(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体に静電潜像を形成し、帯電したトナーを該静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する画像形成方法において、
前記潜像担持体に短波長の光を照射し、該光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することによって、前記光の少なくとも一部が当たる位置に潜像担持体と対向して配置され、前記光の透過を許容する透明な材料より成る帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生じさせ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すことにより潜像担持体に静電潜像を形成することを特徴とする画像形成方法。
【請求項２】
潜像担持体に静電潜像を形成し、帯電したトナーを該静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する画像形成方法において、
前記潜像担持体に短波長の光を照射し、該光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することによって、前記光の少なくとも一部が当たる位置に潜像担持体と対向して配置され、その表面が、前記光を反射させる鏡面により構成されている帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生じさせ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すことにより潜像担持体に静電潜像を形成することを特徴とする画像形成方法。
【請求項３】
静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、
前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置され、前記光の透過を許容する透明な材料より成る帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、
前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置され、その表面が、前記光を反射させる鏡面により構成されている帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、
前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成され、前記光は光束であり、ほぼ平行な光束を前記帯電電極と潜像担持体の間の領域で集光させる集光手段を具備し、前記帯電電極によって前記集光手段が構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、
前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流し、前記帯電電極と潜像担持体の間以外の領域の光が、固体、液体、不活性ガス又は真空中を通るように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記光は光束であり、ほぼ平行な光束を前記帯電電極と潜像担持体の間の領域で集光させる集光手段を具備し、該集光手段は、前記帯電電極よりも光束進行方向上流側であって、該帯電電極の近傍に設けられたレンズを具備する請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記帯電電極は、前記光束の透過を許容する透明材料より成ると共に、凸レンズとして構成されている請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記帯電電極は、その表面が、前記光束を反射させる凹面鏡により構成されている請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記短波長の光は、その波長が３８０ｎｍ以下である請求項３乃至９のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記短波長の光は、その波長が０．１ｎｍ以上である請求項３乃至１０のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記発光手段はエキシマレーザ装置より成る請求項３乃至１１のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記発光手段は、半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置から出射した光の波長を短波長の光に変換するＳＨＧ素子との組み合せより成る請求項３乃至１１のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記ＳＨＧ素子は、潜像担持体の近傍で、かつ光の走査方向に対してほぼ平行に配置されている請求項１３に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、
前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成され、前記発光手段は、金属板に電子線束を照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置より成り、前記帯電電極はＸ線の透過を許容する材料より成ることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】
