JPS5842061A - 静電複写方式 - 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】 この発明は静電複写機における同じパターンまたは文章
の複写をくりかえし多量に高速で行なう静電複写方式に
関する。

本発明は導電性基板またはドラム上に電荷捕獲中心また
は中心層（単にＴＬという）を有する複合半導体（この
明細書においては、半導体の上部に絶縁または半絶縁性
層と電荷捕獲中心または中心層となる半導体のクラスタ
または膜の層と該層上の電流を流しうる厚さの絶縁また
は半絶縁層とを集合したものをいう）を設け、このＴＬ
中に静電気または電荷を注入捕獲せしめ６、この電荷量
に対応（比例または逆比例）してこの複合半導体の表面
にトナーを付着せしめるとともに、この付着したトナー
を被プリント面に転写塗付せしめる方式に関するもので
ある。

特に本発明は複数まいの複写を行なわんとした時、その
度毎に複合半導体上に静電荷を帯電させまた光照射によ
り選択的に除去させる必要　、かないため、複数まい特
に１００〜ｌ♂まいを多植に複写せんとする時、きわめ
て高速複写が可能である特徴を有する。

従来静電複写機は真性の化合物半導体を光電効果を利用
して選択的に静電気を帯電させる層に用いていた。しか
しこの方法は材料自体が公害物質でありかつ発ガン物質
が印刷されているに加えて光照射により発生した電荷に
よりすでに帯電した電荷との中和をコントラストを大に
して（Ｓ／Ｎ比を大きくして）行なわしめることには必
ずしも（−足していなかった。

さらに複数まい同じ複写をしようとする時、１−まいの
みを複写する時を単にくりかえし行うのみで、その結果
スピードの向上はなかった。

本発明は複写の度毎にドラム上に静電荷を付着さらにコ
ントラストの増大、高速化のためこの複合半導体中にＩ
Ｎ、　ＩＰ、　ＰＩＮ　ｔたはＮ、ＩＰ接合を設け、こ
の接合による内部電界を形成せしめ、さらに好ましくは
そのエネルギバンドもＷ−Ｎ−Ｗ　（ＷＩＤＥ−Ｔｏ−
ＮＡＬＩ、０Ｗ−Ｔｏ−１−ＷＩＤＥ）構造にしたもの
である。本発明はこのため光照射時に静電気と半導体中
で発生したキャリアとの再結合スピードを向上させる電
界を発生させてＳＮ比およびコピースピードを増加せし
めたこと、さらに非公害物質である珪素またはその化合
物特に炭化珪素または窒化珪素を用いたことを特徴とし
ている。

以下にその実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明を適用させるべき静電複写機導体（１）
が設けられている。

この複合半導体は図面においては真性（ホウ素の如き不
純物を１０〜１０ｃ♂添加して活性化エネルギをＢｇの
約１／２とした半導体）または実質的に真性（人為的Ｋ
ＰまたはＮ型の不純物を添−加していない半導体）の導
電型を有する半導体層（３）、さらに上面に電流を流し
うる厚さを有する絶縁または半絶縁性層（４）、半導体
好ましく゛は帯電させる電荷とは逆導電型を有する電荷
（静電荷）捕獲中心またぽ中心層（５）、’市原を流し
うる厚さを有する絶縁または半絶縁性層（６）が積層し
て設けられている。この複合半導体は珪素を主成分とし
、半導体層（３）、（５）は非単結晶珪素特にアモルフ
ァスまたは微結晶性を有するセミアモルファス構造を肩
する珪素よりなり、絶縁または半絶縁層（４）、（６）
はｓ　１ＸＣ１１（ｏ４　Ｘ（１）　ｉたけＳ　１八、
　（Ｏにｘ４４）よりなっているもので、これら６半導
体および半絶縁体または絶縁体中には再結合中心中和用
としての水素、フッ素、塩素の如キハロゲン元素、リチ
ュ〜ム、カリュームの如ｈアマ゛カリ金属元素が０．０
１〜２０モル係の濃度に添加されている。

