JP2001134027A

JP2001134027A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2001134027A
Application number: JP2000142663A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Iwamatsu; 正岩松; Tetsuro Toyoshima; 哲朗豊島; Nobuyuki Azuma; 伸之東; Yoshinori Muto; 吉紀武藤; Yoshinori Nakajima; 吉紀中島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2001-05-18
Also published as: US6323888B1; CN1184542C; EP1079597A3; EP1079597A2; CN1285530A; EP1079597B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】６００〜１２００ＤＰＩ超の高解像度画像パ
ターンを忠実に再現する高画質画像形成装置を提供す
る。【解決手段】露光装置に用いられる露光ビームのピー
ク強度１／ｅ²の径Ｗがｐの２倍以下であり、感光体の
膜厚ｌおよび該感光体の誘電率ε_aと、現像剤層厚ｍお
よび現像剤層誘電率ε_bと、ω＝π／ｐで定義される空
間周波数ωとで定義される潜像空間周波数特性関数ＭＴ
Ｆ_ltntの値が０．３以上であることを特徴とする画像形
成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電潜像を形成
し、トナーにて可視像化するデジタル画像形成装置であ
って、特に階調性・解像性・安定性の向上を図る画像形
成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式による複写機・プリンタな
どにおいては、高画質化の要求に応えるため、デジタル
プリンティング技術の高解像度化が進んでいる。すなわ
ち、従来４００〜６００ＤＰＩの解像度が主流であった
のに対し、１２００ＤＰＩ以上の解像度の画像形成装置
が実用化されつつある。この高解像度化を実現するため
には電子写真方式の各プロセスにおいてその技術レベル
の向上が必要となる。その手段として、定性的には露光
ビームの小径化、トナー粒径の小径化、感光体の薄膜化
等が有効であることが論じられている。

【０００３】最小ドット記録周期ｐ（解像度の逆数）と
ビーム径Ｗとの関係に関して、特開昭５８−１５２２６
９号公報に、１．８ｐ≦Ｗ≦１．９ｐの数値限定例が開
示されており、詳細なものとしては、電子写真学会誌第
２６巻第１４号２４頁以降（１９８７）に、最適スポッ
ト径に関して論じられており、その値はレーザーパワー
により変動するが、一例として１．３ｐ＜Ｗ＜１．６ｐ
の数値限定例が開示されている。

【０００４】また、感光体膜厚を規定するものとして、
特開平９−３１９１６４号公報には、露光ビーム径と感
光体膜厚・潜像コントラスト電位の関係を限定すること
で、薄膜感光体を用いなくても潜像劣化を抑制できると
開示されている。また、特開平１０−２８２７０９号公
報には、感光体膜厚と転写電流および露光ビーム面積と
の関係を限定することで潜像劣化と転写劣化を抑制でき
ると開示されている。同様に、特開平５−２１６３３０
号公報では膜厚・ビーム径・トナー粒径・キャリア径を
限定し、特開平１０−１７１２２１号公報では膜厚・ビ
ーム径・露光エネルギー・感光体感度を限定している。

【０００５】また、Journal of Imaging Technolog
y,Vol.12,144(1986)の" Ion PrintingTechnology "
には、上記のような感光体や光露光装置を用いるものと
は異なり、絶縁体上にイオンを直接供給して静電潜像を
形成するものが開示されており、３００ｄｐｉの画像形
成を実現している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、近
年、複写機やプリンタの高画質化の要求に応えるため、
６００ＤＰＩから１２００ＤＰＩへと高解像度化が進ん
できた。しかしながら、様々な実用上の問題で、真の高
解像度化は進んでいないのが現状である。

【０００７】例えば、従来の６００ＤＰＩ用のφ７０〜
８０μｍ程度のビームを用いて分解能のみ１２００ＤＰ
Ｉとしている装置では、１２００ＤＰＩの孤立ドットや
孤立ラインを実現できていない。これは、潜像が高解像
度化すると潜像電位のコントラストが低下し、現像に必
要な電界強度を形成できなくなるからである。

【０００８】従来の膜厚の感光体で高解像度化を実現し
ようとすると、特開平９−３１９１６４号公報に示され
るように、露光ビームを小径化しコントラスト電位を上
げる方法が考えられる。ここで定義されているコントラ
スト電位とは、感光体の初期帯電電位と全面露光時の電
位との差である。即ち、潜像の周波数特性という観点か
ら見るとＤＣ的な潜像に対する潜像電位のコントラスト
である。しかしながら、潜像の空間周波数が高くなるに
従って、潜像電位のコントラストは低下していく。６０
０ＤＰＩ以上の解像度、特に１２００ＤＰＩ以上の解像
度で形成される高周波潜像においては、この潜像電位の
コントラストが極端に低下するため様々な画質劣化が生
じる。

【０００９】また、単に感光体の薄膜化や露光ビームの
小径化を行っても、潜像が美しく形成できるだけで、そ
の現像は困難を極める。つまり、潜像の美しさ・忠実さ
とは無関係に潜像周波数が高くなることにより、その電
位振幅が小さくなり、現像に必要な電界強度を形成でき
なくなるからである。また、摩耗による低寿命化が懸念
されるため、感光体の薄膜化は必要最小限に止めなけれ
ばならない。

【００１０】また、感光体膜厚が薄くなると、静電容量
が増加するため、現像に必要な帯電電位を得るより多く
の表面電荷密度が必要となる。これは感光体膜内の電界
強度上昇を招くため、材料の絶縁破壊という問題が発生
する。さらに、有機感光体の場合は特に摩耗により薄膜
化し低寿命化するという問題が生じるため、感光体の薄
膜化は必要最小限に止めなければならない。

【００１１】さらに、最小ＯＮ／ＯＦＦ記録周期λ［μ
ｍ］の周期ラインパターン（λ＝２ｐ）と、孤立オンラ
インパターンと、孤立オフラインパターンとの両立性
が、高解像度化に伴い悪化してくるのも大きな課題であ
る。

【００１２】本発明の目的は、６００〜１２００ＤＰＩ
超の高解像度画像パターンを忠実に再現する高画質画像
形成装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の画像形成装置は、最小ドット記録周期
ｐをもって感光体を露光し静電潜像を形成する露光装置
と、前記静電潜像を現像剤により現像する現像装置とか
ら構成される画像形成装置において、前記露光装置に用
いられる露光ビームのピーク強度１／ｅ²の径ＷがＷ≦２ｐであり、かつ、前記感光体の膜厚ｌおよび前記感光体の
誘電率ε_aと、前記現像剤層厚ｍおよび前記現像剤層誘
電率ε_bと、ω＝π／ｐで定義される空間周波数ωとす
ると、

【００１４】

【数３】

【００１５】で表される潜像空間周波数特性関数ＭＴＦ
_ltntが、ＭＴＦ_ltnt≧０．３である。

【００１６】また、静電潜像担持体上に最小ドット記録
周期ｐの静電潜像を形成する静電潜像形成装置と、前記
静電潜像を現像剤により現像する現像装置とから構成さ
れる画像形成装置において、前記最小ドット記録周期ｐ
が４３μｍ以下であり、かつ、前記静電潜像担持体の誘
電体膜厚ｌおよび前記静電潜像担持体の誘電体の比誘電
率ε_aと、前記現像剤層厚ｍおよび前記現像剤層の比誘
電率ε_bと、ω＝π／ｐで定義される空間周波数ωとす
ると、

【００１７】

【数４】

【００１８】で表される潜像空間周波数特性関数ＭＴＦ
_ltntが、ＭＴＦ_ltnt≧０．３である。

【００１９】また、静電潜像形成装置は、複数の電荷供
給源から構成される電荷供給装置を選択的に駆動してイ
オンもしくは電子を静電潜像担持体上に供給し、静電潜
像を形成する。

【００２０】さらに、潜像空間周波数特性関数ＭＴＦ
_ltntが、ＭＴＦ_ltnt≧０．４８であり、また、前記現像剤の体積平均粒径Ｄ_tがＤ_t≦ｐ／４であり、また、非磁性１成分接触現像方式を用い、ま
た、前記現像装置内の現像剤担持体の現像部での抵抗Ｒ
_devが１０⁶［Ω］以下である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図をもとに本発明について
説明する。

