JP2009258641A - Charging member, and process cartridge and image forming apparatus using the same - Google Patents

Charging member, and process cartridge and image forming apparatus using the same Download PDF

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JP2009258641A JP2008328033A JP2008328033A JP2009258641A JP 2009258641 A JP2009258641 A JP 2009258641A JP 2008328033 A JP2008328033 A JP 2008328033A JP 2008328033 A JP2008328033 A JP 2008328033A JP 2009258641 A JP2009258641 A JP 2009258641A
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Taketoshi Hoshizaki
武敏 星崎
Shigeru Yagi
茂 八木
Takeshi Iwanaga
剛 岩永
Keiko Ono
景子 小野
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Fujifilm Business Innovation Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charging member which has excellent surface mechanical durability and oxidation resistance, and with which image defects due to deposition of toner components are suppressed, also, has excellent charging characteristics, further, which can easily keep these characteristics at a high level with time, and to provide a process cartridge and an image forming apparatus using the charging member. <P>SOLUTION: The charging member includes a surface layer, and at least the most outer surface portion of the surface layer contains oxygen and at least one metallic element selected out of a group composed of Ga and In and the oxygen content contained in at least the most outer surface portion of the surface layer is ≥15 atom%. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、帯電部材、それを用いたプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。   The present invention relates to a charging member, a process cartridge and an image forming apparatus using the charging member.

近年、電子写真法は、複写機やプリンター等に幅広く利用されている。このような電子写真法を利用した画像形成装置に使用される帯電部材は、装置内で、様々な接触やストレスに曝されるため、これらに起因して劣化を招くが、その一方で、画像形成装置のデジタル化やカラー化にともなって高い信頼性が求められている。   In recent years, electrophotographic methods have been widely used for copying machines, printers, and the like. A charging member used in an image forming apparatus using such an electrophotographic method is exposed to various contacts and stress in the apparatus. High reliability is required with digitization and colorization of forming apparatuses.

このような中で、表面にトナーやトナーの外添剤などの汚れを防止し、帯電の均一性を向上させ濃度ムラを抑制するために、フッ素含有樹脂などの非接着性皮膜で被覆することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、弾性体表面をダイヤモンドライクカーボンで被覆するという提案がなされている(例えば、特許文献2、3参照)。さらに、表面層の形成は、スパッタリング法、プラズマ化学気相成長法(CVD)、イオンプレーティング法等を用いて、TiN、TiAlN、TiC、CrN、SiC、Si、Al、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の無機物が例示されている(例えば、特許文献2参照)。
一方、離型性及び汚染防止性を改善する帯電装置として、表面層のビッカース硬度が1500Hv以上である帯電ローラが提案されている(例えば、特許文献4参照)。
Under such circumstances, the surface should be coated with a non-adhesive film such as a fluorine-containing resin in order to prevent contamination of the toner and toner external additives, improve the uniformity of charging, and suppress uneven density. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In addition, a proposal has been made to coat the surface of an elastic body with diamond-like carbon (see, for example, Patent Documents 2 and 3). Furthermore, the surface layer is formed by sputtering, plasma chemical vapor deposition (CVD), ion plating, or the like using TiN, TiAlN, TiC, CrN, SiC, Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Inorganic substances such as DLC (diamond-like carbon) are exemplified (for example, see Patent Document 2).
On the other hand, a charging roller whose surface layer has a Vickers hardness of 1500 Hv or more has been proposed as a charging device that improves releasability and contamination prevention (see, for example, Patent Document 4).

特開昭58−194061号公報JP 58-194061 A 特開1998−18037号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1998-18037 特開2006−258934号公報JP 2006-258934 A 特開2006−235045号公報JP 2006-235045 A

しかしながら、このような帯電部材は表面で放電させるため、その表面が徐々に劣化し、汚染防止性と抵抗値の安定性は十分ではなかった。   However, since such a charging member is discharged on the surface, the surface gradually deteriorates, and the anti-contamination property and the stability of the resistance value are not sufficient.

本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の課題は、表面の機械的耐久性や耐酸化性に優れ、トナー成分の付着に起因する画像欠陥も抑制できると共に帯電特性にも優れ、さらに、これらの特性を経時的に高いレベルで維持することが容易な帯電部材、並びに、これを用いたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することにある。
This invention is made | formed in view of the said problem, and makes it a subject to achieve the following objectives.
That is, the problems of the present invention are excellent in mechanical durability and oxidation resistance on the surface, can suppress image defects due to adhesion of toner components, are excellent in charging characteristics, and further, these characteristics are improved over time. It is an object to provide a charging member that can be easily maintained at a level, and a process cartridge and an image forming apparatus using the charging member.

本発明者は鋭意検討した結果、下記の本発明により問題を解決できることを見出し、上記目的を達成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventor has found that the following invention can solve the problem, and has achieved the above object.

<1>
表面層を有し、該表面層の少なくとも最表面部に、酸素と、金属元素としてGa及びInからなる群より選択される少なくとも1つを含み、前記表面層の少なくとも最表面部に含まれる前記酸素の含有量が15原子%以上であることを特徴とする帯電部材。
<1>
The surface layer includes at least one selected from the group consisting of oxygen and Ga and In as a metal element at least on the outermost surface portion of the surface layer, and included in at least the outermost surface portion of the surface layer. A charging member having an oxygen content of 15 atomic% or more.

<2>
前記金属元素がGaであることを特徴とする<1>に記載の帯電部材。
<2>
The charging member according to <1>, wherein the metal element is Ga.

<3>
前記表面層の少なくとも最表面部が水素を含むことを特徴とする<1>又は<2>に記載の帯電部材。
<3>
The charging member according to <1> or <2>, wherein at least an outermost surface portion of the surface layer contains hydrogen.

<4>
前記表面層の少なくとも最表面部を構成する元素のうち、前記金属元素及び酸素、又は、前記金属元素、酸素、及び水素の全元素量に対する各構成比の和が0.95以上であり、かつ、前記酸素及び前記金属元素の組成比(酸素/金属元素)が1.1以上1.5以下であることを特徴とする<1>から<3>のいずれか1つに記載の帯電部材。
<4>
Of the elements constituting at least the outermost surface portion of the surface layer, the sum of the constituent ratios with respect to the total element amount of the metal element and oxygen, or the metal element, oxygen and hydrogen is 0.95 or more, and The charging member according to any one of <1> to <3>, wherein a composition ratio (oxygen / metal element) of the oxygen and the metal element is 1.1 or more and 1.5 or less.

<5>
前記表面層に含まれる酸素の前記表面層厚み方向における濃度分布が、下層側に向かって減少することを特徴とする<1>から<4>のいずれか1つに記載の帯電部材。
<5>
The charging member according to any one of <1> to <4>, wherein a concentration distribution of oxygen contained in the surface layer in a thickness direction of the surface layer decreases toward a lower layer side.

<6>
前記表面層の下層側に、テトラヘドラルアモルファスカーボン層と弾性層とが、表面層側から順に設けられていることを特徴とする<1>から<5>のいずれか1つに記載の帯電部材。
<6>
The charging according to any one of <1> to <5>, wherein a tetrahedral amorphous carbon layer and an elastic layer are sequentially provided on a lower layer side of the surface layer from the surface layer side. Element.

<7>
<1>から<6>のいずれか1つに記載の帯電部材を具備することを特徴とするプロセスカートリッジ。
<7>
<1> to <6> The process member characterized by comprising the charging member as described in any one of <6>.

<8>
<1>から<6>のいずれか1つに記載の帯電部材を具備することを特徴とする画像形成装置。
<8>
An image forming apparatus comprising the charging member according to any one of <1> to <6>.

本発明によれば、表面の機械的耐久性や耐酸化性に優れ、トナー成分の付着に起因する画像欠陥も抑制できると共に帯電特性にも優れ、さらに、これらの特性を経時的に高いレベルで維持することが容易な帯電部材、並びに、これを用いたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することができる。   According to the present invention, the surface has excellent mechanical durability and oxidation resistance, can suppress image defects due to adhesion of toner components, and has excellent charging characteristics. A charging member that can be easily maintained, and a process cartridge and an image forming apparatus using the charging member can be provided.

本発明の帯電部材、プロセスカートリッジ及び画像形成装置の実施形態を図1〜図9に従って説明するが、以下の記載に限るものではない。   Embodiments of the charging member, the process cartridge, and the image forming apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9, but are not limited to the following descriptions.

(帯電部材)
本発明の帯電部材は、表面層を有し、該表面層の少なくとも最表面部に、酸素と、金属元素としてGa及びInからなる群より選択される少なくとも1つを含み、前記表面層の少なくとも最表面部に含まれる前記酸素の含有量が15原子%以上であることを特徴とする。
本発明の帯電部材は、感光体表面に接触させた帯電部材に電圧を印加することにより感光体表面を帯電させる接触式の帯電方式であっても良く、感光体表面と帯電部材とを近接させ、帯電部材に電圧を印加し感光体を帯電させる非接触式の帯電方式であっても良い。
また、帯電部材に印加する電圧は直流のみであっても良く、また、直流に交流を重畳しても良い。交流電圧を重畳する場合は、ピーク間電圧が400以上1800V以下、好ましくは800以上1600V以下、さらに好ましくは1200以上1600V以下が好ましい。交流電圧の周波数は50以上20、000Hz以下、好ましくは100以上5、000Hz以下である。
(Charging member)
The charging member of the present invention has a surface layer, and at least the outermost surface portion of the surface layer includes oxygen and at least one selected from the group consisting of Ga and In as a metal element. The content of the oxygen contained in the outermost surface portion is 15 atomic% or more.
The charging member of the present invention may be a contact-type charging method in which a voltage is applied to the charging member brought into contact with the surface of the photoreceptor to charge the surface of the photoreceptor, and the surface of the photoreceptor and the charging member are brought close to each other. Alternatively, a non-contact charging method in which a voltage is applied to the charging member to charge the photosensitive member may be used.
Further, the voltage applied to the charging member may be only direct current, or alternating current may be superimposed on direct current. When the AC voltage is superimposed, the peak-to-peak voltage is preferably 400 or higher and 1800 V or lower, preferably 800 or higher and 1600 V or lower, and more preferably 1200 or higher and 1600 V or lower. The frequency of the AC voltage is 50 or more and 20,000 Hz or less, preferably 100 or more and 5,000 Hz or less.

本発明の帯電部材の層構成としては基体上に表面層を有していれば良く、前記基体は導電性を有していても有していなくてもよい。また、感光体の欠陥部への電流の流入を防ぐため、導電性基体、または導電層と表面層の間に抵抗層があっても良い。また、導電性基体、または導電層と表面層の間に導電性または半導電性の弾性層があっても良い。また、表面層と下地との接着性を改善するために導電性または半導電性の接着層があっても良い。なお、導電性とは、体積抵抗率が10Ωcm未満であることを表し、半導電性とは、体積抵抗率が10Ωcm以上1010Ωcm以下であることを表す。また、以下、表面層が接している層を下地と称する。
図1は、本発明の帯電部材の層構成の一例を示す模式断面図であり、図1中、1は導電性基体、2は弾性層、または、樹脂層、3は表面層を表す。
図2は、本発明の帯電部材の層構成の他の例を示す模式断面図であり、図2中、4は抵抗層を表し、他は、図1中に示したものと同様である。
図3は、本発明の帯電部材の層構成の他の例を示す模式断面図であり、図3中、5は基体、6は導電層を表し、他は、図2中に示したものと同様である。
図4は、本発明の帯電部材の層構成の他の例を示す模式断面図であり、図4中、7はテトラヘドラルアモルファスカーボン層を表し、他は、図1中に示したものと同様である。
帯電部材の形状はフィルム状、板状、あるいはローラ状等何れでもよいが、特にローラ状部材が好ましい。
ローラ状部材は、導電性基体としての芯材、芯材周囲の弾性層、及び、表面層とから構成される。また、非接触で使用する場合は弾性層の代わりに樹脂層であっても良く、また、弾性層が無くても良い。また、表面層の内側に抵抗層、及び/又はテトラヘドラルアモルファスカーボン層があっても良い。
芯材の材質としては導電性を有するもので、一般には鉄、銅、真鍮、ステンレス、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。またその他導電性粒子等を分散した樹脂成形品等を用いることができる。
The layer structure of the charging member of the present invention is only required to have a surface layer on the substrate, and the substrate may or may not have conductivity. In order to prevent current from flowing into the defective portion of the photoreceptor, a conductive layer or a resistance layer may be provided between the conductive layer and the surface layer. There may also be a conductive substrate or a conductive or semiconductive elastic layer between the conductive layer and the surface layer. Moreover, in order to improve the adhesiveness between the surface layer and the base, there may be a conductive or semiconductive adhesive layer. Note that “conductive” means that the volume resistivity is less than 10 3 Ωcm, and “semiconductive” means that the volume resistivity is 10 3 Ωcm or more and 10 10 Ωcm or less. Hereinafter, the layer in contact with the surface layer is referred to as a base.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the layer structure of the charging member of the present invention. In FIG. 1, 1 is a conductive substrate, 2 is an elastic layer, or resin layer, and 3 is a surface layer.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of the layer structure of the charging member of the present invention. In FIG. 2, 4 represents a resistance layer, and the others are the same as those shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the layer structure of the charging member of the present invention. In FIG. 3, 5 represents a substrate, 6 represents a conductive layer, and the others are the same as those shown in FIG. It is the same.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the layer structure of the charging member of the present invention. In FIG. 4, 7 represents a tetrahedral amorphous carbon layer, and the others are the same as those shown in FIG. It is the same.
The shape of the charging member may be any of a film shape, a plate shape, a roller shape, and the like, but a roller-shaped member is particularly preferable.
The roller member is composed of a core material as a conductive substrate, an elastic layer around the core material, and a surface layer. Moreover, when using it non-contacting, a resin layer may be sufficient instead of an elastic layer, and there may be no elastic layer. Further, a resistance layer and / or a tetrahedral amorphous carbon layer may be provided inside the surface layer.
The core material is conductive and generally used is iron, copper, brass, stainless steel, aluminum, nickel, or the like. In addition, a resin molded product in which conductive particles are dispersed can be used.

[弾性層]
本発明における弾性層は前述の導電性あるいは半導電性を有するものである。一般にはゴム材に導電性粒子あるいは半導電性粒子を分散したもの、あるいはイオン性の導電材を含むものであるが、ゴム材が導電性を有する場合は必ずしも必要ではない。また、発泡体であっても良い。ゴム材としてはエチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム(EPDM)、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソブチレン、スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、シリコンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー(SBS)、熱可塑性エラストマー、ノルボーネンゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンオキシドゴム等、あるいはこれらの共重合物、混合物が用いられる。導電性粒子あるいは半導電性粒子としてはカーボンブラック、亜鉛、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、チタニウム等の金属、ZnO−Al、SnO−Sb、In−SnO、ZnO−TiO、MgO−Al、FeO−TiO、TiO、SnO、Sb、In、ZnO、MgO等の金属酸化物を用いることができる。また、イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩等;リチウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩等;を挙げることができる。これらの導電剤は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[Elastic layer]
The elastic layer in the present invention has the aforementioned conductivity or semiconductivity. In general, the rubber material contains conductive particles or semiconductive particles dispersed therein or contains an ionic conductive material. However, it is not always necessary when the rubber material has conductivity. Moreover, a foam may be sufficient. Rubber materials include ethylene-propylene-diene copolymer rubber (EPDM), polybutadiene, natural rubber, polyisobutylene, styrene-butadiene copolymer (SBR), chloroprene rubber (CR), acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (NBR), Silicon rubber, urethane rubber, epichlorohydrin rubber, styrene-butadiene-styrene block copolymer (SBS), thermoplastic elastomer, norbornene rubber, fluorosilicone rubber, ethylene oxide rubber or the like, or a copolymer or a mixture thereof is used. Examples of the conductive particles or semiconductive particles include carbon black, zinc, aluminum, copper, iron, nickel, chromium, titanium and other metals, ZnO—Al 2 O 3 , SnO 2 —Sb 2 O 3 , In 2 O 3 — Metal oxides such as SnO 2 , ZnO—TiO 2 , MgO—Al 2 O 3 , FeO—TiO 2 , TiO 2 , SnO 2 , Sb 2 O 3 , In 2 O 3 , ZnO, and MgO can be used. Examples of ionic conductive agents include perchlorates and chlorates such as tetraethylammonium and lauryltrimethylammonium; alkali metals such as lithium and magnesium; perchlorates and chlorates of alkaline earth metals Can be mentioned. These conductive agents may be used alone or in combination of two or more.

