JPH058568U - 電子写真記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子写真記録装置のゴースト画像の発生や帯
電電位の低下を防止し、画質を向上させる。 【構成】 露光光源の波長と除電光源の波長を共に、非
晶質シリコン感光ドラムのバンドギャップ以上のエネル
ギーの波長に制限し、局在準位への励起を防止する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の利用分野】

この考案は、非晶質シリコン感光ドラムを用いた電子写真記録装置に関する。 なおこの明細書では、非晶質シリコンを一般的にａ−Ｓｉと記載し、非晶質シリ コンの個別の種類のものをａ−Ｓｉ：Ｈ（水素化アモルファスシリコン），ａ− ＳｉＣ：Ｈ（水素化アモルファスシリコンカーバイト），ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ（水 素化アモルファスシリコンゲルマニウム）、ａ−ＳｉＮ：Ｈ（水素化アモルファ スシリコンナイトライド）、ａ−Ｃ：Ｈ（水素化アモルファスカーボン）、ａ− ＳｉＳｎ：Ｈ（水素化アモルファスシリコン錫）等で表す。

【０００２】

【従来技術】

非晶質シリコン感光ドラムは、無公害性であること、静電特性が安定している こと、耐摩耗性に優れ長寿命であること、等のために、レーザービームプリンタ やＬＥＤプリンタ、あるいは高速複写機等を中心に、急速に普及しつつある。し かしながら非晶質シリコン感光ドラムの問題として、帯電電位が低いことと、ゴ ースト画像が発生し易いこととがある。帯電電位が低くゴースト画像が発生し易 いことは、非晶質シリコン感光ドラムの小径化を妨げ、また光背面露光方式によ るプリンタ等の小型化を妨げている。更に小径化が難しいことは、小型で低コス トを要求される低速複写機やファクシミリ等への、非晶質シリコン感光ドラムの 適用の障害となっている。

【０００３】

【考案の課題】

この考案の課題は、非晶質シリコン感光ドラムを用いた電子写真記録装置の問 題点である、帯電電位が低い点、並びにゴースト画像が発生し易い点を解決する ことにある。

【０００４】

【考案の構成】

この考案は、非晶質シリコン感光ドラムの周囲に、除電光源と帯電器、露光光 源、現像器、転写器を配置した、電子写真記録装置において、前記除電光源及び 露光光源から、感光ドラムに照射する光の波長をそれぞれ、非晶質シリコン感光 ドラムのバンドギャップ以上のエネルギーの波長としたことを特徴とする。

【０００５】 ここに除電光源や露光光源には、例えばレーザーやＬＥＤアレイ、ＬＥＤラン プアレイ等の単色、あるいは単色に近い光源を用いる。また白色光源と長波長遮 断フィルタとを組合せ、長波長部分をカットして用いても良い。ここでこれらの 光源からの光の波長は、ａ−Ｓｉのバンドギャップ以上のエネルギーの波長（バ ンドギャップで定まる波長よりも短波長）とする。この波長はａ−Ｓｉ：Ｈ（水 素化アモルファスシリコン）の場合は７２０ｎｍ以下、ａ−ＳｉＣ：Ｈ（水素化 アモルファスシリコンカーバイト）やａ−ＳｉＮ：Ｈ（水素化アモルファスシリ コンナイトライド）、ａ−Ｃ：Ｈ（水素化アモルファスカーボン）の場合は、６ ２０ｎｍ以下、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ（水素化アモルファスシリコンゲルマニウム） やａ−ＳｉＳｎ：Ｈ（水素化アモルファスシリコン錫）の場合は７８０ｎｍ以下 とする。なおａ−Ｃ：Ｈは本来の意味での非晶質シリコンではないが、その類似 物であり非晶質シリコンと組み合わせて用いる場合が多いので、ここでは非晶質 シリコンの一部として扱う。

【０００６】 ａ−Ｓｉ感光ドラムは、キャリア注入阻止層、光導電層、表面保護層等の多層 膜として用いる場合が多いので、どの層を基準にバンドギャップを考えるかを説 明する。これらの各層の内、光導電性が高く光感度が高いのは光導電層である。 そしてゴースト画像や帯電電位の低下の原因となるのは、光導電層の局在準位で ある。従ってこの明細書では、光導電層のバンドギャップを非晶質シリコン感光 ドラムのバンドギャップとする。

