JPH0332785B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電子写真用感光体とその製造法に係
り、特にレーザ・ビーム・プリンタに好適な感光
体とその製造法に関する。 導電基体上に感光層を有する電子写真感光体に
おいて、従来、導電基体として軽量でかつ加工性
の良いことなどから、主として特開昭53−13423
号公報に明示されているようなアルミニウム
（Al）合金が使用されている。一般に電子写真用
感光体の導電性基体は通常円筒状に加工され、更
に表面を精密加工し、鏡面の状態で実用に供され
る。しかし前記の如く加工する段階において、導
電性基体であるAl合金が強加工を受けることに
なり、加工による残留応力の増大が避けられず、
円筒状での所望寸法からのずれ、特に偏芯の発生
がひどく、感光層付加後における電子写真装置へ
の装着において、明瞭な印刷性能を得がたいとい
う欠点を有していた。 本発明の目的は、上記欠点を解消した明瞭な印
刷性能を有する電子写真感光体を提供するにあ
る。 本発明者は時効硬化型アルミニウム（Al）合
金の優れた機械的性質に着目し、従来の非時効硬
化型Al合金に比べ、所望寸法までの加工による
寸法変化の小なることを見い出すと共に、基体の
硬度の向上等、電子写真感光体用基体として性能
向上を確認し、電子写真用感光体の歩留りを大巾
に向上させるという知見を得た。 本発明の電子写真用感光体は、導電性基体が時
効硬化型Al合金でなることを特徴とする。また
本発明の電子写真用感光体の製造法は、時効硬化
型Al合金に時効硬化熱処理を行い、該基体表面
を精密加工し、該基体上に前記感光層を真空蒸着
および／または浸漬塗工にて形成することを特徴
とする。 本発明に使用する導電性基体は、硬度がビツカ
ース硬度で60Hv以上の時効硬化型アルミニウム
合金でつくられたものが望ましい。さらに、感光
体の表面硬度が鉛筆硬度試験法で5H以上である
ことが望ましい。アルミニウム（Al）合金は、
非時効硬化型と時効硬化型に大別され、前者は塑
性変形による加工硬化によつて硬化しているのに
対し、後者は時効硬化熱処理によつて硬化する。 ところで電子写真用感光体において、円筒状基
体を用いる場合には周知のごとく加工性が良く寸
法の経時変化が少ないことが要求されAl合金が
主として使用されている。Al合金は軟いため、
基体として使用する場合にそれを硬化する方法と
して塑性変形による加工硬化と熱処理による時効
硬化とがある。しかし基体硬化のうちで前者の方
法は（従来はこれによつているが）寸法経時変化
が大きく、基体硬化法として不適である。他方、
本発明に用いる時効硬化型Al合金は軽量でしか
も加工性が良く、円筒状態で偏芯等の寸法変化を
おこす割合が少なく、高硬度にすることができる
利点を持ち、そして時効硬化Alを基板とするこ
とが感光層の冷却効果に適合したものと予測され
る。 尚、円筒状基体において、偏心が生じた場合に
は、感光体としてレーザー・ビーム・プリンタ等
に装着した場合、回転による感光体の振れ、他装
置とのマツチングのずれの要因となり、ひいては
印刷のピンボケ，印刷のむら等、印刷性能を劣化
させる為、極力小さくしなければならない。 本発明で使用される時効硬化型Al合金の例と
しては、次表１に示すものが挙げられる。

【表】 表１に一般に知られている時効硬化型アルミニ
ウムの中から本発明者が精密加工性，時効硬化処
理性等を検討した結果、JIS記号Ａ−6063のAl−
（0.45〜1.2）％Mg−（0.2〜1.2）％Si合金が特に
優れていることを見い出した。 電子写真感光体の基体は第１図に示すような平
板状、第２図に示すような円筒状等、用途に応じ
て所定の形状をとりうる。なお、第１，２図にお
いて１は基体、２は感光層である。例えば上記時
効硬化型Al合金を所望の形状に成形し、所望の
寸法近くに加工し、時効硬化熱処理を190〜210℃
で0.5〜１時間行い、更に基体表面を鏡面になる
