JP4615002B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明はアモルファスシリコンカーバイドもしくはアモルファスカーボンからなるフッ素含有の表面保護層を備えた感光体を搭載した画像形成装置に関するものである。

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）を光導電層とした感光体が、すでに製品化されているが、このａ−Ｓｉ感光体は導電性基板上にグロー放電分解法により水素化アモルファスシリコン（以下、水素化アモルファスシリコンをａ−Ｓｉ：Ｈと略記する）からなる電荷注入阻止層と、ａ−Ｓｉ：Ｈからなる光導電層と、水素化アモルファスシリコンカーバイド（以下、水素化アモルファスシリコンカーバイドをａ−ＳｉＣ：Ｈと略記する）からなる表面保護層とを順次積層した層構成である。

しかしながら、このような層構成の感光体においては、とくに高湿環境下で耐刷をおこなうと、画像流れと呼ばれる画像不良が発生していた。

この画像流れの発生を防止するために、ヒーターを用いて感光体を加熱して、その原因となる水分を飛散させる技術が提示されているが、これによって画像流れが改善されたが、その反面、感光体の帯電能が低下したり、感光体表面にトナーが固着したり、画像形成装置の消費電力が増大していた。

かかる課題を解消するために、ａ−ＳｉＣ：Ｈ表面保護層の元素比率と自由表面の動的押し込み硬さとを規定することで、ヒーターを用いないでもクリーニング手段などにより表面を適度に研磨して、表面層に吸着した放電生成物などを除去し、これによって画像流れを解消する技術が提示されている（特許文献１参照）。

一方、ａ−Ｓｉを主成分とする感光体層の上に水素化アモルファスカーボン（以下、水素化アモルファスカーボンをａ−Ｃ：Ｈと略記する）からなる表面保護層を積層し、ついでフッ素を含むガスでプラズマ放電処理をおこない、表面近傍中にＣＦ、ＣＦ_２等の官能基を形成し、これによって疎水性を高め、オゾンの照射による疎水性の劣化を抑制して耐環境性が高める技術が提示されている（特許文献２参照）。

上記のようなプラズマ放電処理をおこなうと、膜の表面がエッチングされるにしても、成膜とエッチングを交互に複数回繰り返すことで表面保護層となす技術も提案されている（特許文献３参照）。
特開平９−２０４０５６号公報 特公平７−３５９７号公報 特開平１０−１７７２６５号公報

しかしながら、特許文献１によれば、ヒーターを用いた加熱をおこなわないにしても、この感光体を搭載した画像形成装置に、弾性ローラ（摺擦ローラ）などの研磨手段を設けなければならず、設計上および構成上煩雑になり、製造歩留りを低下させたり、耐久性および信頼性が劣る原因になっていた。

他方、特許文献２においては、ａ−Ｃ：Ｈからなる表面保護層を設けて、フッ素を含むガスでプラズマ放電処理し、疎水性を高めることができるが、画像形成装置に感光体用ヒーターを設けないでもよい程度の高い疎水性能は達成されていない。

また、特許文献３においては、表面保護層をＢＮ膜で形成し、１回のエッチングによってエッチングされる膜厚を２０Å以上にすることが記載されるが、このような方法にてＢＮ膜を形成すると成膜速度が低くなり、製造コストが高くなる。さらに表面保護層をＢＮ膜で形成しても、硬度が低く、耐久性に劣ったり、原子レベルにおける結合状態が不安定であるために、電位特性にバラツキが生じるという問題点もある。

本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究に努めた結果、グロー放電法によりシリコンカーバイドもしくはカーボンからなるアモルファス層を成膜形成し、ついでこのアモルファス層に対しフッ素を含むガスによりエッチング処理するフッ素化工程を経て、フッ素を１２〜３５％含有する表面保護層を形成することで、疎水性が著しく高くなり、これによって画像形成装置に感光体用のヒーターを設けなくてもよくなることが見出した。しかも、転写後に表面保護層を適度にクリーニングすることで、表面保護層の表面自由エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下に維持され、このような値に設定することで、良好な画質が得られることも見出した。

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、その目的は感光体加熱用のヒーターを設けない程度にまで表面の疎水性を高めた高性能な感光体を搭載した画像形成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は感光体における表面保護層の表面自由エネルギーを規定することで、良好な画質を達成するとともに、電位特性のバラツキをなくした高信頼性かつ低コストの感光体を搭載した画像形成装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、高品質な画像形成装置を製造する基準として、感光体の表面保護層の表面自由エネルギーを規定することで、製造管理が容易になり、これによって製造コストが低減され、その結果、低コストな画像形成装置を提供することにある。

