JPH1165263A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 グラフィック画像からベタ画像領域まで、広
い範囲で良好な階調性を実現でき、濃度と高解像とを両
立できる画像形成装置を提供する。 【解決手段】 現像手段９に用いるトナーに光導電性の
粒子を使用する。現像剤担持体３の支持基体２２を透光
性とし、且つその内部に光源１７を設ける。像担持体３
を基体１９、電荷発生層２０、及び電荷輸送層２１から
構成する。電荷輸送層２１上に形成された画像パターン
Ｅに応じて光源１７からの照射光２３によって、トナー
２５の導電性を制御することにより、像担持体１上のト
ナー積層量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複写機、プ
リンタ等とされる電子写真方式を用いた画像形成装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な電子写真技術としては、円筒状
の基体表面を有するように構成された像担持体に対し
て、帯電器により正負いずれかの電荷を付与することで
帯電を行ない、その後、所望のパターンを像露光し、像
担持体の電荷発生層から発生した電荷によって、表面電
荷を打ち消すことにより、像担持体表面に静電電荷像を
形成し、正負いずれかに帯電されたトナー粒子を用い、
現像処理を行なうことで、露光部あるいは未露光部のい
ずれかの静電電荷パターンに応じたトナー像を形成し、
これを最終支持部材である普通紙などに転写して出力画
像を得るものである。

【０００３】そのときの現像方式のひとつとして、特開
昭５４−４３０３６号公報に記載されている方法が挙げ
られる。この方法は、現像剤担持体上にトナーを薄層に
コートし、これに摩擦帯電により電荷を付与し、磁界の
作用下で静電電荷像に極めて近接させ、且つ、接触させ
ることなく対向させ、現像するものである。

【０００４】またこの他に、非磁性トナーを用いた１成
分非接触現像や、非磁性あるいは磁性トナーを用いた１
成分接触現像、非磁性トナーと磁性キャリアを用いた２
成分現像など様々な現像方式が提案、実用化されてい
る。

【０００５】以上の現像方式は、比較的高抵抗なトナー
粒子に電荷を付与し、像担持体上の静電電荷パターンに
よって発現する電界の力を利用して、帯電したトナー粒
子を像担持体表面に拘束させることを特徴としている。

【０００６】以上述べた、電界の作用によって現像を行
なう現像方法のほかに、比較的抵抗値の低いトナー粒子
を用い、電荷をトナー粒子に注入し、クーロン力によっ
て像担持体上に拘束させる現像方式がある。

【０００７】その中で、ウィルソン（Ｗｉｌｓｏｎ）に
よる米国特許第２８４６３３３号明細書に記載されてい
るような、磁性導電性トナーを用いた１成分現像方式が
古くから知られている。その他、実用化されたものとし
て米国特許第３５６３７３４号明細書に記載されている
シェリー（Ｓｈｅｌｙ）方式、並びに米国特許第３９０
９２５８号明細書に記載されているコーツ（Ｋｏｔｚ）
方式などがよく知られている。

【０００８】なお、非磁性の導電性トナーを用いた現像
方法については、ローズ（Ｒｏｓｅ）の米国特許第２９
７６１４４号明細書、並びにグンドラッシュ（Ｇｕｎｄ
ｌａｃｈ）の米国特許第３１６６４３２号明細書等に記
載されている。

【０００９】また、このようなトナーの導電性を局所的
に発生させて現像を行なう方式として、光導電性トナー
を用いた現像方式が提案されている。

【００１０】代表的な例として米国特許第２７５８９３
９号明細書に開示されているシュガーマン（Ｓｕｇａｒ
ｍａｎ）方式が挙げられる。これはネサガラス等の透明
導電性支持部材上に光導電性トナーを均一に塗布し、こ
れと対電極の間に電圧を印加した状態で透明導電性支持
部材側から像露光すると、光照射されたトナー粒子は、
導電性となり対電極から電荷が注入され、静電的に対電
極に拘束され、記録シート上に直接画像を形成する方式
である。

