JP3010199B2 - 光導電体 - Google Patents

光導電体

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JP3010199B2 JP63179469A JP17946988A JP3010199B2 JP 3010199 B2 JP3010199 B2 JP 3010199B2 JP 63179469 A JP63179469 A JP 63179469A JP 17946988 A JP17946988 A JP 17946988A JP 3010199 B2 JP3010199 B2 JP 3010199B2
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舜平 山崎
茂則 林
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G5/00Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
    • G03G5/14Inert intermediate or cover layers for charge-receiving layers
    • G03G5/147Cover layers

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 『発明の利用分野』 本発明は、電子写真プロセスに用いられる円筒状光導
電体、即ち表面保護層を有する感光体ドラムに関するも
のである。
『従来技術』 電子写真プロセスに用いられる感光体ドラムには感光
体として有効樹脂、アモルファスシリコン、セレン合金
等が知られている。これら感光体ドラムはその使用時に
転写紙との摩擦や、スキージ、ブラシ等を用いたクリー
ニングによりその表面に摩擦を生じ、また、トナーやト
ナー中に含まれる潤滑剤により表面が摩耗される。その
為、感光体表面に保護膜を設けることが試みられ、各種
有機樹脂やAl2O3,Si3N4等の無機膜が検討されている。
一方、感光体用保護膜としては、保護膜の比抵抗が10
8〜1013Ωcmであることが要求される。比抵抗が108Ωcm
以下であれば、電気潜像の拡散、即ち電荷の横方向のリ
ークが発生してしまい、転写像にボケが生じてしまう。
また、比抵抗が1013Ωcm以上であれば膜中に電荷が蓄積
され、繰り返し使用するにつれ転写像が黒くなってしま
い、長期にわたって安定した良質の転写像が得られなく
なる。
さらにカラーコピー等への応用として考えられる可視
光域での使用を考えると保護膜は400nm〜800nmの範囲で
少なくとも50%以上、500nm〜800nmの範囲では80%以上
の透過率が必要となる。
以上述べたこれらの要求、即ち耐摩耗性、電気的特
性、光学的特性を満足する保護膜として本発明人の出願
による「炭素被膜を有する複合体及びその作成方法」
(特願昭56−146936号昭和56年5月17日出願)が知られ
ている。炭素を主成分とする被膜は可視光域で概略透明
であり、ビッカース硬度は2000kg/mm2以上のものが容易
に得られ、比抵抗は被膜の作成条件を変えることによ
り、106〜1013Ωcmの範囲で変えることができる。即
ち、感光体への応用としては極めて好適なものである。
特に有機感光体(OPC)とは馴染みが良く、密着性も
良好である。それは、炭素を主成分とする被膜はある種
の有機膜であると考えられ、有機感光体と炭素を主成分
とする被膜の界面ではポリマー的な結合をしていると予
想される。
しかしながら、炭素を主成分とする被膜は内部応力が
109dyn/cm2と大きく、使用の初期においては良好な密着
性が得られるものの、長期使用においてはピーリングが
発生するという問題があった。
『発明の構成』 そこで、本発明人らは長期の信頼性試験を繰り返し、
ピーリングの発生の多くは保護膜端部より発生している
ことをつきとめ、端部の膜厚を少なくとも端部より中心
に1mm以上、好ましくは5mm以上にわたって、0.3μm以
下、好ましくは0.1μm以下の膜厚とすると保護膜と下
地とのピーリングの発生は10分の1以下に低減できるこ
とを確認した。
感光体の断面図を第1図に示す。導電性基体(4)上
に中間層(3)、感光層(2)、保護膜(1)を構成し
た。
保護膜としての耐摩耗性を発揮しようとすれば0.1μ
mでは薄すぎ、少なくとも0.3μm以上、好ましくは0.5
μm以上の膜厚が必要なため、第1図に示すように両端
の0〜5mmの部分(11)の膜厚を0.01μm〜0.3μm、中
央部の実際に使用する部分(12)の膜厚を0.5μm〜2.0
μm、端部より5〜10mmの部分(13)を端部より中央部
に近くなるに従って徐々に膜厚が大きくなるように構成
した。
『作用』 このように、中央部に比べ端部の膜厚を薄くした感光
ドラムにおいては、耐摩耗性、耐引っ掻き性等の機械的
性能を損なうことなくピーリングの発生を極めて少なく
抑えることができる。
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。また、本実施例では感光体として有機
感光体(OPC)を用いた。
第2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、予め有機感光体を公知の塗布法等により
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
置の時は蓋(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)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2図では位置させて
いる。基体端部より10mmほど重なるように基体表面より
少なくとも10mm好ましくは5mm以下の空間をあけて、シ
ールドメッシュ(22)を設置している。シールドメッシ
ュは端部付近の基体とメッシュ間の空間がプラズマ化さ
れないように設けるものであり、基体と同電位に保つ。
このメッシュの重なり具合で基体端部の膜厚を調整する
ことができる。また、基体の円周方向の均一性を向上さ
せるために、その円周方向に回転させている。
