JP4009040B2 - 感光体および画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアモルファスシリコンを感光層とした感光体、ならびに本発明の感光体を搭載した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファスシリコン（以下、アモルファスシリコンをａ−Ｓｉと略記する）を感光層とした感光体が、すでに製品化されているが、このａ−Ｓｉ感光体はアルミニウム金属から成るドラム状基板の外周面を切削などによって０．１Ｓ程度の表面粗度で鏡面仕上げ、次いでＣＶＤもしくはＰＶＤによってａ−Ｓｉ感光層を１０μｍ〜５０μｍの厚みで、さらに１００μｍ程度にまで厚くするなどして成膜形成して得られる。
【０００３】
上記のようにドラム状基板に対する成膜前に鏡面仕上げをおこなうことで、基板上に成膜形成した感光層の表面を、できるだけ滑らかにして、欠陥数を極力抑え、これによって画像特性を向上させている。
【０００４】
ただし、レーザービームプリンター（ＬＢＰ）用のＡｌ金属基板については、外周面を積極的に粗し、これによって感光層に入射されたレーザービームを基板上で乱反射させ、干渉縞が生じないようにすることが提案されている（特公平２−５９９８１号および特公平３−６４０６２号参照）。
【０００５】
また、ａ−Ｓｉ感光体に対する電子写真プロセスにはカールソン法などがあるが、そのプロセスには、一般的に感光体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段が採用されている。そして、このクリーニング手段にはブレード法、ファーブラシ法、マグネットブラシ法などがあるが、いずれの方法を採用するにしても感光層の表面に付着された残留トナーを即座に除去するために、トナーの感光層に対する付着力を減少させることが、良好なクリーニングという点で望ましい。
【０００６】
しかしながら、かかるａ−Ｓｉ感光体搭載の画像形成装置においても、常温かつ低湿下で長期間稼働させた場合、あるいは従来の画像形成装置においては、平均粒径が１０〜２０μｍであるのに対して、高画質の画像を得るために、それよりも小さな平均粒径のトナーを用いた場合には、トナーがａ−Ｓｉ感光体の表面に付着もしくは融着し易くなり、そのため、クリーニング工程において、トナーを除去することが難しくなり、その結果、白地画像に黒点状の画像欠陥が発生するという問題点があった。
【０００７】
この問題点を解消するために本発明者は、周方向に切削したドラム状基板外周面にａ−Ｓｉ感光層を形成し、このａ−Ｓｉ感光層の表面に断面が三角形状の線条溝を周方向に連続して多数形成し、そして、三角形状の頂部を成す角度や各線条溝のピッチを規定する技術を提案した（特開平１０−９０９２８号参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案の画像形成装置をデジタル複写機に適用し画像形成した場合、画像濃度にムラが発生することがあり、いまだ最適な条件が見出されていなかった。
【０００９】
本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究に努めた結果、ａ−Ｓｉ感光層の表面の各線条溝の算術平均粗さＲａを０．０５〜０．１２５μｍに規定したことで、かかる画像濃度ムラが生じなくなることを知見した。
【００１０】
したがって本発明は上記知見により完成されたものであり、その目的はデジタル複写機において画像濃度ムラを解消した高信頼性かつ高性能な感光体ならびに画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的はクリーニング時のトナー付着・融着を防止して、良好な画像形成を達成した感光体ならびに画像形成装置を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、長期間稼働させたり、あるいは平均粒径が１０μｍ未満のトナーを使用しても、高画質の画像が得られる画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の感光体は、周方向に切削したドラム状基板外周面にアモルファスシリコンから成る感光層を積層し、該感光層の表面に対し断面が三角形状の線条溝を周方向に多数形成した感光体であって、前記感光層の表面側に、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスカーボン、アモルファスシリコンナイトライド、アモルファスシリコンオキサイドのうちいずれかの材料からなる表面保護層を形成するとともに、前記各線条溝の平均間隔を５〜３０μｍに、算術平均粗さＲａを０．０５〜０．１２５μｍに、三角形状の頂部を成す角度を１６５〜１７７°にしたデジタル複写機に用いる感光体である。
