(57)【要約】【課題】感光体に書き込まれた１ドットまたは複数ドットの表面電位を精度良く測定可能な表面電位センサ及びこれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】根元部１ａの直径が１００μｍ、先端の検知部１ｂの直径が２０μｍの先細形状の純度４Ｎのタングステンからなるニードル状プローブピン電極１、内面に５０μｍ厚の酸化アルミニウム被膜３を有する直径０．８ｍｍのアルミニウム管からなるシールド電極２、ニードル状プローブピン電極１とシールド電極２を絶縁するエポキシ樹脂４で構成された表面電位センサを使用する。【選択図】図２
2008209801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測物の電位ポテンシャルを検知するニードル状のプローブ電極と、プローブ電極を中心軸とする円筒状のシールド電極と、前記プローブ電極と前記シールド電極を絶縁する絶縁体と、を備えた表面電位センサにおいて、
前記シールド電極は、アルミニウム金属から構成され、
前記プローブ電極の先端が前記シールド電極よりも突出して露出した検知部を備えていることを特徴とする表面電位センサ。
【請求項２】
前記シールド電極の内面にアルミニウム酸化物層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の表面電位センサ。
【請求項３】
前記アルミニウム酸化物層の厚みが１０〜５０μｍに形成されていることを特徴とする請求項２記載の表面電位センサ。
【請求項４】
前記プローブ電極の検知部は、０．５ｍｍ以下の長さで突出されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の表面電位センサ。
【請求項５】
円筒状のシールド電極と、該シールド電極の中心部に強誘電体を挟持する一対の対向する金属電極からなるコンデンサ部を前記シールド電極と絶縁して配設し、前記金属電極の一方を被計測物の電位ポテンシャルを検知する検知部とし、他方の金属電極から前記被計測物の電位ポテンシャルの変化に応じた出力信号を取り出す表面電位センサにおいて、
前記シールド電極は、アルミニウム金属で形成されていることを特徴とする表面電位センサ。
【請求項６】
前記シールド電極の内面に酸化ケイ素層を形成したことを特徴とする請求項５記載の表面電位センサ。
【請求項７】
画像の静電潜像と前記静電潜像をトナーで可視化したトナー像とを担持する感光体と、前記感光体の表面電位を検出する表面電位センサとして請求項１乃至６の何れか１項に記載の表面電位センサと、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
前記感光体は、回転式の感光体ドラムであり、前記表面電位センサは、前記感光体ドラムの回転軸と平行な直線上に複数個配列されてアレイ状に配置されたことを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記感光体は、回転式の感光体ドラムであり、複数の表面電位センサが、前記感光体ドラムの回転軸と平行な複数の直線上に、所定の間隔をおいて千鳥状に配列されたことを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記感光体は、回転式の感光体ドラムであり、複数の表面電位センサが、前記感光体ドラムの回転軸を中心軸とする円筒座標上でマトリクス状に配備されたことを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記表面電位センサは、前記感光体の主走査方向と平行に走査可能に取り付けられていることを特徴とする請求項７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、表面電位センサ及びこれを用いた画像形成装置に係り、特に、乾式二成分あるいは一成分現像剤を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に有効な表面電位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真技術を用いた画像形成手段は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等において採用されている。この電子写真技術による画像形成手段は、今日最も主要なイメージング技術の一つであり、その基本プロセスは広く知られている。基本画像作成プロセスは、感光体の帯電、露光による静電潜像の形成、当該静電潜像に対するトナー像の形成に係る現像、現像により得られた感光体上のトナー像の中間転写体、または記録材料上への転写、転写されたトナー像の記録材料への定着、感光体表面上の非転写トナーの除去（クリーニング）、残留電荷の消去（除電）等からなり、これら一連のプロセスが任意に反復される。
