JP4273131B2 - 電子写真感光体およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、基体の外表面に感光層が形成された電子写真感光体およびそれを備えた電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式を採用した画像形成装置においては、基体の外周面に、感光層を含む成膜層が形成された電子写真感光体が採用されている（たとえば特許文献１参照）。

一般に、基体としては、アルミニウム製の円筒状基体が用いられており、成膜層としては、電荷注入阻止層、光導電層および表面保護層を積層した構成のものが採用されている。

このような電子写真感光体においては、成膜層の膜質は画像特性に影響を与えるため、膜質を最適化することは画像特性を向上させる上で重要となる。一方、近年においては、画像のカラー化、高画質化および高速化の要求が高まっており、このような要求に応えるためにも膜質を最適化することはさら重要となってくる。

特公昭６０−３５０５９号公報

成膜層を構成する各層は、たとえばアモルファスシリコン系の材料により構成されている。しかしながら、アモルファスシリコン系の成膜層を採用した電子写真感光体では、これを画像形成装置に組み込んで使用した場合に、画像に黒スジが入ることがしばしば発生していた。このような画像に黒スジが入る電子写真感光体では、多くの場合、電荷注入阻止層に膜割れが生じている。このような電荷注入阻止層における膜割れが生じる原因の１つとして、成膜層を形成するときに電荷注入阻止層に作用する応力が挙げられる。すなわち、表面保護層は、一般に電荷注入阻止層よりも基体温度を高くして成膜されるため、表面保護層の成膜時には電荷注入阻止層に対して比較的に大きな応力が作用し、その応力によって電荷注入阻止層に膜割れが生じることがある。

本発明は、上述した事情のもとに鑑みてなされたものであり、アモルファスシリコン系の電荷注入阻止層を有する電子写真感光体において、電荷注入阻止層に膜割れが生じることを抑制し、画像に黒スジなどが発生して画像特性が悪化するのを抑制することを課題としている。

本発明の第１の側面においては、基体の外表面に、アモルファスシリコン系化合物からなる電荷注入阻止層および光導電層が積層された電子写真感光体において、前記電荷注入阻止層は、シリコンのラマンスペクトルにおける横光学（ＴＯ）フォノンに対する縦光学（ＬＯ）フォノンの面積比率が１．８〜２．８６であり、赤外線吸収スペクトルにおけるＳｉＨ２結合の吸収帯とＳｉＨ結合の吸収帯との面積比率が０．８〜６．８であることを特徴とする、電子写真感光体が提供される。

電荷注入阻止層は、たとえば膜厚が２〜１０μｍとされる。

本発明の第２の側面においては、本発明の第１の側面に係る電子写真感光体を備えたことを特徴とする、画像形成装置が提供される。

本発明によれば、電荷注入阻止層でのシリコンのラマンスペクトルにおける横光学（ＴＯ）フォノンに対する縦光学（ＬＯ）フォノンの面積比率の適正化が最適化されているために、電荷注入阻止層の結晶構造において秩序性改善され、原子間の結合力が強くなされている。また、電荷注入阻止層における赤外線吸収スペクトルにおけるＳｉＨ２結合の吸収帯とＳｉＨ結合の吸収帯との面積比率が最適化されているため、電荷注入阻止層の圧縮応力が改善されている。そのため、電荷注入阻止層は、その上部に成膜される表面保護層などの膜からの応力に十分耐えることができる。その結果、本発明の電子写真感光体では、電荷注入阻止層に膜割れが生じることを適切に抑制できるために、当該電子写真感光体を採用した画像形成装置では、画像に黒スジが生じるのを抑制することが可能となる。

本発明において、電荷注入阻止層の膜厚を２〜１０μｍに設定すれば、電荷注入阻止層の強度を十分に確保しつつ、圧縮応力を適切に向上させることができるため、電荷注入阻止層において膜割れが生じることをより確実に抑制することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置および電子写真感光体ついて、添付図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１に示した画像形成装置１は、電子写真感光体２、帯電装置３、露光装置４、現像装置５、転写装置６、定着装置７、クリーニング装置８、および除電装置９を備えたものである。

