(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基体上に担持され、露光により抵抗率が変化し該抵抗率変化が露光後少なくとも現像時まで持続する持続性光導電性を有する半導体からなる層を有する感光体と、
前記感光体を元画像のデータに応じて選択的に露光する露光手段と、
色材を分散させた水溶液からなる現像液と、前記現像液を収納し該現像液と前記感光体とを接触させる現像液収容手段と、該現像液収容手段内に設けられた電極と、該電極及び前記感光体の導電性基体に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記感光体に形成される所定の抵抗率の潜像を現像液で現像して可視像を形成する現像手段と、
前記感光体上に形成された可視像を記録材に転写する転写手段と
を備えた画像形成装置であって、
前記感光体は、気体の吸着により表面準位を生成する半導体材料と増感色素とを含み、
前記増感色素の最低空軌道のエネルギー準位が、前記半導体材料の伝導帯以上で、かつ前記増感色素の最高被占軌道のエネルギー準位が、前記半導体材料の表面準位以下であること
を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記感光体は、
酸化亜鉛、結着用樹脂、及び増感色素を含み、
前記増感色素の最低空軌道のエネルギー準位が真空準位基準で−４．０ｅＶ以上、最高被占軌道のエネルギー準位が真空準位基準で−５．１ｅＶ以下であること
を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記感光体の増感色素は、フルオレセイン、ローズベンガル、ブロムフェノールブルーの少なくとも１つを含むこと
を特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記感光体の導電性基体は、環状に形成され、
前記感光体を無端移動又は有端移動させる駆動手段を備えたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像液は、水溶性の樹脂を用いて色材を分散させた水溶液からなること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、持続性光導電性を有する感光体を使用する画像形成装置に関するものであり、詳しくは、光増感色素を含んだ感光体を用いた電解現像による画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電解現像を用いて画像を形成する方法は、古くから電解写真法として知られている。従来の電解写真法は、光導電性物質である酸化亜鉛の粉末を適切な樹脂中に分散させ、導電性基板上に塗布等の方法によって形成されたものを感光層として用いる。これは、酸化亜鉛が、露光によって電気抵抗が下がり、この効果が露光停止後も継続するという光導電メモリを特徴とするためである。そして、該感光層に光像を結像照射させることにより、光照射された部分の感光層のみ電気抵抗値が減少し、感光層に導電性の違いによる潜像を形成させることができる。更に、前記導電性基板を一方の電極とし、電気分解により可視成分の析出を生ずる電解質を介して対向電極を設け、該感光層の照射と同時かあるいは光照射遮断後に、所定の電圧を加えることにより、光照射により電気抵抗の下がった部分のみ電気分解が生じる。その結果、電解部分に可視成分が析出し、導電性の違いによる潜像に応じた可視像を得ることができるのである。そして、このような方法で得られる画像は、銀塩方式の写真と同等の高品質を達成することができることで知られている。
【０００３】
ところが、従来使用された感光体を用いる画像形成方法では、現像のために、感光層を設けた導電性基板を所定の電解液に浸し、更に電源と導通を確保して電解を行う必要があるため、一枚一枚を個別に処理しなければならず、プリンタや複写機に求められる高速で連続した画像形成を行うことは困難であった。また、画像は感光層上に直接形成されるため、普通紙に対応することはできなかった。
【０００４】
そこで本出願人は、上述の問題点を解決するため特願平９−９０７９３号（未公開）において、高速で連続して高品質な画像形成を行うことが可能で、かつ、普通紙に対応できる、電解現象を利用した画像形成装置を提案している。
【０００５】
