JPH08272197A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

画像形成装置及びプロセスカートリッジ

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JPH08272197A
JPH08272197A JP7318903A JP31890395A JPH08272197A JP H08272197 A JPH08272197 A JP H08272197A JP 7318903 A JP7318903 A JP 7318903A JP 31890395 A JP31890395 A JP 31890395A JP H08272197 A JPH08272197 A JP H08272197A
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forming apparatus
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light
thickness
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JP7318903A
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和夫 ▲吉▼永
Kazuo Yoshinaga
Yuichi Hashimoto
雄一 橋本
Yukio Nagase
幸雄 永瀬
Mamoru Tanaka
守 田中
Kiyoshi Sakai
清志 酒井
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた解像度及び階調性を有する画像を得る
ことのできる画像形成装置及びプロセスカートリッジを
提供する。 【解決手段】 支持体上に感光層を有する電子写真感光
体、該感光体を帯電する帯電手段、該帯電された電子写
真感光体に光を照射する露光手段、現像手段及び転写手
段を有する画像形成装置において、該露光手段が照射す
る光のスポット面積と該感光層の厚さの積が20,00
0μm3 以下である画像形成装置、並びに該画像形成装
置に用いられる、該露光光のスポット面積と該感光層の
厚さの積が20,000μm3 以下であり、該電子写真
感光体、及び帯電手段、現像手段及びクリーニング手段
からなる群より選択される少なくともひとつの手段は一
体に支持され、画像形成装置本体に着脱自在であるプロ
セスカートリッジ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定の電子写真感
光体と特定の露光手段を有する画像形成装置及びプロセ
スカートリッジに関する。
【0002】
【従来の技術】画像形成装置の中で高速かつ低騒音プリ
ンターとして、電子写真方式を採用したレーザービーム
プリンターがある。その代表的な記録方法は、文字や図
形等の画像に基づいて、電子写真感光体にレーザービー
ムを当てるか、当てないかで像を形成する2値記録であ
るが、このような2値記録方式であっても中間調を表現
できるプリンターがある。かかるプリンターとしてはデ
ィザ法や濃度パターン法等を採用したものがよく知られ
ている。しかしながら、周知のごとくディザ法、濃度パ
ターン法等を採用したプリンターでは高解像度が得られ
ない。
【0003】そこで、近年、記録密度を低下させずに高
解像度で、各画素において中間調を形成する方式(PW
M方式)が提案されている。この方式は、画像信号によ
って、レーザービームを照射する時間を変調することに
より中間調画素形成を行うもので、この方式によると、
1画素毎にビームスポットにより形成されるドットの面
積階調を行うことができ解像度を低下させることなく中
間調を表現できる。従って、この方式は特に高解像度と
高階調性を必要とするカラー画像形成装置には特に適し
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、更に画素密
度を上げていくと露光スポット径に対して画素が相対的
に小さくなるために、露光時間を変調しても階調を十分
にとることができなくなる傾向になる。
【0005】そこで、階調性を保持したまま解像度を向
上するために、露光スポット径をより小さくする必要が
ある。そのためには、例えばレーザーを用いた走査光学
系を使用するときにはレーザー光の波長を短波長化する
こと、f−θレンズのNA(開口率)大きくすること等
が必要となるが、このような方法を用いると、高価なレ
