JP6741644B2 - 基体、電子写真感光体および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、基体、電子写真感光体およびこれを備えた画像形成装置に関するものである。

画像形成装置に用いられる電子写真感光体は、たとえば、円筒状の基体および光導電層を有するものが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１７−１５５２６９号公報

このような画像形成層では、印画品質を安定させることが求められている。

本開示の基体は、電子写真感光体用の円筒状の基体であって、外周面と、前記外周面と接続した端面と、を備えている。そして、前記外周面は、前記端面に近づくにつれて内側
に傾斜した、前記基体の長尺方向である第１方向Ｄ１に対する第１角度θ１が１０°以上２５°以下である第１傾斜面を有し、前記端面は、前記外周面に近づくにつれて内側に傾斜し、且つ前記第１傾斜面に接続した、前記第１方向に直交した第２方向Ｄ２に対する第２角度θ２が５°以上１０°以下である第２傾斜面を有し、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面の接続部の表面は、半径が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍのＲ面である。

本開示の電子写真感光体は、上記の基体と、前記基体の端面から外周面にわたって、前記基体上に配された光導電層と、を備える。

本開示の画像形成装置は、上記の電子写真感光体と、前記電子写真感光体に光を照射する露光器と、を備える。

本開示の基体、電子写真感光体および画像形成装置によれば、画像形成装置での印画品質を安定させることができる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る電子写真感光体を示す半断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大した模式的断面図である。 本開示の基体の一部を拡大した模式図である。 本開示の画像形成層装置の模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る電子写真感光体およびこれを備えた画像形成装置について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の内容は、本発明の実施形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施形態の例に限定されるものではない。

電子写真感光体１０は、円筒状であり、後述する画像形成装置に組み込まれるとともに、円筒の長尺方向に沿った回転軸を中心に回転することによって、画像形成することができる。

電子写真感光体１０は、円筒状の基体１と、基体１上に配された複数の層２を有する。複数の層２は、基体１上に配された耐圧層１１、耐圧層１１上に配された電荷注入阻止層１２、電荷注入阻止層１２上に配された光導電層１３、光導電層１３上に配された表面保護層１４を有している。

電子写真感光体１０は、例えば堆積膜形成装置を用いて、基体１上に、耐圧層１１、電荷注入阻止層１２、光導電層１３、表面保護層１４を順次成膜することによって形成することができる。

基体１は、複数の層２を支持することができる。少なくとも円筒状基体１の表面は、導電性を有する。円筒状基体１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレススチール（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）、銀（Ａｇ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびマンガン（Ｍｎ）などの金属材料、あるいはこれら例示した金属材料を含む合金によって、全体が導電性を有するものとして形成されていればよい。

また、円筒状基体１は、樹脂、ガラスあるいはセラミックスなどの表面に、例示した金属材料およびＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、またはＳｎＯ_２（二酸化すず）などの透明導電性材料による導電性膜を被着したものであってもよい。

基体１がアルミニウム（Ａｌ）系材料で形成されている場合、電子写真感光体１０を軽量かつ低コストで製造することができる。また、電荷注入阻止層１２および光導電層１３をアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料で形成する場合には、電荷注入阻止層１２および光導電層１３と、基体１との間の密着性が高くなって信頼性を向上させることができる。

基体１は、外周面１ａを有している。なお、外周面１ａとは、円筒状の基体１の円周方向に沿った表面である。また、別の言い方をすれば、基体１を円柱とみなしたときに、円柱の側面に当たる部分の表面が外周面１ａとなる。

外周面１ａは、鏡面または粗面である。外周面１ａを鏡面とする場合には、外周面１ａの表面粗さは、例えば算術平均高さＳａが２５ｎｍ未満とすればよい。なお、本実施形態においては、表面の算術平均高さＳａが２５ｎｍ未満の部位（面領域）を「鏡面」という。

一方で、外周面１ａを粗面とする場合には、外周面１ａの表面粗さは、例えば算術平均高さＳａが５０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下とすればよい。なお、本実施形態においては、表面の算術平均高さＳａが２５ｎｍ以上の部位（面領域）を「粗面」と呼ぶ。

