JP3020698B2

JP3020698B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3020698B2
Application number: JP03317112A
Authority: JP
Inventors: 孝夫河村; 成司秋田; 浩伊藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 2000-03-15
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JPH056061A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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
電子写真方式に用いられる画像形成装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式の画像形成装置とし
ては、コロナ放電により感光体に帯電を行なうカールソ
ン方式が広く用いられている。この方式では、ドラム状
あるいはベルト状の感光体の周囲に、コロナ帯電器、露
光手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段、除電
手段等を配置し、帯電、露光、現像、転写、定着のプロ
セスを経て、記録紙上に画像を形成するため、装置の構
成や画像形成プロセスが複雑になり、コロナ放電用には
高電圧電源が必要であり、またコロナ放電のためにオゾ
ンが発生して周囲に悪影響を与える等の問題があった。

【０００３】これらの問題に対して近時、コロナ放電を
不要とする電子写真方式が提案されている（特開昭58-4
4445号、特開昭58-153957 号、特開昭61-46961号、特開
昭62−280772号など）。

【０００４】上記提案の電子写真方式によれば、透光性
支持体上に透光性導電層と光導電層とを順次積層したド
ラム状もしくはベルト状感光体に対して、透光性支持体
側より露光器により露光するとともに現像バイアス供給
用の電源によりバイアス電圧を印加した現像器上の導電
性磁性トナーからなる磁気ブラシでもって感光体表面を
摺擦させ、これによって帯電と露光と現像とをほぼ同時
に行ない、感光体上にトナー像を形成する。そのトナー
像は、転写ローラを用いて記録紙に転写され、定着手段
により定着されて記録画像となる。一方、感光体上に残
留したトナーは、現像器で回収され、再利用される。

【０００５】また、このような電子写真方式において、
上記光導電層に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）層を用いることが提案されて
いる（特開昭63-240553 号、特開平2-106761号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、本発
明者等の実験によれば、上記提案の電子写真方式におい
ては、十分な画像濃度を有し、かつ高い画像品質を備え
た画像を得るのは困難であった。また、ａ−Ｓｉ光導電
層を備えた感光体を用いた場合においても、その層厚を
小さくして良好な画像を得ようとしても、未だ満足しえ
るような画像濃度が得られず、またバイアス電圧を高め
て画像濃度を高めようとしても、感光体の絶縁耐圧が低
いために絶縁破壊されやすく、これによって所望通りの
画像濃度が得られないという問題点があり、感光体の層
構成の改善が必要であった。

【０００７】従って本発明の目的は、叙上の問題点を解
決し、コロナ放電を不要とする電子写真方式において十
分な画像濃度と良好な画像品質を有する高信頼性かつ高
品質の画像形成装置を提供することにある。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、透光性支持体上に透光性導電層と、a-Si系キャリア
注入阻止層と、厚みが１〜１５μｍであるa-Si系光導電
層と、暗抵抗率が１０¹³Ω・ｃｍ以上であり、かつ厚み
が０．０５〜５μｍであるアモルファスシリコンカーバ
イド（以下、アモルファスシリコンカーバイドをａ−Ｓ
ｉＣと略す）から成る高抵抗層とを順次積層した感光体
と、感光体の高抵抗層側に配設した現像手段と、感光体
に現像剤による画像を形成させるべく透光性支持体側か
ら照射する光源とから成り、更に感光体と現像手段とを
双方の最近接部位にて逆方向に移動させて現像剤溜りを
設け、この現像剤溜りに対し光源により照射するように
成したことを特徴とするものである。

【０００９】本発明では、現像剤溜りを安定して再現性
良く得るために、感光体と現像剤とを逆方向に回転させ
る。感光体と現像剤を逆方向に回転させると、両者の摩
擦により現像手段と感光体との最近接部位よりも下流側
に現像剤溜りが発生する。なお下流側とは感光体から見
た下流側で、感光体が現像剤から離れて行く側を意味す
る。

【００１０】このようにして得た現像剤溜りは、現像剤
を感光体と同方向に回転させ、現像剤の周速を感光体の
周速よりも大きくする場合よりも、安定で再現性が高
い。これは周速の差を利用して現像剤を押し込むより
も、逆方向回転での摩擦等により現像剤溜りを得る方が
容易で、再現性が高いためである。

【００１１】ここで、現像手段の感光体と対向する現像
器のスリーブ表面上に制御電極を設けるとともに、制御
電極の電位を現像手段の電位と独立に設定するための電
圧印加手段を設けるのが好ましい。

【００１２】次に本発明では、得られた現像剤溜りの部
分で露光を行ない、好ましくは、現像剤溜りの上流側よ
りも下流側で露光する。このようにすると、（１）露光
前の感光体と現像剤との接触距離が大きく、均一で十分
な帯電が得られ、この結果均一で十分な濃度のトナー像
が得られ、（２）露光前の現像剤と感光体との接触距離
が大きいため、感光体表面の残留トナーおよび画像背景
部に付着するトナーを十分に回収して地かぶりを小さく
し、（３）露光後に感光体は現像剤から速やかに離れる
ため、現像剤によって感光体の露光部が再帯電されるた
めに感光体とトナーの付着力が弱まり、感光体表面に付
着したトナーが現像手段に回収されてトナー濃度が低下
するといった問題を小さくし、（４）露光後に感光体は
現像剤から速やかに離れるため、感光体表面に形成され
たトナー像と現像剤との摩擦等の機械的な力によるトナ
ー像の乱れを小さくし、（５）露光位置での現像手段と
感光体との距離が大きいため、現像手段の磁力等による
感光体表面の付着トナーの回収やトナー像の乱れを小さ
くできる。

