JPH01214871A - 電子写真感光体 - Google Patents

電子写真感光体

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JPH01214871A
JPH01214871A JP4006488A JP4006488A JPH01214871A JP H01214871 A JPH01214871 A JP H01214871A JP 4006488 A JP4006488 A JP 4006488A JP 4006488 A JP4006488 A JP 4006488A JP H01214871 A JPH01214871 A JP H01214871A
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JP
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layer
amorphous silicon
amorphous
surface layer
photoreceptor
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JP4006488A
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Yukio Takano
幸雄 高野
Toyoki Kazama
風間 豊喜
Koichi Aizawa
宏一 会沢
Yukihisa Tamura
幸久 田村
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子写真感光体に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、電子写真感光体(以下、単に感光体とも称する)
として例えばアモルファスSe、またはアモルファスS
el:As、 Te、 Sbなどの不純物をドープした
光導電性材料を用いた感光体、あるいはZnOやCdS
などの光導電性材料を樹脂バインダーに分散させて用い
た感光体などが使用されている。しかしながら、これら
の感光体は耐熱性、環境汚染性9機械的強度の点で問題
がある。
近年、光導電性材料としてアモルファスシリコン(a 
−3i )を用いることによって、これら従来の電子写
真感光体の欠点を解決する技術が提案されている。蒸着
あるいはスパッタリングによって作製されたa−3iは
暗所での比抵抗が1050・cmと低く、また、光導1
度が極めて小さいので電子写真感光体としては望ましく
ない。このようなa −81では、5i−5i結合が切
れたいわゆるダングリングボンドが生成し、この欠陥に
起因してエネルギーギャップ内に多くの局在準位が存在
する。このために熱励起担体のホッピング伝導が生じて
暗比抵抗が小さくなり、また光励起担体が局在準位に捕
獲されるために光導電性が悪くなっている。
これに対してシランガス(Si)!、)  のグロー放
電分解または光CVDによって作製した水素化アモルフ
ァスシリコン(a−Si(H))では、上記欠陥を水素
原子(H)で捕獲し、SiにHを結合させることによっ
てダングリングボンドの数を大幅に低減できるので光導
電性が極めて良好になり、p型およびn型の価電子制御
も可能となったが、暗比抵抗値は高々106〜1011
Ω・cmであって電子写真感光体として充分な10′2
Ω・Cl11以上の比抵抗値に対して未だ低い。
従ってこのようなa −3i(H) からなる感光体は
表面電位の暗減衰速度が大きく初期帯電位が低い。
しかし、このようなa −3i01)  にほう素を適
量ドープすれば比抵抗を10′2Ω・cm以上まで高め
電荷保持機能を付与することができ、カールソン方式に
よる複写プロセスに適用することが可能となる。
ところがa −3i(H) の成膜速度やa −3i0
1)  の内部応力からくる基体との密着性等により膜
厚が制限されるため、充分な画像濃度を得るには感光体
のより一層の帯電電位の向上が望まれている。
また、このようなa −3i(H)  を表面とする感
光体は初期的には良好な画像が得られるものの長期間大
気中あるいは高湿中に保存しておいた後画像評価した場
合、しばしば画像不良を発生することが判明している。
また、多数回複写プロセスを経験するとしだいに画像ぼ
けを生じて(ることもわかっている。このような劣化し
た感光体は特に高湿中において画像ぼけを発生しやすく
、複写回数が増すと画像ぼげを生じ始める臨界湿度はし
だいに下がる傾向があることが確かめられている。
上述のごとく、a −5i(H) 感光体は長期にわた
って大気や湿気にさらされることにより、あるいは複写
プロセスにおけるコロナ放電などで生成される化学種(
オゾン、窒素酸化物1発生期酸素など)により、感光体
最表面が影響を受けやすく何らかの化学的な変質によっ
て画像不良を発生するものと考えられているが、その劣
化メカニズムについてはこれまでにまだ充分な検討はな
されていない。このような画像不良の発生を防止し耐刷