この画像形成装置に使用する酸化亜鉛を使用した感光体は、高速で連続使用が前提になるため露光光として一般的な可視光又は赤外光に短時間に感光する感度の高いものが望ましいが、この酸化亜鉛自体には波長が３８５ｎｍの紫外線の吸収しかない。この場合、感光体の感度を上げるためには、色素を用いて波長増感をし、可視光、若しくは赤外域に吸収を持たせるのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この感度を上げるための増感色素は、持続導電性を示す必要があるにもかかわらず、色素によっては持続導電性を示さず波長増感の効果を発揮しないものがあり、また、持続導電性を示す色素選択手法は明らかでないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、持続導電性を示して波長増感の効果を有効に発揮するように適切に選択された色素を感光体として使用した、より高品位で高速な画像形成が可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明の画像形成装置では、導電性基体上に担持され、露光により抵抗率が変化し該抵抗率変化が露光後少なくとも現像時まで持続する持続性光導電性を有する半導体からなる層を有する感光体と、前記感光体を元画像のデータに応じて選択的に露光する露光手段と、色材を分散させた水溶液からなる現像液と、前記現像液を収納し該現像液と前記感光体とを接触させる現像液収容手段と、該現像液収容手段内に設けられた電極と、該電極及び前記感光体の導電性基体に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記感光体に形成される所定の抵抗率の潜像を現像液で現像して可視像を形成する現像手段と、前記感光体上に形成された可視像を記録材に転写する転写手段とを備えた画像形成装置であって、前記感光体は、気体の吸着により表面準位を生成する半導体材料と増感色素とを含み、前記増感色素の最低空軌道のエネルギー準位が、前記半導体材料の伝導帯以上で、かつ前記増感色素の最高被占軌道のエネルギー準位が、前記半導体材料の表面準位以下であることを特徴とする。
【０００９】
この構成に係る画像形成装置では、持続性光導電性を有する半導体を用いた感光体により画像形成ができ、さらに感光体の増感作用を示す適切な増感色素を添加することにより吸収する光の波長の幅を広げて感光体の光感受性を高め、より高速な露光を行うことにより高速に画像を形成できる画像形成装置とすることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明の画像形成装置では、請求項１に記載の画像形成装置の構成に加え、前記感光体は、酸化亜鉛、結着用樹脂、及び増感色素を含み、前記増感色素の最低空軌道のエネルギー準位が真空準位基準で−４．０ｅＶ以上、最高被占軌道のエネルギー準位が真空準位基準で−５．１ｅＶ以下であることを特徴とする。
【００１１】
この構成に係る画像形成装置では、感光体に好ましい持続性光導電性を示す酸化亜鉛を用い、さらに、添加される増感色素が適切に選択されている感光体を用いることで、感度の高い望ましい感光体とすることができ、より高速に画像を形成できる画像形成装置とすることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明の画像形成装置では、請求項２に記載の画像形成装置の構成に加え、前記感光体の増感色素は、フルオレセイン、ローズベンガル、ブロムフェノールブルーの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００１３】
この構成に係る画像形成装置では、増感色素の中でも、増感作用が優れた増感色素を用いることで、高感度な感光体で高速に画像の形成できる好ましい画像形成装置とすることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明の画像形成装置では、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置の構成に加え、前記感光体の導電性基体は、環状に形成され、前記感光体を無端移動又は有端移動させる駆動手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この構成に係る画像形成装置では、感光体を環状に形成することで、高感度な感光体と相俟って、連続的な画像形成に適した画像形成装置とすることができる。
【００１６】
請求項５に係る発明の画像形成装置では、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置の構成に加え、前記現像液は、水溶性の樹脂を用いて色材を分散させた水溶液からなることを特徴とする。
【００１７】
この構成に係る画像形成装置では、現像液に水溶性の樹脂を用いることで、色材が均一に分散し、さらに高品位な画像を形成できる画像形成装置とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
