JP2014232152A - 電子写真感光体およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高階調で画像むらがないといった高画質が実現できる、帯電能の高い電子写真感光体を提供することを目的とする。【解決手段】 円筒状基体１０と、円筒状基体１０の周面上に形成された感光層１１とを備え、感光層１１は、円筒状基体１０の周面上に設けられた第１電荷注入阻止層１１ａと、第１電荷注入阻止層１１ａ上に形成された帯電層１１ｂと、帯電層１１ｂ上に形成された光導電層１１ｃとを少なくとも有し、帯電層１１ｂの比誘電率は、光導電層１１ｃの比誘電率よりも低いことから、高階調で画像むらがないといった高画質が実現できる、帯電能の高い電子写真感光体が実現される。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真感光体およびこれを備えた画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真感光体は、例えば特許文献１に記載されているように円筒状などの基体の表面に、光導電層および表面層などを堆積膜として形成することによって製造されている。堆積膜の形成方法としては、高周波グロー放電によって原料ガスを分解したときの分解生成物を基体に被着させる方法（プラズマＣＶＤ法）が広く採用されている。

このような電子写真感光体は、電子写真方式の画像形成装置に用いられており、オフィス環境の急速なカラー化やプリント・オン・デマンド（ＰＯＤ）のニーズによって、このような画像形成装置においても高階調で画像むらがないといった高画質が求められるようになってきた。したがって、電子写真感光体の帯電能の更なる向上が必要であった。

特開昭６３−１２９３４８号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、高階調で画像むらがないといった高画質が実現できる、帯電能の高い電子写真感光体を提供することを目的とする。

本発明の電子写真感光体は、円筒状基体と、該円筒状基体の周面上に形成された感光層とを備え、該感光層は、前記円筒状基体の周面上に設けられた第１電荷注入阻止層と、該第１電荷注入阻止層上に形成された帯電層と、該帯電層上に形成された光導電層とを少なくとも有し、前記帯電層の比誘電率は、前記光導電層の比誘電率よりも低いことを特徴とする。

また、本発明の電子写真感光体は、上記構成において、前記帯電層と前記光導電層との間に、第２電荷注入阻止層をさらに有することを特徴とする。

さらに、本発明の電子写真感光体は、上記構成において、前記第１電荷注入阻止層、前記第２電荷注入阻止層および光導電層は、アモルファスシリコン系材料からなり、帯電層は、アモルファスシリコン系材料またはアモルファスカーボンからなることを特徴とする。

また、本発明の電子写真感光体は、上記構成において、前記光導電層上に表面層および保護層が順次形成されたことを特徴とする。

さらに、本発明の電子写真感光体は、上記構成において、前記表面層がシリコンを主体とする非単結晶材料で構成されて、前記保護層が炭素を主体とする非単結晶材料で構成されていることを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、上記いずれかの電子写真感光体を備えることを特徴とする。

本発明の電子写真感光体によれば、円筒状基体と、該円筒状基体の周面上に形成された感光層とを備え、該感光層は、前記円筒状基体の周面上に形成された第１電荷注入阻止層と、該第１電荷注入阻止層上に形成された帯電層と、該帯電層上に形成された光導電層とを少なくとも有し、前記帯電層の比誘電率は、前記光導電層の比誘電率よりも低いことから、高階調で画像むらがないといった高画質が実現できる、帯電能の高い電子写真感光体が実現される。

（ａ）は本発明の電子写真感光体の実施の形態の例を示す断面図である。（ｂ）は（ａ）の要部断面図である。 堆積膜形成装置の縦断面図である。 本発明の画像形成装置の実施の形態の例を示す断面図である。 図１に示した電子写真感光体の第１変形例の感光層の要部断面図である。 図１に示した電子写真感光体の第２変形例の感光層の要部断面図である。

以下、本発明の電子写真感光体およびこれを備えた画像形成装置の実施の形態の例について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の例は本発明の実施の形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施の形態の例に限定されるものではない。

（電子写真感光体）
図１に示した電子写真感光体１は、円筒状基体１０と、円筒状基体１０の周面上に形成された感光層１１とを備えている。感光層１１は、円筒状基体１０の周面上に形成された第１電荷注入阻止層１１ａと、第１電荷注入素子層１１ａ上に形成された帯電層１１ｂと、帯電層１１ｂ上に形成された光導電層１１ｃとを有している。

円筒状基体１０は、感光層１１の支持体となるものであり、少なくとも表面に導電性を有するものとして形成される。この円筒状基体１０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、スズ（Ｓｎ）、金（Ａｕ）および銀（Ａｇ）などの金属材料あるいはこれら例示した金属材料を含む合金材料によって、全体が導電性を有するものとして形成されている。円筒状基体１０は、樹脂、ガラスあるいはセラミックスなどの絶縁体の表面に、例示した金属材料ならびにＩＴＯ（Indium Tin Oxide）あるいはＳｎＯ_２などの透明導電性材料による導電性膜を被着したものであってもよい。例示した材料のうち、円筒状基体１０を形成するための材料としては、アルミニウム（Ａｌ）系材料を用いるのが最も好ましく、また円筒状基体１０の全体をアルミニウム（Ａｌ）系材料で形成するのが好ましい。そうすれば、電子写真感光体１を軽量かつ低コストで製造可能であり、その上、第１電荷注入阻止層１１ａをアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料で形成する場合には、それらの層と円筒状基体１０との間の密着性が高くなって信頼性を向上させることができる。

第１電荷注入阻止層１１ａは、円筒状基体１０からのキャリア（電子）の注入を阻止するためのものであり、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料で形成されている。アモルファスシリコン系材料とは、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）およびアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）にドーパントとしてホウ素（Ｂ）、窒素（Ｎ）および酸素（Ｏ）を含有させたものをいう。第１電荷注入阻止層１１ａの厚みは１μｍ以上１０μｍ以下とされている。