【００１３】このように現像剤の溜りを感光体下流側に
形成し、その溜りで露光を行なうと、帯電、露光、現像
のプロセスへの以前の履歴の影響が抑制され、均一な画
像形成が行なえる。

【００１４】次に、現像器に制御電極を設ける場合、制
御電極の電位は現像器の導電性スリーブの電位とは独立
して設定できるようにする。また制御電極は露光位置の
上流側に設け、好ましくは現像器と感光体との最近接部
位に設ける。このようにすると、制御電極で感光体の表
面電位を均一に制御し、以前の履歴の影響を更に打ち消
すことができる。また制御電極の電位により、画像濃度
を制御し、地かぶりを解消することができる。これは制
御電極の電位で、感光体の帯電条件を制御できるからで
ある。

【００１５】更に本発明においては、感光体の前歴をよ
り効果的に除去するために、転写工程を経て次の画像形
成プロセスに入る前に、感光体に除電光を照射すること
が望ましい。これにより、感光体上に直前に形成された
画像が次の画像に影響を与える、いわゆる残像現象が抑
制でき、高い画像品質が得られる。この除電光は感光体
の内側および外側のどちらから照射してもよいが、画像
形成装置の小型化のためには、感光体の内側から透光性
支持体を通して照射するようにするのが望ましい。

【００１６】また、現像剤として、導電性かつ磁性のキ
ャリアと絶縁性トナーとから成る２成分系現像剤を用い
ると、感光体への良好かつ均一な帯電及び安定した現像
が可能となり、しかも、現像されたトナーが絶縁性であ
るために静電転写により高い画像濃度で安定して普通紙
等の多様な記録紙に良好な記録画像を得ることができ
る。このような現像剤を用いる場合には、現像バイアス
電圧を２５０Ｖ以下の低バイアスとするのが好ましい。
この現像バイアス電圧が高すぎると、トナーだけでな
く、キャリアまでが現像されて、所謂キャリア引き現象
が生じ、画像品質が低下する。これは特にキャリアの粒
径が小さい場合に顕著である。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。

【００１８】図１は本発明の電子写真方法による画像形
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４と光導電層５と表面層６が積層さ
れたドラム状の感光体、７は露光手段としてのＬＥＤヘ
ッド、８は現像器、９は転写ローラである。ＬＥＤヘッ
ド７と現像器８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。１０はイレース用光源としてのＬ
ＥＤアレイであり、感光体２の外側に配置してもよい。
現像器８においては、例えば８極の円柱状の磁極ローラ
１１と、その外周に亘って配設された導電性スリーブ１
２とから成り、更にトナー受１３に貯蔵された現像剤と
しての一成分または導電性且つ磁性のキャリアと絶縁性
トナーとからなる２成分系現像剤ははスリーブ１２の外
周へ配送され、磁気ブラシ１４を形成する。また、スリ
ーブ１２と透光性導電層４との間にはバイアス電源１５
が設けられ、その両者４、１５の間に感光体２の電位特
性に応じて＋或いは−の０〜３００Ｖの電圧を印加す
る。１６は感光体２の表面に形成されたトナー像、１７
は記録紙、１８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。

【００１９】かくして上記構成の画像形成装置によれ
ば、回転する感光体２の透光性支持体３側よりＬＥＤヘ
ッド７より画像露光の光を照射し、a-Si系光導電層５の
内部に正孔と電子を発生させると、現像器８側に＋のバ
イアス電圧を印加してあれば、そのバイアス電圧によっ
て電子はa-Si系光導電層５の表面側へ移動し、感光体表
面あるいは磁気ブラシ１４の末端の正電荷と打ち消し合
い、感光体２の表面に導電性トナーが付着される。そし
て、そのトナーは転写ローラ９により記録紙１７上に転
写され、次いで定着される。

【００２０】露光手段にはここではＬＥＤヘッドを用い
たが、ＥＬヘッドやレーザや液晶シャッタ等を用いたも
のでも良い。イレース用光源１０にも、ＬＥＤ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。

【００２１】また図２は上記感光体２の一部と現像手段
８により形成される現像剤溜り１９を表す説明図であ
る。

【００２２】現像剤を保持させる現像器８は、導電性の
スリーブ１２と、その内部に配置された磁極ローラ１１
とから成り、現像剤の搬送は、磁極ローラ１１を固定し
てスリーブ１２を回転してもよく、またはスリーブ１２
を固定して内部の磁極ローラ１１を回転しても良い。

