感光体および画像形成装置
【課題】画像チリ防止手段として、像担持体と中間転写体の第１転写部に対し像担持体回転方向上流側の空隙に、像担持体上トナーを中間転写体へ吸引しない方向の電界を作用させるようにした感光体および画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、像担持体上の潜像を潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上のトナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成装置に使用される感光体であって、像担持体非画像部の電位を−２００Ｖ以下に保持したことを特徴とする。
【解決手段】像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、像担持体上の潜像を潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上のトナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成装置に使用される感光体であって、像担持体非画像部の電位を−２００Ｖ以下に保持したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスに使用される感光体および画像形成装置において、像担持体上に形成したトナー像を、中間転写体を経て最終転写材に画像を得る画像形成手段としての感光体および画像形成装置に関し、特に前記中間転写体に各色カラー画像を複数回転写した後、最終転写材に転写しフルカラー画像を得る画像形成装置のトナーチリ防止による高画質形成の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを用いた画像形成装置において、近年、中間転写体を用いたカラー画像形成方法が主流になってきている。中間転写体を用いた場合、像担持体から中間転写体、または中間転写体から転写材へと２回のトナーの転写が行われるため、高画質の達成には転写時の画像劣化を防止することが重要になってくる。転写時の画像劣化としては、チリによる乱れが従来問題となっている。
【０００３】
これは、転写領域にトナー像が入る以前に像担持体から転写材あるいは中間転写体へ転写（プレ転写）することが主な原因と考えられている。この対策として、転写部の上流側で像担持体と転写体を押圧する部材を設けて転写前の空隙を減少させ、飛散を防止する画像転写装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
しかし、この発明では押圧部材にトナーの帯電極性と反対の極性を印加しているため、押圧部材の形成する電界が、トナーに対し転写体方向に飛散させる方向となっている。従って、プレ転写による画像チリは完全には防止できない。
【０００４】
また特許文献２には、トナー画像転写時に転写チリの少ない画像形成装置の発明が開示されており、この発明では、転写ニップ部の上流側に像担持体の帯電極性と同極性の電位あるいはゼロ電位となる導電性部材を設けることが提案されている。
この発明によれば、作像に使用されているトナーと同極性のバイアスを印加するので、トナーを積極的に引きつける力は生じにくい。しかし、一般の像担持体において、トナーが付着している画像部の電位は、ゼロではなく、像担持体帯電極性と同極性の残留電位が存在している。従って、前記導電性部材の電位がゼロの場合には、トナーによるチリが発生する。
【０００５】
また、電荷発生層と電荷輸送層とを含む積層型電子写真感光体において、電荷輸送層中に光硬化性樹脂と他の樹脂成分とを含有し、電荷輸送層形成時にこの光硬化性樹脂を硬化させ得る波長域の光を格子状に照射して光硬化性樹脂の含有量が未露光部よりも多い部分を格子状に形成し、該格子状露光部分が表面抵抗又は体積抵抗が未露光部分よりも大きい領域となっていることを特徴とする電子写真感光体が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００６】
また画像形成装置において、像担持体表面の感光層の電荷発生層を形成する分子の構造を破壊する等して、感光層に像露光に対し電位が減衰しない微小領域を分散して形成した画像形成装置が開示されている（例えば特許文献４参照）。
【０００７】
また特許文献５には、導電性基板上に少なくとも感光層を形成してなる電子写真感光体において、感光層が電荷発生領域と電荷輸送領域とからなり、前記電荷発生領域は前記電荷輸送領域に設けられた孔に埋め込まれた構造であることを特徴とする電子写真感光体の発明が開示されている。
【０００８】
また特許文献６には、転写チリを抑制でき、さらに経時変化や現像剤のバラツキによらず安定してドットのバラツキを抑えるとともに、粒状性の向上による画像品質の向上を実現できる画像形成装置・画像形成方法の発明が開示されている（図３〜図１１など）。
【０００９】
また特許文献７には、導電性支持体上に少なくとも電荷発生物質を有する電荷発生層と、少なくとも電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とからなり、前記電荷発生層が微小領域としてドット状に分散されて形成されていることを特徴とする電子写真感光体及びその製造方法の発明が開示されている。また電荷発生層の占有面積率に関する記載がされている。
【００１０】
また特許文献８には像担持体上の表面電位が像担持体の光減衰特性に基づく所定倍以上に照射するように設定したことを特徴とする画像形成装置の発明が開示されており、潜像電荷量とその分布の式の関係に関しても記載されている。
【特許文献１】特開平８−１６６７２８号公報
【特許文献２】特開平１０−１８６８７８号公報
【特許文献３】特開平１１−２５８８３７号公報
【特許文献４】特開平１１−３３８１７０号公報
【特許文献５】特開２０００−２３１２０３号公報
【特許文献６】特開２００４−１０９７０２号公報
【特許文献７】特開２００５−０９９０７８号公報
【特許文献８】特開２００５−０９１８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、感光体の像担持体非画像部の電位を−２００Ｖ以下に保持する感光体および画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、前記像担持体上の潜像を当該潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上の前記トナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成装置に使用される感光体であって、像担持体非画像部の電位を−２００Ｖ以下に保持したことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、前記像担持体上の潜像を当該潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上の前記トナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成装置に使用される感光体であって、前記像担持体は、導電性支持体上に設けられ、電荷発生物質を少なくとも有する電荷発生層と、電荷輸送物質を少なくとも含有する電荷輸送層とからなり、前記電荷輸送層が電荷輸送材料と絶縁材料とからなり、前記絶縁材料は前記電荷輸送材料を囲撓する領域として設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の感光体において、前記電荷発生層が、微小領域として前記電荷輸送層内にドット状に分散されて形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の感光体において、前記電荷発生層の絶縁材料の前記領域は１０％以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２から４のいずれか１項に記載の感光体において、前記電荷発生層は誘電体領域を有し、前記誘電体領域の大きさは１画素以下の大きさであることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の感光体において、前記ドット状に形成されている前記電荷発生層の占有面積率は９０％以下であり、当該占有面積率（Ｘ）と露光ビームエネルギＪとは下記（１）式を満たすことを特徴とする。
η×Ｊ≧０．０１×ＥＸＰ（−（Ｘ−６０）／１０）＋０．００２・・・（１）
（上記（１）式においてＸは電荷発生層の水平断面における占有面積率（％）であり、ηは量子効率であり、Ｊは露光ビームエネルギ（Ｊ／ｍ2）である。）
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の感光体において、前記像担持体と前記中間転写体とは接触し、前記第１の転写手段による第１の転写時において前記像担持体の回転方向上流側の空隙に対応する中間転写体の部分に、前記像担持体の帯電極性と同極性でかつその絶対値が非画像部電位ＶLより大きい電圧を印加する手段を有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の感光体を有する画像形成装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
このように、本発明の感光体および画像形成装置によれば、感光体の像担持体非画像部の電位を−２００Ｖ以下に保持することが可能となり、画像チリやドットのバラツキを防止して高画質画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施形態の感光体および画像形成装置は、画像チリ防止手段として、像担持体と中間転写体の第１の転写部に対し像担持体回転方向上流側の空隙に、像担持体上トナーを中間転写体へ吸引しない方向の電界を作用させるようにした感光体およびこれを有する画像形成装置を提供することを目的とする。
また、この際に発生する可能性のあるエッジ周辺での放電を防止することにより、経時変動や現像剤のバラツキによらず安定して、ドットのバラツキを抑え粒状性が向上するような高画質な画像形成方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００２２】
以下、図面を参照して、本実施形態の感光体および画像形成装置を詳細に説明する。
図１は、転写時の像担持体の非画像部電位と転写チリ（転写トナーチリ）との関係を示す図である。
チリ量は非画像部へ飛散したトナーを画素当たりの面積を示す。非画像部電位とチリ量には相関があり、図１に示すように、非画像部電位が負電位の場合にはトナーチリが少なく、０Ｖに近づくに従ってチリ量が増加し、画像劣化の原因となっていると考えられている。
【００２３】
図１の像担持体非画像部とトナーチリとの関係を述べたが、像担持体の非画像部領域を負電位に保つことによってトナーチリが減少し、高画質な画像を形成することが可能となることを確認した。
【００２４】
この現象について詳細な解析を行うため、像担持体における電荷キャリア生成とその輸送の概念図を図２に示し、また、ドット画像の像担持体表面電位と中間転写材表面電位との関係を、像担持体上にドット潜像を形成したときの像担持体表面の電位分布として図３に示す。
【００２５】
図２にあるように、像担持体に光が照射されると電荷発生層（ＣＧＬ）内で、キャリアが生成し、生成したキャリア間のクーロン反発力により拡散しながら、電界にしたがって像担持体表層および基体へと移動し、像担持体表面の電荷を中和することにより静電潜像を形成する。
【００２６】
ここで検討した画像形成では、像担持体を負電位に帯電させ、負帯電のトナーを現像させるネガポジ方式を使用して説明している。図３に示すように、感光体表面電位Ｖは像担持体上の非画像部電位であり、ＶLは画像部電位であり、潜像の絶対値が小さい部分にトナーが付着する。図３は上向きがマイナスとなるように示してある。マイナスのトナーは、この図の下方（表面電位がより０により近づく方向）に、より多く付着する。ここで、中間転写体電位がＧＮＤの場合、トナーにとって、中間転写体はＶLより安定であるため、ＧＮＤ方向にトナーは移動し、中間転写体に付着してしまう。理想的な感光体を考え十分に露光した場合、画像部の電位はＧＮＤとなるのだが、現実的には、例えばベタ時のＶLは−１００〜−１５０Ｖであるためである。具体的には、ＶLは感光体の種類により決定する初期値と、経時に劣化することによる変化分とで決まる。従って、像担持体と中間転写体との接触部に対し、トナーは像担持体から中間転写体の方へプレ転写してしまう。
