JPH0513515B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画像形成方法に係り、特に画像光を照
射された感光体にトナー像を形成する方法に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、光を用いた画像形成方法に関しては、電
子写真記録が広く知られている。

この方法は、第３図ａ乃至第３図ｃに印字原理
を示すように、感光体１を予めコロナ放電器２に
より一様に帯電した後、矢印Ａに示すように光を
照射して静電潜像３を形成し、その後、磁気ブラ
シ現像機４により帯電トナー５を潜像部に付着さ
せ、可視像６を得ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような電子写真記録方法では、感光体１を
一様に帯電するためにコロナ放電器２が必要であ
る。コロナ放電器２には数KVという高圧電源が
必要であると共に、コロナ放電器２を設置してい
る周囲の大気の湿度が高いと放電しやすく、湿度
が低下すると放電し難いという欠点があり、設置
されている周囲の大気の湿度とか、塵埃の影響を
受けやすく、信頼性が劣る問題点があつた。

またこのコロナ放電器２を用いて感光体１を帯
電する際、コロナ放電器２の放電によつてオゾン
ガスが発生し、このオゾンガスが人体に悪影響を
及ぼすので問題が多い。

そこで本発明者のうちの一人は、特願昭59−
168208号（特開昭61−46961号公報）により、両
極性に帯電可能な感光体と第１現像機間に電圧を
印加するとともに、現像機と対向する側より画像
パターンに対応して光照射を行い、感光体にトラ
ツプ電荷を形成する。その後、第２現像機を用
い、この第２現像機と感光体間に第１現像機の場
合とは逆方向に電圧を印加して光照射をされない
箇所に付着したトナーを除去してコロナ放電器を
用いずに画像形成する方法を提案した。

このような画像形成方法について第４図ａ乃至
第４図ｆを用いながら説明する。まず第４図ａに
示すように透明基体１１、透明導電層１２、光導
電層１３を順次積層形成して感光体１４を形成
し、この光導電層１３上に絶縁性トナーとキヤリ
アからなる二成分現像剤を磁気ブラシ現像機１５
により搬送し、第１の磁気ブラシ現像機１５のス
リーブと透明導電層１２間に於いて、透明導電層
１２側に負の電荷が注入されるような電圧を印加
し、この状態で透明基体１１側より矢印Ｂに示す
ように光を照射する。光導電層１３の露光された
部分は内部でホトキヤリアが発生し、磁気ブラシ
現像機１５と透明導電層１２間の電界に依つてキ
ヤリアの中の電子が光導電層１３の表面に到達
し、透明導電層１２と光導電層１３の電位がほぼ
同じになる。

即ち、この第１磁気ブラシ現像機１５は、現像
バイアス電圧V_b1で現像する過程となる。このた
め現像されたトナー層の持つ電荷と同じ量の逆極
性の電荷（負電荷）が誘起される。この時の付着
トナー量M_b1は第(1)式で表される。

M_b1＝δ_p（2ε₀ε_rV_b1／ρ_b）^1/2 ……(1) 但しδ＝トナーの質量、ｐ＝トナー層の充填
率、ρ_b＝画像部の付着トナー層の体積電荷密度、
ε₀＝真空の誘電率、ε_r＝トナー層の比誘電率を示
す。

現像バイアス電圧V_b1が印加された状態で、画
像露光が停止すると、キヤリアの移動がほぼなく
なり、そのため光導電層１３の比抵抗は上昇し、
ほぼ完全な絶縁体となる。このため光導電層表面
に誘起された電荷はトラツプ電荷となり、移動で
きなくなる。一方非露光部では、光導電層１３を
介して現像バイアス電圧V_b1で現像されることと
なる。

この時の付着トナー量に対応したトナーと逆極
性の電荷が、透明導電層１２に誘起される。この
時の付着トナー量は第(2)式で表される。

M_b1＝｛−（ε_rｄ／ε_d）＋〔（ε_rｄ／ε_d）² ＋2ε₀ε_rV_b1／ρ_b〕^1/2｝ ……(2) 但し、ε_d＝光導電層の比誘電率、ｄ＝光導電層
の膜厚、ρ_b＝背景部の付着トナー層の体積電荷密
度を示す。

