JPH11133645A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感光体の表面が滑らかになるように研磨のコ
ントロールを行ないながら印字し、感光体ドラムの表面
粗さＲｚを５００オングストローム以下とすることによ
り、多数枚印字後においても像流れを防止して画像品質
を向上する。感光体ドラムの研磨速度を制御することに
より、感光体ドラムにダメージを与えることなく十分な
研磨効果が維持され、画質を悪化させずに像流れを防止
する。 【解決手段】 導電性基板上に、光導電層とａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈからなる表面層とを順次積層したドラム状の電子
写真感光体を使用し、該感光体の表面粗さＲｚを５００
オングストローム以下に研磨する手段を有した画像形成
装置であって、該電子写真感光体の最表面層を、画像の
印字と同時に１０〜１００オングストローム／１万回転
の研磨速度で研磨する画像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ａ−ＳｉＣ：Ｈか
らなる表面層を有する感光体ドラムを用いた電子写真法
による画像形成装置に関するものであり、特に、ａ−Ｓ
ｉ（アモルファスシリコン）系感光体ドラムを適切に使
用することより、画像形成時に発生する像流れを防止し
た画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法においては、感光体の帯電→
画像露光による静電潜像の形成→現像によるトナー像の
形成→転写→定着を一連のプロセスとして画像形成がな
されるが、帯電工程において帯電のための放電が行なわ
れると、この放電によりオゾンが発生する。そして、発
生したオゾンにより空気中の成分が分解されてＮｏｘや
ＳＯｘ等の水溶性のイオン生成物が生じ、このイオン生
成物がＳｉ系感光体ドラム上に付着し、更に大気中の水
分を取り込み複合生成物を生じて感光体ドラムの表面抵
抗を低下せしめる。これにより、感光体ドラムの表面に
描かれた静電潜像のエッジ部で電位の横流れが起こり、
その結果、像流れを生じて印字品質が低下する。従来か
ら、ヒーターを感光体ドラムの内部に設置して加熱し、
感光体表面のイオン生成物が取り込んだ水分を脱離させ
るエネルギーを与え、高湿環境下における感光体ドラム
の抵抗低下を抑える技術は知られており、既に一般化さ
れている。また、研磨剤を混入させたトナーと弾性ロー
ラとからなる研磨システム、或いはその他の研磨システ
ムにより、感光体ドラム上に付着したイオン生成物を研
磨・除去し、感光体ドラム表面の抵抗低下の原因物質そ
のものを除去する技術も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
像流れ対策は必ずしも満足のいくものではなかった。す
なわち、上記のヒーターによる加熱方法は、常時ヒータ
ーを使用する必要があるため、エネルギーを無駄に消費
するという問題がある。また感光体と接触ないしは付着
するトナーの溶融を防ぐために、ヒーターの温度を十分
に上げることができず、完全な像流れ対策を行うことが
できなかった。一方、感光体表面を研磨する方法は、ａ
−Ｓｉ系感光体ドラムの表面層が硬く研磨しにくいた
め、研磨に時間が掛かる等の不都合を生じ、一層の改善
が待たれていた。したがって、本発明は、多数枚印字後
における像流れの発生を防止して画像品質を向上させる
ことを目的とし、併せて、使用ヒーターの温度低下、或
いはヒーター自体の削除を可能とせんとするものであ
る。さらに、本発明は、像流れの防止と共に、長期にわ
たって画質の劣化を防止し、感光体ひいては画像形成装
置の長寿命化を図ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】像流れの発生は、前述の
通り、帯電器の放電により発生したオゾンから生成され
たイオン生成物が、感光体ドラム上に付着することによ
り発生する。このイオン生成物は感光体ドラム表面の
０．１μｍ程度の粗さ構造内に入り込むため、従来の研
磨システムでは十分に取り除くことができなかった。例
えば、従来のａ−ＳｉＣ：Ｈからなる表面層を設けた感
光体ドラムの表面粗さは、約Ｒｚ＝８００オングストロ
ーム程度である。この感光体ドラムに対して、従来の一
般的な研磨剤入りトナーと弾性ローラとを用い、特別な
コントロールを行うことなく多数枚プリントすると、感
光体表面やトナーや転写紙などにより研磨され、表面粗
さが約６００オングストローム程度となる。