性を向上するために、a−3i(H)感光体の表面に保
護層を設けて化学的安定化を図る方法が試みられている
例えば、表面保護層として水素化アモルファス炭化シリ
コン(a−3ixC+−++(H)、  O<X< t
> 。
あるいは水素化アモルファス窒素化シリコン(a  5
IXNI−X()I) 、  O< X < 1 )を
設けることによって感光体表面層の複写プロセスあるい
は環境雰囲気による劣化を防ぐ方法が知られている(特
開昭57−115559号公報)。しかし、表面保護層
中の炭素濃度あるいは窒素濃度を最適な値に選べば耐刷
性をかなり改良することができるが、高湿度雰囲気中(
R880%以上)での耐湿性を維持することができず数
万枚の複写プロセスを経験すると相対湿度60%台で画
像ぼけを発生し、これらの表面保護層を付与しても耐刷
性、耐湿性を大幅に向上することができない状況にある
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、上記諸問題を解決すべく成されたもので、a
 −3i材料について電子写真感光体に使用される光導
電体としての適用性とその実用性という観点から総括的
に研究検討を続けた結果、a−3i系の感光層を特定の
電荷輸送層と電荷発生層の積層としてさらにa−3i系
の感光層上に特定の表面保護層を設けた層構成に設計さ
れ作製された感光体は、実用上充分使用し得るばかりで
なく、従来の感光体と較べてみてもほとんどの点にふい
て凌駕しており、著しく優れた特性、耐刷性、耐環境性
を有していることを見出した点に基づいている。
本発明の目的は、上述の欠点を除去して、長期保存およ
び繰り返し使用に際しても劣化現象を起こさず、充分な
帯電性能を持ち、かつ高湿雰囲気中においても画像不良
等の特性の低下がほとんど観測されない、感光体として
の特性が常時安定していてほとんど使用環境に制限を受
けない耐久性。
耐刷性、耐湿性に優れかつ望ましい光電特性を有するa
−3i系感光体を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的゛は、光感度が高く分光感度
も可視域全般ふよび赤外域にわたっている感光体を提供
することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、導電性基体上にアモルファス水素化炭
化シリコンまたはアモルファス水素化弗素化炭化シリコ
ンからなる電荷輸送層と、アモルファス水素化シリコン
またはアモルファス水素化弗素化シリコンまたはゲルマ
ニウムを含むアモルファス水素化シリコンよりなる電荷
発生層と、水素または水素と弗素を含むアモルファス炭
素からなる表面層との少なくとも3つの層を順次積層し
てなる感光体とすることによって解決される。
〔作用〕
このような構成において、アモルファスシリコン系材料
からなる電荷輸送層と電荷発生層とによって良好な帯電
性能、光感度が与えられ、アモルファス炭素からなる表
面層によって耐刷性、耐湿性、耐保存性、感光体特性の
安定性が確保され、もって上記の課題が解決される。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。
第1図は本発明による感光体の一実施例を示し、導電性
基体1上にブロッキング層2、電荷輸送層3、電荷発生
層4、バッファ層5、表面層6が順次積層された構成で
ある。
導電性基体1は円筒状、シート状いずれでも良く、材質
的にはアルミニウム、ステンレスなどの金属、あるいは
ガラスや樹脂上に導電処理を施したものでもよい。
ブロッキング層2の目的は導電性基体1からの電荷の注
入を阻止することである。材料的には、^R2r:h、
 ARN、 Sin、 5i02.  a  S!+−
xCx(F、H)(0<X<1)、  a −3iNx
(H)  (0<X<4/3)。
a −C(H) 、  a−C(F)や周期律表■族、
V族の元素をドープしたa −C()I) 、  a 
−C(F) 、  a −3i(H)  などを使用で
きる。膜厚は1μm以下と薄い方が良い。
電荷輸送層3はアモルファス水素化炭化シリコンまたは
アモルファス水素化弗素化炭化シリコンからなる。ある
いはこれらの材料に周期律表■族。
V族の元素などをドープした層でも良い。例えば■族で
は流量比でBJs/5IHs = 1〜20vol p
pm とする。電荷輸送層3中の炭素濃度は10〜5Q
atm%が適当である。また膜厚は15〜50μmとす
るのが良い。
電荷発生層4はアモルファス水素化シリコンまたはアモ
ルファス水素化弗素化シリコンまたはゲルマニウムを含
むアモルファス水素化シリコンからなる。
あるいは、これらの材料に周期律表■族、V族の元素な
どをドープした層でも良い。例えば■族では電荷輸送層
3と同様に流量比で821’16 / S!)14 =
1〜20VOffi I)pmとする。膜厚は5〜10
μmが良い。
5μm未満であると感度が不充分であり、10μmを越
えると感光体としての帯電性能が低下する。
バッファ層5は電荷発生層4と表面層6との間の材料的
異質性を緩和するためのもので、材料的にはa −3!