静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、
前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成され、前記発光手段は、金属板に電子線束を照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置より成り、前記帯電電極は、Ｘ線の透過を許容しない材料より成ると共に、前記Ｘ線発生装置から出射したＸ線の一部が当り、該Ｘ線の他の部分は帯電電極の近傍を通過する位置に配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１７】
静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、
前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成され、前記発光手段は、金属板に電子線束を照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置より成り、前記金属板は前記帯電電極を兼ねていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１８】
静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、
前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成され、前記発光手段は、金属板に電子線束を照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置より成り、前記金属板のＸ線出射側の面が、その出射方向と反対側に凹んだ形態に形成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１９】
前記金属板のＸ線出射側の面が、その出射方向と反対側に凹んだ形態に形成されている請求項１５乃至１７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項２０】
前記潜像担持体は、絶縁体を具備し、該絶縁体を帯電して静電潜像を形成する請求項３乃至１９のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項２１】
前記潜像担持体は、導電性のベースと、該ベースを覆う絶縁体層を具備し、該絶縁体層を帯電して静電潜像を形成する請求項３乃至１９のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項２２】
前記絶縁体層の厚みが１μｍ以上で１００μｍ以下に設定されている請求項２１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、潜像担持体に静電潜像を形成し、帯電したトナーを該静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を得る画像形成方法、及びその方法を実施する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、潜像担持体表面を均一に帯電し、画像情報に基づき露光を行い、
露光部の電荷を消失させて静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーによって現像するカールソンプロセスによる画像形成方法及びその装置が一般に広く採用されている。ところがこの構成によると、潜像担持体として、光導電性材料による層を表面に有するものが用いられるため、潜像担持体の寿命が限られている。
【０００３】
そこで、耐久性の高い材料からなる潜像担持体を用いることができる静電潜像の形成方法として、以下のような方法が提案されている。その一つは、特開昭５４−７８１３４号公報、特開昭５９−１６４１５４号公報等に開示されているようなイオン流ヘッド方式である。イオン流ヘッドを用いて、潜像担持体上に画像情報に応じてイオン流を照射することにより、静電潜像を作成して画像の記録を行うものである。
【０００４】
また、他の方法として、特開昭６２−２２９２６３号公報、実開平５−２６３９９号公報等に開示されているマルチスタイラス方式によるものが挙げられる。これは、針電極を多数配列してなるマルチスタイラスを潜像担持体表面近傍に配し、画像情報に応じた針電極と潜像担持体との間に電圧を印加し、放電するか、又は潜像担持体の誘電体層に分極を誘発することにより、潜像担持体上に静電潜像を直接書き込む方法である。
【０００５】
上記二つの方法は、いずれも潜像担持体上に直接静電潜像を形成するものであり、潜像担持体は光導電層を必要としないため、より耐久性の高い絶縁材料を用い、潜像担持体の寿命を延ばすことが可能である。しかしながら、イオン流ヘッド方式による静電潜像の書き込みにおいては、静電潜像が作る反発電界によって、潜像が太るため、高解像度記録を行うことは困難である。また、マルチスタイラス方式による静電潜像の書き込みにおいては、針電極が、汚れ付着や先端部の欠損・摩耗等を起こし易く、信頼性が乏しいという欠点がある。