潜像形成の露光方式としては、感光体の帯電−露光による潜像形成−トナーまたはレーザビームで微小な画素に分割された画像情報を感光体の表面に書き込んで露光するデジタル方式が汎用されている。特に、カラー複写機、カラープリンタにおいては、色座標空間に関わる種々の情報操作、つまり色変換、原色毎の独立の階調補正等がデジタル処理技術で可能なことから、今日ほぼ全面的にデジタル方式が採用されている。最近の電子写真方式の画像形成装置では、作像プロセス条件の自動制御が広く採用されており、とりわけ、デジタル方式の画像形成装置においては、良好な画質を得るために、プロセス条件にフィードバックする方式をその主要基本手段の一つとしている。
このフィードバックを行うために、現在、機器組み込み専用のいわゆる内蔵型表面電位計が開発されていて、その選択・採用に技術的困難はない。通常、装置内の表面電位計は、露光直後（必然的に現像のほぼ直前）に配置され、露光下でその露光量でのいわゆる明部電位を、また露光をオフすることでいわゆる暗部電位（または帯電電位）を計測することが可能である。表面電位計を内蔵する画像形成装置では、複数の既知露光を測定することで現在の感光体の光・電気特性の概略を把握することができる。
【０００３】
ところで、今日、広く普及しているデジタル方式の電子写真方式画像形成装置においては、レーザ書き込み露光系を採用し、かつ、画像形成プロセス条件を制御する目的で配設された感光体の表面電位計センサを備えた場合、露光強度に依存して、表面電位が表面電位センサ近傍の外部域より低めに検知されるとともに、１ドットの静電潜像の精度良い表面電位の検知が不可能であることと、感光体上における有効部分の任意位置の表面電位検知が不可能であるために、不適正な測定値をプロセス制御部に提供する場合が多々見られ、その結果、そのフィードバックとして最終的に得られる画像の不安定性、欠陥の原因となっていた。
このような問題点を改善するため、本発明者は、感光体に書き込まれた１ドットまたは複数ドットの表面電位をニードル状のプローブ電極を備えた表面電位センサを使用した画像形成装置を提案した（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１８４５５６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の表面電位センサでは、プローブ電極を取り巻くシールド電極をステンレス鋼管で形成しているために、十分なシールド効果が得られず、精度良い表面電位の測定を行うことが困難であるという問題を招いている。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、感光体に書き込まれた１ドットまたは複数ドットの表面電位を精度良く測定可能な表面電位センサ及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被計測物の電位ポテンシャルを検知するニードル状のプローブ電極と、プローブ電極を中心軸とする円筒状のシールド電極と、前記プローブ電極と前記シールド電極を絶縁する絶縁体とを備えた表面電位センサにおいて、前記シールド電極は、アルミニウム金属から構成され、前記プローブ電極の先端が前記シールド電極よりも突出して露出した検知部を備えていることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の表面電位センサにおいて、前記シールド電極の内面にアルミニウム酸化物層が形成されていることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２記載の表面電位センサにおいて、前記アルミニウム酸化物層の厚みが１０〜５０μｍに形成されていることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載の表面電位センサにおいて、前記プローブ電極の検知部は、０．５ｍｍ以下の長さで突出されていることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、円筒状のシールド電極と、該シールド電極の中心部に強誘電体を挟持する一対の対向する金属電極からなるコンデンサ部を前記シールド電極と絶縁して配設し、前記金属電極の一方を被計測物の電位ポテンシャルを検知する検知部とし、他方の金属電極から前記被計測物の電位ポテンシャルの変化に応じた出力信号を取り出す表面電位センサにおいて、前記シールド電極は、アルミニウム金属で形成されていることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５記載の表面電位センサにおいて、前記シールド電極の内面に酸化ケイ素層を形成したことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項７に記載の発明は、画像の静電潜像と前記静電潜像をトナーで可視化したトナー像とを担持する感光体を備え、前記感光体の表面電位を検出する表面電位センサとして請求項１乃至６の何れか１項に記載の表面電位センサを備えたことを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７記載の画像形成装置において、前記感光体は、回転式の感光体ドラムであり、前記表面電位センサは、前記感光体ドラムの回転軸と平行な直線上に複数個配列されてアレイ状に配置されたことを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項７記載の画像