ように精密加工して所望の寸法に仕上げ、基体を
洗浄処理して、後の感光層蒸着工程に送る。この
一連の工程は第３図に示してある。 このようにして得られる基体の硬度はビツカー
ス硬度で60Hv以上であることが望ましい。この
ように高硬化することにより、次のような効果が
得られる (1) 非時効硬化Al合金に比し、所望寸法に精密
加工する途中で時効硬化熱処理が施こされるこ
とにより、加工による基体の残留応力，加工歪
等の低減がなされ、寸法精度、特に偏芯の少な
い基体が得られる。 (2) 偏芯の少ない基体が得られることにより、電
子写真感光体の基体として、製造の歩留りの向
上がはかられると共に、感光層蒸着後のレーザ
プリンタ，複写機等の装置へのマツチングにす
ぐれ、鮮明な画像の提供がなされる。 (3) 時効硬化処理により、基体が高硬度になる等
基体の機械的性質が向上することにより、精密
加工性能，機械的損傷，衝撃性にすぐれ、取扱
い性能が向上する。 (4) 基体に硬い感光層が付与されるとにより、電
子写真感光体として、装置組み込みによつて、
記録用紙との接触画像形成粉体のクリーニング
等による耐摩耗性が向上し、印刷性が増大し、
長寿命な感光体となる。 次に本発明の一実施例について説明する。 まずJIS記号Ａ−6063の合金の押し出し管を所
望寸法の0.5mm前まで旋盤で荒加工を行つた後、
焼もどし時効硬化処理を施こし、さらに所望寸法
である外径261.8mm、内径250mm、長さ430mmに精
密加工（鏡面加工）を行つた。この時の両端部に
おける寸法変化即ち偏芯は0.03mm以下で、従来の
使用合金であるJIS記号Ａ−3003のAl−（1.0〜
1.5）％Mn合金に比べ極めて偏芯が小さく、また
精密加工性の良いことが認められた。 以上の如く作製した導電性基体に感光層として
次の物質を真空蒸着法，浸漬塗工法あるいはそれ
らの両法の併用等で作製した。 (1) Se又はSeとSe合金の積層 (2) Se又はSe合金とPVK（ポリビニルカルバゾ
ール）を主体とした有機層 (3) PVKを主体とした有機層とSe又はSe合金層 (4) PVK，フタロシアニン顔料＋ブチラノール
樹脂等を用いた有機層 (5) CdS層 (6) ZnO層 以上の感光層を付着せしめて電子写真用感光体
として、レーザ・ビーム・プリンタに実装した結
果、回転による感光体の振れが少なく、また現像
器等の他装置とのマツチングに優れ、従来の感光
体に比べ印刷のむら，ピンぼけ等の印字性能が向
上することが明らかとなり、導電性基体並びに感
光体としての合格品の歩留り向上が飛躍した。 導電性基体上に感光層としてSeやそれを主成
分とするSe合金、或いはCdS，ZnO等の無機系感
光層及びPVKで代表される有機系感光層又は前
記無機系と有機系を積層したいわゆる複合感光層
等を有する電子写真用感光体は、その静電現像と
光導電効果を組み合せた電子写真印刷技術におい
て明瞭な印刷性能を持つが、導電性基体の寸法精
度が印刷装置とのマツチングの上で印刷性能を左
右する。特に、有機層又はZnO層を感光層とする
もの、あるいは有機層又はZnO層とSe又はSe合
金層との積層体を感光層とするものが好ましい。
特に非時効硬化型Al合金に比べ時効硬化型Al合
金が導電性基体として使用される所望寸法までの
精密加工時に受ける加工歪，残留応力による寸法
変化が小さいことを見い出し、それが導電性基体
及び電子写真用感光体の歩留り向上に大きく寄与
することが判明した。 次に本発明における感光層の例としてSeを主
体とするものを用いる場合について説明する。 基体上に形成される感光層は例えば無定形Se
又はSe合金から真空蒸着法によつてつくられる
が、Se合金としては、Seを主体にして、更に
Te，Sb，As等を添加元素として含んだものを用
いても良い。 感光層の膜厚は通常40〜100μmである。 電子写真用感光体の耐印刷性を高めかつ長寿命
化をはかるには、感光層の表面硬度を高める必要
がある。Se系感光層の表面硬度の測定は、ビツ
