブリは生じない。 【００８４】上記設定においての画像形成方法について
以下に述べる。 【００８５】本実施例の画像形成装置は複写機としての
機能以外に、ネットワークに接続されたパソコン等の情
報端末装置からの情報やファクシミリ受信した情報を出
力するプリンタ機能をも有する。 【００８６】最初に複写機能について説明する。不図示
のコピースタートボタンが押されると、ドラム感光体１
は不図示のモータにより図に示す矢印Ａの方向に回転を
開始し、１次帯電手段３により現像位置で前述のＶd に
なるよう帯電される。そして画像読取手段８３内の不図
示の光源及び不図示の反射ミラー等から構成される不図
示の光学ユニットは不図示の原稿読み取り台に置かれた
原稿を走査し６００ｄｐｉ、２５６階調の多値データと
して原稿画像情報を取り込む。 【００８７】取り込まれた画像データは８４の画像デー
タ処理回路によってシェーディング補正、濃度変換、２
値化処理、圧縮処理等が行われ、一旦ハードディスクド
ライブ８６に蓄えられる。そして潜像形成タイミングに
同期して読み出され、データ伸長された後、画像データ
はレーザドライバ回路８１に入力される。レーザドライ
バ回路８１は、画像情報がない部分、転写材間及び余白
部分が発光オン、画像データ部分が発光オフになるよう
に画像情報をレーザ光信号のオンオフに変換する。 【００８８】レーザ光はレーザスキャナ装置８２により
ドラム感光体に照射され潜像を形成する。 【００８９】プリンタとして機能する場合は、画像デー
タはインターフェイス回路８５に入力され、ここで画像
情報信号はビットマップデータに変換され、画像データ
処理回路８４に出力される。その後は前述した動作と同
様な処理が行われる。 【００９０】なお、プロセススピード、ドラム感光体の
径、現像バイアス、Ｖd 、Ｖl 等についても上記実施例
に限定されるものではないことは言うまでもない。 【００９１】ここで、図１６乃至図１８に記載した物理
量等の説明又は定義及びそれらの測定方法等について補
足する。 【００９２】まず、ηは、デューディー比と呼ばれ、現
像バイアスがＶm を下回っている時間Ｔ１の、周期Ｔに
対する比率である（図６）。 【００９３】また、Ｅdev ＝｜Ｖd −Ｖdev ｜／Ｇ、Ｅ
def ＋＝｜Ｖdef −Ｖl ｜／Ｇである。 【００９４】ＲＤは、画像反射濃度のことであり、米国
ＭａｃＢｅｔｈ杜製のＲＤ−９１４を用いて、直径５ｍ
ｍの円形の最大画像濃度入力情報に対するＡ４サイズプ
リント上５点測定した値の平均値である．かぶりは、東
京電色社製のＴＣ−６ＤＳを用いて、画像濃度ゼロの入
力情報に対する出力画像上において、画像形成装置内部
を通過していない未使用の転写材の反射率との差分とし
て求めたＡ４サイズプリント上５点測定した値の平均値
である。 【００９５】縦線の幅とは、４画素分だけレーザー発光
をオフすることにより、副走査方向に形成される線の幅
のことである。 【００９６】同様に、横線の幅とは、４画素分だけレー
ザー発光をオフすることにより、主走査方向に形成され
る線の幅のことである。 【００９７】これらは、米国ＭａｃＢｅｔｈ社製のマイ
クロデンシトメータ２４０５を用いて、Ａ４サイズプリ
ント上１０点測定した値の平均値である。 【００９８】現像バイアスリークの有無は、かかる画像
形成装置が使用されうる環境として最も気圧の低い地点
とされているボリビアのＬａ Ｐａｚ（標高４０７１
ｍ）での気圧約６００ｈＰａ下と等しい気圧に調節され
た環境試験室内で、現像バイアスリ−クに起因する異常
画像の有無により判断した。 【００９９】小領域画像均一性は、直径５ｍｍの円形の
中間画像濃度入力情報に対するプリント上の均一性を主
観評価したものである。 【０１００】微小画素再現性は、正方形状に配列した２
画素×２画素の、プリント上形状等を主観評価したもの
である。 【０１０１】装置コスト相対値とは、実施例１の画像形
成装置のコストを１とした場合のものである。 出願人
等の調査によれば、上述した項目を重要な順にならべる
と、現像バイアスリーク、かぶり、ＲＤ、線幅となる。 【０１０２】標準的なユーザーは、これらの項目が一定
水準以上にあれば、他の項目が一定水準以下でも、すな
わち、縦線と横線の幅の差△Ｗl が大きかったり、小領
域画像均一性や微小画素の再現性が不十分でも不満を感
じないことがわかった。 【０１０３】（実施例２乃至実施例１２）これらの実施
例では、現像バイアス及び距離Ｇが異なる以外は、実施