特に、高解像度記録を行うには、針電極の寸法も相応に小さくするため、信頼性の不足が著しくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、潜像担持体の耐久性を向上させることが可能で、かつ、高解像度記録に適し、信頼性の高い静電潜像の形成が可能な画像形成方法と、画像形成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、潜像担持体に静電潜像を形成し、帯電したトナーを該静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する画像形成方法において、前記潜像担持体に短波長の光を照射し、該光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することによって、前記光の少なくとも一部が当たる位置に潜像担持体と対向して配置され、前記光の透過を許容する透明な材料より成る帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生じさせ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すことにより潜像担持体に静電潜像を形成することを特徴とする画像形成方法を提案する（請求項１）。
【０００８】
同じく、本発明は、上記目的を達成するため、潜像担持体に静電潜像を形成し、帯電したトナーを該静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する画像形成方法において、前記潜像担持体に短波長の光を照射し、該光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することによって、前記光の少なくとも一部が当たる位置に潜像担持体と対向して配置され、その表面が、前記光を反射させる鏡面により構成されている帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生じさせ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すことにより潜像担持体に静電潜像を形成することを特徴とする画像形成方法を提案する（請求項２）。
【０００９】
また、本発明は、上記目的を達成するため、静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置され、前記光の透過を許容する透明な材料より成る帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成されていることを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項３）。
【００１０】
さらに、本発明は、上記目的を達成するため、静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置され、その表面が、前記光を反射させる鏡面により構成されている帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成されていることを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項４）。
【００１１】
また、本発明は、上記目的を達成するため、静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成され、前記光は光束であり、ほぼ平行な光束を前記帯電電極と潜像担持体の間の領域で集光させる集光手段を具備し、前記帯電電極によって前記集光手段が構成されていることを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項５）。
【００１２】
さらに、本発明は、上記目的を達成するため、静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流し、前記帯電電極と潜像担持体の間以外の領域の光が、固体、液体、不活性ガス又は真空中を通るように構成されていることを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項６）。
【００１４】
さらに、上記請求項６に記載の画像形成装置において、前記光は光束であり、ほぼ平行な光束を前記帯電電極と潜像担持体の間の領域で集光させる集光手段を具備し、該集光手段は、前記帯電電極よりも光束進行方向上流側であって、該帯電電極の近傍に設けられたレンズを具備すると有利である（請求項７）。
【００１５】
また、上記請求項５に記載の画像形成装置において、前記帯電電極は、前記光束の透過を許容する透明材料より成ると共に、凸レンズとして構成されていると有利である（請求項８）。
【００１６】
さらに、上記請求項５に記載の画像形成装置において、前記帯電電極は、その表面が、前記光束を反射させる凹面鏡により構成されていると有利である（請求項９）。
【００１７】
さらに、上記請求項３乃至９のいずれかに記載の画像形成装置において、前記短波長の光は、その波長が３８０ｎｍ以下であると有利である（請求項１０）。
【００１８】
また、上記請求項３乃至１０のいずれかに記載の画像形成装置において、前記短波長の光は、その波長が０．１ｎｍ以上であると有利である（請求項１１）。
【００１９】
さらに、上記請求項３乃至１１のいずれかに記載の画像形成装置において、前記発光手段はエキシマレーザ装置より成ると有利である（請求項１２）。
【００２０】
また、上記請求項３乃至１１のいずれかに記載の画像形成装置において、前記発光手段は、半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置から出射した光の波長を短波長の光に変換するＳＨＧ素子との組み合せより成ると有利である（請求項１３）。
【００２１】
さらに、上記請求項１３に記載の画像形成装置において、前記ＳＨＧ素子は、潜像担持体の近傍で、かつ光の走査方向に対してほぼ平行に配置されていると有利である（請求項１４）。
【００２２】