【００１１】さらに、光導電性トナーを担持、搬送する
ための磁性キャリアを、現像剤規制手段によって現像剤
担持体上に塗布し、これらをコロナ帯電によって一様に
帯電した後、光照射によって光導電性トナーに光の明暗
に応じた帯電変化量変化のパターンを形成させ、そし
て、光導電性現像剤を、現像剤担持体に内包された永久
磁石の磁気搬送力によって転写部へ移送し、転写材を介
してバイアスを印加された対向電極に対向させ、電荷分
布が残ったトナーを転写材に直接転写し、画像形成に至
る方法がある。

【００１２】以上のような、導電性トナーを用いた電子
写真技術は、静電的な拘束力を利用することによって像
担持体表面にトナー画像を形成する現像方式である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近の出力画
像の高解像化によって、主にデジタル機での画像形成に
おいては、濃度と高解像度を両立させることが難しくな
っている。

【００１４】例えば、前述の非導電性のトナーを用い
て、主に、電界の力によって現像を実現させる現像方式
において、スポット径が４０〜８０μｍ程度の光学系で
像露光したとき、１画素のドットを装置の解像度通りの
サイズ（６００ｄｐｉでは４２．３μｍ、１２００ｄｐ
ｉでは２１．２μｍ等）に現像するための感光体と現像
スリーブとのコントラストＶcont−Ｄと、一様に十分な
ベタ画像を形成するための感光体と現像スリーブ間のコ
ントラストＶcontの間に、 Ｖcont−Ｄ＜Ｖcont のような関係がある。

【００１５】これは、解像度の増加により、孤立ドット
を像露光したとき、隣接画素間距離が小さいために隣の
電荷が形成する電位パターンと重なり、ブロード、且つ
全体的に高い電位分布が形成されてしまうためであると
考えられる。平均電位が比較的高くなること、且つ、細
かい電位の起伏があるため、ハーフトーンなどのドット
の集積によって形成する画像パターンにおいて、そのエ
ッジ付近での比較的強い電界によってトナー粒子が必要
以上に付着してしまい、現像過多の現象が発生する。

【００１６】そのため、一様な濃度のベタ画像を形成さ
せることを優先した場合、写真などのグラフィカルな画
像を出力した場合には、画像を形成している１ドットの
サイズが必要以上に大きくなり出力したグラフィック画
像の濃度が高くなり過ぎる。また、逆にグラフィック画
像を優先した場合には画像内のベタ部分の濃度が低くな
ってしまい、あらゆる画像パターンに対して良好な階調
性を実現することが難しくなっている。

【００１７】従って、本発明の目的は、グラフィック画
像からベタ画像領域まで、広い範囲で良好な階調性を実
現でき、濃度と高解像とを両立できる画像形成装置を提
供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
光導電性の像担持体と、前記像担持体を均一帯電する帯
電手段と、帯電後の像担持体表面を像露光して静電潜像
を形成する露光手段と、トナーを担持して前記像担持体
にトナーを搬送する現像剤担持体を含み、該現像剤担持
体により前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像を
形成する現像手段と、得られたトナー像を最終支持材に
転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、前
記現像手段に用いるトナーに光導電性の粒子を使用し、
画像パターンに応じてトナーの導電性を制御することに
より、トナーの前記像担持体上の積層量を制御すること
を特徴とする画像形成装置である。

【００１９】前記現像剤担持体は透光性支持基体を含
み、その内部に光導電性トナーへの光照射を行なう光源
を具備することが好ましい。前記像担持体は電荷発生層
を有し、該電荷発生層は、前記導電性トナーを照射する
際に用いる光源波長に対して感度を持たないことが好ま
しい。前記導電性トナーは、前記導電性トナーを照射す
る際に用いる光源波長に対して、感度を有することが好
ましい。別の態様によれば、前記像担持体は透光性の基
体を有し、且つ、その内部に前記露光手段を具備し、前
記基体裏側から像露光を行なうことが好ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像形成装置
を図面に則して更に詳しく説明する。

【００２１】実施例１ 図３に実施例１の電子写真画像形成装置が示される。こ
の画像形成装置は、像担持体１と、その周りに配置され
た帯電器２、画像露光器７、現像器９、転写帯電器４、
定着器５、及びクリーニング器６を備えている。

