JP3198363B2

JP3198363B2 - 感光体、画像形成装置、及び、感光体の製造方法

Info

Publication number: JP3198363B2
Application number: JP06643693A
Authority: JP
Inventors: 信荒木; 晃真壁
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 2001-08-13
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JPH06282090A

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、画像形成装
置、及び、感光体の製造方法に関するもので、特に、感
光体の裏面より画像露光すると同時に現像を行い、感光
体上にトナー画像を得ることを特徴とする画像形成装
置、それに用いる感光体及びその製造方法に関するもの
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
響を受けやすいので、信頼性が低いという短所がある。
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。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】図５は、本発明の適用対象となる従来の
画像形成装置の構造概要説明図で、１は感光体である。
感光体１は、透明基体１ａ，透明導電層１ｂ，感光層
（電荷発生層及び電荷輸送層）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の感光
層１ｃ側に設けられた第１の磁気ブラシ現像機（現像手
段）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。

【０００７】第１の磁気ブラシ現像機２には、感光層１
ｃ中を移動する電荷の極性（図ではプラス極性）と逆極
性の記録電圧が第１の記録電極３により印加されてお
り、この第１の磁気ブラシ現像機２に一成分または二成
分の現像剤４を充填し、マグネットローラ２ａとスリー
ブ２ｂの回転によって現像剤４を搬送する。なお、本説
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】５は画像露光手段であり、第１の磁気ブラ
シ現像機２と対向する感光体１の透明基体１ａ側に配置
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，液晶シャッタ光学系
等が使用できる。

【０００９】８は第２の磁気ブラシ現像機（回収手段）
であり、第１の磁気ブラシ現像機２の感光体１の移動方
向下流に設けられている。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、マグネットローラ
８ａとスリーブ８ｂの両方が回転自在に構成されてい
る。

【００１０】さらに、第２の磁気ブラシ現像機８には、
第１の磁気ブラシ現像機２に印加する記録電圧と逆極性
の記録電圧が第２の記録電極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に一成分または二成分の
現像剤１０を充填し、マグネットローラ８ａとスリーブ
８ｂの回転によって現像剤１０を搬送する。このような
構成の装置の画像形成原理は次の通りである

【００１１】第１，第２の磁気ブラシ現像機２，８を作
動させておいて、第１の磁気ブラシ現像機２に対向する
画像露光手段５により、矢印Ａ方向に移動する感光体１
を画像露光すると、感光層１ｃ内に電子正孔対が発生
し、この内第１の記録電極３により印加される記録電圧
と逆極性の正孔（プラス電荷）が図６ (Ａ）に示すよう
に感光層１ｃの表面近傍に移動して潜像電荷６となる。

【００１２】これにより、露光部では感光層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が形成される。この工程を第１現像ということに
する。第１現像においては、上記のように画像露光と現
像を同時に行うため、感光体内に発生したホトキャリア
は高速移動する必要があり、そのため、キャリア移動速
度の大きい感光層１ｃが必要である。

【００１３】次に、感光体１が移動すると、第２の磁気
ブラシ現像機８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。このときスリーブ８ｂには第１の磁気ブラシ現像
機２の場合と逆極性の電圧が印加される。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
現像ということにする。

【００１４】第２現像工程においては、強電界の第１現
像と異なり弱い電界が加わっているにもかかわらず潜像
電荷６は図６ (Ｂ）に示すように感光体１の透明導電層
１ｂ側へ移動し、感光体表面のトナーの付着力を弱める
ように作用する。その結果、感光体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。

【００１５】そこで、第１現像時すなわち強電界時には
高速でホトキャリアを移動させることができ、第２現像
剤すなわち弱電界時には感光体内の電荷を移動させない
若しくは移動しにくいようにする感光体構成を実現する
ため、ブロッキング層を重ねる感光体が提案されている
（特願平４−１８０６４３号、平成４年７月８日出
願）。

【００１６】具体的には、図７ (Ａ），（Ｂ），（Ｃ）
に示すように、少なくとも透明基体１ａ，透明導電層１
ｂの上に、キャリアをブロッキングするブロッキング層
１２ｃ，１３ｃ、次にホトキャリア発生と発生したキャ
リア輸送を行う感光層１２ｄ，１３ｄ、次にブロッキン
グ層１２ｃ，１３ｃの順にブロッキング層と感光層を複
数回積層した後、必要に応じ表面層１２ｅ，１３ｅを積
層した感光体１２，１３を用いる。

