JP3113404B2

JP3113404B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3113404B2
Application number: JP04230340A
Authority: JP
Inventors: 孝夫河村; 浩伊藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1992-08-28
Publication date: 2000-11-27
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JPH0683147A

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（特公平2-
4900号、特公昭60-59592号、特開昭58-44445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】また上記提案の電子写真方式に用いる光導
電層は、公知のアモルファス化したＳｉやＳｅやＳｅＡ
ｓ、ＣｄＳ、ＺｎＯ、有機光半導体、有機ポリシラン等
により形成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
ような公知の光導電層を備えた感光体では、未だ十分に
満足が得られるような特性が得られないことが判明し
た。

【０００７】即ち、この電子写真方式に設けた感光体に
は、透光性支持体側からの画像露光に対してキャリアを
効果的に生成する励起特性に優れた光キャリア励起層を
有していることが良く、特に画像露光による画像形成
が、感光体と現像剤とが接触している領域で両者が離れ
る寸前で行われるために、プロセスの安定化と高速化の
ためには光感度特性の更に優れた感光体であることが望
ましい。

【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光導電層とを順次
積層して成る感光体と、その感光体の上記光導電層側に
配設した現像手段と、現像手段のスリーブと透光性導電
層の間に現像バイアス電圧を印加するための手段と、上
記感光体に現像剤による画像を形成するため上記透光性
支持体側から光を照射する露光手段とを設けた構成であ
って、上記光導電層がアモルファス化したＳｉ_1-XＣ_X
（０≦Ｘ＜０．５）層と金属薄層とを順次積層した光キ
ャリア励起層と、その光キャリア励起層上に積層したキ
ャリア輸送層とから成ることを特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。

【００１０】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。
但し、このＬＥＤアレイ１０は必ず設けなくてはならぬ
というものではない。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１２とから成り、更に導電性磁性キ
ャリアと絶縁性磁性トナーとからなる２成分現像剤がト
ナー受１３に貯蔵され、この２成分現像剤はスリーブ１
２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、１２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。
尚、露光手段にはここではＬＥＤヘッドを用いたが、レ
ーザや液晶シャッタ、ＥＬヘッド等を用いたものでもよ
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。

【００１１】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側からＬＥＤヘ
ッド７より画像露光の光を照射し、光導電層５の内部に
正孔と電子を発生させると、現像器側に＋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
光導電層５の表面側へ移動し、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。

【００１２】次に上記構成の画像形成装置の具体的内容
を更に詳述する。

【００１３】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。

【００１４】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を回転してもよい。

【００１５】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る側）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１
９の大きさに応じて適宜設定する。

【００１６】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。この制御電極２
０は本発明にとって必須不可欠のものではなく、適宜採
用される。

【００１７】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。

【００１８】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
は弱くなり、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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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
など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。

【００２２】また、感光体２の層構成は図３もしくは図
４に示す通りである。これらの図に示すように、ドラム
状透光性支持体３の上に透光性導電層４を形成し、更に
その透光性導電層４の上に光導電層５や表面層６を積層
した構成であり、更に光導電層５はアモルファス化した
Ｓｉ_1-XＣ_X（０≦Ｘ＜０．５）層（以下、ａ−Ｓｉ
_1-XＣ_Xと略記する）５ａと金属薄層５ｂとを順次積層
した光キャリア励起層５ｃと、その光キャリア励起層５
ｃ上に積層したキャリア輸送層５ｄとから成る。

【００２３】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。そして、この透光性支持体３
はドラム状、シート状、ベルト状等の任意に形状に製作
する。

【００２４】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（ＳｎＯ
₂）、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。就中、ＩＴＯ、ＳｎＯ
₂がよく、これらにより透光性導電層４を形成した場合
には良好な光透過性と導電率が得られ、光キャリア励起
層５ｃとの間に電子に対するショットキー障壁ができ、
その結果、電界印加時に光電流増倍効果をもたらし、高
い光キャリア生成効率を得られる。