【００２３】ここで現像剤を感光体２と逆方向に回転さ
せると、両者の摩擦で現像器８と感光体２の最近接部位
よりも下流側（感光体が現像剤から離れていく側）に現
像剤溜り１９が生じる。現像剤溜り１９は図の破線で区
切った部分である。即ち現像剤の本来の高さよりもはみ
出した部分が現像剤溜り１９であり、現像剤の搬送速度
や現像剤の高さ、スリーブ１２と感光体２の表面とのギ
ャップ等は、感光体２の回転速度や必要とする現像剤溜
り１９の大きさに応じて適宜設定する。

【００２４】２０は制御電極であり、この制御電極２０
はスリーブ１２上で感光体２との最近接部位に設け、絶
縁体２１でスリーブ１２と絶縁する。制御電極２０は、
感光体２や現像剤に均一な電界が加わるように、スリー
ブ１２の長さ方向に沿った帯状とする。

【００２５】現像剤には例えば導電性磁性トナーを用い
るが、これは磁気ブラシ１４および現像剤溜り１９を形
成し、必要な導電性を有すれば、１成分の現像剤でもよ
い。しかし、好適には導電性かつ磁性のキャリアと絶縁
性トナーとからなる２成分系現像剤を用いるのがよい。
この２成分系現像剤を用いると感光体への良好かつ均一
な帯電及び安定した現像が可能となり、また、現像され
たトナーが絶縁性であるために静電転写により高い画像
濃度で安定して普通紙等の多様な記録紙に良好な記録画
像を得ることができる。

【００２６】画像露光を行なう位置は、感光体２の表面
と現像スリーブ１２との最近接位置Ａではなく、感光体
２の逆方向回転で下流側に形成した現像剤溜り１９の位
置Ｂとし、好ましくは現像剤溜り１９の中でも下流側の
後半部とする。現像剤溜り１９の位置で露光を行なうこ
とにより、露光までの間に感光体２の帯電が十分に行な
われ、帯電前の感光体２の電位の履歴の影響が抑えられ
ると共に、感光体２の表面の残留トナーや画像背景部の
トナーの回収が十分に行なわれる。更に、感光体２が十
分に帯電されてから露光を行なって電荷を消失させるた
めに、現像剤と感光体２との電気的引力が強く、良好な
トナー像１６が形成される。そして、トナー像１６の形
成後は感光体２が現像剤溜り１９から速やかに離れるた
め、感光体２の表面のトナー像１６が現像剤の衝突や摩
擦等のような機械的な力により乱されることがなく、良
好な解像度のトナー像１６が得られる。

【００２７】現像剤溜り１９の位置では、感光体２の表
面と現像スリーブ１２とが最も近接する位置Ａよりも、
感光体２の表面と磁極ローラ１１の距離が大きくなる。
このため、現像剤を磁極ローラ１１の側に吸引する磁力
は弱く、感光体２の表面に形成されたトナー像１６の一
部が磁力によって現像手段の側に回収されて画像濃度が
低下したり、磁力により乱されて解像度が低下したりす
ることを防止できる。更に帯状の制御電極２０を設け、
その電位を電源２２により所定の電位に調整する。例え
ば制御電極２０を接地し、透光性導電層４と共通電位に
する。あるいはスリーブ１２の電位に対してその電位を
低くもしくは高く設定する。

【００２８】このようにスリーブ１２とは独立に電位を
印加できる制御電極２０を設けると、感光体２の表面電
位を現像剤を介して中和し、あるいは感光体２の表面の
電位を揃え、以前のプロセスでの帯電や露光の有無等に
よる感光体２の履歴の影響を打ち消すことができる。こ
の結果、繰り返し使用時、例えば１枚の画像を得るため
に感光体２を数回転させる場合等に、安定した現像状態
と記録画像とが得られる。ここで制御電極２０の電位を
調整すると、画像濃度や地かぶり等に対する最適画像形
成条件を調整して得ることができる。また、制御電極２
０の電位を高くし、スリーブ１２の電位を低くすること
により、非露光部にトナーが付着し、露光部にはトナー
が付着しない、いわゆる反転現像も可能になった。

【００２９】感光体２の表面に形成されたトナー像１６
は次いで記録紙１７に転写され、定着されて記録画像と
なり、転写されずに感光体２の表面に残った残留トナー
１８は、次の画像形成プロセスにおいて現像手段に回収
されて再利用される。

【００３０】更に、転写後の感光体２にイレース用光源
１０により除電光を照射することにより、以前のプロセ
スでの帯電や露光の有無等による感光体２の履歴の影響
をより効果的に打ち消すことができ、繰り返し使用時に
おける残像現象などの画像上の問題を抑制することが出
来る。また、感光体２の光導電層５と表面層６との界面
にトラップされたキャリアを消去し、感光体２とその表
面の残留トナーとの電気的な引力をなくして、残留トナ
ーを現像器８に回収され易くすることが出来る。

【００３１】これらの図において、感光体２はドラム状
透光性支持体３の外周面に透光性導電層４を形成し、更
にその透光性導電層４の上に光導電層５および表面層６
を積層した構成である。

【００３２】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、サファイアなどの無機質系、並びに弗素
樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレン
テレフタレート、ビニロン、エポキシ、マイラーなどの
有機樹脂系が挙げられる。

