(57)【要約】【課題】  電子写真で印刷と同等な解像度での画像処理で出力を行うためのデジタルフルカラー電子写真装置を提供する。【解決手段】  デジタルフルカラー電子写真装置において、該露光手段として380〜450nmに発光波長を有する光源を用い、シリコン原子を母体とする水素原子及び／またはハロゲン原子を含有する非単結晶材料からなる光導電層の像担持体を用いる。【選択図】  図１
2005156912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、像担持体の表面を帯電する帯電装置と、帯電された像担持体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、前記像担持体に形成されたトナー像を転写材に転写し、定着する手段を有するデジタルフルカラー電子写真装置において、
該露光手段として380〜450nmに発光波長を有する光源を用い、シリコン原子を母体とする水素原子及び／またはハロゲン原子を含有する非単結晶材料からなる光導電層の像担持体を用いることを特徴としたデジタルフルカラー電子写真装置。
【請求項２】
該光学系の光量分布ピーク強度の1/e2における径の平均値が、40μm以下であることを特徴とする、請求項１のデジタルフルカラー電子写真装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真及び静電記録等に用いられるデジタルフルカラー電子写真装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高速、高画質な画像形成装置として、電子写真方式を採用した複写機やレーザービームプリンタが知られている。近年、デジタルコンテンツがオフィスや家庭で一般的なものとなったことで、前記電子写真画像記録装置の高画質化への要求はさらに高まっている。
【０００３】
この電子写真画像記録装置は、像担持体にレーザービームなどにより光を照射し、そのとき光が照射された量により画像が記録されるもので、文字などの２値的な画像から、写真などの中間調を含んだ画像まであらゆる画像を形成することができる。文字、図形などの２値的な記録であれば、像露光をプリンターの解像度に合わせ、600dpiや1200dpiで２値記録することによって十分精細な画像が得られる。また、中間調濃度を再現するときには、ディザ法、濃度パターン法などを採用することにより良好な中間調濃度を再現することができる。また、記録密度を低下させずに高解像度で、各画素において中間調を形成するパルス幅変調方式（PWM方式）の画像形成装置も提案されている。PWM方式を用いたカラー画像処理装置としては、例えば特開昭６２-１９８２６６号には各色ごとに異なる位相の基準信号と画像信号とを比較し、パルス幅変調された出力画像によって色モアレを除去することが記載されている。このPWM方式の画像形成装置は、画像信号によってレーザービームの照射時間を変調することにより、中間調の画素形成を行うもので、高解像度で且つ高階調性の画像を形成できるため、カラー画像の形成に特に適している。すなわち、上記PWM方式によると、１画素毎にビームスポットにより形成されるドットの面積階調を行うことができ、解像度を低下させることなく中間調を表現できる。
【０００４】
ところが、上述したPWM方式の画像形成装置において、画素密度をさらに高めていくと、ビームスポット径に対して画素が相対的に小さくなるために露光時間変調による階調を十分に取ることができないという問題があった。このため、階調性を保持したまま解像度を向上させるには、ビームスポット径をより小さくする必要がある。（ここでいうビームスポット径とは略ガウシアン分布を有するレーザー光学スポットのピーク光量から1/e２の光量での直径である。）
像担持体表面に静電的に形成したトナー像を、これに密着させた紙などのシート状の記録部材に静電的に転写する画像形成装置において、転写部材として導電性の転写ローラーやコロナ帯電器を用いたものがよく知られている。この画像形成装置においては、転写部材を像担持体に圧接もしくは近接させて、像担持体と転写部材の間に転写ニップを形成し、転写ニップ部に記録材を通過させると共に、上述の転写部材にトナー像と逆極性のバイアス電圧を印可することにより、像担持体上のトナー像を記録部材表面に転写するものである。
【０００５】
