JPH07168384A - 電子写真感光体及びそれを用いた画像記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、実用的レベルで絶縁性一成分現
像が可能な光発電型の電子写真感光体を提供することを
その目的とする。 【構成】 この発明は、透光性基板１１表面にｐ型非
晶質シリコン層１３−ｐ、ｉ型非晶質シリコン層１３−
ｉ、ｎ型非晶質シリコン層を積層した薄膜発電層１３を
多数段形成し、透光性基板１１の裏面側から薄膜発電層
１３に光を照射することによって、各段の発電層１３で
の光起電圧を重畳した電圧を薄膜発電層１３の最表面に
出現させ、その電圧によって当該最表面に静電潜像を形
成する電子写真感光体であって、発電層１３を１５段以
上積層すると共に、各段の発電層１３のｉ型非晶質シリ
コン層１３−ｉの光吸収量が２％以上になるように、各
段の真性非晶質半導体層の膜厚を制御したことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子写真装置に用い
られる電子写真感光体及びそれを用いた画像記録装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電子写真装置としては、コロナ放
電を利用したものが広く知られている。斯る電子写真装
置は、感光体の周囲にコロナ帯電、露光現像、転写、除
電、クリーリングなどを行わしめる部品を配置しなけれ
ばならず、構造が複雑になるという問題があった。

【０００３】このような問題点に鑑み、近年コロナ放電
を用いない電子写真プロセス、いわゆる背面記録方式と
いわれる現像プロセスを用いた電子写真装置が提案され
ている（例えば、画像電子学会第１６巻 第５号 １９
８７ 参照）。この背面露光記録方式は、帯電、露光、
現像、クリーニングをほぼ同じに行うもので、図１１の
模式図に示すように構成される。この図に従い、背面露
光記録方式につき説明する。

【０００４】ガラス製の円筒状の透明支持基板３４の外
周に、透明電極３５と感光部を構成する光導電層３６と
を積層することにより形成された感光体３０の内側にＬ
ＥＤアレイヘッド３３が配置され、この感光体３０の外
周面上部に現像機構３１が配置される。そして、感光体
３０の透明電極３５と現像機構３１を構成する磁極ロー
ラ３７との間に現像バイアス３８が印加されている。導
電性トナー３９は磁極ローラ３７の外周に被せたスリー
ブ４０の周囲に吸着せしめられて、いわゆる磁気ブラシ
４１が形成され、光導電層３６の外周面に臨んでいる。
ここで、この導電性トナー３９を通して現像バイアス３
８から光導電層３６へ電荷の注入が起り、光導電層３６
は現像バイアス３８と略同電位に帯電する。

【０００５】一方、ＬＥＤアレイヘッド３３から投射さ
れた光像が円筒状透明支持基板３４の内側から光導電層
３６に入射せしめられて光導電層３６に静電潜像が形成
されると、磁気ブラシ４１から光導電層３６表面にトナ
ーが吸着されてトナー顕像が形成され、転写ローラ３２
にて記録紙４２に転写せしめられてゆくことになる。

【０００６】感光体３０表面の残留トナーは現像機構３
１による掃き取り力、及び磁極ローラ３７の磁力によっ
て除去される。従って、感光体３０に対する帯電、露
光、現像、クリーニングが現像機構３１とＬＥＤアレイ
ヘッド３３によって略同時的に行われることとなり、構
成、並びに電子写真処理プロセスが大幅に簡略化され
る。

【発明が解決しようとする課題】

【０００７】この新しく提案された電子写真装置におい
ては、上述したように構成、並びに電子写真処理プロセ
スが大幅に簡略化される反面、現像時に印加される現像
バイアスを利用して帯電を行うために、帯電と現像の全
く異なる現象の両立が困難で、良好な印字品質を安定し
て得ることは困難である。

【０００８】しかも、上述した、背面記録方式では露光
前のトナー接触領域でトナーによる感光体への帯電が必
要であり、現像剤中に必ず導電性トナーを必要とし、こ
れが画質を低下するという原因になっていた。

