JPH0364864B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は像形方法、特に画像光を照射された感
光体上の該画像光の明部にトナー像を形成する像
形成方法に関する。

従来感光体上にトナー像を形成する方法として
はあらかじめ感光体を一様に帯電し次いで像光を
照射することにより静電潜像を形成した後現像器
により静電潜像のパターンに応じてトナー粒子を
付着せしめて可視像を得る方法が広く用いられて
いる（以下、第１の方法と記す）。この場合トナ
ー粒子として絶縁体を用いあらかじめキヤリア粒
子等との摩擦により感光体の帯電極性と同極性に
帯電して用いるのが一般的である この時現像器に、前記感光体の帯電極性と同極
性の直流バイアス電圧を印加する事も有効である
事が知られている。また、特開昭49−4532号公報
にはトナーとして導電性及び磁性を有する粒子を
用い現像する事が開示されている。

上記第１の方法を適用して、感光体上の像光の
明部にトナー像を形成する場合には、現像器のト
ナー担持体と感光体の像光の暗部の電位とほぼ等
しい値の直流バイアス電圧を現像器に印加して、
暗部に対応する部分では現像器と感光体の間に電
位差を生じさせず、明部に対応する部分のみに感
光体と現像器のトナー担体との間に電位差を生じ
させて、明部に対応する部分にトナーを付着させ
る。

ところが、上記第１の方法を用いる場合、感光
体をコロナ帯電器等により一様に帯電する行程、
像光を照射する行程、現像器によりトナーを付着
せしめる行程、を順次行なう必要があり、これを
実現する装置は大型かつ複雑なものとなるばかり
でなく故障が多く信頼性を劣るものとなる。殊
に、感光体を一様に帯電する帯電手段は数KV出
力を有する高圧電源を必要とし大型かつ高価であ
るばかりでなく、感電の危険性がある。また、湿
度・粉塵等の影響を受け易く信頼性の劣るもので
ある。

一方、感光体を帯電する行程を用いる事なく、
像光を照射する行程と現像する工程を同時に行な
うものとしてスモークプリンテイング法と言われ
るものが知られている（以下、第２の方法と記
す）。この方法は透明かつ導電性の基板上に光導
電体層を設けた感光体を用い、上記光導電体層に
対向して金属網状電極を対置させ、透明かつ導電
性の基板を通して光像を照射すると同時に上記金
属網状電極側からトナーを吹きつけ、あらかじめ
光導電体層に密着して設けておいた紙等の支持体
上にトナーを吸着させる。上記光導電体層として
はＮ型半導体であるCdSが用いられるがこの場合
は網状電極側にマイナス電圧を印加する。

この第２の方法はきわめて簡単な行程により像
を得る事ができるが、地カブリが多く又高い画像
濃度を得る事が困難であり、未だ実用に供される
に至つていない。

また、特公昭48−43821号公報には、感光体上
に形成された導電性パターンを導電性及び磁性を
有する現像剤を用いて現像し像形成する事が示さ
れている（以下、第３の方法と記す）。これは感
光体に光像を照射することによつて形成された導
体パターンの背面の導電基板と現像器のトナー担
持体との間に直流電圧を印加しつつ現像するもの
である。そして、導電基板と光導電体の間には絶
縁性の層が設けてある。

上記導電性パターンの形成は現像に先立つて行
なつても良いし、又、同時に遂行されても良いも
のである。

この第３の方法においては、像光の暗部に対応
してトナーを付着せしめる場合（陽画を得る場
合）には、光導電体がＮ型半導体であれば該光導
電体の基板の負の電圧を、Ｐ型半導体であれば正
の電圧を印加する。

像光の明部に対応してトナーを付着せしめる場
合（陰画を得る場合）には、光導電体がＮ型半導
体であれば光導電体の基板に正の電圧を、Ｐ型半
導体であれば負の電圧を印加する。この場合、印
加する電圧は500V程度であつて単なる直流では
不適当であり脈動直流電場を用いる必要がある。