【０００７】

【考案の作用】

ａ−Ｓｉ感光ドラムをバンドギャップに対応したエネルギーよりも長波長の光 で露光すると、長寿命で局在準位の付近にトラップされた光キャリアが発生する 。これはａ−Ｓｉには、伝導帯の他に禁制帯の上部に局在準位が存在するからで ある。局在準位に発生した光キャリアはこの準位の付近にトラップされ、再結合 が遅いため長寿命である。局在準位に発生したキャリアの寿命は、感光ドラムの 回転周期に匹敵する。すると次の問題が生じる。露光時に局在準位に励起された 光キャリアは、次の電子写真プロセス（次回の帯電・露光・現像・転写の周期） まで残存する。このキャリアは次の帯電時等に伝導帯に放出され、前回の露光画 像が次回のプロセスで表れる。これがゴースト画像の発生原因である。

【０００８】 同様に除電光により局在準位が励起されると、発生した光キャリアは帯電時に 伝導帯に放出される。放出されたキャリアは帯電電荷を中和し、帯電電位を低下 させる。帯電電位の低下は潜画像の分解能を低下させ、コントラスト等を低下さ せる。

【０００９】 これらのことから、次のことが明かである。即ち除電や露光に用いる光の波長 を制限し、共にバンドギャップ以上のエネルギーの波長の光とすれば、帯電電位 の低下やゴースト画像の発生を防止できる。光の波長を制限すれば、局在準位の 励起は生じず、局在準位が励起されなければゴースト画像の発生や除電光による 帯電電位の低下は生じないからである。

【００１０】 更にこの考案では、露光に用いる波長と除電に用いる波長の双方を制限し、共 にバンドギャップに対応したエネルギーよりも短波長の光を用いる。一方のみの 波長を制限して、例えばゴースト画像のみを除く、あるいは帯電電位の低下を防 止するよりも、ゴースト画像と帯電電位の低下の双方を防止した方が、画質は格 段に向上する。これは、ゴースト画像や帯電電位の低下のいずれか一方でも発生 すれば、画質が著しく低下するためである。これは言い替えると人の目で評価し た画質は、様々な画質の低下原因の内、最も著しいもので定まるからである。

【００１１】

【実施例】

図１に実施例の構造を示す。図において、２はａ−Ｓｉ感光ドラムで、４は帯 電器、６はその電源である。８は露光光源で、ＬＥＤプリンタヘッドやレーザー ビームプリンタヘッド等の、単色光源あるいは単色光源に近い光源とする。露光 光源８からの光の波長は、ａ−Ｓｉ感光ドラム２の光導電層のバンドギャップ以 上のエネルギーとし、光子のエネルギーｈνがバンドギャップ以上とする。１０ はトナーで現像するための現像器、１２は転写器、１４，１４は定着ローラ、１ ８はコロナ放電等で転写後のａ−Ｓｉ感光ドラム２を除電するための除電器、２ ０は転写後の残存トナーを除去するためのクリーナで、２２はそのブレードであ る。２４は除電光源で、ここではＬＥＤランプアレイやレーザー等の単色もしく は単色に近い光源とする。２６は電子写真記録に用いる用紙である。なお電子写 真記録の方式は任意であり、例えばａ−Ｓｉ感光ドラム２の内周面に露光光源８ や除電光源２４を配置した、光背面露光方式を用いても良い。また現像器１０の 種類は任意であり、除電器１８は設けなくても良い。更に電子写真記録装置の用 途は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の任意である。

【００１２】 図２に、白色光源３０，３２を露光光源や除電光源に用いた実施例を示す。図 において、３０はハロゲンランプや蛍光灯等の白色光源で、露光光源として用い る。３２は同じくハロゲンランプや蛍光灯等の白色の除電光源である。露光光源 や除電光源に白色光源を用いる場合には、ａ−Ｓｉ感光ドラム２のバンドギャッ プに対応した波長よりも長波長側の光を遮断するための、赤外線遮断フィルタ等 のフィルタ３４を用いる。

