JPH01169454A - ディジタル光入力用感光体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ１発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、電子写真業界に於いて使用する新規なディジ
タル光入力用感光体。詳しくは従来全く利用されていな
かった微少粒径の光導電性微結晶を高電気絶縁性結着剤
により薄層化した感光層の特異な光８１の流れ方を応用
し、現在次第に隆盛になって来ているディジタル記録に
関する諸要求に応え得る感光体に関するものである。

（従来の技術） 歴史的に見て電子写真方法と、それに使用される感光体
は、単純な光導電体に近いものとして捕えられ、所謂カ
ールソン法の感光体を使用する原点から出発して、現在
も感光体がＳｅ系のアモルフォス状悪の感光層や、シリ
コンのアモルフォス層や、Ｓｅのアモルフォス層と類似
すべく作られたＺｎＯの結着層等が使用されて来ており
、更に近時、□特に有機半導体を使用した所謂機能分離
型の感光層を使用する迄に展開して来ている。

又一方、本発明者が提案した特、許技術を起点とする高
絶縁性フィルムと、感光層を組み合せた感光体を使用す
る一連の電子写真方法がある。しかし、何れの電子写真
方法も、その生い立ちから、アナログ的な概念に沿って
発展して来たものであり、所謂γ特性が、従来の銀塩写
真法のフィルムに近似する様に努力が傾注されて来てい
た。当然の事として、入力光量と相似する量の光電流が
流れる様に選択された材料を使用する事が原則とされて
いた。その結果が前記したアモルフォスＳｅを始めとす
る感光体となっていたものである。

（発明が解決しようとする問題点） 従って、前記した電子写真方法に用いられるアナログ概
念に基づく感光体は、そのγ特性上、近時のコンピュー
タアウトを始めとし、画像をディジタル分解して処理す
るコピーマシンに至る迄のディジタル的な動作をする電
子写真には不向きであるから、電子写真業界においては
、この分野に利用出来る感光体の提供が強く渇望されて
いる現状である。

本発明は、この現状に鑑みなされたもので、６以上のγ
を有する感光層を備えた感光体を実現して、画像をディ
ジタル処理するのに適した感光体を提供する目的を達成
するものである。

口１発明の構成 （問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明の手段は、基本的には
、光導電性の微結晶と、高電気絶縁性のバインダーの組
み合せから成り立つ感光層に関するもので、平均粒径０
．５μ以下、０．０１μ以上の光導電性微結晶を、１０
１１Ω−ｃｍ以上の体積固有抵抗を有するバインダーに
より、５μ以上３０μの厚さの薄層とした６以上のγを
有する感光層を持つ事を必須の要件とし、この感光層の
構成は第１図に示す通り、光導電性結晶１が高電気絶縁
性バインダー２の海の中に相互が独立して存在する様に
注意深く配慮されており、この光導電性微結晶１と高電
気絶縁性バインダー２とが構成する感光層Ａと電極３と
の間に、通常感光ＮＡと電極３とを密接に接続する事を
目的とした低抵抗材質層４（この低抵抗材質４は絶対必
要と言うものではなく、補助的な存在）が設けられてい
るものである。

（作　用） 本発明に関する感光体の際立った特徴は、そのγカーブ
に表れている。参考のために同等の感度を有するものと
見られる多種感光体のγカーブを第３図に示す。冒頭に
述べたディジタル光入力の可視化に適する特徴が明瞭に
見られる。この特徴の生ずるｉ構を説明する一助として
小さい光入力に対する応答を第４図に示す、図の横軸は
光入力開始からの経過時間で、縦軸は表面電位である。

このグラフに於いても本発明に係る感光体は極めて特異
な振舞いを示す。光入力が入射しても直ちには応答せず
、成る程度光入力が蓄積されて来ると急激に応答し、そ
のまま所謂レジデュアルレベル迄低下して行く。この動
作機構を追及する事は、勿論、本発明の目的ではないが
、動作機構を説明する事がそのまま本発明の詳細な説明
する事となる。第２図及び第４図に示した様な実施例に
より作られた感光体の特異な振舞いは、次のようなモデ
ルを採用することにより説明できる。第５図は感光層表
面付近の拡大図であり、第６図（ａ）は第５図を更に模
型化し、帯電した状態及びこの−部に光が入射した状態
を示している。更に第６図（ｂ）は光入射部で荷電担体
が１群となって移動して行く表面電位減衰過程を示す図
である。後記する実施例１の感光体に５００Ｖの表面電
位を与えると、１μ当たり３３Ｖと言う極めて高い電界
が印加される結果となる。