【００３３】上記透光性導電層４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
属層を用いてもよい。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、ＤＣマグ
ネトロンスパッタリング法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶ
Ｄ法、スプレー法、塗布法、浸漬法などがある。

【００３４】光導電層５には、特にａ−Ｓｉ系光導電層
を用いるのがよく、このａ−Ｓｉ系層は、例えばグロー
放電分解法、スパッタリング法、ＥＣＲ法、蒸着法など
により形成し、その形成に当たってダングリングボンド
終端用に水素（Ｈ）やハロゲン元素を１〜４０原子％含
有させる。また、この層の暗導電率や光導電率などの電
気的特性、光学的バンドギャップなどについて所望の特
性を得るために、周期律表第III ａ族元素（以下周期律
表第III ａ族元素をIII ａ族元素と略す）や第Ｖａ族元
素（以下Ｖａ族元素と略す）を含有させたり、カーボン
（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）等の元素を含有させる
とよい。中でも、アモルファスシリコンカーバイド（以
下アモルファスシリコンカーバイドをａ−ＳｉＣと略
す）を光導電層５に用いる場合には、Ｓｉ_1-XＣ_Xのｘ
値を０＜ｘ≦0.5 、好適には0.05≦ｘ≦0.45の範囲に設
定するとよく、この範囲であれば、ａ−Ｓｉ層よりも高
抵抗となり、かつ良好なキャリアの走行が確保できると
いう点で望ましい。III ａ族元素やＶａ族元素として
は、それぞれＢ元素やＰ元素が共有結合性に優れて半導
体特性を敏感に変え得る点で、その上優れた光感度が得
られるという点で望ましい。

【００３５】ａ−Ｓｉ系光導電層５の厚みは、１〜１５
μｍ、好適には３〜１０μｍにすればよい。この厚みが
１μｍ未満では画像露光の吸収が不十分となり、電位の
コントラストも不足して十分な画像濃度が得られない。
他方、１５μｍを越えると画像形成に必要な現像バイア
スに対してその光導電層の厚みが必要以上に厚くなり、
無駄が生じ、光応答性も不利になる。

【００３６】表面層６にはａ−ＳｉＣ高抵抗表面層を用
いて、その層は、ａ−Ｓｉ系光導電層と同様の薄膜形成
手段により形成する。そしてこの表面層６の暗抵抗率
は、１０¹³Ω・ｃｍ以上となるように、カーボン含有量
や不純物添加量、成膜条件を適宜設定する。ここで、こ
の表面層６の暗抵抗率が１０¹³Ω・ｃｍ以下であると、
現像剤を通してのバイアスによる電荷の注入を阻止して
帯電を確保し、また絶縁耐圧を高めることができず、更
にまた、露光により発生した光キャリアを効果的にトラ
ップして感光体の表面により多くのトナーを引き付けて
トナー像の濃度を増し、画像濃度を十分に高めることが
出来ない。

【００３７】光導電層にａ−ＳｉＣを用いた場合には、
光導電層に含まれるカーボン量に比べて表面層６のカー
ボンを多く含有させる。この表面層６におけるカーボン
量は、Ｓｉ_1-XＣ_Xのｘ値で0.3 ＜ｘ＜1.0 、好適には
0.5 ≦ｘ≦0.95の範囲がよい。また、この高抵抗表面層
６にも、電気的特性の調整用としてIII ａ族元素やＶａ
族元素を含有させてもよい。

【００３８】表面層６の厚みは0.05〜５μｍ、好適には
0.1 〜３μｍにすればよく、0.05μｍ未満の場合には、
この層６で十分な絶縁耐圧の向上や、光キャリアを効果
的にトラップしてトナー像の形成に寄与させることが出
来ず、また、繰り返し使用した場合、磨耗により寿命も
劣る。５μｍを越えた場合には精細な電荷パターンを形
成するに当たって、この層６中で電界（電気力線）が膜
面方向に広がりを生じ、これにより、解像力の低下をき
たし、十分な解像度が得られない。また、表面に残留す
る電荷が多くなって残留電位が高くなるため、画像濃度
の低下やバックのかぶり或いは繰り返し使用における画
像濃度の変化等の問題が生じる。

【００３９】本発明の画像形成装置の感光体２は、上述
した透光性導電層４とａ−Ｓｉ系光導電層５との間に更
にキャリア注入阻止層を形成してもよい。

【００４０】上記キャリア注入阻止層はａ−Ｓｉ層また
はａ−ＳｉＣ層のいずれでもよく、通常、光導電層５に
おける光キャリア発生に有効な光を吸収しないように、
その光導電層５に比べて光学的バンドギャップを大きく
する必要があり、そのために酸素また窒素などの元素を
含有させるとよい。また、キャリア注入阻止層をａ−Ｓ
ｉＣ層により形成した場合、光導電層５に比べてカーボ
ン量を多くするとよい。