[抵抗層]
抵抗層の材質としては結着樹脂に導電性粒子あるいは半導電性粒子を分散し、その抵抗を制御したもので、抵抗率としては10Ωcm以上1014Ωcm以下、好ましくは10Ωcm以上1012Ωcm以下、さらに好ましくは10Ωcm以上1012Ωcm以下がよい。また膜厚としては0.01μm以上1000μm以下、好ましくは0.1μm以上500μm以下、さらに好ましくは0.5μm以上100μm以下がよい。結着樹脂としてはアクリル樹脂、セルロース樹脂、ポリアミド樹脂、メトキシメチル化ナイロン、エトキシメチル化ナイロン、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリチオフェン樹脂、オロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂等が用いられる。導電性粒子あるいは半導電性粒子としては弾性層と同様のカーボンブラック、金属、金属酸化物が用いられる。また必要に応じてヒンダードフェノール、ヒンダードアミン等の酸化防止剤、クレー、カオリン等の充填剤や、シリコーンオイル等の潤滑剤を添加することができる。これらの層を形成する手段としてはブレードコーティング法、マイヤーバーコーティング法、スプレーコーティング法、浸漬コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法等を用いることができる。
[Resistance layer]
The material of the resistance layer is one in which conductive particles or semiconductive particles are dispersed in a binder resin and the resistance is controlled. The resistivity is 10 3 Ωcm or more and 10 14 Ωcm or less, preferably 10 5 Ωcm or more and 10 It is 12 Ωcm or less, more preferably 10 7 Ωcm or more and 10 12 Ωcm or less. The film thickness is 0.01 μm or more and 1000 μm or less, preferably 0.1 μm or more and 500 μm or less, more preferably 0.5 μm or more and 100 μm or less. Binder resins include acrylic resin, cellulose resin, polyamide resin, methoxymethylated nylon, ethoxymethylated nylon, polyurethane resin, polycarbonate resin, polyester resin, polyethylene resin, polyvinyl resin, polyarylate resin, polythiophene resin, oloethylene perfluoro Polyolefin resins such as alkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), polyethylene terephthalate (PET), styrene butadiene resin, and the like are used. As the conductive particles or semiconductive particles, the same carbon black, metal, and metal oxide as the elastic layer are used. If necessary, an antioxidant such as hindered phenol and hindered amine, a filler such as clay and kaolin, and a lubricant such as silicone oil can be added. As a means for forming these layers, a blade coating method, a Meyer bar coating method, a spray coating method, a dip coating method, a bead coating method, an air knife coating method, a curtain coating method, or the like can be used.

[テトラヘドラルアモルファスカーボン層]
テトラヘドラルアモルファスカーボン層(以下、適宜、「ta−C層」と称する)は、炭素質からなる高硬度、高ヤング率の物質で、硬度が高いため、異物やクリーニング部材等との摩擦によるキズや磨耗の抑制に優れている。ta−Cは、ダイヤモンドと同様の硬度でありつつ、体積抵抗率は10Ω・cm以上10Ω・cm以下と帯電部材に適した体積抵抗率を持ち合わせた物質である。
従来では、帯電部材を高温高湿環境下で長時間使用すると弾性層から弾性層に含有する低分子量成分や軟化剤、可塑剤等のブリード物が染み出てくる。このブリード物は、感光体を化学的に変質させて表面層に亀裂が発生させ、感光体に付着することによりその電気特性を変質させてしまう。すなわち、画像が欠落し黒筋が発生して著しく画像の品位を低下させる。本発明では、仮に後述する表面層に亀裂が発生しても、前述の弾性層と後述する表面層との間にta−C層を設けることにより、仮に帯電部材を長期間使用し表面層の亀裂等が発生しても、ブリードを効果的に抑制することができる。
[Tetrahedral amorphous carbon layer]
A tetrahedral amorphous carbon layer (hereinafter, referred to as “ta-C layer” as appropriate) is a carbonaceous material having a high hardness and a high Young's modulus. Excellent suppression of scratches and wear. ta-C is a substance having a volume resistivity suitable for a charging member, which is 10 6 Ω · cm or more and 10 9 Ω · cm or less, while having the same hardness as diamond.
Conventionally, when the charging member is used in a high temperature and high humidity environment for a long period of time, bleeds such as low molecular weight components, softeners, and plasticizers contained in the elastic layer ooze out from the elastic layer. This bleed material chemically alters the photoreceptor to cause cracks in the surface layer, and adheres to the photoreceptor to alter its electrical characteristics. That is, the image is lost and black streaks are generated, and the quality of the image is significantly reduced. In the present invention, even if a crack occurs in the surface layer described later, a charging member is used for a long period of time by providing a ta-C layer between the elastic layer described above and the surface layer described later. Even if a crack or the like occurs, bleeding can be effectively suppressed.

本発明において、ta−C層とは、40%以上のsp3結合を含むものをいう。このようなta−C層は十分な硬度が確保される。このように、十分な割合でsp3結合を有することから、緻密な組織構造が確立され、又は前述の弾性層や後述の表面層との密着性に優れる。しかも、ta−C層にフッ素原子を含む場合には、表面付近に散在するフッ素原子の働きで十分な撥水性を示し、表面層から水分が侵入しても弾性層を保護し、耐食性は高められる。その結果、形状や電気特性の経時変化が少ない効果を奏することができる。
ここで、sp3結合の同定方法としては、例えばラマン分光法(サーモフィッシャー社製 Nicolet Almega XR)により、波長が633nmのレーザを用い、sp3、1370cm−1にあるピークの面積Aとsp2、1590cm−1にあるピークの面積Bと合計に対するsp3、1370cm−1にあるピークの面積Aの面積比(=A/(A+B)×100(%))から求め評価した。
In the present invention, the ta-C layer refers to a layer containing sp3 bonds of 40% or more. Such a ta-C layer has sufficient hardness. Thus, since it has sp3 bonds at a sufficient ratio, a dense tissue structure is established, or excellent adhesion to the above-mentioned elastic layer and the surface layer described later. In addition, when the ta-C layer contains fluorine atoms, it exhibits sufficient water repellency by the action of fluorine atoms scattered near the surface, protects the elastic layer even when moisture enters from the surface layer, and enhances corrosion resistance. It is done. As a result, it is possible to achieve an effect that changes with time in shape and electrical characteristics are small.
Here, as a method for identifying sp3 bond, for example, by using Raman laser (Nicolet Almega XR manufactured by Thermo Fisher), a laser having a wavelength of 633 nm, a peak area A at sp3, 1370 cm −1 and sp2, 1590 cm the area ratio of the peak area a in Sp3,1370cm -1 to the total and the area B of a peak in the 1 and rated determined from (= a / (a + B ) × 100 (%)).

ta−C層の膜厚としては、0.2μm以上2.0μm以下であることが好ましく、0.5μm以上1.5μm以下であることがより好ましく、0.7μm以上1.2μm以下であることが特に好ましい。0.2μm以上であると弾性層を形成する材料等からの高い保護効果を維持し、2.0μm以下であると帯電性能を阻害せずに、高いブリード抑制効果を得ることができる傾向にある。   The thickness of the ta-C layer is preferably 0.2 μm or more and 2.0 μm or less, more preferably 0.5 μm or more and 1.5 μm or less, and 0.7 μm or more and 1.2 μm or less. Is particularly preferred. When the thickness is 0.2 μm or more, a high protection effect from the material forming the elastic layer is maintained, and when the thickness is 2.0 μm or less, there is a tendency that a high bleed suppression effect can be obtained without hindering charging performance. .

本発明におけるta−C層の形成は、黒鉛のバキュームアーク放電により炭素プラズマを発生させ、そこからイオン化した炭素を抽出・堆積させる、フィルター・カソード・バキューム・アーク(FCVA)法により行うことができ、島津製作所製のFCVA装置を用いて行われることが好ましい。
形成条件としては、成膜温度0℃以上80℃以下(より好ましくは20℃以上80℃以下、特に好ましくは40℃以上80℃以下)、成膜速度1.5nm/sが好ましい。
Formation of the ta-C layer in the present invention can be performed by a filter-cathode-vacuum-arc (FCVA) method in which carbon plasma is generated by graphite vacuum arc discharge, and ionized carbon is extracted and deposited therefrom. It is preferable to use an FCVA apparatus manufactured by Shimadzu Corporation.
As formation conditions, a film formation temperature of 0 ° C. or higher and 80 ° C. or lower (more preferably 20 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, particularly preferably 40 ° C. or higher and 80 ° C. or lower) and a film formation rate of 1.5 nm / s are preferable.

[表面層]
本発明の表面層は、酸素と、金属元素としてGa及びInからなる群より選択される少なくとも1つを含み、前記表面層の少なくとも最表面部に含まれる前記酸素の含有量が15原子%以上である。
このような組成は、表面層全体がこの組成であり、表面層の少なくとも最表面がこの組成であればよい。ここで、「表面層の少なくとも最表面」とは、表面からの深さが少なくとも数nmの範囲内(具体的には、表面から1nm以上50nm以下程度の範囲)の極薄い層を意味し、実質的にはラザフォードバックスキャッタリング(RBS)により固体表面を測定した際の、深さ方向の測定範囲に相当する部分の層を意味する。なお、酸素と、Ga及び/又はInとを主たる構成元素として含む層は、表面層の表面から深さ方向に0.5nm以上の厚みを有していることが好ましく、10nm以上の厚みを有していることが更に好ましい。また、表面層の組成としては、帯電による放電によって発生するオゾンや窒素酸化物等による酸化雰囲気に対する化学的安定性の観点から、Gaと酸素とを含むことが好ましい。
このように、表面層の少なくとも最表面は、Ga及び/又はInの酸化物を含むため、画像形成装置内で、帯電による放電によって発生するオゾンや窒素酸化物等による酸化雰囲気に対して、表面自体が酸化され難いため、酸化による劣化を防止することができる。加えて、表面層の放電生成物の付着、及び、トナーやトナーの外添剤などの付着も抑制できるため、画像欠陥の発生も抑制できる。また、機械的耐久性にも優れることから、これらの特性を長期に渡って高いレベルで維持することが容易である。
[Surface layer]
The surface layer of the present invention contains oxygen and at least one selected from the group consisting of Ga and In as a metal element, and the content of oxygen contained in at least the outermost surface portion of the surface layer is 15 atomic% or more. It is.
In such a composition, the entire surface layer may have this composition, and at least the outermost surface of the surface layer may have this composition. Here, “at least the outermost surface of the surface layer” means an extremely thin layer having a depth from the surface of at least several nm (specifically, a range of about 1 nm to 50 nm from the surface), The layer substantially corresponds to the measurement range in the depth direction when the solid surface is measured by Rutherford backscattering (RBS). Note that the layer containing oxygen and Ga and / or In as main constituent elements preferably has a thickness of 0.5 nm or more in the depth direction from the surface of the surface layer, and has a thickness of 10 nm or more. More preferably. The composition of the surface layer preferably contains Ga and oxygen from the viewpoint of chemical stability against an oxidizing atmosphere such as ozone or nitrogen oxides generated by discharge due to charging.
Thus, since at least the outermost surface of the surface layer includes an oxide of Ga and / or In, the surface layer is exposed to an oxidizing atmosphere such as ozone or nitrogen oxide generated by discharge due to charging in the image forming apparatus. Since it is difficult to oxidize itself, deterioration due to oxidation can be prevented. In addition, since the adhesion of the discharge product on the surface layer and the adhesion of the toner or the external additive of the toner can be suppressed, the occurrence of image defects can also be suppressed. Moreover, since it is excellent in mechanical durability, it is easy to maintain these characteristics at a high level over a long period of time.

表面層にGa及び/又はIn原子を用いる場合の表面層中の含有量は、0.1原子%以上50原子%以下の範囲内であることが好ましく、5原子%以上40原子%以下の範囲内であることがより好ましい。Ga及び/又はIn原子の含有量が、0.1原子%以上の場合は、表面層の形成自体が良好となり、50原子%以下の場合は、適度な電気抵抗に調整することが容易であり、電流リーク性に優れる。
また、酸素の含有量は、15原子%以上であり、20原子%以上60原子%以下が好ましく、25原子%以上50原子%以下がより好ましい。酸素の含有量が15原子%以上の場合には、表面の耐湿耐水性や耐酸化性が十分に発揮される。
なお、上述した各元素のうち、Ga及び/又はInおよび酸素の含有量については、前述した表面層の少なくとも最表面で満たされていることが好ましく、また、表面層の少なくとも最表面における酸素の含有量は15原子%以上であることが必要である。酸素の含有量が15原子%未満の場合には、表面の耐湿耐水性や耐酸化性が不充分となる。
When Ga and / or In atoms are used for the surface layer, the content in the surface layer is preferably in the range of 0.1 atomic% to 50 atomic%, and preferably in the range of 5 atomic% to 40 atomic%. More preferably, it is within. When the content of Ga and / or In atoms is 0.1 atomic% or more, the formation of the surface layer itself is good, and when it is 50 atomic% or less, it is easy to adjust to an appropriate electrical resistance. Excellent current leakage.
The oxygen content is 15 atomic% or more, preferably 20 atomic% or more and 60 atomic% or less, and more preferably 25 atomic% or more and 50 atomic% or less. When the oxygen content is 15 atomic% or more, the moisture resistance and oxidation resistance of the surface are sufficiently exhibited.
Of the above-described elements, the Ga and / or In and oxygen contents are preferably satisfied at least on the outermost surface of the surface layer, and oxygen at least on the outermost surface of the surface layer. The content needs to be 15 atomic% or more. When the oxygen content is less than 15 atomic%, the moisture resistance and oxidation resistance and oxidation resistance of the surface are insufficient.

また、前記金属元素、酸素及び水素を含む表面層において、前記金属元素、酸素及び水素の各元素構成比の和を0.95以上とし、このときの酸素及び前記金属元素の元素組成比(酸素/金属元素)を1.1以上1.5以下とすることが、電気抵抗の制御性を向上させる上で好ましい。
前記各元素構成比の和が0.95以上であると、たとえばN、P、Asなどの15族元素などが混入した場合、これらがガリウムと結合する影響などを無視できるようになり、酸素および前記金属元素組成比(酸素/金属元素)の適正範囲を見出すことができる。
前記金属元素、酸素及び水素の各元素構成比の和は、0.99以上とすることが好適である。
前記酸素及び前記金属元素の元素組成比(酸素/金属元素)が1.1以上であると、膜の電気抵抗値が十分に高く、感光体に欠陥があった場合であっても電流リークに対する耐性が良好となる。1.5以下のものは、前記金属元素、酸素及び水素を構成元素とする材料として安定な状態として得ることができる。酸素及び前記金属元素の元素組成比(酸素/)は1.1以上1.4以下であることが望ましく、1.1以上1.3以下であることがより好適である。元素組成比が1.4以下であると、膜の導電性が十分であり、膜厚を大きくしたときの残留電位が問題となることがない。
In the surface layer containing the metal element, oxygen, and hydrogen, the sum of the elemental composition ratios of the metal element, oxygen, and hydrogen is set to 0.95 or more, and the elemental composition ratio of oxygen and the metal element (oxygen) / Metal element) is preferably 1.1 or more and 1.5 or less in order to improve controllability of electric resistance.
When the sum of the constituent ratios of the elements is 0.95 or more, for example, when a group 15 element such as N, P, As or the like is mixed, the influence of bonding with gallium can be ignored. An appropriate range of the metal element composition ratio (oxygen / metal element) can be found.
The sum of the constituent ratios of the metal element, oxygen and hydrogen is preferably 0.99 or more.
When the elemental composition ratio (oxygen / metal element) of the oxygen and the metal element is 1.1 or more, the electric resistance value of the film is sufficiently high, and even if there is a defect in the photoconductor, the current leakage can be prevented. Good resistance. A material of 1.5 or less can be obtained in a stable state as a material containing the metal element, oxygen and hydrogen as constituent elements. The elemental composition ratio (oxygen /) of oxygen and the metal element is preferably 1.1 or more and 1.4 or less, and more preferably 1.1 or more and 1.3 or less. When the elemental composition ratio is 1.4 or less, the conductivity of the film is sufficient, and there is no problem with the residual potential when the film thickness is increased.

表面層中にGaとInとが両方含有されていても良い。   Both Ga and In may be contained in the surface layer.

表面層における、前記金属元素や酸素等の元素の含有量は、膜厚方向の分布も含めてラザフォードバックスキャッタリング(以下、「RBS」と称す)により以下のようにして求められる。
RBSは、加速器としてNEC社 3SDH Pelletron、エンドステーションとしてCE&A社 RBS−400、システムとして3S−R10を用いた。解析にはCE&A社のHYPRAプログラム等を用いた。
なお、RBSの測定条件は、He++イオンビームエネルギーは2.275eV、検出角度160°、入射ビームに対してGrazing Angleは109°±2°である。
The content of the element such as the metal element and oxygen in the surface layer is determined by Rutherford backscattering (hereinafter referred to as “RBS”) including the distribution in the film thickness direction as follows.
RBS used NEC 3SDH Pelletron as an accelerator, CE & A RBS-400 as an end station, and 3S-R10 as a system. The analysis used the CE & A HYPRA program.
The RBS measurement conditions are: He ++ ion beam energy is 2.275 eV, detection angle is 160 °, and Grazing Angle is 109 ° ± 2 ° with respect to the incident beam.

RBS測定は、具体的には以下のように行った。
まず、He++イオンビームを試料に対して垂直に入射し、検出器をイオンビームに対して、160°にセットし、後方散乱されたHeのシグナルを測定する。検出したHeのエネルギーと強度から組成比と膜厚を決定する。組成比及び膜厚を求める精度を向上させるために二つの検出角度でスペクトルを測定しても良い。深さ方向分解能や後方散乱力学の異なる二つの検出角度で測定しクロスチェックすることにより精度を向上させる。
ターゲット原子によって後方散乱されるHe原子の数は、1)ターゲット原子の原子番号、2)散乱前のHe原子のエネルギー、3)散乱角度の3つの要素のみにより決まる。測定された組成から密度を計算によって仮定して、これを用いて膜厚を算出する。密度の誤差は20%以内である。
Specifically, the RBS measurement was performed as follows.
First, a He ++ ion beam is incident on the sample perpendicularly, a detector is set at 160 ° with respect to the ion beam, and the backscattered He signal is measured. The composition ratio and the film thickness are determined from the detected energy and intensity of He. In order to improve the accuracy of obtaining the composition ratio and the film thickness, the spectrum may be measured at two detection angles. The accuracy is improved by measuring and cross-checking at two detection angles with different depth resolution and backscattering dynamics.
The number of He atoms back-scattered by the target atom is determined only by three factors: 1) the atomic number of the target atom, 2) the energy of the He atom before scattering, and 3) the scattering angle. The density is assumed by calculation from the measured composition, and this is used to calculate the film thickness. The density error is within 20%.