α型銅フタロシアニン微結晶の平均粒径は０．０２μ程
度である。この微粉のバインダー系内での存在形式であ
る第１次凝集は、数１０個の集合であると見られる。こ
れを０．１μ程度と仮定すると、数１０個以上の凝集で
あるから、かなり球形に近いものとして取り扱い得る。

この仮定で計算すると、バインダーの厚さは薄い所では
約４ｘｉｏ−６ｃｍと非常に薄層になる。

この場合１８μの感光層は、厚さ方向に約２３０個の凝
集体の重なりとして構成されていることになる。バイン
ダー薄層にかかる電圧は約１．９Ｖとなり、トンネル電
流が流れ始める電界より多少低い電界が加わる事になる
。一方フタロシアニンに対しては２．９　ｘ１０５Ｖ／
ｃｍの電界がかかる事になり、又非常に強電界である。

結晶に強電界を印加した場合の荷電体の振舞の特徴は、
種々の文献で明らかにされつつあるが、幾つもの現象の
複合として発現するので単純に決定出来ない。しかし何
れにしても強電界で加速された担体の高速な動きと、フ
ォノンのレベルとの絡み合いで決定される。担体が非常
に高速に加速されると、フォノンとの衝突をすり抜は更
に加速されて、遂には次の衝突の際に新しい担体を発生
する様になる。所謂アバランシェ（雪崩）現象の発生で
、前記電界強度は雪崩を起こすに十分である。前記した
様に境界をなす高絶縁性バインダー層及びバインダーと
結晶の境界面にも非常に高い電界が加わっているので、
この界面を担体が通過するのは容易である。−旦、アバ
ランシェが起こると、荷電担体が１群をなして電極側に
移動するため、怒光層下部では電界強度が時間と共に高
くなる事情も重なり、電荷群は停止する事なく電極に道
連してしまう。

勿論、光入力が感光体表面側から入射し、入射光の波長
は強い吸収波長帯内にあるので、光励起を受ける深さは
１０分の数μに過ぎないが、前記した様なメカニズムが
働いて、第２図、第４図に示した様な急峻なγを形成す
る。

以上説明したアバランシェの発生を裏付ける傍証として
、本発明の感光体に独特な現象がある。第１２図は後記
する実施例１の感光体の表面電位の暗減衰状態を示して
いる。横軸は時間であり、縦軸は表面電位を示す。同図
に於て（ａ）は長時間休止した感光体を作動させ始めた
時の暗減衰状態を示し、（ｂ）は３秒に１回の充放電を
３０分間繰り返した直後に於ける暗減衰状態を示してい
る。図に見られる様に光入力がないのに拘らず、成る時
点から急激に電位減衰が起る。これは熱的に励起された
荷電担体が蓄積され、遂にはアバランシェ状態が起る事
を示すものと理解され、結晶の格子温度の上昇が要因と
なるものと考えて良い。従って充放電を急激に繰り返す
と、同図（ｂ）の様に降伏が早くなることも理解される
。勿論連続動作に対してはある平衡状態で降伏に達する
時間は定まる。この平衡状態に於ける暗電位保持時間が
実用的に充分長ければ、感光体の実用性は妨げられない
。

従来の感光体はアナログ的な忠実度を専ら大切にして来
たなめに、その構成は滑らかな素材を原点として発展し
て来た。

現在主流として使われているアモルフオスタイプの感光
体を始め、機能分離型のＯＰＣも、更にはＣｄＳやＺｎ
Ｏのバインダータイプの感光体も、総てこの線から外れ
るものではない。

