JP4283331B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真感光体を備えた電子写真方式の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の複写機やプリンタなどの画像形成装置は、静電潜像およびトナー像が形成される電子写真感光体を備えている。電子写真感光体には、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、および耐薬品性など）が求められる。それら特性を向上させるために、電子写真感光体としては、導電性基体上に、感光層として光導電層および表面層を積層したものが提案されている。

表面層としては、従来から種々の材料および層構成が提案されている。その一例として、アモルファスシリコン系材料が挙げられる。アモルファスシリコン系材料の中でもとくに、カーボン（Ｃ）を含有させたアモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）を用いた表面層は、優れた電気的特性、光学的特性、画像特性、および高硬度に基づく耐久性などを有している点で注目されている。電子写真感光体としてはさらに、ａ−ＳｉＣの表面層とアモルファスシリコン系（ａ−Ｓｉ系）の光導電層とを組み合わせたものが既に実用化されている。

アモルファスシリコン系の感光体においては、その軸方向における感光層の厚みムラは軸方向の画像濃度ムラを発生させるため、従来から軸方向における感光層の厚みを略一様（軸方向の両端部の厚みが中央部の厚みに対して±２．５％以内）にする方法が提案されている（たとえば特許文献１−３参照）。

特許文献１においては、円筒状支持体および原料ガス導入管を囲むように設置される円筒状防着部材の一部領域に複数の排気穴を有する堆積膜形成装置が開示されている。この堆積膜形成装置によれば、複数の排気穴の位置などを適宜設定することにより、装置構成および堆積膜形成工程を複雑化することなく、基体の軸方向に対する堆積膜の厚みムラを低減することができる。

特許文献２においては、円筒状電極とガス導入手段とを兼用にし、該電極の壁面にガス放出孔を配置することにより、原料ガスを均一に放電空間内部に放出し、感光層の厚みのバラツキを改善する技術が開示されている。

特許文献３においては、原料ガス導入に、円筒状電極とは別に、ガス導入用ガス管を用い、該ガス管に設けたガス放出孔の断面積と間隔を円筒形基板の長手方向で変化させ、原料ガスを均一に放出することにより、感光層の厚みムラの生起が防止された電子写真感光体を得る技術が開示されている。

ａ−ＳｉＣ系の表面層においてはさらに、その表面層の厚みやＣ含有量についても検討されている（たとえば特許文献４，５）。

特許文献４においては、表面層の厚みが３０Å〜５μｍ、炭素原子含有量が４０〜９０原子％の感光体が開示されている。

特許文献５においては、Ｓｉ原子を母体にしてＣ原子を含み、そのＣ原子が感光層との界面に始端して自由表面側に向けて濃度が増大する表面層を備えた光受容部材が提案されている。この光受容部材における表面層は、Ｃ原子の厚み方向における分布濃度は０．５〜９５原子％の範囲であり、表面層の厚みは０．００３〜３０μｍがよいとされている。

特開平１１−３４３５７３号公報 特開昭５９−２１３４３９号公報 特開昭５８−３０１２５号公報 特公平０１−１００６９号公報 特開昭６２−２５８４６６号公報

しかしながら、先の公報に提案された電子写真感光体においては、ａ−ＳｉＣ系の表面層を備えているにしても、その電子写真感光体を電子写真方式の画像形成装置に搭載して耐刷を行なった場合には、画像キズおよび画像濃度ムラ（濃度低下もしくはかぶり）等の画像不良が生じるという問題点があった。この画像不良の発生の一因としては、表面層における削れを挙げることができる。たとえば、トナーには、コロナ放電時の放電生成物が表面層に吸着されることを防止すべく、表面層の極表面を研磨するための研磨剤等が混ぜられている。そのため、画像がよく印字される中央付近は、両端部などの他の部分に比べて、表面層が削られやすく、これが画像キズを生じさせる原因となる。

そこで、かかる画像キズの発生を防止するために、表面層の組成等を変えて硬くし、あるいは表面層の厚みを厚くしてキズを発生させにくくする技術が提案され、すでに実用化されている。その反面、表面層を硬くし、あるいは表面層の厚みを大きくした場合には、感光体の帯電能の低下や残留電位の増加が生じたり、感光体表面のトナーが付着（ブレードにすきま）したり、画像流れと呼ばれる画像ボケが発生したり、感光体の製造時間（成膜時間）が長くなるなどの問題点があった。

本発明は、耐刷を行なっても画像キズおよび画像特性の劣化が生じ難い、長寿命で長期信頼性の高い電子写真感光体を備えた画像形成装置を提供することを課題としている。

本発明に係る画像形成装置は、円筒状基体上に潜像形成領域を有する感光層を形成してなる電子写真感光体と、該電子写真感光体の軸方向において前記潜像形成領域の中央部を両端部よりも強く押圧する押圧部材と、を備えている。前記感光層は、前記両端部よりも前記中央部のほうが厚みが大きく、前記中央部の動的押し込み硬さが５００以上１５００以下である。前記中央部の動的押し込み硬さは、前記両端部の動的押し込み硬さの１．０３倍以上１．２５倍以下である。

前記感光層の動的押し込み硬さは、たとえば前記中央部から前記両端部に向かって漸次、あるいは段階的に小さくなっている。

本画像形成装置において前記中央部の動的押し込み硬さと前記両端部の動的押し込み硬さとの差は２５以上１６５以下であるのが好ましい。さらに、本画像形成装置において前記感光層は、前記両端部の動的押し込み硬さが４８５以上１４５６以下であるのが好ましい。

