JP3096992B2 - 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、感光体の裏面より画像
露光すると同時に現像を行って感光体上にトナー像を得
る画像形成装置に関するものである。

【０００２】現在の複写機あるいは高速，高印字品位の
プリンタは、電子写真記録方式を用いたものが一般的で
ある。この方式は、感光体を記録媒体に用い、一様帯
電，画像露光，現像，転写，定着，除電，クリーニング
の工程で記録が行われる、いわゆるカールソンプロセス
である。

【０００３】カールソンプロセスでは、一様帯電，転
写，除電にコロナ放電器を用いる。コロナ放電器は、数
ｋＶの高電圧をコロナワイヤに印加する構成であるか
ら、高圧電源が必要であるとともに、湿度，粉塵等の影
響を受け易いので、信頼性が低いという欠点を有してい
る。また、コロナ放電器で発生するオゾンが臭気を発生
するとともに、近年オゾンの人体への有害性が問題とな
っている。

【０００４】さらに、カールソンプロセスでは、上記し
た７つの工程が必要であるため、装置が複雑になるとと
もに大型化する欠点がある。

【０００５】最近上記の問題点に鑑み、コロナ放電器を
不要とし装置の小型化に着目した画像形成方式が提案さ
れている。これは、具体的には、感光体を挟んでトナー
現像機と画像露光手段を対向配置し、画像露光と現像を
同時に行う方式である。本発明はその一つの方式に関す
るものである。

【０００６】

【従来の技術】この方式の従来の画像形成装置を図６に
示す。図中、１は感光体（有機感光体（ＯＰＣ））、２
は第１の磁気ブラシ現像機、５は画像露光手段、８は第
２の磁気ブラシ現像機である。

【０００７】感光体１は、透明基体１ａ，透明導電層１
ｂ，光導電層１ｃから構成され、透明導電層１ｂがアー
スに接続されている。感光体１の光導電層（感光層）１
ｃ側に設けられた第１の磁気ブラシ現像機２は、マグネ
ットローラ２ａとスリーブ２ｂから成り、該マグネット
ローラ２ａとスリーブ２ｂの両方が回転自在に構成され
ている。この第１の磁気ブラシ現像器２には、光導電層
１ｃ中を移動する電荷の特性（図ではプラス極性）と逆
極性の記録電圧が第１の電圧印加手段３により印加され
ている。また、この第１の磁気ブラシ現像機２には、一
成分または二成分の現像剤４が充填され、該現像剤４
は、マグネットローラ２ａとスリーブ２ｂの回転によっ
て搬送される。なお、本発明では磁性現像剤を使用した
磁気ブラシ現像機を用いた場合について述べたが、非磁
性現像剤を用いる装置も考えられる。

【０００８】画像露光手段５は、感光体１の透明基体１
ａ側に第１の磁気ブラシ現像機２と対向させて配置され
ている。画像露光手段５としては、ＬＥＤアレイ光学
系，レーザ光学系，ＥＬ光学系，液晶シャッター光学系
等が使用できる。

【０００９】第２のブラシ現像機８は感光体１移動方向
下流側で第１の磁気ブラシ現像機２に隣接して配置され
ている。この第２の磁気ブラシ現像機８は、第１の磁気
ブラシ現像機２と同様に、マグネットローラ８ａとスリ
ーブ８ｂから成り、該マグネットローラ８ａとスリーブ
８ｂの両方が回転自在である。さらに、第２の磁気ブラ
シ現像機８には、第１の電圧印加手段３により第１の磁
気ブラシ現像機２に印加される記録電圧と逆極性の電圧
が第２の電圧印加手段９により印加されている。この第
２の磁気ブラシ現像機８には、一成分または二成分の現
像剤１０が充填され、該現像剤１０は、マグネットロー
ラ８ａとスリーブ８ｂの回転によって搬送される。