【００１３】 ａ−Ｓｉ感光ドラム２の光導電層のバンド構造は図３に示すように、伝導帯の 下端のやや下の位置に局在準位がある。局在準位に励起されたキャリアはこの準 位にトラップされて移動度が低く、かつ再結合が遅いため長寿命である。局在準 位に長寿命のキャリアが発生すると、前回の露光で発生した局在準位のキャリア が次回の帯電時まで生き続けて、前回の潜画像が次回の帯電まで残存し、ゴース ト画像をもたらす。同様に光除電で発生した局在準位のキャリアは次の帯電まで 残存し、ａ−Ｓｉ感光ドラム全体への均一な潜画像として作用し、帯電電位を低 下させる。帯電電位の低下は画像の分解能を低下させ、コントラストの低下等の 画質の低下をもたらす。ａ−Ｓｉ感光ドラム２は通常、キャリア注入阻止層、光 導電層、表面保護層等を積層したものであるが、この内光導電性が高く光感度が 高い部分は、光導電層である。光導電層以外の部分ではバンドギャップが高く光 キャリア密度が低い、あるいはバンドギャップと局在準位のエネルギーとの差が 大きいため、局在準位の励起によるゴースト画像の発生や帯電電位の低下は生じ ない。そこで光導電層を問題とし、光除電や露光に用いる波長を、光導電層のバ ンドギャップに応じたエネルギーの波長よりも短いものに制限すれば良い。この ようにすれば局在準位の光励起を防止し、ゴースト画像や帯電電位の低下を防止 し得る。

【００１４】 電子写真記録装置の画質の改良には、露光波長のみや除電波長のみを制限する のでなく、その双方を制限する必要がある。例えばゴースト画像のみを防止して も、帯電電位が低く画像の分解能が低ければ、全体の画質は帯電電位が低いこと で定まり、低コントラストの画像しか得られない。また帯電電位のみを向上させ ても、ゴースト画像が発生すれば、画質は極めて低いものとなる。そこでゴース トの問題と帯電電位の問題の双方を同時に解決することが、画質を向上させる鍵 となる。

【００１５】 ゴースト画像の発生や帯電電位の向上は、これ以外に副次的な効果をもたらす 。例えばａ−Ｓｉ感光ドラム２は成膜プロセスが遅く複雑なため、一般に高価な ものである。ここでゴースト画像を解消し帯電電位を高めれば、ａ−Ｓｉ感光ド ラム２の径を小さくし、小型化によりコストを低下させることができる。ａ−Ｓ ｉ感光ドラム２の小型化を妨げているのは、小型化するとゴースト画像の発生や 帯電電位の低下が著しくなるからである。ａ−Ｓｉ感光ドラム２を小径化すると 、電子写真記録の１周期（１プロセス）の時間が短縮する。１プロセスの周期が 短縮すると、前回の露光時に励起された局在準位のキャリアが次の現像時まで生 き残る確率が増加する。これは局在準位のキャリアの半減期が元々長いことと、 １プロセスの時間を短縮したこととによるものである。次にａ−Ｓｉ感光ドラム ２の小径化は、帯電器４で帯電に用い得るａ−Ｓｉ感光ドラム２の幅が小さくな ることを意味する。帯電に用い得る幅が小さくなり帯電領域が狭くなることは、 除電時に発生した局在準位のキャリアの影響が増加し、帯電が不十分になり易い ことを意味する。また光背面露光方式は、ａ−Ｓｉ感光ドラム２の小型化と密接 な関係が有り、小型のドラムに適用できなければ価値が低下する。そこでゴース ト画像の発生や帯電電位の低下を防止することは、ａ−Ｓｉ感光ドラム２の小型 化を容易にしコストを低下させる、あるいは光背面露光方式の適用を容易にする との効果も持つ。

【００１６】 露光光源８や除電光源２４，赤外線遮断フィルタ３４の光波長について説明す る。ｎｍ単位での光の波長λとｅＶ単位での光子のエネルギーＥとの間には、 λ＝１２４０／Ｅ (1) の関係がある。ａ−Ｓｉ：Ｈのバンドギャップは水素濃度等により変化し、１． ６５〜１．８０ｅＶの範囲をとるが、光導電性が高く実用的な範囲では、１．７ ２〜１．７８ｅＶである。１．７２ｅＶに対応する波長は式(1)から７２０ｎｍ 、１．７８ｅＶに対応する波長は７００ｎｍである。そこで除電光源２４や露光 光源８の波長を７２０ｎｍ以下に、より好ましくは７００ｎｍ以下にすれば、ゴ ースト画像の発生や帯電電位の低下を防止し得る。また図２の装置の場合、フィ ルタ３４で７２０ｎｍ以上の波長の光、より好ましくは７００ｎｍ以上の波長の 光をカットすれば良い。各種のａ−Ｓｉ光導電層材料に付いて、バンドギャップ と波長との関係を表１に示す。