形成装置において、前記感光体は、回転式の感光体ドラムであり、複数の表面電位センサが、前記感光体ドラムの回転軸と平行な複数の直線上に、所定の間隔をおいて千鳥状に配列されたことを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項７記載の画像形成装置において、前記感光体は、回転式の感光体ドラムであり、複数の表面電位センサが、前記感光体ドラムの回転軸を中心軸とする円筒座標上でマトリクス状に配備されたことを特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項７記載の画像形成装置において、前記表面電位センサは、前記感光体の主走査方向と平行に走査可能に取り付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、上記構成を採用することによって、感光体に書き込まれた１ドットまたは複数ドットの表面電位を精度良く測定可能な表面電位センサ及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
前述したデジタル方式・構成の画像形成装置の半導体レーザ書き込み露光方式において発現する画像品質の不安定性について検討した結果、次のような現象が発生して制御条件から予想される範囲を逸脱してプロセス制御の逸脱が生じ、画像品質の不安定が発現することを見出した。
（１）レーザ書き込み露光系では、感光体の電荷発生層かアンダーレイヤーで、レーザ光の拡散的反射が起こる。
（２）装置内蔵の表面電位計センサは、作像プロセス順序での、通常は露光直後に位置するため、多少なりとも露光の反射光がセンサ部分まで及ぶ。
（３）今日広く採用されている表面電位計センサの検知面（ヘッド）は広く平坦な金属であり、従って、デジタル方式での画像単位となる１ドットの表面電位を特定できず、広範囲の部分の統計的平均値としての表面電位を検知している。
（４）レーザ光は本来ある一点（ドット）の露光時間はきわめて短いものの、拡散的反射光は広がりを持つため、実質的に大ビーム径と同じ状況となり、反射光の実質的露光時間は、書き込み露光時間より数桁大きくなるとともに、（３）であげた理由により、ドットの現実的な広がりを表面電位計センサが検知できない。
（５）表面電位計センサは、通常、感光体の回転軸方向の１個所（多くの場合ほぼ中央部分に設置）のみを固定的に測定し、一方、画像形成条件は画像全体に一様に及ぶため、全体としてプロセス制御の不適正が発生する。
（６）（５）と同様のセンサ設置位置の関係から、感光体上の画像形成条件から逸脱した欠陥部を感知出来ない。
等の問題を生じている。
【０００９】
即ち、今日広く普及しているデジタル方式の電子写真方式画像形成装置においては、レーザ書き込み露光系を採用し、かつ、画像形成プロセス条件の設定を目的に感光体の表面電位計センサを備えた場合、露光強度に依存して、表面電位が表面電位センサ近傍の外部域より低めに検知されるとともに、１ドットの静電潜像の精度良い表面電位の検知が不可能であることと、感光体上における有効部分の任意位置の表面電位検知が不可能であるために、不適正な測定値をプロセス制御部に提供する場合が多々見られ、そのフィードバックとして最終的に得られる画像の不安定性、欠陥の原因となっていた。
このような現象は、半導体レーザ書き込み露光方式で、かつ電位検知によるプロセス制御を採用する装置で発現し、アンダーレイヤーに金属酸化物の分散層を有する感光体でより顕著であった。さらに、感光体ドラムの径が小さいほど現象しやすい。
具体的には、通常、画像形成装置においては、振動容量型の表面電位計が用いられるが、その検出部分であるセンサヘッドの物理的寸法は、直径が約２ｍｍであり、測定領域は、直径で１０ｍｍにも及ぶ。従って、デジタル方式の電子写真装置の書き込み単位であるドットもしくは静電潜像の形成状態や、ドットと同様の寸法を持つような微小な欠陥の存在も検知できず、最終アウトプットである記録紙上の画像から間接的に判断する方法が採られている。本発明においては、表面電位センサはかかる課題を考慮し、感光体上にレーザービームによって書き込まれた１ドットの静電潜像及びその近傍の表面電位を測定しこの測定値に基づいて、制御装置を制御することにより高画質、高解像度の要求に応えようとするものである。
【００１０】
本発明においては、このような問題点を改善するため、種々検討した結果、円筒状のシールド電極と、シールド電極の中心部に、被計測物の電位ポテンシャルを検知する、例えば直径が３００μｍ以下のニードル状のプローブ電極と、前記シールド電極と前記プローブ電極との間にプローブ電極を絶縁する絶縁体を介在させた表面電位センサを使用することによって、感光体上にレーザービームによって書き込まれた１ドットの静電潜像及びその近傍の表面電位を高精度で測定可能とし、このようにして測定された測定値を制御装置にフィードバックすることによって、高画質、高解像度の画像を形成することを可能としたものである。
この場合において、シールド電極として、アルミニウム金属から構成され、前記プローブ電極は、プローブ電極の先端が前記シールド電極よりも突出して露出した検知部とした場合に、ノイズを低減することが可能となり、高精度で感光体等の表面電位を測定することが可能となることを究明した。