また、本発明は、上記目的を達成するため、静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成され、前記発光手段は、金属板に電子線束を照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置より成り、前記帯電電極はＸ線の透過を許容する材料より成ることを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項１５）。
【００２３】
さらに、本発明は、上記目的を達成するため、静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成され、前記発光手段は、金属板に電子線束を照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置より成り、前記帯電電極は、Ｘ線の透過を許容しない材料より成ると共に、前記Ｘ線発生装置から出射したＸ線の一部が当り、該Ｘ線の他の部分は帯電電極の近傍を通過する位置に配置されていることを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項１６）。
【００２４】
また、本発明は、上記目的を達成するため、静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成され、前記発光手段は、金属板に電子線束を照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置より成り、前記金属板は前記帯電電極を兼ねていることを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項１７）。
【００２５】
さらに、本発明は、上記目的を達成するため、静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有する画像形成装置において、前記潜像形成手段は、短波長の光を発生する発光手段と、潜像担持体に対向しかつ前記光の少なくとも一部が当たる位置に配置された帯電電極とを具備し、前記光の経路上の空気を光エネルギーにより電離することにより帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生ぜしめ、該帯電電極と潜像担持体の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すように構成され、前記発光手段は、金属板に電子線束を照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置より成り、前記金属板のＸ線出射側の面が、その出射方向と反対側に凹んだ形態に形成されていることを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項１８）。
【００２６】
さらに、上記請求項１５乃至１７のいずれかに記載の画像形成装置において、前記金属板のＸ線出射側の面が、その出射方向と反対側に凹んだ形態に形成されていると有利である（請求項１９）。
【００２７】
また、上記請求項３乃至１９のいずれかに記載の画像形成装置において、前記潜像担持体は、絶縁体を具備し、該絶縁体を帯電して静電潜像を形成すると有利である（請求項２０）。
【００２８】
さらに、上記請求項３乃至１９のいずれかに記載の画像形成装置において、前記潜像担持体は、導電性のベースと、該ベースを覆う絶縁体層を具備し、該絶縁体層を帯電して静電潜像を形成すると有利である（請求項２１）。
【００２９】
また、上記請求項２１に記載の画像形成装置において、前記絶縁体層の厚みが１μｍ以上で１００μｍ以下に設定されていると有利である（請求項２２）。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。
【００３２】
本例の画像形成方法及びこれを実施するための画像形成装置は、空気中で紫外線やＸ線などの短波長の光束が通過している領域においては、その光束の光エネルギーによって、光束内の空気は電離するので、画像情報に基づいて短波長の光束を発生させ、その光束を通じて帯電電極と潜像担持体との間を電気的に導通させるか、あるいは帯電電極と潜像担持体との間でパッシェンの法則で規定される電圧よりも低い電圧で光束に沿った放電を行わせることにより、潜像担持体への静電潜像の直接描画を可能としたものである。
【００３３】
図１は画像形成装置の概略構成を示す図である。ここに示した画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転駆動されるドラム状の潜像担持体１を有し、そのまわりには潜像形成手段２０、現像装置３１、転写装置３２、除電装置４０及びクリーニング装置３４が配置されている。複数のローラに巻き掛けられて回転駆動される無端ベルト状の潜像担持体を用いることもできる。
【００３４】
本例の潜像担持体１は、導電性のベースと、そのベースを覆う絶縁体層より成る表層とを具備しているが、絶縁体のみから成る潜像担持体を用いることも可能である。かかる潜像担持体１が矢印Ａ方向に回転するとき、潜像形成手段２０によって当該潜像担持体１に画像情報に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像が現像装置３１を通るとき、帯電したトナーが静電潜像に応じて潜像担持体に付着し、これによって潜像担持体上にトナー像より成る画像が形成される。
【００３５】
上記トナー像は、矢印Ｂ方向に搬送される記録紙３０に転写装置３２の作用によって転写される。トナー像を担持した記録紙３０が定着装置３３を通るとき、そのトナー像が記録紙３０上に定着される。トナー像を転写した後の潜像担持体に残る電荷は除電装置４０によって除去され、しかもその潜像担持体上の転写残トナーはクリーニング装置３４によって除去されてその表面が清掃される。図１に示した除電装置４０は、交流電圧が印加されるコロナ放電器より成る。
