(57)【要約】【課題】反射型センサの出力光が感光体に光メモリを発生せず、反射型センサの出力光の照射に起因する濃度ムラが出力画像に形成されない画像形成装置を提供する。【解決手段】感光ドラム１は、電荷生成層の下に電荷輸送層を配置している。反射型センサ１１は、感光ドラム１に形成されたトナー像に出力光を照射して反射光を検出することによりトナー像のトナー載り量に応じた出力を出力する。露光装置３の露光光の波長λａよりも短い波長λｂのＬＥＤ光源を反射型センサ１１に採用することで、感光ドラム１の電荷生成層を通過して電荷輸送層で電荷キャリアが発生することが無くなり、そのような電荷キャリアに起因した帯電ムラ、出力画像の濃度ムラが無くなる。【選択図】図１
2010281873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷発生層とこれよりも下層側に電荷輸送層を備えた感光体と、
前記感光体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段により帯電された前記感光体に静電像を形成するため画像露光を行う露光手段と、前記感光体に形成された静電像をトナーで現像する現像手段と、を有する画像形成手段と、
前記感光体に形成されたトナー像の濃度を光学的に検出するセンサと、
前記センサの出力に基づき前記画像形成手段の画像形成条件を制御する制御手段と、を備え、
前記露光手段の照射光の波長をλａ、前記センサの照射光の波長をλｂとしたとき、
λａ≧λｂ
の関係を満足することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記電荷発生層はアモルファスシリコンのＰ型半導体で形成されており、前記露光手段は赤色の波長域の光を照射し、前記センサはオレンジ色の波長域の光を照射することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
電荷発生層とこれよりも下層側に電荷輸送層を備えた感光体と、
前記感光体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段により帯電された前記感光体に静電像を形成するため画像露光を行う露光手段と、前記感光体に形成された静電像をトナーで現像する現像手段と、を有する画像形成手段と、
前記感光体に形成されたトナー像の濃度を光学的に検出するセンサと、
前記センサの出力に基づき前記画像形成手段の画像形成条件を制御する制御手段と、を備え、
前記センサの照射光に対する前記電荷発生層の吸収係数をα、前記電荷発生層の厚みをｘとしたとき、
ｅｘｐ（−αｘ）＜０．２５
の関係を満足することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記センサから前記感光体への照射光の強度は、３．０μＪ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体上のトナー像にＬＥＤ素子の出力光を照射して反射光を検出する反射型センサを備えた画像形成装置、詳しくはＬＥＤ素子の露光に起因する感光体の光メモリを抑制する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
感光体を露光して形成した静電像をトナーで現像してトナー像を形成する画像形成装置が広く用いられている。このような画像形成装置では、感光体に対向させて反射型センサを設け、感光体上に形成したパッチトナー像に赤外光を照射して反射光を検出し、検出結果を画像形成条件にフィードバックしている（特許文献１）。
【０００３】
これに対して、特許文献２では、中間転写体に対向させて反射型センサを設けている。そして、中間転写体上の複数色のトナー像の検出精度を高めるために、トナー像の色ごとに反射型センサの光源の出力光の波長を異ならせている。
【０００４】
ところで、アモルファスシリコンの光半導体薄膜をドラム基体表面に形成した感光ドラムが実用化されている。特許文献３の段落０２０３に示される光半導体薄膜は、露光により電荷キャリアを発生する厚さ２μｍの電荷生成層の下に、電荷キャリアを輸送する厚さ３０μｍの電荷輸送層を配置している。電荷生成層は、アモルファスシリコンのＰ型半導体で形成され、露光による電荷キャリア対の発生効率が高いため、その分、入射光に対するエネルギー吸収率が高くなっている。電荷輸送層は、電荷生成層よりも電荷キャリアの移動性を高めているため、入射光に対するエネルギー吸収率は電荷生成層に比べて低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１６６５４９号公報
【特許文献２】特開平１０−１０８８４号公報
【特許文献３】特開平８−１７９６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電荷生成層の下に電荷輸送層を配置した感光体に対向させて反射型センサを設け、感光体上のトナー像に赤外光を照射して反射光を検出させたところ、感光ドラムに光メモリが発生することが判明した。反射型センサが赤外光を照射した筋状の痕跡が帯電を経ても解消されず、出力画像に筋状の濃度ムラが発生することが判明した。
【０００７】
図１４に示すように、波長がλ１の半導体レーザーを用いて静電像を形成する感光体では、波長λ１の露光光が電荷生成層１００２で電荷キャリア対を発生して減衰するように電荷生成層１００２の吸収係数α及び厚みｘが設計されている。
【０００８】
