JP2022117736A - Electrophotographic photoreceptor and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真感光体および画像形成装置に関する。 The present invention relates to an electrophotographic photoreceptor and an image forming apparatus.
画像形成装置に用いられる電子写真感光体は、例えばアルミニウム製の中空円筒体等、円筒状の導電性基体などの外表面である外周面に、光導電層を含む、アモルファスシリコン(以下「a-Si」とも記す)と各種のドーパントとで構成された多層構造の表面被覆層が、積層形成された構成を有する。 An electrophotographic photosensitive member used in an image forming apparatus includes an amorphous silicon (hereinafter referred to as "a- It has a structure in which a multi-layered surface coating layer composed of various dopants is laminated.
電子写真感光体としては、表面電位を正とする正帯電用電子写真感光体と、表面電位を負とする負帯電用電子写真感光体とがあるが、デジタル化およびフルカラー化された電子写真装置では、出力画像の高画質化のために、負帯電用電子写真感光体が採用されることが多くなっている。 As the electrophotographic photosensitive member, there are a positive charging electrophotographic photosensitive member having a positive surface potential and a negative charging electrophotographic photosensitive member having a negative surface potential. In order to improve the image quality of output images, negatively charged electrophotographic photoreceptors are often used.
負帯電用電子写真感光体は、例えば、特許文献1に記載されているように、アルミニウム基体上に光受容層が積層されており、この光受容層は、下部電荷注入阻止層、光導電層、上部電荷注入阻止層、表面保護層を含む。
A negative charging electrophotographic photoreceptor comprises, for example, a photoreceptor layer laminated on an aluminum substrate, as described in
電子写真感光体には、その軸線方向(回転軸方向)において、一端から他端に向かって光導電層の厚さが厚くなるものがある。これにより、帯電装置で帯電させた場合に、電子写真感光体の表面電位にばらつきが生じてしまう。 In some electrophotographic photosensitive members, the thickness of the photoconductive layer increases from one end to the other end in the axial direction (rotational axis direction). As a result, when the electrophotographic photosensitive member is charged by the charging device, the surface potential of the electrophotographic photosensitive member varies.
本開示の電子写真感光体は、導電性の円筒状基体と、
前記円筒状基体の外表面を被覆する表面被覆層と、を備え、
前記表面被覆層は、
下部電荷注入阻止層と、
前記下部電荷注入阻止層より外側に位置する光導電層と、
前記光導電層より外側に位置する上部電荷注入阻止層と、
前記上部電荷注入阻止層より外側に位置する表面保護層と、を含み、
前記光導電層は、前記円筒状基体の軸線方向に沿って、厚さが漸次的に厚くなる第1部分を有し、
前記上部電荷注入阻止層は、母材であるアモルファスシリコンと、ドーパントである窒素および酸素の少なくとも一方と、を含み、前記光導電層の前記第1部分の厚さに応じてアモルファスシリコン中のドーパント濃度が異なる。
The electrophotographic photoreceptor of the present disclosure comprises a conductive cylindrical substrate,
a surface coating layer that covers the outer surface of the cylindrical substrate,
The surface coating layer is
a lower charge injection blocking layer;
a photoconductive layer located outside the lower charge injection blocking layer;
an upper charge injection blocking layer located outside the photoconductive layer;
a surface protective layer located outside the upper charge injection blocking layer,
the photoconductive layer has a first portion whose thickness gradually increases along the axial direction of the cylindrical substrate;
The upper charge injection blocking layer includes amorphous silicon as a base material and at least one of nitrogen and oxygen as dopants. different concentrations.
また本開示の画像形成装置は、上記の電子写真感光体を備える。 Further, an image forming apparatus of the present disclosure includes the above electrophotographic photoreceptor.
本開示によれば、表面電位のばらつきが低減された電子写真感光体を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide an electrophotographic photoreceptor with reduced variations in surface potential.
また本開示によれば、上記電子写真感光体を備えることで高画質な画像形成が可能な画像形成装置を提供することができる。 Further, according to the present disclosure, it is possible to provide an image forming apparatus capable of forming a high-quality image by including the electrophotographic photoreceptor.
