JP3004114B2

JP3004114B2 - 画像形成方法

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Publication number: JP3004114B2
Application number: JP3344343A
Authority: JP
Inventors: 永樋口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 2000-01-31
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明はコロナ帯電を不要として露光と現
像とがほぼ同時に行えるように組み合わせた画像形成方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、最も一般的な電子写真プロセスと
して、コロナ放電による感光体の帯電を利用したカール
ソン法の画像形成方法が広く知られており、既に実用化
されている。

【０００３】このカールソン法によれば、コロナ放電に
より感光体表面を帯電し、次いで画像露光により露光部
の帯電電荷を消失させて静電潜像を形成し、その静電潜
像を帯電したトナーで現像し、記録紙に転写、定着され
て記録紙上に画像を形成し、然る後、残留トナーをクリ
ーニングして感光体を繰り返し使用するものである。

【０００４】しかしながら、カールソン法では、装置の
構成や画像形成プロセスが複雑になり、コロナ放電用に
電圧電源が必要となり、またコロナ放電を用いるために
オゾンが発生する等の問題点があった。

【０００５】これに対して近時、コロナ放電を不要とす
る電子写真方式による画像形成方法が提案されている。

【０００６】その一例として特開昭５９８８７５１号
により提案されている画像形成方法によれば、透明導電
層上に一層もしくは二層の光導電層を設けた場合が挙げ
られており、この光導電層は非露光領域でその表面抵抗
が高くなって、電荷を有するトナーが静電力により感光
体表面に付着し、他方、露光領域においてはその表面抵
抗が低くなって電荷を保持できなくなり、これによっ
て、その付着したトナーを転写記録している。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、この
ような静電力を利用してトナーを保持した場合には、高
湿などの過激な環境下ではトナーを十分に保持できない
という問題点がある。

【０００８】また、上記光導電層は暗部において絶縁領
域が形成されないので、その光導電層にトナーとは逆極
性の電荷を蓄積できなくなり、また、トナーへの帯電
は、同時に感光体表面に対して同一極性への帯電を引き
起こし、これにより、トナーの感光体表面への付着力が
低下するという問題点がある。

【０００９】従って、本発明の目的はコロナ放電を不要
とするとともに、トナーの感光体表面への付着力を高め
て高品質な画像が得られるようにした画像形成方法を提
供することにある。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】本発明の画像形成方法
は、透光性支持体上に透光性導電層と、局在準位密度が
１×１０¹⁹〜１×１０²²個／ｃｍ³である第１の層と、
局在準位密度が１×１０¹⁸個／ｃｍ³以下である光導電
層と、局在準位密度が１×１０¹⁹個／ｃｍ³以下である
第２の層とを順次積層した感光体を準備するとともに、
該感光体の透光性導電層と現像手段との間に帯電トナー
を介して現像バイアス電圧を印加して第２の層に一方の
極性に帯電させ、上記第１の層に逆極性の電荷を誘導せ
しめた状態で、上記透光性支持体側から露光手段により
露光し上記光導電層に両極性の電荷を発生せしめるとと
もに、該発生した両極性の電荷のうち一方極性の電荷を
その直下の第１の層領域へ、また他方極性の電荷をその
直上の第２の層領域へ各々移動させて中和し、上記第２
の層のうち露光された領域のトナー付着力を弱め、上記
第２の層のうち非露光領域に第１の層に帯電する電荷に
よってトナーを付着させ、該付着したトナーを記録紙に
転写することによって記録紙に印画を行うことを特徴と
する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。

