JPH10291336A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面電極層を設けたことにより静電潜像が途
切れて画像割れが発生するのを防止する。 【解決手段】 導電層２３上に形成した誘電体層２５を
有する像担持ベルト２と、導電層９２上に感光層９３と
複数のスリットを有するパターン状表面電極層９４を順
に形成した感光体９とを、誘電体層２５と表面電極層９
４とが対向するように配置し、両導電層２３、９２間に
電位差を形成するとともに表面電極層９４にバイアス電
圧を印加した状態で感光層９３に像露光を行い、感光体
９と像担持ベルト２間の放電電荷によって、走行する像
担持ベルト２上に潜像を形成する画像形成装置におい
て、前記表面電極層９４のスリットを形成する導電部９
８の幅Ｗを約２０μｍ以下に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、像担持体上に静電
潜像を形成する複写機、プリンタ等の画像形成装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の複写機、プリンタ等の画
像形成装置では、感光体等の静電潜像担持体を帯電装置
により帯電させた後露光して静電潜像を形成し、該潜像
をトナーにより現像して可視像とし、これを転写材に転
写して定着させる作像プロセスが一般に知られている。
しかしながら、コロナ放電を伴う従来の作像方式では、
多量のオゾンが発生するなど環境破壊につながったり、
感光体表面への影響が大きく感光体寿命の低減につなが
ることから、近年ではオゾンの発生を抑えた作像方式の
提供が望まれている。

【０００３】低オゾンの作像方式として、例えば、特開
平１−２９３３５８号公報に記載の方法が提案されてい
る。この作像方式は、図７に示すように、小片からなる
感光体１０１と円筒状の電荷保持媒体１０２が別途に設
けられたものを用いる。感光体１０１は感光層支持体１
０３、感光体電極１０４、および感光層１０５が順に積
層されたものである。一方、電荷保持媒体１０２は、絶
縁層支持体１０６、電荷保持媒体電極１０７、および絶
縁層１０８が順に積層されたものである。この感光体１
０１と電荷保持媒体１０２とは、感光層１０５と絶縁層
１０８とが空隙を介して対向するように配置されてい
る。

【０００４】そして、感光体電極１０４と電荷保持媒体
電極１０７の間に電圧を印加し、暗所にて感光体１０１
に光を入射して電荷保持媒体１０２の軸方向（主走査方
向）に走査すると、感光層１０５の光が入射した部分が
導電性を示し、その部分と電荷保持媒体１０２の絶縁層
１０８との間に放電が生じて、図中矢印ｂの方向に回転
走行させた電荷保持媒体１０２の絶縁層１０８に電荷が
蓄積され静電潜像が形成される。形成された静電潜像
は、現像器１０９によって現像されてトナー像となり、
該トナー像は転写チャージャ１１０によってペーパまた
はフィルムに転写される。

【０００５】上述した装置で図８（ａ）に示すように副
走査方向に長い長短複数のラインからなる原稿を主走査
方向に露光して静電潜像を形成する。すると、図８
（ｂ）に示すように、電荷保持媒体１０２に形成された
静電潜像の画像後端部がΔＬ伸びてしまう。この伸びは
長いラインの画像ほど顕著に現れる。

【０００６】本発明者らが画像後端部が伸びる原因を調
べたところ、感光体内で発生する過剰キャリアが露光終
了後も徐々に放出されて放電が継続することにより、露
光の停止と放電の停止が一致しなくなって潜像の画像後
端部に伸びが生じることが判明した。ここで、過剰キャ
リアとは、フリーキャリアの中で移動速度が非常に遅い
成分のキャリアを含み、露光によって発生したキャリア
のうち、露光時に放電されないキャリアのことである。