例１と同様であるので説明を割愛する。 【０１０４】すなわち、これらの実施例に係る画像形成
装置では、図１６に記載した如き現像バイアス及び距離
Ｇを有し、その性能等は、図１８に示されている。 【０１０５】（実施例１３乃至実施例１９）これらの実
施例では、現像バイアス及び距離Ｇが異なる外、解像度
が４００ｄｐｉである、すなわち、画素サイズが６４μ
ｍ×６４μｍである以外は、上述の実施例と同様である
ので説明を割愛する。 【０１０６】これらの実施例に係る画像形成装置では、
図１６に記載した如き現像バイアス及び距離Ｇを有し、
その性能等は、図１８に示されている。 【０１０７】解像度が６００ｄｐｉの画像形成装置に比
較して、画像形成装置コストが安いことは周知の通りで
ある。 【０１０８】ここで、実施例１３，１４，１８，１９は
いずれも、Ｄls≧１．４ＤpsかつΔＤs＜０．５Ｄpxの
条件を満足するものではないが、図１８に示すように、
ΔＷlや微小画素再現性の点で、この条件を満足する他
の実施例よりも劣るものの、比較例よりはいずれも優れ
た結果を示している。 【０１０９】（実施例２０乃至実施例２４）これらの実
施例では、現像バイアス、距離Ｇ及びスリーブ径が異な
る以外は、第１実施例と同様であるので説明を割愛す
る。 【０１１０】これらの実施例に係る画像形成装置では、
図１６に記載した如き現像バイアス及び距離Ｇを有し、
その性能等は、図１８に示されている。 【０１１１】現像バイアスのＴ２部がなだらかになって
いるため及びスリーブ径が２４．５ｍｍと小さくなって
いるため、かぶりは若干増加し、線画の線の太さも若干
減少するが、画像形成装置の小型化及び装置コストの低
減が図られることがわかる。 【０１１２】（実施例２５）本実施例では、１画素当り
の像露光時間Ｔexppx が２５６段階に変化せしめられて
行われる点以外は、実施例１と同様であるので説明を割
愛する。 【０１１３】上記時間Ｔexppx を変化させるパルス幅変
調（ＰＷＭ）回路９の回路構成及び動作の詳細にこつい
ては、公知のものを用いてよいので割愛する。 【０１１４】本実施例に係る画像形成装置では、上述し
たスジ状のかぶりが目立った（定量的には、２．５
％）。 【０１１５】（実施例２６）本実施例では、現像スリー
ブ４２がガラス微粒子吹き付けによる粗面化処理が施さ
れているステンレス合金（ＳＵＳ３０４）のみから構成
され、表面層を有しない点以外は、実施例１と同様であ
るので説明を割愛する。 【０１１６】ａ−Ｓｉ感光体を備えた画像形成装置で
は、いわゆる画像流れ（高温高湿環境等における感光体
表面での水分の吸着による表面抵抗の低下に伴って発生
する画像の乱れ）を防止すべくドラム感光体内周等に面
状発熱体等の加熱部材９を配設しており、画像形成装置
を使用しない夜間でも該加熱部材に通電することが広く
行われている。 【０１１７】かかる状況においては、同様に停止してい
る現像スリーブ４２の感光ドラム１側は温度が高くな
り、アルミニウム合金と異なり熱伝導性の低いステンレ
ス合金から現像スリーブ４２は、温度分布に起因する現
像スリーブピッチの画像むらが目立ち易くなる。 【０１１８】（比較例１乃至比較例１８）これらの比較
例では現像バイアス、及び距離Ｇが異なる以外は、第１
実施例と同様であるので説明を割愛する。 【０１１９】これらの実施例に係る画像形成装置では、
図１７に記載した如き現像バイアス及び距離Ｇを有し、
その性能等は、図１８に示されており、本実施例にかか
る画像形成装置の優位性は明らかである。 【０１２０】以上、本発明を磁性一成分現像剤を用いた
白黒マルチファンクション型画像形成装置に適用した場
合についての実施例を挙げたが、これらに限定されるも
のではなく、例えば、複写機能のみを有する複写機、プ
リンタ機能のみを有するプリンタ、ファクシミリ機能の
みを有するファクシミリ装置等にも適用できる。 【０１２１】さらに、一の静電潜像担持手段に二以上の
トナー担持体を有する現像手段、トナー規制手段として
現像剤担持手段に接触する方式の現像手段、トナー担持
体及び当該現像剤担持手段に内包される磁界発生手段が
共に回転する現像手段、二以上の静電潜像担持手段及び
ベルト状の静電潜像担持手段等を有する画像形成装置、
換言すれば、本発明の趣旨に鑑みれば小さな変更と認め
られるすべての変更は、本発明の思想の範疇内のもので
あることは勿論である。 【０１２２】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
かぶりを抑制し、線の細りを防止し、安定した画像を長