また、表面層中に含まれる水素量はハイドロジェンフォワードスキャタリング(以下、「HFS」という場合がある)により、以下のようにして求められる。
HFSは、加速器としてNEC社 3SDH Pelletron、エンドステーションとしてCE&A社 RBS−400を用い、システムとして3S−R10を用いた。解析にはCE&A社のHYPRAプログラムを用いた。HFSの測定条件は、以下の通りである。
・He++イオンビームエネルギー:2.275eV
・検出角度:160°入射ビームに対してGrazing Angle30°
Further, the amount of hydrogen contained in the surface layer is obtained as follows by hydrogen forward scattering (hereinafter sometimes referred to as “HFS”).
HFS used NEC 3SDH Pelletron as an accelerator, CE & A RBS-400 as an end station, and 3S-R10 as a system. For the analysis, the CE & A HYPRA program was used. The measurement conditions of HFS are as follows.
-He ++ ion beam energy: 2.275 eV
Detection angle: Grazing Angle 30 ° with respect to 160 ° incident beam

HFS測定は、He++イオンビームに対して検出器が30°に、試料が法線から75°になるようにセットすることにより、試料の前方に散乱する水素のシグナルを拾うことが可能である。この時検出器を薄いアルミ箔で覆い、水素とともに散乱するHe原子を取り除くことが良い。定量は参照用試料と被測定試料との水素のカウントを阻止能で規格化した後に比較することによって行う。
参照用試料としてSi中にHをイオン注入した試料と白雲母を使用した。白雲母は水素濃度が6.5原子%±1原子%であることが知られている。なお、最表面に吸着しているHは、清浄なSi表面に吸着しているH量を差し引くことによって行うことができる。
The HFS measurement can pick up the hydrogen signal scattered in front of the sample by setting the detector at 30 ° to the He ++ ion beam and the sample at 75 ° from the normal. At this time, the detector is preferably covered with a thin aluminum foil to remove He atoms scattered together with hydrogen. The quantification is performed by comparing the hydrogen counts of the reference sample and the sample to be measured after normalization with the stopping power.
As a reference sample, a sample obtained by ion implantation of H into Si and muscovite were used. It is known that muscovite has a hydrogen concentration of 6.5 atomic% ± 1 atomic%. Note that H adsorbed on the outermost surface can be obtained by subtracting the amount of H adsorbed on the clean Si surface.

表面層は、微結晶、多結晶、あるいは、非晶質のいずれであってもよいが、表面の平滑性を向上させる点からは非晶質であることが特に好ましい。なお、結晶性/非晶質性は、RHEED(反射高速電子線回折)測定により得られた回折像の点や線の有無により判別することができる。
また、詳細は後述するが、表面層は、気相成膜法を利用して導電性基体上に積層形成されるため、成膜条件等によっては、その断面が柱状構造となる場合もある。
The surface layer may be microcrystalline, polycrystalline, or amorphous, but is preferably amorphous from the viewpoint of improving surface smoothness. The crystallinity / amorphous property can be determined by the presence or absence of a point or a line in a diffraction image obtained by RHEED (reflection high energy electron diffraction) measurement.
Although the details will be described later, the surface layer is laminated on the conductive substrate by using a vapor phase film forming method, so that the cross section may have a columnar structure depending on the film forming conditions and the like.

表面層中には、導電型の制御のために種々のドーパントを添加することができる。導電性をn型に制御する場合には、例えば、Si、Ge、Snから選ばれる一つ以上の元素を用いることができ、p型に制御する場合には、例えば、Be、Mg、Ca、Zn、Srから選ばれる一つ以上の元素を用いることができる。   Various dopants can be added to the surface layer in order to control the conductivity type. When the conductivity is controlled to be n-type, for example, one or more elements selected from Si, Ge, and Sn can be used. When the conductivity is controlled to be p-type, for example, Be, Mg, Ca, One or more elements selected from Zn and Sr can be used.

表面層は、微結晶、多結晶あるいは非晶質のいずれの場合においても、その内部構造に結合欠陥や、転位欠陥、結晶粒界の欠陥などが多く含まれる傾向にある。このため、これらの欠陥の不活性化のために表面層中には、水素および/またはハロゲン元素が含まれていても良い。表面層中の水素やハロゲン元素は結晶内の結合欠陥や結晶粒界の欠陥などに取り込まれて、反応活性点を消失させ、電気的な補償を行う働きを有する。   The surface layer tends to contain many bonding defects, dislocation defects, crystal grain boundary defects, etc. in its internal structure in any case of microcrystal, polycrystal or amorphous. For this reason, hydrogen and / or a halogen element may be contained in the surface layer in order to inactivate these defects. Hydrogen and halogen elements in the surface layer are taken into bond defects in the crystal, defects at the grain boundaries, etc., and have a function of eliminating the reactive sites and performing electrical compensation.

なお、水素を用いる場合、表面層に含まれる水素量は、表面層を構成する主たる2つの元素(前記金属元素、酸素)全体に対して、0.1原子%以上60原子%以下の範囲が好ましく、1原子%以上50原子%以下の範囲であることがより好ましい。この水素量はHFS(ハイドロジェンフォワードスキャタリング)により絶対値を測定することができ、赤外吸収スペクトルによって推定することもできる。   When hydrogen is used, the amount of hydrogen contained in the surface layer ranges from 0.1 atomic% to 60 atomic% with respect to the entire two main elements (the metal element and oxygen) constituting the surface layer. Preferably, it is in the range of 1 atomic% or more and 50 atomic% or less. This hydrogen amount can be measured in absolute value by HFS (Hydrogen Forward Scattering), and can also be estimated from an infrared absorption spectrum.

本発明の帯電部材は、表面層全体が、酸素とGa及び/又はInのみからなる金属元素であってもよいが、表面層にはこの他にも窒素や水素等の他の元素が必要に応じて含まれていてもよい。このような第3の元素を用いることにより、表面層の組成・構造・諸物性がより容易且つ柔軟に制御できるため、上述した効果をより高いレベルで達成することが容易になる。
特に、第3の元素としては、表面層に窒素が含まれていることが好ましい。この場合、前記金属元素と窒素との結合により、高い硬度と透明性とを得ることができ、十分な機械的耐久性を得ることができる。さらに、後述するように、表面層中の構造欠陥を抑制できる点から表面層には水素が含まれていることも好ましい。
In the charging member of the present invention, the entire surface layer may be a metal element composed only of oxygen and Ga and / or In, but the surface layer requires other elements such as nitrogen and hydrogen. It may be included accordingly. By using such a third element, the composition, structure, and various physical properties of the surface layer can be controlled more easily and flexibly, so that the above-described effects can be easily achieved at a higher level.
In particular, as the third element, the surface layer preferably contains nitrogen. In this case, high hardness and transparency can be obtained by the bond between the metal element and nitrogen, and sufficient mechanical durability can be obtained. Furthermore, as will be described later, it is also preferable that the surface layer contains hydrogen from the viewpoint that structural defects in the surface layer can be suppressed.

また、表面層の厚み方向の組成は、傾斜構造を持つものであっても2以上の多層構成からなるものであってもよい。
さらに、表面層厚み方向における酸素の濃度分布は、均一でも不均一でもよいが、帯電部材の下層側に向かって減少していることが好ましい。
このような酸素濃度分布を有することにより、機械的耐久性、耐酸化性、耐汚染性をより高いレベルで両立させることができる上に、これらの特性をより長期に渡って維持することが容易であり、特に酸素以外の他の元素が窒素である場合に、このような効果がより一層発揮される。なお、表面層厚み方向の酸素濃度の分布プロファイルは特に限定されず、例えば、直線状、曲線状、階段状のいずれでもよい。
Further, the composition in the thickness direction of the surface layer may have an inclined structure or may be composed of two or more multilayer structures.
Further, the oxygen concentration distribution in the surface layer thickness direction may be uniform or non-uniform, but preferably decreases toward the lower layer side of the charging member.
By having such an oxygen concentration distribution, it is possible to achieve a higher level of mechanical durability, oxidation resistance, and contamination resistance and to easily maintain these characteristics over a longer period of time. In particular, such an effect is further exhibited when the element other than oxygen is nitrogen. In addition, the distribution profile of the oxygen concentration in the surface layer thickness direction is not particularly limited, and may be, for example, linear, curved, or stepped.

なお、表面層に窒素が含まれる場合、その含有量は、表面層に対して60原子%以下が好ましく、50原子%以下がより好ましい。窒素の含有量が60原子%を超える場合には、表面層の耐水性が不充分となるため実用性に欠ける場合がある。また、表面層厚み方向における窒素の濃度分布は、均一でも不均一でもよいが、最表面には実質的に含まれないことが好ましい。   In addition, when nitrogen is contained in the surface layer, the content thereof is preferably 60 atomic% or less, and more preferably 50 atomic% or less with respect to the surface layer. When the nitrogen content exceeds 60 atomic%, the water resistance of the surface layer becomes insufficient, so that it may lack practicality. Further, the nitrogen concentration distribution in the surface layer thickness direction may be uniform or non-uniform, but is preferably not substantially contained in the outermost surface.

−表面層およびその形成方法−
次に、表面層の形成方法について説明する。表面層の形成に際しては、少なくとも最表面が、酸素とGa及び/又はInとを含むように形成することができれば特に限定されず、下地上に直接、表面層全体が、酸素とGa及び/又はInとを含むように形成することができる。また、下地上に組成の異なる2つ以上の層を積層して表面層を形成する場合には、少なくとも最上層の形成に際して、酸素とGa及び/又はInとを含む層が少なくとも形成される。例えば、下地上に、Ga及び/又はInと窒素とを含む層と、Ga及び/又はInと酸素とを含む層とをこの順に積層形成することができる。
-Surface layer and formation method thereof-
Next, a method for forming the surface layer will be described. In the formation of the surface layer, there is no particular limitation as long as at least the outermost surface can be formed so as to contain oxygen and Ga and / or In, and the entire surface layer is directly formed on the base with oxygen and Ga and / or In. It can be formed so as to contain In. In the case where the surface layer is formed by stacking two or more layers having different compositions on the base, at least a layer containing oxygen and Ga and / or In is formed when the uppermost layer is formed. For example, a layer containing Ga and / or In and nitrogen and a layer containing Ga and / or In and oxygen can be stacked over the base in this order.

また、一旦、Ga及び/又はInと、酸素以外の他の元素とを主成分に含む膜を下地上に形成した後、この膜を表面から酸化処理して、表面層を形成することもできる。この場合、特にGa及び/又はInと、窒素とを主成分として含む膜を下地上に形成し、この膜を酸化処理することによって、表面層の少なくとも最表面に酸素とGa及び/又はInとを含む表面層を形成することができる。
この場合の酸化処理方法としては、大気中に放置することによる自然酸化や、オゾン等を利用した強制酸化のいずれの方法を利用してもよいが、帯電部材として画像形成装置に組み込んで使用する前に十分な酸化処理を実施しておくことが必要である。なお、酸化処理は、意図的且つ制御された条件で実施すること帯電部材表面面内の表面層の特性バラツキや、帯電部材間の品質バラツキを抑制する上で特に好ましい。
Alternatively, a surface layer can be formed by once forming a film containing Ga and / or In and an element other than oxygen as a main component on a base and then oxidizing the film from the surface. . In this case, in particular, a film containing Ga and / or In and nitrogen as main components is formed on the base, and this film is oxidized, so that at least the outermost surface layer has oxygen and Ga and / or In. A surface layer containing can be formed.
As an oxidation treatment method in this case, any method of natural oxidation by leaving it in the atmosphere or forced oxidation using ozone or the like may be used, but it is used by being incorporated in an image forming apparatus as a charging member. It is necessary to carry out sufficient oxidation treatment beforehand. The oxidation treatment is particularly preferably performed under intentional and controlled conditions in order to suppress variation in the surface layer characteristics within the surface of the charging member and variation in quality between the charging members.

例えば、自然酸化を利用する場合、湿度の高い環境下で、酸化処理がより進みやすいので自然酸化を行う場合の放置環境は、湿度が40%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、70%以上であることが更に好ましい。
また、自然酸化の時間が短い場合には、最表面近傍の層が十分に酸化されないまま、感光体として使用されてしまうと、本来の性能が発揮できないまま、表面層の顕著な摩滅等が発生してしまい、実用に耐えない場合がある。このような観点からは、自然酸化処理を行う時間は、3時間以上であることが好ましく、10時間以上であることが好ましく、24時間以上であることが更に好ましい。
For example, when natural oxidation is used, the oxidation process is more likely to proceed in a high humidity environment. Therefore, the leaving environment when natural oxidation is performed is preferably 40% or higher, and 50% or higher. Is more preferable, and it is still more preferable that it is 70% or more.
In addition, when the time of natural oxidation is short, if the layer near the outermost surface is not sufficiently oxidized and is used as a photoreceptor, the original performance cannot be exhibited, and the surface layer is significantly worn away. And may not be practical. From such a viewpoint, the time for performing the natural oxidation treatment is preferably 3 hours or more, preferably 10 hours or more, and more preferably 24 hours or more.

また、酸化処理方法としては自然酸化以外にも、例えば、オゾンや、酸素雰囲気中でのプラズマを利用したような強制酸化が利用できる。このような酸化処理は、自然酸化に比べて短時間で処理が行える上に、酸化条件を選択することにより膜厚の深さ方向に対して、自然酸化よりも深い位置(より感光層側の位置)まで強制的な酸化を行うことも容易である。また、酸化処理が短時間で済むため、Ga及び/又はInと窒素とを主成分として含む膜が、大気中の水分と反応して変質しやすい場合にも有用である。   In addition to natural oxidation, for example, forced oxidation using ozone or plasma in an oxygen atmosphere can be used as the oxidation treatment method. Such oxidation treatment can be performed in a shorter time than natural oxidation, and by selecting the oxidation conditions, a position deeper than natural oxidation (more on the photosensitive layer side) in the depth direction of the film thickness. It is easy to perform forced oxidation up to the position). Further, since the oxidation treatment can be completed in a short time, it is also useful when a film containing Ga and / or In and nitrogen as main components is likely to be deteriorated by reacting with moisture in the atmosphere.

次に、表面層の形成方法についてより具体的に説明する。表面層の形成に際しては、プラズマCVD法、有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法等の公知の気相成膜方法が利用できる。以下、表面層の形成に用いる装置の図面を示しつつ具体例を挙げて説明する。
図5は、本発明の感光体の表面層の形成に用いる成膜装置の一例を示す概略模式図であり、図5(A)は、成膜装置を側面から見た場合の模式断面図を表し、図5(B)は、図5(A)に示す成膜装置のA1−A2間における模式断面図を表す。図5中、10は成膜室、11は排気口、12は基体回転部、13は基体ホルダー、14は基体、15はガス導入部、16はシャワーノズル、17はプラズマ拡散部、18は高周波電力供給部、19は平板電極、20はガス導入管、21は高周波放電管部である。
Next, the method for forming the surface layer will be described more specifically. In forming the surface layer, a known vapor deposition method such as a plasma CVD method, a metal organic chemical vapor deposition method, or a molecular beam epitaxy method can be used. Hereinafter, a specific example will be described with reference to a drawing of an apparatus used for forming the surface layer.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a film forming apparatus used for forming the surface layer of the photoreceptor of the present invention, and FIG. 5A is a schematic cross-sectional view when the film forming apparatus is viewed from the side. FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along line A1-A2 of the film formation apparatus illustrated in FIG. In FIG. 5, 10 is a film forming chamber, 11 is an exhaust port, 12 is a substrate rotating unit, 13 is a substrate holder, 14 is a substrate, 15 is a gas introduction unit, 16 is a shower nozzle, 17 is a plasma diffusion unit, and 18 is a high frequency. A power supply unit, 19 is a plate electrode, 20 is a gas introduction tube, and 21 is a high-frequency discharge tube unit.

図5に示す成膜装置において、成膜室10の一端には、不図示の真空排気装置に接続された排気口11が設けられており、成膜室10の排気口11が設けられた側と反対側に、高周波電力供給部18、平板電極19および高周波放電管部21からなるプラズマ発生装置が設けられている。
このプラズマ発生装置は、高周波放電管部21と、高周波放電管部21内に配置され、放電面が排気口11側に設けられた平板電極19と、高周波放電管部21外に配置され、平板電極19の放電面と反対側の面に接続された高周波電力供給部18とから構成されたものである。なお、高周波放電管部21には、高周波放電管部21内にガスを供給するためのガス導入管20が接続されており、このガス導入管20のもう一方の端は、不図示の第1のガス供給源に接続されている。
In the film forming apparatus shown in FIG. 5, an exhaust port 11 connected to a vacuum exhaust device (not shown) is provided at one end of the film forming chamber 10, and the side on which the exhaust port 11 of the film forming chamber 10 is provided. On the opposite side, a plasma generator comprising a high-frequency power supply unit 18, a plate electrode 19 and a high-frequency discharge tube unit 21 is provided.
This plasma generator is disposed in a high-frequency discharge tube portion 21, a high-frequency discharge tube portion 21, a flat plate electrode 19 provided with a discharge surface on the exhaust port 11 side, and disposed outside the high-frequency discharge tube portion 21. The high-frequency power supply unit 18 is connected to the surface of the electrode 19 opposite to the discharge surface. The high-frequency discharge tube portion 21 is connected to a gas introduction tube 20 for supplying gas into the high-frequency discharge tube portion 21, and the other end of the gas introduction tube 20 is a first not shown. Connected to the gas supply.

