JPH077225B2

JPH077225B2 - 画像記録装置

Info

Publication number: JPH077225B2
Application number: JP61132634A
Authority: JP
Inventors: 信二鉄谷; 宏越智; 坦之星野; 真松木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1986-06-10
Filing date: 1986-06-10
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPS63100471A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、導電性磁性トナーを用いて、光導電体層上
に高品質の可視像を形成し、さらに記録紙上でも高品質
のトナー像を得るための画像記録装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来の電子写真装置（以下、第１の装置という）は、感
光体をコロナ帯電器によって一様に帯電させ、像露光に
より静電潜像を形成し、現像機では帯電と同極性の画像
バイアスを印加して反転現像を行い、コロナ帯電による
電界により記録紙に転写しトナー像を得る。そのプロセ
スの中で、帯電電位および現像バイアス電位を数百ボル
ト程度にすることで、照射部との電位差を大きくとり、
その電界によってトナーを感光体に付着させる。

また他の電子写真装置として（以下、第２の装置とい
う）、透明支持体，透明電極および光導電体層から構成
された感光体を用い、現像機に現像バイアスを印加し、
導電性磁性トナーを用い、支持体側から露光する装置
（特開昭58−153957号公報，特開昭58−98746号公報，
特開昭59−154874号公報）もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、第１の装置は数百ボルトの電位を保つためには
光導電体層の膜厚として30〜50μｍを必要とし、材料コ
スト，製造コストが高くなる欠点があった。単純に膜厚
の薄い光導電体層を使用して電位を上げようとしても、
光導電体層の持つ耐圧が問題となるとともに、光導電体
層の静電容量が大きくなりチャージする時間が長くなり
記録速度が遅くなる問題があった。この理由のため、市
販されている電子写真装置の光導電体層は、Seで40〜50
μm,Siで20〜30μｍの膜厚である。また使用するトナー
として導電性磁性トナーを用いれば、トナーは容易に帯
電し現像電位を低くすることができる。しかし、コロナ
転写により記録紙にトナー像を得るときに、帯電したト
ナーが記録紙に付着するとトナーの電荷が記録紙側に逃
げてトナーと記録紙とのクーロン力が弱まり、転写効率
の低下，シャープな転写画が得られないなどの問題があ
り、電子写真記録では高抵抗のトナーを使用する必要が
あった。

また第２の装置は、導電性磁性トナーを用いるため、第
１の装置と同様に転写時の効率および分解能が悪く、実
用可能な画品質を得ることまでは困難であった。ところ
で、この第２の装置で述べられている原理では、感光体
の光導電体層の抵抗変化によって、光照射部と暗部で帯
電トナーと光導電体層上の誘電電荷の静電力に差を生じ
るようにするため、光導電体層が薄いと、この制御がで
きず、良好なコントラストが得られない。そのため、第
１の装置と同程度の膜厚を必要とすることが考えられ、
現像バイアスとして100V〜500Vも印加する必要が生じ
る。この原理では、光導電体層の膜厚を薄くすることは
困難であり、光導電体層の材料コスト・製造コストが高
くなる問題があった。

この発明の目的は、特に前述の第２の装置において、現
像濃度，地かぶりおよび導電性磁性トナーを用いたとき
の転写の問題を光導電体層を極端に薄くすることによ
り、解決した電子写真装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかる画像記録装置は、光導電体層の厚さを
10μｍ以下にしたものである。

〔作用〕

この発明においては、導電性磁性トナーを用いても転写
による画像の乱れがなく、高い転写効率を得ることがで
きる。

〔実施例〕次に実施例について述べる。

第１図はこの発明の実施例の構成を示す図である。１は
光導電体層、２は透明電極層、３は透明支持体であり、
以上で感光体４が構成されている。現像機５は磁気ロー
ラ６および導電性で非磁性のスリーブ７から構成され、
このスリーブ７には現像バイアス±50V以下のV_Dが印加
されている。８は導電性磁性トナー（以下単にトナーと
いう）である。発光ダイオードアレイによる露光器９は
透明支持体３側から現像機５に向けた光収束性レンズ22
を通して光像照射する。現像後、感光体４に付着したト
ナー10は転写用の導電性ローラ11によって記録紙12に転
写される。