この第１現像機１５による第１現像過程に於け
るトナー層上の表面電位、および付着トナー量は
第４図ｂ、および第４図ｃのように表される。更
に第４図ｄに示すように第２現像機１６による第
２現像過程では、現像バイアス電圧V_b2を、第１
現像過程の場合に比して感光体に対して逆バイア
スとする、すると非露光部の帯電トナーは、電界
に依つて現像機１６に回収され始める。これと同
時に透明導電層１２上に誘起されていた電荷もア
ース電極側に移動し、遂に透明導電層１２上に誘
起されていた自由電子は消滅する。一方露光部で
は、一部の帯電トナーが、現像機１６と光導電層
１３間の電界の作用により回収される。然し、光
導電層１３内にトラツプされている電子は移動で
きないため、回収された電荷量に対応して透明導
電層１２上に同じ極性の電荷が誘起される。

光を照射しない時の光導電層１３の容量は小さ
いため、僅かな正電荷に対しても、光導電層１３
上の表面電位は大きく変化し、現像バイアス電圧
V_b2と釣り合うようになる。そして最早これ以上
の露光部のトナーは静電的に回収されなくなり、
露光部のみ帯電トナーが残り、トナー画像が形成
される。第４図ｅは、第２現像過程に於けるトナ
ー層上の表面電位を示し、第４図ｆでは第２現像
過程に於ける付着トナー量を示す。

即ち、上記した如く、このような画像形成法に
於いては、トラツプ電荷が重要な働きを示してい
る。ここで本発明者等は、トラツプ電荷が感光体
内部でどのように分布するかを、実験的に確かめ
た。その結果を第５図に示す。

第５図は第１現像後の、露光部に対応するトナ
ー層上の表面電位V_t（トナー電圧）を横軸に採
り、帯電トナーを窒素ガスで吹き飛ばした直後の
感光体の表面電位V_s（トラツプ電圧）を縦軸に採
り、このトナー電圧V_tとトラツプ電圧V_sとの関
係を示す。図で三角形21A，21B，21C……は、
透明基体上に透明導電膜、及び光導電膜を積層形
成した感光体を用いた場合のトナー電圧とトラツ
プ電圧との関係を実測した値を示し、また実線２
２は付着トナーの電荷量に対応したトラツプ電荷
が、光導電層１３の表面に分布していると仮定し
て求めた理論値を示したものである。更に破線で
示す曲線２３は、付着トナーの電荷量に対してト
ラツプ電荷が光導電層１３の厚さ方向に対して均
一に分布していると仮定して求めた理論値であ
る。

このことより曲線２３と実測値21A，21B……
とが良く一致しており、帯電トナー層を除去した
後は、トラツプ電荷は光導電層内で均一に分布し
ていると考えられる。このことは光を照射した
後、光の照射を停止した後の感光体容量が見掛け
上２倍になつたことに相応し、一定の濃度の印字
を得るためには、光導電層１３の表面にトラツプ
電荷が分布している場合に比して現像バイアス電
圧を２倍以上高くする必要がある。

ここで感光体の内部にトラツプ電荷が一様に分
布している場合の感光体の容量が、トラツプ電荷
が感光体の表面に分布している感光体の容量の２
倍となる理由について述べる。

第６図に示すように感光体である光導電層１３
の表面にトラツプ電荷が形成されているとし、こ
の時の光導電層１３の表面上の電位V_s1は第(3)式
のようになる。

V_s1＝Ｑ／C_s＝Ｑ／ε₀ε_dd^-1 ……(3) 但し、C_s＝トラツプ電荷が表面に形成された光
導電層の容量、ｄ＝光導電層の厚さ、ε₀＝真空の
誘電率、ε_d＝光導電層の比誘電率である。

ここで第７図に示すようにトラツプ電荷量Ｑ
（Ｃ／m²）が光導電層１３内に均一に分布してい
るとすると、単位体積当たりの電荷密度ρは第(4)
式のようになる。

ρ＝Ｑ／ｄ ……(4) この電荷による光導電層表面上の電位V_s2は第
(5)式のようになる。

V_s2＝∫^d ₀∫^x ₀ρ／ε₀ε_ddxdx ＝ρd²／2ε₀ε_d ……(5) 第(5)式に第(4)式を代入して第(6)式を得る。

V_s2＝Ｑ／2ε₀ε_dd^-1 ……(6) ここで光導電層１３の内部に均一にトラツプ電
荷が分布されている場合の光導電層の静電容量を
C_bとすると、このC_bは第(7)式にて表される。