真性の半導体を珪素のセミアモルファス構造を有せしめ
て作った場合、その電気伝導度は１０〜１０　（ｕｃｍ
）　、Ａ　Ｍ　１を照射した時の光伝導度は１６７〜１
６′（北Ｃｍ）’とその明暗を１♂近くし得、本発明の
静電複写装置としてきわめて好都合であったＯ 第１図（Ｂ）においては、導電性基板とこの複合半導体
上の静電気発生源との間にＦχ界を加え、複合半導体表
面に加えてＴＬ（５）にも図面では正の電荷を均質に静
電気発生源または基、板を移動（２）へと放出される。

加えて光励起で発生した電子・ホール対のうち図面では
負の電子がこのＴＬ（５）または六回の正の静電気と再
結合して中和をする。かくして半導ＡＫ選択的に静′−
気を分布せしめることができた。複合半導体の六簡の静
電気はこの上面にトナーを付着させて除去すると消失す
るが、ＴＬ中の電荷はそのまま介在される。

第２図は本発明の原理を回転ドラムになった複合半導体
に設けた静電複写機として示している０ すなわち回転ドラム（１［有］の″表面部分は骨体と複
合半導体との多層構造に第１図と同様に設けられている
。さらに静電発生源（田より放出された静電気はドラム
の複合半尋体上面または一荷捕縛層に（イ）の如＜Ｎ−
に分布される。

さらに光源α力より物体（例えば印Ａｌ１１１された紙
表面）０］）の反射光００）がスリット（９）をへてド
ラム上を照射する。すると照射された表面領域の半導体
中で光起電力を発生し、その負の電荷の帯電している電
荷−との再結合および正の電荷の基板導体への放出によ
り、その照射光（１カに従って静電気翰の濃淡（８）が
できる。さらにこの回転ドラムの複合半導体の表面はα
嗜の部分にて炭素粉またはそれと似質の混合物（１，ｏ
〜１００μの粒径）の黒粉体（以下単にトナーという）
をドラム表面上に分布せしめる。するとこの粉体は静′
電気の量に比例してドラム表面に付着する。

さちにこのドラムの回転−（スピードは１回目は１〜１
０秒／回転であり、２回目以降は０．０５〜１秒／回転
である）と同じスピードにてこのトナー（黒粉体）は静
電気に引かれて表面に付着して被複写体（被プリント面
）例えば新しい紙０３が移動しこの粉体を被複写体上に
付着せしめる。この後この紙ｏ１は焼きっけ、定着をへ
て複写が完成する。ドラムの表面に残存した粉体は１度
のみの複写の場合はブラシ０→により完全に除去した後
最初の静電気発生源に至る。またくりかえし複写する場
合は静電気の均一分布および光照射による選択（Ｅ、は
不要である。

第３図は本発明の一接合型（’ＩＰ接合）−の光導電性
半導体（３）を含む複合半導体（１）の電荷抽穫忌１有
するエネルギバンド図である。第３図（Ａ）〜（Ｄ）に
て電荷の注入、光照射による放出等を示している。図面
（Ａ）　において、導体（２）上の複合半捕縛されると
、エネルギバンドは第３図（Ｂ）の如くに曲がる０また
光照射（１０）ＫよシＭす起ＭＬこの静電気に対し電子
（ハ）が再結合（ハ）をする。またホール（２０は裏面
の導体（２）へと■型半尋１４−僧ｅ］）およびＰ型半
導体層（イ）をへて放出される。その帖果光照射が行わ
れた所はその程度に従って（Ｄ）が形成され、さらにこ
の捕獲された電荷に従ってトナー（イ）が表面に付着す
る。すなわち光照射が強い所は（Ａ）と同じバンド構造
が、その程度ｐζ従（９） つて弱い一所はＣＤ）が、またない所は（Ｂ）が選択的
に設けられ、その局部的な場所の濃淡によってトまたは
珪素と炭素、窒素または酸素が添加された半導体または
半絶縁体（Ｓ　ｉｘＣ＋、　（０＜ｘ＜　１）　、　ｓ
ｉ、騙（０＜ｘ＜４））を用いたことを主な特徴として
いる。

そしてこの半導体または半絶縁体はそれ自体が公害物質
ではなく、半導体Ｑ１）に対しても、またＣ、Ｎを添加
することにより絶縁性が増加し、その結果半導体層の必
要な最さを従来の１／３〜１７１０に−４ですることが
でき、加えてドラムとしての耐摩耗性にすぐれるという
特徴を有する。