【０００５】しかし、この表面粗さのレベルでは感光体
表面に付着したイオン生成物が完全に除去されず、像流
れが発生してしまう。この点については、多数枚プリン
ト後の感光体ドラムを水で拭き取ると像流れが改善され
ることにより、イオン生成物が感光体表面に残っている
ことにその原因がある事を確認した。そこで本発明で
は、多数枚印字時を通して、印字プロセス毎に感光体表
面を滑らかに研磨することにより、イオン生成物の除去
を容易とした。具体的には、本発明では、感光体表面の
粗さをＲｚ＝５００オングストローム以下に研磨する研
磨手段を有した画像形成装置を用い、従来の感光体ドラ
ム、とりわけａ−Ｓｉ系感光体ドラムの表面層の硬度を
低くして、一般的な研磨手段での速やかな研磨を可能と
し、像流れの改善を実現した。さらに、感光体ドラムの
研磨効果を十分に維持したうえで、感光体にダメージを
与えないような研磨速度を設定することで画質を悪化さ
せずに像流れの抑制を実現した。感光体の表面層の硬さ
の調整は、例えば表面層を構成するａ−ＳｉＣ：ＨのＣ
とＳｉとの組成比を調整することによって行なうことが
できる。

【０００６】すなわち、本発明の画像形成装置は、導電
性基板上に、光導電層とａ−ＳｉＣ：Ｈからなる表面層
とを順次積層したドラム状の電子写真感光体を使用し、
該感光体の表面粗さＲｚを５００オングストローム以下
に研磨する手段を有した画像形成装置であって、該電子
写真感光体の最表面層を、画像の印字と同時に１０〜１
００オングストローム／１万回転の研磨速度で研磨する
ことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の画像形成装置
の、特にプリンタの感光体１１周辺のプロセス系を示す
基本構成図である。感光体１１の廻りには、その回転方
向に沿って、帯電器１３、露光源１５、現像ローラー１
７、転写ローラー１９、研磨ローラー２１、クリーニン
グブレード２７、除電器２９が配設されている。感光体
１１に対して帯電器１３により暗下に放電され、感光体
１１の表面が全面均一帯電される。ついで、露光源１５
により画像信号露光がなされ、選択的に電荷がリークし
静電潜像が形成される。

【０００８】ついで、静電潜像は現像ローラー１７によ
り現像剤で現像されて、感光体１１上にトナーによる可
視像が形成される。感光体１１上のトナーは転写ローラ
ー１９により転写紙３１に転写され、転写画像は定着器
（図示せず）により定着されて画像形成が完了する。一
方、転写工程時に転写されずに感光体１１上に残存した
トナー（残存トナー）は、研磨ローラー２１およびクリ
ーニングブレード２７により除去され、トナー回収スク
リュー２５によって図示しない廃棄ボトルへと搬送され
る。また、感光体１１は除電器２９により除電されて初
期状態に戻り、再び帯電工程以降の画像形成プロセスを
繰り返す。前記の如く、上記画像形成プロセスを繰り返
すと、すなわち多数枚の連続印字を行うと、帯電器１３
による放電によってオゾンが発生し、この結果イオン生
成物が感光体１１の表面に付着して、感光体１１の表面
抵抗の低下、ひいては像流れによる画像品質の劣化を招
く。

【０００９】そこで、本発明では、感光体１１の表面の
粗さＲｚを５００オングストローム以下に研磨する研磨
手段を有した画像形成装置を用いる。平均粗さＲｚは、
ＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠し、１００μｍ長さの１０点
平均粗さである。研磨は、感光体１１と接触する各種部
材によって行なうことができ、研磨ローラー２１、クリ
ーニングブレード２７がこれに相当する。また、現像剤
中にトナーと共に研磨剤を配合することにより、上記接
触部材との接触時による研磨が一層助長される。特に本
発明では、感光体１１として特定の硬度の小さい表面層
を有する感光体を用いることにより、一般的な研磨手段
を用いた短時間処理により感光体１１が印字プロセス毎
に研磨されて、滑らかな感光体表面を実現・維持でき、
併せてイオン生成物を除去できる。

【００１０】研磨ローラー２１としては、例えば弾性ロ
ーラーを用いることができ、バネ２３の付勢力で感光体
１１に押圧され、感光体１１の表面を研磨する。研磨ロ
ーラー２１の硬度、線圧、感光体１１との周速度を設定
することにより、研磨の程度は制御できる。研磨剤とし
ては、酸化チタン、アルミナ、シリカなどを現像剤中に
配合できる。

【００１１】感光体１１としては、例えば、図２に層構
成を示したように、導電性基板４１上にキャリア注入阻
止層４３、光導電層４５、ａ−ＳｉＣ：Ｈからなる表面
層４７を順次積層したものが用いられる。導電性基板４
１としては、導電体あるいは導電処理を施した絶縁体が
用いられ、その一例を挙げればＡｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃ
ｕ，Ａｕ等の金属が主に用いられる。