なお、図5に示す成膜装置に設けられたプラズマ発生装置の代わりに、図6に示すプラズマ発生装置を用いてもよい。図6は、図5に示す成膜装置において利用することのできるプラズマ発生装置の他の例を示す概略模式図であり、プラズマ発生装置の側面図である。図6中、22が高周波コイル、23が石英管を表し、20は、図5中に示すものと同様である。このプラズマ発生装置は、石英管23と、石英管23の外周面沿って設けられた高周波コイル22とからなり、石英管23の一方の端は成膜室10(図6中、不図示)と接続されている。また、石英管23のもう一方の端には、石英管23内にガスを導入するためのガス導入管20が接続されている。   Note that the plasma generator shown in FIG. 6 may be used instead of the plasma generator provided in the deposition apparatus shown in FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of a plasma generator that can be used in the film forming apparatus shown in FIG. 5, and is a side view of the plasma generator. In FIG. 6, 22 represents a high frequency coil, 23 represents a quartz tube, and 20 is the same as that shown in FIG. This plasma generator comprises a quartz tube 23 and a high-frequency coil 22 provided along the outer peripheral surface of the quartz tube 23. One end of the quartz tube 23 is formed with a film forming chamber 10 (not shown in FIG. 6). It is connected. The other end of the quartz tube 23 is connected to a gas introduction tube 20 for introducing gas into the quartz tube 23.

平板電極19の放電面側には、放電面と略平行な棒状のシャワーノズル16が接続されており、シャワーノズル16の一端は、ガス導入部15と接続されており、このガス導入部15は成膜室10外に設けられた不図示の第2のガス供給源と接続されている。
また、成膜室10内には、基体回転部12が設けられており、円筒状の基体14が、シャワーノズルの長手方向と基体14の軸方向とが略平行に対面するように基体ホルダー13を介して基体回転部12に取りつけられるようになっている。成膜に際しては、基体回転部12が回転することによって、基体14が周方向に回転させることができる。なお、基体14としては、予め下地まで形成された部材が用いられる。
A rod-shaped shower nozzle 16 that is substantially parallel to the discharge surface is connected to the discharge surface side of the flat plate electrode 19, and one end of the shower nozzle 16 is connected to the gas introduction portion 15. A second gas supply source (not shown) provided outside the film forming chamber 10 is connected.
In addition, a substrate rotating unit 12 is provided in the film forming chamber 10, and the substrate holder 13 is arranged so that the cylindrical substrate 14 faces the longitudinal direction of the shower nozzle and the axial direction of the substrate 14 substantially in parallel. It is adapted to be attached to the base rotating part 12 via During film formation, the substrate 14 can be rotated in the circumferential direction by rotating the substrate rotating unit 12. In addition, as the base 14, a member formed up to the base in advance is used.

表面層の形成は、例えば以下のように実施することができる。まず、Nをガス導入管20から高周波放電管21内に導入すると共に、高周波電力供給部18から平板電極19に、13.56MHzのラジオ波を供給する。この際、平板電極19の放電面側から排気口11側へと放射状に広がるようにプラズマ拡散部17が形成される。
次に、水素をキャリアガスとして用いて水素希釈したトリメチルガリウムガスをガス導入部15、シャワーノズル16を介して成膜室10に導入することによって、基体14表面に水素とチッ素とガリウムとを含む膜を成膜することができる。
The formation of the surface layer can be performed, for example, as follows. First, N 2 is introduced from the gas introduction tube 20 into the high-frequency discharge tube 21, and a 13.56 MHz radio wave is supplied from the high-frequency power supply unit 18 to the plate electrode 19. At this time, the plasma diffusion portion 17 is formed so as to spread radially from the discharge surface side of the flat plate electrode 19 to the exhaust port 11 side.
Next, trimethylgallium gas diluted with hydrogen using hydrogen as a carrier gas is introduced into the film forming chamber 10 through the gas introduction part 15 and the shower nozzle 16, thereby hydrogen, nitrogen and gallium are introduced into the surface of the substrate 14. A containing film can be formed.

ここで、膜中に酸素を導入するためには、成膜中に酸素原子を取り込ませる方法、あるいは、成膜後に酸素による酸化する方法を利用することができる。
前者の場合には、窒素ガスに酸素ガスやNOやHOなどの酸素を含有するガスを混合することよって酸素と窒素と13族元素とを含む表面層を成膜することができる。また
HeやArなどの希ガスに酸素ガスやNOやHOなどの酸素を含有するガスを混合してプラズマを発生し、トリメチルガリウムガスなどの有機金属ガスと反応させ、酸素とガリウムとを含む膜を形成することもできる。
また後者の場合には、真空中で行うこともできるし、大気中で行うこともできる。真空中で行う場合には、例えば希ガスなどで希釈した酸素ガスを用いて高周波放電を行い膜中に酸素を取り込ませることができる。さらに酸素を膜中に取り込ませる他の方法としては、熱拡散法、イオン注入法等の公知の方法を採用することができる。あるいは、水素を含みチッ素とガリウムからなる膜が表面に形成された基体14を、単に大気中の空気に曝したり、大気圧下で酸素雰囲気に晒すことによっても酸化を行うこともできる。
Here, in order to introduce oxygen into the film, a method of incorporating oxygen atoms during film formation or a method of oxidizing with oxygen after film formation can be used.
In the former case, a surface layer containing oxygen, nitrogen, and a group 13 element can be formed by mixing nitrogen gas with oxygen-containing gas such as oxygen gas or N 2 O or H 2 O. . In addition, oxygen gas or a gas containing oxygen such as N 2 O or H 2 O is mixed with a rare gas such as He or Ar to generate plasma, which is reacted with an organometallic gas such as trimethylgallium gas. It is also possible to form a film containing
In the latter case, it can be performed in a vacuum or in the atmosphere. In the case of performing in vacuum, for example, oxygen can be taken into the film by performing high frequency discharge using oxygen gas diluted with a rare gas or the like. Furthermore, as another method for incorporating oxygen into the film, a known method such as a thermal diffusion method or an ion implantation method can be employed. Alternatively, the substrate 14 on the surface of which a film containing hydrogen and containing nitrogen and gallium is formed can be oxidized by simply exposing it to air in the atmosphere or exposing it to an oxygen atmosphere at atmospheric pressure.

成膜時の表面層の形成温度は特に限定されないが、20℃から200℃で形成することが好ましい。表面層の成膜時の基体温度は、150℃以下が好ましく、100℃以下がより好ましい。基体温度が150℃以下であっても、プラズマの影響で150℃より高くなる場合には下地が熱で損傷を受ける場合があるため、このような影響を考慮して基体温度を設定することが好ましい。
基体温度は図示していない方法で制御しても良いし、放電時の自然な温度の上昇に任せてもよい。基体14を加熱する場合にはヒータを基体14の外側や内側に設置しても良い。基体14を冷却する場合には基体14の内側に冷却用の気体または液体を循環させても良い。
放電による基体温度の上昇を避けたい場合には、基体14表面に当たる高エネルギーの気体流を調節することが効果的である。この場合、ガス流量や放電出力、圧力などの条件を所要温度となるように調整する。
The formation temperature of the surface layer during film formation is not particularly limited, but it is preferably formed at 20 ° C. to 200 ° C. The substrate temperature at the time of forming the surface layer is preferably 150 ° C. or less, and more preferably 100 ° C. or less. Even if the substrate temperature is 150 ° C. or lower, the substrate temperature may be damaged by heat if the temperature is higher than 150 ° C. due to the influence of plasma. preferable.
The substrate temperature may be controlled by a method not shown, or may be left to a natural temperature rise during discharge. When heating the substrate 14, a heater may be installed outside or inside the substrate 14. When the substrate 14 is cooled, a cooling gas or liquid may be circulated inside the substrate 14.
In order to avoid an increase in the substrate temperature due to the discharge, it is effective to adjust the high-energy gas flow that strikes the surface of the substrate 14. In this case, conditions such as the gas flow rate, discharge output, and pressure are adjusted so as to achieve the required temperature.

また、表面層中に水素を添加する場合には、ガス導入部15、ガス導入管20から、水素ガスを導入することができる。この場合、窒素やトリメチルガリウムガス等の表面層を構成する必須の構成成分を含むガスと共に混合して導入することができる。
13族元素を含むガスとしてはトリメチルガリウムガスの代わりにインジウム、アルミニウムを含む有機金属化合物やジボランのような水素化物を用いることもでき、これらを2種類以上混合してもよい。
例えば、表面層の形成の初期において、トリメチルインジウムをガス導入部15、シャワーノズル16を介して成膜室10内に導入することにより、基体14上にチッ素とインジウムとを含む膜を成膜すれば、この膜が、継続して成膜する場合に発生し、下地等を劣化させる紫外線を吸収することができる。このため、成膜時の紫外線の発生による下地等へのダメージを抑制できる。
When hydrogen is added to the surface layer, hydrogen gas can be introduced from the gas introduction part 15 and the gas introduction pipe 20. In this case, it can be mixed and introduced together with a gas containing an essential component constituting the surface layer such as nitrogen or trimethylgallium gas.
As the gas containing a group 13 element, an organic metal compound containing indium or aluminum or a hydride such as diborane can be used instead of trimethylgallium gas, and two or more of these may be mixed.
For example, in the initial stage of forming the surface layer, trimethylindium is introduced into the film formation chamber 10 through the gas introduction part 15 and the shower nozzle 16, thereby forming a film containing nitrogen and indium on the substrate 14. In this case, this film can absorb ultraviolet rays that are generated when the film is continuously formed and deteriorate the base or the like. For this reason, damage to the substrate or the like due to generation of ultraviolet rays during film formation can be suppressed.

また、表面層には、導電型を制御するためにドーパントを添加することができる。
成膜時におけるドーパントのドーピングの方法としてはn型用としてはSiH、SnHを、p型用としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、ジメチルカルシウム、ジメチルストロンチウム、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、などをガス状態で使用できる。また、ドーパント元素を表面層中にドーピングするには、熱拡散法、イオン注入法等の公知の方法を採用することもできる。
具体的には、少なくとも一つ以上のドーパント元素を含むガスをガス導入部15、シャワーノズル16を介して成膜室10内に導入することによってn型、p型等任意の導電型の表面層を得ることができる。
In addition, a dopant can be added to the surface layer in order to control the conductivity type.
As a dopant doping method at the time of film formation, SiH 3 and SnH 4 are used for n-type, and biscyclopentadienyl magnesium, dimethyl calcium, dimethyl strontium, dimethyl zinc, diethyl zinc, and the like are used for p-type. Can be used in the gas state. In order to dope the dopant element into the surface layer, a known method such as a thermal diffusion method or an ion implantation method may be employed.
Specifically, a surface layer of any conductivity type such as n-type or p-type is introduced by introducing a gas containing at least one dopant element into the film formation chamber 10 through the gas introduction unit 15 and the shower nozzle 16. Can be obtained.

なお、Ga及び/又はInの供給材料として水素原子を含む有機金属化合物を用い、Ga及び/又はInと水素原子と窒素原子と主に含む膜を形成する場合、プラズマにより活性化された活性水素や活性窒素は、以下に説明するようにして得ることができる。
例えば、図5に示すような成膜装置において、水素ガスと窒素ガスと別々の位置から成膜装置内に導入する場合には、水素ガスの活性化状態と、窒素ガスの活性化状態とを各々独立して制御できるように、複数のプラズマ発生装置を設けてもよい。また、これに対して、水素および窒素の供給材料としてNHのようなチッ素原子と水素原子とを同時に含むガスを用いたり、窒素ガスと水素ガスとを混合したガスを用いて、これをプラズマにより活性化してもよい。
さらに、プラズマにより活性化される水素の水素源としては、成膜装置内に一旦導入された水素原子を含む有機金属化合物を活性化して、遊離生成した水素を利用することもできる。
Note that when an organometallic compound containing hydrogen atoms is used as a supply material for Ga and / or In and a film mainly containing Ga and / or In, hydrogen atoms, and nitrogen atoms is formed, active hydrogen activated by plasma is used. And active nitrogen can be obtained as described below.
For example, in the film forming apparatus shown in FIG. 5, when hydrogen gas and nitrogen gas are introduced into the film forming apparatus from different positions, the hydrogen gas activation state and the nitrogen gas activation state are A plurality of plasma generators may be provided so that each can be controlled independently. In contrast to this, as a supply material for hydrogen and nitrogen, a gas containing both nitrogen atoms and hydrogen atoms, such as NH 3 , or a mixture of nitrogen gas and hydrogen gas is used. It may be activated by plasma.
Furthermore, as a hydrogen source of hydrogen activated by plasma, it is also possible to use hydrogen produced free by activating an organometallic compound containing hydrogen atoms once introduced into the film forming apparatus.

上述したような方法により、活性化された水素、窒素、および、Ga及び/又はInが基体上に存在し、さらに、活性化された水素が、有機金属化合物を構成するメチル基やエチル基等の炭化水素基の水素を分子として脱離させる効果を有する。それゆえ、基体表面には、水素、窒素およびGa及び/又はInが三次元的な結合を構成する硬質膜からなる表面層が形成される。
このような硬質膜は、シリコンカーバイトに含まれるsp2結合性の炭素原子とは異なり、タイヤモンドを構成する炭素原子のように、GaとNとがsp3結合を形成するため透明である。また、この硬質膜を、自然酸化や、成膜後に酸素やオゾンなどの酸化処理によって酸素を含んだ膜とすることができ、この膜は透明且つ硬質であり、膜の表面は撥水性やすべり性が高く低摩擦である。
By the method as described above, activated hydrogen, nitrogen, and Ga and / or In are present on the substrate, and the activated hydrogen is a methyl group, an ethyl group, or the like constituting the organometallic compound. It has the effect of desorbing hydrogen of the hydrocarbon group as a molecule. Therefore, a surface layer made of a hard film in which hydrogen, nitrogen and Ga and / or In constitute a three-dimensional bond is formed on the surface of the substrate.
Unlike the sp2-bonding carbon atoms contained in silicon carbide, such a hard film is transparent because Ga and N form sp3 bonds like the carbon atoms constituting the tiremond. In addition, this hard film can be made into a film containing oxygen by natural oxidation or an oxidation treatment such as oxygen or ozone after the film is formed. This film is transparent and hard, and the surface of the film is water repellent or slippery. High friction and low friction.

図5に示す成膜装置のプラズマ発生手段は、高周波発振装置を用いたものであるが、これに限定されるものではなく、例えば、マイクロ波発振装置を用いたり、エレクトロサイクロトロン共鳴方式やヘリコンプラズマ方式の装置をもちいてもよい。また、高周波発振装置の場合は、誘導型でも容量型でも良い。
さらに、これらの装置を2種類以上組み合わせて用いてもよく、あるいは、同種の装置を2つ以上用いてもよい。
The plasma generating means of the film forming apparatus shown in FIG. 5 uses a high-frequency oscillation device, but is not limited to this. For example, a microwave oscillation device, an electrocyclotron resonance method, or a helicon plasma is used. You may use the apparatus of a system. In the case of a high-frequency oscillation device, it may be inductive or capacitive.
Furthermore, two or more of these devices may be used in combination, or two or more of the same types of devices may be used.

2種類以上の異なるプラズマ発生装置(プラズマ発生手段)を用いる場合には、同じ圧力で同時に放電が生起できるようにする必要がある。また、放電する領域と、成膜する領域(基体が設置された部分)とに圧力差を設けても良い。これらの装置は、成膜装置内をガスが導入される部分から排出される部分へと形成されるガス流に対して直列に配置してもよいし、いずれの装置も基体の成膜面に対向するように配置してもよい。
例えば、2種類のプラズマ発生手段をガス流に対して直列に設置する場合、図5に示す成膜装置を例に上げれば、シャワーノズル16を電極として成膜室10内に放電を起こさせる第2のプラズマ発生装置として利用できる。この場合、ガス導入部15を介して、シャワーノズル16に高周波電圧を印加して、シャワーノズル16を電極として成膜室10内に放電を起こさせることができる。
あるいは、シャワーノズル16を電極として利用する代わりに、成膜室10内の基体14と平版電極19との間に円筒状の電極を設けて、この円筒状電極を利用して、成膜室10内に放電を起こさせることもできる。
また、異なる2種類のプラズマ発生装置を同一の圧力下で利用する場合、例えば、マイクロ波発振装置と高周波発振装置とを用いる場合、励起種の励起エネルギーを大きく変えることができ、膜質の制御に有効である。また、放電は大気圧近傍で行っても良い。
When two or more types of different plasma generators (plasma generating means) are used, it is necessary to be able to generate discharges simultaneously at the same pressure. In addition, a pressure difference may be provided between the discharge region and the film formation region (the portion where the base is installed). These apparatuses may be arranged in series with respect to the gas flow formed in the film forming apparatus from the part where the gas is introduced to the part where the gas is discharged. You may arrange | position so that it may oppose.
For example, when two types of plasma generating means are installed in series with respect to the gas flow, the film forming apparatus shown in FIG. 5 is taken as an example, and a discharge is caused in the film forming chamber 10 using the shower nozzle 16 as an electrode. 2 can be used as a plasma generator. In this case, a high-frequency voltage can be applied to the shower nozzle 16 via the gas introduction part 15 to cause discharge in the film forming chamber 10 using the shower nozzle 16 as an electrode.
Alternatively, instead of using the shower nozzle 16 as an electrode, a cylindrical electrode is provided between the base 14 and the lithographic electrode 19 in the film forming chamber 10, and this film is used to form the film forming chamber 10. It is also possible to cause discharge inside.
In addition, when two different types of plasma generators are used under the same pressure, for example, when using a microwave oscillator and a high-frequency oscillator, the excitation energy of the excited species can be greatly changed, and the film quality can be controlled. It is valid. The discharge may be performed near atmospheric pressure.

