JPH04255871A - 画像形成装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感光体の裏面より画像
露光すると同時に現像を行って感光体上にトナー像を得
る画像形成装置に関するものである。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。

【０００２】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ｋ
Ｖ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欠点がある。 また、コロナ放電器で発生するオゾンは臭気を発生し、
しかも近年該オゾンの人体への有害性が問題となってい
る。さらに、上記した７つの工程が必要であるため、装
置が複雑になりかつ大型化する欠点がある。

【０００３】最近上記の欠点を解決するものとして、コ
ロナ放電器を不要としかつ装置の小型化を実現できる画
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。

【０００４】

【従来の技術】この方式の従来の画像形成装置を図８に
示す。図中、１は感光体（有機感光体（ＯＰＣ））、２
は磁気ブラシ現像機、８は画像露光手段である。

【０００５】感光体１は、透明基体１ａ，透明導電層１
ｂ，感光層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。現像機２は、回転自在なマグネット
ローラ２ａとスリーブ２ｂから成り、感光体１の感光層
１ｃ側に設けられている。スリーブ２ｂの表面には、絶
縁フィルム３でスリーブ２ｂと絶縁された帯状の記録電
極４が設けられている。記録電極４には、第１の電圧印
加手段６により、感光層１ｃのキャリア特性（図ではプ
ラス極性）と逆極性の電圧が印加され、スリーブ２ｂに
は、第２の電圧印加手段７により、記録電極４と逆極性
の電圧が印加されている。この現像機２には、導電性キ
ャリアと絶縁性トナーを混合した現像剤５が充填され、
該現像剤５は、マグネットローラ２ａを反時計方向に回
転させることによってスリーブ２ｂ上を時計方向に搬送
される。なお、現像剤としては導電性一成分現像剤の使
用も可能である。画像露光手段８は、感光体１の透明基
体１ａ側に配置され、その露光光の光軸は、記録電極４
と交差している。画像露光手段８としては、ＬＥＤアレ
イ光学系，レーザ光学系，液晶シャッタ光学系等が使用
できる。この画像形成装置による画像形成は次のように
行われる。

【０００６】記録電極４が感光層１ｃに対向するＡ部に
おいて感光層１ｃを画像露光すると、感光層１ｃ内にホ
トキャリアが発生する。ホトキャリアの内記録電極４の
印加電圧６（−１００〜−６００Ｖ）と逆極性のキャリ
アが感光層１ｃ表面に移動して潜像電荷９となる。この
ように、露光部（Ａ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と
なる。この工程を第１現像と呼ぶことにする。

【０００７】次に、Ｂ部において、スリーブ２ｂに逆電
圧（０〜＋１００Ｖ）を印加し、かつ現像剤の溜り１１
をつくることで、非露光部の余分なトナーを静電力によ
って現像機２に回収する。この際、露光部のトナーも僅
かに回収されるが、潜像電荷９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１０が形成される。この工程を第２現像と呼ぶこと
にする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
では、第１現像工程において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
る必要があるので、キャリア移動度の大きい感光層１ｃ
が必要であった。この感光層１ｃは、図９に示すように
、電界に対して変化が小さく、弱い電界においても大き
なキャリア移動度を示している。このような感光体１を
使用すると、記録電極４部分（Ａ部）では、図１０（Ａ
）に示すように、感光体内に発生したホトキャリアは高
速で感光体表面方向に移動して潜像電荷となる。

【０００９】次に、背景部のトナーを回収する現像剤の
溜り部分（Ｂ部）では、図１０（Ｂ）に示すように、感
光層１ｃに弱い電解が加わるにもかかわらず、電荷（潜
像電荷）９は移動する。そのため、感光体表面の潜像電
荷９は、再び感光体の導電層１ｂ側に移動し、感光体表
面のトナーの付着量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。