これに対して、本発明の概念は逆に滑らかでない事に着
目している。

後記する実施例１に於いて使用されたバインダーのニー
パン２０ＨＳと、Ｐ−６４５の組み合せは、元来、互い
に架橋して、完全な絶縁体を作るものである。

実測された体積固有抵抗は、１０″Ω−ｃｍであった。

この様に高い固有抵抗を持つ上、この組み合せは、フタ
ロシアニン結晶との接合界面が非常に強固なる特徴を持
っている。その理由は、２種のバインダーは互いに架橋
する逆の電気的特性を有する末端基を持っているために
、銅フタロシアニンに表面にプラスのポイントがあろう
と、マイナスのポイントがあろうと、２種のバインダー
分子の何れかが吸着するので、フタロシアニン結晶と、
バインダーの接合界面は、緻密で強固なものとなる。こ
の様な状態下では、前述したモデルに沿った動作が、−
層確実に働く様になる。

ディジタルの光入力といえども、光学的なハローが無い
訳ではない。例えば、ＬＥＤを使用する場合には、セル
フォック光学系が併用され、レーザー光を使用する場合
には、Ｆθレンズ、その他の光学系が介在する。又、感
光体と光源の相対的移動や、発光輝点の周辺光量の歪み
や、その他から来る無用な光学的拡がりはカットされて
しかるべきである。

従来、電子写真方に於て不要なハローを消去するために
は、専ら現像時に印加する電圧を変えることで目的を達
成していた。この様な方式では、潜像の持つ勢力を殺す
事になるので、画像の微細構造を表現する事は出来ず、
本質的に画質を損なうものとなっていた。

本発明の場合には、感光体上に於ける潜像形成の場面で
、ハローに当たる部分が除去されるために極めて論理的
になるばかりでなく、具体的に高いＳＮ比を持った潜像
が形成され、現像行為で必要な細部構造が表現されなく
なるような事態もなくなる。

以上説明した様に本発明の基本は、光導電性の微結晶を
高電気絶縁性バインダーで結晶相互間が独立する様にく
るみ込む事にあるので、自ずと使用される材料には制限
がある。

光導電性結晶のＮ型であるか、Ｐ型であるかは問わない
が、本発明の特性を十分に発揮させるためには、結晶の
平均粒径が０．５μ以下であることが望ましい。感光層
の厚さの中に、分布存在する界面の個数が多い程、アバ
ランシェが開始して殆ど垂直に推移する本発明固有のγ
特性が明確になるからである。勿論、結晶粒径の小さい
ことは高解像力に寄与する。

次にバインダーは、電気絶縁性の明確なものでなければ
ならない。好ましくは、１０“Ω−ｃｍ以上の高電気絶
縁性であることが推奨される。言う迄もなく、バインダ
ーが機械的な強度の面で優れていることは、特にカール
ソン法に適用する場合には、感光体の耐久性を向上させ
る要因となる。又、分散性の良好なことが、安定的なア
バランシェ発生の基礎となる。後記実施例のバインダー
が末端基の関係で良好な分散状態を呈する事は前記した
通りである。しかし、実施例が唯一の解ではない。

後記する実施例１に於いて実施された乾燥工程でのロー
ラーによる表面平滑化は、特願昭６２−３６４２０号の
様にして行われ、表面粗さが０．１Ｓ以下の平滑性に優
れた感光層を得る事ができるものである。