転写後の残留トナー13は、現像機５に運ばれ回収され
る。転写時のバイアスVtは現像バイアスV_Dと逆極性とす
る。

第２図はトナー８の付着原理を示すものである。トナー
８は導電性非磁性スリーブ７（以下単にスリーブとい
う）の回転によって運ばれる。磁気ローラ６は固定され
ており、トナー８の磁極６−1,6−2,6−３の位置で穂高
が大きくなり磁極間では小さくなる。現像間隔、すなわ
ち感光体４の表面とスリーブ７の表面間隔は現像機５上
のトナー層の穂高より狭くし、そのことにより位置15
（円筒状スリーブの垂線上）より左側にトナー８の溜り
の領域が生じ、トナー層と感光体４と接する領域が拡が
る。ただし、トナー８があふれないような現像間隔を選
ぶ。スリーブ７の周速は感光体４の移動速度より速くな
るように設定してあるので、感光体４の表面は導電性の
トナー８からなるブラシによりこすられることになり、
感光体４の表面は現像バイアスV_Dと同電位に帯電する。
この状態では、トナー８を感光体４側へ引き付ける力は
ない。したがって、露光器９から光照射されなければ、
磁気力で現像機５側へ引き付けられ感光体４の表面にト
ナー８は付着しない。なお、18はスリーブ移動方向、19
は感光体移動方向を示す。

第１図では露光器９としてLEDの場合を示したが、露光
器９はLED以外にも液晶シャッタ,EL光源等の光源を用い
てもよい。前記光源を用い第２図に示す露光位置16に光
像照射する。露光位置16はトナー接触領域14の右端近く
にある。一方、露光器９によって照射すると、露光位置
16の感光体４の電位は下がり、帯電したトナー10は透明
電極層２との間で生じるクーロン力で感光体４に付着す
る。この露光位置16はトナー層と感光体４が分離する所
に近いことが重要で、露光位置16がトナー接触領域14に
入り過ぎると露光した領域が再び帯電し、現像バイアス
V_Dと同電位になるためトナー10は感光体４に付着しない
ことになる。

露光器９にLEDを用い、Se（増感用にTeを含む）を光導
電体層１として用いた実験で、現像バイアスV_D＝−20V,
光導電体層１の膜厚１μｍで1.1の記録濃度を得た。さ
らに、V_D＝−25Vおよび膜厚２μｍのAs₂Se₃の光導電体
層１で1.1、V_D＝−30Vおよび膜厚５μｍのアモルファス
シリコン（ａ−Si）の光導電体層１で1.0の記録濃度を
得た。これらは後述する転写によって得られた記録紙12
上の濃度である。一方、正の現像バイアスでも若干地か
ぶりが発生しやすいものの、ほぼ同様の現像バイアスV_D
で同等の記録濃度が得られ、基本的には正・負のいずれ
の極性でも地かぶりのない記録画を得ることができた。

ところで、感光体４に付着した導電性磁性トナー10（10
⁴Ωcmの抵抗率）を第１図に示すようなローラ転写で、
記録紙12としてPPC用紙に転写した場合、以下のような
結果を得た。光導電体層１（Se）の膜厚が50μｍの場
合、80％程度の転写効率であったが、膜厚が１μｍの場
合、90％を上回る転写効率を得た。ただし、導電性ロー
ラ11と感光体４の透明電極層２にはいずれにおいても60
0Vの電圧を印加した。さらに、前記と同一条件で、転写
バイアスVtを0Vにした場合、記録紙12には20％程度以下
の転写効率しか得られず、ある程度以上の電圧（300V）
が必要であった。

光導電体層１の膜厚が薄いときに転写効率が高くなる原
因は以下のように考えられる。

光導電体層１を薄くすることで、転写時にトナー８にか
かる電界が強くなったこと，およびトナー８は導電性な
ので、トナー８の持つ電荷は記録紙12に逃げるが、光導
電体層１が薄いため抵抗値が低くなるとともに600Vの転
写バイアスV_D下でキャリアの注入が容易となり、記録紙
12とトナー８と感光体４が接触している間はトナー８に
電荷を供給し続け、トナー８と記録紙12とのクーロン力
が弱まらないと考えられる。

また光導電体層１の膜厚が従来用いられている範囲内
（20〜50μｍ）では、導電性磁性トナー８を用いた場
合、転写時に画像が乱れ、実用面で使用できる品質を得
ることができない。この理由を第３図を用いて説明す
る。第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）はトナー転写過程を
順に示したものである。

第３図（ａ）では、トナー17−1,17−2,…（総称すると
きは17を用いる）が負に帯電していて、記録紙12側から
逆極性の正の転写バイアスVtの印加を行うと、トナー17
−３が記録紙12に付着する。トナー17は導電性なので、
付着したトナー17−４は記録紙12より電荷注入を受け、
電気的に中和し、付着が弱まる。

第３図（ｂ）の段階では、記録紙12に付着したトナー17
−４は領域25の負電荷に対して正電荷が誘起され、負に
帯電した領域25（未露光部分）へ吸引される。またトナ
ー17−３が記録紙12へ付着したため、抜けた部分に電界
が拡がり、トナー17−２はトナー17−５の位置へ移動す
る。この現像も転写時の分解能を悪くする原因である。