【０００９】そこで、構造的には背面記録方式と同じ現
像プロセスであるが、潜像形成（帯電、露光）を露光の
みで行う、即ち、太陽電池に類似した感光体（以下、光
発電型感光体という。）を用した現像プロセス（以下、
光発電型現像プロセスという。）が提案されている（例
えば、特開平３−２８８６３号公報参照）。

【００１０】この方式は、図２に示すように、透明導電
膜を形成した透明支持体上に非晶質シリコン太陽電池と
同様に構成された発電層を多段積層した感光体が用いら
れる。そして、透明支持体から露光することにより、表
面に発電層の開放電圧を重畳した電位が発生し、この電
位により潜像を形成するものである。

【００１１】上述した光発電型現像プロセスに絶縁性一
成分現像を適用することにより、従来問題になっていた
導電性トナーに起因する問題は解決することができる
が、そのためには、上記光発電型感光体により得られる
表面電位により絶縁性一成分現像を行う必要がある。

【００１２】この発明は、実用的レベルで絶縁性一成分
現像が可能な光発電型の電子写真感光体を提供すること
をその目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、透光性基板
表面に一導電型非晶質半導体層、真性非晶質半導体層、
他導電型非晶質半導体層を積層した薄膜発電層を多数段
形成し、上記透光性基板の裏面側から上記薄膜発電層に
光を照射することによって、上記各段の発電層での光起
電圧を重畳した電圧を上記薄膜発電層の最表面に出現さ
せ、その電圧によって当該最表面に静電潜像を形成する
電子写真感光体であって、上記発電層を１５段以上積層
すると共に、上記各段の発電層の真性非晶質半導体層の
光吸収量が２％以上になるように、各段の真性非晶質半
導体層の膜厚を制御したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】各発電層の真性半導体層の光吸収を２％以上と
することで、標準的なＬＥＤにおける表面電位の立ち上
がり速度即ち、光感度が２．５ｍｓｅｃ以上のものが得
られることが分かった。

【００１５】

【実施例】以下にこの発明を示す図面に基づき具体的に
説明する。

【００１６】図１はこの発明に係る感光体、すなわち、
光発電型感光体を用いた電子写真装置の模式図であり、
図中１はこの発明に係る感光体、２はトナー層、３はＬ
ＥＤアレイヘッド、４は転写ローラ、５は記録紙を示し
ている。

【００１７】感光体１は円筒型であって、図示しない軸
回りに矢印方向に回転駆動せしめられるようになってお
り、その外周面上部に臨ませてトナー層２が、またこの
トナー層２に対向して感光体１の内側には露光のための
ＬＥＤアレイヘッド３が配置され、更に外周面下部に臨
ませてトナー顕像を記録紙に転写する転写ローラ４が設
けられている。

【００１８】図２は、この発明に係る感光体１の部分断
面構造図であり、同図において、１１はガラスなどにて
構成された透光性基板を示している。この透光性基板１
１上には、ＳｎＯ₂ ，ＩＴＯ等からなる透明電極１２が
積層形成され、更にその上に非晶質シリコン（以下、ａ
−Ｓｉという。）を主成分とする複数の薄膜を積み重ね
た薄膜発電層１３を多段に積層、望ましくは２３層程度
積層された発電層１３が、そしてこの発電層の最表面層
上に形成された非晶質窒化シリコン（ａ−ＳｉＮ）また
は非晶質炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）からなる表面層１
４が順次積層形成されている。

【００１９】次に、この発電層１３…について、詳しく
説明する。各発電層は光の照射を受けると電子や正孔か
らなる光キャリヤを発生する真性（ｉ型）のａ−Ｓｉか
らなるｉ型層１３−ｉと、その両側に設けられたｐ型の
ａ−Ｓｉからなるｐ型層１３−ｐと、ｎ型のａ−Ｓｉか
らなるｎ型層１３−ｎと、によって構成されている。そ
して、この発明においては、それぞれの上記発電層のう
ち、各ｉ型層１３−ｉの膜厚を基板１１側から表面層１
４側に向かうに従って厚く設定している。

【００２０】一般に、光の照射を受けると光起電力を発
生する発電層を多段積層して各発電電圧を重畳する場
合、各発電層からの発電電流をそれぞれ近似したものと
しておく必要がある。そのような観点から発電層の発電
電流を見てみると、その発電層へ到達する光量に依存す
ることは当然であるが、ｉ型層の膜厚にも依存すること
が知られている。即ち、このｉ型層の膜厚が厚いほど発
電電流は大きい。