【００２２】上記画像形成装置において、感光ドラム１
の表面が帯電器２によって一様に帯電され、画像露光器
７の露光により感光ドラム１の表面に静電潜像が形成さ
れる。静電潜像は現像器９の現像剤担持体３に担持され
た現像剤によって現像されて可視像とされ、該可視像が
転写帯電器４の作用によって転写材１０に転写される。
転写材１０は定着装置５に搬送され、可視像が定着され
て永久画像を得る。

【００２３】図１及び図２において、本実施例の構成に
ついてさらに詳しく説明する。

【００２４】像担持体１は、導電性の支持基体を最下層
として、その上に電荷発生層と電荷輸送層の２層構造よ
りなる機能分離タイプのものや、単層型のものが用いら
れる。本実施例の像担持体１は機能分離タイプの２層構
造であって、図２に示すように、基体１９と、その上に
電荷発生層２０、更に電荷輸送層２１を備えている。

【００２５】像担持体に使用する基体１９としては、基
体自体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、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、金等を蒸着等により
プラスチック等の誘電体基体に被膜形成し、導電層とし
たものや、導電性微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。

【００２６】電荷発生層２０の材料としては、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
顔料、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、シアニン系顔料
などを用いることができる。

【００２７】電荷輸送層２１の材料としては、ポリ−Ｎ
−ビニルカルバゾール、ポリスチルアントラセンなどの
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、カルバゾール、などの複素環化合
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、ヒドラゾン誘導体等の
低分子化合物を用いることができる。

【００２８】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が用いられる。バインダーポ
リマーの例としては、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、トリフルオロエチレン、等のビニル化合
物の重合体及び共重合体、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、エポキシ樹脂、等が挙げられる。

【００２９】電荷発生層２０である光導電層には前記化
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、安定化剤、架橋剤、潤
滑剤、導電性制御剤等が用いられる。

【００３０】一次帯電に用いる帯電手段２としては、コ
ロナ帯電器による非接触方式や、ローラー帯電器による
接触方式などが挙げられる。

【００３１】露光手段としての光学系７には、半導体レ
ーザーを使用したスキャナータイプのものや、また、Ｅ
Ｌ素子やプラズマ発光素子など、その他の光学系も使用
することができる。

【００３２】現像処理に用いる現像剤である光導電性ト
ナーには、良く知られているように、酸化亜鉛と、結着
樹脂と、増感色素とを含有するもので作製することがで
き、このときの結着樹脂としては、スチレン−アクリル
系、ポリエステル系、ポリ塩化ビニル系、ポリアクリル
系、ポリウレタン系、エポキシ系の樹脂を使用すること
ができる。また、ポリビニルカルバゾールなどの光導電
性樹脂を単独あるいは絶縁性樹脂とともに使用すること
も可能である。

【００３３】現像器９は、内部に導電性トナー光照射用
の光源１７を具備し、透光性の支持基体２２を有する現
像剤担持体３と、現像剤担持体３に当接してトナー層厚
を規制する層厚規制部材である弾性ブレード１６とを備
えている。

【００３４】上記の材料を使用して生成した粒径５〜１
０μｍ程度の光導電性のトナー粒子２４、２５、２６
を、像担持体１に当接して配置された現像剤担持体３上
に、弾性ブレード１６により薄層且つ、均一にコート
し、また、弾性ブレード１６を通過する際に所望の負極
性に帯電する。

【００３５】この現像剤担持体３に電界を印加すること
により、像担持体１上の像露光により電位Ｅの低下した
部位にトナー粒子２４、２５を引き付けて拘束し、積層
されたトナー画像を像担持体１上に形成する。このと
き、電位Ｅの低下した部位から外れた領域上のトナー粒
子２６は像担持体１上には拘束されていない。

【００３６】ここで、現像剤担持体３の内部に配置され
た、導電性トナー光照射用の光源１７によって、透光性
の支持基体２２を介して、トナー濃度が高くなりすぎる
部位に光照射２３を行なう。これにより、その箇所のト
ナー粒子２５のみが導電性を得、像担持体１と対向電極
である現像剤担持体３との間に発生した電位差に応じて
電荷が注入され、像担持体１上のトナー像が単層で形成
され、濃度変調による階調制御が可能となる。

