具体实施方式
以下,关于本发明,以形成电子照相感光体的情况为例,参照附图用第一实施方式及第二实施方式进行说明。
首先,关于本发明的第一实施方式,参照图1~图6进行说明。
图1所示的电子照相感光体1在圆筒状基体10的外周面依次层叠形成有电荷注入阻止层11、光导电层12及表面层13。
圆筒状基体10作为感光体的支承母体,至少表面形成有具有导电性的物质。该圆筒状基体10例如由铝(Al)、不锈钢(SUS)、锌(Zn)、铜(Cu)、铁(Fe)、钛(Ti)、镍(Ni)、铬(Cr)、钽(Ta)、锡(Sn)、金(Au)、银(Ag)等金属材料或含有例示金属材料的合金材料以整体具有导电性形成。圆筒状基体10还可以在树脂、玻璃、陶瓷等绝缘体表面覆盖由例示金属材料、或ITO及SnO2等透明导电性材料形成的导电性膜。例示材料中,作为用于形成圆筒状基体10的材料,最好是采用Al系材料,另外,优选是由Al系材料形成圆筒状基体10的整体。这样一来,可轻量且低成本地制造电子照相感光体1,而且,当由a-Si系材料形成电荷注入阻止层11和光导电性层12时,这些层和圆筒状基体10之间的密接性提高,能够提高可靠性。
电荷注入阻止层11用来阻止来自圆筒状基体10的载流子(电子)的注入,例如由a-Si系材料形成。该电荷注入阻止层11例如在a-Si中作为掺杂剂含有硼(B)、氮(N)或氧(O)而形成,其厚度为2μm以上10μm以下。
光导电层12用来利用激光等光照射产生载流子,例如由a-Si系材料或Se-Te、As2Se3等a-Se系材料形成。其中,在考虑电子照相特性(例如光导电性特性、高速响应性、反复稳定性、耐热性或耐久性)及由a-Si系材料形成表面层13时与表面层13的整合性的情况下,优选是光导电层12由a-Si或在a-Si中添加了碳(C)、氮(N)、氧(O)等的a-Si系材料形成。另外,光导电层12的厚度根据使用的光导电性材料及要求的电子照相特性适宜设定即可,当采用a-Si系材料形成光导电层12时,光导电层12的厚度例如为5μm以上100μm以下,最好为10μm以上80μm以下。
表面层13用来保护电子照相感光体1的表面,例如由a-SiC及a-SiN等a-Si系材料或a-C等形成,以使能够耐受图像形成装置内由于滑动磨擦造成的磨削。该表面层13相对于照射的光具有足够大的光学频带间隙,以使向电子照相感光体1照射的激光等光不会被吸收,另外还具有能够保持图像形成中的静电潜像的电阻值(一般为1011Ω·cm以上)。
电子照相感光体1中的电荷注入阻止层11、光导电层12及表面层13采用例如图2及图3所示的等离子体CVD装置2而形成。
等离子体CVD装置2将支承体3收容在真空反应室4中,还具备旋转装置5、原料气体供给装置6和排气装置7。
支承体3用来支承圆筒状基体10,同时作为第一导体发挥功能。该支承体3形成具有凸缘部30的中空状,同时由与圆筒状基体10同样的导电性材料以整体为导体形成。支承体3形成能够支承2个圆筒状基体10的长度尺寸,相对于导电性支柱31拆装自如。从而,支承体3不会与支承的2个圆筒状基体10表面直接接触,能够相对于真空反应室4进行2个圆筒状基体10的进出。
导电性支柱31由与圆筒状基体10同样的导电性材料以整体为导体形成,在真空反应室4(后述的圆筒状电极40)的中心,经由绝缘件32相对于后述的板42进行固定。在导电性支柱31上经由导板33连接直流电源34。该直流电源34由控制部35控制其动作。控制部35的构成是控制直流电源34,从而经由导电性支柱31向支承体3供给脉冲状直流电压(参照图5及图6)。
在导电性支柱31内部经由陶瓷管36收容加热器37。陶瓷管36用来确保绝缘性及热传导性。加热器37用来加热圆筒状基体10。作为加热器37能够使用例如镍铬耐热合金线和盒式加热器等。
在此,支承体3的温度例如通过安装在支承体3或导电性支柱31上的热电偶(省略图示)监控,根据该热电偶的监控结果,使加热器37接通断开,从而圆筒状基体10的温度被维持在目标范围、例如从200℃以上400℃以下选择的一定范围内。
真空反应室4是用来对圆筒状基体10形成沉积膜的空间,由圆筒状电极40及一对板41、42限制。
圆筒状电极40作为第二导体发挥功能,形成包围支承体3周围的圆筒状。该圆筒状电极40由与圆筒状基体10同样的导电性材料形成中空,经由绝缘构件43、44与一对板41、42接合。
圆筒状电极40形成支承在支承体3上的圆筒状基体10和圆筒状电极40之间的距离D1为10mm以上100mm以下这样的大小。这是因为,圆筒状基体10和圆筒状电极40之间的距离D1小于10mm时,不能在圆筒状基体10相对于真空反应室4的进出等中充分确保作业性,另外在圆筒状基体10和圆筒状电极40之间难以获得稳定的放电,反之,圆筒状基体10和圆筒状电极40的距离D1大于100mm时,装置2变大,每单位设置面积的生产率变差。
圆筒状电极40设有气体导入口45及多个气体吹出孔46,同时在其一端接地。还有,圆筒状电极40不一定必须接地,也可以与独立于直流电源34的基准电源连接。将圆筒状电源40与独立于直流电源34的基准电源连接时,基准电源上的基准电压当对支承体3(圆筒状基体10)施加负的脉冲状电压(参照图5)时设定为-1500V以上1500V以下,当对支承体3(圆筒状基体10)施加正的脉冲状电压(参照图6)时设定为-1500V以上1500V以下。
气体导入口45用来向真空反应室4导入要供给的原料气体,与原料气体供给装置6连接。
多个气体吹出孔46用来将导入到圆筒状电极40内部的原料气体向圆筒状基体10吹出,在图中上下方向以等间隔配置,同时在周方向也以等间隔配置。多个气体吹出孔46形成同一形状的圆形,其孔径例如为0.5mm以上2.0mm以下。当然,关于多个气体吹出孔46的孔径、形状及配置可适宜变更。
板41能够选择开放真空反应室4的状态和闭塞真空反应室4的状态,通过开闭板41可使支承体3相对于真空反应室4进出。板41由与圆筒状基体10同样的导电性材料形成,不过在下面侧安装有防附板47。从而,防止相对于板41形成沉积膜。该防附板47也由与圆筒状基体10同样的导电性材料形成,防附板47相对于板41拆装自如。因此,防附板47可从板41上拆下进行清洗,能够反复使用。
板42作为真空反应室4的底座,由与圆筒状基体10同样的导电性材料形成。夹在板42和圆筒状电极40之间的绝缘构件44具有抑制在圆筒状电极40和板42之间产生电弧放电的作用。这种绝缘构件44例如能够由玻璃材料(硼硅酸玻璃、碱玻璃、耐热玻璃等)、无机绝缘材料(陶瓷、石英、蓝宝石等)或合成树脂绝缘材料(特氟隆(注册商标)等氟树脂、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、维尼纶、环氧、聚酯树脂、PEEK材料等)形成,不过,只要是具有绝缘性、在使用温度下具有足够的耐热性、在真空中气体释放少的材料即可,并没有特别限定。其中,为了防止绝缘构件44在由于随着成膜体的内部应力及成膜时的温度上升而产生的双金属效应而引起应力的作用下产生翘曲,导致不能使用,具有一定以上厚度形成。例如,当由特氟隆(注册商标)这样的热膨胀率3×10-5/K以上10×105/K以下的材料形成时,绝缘构件44的厚度设定为10mm以上。当在这样的范围设定绝缘构件44的厚度时,由在绝缘构件44和圆筒状基体10上形成的10μm以上30μm以下的a-Si膜的界面上产生的应力引起的翘曲量,相对于水平方向(与圆筒状基体10的轴方向大致正交的半径方向)的长度200mm而言,水平方向的端部和中央部的轴方向上的高度差能够在1mm以下,可反复使用绝缘构件44。
在板42及绝缘构件44上设有气体排出口42A、44A及压力计49。排气口42A、44A用来排出真空反应室4内部的气体,与排气装置7连接,压力计49用来监控真空反应室4的压力,能够使用众所周知的装置。
如图4所示,旋转装置5用来使支承体3旋转,具有旋转马达50及旋转力传递机构51。当依靠旋转装置5旋转支承体3进行成膜时,支承体3与圆筒状基体10同时旋转,从而能够相对于圆筒状基体10的外周均匀地沉积原料气体的分解成分。