本画像形成装置において、前記感光層は、アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）を主成分とする表面層を含んでなり、前記表面層における炭素（Ｃ）の含有比率は２０％以上７０％以下であり、前記表面層の前記中央部における炭素（Ｃ）の含有比率は、該表面層の前記両端部における炭素（Ｃ）の含有比率よりも高いのが好ましい。

本画像形成装置において前記感光層は、前記中央部の動的押し込み硬さが７５０以上１０００以下であるのが好ましい。また、本画像形成装置において前記中央部の動的押し込み硬さは、前記両端部の動的押し込み硬さの１．０６倍以上１．１３倍以下であるのが好ましい。

前記押圧部材は、たとえば前記電子写真感光体との押圧部における硬さが、ＪＩＳ硬さ（ＪＩＳ Ｋ６２５３準拠 タイプＡ 押針質量１８０ｇ、押針高さ２．５ｍｍ）で６７度以上８４度以下である。

本発明によれば、電子写真感光体における感光層が、軸方向の両端部に比べて中央部のほうが動的押し込み硬さが大きくされているため、削れ量の多い中央部でも耐刷による画像キズおよび軸方向画像濃度ムラの発生を防止することができる。

とくに、端部に向うほど漸次あるいは段階的に動的押し込み硬さが小さくなるように、たとえば中央部の動的押し込み硬さを両端部の動的押し込み硬さの１．０３倍以上１．２５倍以下することにより、初期状態での画像濃度ムラを防止しつつ、耐刷による画像キズおよび画像濃度ムラの発生を防止できる。

本発明の電子写真感光体において表面層における中央部の動的押し込み硬さを５００以上１５００以下とした場合も同様に、初期状態での画像濃度ムラを防止しつつ、耐刷による画像キズおよび画像濃度ムラの発生を防止できる。

本発明の電子写真感光体ではさらに、軸方向の両端部に比べて中央部のほうが表面層の動的押し込み硬さが大きいので、たとえば電子写真感光体の外周面を押圧する部材（クリーニングブレード、摺察ローラ、帯電ローラ、現像ローラ、あるいはブラシなど）と電子写真感光体との間に異物が咬み込んだ場合においても、表面層の中央部の内方に位置する光導電層に損傷を与え難い。そのため、本発明の電子写真感光体では、軸方向の中央部において感光層、たとえば光導電層の機能が破壊され難い。

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、画像形成方式としてカールソン法を採用したものであり、電子写真感光体２、帯電器４１、露光器４２、現像器４３、転写器４４、定着器４５、クリーニング器４６、および除電器４７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やトナー像が形成されるものであり、図１の矢印Ａ方向に回転可能とされている。図２（ａ）および図２（ｂ）に示したように、電子写真感光体２は、円筒状基体２０の外周面に感光層２１が形成されたものである。

円筒状基体２０は、電子写真感光体２の骨格をなすとともに、その外周面上で静電潜像を担持するものである。円筒状基体２０の軸方向の長さＬは、使用が予定される記録紙などの記録媒体Ｐの最大のものの長さよりも若干長くされている。具体的には、円筒状基体２０の軸方向の長さＬは、たとえば記録媒体Ｐの両端から０．５ｃｍ以上５ｃｍ以下程度長くなるように設定されている。このため、感光層２１は、記録媒体Ｐの最大長さに対応した潜像形成領域２２と、この潜像形成領域２２に隣接して両端部に設けられた非潜像形性領域２３と、を有することとなる。すなわち、非潜像形成領域２３とは、どのような画像サイズに対応した潜像を感光層２１に形成するに当たっても、全く使用が予定されない感光層２１の領域（潜像形成領域２２の軸方向の外側）をいう。

円筒状基体２０は、内径が相対的に大きいインロー部２４を有している。インロー部２４は、フランジ２５が嵌合される部分である。フランジ２５は、電子写真感光体２を回転可能に支持するとともに、図外の回転機構からの回転動力を電子写真感光体２に伝達するためのものである。図示したインロー部２４は、非潜像形成領域２３に対応する部分に収まっているが、潜像形成領域２２に対応する部分にまで及んでも構わない。

このような円筒状基体２０は、少なくとも表面に導電性を有するものとされている。すなわち、円筒状基体２０は、全体を導電性材料により形成してもよいし、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ＡｌあるいはＳＵＳ（ステンレス）、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｓｎ、Ａｕ、およびＡｇなどの金属材料、それらの金属の合金材料を使用することができる。円筒状基体２０のための絶縁材料としては、樹脂、ガラスあるいはセラミックなどを挙げることができる。導電性膜のための材料としては、先に例示した金属の他、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ_２などの透明導電性材料を挙げることができる。これらの透明導電性材料は、たとえば蒸着などの公知の手法により、絶縁性を有する円筒体の表面に被着させることができる。ただし、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、後述する感光層２１の電荷注入阻止層２７や光導電層２８をアモルファスシリコン系（ａ−Ｓｉ系）材料により形成する場合に、それらの層２７，２８との密着性が高くなって信頼性が向上する。

図２（ａ）に示した感光層２１は、電荷注入阻止層２７、光導電層２８、および表面層２９を積層形成したものである。この感光層２１は、潜像形成領域２２において、軸方向の中央部２２Ａのほうが両端部２２Ｂに比べて、厚みおよび動的押し込み硬さが大きくなされている。

