(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性支持体の上に順次積層された第一半導体層、第２半導体層、多孔質半導体層、薄膜電極層から構成される電子放出素子と、電子放出素子の上に積層された感光体層と、感光体層の電子放出層と反対側に空間を隔てて設けられた正電位の回収電極と、多孔質半導体層を両側から挟むように設けられた２つの電極と、感光体層に光を照射して静電潜像を形成する光学装置と、静電潜像を現像する現像器と、現像された像を媒体に転写する転写器を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、感光体とそれを備える画像形成装置に関し、とくに、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、画像記録装置、具体的には現像剤を使用して感光体上の静電潜像を現像後、紙媒体等に転写する装置に用いる感光体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機のような画像形成装置においては、像担持体に静電潜像を形成するのに先立って像担持体を種々の方法で均一に帯電させるようにしている。
主流となっている帯電方法には、コロナ放電によるものがある。この方法によるものでは、感光体を帯電させるために、４〜１０ｋＶ程度の高圧電源を必要とし、また、放電時には多量のオゾンを発生し、人体に対して悪影響を与えるばかりでなく感光体の劣化を速めるという欠点を有していた。
【０００３】
そこでこの問題を解決するため、例えば、オゾンの発生量を低減するようにしたコロナ帯電器が、例えば、特開平９−１１４１９２号公報、特開平６−３２４５５６号公報などに報告されている。
【０００４】
また、これに代わる帯電方法として、接触帯電方式が近年実用化されている。この接触帯電装置は、低オゾン化、低電力化を目的としており、電圧を印加した導電性のローラや、ブラシ、弾性ブレード、特に近年ではカーボンナノチューブ等の導電性部材を利用した方法が多数報告されている。
【０００５】
この中でも特に、帯電部材として導電性ローラを用いる“ローラ帯電方式”が、帯電の安定性という点から好ましく、広く利用されている。ローラ帯電方式では、導電性の弾性ローラを被帯電体に加圧当接され、これに電圧を印加することによって被帯電体の帯電を行う。
【０００６】
上記ローラ帯電方式をさらに改良したものとして、ローラ帯電部材（一次帯電ローラ）と感光体との間に二次帯電ローラを追加した構造のものが知られている（例えば、特開２００１−２９６７２２号公報参照）。この場合、帯電装置の構造は、像担持体に対向して接触配置された二次帯電ローラと、この二次帯電ローラに接触配置された一次帯電ローラを有するものである。ここで二次帯電ローラは、一次帯電ローラから感光体へ帯電電荷を運搬する役割を担うものであり、二次帯電ローラ表面に電荷注入層を有する金属ローラ、あるいは表層を誘電体とすることで、像担持体である感光体におけるピンホールのリーク問題や、高速帯電に対応することが可能となる。
【０００７】
一方、その多くがディスプレー表示デバイスに応用されているカーボンナノチューブは、電子写真分野でも新しい帯電方法を実現する素子と考えられ、低電圧で利用可能な微小電子線源として期待されている。このカーボンナノチューブを接触型帯電器に応用したものが、例えば特開２００１−２８１９６４号公報に開示されており、低電圧駆動とオゾンやＮＯｘなどの反応性ラジカルの抑制などが達成されている。
【０００８】
被帯電体である感光体の主流は負帯電型であり、市場の９５％を占めている。負帯電感光体は層構成により機能を分離し、ＣＧＬ（Charge Generation Layer）を分散した電荷発生層と、ＣＴＬ（Charge Transport Layer）を分子分散した電荷輸送層から構成され、光電機能発現のメカニズムには電荷発生機能と、正孔輸送機能とを必要とする。
【０００９】
一方、潜像解像度が高く、実使用における光電特性の変化が小さいなどの利点を有する正帯電型感光体は、潜像形成時の光電機能発現に必要な電子輸送機能が不十分なため「正帯電感光体は、負帯電感光体にくらべて感度的に劣る」との認識で受け取られている。
【００１０】
電子直接注入型の帯電素子一体型感光体では、帯電電位を現わす電荷担体が電子であるため、帯電プロセスとしては電子トラップが感光体層全体に分散配置された構造が望ましく、また露光特性を良好にするためには、露光時に生成された電子正孔対の内、主に電子が感光体層を加速電極に向かって十分速く走行する能力を有する必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