さらにまた、本発明の目的は感光体用のヒーターを設けないことで、構造上簡単となり、製造歩留りが向上し、さらに部品点数が少なくなることで優れた耐久性が得られ、その結果、低コストかつ高信頼性の画像形成装置を提供することにある。

本発明に係る画像形成装置は、導電性基板上に光導電層と表面保護層とを有する感光体と、前記感光体に電荷を付与する帯電手段と、前記帯電手段により電荷が付与される前記感光体の帯電領域に対して光を照射する露光手段と、前記帯電手段および前記露光手段により前記感光体に形成される静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を被転写材に転写する転写手段と、前記感光体に残留するトナーを除去するクリーニング手段と、を備え、前記感光体における前記表面保護層は、アモルファスシリコンカーバイドもしくはアモルファスカーボンにフッ素を１２〜３５原子％含有してなるフッ素化アモルファス層のみを複数積層形成してなり、且つ、その表面自由エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下であることを特徴としている。

本発明に係る画像形成装置において、前記表面保護層における前記フッ素化アモルファス層の積層数は２層〜１５層であるのが好ましい。

本発明に係る画像形成装置において前記トナーは研磨性粒子を含んでなるのが好ましい。

本発明に係る画像形成装置において、前記感光体における前記表面保護層の表面自由エネルギーは、コロナ暴露５時間の静電ランニング後において４０ｍＮ／ｍ以下であるのが好ましい。

本発明によれば、感光体において、フッ素含有のアモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）もしくはアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）からなる表面保護層に対し、フッ素含有量を１２〜３５原子％に規定したことで、感光体加熱用のヒーターを設けない程度にまで表面の疎水性を高め、これによって画像流れが発生しなくなり、さらに電位特性のバラツキがなくなり、その結果、高耐久性、高性能、高信頼性、かつ低コストの画像形成装置が提供できた。

しかも、本発明においては、表面保護層の表面自由エネルギーを４０ｍＮ／ｍ以下にしたことで、感光体を搭載した画像形成装置でもって良否をするよりも、作製した感光体でもって、あらかじめ良否判定ができるようになり、これによって製造管理が容易になり、製造コストが低減され、その結果、低コストかつ高信頼性の画像形成装置が提供できた。

また、本発明の画像形成装置によれば、転写後の感光体の表面保護層をクリーニングするためのクリーニング手段を配設して、表面保護層の表面自由エネルギーを４０ｍＮ／ｍ以下にしたことで、市場に出回った後であっても、そのように表面自由エネルギーでもって品質レベルが容易に判別できるようになった。

感光体の構成
感光体は導電性基板の上に少なくとも光導電層と表面保護層との積層構造を基本とするものであって、さらに性能を上げるために、たとえば図１に示すような積層構造にする。

同図は本実施形態に係る感光体１の層構成であり、グロー放電分解法などによりａ−Ｓｉ：Ｈなどからなる電荷注入阻止層３およびａ−Ｓｉ：Ｈなどからなる光導電層４を順次積層し、この光導電層４上に表面保護層５を積層する。

導電性基板２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。この導電性基板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。

また、電荷注入阻止層３をａ−Ｓｉ：Ｈなどで構成した場合には、酸素や窒素を含有させて、禁制帯幅を大きくし、これによって電荷注入阻止という機能上、障壁を高くしてもよい。しかも、酸素を含有させることで基板との密着性が高められる。ただし、酸素のみではシランガスと反応して爆発を引き起こし易いので不活性な窒素も併存させるとよく、実際には一酸化窒素（ＮＯ）ガスなどを使用する。

光導電層４はａ−Ｓｉ以外に、Ｓｅ、Ｓｅ−Ｔｅ、Ａｓ_２Ｓｅ_３などのＳｅ合金、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅなどのII−VI族化合物の粒子を樹脂に分散したもの、ポリビニルカルバゾール等の有機半導体材料などがあり、これでもって単層型とする。あるいは光導電層４を電荷発生層と電荷輸送層に分けた機能分離型にしてもよい。

そして、上記表面保護層５については、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）もしくはカーボン（Ｃ）からなるフッ素含有のアモルファス層により構成して、フッ素含有量を１２〜３５原子％に規定している。

すなわち、フッ素含有量は表面保護層５を構成する各種原子の全量に対し１２〜３５原子％、好適には１８〜２６原子％にするとよく、１２原子％未満の場合には画像流れが発生し、３５原子％を超えると結合状態において終端部が増え、原子間のネットワークが少なくなり、Ｃ−Ｃ、Ｓｉ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｃというような原子間結合が減少し、これによって膜強度が弱くなり、その結果、膜削れおよびキズが発生する。