帯電層１１ｂは、後に説明する帯電器１１１などによって電子写真感光体１の表面に帯
電したプラスの電荷を保持するためのものであり、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料またはアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）で形成されている。さらに、これらの材料のいずれの場合にも、ドーパントとしてホウ素（Ｂ）あるいはリン（Ｐ）を含有していてもよい。本例の帯電層１１ｂは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料で形成されている。なお、帯電層１１ｂは、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）で形成されていてもよい。

また、帯電層１１ｂの厚みは、使用する光導電性材料および所望の電子写真特性に応じて適宜設定すればよく、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料またはアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）を用いて帯電層１１ｂを形成する場合には、帯電層１１ｂの厚みは、例えば３μｍ以上１００μｍ以下、好適には５μｍ以上８０μｍ以下とされる。

光導電層１１ｃは、レーザ光などの光照射によってキャリアを発生させるためのものであり、電荷生成層と呼ばれることもある。光導電層１１ｃは、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料、Ｓｅ−ＴｅあるいはＡｓ_２Ｓｅ_３などのアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）系材料で形成されている。本例の光導電層１１ｃは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）に炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）および酸素（Ｏ）などを加えたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料で形成されており、ドーパントとしてホウ素（Ｂ）を含有している。

また、光導電層１１ｃの厚みは、使用する光導電性材料および所望の電子写真特性に応じて適宜設定すればよく、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料を用いて光導電層１１ｃを形成する場合には、光導電層１１ｃの厚みは、例えば３μｍ以上１００μｍ以下、好適には５μｍ以上８０μｍ以下とされる。

そして、帯電層１１ｂおよび光導電層１１ｃの比誘電率は、例えば、それぞれ３〜１２および５〜１４の範囲で設定されるとともに、帯電層１１ｂの比誘電率は光導電層１１ｃの比誘電率よりも低くされている。本例の電子写真感光体ではアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料で形成されている帯電層１１ｂおよび光導電層１１ｃの比誘電率は、それぞれ９および１１に設定されている。このように帯電層１１ｂおよび光導電層１１ｃの比誘電率を設定することで、感光層１１の厚みを厚くすることなく電子写真感光体１の帯電能を向上させることができる。すなわち、従来の電子写真感光体の感光層の厚みと同等の厚みの感光層１１であっても、帯電能は従来の電子写真感光体よりも高くすることができる。

帯電層１１ｂを設けない従来の電子写真感光体の帯電能を向上させるには、一般的に光導電層の厚みを厚くすること、および光導電層の比誘電率を低くすることが考えられる。

しかしながら、光導電層の厚みを厚くすると、光導電層の成膜時間が長くなることによって、電子写真感光体の生産性が悪くなるばかりか、ひいては電子写真感光体の製造コストアップとなり好ましくない。また、光導電層の比誘電率を低くするためには、光導電層に用いる材料を変更する必要があるため、光導電層の光吸収スペクトルも異なる。よって、既に画像形成装置に組み込まれている電子写真感光体の帯電能の向上を目的として光導電層の比誘電率を低くすると、画像形成装置に組み込んだ露光器が発する光の波長を変更しなければならず、画像形成装置の大掛かりな設計変更を余儀なくされるため好ましくない。さらに、光導電層の光吸収スペクトルに適した露光器の光源が存在しない場合には、露光器の開発を余儀なくされるか、所望の露光特性が得られないという問題が発生するために好ましくない。

そこで、本願発明者は、電子写真感光体の生産性を高く維持しつつ、従来の画像形成装置に組み込まれている露光器などの大掛かりな設計変更を伴うことなく、電子写真感光体
の帯電能を向上させる手段として、光導電層１１ｃは、既に画像形成装置に組み込まれている電子写真感光体の光導電層の光吸収スペクトルと同等の光吸収スペクトルを有するものとした。そして、光導電層１１ｃと電荷注入素子層１１ａとの間に帯電層１１ｂを配置した。帯電層１１ｂの比誘電率は、光導電層１１ｃの比誘電率よりも低くされているため、電子写真感光体１の表面に帯電したプラスの電荷を保持する能力を高くすることが可能となる。

電子写真感光体１における第１電荷注入阻止層１１ａ、帯電層１１ｂおよび光導電層１１ｃは、例えば図２に示したプラズマＣＶＤ装置２を用いて形成される。

（プラズマＣＶＤ装置）
プラズマＣＶＤ装置２は、支持体３を真空反応室４に収容したものであり、回転手段５、原料ガス供給手段６および排気手段７をさらに備えている。

支持体３は、円筒状基体１０を支持するためのものである。この支持体３は、フランジ部３０を有する中空状に形成されているとともに、円筒状基体１０と同様な導電性材料で全体が導体として形成されている。本例の場合において、支持体３は、２つの円筒状基体１０を支持できる長さに形成されており、導電性支柱３１に対して着脱自在とされている。そのため、支持体３では、支持した２つの円筒状基体１０の表面に直接触れることなく、真空反応室４に対して２つの円筒状基体１０の出し入れを行なうことができる。

導電性支柱３１は、円筒状基体１０と同様な導電性材料で全体が導体として形成されており、真空反応室４（後述する円筒状電極４０）の中心において、後述するプレート４２に対して絶縁材３２を介して固定されている。導電性支柱３１には、導板３３を介して直流電源３４が接続されている。この直流電源３４は、制御部３５によってその動作が制御されている。制御部３５は、直流電源３４を制御することにより、導電性支柱３１を介して、支持体３にパルス状の直流電圧を供給させるように構成されている。