電子写真感光体２は、画像信号に基づいた静電潜像およびトナー像が形成されるものであり、図中の矢印Ａ方向に回転可能とされている。

帯電装置３は、電子写真感光体２の表面を、電子写真感光体２の光導電層の種類に応じて、正又は負極性に一様に帯電させるためのものである。電子写真感光体２の帯電電位は、通常、２００〜１０００Ｖとされる。

露光装置４は、電子写真感光体２の表面に静電潜像を形成するためのものであり、レーザ光を出射可能とされている。この露光装置４では、画像信号に応じてレーザ光を電子写真感光体２の表面に照射することにより、光照射部分の電位を減衰させて静電潜像が形成される。

現像装置５は、電子写真感光体２の静電潜像を現像してトナー像を形成するためのものである。この現像装置５は、現像剤を保持しているとともに、現像スリーブ５０を備えている。

現像剤は、電子写真感光体２の表面に形成されるトナー像を構成するためのものであり、現像装置５において摩擦帯電させられる。現像剤としては、磁性キャリアと絶縁性トナーとから成る二成分系現像剤、あるいは磁性トナーから成る一成分系現像剤を使用することができる。

現像スリーブ５０は、電子写真感光体２と現像スリーブ５０との間の現像領域に現像剤を搬送する役割を果すものである。

現像装置５においては、現像スリーブ５０により摩擦帯電したトナーが一定の穂長に調整された磁気ブラシの形で搬送され、電子写真感光２と現像スリーブ５０との間の現像域において、このトナーによって静電潜像が現像されてトナー像が形成される。トナー像の帯電極性は、正規現像により画像形成が行われる場合には、電子写真感光体２の表面の帯電極性と逆極性とされ、反転現像により画像形成が行われる場合には、電子写真感光体２の表面の帯電極性と同極性とされる。

転写装置６は、電子写真感光体２と転写装置６との間の転写領域に給紙された記録紙Ｐにトナー像を転写するためのものであり、転写用チャージャ６０および分離用チャージヤ６１を備えている。この転写装置６では、転写用チャージャ６０において記録紙Ｐの背面（非記録面）がトナー像とは逆極性に帯電され、この帯電電荷とトナー像との静電引力によって、記録紙Ｐ上にトナー像が転写される。転写装置６ではさらに、トナー像の転写と同時的に、分離用チャージャ６１において記録紙Ｐの背面が交流帯電させられ、記録紙Ｐが電子写真感光体２の表面から速やかに分離させられる。

なお、転写装置６としては、電子写真感光体２の回転に従動し、かつ電子写真感光体２とは微小間隙（通常、０．５ｍｍ以下）を介して配置された転写ローラを用いることも可能である。この場合の転写ローラは、たとえば直流電源により、電子写真感光体２上のトナー像を記録紙Ｐ上に引きつけるような転写電圧を印加するように構成される。このような転写ローラを用いる場合には、分離用チャージャ６１のような転写材分離装置は省略される。

定着装置７は、記録紙Ｐに転写されたトナー像を定着させるためのものであり、一対の定着ローラ７０，７１を備えている。この定着装置７では、一対のローラ７０，７１の間に記録紙Ｐを通過させることにより、熱、圧力等によって記録紙Ｐに対してトナー像が定着させられる。

クリーニング装置８は、電子写真感光体２の表面に残存するトナーを除去するためのものであり、クリーニングブレード８０を備えている。このクリーニング装置８では、クリーニングブレード８０によって、電子写真感光体２の表面に残存するトナーが掻き取られて回収される。クリーニング装置８において回収されたトナーは、必要により、現像装置５内にリサイクルされて再使用に供される。

除電装置９は、電子写真感光体２の表面電荷を除去するためのものである。この除電装置９は、たとえば光照射により、電子写真感光体２の表面電荷を除去するように構成される。

