(57)【要約】【課題】適正な測定値をプロセス制御部に提供し、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を提供する。【解決手段】感光体ドラム２１の表面に近接して配備され、感光体ドラム２１を帯電してデジタル方式による露光・書き込みを行った後、感光体ドラム２１上に書き込まれた１ドットもしくは複数のドットの表面電位を計測可能な表面電位センサ４２を備える。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、像担持体に静電潜像を形成する手段と、像担持体上にトナー画像を形成する現像手段と、像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体又は記録材料上に転写する手段とを有する画像形成装置において、電子写真感光体の表面に近接して配備され、電子写真感光体を帯電してデジタル方式による露光・書き込みを行った後の感光体上に書き込まれた１ドットもしくは複数のドットの表面電位を計測可能な表面電位センサを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
表面電位センサは、導電体からなるシールド電極を外殻に持ち、中心に電位ポテンシャルを検知する太さがφ３００［μｍ］以下のニードル上のプローブ電極を有する円筒体の形状を有し、外殻電極と中心に位置するニードルプローブ間は絶縁体が充填され、更に、ニードルプローブの先端はこの円筒体の底面から突出したもので構成されており、表面電位測定は前記センサを直接感光体に接触することなく行われ、
【数１】
2004184556.tif 000006
という式で導かれる請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
中心部のニードルプローブを形成するφ３００［μｍ］以下のタングステンワイヤを所望の長さにカットし、カット面を機械的に研磨した後、ＫＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：１．５〜０．８の溶液中でエッチングし、外殻金属電極となる金属チューブ内の所定の位置にセットした後、チューブとプローブ間を絶縁性の高い樹脂で満たし、これらを硬化させることにより、表面電位センサを得ることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】
センサは、金属のシールド電極を外殻に持ち、検知面と配線部を除く部分が絶縁体に被覆され、その中に強誘電体を挟持する一対の対向する金属電極を配備し、感光体表面の電位以外からシールドされたコンデンサを形成し、該コンデンサの容量又は電流値の変化として表面電位を計測可能としたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】
有機溶媒可溶性の型に蒸着或いはスパッタ法で外殻の金属電極を形成し、その内側に有機溶媒に不可溶性の無機の絶縁体を蒸着或いはスパッタ法で所定の膜厚に形成し、回路側電極をスパッタ法により形成した後、強誘電体を充填し測定物側電極を形成することにより、表面電位センサのプローブ部分を得ることを特徴とする請求項１又は４記載の画像形成装置。
【請求項６】
表面電位センサが、感光体の回転軸と平行な一本の直線上に複数個配列されたアレイ状に配備されたことを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
表面電位センサが、感光体の回転軸と平行で且つ感光体に近接した二本の直線上に、それぞれ所定の間隔をおいて千鳥状に複数個配列されたことを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
表面電位センサが、感光体の中心軸を軸とする円筒座標上に配備され、該座標系によりセンサ位置を規定されるマトリクス状に配備されることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
表面電位センサが、感光体における作像有効領域を感光体の長軸方向に走査可能なことを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１０】
表面電位センサが、先端に強誘電体を保持し、裏面にレーザ光反射用の金属面を持つカンチレバーであり、その静電気力による変位を表面電圧に変換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１１】
表面電位センサが、感光体の回転軸と平行な一本の直線上に複数個配列されたアレイ状に配備され、カンチレバーの変位を測定するレーザ光源は各センサに配備された収束光学系を持つ半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１０記載の画像形成装置。
【請求項１２】
表面電位センサが、感光体の回転軸と平行な一本の直線上に複数個配列されたアレイ状に配備され、カンチレバーの変位を測定するレーザ光源がポリゴンミラーによりアレイ上の各センサの反射用金属面に適用されることを特徴とする請求項１１記載の画像形成装置。
【請求項１３】
表面電位センサが、より広い検知面積を持ち感光体の中央部分に固定された振動容量型表面電位計と組み合わされたことを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１４】
像担持体として、導電性支持体上に少なくとも有機材料の電荷発生層、電荷輸送層が形成され、或いは更に表面保護層が形成された有機感光体を用いたことを特徴とする請求項１〜１３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、乾式二成分或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関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。基本作像プロセスは、感光体の帯電−露光による潜像形成−トナーによる現像、現像により得られた感光体上のトナー像の中間転写体又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、感光体部材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）からなり、これら一連のプロセスが任意に反復される。
