JP2826834B2 - 電子写真感光体並びにこの感光体を搭載した電子写真記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は表面が水素化アモルファスシリコンカーバイ
ド層である電子写真感光体並びにこの感光体を搭載した
電子写真感光体に関するものである。

〔従来技術及びその問題点〕

近年、アモルファスシリコン光導電層から成る電子写
真感光体が実用化されているが、その感光体の基本的層
構成は第１図に示す通りである。

同図において、（１）はアルミニウムなどの導電性基
板であり、この基板（１）の上にキャリア注入阻止層
（２）、アモルファスシリコン光導電層（３）（以下、
アモルファスシリコンをａ−Siと略す）並びに表面保護
層（４）が順次積層されている。キャリア注入阻止層
（２）は基板（１）からのキャリアの注入を阻止して残
留電位を低減せしめており、一方、表面保護層（４）は
高硬度な層であり、これによって感光体の耐久性を高め
ている。

この表面保護層（４）にはアモルファスシリコンカー
バイド（以下、ａ−SiCと略す）を用いることが提案さ
れている（特開昭62−168161号、特開昭62−192751号な
ど参照）。

ところで、上記構成の電子写真感光体をプリンタや複
写機などの電子写真記録装置に搭載し、実用に供した場
合、繰り返し使用によってａ−SiC表面保護層（４）が
変質し、また、その耐湿性が低下し、その結果、鮮明な
コピー画像が出なくなり、ぼけた画像になることが知ら
れている（以下、本願発明においては上記劣化現象を画
像流れと称する）。

そこで、この問題点を解決すべく第４図に示すように
ヒーターを用いて電子写真感光体を45℃ぐらいの温度に
なるように加熱している。

同図において、（５）はドラム状の電子写真感光体、
（６）はフランジであり、感光体（５）の内周面に接触
するように円筒形状のフィルム状ヒーター（７）が配置
されている。このヒーター（７）は耐熱性樹脂フィルム
（８）と、この樹脂フィルム（７）に埋設された電熱線
（９）とから成り、そのフィルム面に亘って均一に発熱
できる。また、図示していないが、バイメタル式の温度
調整器を設けることによって感光体（５）の温度を検知
し、それに対応してヒーター（７）の発熱量を加減しな
がら感光体温度を所要の範囲内に設定することができ
る。しかしながら、上記ヒーター（７）を用いた場合、
装置自体が複雑な機構となり、これに伴って高価とな
り、しかも、帯電能が約60V低減し、電子写真特定を損
ねるという問題点がある。

また、ａ−SiC表面保護層（４）を形成するに当たっ
ては高硬度性が要求され、これにより、耐久性及び耐コ
ロナ放電性に優れた電子写真感光体となる。

従って本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであ
り、その目的はヒーターを不要としても画像流れが生じ
なくなった電子写真感光体を提供することになる。

本発明の他の目的は高湿環境下でヒーターが不要とな
った電子写真感光体を提供することにある。

本発明の更に他の目的は耐久性及び耐コロナ放電性を
向上せしめた電子写真感光体を提供することにある。

更に本発明の他の目的は感光体加熱用ヒーターを不要
とした電子写真記録装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は装置自体の簡略化及び低コス
ト化を達成した電子写真記録装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電子写真感光体は、その表面が水素化したａ
−SiC層（以下、ａ−SiC:H層と略す）であり、該層が組
成式Si_1-xC_xのＸ値で0.9≦ｘ＜1.0の範囲内に設定さ
れ、かつその層の赤外線吸収スペクトルにおける2100cm
^-1の吸収係数が600以下であることを特徴とする。

更に本発明によれば、上記電子写真感光体を搭載して
ヒーターを不要とした電子写真記録装置が提供される。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の電子写真感光体はその表面にａ−SiC:H層を
形成したという点では従来周知のものと軌を一にしてい
るが、本発明者等はａ−SiC:H層のSiC組成比率並びに水
素原子の結合種別及びその水素結合量を特定したとこ
ろ、本発明の目的が達成できることを見い出した。

一般的にａ−SiC:H層を表面層として用いた場合、SiC
の組成比率と水素含有量により硬度や導電率が決定され
る。

ところがａ−SiC:H層は非晶質であるため、その層の
特徴を決定する要因には結晶質にない様々なものがあ
る。

例えばSi元素とＣ元素に対する水素結合方法があり、
この結合種には−SiH,−SiH₂,−SiH₃,−CH,−CH₂,−CH₃
の６種類が存在する。しかも、各々の結合種に対する他
方の結合種との結合方法にも幾通りかの組合せができ
る。

