(57)【要約】【課題】  回転軸の耐摩耗性を効果的に向上をさせ、さらに感光体ドラムおよび感光層の熱収縮により生じる寸法のばらつきを容易にかつ効果的に抑えることが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】  外周面にアモルファスシリコン系感光層が形成されている感光体ドラムにおいて、前記感光体ドラムを回転させる回転軸の該感光体ドラムの一側部から突出した部分にアモルファスシリコン系感光層を形成し、さらに前記軸受け部から前記感光体ドラム内壁に向かう放射状のリブを設けた感光体ドラムである。【選択図】図１
2007086588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にアモルファスシリコン系感光層が形成されている感光体ドラムを用いて、該感光体ドラムの回転方向に沿って、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段およびクリーニング手段を配設した画像形成装置であって、
前記感光体ドラムは、その両端部に回転軸受け部と、
該軸受け部に軸支され、前記感光体ドラムを回転軸方向に貫通した回転軸と、
前記感光体ドラムに回転駆動力を入力する回転駆動力入力手段とを有し、
少なくとも前記感光体ドラムから突出した前記回転軸にアモルファスシリコン系感光層が形成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記感光体ドラムは、前記軸受け部から前記感光体ドラムの内壁に向かう放射状のリブを設けていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記回転軸のアモルファスシリコン系感光層の成膜形成と前記感光体ドラムのアモルファスシリコン系感光層の成膜形成とを同時に行うことを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンター等の画像形成装置に関し、特に感光体ドラムの外周面および感光体ドラムの回転軸表面にアモルファスシリコン膜を形成した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリンタ、複写機にて優れた耐摩耗性、光感度特性、また環境面より、電子写真用感光体としてアモルファスシリコン感光体ドラムが普及している。
【０００３】
このアモルファスシリコン感光体ドラムは、アルミニウム、アルミニウム合金からなる円筒状の感光体ドラムの表面にアモルファスシリコン系光導電層を成膜した後に、感光体ドラムの端部にフランジを装着して使用される。
【０００４】
図６に従来のアモルファスシリコン感光体ドラム１２３を示す。図６に示すように、円筒状導電性基体１１４の外周面にアモルファスシリコン系感光層１１６が形成されており、円筒状導電性基体１１４端部にはフランジ１２１が装着される。また、円筒状導電性基体１１４の端部の内面には削り込まれた部分（インロー部１２０）が設けられており、円筒状導電性基体１１４の内径とインロー部１２０の内径との段差にフランジ１２１は挿入されている。また、図６に示すように、アモルファスシリコン感光体表面と感光体に形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を現像するための現像ローラとが所定の間隔を保持するように設けられた接触部材１２２が、アモルファスシリコン感光体１２３の外周面に接触している。その接触部材１２２は、図６に示すように、アモルファスシリコン系感光層１１６が設けられていない感光体端部付近において、アモルファスシリコン感光体ドラム１２３に接触する。
【０００５】
上記従来のアモルファスシリコン感光体ドラム１２３は、円筒状導電性基体１１４を１５０〜３５０℃に加熱しながらアモルファスシリコン系感光層１１６を形成して、作製される。アモルファスシリコン感光体ドラム１２３は、アモルファスシリコン系感光層１１６の形成後、室温に戻される。しかし、この際に、アルミニウム等からなる円筒状導電性基体１１４と、成膜されたアモルファスシリコン系感光層１１６との熱膨張係数に起因する収縮量の差により応力が生じ、円筒状導電性基体１１４の端部が収縮するように変形して、外径および内径が小さくなる。アモルファスシリコン感光体の寸法（例えば外径および内径）は、できる限り一定であることが望ましいが、上記収縮が発生した場合、感光体端部の寸法がばらつくという問題点がある。さらに、このような収縮が発生した結果、フランジ挿入後の振れ精度、外周面で現像剤担持体、帯電ローラ等、該感光体ドラムとのギャップを設定するための接触部材が該円筒状導電性基体１１４に当接する部分の外径寸法精度などが悪くなり、濃度ムラ、帯電ムラ等、画像品質が悪化するという問題点がある。
【０００６】