カース硬度測定法が採用できないため鉛筆硬度試
験法が採用されている。この方法は第４図に示す
ように、軸木３でかこまれた芯４の硬さの違う鉛
筆を用い、感光層表面５に芯４を平らにして角度
60゜で接し一定応力で矢印の方向に押しつけ表面
の凹凸を生じないときの鉛筆の最高の硬度をもつ
て表面硬度とする方法である。 感光層の表面硬度を鉛筆硬度で5H以上の硬さ
にすることにより今までにない優れた耐印刷性，
長寿命化が得られることが本発明者によつて初め
てわかつた。表面硬度が鉛筆硬度で5H以上の硬
さの感光層を得るには、種々実験の結果、一つの
要因として、基体の硬度をビツカース硬度で
60Hv以上にすることが望ましいこと、また他の
要因として、真空蒸着後得られた感光層を形成し
た基体を冷却速度で５℃／分以上の急速冷却をす
ることが望ましいことがわかつた。 冷却速度は蒸着終了時の基体表面温度（約60℃
〜80℃）から30℃までに冷却される平均冷却速度
で示す。 基体表面温度はPt−Pt・Rh抵抗測温体（シー
ト型）を用い基体表面に貼付して測定する。蒸着
後の基体の冷却はマンドレル内へ種々の温度の冷
水（−20℃〜30℃）を注入し、循環させると共
に、真空槽内に大気を導入して放冷すればよい。
大気導入により、マンドレルからの熱伝達能が著
しく向上し、真空槽内が大気圧と等しくなると同
時に基体の温度はマンドレル冷水温度と一致す
る。 時効硬化型Al合金（硬度60Hv）を主体として
用いた時の感光層表面の鉛筆硬度と冷却速度との
間には第５図に示すような関係がある。なおこの
とき使用した時効硬化型Al合金の組成はAl−
（0.20−0.60％）Si−（0.45−0.9）Mg（JIS記号Ａ
−6063）である。 第５図から明らかなように感光層の表面硬度を
鉛筆硬度で5H以上の硬さにするには冷却速度を
５℃／分以上にする必要があることがわかる。 また基体及び感光層の冷却は冷却媒体として冷
水の他、液体窒素、液体Heなどの極低温冷媒の
適用が可能であり、冷却気体としては空気の他窒
素ガスやAr等の不活性ガスも適用できる。この
表面硬化機構は理論的に必ずしも明らかでない
が、これをSeについて説明すると次のとおりで
ある。Seの蒸着における基板上での成膜過程は、
まず分子状Seとして蒸発したSeが基板上で凝集
し、冷却過定を経て感光層となるが、良好な電子
写真特性を得るためには、基板温度をSeの軟化
温度以上、結晶化開始温度未満に加熱する必要が
ある。したがつてSeの蒸着中において、基体上
に凝集したSeは軟らかい状態であり、その状態
から軟化温度未満の温度へ急冷することにより、
成膜時の内部応力等がそのまま保持され、硬い構
造の感光層となる。また基板はSeの膜中に生ず
る応力の受容体として、すなわち外部応力に対し
て強力でなければらない。このことは基体の機械
的性質が良いこと、換言すると硬度が高いことが
要求される。基体硬度が高いことは基体の機械的
性質を増大することとなり、感光体として優れた
性質を持つこととなる。 なお従来使用されているAl合金基体は非時効
硬化型のもので硬度がビツカース硬度で25−
40Hvのものであるが、このような基体を用いて
も感光層の表面硬度を鉛筆硬度5H以上の硬さに
は、いくら冷却速度を大きくしても、できないこ
とも判明した。 感光層の表面硬度（鉛筆硬度）と印刷における
寿命（kp）、即ちレーザプリンターでの寿命（印
刷ページ数）の間には第６図に示すような関係が
ある。 使用した記録用紙は55Kg紙である。 印刷ページ数は鉛筆硬度が高くなるにしたがい
増加し、１つの感光体で150万ページ以上印刷に
耐えるには5H以上が必要である。このことから
高硬度感光体にすることにより、感光体の寿命が
大巾にのびることが明らかである。 実施例 １ 第３図に示す工程に従い、電子写真感光体を得
た。即ち、電子写真感光体の基体としてJIS−
A6063.Al−（0.20〜0.60）％Si−（0.45〜0.9）％
Mg組成の押出管を用い、所望寸法（φ261.8×