【０００７】そこで、本発明者らは前記過剰キャリアの
発生を防止するため、電荷保持媒体に対向する感光層表
面に複数のスリットを有するパターン状表面電極層を形
成し、これにバイアス電圧を印加して感光層内を常に高
電界に保つことにより、感光層内におけるフリーキャリ
アの移動を速めて過剰キャリアが蓄積しないようにする
ことができることを見いだした。これにより、露光終了
と放電終了を同期させることができ、画像後端部に伸び
がない原稿に忠実な画像を形成することができた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、感光層
の表面にスリットを有するパターン状表面電極層を設け
たことで、スリットを形成している導電部に対応する画
像部分がライン状に白抜けするという、いわゆる画像割
れという不都合が生じた。この画像割れは、表面電極層
の導電部の直下方向に電気力線が伸びず、放電で発生し
た電荷が輸送されないため、前記導電部直下部周辺の絶
縁層が帯電されないことが原因で発生することが判っ
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では画像
割れを解消するため、導電層上に形成した誘電体層を有
する像担持体と、導電層上に光電変換層とパターン状表
面電極層を順に形成した光電変換素子とを、誘電体層と
表面電極層とが対向するように配置し、両導電層間に電
位差を形成するとともに表面電極層に所定のバイアス電
圧を印加した状態で光電変換層に像露光を行い、光電変
換素子と像担持体間の放電電荷によって、走行する像担
持体上に潜像を形成する画像形成装置において、前記表
面電極層はスリットまたは網目状の隙間を形成するよう
に設けられた複数の帯状導電部からなり、この導電部の
幅を約２０μｍ以下に形成したものである。

【００１０】このように構成した本発明の画像形成装置
では、光電変換素子の導電層と像担持体の導電層との間
に電位差を形成するとともに表面電極層にバイアス電圧
を印加した状態で光電変換素子に露光すると、光電変換
層内でキャリア対が生成される。このキャリア対のうち
フリーキャリアは光電変換層の表面に移動し、この現象
により光電変換層と像担持体の間の電界が上昇して放電
が発生する。このとき、表面電極層の導電部の幅Ｗを約
２０μｍ以下に形成することにより、放電で発生した電
荷が電界の回り込みによって導電部直下部周辺の誘電体
層にも輸送されて帯電させることができる。これによ
り、誘電体層表面にほぼ切れ目ない静電潜像を形成する
ことができ、画像割れを防止することができる。

【００１１】一方、生成されたキャリア対のうち過剰キ
ャリアは、光電変換素子の導電部とパターン状表面電極
との間の電界によって光電変換層内に蓄積することな
く、速やかに光電変換層の表面に向かって移動し、放電
されるか、または表面電極層に捕捉される。したがっ
て、過剰キャリアが露光終了後も引き続き放電され、放
電が持続することによって像担持体の誘電体層に形成さ
れる潜像が伸びることがなくなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施
形態である画像形成装置１の概略構成であり、図２は要
部である感光体９と像担持ベルト２の部分拡大図であ
る。

【００１３】画像形成装置１の中央部には、像担持体で
ある像担持ベルト２が配置されている。この像担持ベル
ト２は、図示しない駆動装置により回転する駆動ローラ
３およびこの駆動ローラ３に平行に設けられた加熱ロー
ラ４により矢印ａ方向に走行される。

【００１４】像担持ベルト２は、図２に示すように、誘
電体からなる基体２１の表面に導電層２３を形成し、そ
の上に誘電体層２５を形成したものである。具体的に
は、厚さ５０μｍ、幅２５ｃｍ、周長３０ｃｍのポリイ
ミドフィルムからなる基体２１の上に導電層２３を設
け、されにその上に数μｍのフッ素樹脂からなる誘電体
層２５を設けた構成である。また、導電層２３は、導電
線１２によって接地されている。なお、像担持体の構成
は、このようなベルトに限られるものでなくドラム形状
のものであってもよい。前述した像担持ベルト２の周囲
には、潜像形成装置５、現像装置６、転写ローラ７が矢
印ａ方向に順次配置されている。

【００１５】前記潜像形成装置５は、光学系８と、該光
学系８と像担持ベルト２との間に配置された光電変換素
子である感光体９とからなっている。光学系８は、ハウ
ジング８１中に半導体レーザ発生装置、コリメートレン
ズ、ポリゴンミラー、Ｆθレンズ、反射ミラー等を配置
したもので、ハウジング８１の壁面部に露光スリット８
２が形成されている。この光学系８は、半導体レーザ発
生装置にて発生されたレーザ光８３が露光スリット８２
から感光体９に照射され、画像露光できるように構成さ
れている。なお、本実施形態においては、３００ｄｐｉ
の走査露光を行う光学系を用いている。

【００１６】ここで、レーザ光８３が走査露光する方向
は、像担持ベルト２の幅方向（図１において表裏方向）
であり、以下この方向を主走査方向と呼ぶ。また、主走
査方向と直交する像担持ベルト２の走行方向（図１にお
いて上下方向）を副走査方向と呼ぶ。