このような様々な水素結合方法並びに結合種相互の結
合方法はSiC組成比率と水素含有量だけによって単純に
決められるものではなく、製造上の気相成長条件（ガス
圧、電力量、基板温度、ガスの種類など）も影響を及ぼ
している。

そこで、本発明者等は気相成長条件やａ−SiC:Hの組
成比率を幾通りにも変え、繰り返し実験を行ったとこ
ろ、所定条件の製法により得られたａ−SiC:H層につい
ては本発明の目的を達成するに適したものとなることを
見い出した。

即ち、このａ−SiC:H層が表面に形成された電子写真
感光体を電子写真記録装置に搭載し、ヒーターによる感
光体加熱を行わずして画像形成したところ、画像流れが
生じなくなることを見い出した。

しかも、本発明者等は上記ａ−SiC:H層の組成比率並
びに種々の結合種の量を測定し、これらとの因果関係を
確かめたところ、SiC組成比率とSiH₂種の量をそれぞれ
所定の範囲内に設定することが重要であることも見い出
した。

SiC組成比率はSi_1-xC_xのＸ値で0.9≦ｘ＜1.0の範囲内
に設定するとよい。ｘが0.9未満の場合には光学的バン
ドギャップが小さくなる傾向にあり、短波長側の光が吸
収され易くなり、これによって光感度の低下が認められ
る。また、表面硬度についても低下傾向にあり、耐久性
及び耐コロナ放電性に劣化傾向が認められる。

SiH₂種についてはIRスペクトルにより測定でき、その
波数は2100cm^-1に対応しており、その吸収係数が小さく
なるとSiH₂種の量が小さくなる。

そこで、波数2100cm^-1の吸収係数を600（cm^-1）以下
に設定した場合、感光体加熱用ヒーターを用いなくても
画像流れが生じなくなる。

このように本発明に係るａ−SiC:H表面保護層は組成
比率及びIRスペクトルにより特徴づけられるが、本発明
の目的を更に有利に達成するためには下記のように設定
するのがよい。

先ず、ａ−SiC:H表面保護層の厚みは0.05〜５μｍ、
好適には0.1〜３μｍの範囲内に設定するのがよく、こ
の範囲内であれば、高い光感度が得られ、残留電位が低
くなるという点で有利である。

上記厚み範囲内において、層厚方向に亘ってカーボン
含有量、即ちＸ値を変化させてもよい。例えば自由表面
に至る間でｘ値を大きくしていった場合、帯電能が高く
なる傾向にあるが、その自由表面に対応するａ−SiC:H
面が前述したSiC組成比率及びIRスペクトルの値であれ
ばよい。

本発明に係るａ−SiC:H表面保護層を形成した電子写
真感光体については、種々の層構成があり、例えば第２
図及び第３図に示すものがある。

第２図によれば、導電性基板（10）の上にキャリア注
入阻止層（11）、光導電層（12）及びａ−SiC:H表面保
護層（13）が順次形成されている。表面保護層（13）以
外の各々の層（11）（12）並びに基板（10）については
第１図に示す通りの材料又は機能を具備させる。

キャリア注入阻止層（11）にはａ−Si,a−SiC以外に
それらに酸素、窒素又はゲルマニウムなどを含有させた
材料を用いてもよい。

上記光導電層（12）については、光キャリアを発生さ
せる種々の無機又は有機の材料であり、例えばａ−Si,a
−SiC、その他にアモルファスシリコンゲルマニウムな
どがある。

第３図に示す電子写真感光体は機能分離型であり、基
板（14）の上にキャリア注入阻止層（15）、キャリア輸
送層（16）、光導電層（17）及びａ−SiC:H表面保護層
（18）が順次積層されている。

上記基板（14）、キャリア注入阻止層（15）及び光導
電層（17）については、前記第２図の感光体に示すもの
と同じ材料でよく、そして、キャリア輸送層（16）につ
いても前記光導電層（12）に用いられた材料を適宜組成
変更などを行って用いればよい。