【００１０】このような構成の画像形成装置の画像形成
原理は次の通りである。

【００１１】上記構成の装置の第１の磁気ブラシ現像機
２において、感光体１を画像露光すると光導電層１ｃ内
に電子正孔対が発生し、このうち第１の電圧印加手段３
による記録電極と逆極性の正孔（プラス電荷）が光導電
層１ｃ表面近傍に移動して潜像電荷６となる。このた
め、露光部では光導電層１ｃの静電容量が見掛け上増加
するため付着トナー量が多くなり、露光部と非露光部と
である程度コントラストのあるトナー像７ができる。こ
の工程を第１現像ということにする。

【００１２】次に、感光体１が移動して、第２の磁気ブ
ラシ現像機８によってスリーブ８ｂに逆電圧を印加（第
２の電圧印加手段９により）することによって、第１の
磁気ブラシ現像機２において付着した非露光部の余分な
トナーを静電力で回収する。この際、露光部のトナーも
僅かに回収されるが、潜像電荷６とトナー電荷の静電拘
束力によって、大部分のトナーが感光体１上に残り、ト
ナー像１１が形成される。この工程を第２現像と呼ぶこ
とにする。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図７に、記録プロセス
時における有機感光体内のホトキャリアの挙動を示す。
有機感光体１は、少なくとも、透明基体１ａ，透明導電
層１ｂ，画像露光によって電子正孔対を発生する電荷発
生層１ｄ，電荷発生層１ｄで発生した電荷を輸送する電
荷輸送層１ｅを順次積層して構成される。このような感
光体１を使用すると、第１の現像機２の部分では、図７
（Ａ）に示すように、電荷発生層１ｄ内に電子正孔対が
発生し、プラス電荷（正孔）は第１の電圧印加手段３が
形成する電界によって電荷輸送層１ｅを通り感光体１の
表面方向に移動し、これにより潜像電荷６が形成され
る。また、マイナス電荷（電子）はアースに流れ込む。

【００１４】このとき、電圧印加手段３による記録電圧
の極性を反対にし、第１の現像機２にプラス電圧を印加
してもマイナス電荷（電子）は移動しない。これは、電
荷輸送層１ｅと電荷発生層１ｄとの境界面がブロック層
となるためである。すなわち、この界面は、プラス電荷
は通過できるがマイナス電荷は通過できない。

【００１５】次に、背景部のトナーを回収する第２の現
像機８では、図７（Ｂ）に示すように、電荷輸送層１ｅ
に第２の電圧印加手段９によってトナー回収電圧が印加
されるため、ややもするとプラス電荷（潜像電荷）６は
移動する。このため、感光体１表面の潜像電荷６は、再
び感光体１の導電層１ｂ側に移動し、感光体１の表面の
トナー付着力を弱めるように作用する。その結果、感光
体１上に付着するトナー量が減り、画像の濃度が低下し
てしまう。

【００１６】本発明は、印字濃度の大きい鮮明なトナー
画像を得ることのできる画像形成装置を提供することを
目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明では、透明基体上に、光を透過する導電層
と、ホトキャリア発生，輸送を行う感光層とを少なくと
も積層して成る感光体と、該感光体の感光層側に配置さ
れ、現像剤が充填された第１の現像手段と、該第１の現
像手段に電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記感
光体の透明基体側で前記第１の現像手段と対向する位置
に設けられ、画像データに基づき画像露光を行う画像露
光手段と、前記感光体移動方向下流側で前記第１の現像
手段に隣接して配置された第２の現像手段と、該第２の
現像手段に前記第１の現像手段への印加電圧と逆極性の
電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えた画像形成
装置において、前記感光体の感光層を複数個の感光層に
分割するとともに、該分割された各感光層の下側にそれ
ぞれブロッキング層を形成して成り、前記各ブロッキン
グ層のブロッキング性の強さが、前記第１の電圧印加手
段による印加電圧ではホトキャリアが導電層及び感光層
側に移動でき、前記第１の電圧印加手段の印加電圧によ
る電界に比べ弱電界な第２の電圧印加手段による印加電
圧では感光層側に移動したホトキャリアが導電層に移動
できないように設定されたことを特徴とする構成（第１
の構成）とする。

