JP3733246B2 - 電子写真装置および電子写真方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置および電子写真方法に関し、特にレーザビームプリンタ、レーザ複写機、レーザファクシミリ等の電子写真装置において、光ビームを光反射型偏向装置により偏向させて記録媒体上を走査させる光走査装置を備えた電子写真装置および該装置による電子写真方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザプリンタは、その画質の良さおよび高速なプリントアウト等の特徴で注目を浴びている。このレーザプリンタに搭載されるレーザビームを偏向して記録媒体上を走査する性能は、レーザプリンタの画質およびプリント速度等の性能を大きく左右する。
【０００３】
図３に示すように、通常、光走査装置は、レーザダイオード１００、回転多面鏡１０２、レーザダイオード１００から出射されたレーザビームを回転多面鏡１０２に導く光源光学系１０４、回転多面鏡１０２で偏向されたレーザビームを記録媒体１０６に導き走査する走査光学系１０８から成り立っている。
【０００４】
また、回転多面鏡と入射ビームとの関係には大別して以下の２方式がある。
一方は図６に示すように、回転多面鏡１１２の一つの反射面１１２Ａの幅Ｗよりも入射する光ビームＬの幅Ｄが狭く、入射した光ビームＬを全て走査レンズに出射する形式の光学系(以下、アンダーフィールド型光学系もしくはＵＦＳという)である。
他方は図７に示すように、回転多面鏡１１２の一つの反射面１１２Ａの幅Ｗよりも入射する光ビームＬの幅Ｄが広い過露光型の光学系(以下、オーバーフィールド型光学系もしくはＯＦＳという)である。
【０００５】
同じ走査レンズを用いる場合、オーバーフィールド型光学系は、アンダーフィールド光学系よりも回転多面鏡の径を小さくできるため、モータの回転数を低くできる等の特徴がある。しかしながら、入射ビームの一部が切り取られて走査レンズに出射するために、出射光量が記録媒体上の位置によって差を生じ、画像の濃度が部分的に異なる等の問題がある。
【０００６】
このため、ＵＳＰ ３,５５８,２０８では、図８に示すように、入射ビームが回転多面鏡１１２に入射する前に、あらかじめ透過光量分布型のフィルター１２６を使って光ビームＬの光量分布を整形しておき、走査レンズ１２８への出射ビームの光量が一定になるようにすることが提案されている。しかし、この装置では特殊なフィルターを用いるため部品点数が増えてコスト高となる等の問題があった。
【０００７】
一方、図１０に示すように、光源光学系で回転多面鏡１１２へ入射する光ビームＬの幅を広くすることで、回転多面鏡１１２の一つの反射面１１２Ａで反射する光ビームのムラを小さくできることが知られている。
また、デジタルタイプの電子写真装置の画像形成方式は、画像情報と露光部との関係には大別して以下の２方式がある。１方は画像部を露光するイメージ露光法(以下、ＩＡＥという)であり、他方は非画像部(背景部)を露光するバックグラウンド露光法(以下、ＢＡＥという)である。
【０００８】
ＢＡＥはアナログタイプの電子写真装置の画像形成方式と同じで、現像、クリーニング、現像剤等をアナログタイプの電子写真装置と共通化できるというメリットがある。
一方、ＩＡＥは正常に画像を得るためには逆極性の現像剤による反転現像を行わなければならない。
両方式とも実用化されているが、それぞれ使用する感光体・現像剤等の制約で決定されることが多い。
【０００９】
現像方式は、モノクロ・カラー等、そのニーズによって１成分現像・２成分ブラシ現像の様々な方式が案出もしくは採用されており、一般に画像再現特性は１成分現像より２成分ブラシ現像の方が優れているとされているが、各方式にはそれぞれの特徴がある。
【００１０】
主な現像方式の特徴については、以下のような特徴が挙げられる。すなわち、(ａ)ＢＭＴ方式・ＦＥＥＤ方式(１成分・絶縁性・磁性・接触)特にＦＥＥＤ方式は２成分ブラシ現像とほば同等の画像特性であること、(ｂ)タッチダウン方式(１成分・絶縁性・非磁性・接触)は接触現像によるカブリが問題であること、(ｃ)ジャンピング方式(１成分・絶縁性・磁性・非接触)は非接触のためカブリ・傷の問題が少ないこと、(ｄ)プロジェクション方式(１成分・絶縁性・非磁性・非接触)は非接触のためカブリ・傷の問題が少なく非磁性のためカラー化可能なこと、(ｅ)マグネダイナミック方式(１成分・導電性・磁性・接触)は潜像電界による誘導帯電、ブラシ現像であり正・負いずれの潜像でも現像できるが、転写が困難なこと、(ｆ)ＩＭＢ方式(２成分・絶縁性・非磁性・接触)は絶縁性キャリアのため現像後に逆極性電荷が蓄積されベタ部の再現性はよくないが細線の再現性はよいこと、(ｇ)ＣＭＢ方式(２成分・絶縁性・非磁性・接触)は導電性キャリアのため、現像後に逆極性電荷が蓄積されずべ夕部の再現性はよいが、低濃度の細線の再現性が劣ること、等々である。
【００１１】
一般に現像は、かぶりと濃度のトレードオフであり、そのラチチユードが現像性を大きく左右するものであるが、ＩＡＥよりもＢＡＥの方がラチチユードは広い。
一方、転写分離性能は、転写効率と分離、再転写のラチチユードに大きく左右されるものであるが、ＩＡＥでは非画像部(背景部)の電位が画像部より高いため、ＩＡＥよりもＢＡＥの方がラチチユードは広い。
【００１２】
また、クリーニング突入時には感光体の電位は減衰しているため、電位の低い部分に現像する方式のＩＡＥでは、クリーニング部位で多くの現像剤が感光体に付着し易く、クリーニングに関しても、ＩＡＥよりもＢＡＥの方がラチチユードは広い。
【００１３】
このように、ＢＡＥの方が設計し易く、結果的にラチチユードの広い安定した電子写真装置を供給できるというポテンシャルを有している。
しかし、レーザービーム走査による画像記録においては、以下に記すようにＩＡＥよりもＢＡＥの方がラチチユードが狭いという難点がある。
【００１４】
一般に、レーザービーム走査による画像記録技術は、レーザーのスポットの大きさ・形状・パワー等が画質や安定性に大きな影響を与える。
特に電子写真をベースとしたレーザビームプリンターにおいては、帯電によって得られた一様な表面電位分布をレーザービームを照射することによりdecayさせ潜像を形成していくため、このレーザスポット形状により形成された分布に影響を与える。
ＩＡＥにおいては、記録画像領域(黒化部)にレーザビームを照射し、表面電位をdecayさせ電位の下がった部分に現像剤を付着させる。
【００１５】
したがって、走査線間隔に対してレーザースポット径が大きい場合やレーザパワーが大きすぎる場合には文字やラインの線幅が太りつぶれたようになる。ＢＡＥでは背景部(非黒化部)にレーザビームを照射し表面電位をdecayさせ、現像剤を付着させる領域はdecayしていない表面電位の高い領域である。
このため、走査線間隔に対してレーザースポット径が大きい場合やレーザパワーが大きすぎる場合には文字やラインの線幅が細くなりかすれてくる。したがって各画像形成方式においてレーザスポット径やパワーには上限がある。
【００１６】
図４は、左側部にＩＡＥの１ラインの状態、すなわち１ラインのみレーザーONの状態を、右側部にＢＡＥの１ラインの状態、すなわち１ラインのみレーザーOFFの状態を示し、ＩＡＥのラチチユードはＶD-Ｖi、ＢＡＥのラチチユードはＶb-Ｖ2である。
【００１７】
この図からわかるように、ＢＡＥでは、走査線間隔に対してレーザースポット径が小さい場合やレーザパワーが小さすぎると、レーザー照射部に電位の隙間ができ、Ｖ2が高くなりラチチユードが小さくなるため、走査線間隔に対してレーザスポット径やパワーには下限がある。すなわち、ＢＡＥのラチチユードはＩＡＥより狭いことが知られている。
したがって各画像形成方式において最適なレーザスポット径やパワーを設定する必要がある。
【００１８】
光ビームの強度分布と感光体の感光特性、そして感光体上の電位分布の関係を図５に示す。この図５から分かるように、感光体の感光特性がリニアである場合には、光ビームの強度分布がそのまま感光体上の電位分布に反映されることが分かる。
【００１９】
感光体は、有機系、無機系の２種類に大別される。
【００２０】
(有機光導電体(ＯＰＣ))
電子写真感光体の光導電材料として、近年、種々の有機光導電材料の開発が進み、特に電荷発生層と電荷輸送層を積層した機能分離型感光体は既に実用化され複写機やレーザービームプリンターに搭載されている。
【００２１】
しかしながら、これらの感光体は一般的に耐久性が低いことが１つの大きな欠点であるとされてきた。耐久性としては、感度、残留電位、帯電能、画像ぼけ等の電子写真物性面の耐久性および摺擦による感光体表面の摩耗や引っ掻き傷等の機械的耐久性に大別され、いずれも感光体の寿命を決定する大きな要因となっている。
【００２２】
この内、電子写真物性面の耐久性、特に画像ぼけに関しては、コロナ帯電器から発生するオゾン、ＮＯx等の活性物質により感光体表面層に含有される電荷輸送物質が劣化することが原因であることが知られている。
また機械的耐久性に関しては、感光層に対して紙、ブレード/ローラー等のクリーニング部材、トナー等が物理的に接触して摺擦することが原因であることが知られている。
【００２３】
電子写真物性面の耐久性を向上させるためには、オゾン、ＮＯx等の活性物質により劣化されにくい電荷輸送物質を用いることが重要であり、酸化電位の高い電荷輸送物質を選択することが知られている。また、機械的耐久性を上げるためには、紙やクリーニング部材による摺擦に耐えるために、表面の潤滑性を上げ摩擦を小さくすること、トナーのフィルミング融着等を防止するために表面の離形性をよくすることが重要であり、フツ素系樹脂粉体、フツ化黒鉛、ポリオレフイン系樹脂粉体等の滑材を表面層に配合することが知られている。
しかしながら、磨耗が著しく小さくなるとオゾン、ＮＯx等の活性物質により生成した吸湿性物質が感光体表面に堆積し、その結果として表面抵抗が下がり、表面電荷が横方向に移動し、いわゆる画像流れを生ずるという問題があった。
【００２４】
一方、感度に関しては、有機系の感光体の場合、キャリア伝導の原理からくる電界依存性を有するのが一般的であり、露光量に対する電位特性(横軸:露光量、縦軸:電位、以下、ＥＶ特性)が図２に示すように、下に凸の形状を有するため、小光量での光量変化が電位に反映され易い。したがって、Gauss分布の光量分布に対して、お椀型の電位分布を形成するので、光量分布の裾が変化する場合、ドット径の変化への影響度が大きく、画質に影響し易いという問題が有った。
さらに上記の理由により耐久によって磨耗させることが必要であるため、感度すなわちＥＶ特性の耐久変化があり、また磨耗に伴う表面形状の変化が引き起こす光散乱により、ドットのボケが生じる、という問題が有った。
【００２５】
(無機光導電体:アモルファスシリコン(ａ-Ｓi)系感光体)
電子写真において、感光体における感光層を形成する光導電材料としては、高感度で、ＳＮ比「光電流(Ｉｐ)/暗電流(Ｉｄ)」が高く、照射する電磁波のスペクトル特性に適合した吸収スペクトルを有すること、光応答性が早く、所望の暗抵抗値を有すること、使用時において人体に対して無害であること、等の特性が要求される。
【００２６】
特に、事務機としてオフィスで使用される画像形成装置内に組み込まれる画像形成装置用感光体の場合には、上記の使用時における無公害性は重要な点である。このような点に優れた性質を示す光導電材料に水素化アモルファスシリコン(以下、「ａ-Ｓi:Ｈ」と表記する)があり、例えば、特公昭６０-３５０５９号公報には画像形成装置用感光体としての応用が記載されている。
【００２７】
a-Ｓi:Ｈを用いた画像形成装置用感光体は、一般的には、導電性支持体を50〜400℃に加熱し、該支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の成膜法によりa-Ｓiからなる光導電層を形成する。なかでもプラズマＣＶＤ法、すなわち原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にａ-Ｓi堆積膜を形成する方法が好適なものとして実用に供されている。
【００２８】
また、特開昭５４-８３７４６号公報においては、導電性支持体と、ハロゲン原子を構成要素として含むａ-Ｓi(以下、「ａ-Ｓi:Ｘ」と表記する)光導電層からなる画像形成装置用感光体が提案されている。当該公報においては、ａ-Ｓiにハロゲン原子を１〜４０原子％含有させることにより、耐熱性が高く、画像形成装置用感光体の光導電層として良好な電気的、光学的特性を得ることができるとしている。
【００２９】
また、特開昭５７-１１５５６号公報には、ａ-Ｓi堆積膜で構成された光導電層を有する光導電部材の、暗抵抗値、光感度、光応答性等の電気的、光学的、光導電的特性および耐湿性等の使用環境特性、さらには経時的安定性について改善を図るため、シリコン原子を母体としたアモルファス材料で構成された光導電層上に、シリコン原子および炭素原子を含む非光導電性のアモルファス材料で構成された表面層を設ける技術が記載されている。
【００３０】
さらに、特開昭６０-６７９５１号公報には、アモルファスシリコン、炭素、酸素および弗素を含有してなる透光絶縁性オーバーコート層を積層する感光体についての技術が記載されており、特開昭６２-１６８１６１号公報には、表面層として、シリコン原子と炭素原子と４１〜７０原子％の水素原子を構成要素として含む非晶質材料を用いる技術が記載されている。
【００３２】
さらに、特開昭５７-１５８６５０号公報には、水素を１０〜４０原子％含有し、赤外吸収スペクトルの２１００ｃｍ-1と２０００ｃｍ-1の吸収ピークの吸収係数比が０.２〜１.７であるａ-Ｓi:Ｈを光導電層に用いることにより高感度で高抵抗な画像形成装置用感光体が得られることが記載されている。
【００３３】
一方、特開昭６０-９５５５１号公報には、アモルファスシリコン感光体の画像品質向上のために、感光体表面近傍の温度を３０〜４０℃に維持して帯電、露光、現像および転写といった画像形成行程を行うことにより、感光体表面での水分の吸着による表面抵抗の低下と、それに伴って発生する画像流れを防止する技術が開示されている。
これらの技術により、画像形成装置用感光体の電気的、光学的、光導電的特性および使用環境特性が向上し、それに伴って画像品質も向上してきた。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーの発光分布は、１ドット内では近似的にGauss分布であり、ＵＦＳはそのまますべてドラム面に到達する。したがって、前記のようにＥＶの形状が下に凸であるＯＰＣにおいては小光量での光量変化が電位に反映され易いため、Gauss分布の裾の光量が変化するとドット径が変化し、画質に影響し易い、という問題があった。
特に、高画質化が進み、ドット径を小さくしていくと、ドット径揺らぎの画質に与える影響は大きくなり、高画質化の障害になるものである。
【００３５】
さらに、電子写真装置を設計する上では、ラチチユードが高く、安定性の高いＢＡＥを用いたいところであるが、ＢＡＥは前記のように走査線間隔に対してレーザスポット径やパワーには上下限があるため、ＩＡＥよりもより高精度に最適なレーザスポット径やパワーを設定する必要がある。
しかし、実際の電子写真装置として組み上げる工程で高精度に設定するのには限界が有り、設定状態によってはレーザー発光のバラツキに起因するドット径揺らぎが生じることがあった。
【００３６】
本発明は、オーバーフィールド型光学系を用いた電子写真装置を構成する際にGauss分布の裾の光量変化に対してドット径や、画質が影響を受けにくい、そして設定ラチチユードの広い、優れた電子写真装置および該装置による電子写真方法の提供を目的としている。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明に係る電子写真装置および電子写真方法にて達成される。要約すれば本発明は、オーバーフィールド型光学系と直線的なＥＶ特性を持つａ-Ｓiとを用いた電子写真装置において、スポット光量分布を広げた位置に回転多面鏡面を設定することで、スポット光量分布中心付近の比較的光量の安定した部分のみを使用するものである。
【００３８】
具体的には回転多面鏡に光ビームを入射させて偏向させる光走査装置を備えた電子写真装置において、表面層を有するa-Ｓi系感光体を用い、且つ該回転多面鏡の反射面における光ビーム径Ｄと該回転多面鏡の対向面の主走査方向幅Ｗに、3.0≧Ｄ/Ｗ≧1.5なる関係を有しており、前記光ビームがレーザー光であり、前記感光体の表面におけるドット径が60μｍ以下であり、且つ、前記感光体として、表面層の円筒軸の軸方向における膜厚ならびに屈折率を変化させることで画角特性が表面層の円筒軸の軸方向に均一になるように調整された感光体を使用することを特徴としている。
さらには、回転多面鏡に光ビームを入射させて偏向させる光走査装置を用いる電子写真方法において、表面層を具備しているa-Ｓi系感光体を用い、且つ該回転多面鏡の反射面における光ビーム径Ｄと該回転多面鏡の対向面の主走査方向幅Ｗに、3.0≧Ｄ/Ｗ≧1.5なる関係を有するよう構成されており、前記光ビームがレーザー光であり、前記感光体の表面におけるドット径が60μｍ以下であり、且つ、前記感光体として、表面層の円筒軸の軸方向における膜厚ならびに屈折率を変化させることで画角特性が表面層の円筒軸の軸方向に均一になるように調整された感光体を使用することを特徴としている。
【００３９】
以上のような構成により、光量分布の裾の光量変化があっても、電位揺らぎ(ドット径の揺らぎ)に影響しにくく、安定したドット潜像を形成することが可能になる。また、ＯＦＳを用いることで回転多面鏡の小型化が可能。したがって、高速化が可能になるので、高耐久性のａ-Ｓiと非常によいマッチングとなる。
さらに、ＢＡＥにおいては、ドット潜像の不安定が画質に与える影響が、より顕著であるため、ＢＡＥにおいて本発明の効果は、より発揮される。
【００４０】
一方、回転多面鏡によって光ビームを走査する原理上、感光体面に入射する光ビームの角度が異なるため、感光体面上で軸方向の光量分布(画角特性)を生じるが、可干渉性の表面層を有するａ-Ｓi感光体を用いることにより、干渉によって入射光量が変わるため、膜厚ならびに膜質によって画角特性を制御することが可能である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施態様を具体的に詳細説明する。
図１５は、本発明の画像形成装置用感光体の層構成を説明するための模式的構成図である。
図１５(ａ)に示す画像形成装置用感光体１１００は、感光体用としての支持体１１０１の上に、感光層１１０２が設けられている。該感光層１１０２はａ-Ｓi:Ｈ,Ｘからなり光導電性を有する光導電層１１０３で構成されている。
【００４２】
図１５(ｂ)は、本発明の画像形成装置用感光体の他の層構成を説明するための模式的構成図である。図１５(ｂ)に示す画像形成装置用感光体１１００は、感光体用としての支持体１１０１の上に、感光層１０２が設けられている。該感光層１１０２はａ-Ｓi:Ｈ,Ｘからなり光導電性を有する光導電層１１０３と、アモルファスシリコン系表面層１１０４とから構成されている。
【００４３】
図１５(ｃ)は、本発明の画像形成装置用感光体の他の層構成を説明するための模式的構成図である。
図１５(ｃ)に示す画像形成装置用感光体１１００は、感光体用としての支持体１１０１の上に、感光層１１０２が設けられている。該感光層１１０２はａ-Ｓi:Ｈ,Ｘからなり光導電性を有する光導電層１１０３と、アモルファスシリコン系表面層１１０４と、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層１１０５とから構成されている。
【００４４】
図１５(ｄ)は、本発明の画像形成装置用感光体のさらに他の層構成を説明するための模式構成図である。図１５(ｄ)に示す画像形成装置用感光体１１００は、感光体用としての支持体１１０１の上に、感光層１１０２が設けられている。該感光層１１０２は光導電層１１０３を構成するａ-Ｓi:Ｈ,Ｘからなる電荷発生層１１０６ならびに電荷輸送層１１０７と、アモルファスシリコン系表面層１１０４とから構成されている。