+−xcx(11)  (0< X < 1 ) 。
a −Si+−xcx(F、H) (0<X< 1 )
 、  a−3iN++(H)(0<X<4/3) 、
  a  5iOx(tl) (0<X<2) 。
a −3+Ox (F、 H)  (0< X < 2
 )などを使用できる。
次に、表面層6は水素または水素と弗素によって炭素未
結合手が安定化されたアモルファス炭素からなる。アモ
ルファス炭素とは基本的にはX線あるいは電子線による
回折像が明確でなく、たとえ一部が結晶部を含んだとし
てもその比率は低いことを意味している。水素は炭素と
結合してその赤外線吸収スペクトルの少なくとも290
0cm−’近辺に吸収が存在する。表面層6の膜中の水
素濃度は20〜50原子%が好ましく、さらに好適には
30〜50原子%が望ましい。また、炭素未結合手安定
化の手段として、水素以外に弗素、酸素、窒素を含むこ
とも有効である。
次に、実施例の感光体の製造方法について第2図に概念
的構成図として例示するような製造装置により説明する
。真空槽11の中にアルミニウム円筒からなる導電性基
体1を基体保持部12に装着し、真空槽11内の圧力を
10−@Torrになるように排気ポンプ16により排
気バルブ17を介して排気する。基体1の温度を所定温
度、例えば50〜350℃になるように保持部12内の
ヒータ14および対向電極13のヒータ15により加熱
する。保持部12と導電性基体lは周方向の膜均一性を
出すために回転する。
次に前述のような各層を成膜するに必要な各種の原料ガ
スの圧力容器21〜25の中から成膜に必要なガスの圧
力容器バルブ、例えば18を開け、流量調節計19を通
し、ストップバルブ20を開けて、真空槽11の中に供
給する。他のガスについても同様である。次に、槽内圧
力を所定の圧力、例えば0、001〜5 Torrに調
節後、高周波(RF)電源31から高周波(13,56
M Hz )電力を絶縁材32を介して対向電極13に
供給し、対向電極13と基体1との間にグロー放電を発
生させて成膜を行う。
第2図には圧力容器およびそれに付属する装置は5セツ
ト示されているが、このセット数は使用するガスの種類
に応じて適宜増減される。
次に、具体的な実施例について述べる。
実施例1 トリクロルエチレンで脱脂洗浄したアルミニウムの円筒
基体1を第2図の製造装置の真空槽11の保持部12に
装着し、次の条件で厚さ0.2μmのブロッキング層2
を形成した。
5iJ(100%)流量       250cc/分
B2H@(50001)Ilm、 I2ベース)流量 
20cc/分ガス圧            0.5T
orrRF電力            5ow基体温
度           200℃成膜時間     
      10分さらにこの上に次の条件で電荷輸送
層3を厚さ25μmに形成した。
5IH4(100%)流量       200cc/
分口Js(20ppm、 H,ベース)流1  10c
c/分C2H4(t00%)流量       60c
c/分ガス圧            1.2Torr
基体温度           200℃RF電力  
         300W成膜時間        
   3時間さらにこの上に次の条件で電荷発生層4を
厚さ6μmに形成した。
5IH4(100%)流量       200cc/
分B2Hg(20ppm、 )I2ベース)流1  1
0cc/分ガス圧            1.2To
rr基体温度           200℃RF電力
            300W成膜時間     
      40分さらにこの上に次の条件でバッファ
層5を厚さ0.1μmに形成した。
5I84(100%)流1       100cc/
分゛CH4(100%)流量       80cc/
分BtHs(2000ppm、 Lベース)流量 15