しかも、本発明においては、フッ素含有量を規定するとともに、表面保護層５の表面自由エネルギーを４０ｍＮ／ｍ以下、好適には３５ｍＮ／ｍ以下にすることが重要である。すなわち、上述のようにフッ素を１２〜３５原子％にまで多く含有させる処理（フッ素を含むガスのプラズマ化）をおこなった場合に、成膜条件によってフッ素の含有状態にもバラツキが生じる場合があり、フッ素を１２〜３５原子％の範囲内に含有させても画像流れが発生することがある。しかも、画像流れが発生しない程度の基準については、感光体１を搭載した画像形成装置でもって良否をするよりも、作製した感光体１でもって、あらかじめ良否判定するのがよい。

そこで、このような状況に鑑みて、作製した感光体１に対し表面保護層５の表面自由エネルギーにより良否判定をおこない、その値を４０ｍＮ／ｍ以下にまで下げられたものを良品とし、これによって、かかる良品の感光体を画像形成装置に搭載すれば、何ら品質上問題なく市場に提供することができることを知見し、本発明を完成するにいたった。

このような表面自由エネルギーは分散力成分、極性力成分、水素結合力成分でもって、それぞれの表面自由エネルギーが数値化できるものであって、これらの各数値の合計値によって求めた。測定は拡張Ｆｏｗｋｅｓの理論を適用して解析するが、具体的には３種類の液体（分散力成分と双極子成分と水素結合力成分の各表面自由エネルギーの値がすでにわかっている、α−ブロムナフタリン、水、ヨウ化メチレン）を用いて、液滴法にて接触角を測定し、そのデータをもとにして拡張Ｆｏｗｋｅｓの理論に基づいて算出した。

かくして上記構成のように表面保護層５のフッ素含有量を１２〜３５原子％にして、さらに表面自由エネルギーを４０ｍＮ／ｍ以下にまで下げたことで、画像流れが発生しない高画質が得られる感光体が容易に作製することができた。

また、上記表面保護層５については、動的押し込み硬さを９０〜５００ｋｇｆ／ｍｍ^２、好適には１５０〜５００ｋｇｆ／ｍｍ^２にするのが望ましい。

すなわち、表面保護層５はフッ素含有量と表面自由エネルギーを規定するとともに、硬度を高めることがよく、フッ素を１２〜３５原子％にまで多く含有させる処理（フッ素を含むガスのプラズマ化）をおこなって、表面をエッチングすると、その表面の硬度にバラツキが生じやすくなり、低い硬度になる場合もあり、そこで、原料ガスを希釈ガスでもって希釈させたり、高周波電力を高くする、というような製造条件でもって動的押し込み硬さを９０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上にまで高めている。ただし、５００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下にすることで、高い画質が達成される。さらに一回のエッチング量を少なくすることで、膜強度のバラツキを小さくするとともに、硬度を高めている。

このような動的押し込み硬さは島津製作所製の超微小硬度計DYNAMIC ULTRA MICRO HARDNESS TESTER （ＤＵＨ−２０１・２０２）を使用してダイナミック硬さでもって表す。この測定方法によれば、電磁石により圧子（三角すい圧子）を試料に押しつけ、この押圧力を０．１ｇの荷重まで一定の割合で増加させ、圧子が試料に侵入していく過程で、圧子の試料への侵入深さを自動計測するものであって、その際に生じるくぼみの大きさを顕微鏡にて測定し、塑性変形分から硬さの値を得る。

表面保護層５の形成方法
つぎに上記構成の表面保護層５の形成方法を図３および図４により述べる。

図３（イ）〜（ニ）は表面保護層５の形成方法Ａを示す各工程図であって、図４（イ）〜（ホ）は表面保護層５の他の形成方法Ｂを示す各工程図である。

〔表面保護層５の形成方法Ａについて〕以下、図３の各工程（イ）〜（ニ）を述べる。

（イ）工程：光導電層４の上にグロー放電法によりシリコンカーバイド（ＳｉＣ）もしくはカーボン（Ｃ）からなるアモルファス層６ａを成膜形成する。

（ロ）工程：フッ素を含むガスによりエッチング処理する。このエッチング処理はＣＦ_４ガス、ＮＦ_３ガス、ＳＦ_６ガス、Ｃ_２Ｆ_６ガス、Ｆ_２ガス、ＣｌＦ_３ガス、ＣＨＦ_３ガス、ＣＨ_２Ｆ_２ガス、ＣＨ_３Ｆガスなどのガスを用いて、たとえばＣＦ_４ガスを使用した場合であれば、真空度０．３５torr、基板温度２７０℃、高周波電力２００Ｗという条件でもってプラズマ化し、これによってアモルファス層６ａの表面から内部に漸次フッ素を侵入させると同時に、表面がエッチングされる。６ｂはアモルファス層６ａのうちフッ素が侵入していない領域（フッ素未侵入領域）、６ｃはフッ素化領域、６ｄはアモルファス層６ａのうち上層領域のエッチング処理された領域（エッチング領域）である。