上記第３の方法を用いれば帯電手段を用いるこ
となく陰画像を得ることができるが、この陰画像
を得る場合には前記の方法で陽画像を得る場合の
２〜３倍の露光量が必要であり、通常行なわれて
いる様に感光体を帯電して像露光をあたえ、静電
潜像を形成する場合に比べて10倍以上の露光量が
必要とされる。上記特公昭48−43821号公報に開
示されている例では約400ルツクス秒の露光量を
用いているが、これは現在一般に用いられている
電子写真式複写装置において必要とされる露光量
の約20倍ないし200倍の露光量である。従つて、
現像速度を速めることが困難であり、陰画像形成
にあたつては、通常２ないし３秒の時間を要す
る。又、印加する電圧源としては前記の如く脈動
直流電源を用いる必要があるため像光の光源とし
てフラツシユ光、画像電気信号によつて変調され
たレーザー光等を用いる事が困難である。なぜな
らばこれ等フラツシユ光、変調されたレーザー光
等のきわめて短時間の間露光をあたえる光源で露
光する場合、露光された瞬間に前記脈動直流源の
電圧が高い状態に有るか低い状態に有るかによつ
て、画像濃度に変動を生じ画像にしま模様を生じ
る欠点がある。

以上、説明した様に従来の像形成方法は一長一
短があり、帯電行程等の複雑な行程を用いる事な
く、比較的少い露光量で高速度で陰画像を形成す
る事ができかつ、変調されたレーザー光によつ
て、走査して露光する事により画像を形成する事
のできる方法は知られていなかつた。

近年、画像電気信号により変調されたレーザー
光等で感光体を走査し露光をあたえて像を得る事
が広く行なわれているが、この場合画像の黒に対
応する部分を露光して像を形成した方が美しい画
像が得られることが知られている。

また、レーザーとしてしばしば半導体レーザー
が用いられるが、半導体レーザーの発する光は一
般に近赤外光であり、光導電体に対して感度が低
く、又、得られるエネルギーもたかだか10ｍＷ程
度でありきわめて小さい。これらの用途に有効な
像形成方法はこれまで強く望まれていたにもかか
わらず未だ実現されていなかつた。

本発明は前述のごとき問題点を解消すべくなさ
れたものであり、帯電等の複雑な行程を必要とす
る異なく、比較的少い露光量でしかも高速度で美
しい画像を得る像形成方法を提供する事を目的と
するものである。

上記目的を達成する本発明は、光を透す導電層
上に光導電層を一体に設けた感光体を用い、この
感光体の光導電層側に導電性支持体を用いて導電
性で且つ磁性を有するトナーを、磁界によりこの
感光体に接触するように供給し、上記感光体の導
電層とトナーとの間に電圧を印加しながら、感光
体の導電層側から画像光を照射し、画像光の明部
に上記トナーを静電的に付着させてトナー像を形
成するものである。

第１図は本発明の方法を実施する装置の構成例
を示すもので、感光体の基体１としては、例えば
ガラス基板１ａ上にきわめて薄い金属膜、酸化イ
ンジウム錫膜等の光を透す導電層１ｂを設けたも
のを用いる。そして、上記基板１上に積層する光
導電層２としては、例えばCdSのＮ型半導体が最
適である。

現像器は、内部に磁石３を有する金属製のスリ
ーブ４を有しており、その表面に導電性及び磁性
を有するトナー５を保持している。上記の磁石３
は矢印の方向に回転し、トナー５は磁石３の回転
方向と逆方向に搬送される。スリーブ４の外周に
近接してブレード６が設けられており、これによ
りトナー層は一定の厚みに規制される。感光体１
の導電層１ｂと現像器のスリーブ４の間には電源
Ｅにより直流電圧が印加される。図示例では光導
電層がＮ型半導体であるからスリーブ４に対して
正の電圧を印加し、該スリーブを介してトナーに
電圧を印加している。

