(57)【要約】【課題】放電生成物の発生を抑え、また除電装置の低コスト化が可能となる光誘起帯電方式を採用しながらも、電極と像担持回転体間に高い電位差を必要としない画像形成装置を提案する。【解決手段】光導電性を有する像担持回転体の表面にトナー層を形成するトナー供給手段と、トナー層が形成された像担持回転体に光照射を行い静電潜像パターンを形成する書き込み手段と、光照射領域で像担持回転体上面に対向して配置された対向電極とを少なくとも備え、前記像担持回転体を除電しその表面上にトナー層を形成後、前記対向電極にバイアスを印加した状態で前記書き込み手段により表面に画像信号に応じた強度の光を照射してトナー粒子の静電付着力を制御することで静電潜像を形成する。【選択図】図２
2011008226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導電性を有する像担持回転体と、該像担持回転体の周回方向に順に配設された除電手段と、前記像担持回転体の表面に厚さ均一に且つ全幅にわたりトナー層を形成するトナー供給手段と、前記トナー層が形成された像担持回転体に光照射領域で光照射を行い静電潜像パターンを形成する静電潜像パターン書き込み手段と、光照射領域で前記像担持回転体上面に対向して配置された対向電極とを少なくとも備え、
前記除電手段により前記像担持回転体表面を除電し、前記トナー供給手段により前記像担持回転体の表面上に前記トナー層を形成後、前記対向電極にバイアスを印加した状態で前記静電潜像パターン書き込み手段により表面に画像信号に応じた強度の光を照射してトナー粒子の静電付着力を制御することで静電潜像を形成する制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記対向電極は、透明電極部材で構成され、前記対向電極にバイアス印加すると同時に前記静電潜像パターン書き込み手段により前記対向電極を介してトナー層の上面から露光することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記像担持回転体が透明電極基体とその外周面上に形成された感光体層から構成され、前記静電潜像パターン書き込み手段は、前記透明電極基体の内方側から前記感光体層に露光する位置に配置され、前記対向電極は、導電性の基体の前記像担持回転体に対向する面に反射率が低い被膜が形成されて成る、ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
逆現像トナー担持体をさらに備え、前記像担持回転体に形成されたトナー層の領域のうち、静電潜像パターン書き込み手段により露光された領域に存在するトナー粒子を、前記逆現像トナー担持体上に静電吸引力により剥離させることで前記像担持回転体上にトナー顕像を現像することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像担持回転体に形成されたトナー層の領域のうち、前記静電潜像パターン書き込み手段により露光された領域に存在するトナー粒子を、前記像担持回転体に対向あるいは接触する転写像担持回転体上または転写用紙上に静電吸引力により転写してトナー顕像を現像することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像担持回転体上または前記転写像担持回転体に現像された後に転写用紙上に転写された前記トナー顕像を、あるいは、転写用紙上に直接に現像された前記トナー顕像を、定着処理する定着手段を更に備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記静電潜像パターン書き込み手段から照射される光は、前記トナーの光吸収が相対的に小さい波長領域の光であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記トナーは、初期状態において透明であり、かつ所定の温度以上で発色する感熱性トナーであることを特徴とする請求項１又は７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記所定の温度が定着温度以下であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記対向電極に印加するバイアスを、前記トナーの重量あたりの帯電量に基づいて決定することを特徴とする請求項１、７、８又は９に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、画像形成装置に関し、詳しくは感光体への静電付着力の制御によりトナー粒子の動きを操作して、トナー画像を形成する画像形成技術を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方法による画像形成装置においては、像担持体である感光体表面を一様に帯電し、画像露光を行って感光体表面に原稿画像に対応する静電潜像を形成し、この静電潜像を現像して得られるトナー画像を転写することによって画像形成が行われる。このような画像形成方法において、一般に感光体表面の帯電は、コロナ放電によって行われている。このコロナ放電などによる帯電では、放電生成物の発生という環境汚染上の問題がある。
そのような問題に対処するものとして、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示された技術などがあり、感光体表面に表面が高抵抗のローラを接触させて電荷を注入することで帯電させる方式により放電を防止する技術が考案されている。さらに、特許文献４や、特許文献５では、感光体表面に表面が高抵抗のローラを接触させて電荷を注入し、これと同時に露光するようにした技術が考案されている。
しかし潜像形成に必要になる高い帯電電位は、トナーに強い静電付着力をもたらし、転写プロセスにおいて未転写トナーを残したり、次の露光に備えた除電プロセスが大掛かりになるという点で問題があることには変わりはない。
【０００３】