（実　施　例） 以下に本発明に関する感光体の実施の一例を説明する。

実施例１゜ α型銅フタロシアニン　　　　　１０６ｇｒＰ−６４５
（ポリエステル樹脂）　　２５．２ｇｒニーパン２Ｏ−
Ｉｓ（メラミン樹脂）　６．４４ｇ　ｒシクロへキサノ
ン　　　　　　　２１０ｇｒの混合物を、ボールミルに
より２４時間混和して塗液を得た。別にアルミニューム
円筒が用意され、その表面はｏ、ｉｓ程度の平滑度に加
工された後、厚さ１μにカゼインが塗工乾燥された。こ
の表面に先に用意されれな塗液が塗工された後、５０℃
の室温で６０分間風乾された。この円筒５を第１３図（
ａ）〜（ｄ）に模型的に構造を示す表面平滑化装置の鏡
面ローラ６と加圧ローラ７とが、同図（ａ）の様にに離
隔して待機する時、両ローラ６．７の間へ（ｂ）の様に
円筒５をセットし、加圧ローラ７を回転させる。すると
円筒５がこれに連れて回転し始めるから、この時、（Ｃ
）の様に鏡面ローラ６を加圧すると、鏡面は円筒５の表
面の塗液により構成される感光層Ａへ接触し、鏡面ロー
ラ６が硬質であるのに対し、加圧ローラ７が軟質のゴム
であるため、感光層Ａは加圧力を線的に均一に分布印加
されるから、この状態を適当な時間と回転数が与えられ
る間、保持し、次に鏡面ローラ６を感光層Ａから離れさ
せて、圧力を軟らかく減少させた後、加圧ローラ７の回
転を停止させて、円筒５を取り外しすことにより、平滑
化の処理を終り、次に１５０℃の雰囲気中で６０分間加
熱し、１２μの厚さの感光体を得た。

前記した装置により機械的に平滑化され、更に加熱硬化
された感光層の表面の平滑性は、ｏ、ｉｓ以下の凹凸に
仕上がり得る。この平滑化の効果は、機械的な表面強化
が先ず上げられる。表面がザラザラしていると、例えば
、クリーニングにブレードを使用した様な場合、ブレー
ドの稜線を傷付けるだけでなく、自もブレードによって
傷付けられる結果、感光体の耐久性は低下する。特に記
録器に付きまとう紙粉が関与している状態では平滑化の
機械的効果は大である。他方、平滑化は解像力の向上と
、アバランシェの部分的発生を防止するという形式でも
寄与する。しかし、これらの効果は、絶対必要な条件に
は入らない。

この感光体をカールソン法電子写真工程に適用した。コ
ロナ放電器を使用し、暗所中でプラス５００　Ｖの電位
を示す様に均一に帯電した後、明部に２μＪ／Ｃｍ２の
７８０ｍμの波長の一光が入射するように画像信号を与
えた結果、光が入力した部位では、約プラス２０Ｖに迄
電圧が低下し、光入力のない部位では、プラス５００　
Ｖが保持されており、この潜像は２秒以内の通常電子写
真粉体現像法により強く可視化された。この入射量を変
えて３μＪ　７ｃｍ　’としても結果は何等の変化を来
さず、１．５μＪ／ｃｍ’としても、又結果は何等の変
化も示さなかった。しかし、光入力を１μＪ／Ｃｍ’と
すると、信号応答は殆ど消失し、可視像は微かに判別し
得る程度まで強さが低下した。

この感光体のこの条件下での態度カーブを画いて見ると
、第２図に示す様なものであった。

前記の条件で、５００，０００回転に及ぶ繰り返し特性
が検討されたが、特性の変動は殆ど見受けられなかった
。得られた画像は極めて鮮明であり、特に点や線の周辺
の鋭さは類例を見ないものであった。

次にＮ型光導電体結晶を使用した参考例を示す。

参考例１゜ 平均粒径３μのＣｕを賦活剤とし、Ｃ１を助賦活剤とし
たＣｄｓの光導電体結晶が用意された。このＣｄｓ結晶
は１０’モルのＣｕを含み、通常の電子写真用の感光体
に於ては、最も好ましいものとして使用されている材料
である。このＣｄＳ結晶を次表に示す配合によりボール
ミルで混合塗液化した。

ＣｄＳ　　　　　　　　　　　　　　１５ｇｒＰ　−６
４５８，３ｇｒ ニーパン２Ｏ−Ｈ３２，１ｇｒ シクロへキヘサノン　　　　　　　１０ｇ　ｒこの塗液
を実施例１と全く同じ手法で塗布し、乾燥後の厚さ１５
μの感光層を持つ感光体を得た。この感光体の特性を調
べた結果は、第７図に示す如くであった。

参考例の特徴は実施例１に見られた特徴的な切り立った
γが消失し、極く普通の特性を示すものとなっている。

前記実施例と参考例の教えるところは、感光性結晶の内
部構造が単純であり、不要な結晶内でのキャリアー衝突
が発生しない時に急峻なγ特性が得られることを示して
いる。即、感光素材が所謂真性半導体に属するものであ
ることを示している。

