JPH04330456A - 複写装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 『発明の利用分野』 本発明は、電子写真プロセスを利用した複写装置に関す
るものである。特に、複写プロセスの中心的な役割を担
う感光体の長寿命化に関するものである。

『従来技術』 電子写真プロセスは光導電現象を利用して感光体に静電
的な電荷像（潜像）を形成し、着色した帯電微粒子（ト
ナー）を静電気力で潜像に付着させ、可視像とするプロ
セスである。感光紙に直接トナー画像を形成するＣＰＣ
法と感光体上のトナー面像を普通紙に転写するＰＰＣ法
の二種類が知られている。本発明は主にＰＰＣ法で用い
られる技術に関する。ＰＰＣ法では感光層表面に画像を
形成するゼログラフィー法（カールソン法ともいう）が
最も一般的であり、このプロセスは帯電、露光、現像、
転写、定着及びクリーニングの各プロセスに分けること
ができる。これらプロセスは、感光ドラム、帯電器、露
光器、現像器、転写器、定着器、除電器、クリーナーか
ら構成されている。

電子写真方式を利用した複写装置は前記電子写真プロセ
スを用いたものであるが、その寿命を決定する要素とし
て、前記構成要素のうち感光ドラムは最も重要である。

本発明は感光ドラムの長寿命化を図ることにより複写装
置の高信頼化を実現したものである。

電子写真プロセスに用いられる感光ドラムには感光体と
して有機樹脂、アモルファスシリコン、セレン合金等が
知られている。これら感光ドラムはその使用時に転写紙
、現像ローラー等との摩擦や、クリーニングブレード、
ブラシ等を用いたクリーニングによりその表面に摩擦を
生じ、また、トナーやトナー中に含まれる潤滑剤により
表面が摩耗される。その為、感光体表面に保護膜を設け
ることが試みられ、各種有機樹脂やＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３
Ｎ４等の無機膜が検討されている。

一方、感光体用保護膜としては、保護膜の比抵抗が１０
５〜１０１２Ωｃｍであることが要求される。比抵抗が
１０３Ωｃｍ以下であれば、電気潜像の拡散、即ち電荷
の横方向のリークが発生してしまい、転写像にボケが生
じてしまう。また、比抵抗が１０１３Ωｃｍ以上であれ
ば膜中に電荷が蓄積され、繰り返し使用するにつれ露光
を行っても本来散逸するべき電荷が散逸せず、潜像が形
成されなくなる。よって、長期にわたって安定した良質
な転写像が得られなくなる。

さらにカラーコピー等への応用として考えられる可視光
域での使用を考えると保護膜は４００ｎｍ〜８００ｎｍ
の範囲で少なくとも５０％以上、５００ｎｍ〜８００ｎ
ｍの範囲では８０％以上の透過率が必要となる。

以上述べたこれらの要求、即ち耐摩耗性、電気的特性、
光学的特性を満足する保護膜として「炭素被膜を有する
複合体及びその作成方法」（特願昭５６−１４６９３６
号昭和５６年５月１７日出願）が知られている。炭素を
主成分とする被膜は可視光域で概略透明であり、ビッカ
ース硬度は２０００ｋｇ／ｍｍ２以上のものが容易に得
られ、比抵抗は被膜の作成条件を変えることにより、１
０６〜１０１３Ωｃｍの範囲で変えることができる。即
ち、感光体への応用としては極めて好適なものである。

特に有機感光体（ＯＰＣ）とは馴染みが良く、密着性も
良好である。それは、炭素を主成分とする被膜はある種
の有機膜であると考えられ、有機感光体と炭素を主成分
とする被膜の界面ではポリマー的な結合をしていると予
想されるからである。