cc/分ガス圧            1. QTo
rrRF電力            200W基体温
度           200℃成膜時間     
      2分 最後にこの上に次の条件でa−C(H)表面層6を厚さ
0.3μmに形成した。
CJ4(100%)流量       36cc/分ガ
ス圧            0. ITorrRF電
力           300W基体温度     
      110℃成膜時間           
30分基体温度は赤外線温度計と熱電対により測定した
以上のようにして形成した感光体を試料1とする。試料
1における電荷輸送層3のエネルギーギャップEgは2
. OeVであり、炭素濃度は2Qatm%である。ま
た、電荷発生層4のエネルギーギャップEgはl、 3
eVである。また、バッファ層5の組成はa  S!o
、tco、5(H)であり、Egは2.1eVである。
表面層6のEgは2.5eV 、密度は1.4g / 
cut 、屈折率は1.7.熱放出により測定した水素
濃度は45原子パーセントである。
試料1を市販のカールソン方式の普通紙複写機に装着し
5万枚のコピーを実施したが画像濃度が高く極めて鮮明
な画像が得られた。また、5万枚コピー実施後、雰囲気
を変えながらコピーテストを行ったが、35℃、相対湿
度85%の雰囲気中におけるコピーにおいても画像は鮮
明であった。
比較例1 比較のために、試料1と同様の手順で表面層6だけがな
い感光体を作製し、5万枚コピー実施後同様のコピーテ
ストを行ったが、35℃、相対湿度60%の雰囲気中で
のコピーにおいてすでに画像分解能が低下し画像ぼけが
生じた。従ってこの表面層を形成することにより耐湿性
が向上することが判る。
表面層6の形成のためには必ずしもC,H,を用いる必
要はなく、各種の炭化水素、例えばCH4゜C2H,、
C,H,、C,H,。、C□H,、C,H,などのガス
およびこれらのガスと水素や酸素との混合ガスの使用が
可能である。表面層形成の際の基体温度は好適には50
〜150℃が望ましく、単位ガス量適たりのガスの分解
に要するエネルギーは300〜20000J/ccが望
ましい。ガス圧は0.001〜0.5Torrが望まし
い。
成膜時には、外部からバイアス電圧を加えることも膜質
の制御上有効である。またRF放電の場合は自然にバイ
アスが発生してくる。これを通常は自己バイアスと呼ん
でいるが、このようなバイアス電圧は+100〜+5Q
OV、 −100〜−1500Vが適している。
実施例2 実施例1と同様ブロッキング層2を形成し、その上に以
下の条件で電荷輸送層3を厚さ25μmに形成した。
5iF4(100%)流量       200 cc
/分BJs(20ppm、 H!ベース)流量  10
cc/分C2H,(100%)流量       60
cc/分ガ8圧            1. ’1T
orr基体温度           200℃RF電
力            300W成膜時間    
       3時間さらにこの上に実施例1と同様に
して電荷発生層4.バッファ層51表面層6を順次形成
した。
以上のように形成した感光体を試料2とする。
試料2を試料1と同様の普通紙複写機に装着し、5万枚
のコピーを実施したが画像濃度が高く、極めて鮮明な画
像が得られた。また5万枚コピー実施後の35℃、相対
湿度85%雰囲気中のコピーにおいても鮮明な画像が得
られた。
比較例2 比較例として電荷輸送層3と電荷発生層4の機能を一層
で行わないこととし、実施例1と同様にしてブロッキン
グ層を形成し、その上に以下の条件で光導電層を厚さ3
1μmに形成した。
5it1. (100%)流量       200c
c/分Bz)Ig(20ppm、 )I、ベース)流量
  10cc/分ガス圧            1.
