JP2842191B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンタ、フ
ァクシミリなどに用いられる電子写真法画像形成装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機・プリンタの画像形成技術
としては電子写真プロセスがあり、広く応用されてい
る。このプロセスの代表的なものとしてカールソン法
（ゼログラフィ）がある。この方式は帯電、露光、現
像、転写、定着、クリーニングという６工程を必要とし
ている。このプロセスのデバイスを省略することが各種
提案されている。特に、負帯電型感光体を使用する場合
にはコロナ帯電器よりオゾンが発生するという問題を解
決する必要があり、コロナ帯電レスの方式が提案されて
いる。その例として、特開昭５８−９８７４６号公報、
特開昭５８−１５３９５７号公報などが提案されてい
る。

【０００３】特開昭５８−９８７４６号公報に述べられ
ている方法について述べると、透明導電基体上に光導電
層を設けた感光体を使用し、導電性及び磁性を有するト
ナーを感光体に接触させながら移動させ、上記透明導電
基体と導電トナー間に直流電圧を印加することにより光
導電層内に高電界を形成している。感光体は露光される
ことにより電子正孔対を生成し、透明導電基体が正にな
るように電圧印加されているので、電界により正孔が感
光体表面に移動し、露光部のみ負帯電のトナーが感光体
に付着する。未露光部に接触付着しているトナーは磁力
によりトナー担持体に引き戻されている。

【０００４】この方法は、カールソン法のように、感光
体表面を予め一様帯電させる必要がなく、その替わり感
光体表面に接触するトナー粒子自身をトナー担持体と同
電位にすることにより、一様帯電と同じように感光体内
に高電界を形成できる方法である。しかし、トナーを高
電位にするためにはトナー自身が導電性である必要があ
り、その場合現像されたトナーを感光体上から紙へ転写
することが困難になる。即ち、普通紙にトナーを転写す
る場合、紙をトナーと逆極性に帯電させ静電引力で感光
体から紙へ移行させるが、導電性トナーの場合には、紙
の帯電電荷がトナーを伝いリークしてしまい転写が効率
良く行われないからである。この様な理由で、転写工程
を考慮した場合、導電トナーを使うことは好ましくな
い。以上の理由で特開昭５８−９８７４６号公報の画像
形成装置は、感光体上に形成された画像をディスプレイ
として目視する装置に過ぎず、紙へ転写することは考慮
されていない。

【０００５】また、非画像部へのトナー付着（かぶり）
を磁性トナーの磁力を利用して防止しているが、鮮やか
な色彩のカラートナーは磁性体を使用する限りでは作成
できないので、この方式はカラー化に適用でないという
欠点もある。

【０００６】さらに、仮に磁性トナーでなくてもかぶり
防止できるという条件が見いだされたとしても、本質的
に本方法は感光体にトナー自身が接触している必要があ
る為に、２色以上のトナー像を順次感光体上に形成して
いくカラー化プロセスを形成する場合、２色目以降の現
像時に、それ以前に現像されたトナー像をかき乱してし
まう欠点もあり、やはりカラー化に不適なプロセスと言
える。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上の様な問題点に鑑
み本発明では、絶縁性トナーを用い感光体にトナーを接
触させることなく光導電層内に十分な電界強度を形成で
き、かつ非接触で現像することが可能であり普通紙等へ
の転写もできる、カラー化に適した画像形成装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、光導電層内にグリッド電極を設けた感光体を使用
し、該グリッド電極と感光体の導電性基板間に直流電圧
を印加し光導電層内に第１の高電界を形成し、かつ感光
体表面に対向して設けた感光体に接触していない対向電
極と前記グリッド電極間に直流電圧を印加し空気の気中
放電電界以下の第２の電界を光導電層内に形成しながら
画像露光により感光体表面に静電潜像を形成し、次ぎに
画像露光域より下流域において、帯電した絶縁性トナー
をトナー坦持体上に保持しつつ前記感光体潜像に対向せ
しめ、前記トナー坦持体と前記グリッド電極間に電圧を
印加し、感光体の露光部にトナーを付着させることを特
徴としている。