導電性支柱３１の内部には、セラミックパイプ３６を介してヒータ３７が収容されている。セラミックパイプ３６は、絶縁性および熱伝導性を確保するためのものである。ヒータ３７は、円筒状基体１０を加熱するためのものである。ヒータ３７としては、例えばニクロム線あるいはカートリッジヒーターを使用することができる。

ここで、支持体３の温度は、例えば支持体３あるいは導電性支柱３１に取り付けられた熱電対（図示を省略）によってモニタされており、この熱電対におけるモニタ結果に基づいてヒータ３７をオン・オフさせることによって、円筒状基体１０の温度が目的範囲、例えば２００℃以上４００℃以下から選択される一定の範囲に維持される。

真空反応室４は、円筒状基体１０に対して堆積膜を形成するための空間であり、円筒状電極４０および一対のプレート４１、４２によって規定されている。

円筒状電極４０は、支持体３の周囲を囲む円筒状に形成される。この円筒状電極４０は、円筒状基体１０と同様な導電性材料で中空に形成されており、絶縁部材４３、４４を介して一対のプレート４１、４２に接合されている。

円筒状電極４０は、支持体３に支持させた円筒状基体１０と円筒状電極４０との間の距離Ｄ１が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下となるような大きさに形成されている。これは、円筒状基体１０と円筒状電極４０との距離Ｄ１が１０ｍｍよりも小さい場合には、真空反応室４に対する円筒状基体１０の出し入れなどにおいて作業性を充分に確保できず、また円筒状基体１０と円筒状電極４０との間で安定した放電を得ることが困難となるためである
。逆に、円筒状基体１０と円筒状電極４０との距離Ｄ１が１００ｍｍよりも大きい場合には、プラズマＣＶＤ装置２が大きくなってしまい、単位設置面積当たりの生産性が悪くなるためである。

円筒状電極４０は、ガス導入口４５ａ、４５ｂおよび複数のガス吹き出し孔４６が設けられているとともに、その一端において接地されている。なお、円筒状電極４０は、必ずしも接地する必要はなく、直流電源３４とは別の基準電源に接続してもよい。円筒状電極４０を直流電源３４とは別の基準電源に接続する場合には、基準電源における基準電圧は−１５００Ｖ以上１５００Ｖ以下とされる。

ガス導入口４５ａは、真空反応室４に供給すべき光導電層１１ｃのドーパント専用の原料ガスを導入するためのものであり、ガス導入口４５ｂは、真空反応室４に供給すべき原料ガスを導入するためのものであり、いずれのガス導入口４５ａ、４５ｂも原料ガス供給手段６に接続されている。ガス導入口４５ａは、真空反応室４の略中央の高さ位置に設置されていて、ガス導入口４５ｂは、真空反応室４内に設置される支持体３の両端位置に相当する高さ位置にそれぞれ設置されている。

複数のガス吹き出し孔４６は、円筒状電極４０の内部に導入された原料ガスを円筒状基体１０に向けて吹き出すためのものであり、図の上下方向に等間隔になるように配置されているとともに、周方向にも等間隔で配置されている。複数のガス吹き出し孔４６は、同一形状の円形に形成されており、その孔径は、例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とされている。

プレート４１は、真空反応室４が開放された状態と閉塞された状態とを選択可能とするためのものであり、プレート４１を開閉することによって真空反応室４に対する支持体３の出し入れが可能とされている。プレート４１は、円筒状基体１０と同様な導電性材料で形成されているが、下面側に防着板４７が取着されている。これにより、プレート４１に対して堆積膜が形成されるのを防止している。この防着板４７もまた、円筒状基体１０と同様な導電性材料で形成されているが、防着板４７はプレート４１に対して着脱自在とされている。そのため、防着板４７は、プレート４１から取り外すことによって洗浄が可能であり、繰り返し使用することができる。

プレート４２は、真空反応室４のベースとなるものであり、円筒状基体１０と同様な導電性材料で形成されている。プレート４２と円筒状電極４０との間に介在する絶縁部材４４は、円筒状電極４０とプレート４２との間にアーク放電が発生するのを抑える役割を有するものである。このような絶縁部材４４は、例えばガラス材料（ホウ珪酸ガラス、ソーダガラス、耐熱ガラスなど）、無機絶縁材料（セラミックス、石英、サファイヤなど）あるいは合成樹脂絶縁材料（四フッ化エチレンなどのフッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ビニロン、エポキシ、マイラー、ＰＥＥＫ材など）で形成することができるが、絶縁性を有し、使用温度で充分な耐熱性があり、真空中でガスの放出が小さい材料であれば特に限定はない。ただし、絶縁部材４４は、成膜体の内部応力あるいは成膜時の温度上昇に伴って生じるバイメタル効果に起因する応力によって反りが発生して使用できなくなるのを防止するために、一定以上の厚みを有するものとして形成されている。例えば、絶縁部材４４を四フッ化エチレンのような熱膨張率が３×１０^−５／Ｋ以上１０×１０^５／Ｋ以下の材料で形成する場合には、絶縁部材４４の厚みは１０ｍｍ以上に設定される。このような範囲に絶縁部材４４の厚みを設定した場合には、絶縁部材４４と円筒状基体１０上に成膜される１０μｍ以上３０μｍ以下のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料との界面に発生する応力に起因する反り量が、水平方向（円筒状基体１０の軸方向に略直交する半径方向）の長さ２００ｍｍに対して、水平方向における端部と中央部との軸
方向における高さの差で１ｍｍ以下とすることができ、絶縁部材４４を繰り返し使用することが可能となる。