260l）に対し0.5mmの削り代を残して旋盤による
荒加工を施こしたその後、時効硬化熱処理を約
205℃で１時間行つた（ビツカース硬度60Hv）。
その後、基体表面を鏡面に精密加工を行い、所望
の寸法に仕上げ、基体洗浄処理を施こした。次に
感光層（Se）を真空蒸着した。蒸着条件は蒸発
ボード温度300℃、蒸着速度約1μm／分、基体温
度60〜80℃である。蒸着終了後基体と感光層を、
真空槽内の基体ホルダーであるマンドレルへ冷媒
を注入すると共に大気を導入して急冷し（約10
℃／分）、鉛筆硬度5Hの感光層を有する感光体を
得た。 なお、円筒の加工後の偏芯は0.03mm以下であつ
た。 実施例２及び比較例 感光層としてSeを使用し、基体としては、
Hv25〜30の純Al、従来のHv40のAl−（0.05〜
0.20％）Cu−（1.0〜1.5）％MnのAl合金（JIS−
3003）合金、Hv60及び80のAl−（0.45−0.9％）
Mg−（0.20−0.60％）Si合金材料を使用した。 Seの蒸着は実施例１と同様基体回転及び加熱
冷却機構を備えたマンドレル型真空蒸着装置を用
いた。基体ドラムの表面を鏡面に精密加工を施こ
し脱脂洗浄処理を行なつた後Se蒸着を行なつた。
蒸着条件として基板温度をSeの軟化温度以上、
結晶化開始温度未満である60〜80℃に保持し、
Se蒸着速度0.85μm／分〜1.25μm／分の範囲内で
種々の硬度をもつ基体上に真空蒸着した。蒸着完
了後速やかにマンドレル内に冷水を循環させると
共に真空槽内に空気を導入して冷却を行なつて感
光体を作製した。 次に基体硬度、冷却速度及び感光層の鉛筆硬度
試験法による表面硬度の関係を表２に示す。又前
記感光体を高速ノンインパクトプリンタに組込み
印刷試験を行ない。各硬度の感光体について現状
を示す基板硬度Hv40、表面硬度3Hの感光体と耐
機械的損傷及び印刷性を観察対比し、その結果を
表３に示す。

【表】

【表】 前記実験から従来の基体であるビツカース硬度
25から40Hvの基板を用いた場合基体及び感光層
の冷却速度が上昇するに従い表面硬度は増すが５
℃／分以上になると平衡に達し、最大4Hである。
ところが基体硬度が90Hv以上になると冷却速度
の上昇に従い表面硬度は増加し冷却速度５℃／分
と86℃／分では5Hとなり、10.3℃／分では6Hと
なる。したがつて表面硬度は冷却速度と同時に基
体硬度にも大大きく依存し、従来のような軟質な
基体を用いても感光層の表面強度を高めることは
困難であり、高い表面硬度を持つ感光層を得るた
めには基体硬度60Hv以上、冷却速度５℃／分以
上の条件が必要であることが認められる。 印刷試験においては鉛筆硬度2Hの感光体は数
千ページ印刷により感光層表面に傷が発生し、印
刷性能を低下させた。鉛筆硬度3H及び4Hの感光
体は４〜５万ページ付近から傷の発生が見られ、
しだいに印刷性能を低下させた。鉛筆硬度5H及
び6Hの感光体は10万ページ印刷しても感光層表
面への傷の発生がなく、また印刷性能も極めて良
好であつた。 またドラムの偏芯度はドラム長430mmに対し
0.03mm以下であつた。 実施例 ３ 前記時効硬化型Al合金を荒切削加工後、205℃
で60分の時効硬化熱処理を施こした後、外径
φ260、内径φ250の円筒状の所望寸法に精密加工
を行い、洗浄処理を施こした。なお円筒長手方向
の偏芯は0.03mm以下であつた。この基体に有機感
光体であるβ型フタロシアニン顔料（大日本イン
キ社製、フアーネストゲンブルーFGF）２重量
部とブチラール樹脂（ユニオンカーバイト社製、
XYHL）１重量部をキシレンを溶剤とした６重
量％の溶液になるようにして、ボールミル（日本
化学陶業社製）で５時間混練して、電荷発生物質
塗液とし、この塗液を浸漬法で円筒に塗工し、乾
燥して電荷発生物質の層（電荷発生層）を形成し
た。この層の膜厚は、約3μmである。次に熱硬化
型アクリル系重合体を以下の方法により合成し
た。１の三つ口フラスコにかきまぜ機，窒素導