【００１７】ここで、ブロッキング層を水素化（あるい
はふっ素化またはふっ素化水素化）非晶質シリコンカー
バイドａ−Ｓｉ_xＣ_1-X：Ｈ（あるいはａ−Ｓｉ_xＣ
_1-X：Ｆまたはａ−Ｓｉ_xＣ_1-X：Ｆ：Ｈ）で構成し、
透明基体側のシリコンＳｉ比を高め、表面層側で炭素Ｃ
比を高めることで、ブロッキング層内で透明基体側のブ
ロッキング性が弱く、表面側のブロッキング性が強くな
るように傾斜を持たせ、弱電界の加わる第２現像時にキ
ャリアが透明基体側に移動しづらく、キャリアが多数保
持されるようにブロッキング性を高めた。

【００１８】同時に、非晶質シリコンカーバイド化合物
に代えて、非晶質シリコンナイトライド化合物ａ−Ｓｉ
_xＮ_1-x：Ｈを用いることでも上記効果は実現される。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の感光体構成では、急激に炭素（あるいは窒素）等の
濃度が変化するため、時々剥離が生じており（１０数
％）、歩留まりの低下につながっていた。

【００２０】本発明は、印字濃度の低下を防止するとと
もに感光体形成時の歩留まりを向上させることのできる
画像形成装置を提供することを目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、透明基体とその上の光透過性導電層の
上に、ブロッキング層と感光層とを組にして積層してな
る感光体であって、前記ブロッキング層は非晶質シリコ
ン化合物より成り、層の両面から連続的にシリコン濃度
が変化し、中間にシリコンの組成比が最小の位置があ
り、前記透明基体側の面から組成比最小位置までのシリ
コン濃度の変化率よりも、組成比最小位置から反対側の
面までのシリコン濃度の変化率が大であることを特徴と
する構成（第１の構成）とする。

【００２２】また、感光体を挟んで、トナー現像機と画
像露光手段とを対向配置し、露光と現像とを同時処理す
る方式の画像形成装置であって、前記感光体として、請
求項１記載の感光体を使用していることを特徴とする構
成（第２の構成）とする。また、透明基体とその上の光
透過性導電層の上に、ブロッキング層と感光体とを組に
して積層してなる感光体の製造方法であって、前記光透
過性導電層を蒸着させた透明基体を真空容器に入れ、一
定速度で回転させ、加熱する工程と、前記ブロッキング
層を生成するのに必要な材料ガスを真空容器に入れ、ガ
ス圧を一定に保つ工程と、前記真空容器内でグロー放電
を生起させ、前記材料ガスのシリコン以外の成分を増大
させながら透明基体上に非晶質シリコン化合物を所定の
膜厚まで成膜させる工程と、前記材料ガスのシリコン以
外の成分の増大時より、有意に大なる減少率でシリコン
以外の成分を減少させながら透明基体上に非晶質シリコ
ン化合物を成膜させたのち、所定の膜厚でグロー放電を
停止させる工程と、前記ブロッキング層を生成するのに
関わった材料ガスを排気する工程と、感光層を形成する
工程と、を有することを特徴とする構成（第３の構成）
とする。

【００２３】

【作用】第１現像時にはキャリアがブロッキング層を突
き抜け、第２現像時にはブロッキング層がキャリアを拘
束するため、印字濃度の大きい鮮明な印字を得ることが
できる。また、ブロッキング層のシリコンの比が、透明
基体側から徐々に小さくなった後急激に大きくなってい
るため、従来１０数％あった剥離を５％以下とすること
ができ、感光体を歩留まり良く形成することが可能とな
った。

【００２４】

【実施例】以下、図１乃至図４に関連して本発明の実施
例を説明する。

【００２５】図１は本発明が適用された画像形成装置の
側面図で、２１は矢印方向に走行するベルト状の感光体
である。その他の構成部材は従来の図５のものと同様の
もので、同符号を付している。感光体２１は、厚さ１０
０μｍのポリエチレンフタレートの透明基体２１ａ上
に、ＩＴＯ（酸化インジウム）蒸着膜の透明導電層２１
ｂを設け、さらにその上に非晶質Ｓｉ（以下ａ−Ｓｉ：
Ｈと略称）を主体とする感光層２１ｃを成膜して成る。

【００２６】感光体２１の感光層２１ｃは、薄膜，多層
化され、かつ間のブロッキング層のブロッキンク性を変
えることにより問題の解決を図っている。次に、本発明
に用いる各種感光体２１₁，２１₂，２１₃（感光体２
１の具体的構成を示すもの）の断面詳細を図２に示す。