【００２７】
非画像部の電位が負の方向に大きくなると、図１に示すように、チリが少なくなる傾向であることが確認されている。これは電界からの力がトナー同士の静電反発力に打ち勝つため、チリが抑制されると思われる。
潜像がシャープな場合（実線）に比べて、キャリアの拡散が大きく、ブロードな潜像（点線）になると、画像部近傍や非画像部の電位がより＋側へシフトしてしまうため、チリが発生しやすくなってしまう。
よって、像担持体上の非画像部電位をシャープにしかも負電位に保つことにより、チリが抑制され、高画質な画像を形成することが可能となる。
特に、非画像部電位が−側に高いほど電界強度は強くなり、チリが抑制されることは図１からも確認することができ、図１に示されるように、−２００Ｖ以下の負電位を保持すると、チリが抑制され高画質画像を得ることが可能となる。
【実施例１】
【００２８】
次に、本実施形態の感光体および画像形成装置の実施例について、中間転写を搭載した画像形成装置の一例を用いてより詳細に説明する。本実施形態の画像形成装置は、感光体１と、現像装置２と、クリーニング装置３と、帯電装置４と、書き込み装置５と、中間転写体６と、転写部７と、定着部８とを備えている。
【００２９】
図４に示すように、１が感光体（左から順に１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの４つの独立した感光体の例）である。感光体回りの作像部はすべてａ，ｂ，ｃ，ｄともに同様に備えているため、以下、ａについてのみ説明する。感光体は反時計回りに回転する。４が帯電装置であり、５が書き込み装置であり、２が現像装置であり、３がクリーニング装置である。感光体１上に現像されたトナー像は第１の転写工程として、中間転写体６上に、転写バイアスローラに印加された電圧による電界で引きつけられ転写される。中間転写体６上には更に、ｂ，ｃ，ｄ部でトナーが転写され、中間転写体６上にはフルカラーの画像が形成される。このフルカラー画像は、転写部７で転写材に転写され、転写された転写材は定着部８で加熱されて定着される。
【００３０】
電子写真方式において使用された感光体としては、導電性支持体上にセレンないしセレン合金を主体とする光導電層を設けたもの、酸化亜鉛・硫化カドミウム等の無機系光導電材料をバインダ中に分散させたもの、及び非晶質シリコン系材料を用いたもの等が知られているが、コスト、生産性、感光体設計の自由度の高さ、無公害性等から有機系感光体が広く用いられるようになっている。
【００３１】
有機系の電子写真感光体としては、ポリビニルカルバゾ−ル（ＰＶＫ）に代表される光導電性樹脂、ＰＶＫ−ＴＮＦ（ポリビニルカルバゾ−ル ２，４，７−トリニトロフルオレノン）に代表される電荷移動錯体型、フタロシアニン−バインダ樹脂に代表される顔料分散型、そして電荷発生物質と電荷輸送物質とを組み合わせて用いる機能分離型の感光体などが知られている。このうち、感度・耐久性・設計の自由度等から、導電性支持体上に電荷発生物質を含有する電荷発生層と、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とが積層された機能分離型の感光体が主に使用されている。
【００３２】
この機能分離型の感光体における静電潜像形成のメカニズムは、図２に示すように、感光体を帯電した後に光照射すると、光は透明な電荷輸送層を透過し、電荷発生層中の電荷発生物質により吸収されて電荷担体（電荷キャリア）を発生し、この電荷担体は電荷輸送層に注入され、さらに電界に従って電荷輸送層中を移動し、感光体表面の電荷を中和することにより静電潜像を形成するものである。機能分離型感光体においては、主に紫外部に吸収を持つ電荷輸送物質と、主に可視域から近赤外域に吸収を持つ電荷発生物質とを組み合わせて用いることが知られており、かつ、この組み合わせは有用である。
【００３３】
しかし、上述の機能分離型感光体の場合、電荷発生層から電荷輸送層の表面までの距離が長いため、キャリアが輸送中に拡散して解像度が低下するという問題がある。すなわち、図５に示すように、キャリアは、電荷輸送層の表面の帯電電位に引かれて輸送されるが、その際に横方向にも拡散されて、１ドットに対応するビームスポット径よりキャリア径が拡がり、隣接する画像ドットの領域に進入することになる。
【００３４】
また、露光ビームのエネルギ分布はガウス関数（正規分布）に従うので、広く裾をひくことになり、この裾の部分の光によって発生したキャリアはさらに隣接する画像ドットの領域に拡散、重畳した潜像を形成するため、さらに解像度を低下させる原因となっている。なお図６は、隣接するビームスポット径による露光強度分布説明図であり、露光ビームのエネルギ分布において、６００ｄｐｉ、ビーム径６８．９μｍの隣接するビーム径による露光強度分布を示した図である。
【００３５】
上記したように、キャリアの拡散やビーム形状により非画像部の電位が０Ｖの方向へシフトしてしまう傾向にある。この現象により像担持体表面の電界が弱まり、トナーのクーロン反発力の方が強くなってくると、画像チリが発生してしまう。
【００３６】
本発明者らは、像担持体内部の電荷輸送層の構成が誘電体と絶縁体とからなり、電荷輸送層内に格子状に絶縁領域を設けた像担持体を使用すると、キャリアの拡散を抑制し、非画像部の電位低下を防止し、画像チリを抑制することが可能となることを見いだした。
このように、電荷輸送層内にキャリアの移動を抑制する材料を組み込んで、キャリア拡散を抑制する高機能な像担持体と中間転写ベルトとを組み合わせると、非画像部の電位が負電位に保持され高電界強度を維持するため、トナーチリを抑制し、高画質画像を得ることが可能となる。
【００３７】
図７に、電荷輸送層内に格子状に絶縁材料を設けた像担持体の概略図の例を示す。この像担持体を採用した構成例について、転写性能や画像評価を行い、高画質の画像形成手段について検討した。図７に示すように、絶縁領域とＣＴＬ（carrier transport layer（charge transport layer））領域は像担持体の膜厚方向に続いて配列されており、格子の断面形状は特に限定されない。すなわち、断面形状は○でも◇でもよく、その形状は問わない。
【００３８】
ここで、ＣＴＬ内のＣＴＬ領域の占有率を種々変更して感光体を試作し、細線の良好な再現性の評価を行った。
ＣＴＬ領域の占有率についてはＣＴＬ領域の大きさ（径）を種々に変えた感光体を準備し、画像は、リコー製 Ｉｐｓｉｏ Ｃｏｌｏｒ ５１００ を用いてこれを改造した実験機を使用した。
【００３９】
まず、細線の良好な再現性に注目して、次のような画像出力実験を行った。
細線の良好な再現性については、６ｃｙｃｌｅ／ｍｍのライン画像を再現し、このライン画像を目視によって評価を行った。ライン画像が再現された場合を○、ライン画像が再現されなかった場合を×とした。
【００４０】
【表１】
【００４１】
ＣＴＬ領域の大きさを画素（解像できる最小単位）以下にすることにより、ラインの再現性が良好なことを確認した。
【００４２】
次に、ＣＴＬ領域の大きさを２０μｍ程度に固定し、絶縁領域の大きさを変えた感光体を試作し、各感光体においてベタの再現性の確認を行った。画像出力は上記した実験機を用いてベタ画像を出力し、目視およびマクベス反射濃度計を用いてベタＩＤ測定（濃度）を行った。良好なものを○とし、抜け等が発生した不良なものを×として評価した。この結果を表２に示す。ここで面積占有率は、画素（解像できる最小単位の大きさ）に占める絶縁領域面積の割合を算出したものである。
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２に示すように、絶縁領域の面積占有率を１０％以下に抑えると、ベタ再現性は満足されることを確認した。
【実施例２】
【００４５】
前述したように、機能分離型感光体（積層型感光体）では、フォトキャリアが電荷輸送層を通過する際に電荷輸送層の面方向に拡散されて隣接する画素の領域にまでフォトキャリアの侵入が発生したり、また、ビームスポットの裾が広がることにより非画像部の電荷減少が発生していた。本実施例ではこれらを防止するため、電荷発生層を微小領域としてドット状に分散して形成する。これによって、ベタ画像においても全面に均一にトナーを付着させつつ、ライン画像やドット画像でコントラストの十分大きな静電潜像の形成可能な像担持体を使用できる。また、中間転写体を使用してカラー画像を形成する画像形成手段では、トナーのチリが抑制された高画質な画像形成手段を提供することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態を構成する材料は、遮光材料や硬化性材料等を用いないため、これまでの感光体と変わることなく用いることが可能であり、簡便にかつ蓄積された感光体技術を用いることで、高感度・高画質に対応した感光体設計を容易に行うことができる。
【００４７】
以下、本実施形態の電子写真感光体を図面に沿って説明する。
図８は、本実施形態の電子写真感光体の層構成を示す図であり、導電性支持体３１上に、電荷発生物質を主成分とする電荷発生層３５と、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層３７とが積層されている。
【００４８】
また図９は、本実施形態の電子写真感光体の層構成を示す他の例であり、図８において導電性支持体３１と電荷発生層３５の間に中間層３３を設けた構成となっている。これらの図に示される電荷発生層は、均一な層として描かれているが、実際は微少領域としてドット状に分散されて形成された構成となっている。
【００４９】
すなわち本実施形態は、上記のような導電性支持体上に少なくとも電荷発生物質を有する電荷発生層と、少なくとも電荷輸送物質を含有する電荷輸送層からなり、前記電荷発生層が微小領域としてドット状に分散されて形成されていることを特徴とする電子写真感光体を使用することにより、中間転写体を使用してカラー画像を形成する画像形成手段において、トナーチリが抑制された高画質な画像形成手段を提供するものである。
【００５０】
上記本実施形態の効果、および好ましい条件については、孤立ドットの再現性および黒ベタ画像の均一性・濃度を、以下のシミュレーションおよび実験から検討を行った。
シミュレーションの方法は以下の通りである。
【００５１】
感光体感度および露光エネルギ量を可変させた時のドット状に形成されている電荷発生層の占有面積率とトナー付着量の関係をシミュレーションより算出する。
露光後の感光体上の電荷密度分布は、ＰＩＤＣ（光発生放電）曲線を用いることで、大まかな分布は把握できることが知られている。しかし、感光体厚さを変えた場合の、ＣＧＬ層で生成されたキャリアがＣＴＬ層を移動する間に拡散していく影響による潜像分布の違いや、強露光の場合の、ＣＧＬ近傍での正負キャリアの再結合が発生することによる潜像分布の違いの影響をＰＩＤＣ曲線で解析する場合には、各条件、各膜厚さごとにＰＩＤＣを測定する必要がある。更に、ドット画像時のＰＩＤＣ曲線を実測することで対応可能であるが、現在の技術では１ドットの感光体上潜像分布や電位分布を測定することは不可能である。
【００５２】
よって、感光体内部のキャリア（電荷）の動きは、キャリア間のクーロン反発力、キャリア同士の再結合、感光体内部でのキャリアの移動度を正しく考慮し、シミュレーションによって潜像分布や電位分布を予測する必要がある。
以下に、算出方法を述べる。算出方法は次の３つのステップからなる。
【００５３】
１．潜像電荷分布の算出
露光後の感光体上の潜像電荷分布を算出する。感光体内部のキャリア（電荷）の動きは、キャリア間のクーロン反発力、キャリア同士の再結合、感光体内部でのキャリアの移動度（移動速度）の影響をうけるため、これらの影響を全て考慮した潜像形成シミュレーションが必要となる。
潜像電荷分布を算出するために用いた物理モデルは、（１）ガウシアンレーザビーム（ガウス分布のレーザビーム）による露光量計算、（２）電荷キャリアの生成とその輸送過程の計算からなる。
【００５４】
本実施形態は、下記式（１）にて示される占有面積率（Ｘ）以上であることを特徴とする電子写真感光体に関するものであり、十分にコントラストの大きい静電潜像を形成しながら、ベタ画像においても全面に均一にトナーを付着させることができるような、電子写真感光体を得ることができるものである。