入口，温度計，還流コンデンサーをつけた。この
フラスコに191重量部の乾燥した蒸留キシレンを
入れ、ゆつくり窒素を流しながら136℃に熱する。
135重量部のメタクリル酸メチル、80重量部のア
クリル酸エチル、30重量部のメタクリル酸、55重
量部の ６重量部の過酸化ジ−第３級ブチル及び３重量部
の第３級−ドデシルメルカプタンの混合物を1.75
時間かけて加えた。マントルヒータを調節する
か、又は空気をフラスコの表面に吹きつけて温度
を136℃〜43℃に保ち、65℃まで冷却し、それか
ら100重量部の無水エタノールを加え、熱硬化型
アクリル系重合体溶液を得た。この溶液の固体含
有量は51.3重量％である。 次に上記溶液10重量部に、硬化剤としてエピク
ロルヒドリン−ビスフエノールAAタイプのエポ
キシ樹脂（シエル化学社製、Epon828）２重量部
を加え、更に溶剤としてトルエンを加えて、固体
含有量20重量％にした。この溶液に、下記構造式
の電荷搬送物質（日本感光色素研究所製、NK−
1347）を10重量部を加えて撹拌により完 全に溶解させて、電荷搬送物質塗液を得た。この
塗液を前記電荷発生層上に、浸漬法により塗工を
行い、塗工後、100℃の乾燥機中に30分放置して
溶剤を除去した後、更に乾燥機の温度を上げ、
130℃の雰囲気中に１時間放置して、結着剤樹脂
を硬化させた。こうして得られた電荷搬送層の膜
厚は10μmであつた。この感光体をレーザ・プリ
ンタに装着し、印字試験を行つたところ鮮明な画
像が得れた。特に感光層塗工前の円筒基体の偏芯
が少なく歩留り向上がはかられた。 以上の様に時効硬化型Al合金を基体として、
時効硬化熱処理を施こし、無機あるいは有機の感
光層を有する感光体とすることによつて、基体の
歩留り向上、鮮明な印字、長寿命化がなされる。
従つて無機と有機の複合型感光層等、電子写真方
式の感光層を有する導電性基体に最適であること
が認められる。 以上の説明から明らかなように、基体として時
効硬化型Al合金で表面硬度が60Hv以上のものを
使用することにより得られる電子写真用感光体の
寸法精度が向上し、また基体を円筒状に成形加工
した場合偏芯が著しくなくなり、従つて円筒製造
の歩留りが著しく向上するという効果が得れる。
また、基体硬度をビツカース硬度で60Hv以上、
基体及び感光層の冷却速度を毎分５℃以上の条件
を併用することにより、前記蒸着条件によつて表
面硬度5H以上の従来より高硬度な感光層を有す
る感光体を得ることが可能となり、耐機械的損傷
に強く、印刷性能を低下させず長寿命化をはかる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電子写真用感光体の平板状の
ものの部分断面図、第２図は本発明の電子写真用
感光体の円筒状のものの部分断面図、第３図は本
発明の電子写真用感光体の製造工程の一例を示す
フロー図、第４図は鉛筆硬度試験法を示す概略
図、第５図は冷却速度と感光層の鉛筆硬度との関
係を示す特性図、第６図は感光層の鉛筆硬度と寿
命との関係を示す特性図である。 １……導電性基体、２……感光層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導電性基体上に感光層を設けてなる電子写真
   用感光体において、前記感光層が有機層又はZnO
   層よりなり、前記導電性基体がビツカース硬度で
   60Hv以上である時効硬化型アルミニウム合金か
   らなり、前記感光体の表面硬度が鉛筆硬度試験法
   で5H以上であることを特徴とする電子写真用感
   光体。 ２ 導電性基体上に感光層を設けてなる電子写真
   用感光体において、前記感光層が有機層又はZnO
   層とSe又はSe合金層との積層体よりなり、前記
   導電性基体がビツカース硬度で60Hv以上である
   時効硬化型アルミニウム合金からなり、前記感光
   体の表面硬度が鉛筆硬度試験法で5H以上である
   ことを特徴とする電子写真用感光体。