【００１８】また、上記第１の構成の画像形成装置にお
いて、ブロッキング層が絶縁層である感光体を使用する
ことを特徴とする構成（第２の構成）とする。

【００１９】また、上記第１の構成の画像形成装置にお
いて、非晶質シリコン系材料から成るブロッキング層と
感光層を積層した感光体を使用したことを特徴とする構
成（第３の構成）とする。

【００２０】

【作用】感光体としては、第１の現像手段による第１現
像時にはホトキャリアが導電層側から表面層側に移動で
きるが、第２の現像手段による第２現像時にはブロッキ
ング層側へのホトキャリアの移動が止められるものを使
用する。具体的には、ブロッキング層は、絶縁層あるい
はＰ⁺ 層（またはＮ^-層）で、第１現像時にかかる強い
電圧下ではホトキャリアの走行を可能とするが、第２現
像時にかかる程度の弱い電圧では、ホトキャリアの導電
層側への移動を妨げる。

【００２１】これにより、第１現像では、後述する図５
（Ａ）に示すように、感光層内に発生したホトキャリア
は表面層方向に移動して潜像電荷となる。

【００２２】次に第２現像では、後述する図５（Ｂ）に
示すように、感光層には弱い電界が加わることにより、
背景部のトナーを回収する。従来の感光体では、この時
点で潜像電荷が導電層方向に移動するため画像部の付着
トナーが減る。しかし、本発明では、潜像電荷が複数の
ブロッキング層でトラップされるため、低電界では潜像
電荷が導電層まで移動できない。そのため、潜像電荷と
トナー電荷の静電的な拘束力を強く保持することができ
る。これにより、付着トナー量を多くすることができ、
現像濃度が高くなる。

【００２３】

【実施例】以下、図１乃至図５に関連して本発明の実施
例を説明する。

【００２４】図１は本例の画像形成装置の構造を示す側
面図で、図中、３１は感光体ドラム（感光体）、３２は
第１の磁気ブラシ現像機（第１の現像手段）、３５は画
像露光手段、３７は第２の磁気ブラシ現像機（第２の現
像手段）である。

【００２５】感光体ドラム３１は、図２に示すように、
厚さ５ｍｍの石英管の透明基体２０１上に、ＩＴＯ（酸
化インジウム）蒸着膜の透明導電層２０２を設け、さら
にその上に非晶質シリコン（以下ａ−Ｓｉ：Ｈと略称）
を主体とする複数の感光層２０３を設けて成る。各感光
層２０３の下側にはブロッキング層２０４が形成され、
一番上の感光層２０３上には表面層２０５が形成されて
いる。すなわち、感光体ドラム３１は、石英管の透明基
体２０１上に、透明導電層２０２，ブロッキング層２０
４，感光層２０３，ブロッキング層２０４，感光層２０
３，表面層２０５を順次成膜して構成されている。なお
図２には感光層を２層設ける例を示したが、図３に示す
ように、多数の感光層（図３では５層）２０３を設けて
も良く、この場合もブロッキング層２０４は感光層２０
３の下側に形成される。次に各種感光体の成膜方法を説
明する。

【００２６】透明導電層２０２としてＩＴＯが蒸着され
た透明基体２０１を、図４に示すように真空容器１０１
内にセットする。そして、図示しない油拡散ポンプ等に
より、真空容器１０１内を１０^-7Ｔｏｒｒまで排気す
る。次に、透明基体２０１をモータ１０２により一定速
度で回転させるとともに、ヒータ１０３により２００〜
３００℃（望ましくは２５０℃）に加熱する。ここで、
ポンプをメカニカルブースタポンプ（ＰＭＢ）１０４と
ロータリーポンプ（ＲＰ）１０５に切り替え、材料ガス
をボンベ１０６₁ ，１０６₃ 等から図示しない流量調整
器，バルブを経て真空容器１０１内に導入する。このガ
スの圧力を、図示しない排気弁により調整して一定（１
０^-2〜数Ｔｏｒｒ）にする。この後、ＲＦ電源１０７に
より放電電極１０８に高周波電力を投入してグロー放電
を生起させる。