【００３６】
上述のように、図１に示した画像形成装置は、静電潜像を形成しうる潜像担持体と、画像情報に応じた静電潜像を潜像担持体に形成する潜像形成手段と、帯電したトナーを静電潜像に応じて潜像担持体に付着させることにより画像を形成する現像装置とを有している。
【００３７】
次に、潜像形成手段２０について詳細に説明する。図２及び図３は、潜像形成手段２０の構成を示す図であり、図２は、反射鏡６から潜像担持体１までを上から見た図であり、図３は、発光手段２から反射鏡６までを上から見た図である。図２及び図３は、上から見ると重なってしまう為、２つに分けて図示したものである。
【００３８】
短波長の光を発生する発光手段２によって発せられる短波長の光４は、走査の為に回転するポリゴンミラー５で反射し、次いで光４を像担持体上に集光させるための反射鏡６で反射する。可視光線の光学系においては、通常、集光にレンズを用いるが、本例では短波長の光を発する発光手段２が用いられているため、レンズによる集光では光の減衰が大きいので、代わりに反射鏡６を用いている。
【００３９】
３は潜像担持体１に対向して設けられた帯電電極であり、潜像担持体１と帯電電極３の間に電圧を印加するための直流電源１２が設けられている。反射鏡６で反射した短波長の光４は、少なくとも一部が帯電電極３に当たったのち、潜像担持体１に照射される。このときの光４による走査方向は、レーザプリンタなどで一般に行われているのと同じく、潜像担持体表面の移動方向に対して直交する方向である。
【００４０】
ここで、本例の画像形成方法及びその装置は、上記のごとく潜像担持体１の表面に短波長の光４を照射し、その光４の経路上の空気を光エネルギーにより電離することによって、帯電電極３と潜像担持体１との間に電流経路を生じさせ、帯電電極３と潜像担持体１の間に電圧を印加して該電流経路に電流を流すことにより潜像担持体１に静電潜像を形成するように構成されている。この例では光４が光束となっているので、以下の説明では当該光を光束と称することもある。
【００４１】
次に、帯電電極３と潜像担持体１との間の電流経路の形成について説明する。図１６は、光束４の形態を模式的に示した図である。ＵＳＰ３７１９８２９、ＵＳＰ５６７５１０３に開示されているように、適度のエネルギー密度を持った紫外線レーザ等の短波長の光束内では、電線を流れる電流のように光束に沿って電流を流すことが可能である。このときの光束４内では、以下のような現象が起きていると考えられている。
１．光束発生初期には、光束４内には低濃度のイオン２１Ｂしか存在していない。
２．レーザ光が空気分子とイオンを励起し続けることにより、発光手段に近いところから高イオン濃度の領域２１Ａが光束に沿って伸びていく。
３．高イオン濃度の領域２１Ａが光束４の端まで達して、完全な電流の経路が完成する。
【００４２】
図１６に示すように、発光手段２（図３）に近いところから高イオン濃度の領域２１Ａが光束４に沿って伸びていく様子は、発光手段２から潜像担持体１に向かって導電性の針が伸びているようなものとして捉えることができる。従って、帯電電極３と潜像担持体１との間で、パッシェンの法則で規定される電圧よりも低い電圧を印加することによって、光束４に沿った放電を起こさせて電流を流すことが可能である。
【００４３】
このように形成された帯電電極３と潜像担持体１との間の電流経路に、直流電源１２を用いて電圧を印加すると、両者の間に電流が流れる。電流が流れた後の潜像担持体１の表面電位Ｖｓは、走査速度ｖと、印加電圧Ｖｅと、帯電電極３と潜像担持体１との間の電気抵抗Ｒと、潜像担持体１の表面の絶縁体層における単位面積当たりの静電容量Ｃと、短波長光束４の巾Ｗとから下記の式１のように表される。ここで、αは比例係数である。例えば、走査速度ｖが十分に遅い場合には、潜像担持体１の表面電位Ｖｓはほぼ印加電圧Ｖｅと等しくなる。すなわち、潜像担持体１に対して−５００Ｖの電圧を帯電電極３に印加したときには、潜像担持体１の表面電位もほぼ−５００Ｖになる。
【００４４】
【数１】
0004059381.tif 000002
上記の作用に基づき、画像情報に応じて短波長の光束４の潜像担持体１の絶縁層表面への照射と非照射を切り替えることで、潜像担持体１上に静電潜像が描画される。
【００４５】
光束発生から充分な時間が経過して潜像担持体１まで完全な電流経路が形成される前の時点であっても、帯電電極３と潜像担持体１との間に、パッションの法則で規定される電圧よりも低い電圧のうちの、比較的高電圧を印加することによって、光束に沿った放電を起こさせて電流を流すことができる。従って走査速度ｖを高速に設定しても、それに追従して潜像担持体１に所定の静電潜像を形成することができる。
【００４６】
図１６に示したように、静電潜像の形成に用いられる光束は、光を用いたスタイラス電極とみなすことが出来る。すなわち、本例の画像形成方法は、フォトスタイラス方式とでも呼ぶべき静電潜像形成方式を用いた画像形成方法である。このような短波長の光束の利用により、針電極を用いるマルチスタイラス方式の潜像形成方法に比べ、特に高解像度記録を行う上で、信頼性が向上する。また、マルチスタイラス方式よりも加工技術の精密さを要求されないので、容易でかつ安価に高解像度化を可能とすることができる。
【００４７】
本例の画像形成方法及びその装置に用いる短波長の光は、波長が３８０ｎｍ以下で、０．１ｎｍ以上であることが好ましい。３８０ｎｍ以下とするのは、同じ出力の光束でも、波長が短いほど電離するイオンの量が増え、帯電電極３と潜像担持体１との間に有効な電流経路を形成できるからである。光束内の温湿度などによっても変動はあるが、概ね３８０ｎｍ以下の波長でなければ、有効な電離は生じない。また、下限は、実用性を考慮し、Ｘ線領域である０．１ｎｍとする。