本明細書において用いる算術平均高さＳａとは、ＩＳＯ２５１７８によって定義される三次元の表面性状を表すパラメータの一つであって、測定対象領域中の表面の平均面からの高さの絶対値の算術平均（ｎｍ）を示す。また、当該測定は、オリンパス株式会社製３次元測定レーザ顕微鏡ＯＬＳ４１００により、ＩＳＯ２５１７８に準拠した３次元粗さパラメータにて表面形状を計測した。

また、基体１の表面粗さは、必ずしも外周面１ａの全面において、所定の範囲を満たす必要はない。たとえば、円筒状基体１の軸方向両端部等においては、表面性状が範囲外の値となってもよい。

なお、本実施形態に係る基体１の外周面は、鏡面である。

基体１は、外周面１ａに接続した端面１ｂをさらに有している。なお、端面１ｂとは、円筒状の基体１の回転軸方向に交わる表面である。別の言い方をすれば、基体１を円柱とみなしたときに、円柱の底面に当たる部分の表面が端面１ｂとなる。

基体１の外周面１ａは、第１傾斜面１ｃを有している。第１傾斜面１ｃは、端面１ｂに近づくにつれて内側に傾斜している。言い換えれば、円筒状の基体１の径方向の長さが小さくなるように、第１傾斜面１ｃは、傾斜している。

基体１の端面１ｂは、第２傾斜面１ｄを有している。第２傾斜面１ｄは、外周面１ａに近づくにつれて内側に傾斜している。言い換えれば、円筒状の基体１の軸方向の長さが小さくなるように、第２傾斜面１ｄは、傾斜している。

また、第１傾斜面１ｃおよび第２傾斜面１ｄは接続している。そして、第１傾斜面１ｃおよび第２傾斜面１ｄの接続部の表面は、Ｒ面である。

そして、複数の層２は、基体１の端面１ｂから外周面１ａにわたって、基体１上に配されている。より具体的には、複数の層２は、少なくとも第２傾斜面１ｄから外周面１ａにわたって配されている。

ここで、従来、例えば、基体の外周面または端面が傾斜面を有さない場合、あるいは外周面および端面の接続部がＲ面ではない場合に、例えば基体と複数の層の熱膨張量の差に起因して、外周面および端面の接続部から複数の層の一部が剥がれることがあった。そして、剥がれた複数の層の一部が印画の際に混入して、印画品質を低下させることがあった。

これに対して、本開示の発明は、上記構成を有していることから、外周面１ａと端面１ｂとの接続部の角度をより大きくすることができ、基体と複数の層の熱膨張による、接続部の応力集中を低減することができる。そして、本開示の発明では、外周面１ａと端面１ｂとの接続部をＲ面にしていることによって、さらに接続部への応力集中を低減することができる。したがって、複数の層の一部の剥がれを低減することができ、ひいては画像形成装置における印画品質を安定させることができる。

第１傾斜面１ｃの基体１の回転軸に沿った第１方向Ｄ１に対する角度（第１角度θ１）は、例えば１０°以上３０°以下に設定されている。第１傾斜面１ｃの第１角度θ１が、２５°以下であってもよい。この場合、表１に示すように、外周面１ａにおける第１傾斜面１ｃと第１非傾斜面１eとの接続部での複数の層２の一部の剥離を低減することができ
る。

なお、表１中の「第１角度」は、第１傾斜面１ｃの第１角度θ１を示しており、「剥離の有無」は第１角度θを変更したときに複数の層２の一部が剥離したかどうかを観察した結果である。なお、剥離の有無は、目視または顕微鏡を使用した観察によって、判断する。

また、第１傾斜面１ｃの第１角度θ１は、１５°以上であってもよい。この場合、第１方向Ｄ１の寸法を短くし、画像領域を広く確保することができる。

なお、本実施形態では、第１傾斜面１ｃの第１角度θ１は、２０°に設定されている。

第１傾斜面１ｃは、平面である。その結果、基体１の外周面を粗面化する場合、または鏡面加工する場合に、バイト当たり位置のばらつきの影響を低減し、第１角度θ１を保つことができる。