また本発明の感光体は、前記各線条溝の平均間隔を１０〜２５μｍに、算術平均粗さＲａを０．１０〜０．１１μｍに、三角形状の頂部を成す角度を１７０〜１７５°にしたデジタル複写機に用いる感光体である。
【００１４】
また、本発明の画像形成装置は、上記本発明の感光体と、その感光体の表面に電荷を付与する帯電手段と、感光体の帯電領域に対して光照射する露光手段とから成り、これら帯電手段と露光手段とにより感光体の表面に静電潜像を形成するとともに、その静電潜像に対応したトナー像を感光体の表面に形成する現像手段と、トナー像を被転写材に転写する転写手段と、転写後に感光体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、転写後に残余静電潜像を除去する除電手段とを配設したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の画像形成装置は、上記本発明画像形成装置において、トナー像の形成に使用されるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
感光体の構成
図１は発明の実施形態に係る感光体１の層構成、図２は感光体１の表面の拡大断面図である。
まず図１において、導電性のドラム状基板２の外周面にａ−Ｓｉから成る感光層３を真空蒸着法、活性反応蒸着法、イオンプレーテイング法、ＲＦスパッタリング法、ＤＣスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法などで成膜形成している。この感光層３は、たとえばキャリア注入阻止層４、光導電層５、アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスカーボン、アモルファスシリコンナイトライド、アモルファスシリコンオキサイドなどで構成した表面保護層６とを順次積層して成る。
【００１７】
上記ドラム状基板２には銅、黄銅、ＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属導電体、あるいはガラス、セラミックなどの絶縁体の表面に導電性薄膜を被覆したものなどがある。このドラム状基板２はシート状、ベルト状もしくはウェブ状可とう性導電シートでもよく、このようなシートにはＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属シート、あるいはポリエステル、ナイロン、ポリイミドなどの高分子樹脂フィルムの上にＡｌ、Ｎｉなどの金属もしくは酸化スズ、インジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）などの透明導電性材料や有機導電性材料を蒸着などにより被覆して導電処理したものを用いる。
【００１８】
次に感光層３の表面の断面形状を図２ａ、ｂ、ｃに示す。
いずれも表面保護層６に断面が三角形状の線条溝Ｍをドラム周方向に形成する。このような線条溝Ｍはドラム状基板２の外周面に対し、ダイヤモンドバイトによる切削でもって故意に山谷形状をつけ、これによって断面形状が連続的な三角波状となした。そして、切削バイトの取付角や切削バイトの刃先形状を変えることで、各種形状の線条溝を設けるが、このような表面に感光層３を成膜形成したことで、感光層３の表面形状はドラム状基板２の表面形状が反映される。
【００１９】
図２ａはダイヤモンド切削バイト等によってドラム状基板２の表面に対し切削加工あるいは転像機によるドラム状基板表面への転像を行った後、感光層３を成膜形成したものであって、ほぼ二等辺三角状の断面形状である。
【００２０】
図２ｂはダイヤモンド切削バイト等による切削加工に際し、切削屑の流れ具合を良くするために切削バイトの取り付け角度を変化させた場合に得られる不等辺三角状の感光層断面形状である。