【００２７】図２において、２０１は透明基体、２０２
は透明導電層、２０３は感光層で、感光層２０３は複数
層に分割形成され、分割された各感光層の透明基体側に
はブロッキング層２０４がそれぞれ形成されている。図
２ (Ａ）は感光層が２層に分割された例を、図２
(Ｂ），（Ｃ）は感光体が５層に分割された例を、それ
ぞれ示している。但し、図２ (Ａ），（Ｂ）の場合は表
面層２０５が形成されている。

【００２８】このような構成の感光体の成膜方法を図３
により説明する。まず、透明導電層としてＩＴＯが蒸着
された透明基体２０１を真空容器１０２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
１０２内を１０^-7Ｔｏｒｒまで排気する。次に、透明基
体２０１をモータ１０３により一定速度で回転させると
ともに、ヒータ１０４により、２００〜３００℃（望ま
しくは２５０℃）に加熱する。

【００２９】ここで、ポンプをメカニカルブースタポン
プ（ＰＭＢ）１０５とロータリーポンプ（ＲＰ）１０６
に切り換え、材料ガスをボンベ１０７₁，１０７₃等か
ら図示しない流量調整器，バルブを経て真空容器１０２
内に導入する。このガスの圧力を、図示しない排気弁を
調整し、一定（１０^-2〜数Ｔｏｒｒ）にする。この後、
ＲＦ電源１０８より放電電極１０９に高周波電力を投入
してグロー放電を生起させる。このプラズマエネルギー
により材料ガスは分解，励起され、透明基体２０１上に
ブロッキング層が成膜される。

【００３０】ブロッキング層では、Ｃ₃Ｈ₈等のガスを
流量調整器で制御することによってａ−Ｓｉ_xＣ_1-x：
ＨのＸを連続的に変化させる。このとき、図４に示すよ
うに、必要な膜厚の９割でＸを徐々に増加させ、残りの
１割で急激に低下させた。必要な膜厚に達した後、ＲＦ
電源１０８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かか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１０８より放電電極１
０９に高周波電力を投入してグロー放電を生起させ、同
様に成膜を行う。

【００３１】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、必要に応じ同様に表面層の
成膜を行い、成膜を終える。成膜を終えた後、加熱電源
を停止し、冷却を行う。また、真空容器１０２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
１０２内から感光体を取り出す。

【００３２】上記方法による各種成膜例を表１〜表６に
示す。表１〜表３は図２ (Ａ）の構成の感光層２層型の
もので、表４，表５は図２ (Ｂ）の構成の感光層５層型
（表面層有）のもので、表６は図２ (Ｃ）の感光層５層
型（表面層無）のものである。

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【００３３】また、表３のブロッキング層の材料ガスを
Ｓｉ₂Ｈ₆に代わりＳｉＦ₄を用いることでＡ−Ｓｉ_x
Ｃ_1-X：Ｆ：Ｈ膜を形成しても良い。さらに、この成膜
におけるブロッキング層の材料ガスを、Ｃ₃Ｈ₈に代え
てＣＦ₄を用いることで、ａ−Ｓｉ_xＣ_1-x：Ｆ膜を形
成しても良い。

【００３４】以上の成膜に際しては、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ときは１０^-7ｃｍ²／Ｖ・
Ｓ以下になるように設計，成膜を行った。なお、Ｓｉ源
にＳｉ₂Ｈ₆を用いたが、ＳｉＨ₄を用いても良い。

【００３５】以上のように形成される感光体２１の透明
導電層２１ｂは、図１に示すように、アースに接続さ
れ、図示しない感光体駆動系により駆動されて矢印方向
に移動する。感光体２１の感光層側には、画像露光手段
５に対向する第１の磁気ブラシ現像機２と、該第１の磁
気ブラシ現像機２より感光体２１移動方向下流側に位置
する第２の磁気ブラシ現像機８とが配置されている。

【００３６】感光体２１の感光層が表１，２，５の工程
により成膜される場合は、感光層が弱いＮ型なので、第
１の磁気ブラシ現像機２には第１の記録電極３によりマ
イナス電圧を印加する。この電圧は−１００〜６００Ｖ
が適当である。また、第２の磁気ブラシ現像機８には第
２の記録電極９によりプラス電圧を印加する。この電圧
は０〜＋１００Ｖが適当である。図１はこの場合を示し
ている。逆に、その他の表３，４，６等による成膜の場
合は、第１の磁気ブラシ現像機２にはプラス電圧を、第
２の磁気ブラシ現像機８にはマイナス電圧を印加する。

【００３７】これら第１，第２の磁気ブラシ現像機によ
り第１，第２の現像が行われるが、その詳細は従来と同
様なので説明を省略する。但し、本発明の場合は、第１
現像時にはキャリアがブロッキング層を突き抜け、第２
現像時にはブロッキング層がキャリアを拘束するため、
印字濃度の大きい鮮明な印字を得ることができる。