【００１１】
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。
［実施例１］
図１は、本発明による一実施形態の表面電位センサの概略構造を示す図、図２は、図１のＡ−Ａ線上で切断した断面図である。図中、１は、根元部１ａの直径が１００μｍ、先端の検知部１ｂの直径が２０μｍの先細形状の純度４Ｎのタングステンからなるニードル状プローブピン電極、２は、内面に５０μｍ厚の酸化アルミニウム被膜３を有する直径０．８ｍｍのアルミニウム管からなるシールド電極、４は、ニードル状プローブピン電極１とシールド電極２を絶縁するエポキシ樹脂（電子顕微鏡包埋サンプル用樹脂；Ｑｕａｔｅｌ８２１）である。なお、ニードル状プローブピン電極１の先端の検知部１ｂは、シールド電極２の先端から０．５ｍｍ以下の長さＤで突出、露出されている。
このような表面電位センサによって、表面電位Ｖｓを有する被計測物（例えば、画像形成装置の感光体）を計測する場合には、センサの先端の検知部１ｂを被計測物表面からｄだけ離間させて配置すると、図３に示すような等価回路が形成される。従って、このセンサ内に流れる電流ｉは、次式（１）で表されるものとなり、また、電位Ｖｉは次式（２）で表すことができる。なお、図３中、１はプローブピン電極、５は増幅器、６は被計測物、７は対接地間容量、８は漏れ抵抗、９はプローブピン電極１と被計測物との間の容量を示す。
ｉ＝ｋｄ（ＣＶｓ）／ｄｔ＝ｋ（ＣｄＶｓ／ｄｔ＋ＶｓｄＣ／ｄｔ）・・・（１）
但し、（１）式中、ｋは常数、Ｃはプローブピン電極１と被計測物との間の容量である。
Ｖｉ＝ｋ（Ａε0／ｄ）ωＶｓＲｉ／（１＋ｊωＣｉＲｉ）・・・（２）
但し、（２）式中、Ｖｉは、端子Ｘで検出される電位、ｋは常数、Ａは検知電極の面積、ε0は、空気の誘電率、ｄは、被計測物表面と検知電極間の距離、Ｃｉ及びＲｉはセンサ内の既知のコンデンサ容量及び抵抗値、ωは角周波数である。
この（２）式から次式（３）を求めることができる。
Ｖｓ＝（（１＋ｊωＣｉＲｉ）／（ｋ（Ａε0／ｄ）ωＲｉ））Ｖｉ・・・（３）
したがって、被計測物の表面電位Ｖｓは、Ｖｉを計測し、（３）式を適用することによって求めることができる。
【００１２】
この表面電位センサを用いて帯電された被計測物、例えば感光体についての帯電電位（Ｖｓ）及び被計測物表面と検知電極間距離（ｄ）を変えて電位（Ｖｉ）を測定すると図４のような関係になる。なお、図４中、曲線１〜７は、それぞれＶｓが２８０Ｖ、３００Ｖ、３２５Ｖ、３５０Ｖ、４００Ｖ、４５０Ｖ、５００Ｖについて示している。
また、図４で求められた帯電電位（Ｖｓ）、被計測物表面と検知電極間距離（ｄ）及び測定電位（Ｖｉ）の関係を、被計測物表面と検知電極間距離（ｄ）のパラメータとして書き換えると図５の関係が得られる。なお、図５中、直線８は距離ｄ＝５μｍ、直線９は距離ｄ＝１０μｍ、直線１０は距離ｄ＝１５μｍの場合について示す。この関係をルックアップテーブル等に記録し、ルックアップテーブルから、被計測物表面と検知電極間距離（ｄ）と測定電位（Ｖｉ）から被計測物の表面電位を計測することができる。この場合、この表面電位センサの検知部の直径は、２０μｍ以下となっているので、１ドットないし複数ドットの表面電位を精度良く計測することができる。
【００１３】
次に、この表面電位センサの製造方法について説明する。中心となるプローブピン電極１は、純度４Ｎの直径１００μｍのタングステンワイヤから所定長さで切り出したものを機械的に研磨して先端が２０〜５０μｍ程度の先細の円錐状に形成する。この先細状のタングステンワイヤの先端部分を、ＫＯＨ：Ｈ2Ｏ＝１：１で構成される水酸化カリウム水溶液に浸漬して常温でエッチング処理を行い、先端の検知部が直径２０μｍ以下となるプローブピン電極１に形成する。このようにしてエッチング処理されたプローブピン電極１を、直径０．８ｍｍのアルミニウム管の中央に配置し、アルミニウム管をシュウ酸溶液（１５０ｇ／Ｌ）に浸漬し、４５Ｖ（０．３Ａ）の直流電圧（電流）により陽極酸化を行い厚さ５０μｍの酸化アルミニウム被膜を形成してシールド電極２とする。その後、プローブピン電極１の先端を０．５ｍｍ以下で突出させた状態で、プローブピン電極１と前述のアルミニウム管からなる円筒状のシールド電極との間隙にエポキシ樹脂（電子顕微鏡包埋サンプル用樹脂：Ｑｕａｔｅｌ  ８２１）を充填し、６０℃２４時間で熱硬化させ、エポキシ樹脂中に包埋されてシールド電極２から絶縁されたプローブピン電極１を有する表面電位センサが適切に製造される。
この場合に、前述のエッチング処理においては、ＫＯＨ：Ｈ2Ｏ＝１：０．８〜１．５の範囲の濃度のものが好適に使用することができる。
また、プローブピン電極１とシールド電極２とを絶縁する絶縁体としては、前述のエポキシ樹脂の他、ポリカーボネート、アクリル樹脂等も適宜使用することが可能である。
このように、シールド電極として、アルミニウム管の内面に酸化アルミニウム被膜を形成したものを使用するので、シールド特性が良好となってノイズが低減され、精度良く表面電位を測定することが可能となる。
【００１４】
［実施例２］