プレート４２および絶縁部材４４には、ガス排出口４２Ａ、４４Ａおよび圧力計４９が設けられている。排気口４２Ａ、４４Ａは、真空反応室４の内部の気体を排出するためのものであり、排気手段７に接続されている、圧力計４９は、真空反応室４の圧力をモニタリングするためのものであり、公知の種々のものを使用することができる。

図２に示したように、回転手段５は、支持体３を回転させるためのものであり、回転モータ５０および回転力伝達機構５１を有している。回転手段５によって支持体３を回転させて成膜を行なった場合には、支持体３とともに円筒状基体１０が回転するために、円筒状基体１０の外周に対して均等に原料ガスの分解成分を堆積させることが可能となる。

回転モータ５０は、円筒状基体１０に回転力を付与するものである。この回転モータ５０は、例えば円筒状基体１０を１ｒｐｍ以上１０ｒｐｍ以下で回転させるように動作制御される。回転モータ５０としては、公知の種々のものを使用することができる。

回転力伝達機構５１は、回転モータ５０からの回転力を円筒状基体１０に伝達・入力するためのものであり、回転導入端子５２、絶縁軸部材５３および絶縁平板５４を有している。

回転導入端子５２は、真空反応室４内の真空を保ちながら回転力を伝達するためのものである。このような回転導入端子５２としては、回転軸を二重もしくは三重構造としてオイルシールあるいはメカニカルシールなどの真空シール手段を用いることができる。

絶縁軸部材５３および絶縁平板５４は、支持体３とプレート４１との間の絶縁状態を維持しつつ、回転モータ５０からの回転力を支持体３に入力するためのものであり、例えば絶縁部材４４などの同様な絶縁材料で形成されている。ここで、絶縁軸部材５３の外径Ｄ２は、成膜時において、支持体３の外径（後述する上ダミー基体３８Ｃの内径）Ｄ３よりも小さくなるように設定されている。より具体的には、成膜時における円筒状基体１０の温度が２００℃以上４００℃以下に設定される場合であれば、絶縁軸部材５３の外径Ｄ２は、支持体３の外径（後述する上ダミー基体３８Ｃの内径）Ｄ３よりも０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下、好適には３ｍｍ程度大きくなるように設定される。この条件を満たすために、非成膜時（常温環境下（例えば１０℃以上４０℃以下））においては、絶縁軸部材５３の外径Ｄ２と支持体３の外径（後述する上ダミー基体３８Ｃの内径）Ｄ３との差は、０．６ｍｍ以上５．５ｍｍ以下に設定される。

絶縁平板５４は、プレート４１を取り外しするときに上方から落下するゴミや粉塵などの異物が円筒状基体１０へ付着するのを防止するためのものであり、上ダミー基体３８Ｃの内径Ｄ３より大きな外径Ｄ４を有する円板状に形成されている。絶縁平板５４の直径Ｄ４は、円筒状基体１０の直径Ｄ３の１．５倍以上３倍以下とされ、例えば円筒状基体１０として直径Ｄ３が３０ｍｍのものを用いる場合には、絶縁平板５４の直径Ｄ４は５０ｍｍ程度とされる。

このような絶縁平板５４を設けた場合には、円筒状基体１０に付着した異物に起因する異常放電を抑制することができるため、成膜欠陥の発生を抑制することができる。これにより、電子写真感光体１を形成する際の歩留まりを向上させ、また電子写真感光体１を用いて画像形成する場合における画像不良の発生を抑制することができる。

図２に示したように、原料ガス供給手段６は、複数の原料ガスタンク６０、６１、６２
、６３、光導電層１１ｃのドーパント専用ガスタンク６４、複数の配管６０Ａ、６１Ａ、６２Ａ、６３Ａ、６４Ａ、バルブ６０Ｂ、６１Ｂ、６２Ｂ、６３Ｂ、６４Ｂ、６０Ｃ、６１Ｃ、６２Ｃ、６３Ｃ、６４Ｃおよび複数のマスフローコントローラ６０Ｄ、６１Ｄ、６２Ｄ、６３Ｄ、６４Ｄを備えたものであり、配管６５ａ、６５ｂおよびガス導入口４５ａ、４５ｂを介して円筒状電極４０に接続されている。各原料ガスタンク６０〜６４は、例えばＢ_２Ｈ_６、Ｈ_２（またはＨｅ）、ＣＨ_４あるいはＳｉＨ_４が充填されたものである。バルブ６０Ｂ〜６４Ｂ、６０Ｃ〜６４Ｃおよびマスフローコントローラ６０Ｄ〜６４Ｄは、真空反応室４に導入する各原料ガス成分または光導電層１１ｃのドーパント専用ガス成分の流量、組成およびガス圧を調整するためのものである。もちろん、原料ガス供給手段６においては、各原料ガスタンク６０〜６４に充填すべきガスの種類、あるいは複数の原料タンク６０〜６４の数は、円筒状基体１０に形成すべき膜の種類あるいは組成に応じて適宜選択すればよい。

排気手段７は、真空反応室４のガスをガス排出口４２Ａ、４４Ａを介して外部に排出するためのものであり、メカニカルブースタポンプ７１およびロータリーポンプ７２を備えている。これらのポンプ７１、７２は、圧力計４９でのモニタリング結果に応じて動作制御されるものである。すなわち、排気手段７では、圧力計４９でのモニタリング結果に基づいて、真空反応室４を真空に維持できるとともに、真空反応室４のガス圧を目的値に設定することができる。真空反応室４の圧力は、例えば１Ｐａ以上１００Ｐａ以下とされる。

（感光層の形成方法）
次に、プラズマＣＶＤ装置２を用いて円筒状基体１０に感光層１１としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料の膜が形成された電子写真感光体１（図１を参照）を作製する場合を例にとって説明する。