そのような問題に対して、像担持回転体に対向する電極を設け、電極と像担持回転体間にバイアスを印加することで発生する変位電流により電荷を誘起し、露光を行い潜像形成を行う、いわゆる光誘起帯電方式による画像形成技術が特許文献６等に開示されている。
この特許文献６に開示の露光・帯電方法では、感光体表面に対して高電圧でコロナ放電により帯電させ、強い光画像露光を行うため、高電圧、大電力を必要とし、またコロナ放電によりオゾン、ＮＯｘ、硝酸化合物などの放電生成物が発生し、画像形成装置や人体に悪影響を与え環境上大きな問題となっている点を解消すべく、電子写真法による画像形成方法において、感光体に対して、導電層から成る電極を対向配置させると共に、該電極と感光体との間に電圧を印加した状態で該電圧印加領域に画像情報を有した光照射を行い、帯電工程と露光工程とを一体化させて前記感光体表面に画像情報を有した静電潜像を付与することにより、低電圧、低消費電力化、感光体の高耐久化を図ることができ、オゾン、ＮＯｘ、硝酸化合物などの放電生成物を発生させず、放電を起こさず、感光体と電極間に電圧を印加した状態で光照射を行う光誘起電界法により感光体内部に発生する光生成キャリアの電荷移動による感光体表面に帯電を行うオゾンレス非接触光誘起電界帯電方法、及びその方法により環境に優しい装置を提供できるとしている。
【０００４】
上記既知の光誘起帯電方式では、形成された潜像がバイアス印加領域を外れると、潜像電位の相対分布がほぼ維持されたまま、先にバイアス印加により誘起された電荷の分が除電されるという特徴がある。従って、除電プロセスにおいては、潜像形成時に発生した電荷を消去するのみでよいので、従来よりも低コストで除電装置を構成することができる。しかし、電極と像担持回転体間には高い電位差が必要になる難点を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、コロナ放電による帯電装置に見られるような放電生成物の発生を抑え、また除電装置の低コスト化が可能となる光誘起帯電方式を採用しながらも、電極と像担持回転体間に高い電位差を必要としない改良された画像形成装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光導電性を有する像担持回転体と、該像担持回転体の周回方向に順に配設された除電手段と、前記像担持回転体の表面に厚さ均一に且つ全幅にわたりトナー層を形成するトナー供給手段と、前記トナー層が形成された像担持回転体に光照射領域で光照射を行い静電潜像パターンを形成する静電潜像パターン書き込み手段と、光照射領域で前記像担持回転体上面に対向して配置された対向電極とを少なくとも備え、前記除電手段により前記像担持回転体表面を除電し、前記トナー供給手段により前記像担持回転体の表面上に前記トナー層を形成後、前記対向電極にバイアスを印加した状態で前記静電潜像パターン書き込み手段により表面に画像信号に応じた強度の光を照射してトナー粒子の静電付着力を制御する制御手段を備えたことで静電潜像を形成することを特徴とする。
この画像形成装置においては、無帯電状態の像担持回転体上全体に帯電したトナー粒子をソリッド画像として担持させトナー層を形成したのち、対向電極にバイアスを印加し、電荷を誘起した状態で画像に対応した光を照射し潜像パターン書き込む。露光した潜像形成領域が対向電極のバイアス領域から離れると誘起した電荷は変位電流で放電して元に戻り、トナー層には潜像が残る。この発明によれば、トナー粒子がもつ帯電電荷により像担持回転体が帯電して対向電極との電位差を減じ、またトナー粒子が絶縁層として機能するために、像担持回転体と対向電極の間の放電が抑制でき汚染物質の発生を効果的に防止できるようになる。また、コロナ放電や接触帯電などの帯電装置が不要になるほか、除電装置が簡略化できる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記対向電極は、透明電極部材で構成され、前記対向電極にバイアス印加すると同時に前記静電潜像パターン書き込み手段により前記対向電極を介してトナー層の上面から露光することを特徴とする。このように、対向電極として透明な電極を使用することで、画像形成において、像担持回転体上に形成されたトナー層へのバイアス印加と同時に、印加領域のトナー層に対して層上面からの露光が可能となり設計自由度が増すし露光精度も向上する。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記像担持回転体が透明電極基体とその外周面上に形成された感光体層から構成され、前記静電潜像パターン書き込み手段は、前記透明電極基体の内方側から前記感光体層に露光する位置に配置され、前記対向電極は、導電性の基体の前記像担持回転体に対向する面に反射率が低い被膜が形成されて成る、ことを特徴とする。装置の小形化に繋がる。
請求項３記載の画像形成装置においては、背面露光とすることでトナー層による光の減衰を考慮する必要が無くなる。この時、対向電極の像担持回転体に面した側に反射防止膜を施すことで、トナー粒子の内部やトナー粒子間の隙間を通過して発生した散乱光が対向電極に反射することによる迷光を抑制することができる。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置において、逆現像トナー担持体をさらに備え、前記像担持回転体に形成されたトナー層の領域のうち、静電潜像パターン書き込み手段により露光された領域に存在するトナー粒子を、前記逆現像トナー担持体上に静電吸引力により剥離させることで前記像担持回転体上にトナー顕像を現像することを特徴とする。逆現像トナー担持体を設けたことで露光された領域のトナーを非画像部とするポジ現像が行える。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記像担持回転体に形成されたトナー層の領域のうち、前記静電潜像パターン書き込み手段により露光された領域に存在するトナー粒子を、前記像担持回転体に対向あるいは接触する転写像担持回転体上または転写用紙上に静電吸引力により転写してトナー顕像を現像することを特徴とする。露光された領域のトナーを画像部とするネガ現像が可能で、逆現像ローラが不要なことで装置が簡略化される。