【００４１】またキャリア注入阻止層には透光性導電層
４から光導電層５へのキャリアの注入を阻止するために
不純物元素を含有させる。即ち、負電荷キャリアの注入
を阻止するためにはIII ａ族元素を１〜10,000ppm 、好
適には100 〜5,000ppm含有するとよく、一方、正電荷キ
ャリアの注入を阻止するためにはＶａ族元素を5,000ppm
以下、好適には300 〜3,000ppm含有するとよい。これら
の元素は層厚方向に亘って勾配を設けてもよく、その場
合には層全体の平均含有量が上記範囲内であればよい。

【００４２】このようにキャリア注入阻止層にIII ａ族
元素を含有した場合、正極性の現像バイアスが用いら
れ、他方、Ｖａ族元素を含有した場合、負極性の現像バ
イアスが用いられる。

【００４３】III ａ族元素やＶａ族元素としては、それ
ぞれＢ元素やＰ元素が共有結合性に優れて半導体特性を
敏感に変え得る点で、その上優れた注入阻止能並びに光
感度が得られるという点で望ましい。また上記キャリア
注入阻止層の厚みは0.01〜３μｍ、好適には0.1 〜２μ
ｍの範囲内がよく、これにより、必要な絶縁耐圧が確保
し易く、またこの層での露光の不必要な吸収を抑制して
光導電層において光キャリアを有効に生成でき、しか
も、残留電位の上昇を抑制することができる。

【００４４】上記キャリア注入阻止層には酸素及び／又
は窒素の各元素合計含有量が0.01〜30原子％の範囲内で
含有させた場合、透光性導電層４からのキャリアの注入
を更に一層阻止することができるとともに、その層４に
対する密着力も一段と高めることができる。

【００４５】また、本発明者等は導電性かつ磁性のキャ
リアと絶縁性トナーとからなる２成分系現像剤を用いた
場合において、繰り返し実験を行ったところ、下記のよ
うな諸点を見出し、それを詳述する。

【００４６】先ず、この現像剤を用いて画像形成する場
合には現像バイアス電圧を２５０Ｖ以下の低バイアスと
するのがよい。現像バイアス電圧が高すぎるとトナーだ
けでなく、キャリアまでが現像され、所謂キャリア引き
現像が生じ、画像品質が低下する。これは特にキャリア
の粒径が小さい場合に顕著である。このような低バイア
ス電圧での現像には光キャリア励起特性が良好で、キャ
リア移動度が高い等の優れた光感度特性を有するａ−Ｓ
ｉ系感光体が好適である。

【００４７】就中、バインダー樹脂中に磁性体を分散し
た粒子の表面に、導電性層を形成した導電性磁性キャリ
アと、絶縁性トナーとを組合せた２成分系現像剤を用い
ると、感光体へのバイアス印加による帯電特性や画像濃
度の向上、残留トナーの効果的な回収等の特性に優れ、
極めて良好な記録画像が得られる。

【００４８】このような２成分系現像剤を用いた場合に
はキャリアにより形成される磁気ブラシにトナーが付着
している。トナーが磁性トナーの場合は主として磁力に
より、また非磁性トナーの場合には帯電によりキャリア
に付着している。

【００４９】また、導電性磁性キャリアは、体積固有抵
抗が１０⁵Ω・ｃｍ以下であることが適当であり、好適
には１０⁴Ω・ｃｍ以下、最適には１０²〜１０⁴Ω・
ｃｍである。体積固有抵抗が余り大きくなると、導電性
キャリアとしての特性が損なわれ、光背面露光記録にお
いて感光体への電荷の注入が速やかに行われず、感光体
の帯電が不十分となる。

【００５０】なお、上記キャリアの体積固有抵抗は、底
部に電極を有する内径２０ｍｍのテフロン製筒体にキャ
リアを１．５ｇ入れ、外径２０ｍｍの電極を挿入し、上
部から１ｋｇの荷重を掛けて測定した時の値である。

【００５１】更にまた、キャリアの磁力は、ある程度以
上に大きいことが必要であり、好ましくは５ｋＯｅの磁
場での最大磁化（磁束密度）が５５ｅｍｕ／ｇ以上、好
適には５５〜９０ｅｍｕ／ｇであり、最適には６０〜８
５ｅｍｕ／ｇである。また、１ｋＯｅの磁場での最大磁
化は、４０ｅｍｕ／ｇ以上が好適であり、好適には４０
〜６０ｅｍｕ／ｇであり、最適には４５〜６０ｅｍｕ／
ｇ以上である。キャリアの磁力が余り小さくなると、現
像剤の搬送性が劣化し、またキャリアがトナーとともに
現像され、いわゆるキャリア引きを生じる。

【００５２】キャリアの平均粒度は、５〜１００μｍが
好適であり、好ましくは５〜５０μｍ、より好ましくは
１０〜４０μｍである。キャリアが余り大きくなると感
光体を均一に帯電させることが困難となる。一方、余り
小さすぎると、現像スリーブ上の現像剤の搬送性が悪く
なり、また一定の電位を感光体に付与するのが難しくな
る。

