JP3124841B2 - 電子写真感光体 - Google Patents

電子写真感光体

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JP3124841B2 JP04247730A JP24773092A JP3124841B2 JP 3124841 B2 JP3124841 B2 JP 3124841B2 JP 04247730 A JP04247730 A JP 04247730A JP 24773092 A JP24773092 A JP 24773092A JP 3124841 B2 JP3124841 B2 JP 3124841B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアモルファスシリコン系
光導電層から成る電子写真感光体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、アモルファスシリコン系光導電層
(以下、アモルファスシリコンをa−Siと略記する)
から成る電子写真感光体が実用化され、その製造量は年
々増加の一途をたどっている。
【0003】このa−Si系感光体の基本構成は、図3
に示すように導電性基板1の上にa−Si系光導電層2
を形成し、更に例えばアモルファスシリコンカーバイド
等から成る表面層3を積層して表面硬度を高めるように
したが、その反面、この構成の電子写真感光体を高温高
湿下で使用した場合には、画像流れ(所謂、ボケと呼ば
れる)が発生し、実用上支障があった。
【0004】この問題点に対して、この電子写真感光体
の付近にヒーターを設けて、その感光体を35〜50℃
に加熱し、これにより、その感光体表面の水分を減らし
て画像流れの発生を防いでいた。
【0005】また、感光体表面に付着する帯電生成物に
起因して、それが高温高湿下で水分を吸収し、画像流れ
の発生原因になっていることも判っており、それに対し
て効率的に帯電生成物を除去できるクリーニングプロセ
スが開発されている。
【0006】
【従来技術の課題】しかしながら、上記構成のa−Si
系感光体並びにクリーニングプロセスにおいても、その
a−Si系感光体を搭載した機器でもって常温常湿下で
耐刷を繰り返した後、電源を切り(感光体加熱用ヒータ
ーのOFF)、然る後に高温高湿下に数時間(または一
夜)放置し、再び電源を入れ(感光体加熱用ヒーターの
ON)、画像を形成したところ、最初の数十枚〜数百枚
に画像のかぶりを発生するという問題点があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1の電子
写真感光体は、導電性基板の上に光導電層と、SiCか
ら成るアモルファス状態の原子及び該原子のダングリン
グボンドを補償する水素またはフッ素の原子とから成る
表面層とを順次積層した構成において、前記アモルファ
ス状態の原子の密度が6.5×1022原子/cm3 以下
であることを特徴とする。
【0008】本発明の請求項2の電子写真感光体は、導
電性基板の上に光導電層と、SiCから成るアモルファ
ス状態の原子及び該原子のダングリングボンドを補償す
る水素またはフッ素の原子とから成る表面層とを順次積
層した構成において、前記アモルファス状態の珪素原子
の密度が3.0×1022原子/cm3 以下であり、且つ
前記アモルファス状態の炭素原子の密度が5.0×10
22原子/cm3 以下であることを特徴とする。
【0009】本発明の請求項3の電子写真感光体は、請
求項1または請求項2において、更にダングリングボン
ドを補償する水素またはフッ素のうち少なくとも1種の
原子の密度が5.0×1022原子/cm3 以上であるこ
とを特徴とする。
【0010】
【作用】請求項1の電子写真感光体によれば、従来の表
面層に比べてアモルファス状態の原子の密度が6.5×
1022原子/cm3 以下である比較的粗な膜構造の表面
層を積層したことにより、その表面層の含有水分量が少
なくなると考えられる。この理由については、本発明者
は推論の域を脱し得ないが、感光体加熱用ヒーターのO
FF時では、水分の吸着や侵入が抑えられ、また、感光