上記のようにして画像形成される、電子写真画像形成装置に用いられる、感光体としては、有機感光体やアモルファスシリコン系感光体（以下、「a-Si系感光体」と称する。）等がよく用いられているが、 前記、a-Si系感光体は、表面硬度が高く、半導体レーザーなどに高い感度を示し、しかも繰返し使用による劣化もほとんど認められないことから、高速複写機やレーザービームプリンタ（LBP）などの電子写真用感光体として用いられている。例えば、特開２００２-３１１６９３号にはa-Si系感光体を用い画像形成光の波長が５００nm以下である電子写真装置が記載されている。
【０００６】
また、a-Si系感光体の特徴として露光による電荷発生が感光体表面近傍で行われるため、最下層で電荷発生が行われる有機感光体に比べ、発生した電荷の拡散が少ないため微細な潜像を形成するのに有利ということが知られている。
【特許文献１】特開昭６２-１９８２６６号公報
【特許文献２】特開２００２-３１１６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、電子写真で印刷と同等な解像度での画像処理で出力を行うためには、高解像度な画像出力が可能なa-Si系感光体を用いてもまだ解像度は不十分であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであって、光導電性の像担持体と、像担持体の表面を帯電する帯電装置と、帯電された像担持体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、前記像担持体に形成されたトナー像を転写材に転写し、定着する手段を有するデジタルフルカラー電子写真装置において、前記露光手段として380〜450nmに発光波長を有する光源を用い、シリコン原子を母体とする水素原子及び／またはハロゲン原子を含有する非単結晶材料からなる光導電層の像担持体を用いる構成とした。
【０００９】
スポットサイズと波長の関係は”スポットサイズ∝Ｋ・Ｆ・λ”で表され、近年上市されている青色発光半導体レーザー（380nm〜450nm）を用いることにより、従来使用されている赤色半導体レーザー（680nm）に比して、従来品と同様の光学系を用いてレーザースポット径を約1/2に絞る事が可能となる。このとき、Ｋ：定数、Ｆ：Ｆナンバー、λ：波長である。
【００１０】
また、a-Si系感光体に青色発光半導体レーザーを用いることにより、従来の赤色レーザーを用いた場合と比較し、露光による電荷発生箇所がより感光体表面近傍となる。
【００１１】
その結果、発生した電荷（フォトキャリア）が感光体中を移動し、感光体表面の帯電電荷を打ち消して潜像形成を行う際に、フォトキャリアの移動距離を赤色レーザーを用いた場合よりも拡散の影響を少なくすることが出来た。
その結果、より小径のレーザースポット光を形成することができ、印刷と同等な画像解像度での出力が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図1は、本発明の第1実施例で用いた電子写真装置の概略断面図である。
【００１３】
帯電手段としては、ワイヤーと電界制御グリッドよりなるコロナ帯電器を用いたコロナ帯電方式、像担持体に接触させた帯電ローラーに、直流あるいは直流と交流の重畳バイアスを印加して帯電するローラー帯電方式などが挙げられる。
【００１４】
露光手段としての光学系17には、半導体レーザーを使用したスキャナータイプのものや、LEDに集光装置であるセルフォックレンズを介して像露光をおこなうもの、また、EL素子やプラズマ発光素子など、その他の光学系も使用することができる。
【００１５】
本発明では短波長光のレーザー発信ができ、光学スポットの小径化が可能な青色半導体レーザー発光素子を用いたスキャナー式光学系を用い、図２に示すとおり、半導体レーザー部21、高速回転するポリゴンミラー24、f-θレンズ25からなり、レーザドライバの発光信号に応じて明滅される．半導体レーザー21から放射されたレーザー光束はコリメータレンズ22にて略平行光とされ、シリンドリカルレンズ23によりポリゴンミラー上に集光され、一定速度で回転するポリゴンミラー24上を反射、偏向されfθレンズ群25を通り、折り返しミラー26で再び偏光されて感光ドラム上27にスポット状に結像され、所定の方向28に等速度で走査される。
【００１６】