上記課題に対して、特許文献１および２では、インロー部１２０の寸法または形状を規定して、端部変形に対する対処を行うことが提案を行っている。しかし、特許文献１および２に記載の方法は、円筒状導電性基体１１４の内面に特定の形状を有するインロー部１２０を形成しなければならず、そのようなインロー部１２０の形成にはコストと手間がかかるという問題点がある。また、特許文献３および４では、円筒状導電性基体１１４の内面に放射状連結リブを設けて、導電性基体の剛性を高めることにより、変形に対処する提案を行っている。しかし、アモルファスシリコン感光体ドラムは耐久性に優れ、長寿命ドラムとして活用できるが、長期の使用においては、アモルファスシリコン系感光層１１６の摩耗は少ない一方、感光体ドラムを回転するための回転軸が摩耗するといった問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３５４９６７号公報
【特許文献２】特開平８−１４６６３２号公報
【特許文献３】特開昭６１−１７０７７４号公報
【特許文献４】特開平１０−２２２０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、回転軸の耐摩耗性を効果的に向上をさせ、さらに感光体ドラムおよび感光層の熱収縮により生じる寸法のばらつきを容易にかつ効果的に抑えることが可能な画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、アモルファスシリコン系感光層を回転軸表面に形成し、さらに好ましくは感光体ドラムの内面に放射状連結リブを設けることにより、回転軸の耐摩耗性が向上し、熱収縮により生じる寸法のばらつきの発生を抑制できることを見出して、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の画像形成装置は、以下の構成を有する。
（１）外周面にアモルファスシリコン系感光層が形成されている感光体ドラムを用いて、該感光体ドラムの回転方向に沿って、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段およびクリーニング手段を配設した画像形成装置であって、前記感光体ドラムは、その両端部に回転軸受け部と、該軸受け部に軸支され、前記感光体ドラムを回転軸方向に貫通した回転軸と、前記感光体ドラムに回転駆動力を入力する回転駆動力入力手段とを有し、少なくとも前記感光体ドラムから突出した前記回転軸にアモルファスシリコン系感光層が形成されていることを特徴とする画像形成装置。
（２）前記感光体ドラムは、前記軸受け部から前記感光体ドラムの内壁に向かう放射状のリブを設けていることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
（３）前記回転軸のアモルファスシリコン系感光層の成膜形成と前記感光体ドラムのアモルファスシリコン系感光層の成膜形成とを同時に行うことを特徴とする（１）または（２）に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１１】
上記（１）によれば、アモルフアスシリコン系感光体回転軸にアモルファスシリコン系感光層が形成されていることによって、長寿命な感光体を得ると共に、回転軸の摩耗を効果的に抑制することができる。その結果、部品の交換無しに、長期にわたって優れた画像の形成を可能とする画像形成装置を提供することができる。
上記（２）によれば、前記感光体ドラムが前記軸受け部から前記感光体ドラム内壁に向かう放射状のリブを設けることによって、アモルファスシリコン系感光層形成の際に生じる感光体ドラムと、成膜されたアモルファスシリコン系感光層との熱膨張係数に起因する収縮量の差により生じる感光体ドラムの端部の収縮を効果的に抑制することができる。
上記（３）によれば、前記回転軸の成膜形成と前記感光体ドラムの成膜形成を同時に行うので、製造工数を減らし、かつ成膜条件を容易に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の画像形成装置は、外周面にアモルファスシリコン系感光層が形成されている感光体ドラムを用いて、該感光体ドラムの回転方向に沿って、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段およびクリーニング手段を配設している。帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段およびクリーニング手段は、通常使用されているものが使用可能である。本発明の感光体ドラムについて、図を用いて説明する。図１は、本発明における感光体ドラムの一実施形態を示す概略図である。本発明の感光体ドラム２０は、図１に示すように、円筒状導電性基体としての円筒状の外筒２１と円筒状の軸受け部２２と放射状のリブ２３とが一体的に形成され、感光体ドラム２０を回転させる回転軸２４が軸受け部２２に挿通されてなる。感光体ドラム２０の外周面および回転軸２４の感光体ドラム２０の端部から突出した部分にはアモルファスシリコン系感光層２５が形成されている。このアモルファスシリコン系感光層２５の厚みは、帯電能力、耐圧、暗減衰特性、製造コスト、品質面等により、１０〜４０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍであるのがよい。
【００１３】