第３図（ｃ）の段階では、光導電体層１側へ吸引された
トナー17−８は最初のトナー17−３の位置より大きくず
れることになる。このトナー17−８は再び記録紙12に付
着するが、本来転写されるべきトナー17−７の位置より
ずれてしまっている。さらに、この現象が繰り返され、
記録画の分解能が悪くなる。もし、絶縁性トナーであれ
ば、記録紙12に付着した後、トナー17への電荷注入を受
けないので、クーロン力が保持され、再び光導電体層１
へは吸引されず、分解能が維持される。しかし、絶縁性
トナーであれば、第２図の現在装置で可視像を得ること
ができない。また記録紙12を普通紙でなく絶縁層と低抵
抗層を持つ静電記録紙を用いて分解能の良い記録画を得
ることができるが、静電記録紙のコストが高いという問
題がある。

上記のように、分解能が劣化するのは、光導電体層１を
厚くしたために生じると考えられる。すなわち、光導電
体層１を十分薄くすることで、トナー17に働く電界が透
明電極層２側に集中し、記録紙12がかなり接近しない限
りトナー17は飛ばない。

第４図（ａ），（ｂ）ではトナー18−1,18−2,…（総称
するときは18を用いる）に生じる電気力線の概略を示
す。

第４図（ａ）は、光導電体層１の膜厚がトナー18の粒径
により十分薄い場合であって、トナー18−１について、
電気力線は大部分感光体４の側に集中し、記録紙12との
間の電界E₁は小さい。したがって、記録紙12がかなり接
近しない限りトナー18が飛ばない。トナー18−３が飛ぶ
状態ではすぐに記録紙12とトナー18−３と光動電体層１
とが接触するため、ほとんど横方向へのずれはない。

第４図（ｂ）は、光導電体層１が厚い場合であって、第
４図（ａ）の場合に比べて、感光体４側に向かう電気力
線の数はずっと少なく、記録紙12との間の電界E₂は大き
い。そのため、トナー18−４が飛び、第３図を用いて説
明したように大きく横へずれ、分解能が悪くなる。

第５図は市販の普通紙に転写した実験であり、トナー粒
径15μｍを用い、光導電体層１の膜厚を１μｍから75μ
ｍまでの範囲で、１ビット交番および２ビット交番の白
・黒縞模様について、本来白であるべき領域に入り込ん
だトナー数Ｗと黒領域に存在するトナー数Ｂを求め、全
トナー数に対して白領域に入り込んだトナー数の割合、
すなわちを求めた。50％のときは、全く分解せず、０％のときは
完全に分解していることになる。トナー数の測定には、
粒子アナライザ（日本レギュレータ（株）,LUZEX450）
を使用して、Se感光体を用い、転写バイアスVtを＋500V
とした。10〜75μｍの範囲内ではほとんど変化はない
が、光導電体層１の膜厚が10μｍ以下の所で飛躍的に分
解能が良くなっている。従来使用されている光導電体層
１の膜厚20〜50μｍとは質的変化を呈している。

また１ビット交番について記録品質を主観的に評価した
結果を第１表に示す。

第１表に示すように、膜厚が10μｍ以下になれば、実用
上問題のない程度の分解能を得ることができる。

さらに、前記で説明した現像法では、従来使用されてい
なかった薄い光導電体層１で可視像を得ることができ、
そのときの現像バイアスV_D（15V〜40V）は従来の1/5〜1
/20なので、転写時に１度記録紙12に付着したトナー18
を再び光導電体層１側へ引き戻す電界が弱くなっている
ため、このことも分解能向上に寄与していると考えられ
る。

以上のように、10μｍ以下の膜厚の光導電体層１を用い
れば導電性磁性トナー８（第１図）を用いても転写効率
が高く、分解能の良い記録画をPPC用紙上に得ることが
できた。

また膜厚５μｍの光導電体層１（増感のためTeを含有す
るSeを使用）において、現像バイアスV_Dを−40Vとした
とき、記録濃度1.0で地かぶりのない記録画を得た。し
かし、現像バイアスV_Dを−50Vに上げた場合、記録品質
に影響する地かぶりが発生した。これは、帯電時のリー
ク電流が大きくなるため、感光体４の表面が十分な帯電
電位を得ることができず、トナー８の電位と感光体４の
表面電位差が大きくなり、磁気力に打ち勝って、トナー
８が感光体４に付着するためと思われる。また膜厚５μ
ｍのアモルファスシリコンでは、Seのときよりリーク電
流が大きいため、−30V以上で地かぶりが生じた。この
ように、膜厚５μｍの光導電体層１では現像バイアスが
−50Vを越えると地かぶりが生じる。

