JPH0527562A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は感光体ドラムに露光手段を内挿した
画像形成装置において、前記露光手段に発光輝度の小さ
い蛍光発光体を背面露光装置に用いた場合でも、前記光
導電体層に前記露光電荷を効率よく且つ確実に捕足し、
容易に画像鮮明化を達成し得る画像形成装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】 前記画像形成装置において、前記光導電層を
５μｍ以下に設定したアモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）系材料で形成し、且つ該光導電体層と透光性導電層
との境界側に高抵抗若しくは絶縁性の注入阻止層を介在
させて感光体を構成するとともに、該感光体の背面側に
蛍光発光体からなる露光手段を配した事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真方式を採るプリ
ンタ、ファクシミリ、複写機等に使用される画像形成装
置に係り、特に透光性支持体上に透光性導電層と光導電
体層を積層してなる感光体の背面側（前記透光性支持体
と対面する側）に、画像情報に対応した光出力を生成す
る露光手段を配し、該露光手段により前記光導電体層に
露光像を形成する画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より例えば透光性支持体上に透光性
導電層と光導電体層を積層してなる感光体ドラムの内周
側に、画像情報に対応した光出力を生成する露光手段を
配し、該露光手段の光出力を集束化して前記光導電体層
に潜像を結像すると同時若しくはその直後に前記感光体
ドラムと対面配置させた現像手段を介して前記潜像を可
視像（トナー像）化した後、該トナー像を転写ローラそ
の他の転写手段を介して普通紙に転写可能に構成した画
像形成装置は公知である。（特開昭58ー153957号他、）

【０００３】この種の画像形成装置においては、露光手
段を感光体ドラム外周面上に配置した公知の電子写真装
置と異なり、露光手段を感光体ドラムに内挿する構成を
取るためにポリゴンミラー等によるビーム展開する露光
手段を用いる事が出来ず、この為従来装置においては多
数のＬＥＤ素子をドラム軸方向に沿って列状に配し、該
ＬＥＤ素子を画像情報に対応させて選択的に点灯制御可
能に構成したＬＥＤヘッド、又光源と集束レンズとの間
に液晶シャッタを配し該液晶シャッタの開閉制御により
露光像を形成する液晶プリンタヘッド、等が提案されて
いる。

【０００４】しかしながら前者においては前記ＬＥＤ素
子群を配列したヘッドアレイの完成歩留りが悪いのみな
らず、個々の素子間の光量、波長のバラツキ、発熱劣化
等が生じ易い。又、後者においては使用温度域が狭く、
又光源が別途に必要で而もシャッタの応答性やＯＮ／Ｏ
ＦＦの明暗比が低いので印刷速度を速く出来ないという
欠点を有す。

【０００５】更にＬＥＤヘッドはそれ自体で発熱が伴
い、又液晶ヘッドにおいてもハロゲンランプその他の光
源よりの発熱を伴い、この様な発熱体を挟口径に形成し
た感光体ドラム内に内挿させて露光動作を行うと、ドラ
ム内温度が上昇して画像品質に悪影響を及ぼすのみなら
ず、特に前記ドラム内はトナー等の塵埃の侵入を防ぐた
めに一般にドラム両端を密閉する構成を取る為に前記欠
点が一層増長される。

【０００６】一方、近年電子写真装置若しくは静電記録
装置の露光原として蛍光発光体を用いた技術が検討され
ている。例えば特開昭５８ー１０８８６４号において、
公知のカールソン方式の電子写真装置の露光手段（潜像
形成用発光源）に蛍光発光体を用いた技術が開示されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】さて露光原として蛍光
発光体を用いた場合は、確かに蛍光、発熱がない、駆動
回路の簡易化、高精細度化し易い、又小型化も可能であ
るために、前記した欠点を解消し得るが、蛍光発光体は
ＬＥＤ等に比較して発光輝度が小さく、而も画像形成装
置においては他の電子写真装置と異なり、前記露光手段
の光出力を直接光導電体層に透過させるのではなく、そ
の背面側より透光性支持体と透光性導電層を介して露光
する構成を取るために、前記蛍光ヘッドの発光輝度が小
さい場合光導電体層に蓄積される電荷は一層小さくな
り、鮮明画像を形成する上で致命傷となる。

