(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体表面を帯電装置によって帯電してから露光装置によって露光することにより静電潜像を形成する電子写真方式の画像形成装置において、前記露光装置と感光体表面との間に、露光によって前記感光体内に発生したキャリアに対して逆極性の鏡像を発生させ、鏡像からの静電力によりキャリアを拘束して、感光体の厚み方向に対して垂直な方向へのキャリアの拡散を抑制するために透明電極が前記感光体表面に近接あるいは接触するように設けられ、前記透明電極は、前記感光体の帯電極性と同極性とされ、
前記感光体の露光前の表面電位Ｖｐ（Ｖ）の絶対値をＡＢＳ（Ｖｐ）とし、感光体厚みをｔｐ（μｍ）、比誘電率をεｐ、透明電極と感光体表面との間の空隙をｔｇ（μｍ）とするとき、
ＡＢＳ（Ｖｐ）＜３１２＋６．２×（ｔｐ／εｐ＋ｔｇ）
であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
感光体表面を帯電装置によって帯電してから露光装置によって露光することにより静電潜像を形成する電子写真方式の画像形成装置において、前記露光装置と感光体表面との間に、露光によって前記感光体内に発生したキャリアに対して逆極性の鏡像を発生させ、鏡像からの静電力によりキャリアを拘束して、感光体の厚み方向に対して垂直な方向へのキャリアの拡散を抑制するために透明電極が前記感光体表面に近接あるいは接触するように設けられ、前記透明電極は、前記感光体の帯電極性と同極性とされ、
前記透明電極に印加される電圧Ｖｅ（Ｖ）の絶対値をＡＢＳ（Ｖｅ）とし、感光体厚みをｔｐ（μｍ）、比誘電率をεｐ、透明電極と感光体表面との間の空隙をｔｇ（μｍ）とするとき、
ＡＢＳ（Ｖｅ）＜３１２＋６．２×（ｔｐ／εｐ＋ｔｇ）
であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
感光体表面を帯電装置によって帯電してから露光装置によって露光することにより静電潜像を形成する電子写真方式の画像形成装置において、前記露光装置と感光体表面との間に、露光によって前記感光体内に発生したキャリアに対して逆極性の鏡像を発生させ、鏡像からの静電力によりキャリアを拘束して、感光体の厚み方向に対して垂直な方向へのキャリアの拡散を抑制するために透明電極が前記感光体表面に近接あるいは接触するように設けられ、前記透明電極は、前記感光体の帯電極性と同極性とされ、
前記透明電極に印加される電圧Ｖｅ（Ｖ）と感光体の露光前の表面電位Ｖｐ（Ｖ）の差の絶対値をＡＢＳ（Ｖｅ−Ｖｐ）とし、感光体厚みをｔｐ（μｍ）、比誘電率をεｐ、透明電極と感光体表面との間の空隙をｔｇ（μｍ）とするとき、
ＡＢＳ（Ｖｅ−Ｖｐ）＜３１２＋６．２×（ｔｐ／εｐ＋ｔｇ）
であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
感光体表面を帯電装置によって帯電してから露光装置によって露光することにより静電潜像を形成する電子写真方式の画像形成装置において、前記露光装置と感光体表面との間に、露光によって前記感光体内に発生したキャリアに対して逆極性の鏡像を発生させ、鏡像からの静電力によりキャリアを拘束して、感光体の厚み方向に対して垂直な方向へのキャリアの拡散を抑制するために透明電極が前記感光体表面に近接あるいは接触するように設けられ、前記透明電極は、前記感光体の帯電極性と同極性とされ、
前記透明電極に印加される電圧をＶｅ（Ｖ）、感光体の露光前の表面電位Ｖｐ（Ｖ）の絶対値をＡＢＳ（Ｖｐ）とするとき、
ＡＢＳ（Ｖｐ）≦６２４
Ｖｅ≒Ｖｐ／２
であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
感光体表面を帯電装置によって帯電してから露光装置によって露光することにより静電潜像を形成する電子写真方式の画像形成装置において、前記露光装置と感光体表面との間に、露光によって前記感光体内に発生したキャリアに対して逆極性の鏡像を発生させ、鏡像からの静電力によりキャリアを拘束して、感光体の厚み方向に対して垂直な方向へのキャリアの拡散を抑制するために透明電極が前記感光体表面に近接あるいは接触するように設けられ、前記透明電極は、前記感光体の帯電極性と同極性とされ、
前記透明電極と感光体表面との間の空隙をｔｇ（μｍ）、感光体厚みをｔｐ（μｍ）、比誘電率をεｐとするとき、