感光層２１の中央部２２Ａでの動的押し込み硬さは、たとえば両端部２２Ｂでの動的押し込み硬さの１．０３倍以上１．２５倍以下とされる。感光層２１の中央部２２Ａでの動的押し込み硬さは、たとえば５００以上１５００以下とされ、感光層２１の両端部２２Ｂでの動的押し込み硬さは、たとえば４８５以上１４５６以下とされる。また、感光層２１の中央部２２Ａでの動的押し込み硬さと両端部２２Ｂでの動的押し込み硬さの差は、たとえば２５以上１７０以下とされる。

感光層２１の動的押し込み硬さとは、動的押し込み法にて測定した値を言う。このような動的押し込み硬さは、電子写真感光体２を１０ｍｍ×２０ｍｍのサイズに切り出した断片を、「動的押し込み−２０１」（ＳＨＩＭＡＤＺＵ社製）を用いて測定することにより得ることができる。この装置を用いる場合、圧子として１１５°三角錐を用い、測定条件が押し込み深さ１００ｎｍ、荷重レンジ１９．６ｍＮ、負荷速度０．２８４３９３ｍＮ、保持時間５ｓｅｃに設定される。

電荷注入阻止層２７は、円筒状基体２０からの電子や正孔が光導電層２８に注入されるのを抑制するためのものであり、光導電層２８の材料に応じて種々のものを用いることができる。電荷注入阻止層２７は、たとえば無機材料により形成されており、光導電層２８にａ−Ｓｉ系材料を用いる場合であれば、電荷注入阻止層２７のための無機材料としてａ−Ｓｉ系の材料のものを使用するのが好ましい。そうすることにより、円筒状基体２０と光導電層２８との密着性に優れた電子写真特性を得ることができる。

ａ−Ｓｉ系の電荷注入阻止層２７を設ける場合は、ａ−Ｓｉ系光導電層２８と比べて、より多くの周期律表第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）を含有させて導電型を調整し、また多くの硼素（Ｂ）、窒素（Ｎ）、あるいは酸素（Ｏ）を含有させて高抵抗化するとよい。

なお、電界注入阻止層２７は、選択的なものであり、必ずしも必要なものではなく、図２（ｂ）に示したように、感光層２１は光導電層２８および表面層２９のみから構成されていてもよい。また、電荷注入阻止層２７に代えて、長波長光吸収層を設けてもよい。この長波長光吸収層を設けると、露光時に入射した長波長光（波長が０．８μｍ以上の光をいう。）が円筒状基体２０の表面で反射し、記録画像に干渉縞が発生することを抑制することが可能となる。

光導電層２８は、露光器４２によるレーザ光などの光照射によって電子が励起され、自由電子あるいは正孔などのキャリアを発生させるためのものであり、たとえばａ−Ｓｉ系材料、ａ−Ｓｅ、Ｓｅ−Ｔｅ、およびＡｓ２Ｓｅ３などのアモルファスセレン系（ａ−Ｓｅ系）材料、あるいはＺｎＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅなどの周期律表第１２族元素と第１６族元素との化合物など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などを使用することができる。特に、光導電層２８をａ−Ｓｉあるいはａ−ＳｉにＣ、Ｎ、Ｏなどの元素を加えたａ−Ｓｉ系の合金材料により形成した場合には、高い光感度特性、高速応答性、繰り返し安定性、耐熱性、および耐久性などの優れた電子写真特性が安定して得られるのに加え、表面層２９をａ−ＳｉＣ：Ｈにより形成する場合における表面層２９との整合性が優れたものとなる。なお、光導電層２８は、前述の無機物系材料を粒子化し、それを樹脂に分散させた形態、あるいはＯＰＣ系光導電層として形成してもよい。

光導電層２８は、全体を無機物として膜形成する場合には、たとえばグロー放電分解法、各種スパッタリング法、各種蒸着法、ＥＣＲ法、光ＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法、あるいは反応性蒸着 法など公知の成膜手法により形成することができる。光導電層２８の成膜に当たっては、ダングリングボンド終端用に水素（Ｈ）やハロゲン元素（Ｆ、Ｃｌ）を、膜中に１原子％以上４０原子％以下含有させてもよい。また、光導電層２８の形成に当たっては、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、第１３族元素や第１５族元素を０．１ｐｐｍ以上２００００ｐｐｍ以下含有させたり、Ｃ、Ｎ、Ｏ等の元素の含有量を０．０1ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の範囲で調整することにより、上記諸特性を調整する。

また、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点で、硼素（Ｂ）およびリン（Ｐ）を用いるのが望ましい。第１３属元素および第１５属元素をＣ、Ｎ、Ｏ等の元素とともに含有させる場合には、第１３族元素は０．１ｐｐｍ以上２００００ｐｐｍ以下であるのが好ましく、第１５族元素は０．１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下であるのが好ましい。

光導電層２８にＣ、Ｎ、Ｏ等の元素を含有させないか、あるいは微量（０．０１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下）含有させる場合は、第１３族元素の含有量は０．０１ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下、第１５族元素の含有量は０．０１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下であるのが好ましい。これらの元素の含有率は層厚方向にわたって濃度勾配があってもよく、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。

光導電層２８をａ−Ｓｉ系材料により形成する場合には、μｃ−Ｓｉ（微結晶シリコン）を含有させてもよく、その場合には、暗導電率および光導電率を高めることができるので、光導電層２８の設計自由度が増すという利点がある。このようなμｃ−Ｓｉは、先に説明したのと同様の形成法を採用し、その成膜条件を変えることによって形成することができる。たとえばグロー放電分解法では、円筒状基体２０の温度および高周波電力をａ−Ｓｉの場合よりも高めに設定し、希釈ガスとしての水素流量を増すことによって形成できる。また、μｃ−Ｓｉを含む場合にも上記と同様の不純物元素を添加させてもよい。