また、エッチングレートが膜質に影響することもわかり、エッチングレートを５０〜５００Å／分、好適には１００〜２５０Å／分に規定するのが望ましく、これによって膜表面に対するダメージが小さくなり、膜剥がれや画像欠陥等が発生しなくなるとともに、十分にフッ素化処理される。

フッ素化領域６ｃにおいては、エッチング処理されたことで、水素原子がフッ素原子に置換されたり、終端部にフッ素原子が結合し、Ｃ−Ｆ、Ｃ−Ｆ_２、Ｃ−Ｆ_３などの官能基が生成され、とくにＣ−Ｆ_２が多く生成される。そして、これらの生成物は疎水性を高めるのに顕著な効果がある。これら各官能基の量はフーリエ変換赤外分光光度計により測定する。

（ハ）工程：（ロ）工程のエッチング処理によりフッ素化領域６ｃが形成されるが、そのエッチング処理をさらに進行させると同時にエッチング領域６ｄもさらに大きくすることで、実質上フッ素未侵入領域６ｂがない程度にまでエッチング処理を進める。これによってアモルファス層６ａの全体がフッ素化されるまでエッチング処理してフッ素化アモルファス層６ｅとなす。

（ニ）工程：（イ）工程〜（ハ）工程を一サイクルとして、このサイクルを繰り返すことで複数のフッ素化アモルファス層６ｅを積層する。たとえば、（イ）工程にてアモルファス層６ａを２０００Åの厚みで成膜形成し、（ロ）工程および（ハ）工程によって１０００〜１５００Åにする。そして、このようなサイクルを５回繰り返すことで、すなわちフッ素化アモルファス層６ｅを５層積層することで、表面保護層５を形成する。

かくして表面保護層５の形成方法Ａによれば、結合エネルギーの大きなＣ−Ｆ系の官能基が形成されることで、表面自由エネルギーが大幅に小さくなり、耐酸化性に優れ、これにより、放電生成物が付着されにくくなり、現像剤に働く力がほとんど静電引力となって転写性が改善され、その結果、画像流れが発生しなくなった。そして、放電生成物がわずかに付着されても、表面硬度が高くなったことで、たとえば研磨性粒子を含むトナーを使用しても適度に表面が研磨され、表面層に吸着した放電生成物などを除去できる。さらにクリーニング手段や紙などでもって容易にクリーニングができ、トナーの付着を抑制したり、防止できる。

なお、（イ）工程〜（ハ）工程により単層のフッ素化アモルファス層６ｅでもって表面保護層５とすると、（ロ）工程のエッチング処理が長くなり、フッ素化領域６ｃの表面が荒れ、これによって膜の密着性が劣ったり、電子写真特性が低下する傾向にあるのに対し、アモルファス層６ａの膜厚を小さくし、さらにエッチング処理時間を短くすることで、膜厚の小さいフッ素化アモルファス層６ｅを成膜形成し、このようなフッ素化アモルファス層６ｅを積層することで、個々のフッ素化アモルファス層６ｅの表面粗さを小さくして、膜の密着性を高めたり、電子写真特性を向上できる。望ましくは２層〜１５層〔（ニ）工程におけるサイクル数：２〜１５〕、最適には３層〜１０層〔（ニ）工程におけるサイクル数：３〜１０〕のフッ素化アモルファス層６ｅを積層することで表面保護層５を構成する。

〔表面保護層５の形成方法Ｂについて〕つぎに図４に示すような表面保護層５の他の形成方法Ｂを述べる。この形成方法Ｂにおいては、上述した形成方法Ａに比べて（ハ）工程を除いている。すなわち、（ロ）工程のエッチング処理によりフッ素化領域６ｃが形成されるが、フッ素未侵入領域６ｂが残存する程度にエッチング処理を進める。そして、つぎの（ホ）工程にて、（イ）工程および（ロ）工程を一サイクルとして、このサイクルを繰り返すことでフッ素化領域６ｃとフッ素未侵入領域６ｂとを交互に積層させ、表面保護層５をなす。

このようにフッ素未侵入領域６ｂが表面保護層５内に存在してもよいが、前述の形成方法Ａのようにフッ素未侵入領域６ｂが存在しない方が成膜の信頼性が向上し、安定した電子写真特性が得られ、さらに生産歩留りも高められる。

