JP2807790B2 - 感光体作製方法 - Google Patents

感光体作製方法

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Description

【発明の詳細な説明】 『発明の利用分野』 本発明は、支持体上の光導電層の一部または全部にセ
レン半導体が設けられ、この上面に炭素または炭素を主
成分とする被膜を耐摩耗層として設けることにより、静
電複写機、レーザプリンタ等の感光性ドラムを構成せし
めんとするものである。
本発明は、高周波または直流電界を同時に用いる気相
反応(CVD)方法により、被形成面特に広い面積に渡っ
て、より大きい被膜成長速度で、炭素または炭素を主成
分とする被膜形成をせしめた静電複写機用等の感光体の
製造方法に関する。
『従来技術』 従来、静電複写機の感光体を製造する際に用いる気相
反応による薄膜形成技術として、珪化物の反応性気体を
用いた高周波または直流電界によるプラズマCVD法(グ
ロー放電CVD法)によりアモルファスシリコン膜を感光
体として用いる方法が知られている。
しかし、かかるグロー放電CVD法を用いたアモルファ
スシリコン膜を用いる場合、その厚さが5μm程度を必
要とするため、クラックが感光体中に生じやすい、表面
に凹凸が生じやすい、作製中に反応容器の内壁に付着し
たフレークが、被形成面に落下し、ボイド、ピンホール
等を作りやすい等の欠点を有する。このため、アモルフ
ァスシリコン膜は感光体としては固く、長寿命性を有し
ながらも、実用上は今一歩というところであった。
他方、感光体としては、有機樹脂を用いた静電ドラム
が知られている。このドラムは、支持体上に有機樹脂を
コーティングするだけのため、特に工業上安価で多量生
産を行いやすいという特徴を有する。しかしその寿命は
5〜7万枚の静電能力までで、劣化して使用不可能とな
ってしまう。
又、セレン半導体を感光体として用いる静電ドラムも
知られている。
このセレンドラムは現在、PPCコピー等で一般に広く
用いられているものであり、その性能も安定しており、
最も実績のあるドラムである。
しかしながらこのセレン半導体は耐摩耗性にとぼしく
長期の使用には耐えないものであった。
そのために、この感光体上に、耐摩耗層として硬い保
護層を設けることが期待されていた。
『発明の構成』 本発明は、支持体を自己加熱以上に加熱することをな
くした。そして光導電層としてセレン半導体を用いた。
このセレン半導体は高温状態にすることができないた
め、静電複写ドラムの中心部の母材、一般には金属また
はその合金で作るが、これを加熱することなく、または
外部より冷却媒体を供給しつつ、炭素または炭素を主成
分とする(以下炭素という)膜を形成した。本発明は、
この導電性固体と外部の電極との間に直流バイアスを加
えつつ、さらに加えてこの他の一方の電極との間に高周
波電界を加えたプラズマCVD法を用いたものである。
本発明は、反応性気体としてメタン、エチレン等の炭
化水素化気体を用いている。そしてこれらのキャリアガ
スとして水素を用いた。本発明では炭化珪素、珪素膜を
用いていない。これらは硬さが不十分であり、成膜に20
0〜350℃を必要とするため、セレン半導体の特性が変化
してしまうからである。他方、本発明の炭素膜は下地被
膜と密着性がよく、かつ成膜が200℃以下、好ましくは
−100〜+150℃であるため、互いに反応しない。本発明
においては、さらにこれらの炭素化物の反応性気体の分
解、活性化を助長するため、マイクロ波励起またはホイ
スラーモード活性を行った。
そして反応をして炭素または炭素を主成分とする被膜
の成膜速度を助長させた。
本発明において、感光性材料として、公知のセレン半
導体導電材料を用いる。さらにその上に、本発明の炭素
膜または炭素を主成分とする膜をコートする。
また支持体は金属であり、それらはAl,Cr,Mo,Au,Ir,N
b,V,Ti,Pd,Pt等の金属またはこれらの合金を用い得る。
これら伝導性支持体とOPCとの間に非単結晶シリコン半
導体特にPまたはN型の半導体を介在させてもよい。本
発明において、この炭素膜形成の際、この支持体と他の
電極との間の導電性を向上させるため、プラズマCVDを
行っている際、同時のこの反応炉内、特にセレン半導体
部に光照射をし、セレン半導体の発生する電子、ホール
を用いて炭素膜をより均一に作製することは有効であ
る。
『作用』 かくして支持体上にセレン半導体を公知の蒸着法、そ
の他の方法でコートし、さらに必要に応じて障壁層を作
り、その上に平滑性に優れ、かつ耐摩耗性に優れた絶縁
性炭素または炭素を主成分とする被膜をコートすること
ができた。
その結果、従来のアモルファスシリコンドラムが耐摩
耗性を有しながらも、表面の凹凸が激しい、クラックが
生じやすい等多くの欠点を有していたのに比べ他方、本
発明においては、この耐摩耗性を有する炭素膜は下地の
セレン半導体膜上に室温または冷却して成膜するにもか