【００４８】
次に、帯電電極３の種類、及び短波長の光束４と帯電電極３の位置関係について説明する。図４乃至図６は、短波長の光束４と帯電電極３の位置関係を説明する図である。図中、ポリゴンミラー５及び反射鏡６は省略してある。
【００４９】
図４は、発光手段２から出射した短波長の光束４の一部が帯電電極３に照射され、残りは帯電電極３の脇を通過して潜像担持体１に照射される位置に導電性の帯電電極３を配した例を示している。帯電電極３の脇を通過した光束４は、帯電電極３と潜像担持体１との間に形成される電流経路に沿って潜像担持体１上に静電潜像を書き込む。帯電電極３の材料としては、金属の他、カーボン等の不透明で光反射率の低い材料を用いることが出来る。このように、この例の帯電電極３は、光の透過を許容しない導電性材料より成ると共に、発光手段２から出射した光の一部が当り、該光の他の部分は帯電電極３の近傍を通過する位置に配置されている。
【００５０】
図５は、帯電電極３が短波長の光束４を透過させる例を示している。このときの帯電電極３は、透明の材料でなる基体１９にＩＴＯ（インジウム−錫複合酸化物）等の透明導電性材料１８の皮膜を形成したもので構成される。発光手段２から出射した短波長の光束４は、帯電電極３を透過して、帯電電極３と潜像担持体１との間に形成される電流経路に沿って潜像担持体１上に静電潜像を書き込む。このように、この例においては、帯電電極３が、光の透過を許容する透明な材料より成る。
【００５１】
図６は、導電性の帯電電極３の表面が鏡面になっており、発光手段２から出射した短波長の光束４を、その鏡面で反射させて向きを変え、潜像担持体１上に照射するよう帯電電極３を配した例を示している。この場合、図１における帯電電極３の位置は、反射鏡６と潜像担持体１の間を結んだ直線上ではなく、それよりも潜像担持体１の上側よりに置かれる。このように、この例における帯電電極３は、その表面が、光を反射させる鏡面により構成されている。
【００５２】
上述した各例から判るように、帯電電極は、潜像担持体に対向し、かつ光の少なくとも一部が当る位置に配置されるものである。
【００５３】
上記の波長領域の光束を得るために、発光手段２を以下のような構成とすることができる。第一の発光手段として、エキシマレーザ装置を用いることができる。エキシマレーザ装置により、紫外線レーザの光束を得ることができるため、発光効率、出力の点で最も適している。
【００５４】
また、半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置から出射した光の波長を短波長の光に変換するＳＨＧ素子との組み合せより成る第二の発光手段を用いることもできる。図７は、第二の発光手段を備えた画像形成装置の概略構成図である。また、図８は、第二の発光手段の構成を示す説明図である。可視光レーザ装置１０として半導体レーザ装置が用いられている。可視光レーザ装置１０を出た可視光の光束８は、通常の電子写真の場合と同様に、回転するポリゴンミラー５で反射され、次いでレンズ７で集光される。そして、ＳＨＧ素子９を通過する際にその波長を半分にして、短波長の光束４に変換される。具体的には、青色半導体レーザ装置から発した波長０．４０８μｍのレーザ光が、ＳＨＧ素子９を通過することで波長０．２０４μｍの紫外線レーザ光に変換される。このような構成により、可視光レーザ装置１０として半導体レーザ装置を用いることで、装置を小型化でき、また、ＳＨＧ素子９直前までの構成が従来のレーザ光学系と同様でよいことから、開発を容易にし、かつコストを下げることができる。
【００５５】
ＳＨＧ素子９で変換された短波長の光束４は、第一の発光手段の場合と同様に、帯電電極３を通過したのち、帯電電極３と潜像担持体１との間に形成される電流経路に沿って潜像担持体１上に静電潜像を書き込む。尚、図８は、潜像担持体１と帯電電極３が相対して配され、短波長の光束４が帯電電極３を透過している図となっているが、これに限らず、短波長の光束４と帯電電極３の位置関係は、図４乃至図６のいずれの位置関係であっても良い。
【００５６】
また、ＳＨＧ素子９が、潜像担持体１の近傍で、かつ光の走査方向に対してほぼ平行に配置されていることが好ましい。ＳＨＧ素子９を潜像担持体１の近傍で、かつ光束４の走査方向に沿った直線状に配置することで、短波長の光束４の経路を短く出来、オゾンの発生を低減することができる。
【００５７】
ところで、図１乃至図３に示した反射鏡６と、図８に示したレンズ７は、光束４，８を潜像担持体表面に集光させる用をなし、レーザプリンタにおけるｆ・θレンズと同様の機能を果たすものである。かかる反射鏡６やレンズ７は、光束を集光させるものではあるが、その光の収束程度は小さく、これらの光学素子を出た光束はほぼ平行光束である。図１６を参照して先に説明した現象は、光束がほぼ平行な光束のときに起きる現象である。
【００５８】
これに対し、図１７に示すように、光束４を収束させると、高濃度イオン２１Ａの領域が、焦点付近の最もエネルギー密度の高くなったところから始まって、その前後に伸びていく。或いは図１８に示すように、光束４が焦点を結んでいなくとも、光束４の中で最もエネルギー密度の高い領域(図１８では右端)から高濃度イオン２１Ａの領域が拡がっていく。いずれの場合も、同じ光源から発したものであれば、平行光束よりも高濃度イオンの領域の発生と拡がりが速い。従って、ほぼ平行な光束４を帯電電極３と潜像担持体１との間の領域で集光させる集光手段を設ければ、光の最もエネルギー密度の高い領域、すなわち最も電離しやすい領域を帯電電極３と潜像担持体１の間に存在させることができ、短波長の光束がほぼ平行光である場合よりも、光束発生から極めて短時間で帯電電極３と潜像担持体１との間に電流経路を生じさせ、速やかに放電を開始させることができる。これにより、プリント速度を高速化すべく、光束の走査速度ｖを速めても、これに追従して潜像担持体上に静電潜像を形成することができる。