【０００３】
潜像形成の露光方式には、大別して二つの方式がある。先ず一つは、レンズ光学系（多くの場合、一つ以上の反射鏡を含む）で情報パターンを感光体表面に直接照射・結像するアナログ方式であり、もう一つは、発光素子アレイ又はレーザビームで微小な画素に分割された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である。今日、コンピュータの普及による利用者の要求と、デジタル処理技術の向上による技術的背景の双方の理由から、このデジタル方式における光源は半導体レーザの使用が主流である。
【０００４】
カラー複写機、カラープリンタにおいても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。カラー作像機において、均一性と精細さはアウトプット画像の色偏差と関わっている。
【０００５】
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いる。とりわけ、デジタル方式の作像機においては、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。
【０００６】
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、又、露光をオフすることでいわゆる暗部電位（又は帯電電位）を計測することが可能である。
【０００７】
電位計を内蔵する作像装置では、複数の既知露光を測ることで陰湿な感光体の光・電気特性の概略が把握できる。合わせて、現像後のトナー濃度を測ることで、いわゆるγ（ガンマ）特性が得られる。プロセス制御の仔細な内容・方式は開発技術者の判断によるものの、その制御の信頼性が、電位測定の確度に依存することもまた明らかであり、同時にそれは、直接に画像品質の安定性に関与する。
【０００８】
ところで電子写真方式の感光体には、従来種々の種類・形態のものが開発・実用化されてきた。電子写真感光体の主たる機能を担う光学的に活性な物質としては、セレン、セレン・テルル合金、セレン・砒素合金、酸化亜鉛などの無機物質と、ポリビニルカルバゾール、アントランセン、アゾ系顔料、ペリレン系顔料、スクアリック酸系染料、アズレニウム塩系染料等の有機材料とが知られている。最近は、種々の利点を持った複数の有機材料からなる感光体、いわゆるＯＰＣ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｐｈｏｔｏ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の研究開発とその利用がますます盛んになっている。ＯＰＣは、材料や構成の選択によって特性の制御が比較的容易で、しかも量産性にも優れている。
【０００９】
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又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。
【００１０】
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、又、感光層の厚みの大部分はＣＴＬよりなる。
【００１１】
感光層と基体との間に、又は前述の積層・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）を設けることも広く採用されている。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、エポキシジュス、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、及びそれらの混合物等が知られている。
【００１２】
抵抗制御又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又は有機の顔料の分散も広く行われている。デジタル方式の電子写真感光体では、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広く用いられている。
【００１３】
電子写真感光体の基体としては、アルミニウム、ニッケル等の金属、又はステンレス、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、又は酸化スズ、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。
【００１４】
電子写真感光体は、通常循環駆動して反復使用されるため、無端ベルト状か円筒状であり、代表的基準としては、アルミニウム又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、アルミニウム系円筒基体（以下アルミドラム）がある。尚、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。
【００１５】
さて、上記に示した方式・構成の画像形成装置のより好適な作像条件から、その方式・構成に起因するプロセス制御上の問題点が発生する。現象的には、後述するいくつかの条件下で、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した。
【００１６】
具体的に説明すれば、本現象はデジタル方式、即ち半導体レーザ書き込み露光方式で、且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、ＵＬ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。更に、感光体ドラムの径が小さいほど発現しやすい。
【００１７】
現象の内容を列記する。
１．レーザ書き込み露光系では、感光体のＣＧＬかＵＬ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共に、前記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、軸方向の１カ所（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、作像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．前記５．と同様のセンサ設置位置から、感光体上の作像条件から逸脱した欠陥部を感知できない。