かわらず、互いによく密着しあう。さらに炭素膜のビッ
カース硬度が2000Kg/mm2以上と固く、耐摩耗性がよい。
本発明の感光性セレン半導体を用いた感光性ドラム上へ
炭素膜をブロッンキング層として設けることはきわめて
相乗効果の大きい優れたものである。
本発明においては、マイクロ波で反応性気体を予め励
起しつつ、かつ高周波プラズマを用いるため、この炭素
膜はダイヤモンドと同じ結合またはダイヤモンドが一部
に混成した炭素膜を作ることができる。
さらに本発明のマイクロ波励起は水素、不活性気体ま
たは非生成物気体(分解または反応をしてもそれ自体は
気体しか生じない気体)と炭化水素化物気体とを同時に
マイクロ波励起室に導入して活性化している。この時、
この炭素膜は磁場があるとその内壁面に生成物が付着し
にくく、好ましかった。
以下に実施例に従い本発明を示す。
実施例1 本実施例は、炭素膜作製用プラズマCVD法による感光
体の作製を示す。
第1図は本実施例で用いた装置の概要を示す。
図面において、ステンレス容器(1′)は蓋(1″)
を有し、反応空間(1)を構成させている。この容器
(1′)には、予めセレン半導体を公知の蒸着法により
支持体上にコートした基体(10)を配設させた。
基体(10)を保持体(8),(8′)により回転させ
つつ保持した。その裏側の蓋(1″)側には排気口
(7)をホモジナイザ(20′)を有して設け、基体の装
着の時は蓋(1″)を上方向に開けて行う。高周波電圧
または直流電圧はこの基体に保持体により一方の電極と
他の一方の網状電極(20)との間に印加した。ここに、
高周波または直流電源(6)により13.56MHzまたは直流
バイアス付の高周波電界を加える。
基体(10)はこの電界に垂直に第1図では位置させて
いる。基体はその円周方向に回転させている。
また第1図において左右方向が長いときは被膜形成と
同時にこのドラムを回転しつつ移動させてもよい。この
基体を多数配設し(図面の前後方向) これらを回転しつつ均一な膜圧で多数同時に作るべく
移動させてもよい。
反応性気体はドーピング系(13)より(18)を経て石
英管(29)で作られたマイクロ波を用いた共鳴空間
(2)に供給される。この共鳴空間は外側に空心磁石コ
イル(5),(5′)を配し磁場を加える。同時にマイ
クロ波発振器(3)によりアナライザー(4)を経て例
えば2.45GHzのマイクロ波が共鳴空間(2)に供給され
る。この空間ではホイッスラーモードの共鳴を起こすべ
く、反応性基体としてメタンを(32)より加える。さら
に水素で希釈されたジボラン(B2H6)またはフォスヒン
(PH3)を(32)より、さらに水素のキャリアガスを(3
1)より加える。例えばメタン:水素=1:1とし、高周波
電力として50W〜1KWを加えたプラズマ電界として0.03〜
3W/cm2とした。DCバイアスは特に加えないと炭素膜中に
水素が多く含まれ、光学的エネルギバンド巾も2.5〜3.5
eVが得られる。基体側を正バイヤスとすると、水素イオ
ンが反発されて結果として膜中の水素含有量を減少さ
せ、その光学的エネルギバンド巾も1.0〜2.0eVとなる。
基体表面温度は−100〜+200℃好ましくは−100〜+1
50℃であり、セレン半導体の耐熱性が十分高くないた
め、この炭素膜のコート中に何ら損傷、溶融、変質しな
いようにした。
さらにマイクロ波での予備励起を行うと、この場合の
成膜速度は500〜1000Å/分が得られ、きわめて高速成
膜が可能であった。しかしこの予備励起を行わないと、
100〜200Å/分の成膜速度しか得られなかった。
かくして炭素膜を0.1〜4μm、好ましくは0.5〜2μ
mの厚さに形成し、層としてその光学的エネルギバンド
巾を大きくし、結果として耐摩耗層であると同時に静電
荷の障壁層として作用させた。
しかしかくすると、炭素膜のビッカース硬度が4000Kg
/mm2以上ではなく、2000〜4000Kg/mm2と低下するため、
実用上Eg、硬度、厚さの最適設計が必要である。
本発明ではビッカース硬度は2000Kg/mm2以上を有し、
熱導電率2.5W/cm deg以上の炭素膜を実使用上の寿命に
おいて20万枚以上のコピー可能の仕様とした。もちろん
この硬度が1000〜2000Kg/mm2では商品寿命が10万〜20万
と低下してしまうが、それなりの市場を求めればそれで
も商品化は可能であろう。
この圧力は、排気系(11)のコントロールバルブ(1
4)によりターボ分子ポンプを併用した真空ポンプ
(9)の排気量を調整して行った。
更に必要に応じて、図面においては電子または共鳴励
起したアルゴンを反応空間に十分広げるため、一方の電
極(20)が反応性気体のホモジイナイザ(20)の効果を
併用させ得る。即ち、このホモジナイザの穴より放出さ
れる気体(21)を気体表面に均一に広い面積で成膜さ
せ、その厚さも大面積の均一性をより良好に得るため好
ましい。
もちろんホモジナイザをいれるとこの面への電子及び