【００１０】本発明は、印字濃度の大きい鮮明なトナー
画像を得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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明では、透明基体上に、光を透過する導体層と
、ホトキャリア発生及び輸送を行う感光層とを少なくと
も積層して成る感光体と、該感光体の感光層側に配置さ
れ、現像剤を充填した磁気ブラシ現像機と、該現像機の
スリーブ上に該スリーブと絶縁して設けられた記録電極
と、前記感光体の移動方向下流に前記記録電極と接近さ
せて設けられた現像剤の溜りと、前記記録電極に電圧を
印加する第１の電圧印加手段と、前記スリーブに、前記
第１の電圧印加手段と逆極性の電圧を印加する第２の電
圧印加手段と、前記感光体の透明基体側で前記記録電極
と対向する位置に設けられた画像露光用の画像露光手段
とから成り、前記記録電極の位置を前記画像露光手段で
画像露光すると同時にトナー現像を行う第１現像と、そ
の後前記溜り部分で背景部のトナーを回収する第２現像
を行って、前記感光体上にトナー像を形成する画像形成
装置において、前記感光体の感光層を複数個の感光層に
分割し、該分割された各感光層の下側に、前記第１の電
圧印加手段の印加電圧と逆特性のキャリアを少なくとも
ブロッキングするブロッキング層をそれぞれ形成したこ
とを特徴とする構成（第１の構成）とする。

【００１２】また、第１の構成の画像形成装置において
、ブロッキング層が、高電界な第１現像時には、キャリ
アの通過を許容し、低電界な第２現像時にはキャリアの
通過を妨げるブロッキング性である感光体を使用したこ
とを特徴とする構成（第２の構成）とする。

【００１３】さらにまた、第１の構成の画像形成装置に
おいて、非晶質シリコン系材料から成るブロッキング層
と感光層を積層した感光体を使用したことを特徴とする
構成（第３の構成）とする。

【００１４】

【作用】感光体にはブロッキング層が設けられているが
、このブロッキング層が第２の構成の特性を有する場合
は、キャリアは、第１現像時には導電層側から表面層側
に移動できる。しかし、該キャリアは、第２現像時には
ブロッキング層で導電層側への移動が止められる。これ
により、第１現像では、感光層内に発生したホトキャリ
アは表面層方向に移動して潜像電荷となる。次に第２現
像の現像剤の溜り部分では、感光層に弱い電界が加わる
ことにより背景部のトナーは回収される。この場合、従
来は潜像電荷が導電層方向に移動して画像部の付着トナ
ーが減少していたが、本発明では、キャリア移動度の小
さい感光層内に潜像電荷が複数のブロッキング層でトラ
ップされるため、低電界では潜像電荷が導電層まで移動
できない。そのため、潜像電荷とトナー電荷の静電的な
拘束力が強く保持される。これにより、付着トナー量を
多くすることができ、現像濃度が高くなる。

【００１５】

【実施例】以下、図１乃至図７に関連して本発明の実施
例を説明する。

【００１６】図１は本例の画像形成装置の構造を示す側
面図で、図中、２１ａは感光体ドラム（感光体）、２２
は従来の現像機２と同様の現像機、２９は画像露光手段
である。次に、これらの構成，作用について説明する。

【００１７】感光体ドラム２１ａは、図２に示すように
、厚さ５ｍｍの石英管の透明基体１０１上に、ＩＴＯ（
酸化インシジウム）蒸着膜の透明導電層１０２を設け、
さらにその上に非晶質シリコン（以下ａ−Ｓｉ：Ｈと略
称）を主体とする複数の感光層１０３を設けて成る。各
感光層１０３の下側にはブロッキング層１０４が形成さ
れ、一番上の感光層１０３上には表面層１０５が形成さ
れている。すなわち、感光体ドラム２１ａは、石英管の
透明基体１０１上に、透明導電層１０２，ブロッキング
層１０４，感光層１０３，ブロッキング層１０４，感光
層１０３，表面層１０５を順次成膜して構成されている
。なお図２には感光層を２層設ける例を示したが、図３
に示すように、多数の感光層（図３では５層）１０３を
設けても良く、ブロッキング層１０４は各感光層１０３
の下側に形成される。

【００１８】ブロッキング層１０４は、絶縁層あるいは
Ｐ＋　層（またはＮ−　層）で、Ａ部における高電界の
第１現像時には第１の電圧印加手段の印加電圧と逆特性
のキャリアの透過（導電層側から表面層側への移動）を
許容し、Ｂ部における低電解の第２現像時には上記キャ
リアの透過（導電層側への移動）を妨げるブロッキング
性を有している。