【００１２】図１は本発明の画像形成方法に係わる画像
形成装置１を表す模式図であり、図中、２は透光性支持
体３上に透光性導電層と第１の層と光導電層と第２の層
の各層４が積層されたドラム状の感光体、５は露光手段
としてのＬＥＤヘッド、５ａはそのヘッドに設けられた
セルフォックレンズアレイ、６は現像器、７は転写ロー
ラである。ＬＥＤヘッド５と現像器６は、感光体２のあ
る一部を介して、ほぼ対称的に配置される。８はイレー
ス用光源としてのＬＥＤアレイであり、感光体２の外側
に配置してもよい。尚、このイレース用光源は本発明に
おいては必ずしも必要とされるものではない。現像器６
においては、例えば８極の円柱状の磁極ローラ９と、そ
の外周に亘って配設された導電性スリーブ１０とから成
り、更にドクターブレード１１で一定の層厚に決められ
たトナーから成る現像剤はスリーブ１０の外周へ配送さ
れ、磁性ブラシ１２を形成する。また、スリーブ１０と
透光性導電層との間にはバイアス電源１３が設けられ、
その透光性導電層とスリーブ１０の間に感光体２の電位
特性に応じて＋或いは−の５〜３００Ｖの電圧を印加す
る。１４は感光体２の表面に形成されたトナー像、１５
は記録紙、１６は残留トナーである。これ以外に現像剤
の回転手段と感光体２の回転手段とを設ける。

【００１３】次に上記構成の画像形成装置１を用いた画
像形成方法を図２〜図４により説明する。

【００１４】これらの図に示す感光体２は、透光性支持
体３の上に、透光性導電層４ａと第１の層４ｂと光導電
層４ｃと第２の層４ｄとが順次積層されている。

【００１５】先ず透光性導電層４ａとスリーブ１０の間
にバイアス電源１３によりプラスの電圧を印加し、感光
体表面側（現像器６側）をプラス極性にする。感光体表
面に接したトナーの先端により誘導されたプラス電荷の
うち、その一部は第２の層４ｄに移動し、透光性導電層
４ａの内部にバイアス電源１３より誘導されたマイナス
電荷の大部分は第１の層４ｂに移動する。

【００１６】このような状態で、図２に示すように、回
転する感光体２の透光性支持体３側から光導電層４ｃに
ＬＥＤヘッド５よりセルフォックレンズアレイ５ａを通
して画像露光の光を照射し、光導電層４ｃの内部に光キ
ャリアとして正孔電子対を発生させると、現像器６側に
プラスのバイアス電圧を印加しているので、そのバイア
ス電圧によって光キャリア対のうちの電子は第２の層４
ｄへ移動する。この層４ｄの露光領域で電荷の中和が起
きるが、この層４ｄの局在準位密度は小さいので、電荷
が移動し易く、そのために図３に示すように、この露光
領域へ即座に周囲から電荷が流入する。

【００１７】一方、正孔は第１の層４ｂに移動し、図３
に示すように露光領域で電荷の中和が起きるが、この層
４ｂは局在準位密度が高いので、この層内部における電
荷の移動はきわめて小さい。従って、この第１の層４ｂ
の膜面方向の露光領域に対応してマイナス電荷が分布保
持される。

【００１８】図４は上記の電子と正孔との移動を表す感
光体のエネルギー状態図である。

【００１９】かくして、露光領域において、第１の層４
ｂに電荷が存在しないので、トナーのプラス電荷にクロ
ーン力を及ぼさず、トナーは付着しない。また、非露光
領域においては、第１の層４ｂのマイナス電荷と、トナ
ーのプラス電荷とが強いクローン力で引き合って、トナ
ーは感光体表面に付着する。但し、第２の層４ｄのプラ
ス電荷も引き寄せられるが、その電荷量は少なく、第２
の層４ｄの電荷注入阻止作用により、光導電層４ｃへの
移動はほとんどない。

【００２０】次いで、図１にて詳述したように、トナー
像は転写ローラ７により記録紙１５上に転写され、次い
で定着手段（図示せず）により定着されて、記録画像と
なる。

【００２１】然る後、トナー像を転写した後の感光体２
にはイレース用光源８からの除電光の照射等のイレース
工程を介して除電される。

【００２２】また、本発明の画像形成方法においては、
上記イレース工程を介さなくても、経時的に、或いは次
のプロセスで図２のようにトナーのプラス電荷に誘引さ
れて、第１の層４ｂの膜面方向にマイナス電荷が均一に
分布するので、最適な条件を設定することによってイレ
ースを不要とすることができる。