なお、表面層の形成に際しては、上述した方法以外にも、通常の有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法を使用することが出来るが、これらの方法による成膜に際しても、活性窒素および/または活性水素を使用することは有効である。この場合、チッ素原料としてはN、NH、NF、N、メチルヒドラジンなどの気体、液体を気化したり、あるいは、キャリアガスでバブリングしたものが利用できる。
また、OガスとHガスとを混合して放電電極内に導入して、同時に活性種をつくることによってトリメチルガリウムガスを分解し、基体上に水素を含んだGa及び/又はInと酸素との化合物を成膜することが好ましい。水素ガスと酸素ガスとを同時にプラズマ内で活性化し、Ga及び/又はInを含む有機金属化合物を反応させることで、プラズマ放電により生成した活性水素により有機金属ガスに含まれるメチル基やエチル基等の炭化水素基のエッチング効果を得ることができ、これにより低温でも高温成長時と同等の膜質のGa及び/又はIn及び酸素を含む化合物の膜を、有機物(有機感光層)の表面にも該有機物にダメージを与えることなく良好に形成することができる。
In forming the surface layer, in addition to the above-described methods, a normal metal organic vapor phase epitaxy method or molecular beam epitaxy method can be used. However, in the film formation by these methods, active nitrogen and / or Alternatively, it is effective to use active hydrogen. In this case, as the nitrogen raw material, a gas or liquid such as N 2 , NH 3 , NF 3 , N 2 H 4 , methyl hydrazine or the like vaporized or bubbled with a carrier gas can be used.
Also, O 2 gas and H 2 gas are mixed and introduced into the discharge electrode, and at the same time, active species are generated to decompose the trimethylgallium gas, and Ga and / or In containing hydrogen on the substrate and oxygen It is preferable to form a film with a compound of By simultaneously activating hydrogen gas and oxygen gas in plasma and reacting an organometallic compound containing Ga and / or In, a methyl group or an ethyl group contained in the organometallic gas by active hydrogen generated by plasma discharge, etc. Thus, a film of a compound containing Ga and / or In and oxygen having the same film quality as that at the time of high temperature growth even at a low temperature can be obtained on the surface of the organic substance (organic photosensitive layer). It can be formed satisfactorily without damaging the organic matter.

このようにして形成した帯電ロールの電気抵抗は、500V印加時の電気抵抗が、1×10以上1×1010Ω以下の範囲にあることが好ましく、1×10以上1×10Ω以下の範囲にあることがより好ましい。電気抵抗が1×10Ωを下回ると、電流の漏洩(所謂リーク)が生じ易くなる場合があり、前記導電ロールの電気抵抗が1×1010Ωを上回ると電荷の蓄積(所謂チャージアップ)が生じ易くなる場合がある。なお、電気抵抗は、帯電ロールを銅版などの金属板の表面にロールの両端に各々500gの荷重がかかるように載せ、微小電流測定器(Advantest社製R8320)を用い、導電ロール(芯材を有する場合は芯材)と前記金属板との間に500Vの電圧を印加して測定した値である。 The electrical resistance of the charging roll thus formed is preferably in the range of 1 × 10 5 or more and 1 × 10 10 Ω or less when 500 V is applied, and preferably 1 × 10 5 or more and 1 × 10 9 Ω. More preferably, it is in the following range. If the electric resistance is less than 1 × 10 5 Ω, current leakage (so-called leakage) may be likely to occur. If the electric resistance of the conductive roll exceeds 1 × 10 10 Ω, charge accumulation (so-called charge-up) may occur. May be likely to occur. The electrical resistance is set by placing a charging roll on the surface of a metal plate such as a copper plate so that a load of 500 g is applied to both ends of the roll, and using a minute current measuring instrument (R8320 manufactured by Advanced Test), using a conductive roll (core material). When it has, it is the value measured by applying a voltage of 500 V between the core material) and the metal plate.

(プロセスカートリッジおよび画像形成装置)
次に、本発明の感光体を用いたプロセスカートリッジおよび画像形成装置について説明する。
本発明のプロセスカートリッジは、本発明の帯電部材を用いたものであれば特に限定されないが、具体的には、本発明の帯電部材と、感光体、現像手段、クリーニング手段および除電手段からなる群より選択される少なくとも一つとを一体に有し、画像形成装置本体に脱着自在である構成を有するものであることが好ましい。
また、本発明の画像形成装置は、本発明の帯電部材を用いたものであれば特に限定されないが、具体的には、本発明の帯電部材と、この帯電部材により帯電される感光体と、感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像をトナーを含む現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段とを備えた構成を有するものであることが好ましい。なお、本発明の画像形成装置は、各色のトナーに対応した感光体を複数有するいわゆるタンデム機であってもよく、この場合、全ての帯電部材が本発明の帯電部材であることが好ましい。また、トナー像の転写は、中間転写体を利用した中間転写方式であってもよい。
本発明のプロセスカートリッジ及び画像形成装置は帯電部材の表面をクリーニングするためのクリーニング部材を有することができる。クリーニング部材により帯電部材表面をクリーニングすることにより帯電部材の汚れを除去できることでプロセスカートリッジ及び画像形成装置の寿命を延ばすことができる。クリーニング部材はフィルム状、プレート状、パッド状、ロール状などの形状で、フィルム、ブラシ、スポンジ等の部材を使用できる。特にスポンジ状の部材がクリーニング性能上好ましく、スポンジの材質としては、例えばエーテル系ウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリオレフィンフォーム、メラミンフォーム、マイクロポリマー等を用いることができる。
以下に、図面を用いて画像形成装置、及びプロセスカートリッジの一例について詳述する。
(Process cartridge and image forming apparatus)
Next, a process cartridge and an image forming apparatus using the photoreceptor of the present invention will be described.
The process cartridge of the present invention is not particularly limited as long as it uses the charging member of the present invention. Specifically, the process cartridge includes a group consisting of the charging member of the present invention, a photoreceptor, a developing unit, a cleaning unit, and a discharging unit. It is preferable that at least one selected from the above is integrally formed and can be attached to and detached from the main body of the image forming apparatus.
The image forming apparatus of the present invention is not particularly limited as long as it uses the charging member of the present invention. Specifically, the charging member of the present invention, a photoreceptor charged by the charging member, An exposure unit that exposes the surface of the photoreceptor to form an electrostatic latent image; a developing unit that develops the electrostatic latent image with a developer containing toner to form a toner image; and a transfer that transfers the toner image to a recording medium. It is preferable that it has a structure provided with a means. The image forming apparatus of the present invention may be a so-called tandem machine having a plurality of photoconductors corresponding to the toners of the respective colors. In this case, it is preferable that all the charging members are the charging members of the present invention. The toner image may be transferred by an intermediate transfer system using an intermediate transfer member.
The process cartridge and the image forming apparatus of the present invention can have a cleaning member for cleaning the surface of the charging member. By cleaning the surface of the charging member with the cleaning member, dirt on the charging member can be removed, so that the life of the process cartridge and the image forming apparatus can be extended. The cleaning member has a film shape, a plate shape, a pad shape, a roll shape, or the like, and a member such as a film, a brush, or a sponge can be used. In particular, a sponge-like member is preferable in terms of cleaning performance, and examples of the material of the sponge include ether-based urethane foam, polyethylene foam, polyolefin foam, melamine foam, and micropolymer.
Hereinafter, an example of an image forming apparatus and a process cartridge will be described in detail with reference to the drawings.

[画像形成装置]
図7は、4連タンデム方式のフルカラー画像形成装置を示す概略構成図である。図7に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づくイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1〜第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に近い互いに所定距離離間して並設されている。なお、これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置本体に対して脱着可能なプロセスカートリッジであってもよい。
[Image forming apparatus]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a four-drum tandem full-color image forming apparatus. The image forming apparatus shown in FIG. 7 is a first to first electrophotographic method that outputs yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) images based on color-separated image data. Fourth image forming units 10Y, 10M, 10C, and 10K (image forming means) are provided. These image forming units (hereinafter simply referred to as “units”) 10Y, 10M, 10C, and 10K are juxtaposed at a predetermined distance close to each other in the horizontal direction. The units 10Y, 10M, 10C, and 10K may be process cartridges that are detachable from the main body of the image forming apparatus.

各ユニット10Y、10M、10C、10Kの図面における上方には、各ユニットを通して中間転写体としての中間転写ベルト20aが延設されている。中間転写ベルト20aは、図における左から右方向に互いに離間して配置された駆動ローラ22aおよび中間転写ベルト20a内面に接する支持ローラ24に巻回されて設けられ、第1ユニット10Yから第4ユニット10Kに向う方向に走行されるようになっている。尚、支持ローラ24は、図示しないバネ等により駆動ローラ22aから離れる方向に付勢されており、両者に巻回された中間転写ベルト20aに所定の張力が与えられている。また、中間転写ベルト20aの像保持体側面には、駆動ローラ22aと対向して中間転写体クリーニング装置30aが備えられている。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収容されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーが供給可能である。
Above each of the units 10Y, 10M, 10C, and 10K, an intermediate transfer belt 20a as an intermediate transfer member is extended through each unit. The intermediate transfer belt 20a is provided by being wound around a driving roller 22a and a support roller 24 that are in contact with the inner surface of the intermediate transfer belt 20a, spaced apart from each other from the left to the right in the drawing. It is designed to travel in the direction toward 10K. The support roller 24 is urged away from the drive roller 22a by a spring or the like (not shown), and a predetermined tension is applied to the intermediate transfer belt 20a wound around the support roller 24. An intermediate transfer member cleaning device 30a is provided on the side of the image carrier of the intermediate transfer belt 20a so as to face the drive roller 22a.
Further, each of the developing devices (developing means) 4Y, 4M, 4C, and 4K of the units 10Y, 10M, 10C, and 10K includes yellow, magenta, cyan, and black contained in the toner cartridges 8Y, 8M, 8C, and 8K. The four color toners can be supplied.

上述した第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成を有しているため、ここでは中間転写ベルト走行方向の上流側に配設されたイエロー画像を形成する第1ユニット10Yについて代表して説明する。尚、第1ユニット10Yと同等の部分に、イエロー(Y)の代わりに、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を付した参照符号を付すことにより、第2〜第4ユニット10M、10C、10Kの説明を省略する。   Since the first to fourth units 10Y, 10M, 10C, and 10K described above have the same configuration, here, the first unit that forms a yellow image disposed on the upstream side in the intermediate transfer belt traveling direction. 10Y will be described as a representative. Note that the second to fourth units are denoted by reference numerals with magenta (M), cyan (C), and black (K) instead of yellow (Y) in the same parts as the first unit 10Y. Description of 10M, 10C, 10K is omitted.

第1ユニット10Yは、像保持体として作用する感光体1Yを有している。感光体1Yの周囲には、感光体1Yの表面を所定の電位に帯電させる帯電ローラ2Y、帯電された表面を色分解された画像信号に基づくレーザ光線3Yよって露光して静電荷像を形成する露光装置3、静電荷像に帯電したトナーを供給して静電荷像を現像する現像装置(現像手段)4Y、現像したトナー像を中間転写ベルト20a上に転写する1次転写ローラ5Y(1次転写手段)、および1次転写後に感光体1Yの表面に残存するトナーを除去する感光体クリーニング装置(クリーニング手段)6Yが順に配設されている。
尚、1次転写ローラ5Yは、中間転写ベルト20aの内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。更に、各1次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kには、1次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各1次転写ローラに印加する転写バイアスを可変する。
The first unit 10Y has a photoreceptor 1Y that functions as an image holding member. Around the photoreceptor 1Y, an electrostatic charge image is formed by exposing the surface of the photoreceptor 1Y to a predetermined potential with a charging roller 2Y and the charged surface with a laser beam 3Y based on the color-separated image signal. An exposure device 3; a developing device (developing means) 4Y for supplying the charged toner to the electrostatic image to develop the electrostatic image; a primary transfer roller 5Y (primary) for transferring the developed toner image onto the intermediate transfer belt 20a; A transfer unit), and a photoconductor cleaning device (cleaning unit) 6Y for removing toner remaining on the surface of the photoconductor 1Y after the primary transfer.
The primary transfer roller 5Y is disposed inside the intermediate transfer belt 20a, and is provided at a position facing the photoreceptor 1Y. Further, a bias power source (not shown) for applying a primary transfer bias is connected to each of the primary transfer rollers 5Y, 5M, 5C, and 5K. Each bias power source varies the transfer bias applied to each primary transfer roller under the control of a control unit (not shown).

以下、第1ユニット10Yにおいてイエロー画像を形成する動作について説明する。まず、動作に先立って、帯電ローラ2Yによって感光体1Yの表面が−600V〜−800V程度の電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性(20℃における体積抵抗率:1×10−6Ωcm以下)の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂程度の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3aを介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、感光体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー印字パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
Hereinafter, an operation of forming a yellow image in the first unit 10Y will be described. First, prior to the operation, the surface of the photoreceptor 1Y is charged to a potential of about −600V to −800V by the charging roller 2Y.
The photoreceptor 1Y is formed by laminating a photosensitive layer on a conductive substrate (volume resistivity at 20 ° C .: 1 × 10 −6 Ωcm or less). This photosensitive layer usually has a high resistance (a resistance equivalent to that of a general resin), but has a property that the specific resistance of the portion irradiated with the laser beam changes when irradiated with the laser beam 3Y. Therefore, a laser beam 3Y is output to the surface of the charged photoreceptor 1Y via the exposure device 3a in accordance with yellow image data sent from a control unit (not shown). The laser beam 3Y is applied to the photosensitive layer on the surface of the photoreceptor 1Y, whereby an electrostatic charge image of a yellow print pattern is formed on the surface of the photoreceptor 1Y.

静電荷像とは、帯電によって感光体1Yの表面に形成される像であり、レーザ光線3Yによって、感光層の被照射部分の比抵抗が低下し、感光体1Yの表面の帯電した電荷が流れ、一方、レーザ光線3Yが照射されなかった部分の電荷が残留することによって形成される、いわゆるネガ潜像である。
このようにして感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って所定の現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによって可視像(現像像)化される。
The electrostatic charge image is an image formed on the surface of the photoreceptor 1Y by charging, and the specific resistance of the irradiated portion of the photosensitive layer is lowered by the laser beam 3Y, and the charged charge on the surface of the photoreceptor 1Y flows. On the other hand, this is a so-called negative latent image formed by the charge remaining in the portion not irradiated with the laser beam 3Y.
The electrostatic image formed on the photoreceptor 1Y in this way is rotated to a predetermined development position as the photoreceptor 1Y travels. At this development position, the electrostatic charge image on the photoreceptor 1Y is visualized (developed image) by the developing device 4Y.

現像装置4Y内には、例えば、少なくともイエロー着色剤と結晶性樹脂及び非結晶性樹脂とを含む体積平均粒径が7μmのイエロートナーが収容されている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で攪拌されることで摩擦帯電し、感光体1Y上に帯電した帯電荷と同極性(負極性)の電荷を有して現像剤ロール(現像剤保持体)上に保持されている。そして感光体1Yの表面が現像装置4Yを通過していくことにより、感光体1Y表面上の除電された潜像部にイエロートナーが静電的に付着し、潜像がイエロートナーによって現像される。イエローのトナー像が形成された感光体1Yは、引続き所定速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー像が所定の1次転写位置へ搬送される。   In the developing device 4Y, for example, yellow toner having a volume average particle diameter of 7 μm including at least a yellow colorant, a crystalline resin, and an amorphous resin is accommodated. The yellow toner is triboelectrically charged by being agitated inside the developing device 4Y, and has a charge of the same polarity (negative polarity) as the charged charge on the photoreceptor 1Y, and a developer roll (developer holder). Is held on. As the surface of the photoreceptor 1Y passes through the developing device 4Y, the yellow toner is electrostatically attached to the latent image portion on the surface of the photoreceptor 1Y, and the latent image is developed with the yellow toner. . The photoreceptor 1Y on which the yellow toner image is formed continues to run at a predetermined speed, and the toner image developed on the photoreceptor 1Y is conveyed to a predetermined primary transfer position.

感光体1Y上のイエロートナー像が1次転写へ搬送されると、1次転写ローラ5Yに所定の1次転写バイアスが印加され、感光体1Yから1次転写ローラ5Yに向う静電気力がトナー像に作用され、感光体1Y上のトナー像が中間転写ベルト20a上に転写される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と逆極性の(+)極性であり、例えば第1ユニット10Yでは制御部に(図示せず)よって+10μA程度に制御されている。
一方、感光体1Y上に残留したトナーはクリーニング装置6Yで除去されて回収される。
When the yellow toner image on the photoreceptor 1Y is conveyed to the primary transfer, a predetermined primary transfer bias is applied to the primary transfer roller 5Y, and the electrostatic force directed from the photoreceptor 1Y to the primary transfer roller 5Y generates a toner image. The toner image on the photoreceptor 1Y is transferred onto the intermediate transfer belt 20a. The transfer bias applied at this time is a (+) polarity opposite to the polarity (−) of the toner, and is controlled to about +10 μA by the control unit (not shown) in the first unit 10Y, for example.
On the other hand, the toner remaining on the photoreceptor 1Y is removed and collected by the cleaning device 6Y.

また、第2ユニット10M以降の1次転写ローラ5M、5C、5Kに印加される1次転写バイアスも、第1ユニットに準じて制御されている。
こうして、第1ユニット10Yにてイエロートナー像の転写された中間転写ベルト20aは、第2〜第4ユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー像が重ねられて多重転写される。
Further, the primary transfer bias applied to the primary transfer rollers 5M, 5C, and 5K after the second unit 10M is also controlled according to the first unit.
Thus, the intermediate transfer belt 20a onto which the yellow toner image has been transferred by the first unit 10Y is sequentially conveyed through the second to fourth units 10M, 10C, and 10K, and the toner images of the respective colors are superimposed and transferred in a multiple manner.