表面保護層５の形成方法Ａおよび形成方法Ｂのいずれにおいても、アモルファス層６ａの膜厚を０．０１〜１μｍ、好適には０．０５〜０．５μｍにするとよく、この範囲内であれば、適度な量でもってエッチングされ、膜全体に対しフッ素化が容易になるという点でよい。

フッ素化領域６ｃについても、膜厚を０．００５〜０．５μｍ、好適には０．０３〜０．３μｍにするとよく、この範囲内であれば、耐久性および電位特性の双方を高めるという点でよい。

そして、このように成膜した表面保護層５の膜厚を０．１〜１．５μｍ、好適には０．２〜１．０μｍにするとよく、この範囲内であれば、耐久性および電位特性の双方を高めるという点でよい。

さらに形成方法Ｂについては、フッ素未侵入領域６ｂの膜厚を０．００１〜０．０５μｍ、好適には０．００１〜０．０１μｍにするとよく、この範囲内であれば、適度な量でもってエッチングされて均等な膜厚が得られ、安定した膜厚となり、しかも、画像流れが発生しなくなるという点でよい。

この形成方法Ｂにおいても、（イ）工程と（ロ）工程により単一のフッ素化領域６ｃと単一のフッ素未侵入領域６ｂとの積層でもって表面保護層５となしてもよいが、フッ素化領域６ｃの表面の荒れを防ぐために、望ましくは２積層〜１５積層〔（ホ）工程におけるサイクル数：２〜１５〕、最適には３積層〜１０積層〔（ホ）工程におけるサイクル数：３〜１０〕の範囲にて表面保護層５を構成する。

〔アモルファス層６ａの材質について〕
（イ）工程にて成膜形成するアモルファス層６ａはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）またはカーボン（Ｃ）からなるが、ａ−Ｃ膜はａ−ＳｉＣ膜に比べて硬度が小さいことから、ａ−ＳｉＣ膜にて形成するのがよい。そのために原子組成比率Ｓｉ_ＸＣ_１−ＸのＸ値を０．５以下、好適には０．３以下、最適には０．１以下にするとよい。そして、このようにＳｉを減少させたままで含有させることで耐コロナ性が向上する。ただし、ａ−Ｃ膜については、ガス希釈することで硬度を大きくすることができるが、ａ−ＳｉＣ膜にて得られる程度の硬度が得られない。

画像形成装置の構成
図２は本発明に係る画像形成装置７であり、８は感光体であり、この感光体８の周面にコロナ帯電器９と、その帯電後に光照射する露光器１０（ＬＥＤヘッド）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を備えた現像機１２と、そのトナー像を被転写材１３に転写する転写器１４と、その転写後に感光体表面のクリーニングするためのブレードやブラシなどからな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。トナー１１にはアルミナ、酸化チタン、シリカなどのセラミック粒子などの研磨性粒子を含んでもよく、これによってクリーニング性が向上する。

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）感光体表面をブレードやブラシなどからなるクリーニング手段１５によってクリーニングする。

（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。

なお、画像形成装置７はプリンターの構成であるが、露光器１０に代えて原稿からの反射光を通すレンズやミラーなどの光学系を用いれば、複写機の構成の画像形成装置となる。また、この画像形成装置７に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。

本発明の画像形成装置７においては、クリーニング手段１５を設けることで、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ことができる。通常、クリーニング手段１５を用いない場合には、さらにトナー１１にアルミナ、酸化チタン、シリカなどのセラミック粒子などの研磨性粒子を含まないと、感光体表面が機械的に研磨されないために、表面保護層５の表面自由エネルギーが増大する傾向にあるが、このようにクリーニング手段１５を用いることで、その表面自由エネルギーの増大を抑制することができる。本発明においては、作製した感光体１の表面保護層５の表面自由エネルギーを４０ｍＮ／ｍ以下にまで下げただけではなく、その後、画像形成装置７に搭載し、継続的に使用するに当たっても、感光体１の表面保護層５の表面自由エネルギーを４０ｍＮ／ｍ以下にするようにクリーニング手段１５により感光体表面をクリーニングすることで、画像流れが発生しない高画質を長期間にわたって安定的に得ることができた。

（例１）純度９９．９％のＡｌからなる円筒状の基板の上に表１に示すような成膜条件（この条件は一チェンバ内での値である）でもってグロー放電分解法により電荷注入阻止層３および光導電層４を積層した。