体加熱用ヒーターのONの直後では、吸着や侵入する水
分の放出が早くなり、これにより、画像のかぶりの発生
が生じにくいと考える。その結果、前記のように従来の
a−Si系感光体を搭載した機器である場合には、常温
常湿下で耐刷を繰り返すという耐刷テストにより、最初
の数十枚〜数百枚に画像のかぶりを発生し、また、表面
電位が数十V低下していたのが、上記構成の本発明の電
子写真感光体であれば、その電位低下がなく、画像のか
ぶりが発生しなくなった。
【0011】請求項2の電子写真感光体によれば、上記
構成のように3.0×1022原子/cm3 以下で含有す
るアモルファス状態のSi原子と、5.0×1022原子
/cm3 以下で含有するアモルファス状態のC原子とを
組み合わせることにより、比較的粗な膜構造の表面層を
積層したことになり、これによっても、その表面層の含
有水分量が少なくなると考えられる。そして、同様に感
光体加熱用ヒーターのOFF時では、水分の吸着や侵入
が抑えられ、また、感光体加熱用ヒーターのONの直後
では、吸着や侵入する水分の放出が早くなり、これによ
り、画像のかぶりの発生が生じにくいと考える。その結
果、高温高湿下で耐刷を繰り返すという更に過酷な耐刷
テストをした場合でも、表面電位の低下がなく、画像の
かぶりが発生しなくなった。
【0012】本発明者は、請求項2の電子写真感光体に
おいて更に過酷な耐刷テストに対して良好な結果が得ら
れた理由としては下記の通りであると推論する。
【0013】即ち、オゾン(酸化)に弱いSiに、オゾ
ン(酸化)に強いCを混合したことによるものと考えら
れるが、その他に光透過率を上げて高感度となったり
(光学的エネルギーEgopt. 2.4eV以上)、残留電
位を小さくして濃度が確保できたり(光学的エネルギー
Egopt. 3.0eV以上)、その合金化により硬度が上
がって必要な耐摩耗性が確保できた等の理由も考えられ
る。
【0014】しかも、請求項3の電子写真感光体によれ
ば、ダングリングボンドを補償する水素またはフッ素の
うち少なくとも1種の原子の密度が5.0×1022原子
/cm3 以上であることにより、粗な膜構造に対して共
有結合半径の小さな原子が隙間を埋めるように均一に分
布し、しかも、これらの水をはじく撥水作用効果もあ
り、これらの均一分布と撥水作用効果とが有効に組合っ
て吸着や侵入する水分が減少するものと考える。
【0015】また、各請求項の電子写真感光体によれ
ば、この表面層を積層したことによりクリーニングプロ
セスで拭き取られ易く、また、削られ易くなり、その新
しい表面は常に水の吸着量が少なく、脱離し易くなり、
これにより、帯電電位の横流れを防止し、その結果、画
像流れが生じにくくなっている。
【0016】本発明者は上記構成の電子写真感光体は、
従来周知の電子写真感光体の表面層と比べてアモルファ
ス状態の原子の密度を下げて、粗な膜構造の表面層を積
層したが、これをグロー放電分解法により製作する場合
であれば、成膜条件にもよるが、従来に比べて成膜速度
を高め、ガス圧力を高め、高周波電力を低くすることに
より形成できると考える。
【0017】また、このような成膜条件において、更に
ダングリングボンドを補償する水素またはフッ素のうち
少なくとも1種の原子の密度を5.0×1022原子/c
3以上にするには、従来に比べて、成膜速度を高め、
基板温度を低めに設定することにより形成できると考え
る。
【0018】
【実施例】以下、本発明の電子写真感光体をグロー放電
分解法により製作した場合を例に挙げて説明する。
【0019】図1はこの実施例により製作した電子写真
感光体の層構成であり、図2はこの実施例に用いたグロ
ー放電分解装置である。
【0020】先ず図1においては、導電性基板4の上に
キャリア注入阻止層5とa−Si系光導電層6と表面層
7とを順次積層した構成であり、本例では導電性基板4
をアルミニウム金属により、キャリア注入阻止層5をa
−Si系の層により、表面層7をアモルファスシリコン
カーバイド層(以下アモルファスシリコンカーバイドを
a−SiCと略記する)により形成したものである。
【0021】上記導電性基板4はアルミニウム合金など