η×Ｊ ≧ ０.０１×ＥＸＰ（−（Ｘ−６０）／１０）＋０．００２・・・式（１）
（式（１）においてηは量子効率、Ｊは露光ビームエネルギ（Ｊ／ｍ2）を示す。）
【００５５】
上記式（１）における量子効率ηは下記式（２）によって算出される。
式（２）中、Ｃは感光体の単位面積当りの静電容量であり、ｅは電子の素電荷であり、Ｊは単色光エネルギであり、Ｖは表面電位であり、ｔは時間である。量子効率ηは膜厚に依存しない物理量であり、キャリア発生効率（光電変換の量子効率）を表すものである。量子効率ηは、単色光（単位時間あたりのエネルギＪ）を露光した際の過渡減衰特性と、感光体静電容量Ｃからで求められ、電界依存性の式、η＝αＥｎにフィッティングして算出する。
【００５６】
【数１】
【００５７】
露光量計算は、静止ビーム単体の露光量分布を下記式（３）と近似し、Ｘ方向に点灯時間での移動距離（Ｖｘ＊点灯時間）分だけ積分することによって算出する。
【００５８】
【数２】
【００５９】
この露光量がドット状の電荷発生層に照射された場合、電荷発生層が存在する部分だけ露光されたことになるため、電荷発生層のない領域の露光分布を削除し、電荷発生相領域の露光分布だけ取り出し、これを露光分布とした。
次に、ＯＰＣにおける（２）の電荷キャリア生成とその輸送の概念図を図３に示す。その過程は、次に示す正負キャリアの連続の式とPoisson方程式によって支配される。
【００６０】
【数３】
【００６１】
ここで、上記式中、ｎ、μ、Ｅ、Γ、Ｒ、ε、ｅはそれぞれ、キャリアの個数密度、移動度、電界強度、単位時間あたりのキャリアの生成量、キャリアの単位時間あたりの再結合係数、誘電率、および電荷素量を示す。また添え字ｐ，ｎは、それぞれ正負キャリアを示す。
【００６２】
電荷キャリアは、ＣＧＬ層が薄いことを考慮して、層内で一様に生成されると仮定した。このため、キャリア生成量Γは、入射光強度Ｆ，量子効率η，ＣＧＬ層の厚さｄと以下の関係で結ばれる。
Γ＝β・η・Ｆ／（ｄ・ｈυ）・・・式（７）
上記式（７）中、β、ｈυは、それぞれ、ＣＧＬ層内での光の吸収効率、およびレーザビームのフォトン一個あたりのエネルギである。
また上記式（４）、式（５）の右辺第二項目のキャリア再結合項は、正負キャリアが同じ近傍に共存する際に、実験的には生成キャリア量が減少することを説明するために導入されたものである。
【００６３】
上記の物理量のうち、光の吸収係数βおよび再結合係数Ｒは、黒ベタ露光時の表面電位から実験的なフィッティングを行い算出する。
また、量子効率ηは式（２）から得られる値であり、上述したとおりである。
露光前には、均一に感光体が帯電していると仮定し、感光体表面の電荷量を算出する。その後露光領域にキャリアが発生するとして上記の式を計算することによって、露光後の感光体上電荷密度分布を算出する。
【００６４】
計算手法としては、ｎｐ、ｎｎ、φに関する差分法を採用した。ここでφは電位をあらわす。電荷キャリアの連続の式（４）、式（５）の時間微分項に対しては時間前進差分を、左辺２項目の移流項に対しては上流差分法を用いる。時間微分項以外は、陰的に評価する完全陰解法を用いる。
【００６５】
【数４】
【００６６】
ここでδt、ｎ、ｎ＋１はそれぞれ、時間ステップ、計算された現在のステップを示すステップ数、および、次の未来のステップを示すステップ数である。
【００６７】
こうして得られた非線形代数方程式は、２重の反復法を用いて計算する。まず、この３つの式全体は逐次近似法を用いて計算する。この反復の中で、式（８）、式（９）の各式は、時間微分項に現れる以外の変数、例えば式ｎｐ以外の量は、既知の反復結果の値を用いて評価し、この式ごとにまず、Successive Over Relaxationに基づいて計算する。ポアソン方程式（１０）は、φについても同様の計算を行う。式全体に関する逐次近似法による残差が指定の値になるまで反復計算する。ここでは指定の値を、φ、ｎｎ、ｎｐそれぞれに指定しており、５×１０-3、１×１０-2、１×１０-2とした。
【００６８】
２．現像電界強度分布算出
上記１．で得られた感光体上潜像電荷分布と、現像条件から現像電界強度分布を算出する。現像スリーブと感光体を平行平板で近似し、その間に現像剤（キャリアとトナー）が均一に充填していると仮定する。すなわち、現像剤は平均誘電率をもった均一な誘電層として扱う。ここで平均誘電率は、平均比誘電率と真空の誘電率の積であり、平均比誘電率ε’は
ε’＝ａ・ε１＋（１−ａ）・・・式（１１）
で得られる。ここで、ε１はキャリアの比誘電率、ａは現像ニップ中でのキャリアの占める体積の割合である。
【００６９】
スリーブ表面が現像バイアス電位、感光体下面が０Ｖ一定の境界条件、左右の境界は周期境界条件として、ポアソン方程式を解くことで、電位分布が得られる。感光体表面で
Ｅ＝−ｇｒａｄφ
を解くと、感光体表面の現像電界強度分布が得られる。
【００７０】
３．トナー付着量算出
上記２．で得られた電界強度分布と現像条件からトナー付着量を算出する。
【００７１】
【数５】
【００７２】
ここでｋはトナー付着係数であり、ｖｒ／ｖｐはスリーブ線速比であり、ｌは現像ニップ幅であり、Ｒはキャリア半径であり、ε０は誘電率であり、ｑはトナー帯電量とする。
上記シミュレーションにより得られた、電荷発生層面積率とトナー付着量の関係を図１０に示す。
【００７３】
電荷発生層面積率増加に従い、トナー付着量は増加する。また露光エネルギを強くすることにより、トナー付着量は増加する。
ここで、電荷発生層の面積比率ｘとトナー付着量Ｍの関係は、
Ｍ＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃ
で近似できる。
【００７４】
ここで、係数ａ，ｂ，ｃはＰｏｗｅｒの一次式で近似できる。
よって、電荷発生層の面積比率ｘとトナー付着量Ｍの関係は、下記式（１３）と表すことができる。
Ｍ＝ａ（ｐ）Ｘ2＋ｂ（ｐ）Ｘ＋ｃ・・・式（１３）
【００７５】
ここで、黒ベタ画像の再現性および黒ベタ画像に要求される画像濃度に対して、単位面積あたりのトナー付着量として０．４５ｍｇ／ｃｍ2以上必要であることから、２＊２ｄｏｔでのトナー付着必要量は以下の式で計算できる。
トナー付着量Ｍ≧０．４５ｍｇ／ｃｍ2＝０．４５／１００００００＊（２．５４／１２００）２＊４＝８．０６５Ｅ−１２（ｋｇ）
【００７６】
次に、トナー付着量Ｍ≧０．４５ｍｇ／ｃｍ2を満たす電荷発生層面積率（ＤＭ比率）と量子効率＊Ｐｏｗｅｒの関係を図１１に示す。
ＯＰＣ種に依らず、量子効率＊Ｐｏｗｅｒと電荷発生層面積率は一定の関係を有することが分かる。これを下記式（１４）で示す近似式で示すと、以下のように近似できることが分かる。
【００７７】
【数６】
【００７８】
なお、ここでは２種のＯＰＣを、解像度を変えて計算してみたが、ａ＝０．０１，ｂ＝６０，ｃ＝０．００２が得られた。
【００７９】
次に、上記においてＣＧＬドット部の面積占有率として１００％（通常のドット状にＣＧＬを形成しない感光体）〜６０％（前述のシミュレーション結果からベタＩＤが確保可能な領域）までの範囲で振った感光体ドラムの試作を行い、得られた感光体を用いて画像出力を行い、画質評価を行った。
【００８０】
画像出力は、細線の良好な再現および、ハイライト部での安定した濃度変化、の２つの項目に注目して、それぞれ次のような画像出力実験を行った。まず、細線の良好な再現については、下記で説明する解像度１２００ｄｐｉの画像出力実験機を用いて、図１２に記載した線数４００線の画像パターンを用いて、目視による評価を行った。
【００８１】
４００線のライン画像が再現された場合を○、４００線のライン画像が再現されなかった場合を×とした。ここで判定の基準として設定した、４００線ライン画像の再現の有無は、低コントラスト文字・カラー文字をプリンタで印字したときに、文字部の輪郭（ガタガタした輪郭とならないこと）、文字の色再現性（狙いの色を再現できる）、といった項目を両立して再現するための代用特性として設定したものである。
【００８２】
つぎに、ハイライト部での安定した濃度変化については、やはり下記で説明する解像度１２００ｄｐｉの画像出力実験機を用いて、０〜２５６階調のパッチ（１５ｍｍ四方）を含む８ｂｉｔＴｉｆｆ画像データに対して、ディザ処理（スクリーン線数約１７０線、スクリーン角４５度の、ラインスクリーン型、量子化数２ｂｉｔ、解像度１２００ｄｐｉ）を施した、出力用画像データ（擬似中間調処理後データ）をあらかじめ用意しておき、この出力用画像データを用いて画像出力を行う。出力画像の評価は、ハイライト部分（データ０〜３２）の反射濃度（ＩＤ値）を分光反射濃度計（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製 モデル９３８）で測色した結果を用いて行った。この反射濃度値と入力データ値との関係に対して１次式近似を行い、Ｒ-2の値が０．９５以上である場合を○とし、Ｒ-2の値が０．９５未満である場合を×とした。ここでの判定基準として設定した、ハイライト部分（データ０〜３２）での１次式近似のＲ＾２の値が０．９５以上、の条件は、階調画像における擬似輪郭とよばれる異常画像が発生することがなく良好に再現するための、代用特性として設定したものである。
【００８３】
次に画像出力の際に使用した実験機についての説明を行う。この実験機は、リコー製 Ｉｐｓｉｏ Ｃｏｌｏｒ ５１００ をベースにして改造した実験機であり、主に書き込みユニットの改造を施したものである。この実験機では、ＬＤ素子として４つの発光点（レーザダイオード）を１チップ上にライン状に形成した、４チャンネルＬＤアレイを使用している。これにより、解像度１２００ｄｐｉを実現した。また、この実験機では、ビーム径は感光体位置上で４０（主走査方向）×４０（副走査方向）μｍとなるように、光学素子、アパーチャを調整してある。また、レーザビームの静止ビーム光量Ｊ（露光ビームエネルギのことを以下静止ビーム光量とする）の測定は、次のようにして行った。静止ビーム光量の測定には、横河電機社製光パワーメータ（モデル３２９２）を用いた。この光パワーメータのプローブ（受光部）をレーザビームの結像位置（感光体ドラムが配置される位置に相当）に配置して、レーザビームがこのプローブ中心に入射するようにセットした。このような状態で、ＬＤ（レーザダイオード）の連続点灯を行いながら、光パワーメータの出力値を記録し、静止ビーム光量とした。これらの測定により、光量を調整して設定した。
【００８４】
次に、画像出力実験およびその結果について説明する。電荷発生層の占有面積を１００〜６０％の範囲で変化させた試作感光体ドラムを作製した。
このように作製した感光体ドラムを使用して、レーザの静止ビーム光量を変えながら、画像出力を行い、上記の２項目（４００線ライン画像の再現、ハイライト部分を１次式で近似し、Ｒ＾２の値が０．９５以上）について、評価を行った結果を下記の表３〜４に示す。
【００８５】
【表３】
【００８６】
【表４】
【００８７】
前記ドット状に形成されている電荷発生層の占有面積率が９０％より大きい場合には、十分にコントラストの大きな静電潜像を形成することができず、ハイライト部（反射濃度が０〜０．２程度の領域）において急激な濃度変化してしまい、本実施形態に独自の効果が得られない。
【００８８】
表３および表４の結果に示すように、電荷発生層の占有面積率が９０％以下である場合には、従来技術で記載したような、発明の解決しようとする課題に対して、改善が可能であることが分かる。また、電荷発生層の占有面積率が一定の関係（別途記載）以上である場合には、ベタＩＤ＝１．４以上を確保することができ、良好な画質を実現することができる。
【００８９】
次に、上記の評価を行ったうちの幾つかの条件を用いて、ハイライト部、低コントラスト文字部、ベタ部などの画質要素を含むような総合テストチャートを出力した。結果を表５に示す。
【００９０】
【表５】
【００９１】
表３および表４において、良好な結果を得ることができた条件においては、総合テストチャートの出力結果においても高画質な画像得ることが可能であることが分かる。
よって、前記ドット状に形成されている電荷発生層の占有面積率が９０％以下であり、かつ下記式（１）で示される占有面積率（Ｘ）以上であることを特徴とする電子写真感光体に関する発明であり、十分にコントラストの大きい静電潜像を形成しながら、ベタ画像においても全面に均一にトナーを付着させることができるような、電子写真感光体を得ることができる。
【００９２】
η×Ｊ≧０.０１×ＥＸＰ（−（Ｘ−６０）／１０）＋０．００２・・・式（１）