【００４５】
(支持体)
本発明において使用される支持体としては、導電性であっても、あるいは電気絶縁性であってもよい。導電性支持体としては、Ａl,Ｃr,Ｍo,Ａu,In,Ｎb,Ｔe,Ｖ,Ｔi,Ｐt,Ｐd,Ｆe等の金属、およびこれらの合金、例えばステンレス等が挙げられる。
またポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ガラス、セラミック等の電気絶縁性支持体の少なくとも感光層を形成する側の表面を導電処理した支持体も用いることができる。
【００４６】
本発明において使用される支持体１１０１の形状は平滑表面あるいは凹凸表面の円筒状または板状無端ベルト状であることができ、その厚さは、所望通りの画像形成装置用感光体１１００を形成し得るように適宜決定するが、画像形成装置用感光体１１００としての可撓性が要求される場合には、支持体１１０１としての機能が充分発揮できる範囲内で可能な限り薄くすることができる。しかしながら、支持体１１０１は製造上および取り扱い上、機械的強度等の点から通常は１０μｍ以上とされる。
【００４７】
特にレーザー光等の可干渉性光を用いて像記録を行う場合には、可視画像において現われる、いわゆる干渉縞模様による画像不良をより効果的に解消するために、帯電キャリアの減少が実質的にない範囲で支持体１１０１の表面に凹凸を設けてもよい。支持体１１０１の表面に設けられる凹凸は、特開昭６０-１６８１５６号、同６０-１７８４５７号、同６０-２２６８５４号各公報等に記載された公知の方法により作成される。
【００４８】
また、レーザー光等の可干渉光を用いた場合の干渉縞模様による画像不良をより効果的に解消する別の方法として、帯電キャリアの減少が実質的にない絶囲で支持体1101の表面に複数の球状痕跡窪みによる凹凸形状を設けてもよい。
すなわち、支持体1101の表面が画像形成装置用感光体1100に要求される解像力よりも微小な凹凸を有し、しかも該凹凸は、複数の球状痕跡窪みによるものである。
【００４９】
支持体１１０１の表面に設けられる複数の球状痕跡窪みによる凹凸は、特開昭６１-２３１５６１号公報に記載された公知の方法により作成される。
また、レーザー光等の可干渉光を用いた場合の干渉縞模様による画像不良をより効果的に解消するさらに別の方法として、感光層１１０２内、あるいは該層１１０２の下側に光吸収層等の干渉防止層あるいは領域を設けてもよい。
【００５０】
(光導電層)
本発明において、その目的を効果的に達成するために支持体1101上、必要に応じて下引き層(不図示)上に形成され、感光層1102の一部を構成する光導電層1103は真空堆積膜形成方法によって、所望特性が得られるように適宜成膜パラメーターの数値条件が設定されて作成される。具体的には、例えばグロー放電法(低周波ＣＶＤ法、高周波ＣＶＤ法またはマイクロ波ＣＶＤ法等の交流放電ＣＶＤ法、あるいは直流放電ＣＶＤ法等)、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等の数々の薄膜堆積法によって形成することができる。
【００５１】
これらの薄膜堆積法は、製造条件、設備資本投資下の負荷程度、製造規模、作成される画像形成装置用感光体に所望される特性等の要因によって適宜選択されて採用されるが、所望の特性を有する画像形成装置用感光体を製造するに当たっての条件の制御が比較的容易であることからしてグロー放電法、特にＲＦ帯またはＶＨＦ帯の電源周波数を用いた高周波グロー放電法が好適である。
【００５２】
グロー放電法によって光導電層１１０３を形成するには、基本的にはシリコン原子(Ｓi)を供給し得るＳi供給用の原料ガスと、水素原子(Ｈ)を供給し得るＨ供給用の原料ガスまたは/およびハロゲン原子(Ｘ)を供給し得るＸ供給用の原料ガスを、内部が減圧にし得る反応容器内に所望のガス状態で導入して、該反応容器内にグロー放電を生起させ、あらかじめ所定の位置に設置されてある所定の支持体１１０１上にａ-Ｓi:Ｈ,Ｘからなる層を形成すればよい。
【００５３】
また、本発明において光導電層１１０３中に水素原子または/およびハロゲン原子が含有されることが必要であるが、これは、シリコン原子の未結合手を補償し、層品質の向上、特に光導電性および電荷保持特性を向上させるために必須不可欠であるからである。よって水素原子またはハロゲン原子の含有量、または水素原子とハロゲン原子の和の量はシリコン原子と水素原子または/およびハロゲン原子の和に対して１０〜３０原子％、より好ましくは１５〜２５原子％とされるのが望ましい。
【００５４】
本発明において使用されるＳi供給用ガスとなり得る物質としては、ＳiＨ4,Ｓi2Ｈ6,Ｓi3Ｈ8,Ｓi4Ｈ10等のガス状態の、またはガス化し得る水素化珪素(シラン類)が有効に使用されるものとして挙げられ、さらに、層作成時の取り扱い易さ、Ｓi供給効率の良さ等の点でＳiＨ4,Ｓi2Ｈ6が好ましいものとして挙げられる。
【００５５】
そして、形成される光導電層１１０３中に水素原子を構造的に導入し、水素原子の導入割合の制御をいっそう容易になるように図り、本発明の目的を達成する膜特性を得るために、これらのガスにさらにＨ2および/またはＨeあるいは水素原子を含む珪素化合物のガスも所望量混合して層形成することが必要である。
また、各ガスは単独種のみでなく所定の混合比で複数種混合しても差し支えないものである。
【００５６】
また本発明において使用されるハロゲン原子供給用の原料ガスとして有効なのは、例えばハロゲンガス、ハロゲン化物、ハロゲンを含むハロゲン間化合物、ハロゲンで置換されたシラン誘導体等のガス状のまたはガス化し得るハロゲン化合物が好ましく挙げられる。また、さらにはシリコン原子とハロゲン原子とを構成要素とするガス状のまたはガス化し得る、ハロゲン原子を含む水素化珪素化合物も有効なものとして挙げることができる。
【００５７】
本発明において好適に使用し得るハロゲン化合物としては、具体的には弗素ガスＦ2,ＢrＦ,ＣlＦ,ＣlＦ3,ＢrＦ3,ＢrＦ5,ＩＦ3,ＩＦ7等のハロゲン間化合物を挙げることができる。ハロゲン原子を含む珪素化合物、いわゆるハロゲン原子で置換されたシラン誘導体としては、具体的には、例えばＳiＦ4,Ｓi2Ｆ6等の弗化珪素が好ましいものとして挙げることができる。
【００５８】
光導電層１１０３中に含有される水素原子または/およびハロゲン原子の量を制御するには、例えば支持体１１０１の温度、水素原子または/およびハロゲン原子を含有させるために使用される原料物質の反応容器内へ導入する量、放電電力等を制御すればよい。
【００５９】
本発明においては、光導電層１１０３には必要に応じて伝導性を制御する原子を含有させることが好ましい。伝導性を制御する原子は、光導電層１１０３中に万偏なく均一に分布した状態で含有されてもよいし、あるいは層厚方向には不均一な分布状態で含有している部分があってもよい。
【００６０】
前記伝導性を制御する原子としては、半導体分野における、いわゆる不純物を挙げることができ、ｐ型伝導特性を与える周期律表IIIｂ族に属する原子(以後「第IIIｂ族原子」と略記する)またはｎ型伝導特性を与える周期律表Ｖｂ族に属する原子(以後「第Ｖｂ族原子」と略記する)を用いることができる。
【００６１】
第IIIｂ族原子としては、具体的には、硼素Ｂ、アルミニウムＡl、ガリウムＧa、インジウムＩn、タリウムＴl等があり、特にＢ,Ａl,Ｇaが好適である。
第Ｖｂ族原子としては、具体的には燐Ｐ、砒素Ａs、アンチモンＳb、ビスマスＢi等があり、特にＰ,Ａsが好適である。
【００６２】
光導電層１０３に含有される伝導性を制御する原子の含有量としては、好ましくは、１×１０-2〜１×１０4原子ppm、より好ましくは、５×１０-2〜５×１０3原子ppm、最適には１×１０-1〜１×１０3原子ppmとされるのが望ましい。
【００６３】
伝導性を制御する原子、例えば、第IIIｂ族原子あるいは第Ｖｂ族原子を構造的に導入するには、層形成の際に、第IIIｂ族原子導入用の原料物質あるいは第Ｖｂ族原子導入用の原料物質をガス状態で反応容器中に、光導電層１０３を形成するための他のガスとともに導入してやればよい。第IIIｂ族原子導入用の原料物質あるいは第Ｖｂ族原子導入用の原料物質となり得るものとしては、常温常圧でガス状のまたは、少なくとも層形成条件下で容易にガス化し得るものが採用されるのが望ましい。
【００６４】
そのような第IIIｂ族原子導入用の原料物質として具体的には、硼素原子導入用としては、Ｂ2Ｈ6,Ｂ4Ｈ10,Ｂ5Ｈ9,Ｂ5Ｈ11,Ｂ6Ｈ10,Ｂ6Ｈ12,Ｂ6Ｈ14等の水素化硼素、ＢＦ3,ＢＣl3,ＢＢr3等のハロゲン化硼素等が挙げられる。この他、ＡlＣl3,ＧaＣl3,Ｇa(ＣＨ3)3,ＩnＣl3,ＴlＣl3等も挙げることができる。
【００６５】
第Ｖｂ族原子導入用の原料物質として有効に使用されるのは、燐原子導入用としては、ＰＨ3,Ｐ2Ｈ4等の水素化燐、ＰＨ4Ｉ,ＰＦ3,ＰＦ5,ＰＣl3,ＰＣl5,ＰＢr3,ＰＢr5,ＰＩ3等のハロゲン化燐が挙げられる。この他、ＡsＨ3,ＡsＦ3,ＡsＣl3,ＡsＢr3,ＡsＦ5,ＳbＨ3,ＳbＦ3,ＳbＦ6,ＳbＣl3,ＳbＣl6,ＢiＨ3,ＢiＣl3,ＢiＢr3等も第Ｖｂ族原子導入用の出発物質の有効なものとして挙げることができる。
また、これらの伝導性を制御する原子導入用の原料物質を必要に応じてＨ2および/またはＨeにより希釈して使用してもよい。
【００６６】
さらに本発明においては、光導電層１１０３に炭素原子および/または酸素原子および/または窒素原子を含有させることも有効である。炭素原子および/または酸素原子/およびまたは窒素原子の含有量はシリコン原子、炭素原子、酸素原子および窒素原子の和に対して好ましくは１×１０-5〜１０原子％、より好ましくは１×１０-4〜８原子％、最適には１×１０-3〜５原子％が望ましい。
炭素原子および/または酸素原子および/または窒素原子は、光導電層中に万遍なく均一に含有されてもよいし、光導電層の層厚方向に含有量が変化するような不均一な分布をもたせた部分があってもよい。
【００６７】
本発明において、光導電層１１０３の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは２０〜５０μｍ、より好ましくは２３〜４５μｍ、最適には２５〜４０μｍとされるのが望ましい。
【００６８】
本発明の目的を達成し、所望の膜特性を有する光導電層１１０３を形成するには、Ｓi供給用のガスと希釈ガスとの混合比、反応容器内のガス圧、放電電力ならびに支持体温度を適宜設定することが必要である。
【００６９】
希釈ガスとして使用するＨ2および/またはＨeの流量は、層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、Ｓi供給用ガスに対しＨ2および/またはＨeを、通常の場合３〜２０倍、好ましくは４〜１６倍、最適には６〜１０倍の範囲に制御することが望ましい。
【００７０】
反応容器内のガス圧も、同様に層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合１×１０-4〜１０Torr、好ましくは５×１０-4〜５Torr、最適には１×１０-3〜１Torrとするのが好ましい。
【００７１】
放電電力もまた同様に層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、Ｓi供給用のガスの流量に対する放電電力を、通常の場合２〜７倍、好ましくは２.５〜６倍、最適には３〜５倍の範囲に設定することが望ましい。
【００７２】
さらに、支持体１１０１の温度は、層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、好ましくは２００〜３５０℃、より好ましくは２３０〜３３０℃、最適には２５０〜３１０℃とするのが望ましい。
【００７３】
本発明においては、光導電層を形成するための支持体温度、ガス圧の望ましい数値範囲として前記した範囲が挙げられるが、条件は通常は独立的に別々に決められるものではなく、所望の特性を有する感光体を形成すべく相互的且つ有機的関連性に基づいて最適値を決めるのが望ましい。
【００７４】
(表面層)
本発明においては、上述のようにして支持体１１０１上に形成された光導電層１１０３の上に、さらにアモルファスシリコン系の表面層１１０４を形成することが好ましい。この表面層１１０４は自由表面１１０６を有し、主に耐湿性、連続繰り返し使用特性、電気的耐圧性、使用環境特性、耐久性において本発明の目的を達成するために設けられる。
【００７５】
また、本発明においては、感光層１１０２を構成する光導電層１１０３と表面層１１０４とを形成する非晶質材料の各々がシリコン原子という共通の構成要素を有しているので、積層界面において化学的な安定性の確保が十分になされている。
【００７６】
表面層1104は、アモルファスシリコン系の材料であれば、いずれの材質でも可能であるが、例えば、水素原子(Ｈ)および/またはハロゲン原子(Ｘ)を含有し、さらに炭素原子を含有するアモルファスシリコン(以下、「ａ-ＳiＣ:Ｈ,Ｘ」と表記する)、水素原子(Ｈ)および/またはハロゲン原子(Ｘ)を含有し、さらに酸素原子を含有するアモルファスシリコン(以下、「ａ-ＳiＯ:Ｈ,Ｘ」と表記する)、水素原子(Ｈ)および/またはハロゲン原子(Ｘ)を含有し、さらに窒素原子を含有するアモルファスシリコン(以下、「ａ-ＳiＮ:Ｈ,Ｘ」と表記する)、水素原子(Ｈ)および/またはハロゲン原子(Ｘ)を含有し、さらに炭素原子、酸素原子、窒素原子の少なくとも一つを含有するアモルファスシリコン(以下、「ａ-ＳiＣＯＮ:Ｈ,Ｘ」と表記する)等の材料が好適に用いられる。
【００７７】
本発明において、その目的を効果的に達成するために、表面層１１０４は真空堆積膜形成方法によって、所望特性が得られるように適宜成膜パラメーターの数値条件が設定されて作成される。
具体的には、例えばグロー放電法(低周波ＣＶＤ法、高周波ＣＶＤ法またはマイクロ波ＣＶＤ法等の交流放電ＣＶＤ法、あるいは直流放電ＣＶＤ法等)、スパックリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等の数々の薄膜堆積法によって形成することができる。
【００７８】
これらの薄膜堆積法は、製造条件、設備資本投資下の負荷程度、製造規模、作成される画像形成装置用感光体に所望される特性等の要因によって適宜選択されて採用されるが、感光体の生産性から光導電層と同等の堆積法によることが好ましい。
【００７９】
例えば、グロー放電法によってａ-ＳiＣ:Ｈ,Ｘよりなる表面層１１０４を形成するには、基本的にはシリコン原子Ｓiを供給し得るＳi供給用の原料ガスと、炭素原子Ｃを供給し得るＣ供給用の原料ガスと、水素原子Ｈを供給し得るＨ供給用の原料ガスまたは/およびハロゲン原子Ｘを供給し得るＸ供給用の原料ガスを、内部を減圧にし得る反応容器内に所望のガス状態で導入して、該反応容器内にグロー放電を生起させ、あらかじめ所定の位置に設置された光導電層１１０３を形成した支持体１１０１上にａ-ＳiＣ:Ｈ,Ｘからなる層を形成すればよい。
【００８０】
本発明において用いる表面層の材質としてはシリコンを含有するアモルファス材料ならば何れでもよいが、炭素、窒素、酸素より選ばれた元素を少なくとも１つ含むシリコン原子との化合物が好ましく、特にａ-ＳiＣを主成分としたものが好ましい。
表面層をａ-ＳiＣを主成分として構成する場合の炭素量は、シリコン原子と炭素原子の和に対して３０〜９０％の範囲が好ましい。
【００８１】
また、本発明において表面層１１０４中に水素原子または/およびハロゲン原子が含有されることが必要であるが、これはシリコン原子の未結合手を補償し、層品質の向上、特に光導電性特性および電荷保持特性を向上させるために必須不可欠である。
【００８２】
水素含有量は、構成原子の総量に対して通常の場合３０〜７０原子％、好適には３５〜６５原子％、最適には４０〜６０原子％とするのが望ましい。また、弗素原子の含有量として、通常の場合は０.０１〜１５原子％、好適には０.１〜１０原子％、最適には０.６〜４原子％とされるのが望ましい。
【００８３】
これらの水素および/または弗素含有量の範囲内で形成される感光体は、実際面において従来にない格段に優れたものとして充分適用させ得るものである。
すなわち、表面層内に存在する欠陥(主にシリコン原子や炭素原子のダングリングボンド)は画像形成装置用感光体としての特性に悪影響を及ぼすことが知られている。
【００８４】
例えば自由表面から光導電層への電荷の注入による帯電特性の劣化、使用環境、例えば高い湿度のもとで表面構造が変化することによる帯電特性の変動、さらにコロナ帯電時や光照射時に光導電層により表面層に電荷が注入され、前記表面層内の欠陥に電荷がトラップされることにより繰り返し使用時の残像現象の発生等がこの悪影響として挙げられる。
【００８５】
しかしながら、表面層内の水素含有量を３０原子％以上に制御することで表面層内の欠陥が大幅に減少し、その結果、従来に比べて電気的特性面および高速連続使用性において飛躍的な向上を図ることができる。
【００８６】
一方、前記表面層中の水素含有量が７１原子％以上になると表面層の硬度が低下するために、繰り返し使用に耐えられなくなる。
したがって、表面層中の水素含有量を前記の範囲内に制御することが格段に優れた所望の電子写真特性を得る上で非常に重要な因子の１つである。表面層中の水素含有量は、Ｈ2ガスの流量、支持体温度、放電パワー、ガス圧等によって制御し得る。
【００８７】
また、表面層中の弗素含有量を０.０１原子％以上の範囲に制御することで表面層内のシリコン原子と炭素原子の結合の発生をより効果的に達成することが可能となる。さらに、表面層中の弗素原子の働きとして、コロナ等のダメージによるシリコン原子と炭素原子の結合の切断を効果的に防止することができる。
【００８８】
一方、表面層中の弗素含有量が１５原子％を超えると表面層内のシリコン原子と炭素原子の結合の発生の効果およびシリコン原子と炭素原子の結合の切断を防止する効果がほとんど認められなくなる。さらに、過剰の弗素原子が表面層中のキャリアの走行性を阻害するため、残留電位や画像メモリーが顕著に認められてくる。
【００８９】
したがって、表面層中の弗素含有量を前記範囲内に制御することが所望の電子写真特性を得る上で重要な因子の一つである。表面層中の弗素含有量は、水素含有量と同様にＨ2ガスの流量、支持体温度、放電パワー、ガス圧等によって制御し得る。
【００９０】
本発明の表面層の形成において使用されるシリコンＳi供給用ガスとなり得る物質としては、ＳiＨ4,Ｓi2Ｈ6,Ｓi3Ｈ8,Ｓi4Ｈ10等のガス状態の、またはガス化し得る水素化珪素(シラン類)が有効に使用されるものとして挙げられ、さらに層作成時の取り扱い易さ、Ｓi供給効率の良さ等の点でＳiＨ4,Ｓi2Ｈ6が好ましいものとして挙げられる。また、これらのＳi供給用の原料ガスを必要に応じてＨ2,Ｈe,Ａr,Ｎe等のガスにより希釈して使用してもよい。
【００９１】
炭素供給用ガスとなり得る物質としては、ＣＨ4,Ｃ2Ｈ6,Ｃ3Ｈ8,Ｃ4Ｈ10等のガス状態の、またはガス化し得る炭化水素が有効に使用されるものとして挙げられ、さらに層作成時の取り扱い易さ、Ｓi供給効率の良さ等の点でＣＨ4,Ｃ2Ｈ6が好ましいものとして挙げられる。また、これらのＣ供給用の原料ガスを必要に応じてＨ2,Ｈe,Ａr,Ｎe等のガスにより希釈して使用してもよい。
【００９２】
窒素または酸素供給用ガスとなり得る物質としては、ＮＨ3,ＮＯ,Ｎ2Ｏ,ＮＯ2,Ｈ2Ｏ,Ｏ2,ＣＯ,ＣＯ2,Ｎ2等のガス状態の、またはガス化し得る化合物が有効に使用されるものとして挙げられる。また、これらの窒素、酸素供給用の原料ガスを必要に応じてＨ2,Ｈe,Ａr,Ｎe等のガスにより希釈して使用してもよい。
【００９３】
また、形成される表面層１１０４中に導入される水素原子の導入割合の制御をいっそう容易になるように図るために、これらのガスにさらに水素ガスまたは水素原子を含む珪素化合物のガスも所望量混合して層形成することが好ましい。