【００１７】

【表１】 バンドギャップと露光波長や除電波長 ａ−Ｓｉ材料 バンドギャップ（ｅＶ） 波長１（ｎｍ） 波長２（ｎｍ） ａ−Ｓｉ：Ｈ １．７２〜１．７８ ７２０ ７００ ａ−ＳｉＣ：Ｈ ２．０〜２．５ ６２０ ５００ ａ−ＳｉＮ：Ｈ ２．０〜２．５ ６２０ ５００ ａ−Ｃ：Ｈ ２．０〜２．５ ６２０ ５００ ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ １．５９〜１．７０ ７８０ ７３０ ａ−ＳｉＳｎ：Ｈ １．５９〜１．７０ ７８０ ７３０ ＊ 波長１はバンドギャップの最小値に対する波長、波長２はバンドギャップの 最大値に対する波長。

【００１８】 バンドギャップ１．７５ｅＶのａ−Ｓｉ：Ｈ感光ドラム２に対し、露光光源８ として波長６６０ｎｍまたは７１０ｎｍの赤色光のＬＥＤプリンタヘッドを用い 、除電光源２４に波長６６０ｎｍまたは７１０ｎｍの赤色光のＬＥＤランプアレ イを用い、記録用紙２６上の画質の評価を行った。ａ−Ｓｉ感光ドラムの外径（ 直径）は３０ｍｍ、記録速度はＡ４用紙換算で１０枚／分、帯電器４に加えた帯 電電源６は６ＫＶで、電子写真プリンタとして使用した。ＬＥＤプリンタヘッド の解像度は３００ｄｐｉ、レンズはセルフォックレンズアレイである。またＬＥ ＤランプアレイのＬＥＤ密度は２個／ｃｍ²である。結果を表２に示す。

【００１９】

【表２】 試 験 結 果 露光波長 除電波長 ゴーストの発生状況 コントラスト（ｎｍ） （ｎｍ） ６６０ ６６０ 認められず 良好 ７１０ ６６０ 若干有り（許容範囲内） 良好 ６６０ ７１０ 認められず 若干低下（許容範囲内） ８３０ ８３０ 発生（許容範囲外） 低下（許容範囲外）

【００２０】

【考案の効果】

この考案では、以下の効果が得られる。 (1) ａ−Ｓｉ感光ドラムの問題点である、ゴースト画像の発生と、帯電電位が 低いため分解能が不足しコントラストを得にくいとの点を解決できる。これによ って、ａ−Ｓｉ感光ドラムを用いた電子写真記録の画質を向上させる。 (2) ゴースト画像の発生や帯電電位の低下を防止できたので、ａ−Ｓｉ感光ド ラムの設計の自由度が増し、感光ドラムの小径化や光背面露光方式等の適用が容 易となる。 (3) これらの結果、ファクシミリや低速複写機等へのａ−Ｓｉ感光ドラムの適 用が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の電子写真記録装置の構造を示す図

【図２】 変形例の電子写真記録装置の構造を示す図

【図３】 実施例の除電光源や露光光源の光波長とａ−
Ｓｉ感光ドラムのバンド構造との関係を示す特性図

【符号の説明】

２ ａ−Ｓｉ感光ドラム ４ 帯電器 ６ 帯電電源 ８ 露光光源 １０ 現像器 １２ 転写器 １８ 除電器 ２０ クリーナ ２４ 除電光源 ３４ 赤外線遮断フィルタ

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 非晶質シリコン感光ドラムの周囲に、除
   電光源と帯電器、露光光源、現像器、転写器を配置し
   た、電子写真記録装置において、 前記除電光源及び露光光源から、感光ドラムに照射する
   光の波長をそれぞれ、非晶質シリコン感光ドラムのバン
   ドギャップ以上のエネルギーの波長としたことを特徴と
   する、電子写真記録装置。