かかる半導体または半絶縁体の層の作製は以る。さらに
Ｐ型半導体を形成する場合には■価の不純物であるＢ、
Ｈ，、Ｉｎ　ＣＩ、を同時にヘリューム等によシ希釈し
て導入する。さらにこのドラム（１０） （４２）は直径２０〜６０ｃｍ、長さ２５−８０ｃｍを
有しているため、このドラム←２）を）シ低イ〜１回／
秒の速度にて回転させた。このドラムの表面はアルミニ
ュウムまたはその化合物よりなり、六回の酸化アルミニ
ュウムを珪化物気体を被膜イヒする前に真空中でプラズ
マ状態（ツタにてＡ、ｒまたは−ＡｒおよびＨとの混合
気体により被膜の被形成面をクリーニングして酸化物ま
たは汚物を除去した。さらにこれに珪化物気体例えばＳ
ｉＨ，、白ｉ　ｎＨ，、（ｎ２２）、　Ｓ　ｉ　Ｆ、等
を電極０７）ノ中央部にあるノズル（４８）より導入し
、プラズマを直流、Ｏ，Ｏ’１〜５０ＭＨｚ、または１
〜１０ＧＨ２の周波数で１００Ｗ〜ＩＫＷのパワーを加
え第４図（Ｂ）の如＜ドラム０２）と４４ｉ（４７）と
の間にプラズマ化を生ぜしめ反比、性気体がノズル（絢
より放出されたすべて〃；反応して、その生成物がドラ
ム上に禎着するようこのドラムを２００〜５００’Ｃ！
に加熱しつつ、力≧つＤＣプラズマＣｖＤをこのドラム
と電極（４７）との間で行うことを本発明の他の特徴と
している。

枝着が少なく、単純な平行平板型のグロー放電法を利用
した珪素に水素または水素とフッ素の如きハロゲン元素
が添加された非軸晶質珪素を利用する方法に比べて、材
料収率を１５％より９０〜９５チに向上でき、材料の有
効利用ができ、場合として低コスト化を計ることができ
た０反応炉内は珪化物気体特にシランを３〜３０チ。

Ｈｅε９７〜７０％とし、さらにＰ型ま６４．たはＰ９
型の層とするには、′ＢＨ６′またはＩ　ｎ　Ｃ１，を
０．１〜３％導入する。またＮ型の層を作る−には、ｐ
弓、５ｂｃＩＪを同様に同時に混入せしめた。その場合
はその址に相当する希釈材であるヘリュームを少なくし
た。ヘリュームはすべての気体中級も・＋ｔ　＜　、か
つ熱伝導率がＡｒ等に比べて約３倍も大きく、反応炉内
の均熱化すなわち被膜の膜厚の均一化にきわめて好まし
い希釈ガスであった。

さらＫＨｅはイオン化する時の電離電圧が２１ｅＶもあ
り、他の気体の１２〜１５ｅＶ　Ｋ比べきわめて大きく
、結果としてプラズマ状態の持続に対してもその寄与が
犬であった。

さらにこの形成される被膜を半導体ではなく半絶縁体と
するためには、同時にメタンまたはアンモニアを添加し
た。するとＳちＮ＋１　（０’　Ｘ’　４）が形成され
、窒素が１〜３０モルチ添加させるとその被膜はＥｇが
２．０〜３．ＯｅＶと珪素の１．６〜１、、８ｅＶより
も大きくすることができた。加えて耐摩耗性も向上し、
本発明の静電複写機は単純な珪素ではなく、炭素または
窒素が１〜５０モル係添加され、特にこの半導体の靜′
１式気が吸着する表面またはその近傍に炭素または窒−
入の添加敏を大にしてＳｋ”ｔ＊　、Ｓ　ＬＪＮ＋−ａ
においてＸを小さくし広いエネルギバンド巾でありかつ
耐学耗性向上に務めた〇 かくすることによシ静電気のリークによる漸減が少なく
、静電気を長時間半導体上または半絶縁体上に保持する
ことができた。

炭化物気体を導入するのＫＭＯ（金紙有機物）であるテ
トラメチルシラン（Ｓｉ　（（ｊＱ）　（””。

２６．４６ｃ）、テトラエチルシラン（Ｓｉ　（Ｃ，Ｈ
，、））　（ＢＰ。

１５３°Ｃ）を用いてもよい。かかる炭素ン珪１ヒ合物
を用いると、形成された半導体または半絶縁体中に珪素
または炭素のクラスタが存在し、半導体特性を防げると
いう心配がなくきわめて好ましいものであった。