【００５３】導電性磁性キャリアとしては、例えば以下
のものを用いることができる。

【００５４】（１）磁性体粉体をそのまま、あるいは表
面酸化処理、表面樹脂コーティング等の安定化処理を施
して用いる磁性粉体キャリア。

【００５５】（２）バインダー樹脂に磁性体を含有せし
めた母粒子の表面に、導電層を形成した表面導電化樹脂
キャリア。

【００５６】（３）磁性体粉体の表面に導電層を形成し
た、表面導電化粉体キャリア。

【００５７】上記磁性粉体キャリアにおける磁性体とし
ては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェラ
イト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一
種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウ
ムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、
表面が酸化処理または樹脂コート処理された鉄や合金の
粒子を用いることができる。その形状は、粒状、球状、
針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合
には、鉄等の強磁性微粒子を用いることができる。ま
た、化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガン
マ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライ
ト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒
子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含
有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有するキ
ャリアを得ることができる。

【００５８】図３は表面導電化樹脂キャリアの実施例を
示す模式図であり、磁性体粒子２５がバインダー樹脂中
に均一に分散されてなるキャリア母粒子２４の表面に、
導電性微粒子２６が固定されて導電層を形成し、キャリ
ア２３が構成されている。キャリア母粒子２４に用いら
れるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代
表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン
系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等が用いられる。

【００５９】磁性体粒子２５としては、磁性粉体キャリ
アと同様のものが用いられる。磁性体粒子２６はキャリ
ア母粒子２４中の７０〜９０重量％を占める量で添加す
ることが適当である。

【００６０】導電性微粒子２６としては、カーボンブラ
ック、酸化スズ、導電性酸化チタン（酸化チタンに導電
性材料をコーティングしたもの）、炭化ケイ素などが用
いられ、空気中の酸素による酸化によって導電性を失わ
ないものが望ましい。

【００６１】キャリア母粒子２４の表面への導電性微粒
子２６の固着は、例えばキャリア母粒子２４と導電性微
粒子２６とを均一混合し、キャリア母粒子２４の表面に
導電性微粒子２６を付着させた後、機械的・熱的な衝撃
力を与え導電性微粒子２６をキャリア母粒子２４中に打
ち込むようにして固定することにより行われる。導電性
微粒子２６は、キャリア母粒子２４中に完全に埋設され
るのではなく、その一部をキャリア母粒子２４から突き
出すようにして固定される。

【００６２】このようにキャリア２３の表面に導電性微
粒子２６を固定して導電層を形成することにより、効率
的にキャリア２３に高い導電性を付与できる。またキャ
リア母粒子２４中には導電性微粒子２６を配合する必要
がないので、それだけ多くの磁性体粒子２５をキャリア
母粒子２４中に配合でき、キャリア２３の磁力を大きく
することができる。

【００６３】図４は、表面導電化樹脂キャリアの他の実
施例を示す模式図であり、磁性体粒子２５がバインダー
樹脂中に均一に分散されてなる図３と同様のキャリア母
粒子２３の表面に、導電性薄膜２７が形成されて導電層
を形成し、キャリア２３が構成されている。

【００６４】表面導電化粉体キャリアにおいては、例え
ば以下の方法で表面導電層を形成することができる。

【００６５】（１）表面導電化樹脂キャリアと同様にし
て導電性薄膜を形成する。

【００６６】（２）磁性体粉体の表面を樹脂コーティン
グしたのち、この樹脂コーティング層に対して表面導電
化樹脂キャリアと同様にして導電性微粒子を固定する。

【００６７】また、キャリアの真密度は、磁性粉体キャ
リアの場合は使用した磁性体によって決まり、表面導電
化粉体キャリアの場合も実質的に同様である。また表面
導電化樹脂キャリアの真密度は、３．０〜４．５ｇ／ｃ
ｍ³の範囲が好適である。また、嵩密度は２．５ｇ／ｃ
ｍ³以下が好適であり、好ましくは２．０ｇ／ｃｍ³以
下、より好ましくは１．５ｇ／ｃｍ³以下である。上記
のキャリアとトナーとを混合して現像剤とする。トナー
としては通常の絶縁性トナーが用いられ、好ましくは体
積固有抵抗が１０¹⁴Ω・ｃｍ以上のものであり、好まし
くは１０¹⁵Ω・ｃｍ以上である。この値は、キャリアの
場合と同様に測定される。トナーとしては、従来と同様
の構成のものが用いられ、例えば、バインダー樹脂、着
色剤、電荷制御剤、オフセット防止剤などを配合するこ
とができる。また、磁性体を添加して磁性トナーとする
こともでき、トナーの機内飛散の防止に有効である。

【００６８】バインダー樹脂としては、スチレン・アク
リル共重合物等のポリスチレン系樹脂に代表されるビニ
ル系樹脂、ポリエステル系樹脂等が用いられる。

【００６９】着色剤としてはカーボンブラックをはじめ
各種の顔料、染料が、荷電制御剤としては第４級アンモ
ニウム化合物、ニグロシン、ニグロシン塩基、クリスタ
ルバイオレット、トリフェニルメタン化合物等が、オフ
セット防止剤、定着向上助剤としては低分子量ポリプロ
ピレン、低分子ポリエチレンあるいはその変性物等のオ
レフィンワックス、磁性体としてはマグネタイト、フェ
ライトなどが使用できる。