【００２２】まず、図１をもとに画像形成装置の概略構
成について説明する。

【００２３】図１に示すように、画像形成装置は、その
ほぼ中央部に配置された感光体１、感光体１表面を均一
に帯電する帯電器２、画像に応じた光３による像を照射
する光学系（図示せず）、光学系により露光されること
で感光体１表面に形成された静電潜像を可視像化するた
めの現像装置４、現像された像（トナー１０の像）を適
宜搬送されてくるシート状の用紙Ｐに転写する転写器
５、転写後に感光体１表面に転写されなかった残留現像
剤（トナー）を除去するクリーニング装置６、及び感光
体１表面に残る帯電電荷を除去する除電器７等から構成
され、帯電器２から除電器７が、感光体１の周囲に対向
するように、この順序で感光体１の回転方向に配置され
ている。

【００２４】感光体１は、ドラム形状を有し、画像形成
動作時に矢印方向に一定速度で回転駆動され、その表面
に静電潜像を形成する。

【００２５】感光体１は、導電性基材上に電荷発生層
（ＣＧＬ）と電荷輸送層（ＣＴＬ）を積層した機能分離
構造が一般的であるが、電荷発生と電荷輸送を同一の層
で行う単層タイプのもの等を用いても良い。

【００２６】導電性基材としては、基材自体が導電性を
有するもの、たとえばアルミニウム、アルミニウム合
金、銅、亜鉛、ステンレス、クロム、チタン、ニッケ
ル、マグネシウム等が用いられ、その他に、アルミニウ
ム、酸化インジウム、酸化スズ合金、等を蒸着等により
プラスチック等の誘電体基材に被膜形成し、導電層とし
たものや、導電性微粒子をプラスチックや紙に混合した
ものも用いられる。

【００２７】また、導電性支持体と電荷発生層の間に、
電荷注入の阻止機能と接着機能を持つ下引き層を設ける
こともある。下引き層の材料としては、カゼイン、ポリ
ビニルアルコール、ポリアミド、ニトロセルロース、ポ
リビニルブチラール、ポリウレタン、エチレン−アクリ
ル酸共重合体等が用いられる。下引き層の膜厚５μｍ以
下、好ましくは０．１〜３μｍの範囲がよい。

【００２８】電荷発生層の材料としては、フタロシアニ
ン系顔料、アゾ系顔料、ビスアゾ系顔料、キノン系顔
料、ペリレン系顔料、キナクリドン系顔料、インジゴ系
顔料等が用いられ、膜厚は０．０１〜１０μｍ、好まし
くは０．０５〜５μｍの範囲がよい。

【００２９】電荷輸送層の材料としては、ヒドラゾン系
化合物、スチルベン系化合物、ベンジジン系化合物、ピ
ラゾリン系化合物、オキサゾール系化合物、チアゾール
系化合物、トリアリールメタン系化合物、カルバゾール
系化合物等が用いられ、膜厚は３〜６０μｍ、好ましく
は５〜４０μｍの範囲がよい。

【００３０】また、上記電荷発生材料や電荷輸送材料と
ともにバインダー樹脂が用いられる。バインダー樹脂の
例としては、ポリカーボネート、スチレン、ポリエステ
ル、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、塩化ビニル、メ
タクリル酸エステル、ポリウレタン、トリフルオロエチ
レン、フッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリ
ビニルアセタール、ポリスルホン、ポリフェニレンオキ
サイド、セルロース樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹
脂、メラミン樹脂、けい素樹脂等がある。

【００３１】用紙Ｐは、例えばトレイまたはカセットに
多量に収容されており、収容された用紙が給送装置（図
示せず）にて１枚給紙され、上述した転写器５が配置さ
れた感光体１と対向する転写領域へと、感光体１表面に
形成されたトナー像の先端と一致するように送り込まれ
る。この転写後の用紙Ｐは、感光体１より剥離され、定
着装置８へと送り込まれる。

【００３２】定着装置８は、用紙上に転写された未定着
のトナー像を永久像として定着させるものであって、ト
ナー像と対向する面が、トナーを溶融し、定着させる温
度に加熱されたヒートローラからなり、ヒートローラに
対向して用紙Ｐをヒートローラ側へと密着させる加圧ロ
ーラ等を設けて構成している。

【００３３】この定着装置８を通過した用紙Ｐは、画像
形成装置外へと排出ローラ（図示せず）を介して排出ト
レイ（図示せず）上に排出処理される。

【００３４】光学系は、画像形成装置がプリンタやデジ
タル複写機であるため、半導体レーザを画像データに応
じてＯＮ−ＯＦＦ駆動した光像を照射する。特にデジタ
ル複写機においては、コピー原稿からの反射光を画像読
取センサ（ＣＣＤ素子等）にて読取った画像データを半
導体レーザを含む光学系へと入力し、画像データに応じ
た光像を出力するようにしている。また、プリンタにお
いては、他の処理装置、例えばワードプロセッサやパー
ソナルコンピュータ等からの画像データに応じた光像に
変換し、これを照射するようにしている。この光像への
変換は、半導体レーザだけでなく、ＬＥＤ素子、液晶シ
ャッタ等であっても構わない。

【００３５】以上の構成をもとに、画像形成装置におけ
る画像形成動作を開始すれば、感光体１が矢印方向に回
転駆動され、帯電器２にて感光体１表面が特定極性の電
位に均一帯電される。この帯電後に、図示しない光学系
により光像３が照射され、その光像３に応じた静電潜像
が感光体１表面に形成される。この静電潜像を可視化す
るために次の現像装置４にて現像される。この現像は、
ここでは一成分トナーによる現像であって、該トナーが
感光体１表面に形成された静電潜像に例えば静電気力に
より選択的に吸引され、現像が行われる。

【００３６】このようにして現像された感光体１表面の
トナー像は、適宜感光体１の回転に同期して搬送されて
くる用紙Ｐに、転写領域に配置された転写器５にて静電
転写される。この転写は、トナーの帯電極性と逆の極性
にて転写器５が用紙Ｐ背面を帯電させることで、トナー
像を用紙Ｐ側へと転移させている。

【００３７】転写後、感光体１表面には転写されなかっ
たトナー像の一部が残留し、この残留トナーが、クリー
ニング装置６にて感光体１表面から除去され、感光体１
を再利用するために除電器７にて感光体１表面が均一電
位、例えばほぼ０電位に除電される。

【００３８】一方、転写後の用紙Ｐは、感光体１より剥
離され、定着装置８へと搬送される。この定着装置８に
て、用紙Ｐ上のトナー像は、溶融され用紙Ｐにローラ間
の加圧力により圧着され融着される。この定着装置８を
通過する用紙は、画像形成済み用紙Ｐとして画像形成装
置の外部に設けられている排出トレイ（図示せず）等に
排出処理される。

【００３９】次に、図２をもとに、非磁性一成分接触現
像による現像装置について説明する。

【００４０】現像装置４は、一成分トナー、例えば非磁
性の一成分トナー１０を収容した現像槽４０内に回転可
能に現像ローラ４１、一成分トナー１０を現像ローラ４
１側へと供給する供給ローラ４２を備え、現像槽４０の
図において右側には必要に応じて補給される一成分トナ
ー１０を現像槽４０内へと送り込むアジテーターまたは
スクリューローラ９等を設けている。なお、一成分トナ
ー１０は、例えば平均粒径約７μｍ程度の一成分非磁性
トナーであって、ポリエステル系トナーあるいはスチレ
ンアクリル系トナーが用いられる。

【００４１】現像ローラ４１は、現像領域へとトナーを
搬送するために、現像槽４０内から一部が露出して感光
体１と対向し、図示しない駆動モータが連結されて、感
光体１と同一方向（矢印方向）に回転するように駆動さ
れている。また、現像ローラには、上述した供給ローラ
４２が圧接されている。

【００４２】現像ローラ４１表面に吸着され一成分の非
磁性トナー１０は、感光体１表面と対向する現像領域へ
と搬送される。そして、現像ローラ４１が感光体１表面
に圧接されているため、その圧接された領域が現像領域
となって、一成分トナー１０が感光体１表面の静電潜像
に吸引され現像されることになる。なお、この現像ロー
ラ４１と感光体１とが接触する現像領域での条件設定が
本発明の重要な部分であるので後に詳細に説明する。

【００４３】また、現像ローラ４１には、現像バイアス
電源回路１１から現像バイアス電圧Ｖａが供給されてい
る。この現像バイアス電圧Ｖａは、感光体１に形成され
た静電潜像にトナー付着させ、それ以外の領域、つまり
非画像領域にトナーを付着させないような極性及び電圧
値に設定されている。