【００５９】
図９乃至図１１は、上述の集光手段の具体例を示す図であり、これらの図においても、図４乃至図６と同様にポリゴンミラー５や反射鏡６或いはレンズ７(図８)などを省略してある。図９は、図４に示した構成に、レンズ４１を追加したものであり、この例では、集光手段が、帯電電極３よりも光束進行方向上流側であって、その帯電電極３の近傍に設けられたレンズ４１を具備している。
【００６０】
また、図１０及び図１１は、帯電電極３自体によって集光手段を構成した例を示し、図１０は、図５に示した帯電電極３の透明な基体１９の表面を凸レンズ形状にした例を示している。帯電電極が、光束４の透過を許容する透明材料より成ると共に、凸レンズとして構成されているのである。
【００６１】
これに対し、図１１は、図６に示した帯電電極３の表面を、光束を反射させる凹面鏡により構成した例を示している。
【００６２】
上述したいずれの集光手段によっても、帯電電極３と潜像担持体１との間で光束４の太さを細くでき、その光束のエネルギー密度を高め、電離を促進させることができる。その際、集光手段により光束４を帯電電極３と潜像担持体１との間の領域で収束させ、収束光の焦点が帯電電極３と潜像担持体１の間の領域に存在するように構成すれば、この領域中にて光束のエネルギー密度を特に高め、電離の促進効果を高めて、極めて速やかに放電を開始させることができるが、当該焦点が、潜像担持体１の表面よりも光束の進行方向下流側に位置するように構成しても、電離の促進効果を奏することができる。
【００６３】
一方、光束を収束させて空気の電離効果を促進させると、オゾンやＮＯＸの発生が著しくなり、また光が吸収されやすくなって、光のロスが発生するので、帯電電極３と潜像担持体１との間以外の領域では、できるだけ光束を集光させないようにすることが好ましい。そこで、図９に示した例では、レンズ４１を帯電電極３の極く近傍に設け、帯電電極３と潜像担持体１との間以外の領域では、できるだけ集光しないように構成してある。また、図１０及び図１１に示した例のように、帯電電極３によって集光手段を構成すれば、帯電電極３と潜像担持体１との間以外の領域で、その集光手段によって集光が行われることがなく、上述した不具合の発生をより効果的に防止することができる。
【００６４】
また、図９に示すように、帯電電極３よりも光束進行方向上流側（図９の例ではレンズ４１よりも上流側）に容器４２を設け、ここに固体、液体、または不活性ガスを封入し、或いはその容器４２内を真空にして、帯電電極３と潜像担持体１の間以外の領域の光が、上記固体、液体、不活性ガス又は真空中を通るように構成すると、帯電電極３と潜像担持体１の間以外の領域における空気の電離をより一層確実に防止でき、前述の不具合の発生をより効果的に阻止することができる。この構成は、図４乃至図６などに示した前述の各構成にも採用できるものである。
【００６５】
先に発光手段の例として、第一及び第二の発光手段を説明したが、第三の発光手段として、金属板に電子線束を照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置を用いることもできる。図１２は、この第三の発光手段を備えた画像形成装置の概略構成図であり、図１３は、第三の発光手段の構成を模式的に示す説明図である。Ｘ線発生装置は、真空容器１７の中に電子銃１１と、偏向電極１４、金属板１６が格納された構成になっている。なお、金属板１６は、真空容器の壁の一部に兼用することも出来る。
【００６６】
電子銃１１を発した電子線束１５は、偏向電極１４の間を通過する。このとき偏向電極１４には、時間でのこぎり波状に変化する偏向電圧１３が印加されており、この電圧に応じて電子線束１５が向きを変え金属板１６を走査する。電子線束１５が金属板１６に衝突すると、その衝突位置からＸ線が発生する。発生した短波長の光束４は、拡散しつつ金属板１６及び真空容器１７の壁と帯電電極３とを通過し、潜像担持体１に照射される。このとき、発生したＸ線光束は集束光ではないので、Ｘ線のエネルギー密度の高い領域は金属板１６近傍に限られる。そのため、金属板１６と潜像担持体１の間隔は出来る限り短くする必要が有る。
【００６７】
上述のように発光手段としてＸ線発生装置を用いた場合、帯電電極３をＸ線の透過を許容する導電性材料により構成し、その帯電電極３を図５に示したように配置し、Ｘ線が帯電電極３を透過するように構成すればよい。或いは、帯電電極３を、Ｘ線の透過を許容しない導電性材料により構成し、その帯電電極３を図４に示したように配置することもできる。すなわち、この帯電電極３を、Ｘ線発生装置から出射したＸ線の一部が当り、そのＸ線の他の部分は帯電電極３の近傍を通過する位置に配置するのである。
【００６８】
図１４は、第三の発光手段を改良した構成を示す説明図である。金属板１６と潜像担持体１の間隔を出来る限り短くするため、金属板１６は、真空容器１７（図１３）の壁と帯電電極３とを兼ねる構成とする。具体的には、金属板１６と潜像担持体１の間隔を例えば約０．５ｍｍとする。そして、短波長の光束４において金属板１６の近傍でエネルギー密度が最も高い領域（図１４中、丸で囲んだ領域）をスタイラスとして用い、金属板６と潜像担持体１の間で、金属板６と潜像担持体の間隔からパッシェンの法則で規定される電圧よりも低い電圧で放電させ、潜像担持体１に静電潜像を形成する。
【００６９】