【００２１】一方、各発電層への到達光量について考え
てみると、最も基板１１に近いｉ型層に入射される光量
から、各ｉ型層で光が吸収されるため、光の到達光量
は、減少してゆく。従って、各ｉ型層で光の吸収量を同
じにするために、ｉ型層の膜厚を光の入射光量に応じて
厚くする必要がある。このため、この発明の感光体で
は、ｉ型層１３−ｉを基板１１から表面層１４側に光の
吸収量を同じにするために光の入射光量に応じて膜厚を
順次厚くしている。

【００２２】また、上述したように、光発電型感光体を
用いた現像プロセスでは、露光だけで潜像形成ができる
ため、現像剤に導電性トナーを用いる必要がないので、
導電性トナーに起因する画質低下を防ぐことができる。
このため、この発明者等は光発電型感光体を用いて絶縁
性一成分現像法における必要電位を求め、その時に十分
な現像トナー量が得られるかどうかを調べるために、シ
ミュレーションを行った。表１にシミュレーションに用
いた各パラメータを示す。このシミュレーションに用い
るトナーは、有機感光体（ＯＰＣ）の場合に比べトナー
粒径を小さく、トナー層厚を薄くしているため、トナー
供給量が低下するのを補うため、感光体と現像機の周速
比を大きくしている。

【００２３】

【表１】

【００２４】この状態で表面電位を１８Ｖ、現像バイア
スを９Ｖとすることにより、図３に示すように露光部の
トナー層における電界はすべてプラス方向（トナーに作
用する力が感光体に向かう方向）に、非露光部のトナー
層にかかる電界はすべてマイナス方向（トナーに作用す
る力が現像スリーブに向かう方向）にすることができ
る。また、現像トナー量についても図４に示すように、
１ｍｇ／ｃｍ² を確保することができる。

【００２５】従って、直径７μｍ程度の小粒径で、誘電
率εｒ＝５程度の高誘電率のトナーを用い、現像スリー
ブ上に１０μｍのトナー層の薄層を形成することで、光
発電型感光体を用いた絶縁性一成分現像が実現できる。

【００２６】上述したように感光体の表面電位が１８Ｖ
が得られれば、絶縁性一成分現像が行える。上記した各
発電層では、約０．８Ｖの電位を得ることができるの
で、各層の光の吸収量を同じにするように、順次膜厚を
厚くし２３層積層すれば表面電位が１８Ｖの感光体が得
られる。

【００２７】一方、光発電型感光体の特性として重要な
特性としては、表面電位と表面電位の立ち上がり速度、
即ち光感度とがある。表面電位は前述したように１８Ｖ
得られれば絶縁性一成分現像が行える。これに対して、
光感度は、印字速度に影響をおよぼす。即ち、印字速度
がＡ４で４枚／分のプリンタとすると、１ドット当りの
ＬＥＤの点灯時間は、２．５ｍｓｅｃとなる。また、記
録ヘッドに用いられるＬＥＤアレイとしては、発光強度
は３０ｍＷ／ｃｍ² であることから、感度として３０ｍ
Ｗ／ｃｍ² で、２．５ｍｓｅｃ以内の立ち上がり時間が
必要となる。

【００２８】図５に発電層一層のみの場合（吸収量３
％）で、発光強度を変化させた時の立ち上がり時間と関
放電圧Ｖｏｃを測定した結果を示す。この図５に示すよ
うに、露光強度として、２０ｍＷ／ｃｍ² 以上であれ
ば、立ち上がりの時間としては、２．５ｍｓｅｃ以内の
ものを得ることができる。

【００２９】次に、発電層の吸収量が２％、５％、５．
６％、１０％と異なる感光体をそれぞれ形成し、発光強
度とＶｏｃの立ち上がり時間を測定した結果を図６に示
す。この図６から、Ａ４の書類を標準的なＬＥＤ光強度
で４枚／分で出力するためには、露光強度が３０ｍＷ／
ｃｍ² 以上であれば、発電層の吸収量としては２％以上
のものを用いればよいことがわかる。