ところが、炭素を主成分とする被膜は詳しい研究のなか
で、各々の特性はトレードオフの関係にあることか明ら
かとなってきた。即ち、ビッカース硬度が２０００ｋｇ
／ｍｍ２以上のものは容易に得られるが、透過率が低く
（吸収係数が０．６μｍ−１と高い。膜厚が５０００Å
であれば透過率は７４％となる。）、抵抗率が１０４〜
１０７Ωｃｍと低いものとなってしまう。そのため耐磨
耗性には優れているものの透過光の減少による低感度化
と抵抗率の低下による画像流れが発生する。逆に吸収係
数が０．２μｍ−１（膜厚５０００Åで透過率９０％）
と充分低いものは作製できるが、ビッカース硬度は５０
０ｋｇ／ｍｍ２と低く、抵抗率が１０１４〜１０１５Ω
ｃｍと高くなってしまう。

よって、硬度を減少させることなく、透過率の高く、か
つ適当な導電率を有した被膜か必要とされていた。

『発明の構成』 本発明の複写機は上記問題点、即ち耐磨耗性、感度、抵
抗率の各特性に要求される水準を満たした感光ドラムを
有することを特徴としている。

既に述べたように各特性を個別に満足させることは容易
である。即ち、プラズマＣＶＤを用いて被膜を形成する
場合、その膜の硬度、透過率、抵抗率は被膜の形成条件
で制御できることが知られている。被膜の形成条件の中
でも最も重要視されるのは製膜圧力と基板にかかる負バ
イアス電圧である。負バイアス電圧は、平行平板型電極
を用いた場合は投入電力の関数となるが、主放電用電源
（１個乃至２個、１３．５６ＭＨｚ）の他にバイアス電
圧印加用中周波数電源（１〜１０００ｋＨｚ）を備えた
陽光柱方式のプラズマＣＶＤの場合はバイアス電圧印加
用中周波数電源の出力が主放電用電源の出力に大きく影
響されることなく制御できる。よって、平行平板型電極
方式よりも陽光柱方式のほうが、自由度が大きい為有利
である。なお、主放電電力は製膜速度に大きく影響する
。

勿論、他の要因（投入電力、チャンバー形状、基板設置
方法、基板温度、使用原料ガス、ガス混合比等）に影響
されることは確かであるが、製膜圧力と負バイアス電圧
が被膜特性を決定する寄与率が高いということを示して
いるものである。

各特性がどの様な関係にあるかを述べる。一般に第１図
に示すように負バイアス電圧が大きい（値は負値として
観測されるが、大小を論じる場合はその絶対値の大小で
論する。以下絶対値のことをいう。）ほど、また、圧力
が低いほど硬度は高くなり（第１図Ａ）、吸収係数は大
きくなり（第１図Ｂ）、抵抗率は小さくなる（第１図Ｃ
）。

硬度は膜中の炭素原子のｓｐ３結合とｓｐ２結合の比に
よって決まる。ｓｐ３結合が多いほど硬度が増す。これ
は、製膜素過程のうち、水素、炭素、炭化水素等の原子
もしくは分子の正イオンによるボンバードメントか強い
ほどｓｐ３結合の比が増すと考えられている。それは、
ｓｐ２結合が正イオンによりエッチングされるためであ
る。これは負バイアス電圧が大きいほど、また、製膜圧
力が低いほどボンバードメントが強くなることを考えれ
ば硬度か高くなることは納得できる。

ところで、ボンバードメントが強くなれば、ｓｐ２結合
がエッチングされてｓｐ３結合の比が増すと同時に、膜
中のダングリングボンドが増加する。

このダングリングボンドには極在電子が存在し、ダング
リングボンド間でのホッピング電導が発生する。ダング
リングボンドの密度が増加すれば、それだけホッピング
の確率が増し、抵抗率が低下することになる。また、膜
中を透過する光はダングリングボンドに存在する極在電
子に吸収され、結果として透過率が減少（吸収係数が増
加）する。よって、この様な系では要求特性を満足する
領域はない（第４図）。