このとき、特開2002-277803に記載のとおり、500nm以下の短波長光源を用いた際に、絶対反射率が高く、波長依存性と角度依存性が少ない反射ミラーを用いた走査光学系を用いることも可能である。
【００１７】
また、特開2002-303810に記載のとおり、波長変動による主走査方向の結像位置ズレや、環境変動に伴なう副走査方向のピントズレを抑え、高精細な印字を得ることができる走査光学系を用いることも可能であり、このように、光源波長が短波長であることにより、光学部品の分光感度や、屈折率の増加を加味した光学設計を施すことで、より効果的な画像出力が可能となる。また、特開2002-277803、特開2002-303810に記載のその他の構成についても、使用可能である。
【００１８】
さらに、高精細潜像を形成できる本発明では、像担持体に射出するビーム数を増やすことにより、高速で高解像な画像を出力することもより好適である。
【００１９】
現像方式には磁性トナーを磁力により搬送し、現像ニップにて非接触で像担持体上に飛翔現像させる磁性１成分の非接触現像方式、あるいは現像ニップで像担持体に接触させて現像処理をおこなう磁性接触現像方式．非磁性トナーをブレードにより規制し帯電させ、現像スリーブに担時して搬送し現像ニップにおいて非接触でトナーを飛翔現像させる非磁性１成分の非接触現像方式、あるいは現像ニップで像担持体に接触させ現像処理をおこなう非磁性１成分の接触現像方式．同じく非磁性トナーを磁性粉体であるキャリアに混合させ同じく現像スリーブで現像ニップまで搬送し現像処理をおこなう２成分現像方式など様々な現像法を使用することができる。
そのときのトナー粒子には、粉砕法や、重合法など、いずれの製造方式によるものも使用することができる。
【００２０】
懸濁重合法としては、例えば、特公昭36-10231号、特公昭43-10799号、特公昭51-14895号、特開平7-152217公報などに記載されているものを使用することができる。
【００２１】
また会合重合法などと呼ばれる、一次粒子を複数個、融合・合一することにより得られるトナー粒子として、特許第2537503号、特登録03196754、特開2000-250261などに記載のトナー粒子を用いることも可能である。
【００２２】
また、粉砕法により得られるトナーの中でも、ワックスなどの離型剤を含有するものも使用することが可能であり、離型剤を内包した重合トナーと同様、オイルを用いない定着方式により良好な出力画像が得られるものである。
【００２３】
より具体的には、トナー粒子が少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤および無機粉体を含有し構成され、「結着樹脂が少なくともポリエステルユニットを含み」、「重量平均粒径が3.0〜8.0μｍであり」、「平均円形度が0.94以上、0.965以下であり」、「離型剤がトナー100質量部に対して1〜40%含有する」トナー粒子を用いることがより好適であり、その製造手段などは、特開2002-072544に記載されているところである。
【００２４】
また、現像方式に２成分現像方式を用いる場合、トナー粒子とキャリア粒子を混合し、現像剤とする．そのキャリア粒子としては、ビニル系、非ビニル系の熱可塑性樹脂、金属酸化物、その他、硬化剤等の添加剤を混合機により十分に混合し、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等の混練機を用いて溶融、混練し、これを冷却後、粉砕分級を行って磁性体が分散されている磁性キャリアとすることができる．また、以下に述べる重合法によって作製された磁性キャリア用いることも好適である。
【００２５】
重合法としては、直接、モノマーと金属酸化物を混合、重合して磁性体が分散されている磁性キャリアを得る際に用いられるモノマーとしては、前述したビニル系モノマーの他に、エポキシ樹脂の出発原料となるビスフェノール類とエピクロルヒドリン、フェノール樹脂のフェノール類とアルデヒド類、尿素樹脂の尿素とアルデヒド類、メラミンとアルデヒド類等が用いられる。例えば、硬化系フェノール樹脂を用いた磁性キャリアの製造方法としては、水性媒体中でフェノール類とアルデヒド類を塩基性触媒の存在下で、前述した金属酸化物及び必要に応じては分散安定剤を入れて懸濁重合し磁性体が分散されている磁性キャリアが得られる。
【００２６】