【００１７】感光体９は、図２に示すように、透光性基
板９１上に透光性導電層９２、光電変換層である感光層
９３、表面電極層９４、表面保護層９５を順に積層した
構成である。透光性基板９１は透明なガラス板であり、
透光性導電層９２はＩＴＯ膜からなっている。また、透
光性導電層９２には第１電源１３が接続されている。感
光層９３は半導体レーザ光（波長７８０ｎｍ）やＬＥＤ
光（波長６８０ｎｍ）等の長波長光に対して良好な感度
を有する負帯電用の機能分離型であって、キャリア対発
生機能を有する電荷発生層（ＣＧＬ）９６と、フリーキ
ャリアの輸送機能を有する電荷輸送層（ＣＴＬ）９７と
からなる。

【００１８】表面電極層９４は、図２、３に示すように
平行な４本の帯状導電部９８を主走査方向に設けること
によって、それらの間に３本のスリット９９を有する形
状である。また、前記導電部９８の幅Ｗは、後述する理
由から２０μｍ以下に形成してある。

【００１９】表面保護層９５は、１，３−Ｃ₄Ｈ₆をプラ
ズマ重合して得られるアモルファスカーボン膜を０．１
５μｍ厚で形成したものである。この表面保護層９５は
必ずしも必要ではない。しかし、放電にさらされる表面
電極層９４の酸化防止、および、局所的な異常放電を避
けるために表面電極層９４上に絶縁性の表面保護層９５
を設けることが好ましい。

【００２０】前記感光体９と像担持ベルト２との間に
は、図１に示すようにフッ素樹脂からなるスペーサ１０
によりエアギャップが設けられ、エアギャップを介して
感光体９の表面電極層９４と像担持ベルト２の誘電体層
２５とが対向するように配置されている。ここで、感光
体９は像担持ベルト２と非接触であるため、像担持ベル
ト２の走行に伴って異物等が搬送されても感光体９の表
面を汚染することなく、安定した潜像形成を行うことが
できる。また、スペーサ１０となる部材は、特にフッ素
樹脂に限るものでなく、像担持ベルト２との摩擦係数が
小さく、傷を付けにくいものであればよい。

【００２１】前記現像装置６は、一成分の現像剤（以
下、トナーと呼ぶ）を収容するトナー収容部６１と、前
記像担持ベルト２に近接して配置された現像スリーブ６
２と、前記トナー収容部６１に収容されたトナーを撹拌
して前記現像スリーブ６２に供給する供給ローラ６３と
を備えている。この現像装置６で使用するトナーは、負
帯電型で、ビスフェノールＡ型ポリエステル樹脂とカー
ボンブラックとを主成分とする混合物を公知の方法によ
って混練、粉砕、分級された平均粒径が１０μｍのもの
である。前記現像スリーブ６２には、地肌カブリなどを
防止するために適度の現像バイアスが印加されている。

【００２２】前記転写ローラ７は、前記加熱ローラ４に
像担持ベルト２を介して対向し、かつ、像担持ベルト２
に圧接して配置されている。この転写ローラ７と像担持
ベルト２の間には記録紙Ｓが通紙されるようになってい
る。

【００２３】以上の構成からなる画像形成装置１におい
て、まず潜像形成の過程について説明する。感光体９の
透光性導電層９２には、第１電源１３によって例えば１
６００Ｖ（Ｖ_C）の電圧が印加されており、表面電極層
９４には第２電源１４によって例えば−１００Ｖ
（Ｖ_P）のバイアス電圧が印加されている。これによ
り、接地されている像担持ベルト２の導電層２３と透光
性導電層９２との間には１６００Ｖの電位差による電界
が、また、表面電極層９４と透光性導電層９２との間に
は１７００Ｖの電位差による電界がそれぞれ形成されて
いる。

【００２４】このような電界が形成された状態で、感光
体９に光学系８にて発光されたレーザ光８３を照射し露
光すると、レーザ光８３は透光性基板９１、透光性導電
層９２を透過して電荷発生層９６に到達する。電荷発生
層９６は電界の存在下で光を吸収するとキャリア対を生
成する。生成されたキャリア対の内、フリー化したキャ
リアは電界の作用によりそれぞれ所定の方向へ移動す
る。すなわち、フリー化した正のキャリアは電荷輸送層
９７内を通って感光層９３の表面に移動する。これによ
り、感光層９３の表面と像担持ベルト２の表面の空隙間
の電界が上昇し、この電界がパッシェン則で決まるしき
い値を越えたとき放電が発生する。この放電により電荷
が輸送され、像担持ベルト２の誘電体層２５の表面が帯
電されて静電潜像が形成される。