期間にわたり得ることができる画像形成装置を提供する
ことができる。 【０１２３】さらに、少なくとも非晶質の珪素を含む光
導電層を有する静電潜像担持手段を用いることにより、
出力速度の高速化をももたらすことができるとともに単
位プリントのコストを低減することがでいる。

【図面の簡単な説明】 【図１】図１は実施例１等における画像形成装置の主要
部を示す図である。 【図２】図２はドラム感光体の断面図である。 【図３】図３は実施例１等における現像手段を示す図で
ある。 【図４】図４はトナー担持体の断面図である。 【図５】図５は実施例１等における現像バイアス波形を
示す図である。 【図６】図６は現像バイアスとしての矩形波を示す図で
ある。 【図７】図７は現像バイアスとしての三角波又は鋸波を
示す図である。 【図８】図８はレーザ光のエネルギー分布を示す図であ
る。 【図９】図９はレーザ光のスポット径がかぶりに及ぼす
影響を説明する図である。 【図１０】図１０は現像コントラストと４幅分の線幅の
画像幅との関係を示す図。 【図１１】図１１はスポット径を大きくした場合の感光
体電位プロフィールを示す図である。 【図１２】図１２はレーザ光の走査方向とドラム感光体
の回転方向を示す図である。 【図１３】図１３はＯＰＣ感光体とａ−Ｓｉ感光体の特
性の差を示す図である。 【図１４】図１４は耐刷に伴うＯＰＣ感光体の劣化を示
す図である。 【図１５】図１５はスポット径が小さい場合の感光体電
位プロフィールを示す図である。 【図１６】図１６は実施例１〜２４における現像バイア
ス等の設定値を示す表である。 【図１７】図１７は比較例１〜１８における現像バイア
ス等の設定値を示す表である。 【図１８】図１８は各実施例と比較例における出力画像
結果と評価を示す表である。 【符号の説明】 １ 静電潜像担持手段 ３ 一次帯電手段 ４ 現像手段 ４２ トナー担持体 ４２ａ トナー担持体表面層 ４８ 現像バイアス電圧印加手段 ８ 露光手段 ８１ レーザ光線ドライバ回路 Ｔ_o トナー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/06 - 13/095 G03G 15/06 - 15/095 B41J 2/44

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 静電潜像担持手段と、 前記静電潜像担持手段を帯電する帯電手段と、 前記帯電手段によって帯電された前記静電潜像担持手段
   を露光して静電潜像を形成する露光手段と、 前記静電潜像担持手段に現像剤を転移せしめることによ
   り現像を行うため前記静電潜像担持手段と距離Ｇ（μ
   ｍ）なる間隙を以って配設された現像剤担持体を備えた
   現像手段と、 前記現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加する現像バ
   イアス電圧印加手段と、を備えた画像形成装置におい
   て、 前記露光手段によって露光された前記静電潜像担持手段
   の領域が電位Ｖｌ（Ｖ）を有し、前記露光手段によって
   露光されていない前記静電潜像担持手段の領域が電位Ｖ
   ｄ（Ｖ）を有し、 前記現像バイアス電圧印加手段は、前記現像工程におい
   て、前記現像剤を前記現像剤担持体から前記静電潜像担
   持手段へ転移せしめるために印加される印加電圧Ｖｄｅ
   ｖ（Ｖ）と、前記現像剤を前記静電潜像担持手段から前
   記現像剤担持体へ転移せしめるために印加される電圧Ｖ
   ｄｅｆ（Ｖ）の間で周期Ｔ（μｓ）で変化する現像バイ
   アス電圧を印加し、 電圧Ｖｄｅｖ（Ｖ）から電圧Ｖｄｅｆ（Ｖ）への遷移時
   間Ｔ１（μｓ）、電圧Ｖｄｅｆ（Ｖ）から電圧Ｖｄｅｖ
   （Ｖ）への遷移時間Ｔ２（μｓ）が、 ０．３Ｔ＜Ｔ１＜０．５Ｔ かつ、 Ｔ２＜０．１Ｔ を満たし、Ｖｄ，Ｖｄｅｖ，Ｇ，Ｖｄｅｆ，及びＶｌの
   間に、 ３．７Ｖ／μｍ＜｜Ｖｄ−Ｖｄｅｖ｜／Ｇ＜５．２Ｖ／
   μｍ かつ、 ２．２Ｖ／μｍ＜｜Ｖｄｅｆ−Ｖｌ｜／Ｇ＜５．２Ｖ／
   μｍを満たし、 前記露光手段による前記静電潜像担持手段上の光スポッ
   トの副走査方向の大きさ Ｄｌｓを副走査方向走査ピッチ
   Ｄｐｓの１．４倍以上とし、 かつ、 前記光スポットの主走査方向の大きさＤｌｍと前記光ス
   ポットの副走査方向の大きさＤｌｓの差ΔＤｓを画素の
   大きさＤｐｘの０．５倍未満としたことを特徴とする 画
   像形成装置。