活性気体の衝突は避けられず、結果としてそこでのエネ
ルギ消費がおき、成長速度の減少が見られる。そのた
め、全体の空間で高い成長速度をより得んとするために
は、マイクロ波による励起が高周波はプラズマCVDのみ
であるよりも有効であった。
実験例1 この実験例は被膜として、水素とメタンとを1:1とし
ダイヤモンド結合を有するアモルファスまたはダイヤモ
ンド微結晶を含むアモルファス炭素膜を形成させたもの
である。
反応空間の圧力を0.1torr、非生成物気体として(3
1)より水素を200SCCMで供給した。加えて、メタンを
(32)より200SCCMで供給した。マイクロ波は2.45GHzの
周波数を有し、30W〜1.3KWの出力例えば500Wで調整し
た。磁場(5),(5′)の共鳴強度は875ガウスとし
た。13.5MHzの高周波電流を500W加えた。かくして放電
を開始した後排気系を調整した。
導電性表面をなくすとも一部に有する円筒状の基体
(10)を用い、この被形成面状に非単結晶炭素例えばア
モルファス炭素を形成し、不要気体を(7)を経て排気
系(11)にて放出した。すると基板温度が室温(プラズ
マによる実加熱で150℃程度になる)において被膜形成
速度30Å/秒を作ることができ、製膜時間は約15分だっ
た。この速度はプラズマCVDのみで得られる1.5Å/秒に
比べ20倍の速さである。このアモルファス炭素の電気特
性の1例を調べると、固有抵抗1010Ωcm、ビッカース硬
度2300Kg/mm2、光学的エネルギバンド巾1.8eVであっ
た。
生成物気体をメタンではなくエチレンまたはアセチレ
ンと水素との混合気体とすると、更に被膜成長速度の向
上を期待できる。
実施例2 この装置を用い複写機の感光体ドラムを作製した。基
体(10)として支持体は直径25cm長さ30cmのアルミニュ
ームまたはその合金を用いた。その上にはセレン半導体
がコートされているものを用いた。この基体(10)を第
1図の装置にセツトし、反応空間の圧力0.3torr、水素2
00SCCMを(31)より、CH4 200SCCMを(32)より導入し
た。基体は室温とし、特に加熱冷却をしなかった。その
後、プラズマ放電用電源(13.56MHz出力300W,DCバイア
ス+200Vを気体に印加)にて本実施例では200Å/分形
成した。
こうして0.4μmの厚さの炭素膜を形成した。この後
一度反応室を排気し残留ガスを反応室外へ排気した。
実施例3 ホイッスラーモード、高周波プラズマCVDを加えて用
い、実施例2と同様な感光体を作製した。作製条件は実
施例1と同様である。基体は−30℃に冷却し、直流バイ
アスは+400Vを印加して。そして0.5μmもの厚さの炭
素膜を形成した。本実施例では基体(10)を回転させる
とともに前後左右に移動させながら製膜を行った。
本実施例により作製された感光体に対し、室温→150
℃→室温の温度サイクルを100回行った結果を表1に示
す。被膜にクラックが入ったり基板よりはがれたりピー
リングせず、歩留まりは100%だった。
また、Sampleを静電複写機に装着し、感光体ドラムに
密接して転写紙のまき込みを防止する金属またはそれに
炭素膜がコートされたスキージを設けたが、感光体の炭
素被膜は下地のセレン半導体より、また金属支持体より
セレン半導体自身はがれることがなく、A4版サイズで10
5〜106枚の複写動作に対しても変化はなかった。
これは、この炭素膜のコートがまったくない場合、10
4〜7×104枚までしかもたないことと比べると、無限に
耐摩耗性を有することと等価になる。
『効果』 本発明は、セレン半導体を用いた感光層上にアモルフ
ァスまたは微結晶構造を有し、かつ電気的には絶縁性を
有する炭素膜がコートされたものである。そしてこのコ
ーティングをセレン半導体の耐熱限界である温度以下の
温度で製造せんとするものである。
またこの反応容器内のクリーニングはこの雰囲気を酸
素またはこれに水素を導入して高周波プラズマでアッシ
ングすればよく、フレーク等の発生の心配がない等、本
発明方法は他にも工業化が容易である等の特徴を有す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明で用いた炭素膜作製用プラズマCVD装置
を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性支持体上に設けられたセレン半導体
    の表面に、耐摩耗層として炭素または炭素を主成分とす
    る被膜を有する感光体の作製方法において、 炭化水素化物の原料ガスとキャリアガスを供給しつつ、
    反応空間中に保持した電極に高周波電界を印加し、前記
    導電性支持体に直流バイアスを加え、かつ室温または冷
    却しつつ炭素または炭素を主成分とする被膜を形成する
    ことを特徴とする感光体作製方法。
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