【００２３】更に本発明の画像形成方法に用いられる感
光体２は図５に示すように第１の層４ｂと光導電層４ｃ
の間に両者の光学バンドギャップが変化する中間層４ｅ
を設けてもよい。図６はそのエネルギーバンドを表す。

【００２４】このような中間層４ｅを設けると、画像露
光により光導電層４ｃで生成した正孔電子対のうち、そ
の正孔が障壁の傾斜により第１の層４ｂに一層容易に移
動できるという点で望ましい。

【００２５】次に本発明に用いられる感光体２の典型的
な層構成を具体的に述べる。

【００２６】上記透光性支持体３を構成する材料には、
パイレックスガラス、ソーダガラス、ホウ珪酸ガラスな
ど、また石英、サファイヤ等の無機質系のもの、並びに
弗素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネイト、ポリエチ
レンテレフタレート、エポキシなどの耐熱性有機樹脂系
のものが挙げられる。

【００２７】上記透光性導電層４ａを構成する材料に
は、インジウム・スズ・酸化物（ＩＴＯ）、酸化錫、酸
化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅などがあり、また半透
明になる程度に薄くしたＡｌ、Ｎｉ、Ａｕなどから成る
金属薄膜を用いてもよい。その層形成法には真空蒸着
法、活性反応蒸着法、ＲＦスパッタリング法、ＤＣスパ
ッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、Ｄ
Ｃマグネトロンスパッタリング法、熱ＣＶＤ法、プラズ
マＣＶＤ法、スプレー法、塗布法、浸漬法などがある。

【００２８】第１の層４ｂは誘導電荷に対して膜厚方向
にキャリアのトラップ機能を有し、かつ露光に伴って、
その第１の層４ｂ領域への膜面方向にキャリア移動が生
じないような機能も有し、更に光導電性がきわめて小さ
い高抵抗のキャリアトラップ電荷保持層である。そのた
めに局在準位密度が１×１０¹⁹〜１×１０²²個／ｃ
ｍ³、好適には５×１０¹⁹〜５×１０²¹個／ｃｍ³の範
囲内にあるのがよい。

【００２９】また、この第１の層４ｂの導電率は１×１
０^-11〜１×１０^-16（Ω・cm) ^-1の範囲内にするの
が、均一帯電時膜厚方向へのキャリア移動による十分な
電荷注入を生じさせ、また、露光後の画像の解像力（分
解能）を低下させないように膜厚方向へのキャリア移動
を低くさせられるという点で望ましい。

【００３０】第１の層４ｂの光学バンドギャップは１．
８〜３．５ｅＶの範囲内にするのが、ＬＥＤヘッド５か
らの露光エネルギーを、より少ない吸収に押さえて、効
率よく光導電層４ｃへ十分に透過させるという点で望ま
しい。

【００３１】第１の層４ｂの厚みは０．１〜１００μｍ
の範囲内にするのが、十分なトラップキャリア数を厚み
方向に保持して確保できるという点で望ましい。

【００３２】このような第１の層４ｂには上記機能を有
する種種の材料が選ばれるが、例えばアモルファスシリ
コン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファス
シリコンナイトライド、アモルファス酸化シリコン等の
アモルファスシリコン合金系材料や、Ｓｅ系、Ａｓ₂Ｓ
ｅ₃系、ＣｄＳ系等の無機系感光体材料、またＰＶＫ、
ＴＮＦ等の有機系感光体材料がある。

【００３３】光導電層４ｃは露光波長に対して十分に光
キャリアが生成して、それを輸送する光感度のある半導
体層であって、画像情報の露光に対して第１の層４ｂの
明部電荷を中和できるほどに光キャリアが生成できるよ
うに、局在準位密度が１×１０¹⁸個／ｃｍ³以下、好適
には５×１０¹⁷個／ｃｍ³以下になるように選択すると
よい。

【００３４】また、この光導電層４ｃの暗導電率は１×
１０^-9〜１×１０^-14（Ω・cm) ^-1の範囲内にするの
が、第１の層４ｂに十分な帯電を生じさせることの実現
可能な高抵抗で光感度に優れた光導電性材料を選定でき
るという点で望ましい。