【００２１】
図２ｃはドラム状基板３の表面を加工するダイヤモンド切削バイトや転像機の繰り返し使用したことによる磨耗、あるいは感光層成膜形成による膜成長ムラによって、山の頂部角あるいは底部角に若干丸みがみられる断面形状である。
【００２２】
そして、本発明においては、その三角形状の頂部（山部）ｄを成す角度ｅを１６５〜１７７°に、好適には１７０〜１７６°に、隣接する三角形状間の底部（谷部）ｆを成す角度ｇを１６５〜１７７°に、好適には１７０〜１７６°に、さらに各線条溝の算術平均粗さＲａを０．０５〜０．１２５μｍに、好適には０．０８〜０．１２０μｍに、平均間隔Ｓｍを５〜３０μｍに、好適には１０〜２５μｍにしてデジタル複写機（たとえば６００ｄｐｉ以上の高解像度において）において画像濃度ムラを解消し、さらにクリーニング時のトナー付着・融着を防止して、良好な画像形成が得られる。なお、このように規定するには、ドラム状基板３の加工条件や感光層３の成膜条件を制御することで達成される。
【００２３】
本発明によれば、感光層３の表面に形成した線条溝Ｍを上記のように三角形状にするが、断面がＲ形状もしくは鋸状にすると、画質が低下したりトナーが付着していた。
【００２４】
また、線条溝Ｍの頂部（山部）ｄを成す角度ｅが１６５°未満では画質が劣化し、切削時間が長くなって量産性が低下し、１７７°を超えるとトナーが付着される。さらに線条溝Ｍの底部（谷部）ｆを成す角度ｇが１６５°未満では画質が劣化し、切削時間が長くなって量産性が低下し、１７７°を超えるとトナーが付着される。
【００２５】
線条溝Ｍを形成したことによる表面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ未満ではトナーが付着され、０．１２５μｍを超えると画質が低下した。
【００２６】
平均間隔Ｓｍが５μｍ未満ではトナーが付着され、切削時間が長くなって量産性が低下し、３０μｍを超えると画質が低下する。
【００２７】
画像形成装置の構成
図３は本発明の感光体を搭載したデジタル複写機構成の画像形成装置７であり、８は感光体であり、この感光体８の周面に帯電手段であるコロナ帯電器９と、その帯電後に光照射する露光手段である露光器１０（レーザービーム）と、トナー像を感光体８の表面に形成するためのトナー１１を備えた現像手段である現像機１２と、そのトナー像を被転写材１３に転写する転写手段である転写器１４と、その転写後に感光体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段１５と、その転写後に残余静電潜像を除去する除電手段１６とを配設した構成である。また、１７は被転写材１３に転写されたトナー像を熱もしくは圧力により固着するための定着器である。
【００２８】
このカールソン法は次の▲１▼〜▲６▼の各プロセスを繰り返し経る。
▲１▼感光体８の周面をコロナ帯電器９により帯電する。
▲２▼露光器１０により画像を露光することにより、感光体８の表面上に電位コントラストとしての静電潜像を形成する。
▲３▼この静電潜像を現像機１２により現像する。この現像により黒色のトナーが静電潜像との静電引力により感光体表面に付着し、可視化する。
▲４▼感光体表面のトナー像を紙などの被転写材１３の裏面よりトナーと逆極性の電界を加えて、静電転写し、これにより、画像を被転写材１３の上に得る。
▲５▼感光体表面の残留トナーをクリーニング手段１５により機械的に除去する。▲６▼感光体表面を強い光で全面露光し、除電手段１６により残余の静電潜像を除去する。
【００２９】
なお、画像形成装置７は通常の乾式現像を用いているが、その他、湿式現像に使用される液体現像剤にも適用される。ちなみに、この液体現像剤の顔料の平均粒径は著しく小さく、１μｍ程度である。
【００３０】
かくして本発明の画像形成装置７によれば、従来のように平均粒径が１０〜２０μｍである場合に常温かつ低湿下で長期間稼働させても、クリーニング工程にて、トナーがａ−Ｓｉ感光体の表面に付着もしくは融着しなくなった。また、デジタル複写機構成において高解像度の画像を得るために、平均粒径が１０μｍ未満であるトナーを用いた場合にも、トナーがａ−Ｓｉ感光体の表面に付着もしくは融着しなくなった。
【００３１】
【実施例】