光導電層２８の厚みは、使用する光導電性材料および所望とする電子写真特性により適宜設定すればよいが、軸方向において一様とするのが好ましい。ここで、光導電層２８の厚みが一様とは、潜像形成領域２２における中央部２２Ａでの厚みと両端部２２Ｂでの厚みの比が±２．５％以下という。光導電層２８は、ａ−Ｓｉ系材料を用いて形成する場合には、その厚みが５．１５μｍ以上１２５μｍ以下とされる。

光導電層２８の厚みは、潜像形成領域２２における中央部２２Ａでの厚みが、潜像形成領域２２における両端部２２Ｂでの厚みに比べて大きくしてもよい。この場合の光導電層２８の厚みは、中央部２２Ａから両端部２２Ｂに向けて漸次、あるいは段階的に大きくなるようにするのが好ましい。

ここで、潜像形成領域２２の端部２２Ｂとは、円筒状基体２０の軸方向の長さをＬとした場合、感光層２１における円筒状基体２０の軸方向の一方または他方の端から０．１Ｌ以上０．２５Ｌ以下である領域とする。

潜像形成領域２２における光導電層２８の中央部２２Ａおよび両端部２２Ｂでの厚みとは、それぞれの周方向に沿った任意の５点につき測定し、その５点の平均値をいう。ただし、厚みの測定においては、膜欠陥や膜破壊等が生じているといった特殊な部位は除くものとする。光導電層２８の厚みは、光干渉法によって算出される。より具体的には、測定箇所に１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の光を入射させて透過率の曲線を描き、透過率の極大極小および表面層の屈折率から厚みを算出する（参考：薄膜材料測定・評価 発刊 （株）技術情報協会 Ｐ４２〜４６）。

このような光導電層２８は、たとえば図３および図４に示したグロー放電分解装置５を用いて形成することができる。図示したグロー放電分解装置５は、円筒状の真空容器５０の中央部に配置した基体支持体５１に円筒状基体２０を支持させ、グロー放電プラズマにより円筒状基体２０にａ−Ｓｉ系膜を成膜するものである。このグロー放電分解装置５では、基体支持体５１が接地されているとともに、真空容器５０が高周波電源５２に接続されており、真空容器５０と基体支持体５１（円筒状基体２０）との間に高周波電力を印加できるようになされている。基体支持体５１は、回転機構５３によって回転可能とされており、その内部に配置されたヒータ５４によって加熱されるようになっている。このグロー放電分解装置５にはさらに、複数（図面上は８個）のガス導入管５５が基体支持体５１（円筒状基体２０）を囲むように配置されている。各ガス導入管５５は、その軸方向に並ぶように複数のガス導入口５６が設けられたものである。各ガス導入管５５における複数のガス導入口５６は、円筒状基体２０に対面するように配置されており、複数のガス導入口５６を介して導入された原料ガスが、円筒状基体２０に向けて吹き出すように構成されている。

このグロー放電分解装置５を用いて円筒状基体２０にａ−Ｓｉ系膜の成膜を行なうに当たっては、所定の流量やガス比に設定された原料ガスが、ガス導入管５５からガス導入口５６を介して円筒状基体２０に向けて導入される。このとき、円筒状基体２０は、基体支持体５１とともに回転機構５３によって回転させられている。そして、高周波電源５２により真空容器５０と基体支持体５１（円筒状基体２０）との間に高周波電力を印加し、これらの間にグロー放電によって原料ガスを分解することにより、所望の温度に設定した円筒状基体２０上にａ−Ｓｉ系膜が成膜される。

このようなグロー放電分解装置５を用いる場合には、ガス導入管５５における複数のガス導入口５６の配置密度を適宜設定することにより、光導電層２８の厚みを一様にし、あるいは、中央部２２Ａの厚みを両端部２２Ｂに比べて大きくすることができる。たとえば、中央部２２Ａの厚みを両端部２２Ｂに比べて大きくする場合には、図５に示したように、ガス導入管５５における光導電層２８の中央部２２Ａに対応するＸ領域については、両端部２２Ｂに対応するＹ領域に比べて複数のガス導入口５６の配置密度を大きくすればよい。この場合、Ｙ領域に対するＸ領域の配置密度の比は、中央部２２Ａおよび両端部２２Ｂでの光導電層２８の厚みや厚みの比に応じて設定すればよいが、たとえば１．０６倍以上２．２５倍以下に設定される。

また、ヒータ５４によって円筒状基体２０に対して軸方向に温度分布を持たせることにより、光導電層２８の中央部２２Ａにおける厚みを両端部２２Ｂにおける厚みよりも大きくすることもできる。より具体的には、円筒状基体２０における中央部２２Ａに対応する部分の温度を、両端部２２Ｂに対応する部分の温度よりも高くすることにより、中央部２２Ａにおける厚みを、両端部２２Ｂにおける厚みよりも大きくすることができる。この場合、図６に示したガス導入管５５′が通常使用される。ガス導入管５５′は、光導電層２８の中央部２２Ａに対応するＸ領域と両端部２２Ｂに対応するＹ領域のガス導入口５６′の配置密度が実質的に同様とされたものである。

なお、光導電層２８における軸方向の厚みを一様なものとする場合には、図７に示したガス導入管５５′を用いるとともに、円筒状基体２０における軸方向の温度を一様なものとすればよい。

