JP5265157B2 - 画像形成装置およびその露光量調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置およびその露光量の調整方法に関する。

前記電子写真方式の画像形成装置において、感光体膜の絶縁破壊は大きな課題である。このため従来では、感光体膜厚を厚くすることで耐圧効果を得ていたが、膜厚アップは画質劣化を引起こし、耐圧と画質とのトレードオフが生じる。そこで、画質を維持しながら耐圧効果を得るために、感光体膜の材料であるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）よりも電気的絶縁性の高いＳｉ−Ｃ層またはＳｉ−Ｎ層を、該感光体膜とアルミなどの基材層との間に介在した感光体が、特許文献１で開発されている。

しかしながら、その結果、感光体明電位ＶＬや残留電位が従来よりも高くなってしまうという問題がある。詳しくは、前記感光体明電位ＶＬは、図６で示すように、感光体が帯電手段で帯電された状態での電位を感光体暗電位Ｖｏとするとき、充分な露光量で書込みが行われた際の前記感光体膜の電位である。図６は、露光量に対する感光体表面電位の減少量の関係を示すグラフである。

前記感光体明電位ＶＬや残留電位は、前記感光体膜の膜質（表面電荷密度に対する光キャリア発生量、キャリア移動速度、光導電層膜厚等、のパラメータを持つ）および電荷注入阻止の程度によって決定される。電荷注入阻止の程度が高ければ、キャリアが前記アルミなどの導電性基材へ注入することを防ぐ機能が高まり、感光体膜の耐圧性が高まるが、一方で前記感光体明電位ＶＬや残留電位に影響が現れることになる。

前記感光体明電位ＶＬは、前記ａ−Ｓｉの場合で、０〜２０Ｖ程度である。そして、前記耐圧層によって、図６の例では、前記感光体明電位ＶＬは、感光体Ａでは８０Ｖであり、感光体Ｂでは３０Ｖであり、それらの差は５０Ｖになっている。そして、従来では、前記露光手段から感光体への書き込み露光量は、前記感光体暗電位Ｖｏが半減するのに必要な半減露光量を基本光量Ｅｂとして、その基本光量Ｅｂの少なくとも２倍以上の光量で露光を行うことによって、感光体明電位ＶＬを得ている。図６の例では、Ｖｏ＝３５０Ｖであり、半減露光量（＝基本光量Ｅｂ）はＶｏ／２の１７５Ｖとなる露光量０．３２μＪ／ｃｍ^２となっている。

一方、特許文献２には、露光量を前記半減露光量の３倍以上１０倍以下とすることで、感光体膜（光導電層）の膜削れによる前記感光体明電位ＶＬの上昇を抑え、前記感光体明電位ＶＬの膜厚依存性を小さくして、長期に亘って良好な画像形成を可能にした画像形成装置が提案されている。
特公平２−３３１４９号公報 特開２００２−４０７６６号公報

しかしながら、耐圧と高画質との両者を得るために、前述のような耐圧層を備えた感光体を用いる場合、従来のように、感光体暗電位Ｖｏの半減露光量に基づいて露光量を設定すると、耐圧層を備えることで感光体明電位ＶＬが高くなった感光体においては、露光不足となってしまい、低階調再現性が失われることになってしまう。

詳しくは、評価方法としては、露光量はドット再現性に大きく寄与するので、ドット再現性を評価指標とする。そして、図７で示すように、一定面積内のドット占有面積率を６．２５％（１／１６）としたパターンを露光して、これを入力面積率として、感光体上で現像して得られたトナー像のドット占有面積率を測定して、これを出力面積率とし、入力面積率に対して出力面積率がどれだけ変化したかを評価する。画像形成の条件としては、感光体膜の材料は前記ａ−Ｓｉで、感光体の径は４０ｍｍ、線速度は４００ｍｍ／ｓｅｃ、前記感光体暗電位Ｖｏは前記３５０Ｖ、ＬＳＵビーム径は６０μｍとしている。