ついで表面保護層５を形成方法Ａにより設ける。まず、表２に示す（イ）工程の成膜条件によりカーボン（Ｃ）からなるアモルファス層６ａを２０００Åの厚みで成膜形成する。

つぎに表３に示す（ロ）工程の条件によりエッチング処理する。

表３のエッチング処理を続けることで、実質上フッ素未侵入領域６ｂがない程度にまでエッチング処理を進め、これによって膜厚１０００Åのフッ素化アモルファス層６ｅとなす（（ハ）工程）。

しかる後に（ニ）工程、すなわち（イ）工程〜（ハ）工程を一サイクルとして、このサイクルを５回繰り返すことでフッ素化アモルファス層６ｅを５層積層し、表面自由エネルギーが１６．２ｍＮ／ｍ、動的押し込み硬さが２５０ｋｇｆ／ｍｍ^２、フッ素含有量が２４原子％の表面保護層５を形成した。

かくして得られた感光体を前記画像形成装置７（京セラ株式会社製エコシスＬＳ−３５５０、乾式現像：トナー平均粒径８μｍ）に搭載する。そして、画像形成装置７に使用するクリーニング手段１５はブレードおよび摺擦ローラを用いた。この装置７に設けられた感光体加熱用ヒーターのスイッチングを常時ＯＦＦにして、感光体加熱をおこなわなかった。そして、カールソン法で画像形成して、３０万枚のランニングテストをおこない（Ａ４サイズの用紙を使用して、５％印字をおこなった。以下、すべて同じ印字条件である）、画像流れと画質を測定したところ、表４に示すような結果（ａ−Ｃ：Ｈ：Ｆからなる表面保護層）が得られた。

画像流れは３３℃、８５％湿度の環境下で８時間放置し、その画質を３段階にて評価し、○印は画像変化がまったくない場合であり、△印は一部画像が流れた場合であり、×印は全面にわたって画像が流れた場合である。

画質は３段階にて評価し、黒ベタ、白ベタおよびハーフトーン画像にて評価し、○印は黒ベタ濃度・白ベタにおいてかぶりにまったく問題なく、また、ハーフトーン画像にスジがまったく発生していない場合であり、△印はハーフトーン画像の一部にスジが発生している場合であり、×印はハーフトーン画像の全面にわたってスジが発生している場合である。

比較例として、ａ−ＳｉＣ：Ｈからなる表面保護層やａ−Ｃ：Ｈからなる表面保護層を表５および表６に示すような成膜条件にて形成し、その他の層構成を表１の通りにして、それぞれの感光体を作製し、同様に評価したところ、表４に示すような結果が得られた。なお、表６に示すＳｉＨ_４ガス量は８．３ＳＣＣＭから２．５ＳＣＣＭに漸次減少させている。

このようなａ−ＳｉＣ：Ｈからなる表面保護層の表面自由エネルギーが４３ｍＮ／ｍ、動的押し込み硬さは３５０ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、ａ−Ｃ：Ｈからなる表面保護層の表面自由エネルギーが３８ｍＮ／ｍ、動的押し込み硬さは２００ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。

表４に示す結果から明らかなとおり、本発明のようなａ−Ｃ：Ｈ：Ｆからなる表面保護層を形成したことで、画像流れおよび画質の双方が向上していることがわかる。

（例２）（例１）にて得られた感光体に対し、表７に示すようにＲＦ電力を変えることで、表面保護層５のフッ素量を規定した各種感光体Ａ〜Ｇを作製した。

これらの感光体を画像形成装置７に搭載し、画像流れと画質を評価測定したところ、表８と表９に示すような結果が得られた。

これらの表から明らかなとおり、感光体Ｃ〜Ｆは画像流れと画質の双方とも優れている。しかし、感光体Ｇはフッ素含有量が多くなることで結合状態において終端部が増え、原子間のネットワークが少なく、膜強度が弱くなったため、膜削れおよびキズが発生した。なお、感光体Ｃ〜Ｆについては、いずれも表面保護層５の表面自由エネルギーは４０ｍＮ／ｍ以下である。

（例３）（例１）にて作製した感光体について、成膜条件を変えることでさらに２種類の感光体１、２を作成した。これらの感光体１、２について、各表面保護層５を形成方法Ａにより設ける。

まず、表１０に示す（イ）工程の成膜条件によりカーボン（Ｃ）からなるアモルファス層６ａを２０００Åの厚みで成膜形成する。

つぎに表１１に示す（ロ）工程の条件によりエッチング処理する。

表１１のエッチング処理を続けることで、（ハ）工程を経ることで、実質上フッ素未侵入領域６ｂがない程度にまでエッチング処理を進め、これによって膜厚１０００Åのフッ素化アモルファス層６ｅとなす。

