JPH083674B2 - カラー電子写真装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、白黒複写機やカラー複写機あるいはプリン
タなどのハードコピー装置に利用できるカラー電子写真
装置に関するものである。

従来の技術 近年、帯電・露光・現像を複数回繰り返して電子写真
感光体（以下、感光体という）上に色の異なる複数のト
ナー像を形成した後、トナー像を紙に一括転写してカラ
ー画像を得るカラー電子写真方法が盛んに検討されてい
る。この方法は、従来のカラー電子写真法と異なり、転
写ドラムがなく装置を小型化できるという利点を有して
いる。

この種のカラー電子写真装置として、例えば、発明者
らが特願昭60-212927号に提案した装置がある。この装
置は、現像方式として直流電界でトナーを飛しょうさせ
る現像法を用いている。従来の装置について、第２図を
基にして説明する。

コロナ帯電器１でセレン感光体２の初期電位を＋800V
に帯電した後、ドット密度9.45本/mmの発光ダイオード
３（スポット径105μｍ）でイエロの画像信号を露光
し、ネガの静電潜像（画線部が露光されて感光体の表面
電位が減衰している静電潜像）を形成する。そして、Ｙ
トナーの入っている現像器４で静電潜像を直流電界飛し
ょう現像法でネガ・ポジ反転現像し、感光体２上にイエ
ロのトナー像を形成する。この時、Ｙトナーの入ってい
る現像器４には＋700Vの現像バイアスが印加されている
が、その他の現像器５と６は接地されトナーが飛しょう
しない状態に調整されている。Ｙトナーで現像した後、
感光体２を除電ランプ７で全面照射し、イエロの静電潜
像を消去する。

次に、イエロのトナー像を形成した方法と同様の方法
及び条件（感光体の初期電位及び現像バイアスなど）に
より、帯電・露光・現像・光除電の工程を繰り返し、感
光体２上にＭおよびＣのトナー像をＹのトナー像の上に
順次形成する。全てのトナー像の形成が終了した後、除
電ランプ８で静電潜像を消去し、コロナ帯電器９でトナ
ー像を記録紙10に静電転写する。

発明が解決しようとする問題点 光源にドット密度が16本/mmの発光ダイオードアレイ
（スポット径65μｍ）を用いて、第２図で説明した装置
で記録したところ、画線の再現性は良好であったが、画
像濃度が低くなることがわかった。この装置で、セレン
感光体の代わりに厚さ約20μｍの有機感光体を用いて作
像すると、１ドットあるいは１ラインの画像は高濃度で
あるにもかかわらず画線幅が65μｍよりも著しく細って
しまい貧弱な画像になった。また重ね現像すると、上に
重ねるトナー像の画線幅が下のトナー像の画線幅よりも
細ってトナーが正確に重ならず、色再現性が悪くなると
いう問題点があった。

本発明の目的は、高解像度のドットおよび１ラインの
画像を高濃度で、かつ忠実に再現するカラー電子写真装
置を提供することにある。また本発明の他の目的は、色
重ねが良好な高解像度カラー画像を得るカラー電子写真
装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明は、光導電体を基体上に設けた感光体と、前記
感光体上に形成された静電潜像を直流電界でトナーを飛
しょうさせて顕像化する直流電界飛しょう現像器と、ス
ポット露光する光源を有する電子写真装置であって、ス
ポット光の記録密度をＸドット/mm、スポット光径をＤ
μｍ、感光体の厚さをL1μｍ、現像剤担持体と感光体と
の距離をL2μｍとしたとき、 10＜Ｄ・L1/L2＜23 ［μｍ］ で、かつ、 1400＜Ｄ・Ｘ＜2000 ［μｍ］ であるカラー電子写真装置である。

作用 従来例で述べた有機感光体を用いたときの問題点は、
１ドットや１ライン時の露光量の不足に原因があると推
定し、光源の発光ダイオードに代えて、１ドットごとに
光強度を変えうる半導体レーザ光源（光強度が1/e²以上
の範囲のスポット径は約70μｍ、ここでｅは自然対数の
底）を用いて、１ドットや１ライン時の光強度をベタ部
の露光時の1.5倍に強めて露光した。しかし、１ドット
や１ライン画像の画線の細り現象は改善されなかった。