旋转马达50对圆筒状基体10赋予旋转力。该旋转马达50进行动作控制以使例如圆筒状基体10在1rpm以上10rpm以下进行旋转。作为旋转马达50能够使用众所周知的各种装置。
旋转力传递机构51用来向圆筒状基体10传递·输入来自旋转马达50的旋转力,具有旋转导入端子52、绝缘轴构件53及绝缘平板54。
旋转导入端子52用来一面保持真空反应室4内的真空一面传递旋转力。作为这种旋转导入端子52能够使旋转轴成为二重或三重结构、采用油密封和机械密封等真空密封装置。
绝缘轴构件53及绝缘平板54用来维持支承体3和板41之间的绝缘状态且向支承体3输入来自旋转马达50的旋转力,例如由与绝缘构件44等同样的绝缘材料形成。在此,绝缘轴构件53的外径D2在成膜时设定其小于支承体3的外径(后述的上虚设基体38C的内径)D3。更具体地说,成膜时的圆筒状基体10的温度设定为200℃以上400℃以下时,绝缘轴构件53的外径D2设定成使其比支承体3的外径(后述的上虚设基体38C的内径)D3大0.1mm以上5mm以下、最好是3mm左右。为了满足此条件,非成膜时(常温环境下(例如10℃以上40℃以下),绝缘轴构件53的外径D2与支承体3的外径(后述的上虚设基体38C的内径)D3的差设定为0.6mm以上5.5mm以下。
绝缘平板54用来防止拆下板41时从上方落下的灰尘和粉尘等异物附着在圆筒状基体10上,形成具有大于上虚设基体38C的内径D3的外径D4的圆板状。绝缘平板54的直径D4为圆筒状基体10的直径D3的1.5倍以上3.0倍以下,例如当圆筒状基体10采用直径D3为30mm的结构时,绝缘平板54的直径D4为50mm左右。
当设有这样的绝缘平板54时,能够抑制由于附着在圆筒状基体10上的异物引起的异常放电,从而能够抑制成膜缺陷的产生。从而,能够提高形成电子照相感光体1时的成品率、另外还能够抑制使用电子照相感光体1形成图像时的图像不良的产生。
如图2所示,原料气体供给装置6具备多个原料气体罐60、61、62、63、多个配管60A、61A、62A、63A、阀60B、61B、62B、63B、60C、61C、62C、63C及多个质量流控制器60D、61D、62D、63D,经由配管64及气体导入口45与圆筒状电极40连接。各原料气体罐60~63例如填充有B2H6、H2(或He)、CH4或SiH4。阀60B~63B、60C~63C及质量流控制器60D~63D用来调节导入到真空反应室4的各原料气体成分的流量、组成及气体压力。当然,在原料气体供给装置6中,应向各原料气体罐60~63填充的气体种类或多个原料气体罐60~63的数目,按照应在圆筒状基体10上形成的膜的种类或组成适宜选择即可。
排气装置7用来将真空反应室4的气体经由气体排出口42A、44A向外部排出,具备机械增压泵71及回转泵72。这些泵71、72基于压力计49中的监控结果进行动作控制。即,用排气装置7根据压力计49中的监控结果能够将真空反应室4维持在真空,并且能够将真空反应室4的气体压力设定为目标值。真空反应室4的压力例如设定为1.0Pa以上100Pa以下。
接下来,关于采用了等离子体CVD装置2的沉积膜的形成方法,以制作在圆筒状基体10上形成a-Si膜的电子照相感光体1(参照图1)的情况为例进行说明。
首先,在圆筒状基体10上形成沉积膜(a-Si膜)之际,拆下等离子体CVD装置2的板41后,将支承多个圆筒状基体10(图面上为2个)的支承体3配置在真空反应室4内部,再安装板41。
当相对于支承体3支承2个圆筒状基体10时,在外部套有支承体3的主要部分的状态下,在凸缘部30上依次堆起下虚设基体38A、圆筒状基体10、中间虚设基体38B、圆筒状基体10及上虚设基体38C。
作为各虚设基体38A~38C,按照制品的用途选择在导电性或绝缘性基体表面实施导电处理,不过通常使用由与圆筒状基体10同样的材料形成圆筒状的结构。
在此,下虚设基体38A用来调节圆筒状基体10的高度位置。中间虚设基体38B用来抑制由于在邻接的圆筒状基体10端部间产生电弧放电而引起的在圆筒状基体10上产生成膜不良。作为该中间虚设基体38B使用的结构为,其长度具有能够防止电弧放电的最低限的长度(本实施方式中为1cm)以上,其表面侧角部实施倒角,使得用曲面加工形成曲率0.5mm以上或用端面加工切掉部分的轴方向的长度及深度方向的长度为0.5mm以上。上虚设基体38C用来防止在支承体3上形成沉积膜,抑制由于成膜中暂时覆盖的成膜体的剥离而引起的成膜不良的产生。上虚设基体38C成为一部分向支承体3上方突出的状态。
接下来,形成真空反应室4的密闭状态,依靠旋转装置5经由支承体3旋转圆筒状基体10,同时加热圆筒状基体10,利用排气装置7将真空反应室4减压。
圆筒状基体10的加热,例如通过从外部对加热器37供给电力使加热器37发热从而进行。利用这种加热器37的发热,圆筒状基体10升温到目标温度。圆筒状基体10的温度根据应在其表面形成的膜的种类及组成来选择,不过,例如形成a-Si膜时设定为250℃以上300℃以下的范围,基于加热器37的接通断开维持大致一定。
另一方面,真空反应室4的减压,利用排气装置7经由气体排出口42A、44A从真空反应室4排出气体从而进行。真空反应室4的减压程度通过监控压力计49(参照图2)上的真空反应室4的压力、且控制机械增压泵71(参照图2)及回转泵72(参照图2)的动作从而设定在例如10-3pa左右。
接下来,当圆筒状基体10的温度成为要求温度,真空反应室4的压力成为要求压力时,利用原料气体供给装置6向真空反应室4供给原料气体,同时在圆筒状电极40和支承体3之间施加脉冲状直流电压。从而,在圆筒状电极40和支承体3(圆筒状基体10)之间引起辉光放电,原料气体成分被分解,原料气体的分解成分沉积在圆筒状基体10的表面。
另一方面,排气装置7中,通过监控压力计49、且控制机械增压泵71及回转泵72的动作从而将真空反应室4中的气体压力维持在目标范围。即,真空反应室4的内部依靠原料气体供给装置6的质量流控制器60D~63D和排气装置7的泵71、72维持稳定的气体压力。真空反应室4中的气体压力设定在例如1.0Pa以上100Pa以下。
原料气体向真空反应室4的供给,通过适宜控制阀60B~63B、60C~63C的开闭状态、且控制质量流控制器60D~63D,从而将原料气体罐60~63的原料气体以要求的组成及流量经由配管60A~63A、64及气体导入口45导入到圆筒状电极40内部来进行。导入到圆筒状电极40内部的原料气体经由多个气体吹出孔46向圆筒状基体10吹出。并且,利用阀60B~63B、60C~63C及质量流控制器60D~63D适宜切换原料气体的组成,从而在圆筒状基体10表面依次层叠形成电荷注入阻止层11、光导电层12及表面保护层13。
向圆筒状电极40和支承体3之间施加脉冲状直流电压,利用控制部35控制直流电源34从而进行。
一般而言,使用13.56MHz的RF频带以上的高频电力时,在空间中生成的离子核由电场加速,被引向与正·负极性对应的方向,不过,因为在高频交流作用下电场连续反相,所以所述离子核在到达圆筒状基体10或放电电极之前,在空间中反复再结合,再次成为气体或聚硅粉体等硅化合物而被排出。
与之相对,当施加圆筒状基体10侧成为正负某一种极性这样的脉冲状直流电压,将阳离子加速、使其与圆筒状基体10碰撞,利用其碰撞一面溅射成表面细微的凹凸,一面进行a-Si成膜时,获得具有极少凹凸的表面的a-Si。本发明者们将此现象取名为“离子溅射效应”。
这种等离子体CVD法中,要效率好地获得离子溅射效应,必须施加避免极性连续反相这样的电力,除了所述脉冲状矩形波以外,三角波、直流电力、直流电压是有用的。另外,全部电压调节成为正负某一极性的交流电力等也能够获得同样的效果。施加电压的极性,能够根据原料气体的种类考虑由离子核的密度和沉积核的极性等决定的成膜速度等自由调节。