ここで、中心波長がλ２のＬＥＤによる赤外光が感光ドラム１に照射されると、波長λ１の赤色光を想定して吸収係数α及び厚みｘが設定された電荷生成層１００２では赤外光が十分に吸収されない。このため、電荷生成層１００２を突き抜けて電荷輸送層１００３の深い位置まで赤外光が到達する。電荷輸送層１００３は、入射光に対するエネルギー吸収率が電荷生成層１００２に比べて低いため、例えば２μｍの電荷生成層１００２を透過した赤外光は電荷輸送層１００３を１０μｍ進むまで吸収されないこともある。
【０００９】
そして、電荷輸送層１００３における赤外光の吸収に伴って感光ドラム１の表面から遠い位置で電荷キャリア対が発生する。そして、感光ドラム１の帯電極性と反対極性の電荷キャリアが帯電を終えた頃にようやく表面まで到達して帯電電位を局所的に低下させる。これにより、図４に破線で示すように、帯電電位ＶＤが局所的に低下して出力画像に筋状の濃度ムラが発生する。
【００１０】
本発明は、反射型センサの出力光が感光体に光メモリを発生せず、反射型センサの出力光の照射に起因する濃度ムラが出力画像に形成されない画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の画像形成装置は、電荷発生層とこれよりも下層側に電荷輸送層を備えた感光体と、前記感光体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段により帯電された前記感光体に静電像を形成するため画像露光を行う露光手段と、前記感光体に形成された静電像をトナーで現像する現像手段と、を有する画像形成手段と、前記感光体に形成されたトナー像の濃度を光学的に検出するセンサと、前記センサの出力に基づき前記画像形成手段の画像形成条件を制御する制御手段とを備える。そして、前記露光手段の照射光の波長をλａ、前記センサの照射光の波長をλｂとしたとき、λａ≧λｂの関係を満足する。
【発明の効果】
【００１２】
露光光の波長λａよりも短い波長λｂの出力光は、露光光よりも浅い位置で電荷キャリア対を形成してエネルギーを消費するため、波長λａの露光光が吸収されることを想定して設計された電荷生成層を突き抜けて電荷輸送層まで達しにくい。このため、反射型センサの出力光が感光体の表面から遠い位置で電荷キャリア対を発生しなくなり、そのような電荷キャリアに起因して帯電電位が局所的に低下することがなくなる。
【００１３】
従って、反射型センサの出力光が感光体に光メモリを発生せず、反射型センサの出力光の照射に起因する濃度ムラが出力画像に形成されない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】現像装置の構成の説明図である。
【図３】振動電圧の説明図である。
【図４】現像コントラストと画像濃度の関係の説明図である。
【図５】反射型センサの構成の説明図である。
【図６】反射型センサの出力光の調整の説明図である。
【図７】反射型センサの出力特性の測定パターンの説明図である。
【図８】測定パターンの検出結果の説明図である。
【図９】画像濃度と反射型センサの出力の関係の説明図である。
【図１０】画像印字率と画像濃度の関係の説明図である。
【図１１】中間階調の画像濃度制御の説明図である。
【図１２】異なる画像モードにおけるルックアップテーブルの説明図である。
【図１３】感光ドラムの感光層の構成の説明図である。
【図１４】反射型センサの出力光の波長の違いによる露光深さの差の説明図である。
【図１５】出力光の波長の違いによる電荷キャリア対の発生位置の差の説明図である。
【図１６】ＬＥＤ光源の発光色の違いによる光メモリの差の説明図である。
【図１７】ＬＥＤ光源の発光色の違いによる電荷生成層の透過効率の差の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、反射型センサの出力光の波長が露光光の波長よりも短い限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１６】
従って、中間転写体を用いる方式、記録材搬送体を用いる方式、タンデム型、１ドラム型、フルカラー、モノクロの区別なく、これらの画像形成装置において等しく実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る画像形成装置の主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。
【００１７】
なお、特許文献１〜３に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。
【００１８】
＜画像形成装置＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。
【００１９】
図１に示すように、画像形成装置１００は、感光ドラム１（感光体）の周囲に、コロナ帯電器２、露光装置３、電位センサ４、現像装置５、転写帯電器７、分離帯電器８、反射型センサ１１、クリーニング装置９、及び除電露光装置１０を配置する。
【００２０】
感光ドラム１（感光体）は、アモルファスシリコンの感光層が表面に配置され、不図示の駆動モータから駆動力を伝達されて矢印Ｒ１方向に回転する。コロナ帯電器２は、コロナ放電に伴う荷電粒子を感光ドラム１に照射して感光ドラム１の表面を一様な電位に帯電させる。電位制御装置１０８は、電位センサ４の出力を検出して感光ドラム１の表面電位を測定してコロナ帯電器２の出力にフィードバックする。
【００２１】
露光装置３は、走査線画像データでＯＮ−ＯＦＦ変調されたレーザービームを回転ミラーで走査して画像露光し、帯電した感光ドラム１の表面に画像の静電像を書き込む。露光装置３は、画像読取装置１０２で読み取った画像情報に対応した画像露光を行って静電像を形成する。帯電装置２で一様に帯電された感光ドラム１表面のうち、露光装置３で露光された領域が除電されることにより表面電位の差が形成されてその形が静電像となる。
【００２２】