【０００９】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の構成例を示すもので、感光体１の透
光性支持体１１としてガラスを用い、導電性基板として
ＩＴＯ（インジウム−錫−酸化物）薄い透光性導電層１
２をガラス上に設けている。そしてＩＴＯ膜上に設けら
れる光導電層１３としては電荷発生層とその上に積層さ
れる正孔移動型の電荷輸送層よりなることが好ましい。
この電荷輸送層内にアルミなどの金属を蒸着法で形成し
たグリッド電極１７が設けられている。

【００１０】感光体１の接地された透光性導電層１２と
グリッド電極１７の間に電源Ｅ１により直流電圧が印加
され第１の高電界が光導電層１３内に形成されている。
一方感光体１と空隙を隔てて設けられた対向電極６とグ
リッド電極１７間に電源Ｅ２により直流電圧が印加され
光導電層１３内に第２の電界が形成されている。この電
界下で感光体１の透光性支持体１１を通して画像露光さ
れ、露光部のみ正孔が感光体１表面に移動し静電潜像が
形成される。

【００１１】露光部の下流に配置された現像器は、半導
電性ゴムよりなる現像ローラ３を有しており、その表面
に絶縁性非磁性トナーの薄層４を保持している。現像ロ
ーラ３の外周には金属弾性ブレード５が圧接されており
トナーの層厚規制と負帯電を行う。トナー層４は感光体
１と非接触である。現像ローラ３に電源Ｅ３により直流
の現像バイアス電圧が印加されている。負帯電している
絶縁性非磁性トナー４は、静電潜像の電位と現像バイア
ス電圧の差に基づく電界により静電潜像に向かい飛翔し
現像される。

【００１２】図２は本発明方法の露光領域における静電
潜像生成原理を説明する概念図である。透光性導電層１
２の上に有機材料よりなる電荷発生層１４（以下ＣＧ層
と呼ぶ）、次に有機材料よりなる第１の電荷輸送層（以
下ＣＴ層と呼ぶ）１５が積層され、この上にグリッド電
極１７が設けられ、さらに有機材料よりなる第２のＣＴ
層１６が積層されている。以下は、正孔輸送型のＣＴ層
を用いた場合の例について述べる。透光性導電層１２に
対して負になるようにグリッド電極１７に電源Ｅ１によ
り直流電圧が印加され、ＣＧ層１４と第１のＣＴ層１５
内に第１の電界が形成されている。一方、第２のＣＴ層
１６内には電源Ｅ２により第１の電界より小さい第２の
電界が形成されている。図２には電気力線の概略が示さ
れている。グリッド電極１７は、例えば図５の平面図に
示される様に、格子状に形成されている。ＣＧ層１４と
第１のＣＴ層１５の層厚は約１０μｍであり、数百Ｖの
電源Ｅ１を用いればグリッド電極１７と透光性導電層１
２の間のＣＧ層１４と第１のＣＴ層１５内には１０⁵ Ｖ
／ｃｍオーダーの高電界が印加される。グリッド電極１
７で覆われていないＣＧ層１４と第１のＣＴ層１５の部
分もグリッド電極１７の効果がおよび、グリッド電極１
７直下よりは小さいが１０⁵ Ｖ／ｃｍオーダーの高電界
になる。この電界は光エネルギーで生成した電子−正孔
対の解離、及び電荷坦体（正孔）の移動に要すると言わ
れる電界に達している。この電界下で例えば図５の平面
図の点線円で示した様な、画像信号に応じた例えばレー
ザービームの１スポットが感光体１の透光性支持体１１
側から露光される。１つのビームスポット内にはグリッ
ド電極１７で電気的に遮蔽されていない第２のＣＴ層１
６が数個存在することになる。例えば図５では４個の四
角形の未遮蔽領域が存在していることになる。そして、
ＣＧ層１４で光エネルギーにより発生した電子−正孔対
は高電界により解離し、電子は透光性導電層１２へ移動
し、正孔は反対の第１のＣＴ層１５へ注入されグリッド
電極１７側へ移動する。第２のＣＴ層１６には第１のＣ
Ｔ層１５からの電荷注入効率の大きい材料を用い、グリ
ッド電極１７を覆う程度に薄い層を用いることが好まし
い。第２のＣＴ層１６内には電源Ｅ２により空気の気中
放電電界以下の電界が印加されている。すなわち３×１
０⁴Ｖ／ｃｍ未満の電界が印加されている。例えば、グ
リッド電極１７と対向電極６の距離を２ｍｍとして電位
差を１ＫＶにして５×１０³ Ｖ／ｃｍの電界にすればよ
い。第１のＣＴ層１５を通過した正孔はグリッド電極１
７へ一部移動するが、この電界が存在する為に一部は第
２のＣＴ層１６へも注入され光導電層１３表面へも到
る。この様にして感光体１表面に静電潜像が形成され
る。