ここで比較の為に、この有機感光体を用いて通常の接
触現像タイプの反転現像方式で、70μｍのスポット露光
部を現像すると高い画像濃度が得られしかも画線の細り
はなかった。従って、画像濃度の低下や画線の細り現象
は直流電界飛しょう現像法に特有の現象であることが判
明した。

この原因について更に詳しく調べたところ、次の事実
が分かった。直流電界飛しょう現像法を用いたときのセ
レン感光体および有機感光体の１ドット露光部における
感光体表面上の電位分布を第３図（Ａ）および第３図
（Ｂ）に示す。また、現像剤担持体と感光体との間の現
像電場図を第４図（Ａ）および第４図（Ｂ）に示す。

セレン感光体では、第３図（Ａ）に示すように感光体
の表面電位が完全に残留レベルにまで減衰しているにも
かかわらず、ドットの中心位置はドット周辺に存在する
電荷の影響を強く受けるため電位が上昇し約350Vにな
る。従って、現像バイアス電圧（750V）との電位差が40
0Vと小さくなるため、画像濃度が低くなるということが
わかった。一方、有機感光体では第３図（Ｂ）に示すよ
うに、スポットの中央位置の電位が残留電位（150V）近
くにまで低下するため高濃度に現像されることがわか
る。

ところが第４図の現像電場図において、セレン感光体
（第４図（Ａ））と有機感光体（第４図（Ｂ））とを比
較すると、有機感光体のほうが電気力線の感光体横方向
へ回り込みが多く、現像剤担持体と感光体とを結ぶ電気
力線の感光体への到達域の幅が狭くなる、即ち現像され
る画線幅が細くなることが分かった。

以上をまとめると、セレン感光体では画線幅再現は良
好であるが低濃度になり、有機感光体では高濃度になる
が画線が細ってしまう結果になる。

この問題点を解決するために種々の実験を行ったとこ
ろ、直流電界飛しょう現像法を用いたときに良好な画線
幅を得るには、スポット径は感光体の厚みに対し略反比
例でかつ現像剤担持体と感光体との距離に対し略正比例
の関係にするのがよい事がわかった。すなわち感光体の
厚みを薄くするに従って、また現像剤担持体と感光体と
の距離を広げるに従ってスポット径は大きくしなければ
ならない。本発明によれば、膜厚の薄い感光体上の静電
潜像を直流電界飛しょう現像する装置において、露光す
るビームのスポット径を、感光体の膜厚に反比例の関係
にし、感光体の厚みが薄いときにはスポット径を大きく
設定する。また、現像時の現像剤担持体と感光体との距
離が大きいときは、スポット径も大きくする。従って、
１ドットや１ラインの画線幅が十分に再現可能で画像濃
度も高くなる。また同時に、感光体上で複数のトナーを
重ねあわせる装置においては、トナーの重ね現像が正確
になる効果も得られ、色再現性を良くすることができ
る。

実施例 本発明に於て、光源のスポット径とは光ビームのピー
ク強度の1/e²（ｅは自然対数の底）以上となる範囲とす
る。例えば、第５図に示す略ガウス分布を持つレーザビ
ームのスポット径は90μｍとあらわす。

良好な画線幅を得ようとすると、光源のスポットの記
録密度がＸドット/mm、スポット径の大きさがＤμｍ、
感光体の厚さがL1μｍ、現像剤担持体と感光体との距離
がL2μｍとしたとき、スポット径は感光体の厚みに対し
略反比例で、かつ現像剤担持体と感光体との距離に対し
略正比例の関係にするのが好ましい。すなわち感光体の
厚みが薄くなるに従って、また現像剤担持体と感光体と
の距離が広がるに従って、スポット径は大きくしなけれ
ばならない。その範囲は、 10＜Ｄ・L1/L2＜23 ［μｍ］ が望ましい。

通常、スポット径と解像度との関係は、 1000 Ｄ・Ｘ ［μｍ］ となるが、この条件で直流電界飛しょう現像すると画線
が細る。従って、本発明では、画線の細りをなくすため
にドット径をおおよそ40％程度大きくする。このとき、
スポット径を２倍以上に大きくすると１ラインおきに露
光した画像が潰れてしまう。従って、 1400＜Ｄ・Ｘ＜2000 ［μｍ］ の範囲にすることが望ましい。例えば、感光体の厚さが
20μｍ、現像剤担持体と感光体との距離が150μｍで、1
mm当り16ドット露光するときには（Ｘ＝16）、スポット
径Ｄは、 75＜Ｄ＜172.5 ［μｍ］ であり、かつ 87.5＜Ｄ＜125 ［μｍ］ でなければならない。従ってスポット径は、 87.5＜Ｄ＜125 ［μｍ］ の範囲にする。