画像読取装置１０２は、操作部１０４からの入力により、原稿の画像を読み取る。画像データは、本体制御装置１０１を経由して画像処理装置１０３で画像処理を行った後、レーザー駆動回路１０７で露光装置３の半導体レーザーを駆動する電気信号に変換される。
【００２３】
現像装置５は、ブラックのトナーを帯電させて感光ドラム１の静電像へ供給することにより、静電像を反転現像して感光ドラム１（感光体上）にトナー像を形成する。
【００２４】
不図示の記録材カセットから引き出された記録材Ｐは１枚ずつに分離されてレジストローラ６へ給送される。レジストローラ６は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、感光ドラム１のトナー像にタイミングを合わせて記録材Ｐを転写部Ｔ１へ送り込む。
【００２５】
転写帯電器７は、転写部Ｔ１の手前位置で記録材をトナーの帯電極性とは反対極性に帯電させて、感光ドラム１のトナー像を記録材に吸着させる。コロナ帯電器を用いた転写帯電器７は、トナーの電荷と逆極性の電流すなわちマイナスの電流を放電する。転写電流発生装置１１０は、所定の転写電流が得られるように転写帯電器７を制御する。分離帯電器８は、トナー像を吸着した記録材の余剰な電荷を中和して感光ドラム１から分離させる。
【００２６】
これにより、転写部Ｔ１に搬送された記録材Ｐは、感光ドラム１からトナー像を転写した後に感光ドラム１から分離し、搬送ベルト１２に搬送されて定着装置１３へ送り込まれる。
【００２７】
定着装置１３は、中心にヒータを配置した定着ローラに加圧ローラを圧接して加熱ニップを形成する。記録材Ｐは、加熱ニップで挟持搬送される過程で、加熱加圧を受けてトナー像を溶融させて画像を表面に定着された後に、プリントアウト出力物として装置外に排出される。
【００２８】
反射型センサ制御装置１０５は、反射型センサ１１を制御して、感光ドラム１に形成された画像濃度測定用のパッチ画像の画像濃度を測定する。反射型センサ１１は、パッチ画像に出力光を照射して反射光を検出することにより、トナー像の濃度を光学的に検出する。
【００２９】
クリーニング装置９は、感光ドラム１にクリーニングブレードを当接させて、転写部Ｔ１を通過した感光ドラム１表面に付着した転写残トナー（又はパッチ画像）を掻き落として回収する。
【００３０】
除電露光装置１０は、ライトガイドを用いた棒状の光源で感光ドラム１を一様に露光して前回の画像形成で形成した静電像を解消させることにより、感光ドラム１の表面を一様な電位に除電する。除電露光装置１０は、感光ドラム１の作像後の残留電位を除電して、次の静電像の形成が前の画像の影響なくできるようにする。
【００３１】
＜現像装置＞
図２は現像装置の構成の説明図である。図３は振動電圧の説明図である。図４は現像コントラストと画像濃度の関係の説明図である。
【００３２】
現像装置５の現像容器５１０には、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤が充填されている。攪拌スクリュー５０４、５０５は、二成分現像剤をそれぞれ逆方向に搬送して現像容器５１０内を循環させて、非磁性トナーと磁性キャリアとを相互摩擦によりそれぞれ正極性及び負極性に帯電させる。
【００３３】
現像スリーブ５０１は、固定マグネット５０２の周囲で回転する。帯電した二成分現像剤は、固定マグネット５０２の磁力によって現像スリーブ５０１の表面に吸着された後に、層厚規制ブレード５０３によって所定の厚さに整形される。薄層状体で現像スリーブ５０１に担持された二成分現像剤は、固定マグネット５０２の磁極に応答して穂立ち状態で感光ドラム１を摺擦する。感光ドラム１と現像スリーブ５０１との間には微小な間隔があいており、この両者の間隔で現像が行われる。
【００３４】
現像バイアス発生装置（１０９：図１）は、現像スリーブ５０１に振動電圧を印加して、帯電したトナーを、現像スリーブ５０１から感光ドラム１の静電像へ移動させる。図３に示すように、現像効率を向上させ、濃度が高く、鮮明なトナー像を形成するために、振動電圧は、周期Ｖｆ、ピーク間電圧Ｖｐｐの方形波の交流電圧を直流電圧Ｖｄｃに重畳している。
【００３５】
図４に示すように、画像形成装置１００では、正極性に帯電する感光ドラム１と正極性に帯電するトナーとによる反転現像方式を用いてトナー像を形成する。図４は横軸に位置を取って縦軸にトナー像の現像に関与する各電位を示している。
【００３６】
現像コントラストＶｃｏｎｔは、静電像のトナー吸着容量のパラメータであって、トナーを感光ドラム１上に現像する際の電気的な力になる。トナー像が形成されるのは明部電位ＶＬの部分であり、現像コントラストＶｃｏｎｔは、感光ドラム１の露光を受けた明部電位ＶＬと現像スリーブ５０１に印加される直流電圧Ｖｄｃとの差電位である。
【００３７】
かぶり取りコントラストＶｂａｃｋは、感光ドラム１の露光を受けない暗部電位ＶＤと直流電圧Ｖｄｃとの差電位である。かぶり取りコントラストＶｂａｃｋは、画像の白地部へのトナー付着を阻止して、トナー像を現像装置５で現像する場合の白地部を保証する。
【００３８】
実施例１では、暗部電位ＶＤは＋５００Ｖ、明部電位ＶＬは＋５０Ｖ、直流電圧Ｖｄｃは２５０Ｖである。従って、現像コントラストＶｃｏｎｔは２００Ｖ、かぶり取りコントラストＶｂａｃｋは２５０Ｖである。
【００３９】
＜反射型センサ＞
図５は反射型センサの構成の説明図である。図６は反射型センサの出力光の調整の説明図である。
【００４０】
図５に示すように、反射型センサ１１には、ＬＥＤ光源１１０１と受光素子１１０２が配置されて、感光体上のパッチ画像の反射光を検出する。ＬＥＤ光源１１０１から出た光は対象物である感光ドラム１で反射して受光素子１１０２で検出される。ＬＥＤ光源１１０１と受光素子１１０２の光軸は感光ドラム１の表面に垂直な軸方向の面内に配置されている。