【００２７】このプラズマエネルギにより、材料ガスは
励起，分解され、透明基体２０１上にブロッキング層２
０４が成膜される。必要な膜厚に達した後、ＲＦ電源１
０７からの高周波電力を停止し、成膜を停止する。ブロ
ッキング層の成膜に関わった材料ガスを排気した後、感
光層を成膜するのに必要なガスを導入する。ガス圧を一
定とした後、ＲＦ電源１０７より放電電極１０８に高周
波電力を投入し、グロー放電を生起させて同様に成膜を
行う。必要な膜厚が得られた後成膜を停止し、次のブロ
ッキング層の成膜に入る。これを繰り返し、最後の感光
層の成膜を終えた後、同様に表面層の成膜を行い、成膜
を終える。

【００２８】すべての成膜を終えた後、加熱電源を停止
して装置を冷却する。また、真空容器１０１内のパージ
も行い、基板温度が室温程度に下がった後、真空容器１
０１内から感光体を取り出す。

【００２９】上記手順により感光体を成膜する際の各種
条件例を表１〜表８に示す。表１〜表５は図２の構成
（ブロッキング層と感光層がそれぞれ２層）に対するも
ので、表６〜表８は図３の構成（ブロッキング層と感光
層がそれぞれ５層）に対するものである。

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【００３０】このような条件の成膜は、高電圧がかかっ
たときは１０^-5ｃｍ² ／ｖ・ｓを越えるキャリア速度
が、逆方向の低い電圧がかかった場合は１０７^-7ｃｍ²
／ｖ・ｓ以下になるように設計して行ったものである。
なお、Ｓｉ源にはＳｉ₂ Ｈ₆ を用いたが、ＳｉＨ₄ を用
いても良い。

【００３１】以上のような感光体ドラム３１の透明導電
層２０２はアースに接続され、該感光体ドラム３１は、
図示しない駆動系により駆動されて図１の矢印方向（反
時計方向）に回転する。

【００３２】第１の磁気ブラシ現像機３２は、内部のマ
グネットローラと外側のスリーブとを備え、スリーブが
回転自在に構成されている。第１の磁気ブラシ現像機３
２には、感光体ドラム３１の光導電層（感光層）の電荷
の極性と逆極性の記録電圧が第１の電圧印加手段３３に
より印加される。本実施例では、表３，４，６，８のタ
イプ（正孔を潜像電荷とするタイプ）の感光層の場合に
ついて説明する。この場合は、第１の磁気ブラシ現像機
３２に、第１の電圧印加手段３３によりマイナス電圧を
印加する。この電圧は−１００Ｖ〜−６００Ｖが適当で
ある。この第１の磁気ブラシ現像機３２には導電性キャ
リアと絶縁性トナーを混合した現像剤３４が充填されて
おり、該現像剤３４はスリーブの回転によって搬送され
る。

【００３３】画像露光手段３５は、画像信号に従って発
光するＬＥＤアレイと、ＬＥＤアレイの画像光を集光す
るセルフォックレンズアレイから構成されている。３６
はトナー像であり、まだ背景部にもトナーが付着してい
る状態である。この画像露光手段３５は、第１の磁気ブ
ラシ現像機３２と対向する位置で感光体ドラム３１内に
配置されている。

【００３４】第２の磁気ブラシ現像機３７は、感光体ド
ラム３１の移動方向下流側で第１の磁気ブラシ現像機３
２に隣接して配置されている。この第２の磁気ブラシ現
像機３７は、第１の磁気ブラシ現像機３２と同様に、マ
グネットローラとスリーブを備え、スリーブが回転自在
に構成されている。さらに、第２の磁気ブラシ現像機３
７には、第１の電圧印加手段３３と逆極性の記録電圧が
第２の電圧印加手段３８により印加されている。この電
圧は０Ｖ〜＋１００Ｖが適当である。この第２の磁気ブ
ラシ現像機３７には、第１の磁気ブラシ現像機３２に充
填したものと同様の現像剤３９が充填されており、該現
像剤３９はスリーブの回転によって搬送される。