第２傾斜面１ｄの基体１の回転軸（または第１方向Ｄ１）に直交した第２方向Ｄ２に対する第２角度θ２は、例えば５°以上１０°以下に設定されている。端面１ｂが第２傾斜面１ｄを有することによって、複数の層の回り込みを低減することができる。なお、本実施形態では、第２傾斜面１ｄの第２角度θ２は、７°に設定されている。

第２傾斜面１ｄは、平面である。その結果、複数の層の回り込みを低減することができる。

第１傾斜面１ｃの仮想直線と、第２傾斜面１ｄの仮想直線とが交わる第３角度θ３は、９０°以上１８０°以下であってもよい。なお、本実施形態では、第３角度θ３は、１１７°に設定されている。

第１傾斜面１ｃの第１角度θ１は、第２傾斜面１ｄの第２角度θ２よりも大きくてもよい。その結果、前記第２方向Ｄ２に対する複数の層の回り込みを低減することができる。

第１傾斜面１ｃと第２傾斜面１ｄとの接続部のＲ面の半径は、例えば０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍであればよい。なお、本実施形態では、Ｒ面の半径は、０．０８ｍｍに設定されている。

回転軸を通る側断面視において、第１傾斜面１ｃの第１方向Ｄ１に沿った直線成分Ｌ１は、第２傾斜面１ｄの第２方向Ｄ２に沿った直線成分よりも大きくてもよい。その結果、基体１の表面の加工時などに基体１の表面を削る場合でも、第１傾斜面１ｃが無くなることを低減することができる。なお、少なくとも、複数の層２の成膜の前に、第１傾斜面１ｃの第１方向Ｄ１に沿った直線成分Ｌ１が、第２傾斜面１ｄの第１方向Ｄ１に沿った直線成分Ｌ２よりも大きければよい。

なお、回転軸を通る側断面視したときに、本実施形態に係る基体１では、複数の層２の成膜前において、第１傾斜面１ｃの第１方向Ｄ１に沿った直線成分Ｌ１は、例えば０．１ｍｍ〜０．６ｍｍである。また、第１傾斜面１ｃの第２方向Ｄ２に沿った直線成分は、例えば０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍである。また、第２傾斜面１ｄの第１方向Ｄ１に沿った直線成分Ｌ２は、例えば０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍである。また、第２傾斜面１ｄの第２方向Ｄ２に沿った直線成分は、例えば０．２ｍｍ〜０．５ｍｍである。

なお、基体１は、従来周知の方法によって形成することができる。

複数の層２の各層について、以下に説明する。

耐圧層１１は、表面被覆層における耐電圧特性を向上させることができる。耐圧層１１は、アモルファス窒化シリコン（ａ−ＳｉＮ）を含有する層であればよい。耐圧層１１の窒素原子数とシリコン原子数との合計に対する窒素原子数の比率（Ｎ／（Ｓｉ＋Ｎ））は、０．３２以下とされていればよい。このような範囲にシリコン原子と窒素原子の比率を設定することにより、複数の層における耐電圧特性を適切に確保することができるとともに、残留電位の発生を適切に抑制することができる。耐圧層１１は、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）に、ドーパントとして少なくとも窒素（Ｎ）を含有するものを用いることができる。耐圧層１１の厚さは、例えば０．５〜１５μｍとされている。なお、耐圧層は、耐電圧層または耐圧保持層とも呼ばれる。

電荷注入阻止層１２は、円筒状基体１からのキャリア（電子）の注入を低減することができる。電荷注入阻止層１２は、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料で形成されていればよい。電荷注入阻止層１２は、たとえばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）に、ドーパントとしてホウ素（Ｂ）と場合により窒素（Ｎ）か酸素（Ｏ）またはその両方を含有させたもの、あるいはリン（Ｐ）と場合により窒素（Ｎ）か酸素（Ｏ）またはその両方を含有させたものを用いることができる。電荷注入阻止層１２の厚さは、例えば２〜１０μｍとされている。