【００１２】光導電層４５としては、Ｓｅ，Ｓｅ−Ｔ
ｅ，Ａｓ₂Ｓｅ₃等のＳｅ合金、ＺｎＯ，ＣｄＳ，ＣｄＳ
ｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物の粒子を樹脂に分散させた分
散型無機感光体、ポリビニルカルバゾール等の有機半導
体材料、あるいはａ−Ｓｉなどが用いられ、特にａ−Ｓ
ｉ（アモルファスシリコン）系感光体が好適である。光
導電層の構成は特に制約がなく、単層型でも、電荷発生
層と電荷輸送層との積層型であっても構わない。さら
に、導電性基体４１と光導電層４５との間の密着性や電
荷注入を阻止するためのキャリア注入阻止層４３を設け
てもよい。

【００１３】表面層ａ−ＳｉＣ：Ｈとしては、適度の研
磨特性ないしは硬度を有するものが用いられる。具体的
には、画像の印字と同時に、ドラム状の感光体の１万回
転当たり１０〜１００オングストローム、好ましくは１
０〜３０オングストロームの研磨速度を実現できる表面
層および研磨手段を用いる。このような研磨特性を満足
するａ−ＳｉＣ：Ｈは、例えば、表面層であるａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ層のＣとＳｉとの元素比率を制御することにより
得ることができる。具体的には、表面層ａ−ＳｉＣ：Ｈ
として、下記化２の元素比率で表わした場合、Ｘが０．
９５≦Ｘ＜１．０の範囲にあるものを用いることが望ま
しい。

【００１４】

【化２】

【００１５】上記範囲のＣ／Ｓｉ比を有するａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ層は、適度の硬度を有し、本発明の研磨特性およ
びイオン生成物の除去効果が得られる。なお、ａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈは、水素化されたアモルファス炭化ケイ素を示
す。表面層の研磨速度は、表面層の研磨特性に応じて、
研磨手段を制御することにより調整でき、例えば、図１
のバネ２３の付勢力を調整することにより研磨ローラー
の押し付け圧力を制御してコントロールできる。また、
トナー中に添加する研磨材量や、他の周辺器機のバラン
スにより微調整できる。このように、感光体ドラムの研
磨効果を十分維持した上で感光体ドラムにダメージを与
えないような研磨速度を設定することにより、画質を悪
化させずに像流れの抑御を実現できる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、感光体の表面が滑らか
になるように研磨のコントロールを行ないながら印字
し、感光体ドラムの表面粗さＲｚを５００オングストロ
ーム以下とすることにより、多数枚印字後においても像
流れを防止して画像品質を向上することができる。ま
た、感光体ドラムの研磨速度を制御することにより、感
光体ドラムにダメージを与えることなく十分な研磨効果
が維持され、画質を悪化させずに像流れを防止できる。
さらにこの結果、ヒーター温度の低下、あるいはヒータ
ーの設置自体を省略しても良好な画像を得ることがで
き、省エネルギー化、長寿命化を達成することが可能と
なる。また併せて、ウォーム時間の短縮という効果も得
られる。

【００１７】

【実施例】

実施例１ 表１および表２に示す成膜条件でプラズマＣＶＤによ
り、図２に示したように、アルミニウム基板上に、ａ−
Ｓｉ：Ｈ：Ｂ：Ｎからなるキャリア注入阻止層、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈからなる光導電層およびａ−ＳｉＣ：Ｈからなる
表面層を形成して、ａ−Ｓｉ系感光体ドラムＡおよびＢ
を作成した。これらドラムＡ，Ｂは表１に示すように共
通の組成の注入阻止層および光導電層を有する。一方、
表面層のＣ／Ｓｉの組成比は表２に示す通り、Ａ，Ｂの
感光体でそれぞれ異なる。なお、作成した感光体は直径
３０ｍｍ、幅２５４ｍｍのドラム状とした。得られた感
光体の物性値を表３に示す。化学組成の測定にはＸＰＳ
表面分析計（Ｘ線電子分光分析計）を、硬度測定には超
微少硬度計（島津製作所製ＤＵＨ−２０１）を用いた。

【００１８】このａ−Ｓｉ系光感体ドラムを用い、図１
に示した装置で反転現像法によりＡ４紙４％印字を行な
った。ここでトナーには研磨剤としてＴｉＯ₂ を混入
し、発泡ウレタン製研磨ローラーにより感光体表面を研
磨する研磨システムを設けた。なお、ドラムヒーターは
使用しなかった。３００００枚印字後までの像流れ（流
れ）、画質の評価結果を表４に示す。像流れは、Ｈ．
Ｈ．環境（３０℃−８０％ＲＨ）８時間放置後の画像で
確認を行った。像流れはランク別で判別し、１を良い
側、５を悪い側、実用レベルを１．５以上と設定した。
画質は、像流れ以外の画像不良の評価とし、３段階評価
（○，△，×）により行った。印字後の感光体ドラムの
表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により、１００
μｍ長さでの１０点平均粗さ（Ｒｚ）を求めた。