【００２５】このとき、表面電極層９４の導電部９８の
幅Ｗが大きいと、導電部９８の直下方向には電気力線が
伸びず、導電部９８に対応する誘電体層２５の領域が帯
電されず、連続すべき静電潜像が途切れて画像割れが発
生することになる。しかしながら、本実施形態では前記
導電部９８の幅Ｗが２０μｍ以下に形成されていること
から、電界の回り込みによって誘電体層２５の導電部９
８直下部周辺にも放電による電荷が輸送されて帯電させ
ることができる。これにより、誘電体層表面にほぼ切れ
目ない潜像を形成することができ、画像割れを防止する
ことができる。

【００２６】また、感光層９３中には、電荷発生層９６
と電荷輸送層９７の境界近傍に形成されたトラップに捕
捉されたキャリアや、感光層９３内で移動速度が非常に
遅いフリーキャリアが過剰キャリアとして発生する。こ
れらの過剰キャリアは、露光光量が弱く、感光層９３内
の電界が小さいときに感光層９３内に空間電荷を形成し
て露光終了後、潜像に悪影響を及ぼし、画像後端部の伸
びの原因となる。しかしながら、感光層９３内の電界は
表面電極層９４を設けたことによって常に高い電界に保
たれている。よって、過剰キャリアが速やかに感光層９
３の表面に到達して放電されるか、あるいは、表面電極
層９４に捕捉されるので、感光層９３中に過剰キャリア
の蓄積が起こらない。したがって、露光終了後も放電が
継続して潜像の後端が伸びるといったことが発生しな
い。このように表面電極層９４を設けることによって、
露光終了に同期して放電が直ちに終了し、露光画像とほ
ぼ同じ所望の潜像を形成することができる。

【００２７】続いて、潜像形成後の過程について説明す
る。像担持ベルト２に形成された静電潜像は、駆動ロー
ラ３および加熱ローラ４の回転により現像部に搬送さ
れ、現像装置６によりトナー現像される。その後、像担
持ベルト２上に形成されたトナー像は、さらに駆動ロー
ラ３および加熱ローラ４の回転によって搬送され、加熱
ローラ４内部に設けられた発熱体１１により加熱される
と同時に転写ローラ７により記録紙Ｓに転写される。こ
のときトナー像は、溶融して転写されるので、像担持ベ
ルト２にトナーが残留せず、ほぼ完全に記録紙Ｓに転写
されるとともに、同時に定着される。

【００２８】次に、本実施形態の画像形成装置の効果の
うち画像割れ解消の効果が確認された実験について説明
する。この実験は、図２に示す感光体９と像担持ベルト
２の構成、および図３に示すスリットパターンの表面電
極層９４について、諸条件を変更して行ったものであ
る。すべての実験例において、感光層９３の膜厚ｄ_pを
１５μｍ、空気層の厚さ（感光層９３の表面から誘電体
層２５の表面までの距離）ｄ_aを２５μｍ、像担持ベル
ト２の誘電体層２５の膜厚ｄ_iを１５μｍと共通にし
た。

【００２９】各実験例の条件とその実験結果を表１に示
す。実験例１〜５では、感光体９の透光性導電層９２の
印加電圧Ｖ_cを１６００Ｖ、表面電極層９４のバイアス
電圧Ｖ_pを−１００Ｖ、表面電極層９４のスリット９９
の幅Ｌを５０μｍに設定し、帯状導電部９８の幅Ｗを変
更した。次に、実験例６〜１０では、感光体９の透光性
導電層９２の印加電圧Ｖ_cを１７００Ｖ、表面電極層９
４のバイアス電圧Ｖ_pを０Ｖ、表面電極層９４のスリッ
ト９９の幅Ｌを７０μｍに設定し、帯状導電部９８の幅
Ｗを変更した。さらに、実験例１１〜１６では、感光体
９の透光性導電層９２の印加電圧Ｖ_cを１８００Ｖ、表
面電極層９４のバイアス電圧Ｖ_pを０Ｖ、表面電極層９
４のスリット９９の幅Ｌを１００μｍに設定し、帯状導
電部９８の幅Ｗを変更した。

【００３０】各実験例では、ドット径８０μｍで４ドッ
ト幅の複数の縦ライン画像を形成し、そのラインを拡大
観察して画像割れによる画像ノイズおよび画像濃度むら
について評価した。

【００３１】表１における評価結果は、 画像割れによるノイズおよび濃度むらがない好ましい状態を ◎ 画像ノイズおよび画像濃度むらが気にならない状態を ○ 画像ノイズおよび画像濃度むらがやや気になるが、 実用上問題のない状態を △ 画像ノイズおよび画像濃度むらが顕著で実用上問題となる状態を × として表した。