図２（ａ）は図１に示す感光体ドラム２０の横断面図であり、図２（ｂ）は縦断面図である。ここでは、感光体ドラム２０に、感光体ドラム２０を回転させる回転軸２４が軸受け部２２に挿通された状態を表している。前記感光ドラム２０の外筒２１および軸受け部２２は、軸受け部２２から外筒２１の内壁に向けて設けられた放射状のリブ２３によって相互に一体的に連結されている。このように一体的な連結からなる成形体は、例えばアルミニウム合金の押出し成形により、容易に製作することができる。なお、特に感光体ドラム外筒２１および軸受け部２２は、強度、重量、放熱性等の関係で、厚さを２〜４ｍｍ程度に形成するのが好ましい。軸受け部２２の長さは、１０〜２０ｍｍが好ましく、感光体ドラム両端部の間にさらに複数設けてもよい。また、図１または２において、放射状リブ２３は周方向に等間隔に３個設けたものを例示したが、２個以上であればいくつ設けても良く、一般的には８個程度までの範囲で任意に設定することができる。また、前記連結リブ２３の寸法は、所望の強度が保持できる範囲であればよい。
【００１４】
感光体ドラム２０を回転軸方向に貫通した回転軸２４は、前記感光体ドラム２０の一端部から突出しており、この突出部分は、前記感光体ドラム２０に回転駆動力を入力する回転駆動力入力手段（図示しない）と結合している。前記回転駆動力入力手段と結合した回転軸２４の突出部分は、その表面にアモルファスシリコン系感光層２５が形成されている。これにより、回転軸２４の摩耗を効果的に抑制することができる。
【００１５】
また、感光体ドラム２０の内部に複数の放射状リブ２３を設けたことによって、感光体ドラム２０に強度を持たせることができる。これにより、感光体ドラム２０の外周面へのアモルファスシリコン系感光層２５の形成工程の際に生じる、アルミニウム等からなる感光体ドラム２０と、成膜されたアモルファスシリコン系感光層２５との熱膨張係数に起因する収縮量の差による外径および内径の変化を抑制することができる。
【００１６】
さらには、感光体ドラム２０と放射状リブ２３と軸受け部２２とを一体成形しているので、感光体ドラム２０の端部に装着するフランジを削除することができ、感光体ドラム２０とフランジのアースを確保するためのアース部材も削除することができ、安価な感光体を提供することができる。
【００１７】
図３は、他の実施形態の感光体ドラム２０ａを表す図である。感光体ドラム２０ａの両端部には樹脂製のフランジ２６及びギア２７が装着されている。感光体ドラム２０ａは、端部にアモルファスシリコン系感光層２５が形成された回転軸２４ａが挿通された状態でケーシング２８内に収められ、回転軸２４ａを前記ケーシング２８の両側壁にケーシング側軸受け２９によって支持されている。感光体ドラム２０ａには回転駆動力入力手段であるモータｍからギア２７に回転力が伝えられる。回転軸２４ａの端部にはアモルファスシリコン系感光層２５が形成されているので、ケーシング側軸受け２９と回転軸２４ａとの接触箇所であっても、回転軸の摩耗を効果的に抑制することができる。
【００１８】
感光体ドラム２０としては、一定の強度と導電性とを有する各種の材料が使用可能であり、例えば、鉄、アルミニウム、銅、スズ、白金、銀、バナジウム、モリブデン、クロム、カドミウム、チタン、ニッケル、パラジウム、インジウム、ステンレス鋼、真鍮などの金属単体、上記金属が蒸着もしくはラミネートされたプラスチック材料、さらにヨウ化アルミニウム、酸化スズ、酸化インジウムなどで被覆されたガラスなどが挙げられる。本発明において、感光体ドラム２０の材料は、軽量で低コストな感光体ドラムを製造することができる点で、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。また、感光体ドラム２０の外径が１５〜２００ｍｍの感光体ドラム２０が適宜使用できる。
【００１９】
（感光体ドラムの製造）
図４を用いて、本発明にかかる感光体ドラムの製造方法を説明する。図４は、感光体ドラムの製造に用いるグロー放電分解装置の概略図である。図４に示すように、グロー放電分解装置１は、円筒状の金属製反応炉２と、円筒状導電性基体３を装着する装着台１３と、基板加熱用ヒーター４と、アモルファスシリコンの成膜に用いられる円筒状のグロー放電用電極板５とを備えており、このグロー放電用電極板５にはガス噴出口６が形成されている。基板加熱用ヒーター４は、円筒状導電性基体３の端部に形成された放射状リブ２３が形成されていない箇所に１２０℃ずつの角度で配置されている。円筒状導電性基体３は回転軸２４が挿通された状態で、装着台１３に設置され、円筒状導電性基体３と回転軸２４が一体に回転するように固定されている。また、グロー放電分解装置１は、金属製反応炉２の内部へガスを導入するためのガス導入口７と、グロー放電により反応させられたガスの残余を排気するためのガス排出口８と、円筒状導電性基体３およびグロー放電用電極板５の間でグロー放電を発生させる高周波電源９とを備えている。金属製反応炉２は、円筒体２ａと蓋体２ｂと底体２ｃとからなり、円筒体２ａと蓋体２ｂとの間、および円筒体２ａと底体２ｃの間にはそれぞれ絶縁リング１０，１１が設けられており、これによって高周波電源９の一方の端子は円筒体２ａを介して円筒状導電性基体３と導通している。また、装着台１３に付設したモータ１２により装着台１３を介して導電性基体３が回転駆動され、これに伴って回転軸２４も回転する。