まず、最初に本実施の形態の画像形成装置に用いる感光体から説明する。図１は、本実施の形態の感光体１の概略構成を示す断面図である。感光体１は、図１に示すように、多層構造となっており、最内層に導電性基体としてのアルミニウム製の基板２が設けられ、該基板２上に感光膜層３が形成され、更に最外層に保護層４を備えて構成されている。
【００２０】
感光膜層３は、光導電体として酸化亜鉛を用いて形成されている。具体的には、粒径が約０．６μｍの酸化亜鉛微粉末（ＳＡＺＥＸ＃２０００堺化学社製）２００ｇと、スチレン・ブタジエン共重合体樹脂（ＰｌｉｏｌｉｔｅＳ−５Ｄグッドイヤー社製）２５ｇと、溶剤としてのトルエン２００ｍｌを磁製のボールミル中で２４時間混合し、得られた混合物を前記アルミニウム製基板２上に塗布し、８０℃で５分間乾燥した後、室温暗所で４８時間以上放置して感光膜層３としたものである。
【００２１】
なお、本実施形態においては、増感色素として、ブロムフェノールブルーを酸化亜鉛基準で０．００１ｍｏｌ％含有させている。層厚は１０μｍとし、また、層の未露光時の体積抵抗率は１０７Ωｃｍとした。
【００２２】
本実施の形態においては、光導電体として粒径が約０．６μｍの酸化亜鉛粒を用いたが、酸化亜鉛粒子の粒径は０．６μｍに限定されるものではなく、プロセス速度等に応じて適宜選択されるものである。
【００２３】
樹脂結着剤については、前記スチレン・ブタジエン共重合体樹脂の他に、スチレン・アクリル共重合体樹脂や、シリコン樹脂、アルキド樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。
【００２４】
更に、本実施の形態では、増感色素として、前記ブロムフェノールブルーを用いているが、当該ブロムフェノールブルーだけでなく、フルオレセイン、ローズベンガル等を用いることができる。これについては、後に詳述する。
【００２５】
次に、保護層４は、高抵抗で、機械的強度が高く、撥水性を有するものが好ましい。例えば、アルミニウム、シリコン、チタン、タンタル、クロムを主成分とする酸化物もしくは窒化物を用いることができる。本実施形態では、一例として、酸化シリコンを用い、体積抵抗率は１０8Ωｃｍ、層厚は０．０１μｍとした。
【００２６】
ここで、本実施の形態の感光体の主構成をなす酸化亜鉛について簡単に説明すると、酸化亜鉛は、前述のように露光されることにより電気抵抗が下がり、この効果が露光停止後も継続する、いわゆる光導電メモリの性質を有する。その理論については、以下のようなものと考えられている。即ち、酸化亜鉛が露光により励起され電子−正孔対が生成される。電子は伝導帯に上がって伝導電子濃度を増加させる。正孔は表面まで移動して化学吸着酸素を中和して表面バリヤーを下げる。そのため酸化亜鉛の伝導度が上がるものと思われる。
【００２７】
一方、露光後暗所では、酸素が伝導電子を捕らえて酸化亜鉛の表面に吸着し、伝導電子濃度を下げること、及び酸素の吸着によって形成された表面バリヤーが大きくなることにより伝導度が低下する。従って、露光により伝導度が上がった酸化亜鉛は、露光後に暗所に置かれることで酸素の再吸着によって伝導度が時間の経過と共に低下するものと思われる。
【００２８】
また増感色素は、酸化亜鉛の吸収できる３８５ｎｍの紫外線以外の可視光、赤外光などの領域の光の吸収をし、波長増感をすることにより感光体である酸化亜鉛の光吸収の効率を高め感度を上昇させるためのものである。
【００２９】
ここで、出願人が行った、増感色素のエネルギー準位による持続導電性感度の感度の違いについて行った実験について説明する。実験は、各種の増感色素を一定条件で露光し、その時の各増感色素の通電状態を比較するものである。実験の対象とした増感色素は、メチレンブルー、フルオレセイン、ローズベンガル、ブロムフェノールブルー、ＮＫ３４２２，ＮＫ３６２５の６種の色素である。なお、図６に実験に用いた色素の特性を表にまとめた。
【００３０】
実験に用いた感光体は、以下のように製作した。組成は、酸化亜鉛がＳＡＺＥＸ＃２０００（堺化学社製）を４ｇ、結着樹脂としてスチレン・ブタジエン共重合体ＰｌｉｏｌｉｔｅＳ−５Ｄ（グッドイヤー社製）１ｇ、溶剤にトルエン（特級試薬）１０ｍｌ、ここに上記の増感色素の１重量％エタノール溶液を０．００１ｍｏｌ％加えたものである。増感色素量は、酸化亜鉛に対するｍｏｌ％である。
【００３１】
酸化亜鉛、結着樹脂、トルエンを攪拌・混合し、その後各色素のエタノール溶液を必要量添加して、色素の添加を行った。そして、上記組成の混合液を攪拌しながら超音波照射を５分間行い、色素を十分に分散した。
【００３２】
ここで、図５は、本実験に用いたアルミ電極を示す図である。図５に示すような、縦２６ｍｍ幅７６ｍｍのスライドガラス１９上に中央部分に幅１．０ｍｍ±０．０１ｍｍのギャップを挟んで、その左右に縦１０±０．０５ｍｍ幅３２．５ｍｍの一対の電極１８をアルミニウム蒸着して設け、前述の様にして得られた混合物をこのスライドガラス１９上のＡｌ蒸着膜からなる電極１８のギャップ部分にスポイトで分散液滴下の後に、８番手のワイヤーバーでコートした。８０℃で５分乾燥後、冷暗所に１４４時間以上保存した。