【００３２】

【表１】

【００３３】これらの実験結果から、表面電極層９４の
導電部９８の幅Ｗが２０μｍを境として、画像割れによ
る画像ノイズおよび画像濃度むらがひどくなり、実用上
支障を来す状態となることが分かる。したがって、導電
部９８の幅Ｗは２０μｍ以下とすることが好ましい。

【００３４】図４から図６に表面電極層９４の変形例を
示す。なお、各図において符号１９は主走査する露光ス
ポットを示す。図４に示すものは、互いに平行な４本の
帯状の導電部９８ａを主走査方向に配置するとともに、
互いに平行な多数の短冊状の導電部９８ｂを副走査方向
に配置することによって、スリットを網目状に構成した
ものである。この場合、各導電部９８ａ、９８ｂのそれ
ぞれの幅を２０μｍ以下に形成する。また、図５に示す
ものは、１本の帯状の導電部９８ａを主走査方向に配置
するとともに、互いに平行な多数の短冊状の導電部９８
ｂを主走査方向および副走査方向のいずれとも傾斜して
配置することによって、スリット９９を斜めに形成した
ものである。この場合、帯状の導電部９８ａは露光領域
から外れており画像割れとは無関係であるため、短冊状
の導電部９８ｂの幅Ｗを２０μｍ以下に形成すればよ
い。さらに、図６に示すものは、１本の帯状の導電部９
８ａを主走査方向に配置するとともに、互いに平行な多
数の短冊状の導電部９８ｂを副走査方向にくし歯状に配
置することによって、スリット９９を形成したものであ
る。この場合も同様に、短冊状の導電部９８ｂの幅Ｗを
２０μｍ以下に形成すればよい。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の画像形
成装置によれば、光電変換層の像担持体に対向する面に
複数のスリット（または網目）を有するパターン状表面
電極層を設け、この電極層の導電部の幅を２０μｍ以下
に形成してある。これにより、画像割れおよび画像伸び
といった問題を解消することができ、原稿に忠実で、か
つ良孝な画像形成を安定して行うことができる。

【００３６】その結果、従来の電子写真方式の画像形成
装置と比較して、帯電装置が不要となる、感光体ド
ラムに代えてバー状感光体を使用できる、感光体は単
なる光電変換デバイスとしての機能を持つだけでよく、
感光体ドラムのようにブレードやトナーによる機械的ス
トレスを受けないので膜削れなどの劣化がなくなり、感
光体が消耗品ではなくなる、像形成はベルトまたはド
ラム形状の誘電体上に行われるので転写同時定着方式を
採用することができ、転写効率を上げることでクリーナ
も不要となる等の利点がある。これらのことから、安価
でコンパクト、かつ高画質な画像形成装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による画像形成装置の概略構成を示す
側面図である。

【図２】 図１に示す画像形成装置の要部拡大図であ
る。

【図３】 感光体の表面電極層の形状を示す図である。

【図４】 表面電極層の形状の変形例を示す図である。

【図５】 表面電極層の形状の別の変形例を示す図であ
る。

【図６】 表面電極層の形状のさらに別の変形例を示す
図である。

【図７】 従来例の画像形成装置を示す図である。

【図８】 （ａ）は原稿画像のテストパターンを示す図
であり、（ｂ）はテストパターンに基づき形成された画
像伸びがあるトナー像を示す図である。

【符号の説明】

１…画像形成装置、２…像担持ベルト（像担持体）、９
…感光体（光電変換素子）、２３…導電層、２５…誘電
体層、９２…導電層、９３…感光層（光電変換層）９４
…表面電極層、９８…導電部、９９…スリット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電層上に形成した誘電体層を有する像
   担持体と、導電層上に光電変換層とパターン状表面電極
   層を順に形成した光電変換素子とを、誘電体層と表面電
   極層とが対向するように配置し、両導電層間に電位差を
   形成するとともに表面電極層にバイアス電圧を印加した
   状態で光電変換層に像露光を行い、光電変換素子と像担
   持体間の放電電荷によって、走行する像担持体上に潜像
   を形成する画像形成装置において、 前記表面電極層はスリットまたは網目状の隙間を形成す
   るように設けられた複数の帯状導電部からなり、この導
   電部の幅を約２０μｍ以下に形成したことを特徴とする
   画像形成装置。