画像光は感光体の基体１を通して照射され、画
像光の明部に対応して感光体にトナーが付着し、
像が形成される。

第２図、第３図は本発明方法の原理を説明する
概念図を示すもので、第２図は明部における電荷
の様子を表わしている。電圧を印加されたトナー
が感光体に接すると、光導電層２に電界が印加さ
れる。この時、画像光が照射されると、光導電層
２中にフオトキヤリアｅが発生し、このフオトキ
ヤリアが電界作用を受けて光導電層表面近傍に導
かれる。その結果、トナー５と光導電層２の間に
強い静電引力が作用し、トナーは光導電層２即ち
感光体表面に付着される。

図示例は光導電体２がＮ型半導体であり、トナ
ー５に正の電圧が印加されているので、画像光Ｌ
の照射により光導電層内の基板の近傍で発生した
電子・正孔対の内電子が光導電層表面方向に良好
に導かれる。その結果、トナー４と感光体の間に
強い静電引力が作用し、トナーは感光体に付着す
る。第３図は暗部における電荷の様子を表わして
いる。トナー５と基体１の導電層１ｂとの間に電
界が印加される事により、両者の間に静電引力が
作用するが、両者の間には光導電層２が有り、距
離が離れているためにその力は小さい。そのた
め、スリーブの内部に設けられた磁石３による磁
力、トナー粒子相互の間の付着力等により、トナ
ーは光導電層即ち感光体表面より引きはなされ
る。

以上の様にして感光体の明部にトナーが付着し
暗部にはトナーが付着せず画像が形成される。

本発明の像形成方法においては光導電層２が例
えばCdS、酸化亜鉛、PVK−TNF等のＮ型半導
体である時にはトナーに正の電圧を、例えばSe、
SeTe、As₃Se₂等のＰ型半導体である時には負の
電圧を印加するが、この極性を逆にすると十分な
光感度を得ることができず良好な画像は得られな
い。

例えば、第２図においてトナーに負の電圧を印
加した場合を考えると、画像光の照射により光導
電層内の基板の近傍で発生した電子正孔対の内、
正孔が光導電層表面方向に導かれる必要が有る。
ところがＮ型半導体においては、正孔の易動度は
電子に比べて著しく劣るためそのような作用はほ
とんど期待できない。

そこで光導電層２を透過して該光導電層表面近
傍に達した光により光導電層内の表面近傍で発生
する電子正孔対の電子が基板方向に導かれる効果
に期待せざるを得ない。しかし、光導電層２は一
般に不透明であるから、光導電層表面近傍に達す
る光はきわめて弱く、著しく感度の劣るものとな
る。故に、光導電層側から画像光をあたえる事が
考えられるが、光導電層表面に十分にトナーが接
している時には、トナー及び現像器により光路を
さえぎられるため効率良く露光をあたえる事がで
きない。光導電層２がＰ型半導体でトナーに正の
電圧を印加した場合も同様である。

それに対して前記のように、光導電層２がＮ型
半導体でトナーに正の電圧を印加した場合及びＰ
型半導体でトナーに負の電圧を印加した場合に
は、光導電層の基板近傍で発生した電子・正孔対
が有効に導かれるため高い感度を有するものであ
る。従がつて比較的少い露光量で十分な画像濃度
を得ることができる。又、高い画像濃度を得る事
ができる事から逆に印加する電圧を例えば100V
程度に小さくする事ができその結果暗部へのトナ
ーの付着力を低下させ地カブリのない美しい画像
が得られる。

本発明の像形成方法において暗部で導電性基板
より光導電層に電荷の注入を生じると、地カブリ
の原因となるがこれは容易に解消し得る。即ち、
通常導体と半導体の界面においては若干のエネル
ギー障壁を生じ、ある程度以上高い電圧を印加し
なければ注入される電荷の量は小さいからであ
る。また、本発明の像形成方法において100V乃
至500V程度の印加電圧で十分な濃度の画像を形
成する事ができる。これは公知のいわゆるカール
ソン法、NP法等の電子写真法に於て感光体に印
加される電圧に比べて小さいものである。

さらに本発明の像形成方法においては基板１の
導電層１ｂと光導電層２の間に薄い絶縁層を設
け、光導電層への電荷の注入をほぼ完全に防止す
る事ができる。この場合、絶縁層の厚みは光導電
層に比べて十分に薄くしなければ、明部における
画像濃度が十分に得られない。

