JP3659458B2 - 電子写真感光体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水素化アモルファスシリコン光導電層を備えた電子写真感光体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファスシリコン（以下、アモルファスシリコンをａ−Ｓｉと略記する）を光導電層とした感光体が、すでに製品化されているが、このａ−Ｓｉ感光体は正帯電用であって、導電性基板上にグロー放電分解法により水素化アモルファスシリコン（以下、水素化アモルファスシリコンをａ−Ｓｉ：Ｈと略記する）からなる電荷注入阻止層とａ−Ｓｉ：Ｈ光導電層とを順次積層した層構成である。そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ電荷注入阻止層に周期律表第IIIｂ族元素をドーピングすることで電子に対するポテンシャル障壁が形成され、これにより、導電性基板からの電子の注入を防ぎ、正帯電用の電子写真感光体が得られる。
【０００３】
他方、上記電荷注入阻止層に対し周期律表第IIIｂ族元素に代えて周期律表第Ｖｂ族元素をドーピングすることでホールに対するポテンシャル障壁が形成され、これにより、導電性基板からのホールの注入を防ぐようにして、従来のＯＰＣ感光体に代わる負帯電用の電子写真感光体が期待されているが、いまだ実用化には至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、このように実用化されない課題について、種々検討をおこなったところ、既存の正帯電用の電子写真感光体に対し、周期律表第IIIｂ族元素（以下、IIIｂ族元素と略記する）の電荷注入阻止層へのドーピングを、たんに周期律表第Ｖｂ族元素（以下、Ｖｂ族元素と略記する）に代えただけであるならば、負極性に帯電するが、正極性にも帯電することがわかった。
【０００５】
そのため、このような電子写真感光体を複写機やプリンタ等の電子写真装置に搭載し、負帯電用トナーを使用して画像形成しようとすると、トナーを紙に転写した際に上記正帯電性に起因して、転写バイアス電圧を打ち消し、画像特性上劣化した。
【０００６】
また、上記負帯電用の電子写真感光体では、短波長可視光に対する光感度に劣り、そのため光源の露光波長が制限されるという問題点もある。
【０００７】
しかも、Ｖｂ族元素をドーピングするために用いる代表的なガスであるホスフィン（ＰＨ₃ ）は毒性が強く、低濃度であっても人体に悪影響があり、そのため安全管理には細心の注意を払う必要があり、これに伴ってコストが増大するという問題点もある。さらにこのようなドーピングガスを所要どおりに高い精度でもって使用し、これによって電子写真特性のバラツキを小さくするには、生産管理を相当に高める必要があり、その点でも生産コストが上昇していた。
【０００８】
本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究に努めた結果、ａ−Ｓｉ：Ｈ電荷注入阻止層にＶｂ族元素をドーピングしないでも負極性に良好に帯電できる成膜条件として、その上に成膜するａ−Ｓｉ：Ｈ光導電層の赤外線吸収スペクトルにおける波数２０００ｃｍ^-1での強度Ｉａと、波数２１００ｃｍ^-1での強度Ｉｂとの関係を規定することで膜質を制御し、これによって優れた負帯電性が得られることを見出した。
【０００９】
したがって本発明は上記知見により完成されたものであり、その目的は優れた画像特性の負帯電用の電子写真感光体を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、ホスフィンガスなどを使用しないことで、生産コストを下げることができた電子写真感光体を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、短波長可視光に対する光感度を高め、これによって多様な機種に対応する電子写真感光体を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の負帯電用の電子写真感光体は、導電性基板上に水素化アモルファスシリコンからなる電荷注入阻止層および水素化アモルファスシリコンからなる光導電層を順次積層し、上記光導電層に対する赤外線吸収スペクトルにおける波数２０００ｃｍ^−１での強度Ｉａと、波数２１００ｃｍ^−１での強度Ｉｂとを０．２２≦Ｉｂ／（Ｉａ＋Ｉｂ）≦０．３５の関係式を満たすようにし、且つ前記電荷注入阻止層についてIIIｂ族元素及びＶｂ族元素をノンドーピングの状態としたことを特徴とする。