在此,要利用脉冲状电压效率好地获得离子溅射效应,支承体3(圆筒状基体10)和圆筒状电极40之间的电位差例如设定为50V以上3000V以下的范围内,当考虑了成膜速度时优选是设定为500V以上3000V以下的范围内。
更具体地说,控制部35在圆筒状电极40接地的情况下,对支承体(导电性支柱31)供给-3000V以上-50V以下范围内的负的脉冲状直流电位V1(参照图5)、或供给50V以上3000V以下范围内的正的脉冲状直流电位V1(参照图6)。
另一方面,当圆筒状电极40与基准电极(省略图示)连接时,对支承体(导电性支柱31)供给的脉冲状直流电位V1设定为从目标电位差ΔV减去利用基准电源供给的电位V2的差量值(ΔV-V2)。利用基准电源供给的电位V2在对支承体3(圆筒状基体10)施加负脉冲状电压(参照图5)时设定为-1500V以上1500V以下,在对支承体3(圆筒状基体10)施加正脉冲状电压(参照图6)时设定为-1500V以上1500V以下。
控制部35还控制直流电源34,使直流电压的频率(1/T(sec))为300kHz以下、占空比(T1/T)为20%以上90%以下。
还有,本发明的所谓占空比如图5及图6所示被定义为:脉冲状直流电压的一个周期(T)(从圆筒状基体10和圆筒状电极40之间产生电位差的瞬间到下一个产生电位差的瞬间的时间)中电位差产生T1所占的时间比例。例如,所谓占空比20%是指施加脉冲状电压时的一个周期中所占的电位差产生(接通)时间为一个周期整体的20%。
利用该离子溅射效应获得的a-Si的光导电层12,即使其厚度为10μm以上,表面的细微凹凸小,平滑性也几乎不受损害。从而,在光导电层12上层叠1μm左右的作为表面层13的a-SiC时的表面层13的表面形状,可形成反映了光导电层12的表面形状的平滑面。其另一方面,即使层叠表面层13时,通过利用离子溅射效应,也能够以细微凹凸小的平滑的膜形成表面层13。
在此,形成电荷注入阻止层11、光导电层12及表面层13时,如上所述控制原料气体供给装置6的质量流控制器60D~63D及阀60B~63B、60C~63C,向真空反应室4供给作为目标的组成的原料气体。
例如,当以a-Si系沉积膜形成电荷注入阻止层11时,作为原料气体采用SiH4(硅烷气体)等含Si气体、B2H6等含掺杂剂气体及氢(H2)和氦(He)等稀释气体的混合气体。作为含掺杂剂气体除了含硼(B)气体以外,还能够采用含氮(N)或氧(O)气体。
当以a-Si系沉积膜形成光导电层12时,作为原料气体采用SiH4(硅烷气体)等含Si气体及氢(H2)和氦(He)等稀释气体的混合气体。光导电层12中,作为稀释气体可以采用氢气对于自由键终端用在膜中含有1原子%以上40原子%以下的氢(H)和卤素元素(F、Cl),或在原料气体中含有卤素化合物。另外,关于暗导电性和光导电率等的电特性及光学频带间隙等,要获得要求的特性,在原料气体中可以含有周期律表第13族元素(以下简称为“第13族元素”)和周期律表第15族元素(以下简称为“第15族元素”),要调节上述诸特性也可以含有碳(C)、氧(O)等元素。
作为第13族元素及第15族元素,硼(B)及磷(P)分别在共有结合性优异、可灵敏地变化光导体特性方面及获得优异的光灵敏度这方面作为优选。在含有碳(C)、氧(O)等元素的同时含有第13族元素及第15族元素时,对电荷注入阻止层11进行调节,以使第13族元素的含量为0.1ppm以上20000ppm以下、第15族元素的含量为0.1ppm以上10000ppm以下。另外,在含有碳(C)、氧(O)等元素的同时含有第13族元素及第15族元素时,对光导电层12进行调节,或者在不含有碳(C)、氧(O)等元素时,对电荷注入阻止层11及光导电层12进行调节,以使第13族元素的含量为0.01ppm以上200ppm以下、第15族元素的含量为0.01ppm以上100ppm以下。还有,通过经时变化原料气体中第13族元素或第15族元素的含量,从而关于这些元素的浓度也可以在层厚方向上设置梯度。此时,光导电层12中第13族元素及第15族元素的含量在整个光导电层12中的平均含量为上述范围内即可。
另外,关于光导电层12,在a-Si系材料中可以含有微结晶硅(μc-Si),当含有该μc-Si时,能够提高暗导电率和光导电率,因此具有增加光导电层22的设计自由度的优点。这种μc-Si能够采用前面说明的成膜方法,通过变化其成膜条件而形成。例如,在辉光放电分解法中,能够通过较高地设定圆筒状基体10的温度及直流脉冲电力、增加作为稀释气体的氢流量而形成。另外,在含有μc-Si的光导电层12中,也可以添加与前面说明同样的元素(第13族元素、第15族元素、碳(C)、氧(O)等)。
当以a-SiC系沉积膜形成表面层13时,作为原料气体供给SiH4(硅烷气体)等含Si气体及CH4等含C气体的混合气体。关于原料气体中Si和C的组成比,可连续或间歇性变化。即,由于具有C的比率越高成膜速度越慢的倾向,从而可以按照以下这样形成表面层13:表面层13中靠近光导电层12的部分C比率变低、且自由表面侧C比率变高。例如,表面层13的光导电层12侧(界面侧),可以成为以下这样的2层结构:在沉积氢化非晶硅碳化物(a-Si1-xCx:H)中的x值(碳比率)超过0不足0.8的Si构成比比较高的第一SiC层后,沉积C浓度提高到x值(碳比率)在0.95以上且不足1.0左右的第二SiC层。
第一SiC层其膜厚由耐压、残留电位、膜强度等确定,通常为0.1μm以上2.0μm以下,0.2μm以上1.0μm以下为好,0.3μm以上0.8μm以下最好。第二SiC层其膜厚由耐压、残留电位、膜强度、寿命(耐磨损性)等确定,通常为0.01μm以上2.0μm以下,0.02μm以上1.0μm以下为好,0.05μm以上0.8μm以下最好。
表面层13也能够如上所述以a-C层形成。此时,作为原料气体采用C2H2(乙炔气体)或CH4(甲烷气体)等含C气体。另外,表面层13其膜厚通常为0.1μm以上2.0μm以下,0.2μm以上1.0μm以下为好,0.3μm以上0.8μm以下最好。
以a-C层形成表面层13时,C-O结合与Si-O结合相比结合能量小,从而与由a-Si系材料形成表面层13的情况相比,能够更确实地抑制表面层13表面氧化。从而,以a-C层形成表面层13时,利用由于印刷时电晕放电而产生的臭氧等,适宜地抑制表面层13表面氧化,从而能够抑制在高温高湿环境下等的图像流动的产生。
当结束对圆筒状基体10形成膜时,从支承体3上拔掉圆筒状基体10,从而能够获得如图1所示的电子照相感光体1。并且,成膜后为了清除成膜残渣,将真空反应室4内的各构件分解,进行酸、碱、喷砂等清洗,进行湿式腐蚀以消除下次成膜时造成缺陷不良的粉尘。取代湿式腐蚀,而采用卤素系(ClF3、CF4、O2、NF3、SiF6或它们的混合气体)气体进行气体腐蚀也有效。
根据本发明,不会降低成膜速度并抑制成膜时的电弧放电,能够高速地形成特性不均及缺陷少的良好的沉积膜(电荷注入阻止层11、光导电层12及表面层13)。从而,在能够提供膜厚不均少且优质的沉积膜的同时,能够提供具备这种优质的沉积膜的电子照相感光体1。
接下来,关于本发明的第二实施方式,参照图7及图8进行说明。其中,图7及图8中,关于与前面参照图1~图6说明的电子照相感光体1和等离子体CVD装置2同样的要素等附以同一符号,以下省略有关的重复说明。
图7及图8所示的等离子体CVD装置2′具备配置在真空反应室4(圆筒状电极40)中心的中央电极8,另一方面,包围着该中央电极8配置多个(图中为5个)支承体3。
多个支承体3在以中央电极8的轴心为中心的同一圆周上以等间隔D5配置,各支承体3和中央电极8之间的距离D6为同样的大小。多个支承体3与一个直流电源34连接,多个支承体3形成的构成是利用一个直流电源34同时供给脉冲状直流电压。当然,各支承体3也可以每个连接一个直流电源34。
中央电极8与圆筒状电极40同样,用来在与各支承体3(圆筒状基体10)之间产生电位差。在此,为了在中央电极8和各支承体3之间可效率好地获得离子溅射效应、形成极少凹凸的沉积膜,利用控制部35控制直流电源34,从而与圆筒状电极40和各支承体3之间同样,施加例如电位差50V以上3000V以下、频率300kHz以下、占空比为20%以上90%以下范围的脉冲状直流电压。