本発明方法において印加する電圧を過度に高く
すると、暗部におけるトナーと感光体の間の静電
引力が増し、暗部にトナーが付着し著しい地カブ
リを生じる。この状態で、著しく強い光像をあた
えると明部のトナーの付着量が低下し暗部の方が
明部よりもトナー付着量が多い状態になり陽画像
を生じる場合が有る。これは過剰の電圧と露光に
より感光体表面とトナーとの間で放電がおこり、
明部に一旦付着したトナーが付着力を失う結果生
じるものと推定される。上記感光体表面とトナー
の間の放電は感光体表面の抵抗が低下した状態で
起り易く、その様な表面の抵抗の低下は過剰の電
圧と過剰光量により大量に発生したフオトキヤリ
アが感光体表面に達した状態で起り得る。そこで
正常の陰画像を得るには画像に過度の地カブリを
生じない程度の低い電圧に設定し過剰の露光をあ
たえない様に定める必要がある。最適の電圧及び
露光量は感光体の種類、トナーの抵抗値、トナー
と感光体の接触時間等により異るが陽画像を生じ
る場合は本発明によつて陰画像が得られる場合に
比べて３倍ないし５倍以上の高い電圧を印加し、
10倍以上の強い露光をあたえた場合のみであるの
で、正常な陰画像を得る電圧及び露光量を定める
事は容易である。

通常の状態では、光導電体のフオトキヤリアの
平均寿命はきわめて短いものであるから、本発明
のごとく透明基板を通して露光をあたえた場合に
は、感光体の表面に達したフオトキヤリアは直ち
に消滅し感光体表面の抵抗を著しく低下させる事
はない。従つて、陽画像が生じることはないが、
更にこの発生を確実に防止するために感光体の表
面に薄い絶縁体の層を設けることを可とする。

安定して良好な陰画像を得るためには画像光の
照射を感光体表面に供給されているトナーがひき
離される以前に終了する事が必要である。前述の
ようにフオトキヤリアの平均寿命はきわめて短い
ものであるから、画像光の照射を終了した後たと
え過剰の露光により感光体の表面の抵抗が低下し
ていたとしても直ちに抵抗が上昇すると考えられ
る。その時現像行程が継続していればその過程で
現像され、明部にはトナーが多量に付着して十分
な画像濃度の陰画像が得られる。

正常な画像が得られる状態であつても前述の様
に画像光の照射を、トナーがひきはなされる以前
に終了することは、画導濃度が高くシヤープな画
像を得るために有効である。即ち、比較的印加電
圧が低くかつ適正な露光量をあたえた状態でも感
光体とトナーの間で若干の放電が行なわれてお
り、露光時間を短縮する事によりかかる放電が少
くなる事によると考えられる。

上記のように露光時間を短縮すると十分な露光
量をあたえる事が困難になるが本発明の像形成方
法においては比較的少い露光量で十分な画像濃度
を得ることができるので、露光時間を短縮しつつ
十分な露光量をあたえることは容易である。

第１図において感光体を上方又は下方に移動し
つつ画像光を照射する場合には、図に示したよう
に感光体にトナーが接している領域よりも幅の狭
いスリツト７を介して露光をあたえれば良い。露
光光源としてフラツシユを用いることも有効であ
る。画像電気信号により変調されたレーザー光に
より感光体を走査する場合、CRTにより露光す
る場合等には感光体にトナーが接している領域で
露光をあたえれば画像光の照射はトナーが引きは
なされる以前に終了する。

本発明に適用しうる導電性及び磁性を有するト
ナーはマグネタイト等の磁性体を含有する樹脂の
粒子の囲りにカーボン等を付着させたもの、ある
いはフエライト粉、鉄粉等をそのままトナーとし
て使用する事もできる。トナーは比較的低抵抗の
ものであつてもよいし、又、例えば特開昭53−
31136号公報に開示されているように比較的高抵
抗のものであつても現像行程においてスリーブ、
マグネツト等を駆動する事により見かけ上導電性
を示すものであれば適用しうる。