【００１８】
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、且つ、作像プロセス条件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共に、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。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００１−３４３４１２号公報
【特許文献２】
特開平８−１２２３８１号公報
【特許文献３】
特開平１１−１６６９１５号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、斯かる実情に鑑み、適正な測定値をプロセス制御部に提供し、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を提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明では、少なくとも、像担持体に静電潜像を形成する手段と、像担持体上にトナー画像を形成する現像手段と、像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体又は記録材料上に転写する手段とを有する画像形成装置において、電子写真感光体の表面に近接して配備され、電子写真感光体を帯電してデジタル方式による露光・書き込みを行った後の感光体上に書き込まれた１ドットもしくは複数のドットの表面電位センサを備えた画像形成装置を最も主要な特徴とする。
【００２２】
請求項２記載の発明では、表面電位センサは、導電体からなるシールド電極を外殻に持ち、中心に電位ポテンシャルを検知する太さがφ３００［μｍ］以下のニードル上のプローブ電極を有する円筒体の形状を有し、外殻電極と中心に位置するニードルプローブ間は絶縁体が充填され、更に、ニードルプローブの先端はこの円筒体の底面から突出したもので構成されており、表面電位測定は前記センサを直接感光体に接触することなく行われ、
【数２】
2004184556.tif 000003
という式で導かれる請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００２３】
請求項３記載の発明では、中心部のニードルプローブを形成するφ３００［μｍ］以下のタングステンワイヤを所望の長さにカットし、カット面を機械的に研磨した後、ＫＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：１．５〜０．８の溶液中でエッチングし、外殻金属電極となる金属チューブ内の所定の位置にセットした後、チューブとプローブ間を絶縁性の高い樹脂で満たし、これらを硬化させることにより、表面電位センサを得る請求項１又は２記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００２４】
請求項４記載の発明では、センサは、金属のシールド電極を外殻に持ち、検知面と配線部を除く部分が絶縁体に被覆され、その中に強誘電体を挟持する一対の対向する金属電極を配備し、感光体表面の電位以外からシールドされたコンデンサを形成し、該コンデンサの容量又は電流値の変化として表面電位を計測可能とした請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００２５】
請求項５記載の発明では、有機溶媒可溶性の型に蒸着或いはスパッタ法で外殻の金属電極を形成し、その内側に有機溶媒に不可溶性の無機の絶縁体を蒸着或いはスパッタ法で所定の膜厚に形成し、回路側電極をスパッタ法により形成した後、強誘電体を充填し測定物側電極を形成することにより、表面電位センサのプローブ部分を得る請求項１又は４記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００２６】
請求項６記載の発明では、表面電位センサが、感光体の回転軸と平行な一本の直線上に複数個配列されたアレイ状に配備された請求項１〜５いずれかに記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００２７】
請求項７記載の発明では、表面電位センサが、感光体の回転軸と平行で且つ感光体に近接した二本の直線上に、それぞれ所定の間隔をおいて千鳥状に複数個配列された請求項１〜５いずれかに記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００２８】
請求項８記載の発明では、表面電位センサが、感光体の中心軸を軸とする円筒座標上に配備され、該座標系によりセンサ位置を規定されるマトリクス状に配備される請求項１〜５いずれかに記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００２９】
請求項９記載の発明では、表面電位センサが、感光体における作像有効領域を感光体の長軸方向に走査可能な請求項１〜８いずれかに記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００３０】
請求項１０記載の発明では、表面電位センサが、先端に強誘電体を保持し、裏面にレーザ光反射用の金属面を持つカンチレバーであり、その静電気力による変位を表面電圧に変換する請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００３１】
請求項１１記載の発明では、表面電位センサが、感光体の回転軸と平行な一本の直線上に複数個配列されたアレイ状に配備され、カンチレバーの変位を測定するレーザ光源は各センサに配備された収束光学系を持つ半導体レーザ素子である請求項１０記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００３２】
請求項１２記載の発明では、表面電位センサが、感光体の回転軸と平行な一本の直線上に複数個配列されたアレイ状に配備され、カンチレバーの変位を測定するレーザ光源がポリゴンミラーによりアレイ上の各センサの反射用金属面に適用される請求項１１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００３３】