まず、円筒状基体１０に堆積膜（ａ−Ｓｉ系材料の膜）を形成するにあたっては、プラズマＣＶＤ装置２のプレート４１を取り外した上で、複数の円筒状基体１０（図面上は２つ）を支持した支持体３を真空反応室４の内部にセットし、再びプレート４１を取り付ける。

支持体３に対する２つの円筒状基体１０の支持にあたっては、フランジ部３０上に、支持体３の主要部を覆って下ダミー基体３８Ａ、円筒状基体１０、中間ダミー基体３８Ｂ、円筒状基体１０および上ダミー基体３８Ｃが順次積み上げられる。

各ダミー基体３８Ａ〜３８Ｃとしては、製品の用途に応じて、導電性または絶縁性基体の表面に導電処理を施したものが選択されるが、通常は、円筒状基体１０と同様な材料で円筒状に形成されたものが使用される。

ここで、下ダミー基体３８Ａは、円筒状基体１０の高さ位置を調整するためのものである。中間ダミー基体３８Ｂは、隣接する円筒状基体１０の端部間で生じるアーク放電に起因する円筒状基体１０に成膜不良が発生するのを抑制するためのものである。この中間ダミー基体３８Ｂとしては、その長さがアーク放電を防止できる最低限の長さ（本例では１ｃｍ）以上を有し、その表面側角部が曲面加工で曲率０．５ｍｍ以上または端面加工でカットされた部分の軸方向の長さおよび深さ方向の長さが０．５ｍｍ以上となるように面取りされたものが使用される。上ダミー基体３８Ｃは、支持体３に堆積膜が形成されるのを防止し、成膜中に一旦被着した成膜体の剥離に起因する成膜不良の発生を抑制するためのものである。上ダミー基体３８Ｃは、一部が支持体３の上方に突出した状態とされる。

次いで、真空反応室４を密閉状態とし、回転手段５によって支持体３を介して円筒状基
体１０を回転させるとともに、円筒状基体１０を加熱し、排気手段７によって真空反応室４を減圧する。

円筒状基体１０の加熱は、例えばヒータ３７に対して外部から電力を供給してヒータ３７を発熱させることによって行なわれる。このようなヒータ３７の発熱によって、円筒状基体１０が目的とする温度に昇温される。円筒状基体１０の温度は、その表面に形成すべき膜の種類および組成によって選択されるが、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料の膜を形成する場合には２５０℃以上３００℃以下の範囲に設定され、ヒータ３７をオン・オフすることによって略一定に維持される。

一方、真空反応室４の減圧は、排気手段７によってガス排出口４２Ａ、４４Ａを介して真空反応室４からガスを排出させることによって行なわれる。真空反応室４の減圧の程度は、圧力計４９（図２を参照）での真空反応室４の圧力をモニタリングしつつ、メカニカルブースタポンプ７１（図２を参照）およびロータリーポンプ７２（図２参照）の動作を制御することにより、例えば１０^−３Ｐａ程度とされる。

次いで、円筒状基体１０の温度が所望温度となり、真空反応室４の圧力が所望圧力となった場合には、原料ガス供給手段６によって真空反応室４に原料ガスを供給するとともに、円筒状電極４０と支持体３との間にパルス状の直流電圧を印加する。これにより、円筒状電極４０と支持体３（円筒状基体１０）との間にグロー放電が起こり、原料ガス成分が分解され、原料ガスの分解成分が円筒状基体１０の表面に堆積する。

一方、排気手段７においては、圧力計４９のモニタリングをしつつ、メカニカルブースタポンプ７１およびロータリーポンプ７２の動作を制御することにより、真空反応室４におけるガス圧を目的範囲に維持する。すなわち、真空反応室４の内部は、原料ガス供給手段６におけるマスフローコントローラ６０Ｄ〜６３Ｄと排気手段７におけるポンプ７１、７２とによって安定したガス圧に維持される。真空反応室４におけるガス圧は、例えば１Ｐａ以上１００Ｐａ以下とされる。

真空反応室４への原料ガスの供給は、バルブ６０Ｂ〜６４Ｂ、６０Ｃ〜６４Ｃの開閉状態を適宜制御しつつ、マスフローコントローラ６０Ｄ〜６４Ｄを制御することにより、原料ガスタンク６０〜６４の原料ガスを所望の組成および流量で配管６０Ａ〜６４Ａ、６５ａ、６５ｂおよびガス導入口４５ａ、４５ｂを介して円筒状電極４０の内部に導入することによって行なわれる。円筒状電極４０の内部に導入された原料ガスは、複数のガス吹き出し孔４６を介して円筒状基体１０に向けて吹き出される。そして、バルブ６０Ｂ〜６４Ｂ、６０Ｃ〜６４Ｃおよびマスフローコントローラ６０Ｄ〜６４Ｄによって原料ガスの組成を適宜切り替えることによって、円筒状基体１０の表面には、第１電荷注入阻止層１１ａ、帯電層１１ｂおよび光導電層１１ｃが順次積層形成される。

ここで、電荷注入阻止層１１、帯電層１１ｂおよび光導電層１１ｃの形成にあたっては、原料ガス供給手段６におけるマスフローコントローラ６０Ｄ〜６４Ｄおよびバルブ６０Ｂ〜６４Ｂ、６０Ｃ〜６４Ｃを制御し、目的とする組成の原料ガスが真空反応室４に供給されるのは上述の通りである。