【００３５】この光導電層４ｃの明導電率は５０μＷ／
ｃｍ²の露光に対して１×１０^-6〜１×１０^-8（Ω・c
m) ^-1の範囲内にするのが、十分な光キャリア数の生成
により第１の層４ｂの帯電電荷量を確実に中和できると
いう点で望ましい。

【００３６】光導電層４ｃの光学バンドギャップは１．
６〜２．１ｅＶの範囲内にするのが、ＬＥＤヘッド５か
らの露光エネルギーを十分に吸収してバンド間のキャリ
ア励起を引き起こすことができるという点で望ましい。

【００３７】光導電層４ｃの厚みは０．１〜１００μｍ
の範囲内にするのが、露光時の中和に要する十分なキャ
リア生成と、更に帯電時の第１の層４ｂへの電荷保持と
いう点で望ましい。

【００３８】このような光導電層４ｃには例えばアモル
ファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、ア
モルファスシリコンナイトライド、アモルファス酸化シ
リコン等のアモルファスシリコン合金系材料や、Ｓｅ
系、Ａｓ₂Ｓｅ₃系、ＣｄＳ系等の無機系感光体材料、
またＰＶＫ、ＴＮＦ等の有機系感光体材料がある。

【００３９】第２の層４ｄは膜厚方向へのキャリアの注
入を阻止し、かつ膜面方向へのキャリアの移動ができる
とともに、光導電性をほとんど有しない低抵抗材料から
なり、その抵抗率は第１の層４ｂに比べて低く設定して
いる。これによって感光体表面側に帯電トナーからの電
荷注入を阻止しえる帯電電荷注入阻止層となる（第１の
層４ｂの電荷保持量と光導電層４ｃとの電荷保持量の合
計量に対して、第２の層４ｄに注入した電荷量は無視で
きるぐらいの量である）。そのために局在準位密度が１
×１０¹⁹個／ｃｍ³以下、好適には５×１０¹⁸個／ｃｍ
³以下がよい。

【００４０】また、この第２の層４ｄの暗導電率は１×
１０^-8〜１×１０^-12（Ω・cm) ^-1の範囲内にするの
が、静電気の保持に必要な１×１０^-12（Ω・cm) ^-1よ
り小さくして、帯電を防止し、膜面方向へのキャリアの
移動を生じせしめることができるという点で望ましい。

【００４１】この第２の層４ｄの明導電率は５０μＷ／
ｃｍ²の露光に対して１×１０^-7〜１×１０^-12（Ω・
cm) ^-1の範囲内にするのが、光導電層４ｃを透過した露
光の影響を低くできるという点で望ましい。

【００４２】第２の層４ｄの厚みは０．１〜１０μｍの
範囲内にするのが、帯電トナーからの電荷注入キャリア
数を下げ、且つ帯電トナーからの電荷注入による光導電
層４ｃへの注入を最小限の膜厚で阻止できるという点で
望ましい。

【００４３】このような第２の層４ｄには上記機能を有
する種種の材料が選ばれるが、例えばアモルファスシリ
コン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファス
シリコンナイトライド、アモルファス酸化シリコン等の
アモルファスシリコン合金系材料や、Ｓｅ系、Ａｓ₂Ｓ
ｅ₃系、ＣｄＳ系等の無機系感光体材料、またＰＶＫ、
ＴＮＦ等の有機系感光体材料がある。

【００４４】本発明者は第１の層４ｂと、光導電層４ｃ
と、第２の層４ｄとをアモルファスシリコン（以下アモ
ルファスシリコンをａ−Ｓｉと略す）の合金系材料によ
り形成すると、そのａ−ＳｉがＰ型やＮ型の極性半導体
となるので、前記注入阻止機能や帯電機能を形成しやす
いという点でよいことが判った。

【００４５】そこで、これらの各ａ−Ｓｉ層を詳述す
る。

【００４６】第１の層４ｂのａ−Ｓｉ層として所要の局
在準位密度を得るためには、水素原子の含有量が１〜８
０原子％で、周期律表第IIIＢ元素を１０００ｐｐｍ以
下で含有させるか、もしくはその元素を含有させないの
がよい。更にカーボン、窒素、酸素等を８０原子％以下
で含有させるのがよい。