このような条件で、前記図６で示すように、感光体Ａ，Ｂ共に、感光体暗電位Ｖｏ＝３５０Ｖの半減露光量（Ｖｏ／２＝１７５Ｖとなる）の０．３２μＪ／ｃｍ^２を基本光量Ｅｂとして、その倍数の同じ露光量で露光した場合、図８で示すように、前記出力面積率は大きく異なる。たとえば、同じ３倍の露光量である０．９６μＪ／ｃｍ^２で露光した場合、出力面積率は、感光体明電位ＶＬが高かった感光体Ａが３．３％で入力よりも小さくなり、感光体明電位ＶＬが低かった感光体Ｂでは７．５％で入力よりも大きく出力される。また、正しい前記６．２５％のドット占有面積率を再現するのに必要な露光量は、感光体Ａでは４倍になるのに対して、感光体Ｂでは２．７倍程度で済むことになる。したがって、たとえば感光体Ｂに適した露光量で感光体Ａを露光すると、黒ベタ画像がグレー画像になってしまう。このように感光体暗電位Ｖｏの半減露光量のみから露光量を決定すると、ドット再現性がばらつくことになる。

本発明の目的は、感光体明電位のばらつきに対して、低階調域の再現性を高めることができる画像形成装置およびその露光量調整方法を提供することである。

本発明の画像形成装置およびその露光量調整方法は、露光手段から感光体への書き込み露光量が、感光体暗電位Ｖｏからの半減露光量（感光体電位がＶｏ／２となる露光量）を基本光量Ｅｂとして、その基本光量Ｅｂの予め定める倍数に設定される画像形成装置およびその露光量調整方法において、前記感光体の光導電層がアモルファスシリコンから成り、前記感光体の光導電層と導電性基材層との間に、前記アモルファスシリコンよりも電気的絶縁性が高く、感光体明電位ＶＬを上昇させるＳｉ−Ｃ層またはＳｉ−Ｎ層が介在され、感光体電位が、（Ｖｏ−ＶＬ）／２＋ＶＬとなるときの露光量が前記基本光量Ｅｂに設定されることを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置およびその露光量調整方法は、露光手段から感光体への書き込み露光量が、感光体暗電位Ｖｏからの半減露光量を基本光量Ｅｂとして、その基本光量Ｅｂの予め定める倍数に設定される画像形成装置およびその露光量調整方法において、前記感光体の光導電層と導電性基材層との間に、前記光導電層よりも電気的絶縁性が高く、感光体明電位ＶＬを上昇させる絶縁層と電荷注入阻止層との少なくとも一方が介在され、感光体電位が、（Ｖｏ−ＶＬ）／２＋ＶＬとなるときの露光量が前記基本光量Ｅｂに設定されることを特徴とする。

上記の構成によれば、電子写真方式の画像形成装置において、露光手段から感光体への書き込み露光量が、従来では、感光体暗電位Ｖｏからの半減露光量（感光体電位がＶｏ／２となる露光量）を基本光量Ｅｂとして、その基本光量Ｅｂの予め定める倍数、たとえば２〜３倍に設定されていたのに対して、本発明では、前記半減露光量となる感光体電位を、感光体明電位をＶＬとするとき、（Ｖｏ−ＶＬ）／２＋ＶＬから求める。

したがって、感光体によってばらつきのある前記感光体明電位ＶＬを考慮して、特に該感光体明電位ＶＬが高い感光体において、低階調域の再現性を高めることができる。

また、前記感光体の光導電層が、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）から成る場合、セレン系感光体や有機感光体等と比較して、表面硬度が高く、耐久性や取扱い性に優れるといった利点を有する。そのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）よりも電気的絶縁性の高いＳｉ−Ｃ層またはＳｉ−Ｎ層を、前記感光体の光導電層とアルミなどの導電性基材層との間に介在した場合、感光体の絶縁破壊に対する耐圧を高めつつ、光導電層で発生した光励起キャリアのアルミ基材層への流出が妨げられるので、高画質化を図ることができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記感光体明電位ＶＬには標準値Ｖｒｅｆが設定されており、ＶＬ−Ｖｒｅｆの差分ΔＶだけ、前記感光体暗電位Ｖｏおよび現像手段における現像バイアスＶＢが偏倚されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記感光体明電位ＶＬには標準値Ｖｒｅｆが設定されており、実際の感光体明電位ＶＬが標準値Ｖｒｅｆからずれが生じると、現像手段における現像バイアスＶＢとの差が小さくなって、ベタ画像の再現性が悪くなる。そこで、ＶＬ−Ｖｒｅｆの差分ΔＶだけ、該現像バイアスＶＢを高くする。一方、前記現像バイアスＶＢと感光体暗電位Ｖｏとの電位差が一定の値より小さくなると、カブリが生じるので、対応して該感光体暗電位Ｖｏも高くしておくことで、そのような不具合の発生を防止することができる。