【００３３】
露光は、光源として白熱ランプにＬ４２紫外線カットフィルターをかけたものを用い、露光時間は、１０秒点灯し、１１０秒消灯するサイクルを３サイクル繰り返した。
【００３４】
測定は、直流電流により、ギャップに対して１０Ｖ印加し、ギャップを通過する電流をデジタルマルチメーター（ＨＰ３４５７Ａ）を使用して測定した。測定時の室温は、２０．８〜２３．１℃、湿度は、３５〜４１％、基板温度は１９．１〜２４．８℃であった。
【００３５】
以上のように、測定した結果、図４に示すようなグラフを得た。図４は、実験の結果を縦軸に通電電流（Ａ）をとり、横軸に時間（秒）をとって表わしたものである。ここで、縦軸の通電電流は、各色素の最大吸収波長（λｍａｘ）の波長での露光照度１ｍＷ／ｃｍ２当りの通電電流と定義される。即ち、この値（Ａ／ｍＷｃｍ−２）が、感度に相当することになる。図４に示されるように、実験開始から０から１０秒、１２０から１３０秒、２４０から２５０秒で、各増感色素の通電電流が上昇しているが、ここでは、光源を点灯しており、各色素が露光されているからである。この通電電流が上昇しているポイント、即ち１０秒経過後、１３０秒経過後、２５０秒経過後をそれぞれ早い時間から第１ピーク、第２ピーク、第３ピークと呼ぶこととする。
【００３６】
グラフ上最も高い通電電流を示したのがフルオレセインで、およそ第１ピークで６．０Ｅ−０８（Ａ）、第２ピークで７．３Ｅ−０８（Ａ）、第３ピークで８．６Ｅ−０８（Ａ）を示した。今回実験した増感色素の中では、最も増感能力が高いものといえる。最初の１０秒は、通電電流の直線的な上昇を示し、第１ピーク後は、最初急速に電流の量が小さくなり、次第に下降が緩やかになっている。即ち、露光により抵抗が小さくなり、露光後は次第に大きくなって行くが、次の露光時間である１２０秒経過後まででは露光前のレベルまでには完全に抵抗が戻りきれず、２度目の露光でさらに通電電流が上昇している。同様に３度目の露光後も同様な傾向を示す。従って、実際の使用サイクルは、条件が同一であればこの実験でのサイクルより長くする必要がある。一方、抵抗下降時と上昇時の差、つまり露光された部分と露光されなかった部分の抵抗差が最も大きくできるため、画像形成時のコントラストを最も強くすることができることになるので、この面からも増感剤として好ましいものといえるものである。
【００３７】
次に、通電電流の上昇が大きかった増感色素が、ローズベンガルで、およそ第１ピークが、４．２Ｅ−０８（Ａ）、第２ピークがほぼ同じ４．２Ｅ−０８（Ａ）で、第３ピークでは、４．３Ｅ−０８（Ａ）を示した。つまり、光を照射されたことによる抵抗の降下と、露光停止後の抵抗の上昇が略同程度であるため、実験で行ったようなサイクルで使用すれば、安定した画像形成ができるものと推察される。但し、フルオレセインほどは感度はよくなくコントラストも大きくできない。
【００３８】
さらに、３番目に通電電流の上昇が大きかったのは、ブロムフェノールブルーで、およそ第１ピークが２．１Ｅ−０８（Ａ）、第２ピークが１．８Ｅ−０８（Ａ）、第３ピークが、１．８Ｅ−０８（Ａ）であり、ローズベンガルと同様、抵抗の下降と上昇のバランスが取れているといえるが、感度の点では、さらに低いものである。
【００３９】
図８は、図４に示すメチレンブルー、ＮＫ３４２２、ＮＫ３６２５のグラフの電流応答のみを拡大して示した図である。図８から分かるように、前述の３種の増感色素に比較して、メチレンブルー、ＮＫ３４２２、ＮＫ３６２５の三種の増感色素は、十分な通電電流の上昇、即ち十分な抵抗の下降が生じておらず、増感色素としての能力は低いものといえる。
【００４０】
特に、ＮＫ３４２２、ＮＫ３６２５については、光照射後、通電電流が急激に減少している。すなわち持続性光導電性を示さない。
【００４１】
次に、以上の出願人が行った実験結果を参照して、増感色素のエネルギー準位による持続導電性感度の違いについて説明する。
【００４２】
ここで、図７は酸化亜鉛（ＺｎＯ）が持続導電性を示すメカニズムを説明するためのエネルギーバンドを示す模式図である。この図７を参照して酸化亜鉛（ＺｎＯ）が持続導電性を示すメカニズムについて、あらためて詳説する。酸化亜鉛（ＺｎＯ）は酸素（Ｏ２）と接触しない状態では、図７（Ｂ）に示すような状態の１０〜１０３Ωｃｍ程度の低い抵抗率を有するｎ型半導体である。この酸化亜鉛（ＺｎＯ）を空気中に放置すると、図７（Ａ）に示すように、酸素（Ｏ２）が酸化亜鉛（ＺｎＯ）表面に吸着し、酸素（Ｏ２）が伝導電子（キャリヤ）をトラップしてキャリヤ密度を下げ、さらにキャリヤトラップにより、内部のエネルギー準位とは異なる、表面準位を生成し、表面のポテンシャルエネルギーが高くなって表面バリヤーを生じ、この表面バリヤーによるショットキータイプの抵抗が生じる。この現象は比表面積の大きな粉末において著しく、その抵抗は１０９Ωｃｍから１０１３Ωｃｍに達する。