ｔｇ≦ｔｐ／εｐ
とされることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
透明電極と感光体との間に、導電性のスペーサが介装されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電された感光体表面の電荷が原稿像の露光により該原稿像に対応して除去あるいは残留されることによって静電潜像が形成される電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置では、図１０（ａ）に示すように、帯電装置によって感光体表面が帯電されて電荷が発生し、露光装置から原稿像の露光によって、同図（ｂ）に示すように感光体層１内のキャリア発生層（ＣＧＬ）に電荷とは逆極性のキャリアが発生し、同図（ｃ）に示すようにそのキャリアが感光体層１内のキャリア輸送層（ＣＴＬ）を表面に向かって移動し、同図（ｅ）に示すように帯電電荷を中和することによって静電潜像が形成される。なお、図中、２は導電性基材である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０（ｃ）で示すキャリアの感光体層表面への移動中に、隣接するキャリアが相互間の電界の作用によって水平方向に拡散してしまう。また、帯電電荷を中和した際に余剰になったキャリアも図１０（ｄ）に示すように相互間の電界の作用によって水平方向に拡散してしまう。
【０００４】
そのため、図１０（ｅ）に示すように、実際の露光幅に比べてキャリア拡散によって潜像の幅が広くなってしまい、解像度が低下するという問題がある。特に最近のように、１２００ｄｐｉや２４００ｄｐｉ程度まで高解像度化が進むと、光学系のＮ／Ａ（開口数）によって支配される感光体上の露光ビーム形状の影響とともに、上記のような拡散の影響が顕著になる。
【０００５】
本発明は、上記に鑑み、露光領域におけるキャリアの拡散を抑制して解像度を向上させることができる電子写真方式の画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による課題解決手段は、表面が帯電され露光によって静電潜像が形成される感光体の露光される部位に対応するように、透明電極が露光装置と感光体との間において感光体表面に近接あるいは接触するように設けられたものである。
【０００７】
電子写真方式の画像形成装置では、感光体表面側からの露光によって感光体内に発生したキャリアが感光体表面に向かって移動する際に、隣接するキャリア相互間の電界の作用による水平方向への拡散が起こったり、そのキャリアが帯電電荷を中和した際に残る余剰なキャリアの相互間の電界の作用による水平方向への拡散が起こる。しかしながら、上記の透明電極を設けることにより、感光体表面に存在するキャリアに対して透明電極内に逆極性の鏡像が発生し、また感光体内部にも逆極性の鏡像が発生する。すると、キャリアはこれらの鏡像から受ける合成静電力により拘束を受け、キャリアが水平方向へ拡散しようとする力が小さくなり、キャリアの拡散が抑制され、拡散による解像度低下を防止できる。
【０００８】
ここで、透明電極には、感光体の帯電極性と同極性になるように電圧が印加される。この透明電極によって、感光体に発生するキャリアは感光体厚み方向での移動が加速されるので、移動時に水平方向への拡散を抑制する効果が高まる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の画像形成装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、本画像形成装置は、反転現像法を用いた電子写真方式の画像形成装置であって、ドラム状の感光体の周囲に帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置、除電装置が配される。この画像形成装置の主要部の概略的構成を図１に示す。クリーニング装置によって残留トナーが除去された感光体３は、その表面が帯電装置４によって所定の負電圧Ｖｈに帯電される。露光装置による原稿像の露光によって感光体３表面の電荷を除去することにより静電潜像が形成される。静電潜像が現像装置５で現像されてトナー像が形成されることにより顕像化され、転写装置によってトナー像が記録紙に静電的に転写される。
【００１０】