かくして本発明の電子写真感光体によれば、ａ−SiC:
H表面保護層の組成比率及びIRスペクトルを所定の範囲
に設定しており、これにより、高湿下で用いた場合でも
感光体加熱用ヒーターを不要としながら画像流れ対策が
可能となり、しかも、耐久性及び耐コロナ放電性が改善
できた。

本発明電子写真感光体を製作するに当たり、そのａ−
SiC:H表面保護層は例えばグロー放電分解法により形成
できる。後述する実施例においては、シランガス（Si
H₄）、アセチレンガス（C₂H₂）及び水素ガス（H₂）を用
いており、そのガス成分比率及び流量並びに印加電力な
どを設定し、これによって所要通り表面保護層を形成す
ることができる。

かくして本発明者等はａ−SiC:H表面保護層を具備し
た本発明の電子写真感光体を製作し、この感光体を感光
体加熱用ヒーターを具備しない電子写真記録装置に装着
し、高温下で画像評価を行ったところ、画像流れが生じ
ないことを確認した。

本実施例に用いられるグロー放電分解装置を第５図に
より説明する。

図中、第１タンク（19）、第２タンク（20）、第３タ
ンク（21）、第４タンク（22）、第５タンク（23）には
それぞれSiH₄,C₂H₂水素希釈されたB₂H₆,H₂及びNOが密封
され、これらのガスは各々対応する第１調整弁（24）、
第２調整弁（25）、第３調整弁（26）、第４調整弁（2
7）及び第５調整弁（28）の開放により放出する。その
放出ガスの流量はそれぞれマスフローコントローラ（2
9）（30）（31）（32）（33）により制御され、各々の
ガスは混合されて主管（34）（35）へ送られる。尚、
（36）（37）は止め弁である。

主管（34）（35）を通じて流れるガスは反応管（38）
へ流入するが、この反応管（38）の内部には容量結合型
放電用電極（39）が設置され、また、筒状の成膜用基板
（40）が基板支持体（41）の上に載置され、基板支持体
（41）がモーター（42）により回転駆動され、これに伴
って基板（40）が回転する。そして、電極（39）に電力
50w〜3Kw、周波数１〜50MHzの高周波電力が印加され、
しかも、基板（40）が適当な加熱手段により約200〜400
℃、好適には約200〜350℃の温度に加熱される。また、
反応管（38）は回転ポンプ（43）と拡散ポンプ（44）に
連結されており、これによってグロー放電による成膜形
成時に所要な減圧状態（放電時のガス圧例えば0.01〜0.
5Torr）が設定できる。

このような構成のグロー放電分解装置を用いて、基板
（40）の上にａ−SiC層を形成する場合、第１調整弁（2
4）、第２調整弁（25）及び第４調整弁（27）を開いてS
iH₄,C₂H₂,H₂の各々のガスを放出し、その放出量をマス
フローコントローラ（29）（30）（32）により制御し、
各々のガスは混合されて主管（34）を介して反応管（3
8）へ流入する。そして、反応管内部の減圧状態、基板
温度、電極印加用高周波電力をそれぞれ所定の条件に設
定するとグロー放電が発生し、ガスの分解に伴ってａ−
SiC膜が基板上に高速に形成される。

尚、本発明の電子写真感光体を製作するに当たって、
そのａ−SiC:H表面保護層は上述した製造方法に限られ
るものでなく、その他、SiH₄ガスとC₂H₂ガスの組合せ以
外のガス成分を用いたグロー放電分解法があり、あるい
はイオンプレーティング法などの薄膜形成方法を採用し
てもよい。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を述べる。

（例１） 第５図のグロー放電分解装置を用いて、第１表に示す
通り、ドラム状アルミニウム基板の上にキャリア注入阻
止層、光導電層及び表面保護層を順次形成した。

上記により得られた電子写真感光体について、そのａ
−SiC:H表面保護層のカーボン含有量（Si_1-xC_xのＸ値）
をXMA法（Ｘ−ray Micro−Analysis）により、波数2100
cm^-1の吸収係数α（2100）を赤外線吸収法により、光学
的バンドギャップEgoptを可視光吸収によりそれぞれ測
定したところ、下記の通りの結果が得られた。

ｘ＝0.93 α（2100）＝380（cm^-1） Eg opt ＝2.7ev また、第１表より、C₂H₂/（SiH₄＋C₂H₂）＝0.87,H₂/
（SiH₄＋C₂H₂）＝1.0、高周波電力は単位ガス流量当た
り1.7W/sccmであることが判る。