図６は、本発明による他の実施形態の表面電位センサの概略構成を示す図である。本実施例による表面電位センサは、前述の実施例１で示す表面電位センサと相違して、シールド電極１０内にコンデンサ部１７を備えて、帯電した被計測物に近接させることによって、コンデンサ部１７の容量または電流値の変化として被計測物の表面電位を計測するものである。
本実施例による表面電位センサは、直径０．８ｍｍの有底のアルミニウム管からなるシールド電極１０の底面１０ａに直径０．３ｍｍの孔部１１を形成し、この孔部１１の中心に直径０．１ｍｍの金（Ａｕ）製の配線１２を配置してセットする。これをスパッタ装置にセットし、先ず、絶縁体であるＳｉＯ2をスパッタリングして、２〜５μｍの厚さでシールド電極１０の内面に被着させてＳｉＯ2絶縁層１３を形成する。この場合に、前記Ａｕ配線１２は絶縁層１３から突出されて突出した先端がＳｉＯ2の被着を防止されている。さらに、Ａｕ配線１２を露出した状態で、Ａｕ配線１２とＳｉＯ2絶縁層１３の底面表面に取り出し電極１４となるＡｌ−Ｓｉ合金をスパッタリングにより形成し、Ａｕ配線１２と取り出し電極１４を接続する。
【００１５】
本実施例で用いたスパッタリング装置は、ＳｉＯ2、Ｓｉ、Ａｌの３個のターゲットを真空解除することなしに交換可能なリボルバー型ターゲットホルダーを有するものを使用し、一連の層形成を１つの装置で連続的に行うことが可能となっている。このようにしてできた配線用Ａｕ電極１２が取り付けられ、ＳｉＯ2絶縁層１３が内面に被着されたカップ状のシールド電極１０に対し、底面１０ａの対向方向側の面とカップ状のシールド電極１０の内側側面に堆積されている余分なＡｌ−Ｓｉ合金を除去し、その後、カップ状のシールド電極１０内を、強誘電体１５で満たす。更に、この強誘電体１５の表面に、インジウム金属（Ｉｎ）からなる対向電極１６を取り付けて取り出し電極１４と対向電極１６との間に強誘電体を介在させたコンデンサ部１７を有するセンサが完成する。
このようにして形成された表面電位センサの対向電極１６と帯電している被計測物６を近接させ、被計測物表面６の電位によって変動するコンデンサ部１７の容量又は電流の変化をエレクトロメータ１８で計測する。この場合、対向電極１６の直径は約０．７ｍｍ程度であり、被計測物である感光体上に形成された静電潜像の１ドットの画像に対応する電位変動を適切に検出することが可能となる。
【００１６】
［実施例３］
次に、前述の実施例１で示す表面電位センサを画像形成装置に使用した実施形態について図７及び図８に基づいて説明する。
図７は、本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す。図中、２０は、前述の実施例１で説明した表面電位センサ、２１は感光体ドラム、２２は帯電ローラ、２３は露光、２４は現像装置、２５は現像剤を攪拌して現像スリーブ２６に供給する攪拌スクリュー、２７はドクターブレード、２８は感光体ドラム２１上に形成されたトナー画像を記録用紙に転写する転写装置である。２９は、記録用紙を転写装置２８にタイミングを調節して搬送するレジストローラ４２から供給された記録用紙を搬送する転写ベルト、３０は、感光体ドラム２１上のトナー画像を記録用紙に転写する際に電荷を印加するバイアスローラである。３１は分離爪、３２は、定着ヒータ３５を内蔵する定着ローラと加圧ローラ３４を備えた定着装置、３６は、クリーニングローラ３７とブレード３８とトナー回収装置３９を備えたクリーニング装置、４０は電源装置、４１は除電ランプである。
本実施例による画像形成装置は、感光体ドラム２１上に静電潜像を形成する潜像形成手段、該感光体ドラム２１上の潜像上にトナー像を形成する現像手段２４、形成されたトナー像を記録用紙上に転写する転写装置２８、記録用紙上のトナー像を定着する定着装置３２、転写されずに感光体上に残ったトナーを除去・回収するためのクリーニング装置３６を有する。
【００１７】
静電潜像担持体である感光体ドラム２１の周囲には、該ドラム２１の表面を帯電するための帯電装置２２、一様な帯電処理面に潜像を形成するためのレーザ光線でなる露光２３、ドラム２１の表面の潜像に帯電トナーを付着することでトナー像を形成する現像装置２４、形成されたドラム２１上のトナー像を記録用紙へ転写するための転写装置２８、記録用紙上のトナーを定着する定着装置３２、ドラム２１上の残留トナーを除去・回収するためのクリーニング装置３６、ドラム上の残留電位を除去するための除電装置３９が順に配設されている。
先ず、感光ドラム２１は帯電ローラ２２によって表面を一様に帯電される。図７の例では、帯電ローラ２２を用いて感光ドラム２１を帯電しているが、コロトロンやスコロトロン等のコロナ帯電を用いても良い。帯電ローラ２２を用いた帯電は、コロナ帯電を用いた場合よりもオゾン発量が少ない利点があるが、感光体ドラム２１と接触しているためトナーによってローラ表面が汚れるため、帯電ローラ２２をクリーニングする機構が必要になる。帯電した感光体ドラム２１に画像情報に応じてレーザ光線２３が照射され、静電潜像が形成される。感光ドラム２１上の帯電電位や露光部位を表面電位センサ２０で検出し、帯電条件や露光条件を制御している。
【００１８】