【００３０】ところで、太陽電池感光体では、表面電位
を確保するために前述した多段化を行っているが、各発
電層を形成するための反応時間を非常に多くとることは
コストなどの点から好ましくないので、反応時間に制限
が生じる。この結果、各段の膜厚にも限界が生じ、その
ため１段当りの光の吸収量の低下が懸念される。

【００３１】発光強度を変化された場合の開放電圧Ｖｏ
ｃ及び立ち上がり速度の低下はいずれも光電流の低減に
よるものであることから、表面電位及び感度向上のため
には、記録ヘッドの発光波長における収集効率を向上さ
せる通常用いられるＬＥＤアレイヘッドの場合には、６
６０ｎｍにおける収集効率を向上させることが重要であ
る。前述したように、この発明の感光体は、図２に示す
ように、入射光（６６０ｎｍ単色光）を各段で均一に吸
収するように、光入射側の透明支持基板１１から遠ざか
るほどｉ層の膜厚が厚くするように構成されている。

【００３２】次に、図２に示したこの発明感光体の製造
方法について説明する。ＩＴＯからなる透明電極１２を
設けた透光性基板１１をプラズマＣＶＤ反応室に入れ、
その反応室に適宜反応ガスを満たして、１３．５６ＭＨ
ｚのＲＦ電源に所定のパワーを与え、グロー放電を生起
せしめることにより、透明電極１２上に各発電層１３
…、並びに表面層１４が順次積層される。それぞれ各層
の組成は異なるので、積層順に反応ガスが各層の成長時
に切り替えられる。

【００３３】表２に各層とその層を成長させる時の反応
ガス組成を示す。尚、反応ガスにはキャリヤガスとして
Ｈ₂ ガスがふくまれている。

【００３４】

【表２】

【００３５】そして、この発明では、最適な感光体の作
製条件を調べるため、基板温度、圧力、ＲＦパワーをそ
れぞれ変化させて作成した感光体を測定した結果を図７
ないし図９に示す。

【００３６】この発明の感光体は薄膜の発電層を多段形
成することから、光吸収量（光電流）の確保と反応時間
の短縮が必要である。図７ないし図９から反応圧力は
０．５Ｔｏｒｒ以下で最適は０．５Ｔｏｒｒ、基板温度
は２００℃以上で最適は３６０℃、ＲＦパワーは１１０
ないし１６０Ｗで最適は１５０Ｗであると考えられる。

【００３７】次に、基板温度３６０℃、ＲＦパワー１５
０Ｗ、圧力０．５Ｔｏｒｒの条件でｎ−ｉ−ｐ構造の発
電層を積層した感光体を作成したが、得られたＶｏｃは
０．６７であった。Ｖｏｃが低い原因としてはｎ−ｉ−
ｐ構造であることと、高温によるｐ層の不純物拡散が考
えられることから、ｐ−ｉ−ｎ構造による発電層の感光
体を基板温度を変えて作成し、その開放電圧Ｖｏｃを測
定した結果を図１０に示す。

【００３８】図１０より２３０℃が最適であり、１段当
り０．８Ｖ以上のＶｏｃが得られる。表面電位が１８Ｖ
とすると、１段当り０．８Ｖであるから、必要とする段
数は２３段となる。光吸収量を各段当り２％とする場合
と、３％とする場合の各層の膜厚と反応時間を表３ない
し表５及び表６ないし表８に示す。

【００３９】

【表3】

【００４０】

【表４】

【００４１】

【表５】

【００４２】

【表６】

【００４３】

【表７】

【００４４】

【表８】

【００４５】次に、このように形成された感光体を用し
て構成した電子写真装置について、図１を参照しつつ説
明する。

【００４６】感光体１の内側から中心波長６６０ｎｍ、
１６ドット／ｎｍのＬＥＤアレイヘッド３を画像信号に
応じて適宜点灯させると、感光体１は光の照射を受けた
箇所だけ起電力が発生し、感光体１の表面層１４に透明
電極１２に対して約−１８Ｖの電荷が出現する。これと
同時に表面層１４側から絶縁性一成分トナー１５を感光
体１に接触させると電荷が出現した箇所のみにトナーが
付着して、現像される。次に感光体１が回転し、トナー
が付着した顕像は感光体１と約−１００Ｖにバイアスさ
れた転写ローラ４との間に導かれた記録紙５に転写され
る。顕像が転写されたら記録紙は図示しない定着手段に
導かれ、その転写された顕像を記録紙５に定着せしめ、
印字動作を完了する。