光導電層１３は、レーザ光などの光照射によってキャリアを発生させることができる。光導電層１３は、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料ならびにＳｅ−ＴｅあるいはＡｓ_２Ｓｅ_３などのアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）系材料で形成されていればよい。本例の光導電層１３は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）ならびにアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）に炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）および酸素（Ｏ）などを加えたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料で形成されており、ドーパントとしてホウ素（Ｂ）あるいはリン（Ｐ）が含有されている。アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料を用いて光導電層１３を形成する場合、その厚さは５〜１００μｍ程度、より具体的には１０〜８０μｍに設定すればよい。

表面保護層１４は、光導電層１３の表面を保護することができる。表面保護層１４は、例えばアモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）あるいはアモルファス窒化シリコン（ａ−ＳｉＮ）などのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料または、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）を用いるか、あるいはそれらの多層構造とすればよい。本例では、成膜後に最外表面となる表面保護層１４は、画像形成装置内での摺擦に対する耐摩耗性の観点から、耐性の高いアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）が採用されている。表面保護層１４の厚さは、電子写真感光体１０の必要耐久枚数に合わせて調整すればよく、必要以上に厚くする必要は無い。たとえば、その厚さは０．１〜２μｍ、より具体的には０．５〜１．５μｍに設定すればよい。

なお、複数の層２は、プラズマＣＶＤ（化学気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を使用することによって形成することができる。より具体的には、複数の基体１を、その第１方向Ｄ１に積み重ねて設置し、各層の成膜に必要なガスを導入し、複数の層２を形成することができる。

次に、本発明の実施形態に係る画像形成装置について、図３を用いて説明する。

画像形成装置１００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１０、帯電器１１１、露光器１１２、現像ローラ１１３Ａを含む現像器１１３、転写器１１４、定着器１１５（１１５Ａおよび１１５Ｂ）と、電子写真感光体に接触するクリーニングローラ１１６Ｂとクリーニングブレード１１６Ａを含むクリーニング器１１６、および、除電器１１７を備えている。なお、図中の矢印ｘは、記録媒体Ｐである用紙の移動方向を示す。

帯電器（帯電ローラ）１１１は、電子写真感光体１０の表面を負極性に帯電する役割を有するものである。本実施形態において帯電器１１１は、たとえば芯金を導電性ゴムあるいはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）によって被覆して構成される接触型帯電器が採用されている。

露光器１１２は、電子写真感光体１０に静電潜像を形成する役割を有するものである。露光器１１２としては、たとえば複数のＬＥＤ素子（波長：６８０ｎｍ）を配列させてなるＬＥＤ（発光ダイオード：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ヘッドを採用することができる。

現像器１１３は、電子写真感光体１０の静電潜像を現像してトナー像を形成する役割を有するものである。本例における現像器１１３は、現像剤（トナーＴ）を磁気的に保持する現像ローラ１１３Ａを備えている。

現像剤（トナーＴ）は、電子写真感光体１０の表面上に形成されるトナー像を構成するものであり、現像器１１３において摩擦帯電する。トナーＴとしては、たとえば、磁性キャリアおよび絶縁性トナーを含んでなる二成分系現像剤と、磁性トナーを含んでなる一成分系現像剤とが挙げられる。

磁気ローラ１１３Ａは、電子写真感光体１０の表面（現像領域）にトナーＴを搬送する役割を有するものである。磁気ローラ１１３Ａは、現像器１１３において摩擦帯電した現像剤Ｔを一定の穂長に調整された磁気ブラシの形で搬送する。この搬送されたトナーＴは、電子写真感光体１０の現像領域において、静電潜像との静電引力によって電子写真感光体１０の表面に付着してトナー像を形成する（静電潜像を可視化する）。