【０００８】本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、発
光輝度の小さい蛍光発光体を背面露光装置に用いた場合
でも、前記光導電体層に前記露光電荷を効率よく且つ確
実に捕足し、容易に画像鮮明化を達成し得る画像形成装
置を提供することを目的とする。又本発明の他の目的と
する所は、前記感光体の耐摩耗性と耐環境性を向上し、
これにより経時的な画像品質の低下を防止し得る画像形
成装置を提供する事にある。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】前記したように蛍光発光体
は、ＬＥＤヘッド等に比較して発光光量が小さいという
問題がある。そこでこの様な蛍光発光体群を露光手段と
して用いた場合には、その受光側でこれを効率よく補足
する必要がある。そこで本発明は、露光手段に蛍光発光
体群を又これを受光する感光体側の光導電体層にａ−Ｓ
ｉ系材料を用いた点を第一の特徴とする。

【００１０】即ちａ−Ｓｉ系光導電体層は、他のＳｅＡ
ｓ、ＳｅＴｅ、ＣｄＳ、ＯＰＣ等の感光体材料に比べて
光吸収能と光キャリア発生能が高く、而も発生したキャ
リアの移動度が高い為に、低輝度の光出力でも効率よく
光電変換が可能となる。

【００１１】さて前記の様に光電変換された露光電荷は
現像及び転写位置に至るまで効率よくこれを保持する必
要があるが、前記光導電体層の背面側には電極として機
能し得る透光性導電層を有するために、光導電体層を介
して前記導電層と対面する現像スリーブに印加される現
像バイアスが正の場合には該導電層から電子が注入さ
れ、又現像バイアスが負の場合には導電層から正孔が注
入され、結果として露光像の電位度の低下により現像の
際に画像濃度の低下や地かぶりが生じ易い。

【００１２】そこで本発明の第２の特徴とする所は、前
記光導電体層の境界側に高抵抗薄層若しくは絶縁性の注
入阻止層を形成した点にある。かかる構成によれば、前
記電子や正孔の注入が阻止され前記電位度が低下する事
なく現像の際に画像濃度の低下や地かぶりが防止され
る。

【００１３】そして前記注入阻止層は、高硬度で化学的
安定性の高いａ−ＳｉＣ材で形成するのがよく、これに
より耐摩耗性と耐環境性が向上し、経時的な画像品質の
劣化を防ぐ事が出来るとともに、特に前記注入阻止層に
αーＳｉＣ層を用いる事により光導電体層と透光性導電
層との間の密着性が高まる。

【００１４】さて前記した背面露光装置は帯電、露光、
現像同時方式の為に、従来のカールソン方式の電子写真
装置のように感光体の帯電電圧の電圧降下がなく、この
為前記背面露光装置においては、現像バイアスや帯電電
圧をその分低下させる事が可能であるが、逆に帯電電圧
を低下させた場合、光導電層厚を薄くして電界強度を高
める必要がある。

【００１５】しかしながらＬＥＤと対応する波長６６０
nmの光出力を照射した場合、例えばａ−Ｓｉ：Ｈ材の入
射光の９０％が吸収されるまでの膜厚深さは約２．２μ
ｍであり、このため前記入射光の吸収効率を更に高めよ
うとすると前記膜厚深さは一層大になり、結果として帯
電電圧を上げなければ所定の電界強度を維持できず、結
果として背面露光装置としての特有の効果が滅失してし
まう。