次に、現像装置２４によって、静電潜像が形成された感光体ドラム２１上にトナー像が形成される。現像装置２４では、現像剤が攪拌スクリュー２５によって攪拌・搬送され、現像スリーブ２６に供給される。現像スリーブ２６に供給される現像剤は、ドクターブレード２７によって規制され、供給される現像剤量は、ドクターブレード２７と現像スリーブ２６との間隔であるドクターギャップによって制御される。ドクターギャップが小さすぎると、現像剤量が少なすぎて画像濃度不足になり、逆にドクターギャップが大きすぎると、現像剤量が過剰に供給されて感光体ドラム２１上にキャリア付着が発生するという問題が生じる。
現像スリーブ２６には、現像スリーブ２６の周表面に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石が備えられており、この磁石から発せられる法線方向磁力線に沿うように、現像剤が現像スリーブ２６上にチェーン状に穂立ちされて磁気ブラシが形成される。現像スリーブ２６と感光体ドラム２１は、一定の間隙（現像ギャップ）を挟んで近接するように配置されていて、双方の対向部分に現像領域が形成されている。現像スリーブ２６は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成しており、不図示の回転駆動機構によって回転されるようになっている。磁気ブラシは、現像スリーブ２６の回転によって現像領域に移送される。現像スリーブ２６には不図示の現像用電源から現像電圧が印加され、磁気ブラシ上のトナーが現像スリーブ２６と感光体ドラム２１間に形成された現像電界によってキャリアから分離し、感光体ドラム２１上の静電潜像上に現像される。なお、現像電圧には交流を重畳させても良い。なお、現像ギャップは、現像剤粒径の５〜３０倍程度、現像剤粒径が５０μｍであれば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍに設定することが可能である。これより広くすると、望ましいとされる画像濃度がでにくくなる。
【００１９】
また、ドクターギャップは、現像ギャップと同程度かやや大きくする必要がある。感光体ドラム２１のドラム径やドラム線速、現像スリーブ２６のスリーブ径やスリーブ線速は、複写速度や装置の大きさ等の制約によって決まる。ドラム線速に対するスリーブ線速の比は、必要な画像濃度を得るために１．１以上にする必要がある。なお、現像後の位置にセンサを設置し、光学的反射率からトナー付着量を検出してプロセス条件を制御することもできる。図７の例では、キャリアとトナーからなる磁気ブラシによって現像が行われる二成分現像方式を用いているが、本発明は二成分現像方式に限定されるものではなく、現像スリーブ２６上に形成したトナー薄層を電界で感光体ドラム２１上に現像する一成分現像方式を用いてもよい。
磁気ブラシを構成するキャリアには、鉄紛、フェライト紛、磁性粒子を分散した樹脂粒子等の磁性を有する粉体、及び電気特性を制御するために樹脂などで表面を被覆した磁性粉体が好ましく使用される。磁気ブラシを構成するキャリアとしては、感光体ドラム２１表面へのダメージを軽減するために球形の粒子を用いるのが好ましく、平均粒径は１５０μｍ以下のものが好ましい。キャリアの平均粒径が大きすぎると最密状態に配置してあっても曲率半径が大きく、感光体ドラム２１と接触していない面積が増え、トナー像のかけや抜けが発生する。逆に平均粒径があまり小さすぎると、交流電圧を印加する場合には、粒子が動きやすくなって粒子間の磁力を上回り、粒子が飛散してキャリア付着の原因となってしまう。キャリアの平均粒径は、特に３０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。さらに、キャリアの体積抵抗率が低すぎると、現像電圧の印加時にキャリアに電荷が注入され、感光体ドラム２１へのキャリア付着を起こしたり、感光体の絶縁破壊を起こしたりするため、体積抵抗率が１０3Ωｃｍ以上のキャリアを使用する必要がある。
【００２０】
感光ドラム２１上に形成されたトナー像は、感光ドラム２１と転写ベルト２９が接触する転写ニップに搬送される。同時に、不図示の給紙トレイから搬送された記録用紙が転写ニップに進入する。転写ベルト２９に接触するバイアスローラ３０に、不図示の転写用電源によってトナーと逆極性の転写電圧が印加される。感光ドラム２１上に形成されたトナー像は、転写ベルト２９と感光ドラム２１間に作用する転写電界によって記録紙へ転写される。
図７の例では、転写部材として転写ベルトの代わりに転写ローラを用いてもよいが、転写ベルトは転写ローラに比べて転写ニップを広くとれる利点がある。図７の例では、転写ベルト２９を用いた転写方式を用いているが、記録用紙の背面からトナーと逆極性のコロナチャージを与えて紙を帯電させて転写するコロナ転写方式を用いても良い。転写ベルトまたは転写ローラに転写電圧を印加する転写方式は、コロナ転写方式に比べて、記録用紙の帯電が少ないため感光体ドラム２１からの分離が容易で、分離時の剥離放電による画像不良が生じない利点があるが、ベルトやローラがトナーで汚れやすくてクリーニング機構が必要となり、また前記したように画像の中抜けが発生しやすいという欠点もある。
転写の際に感光体ドラム２１に付着した記録用紙は、分離爪３１によって感光体ドラム２１から分離される。未定着のトナー像が載った記録用紙は、定着ローラ３３と加圧ローラ３４によって記録用紙に一定の熱と圧力を加え、トナーが記録用紙上に定着される。なお、定着温度を一定に保つために、定着ローラ３３には不図示のサーミスタが接触しており、定着ヒータ３５の温度制御を行なっている。定着ローラを用いた定着方式は、熱効率が高く、安全性に優れ、小型化が可能で、低速から高速まで適用範囲が広い。