ここで、画像形成装置１においては、電子写真感光体２として、図２に示したものが使用される。図示した電子写真感光体２は、円筒状基体２０の外表面に、電荷注入阻止層２１、光導電層２２および表面保護層２３を形成したものである。

円筒状基体２０は、電子写真感光体２の骨格をなすものであり、少なくとも表面に導電性を有するものとされる。この円筒状基体２０は、全体を導電性材料により形成してもよく、また絶縁性材料により形成した円筒体の表面に導電性膜を形成したものであってもよい。

円筒状基体２０のための導電性材料としては、たとえばアルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、スズ（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、および銀（Ａｇ）などの金属材料、それらの金属材料を含む合金材料を挙げることができる。

円筒状基体２０のための絶縁性材料としては、絶縁樹脂、ガラス、あるいはセラミックスなどを挙げることができる。一方、導電性膜としては、先に例示した金属材料の他、ＩＴＯおよびＳｎＯ２などの透明導電性材料を用いることができる。

円筒状基体２０は、全体をＡｌ合金材料により形成するのが好ましい。そうすれば、電子写真感光体２が軽量かつ低コストに製造可能となり、その上、電荷注入阻止層２１や光導電層２２をａ−Ｓｉ系材料により形成した場合に、それらの層との密着性が高くなって信頼性が向上する。

電荷注入阻止層２１および光導電層２２は、ａ−Ｓｉ系材料により形成されている。

ａ−Ｓｉ系材料としては、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＮ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＧｅ、ａ−ＳｉＣＮ、ａ−ＳｉＮＯ、ａ−ＳｉＣＯおよびａ−ＳｉＣＮＯなどを挙げることができる。これらのａ−Ｓｉ系材料による光導電膜は、たとえばグロ−放電分解法、各種スパッタリング法、各種蒸着法、ＥＣＲ法、光ＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法、および反応性蒸着法などにより成膜形成し、その成膜形成に当たってダングリングボンド終端用に水素（Ｈ）やハロゲン元素（ＦやＣｌ）を膜中に１〜４０原子％含有させることにより形成することができる。また、光導電膜２１の成膜にあたっては、各層の暗導電率や光導電率などの電気的特性および光学的バンドギャップなどについて所望の特性を得るために、周期律表第１３族元素（以下、「第１３族元素」と略す）や周期律表第１５族元素（以下、「第１５族元素」と略す）を含有させたり、Ｃ、Ｎ、Ｏなどの元素の含有量を調整して上記諸特性を調整する。

第１３族元素および第１５族元素としては、共有結合性に優れて半導体特性を敏感に変え得る点、および優れた光感度が得られるという点でホウ素（Ｂ）およびリン（Ｐ）を用いるのが望ましい。第１３族元素および第１５族元素をＣ、Ｏ等の元素とともに含有させる場には、第１３族元素の含有量は０．１〜２００００
ｐｐｍ、第１５族元素の含有量は０．１〜１００００ ｐｐｍであるのが好ましく、また、Ｃ、Ｏ等の元素を含有させないか、または微量含有させる場合は、第１３族元素の含有量は０．０１〜２００ｐｐｍ
、第１５族元素の含有量は０．０１〜１００ｐｐｍであるのが好ましい。これらの元素は、層厚方向にわたって勾配を設けてもよく、その場合には層全体の平均含有量が上記範囲内であればよい。

電荷注入阻止層２１については、光導電層２２と比べて、より多くの第１３族元素や第１５族元素を含有させて導電型を調整し、また多くのＣ、Ｏを含有させて高抵抗化するとよい。

電荷注入阻止層２１はまた、シリコンのラマンスペクトルにおける横光学（ＴＯ）フォノンに対する縦光学（ＬＯ）フォノンの面積比率（ＴＯ／ＬＯ）が１．８０〜２．８６であり、赤外線吸収スペクトルにおけるＳｉＨ２結合の吸収帯とＳｉＨ結合の吸収帯との面積比率（ＳｉＨ２／ＳｉＨ）が０．８０〜６．８にとなるように形成される。