第1〜第4ユニットを通して4色のトナー像が多重転写された中間転写ベルト20aは、中間転写ベルト20aと中間転写ベルト20a内面に接する支持ローラ24と中間転写ベルト20aの像保持面側に配置された2次転写ローラ(2次転写手段)26とから構成された2次転写部へと至る。一方、記録紙(被転写体)Pが供給機構を介して2次転写ローラ26と中間転写ベルト20aとが圧接されている隙間に所定のタイミングで給紙され、所定の2次転写バイアスが支持ローラ24に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と同極性の(−)極性であり、中間転写ベルト20aから記録紙Pに向う静電気力がトナー像に作用され、中間転写ベルト20a上のトナー像が記録紙P上に転写される。尚、この際の2次転写バイアスは2次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段(図示せず)により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、電圧制御されている。   The intermediate transfer belt 20a on which the toner images of four colors are transferred in multiple numbers through the first to fourth units is disposed on the intermediate transfer belt 20a, the support roller 24 that contacts the inner surface of the intermediate transfer belt 20a, and the image holding surface side of the intermediate transfer belt 20a. The secondary transfer roller (secondary transfer means) 26 is connected to a secondary transfer portion. On the other hand, a recording sheet (transfer object) P is fed at a predetermined timing into a gap where the secondary transfer roller 26 and the intermediate transfer belt 20a are pressed against each other via a supply mechanism, and a predetermined secondary transfer bias is supported. Applied to the roller 24. The transfer bias applied at this time is a (−) polarity that is the same polarity as the polarity (−) of the toner, and an electrostatic force from the intermediate transfer belt 20a toward the recording paper P is applied to the toner image, and the transfer bias is applied to the intermediate transfer belt 20a. The toner image is transferred onto the recording paper P. Note that the secondary transfer bias at this time is determined according to the resistance detected by a resistance detecting means (not shown) for detecting the resistance of the secondary transfer portion, and is voltage-controlled.

この後、記録紙Pは定着装置(定着手段)28へと送り込まれトナー像が加熱され、色重ねしたトナー像が溶融されて、記録紙P上へ定着される。カラー画像の定着が完了した記録紙Pは、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了される。
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20aを介してトナー像を記録紙Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、感光体から直接トナー像が記録紙に転写される構造であってもよい。
Thereafter, the recording paper P is sent to a fixing device (fixing means) 28, where the toner image is heated, and the color-superposed toner image is melted and fixed on the recording paper P. The recording paper P on which the color image has been fixed is carried out toward the discharge unit, and a series of color image forming operations is completed.
The image forming apparatus exemplified above is configured to transfer the toner image onto the recording paper P via the intermediate transfer belt 20a. However, the present invention is not limited to this configuration, and the toner image can be directly transferred from the photoreceptor. It may be a structure that is transferred to a recording sheet.

なお、前記トナーリサイクル手段を設ける場合、その方式としては特に限定されるものでは無いが、例えば、クリーニング部で回収されたトナーを搬送コンベアあるいは搬送スクリューによって補給用トナーホッパー、現像器あるいは補給用トナーと中間室によって混合して現像器へ供給する方法等をあげることができる。好ましくは現像器へ直接戻す方式あるいは中間室にて補給用トナーとリサイクルトナーを混合して供給する方式をあげることができる。
上記によりトナーをリサイクルして使用する場合、トナー粒子の強度が高いこと及び離型剤のトナー内部の分散性が良好で表面に多く露出しないことが必要であるが、本発明のトナーは、十分な強度を有しているため、長期に渡って使用しても画質の劣化を招くことがない。
When the toner recycling means is provided, the system is not particularly limited. For example, the toner collected by the cleaning unit is supplied to a replenishing toner hopper, a developing device, or a replenishing toner by a transporting conveyor or a transporting screw. And a method of mixing them in the intermediate chamber and supplying them to the developing device. Preferably, a method of returning directly to the developing unit or a method of mixing and supplying the replenishing toner and the recycled toner in the intermediate chamber can be given.
When the toner is recycled as described above, it is necessary that the strength of the toner particles is high and the dispersibility inside the toner of the release agent is good and the toner is not exposed to the surface. Therefore, even when used for a long period of time, the image quality is not deteriorated.

[プロセスカートリッジ]
図8は、本発明の静電荷像現像剤を収容するプロセスカートリッジの好適な一例を示す概略構成図である。プロセスカートリッジ200は、感光体107とともに、帯電ローラ108、現像装置111、感光体クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を取り付けレール116を用いて組み合わせ、そして一体化したものである。
そして、このプロセスカートリッジ200は、転写装置112と、定着装置115と、図示しない他の構成部分とから構成される画像形成装置本体に対して着脱自在としたものであり、画像形成装置本体とともに画像形成装置を構成するものである。なお、300は記録紙である。
[Process cartridge]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a preferred example of a process cartridge containing the electrostatic charge image developer of the present invention. In the process cartridge 200, a charging roller 108, a developing device 111, a photoconductor cleaning device (cleaning means) 113, an opening 118 for exposure, and an opening 117 for static elimination exposure are attached to a rail 116 together with the photoconductor 107. Are combined and integrated with each other.
The process cartridge 200 is detachable from an image forming apparatus main body including a transfer device 112, a fixing device 115, and other components (not shown). It forms a forming apparatus. Reference numeral 300 denotes a recording sheet.

図8で示すプロセスカートリッジでは、帯電ローラ108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を備えているが、これら装置は選択的に組み合わせることが可能である。本発明のプロセスカートリッジでは、感光体107のほかには、帯電ローラ108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117から構成される群から選択される少なくとも1種を備える。   The process cartridge shown in FIG. 8 includes a charging roller 108, a developing device 111, a cleaning device (cleaning means) 113, an opening 118 for exposure, and an opening 117 for static elimination exposure. Can be selectively combined. In the process cartridge of the present invention, in addition to the photosensitive member 107, the charging roller 108, the developing device 111, the cleaning device (cleaning means) 113, the opening 118 for exposure, and the opening 117 for static elimination exposure. It comprises at least one selected from the group consisting of.

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
(実施例1)
弾性層を形成させるため、下記混合物をオープンロールで混練りし、SUS416からなる直径8mmの導電性支持体表面に、厚さ3mmとなるように円筒状に被覆し、内径14.0mmの円筒型の金型に入れ、170℃で30分間加硫させ、金型から取り出した後、研磨し、中央部の層厚が端部の層厚より薄い円筒状の弾性層を形成したベースロール1を得た。中央部と端部の外径の差は85μmであった。
・ゴム材 ・・・100重量部
(エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム:Gechron3106:日本ゼオン社製)
・導電剤(カーボンブラック アサヒサーマル:旭カーボン社製) ・・・25重量部
・導電剤(ケッチェンブラックEC:ライオン社製) ・・・8重量部
・イオン導電剤(過塩素酸リチウム) ・・・1重量部
・加硫剤(硫黄)(200メッシュ:鶴見化学工業社製) ・・・1重量部
・加硫促進剤(ノクセラーDM:大内新興化学工業社製) ・・・2.0重量部
・加硫促進剤(ノクセラーTT:大内新興化学工業社製) ・・・0.5重量部
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(Example 1)
In order to form an elastic layer, the following mixture is kneaded with an open roll, coated on the surface of a conductive support made of SUS416 with a diameter of 8 mm so as to have a thickness of 3 mm, and a cylindrical shape with an inner diameter of 14.0 mm The base roll 1 in which a cylindrical elastic layer is formed by vulcanizing at 170 ° C. for 30 minutes, taking out from the mold, and polishing to form a cylindrical elastic layer whose central layer is thinner than the end layer. Obtained. The difference in the outer diameter between the central portion and the end portion was 85 μm.
・ Rubber material: 100 parts by weight (epichlorohydrin-ethylene oxide-allyl glycidyl ether copolymer rubber: Gechron 3106: manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.)
-Conductive agent (Carbon Black Asahi Thermal: Asahi Carbon Co., Ltd.) ... 25 parts by weight-Conductive agent (Ketjen Black EC: Lion Corp.) ... 8 parts by weight-Ionic conductive agent (lithium perchlorate) -1 part by weight-Vulcanizing agent (sulfur) (200 mesh: manufactured by Tsurumi Chemical Co., Ltd.) ... 1 part by weight-Vulcanization accelerator (Noxeller DM: manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.) 0 parts by weight, vulcanization accelerator (Noxeller TT: Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.) ・ ・ ・ 0.5 parts by weight

−表面層の形成−
前記ベースロール1の弾性層を下地として図9に示す構成を有する成膜装置(以下、適宜、「プラズマCVD装置」と称する)を用いて表面層の形成を行った。
−表面層の形成−
前記ベースロール1の弾性層を下地として図9に示す構成を有する成膜装置を用いて表面層の形成を行った。
まず、下地に参照試料作製のためのSi基板(5mm×10mm)を粘着テープで貼り付け、図9に示すプラズマCVD装置に導入し、真空チャンバー32内を、圧力が1×10−2Paとなるまで真空排気した。次に、水素ガス200sccm、窒素ガス100sccmをマスフローコントローラー36を介してガス供給管34から、また、水素希釈トリメチルガリウム(約10体積%)1sccmを原料ガス供給源62を介してガス導入管64から、真空チャンバー32に供給すると共にコンダクタンスバルブ(不図示)を調整することにより、真空チャンバー32内の圧力を40Paとし、高周波電源58及びマッチングボックス56により、13.56MHzのラジオ波を出力80Wにセットし、チューナーでマッチングを取り放電電極54から放電を行った。このときの反射波は0Wであった。この状態で、100分間、20rpmの速度で回転させながら成膜し表面層付きの帯電部材を得た。なお、この水素希釈トリメチルガリウムガスの供給は、0℃に保たれたトリメチルガリウムに、水素をキャリアガスとしてバブリングすることによって行った。
-Formation of surface layer-
A surface layer was formed using a film forming apparatus (hereinafter referred to as “plasma CVD apparatus” as appropriate) having the structure shown in FIG. 9 with the elastic layer of the base roll 1 as a base.
-Formation of surface layer-
A surface layer was formed using a film forming apparatus having the configuration shown in FIG. 9 with the elastic layer of the base roll 1 as a base.
First, a Si substrate (5 mm × 10 mm) for preparing a reference sample is attached to the base with an adhesive tape, introduced into the plasma CVD apparatus shown in FIG. 9, and the pressure inside the vacuum chamber 32 is 1 × 10 −2 Pa. It was evacuated until. Next, 200 sccm of hydrogen gas and 100 sccm of nitrogen gas are supplied from the gas supply pipe 34 via the mass flow controller 36, and 1 sccm of hydrogen diluted trimethylgallium (about 10 vol%) is supplied from the gas introduction pipe 64 via the source gas supply source 62. The pressure in the vacuum chamber 32 is set to 40 Pa by supplying the vacuum chamber 32 and adjusting the conductance valve (not shown), and the radio wave of 13.56 MHz is set to the output 80 W by the high frequency power source 58 and the matching box 56. Then, matching was performed with a tuner, and discharge was performed from the discharge electrode 54. The reflected wave at this time was 0 W. In this state, a film was formed while rotating at a speed of 20 rpm for 100 minutes to obtain a charging member with a surface layer. The hydrogen-diluted trimethylgallium gas was supplied by bubbling hydrogen into a trimethylgallium kept at 0 ° C. using hydrogen as a carrier gas.

そして、弾性層上に膜厚0.2μmの膜を形成した。なお、成膜に際しては、下地の加熱処理は行わなかった。また、同条件にて成膜前に予め下地の表面に貼り付けておいた温度測定用ステッカー(Wahl社製、テンプ・プレート P/N101)の色を、成膜後に確認したところ、35℃であった。
続いて、成膜後の下地を、通常の常温常湿環境(温度約25℃、湿度約50%)に24時間放置して、自然酸化による酸化処理を実施し、弾性層に表面層が設けられたロール状の帯電部材(帯電ロール1)を得た。
A film having a thickness of 0.2 μm was formed on the elastic layer. Note that the base was not heat-treated during film formation. In addition, when the color of a temperature measurement sticker (manufactured by Wahl, Temp Plate P / N101) previously attached to the surface of the base before film formation under the same conditions was confirmed after film formation, it was at 35 ° C. there were.
Subsequently, the substrate after film formation is left in a normal room temperature and normal humidity environment (temperature of about 25 ° C., humidity of about 50%) for 24 hours, and is subjected to an oxidation treatment by natural oxidation to provide a surface layer on the elastic layer. The obtained roll-shaped charging member (charging roll 1) was obtained.

−表面層の分析・評価−
Si基板上に形成された膜の表面について、上記と同様の常温常湿環境且つコンタミが付着し難い環境下で成膜から約24時間放置後に、ラザフォードバックスキャッタリング(RBS)とハイドロジェンフォワードスキャッタリングにより膜の組成を測定したところ、最表面から5nmでは酸素が60原子%、Gaが40原子%であり、窒素は認められなかった。それに対し、表面から50nmでは、酸素が3原子%、Gaが30原子%、窒素が31%、水素が36原子%であった。この結果から表面層の最表面は、酸素リッチ、窒素プアーな状態になっており、表面層膜厚方向に対する酸素原子の濃度が、下地側に向かって減少(窒素原子の濃度が下地側に向かって増加)していることがわかった。
-Analysis and evaluation of surface layer-
Rutherford backscattering (RBS) and hydrogen forward scatter after leaving the surface of the film formed on the Si substrate for about 24 hours after film formation in the same room temperature and humidity environment as in the above-mentioned environment where contamination is difficult to adhere. When the composition of the film was measured by a ring, oxygen was 60 atomic% and Ga was 40 atomic% at 5 nm from the outermost surface, and nitrogen was not recognized. On the other hand, at 50 nm from the surface, oxygen was 3 atomic%, Ga was 30 atomic%, nitrogen was 31%, and hydrogen was 36 atomic%. From this result, the outermost surface of the surface layer is in an oxygen-rich and nitrogen-poor state, and the concentration of oxygen atoms in the surface layer thickness direction decreases toward the base side (the concentration of nitrogen atoms toward the base side). Increased).

さらに、RHEED(反射高速電子線回折)測定により得られた回折像にはまったく点や線がみられず、膜は非晶質であることがわかった。
また、成膜直後のSi基板上に形成された膜は、水に浸すと溶解したが、通常の常温常湿環境に1週間放置した後の膜は水に浸しても溶解しない上に、ステンレス鋼で擦っても傷が付かなかった。
以上の分析・評価結果から、成膜、酸化処理を経て形成された表面層は、非晶質で、水素、窒素、ガリウムに加えて酸素も含む組成を有し、酸素については表面層膜厚方向に対する酸素原子の濃度が、最表面で最もリッチであり、下地側に向かって減少する分布を有している膜であることがわかった。
Furthermore, no dots or lines were found in the diffraction image obtained by RHEED (reflection high-energy electron diffraction) measurement, indicating that the film was amorphous.
The film formed on the Si substrate immediately after the film was dissolved when immersed in water, but the film after being left in a normal room temperature and humidity environment for 1 week did not dissolve even when immersed in water. There was no damage even when rubbed with steel.
From the above analysis and evaluation results, the surface layer formed through film formation and oxidation treatment is amorphous and has a composition containing oxygen in addition to hydrogen, nitrogen, and gallium. It was found that the film had a distribution in which the concentration of oxygen atoms relative to the direction was the richest on the outermost surface and decreased toward the base side.

表面層を設けた帯電ロール1の表面に対して、貼りつけた粘着テープを剥がす剥離試験を行ったが、表面層は全く剥離せず、接着性は良好であることがわかった。   A peeling test was conducted to peel off the attached adhesive tape on the surface of the charging roll 1 provided with the surface layer, but it was found that the surface layer did not peel at all and the adhesiveness was good.

<帯電ロール1の帯電特性、及び表面状態の評価>
[帯電ロール1の帯電特性]
帯電ロール1の帯電特性は、帯電部材のクリーニングブラシを外した富士ゼロックス社製DocuCentre Colar a450に取り付けて、低温・低湿条件(10℃、RH15%)及び高温・高湿条件(28℃・RH85%)にて、それぞれ1万枚ずつ印刷し、印刷初期と1万枚印刷後に得られた白紙画像及びハーフトーン画像の画質を評価することにより、均一帯電性能について評価した。
結果を表1に記載する。
<Evaluation of Charging Characteristics and Surface State of Charging Roll 1>
[Charging characteristics of charging roll 1]
The charging property of the charging roll 1 is attached to a DocuCentre Color a450 manufactured by Fuji Xerox Co., Ltd. with the cleaning brush of the charging member removed. ) Were printed one by one, and the uniform charging performance was evaluated by evaluating the image quality of blank images and halftone images obtained at the initial printing and after printing 10,000 sheets.
The results are listed in Table 1.