【００２１】
一方、転写されずに感光体ドラム２１上に残留したトナーは、感光体ドラム２１と逆方向に回転するクリーニングローラ３７によって除去される。クリーニングローラ３７には電源装置４０によって電圧が印加され、残留したトナーが感光ドラム２１からクリーニングローラ３７へ移動する向きに電界が形成される。電源装置４０による印加電圧は、直流電圧だけでも良いし、交流電圧を追加しても良い。クリーニングローラ３７に付着したトナーは、ブレード３８によって除去され、トナー回収装置３９に回収される。図７の例では、クリーニングローラ３７が感光体ドラム２１と逆方向に回転するが、同じ方向に回転するようにしても良い。また、図７の例ではクリーニングローラ３７だけでクリーニングしているが、クリーニングブレードを併用することも可能である。
残留トナーが除去された感光体ドラム２１は、除電ランプ４１で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。なお、図７の例は、一つの感光体ドラムと一つの現像装置を用いた白黒画像形成装置だが、本発明は白黒画像形成装置には限定されず、一つの感光体ドラムと複数の現像装置、または複数の感光体ドラムと現像装置を用いたカラー画像形成装置にも適用できる。
感光体ドラム２１の表面には、複数の有機材料からなる感光体、いわゆるＯＰＣ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｐｈｏｔｏ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の感光層が形成されており、ＯＰＣの感光層は、通常、結着剤と呼ばれる樹脂材料と、有機顔料、有機染料、電子供与体、電子受容体等から選ばれたいくつかの材料とを、多くは有機溶剤中に分散または相溶した液を基体表面に１層以上塗布・乾燥されて形成される。
【００２２】
ＯＰＣの代表的な形態として、電極側に電荷発生層（以下ＣＧＬ）、その上に電荷輸送層（ＣＴＬ）を積層した、いわゆる積層・機能分離型が上げられる。有機化合物においては実用上十分良好な電子移動性を示す材料が見いだされていないため、必然的に今日実用化されているほとんどの積層・機能分離型ＯＰＣはＣＧＬを基体側とし、その上にスチルベン系やヒドラゾン系、オキサゾール系、イミダゾール系、トリフェニルアミン系等の正孔移動物質をポリマー中に相溶してなるＣＴＬを積層してなり、負帯電で用いられる。この形態において、ＣＴＬは露光波長に対して実質的に透明であり、また、感光層の厚みの大部分はＣＴＬよりなる。
感光層と感光体ドラム２１の基体との間に、または前述の積層・機能分離型であれば、基体とＣＧＬとの間に、電気特性、画像品質、接着強度等の改良を目的に、下引き層、いわゆるアンダーレイヤー（ＵＬ）を設けることもできる。ＵＬの主材料は、通常樹脂で、具体的にはポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、メチルセルロース、ニトロセルロース、ポリエステル、カゼイン、ロジン、セラミック、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、アクリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリル−スチレン共重合体、塩化ビニール−酢酸ビチル共重合体、およびそれらの混合物等が知られている。
【００２３】
抵抗制御または干渉性の入射光を散乱する目的で、ＵＬ中へイオン伝導性材料の添加と無機または有機の顔料の分散も広く行われている。デジタル方式の感光体ドラム２１では、酸化亜鉛、酸化チタン等の特定の金属酸化物の分散が、抵抗の制御と露光レーザ光の反射・干渉の制御効果をかねて好適に用いることができる。
感光体ドラム２１の基体としては、アルミニウム、ニッケル等の金属、またはステンレス、ニクロム、ハステロイ等の合金そのもの、もしくは、アルミニウム、ニッケル、クロム等の金属か、ステンレス、ニクロム、ハステロイ等の合金、または酸化スズ、酸化インジウム等の比較的低抵抗の金属酸化物を、プラスチック、上などの表面に蒸着、スパッタリング、塗布などの手段で被覆したものを用いることができる。基体表面には、目的に応じ、それぞれの素材に適した手段により、一定の範囲で平滑性、もしくは光学的粗面性を持たせることもできる。なお、素材のアルミニウムは、意図的に添加した成分としてＭｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｆｅなどを含む。とりわけアルミドラムは、素管に加工された後、切削、超仕上げ、研磨等の表面処理が施され、感光層の塗装工程に供せられる。
本実施例においては、電子写真用感光体として感光体ドラム２１を例示したが、通常循環駆動して反復使用されるため、ドラムに限らず無端ベルト状であっても良い。この場合には、アルミニウムまたはニッケル合金を蒸着したポリエステルフィルム（接合して感光部材とする）、電着形成したニッケルのシームレス無端ベルト等が好適に使用することができる。