例えば、電荷注入阻止層１１をアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系の堆積膜として形成する場合には、原料ガスとして、ＳｉＨ_４（シランガス）などのシリコン（Ｓｉ）含有ガス、Ｂ_２Ｈ_６などのドーパント含有ガスおよび水素（Ｈ_２）あるいはヘリウム（Ｈｅ）などの希釈ガスの混合ガスが用いられる。ドーパント含有ガスとしては、ホウ素（Ｂ）含有ガスの他に、窒素（Ｎ）および酸素（Ｏ）含有ガスを用いることもできる。

帯電層１１ｂおよび光導電層１１ｃをアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系の堆積膜として形成する場合には、原料ガスとして、ＳｉＨ₄（シランガス）などのシリコン（Ｓｉ
）含有ガスおよび水素（Ｈ_２）あるいはヘリウム（Ｈｅ）などの希釈ガスの混合ガスが用いられる。光導電層１１ｃにおいては、ダングリングボンド終端用に水素（Ｈ）あるいはハロゲン元素（Ｆ、Ｃｌ）を膜中に１原子％以上４０原子％以下含有させるように、希釈ガスとして水素ガスを用い、あるいは原料ガス中にハロゲン化合物を含ませておいてもよい。また、原料ガスには、暗導電率および光導電率などの電気的特性および光学的バンドギャップなどについて所望の特性を得るために、ドーパントとして周期表第１２族、第１３族元素（以下「第１２族元素」、「第１３族元素」と略す）あるいは周期表第１５族、第１６族元素（以下「第１５族元素」、「第１６族元素」と略す）を含有させ、上記諸特性を調整するために炭素（Ｃ）および酸素（Ｏ）などの元素を含有させてもよい。

例えば、第１３族元素および第１５族元素としては、それぞれホウ素（Ｂ）およびリン（Ｐ）が共有結合性に優れて半導体特性を敏感に変え得る点、および優れた光感度が得られるという点で望ましい。電荷注入阻止層１１に対して第１３族元素あるいは第１５族元素を炭素（Ｃ）および酸素（Ｏ）などの元素とともに含有させる場合には、第１３族元素の含有量は０．１ｐｐｍ以上２００００ｐｐｍ以下、第１５族元素の含有量は０．１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下となるように調整される。また、光導電層１１ｃに対して第１３族元素あるいは第１５族元素を炭素（Ｃ）および酸素（Ｏ）などの元素とともに含有させる場合には、あるいは、電荷注入阻止層１１および光導電層１１ｃに対して炭素（Ｃ）および酸素（Ｏ）などの元素を含有させない場合には、第１３族元素は０．０１ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下、第１５族元素は０．０１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下となるように調整される。なお、原料ガスにおける第１３族元素あるいは第１５族元素の含有量を経時的に変化させることによって、これらの元素の濃度について層厚方向にわたって勾配を設けるようにしてもよい。この場合には、光導電層１１ｃにおける第１３族元素あるいは第１５族元素の含有量は、光導電層１１ｃの全体における平均含有量が上記範囲内であればよい。

また、光導電層１１ｃについては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料に微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を含んでいてもよく、この微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を含ませた場合には、暗導電率および光導電率を高めることができるので、光導電層２２の設計自由度が増すといった利点がある。このような微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）は、先に説明した成膜方法を採用し、その成膜条件を変えることによって形成することができる。例えば、グロー放電分解法では、円筒状基体１０の温度および直流パルス電力を高めに設定し、希釈ガスとしての水素流量を増すことによって形成できる。また、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を含む光導電層１１ｃにおいても、先に説明したのと同様な元素（第１３族元素、第１５族元素、炭素（Ｃ）および酸素（Ｏ）など）を添加してもよい。

円筒状電極４０と支持体３との間へのパルス状の直流電圧を印加は、制御部３５によって直流電源３４を制御することによって行なわれる。

一般に、１３．５６ＭＨｚのＲＦ帯域以上の高周波電力を使用した場合は、空間で生成されたイオン種が電界によって加速され、正負の極性に応じた方向に引き寄せられることになるが、高周波交流によって電界が連続して反転することから、前記イオン種が円筒状基体１０あるいは放電電極に到達するよりも前に、空間中で再結合を繰り返し、再度ガスまたはポリシリコン粉体などのシリコン化合物となって排気される。

これに対して、円筒状基体１０側が正負いずれかの極性になるようなパルス状の直流電圧を印加してカチオンを加速させて円筒状基体１０に衝突させ、その衝撃によって表面の微細な凹凸をスパッタリングしながらアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料の成膜を
行なった場合には、極めて凹凸の少ない表面を持ったアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料の膜が得られる。本発明者らはこの現象を“イオンスパッタリング効果”と名付けた。

このようなプラズマＣＶＤ法において効率よくイオンスパッタリング効果を得るには、極性の連続的な反転を避けるような電力を印加することが必要であり、前記パルス状の矩形波の他には、三角波、極性の反転しない直流電圧が有用である。また、全ての電圧が正負いずれかの極性になるように調整された交流電圧などでも同様の効果が得られる。印加電圧の極性は、原料ガスの種類によってイオン種の密度および堆積種の極性などから決まる成膜速度などを考慮して自由に調整できる。

ここで、パルス状電圧によって効率よくイオンスパッタリング効果を得るには、支持体３（円筒状基体１０）と円筒状電極４０との間の電位差は、例えば５０Ｖ以上３０００Ｖ以下の範囲内とされ、成膜レートを考慮した場合には、好ましくは５００Ｖ以上３０００Ｖ以下の範囲内とされる。

より具体的には、制御部３５は、円筒状電極４０が接地されている場合には、支持体（導電性支柱３１）に対して、−３０００Ｖ以上−５０Ｖ以下の範囲内の負のパルス状直流電位Ｖ１を供給し、あるいは５０Ｖ以上３０００Ｖ以下の範囲内の正のパルス状直流電位Ｖ１を供給する。