【００７０】また図３に示したキャリア２３と同様に、
トナー母粒子の表面に帯電性微粒子を固着せしめてトナ
ーとすることにより、トナーの帯電特性を制御すること
もできる。

【００７１】更に本発明によれば、現像剤としての体積
固有抵抗は１０⁶Ω・ｃｍ以下が好適であり、好ましく
は１０⁵Ω・ｃｍ以下、より好ましくは１０³〜１０⁵
Ω・ｃｍである。この値は、キャリアと同様にして測定
される。抵抗が大きくなりすぎると、感光体の帯電が不
十分となる。

【００７２】２成分現像剤としての電気抵抗は、トナー
とキャリアの電気抵抗、トナー濃度、トナーとキャリア
の粒度比、真密度によっても変化する。

【００７３】また表面導電化樹脂キャリアを用いた場合
の現像剤のトナー濃度（トナー／キャリア、即ちＴ／
Ｃ）は、１０重量％以上が好適であり、好ましくは２０
重量％以上、より好ましくは２０〜５０重量％である。
トナー濃度が低すぎると、本発明の画像記録方式に適用
した場合に十分な画像濃度が得られなくなる。一方、ト
ナー濃度が高すぎると、感光体の帯電が不十分となる。
なお、本発明の画像形成方法では、トナー濃度Ｔ／Ｃの
広い範囲でほぼ同様な画像濃度が得られるので、トナー
濃度の制御を実質上不要または大幅に簡略化することが
できる。

【００７４】表面導電化樹脂キャリアを用いた現像剤で
は、キャリアとトナーの平均粒径の比（キャリア）／
（トナー）を、１〜５とすることが好適であり、好まし
くは１〜３である。キャリアに比べてトナーが著しく小
さくなると、一定トナー濃度の場合にトナーによって覆
われるキャリアの表面積が増加し、感光体を十分に帯電
させることができなくなる。その結果、本発明の画像形
成方法に適用した場合に条件によっては画像濃度が低下
する場合がある。なお、トナーの平均粒径は一般に２０
μｍ以下が好ましく、より好ましくは１５μｍ以下であ
る。

【００７５】次に実施例を個々詳述する。

【００７６】（例１）透明な円筒状ガラス基板の周面に、透光性導電層として
ＩＴＯ層を活性反応蒸着法により1000Ａ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a-Si注入阻止層、a-Si光導電
層、a-SiC 表面層を順次積層して、感光体Ａを作製し
た。

【００７７】

【表１】

【００７８】この感光体Ａについて、a-SiC 表面層の暗
抵抗率を測定したところ、表１に示す通りの結果が得ら
れた。

【００７９】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１２と透光性導電層４
との間にＶｓ＝＋20Ｖの電圧を印加し、制御電極２０を
接地して（Ｖｅ＝０Ｖ）、透光性導電層４と同電位にし
ながら、波長６６０ｎｍ、露光量0.5 μＪ／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に転写し、熱定着を行って画像を得
た。なお、現像剤には、１成分導電性磁性トナー（抵抗
率１０³Ω・ｃｍ）を用い、現像剤を感光体２と逆方向
に回転させて現像剤溜り１９を形成し、その部位に露光
を行なった。

【００８０】この画像を評価したところ、光学濃度（以
下、Ｏ．Ｄ．と記す。）が1.2 の画像濃度を有し、バッ
クのかぶりのない解像度の良好な画像であった。

【００８１】（例２）（例１）の感光体作製に当たって、表１に示す各層に代
えて表２に示す成膜条件によりa-Si注入阻止層、a-SiC
光導電層、a-SiC 表面層を順次形成し、その他は（例
１）と同じ条件により作製して感光体Ｂを作った。

【００８２】

【表２】

【００８３】かくして得られた感光体Ｂの光導電層と表
面層のカーボン量および表面層の暗抵抗率を測定したと
ころ、表２に示す通りの結果が得られた。

【００８４】次にこの感光体Ｂを（例１) と同様に画像
形成装置に装着し、同一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に転写
し、熱定着を行って画像を得た。この画像を評価したと
ころ、Ｏ．Ｄ．が1.2 の画像濃度を有し、バックのかぶ
りのない、解像度の良好な画像であった。

【００８５】更にバイアスを＋50Ｖに上げ、露光量0.6
μＪ／ｃｍ²で行ったところ、Ｏ．Ｄ．が1.4 の良好な
画像を得、高い耐電圧と高い光感度を合わせ持つことが
確認された。

【００８６】（例３）次に本発明者等は（例１）の感光体Ａを作製するに当た
り、a-SiC 表面層を積層せず、その他は（例１）と同じ
条件により作製して感光体Ｃを作った。

【００８７】次にこの感光体Ｃを（例１) と同様に画像
形成装置に装着し、同一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に転写
し、熱定着を行って画像を得た。この画像を評価したと
ころ、Ｏ．Ｄ．が0.2 の非常に低い画像濃度しか得られ
ず、画像濃度の不十分な画像であった。