の導電部材、もしくは樹脂やガラスの表面に導電性膜を
蒸着等により形成したものにより構成してもよい。
【0022】上記キャリア注入阻止層5はa−Si系を
母材にして水素やハロゲン等を含有させ、更に周期律表
第III 族、第IV族、第V 族のうち少なくとも1種の元素
を含有させ、また必要により炭素、酸素、窒素などを含
有させることにより構成してもよい。
【0023】上記表面層7は水素(H)もしくはフッ素
(F)をダングリングボンド補償用元素として用いたa
−SiC:F、a−SiC:H:F等のアモルファス合
金層(a−はアモルファスを表示する)であっても同様
な作用効果があると考える。
【0024】次に図2のグロー放電分解装置8の構成を
説明する。
【0025】同図中、9は円筒形状の金属製反応炉、1
0は感光体ドラム装着用の円筒形状の導電性基板支持
体、11は基板加熱用ヒーター、12はa−Siの成膜
に用いられる円筒形状のグロー放電用電極板であり、こ
の電極板12にはガス噴出口13が形成されており、そ
して、14は反応炉内部へガスを導入するためのガス導
入口、15はグロー放電に晒されたガスの残余ガスを排
気するためのガス排出口であり、16は基板支持体10
とグロー放電用電極板12の間でグロー放電を発生させ
る高周波電源である。また、この反応炉9は円筒体9a
と、蓋体9bと、底体9cとからなり、そして、円筒体
9aと蓋体9bとの間、並びに円筒体9aと底体9cと
の間にはそれぞれ絶縁性のリング9dを設けており、こ
れによって高周波電源16の一方の端子は円筒体9aを
介してグロー放電用電極板12と導通しており、他方の
端子は蓋体9bや底体9cを介して基板支持体10と導
通している。また、蓋体9bに上に付設したモーター1
7により回転軸18を介して基板支持体10が回転駆動
され、これに伴って基板4も回転する。
【0026】このグロー放電分解装置を用いてa−Si
感光体ドラムを作製する場合には、a−Si成膜用のド
ラム状基板4を基板支持体10に装着し、a−Si生成
用ガスをガス導入口14より反応炉内部へ導入し、この
ガスをガス噴出口13を介して基板面へ噴出し、更にヒ
ーター11によって基板を所要の温度に設定するととも
に基板支持体10と電極板12の間でグロー放電を発生
させ、更に基板4を回転させることによって基板4の周
面にa−Si膜が成膜できる。
【0027】(例1) 本例では、表1と表2に示す成膜条件により図1の構成
のa−Si系感光体A〜感光体Cを製作した。いずれの
感光体も表1に示すような共通のキャリア注入阻止層5
とa−Si系光導電層6により構成するが、更に表2に
示すように成膜条件を変えて3種類の表面層7を形成
し、これに対応して3種類の感光体A〜Cを製作した。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】また、上記3種類の表面層の原子数比と各
原子密度は、その各感光体A〜Cの一部を1cm角に切
り出して、その表面層の分析値をRBS(ラザフォード
後方散乱)分析により求めた。また、水素原子密度はS
IMS(二次イオン質量)分析法により求めた。その結
果を表3に示す。
【0031】
【表3】
【0032】かくして得られた3種類の感光体Aから感
光体Cについて、感光体温度を45℃に設定し、常温常
湿下(25℃、60%RH)にて1万枚耐刷した後に、
高温高湿下(33℃、85%RH)に8時間放置し、こ
の状態で電源を入れて初期画像の状態を観るという実験
を行ったところ、画像のかぶりと画像流れの有無は表4
に示すような結果が得られた。
【0033】
【表4】
【0034】この結果から明らかなように、原子の密度
が6.5×1022原子/cm3 以下である表面層を備え
た感光体AとBであれば、画像のかぶりと画像流れがな
い優れた感光体になることが判った。
【0035】(例2) 本例では、表5と表6に示す成膜条件により図1の構成
のa−Si系感光体D〜感光体Hを製作した。いずれの
感光体も表5に示すような共通のキャリア注入阻止層5
とa−Si系光導電層6があるが、表6に示すように成
膜条件を変えて5種類の表面層7を形成し、これに対応
して5種類の感光体D〜Hを製作した。
【0036】
