JPH063555B2 - 非晶質シリコン感光層の現像法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、非晶質シリコン感光層の現像法に関するもの
で、より詳細には、非晶質シリコン感光層に対して高濃
度のトナー画像を長期にわたつて安定に形成させるため
の改良に関する。

従来の技術及び発明の技術的課題 非晶質（アモルフアス）シリコン系光導電体層は、表面
硬度が高く、長波長側の光に感度を有し、しかも感度そ
のものも良好であるので、電子写真用の感光体として着
目されている。

しかしながら、本発明者等の研究によると非晶質シリコ
ンは上述した優れた特性を有するものの、上記光導電層
を十分に厚い層に設けることが製造技術の面でも、製造
コストの面でも困難であり、その層厚は、セレン感光層
のそれよりもかなり薄い１０乃至３５μの比較的小さい
範囲に制限されているのが実情である。非晶質シリコン
層の厚みが小さいことに関連して、光導電層上に形成さ
せ得る帯電時の表面電位も、セレン感光板のそれよりも
かなり小さい２００乃至４００ボルトの範囲に制限さ
れ、強いて帯電電位を上げると感光層の絶縁破壊を生じ
ることから、形成される電荷像の電位コントラストが低
いという問題がある。かくして、通常の二成分系現像剤
で現像を行う場合には、トナー像の画像濃度が低下し、
また画像濃度を強いて向上させようとすると、トナー飛
散を生じたり或いはカブリ濃度が高くなるという欠点を
生じる。

この問題を解決するための手段として、転写性の見地か
らトナー自体は高電気抵抗の顕電性トナーとすると共
に、用いる磁性キヤリヤを比較的低電気抵抗のものと
し、現像電流を増大させることにより、画像濃度の向上
を計ることが考えられる（これについても出願中）。し
かしながら、このような手段では、長期使用中に磁性キ
ヤリヤ表面にトナー粒子中の樹脂等が付着する所謂フイ
ルミング（スペント・トナーとも呼ぶ）が生じ、キヤリ
ヤの電気抵抗が次第に高くなり、結局画像濃度が次第に
低下するという欠点を生じる。この傾向は、非晶質シリ
コン感光層を用いて高速複写を行う場合に特に顕著であ
る。

発明の目的 従つて、本発明の目的は、非晶質シリコン感光層を用い
て、高濃度でしかも画質に優れたトナー像を長期にわた
つて安定に形成させ得る現像法を提供するにある。

本発明の他の目的は、磁性キャリヤのフイルミングにも
かかわらず、安定に高濃度のトナー像形成が可能な非晶
質シリコン感光層の現像法を提供するにある。

本発明の他の目的は、非晶質シリコン感光層を用いる高
速複写に適した現像法を提供するにある。

発明の構成 本発明によれば、一定極性の電荷像を有し且つ１０乃至
２５μｍの厚みを有する非晶質シリコン感光層を、非磁
性スリーブ上に形成された二成分系の帯電磁性現像剤の
磁気ブラシと接触させ、感光層の電荷と同極性でその表
面電位よりも低い現像バイアス電圧がスリーブ表面に印
加された条件下で該感光層上にトナー像を形成させるこ
とから成る非晶質シリコン感光層の現像法において、 前記帯電磁性現像剤の磁気ブラシを、電荷像とは逆極性
で１００乃至５００Ｖ（絶対値）の直流成分と、ピーク
対ピーク電圧が３００乃至１０００Ｖの交流成分とから
成る交流電圧が印加された導電性部材と接触させて該現
像剤の帯電電荷量を低下させ、次いでこの磁気ブラシを
非晶質シリコン感光層の現像域に供給することを特徴と
する現像法が提供される。

発明の好適態様 本発明を、添付図面に示す具体例に基づき以下に詳細に
説明する。

現像原理 本発明の現像法を説明するための第１図において、駆動
回転される金属ドラム１の表面には、非晶質シリコン系
光導電体層２が設けられている。このドラムの周囲に
は、主帯電用コロナチヤージヤ３；ランプ４、原稿支持
透明板５及び光学系６から成る画像露光機構；トナー７
を有する現像機構８；トナー転写用コロナチヤージヤ
９；紙分離用コロナチヤージヤ１０；除電ランプ１１；
及びクリーニング機構１２がこの順序に設けられてい
る。