上記式（１）において、ηは量子効率を示し、Ｊは露光ビームエネルギ（Ｊ／ｍ2）を示す。
【実施例３】
【００９３】
実施例１、２で非画像部を負電位に保持することにより、画像チリを抑制し高画質な画像を形成する画像形成手段を得ることができた。
この方式を搭載した実験機において、実際の画像を詳細に確認してみたところ、ドット面積にバラツキが生じ、粒状性が悪い画像となっている場合があった。
【００９４】
この現象について考察するため、図１３にドット画像の像担持体上電位と、像担持体との接触部より上流側の中間転写体表面電位の関係図を示す。
図１３に示した図から分かるように、ドット中央部と中間転写体との電位差と比較して、エッジ部と中間転写体との電位差が大きく、この電位差が大きくなると放電が発生しやすくなる。これにより、エッジ周辺に付着している像担持体上のトナー極性が変わるため転写されにくくなり、ドット面積にバラツキが生じ粒状性を悪化させる原因になっていると考えられる。
【００９５】
よって、エッジ周辺での放電を防止するため、次のような構成について検討を行った。図１４は転写構成周辺を拡大して示す拡大構成図である。本実施形態の画像形成装置は、感光体１と、現像装置２と、クリーニング装置３と、帯電装置４と、書き込み装置５と、中間転写ユニット（中間転写体）６と、転写部７と、定着部８とを備えている。また、中間転写ユニット６は、中間転写ベルト６１と、張架ローラ６２，６３，６４と、カウンターバイアスブレード６５と、中間転写ブレード６６と、ベルトクリーニング装置６７とを備えている。
【００９６】
１が感光体で左から順に１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄである。感光体回りの作像部はすべてａ，ｂ，ｃ，ｄともに同様に備えているため、ａについてのみ説明する。感光体は反時計回りに回転する。４が帯電装置、５が書き込み装置からのレーザ書込光、２が現像装置、３がクリーニング装置である。感光体上に現像されたトナー像は第１の転写工程として、６の中間転写体上に、転写バイアスローラに印加された電圧による電界で引きつけられ転写される。中間転写体６上には更に、ｂ，ｃ，ｄ部でトナーが転写され、中間転写体６上にはフルカラーの画像が形成される。このフルカラー画像は転写部７で転写材に転写され、転写材は定着部８で加熱されることで定着する。
【００９７】
図１４において、タンデム画像形成部は、４つのプロセスユニットを有している。１が感光体で左から順に１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄは、使用するトナーの色が互いに異なっているが、その他の構成についてはほぼ同様である。よって、ａだけについてその構成を詳述し、他のプロセスユニットの説明については説明を省略する。プロセスユニットは４が帯電装置、５が書き込み装置、２が現像装置、３がクリーニング装置などを有している。像担持体１ａは、図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動されながら、帯電器４によってその表面が一様帯電し、非画像部電位Ｖとなる。そして、一様帯電後の表面にレーザ書込光５が照射されて画像部電位ＶＬとなることによって静電潜像が形成される。この静電潜像は、像形成物質たるトナーを用いる現像器２によって現像される。感光体ドラム１ａ上のトナー像は、中間転写ベルト６１上に中間転写される。中間転写工程を経た感光体ドラム１ａ表面は、当該感光体ドラムのクリーニング装置３によってその表面の転写残トナーがクリーニングされる。他のプロセスユニットでも同様のプロセスが実施されて、Ｂｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃトナー像が形成される。
【００９８】
一方、上記したように中間転写ユニット６は、中間転写ベルト６１、３つの張架ローラ６２，６３，６４、ベルトクリーニング装置６７などを備えている。また、４つのカウンターバイアスブレード６５や、４つの中間転写ブレード６６、ベルトクリーニング装置６７なども備えている。中間転写体たる中間転写ベルト６１は、３つの張架ローラ６２，６３，６４に張架されながら、何れか１つの張架ローラが図示しない駆動手段によって回転駆動されることにより、図中時計回りに移動する。４つのカウンターバイアスブレード６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄや、４つの中間転写ブレード６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄは、それぞれ中間転写ベルト６１の裏面（内周面）に当接するように配設されている。そして、同じ記号が付されたカウンターバイアスブレードと中間転写ブレードとが一つの対をなしている。例えば、カウンターバイアスブレード６６と中間転写ブレード６６とが一つの対をなしているのである。中間転写ブレード６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄが中間転写ベルト６１を感光体ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ方向にそれぞれ抑えるような配設により、タンデムの画像形成部と中間転写ユニット６との間には、Ｂｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ用の４つの中間転写ニップが形成される。
【００９９】
これら中間転写ニップには、図示しない電源によって中間転写ブレード６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄにそれぞれ中間転写バイアスが印加されることによって中間転写電界が作用する。ここで、中間転写ニップの中間転写体の回転方向上流側に位置する６５はカウンターバイアスブレードである。このカウンターバイアスブレード６５には、図示しない電源よりバイアスが印加される。このカウンターバイアスブレード６５に像担持体上トナーを中間転写体へ吸引しない方向の電界を作用させることにより、エッジ周辺での放電を防止し、経時変動や現像剤のバラツキによらず、安定してドットのバラツキを抑え粒状性が向上することが可能となった。
【０１００】
以上、本実施形態の感光体および画像形成装置によれば、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、像担持体上の潜像を潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上のトナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成手段において、前記静電潜像の地肌部に相当する未露光部の電位が、絶対値で最高値の１／２以上に保持されている画像形成手段により、中間転写体を使用するカラー画像形成方法において、転写プロセスでの画像劣化を抑制し、高画質が画像を提供することが可能になる。
【０１０１】
また、ドット状に形成されている電荷発生層の占有面積率を９０％以下にし、かつ占有面積率と露光エネルギの関係を上述した式（１）の範囲内とすることで、「細線の良好な再現」および「ハイライト部での安定した濃度変化」を両立した画像を得、黒ベタ画像に置いても十分な画像濃度を得ることが可能となる。
さらに、転写前の像担持体上トナーのプレ転写や、転写前の感光体上トナーへの放電を防止し、画像チリを防止し、経時変動や現像剤のバラツキによらず安定した画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本実施形態のトナー転写時の像担持体非画像部電位と転写チリとの関係を示す説明図である。
【図２】本実施形態の像担持体における電荷キャリア生成とその輸送のモデルを示す概念図である。
【図３】本実施形態のドット画像の像担持体表面電位と中間転写材表面電位の関係を示す説明図である。
【図４】本実施形態に係る中間転写体搭載の画像形成装置の構成を示す概略断面図である。
【図５】本実施形態に係る像担持体内のキャリア移動過程を示す概念図である。
【図６】隣接するビームスポット径による露光強度分布説明図であり、露光ビームのエネルギ分布において、６００ｄｐｉ、ビーム径６８．９μｍの隣接するビーム径による露光強度分布を示した図である。
【図７】本実施形態に係る電荷輸送層内に格子状に絶縁領域を設けた像担持体の透視図である。
【図８】本実施形態に使用する像担持体の一例の構成を示す断面図である。
【図９】本実施形態に使用する像担持体の他の一例の構成を示す断面図である。
【図１０】本実施形態に使用する像担持体の電荷発生層面積率とトナー付着の関係を示す説明図である。
【図１１】本実施形態におけるトナー付着、電荷発生層面積率、量子効率の関係を示す説明図である。
【図１２】本実施形態に使用する４００線画像パターンの説明用平面図である。
【図１３】本実施形態におけるドット画像の像担持体上電位と上流側の中間転写体表面電位の関係を示す説明図である。
【図１４】本実施形態の転写構成周辺を拡大して示す概略構成断面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 感光体
２ 現像装置
３ クリーニング装置
４ 帯電装置
５ 書き込み装置（レーザ書込光）
６ 中間転写体
７ 転写部
８ 定着部
３１ 導電性支持体
３３ 中間層
３５ 電荷発生層
３７ 電荷輸送層
６１ 中間転写ベルト
６２，６３，６４ 張架ローラ
６５ カウンターバイアスブレード
６６ 中間転写ブレード
６７ ベルトクリーニング装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスに使用される感光体および画像形成装置において、像担持体上に形成したトナー像を、中間転写体を経て最終転写材に画像を得る画像形成手段としての感光体および画像形成装置に関し、特に前記中間転写体に各色カラー画像を複数回転写した後、最終転写材に転写しフルカラー画像を得る画像形成装置のトナーチリ防止による高画質形成の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを用いた画像形成装置において、近年、中間転写体を用いたカラー画像形成方法が主流になってきている。中間転写体を用いた場合、像担持体から中間転写体、または中間転写体から転写材へと２回のトナーの転写が行われるため、高画質の達成には転写時の画像劣化を防止することが重要になってくる。転写時の画像劣化としては、チリによる乱れが従来問題となっている。
【０００３】
これは、転写領域にトナー像が入る以前に像担持体から転写材あるいは中間転写体へ転写（プレ転写）することが主な原因と考えられている。この対策として、転写部の上流側で像担持体と転写体を押圧する部材を設けて転写前の空隙を減少させ、飛散を防止する画像転写装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
しかし、この発明では押圧部材にトナーの帯電極性と反対の極性を印加しているため、押圧部材の形成する電界が、トナーに対し転写体方向に飛散させる方向となっている。従って、プレ転写による画像チリは完全には防止できない。
【０００４】
また特許文献２には、トナー画像転写時に転写チリの少ない画像形成装置の発明が開示されており、この発明では、転写ニップ部の上流側に像担持体の帯電極性と同極性の電位あるいはゼロ電位となる導電性部材を設けることが提案されている。
この発明によれば、作像に使用されているトナーと同極性のバイアスを印加するので、トナーを積極的に引きつける力は生じにくい。しかし、一般の像担持体において、トナーが付着している画像部の電位は、ゼロではなく、像担持体帯電極性と同極性の残留電位が存在している。従って、前記導電性部材の電位がゼロの場合には、トナーによるチリが発生する。
【０００５】
また、電荷発生層と電荷輸送層とを含む積層型電子写真感光体において、電荷輸送層中に光硬化性樹脂と他の樹脂成分とを含有し、電荷輸送層形成時にこの光硬化性樹脂を硬化させ得る波長域の光を格子状に照射して光硬化性樹脂の含有量が未露光部よりも多い部分を格子状に形成し、該格子状露光部分が表面抵抗又は体積抵抗が未露光部分よりも大きい領域となっていることを特徴とする電子写真感光体が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００６】