ーザーの使用、レンズやスキャナーの大型化及び焦点深
度の低下による要求される機械精度の上昇等の理由によ
り装置の大型化やコスト上昇は避け難い。
【0006】また、LEDアレイや液晶シャッターアレ
イ等の固体スキャナーにおいてもスキャナー自体の価格
の上昇、取り付け精度の上昇、また電気駆動回路のコス
ト上昇は避け難い。
【0007】以上の様な問題点が存在するにもかかわら
ず、近年、電子写真方式を用いた画像形成装置に要求さ
れる解像度や階調性はますます高度なものになってい
る。
【0008】このような状況において、現像に用いられ
るトナーの粒子径を小さくする、あるいは、現像条件を
より均質にして改善することよって解像度や階調性を向
上することも試みられている。しかしながら、このよう
な改善を行っても肉眼で認識可能な400線から600
線の256階調のフルカラー画像データ等の階調データ
の再現性及び文字等の2値画像の高解像な再現が十分で
なかった。
【0009】また、特開平1−169454号公報や特
開平1−172863号公報等には、低露光量に対する
感度は小さく、露光量が増大するにつれて感度が上昇す
るような特性を有する感光体を用いることが記載されて
いる。この方法によれば、照射された光スポットの低露
光量部分に対しては感度が小さいので、あたかも、スポ
ット径を小さくしたことと同様の効果を得ることが可能
であり、照射スポット径以下の高解像度を安定に得るこ
とが可能となった。しかしながら、このような感光体を
用いても400線のPWMによる階調再現を安定に行う
ことは困難であった。
【0010】前述のように、通常肉眼で識別できる画像
としては400線、256階調程度であるが、この場合
の最小解像面積は16μm2 程度であり、5000dp
i以上の解像度に相当するものである。このような高解
像度を実現するためには少なくとも光のスポット面積を
微細化する必要があるが、単にスポット面積を微細化す
るだけでは上記のような高画質を実現することができな
かった。
【0011】本発明の目的は、優れた解像度及び階調性
を有する画像を得ることのできる画像形成装置及びプロ
セスカートリッジを提供することにある。
【0012】
【課題を解決する手段】即ち、本発明は、支持体上に感
光層を有する電子写真感光体、該感光体を帯電する帯電
手段、該帯電された電子写真感光体に光を照射する露光
手段、現像手段及び転写手段を有する画像形成装置にお
いて、該露光手段が照射する光のスポット面積と該感光
層の厚さの積が20,000μm3 以下であることを特
徴とする画像形成装置である。
【0013】また、本発明は、支持体上に感光層を有
し、露光光を照射される電子写真感光体、及び帯電手
段、現像手段及びクリーニング手段からなる群より選択
される少なくともひとつの手段を有する画像形成装置に
おいて、該露光光のスポット面積と該感光層の厚さの積
が20,000μm3 以下であり、該電子写真感光体、
及び帯電手段、現像手段及びクリーニング手段からなる
群より選択される少なくともひとつの手段は一体に支持
され、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴と
するプロセスカートリッジである。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の画像形成装置及びプロセ
スカートリッジにおいては、露光光のスポット面積と電
子写真感光体が有する感光層の厚さの積が20,000
μm3 以下である。
【0015】本発明の構成により高解像度及び高階調性
が得られる理由は定かではないが、以下の現象は確認で
きている。
【0016】即ち、静電潜像を形成するために感光層中
を走行するキャリヤの拡散を抑制することができるの
で、光スポットによって与えられた画像情報が劣化しに
くくなることや、形成された静電潜像により生じる感光
層中の電位のコントラストを向上することができるの
で、感光体と現像スリーブの間に存在する空間の電位コ
ントラストも向上することができることが確認できた。
その結果、与えられた画像情報が大きく劣化することが
なく、優れた画質の画像が得られるものと考えられる。
【0017】本発明における光のスポット面積と感光層
の厚さの積は、現像コントラストの大きさ(現像時の感
光体上の電位差)の点で、2,000μm3 以上である
ことが好ましい。2,000μm3 に満たないと十分な
現像コントラストは得にくくなる傾向になる。
【0018】本発明に用いられる露光方法は、光をドッ
ト状に照射することによって感光体上に静電潜像を形成