【００４４】現像ローラ４１は、その構造として例えば
金属ローラ（回転軸を含む）の表面を高分子弾性体でコ
ーティングして構成されている。高分子弾性体として
は、ポリウレタン等にカーボンを分散したもの、あるい
はイオン導電性のソリッドゴム等を用いるようにすれ
ば、トナーの融着等が生じない所定の抵抗値を維持で
き、後述するように現像バイアス電圧を供給する時に有
効に作用する。

【００４５】詳細には、現像ローラ４１は、金属あるい
は低抵抗樹脂の芯金（軸４１ａ）に、例えば比誘電率約
１０程度の弾性部材である半導電層４１ｂを被覆して構
成されている。この半導電層４６表面上には、トナー層
４５が形成される。

【００４６】この現像ローラ４１表面の弾性部材として
は、ＥＰＤＭ、ウレタン、シリコン、ニトリルブタジエ
ンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、
ブタジエンゴムなどから選択された樹脂に、電気抵抗調
整材料として導電性微粒子、例えばカーボン、ＴｉＯ₂
（酸化チタン）のいずれか一つ、もしくは複数を用いて
分散混合した分散型抵抗調整樹脂をベースにした物や、
上述した樹脂にイオン性導電材料、例えば過塩素酸ナト
リウム、過塩素酸カルシウム、塩化ナトリウム等の無機
イオン性導電物質などのいずれか一つ、もしくは複数を
用いた電気的抵抗調整樹脂をベースにしたものが適切で
ある。また、弾性を得るための発泡・混合工程として発
泡剤を用いる場合には、シリコン系界面活性剤（ポリジ
アルシロキサン、ポリシロキサン、ポリアルキレノキシ
ドブロック共重合体）が適切である。

【００４７】上記発泡成形の一つの方法として、加熱ブ
ロー発泡成形の例としては、上記材料を適当量混合し、
混合注入機で攪拌、射出押し出し金型に注入し、８０℃
〜１２０℃で加熱し、射出する。加熱時間は、約５分〜
１００分が好ましい。

【００４８】射出成形で芯金と一体成形する場合には、
あらかじめ用意された金型に導電性金属芯金（軸）を中
央に配設して、上述と同様に混合物質を流し込み、約１
０分〜１６０分加熱加硫することによって一体成形品が
得られる。

【００４９】上記現像ローラ４１の電気抵抗調整材料の
一つのカーボンブラックは、窒素吸着比表面積２０ｍ²
／ｇ以上１３０ｍ²／ｇ以下で、ＤＢＰ吸油量６０ｍｌ
／ｇ以上１２０ｍｌ／ｇ以下のカーボンブラック（ＩＳ
ＡＦ，ＨＡＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ等）を用い、これをポリ
ウレタン１００重量部に対して０．５〜１５重量部（場
合によっては７０重量部程度）として混合する。

【００５０】上記ポリウレタンとしては、軟質ポリウレ
タンフォームやポリウレタンエラストマーが適当であ
る。これとは別に、上述したＥＰＤＭ、ウレタン、シリ
コン、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブ
タジエンゴムなども用いることができる。

【００５１】また、現像ローラ４１を構成する主成分と
して、ポリウレタンを用いるものとは別に、ＥＰＤＭを
主成分に用いる場合、該ＥＰＤＭは、エチレン、プロピ
レンと第三成分、例えばジンクロペンタジエン、エチリ
デンノルボルネン、１．４−ヘキサジエン等を適当に配
合したものであるから、エチレン含有量５〜９５重量
部、プロピレン５〜９５重量部、第三成分がヨウソ価で
０〜５０重量部で配合されることが好ましい。そこで、
カーボンブラックの配合量は、ＥＰＤＭ１００重量部に
対して１〜３０重量部にすると良好な分散性が得られ
る。用いるカーボンブラックは、上述したようにＩＳＡ
Ｆ，ＨＡＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦなどである。

【００５２】また、抵抗調整材料であるカーボンブラッ
クとともに、抵抗調整基材として、過塩素酸ナトリウ
ム、テトラエチルアンモニウムクロライド等のイオン導
電性物質やジメチルポリシロキサン、ポリオキシエチレ
ンラウリルエーテル等の界面活性剤等をＥＰＤＭ１００
重量部に対して、０．１〜１０重量部用いると、一層良
好な分散均一性が得られる。

【００５３】上記イオン導電性材料としては、イオン性
導電性材料、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カルシウ
ム、塩化ナトリウム等の無機イオン性導電物質、もしく
は変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムエトサルフェ
ート、ステアリルアンモニウムアセテート、ラウリルア
ンモニウムアセテート、オクタデシルトリメチルアンモ
ニウム過塩素酸塩等の有機イオン性導電物質を用いるこ
とができる。これらは、いずれか一つ、もしくは複数を
用いることができる。

【００５４】供給ローラ４２は、回転方向としては、現
像ローラ２１の対向（圧接領域）部分で現像ローラ４１
の回転方向と逆方向になるように回転駆動されている。
この供給ローラ４２は、現像ローラ４１と同様な素材を
用いており、電気的抵抗の調整も現像ローラ４１と同様
の抵抗調整材料で可能である。また、供給ローラ４２の
弾性をさらに大きくするために、発泡された（多孔質）
素材を用いている。

【００５５】また、供給ローラ４２には、バイアス電源
回路１２からバイアス電圧Ｖｃが印加されており、一般
的にはトナーを現像ローラ４１側に押す方向、つまり供
給ローラ４２側のトナーを反発し現像ローラ４１へと供
給する方向のバイアス電圧が設定されている。例えば、
負極性のトナーを用いる場合は、負極性側にさらに大き
なバイアス電圧Ｖｃを供給ローラ４２に印加している。

【００５６】現像ローラ４１および供給ローラ４２は、
図示しない駆動モータが連結されており、図において矢
印方向に回転駆動されることで、供給ローラ４２によっ
て現像ローラ４１にトナーを供給すると共に、現像後に
現像に寄与されなかった現像ローラ４１表面のトナーを
剥離（除去）する。

【００５７】この供給ローラ４２にて供給されたトナー
１０は、現像ローラ４１表面に付着され、感光体１表面
と対向する現像領域へ搬送される前に、現像ローラ４１
に適度に圧接されたトナー付着量を規制する部材である
ブレード４３によって、トナー付着量が規制され、一定
のトナー層厚に規制されている。

【００５８】ブレード４３は、現像ローラ４１に適度の
圧力にて圧接されている。このブレード４３は板状の金
属材からなるブレード構成部材で形成されており、その
先端近傍の腹（面）の部分が現像ローラ４１に圧接され
ている。従って、現像ローラ４１に供給されたトナー１
０は、ブレード４３の所定の設定圧力や設定位置によっ
て所定の帯電電荷量と厚みに規制され、感光体１と対向
接触する現像領域へと搬送されていく。

【００５９】ブレード４３は、一端が現像槽４０側に固
定され、他端の自由端側の腹の部分が現像ローラ４１表
面に圧接するように設けられている。このブレード４３
は、例えば板厚０．１〜０．２ｍｍ程度のリン青銅、あ
るいはステンレス（ＳＵＳ）等の金属板にて構成され、
現像ローラ４１に対して所定圧で、その長手方向（現像
ローラの回転軸方向）に沿って先端の近傍の腹部分が圧
接されている。これにより、ブレード４３にて、現像ロ
ーラ４１表面に供給ローラ４２を介して担持された一成
分トナー１０の量が一定にされ、感光体１と接触する現
像領域へと搬送される。

【００６０】また、ブレード４３においても、バイアス
電源回路１３から所定の電圧Ｖｂが供給されている。こ
のバイアス電圧Ｖｂにおいても、トナー１０を現像ロー
ラ４１側へと押す方向、他とえば負極性トナーであれば
より負極性側に大きな値が設定されている。また、ブレ
ード４３に供給するバイアス電圧Ｖｂは、現像ローラ２
１に供給される現像バイアス電圧Ｖｂと同電位に、また
その絶対値で大きい値に設定する場合もある。