【００１６】一方蛍光発光体の場合は波長が５０８ｎｍ
前後の為、該発光波長が５００〜５５０ｎｍ波長の光出
力を照射した場合、前記ａ−Ｓｉ：Ｈ材の入射光の９０
％が吸収されるまでの膜厚深さは約約０．３〜０．４μ
ｍと前記ＬＥＤに比較して数段薄膜化が可能であり、こ
の為前記光導電層の膜厚を５μｍ以下、好ましくは３μ
ｍ以下に設定しても高度な吸収効率を得る事が出来、而
も前記膜厚は薄膜であるために帯電電圧を低くしても十
分なる電界強度を維持する事が出来る。

【００１７】そこで本発明は前記光導電層を５μｍ以下
に設定したアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料で
形成した点にある。

【００１８】さて前記の様な背面露光装置は一般に導電
性トナーを用い、現像位置上流側に形成されたトナー溜
まりを介して感光体側に電荷注入を行いながら光導電体
層の帯電を行うように構成している為、前記導電性トナ
ーが光導電層と直接接触する事により前記導電層上の露
光電荷が低減し易く、特に前記の様に光導電体層を薄く
し荷電容量を小に設定した場合においては前記露光電荷
の低減は、即、画像品質に大きく影響する。

【００１９】そこでこの様な場合には、導電性トナーを
用いた画像形成装置において、前記光導電体層の表面側
にも前記高抵抗若しくは絶縁層を形成する事により、現
像スリーブ側からの電荷の注入を効果的に阻止でき、前
記欠点の解消が図れると共に帯電能を高める事が出来
る。

【００２０】更に本発明は、前記光導電体層を単層の層
領域とする事なく、光キャリア発生の機能を高めた層領
域と、その表面側に形成したキャリア輸送の機能を持た
せた層領域とを積層したものとする事により、光感度と
耐電圧等を共に高めることが出来る。

【００２１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００２２】図１は本発明の基本構成図で、１はドラム
状若しくはベルト状に形成される感光体の拡大断面図
で、透光性支持体１ａ上に透光性導電層１ｂ、表面阻止
層１ｅ、光導電体層１ｃ、及び表面層１ｆが積層されて
形成されている。そして前記感光体１の背面側（ドラム
内周側）に画素数に対応させて多数の蛍光発光素子２１
が列状に配列された蛍光発光体２２と集束レンズ２３の
組合せからなる蛍光ドットアレイ２が配設されている。

【００２３】次に前記各部位について詳細に説明する。
透光性支持体１ａは、ガラス（パイレックスガラス、ホ
ウ珪酸ガラス、ソーダガラス等）、石英、サファイア等
の透明な無機材料や、弗素樹脂、ポリエステル、ポリカ
ーボネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレー
ト、ビニロン、エポキシ、マイラー等の透明な樹脂等が
あり、ドラム状等の形状である。透光性導電層１ｂは、
ＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）、酸化鉛、酸化イ
ンジウム、ヨウ化銅等の透明導電性材料を用いたり、Ａ
Ｉ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属を半透明になる程度に薄く形成
してもよい。

【００２４】光導電体層１ｃはａ−Ｓｉ：Ｈからなる光
導電体を用い、そして現像バイアスが正の場合には電子
の移動度を高める為、ノンドープ又はＶａ族元素を含有
させ、又現像バイアスが負の場合には正孔の移動度を高
めるため、IIIａ族元素を含有させるのが好ましい。又
必要に応じて暗導電率や光導電率等の電気的特性、光学
的バンドギャップ等について所望の特性を得るために、
Ｃ，Ｏ，Ｎ等の元素を含有させても良い。

【００２５】又前記光導電体層１ｃは、背面側より光キ
ャリア発生の機能を高めた光励起層領域１ｃ１と、キャ
リア輸送の機能を持たせた層領域１ｃ２との２層により
形成する事により光感度と耐電圧を高めることが出来
る。尚、光励起層領域１ｃ１は、成膜時において低成膜
速度で成膜する。Ｈ₂やＨｅでの希釈率を高める、ドー
プする元素を輸送層よりも多く含有させる等により光キ
ャリア発生の機能を高めることができる。