一方、円筒状電極４０が基準電極（図示を省略）に接続されている場合には、支持体（導電性支柱３１）に対して供給するパルス状直流電位Ｖ１は、目的とする電位差ΔＶと基準電源から供給される電位Ｖ２との差の値（ΔＶ−Ｖ２）とされる。基準電源から供給する電位Ｖ２は、支持体３（円筒状基体１０）に対して負のパルス状電圧を印加する場合には、−１５００Ｖ以上１５００Ｖ以下とされ、支持体３（円筒状基体１０）に対して正のパルス状電圧を印加する場合には、−１５００Ｖ以上１５００Ｖ以下とされる。

制御部３５はまた、直流電圧の周波数（１／Ｔ（ｓｅｃ））が３００ｋＨｚ以下に、ｄｕｔｙ比（Ｔ１／Ｔ）が２０％以上９０％以下になるように直流電源３４を制御する。

なお、本発明におけるｄｕｔｙ比とは、パルス状の直流電圧の１周期（Ｔ）（円筒状基体１０と円筒状電極４０との間に電位差が生じた瞬間から、次に電位差が生じた瞬間までの時間）における電位差発生Ｔ１が占める時間割合と定義される。例えば、ｄｕｔｙ比２０％とは、パルス状の電圧を印加する際の、１周期に占める電位差発生（ＯＮ）時間が１周期全体の２０％であることをいう。

このイオンスパッタリング効果を利用して得られたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料の光導電層１１ｃは、その厚みが１０μｍ以上となっても、表面の微細凹凸が小さく平滑性がほとんど損なわれない。

円筒状基体１０に対する膜形成が終了した場合には、支持体３から円筒状基体１０を抜き取ることにより、図１に示した電子写真感光体１を得ることができる。そして、成膜後は、成膜残渣を取り除くため、真空反応室４内の各部材を分解し、酸、アルカリあるいはブラストなどの洗浄を行ない、次回の成膜時に欠陥不良となる発塵が無いようにウエットエッチングを行なう。また、ウエットエッチングに代えて、ハロゲン系（ＣｌＦ_３、ＣＦ_４、ＮＦ_３、ＳｉＦ_６またはこれらの混合ガス）のガスを用いてガスエッチングを行なうことも有効である。

（画像形成装置）
図３に示す画像形成装置は、画像形成方式としてカールソン法を採用したものであり、電子写真感光体１、帯電器１１１、露光器１１２、現像器１１３、転写器１１４、定着器１１５、クリーニング器１１６および除電器１１７を備えている。

帯電器１１１は、電子写真感光体１の表面を正極性に帯電する役割を担うものである。帯電電圧は、例えば２００Ｖ以上１０００Ｖ以下に設定される。本実施形態において帯電器１１１は、例えば芯金を導電性ゴムあるいはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）によって被覆して構成される接触型帯電器が採用されているが、これに代えて、放電ワイヤを備える非接触型帯電器（例えばコロナ帯電器）を採用してもよい。

露光器１１２は、電子写真感光体１に静電潜像を形成する役割を担うものである。具体的には、露光器１１２は、画像信号に応じて特定波長（例えば６５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）の露光光（例えばレーザ光）を電子写真感光体１に照射することによって、帯電状態にある電子写真感光体１の露光光照射部分の電位を減衰させて静電潜像を形成する。露光器１１２としては、例えば複数のＬＥＤ素子（波長：６８０ｎｍ）を配列させてなるＬＥＤヘッドを採用することができる。

もちろん、露光器１１２の光源としては、ＬＥＤ素子に代えてレーザ光を出射可能なものを使用することもできる。つまり、ＬＥＤヘッドなどの露光器１１２に代えて、ポリゴンミラーを含んでなる光学系を使用してもよい。あるいは、原稿からの反射光を通すレンズおよびミラーを含んでなる光学系を採用することによって、複写機の構成の画像形成装置とすることもできる。

現像器１１３は、電子写真感光体１の静電潜像を現像してトナー像を形成する役割を担うものである。本例における現像器１１３は、現像剤（トナー）Ｔを磁気的に保持する磁気ローラ１１３Ａを備えている。

現像剤Ｔは、電子写真感光体１の表面上に形成されるトナー像を構成するものであり、現像器１１３において摩擦帯電する。現像剤Ｔとしては、例えば、磁性キャリアおよび絶縁性トナーを含んでなる２成分系現像剤と、磁性トナーを含んでなる１成分系現像剤とが挙げられる。

磁気ローラ１１３Ａは、電子写真感光体１の表面（現像領域）に現像剤を搬送する役割を担うものである。磁気ローラ１１３Ａは、現像器１１３において摩擦帯電した現像剤Ｔを一定の穂長に調整された磁気ブラシの形で搬送する。この搬送された現像剤Ｔは、電子写真感光体１の現像領域において、静電潜像との静電引力によって電子写真感光体１の表面に付着してトナー像を形成する（静電潜像を可視化する）。トナー像の帯電極性は、正規現像によって画像形成が行なわれる場合には電子写真感光体１の表面の帯電極性と逆極性とされ、反転現像によって画像形成が行なわれる場合には電子写真感光体１の表面の帯電極性と同極性とされる。

なお、現像器１１３は、本例においては乾式現像方式を採用しているが、液体現像剤を用いた湿式現像方式を採用してもよい。

転写器１１４は、電子写真感光体１と転写器１１４との間の転写領域に供給された記録媒体Ｐに、電子写真感光体１のトナー像を転写する役割を担うものである。本例における転写器１１４は、転写用チャージャ１１４Ａおよび分離用チャージャ１１４Ｂを備えている。転写器１１４では、転写用チャージャ１１４Ａにおいて記録媒体Ｐの背面（非記録面）がトナー像とは逆極性に帯電され、この帯電電荷とトナー像との静電引力によって、記録媒体Ｐ上にトナー像が転写される。また、転写器１１４では、トナー像の転写と同時的
に、分離用チャージャ１１４Ｂにおいて記録媒体Ｐの背面が交流帯電され、記録媒体Ｐが電子写真感光体１の表面から速やかに分離させられる。