図２に示した表面層２９は、光導電層２８の摩擦・磨耗を防ぐためのものであり、光導電層２８の表面に積層形成されている。この表面層２９は、たとえばａ−ＳｉＣなどのａ−Ｓｉ系材料に代表される無機材料により、潜像形成領域２２の中央部２２Ａでの厚みが、たとえば０．２μｍ以上１．５μｍ以下に形成されている。表面層２９の厚みを０．２μｍ以上にすることで耐刷による画像キズおよび画像濃度ムラの発生を防止することが可能となり、表面層２９の厚みを１．５μｍ以下にすることで初期特性（残留電位による画像不良等）を良好にすることが可能となる。表面層２９の厚みは、好適には０．５μｍ以上１．０μｍ以下とされる。

表面層２９は、中央部２２Ａでの厚みが両端部２２Ｂでの厚みに比べて大きくされている。表面層２９の両端部２２Ｂでの厚みに対する中央部２２Ａでの厚みの比は、たとえば１．０３倍以上１．２５倍以下に設定され、中央部２２Ａでの厚みと両端部２２Ｂでの厚みの差は、０．０３μｍ以上０．２１μｍ以下、好適には、０．０９μｍ以上０．１４μｍ以下とされる。

表面層２９の中央部２２Ａおよび両端部２２Ｂでの厚みは、光導電層２８の厚みと同様に定義され、また同様の光干渉法により算出される。ただし、表面層２９の厚みを測定する場合に用いる光の波長は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下とされる。

表面層２９は、中央部２２Ａでの動的押し込み硬さが、両端部２２Ｂでの動的押し込み硬さに比べて大きくされている。表面層２９の動的押し込み硬さは、両端部２２Ｂから中央部２２Ａに向かって漸次大きくし、あるいは両端部２２Ｂから中央部２２Ａに向かって段階的に大きくなっている。

このような表面層２９は、たとえばａ−Ｓｉ系材料により形成されるが、その中でもとくに、下記化学式３として表される水素化アモルファスシリコンカーバイトを用いるのが好ましい。そうすれば、電子写真感光体２において、優れた電気的特性、光学的特性、画像特性、高硬度に基づく耐久性などを発揮することができる。

化学式３において、ｘ値（炭素原子比率）は、たとえば０．６５≦ｘ≦０．９２の範囲に設定され、好ましくは０．７≦ｘ≦０．８５の範囲に設定される。ここで、ｘ値を上記範囲に設定すれば、表面層２９の硬度を適切なものとすることが可能となり、耐久性を確保できる。その一方で、ｘ値が０．６５未満では表面層２９が硬すぎてしまいトナーおよび放電生成物の完全な除去が困難となり、またｘ値が０．９２より大きいと表面層２９が軟らかくなりすぎて表面にキズがつきやすくなってしまう。

また、表面層２９をａ−ＳｉＣ：Ｈにより形成する場合には、水素含有量については１〜７０原子％程度が好ましい。この範囲内でもとくに、Ｈ含有量が少なくなるとＳｉ−Ｈ結合が少なくなり、表面層２９の表面に光が照射されたときに生じたキヤリアのトラップを抑えることができるため、残留電位を防止するうえで好ましい。この点からは、表面層２９をａ−ＳｉＣ：Ｈにより形成する場合の水素含有量は、約４５原子％以下であることが好ましい。

このようなａ−ＳｉＣ：Ｈの表面層２９は、光導電層２８をａ−Ｓｉ系材料により形成する場合と同様に、図３および図４に示したグロー放電分解装置５を用いて形成することができる。この場合、表面層２９の中央部２２Ａでの厚みを両端部２２Ｂでの厚みよりも大きくする場合には、原料ガスとしてシランガス（ＳｉＨ_４）などのＳｉ含有ガス、メタンガス（ＣＨ_４）などのＣ含有ガス、必要に応じて、Ｈ_２ガスなどの希釈ガスを用いるとともに、光導電層２８において中央部２２Ａの厚みを大きく形成する場合と同様に図５に例示したガス導入管５５を用いればよい。また、表面層２９の中央部２２Ａでの厚みは、円筒状基体２０における中央部２２Ａに対応する部分の温度を、両端部２２Ｂに対応する部分の温度よりも高くすることにより、両端部２２Ｂでの厚みよりも大きくすることもできる。

図５に示したガス導入管５５を用いて中央部２２Ａでの厚みを両端部２２Ｂでの厚みよりも大きくする場合には、たとえばＣＨ_４とＳｉＨ_４とのガス比は、ＳｉＨ_４が１に対してＣＨ_４が１０以上３００以下に、Ｈ_２ガスによる希釈率は０％以上５０％以下に、成膜形成時のガス圧力は０．１５Ｔｏｒｒ以上０．６５Ｔｏｒｒ以下程度に、高周波電力は１本の円筒状基体２０につき１００Ｗ以上３５０Ｗ以下程度に、円筒状基体２０の温度は２００℃以上３００℃以下に設定される。高周波電力は、たとえば周波数を１３．５６ＭＨｚとして、または１３．５６ＭＨｚの高周波を１ｋＨｚでパルス変調して印加される。

また、表面層２９を水素化アモルファスシリコンカーバイトにより形成する場合においては、表面層２９の硬度を光導電層２８との界面側から自由表面側に向かって漸次小さくなるようにしてもよい。すなわち、表面層２９の組成において、ｘ値を光導電層２８との界面から自由表面に向かって漸次大きくなるようにすることで、表面層２９における硬度が界面から自由表面に向って漸次小さくなるように構成してもよい。このような表面層２９を有する電子写真感光体２では、電子写真感光体２を使用し始めた初期の段階において、表面層２９の表面に存在する微細な凹凸状の凹部に入り込んだ放電生成物を、その凹凸を平坦化することで除去することができる。その一方で、耐刷を行なうにしたがって、表面層２９の硬度が大きくなるために研磨による削れ量が小さくなり、表面への傷付きを防止することができる。その結果、先の表面層２９を有する電子写真感光体２では、優れた電子写真特性を長期にわたって保持することができる。