【００２６】又、キャリア輸送層領域１ｃ２は前記領域
と逆の方法で生成する事が出来、そしてこの層は主に感
光体の耐圧を高めると共に励起層１ｃ１から注入された
キャリアを感光体表面へスムーズに走行させる役割を持
つが、この層においても光励起層を透過してきた光によ
りキャリア生成が行なわれ、感光体１の光感度に寄与す
る。

【００２７】尚、光励起層領域１ｃ１の厚みは0.03〜5
μｍ、好適には0.5〜3μｍの範囲に設定するのが良く、
又輸送領域１ｃ２の厚みは0.05〜5μｍ、好適には1〜3
μｍの範囲が良い。又前記両層域からなるａ−Ｓｉ系光
導電体層１ｃの厚みは0.05〜5μｍ、好適には0.1〜3μ
ｍにするのがよい。

【００２８】表面阻止層１ｅと表面層１ｆは、αーＳｉ
Ｃ、αーＳｉＯ，αーＳｉＮ、αーＳｉＯＮ、αーＳｉ
ＣＯＮ等のａ−Ｓｉ系の無機高抵抗若しくは絶縁材料、
ポリエチレンテレフタレート、パリレン、ポリ四フッ化
エチレン、ポリイミド、ポリフッ化エチレンプロピレン
等の有機高抵抗若しくは絶縁材料を用いるのがよく、特
に高抵抗のａ−ＳｉＣ層を用いると、絶縁耐圧や耐摩耗
性、耐環境性等の特性が高められるのみならず、透光性
導電層１ｂと光導電体層１ｃ間の密着性能が高まる。こ
のａ−Ｓｉ_1-xＣ_xのｘ値は0.3≦ｘ＜1.0、好適には0.5
≦ｘ≦0.95に設定する事により１０¹² 〜１０¹³Ω・ｃ
ｍ範囲の抵抗値で高耐湿性を得る事が出来、この場合層
内でＣ量に勾配を持たせてもよい。またＣと同時にＮ，
Ｏ，Ｇｅを含有させる事により耐湿性を更に高めること
が出来る。

【００２９】表面阻止層１ｅの厚みは0.01〜5μｍ、好
適には0.1〜3μｍの範囲内が良く、又表面層１ｆの厚み
は0.05〜5μｍ、好適には0.1〜3μｍの範囲内が良い。
尚前記表面阻止層１ｅにａ−Ｓｉ系を用いる場合には、
現像バイアスが正の場合には導電層からの電子の注入を
阻止するためにIIIａ族元素（１〜100000ppm、好適には
100〜5000ppm）を、現像バイアスが負の場合には導電層
１ｂからの正孔の注入を阻止するためにＶａ族元素（50
00ppm以下、好適には300〜3000ppm）を含有させるのが
よく、又、Ｏ，Ｎを0.01〜30原子％含有させることによ
り、透光性導電層１ｂとの密着性が一層向上する。

【００３０】さて前記各部位の説明より既に明らかにな
ったが、感光体全体の膜厚は、必要な帯電および絶縁耐
圧の確保や、露光された光の吸収や残留電位の抑制等か
ら、１〜１５μｍ、好適には２〜１０μｍの範囲に設定
するのが良い。又前記ａ−Ｓｉ系光導電体層１ｃ、ａ−
Ｓｉ系表面阻止層１ｅ及び表面層１ｆは、グロー放電分
解法、スパッタリング法、ＥＣＲ法、蒸着法等により成
膜し、その膜形成に当って、ダングリングボンド終端用
の元素、例えば（Ｈ）やハロゲンを含有させるのがよ
い。