【００１９】

【表１】 表１：ドラム成膜条件１ 層の種類 注入阻止層 光導電層 ガス流量*¹ ＳｉＨ₄ (sccm) 130 300 Ｂ₂Ｈ₆ (sccm)*² 0.16％ 0.7ppm ＮＯ (sccm)*² 10.0％ − ガス圧(Torr) 0.43 0.45 基板温度(℃) 290 290 高周波電力(Ｗ)*¹ 133 300 膜厚(μm) 2.5 15.0 成膜速度(μm／Hr) 2.5 5.0 ＊１）ガス流量及び高周波電力の値は１チャンバー分を表す。 ＊２）数値は、ドープ量を示す

【００２０】

【表２】 表２：ドラム成膜条件２（表面層） 感光体の種類 Ａ Ｂ 層の種類 光導電層側 自由表面側 ガス流量*¹ ＣＨ₄(sccm) 208 167 208 ＳｉＨ₄ (sccm)*² 2.5％ 8.3％ 0.4％ ガス圧(Torr) 0.35 基板温度(℃) 290 高周波電力(Ｗ)*¹ 133 膜厚(μm) 0.85 ＊１）ガス流量及び高周波電力の値は、１チャンバー分を表す。 ＊２）数値は、ＣＨ₄ に対する割合（％）を示す。

【００２１】

【表３】 表３：ドラム物性値 感光体の種類 全ドラム Ａ Ｂ 層の種類 界面 自由表面 自由表面 組成(C/Si+C)×100(%) 50 80 97 硬度 Kgf/mm² 420 800 100 表面粗さ(オングストローム) − 900 830

【００２２】

【表４】 表４：３万枚印字後の像流れおよび画質の評価結果 感光体の種類 Ａ Ｂ 研磨速度＊ 10 30 3 10 30 100 130 流 画 流 画 流 画 流 画 流 画 流 画 流 画 印字枚数 れ 質 れ 質 れ 質 れ 質 れ 質 れ 質 れ 質 初期 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 ○ 5000枚 2.5 × 1.5 △ 2.0 △ 1.5 ○ 1.5 ○ 1.5 ○ 1.5 △ 10000枚 4.5 − 1.5 × 4.0 △ 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 × 15000枚 5.0 − 2.0 × 5.0 − 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 × 20000枚 5.0 − 2.0 × 5.0 − 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 × 25000枚 5.0 − 2.0 × 5.0 − 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 × 30000枚 5.0 − 2.5 × 5.0 − 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 ○ 1.0 × 300000枚 − − − − − − − − − − 1.0 ○ − − ＊）研磨速度の単位：オングストローム／１万回転

【００２３】本発明の画像形成装置は、感光体の表面の
硬度を柔らかくし、しかも研磨速度を制御することで、
研磨によるイオン生成物除去効果の向上や、感光体ドラ
ムの表面粗さを印字後早急に滑らかとすることによりイ
オン生成物を付着しにくくする効果の向上が得られ、そ
の結果、表４に示すように、像流れが発生しにく、しか
も長期にわたって良好な画像が得られる画像形成システ
ムが実現できた。本発明の感光体Ｂにおいては、印字開
始と共に表面粗さが急速に滑らかとなり約２０００枚印
字後に表面粗さが５００オングストローム以下となり、
約１０００００枚印字後にほぼ最終値に低下し、３００
０００枚印字後においても安定して良好な印字特性が得
られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の一実施例における、感
光体周辺の基板構成図である。

【図２】本発明で用いられる感光体の一実施例におけ
る、層構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１１ 感光体 １３ 帯電器 １５ 露光源 １７ 現像ローラー １９ 転写ローラー ２１ 研磨ローラー ２３ バネ ２５ トナー回収スクリュー ２７ クリーニングブレート ２９ 除電器 ３１ 電写紙 ４１ 導電性基板 ４３ キャリア注入阻止層 ４５ 光導電層 ４７ 表面層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富家 則夫 三重県度会郡玉城町野篠字又兵衛704番地 19 京セラ株式会社三重工場内 (72)発明者 佐藤 孝幸 三重県度会郡玉城町野篠字又兵衛704番地 19 京セラ株式会社三重工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性基板上に、光導電層とａ−Ｓｉ
   Ｃ：Ｈからなる表面層とを順次積層したドラム状の電子
   写真感光体を使用し、該感光体の表面粗さＲｚを５００
   オングストローム以下に研磨する手段を有した画像形成
   装置であって、該電子写真感光体の最表面層を、画像の
   印字と同時に１０〜１００オングストローム／１万回転
   の研磨速度で研磨することを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記感光体の最表面層の元素比率が化１
   の式（１） 【化１】 として表わした場合、Ｘが０．９５≦Ｘ＜１．０の範囲
   にある請求項１に記載の画像形成装置。