さらにまた、本発明の画像形成装置は、前記予め定める倍数が、２．２５〜８倍、好ましくは２．８〜３．４倍、より好ましくは３．１５倍であることを特徴とする。

上記の構成によれば、露光量を、前記半減露光量に略対応する基本光量Ｅｂの２倍とすると、経年などで感光体膜の膜厚が薄くなると露光不足となる可能性があり、また前記露光手段の光量ばらつきや感光体膜の感度ばらつきによっても露光不足となる可能性があるのに対して、２．２５倍以上で、感光体明電位ＶＬの膜厚依存性を抑えて、そのような露光不足の可能性の少ない露光量を得ることができ、一方、倍率が大きすぎても感光体膜の光疲労を招くので、前記８倍以下、好ましくは４倍以下とすることが必要となる。さらに、２．８〜３．４倍であれば、低階調性のドット再現性を得られ、そして、前記３．１５倍が、充分な露光量を得ることができるとともに、光疲労を確実に抑え、最も好ましい。

本発明の画像形成装置およびその露光量調整方法は、以上のように、電子写真方式の画像形成装置において、露光手段から感光体への書き込み露光量が、従来では、感光体暗電位Ｖｏからの半減露光量（感光体電位がＶｏ／２となる露光量）を基本光量Ｅｂとして、その基本光量Ｅｂの予め定める倍数、たとえば２〜３倍に設定されていたのに対して、本発明では、前記半減露光量となる感光体電位を、感光体明電位をＶＬとするとき、（Ｖｏ−ＶＬ）／２＋ＶＬから求める。

それゆえ、感光体によってばらつきのある前記感光体明電位ＶＬを考慮して、特に該感光体明電位ＶＬが高い感光体において、低階調域の再現性を高めることができる。

図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置である複写機３１の機械的構成を示す縦断面図である。この複写機３１は、大略的に、画像形成を行う本体部３２と、前記本体部３２の上方側に配設され、原稿読取り装置であるスキャナ部３３と、そのスキャナ部３３の上方側に配設されるＡＤＦ３４とを備えて構成される。

前記本体部３２では、１または複数（図１では３個）の給紙トレイ４１，４２，４３や手差しトレイ４４に装填された記録紙４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａの何れかが取込みローラ４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂで１枚ずつ取出され、レジストローラ４５，４６にてタイミング調整が行われた後、画像形成部４７に搬送される。前記画像形成部４７は、感光体４７ａの周囲に、帯電器４７ｂ、レーザ書込みユニット４７ｃ、現像器４７ｄ、クリーニングユニット４７ｅおよび転写ユニット４７ｆ等が配置され、前記記録紙４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａに電子写真方式で画像形成を行う。こうして記録紙４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａに形成されたトナー像は、定着部４８にて定着され、排出ローラ４９，５０から排紙トレイ５１上に排出される。

前記レーザ書込みユニット４７ｃに与えられる原稿画像データは、スキャナ部３３および／またはＡＤＦ３４にて読取られる。スキャナ部３３は、原稿載置台５２に載置されたブック物や１枚物の原稿に照明光を照射し、その反射光を読取るベッド式の原稿読取り装置である。一方、ＡＤＦ３４は、原稿トレイ５３に積層されたシート原稿５４を順次取込んで原稿画像を読取る原稿給送式の原稿読取り装置であり、読取られた原稿は排出トレイ５５上へと排出される。こうして読取られた原稿画像データは、図示しない画像処理ユニットにて濃度調整や輪郭強調などの画像処理が行われ、前記レーザ書込みユニット４７ｃに与えられる。