【００４３】
酸素（Ｏ２）が吸着した状態の酸化亜鉛（ＺｎＯ）に、バンドギャップエネルギーに相当する３８５ｎｍの光を照射する。そうすると光を吸収して励起された酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、電子−正孔対を生成する。このうち正孔は表面に移動して、表面に吸着し電子をトラップしている酸素（Ｏ２）から、トラップされていた電子を奪って中和し、酸素（Ｏ２）を気体として大気中に解放し、正孔と同時に生成された電子は伝導電子（キャリヤ）として伝導帯に上がってキャリヤ濃度を上昇させ、生じていたバンドの曲がりを解消し、表面バリヤーを下げる。このため、光照射後の酸化亜鉛は照射前の状態より低い抵抗率を示す。
【００４４】
また、光が照射されない状態が続けば、再び酸素の吸着が始まり、平衡に達するまで酸素が再吸着される。そのため、徐々に抵抗率は上昇し、平衡点で酸素の再吸着が止まる。なお、この再吸着は、比表面積の大きなものほど速い速度でおこなわれ、短い時間で抵抗値が上昇する。
【００４５】
以下、前述の実験結果及び上記酸化亜鉛の持続導電性を示すメカニズムを考慮して、酸化亜鉛の色素増感について説明する。
【００４６】
通常、感光体の色素増感メカニズムは電子移動タイプの増感である。よって、色素による増感感度の違いを考慮するには、酸化亜鉛と各色素のエネルギー準位を考慮するのが妥当であると思われる。図３は、標準水素電極を用いた測定値から推定した各色素のエネルギー準位と、これと比較するための酸化亜鉛のエネルギー準位を示すものである。
【００４７】
前記メカニズムを考慮すると、酸化亜鉛の持続導電性を効率よく引き出す増感色素に求められる特性は、酸化亜鉛の伝導帯に電子を供給できること、及び吸着酸素のトラップしている電子を中和できること、の２点である。
【００４８】
そのためには増感色素の最低空軌道（Lowest Unoccupied Molecular Orbital（以下「ＬＵＭＯ」と略記する））は、酸化亜鉛の表面バリヤーよりも大きなエネルギー準位である必要があり、且つ増感色素の最高被占軌道(Highest Occupied Molecular Orbital（以下ＨＯＭＯと略記する））は、吸着酸素が電子をトラップして生成している表面準位よりも小さなエネルギー準位である必要がある。即ち、増感色素の最低空軌道(ＬＵＭＯ)は、-４．０ｅＶ以上である必要があり、増感色素の最高被占軌道（ＨＯＭＯ）は、−５．１ｅＶ以下である必要がある。
【００４９】
今回の実験に用いた色素のエネルギー準位を見ると、フルオレセイン、ローズベンガル、ブロムフェノールブルーが上記条件を満たしており、実際にこれらの色素は、実験結果においても高い感度を示している。
【００５０】
また、ＭＫ３４２２、ＭＫ３６２５のエネルギー準位を見ると、ＬＵＭＯの位置は−４．０ｅＶ以上であるが、ＨＯＭＯの位置は−５．１ｅＶ以上であるため、電子を酸化亜鉛の伝導帯に供給することはできるが、吸着酸素の電子を中和することができない。そのため、酸化亜鉛の抵抗変化は小さく、かつ酸素の吸脱着を伴わない反応であるため、持続性を示さないと思われる。
【００５１】
一方、メチレンブルーのエネルギー準位は、ＨＯＭＯの位置は、−５．１ｅＶ以下であるが、ＬＵＭＯの位置は−４．０ｅＶ以下であるため、吸着酸素の電子を中和することはできるが、電子を酸化亜鉛の伝導帯に供給することはできない。そのため、酸化亜鉛の抵抗変化は小さいが、酸素の吸脱着を伴うため、持続性を示すと思われる。
【００５２】
図８は、図４よりＮＫ３４２２、ＮＫ３６２５、メチレンブルーの電流応答のみを拡大して示した図である。エネルギー準位から予想されるように、ＮＫ３４２２、ＮＫ３６２５は持続性を伴わない応答を見せ、メチレンブルーは持続性を示している。
【００５３】
エネルギー準位の条件を満たしているフルオレセイン、ローズベンガル、ブロムフェノールブルーの中でも、その感度には差がある。
【００５４】
色素増感を行った場合、電子−正孔対が生成するのは、色素の中であり、持続導電性を引き起こすには、生成した電子・正孔対を酸化亜鉛に受け渡す必要があり、そのドライヴィングフォースとなるのが、電子の場合は色素のＬＵＭＯと酸化亜鉛の伝導帯端のエネルギー差、正孔の場合は色素のＨＯＭＯと吸着酸素の表面準位とのエネルギー差であると考えられる。それらの差が大きいほど、電子・正孔の酸化亜鉛への移動は素早く行われ、再結合や欠陥にトラップされる確率が減少して、高い感度を示すと考えられる。
【００５５】
実際に、実験で得られた感度は、よりエネルギー差の大きなフルオレセインが最も大きく、エネルギー差の小さなブロムフェノールブルーが小さい。