このようにスポット径の大きさを制御すると、帯電・
露光・現像のサイクルを複数回繰り返して色の異なる複
数のトナー像を感光体上に形成するカラー電子写真装置
では、既に形成したトナー像の上から新たに他の色のト
ナーを重ね合わせて現像する時には上から重ねるトナー
像の画線の細りを防ぐ効果があり、その結果色再現性が
良くなり特に好ましい。1mm当りの記録密度Ｘが６から1
0程度のときは、１ドットの大きさが十分大きいため特
にスポット径のコントロールは不必要である。またＸが
21以上の場合には、スポット径のコントロールではもは
や１ドットを再現することは不可能になる。従って、こ
の様なスポット径コントロールは、露光回数が12以上20
以下のときに特に効果を発揮する。感光体の膜厚は、画
像濃度を上げるには薄い方が好ましく、良好な画線幅の
再現には厚い方が好ましい。そのため膜厚は10μｍ以上
35μｍ以下の範囲にすることが望ましい。この感光体を
直流電界飛しょう現像法で現像するときは、感光体と現
像剤担持体との距離は、100μｍ以上200μｍ以下にする
ことが必要である。この現像条件で十分高い画像濃度を
得ようとすると、感光体の初期表面電位を高く設定しな
ければならないが、高すぎると感光体の表面電荷がリー
クしやすくなる。そのため感光体表面電位の絶対値を70
0V以上1100V以下の範囲にすることが必要である。また
このとき十分に濃く現像するために、感光体の露光後の
電位と現像バイアスとの電位差を500V以上1000V以下の
範囲にすることが必要である。この様に、膜厚を薄くし
ても高い表面電位が得られる感光体としては、アゾ顔料
やフタロシアニン等を使用した有機感光体がある。

一方、スポット径を広げるにしたがって１ラインおき
に露光したパターンの間が不鮮明になりやすい。これを
防ぐ方策として光源の光強度分布を略ガウス分布にする
と、スポットの周辺部に於て光強度が徐々に弱くなるた
め、スポットの外周部が多少オーバラップしても画線間
が潰れにくく、１ラインおきの再現性が保たれ易い事が
分かった。この様な光源としては、例えばHe-Neレー
ザ、半導体レーザ等を用いることができる。

以下、本発明の実施例について第１図を用いて詳細に
説明する。

現像器11,12,13は直流電界でトナーを飛しょうさせる
非接触型の非磁性１成分現像器で、アルミニウム製の現
像ローラ14,15,16上に、ブレード17によりトナーの薄層
を形成する構成になっている。現像器11にはイエロ
（Ｙ）、現像器12にはマゼンタ（Ｍ）、現像器13にはシ
アン（Ｃ）の絶縁性トナーが入っている。そして現像ロ
ーラ14,15,16と感光体18との間隙（現像ギャップ）を一
定にして各現像器を感光体18の周辺に対向設置した。各
現像器は現像時には感光体に近接し、非現像時には離間
する離接機構が取り付けられている。現像器の仕様及び
現像条件並びにトナーの物性を以下に示す。

現像器の仕様及び現像条件 現像ローラの直径:16mm 現像ローラの周速:150mm/s 現像ローラの上のトナー層厚:30μｍ 現像ローラの回転方向：感光体18と逆方向 現像ギャップ：現像時150μｍ、 非現像時700μｍ トナーの物性 トナー電荷量 ：−３μC/g 平均粒径 :10μｍ 感光体として直径100mmのアゾ顔料系有機感光体ドラ
ム（誘電率:2.7、厚さ:25μｍ）18を用い、周速150mm/s
で回転させながら帯電器19（コロナ電圧：−7kV）によ
り表面電位−800Vに帯電させた。次に、感光体面光強度
3.5mW、波長790nmの半導体レーザ20を用い、スポット径
を100μｍに設定し1mmあたり16本の記録密度で照射し、
感光体18上にネガのイエロ信号を露光し静電潜像を形成
した。前記潜像のコントラスト電位は750Vであった。前
記潜像を、現像ローラ14に−700Vを印加した現像状態の
イエロの現像器11で反転現像した後、感光体18を非現像
状態のマゼンタ現像器12とシアン現像器13に通過させイ
エロのトナー像を形成した。イエロの画線は約70μｍに
再現した。