【００６１】一方、感光体１と対向する現像領域に搬送
されたトナー１０は、感光体１表面に形成された静電潜
像に応じて選択的に付着され、静電潜像をトナーの色に
より顕像化する。そして、現像に寄与されなかったトナ
ー１０は、現像ローラ４１の回転により現像槽４０内に
戻される。その戻される位置には、トナーのリセット部
材４４が現像ローラ４１に圧接されるように設けられて
いる。このリセット部材４４は、供給ローラ４２の現像
ローラ４１の回転方向の手前に配置されており、適度に
現像ローラ４１に圧接させるように一端部分が現像槽４
０に固定され、自由端側の腹を現像ローラ４１に圧接す
る領域を有するバネ性を利用して圧接させるようにして
いる。

【００６２】リセット部材４４にて現像後の現像に寄与
されなかったトナーは、現像ローラ４１の回転により現
像槽４０へと回収される時に除電・除去され、再利用さ
れることになる。

【００６３】また、リセット部材４４にも、トナーを除
電・除去するためのバイアス電圧Ｖｄが電源回路１４か
ら供給されている。

【００６４】以上のようにして現像装置４は、トナー１
０を感光体１と対向する領域へと搬送し、感光体１表面
の潜像を可視像化する。この感光体１表面のトナー像は
上述したように転写領域にて適宜搬送されてくる用紙Ｐ
に転写器５の作用により転写され、該用紙が定着装置８
を通過して画像形成装置外へと排出される。

【００６５】非磁性一成分系の現像剤であるトナーとし
ては、スチレンーアクリル共重合体８０〜９０重量部、
カーボンブラック５〜１０重量部、また帯電制御剤０〜
５重量部の組成からなる材料を混合、混練し、粉砕、分
級することで平均粒径５〜１０μｍ程度の負帯電トナー
を得ることができる。このトナーに対して、流動性を良
好にするために内添又は外添されるシリカ（ＳｉＯ₂）
を０．５〜１．５重量部添加され、非磁性の一成分トナ
ーを得ることができる。

【００６６】トナーとしては、負帯電に限らず、正帯電
トナーを得ることもできる。これは、主成分の結着樹
脂、帯電制御剤等を適宜選択することで簡単に得ること
できる。また、トナーはモノクロ複写機、プリンタ用と
しての黒トナーに被らず、カラー複写機やプリンタ用の
カラートナーにも応用可能である。

【００６７】また、非磁性一成分トナーは、上述した組
成材料に限定されることはなく、以下に示す組成であっ
ても本発明の画像形成装置に用いることができる。

【００６８】主成分である結着樹脂である熱可塑性樹脂
としては、スチレンーアクリル共重合体以外に、ポリス
チレン、ポリエチレン、ポリエステル、低分子量ポリプ
ロピレン、エポキシ、ポリアミド、ポリビニルブチラー
ル等であってもよい。

【００６９】また着色剤としては、黒トナーの場合には
上述したカーボンブラックを用いる他に、ファーネスブ
ラック、ニグロシン系染料、含金属染料等がある。そし
てカラートナー用としては、黄色用のベンジジン系黄色
顔料、フォノンイエロー、アセト酢酸アニリド系不溶性
アゾ顔料、モノアゾ顔料、アゾメチン系色素等、マゼン
タ用のキサンテン系マゼンタ染料、リンタングステンモ
リブデン酸レーキ顔料、アントラキノン系染料、キサン
テン系染料と有機カルボン酸から成る色材、チオインデ
ィゴ、ナフトール系不溶性アゾ顔料等、シアン用の銅フ
タロシアニン系顔料等がある。

【００７０】さらに、トナーの流動化材として用いられ
る例えば外添剤のシリカ以外に、コロイダルシリカ、酸
化チタン、アルミナ、ステアリン酸亜鉛、ポリフッ化ビ
ニリデンやそれらの混合物であってもよい。

【００７１】さらにまた、帯電制御剤としては、負帯電
トナー用として、アゾ系含金染料、有機酸金属錯塩、塩
素化パラフィン等を用いることができる。そして、正帯
電トナー用としては、ニグロシン系染料、脂肪酸金属
塩、アミン、４級アンモニウム塩等を用いることができ
る。

【００７２】上述の画像形成装置の説明を踏まえ、以下
に本発明の特徴となる部分について説明する。

【００７３】電子写真方式でデジタル記録を行う場合、
走査光学系もしくはＬＥＤ等を用いて感光体上に光を結
像する。この結像ビームの光強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）は一
般的に下記の数５のＧａｕｓｓ分布で表される。

【００７４】

【数５】

【００７５】ここで、Ｐはレーザーパワー、Ｗ_x、Ｗ_yは
それぞれｘ方向およびｙ方向のスポット径の光強度Ｉが
中心の１／ｅ²になるときの半径である。

【００７６】最小記録ドット幅での孤立ライン潜像を考
察する場合、例えばｙ方向の光強度が均一とすると、光
強度分布Ｉ_line（ｘ）は下記の数６で表される。

【００７７】

【数６】

【００７８】上記の数６を用いて、最小記録周期ｐとビ
ーム径Ｗとの比をパラメーターに露光ビーム強度のプロ
ファイル計算を行った。計算した潜像パターンは、最小
記録ドット幅でのライン潜像がＯＮ／ＯＦＦで繰り返す
１ｂｙ１パターンと５ライン周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り
返す５ｂｙ５パターンとした。計算結果の一例を図３に
示す。このときのパラメーター条件はＷ＝２ｐである。

【００７９】コントラストを評価する指標として下記の
数７で定義されるＭＴＦがよく用いられる。

【００８０】

【数７】

【００８１】ＭＴＦ＝１でコントラストが最大であり、
コントラストの低下に伴いＭＴＦは０に近づく。上記図
３のシミュレーション結果において、１ｂｙ１パターン
のＭＴＦ値は０．７３であった。その他、上記パラメー
タを変えたときのＭＴＦ値は容易に計算できる。例え
ば、Ｗ＝√２ｐの場合ＭＴＦ＝０．９６、Ｗ＝２√２ｐ
の場合ＭＴＦ＝０．３０である。これは最小記録周期ｐ
に対してビーム径Ｗが大きすぎると隣接ドットとのクロ
ストークが大きくなり、コントラストが低下することを
示している。

【００８２】後述する実験装置にて実際に最小記録周期
ｐとビーム径Ｗとの比をパラメーターにして実験を行っ
た結果と上記シミュレーション結果とから、ＭＴＦ値が
０．７以上が実用上必要な値と判断した。即ち、最小記
録周期ｐとビーム径Ｗの比で現すと、Ｗ≦２ｐとなる。

【００８３】最小記録周期ｐとビーム径Ｗとの比に関し
て、これに類する結果は前述のように過去報告されてい
るが、本発明において、後述する高周波潜像の現像電界
を確保する条件が有効に働くためには、このビーム径に
関する数値限定が重要かつ不可欠な前提条件となる。

【００８４】次に、現像部潜像電界の周波数特性解析理
論について説明する。

【００８５】図４に現像部の電場解析モデルを示す。こ
こで、１層目は感光体層であり、層厚ｌ、誘電率ε_a、
ポテンシャル関数Φ₁である。２層目は現像剤層であ
り、層厚ｍ、誘電率ε_b、ポテンシャル関数Φ₂である。
ｚ軸方向座標原点は１層目と２層目の境界にある。感光
体層の下部は導電性基板で電位０［Ｖ］であり、現像剤
層の上部は現像電極（現像ローラー）で電位Ｖ₀［Ｖ］
である。

【００８６】

【数８】

【００８７】感光体表面（境界面）には上記数８で表さ
れる正弦波状電荷分布σが存在する。

【００８８】

【数９】

【００８９】また、感光体層とトナー層の電場は上記数
９のラプラス方程式で記述できる。

【００９０】

【数１０】

【００９１】

【数１１】

【００９２】

【数１２】

【００９３】ポテンシャル関数のＡＣ成分とＤＣ成分を
上記数１０により定義する。このようなポテンシャル関
数の解析解は、上記数１１および数１２で表される一般
解の係数、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２を求めることにより
導出できることが知られている。

【００９４】

【数１３】

【００９５】

【数１４】

【００９６】電位の連続性と電束密度の連続性を境界条
件として導入することにより、トナー層のポテンシャル
関数は上記数１３および数１４のように導出される。

【００９７】次に、周波数特性解析結果について考察す
る。

【００９８】上記解析解をもとに現像部における感光体
表面潜像電位の周波数特性を分析する。ここで、感光体
膜厚ｌを変数とする場合の制約条件として、表面電荷密
度σ ₀が膜厚に依らず一定とした。