また、各ガスは単独種のみでなく所定の混合比で複数種混合しても差し支えないものである。
【００９４】
ハロゲン原子供給用の原料ガスとして有効なのは、例えばハロゲンガス、ハロゲン化物、ハロゲンをふくむハロゲン間化合物、ハロゲンで置換されたシラン誘導体等のガス状のまたはガス化し得るハロゲン化合物が好ましく挙げられる。
また、さらにはシリコン原子とハロゲン原子とを構成要素とするガス状のまたはガス化し得る、ハロゲン原子を含む水素化珪素化合物も有効なものとして挙げることができる。
【００９５】
本発明において好適に使用し得るハロゲン化合物としては、具体的には弗素ガスＦ2,ＢrＦ,ＣlＦ,ＣlＦ3,ＢrＦ3,ＢrＦ5,ＩＦ3,ＩＦ7等のハロゲン開化合物を挙げることができる。ハロゲン原子を含む珪素化合物、いわゆるハロゲン原子で置換されたシラン誘導体としては、具体的には、例えばＳiＦ4,Ｓi2Ｆ6等の弗化珪素が好ましいものとして挙げることができる。
【００９６】
表面層１１０４中に含有される水素原子または/およびハロゲン原子の量を制御するには、例えば支持体１１０１の温度、水素原子または/およびハロゲン原子を含有させるために使用される原料物質の反応容器内へ導入する量、放電電力等を制御すればよい。
【００９７】
炭素原子および/または酸素原子および/または窒素原子は、表面層中に万遍なく均一に含有されてもよいし、表面層の層厚方向に含有量が変化するような不均一な分布をもたせた部分があってもよい。
【００９８】
さらに本発明においては、表面層１１０４には必要に応じて伝導性を制御する原子を含有させることが好ましい。伝導性を制御する原子は、表面層１１０４中に万偏なく均一に分布した状態で含有されてもよいし、あるいは層厚方向には不均一な分布状態で含有している部分があってもよい。
【００９９】
前記の伝導性を制御する原子としては、半導体分野における、いわゆる不純物を挙げることができ、ｐ型伝導特性を与える周期律表第IIIｂ族原子またはｎ型伝導特性を与える周期律表第Ｖｂ族原子を用いることができる。
【０１００】
第IIIｂ族原子としては、具体的には、硼素Ｂ、アルミニウムＡl、ガリウムＧa、インジウムＩn、タリウムＴl等があり、特にＢ,Ａl,Ｇaが好適である。
第Ｖｂ族原子としては、具体的には、燐Ｐ、砒素Ａs、アンチモンＳb、ビスマスＢi等があり、特にＰ,Ａsが好適である。
表面層１０４に含有される伝導性を制御する原子の含有量としては、好ましくは１×１０-3〜１×１０3原子ppm、より好ましくは、１×１０-2〜５×１０2原子ppm、最適には１×１０-1〜１×１０2原子ppmとされるのが望ましい。
【０１０１】
伝導性を制御する原子、例えば、第IIIb族原子あるいは第Ｖb族原子を構造的に導入するには、層形成の際に、第IIIb族原子導入用の原料物資あるいは第Ｖb族原子導入用の原料物資をガス状態で反応容器内に、表面層104を形成するための他のガスとともに導入してやればよい。
第III族原子導入用の原料物質あるいは第Ｖb族原子導入用の原料物質となり得るものとしては、常温常圧でガス状のまたは、少なくとも層形成条件下で容易にガス化し得るものが採用されるのがのぞましい。
【０１０２】
そのような第IIIｂ族原子導入用の原料物質として、具体的には、硼素原子導入用としては、Ｂ2Ｈ6,Ｂ4Ｈ10,Ｂ5Ｈ9,Ｂ6Ｈ10,Ｂ6Ｈ12,Ｂ6Ｈ14等の水素化硼素、ＢＦ3,ＢＣl3,ＢＢr3等のハロゲン化硼素等が挙げられる。この他、ＡlＣl3,ＧaＣl3,Ｇa(ＣＨ3)3,ＩnＣl3,ＴlＣl3等も挙げることができる。
【０１０３】
第Ｖｂ族原子導入用の原料物質として、有効に使用されるのは、燐原子導入用としては、ＰＨ3,Ｐ2Ｈ4等の水素化燐、ＰＨ4Ｉ,ＰＦ3,ＰＦ5,ＰＣl3,ＰＣl5,ＰＢr3,ＰＢr5,ＰＩ3等のハロゲン化燐が挙げられる。
この他、ＡsＨ3,ＡsＦ3,ＡsＣl3,ＡsＢr3,ＳbＨ3,ＳbＦ5,ＳbＣl5,ＢiＨ3,ＢiＣl3,ＢiＢr3等も第Ｖｂ族原子導入用の出発物資の有効なものとして挙げることができる。
また、これらの伝導性を制御する原子導入用の原料物質を必要に応じてＨ2,Ｈe,Ａr,Ｎe等のガスにより希釈して使用してもよい。
【０１０４】
本発明における表面層１０４の層厚としては、通常０.０１μｍ、好適には０.０５〜２μｍ、最適には０.１〜１μｍとされるのが望ましいものである。層厚が０.０１μｍよりも薄いと感光体を使用中に摩耗等の理由により表面層が失われてしまい、３μｍを越えると残留電位の増加等の電子写真特性の低下がみられる。
【０１０５】
本発明による表面層１１０４は、その要求される特性が所望通りに与えられるように注意深く形成される。すなわち、Ｓi,Ｃおよび/またはＮおよび/またはＯ,Ｈおよび/またはＸを構成要素とする物質はその形成条件によって構造的には結晶からアモルファスまでの形態を取り、電気物性的には導電性から半導体性、絶縁性までの間の性質を、また、光導電的性質から非光導電的性質までの間の性質を各々示すので、本発明においては、目的に応じた所望の特性を有する化合物が形成されるように、所望にしたがってその形成条件の選択が厳密になされる。
【０１０６】
例えば、表面層１１０４を耐圧性の向上を主な目的として設けるには、使用環境において電気絶縁性的挙動の顕著な非単結晶材料として作成される。
また、連続繰り返し使用特性や使用環境特性の向上を主たる目的として表面層１１０４が設けられる場合には、上記の電気絶縁性の度合はある程度緩和され、照射される光に対してある程度の感度を有する非単結晶材料として形成される。
【０１０７】
さらに、本発明に係る帯電機構においては、表面層の低抵抗による画像流れを防止し、あるいは残留電位等の影響を防止するために、一方では帯電効率を良好にするために、層作成に際してその抵抗値を適宜に制御することが好ましい。
【０１０８】
本発明の目的を達成し得る特性を有する表面層１１０４を形成するには、支持体１１０１の温度、反応容器内のガス圧を所望にしたがって、適宜設定する必要がある。
支持体１１０１の温度(Ｔｓ)は、層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、好ましくは２００〜３５０℃、より好ましくは２３０〜３３０℃、最適には２５０〜３００℃とするのが望ましい。
【０１０９】
反応容器内のガス圧も、同様に層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、好ましくは１×１０-4〜１０Torr、より好ましくは５×１０-4〜６Torr、最適には１×１０-3〜１Torrとするのが好ましい。
【０１１０】
本発明においては、表面層を形成するための支持体温度、ガス圧の望ましい数値範囲として前記した範囲が挙げられるが、条件は通常は独立的に別々に決められるものではなく、所望の特性を有する感光体を形成すべく相互的且つ有機的関連性に基づいて最適値を決めるのが望ましい。
【０１１１】
さらに本発明においては、光導電層と表面層の間に、炭素原子、酸素原子、窒素原子の含有量を表面層より減らしたブロッキング層(下部表面層)を設けることも帯電能等の特性をさらに向上させるためには有効である。
また表面層１１０４と光導電層１１０３との間に炭素原子および/または酸素原子および/または窒素原子の含有量が光導電層１１０３に向かって減少するように変化する領域を設けてもよい。これにより表面層と光導電層の密着性を向上させ、界面での光の反射による干渉の影響をより少なくすることができる。
【０１１２】
(電荷注入阻止層)
本発明の画像形成装置用感光体においては、導電性支持体と光導電層との間に導電性支持体側からの電荷の注入を阻止する働きのある電荷注入阻止層を設けるのがいっそう効果的である。
すなわち、電荷注入阻止層は感光層が一定極性の帯電処理をその自由表面に受けた際、支持体側より光導電層側に電荷が注入されるのを阻止する機能を有し、逆の極性の帯電処理を受けた際にはそのような機能は発揮されない、いわゆる極性依存性を有している。
そのような機能を付与するために、電荷注入阻止層には伝導性を制御する原子を光導電層に比べ比較的多く含有させる。
【０１１３】
該層に含有される伝導性を制御する原子は、該層中に万偏なく均一に分布されてもよいし、あるいは層厚方向には万偏なく含有されてはいるが、不均一に分布する状態で含有している部分があってもよい。分布濃度が不均一な場合には、支持体側に多く分布するように含有させるのが好適である。
しかしながら、いずれの場合にも支持体の表面と平行面内方向においては、均一な分布で万偏なく含有されることが面内方向における特性の均一化をはかる点からも必要である。
【０１１４】
電荷注入阻止層に含有される伝導性を制御する原子としては、半導体分野における、いわゆる不純物を挙げることができ、ｐ型伝導特性を与える周期律表第IIIｂ族原子またはｎ型伝導特性を与える周期律表第Ｖ族原子を用いることができる。
【０１１５】
第IIIｂ族原子としては、具体的には、Ｂ(ほう素),Ａl(アルミニウム),Ｇa(ガリウム),Ｉn(インジウム),Ｔa(タリウム)等があり、特にＢ,Ａl,Ｇaが好適である。第Ｖ族原子としては、具体的にはＰ(リン),Ａs(砒素),Ｓb(アンチモン),Ｂi(ビスマス)等があり、特にＰ,Ａsが好適である。
【０１１６】
本発明において電荷注入阻止層中に含有される伝導性を制御する原子の含有量としては、本発明の目的が効果的に達成できるように所望にしたがって適宜決定されるが、好ましくは１０〜１×１０4原子ppm、より好適には５０〜５×１０3原子ppm、最適には１×１０2〜１×１０3原子ppmとされるのが望ましい。
【０１１７】
さらに、電荷注入阻止層には、炭素原子、窒素原子および酸素原子の少なくとも一種を含有させることによって、該電荷注入阻止層に直接接触して設けられる他の層との間の密着性の向上をよりいっそう図ることができる。
【０１１８】
該層に含有される炭素原子または窒素原子または酸素原子は、該層中に万偏なく均一に分布されてもよいし、あるいは層厚方向には万偏なく含有されてはいるが、不均一に分布する状態で含有している部分があってもよい。
しかしながら、いずれの場合にも支持体の表面と平行面内方向においては、均一な分布で万偏なく含有されることが面内方向における特性の均一化をはかる点からも必要である。
【０１１９】
本発明における電荷注入阻止層の全層領域に含有される炭素原子および/または窒素原子および/または酸素原子の含有量は、本発明の目的が効果的に達成されるように適宜決定されるが、一種の場合はその量として、二種以上の場合はその総和として、好ましくは１×１０-3〜５０原子％、より好適には５×１０-3〜３０原子％、最適には１×１０-2〜１０原子％とされるのが望ましい。
【０１２０】
また、本発明における電荷注入阻止層に含有される水素原子および/またはハロゲン原子は層内に存在する未結合手を補償し膜質の向上に効果を奏する。電荷注入阻止層中の水素原子またはハロゲン原子あるいは水素原子とハロゲン原子の和の含有量は、好適には１〜５０原子％、より好適には５〜４０原子％、最適には１０〜３０原子％とするのが望ましい。
【０１２１】
本発明において、電荷注入阻止層の層厚は、所望の電子写真特性が得られること、および経済的効果等の点から好ましくは０.１〜５μｍ、より好ましくは０.３〜４μｍ、最適には０.５〜３μｍとされるのが望ましい。
【０１２２】
本発明において電荷注入阻止層を形成するには、前述の光導電層を形成する方法と同様の真空堆積法が採用される。
本発明の目的を達成し得る特性を有する電荷注入阻止層１０５を形成するには、光導電層１１０３と同様に、Ｓi供給用のガスと帝釈ガスとの混合比、反応容器内のガス圧、放電電力ならびに支持体１１０１の温度を適宜設定することが必要である。
【０１２３】
希釈ガスであるＨ2および/またはＨeの流量は、層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、Ｓi供給用ガスに対しＨ2および/またはＨeを、通常の場合１〜２０倍、好ましくは３〜１５倍、最適には５〜１０倍の範囲に制御することが望ましい。
【０１２４】
反応容器内のガス圧も、同様に層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合１×１０-4〜１０Torr、好ましくは５×１０-4〜５Torr、最適には１×１０-3〜１Torrとするのが好ましい。
【０１２５】
放電電力もまた同様に層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、Ｓi供給用のガスの流量に対する放電電力を、通常の場合１〜７倍、好ましくは２〜６倍、最適には３〜５倍の、範囲に設定することが望ましい。
【０１２６】
さらに、支持体１１０１の温度は、層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、好ましくは２００〜３５０℃、より好ましくは２３０〜３３０℃、最適には２５０〜３００℃とするのが望ましい。
【０１２７】
本発明においては、電荷注入阻止層を形成するための希釈ガスの混合比、ガス圧、放電電力、支持体温度の望ましい数値範囲として前記した範囲が挙げられるが、これらの層作成ファクターは、通常は独立的に別々に決められるものではなく、所望の特性を有する表面層を形成すべく相互的且つ有機的関連性に基づいて各層作成ファクターの最適値を決めるのが望ましい。
【０１２８】
このほかに、本発明の画像形成装置用感光体においては、感光層1102の前記支持体1101側に、少なくともアルミニウム原子、シリコン原子、水素原子または/およびハロゲン原子が層厚方向に不均一な分布状態で含有する層領域を有することが望ましい。
【０１２９】
また、本発明の画像形成装置用感光体においては、支持体１１０１と光導電層１１０３あるいは電荷注入阻止層１０５との間の密着性の一層の向上を図る目的で、例えば、Ｓi3Ｎ4,ＳiＯ2,ＳiＯあるいはシリコン原子を母体とし、水素原子および/またはハロゲン原子と、炭素原子および/または酸素原子および/または窒素原子とを含む非晶質材料等で構成される密着層を設けてもよい。さらに、前述のごとく、支持体からの反射光による干渉模様の発生を防止するための光吸収層を設けてもよい。
【０１３０】
次に、感光層を形成するための装置および膜形成方法について詳述する。
図１６は電源周波数としてＲＦ帯を用いた高周波プラズマＣＶＤ法(以後「ＲＦ-ＰＣＶＤ」と略記する)による画像形成装置用感光体の製造装置の一例を示す模式的な構成図である。図１６に示す製造装置の構成は以下の通りである。
【０１３１】
この装置は大別すると、堆積装置２１００、原料ガスの供給装置２２００、反応容器２１１１内を減圧にするための排気装置(図示せず)から構成されている。堆積装置２１００中の反応容器２１１１内には円筒状支持体２１１２、支持体加熱用ヒーター２１１３、原料ガス導入管２１１４が設置され、さらに高周波マッチングボックス２１１５が接続されている。
【０１３２】
原料ガス供給装置２２００は、ＳiＨ4,ＧｅＨ4,Ｈ2,ＣＨ4,Ｂ2Ｈ6,ＰＨ3等の原料ガスのボンベ２２２１〜２２２６とバルブ２２３１〜２２３６,２２４１〜２２４６,２２５１〜２２５６およびマスフローコントローラー２２１１〜２２１６から構成され、各原料ガスのボンベはバルブ２２６０を介して反応容器２１１１内のガス導入管２１１４に接続されている。
【０１３３】
この装置を用いた堆積膜の形成は、例えば以下のように行なうことができる。まず、反応容器２１１１内に円筒状支持体２１１２を設置し、不図示の排気装置(例えば真空ポンプ)により反応容器２１１１内を排気する。続いて、支持体加熱用ヒーター２１１３により円筒状支持体２１１２の温度を２００〜３５０℃の所定の温度に制御する。
【０１３４】
堆積膜形成用の原料ガスを反応容器２１１１に流入させるには、ガスボンベのバルブ２２３１〜２２３６、反応容器のリークバルブ２１１７が閉じられていることを確認し、また、流入バルブ２２４１〜２２４６、流出バルブ２２５１〜２２５６、補助バルブ２２６０が開かれていることを確認して、まずメインバルブ２１１８を開いて反応容器２１１１およびガス配管２１１６内を排気する。
【０１３５】
次に真空計２１１９の読みが約５×１０-6Torrになった時点で補助バルブ２２６０、流出バルブ２２５１〜２２５６を閉じる。
その後、ガスボンベ２２２１〜２２２６より各ガスをバルブ２２３１〜２２３６を開いて導入し、圧力調整器２２６１〜２２６６により各ガス圧を２Ｋｇ/ｃｍ2に調整する。次に、流入バルブ２２４１〜２２４６を徐々に開けて、各ガスをマスフローコントローラー２２１１〜２２１６内に導入する。
【０１３６】
以上のようにして成膜の準備が完了した後、以下の手順で各層の形成を行う。円筒状支持体２１１２が所定の温度になったところで流出バルブ２２５１〜２２５６のうちの必要なものおよび補助バルブ２２６０を徐々に開き、ガスボンベ２２２１〜２２２６から所定のガスをガス導入管２１１４を介して反応容器２１１１内に導入する。
【０１３７】
次にマスフローコントローラー２２１１〜２２１６によって各原料ガスが所定の流量になるように調整する。その際、反応容器２１１１内の圧力が１Torr以下の所定の圧力になるように真空計２１１９を見ながらメインバルブ２１１８の開口を調整する。内圧が安定したところで、周波数１３.５６ＭＨｚのＲＦ電源(不図示)を所望の電力に設定して、高周波マッチングボックス２１１５を通じて反応容器２１１１内にＲＦ電力を導入し、グロー放電を生起させる。
【０１３８】
この放電エネルギーによって反応容器内に導入された原料ガスが分解され、円筒状支持体２１１２上に所定のシリコンを主成分とする堆積膜が形成されるところとなる。所望の膜厚の形成が行われた後、ＲＦ電力の供給を止め、流出バルブを閉じて反応容器へのガスの流入を止め、堆積膜の形成を終える。
同様の操作を複数回繰り返すことによって、所望の多層構造の感光層が形成される。
【０１３９】
それぞれの層を形成する際には必要なガス以外の流出バルブはすべて閉じられていることは言うまでもなく、また、それぞれのガスが反応容器(2111)内、流出バルブ2251〜2256から反応容器2111に至る配管内に残留することを避けるために、流出バルブ2251〜2256を閉じ、補助バルブ2260を開き、さらにメインバルブ2118を全開にして系内を一旦高真空に排気する操作を必要に応じて行う。
【０１４０】
また、膜形成の均一化を図るために、層形成を行なっている間は、支持体２１１２を駆動装置(不図示)によって所定の速度で回転させることも有効である。
さらに、上述のガス種およびバルブ操作は各々の層の作成条件にしたがって変さらが加えられることは言うまでもない。
【０１４１】
次に、電源にＶＨＦ帯の周波数を用いた高周波プラズマＣＶＤ(以後「ＶＨＦ-ＰＣＶＤ」と略記する)法によって形成される画像形成装置用感光体の製造方法について説明する。
【０１４２】
図１６に示した製造装置におけるＲＦ-ＰＣＶＤ法による堆積装置２１００を図１７に示す堆積装置３１００に交換して原料ガス供給装置２２００と接続することにより、ＶＨＦ-ＰＣＶＤ法による以下の構成の画像形成装置用感光体製造装置を得ることができる。
【０１４３】
この装置は大別すると、真空気密化構造をなし減圧し得る反応容器３１１１、原料ガスの供給装置２２００、および反応容器内を減圧にするための排気装置(不図示)から構成されている。この反応容器３１１１内には、円筒状支持体３１１２、支持体加熱用ヒーター３１１３、原料ガス導入管３１１４、電極が設置され、電極にはさらに高周波マッチングボックス(不図示)が接続されている。また、反応容器３１１１内は排気管３１２１を通じて不図示の拡散ポンプに接続されている。
【０１４４】
原料ガス供給装置２２００は、ＳiＨ4,ＧｅＨ4,Ｈ2,ＣＨ4,Ｂ2Ｈ6,ＰＨ3等の原料ガスのボンベ２２２１〜２２２６とバルブ２２３１〜２２３６,２２４１〜２２４６,２２５１〜２２５６およびマスフローコントローラー２２１１〜２２１６から構成され、各原料ガスのボンベはバルブ２２６０を介して反応容器３１１１内のガス導入管３１１４に接続されている。また、円筒状支持体３１１５によって取り囲まれた空間３１３０が放電空間を形成している。