そこで、製膜素過程において適度なボンバードメントを
与え、被膜の硬度を充分高くしておき、かつ、ダングリ
ングボンドを形成させないためには、供給される炭素原
料ガスとともに水素ガスを混合し、全流量に対し、炭素
原料ガス濃度が５０％以下、好ましくは２０％以下、と
すると水素原子でダングリングボンドがターミネートさ
れ、硬度を低下させることなく吸収係数を０．２μｍ−
１以下とすることができることを究明した（第２図Ｂ）
。ここでいう炭素原料ガスはＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ
８、等の飽和炭化水素、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ６Ｈ６
等の不飽和炭化水素を用いることができる。また、炭化
水素の水素原子のうち、いくつかはフッ素の如きハロゲ
ン系元素に置きかわっても良い。

一方、ダングリングボンドを水素でターミネートすれば
適当な電気的欠陥がなくなるため、極在電子間のホッピ
ングの確率が減少し、抵抗率が高くなる。この時の抵抗
率は１０１５Ωｃｍ以上であり、電子写真用には用いる
ことができない（第２図Ｃ）。

そこで、被膜の硬度、吸収係数を維持したまま被膜の抵
抗率を適当な値に制御する方法として本発明人は原料ガ
スにＮＦ３を炭素原料ガス流量１に対して０．２乃至４
を混入することにより、その流量比に応じた抵抗率とす
ることができることを見つけた。これを用いて電子写真
用感光体に最適な抵抗率（１０３〜１０１２Ωｃｍ）を
実現することができる（第３図Ｃ）。この場合の導電機
構はダングリングボンドではなく、窒素原子により発生
した正孔によるものと考えられる。ただし、炭素膜中の
窒素による準位は深いため、シリコン半導体のように導
電率は高くなく、依然絶縁体に近い抵抗率を示す。この
時、膜中に含有される窒素濃度はオージェ電子分光によ
り１〜１０原子％であることが分かっている。また、膜
に含有させる窒素源として、アンモニア（ＮＨ３）も考
えられるが、プラズマ中での解離はＮＦ３の方がし易く
、また、解離したフッ素原子がその強い電気陰性度によ
り水素と結合してＨＦをつくるため、水素の引抜き反応
が促進され、反応速度が高くなる。よって、ＮＦ３の方
が有利である。

また、耐摩耗性に対して、被膜の硬度は重要ではあるが
、最近の研究で硬度よりむしろ膜の厚さが厚い方が耐摩
耗性に対しては有利であることが分かってきた。よって
、水素ガスの希釈により吸収係数を減少できるこの技術
は、膜厚に対して設計余裕がとれ、大変有意義なもので
ある。さらに、耐摩耗性は下地の硬さに影響されること
は上記の高膜厚が耐摩耗性に対して大変有利であること
より推定されるが、実際、有機感光体の様な柔らかい（
ビッカース硬度４〜２０ｋｇ／ｍｍ２）基体の上に成膜
するような場合は中間層としてビッカース硬度１００〜
４００ｋｇ／ｍｍ２程度の硬さで膜厚が０．３〜０．８
μｍの被膜を挿入するのが良い。該中間層が炭素を主成
分とする被膜であれば密着性の点からも非常に有利であ
る。感光体自体がアモルファスシリコンのように硬いも
のであれば中間層は必要でない場合もある。

尚、本明細書で中間層と最表層をまとめて保護層と呼び
、中間層は１層でも、また、複数層であっても構わない
。

『作用』 このように、炭化水素系のガスのみで作成した被膜は硬
度、透過率、抵抗率を同時に満足することができなっか
たが、炭化水素系のガスに水素を混入することにより、
透過率を向上させることができ、更に、３フッ化窒素を
添加することにより抵抗率を制御することができた。ま
た、適当な硬さと厚さの中間層を入れることにより耐摩
耗性を向上させることができた。よって、これらを組み
合わせて要求特性を満足できる被膜を得、該皮膜を応用
した感光体を用いることにより、信頼性の高い複写装置
を実現することができた。

