JP3157891B2

JP3157891B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3157891B2
Application number: JP1673992A
Authority: JP
Inventors: 孝夫河村; 浩伊藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 2001-04-16
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JPH05210276A

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
電子写真方式の画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現行の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、これらの配置構成のもとで、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となり、
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
を与える等の問題点があった。

【０００３】これらの問題点に対して近時、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
-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の基本的構成は、
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。そして、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、上記のように導電性現像剤で感光体
表面を慴擦することで、感光体に電荷注入を行い、その
注入電荷が感光体の表面で阻止され、或いはトラップに
捕獲されて帯電が行われるが、感光体が現像剤の電位と
ほぼ同電位に帯電されると、感光体と現像剤との間には
電気的な引力が生じなくなるため、現像剤は感光体の表
面に付着しなくなり、磁力により現像器に回収される。
ここで、透光性支持体側から露光を行なうと、光導電層
中に発生した光キャリアによって感光体の帯電電位が下
がり、現像剤と感光体との電気的な引力が生じるため、
現像剤は感光体表面に付着して、現像剤による画像形成
ができる。

【０００６】しかも、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）層を用いることも提案さ
れている（特開昭63-240553 号、特開平2-106761号、特
開平3-85545 号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】例えば、上記提案の
なかで特開平3-85545 号においては、各層がa-Siからな
る阻止層と光導電層と表面層との積層構造にするととも
に、その表面層に注入電荷をトラップさせる元素を添加
し、これによってトナーより注入された電荷を確実にト
ラップでき、且つ感光体の光導電特性も良好にできたこ
とが提案されている。

【０００８】しかしながら、このような構成の感光体に
よれば、表面層に形成されたトラップ準位により、その
層における逆極性の電荷の移動を著しく妨げることにな
り、しかも、画像形成後に残留したキャリアや熱励起さ
れたフリーキャリア等を長い寿命で捕捉し、その結果、
感光体の帯電電位の光応答性が低下したり、或いは連続
して画像形成を行った場合にメモリーや残像、ゴースト
と言われる現象が発生し易くなることが判明した。

【０００９】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、
良好な光感度特性であって、残留電位が低下して、残像
が生じなくなった画像形成装置を提供することにある。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、透光性支持体上に透光性導電層、ａ−Ｓｉ系光導電
層、ａ−Ｓｉ系ｐ型半導体層及びａ−Ｓｉ系ｎ型半導体
層を順次積層した感光体と、この感光体の半導体側に配
設した現像手段と、透光性支持体側から画像露光光を照
射する光源とから成り、且つ上記感光体に現像剤による
画像を形成させるべく現像手段に対して正の電圧を印加
しながら上記光源より画像露光光を照射するとともに、
上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、この現像剤溜りに対し
光源により照射せしめるように成したことを特徴とす
る。

【００１１】また、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、ａ−Ｓｉ系光導電層、ａ−Ｓｉ
系ｎ型半導体層及びａ−Ｓｉ系ｐ型半導体層を順次積層
した感光体と、この感光体の半導体側に配設した現像手
段と、透光性支持体側から画像露光光を照射する光源と
から成り、且つ上記感光体に現像剤による画像を形成さ
せるべく現像手段に対して負の電圧を印加しながら光源
より画像露光光を照射するとともに、上記感光体と現像
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、この現像剤溜りに対し光源により照射せ
しめるように成したことを特徴とする。

【００１２】以下、本発明を詳述する。

【００１３】図１は本発明の画像形成装置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と一方極性の半導体層６ａと他方極性の
半導体層６ｂ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ＬＥＤ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１２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例えば１成分磁性導電性ト
ナーあるいは導電性磁性キャリアと絶縁性トナーとから
なる２成分現像剤はスリーブ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、１２の間に感光体２の電位特性に応じて＋或い
は−の１０〜３００Ｖ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。

【００１４】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、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
を印加した場合に、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、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。

【００１５】上記露光手段としてはＬＥＤヘッドを用い
たが、その他にＥＬヘッドやレーザ、また蛍光体ドット
アレイヘッド、プラズマイメージバー、液晶シャッタ等
を用いてもよい。イレース用光源１０についても、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。

【００１６】また図２は上記感光体２の一部と現像器８
により形成される現像剤溜り１９を表す説明図である。

【００１７】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。

【００１８】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行く側）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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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と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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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と半導体層６ａ、６
ｂ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１８との電気的な引力をなく
して、残留トナー１８を現像器８に回収され易くするこ
とが出来る。

【００２６】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および半導体層
６ａ、６ｂを積層した構成である。