该中央电极8形成中空状,同时由与圆筒状基体10和支承体3同样的导电性材料整体以导体形成。在中央电极8内部收容导电性支柱80、陶瓷管81及加热器82。
导电性支柱80由与圆筒状基体10同样的导电性材料整体以导体形成,在真空反应室4(后述的圆筒状电极40)的中心由绝缘件83相对于板42进行固定。导电性支柱80被接地,中央电极8成为接地电位。当然,导电性支柱80也可以和与直流电源34不同的基准电源连接,另外,也可以将中央电极8直接接地,或在中央电极8上直接连接基准电源。
陶瓷管81用来确保绝缘性及热传导性。加热器82用来加热中央电极8。作为加热器82与用来加热圆筒状基体10的加热器37同样,能够使用例如镍铬耐热合金线和盒式加热器。此时,用来加热圆筒状基体10的加热器37和用来加热中央电极8的加热器82,可以采用能够独立驱动的构成,不过,这些加热器37、82优选是使其能够同时接通和断开驱动,以简化装置构成。
其中,用于中央电极8的加热器82,其加热器容量设定为圆筒状基体10的加热器容量的25%以上90%以下的范围。这是因为,在同时接通和断开驱动加热器37、82的构成中,当加热器82的加热器容量与加热器37的加热器容量同等以上时,中央电极8的温度比支承体3上升得更快,在支承圆筒状基体10的支承体3的温度充分上升之前,配置在其周围的支承体3的温度监控器(热电偶)感知到中央电极8的温度,有可能停止加热器37、82的加热。其另一方面,当加热器82的容量与加热器37的容量相比过小时,由温度监控器(热电偶)感知到中央电极8的温度充分上升时,可引起圆筒状基体10的温度上升过高,从而不作为优选。
加热器37及加热器82的容量,在例如邻接的圆筒状基体10之间的距离D4设定为10mm以上50mm以下、各圆筒状基体10和中央电极8的距离D5设定为10mm以上30mm以下、真空反应室4内的反应气体压力设定为13.3Pa以上133Pa以下时,分别设定为240W以上400W以下及60W以上360W以下。
等离子体CVD装置2′中,利用控制部35控制直流电源34,从而能够在各支承体3(圆筒状基体10)和圆筒状电极40之间及各支承体3(圆筒状基体10)和中央电极8之间施加脉冲状直流电压。从而,在各支承体3、圆筒状电极40及中央电极8之间产生辉光放电。因而,通过在向真空反应室4供给原料气体的状态下产生辉光放电,从而能够在圆筒状基体10表面形成沉积膜。
本发明并不限定于所述实施方式,在不脱离本发明的宗旨范围内可进行各种变更、改良。
例如,上述实施方式中,采用的构成是利用作为第二导体的圆筒状电极40向真空反应室4供给原料气体,不过,也可以与圆筒状电极40独立地配置气体导入管,利用该气体导入管向真空反应室4导入原料气体。作为气体导入管,能够适用现有众所周知的气体导入管,气体导入管适宜配置在例如真空反应室4内的圆筒状基体10和圆筒状电极40之间或圆筒状基体10和中央电极8之间。
另外,本发明还能够适用于在圆筒状基体以外方式的基体上形成沉积膜并形成电子照相感光体的情况、或相对于基体形成沉积膜用来使用于电子照相感光体以外目的的情况中。
[实施例1]
本实施例中,是在利用图2~图4所示等离子体CVD装置2、对圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40之间施加负的脉冲状直流电压(参照图5)进行成膜时,研究了脉冲状直流电压的频率及电压值对电弧放电(异常放电)的产生次数带来的影响。
等离子体CVD装置2中将圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1设定为25mm,施加电压以外的成膜条件如下述表1所示。
[表1]
原料气体 |
SiH4(sccm) |
340 |
H2(sccm) |
200 |
B2H6(ppm) |
0 |
CH4(sccm) |
0 |
压力(Pa) |
60 |
基体温度(℃) |
320 |
负的脉冲状直流电压的施加是由与圆筒状基体10(支承体3)连接的直流电源34供给-4000V~-10V范围的脉冲状电压,同时将圆筒状电极40接地。负的脉冲状直流电压的频率设定为10kHz~500kHz的范围。还有,脉冲状直流电压的占空比设定为50%。
关于成膜时电弧放电的产生次数如下述表2所示。还有,表2中,电弧放电的产生次数以每1小时的产生次数进行表示。
[表2]
占空比50%
电压(-V) |
10 |
50 |
100 |
500 |
1000 |
1500 |
2000 |
2500 |
3000 |
3500 |
4000 |
频率kHz |
10 |
× |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
13 |
35 |
30 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
11 |
31 |
50 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
13 |
26 |
100 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
15 |
20 |
300 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
12 |
× |
400 |
× |
12 |
13 |
29 |
23 |
28 |
37 |
48 |
× |
× |
× |
500 |
× |
18 |
23 |
26 |
29 |
33 |
41 |
× |
× |
× |
× |
×:放电不稳定
如表2所表明,可知当直流电压的频率为400kHz以上时,电弧放电的产生次数显著增加,或放电不稳定。另外确认,当向圆筒状基体10供给的直流电压值为-3000V以上-50V以下(圆筒状基体10和圆筒状电极40之间的电位差为50V以上3000V以下)时,是实质上没有电弧放电产生的稳定的放电状态。与之相对,当电压值超过-50V时,放电不稳定,另外,电压值在-3500V以下,成为电弧放电的产生次数显著增加、或放电不稳定的结果。因而,当对圆筒状基体10和圆筒状电极40之间施加负的脉冲状直流电压形成沉积膜时,优选是设定脉冲状直流电压的电压值为-3000V以上-50V以下(圆筒状基体10和圆筒状电极40之间的电位差为50V以上3000V以下),设定直流电压的频率为300kHz以下。
还有,变化圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离,研究脉冲状直流电压的频率及电压值对电弧放电(异常放电)的产生次数带来的影响时,发现圆筒状基体10和圆筒状电极40的距离D1小于10mm时,不能充分确保作业性,另外,很难获得稳定的放电。相反,圆筒状基体10和圆筒状电极40的距离D1大于100mm时,装置2增大,每单位设置面积的生产率恶化。因而,圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1优选是设定为10mm以上100mm以下。
[实施例2]
本实施例中,是在利用图2~图4所示等离子体CVD装置2、对圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40之间施加负的脉冲状直流电压进行成膜时,研究了脉冲状直流电压的占空比对电弧放电(异常放电)的产生次数带来的影响。
脉冲状直流电压的占空比设定为10%~95%的范围,同时,脉冲状直流电压的频率及电压值分别设定为30kHz及-1000V。施加电压以外的成膜条件与实施例1同样。
关于成膜时电弧放电的产生次数如下述表3所示。还有,表3中,电弧放电的产生次数以每1小时的产生次数进行表示。
[表3]