【００１９】このようなａ−Ｓｉ：Ｈ膜を主成分とする
感光体の応用は既に提案（特願昭６３−５２７２５号、
昭和６３年３月８日出願）されている。本発明では、該
発明における感光層を薄膜化し多層化することにより感
光体を得るもので、次にその成膜手順を説明する。

【００２０】透明導電膜１０２としてＩＴＯが蒸着され
た透明基体１０１を、図４に示すように、真空容器２０
１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２０１内を１０−７Ｔｏｒｒまで排気
する。 次に、透明基体１０１をモータ２０２により一定速度で
回転させるとともに、ヒータ２０３により２００〜３０
０℃（望ましくは２５０℃）に加熱する。ここで、ポン
プをメカニカルブースタポンプ（ＰＭＢ）２０４とロー
タリーポンプ２０５に切り替え、材料ガスをボンベ２０
６１　，２０６３　等から図示しない流量調整器、バル
ブを経て真空容器２０１内に導入する。このガスの圧力
を、図示しない排気弁により調整して一定（１０−２〜
数Ｔｏｒｒ）にする。この後ＲＦ電源２０７により放電
電極２０８に高周波電力を投入してグロー放電を生起さ
せる。

【００２１】このブラズマエネルギーにより、材料ガス
は励起，分解され、透明基体１０１上にブロッキング層
１０４が成膜される。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１０３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２０７より放電電極２０８に高周波電力を投入し、ク
ロー放電を生起させて同様に成膜を行う。必要な膜厚が
得られたら成膜を停止し、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
、同様に表面層１０５の成膜を行い、すべての成膜を終
える。

【００２２】すべての成膜を終えた後、加熱電源を停止
して冷却を行う。また、真空容器２０１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２０１
内から感光体を取り出す。

【００２３】上記手順により感光体を成膜する際の各種
条件例を表１〜表８に示す。表１〜表５は図２の構成（
ブロッキング層と感光層がそれぞれ２層）に対するもの
で、表６〜表８は図３の構成（ブロッキング層と感光層
がそれぞれ５層）に対するものである。

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【００２４】このような条件の成膜は、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場合は１０−７ｃｍ
２　／Ｖ・Ｓ以下になるように設計して行ったものであ
る。なお、Ｓｉ源にはＳｉ２Ｈ６　を用いたが、ＳｉＨ
４を用いても良い。

【００２５】以上のような感光体ドラム２１ａの透明導
電層１０２はアースに接続され、該感光ドラム２１ａは
、図示しない駆動系により駆動されて図１の矢印方向（
反時計方向）に回転する。

【００２６】次に、現像機２２及び画像露光手段２９に
ついて説明する。

【００２７】磁気ブラシ現像機２２は、図５に示すよう
に、スリーブ２２ｂ内に回転可能なマグネットローラ２
２ａを設けて成り、スリーブ２２ｂの表面には、ポリイ
ミドフィルム２４で絶縁された銅箔製帯状の記録電極２
５が貼り付けられている。この現像機２２内に、導電性
キャリアと絶縁性トナーを混合した現像剤２８（図１参
照）を充填するが、該現像剤２８は、マグネットローラ
２２ａの図１の時計方向の回転により、図１に矢印で示
す反時計方向に搬送される。

【００２８】上記表１，２，５，７は感光層が弱いＮ型
なので、記録電極２５には第１の電圧印加手段２６によ
りマイナス電圧を印加する。この電圧は−１００〜−６
００Ｖが適当である。また、スリーブ２２ｂには、第２
の電圧印加手段２７によりプラス電圧を印加する。この
電圧は０Ｖ〜＋１００Ｖが適当である。逆に、表３，４
，６，８の場合は、第１電圧印加手段２６によりプラス
電圧を、第２電圧印加手段２７によりマイナス電圧を印
加する。