【００１３】尚、ローラ状の対向電極６を感光体１表面
に直接接触させれば光導電層１３内に１０⁵ Ｖ／ｃｍオ
ーダーの高電界を容易に得られるが、２色以上のトナー
を感光体１上に形成するカラー化方式においては、トナ
ー像を乱してしまうので好ましくない。また、一般に感
光体１はわずかながらも表面にピンホールが存在するこ
とを免れないので、その部分からリークが発生する問題
をさける目的でも対向電極６を直接接触させることは好
ましくない。

【００１４】次に、図３を用いて各電位の相対関係を示
す。接地された透光性導電層１２に対してグリッド電極
１７は負になるように電源Ｅ１が決められ、Ｅ１に対し
て対向電極６の電源Ｅ２は負になる。未露光部の感光体
１表面の電位ＶＤはＥ１より僅か負側であり、露光部の
感光体１表面電位ＶＬは最も正側になる。現像器に印加
される現像バイアスＥ３はＶＬとＶＤの間になるように
決められ、トナー層表面電位ＶＴはＥ３より僅か負側で
ある。露光部ではＶＬとＶＴの電位差により負帯電トナ
ーは感光体１側へ吸引され現像される。一方、未露光部
はトナー層４から見て感光体１表面は負に見えるので負
帯電トナーは吸引されない。従ってかぶり現象は発生し
ない。尚、現像バイアス電位Ｅ３は直流に限らず、Ｅ３
を中心に振動する交番電場でも支障ない。

【００１５】図４に現像領域の概念図を示す。露光部は
感光体１からトナー層４へ電気力線が向かっているが、
未露光部はトナー層４側から感光体１へ電気力線が向か
っている。

【００１６】図５にグリッド電極１７の平面図を示す。
グリッド電極１７は、電荷坦体が通過できればよく、図
５−ａの様な格子状に限らず、図５−ｂの形状やすだれ
状のものなど種々の形状が使用可能である。

【００１７】光導電層１３の構成の別の例として図６−
（ａ）あるいは図６−（ｂ）に示す様なものも使用でき
る。図６−（ａ）の様にＣＧ層１４の上にグリッド電極
１７を直接形成し、その上に単一のＣＴ層１５を設けて
も良い。これは、ＣＴ層１５の移動度が大きく、電荷発
生・移動において、ＣＧ層１４のみに高電界を印加する
必要がある時に用いることができる。但し、ＣＧ層１４
とＣＴ層１５のエネルギー準位差は小さくする必要があ
る。一方、図６−（ｂ）の様に、透光性支持体１１の上
に透光性導電層１２、暗時の電荷注入を阻止する層１
８、正孔移動型ＣＴ層１５、ＣＧ層１４、グリッド電極
１７、オーバーコート層１９を順次積層した光導電層１
なども使用可能である。電荷注入阻止層１８とオーバー
コート層１９は露光時の電荷は通過できる様な、例えば
ナイロンなどの超薄層よりなる。図６−（ｂ）の場合に
は、前述の実施例の場合とは電気的条件が逆になり、感
光体表面に負の静電潜像が表れる条件に各電源を設定す
ればよく、透光性導電層１２には負の電圧が印加され、
帯電トナーとしては正帯電のものが用いられる。