【００４１】
反射型センサ１１のＬＥＤ光源１１０１の出力光の光量は、ＬＥＤ光源１１０１に入力する電圧によって調整可能であり、入力電圧の調整可能な範囲は０〜５Ｖである。受光素子１１０２の感度やその汚れ等にも影響するが、トナー量を反射型センサ１１で精度よく読み取るために最適なＬＥＤ光源１１０１の光量は、０．３〜３．０μＪ／ｃｍ２である。
【００４２】
ＬＥＤ光源１１０１の出力光を照射された感光ドラム１の表面にトナー像があると、トナー像によってＬＥＤ光源１１０１からの光が吸収（及び散乱）されるため、正反射光が減って受光素子１１０２で検出される光量が小さくなる。反射型センサ１１の受光素子１１０２は、受光光量に応じて、最大５Ｖ、最小０．２Ｖのアナログ電圧を出力する。
【００４３】
本体制御装置（１０１：図１）は、感光ドラム１上のトナー像を検出する際に、まず、トナー像が無い状態で感光ドラム１からの反射光を検出して受光素子１１０２の出力を調整する。トナー像が無い状態で感光ドラム１を回転させ、受光素子１１０２の出力が４．５±０．１Ｖになるように、ＬＥＤ光源１１０１の出力光の光量補正を行う。
【００４４】
図６に示すように、本体制御装置（１０１：図１）は、ＬＥＤ光源１１０１の入力電圧を１Ｖから５Ｖまで５段階に変化させて、対応する５段階のＬＥＤ光量１〜５でそれぞれ受光素子１１０２の出力電圧を取り込む。図６は、そのような測定結果の一例である。
【００４５】
本体制御装置（１０１：図１）は、各入力電圧と対応させて受光素子１１０２の出力を記憶する。そののち、ＣＰＵ（１１３：図１）で目標出力値４．５Ｖを挟む２つの測定点を決定し、２つの測定点を線形補間して受光素子１１０２の出力が４．５ＶとなるＬＥＤ入力電圧を決定する。図６ではＬＥＤ光量３とＬＥＤ光量４とを線形補間して、ＬＥＤ入力電圧を３．９Ｖに決定している。
【００４６】
＜出力特性＞
図７は反射型センサの出力特性の測定パターンの説明図である。図８は測定パターンの検出結果の説明図である。図９は画像濃度と反射型センサの出力の関係の説明図である。図１０は画像印字率と画像濃度の関係の説明図である。
【００４７】
図１に示すように、露光装置３は、露光出力一定で画像の画素ごとに面積階調を行って画素の濃度を変化させる。あるいはスクリーンパターンを用いてパターンの太さを変化させることにより中間階調を表現する。
【００４８】
図７に示すように、感光ドラム１の周方向に特定面積内で印字される画像比率、すなわち画像印字率を１０〜１００％に変化させて出力特性トナー像Ｇｓが作成される。つぎに、反射型センサ１１で出力特性トナー像Ｇｓが検出され、それぞれの画像印字率での出力が取り込まれる。図７中の矢印は、出力特性トナー像Ｇｓが形成される際の感光ドラム１の回転方向である。出力特性トナー像Ｇｓの測定結果は、８ビット２５６階調に量子化された画像濃度に対応させて本体制御装置１０１に記憶される。
【００４９】
図８に示すように、１０〜１００％の画像印字率が０〜２５５の階調に量子化され、１０〜１００％の画像印字率に対応する反射型センサ１１の０〜４．５Ｖの出力が０〜２５５の出力に量子化される。この量子化は、本体制御装置１０１内に測定データを取り込んだ後ＣＰＵ１１３で行なわれる。
【００５０】
次に、図７に示す出力特性トナー像Ｇｓを記録材に転写して定着させ、画像印字率１０〜１００％の各定着画像の反射濃度を測定する。そして、図９に示すように、反射型センサの出力（受光素子電圧）と出力画像の反射濃度との関係を求める。図９は、受光素子電圧を８ｂｉｔに量子化した値と、反射濃度１．６が２５５になるように反射濃度を８ｂｉｔに量子化した値との関係である。この関係は本体制御装置１０１に記憶される。
【００５１】
図１０の（ａ）に示すように、画像印字率は、受光素子電圧を介して定着画像の画像濃度に対応付けられる。定着画像における必要な中間階調の濃度は、感光ドラム１に担持されたトナー像を反射型センサ１１で検出した受光素子電圧が所定値になるように画像印字率を設定して実現できる。
【００５２】
このようにＣＰＵ１１３で演算することにより、図１０の（ｂ）のような画像形成装置１００における画像印字率と画像濃度の特性が得られる。この特性は画像処理装置１０３に記憶される。
【００５３】
＜画像濃度制御＞
図１１は中間階調の画像濃度制御の説明図である。図１２は異なる画像モードにおけるルックアップテーブルの説明図である。
【００５４】
図１１に示すように、画像形成装置１００においては、使用者が操作部１０４から指示することにより、階調ターゲットＡと階調ターゲットＢとを選択可能である。階調ターゲットＡは、文字画像モードに適用される。階調ターゲットＢは、写真画像モードに適用され、中間階調のグラデーションが自然に見えるように、中間階の画像印字率を階調ターゲットＡとは異ならせている。横軸は画像印字率（０〜１００％）を８ｂｉｔで量子化したもの、縦軸は画像濃度（反射濃度で０〜１．６）を８ｂｉｔで量子化したものである。
【００５５】
図１２の（ａ）に示すように、入力画像信号に対して目的の画像濃度が出るようにルックアップテーブルが作成される。ルックアップテーブルは、入力画像データに対して出力画像信号を決定する画像形成条件の参照テーブルである。その作成の方法は、画像濃度ターゲットにおいて入力信号を目標画像濃度に変換し、画像印字率と定着画像濃度の関係から目標画像濃度を出力画像信号に変更することで作成される。
【００５６】
図１２の（ｂ）に示すように、このように作成されたルックアップテーブルは、階調ターゲットＡ用と階調ターゲットＢ用それぞれに対して画像処理装置１０３内の記憶用メモリ（図示せず）に保持される。そして、作像時に入力画像信号を任意の階調ターゲットに合わせるために、出力信号を変化させることに使用される。
【００５７】