【００３１】図４は露光源として用いる蛍光発光体２１
の内部構成を示し、長手方向に延設する基板２１１上を
密封ガラス２１２で封止して１０^ー8Torr以上の真空空間
を形成するとともに、該真空空間外の基板２１１上に設
置されたドライブＩＣ２４と接続された多数本のアノー
ド２１３（リード線）を基板２１１表面に沿って前記真
空空間内に基板短手方向に平行に延設する。尚、前記ア
ノード２１３の配列間隔は画素配列間隔と一致、例えば
Ａー４，３００ｄｐｉの画素密度を形成する場合前記ア
ノード２１３は２５６０本必要となる。尚、図面から
は、アノード２１３は１本の線で真空空間を横断するご
とく見えるが、実際は短手方向左右両側より櫛歯状に侵
入されており、その先端部が真空空間中央位置で止設さ
れている。従って前記アノード２１３は、左右夫々に１
２８０本存在する事になる。

【００３２】そして該アノード２１３先端部に酸化亜鉛
（ＺｎＯ）を主成分とする蛍光体を塗布する事により、
軸方向に１列状に配列された発光素子２１４が形成され
る事となる。又前記真空空間内の上方空間には、前記ア
ノード配列方向と直交する長手方向に沿ってカソード２
１５を配列するとともに、該カソード２１５とアノード
２１３間に絶縁体２１７に支持されたグリッド２１６を
設ける。

【００３３】かかる装置によれば、例えばカソード２１
５とグリッド２１６間の電位を１１Ｖに設定しておき、
一方カソード電圧に±３．５Ｖを印加すると熱電子が発
生する。この状態で一走査ライン毎にドライブＩＣ２４
に画素情報に対応した制御信号を印加すると、対応する
アノード２１３に正電圧が印加されてその先端部の蛍光
発光素子２１４の発光が行なわれ、例えば５００ｎｍ前
後の短波長可視光の光出力が得られる。

【００３４】次に本発明の効果を確認する為に、下記の
ような実験を試みた。先ず感光体ドラムとして３０φで
軸方向に３００ｍｍの長さを有する透明な円筒状ガラス
基板の外周面に、透光精導電層１ｂとしてＩＴＯ層を活
性反応蒸着法により１０００Åの厚みで形成し、次い
で、その上に容量結合型グロー放電分解装置を用いて、
図３の成膜条件によりａ−ＳｉＣ表面阻止層１ｅとａ−
Ｓｉ光導電体層１ｃとａ−ＳｉＣ表面層１ｆとを順次積
層した感光体を作成した。

【００３５】そして前記のように形成した感光体ドラム
を図２に示す装置に組込んで所定の画像形成を行う。即
ちその構成を簡単に説明するに、２は蛍光ドットアレイ
で、前記感光体ドラム１内に内挿され、図４に示す蛍光
発光体２２と集束性レンズ２３（商品名：セルフォック
レンズ）からなる露光系を構成し、そして前記露光系の
結像位置は感光体ドラム1と後記現像スリーブ３の軸心
を結ぶ焦点線上に位置する光導電体層１ｃに結像するよ
うに構成されている。

【００３６】３は固定磁石集成体３２を内包する現像ス
リーブで、該スリーブ３を矢印方向に回転させることに
より、トナー容器３１内のトナーが、前記露光系２２−
２３の結像位置と対応する現像位置に導かれるように構
成している。尚、感光体ドラム1と現像スリーブ３は相
対的に速度差が生じる様な回転速度を以て逆方向に回転
可能に構成している。

【００３７】そして前記現像スリーブ３にはバイアス電
圧が印加されており、現像スリーブ３と感光体ドラム１
間の相対的速度差により感光体ドラム１表面を摺擦しな
がら感光体ドラム１の現像位置上流側に形成したトナー
溜まりを介してスリーブ３に印加されたバイアス電圧を
感光体ドラム１側に注入し、均一帯電を行うように構成
している。

【００３８】４は転写ローラで感光体ドラム１と同期し
て回転しながら前記現像装置により感光体ドラム１側に
担持させたトナー像を、普通紙上に転写可能に構成す
る。尚、図中９は普通紙に転写された未定着トナー像の
画像定着を行なう定着ローラである。