本発明の負帯電用の電子写真感光体は、上記感光体において、前記電荷注入阻止層は酸素及び窒素を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
感光体の構成
図１は発明の実施形態に係る感光体１の層構成であり、導電性基板２の上にグロー放電分解法によりａ−Ｓｉ：Ｈからなる電荷注入阻止層３およびａ−Ｓｉ：Ｈからなる光導電層４を順次積層し、この光導電層４上に表面保護層５を積層する。
【００１４】
導電性基板２には銅、黄銅、ＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属導電体、あるいはガラス、セラミックなどの絶縁体の表面に導電性薄膜を被覆したものなどがある。この導電性基板２はシート状、ベルト状もしくはウェブ状可とう性導電シートでもよく、このようなシートにはＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属シート、あるいはポリエステル、ナイロン、ポリイミドなどの高分子樹脂フィルムの上にＡｌ、Ｎｉなどの金属もしくは酸化スズ、インジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）などの透明導電性材料や有機導電性材料を蒸着などにより被覆して導電処理したものを用いる。
【００１５】
上記表面保護層５はａ−Ｓｉ、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスシリコンナイトライド、アモルファスシリコンオキサイド、セレン等を、グロー放電分解法、真空蒸着法、活性反応蒸着法、イオンプレーテイング法、ＲＦスパッタリング法、ＤＣスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、熱ＣＶＤ法などで成膜形成する。また、有機材料を使用する場合には塗布などによって成膜形成する。
【００１６】
上記電荷注入阻止層３については、ａ−Ｓｉ：Ｈに対し価電子制御用不純物としてのIIIｂ族元素およびＶｂ族元素をドーピングせず、そして、このようなノンドープであっても、光導電層４の赤外線吸収スペクトルにおける波数２０００ｃｍ^-1での強度Ｉａと、波数２１００ｃｍ^-1での強度Ｉｂとを０．２２≦Ｉｂ／（Ｉａ＋Ｉｂ）≦０．３５の関係式を満たすように設定することで、優れた負帯電能が得られた。
【００１７】
すなわち、本発明においては、ノンドープのａ−Ｓｉ：Ｈは成膜中に形成される結合ネットワークの構造的欠陥に起因し、弱いｎ型を示すので、フォスフィン（ＰＨ₃ ）ガスなどを用いてＰをドーピングしなくとも、光導電層４の膜質を規定することで優れた負帯電能が得られることは予想外の効果であった。
【００１８】
具体的には、光導電層４を成膜するに際して、成膜速度をたとえば２．５〜７．０μｍ／時に、好適には４．０〜６．０μｍ／時に設定することで、Ｓｉ原子とＨ原子との結合状態である〔ＳｉＨ結合〕と〔（ＳｉＨ₂ ）_n 結合〕の量比を規定するが、それを赤外線吸収スペクトルであらわした場合に、波数２０００ｃｍ^-1での強度Ｉａと、波数２１００ｃｍ^-1での強度Ｉｂとの関係を示すＩＲ比をＩｂ／（Ｉａ＋Ｉｂ）で表して、０．２２≦ＩＲ比≦０．３５、好適には０．２５≦ＩＲ比≦０．３４の関係式を満たすように定めると優れた負帯電能が得られ、さらに短波長可視光に対する光感度も向上した。
【００１９】
また、電荷注入阻止層３に酸素や窒素を含有させて、禁制帯幅を大きくし、これによって電荷注入阻止という機能上、障壁を高くすることができる。しかも、酸素を含有させることで基板との密着性が高められる点でよい。ただし、酸素のみではシランガスと反応して爆発を引き起こし易いので不活性な窒素も併存させるとよく、実際には一酸化窒素（ＮＯ）ガスなどを使用する。
【００２０】
さらにまた、複写機では光源としてハロゲンランプを使用するが、このハロゲンランプによれば、６００ｎｍの波長ピークがあって、５００〜７５０ｎｍの幅で発光するのに対し、プリンタでは６８０ｎｍ付近のレーザー光、ＬＥＤなどを光源に使用する。本発明においては、短波長可視光に対する光感度が高められるので、双方の機種に対応できる。