現在、最もよく利用されているローラ帯電方式では、像担持体である感光体表面に生じた極微的な欠陥（ピンホール）に対して、ローラ帯電部材から感光体表面の欠陥部へ異常な電流リークを発生し、感光体及び帯電部材双方の表面を破壊するという問題が残っている。このような感光体表面の破壊は、コピー結果に、微小黒点、地カブリ等の画像欠陥となって現われる。
一方、異常な電流リークを抑えるという特徴を有する二段帯電ローラ構成においても、帯電現象はローラ間の狭ギャップで発生する微小放電に支配されるため、帯電時に発生するオゾンガスやＮＯXガスを完全に取り除くことは出来ない。
【００１２】
オゾン及びＮＯｘ等の放電生成物については、複数の国、地域の団体により電子写真方式の画像形成装置に対して、その発生量に厳しい規制（ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ規格）が課せられており、この発生量低減は帯電装置における重要な課題となっている。とくに反応性に富むオゾンは感光体の性能を低下させる主要因であり、大気中の水分子の付着を促すＮＯｘと同様に、感光体帯電電位の低下、不良画像などの問題を発生する。
また、新規材料であるカーボンナノチューブを利用した帯電機構では、感光体に接するチューブの押し付け圧力次第で、チューブの物理的な破壊そして帯電能力の低下、あるいは大気中での電界電子放出現象に由来した素子破壊を生じる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、次のような特徴を有する感光体を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
（１）大気中の電荷伝播を全く必要とせずに帯電できる。
（２）大気中の使用においても極めて安定で、完全オゾンレスの帯電が可能で、かつ帯電電荷が効率よく除去可能である。
（３）帯電動作時に被帯電体表面の汚れ、欠陥に起因した、動作異常（帯電不良或いは異常放電などによる感光体の破壊）が生じにくい。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、導電性支持体の上に順次積層された第一半導体層、第２半導体層、多孔質半導体層、薄膜電極層から構成される電子放出素子と、電子放出素子の上に積層された感光体層と、感光体層の電子放出層と反対側に空間を隔てて設けられた正電位の回収電極と、多孔質半導体層を両側から挟むように設けられた２つの電極と、感光体層に光を照射して静電潜像を形成する光学装置と、静電潜像を現像する現像器と、現像された像を媒体に転写する転写器を備えた画像形成装置を提供するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明における電子放出素子としては、例えば導電性電極層に積層された半導体層と、前記半導体層上に形成された厚さ１０〜１５ｎｍのポーラスシリコンなどに代表される多孔質半導体層と前記多孔質半導体層上に形成された厚さ１０ｎｍの金属薄膜電極から成る電子放出素子を用いることができる。前記電子放出素子から放出される電子が、大気中を伝播する過程無く、電子放出素子から被帯電体である感光体の電子トラップへ直接突入し、感光体へ所望の帯電電位を与えることができる。
【００１６】
通常、電荷発生装置と被帯電体である感光体とが分離した機構を有する帯電様式では、電子放出素子から放出された電子が大気中を伝搬し被帯電体に到達、或いは放出された電子が大気中の酸素分子などに付着し負イオンを形成し、その負イオンが大気中を伝搬し被帯電体に到達することで帯電プロセスを達成するため、帯電電荷の大気中伝搬を必要とする。しかしながら、この発明による感光体では、電子放出素子から放出される電子が大気中を伝搬する過程を持たないため、伝搬途中の負イオンの生成が物理的になく、イオン生成に起因するオゾン、ＮＯｘの発生を絶つことが可能となる。
【００１７】
この発明の感光体において、感光体層の電子放出層と反対側に空間を隔てて設けられた正電位の回収電極をさらに備えることが好ましい。一般的に電子放出素子から放出された電子は、放出された場に外部からの電界が働かない状態では、再び電子放出素子へ戻ってしまう。放出された電子を感光体側へ効率良く導くには、電子放出素子外部に、電子を感光体側へ引き寄せるような電界を形成する必要があり、その電界を形成するのが、この回収電極である。この回収電極の設置により、電子放出デバイスから放出された電子の感光体へのトラップを容易にし、素子の帯電効率を上昇させる効果と、回収電極の設置された場所のみ電子放出素子からの電子のトラップを有効にする素子の動作領域を限定する効果を実現する。
【００１８】