注目すべきは、本実施の形態では、露光手段である前記レーザ書込みユニット４７ｃにおける書込み露光量が、前記感光体暗電位Ｖｏだけでなく、感光体明電位ＶＬも含めて決定され、感光体４７ａの電位が、（Ｖｏ−ＶＬ）／２＋ＶＬとなるときの露光量が基本光量Ｅｂに設定されることである。そして、実際の露光量は、後述するように、その基本光量Ｅｂの２．２５〜８倍、好ましくは２．８〜３．４倍、より好ましくは３．１５倍に設定される。

また注目すべきは、前記感光体明電位ＶＬには標準値Ｖｒｅｆが設定されており、ＶＬ−Ｖｒｅｆの差分ΔＶだけ、前記感光体暗電位Ｖｏおよび現像手段である現像器４７ｄにおける現像バイアスＶＢが偏倚されていることである。

具体的には、前記図６で示すＶＬ＝８０Ｖの感光体Ａと、ＶＬ＝３０Ｖの感光体Ｂとを用いる場合、感光体Ａは、感光体Ｂに比べて感光体明電位ＶＬが高い分、ベタ画像の再現性が悪くなるので、Ｖｒｅｆ＝３０Ｖとして、その差分ΔＶ＝５０Ｖだけ、前記現像バイアスＶＢを上昇させる。

しかしながら、そのように現像バイアスＶＢを上昇させ、感光体暗電位Ｖｏと現像バイアスＶＢの電位差が小さくなると、カブリが発生するので、感光体Ａに対しては、Ｖｏ＝４００Ｖとする。こうして前記図６と同様に露光量に対する感光体表面電位の減少量の関係を求めると、感光体Ａに対しては図２のように、感光体Ｂに対しては図３のようになる。そして、上式から、感光体Ａに対しては２４０Ｖ、感光体Ｂに対しては１９０Ｖとなるときの露光量０．２６μＪ／ｃｍ^２および０．２９μＪ／ｃｍ^２が、それぞれの基本光量Ｅｂに設定される。

これらの値を用いて、前記図７で示すパターンを評価パターンとして、前記図８と同様に露光量を変化させたときの出力面積率の変化を図４で示す。前記基本光量Ｅｂの倍数変化に対して、感光体ＡとＢとの出力面積率の特性が、ほぼ一致していることが理解される。したがって、感光体暗電位Ｖｏだけでなく、感光体によってばらつきのある感光体明電位ＶＬを考慮して基本光量Ｅｂを決定することで、特に該感光体明電位ＶＬが高い感光体Ａにおいて、低階調域の再現性を高めることができる（ドット再現性がばらつくことがない）。

また、前記図４から、露光量を、前記半減露光量に略対応する基本光量Ｅｂの２倍とすると、経年などで感光体膜の膜厚が薄くなると露光不足となる可能性があり、また前記レーザ書込みユニット４７ｃの光量ばらつきや感光体膜の感度ばらつきによっても露光不足となる可能性があるのに対して、２．２５倍以上にすることで、感光体明電位ＶＬの膜厚依存性を抑えて、そのような露光不足の可能性のない露光量を得ることができ、一方、倍率が大きすぎても感光体膜の光疲労を招くので、８倍以下、好ましくは４倍以下とすることがよい。特に好ましくは、２．８〜３．４倍であれば、低階調性のドット再現性を得られ、その中でも、前記図４から、３．１５倍、すなわち感光体Ａ，Ｂへの明点での露光量を０．８２μＪ／ｃｍ^２および０．９１μＪ／ｃｍ^２とすることで、感光体Ａ，Ｂの光疲労を確実に抑え、ドット占有面積率が入力面積率に対して±１％以内となって、良好なドット再現性を得ることができる。