そして、感光体３は、アルミニウムから成る円筒状の導電性基材２に、リーク電流防止等のための高抵抗を有する中間層６と感光体層１とが積層されて形成されている。基材２は、回転軸を介して回転自在に支持され、接地されている。
【００１１】
帯電装置４は、帯電ローラ７を用いており、回転自在な金属シャフト８を中心にして設けられた円筒状の導電性ローラ芯金９に、低抵抗を有する弾性体からなる抵抗層１０が積層されて形成されている。帯電ローラ７は、感光体３表面に帯電ニップＷ１で当接している。金属シャフト８には定電圧電源１１が接続され、所定の負電圧Ｖｈが印加されている。なお、帯電ローラ７の代わりに、感光体３表面に当接するように設けた導電性ブレードを用いてもよく、これらの帯電方法では、その当接部分近傍に形成された空間において放電が起こることよりオゾン発生が少なく、帯電の安定性にも優れている。
【００１２】
現像装置５は、トナーを担持する現像ローラ１２を有し、現像ローラ１２は金属シャフト１３を中心にして設けられた円筒状の導電性ローラ芯金１４に、低抵抗を有する弾性体からなる抵抗層１５が積層されて形成されている。現像ローラ１２は、感光体３表面に現像ニップＷ２で当接している。金属シャフト１３には定電圧電源１６が接続され、現像バイアスである所定の負電圧Ｖｂが印加されている。
【００１３】
また、感光体３は、周速ｖｐで回転駆動され、帯電ローラ７はこれに従動して反対方向に回転する。現像ローラ１２は、感光体３よりも速い周速ｖｄで反対方向に回転駆動される。なお、露光装置、転写装置、クリーニング装置、除電装置は図示していないが、公知のものを使用している。
【００１４】
そして、静電潜像が形成される感光体３の表面側に、透光性の導電体、例えばＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）からなる透明電極１７が設けられている。透明電極１７は、露光装置からの光を透過するものであり、露光装置によって露光される感光体３表面の領域に対応して配置され、図示しない支持体によって固定されている。また、透明電極１７の感光体３側には感光体３表面に摺接するスペーサ１８が取り付けられ、所定の空隙ｔｇ（μｍ）で安定的に保持されている。透明電極１７には、定電圧電源１９が接続され、露光によって感光体層１に発生するキャリアとは逆極性の電圧、すなわち帯電ローラ７に印加される電圧Ｖｈと同極性の負電圧Ｖｅが印加される。スペーサ１８は、導電性材料を用いることが好ましく、特に耐刷性および摩擦帯電防止のため感光体３との摺動面側に導電性フッ素樹脂を用いるとよい。なお、スペーサ１８を用いずに透明電極１７を直接感光体３表面に摺接させてもよい。
【００１５】
次に、電界の作用を理解し易くするため鏡像法を用いて、透明電極１７の作用を説明するが、静電力を考える場合、中間層６は導体と同一扱いになるので、基材２は中間層６を含むものとする。
【００１６】
図２は透明電極１７の作用を説明するための図であり、（ａ）は透明電極１７がない場合を示し、（ｂ）は透明電極１７がある場合を示す。透明電極１７のない状態およびある状態において、露光によって感光体層１に発生した正のキャリアの１つに注目すると、これに対向するキャリアＡ０の存在によってキャリア相互間の電界の作用による水平方向に拡散しようとする反発力Ｆが生じる。また、導電性基材２にはキャリアＡ０とは逆極性で負となる鏡像Ａ１が発生し、その吸引力Ｍの水平方向の成分である拘束力Ｒが発生する。
【００１７】
したがって、透明電極１７のない状態では、Ｆ−Ｒ＝Ｆ１の力が正のキャリアに作用する。一方、透明電極１７のある状態では、導電性基材２の鏡像Ａ１のほかに、透明電極１７にもキャリアＡ０に対する負の鏡像Ａ１’が発生する。この鏡像Ａ１’による吸引力Ｍ’の水平方向の成分である拘束力Ｒ’によって、透明電極１７のある状態では、Ｆ−Ｒ−Ｒ’＝Ｆ２（＜Ｆ１）となって、透明電極１７のない状態よりも拡散しようとする力が小さくなる。このようにして、キャリアの水平方向への拡散が抑制され、拡散による解像度低下を防止することができる。
【００１８】
なお、透明電極１７に電圧Ｖｅを印加せず、電気的にフローテング状態としてもよいけれど、電圧Ｖｅを印加しておくことにより透明電極１７によるキャリアの移動を加速する電界が追加されるので、露光によって発生した正のキャリアの水平方向への拡散をより効果的に抑制できる。
【００１９】