このようなｘ値が光導電層２８との界面から自由表面に向かって漸次大きくなる表面層２２は、たとえば表面層２９をグロー放電分解法によって成膜形成する場合、表面層２９の光導電層２８との界面側から自由表面側に向かって、原料ガスにおけるＳｉ含有ガスに対するＣ含有ガスの比率を漸次高くし、原料ガスの水素ガスによる希釈率を漸次小さくし、放電電力を漸次小さくし、円筒状基体２０の温度を漸次低くし、あるいはこれらの条件を組み合わせるなどして形成することができる。

図１に示した帯電器４１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極性または負極性に一様に、２００Ｖ以上１０００Ｖ以下程度に帯電させるためのものである。この帯電器４１は、電子写真感光体２を押圧するように密着して配置されており、たとえば芯金の上に、導電性ゴムおよびＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）によって被覆したものとして構成されている。帯電器４１としては、ローラ状のものに変えて、放電ワイヤを備えたものを使用してもよい。

露光器４２は、電子写真感光体２に静電潜像を形成するためのものであり、特定波長（たとえば６５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）の光を出射可能とされている。この露光器４２によると、画像信号に応じて電子写真感光体２の表面に光を照射して光照射部分の電位を減衰させることにより、電位コントラストとしての静電潜像が形成される。露光器４２としては、たとえば約６８０ｎｍの波長の光を出射可能な複数のＬＥＤ素子を配列させたＬＥＤヘッドを採用することができる。

もちろん、露光器４２としては、レーザ光を出射可能なものを使用することもできる。また、ＬＥＤヘッド等の露光器４２に代えて、レーザービームやポリゴンミラー等からなる光学系や原稿からの反射光を通すレンズやミラー等からなる光学系を用いることにより、複写機の構成の画像形成装置とすることもできる。

現像器４３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。この現像器４３は、現像剤（トナー）を磁気的に保持する磁気ローラ４３Ａ、電子写真感光体２との隙間を制御するためのコロと呼ばれる車輪（図示略）などを備えている。

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、現像器４３において摩擦帯電させられるものである。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。

磁気ローラ４３Ａは、電子写真感光体２の表面（現像領域）に現像剤を搬送する役割を果すものである。

現像器４３においては、磁気ローラ４３Ａ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、電子写真感光体２の現像領域において、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て可視化される。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。

なお、現像器４３は、乾式現像方式を採用しているが、液体現像剤を用いた湿式現像方式を採用してもよい。

転写器４４は、電子写真感光体２と転写器４４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２のトナー像を転写するためのものである。この転写器４４は、転写用チャージャ４４Ａおよび分離用チャージャ４４Ｂを備えている。転写器４４では、転写用チャージャ４４Ａにおいて記録媒体Ｐの背面（非記録面）がトナー像とは逆極性に帯電され、この帯電電荷とトナー像との静電引力によって、記録媒体Ｐ上にトナー像が転写される。転写器４４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４４Ｂにおいて記録媒体Ｐの背面が交流帯電させられ、記録媒体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、転写器４４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媒体Ｐ上に引きつけるような転写電圧を印加するように構成される。転写ローラを用いる場合には、分離用チャージャ４４Ｂのような転写分離装置は省略される。

定着器４５は、記録媒体Ｐに転写されたトナー像を記録媒体Ｐに定着させるためのものであり、一対の定着ローラ４５Ａ，４５Ｂを備えている。定着ローラ４５Ａ，４５Ｂは、たとえば金属ローラ上にテフロン（登録商標）等で表面被覆したものとされている。この定着器４５では、一対の定着ローラ４５Ａ，４５Ｂの間に記録媒体Ｐを通過させることにより、熱や圧力等によって記録媒体Ｐにトナー像を定着させることができる。

図１および図２に示したクリーニング器４６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４６Ａを備えている。

クリーニングブレード４６Ａは、電子写真感光体２の表面層２９の表面から、残留トナーを掻きとる役割を果たすものである。このクリーニングブレード４６Ａは、その先端が電子写真感光体２の潜像形成領域２２を押圧するように、バネ４６Ｂ等の付勢手段を介してケース４６Ｃに支持されている。クリーニングブレード４６Ａは、たとえばポリウレタン樹脂を主成分としたゴム材料からなり、表面層２９に接する先端部の厚みが１．０ｍｍ以上１．２ｍｍ以下、ブレード線圧が１４ｇｆ／ｃｍ（一般的には５ｇｆ／ｃｍ以上３０ｇｆ／ｃｍ以下）、硬度がＪＩＳ硬度で７４度（好適範囲６７度以上８４度以下）とされている。

除電器４７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。この除電器４７は、たとえばＬＥＤ等の光源によって電子写真感光体２の表面（表面層２９）全体を一様に光照射することにより、電子写真感光体２の表面電荷（残余の静電潜像）を除去するように構成されている。

電子写真感光体２では、感光層２１が、潜像形成領域２２の軸方向の中央部２２Ａに比べて両端部２２Ｂのほうが厚みあるいは動的押し込み硬さが小さくされている。そのため、削れ量の多い中央部２２Ａでも耐刷による画像キズおよび軸方向の画像濃度ムラの発生を防止することができる。