【００４７】一方、感光体１は更に回転して再度現像位
置に移動して現像を行われ、以下このサイクルを繰り返
す。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、感光体の表面電位をその感光体に照射される光によ
って直接発生させるので、帯電に導電性トナーを必要と
せず絶縁性一成分トナーによる現像を画能となり、導電
性トナーに起因する画質低下を防止することができる。

【００４９】各発電層の吸収量を２％以上にすること
で、感光体を向上させ、印字スピードの向上が掃かれ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の画像記録装置の構成を示す模式図で
ある。

【図２】この発明における感光体の部分断面図である。

【図３】この発明における感光体の電位と電界分布状態
を測定した特性図である。

【図４】この発明における感光体の現像トナー量と表面
電位の関係を示す特性図である。

【図５】この発明における感光体の露光強度とＶｏｃ及
びＶｏｃの立ち上がり時間との関係を測定した特性図で
ある。

【図６】この発明における感光体の露光強度とＶｏｃの
立ち上がり時間との関係を測定した特性図である。

【図７】この発明の感光体の製造時の基板温度と、成膜
速度、及びｉ型層の吸収係数の関係を示す特性図であ
る。

【図８】この発明の感光体の製造時の反応圧力と成膜速
度及びｉ型層の吸収係数の関係を示す特性図である。

【図９】この発明の感光体の製造時のＲＦパワーと成膜
速度及びｉ型層の吸収係数の関係を示す特性図である。

【図１０】この発明の感光体の製造時の基板温度とＶｏ
ｃとの関係を示す特性図である。

【図１１】従来の画像記録装置の構成を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 感光体 ２ トナー層 ３ ＬＥＤアレイヘッド ４ 転写ローラ ５ 記録紙 １１ 透光性基板 １２ 透明電極 １３ 薄膜発電層 １３−ｐ ｐ型アモルファスシリコン層 １３−ｉ ｉ型アモルファスシリコン層 １３−ｎ ｎ型アモルファスシリコン層

フロントページの続き (72)発明者 南 浩二 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性基板表面に一導電型非晶質半導体
   層、真性非晶質半導体層、他導電型非晶質半導体層を積
   層した薄膜発電層を多数段形成し、上記透光性基板の裏
   面側から上記薄膜発電層に光を照射することによって、
   上記各段の発電層での光起電圧を重畳した電圧を上記薄
   膜発電層の最表面に出現させ、その電圧によって当該最
   表面に静電潜像を形成する電子写真感光体であって、上
   記発電層を１５段以上積層すると共に、上記各段の発電
   層の真性非晶質半導体層の光吸収量が２％以上になるよ
   うに、各段の真性非晶質半導体層の膜厚を制御したこと
   を特徴とする電子写真感光体。
2. 【請求項２】 上記薄膜発電層の真性非晶質半導体層は
   上記透光性基板側から表面側に向かって順次膜厚が厚く
   なるように設定されていることを特徴とする請求項１に
   記載の電子写真感光体。
3. 【請求項３】 感光体の透光性基板の内側に配置された
   印字画像に対応した光を発する光源と、上記感光体の表
   面の絶縁性一成分トナーを接触すべく薄層のトナー層を
   形成したトナー供給手段と、このトナー供給手段の下流
   側に設けられた転写手段と、からなり、上記光源からの
   光を透光性基板の内側からこの透光性基板を介して薄膜
   発電層に照射して上記感光体表面に静電潜像を形成し、
   その静電潜像に上記トナー供給手段からトナーを供給し
   てトナー顕像を生成し、そのトナー顕像を上記転写手段
   を用いて記録紙に転写することを特徴とする画像記録装
   置。
4. 【請求項４】 上記感光体として請求項１または２に記
   載の感光体を用いることを特徴とする画像記録装置。