【００５６】
但し、感度は、色素自体の光吸収能力や欠陥の大小、酸化亜鉛への吸収能力によっても左右されると考えられるため、エネルギー準位の差だけで結論づけられるものではない。より感度を向上させるには、この辺りの特性もある程度押さえる必要があると考える。少なくとも、上述のフルオレセイン、ローズベンガル、ブロムフェノールブルーについては、本発明の画像形成装置には好ましいものといえる。
【００５７】
次に、上記感光体を用いて連続的な画像形成が可能な本実施の形態の画像形成装置を、図２に基づいて説明する。図２は本発明の実施の形態における画像形成装置としての光プリンタの概略構成を示す模式図である。
【００５８】
図２において、感光体としての感光ドラム１７は、図示しない駆動手段により矢印Ａ方向に回転自在に配設されており、後述するような露光、現像、転写、定着、及びクリーニング、の各工程からなる画像形成工程が、繰り返して実行されるようになっている。
【００５９】
以上のように構成された感光ドラム１７の周囲には、露光手段、現像手段、現像液除去手段、転写手段、及びクリーニング手段が、該感光ドラム１７の回転方向に沿って順次配設されており、更に、定着手段も前記感光ドラム１７の周囲に配設されており、各手段は以下のように構成されている。
【００６０】
まず、露光手段５は、定格出力が１０ｍＷで、露光面での実効出力が１ｍＷ、波長が６３３ｎｍの半導体レーザーと、該半導体レーザーの制御のためのポリゴンスキャナーとを備えており、該露光手段５から照射されるレーザービーム６のドット径は１２００ｄｐｉ相当の２０μｍに設定されている。
【００６１】
なお 、露光手段には、ポリゴンスキャナー等の光走査装置の他にも、ＬＥＤアレイ、あるいは液晶シャッターを用いることができる。ＬＥＤアレイや液晶シャッターは、半導体レーザーを用いたポリゴンスキャナー装置に比較して、露光波長の選択幅が大きいため、コストは高くなるが、増感色素の選択に有利である。
【００６２】
次に、現像手段７は、現像液８と、該現像液８を収容して感光ドラム１７に接触させる現像液収容手段としての現像剤収容容器９と、該現像剤収容容器９において前記感光ドラム１７と対向するように設けられた電極１０と、該電極１０及び前記感光ドラム１７のアルミニウム製基板２に電圧を印加するための電圧印加手段としての電源１１とを備えている。
【００６３】
現像液８には、アニオン電着塗料を用いた。この塗料は、分散樹脂１７％、色材としての顔料１０％、水性化助溶剤３％、水７０％から構成されている。
【００６４】
分散樹脂には、アルキド（ポリエステル）樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂に、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸エステル基、またはグリシジル基を導入して、これらの基に中和剤を反応させて親水性を持たせたものを用いた。導入量（酸価）及び中和量（中和当量）は必要に応じて調整することとした。また、必要に応じて、ポリエチレングリコールや水酸基、アミド基、メチロール基を導入して水溶性を調整することとした。
【００６５】
本実施形態では、分散樹脂の一例として、アクリル樹脂にエチレングリコール親水を有する樹脂にカルボン酸を導入し、アミノ基で中和を行ったものを用いた。酸価は４５とし、中和当量は０．８とした。
【００６６】
また、色材としての顔料には、カオリン、炭酸カルシウム、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、サチン白等の無機顔料、あるいは、カーボンブラック、合成顔料等の有機顔料を用いることができる。本実施形態では、一例として、カーボンブラックを用いた。
【００６７】
また、水性化助溶剤には、アルコール、ケトン、グリコール、エステル系のものを用いることができ、本実施形態では、一例として、２-プロパノール、ブチルセルソルブを用いた。
【００６８】
上記現像液の、電解度は５ｍＳ／ｃｍ、ｐＨは７.５である。
【００６９】
次に、現像液収容容器９は、感光ドラム１７の長手方向に延びて形成された開口部を感光ドラム１７との対向側に有する箱状の容器であり、前記現像液８を収容すると共に、前記現像液８を前記感光ドラム１７の表面に接触させる位置に設けられている。
【００７０】
前記現像液収容容器９内には、感光ドラム１７の長手方向に延びて形成された電極１０が、感光ドラム１７と対向するように配設されている。該電極１０は、金、白金、銀等の不溶性材料、または、ステンレス鋼等の難溶性材料で形成され、もしくはこれらの材料で被覆された電極を用いることができ、本実施形態では、一例として、ステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いた。また、本実施形態ではマイナス側の電極として用いている。