【００２４】
次に、本実施例に係る表面電位センサ２０について図８に基づいて説明する。表面電位センサ２０の基本構成は、実施例１で説明したので、省略するが、この表面電位センサ２０を使用して感光体ドラム２１の表面電位を適切に測定するために、本実施例においては、表面電位センサ２０を感光体ドラム２１の回転軸２１ａと平行に移動させるようにしている。即ち、図８に示すように、表面電位センサ２０は、感光体ドラム２１の回転軸２１ａと平行に配設されたボールネジ４５上に取り付けられている。ボールネジ４５は、ステッピングモータ４３の回転軸に連結されて駆動回転される。このボールネジ４５の回転によって、表面電位センサ２０は、感光体ドラム２１の回転軸２１ａに沿って移動する。この場合に、ボールネジ４５は、その回転量をエンコーダ４４で検出し、フィードバック制御することによって回転量が制御され、それに伴って表面電位センサの移動量も制御されている。
このようにして感光体ドラム２１の所定範囲の表面の表面電位を適切に測定することが可能となり、本実施例の表面電位センサによる画像の１ドットにおける表面電位測定と相俟ってより高精度で感光体ドラム２１の表面電位を測定することが可能となる。
以上のように、本実施例による画像形成装置によれば、レーザ書き込み露光系を採用し、かつ、画像形成プロセス条件を設定することを目的に感光体ドラムの表面電位計センサを備えた場合、露光強度に依存して、表面電位が表面電位センサ近傍の外部域より低めに検知されず、１ドットの静電潜像の精度良い表面電位の検知が可能であることと、感光体上における有効制御部に提供し、そのフィードバックとして画像の安定性、欠陥の減少により、画像不良が生じない画像形成装置部分の任意位置の描き込みドット単位表面電位検知が可能であるために、適正な測定値をプロセスを提供することができる。
【００２５】
［実施例４］
本実施例においては、表面電位センサによる感光体ドラムの表面の表面電位の測定に当たり、前述の実施例３で示すように、表面電位センサを移動させずに、表面電位センサ２０を感光体ドラム２１の回転軸２１ａと平行な直線４６上に所定の間隔で複数個配設することによって、感光体ドラム２１の所定面積の表面の電位を測定可能としたものである。
具体的には、図９に示すように、表面電位センサ２０を感光体ドラム２１の回転軸２１ａと１本の平行な直線４６上に所定の間隔で複数個アレイ配設する場合、図１０に示すように２本の直線４６１、４６２に千鳥上に配列する場合、図１１に示すように、表面電位センサ２０を感光体ドラム２１の回転軸２１ａの中心軸２１ａ’を軸とする円筒座標上でマトリクス状に配列する場合等がある。これらの場合に、センサ２０の取り付け位置は、予め電子写真プロセスで必要とされる位置を決定しておく。なお、これらの図面中、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、それぞれｎ番目の表面電位センサ２０を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る実施例１の表面電位センサの概略構造を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線上で切断した断面図である。
【図３】本発明に係る実施例１の表面電位センサによる表面電位測定時の等価回路図である。
【図４】本発明に係る実施例１の表面電位センサにより測定された測定電位と距離ｄの関係をグラフで示す図である。
【図５】図４を測定電圧と入力電圧との関係に変換してグラフで示す図である。
【図６】本発明に係る実施例２の表面電位センサの概略構造を示す断面図である。
【図７】本発明に係る実施例３の画像形成装置の概略構造を示す図である。
【図８】本発明に係る実施例３の画像形成装置で使用される表面電位センサの配設を示す概略図である。
【図９】本発明に係る実施例４の画像形成装置で使用される表面電位センサのアレイ配設を示す概略図である。
【図１０】本発明に係る実施例４の画像形成装置で使用される表面電位センサの千鳥状配設を示す概略図である。
【図１１】本発明に係る実施例４の画像形成装置で使用される表面電位センサのマトリクス配設を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…プローブピン電極、１ａ…根元部、１ｂ…検知部、２…シールド電極、３…酸化アルミニウム被膜、４…絶縁体、５…増幅器、６…被計測物、７…対接地容量、８…漏れ抵抗、９…プローブピン電極と被計測物との間の容量、１０…シールド電極、１０ａ…底面、１１…孔部、１２…Ａｕ配線、１３…絶縁層、１４…取り出し電極、１５…強誘電体、１６…対向電極、１７…コンデンサ部、１８…エレクトロメータ、２０…表面電位センサ、２１…感光体ドラム、２２…帯電ローラ、２３…露光、２４…現像装置、２８…転写装置、３２…定着装置、３６…クリーニング装置、４３…ステッピングモータ、４４…エンコーダ、４５…ボールネジ
【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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