また画像形成装置において、像担持体表面の感光層の電荷発生層を形成する分子の構造を破壊する等して、感光層に像露光に対し電位が減衰しない微小領域を分散して形成した画像形成装置が開示されている（例えば特許文献４参照）。
【０００７】
また特許文献５には、導電性基板上に少なくとも感光層を形成してなる電子写真感光体において、感光層が電荷発生領域と電荷輸送領域とからなり、前記電荷発生領域は前記電荷輸送領域に設けられた孔に埋め込まれた構造であることを特徴とする電子写真感光体の発明が開示されている。
【０００８】
また特許文献６には、転写チリを抑制でき、さらに経時変化や現像剤のバラツキによらず安定してドットのバラツキを抑えるとともに、粒状性の向上による画像品質の向上を実現できる画像形成装置・画像形成方法の発明が開示されている（図３〜図１１など）。
【０００９】
また特許文献７には、導電性支持体上に少なくとも電荷発生物質を有する電荷発生層と、少なくとも電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とからなり、前記電荷発生層が微小領域としてドット状に分散されて形成されていることを特徴とする電子写真感光体及びその製造方法の発明が開示されている。また電荷発生層の占有面積率に関する記載がされている。
【００１０】
また特許文献８には像担持体上の表面電位が像担持体の光減衰特性に基づく所定倍以上に照射するように設定したことを特徴とする画像形成装置の発明が開示されており、潜像電荷量とその分布の式の関係に関しても記載されている。
【特許文献１】特開平８−１６６７２８号公報
【特許文献２】特開平１０−１８６８７８号公報
【特許文献３】特開平１１−２５８８３７号公報
【特許文献４】特開平１１−３３８１７０号公報
【特許文献５】特開２０００−２３１２０３号公報
【特許文献６】特開２００４−１０９７０２号公報
【特許文献７】特開２００５−０９９０７８号公報
【特許文献８】特開２００５−０９１８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、感光体の像担持体非画像部の電位を−２００Ｖ以下に保持する感光体および画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、前記像担持体上の潜像を当該潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上の前記トナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成装置に使用される感光体であって、像担持体非画像部の電位を−２００Ｖ以下に保持したことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、前記像担持体上の潜像を当該潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上の前記トナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成装置に使用される感光体であって、前記像担持体は、導電性支持体上に設けられ、電荷発生物質を少なくとも有する電荷発生層と、電荷輸送物質を少なくとも含有する電荷輸送層とからなり、前記電荷輸送層が電荷輸送材料と絶縁材料とからなり、前記絶縁材料は前記電荷輸送材料を囲撓する領域として設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の感光体において、前記電荷発生層が、微小領域として前記電荷輸送層内にドット状に分散されて形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の感光体において、前記電荷発生層の絶縁材料の前記領域は１０％以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２から４のいずれか１項に記載の感光体において、前記電荷発生層は誘電体領域を有し、前記誘電体領域の大きさは１画素以下の大きさであることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の感光体において、前記ドット状に形成されている前記電荷発生層の占有面積率は９０％以下であり、当該占有面積率（Ｘ）と露光ビームエネルギＪとは下記（１）式を満たすことを特徴とする。
η×Ｊ≧０．０１×ＥＸＰ（−（Ｘ−６０）／１０）＋０．００２・・・（１）
（上記（１）式においてＸは電荷発生層の水平断面における占有面積率（％）であり、ηは量子効率であり、Ｊは露光ビームエネルギ（Ｊ／ｍ2）である。）
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の感光体において、前記像担持体と前記中間転写体とは接触し、前記第１の転写手段による第１の転写時において前記像担持体の回転方向上流側の空隙に対応する中間転写体の部分に、前記像担持体の帯電極性と同極性でかつその絶対値が非画像部電位ＶLより大きい電圧を印加する手段を有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の感光体を有する画像形成装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
このように、本発明の感光体および画像形成装置によれば、感光体の像担持体非画像部の電位を−２００Ｖ以下に保持することが可能となり、画像チリやドットのバラツキを防止して高画質画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施形態の感光体および画像形成装置は、画像チリ防止手段として、像担持体と中間転写体の第１の転写部に対し像担持体回転方向上流側の空隙に、像担持体上トナーを中間転写体へ吸引しない方向の電界を作用させるようにした感光体およびこれを有する画像形成装置を提供することを目的とする。
また、この際に発生する可能性のあるエッジ周辺での放電を防止することにより、経時変動や現像剤のバラツキによらず安定して、ドットのバラツキを抑え粒状性が向上するような高画質な画像形成方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００２２】
以下、図面を参照して、本実施形態の感光体および画像形成装置を詳細に説明する。
図１は、転写時の像担持体の非画像部電位と転写チリ（転写トナーチリ）との関係を示す図である。
チリ量は非画像部へ飛散したトナーを画素当たりの面積を示す。非画像部電位とチリ量には相関があり、図１に示すように、非画像部電位が負電位の場合にはトナーチリが少なく、０Ｖに近づくに従ってチリ量が増加し、画像劣化の原因となっていると考えられている。
【００２３】
図１の像担持体非画像部とトナーチリとの関係を述べたが、像担持体の非画像部領域を負電位に保つことによってトナーチリが減少し、高画質な画像を形成することが可能となることを確認した。
【００２４】
この現象について詳細な解析を行うため、像担持体における電荷キャリア生成とその輸送の概念図を図２に示し、また、ドット画像の像担持体表面電位と中間転写材表面電位との関係を、像担持体上にドット潜像を形成したときの像担持体表面の電位分布として図３に示す。
【００２５】
図２にあるように、像担持体に光が照射されると電荷発生層（ＣＧＬ）内で、キャリアが生成し、生成したキャリア間のクーロン反発力により拡散しながら、電界にしたがって像担持体表層および基体へと移動し、像担持体表面の電荷を中和することにより静電潜像を形成する。
【００２６】
ここで検討した画像形成では、像担持体を負電位に帯電させ、負帯電のトナーを現像させるネガポジ方式を使用して説明している。図３に示すように、感光体表面電位Ｖは像担持体上の非画像部電位であり、ＶLは画像部電位であり、潜像の絶対値が小さい部分にトナーが付着する。図３は上向きがマイナスとなるように示してある。マイナスのトナーは、この図の下方（表面電位がより０により近づく方向）に、より多く付着する。ここで、中間転写体電位がＧＮＤの場合、トナーにとって、中間転写体はＶLより安定であるため、ＧＮＤ方向にトナーは移動し、中間転写体に付着してしまう。理想的な感光体を考え十分に露光した場合、画像部の電位はＧＮＤとなるのだが、現実的には、例えばベタ時のＶLは−１００〜−１５０Ｖであるためである。具体的には、ＶLは感光体の種類により決定する初期値と、経時に劣化することによる変化分とで決まる。従って、像担持体と中間転写体との接触部に対し、トナーは像担持体から中間転写体の方へプレ転写してしまう。
【００２７】
非画像部の電位が負の方向に大きくなると、図１に示すように、チリが少なくなる傾向であることが確認されている。これは電界からの力がトナー同士の静電反発力に打ち勝つため、チリが抑制されると思われる。
潜像がシャープな場合（実線）に比べて、キャリアの拡散が大きく、ブロードな潜像（点線）になると、画像部近傍や非画像部の電位がより＋側へシフトしてしまうため、チリが発生しやすくなってしまう。
よって、像担持体上の非画像部電位をシャープにしかも負電位に保つことにより、チリが抑制され、高画質な画像を形成することが可能となる。
特に、非画像部電位が−側に高いほど電界強度は強くなり、チリが抑制されることは図１からも確認することができ、図１に示されるように、−２００Ｖ以下の負電位を保持すると、チリが抑制され高画質画像を得ることが可能となる。
【実施例１】
【００２８】
次に、本実施形態の感光体および画像形成装置の実施例について、中間転写を搭載した画像形成装置の一例を用いてより詳細に説明する。本実施形態の画像形成装置は、感光体１と、現像装置２と、クリーニング装置３と、帯電装置４と、書き込み装置５と、中間転写体６と、転写部７と、定着部８とを備えている。
【００２９】
図４に示すように、１が感光体（左から順に１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの４つの独立した感光体の例）である。感光体回りの作像部はすべてａ，ｂ，ｃ，ｄともに同様に備えているため、以下、ａについてのみ説明する。感光体は反時計回りに回転する。４が帯電装置であり、５が書き込み装置であり、２が現像装置であり、３がクリーニング装置である。感光体１上に現像されたトナー像は第１の転写工程として、中間転写体６上に、転写バイアスローラに印加された電圧による電界で引きつけられ転写される。中間転写体６上には更に、ｂ，ｃ，ｄ部でトナーが転写され、中間転写体６上にはフルカラーの画像が形成される。このフルカラー画像は、転写部７で転写材に転写され、転写された転写材は定着部８で加熱されて定着される。
【００３０】
電子写真方式において使用された感光体としては、導電性支持体上にセレンないしセレン合金を主体とする光導電層を設けたもの、酸化亜鉛・硫化カドミウム等の無機系光導電材料をバインダ中に分散させたもの、及び非晶質シリコン系材料を用いたもの等が知られているが、コスト、生産性、感光体設計の自由度の高さ、無公害性等から有機系感光体が広く用いられるようになっている。
【００３１】
有機系の電子写真感光体としては、ポリビニルカルバゾ−ル（ＰＶＫ）に代表される光導電性樹脂、ＰＶＫ−ＴＮＦ（ポリビニルカルバゾ−ル ２，４，７−トリニトロフルオレノン）に代表される電荷移動錯体型、フタロシアニン−バインダ樹脂に代表される顔料分散型、そして電荷発生物質と電荷輸送物質とを組み合わせて用いる機能分離型の感光体などが知られている。このうち、感度・耐久性・設計の自由度等から、導電性支持体上に電荷発生物質を含有する電荷発生層と、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とが積層された機能分離型の感光体が主に使用されている。
【００３２】
この機能分離型の感光体における静電潜像形成のメカニズムは、図２に示すように、感光体を帯電した後に光照射すると、光は透明な電荷輸送層を透過し、電荷発生層中の電荷発生物質により吸収されて電荷担体（電荷キャリア）を発生し、この電荷担体は電荷輸送層に注入され、さらに電界に従って電荷輸送層中を移動し、感光体表面の電荷を中和することにより静電潜像を形成するものである。機能分離型感光体においては、主に紫外部に吸収を持つ電荷輸送物質と、主に可視域から近赤外域に吸収を持つ電荷発生物質とを組み合わせて用いることが知られており、かつ、この組み合わせは有用である。
【００３３】