【００３９】かかる装置において、現像スリーブ３１と
感光体ドラム１の透光性導電層１ｂとの間に＋３０Ｖの
電圧を印加しながら、波長５０５nm、露光量０．４μＪ
／ｃｍ²の条件で画像露光を行ない、感光体ドラム１上
にトナー像を形成し、そのトナー像を記録紙に転写し、
熱定着を行なって画像を得た。この画像を評価したとこ
ろ、Ｉ．Ｄ．が１．３の画像濃度を有し、バックのかぶ
りのない、解像度の良好な画像であった。次に前記実施
例において５０００枚の連続ランニング試験を行った
が、感光体ドラム１内温度の上昇は見られず、又画像品
質の劣化も見られなかった。

【００４０】又前記表面阻止層１ｅがない点を除いては
前記実施例と同様に製作した感光体ドラム１を用いて前
記と同様な試験を行った所Ｉ．Ｄ．が０．６と大幅に低
下している事が確認された。又前記表面層１ｆがない点
を除いては前記実施例と同様に製作した感光体ドラムを
用いて前記と同様な試験を行った所やはりＩ．Ｄ．が
０．８と大幅に低下している事が確認された。従って前
記実験結果より本発明の効果が確認された。

【００４１】

【効果】従って本発明によれば、ＬＥＤ等の他の光源に
比べて発光光量が小さい蛍光ヘッドを用いた場合でも、
高感度でキャリア移動度も大きいａ−Ｓｉ系光導電体層
を有する感光体と組合せる事により、画像品質を低下さ
せる事なく低消費電力で小型の画像形成装置を得る事が
出来る。

【００４２】而もａ−Ｓｉ系光導電体層は、光吸収が高
く、光キャリア発生やキャリアの移動に優れているの
で、蛍光ヘッドの発光輝度に対応させて光導電体層を５
μｍ以下に薄膜化しても良好な画像が得られるととも
に、特に前記蛍光ヘッドの使用波長を５５０nm以下に短
波長化する事により前記膜厚を薄膜化した場合でも露光
された光吸収性が低下する事なく、高度な吸収効率を得
る事が出来、而も前記膜厚は薄膜であるために帯電電圧
を低くしても十分なる電界強度を維持する事が出来る。
等の種々の著効を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成図で、感光体と露光手段との
関係を示す。

【図２】本発明の実施例に係る画像形成装置を組込んだ
画像形成装置

【図３】本発明の実施例に係る感光体ドラムの製造条件
を示す表図である。

【図４】図１及び図２の装置に組込まれる蛍光発生体の
拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 感光体 ２１ 蛍光発光体 １ａ 透光性支持体 １ｂ 透光性導電層 １ｃ 光導電体 １ｄ 表面阻止層表面阻止層 １ｅ 表面層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性支持体上に透光性導電層と光導電
   体層を積層してなる感光体の背面側に、画像情報に対応
   した光出力を生成する露光手段を配し、該露光手段によ
   り前記光導電体層に露光像を形成可能に構成した画像形
   成装置において前記光導電層を５μｍ以下に設定したア
   モルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料で形成し、且つ
   該光導電体層と透光性導電層との境界側に高抵抗若しく
   は絶縁性の注入阻止層を介在させて感光体を構成すると
   ともに、該感光体の背面側に蛍光発光体からなる露光手
   段を配した事を特徴とする画像形成装置
2. 【請求項２】 前記蛍光発光体の波長を４５０〜５５０
   ｎｍ以下の短波長可視光に設定した請求項１記載の画像
   形成装置
3. 【請求項３】 導電性トナーを用いた画像形成装置にお
   いて、前記光導電体層の表面側に高抵抗若しくは絶縁性
   薄膜層を形成した事を特徴とする請求項１記載の画像形
   成装置