【００２９】画像露光手段２９は、感光体ドラム２１ａ
を挟んで現像機２２と対向する位置に配置されている。 この画像露光手段２９は、画像信号に従って発光するＬ
ＥＤアレイ２９ａと、該ＬＥＤアレイ２９ａの画像光を
集光するセルフォックレンズアレイ２９ｂと、画像光の
焦点位置がずれないようにＬＥＤアレイ２９ａを固定す
る硝子板２９ｃとで構成されている。

【００３０】また、図１において、３０は感光体ドラム
２１ａ上に形成されたトナー像、３１は記録紙である。 ３２は転写用導電性ゴムローラで、電源３３によって＋
２００〜＋６００Ｖの電圧（表３，４，６，８の感光体
の場合はマイナス）が印加されている。３４は、記録紙
３１に静電転写されたトナー像で、熱ローラ定着器３５
によって記録紙３１に定着され、半永久的な記録画像３
６となる。３７は、転写後感光体ドラム２１ａ上に残っ
た残留トナー像である。３８は、残留トナー像３７の電
荷及び感光層内の潜像電荷を除去する除電光源で、３９
は除電されて静電拘束力を失ったトナー像である。

【００３１】次に画像記録手順を示す。感光体ドラム２
１ａを矢印方向に移動させ、現像機２２のマグネットロ
ーラ２２ａを回転させて現像剤２８を矢印方向に搬送し
てＢ部に現像剤の溜り２３を作り、かつ記録電極２５及
びスリーブ２２ｂにそれぞれ電圧を印加した状態で、画
像露光手段２９により感光体を画像露光する。

【００３２】すると、図６（Ａ）に示すように、Ａ部の
感光層１０３ではホトキャリアが発生し、そのうち正孔
（表３，４，６，８の感光体の場合は電子）がブロッキ
ング層１０４を越え感光体表面方向に移動して潜像電荷
となる。従って、露光部では感光層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となる。

【００３３】次に、Ｂ部において、図６（Ｂ）に示すよ
うに、スリーブ２２に逆電圧を印加し、非露光部（背景
部）の余分なトナーを静電力によって現像機２２に回収
する。この際、露光部のトナーも僅かに回収される。し
かし、露光部の潜像電荷は、逆電圧が比較的低い上に、
キャリアの移動がブロッキング層１０４により妨げられ
る。そのため、潜像電荷とトナー電荷の静電拘束力が保
持されて大部分のトナーが感光体ドラム２１ａ上に残り
、現像濃度の高いトナー像３０が形成される。

【００３４】次に、トナー像３０は、転写ローラ３２を
用いて記録紙３１に静電転写される。転写されたトナー
像３４は、定着器３５で記録紙３１に定着され、半永久
的な記録画像３６が得られる。

【００３５】一方、転写後感光体ドラム２１ａ上に残っ
た残留トナー像３７は、除電光源３８を用いて除電され
る。除電されたトナー像３９は、現像機２２の磁力，現
像剤２８のかき取り，及びスリーブ２２ｂの印加電圧に
よる静電力によって回収され、再使用される。次の画像
形成は、残留トナー像３９の回収と同時に行われる。こ
のように残留トナー像３９の回収と次の画像形成を同時
に行うことは、感光体ドラム２１ａを挟んで画像露光手
段２９と現像機２２が対向する位置にあるため、何の支
障もない。

【００３６】上述したように、本例では非晶質Ｓｉ感光
体の多層構造を用いている。そして、感光層と感光層間
にブロッキング層を挟み、該ブロッキング層のブロッキ
ング性を、第１現像の高電界時にはキャリアがブロッキ
ング層を突き抜けることが可能で、第２現像時の低電界
時にはキャリアの拘束が可能なように設定しているため
、印字濃度の大きい鮮明な記録が得られる。また本例で
は、人体に有害なオゾンを発生しかつ数ｋＶという高電
圧を必要とするコロナ放電器を一切使用せず、安全性に
優れている。また、カールソンプロセスに比べ工程も少
なく簡潔な記録プロセスであるため、装置が小型になる
。