【００３５】４０は感光体ドラム３１上に形成されたト
ナー像、４１は記録紙である。４２は転写用導電性ゴム
ローラで、電源４３によって電圧（＋２００Ｖ〜＋６０
０Ｖ）が印加されている。４４は、記録紙４１に静電転
写されたトナー像で、熱ローラ定着機４５によって記録
紙４１に定着され、半永久的な記録画像４６となる。４
７は、転写後感光体ドラム３１上に残った残留トナー像
である。４８は、残留トナー像４７の電荷及び感光層内
の静電電荷を除去する除電光電である。４９は、除電さ
れて静電拘束力を失ったトナー像である。

【００３６】次に画像記録手順を示す。感光体ドラム３
１を矢印方向に移動させ、さらに第１及び第２の磁気ブ
ラシ現像機３２，３７を回転させてそれぞれの現像剤を
矢印方向に搬送し、かつ第１及び第２の電圧印加手段３
３，３８により記録電圧を印加した状態で、画像露光手
段３５により感光体ドラム３１を画像露光する。する
と、図５に関連して前述したように、感光層では電子正
孔対が発生し、その内正孔が感光層・ブロッキング層を
感光体表面方向に移動して潜像電荷となる。このため、
露光部では感光体の静電容量が見掛け上増加して付着ト
ナー量が多くなり、露光部と非露光部である程度コント
ラストのあるトナー像３６ができる。

【００３７】次に、感光体ドラム３１が移動して、第２
の磁気ブラシ現像機３７によって、第１の磁気ブラシ現
像機３２により形成されたトナー像３６の非露光部に付
着した余分なトナーを静電力で回収する。この際、露光
部のトナーも僅かに回収される。しかし、露光部の潜像
電荷は、逆電圧が比較的低い上に、ホトキャリアの移動
がブロッキング層１０４により妨げられるため、トナー
電荷との静電拘束力が保持される。従って、大部分のト
ナーが感光体ドラム３１上に残り、現像濃度の高いトナ
ー像４０が形成される。

【００３８】次に、トナー像４０は、転写ローラ４２を
用いて記録紙４１に静電転写される。転写されたトナー
像４４は、定着器４５で記録紙４１に定着されて半永久
的な記録画像４６が得られる。

【００３９】一方、転写後感光体ドラム３１上に残った
残留トナー像４７は、除電光源４８を用いて除電され
る。除電されたトナー像４９は、磁気ブラシ現像機３
２，３７の磁力や、現像剤３４，３９のかき取り、及び
記録電圧（電圧印加手段３３，３８により印加される）
による静電力によって回収され、再使用される。次の画
像形成は、トナー像４９の回収と同時に行われる。この
ようにトナー像４９の回収と次の画像形成を同時に行う
ことは、感光体ドラム３１をはさんで画像形成手段３５
と２台の磁気ブラシ現像機３２，３７が対向する位置に
あるため、何の支障もない。

【００４０】本実施例では、非晶質Ｓｉ感光体の多層構
造を用いている。そして、感光層と感光層の間にブロッ
キング層を挟み、該ブロッキング層のブロッキング性
を、第１現像の高電界時にはホトキャリアがブロッキン
グ層を突き抜け、第２現像の低電界時にはホトキャリア
を拘束することができるように設定することによって、
印字濃度の大きい鮮明な印字が得られるようにした。ま
た、本例では、人体に有害なオゾンを発生しかつ数ｋＶ
という高電圧を必要とするコロナ放電器を一切使用せ
ず、安全性に優れている。また、カールソンプロセスに
比べ工程も少なく簡単なプロセスであるため、装置が小
型になる。