これは先に説明したアバランシェの発生を強く裏付ける
ものである。

次に、バインダーが、変わった場合を調べた。

実施例２゜ 実施例１に於いて使用したバインダーの代りに、ポリウ
レタン樹脂を使用し、 α型銅フタロシアニン　　　　　１０．６ｇｒポリウレ
タン　　　　　　　　　３１．６ｇ　ｒシクロへキサノ
ン　　　　　　　２１０ｇｒをボールミルにより混合し
、塗液を得、実施例１と同様に風乾、ローラによる平滑
化を経て、６０℃の雰囲気内で、２４時間加熱硬化の過
程を経て、感光層の膜厚１２μの感光体を得た。この感
光体の特性は、第８図に示す通り、急峻なγ特性を示し
た。

実施例３゜ 平均粒径０．３μで９９．９９％以上 の純度を有するＳｅ微粉末　　　　３０ｇｒＳ　５　Ｂ
　　　　　　　　　　　　　　２０ｇ　ｒトルエン　　
　　　　　　　　　　３０ｇｒシクロへキサノン　　　
　　　　　３０ｇｒ前記をボールミルで６時間混合し、
塗液を得な。これを実施例１と同様に塗工し、適当に風
乾した後、表面を平滑化し、後に２５℃の雰囲気内で１
２時間乾燥して、３０μの感光層を持つ感光体を得た。

この感光体の特性も、又、第９図に示す通り急峻なγ特
性を示した。

更にバインダーの役割を明白にするなめに、バインダー
の抵抗を低めて実験を行った。

参考例２゜ α型銅フタロシアニン　　　　　１０．６ｇｒＢ　Ｌ　
−１３１，６ｇ　ｒ エタノール　　　　　　　　　　　　５０ｇｒ酢酸イソ
ブチル　　　　　　　　　５０ｇｒをボールミルにより
６時間混合し、実施例３と同様な過程を経て感光体を得
た。この感光体の特性は、第１０図に示す如きものであ
った。このバインダー単体の体積固有抵抗を計測した結
果は、ｉｏ　”Ω−ｃｍである事が確かめられた。

参考例２の示すところは、前述せる如く本発明固有の急
峻なγの発生機構に於けるバインダーの役割を端的に物
語っている。

以上の実施例及び参考例は、使用材料の範囲が実施例内
に限定されているが、当然材料は、ある範囲内で自由に
選択する事が許される。理論的に感光性微結晶は出来得
る限り単純構造である真性半導体であることが望ましい
。フタロシアニンやＳｅは、その典型である。不純物添
加により無理に自由電荷担体の寿命を延ばしたものは、
この発明の材料としては推奨されない。無機材料として
は、極く一般的に知られるＢａｄ、ＺｎＳ、ＡｇＩ。

Ｚｎ５ｅ、ＣｄＳ、ＰｂＯ，ＨｇＳ。

ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、その他、各種のものが
使用され得る。誘起感光体では、例えば、フタロシアニ
ン、フタロシアニングリーン、ローダミン、クリスタル
バイオレットの如き顔料系や、アンスラセン、アンスラ
キノン、ナフタセン等の微結晶を使用した場合に望まし
いγ特性を得ることができる。バインダーは、ポリエス
テル、アクリル、エポキシ、ウレタン、カーボネイト、
セルロース。

ポリスチレン、ビニル、その他各種のものが使用され得
る。バインダーは一般的に絶縁体と定義され得るものが
好ましく、従って１０１１Ω−ｃｍ以上の体積固有抵抗
を持つ材料が使用される。勿論、不純物や遊離基の存在
はトンネル効果、或はショットキー効果による電荷の流
れを阻害する結果となるので避けなければならない。

感光性結晶の粒径も注意を払うべき対象である。本発明
の基本が、感光性微結晶が十分均一に絶縁体で包まれて
いることにあるので、感光性結晶が巨大であると与えら
れた感光体層の厚さの中で期待する様な界面の数を与え
る事が出来ず、急峻なγを実現する事が出来ない。好ま
しくは０．５μ以下の平均粒径を持った感光性微結晶が
使われるべきである。但し、０．０１μ以下の粒径に達
すると結晶内での加速が行われず、目的は達し得なくな
る。