しかし、上述の機能分離型感光体の場合、電荷発生層から電荷輸送層の表面までの距離が長いため、キャリアが輸送中に拡散して解像度が低下するという問題がある。すなわち、図５に示すように、キャリアは、電荷輸送層の表面の帯電電位に引かれて輸送されるが、その際に横方向にも拡散されて、１ドットに対応するビームスポット径よりキャリア径が拡がり、隣接する画像ドットの領域に進入することになる。
【００３４】
また、露光ビームのエネルギ分布はガウス関数（正規分布）に従うので、広く裾をひくことになり、この裾の部分の光によって発生したキャリアはさらに隣接する画像ドットの領域に拡散、重畳した潜像を形成するため、さらに解像度を低下させる原因となっている。なお図６は、隣接するビームスポット径による露光強度分布説明図であり、露光ビームのエネルギ分布において、６００ｄｐｉ、ビーム径６８．９μｍの隣接するビーム径による露光強度分布を示した図である。
【００３５】
上記したように、キャリアの拡散やビーム形状により非画像部の電位が０Ｖの方向へシフトしてしまう傾向にある。この現象により像担持体表面の電界が弱まり、トナーのクーロン反発力の方が強くなってくると、画像チリが発生してしまう。
【００３６】
本発明者らは、像担持体内部の電荷輸送層の構成が誘電体と絶縁体とからなり、電荷輸送層内に格子状に絶縁領域を設けた像担持体を使用すると、キャリアの拡散を抑制し、非画像部の電位低下を防止し、画像チリを抑制することが可能となることを見いだした。
このように、電荷輸送層内にキャリアの移動を抑制する材料を組み込んで、キャリア拡散を抑制する高機能な像担持体と中間転写ベルトとを組み合わせると、非画像部の電位が負電位に保持され高電界強度を維持するため、トナーチリを抑制し、高画質画像を得ることが可能となる。
【００３７】
図７に、電荷輸送層内に格子状に絶縁材料を設けた像担持体の概略図の例を示す。この像担持体を採用した構成例について、転写性能や画像評価を行い、高画質の画像形成手段について検討した。図７に示すように、絶縁領域とＣＴＬ（carrier transport layer（charge transport layer））領域は像担持体の膜厚方向に続いて配列されており、格子の断面形状は特に限定されない。すなわち、断面形状は○でも◇でもよく、その形状は問わない。
【００３８】
ここで、ＣＴＬ内のＣＴＬ領域の占有率を種々変更して感光体を試作し、細線の良好な再現性の評価を行った。
ＣＴＬ領域の占有率についてはＣＴＬ領域の大きさ（径）を種々に変えた感光体を準備し、画像は、リコー製 Ｉｐｓｉｏ Ｃｏｌｏｒ ５１００ を用いてこれを改造した実験機を使用した。
【００３９】
まず、細線の良好な再現性に注目して、次のような画像出力実験を行った。
細線の良好な再現性については、６ｃｙｃｌｅ／ｍｍのライン画像を再現し、このライン画像を目視によって評価を行った。ライン画像が再現された場合を○、ライン画像が再現されなかった場合を×とした。
【００４０】
【表１】
【００４１】
ＣＴＬ領域の大きさを画素（解像できる最小単位）以下にすることにより、ラインの再現性が良好なことを確認した。
【００４２】
次に、ＣＴＬ領域の大きさを２０μｍ程度に固定し、絶縁領域の大きさを変えた感光体を試作し、各感光体においてベタの再現性の確認を行った。画像出力は上記した実験機を用いてベタ画像を出力し、目視およびマクベス反射濃度計を用いてベタＩＤ測定（濃度）を行った。良好なものを○とし、抜け等が発生した不良なものを×として評価した。この結果を表２に示す。ここで面積占有率は、画素（解像できる最小単位の大きさ）に占める絶縁領域面積の割合を算出したものである。
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２に示すように、絶縁領域の面積占有率を１０％以下に抑えると、ベタ再現性は満足されることを確認した。
【実施例２】
【００４５】
前述したように、機能分離型感光体（積層型感光体）では、フォトキャリアが電荷輸送層を通過する際に電荷輸送層の面方向に拡散されて隣接する画素の領域にまでフォトキャリアの侵入が発生したり、また、ビームスポットの裾が広がることにより非画像部の電荷減少が発生していた。本実施例ではこれらを防止するため、電荷発生層を微小領域としてドット状に分散して形成する。これによって、ベタ画像においても全面に均一にトナーを付着させつつ、ライン画像やドット画像でコントラストの十分大きな静電潜像の形成可能な像担持体を使用できる。また、中間転写体を使用してカラー画像を形成する画像形成手段では、トナーのチリが抑制された高画質な画像形成手段を提供することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態を構成する材料は、遮光材料や硬化性材料等を用いないため、これまでの感光体と変わることなく用いることが可能であり、簡便にかつ蓄積された感光体技術を用いることで、高感度・高画質に対応した感光体設計を容易に行うことができる。
【００４７】
以下、本実施形態の電子写真感光体を図面に沿って説明する。
図８は、本実施形態の電子写真感光体の層構成を示す図であり、導電性支持体３１上に、電荷発生物質を主成分とする電荷発生層３５と、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層３７とが積層されている。
【００４８】
また図９は、本実施形態の電子写真感光体の層構成を示す他の例であり、図８において導電性支持体３１と電荷発生層３５の間に中間層３３を設けた構成となっている。これらの図に示される電荷発生層は、均一な層として描かれているが、実際は微少領域としてドット状に分散されて形成された構成となっている。
【００４９】
すなわち本実施形態は、上記のような導電性支持体上に少なくとも電荷発生物質を有する電荷発生層と、少なくとも電荷輸送物質を含有する電荷輸送層からなり、前記電荷発生層が微小領域としてドット状に分散されて形成されていることを特徴とする電子写真感光体を使用することにより、中間転写体を使用してカラー画像を形成する画像形成手段において、トナーチリが抑制された高画質な画像形成手段を提供するものである。
【００５０】
上記本実施形態の効果、および好ましい条件については、孤立ドットの再現性および黒ベタ画像の均一性・濃度を、以下のシミュレーションおよび実験から検討を行った。
シミュレーションの方法は以下の通りである。
【００５１】
感光体感度および露光エネルギ量を可変させた時のドット状に形成されている電荷発生層の占有面積率とトナー付着量の関係をシミュレーションより算出する。
露光後の感光体上の電荷密度分布は、ＰＩＤＣ（光発生放電）曲線を用いることで、大まかな分布は把握できることが知られている。しかし、感光体厚さを変えた場合の、ＣＧＬ層で生成されたキャリアがＣＴＬ層を移動する間に拡散していく影響による潜像分布の違いや、強露光の場合の、ＣＧＬ近傍での正負キャリアの再結合が発生することによる潜像分布の違いの影響をＰＩＤＣ曲線で解析する場合には、各条件、各膜厚さごとにＰＩＤＣを測定する必要がある。更に、ドット画像時のＰＩＤＣ曲線を実測することで対応可能であるが、現在の技術では１ドットの感光体上潜像分布や電位分布を測定することは不可能である。
【００５２】
よって、感光体内部のキャリア（電荷）の動きは、キャリア間のクーロン反発力、キャリア同士の再結合、感光体内部でのキャリアの移動度を正しく考慮し、シミュレーションによって潜像分布や電位分布を予測する必要がある。
以下に、算出方法を述べる。算出方法は次の３つのステップからなる。
【００５３】
１．潜像電荷分布の算出
露光後の感光体上の潜像電荷分布を算出する。感光体内部のキャリア（電荷）の動きは、キャリア間のクーロン反発力、キャリア同士の再結合、感光体内部でのキャリアの移動度（移動速度）の影響をうけるため、これらの影響を全て考慮した潜像形成シミュレーションが必要となる。
潜像電荷分布を算出するために用いた物理モデルは、（１）ガウシアンレーザビーム（ガウス分布のレーザビーム）による露光量計算、（２）電荷キャリアの生成とその輸送過程の計算からなる。
【００５４】
本実施形態は、下記式（１）にて示される占有面積率（Ｘ）以上であることを特徴とする電子写真感光体に関するものであり、十分にコントラストの大きい静電潜像を形成しながら、ベタ画像においても全面に均一にトナーを付着させることができるような、電子写真感光体を得ることができるものである。
η×Ｊ ≧ ０.０１×ＥＸＰ（−（Ｘ−６０）／１０）＋０．００２・・・式（１）
（式（１）においてηは量子効率、Ｊは露光ビームエネルギ（Ｊ／ｍ2）を示す。）
【００５５】
上記式（１）における量子効率ηは下記式（２）によって算出される。
式（２）中、Ｃは感光体の単位面積当りの静電容量であり、ｅは電子の素電荷であり、Ｊは単色光エネルギであり、Ｖは表面電位であり、ｔは時間である。量子効率ηは膜厚に依存しない物理量であり、キャリア発生効率（光電変換の量子効率）を表すものである。量子効率ηは、単色光（単位時間あたりのエネルギＪ）を露光した際の過渡減衰特性と、感光体静電容量Ｃからで求められ、電界依存性の式、η＝αＥｎにフィッティングして算出する。
【００５６】
【数１】
【００５７】
露光量計算は、静止ビーム単体の露光量分布を下記式（３）と近似し、Ｘ方向に点灯時間での移動距離（Ｖｘ＊点灯時間）分だけ積分することによって算出する。
【００５８】
【数２】
【００５９】
この露光量がドット状の電荷発生層に照射された場合、電荷発生層が存在する部分だけ露光されたことになるため、電荷発生層のない領域の露光分布を削除し、電荷発生相領域の露光分布だけ取り出し、これを露光分布とした。
次に、ＯＰＣにおける（２）の電荷キャリア生成とその輸送の概念図を図３に示す。その過程は、次に示す正負キャリアの連続の式とPoisson方程式によって支配される。
【００６０】
【数３】
【００６１】
ここで、上記式中、ｎ、μ、Ｅ、Γ、Ｒ、ε、ｅはそれぞれ、キャリアの個数密度、移動度、電界強度、単位時間あたりのキャリアの生成量、キャリアの単位時間あたりの再結合係数、誘電率、および電荷素量を示す。また添え字ｐ，ｎは、それぞれ正負キャリアを示す。
【００６２】
電荷キャリアは、ＣＧＬ層が薄いことを考慮して、層内で一様に生成されると仮定した。このため、キャリア生成量Γは、入射光強度Ｆ，量子効率η，ＣＧＬ層の厚さｄと以下の関係で結ばれる。
Γ＝β・η・Ｆ／（ｄ・ｈυ）・・・式（７）
上記式（７）中、β、ｈυは、それぞれ、ＣＧＬ層内での光の吸収効率、およびレーザビームのフォトン一個あたりのエネルギである。
また上記式（４）、式（５）の右辺第二項目のキャリア再結合項は、正負キャリアが同じ近傍に共存する際に、実験的には生成キャリア量が減少することを説明するために導入されたものである。
【００６３】
上記の物理量のうち、光の吸収係数βおよび再結合係数Ｒは、黒ベタ露光時の表面電位から実験的なフィッティングを行い算出する。
また、量子効率ηは式（２）から得られる値であり、上述したとおりである。
露光前には、均一に感光体が帯電していると仮定し、感光体表面の電荷量を算出する。その後露光領域にキャリアが発生するとして上記の式を計算することによって、露光後の感光体上電荷密度分布を算出する。
【００６４】
計算手法としては、ｎｐ、ｎｎ、φに関する差分法を採用した。ここでφは電位をあらわす。電荷キャリアの連続の式（４）、式（５）の時間微分項に対しては時間前進差分を、左辺２項目の移流項に対しては上流差分法を用いる。時間微分項以外は、陰的に評価する完全陰解法を用いる。
【００６５】
【数４】
【００６６】
ここでδt、ｎ、ｎ＋１はそれぞれ、時間ステップ、計算された現在のステップを示すステップ数、および、次の未来のステップを示すステップ数である。
【００６７】
こうして得られた非線形代数方程式は、２重の反復法を用いて計算する。まず、この３つの式全体は逐次近似法を用いて計算する。この反復の中で、式（８）、式（９）の各式は、時間微分項に現れる以外の変数、例えば式ｎｐ以外の量は、既知の反復結果の値を用いて評価し、この式ごとにまず、Successive Over Relaxationに基づいて計算する。ポアソン方程式（１０）は、φについても同様の計算を行う。式全体に関する逐次近似法による残差が指定の値になるまで反復計算する。ここでは指定の値を、φ、ｎｎ、ｎｐそれぞれに指定しており、５×１０-3、１×１０-2、１×１０-2とした。
【００６８】
２．現像電界強度分布算出