频率300kHz,电位差-1000V
占空比(%) |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
95 |
电弧放电数 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
36 |
×:放电不稳定
如表3所表明,当占空比为10%时放电不稳定,占空比为95%以上时电弧放电的产生显著增加。与之相对,占空比在20%~90%的范围中,实质上没有电弧放电产生,获得稳定的辉光放电。因此,施加负的脉冲状直流电压进行成膜时,优选是脉冲状直流电压的占空比设定为20%以上90%以下的范围。
[实施例3]
本实施例中,是在利用图2~图4所示等离子体CVD装置2、对圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40之间施加负的脉冲状直流电压进行成膜时,研究了脉冲状直流电压的电压值(圆筒状电极40和圆筒状基体10(支承体3)之间的电位差)对成膜速度带来的影响。
脉冲状直流电压的电压值设定在10V~4000V的范围,同时脉冲状直流电压的频率及占空比分别设定为30kHz及50%。施加电压以外的成膜条件与实施例1同样。关于成膜速度的测定结果如图9所示。
如图9所表明,负的脉冲状直流电压的电压值(-V)越大,成膜速度越大。因而,施加负的脉冲状直流电压进行成膜时,从成膜速度的观点而言,优选是设定脉冲状直流电压的电压值(-V)(圆筒状电极40和圆筒状基体10(支承体3)之间的电位差)为500V以上。
[实施例4]
本实施例中,是在利用图2~图4所示等离子体CVD装置2、对圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40之间施加负的脉冲状直流电压进行成膜时,研究了脉冲状直流电压的频率对成膜速度带来的影响。
脉冲状直流电压的频率设定为10kHz~500kHz的范围,同时脉冲状直流电压的电压值及占空比分别设定为-1000V及50%。施加电压以外的成膜条件与实施例1同样。关于成膜速度的测定结果如图10所示。
如图10所表明,负的脉冲状直流电压的频率在本实施例中研究的范围中没有对成膜速度造成大的影响。
[实施例5]
本实施例中,关于利用图2~图4所示等离子体形成装置2、施加负的脉冲状直流电压形成的a-Si感光鼓(本案鼓1、2),对膜厚分布、带电特性及光灵敏度特性进行评价,同时对利用a-Si感光体进行图像形成的图像特性进行了评价。
本案鼓1、2是将Φ30×340mm的Al制圆筒状基体10利用虚设基体38A~38C沿支承体3轴方向2段层叠而配置,使圆筒状基体10的旋转速度为10rpm而形成。另外,在等离子体CVD装置2中,将圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1设定为25mm,同时使圆筒状电极40成为接地状态。成膜条件如下述表4所示。
[表4]
本案鼓1,2
层的种类 |
电荷注入阻止层 |
光导电层 |
表面层 |
原料气体 |
SiH4(sccm) |
170 |
340 |
30 |
H2(sccm) |
200 |
200 |
0 |
B2H6(ppm) |
1150 |
0.3 |
0 |
CH4(sccm) |
0 |
0 |
600 |
压力(Pa) |
80 |
80 |
86.5 |
基体温度(℃) |
300 |
320 |
250 |
直流电压(V) |
-665 |
-735 |
-280 |
膜厚(μm) |
5 |
14 |
1 |
另一方面,关于利用现有的通过施加交流电压(13.56MHz)进行的等离子体CVD装置、在表5所示条件下制作具有a-Si层的感光鼓(比较鼓1、2),与本案鼓1、2同样对膜厚分布、带电特性及光灵敏度特性进行评价,同时对利用比较鼓1、2进行图像形成的图像特性进行了评价。比较鼓1、2的成膜条件如下述表5所示。
[表5]
比较鼓1,2
层的种类 |
电荷注入阻止层 |
光导电层 |
表面层 |
原料气体 |
SiH4(sccm) |
170 |
340 |
30 |
H2(sccm) |
200 |
200 |
0 |
B2H6(ppm) |
1150 |
0.3 |
0 |
CH4(sccm) |
0 |
0 |
600 |
压力(Pa) |
60 |
60 |
80 |
基体温度(℃) |
300 |
320 |
250 |
RF电力(W) |
180 |
360 |
200 |
膜厚(μm) |
5 |
14 |
1 |
(膜厚分布的评价)
本案鼓1、2及比较鼓1、2的膜厚分布,通过从各鼓沿着轴方向切下多个5mm角的沉积膜、对它们利用XPS分析(X射线光电子分析)测定膜厚从而进行了评价。关于各鼓上的膜厚的测定结果如图11所示。图11中,横轴的鼓位置作为以在装置内叠起的鼓中配置位置靠上的鼓的上端为0基准的距离(包括中间虚设基体38B)进行表示,横轴的膜厚表示相对于轴方向最大膜厚的相对值(%)。
如图11所表明,本案鼓1、2与现有的通过施加交流电压作成的比较鼓1、2相比,鼓的轴方向的膜厚不均变小。特别是鼓端部上的膜厚不均降低。
(带电特性及光灵敏度特性的评价)
带电特性通过测定利用施加+6kV电压的电晕带电器使本案鼓1、2及比较鼓1、2带电时的电压来进行。带电特性以带电能、鼓的轴方向及周方向的带电不均进行评价。关于带电能的评价结果如下述表6所示。
光灵敏度特性以灵敏度及残留电位进行评价。灵敏度以对带电后的鼓照射中心波长670nm、分光成半值宽1nm的单色光时的半衰曝光量(将带电压降低一半(125V)所必要的曝光量)进行评价。残留电位作为以1.2μJ/cm2照射上述单色光后的电压进行评价。关于光灵敏度特性(灵敏度及残留电位)的评价结果如下述表6所示。
[表6]
评价项目 |
本案 |
比较 |
鼓1 |
鼓2 |
鼓1 |
鼓2 |
带电能(V) |
251 |
253 |
253 |
255 |
轴方向带电不均(V) |
2 |
3 |
9 |
12 |
周方向带电不均(V) |
3 |
2 |
7 |
8 |
灵敏度(μJ/cm2) |
0.40 |
0.41 |
0.40 |
0.43 |
残留电位(V) |
2 |
3 |
7 |
8 |
如表6所表明,本案鼓1、2带电能与比较鼓1、2相同程度,同时鼓的轴方向及周方向的带电不均与比较鼓1、2相比变小,带电特性优异。另外,本案鼓1、2灵敏度与比较鼓1、2相同程度,同时残留电位与比较鼓1、2相比变小,光灵敏度特性优异。
(图像特性的评价)
图像特性是将本案感光鼓1、2及比较鼓1、2搭载在京セラミタ制复印机KM-2550上对A4用纸连续进行印字,分别在印字初期及通过30万张纸耐久试验后,进行了全面白色图像(全白图像)上的黑点数和灰度图像的不均的评价。图像评价中的判定基准如下述表7所示,关于判定结果如下述表8所示。
[表7]
黑点的评价 |
灰度不均的评价 |
◎ |
不能确认黑点 |
◎ |
不能确认灰度不均 |
○ |
稍微能确认黑点 |
○ |
稍微能确认灰度不均 |
△ |
有黑点但实用上没有问题 |
△ |
有灰度不均但实用上没有问题 |
× |
实用上不可以 |
× |
实用上不可以 |
[表8]
|
本案 |
比较 |
鼓1 |
鼓2 |
鼓1 |
鼓2 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
黑点 |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
○ |
○ |
○ |
○ |
灰度不均 |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
△ |
△ |
△ |
△ |
如表8所表明,本案鼓1、2在初期及印刷30万张后,都不会像比较鼓1、2那样在白色图像上产生黑点,没有产生灰度不均,图像特性优异。