ドラム状基板２を作製するに当たっては、純度９９．９％のＡｌから成る素管を用意し、その表面に天然ダイヤモンドバイトによる切削でもって故意に山谷形状をつけ、これによって断面形状が連続的な三角波状になるようにしたが、それに使用する切削バイトの取付角や切削バイトの刃先形状、基板切削時の回転数、送り速度、切削ピッチ、切削バイトの刃先形状等を変えることで幾とおりにも変化させた。
【００３２】
そして、かかる種々のドラム状基板２の上にプラズマＣＶＤ法によって感光層３を成膜形成する。この感光層３は、ホウ素１５００ｐｐｍ、酸素１．０％、窒素０．７％含むａ−Ｓｉのキャリア注入阻止層４、ホウ素０．５ｐｐｍ含むａ−Ｓｉの光導電層５、ａ−ＳｉＣの表面保護層６とを順次積層してなる。
【００３３】
このプラズマＣＶＤ法によれば、出発原料ガスとしてシランガス、メタンガス、水素ガス、ジボランガス、酸化窒素ガスを用いて、各層の成膜形成に応じて各種ガスを適宜反応容器内に導入し、つづけて高電圧でもってプラズマを発生させることで、各層を順次設ける。
【００３４】
このような成膜方法でもって表１に示すとおり、線条溝Ｍを周方向に幾とおりにも形成することで、様々な感光体（試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１４）を作製した。
ただし、試料Ｎｏ．８については、従来のものであって、感光層の表面が平滑であり、Ｒａ＝０．０３６μｍ程度のものであり、試料Ｎｏ．９は感光層の表面が図４ａに示すようにＲ状であり、試料Ｎｏ．１０は感光層の表面が同図ｂに示すように鋸状である。
【００３５】
頂部ｄの角度ｅと、底部ｆの角度ｇについては、表面粗度計を用いて、感光層の表面に対してドラム中心軸方向に断面曲線をＸ：Ｙ＝１：１で描き（すなわち、表面粗度計で用いるチャート紙のＸ軸とＹ軸の測定レンジを同じにして）、その断面曲線を分度器にて計測して求めた。さらにその断面曲線より平均間隔Ｓｍも求めた。なお、算術平均粗さＲａおよび平均間隔Ｓｍについては、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＢ０６０１）に基づく。
【００３６】
【表１】

【００３７】
次に各種感光体を前記画像形成装置７（乾式現像：トナー平均粒径８μｍ）に搭載し、カールソン法で６００ｄｐｉ以上の解像度で画像形成して、５０万枚のランニングテストをおこない、画像特性とトナー付着具合を測定したところ、表１に示す結果が得られた。
【００３８】
量産性の評価は試料製作の所要時間でもって、Ａ印、Ｂ印、Ｃ印、Ｄ印の４段階で評価し、この順序でもって所要時間が長くなるが、Ａ印は従来の感光体と同程度に量産性がある場合、Ｂ印は従来の感光体に比べ若干劣るが、現実的に量産性が上がる場合、Ｃ印は製作上十分可能はあっても、現段階での量産ではコストが上がり、さらに改良・改善が望まれる場合、Ｄ印は試料の作製や少量製作する程度であればよいが、実際上量産には不向きである場合を示す。
【００３９】
画像特性の評価は、拡大ルーペを用いてＡ３サイズの画像全面にわたって目視し、画像欠陥の有無を調べることで求めた。そして、Ａ印、Ｂ印、Ｄ印で評価し、Ａ印はまったく画像欠陥がなく、画像濃度ムラのない良好な画像が得られた場合、Ｂ印は画像欠陥がないにしても、画像濃度ムラが薄く見られた場合、Ｄ印は画像欠陥や画像濃度ムラが認められたり、はっきり見られた場合である。
【００４０】
また、トナー付着具合の測定は、白地画像を参照しながら、感光体の表面を目視にて観察し、トナー付着箇所の数を確認することでおこなった。そして、Ｂ印、Ｃ印、Ｄ印で評価し、Ｂ印はトナー付着がまったくない場合、Ｃ印は軽微なトナー付着が偶発的に発生した場合、Ｄ印はトナー付着が多数、大きく発生した場合である。
【００４１】
そして、これら各評価項目をまとめて、総合評価としてＡ印、Ｂ印、Ｄ印で評価し、Ａ印は優秀、Ｂ印は良好、Ｄ印は不良とした。
【００４２】
表１の結果から明らかなとおり、本発明の試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７は、いずれも高画質で良好な優れた画像が得られた。
【００４３】