また、請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の画像形成装置において、前記像担持回転体上または前記転写像担持回転体に現像された後に転写用紙上に転写された前記トナー顕像を、あるいは、転写用紙上に直接に現像された前記トナー顕像を、定着処理する定着手段を更に備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記静電潜像パターン書き込み手段から照射される光は、前記トナーの光吸収が相対的に小さい波長領域の光であることを特徴とする。
請求項７に記載の画像形成装置においては、トナーの光吸収が相対的に小さい波長領域の光を用いて露光するので、光が像担持回転体の表面に形成されたトナー層を透過して像担持回転体に到達し、潜像が形成される。
また、請求項８に記載の発明は、請求項１又は７に記載の画像形成装置において、前記トナーは、初期状態において透明であり、かつ所定の温度以上で発色する感熱性トナーであることを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の画像形成装置において、前記所定の温度が定着温度以下であることを特徴とする。
請求項８及び９に記載の画像形成装置においては、感熱性トナーを用いて潜像形成して定着時に発色させるので、光吸収率が高い色のトナーを用いた画像形成が可能となる。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１、７、８又は９に記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記対向電極に印加するバイアスを、前記トナーの重量あたりの帯電量に基づいて決定することを特徴とする。
請求項１０に記載の画像形成装置においては、トナーの帯電電位のみで像担持回転体表面をバイアスすることができる場合には、制御を簡略化することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、像担持回転体と対向電極の間の放電が抑制でき汚染物質の発生を防止できる。また、帯電装置が不要になり、除電装置を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した第１実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】同じ画像形成装置のトナー画像形成処理主要部の構成例を模式的に示した拡大断面図である。
【図３】像担持回転体の初期電位分布を示す模式説明図である。
【図４】像担持回転体のバイアス時の電位を示す模式説明図である。
【図５】トナー層形成後の像担持回転体の電位分布を示す模式説明図である。
【図６】対向電極によるバイアス時の像担持回転体の電位分布を示す模式説明図である。
【図７】像担持回転体の電位分布と露光位置の関係を示す模式説明図である。
【図８】バイアス印加中の潜像形成後の潜像電位分布を示す模式説明図である。
【図９】バイアス解除後の潜像電位分布を示す模式説明図である。
【図１０】潜像電位分布と逆現像バイアスの関係を示す模式説明図である。
【図１１】逆現像時に像担持回転体から逆現像トナー担持体に移動するトナーを表す模式説明図である。
【図１２】現像後の潜像電位分布（トナー分布）と転写バイアスの関係を示す模式説明図である。
【図１３】トナーの転写後の様子を示す模式説明図である。
【図１４】本発明による第２実施形態の画像形成装置要部の概略構成図である。
【図１５】潜像電位分布と転写バイアスの関係を示す模式説明図である。
【図１６】転写時に像担持回転体から転写トナー像担持回転体に移動するトナーを表す模式説明図である。
【図１７】本発明による第３実施形態画像形成装置要部の概略構成図である。
【図１８】本発明による第４実施形態画像形成装置要部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
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。
図１は、本発明を適用した第一の実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。図２は同じ画像形成装置の（未定着）トナー画像形成処理に主として関わる主要部（以下、画像形成部１２０と言う）の構成例を模式的に示した拡大断面図である。図１に示されているように、画像形成装置は像担持回転体（感光体ドラム）を含み構成されたモノクロ画像用の画像形成部１２０を備え、画像情報に対応した潜像を像担持回転体に光書き込みをして現像してトナー顕像を得た後に、転写紙の表面に転写し、転写画像を定着して画像形成を行うことが可能な複写機である。ただし、図１では、画像形成部１２０は、単にブロックとして示し詳細構成は省略してある（詳細構成については図２を参照）。なお、本発明は、画像形成装置として、上述した複写機のみでなくプリンタやファクシミリ装置あるいは複合機（ＭＦＰ）を対象として実施することも可能である。
【００１３】
まず、本実施形態に係る複写機全体の構成の概略について説明する。図１の概略構成図に示すように、この複写機は、複写機本体１００と、この複写機本体１００を載置する給紙テーブル２００と、その複写機本体１００上に取り付けるスキャナ３００と、このスキャナ３００の上部に取り付けられる原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）４００とから構成されている。複写機本体１００の略中央部分には後で詳述する画像形成部１２０が配置され、その下流には定着装置２５が配設されている。画像形成部１２０以外は一般的な構成になっている。なお、装置各部を制御する制御手段として制御部１６０が備わっている（構成は周知であり本明細書では特には説明しない）。制御部１６０は、実際には、複数の制御用機能部が適宜に分散配置されている。