以下、本開示の実施形態である電子写真感光体およびこれを備えた画像形成装置について、図面を参照しつつ説明する。 An electrophotographic photoreceptor and an image forming apparatus having the same according to embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
実施形態の電子写真感光体10は、図3に示す画像形成装置100に、電子写真感光体単体で、または、電子写真感光体ユニットとして、組み込んで使用される。図1(a)に示すように、電子写真感光体10は、導電性の円筒状基体1の外周面1aを被覆するように、多層からなる表面被覆層2が積層形成されている。
The
図1(b)を参照して、表面被覆層2を構成する各層21~24および導電性を有する円筒状基体1について説明する。
The
導電性の円筒状基体1は、表面被覆層2の支持体となるものである。少なくとも円筒状基体1の表面は導電性を有し、図1(a)に示すように、外表面である外周面1aと、内周面1bと、筒長方向両端の基体端面1cと、を有する。
A conductive
円筒状基体1は、たとえば、アルミニウム(Al),ステンレススチール(SUS),亜鉛(Zn),銅(Cu),鉄(Fe)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によって、全体が導電性を有するものとして形成される。また、円筒状基体1は、セラミックスなどの非導電性材料の表面に、例示した金属材料あるいはITO(Indium Tin Oxide)などの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。
The
実施形態の円筒状基体1は、例えば、アルミニウム系材料で形成されている。アルミニウム系材料は、軽量かつ低コストで、その外周面1a上に、アモルファスシリコン(a-Si)系材料を主体とする層を形成する場合には、それらの層と円筒状基体1との間の密着性が高い。
The
実施形態の電子写真感光体10は、負帯電用の電子写真感光体であって、円筒状基体1上の表面被覆層2として、図1(b)に示すように、感光体外側である最表面側(図示上側)から順に、表面保護層21、上部電荷注入阻止層22、光導電層23および下部電荷注入阻止層24が、形成されている。
The
また、図1(b)では、各層または各膜の厚みを強調して描いているため、層厚みおよび層厚比等は、実際のものとは異なる。 In addition, since the thickness of each layer or each film is emphasized in FIG.
光導電層23の内側(図示下側)の下部電荷注入阻止層24は、円筒状基体1側からの電荷(電子)の注入を抑制する層であり、たとえばa-Si系材料により形成されている。この下部電荷注入阻止層24は、たとえばa-Siに、ドーパントとして窒素(N)および酸素(O)を含有させたものとして形成されており、その厚みは、例えば、2~10μmである。
The lower charge
表面保護層21は、表面保護層21より内側に位置する、上部電荷注入阻止層22、光導電層23などの各層を保護する。表面保護層21は、たと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a-Si系材料または、アモルファスカーボン(a-C)を用いるか、あるいはそれらの多層構造とすればよい。実施形態では、例えば、耐摩耗性の観点からa-Cを用いる。表面保護層21の厚さは、例えば、0.1~2μm程度である。
The surface
光導電層23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機能を有する層である。光導電層23は、たとえばa-Si系材料、またはSe-TeもしくはAs2Se3などのアモルファスセレン(a-Se)系材料で形成される。実施形態の光導電層23は、a-Siならびにa-Siに、炭素(C),窒素(N)または酸素(O)などを加えた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)あるいはリン(P)などを含有していてもよい。
The
光導電層23の厚さは、使用する光導電性材料および所望の電子写真特性により適宜設定すればよく、a-Si系材料を用いて光導電層23を形成する場合、たとえば5~100μm程度である。本実施形態の光導電層23の厚さは、円筒状基体1の軸線方向に沿って、厚さが漸次的に厚くなる第1部分23aを有している。光導電層23の全体が、第1部分23aであってもよく、例えば、端部を除く中央部分が第1部分23aであってもよい。厚さが漸次的に厚くなるとは、第1部分23aにおいて、厚さが、最も薄い部分から最も厚い部分に向かって次第に厚くなっており、厚さが最も薄い部分と最も厚い部分との差が光導電層23の膜厚の10%程度、例えば0.5~10μm程度であることをいう。ここで、光導電層23の厚さは、下部電荷注入阻止層24との界面から、上部電荷注入阻止層22との界面までの距離である。光導電層23の厚さが漸次的に厚くなっているのは、電子写真感光体10の製造装置などの設備特性によるものであり、意図的に厚さを変化させたものではない。