次に、再びコロナ帯電器19（コロナ電圧：−7.3kV）
で感光体22を−850Vに帯電した。次に、感光体18に半導
体レーザ20によりマゼンタに対応する信号光を露光しマ
ゼンタの静電潜像を形成した。このとき、レーザ光のス
ポット径はイエロ画像形成時と同じにした。ここで、Ｙ
トナー像の上に形成された画線部の表面電位は−100V
で、前記潜像のコントラスト電位は750Vであった。次
に、感光体18を非現像状態のイエロ現像器11、現像ロー
ラ15に−800Vを印加した現像状態のマゼンタの現像器12
および非現像状態のシアン現像器13に通過させてマゼン
タのトナー像を形成した。イエロトナーの上に現像した
マゼンタトナーは画線の細りがなく正確に重なった。

次に、再びコロナ帯電器19（コロナ電圧：−7.5kV）
によって感光体18を−950Vに帯電した。

次に、半導体レーザ20によりシアンに対応する信号光
を露光しシアンの静電潜像を形成した。このとき、レー
ザ光のスポット径はイエロ画像形成時と同じにした。こ
こで、Ｍトナー像の上に形成された画線部の表面電位は
−100V、ＹトナーとＭトナーが重ね合わされた像の上に
形成された画線部の表面電位は−200Vで、前記潜像のコ
ントラスト電位は750Vであった。次に、感光体18を非現
像状態のイエロ現像器11およびマゼンタの現像器12、現
像ローラ16に−900Vを印加した現像状態のシアンの現像
器13に通過させてシアンのトナー像を形成した。イエロ
及びマゼンタトナーの上に現像したシアントナーは画線
が細らず正確に重なった。

こうして感光体18上に得られたカラートナー像を転写
帯電器21によって紙22に転写した後、熱定着した。一
方、転写後ファーブラシ23を感光体18に圧接し、表面を
クリーニングした感光体は次の作像工程に供した。

その結果、独立したドットの大きさは、直径約40ミク
ロンで、１ラインの線幅は約70ミクロンに良好に再現し
た。また赤、緑、青の合成色の色濃度が1.5以上、また
Ｙ、Ｍ、C3色重ね濃度が1.7以上で、色重ねの正確な鮮
明なカラープリントが得られた。

発明の効果 本発明によれば、独立したドットや細線画の再現が良
好なカラー電子写真装置を得ることができる。また本発
明によれば、色重ねが良好なカラー画像のカラー電子写
真装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における電子写真装置の概
略図、第２図は従来例の電子写真装置の概略図、第３図
はセレン感光体と有機感光体の表面の電位分布の解析
図、第４図はセレン感光体と有機感光体の現像時の電場
解析図、第５図は、本発明に用いる略ガウス分布をもつ
光源の説明図である。 18……感光体、19……帯電器、20……半導体レーザ、11
・12・13……現像器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯電、スポット露光する光源による露光、
   直流電界飛翔現像のサイクルを複数回繰り返して色の異
   なる複数のトナー像を感光体上に形成した後、前記トナ
   ー像を像受容体に一括転写するカラー電子写真装置であ
   って、 スポット光の記録密度をＸドット/mm、スポット光径を
   Ｄμｍ、感光体の厚さをL1μｍ、現像剤担持体と感光体
   との距離をL2μｍとしたとき、 10＜Ｄ・L1/L2＜23 ［μｍ］ で、かつ、 1400＜Ｄ・Ｘ＜2000 ［μｍ］ であるカラー電子写真装置。
2. 【請求項２】感光体の光導電体が有機光導電体であり、
   かつL1が10μｍ以上35μｍ以下である特許請求の範囲第
   １項記載のカラー電子写真装置。
3. 【請求項３】感光体の初期表面電位の絶対値が700V以上
   1100V以下であり、かつ感光体の露光後の表面電位と現
   像バイアスとの電位差が500V以上1000V以下である特許
   請求の範囲第１項記載のカラー電子写真装置。
4. 【請求項４】L2が100μｍ以上200μｍ以下である特許請
   求の範囲第１項記載のカラー電子写真装置。
5. 【請求項５】光源の光強度分布が略ガウス分布である特
   許請求の範囲第１項記載のカラー電子写真装置。