【００９９】感光体帯電時の感光体内部電界強度Ｅ
_chは、

【０１００】

【数１５】

【０１０１】で現されるように膜厚に依らず一定であ
る。

【０１０２】従ってσ₀を一定とするとＥ_ch一定とな
り、感光体の絶縁破壊強度に対する余裕度を膜厚に依ら
ず一定の条件とすることができる。

【０１０３】また、周波数特性シミュレーションを行う
際の各変数の標準値を表１にまとめる。

【０１０４】

【表１】

【０１０５】感光体表面電荷密度σ₀の標準値は上記表
１のように、２０μｍの膜厚の感光体を１０００Ｖまで
帯電する条件を標準条件として計算した値の１．３３
［ｍＣ／ｍ²］とした。

【０１０６】感光体膜厚ｌをパラメータに潜像波長と潜
像電位振幅との関係を計算した結果を図５に示す。感光
体膜厚ｌ以外の変数は上記表１の値である。図５によ
り、空間周波数の増加に伴い、潜像電位振幅が減少する
ことがわかる。これは、空間周波数の高い画像の現像量
が減少することに対応する。

【０１０７】また、感光体膜厚が薄い場合の特性とし
て、電位振幅の絶対量は小さいが周波数特性がフラット
な特性となることがわかる。これは、空間周波数が変化
しても現像量の変動が小さく濃度が安定することに対応
する。

【０１０８】同様に、トナー層厚ｍをパラメータに潜像
波長と潜像電位振幅との関係を計算した結果を図６に示
す。トナー層厚ｍ以外の変数は上記表１の値である。図
６により、空間周波数の増加に伴い、潜像電位振幅が減
少する特性は同様である。またトナー層厚が薄い場合の
特性も同様に、電位振幅の絶対量は小さいが周波数特性
がフラットな特性となることがわかる。

【０１０９】次に、孤立ラインと周期ラインの両立性解
析理論について説明する。

【０１１０】上述では、感光体表面に存在する電荷σ
は、正弦波状に分布するものとして取り扱った。しかし
ながら、孤立ラインと周期ラインの両立性について議論
を行うには不十分である。したがって、孤立ライン潜像
の電界を計算するために、次の関数を導入する。周期２
π、幅２α、高さ１の方形波の周期関数Ｇ（θ）は、フ
ーリエ級数を用いて下記数１６で表される。

【０１１１】

【数１６】

【０１１２】ここで、右辺第１項がＤＣ成分を表し、第
２項がＡＣ成分を表している。

【０１１３】次に、潜像表面電位振幅の最大値のＡＣ成
分Ａｍｐ_acは、φ_2acにｘ＝０、ｚ＝０、ω＝ｎωを代
入することによって、

【０１１４】

【数１７】

【０１１５】のように表される。

【０１１６】次に、空間周波数が０に近い低周波での潜
像表面電位振幅（ＤＣ成分）Ａｍｐ _acω₀は、φ_2acにｘ
＝０、ｚ＝０を代入し、ω→０の極限をとることによっ
て、

【０１１７】

【数１８】

【０１１８】のように表される。

【０１１９】すると、感光体表面の潜像電位振幅の周波
数特性ＭＴＦ_ltntは、

【０１２０】

【数１９】

【０１２１】のように表される。

【０１２２】

【数２０】

【０１２３】また、実際の白ライン幅Ｘ_w、黒ライン幅
Ｘ_bの周期ラインパターンを上記矩形周期関数Ｇに適用
するためには、上記数２０の関係を上記数１６に代入す
ればよい。

【０１２４】結局、数１６で表される矩形周期関数Ｇの
ＡＣ成分に対し、空間周波数に対応した周波数特性関数
ＭＴＦ_ltntを乗ずることにより、

【０１２５】

【数２１】

【０１２６】に示すようなレスポンス関数ＲＦが得られ
る。このレスポンス関数ＲＦは、矩形周期関数Ｇが規格
化（振幅１）されていることから、規格化された関数と
なっている。

【０１２７】従って、実際の潜像電位プロファイルＰＲ
は、

【０１２８】

【数２２】

【０１２９】に示すようにレスポンス関数ＲＦに全振幅
２Ａｍｐ_acω₀を乗ずることによって得られる。

【０１３０】次に、孤立ラインと周期ラインの両立性解
析結果について考察する。

【０１３１】下記表２に示す条件で孤立白ライン・孤立
黒ライン・周期ラインを定義し、上記数２２を用いて潜
像電位特性を計算した。

【０１３２】

【表２】

【０１３３】まず、上記表１に示す標準条件にて、最小
ドット記録周期ｐを４０，２０，１０μｍとして計算し
た結果をそれぞれ図７乃至図９に示す。

【０１３４】最小ドット記録周期ｐが４０，２０，１０
μｍというのは、それそれ６００，１２００，２４００
ｄｐｉ（ｄｏｔｐｅｒｉｎｃｈ）の解像度にほぼ相
当する。

【０１３５】また、最小ドット記録周期ｐが１０μｍの
条件で感光体膜厚を２０μｍから１０μｍに薄くした場
合の計算結果を図１０に示す。

【０１３６】この電位に関する解析結果と現像後の濃度
との関係を対応させると、潜像電位に対し現像が忠実に
なされた場合、電位の高い方が黒に相当し、電位が低く
なるにつれて濃度が徐々に低下するグレー部分に相当
し、最も低電位のグラフの最下点が白に相当することに
なる。例えば、図９では、孤立白ラインの白部濃度より
孤立黒ラインの黒部濃度の方が薄く、また周期ラインの
黒部の濃度より孤立白ラインの白部濃度が濃いことを示
している。この状態では、孤立白ライン・孤立黒ライン
・周期ライン等のパターンに係わらず単一の現像バイア
ス電位を与える現像方法では、孤立白ライン、周期ライ
ン、孤立黒ラインはもはや両立しないといえる。この両
立性に着目してみると、空間周波数の増加に伴い、孤立
ライン潜像と周期ライン潜像ともに電位振幅が減少し、
孤立白ラインと孤立黒ラインと周期ラインの両立性が低
下していることがわかる。

【０１３７】また、図９と図１０を比較すればわかるよ
うに、感光体の薄膜化によって両立性が向上することも
わかる。

【０１３８】上記両立性計算結果と周波数特性関数ＭＴ
Ｆ_ltntとの間に密接な相関があることは上記数１７の展
開から明確であるが、より理解しやすくするために、感
光体膜厚が２０μｍと１０μｍの条件でＭＴＦ_ltntを計
算した結果を図１１に示す。図７から図１０に対応する
ＭＴＦ_ltntの値は、それぞれ０．５８，０．３２，０．
１６，０．２５である。

【０１３９】以上の結果をまとめると、周波数特性解析
においては、図５および図６に示したように、電荷密度
的に理想的な像が形成されていても、誘電体厚み、すな
わちｌおよびｍの影響で電位のコントラストが低下する
ことを示した。

【０１４０】両立性解析においては、上記電位コントラ
ストの低下が単に電位振幅の絶対量の低下だけでなく、
孤立白ライン・孤立黒ライン・周期ラインの両立性を著
しく損なう結果を招くことを示した。

【０１４１】電位振幅の絶対量が小さいだけであれば、
帯電電位を高くするもしくはトナー層中の電界強度が小
さくならないように工夫することである程度対応でき
る。しかし、両立性低下の問題はバイアス電位・帯電電
位・表面電荷密度とは無関係で、潜像波長と感光体膜厚
・トナー層厚およびその誘電率のみで決定されてしまう
ことをＭＴＦ_ltntの導入で示した。この点に立脚して、
感光体膜厚・トナー層厚およびその誘電率とが有機的に
関連づけられて定義されるＭＴＦ_ltntの適正範囲を導出
したのが本発明の特徴である。

【０１４２】上記の両立性解析の結果において、「孤立
白ラインの白部濃度より孤立黒ラインの黒部濃度の方が
薄くなってはならない」という両立性判断基準を設ける
と、ＭＴＦ_ltntの値として下記の条件が、ＭＴＦ_ltnt ＞０．２２が導出される。