The thickness of the
光導電層23の厚さが一定ではないことで、帯電時に、電子写真感光体10の表面電位にばらつきが生じる。表面電位は、帯電装置などを用いて、所定量の電荷を電子写真感光体10に供給して帯電させた場合の電子写真感光体10表面における電位である。本実施形態では、このような電子写真感光体10の表面電位のばらつきを上部電荷注入阻止層22によって低減させる。上部電荷注入阻止層22は、表面保護層21側からの電荷(電子)の注入を阻止する役割を有する層であり、たとえばアモルファスシリコン(a-Si)系材料を母材とする。上部電荷注入阻止層22は、たとえばa-Siに、ドーパントとしてホウ素(B)と、窒素(N)もしくは酸素(O)またはその両方と、を母材のa-Siに含有させたもので構成される。
Since the thickness of the
上部電荷注入阻止層22の厚さは、所望の電子写真特性などの観点から、例えば0.1~10μmである。上部電荷注入阻止層22の厚さは、円筒状基体1の軸線方向に沿って一定である。厚さが一定とは、上部電荷注入阻止層22の厚さが最も薄い部分と最も厚い部分との差が、膜厚に対して10%未満、例えば最大でも1μm未満であることをいう。
The thickness of the upper charge
上部電荷注入阻止層22は、光導電層23の第1部分23aの厚さに応じてアモルファスシリコン中のドーパント濃度が異なる。上部電荷注入阻止層22は、光導電層23の外側に位置しており、少なくとも光導電層23の第1部分23aを覆っている。上部電荷注入阻止層22において、直下の第1部分23aの各位置の厚さに対応して、例えば1~30%の濃度の範囲で、厚さが厚い部分でドーパント濃度が低く、厚さが薄い部分でドーパント濃度が高くなるように、ドーパント濃度を異ならせている。このドーパント濃度の変化は、光導電層23の膜厚の変化に応じて、漸次的に異ならせることが好ましい。これにより、光導電層23の第1部分23aに起因して生じる表面電位のばらつきを低減することができる。
The upper charge
前述のように、上部電荷注入阻止層22におけるドーパントは、例えば、ホウ素(B)と、窒素(N)もしくは酸素(O)またはその両方である。光導電層23の第1部分23aの厚さに応じて濃度を異ならせるのは、全てのドーパントであってもよく、一部のドーパントであってもよい。本実施形態の例では、上部電荷注入阻止層22において、アモルファスシリコンに含有されたホウ素(B)、窒素(N)および酸素(O)の全てのドーパントの濃度を、光導電層23の第1部分23aの厚さに応じて異ならせてもよい。また、アモルファスシリコンに含有されたホウ素(B)、窒素(N)および酸素(O)のうちの一部である窒素(N)および酸素(O)の濃度を、光導電層23の第1部分23aの厚さに応じて異ならせてもよい。この場合、残りのドーパントであるホウ素(B)は、光導電層23の第1部分23aの厚さによらず、一定の濃度でアモルファスシリコンに含有されていればよい。
As previously mentioned, dopants in upper charge
本実施形態では、上部電荷注入阻止層22は、ドーパント濃度を、光導電層23の第1部分23aの厚さが厚いほど低くなるようにしている。光導電層23の第1部分23aの厚さは、漸次的に変化しており、上部電荷注入阻止層22のドーパント濃度もこれに応じて漸次的に異ならせている。これにより、電子写真感光体10の表面電位のばらつきをさらに低減することができる。
In this embodiment, the upper charge
図2は、電子写真感光体の製造装置を示す概略図であり、P-CVD法のうち、RF-CVD(radio-frequency Chemical Vapor Deposition)法を適用する成膜装置の概略構成を示したものである。まず、アルミニウム製の円筒状の素管(円筒状基体)1を真空チャンバー101内に入れる。次に真空ポンプ102で排気しながら原料ガス103を、ガス制御装置104を介して真空チャンバー101内に所定の混合比で導入する。次に高周波発生器105および整合器106によって高周波を真空チャンバー101に印加して素管11との間にプラズマを発生させ、素管11を回転軸周りに回転させながら、素管11の表面上に成膜する。原料ガス103の種類および混合比を変更し、成膜条件を調整することで、表面保護層21、上部電荷注入阻止層22、光導電層23および下部電荷注入阻止層24の各層を形成することができる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus for an electrophotographic photosensitive member, showing a schematic configuration of a film forming apparatus to which RF-CVD (radio-frequency Chemical Vapor Deposition) method among P-CVD methods is applied. is. First, a cylindrical blank tube (cylindrical substrate) 1 made of aluminum is placed in a