【００３７】その後、導電性のトナー粒子２４は、転写
部１４では導電性を失い、従来の転写技術によって、普
通紙などの最終支持基材１０に良好に転写することがで
きる。

【００３８】このとき、導電性トナーを照射する際に用
いる光源波長に対して、像担持体１の電荷発生層２０が
感度を持たないか、あるいは、感度を有する場合には、
現像剤担持体３上に担持された導電性トナーによっって
殆ど吸収されることが好ましい。

【００３９】そこで、像露光光の光源と、導電性トナー
を照射する光源に異なる波長のものを用いるときは、像
露光光に短波長のものを、導電性トナーを照射する照射
光２３には、長波長の光源を用いることが好ましい。こ
れは、像担持体上への像露光の方が、導電性トナーへの
光照射よりも高い解像能力が要求されるからである。

【００４０】例えば、各種半導体レーザー（６５０ｎ
ｍ、８３０ｎｍ、他）、各種ＬＥＤアレイ（ＧａＡｓＰ
／６５０ｎｍ、ＧｓＡｌＡｓ／６５０〜８３０ｎｍ、Ｇ
ａＡｓＰ／５８０〜６５０ｎｍ、ＧｓＡｓ系／９２０〜
１０００ｎｍ、他）、各種ガスレーザー（Ｈｅ−Ｎｅ／
６３２ｎｍ、Ｈｅ−Ｃｄ／４４２ｎｍ）、その他ＥＬ素
子やプラズマ発光素子などの各種光学系を使用すること
ができ、これら光学系の中から、適当な組合せ選び、且
つ、感光性物質の分光感度を調節することにより、上記
の効果を生み出す構成が可能となる。また、このときの
光学系に、ローパス、ハイパス、などの各種光学フィル
ターを組合せることにより、上記効果をより効率的に生
み出すことができる。

【００４１】また、光導電性のトナーの吸収効率を上げ
ることによっても、像担持体の光導電層に変化を与えず
に、光導電性トナー粒子に光照射を行なうことが可能と
なる。現実的には、光導電性トナーを光照射する際は、
赤外領域あるいは、赤色光を使用することが多く、長波
長領域に吸収領域を有する、アントラキノン系、ポリメ
チン系、シアニン系、アミニウム系、ジイモニウム系、
などの色素を、各種バインダー樹脂でコートしたものを
使用することも、トナーの発色を損なわない範囲で可能
である。

【００４２】その時に用いられるバインダー樹脂とし
て、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、ト
リフルオロエチレン、等のビニル化合物の重合体及び共
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、エ
ポキシ樹脂、等が使用できる。

【００４３】以上のような構成をとり、像担持体表面の
電位パターンに応じて、像担持体に拘束されたトナー粒
子２４、２５に、所望の部位に光照射を行なうようにす
ることにより、導電性を付与し、所望の部位のトナー粒
子のみ単層での現像処理を行なうことが可能となる。

【００４４】このように、トナー自体にも画像パターン
に応じて情報を持たせることにより、像担持体上の静電
電荷パターンによる、主に面積階調的な階調制御の他
に、トナー粒子への情報の書き込みによる、主に濃度階
調的な階調制御という、２種類の階調制御手法を併用す
ることで、これまでの現像システムでは困難であった、
グラフィカルな画像領域からベタ画像領域まで、より広
い範囲での階調の再現性を可能とし、高解像であり、階
調性に優れた画像を出力することが可能となった。