【００３８】また、ブロッキング層のシリコンの比が、
透明基体側から徐々に小さくなった後急激に大きくなっ
ているため、従来１０数％あった剥離を５％以下とする
ことができ、感光体を歩留まりよく形成することが可能
となった。

【００３９】このようにして感光体上に形成されたトナ
ー画像は、図示を省略したが、転写位置において転写器
により記録紙に転写され、その後定着位置において定着
器により記録紙に定着される。

【００４０】上記説明ではフィルム状の感光体の例につ
いて述べたが、ドラム状の感光体使用の場合にも同様の
効果が得られる。また、本発明は、上述のようなプリン
タ等の画像形成装置だけでなく、転写工程を設けずに感
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。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、感
光体の裏面より画像露出すると同時に感光体表面側の現
像手段による強電界でのトナー現像を行い、その後感光
体表面側の回収手段による低電界での非露光部分のトナ
ー回収を行う画像形成装置において、非晶質シリコン化
合物から形成される各ブロッキング層のシリコンの比
を、感光体の透明基体側から徐々に小さくした後急激に
大きくすることによって、印字濃度の大きい鮮明なトナ
ー画像を得るとともに、感光体を歩留まり良く作成する
（従来１０数％あった剥離が５％以下になる）ことが可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された画像形成装置の側面図であ
る。

【図２】本発明の実施例の感光体の断面詳細図で、図２
(Ａ）は感光層２層のものを示し、図２ (Ｂ），（Ｃ）
は感光層５層のものを示している。

【図３】本発明の実施例の成膜装置の構造説明図であ
る。

【図４】本発明の実施例のブロッキング層内の濃度変化
を示すグラフである。

【図５】従来の画像形成装置の構造概要説明図である。

【図６】従来の感光体内のホトキャリアの挙動説明図
で、図６ (Ａ）は第１現像の場合を示し、図６ (Ｂ）は
第２現像の場合を示している。

【図７】従来のブロッキング層を備えた感光体の断面詳
細図で、図７ (Ａ）は感光層２層のものを示し、図７
(Ｂ），（Ｃ）は感光層５層のものを示している。

【符号の説明】

２第１の磁気ブラシ現像機（現像手段）５画像露光手段８第２の磁気ブラシ現像機（回収手段）２１，２１₁，２１₂，２１₃ 感光体２１ａ，２０１透明基体２１ｂ，２０２透明導電層２１ｃ，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５−2296（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−169165（ＪＰ，Ａ) 特開平３−223871（ＪＰ，Ａ) 特開平５−40381（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−62658（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−200245（ＪＰ，Ａ) 特開平４−110950（ＪＰ，Ａ) 特開平２−106761（ＪＰ，Ａ) 特開平５−27562（ＪＰ，Ａ) 特開平３−223870（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−62657（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 5/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基体とその上の光透過性導電層の上
に、ブロッキング層と感光層とを組にして積層してなる
感光体であって、前記ブロッキング層は非晶質シリコン化合物より成り、
層の両面から連続的にシリコン濃度が変化し、中間にシ
リコンの組成比が最小の位置があり、前記透明基体側の面から組成比最小位置までのシリコン
濃度の変化率よりも、組成比最小位置から反対側の面ま
でのシリコン濃度の変化率が大であることを特徴とする
感光体。
【請求項２】感光体を挟んで、トナー現像機と画像露
光手段とを対向配置し、露光と現像とを同時処理する方
式の画像形成装置であって、前記感光体として、請求項１記載の感光体を使用してい
ることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】透明基体とその上の光透過性導電層の上
に、ブロッキング層と感光体とを組にして積層してなる
感光体の製造方法であって、前記光透過性導電層を蒸着させた透明基体を真空容器に
入れ、一定速度で回転させ、加熱する工程と、前記ブロッキング層を生成するのに必要な材料ガスを真
空容器に入れ、ガス圧を一定に保つ工程と、前記真空容器内でグロー放電を生起させ、前記材料ガス
のシリコン以外の成分を増大させながら透明基体上に非
晶質シリコン化合物を所定の膜厚まで成膜させる工程
と、前記材料ガスのシリコン以外の成分の増大時より、有意
に大なる減少率でシリコン以外の成分を減少させながら
透明基体上に非晶質シリコン化合物を成膜させたのち、
所定の膜厚でグロー放電を停止させる工程と、前記ブロッキング層を生成するのに関わった材料ガスを
排気する工程と、感光層を形成する工程と、を有することを特徴とする感光体の製造方法。