画像形成装置では、周知のように、スキャナ３００によって読取られた画像情報、あるいは外部のクライアント装置から送信される画像情報に基づいて画像形成が行われる。すなわち、コピー動作の場合は、ユーザは、まず、原稿自動搬送装置４００の原稿台１３０上に原稿をセットするか、あるいは原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じる。
【００１４】
続いて、スタートスイッチ（不図示）を押し、コピー開始命令が入力されると、画像形成部・給紙搬送経路等にある各ローラが既定のタイミングで回転し始める。原稿自動搬送装置４００に原稿をセットした時は、原稿が搬送されてコンタクトガラス３２上へと移動された後で、一方、コンタクトガラス３２上に原稿をセットした時は直ちに、スキャナ３００が駆動し、第１走行体３３及び第２走行体３４が走行する。このとき、第１走行体３３により、光源からの光が照射されるとともに原稿面からの反射光を第２走行体３４におけるミラーで反射し、結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６で受光されて原稿（画像）が読み取られ、画像情報に変換される。そして、画像情報は、画像形成部１２０にそれぞれ伝達され、画像形成部１２０において、対応する潜像形成とその顕像化画像（未定着トナー画像）が形成される（詳細は後述）。このトナー画像は記録媒体としての転写用紙Ｐに転写された後、定着装置２５で定着されて最終的なコピーが得られる。
印刷動作の場合は、外部のクライアント装置から印刷すべき文字情報および／または画像情報を含んだ印刷指令が受信され、画像情報はそのまま文字情報は、画像情報に変換して画像形成部１２０により、対応する潜像形成とその顕像化画像（未定着トナー画像）が形成される。このトナー画像は転写用紙Ｐに、転写定着されて最終的な画像形成（印刷）が為されることになる。
【００１５】
画像形成のための各部の構成と画像形成動作について詳しく説明する。図２に示すように画像形成部１２０は、像担持回転体として円筒状の金属基体の外周筒面上に光導電性の層が形成されている等周速で回転する感光体１０１を備えている。この感光体１０１を中心に、周囲にはその円筒側面に沿って感光体の回転方向に、トナー供給手段１０２、静電潜像パターン書き込み手段（以下、単に書き込み手段）１０３、逆現像トナー担持体１０４、トナー転写像担持体１０５、除電手段１０７、（感光体用）クリーニング手段１０８がこの順序で配置されている。
感光体１０１外周表面上で書き込み手段１０３による露光領域（周方向における露光位置）に対向して、僅かに離間してその上面に、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）などの材料で構成される透明な対向電極１０９が設けられている。また、逆現像トナー担持体１０４の下流には、中間転写手段としてトナー転写像担持体１０５が、感光体１０１と接して不図示の支持ローラに支持されて張設されており、表面が導電性のローラである転写ローラ１０６がトナー転写像担持体１０５を挟さんで感光体１０１に対向する位置に配置されて一次転写部を構成している。
【００１６】
逆現像トナー担持体１０４は、円筒状の電導性基体上に絶縁性の層を形成したローラであり、トナー層を挟んで感光体１０１に当接して軸支されて等周速で回転する。トナー転写像担持体（中間転写手段）１０５は、高抵抗の無端ベルト（全体は不図示）であり、感光体１０１からトナー像が一次転写される。なお、図２ではトナー転写像担持体１０５から転写用紙Ｐ上にトナー像を（二次）転写する転写手段については省略してある。転写用紙Ｐ上に転写されたトナー像は、用紙搬送方向下流の定着手段としての定着装置２５（図１参照）により固定する。
本実施形態の画像形成部１２０では、感光体１０１はその回転過程において、除電手段１０７による除電（一様帯電）処理後、トナー供給手段１０２から供給されるトナー（像形成物質）により、その表面に厚さ均一に且つ全幅にわたりトナー層が形成される。その後、対向電極１０９が配置された光照射領域において、対向電極１０９にバイアスを印加した状態で、書き込み手段）１０３による画像情報に応じた光書き込みによって感光体１０１の光導電層に静電潜像が形成される。そして、静電潜像が可視像処理されてトナー像が顕像化される（トナー像形成）。
画像形成部１２０は本発明に属する狭義の画像形成装置で顕像化された未定着トナー像を形成するための関連各部を含めた総体を指す。更に定着手段を加えることで定着画像が得られる画像形成装置（画像形成ユニット）が構成され、これを搭載することで、複写機やファクシミリ装置や複合機等の各種の最終商品としての画像形成装置とすることができ、これらも本発明に含まれる。
【００１７】
以下では、画像形成部１２０における画像形成動作を、トナーおよび像担持回転体が負帯電型の場合について、図２および像担持回転体表面の電位分布等を模式的に表した図３〜図１１を用いて詳細に説明する。ただし、各図において電位分布を示す線の紙面左右方向は主走査方向であり、また、負の電位上昇が上方向となるように描いている。
図３において感光体１０１は、除電手段１０７により予め表面の電荷が除去され、感光体の特性等に依存する残留電荷を除けばほぼ無帯電状態となっている（電位Ｐ１）。すなわち、従来方法の画像形成方法において、帯電している感光体１０１の電荷が除去され、画像部の潜像が形成される以前の状態と同様の状態になっている。
感光体１０１上にトナー供給手段１０２によりトナー層が形成される。トナー供給手段１０２としては、現像剤担持体１１２が感光体１０１表面にトナーを供給する、従来の電子写真方式装置における公知の磁気ブラシ方式の現像装置を転用することが出来る。あるいは、トナークラウド方式の現像装置を転用することも出来る。
本実施形態ではトナー供給手段１０２内部でトナーＴは摩擦帯電により負電荷に帯電されて、この−極性トナーが図４に示すように現像剤担持体１１２に供給される。ここでは、現像剤担持体１１２（電位Ｐ１２）へは、感光体１０１の表面電位よりも負の方向に高いバイアスＶSを印加している。
【００１８】