一般に、上記した様な樹脂キャリアの場合は、金属酸化物の含有量が７０％以上である場合には、特に、機械的強度が脆くなり易いという傾向がある為、キャリアの強度をアップさせるために、バインダー樹脂を架橋させて用いることが好ましい。架橋させる方法としては、例えば、溶融混練時に架橋成分を添加し混練時に架橋させる、或いは直接重合時に硬化型樹脂を選択する、或いは架橋成分を入れたモノマーを使用する等の方法が挙げられる。
【００２７】
更に、本発明において使用する磁性キャリアは、以上の製造方法等で得られる磁性体がバインダー樹脂中に分散されているキャリアをそのまま用いてもよいが、該磁性キャリアをキャリアコアとして用い、絶縁性樹脂をコート剤とし、キャリアコア表面に被覆してコート磁性キャリアとして用いてもよい。その際に使用されるコート剤のコート量としては、０．５〜１５重量％の範囲であることが好ましい。
【００２８】
転写方式には電気的な力、あるいは機械的な力を利用した転写方式を使用することができる．電気的な力を利用して転写をおこなう方法として、コロナワイヤーによりトナーの帯電極性と逆極性の直流バイアスを印加して転写をおこなうコロナ転写方式．ローラーを当接させ、トナーと逆極性のバイアスを印加するローラー転写方式などが挙げられる。
【００２９】
定着方式としては、ローラー状のものや、ベルト状のものなど使用可能で、本発明により出力された高精細画像をより効果的に仕上げるために、定着後画像にラミネート加工や再処理することもより好適である。
【００３０】
入力情報となる画像処理法としては様々なものが使用可能である。通常最も多く用いられる方法としてディザ法（Dither  Method）と濃度パターン法（Dot  Pattern  Method）がある．ディザ法は図3(a)に示されるように読み取った入力信号の１画素を、２値記録の１画素に対応させる．濃度パターン法は図3(c)に示されるように、読み取った入力信号の１画素を、複数の記録画素に対応させる。両者の中間に位置する手法として図3(b)に示されるように読み取った入力信号の１画素を、mxmのマトリックス内の部分マトリックス（LxL）へ対応させる方法がある．この部分画素への対応において、L=1のときディザ法、L=mのときが濃度パターン法に相当し、任意の値をとることにより出力画像サイズを変化し得る。
【００３１】
この様な２値化手法を用い各色のディザパターンを形成する．各色のディザパターンには、図4に示すとおり、axaの画素からなる基本網点（基本セル）を適当にずらして配置することにより、スクリーン角を持った網点ドットを作ることができる．ずらす値（変位ベクトル）をu=(a、b)とすると、得られるスクリーン角θは、θ＝tan^-1(b/a)より求められる。かかる変位ベクトルuの値をa、bを用いて網点の１周期に相当する正方閾値マトリックス・サイズNは、
N＝LCM（a、b）x (b/a + a/b)
となる．ただしLCM(a、b)はaとbの最小公倍数を表わす。
【００３２】
各色に異なるスクリーン角を設ける効果としては、各色の位置がずれた場合でも色の一様性を保てること、更に、モアレ縞の発生を抑えることなどが挙げられる．特にモアレ縞の発生については、各色のスクリーン角の組み合わせに大きく影響を受け、印刷装置等で広く普及している組み合わせは、イエロー  0°、シアン（またはマゼンタ）15°、ブラック  45°、マゼンタ（またはシアン）75°などに設定されている．電子写真画像記録装置においては、600dpi・1200dpi・2400dpiなどの解像度の制限の範囲でスクリーン角度の調整がおこなわれている。
また、上述のパルス幅変調方式(PWM方式)に位相差を設けて、スクリーン角を設ける技術を用いることも可能である。
【００３３】
また、本発明で用いられるディザパターン形成手法は、多値出力することも可能であり、入力画素値と各ディザマトリックスパターンの閾値とを比較し、閾値を越えたときのマトリックスパターンの階調を出力すれば良い。このときのレーザーパルスの点灯幅は、階調により制御されるが、そのときの点灯位置は画素中の“中央、左、右”と、マトリックスパターン内の画素位置や周辺画素の影響を考慮して設定可能である。
【００３４】
さらに、誤差拡散法や、ブルーノイズマスクを用いた画像形成手段を用いることも、本発明で実現される高精細画像出力には好適である。
【００３５】
次に本明細中で記述した粒度分布とトナー円形度の測定方法について説明する。
１．トナー粒子又はトナーの粒度分布の測定