【０１４３】これは、例えば表１の標準値とｐ＝１４μ
ｍという値で計算した結果がこの臨界値にほぼ相当して
いる。このときの孤立白ラインと孤立黒ラインの電位特
性を図１２に示す。

【０１４４】しかしながら、この値は理論的に導き出さ
れた必要最小限の値であって、この条件では実際に両立
性は実現しない。実際のプロセスでは、表面電荷密度が
理想的に分布していなかったり、感光体表面からやや離
れた位置の電界強度で現像量が決定されるなどの点で、
理論解析の前提条件とやや異なる部分があるからであ
る。従って両立性確保のためには理論解析から導き出さ
れた値よりさらに大きい値が要求される。この点につい
て詳細な実験を行い、ＭＴＦ_ltnt ≧ ０．３を導き出した。

【０１４５】以下に、実験装置および実験過程について
説明する。

【０１４６】まず、実験装置について説明する。

【０１４７】図１３に、上記両立性判断基準値を導出す
るための検証実験に用いた実験装置の側面模式図を示
す。ここでは、感光体上のライン形成を観察するため、
電子写真プロセスを用いたプリンタや複写機を構成する
各要素から、帯電部１２０、露光部１３０、現像部１４
０及び感光体１１０を抽出し、実験装置を構成してい
る。通常の電子写真プロセスを用いたプリンタや複写機
においては、これらの他に、転写、定着、感光体のクリ
ーニング、感光体の除電、用紙搬送等が加わり装置を構
成するが、本検討においては感光体上のライン形成状態
に注目するためにプロセスを簡略化している。

【０１４８】テストピース１１０は、感光対面が形成さ
れた面を下にしてテストピースホルダ１１１に取り付け
られている。テストピースホルダ１１１はテストピース
を直線的に駆動するリニアスライダ１１２に機械的に連
結されており、プロセス中は６６ｍｍ／ｓの一定速度で
移動するよう図示しないコントローラにより制御され
る。

【０１４９】テストピース１１０は導体基板上にアンダ
ーコート層（ＵＣ層）、電荷発生層（ＣＧ層）、電荷輸
送層（ＣＴ層）の順に積層されている。本検討において
は、これら感光体層の厚さは８〜２０μｍの範囲におい
て行った。また、テストピース１１０の感光体は負極性
に帯電するフタロシアニン系有機感光体を用いた。ま
た、テストピース１１０の導電基板は図示しない電極を
介して接地されている。

【０１５０】帯電部１２０は、テストピース１１０の感
光対面と対向する側に位置し、グリッド１２１、ケース
１２２、ワイヤ１２３から成るスコロトロン型帯電器で
ある。グリッド１２１、ケース１２２、ワイヤ１２３は
それぞれ電源１２４、１２５、１２６に接続され、テス
トピース１１０の感光体表面電位が所望の値となるよう
制御されている。本検討においては、現像時の感光体表
面電位が−４００〜−１０００Ｖとなるように、感光体
の暗減衰を考慮して条件を設定した。

【０１５１】露光部１３０は、半導体レーザ（ＬＤ）１
３１を露光用光源とし、ＬＤ１３１より発せられたレー
ザ光はコリメータレンズ１３２を通過し、平行光に整形
される。コリメータレンズ１３２を通過したレーザ光
は、図示しないＮＤフィルターを通過することで光強度
を適正値に減衰し、アパーチャ１３３により所望の開口
に制限され、対物レンズ１３４に入射する。対物レンズ
１３４はレーザ光を収束しテストピース１１０の感光体
面上に焦点を結ぶよう、テストピース１１０までの距離
を調整されている。これら露光部１３０は全体をＸＹ２
軸で駆動可能なＸＹステージ１３５上に固定され、ＸＹ
ステージ１３５を図示しないコントローラで所望の位置
に１μｍの精度で位置決めすることができる。さらに、
ＬＤ１３１は図示しないレーザドライバ（キノ・メレス
グリオ社製）により駆動され、レーザパワーやレーザの
点灯時間を任意に制御することが可能である。

【０１５２】本検討に用いた光学系の詳細は次の通りで
ある。ＬＤ１３１の波長は７８０ｎｍであり、コリメー
タレンズ１３２の焦点距離は２５．６ｍｍであり、対物
レンズ１３４の焦点距離は２５．６ｍｍと４８ｍｍのも
のを使い分けた。アパーチャ１３３の開口部直径は０．
８〜８．０ｍｍ。光学系の収差はほぼ回折限界以下まで
除去できているため、回折限界を利用した光学系となっ
ている。このアパーチャ１３３の開口部直径と前記対物
レンズを適宜調整することによりＮＡが調整でき、感光
体表面でのビーム径を３００ＤＰＩから６０００ＤＰＩ
まで調整できる。また、上記ＮＤフィルターと前記レー
ザドライバを適宜調整することにより、感光体面上での
レーザ光のパワーは０．５ｎＷ〜３ｍＷまで調整でき
る。

【０１５３】現像部１４０は、テストピース１１０に対
向するよう設置されており、現像ローラ１４１上にある
一定の付着量のトナー１４５の層を形成する。現像部１
４０はその容器内部にトナー１４５を貯蔵しており、現
像ローラ１４１に接触しているトナー供給ローラ１４２
が、図中の矢印で示した方向に回転することにより現像
ローラ１４１へトナー１４５を供給する。現像ローラ１
４１に供給されたトナー１４５は、現像ローラ１４１の
回転に伴いドクターローラ１４３と現像ローラ１４１の
接触部へ搬送される。ドクターローラ１４３は図中の矢
印の方向へ回転し、現像ローラ１４１上のトナー１４５
をある一定の付着量の層に形成する。現像ローラ１４１
上のトナー１４５がテストピース１１０との現像領域を
通過し、トナー１４５が現像された後、現像されずに現
像ローラ１４１上に残ったトナー１４５は、回収ローラ
１４４により現像ローラ１４１上から回収され再び容器
内に戻される。現像ローラ１４１は図示しないモータに
よりカップリングを介して駆動され、その回転により図
示しないギアを介して、ドクターローラ１４３、トナー
供給ローラ１４２並びに回収ローラ１４４がそれぞれ駆
動される。本検討においては、現像ローラ１４１の周速
が１００ｍｍ／ｓとなるようにギヤ比等を設定してい
る。

【０１５４】現像ローラ１４１、ドクターローラ１４
３、トナー供給ローラ１４２並びに回収ローラ１４４の
シャフトにはそれぞれ電源１４６、１４７、１４８、１
４９が接続され、独立に電圧が印加される。本検討にお
いては、現像ローラ１４１のバイアスを−２５０〜−７
５０Ｖの範囲で電源１４６により設定し、ドクターロー
ラ１４３、トナー供給ローラ１４２並びに回収ローラ１
４４のバイアスはそれぞれ現像ローラ１４１に対して、
ドクターローラ１４１は−３００〜＋３００Ｖとなるよ
うに電源１４７を、トナー供給ローラ１４２は０〜−３
００Ｖとなるように電源１４８を、回収ローラ１４４は
０〜＋３００Ｖとなるように電源１４９を制御した。

【０１５５】本検討において、現像ローラ１４１はステ
ンレスのシャフトの周囲に、ウレタンゴム中にカーボン
粒子を分散し導電性を付与したゴムローラを用いた。こ
の現像ローラ１４１による現像部での抵抗の値Ｒ_devが
１０⁴〜１０⁶Ωになるように、上述した抵抗調整基材を
用い、ゴム高度がＳＲＩＳ（日本ゴム協会標準規格）に
準ずるアスカーＣ硬度で、６５〜７０度、表面の粗さは
ＪＩＳＢ０６０１に準ずる１０点平均粗さＲｚで２〜８
μｍのものを使用した。ドクターローラ１４３は金属製
の表面を有し、表面粗さをＪＩＳＢ０６０１に規定さ
れる中心線平均粗さＲａを０．１μｍに形成されてい
る。供給ローラ１４２については、ステンレス製の回転
軸表面上に体積抵抗率１０⁵Ω・ｃｍ、セル密度８０〜
１００個／ｉｎｃｈの導電性ウレタンフォームを被覆し
て構成した。そして、現像ローラ１４１に対して接触深
さ０．５ｍｍで接触させ、その周速を６６ｍｍ／ｓｅｃ
で矢印方向に回転駆動させている。回収ローラ１４４
は、ドクターローラ１４３と同じく金属製の表面をＲａ
＝０．１μｍに加工されている。