【０１４５】
ＶＨＦ-ＰＣＶＤ法によるこの装置での堆積膜の形成は、以下のように行なうことができる。
まず、反応容器３１１１内に円筒状支持体３１１５を設置し、駆動装置３１２０によって支持体３１１５を回転し、不図示の排気装置(例えば真空ポンプ)により反応容器３１１１内を排気管３１２１を介して排気し、反応容器３１１１内の圧力を１×１０-７Torr以下に調整する。続いて、支持体加熱用ヒーター３１１６により円筒状支持体３１１５の温度を２００〜３５０℃の所定の温度に加熱保持する。
【０１４６】
堆積膜形成用の原料ガスを反応容器3111に流入させるには、ガスボンベのバルブ2231〜2236、反応容器のリークバルブ(不図示)が閉じられていることを確認し、また、流入バルブ2241〜2246、流出バルブ2251〜2256、補助バルブ2260が開かれていることを確認して、まずメインバルブ(不図示)を開いて反応容器3111およびガス配管3122内を排気する。
【０１４７】
次に真空計(不図示)の読みが約５×１０-6Torrになった時点で補助バルブ２２６０、流出バルブ２２５１〜２２５６を閉じる。
その後、ガスボンベ２２２１〜２２２６より各ガスをバルブ２２３１〜２２３６を開いて導入し、圧力調整器２２６１〜２２６６により各ガス圧を２Ｋｇ/ｃｍ2に調整する。次に、流入バルブ２２４１〜２２４６を徐々に開けて、各ガスをマスフローコントローラー２２１１〜２２１６内に導入する。
【０１４８】
以上のようにして成膜の準備が完了した後、以下のようにして円筒状支持体３１１５上に各層の形成を行う。
円筒状支持体３１１５が所定の温度になったところで流出バルブ２２５１〜２２６６のうちの必要なものおよび補助バルブ２２６０を徐々に開き、ガスボンベ２２２１〜２２２６から所定のガスをガス導入管３１１７を介して反応容器３１１１内の放電空間３１３０に導入する。次にマスフローコントローラー２２１１〜２２１６によって各原料ガスが所定の流量になるように調整する。その際、放電空間３１３０内の圧力が１Torr以下の所定の圧力になるように真空計(不図示)を見ながらメインバルブ(不図示)の開口を調整する。
【０１４９】
圧力が安定したところで、周波数５００ＭＨｚのＶＨＦ電源(不図示)を所望の電力に設定して、マッチングボックス(不図示)を通じて放電空間３１３０にＶＨＦ電力を導入し、グロー放電を生起させる。
かくして支持体３１１５により取り囲まれた放電空間３１３０において、導入された原料ガスは、放電エネルギーにより励起されて解離し、円筒状支持体３１１５上に所定の堆積膜が形成される。このとき、層形成の均一化を図るため支持体回転用モーター３１２０によって、所望の回転速度で回転させる。
所望の膜犀の形成が行われた後、ＶＨＦ電力の供給を止め、流出バルブを閉じて反応容器へのガスの流入を止め、堆積膜の形成を終える。
【０１５０】
同様の操作を複数回繰り返すことによって、所望の多層構造の感光層が形成される。
それぞれの層を形成する際には必要なガス以外の流出バルブはすべて閉じられていることは言うまでもなく、また、それぞれのガスが反応容器３１１１内、流出バルブ２２５１〜２２５６から反応容器３１１１に至る配管内に残留することを避けるために、流出バルブ２２５１〜２２５６を閉じ、補助バルブ２２６０を開き、さらにメインバルブ(不図示)を全開にして系内を一旦高真空に排気する操作を必要に応じて行う。
【０１５１】
上述のガス種およびバルブ操作は各々の層の作成条件にしたがって変更が加えられることは言うまでもない。
いずれの方法においても、堆積膜形成時の支持体温度は、特に200℃以上350℃以下、好ましくは230℃以上330℃以下、より好ましくは250℃以上300℃以下が好ましい。
【０１５２】
支持体の加熱方法は、真空仕様である発熱体であればよく、より具体的にはシース状ヒーターの巻き付けヒーター、板状ヒーター、セラミックヒーター等の電気抵抗発熱体、ハロゲンランプ、赤外線ランプ等の熱放射ランプ発熱体、液体、気体等を温媒とし熱交換手段による発熱体等が挙げられる。加熱手段の表面材質は、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、銅等の金属類、セラミックス、耐熱性高分子樹脂等を使用することができる。
【０１５３】
それ以外にも、反応容器以外に加熱専用の容器を設け、加熱した後、反応容器内に真空中で支持体を搬送する等の方法が用いられる。
また、特にＶＨＦ-ＰＣＶＤ法において、放電空間の圧力として、好ましくは１ｍTorr以上５００ｍTorr以下、より好ましくは３ｍTorr以上３００ｍTorr以下、最も好ましくは６ｍTorr以上１００ｍTorr以下に設定することが望ましい。
【０１５４】
ＶＨＦ-ＰＣＶＤ法において、放電空間に設けられる電極の大きさおよび形状は、放電を乱さないならばいずれのものでもよいが、実用上は直径１ｍｍ以上１０ｃｍ以下の円筒状が好ましい。このとき、電極の長さも、支持体に電界が均一にかかる長さであれば任意に設定できる。
【０１５５】
電極の材質としては、表面が導電性となるものならばいずれのものでもよく、例えば、ステンレス,Ａl,Ｃr,Ｍo,Ａu,Ｉn,Ｎb,Ｔe,Ｖ,Ｔi,Ｐt,Ｐb,Ｆe等の金属、これらの合金または表面を導電処理したガラス、セラミック、プラスチック等が通常使用される。
【０１５６】
以上述べてきた手段および作用を単独に、あるいは組み合わせて用いることにより、優れた効果を引き出すことが可能である。
感度に関しては、アモルファスシリコン感光体の場合、キャリア伝導の原理的に電界依存性は有しないのが一般的であり、ＥＶ特性は図１に示すように、直線的な形状を有するため、光量変化が電位に反映され易いという光量はない。
【０１５７】
したがって、Gauss分布の光量分布に対して、電位分布もGauss分布になるので、光量分布の裾が変化する場合にも、ドット径の変化への影響度は比較的小さく、画質に影響しにくい、という利点がある。
また、耐久によって磨耗させることが必須ではないため、感度すなわちＥＶ特性の耐久変化は少なく、ＯＰＣのような摩耗に伴う問題はない。
【０１５８】
【実施例】
本発明をさらに以下の実施例により説明するが、本発明はこれらにより何ら制限されるものではない。
【０１５９】
(試験例１)
図３に示すような光走査装置、および記録媒体１０６の周りには、図１８に示すような帯電、露光、現像、紙搬送等の配置された電子写真装置を用いた。
図３の光走査装置は、レーザダイオード１００、回転多面鏡１０２、レーザダイオード１００から出射されたレーザビームを回転多面鏡１０２に導く光源光学系１０４、回転多面鏡１０２で偏向されたレーザビームを記録媒体１０６に導き走査する走査光学系１０８から成り立っている。
【０１６０】
図１８は電子写真装置の画像形成プロセスを示す概略図であって、×方向に回転する紙面に垂直方向の回転円筒状の感光体１８０１の周辺には該感光体に近接して主帯電器１８０２、画像形成光線１８０３、現像器１８０４、転写紙給送系１８１０、転写・分離帯電器１８１２、クリーニング装置１８０５、主除電光源１８０６、搬送系１８１３等が配設してある。
【０１６１】
感光体１８０１は主帯電器１８０２によって一様に帯電され、これに原稿の情報を有した画像形成光線１８０３を照射することによって、感光体１８０１上に静電潜像が形成される。
該潜像は現像器１８０４からトナーが供給されて可視像、すなわち、トナー像となる。
【０１６２】
一方、転写材Ｐは転写紙通路１８１１、レジストローラ１８０９よりなる転写紙供給系１８１０を通って、感光体１８０１方向へと供給され、転写帯電器１８１２と感光体１８０１との間隙において、背面からトナーとは反対極性の電界を与えられ、これによって、感光体表面のトナー像は転写材Ｐに転移する。
分離された転写材Ｐは、転写紙給送系１８１３を通って定着装置(図示せず)に至って装置外に排出される。
【０１６３】
なお、転写部位において転写に寄与せず感光体表面に残る残留トナーは、クリーナー１８０５に至り、クリーニングプレード１８０７によってクリーニングされ、クリーニングにより更新された感光体１８０１は、さらに主除電光源１８０６から除電光を与えられて再び次の画像形成プロセスに供せられる。
【０１６４】
以上のような装置において、ＩＡＥにて１画素を１ドットで形成するドット画像を作成し、各々のドットの平均面積に対する、ドット面積の標準偏差を、ドット揺らぎと定義し、ドット面積を変えてドット揺らぎを測定した結果を、図９に示す。図１に示すような感光特性を有するａ-Ｓi感光体を用いた場合の方が、図２に示すような感光特性を有するＯＰＣ感光体を用いた場合よりも、ドット径ｘを小さくしていく際のドット揺らぎの悪化は少ないことがわかる。
【０１６５】
(試験例２)
図７に示すような光走査装置にした以外は試験例１と同様の装置にa-Ｓi感光体を用い、ＩＡＥにて回転多面鏡の反射面における光ビーム径Ｄと回転多面鏡の対向面の主走査方向幅Ｗの関係を変えて、ドット揺らぎを測定した結果を、図11に示す。
Ｄ/Ｗを大きくする方が、ドット揺らぎは小さくなり、ドット径xの小さいものほど効果が顕著であり、60μｍ以下で効果があることがわかる。
【０１６６】
(試験例３)
試験例２と同様の装置にa-Ｓi感光体を用い、同様の試験をし、ドット径30μｍにて画像形成方式を比較した結果を、図12に示す。ＩＡＥよりＢＡＥの方が、Ｄ/Ｗを大きくして、ドット揺らぎが小さくなる効果が顕著であることが分かる。
【０１６７】
(試験例４)
回転多面鏡の隣接面からの反射光等の迷光の、真のビーム光に対する比をフレアとして定義し、試験例２と同様の装置にａ-Ｓi感光体を用い、図７のタイプと図８のタイプの光学系において、ＤとＷの関係を変えて、フレアを測定した結果を、図１３に示す。
Ｄ/Ｗを大きくして行くとフレアが悪化する傾向にあるが、図７のタイプより図８のタイプの方が、フレアが出難い傾向にあることがわかる。
【０１６８】
(試験例５)
感光体の暗部電位から一定の電位を減衰させるのに必要な露光量を感度と定義し、ａ-Ｓi感光体の表面層の膜厚膜質を変化させて、感度を測定した結果を、図１４に示す。屈折率、膜厚を変化させることにより感度は変化する傾向にあることがわかる。
【０１６９】
[参考例１]
図18に示すような構成を有するアナログ式キャノン製複写機ＮＰ6750を図３に示すような光走査装置を備えたデジタル式に改造した装置を用いた。
光学系のタイプは図７に示すもので、画像形成方式はＩＡＥ、感光体はa-Ｓi系感光体で表面層による画角調整は行わなかった。
【０１７０】
感光体表面でのドット径は30μｍ、回転多面鏡面上でのＤ/Ｗを2.0とし、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度をそれぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本参考例の系では総合的に良好との結果が得られた。
【０１７１】
[参考例２]
光学系のタイプが図８に示すものを用いた以外は、参考例１と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度を、それぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本参考例の系では総合的に良好との結果が得られた。
【０１７２】
[参考例３]
画像形成方式をＢＡＥにした以外は、参考例２と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度をそれぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本参考例の系では総合的に非常に良好、との結果が得られた。
【０１７３】
[実施例１]
a-Ｓi系感光体の円筒軸の軸方向で表面層の膜質膜厚をコントロールし、画角特性による電位むらを調整した以外は、参考例３と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度をそれぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本実施例の系では総合的に非常に良好、との結果が得られた。
【０１７４】
[比較例１]
感光体をＯＰＣにした以外は、参考例３と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度をそれぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本比較例の系では総合的に実用上問題なし、との結果が得られた。
【０１７５】
[比較例２]
Ｄ/Ｗを1.0にした以外は、実施例１と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度を、それぞれ「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本比較例の系では総合的に実用上問題なし、との結果が得られた。
【０１７６】
[比較例３]
感光体表面でのドット径を70μｍにした以外は、実施例１と同様の装置を用いドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度をそれぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本比較例の系では総合的に実用上問題なし、との結果が得られた。
【０１７７】
[比較例４]
回転多面鏡面上でのＤ/Ｗを4.0にした以外は実施例１と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度を、それぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本比較例の系では総合的に実用上問題なし、との結果が得られた。
【０１７８】
[比較例５]
光学系のタイプが図７に示すものを用いた以外は、比較例４と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチユード、画質解像度を、それぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本比較例の系では総合的に実用上問題あり、との結果が得られた。
【０１７９】
【表１】
【０１８０】
【発明の効果】
上記のように、回転多面鏡に光ビームを入射させて偏向させる光走査装置を備えた電子写真装置において、ａ-Ｓi系感光体を用い、且つ該回転多面鏡の反射面における光ビーム径Ｄと該回転多面鏡の対向面の主走査方向幅Ｗに、３.０≧Ｄ/Ｗ≧１.５なる関係を有することを特徴とし、スポット光量分布中心付近の比較的光量の安定した部分のみを使用する、といった構成により、光量分布の裾の光量変化があっても、電位揺らぎ(ドット径の揺らぎ)に影響しにくく、安定したドット潜像を形成することが可能になる、という優れた効果を発揮する。
【０１８１】
また、ＯＦＳを用いることにより回転多面鏡の小型化が可能となる。したがって、高速化が可能になるので、高耐久性のａ-Ｓiと非常によいマッチングとなるため、高画質のプリントを高速高耐久で実現可能な電子写真装置を提供することができる。
さらに、ＢＡＥにおいては、ドット潜像の不安定が画質に与える影響が、より顕著であるため、本発明の効果は、ＢＡＥにおいてより発揮される。
【０１８２】
一方、回転多面鏡によって光ビームを走査する原理上、感光体面に入射する光ビームの角度が異なるため、感光体面上で軸方向の光量分布(画角特性)を生じるが、可干渉性の表面層を有するａ-Ｓi感光体を用いることにより、干渉によって入射光量が変わるため、膜厚膜質によって画角特性を制御することが可能である等々の優れて顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａ-Ｓi感光体の感光特性を示すグラフ図。
【図２】ＯＰＣ感光体の感光特性を示すグラフ図。
【図３】光走査装置の概要を示す模式図。
【図４】ＩＡＥおよびＢＡＥのラチチユードの一例を示すグラフ図。
【図５】露光分布と感光体ＥＶ特性および電位分布の関係を示すグラフ図。
【図６】アンダーフィールド型光学系ＵＦＳの概要、回転多面鏡例を示す模式図。
【図７】オーバーフィールド型光学系ＯＦＳの概要、回転多面鏡例を示す模式図。
【図８】透過光量分布型のフィルター付光量分布整形型光学系の概要、回転多面鏡例を示す模式図。
【図９】ドット面積を変えてドット揺らぎを測定した結果の一例を示すグラフ図。
【図１０】光源光学系で回転多面鏡へ入射する光ビームの幅を広くし、回転多面鏡の一反射面で反射する光ビームのムラを小さくした光学系の概要、回転多面鏡例を示す模式図。
【図１１】光ビーム径と回転多面鏡の対向面の主走査方向幅の関係を変えてドット揺らぎを測定した結果の一例を示すグラフ図。
【図１２】ドット径３０μｍにて画像形成方式(ＩＡＥ,ＢＡＥ)を比較した結果の一例を示すグラフ図。
【図１３】オーバーフィールド型光学系(図７)、フィルター付光量分布整形型光学系(図８)において、ＤとＷの関係を変えて、フレアを測定した結果の一例を示すグラフ図。
【図１４】ａ-Ｓi感光体の表面層の膜厚・膜質を変化させて感度を測定した結果の一例を示すグラフ図。
【図１５】本発明の画像形成装置用感光体の層構成を示す模式説明図。
【図１６】ＲＦ-ＰＣＶＤによる画像形成装置用感光体の一製造装置の概要を示す模式説明図。
【図１７】堆積装置の概要を示す模式説明図。
【図１８】電子写真装置の画像形成プロセスを示す概略説明図。
【符号の説明】
１００ レーザダイオード
１０２ 回転多面鏡
１０４ 光源光学系
１０６ 記録媒体
１０８ 走査光学系
１１２ 回転多面鏡
１１２Ａ 反射面
１２６ フィルター
１２８ 走査レンズ
１１００ 画像形成装置用感光体
１１０１ 支持体
１１０２ 感光層
１１０３ 光導電層
１１０４ アモルファスシリコン系表面層
１１０５ アモルファスシリコン系電荷注入阻止層
１１０６ 電荷発生層
１１０７ 電荷輸送層
１８０１ 感光体
１８０２ 主帯電器
１８０３ 画像形成光線
１８０４ 現像器
１８０５ クリーニング装置
１８０６ 主除電光源
１８０７ クリーニングブレード
１８０９ レジストローラー
１８１０ 転写紙給送系
１８１２ 転写・分離帯電器
１８１３ 搬送系
２１００ 堆積装置
２１１１ 反応容器
２１１２ 円筒状支持体
２１１３ 支持体加熱用ヒーター
２１１４ 原料ガス導入管
２１１５ 高周波マッチングボックス
２１１６ ガス配管
２１１７ リークバルブ
２１１８ メインバルブ
２１１９ 真空計
２２００ 原料ガス供給装置
２２１１〜２２１６ マスフローコントローラー
２２２１〜２２２６ 原料ガスのボンベ
２２３１〜２２３６ ガスボンベのバルブ
２２４１〜２２４６ 流入バルブ
２２５１〜２２５６ 流出バルブ
２２６０ 補助バルブ
２２６１〜２２６６ 圧力調整器
３１００ 堆積装置
３１１１ 反応容器
３１１２,３１１５ 円筒状支持体
３１１３,３１１６ 支持体加熱用ヒーター
３１２０ 駆動装置(支持体回転用モーター)
３１２１ 排気管
３１３０ 放電空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置および電子写真方法に関し、特にレーザビームプリンタ、レーザ複写機、レーザファクシミリ等の電子写真装置において、光ビームを光反射型偏向装置により偏向させて記録媒体上を走査させる光走査装置を備えた電子写真装置および該装置による電子写真方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザプリンタは、その画質の良さおよび高速なプリントアウト等の特徴で注目を浴びている。このレーザプリンタに搭載されるレーザビームを偏向して記録媒体上を走査する性能は、レーザプリンタの画質およびプリント速度等の性能を大きく左右する。
【０００３】