現像剤担持体１１２に担持された−極性トナーは電位勾配に従って感光体１０１上に移動し、感光体１０１上には全周面にわたり従来の画像形成装置におけるソリッド画像と同等のトナー層が均一に形成される。すなわち、図５に示すように、負電荷を帯びたトナーＴにより感光体１０１の表面が負に弱帯電し、感光体１０１の電位（Ｐ１）は、トナーの帯電量と感光体（像担持回転体）１０１の静電容量（または誘電率）応じて負に高い電位（ＶTC）となる。トナー粒子の持つ電荷と像担持回転体に生じる鏡像電荷に働く静電引力とファンデルワールス力による付着力で、感光体１０１表面にトナー層が形成される。
トナー供給手段１０２の下流の露光領域（感光体１０１の外周表面周方向における露光位置）には、既述した書き込み露光が可能に配設されており、また既述したように、露光領域の上面には透明な対向電極１０９が設けられている。書き込み手段１０３としては、従来技術におけるレーザーを光源とする走査光学系による書き込み手段、または個別点灯可能なＬＥＤアレイを用いた書き込み手段を用いることができる。図２ではＬＥＤアレイを用いた場合について図示している。
露光領域の状態を示した図６において、対向電極１０９（電位Ｐ９）には、使用する感光体１０１表面の電位Ｐ１が潜像形成に必要な帯電電位ＶCまでΔＶPだけ上昇するようにＶTCよりも負に高いバイアスＶQを印加する。
【００１９】
続いて、図７に示すように、対向電極１０９（電位Ｐ９）にバイアスＶQを印加した状態のままで、トナー層が積層された感光体１０１表面（電位Ｐ１）に、書き込み手段１０３により、露光書き込みする。すなわち、画像データに応じて主走査方向所定位置にデータ対応した強度の光が照射される（図７中でＢは露光領域を示している）。このとき、書き込み手段１０３に用いる光源の波長とトナーの光吸収域の関係や、トナー径、トナー粒子配置、および透明な対向電極１０９での反射・吸収、等による光減衰を考慮して、静電潜像が形成されるのに十分な光強度に設定する必要がある。したがって黒色トナーや、赤色域の光源を用いた場合のシアントナーの場合には光強度を大きくすれば良い。
上記露光によって、トナー粒子の内部またはトナー粒子の隙間を通過した光は、図８に示すように感光体１０１の表面に到達し、これにより感光体１０１表面の露光された領域Ｂでは表面電位が正の方に変化した静電潜像が形成される。この時、トナー層は直下に静電潜像が形成されていて、いわば“トナー潜像”の状態となっている。
【００２０】
対向電極１０９と感光体１０１の間は空気層であり、電位の上昇ΔＶP＝ＶQ−ＶTCは、コロナ帯電のような真電荷の注入によるものではなく、変位電流が流れたことによる電荷の誘起によるものである。従って、図９に示すように、感光体１０１上のトナーが、対向電極１０９によるバイアス領域から離れると、ほぼ静電潜像としての電位分布状態を維持したまま、感光体１０１の電位（Ｐ１）が全体としてΔＶPだけ低くなり静電潜像が残る。
本実施形態の場合、感光体１０１と対向電極１０９の電位差は、無帯電状態から帯電電位ＶCに設定する場合に比べ、トナーによる帯電電位ＶTCが上乗せされた分小さくなる。また、トナー層が絶縁層として機能するため、パッシェン則に従う放電開始電圧に対し余裕が大きくなる。従って、感光体１０１と対向電極１０９間の放電抑止には有利になり、放電とこれによる汚染物質の発生を効果的に防止できる。
【００２１】
続いて、顕像化過程について説明する。図１０において、逆現像トナー担持体１０４（電位Ｐ４）は、円筒状の電導性基体上に絶縁性の層を形成したローラであり、バイアスＶIEが印加されトナー層を挟んで感光体１０１に当接して等周速で回転している。逆現像トナー担持体（逆現像ローラ）１０４に印加するバイアスＶIEとしては、感光体１０１に形成された表面電位分布の最大値と最小値の範囲にある電位から適宜選択して設定する。
感光体１０１の回転により、図１１に示すように逆現像トナー担持体１０４表面との接触領域へと搬送されたトナー潜像は、非露光領域Ｄのトナー粒子ＴDが非画像部として離脱して逆現像トナー担持体１０４表面に移動する。その結果、像担持回転体上の露光領域Ｂ上の位置の露光されたトナーＴBが画像部として残留することで、トナー顕像が現像される。このトナー顕像は、従来の方式の場合に得られるのと同等のもので、トナー転写像担持体１０５を介して適切な転写用紙Ｐへと転写され定着されることになる。逆現像トナー担持体１０４には、表面からトナーを剥離するクリーニング手段１１８が設けられていて（図２参照）、現像後は、次の現像サイクルに備えて画像形成には不要となった残トナーを除去する。
【００２２】
トナー顕像の転写過程について説明する。既に述べたように、感光体１０１に当接して、配置高抵抗の無端ベルトであるトナー転写像担持体１０５が張設されており、表面が導電性のローラである転写ローラ１０６はトナー転写像担持体１０５をはさんで感光体１０１に対向する位置に配置されて一次転写部を構成している。この転写ローラ１０６における印加バイアスは、図１２に示されているように、従来の画像形成装置における場合と同様に、像担持回転体における露光領域Ｂ（画像部）の表面電位Ｐ１よりも正の方向にシフトした電位ＶTRに設定してある。その結果、図１３に示すように、感光体１０１の回転によりトナー転写像担持体１０５の表面に到達したトナー潜像は、露光されていない領域のトナー粒子ＴDが電位勾配に従って離脱してトナー転写像担持体１０５の表面にはトナー顕像が現像と同時に転写される（顕像化）。各図では明示されないが書き込み光の強度を制御することにより階調付きで顕像化が可能である。
以降は、従来の画像形成過程と同様に、除電手段１０７により感光体１０１表面を除電し、クリーニング手段１０８により残留トナーを除去する。また、図示していない二次転写部における、トナー転写像担持体１０５から転写用紙Ｐ上への転写プロセスが実行される。