【００４７】光導電層４ｃのａ−Ｓｉ層として所要の局
在準位密度を得るためには、水素原子の含有量が１〜４
０原子％で、周期律表第IIIＢ元素を１００ｐｐｍ以下
で含有させるか、もしくはその元素を含有させないのが
よい。もしくは水素原子の含有量が１〜４０原子％で、
周期律表第IIIＢ元素又は第ＶＢ族元素を１００ｐｐｍ
以下で含有させるか、もしくはその元素を含有させない
のがよい。更にカーボン、窒素、酸素等を２０原子％以
下で含有させてもよい。

【００４８】第２の層４ｃについては、スリーブ１０が
プラス電位である場合には、そのａ−Ｓｉ層として所要
の局在準位密度を得るためには、水素原子の含有量が１
〜４０原子％で、周期律表第ＶＢ元素を１０〜１０００
０ｐｐｍ以下で含有させるのがよい。更にカーボン、窒
素、酸素等を５０原子％以下で含有させるのがよい。

【００４９】他方、スリーブ１０がマイナス電位である
場合には、そのａ−Ｓｉ層として所要の局在準位密度を
得るためには、水素原子の含有量が１〜４０原子％で、
周期律表第IIIＢ元素を１０〜１００００ｐｐｍ以下で
含有させるのがよい。更にカーボン、窒素、酸素等を５
０原子％以下で含有させるのがよい。

【００５０】以上のようにａ−Ｓｉ層に適当な添加物を
入れて所要の局在準位密度を得るに際しては、それ以外
に、例えばプラズマＣＶＤ法において、各層毎に基板温
度を変化させたり、高周波電力を変化させる、などによ
り製造条件を変えることによって優位に所要の局在準位
密度を得られえる。

【００５１】また本発明は、上記構成以外に次のように
変更してもよい。

【００５２】例えば上記の動作説明においては、現像バ
イアス電圧に正の電圧を用いた場合を述べたが、負の電
圧を用いた場合も、電荷の極性が上記説明と逆になるの
みで、全く同様の原理で画像形成が行われる。

【００５３】また、露光手段にはＬＥＤヘッド５を用い
たが、ＥＬヘッドや蛍光プリントヘッド、プラズマイメ
ージバー、レーザ、液晶シャッタ、強誘電体シャッタ等
を用いてもよい。更にまたイレース用光源８にも、ＬＥ
Ｄアレイの他、ハロゲンランプや蛍光灯、ＥＬアレイ等
の光源が使用可能である。

【００５４】次に実施例を個々詳述する。

【００５５】（例１）透明な円筒状ガラス基板の外周面
に、透光性導電層４ａとしてＩＴＯ層を活性反応蒸着法
により１０００Åの厚みで形成し、次いでその上に容量
結合型グロー放電分解装置を用いて表１の成膜条件によ
り第１の層４ｂ、ａ−Ｓｉ光導電層４ｃ、第２の層４ｄ
を順次積層して、感光体Ａを作製した。また、これら各
層の局在準位密度を電子スピン共鳴（ＥＳＲ）装置によ
り測定したところ、第１の層４ｂは５×１０²⁰個／ｃｍ
³であり、ａ−Ｓｉ光導電層４ｃは１×１０¹⁷個／ｃｍ
³であり、第２の層４ｃは５×１０¹⁸個／ｃｍ³であっ
た。

【００５６】

【表１】

【００５７】この感光体Ａを図１に示すような画像形成
装置に装着し、そして、スリーブ１０と透光性導電層４
ａとの間に現像バイアス電圧Ｖｓ＝＋５０Ｖの電圧を印
加して、波長６６０ｎｍ、露光量０．５μＪ／cm²の条
件で画像露光を行い、感光体上にトナー像を形成し、そ
のトナー像を記録紙（市販普通紙）に転写し、熱定着を
行って画像を得た。

【００５８】このように画像形成を行ったところ、現像
プロセス直後に付着トナーが飛散することなく、転写プ
ロセスまで十分な強度でトナーが感光体表面に付着して
いることが判った。