とくに、端部２２Ｂに向うほど漸次あるいは段階的に厚みあるいは動的押し込み硬さが小さくなるように、たとえば両端部２２Ｂの厚みを中央部２２Ａの厚みの０．７０倍以上０．９６倍以下、あるいは中央部２２Ａの動的押し込み硬さを両端部２２Ｂの動的押し込み硬さの１．０３倍以上１．２５倍以下することにより、初期状態での画像濃度ムラを防止しつつ、耐刷による画像キズおよび画像濃度ムラの発生を防止できる。

電子写真感光体２ではさらに、軸方向の端部２２Ｂに比べて中央部２２Ａの方が表面層２９の厚みあるいは動的押し込み硬さが大きいので、たとえば電子写真感光体２の外周面を押圧する押圧部材（クリーニングブレード４６Ａなど）と電子写真感光体２との間に粉塵等の異物が咬み込んだ場合においても、表面層２９の中央部２２Ａの内方に位置する光導電層２８に損傷を与え難い。すなわち、電子写真感光体２は、押圧部材との間に粉塵等の異物が咬み込まれてもクラックが発生し難いのに加え、仮にクラックが発生した場合であっても、感光層２１（光導電層２８および表面層２９）での中央部２２Ａの厚みが両端部２２Ｂの厚みよりも大きくされ、あるいは動的押し込み硬さが中央部２２Ａのほうが両端部２２Ｂに比べて大きくされていることによって中央部２２Ａにおいて発生したクラックが光導電層２８や円筒状基体２０にまで到達しにくくなる。これにより、光導電層２８の損傷、光導電層２８と表面層２９との間の短絡、円筒状基体２０への電荷のリークを抑制することができる。そのため、画像形成装置１では、感光層２１（光導電層２８）の機能破壊が生じにくく、画像欠陥が生じにくくなり、長期的な使用に耐えうるものとなる。

また、図７に示した電子写真感光体２′のように、潜像形成領域２２′における感光層２１′の厚みが順次大きくなる場合に限らず、中央部２２Ａ′から両端部２２Ｂ′に向って段階的に大きくなるように形成してもよい。図７に示した例では、中央部２２Ａ′と両端部２２Ｂ′との間の段数が1つであるが、段数は２以上であってもよい。

次に、本発明の電子写真感光体の具体例を実施例として説明する。ただし、本発明は以下の実施例に何ら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などは何ら差し支えない。

本実施例においては、感光層の動的押し込み硬さが画像特性に与える影響について評価を行なった。

（感光体の形成）
本実施例において用いる感光体７−１は、筒状基体２０としてアルミニウム合金から成る外径８４ｍｍ、長さ３６０ｍｍ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、これを図３および図４に示したグロー放電分解成膜装置５にセットして、下記表１および表２に示す成膜条件によりキャリア注入阻止層２７、光導電層２８および表面層２９を順次積層することで作製した。なお、表２には、表面層２９は光導電層２８との界面層での成膜条件と、自由表面側での成膜条件を示しているが、その間での成膜はガス流量と成膜速度を漸次変えている。

一方、比較例として、表面層を図６に示したガス導入管５５を用いて作製した以外は、感光体７−１と同様にして、感光体７−２を作製した。

（動的押し込み硬さの評価）
感光層の動的押し込み硬さは、感光体７−１，７−２の中央部および両端部（それぞれ感光体７−１，７−２の軸方向の端から４０ｍｍの位置）において超微小硬さ計（商品名（型番）：ＤＵＨ−２０１、株式会社島津製作所製）にて測定した。感光層の動的押し込み硬さの測定結果については、表３に示した。表３において感光層の動的押し込み硬さは、周方向に沿った任意の５点について測定し、その５点の平均値として示した。

（画像特性の評価）
この評価は、感光体７−１，７−２を電子写真プリンタ（「KM−６０３０」：京セラ株式会社製）に搭載して３０万枚の耐刷実験を行う一方で、耐刷途中の各段階で、画像キズおよび画像濃度ムラの発生の有無を目視により確認することにより行なった。画像評価の結果については、表４に示した。

表４においては、画像キズおよび画像濃度ムラの発生が認められない場合を○印で、わずかに発生が認められた場合を△印で、実用上支障がある程度に発生が認められた場合を×印で表した。

表４から分かるように、感光層における動的押し込み硬さが略一定である従来の感光体７−２では、耐刷枚数が５００００枚を超えたあたりから画像の劣化が見受けられた。さらに、１０００００枚程度の耐刷にて、中央部が削れすぎてしまい、画像濃度ムラが発生し、耐用枚数の増加には支障があることがわかった。

一方、感光層の動的押し込み硬さを中央部に比べて両端部のほうが小さくなるようにした本発明の感光体７−１では、画像キズおよび画像濃度ムラの発生は認められず、常に良好な画像品質の記録画像が得られた。感光体７−１，７−２のようなサイズの電子写真感光体では、３０万枚の寿命を有していれば十分であるため、潜像形成領域における中央部の動的押し込み硬さが両端部の動的押し込み硬さよりも大きい感光体７−１は実用上十分な耐久性があることが確認された。

本実施例においては、感光層における中央部と両端部の動的押し込み硬さの比が画像特性に与える影響について検討した。

本実施例において用いる感光体８−１〜８−６は、基本的には実施例１と同様にして作製し、感光層の動的押し込み硬さおよび画像特性の評価についても実施例１と同様にして行なった。感光体８−１〜８−６における感光層の動的押し込み硬さは、用いるガス導入管におけるガス導入口の配置により調整した。感光層における動的押し込み硬さの測定結果および画像特性の評価結果については、表５に示した。