【００２１】
画像形成装置の構成
図２は本発明の感光体を搭載したプリンタ構成の画像形成装置７であり、８は感光体であり、この感光体８の周面にコロナ帯電器９と、その帯電後に光照射する露光器１０（ＬＥＤヘッド）と、トナー像を感光体８の表面に形成するためのトナー１１を備えた現像機１２と、そのトナー像を被転写材１３に転写する転写器１４と、その転写後に感光体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段１５と、その転写後に残余静電潜像を除去する除電手段１６とを配設した構成である。また、１７は被転写材１３に転写されたトナー像を熱もしくは圧力により固着するための定着器である。
【００２２】
このカールソン法は次の1〜6の各プロセスを繰り返し経る。
１．感光体８の周面をコロナ帯電器９により帯電する。
２．露光器１０により画像を露光することにより、感光体８の表面上に電位コントラストとしての静電潜像を形成する。
３．この静電潜像を現像機１２により現像する。この現像により黒色のトナーが静電潜像との静電引力により感光体表面に付着し、可視化する。
４．感光体表面のトナー像を紙などの被転写材１３の裏面よりトナーと逆極性の電界を加えて、静電転写し、これにより、画像を被転写材１３の上に得る。
５．感光体表面の残留トナーをクリーニング手段１５により機械的に除去する。
６．感光体表面を強い光で全面露光し、除電手段１６により残余の静電潜像を除去する。
【００２３】
なお、画像形成装置７はプリンターの構成であるが、露光器１０に代えて原稿からの反射光を通すレンズやミラーなどの光学系を用いれば、複写機の構成の画像形成装置となる。
【００２４】
また、この画像形成装置７には通常の乾式現像を用いているが、その他、湿式現像に使用される液体現像剤にも適用される。
【００２５】
【実施例】
純度９９．９％のＡｌからなる円筒状の基板の上に表１に示すような成膜条件（この条件は一チェンバ内での値である）でもってグロー放電分解法により電荷注入阻止層３、光導電層４および表面保護層５を積層した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
また、電荷注入阻止層３の成膜に当たって、ＰＨ₃ ガスをＳｉＨ₄ ガスとの流量比でもって表２に示すように幾とおりにも変えて導入した。そして、負帯電性、正帯電性、短波長側感度、長波長側感度をそれぞれ測定し、評価した。
【００２８】
【表２】

【００２９】
負帯電性は０．３μＣ／ｃｍ² の電荷量で、４００Ｖ以上の帯電が得られた場合を○印、４００Ｖ未満の帯電であれば、×印とした。また、正帯電性は０．３μＣ／ｃｍ² の電荷量で、５０Ｖ未満の帯電である場合を○印、５０Ｖ以上の帯電であれば、×印とした。
【００３０】
短波長側感度については、５５０ｎｍの露光により表面電位を５００Ｖから５０Ｖまで低下させるために要するエネルギーが１．０μＪ／ｃｍ² 未満である場合には○印、１．０〜２．０μＪ／ｃｍ² である場合には△印、２．０μＪ／ｃｍ² を越えると×印とした。
【００３１】
長波長側感度については、７００ｎｍの露光により表面電位を５００Ｖから５０Ｖまで低下させるために要するエネルギーが１．０μＪ／ｃｍ² 未満である場合には○印、１．０〜２．０μＪ／ｃｍ² である場合には△印、２．０μＪ／ｃｍ² を越えると×印とした。
【００３２】
表２から明らかなとおり、ＰＨ₃ ガスをまったくドープしない場合には、短波長側感度および負帯電能に優れることがわかる。
【００３３】
つぎに表３に示すような感光体の成膜条件に基づいて、電荷注入阻止層に対してＰ元素をドーピングしないで作製した。
【００３４】
【表３】

【００３５】
そして、光導電層の成膜時においてＳｉＨ₄ ガス流量（成膜速度）を幾とおりにも変えて各種感光体を作製し、表４に示すように負帯電性、正帯電性、短波長側感度、長波長側感度、外観をそれぞれ測定した。その結果も表４に示す。
【００３６】
【表４】

【００３７】
負帯電性は０．３μＣ／ｃｍ² の電荷量で、帯電が４００Ｖ以上の得られた場合を○印、１００Ｖ以上４００Ｖ未満の帯電であれば△印、１００Ｖ未満であれば、×印とした。
【００３８】
また、正帯電性は０．３μＣ／ｃｍ² の電荷量で、３０Ｖ未満の帯電である場合を○印、３０〜５０Ｖの帯電であれば、△印、５０Ｖ以上の帯電であれば、×印とした。