【００５９】（例２）感光体Ａを作製するに当たり、表
１の成膜条件に変えて表２の成膜条件により感光体Ｂを
作製した。これら各層の局在準位密度を電子スピン共鳴
装置により測定したところ、第１の層４ｂは３×１０²⁰
個／ｃｍ³であり、ａ−Ｓｉ光導電層４ｃは８×１０¹⁷
個／ｃｍ³であり、第２の層４ｃは４×１０¹⁸個／ｃｍ
³であった。

【００６０】

【表２】

【００６１】この感光体Ｂを（例１）と同様に図１の構
成の画像形成装置に装着し、湿度８０％ＲＨの環境下で
感光体層の電界が同一となるように現像バイアス電圧を
−３５Ｖとして、他は同様の条件で画像評価を行ったと
ころ、画像濃度がＯ．Ｄ．で０．８と不十分であった。

【００６２】このように画像形成を行ったところ、感光
層の極性を逆にすることにより逆極性の現像電圧で、ト
ナーが感光体に付着することが確認された。また、高湿
度下にても不十分ながら画像が得られることが判明し
た。

【００６３】

【発明の効果】本発明の画像形成方法によれば、トナー
の感光体表面への付着力を高めることができたので、高
湿などの過激な環境下でもトナーを十分に保持でき、高
品質且つ高信頼性の画像が得られるようになった。

【００６４】また、イレース工程を不要にしても繰り返
し画像を形成することができるので、それに伴う配設部
材が必要でなくなり、その結果、ファックス、プリン
タ、デジタルコピア等の複合的機能を有する超小型装置
の実現が可能となった。。

【００６５】更に本発明の画像形成方法によれば、非露
光部にトナーを付着できたので、原稿の反射光をそのま
ま露光に利用でき、アナログ複写機が実現できる。ま
た、逆信号で走査されるのでレーザー光やＬＥＤアレー
を用いて露光することによってデジタル複写機ＬＢＰ、
ＬＥＤプリンタ、ＰＰＣファックスなどに利用できる。

【００６６】また、この画像形成方法によれば、感光体
の膜に欠陥が生じていても、その欠陥部にはトナーが付
着しないので、画像黒点やカブリの少ない高品質の画像
が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電子写真方法による画像形成装
置を示す模式図である。

【図２】本発明に係わる電子写真方法における動作原理
を示す模式図である。

【図３】本発明に係わる電子写真方法における動作原理
を示す模式図である。

【図４】本発明に係わる半導体のエネルギーバンドを示
す模式図である。

【図５】本発明に係わる電子写真方法における動作原理
を示す模式図である。

【図６】本発明に係わる半導体のエネルギーバンドを示
す模式図である。

【符号の説明】

２・・・・感光体５・・・・ＬＥＤヘッド６・・・・現像器７・・・・転写ローラ８・・・・イレース用光源４ａ・・・透光性導電層４ｂ・・・第１の層４ｃ・・・光導電層４ｄ・・・第２の層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性支持体上に透光性導電層と、局在準
位密度が１×１０¹⁹〜１×１０²²個／ｃｍ³である第１
の層と、局在準位密度が１×１０¹⁸個／ｃｍ³以下であ
る光導電層と、局在準位密度が１×１０¹⁹個／ｃｍ³以
下である第２の層とを順次積層した感光体を準備すると
ともに、該感光体の透光性導電層と現像手段との間に帯
電トナーを介して現像バイアス電圧を印加して第２の層
に一方の極性に帯電させ、上記第１の層に逆極性の電荷
を誘導せしめた状態で、上記透光性支持体側から露光手
段により露光し上記光導電層に両極性の電荷を発生せし
めるとともに、該発生した両極性の電荷のうち一方極性
の電荷をその直下の第１の層領域へ、また他方極性の電
荷をその直上の第２の層領域へ各々移動させて中和し、
上記第２の層のうち露光された領域のトナー付着力を弱
め、上記第２の層のうち非露光領域に第１の層に帯電す
る電荷によってトナーを付着させ、該付着したトナーを
記録紙に転写することによって記録紙に印画を行うこと
を特徴とする画像形成方法。