【００７１】
前記電極１０と、前記感光ドラム１７のアルミニウム製基板２との間には、電源１１が設けられており、本実施形態では、１０Ｖの直流定電圧電源を用いた。
【００７２】
次に、以上のような構成の現像手段７よりも、感光ドラム１７の回転方向下流側には、現像液除去手段１２が、感光ドラム１７に当接するように設けられている。この現像液除去手段１２は、転写が行われる前に、余分な現像液を除去する機能を有するものであり、本実施形態ではスポンジローラーを用いた。但し、他にも、エアーブロー方式や、加熱蒸発方式の現像液除去手段を用いることができる。
【００７３】
また、前記現像液除去手段１２よりも感光ドラム１７の回転方向下流側には、転写手段１３が感光ドラム１７に当接するように設けられている。本実施形態では、転写手段１３にシリコンゴムローラーを採用し、転写方式として圧力転写方式を用いた。転写圧力は２kg／cm2とした。但し、本発明はこれに限られるものではなく、加熱方式、あるいは静電気力方式の転写手段を採用することができる。
【００７４】
前記転写手段１３は、回転自在に設けられており、前記感光ドラム１７に圧接することにより、前記感光ドラム１７の回転移動に伴って回転し、前記圧接部にて記録材としての記録紙Ｐを挟持搬送するようになっている。
【００７５】
そして、前記圧接部よりも記録紙Ｐの搬送方向下流側には、定着手段１４が配設されている。本実施形態においては、定着手段１４として圧力定着方式のものを用いており、互いに圧接するように配設されたシリコンゴムローラー対を用いて定着圧力を５kg／cm2に設定した。但し、本発明はこれに限られるものではなく、加熱方式の定着手段を用いても良いし、また、圧力方式と加熱方式を併用した定着手段を用いることもできる。
【００７６】
次に、前記転写手段１３よりも感光ドラム１７の回転方向下流側には、転写後の感光ドラム１７上の紙粉等の残留物をクリーニングするクリーニング手段１５が、感光ドラム１７に接触するように設けられている。本実施形態においては、クリーニング手段１５として、ファーブラシ等を有するクリーニングローラーを使用した。他にも、クリーニングブレードを用いることができる。
【００７７】
次に、以上のように構成された本実施形態の画像形成装置の動作について説明する。
【００７８】
まず、露光手段５により原画像に基づいた６３３nmの波長を有するレーザービーム６の照射が行われると、感光ドラム１７は選択的に露光され、感光ドラム１７の感光膜層３は露光部分のみ、その体積抵抗率が１０7(Ωcm)から１０4(Ωcm)に減少し、抵抗値の違いによる潜像が感光ドラム１７上に形成される。
【００７９】
一方、現像手段７においては、電源１１により、感光ドラム１７のアルミニウム製基板２と現像液８中のステンレス製電極１０との間に、アルミニウム製基板２をプラス側とする１０Ｖの定電圧が印加される。
【００８０】
本実施形態においては、アルミニウム製基板２とステンレス製電極１０の距離は約５(mm)としたので、両電極間の現像液８の抵抗は約１００(Ω)となる。感光ドラム１７の面に垂直方向の抵抗は、感光膜層３の未露光部が１０4(Ω)、露光部が１０(Ω)、保護層４が１００(Ω)である。即ち、両電極間の抵抗は、未露光部が１０２００(Ω)、露光部が２１０(Ω)となる。
【００８１】
従って、低抵抗となった露光部には、所望の電解電流が流れ、水の電気分解によるｐＨ変化が発生する。このｐＨ変化により、樹脂中の中和されていた親水基が変化し、顔料は水溶性を失って、露光部に付着する。因みに、電解電流は、露光部で最大１０(mA/cm２)、未露光部で最大０．３(mA/cm２)であった。今回現像剤に用いたアニオン電着塗料は１(mA/cm２）以下の電解電流では、顔料の付着を生じないため、未露光部では上述のような顔料の付着が起こらず、露光部にのみ顔料が付着する。これにより、潜像は顔料により可視化される。
【００８２】
このようにして形成される可視像は、感光ドラム１７の回転により、現像液除去手段１２との対向部へと搬送され、現像液収容容器９から持ち出した余分な現像液８が、スポンジローラーで形成された現像液除去手段１２により感光ドラム１７から取り除かれる。なお、感光ドラム表面は撥水性のため、現像液の持ち出し量は微量である。
【００８３】
更に、前記可視像は、感光ドラム１７の回転により、転写手段１３との対向部へと搬送され、該転写手段１３によって押圧されることにより、記録紙Ｐに転写される。
【００８４】
そして、転写された可視像は、記録紙Ｐと共に定着手段１４へと搬送され、シリコンゴムローラーからなる定着手段１４により加圧され、記録紙Ｐ上に圧力定着される。
【００８５】
