JPH1173076A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高湿環境下で耐刷をおこなっても安定的に画像
流れが生じなく、さらに３０万回以上の耐刷ができる長
寿命かつ長期信頼性の画像形成装置を提供する。 【解決手段】ドラム状導電性基板１上に光導電層２と水
素化アモルファスシリコンカーバイドからなる表面層３
とが順次積層された感光体８と、コロナ帯電器９と、露
光器１０と、現像機１２と、転写器１４と、クリーニン
グ手段１５と、感光体８の表面層３を接触し研磨せしめ
る研磨シートａを配設した画像形成装置７。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は導電性ドラム状基板
上に光導電層と水素化アモルファスシリコンカーバイド
からなる表面層とを積層した電子写真用感光体を搭載
し、しかも、この感光体の表面を研磨するシートを配設
した画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の複写機やプリンタなどの
画像形成装置に搭載される感光体には、電子写真特性、
すなわち帯電能・光感度・残留電位などの電位特性およ
び画像濃度・解像度・コントラスト・階調性などの画像
特性が良好であるとともに、それらの安定性ならびに耐
磨耗性・耐刷性・耐環境性・耐薬品性などの耐久性に優
れていることが求められる。そのような優れた特性を実
現するためには、光導電層上に被覆形成される表面層が
大きな役割を果している。

【０００３】この表面層にはアモルファスシリコンカー
バイド（以下、アモルファスシリコンカーバイドをａ−
ＳｉＣと略記する）からなる層が、優れた電気的特性・
光学的特性・画像特性・高硬度に基づく耐久性などを有
している点で注目されている。さらにａ−ＳｉＣ表面層
とアモルファスシリコン系光導電層（以下、アモルファ
スシリコンをａ−Ｓｉと略記する）とを組み合わせた感
光体が、すでに実用化されている。

【０００４】しかしながら、この層構成の感光体を画像
形成装置に搭載して、とくに高湿環境下で耐刷をおこな
った場合には、画像流れと呼ばれる画像不良が生じると
いう問題点があった。

【０００５】この画像流れは、コロナ放電により生成さ
れる硝酸イオンやアンモニウムイオン等の放電生成物が
ａ−ＳｉＣ表面層に吸着され、それらが高湿環境下で大
気中の水分を吸収したり、あるいはａ−ＳｉＣ表面層の
表面にあるＳｉ原子がコロナ放電により酸化されること
で、その表面の親水性が高くなり、吸湿性が高くなっ
て、表面層の電気抵抗が低下し、これによって表面層上
に形成された静電潜像の電荷が表面方向に移動して静電
潜像のパターンが維持されなくなって引き起こされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】かかる画像流れの発生
を防止するために、ヒーターを用いて感光体を加熱し
て、表面層に吸着された水分を飛散させる技術が提案さ
れ、すでに実用化されている。

【０００７】しかしながら、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
消費電力が増加したり、さらには装置自体の設計が複雑
になるなどの問題点があり、そこで、感光体加熱をおこ
なわなくとも画像流れが発生しない感光体が求められて
いた。

【０００８】このような要求に応じるために、現像剤に
アルミナ、酸化チタン、シリコンカーバイドなどの研磨
剤を添加し、これによって感光体表面を研磨する技術が
提案されている。しかし、この技術によれば、画質や研
磨力の安定性を考慮すると非常に複雑であり、たとえば
現像剤特性であるＴ／Ｃ等は環境や研磨剤の添加量など
により変動し、繰り返し特性が劣化し、そのために簡便
な方法が求められている。

【０００９】そこで、本発明者は上記事情に鑑みて鋭意
研究に努めたところ、感光体表面を研磨シートを用い
て、しかも、所定の研磨スピードで研磨させると画像流
れが生じなくなることが知見した。

【００１０】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、その目的は高湿環境下で耐刷をおこ
なっても安定的に画像流れが生じない画像形成装置を提
供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、感光体加熱を不要と
して、低コストを達成した画像形成装置を提供すること
にある。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、３０万回以上
の耐刷ができる長寿命かつ長期信頼性の画像形成装置を
提供することにある。