測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩ或いはコールターマルチサイザーＩＩ（コールター社製）を用いる．電解液は、約１％ＮａＣｌ水溶液を用いる．電解液には、１級塩化ナトリウムを用いて調製された電解液や、例えば、ＩＳＯＴＯＮ（登録商標）−ＩＩ（コールターサイエンティフィックジャパン社製）が使用出来る。
【００３６】
測定方法としては、前記電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として、界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルホン塩酸）を、０．１〜５ｍｌを加え、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える．試料を懸濁した電解液を超音波分散器で約１〜３分間分散処理し、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、前記測定装置により、試料の体積及び個数を各チャンネル毎に測定して、試料の体積分布と個数分布とを算出する．得られたこれらの分布から、試料の重量平均粒径を求める。
【００３７】
チャンネルとしては、２．００〜２．５２μｍ；２．５２〜３．１７μｍ；３．１７〜４．００μｍ；４．００〜５．０４μｍ；５．０４〜６．３５μｍ；６．３５〜８．００μｍ；８．００〜１０．０８μｍ；１０．０８〜１２．７０μｍ；１２．７０〜１６．００μｍ；１６．００〜２０．２０μｍ；２０．２０〜２５．４０μｍ；２５．４０〜３２．００μｍ；３２〜４０．３０μｍの１３チャンネルを用いる。
【００３８】
２．トナー平均円形度の測定
トナーの円相当径、円形度及びそれらの頻度分布とは、トナー粒子の形状を定量的に表現する簡便な方法として用いたものであり、本発明ではフロー式粒子像測定装置「ＦＰＩＡ−２１００型」（シスメックス社製）を用いて測定を行い、下式を用いて算出した。
【００３９】
【数１】
2005156912.tif 000003
【００４０】
ここで、「粒子投影面積」とは二値化されたトナー粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは該トナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義する。
【００４１】
本発明における円形度はトナー粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、トナー粒子が完全な球形の場合に１．０００を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。
【００４２】
又、円形度頻度分布の平均値を意味する平均円形度Ｃは、粒度分布の分割点ｉでの円形度（中心値）をｃｉ、頻度をｆｃｉとすると、次式から算出される。
【００４３】
【数２】
2005156912.tif 000004
【００４４】
具体的な測定方法としては、容器中に予め不純固形物等を除去したイオン交換水１０ｍｌを用意し、その中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を加えた後、更に測定試料を０．０２ｇ加え、均一に分散させる．分散させる手段としては、超音波分散機「Ｔｅｔｏｒａ１５０型」（日科機バイオス社製）を用い、2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする．その際、該分散液の温度が４０℃以上とならない様に適宜冷却する。
【００４５】
トナー粒子の形状測定には、前記フロー式粒子像測定装置を用い、測定時のトナー粒子濃度が３０００〜１万個／μlとなる様に該分散液濃度を再調整し、トナー粒子を１０００個以上計測する．計測後、このデータを用いて、２μm未満のデータをカットして、トナー粒子の平均円形度を求める。
図５は、本実施例において用いたa-Si系感光体の構造を示す模式的な断面図である。
【００４６】
図５（ａ）に示す電子写真装置用感光体700は、感光体用としての支持体701の上に、感光層702が設けられている。該感光層702はa-Si：H、Xからなり光導電性を有する光導電層703で構成されている。支持体701は、導電性でも導電処理を施した電気絶縁性支持体でも良い。
【００４７】