【００４１】上述の説明では、ドラム状の感光体を用い
る例について述べたが、フィルム状の感光体を用いても
上記と同様の効果が得られるのは勿論である。感光体フ
ィルムは、例えば、厚さ１００μｍのポリエチレンテレ
フタレートの透明基体上に、ＩＴＯ（酸化インジウム）
蒸着膜の透明導電層を設け、さらにドラムと同様に非晶
質Ｓｉを主成分とする成膜を行って形成される。

【００４２】また、画像記録プロセスとしても、上記実
施例では転写後感光体上に残った残留トナーを磁気ブラ
シ現像機に回収したが、残留トナーをブラシクリーナや
ブレードクリーナ等で除去する記録プロセスでも良く、
転写工程も、実施例ではローラ転写方式を用いたが、コ
ロナ転写方式を用いても上記実施例と同様の効果を得る
ことができる。現像剤としても、二成分現像剤の他に、
導電性一成分現像剤も使用可能である。

【００４３】さらに、本発明は、上記実施例のようなプ
リンタ等の画像形成装置だけでなく、転写工程を設けず
感光体上のトナー画像を直接見るディスプレイ装置に応
用しても、十分効果を得ることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、感
光体の裏面より直接露光すると同時にトナー現像を行う
画像形成方式において、印字濃度の大きい鮮明なトナー
画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の画像形成装置の構造を示す側
面図である。

【図２】図１の感光体の構成例を示す断面図である。

【図３】図１の感光体の他の構成例を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の実施例の感光体成膜装置の概要図であ
る。

【図５】本発明の実施例の感光体内のホトキャリアの挙
動説明図で、図５（Ａ）は第１現像時（高電界）のもの
を、図５（Ｂ）は第２現像時（低電界）のものをそれぞ
れ示している。

【図６】従来の画像形成装置の要部構造を示す側面図で
ある。

【図７】従来の感光体内のホトキャリアの挙動説明図
で、図７（Ａ）は第１現像時のものを、図７（Ｂ）は第
２現像時のものをそれぞれ示している。

【符号の説明】

３１ 感光体ドラム（感光体） ３２ 第１の磁気ブラシ現像機（第１の現像手段） ３３ 第１の電圧印加手段 ３４，３９ 現像剤 ３５ 画像露光手段 ３７ 第２の磁気ブラシ現像機（第２の現像手段） ３８ 第２の電圧印加手段 ２０１ 透明基体 ２０２ 透明導電層 ２０３ 感光層 ２０４ ブロッキング層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−219069（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−166355（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−184486（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/05 G03G 5/08 105 G03G 5/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基体上に、光を透過する導電層と、
   ホトキャリア発生，輸送を行う感光層とを少なくとも積
   層して成る感光体と、 該感光体の感光層側に配置され、現像剤が充填された第
   １の現像手段と、 該第１の現像手段に電圧を印加する第１の電圧印加手段
   と、 前記感光体の透明基体側で前記第１の現像手段と対向す
   る位置に設けられ、画像データに基づき画像露光を行う
   画像露光手段と、 前記感光体移動方向下流側で前記第１の現像手段に隣接
   して配置された第２の現像手段と、 該第２の現像手段に前記第１の現像手段への印加電圧と
   逆極性の電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えた
   画像形成装置において、 前記感光体の感光層を複数の感光層に分割するととも
   に、該分割された各感光層の下側にそれぞれブロッキン
   グ層を形成して成り、 前記各ブロッキング層のブロッキング性の強さが、 前記第１の電圧印加手段による印加電圧ではホトキャリ
   アが導電層及び感光層側に移動でき、前記第１の電圧印
   加手段の印加電圧による電界に比べ弱電界な前記第２の
   電圧印加手段による印加電圧では感光層側に移動したホ
   トキャリアが導電層に移動できないように設定されてい
   ることを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像形成装置において、 ブロッキング層が絶縁層である感光体を使用することを
   特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の画像形成装置において、 非晶質シリコン系材料から成るブロッキング層と感光層
   を積層した感光体を使用したことを特徴とする画像形成
   装置。