かくして得られた電子写真感光体ドラムの光感度を測
定したところ、優れた光感度特性を示すことを確認し
た。また、このドラムを複写機に搭載し、画像評価を行
ったところ、画像流れのない良好な画像が得られた。そ
して、このドラムを30℃、85％RHの高湿下に10時間放置
し、その後、感光体加熱用ヒーターを用いないで画像を
出したところ、画像流れのない鮮明な画像が得られた。
また、上記高湿下で10万枚のコピーの耐刷試験を行い、
次いで上記高湿下において感光体加熱用ヒーターを用い
ないで画像を出したところ、画像流れのない鮮明な画像
が得られた。

（例２） 次に本例においては、（例１）の電子写真感光体ドラ
ムのなかでａ−SiC:H表面保護層を形成するに当たっ
て、各種ガスの流量、電力、ガス圧を変え、これによっ
て第２表に示すようなSiC組成比率の各種表面保護層か
ら成る電子写真感光体（感光体Ａ〜Ｆ）を製作した。

そして、各感光体のIRスペクトルを測定したところ、
いずれもα（2100）≦600cm^-1であり、SiH₂種は少ない
ことが確かめられた。また、ヒーターを用いないで画像
評価したところ、第２表に示す通りの結果が得られた。

画像流れについては評価基準を三区分したおり、○印
は画像流れのない良好な画像が得られた場合であり、×
印は画像流れが発生し、文字などの判読が出来なくなっ
た場合であり、××印は著しい画像流れが発生し、文字
などの位置の判別も出来なくなった場合である。

第２表に示す結果より明らかな通り、感光体Ｅ、Ｆは
画像流れのない良好な画像が得られた。

（例３） 本例においては、（例１）の電子写真感光体ドラムの
なかでａ−SiC:H表面保護層を形成するに当たって、第
３表に示す通りIRスペクトルのα（2100）が変化した各
種ａ−SiC:H表面保護層から成る電子写真感光体（感光
体Ｇ〜Ｋ）を製作した。そして、これらのカーボン含有
量を測定したところ、いずれも0.9≦ｘ＜1.0であった。

かくして得られた各種感光体のIRスペクトル及び30
℃,85％RHの高湿下で10万枚の耐刷試験を行ってヒータ
ーなしの画像流れを測定したところ、第３表に示す通り
の結果が得られた。

尚、第３表中の画像流れのなかで△印は画像の一部に
画像流れの発生が認められた場合を示す。

第３表より明らかな通り、本発明の感光体G,H,Iは画
像流れが生じない優れた感光体であることが判る。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、所定条件を具備したａ
−SiC:H表面保護層から成る場合、高湿下でヒーターを
不要としても画像流れが生じなくなり、そして、光感
度、耐久性及び耐コロナ放電性に優れた電子写真感光体
を提供することができた。

また、本発明によれば、ヒーターを不要としたことに
よって装置自体の簡略化及び低コスト化を達成した電子
写真記録装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子写真感光体の層構成を示す断面図、
第２図及び第３図は本発明の電子写真感光体の具体的層
構成を示す断面図、第４図はヒーターを備えた電子写真
感光体の破断面、第５図はグロー放電分解装置の説明図
である。 1,10,14……導電性基板 2,11,15……キャリア注入阻止層 3,12,17……光導電層 4,13,18……水素化アモルファスシリコンカーバイド表
面保護層 ７……ヒーター 16……キャリア輸送層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 原 健司 (56)参考文献 特開 昭62−141564（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−191152（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−115559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−141564（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−219962（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−192751（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 5/00 - 5/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上にアモルファスシリコンからなるキ
   ャリア注入阻止層とアルモファスシリコンからなる光導
   電層とを積層し、該光導電層上に組成式Si_1-xC_xのｘ値
   が0.9≦ｘ＜1.0であり、赤外線吸収スペクトルにおける
   2100cm^-1の吸収係数が600以下である厚み0.05〜５μｍ
   の水素化アモルファスシリコンカーバイド表面層を形成
   した常温にて使用する電子写真感光体。
2. 【請求項２】請求項（１）記載の電子写真感光体を用い
   て所要の温度に加熱するための加熱手段を具備しない電
   子写真記録装置。