図示例では感光体の基体１とトナー５の間に電
圧を印加する方法として現像器のスリーブ４と感
光体の基体１の間に電圧を印加したがその他スリ
ーブ４を絶縁体とし例えばブレード６等のトナー
に接する他の部材に電圧を印加することも可能で
ある。

第４図に本発明を適用した画像表示装置の一例
を示す。画像電気信号により変調された半導体レ
ーザー（図示せず）の出力光はスキヤナー８によ
り一方向に走査されｆ・θレンズ９及びミラー１
０を介してベルト状の感光体１１の裏面に露光さ
れる。この感光体は矢示方向に移動するもので表
面に酸化インジウム錫薄膜を設けて導電性とした
ポリエチレンテレフタレートフイルム表面に樹脂
をバインダーとしてCdSを塗付したものである。
CdSは、銅及びインジウムがドープされ半導体レ
ーザーの発する近赤外光に対して感度を有するも
のを用いる。感光体の露光位置に対向して現像器
１２を設ける。現像器には内部に磁石３を有する
スリーブ４が設けられており上記磁石３は矢印の
方向に回転する。

スリーブ表面に供給された導電性及び磁性を有
する現像剤５はブレード６で均一に規制された感
光体表面に接触する。トナー５が感光体表面に接
触している領域の幅はレーザービームに比べては
るかに大きいので現像はレーザ光による露光が終
了した後も継続して行なわれている。現像器のス
リーブと感光体の基体の間には直流電圧源（図示
せず）により直流電圧が印加されている。露光及
び現像を行う位置の近傍にはローラ１３，１４が
設けてありこれにより感光体１１を平滑に保ち感
光体表面と現像器のスリーブの間の距離を精度良
く一定に保つている。現像器に対向する位置で感
光体表面に形成されたトナー像は表示部１５に送
られ、この位置で感光体１１の移動は一担停止さ
れる。表示部ではガラス１６を通して感光体表面
のトナー像を目視することができる。

ランプ１７、ランプ１８は感光体表面を照明す
る事により、トナー像を見易くするとともに像形
成行程によつて受けた電界による履歴を消去する
機能を有する。

ランプ１９は感光体の履歴を消去するためのも
ので、ベルト状の感光体が移動している間だけ点
灯され停止とともに消灯される。

表示内容を改める時には感光体１１を再度移動
させ、表面にトナー像を有する感光体をそのまま
再度使用する。この場合、感光体表面のトナー像
は次回の像形成に何ら悪影響を及ぼさないので、
別にクリーニング手段を設ける必要は無く次回の
像形成時に前記第３図について説明した理由によ
り不必要なトナー像の消去が行なわれる。

ここで、導電層上に光導電層を一体に設けた本
発明の感光体に、導電性支持体にトナーを支持
し、この感光体の光導電層側にこのトナーを供給
することに対して、特開昭57−146271号にある様
な、スリツトを併用する場合について説明する。

第５図は特開昭57146271号の記録方法の説明図
であり、ホツパー２０内には磁性トナー２１（本
発明のトナー５に対応）収容され、その下方には
導電性スリーブ２３（本発明スリーブ４に対応）
が配置され、このスリーブ内には永久磁石２２
（本発明の磁石３に対応）が設けられている。ス
リーブの下方には、酸化亜鉛紙等の記録紙２４を
保持するための案内部材２６が配置されている。
この案内部材２６は非磁性かつ導電性を有し、金
属板に細いスリツト２７を設けたものを用いてい
る。レーザービーム等の光信号７（本発明の画像
光Ｌに対応）は、このスリツト２７を介して記録
紙に照射される。そして、上記スリーブ２３と案
内部材２８との間には、直流電圧源８（本発明の
電源Ｅに対応）が配設されている。