先ず、光導電体層２をコロナチヤージヤ３で一定極性の
電荷（この例では正電荷）で帯電させる。次いで、ラン
プ４で複写すべき原稿１３を照明し、光学系６を経て原
稿の光線像で光導電体層２を露光し、原稿画像に対応す
る静電潜像を形成させる。この静電潜像を、現像機構８
によりトナー７で現像する。転写紙１４を、トナー転写
用チヤージヤ９の位置でドラム表面と接触するように供
給し、転写紙１４の背面から静電像と同極性のコロナチ
ヤージを行つて、トナー像を転写紙１４に転写させる。
トナー像が転写された転写紙１４は、分離用コロナチヤ
ージヤ１０の除電によつてドラムから静電的に剥離さ
れ、定着域（図示せず）等の処理域に送られる。

トナー転写後の光導電体層２は、除電ランプ１１による
全面露光で残留電荷が消去され、次いでクリーニング機
構１２によつて残留トナーの除去が行われる。

現像装置８の詳細な構造を示す第２図において、この現
像装置８は大別して、トナー収容部１５と二成分系現像
剤収容部１６とから成つており、この現像剤収容部１６
の下方には、磁性キヤリヤと前述したトナーとを混合す
るための撹拌混合機構１７が設けられている。また、現
像剤収容部１６の感光層側には、開口部１８があり、こ
の開口部１８から一部はみ出す位置関係で、内部にマグ
ネツトロール１９を備えた非磁性材料（例えばアルミニ
ウム）の現像スリーブ２０が設けられている。この具体
例において、マグネツトロール１９は、感光層側の部分
は着磁されており、撹拌機構側の部分は着磁されてい
ず、且つ回転不能に固定されている。現像スリーブは、
矢印方向に駆動回転されている。現像スリーブ２０の現
像剤汲み上げ位置から撹拌機構１７に向けて延びる案内
板２１が設けられ、また現像スリーブ２０の搬送路に沿
つて、現像剤の磁気ブラシ２２を一定の穂長に切揃える
ためのドクターブレード２３が設けられる。トナー収容
部１５と現像剤収容部１６との間には、トナー補給ロー
ル２４があり、現像剤収容部１６内のトナー濃度が低下
したとき、トナーを補給する。

現像に際して、撹拌機構１７により、トナーと磁性キヤ
リヤーとは摩擦混合され、これらは互いに逆極性に帯電
されて、キヤリヤーの周囲にはトナー粒子が付着した混
合物が形成される。この混合物は現像スリーブ２０の表
面に汲み上げられ、その表面に磁気ブラシを形成し、こ
の磁気ブラシ２２はスリーブ２０の回転方向に搬送さ
れ、ドクターブレード２３により一定の穂長に穂切され
て、感光層２の現像域に送られる。この現像域におい
て、帯電トナー粒子は反対極性の電荷像に引き付けられ
て、現像が行われる。現像済みの磁気ブラシはマグネツ
トロール１９の非着磁部分でスリーブから剥離され、撹
拌機構１７で撹拌された後、再び前述したサイクルが行
われる。

現像スリーブ２０の表面には、電源２５により、感光層
のカブリを防止するため、感光層の電荷と同極性でその
表面電位よりはかなり小さい現像用バイアス電圧が印加
されている。

本発明によれば、前述した二成分系現像剤の磁気ブラシ
２２を、感光層２の電荷像（図面では正電荷）とは逆極
性、即ちこの具体例ではマイナス側に偏よつた交流電圧
が印加された導電性部材と接触させ しかる後、この磁
気ブラシと感光層とが接触するようにする。

このために、第２図に示す具体例では、導電性材料で形
成されたドクターブレード２３に対して、交流電源２６
及び直流電源２７を直列に接続して、ドクターブレード
２３の先端に、マイナス側に偏よつた交流電圧が印加さ
れるようにする。この構成とすることにより、スリーブ
上の磁気ブラシは一定の穂長に穂切されると共に、磁気
ブラシ中の帯電トナー粒子に対して現像トナー濃度を高
めるように適度の除電操作が行われ、高濃度のトナー像
形成が可能となる。