ルックアップテーブルの作成作業は、画像形成装置１００の画像印字率と画像濃度との関係が変化するたびに行うことが理想である。具体的には、画像形成装置１００の電源投入時及び前回のルックアップテーブル作成動作からの画像形成枚数が一定量（例として５０００枚）を超えた場合に行う。
【００５８】
以上説明したように、制御手段（１０１）は、センサ（１１）の出力に基づき画像形成手段（１００）の画像形成条件を制御する。ただし、画像濃度を調整するために変更される画像形成条件としては、ルックアップテーブルには限らない。画像形成条件には、パッチ画像を用いて行う現像装置に対する現像剤の補給量を制御する現像剤補給制御、パッチ画像を用いて現像コントラストを調整する現像コントラスト制御を含む。現像コントラスト制御では、帯電電位の目標値、現像装置５で用いる直流電圧、露光装置３のレーザービームの強度等がパッチ画像の検出結果に応じて調整される。
【００５９】
＜実施例１＞
図１３は感光ドラムの感光層の構成の説明図である。
【００６０】
図１３に示すように、感光ドラム１は、アモルファスシリコンの光半導体薄膜で形成された感光層を有する。感光ドラム１は、アルミニウムシリンダのドラム基体１００４の上にＰ型半導体薄膜の光導電層１０１０を配置している。ドラム基体１００４は、導電性で接地電位に接続され、他の金属としては、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｆｅ等が用いられる。
【００６１】
感光体の感光層の層構成は、最表面から表面層１００１、電荷発生層１００２、電荷輸送層１００３が順番に配置される。光導電層を構成する光受容層１０１０は、電荷発生層１００２よりも下層側に電荷輸送層１００３を配置している。電荷発生層１００２及び電荷輸送層１００３は、水素及びハロゲン元素を結合させて非結晶状態でシリコンを堆積させたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ，Ｘと表記）からなる。
【００６２】
電荷発生層１００２及び電荷輸送層１００３は、真空堆積膜形成方法によって、所望特性が得られるように、適宜成膜パラメータの数値条件が設定されて作成される。具体的には、グロー放電法（低周波ＣＶＤ法、高周波ＣＶＤ法またはマイクロ波ＣＶＤ法等の交流放電ＣＶＤ法、あるいは直流放電ＣＶＤ法等）、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等の薄膜堆積法を利用できる。
【００６３】
表面層１００１、電荷生成層１００２、及び電荷輸送層１００３は一連の工程として薄膜堆積されるが、途中で、不純物として加える元素や成膜条件を変更して、各層に必要な性質を付与している。
【００６４】
すなわち、表面層には、硬度を高めるために、不純物として水素原子、炭素原子、ハロゲン原子が含有されている。
【００６５】
電荷生成層１００２及び電荷輸送層１００３には、Ｐ型もしくはＮ型半導体を形成するためのアルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ハロゲン化合物（ＢｒＦ、ＣｌＦ等）が含有されている。
【００６６】
光導電層１０１０の層厚は、所望の電子写真特性が得られる範囲で低コストを実現するように決定され、好ましくは２０〜５０μｍ、より好ましくは２３〜４５μｍ、最適には２５〜４０μｍである。光導電層１０１０を構成する各層厚は、露光装置３の露光光の波長λａ＝６３０ｎｍに最適化するように設定されている。
【００６７】
表面層１００１は、露光光の吸収を避けるように０．５〜１μｍに設定される。表面層１００１は、感光ドラム１の耐久性の観点からは厚いことが望ましい。しかし、表面層１００１を厚くすると、露光時の光が電荷生成層１００２へ到達する割合が変化するため、表面層１００１の強度と露光装置３の露光効率の観点から０．５〜１μｍが好ましい。
【００６８】
詳しく説明すると、電荷発生層１００２には、Ｐ型半導体を形成する不純物としてアルミニウム（Ａｌ）等がドープされている。電荷生成層１００２は、露光光のエネルギーを吸収して表面に近い浅い位置で電荷キャリア対を発生するように、３〜５μｍに設定される。電荷生成層１００２は、静電像を形成するのに必要十分な電荷キャリア対の生成能力が必要なため、厚みは３〜５μｍが好ましい。電荷生成層１００２で発生した電荷キャリア対の一方（電子）が正極性に帯電した表面層１００１へ移動して帯電電荷を打ち消して静電像を形成する。
【００６９】
これに対して、電荷輸送層１００３には、Ｎ型半導体を形成する不純物としてハロゲン化合物（ＢｒＦ）等がドープされている。電荷輸送層１００３は、電荷生成層１００２の正孔から受け渡された電荷をドラム基体１００４の方向へ迅速に輸送する。電荷輸送層１００３は、露光によって電荷生成層１００２で発生した電荷キャリア対の一方（正孔）から受け渡された電荷を相殺するように、ドラム基体１００４側から、正孔よりも移動速度の高いキャリア電子を移動させる。
【００７０】
電荷輸送層１００３は、電荷を効率的に輸送できるように２０〜３５μｍに設定される。電荷輸送層１００３は電荷を選択的に輸送するのに十分な厚みが必要なため、２０〜３５μｍが好ましい。
【００７１】
このような層構成の感光ドラム１を用いることにより、帯電したのち、露光によって表面付近の浅い位置で電荷キャリア対が生成される。このため、表面層１００１へ向かうキャリア電子の移動量が小さくなって静電像の鮮鋭さや安定性が向上する。
【００７２】
コロナ帯電器２は、感光ドラム１の表面層１００１を正極性に帯電させると、電荷生成層１００２に電荷キャリアの空乏層が形成される。露光装置３の露光光が電荷生成層１００２の空乏層に入射して吸収されると、そのエネルギーで電荷キャリア対（正孔及び電子）を発生させる。電荷生成層１００２に発生した電荷キャリア対のうち、負極性の電子キャリアが露光部分の表面層１００１へ移動して正極性の帯電電位を放電させることにより、感光ドラム１に静電像が形成される。