このような製造装置では、原料ガス103の成分、原料ガス103の導入位置および排気位置などによっては、素管11の上部側と下部側とで膜厚が異なることが避けられない場合がある。特に、光導電層23のように厚さが厚いほど膜厚の分布が大きくなる。これに対応するために、上部電荷注入阻止層22のドーパント濃度を異ならせており、原料ガス103の導入位置および排気位置、原料ガス103の切り替えタイミング、原料ガス103の供給量などを制御することで可能となる。
In such a manufacturing apparatus, depending on the composition of the
上記のような電子写真感光体10が組み込まれる画像形成装置100の構成例を、図3を参照して説明する。
A configuration example of an
実施形態に係る画像形成装置100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、先述の電子写真感光体10、帯電器111、露光器112、現像ローラ113Aを含む現像器113、転写器114、定着器115である一対の定着ローラ115Aおよび115B、電子写真感光体10に接触するクリーニングローラ116Bとクリーニングブレード116Aとを含むクリーニング器116、および、除電器117等を備える。なお、図中の記録媒体Pに沿った矢印は、記録媒体Pである用紙の移動方向を示す。
The
帯電器(帯電ローラ)111は、たとえば負帯電の電子写真感光体10の表面を負極性に帯電させる役割を有する。本実施形態において帯電器111は、接触型帯電器である。帯電器111には、帯電ローラの他にも、コロトロン(コロナ帯電器)あるいはスコロトロン(コロナ帯電器にグリッド電極を付加したもの)を用いてもよい。露光器112は、帯電させることによって表面に一様に負電荷を保持した電子写真感光体10に静電潜像を形成する。本実施形態において露光器112は、発光ダイオード(LED)ヘッドを採用する。現像器113は、電子写真感光体10の静電潜像を現像して電子写真感光体10の表面にトナー像を形成する。現像器113は、現像剤(以下トナー)Tを磁気的に保持する現像ローラ113Aを備える。
The charger (charging roller) 111 has a role of negatively charging the surface of the negatively charged electrophotographic
現像ローラ113Aは、現像器113において摩擦帯電したトナーTを一定の穂長に調整された磁気ブラシの形で電子写真感光体10の表面に搬送する。転写器114は、電子写真感光体10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10のトナー像を転写する、転写用チャージャ114Aおよび分離用チャージャ114Bを備える。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、一対の定着ローラ115A,115Bを備える。
The developing
クリーニング器116は、電子写真感光体10の表面に残存するトナーTを除去する、クリーニングローラ116Bおよびクリーニングブレード116Aを備える。除電器117には、電子写真感光体10の表面電荷を除去するために、特定波長(たとえば630nm以上)の光を出射可能なデバイスが用いられる。
The
実施例では、上部電荷注入阻止層22の母材をアモルファスシリコン(a-Si)とし、ホウ素(B)と、窒素(N)および酸素(O)の両方と、をドーパントとしてアモルファスシリコンに含有させた。
In the embodiment, the base material of the upper charge
実施例および比較例の電子写真感光体をそれぞれ作製した。電子写真感光体の各層および円筒状基体の材料は、以下のとおりとした。
表面保護層:アモルファス炭化シリコン
上部電荷注入阻止層:アモルファスシリコン(ドーパント:B、N、O)
光導電層:アモルファスシリコン(ドーパント無し)
下部電荷注入阻止層:アモルファスシリコン(ドーパント:N、O)
円筒状基体:アルミニウム
Electrophotographic photoreceptors of Examples and Comparative Examples were prepared. Materials for each layer of the electrophotographic photosensitive member and the cylindrical substrate were as follows.