上記特開昭57−146271号の構成によると、本発
明と比較し、忠実な画像の再生、及び感度の点で
差異を生じる。

第６図と第７図は、忠実な画像の再生について
の比較例を説明する模式図で、図中の矢印は感光
体・記録紙の移動方向を示す。

先ず第６図は、本発明の構成による光導電層２
内に生じる電気力線２９と露光との関係を示す。
図の様に本発明によると、画像光Ｌに対して電気
力線２９は、スリーブ（第２図の４）と導電層１
ｂとの間で、この画像光Ｌに沿つて発生する。こ
れによりトナー５は、画像光Ｌに対応した位置に
静電的に付着することになるため、画像光Ｌに一
致する光導電層上に、静電的に付着することにな
り、忠実な画像の再生を可能にする。

これに対し、第７図は特開昭57−146271号にお
ける記録紙内に生じる電気力線２９との露光との
関係を示す。この特開昭57−146271号において
は、電極として作用する案内部材２６がスリツト
を形成しているので、画像光Ｌから離れて位置す
る。このため、画像光Ｌに対して電気力線２９は
一致せず、トナーは記録紙上に静電的に付着でき
ないまま移動した後、記録紙上に静電的に付着す
ることになり、忠実な画像の再生を阻害すること
になる。

次に、第８図と第９図は、感度の差異について
の比較例を説明するグラフ図で、縦軸はトナーへ
の誘起電荷量で、横軸はトナーと感光体・記録紙
との位置関係を示している。

先ず第８図は、本発明の構成に対応するもの
で、感光体が導電層上に光導電層を一体に設けた
構成であるので、画像光Ｌの照射と同時にトナー
への誘起電荷量が増加し、トナーを露光と同時に
感光体に静電的に付着させることができる。

これに対して、第９図の特開昭57−146271号の
場合は、電極としての案内部材２６がスリツトを
形成している。このため、画像光Ｌの照射により
電荷がトナーへ誘起される位置は、この画像光Ｌ
の位置に対して記録紙の移動方向に見て下流側と
なり、画像光Ｌと同時には電荷のトナーへ誘起は
生じない。このことは、画像光Ｌを本発明と同じ
光量とした場合、誘起する電荷量が図のように減
少することを意味する。

即ち、導電層上に光導電層を一体に設けずに、
スリツト状の電極を用いた場合、本発明との比較
において、感度の低下を来すことになる。更に、
第９図の場合、画像光Ｌの照射後に遅延して記録
紙にトナーを吸引する電荷を発生させるので、光
導電層として持続導電性を有するものに限られ、
材料の選択に制限を受けることになる。

以上説明した様に本発明によれば、帯電等の複
雑な行程を用いることなくきわめて単純な行程に
より画像を形成することができる。又、感光体を
繰返し使用する場合、感光体表面に残されたトナ
ー像は次回の像形成に何ら悪影響を及ぼさないの
でクリーニング手段を必要としない。

その結果きわめて安価かつ小型の装置により像
形成を行なう事が可能となり、装置の信頼性を高
める事ができる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明像形成方法を実施する装置の構
成例図、第２図、第３図は本発明像形成方法の原
理を説明する概念図、第４図は本発明像形成方法
を適用した画像表示装置の側面図、第５図は特開
昭57−146271号の記録方法の説明図、第６図は本
発明の画像光照射時のトナーの状態を示す模式
図、第７図は特開昭57−146271号の同トナーの状
態を示す模式図、第８図は本発明の画像光照射時
のトナーへの誘起電荷量を示すグラフ図、第９図
は特開昭57−146271号における同トナーへの誘起
電荷量を示すグラフ図である。 １はガラス基板１ａ上に導電層１ｂを設けた基
板、２は光導電層、３は磁石、４はスリーブ、５
はトナー、６はブレード、７はスリツト、Ｌは画
像光。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光を透す導電層上に光導電層を一体に設けた
   感光体を用い、この感光体の光導電層側に導電性
   支持体を用いて導電性で且つ磁性を有するトナー
   を、磁界によりこの感光体に接触するように供給
   し、上記感光体の導電層とトナーとの間に電圧を
   印加しながら、感光体の導電層側から画像光を照
   射し、画像光の明部に上記トナーを静電的に付着
   させることを特徴とする像形成方法。