図３に示すように、通常、光走査装置は、レーザダイオード１００、回転多面鏡１０２、レーザダイオード１００から出射されたレーザビームを回転多面鏡１０２に導く光源光学系１０４、回転多面鏡１０２で偏向されたレーザビームを記録媒体１０６に導き走査する走査光学系１０８から成り立っている。
【０００４】
また、回転多面鏡と入射ビームとの関係には大別して以下の２方式がある。
一方は図６に示すように、回転多面鏡１１２の一つの反射面１１２Ａの幅Ｗよりも入射する光ビームＬの幅Ｄが狭く、入射した光ビームＬを全て走査レンズに出射する形式の光学系(以下、アンダーフィールド型光学系もしくはＵＦＳという)である。
他方は図７に示すように、回転多面鏡１１２の一つの反射面１１２Ａの幅Ｗよりも入射する光ビームＬの幅Ｄが広い過露光型の光学系(以下、オーバーフィールド型光学系もしくはＯＦＳという)である。
【０００５】
同じ走査レンズを用いる場合、オーバーフィールド型光学系は、アンダーフィールド光学系よりも回転多面鏡の径を小さくできるため、モータの回転数を低くできる等の特徴がある。しかしながら、入射ビームの一部が切り取られて走査レンズに出射するために、出射光量が記録媒体上の位置によって差を生じ、画像の濃度が部分的に異なる等の問題がある。
【０００６】
このため、ＵＳＰ ３,５５８,２０８では、図８に示すように、入射ビームが回転多面鏡１１２に入射する前に、あらかじめ透過光量分布型のフィルター１２６を使って光ビームＬの光量分布を整形しておき、走査レンズ１２８への出射ビームの光量が一定になるようにすることが提案されている。しかし、この装置では特殊なフィルターを用いるため部品点数が増えてコスト高となる等の問題があった。
【０００７】
一方、図１０に示すように、光源光学系で回転多面鏡１１２へ入射する光ビームＬの幅を広くすることで、回転多面鏡１１２の一つの反射面１１２Ａで反射する光ビームのムラを小さくできることが知られている。
また、デジタルタイプの電子写真装置の画像形成方式は、画像情報と露光部との関係には大別して以下の２方式がある。１方は画像部を露光するイメージ露光法(以下、ＩＡＥという)であり、他方は非画像部(背景部)を露光するバックグラウンド露光法(以下、ＢＡＥという)である。
【０００８】
ＢＡＥはアナログタイプの電子写真装置の画像形成方式と同じで、現像、クリーニング、現像剤等をアナログタイプの電子写真装置と共通化できるというメリットがある。
一方、ＩＡＥは正常に画像を得るためには逆極性の現像剤による反転現像を行わなければならない。
両方式とも実用化されているが、それぞれ使用する感光体・現像剤等の制約で決定されることが多い。
【０００９】
現像方式は、モノクロ・カラー等、そのニーズによって１成分現像・２成分ブラシ現像の様々な方式が案出もしくは採用されており、一般に画像再現特性は１成分現像より２成分ブラシ現像の方が優れているとされているが、各方式にはそれぞれの特徴がある。
【００１０】
主な現像方式の特徴については、以下のような特徴が挙げられる。すなわち、(ａ)ＢＭＴ方式・ＦＥＥＤ方式(１成分・絶縁性・磁性・接触)特にＦＥＥＤ方式は２成分ブラシ現像とほば同等の画像特性であること、(ｂ)タッチダウン方式(１成分・絶縁性・非磁性・接触)は接触現像によるカブリが問題であること、(ｃ)ジャンピング方式(１成分・絶縁性・磁性・非接触)は非接触のためカブリ・傷の問題が少ないこと、(ｄ)プロジェクション方式(１成分・絶縁性・非磁性・非接触)は非接触のためカブリ・傷の問題が少なく非磁性のためカラー化可能なこと、(ｅ)マグネダイナミック方式(１成分・導電性・磁性・接触)は潜像電界による誘導帯電、ブラシ現像であり正・負いずれの潜像でも現像できるが、転写が困難なこと、(ｆ)ＩＭＢ方式(２成分・絶縁性・非磁性・接触)は絶縁性キャリアのため現像後に逆極性電荷が蓄積されベタ部の再現性はよくないが細線の再現性はよいこと、(ｇ)ＣＭＢ方式(２成分・絶縁性・非磁性・接触)は導電性キャリアのため、現像後に逆極性電荷が蓄積されずべ夕部の再現性はよいが、低濃度の細線の再現性が劣ること、等々である。
【００１１】
一般に現像は、かぶりと濃度のトレードオフであり、そのラチチユードが現像性を大きく左右するものであるが、ＩＡＥよりもＢＡＥの方がラチチユードは広い。
一方、転写分離性能は、転写効率と分離、再転写のラチチユードに大きく左右されるものであるが、ＩＡＥでは非画像部(背景部)の電位が画像部より高いため、ＩＡＥよりもＢＡＥの方がラチチユードは広い。
【００１２】
また、クリーニング突入時には感光体の電位は減衰しているため、電位の低い部分に現像する方式のＩＡＥでは、クリーニング部位で多くの現像剤が感光体に付着し易く、クリーニングに関しても、ＩＡＥよりもＢＡＥの方がラチチユードは広い。
【００１３】
このように、ＢＡＥの方が設計し易く、結果的にラチチユードの広い安定した電子写真装置を供給できるというポテンシャルを有している。
しかし、レーザービーム走査による画像記録においては、以下に記すようにＩＡＥよりもＢＡＥの方がラチチユードが狭いという難点がある。
【００１４】
一般に、レーザービーム走査による画像記録技術は、レーザーのスポットの大きさ・形状・パワー等が画質や安定性に大きな影響を与える。
特に電子写真をベースとしたレーザビームプリンターにおいては、帯電によって得られた一様な表面電位分布をレーザービームを照射することによりdecayさせ潜像を形成していくため、このレーザスポット形状により形成された分布に影響を与える。
ＩＡＥにおいては、記録画像領域(黒化部)にレーザビームを照射し、表面電位をdecayさせ電位の下がった部分に現像剤を付着させる。
【００１５】
したがって、走査線間隔に対してレーザースポット径が大きい場合やレーザパワーが大きすぎる場合には文字やラインの線幅が太りつぶれたようになる。ＢＡＥでは背景部(非黒化部)にレーザビームを照射し表面電位をdecayさせ、現像剤を付着させる領域はdecayしていない表面電位の高い領域である。
このため、走査線間隔に対してレーザースポット径が大きい場合やレーザパワーが大きすぎる場合には文字やラインの線幅が細くなりかすれてくる。したがって各画像形成方式においてレーザスポット径やパワーには上限がある。
【００１６】
図４は、左側部にＩＡＥの１ラインの状態、すなわち１ラインのみレーザーONの状態を、右側部にＢＡＥの１ラインの状態、すなわち１ラインのみレーザーOFFの状態を示し、ＩＡＥのラチチユードはＶD-Ｖi、ＢＡＥのラチチユードはＶb-Ｖ2である。
【００１７】
この図からわかるように、ＢＡＥでは、走査線間隔に対してレーザースポット径が小さい場合やレーザパワーが小さすぎると、レーザー照射部に電位の隙間ができ、Ｖ2が高くなりラチチユードが小さくなるため、走査線間隔に対してレーザスポット径やパワーには下限がある。すなわち、ＢＡＥのラチチユードはＩＡＥより狭いことが知られている。
したがって各画像形成方式において最適なレーザスポット径やパワーを設定する必要がある。
【００１８】
光ビームの強度分布と感光体の感光特性、そして感光体上の電位分布の関係を図５に示す。この図５から分かるように、感光体の感光特性がリニアである場合には、光ビームの強度分布がそのまま感光体上の電位分布に反映されることが分かる。
【００１９】
感光体は、有機系、無機系の２種類に大別される。
【００２０】
(有機光導電体(ＯＰＣ))
電子写真感光体の光導電材料として、近年、種々の有機光導電材料の開発が進み、特に電荷発生層と電荷輸送層を積層した機能分離型感光体は既に実用化され複写機やレーザービームプリンターに搭載されている。
【００２１】
しかしながら、これらの感光体は一般的に耐久性が低いことが１つの大きな欠点であるとされてきた。耐久性としては、感度、残留電位、帯電能、画像ぼけ等の電子写真物性面の耐久性および摺擦による感光体表面の摩耗や引っ掻き傷等の機械的耐久性に大別され、いずれも感光体の寿命を決定する大きな要因となっている。
【００２２】
この内、電子写真物性面の耐久性、特に画像ぼけに関しては、コロナ帯電器から発生するオゾン、ＮＯx等の活性物質により感光体表面層に含有される電荷輸送物質が劣化することが原因であることが知られている。
また機械的耐久性に関しては、感光層に対して紙、ブレード/ローラー等のクリーニング部材、トナー等が物理的に接触して摺擦することが原因であることが知られている。
【００２３】
電子写真物性面の耐久性を向上させるためには、オゾン、ＮＯx等の活性物質により劣化されにくい電荷輸送物質を用いることが重要であり、酸化電位の高い電荷輸送物質を選択することが知られている。また、機械的耐久性を上げるためには、紙やクリーニング部材による摺擦に耐えるために、表面の潤滑性を上げ摩擦を小さくすること、トナーのフィルミング融着等を防止するために表面の離形性をよくすることが重要であり、フツ素系樹脂粉体、フツ化黒鉛、ポリオレフイン系樹脂粉体等の滑材を表面層に配合することが知られている。
しかしながら、磨耗が著しく小さくなるとオゾン、ＮＯx等の活性物質により生成した吸湿性物質が感光体表面に堆積し、その結果として表面抵抗が下がり、表面電荷が横方向に移動し、いわゆる画像流れを生ずるという問題があった。
【００２４】
一方、感度に関しては、有機系の感光体の場合、キャリア伝導の原理からくる電界依存性を有するのが一般的であり、露光量に対する電位特性(横軸:露光量、縦軸:電位、以下、ＥＶ特性)が図２に示すように、下に凸の形状を有するため、小光量での光量変化が電位に反映され易い。したがって、Gauss分布の光量分布に対して、お椀型の電位分布を形成するので、光量分布の裾が変化する場合、ドット径の変化への影響度が大きく、画質に影響し易いという問題が有った。
さらに上記の理由により耐久によって磨耗させることが必要であるため、感度すなわちＥＶ特性の耐久変化があり、また磨耗に伴う表面形状の変化が引き起こす光散乱により、ドットのボケが生じる、という問題が有った。
【００２５】
(無機光導電体:アモルファスシリコン(ａ-Ｓi)系感光体)
電子写真において、感光体における感光層を形成する光導電材料としては、高感度で、ＳＮ比「光電流(Ｉｐ)/暗電流(Ｉｄ)」が高く、照射する電磁波のスペクトル特性に適合した吸収スペクトルを有すること、光応答性が早く、所望の暗抵抗値を有すること、使用時において人体に対して無害であること、等の特性が要求される。
【００２６】
特に、事務機としてオフィスで使用される画像形成装置内に組み込まれる画像形成装置用感光体の場合には、上記の使用時における無公害性は重要な点である。このような点に優れた性質を示す光導電材料に水素化アモルファスシリコン(以下、「ａ-Ｓi:Ｈ」と表記する)があり、例えば、特公昭６０-３５０５９号公報には画像形成装置用感光体としての応用が記載されている。
【００２７】
a-Ｓi:Ｈを用いた画像形成装置用感光体は、一般的には、導電性支持体を50〜400℃に加熱し、該支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の成膜法によりa-Ｓiからなる光導電層を形成する。なかでもプラズマＣＶＤ法、すなわち原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にａ-Ｓi堆積膜を形成する方法が好適なものとして実用に供されている。
【００２８】
また、特開昭５４-８３７４６号公報においては、導電性支持体と、ハロゲン原子を構成要素として含むａ-Ｓi(以下、「ａ-Ｓi:Ｘ」と表記する)光導電層からなる画像形成装置用感光体が提案されている。当該公報においては、ａ-Ｓiにハロゲン原子を１〜４０原子％含有させることにより、耐熱性が高く、画像形成装置用感光体の光導電層として良好な電気的、光学的特性を得ることができるとしている。
【００２９】
また、特開昭５７-１１５５６号公報には、ａ-Ｓi堆積膜で構成された光導電層を有する光導電部材の、暗抵抗値、光感度、光応答性等の電気的、光学的、光導電的特性および耐湿性等の使用環境特性、さらには経時的安定性について改善を図るため、シリコン原子を母体としたアモルファス材料で構成された光導電層上に、シリコン原子および炭素原子を含む非光導電性のアモルファス材料で構成された表面層を設ける技術が記載されている。
【００３０】
さらに、特開昭６０-６７９５１号公報には、アモルファスシリコン、炭素、酸素および弗素を含有してなる透光絶縁性オーバーコート層を積層する感光体についての技術が記載されており、特開昭６２-１６８１６１号公報には、表面層として、シリコン原子と炭素原子と４１〜７０原子％の水素原子を構成要素として含む非晶質材料を用いる技術が記載されている。
【００３２】
さらに、特開昭５７-１５８６５０号公報には、水素を１０〜４０原子％含有し、赤外吸収スペクトルの２１００ｃｍ-1と２０００ｃｍ-1の吸収ピークの吸収係数比が０.２〜１.７であるａ-Ｓi:Ｈを光導電層に用いることにより高感度で高抵抗な画像形成装置用感光体が得られることが記載されている。
【００３３】
一方、特開昭６０-９５５５１号公報には、アモルファスシリコン感光体の画像品質向上のために、感光体表面近傍の温度を３０〜４０℃に維持して帯電、露光、現像および転写といった画像形成行程を行うことにより、感光体表面での水分の吸着による表面抵抗の低下と、それに伴って発生する画像流れを防止する技術が開示されている。
これらの技術により、画像形成装置用感光体の電気的、光学的、光導電的特性および使用環境特性が向上し、それに伴って画像品質も向上してきた。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーの発光分布は、１ドット内では近似的にGauss分布であり、ＵＦＳはそのまますべてドラム面に到達する。したがって、前記のようにＥＶの形状が下に凸であるＯＰＣにおいては小光量での光量変化が電位に反映され易いため、Gauss分布の裾の光量が変化するとドット径が変化し、画質に影響し易い、という問題があった。
特に、高画質化が進み、ドット径を小さくしていくと、ドット径揺らぎの画質に与える影響は大きくなり、高画質化の障害になるものである。
【００３５】
さらに、電子写真装置を設計する上では、ラチチユードが高く、安定性の高いＢＡＥを用いたいところであるが、ＢＡＥは前記のように走査線間隔に対してレーザスポット径やパワーには上下限があるため、ＩＡＥよりもより高精度に最適なレーザスポット径やパワーを設定する必要がある。
しかし、実際の電子写真装置として組み上げる工程で高精度に設定するのには限界が有り、設定状態によってはレーザー発光のバラツキに起因するドット径揺らぎが生じることがあった。
【００３６】
本発明は、オーバーフィールド型光学系を用いた電子写真装置を構成する際にGauss分布の裾の光量変化に対してドット径や、画質が影響を受けにくい、そして設定ラチチユードの広い、優れた電子写真装置および該装置による電子写真方法の提供を目的としている。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明に係る電子写真装置および電子写真方法にて達成される。要約すれば本発明は、オーバーフィールド型光学系と直線的なＥＶ特性を持つａ-Ｓiとを用いた電子写真装置において、スポット光量分布を広げた位置に回転多面鏡面を設定することで、スポット光量分布中心付近の比較的光量の安定した部分のみを使用するものである。
【００３８】
具体的には回転多面鏡に光ビームを入射させて偏向させる光走査装置を備えた電子写真装置において、表面層を有するa-Ｓi系感光体を用い、且つ該回転多面鏡の反射面における光ビーム径Ｄと該回転多面鏡の対向面の主走査方向幅Ｗに、3.0≧Ｄ/Ｗ≧1.5なる関係を有しており、前記光ビームがレーザー光であり、前記感光体の表面におけるドット径が60μｍ以下であり、且つ、前記感光体として、表面層の円筒軸の軸方向における膜厚ならびに屈折率を変化させることで画角特性が表面層の円筒軸の軸方向に均一になるように調整された感光体を使用することを特徴としている。
さらには、回転多面鏡に光ビームを入射させて偏向させる光走査装置を用いる電子写真方法において、表面層を具備しているa-Ｓi系感光体を用い、且つ該回転多面鏡の反射面における光ビーム径Ｄと該回転多面鏡の対向面の主走査方向幅Ｗに、3.0≧Ｄ/Ｗ≧1.5なる関係を有するよう構成されており、前記光ビームがレーザー光であり、前記感光体の表面におけるドット径が60μｍ以下であり、且つ、前記感光体として、表面層の円筒軸の軸方向における膜厚ならびに屈折率を変化させることで画角特性が表面層の円筒軸の軸方向に均一になるように調整された感光体を使用することを特徴としている。
【００３９】
以上のような構成により、光量分布の裾の光量変化があっても、電位揺らぎ(ドット径の揺らぎ)に影響しにくく、安定したドット潜像を形成することが可能になる。また、ＯＦＳを用いることで回転多面鏡の小型化が可能。したがって、高速化が可能になるので、高耐久性のａ-Ｓiと非常によいマッチングとなる。
さらに、ＢＡＥにおいては、ドット潜像の不安定が画質に与える影響が、より顕著であるため、ＢＡＥにおいて本発明の効果は、より発揮される。
【００４０】
一方、回転多面鏡によって光ビームを走査する原理上、感光体面に入射する光ビームの角度が異なるため、感光体面上で軸方向の光量分布(画角特性)を生じるが、可干渉性の表面層を有するａ-Ｓi感光体を用いることにより、干渉によって入射光量が変わるため、膜厚ならびに膜質によって画角特性を制御することが可能である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施態様を具体的に詳細説明する。
図１５は、本発明の画像形成装置用感光体の層構成を説明するための模式的構成図である。
図１５(ａ)に示す画像形成装置用感光体１１００は、感光体用としての支持体１１０１の上に、感光層１１０２が設けられている。該感光層１１０２はａ-Ｓi:Ｈ,Ｘからなり光導電性を有する光導電層１１０３で構成されている。
【００４２】
図１５(ｂ)は、本発明の画像形成装置用感光体の他の層構成を説明するための模式的構成図である。図１５(ｂ)に示す画像形成装置用感光体１１００は、感光体用としての支持体１１０１の上に、感光層１０２が設けられている。該感光層１１０２はａ-Ｓi:Ｈ,Ｘからなり光導電性を有する光導電層１１０３と、アモルファスシリコン系表面層１１０４とから構成されている。
【００４３】
図１５(ｃ)は、本発明の画像形成装置用感光体の他の層構成を説明するための模式的構成図である。
図１５(ｃ)に示す画像形成装置用感光体１１００は、感光体用としての支持体１１０１の上に、感光層１１０２が設けられている。該感光層１１０２はａ-Ｓi:Ｈ,Ｘからなり光導電性を有する光導電層１１０３と、アモルファスシリコン系表面層１１０４と、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層１１０５とから構成されている。
【００４４】
図１５(ｄ)は、本発明の画像形成装置用感光体のさらに他の層構成を説明するための模式構成図である。図１５(ｄ)に示す画像形成装置用感光体１１００は、感光体用としての支持体１１０１の上に、感光層１１０２が設けられている。該感光層１１０２は光導電層１１０３を構成するａ-Ｓi:Ｈ,Ｘからなる電荷発生層１１０６ならびに電荷輸送層１１０７と、アモルファスシリコン系表面層１１０４とから構成されている。
【００４５】
(支持体)
本発明において使用される支持体としては、導電性であっても、あるいは電気絶縁性であってもよい。導電性支持体としては、Ａl,Ｃr,Ｍo,Ａu,In,Ｎb,Ｔe,Ｖ,Ｔi,Ｐt,Ｐd,Ｆe等の金属、およびこれらの合金、例えばステンレス等が挙げられる。
またポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ガラス、セラミック等の電気絶縁性支持体の少なくとも感光層を形成する側の表面を導電処理した支持体も用いることができる。
【００４６】