転写器１１４としては、電子写真感光体１の回転に従動し、且つ、電子写真感光体１とは微小間隙（通常、０．５ｍｍ以下）を介して配置された転写ローラを用いることも可能である。この転写ローラは、例えば直流電源により、電子写真感光体１上のトナー像を記録媒体Ｐ上に引きつけるような転写電圧を印加するように構成される。転写ローラを用いる場合には、分離用チャージャ１１４Ｂのような転写分離装置は省略することもできる。

定着器１１５は、記録媒体Ｐに転写されたトナー像を記録媒体Ｐに定着させる役割を担うものであり、一対の定着ローラ１１５Ａ、１１５Ｂを備えている。定着ローラ１１５Ａ、１１５Ｂは、例えば金属ローラ上に四フッ化エチレンなどで表面被覆したものである。定着器１１５では、一対の定着ローラ１１５Ａ、１１５Ｂの間を通過させる記録媒体Ｐに対して熱および圧力などを作用させることによって、記録媒体Ｐにトナー像を定着させることができる。

クリーニング器１１６は、電子写真感光体１の表面に残存するトナーを除去する役割を担うものであり、クリーニングブレード１１６Ａを備えている。クリーニングブレード１１６Ａは、電子写真感光体１の表面から残留トナーを掻きとる役割を担うものである。クリーニングブレード１１６Ａは、例えばポリウレタン樹脂を主成分としたゴム材料で形成されている。

除電器１１７は、電子写真感光体１の表面電荷を除去する役割を担うものであり、特定波長（例えば７８０ｎｍ以上）の光を出射可能とされている。除電器１１７は、例えばＬＥＤなどの光源によって電子写真感光体１の表面の軸方向全体を光照射することにより、電子写真感光体１の表面電荷（残余の静電潜像）を除去するように構成されている。

本例の画像形成装置１００では、電子写真感光体１の有する上述の効果を奏することができる。

以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、図４に示す第１変形例のように、帯電層１１ｂと光導電層１１ｃとの間に、第２電荷注入阻止層１１ｄをさらに有していてもよい。このような構成とすることで、上述した転写機１１４によって、トナー像と逆極性に帯電された転写用チャージャ１１４Ａおよび転写ローラから電子写真感光体１に対して電圧が印加された際のリーク電流を防止することが可能となる。なぜならば、第１電荷注入阻止層１１ａが円筒状基体１０からのキャリア（電子）の注入を阻止するのと同様に、第２電荷注入阻止層１１ｄが光導電層１１ｃ側から帯電層１１ｂ側へキャリア（電子）の注入を阻止するためである。すなわち、電子写真感光体１の耐電圧を高くすることができる。

また、図５に示す第２変形例のように、感光層１１上に表面層１２および保護層１３を形成してもよい。表面層１２は、感光層１１の表面を保護するためのものであり、画像形成装置内での摺擦による摩耗に対して耐性の高い、シリコンを主体とする非単結晶材料で構成されている。例えばアモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）あるいはアモルファス窒化シリコン（ａ−ＳｉＮ）などのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料で形成されている。保護層１３は、感光層１１の耐摩耗性を高めるためのものであり、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）のような炭素を主体とする非単結晶材料で構成される。アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）のような炭素を主体とする非単結晶材料は耐湿性に優れる材料である
ことから、円筒状基体１０への水分の吸着を比較的抑制することができることから、画像特性、特に高温高湿環境下などにおける画像流れの発生を抑制することができる。

この表面層１２および保護層１３は、電子写真感光体１に照射されるレーザ光などの光が吸収されたり、反射されたりすることのないように透過性に優れており、また、画像形成における静電潜像を保持でき得る表面抵抗値（一般的には１０^１１Ω・ｃｍ以上）を有していることが好ましい。

１ 電子写真感光体
１０ 円筒状基体
１１ 感光層
１１ａ 第１電荷注入阻止層
１１ｂ 導電層
１１ｃ 光導電層
１１ｄ 第２電荷注入阻止層
１２ 表面層
１３ 保護層
１００ 画像形成装置
１１１ 帯電器
１１２ 露光器
１１３ 現像器
１１４ 転写器
１１５ 定着器
１１６ クリーニング器
１１７ 除電器

Claims (6)

1. 円筒状基体と、該円筒状基体の周面上に形成された感光層とを備え、
   該感光層は、前記円筒状基体の周面上に形成された第１電荷注入阻止層と、該第１電荷注入阻止層上に形成された帯電層と、該帯電層上に形成された光導電層とを少なくとも有し、
   前記帯電層の比誘電率は、前記光導電層の比誘電率よりも低いことを特徴とする電子写真感光体。
2. 前記帯電層と前記光導電層との間に、第２電荷注入阻止層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電子写真感光体。
3. 前記第１電荷注入阻止層、第２電荷注入阻止層および光導電層は、アモルファスシリコン系材料からなり、前記帯電層は、アモルファスシリコン系材料またはアモルファスカーボンからなることを特徴とする請求項２に記載の電子写真感光体。
4. 前記光導電層上に表面層および保護層が順次形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子写真感光体。
5. 前記表面層がシリコンを主体とする非単結晶材料で構成されて、前記保護層が炭素を主体とする非単結晶材料で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の電子写真感光体。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子写真感光体を備えることを特徴とする画像形成装置。

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