さらに第2図において左右方向が長いときは被膜形成
と同時にこのシールドメッシュと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厚で多数同時に作るべ
く移動させてもよい。
反応性気体はドービング系(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照明を起こすべ
く、反応性気体としてメタンを(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。基体側を正バイアスとすると、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〜+150℃好ましくは−100〜+1
00℃であり、有機感光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。
かくして基体中央部の炭素膜を0.5〜2μm、基体端
部の膜厚を0.05〜0.5μmの厚さに形成し、膜としてそ
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。
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)を基体表面に均一に広い面積で成膜させ、
その厚さも基体端部以外の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、炭素とメタンとを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。13.56MHz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。
導電性表面をすくなくとも一部に有する円筒状の基体
(10)を用い、この被形成面上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。
シールドメッシュ(22)を基体端部より約10mm基体に
重なるように、また、基体とシールドメッシュの間隔を
3mmとなるよう基体およびシールドメッシュを設置した
ところ基体とシールドメッシュで挟まれた空間はプラズ
マかされず、基体の端には被膜は形成されず、端部より
10mmまでの間で膜厚は0.01μm〜2μmまで変化してい
た。両端部より10mmを除く中心部の膜厚はぼぼ2μmで
あり、均一であった。
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4cm長さ30cmのアルミニュ
ームまたはその合金を用いた。その上には有機感光体が
コートされているものを用いた。この基体(10)を第2
図の装置にセットし、反応空間の圧力0.3torr、水素200
SCCMを(31)より、CH4200SCCMを(32)より導入した。
気体は室温とし、特に加熱冷却をしなかった。この後、
プラズマ放電用電源(13.56MHz出力300W,DCバイアス+2
00Vを気体に印加)にて本実施例では基体中央部におい
て200Å/分形成した。こうして基体端部において0.01
μm〜0.3μm、基体中央部において約0.7μm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。
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
素被膜は従来生じていたような端部よりの剥がれは発生
せず、また、下地の有機感光体からもはがれることがな
く、A4版サイズで105〜106枚の複写動作に対しても変化
はなかった。
これは、この炭素膜の膜厚を端部において薄くしない
場合、104〜7×104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。
本実施例では感光体として有機感光体(OPC)を用い
たが、アモルファスシリコン、セレン等の感光体を用い
ても良い。
『効果』 本発明は、有機感光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において端部を薄くする
ことにより密着性を向上させたものである。これによ
り、感光ドラムの耐久性を格段に向上させることができ
た。
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図は本発明を用いた感光ドラムの断面図を示す。 第2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。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−97961(JP,A) 特開 昭61−264355(JP,A) 特開 昭55−146454(JP,A) 特開 昭51−102645(JP,A) 特開 昭59−3442(JP,A) 特開 昭61−169851(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 5/147

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】側壁が導体である円筒状基体と、 前記円筒状基体の側壁上に設けられた光導電性の感光体
    と、 前記感光体表面に設けられたアモルファス炭素膜からな
    る保護層とを有する光導電体であって、 前記円筒状基体の側壁に沿った方向で前記保護層は、膜
    厚が中央部より薄く、傾斜を有さない薄膜領域を端部近
    傍に有することを特徴とする光導電体。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記感光体は有機感光
    体であることを特徴とする光導電体。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記保護層の膜厚は前
    記中央部において0.5〜2μmであり、前記膜厚の薄い
    領域においては0.05〜0.5μmであることを特徴とする
    光導電体。
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