ここで、図９に、感光体Ａ，Ｂの断面構造を示す。これらの感光体Ａ，Ｂは、アモルファスシリコン感光体であり、感光層の基本構成は、アルミなどから成る導電性基体１上に、ＳｉＮ：Ｈ等から成る絶縁層２、Ｓｉ（Ｐ）：Ｈ等から成る電荷注入阻止層３、その上にＳｉ：Ｈ等から成るキャリア励起・輸送層（光導電層）４、ＳｉＣ：Ｈ等から成る表面保護層５が順次積層されて構成される。このようにキャリア励起・輸送層（光導電層）４と導電性基体１との間に、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）よりも電気的絶縁性の高い絶縁層２と電荷注入阻止層３とを積層することで、感光体Ａ，Ｂの絶縁破壊に対する耐圧を高めつつ、キャリア励起・輸送層（光導電層）４で発生した光励起キャリアの導電性基体１への流出が妨げられるので、高画質化を図ることができる。

また、アモルファスシリコン感光体は、セレン系感光体や有機感光体等と比較して、表面硬度が高く、耐久性や取扱い性に優れるといった利点を有する。詳しくは、アモルファスシリコン感光体であれば、表面硬度が高いことから、繰返し画像形成を行なった場合であっても、感光層の摩耗劣化が生じにくいばかりか、感光層表面に傷や圧接痕が生じにくく、画像形成装置への組付け等をする際の取扱い性にも優れているためである。

さらにまた、注目すべきは、この複写機３１では、感光体４７ａにはＩＣメモリ４７ｇが実装されており、そのＩＣメモリ４７ｇに、感光体個々で異なる前記基本光量Ｅｂや、帯電能力などの情報が記憶されており、それを読取った制御手段が前記レーザ書込みユニット４７ｃにおける書込み露光量を変化させることである。

図５は、本実施の形態の複写機３１における前記制御手段の機能的構成を示すブロック図である。感光体４７ａの交換時、または電源投入時などで、読取り部２１が前記ＩＣメモリ４７ｇから前記基本光量Ｅｂの情報を読取る。その基本光量Ｅｂの情報は、乗算器２２において、倍数記憶部２３に記憶されている倍数、前記３．１５が乗算されて、実際の露光量データが求められ、露光量セット部２４に記憶される。前記レーザ書込みユニット４７ｃは、露光量セット部２４によって制御され、半導体レーザの発光輝度、すなわち電流が制御されて、所望とする露光量で前記感光体４７ａへ原稿画像に対応した光照射を行う。

また、前記ＩＣメモリ４７ｇには、前記感光体明電位ＶＬも記憶されており、前記制御手段において、前記読取り部２１で読取られたその感光体明電位ＶＬの情報は、減算器２５において、Ｖｒｅｆ記憶部２６に記憶されている標準値Ｖｒｅｆが減算されて前記差分ΔＶが求められ、さらに加算器２７において、ＶＢ記憶部２８に記憶されているバイアス電圧ＶＢに加算されて実際のバイアス電圧が求められ、現像バイアスセット部２９に記憶される。前記現像器４７ｄは、前記現像バイアスセット部２９によってセットされたバイアス電圧ＶＢで感光体４７ａの静電潜像の現像を行う。

このように構成することで、寿命や不具合等で感光体４７ａのユニット交換を行った場合にも、制御手段はＩＣメモリ４７ｇから必要な情報を読取って、適正な制御を行うことができる。すなわち感光体Ａ（Ｅｂ＝０．２６）と感光体Ｂ（Ｅｂ＝０．２９）との間でユニット交換が行われた場合でも、適性な露光量が設定され、同じドットを再現することができる。なお、ＩＣメモリ４７ｇには前記感光体明電位ＶＬの情報だけが格納されており、前記基本光量Ｅｂの演算が制御手段で行われてもよい。

本発明の実施の一形態に係る画像形成装置である複写機の機械的構成を示す縦断面図である。 本発明による１の感光体における基本光量の求め方を説明するためのグラフである。 本発明による２の感光体における基本光量の求め方を説明するためのグラフである。 本発明で求めた基本光量を基に、露光量を変化させたときの２つの感光体の出力面積率の変化を示すグラフである。 本発明の実施の一形態の複写機において、露光量および現像バイアスを制御するための機能的構成を示すブロック図である。 本発明の評価に用いた感光体明電位の異なる感光体の露光量に対する感光体表面電位の減少量の関係を示すグラフである。 本発明の評価に用いたパターンの正面図である。 従来技術で求めた基本光量を基に、露光量を変化させたときの２つの感光体の出力面積率の変化を示すグラフである。 本発明で用いる感光体の断面構造を説明するための図である。