【００３７】上述の説明では、ドラム型の感光体を用い
る例について述べたが、図７に示すように、フィルム型
の感光体を用いても、上述と同様の効果が得られる。図
７において、２１ｂは感光体フィルム（感光体）で、該
感光体フィルム２１ｂは、厚さ１００μｍのポリエチレ
ンフタレートの透明基体上に、ＩＴＯ蒸着膜の透明導電
層を設け、さらにドラムと同様に非晶質Ｓｉを主成分と
する感光体を成膜したものである。

【００３８】また、画像記録プロセスとしても、上記実
施例では転写後感光体上に残った残留トナーを磁気ブラ
シ現像機に回収したが、残留トナーをブラシクリーナや
ブレードクリーナ等で除去するプロセスでも良く、転写
工程も、実施例ではローラ転写法を用いたが、コロナ転
写法を用いても上記実施例と同様の効果を得ることがで
きる。また、現像剤としても、二成分現像剤の他に、導
電性一成分現像剤も使用可能である。さらに、本発明は
、上記実施例のようなプリンタ等の画像記録装置だけで
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することも可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、感
光体の裏面より直接露光すると同時にトナー現像を行う
画像形成装置において、印字濃度の大きい鮮明なトナー
画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の画像形成装置の構造を示す側
面図である。

【図２】図１の感光体の構成例を示す断面図である。

【図３】図１の感光体の他の構成例を示す断面図である
。

【図４】本発明の実施例の感光体成膜装置の概要図であ
る。

【図５】本発明の実施例の現像機の斜視図である。

【図６】図２の感光体内のキャリアの挙動説明図で、図
６（Ａ）は第１現像時（高電界）のものを、図６（Ｂ）
は第２現像時（低電界）のものをそれぞれ示している。

【図７】本発明の他の実施例の画像形成装置の構造を示
す側面図である。

【図８】従来の画像形成装置の要部構造を示す側面図で
ある。

【図９】従来使用していた感光体の特性図である。

【図１０】従来の感光体内のキャリアの挙動説明図で、
図１０（Ａ）は第１現像時のものを、図１０（Ｂ）は第
２現像時のものをそれぞれ示している。

【符号の説明】

２１ａ，２１ｂ　　　　感光体 ２２　　　　　　磁気ブラシ現像機 ２２ｂ　　　　スリーブ ２３　　　　　　溜り ２５　　　　　　記録電極 ２６　　　　　　第１の電圧印加手段 ２７　　　　　　第２の電圧印加手段 ２８　　　　　　現像剤 ２９　　　　　　画像露光手段 １０１　　　　透明基体 １０２　　　　透明導電層 １０３　　　　感光層 １０４　　　　ブロッキング層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　透明基体上に、光を透過する導体層と
   、ホトキャリア発生及び輸送を行う感光層とを少なくと
   も積層して成る感光体と、前記感光体の感光層側に配置
   され、現像剤を充填した磁気ブラシ現像機と、前記現像
   機のスリーブ上に該スリーブと絶縁して設けられた記録
   電極と、前記感光体の移動方向下流に前記記録電極と接
   近させて設けられた現像剤の溜りと、前記記録電極に電
   圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記スリーブに、
   前記第１の電圧印加手段と逆極性の電圧を印加する第２
   の電圧印加手段と、前記感光体の透明基体側で前記記録
   電極と対向する位置に設けられた画像露光用の画像露光
   手段とから成り、前記記録電極の位置を前記画像露光手
   段で露光すると同時にトナー現像を行う第１現像と、そ
   の後前記溜り部分で背景部のトナーを回収する第２現像
   を行って、前記感光体上にトナー像を形成する画像形成
   装置において、前記感光体の感光層を複数個の感光層に
   分割し、該分割された各感光層の下側に、前記第１の電
   圧印加手段の印加電圧と逆特性のキャリアを少なくとも
   ブロッキングするブロッキング層をそれぞれ形成したこ
   とを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の画像形成装置において
   、ブロッキング層が、高電界な第１現像時にはキャリア
   の通過を許容し、低電界な第２現像時にはキャリアの通
   過を妨げるブロッキング性である感光体を使用したこと
   を特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】　　請求項１記載の画像形成装置において
   、非晶質シリコン系材料から成るブロッキング層と感光
   層を積層した感光体を使用したことを特徴とする画像形
   成装置。