【００２０】
そして、図４に示すように、アモルファスシリコン生成用ガスをガス導入口７より金属製反応炉２の内部に導入し、ガス噴出口６を介して基板面に噴出し、基板加熱用ヒーター４により円筒状導電性基体３を所定の温度（例えば１５０〜３５０℃、好ましくは２５０〜３５０℃）まで加熱し、さらにグロー放電を発生させて円筒状導電性基体３を回転させることによって、円筒状導電性基体３の外周面にアモルファスシリコン系感光層２５が成膜形成される。このとき、同時に回転軸２４にもアモルファスシリコン系感光層が形成される。かくして上記構成のグロー放電分解装置１により製作した感光体は、図２（ｂ）に示すような成膜状態になり、図１に示すようなアモルファスシリコン感光体ドラム２０が得られる。
【００２１】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明の感光体ドラムをさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
図１に示す感光体ドラムを製造した。ここでは、感光体ドラム外筒２１の外径は３０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、長さは２５４ｍｍでアルミニウム製の感光体ドラムを用いた。軸受け部２２の内径は８ｍｍ、厚さ２ｍｍであった。放射状リブ２３の周方向の間隔は１２０°、リブの幅は３ｍｍ、長さ１８．５ｍｍで、感光体ドラム２０の両側部に設けた。
【００２３】
製造には、図４に示すグロー放電分解装置を用い、感光体ドラム２０の温度を３００℃とし、厚み２μｍのＢ添加アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系キャリア注入阻止層と厚み２０μｍのａ−Ｓｉ系光導電層と厚み０．５μｍのアモルファス・炭化ケイ素（ａ−ＳｉＣ）表面層とを順次成膜形成した。
【００２４】
［比較例１］
図６に示す感光体ドラムを製造した。ここで用いた感光体ドラムは、放射状リブはなく、感光体ドラムの端部にはフランジが挿着されている。また、回転軸にアモルファスシリコン系感光層は形成されておらず、アルミ、ステンレスにニッケルメッキを施したもの、またはステンレスの回転軸を使用した。その他の製造条件等は、実施例１と同様とした。また、端部におけるアモルファスシリコン系感光層が形成されていない部分の寸法Ｌ１は、２０ｍｍとした。
【００２５】
（回転軸硬度の測定）
回転軸硬度については、ビッカーズ硬度計を用いて硬度を測定することにより調べた。測定の結果、ＨＶ硬度で、比較例１の回転軸である、アルミが１０３Ｈｖ、ステンレスにニッケルメッキを施したものが２０１Ｈｖ、ステンレスが２２０Ｈｖ、実施例１で形成されたアモルファスシリコン系感光層が形成された回転軸が１８００Ｈｖと測定された。これにより、本発明にかかるアモルファスシリコンが他の材料と比較して、飛躍的に耐摩耗性が向上していることが確認された。従って、回転軸の軸受け部における摩耗が少なく、感光体ドラムを長期使用した場合であっても、部品の交換が必要ない。
（外径の測定）
製造した感光体ドラムの外径をレーザーマイクロメータを用いて測定し、外径の最大値と外径の最小値との差を計算した。つまり、外径と内径の差が大きい程、感光体ドラムの変形が大きいことを示す。その結果を図５に示す。なお、図５の横軸は、感光体ドラムの端部からの位置を示している。
【００２６】
図５によれば、実施例１では、比較例１と比べて、外径の最大値と外径の最小値との差が小さく、放射状リブが感光体ドラムの変形を抑制していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明における感光体ドラムの一実施形態を示すその一部破断斜視図である。
【図２】（ａ）は図１に示す感光体ドラムの端部付近の横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】本発明における感光体ドラムの他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図４】本発明の感光体ドラムの製造に用いられるグロー放電分解装置の概略図である。
【図５】実施例および比較例で製造した感光体ドラムの外径差を示すグラフである。
【図６】従来のアモルファスシリコン感光体を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
２０  感光体ドラム
２１  感光体ドラム外筒
２２  回転軸受け部
２３  放射状リブ
２４  回転軸
２５  アモルファスシリコン系感光層
【図１】
2007086588.tif 000003
【図２】
2007086588.tif 000004
【図３】
2007086588.tif 000005
【図４】
2007086588.tif 000006
【図５】
2007086588.tif 000007
【図６】
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