本発明の感光特性をγ特性で表現すれば、第１１図の如
きものであり、現像方法及び現像剤のディジタルな特性
も加わるために、γは５０以上に達する。アバランシェ
の発生が明確であればある程、γ値を大きくなることが
必要で、実用的に６以上である事が望ましい。

感光層の厚さはチャージアクセプタンスと、電界強度の
関係から６μ以上、　３０μ以下の範囲で良好な結果を
得る。

実施例はカールソン法に従って説明したが、感光層表面
に高絶縁層を設けた所謂３層構成の感光体を構成しても
、本発明の特徴は全く同様に発揮される。

ハ１発明の効果 以上詳述した通り、本発明は微細粉体真性半導体、或は
これに類似する無機、有機の感光体結晶と１０１３Ω−
ｃｍ以上の電気絶縁抵抗を有するバインダーの使用によ
り、静電潜像に於て６以上のγを有する感光体に関する
ものであり、これに相当する技術は未だ提案されていな
い。この急峻なγの実現により、ディジタル化された光
信号入力に対する安定した応答は格段高いものになる。

例えばＬＥＤアレイを例にとると現在ＬＥＤアレイは±
１５％程度の発光光量内に並列する発光素子の特性を選
択する事が要求され、高質の画像を望む場合には、±５
％の如き苛酷な要求がＬＥＤアレイに課せられる。

これに対し、本発明の感光体に於ては、若し基本的な発
光光量が十分であれば、±５０％の光量変動が結果的に
同一となるもので、ＬＥＤアレイ内の各素子間の発光光
量のバラツキの許容範囲は大巾に拡大し、これは大巾な
ＬＥＤアレイのコストダウンにつながる。

加えて、光像のハローを潜像形成段階でカットする機構
が働くために高解力の潜像が形成され、従来得られなか
った高品位の画像を形成する事が可能になった。言う迄
もなこの光信号のハロー分別機能はそのまま通信系にお
けるノイズをも判別する機能となるものであり、潜像の
高品位化が約束される。

これらの総合結果として、１ｍｍ当たり５０本以上の潜
像力が得られ、且つ、その解像は極めて硬調なものとな
る。簡単に言えば銀塩に於けるリスフィルムと同等、或
はそれ以上硬調の画像を得る事を可能ならしめる特有の
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１図は本発明に関する感光体の構成を示す一
部分の拡大断面図。第２図及び第３図は同上感光体の感
光特性を示す線図。第４図は同上感光体の応答特性を示
す線図。第５図は感光体の感光層付近の構成を示す拡大
断面図。 第６図（ａ）、第６図（ｂ）は同上の帯電状態を模型化
して示す説明図。第７図は参考例１の感光体の感光特性
を示す線図。第８図は実施例２の感光体の感光特性を示
す線図。第９図は実施例３の感光体の感光特性を示す線
図。第１０図は参考例３の感光体の感光特性を示す線図
。第１１図は本発明の感光体のγ特性を示す線図。第１
２図は同上感光体表面の暗減衰特性を示す線図。第１３
図（ａ）〜（ｄ）は本発明の感光体の感光層を薄層化す
る手段を示す説明図である。 １：光導電性微結晶、　２：高電気絶縁性のバインダー
、　Ａ：感光層。 丁 １１ｂＪ　　２／ＪＪ　　他励 第 ＩｐＪ　　　２ＰＪ　　　：Ｌ入力 子 図 （ａ）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（ｃ）　　　　
　（ｄ）応　■　テ 恒 柄 手続補正書（自発）番 昭和６３年　６月１６日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平均粒径０．５μ以下、０．０１μ以上の光導電性微結
   晶を、１０＾１＾３Ω−ｃｍ以上の体積固有抵抗を有す
   るバインダーにより５μ以上、３０μの厚さの薄層とし
   た６以上のγを有する感光層を持つ事を特徴とするディ
   ジタル光入力用感光体。