【００７３】
この場合、電荷生成層１００２で形成されたキャリア電子が効率よく表面層１００１に到達するためには、電荷生成層１００２で形成された正孔を速やかに運び出せるように、電荷輸送層１００３における電荷キャリアの移動速度を高めることが望ましい。
【００７４】
このため、電荷輸送層１００３は、電荷生成層１００２よりも電子の移動速度を遅くするとともに正孔の移動速度を高めてもよい。電荷輸送層１００３における正孔の移動速度をキャリア電子の移動速度に対して十分に速く設計することにより、電荷生成層１００２で形成されたキャリア電子は、効率良く表面層１００１に到達することができる。これにより、表面に達するまでの面方向のキャリア電子の拡散が少なくなって、鮮明な静電像が迅速に形成される。
【００７５】
＜出力光の波長の選択＞
図１４は反射型センサの出力光の波長の違いによる露光深さの差の説明図である。図１５は出力光の波長の違いによる電荷キャリア対の発生位置の差の説明図である。
【００７６】
図５に示すように、反射型センサ１１の具体的な形状は、３０ｍｍ×５ｍｍ×厚さ１ｍｍのプリント基板の中央に、レンズ、光源部、及び受光部が一体に樹脂モールドされた１５ｍｍ×５ｍｍ×厚さ７ｍｍのセンサブロックを固定してある。ＬＥＤ光源１１０１は、発光素子として、従来の赤外領域（λ：９００ｎｍ）ではなくオレンジ色の波長域（６３０〜６００ｎｍ）に発光スペクトルのピーク波長λ＝６００ｎｍがあるＬＥＤを採用している。ＬＥＤ光源１１０１の発光素子の出力光の中心波長λｂ＝６００ｎｍは、露光装置３の赤色の波長域（６９０〜６３０ｎｍ）にある露光光の波長λａ＝６３０ｎｍよりも短く、除電露光装置１０の露光光の中心波長λｃ＝６４０ｎｍよりも短い。ＬＥＤ光源１１０１の光量は、受光素子１１０２の感度や汚れ状態に応じて、トナー量の読み取り前に、概ね１．０〜２．０μＪ／ｃｍ２の範囲で可変に設定される。
【００７７】
波長がλａの露光光が電荷生成層１００２に電荷キャリア対を発生させるように、波長がλｂの反射型センサ１１の出力光も電荷生成層１００２に電荷キャリア対を発生させる。このとき、ＬＥＤ光源１１０１の出力光の波長λｂに応じて、出力光が感光ドラム１の光導電層１０１０において到達する深さが異なる。
【００７８】
図１４に示すように、波長λａが６３０ｎｍ（λ１）の半導体レーザーによる露光光は、感光ドラム１表面の電荷生成層１００２しか届かない。これに対して、波長λｂ＝７５０ｎｍ（λ２）の赤色発光のＬＥＤ素子による出力光は電荷輸送層１００３にまで到達する。波長λｂ＝８００ｎｍ（λ３）の赤外発光のＬＥＤ素子による出力光はドラム基体１００４にまで到達する。
【００７９】
図１５の（ａ）に示すように、露光によって電荷生成層１００２に発生したキャリア電子は、移動が速いため、（ｂ）に示すように、照射位置がコロナ帯電器２に達する以前に表面に到達する。このため、（ｃ）に示すように、表面層１００１に移動したキャリア電子はコロナ帯電器２による帯電プロセスで消滅する。
【００８０】
図１５の（ｅ）に示すように、電荷輸送層１００３の深い位置で発生したキャリア電子は、移動が遅いため、（ｆ）に示すように、なかなか表面に到達しない。このため、（ｇ）に示すように、照射位置がコロナ帯電器２を通過した後に表面に到達して、帯電電位を局所的に低下させてしまう。感光ドラム１の回転速度が高い場合には、照射位置が露光装置３を通過した後にキャリア電子が表面層１００１に到達して静電像を部分的に崩してしまう。その結果、反射型センサ１１の出力光の照射位置が光メモリとして感光ドラム１の感光層に記録されてしまい、出力画像の濃度の均一性が損なわれる。
【００８１】
特に、ＬＥＤ光源１１０１の出力光の光量が高く設定されている場合、電荷輸送層１００３やドラム基体１００４の界面に到達する光量が増えて光メモリが大きくなる。電荷輸送層１００３の深い位置で光電効果により発生した電荷キャリア対は、電荷輸送層１００３での移動速度が遅いため、次回の画像形成時に照射位置に沿った筋状の光メモリを発生させて画像品質を著しく低下させてしまう。
【００８２】
＜実験１＞
図１６はＬＥＤ光源の発光色の違いによる光メモリの差の説明図である。図１６中、（ａ）は赤色発光のＬＥＤ光源を用いた場合、（ｂ）はオレンジ色発光のＬＥＤ光源を用いた場合である。
【００８３】
図１６に示すように、反射型センサ１１のＬＥＤ光源の発光色を異ならせて光メモリの違いを比較した。反射型センサ１１の出力光を照射した位置にパッチ画像を作成して記録材Ｐに転写し、定着したパッチ画像における反射型センサ１１の出力光を照射した位置の反射濃度を測定した。パッチ画像は、感光ドラム１の軸方向の中央位置に、３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさで、画像印字率５０％の中間階調の画像濃度で形成した。１３枚の連続パッチ画像形成を行い、４〜８枚目の画像形成について反射型センサ１１のＬＥＤ光源１１０１を点灯した。
【００８４】
図１６の（ａ）に示すように、波長λｂ＝７５０ｎｍの赤色発光のＬＥＤ光源を用いた場合、反射型センサ１１のＬＥＤ光源１１０１を点灯した４〜８枚目で画像メモリが発生して画像濃度が上昇した。
【００８５】
すなわち、反射型センサ１１の出力光によって、電荷輸送層１００３で形成されたキャリア電子が表面層１００１に到達するのが遅いため、図４に破線で示すように、キャリア電子が暗部電位ＶＤを局所的に低下させる。このため、等しく露光を受けた明部電位ＶＬも破線で示すように低下して、現像コントラストＶｃｏｎｔが高まり、その結果、静電像へのトナー付着量が増加する。