本発明において使用される支持体１１０１の形状は平滑表面あるいは凹凸表面の円筒状または板状無端ベルト状であることができ、その厚さは、所望通りの画像形成装置用感光体１１００を形成し得るように適宜決定するが、画像形成装置用感光体１１００としての可撓性が要求される場合には、支持体１１０１としての機能が充分発揮できる範囲内で可能な限り薄くすることができる。しかしながら、支持体１１０１は製造上および取り扱い上、機械的強度等の点から通常は１０μｍ以上とされる。
【００４７】
特にレーザー光等の可干渉性光を用いて像記録を行う場合には、可視画像において現われる、いわゆる干渉縞模様による画像不良をより効果的に解消するために、帯電キャリアの減少が実質的にない範囲で支持体１１０１の表面に凹凸を設けてもよい。支持体１１０１の表面に設けられる凹凸は、特開昭６０-１６８１５６号、同６０-１７８４５７号、同６０-２２６８５４号各公報等に記載された公知の方法により作成される。
【００４８】
また、レーザー光等の可干渉光を用いた場合の干渉縞模様による画像不良をより効果的に解消する別の方法として、帯電キャリアの減少が実質的にない絶囲で支持体1101の表面に複数の球状痕跡窪みによる凹凸形状を設けてもよい。
すなわち、支持体1101の表面が画像形成装置用感光体1100に要求される解像力よりも微小な凹凸を有し、しかも該凹凸は、複数の球状痕跡窪みによるものである。
【００４９】
支持体１１０１の表面に設けられる複数の球状痕跡窪みによる凹凸は、特開昭６１-２３１５６１号公報に記載された公知の方法により作成される。
また、レーザー光等の可干渉光を用いた場合の干渉縞模様による画像不良をより効果的に解消するさらに別の方法として、感光層１１０２内、あるいは該層１１０２の下側に光吸収層等の干渉防止層あるいは領域を設けてもよい。
【００５０】
(光導電層)
本発明において、その目的を効果的に達成するために支持体1101上、必要に応じて下引き層(不図示)上に形成され、感光層1102の一部を構成する光導電層1103は真空堆積膜形成方法によって、所望特性が得られるように適宜成膜パラメーターの数値条件が設定されて作成される。具体的には、例えばグロー放電法(低周波ＣＶＤ法、高周波ＣＶＤ法またはマイクロ波ＣＶＤ法等の交流放電ＣＶＤ法、あるいは直流放電ＣＶＤ法等)、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等の数々の薄膜堆積法によって形成することができる。
【００５１】
これらの薄膜堆積法は、製造条件、設備資本投資下の負荷程度、製造規模、作成される画像形成装置用感光体に所望される特性等の要因によって適宜選択されて採用されるが、所望の特性を有する画像形成装置用感光体を製造するに当たっての条件の制御が比較的容易であることからしてグロー放電法、特にＲＦ帯またはＶＨＦ帯の電源周波数を用いた高周波グロー放電法が好適である。
【００５２】
グロー放電法によって光導電層１１０３を形成するには、基本的にはシリコン原子(Ｓi)を供給し得るＳi供給用の原料ガスと、水素原子(Ｈ)を供給し得るＨ供給用の原料ガスまたは/およびハロゲン原子(Ｘ)を供給し得るＸ供給用の原料ガスを、内部が減圧にし得る反応容器内に所望のガス状態で導入して、該反応容器内にグロー放電を生起させ、あらかじめ所定の位置に設置されてある所定の支持体１１０１上にａ-Ｓi:Ｈ,Ｘからなる層を形成すればよい。
【００５３】
また、本発明において光導電層１１０３中に水素原子または/およびハロゲン原子が含有されることが必要であるが、これは、シリコン原子の未結合手を補償し、層品質の向上、特に光導電性および電荷保持特性を向上させるために必須不可欠であるからである。よって水素原子またはハロゲン原子の含有量、または水素原子とハロゲン原子の和の量はシリコン原子と水素原子または/およびハロゲン原子の和に対して１０〜３０原子％、より好ましくは１５〜２５原子％とされるのが望ましい。
【００５４】
本発明において使用されるＳi供給用ガスとなり得る物質としては、ＳiＨ4,Ｓi2Ｈ6,Ｓi3Ｈ8,Ｓi4Ｈ10等のガス状態の、またはガス化し得る水素化珪素(シラン類)が有効に使用されるものとして挙げられ、さらに、層作成時の取り扱い易さ、Ｓi供給効率の良さ等の点でＳiＨ4,Ｓi2Ｈ6が好ましいものとして挙げられる。
【００５５】
そして、形成される光導電層１１０３中に水素原子を構造的に導入し、水素原子の導入割合の制御をいっそう容易になるように図り、本発明の目的を達成する膜特性を得るために、これらのガスにさらにＨ2および/またはＨeあるいは水素原子を含む珪素化合物のガスも所望量混合して層形成することが必要である。
また、各ガスは単独種のみでなく所定の混合比で複数種混合しても差し支えないものである。
【００５６】
また本発明において使用されるハロゲン原子供給用の原料ガスとして有効なのは、例えばハロゲンガス、ハロゲン化物、ハロゲンを含むハロゲン間化合物、ハロゲンで置換されたシラン誘導体等のガス状のまたはガス化し得るハロゲン化合物が好ましく挙げられる。また、さらにはシリコン原子とハロゲン原子とを構成要素とするガス状のまたはガス化し得る、ハロゲン原子を含む水素化珪素化合物も有効なものとして挙げることができる。
【００５７】
本発明において好適に使用し得るハロゲン化合物としては、具体的には弗素ガスＦ2,ＢrＦ,ＣlＦ,ＣlＦ3,ＢrＦ3,ＢrＦ5,ＩＦ3,ＩＦ7等のハロゲン間化合物を挙げることができる。ハロゲン原子を含む珪素化合物、いわゆるハロゲン原子で置換されたシラン誘導体としては、具体的には、例えばＳiＦ4,Ｓi2Ｆ6等の弗化珪素が好ましいものとして挙げることができる。
【００５８】
光導電層１１０３中に含有される水素原子または/およびハロゲン原子の量を制御するには、例えば支持体１１０１の温度、水素原子または/およびハロゲン原子を含有させるために使用される原料物質の反応容器内へ導入する量、放電電力等を制御すればよい。
【００５９】
本発明においては、光導電層１１０３には必要に応じて伝導性を制御する原子を含有させることが好ましい。伝導性を制御する原子は、光導電層１１０３中に万偏なく均一に分布した状態で含有されてもよいし、あるいは層厚方向には不均一な分布状態で含有している部分があってもよい。
【００６０】
前記伝導性を制御する原子としては、半導体分野における、いわゆる不純物を挙げることができ、ｐ型伝導特性を与える周期律表IIIｂ族に属する原子(以後「第IIIｂ族原子」と略記する)またはｎ型伝導特性を与える周期律表Ｖｂ族に属する原子(以後「第Ｖｂ族原子」と略記する)を用いることができる。
【００６１】
第IIIｂ族原子としては、具体的には、硼素Ｂ、アルミニウムＡl、ガリウムＧa、インジウムＩn、タリウムＴl等があり、特にＢ,Ａl,Ｇaが好適である。
第Ｖｂ族原子としては、具体的には燐Ｐ、砒素Ａs、アンチモンＳb、ビスマスＢi等があり、特にＰ,Ａsが好適である。
【００６２】
光導電層１０３に含有される伝導性を制御する原子の含有量としては、好ましくは、１×１０-2〜１×１０4原子ppm、より好ましくは、５×１０-2〜５×１０3原子ppm、最適には１×１０-1〜１×１０3原子ppmとされるのが望ましい。
【００６３】
伝導性を制御する原子、例えば、第IIIｂ族原子あるいは第Ｖｂ族原子を構造的に導入するには、層形成の際に、第IIIｂ族原子導入用の原料物質あるいは第Ｖｂ族原子導入用の原料物質をガス状態で反応容器中に、光導電層１０３を形成するための他のガスとともに導入してやればよい。第IIIｂ族原子導入用の原料物質あるいは第Ｖｂ族原子導入用の原料物質となり得るものとしては、常温常圧でガス状のまたは、少なくとも層形成条件下で容易にガス化し得るものが採用されるのが望ましい。
【００６４】
そのような第IIIｂ族原子導入用の原料物質として具体的には、硼素原子導入用としては、Ｂ2Ｈ6,Ｂ4Ｈ10,Ｂ5Ｈ9,Ｂ5Ｈ11,Ｂ6Ｈ10,Ｂ6Ｈ12,Ｂ6Ｈ14等の水素化硼素、ＢＦ3,ＢＣl3,ＢＢr3等のハロゲン化硼素等が挙げられる。この他、ＡlＣl3,ＧaＣl3,Ｇa(ＣＨ3)3,ＩnＣl3,ＴlＣl3等も挙げることができる。
【００６５】
第Ｖｂ族原子導入用の原料物質として有効に使用されるのは、燐原子導入用としては、ＰＨ3,Ｐ2Ｈ4等の水素化燐、ＰＨ4Ｉ,ＰＦ3,ＰＦ5,ＰＣl3,ＰＣl5,ＰＢr3,ＰＢr5,ＰＩ3等のハロゲン化燐が挙げられる。この他、ＡsＨ3,ＡsＦ3,ＡsＣl3,ＡsＢr3,ＡsＦ5,ＳbＨ3,ＳbＦ3,ＳbＦ6,ＳbＣl3,ＳbＣl6,ＢiＨ3,ＢiＣl3,ＢiＢr3等も第Ｖｂ族原子導入用の出発物質の有効なものとして挙げることができる。
また、これらの伝導性を制御する原子導入用の原料物質を必要に応じてＨ2および/またはＨeにより希釈して使用してもよい。
【００６６】
さらに本発明においては、光導電層１１０３に炭素原子および/または酸素原子および/または窒素原子を含有させることも有効である。炭素原子および/または酸素原子/およびまたは窒素原子の含有量はシリコン原子、炭素原子、酸素原子および窒素原子の和に対して好ましくは１×１０-5〜１０原子％、より好ましくは１×１０-4〜８原子％、最適には１×１０-3〜５原子％が望ましい。
炭素原子および/または酸素原子および/または窒素原子は、光導電層中に万遍なく均一に含有されてもよいし、光導電層の層厚方向に含有量が変化するような不均一な分布をもたせた部分があってもよい。
【００６７】
本発明において、光導電層１１０３の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは２０〜５０μｍ、より好ましくは２３〜４５μｍ、最適には２５〜４０μｍとされるのが望ましい。
【００６８】
本発明の目的を達成し、所望の膜特性を有する光導電層１１０３を形成するには、Ｓi供給用のガスと希釈ガスとの混合比、反応容器内のガス圧、放電電力ならびに支持体温度を適宜設定することが必要である。
【００６９】
希釈ガスとして使用するＨ2および/またはＨeの流量は、層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、Ｓi供給用ガスに対しＨ2および/またはＨeを、通常の場合３〜２０倍、好ましくは４〜１６倍、最適には６〜１０倍の範囲に制御することが望ましい。
【００７０】
反応容器内のガス圧も、同様に層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合１×１０-4〜１０Torr、好ましくは５×１０-4〜５Torr、最適には１×１０-3〜１Torrとするのが好ましい。
【００７１】
放電電力もまた同様に層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、Ｓi供給用のガスの流量に対する放電電力を、通常の場合２〜７倍、好ましくは２.５〜６倍、最適には３〜５倍の範囲に設定することが望ましい。
【００７２】
さらに、支持体１１０１の温度は、層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、好ましくは２００〜３５０℃、より好ましくは２３０〜３３０℃、最適には２５０〜３１０℃とするのが望ましい。
【００７３】
本発明においては、光導電層を形成するための支持体温度、ガス圧の望ましい数値範囲として前記した範囲が挙げられるが、条件は通常は独立的に別々に決められるものではなく、所望の特性を有する感光体を形成すべく相互的且つ有機的関連性に基づいて最適値を決めるのが望ましい。
【００７４】
(表面層)
本発明においては、上述のようにして支持体１１０１上に形成された光導電層１１０３の上に、さらにアモルファスシリコン系の表面層１１０４を形成することが好ましい。この表面層１１０４は自由表面１１０６を有し、主に耐湿性、連続繰り返し使用特性、電気的耐圧性、使用環境特性、耐久性において本発明の目的を達成するために設けられる。
【００７５】
また、本発明においては、感光層１１０２を構成する光導電層１１０３と表面層１１０４とを形成する非晶質材料の各々がシリコン原子という共通の構成要素を有しているので、積層界面において化学的な安定性の確保が十分になされている。
【００７６】
表面層1104は、アモルファスシリコン系の材料であれば、いずれの材質でも可能であるが、例えば、水素原子(Ｈ)および/またはハロゲン原子(Ｘ)を含有し、さらに炭素原子を含有するアモルファスシリコン(以下、「ａ-ＳiＣ:Ｈ,Ｘ」と表記する)、水素原子(Ｈ)および/またはハロゲン原子(Ｘ)を含有し、さらに酸素原子を含有するアモルファスシリコン(以下、「ａ-ＳiＯ:Ｈ,Ｘ」と表記する)、水素原子(Ｈ)および/またはハロゲン原子(Ｘ)を含有し、さらに窒素原子を含有するアモルファスシリコン(以下、「ａ-ＳiＮ:Ｈ,Ｘ」と表記する)、水素原子(Ｈ)および/またはハロゲン原子(Ｘ)を含有し、さらに炭素原子、酸素原子、窒素原子の少なくとも一つを含有するアモルファスシリコン(以下、「ａ-ＳiＣＯＮ:Ｈ,Ｘ」と表記する)等の材料が好適に用いられる。
【００７７】
本発明において、その目的を効果的に達成するために、表面層１１０４は真空堆積膜形成方法によって、所望特性が得られるように適宜成膜パラメーターの数値条件が設定されて作成される。
具体的には、例えばグロー放電法(低周波ＣＶＤ法、高周波ＣＶＤ法またはマイクロ波ＣＶＤ法等の交流放電ＣＶＤ法、あるいは直流放電ＣＶＤ法等)、スパックリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等の数々の薄膜堆積法によって形成することができる。
【００７８】
これらの薄膜堆積法は、製造条件、設備資本投資下の負荷程度、製造規模、作成される画像形成装置用感光体に所望される特性等の要因によって適宜選択されて採用されるが、感光体の生産性から光導電層と同等の堆積法によることが好ましい。
【００７９】
例えば、グロー放電法によってａ-ＳiＣ:Ｈ,Ｘよりなる表面層１１０４を形成するには、基本的にはシリコン原子Ｓiを供給し得るＳi供給用の原料ガスと、炭素原子Ｃを供給し得るＣ供給用の原料ガスと、水素原子Ｈを供給し得るＨ供給用の原料ガスまたは/およびハロゲン原子Ｘを供給し得るＸ供給用の原料ガスを、内部を減圧にし得る反応容器内に所望のガス状態で導入して、該反応容器内にグロー放電を生起させ、あらかじめ所定の位置に設置された光導電層１１０３を形成した支持体１１０１上にａ-ＳiＣ:Ｈ,Ｘからなる層を形成すればよい。
【００８０】
本発明において用いる表面層の材質としてはシリコンを含有するアモルファス材料ならば何れでもよいが、炭素、窒素、酸素より選ばれた元素を少なくとも１つ含むシリコン原子との化合物が好ましく、特にａ-ＳiＣを主成分としたものが好ましい。
表面層をａ-ＳiＣを主成分として構成する場合の炭素量は、シリコン原子と炭素原子の和に対して３０〜９０％の範囲が好ましい。
【００８１】
また、本発明において表面層１１０４中に水素原子または/およびハロゲン原子が含有されることが必要であるが、これはシリコン原子の未結合手を補償し、層品質の向上、特に光導電性特性および電荷保持特性を向上させるために必須不可欠である。
【００８２】
水素含有量は、構成原子の総量に対して通常の場合３０〜７０原子％、好適には３５〜６５原子％、最適には４０〜６０原子％とするのが望ましい。また、弗素原子の含有量として、通常の場合は０.０１〜１５原子％、好適には０.１〜１０原子％、最適には０.６〜４原子％とされるのが望ましい。
【００８３】
これらの水素および/または弗素含有量の範囲内で形成される感光体は、実際面において従来にない格段に優れたものとして充分適用させ得るものである。
すなわち、表面層内に存在する欠陥(主にシリコン原子や炭素原子のダングリングボンド)は画像形成装置用感光体としての特性に悪影響を及ぼすことが知られている。
【００８４】
例えば自由表面から光導電層への電荷の注入による帯電特性の劣化、使用環境、例えば高い湿度のもとで表面構造が変化することによる帯電特性の変動、さらにコロナ帯電時や光照射時に光導電層により表面層に電荷が注入され、前記表面層内の欠陥に電荷がトラップされることにより繰り返し使用時の残像現象の発生等がこの悪影響として挙げられる。
【００８５】
しかしながら、表面層内の水素含有量を３０原子％以上に制御することで表面層内の欠陥が大幅に減少し、その結果、従来に比べて電気的特性面および高速連続使用性において飛躍的な向上を図ることができる。
【００８６】
一方、前記表面層中の水素含有量が７１原子％以上になると表面層の硬度が低下するために、繰り返し使用に耐えられなくなる。
したがって、表面層中の水素含有量を前記の範囲内に制御することが格段に優れた所望の電子写真特性を得る上で非常に重要な因子の１つである。表面層中の水素含有量は、Ｈ2ガスの流量、支持体温度、放電パワー、ガス圧等によって制御し得る。
【００８７】
また、表面層中の弗素含有量を０.０１原子％以上の範囲に制御することで表面層内のシリコン原子と炭素原子の結合の発生をより効果的に達成することが可能となる。さらに、表面層中の弗素原子の働きとして、コロナ等のダメージによるシリコン原子と炭素原子の結合の切断を効果的に防止することができる。
【００８８】
一方、表面層中の弗素含有量が１５原子％を超えると表面層内のシリコン原子と炭素原子の結合の発生の効果およびシリコン原子と炭素原子の結合の切断を防止する効果がほとんど認められなくなる。さらに、過剰の弗素原子が表面層中のキャリアの走行性を阻害するため、残留電位や画像メモリーが顕著に認められてくる。
【００８９】
したがって、表面層中の弗素含有量を前記範囲内に制御することが所望の電子写真特性を得る上で重要な因子の一つである。表面層中の弗素含有量は、水素含有量と同様にＨ2ガスの流量、支持体温度、放電パワー、ガス圧等によって制御し得る。
【００９０】
本発明の表面層の形成において使用されるシリコンＳi供給用ガスとなり得る物質としては、ＳiＨ4,Ｓi2Ｈ6,Ｓi3Ｈ8,Ｓi4Ｈ10等のガス状態の、またはガス化し得る水素化珪素(シラン類)が有効に使用されるものとして挙げられ、さらに層作成時の取り扱い易さ、Ｓi供給効率の良さ等の点でＳiＨ4,Ｓi2Ｈ6が好ましいものとして挙げられる。また、これらのＳi供給用の原料ガスを必要に応じてＨ2,Ｈe,Ａr,Ｎe等のガスにより希釈して使用してもよい。
【００９１】
炭素供給用ガスとなり得る物質としては、ＣＨ4,Ｃ2Ｈ6,Ｃ3Ｈ8,Ｃ4Ｈ10等のガス状態の、またはガス化し得る炭化水素が有効に使用されるものとして挙げられ、さらに層作成時の取り扱い易さ、Ｓi供給効率の良さ等の点でＣＨ4,Ｃ2Ｈ6が好ましいものとして挙げられる。また、これらのＣ供給用の原料ガスを必要に応じてＨ2,Ｈe,Ａr,Ｎe等のガスにより希釈して使用してもよい。
【００９２】
窒素または酸素供給用ガスとなり得る物質としては、ＮＨ3,ＮＯ,Ｎ2Ｏ,ＮＯ2,Ｈ2Ｏ,Ｏ2,ＣＯ,ＣＯ2,Ｎ2等のガス状態の、またはガス化し得る化合物が有効に使用されるものとして挙げられる。また、これらの窒素、酸素供給用の原料ガスを必要に応じてＨ2,Ｈe,Ａr,Ｎe等のガスにより希釈して使用してもよい。
【００９３】
また、形成される表面層１１０４中に導入される水素原子の導入割合の制御をいっそう容易になるように図るために、これらのガスにさらに水素ガスまたは水素原子を含む珪素化合物のガスも所望量混合して層形成することが好ましい。
また、各ガスは単独種のみでなく所定の混合比で複数種混合しても差し支えないものである。
【００９４】
ハロゲン原子供給用の原料ガスとして有効なのは、例えばハロゲンガス、ハロゲン化物、ハロゲンをふくむハロゲン間化合物、ハロゲンで置換されたシラン誘導体等のガス状のまたはガス化し得るハロゲン化合物が好ましく挙げられる。
また、さらにはシリコン原子とハロゲン原子とを構成要素とするガス状のまたはガス化し得る、ハロゲン原子を含む水素化珪素化合物も有効なものとして挙げることができる。
【００９５】
本発明において好適に使用し得るハロゲン化合物としては、具体的には弗素ガスＦ2,ＢrＦ,ＣlＦ,ＣlＦ3,ＢrＦ3,ＢrＦ5,ＩＦ3,ＩＦ7等のハロゲン開化合物を挙げることができる。ハロゲン原子を含む珪素化合物、いわゆるハロゲン原子で置換されたシラン誘導体としては、具体的には、例えばＳiＦ4,Ｓi2Ｆ6等の弗化珪素が好ましいものとして挙げることができる。