上記１．で得られた感光体上潜像電荷分布と、現像条件から現像電界強度分布を算出する。現像スリーブと感光体を平行平板で近似し、その間に現像剤（キャリアとトナー）が均一に充填していると仮定する。すなわち、現像剤は平均誘電率をもった均一な誘電層として扱う。ここで平均誘電率は、平均比誘電率と真空の誘電率の積であり、平均比誘電率ε’は
ε’＝ａ・ε１＋（１−ａ）・・・式（１１）
で得られる。ここで、ε１はキャリアの比誘電率、ａは現像ニップ中でのキャリアの占める体積の割合である。
【００６９】
スリーブ表面が現像バイアス電位、感光体下面が０Ｖ一定の境界条件、左右の境界は周期境界条件として、ポアソン方程式を解くことで、電位分布が得られる。感光体表面で
Ｅ＝−ｇｒａｄφ
を解くと、感光体表面の現像電界強度分布が得られる。
【００７０】
３．トナー付着量算出
上記２．で得られた電界強度分布と現像条件からトナー付着量を算出する。
【００７１】
【数５】
【００７２】
ここでｋはトナー付着係数であり、ｖｒ／ｖｐはスリーブ線速比であり、ｌは現像ニップ幅であり、Ｒはキャリア半径であり、ε０は誘電率であり、ｑはトナー帯電量とする。
上記シミュレーションにより得られた、電荷発生層面積率とトナー付着量の関係を図１０に示す。
【００７３】
電荷発生層面積率増加に従い、トナー付着量は増加する。また露光エネルギを強くすることにより、トナー付着量は増加する。
ここで、電荷発生層の面積比率ｘとトナー付着量Ｍの関係は、
Ｍ＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃ
で近似できる。
【００７４】
ここで、係数ａ，ｂ，ｃはＰｏｗｅｒの一次式で近似できる。
よって、電荷発生層の面積比率ｘとトナー付着量Ｍの関係は、下記式（１３）と表すことができる。
Ｍ＝ａ（ｐ）Ｘ2＋ｂ（ｐ）Ｘ＋ｃ・・・式（１３）
【００７５】
ここで、黒ベタ画像の再現性および黒ベタ画像に要求される画像濃度に対して、単位面積あたりのトナー付着量として０．４５ｍｇ／ｃｍ2以上必要であることから、２＊２ｄｏｔでのトナー付着必要量は以下の式で計算できる。
トナー付着量Ｍ≧０．４５ｍｇ／ｃｍ2＝０．４５／１００００００＊（２．５４／１２００）２＊４＝８．０６５Ｅ−１２（ｋｇ）
【００７６】
次に、トナー付着量Ｍ≧０．４５ｍｇ／ｃｍ2を満たす電荷発生層面積率（ＤＭ比率）と量子効率＊Ｐｏｗｅｒの関係を図１１に示す。
ＯＰＣ種に依らず、量子効率＊Ｐｏｗｅｒと電荷発生層面積率は一定の関係を有することが分かる。これを下記式（１４）で示す近似式で示すと、以下のように近似できることが分かる。
【００７７】
【数６】
【００７８】
なお、ここでは２種のＯＰＣを、解像度を変えて計算してみたが、ａ＝０．０１，ｂ＝６０，ｃ＝０．００２が得られた。
【００７９】
次に、上記においてＣＧＬドット部の面積占有率として１００％（通常のドット状にＣＧＬを形成しない感光体）〜６０％（前述のシミュレーション結果からベタＩＤが確保可能な領域）までの範囲で振った感光体ドラムの試作を行い、得られた感光体を用いて画像出力を行い、画質評価を行った。
【００８０】
画像出力は、細線の良好な再現および、ハイライト部での安定した濃度変化、の２つの項目に注目して、それぞれ次のような画像出力実験を行った。まず、細線の良好な再現については、下記で説明する解像度１２００ｄｐｉの画像出力実験機を用いて、図１２に記載した線数４００線の画像パターンを用いて、目視による評価を行った。
【００８１】
４００線のライン画像が再現された場合を○、４００線のライン画像が再現されなかった場合を×とした。ここで判定の基準として設定した、４００線ライン画像の再現の有無は、低コントラスト文字・カラー文字をプリンタで印字したときに、文字部の輪郭（ガタガタした輪郭とならないこと）、文字の色再現性（狙いの色を再現できる）、といった項目を両立して再現するための代用特性として設定したものである。
【００８２】
つぎに、ハイライト部での安定した濃度変化については、やはり下記で説明する解像度１２００ｄｐｉの画像出力実験機を用いて、０〜２５６階調のパッチ（１５ｍｍ四方）を含む８ｂｉｔＴｉｆｆ画像データに対して、ディザ処理（スクリーン線数約１７０線、スクリーン角４５度の、ラインスクリーン型、量子化数２ｂｉｔ、解像度１２００ｄｐｉ）を施した、出力用画像データ（擬似中間調処理後データ）をあらかじめ用意しておき、この出力用画像データを用いて画像出力を行う。出力画像の評価は、ハイライト部分（データ０〜３２）の反射濃度（ＩＤ値）を分光反射濃度計（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製 モデル９３８）で測色した結果を用いて行った。この反射濃度値と入力データ値との関係に対して１次式近似を行い、Ｒ-2の値が０．９５以上である場合を○とし、Ｒ-2の値が０．９５未満である場合を×とした。ここでの判定基準として設定した、ハイライト部分（データ０〜３２）での１次式近似のＲ＾２の値が０．９５以上、の条件は、階調画像における擬似輪郭とよばれる異常画像が発生することがなく良好に再現するための、代用特性として設定したものである。
【００８３】
次に画像出力の際に使用した実験機についての説明を行う。この実験機は、リコー製 Ｉｐｓｉｏ Ｃｏｌｏｒ ５１００ をベースにして改造した実験機であり、主に書き込みユニットの改造を施したものである。この実験機では、ＬＤ素子として４つの発光点（レーザダイオード）を１チップ上にライン状に形成した、４チャンネルＬＤアレイを使用している。これにより、解像度１２００ｄｐｉを実現した。また、この実験機では、ビーム径は感光体位置上で４０（主走査方向）×４０（副走査方向）μｍとなるように、光学素子、アパーチャを調整してある。また、レーザビームの静止ビーム光量Ｊ（露光ビームエネルギのことを以下静止ビーム光量とする）の測定は、次のようにして行った。静止ビーム光量の測定には、横河電機社製光パワーメータ（モデル３２９２）を用いた。この光パワーメータのプローブ（受光部）をレーザビームの結像位置（感光体ドラムが配置される位置に相当）に配置して、レーザビームがこのプローブ中心に入射するようにセットした。このような状態で、ＬＤ（レーザダイオード）の連続点灯を行いながら、光パワーメータの出力値を記録し、静止ビーム光量とした。これらの測定により、光量を調整して設定した。
【００８４】
次に、画像出力実験およびその結果について説明する。電荷発生層の占有面積を１００〜６０％の範囲で変化させた試作感光体ドラムを作製した。
このように作製した感光体ドラムを使用して、レーザの静止ビーム光量を変えながら、画像出力を行い、上記の２項目（４００線ライン画像の再現、ハイライト部分を１次式で近似し、Ｒ＾２の値が０．９５以上）について、評価を行った結果を下記の表３〜４に示す。
【００８５】
【表３】
【００８６】
【表４】
【００８７】
前記ドット状に形成されている電荷発生層の占有面積率が９０％より大きい場合には、十分にコントラストの大きな静電潜像を形成することができず、ハイライト部（反射濃度が０〜０．２程度の領域）において急激な濃度変化してしまい、本実施形態に独自の効果が得られない。
【００８８】
表３および表４の結果に示すように、電荷発生層の占有面積率が９０％以下である場合には、従来技術で記載したような、発明の解決しようとする課題に対して、改善が可能であることが分かる。また、電荷発生層の占有面積率が一定の関係（別途記載）以上である場合には、ベタＩＤ＝１．４以上を確保することができ、良好な画質を実現することができる。
【００８９】
次に、上記の評価を行ったうちの幾つかの条件を用いて、ハイライト部、低コントラスト文字部、ベタ部などの画質要素を含むような総合テストチャートを出力した。結果を表５に示す。
【００９０】
【表５】
【００９１】
表３および表４において、良好な結果を得ることができた条件においては、総合テストチャートの出力結果においても高画質な画像得ることが可能であることが分かる。
よって、前記ドット状に形成されている電荷発生層の占有面積率が９０％以下であり、かつ下記式（１）で示される占有面積率（Ｘ）以上であることを特徴とする電子写真感光体に関する発明であり、十分にコントラストの大きい静電潜像を形成しながら、ベタ画像においても全面に均一にトナーを付着させることができるような、電子写真感光体を得ることができる。
【００９２】
η×Ｊ≧０.０１×ＥＸＰ（−（Ｘ−６０）／１０）＋０．００２・・・式（１）
上記式（１）において、ηは量子効率を示し、Ｊは露光ビームエネルギ（Ｊ／ｍ2）を示す。
【実施例３】
【００９３】
実施例１、２で非画像部を負電位に保持することにより、画像チリを抑制し高画質な画像を形成する画像形成手段を得ることができた。
この方式を搭載した実験機において、実際の画像を詳細に確認してみたところ、ドット面積にバラツキが生じ、粒状性が悪い画像となっている場合があった。
【００９４】
この現象について考察するため、図１３にドット画像の像担持体上電位と、像担持体との接触部より上流側の中間転写体表面電位の関係図を示す。
図１３に示した図から分かるように、ドット中央部と中間転写体との電位差と比較して、エッジ部と中間転写体との電位差が大きく、この電位差が大きくなると放電が発生しやすくなる。これにより、エッジ周辺に付着している像担持体上のトナー極性が変わるため転写されにくくなり、ドット面積にバラツキが生じ粒状性を悪化させる原因になっていると考えられる。
【００９５】
よって、エッジ周辺での放電を防止するため、次のような構成について検討を行った。図１４は転写構成周辺を拡大して示す拡大構成図である。本実施形態の画像形成装置は、感光体１と、現像装置２と、クリーニング装置３と、帯電装置４と、書き込み装置５と、中間転写ユニット（中間転写体）６と、転写部７と、定着部８とを備えている。また、中間転写ユニット６は、中間転写ベルト６１と、張架ローラ６２，６３，６４と、カウンターバイアスブレード６５と、中間転写ブレード６６と、ベルトクリーニング装置６７とを備えている。
【００９６】
１が感光体で左から順に１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄである。感光体回りの作像部はすべてａ，ｂ，ｃ，ｄともに同様に備えているため、ａについてのみ説明する。感光体は反時計回りに回転する。４が帯電装置、５が書き込み装置からのレーザ書込光、２が現像装置、３がクリーニング装置である。感光体上に現像されたトナー像は第１の転写工程として、６の中間転写体上に、転写バイアスローラに印加された電圧による電界で引きつけられ転写される。中間転写体６上には更に、ｂ，ｃ，ｄ部でトナーが転写され、中間転写体６上にはフルカラーの画像が形成される。このフルカラー画像は転写部７で転写材に転写され、転写材は定着部８で加熱されることで定着する。
【００９７】
図１４において、タンデム画像形成部は、４つのプロセスユニットを有している。１が感光体で左から順に１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄは、使用するトナーの色が互いに異なっているが、その他の構成についてはほぼ同様である。よって、ａだけについてその構成を詳述し、他のプロセスユニットの説明については説明を省略する。プロセスユニットは４が帯電装置、５が書き込み装置、２が現像装置、３がクリーニング装置などを有している。像担持体１ａは、図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動されながら、帯電器４によってその表面が一様帯電し、非画像部電位Ｖとなる。そして、一様帯電後の表面にレーザ書込光５が照射されて画像部電位ＶＬとなることによって静電潜像が形成される。この静電潜像は、像形成物質たるトナーを用いる現像器２によって現像される。感光体ドラム１ａ上のトナー像は、中間転写ベルト６１上に中間転写される。中間転写工程を経た感光体ドラム１ａ表面は、当該感光体ドラムのクリーニング装置３によってその表面の転写残トナーがクリーニングされる。他のプロセスユニットでも同様のプロセスが実施されて、Ｂｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃトナー像が形成される。
【００９８】