【０１５６】トナー１４５は、スチレン−アクリル共重
合体の主樹脂の中に、抵抗調整剤且つ顔料としてのカー
ボン粒子や、帯電制御剤としてのＣＣＡ、外添剤として
のシリカなどから成り、本検討においては体積平均粒径
３〜１０μｍのものを用いた。また、本検討では負極性
に帯電するトナーを使用し、その帯電量は−１０〜−５
０μＣ／ｇであった。

【０１５７】以下、実験過程について述べる。上記実験
機全体は図示しない暗幕などにより暗所に設けられてい
る。

【０１５８】テストピース１１０がリニアスライダ１１
２により駆動され、帯電部１２０と対向する帯電領域に
到達すると、予め設定された条件で帯電部１２０により
所定の表面電位に帯電される。帯電されたテストピース
１１０は、露光部１３０に対向する露光領域に到達する
と停止し、予め設定したデータに基づきＸＹステージ１
３５を移動しつつ、ＬＤ１３１をレーザドライバにより
点滅させテストピース１１０の感光体面上にレーザ光を
照射する。レーザ光が照射された部分の電荷は減衰し、
潜像が形成される。露光が完了するとともに、リニアス
ライダ１１２が再び駆動し、テストピース１１０を現像
部１４０と対向する現像領域へ搬送する。現像領域に搬
送されたテストピース１１０は、一定速度で移動しつつ
現像ローラ１４１と接触する。現像ローラ１４１上のあ
る一定の帯電量・付着量のトナー１４５の層は潜像が形
成されたテストピース１１０の感光体面と接触すること
で、潜像に応じて静電気的に現像される。現像領域を通
過したテストピース１１０は、完全に現像領域から離脱
した後停止する。この後、テストピース１１０をテスト
ピースホルダ１１１から取り外し、現像されたトナー１
４５の像を観察する。

【０１５９】この実験装置を用いて、図１４に示すパタ
ーンをテストピース１１０上に形成し、現像された像を
観察・評価した。

【０１６０】

【表３】

【０１６１】上述一連の実験を行う際の各パラメータの
標準値を上記の表３にまとめる。

【０１６２】まず、感光体膜厚と画質との相関を検証す
るために、次表４の８種類の膜厚の感光体を用意した。

【０１６３】

【表４】

【０１６４】膜厚以外は表３の標準値を用いて実験を行
い、孤立ライン・周期ラインの両立性等を評価した。な
お、実験での両立性判断基準は、「周期ラインパターン
の白／黒デューティーが５０％となる条件で孤立黒ライ
ンが形成されるかどうか」とした。これは、前記解析結
果の両立性判断基準「孤立白ラインの白部濃度より孤立
黒ラインの黒部濃度の方が薄くなってはならない」と等
価である。

【０１６５】孤立ライン・周期ラインの両立性評価の結
果、感光体膜厚２０μｍまでは両立することが確認され
た。上記表４において、判定１として結果を示す。この
条件を数１７のＭＴＦ_ltntにあてはめると、その値は
０．３となった。

【０１６６】さらに、図１４に示すパターンでは孤立ド
ットと周期ラインとの両立性評価も可能である。上記の
孤立ライン両立性評価と同様に、「周期ラインパターン
の白／黒デューティーが５０％となる条件で孤立黒ドッ
トが形成されるかどうか」という判断基準にて評価を行
った結果、感光体膜厚１０μｍまでは両立することが確
認された。上記表４において、判定２として結果を示
す。この条件を数１７のＭＴＦ_ltntにあてはめると、そ
の値は０．４８となった。

【０１６７】次に、露光ビーム径Ｗと画質との相関を検
証するために、次表５の４種類のビーム径Ｗにて実験を
行った。

【０１６８】

【表５】

【０１６９】露光ビーム径以外は表３の標準値を用いて
実験を行い、孤立ライン・周期ラインの両立性等を上記
同様に評価した。孤立ライン・周期ラインの両立性評価
の結果、標準値３０μｍより小さい２０μｍではさらに
画質の向上がみられ、標準値より大きい４０μｍでは画
質が劣化した。しかし、かろうじて前記両立性判断基準
を満足することができた。５０μｍのビーム径では両立
性を満足することができなかった。ここで、両立性を満
足したビーム径Ｗと最小ドット記録周期ｐとの関係は、
Ｗ≦２ｐとなる。

【０１７０】次に、トナー粒径Ｄｔと画質との相関を検
証するために、次表６の５種類の体積平均粒径トナー径
Ｄｔを用意した。

【０１７１】

【表６】

【０１７２】トナー径以外は表３の標準値を用いて実験
を行い、孤立ライン・周期ラインの両立性等を上記同様
に評価した。孤立ライン・周期ラインの両立性評価の結
果、標準値５μｍより小さい３．２μｍではさらに画質
の向上がみられ、標準値より大きい７．５μｍでは画質
が劣化両立性を満足することができなかった。ここで、
両立性を満足したトナー体積平均粒径Ｄ_tと最小ドット
記録周期ｐとの関係は、Ｄ_t≦ｐ／４となる。

【０１７３】次に、本発明の現像装置に用いる現像ロー
ラーの抵抗値について説明する。

【０１７４】図１５は現像ローラーの抵抗値を測定する
簡易装置の説明図である。絶縁体の平板１０３の上に配
置された金属の検出電極１０４の上に現像ローラー４１
を置き、重り１０５によって所定の荷重を加えた状態
で、電源１０６からバイアスを印加し、検出電極に流れ
る電流を電流計１０２によって測定する。抵抗値に不均
一性がある場合は、周方向に何点か測定した平均値を代
表値とする。このとき圧力Fは実際に感光体に押当てる
圧力と同等とすることにより検出電極に押当てたときに
形成されるニップ部の接触面積は実際に感光体に接触す
る面積と同等になるようにする。この状態で、現像ロー
ラー４１の導電性シャフトにバイアス印加手段１０６に
よってバイアスを印加し、電圧−電流特性を測定する。
このようにして測定された抵抗値は、前記現像部での現
像ローラ抵抗Ｒ_devとほぼ等価である。

【０１７５】現像ローラー抵抗層として、ウレタン樹脂
にカーボンブラックを分散させた電子伝導タイプのロー
ラー２種類（Ａ、Ｂ）およびウレタン樹脂をベースとし
たイオン導電タイプのローラー１種類（Ｃ）を、上記測
定装置で抵抗を測定し、各々のローラーについて抵抗値
の平均値、をまとめたものを表７に示す。抵抗値は、１
０Ｖ印加時の電流値をＡｄｖａｎｔｅｓｔ製Ｒ６８７１
Ｅにて計測し、換算したものである。

【０１７６】

【表７】

【０１７７】現像ローラ抵抗以外は表３の標準値を用い
て実験を行い、孤立ライン・周期ラインの両立性等を上
記同様に評価した。孤立ライン・周期ラインの両立性評
価の結果、現像ローラＡ、Ｂでは両立性を満足できた
が、現像ローラＣは両立性を満足することができなかっ
た。ここで、両立性を満足した現像ローラ抵抗Ｒ
_devは、１ＭΩ以下となる。

【０１７８】上記の実験の他に、最小ドット周期ｐ（解
像度）を変えて同様の実験を行ったが、上述と同様の結
論が導き出された。

【０１７９】なお、上記説明の中で黒ライン等の表現で
説明を行っているが、カラートナーを用いたプロセスで
も当然同様の結果となる。

【０１８０】次に感光体を用いない静電潜像形成装置の
実施例を説明する。

【０１８１】これまで説明してきたように感光体を帯電
器により均一帯電し、光ビームを露光して静電潜像を形
成する方法が一般的であるが、"Ion Printing Techno
logy"のような電荷供給装置により、絶縁体上にイオン
を直接供給して静電潜像を形成する方法も従来より知ら
れている。

【０１８２】静電潜像担持体が感光体の場合では、前述
のように材料の制約や摩耗の問題や膜の絶縁破壊の問題
があるため、膜厚ｌや比誘電率ε_aを大幅に変更するこ
とができない。

【０１８３】これに対し電荷供給装置による直接潜像形
成方法のメリットは、静電潜像担持体を感光体ではなく
一般の絶縁体とすることができるため、材料選択の自由
度が増すことである。これにより、静電潜像担持体の比
誘電率ε_aをさらに大きくできたり、耐摩耗性の良くす
ることで膜厚ｌを小さくできたりする。