【００８６】
これに対して、図１６の（ｂ）に示すように、波長λｂ＝６００ｎｍのオレンジ色発光のＬＥＤ光源を用いた場合、反射型センサ１１のＬＥＤ光源１１０１を点灯した４〜８枚目でも画像メモリが発生せず、画像濃度が変化しなかった。
【００８７】
すなわち、反射型センサ１１の出力光が専ら電荷生成層１００２で吸収されて電荷キャリア対を発生させるため、キャリア電子が速やかに表面層１００１に到達して除電露光装置１０で除電される。図４に示すように、コロナ帯電器２による帯電状態に影響が現れず、現像コントラストＶｃｏｎｔが高まることが無かった。
【００８８】
＜実施例２＞
図１７は電荷生成層の厚さと透過率との関係の説明図である。ここでは、ＬＥＤ光源の発光色の違いによる電荷生成層の透過効率の差が示されている。
【００８９】
ところで、波長λｂ＝７５０ｎｍの赤色発光のＬＥＤ光源を用いた場合でも、照射量が少ない場合には光メモリを発生しないで済むことが判明した。上述したように、反射型センサ１１の出力光の感光ドラム１表面における最大照射量は３．０μＪ／ｃｍ２以下にすることが望ましい。感光体照射強度が３．０μＪ／ｃｍ２の場合でも、反射型センサ１１の使用時に電荷輸送層１００３に到達する光を０．７５μＪ／ｃｍ２以下にすれば、光メモリに起因する出力画像の濃度ムラは発生しなかった。
【００９０】
すなわち、実験的に確認された光メモリの発生しない条件は、出力光の感光体照射強度を３．０μＪ／ｃｍ２以下である。そして、出力光に対する電荷生成層の吸収係数をαとし、電荷生成層の厚みをｘとするとき、ｅｘｐ（−αｘ）＜０．２５の関係を満たすようにα及びｘを設定することで光メモリが実用的なレベルに抑制される。
【００９１】
このような許容できる光量は、以下に説明するように、感光ドラム１の特性に応じて決定される値である。ここで、感光ドラム１の電荷生成層１００２の厚みをｘとし、吸収係数αとし、入射する反射型センサの出力光の感光体照射強度をＩ０とし、電荷生成層１００２を透過する出力光の強度をＩとする。このとき、波長λｂの出力光に対する電荷生成層１００２の透過率はＩ／Ｉ０である。電荷生成層を透過する光の光量に対して電荷輸送層で発生する電荷量Ｑ（Ｃ）は光半導体の光量と電荷の生成量の関係に比例関係があるため、電荷輸送層の係数をｋ（Ｃ・ｃｍ２／Ｊ）として１平方センチメートル辺りＱ＝ｋＩとなる。
【００９２】
また、生成される電荷量と電位Ｖ（Ｖ）の関係は静電容量をＣ（Ｆ）としてＶ＝１／Ｃ×Ｑで計算される。今、画像形成をして濃度ムラが発生する電位の変動量が１０Ｖであり、感光体の静電容量が１０〜１５μＦ、電荷輸送層の係数が１３０〜２００（Ｃ・ｃｍ２／Ｊ）であるため、許容できる電荷生成層を透過する光量Ｉは０．７５μＪ／ｃｍ２となる。
【００９３】
そして、次式の関係が満たされれば、光メモリに起因する出力画像の濃度ムラは発生しない。
Ｉ／Ｉ０＜０．７５／３．０（μＪ／ｃｍ２）＝０．２５  ・・（１）
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−αｘ）    ・・（２）
ｅｘｐ（−αｘ）＜０．２５  ・・（３）
【００９４】
このとき、感光ドラム１に入射する反射型センサの出力光の感光体照射強度Ｉ０は、市販の光電効果を利用した光量測定装置で測定可能である。
【００９５】
そして、Ｉ／Ｉ０＜０．２５は、画像形成装置１００において、感光ドラム１の特性や感光ドラム１の表面が反射型センサ１１を通過してから除電露光装置１０に到達するまでの時間に応じて決定されたしきい値である。
【００９６】
電荷生成層１００２の吸収係数αは、反射型センサ１１のＬＥＤ光源の出力光の波長λｂに対して、α０、β０を係数として次式のように計算される。
α＝α０ｅｘｐ（−β０λｂ）  ・・（４）
【００９７】
式（４）に示すように、反射型センサ１１の出力光の波長λｂが短いほど、感光ドラム１の電荷生成層１００２を透過して電荷輸送層１００３に到達する割合が小さくなる。式（３）中、係数α０、β０はガラス基板上に電荷生成層１００２を形成して実験的に求めることが可能である。また、感光ドラム１においては、α＝０．２／μｍ〜０．６／μｍ、α０＝２．３／μｍ〜７．５／μｍ、β０＝１．５×１０−３／ｎｍ〜３．５×１０−３／ｎｍである。
【００９８】
そして、反射型センサの出力光の波長を異ならせて、電荷生成層１００２の厚みと出力光の透過率との関係を調べた。
【００９９】
図１７に示すように、出力光の波長によって電荷生成層の透過率は異なる。電荷生成層１００２の厚み３μｍのところでの透過率は、波長λｂ＝６００ｎｍの場合にＩ／Ｉ０＝０．０８２、波長λｂ＝７００ｎｍの場合にＩ／Ｉ０＝０．２２３となり、Ｉ／Ｉ０＜０．２５の関係が満たされていた。
【０１００】
しかし、波長λｂ＝７５０ｎｍの場合にはＩ／Ｉ０＝０．３６８、波長λｂ＝８００ｎｍの場合にはＩ／Ｉ０＝０．６０６となり、Ｉ／Ｉ０＜０．２５の関係は満たされていなかった。つまり、Ｉ／Ｉ０＞０．２５の関係であった。
【０１０１】
そこで、実施例２の画像形成装置では、反射型センサ１１のＬＥＤ光源１１０１の波長は露光光の波長λａ＝６３０ｎｍよりも長いλｂ＝７００ｎｍとした。そして、ＬＥＤ光源１１０１の光量は０．３〜３．０μＪ／ｃｍ２の間で変更可能なものとした。
【０１０２】
そして、図１６を参照して説明したように、１３枚の連続パッチ画像形成を行って画像メモリに起因する出力画像の濃度ムラが現れるか否かを確認した。すなわち、感光ドラム１に中間階調（印字率５０％）のパッチ画像を形成して記録材Ｐに転写して定着させ、出力画像の反射濃度を測定した。通紙枚数が３枚目と４枚目の間で反射型センサ１１を点灯して作像を続け、８枚目と９枚の間に消灯した。その結果、反射型センサ１１のＬＥＤ光源１１０１の点灯の有無に係らず、濃度変化の少ない画像形成が可能となっていることが確認された。