発明の作用効果 非晶質シリコン感光層に対して、通常の二成分系現像剤
を用いて現像は行つた場合、高濃度の画面を形成し難い
理由は、感光層上潜像の電荷量とトナー電荷量との間に
アンバランスがあり、潜像電荷量に対してトナー電荷量
が相対的に大きいため、潜像に吸引されるトナー粒子の
数が小さくなるためと考えられる。

本発明においては、現像域に供給すべき磁気ブラシに対
して、電荷像とは逆極性に偏よつた交流電圧を印加する
ことにより、磁気ブラシ中のトナー粒子の電荷量を完全
には消失させることなく、帯電電荷が電荷像と逆極性に
保たれる範囲内で、トナー粒子の電荷量を減少させ、そ
の結果として電荷像に吸着されるトナー粒子の数、即ち
画像濃度を顕著に向上させることが可能となる。

特に、本発明は、電気抵抗の大きい磁性キヤリヤを用い
た磁気ブラシ現像法に有利に利用でき、また非晶質シリ
コン感光体を用いる高速複写に有利に適用できる。即
ち、電気抵抗の大きい磁性キヤリヤの場合には、トナー
帯電量が大きくなる傾向があると共に、トナー帯電量を
減少させることが困難であつたが、本発明によれば上述
した除電手段を用いることにより、トナー電荷量の制御
が容易である。また高速複写の場合には、スリーブ回転
数の増大により、キヤリヤとトナーとの混合摩擦の程度
も大となり、トナー帯電量の増大が避けられないが、本
発明によればやはり、前述した除電手段により、スリー
ブ回転数の如何にかかわらず、トナー帯電量を一定のレ
ベルに制御することが可能となる。

現像条件 トナー粒子の除電効果は、印加電圧の直流成分及び交流
成分の大きさに依存する。第３図は、磁気ブラシに印加
する電圧波形を示す線図であり、図中、Ｖ_Dは直流成分
電圧を、Ｖ_PPは交流成分のピーク対ピーク電圧（振巾の
２倍）を示す。

本発明においては、直流成分電圧（Ｖ_D）は、感光層電
荷とは逆極性で、その絶対値で１００乃至５００Ｖ、及
び交流成分のピーク対ピーク電圧（Ｖ_PP）は３００乃至
１０００Ｖの範囲とすることが必要であり、また交流成
分の周波数は１００乃至100,000Ｈｚ、特に300乃至５０
００Ｈｚの範囲にあることが望ましい。直流成分の電圧
が上記範囲よりも低い場合には、トナー電荷量が小さく
なり過ぎ、トナー飛散やカブリ等が発生する傾向があ
り、また上記範囲よりも高い場合にはバツクグラウンド
のカブリが増大する傾向がある。一方、交流成分のＶ_PP
が小さい場合には、トナー電荷の除電効果が弱まり、特
に均一な除電が困難となる傾向があり、一方Ｖ_PPが大き
くなり過ぎると、トナー電荷量が小さくなり過ぎて、ト
ナー飛散やカブリ等が発生し易くなる。交流の周波数が
上記範囲よりも低い場合には、磁気ブラシの除電のバラ
ツキが生ずる傾向がある。

また、現像スリーブに印加する現像バイアス電圧は、感
光層電荷と同極性で、その絶対値で５０乃至２００ボル
トの範囲にあるのがよい。

本発明において、磁気ブラシへの偏奇交流電圧の印加
は、現像スリーブへの磁気ブラシの汲み上げ位置から感
光層現像域へ至る任意の搬送路上で行なうことができ
る。第１乃至２図で示した具体例では偏奇交流電圧の印
加を、ドクターブレードを用いて行つているが、ドクタ
ーブレードの代りに案内板を介して偏奇交流電圧の印加
を行つてもよい。また、第４図に示す通り、現像スリー
ブに近接して別個に電極２８を設け、この電極を介して
偏奇交流電圧の印加を行つてもよい。

二成分系磁気現像剤のキヤリヤとしては、焼結フエライ
ト粒子や樹脂コート鉄粉キヤリヤを用いることができ
る。このキヤリヤ粒子は一般に３０乃至１５０μｍの粒
径を有することが望ましい。