[实施例6]
本实施例中,除了利用图2~图4所示等离子体CVD装置2、对圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40之间施加正的脉冲状直流电压(参照图6)进行成膜以外,与实施例1同样,研究了脉冲状直流电压的频率及电压值对电弧放电(异常放电)的产生次数带来的影响。
正的脉冲状直流电压设定电压值为10V~4000V的范围,频率设定为10kHz~500kHz的范围,占空比设定为50%。
关于成膜时电弧放电的产生次数如下述表9所示。还有,表9中,电弧放电的产生次数以每1小时的产生次数进行表示。
[表9]
占空比50%
电压(V) |
10 |
50 |
100 |
500 |
1000 |
1500 |
2000 |
2500 |
3000 |
3500 |
4000 |
频率(kHz) |
10 |
× |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 |
14 |
46 |
30 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
12 |
45 |
50 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
15 |
31 |
100 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
16 |
26 |
300 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
20 |
× |
400 |
× |
12 |
18 |
24 |
26 |
30 |
55 |
60 |
× |
× |
× |
500 |
× |
19 |
26 |
33 |
36 |
38 |
58 |
× |
× |
× |
× |
×:放电不稳定
如表9所表明,可知当直流电压的频率为400kHz以上时,电弧放电的产生次数显著增加,或放电不稳定。另外确认,当向圆筒状基体10供给的直流电压(圆筒状基体10和圆筒状电极40之间的电位差)为50V以上3000V以下时,是实质上没有电弧放电的稳定的放电状态。与之相对,当电压值(电位差)小于50V时,放电不稳定,另外,电压值(电位差)在3500V以上,成为电弧放电的产生次数增加、或放电不稳定的结果。因而,当对圆筒状基体10和圆筒状电极40之间施加正的脉冲状直流电压形成沉积膜时,优选是设定脉冲状直流电压的电压值(圆筒状基体10和圆筒状电极40之间的电位差)为50V以上3000V以下,设定直流电压的频率为300kHz以下。
还有,变化圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1,研究脉冲状直流电压的频率及电压值对电弧放电(异常放电)的产生次数带来的影响时,发现圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1小于10mm时,不能充分确保作业性,另外,很难获得稳定的放电。相反,圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1大于100mm时,装置2增大,每单位设置面积的生产率恶化。因而,圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1优选是设定为10mm以上100mm以下。
[实施例7]
本实施例中,是在利用图2~图4所示等离子体CVD装置2、对圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40之间施加正的脉冲状直流电压(参照图6)进行成膜时,研究了脉冲状直流电压的占空比对电弧放电(异常放电)的产生次数带来的影响。
脉冲状直流电压的占空比设定为10%~95%的范围,同时,脉冲状直流电压的频率及电压值分别设定为30kHz及1000V。施加电压以外的成膜条件与实施例1(实施例6)同样。
关于成膜时电弧放电的产生次数如下述表10所示。还有,表10中,电弧放电的产生次数以每1小时的产生次数进行表示。
[表10]
占空比(%) |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
95 |
电弧放电数 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
45 |
×:放电不稳定
如表10所表明,当占空比为10%时放电不稳定,占空比为95%以上时电弧放电的产生次数显著增加。与之相对,占空比在20%~95%的范围中,实质上没有电弧放电产生,获得稳定的辉光放电。因而,施加正的脉冲状直流电压进行成膜时,优选是脉冲状直流电压的占空比设定为20%以上90%以下的范围。
[实施例8]
本实施例中,是在利用图2~图4所示等离子体CVD装置2、对圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40之间施加正的脉冲状直流电压(参照图6)进行成膜时,研究脉冲状直流电压的电压值(圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40之间的电位差)对成膜速度带来的影响。
脉冲状直流电压的电压值设定在10V~4000V的范围,同时脉冲状直流电压的频率及占空比分别设定为30kHz及50%。施加电压以外的成膜条件与实施例1(实施例6)同样。关于成膜速度的测定结果如图12所示。
如图12所表明,正的脉冲状直流电压的电压值(电位差)越大,成膜速度越大。因而,施加正的脉冲状直流电压进行成膜时,从成膜速度的观点而言,优选是设定脉冲状直流电压的电压值(电位差)为500V以上。
[实施例9]
本实施例中,除了利用图2~图4所示等离子体CVD装置2、对圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40之间施加正的脉冲状直流电压(参照图6)进行成膜以外与实施例4同样,研究脉冲状直流电压的频率对成膜速度带来的影响。
脉冲状直流电压的频率设定为10kHz~500kHz的范围,同时脉冲状直流电压的电压值及占空比分别设定为1000V及50%。施加电压以外的成膜条件与实施例1(实施例6)同样。关于成膜速度的测定结果如图13所示。
如图13所表明,正的脉冲状直流电压的频率没有对成膜速度造成大的影响。
[实施例10]
本实施例中,关于利用图2~图4所示等离子体形成装置2形成的a-Si感光鼓(本案鼓3、4),与实施例5同样对膜厚分布、带电特性及光灵敏度特性进行评价,同时对利用a-Si感光体进行图像形成的图像特性进行了评介。
本案鼓3、4是将Φ30×340mm的Al制圆筒状基体10利用虚设基体38A~38C沿支承体3轴方向2段层叠来配置,使圆筒状基体10的旋转速度为10rpm而形成。另外,在等离子体CVD装置2中,将圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1设定为25mm,同时使圆筒状电极40成为接地状态。成膜条件如下述表11所示。即,电荷注入阻止层11及光导电层12加载正的电位进行制作,表面层13加载负的电位进行制作。
[表11]
本案鼓3.4
层的种类 |
电荷注入阻止层 |
光导电层 |
表面层 |
原料气体 |
SiH4(sccm) |
170 |
340 |
30 |
H2(sccm) |
200 |
200 |
0 |
B2H6(ppm) |
1150 |
0.3 |
0 |
CH4(sccm) |
0 |
0 |
600 |
压力(Pa) |
80 |
80 |
86.5 |
基体温度(℃) |
300 |
320 |
250 |
直流电压(V) |
664 |
732 |
-280 |
膜厚(μm) |
5 |
14 |