【００１８】また、有機光導電体の代わりに、非晶質セ
レン系あるいは非晶質シリコン系感光体を用いることも
可能である。蒸着法で第１の非晶質セレン系あるいは非
晶質シリコン系光導電層を形成し、その上にグリッド電
極１７を蒸着法等で形成し、さらに第２の非晶質セレン
系あるいは非晶質シリコン系光導電層を蒸着法で積層す
る、または有機材料の電荷輸送層１５をグリッド電極１
７の上にコーティング法で積層して用いることも可能で
ある。

【００１９】以上述べた各種感光体の構成については、
前述の図６−（ｂ）の例の様に、透光性導電層１２から
の暗時の電荷注入を阻止する目的でバリア層を設けるこ
とが好ましい。

【００２０】図７に本発明を適用した画像形成装置の一
例を示す。ドラム状の感光体１は、ガラスドラムの上に
ＩＴＯの透光性導電層１２とグリッド電極１７を内部に
設けた光導電層１３を順次積層したものであり、感光体
１内部に露光源としてライン状ＬＥＤヘッド２２が設け
られており、光導電層１３面に画像信号スポットが焦点
を結ぶ様になっている。感光体１ドラムは図示した矢印
方向に回転し、対向電極６下で正帯電の静電潜像が形成
され、次に下流に配置された現像器により負帯電の非接
触トナー層４が供給され飛翔現像される。その後正の電
圧が印加された転写ローラ２１により記録紙２０へ静電
力により転写され、加熱・加圧ローラよりなる定着器２
４で定着される。

【００２１】尚、対向電極６として透光性のものを用い
れば、画像露光は感光体１外部から透光性対向電極６を
通して行ってもなんら支障はない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像形成
装置は、光導電層１３内にグリッド電極１７を設けるこ
とにより、光導電層１３内に第１の高電界を形成するこ
とが可能になり、併せて感光体１に対向配置した対向電
極６とグリッド電極１７との間で第２の電界を形成し、
同時に画像露光することにより、コロナ帯電器による一
様帯電とか導電性トナーによる接触帯電とかによらず静
電潜像を形成することが可能になる。

【００２３】さらに、非接触の非磁性絶縁性トナー現像
を行うことにより、普通紙への転写が可能であり、また
感光体１上に２色以上の繰り返しトナー画像形成が可能
なプロセスを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の主要構成例概略図であ
る。

【図２】本発明の画像形成装置の静電潜像形成原理を説
明する概念図である。

【図３】本発明の画像形成装置の各部の相対的電位関係
を説明する概念図である。

【図４】本発明の画像形成装置の現像の原理を説明する
概念図である。

【図５】本発明の光導電層内のグリッド電極の例を示す
平面図である。

【図６】本発明の感光体のその他実施例を示す概念図で
ある。

【図７】本発明の画像形成装置の構成例を示す概略図で
ある。

【符号の説明】

１ 感光体 ３ 現像ローラ ４ トナー層 ５ 弾性ブレード ６ 対向電極 １１ 透光性支持体 １２ 透光性導電層 １３ 光導電層 １４ 電荷発生層 １５ 第１の電荷輸送層 １６ 第２の電荷輸送層 １７ グリッド電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光導電層内にグリッド電極を設けた感光体
   を使用し、該グリッド電極と感光体の導電性基板間に直
   流電圧を印加し光導電層内に第１の高電界を形成し、か
   つ感光体表面に対向して設けた感光体に接触していない
   対向電極と前記グリッド電極間に直流電圧を印加し空気
   の気中放電電界以下の第２の電界を光導電層内に形成し
   ながら画像露光により感光体表面に静電潜像を形成し、
   次ぎに画像露光域より下流域において、帯電した絶縁性
   トナーをトナー坦持体上に保持しつつ前記感光体潜像に
   対向せしめ、前記トナー坦持体と前記グリッド電極間に
   電圧を印加し、感光体の露光部にトナーを付着させるこ
   とを特徴とする画像形成装置。