【００２７】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。

【００２８】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。光導電
層５には、特にａ−Ｓｉ系の材料を用いるのがよく、こ
のａ−Ｓｉ系の層は、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、
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等の元素、またはＰ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂ
等の元素があるが、就中、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。

【００２９】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。

【００３０】更に、ａ−Ｓｉ系光導電層５を、光キャリ
ア発生の機能を高めた層領域と、キャリア輸送の機能を
持たせた層領域とを積層したものとすると、光感度と耐
電圧等を共に高めることが出来る。

【００３１】この際、光励起層領域は、光キャリアの生
成を高めるため、成膜時の条件において、１・・・低成
膜速度で成膜する、２・・・Ｈ₂やＨｅでの希釈率を高
める、３・・・ドープする元素を輸送層よりも多く含有
させる等するとよい。

【００３２】また、キャリア輸送層領域は、主に感光体
の耐圧を高めると共に励起層から注入されたキャリアを
感光体表面へスムーズに走行させる役割をもつが、この
層においても光励起層を透過してきた光によりキャリア
生成が行われ、感光体の光感度に寄与する。

【００３３】各半導体層６ａ、６ｂについても、光導電
層５と同様にａ−Ｓｉ系の材料により形成すればよい。
その場合、ｐ型半導体の層を形成するには、Ｂ、Ａｌ、
Ｇａ、Ｉｎ等のIII ａ族元素を含有させればよく、また
ｎ型半導体の層を形成するには、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂ等
のＶａ族元素を含有させればよく、いずれも１〜１０，
０００ｐｐｍ含有させればよい。

【００３４】かくして請求項１に記載した発明によれ
ば、半導体層６ａをｐ型半導体により形成し、半導体層
６ｂをｎ型半導体により形成しており、これによってト
ラップ準位が形成されにくくなり、逆極性の電荷の移動
を円滑にでき、しかも、画像形成後に残留したキャリア
や熱励起されたフリーキャリア等を捕捉しなくなり、そ
の結果、感光体の帯電電位の光応答性が向上したり、或
いは連続して画像形成を行った場合にメモリーや残像、
ゴーストと言われる現象が発生しなくなった。

【００３５】また、請求項２に記載した発明について
も、半導体層６ａをｎ型半導体により形成し、半導体層
６ｂをｐ型半導体により形成しており、これによって同
様に逆極性の電荷の移動を円滑にでき、しかも、画像形
成後に残留したキャリアや熱励起されたフリーキャリア
等を捕捉しなくなり、その結果、感光体の帯電電位の光
応答性が向上したり、或いは連続して画像形成を行った
場合にメモリーや残像、ゴーストと言われる現象が発生
しなくなった。

【００３６】次に本発明によれば、下記のような具体的
層構成にしてもよい。

【００３７】先ず、上記の半導体層６ａ、６ｂの上に更
に耐環境性を高めるために表面層を形成してもよい。こ
の層には高抵抗性もしくは絶縁性のａ−ＳｉＣ、ａ−Ｓ
ｉＯ、ａ−ＳｉＮ、ａ−ＳｉＯＮ、ａ−ＳｉＣＯＮ等の
ａ−Ｓｉ系の層や、ポリエチレンテレフタレートやパリ
レン、ポリ４フッ化エチレン、ポリイミド、ポリフッ化
エチレンプロピレン等の有機系の層等を用いるとよい。

【００３８】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のカーボ
ンを多く含有させる。この表面層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。

【００３９】表面層の厚みは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、この表面層中で電界（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。

【００４０】更に本発明においては、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。

【００４１】上記キャリア注入阻止層は例えば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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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 〜３μ
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。

【００４５】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。

【００４６】絶縁性の注入阻止層を用いる場合には、絶
縁性のａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＮ、ａ−Ｓｉ
ＯＮ、ａ−ＳｉＣＯＮ等のａ−Ｓｉ系絶縁層や、ポリエ
チレンテレフタレートやパリレン、ポリ４フッ化エチレ
ン、ポリイミド、ポリフッ化エチレンプロピレン等の有
機絶縁層等を用いるとよい。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】このような２成分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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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、好適には４０〜６０
ｅｍｕ／ｇ、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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】（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。

【００５７】（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。

【００５８】（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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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２５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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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２３中には導電層微粒子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。

【００６５】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２４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。

【００６６】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。

【００６７】（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。

【００６８】（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。

【００６９】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。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、より好ましく
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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】