するものである。その光源は特に制限されるものではな
いが、より小さなスポット面積をより容易に得ることが
できるという点でレーザー光及びLED光であることが
好ましい。
【0019】図1に光の強度分布、スポット径及び光の
スポット面積(S)と感光層の厚さの積の関係を示す。
光スポットは一般的には図1に示すように主走査スポッ
ト径(ab)と副走査スポット径(cd)を有する楕円
形の形状を有しており、本発明におけるスポット面積と
感光層の厚さの積は、該光スポットが感光層へ照射され
ている部分の体積(V)であるといえる。
【0020】該光のスポット面積(S)は感光層上の面
積であり、光の強度がピーク強度(A)の1/e2
(B)以上である部分の面積で表わされる。用いられる
光源としては半導体レーザーやLED等が挙げられ、光
強度分布についてもガウス分布やローレンツ分布等があ
るが、いずれの場合もピーク強度(A)の1/e2
(B)以上の強度の部分をスポット面積(S)とする。
なお、スポット面積(S)は、感光体の位置にCCDカ
メラを設置することにより測定することができる。
【0021】本発明における光のスポット面積は、4,
000μm2 以下であることが好ましく、特には3,0
00μm2 以下であることが好ましい。4,000μm
2 を越えると隣接画素の光と重複し易くなり、階調再現
性が不安定となり易い。また、コストの点から1,00
0μm2 以上であることが好ましい。
【0022】一方、優れた画像を得るためには、本発明
における感光層の厚さは10μm以下であることが好ま
しく、特には8μm以下であることが好ましい。また、
ピンホールの発生や感度の低下の可能性を考慮すると、
感光層の厚さは1μm以上であることが好ましく、特に
は3μm以上であることが好ましい。なお、感光層の厚
さは渦電流方式膜厚測定計により測定することができ
る。
【0023】感光層としては、電荷発生材料を含有する
電荷発生層と電荷輸送材料を含有する電荷輸送層を有す
る機能分離タイプのものでも、電荷発生材料と電荷輸送
材料を同一の層に含有する単層タイプでもよい。
【0024】電荷発生材料としては、例えばセレン−テ
ルル、ピリリウム系染料、チオピリリウム系染料、フタ
ロシアニン系顔料、アントアントロン系顔料、ジベンズ
ピレンキノン系顔料、ピラントロン系顔料、トリスアゾ
系顔料、ジスアゾ系顔料、アゾ系顔料、インジゴ系顔
料、キナクリドン系顔料及びシアニン系顔料等が挙げら
れる。
【0025】電荷輸送材料としては、ポリ−N−ビニル
カルバゾール及びポリスチリルアントラセン等の複素環
や縮合多環芳香族を有する高分子化合物や、ピラゾリ
ン、イミダゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、
トリアゾール及びカルバゾール等の複素環化合物、トリ
フェニルメタン等のトリアリールアルカン誘導体、トリ
フェニルアミン等のトリアリールアミン誘導体、フェニ
レンジアミン誘導体、N−フェニルカルバゾール誘導
体、スチルベン誘導体及びヒドラゾン誘導体等の低分子
化合物が挙げられる。
【0026】上記電荷発生材料や電荷輸送材料は必要に
応じてバインダーポリマーと共に用いられる。かかるバ
インダーポリマーとしては、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や共重合体、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、ケイ素樹脂及びエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0027】感光層には前記化合物以外にも機械的特性
の改良や耐久性向上のために添加剤を用いることができ
る。このような添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸
収剤、架橋剤、潤滑剤及び導電性制御剤等が用いられ
る。
【0028】本発明においては、より小さい厚さを有す
る感光層を用いることが好ましいので、感光層上に更に
保護層を設けることが好ましい。該保護層の厚さは1〜
5μmであることが好ましい。1μm未満では保護効果
が十分でなくなる傾向になり、5μmを越えると表面電
位が低下し易くなってしまう。保護層は各種の樹脂、更
には必要に応じて金属や金属酸化物等の導電性粒子を含
有していることが好ましい。
【0029】本発明の電子写真感光体が有する支持体と
しては支持体自身が導電性を有するもの、例えばアルミ
ニウム、アルミニウム合金、銅、亜鉛、ステンレス、ク