しかる後に（ニ）工程、すなわち（イ）工程〜（ハ）工程を一サイクルとして、このサイクルを５回繰り返すことでフッ素化アモルファス層６ｅを５層積層し、感光体１については、動的押し込み硬さが２８０ｋｇｆ／ｍｍ^２、フッ素含有量が１８原子％の表面保護層５を形成し、感光体２については、動的押し込み硬さが２５０ｋｇｆ／ｍｍ^２、フッ素含有量が２５原子％の表面保護層５を形成した。

かくして得られた感光体を前記画像形成装置７（京セラ株式会社製エコシスＬＳ−３５５０、乾式現像：トナー平均粒径８μｍ）に搭載する。そして、画像形成装置７に使用するクリーニング手段１５は（例１）と同様にブレードおよび摺擦ローラを用いた。この装置７に設けられた感光体加熱用ヒーターのスイッチングを常時ＯＦＦにして、感光体加熱をおこなわなかった。

また、比較例の感光体４、５、６について、表１２に示すような成膜条件でもって膜厚２０００Åの表面保護層を形成した。これら各表面保護層はエッチング処理しなかった。

そして、各感光体１〜６について、作成した初期における表面自由エネルギーおよびコロナ暴露５時間による静電ランニング（０．３μＣ／ｃｍ^２の電荷量）をおこなうことでも表面自由エネルギーを測定したところ、表１３に示すような結果が得られた。なお、感光体３は（例１）にて作成した感光体に相当する。

この表から明らかなとおり、各感光体１〜３によれば、初期の表面自由エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下であり、さらに５時間後の表面自由エネルギーも４０ｍＮ／ｍ以下である。これに対し各感光体４〜６については、初期の表面自由エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下であるが、５時間後の表面自由エネルギーは４０ｍＮ／ｍを越えている。

そして、各感光体１〜６について、画像形成装置７に搭載し、画像流れと画質を評価測定したところ、表１４に示すような結果が得られた。

この表から明らかなとおり、感光体１〜３を使用することで、画像流れおよび画質の双方に優れていることがわかる。

（例４）（例１）〜（例３）はａ−Ｃ：Ｈ：Ｆからなる表面保護層を形成した場合であるが、以下、これに代えてａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆからなる表面保護層を形成した場合を説明する。

表１に示すような成膜条件でもって電荷注入阻止層３および光導電層４を積層し、その上にａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆからなる表面保護層５を形成方法Ａにより設ける。その場合、表１５に示す（イ）工程の成膜条件によりａ−ＳｉＣ：Ｈからなるアモルファス層６ａを２０００Åの厚みで成膜形成する。

つぎに表１６に示す（ロ）工程の条件によりエッチング処理する。

表１６のエッチング処理を続けることで、（ハ）工程を経ることで、実質上フッ素未侵入領域６ｂがない程度にまでエッチング処理を進め、これによって膜厚１０００Åのフッ素化アモルファス層６ｅとなす。

しかる後に（ニ）工程、すなわち（イ）工程〜（ハ）工程を一サイクルとして、このサイクルを５回繰り返すことでフッ素化アモルファス層６ｅを５層積層し、動的押し込み硬さが３００ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、フッ素含有量が２１原子％の表面保護層５を形成した。

かくして得られた感光体を前記画像形成装置７（京セラ株式会社製エコシスＬＳ−３５５０、乾式現像：トナー平均粒径８μｍ）に搭載する。そして、画像形成装置７に使用するクリーニング手段１５はブレードおよび摺擦ローラを用いた。この装置７に設けられた感光体加熱用ヒーターのスイッチングを常時ＯＦＦにして、感光体加熱をおこなわなかった。そして、カールソン法で画像形成して、３０万枚のランニングテストをおこない、画像流れと画質を測定したところ、表１７に示すような結果（ａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆからなる表面保護層）が得られた。

比較例として、（例１）に示すａ−ＳｉＣ：Ｈからなる表面保護層やａ−Ｃ：Ｈからなる表面保護層を記す。

表１７に示す結果から明らかなとおり、本発明のようなａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆからなる表面保護層を形成したことで、画像流れおよび画質の双方の点が著しく向上していることがわかる。

（例５）（例４）にて得られた感光体に対し、表１８に示すようにＲＦ電力を変えることで、表面保護層５のフッ素量を規定した各種感光体Ａ〜Ｇを作製した。

これらの感光体を画像形成装置７に搭載し、画像流れと画質を評価測定したところ、表１９と表２０に示すような結果が得られた。

これらの表から明らかなとおり、感光体Ｃ〜Ｆは画像流れと画質の双方とも優れている。しかし、感光体Ｇはフッ素含有量が多くなることで結合状態において終端部が増え、原子間のネットワークが少なく、膜強度が弱くなったため、膜削れおよびキズが発生した。なお、感光体Ｃ〜Ｆについては、いずれも表面保護層５の表面自由エネルギーは４０ｍＮ／ｍ以下である。