【実施例】次に本発明の実施例を詳述する。

【００７８】（例１）外径３０ｍｍの透明な円筒状ガラ
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注入阻止層、ａ−Ｓｉ光導電層、ｐ
型半導体層、ｎ型半導体層を順次積層して、感光体Ａを
作製した。尚、ｐ型半導体層とｎ型半導体層のＢ元素と
Ｐ元素各含有量を二次イオン質量分析計により測定した
ところ、Ｂ元素含有量は１５００ｐｐｍ、Ｐ元素各含有
量は２０００ｐｐｍであった。

【００７９】

【表１】

【００８０】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＝−５０Ｖの電圧を印加し、制御電極２０
にも同じ電圧を印加して（Ｖｅ＝＋５０Ｖ）、波長６６
０ｎｍ、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、そのトナー像を市販
普通紙に転写し、熱定着を行って画像を得た。なお、現
像剤には導電性磁性キャリアと絶縁性トナーとからなる
２成分現像剤を用い、その現像剤を感光体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。

【００８１】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
ックのかぶりのなく、３００ＤＰＩ（ドット／インチ）
の１ドット毎が明瞭に解像された解像度の良好な画像で
あり、また繰り返し使用においても残像の発生は見られ
ず、良好な画像であった。

【００８２】（例２）次に本発明者等は（例１）の感光
体Ａを作製するに当たり、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ａ−Ｓｉ注入阻止層、
ａ−Ｓｉ光導電層、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層を順次
積層して、感光体Ｂを作製した。尚、ｎ型半導体層とｐ
型半導体層とのＰ元素とＢ元素各含有量を二次イオン質
量分析計により測定したところ、Ｐ元素含有量は１７０
０ｐｐｍ、Ｂ元素各含有量は１２００ｐｐｍであった。

【００８３】

【表２】

【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、−５０Ｖの現像バイアス電圧を印加
しながら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１．３と良好であり、また繰り返し使用において
も残像の発生は見られず、良好な画像であった。

【００８５】（例３）感光体Ａを作製するに当たって、
ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを形成せず、その他を感
光体Ａと同じにして、感光体Ｃを作製した。

【００８６】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０．４と画像濃度が低く、バックのかぶりも
見られ、感光体Ａに比べて品質の劣る画像であった。

【００８７】（例４）感光体Ａを作製するに当たって、
ｎ型半導体層の上に表３の成膜条件によりａ−ＳｉＣ表
面層を積層して、感光体Ｄを作製した。

【００８８】

【表３】

【００８９】次にこの感光体Ｄ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１．４と良好であり、また１０万枚の
繰り返し使用においても残像の発生は見られず、良好な
画像であった。

【００９０】

【発明の効果】以上のように、本発明の画像形成装置に
よれば、光導電層の上にｐ型半導体層とｎ型半導体層と
の積層を更に形成することによってトラップ準位が形成
されにくくなり、逆極性の電荷の移動を円滑にでき、し
かも、画像形成後に残留したキャリアや熱励起されたフ
リーキャリア等を捕捉しなくなり、その結果、感光体の
帯電電位の光応答性が向上し、連続して画像形成を行っ
た場合にメモリーや残像、ゴーストと言われる現象が発
生しなくなった。

【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】本発明の画像形成装置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６ａ、６ｂ半導体層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 (56)参考文献特開昭58−98749（ＪＰ，Ａ) 特開平１−321440（ＪＰ，Ａ) 特開平５−6061（ＪＰ，Ａ) 特開平５−72905（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 5/08 105 G03G 15/05

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、アモルフ
ァスシリコン系光導電層、アモルファスシリコン系ｐ型
半導体層及びアモルファスシリコン系ｎ型半導体層を順
次積層した感光体と、該感光体の上記半導体側に配設し
た現像手段と、上記透光性支持体側から画像露光光を照
射する光源とから成り、且つ上記感光体に現像剤による
画像を形成させるべく上記現像手段に対して正の電圧を
印加しながら上記光源より画像露光光を照射するととも
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、この現像剤溜りに
対し光源により照射せしめるように成したことを特徴と
する画像形成装置。
【請求項２】透光性支持体上に透光性導電層、アモルフ
ァスシリコン系光導電層、アモルファスシリコン系ｎ型
半導体層及びアモルファスシリコン系ｐ型半導体層を順
次積層した感光体と、該感光体の上記半導体側に配設し
た現像手段と、上記透光性支持体側から画像露光光を照
射する光源とから成り、且つ上記感光体に現像剤による
画像を形成させるべく上記現像手段に対して負の電圧を
印加しながら上記光源より画像露光光を照射するととも
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、この現像剤溜りに
対し光源により照射せしめるように成したことを特徴と
する画像形成装置。