【００９６】
表面層１１０４中に含有される水素原子または/およびハロゲン原子の量を制御するには、例えば支持体１１０１の温度、水素原子または/およびハロゲン原子を含有させるために使用される原料物質の反応容器内へ導入する量、放電電力等を制御すればよい。
【００９７】
炭素原子および/または酸素原子および/または窒素原子は、表面層中に万遍なく均一に含有されてもよいし、表面層の層厚方向に含有量が変化するような不均一な分布をもたせた部分があってもよい。
【００９８】
さらに本発明においては、表面層１１０４には必要に応じて伝導性を制御する原子を含有させることが好ましい。伝導性を制御する原子は、表面層１１０４中に万偏なく均一に分布した状態で含有されてもよいし、あるいは層厚方向には不均一な分布状態で含有している部分があってもよい。
【００９９】
前記の伝導性を制御する原子としては、半導体分野における、いわゆる不純物を挙げることができ、ｐ型伝導特性を与える周期律表第IIIｂ族原子またはｎ型伝導特性を与える周期律表第Ｖｂ族原子を用いることができる。
【０１００】
第IIIｂ族原子としては、具体的には、硼素Ｂ、アルミニウムＡl、ガリウムＧa、インジウムＩn、タリウムＴl等があり、特にＢ,Ａl,Ｇaが好適である。
第Ｖｂ族原子としては、具体的には、燐Ｐ、砒素Ａs、アンチモンＳb、ビスマスＢi等があり、特にＰ,Ａsが好適である。
表面層１０４に含有される伝導性を制御する原子の含有量としては、好ましくは１×１０-3〜１×１０3原子ppm、より好ましくは、１×１０-2〜５×１０2原子ppm、最適には１×１０-1〜１×１０2原子ppmとされるのが望ましい。
【０１０１】
伝導性を制御する原子、例えば、第IIIb族原子あるいは第Ｖb族原子を構造的に導入するには、層形成の際に、第IIIb族原子導入用の原料物資あるいは第Ｖb族原子導入用の原料物資をガス状態で反応容器内に、表面層104を形成するための他のガスとともに導入してやればよい。
第III族原子導入用の原料物質あるいは第Ｖb族原子導入用の原料物質となり得るものとしては、常温常圧でガス状のまたは、少なくとも層形成条件下で容易にガス化し得るものが採用されるのがのぞましい。
【０１０２】
そのような第IIIｂ族原子導入用の原料物質として、具体的には、硼素原子導入用としては、Ｂ2Ｈ6,Ｂ4Ｈ10,Ｂ5Ｈ9,Ｂ6Ｈ10,Ｂ6Ｈ12,Ｂ6Ｈ14等の水素化硼素、ＢＦ3,ＢＣl3,ＢＢr3等のハロゲン化硼素等が挙げられる。この他、ＡlＣl3,ＧaＣl3,Ｇa(ＣＨ3)3,ＩnＣl3,ＴlＣl3等も挙げることができる。
【０１０３】
第Ｖｂ族原子導入用の原料物質として、有効に使用されるのは、燐原子導入用としては、ＰＨ3,Ｐ2Ｈ4等の水素化燐、ＰＨ4Ｉ,ＰＦ3,ＰＦ5,ＰＣl3,ＰＣl5,ＰＢr3,ＰＢr5,ＰＩ3等のハロゲン化燐が挙げられる。
この他、ＡsＨ3,ＡsＦ3,ＡsＣl3,ＡsＢr3,ＳbＨ3,ＳbＦ5,ＳbＣl5,ＢiＨ3,ＢiＣl3,ＢiＢr3等も第Ｖｂ族原子導入用の出発物資の有効なものとして挙げることができる。
また、これらの伝導性を制御する原子導入用の原料物質を必要に応じてＨ2,Ｈe,Ａr,Ｎe等のガスにより希釈して使用してもよい。
【０１０４】
本発明における表面層１０４の層厚としては、通常０.０１μｍ、好適には０.０５〜２μｍ、最適には０.１〜１μｍとされるのが望ましいものである。層厚が０.０１μｍよりも薄いと感光体を使用中に摩耗等の理由により表面層が失われてしまい、３μｍを越えると残留電位の増加等の電子写真特性の低下がみられる。
【０１０５】
本発明による表面層１１０４は、その要求される特性が所望通りに与えられるように注意深く形成される。すなわち、Ｓi,Ｃおよび/またはＮおよび/またはＯ,Ｈおよび/またはＸを構成要素とする物質はその形成条件によって構造的には結晶からアモルファスまでの形態を取り、電気物性的には導電性から半導体性、絶縁性までの間の性質を、また、光導電的性質から非光導電的性質までの間の性質を各々示すので、本発明においては、目的に応じた所望の特性を有する化合物が形成されるように、所望にしたがってその形成条件の選択が厳密になされる。
【０１０６】
例えば、表面層１１０４を耐圧性の向上を主な目的として設けるには、使用環境において電気絶縁性的挙動の顕著な非単結晶材料として作成される。
また、連続繰り返し使用特性や使用環境特性の向上を主たる目的として表面層１１０４が設けられる場合には、上記の電気絶縁性の度合はある程度緩和され、照射される光に対してある程度の感度を有する非単結晶材料として形成される。
【０１０７】
さらに、本発明に係る帯電機構においては、表面層の低抵抗による画像流れを防止し、あるいは残留電位等の影響を防止するために、一方では帯電効率を良好にするために、層作成に際してその抵抗値を適宜に制御することが好ましい。
【０１０８】
本発明の目的を達成し得る特性を有する表面層１１０４を形成するには、支持体１１０１の温度、反応容器内のガス圧を所望にしたがって、適宜設定する必要がある。
支持体１１０１の温度(Ｔｓ)は、層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、好ましくは２００〜３５０℃、より好ましくは２３０〜３３０℃、最適には２５０〜３００℃とするのが望ましい。
【０１０９】
反応容器内のガス圧も、同様に層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、好ましくは１×１０-4〜１０Torr、より好ましくは５×１０-4〜６Torr、最適には１×１０-3〜１Torrとするのが好ましい。
【０１１０】
本発明においては、表面層を形成するための支持体温度、ガス圧の望ましい数値範囲として前記した範囲が挙げられるが、条件は通常は独立的に別々に決められるものではなく、所望の特性を有する感光体を形成すべく相互的且つ有機的関連性に基づいて最適値を決めるのが望ましい。
【０１１１】
さらに本発明においては、光導電層と表面層の間に、炭素原子、酸素原子、窒素原子の含有量を表面層より減らしたブロッキング層(下部表面層)を設けることも帯電能等の特性をさらに向上させるためには有効である。
また表面層１１０４と光導電層１１０３との間に炭素原子および/または酸素原子および/または窒素原子の含有量が光導電層１１０３に向かって減少するように変化する領域を設けてもよい。これにより表面層と光導電層の密着性を向上させ、界面での光の反射による干渉の影響をより少なくすることができる。
【０１１２】
(電荷注入阻止層)
本発明の画像形成装置用感光体においては、導電性支持体と光導電層との間に導電性支持体側からの電荷の注入を阻止する働きのある電荷注入阻止層を設けるのがいっそう効果的である。
すなわち、電荷注入阻止層は感光層が一定極性の帯電処理をその自由表面に受けた際、支持体側より光導電層側に電荷が注入されるのを阻止する機能を有し、逆の極性の帯電処理を受けた際にはそのような機能は発揮されない、いわゆる極性依存性を有している。
そのような機能を付与するために、電荷注入阻止層には伝導性を制御する原子を光導電層に比べ比較的多く含有させる。
【０１１３】
該層に含有される伝導性を制御する原子は、該層中に万偏なく均一に分布されてもよいし、あるいは層厚方向には万偏なく含有されてはいるが、不均一に分布する状態で含有している部分があってもよい。分布濃度が不均一な場合には、支持体側に多く分布するように含有させるのが好適である。
しかしながら、いずれの場合にも支持体の表面と平行面内方向においては、均一な分布で万偏なく含有されることが面内方向における特性の均一化をはかる点からも必要である。
【０１１４】
電荷注入阻止層に含有される伝導性を制御する原子としては、半導体分野における、いわゆる不純物を挙げることができ、ｐ型伝導特性を与える周期律表第IIIｂ族原子またはｎ型伝導特性を与える周期律表第Ｖ族原子を用いることができる。
【０１１５】
第IIIｂ族原子としては、具体的には、Ｂ(ほう素),Ａl(アルミニウム),Ｇa(ガリウム),Ｉn(インジウム),Ｔa(タリウム)等があり、特にＢ,Ａl,Ｇaが好適である。第Ｖ族原子としては、具体的にはＰ(リン),Ａs(砒素),Ｓb(アンチモン),Ｂi(ビスマス)等があり、特にＰ,Ａsが好適である。
【０１１６】
本発明において電荷注入阻止層中に含有される伝導性を制御する原子の含有量としては、本発明の目的が効果的に達成できるように所望にしたがって適宜決定されるが、好ましくは１０〜１×１０4原子ppm、より好適には５０〜５×１０3原子ppm、最適には１×１０2〜１×１０3原子ppmとされるのが望ましい。
【０１１７】
さらに、電荷注入阻止層には、炭素原子、窒素原子および酸素原子の少なくとも一種を含有させることによって、該電荷注入阻止層に直接接触して設けられる他の層との間の密着性の向上をよりいっそう図ることができる。
【０１１８】
該層に含有される炭素原子または窒素原子または酸素原子は、該層中に万偏なく均一に分布されてもよいし、あるいは層厚方向には万偏なく含有されてはいるが、不均一に分布する状態で含有している部分があってもよい。
しかしながら、いずれの場合にも支持体の表面と平行面内方向においては、均一な分布で万偏なく含有されることが面内方向における特性の均一化をはかる点からも必要である。
【０１１９】
本発明における電荷注入阻止層の全層領域に含有される炭素原子および/または窒素原子および/または酸素原子の含有量は、本発明の目的が効果的に達成されるように適宜決定されるが、一種の場合はその量として、二種以上の場合はその総和として、好ましくは１×１０-3〜５０原子％、より好適には５×１０-3〜３０原子％、最適には１×１０-2〜１０原子％とされるのが望ましい。
【０１２０】
また、本発明における電荷注入阻止層に含有される水素原子および/またはハロゲン原子は層内に存在する未結合手を補償し膜質の向上に効果を奏する。電荷注入阻止層中の水素原子またはハロゲン原子あるいは水素原子とハロゲン原子の和の含有量は、好適には１〜５０原子％、より好適には５〜４０原子％、最適には１０〜３０原子％とするのが望ましい。
【０１２１】
本発明において、電荷注入阻止層の層厚は、所望の電子写真特性が得られること、および経済的効果等の点から好ましくは０.１〜５μｍ、より好ましくは０.３〜４μｍ、最適には０.５〜３μｍとされるのが望ましい。
【０１２２】
本発明において電荷注入阻止層を形成するには、前述の光導電層を形成する方法と同様の真空堆積法が採用される。
本発明の目的を達成し得る特性を有する電荷注入阻止層１０５を形成するには、光導電層１１０３と同様に、Ｓi供給用のガスと帝釈ガスとの混合比、反応容器内のガス圧、放電電力ならびに支持体１１０１の温度を適宜設定することが必要である。
【０１２３】
希釈ガスであるＨ2および/またはＨeの流量は、層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、Ｓi供給用ガスに対しＨ2および/またはＨeを、通常の場合１〜２０倍、好ましくは３〜１５倍、最適には５〜１０倍の範囲に制御することが望ましい。
【０１２４】
反応容器内のガス圧も、同様に層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合１×１０-4〜１０Torr、好ましくは５×１０-4〜５Torr、最適には１×１０-3〜１Torrとするのが好ましい。
【０１２５】
放電電力もまた同様に層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、Ｓi供給用のガスの流量に対する放電電力を、通常の場合１〜７倍、好ましくは２〜６倍、最適には３〜５倍の、範囲に設定することが望ましい。
【０１２６】
さらに、支持体１１０１の温度は、層設計にしたがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、好ましくは２００〜３５０℃、より好ましくは２３０〜３３０℃、最適には２５０〜３００℃とするのが望ましい。
【０１２７】
本発明においては、電荷注入阻止層を形成するための希釈ガスの混合比、ガス圧、放電電力、支持体温度の望ましい数値範囲として前記した範囲が挙げられるが、これらの層作成ファクターは、通常は独立的に別々に決められるものではなく、所望の特性を有する表面層を形成すべく相互的且つ有機的関連性に基づいて各層作成ファクターの最適値を決めるのが望ましい。
【０１２８】
このほかに、本発明の画像形成装置用感光体においては、感光層1102の前記支持体1101側に、少なくともアルミニウム原子、シリコン原子、水素原子または/およびハロゲン原子が層厚方向に不均一な分布状態で含有する層領域を有することが望ましい。
【０１２９】
また、本発明の画像形成装置用感光体においては、支持体１１０１と光導電層１１０３あるいは電荷注入阻止層１０５との間の密着性の一層の向上を図る目的で、例えば、Ｓi3Ｎ4,ＳiＯ2,ＳiＯあるいはシリコン原子を母体とし、水素原子および/またはハロゲン原子と、炭素原子および/または酸素原子および/または窒素原子とを含む非晶質材料等で構成される密着層を設けてもよい。さらに、前述のごとく、支持体からの反射光による干渉模様の発生を防止するための光吸収層を設けてもよい。
【０１３０】
次に、感光層を形成するための装置および膜形成方法について詳述する。
図１６は電源周波数としてＲＦ帯を用いた高周波プラズマＣＶＤ法(以後「ＲＦ-ＰＣＶＤ」と略記する)による画像形成装置用感光体の製造装置の一例を示す模式的な構成図である。図１６に示す製造装置の構成は以下の通りである。
【０１３１】
この装置は大別すると、堆積装置２１００、原料ガスの供給装置２２００、反応容器２１１１内を減圧にするための排気装置(図示せず)から構成されている。堆積装置２１００中の反応容器２１１１内には円筒状支持体２１１２、支持体加熱用ヒーター２１１３、原料ガス導入管２１１４が設置され、さらに高周波マッチングボックス２１１５が接続されている。
【０１３２】
原料ガス供給装置２２００は、ＳiＨ4,ＧｅＨ4,Ｈ2,ＣＨ4,Ｂ2Ｈ6,ＰＨ3等の原料ガスのボンベ２２２１〜２２２６とバルブ２２３１〜２２３６,２２４１〜２２４６,２２５１〜２２５６およびマスフローコントローラー２２１１〜２２１６から構成され、各原料ガスのボンベはバルブ２２６０を介して反応容器２１１１内のガス導入管２１１４に接続されている。
【０１３３】
この装置を用いた堆積膜の形成は、例えば以下のように行なうことができる。まず、反応容器２１１１内に円筒状支持体２１１２を設置し、不図示の排気装置(例えば真空ポンプ)により反応容器２１１１内を排気する。続いて、支持体加熱用ヒーター２１１３により円筒状支持体２１１２の温度を２００〜３５０℃の所定の温度に制御する。
【０１３４】
堆積膜形成用の原料ガスを反応容器２１１１に流入させるには、ガスボンベのバルブ２２３１〜２２３６、反応容器のリークバルブ２１１７が閉じられていることを確認し、また、流入バルブ２２４１〜２２４６、流出バルブ２２５１〜２２５６、補助バルブ２２６０が開かれていることを確認して、まずメインバルブ２１１８を開いて反応容器２１１１およびガス配管２１１６内を排気する。
【０１３５】
次に真空計２１１９の読みが約５×１０-6Torrになった時点で補助バルブ２２６０、流出バルブ２２５１〜２２５６を閉じる。
その後、ガスボンベ２２２１〜２２２６より各ガスをバルブ２２３１〜２２３６を開いて導入し、圧力調整器２２６１〜２２６６により各ガス圧を２Ｋｇ/ｃｍ2に調整する。次に、流入バルブ２２４１〜２２４６を徐々に開けて、各ガスをマスフローコントローラー２２１１〜２２１６内に導入する。
【０１３６】
以上のようにして成膜の準備が完了した後、以下の手順で各層の形成を行う。円筒状支持体２１１２が所定の温度になったところで流出バルブ２２５１〜２２５６のうちの必要なものおよび補助バルブ２２６０を徐々に開き、ガスボンベ２２２１〜２２２６から所定のガスをガス導入管２１１４を介して反応容器２１１１内に導入する。
【０１３７】
次にマスフローコントローラー２２１１〜２２１６によって各原料ガスが所定の流量になるように調整する。その際、反応容器２１１１内の圧力が１Torr以下の所定の圧力になるように真空計２１１９を見ながらメインバルブ２１１８の開口を調整する。内圧が安定したところで、周波数１３.５６ＭＨｚのＲＦ電源(不図示)を所望の電力に設定して、高周波マッチングボックス２１１５を通じて反応容器２１１１内にＲＦ電力を導入し、グロー放電を生起させる。
【０１３８】
この放電エネルギーによって反応容器内に導入された原料ガスが分解され、円筒状支持体２１１２上に所定のシリコンを主成分とする堆積膜が形成されるところとなる。所望の膜厚の形成が行われた後、ＲＦ電力の供給を止め、流出バルブを閉じて反応容器へのガスの流入を止め、堆積膜の形成を終える。
同様の操作を複数回繰り返すことによって、所望の多層構造の感光層が形成される。
【０１３９】
それぞれの層を形成する際には必要なガス以外の流出バルブはすべて閉じられていることは言うまでもなく、また、それぞれのガスが反応容器(2111)内、流出バルブ2251〜2256から反応容器2111に至る配管内に残留することを避けるために、流出バルブ2251〜2256を閉じ、補助バルブ2260を開き、さらにメインバルブ2118を全開にして系内を一旦高真空に排気する操作を必要に応じて行う。
【０１４０】
また、膜形成の均一化を図るために、層形成を行なっている間は、支持体２１１２を駆動装置(不図示)によって所定の速度で回転させることも有効である。
さらに、上述のガス種およびバルブ操作は各々の層の作成条件にしたがって変さらが加えられることは言うまでもない。
【０１４１】
次に、電源にＶＨＦ帯の周波数を用いた高周波プラズマＣＶＤ(以後「ＶＨＦ-ＰＣＶＤ」と略記する)法によって形成される画像形成装置用感光体の製造方法について説明する。
【０１４２】
図１６に示した製造装置におけるＲＦ-ＰＣＶＤ法による堆積装置２１００を図１７に示す堆積装置３１００に交換して原料ガス供給装置２２００と接続することにより、ＶＨＦ-ＰＣＶＤ法による以下の構成の画像形成装置用感光体製造装置を得ることができる。
【０１４３】
この装置は大別すると、真空気密化構造をなし減圧し得る反応容器３１１１、原料ガスの供給装置２２００、および反応容器内を減圧にするための排気装置(不図示)から構成されている。この反応容器３１１１内には、円筒状支持体３１１２、支持体加熱用ヒーター３１１３、原料ガス導入管３１１４、電極が設置され、電極にはさらに高周波マッチングボックス(不図示)が接続されている。また、反応容器３１１１内は排気管３１２１を通じて不図示の拡散ポンプに接続されている。
【０１４４】
原料ガス供給装置２２００は、ＳiＨ4,ＧｅＨ4,Ｈ2,ＣＨ4,Ｂ2Ｈ6,ＰＨ3等の原料ガスのボンベ２２２１〜２２２６とバルブ２２３１〜２２３６,２２４１〜２２４６,２２５１〜２２５６およびマスフローコントローラー２２１１〜２２１６から構成され、各原料ガスのボンベはバルブ２２６０を介して反応容器３１１１内のガス導入管３１１４に接続されている。また、円筒状支持体３１１５によって取り囲まれた空間３１３０が放電空間を形成している。
【０１４５】
ＶＨＦ-ＰＣＶＤ法によるこの装置での堆積膜の形成は、以下のように行なうことができる。
まず、反応容器３１１１内に円筒状支持体３１１５を設置し、駆動装置３１２０によって支持体３１１５を回転し、不図示の排気装置(例えば真空ポンプ)により反応容器３１１１内を排気管３１２１を介して排気し、反応容器３１１１内の圧力を１×１０-７Torr以下に調整する。続いて、支持体加熱用ヒーター３１１６により円筒状支持体３１１５の温度を２００〜３５０℃の所定の温度に加熱保持する。
【０１４６】
堆積膜形成用の原料ガスを反応容器3111に流入させるには、ガスボンベのバルブ2231〜2236、反応容器のリークバルブ(不図示)が閉じられていることを確認し、また、流入バルブ2241〜2246、流出バルブ2251〜2256、補助バルブ2260が開かれていることを確認して、まずメインバルブ(不図示)を開いて反応容器3111およびガス配管3122内を排気する。