【００１３】なお、フリースを用いて感光体表面を研磨
する技術が特公平３−２２６３３号および特公平１−３
３８２６号に提案されているが、この技術によれば、フ
ィルミングを称されるトナー融着層を除去するためのも
のである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、ドラム状基板上に光導電層と水素化アモルファスシ
リコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）からなる表面層と
が順次積層された感光体と、感光体の表面に電荷を付与
する帯電手段と、感光体の帯電領域に対して光照射する
露光手段と、これら帯電手段と露光手段とにより感光体
表面に形成された静電潜像に対してトナー像を感光体の
表面に形成する現像手段と、このトナー像を被転写材に
転写する転写手段と、転写後に感光体表面の残留トナー
を除去するクリーニング手段と、転写後に残余静電潜像
を除去する除電手段と、上記感光体の表面層に接触し該
表面層を研磨せしめる研磨シートとを配設したことを特
徴とする。

【００１５】また、本発明の他の画像形成装置は、上記
本発明の画像形成装置において、感光体３万回の回転に
対し３０〜３００Åの厚みで感光体の表面層が研磨され
るように、前記研磨シートがＪＩＳ粒度＃２００〜８０
０の研磨砥粒からなることを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】感光体の層構成について 図１および図２は本発明の画像形成装置に搭載する感光
体Ａ、Ｂの典型的な層構成を示す。図１の感光体Ａにお
いて、１は導電性基板、２は光導電層、３は表面層であ
って、この表面層３をａ−ＳｉＣ：Ｈにより構成する。
また、感光体Ｂにおいては、感光体Ａに対し、さらに導
電性基板１と光導電層２との間にキャリア注入阻止層４
を設けている。

【００１７】上記導電性基板１には、アルミニウム（Ａ
ｌ）あるいはＳＵＳ・Ｚｎ・Ｃｕ・Ｆｅ・Ｔｉ・Ｎｉ・
Ｃｒ・Ｔａ・Ｓｎ・Ａｕ・Ａｇなどの金属材料や、それ
らの合金材料などの導電部材、もしくは樹脂やガラス・
セラミックスなどの表面に上記金属やＩＴＯ・ＳｎＯ₂
などの透明導電性材料による導電性膜を蒸着などにより
形成して導電処理したものを用いる。就中、Ａｌ合金材
料を用いると、低コストとなり、しかも、軽量化でき
る。

【００１８】光導電層２には、ａ−Ｓｉ系もしくはａ−
ＳｅやＳｅ−Ｔｅ・Ａｓ₂ Ｓｅ₃ などのａ−Ｓｅ系、あ
るいはＺｎＯ・ＣｄＳ・ＣｄＳｅなどのII−VI族化合
物、さらに、これらを粒子化し、それを樹脂に分散させ
たもの、そして、ＯＰＣ系などの感光体材料も用いるこ
とができる。就中、ａ−Ｓｉもしくはａ−ＳｉにＣ・Ｎ
・Ｏなどを加えた合金のａ−Ｓｉ系材料を用いると、高
い光感度特性・高速応答性・繰り返し安定性・耐熱性・
耐久性などの優れた電子写真特性が安定して得られ、さ
らにａ−ＳｉＣ：Ｈ表面層３との整合性に優れるという
点で好ましい。

【００１９】キャリア注入阻止層４は光導電層２の材料
に応じて種々のものを用いることができるが、光導電層
２にａ−Ｓｉ系材料を用いた場合であれば、キャリア注
入阻止層４にもａ−Ｓｉ系の材料を使用すると、導電性
基板１と光導電層２との密着性に優れるとともに良好な
電子写真特性が得られる。また、ａ−Ｓｉ系光導電層２
と比べて、より多くのIIIa族元素やＶa 族元素を含有さ
せて導電型を調整したり、多くのＣ・Ｎ・Ｏを含有させ
て高抵抗化するとよい。

【００２０】かくして上記構成のａ−ＳｉＣ：Ｈ表面層
３を設けると、優れた電気的特性・光学的特性・画像特
性・高硬度に基づく耐久性などを有するが、その反面、
高湿環境下で耐刷をおこなうと画像流れが生じやすい。
そこで、本発明の画像形成装置においては、研磨シート
を配設して、表面層３を研磨し、この問題点を解決して
いる。