C_b＝2ε₀ε_dd^-1 ……(7) 第(7)式に第(3)式のC_sを代入すると、C_sは第(8)式
で表される。

C_b＝2C_s ……(8) 即ち、トラツプ電荷が均一に分布している光導
電層の静電容量C_bはトラツプ電荷が表面に分布
している光導電層の静電容量C_sの２倍となること
が判る。

このようなことより、本発明者等は、光導電層
に光を照射した後、照射を停止した後の感光体の
容量を少なくするために、このトラツプ電荷を光
導電層の表面に形成する方法を考え、前記した感
光体の光導電層の表面に銅箔を貼りつけた光導電
層を用い、この銅箔上に現像された付着トナー層
を窒素ガスで吹き飛ばした直後のトラツプ電圧を
測定した。第５図で丸印２４Ａ，２４Ｂ……は、
光導電層の表面に銅箔を張りつけた感光体を用
い、この銅箔上に現像された付着トナーを窒素ガ
スで吹き飛ばした直後のトラツプ電圧を示してい
る、この丸印２４Ａ，２４Ｂ……は曲線２２と良
く合致しているので、銅箔を設けた場合は、トラ
ツプ電荷が光導電層の表面に形成されていること
が判る。

このようにトラツプ電荷が光導電層の表面に存
在するいわゆる界面電荷分布の場合と、トラツプ
電荷が光導電層内に均一に分布しているバルク電
荷分布の場合とでは、第２現像過程後に得られる
付着トナー量は第(9)式と第(10)式のように異なる。

即ち、第(9)式はトラツプ電荷が光導電層の表面
近傍で分布している場合の第２現像過程後のトナ
ー量を示し、第(10)式はトラツプ電荷が光導電層の
バルク内に均一に分布している場合の第２現像過
程後のトナー量を示す。

M_bs＝δp｛−（ε_rｄ／ε_d）＋〔（ε_rｄ／ε_d）²＋2ε
₀ε_r／ρ_b
（V_b2＋ｄ（2ε₀ε_rρ_bV_b1）^1/2／ε₀ε_d〕^1/2 ……(9) M_bb＝δp｛−（ε_rｄ／2ε_d）＋〔ε_rｄ／2ε_d）²＋2ε
₀ε_r／
ρ_b（V_b2＋ｄ（2ε₀ε_rρ_bV_bb）^1/2 ……(10) 但しM_bs＝トラツプ電荷が界面電荷分布をして
いる付着トナー量を示し、M_bb＝トラツプ電荷が
バルク電荷分布をしている付着トナー量を示す。

即ち第(9)、第(10)式に於いては、第４項はトラツ
プ電荷による潜像電位（トラツプ電圧）を示して
いる。この両式の比較から、同じトラツプ電荷量
（2ε₀ε_rρ_bV_b1）^1/2であるならば、第(9)式の銅箔を
光
導電層の上に貼りつけた場合の方が、付着トナー
量が増大していることが判る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記した実験事項に鑑みてなされたも
ので、現像バイアス電圧を低下させた場合でも鮮
明な現像が可能となる画像形成方法は、透明基体
上に透明導電層と両極性に帯電可能でかつドツト
状の導電層を被着した光導電層を積層形成した感
光体と、該光導電層に対向した第１の電極と、該
光導電層に対向しかつ第１の電極より所定の間隔
を隔てた第２の電極と、前記感光体を搬送する搬
送機構とを設け、前記第１の電極と感光体間に帯
電トナーを搬送し、前記第１の電極と透明導電層
間に電圧を印加するとともに、透明基体側より画
像パターンに対応して露光することで、前記帯電
トナーを感光体の露光部と非露光部に付着させ、
該露光部の位置にて帯電トナーの電荷によつて透
明導電層より光導電層を介してドツト状の導電層
に電荷の注入を行つて光導電層の表面近傍にトラ
ツプ電荷を形成し、次いで前記感光体の露光部を
前記第２の電極に対向する位置に搬送後、前記第
２電極と感光体間に第１の電極に印加した電圧と
逆極性の電圧を印加し、非露光部に付着した帯電
トナーを静電的に除去する本発明の画像形成方法
により達成される。