【０１４７】
次に真空計(不図示)の読みが約５×１０-6Torrになった時点で補助バルブ２２６０、流出バルブ２２５１〜２２５６を閉じる。
その後、ガスボンベ２２２１〜２２２６より各ガスをバルブ２２３１〜２２３６を開いて導入し、圧力調整器２２６１〜２２６６により各ガス圧を２Ｋｇ/ｃｍ2に調整する。次に、流入バルブ２２４１〜２２４６を徐々に開けて、各ガスをマスフローコントローラー２２１１〜２２１６内に導入する。
【０１４８】
以上のようにして成膜の準備が完了した後、以下のようにして円筒状支持体３１１５上に各層の形成を行う。
円筒状支持体３１１５が所定の温度になったところで流出バルブ２２５１〜２２６６のうちの必要なものおよび補助バルブ２２６０を徐々に開き、ガスボンベ２２２１〜２２２６から所定のガスをガス導入管３１１７を介して反応容器３１１１内の放電空間３１３０に導入する。次にマスフローコントローラー２２１１〜２２１６によって各原料ガスが所定の流量になるように調整する。その際、放電空間３１３０内の圧力が１Torr以下の所定の圧力になるように真空計(不図示)を見ながらメインバルブ(不図示)の開口を調整する。
【０１４９】
圧力が安定したところで、周波数５００ＭＨｚのＶＨＦ電源(不図示)を所望の電力に設定して、マッチングボックス(不図示)を通じて放電空間３１３０にＶＨＦ電力を導入し、グロー放電を生起させる。
かくして支持体３１１５により取り囲まれた放電空間３１３０において、導入された原料ガスは、放電エネルギーにより励起されて解離し、円筒状支持体３１１５上に所定の堆積膜が形成される。このとき、層形成の均一化を図るため支持体回転用モーター３１２０によって、所望の回転速度で回転させる。
所望の膜犀の形成が行われた後、ＶＨＦ電力の供給を止め、流出バルブを閉じて反応容器へのガスの流入を止め、堆積膜の形成を終える。
【０１５０】
同様の操作を複数回繰り返すことによって、所望の多層構造の感光層が形成される。
それぞれの層を形成する際には必要なガス以外の流出バルブはすべて閉じられていることは言うまでもなく、また、それぞれのガスが反応容器３１１１内、流出バルブ２２５１〜２２５６から反応容器３１１１に至る配管内に残留することを避けるために、流出バルブ２２５１〜２２５６を閉じ、補助バルブ２２６０を開き、さらにメインバルブ(不図示)を全開にして系内を一旦高真空に排気する操作を必要に応じて行う。
【０１５１】
上述のガス種およびバルブ操作は各々の層の作成条件にしたがって変更が加えられることは言うまでもない。
いずれの方法においても、堆積膜形成時の支持体温度は、特に200℃以上350℃以下、好ましくは230℃以上330℃以下、より好ましくは250℃以上300℃以下が好ましい。
【０１５２】
支持体の加熱方法は、真空仕様である発熱体であればよく、より具体的にはシース状ヒーターの巻き付けヒーター、板状ヒーター、セラミックヒーター等の電気抵抗発熱体、ハロゲンランプ、赤外線ランプ等の熱放射ランプ発熱体、液体、気体等を温媒とし熱交換手段による発熱体等が挙げられる。加熱手段の表面材質は、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、銅等の金属類、セラミックス、耐熱性高分子樹脂等を使用することができる。
【０１５３】
それ以外にも、反応容器以外に加熱専用の容器を設け、加熱した後、反応容器内に真空中で支持体を搬送する等の方法が用いられる。
また、特にＶＨＦ-ＰＣＶＤ法において、放電空間の圧力として、好ましくは１ｍTorr以上５００ｍTorr以下、より好ましくは３ｍTorr以上３００ｍTorr以下、最も好ましくは６ｍTorr以上１００ｍTorr以下に設定することが望ましい。
【０１５４】
ＶＨＦ-ＰＣＶＤ法において、放電空間に設けられる電極の大きさおよび形状は、放電を乱さないならばいずれのものでもよいが、実用上は直径１ｍｍ以上１０ｃｍ以下の円筒状が好ましい。このとき、電極の長さも、支持体に電界が均一にかかる長さであれば任意に設定できる。
【０１５５】
電極の材質としては、表面が導電性となるものならばいずれのものでもよく、例えば、ステンレス,Ａl,Ｃr,Ｍo,Ａu,Ｉn,Ｎb,Ｔe,Ｖ,Ｔi,Ｐt,Ｐb,Ｆe等の金属、これらの合金または表面を導電処理したガラス、セラミック、プラスチック等が通常使用される。
【０１５６】
以上述べてきた手段および作用を単独に、あるいは組み合わせて用いることにより、優れた効果を引き出すことが可能である。
感度に関しては、アモルファスシリコン感光体の場合、キャリア伝導の原理的に電界依存性は有しないのが一般的であり、ＥＶ特性は図１に示すように、直線的な形状を有するため、光量変化が電位に反映され易いという光量はない。
【０１５７】
したがって、Gauss分布の光量分布に対して、電位分布もGauss分布になるので、光量分布の裾が変化する場合にも、ドット径の変化への影響度は比較的小さく、画質に影響しにくい、という利点がある。
また、耐久によって磨耗させることが必須ではないため、感度すなわちＥＶ特性の耐久変化は少なく、ＯＰＣのような摩耗に伴う問題はない。
【０１５８】
【実施例】
本発明をさらに以下の実施例により説明するが、本発明はこれらにより何ら制限されるものではない。
【０１５９】
(試験例１)
図３に示すような光走査装置、および記録媒体１０６の周りには、図１８に示すような帯電、露光、現像、紙搬送等の配置された電子写真装置を用いた。
図３の光走査装置は、レーザダイオード１００、回転多面鏡１０２、レーザダイオード１００から出射されたレーザビームを回転多面鏡１０２に導く光源光学系１０４、回転多面鏡１０２で偏向されたレーザビームを記録媒体１０６に導き走査する走査光学系１０８から成り立っている。
【０１６０】
図１８は電子写真装置の画像形成プロセスを示す概略図であって、×方向に回転する紙面に垂直方向の回転円筒状の感光体１８０１の周辺には該感光体に近接して主帯電器１８０２、画像形成光線１８０３、現像器１８０４、転写紙給送系１８１０、転写・分離帯電器１８１２、クリーニング装置１８０５、主除電光源１８０６、搬送系１８１３等が配設してある。
【０１６１】
感光体１８０１は主帯電器１８０２によって一様に帯電され、これに原稿の情報を有した画像形成光線１８０３を照射することによって、感光体１８０１上に静電潜像が形成される。
該潜像は現像器１８０４からトナーが供給されて可視像、すなわち、トナー像となる。
【０１６２】
一方、転写材Ｐは転写紙通路１８１１、レジストローラ１８０９よりなる転写紙供給系１８１０を通って、感光体１８０１方向へと供給され、転写帯電器１８１２と感光体１８０１との間隙において、背面からトナーとは反対極性の電界を与えられ、これによって、感光体表面のトナー像は転写材Ｐに転移する。
分離された転写材Ｐは、転写紙給送系１８１３を通って定着装置(図示せず)に至って装置外に排出される。
【０１６３】
なお、転写部位において転写に寄与せず感光体表面に残る残留トナーは、クリーナー１８０５に至り、クリーニングプレード１８０７によってクリーニングされ、クリーニングにより更新された感光体１８０１は、さらに主除電光源１８０６から除電光を与えられて再び次の画像形成プロセスに供せられる。
【０１６４】
以上のような装置において、ＩＡＥにて１画素を１ドットで形成するドット画像を作成し、各々のドットの平均面積に対する、ドット面積の標準偏差を、ドット揺らぎと定義し、ドット面積を変えてドット揺らぎを測定した結果を、図９に示す。図１に示すような感光特性を有するａ-Ｓi感光体を用いた場合の方が、図２に示すような感光特性を有するＯＰＣ感光体を用いた場合よりも、ドット径ｘを小さくしていく際のドット揺らぎの悪化は少ないことがわかる。
【０１６５】
(試験例２)
図７に示すような光走査装置にした以外は試験例１と同様の装置にa-Ｓi感光体を用い、ＩＡＥにて回転多面鏡の反射面における光ビーム径Ｄと回転多面鏡の対向面の主走査方向幅Ｗの関係を変えて、ドット揺らぎを測定した結果を、図11に示す。
Ｄ/Ｗを大きくする方が、ドット揺らぎは小さくなり、ドット径xの小さいものほど効果が顕著であり、60μｍ以下で効果があることがわかる。
【０１６６】
(試験例３)
試験例２と同様の装置にa-Ｓi感光体を用い、同様の試験をし、ドット径30μｍにて画像形成方式を比較した結果を、図12に示す。ＩＡＥよりＢＡＥの方が、Ｄ/Ｗを大きくして、ドット揺らぎが小さくなる効果が顕著であることが分かる。
【０１６７】
(試験例４)
回転多面鏡の隣接面からの反射光等の迷光の、真のビーム光に対する比をフレアとして定義し、試験例２と同様の装置にａ-Ｓi感光体を用い、図７のタイプと図８のタイプの光学系において、ＤとＷの関係を変えて、フレアを測定した結果を、図１３に示す。
Ｄ/Ｗを大きくして行くとフレアが悪化する傾向にあるが、図７のタイプより図８のタイプの方が、フレアが出難い傾向にあることがわかる。
【０１６８】
(試験例５)
感光体の暗部電位から一定の電位を減衰させるのに必要な露光量を感度と定義し、ａ-Ｓi感光体の表面層の膜厚膜質を変化させて、感度を測定した結果を、図１４に示す。屈折率、膜厚を変化させることにより感度は変化する傾向にあることがわかる。
【０１６９】
[参考例１]
図18に示すような構成を有するアナログ式キャノン製複写機ＮＰ6750を図３に示すような光走査装置を備えたデジタル式に改造した装置を用いた。
光学系のタイプは図７に示すもので、画像形成方式はＩＡＥ、感光体はa-Ｓi系感光体で表面層による画角調整は行わなかった。
【０１７０】
感光体表面でのドット径は30μｍ、回転多面鏡面上でのＤ/Ｗを2.0とし、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度をそれぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本参考例の系では総合的に良好との結果が得られた。
【０１７１】
[参考例２]
光学系のタイプが図８に示すものを用いた以外は、参考例１と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度を、それぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本参考例の系では総合的に良好との結果が得られた。
【０１７２】
[参考例３]
画像形成方式をＢＡＥにした以外は、参考例２と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度をそれぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本参考例の系では総合的に非常に良好、との結果が得られた。
【０１７３】
[実施例１]
a-Ｓi系感光体の円筒軸の軸方向で表面層の膜質膜厚をコントロールし、画角特性による電位むらを調整した以外は、参考例３と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度をそれぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本実施例の系では総合的に非常に良好、との結果が得られた。
【０１７４】
[比較例１]
感光体をＯＰＣにした以外は、参考例３と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度をそれぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本比較例の系では総合的に実用上問題なし、との結果が得られた。
【０１７５】
[比較例２]
Ｄ/Ｗを1.0にした以外は、実施例１と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度を、それぞれ「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本比較例の系では総合的に実用上問題なし、との結果が得られた。
【０１７６】
[比較例３]
感光体表面でのドット径を70μｍにした以外は、実施例１と同様の装置を用いドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度をそれぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本比較例の系では総合的に実用上問題なし、との結果が得られた。
【０１７７】
[比較例４]
回転多面鏡面上でのＤ/Ｗを4.0にした以外は実施例１と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチュード、画質解像度を、それぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本比較例の系では総合的に実用上問題なし、との結果が得られた。
【０１７８】
[比較例５]
光学系のタイプが図７に示すものを用いた以外は、比較例４と同様の装置を用い、ドット安定性、フレア、感光体円筒軸方向の電位むら、設計ラチチユード、画質解像度を、それぞれ、「◎」は非常に良好、「○」は良好、「△」は実用上問題なし、「×」は実用上問題あり、として判定した結果を表１に示す。
これからわかるように、本比較例の系では総合的に実用上問題あり、との結果が得られた。
【０１７９】
【表１】
【発明の効果】
上記のように、回転多面鏡に光ビームを入射させて偏向させる光走査装置を備えた電子写真装置において、ａ-Ｓi系感光体を用い、且つ該回転多面鏡の反射面における光ビーム径Ｄと該回転多面鏡の対向面の主走査方向幅Ｗに、３.０≧Ｄ/Ｗ≧１.５なる関係を有することを特徴とし、スポット光量分布中心付近の比較的光量の安定した部分のみを使用する、といった構成により、光量分布の裾の光量変化があっても、電位揺らぎ(ドット径の揺らぎ)に影響しにくく、安定したドット潜像を形成することが可能になる、という優れた効果を発揮する。
【０１８１】
また、ＯＦＳを用いることにより回転多面鏡の小型化が可能となる。したがって、高速化が可能になるので、高耐久性のａ-Ｓiと非常によいマッチングとなるため、高画質のプリントを高速高耐久で実現可能な電子写真装置を提供することができる。
さらに、ＢＡＥにおいては、ドット潜像の不安定が画質に与える影響が、より顕著であるため、本発明の効果は、ＢＡＥにおいてより発揮される。
【０１８２】
一方、回転多面鏡によって光ビームを走査する原理上、感光体面に入射する光ビームの角度が異なるため、感光体面上で軸方向の光量分布(画角特性)を生じるが、可干渉性の表面層を有するａ-Ｓi感光体を用いることにより、干渉によって入射光量が変わるため、膜厚膜質によって画角特性を制御することが可能である等々の優れて顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａ-Ｓi感光体の感光特性を示すグラフ図。
【図２】ＯＰＣ感光体の感光特性を示すグラフ図。
【図３】光走査装置の概要を示す模式図。
【図４】ＩＡＥおよびＢＡＥのラチチユードの一例を示すグラフ図。
【図５】露光分布と感光体ＥＶ特性および電位分布の関係を示すグラフ図。
【図６】アンダーフィールド型光学系ＵＦＳの概要、回転多面鏡例を示す模式図。
【図７】オーバーフィールド型光学系ＯＦＳの概要、回転多面鏡例を示す模式図。
【図８】透過光量分布型のフィルター付光量分布整形型光学系の概要、回転多面鏡例を示す模式図。
【図９】ドット面積を変えてドット揺らぎを測定した結果の一例を示すグラフ図。
【図１０】光源光学系で回転多面鏡へ入射する光ビームの幅を広くし、回転多面鏡の一反射面で反射する光ビームのムラを小さくした光学系の概要、回転多面鏡例を示す模式図。
【図１１】光ビーム径と回転多面鏡の対向面の主走査方向幅の関係を変えてドット揺らぎを測定した結果の一例を示すグラフ図。
【図１２】ドット径３０μｍにて画像形成方式(ＩＡＥ,ＢＡＥ)を比較した結果の一例を示すグラフ図。
【図１３】オーバーフィールド型光学系(図７)、フィルター付光量分布整形型光学系(図８)において、ＤとＷの関係を変えて、フレアを測定した結果の一例を示すグラフ図。
【図１４】ａ-Ｓi感光体の表面層の膜厚・膜質を変化させて感度を測定した結果の一例を示すグラフ図。
【図１５】本発明の画像形成装置用感光体の層構成を示す模式説明図。
【図１６】ＲＦ-ＰＣＶＤによる画像形成装置用感光体の一製造装置の概要を示す模式説明図。
【図１７】堆積装置の概要を示す模式説明図。
【図１８】電子写真装置の画像形成プロセスを示す概略説明図。
【符号の説明】
１００ レーザダイオード
１０２ 回転多面鏡
１０４ 光源光学系
１０６ 記録媒体
１０８ 走査光学系
１１２ 回転多面鏡
１１２Ａ 反射面
１２６ フィルター
１２８ 走査レンズ
１１００ 画像形成装置用感光体
１１０１ 支持体
１１０２ 感光層
１１０３ 光導電層
１１０４ アモルファスシリコン系表面層
１１０５ アモルファスシリコン系電荷注入阻止層
１１０６ 電荷発生層
１１０７ 電荷輸送層
１８０１ 感光体
１８０２ 主帯電器
１８０３ 画像形成光線
１８０４ 現像器
１８０５ クリーニング装置
１８０６ 主除電光源
１８０７ クリーニングブレード
１８０９ レジストローラー
１８１０ 転写紙給送系
１８１２ 転写・分離帯電器
１８１３ 搬送系
２１００ 堆積装置
２１１１ 反応容器
２１１２ 円筒状支持体
２１１３ 支持体加熱用ヒーター
２１１４ 原料ガス導入管
２１１５ 高周波マッチングボックス
２１１６ ガス配管
２１１７ リークバルブ
２１１８ メインバルブ
２１１９ 真空計
２２００ 原料ガス供給装置
２２１１〜２２１６ マスフローコントローラー
２２２１〜２２２６ 原料ガスのボンベ
２２３１〜２２３６ ガスボンベのバルブ
２２４１〜２２４６ 流入バルブ
２２５１〜２２５６ 流出バルブ
２２６０ 補助バルブ
２２６１〜２２６６ 圧力調整器
３１００ 堆積装置
３１１１ 反応容器
３１１２,３１１５ 円筒状支持体
３１１３,３１１６ 支持体加熱用ヒーター
３１２０ 駆動装置(支持体回転用モーター)
３１２１ 排気管
３１３０ 放電空間
Claims (4)
- 回転多面鏡に光ビームを入射させて偏向させる光走査装置を備えた露光法により画像形成する電子写真装置において、表面層を有するa-Ｓi系感光体が用いられ、且つ前記回転多面鏡の反射面における光ビーム径Ｄ、および該回転多面鏡の対向面の主走査方向幅Ｗとに関し、下記の式(I)
3.0≧Ｄ/Ｗ≧1.5 (I)
で表わされる関係を有しており、前記光ビームがレーザー光であり、前記感光体の表面におけるドット径が60μｍ以下であり、且つ、前記感光体として、表面層の円筒軸の軸方向における膜厚ならびに屈折率を変化させることで画角特性が表面層の円筒軸の軸方向に均一になるように調整された感光体を使用することを特徴とする電子写真装置。 - 前記画像形成の方式が、非画像部(背景部)を露光するバックグラウンド露光法であることを特徴とする、請求項１記載の電子写真装置。
- 回転多面鏡に光ビームを入射させて偏向させる光走査装置を備えた露光法により画像形成する電子写真方法において、表面層を具備しているa-Ｓi系感光体を用い、且つ前記回転多面鏡の反射面における光ビーム径Ｄ、および該回転多面鏡の対向面の主走査方向幅Ｗとに関し、下記の式(I)
3.0≧Ｄ/Ｗ≧1.5 (I)
で表わされる関係を有するよう構成されており、前記光ビームをレーザー光とし、且つ前記感光体の表面におけるドット径を60μｍ以下とし、前記感光体として、表面層の円筒軸の軸方向における膜厚ならびに屈折率を変化させることで画角特性が表面層の円筒軸の軸方向に均一になるように調整された感光体を使用することを特徴とする電子写真方法。 - 前記画像形成の方式を、非画像部(背景部)を露光するバックグラウンド露光法とすることを特徴とする、請求項３記載の電子写真方法。
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