ロム、チタン、ニッケル、マグネシウム、インジウム、
金、白金、銀及び鉄等を用いることができる。その他に
アルミニウム、酸化インジウム、酸化スズ及び金等を蒸
着等によりプラスチック等の支持体に被膜形成したもの
や、導電性粒子をプラスチックや紙に混合したもの等を
用いることができる。形状はシリンダー状、エンドレス
ベルト状及びシート状等いずれのものでもよい。
【0030】また、本発明においては、支持体と感光層
の間に、注入阻止機能と接着機能をもつ下引層を設ける
こともできる。下引層はカゼイン、ポリビニルアルコー
ル、ニトロセルロース、エチレン−アクリル酸コポリマ
ー、ポリビニルブチラール、フェノール樹脂、ポリアミ
ド、ポリウレタン及びゼラチン等によって形成すること
ができる。下引層の厚さは0.1〜10μmであること
が好ましく、特には0.3μm〜3μmであることが好
ましい。
【0031】本発明における帯電手段はワイヤに高電圧
を印加することにより生じるコロナ放電を利用して電子
写真感光体を帯電するコロナ帯電手段、及び電子写真感
光体に接触配置されたローラー、ブレード及びブラシ等
に電圧を印加することにより電子写真感光体を帯電する
接触帯電手段等いずれのものでもよく、特に制限されな
い。
【0032】また、本発明における現像手段も特に制限
されないが、本発明は、感光体と現像スリーブの間の電
位コントラストに影響を受け易い、乾式現像手段、特に
は乾式非接触の現像手段に用いると効果的である。用い
られるトナーの粒径は重量平均粒径で2〜10μmであ
ることが好ましい。
【0033】本発明における転写手段及びクリーニング
手段も特に制限されるものではない。
【0034】図2に本発明のプロセスカートリッジを有
する画像形成装置の第1の例の概略構成を示す。
【0035】図において、1はドラム状の本発明の電子
写真感光体であり、軸2を中心に矢印方向に所定の周速
度で回転駆動される。感光体1は、回転過程において、
一次帯電手段3によりその周面に正または負の所定電位
の均一帯電を受け、次いで、レーザービーム走査露光等
の像露光手段(不図示)からの画像露光光4を受ける。
こうして感光体1の周面に静電潜像が順次形成されてい
く。
【0036】形成された静電潜像は、現像手段5により
トナー現像され、現像されたトナー現像像は、不図示の
給紙部から感光体1と転写手段6との間に感光体1の回
転と同期取り出されて給紙された転写材7に、転写手段
6により順次転写されていく。
【0037】像転写を受けた転写材7は、感光体面から
分離されて像定着手段8へ導入されて像定着を受けるこ
とにより複写物(コピー)として装置外へプリントアウ
トされる。
【0038】像転写後の感光体1の表面は、クリーニン
グ手段9によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面
化され、更に前露光手段(不図示)からの前露光光10
により除電処理された後、繰り返し像形成に使用され
る。なお、次帯電手段3が帯電ローラー等を用いた接触
帯電手段である場合は、前露光は必ずしも必要ではな
い。
【0039】本発明においては、上述の電子写真感光体
1、一次帯電手段3、現像手段5及びクリーニング手段
9等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリ
ッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカート
リッジを複写機やレーザービームプリンター等の画像形
成装置本体に対して着脱可能に構成してもよい。例え
ば、一次帯電手段3、現像手段5及びクリーニング手段
9の少なくとも1つを感光体1と共に一体に支持してカ
ートリッジ化して、装置本体のレール12等の案内手段
を用いて装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ1
1とすることができる。
【0040】図3に本発明の画像形成装置の第2の例で
あるカラー複写機の概略構成を示す。
【0041】図において201はイメージスキャナ部で
あり、原稿を読み取り、デジタル信号処理を行う部分で
ある。また、202はプリンター部であり、イメージス
キャナ201に読み取られた原稿画像に対応した画像を
用紙にフルカラーでプリント出力する部分である。
【0042】イメージスキャナ部201において、20
0は鏡面厚板であり、原稿台ガラス203上の原稿20
4は、赤外カットフィルター208を通ったハロゲンラ
ンプ205の光で照射され、原稿からの反射光はミラー