【０１８４】図１６に直接潜像形成を可能とする電荷供
給装置１９を用いたときの画像形成プロセスの概略を示
す。

【０１８５】図１に示した感光体を用いたプロセスとの
違いは、静電潜像担持体が感光体１から誘電体ドラム１
８となり、帯電器２・露光３・除電器７の３つが電荷供
給装置１９になった点である。そして、複数の電荷供給
源から構成される電荷供給装置を選択的に駆動してイオ
ンもしくは電子を静電潜像担持体上に供給し、静電潜像
を形成する。要するに、静電潜像形成方法が感光体と光
を用いたものから、イオンもしくは電子を直接供給する
方法に変わっただけで、その他のプロセスは同様であ
る。

【０１８６】図１７に直接潜像形成を可能とする電荷供
給装置を用いたときの潜像周波数特性関数ＭＴＦ_ltntの
改善効果を説明するシミュレーション結果を示す。

【０１８７】最小ドット記録密度が６００ｄｐｉの場
合、周期ライン潜像の空間周波数は約１２（ラインペア
／ｍｍ）であり、表１の標準値に基づく条件ではＭＴＦ
_ltntは約０．６の値となり、露光・現像・転写等の条件
を適正化すれば良好な出力画像が期待できる。このまま
の条件で記録密度を１２００ｄｐｉとすると、空間周波
数は２４（ラインペア／ｍｍ）となり、ＭＴＦ_ltntは約
０．３と劣化してしまう。

【０１８８】電荷供給装置による直接潜像形成方法とす
ることで、、静電潜像担持体の膜厚ｌを２０μｍから１
０μｍに薄膜化し、比誘電率ε_aを３から１０に高くで
きる。これにより、記録密度が１２００ｄｐｉにおいて
も、ＭＴＦ_ltntは約０．６の値を維持でき、６００ｄｐ
ｉと同程度の画質が期待できることがわかる。

【０１８９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、潜像周
波数特性関数ＭＴＦ_ltntの値を０．３以上となるように
設定することで、隣接ビームとのクロストークを低減
し、ＭＴＦ劣化の少ない高品位潜像を形成することがで
き、現像部における潜像電位コントラストの低下を防止
し、現像の周波数特性を改善することができる。よっ
て、周期ラインと孤立ラインの両立性を改善することが
できる。

【０１９０】また、静電潜像担持体への直接潜像形成を
可能とする電荷供給装置を用いることで、静電潜像担持
体を感光体ではなく一般の絶縁体とすることができるた
め、材料選択の自由度が増し、静電潜像担持体の比誘電
率ε_aをさらに大きくでき、上記ＭＴＦ_ltntを改善でき
る。

【０１９１】さらに、ＭＴＦ_ltnt≧０．４８とすること
により、周期ラインと孤立ドットの両立性が良好とな
り、より高品位な出力画像が得られる。

【０１９２】また、現像剤の体積平均粒径Ｄ_tをｐの１
／４倍以下とすることで、ｐが４３μｍ以下であるよう
な高解像度静電潜像の電場でもトナーに対して現像駆動
力が有効に働くようにでき、良好な画質を得ることがで
きる。

【０１９３】また、非磁性１成分接触現像方式を用いる
ことで、現像電極を感光体近傍に設置することができ、
高解像度化が図れる。即ち、ｍを小さくできるので、Ｍ
ＴＦ _ltntを大きくでき、結果的に現像電界の周波数特性
を改善し、高解像度画像が得られる。

【０１９４】さらに、現像装置内の現像剤担持体の現像
部での抵抗Ｒ_devを１０⁶［Ω］以下とすることで、現像
剤担持体をほぼ導体として扱うことができ、現像剤担持
体表面を現像電極とみなすことできるため、現像剤層厚
ｍを小さくでき同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく画像形成装置の全体構造の概略
を説明するための構成図である。

【図２】本発明に基づく画像形成装置に用いられる現像
装置の概略を説明するための構成図である。

【図３】本発明に基づく画像形成装置の両立性を説明す
るための図である。

【図４】本発明に基づく画像形成装置の解析モデル図で
ある。

【図５】本発明に基づく画像形成装置の潜像周波数特性
の説明図である。

【図６】本発明に基づく画像形成装置の潜像周波数特性
の説明図である。

【図７】本発明に基づく画像形成装置の両立性を説明す
るための図である。

【図８】本発明に基づく画像形成装置の両立性を説明す
るための図である。

【図９】本発明に基づく画像形成装置の両立性を説明す
るための図である。

【図１０】本発明に基づく画像形成装置の両立性を説明
するための図である。

【図１１】本発明に基づく画像形成装置の潜像周波数特
性の説明図である。

【図１２】孤立白ラインと孤立黒ラインの電位特性を示
す図である。

【図１３】実験装置の模式図である。

【図１４】評価に用いた画像パターンの模式図である。

【図１５】本発明の現像装置を構成する現像ローラの静
的な抵抗値を測定する装置の説明図である。

【図１６】直接潜像形成可能な電荷供給装置を用いた画
像形成装置の全体構造の概略を説明するための構成図で
ある。

【図１７】直接潜像形成可能な電荷供給装置を用いたと
きの潜像周波数特性関数ＭＴＦ_lt _ntの改善効果を説明す
る図である。

【符号の説明】

１感光体（静電潜像担持体）４現像装置１０（非磁性）一成分トナー１１現像バイアス電圧の供給用の電源回路１２規制部材への電圧供給用の電源回路１３供給ローラヘの電圧供給用の電圧回路１８誘電体ドラム１９電荷供給装置４０現像槽４１現像ローラ（トナー担持体）４２供給ローラ（供給手段）４３ブレード（規制部材）４４リセット部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｇ 15/04 (72)発明者東伸之大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者武藤吉紀大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者中島吉紀大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2C362 AA19 AA21 AA52 AA64 CB59 CB80 2H005 EA01 EA05 FA07 2H027 DD09 EA02 EA05 ZA07 2H068 AA11 BA21 BA38 BB25 2H076 AB05 AB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最小ドット記録周期ｐをもって感光体を
露光し静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像を
現像剤により現像する現像装置とから構成される画像形
成装置において、前記露光装置に用いられる露光ビームのピーク強度１／
ｅ²の径ＷがＷ≦２ｐであり、かつ、前記感光体の膜厚ｌおよび前記感光体の誘電率ε
_aと、前記現像剤層厚ｍおよび前記現像剤層誘電率ε
_bと、ω＝π／ｐで定義される空間周波数ωとすると、【数１】で表される潜像空間周波数特性関数ＭＴＦ_ltntが、ＭＴＦ_ltnt≧０．３であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】静電潜像担持体上に最小ドット記録周期
ｐの静電潜像を形成する静電潜像形成装置と、前記静電
潜像を現像剤により現像する現像装置とから構成される
画像形成装置において、前記最小ドット記録周期ｐが４３μｍ以下であり、かつ、前記静電潜像担持体の誘電体膜厚ｌおよび前記静
電潜像担持体の誘電体の比誘電率ε_aと、前記現像剤層
厚ｍおよび前記現像剤層の比誘電率ε_bと、ω＝π／ｐ
で定義される空間周波数ωとすると、【数２】で表される潜像空間周波数特性関数ＭＴＦ_ltntが、ＭＴＦ_ltnt≧０．３であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】前記静電潜像形成装置は、複数の電荷供
給源から構成される電荷供給装置を選択的に駆動してイ
オンもしくは電子を前記静電潜像担持体上に供給し、静
電潜像を形成することを特徴とする請求項２記載の画像
形成装置。
【請求項４】前記潜像空間周波数特性関数ＭＴＦ_ltnt
が、ＭＴＦ_ltnt≧０．４８であることを特徴とする請求項１乃至３記載の画像形成
装置。
【請求項５】前記現像剤の体積平均粒径Ｄ_tがＤ_t≦ｐ／４であることを特徴とする請求項１乃至４記載の画像形成
装置。
【請求項６】非磁性１成分接触現像方式を用いたこと
を特徴とする請求項１乃至５記載の画像形成装置。
【請求項７】前記現像装置内の現像剤担持体の現像部
での抵抗Ｒ_devが１０⁶［Ω］以下であることを特徴とす
る請求項６記載の画像形成装置。