さらに、この発明は、多孔質半導体層を両側から挟むように設けられた２つの電極をさらに備えることが好ましい。感光体と接する電極には正電圧が印加され、電子を感光体へ導く加速電界を形成する。電子放出素子に与える加速電界には、２つの電極に印加する電圧の極性によっていくつかの方法が考えられるが、電子放出素子と感光体とで挟まれた電極に直流正電圧を印加することで、帯電時には電子放出素子内での電子の加速、そして像形成時の露光過程では感光体の帯電電荷吸収電極として作用させることができる。
【００１９】
この発明において、感光体層は、真空順位から６ｅＶ以下のエネルギー順位に多数の電子トラップを有する有機又は無機感光体であってもよい。
電子放出素子は、導電性支持体の上に順に積層された少なくとも一層の半導体層，多孔質半導体層および電極層であってもよい。
この発明は別の観点からこの発明による上記感光体と、感光体に光を照射して静電潜像を形成する光学装置と、静電潜像を現像する現像器と、現像された像を媒体に転写する転写器を備えた画像形成装置を提供するものである。
【００２０】
実施例
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによってこの発明が限定されるものではない。
図１は、この発明の感光体の基本構成を示す構成説明図、図２と図３はこの発明によるドラム状感光体を示す斜視図と要部断面図である。
【００２１】
図１において、電子放出素子１０は、導電性支持体１と、この上に形成された第一の半導体層２と、この半導体層２の上に形成された薄い第二の半導体層３（薄膜半導体層）で覆われた形で積層された多孔質半導体層４と、多孔質半導体層４の上に設けられた薄膜電極層５（１０オングストローム程度の厚さの金、あるいはアルミ金属薄膜などが代表的な金属材料である）から構成される。電子放出素子１０から放出される電子が、多孔質半導体層で散乱することなく加速を続けることから、電子放出素子１０は、弾道電子放出素子とも呼ばれる。
【００２２】
感光体１１は、電子放出素子１０の薄膜電極層５の上面に感光体層６を積層した構造を有する。
また、導電性支持体１は、絶縁体からなる基板（例えば、石英ガラス基板や硬質高分子）上に導電性電極を別途設けた構成としてもよい。
【００２３】
感光体層６は、電気的な中性状態において電子受容性であり、大きな電子移動特性を有した電荷輸送物質からなる感光体材料とした方が、露光プロセスを含めた光電特性の点で有利である。
【００２４】
感光体層６は電荷輸送物質およびバインダー樹脂を混合した層中に、無機および／又は有機材料から成る種々の電荷発生物質の粒子を分散させた単一層構成とし、その電子輸送機能材料にはジフェノキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、ビスナフチルキノン誘導体などが用いられる。
【００２５】
感光体体層６を支える基材の物理的な形は、平板状や円筒形とすることができる。
感光体層６の層厚は、摩耗による耐久性を考慮すると厚いほうが良いが、膜厚が厚すぎると帯電時の帯電特性が悪くなるため、１０〜２５μｍ程度にするのが望ましい。
【００２８】
電子放出素子１１は次のように動作する。加速電極用電源８は、導電性支持体１をアース電位、電極５を正電圧とする電源である。電子放出素子に図１のように電圧が印加されると、先ず半導体層２に電子が注入される。電極１と電極５の間に与えられた電位差は、局所的に抵抗の大きな部分を有する多孔質半導体層４に強い電界を与える。注入された電子は、この電界を利用して電極５方向に加速され、弾道電子となる。この電子は、薄膜電極層５をトンネルして外に放出される。
【００２９】
加速電極である電極５により弾道電子として放出された電子は、電極５の上面に存在する感光体層６へ突入するだけの十分なエネルギーを有し、感光体層６の電子トラップへ入り込む。
ここで、このプロセスが有効になるのは、図３に示すように、回収電極７が設置され、回収電極７と感光体１１との間で形成する電界が感光体１１に対して有効に働く範囲に限られる。回収電極用電源９は、回収電極７が電子放出素子から放出された電子を感光体層６へ引き出す電界を形成するのに必要とする直流電源である。
【００３０】
感光体層６へ突入する電子のエネルギーは、６〜７ｅＶにピークを有し、低エネルギー方向になだらかな分布を持つため、真空準位から６ｅＶ程度に位置する感光体層６の空の電子準位からそれ以下の低い順位までを、電子で満たすことができる。感光体層６中に埋め込まれる（トラップされる）電子のエネルギー的な深さ（電子準位）は、放出された電子のエネルギーの大きさに比例し、電子のエネルギーの大きさが大きいほど、感光体層６の深い準位の電子トラップを満たしてゆく。弾道電子は、被帯電体である感光体層６の空の電子準位に入り込んで初めて帯電状態を発現するため、弾道電子の持つエネルギーは感光体層６の空の電子準位の深さと一致していると、帯電効率に優れる。弾道電子の持つエネルギーが極端に大きい場合には、そのエネルギーは感光体層６のより深い準位である電子で満たされた準位の電子を、空の電子準位へ励起するのに消費されてしまい、帯電状態に至らない恐れがある。