現像機５におけるトナー８の搬送手段において、磁気ロ
ーラ６の回転およびスリーブ７の回転の両方法がある。
現像機５でトナー８の搬送を磁気ローラ６の回転で行っ
た場合、第６図における斜線部のトナー層19は第６図
（ａ），（ｂ），（ｃ）のようなふるまいをする。第６
図（ａ）は、第２図と同一の磁極位置であり、露光位置
16で適正な現像が行われる。磁気ローラ６が回転し、露
光位置16がトナー接触領域14にかなり入り込んだ第６図
（ｂ）では、クリーニング作用で現像濃度が下がる。第
６図（ｃ）では、露光位置16にトナー層19がないため、
全く現像されない。このように、磁気ローラ６の回転で
トナー８を搬送した場合、第１図の実施例では現像むら
が激しい記録画を得た。一方、スリーブ７の回転では、
穂高が変動しないので安定した記録画を得ることができ
た。

なお、露光器９として、前記では発光ダイオードアレイ
を用いたが、レーザおよび液晶シャッタによって光像照
射を行ってもよいことはもちろんである。さらに、記録
紙12として、普通紙で良好な記録画を得ることができる
が、静電記録紙，誘電体シートなどを用いてもよいこと
はもちろんである。

そして、転写手段として、前記では導電性ローラ11を用
いて転写したが磁気力を用いて転写してもよいことはも
ちろんである。

第７図はこの発明をデイスプレイに応用した場合の応用
例である。ベルト感光体20は、図示は省略してあるが第
１図と同様に光導電体層1,透明電極層2,透明支持体３か
らなり、駆動用ローラ21で移動させる。現像機５および
記録原理は実施例１と同じである。図中の矢印23は表示
領域を示す。ベルト感光体20は下から上に動き、連続的
に表示することができる。またハードコピーにしたい場
合、表示像を直接転写すると左右が入れ替わった絵が出
るためベルト感光体20は上から下に動かし、既に表示し
たトナー像を消去しつつ、記録紙12上に正しい像を得わ
れるように再度露光を行い、トナー像を得て転写する。

また第８図の第２の例のようにローラ24に転写し、それ
から記録紙12に転写してもよい。第７図，第８図のよう
にデイスプレイにも応用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明は、光導電体層の膜厚を10
μｍ以下にしたので、導電性磁性トナーを使用しても記
録紙上に良好な画像が得られるとともに、地かぶりが少
なく安定な記録画が得られる。また光導電体層の膜厚が
薄いことにより、感光体の製造コストが安くなる。特
に、無害で、かつ感度・耐久性に優れるａ−Siは、成長
スピードが１時間当たり５〜６μｍと遅いため従来法で
必要な30μｍの膜厚にするまでに５〜６時間もかかり、
製造コストが極めて高く、そのうえ、材料コストも他の
光導電体材料に比べ１桁近く値段が高いが、この発明で
は非常に安価に利用できる。さらに、転写手段をローラ
転写にすることで、コロナ帯電器を必要としないので、
数kVの高電圧による危険がなくなる等の幾多の優れた利
点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の構成図、第２図はこ
の発明の原理の説明図、第３図（ａ）〜（ｃ）は転写時
のトナーの動きを説明する図、第４図は光導電体層の膜
厚による影響を説明する図、第５図は光導電体層の膜厚
による分解能の変移を示す図、第６図（ａ）〜（ｃ）は
現像むらを説明する図、第７図，第８図はこの発明の応
用例を示す構成図である。図中、１は光導電体層、２は透明電極層、３は透明支持
体、４は感光体、５は現像機、６は磁気ローラ、７はス
リーブ、８はトナー、９は露光器、11は導電性ローラ、
12は記録紙、20はベルト感光体、21は駆動用ローラ、22
は光収束性レンズ、24はローラである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松木真神奈川県横須賀市武１丁目2356番地日本電信電話株式会社複合通信研究所内 (56)参考文献特開昭60−64365（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明電極支持体上に透明電極層と光導電体
層を設けた感光体と、前記光導電体層に対し微小間隙を
もって近接配置される導電性スリーブおよび内部に磁石
を有する現像機と、前記現像機と前記透明電極層間に現
像バイアスを印加する手段と、前記透明電極支持体側か
ら露光して光像に対応させて選択的にトナーを付着させ
てトナー像を形成させる露光手段、前記トナー像を記録
紙に転写して画像を記録する転写手段とからなる画像記
録装置において、前記光導電体層の厚さは10ミクロン以
下にし、前記現像機は磁石位置を固定するとともにトナ
ーを搬送するためにスリーブを回転させ、前記露光の位
置は感光体とトナー層との接触領域の中央部より感光体
移動方向の側にあってトナー層と光導電体層が離れるよ
り前の側に設定するようにしたことを特徴とする画像記
録装置。