【００４５】実施例２ 次に、本発明の実施例２について図４及び図５により説
明する。本実施例では、実施例１の構成に加えて、像担
持体１の基体を透光性基体３１とし、その内部に像露光
用の光照射器１８を具備すると共に、像担持体１の電荷
輸送層２１の上層に、現像剤担持体３内部から光照射を
行なう光源波長に対して吸収を示す遮光層２８を設け、
導電性トナーへの光照射の際に、像担持体１の電荷発生
層２０に影響を与えない構成としたことを特徴とする。
（勿論、本実施例においては実施例１の画像露光器７は
不用である。） 上記の遮光層２８として、例えば導電性トナーを光照射
する光源の波長が赤外あるいは赤色領域にあるとき、長
波長領域に吸収を有する、アントラキノン系、ポリメチ
ン系、シアニン系、アミニウム系、ジイモニウム系、な
どの色素を電荷輸送層２１と同様のバインダー樹脂に分
散させて層を構成することができる。

【００４６】このように、像露光を像担持体１内側から
行ないつつ、且つ、像担持体１の最上層に導電性トナー
を光照射する光源波長に吸収を有する遮光層２８を設け
ることにより、像担持体１の電荷発生層２０に影響を与
えず、導電性トナーへの光照射を行なうことが可能とな
った。

【００４７】以上の構成により、像担持体の電荷発生層
に影響を与えることなく、像担持体上の静電潜像パター
ンによる、主に面積階調的な階調制御の他に、トナー粒
子への情報の書き込みによる、主に濃度階調的な階調制
御という、２種類の階調制御手法を併用することで、こ
れまでの現像システムでは困難であった、グラフィカル
な画像領域からベタ画像領域まで、より広い範囲での階
調の再現性を可能とし、高解像であり、階調性に優れた
画像を出力することが可能となった。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による画像形成装置は、現像手段に用いるトナーに光導
電性の粒子を使用し、画像パターンに応じてトナーの導
電性を制御することによって、像担持体上のトナー積層
量を制御することにより、前記像担持体上の静電電荷パ
ターンによる、主に、面積階調的な階調制御の他に、ト
ナー粒子への書き込みによる、主に濃度階調的な階調制
御という、２種類の階調制御手法を併用することで、こ
れまでの現像システムでは困難であった、グラフィカル
な画像領域からベタ画像領域まで、より広い範囲での階
調の再現性を可能とし、高解像であり、階調性に優れた
画像を出力することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における電子写真装置を示す構成図で
ある。

【図２】図１の装置の現像システムを説明するための概
念図である。

【図３】実施例１の画像形成装置の全体構成概略図であ
る。

【図４】実施例２における電子写真装置を示す構成図で
ある。

【図５】図４の装置の現像システムを説明するための概
念図である。

【符号の説明】

１ 像担持体 ２ 帯電手段 ３ 現像剤担持体 ４ 転写手段 ７ 露光手段 ９ 現像手段 １７ 導電性トナー用光源 １８ 像露光用光源（露光手段） １９ 像担持体基体 ２０ 電荷発生層 ２２ 現像剤担持体用透光性基体 ３１ 像担持体用透光性基体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導電性の像担持体と、前記像担持体を
   均一帯電する帯電手段と、帯電後の像担持体表面を像露
   光して静電潜像を形成する露光手段と、トナーを担持し
   て前記像担持体にトナーを搬送する現像剤担持体を含
   み、該現像剤担持体により前記静電潜像にトナーを付着
   させてトナー像を形成する現像手段と、得られたトナー
   像を最終支持材に転写する転写手段とを備えた画像形成
   装置において、 前記現像手段に用いるトナーに光導電性の粒子を使用
   し、画像パターンに応じてトナーの導電性を制御するこ
   とにより、前記像担持体上のトナー積層量を制御するこ
   とを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記現像剤担持体は透光性支持基体を含
   み、その内部に光導電性トナーへの光照射を行なう光源
   を具備することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記像担持体は電荷発生層を有し、該電
   荷発生層は、前記導電性トナーを照射する際に用いる光
   源波長に対して感度を持たないことを特徴とする請求項
   ２の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記導電性トナーは、前記導電性トナー
   を照射する際に用いる光源波長に対して、感度を有する
   ことを特徴とする請求項３の画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記像担持体は透光性の基体を有し、且
   つ、その内部に前記露光手段を具備し、前記基体裏側か
   ら像露光を行なうことを特徴とする請求項１から４のう
   ちいずれかひとつの画像形成装置。