〔作用〕

即ち、本発明の画像形成方法は、透明基体上に
透明導電膜、およびドツト状の導電性膜を被着し
た光導電膜を設けて感光体を形成し、この感光体
に帯電したトナーを搬送すると共に、画像パター
ンに対応して透明基体側より露光を行つて感光体
内部にホトキヤリアを形成し、このキヤリアの電
子が光導電層を介してドツト状の導電性膜に到達
し、透明導電膜とドツト状の導電性膜との電位を
等しくすることで、感光体の容量が無限大の記録
体を現像するのと同様な状態となし、低現像バイ
アス電圧で鮮明な現像が行い得るようにしたもの
である。

〔実施例〕

以下、図面を用いながら本発明の一実施例につ
き詳細に説明する。

第１図は本発明の画像形成方法の模式図で、図
示するように厚さ75μmのポリエチレンテレフタ
レートよりなる透明基体３１上に、酸化インジウ
ムよりなる透明導電層３２を蒸着により形成し、
その上に厚さ60μmの有機材料より形成された感
光体よりなる光導電層３３を塗布形成する。この
光導電層３３の上には、厚さ1μmの導電性の例え
ば銅等の金属よりなるドツト状の導電層３４をマ
スク蒸着法に依つて被着形成して感光体３５を形
成する。第２図はこのような感光体３５の平面図
で図の３３は光導電層で、３４はドツト状の導電
層である。

この感光体３５のドツト状の導電層３４に接触
するようにして第１の磁気ブラシ現像機３６を設
置し、この第１の磁気ブラシ現像機３６より所定
の距離を隔てて第２の磁気ブラシ現像機３７を設
置する。一方図示しないが感光体３５を矢印Ｃ方
向に搬送する搬送機構を別途設け、この第１の磁
気ブラシ現像機３６に対向して透明基体３１側よ
り画像パターンに対応して光を照射する出力
0.8mWのヘリウム（He）−ネオン（Ne）レーザ
光源３８を設置する。磁気ブラシ現像機３６，３
７は共にスリーブ回転方式を用い、スリーブの周
速は30cm／secとする。現像剤は10μm程度の粒径
の絶縁性トナーと、粒径が10〜15μmの鉄粉であ
るキヤリアとを重量比でトナーが20％、キヤリア
が80％となるように混合した二成分現像剤を用
い、その比電荷は10μc／ｇとなるようにした。
また感光体３５の搬送速度は10cm／secとなるよ
うにした。

このような透明導電層３２と第１現像機３６と
の間に250Vの現像バイアス電圧V_b1を印加し、正
に摩擦帯電したトナーにより現像を行うととも
に、He−Neレーザ光源３８により、画像パター
ンに対応した露光を行う。

すると露光部では、露光された光導電層３３内
でホトキヤリアが発生し、電子が光導電層３３を
介して導電性のドツト３４に到達し、透明導電層
３２と導電性のドツト３４との電位がほぼ同じに
なる。即ち導電性ドツト３４を現像バイアス電圧
V_b1で現像することとなる。そのため感光体容量
が無限大の記録体を現像することと等価となり、
充分濃い画像が得られる。この時、現像された帯
電トナー層上の持つ電荷量と同じ量の逆極性の負
電荷が、透明導電層３２、および光導電層３３を
介してドツト状導電層３４表面に誘起される。

その後、露光が終了すると、光導電層３３は高
抵抗となり、ドツト状導電層３４に誘起されてい
た負電荷はトラツプ電荷となり移動できなくな
る。一方非露光部に於いては、感光体を介して現
像バイアス電圧V_b1で現像されることとなる。こ
の時は、付着トナー量に対応した逆極性の負電荷
は、透明導電層３２上に誘起される。