1 |
关于膜厚分布的评价结果如图14所示,关于带电特性及光灵敏度特性的评价结果如下述表12所示,关于图像特性的评价结果如下述表13所示。还有,图14、下述表12、13中,同时表示实施例5中的比较鼓1、2的结果,图像特性的评价的判定基准与实施例5中表示的上述表7同样。
[表12]
评价项目 |
本案 |
比较 |
鼓3 |
鼓4 |
鼓1 |
鼓2 |
带电能(V) |
248 |
250 |
253 |
255 |
轴方向带电不均(V) |
1 |
2 |
9 |
12 |
周方向带电不均(V) |
2 |
3 |
7 |
8 |
灵敏度(μJ/cm2) |
0.42 |
0.40 |
0.40 |
0.43 |
残留电位(V) |
3 |
2 |
7 |
8 |
[表13]
|
本案 |
比较 |
鼓3 |
鼓4 |
鼓1 |
鼓2 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
黑点 |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
○ |
○ |
○ |
○ |
灰度不均 |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
△ |
△ |
△ |
△ |
如图14所表明,本案鼓3、4与现有的通过施加交流电压作成的比较鼓1、2相比,鼓的轴方向的膜厚不均变小。特别是鼓端部上的膜厚不均降低。
如表12所表明,本案鼓3、4带电能与比较鼓1、2同样大小,同时鼓的轴方向及周方向的带电不均与比较鼓1、2相比变小,带电特性优异。另外,本案鼓3、4灵敏度与比较鼓1、2同样大小,同时残留电位与比较鼓1、2相比变小,光灵敏度特性优异。
如表13所表明,本案鼓3、4在初期及印刷30万张后,都不会像比较鼓1、2那样在白色图像上产生黑点,没有产生灰度不均,图像特性优异。
[实施例11]
本实施例中,是在利用图7及图8所示等离子体CVD装置2′、对5个圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40及中央电极8之间施加负的脉冲状直流电压(参照图5)进行成膜时,研究脉冲状直流电压的频率及电压值对电弧放电(异常放电)的产生次数带来的影响。
等离子体CVD装置2′中将圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1、邻接的圆筒状基体10间的距离D5及圆筒状基体10和中央电极8间的距离D6分别设定为36mm、40mm及25mm,施加电压以外的成膜条件如实施例1中的上述表1所示。
负的脉冲状直流电压的施加是由与圆筒状基体10(支承体3)连接的直流电源34供给-4000V~-10V范围的脉冲状电压,同时将圆筒状电极40及中央电极8接地。负的脉冲状直流电压的频率设定为10kHz~500kHz的范围。还有,脉冲状直流电压的占空比设定为50%。
关于成膜时电弧放电的产生次数如下述表14所示。还有,表14中,电弧放电的产生次数以每1小时的产生次数进行表示。
[表14]
占空比50%
电压(-V) |
10 |
50 |
100 |
500 |
1000 |
1500 |
2000 |
2500 |
3000 |
3500 |
4000 |
频率(kHz) |
10 |
× |
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 |
15 |
38 |
30 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
13 |
32 |
50 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
11 |
27 |
100 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
13 |
23 |
300 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
4 |
× |
400 |
× |
14 |
16 |
23 |
25 |
32 |
41 |
56 |
× |
× |
× |
500 |
× |
23 |
25 |
28 |
31 |
28 |
43 |
× |
× |
× |
× |
×:放电不稳定
如表14所表明,可知当直流电压的频率为400kHz以上时,电弧放电的产生次数显著增加,或放电不稳定。另外确认,当向圆筒状基体10供给的电压值为-3000V以上-50V以下(圆筒状基体10和圆筒状电极40及中央电极8之间的电位差为50V以上3000V以下)时,是实质上没有电弧放电产生的稳定的放电状态。与之相对,当电压值超过-50V时,放电不稳定,另外,电压值在-3500V以下,成为电弧放电的产生次数显著增加、或放电不稳定的结果。因而,当对圆筒状基体10和圆筒状电极40及中央电极8之间施加脉冲状直流电压形成沉积膜时,优选是设定脉冲状直流电压的电压值为-3000V~-50V(圆筒状基体10和圆筒状电极40及中央电极8之间的电位差为50V以上3000V)的范围,设定直流电压的频率为300kHz以下。
还有,分别变化圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1、邻接的圆筒状基体10间的距离D5及圆筒状基体10和中央电极8间的距离D6,研究脉冲状直流电压的频率及电压值对电弧放电(异常放电)的产生次数带来的影响时,发现当圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1为25mm~60mm的范围、邻接的圆筒状基体10间的距离D5为20mm~40mm的范围、圆筒状基体10和中央电极8间的距离D6为30mm~100mm的范围时均获得良好的结果。
与之相对,圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1、邻接的圆筒状基体10间的距离D5、圆筒状基体10和中央电极8间的距离D6分别小于25mm、40mm及100mm时,不能充分确保作业性,另外,很难获得稳定的放电。另一方面,圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1、邻接的圆筒状基体10间的距离D5、圆筒状基体10和中央电极8间的距离D6分别大于60mm、40mm及100mm时,装置2′增大,每单位设置面积的生产率恶化,从而不作为优选。
另外,在图7及图8所示等离子体CVD装置2′中省略中央电极8时,关于圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1、邻接的圆筒状基体10间的距离D5也获得同样的结果。
[实施例12]
本实施例中,是在利用图7及图8所示等离子体CVD装置2′、对圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40及中央电极8之间施加负的脉冲状直流电压进行成膜时,研究脉冲状直流电压的占空比对电弧放电(异常放电)的产生次数带来的影响。
脉冲状直流电压的占空比设定为10%~95%的范围,同时,脉冲状直流电压的频率及电压值分别设定为30kHz及1000V。施加电压以外的成膜条件与实施例11同样。
关于成膜时电弧放电的产生次数如下述表15所示。还有,表15中,电弧放电的产生次数以每1小时的产生次数进行表示。
[表15]
30kHz,-1000V
占空比(%) |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
95 |
电弧放电数 |
× |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
42 |
×:放电不稳定