表５から分かるように、感光体８−１（７−２）については３０万枚耐刷後の画像にて中央部にて画像キズが発生した。感光体８−６については、初期画像にて軸方向濃度ムラが発生した。

感光体８−２については３０万枚耐刷後の画像にてキズが発生する場合があり、感光体８−５については初期画像にて軸方向の濃度ムラが発生する場合があったが、感光体８−２，８−５についての画像キズや濃度ムラは実用上支障がある程度ではなかった。

これに対して、感光体８−３，８−４（７−１）については、画像キズおよび画像濃度ムラの発生は認められず、良好な画像品質の記録画像が得られることがわかった。

したがって、適切な画像特性を得るためには、感光層における動的押し込み硬さを、両端部に対する中央部の比として、１．０３以上１．２５以下とすればよく、とくに１．０６以上１．１３以下とすればさらに好ましい結果が得られる。

本実施例においては、感光層の中央部の動的押し込み硬さが画像特性に与える影響について検討した。

本実施例において用いる感光体９−１〜９−６は、基本的には実施例１と同様にして作製し、感光層の動的押し込み硬さおよび画像特性の評価についても実施例１と同様にして行なった。ただし、感光層を形成するときのガス導入管としては、実施例１の感光体７−１を形成する場合と同様のものを用いた。感光体９−１〜９−６の感光層における中央部の動的押し込み硬さは、感光性層を形成するときのＣＨ_４の流量（感光層における炭素含有量）により調整した。感光層における動的押し込み硬さの測定結果および画像特性の評価結果については、表６に示した。

表６から分かるように、感光体９−６では、５０，０００枚程度の耐刷で中央部にて画像キズが認められ、耐用枚数の増加には支障があることがわかった。感光体９−６ではさらに、５０，０００枚程度の耐刷で中央部にて画像黒点の発生が認められ、さらに、濃度が薄くなっており、耐用枚数の増加には支障があることがわかった。

感光体９−２については３０万枚耐刷後の画像にてキズが発生する場合があり、感光体９−５については、初期画像にて黒点あるいは軸方向の濃度ムラが発生する場合があったが、実用上支障がある程度ではなかった。

これに対して、感光体９−３，９−４については、画像キズおよび画像濃度ムラの発生は認められず、良好な画像品質の記録画像が得られることがわかった。

したがって、適切な画像特性を得るためには、感光層における中央部の動的押し込み硬さを、５００以上１５００以下とすればよく、とくに７５０以上１０００以下とすればさらに好ましい結果が得られる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す模式図である。 図２（ａ）は本発明に係る電子写真感光体の断面図およびその要部を拡大し て示した断面図、図２（ｂ）は電子写真感光体の他の例を説明するための要部を拡大 して示した断面図である。 図２に示した電子写真感光体を製造するために使用されるグロー放電分解装 置の一例を示す断面図である。 図３のIV−IV線に沿う断面図である。 図３および図４に示したグロー放電分解装置におけるガス導入管の一例を示 す正面図である。 図３および図４に示したグロー放電分解装置におけるガス導入管の他の例を 示す正面図である。 本発明に係る電子写真感光体の他の例を説明するための断面図である。 本発明に係る電子写真感光体の他の例を説明するための断面図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２，２′，２″ 電子写真感光体
２０ 円筒状基体（導電性基体）
２１，２１′，２１″ 感光層
２２，２２′，２２″ 潜像形成領域
２２Ａ，２２Ａ′，２２Ａ″ （潜像形成領域の）中央部
２２Ｂ，２２Ｂ′，２２Ｂ″ （潜像形成領域の）端部
２８ 光導電層
２９，２９″ 表面層

Claims (9)

1. 円筒状基体上に潜像形成領域を有する感光層を形成してなる電子写真感光体と、該電子写真感光体の軸方向において前記潜像形成領域の中央部を両端部よりも強く押圧する押圧部材と、を備えており、
   前記感光層は、前記両端部よりも前記中央部のほうが厚みが大きく、前記中央部の動的押し込み硬さが５００以上１５００以下であり、
   前記中央部の動的押し込み硬さは、前記両端部の動的押し込み硬さの１．０３倍以上１．２５倍以下であることを特徴とする、画像形成装置。
2. 前記感光層の動的押し込み硬さは、前記中央部から前記両端部に向かって漸次小さくなっている、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記感光層の動的押し込み硬さは、前記中央部から前記両端部に向かって段階的に小さくなっている、請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記中央部の動的押し込み硬さと前記両端部の動的押し込み硬さとの差は２５以上１６５以下である、請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記感光層は、前記両端部の動的押し込み硬さが４８５以上１４５６以下である、請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記感光層は、アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）を主成分とする表面層を含んでなり、
   前記表面層における炭素（Ｃ）の含有比率は２０％以上７０％以下であり、
   前記表面層の前記中央部における炭素（Ｃ）の含有比率は、該表面層の前記両端部における炭素（Ｃ）の含有比率よりも高い、請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記感光層は、前記中央部の動的押し込み硬さが７５０以上１０００以下である、請求項１ないし６に記載の画像形成装置。
8. 前記中央部の動的押し込み硬さは、前記両端部の動的押し込み硬さの１．０６倍以上１．１３倍以下である、請求項１ないし７に記載の画像形成装置。
9. 前記押圧部材は、前記電子写真感光体との押圧部における硬さが、ＪＩＳ硬さ（ＪＩＳ Ｋ６２５３準拠 タイプＡ 押針質量１８０ｇ、押針高さ２．５ｍｍ）で６７度以上８４度以下である、請求項１ないし８に記載の画像形成装置。

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