本発明に用いる焼結フエライト粒子はそれ自体公知のも
のであり、例えば酸化鉄亜鉛（ZnFe₂O₄）、酸化鉄イツ
トリウム（Y₃Fe₅O₁₂）、酸化鉄カドミウム（CdFe
₂O₄）、酸化鉄ガドリニウム（Gd₃Fe₅O₁₂）、酸化鉄銅
（CuFe₂O₄）、酸化鉄鉛（PbFe₁₂O₁₉）、酸化鉄ニツケル
（NiFe₂O₄）、酸化鉄ネオジウム（NdFeO₃）、酸化鉄バ
リウム（BaFe₁₂O₁₉）、酸化鉄マグネシウム（MgFe
₂O₄）、酸化鉄マンガン（MnFe₂O₄）、酸化鉄ランタン
（LaFeO₃）等の１種或いは２種以上から成る組成の焼結
フエライト粒子が使用される。本発明の目的に特に好適
なものは、酸化鉄マンガン亜鉛から成る焼結フエライト
粒子である。

また、樹脂コート鉄粉キヤリヤとしては、表面が酸化さ
れた鉄粉キヤリヤに、ポリエステル樹脂、アクリル樹
脂、エポキシ樹脂等のコート層を設けたものが使用され
る。

トナーとしては、顕電性と定着性とを有する着色トナー
が何れも使用でき、結着剤樹脂中に、着色顔料、荷電制
御剤等を分散させた粒径５乃至３０ミクロンの粒状組成
物が使用される。樹脂としては、熱可塑性樹脂や、未硬
化乃至は初期縮合物の熱硬化性樹脂が使用される。その
適当な例は、重要なものの順序に、ポリスチレン等のビ
ニール芳香族樹脂、アクリル系樹脂、ポリビニルアセタ
ール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フエノー
ル樹脂、石油樹脂、オレフイン樹脂等である。顔料とし
ては例えばカーボンブラック、ガドミウムエロー、モリ
ブデンオレンジ、ピラゾロンレツド、フアストバイオレ
ツトＢ、フタロシアニンブルー等の１種又は２種以上が
使用され、荷電制御剤としては、例えばニグロシンベー
ス（ＣＩ５０４１５）、オイルブラツク（CI26150）、
スピロンブラツク等の油溶性染料や、ナフテン酸金属
塩、脂肪酸金属石鹸、脂肪酸石鹸等が必要により使用さ
れる。

磁性キヤリヤと顕電性トナーとは、一般に１００：６乃
至１００：１１の重量比で使用するのがよい。

本発明において、現像剤磁気ブラシの電気抵抗を前述し
た範囲にするためには、幾つかの手段を採用し得る。

非晶質シリコン系光導電体層としては、それ自体公知の
任意のものが使用され、例えばシランガスのプラズマ分
解等で基板上に析出される非晶質シリコンが使用され、
このものは、水素やハロゲン等でドーピングされ、更に
ボロンやリン等の周期律表第III族または第Ｖ族元素で
ドーピングされたものであつてよい。

代表的なアモルフアスシリコン感光体の物性値は、暗導
電率が１０^-12Ω¹・cm^-1、活性化エネルギ＜0.85ｅ
Ｖ、光導電率＞１０^-7Ω^-1・cm^-1、光学的バンドギヤツ
プ1.7〜1.9ｅＶであり、また結合水素量は１０〜２０原
子％の量でその膜の誘電率は11.5〜12.5の範囲にあるも
のである。

この非晶質シリコン光導電層は、ドーピング種に応じて
プラス荷電やマイナス荷電も可能であり、コロナチヤー
ジヤへの印加電圧は５乃至８ＫＶの範囲が一般的であ
る。

本発明によれば、非晶質シリコン光導電体層の膜厚が１
０乃至３５μｍのように小さく、その結果として帯電電
位が著しく小さい場合にも高濃度の画像形成が可能とな
るという顕著な利点がある。しかも小さい膜厚の感光層
が使用可能であることは、感光体のコストを下げる上で
顕著な利点をもたらすのみならず、感光層中で光拡散等
が防止され、その結果として形成されるトナー像の解像
力も向上するという利点をも生じる。