請求項１３記載の発明では、表面電位センサが、より広い検知面積を持ち感光体の中央部分に固定された振動容量型表面電位計と組み合わされた請求項１〜８いずれかに記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００３４】
請求項１４記載の発明では、像担持体として、導電性支持体上に少なくとも有機材料の電荷発生層、電荷輸送層が形成され、或いは更に表面保護層が形成された有機感光体を用いた請求項１〜１３いずれかに記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【００３５】
即ち、請求項１記載の発明においては、デジタル式に書き込まれた画像形成上の最小単位である１ドット或いは複数ドットの表面電位を計測可能な表面電位センサを備えたことにより、最小ドット毎の静電潜像の表面電位を精確に測定可能であるため、この計測値をもとに電子写真の各プロセスにおける関連する現像や転写等のプロセス制御を精度良く行える。
【００３６】
請求項２記載の発明においては、非接触で行われる表面電位計測は感光体上の静電潜像に影響を及ぼすことなく行われ、且つセンサ自体は簡易な構造であり、センサの容量と抵抗が既知であるため、環境変動に影響されることなく表面電位を計測可能である。
【００３７】
請求項３記載の発明においては、材料が難酸化物であり、純度の高い既成のタングステンワイヤを用いた簡易で安価なものとすることが可能となる。
【００３８】
請求項４記載の発明においては、液晶表示措置に類似したコンデンサにより、表面電位ポテンシャルの作る表面から距離を置いた空間での等ポテンシャル面にこのセンサの対向電極をおくと、そのポテンシャルを起電力としてコンデンサ型センサが動作し、強誘電体内の電気双極子モーメントが電界方向に整列することにより、コンデンサ内に電流が生じる、或いは容量変化を起こすため、容易に表面電位を検知できる。
【００３９】
請求項５記載の発明においては、強誘電体の充填前までは、複数のターゲットを有する一台のスパッタ装置内で真空を解除することなく、比較的短時間で必要なシールド電極、絶縁部を形成でき、更に、強誘電体は通常高粘度でワックス状であり、加熱硬化することなく使用が可能であるため、より簡易なセンサを得ることが可能となる。
【００４０】
請求項６記載の発明においては、前記表面電位センサは画像の最小構成単位である１ドットを計測するセンサであるため、１個のセンサが検知する計測面積は小さい。このため、複数のセンサを画像形成に当たる感光体の中心軸と平行な感光体上空の直線上にアレイ型に配備することにより、必要な計測面積を確保することが可能となる。
【００４１】
請求項７記載の発明においては、２本の平行で近接した直線上に複数のセンサを千鳥配列することにより、請求項６記載の発明と同様、必要な計測面積を確保することが可能となる。
【００４２】
請求項８記載の発明においては、感光体上の、現像部或いは転写前後のプロセス上での必要と思われる位置にセンサを感光体の中心軸を軸とする円筒座標計の所定の位置に配置することにより、必要な計測値を各プロセスに求められる位置で提供することが可能である。
【００４３】
請求項９記載の発明においては、前記表面電位センサは非常に小型なので、千鳥配列センサ、センサアレイ、センサマトリクスの最小必要個数を単一の基板上に配置、固定することが可能であり、これを、感光体の長軸方向に走査することにより、感光体の長軸方向の全領域を計測可能領域とすることができる。
【００４４】
請求項１０記載の発明においては、カンチレバーの先端に、強誘電体チップを配することにより、感光体の作る鏡面電位ポテンシャルとの間に静電力が発生し、その静電力が斥力或いは引力であるかにによりカンチレバー先端はそれぞれ上下に変位する。この移動量をレーザ反射光の検知面上の位置変化として計測し、カンチレバーのヤング率を適用することにより静電力の大きさが求められ、これを先端チップのクーロン力に置き換えることにより表面電位を求めることができる。
【００４５】
請求項１１記載の発明においては、計測面積の確保が可能となる。
【００４６】
請求項１２記載の発明においては、センサに適用するレーザ光学系をポリゴンミラーにより単一化し、計測システム全体を小型化・省力化する試みが行われる。
【００４７】
請求項１３記載の発明においては、大面積を計測域がφ１０［ｍｍ］であるよう感光体の中央部に固定された振動容量型の従来型のセンサにより計測する。これは、画像のハーフトーン等の計測による画像バランスを求めるために必要とされる。又、本発明によるセンサを同時に配備し、微小領域を計測することで、より精度の高い表面電位情報が提供可能となる。
【００４８】
請求項１４記載の発明においては、感光体の適用が規定される。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。本発明の画像形成装置は、感光体上に静電潜像を形成する潜像形成手段、該感光体上の潜像上にトナー像を形成する現像手段、形成されたトナー像を転写体上に転写する転写手段、転写体上のトナー像を定着する定着手段、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手段を有する。
【００５０】
図５は、本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図５において、静電潜像担持体である感光体ドラム２１の周囲には、該感光体ドラム２１表面を帯電するための帯電ローラ２２、一様帯電処理面に潜像を形成するためのレーザ光線からなる露光２３、感光体ドラム２１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、形成された感光体ドラム２１上のトナー像を記録紙へ転写するための転写装置２８、記録紙上のトナーを定着する定着装置３２、感光体ドラム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、感光体ドラム２１上の残留電位を除去するための除電ランプ４１が順に配設されている。
【００５１】
先ず、感光体ドラム２１は帯電ローラ２２によって表面を一様に帯電される。図５の例では、帯電ローラ２２を用いて感光体ドラム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生量が少ない利点があるが、感光体と接触しており、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。