【００２５】この透光性導電層４の形成法には真空蒸着
法、活性反応蒸着法、イオンプレーティング法、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ＣＶＤ法、スプレー法、塗
布法、浸漬法などがあり、その厚みは５００Å〜３μｍ
がよく、好適には７００Å〜１μｍがよく、この範囲内
であれば、良好な光透過性と導電性の両特性が得られ
る。

【００２６】次に上記ａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａと金属薄
層５ｂとを順次積層した光キャリア励起層５ｃにおいて
は、優れた耐電圧性を有し、残留電位が小さく、低バイ
アス電圧での使用が可能となり、高い光感度と優れた光
応答性を有する等の特長がある。

【００２７】本発明者等の実験によれば、この組合せの
光キャリア励起層５ｃに対して、ＩＴＯやＳｎＯ₂から
成る透光性導電層４を設けた場合には、２Ｖ以上の電圧
が印加された状態で露光すると、正負のどちらの極性に
対しても外部量子効率（ａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａに吸収
されたフォトン数に対する光キャリア数の比）が１を越
える、所謂、光電流増倍効果がおきることが判り、これ
により、光キャリア励起効率がきわめて高くなった。

【００２８】このａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａのＸ値は、０
≦Ｘ＜０．５がよく、この範囲内であれば、高い暗抵抗
率と優れた光導電性を示す良好な光キャリア励起層とな
り、これにより、高い帯電性と高い光感度、並びに低い
残留電位等の優れた電子写真特性が得られる。

【００２９】ａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａ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５ａ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、窒素
（Ｎ）、酸素（Ｏ）等の元素を含有させるとよい。

【００３０】透光性導電層４から観てａ−Ｓｉ_1-XＣ_X
層５ａ側に負の電圧を印加する負極性の現像バイアスに
対しては、キャリア輸送層５ｄに正孔を注入させるため
にｉ型からｐ型のａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａにすればよ
い。また、正極性の現像バイアスに対しては、キャリア
輸送層５ｄに電子を注入させるためにｉ型からｎ型のａ
−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａにすればよい。ｐ型ａ−Ｓｉ_1-X
Ｃ_X層５ａにはIII ａ族元素を１〜１０００ｐｐｍ、好
適には１〜５００ｐｐｍ含有させるとよく、ｎ型ａ−Ｓ
ｉ_1-XＣ_X層５ａにはＶａ族元素を１〜１０００ｐｐ
ｍ、好適には１〜５００ｐｐｍ含有させるとよい。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。

【００３１】a-Si系光導電層５の厚みは、０．１〜５μ
ｍ、好適には０．５〜５μｍにすればよく、この範囲内
であれば、良好な光キャリア生成効率、帯電性、光感度
等が得られる。

【００３２】金属薄層５ｂはＡｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、
Ｎｉ等から成り、半透明になる程度に薄く形成する。こ
の層５ｂの厚みは２００〜５０００Åがよい。この層５
ｂは抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法等の各種蒸着
法、ＲＦスパッタリング法、ＤＣスパッタリング法、マ
グネトロンスパッタリング法等の各種スパッタリング法
により形成する。この層５ｂの厚みが上記の範囲内であ
れば、一様な層になり、十分なショットキー障壁が形成
でき、しかも、画像露光に応じてａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５
ａ中での光キャリア励起で形成された電荷パターンが、
この金属薄層５ｂ内で膜面方向に拡散せず、良好な画像
解像が得られる。

【００３３】かくして上記のような透光性導電層４／ａ
−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａ／金属薄層５ｂの積層構造にした
場合には、露光波長がａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａの光学的
バンドギャップＥｇｏｐｔより少し大きなエネルギーに
なるような波長になる時に、その層５ａのバルク全体で
光キャリア励起が行われ、これにより、最も効果的に光
電流増倍がおきる。