本発明は、複写機のみならず、ＣＲＴプリンタ、ＬＥＤ
プリンタ、レーザプリンタ等のノンインパクトプリンタ
やレーザフアクシミリ等に適用される。

本発明を次の例で説明する。

比較例1. スチレン−アクリル樹脂（ハイマーＳＢＭ−７３，三洋
化成工業社製） １００重量部 カーボンブラツク（プリンテツクス−Ｌ，デグサ社製）
8.5重量部 ポリプロピレン（ビスコール５５０Ｐ，三洋化成社製）
1.8重量部 上記処方にさらにキヤリヤの調製に使用した染料と同一
のものを1.0重量部加え、この混合物を混練、粉砕、分
級し平均粒径１１μのトナー(T)を得た。さらに、この
トナー(T)に疎水性シリカ（Ｒ−９７２、アエロジル社
製）をトナー当り0.15％の量でまぶし処理を行なつた。

得られたトナー１０ｇと鉄粉キヤリヤ（未被覆）１００
ｇとを混合し、現像剤を調製した。

次に市販の電子写真複写機（DC−１９１：三田工業社
製）を用いて、第２図の現像装置に上述した現像剤をセ
ツトした。この時の擬似ドラム（A製）と現像スリー
ブ間の抵抗（Ｄ−Ｓ間抵抗）は、印加電圧２００Ｖで３
×１０⁶Ω・cmであつた。

感光体としてアモルフアスシリコン感光層（表面保護層
SiN）を用い、10,000枚のコピーテストを行なつた。な
お、この時の感光体の表面電位（Sp）は３５０Ｖ、現像
バイアスは１５０Ｖであつた。

コピーテストの結果、初期においては画像濃度（I.D）
1.41、かぶり濃度（FD）0.00と良好であつたがコピー枚
数が増加するに従い、ＩＤが低下し、10,000枚ではＩＤ
0.95、ＦＤ0.01であり、画像品質が低下した。

比較例2. 比較例１において、鉄粉キヤリア（未被覆）のかわり
に、表面にアクリル樹脂を１μ〜３μほど被覆した鉄粉
キヤリアを用いる以外は、まつたく比較例１と同様なコ
ピーテストを行なつた。なお、この現像剤のＤ−Ｓ間抵
抗は１×１０¹⁰Ω−cmであつた。コピーテストでは、初
期から画像濃度が0.65と低くほとんど実用に耐えなかつ
た。

実施例１ 比較例２と同一の現像剤を用いて、第２図に示す現像装
置の真ちゆう製のドクターブレード２３に直流電圧と交
流電圧とを同時に印加した。

そこでまず、交流電圧をＶ_PP＝５００Ｖ、周波数を３０
００（Hz）に設定し、直流電圧を〜−６００Ｖに変化さ
せ各ポイントでコピーテストを行なつた。

なお、この時の現像バイアスは＋２００Ｖで設定した。
結果は第１票に示す。

さらに直流電圧を−３００Ｖに、周波数を３０００Ｈｚ
に設定し交流電圧を２００乃至２０００Ｖで可変させ、
コピーテスト（初期のみ）を行なつた。

結果は第２表に示す。

実施例2. 第４図に示すようにドクターブレード２３と案内板２１
およびスリーブ２２によつて形成させる空間にアルミニ
ウム製の板状電極２８を設け、この電極に実施例１と同
様にして直流電圧および交流電圧を印加したところ、実
施例１と同様な結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の現像法を説明するための図であり、 第２図は、現像装置の詳細な構造を示し、 第３図は、磁気ブラシに印加する電圧波形を示し、 第４図は本発明の他の実施例を示す。 ２……非晶質シリコン感光層、２２……磁気ブラシ、２
３……導電性部材、２７，……電源、２８……電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−147653（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−77466（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−121077（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−129445（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−33262（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−75181（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定極性の電荷像を有し且つ１０乃至３５
   μｍの厚みを有する非晶質シリコン感光層を、非磁性ス
   リーブ上に形成された二成分系の帯電磁性現像剤の磁気
   ブラシと接触させ、感光層の電荷と同極性でその表面電
   位よりも低い現像バイアス電圧がスリーブ表面に印加さ
   れた条件下で該感光層上にトナー像を形成させることか
   ら成る非晶質シリコン感光層の現像法において、 前記帯電磁性現像剤の磁気ブラシを、電荷像とは逆極性
   で１００乃至５００Ｖ（絶対値）の直流成分と、ピーク
   対ピーク電圧が３００乃至１０００Ｖの交流成分とから
   成る交流電圧が印加された導電性部材と接触させて該現
   像剤の帯電電荷量を低下させ、次いでこの磁気ブラシを
   非晶質シリコン感光層の現像域に供給することを特徴と
   する現像法。