Surface protective layer: amorphous silicon carbide Upper charge injection blocking layer: amorphous silicon (dopants: B, N, O)
Photoconductive layer: amorphous silicon (no dopants)
Lower charge injection blocking layer: amorphous silicon (dopants: N, O)
Cylindrical substrate: aluminum
実施例では、上部電荷注入阻止層において、ホウ素(B)の濃度を一定とした。窒素(N)および酸素(O)の濃度は、光導電層の厚さが厚いほど低くなるようにした。比較例では、上部電荷注入阻止層において、ホウ素(B)、窒素(N)および酸素(O)の濃度を一定とした。このような条件で作製した実施例および比較例の表面電位を測定し、ばらつきを評価した。なお、実施例および比較例とも光導電層の厚さは、円筒状基体の軸線方向に沿って、厚さが漸次的に厚くなっており、測定範囲内での最も薄い部分と最も厚い部分との差が2μmであった。 In the examples, the concentration of boron (B) was kept constant in the upper charge injection blocking layer. The concentrations of nitrogen (N) and oxygen (O) were made lower as the thickness of the photoconductive layer increased. In the comparative example, the concentrations of boron (B), nitrogen (N) and oxygen (O) were kept constant in the upper charge injection blocking layer. The surface potentials of Examples and Comparative Examples fabricated under these conditions were measured to evaluate variations. In both Examples and Comparative Examples, the thickness of the photoconductive layer gradually increased along the axial direction of the cylindrical substrate. difference was 2 μm.
ドーパント濃度の測定は、長さ395mmの円筒状基体の軸線方向に沿って、基体端面から30mmの位置、185mmの位置、360mmの位置の3か所とした。上部電荷注入阻止層のドーパント濃度として、N/O含有量(%)を測定した。N/O含有量(%)は、上部電荷注入阻止層を構成する原子(水素を除く)の全量を100%としたとき、測定で得られた窒素(N)および酸素(O)のそれぞれの含有量の平均値である。実施例および比較例では、製造時の原料ガスとして一酸化窒素(NO)を用いており、この場合、窒素(N)および酸素(O)のそれぞれの含有量は、ほぼ同量である。 The dopant concentration was measured at three positions of 30 mm, 185 mm, and 360 mm from the end face of the substrate along the axial direction of the cylindrical substrate having a length of 395 mm. The N/O content (%) was measured as the dopant concentration of the upper charge injection blocking layer. The N/O content (%) is the amount of each of nitrogen (N) and oxygen (O) obtained by measurement when the total amount of atoms (excluding hydrogen) constituting the upper charge injection blocking layer is taken as 100%. It is the average value of the content. In Examples and Comparative Examples, nitric oxide (NO) was used as a raw material gas during production, and in this case, the contents of nitrogen (N) and oxygen (O) were approximately the same.
原子濃度は、X線光電子分光分析装置(PHI5000 VersaProbe2、アルバック・ファイ株式会社製)を用い、実施例および比較例の電子写真感光体にArイオンを加速電圧4kVで照射し、放出される光電子のエネルギースペクトルを測定した。 The atomic concentration was measured by using an X-ray photoelectron spectrometer (PHI5000 VersaProbe2, manufactured by ULVAC-PHI, Inc.), irradiating the electrophotographic photoreceptors of Examples and Comparative Examples with Ar ions at an acceleration voltage of 4 kV, and measuring the number of emitted photoelectrons. Energy spectra were measured.