【００２１】感光体の好適例について また、本発明に使用する感光体Ａ、Ｂにおいて、ａ−Ｓ
ｉＣ：Ｈ表面層３の元素比率を組成式ａ−Ｓｉ
_1-x Ｃ_x ：Ｈと表したときにｘ値を０．９５≦ｘ＜１．
００、好適には０．９６≦ｘ＜０．９８にして、さらに
自由表面の動的押し込み硬さを４５〜２２０ｋｇｆ／ｍ
ｍ² にするとよい。

【００２２】ｘ値を０．９５以上にすることで、硬度が
小さくなって表面が削れやすくなり、常にフレッシュな
面があらわれ、ｘ値を１未満にすることで動的押し込み
硬さが４５ｋｇｆ／ｍｍ² 以上にすることが容易とな
り、さらに電気特性の低下が防止できる。

【００２３】また、自由表面の動的押し込み硬さを４５
〜２２０ｋｇｆ／ｍｍ² 、好適には５０〜２００ｋｇｆ
／ｍｍ² 、最適には６０〜１５０ｋｇｆ／ｍｍ² にする
のが望ましい。動的押し込み硬さで２２０ｋｇｆ／ｍｍ
² 以下にしているので、複写プロセス毎にクリーニング
手段などにより表面を適度に研磨して、表面層に吸着し
た放電生成物などの除去がおこなわれ、他方、その硬度
を動的押し込み硬さで４５ｋｇｆ／ｍｍ² 以上としたこ
とで、複写プロセス毎の研磨による削れ量が大きくなり
過ぎることがない。

【００２４】このようなａ−ＳｉＣ：Ｈ表面層３を成膜
形成するには、たとえば原料ガスとしてシランガス（Ｓ
ｉＨ₄ ）などのＳｉ含有ガスと、メタンガス（ＣＨ₄ ）
などのＣ含有ガスとを用いてグロー放電分解法により作
製する場合であれば、Ｓｉ含有ガスに対するＣ含有ガス
の比率を大きくするか、あるいは成膜形成時のガス圧力
を高くすると、硬度が小さくなる傾向にある。また、原
料ガスの水素ガスによる希釈率を大きくする、放電電力
を大きくする、あるいは基板温度を高くすると、硬度が
大きくなる傾向にある。

【００２５】ＳｉＨ₄ ガスとＣＨ₄ ガスとを用いてグロ
ー放電分解法により成膜した場合、ＣＨ₄ ／ＳｉＨ₄ ガ
ス比を９５％以上に、Ｈ₂ ガスによる希釈率を０〜５０
％に、成膜形成時のガス圧力を０．２５〜０．５０ Tor
r 程度に、１３．５６MHz または１３．５６MHz を１ k
Hzでパルス変調した高周波電力を感光体１本当たり１０
０〜２５０Ｗ程度に印加し、さらに基板温度を２２０〜
３００℃程度にすると、上記表面層３に好適なａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ層が得られた。

【００２６】また、上記表面層３の厚みは、０．４〜
１．２μｍ、好適には０．５〜０．８μｍにするのがよ
い。この厚みが０．４μｍ未満の場合には、耐久性が不
十分となり、耐刷枚数の増加に伴い画像にスジ等の画像
不良が発生する傾向があり、１．２μｍを超える場合は
残留電位が高くなり、画像のカブリ等が発生する傾向が
ある。

【００２７】以上のとおり、上記構成の感光体Ａ、Ｂに
よれば、その表面層３をａ−ＳｉＣ：Ｈにより構成し、
その元素比率を組成式ａ−Ｓｉ_1-x Ｃ_x ：Ｈでｘ値で
０．９５≦ｘ＜１．００に、自由表面の動的押し込み硬
さを４５〜２２０ｋｇｆ／ｍｍ² にすることで、それ自
体の耐久性を維持しつつ、表面層３に吸着した種々の付
着物あるいは表面の酸化変質した部分が除去され、常に
フレッシュな表面を確保でき、その結果、感光体Ａ、Ｂ
に対する加熱を必要とせずに、高湿環境下における画像
流れを防止することができる。

【００２８】さらに各感光体Ａ、Ｂに対し、その表面層
３に代えて、その硬度を光導電層２との界面側から自由
表面側に向かって漸次小さくしたａ−ＳｉＣ：Ｈ表面層
にしてもよい。