本発明によれば、電荷注入阻止層２１におけるＴＯ／ＬＯが最適化されているために電荷注入阻止膜２１における結晶構造において秩序性改善され、原子間の結合力が強くなされている。また、電荷注入阻止膜２１におけるＳｉＨ２／ＳｉＨが最適化されているため、電荷注入阻止膜２１の圧縮応力が改善されている。そのため、電荷注入阻止層２１は、その上部に成膜される表面保護層２３などの膜からの応力に十分耐えることができる。その結果、電子写真感光体２では、電荷注入阻止層に膜割れが生じることを適切に抑制できるために、電子写真感光体２を採用した画像形成装置１は、画像に黒スジが生じることを抑制することが可能となる。

このような電荷注入阻止層２１は、成膜時における原料ガスの流量、圧力、成膜温度などの適宜調整することにより形成することができる。とくに、プラズマＣＶＤ法により電荷注入阻止層２１を形成する場合には、ＲＦ投入電力（Ｗ）とＳｉ系ガスの流量（ｃｃ）との比率（Ｗ／ｃｃ）を適宜調整することにより簡易に形成することができる。たとえば、Ｓｉ系ガスとしてシランガスを用いる場合には、ＲＦ投入電力とシランガスの流量との比率（Ｗ／ｃｃ）を１．１０〜１．７５とするのが好ましい。この場合、電荷注入阻止層２１の成膜時の円筒状基体２０の温度と、表面保護層２３の成膜時の円筒状基体２０の温度との差を小さく設定するのが好ましく、たとえば電荷注入阻止層２１および表面保護層２３の成膜時における円筒状基体２０の温度差は０〜５０℃とされる。

電荷注入阻止層２１の膜厚は、２〜１０μｍに設定するのが好ましい。そうすれば、電荷注入阻止層２１の強度を十分に確保しつつ、圧縮応力を適切に向上させることができるため、電荷注入阻止層２１において膜割れが生じることを適切に抑制することができる。

光導電層２２の膜厚は、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るが、ａ−Ｓｉ系材料を用いる場合には、通常５〜１００μｍ、好ましくは２０〜６０μｍとされる。また、光導電層２２の軸方向の膜厚ムラは、中央の±３％以内にすることが好ましい。これは、光導電層２２の軸方向の膜厚ムラが大きいと、感光体の耐圧（リーク）及び外径寸法に差が現れ、軸方向にて画像に問題が生じるおそれがあるからである。

一方、表面保護層２３は、電子写真感光体２における電子写真特性（帯電能、光感度、残留電位などの電位特性、および画像濃度、解像度、コントラスト、階調性などの画像特性）の質および安定性、ならびに耐久性（耐磨耗性・耐刷性・耐環境性・耐薬品性など）を向上させるためのものである。

この表面保護層２３は、光導電層２２の表面において、たとえば少なくとも５０原子％以上の炭素を含む非単結晶材料（ａ−ＳｉＣ系）により積層形成されている。表面保護層２３は、その膜厚が、たとえば０．２〜１．５μｍ、好ましくは０．５〜１．０μｍとされている。このような表面保護層２３は、原料ガス中にＣ源を含ませる以外は、基本的には電荷注入阻止層２１および光導電層２２と同様な手法により形成することができる。

表面保護層２３を成膜する場合に使用するＣ源としては、たとえばＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ８、ＣＯ、あるいはＣＯ２を使用することができる。

次に、本発明の効果について、実施例として検証する。

本実施例では、電荷注入阻止層におけるＴＯ／ＬＯ（シリコンのラマンスペクトルにおける横光学（ＴＯ）フォノンに対する縦光学（ＬＯ）フォノンの面積比率）およびＳｉＨ２／ＳｉＨ（赤外線吸収スペクトルにおけるＳｉＨ２結合の吸収帯とＳｉＨ結合の吸収帯との面積比率）が異なる感光体について、外観特性、初期画像および耐久画像について評価した。