一方、上記したように中間転写ユニット６は、中間転写ベルト６１、３つの張架ローラ６２，６３，６４、ベルトクリーニング装置６７などを備えている。また、４つのカウンターバイアスブレード６５や、４つの中間転写ブレード６６、ベルトクリーニング装置６７なども備えている。中間転写体たる中間転写ベルト６１は、３つの張架ローラ６２，６３，６４に張架されながら、何れか１つの張架ローラが図示しない駆動手段によって回転駆動されることにより、図中時計回りに移動する。４つのカウンターバイアスブレード６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄや、４つの中間転写ブレード６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄは、それぞれ中間転写ベルト６１の裏面（内周面）に当接するように配設されている。そして、同じ記号が付されたカウンターバイアスブレードと中間転写ブレードとが一つの対をなしている。例えば、カウンターバイアスブレード６６と中間転写ブレード６６とが一つの対をなしているのである。中間転写ブレード６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄが中間転写ベルト６１を感光体ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ方向にそれぞれ抑えるような配設により、タンデムの画像形成部と中間転写ユニット６との間には、Ｂｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ用の４つの中間転写ニップが形成される。
【００９９】
これら中間転写ニップには、図示しない電源によって中間転写ブレード６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄにそれぞれ中間転写バイアスが印加されることによって中間転写電界が作用する。ここで、中間転写ニップの中間転写体の回転方向上流側に位置する６５はカウンターバイアスブレードである。このカウンターバイアスブレード６５には、図示しない電源よりバイアスが印加される。このカウンターバイアスブレード６５に像担持体上トナーを中間転写体へ吸引しない方向の電界を作用させることにより、エッジ周辺での放電を防止し、経時変動や現像剤のバラツキによらず、安定してドットのバラツキを抑え粒状性が向上することが可能となった。
【０１００】
以上、本実施形態の感光体および画像形成装置によれば、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、像担持体上の潜像を潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上のトナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成手段において、前記静電潜像の地肌部に相当する未露光部の電位が、絶対値で最高値の１／２以上に保持されている画像形成手段により、中間転写体を使用するカラー画像形成方法において、転写プロセスでの画像劣化を抑制し、高画質が画像を提供することが可能になる。
【０１０１】
また、ドット状に形成されている電荷発生層の占有面積率を９０％以下にし、かつ占有面積率と露光エネルギの関係を上述した式（１）の範囲内とすることで、「細線の良好な再現」および「ハイライト部での安定した濃度変化」を両立した画像を得、黒ベタ画像に置いても十分な画像濃度を得ることが可能となる。
さらに、転写前の像担持体上トナーのプレ転写や、転写前の感光体上トナーへの放電を防止し、画像チリを防止し、経時変動や現像剤のバラツキによらず安定した画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本実施形態のトナー転写時の像担持体非画像部電位と転写チリとの関係を示す説明図である。
【図２】本実施形態の像担持体における電荷キャリア生成とその輸送のモデルを示す概念図である。
【図３】本実施形態のドット画像の像担持体表面電位と中間転写材表面電位の関係を示す説明図である。
【図４】本実施形態に係る中間転写体搭載の画像形成装置の構成を示す概略断面図である。
【図５】本実施形態に係る像担持体内のキャリア移動過程を示す概念図である。
【図６】隣接するビームスポット径による露光強度分布説明図であり、露光ビームのエネルギ分布において、６００ｄｐｉ、ビーム径６８．９μｍの隣接するビーム径による露光強度分布を示した図である。
【図７】本実施形態に係る電荷輸送層内に格子状に絶縁領域を設けた像担持体の透視図である。
【図８】本実施形態に使用する像担持体の一例の構成を示す断面図である。
【図９】本実施形態に使用する像担持体の他の一例の構成を示す断面図である。
【図１０】本実施形態に使用する像担持体の電荷発生層面積率とトナー付着の関係を示す説明図である。
【図１１】本実施形態におけるトナー付着、電荷発生層面積率、量子効率の関係を示す説明図である。
【図１２】本実施形態に使用する４００線画像パターンの説明用平面図である。
【図１３】本実施形態におけるドット画像の像担持体上電位と上流側の中間転写体表面電位の関係を示す説明図である。
【図１４】本実施形態の転写構成周辺を拡大して示す概略構成断面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 感光体
２ 現像装置
３ クリーニング装置
４ 帯電装置
５ 書き込み装置（レーザ書込光）
６ 中間転写体
７ 転写部
８ 定着部
３１ 導電性支持体
３３ 中間層
３５ 電荷発生層
３７ 電荷輸送層
６１ 中間転写ベルト
６２，６３，６４ 張架ローラ
６５ カウンターバイアスブレード
６６ 中間転写ブレード
６７ ベルトクリーニング装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、前記像担持体上の潜像を当該潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上の前記トナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成装置に使用される感光体であって、
像担持体非画像部の電位を−２００Ｖ以下に保持したことを特徴とする感光体。
【請求項２】
像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、前記像担持体上の潜像を当該潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上の前記トナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成装置に使用される感光体であって、
前記像担持体は、導電性支持体上に設けられ、電荷発生物質を少なくとも有する電荷発生層と、電荷輸送物質を少なくとも含有する電荷輸送層とからなり、前記電荷輸送層が電荷輸送材料と絶縁材料とからなり、前記絶縁材料は前記電荷輸送材料を囲撓する領域として設けられていることを特徴とする感光体。
【請求項３】
前記電荷発生層が、微小領域として前記電荷輸送層内にドット状に分散されて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の感光体。
【請求項４】
前記電荷発生層の絶縁材料の前記領域は１０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の感光体。
【請求項５】
前記電荷発生層は誘電体領域を有し、前記誘電体領域の大きさは１画素以下の大きさであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の感光体。
【請求項６】
前記ドット状に形成されている前記電荷発生層の占有面積率は９０％以下であり、当該占有面積率（Ｘ）と露光ビームエネルギＪとは下記（１）式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の感光体。
η×Ｊ≧０．０１×ＥＸＰ（−（Ｘ−６０）／１０）＋０．００２・・・（１）
（上記（１）式においてＸは電荷発生層の水平断面における占有面積率（％）であり、ηは量子効率であり、Ｊは露光ビームエネルギ（Ｊ／ｍ2）である。）
【請求項７】
前記像担持体と前記中間転写体とは接触し、前記第１の転写手段による第１の転写時において前記像担持体の回転方向上流側の空隙に対応する中間転写体の部分に、前記像担持体の帯電極性と同極性でかつその絶対値が非画像部電位ＶLより大きい電圧を印加する手段を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の感光体。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の感光体を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、前記像担持体上の潜像を当該潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上の前記トナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成装置に使用される感光体であって、
像担持体非画像部の電位を−２００Ｖ以下に保持したことを特徴とする感光体。
【請求項２】
像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成するための露光手段と、前記像担持体上の潜像を当該潜像と同極性のトナーで現像する現像手段と、トナー像を中間転写体上に転写する第１の転写手段と、前記中間転写体上の前記トナー像を記録体に転写する第２の転写手段により画像を形成する画像形成装置に使用される感光体であって、
前記像担持体は、導電性支持体上に設けられ、電荷発生物質を少なくとも有する電荷発生層と、電荷輸送物質を少なくとも含有する電荷輸送層とからなり、前記電荷輸送層が電荷輸送材料と絶縁材料とからなり、前記絶縁材料は前記電荷輸送材料を囲撓する領域として設けられていることを特徴とする感光体。
【請求項３】
前記電荷発生層が、微小領域として前記電荷輸送層内にドット状に分散されて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の感光体。
【請求項４】
前記電荷発生層の絶縁材料の前記領域は１０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の感光体。
【請求項５】
前記電荷発生層は誘電体領域を有し、前記誘電体領域の大きさは１画素以下の大きさであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の感光体。
【請求項６】
前記ドット状に形成されている前記電荷発生層の占有面積率は９０％以下であり、当該占有面積率（Ｘ）と露光ビームエネルギＪとは下記（１）式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の感光体。
η×Ｊ≧０．０１×ＥＸＰ（−（Ｘ−６０）／１０）＋０．００２・・・（１）
（上記（１）式においてＸは電荷発生層の水平断面における占有面積率（％）であり、ηは量子効率であり、Ｊは露光ビームエネルギ（Ｊ／ｍ2）である。）
【請求項７】
前記像担持体と前記中間転写体とは接触し、前記第１の転写手段による第１の転写時において前記像担持体の回転方向上流側の空隙に対応する中間転写体の部分に、前記像担持体の帯電極性と同極性でかつその絶対値が非画像部電位ＶLより大きい電圧を印加する手段を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の感光体。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の感光体を有することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−２８６５０６（Ｐ２００７−２８６５０６Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１５８６８（Ｐ２００６−１１５８６８）
【出願日】平成１８年４月１９日（２００６．４．１９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１９日（２００６．４．１９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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