トナー顕像が形成されるのに合わせて、下部の給紙テーブル２００において、給紙ローラ１４２のうちの１つを選択的に回転させ、ペーパーバンク１４３に多段に備える給紙カセット（トレイ）から転写用紙Ｐの給紙が開始される。給紙カセット１４４の１つから転写用紙Ｐを繰り出し、分離ローラ１４５で１枚ずつ分離して給紙路１４６に送出す。そして、搬送ローラ１４７で搬送して複写機本体１００内の給紙路に導き、搬送ローラ１４８を経由してレジストローラ１４９に突き当てて止める。
【００２３】
その後、レジストローラ１４９は、上述のようにしてトナー転写像担持体１０５上に形成されたトナー顕像が２次転写部に搬送されるタイミングに合わせて回転を開始し、二次転写部に搬送された転写用紙Ｐ上へトナー転写像担持体１０５からトナー顕像が転写され、定着装置２５へと搬送される。なお、レジストローラ１４９は、一般には接地されて使用されるが、転写用紙Ｐの紙粉除去のためにバイアスが印加された状態で使用されてもよい。
本実施形態における定着装置２５は、熱源を有する定着ローラ２７ａ、２７ｂを備え、図示しない定着モータおよび機構により、転写用紙Ｐを搬送する方向に回転する。定着ローラ７ａ、７ｂは共に同じ構造をしている。すなわち、ヒータを内蔵する芯金上にシリコーンゴムあるいはフッ素ゴム等の弾性層を有し、その表面にフッ素樹脂の離型性コート層を施して、ローラ硬度は共に等しく、その値は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｋ６３０１）による測定でＪＩＳ−Ａ硬度で２５〜５０Ｈｓの範囲に設定される。定着装置２５における定着プロセスを経ることにより、最終的に転写用紙Ｐ上に定着固定された所望のトナー像が形成される。定着装置２５を通過した転写用紙Ｐは排出ローラ５６により排紙トレイ５７に排出されスタックされる。
【００２４】
［第２実施形態］
図１４は本発明を適用した第２実施形態の複写機における主要部である、画像形成部１２０Ｂの構成を示す図である。図１４では、感光体１０１を中心に周囲には、先の図２の場合同等なトナー供給手段１０２、書き込み手段１０３、トナー転写像担持体１０５、除電手段１０７、クリーニング手段１０８がこの順序で配置されている。図１４においては、書き込み手段１０３として走査レーザー光学系を用いた場合を示しているが、ＬＥＤアレイを用いた場合でも同様である。すなわち、画像形成部１２０Ｂは前述の第１実施形態における構成から、逆現像トナー担持体１０４を除いた構成となっている。
複写機を構成しているその他の部分は第１実施形態と同一であり（図１参照）、説明は省略する。感光体１０１へのトナー潜像形成までは第１実施形態で説明したプロセスと略同一のプロセスを経てなされる（詳細は繰り返さない）。形成されたトナー潜像はトナー転写像担持体１０５の一次転写部へと搬送される。
【００２５】
図１５に模式図で示すように、一次転写部を構成している転写ローラ１０６には、感光体１０１に形成された表面電位分布の最大値と最小値の範囲内にある電位から適宜選択したバイアスＶTRが設定されており、その電位はＰ６になっている。感光体１０１の回転によりトナー転写像担持体１０５の表面に到達したトナー潜像は、露光されていない領域のトナー粒子ＴDが電位勾配に従って離脱してトナー転写像担持体１０５の表面上に移動する。
以上の過程を経て、図１６に示すように、トナー転写像担持体１０５の表面には、トナー顕像が現像と同時に転写される（顕像化）。その後は第１実施形態同様に、従来どおりのトナー転写像担持体１０５から転写用紙Ｐ上への転写プロセスと、定着プロセスを経ることにより、転写用紙Ｐ上に定着固定されたトナー像が形成され排出される。また、既述したと同様に、除電手段１０７により感光体１０１表面を除電し、クリーニング手段１０８により残留トナーが除去される。
【００２６】
［第３実施形態］
図１７は第３実施形態の主要部、画像形成部１２０Ｃの構成を示す概略構成図であり、図示のように感光体１０１は、円筒状の透明電極基体１０１ｂの外周筒面上に感光体層を形成した構造とし、且つ、書き込み手段１０３をＬＥＤアレイにより構成し、感光体１０１の基体側（ローラ内側）に配置したいわゆる背面露光方式を採用している。
一般に背面露光方式の場合は、書き込み手段１０３の光が、感光体（像担持回転体）１およびトナー層を貫通すると光は散乱し、もし対向電極１０９表面で反射すると、迷光となって所望の精度で静電潜像が得られなくなるおそれがある。そのため、本実施形態における対向電極１０９は、感光体１０１と対向する側が低反射率の被膜で覆われた電極としてある。低反射率の被膜としては、金属酸化膜や導電性塗料を用いることができる。このように対向電極１０９表面に反射防止用の被膜を設けることで、迷光を防止することができるようになる。
【００２７】
その他の構成は第２実施形態と同等の構成となっており（同一部分に同一符号を付してある）、既述した説明は繰り返さない。書き込み手段１０３が背面から露光（書き込み）を行うようにしている点を除き、画像形成の実質的なプロセス自体は、第２実施形態の場合と全く同様である。この第３実施形態では、既述した効果を奏するのは勿論であるが、特に、感光体１０１の感光体層へは背面側からの露光であることから、潜像形成に必要な光強度は、感光体１０１を構成している透明電極基体１０１ｂを通過するときの減衰のみを考慮すればよく、また、トナーの色には依存しないという利点を備えている。なお、背面露光方式において、第１実施形態と同様な逆現像トナー担持体１０４を用いた構成とすることも可能であり、この場合も既述した様な作用・効果が得られる。
以上説明をおこなった、各実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明を何ら限定するものではない。例えば感光体（像担持回転体）は、これ以外の構成であっても良く、ベルト状であってもよい。また、中間転写手段としてのトナー転写像担持体を省き、感光体から直接に転写用紙に転写と同時に顕像化するように構成することも可能である。その他の構成についても、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、複数色のトナーについて色毎に未定着トナー像を形成し、各色画像を重畳転写後に定着固定する周知技術によりカラー画像形成装置を構成することもできる。
【００２８】