206及び207に導かれ、レンズ209により3ライ
ンセンサ(CCD)210上に像を結び、フルカラー情
報レッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)成分と
して信号処理部211に送られる。なお、205及び2
06は速度vで、207は1/2vでラインセンサの電
気的走査方向(主走査方向)に対して垂直方向(副走査
方向)に機械的に動くことにより、原稿全面を走査す
る。
【0043】信号処理部211では読み取られた信号を
電気的に処理し、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエ
ロー(Y)及びブラック(BK)の各成分に分解し、プ
リンター部202に送る。また、イメージスキャナ部2
01における一回の原稿走査につき、M,C,Y及びB
Kの内、一つの成分がプリンター202に送られ、計4
回の原稿走査により一回のプリントアウトが完成する。
【0044】イメージスキャナ部201より送られてく
るM,C,Y及びBKの画像信号は、レーザードライバ
212に送られる。レーザードライバ212は画像信号
に応じ、半導体レーザー213を変調駆動する。レーザ
ー光はポリゴンミラー214、f−θレンズ215及び
ミラー216を介し、感光体217上を走査する。
【0045】218は回転現像器であり、マゼンタ現像
器219、シアン現像器220、イエロー現像器221
及びブラック現像器222より構成され、4つの現像器
が交互に感光体に接し、感光体217上に形成された
M,C,Y及びBKの静電潜像を対応するトナーで現像
する。
【0046】223は転写ドラムで、用紙カセット22
4または225より給紙された用紙をこの転写ドラム2
23に巻き付け、感光体217上に現像されたトナー像
を用紙に転写する。
【0047】このようにしてM,C,Y及びBKの4色
が順次転写された後に、用紙は定着ユニット226を通
過して排紙される。
【0048】
【実施例】この第2の画像形成装置であるCLC−50
0(キヤノン製)の改造機を用いた実施例を以下に示
す。
【0049】光源としては、波長が680nmで出力が
35mWである半導体レーザーを用いた。感光体上での
スポット径は副走査方向の径を400dpiに相当する
63.5μmで一定として、主走査方向の径を変化させ
ることによって様々なスポット面積を得た。
【0050】また、電子写真感光体は、アルミニウムシ
リンダー上に導電層、下引層、電荷発生層及び電荷輸送
層をこの順に有するものとした。電荷発生層はオキシチ
タニウムフタロシアニンを含有し、厚さは0.1μmで
あり、電荷輸送層はトリアリールアミン化合物を含有す
るものであった。
【0051】この感光体を負に帯電し、露光後負に帯電
された粒径6.5μmの磁性一成分トナーを用い、乾式
非接触現像した。
【0052】スポット面積は1250μm2 、2000
μm2 、3000μm2 及び5000μm2 とした。ま
た、電荷輸送層の厚さを調整することによって、4μ
m、8μm、15μm及び25μmの厚さの感光層を有
する感光体を1本づつ作成した。
【0053】得られた画像を目視及びマクベス反射濃度
計により評価した。結果は、スポット面積が1250μ
2 、2000μm2 及び3000μm2 で感光層の厚
さとの積が20000μm3 以下であると400dp
i、256階調の再現性が満足されているが、2000
0μm3 を越えると階調再現性は十分でなくなった。こ
の結果を図4に示す。図中、○はスポット面積が125
0μm2 、■は2000μm2 、◎は3000μm2
●は5000μm2 であることを示す。
【0054】なお、5000μm2 のスポット面積で
は、積が20000μm3 以下の領域においても256
階調の再現性は満足されていない。これはスポット径が
100μmと大きいために隣接画素の影響から本発明の
効果が低減しているためと考えられる。
【0055】
【発明の効果】以上、説明したように、露光光のスポッ
ト面積と電子写真感光体が有する感光層の厚さの積を2
0,000μm3 以下とした本発明の画像形成装置及び
プロセスカートリッジを用いることにより、優れた解像
度及び階調性を有する画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光の強度分布、スポット径及び光のスポット面
積と感光層の厚さの積の関係を示す。
【図2】本発明の画像形成装置の第1の例の概略構成を
示す。
【図3】本発明の画像形成装置の第2の例の概略構成を
示す。