【０１０３】
実施例２では、露光光よりも出力光の中心波長が大きいＬＥＤ光源を用いた場合でも、Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−αｘ）の関係を満たすように、電荷生成層１００２の透過光量を設定することで、光メモリに起因する出力画像の濃度ムラを回避できる。
【０１０４】
感光ドラム１を用いて感光ドラム１上のパッチ画像を反射型センサ１１で検出する場合、トナー量を正確に読み取るために反射型センサ１１の出力光の光量を大きくする場合がある。反射型センサ１１の出力光の光量は、そのときのＬＥＤ光源１１０１及び受光素子１１０２の特性のバラツキや経時変化に対応させて変更する場合がある。このような場合でも、Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−αｘ）の関係を満たすように、電荷生成層１００２の透過光量を設定することで、光メモリに起因する出力画像の濃度ムラを回避できる。
【０１０５】
感光ドラム１上のパッチ画像を反射型センサ１１で検出する時に最適化されていない波長λｂの過剰な出力光が電荷生成層１００２の下の電荷輸送層１００３まで到達すると、電荷輸送層１００３に過剰な電荷キャリア対が生成される。このような電荷キャリアは、厚い電荷輸送層１００３を通って表面層１００１に到達するため、表面層に到達するまでの時間が長くかかる。そのため、反射型センサ１１でパッチ画像を検出した時に発生した電荷キャリアが画像形成中に表面層１００１に到達して静電像の形を変化させて画像品位を損ねてしまう（露光ゴースト）。このような場合でも、Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−αｘ）の関係を満たすように、電荷生成層１００２の透過光量を設定することで、電荷輸送層１００３における電荷キャリア対の生成を過剰にならない範囲に抑制できる。
【０１０６】
ところで、静電像の形成に用いるレーザービームによる露光は、光束密度は高いが、スポット径が小さい上に、主走査されて画素の露光時間はごく短い。これに対して、反射型センサ１１による露光は、レーザービームに比較して光束密度は低いが、スポット径も画素の露光時間も桁違いに大きい。つまり、反射型センサ１１による露光は、レーザービームによる露光に比較して、電荷輸送層１００３に大量の電化キャリアを発生させる可能性が高く、露光が長く続くため、露光後に電荷移動を行う時間も短くなる。
【０１０７】
このため、実施例２の画像形成装置では、反射型センサ１１のＬＥＤ光源１１０１の波長は露光光の波長λａ＝６３０ｎｍよりも長いλｂ＝７００ｎｍとした。しかし、実際には、露光光の波長λａ＝６３０ｎｍと等しい波長や、露光光の波長λａ＝６３０ｎｍよりも短い波長域のＬＥＤ光源１１０１を採用することが望ましい。この場合も、センサの照射光に対する電荷発生層の吸収係数をα、電荷発生層の厚みをｘとしたとき、ｅｘｐ（−αｘ）＜０．２５の関係を満足することが望ましい。さらに、センサから感光体への照射光の強度は、３．０μＪ／ｃｍ２以下とすることがさらに望ましい。いずれの数値限定も、感光体に形成される光メモリを弱める方向に相乗的に効果を奏するからである。
【０１０８】
＜実施例３＞
実施例１、２では、図１に示されるモノクロの画像形成装置１００の感光ドラム１に対向させて反射型センサ１１を配置する実施形態を説明した。しかし、本発明は、複数色のトナー像を重ねてフルカラー画像を形成する画像形成装置にも利用できる。
【０１０９】
この場合も、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれのトナーについても反射型センサ１１の出力光として、スペクトルピークの中心波長が６００ｎｍのオレンジ光を用いることができる。
【０１１０】
特許文献２に示されるように、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックは、光の反射／吸収スペクトルが異なるため、各色で出力光の波長を異ならせることが望ましい。あるいは、すべての色のトナーに対して共通の反射／吸収特性を確保できる赤外光を用いることが望ましい。しかし、すべての色のトナーに対してスペクトルピークの中心波長が６００ｎｍのオレンジ光を用いても、トナー載り量に対する変換テーブルの変更だけで、十分な検出精度を確保できることが確認されている。オレンジ色に近いマゼンタ、イエローのトナーに対しても、感光ドラム上のトナー載り量に応じて反射光が変化することが確認されている。
【０１１１】
以上説明したように、実施例１、２によれば、感光ドラム１上のパッチ画像を反射型センサ１１で検出した際に、次の画像形成における静電像に悪影響を与えることが少なくなり、画像品位の低下を抑えることが可能となる。
【符号の説明】
【０１１２】
１  感光ドラム、１００１  表面層、１００２  電荷生成層、１００３  電荷輸送層、１００４  ドラム基体、１０１０  光導電層
２  コロナ帯電器、３  露光装置、４  電位センサ
５  現像装置、５０１  現像スリーブ、５０２  固定マグネット
６  レジストローラ、７  転写帯電器、８  分離帯電器、９  クリーニング装置
１０  除電露光装置、１３  定着装置
１１  反射型センサ、１１０１  ＬＥＤ光源、１１０２  受光素子
１００  画像形成装置
１０１  本体制御装置、１０４  操作部、１０５  反射型センサ制御装置
Ｐ  記録材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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