表面電位の測定は、ドーパント濃度と同じ位置の3か所とした。表面電位は、実施例および比較例の電子写真感光体にスコロトロン式帯電器によって一定電荷を与え、表面電位計(Trek model344 トレックジャパン株式会社製)に接続した測定プローブ(Trek model 6000B-7C トレックジャパン株式会社製)によって測定した。 The surface potential was measured at three locations that were the same as the dopant concentration. The surface potential was determined by applying a constant charge to the electrophotographic photoreceptors of Examples and Comparative Examples using a scorotron charger, and using a measurement probe (Trek model 6000B-7C, Trek Japan) connected to a surface potential meter (Trek model 344, manufactured by Trek Japan Co., Ltd.). Co., Ltd.).
各測定位置におけるN/O含有量(%)および表面電位(V)の測定結果をグラフに示す。図4は、実施例の測定結果を示し、図5は、比較例の測定結果を示す。実施例および比較例とも光導電層の厚さは、30mmの位置が32μm、185mmの位置が31μm、360mmの位置が30μmである。図5に示す比較例のように、上部電荷注入阻止層のN/O含有量を一定とした場合、表面電位には光導電層の厚さに応じたばらつきが生じた。これに対して、図4に示す実施例のように、上部電荷注入阻止層のN/O含有量を、光導電層の厚さに応じて異ならせることで、表面電位がほぼ同じとなり、ばらつきを低減することができた。 The graph shows the measurement results of the N/O content (%) and the surface potential (V) at each measurement position. FIG. 4 shows the measurement results of the example, and FIG. 5 shows the measurement results of the comparative example. In both Examples and Comparative Examples, the thickness of the photoconductive layer is 32 μm at the position of 30 mm, 31 μm at the position of 185 mm, and 30 μm at the position of 360 mm. As in the comparative example shown in FIG. 5, when the N/O content of the upper charge injection blocking layer was constant, the surface potential varied according to the thickness of the photoconductive layer. On the other hand, by varying the N/O content of the upper charge injection blocking layer according to the thickness of the photoconductive layer as in the embodiment shown in FIG. could be reduced.
本発明は上述の実施形態および実施例に示したものだけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良または変更ができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 円筒状基体(素管)
1a 外周面
1b 内周面
1c 基体端面
2 表面被覆層
10 電子写真感光体
21 表面保護層
22 上部電荷注入阻止層
23 光導電層
23a 第1部分
24 下部電荷注入阻止層
100 画像形成装置
101 真空チャンバー
102 真空ポンプ
103 原料ガス
104 ガス制御装置
105 高周波発生器
106 整合器
111 帯電器
112 露光器
113 現像器
113A 現像ローラ
114 転写器
114A 転写用チャージャ
114B 分離用チャージャ
115 定着器
115A 定着ローラ
116 クリーニング器
116A クリーニングブレード
116B クリーニングローラ
117 除電器
P 記録媒体
T 現像剤(トナー)
1 Cylindrical base (base tube)
1a outer
Claims (5)
前記円筒状基体の外表面を被覆する表面被覆層と、を備え、
前記表面被覆層は、
下部電荷注入阻止層と、
前記下部電荷注入阻止層より外側に位置する光導電層と、
前記光導電層より外側に位置する上部電荷注入阻止層と、
前記上部電荷注入阻止層より外側に位置する表面保護層と、を含み、
前記光導電層は、前記円筒状基体の軸線方向に沿って、厚さが漸次的に厚くなる第1部分を有し、
前記上部電荷注入阻止層は、母材であるアモルファスシリコンと、ドーパントである窒素および酸素の少なくとも一方と、を含み、前記光導電層の前記第1部分の厚さに応じてアモルファスシリコン中のドーパント濃度が異なる、電子写真感光体。 an electrically conductive cylindrical substrate;
a surface coating layer that covers the outer surface of the cylindrical substrate,
The surface coating layer is
a lower charge injection blocking layer;
a photoconductive layer located outside the lower charge injection blocking layer;
an upper charge injection blocking layer located outside the photoconductive layer;
a surface protective layer located outside the upper charge injection blocking layer,
the photoconductive layer has a first portion whose thickness gradually increases along the axial direction of the cylindrical substrate;
The upper charge injection blocking layer includes amorphous silicon as a base material and at least one of nitrogen and oxygen as dopants. Electrophotographic photoreceptors with different densities.
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