一方、転写後の感光ドラム１７表面は、該表面上に残った顔料成分等がブラシ状のクリーニングローラーからなるクリーニング手段１５により除去され、再度次の画像形成工程に供される。
【００８６】
以上のように、本実施の形態によれば、感光体として増感色素を添加した酸化亜鉛を用いているため、可視光もしくは赤外光で短時間に潜像の形成ができ、高速な画像形成が可能になるという効果がある。記録材として、普通紙を用いた場合でも、電解現象を用いて可視化させた高品位の画像を、当該普通紙上に転写することで普通紙上に最終画像を形成することができ、しかも、繰り返して画像形成を行うことができるので、連続的かつ高速に普通紙上に画像を形成することができる。
【００８７】
また、現像液として、水溶液からなる現像液を用いたので、現像液の取扱いが容易となり、保守作業の容易化を図ることができる。特に、分散剤として水溶性の樹脂を用いたことで、水溶性の現像液において色材を均一に分散させることができる。
【００８８】
なお、上述した各実施形態においては、感光体としてドラム状のものを用いた例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ベルト状の感光体を用いることもできる。特に、ドラム状、ベルト状を問わず、感光体が連続した環を形成した無端状のものであっても、また感光体が連続しないで端部を有する有端状のものであってもよく、さらに、必ずしも感光体は環状でなくても、平板状であっても、本発明の実施は可能なものである。
【００８９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明の画像形成装置では、持続性光導電性を有する半導体を用いた感光体により高品位な画像形成ができるという効果がある。とりわけ感光体の増感作用を示す適切な増感色素を添加することにより吸収する光の波長の幅を広げて感光体の光感受性を高め、より高速な露光を行うことにより高速に画像を形成できるという効果を奏する。
【００９０】
請求項２に係る発明の画像形成装置では、請求項１に記載の画像形成装置の効果に加え、感光体に好ましい持続性光導電性を示す酸化亜鉛を用い、さらに、添加される増感色素が適切に選択されている感光体を用いることで、感度の高い望ましい感光体とすることができるという効果がある。従って、より高速に画像を形成できる画像形成装置とすることができるという効果を奏する。
【００９１】
請求項３に係る発明の画像形成装置では、請求項２に記載の画像形成装置の効果に加え、増感色素の中でも、増感作用が優れた増感色素を用いることで、高感度な感光体で高速に画像の形成できるという効果がある。従って、より好ましい画像形成装置とすることができるという効果を奏する。
【００９２】
請求項４に係る発明の画像形成装置では、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置の効果に加え、感光体を環状に形成することで、高感度な感光体と相俟って、連続的な画像形成に適した画像形成装置とすることができるという効果がある。
【００９３】
請求項５に係る発明の画像形成装置では、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置の効果に加え、現像液に水溶性の樹脂を用いることで、色材が均一に分散することができるという効果がある。従って、さらに高品位な画像を形成できる画像形成装置とすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の感光体１の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における画像形成装置としての光プリンタの概略構成を示す模式図である。
【図３】各増感色素のエネルギー準位と、これと比較するための酸化亜鉛のエネルギー準位を示すものである。
【図４】実験の結果を縦軸に通電電流（Ａ）をとり、横軸に時間（秒）をとって表わしたものである。
【図５】本実験に用いたアルミ電極を示す図である。
【図６】実験に用いた色素の特性を表にまとめたものである。
【図７】酸化亜鉛が持続導電性を示すメカニズムを説明するためのエネルギーバンドを示す図である。
【図８】図４よりＮＫ３４２２、ＮＫ３６２５、メチレンブルーの電流応答のみを拡大して示した図である。
【符号の説明】
１…感光体
２…アルミニウム製基板
３…感光膜層
４…保護層
５…露光手段
６…レーザービーム
７…現像手段
８…現像液
９…現像液収容容器
１０…電極
１１…電源
１２…現像液除去手段
１３…転写手段
１４…定着手段
１５…クリーニング手段
１７…感光ドラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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