【００３４】本発明者等はこの光電流増倍効果について
は、未だ推論の域を脱しえないが、次のように考える。
・・・ａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａとの透光性導電層４及び
金属薄層５ｂとの両界面には、電子に対するショットキ
ー障壁が存在しており、電界が印加されると両層４、５
ｂから上記ショットキー障壁を越えてａ−Ｓｉ_1-XＣ_X
層５ａ内に電子によるトンネリング電流が流れる。この
ような条件においてａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａに露光され
ると、その層５ａ内で光生成された正孔がショットキー
障壁の空乏層内に蓄積され、ショットキー障壁に電界が
集中するために両層４、５ｂとの界面の空乏層幅が狭く
なり、トンネリング電流が増加し、その結果、光励起さ
れたキャリア以上の電子がａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａに流
れて光電流増倍がおきると考える。また、この光電流増
倍現象は、ａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａにＶａ族元素を添加
し、バンドギャップ内のドナー密度（価電子帯側の局在
準位密度）が増加すると、上記空乏層内の正孔の密度が
増加して光電流増倍現象がより低電界で起きるようにな
ることからも、推測できる。

【００３５】また、この光電流増倍現象は印加する電界
の極性を変えると両層４、５ｂの界面での障壁の傾きが
逆転し、空乏層内に電子が蓄積され、両層４、５ｂから
正孔がトンネリング電流として注入されることになり、
同様の現象を示す。この場合、ａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａ
にIII ａ族元素を添加すると、光電流増倍現象がより低
電界でおきる。

【００３６】キャリア輸送層５ｄは、アモルファスシリ
コン、Ｓｅ、ＺｎＯ、ＣｄＳ、各種ＯＰＣ等から成る。
このキャリア輸送層５ｄには低分子キャリア輸送剤を含
有した有機ポリシランを用いると良好な感光体特性が得
られる。

【００３７】この有機ポリシランは、主鎖にＳｉ−Ｓｉ
σ結合をもつ高分子であり、絶縁性で且つ高いホールド
リフト移動度を有する。側鎖には有機基、特にアルキル
基、アリール基、アラルキル基等の一価炭化水素基を有
するものが好適であり、このようなポリシランには、メ
チルフェニルポリシラン、メチルプロピルポリシラン、
メチルｔ−ブチルポリシラン、ジフェニルポリシラン、
メチルトリルポリシラン、或いはこれらのコポリマー等
がある。しかも、これらのポリシランの末端は、シラノ
ール基、アルコキシ基等であってもよい。このようなポ
リシランはフィルムを形成するのに必要な分子量とし
て、５，０００〜５０，０００、好適には５，０００〜
２０，０００の重量平均分子量を有するのがよい。

【００３８】上記ポリシランに含有させる低分子キャリ
ア輸送剤としては、それ自体公知のもの例えばフェニレ
ンジアミン系化合物、オキサジアゾール系化合物、スチ
リル系化合物、ピラゾリン系化合物、ヒドラゾン系化合
物、トリフェニルアミン系化合物、インドール系化合
物、オキサゾール系化合物、イソオキサゾール系化合
物、チアゾール系化合物、チアジアゾール系化合物、イ
ミダゾール系化合物、ピラゾール系化合物、トリアゾー
ル系化合物、等の含窒素環式化合物、縮合多環式化合物
がある。

【００３９】これらの低分子キャリア輸送剤は、ポリシ
ランに対して１〜６０重量％、好適には５〜５０重量％
で含有させるとよく、１重量％未満の場合にはキャリア
輸送機能が高められず、光感度の向上や残留電位の抑制
効果がなく、６０重量％より多い場合には、キャリアの
移動度が飽和して光感度が飽和するとともに帯電能が低
下して、相対的に感度特性が劣化する。