如表15所表明,当占空比为10%时放电不稳定,占空比为95%以上时电弧放电的产生次数显著增加。与之相对,占空比在20%以上90%以下的范围中,实质上没有电弧放电产生,获得稳定的辉光放电。因而,优选是脉冲状直流电压的占空比设定为20%以上90%以下的范围。
[实施例13]
本实施例中,是在利用图7及图8所示等离子体CVD装置2′、对圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40及中央电极8之间施加负的脉冲状直流电压进行成膜时,研究脉冲状直流电压的电压值(圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40及中央电极8之间的电位差)对成膜速度带来的影响。
脉冲状直流电压的电压值设定在-4000V~-10V的范围,同时脉冲状直流电压的频率及占空比分别设定为30kHz及50%。施加电压以外的成膜条件与实施例1同样。关于成膜速度的测定结果如图15所示。
如图15所表明,负的脉冲状直流电压的电位差(-V)越大,成膜速度越大。从成膜速度的观点而言,优选是设定脉冲状直流电压的电位差(-V)为500V以上。
[实施例14]
本实施例中,是在使用图7及图8所示等离子体CVD装置2′、对圆筒状基体10(支承体3)和圆筒状电极40及中央电极8之间施加负的脉冲状直流电压进行成膜时,研究脉冲状直流电压的频率对成膜速度带来的影响。
脉冲状直流电压的频率设定为10kHz~500kHz的范围,同时脉冲状直流电压的电压值及占空比分别设定为-1000V及50%。施加电压以外的成膜条件与实施例1同样。关于成膜速度的测定结果如图16所示。
如图16所表明,负的脉冲状直流电压的频率没有对成膜速度造成大的影响。
[实施例15]
本实施例中,关于利用图7及图8所示等离子体形成装置2′形成的a-Si感光鼓(本案鼓5、6),与实施例5同样对膜厚分布、带电特性及光灵敏度特性进行评价,同时对利用a-Si感光体进行图像形成的图像特性进行评价。
本案鼓5、6是将Φ30×340mm的Al制圆筒状基体10利用虚设基体38A~38C分别沿5个支承体3的轴方向2段层叠而配置,使圆筒状基体10的旋转速度为10rpm而形成。另外,成膜条件如下述表16所示。
[表16]
本案鼓5,6
层的种类 |
电荷注入阻止层 |
光导电层 |
表面层 |
原料气体 |
SiH4(sccm) |
170 |
340 |
30 |
H2(sccm) |
200 |
200 |
0 |
B2H6(ppm) |
1150 |
0.3 |
0 |
CH4(sccm) |
0 |
0 |
600 |
压力(Pa) |
60 |
60 |
80 |
基体温度(℃) |
300 |
320 |
250 |
直流电压(V) |
-950 |
-1050 |
-400 |
膜厚(μm) |
5 |
14 |
1 |
关于膜厚分布的评价结果如图17所示,关于带电特性及光灵敏度特性的评价结果如下述表17所示,关于图像特性的评价结果如下述表18所示。还有,图17、下述表17、18中,同时表示实施例5中的比较鼓1、2的结果,图像特性的评价的判定基准与实施例5中表示的上述表7同样。
[表17]
评价项目 |
本案 |
比较 |
鼓5 |
鼓6 |
鼓1 |
鼓2 |
带电能(V) |
252 |
254 |
253 |
255 |
带电轴不均(V) |
3 |
2 |
9 |
12 |
带电周不均(V) |
2 |
2 |
7 |
8 |
灵敏度(μJ/cm2) |
0.41 |
0.42 |
0.40 |
0.43 |
残留电位(V) |
2 |
2 |
7 |
8 |
[表18]
|
本案 |
比较 |
鼓5 |
鼓6 |
鼓1 |
鼓2 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
黑点 |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
○ |
○ |
○ |
○ |
灰度不均 |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
△ |
△ |
△ |
△ |
如图17所表明,本案鼓5、6与现有的通过施加交流电压作成的比较鼓1、2相比,鼓的轴方向的膜厚不均变小。特别是鼓端部上的膜厚不均降低。
如表17所表明,本案鼓5、6带电能与比较鼓1、2同样大小,同时鼓的轴方向及周方向的带电不均与比较鼓1、2相比变小,带电特性优异。另外,本案鼓5、6灵敏度与比较鼓1、2同样大小,同时残留电位与比较鼓1、2相比变小,光灵敏度特性优异。
如表18所表明,本案鼓5、6在初期及印刷30万张后,都不会像比较鼓1、2那样在白色图像上产生黑点,没有产生灰度不均,光灵敏度特性优异。
[实施例16]
本实施例中,关于利用图2~图4所示等离子体形成装置2形成的表面层13为a-C的a-Si感光鼓(本案鼓7、8),与实施例5同样对带电特性及光灵敏度特性进行评价,同时对利用a-Si感光体进行图像形成的图像特性进行评价。
本案鼓7、8是将Φ30×340mm的Al制圆筒状基体10利用虚设基体38A~38C沿支承体3轴方向2段层叠而配置,使圆筒状基体10的旋转速度为10rpm而形成。另外,在等离子体CVD装置2中,将圆筒状基体10和圆筒状电极40间的距离D1设定为25mm,同时使圆筒状电极40成为接地状态。成膜条件如下述表19所示。即,电荷注入阻止层11、光导电层12及表面层13加载负的电位进行制作。
[表19]
本案鼓7,8
层的种类 |
电荷注入阻止层 |
光导电层 |
表面层 |
原料气体 |
SiH4(sccm) |
170 |
340 |
0 |
H2(sccm) |
200 |
200 |
0 |
B2H6(ppm) |
1150 |
0.3 |
0 |
CH4(sccm) |
0 |
0 |
600 |
压力(Pa) |
80 |
80 |
86.5 |
基体温度(℃) |
300 |
320 |
250 |
直流电压(V) |
-665 |
-735 |
-280 |
膜厚(μm) |
5 |
14 |
0.5 |
关于带电特性及光灵敏度特性的评价结果如下述表20所示,关于图像特性的评价结果如下述表21所示。还有,下述表20、21中,同时表示实施例5中的比较鼓1、2的结果,图像特性的评价的判定基准与实施例5中表示的上述表7同样。
[表20]
评价项目 |
本案 |
比较 |
鼓7 |
鼓8 |
鼓1 |
鼓2 |
带电能(V) |
254 |
258 |
253 |
255 |
带电轴不均(V) |
2 |
3 |
9 |
12 |
带电周不均(V) |
3 |
2 |
7 |
8 |
灵敏度(μJ/cm2) |
0.40 |
0.41 |
0.40 |
0.43 |
残留电位(V) |
8 |
8 |
7 |
8 |
[表21]
|
本案 |
比较 |
鼓7 |
鼓8 |
鼓1 |
鼓2 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
初期 |
30万张后 |
黑点 |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
○ |
○ |
○ |
○ |
灰度不均 |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
△ |
△ |
△ |
△ |
如表20所表明,表面层13由a-C形成的本案鼓7、8带电能与比较鼓1、2同样大小,同时鼓的轴方向及周方向的带电不均与比较鼓1、2相比变小,带电特性优异。另外,本案鼓7、8灵敏度与比较鼓1、2同样大小,同时残留电位与比较鼓1、2相比变小,光灵敏度特性优异。
如表21所表明,本案鼓7、8在初期及印刷30万张后,都不会像比较鼓1、2那样在白色图像上产生黑点,没有产生灰度不均,图像特性优异。