【００３１】
弾道電子励起現象の応用と解説に関しては、越田らによって示されており、ディスプレーデバイスとして、従来のカソード電極に置き換えた利用形態が報告されている（Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 638 A NOVEL SOLID-STATE LIGHT-EMITTING DEVICE BASED ON BALLISTIC ELECTRON EXCITATION参照）。
【００３２】
電子放出素子１０から放出された電子をトラップした感光体層６は、アース電位に対して負の電位を保持することとなる。この結果、感光体は電子写真方式を満足する程度の十分大きな負の帯電電位を得る。
【００３３】
この感光体１１の帯電プロセスは、感光体層６の帯電部位が回収電極７から離れることで停止する。感光体１１を用いる画像形成装置においては、この帯電プロセス終了後、電荷の有無で静電潜像を形成する露光プロセスを経る必要がある。回収電極７を離れた感光体１１の表面は、その全面に負の帯電電位を保持している。ここでレーザーなどの公知の光学装置を用いて露光を行った場合、次の過程を経て感光体表面に静電潜像が形成される。
【００３４】
感光体層６の光の照射された部分では、光電効果により電子-正孔対が生成される。正孔は、先に記述された電子トラップにトラップされた電子と反応し、その帯電電荷を消失させる。この場合、電子-正孔対の一方となる電子は、弾道電子放出素子の最上面に形成された薄膜電極５に吸収され、消失する。
この結果、光の照射された部分の帯電電位はなくなり、一方、光の照射されなかった部分の帯電電位はそのまま残り、静電潜像が完成する。
静電潜像を形成した感光体表面は、トナーを使用した公知の現像手段を用いることで可視像となる。
【００３５】
図４は図２，図３に示すドラム状感光体１１を搭載した画像形成装置を具体的に示す構成図である。印刷される紙３１は、矢印Ａ方向へ流れ、ドラム状感光体１１は矢印Ｂ方向に回転する。
【００３６】
最初、感光体１１の表面は負電位のある部分とない部分とが混在しているが、前述のように回収電極７に対向することにより、表面が負の電位に一様に帯電する。
光学装置３４が、画像データに対応する光を感光体１１へ照射し、その光があたった部分は電位がなくなり、他の部分は負電位のままに保持され、静電潜像が形成される。
【００３７】
次に、現像器３５で感光体１１の表面にトナーが付着される。公知な負帯電トナーを利用した反転現像機構を用いた場合、トナーは負電位に帯電しているので、感光体１１の電位のない部分にのみ、トナーが付着する。
転写器３６は、正電圧の印加された部材から構成されており、負電位に帯電しているトナーを転写器３６の方へ移し、紙３１に付着させる。トナーの付着した紙３１が矢印Ａ方向へ送られ、定着器３７のローラで熱と圧力を加えられることにより、トナーは紙３１に定着されプリントアウトされる。感光体１１はクリーナー３８で残ったトナーが落とされ、再び回収電極７の位置で帯電される。このようにして紙３１への印字が行われる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、感光体と一体化した電子放出素子を利用して感光体を帯電させる機構を利用するので、放電生成物として知られるオゾンやＮＯｘの排出なしに帯電させることが可能な感光体を実現することができる。
同時に、感光体劣化防止およびオゾン除去装置が不要になるので、画像形成装置のコストを削減する上で大きく貢献する。また、高電圧を必要とする部位が無いため、帯電プロセス中に感光体表面に付着したゴミなどを原因とする帯電不良、異常放電による感光体の部分的破壊なども抑えることが可能となる。また、大気中の水分子の影響でその性能劣化を生じ易いポーラスシリコンを主構成要素とした電子放出素子は、感光体層を大気に対するバリヤ層とすることで、外界雰囲気と完全に遮断され、長期的安定動作が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の感光体の一実施例の基本構成を示す構成説明図である。
【図２】図１に示す感光体をドラム状感光体として用いる場合の斜視図である。
【図３】図２に示す感光体の要部断面図である。
【図４】この発明による画像形成装置の構成説明図である。
【符号の説明】
１  導電性支持体
２  第一半導体層
３  第二半導体層
４  多孔質半導体層
５  薄膜電極層
６  感光体層
７  回収電極
８  加速電極用電源
９  回収電極用電源
【図１】
0003986359.tif 000002
【図２】
0003986359.tif 000003
【図３】
0003986359.tif 000004
【図４】
0003986359.tif 000005