【００８８】（例４）次に本発明者らが、（例１）（例２）の感光体につい
て、Ａ４用紙１０万枚のランニングコピー試験を行なっ
たところ、試験後も画像濃度、バックのかぶり、解像力
ともに良好な画像が得られ、耐久性にも優れていること
が確かめられた。かくして、本発明の構成の画像形成装
置によれば、高い画像濃度で、良好な画質の画像が得ら
れることが確認できた。

【００８９】（例５）（例１）と（例２）の各感光体Ａ，Ｂを画像評価するに
当たって、次の導電性磁性キャリアと絶縁性トナーから
なる２成分現像剤を用いて画像評価を行った。この導電
性かつ磁性のキャリアは、以下のようにして調整した。
スチレン／アクリル酸ｎ−ブチル共重合体（共重合比８
０／２０）２５重量部とマグネタイト７５重量部とを混
練し、ジェットミルで粉砕し、分級して平均粒径２３μ
ｍのキャリア母粒子を得た。キャリア母粒子１００重量
部に対し、２重量部の導電性カーボンブラック（平均粒
径２０〜３０ｎｍ）をヘンシェルミキサーで混合し、キ
ャリア母粒子の表面に付着させた。次いで表面処理装置
（ハイブリタイザー，奈良機械製作所製）を用い、機械
的衝撃力によりカーボンブラック粒子を母粒子表面に均
一に固着させた。この導電性かつ磁性のキャリアの性状
は、体積固有抵抗が２×１０³Ω・ｃｍで、最大磁化
（５ｋＯｅで測定）が６０ｅｍｕ／ｇであった。

【００９０】スチレン／アクリル酸ｎ−ブチル共重合体
（共重合比８０／２０）７３重量部と、マグネタイト１
５重量部と、カーボンブラック５重量部と、ポリプロピ
レンワックス５重量部、荷電制御剤２重量部を混練し、
ジェットミルで粉砕し、分級して平均粒径７μｍの絶縁
性トナーを得た。上記のキャリア７０重量部と、トナ１
３０重量部を、均一混合して現像剤とした。現像剤の体
積固有抵抗は３×１０4Ω、現像剤溜まりで測定したダ
イナミックな抵抗は５×１０⁵Ωであった。

【００９１】上記各感光体を光背面記録方式の画像形成
装置に装着し、現像バイアス電圧を＋５０Ｖとし、−２
００Ｖの転写バイアス電圧を転写ローラに印加して市販
普通紙に転写し、熱定着を行って画像形成したところ、
いずれも画像濃度が１．４と高く、地かぶりがなく、解
像度が良好な画像が得られた。

【００９２】

【発明の効果】以上の通り本発明の画像形成装置によれ
ば、厚みが１〜１５μｍであるa-Si系光導電層の上に、
暗抵抗率が１０¹³Ω・ｃｍ以上であるとともに厚みが
０．０５〜５μｍであるａ−ＳｉＣ高抵抗層とを順次積
層した感光体を用いることにより耐摩耗性及び耐環境性
を高めるとともに、高い画像濃度と良好な画像品質を得
ることができた。

【００９３】更にこの画像形成装置に用いられる感光体
において、キャリア注入阻止層を形成することによっ
て、光感度や絶縁耐圧や感光体層の密着性を高めること
ができた。

【００９４】更にまた、本発明画像形成装置において
は、感光体と現像手段とを双方の最近接部位にて逆方向
に移動させて現像剤溜りを設け、この現像剤溜りに対し
光源により照射するように成したことで、露光までの間
に感光体の帯電が十分に行われ、帯電前の感光体の電位
の履歴の影響が抑えられ、残留トナーなどの回収が十分
に行われ、しかも、感光体が十分に帯電されてから露光
を行っている電荷を消失させており、そのために現像剤
と感光体との電気的引力が強くなり、その結果、良好な
トナー像が形成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる画像形成装置を示す模式図であ
る。

【図２】本発明の電子写真方法の要部構成図である。

【図３】実施例で用いた導電性かつ磁性のキャリアの構
造を表す図である。

【図４】実施例で用いた他の導電性かつ磁性のキャリア
の構造を表す図である。

【符号の説明】

２感光体７ＬＥＤヘッド８現像器９転写ローラ１０イレース用光源４透光性導電層５光導電層６表面層２３導電性かつ磁性のキャリア２５磁性体粒子２６導電性微粒子２７導電性薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤浩滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の６京セラ株式会社滋賀八日市工場内 (56)参考文献特開平１−227166（ＪＰ，Ａ) 特開平２−106761（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−17952（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/00 115 G03G 5/08 105 - 360

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、アモル
ファスシリコン系キャリア注入阻止層と、厚みが１〜１
５μｍであるアモルファスシリコン系光導電層と、暗抵
抗率が１０¹³Ω・ｃｍ以上であり、かつ厚みが０．０５
〜５μｍであるアモルファスシリコンカーバイドから成
る高抵抗層とを順次積層した感光体と、該感光体の上記
高抵抗層側に配設した現像手段と、上記感光体に現像剤
による画像を形成させるべく上記透光性支持体側から照
射する光源とから成るとともに、前記感光体と現像手段
とを双方の最近接部位にて逆方向に移動させて現像剤溜
りを設け、該現像剤溜りに対し光源により照射せしめた
ことを特徴とする画像形成装置。