【００４０】このキャリア輸送層６は、種々の有機溶剤
により溶液化し、それをバーコート法、浸漬法、溶融押
出法、スプレー法等の塗布法により塗布乾燥を行って形
成する。この有機溶剤には、ベンゼン、トルエン等の芳
香族系炭化水素、メチルアルコール、エチルアルコー
ル、ＩＰＡ等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジ
メチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチ
ルケトン等のケトン類、エステル類、ハロゲン類、ハロ
ゲン化炭化水素等が用いられ、それらを１種もしくは２
種以上混合して用いる。

【００４１】また、キャリア輸送層５ｄの厚みは１〜１
５μｍ、好適には３〜１０μｍの範囲がよく、この範囲
であれば、良好な帯電特性と光応答性が共に得られ、し
かも、残留電位の上昇も抑制できる。

【００４２】更にまた、この種のキャリア輸送層５ｄは
特に正孔の輸送特性に優れており、そのために負極性の
現像バイアスで使用するのが望ましいが、その他に、低
分子キャリア輸送剤として電子の輸送特性に優れた各種
のフタロシアニン系顔料やアゾ系顔料、ペリレン系顔
料、ＴＮＦ等を用いて正極性の現像バイアスにも使用で
きる。

【００４３】表面層６には高抵抗表面層、特にアモルフ
ァスシリコンカーバイド（a-SiC ）、アモルファスシリ
コンナイトライド（a-SiN ）、アモルファスシリコンオ
キサイド（a-SiO ）、アモルファスシリコンオキシカー
バイド（a-SiCO）、アモルファスシリコンオキシナイト
ライド（a-SiNO）などのアモルファスシリコン（a-Si）
系高抵抗表面層を用いるのがよい。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。

【００４４】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、摩耗により寿命も
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。

【００４５】本発明に係る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。

【００４６】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-SiC 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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】本発明によれば、上記構成の画像形成装置
において、導電性磁性キャリアと絶縁性磁性トナーとか
らなる２成分現像剤を用いることがよい。

【００５２】この２成分現像剤であれば、絶縁性磁性ト
ナーにより感光体２の上に形成されたトナー像の普通紙
への静電的な転写が容易になり、多様な記録紙に良好な
記録画像を形成できる。特にバインダー樹脂中に磁性体
を分散させ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磁性トナーとの組み合わせによる２
成分現像剤を用いると、感光体２へのバイアス印加特性
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、良好な記録画像が得られる。

【００５３】上記絶縁性磁性トナーは磁気ブラシを形成
するが、その際に現像器８の磁力によりキャリア上に保
持され、また感光体２上の残留トナーは磁気ブラシによ
る掻き取り力とともに磁力によっても回収されるので、
バックのかぶりやトナーの機内飛散が抑制され、残留ト
ナーの回収に優れた良好な現像特性が得られる。

【００５４】上記絶縁性磁性トナーの磁性粉には、希土
類ガーネット、イットリウム鉄ガーネット（Ｙ₃Fe₅O
₁₂）等の希土類鉄ガーネット、イットリウム・ガリウム
・ガーネットの単結晶又は多結晶等の希土類ガリウム・
ガーネットの少なくとも１種を用いる。これらは透明で
あり、また着色剤により任意に色を着けることができ、
カラートナーとして色の濁りの少ない鮮明な記録画像が
得られる。

【００５５】これらの磁性粉の粒径は０．０１〜２０μ
ｍが好ましく、所要によりトナーの特性に応じて適宜選
択される。

【００５６】このような２成分現像剤はキャリアにより
形成される磁気ブラシにトナーが付着しており、主とし
て磁力によりキャリアに付着している。

【００５７】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、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。尚、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。

【００５８】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、最適には６０〜８５ｅｍ
ｕ／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、より好適には４０〜
６０ｅｍｕ／ｇであり、最適には４５〜６０ｅｍｕ／ｇ
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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】（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。

【００６２】（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。

【００６３】（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。

【００６４】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。

【００６５】図５は表面導電化樹脂キャリア２３の実施
例を示す模式図であり、磁性体粒子２４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２５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２５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。