なお、現像器１１３は、本例において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。また、現像器１１３内には、未使用トナーＴ撹拌用の搬送スクリュー（スパイラル形）が配設される場合もある。

転写器１１４は、電子写真感光体１０と転写器１１４との間の転写領域に供給された、紙等の記録媒体Ｐに、電子写真感光体１０のトナー像を転写する役割を有するものである。本例における転写器１１４は、転写用チャージャ１１４Ａおよび分離用チャージャ１１４Ｂを備えている。

転写器１１４としては、電子写真感光体１０の回転に従動し、かつ、電子写真感光体１０とは微小間隙（たとえば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。この転写ローラは、たとえば直流電源により、電子写真感光体１０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。

定着器１１５は、記録媒体Ｐに転写されたトナー像を記録媒体Ｐに定着させる役割を有するものであり、一対の定着ローラ１１５Ａ、１１５Ｂを備えている。定着ローラ１１５Ａ、１１５Ｂは、たとえば金属ローラ上に四フッ化エチレンなどで表面被覆したものである。

クリーニング器１１６は、電子写真感光体１０の表面に残存するトナーＴを除去する役割を有するものであり、クリーニングローラ１１６Ｂおよびクリーニングブレード１１６Ａを備えている。クリーニングローラ１１６Ｂは、中央部が太径となるクラウン状であり、電子写真感光体１０の外周に摺接して、これらの間に、残留トナーＴからなる表面掃除用のトナー膜を形成する。クリーニングブレード１１６Ａは、電子写真感光体１０の表面から残留トナーを掻きとる役割を有するものである。クリーニングブレード１１６Ａは、たとえばポリウレタン樹脂を主成分としたゴム材料で形成されている。

除電器１１７は、電子写真感光体１０の表面電荷を除去する役割を有するものであり、特定波長（たとえば６３０ｎｍ以上）の光を出射可能とされている。除電器１１７は、たとえばＬＥＤなどの光源によって電子写真感光体１０の表面の軸方向全体を光照射することにより、電子写真感光体１０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。

本実施形態の画像形成装置１００では、電子写真感光体１０の有する上述の効果を奏することができる。

また、本発明は上述の実施形態に示したものだけ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で改良や変更ができることは言うまでもない。

１ 基体
１ａ 外周面
１ｂ 端面
１ｃ 第１傾斜面
１ｄ 第２傾斜面
２ 複数の層
１０ 電子写真感光体
１１ 耐圧層
１２ 電荷注入阻止層
１３ 光導電層
１４ 表面保護層

Claims (5)

1. 電子写真感光体用の円筒状の基体であって、
   外周面と、前記外周面と接続した端面と、を備え、
   前記外周面は、前記端面に近づくにつれて内側に傾斜した、前記基体の長尺方向である第１方向Ｄ１に対する第１角度θ１が１０°以上２５°以下である第１傾斜面を有し、
   前記端面は、前記外周面に近づくにつれて内側に傾斜し、且つ前記第１傾斜面に接続した、前記第１方向に直交した第２方向Ｄ２に対する第２角度θ２が５°以上１０°以下である第２傾斜面を有し、
   前記第１傾斜面および前記第２傾斜面の接続部の表面は、半径が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍのＲ面である、基体。
2. 前記円筒の回転軸線を通る側断面視において、前記第１傾斜面の前記第１方向Ｄ１に沿った直線成分Ｌ１は、前記第２傾斜面の前記第１方向Ｄ１に沿った直線成分Ｌ２よりも大きい、請求項１に記載の基体。
3. 前記第１傾斜面の前記第１方向Ｄ１に沿った直線成分Ｌ１は０．１ｍｍ〜０．６ｍｍであり、前記第２傾斜面の前記第１方向Ｄ１に沿った直線成分Ｌ２は０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍである、請求項２に記載の基体。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の基体と、
   前記基体の端面から外周面にわたって、前記基体上に配された光導電層と、を備える、電子写真感光体。
5. 請求項４に記載の電子写真感光体と、
   前記電子写真感光体に光を照射する露光器と、を備える、画像形成装置。

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