実施例 本実施例では有機感光体（ＯＰＣ）上に前記保護層を形
成し、複写機を構成したものを示す（第７図）。

有機感光体（ＯＰＣ）は機能分離型のものを用いた。即
ち、アルミニウム基体上に有機樹脂の中間層、電荷発生
層、電荷輸送層の順に塗工し、炭素を主成分とする被膜
を中間層として０．５μｍ積層した。被膜の形成はプラ
ズマＣＶＤを用いた。成膜条件は以下のようである。

反応圧力０．０１Ｔｏｒｒ 投入電力密度０．０６Ｗ／ｃｍ２ 負バイアス−５０Ｖ 原料ガス　エチレン　１０ｓｃｃｍ ＮＦ３　５ｓｃｃｍ 次に最表層として３種類の被膜を形成した。異なる条件
は原料ガスのみである。

固定条件を以下に記す。

反応圧力０．０１Ｔｏｒｒ　１３．５ 投入電力密度０．０６Ｗ／ｃｍ２　える負バイアス−１
００Ｖ ３種類の被膜を各々Ａ、Ｂ、Ｃとした。原料ガスの流量
を以下に記す。

Ａ　エチレン　１０ｓｃｃｍ Ｂ　エチレン　１０ｓｃｃｍ 水素　９０ｓｃｃｍ Ｃ　エチレン　１０ｓｃｃｍ 水素　９０ｓｃｃｍ ＮＦ３　５ｓｃｃｍ 上記のようにして作成した感光体を用いて複写機を構成
し画像を評価した。

評価結果 Ａ：画像は全体に白っぽく、典型的に露光不足である。

保護膜部の透過率が低いことが伺える。

Ｂ：下地が黒く、典型的な残留電位の高い画像となって
いる。保護膜の抵抗率が高いことが分かるＣ：画像は良
好である。

１０万枚コピー後の保護膜表面はＡ、Ｂ、Ｃともに傷は
見られず、耐摩耗性はいずれも高いことが分かる。

『効果』 以上のように炭化水素系のガスに水素を混入することに
より、透過率を向上させることができ、更に、３フッ化
窒素を添加することにより抵抗率を制御することができ
た。これにより、硬度、透過率、抵抗率の要求特性を満
たす保護層を得ることができた。また、最表層の下に適
当な硬さと膜厚の膜を挿入することにより耐摩耗性を向
上させることができた。これにより、信頼性の高い複写
機を実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図はエチレンのみを用いた場合の膜特性を示す。 第２図はエチレンと水素を用いた場合の膜特性を示す。 第３図はエチレンと水素と３フッ化窒素を用いた場合の
膜特性を示す。 第４図はエチレンのみを用いた場合の膜特性が最適領域
を有さないことを示す。 第５図はエチレンと水素を用いた場合の膜特性が最適領
域を有さないことを示す。 第６図はエチレンと水素と３フッ化窒素を用いた場合の
膜特性が最適領域を有することを示す。 第７図は複写機の概略を示す。 特許出願人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子写真方式を利用した複写装置であって
   、 該複写装置の感光部材が、導電処理を施した基体と、該
   基体上に設けられた感光体と、該感光体表面の複数の保
   護層で少なくとも構成された電子写真用感光体であって
   、前記複数の保護層はいずれも炭素を主成分とする被膜
   であり、かつ、該保護層の最表層は５０原子％以上の炭
   素と１０〜４０原子％の水素と１〜１０原子％の窒素と
   ０もしくは１原子％以下のフッ素を含んでいる電子写真
   用感光体を有することを特徴とする複写装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記保護
   層最表層の７８０ｎｍにおける吸収係数は０．２μｍ−
   １以下であり、ビッカース硬度は８００〜２０００ｋｇ
   ／ｍｍ２であり、抵抗率は１×１０３〜１×１０１２Ω
   ｃｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の複写装置。