【００３９】
短波長側感度については、５５０ｎｍの露光により表面電位を５００Ｖから５０Ｖまで低下させるために要するエネルギーが１．０μＪ／ｃｍ² 未満である場合には○印、１．０〜２．０μＪ／ｃｍ² である場合には△印、２．０μＪ／ｃｍ² を越えると×印とした。
【００４０】
長波長側感度については、７００ｎｍの露光により表面電位を５００Ｖから５０Ｖまで低下させるために要するエネルギーが１．０μＪ／ｃｍ² 未満である場合には○印、１．０〜２．０μＪ／ｃｍ² である場合には△印、２．０μＪ／ｃｍ² を越えると×印とした。
【００４１】
外観については、成膜中に突起状欠陥が形成されない場合を○印、欠陥が生じた場合を×印とした。
【００４２】
かくして得られた本発明の感光体（ＩＲ比＝０．２５〜０．３４）を前記画像形成装置７（乾式現像：トナー平均粒径８μｍ）に搭載し、カールソン法で画像形成して、３０万枚のランニングテストをおこない、画像特性とトナー付着具合を測定したところ、白抜け、黒点、画像流れ等の画像欠陥がなかった。
【００４３】
これに対し、成膜速度が１．０μｍ／時もしくは２．０μｍ／時の場合には、放電が安定しないで、成膜中に膜が剥離し、軸ムラが発生した。この軸ムラは円筒状の基板の軸方向の帯電特性のムラをあらわし、膜厚のムラに及ぼす。また、低いパワーによる成膜では放電が安定しないで、膜が剥離しやすくなる。剥離しないまでも、下方に放電が集中する傾向にあり、膜厚ムラとなる。
【００４４】
他方、ＩＲ比が０．３６の場合、さらにＩＲ比が０．４１の場合には赤外線吸収によりａ−Ｓｉ：Ｈ中に（ＳｉＨ₂ ）_n 結合が増加し、ダングリングボンドに起因するキャリアをトラップする局在準位によって、負帯性が低下する。
【００４５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の電子写真感光体によれば、価電子制御用不純物がドーピングされていないａ−Ｓｉ：Ｈ電荷注入阻止層をグロー放電分解法により形成しても、その上に設けるａ−Ｓｉ：Ｈ光導電層に対し赤外線吸収スペクトルにおける波数２０００ｃｍ^-1での強度Ｉａと、波数２１００ｃｍ^-1での強度Ｉｂとを０．２２≦Ｉｂ／（Ｉａ＋Ｉｂ）≦０．３５の関係式を満たすように規定したことで、ホスフィンガスなどを使用しなくとも優れた画像特性の負帯電用に供することができた。
【００４６】
また、本発明においては、毒性が強く、低濃度であっても人体に悪影響があるホスフィンガスを使用しないので、安全管理対策が不要となり、これに伴って生産コストが低減できた。しかも、このようなドーピングガスを使用しないことで、精度の高いドーピング管理も不要となり、これによって電子写真特性のバラツキを小さくなり、その点でも生産コストが低減できた。
【００４７】
さらにまた、本発明によれば、短波長可視光に対する光感度を高めることができたので、複写機用およびプリンタ用の双方の感光体、さらには多様な機種に対応する電子写真感光体が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発明の実施形態に係る感光体の層構成を示す断面図である。
【図２】 本発明の画像形成装置の概略図である。
【符号の説明】
１、８ 感光体
２ 基板
３ 電荷注入阻止層
４ 光導電層
５ 表面保護層
７ 画像形成装置
９ コロナ帯電器
１０ 露光器
１１ トナー
１２ 現像機
１３ 被転写材
１４ 転写器
１５ クリーニング手段
１６ 除電手段

Claims (2)

1. 導電性基板上に水素化アモルファスシリコンからなる電荷注入阻止層および水素化アモルファスシリコンからなる光導電層を順次積層し、上記光導電層に対する赤外線吸収スペクトルにおける波数２０００ｃｍ^−１での強度Ｉａと、波数２１００ｃｍ^−１での強度Ｉｂとを０．２２≦Ｉｂ／（Ｉａ＋Ｉｂ）≦０．３５の関係式を満たすようにし、且つ前記電荷注入阻止層についてIIIｂ族元素及びＶｂ族元素をノンドーピングの状態としたことを特徴とする負帯電用の電子写真感光体。
2. 前記電荷注入阻止層は酸素及び窒素を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子写真感光体。

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