上記実施例では、常温・常湿下（２３±３℃、５０±１０％）のトナー平均粒径８μｍの画像形成装置７を使用したが、その他に実施例として常温・低湿下（２３±３℃、１５％以下）のトナー平均粒径１６μｍの画像形成装置７を使用して、同じ実験をおこなったところ、各試料に対して、画像特性およびトナー付着具合の双方ともに同じ結果が得られた。
さらにまた、本発明をデジタル複写機に適用するに際し、その解像度を６００ｄｐｉにしても、１２００ｄｐｉにしても、いずれも良好な画像を得ることができた。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態例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内で種々の変更や改良等は何ら差し支えない。たとえば、表面保護層６をａ−ＳｉＣにより構成したが、これに代えてアモルファスカーボン、アモルファスシリコンナイトライド、アモルファスシリコンオキサイドなどで構成しても、各線条溝の平均間隔、算術平均粗さＲａ、三角形状の頂部を成す角度を本発明のように規定することで、本発明の目的が達成された。
【００４５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の感光体ならびに画像形成装置によれば、デジタル複写機に用いるに際し、感光層の表面に断面が三角形状の線条溝を周方向に形成するとともに、各線条溝の平均間隔を５〜３０μｍに、算術平均粗さＲａを０．０５〜０．１２５μｍに、三角形状の頂部を成す角度を１６５〜１７７°にしたことで、クリーニング時のトナー付着・融着を防止して、良好な画像形成が得られ、特に常温かつ低湿下で長期間稼働させたり、あるいは平均粒径が１０μｍ未満のトナーを使用しても、良好な画像形成が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の感光体の層構成を示す断面図である。
【図２】ａ，ｂ，ｃはいずれも本発明の感光体における表面の拡大断面図である。
【図３】本発明の画像形成装置の概略図である。
【図４】ａ，ｂは双方とも比較例の感光体における表面の拡大断面図である。
【符号の説明】
１．．．感光体、２．．．ドラム状基板、３．．．感光層、４．．．キャリア注入阻止層、５．．．光導電層、６．．．表面保護層、Ｍ．．．線条溝、７．．．画像形成装置、８．．．感光体、９．．．コロナ帯電器、１０．．．露光器、１１．．．トナー、１２．．．現像機、１４．．．転写器、１５．．．クリーニング手段、１６．．．除電手段、１７．．．定着器

Claims (4)

1. 周方向に切削したドラム状基板外周面にアモルファスシリコンから成る感光層を積層し、該感光層の表面に対し断面が三角形状の線条溝を周方向に多数形成した感光体であって、前記感光層の表面側に、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスカーボン、アモルファスシリコンナイトライド、アモルファスシリコンオキサイドのうちいずれかの材料からなる表面保護層を形成するとともに、前記各線条溝の平均間隔を５〜３０μｍに、算術平均粗さＲａを０．０５〜０．１２５μｍに、三角形状の頂部を成す角度を１６５〜１７７°にしたデジタル複写機に用いる感光体。
2. 前記各線条溝の平均間隔を１０〜２５μｍに、算術平均粗さＲａを０．０８〜０．１２μｍに、三角形状の頂部を成す角度を１７０〜１７５°にしたデジタル複写機に用いる請求項１に記載の感光体。
3. 請求項１または請求項２に記載の感光体と、該感光体の表面に電荷を付与する帯電手段と、感光体の帯電領域に対し光照射する露光手段とから成り、これら帯電手段と露光手段とにより感光体の表面に静電潜像を形成するとともに、該静電潜像に対応したトナー像を感光体の表面に形成する現像手段と、該トナー像を被転写材に転写する転写手段と、該転写後に感光体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、該転写後に残余静電潜像を除去する除電手段とを配設したことを特徴とする画像形成装置。
4. 前記トナー像の形成に使用されるトナーの平均粒径が１０μｍ未満であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。

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