また図５（ｂ）に示す画像形成装置用感光体700は、感光体用としてのAlなどからなる導電性支持体701の上に、感光層702が設けられている。該感光層702はa-Si：H、Xからなり光導電性を有する光導電層703と、a-Si系表面層704とから構成されている。
【００４８】
更に、図５（ｃ）〜（ｆ）の様に、a-Si系電荷注入阻止層705（ここで、電荷注入阻止層705 は導電性支持体701 から光導電層703 への電荷の注入を阻止するためのものであり、必要に応じて設けられる。）を設けたり、光導電層703がa-Si：H、Xからなる電荷発生層707ならびに電荷輸送層708と、a-Si系表面層704とから構成されてもよい。
【００４９】
感光層７０２の一部を構成する光導電層７０３は、支持体７０１上、必要に応じて下引き層(不図示)上に形成され、プラズマＣＶＤ（以下、ｐ−ＣＶＤ）法、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法などの周知の薄膜堆積法によって形成することができる。ｐ−ＣＶＤ法としては、ＲＦ帯を、ＶＨＦ帯、μＷ帯の周波数帯を利用したｐ−ＣＶＤが利用されており、上記の各層は、周知の装置および膜形成方法にて製造される。本発明において、光導電層７０３の層厚は、所望の電子写真特性が得られること及び使用状態における電気容量が前述の範囲に収まることや、経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは２０〜５０μｍである。
【００５０】
（実施例１）
実験機として、キヤノン製複写機CLC5000改造機を使用した。
【００５１】
露光手段は発振波長が405nmの半導体レーザーを使用し、感光体上スポットサイズ25×25μmとし、画像解像度を1200dpiとした。
【００５２】
感光体は前記のa-Si系感光体を使用し、帯電にはコロナ帯電器を使用し、電位設定は帯電電位を-400V、ベタ画像露光後の電位を-50Vとした。
【００５３】
現像剤は重量平均径5μm、円軽度0.955のトナー粒子をキャリア粒子と混合した2成分現像剤を使用し、感光体と現像スリーブの距離は本実施例では350μmとした。現像バイアスは周波数2.0kHz、振幅2.0kVの矩形波のACバイアスにDC成分を重畳したものを使用した。
【００５４】
評価画像はCLC5000の転写−定着手段により出力を行った。
【００５５】
評価画像は、３ポイント、４ポイントの「電」、「驚」の文字画像を用いて、文字のプロポーション、鮮鋭性について5段階（Ａ−Ｅ）の評価を行った。ここで、Ａがもっとも良く、以下Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの順である。
【００５６】
その結果、表１に示すように文字プロショーンはB、文字鮮鋭性はAとなった。
【００５７】
（実施例２）
上記実施例１と同じ装置構成で画像解像度を2400dpiとして出力を行った。
その結果、表１に示すように文字プロショーンはA、文字鮮鋭性はAとなった。
【００５８】
（比較例１）
実施例１と同じ装置で、露光手段を発信波長が680nmの半導体レーザーを使用し、感光体上スポットサイズを45×45μm、画像解像度を1200dpiとした。
【００５９】
その結果、表１に示すように文字プロショーンはB、文字鮮鋭性はCとなった。
【００６０】
（比較例２）
実施例１と同じ装置で、露光手段を発信波長が780nmの半導体レーザーを使用し、感光体上スポットサイズを55×55μm、画像解像度を1200dpiとした。
その結果、表１に示すように文字プロショーンはC、文字鮮鋭性はDとなった。
【００６１】
【表１】
2005156912.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施例の電子写真装置の模式図
【図２】本発明の走査光学系の説明図
【図３】本発明の画像処理法の説明図
【図４】本発明の画像処理法の説明図
【図５】本発明で用いている感光体の説明図
【図１】
2005156912.tif 000006
【図２】
2005156912.tif 000007
【図３】
2005156912.tif 000008
【図４】
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【図５】
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