（電子写真感光の作製）
本実施例で用いる電子写真感光体Ａ〜Ｈは、筒状基体としてアルミニウム合金から成る外径３０ｍｍ、長さ２５４ｍｍの引き抜き管の外周面を鏡面加工して洗浄したものを用意し、これをグロー放電分解成膜装置にセットして、下記表１に示す成膜条件により電荷注入阻止層、光導電層および表面保護層を順次積層することで作製した。電子写真感光体Ａ〜Ｈは、電荷注入阻止層を成膜するときの高周波投入電力を異なるものとすることにより電荷注入阻止層の成膜時におけるＲＦ投入電力/シランガス流量（Ｗ／ｃｃ）を異なるものとし、電荷注入阻止層におけるＴＯ／ＬＯおよびＳｉＨ２／ＳｉＨが異なるものとして作製した。ＲＦ投入電力/シランガス流量（Ｗ／ｃｃ）と、電荷注入阻止層におけるＴＯ／ＬＯおよびＳｉＨ２／ＳｉＨとの関係については表２および図３に示した。

（特性評価）
外観特性は、目視によりスジの発生および膜欠陥の有無の確認することにより行なった。

初期画像特性は、電子写真感光体Ａ〜Ｈを「マルチファンクションプリンタ（ＭＦＰ）」（型番：ＫＭ−２５５０、京セラミタ株式会社製）に搭載して印字を行い、グレー画像における画像スジの発生の有無、および白画像における画像黒点の発生の有無を確認することにより行なった。

耐久特性については、３０万枚の耐久印刷において、印字品質を満足するか否かを確認することにより行った。この耐久画像特性は、初期画像特性の良かった電子写真感光体についてのみ行なった。

表２から分かるように、感光体Ａ〜Ｃ（ＴＯ／ＬＯが
１．６７〜１．７５、ＳｉＨ２／ＳｉＨが８．００〜９．００）については、外観特性において表面保護層にスジが生じており、初期画像においてもスジが生じていた。

また、感光体Ｈ（ＴＯ／ＬＯが ３．３３、ＳｉＨ２／ＳｉＨが０．７０）については、外観特性において成膜欠陥が生じており、初期画像において黒点が生じていた。

これに対して、感光体Ｄ〜Ｇ（ＴＯ／ＬＯが
１．８０〜２．８６、ＳｉＨ２／ＳｉＨが０．８０〜６．８）については、外観特性においてスジや欠陥が生じておらず、初期画像も適切なものであった。これらの感光体Ｄ〜Ｇはさらに、耐久特性においても満足するものであった。

以上のことから、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層を有する電子写真感光体においては、電荷注入阻止層におけるＴＯ／ＬＯを１．８０〜２．８６、ＳｉＨ２／ＳｉＨを０．８０〜６．８とすることにより、電荷注入阻止層において膜割れが生じることが抑制され、画像に黒スジなどが発生することが抑制されて画像特性が改善されることが分かる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す模式図である。 本発明に係る電子写真感光体の一例を示す縦断面図およびその要部を拡大して示した断面図である。 実施例におけるＲＦ投入電力／シランガス流量比率と、ＴＯ／ＬＯ比率およびＳｉＨ２／ＳｉＨ比率と、の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 電子写真感光体
２０ 円筒状基体
２１ （感光層の）電荷注入阻止層
２２ （成膜層の）光導電層

Claims (3)

1. 基体の外表面に、少なくとも、アモルファスシリコン系化合物からなる電荷注入阻止層および光導電層が積層された電子写真感光体において、
   前記電荷注入阻止層は、シリコンのラマンスペクトルにおける横光学（ＴＯ）フォノンに対する縦光学（ＬＯ）フォノンの面積比率が１．８０〜２．８６であり、赤外線吸収スペクトルにおけるＳｉＨ２結合の吸収帯とＳｉＨ結合の吸収帯との面積比率が０．８０〜６．８であることを特徴とする、電子写真感光体。
2. 前記電荷注入阻止層は、その膜厚が２〜１０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の電子写真感光体。
3. 請求項１または２に記載の電子写真感光体を備えたことを特徴とする、画像形成装置。
   

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