−均一帯電性能の評価基準−
均一帯電性能は、印刷初期及び5万枚印刷後の画質について、以下の基準で評価した。
○:画質に欠点なし。
△:白紙画像に黒点や黒スジ、及び/又は、ハーフトーン画像に黒点、白点、スジ等が若干発生。
×:白紙画像に黒点や黒スジ、及び/又は、ハーフトーン画像に黒点、白点、スジ等が発生。
××:白紙画像に黒点や黒スジ、及び/又は、ハーフトーン画像に黒点、白点、スジ等が著しく多く発生。
なお、上記の低温・低湿及び高温・高湿環境下における印刷初期と、1万枚印刷後の画質評価により、画質になんらの劣化がみられない場合は、帯電性能が安定しており、維持性に優れると判断した。
-Evaluation criteria for uniform charging performance-
The uniform charging performance was evaluated according to the following criteria with respect to the initial image quality and the image quality after printing 50,000 sheets.
○: There is no defect in image quality.
Δ: Black spots or black streaks appear on the blank paper image, and / or black spots, white spots, streaks appear slightly on the halftone image.
X: Black spots or black streaks appear on the blank paper image, and / or black spots, white spots, streaks appear on the halftone image.
XX: Remarkably many black spots, black streaks, and / or black spots, white spots, streaks, etc. appear in the blank image.
Note that the charging performance is stable and maintained when there is no deterioration in the image quality based on the image quality evaluation after the initial printing in the low-temperature / low-humidity and high-temperature / high-humidity environment and after printing 10,000 sheets. Judged to be excellent.

[表面状態の評価]
前述のように作製した帯電部材の表面状態を目視にて観察した。
結果を表1に記載する。
[Evaluation of surface condition]
The surface state of the charging member produced as described above was visually observed.
The results are listed in Table 1.

−表面状態の評価基準−
○:帯電部材の表面にキズがなく、汚れがない。
△:キズ及び/又は汚れが弱く、一部にある。
×:キズ及び/又は汚れが弱く、全面にある。
××:キズ及び/又は汚れが激しく、全面にある。
-Surface condition evaluation criteria-
○: There is no scratch on the surface of the charging member, and there is no dirt.
(Triangle | delta): A crack and / or dirt are weak, and it exists in a part.
X: Scratches and / or dirt is weak and is present on the entire surface.
XX: Scratches and / or dirt is severe and is on the entire surface.

(実施例2)
実施例1と同様に作製したベースロール1の弾性層の上にプラズマCVDにより表面層の形成を行った。
下地に参照試料作製のためのSi基板(5mm×10mm)を粘着テープで貼り付け、図9に示すプラズマCVD装置に導入し、真空チャンバー32内を、圧力が1×10−2Paとなるまで真空排気した。次に、水素ガス200sccm、He希釈酸素(4体積%)5sccmをマスフローコントローラー36を介してガス供給管34から、また、水素希釈トリメチルインジウム(約2体積%)1sccmを原料ガス供給源62を介してガス導入管64から、真空チャンバー32に供給すると共にコンダクタンスバルブを調整することにより、真空チャンバー32内の圧力を20Paとし、高周波電源58及びマッチングボックス56により、13.56MHzのラジオ波を出力80Wにセットし、チューナーでマッチングを取り放電電極54から放電を行った。このときの反射波は0Wであった。この状態で、80分間、20rpmの速度で回転させながら成膜し表面層付きの帯電部材を得た。なお、この水素希釈トリメチルインジウムガスの供給は、20℃に保たれたトリメチルインジウムに、水素をキャリアガスとしてバブリングすることによって行った。貼り付けていた温度測定用ステッカー(Wahl社製、テンプ・プレート P/N101)の色から成膜時の温度は約40℃以下であることがわかった。得られた帯電部材を温度20℃の環境で24時間放置しロール状の帯電部材(帯電ロール2)を得た。
このようにして得た帯電ロール2を実施例1と同様にして評価した。
(Example 2)
A surface layer was formed by plasma CVD on the elastic layer of the base roll 1 produced in the same manner as in Example 1.
A Si substrate (5 mm × 10 mm) for preparing a reference sample is attached to the base with an adhesive tape, introduced into the plasma CVD apparatus shown in FIG. 9, and the pressure in the vacuum chamber 32 is 1 × 10 −2 Pa. Evacuated. Next, 200 sccm of hydrogen gas, 5 sccm of He diluted oxygen (4 vol%) are supplied from the gas supply pipe 34 via the mass flow controller 36, and 1 sccm of hydrogen diluted trimethylindium (about 2 vol%) is supplied via the source gas supply source 62. By supplying the gas from the gas introduction pipe 64 to the vacuum chamber 32 and adjusting the conductance valve, the pressure in the vacuum chamber 32 is set to 20 Pa, and the radio wave of 13.56 MHz is output 80 W by the high frequency power source 58 and the matching box 56. The discharge electrode 54 was discharged by matching with a tuner. The reflected wave at this time was 0 W. In this state, a film was formed while rotating at a speed of 20 rpm for 80 minutes to obtain a charging member with a surface layer. The hydrogen-diluted trimethylindium gas was supplied by bubbling hydrogen into a trimethylindium maintained at 20 ° C. using hydrogen as a carrier gas. The temperature at the time of film formation was found to be about 40 ° C. or less from the color of the temperature measurement sticker (Wahl, Temp Plate P / N101). The obtained charging member was allowed to stand for 24 hours in an environment at a temperature of 20 ° C. to obtain a roll-shaped charging member (charging roll 2).
The charging roll 2 thus obtained was evaluated in the same manner as in Example 1.

−表面層の分析、評価−
前記Si参照試料を癖開した断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、膜厚は0.25μmであった。
また、Si参照試料に形成された膜の組成分析を、ラザフォードバックスキャッタリング(RBS)とハイドロジェンフォワードスキャッタリング(HFS)により行ったところ、In:38原子%、O:42原子%、H:20原子%であり(3元素の構成比の和:1.0)、酸素とインジウムの元素組成比(O/In)は1.10であった。
-Analysis and evaluation of surface layer-
When the cross section obtained by cleaving the Si reference sample was observed with a scanning electron microscope (SEM), the film thickness was 0.25 μm.
Further, composition analysis of the film formed on the Si reference sample was performed by Rutherford backscattering (RBS) and hydrogen forward scattering (HFS). In: 38 atomic%, O: 42 atomic%, H: The atomic composition ratio (O / In) of oxygen and indium was 1.10.

(実施例3)
−表面層の形成−
実施例1と同様に作製したベースロール1の弾性層上にプラズマCVDにより表面層の形成を行った。下地に参照試料作製のためのSi基板(5mm×10mm)を粘着テープで貼り付け、図9に示すプラズマCVD装置に導入し、真空チャンバー32内を、圧力が1×10−2Paとなるまで真空排気した。次に、水素ガス200sccm、He希釈酸素(4体積%)5sccmをマスフローコントローラー36を介してガス供給管34から、また、水素希釈トリメチルガリウム(約10体積%)1sccmを原料ガス供給源62を介してガス導入管64から、真空チャンバー32に供給すると共にコンダクタンスバルブを調整することにより、真空チャンバー32内の圧力を20Paとし、高周波電源58及びマッチングボックス56により、13.56MHzのラジオ波を出力80Wにセットし、チューナーでマッチングを取り放電電極54から放電を行った。このときの反射波は0Wであった。この状態で、73分間、20rpmの速度で回転させながら成膜し表面層付きの帯電部材を得た。なお、この水素希釈トリメチルガリウムガスの供給は、0℃に保たれたトリメチルガリウムに、水素をキャリアガスとしてバブリングすることによって行った。貼り付けていたサーモテープの色から成膜時の温度は約40℃以下であることがわかった。得られた帯電部材を温度20℃の環境で24時間放置しロール状の帯電部材(帯電ロール3)を得た。
このようにして得た帯電ロール3を実施例1と同様にして評価した。
結果を表1に示す。
(Example 3)
-Formation of surface layer-
A surface layer was formed by plasma CVD on the elastic layer of the base roll 1 produced in the same manner as in Example 1. A Si substrate (5 mm × 10 mm) for preparing a reference sample is attached to the base with an adhesive tape, introduced into the plasma CVD apparatus shown in FIG. 9, and the pressure in the vacuum chamber 32 is 1 × 10 −2 Pa. Evacuated. Next, 200 sccm of hydrogen gas, 5 sccm of He diluted oxygen (4 vol%) are supplied from the gas supply pipe 34 via the mass flow controller 36, and 1 sccm of hydrogen diluted trimethylgallium (about 10 vol%) are supplied via the source gas supply source 62. By supplying the gas from the gas introduction pipe 64 to the vacuum chamber 32 and adjusting the conductance valve, the pressure in the vacuum chamber 32 is set to 20 Pa, and the radio wave of 13.56 MHz is output 80 W by the high frequency power source 58 and the matching box 56. The discharge electrode 54 was discharged by matching with a tuner. The reflected wave at this time was 0 W. In this state, a film was formed while rotating at a speed of 20 rpm for 73 minutes to obtain a charging member with a surface layer. The hydrogen-diluted trimethylgallium gas was supplied by bubbling hydrogen into a trimethylgallium kept at 0 ° C. using hydrogen as a carrier gas. It was found from the color of the affixed thermo tape that the temperature during film formation was about 40 ° C. or lower. The obtained charging member was allowed to stand for 24 hours in an environment at a temperature of 20 ° C. to obtain a roll-shaped charging member (charging roll 3).
The charging roll 3 thus obtained was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.

−表面層の分析、評価−
前記Si参照試料を癖開した断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、膜厚は0.31μmであった。
また、Si参照試料に形成された膜の組成分析を、ラザフォードバックスキャッタリング(RBS)とハイドロジェンフォワードスキャッタリング(HFS)により行ったところ、Ga:36原子%、O:44原子%、H:20原子%であり(3元素の構成比の和:1.0)、酸素とガリウムの元素組成比(O/Ga)は1.22であった。
-Analysis and evaluation of surface layer-
When the cross section obtained by cleaving the Si reference sample was observed with a scanning electron microscope (SEM), the film thickness was 0.31 μm.
Further, when composition analysis of the film formed on the Si reference sample was performed by Rutherford backscattering (RBS) and hydrogen forward scattering (HFS), Ga: 36 atomic%, O: 44 atomic%, H: The atomic composition ratio (O / Ga) of oxygen and gallium was 1.22.

(実施例4)
実施例3の帯電部材の作製において、表面層の形成時の酸素供給量を3sccmとし、成膜時間を85分とした以外は実施例3と同様にして、表面層付きの電子写真感光体を得た。
この感光体について、実施例3と同様にして断面のSEM観察を行ったところ、膜厚は0.32μmであった。また、同様にして元素分析を行ったところ、元素組成は、Ga:38原子%、O:41原子%、H:21原子%であり(3元素の構成比の和:1.0)、酸素とガリウムの元素組成比(O/Ga)は1.08であった。
このようにして得た帯電ロール4を実施例1と同様にして評価した。
結果を表1に示す。
Example 4
In the production of the charging member of Example 3, an electrophotographic photosensitive member with a surface layer was prepared in the same manner as in Example 3 except that the amount of oxygen supplied during formation of the surface layer was 3 sccm and the film formation time was 85 minutes. Obtained.
When this photoconductor was observed by SEM of the cross section in the same manner as in Example 3, the film thickness was 0.32 μm. When elemental analysis was performed in the same manner, the elemental composition was Ga: 38 atomic%, O: 41 atomic%, H: 21 atomic% (sum of the composition ratio of the three elements: 1.0), oxygen And the elemental composition ratio (O / Ga) of gallium was 1.08.
The charging roll 4 thus obtained was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.

(実施例5)
実施例3の帯電部材の作製において、表面層の形成時の酸素供給量を20sccmとし、成膜時間を60分とした以外は実施例3と同様にして、表面層付きの帯電部材を得た。
この帯電部材について、実施例3と同様にして断面のSEM観察を行ったところ、膜厚は0.30μmであった。また、同様にして元素分析を行ったところ、元素組成は、Ga:35原子%、O:50原子%、H:15原子%であり(3元素の構成比の和:1.0)、酸素とガリウムの元素組成比(O/Ga)は1.43であった。
このようにして得た帯電ロール5を実施例1と同様にして評価した。
結果を表1に示す。
(Example 5)
In the production of the charging member of Example 3, a charging member with a surface layer was obtained in the same manner as in Example 3 except that the amount of oxygen supplied during formation of the surface layer was 20 sccm and the film formation time was 60 minutes. .
With respect to this charging member, when a cross-sectional SEM observation was performed in the same manner as in Example 3, the film thickness was 0.30 μm. When elemental analysis was performed in the same manner, the elemental composition was Ga: 35 atomic%, O: 50 atomic%, H: 15 atomic% (sum of the composition ratio of the three elements: 1.0), oxygen And the elemental composition ratio (O / Ga) of gallium was 1.43.
The charging roll 5 thus obtained was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1と同様にして作製した弾性層に対して、実施例1と同様の図9に示す構成を有する装置を用いて、以下に示す手順にて表面層を形成した。
まず、下地に参照試料作製のためのSi基板(5mm×10mm)を粘着テープで貼り付け、図9に示すプラズマCVD装置に導入し、真空チャンバー32内を、圧力が1×10−2Paとなるまで真空排気した。次に、水素ガス200sccm、窒素ガス100sccmをマスフローコントローラー36を介してガス供給管34から、また、水素希釈トリメチルアルミ(約10体積%)1sccmを原料ガス供給源62を介してガス導入管64から、真空チャンバー32に供給すると共にコンダクタンスバルブを調整することにより、真空チャンバー32内の圧力を40Paとし、高周波電源58及びマッチングボックス56により、13.56MHzのラジオ波を出力80Wにセットし、チューナーでマッチングを取り放電電極54から放電を行った。このときの反射波は0Wであった。この状態で、100分間、20rpmの速度で回転させながら成膜し表面層付きの帯電部材を得た。なお、この水素希釈トリメチルアルミガスの供給は、20℃に保たれたトリメチルアルミニウムに、水素をキャリアガスとしてバブリングすることによって行った。なお、成膜に際しては、実施例1と同様に加熱処理は行わなかった。
(Comparative Example 1)
With respect to the elastic layer produced in the same manner as in Example 1, a surface layer was formed by the following procedure using an apparatus having the same configuration as in Example 1 and shown in FIG.
First, a Si substrate (5 mm × 10 mm) for preparing a reference sample is attached to the base with an adhesive tape, introduced into the plasma CVD apparatus shown in FIG. 9, and the pressure inside the vacuum chamber 32 is 1 × 10 −2 Pa. It was evacuated until. Next, 200 sccm of hydrogen gas and 100 sccm of nitrogen gas are supplied from the gas supply pipe 34 via the mass flow controller 36, and 1 sccm of hydrogen diluted trimethylaluminum (about 10 vol%) is supplied from the gas introduction pipe 64 via the source gas supply source 62. By adjusting the conductance valve while supplying to the vacuum chamber 32, the pressure in the vacuum chamber 32 is set to 40 Pa, and a radio wave of 13.56 MHz is set to an output of 80 W by the high frequency power source 58 and the matching box 56, and the tuner is used. Matching was performed and discharge was performed from the discharge electrode 54. The reflected wave at this time was 0 W. In this state, a film was formed while rotating at a speed of 20 rpm for 100 minutes to obtain a charging member with a surface layer. The hydrogen-diluted trimethylaluminum gas was supplied by bubbling hydrogen into a trimethylaluminum kept at 20 ° C. using hydrogen as a carrier gas. In the film formation, the heat treatment was not performed as in Example 1.

このようにして膜厚0.2μmの表面層を形成した後に、ガス供給管34から、マスフローコントローラー36を介して真空チャンバー32に、ヘリウムおよび酸素の混合ガス(ヘリウム100sccm、酸素10sccm)を供給すると共にコンダクタンスバルブを調整することにより、真空チャンバー32内の圧力を40Paとし、高周波電源58及びマッチングボックス56により、13.56MHzのラジオ波を出力100Wにセットし、チューナーでマッチングを取り放電電極54から放電を行った。このときの反射波は0Wであった。この状態で、10分間、20rpmの速度で回転させて酸化処理を行なった。その後、酸化処理を終えた表面層が形成された比較帯電ロール1を、成膜室32から取り出した。
このようにして得た比較帯電ロール1を実施例1と同様にして評価した。
結果を表1に示す。
After forming a surface layer having a thickness of 0.2 μm in this way, a mixed gas of helium and oxygen (100 sccm helium, 10 sccm oxygen) is supplied from the gas supply pipe 34 to the vacuum chamber 32 via the mass flow controller 36. In addition, by adjusting the conductance valve, the pressure in the vacuum chamber 32 is set to 40 Pa, the radio wave of 13.56 MHz is set to an output of 100 W by the high frequency power source 58 and the matching box 56, matching is performed by the tuner, and the discharge electrode 54 Discharge was performed. The reflected wave at this time was 0 W. In this state, the oxidation treatment was performed by rotating at a speed of 20 rpm for 10 minutes. Thereafter, the comparative charging roll 1 on which the surface layer having been subjected to the oxidation treatment was formed was taken out from the film forming chamber 32.
The comparative charging roll 1 thus obtained was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.

−表面層の分析・評価−
Si基板上に形成された膜の表面について、ラザフォードバックスキャッタリング(RBS)により測定したところ、最表面から5nmの組成は酸素が70原子%、Alが30原子%であり、窒素は認められず、膜の最表面は酸化アルミニウムが形成されていることがわかった。それに対し、表面から50nmでは、酸素が9原子%、Alが34原子%、窒素が28%、水素が29原子%であった。この結果から表面層の最表面は、酸素が多く、窒素が少ない状態になっており、表面層膜厚方向に対する酸素原子の濃度が、下地側に向かって減少(窒素原子の濃度が下地側に向かって増加)していることがわかった。
-Analysis and evaluation of surface layer-
When the surface of the film formed on the Si substrate was measured by Rutherford backscattering (RBS), the composition of 5 nm from the outermost surface was oxygen 70 atom%, Al 30 atom%, and nitrogen was not recognized. It was found that aluminum oxide was formed on the outermost surface of the film. On the other hand, at 50 nm from the surface, oxygen was 9 atomic%, Al was 34 atomic%, nitrogen was 28%, and hydrogen was 29 atomic%. From this result, the outermost surface of the surface layer is in a state where there is much oxygen and nitrogen is low, and the concentration of oxygen atoms in the surface layer thickness direction decreases toward the base side (the concentration of nitrogen atoms on the base side). It was found that it was increasing).