【図4】実施例における画像の評価結果を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G03G 15/08 506 B41J 3/00 A 21/00 350 G03G 15/00 556 H04N 1/113 H04N 1/04 104B // G03G 5/02 (72)発明者 田中 守 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 酒井 清志 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持体上に感光層を有する電子写真感光
    体、該感光体を帯電する帯電手段、該帯電された電子写
    真感光体に光を照射する露光手段、現像手段及び転写手
    段を有する画像形成装置において、 該露光手段が照射する光のスポット面積と該感光層の厚
    さの積が20,000μm3 以下であることを特徴とす
    る画像形成装置。
  2. 【請求項2】 積が2,000μm3 以上である請求項
    1記載の画像形成装置。
  3. 【請求項3】 光のスポット面積が4000μm2 以下
    である請求項1または2記載の画像形成装置。
  4. 【請求項4】 光のスポット面積が3000μm2 以下
    である請求項3記載の画像形成装置。
  5. 【請求項5】 光のスポット面積が1000μm2 以上
    である請求項1〜4のいずれか記載の画像形成装置。
  6. 【請求項6】 感光層の厚さが10μm以下である請求
    項1〜5のいずれか記載の画像形成装置。
  7. 【請求項7】 感光層の厚さが8μm以下である請求項
    6記載の画像形成装置。
  8. 【請求項8】 感光層の厚さが1μm以上である請求項
    1〜7のいずれか記載の画像形成装置。
  9. 【請求項9】 感光層の厚さが3μm以上である請求項
    8記載の画像形成装置。
  10. 【請求項10】 光がレーザー光またはLED光である
    請求項1〜9のいずれか記載の画像形成装置。
  11. 【請求項11】 現像手段が乾式現像手段である請求項
    1〜10のいずれか記載の画像形成装置。
  12. 【請求項12】 現像手段が非接触現像手段である請求
    項11記載の画像形成装置。
  13. 【請求項13】 支持体上に感光層を有し、露光光を照
    射される電子写真感光体、及び帯電手段、現像手段及び
    クリーニング手段からなる群より選択される少なくとも
    ひとつの手段を有するプロセスカートリッジにおいて、 該露光光のスポット面積と該感光層の厚さの積が20,
    000μm3 以下であり、 該電子写真感光体、及び帯電手段、現像手段及びクリー
    ニング手段からなる群より選択される少なくともひとつ
    の手段は一体に支持され、画像形成装置本体に着脱自在
    であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  14. 【請求項14】 積が2,000μm3 以上である請求
    項13記載の画像形成装置。
  15. 【請求項15】 光のスポット面積が4000μm2
    下である請求項13または14記載の画像形成装置。
  16. 【請求項16】 光のスポット面積が3000μm2
    下である請求項15記載の画像形成装置。
  17. 【請求項17】 光のスポット面積が1000μm2
    上である請求項13〜16のいずれか記載の画像形成装
    置。
  18. 【請求項18】 感光層の厚さが10μm以下である請
    求項13〜17のいずれか記載の画像形成装置。
  19. 【請求項19】 感光層の厚さが8μm以下である請求
    項18記載の画像形成装置。
  20. 【請求項20】 感光層の厚さが1μm以上である請求
    項13〜19のいずれか記載の画像形成装置。
  21. 【請求項21】 感光層の厚さが3μm以上である請求
    項20記載の画像形成装置。
  22. 【請求項22】 光がレーザー光またはLED光である
    請求項13〜21のいずれか記載の画像形成装置。
  23. 【請求項23】 現像手段が乾式現像手段である請求項
    13〜22のいずれか記載の画像形成装置。
  24. 【請求項24】 現像手段が非接触現像手段である請求
    項23記載の画像形成装置。
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