【００５２】
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からなる露光２３が照射され、静電潜像が形成される。感光体ドラム２１上の帯電電位や露光部位を電位センサで検出し、帯電条件や露光条件を制御することもできる。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
現像スリーブ２６には、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。
【００５６】
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。尚、現像電圧には交流を重畳させても良い。
【００５７】
現像ギャップは、現像剤粒径の５〜３０倍程度、現像剤粒径が５０［μｍ］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。又、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。尚、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５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上に現像する一成分現像方式を用いてもよい。
【００５８】
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１５０［μｍ］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。
【００５９】
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３０［μｍ］以上、１００［μｍ］以下であることが好ましい。更に、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１０３［Ωｃｍ］以上のキャリアを使用する必要がある。
【００６０】
感光体ドラム２１上に形成されたトナー像は、感光体ドラム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。感光体ドラム２１上に形成されたトナー像は、転写ベルト２９と感光体ドラム２１間に作用する転写電界によって記録紙へ転写される。
【００６１】
図５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５の例では、転写ベルトを用いた転写方式を用いているが、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。転写ベルト又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、紙の帯電が少ないため感光体からの分離が容易で、分離時のはく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、又、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。
【００６２】
転写の際に感光体ドラム２１に付着した記録紙は、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紙は、定着ローラ３３と加圧ローラ３４によって一定の熱と圧力が加えられ、トナーが記録紙上に定着される。尚、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。
【００６３】
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体ドラム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５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。又、図５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。残留トナーを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。
【００６４】
尚、図５の例は一つの感光体ドラム２１と一つの現像装置２４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２１と複数の現像装置２４、又は複数の感光体ドラム２１と現像装置２４を用いたカラー画像形成装置にも適用できる。図５中、４２は感光体ドラム２１の表面に近接して配備され、感光体ドラム２１を帯電してデジタル方式による露光・書き込みを行った後、感光体ドラム２１上に書き込まれた１ドットもしくは複数のドットの表面電位を計測可能な表面電位センサである。
【００６５】
図１（ａ）は、図５に示した本発明における表面電位センサ４２としてのニードルプローブセンサの一例を示すものである。中心となるニードルプローブ１は純度４Ｎのタングステン（以下Ｗ）ワイヤφ３００［μｍ］から切り出したものを機械的に研磨して先端が５０〜１００［μｍ］程度の円錐状にした後、ＫＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：１で構成される溶液を用いて常温でエッチングを行い、先端部を２０［μｍ］以下にしたものである。このニードルプローブ１をφ０．８［ｍｍ］のステンレス管等の外殻シールド３の中央に配置し、ニードルプローブ１とステンレス管等の外殻シールド３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）等の絶縁体２を充填し、６０［℃］で２４時間熱硬化させることにより作製される。このニードルプローブセンサは、図１（ｂ）のような等価回路５で表され、
【数３】
2004184556.tif 000004
により表面電位ＶＳが求められる。図１（ｂ）中、４は感光体である。測定例を図７に示す。一般に、ポテンシャルφは距離ｒと電荷ｑとの間でφ∝ｑ／ｒの関係があり、図７（ａ）はφ∝１／ｒ、図７（ｂ）はφ∝ｑを示している。
【００６６】