さらに、RHEED(反射高速電子線回折)測定により得られた回折像にはまったく点や線がみられず、膜は非晶質であることがわかった。また、Si基板上に形成された膜は、透明であり、ステンレス鋼で擦っても傷が付かなかった。
以上の分析・評価結果から、成膜、酸化処理を経て形成された表面層は、非晶質で、水素、窒素、アルミニウムに加えて酸素も含む組成を有し、酸素については表面層膜厚方向に対する酸素原子の濃度が、最表面で最も多くなっており、下地側に向かって減少する分布を有している膜であることがわかった。
Furthermore, no dots or lines were found in the diffraction image obtained by RHEED (reflection high-energy electron diffraction) measurement, indicating that the film was amorphous. The film formed on the Si substrate was transparent and was not damaged even when rubbed with stainless steel.
From the above analysis and evaluation results, the surface layer formed through film formation and oxidation treatment is amorphous and has a composition containing oxygen in addition to hydrogen, nitrogen, and aluminum. It was found that the film had a distribution in which the concentration of oxygen atoms relative to the direction was highest on the outermost surface and decreased toward the base side.

次にこの比較帯電ロール1の均一帯電性能について実施例1と同様に評価した。
結果を表1に示す。
しかしながら、表面の観察において表面層の割れが認められ、高温高湿条件で微細な画質欠陥が生じており、維持性については、実用上問題のある程度に劣っていた。
以上の結果から、Al元素を含む表面層を設けた比較帯電ロール1は、低温低湿条件では実用上問題ないレベルではあるものの、高温高湿条件での維持性では問題があることがわかった。
Next, the uniform charging performance of the comparative charging roll 1 was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.
However, cracks in the surface layer were observed in the surface observation, fine image quality defects were generated under high temperature and high humidity conditions, and the maintainability was inferior to a certain degree of practical problem.
From the above results, it was found that the comparative charging roll 1 provided with a surface layer containing an Al element has a problem in terms of maintainability under high temperature and high humidity conditions, although it is at a level where there is no practical problem under low temperature and low humidity conditions.

(比較例2)
RFスパッタ法でターゲットに純度99.99%のアルミナを用い表面層を形成した。スパッタ条件は、Arガス流量50sccm、圧力0.5Pa、RF電力200W、成膜時間3分間、実施例1で作製したのと同じ弾性層を形成したロールを100rpmで回転させながら成膜を行なった。
このようにして得た比較帯電ロール2を実施例1と同様にして評価した。
結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A surface layer was formed by using 99.99% purity alumina as a target by RF sputtering. The sputtering conditions were Ar gas flow rate of 50 sccm, pressure of 0.5 Pa, RF power of 200 W, film formation time of 3 minutes, and film formation was performed while rotating the roll formed with the same elastic layer as in Example 1 at 100 rpm. .
The comparative charging roll 2 thus obtained was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.

(比較例3)
実施例1の弾性層を形成したロールの弾性層の上に抵抗層を形成させるため、下記混合物をビーズミルにて分散し得られた分散液を、メタノールで希釈し、抵抗層の塗布液を得た。この塗布液を浸漬塗布法にて、弾性層の表面に塗布し、その後、150℃で15分間加熱乾燥し、10μmの抵抗層を形成し、比較帯電ロール3を得た。
このようにして得た比較帯電ロール3を実施例1と同様にして評価した。
結果を表1に示す。
・高分子材料(共重合ナイロン)アラミンCM8000:東レ社製 100重量部
・導電剤(カーボンブラック)MONARCH1000:キャボット社製 12重量部
・溶剤(メタノール) 500重量部
・溶剤(ブタノール) 240重量部
(Comparative Example 3)
In order to form a resistance layer on the elastic layer of the roll on which the elastic layer of Example 1 was formed, a dispersion obtained by dispersing the following mixture in a bead mill was diluted with methanol to obtain a coating solution for the resistance layer. It was. This coating solution was applied to the surface of the elastic layer by a dip coating method, and then heated and dried at 150 ° C. for 15 minutes to form a 10 μm resistance layer, whereby a comparative charging roll 3 was obtained.
The comparative charging roll 3 thus obtained was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.
-Polymer material (copolymer nylon) Alamine CM8000: 100 parts by weight manufactured by Toray Industries, Inc.-Conductive agent (carbon black) MONARCH1000: 12 parts by weight manufactured by Cabot Corporation-Solvent (methanol) 500 parts by weight-Solvent (butanol) 240 parts by weight

(比較例4)
実施例1と同様にして作製したベースロール1の弾性層に対して、実施例1と同様の図9に示す構成を有する装置を用いて、以下に示す手順にて表面層を形成した。
まず、下地に参照試料作製のためのSi基板(5mm×10mm)を粘着テープで貼り付け、図9に示すプラズマCVD装置に導入し、真空チャンバー32内を、圧力が1×10−2Paとなるまで真空排気した。次に、メタンガス100sccmをマスフローコントローラー36を介してガス供給管34から真空チャンバー32に供給すると共にコンダクタンスバルブを調整することにより、真空チャンバー32内の圧力を13Paとし、高周波電源58及びマッチングボックス56により、13.56MHzのラジオ波を出力300Wにセットし、チューナーでマッチングを取り放電電極54から放電を行った。このときの反射波は0Wであった。この状態で、60分間、10rpmの速度で回転させながら成膜し、膜厚0.2μmのダイヤモンドライクカーボン膜付きの帯電部材を得た。
なお、成膜に際しては、実施例1と同様に加熱処理は行わなかった。
このようにして得た比較帯電ロール4を実施例1と同様にして評価した。
結果を表1に示す。
(Comparative Example 4)
With respect to the elastic layer of the base roll 1 produced in the same manner as in Example 1, a surface layer was formed by the following procedure using an apparatus having the same configuration as in Example 1 and shown in FIG.
First, a Si substrate (5 mm × 10 mm) for preparing a reference sample is attached to the base with an adhesive tape, introduced into the plasma CVD apparatus shown in FIG. 9, and the pressure inside the vacuum chamber 32 is 1 × 10 −2 Pa. It was evacuated until. Next, by supplying 100 sccm of methane gas from the gas supply pipe 34 to the vacuum chamber 32 via the mass flow controller 36 and adjusting the conductance valve, the pressure in the vacuum chamber 32 is set to 13 Pa, and the high frequency power source 58 and the matching box 56 are used. A 13.56 MHz radio wave was set to an output of 300 W, matching was performed by a tuner, and discharge was performed from the discharge electrode 54. The reflected wave at this time was 0 W. In this state, the film was formed while rotating at a speed of 10 rpm for 60 minutes to obtain a charging member with a diamond-like carbon film having a thickness of 0.2 μm.
In the film formation, the heat treatment was not performed as in Example 1.
The comparative charging roll 4 thus obtained was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.

Figure 2009258641
Figure 2009258641

このように、本発明の帯電部材は、耐酸化性、及び耐汚染性に優れ、機械的耐久性、すなわち低温・低湿、及び高温・高湿のいずれの環境下においても優れた均一帯電性能を示すことがわかった。   As described above, the charging member of the present invention is excellent in oxidation resistance and contamination resistance, and has mechanical durability, that is, excellent uniform charging performance in any environment of low temperature / low humidity and high temperature / high humidity. I found out.

(実施例6)
実施例1と同様に、基体上に弾性層を形成したベースロール1を作製した後、FCVA装置(島津製作所)を用いてta−C層を弾性層上に形成した。条件は、成膜温度40℃、成膜速度1.5nm/sとし、均一な層を形成させるために、基体と弾性層とからなるロールを30rpmで回転させながら形成した。このようにして膜厚が1.2μmのta−C層を形成した。前述のと同様に、ラマン分光法により結合状態を評価した結果、sp3結合の割合は47%であることがわかった。このようなta−C層上に、実施例1と同様にして表面層を形成し、帯電ロールを得た。
(Example 6)
In the same manner as in Example 1, after producing the base roll 1 having an elastic layer formed on the substrate, a ta-C layer was formed on the elastic layer using an FCVA apparatus (Shimadzu Corporation). The conditions were a film forming temperature of 40 ° C. and a film forming speed of 1.5 nm / s. In order to form a uniform layer, a roll composed of a substrate and an elastic layer was rotated at 30 rpm. In this way, a ta-C layer having a thickness of 1.2 μm was formed. As described above, the binding state was evaluated by Raman spectroscopy, and as a result, it was found that the ratio of sp3 bonds was 47%. A surface layer was formed on such a ta-C layer in the same manner as in Example 1 to obtain a charging roll.

[ブリードの有無の評価]
富士ゼロックス製カラー複写機DocuCentre Color a450のドラムカートリッジに前記帯電ロールを組み込んで感光体に接触させ、温度が50℃で相対湿度が95%という過酷な条件の下に7日間放置した。その後、同機で絵出しをして検査した。ハーフトーン、ブラック、及びホワイトの画像を出し、画像に影響がなければ○、局所的若しくは軽微な影響があれば△、多大な影響があれば×とした。
結果を表2に示す。
[Evaluation of the presence or absence of bleeding]
The charging roll was assembled in a drum cartridge of a Fuji Xerox color copier DocuCenter Color a450 and brought into contact with the photoreceptor, and left for 7 days under severe conditions of a temperature of 50 ° C. and a relative humidity of 95%. After that, the aircraft was pictured and inspected. Halftone, black, and white images were produced, and “◯” if there was no effect on the image, “Δ” if there was a local or minor effect, and “X” if there was a significant effect.
The results are shown in Table 2.

[1万枚印刷後の評価結果]
実施例1と同様にして、低温・低湿条件、及び高温・高湿条件にてそれぞれ1万枚ずつ印刷し、印刷初期と1万枚印刷後に得られた白紙画像及びハーフトーン画像の画質を評価することにより、均一帯電性能について評価した。
結果を表2に示す。
[Evaluation results after printing 10,000 sheets]
In the same manner as in Example 1, 10,000 sheets were printed under low temperature / low humidity conditions and high temperature / high humidity conditions, respectively, and the image quality of blank images and halftone images obtained after the initial printing and after printing 10,000 sheets were evaluated. Thus, the uniform charging performance was evaluated.
The results are shown in Table 2.

(実施例7〜9、比較例5)
実施例6において、ta−C層の膜厚と表面層の膜厚を表2に示すようにした以外は実施例6と同様にして帯電ロールを製造し、ブリードの有無について評価した。
結果を表2に示す。
(Examples 7 to 9, Comparative Example 5)
In Example 6, a charging roll was produced in the same manner as in Example 6 except that the thickness of the ta-C layer and the thickness of the surface layer were as shown in Table 2, and the presence or absence of bleeding was evaluated.
The results are shown in Table 2.

Figure 2009258641
Figure 2009258641

このように、本発明の帯電部材は、高湿度の環境下に長期間放置しても、ブリードを抑制し高品質な画像を描くことができる。   As described above, the charging member of the present invention can draw a high-quality image while suppressing bleeding even when left for a long period of time in a high humidity environment.

本発明の帯電部材の層構成の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section showing an example of a layer structure of the charging member of the present invention. 本発明の帯電部材の層構成の他の例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the other example of the layer structure of the charging member of this invention. 本発明の帯電部材の層構成の他の例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the other example of the layer structure of the charging member of this invention. 本発明の帯電部材の層構成の他の例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the other example of the layer structure of the charging member of this invention. 本発明の帯電部材の表面層の形成に用いる成膜装置の一例を示す概略模式図である。It is a schematic diagram showing an example of a film forming apparatus used for forming the surface layer of the charging member of the present invention. 図5に示す成膜装置において利用することのできるプラズマ発生装置の他の例を示す概略模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of a plasma generator that can be used in the film forming apparatus shown in FIG. 5. 本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an image forming apparatus of the present invention. 本発明のプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the process cartridge of this invention. 本発明の帯電部材の表面層の形成に用いる成膜装置の一例を示す概略模式図である。It is a schematic diagram showing an example of a film forming apparatus used for forming the surface layer of the charging member of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 導電性基体
2 弾性層、または、樹脂層
3 表面層
4 抵抗層
5 基体
6 導電層
7 テトラヘドラルアモルファスカーボン層
10 成膜室
11 排気口
12 基体回転部
13 基体ホルダー
14 基体
15 ガス導入部
16 シャワーノズル
17 プラズマ拡散部
18 高周波電力供給部
19 平板電極
20 ガス導入管
21 高周波放電管部
22 高周波コイル
23 石英管
30 成膜装置(プラズマCVD装置)
32 真空チャンバー
34 ガス供給管
36 マスフローコントローラー
38 圧力調整器
40 ガス供給源
42 排気管
48 モータ
50 ノンコート感光体
54 放電電極
56 マッチングボックス
58 高周波電源
60 キャリアガス供給源
62 原料ガス供給源
64 ガス導入管
1Y、1M、1C、1K、107 感光体(像保持体)
2Y、2M、2C、2K、108 帯電ローラ
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
3a 露光装置
4Y、4M、4C、4K、111 現像装置(現像手段)
5Y、5M、5C、5K 1次転写ローラ
6Y、6M、6C、6K、113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K ユニット
112 転写装置
116 取り付けレール
117 除電露光のための開口部
118 露光のための開口部
100 画像形成装置
200 プロセスカートリッジ、
P、300 記録紙(被転写体)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive base | substrate 2 Elastic layer or resin layer 3 Surface layer 4 Resistance layer 5 Base | substrate 6 Conductive layer 7 Tetrahedral amorphous carbon layer 10 Deposition chamber 11 Exhaust port 12 Base | substrate rotation part 13 Base | substrate holder 14 Base | substrate 15 Gas introduction part 16 Shower nozzle 17 Plasma diffusion unit 18 High frequency power supply unit 19 Flat plate electrode 20 Gas introduction tube 21 High frequency discharge tube unit 22 High frequency coil 23 Quartz tube 30 Film forming apparatus (plasma CVD apparatus)
32 Vacuum chamber 34 Gas supply pipe 36 Mass flow controller 38 Pressure regulator 40 Gas supply source 42 Exhaust pipe 48 Motor 50 Non-coated photoreceptor 54 Discharge electrode 56 Matching box 58 High frequency power supply 60 Carrier gas supply source 62 Raw material gas supply source 64 Gas introduction pipe 1Y, 1M, 1C, 1K, 107 photoconductor (image carrier)
2Y, 2M, 2C, 2K, 108 Charging roller 3Y, 3M, 3C, 3K Laser beam 3a Exposure device 4Y, 4M, 4C, 4K, 111 Developing device (developing means)
5Y, 5M, 5C, 5K Primary transfer rollers 6Y, 6M, 6C, 6K, 113 Photoconductor cleaning device (cleaning means)
8Y, 8M, 8C, 8K toner cartridges 10Y, 10M, 10C, 10K unit 112 transfer device 116 mounting rail 117 opening 118 for static elimination exposure opening 100 for exposure 100 image forming apparatus 200 process cartridge,
P, 300 Recording paper (transfer object)

Claims (8)

表面層を有し、該表面層の少なくとも最表面部に、酸素と、金属元素としてGa及びInからなる群より選択される少なくとも1つを含み、前記表面層の少なくとも最表面部に含まれる前記酸素の含有量が15原子%以上であることを特徴とする帯電部材。   The surface layer includes at least one selected from the group consisting of oxygen and Ga and In as a metal element at least on the outermost surface portion of the surface layer, and included in at least the outermost surface portion of the surface layer. A charging member having an oxygen content of 15 atomic% or more. 前記金属元素がGaであることを特徴とする請求項1に記載の帯電部材。   The charging member according to claim 1, wherein the metal element is Ga. 前記表面層の少なくとも最表面部が水素を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の帯電部材。   The charging member according to claim 1, wherein at least an outermost surface portion of the surface layer contains hydrogen. 前記表面層の少なくとも最表面部を構成する元素のうち、前記金属元素及び酸素、又は、前記金属元素、酸素、及び水素の全元素量に対する各構成比の和が0.95以上であり、かつ、前記酸素及び前記金属元素の組成比(酸素/金属元素)が1.1以上1.5以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の帯電部材。   Of the elements constituting at least the outermost surface portion of the surface layer, the sum of the constituent ratios with respect to the total element amount of the metal element and oxygen, or the metal element, oxygen and hydrogen is 0.95 or more, and The charging member according to any one of claims 1 to 3, wherein a composition ratio (oxygen / metal element) of the oxygen and the metal element is 1.1 or more and 1.5 or less. 前記表面層に含まれる酸素の前記表面層厚み方向における濃度分布が、下層側に向かって減少することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の帯電部材。   5. The charging member according to claim 1, wherein a concentration distribution of oxygen contained in the surface layer in a thickness direction of the surface layer decreases toward a lower layer side. 前記表面層の下層側に、テトラヘドラルアモルファスカーボン層と弾性層とが、表面層側から順に設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の帯電部材。   The charging member according to any one of claims 1 to 5, wherein a tetrahedral amorphous carbon layer and an elastic layer are sequentially provided on the lower layer side of the surface layer from the surface layer side. 請求項1から6のいずれか1項に記載の帯電部材を具備することを特徴とするプロセスカートリッジ。   A process cartridge comprising the charging member according to claim 1. 請求項1から6のいずれか1項に記載の帯電部材を具備することを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the charging member according to claim 1.
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