第５図は本発明の複合半導体の他の実施例を示すエネル
ギバンド図を示す０ 図面（Ａ）において導体（２）土の複合半導体は真性の
半導体（３）、電流を流しうる厚さの絶縁膜（４）、電
荷捕獲層（５）、耐摩耗性を声しかつ挿接電荷をリーク
させない絶縁膜（６）よりなっている０この構造におい
て静電気は十であっても−であってもよい。そして例え
ばトナーが７に帯電しやすい時は十の電荷にて陽画を示
し−の静電気にて陰画ヲコピーすることができ、それら
は複数（弓接触される電荷−を保存する限りにおいてく
り　　　　□かえし転写することができる。

第５図（Ｂ）は電荷捕獲層（５）をはさ１層を半絶縁４ 膜例えばＳｉ、Ｃ，〜、　（０＜ｘ＜１）特にＸ・０．
４〜０．６．またはＳ−瓢、（０＜ｘぐ４）特Ｋｘ＝２
〜３を有せしめたものである。このためこの半絶縁層は
３００〜３０００Ａもの厚さを有し得ることができた。

導体（イ）側をＰ型としたため、静電気が正の時コント
ラストをなくすることができた。

第５図（０）は導体上にＰ型（ハ）、１型ＱＩ）および
電荷挿接層（５）をＮ型として設けたものである。図面
では絶縁層（４）、半導体層（５）を半導体（３）と同
様にプラズマＣＶＤ法で作製した。しかし絶縁層（６）
は半導体層（５）の表面をアンモニアのプラズマ窒化す
なわちアンモニアをマイクロ波（２，４５ＧＨ２５００
〜１００ＯＷ）Ｋて活性化または分解し、その反応しや
すい窒素とによりＶ　Ｊａ　Ｌ、て成就したものである
。

すなわち第５図（０）は半導体層（５）の上面には電流
を流しうる厚さの窒化珪素（ｓ　ｉ、ｎ；が３０〜１０
０Ａの厚さで形成されている。この窒化珪素はエネルギ
バンド巾が５．　ＯｅＶであシ、酸化珪素に比べてかた
く耐摩耗性にすぐれているに加えてその厚さを３０〜１
００Ａと厚くしても電流を流すことができる０このため
酸化珪素の保護膜に比べて２つの特徴を有し、本発明に
おいてはプラズマＣＶＤ用反応炉においてシランの導入
を中止して、そのかわりにアンモニアのみを導入しプラ
ズマ化し、この半導体または半絶縁体の表面を炭化また
は窒化すればよい。

本発明の実施例においては、正の静電気を帯１びさせる
場合を主として記した。しかし負の静電気を帯びさせる
場合は麹合をＰ（第３の層）−Ｉ　（第２の層）−Ｎ（
第１の層）とするべき導体上の第１の半導体層の導電型
を定めればよく、全く逆符号の関係になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる静電気の局部的な帯電の原理を示
したものである。 第２図は本発明の応用するドラム式の静電複写機の原理
を示したものである。 第３図は第１図に対応した複合半導体に電荷を帯電させ
る時の半導体の二′ネルギバンド図の変化を示す。 第４図は本発明の複写機を作るためのＡ造装置の原理を
示す０ 第５図は本発明の他の実施例である複合半導体のエネル
ギバンド図である。 ￥１図 琥２図 ４ｂ （Ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性基板上に電荷捕獲中心または中心層を有する
   複合半導体の前記中心または中心層に電荷を注入する工
   程と、該工程と同時またはこの工程の後光照射をすると
   ともに照射量に対応した前記電荷捕、穫中心に電荷を注
   入捕獲せしめる士程と、該捕縛した電荷に対応してトナ
   ーを前記複合半導体上面に付着せしめる工程と、該付着
   したトナーを被プリント面に転写塗付せしめる工程とを
   有することを特徴とする静電複写方式。 ２、特許請求の範囲第１項において、捕縛された電荷に
   対応してトナーを複合半導体表面に付着せしめる工程と
   、該付着したトナーを枝プリント面に転写塗付せしめる
   工程をくりかえすことにより、同−捕獲電荷により複数
   まりの複写をすることを特徴とした静電複写方式。