次に第２現像機３７である磁気ブラシ現像機に
第１現像機の場合とは逆方向のバイアス電圧V_b2
＝−100Vを印加し現像する。すると露光部では
一部の帯電トナーが電界の作用によつて回収され
る。然し、この時、ドツト状導電層３４上にトラ
ツプされている電子は移動できないため、回収さ
れた帯電トナーの電荷量に応じて、透明導電層３
２上に帯電トナーと同極性の正の電荷が誘起され
る。光を照射しない非露光部での光導電層３３の
容量は小さいため、わずかの正電荷に対しても、
光導電層３３表面の表面電位は大きく変化し、現
像バイアス電圧V_b2と釣り合う。そして最早これ
以上露光部のトナーは回収されなくなる。

一方、非露光部の正の帯電トナーは、電界に依
つて徐々に第２現像機３７に回収され始める。こ
れと同時に透明導電層３２上に誘起された電子も
徐々にアース側に移動し、最終的には帯電トナー
層、および透明導電層３２上に誘起されていた自
由電子は完全に消滅する。

このようにしてかぶりのない、良好な印字が得
られる。本実施例に於いては印字濃度として0.D.
＝1.0以上、かぶり濃度として0.D.＝0.02以下のか
ぶりの無い濃い印字が得られた。また以前本発明
者の内の一人が、特願昭59−168208号公報に提案
した画像形成方法では、0.D.＝1.0以上の印字を
得るために現像バイアス電圧V_b1＝500V以上を必
要としたが、本発明の方法によれば、現像バイア
ス電圧がその約1/2で済む利点が得られた。更に
ドツト状導電層を光導電層３３の上に形成してい
るため、ドツト状電極の周辺部に見掛け上高い電
界が形成されることとなり、いわゆるエツジ効果
が有効に作用し、ベタ黒に関しても印字の中央部
の濃度が薄くなるような、いわゆる印字の中抜け
現象が現れることなく、濃い鮮明な印字が形成で
きる効果もある。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の画像形成方法によれ
ば、コロナ放電器を必要としないため、高電圧が
不要であると共に、装置が設置されている周囲の
湿度や粉塵等の条件に対して影響を及ぼされるの
が少なくなり、高信頼度の画像形成装置が得られ
る。また簡単なプロセスで、従来の方法より低い
現像バイアス電圧で鮮明な印字画像が得られる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像形成方法の模式図、第２
図は本発明の画像形成方法に用いる感光体の平面
図、第３図ａ乃至第３図ｃは従来の画像形成方法
の模式図、第４図ａ乃至第４図ｆは従来の画像形
成方法の模式図、第５図は感光体上に金属箔を貼
りつけた場合と、貼りつけない場合とのトナー電
圧と、トラツプ電圧との関係曲線、第６図は感光
体の表面にトラツプ電荷が分布している場合の状
態図、第７図は感光体の内部に均一にトラツプ電
荷が分布している場合の状態図である。 図に於いて、３１は透明基体、３２は透明電
極、３３は光導電層、３４はドツト状導電層、３
５は感光体、３６は第１現像機、３７は第２現像
機、３８はレーザ光源、Ｃは感光体の搬送方向を
示す矢印である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 透明基体上に透明導電層と両極性に帯電可能
   でかつドツト状の導電層を被着した光導電層を積
   層形成した感光体と、該光導電層に対向した第１
   の電極と、該光導電層に対向しかつ第１の電極よ
   り所定の間隔を隔てた第２の電極と、前記感光体
   を搬送する搬送機構とを設け、前記第１の電極と
   感光体間に帯電トナーを搬送し、前記第１の電極
   と透明導電層間に電圧を印加するとともに、透明
   基体側より画像パターンに対応して露光すること
   で、前記帯電トナーを感光体の露光部と非露光部
   に付着させ、該露光部の位置にて帯電トナーの電
   荷によつて透明導電層より光導電層を介してドツ
   ト状の導電層に電荷の注入を行つて光導電層の表
   面近傍にトラツプ電荷を形成し、次いで前記感光
   体の露光部を前記第２の電極に対向する位置に搬
   送後、前記第２電極と感光体間に第１の電極に印
   加した電圧と逆極性の電圧を印加し、非露光部に
   付着した帯電トナーを静電的に除去することを特
   徴とする画像形成方法。