また、図３は透明電極１７と感光体３表面との空隙ｔｇを０、すなわち透明電極１７を感光体層１の表面に密着させた場合の透明電極１７の作用を説明するための図である。透明電極１７が感光体層１の表面に密着すると、透明電極１７の表面直下にはキャリアＡ０に対して逆極性で負となる１次の鏡像Ａ１’が発生する。キャリアＡ０の位置が感光体層１の表面直下であることより、キャリアＡ０による反発力Ｆと透明電極１７側の１次の鏡像Ａ１’による吸引力Ｍ’とは、方向が逆で大きさが等しく、互いに打ち消される。両者を対とした鏡像Ａ１，Ａ２’が導電性基材２に発生し、吸引力Ｍ１、反発力Ｍ２’を生じ、更に鏡像Ａ１，Ａ２’の対に対する鏡像Ａ２，Ａ３’が透明電極１７側に発生する。同様に更に高次の鏡像が続くが、何れの場合にも対となって互いの力を打ち消しあい、拡散する力が生じることはない。
【００２０】
ところで、透明電極１７のような帯電部材を感光体３表面に近接させると、両者の間で気中放電が発生して、感光体３の帯電電位が変動してしまう。そこで、この気中放電を防止するために以下のような各種条件が設定される。
【００２１】
すなわち、感光体３の露光前の表面電位Ｖｐ（Ｖ）の絶対値をＡＢＳ（Ｖｐ）とし、感光体層１の厚みをｔｐ（μｍ）、比誘電率をεｐ、透明電極１７と感光体３表面との間の空隙をｔｇ（μｍ）とするとき、ＡＢＳ（Ｖｐ）は、
ＡＢＳ（Ｖｐ）＜３１２＋６．２×（ｔｐ／εｐ＋ｔｇ）    （１）
に設定される。
【００２２】
また、透明電極１７に印加される電圧Ｖｅ（Ｖ）と表面電位Ｖｐ（Ｖ）との差の絶対値をＡＢＳ（Ｖｅ−Ｖｐ）とするとき、ＡＢＳ（Ｖｅ−Ｖｐ）は、
ＡＢＳ（Ｖｅ−Ｖｐ）＜３１２＋６．２×（ｔｐ／εｐ＋ｔｇ）    （２）
に設定される。
【００２３】
これは、導体間距離をｄ（μｍ）とするとき気中放電の開始電圧Ｖｔｈが、
Ｖｔｈ＝３１２＋６．２ｄ    （３）
で表されるパッシェンの実験式より得られるものである。上記式（１）および式（２）を満足することによって、露光前の感光体３表面と透明電極１７との間で気中放電が発生せず、気中放電による感光体３の帯電電位の変動を防止できる。例えば、ｔｇ＝６（μｍ）、ｔｐ＝２０（μｍ）、εｐ＝３、Ｖｐ＝−３００（Ｖ）、透明電極１７に印加される電圧Ｖｅ＝−３５０（Ｖ）とすると、Ｖｔｈ＝３９０（Ｖ）となり、露光前の表面電位（≒帯電電位）Ｖｐ＝−３００（Ｖ）とＶｅ＝−３５０（Ｖ）との差がＶｔｈより小さくなり、気中放電を防止できる。
【００２４】
同様に、透明電極１７に印加される電圧Ｖｅ（Ｖ）の絶対値をＡＢＳ（Ｖｅ）とするとき、ＡＢＳ（Ｖｅ）は、
ＡＢＳ（Ｖｅ）＜３１２＋６．２×（ｔｐ／εｐ＋ｔｇ）    （４）
に設定される。これによって、露光によって０（Ｖ）付近となった感光体３表面の部位と透明電極１７との間で気中放電が発生せず、気中放電による潜像電位の変動を防止できる。例えば、前述のようにｔｇ＝６（μｍ）、ｔｐ＝２０（μｍ）、εｐ＝３、Ｖｐ＝−３００（Ｖ）、Ｖｅ＝−３５０（Ｖ）とすると、Ｖｔｈ＝３９０（Ｖ）となり、露光後の表面電位Ｖｐの範囲の０〜−３００（Ｖ）とＶｅ＝−３５０（Ｖ）との差がＶｔｈより小さくなり、気中放電を防止できる。
【００２５】
さらに、ＡＢＳ（Ｖｐ）≦６２４    （５）
Ｖｅ≒Ｖｐ／２            （６）
に設定することによって、露光によって感光体３表面の電位Ｖｐが０（Ｖ）になるとすると、透明電極１７の電位は、未露光部位の電位と露光部位の電位との中間値となり、透明電極１７と未露光部位および露光部位との間において、ともに放電が生じることはなく、露光前の表面電位Ｖｐを高く設定できる。例えば、Ｖｅ＝−３００（Ｖ）とすると、Ｖｐ＝−６００（Ｖ）にできる。
【００２６】
図４〜図９に各種条件における試算結果を示す。試算条件は、表１に示すように、Ｘ＝±２５（μｍ）の範囲、すなわち露光幅が５０（μｍ）とし、感光体３の厚さ、すなわち感光体層１の厚さｔｐは２０（μｍ）であり、比誘電率εｐは３である。
【００２７】
また、図４、５は感光体３が帯電していない状態の場合、図６〜９は負の正規化電荷が帯電している状態の場合であり、正の電荷を配置したときに水平方向に正方向への静電力が生じる電界の向きを正としている。さらにまた、図４、６は感光体３と透明電極１７との距離が無限大、すなわち透明電極１７が設けられていない場合、図５、７は距離が０（μｍ）、すなわち透明電極１７が感光体３に密着して設けられている場合、図８、９は距離を可変した場合である。