［第４実施形態］
第１及び第２実施形態においては、書き込み手段１０３から照射される光の波長に対してトナーが不透明である場合には、露光をしたときにトナーによる光減衰が発生し、トナー粒子間の間隙を通過した光しか感光体１０１に到達できないため、露光パワーを強くする必要がある。
ここで、第３実施形態においては、いわゆる背面露光方式を採用しているため、トナーによる光減衰の問題が必然的に回避される。しかし感光体１０１を構成する透明電極基体１０１ｂに用いる透明な光伝導材料の選択や、書き込み手段に用いるデバイスの選択において自由度がかなり低く、またコスト面において不利なものとなる。
本実施形態は、背面露光方式を採用しない場合においても、書き込み手段１０３から照射された光が感光体１０１の表面に積層されたトナーにより遮断される問題を解決し、確実な潜像形成が可能な画像形成方法を提供するものである。
【００２９】
本実施形態に係る画像形成方法を、モノクロの画像形成装置、または２色以上に対応する光書き込み手段として走査レーザー光学系を用いた画像形成装置に適用した例について図１８の概略構成図に基づき説明する。なお、第１乃至第３実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１８は、本発明による第４実施形態画像形成装置要部の概略構成図である。図１８は、トナー転写像担持体１０５（いわゆる中間転写ベルト）上に現像装置を複数組縦列配置して順次転写する、いわゆるタンデム方式を例として１色分の装置構成を示したものである。図１８に示す画像形成部１２０Ｄは、さらに、用紙Ｐ上にトナー像を転写する転写手段２６、さらに用紙Ｐ上のトナー像を定着する定着装置２５が配置されている。
書き込み手段１０３の光源としては、トナーがもつ分光吸収率または吸光度が相対的に小さい波長領域の光源を選択する。イエロートナー画像の現像には発振波長が例えば６６０ｎｍの赤色レーザー、シアントナー画像の場合は発振波長が例えば４７０ｎｍの青色レーザーを用いる。マゼンタの場合は、赤色レーザーまたは青色レーザーの両方に対応するが、具体的な吸収特性に応じて選択が可能である。ここで感光体１０１を構成する材料には、光源の波長に応じた感度特性を有する感光体材料を用いる。
【００３０】
画像形成部１２０Ｄの動作について説明する。
最初に、非帯電状態の感光体１０１表面に、トナー供給手段１０２から供給されるトナーによりトナー層が均一に形成される。感光体１０１の回転に伴って用紙Ｐに転写されるトナー層の領域が対向電極１０９に到達すると、バイアスが印加されると同時に、原稿画像（画像データ）に応じた光強度パターンで露光がなされる。光源に対してトナーは透明であるため、トナーを透過した光は感光体１０１に到達する。感光体１０１上のトナー層の下には、露光パターンに応じた静電潜像パターンが形成され、トナー層はいわば“トナーの潜像”のような状態になる。トナー層が逆現像トナー担持体１０４との接触面に到達すると、非露光領域のトナーは逆現像トナー担持体１０４へ移動する。また、逆現像トナー担持体１０４に移動したトナーはクリーニング手段１１８により除去される。
感光体１０１上のトナーがトナー転写像担持体１０５との接触面に到達すると、露光領域にあったトナーは転写ローラ１０６と感光体１０１がなす電場によりトナー転写像担持体１０５へ移動する。最終的にトナー転写像担持体１０５表面には、色数分順次重ね合わされたトナー層が透明な状態で形成される。
トナー転写像担持体１０５の表面に形成されたトナー像は、転写手段２６により用紙Ｐ上に転写され、さらに定着装置２５により用紙Ｐ上に定着される。定着の際の加熱により、トナーは発色状態となり、用紙Ｐ上に固定された可視のトナー画像が形成される。
以上の方法により、イエロー・マゼンタ・シアンの３色からなるフルカラー画像が形成できる。
【００３１】
本実施形態に係る画像形成方法は、光伝導性を有する感光体上にトナー層が積層された状態で、外部から露光することで感光体上に潜像を形成して、積層されたトナー層の静電付着力を制御することで、トナー画像を得る。
その際、露光に用いる光源の波長をトナーの分光吸収率が小さい波長領域範囲から選ぶことにより、イエロー・マゼンタ・シアンからなる３色フルカラー画像などを形成する場合であっても、極端に露光パワーを上げることなく潜像形成が可能になる。
【００３２】
［第５実施形態］
本実施形態においては、定着時に発色する感熱性トナーを用いることにより、単色モノクロ画像または４色フルカラー画像を形成可能とした点に特徴がある。
図３に示した装置構成に対して、ブラックトナーには、少なくとも感光体に付着してから転写用紙Ｐ上に転写されるまでの状態（初期状態）においては透明であるが、特定の温度以上で特定の色に発色して発色状態を維持する感熱記録材料を色材として含有する感熱性トナーを用いる。そのような特性を有する色材は、すでに確立している多くの技術により実現可能である。例えば、呈色剤としてロイコ染料を用い、顕色剤としてフェノール性化合物を用いた組み合わせでは、加熱により特定の温度以上に到達したとき呈色剤と顕色剤が反応することで発色する。その後の温度変化に対しては発色状態が維持される非可逆性感熱記録材料となる。発色を開始する温度は、保管時の外気温や画像形成装置内部の温度を考慮し、下限は７０℃、上限は定着温度、たとえば１５０度とする。ただし、高速に画像形成を行う場合には発色を進めるための十分な熱エネルギーが与えられなくなる恐れがあるので、発色温度がより低い感熱記録材料を用いることが望ましい。
さらに、特許第３２０６０８５号に開示されているような、温度制御によって、発色・消色の２状態を繰り返し操作可能な、可逆性感熱記録材料を含有するトナーを用いてもよい。ブラック単色のみならず有色の感熱記録材料を含有したトナーを用いることで、イエロー、マゼンタ、シアンからなる３色またはそれ以上の色数を有するフルカラー画像にも対応可能である。
【００３３】