又、本発明における表面電位センサ４２としては、図２に示すようなコンデンサ型プローブも挙げられる。これもφ０．８［ｍｍ］のステンレス鋼管等の外殻シールド６を用い、底面となる部分にφ０．３［ｍｍ］のホールを配備し、中心にφ０．１［ｍｍ］のＡｕ金属配線をセットする。これをスパッタ装置にセットし、先ず、ＳｉＯ２等の絶縁体７を２〜５［μｍ］の厚さでスパッタリングにより形成する。更に、底面電極９となるＡｌ／Ｓｉ合金をスパッタリングにより形成する。本発明に用いた自作のスパッタリング装置は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であり、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。こうしてできた配線用Ａｕ電極が付き、ＳｉＯ２等の絶縁体７で内面をコートされた外殻シールド６に対し底面の対向方向側の面と内側側面に堆積されている余分なＡｌ／Ｓｉ合金を除去し、絶縁体７の内側を強誘電体８で満たす。更にこれにＩｎからなる対向電極１０を取り付けてセンサが完成する。図２中、１１はエレクトロメータ等の電流／容量測定部である。
【００６７】
こうしてできたセンサを図３のように配置することにより、（ａ）アレイ配列、（ｂ）千鳥配列、（ｃ）マトリクス配列のセンサ群が形成される。センサの取り付け位置は、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。図３中、１２は感光体、１３は感光体１２の中心軸に平行な直線、１４はセンサアレイ、Ｓｎは第ｎ番目のセンサである。
【００６８】
尚、図４に示す如く、ステッピングモータ１７の駆動によりボールネジ１６を回転させると共に、その回転量をエンコーダ１８で検出しフィードバック制御することにより、前記ボールネジ１６に螺嵌されたセンサ基板１５を感光体１２の長手方向に沿って移動させ、走査を行うようにすることも可能である。
【００６９】
又、カンチレバー型センサを図６にあげる。カンチレバー６０の材質としてＡｌ  １１００の０．８［ｍｍ］の板、幅０．５［ｍｍ］を用いた。電子写真プロセスでは、原子力間顕微鏡のようなｎｍオーダーの仕様は不要であるが、印加される電圧が１［ｋＶ］近辺にも及ぶため、カンチレバー６０の材質は原子力間顕微鏡のそれと比較して十分に強靱である必要がある。この先端に強誘電体チップ６１を接着する。静電力をクーロン力として計測するため、カンチレバー６０上の強誘電体チップ６１は十分に誘電率の大きなものが好ましい。これにより、
【００７０】
【数４】
2004184556.tif 000005
但し、Ｑｓ：表面電荷
Ｖｓ：表面電位
第一項：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｆｏｒｃｅ  （ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）
第二項：Ｖｓによりカンチレバーに誘起される電荷とＱｓ間のクーロン力
の力を受けることになり、図６のように、カンチレバー６０の変位をレーザ変位計６２で計測しＦ＝ｋＸの式を用いてアルミニウムのヤング率を代入すれば力Ｆを求めることができ、上記の式により表面電位Ｖｓを求めることができる。これを、前述のセンサ群のように配置すれば広い計測面積を得ることができる。又、レーザ変位計６２をレーザ発光素子とカンチレバー６０からの反射光を受け取る受光検知素子で構成し、多数個のカンチレバー型センサに対し１個のレーザ光源からポリゴンミラーを用いてレーザ光を割り当てれば、より安価なセンサ群を構成することが可能となる。
【００７１】
尚、本発明の画像形成装置は、上述の図示例にのみ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。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ書き込み露光系を採用し、且つ、作像プロセス条件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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係るニードルプローブセンサの一例を示す斜視図であり、（ｂ）はニードルプローブセンサの等価回路図である。
【図２】本発明に係るコンデンサ型プローブの一例を示す構成図である。
【図３】センサ群の配列を示す図であって、（ａ）はアレイ配列、（ｂ）は千鳥配列、（ｃ）はマトリクス配列を示す図である。
【図４】走査型センサを示す図である。
【図５】本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図６】カンチレバー型センサを示す斜視図である。
【図７】（ａ）はニードルプローブでの測定例１を示す図であり、（ｂ）はニードルプローブでの測定例２を示す図である。
【符号の説明】
１    ニードルプローブ
２    絶縁体
３    外殻シールド
４    感光体
５    等価回路
６    外殻シールド
７    絶縁体
８    強誘電体
９    底面電極
１０    対向電極
１１    電流／容量測定部
１２    感光体
１３    直線
１４    センサアレイ
１５    センサ基板
１６    ボールネジ
１７    ステッピングモータ
１８    エンコーダ
２１    感光体ドラム
２２    帯電ローラ
２３    露光
２４    現像装置
２５    スクリュー
２６    現像スリーブ
２７    ドクターブレード
２８    転写装置
２９    転写ベルト
３０    バイアスローラ
３１    分離爪
３２    定着装置
３３    定着ローラ
３４    加圧ローラ
３５    定着ヒータ
３６    クリーニング装置
３７    クリーニングローラ
３８    ブレード
３９    トナー回収装置
４０    電源装置
４１    除電ランプ
４２    表面電位センサ
６０    カンチレバー
６１    強誘電体チップ
６２    レーザ変位計
【図１】
2004184556.tif 000007
【図２】
2004184556.tif 000008
【図３】
2004184556.tif 000009
【図４】
2004184556.tif 000010
【図５】
2004184556.tif 000011
【図６】
2004184556.tif 000012
【図７】
2004184556.tif 000013