【表5】
【0037】
【表6】
【0038】また、上記5種類の表面層の原子数比と各
原子密度は、(例1)と同様に各感光体D〜Hの一部を
1cm角に切り出して求めた。その結果を表7に示す。
【0039】
【表7】
【0040】かくして得られた5種類の感光体D〜感光
体Hについて、感光体温度を45℃に設定し、常温常湿
下(25℃、60%RH)にて、もしくは高温高湿下
(33℃、85%RH)にて1万枚耐刷した後に、高温
高湿下(33℃、85%RH)に8時間放置し、この状
態で電源を入れて初期画像の状態を観るという実験を行
ったところ、画像のかぶりと画像流れの有無は表8に示
すような結果が得られた。
【0041】
【表8】
【0042】この結果から明らかなように、Si原子の
密度が3.0×1022原子/cm3以下、C原子の密度
が5.0×1022原子/cm3 以下、また水素原子密度
が5.0×1022原子/cm3 以上である表面層を備え
た感光体DとEであれば、画像のかぶりと画像流れがな
い一層優れた感光体になることが判った。
【0043】
【発明の効果】以上の通り、本発明の電子写真感光体
は、アモルファス状態の原子の密度が6.5×1022
子/cm3 以下である比較的粗な膜構造の表面層を積層
し、また、3.0×1022原子/cm3 以下で含有する
アモルファス状態のSi原子と、5.0×1022原子/
cm3 以下で含有するアモルファス状態のC原子とを組
み合わせることにより、比較的粗な膜構造の表面層を積
層し、加えて、上記表面層のダングリングボンドを補償
する水素またはフッ素のうち少なくとも1種の原子の密
度が5.0×1022原子/cm3 以上であることによ
り、画像のかぶりの発生が生じにくくなり、その結果、
従来の電子写真感光体の表面電位が数十V低下していた
のが、その電位低下がなく、画像のかぶりや画像流れが
生じなくなった。
【0044】また、従来の電子写真感光体を搭載した装
置では、常時、感光体加熱用ヒーターをONにしていた
が、これに対して本発明の電子写真感光体を搭載した装
置では、それを画像形成の直前までONにする必要がな
く、省電力化を達成した画像形成装置を提供することが
できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における電子写真感光体の層構成を示す
断面図である。
【図2】実施例で用いたグロー放電分解装置の概略説明
図である。
【図3】アモルファスシリコン系電子写真感光体の基本
構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1、4・・・導電性基板5・・・・・キャリア注入阻止
層2、6・・・アモルファスシリコン系光導電層3、7
・・・表面層

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性基板の上に光導電層と、SiCから
    成るアモルファス状態の原子及び該原子のダングリング
    ボンドを補償する水素またはフッ素の原子とから成る表
    面層とを順次積層した電子写真感光体であって、前記ア
    モルファス状態の原子の密度が6.5×1022原子/c
    3 以下であることを特徴とする電子写真感光体。
  2. 【請求項2】導電性基板の上に光導電層と、SiCから
    成るアモルファス状態の原子及び該原子のダングリング
    ボンドを補償する水素またはフッ素の原子とから成る表
    面層とを順次積層した電子写真感光体であって、前記ア
    モルファス状態の珪素原子の密度が3.0×1022原子
    /cm3 以下であり、且つ前記アモルファス状態の炭素
    原子の密度が5.0×1022原子/cm3 以下であるこ
    とを特徴とする電子写真感光体。
  3. 【請求項3】前記ダングリングボンドを補償する水素ま
    たはフッ素のうち少なくとも1種の原子の密度が5.0
    ×1022原子/cm3 以上であることを特徴とする請求
    項1または請求項2記載の電子写真感光体。
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