ここで、定着プロセスにおいてトナーが溶融した際に、少なくともトナー粒子境界付近では複数組の呈色剤と顕色剤が混合することで、互いの呈色反応に影響を及ぼし、所望の混色が得られなくなる恐れがある。それにより呈色剤および顕色剤に採用する化合物の選定における自由度は低くなってしまう。このような問題を解決する手段として、すでに実現しているマイクロカプセルを用いる技術を用いることができる。
極端な条件下での例であるが、特許第３６６６６６４号は、色および呈色開始温度が互いに異なるように選ばれた呈色剤と顕色剤の組み合わせを、それぞれ別のマイクロカプセルに包含させ、分離・独立させた状態で、同じトナー粒子内に含有させることで、一種類の感熱性トナーでフルカラー、さらには消色機能を実現するための技術である。このようなマイクロカプセルを用いる方法により呈色反応は独立に進行するので、異なる色の単色感熱性トナーが混在した場合にも所望の混色状態が得られるようになる。
また、全色同じ波長の光源を用いて露光する場合、通常のブラックトナーは全波長域に渡って透過率が大さいので、いかなる波長の光源を用いた場合でも感熱性トナーへの置き換えが必須であるが、通常の有色トナーの場合は、特定の波長域では光吸収率が低く、ほぼ透明とみなせるので、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの４色に対して赤色のレーザー光源を用いる場合には、ブラックとシアンのみを感熱性トナーに置換するようにしても良い。また、青色のレーザー光源を用いる場合には、同様にブラックとイエローのみの置換でもよい。この場合、２種類の光源と感光体を用いることになる。
一方全色を感熱性トナーに置換した場合は、全色同一の光源と同一の感光体を用いることが可能となって、コスト上有利になる。
【００３４】
以上のように本実施形態においては、加熱前には露光に用いる光源の波長に対して透明な状態にあり、定着温度で発色する感熱性トナーを成分とする現像剤を用いる。露光の際はまだトナーが透明であるため、仮に感光体が全面トナー層に覆われていても従来レベルの露光パワーで所望の静電潜像が形成される。全色を感熱性トナーに置き換えることで、同一の光源と同一の感光体が使用可能となるので、コスト上より好ましい。またブラックを加えた４色フルカラーにも対応可能になる。
【００３５】
［第６実施形態］
第６実施形態においては、所定の条件下の場合に対向電極を非設置とすることにより、制御の省略や構造の簡略化を図った点に特徴がある。
対向電極１０９は、ＩＴＯなどで構成された透明電極であり、感光体１０１表面の所定の光照射領域への露光とバイアス印加を可能としている。対向電極１０９に印加する電圧はトナーの重量当たりの帯電量（トナーの帯電量をＱ、トナーの重量をＭとしたとき、Ｑ／Ｍ。以降、Ｑ／Ｍと略す）に応じて決定する。像担持体の無帯電状態領域に負帯電トナーが付着すると、像担持体の表面電位が負の方に変化する。その電位により形成される像担持体内部の電場が潜像形成を行うに十分でない場合には、補助的に対向電極１０９により、潜像形成が可能となる適度な感度を持つようにバイアスを与えればよい。
それに対して例えば、感光体１０１の比誘電率と厚さがそれぞれε’＝３、およびｔ＝３０μｍ、トナーのＱ／Ｍ、直径２ｒ（ｒは半径）および密度ρがそれぞれＱ／Ｍ＝３０［μＣ／ｇ］、２ｒ＝５μｍ（球形）、ρ＝１．２［ｇ／ｃｍ３］、であるとし、平行平板モデルに基づいて、静電容量Ｃと電荷Ｑとの関係から感光体１０１の表面電位Ｖを推測する。ここでトナーが平坦な像担持体表面に最密に一層覆ったときに、仮にトナー層の電荷がすべて感光体１０１の表面電荷に寄与したとすると、
Ｖ＝Ｑ／Ｃ                    ・・・（式１）
Ｑ＝（Ｑ／Ｍ）ρ（４／３）πｒ３  ・・・（式２）
Ｃ＝ε’ε０３．４６ｒ２／ｔ    ・・・（式３）
（ε０は真空の誘電率）
により、表面電位として、Ｖ≒１２０［Ｖ］が得られる。つまり感光体１０１は表面を覆うトナーのみにより１００Ｖ程度でバイアスされているのとほぼ同じ状態となっており、その程度の表面電位で動作する感光体材料を選ぶことにより、対向電極１０９を使用しないか、ひいては対向電極１０９を除去しても良い。
図３において対向電極１０９を除去した装置構成に対して、前述の感熱性トナーを用いた画像形成方法を用いても、前述の第４及び第５実施形態において説明した画像形成に対する作用および効果は同一である。
【００３６】
以上のように、トナーのＱ／Ｍや感光体の感度や厚さなどが適切なものを選択することにより、トナーの帯電電位のみで、感光体表面をバイアスすることが可能となる。その結果、制御の省略や構造の簡略化により、低コストな画像形成装置を実現可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  複写機本体、１０１  像担持回転体（感光体）、１０１ｂ  透明電極基体、１０２  トナー供給手段、１０３  書き込み手段（静電潜像パターン書き込み手段）、１０４  逆現像トナー担持体、１０５  トナー転写像担持体（中間転写手段）、１０６  （一次）転写ローラ、１０７  除電手段（除電ランプ）、１０８  クリーニング手段（感光体用クリーニング装置）、１０９  対向電極、透明対向電極、１１２  現像剤担持体、１１８  （逆現像トナー担持体用の）クリーニング手段、１２０、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ  画像形成部（潜像用画像形成装置）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】実開平５−７５７６３号公報
【特許文献２】特開２００１−１４７５７６公報
【特許文献３】特開２００７−２４９９３公報
【特許文献４】特許第２８９１４６１号
【特許文献５】特許第２８９１４６２号
【特許文献６】特開２００４−１０１９０３公報
【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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【図１８】
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