【００２８】
【表１】
0003660540.tif 000002
図４、５には、露光幅５０μｍの左端の位置Ｘ＝０として、ＣＧＬ層で発生したキャリアによる電気力線の経路の一部（Ｘ＝０〜１０μｍ）を１μｍ刻みにプロットしたものを示す。図４に示すように透明電極１７がない従来例では、電気力線は露光領域と未露光領域との境界付近に集中し、この境界から未露光領域に大幅に広がってしまう。これに対して、透明電極１７を設けると、図５から明らかなように、透明電極１７による拘束力が発生するので、電気力線の経路は大幅に改善され、概ね所望の感光体厚み方向への電気力線となり、キャリアの拡散を意味する電気力線の未露光領域への拡がりが大幅に抑制されていることが理解でき、キャリアの水平方向への拡散が抑制されることになる。
【００２９】
図６〜８はキャリアが感光体３表面に到達した状態での感光体３直下の水平（Ｘ）方向の電界強度Ｅｘをプロットしたものである。図６は透明電極１７を設けない従来例の場合を示し、水平方向の電界Ｅｘは露光幅のエッジであるＸ＝±２５（μｍ）において最大となり、かつキャリアを拡散させる方向の分布であることがわかる。図７は透明電極１７を感光体３に密着させて配置した場合であり、上記作用で説明したように水平方向の電界Ｅｘは０となって、拡散する力は生じない。
【００３０】
また、図８、９に示すように、透明電極１７と感光体３表面との間の空隙ｔｇ（μｍ）が小さい程、水平（ｘ）方向の電界Ｅｘは小さくなっていき、その変極点は、感光体層１の厚みｔｐを感光体層１の比誘電率εｐで除した値、すなわち等価厚みの２０／３≒６．７μｍであることがわかる。したがって、空隙ｔｇは、
ｔｇ≦ｔｐ／εｐ    （７）
に設定することにより、感光体３表面に対して透明電極１７が等価厚みｔｐ／εｐよりも近づくか略等しい距離となり、露光によって発生したキャリアに対して透明電極１７に生じる鏡像の電界による拘束力の効果を確実にすることができる。また、空隙が小さくなるにつれて電界強度が低下し、鏡像による拘束力が強くなって、キャリアの拡散を抑制できる。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、露光によって発生するキャリアに対して透明電極の電界が作用することにより、キャリア相互間で発生する反発力に抗する拘束力が発生するので、キャリアの拡散が抑制される。そのため、感光体表面に形成される静電潜像の幅が実際の原稿像に応じた露光幅とほぼ同じとなり、解像度の低下を防止することができる。したがって、高解像度化が進んでも原稿像に応じた静電潜像を形成することが可能となり、良好な画質を実現可能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】本発明の電子写真方式の画像形成装置の主要部概略構成図
【図２】透明電極の作用を説明するための図であって、（ａ）は透明電極がない場合、（ｂ）は透明電極がある場合
【図３】透明電極が感光体表面に接触しているときの透明電極の作用を説明するための図
【図４】透明電極がない場合のキャリアによる電気力線の経路を示す図
【図５】透明電極がある場合のキャリアによる電気力線の経路を示す図
【図６】透明電極がない場合の電界強度分布を示す図
【図７】透明電極がある場合の電界強度分布を示す図
【図８】透明電極と感光体表面との空隙が変化した場合の電界強度分布を示す図
【図９】透明電極と感光体表面との空隙と電界強度との関係を示す図
【図１０】原稿像の露光によって静電潜像が形成される過程を示す図
【符号の説明】
１    感光体層
２    導電性基材
３    感光体
６    中間層
７    帯電ローラ
１２    現像ローラ
１７    透明電極
１８    スペーサ
【図１】
0003660540.tif 000003
【図２】
0003660540.tif 000004
【図３】
0003660540.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003660540.tif 000009
【図８】
0003660540.tif 000010
【図９】
0003660540.tif 000011
【図１０】
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