【００２９】すなわち、ａ−ＳｉＣ：Ｈ表面層３の硬度
を光導電層２との界面側から自由表面側に向かって漸次
小となるように変化させた場合には、そのような感光体
を使用し始めた初期の段階において、表面層３の表面に
存在する微細な凹凸状の凹部に入り込んだ放電生成物
を、その凹凸を平坦化することで除去することができ、
そして、耐刷をおこなうにしたがって、その凸部が徐々
に削れて凹凸自体が小さくなり、これによって表面に吸
着した放電生成物が除去されやすくなり、これに伴って
表面層の硬度が大きくなり、そのために研磨による削れ
量が小さくなり、表面への傷付きが防止され、その結
果、優れた電子写真特性が長期にわたって保持できる。

【００３０】このように硬度を変化させるには、たとえ
ばグロー放電分解法によって成膜形成する場合、表面層
３の光導電層２との界面側から自由表面側に向かって、
原料ガスにおけるＳｉ含有ガスに対するＣ含有ガスの比
率を漸次大きくしてＣ含有量を増加させる、あるいは成
膜形成時のガス圧力を漸次高くする、原料ガスの水素ガ
スによる希釈率を漸次小さくする、放電電力を漸次小さ
くする、基板温度を漸次低くする、あるいはこれらの条
件を組み合わせるといった種々の手段を採用すればよ
い。

【００３１】画像形成装置について 図３は本発明のプリンター構成の画像形成装置７であ
り、８は感光体であり、この感光体８の周面に帯電手段
であるコロナ帯電器９と、その帯電後に光照射する露光
手段である露光器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
像手段である現像機１２と、そのトナー像を被転写材１
３に転写する転写手段である転写器１４と、その転写後
に感光体表面の残留トナーを除去す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、さらに感光体表面を研磨する研磨機構
６を設けた構成である。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。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。

【００３２】このカールソン法は次の〜の各プロセ
スを繰り返し経る。 感光体８の周面をコロナ帯電器９により帯電する。 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。 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。 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。 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。 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。

【００３３】上記研磨機構６はバックロール方式を呼ば
れるように、研磨シートａと圧接ローラｂと回転ローラ
ｃとからなり、研磨シートａが巻き付けられた回転ロー
ラｃより、その研磨シートａを引出し、さらに圧接ロー
ラｂと感光体８との間を通し、圧接ローラｂを感光体８
に圧力を加えながら、研磨シートａでもって感光体８の
表面を研磨する。圧接ローラｂについては、強制的に回
転駆動させなくてもよいが、回転駆動させる場合には感
光体８の回転方法に対し、逆回転させるとよい。

【００３４】上記研磨シートａはポリエステル樹脂をベ
ースにした基材フィルムの上に研磨砥粒を接着剤（高分
子樹脂）とともに塗布したものであって、その研磨砥粒
は炭化珪素、酸化クロム、酸化鉄などからなり、ＪＩＳ
粒度♯２００〜♯８００のものがよい。

【００３５】そして、感光体８の表面層３の研磨の度合
いを、感光体３が３万回回転することで、３０〜３００
Åの厚みで研磨されるように設定するのが望ましい。こ
のように設定するには、たとえば押し圧や研磨シート送
り速度、ドラム回転速度、さらに研磨シートの研磨材、
粒度、バインダの硬さなどで調整する。

【００３６】なお、本発明の画像形成装置においては、
バックロール方式の研磨機構６を採用したが、その他に
研磨テープにテンションを与えて研磨するテンション方
式を用いてもよい。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の画像形成装置の実施例を述べ
る。 （例１）本例では、感光体Ｂを使用した画像形成装置７
の作製例を示す。導電性基板１として、アルミニウム合
金からなる外径３０ｍｍ、長さ２５４ｍｍの引き抜き管
の外周面を鏡面加工して洗浄したものを用意し、これを
グロー放電分解成膜装置にセットして、表１に示す成膜
条件によりキャリア注入阻止層４、光導電層２および表
面層３（ａ−Ｓｉ_1-x Ｃ_x ：Ｈでｘ値０．９５、自由表
面の動的押し込み硬さ１００ｋｇｆ／ｍｍ² ）を順次積
層した。