（例６）（例４）にて作製した感光体について、成膜条件を変えることでさらに２種類の感光体１、２を作成した。これらの感光体１、２について、各表面保護層５を形成方法Ａにより設ける。

まず、表２１に示す（イ）工程の成膜条件によりシリコンカーバイド（ＳｉＣ）からなるアモルファス層６ａを２０００Åの厚みで成膜形成する。

つぎに表２２に示す（ロ）工程の条件によりエッチング処理する。

表２２のエッチング処理を続けることで、（ハ）工程を経ることで、実質上フッ素未侵入領域６ｂがない程度にまでエッチング処理を進め、これによって膜厚１０００Åのフッ素化アモルファス層６ｅとなす。

しかる後に（ニ）工程、すなわち（イ）工程〜（ハ）工程を一サイクルとして、このサイクルを５回繰り返すことでフッ素化アモルファス層６ｅを５層積層し、感光体１については、動的押し込み硬さが２９０ｋｇｆ／ｍｍ^２、フッ素含有量が１８原子％の表面保護層５を形成し、感光体２については、動的押し込み硬さが２３０ｋｇｆ／ｍｍ^２、フッ素含有量が２３原子％の表面保護層５を形成した。

かくして得られた感光体を前記画像形成装置７（京セラ株式会社製エコシスＬＳ−３５５０、乾式現像：トナー平均粒径８μｍ）に搭載する。そして、画像形成装置７に使用するクリーニング手段１５は（例１）と同様にブレードおよび摺擦ローラを用いた。この装置７に設けられた感光体加熱用ヒーターのスイッチングを常時ＯＦＦにして、感光体加熱をおこなわなかった。

また、比較例の感光体４、５、６について、表２３に示すような成膜条件でもって膜厚２０００Åの表面保護層を形成した。これら各表面保護層はエッチング処理しなかった。

そして、各感光体１〜６について、作成した初期における表面自由エネルギーおよびコロナ暴露５時間による静電ランニング（０．３μＣ／ｃｍ^２の電荷量）をおこなうことで、その経時的な変化を測定したところ、表２４に示すような結果が得られた。なお、感光体３は（例４）にて作成した感光体に相当する。

この表から明らかなとおり、各感光体１〜３によれば、初期の表面自由エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下であり、さらに５時間後の表面自由エネルギーも４０ｍＮ／ｍ以下である。これに対し各感光体４〜６については、初期の表面自由エネルギーおよび５時間後の表面自由エネルギーともに４０ｍＮ／ｍを越えている。

そして、各感光体１〜６について、画像形成装置７に搭載し、画像流れと画質を評価測定したところ、表２５に示すような結果が得られた。

この表から明らかなとおり、各感光体１〜３を使用することで、画像流れおよび画質ともに優れている。

本発明の実施形態に係る感光体の層構成を示す断面図である。 本発明の画像形成装置の概略図である。 （イ）、（ロ）、（ハ）および（ニ）は本発明に係る表面保護層の形成方法を示す工程図である。 （イ）、（ロ）および（ホ）は表面保護層の他の形成方法を示す工程図である。

符号の説明

１、８ 感光体
２ 導電性基板
３ 電荷注入阻止層
４ 光導電層
５ 表面保護層
６ａ アモルファス層
６ｂ フッ素未侵入領域
６ｃ フッ素化領域
６ｄ エッチング領域
６ｅ フッ素化アモルファス層
７ 画像形成装置
９ コロナ帯電器
１０ 露光器
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. 導電性基板上に光導電層と表面保護層とを有する感光体と、前記感光体に電荷を付与する帯電手段と、前記帯電手段により電荷が付与される前記感光体の帯電領域に対して光を照射する露光手段と、前記帯電手段および前記露光手段により前記感光体に形成される静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を被転写材に転写する転写手段と、前記感光体に残留するトナーを除去するクリーニング手段と、を備え、
   前記感光体における前記表面保護層は、アモルファスシリコンカーバイドもしくはアモルファスカーボンにフッ素を１２〜３５原子％含有してなるフッ素化アモルファス層のみを複数積層形成してなり、且つ、その表面自由エネルギーが４０ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする、画像形成装置。
2. 前記表面保護層における前記フッ素化アモルファス層の積層数は２層〜１５層である、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナーは研磨性粒子を含んでなる、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記感光体における前記表面保護層の表面自由エネルギーは、コロナ暴露５時間の静電ランニング後において４０ｍＮ／ｍ以下である、請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置。

Images