２１ 読取り部
２２ 乗算器
２３ 倍数記憶部
２４ 露光量セット部
２５ 減算器
２６ Ｖｒｅｆ記憶部
２７ 加算器
２８ ＶＢ記憶部
２９ 現像バイアスセット部
３１ 複写機
３２ 本体部
３３ スキャナ部
３４ ＡＤＦ
４７ 画像形成部
４７ａ 感光体
４７ｂ 帯電器
４７ｃ レーザ書込みユニット
４７ｄ 現像器
４７ｅ クリーニングユニット
４７ｆ 転写ユニット
４７ｇ ＩＣメモリ

Claims (6)

1. 露光手段から感光体への書き込み露光量が、感光体暗電位Ｖｏからの半減露光量を基本光量Ｅｂとして、その基本光量Ｅｂの予め定める倍数に設定される画像形成装置において、
   前記感光体の光導電層がアモルファスシリコンから成り、前記感光体の光導電層と導電性基材層との間に、前記アモルファスシリコンよりも電気的絶縁性が高く、感光体明電位ＶＬを上昇させるＳｉ−Ｃ層またはＳｉ−Ｎ層が介在され、
   感光体電位が、
   （Ｖｏ−ＶＬ）／２＋ＶＬ
   となるときの露光量が前記基本光量Ｅｂに設定されることを特徴とする画像形成装置。
2. 露光手段から感光体への書き込み露光量が、感光体暗電位Ｖｏからの半減露光量を基本光量Ｅｂとして、その基本光量Ｅｂの予め定める倍数に設定される画像形成装置において、
   前記感光体の光導電層と導電性基材層との間に、前記光導電層よりも電気的絶縁性が高く、感光体明電位ＶＬを上昇させる絶縁層と電荷注入阻止層との少なくとも一方が介在され、
   感光体電位が、
   （Ｖｏ−ＶＬ）／２＋ＶＬ
   となるときの露光量が前記基本光量Ｅｂに設定されることを特徴とする画像形成装置。
3. 前記感光体明電位ＶＬには標準値Ｖｒｅｆが設定されており、ＶＬ−Ｖｒｅｆの差分ΔＶだけ、前記感光体暗電位Ｖｏおよび現像手段における現像バイアスＶＢが偏倚されていることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記予め定める倍数が、２．８〜３．４倍、好ましくは３．１５倍であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 露光手段から感光体への書き込み露光量が、感光体暗電位Ｖｏからの半減露光量を基本光量Ｅｂとして、その基本光量Ｅｂの予め定める倍数に設定される画像形成装置の露光量調整方法において、
   前記感光体の光導電層がアモルファスシリコンから成り、前記感光体の光導電層と導電性基材層との間に、前記アモルファスシリコンよりも電気的絶縁性が高く、感光体明電位ＶＬを上昇させるＳｉ−Ｃ層またはＳｉ−Ｎ層が介在され、
   感光体電位が、
   （Ｖｏ−ＶＬ）／２＋ＶＬ
   となるときの露光量を前記基本光量Ｅｂに設定することを特徴とする画像形成装置の露光量調整方法。
6. 露光手段から感光体への書き込み露光量が、感光体暗電位Ｖｏからの半減露光量を基本光量Ｅｂとして、その基本光量Ｅｂの予め定める倍数に設定される画像形成装置の露光量調整方法において、
   前記感光体の光導電層と導電性基材層との間に、前記光導電層よりも電気的絶縁性が高く、感光体明電位ＶＬを上昇させる絶縁層と電荷注入阻止層との少なくとも一方が介在され、
   感光体電位が、
   （Ｖｏ−ＶＬ）／２＋ＶＬ
   となるときの露光量を前記基本光量Ｅｂに設定することを特徴とする画像形成装置の露光量調整方法。