紫外線の代りにＸ線の光を用いた場合、現状では電子線を金属板（ターゲット）に衝突させて発生させる方法が一般的だが、この方法では、ターゲットで発生した光は紫外レーザ光のような光束にはならずに略等方的にひろがる。従って、そのエネルギー密度はターゲット近傍が最も高い。この場合、図１４に示すように、金属板（ターゲット）を帯電電極と兼ねさせることにより、帯電電極と潜像担持体の間、より厳密には帯電電極近傍の一点で最もＸ線のエネルギー密度が高くなり、この一点から高イオン濃度の領域が広がることにより速やかに放電が開始される。
【００７０】
さらに、帯電電極３と潜像担持体１との間で多少ともＸ線より成る光束を集光させるため、図１５に示すように、金属板１６のＸ線出射側の面が、そのＸ線の出射方向と反対側に凹んだ形態に形成することもできる。
【００７１】
なお、いずれの形態の発光手段を採用したときも、静電潜像形成以降の動作は、図１に関連して先に説明したところと同じく行わせることができる。
【００７２】
本例の画像形成方法及びその装置は、潜像形成手段によって潜像担持体上に直接静電潜像を描画させるものである。従って、マルチスタイラス方式の潜像形成方式と同様に、潜像担持体１に、従来の感光体に使用されている光導電性材料を用いなくても潜像形成が可能である。従って、先にも説明したように、潜像担持体が、絶縁体を具備し、その絶縁体を帯電して静電潜像を形成するように構成でき、また潜像担持体が、導電性のベースと、そのベースを覆う絶縁体層を具備し、該絶縁体層を帯電して静電潜像を形成するように構成することもできる。このように、光導電性材料が必要でないので、潜像担持体を、より耐久性の高い絶縁体を用いて構成することにより、潜像担持体１の寿命を延ばすことが可能となる。
【００７３】
また、現像電界の空間周波数を高め、画像の解像度を向上させるために、絶縁層の厚みを概ね１００μｍ以下とすることが好ましく、かつ、繰り返し放電の衝撃を受け続けて絶縁体が絶縁破壊を起こすことを防ぐ為、その絶縁層の厚みを概ね１μｍ以上とすることが望ましい。更に好適な絶縁層の厚みは、２μｍ以上で５０μｍ以下である。
【００７４】
以上説明した構成によれば、短波長の光束を用い、光束の経路上の空気を光エネルギーで電離させて、帯電電極と潜像担持体との間に電流経路を生じさせることで、静電潜像を直接潜像担持体へ書き込むことが可能となり、また、静電潜像の太り等も生じず、その精度も高いことから、高解像度記録に適した静電潜像の形成が可能となる。しかも、マルチスタイラス方式の潜像形成方法のように針電極を用いる必要がないため、汚れ付着や欠損等による信頼性の欠如もなく、信頼性の高い画像形成が可能となる。更には、マルチスタイラス方式よりも加工技術の精密さを要求されないので、容易でかつ安価に高解像度化を可能とすることができる。また、潜像担持体に光導電性材料を使用しなくてすむため、より耐久性の高い絶縁体を使用することができ、潜像担持体の耐久性を向上させることが可能となる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、高解像度記録に適し、信頼性の高い静電潜像の形成が可能な画像形成方法及び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】画像形成装置の部分断面概略図である。
【図２】潜像形成手段の概略平面図である。
【図３】潜像形成手段の概略平面図である。
【図４】短波長の光束と帯電電極との位置関係を模式的に示す説明図である。
【図５】短波長の光束と帯電電極との位置関係の他の例を模式的に示す説明図である。
【図６】短波長の光束と帯電電極との位置関係のさらに他の例を模式的に示す説明図である。
【図７】第二の発光手段を備えた画像形成装置の部分断面概略図である。
【図８】第二の発光手段の構成を示す概略平面図である。
【図９】集光手段の例を模式的に示す説明図である。
【図１０】集光手段の他の例を模式的に示す説明図である。
【図１１】集光手段のさらに他の例を模式的に示す説明図である。
【図１２】第三の発光手段を備えた画像形成装置の部分断面概略図である。
【図１３】第三の発光手段を模式的に示す説明図である。
【図１４】第三の発光手段を改良した構成を模式的に示す説明図である。
【図１５】第三の発光手段をさらに改良した構成を模式的に示す説明図である。
【図１６】高イオン濃度の領域が光束に沿って伸びていくことを模式的に示す説明図である。
【図１７】高イオン濃度の領域が光束に沿って伸びていくことを模式的に示す説明図である。
【図１８】高イオン濃度の領域が光束に沿って伸びていくことを模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１  潜像担持体
２  発光手段
３  帯電電極
４  光
８  光
９  ＳＨＧ素子
１０  レーザ装置
１５  電子線束
１６  金属板
２０  潜像形成手段
３１  現像装置
４１  レンズ
【図１】
0004059381.tif 000003
【図２】
0004059381.tif 000004
【図３】
0004059381.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004059381.tif 000009
【図８】
0004059381.tif 000010
【図９】
0004059381.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
0004059381.tif 000013
【図１２】
0004059381.tif 000014
【図１３】
0004059381.tif 000015
【図１４】
0004059381.tif 000016
【図１５】
0004059381.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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