【００６６】磁性体粒子２４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２４はキャリ
ア母粒子２５中の７０〜９０重量％を占める量で添加す
ることが適当である。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。

【００６７】キャリア母粒子２５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２５と導電性微
粒子２６とを均一混合し、キャリア母粒子２５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２５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２５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２５から突き
出すようにして固定される。

【００６８】このようにキャリア２３の表面に導電性微
粒子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２５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２４をキャリア母粒
子２５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。

【００６９】図６は、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２４がバインダー樹脂
中に均一に分散されてなる図５と同様のキャリア母粒子
２５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。

【００７０】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。

【００７１】（１）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。

【００７２】（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導電性樹
脂キャリアと同様にして導電性微粒子を固定する。

【００７３】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。また導電
化樹脂キャリアの真密度は、３．０〜４．５ｇ／ｃｍ³
の範囲が好適である。嵩密度は２．５ｇ／ｃｍ³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１０¹⁵
Ω・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。

【００７４】また図５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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。
尚、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。

【００７８】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、感光体ドラムを十分に帯電
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。尚、トナーの平均粒径は一般に２０μ
ｍ以下が好ましく、より好ましくは１５μｍ以下であ
る。

【００７９】また、本発明者等は上記の特徴を有する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、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という結果を得た。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
感度特性を有する本願発明に係る感光体が好適である。

【００８０】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。

【００８１】次に実施例を個々詳述する。

【００８２】（例１）外径３０ｍｍの透明な円筒状ガラ
ス基板の外周面に、透光性導電層４としてＳｎＯ₂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ａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層５ａを積層した。

【００８３】

【表１】

【００８４】次に電子ビーム蒸着法により500 Åに厚み
のＡｕ層を蒸着し、その後に容量結合型グロー放電分解
装置を用いて表２の成膜条件によりキャリア輸送層と表
面層を順次積層して感光体Ａを作製した。

【００８５】

【表２】

【００８６】この感光体Ａを図１に示すような上記画像
形成装置に装着し、２成分現像剤を用い、また、ダイナ
ミックドライブ方式の発光波長６８５ｎｍ、解像度３０
０ＤＰＩ（ドット／インチ）のＬＥＤヘッドを配し、そ
して、スリーブ１２と透光性導電層４との間にＶｓ＝＋
７０Ｖの電圧を印加し、露光量０．７μＪ／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−３００Ｖの転写バイアス電圧を印加した
転写ローラにより市販普通紙に転写し、熱定着を行って
画像を得た。この画像を評価したところ、光学濃度（以
下、Ｏ．Ｄ．と記す）が１．４の画像濃度を有し、バッ
クのかぶりもなく、解像度も３００ＤＰＩの良好な画像
であった。

【００８７】（例２）感光体Ａを作製するに当たって、
透光性導電層４としてＳｎＯ₂層を形成する代わりに活
性反応蒸着法により1000Åの厚みのＩＴＯ層を形成し、
感光体Ｂを作製した。

【００８８】この感光体Ｂを（例１）と同様に画像形成
装置に装着し、画像評価したところ、Ｏ．Ｄ．が１．４
の画像濃度を有する画像が得られ、バックのかぶりもな
く、解像度も３００ＤＰＩの良好な画像であった。

【００８９】（例３）（例１）において、キャリア輸送
層として次の方法で作製した有機ポリシラン輸送層を形
成して、感光体Ｃを作製した。

【００９０】フェニルメチルジクロロシラン１００ｇに
金属ナトリウム０．３モルと脱水トルエン３００ｇを加
えて１２０℃に加熱して攪拌し、その後冷却して得られ
た反応液にメチルアルコールを加え、これによって出来
た沈澱物を分離し、乾燥した後に、それをトルエンに溶
かしてメチルアルコール中に滴下して沈澱させて、フェ
ニルメチルポリシランを得た。このフェニルメチルポリ
シラン１００重量部に低分子キャリア輸送剤としてポリ
シランと等しいイオン化電位をもつフェニレンジアミン
化合物（Ｎ，Ｎ，Ｎ',Ｎ'-テトラ（ｍ−リトル）−ｍ−
ジアミノベンゼン）を５０重量部を溶剤としてのベンゼ
ンに加えて攪拌混合し、この溶液を浸漬法により塗布
し、その後に１００℃で３０分間熱風乾燥して約７μｍ
の厚みのキャリア輸送層を形成し、感光体Ｃを作製し
た。