【００３８】

【表１】

【００３９】上記感光体Ｂの表面層について、光導電層
２との界面および自由表面のそれぞれ一部を５ｍｍ角に
切り出して、各組成をＸＰＳ分析（Ｘ線光電子分光分
析）により求め、さらに感光体Ｂの表面層について、自
由表面と光導電層２との界面における動的押し込み硬さ
を、超微小硬度計（島津製作所製ＤＵＨ−２０１）を用
いて測定したところ、表２に示す結果が得られた。

【００４０】

【表２】

【００４１】かくして得られた感光体Ｂを、それぞれヒ
ーターレスの電子写真プリンタ（京セラ製ＦＳ−３５５
０）に搭載し、そして、研磨機構６に対して、圧接ロー
ラの押し圧を変えることで、研磨速度を幾とおりにも変
え、これのよって耐刷途中の各段階で画像評価をおこな
って、画像流れと画像劣化の発生状況を、さらに表面層
の削れ量も併せて評価／測定したところ、表３に示すよ
うな結果が得られた。なお、この感光体Ｂのような小型
のものでは、３０万枚の寿命を有していることで、実用
上十分な耐久性が得られる。

【００４２】画像流れの評価については、まず電子写真
プリンタから感光体を加熱するためのヒーターを取り除
き、そして、この電子写真プリンタを、感光体に対する
耐刷途中の各段階において高温高湿環境下（32℃、85％
ＲＨ）に８時間放置し、その後に画像形成を行なって、
画像流れの発生状況について評価した。さらに、画像キ
ズの発生などの画像劣化についても評価した。

【００４３】これら画像流れや画像劣化が認められない
場合を〇印で、わずかに発生が認められた場合を△
印で、実用上支障がある程度に発生が認められた場合を
×印で表した。

【００４４】

【表３】

【００４５】この表から明らかなとおり、本発明の画像
形成装置であれば、画像流れや画像劣化が認められず、
常に良好な画像品質の記録画像が得られた。また、画像
濃度の低下やかぶりの発生・コントラストの低下・解像
度の低下などの問題もなかった。

【００４６】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、ドラム
状基板上に光導電層とａ−ＳｉＣ：Ｈからなる表面層と
が順次積層された感光体を備えた画像形成装置に対し、
感光体の表面層を接触し研磨せしめる研磨シートを配設
したことで、高湿環境下で耐刷をおこなっても安定的に
画像流れが生じなくなり、さらに３０万回以上の耐刷が
できる長寿命かつ長期信頼性の高性能な画像形成装置が
提供できた。

【００４７】また、本発明の画像形成装置においては、
感光体に対する加熱を不要として、これによって低コス
トを達成した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置に搭載する感光体の典型
的な層構成を示す断面図である。

【図２】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。

【図３】本発明の画像形成装置の概略図である。

【符号の説明】 Ａ、Ｂ 感光体 １ 導電性基板 ２ 光導電層 ３ 表面層 ４ キャリア注入阻止層 ６ 研磨機構 ａ 研磨シート ｂ 圧接ローラ ｃ 回転ローラ ７ 画像形成装置 ８ 感光体 ９ コロナ帯電器 １１ トナー １２ 現像機 １３ 被転写材 １４ 転写器 １５ クリーニング手段 １６ 除電手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドラム状基板上に光導電層と水素化アモル
   ファスシリコンカーバイドからなる表面層とが順次積層
   された感光体と、該感光体の表面に電荷を付与する帯電
   手段と、感光体の帯電領域に対して光照射する露光手段
   と、これら帯電手段と露光手段とにより感光体表面に形
   成された静電潜像に対してトナー像を感光体の表面に形
   成する現像手段と、上記トナー像を被転写材に転写する
   転写手段と、該転写後に感光体表面の残留トナーを除去
   するクリーニング手段と、転写後に残余静電潜像を除去
   する除電手段と、上記感光体の表面層に接触し該表面層
   を研磨せしめる研磨シートとを配設したことを特徴とす
   る画像形成装置。
2. 【請求項２】感光体３万回の回転に対し３０〜３００Å
   の厚みで感光体の表面層が研磨されるように、前記研磨
   シートがＪＩＳ粒度＃２００〜８００の研磨砥粒からな
   ることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。