【００９１】この感光体Ｃを図１に示すような上記画像
形成装置に装着し、２成分現像剤を用い、また、ダイナ
ミックドライブ方式の発光波長６８５ｎｍ、解像度３０
０ＤＰＩ（ドット／インチ）のＬＥＤヘッドを配し、そ
して、スリーブ１２と透光性導電層４との間にＶｓ＝−
７０Ｖの電圧を印加し、露光量０．７μＪ／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＋３００Ｖの転写バイアス電圧を印加した
転写ローラにより市販普通紙に転写し、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
１．４の画像濃度を有し、バックのかぶりもなく、解像
度も３００ＤＰＩの良好な画像であった。

【００９２】（例４）感光体Ａを作製するに当たって、
Ａｕ層を設けないで他は同様に形成した感光体Ｄを作製
した。

【００９３】この感光体Ｄの画像評価を行ったところ、
画像露光強度を約４０％増加させないと感光体Ａと同程
度の画像濃度と解像度が得られなかった。

【００９４】

【発明の効果】以上の通り、本発明の画像形成装置によ
れば、それに搭載した感光体が、透光性導電層とａ−Ｓ
ｉ_1-XＣ_X層と金属薄層との積層構造から成る光キャリ
ア励起層を有するものであり、これにより、光電流増倍
効果が生じ、高いキャリア励起効率が得られ、その結
果、高感度の感光体となる。

【００９５】また、高感度の感光体を用いているので、
露光に光量の小さい光源を用いることができ、画像形成
装置の小型化、省電力化が図られ、また、プロセスの高
速化が可能となる。

【００９６】更に上記感光体のキャリア輸送層を形成す
る材料を種々選択することにより正もしくは負の現像バ
イアス極性となり、更にａ−Ｓｉ_1-XＣ_X層への不純物
の添加により一層感度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電子写真方法を示す模式図であ
る。

【図２】本発明の電子写真方法の要部構成図である。

【図３】本発明に係わる感光体の層構成を示す断面図で
ある。

【図４】本発明に係わる感光体の層構成を示す断面図で
ある。

【図５】本発明に係わる表面導電化樹脂キャリアを示す
模式図である。

【図６】本発明に係わる表面導電化樹脂キャリアを示す
模式図である。

【符号の説明】

２感光体４透光性導電層５光導電層５ａアモルファス化したＳｉ_1-XＣ_X層５ｂ金属薄層５ｃ光キャリア励起層５ｄキャリア輸送層７ＬＥＤヘッド８現像器９転写ローラ１０イレース用光源１２スリーブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−294569（ＪＰ，Ａ) 特開平２−22262（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−43653（ＪＰ，Ａ) 特開平２−230264（ＪＰ，Ａ) 特開平４−234062（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 5/08 G03G 15/05 G03G 15/24

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光導電
層とを順次積層して成る感光体と、該感光体の上記光導
電層側に配設した現像手段と、該現像手段のスリーブと
透光性導電層の間に現像バイアス電圧を印加するための
手段と、上記感光体に現像剤による画像を形成するため
上記透光性支持体側から光を照射する露光手段とを設け
た画像形成装置において、前記光導電層がアモルファス
化したＳｉ_1-XＣ_X（０≦Ｘ＜０．５）層と金属薄層と
を順次積層した光キャリア励起層と、該光キャリア励起
層上に積層したキャリア輸送層とから成ることを特徴と
する画像形成装置。