2Torr基体温度           200℃R
F電力           300W成膜時間   
        3時間40分さらにこの上に実施例1
と同様にしてバッファ層51表面層6を順次形成した。
以上のように形成した感光体を試料3とする。
試料3を試料lと同様の普通紙複写機に装着し5万枚の
コピーを実施した。画像濃度は試料1゜2に比較し低い
が、鮮明な画像が得られた。試料lと3の電気特性を調
べたところ、試料1は試料3に比較して帯電電位が40
%程高いことが判った。
このことから本発明が有効であることが判る。
比較例3 比較例として電荷輸送層3と電荷発生J!14の機能を
一層で行わせることとし、比較例2と同様な構成で以下
の条件で光導電層を厚さ31μmに形成した。
5iH1(100%)流量       200cc/
分B2Hs(20ppm、 Haベース)流量  10
cc/分C2H,(100%)流量       60
cc/分ガス圧            1.2Tor
r基体温度            200℃RF電力
            300W成膜時間     
      3時間40分以上のように形成した感光体
を試料4とする。
試料4を試料1と同様の普通紙複写機に装着し5万枚コ
ピーを実施した。画像濃度は高いが、全体的に若干地汚
れのある画像が得られた。試料1と4の電気特性を調べ
たところ、試料4は試料1に比較して半減衰露光量感度
で約1/2であることが判った。
以上比較例2.3より本発明が非常に効果のあることが
判る。
実施例3 実施例1と同様の手順で電荷輸送層3までを形成し、こ
の上に以下の条件で電荷発生層4を厚さ6μmに形成し
た。
5IF4(100%)流量       200cc/
分eios(20ppm、 )12ベース) 流量  
10cc/分ガス圧            1.2T
orr基体温度           200℃RF電
力           300W成膜時間     
      40分さらにこの上に実施例1と同様にし
てバッファ層51表面層6を順次形成した。
以上のように形成した感光体を試料5とする。
試料5を試料1と同様の普通紙複写機に装着し、5万枚
コピーを実施した。画像濃度が高く、極めて鮮明な画像
が得られた。また5万枚コピー実施後の35℃1.相対
湿度85%雰囲気中のコピーにおいても鮮明な画像が得
られた。
実施例4 実施例1と同様の手順で電荷輸送層3までを形成し、そ
の上に以下の条件で電荷発生層4を厚さ6μmに形成し
た。
SiH4(100%)流量       200cc/
分GeH,(100%)流量       50cc/
分BJII(20ppm、 H2ベース) 流量  1
0cc/分ガス圧            1.2To
rr基体温度           200℃RF電力
            300W成膜時間     
      40分さらにこの上に実施例1と同様にし
てバッファ層51表面層6を順次形成した。以上のよう
に形成した感光体を試料6とする。試料6を試料1と同
様普通紙複写機に装着し、5万枚コピーを実施した。画
像濃度が高く、極めて鮮明な画像が得られた。また5万
枚コピー実施後の35℃、相対湿度85%雲囲気中のコ
ピーにおいても、鮮明な画像が得られた。
さらに試料6を市販の半導体レーザーブリンクに装着し
出力したところ、非常に鮮明な画像が得られた。他実施
例の試料においても充分な画像が得られたが、試料6の
方がより鮮明であった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、電子写真感光体をアモルファス水素化
炭化シリコンまたはアモルファス水素化弗素化炭化シリ
コンからなる電荷輸送層と、アモルファス水素化シリコ
ンまたはアモルファス水素化弗素化シリコンまたはゲル
マニウムを含むアモルファス水素化シリコンよりなる電
荷発生層と、水素または水素と弗素を含むアモルファス
炭素からなる表面層とを順次積層した構成としたことで
、良好な帯電性能、光感度を発揮し、また、耐湿性。
耐刷性、耐保存性、感光体特性の安定性が飛躍的に向上
した。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の感光体の層構成を示す断面
図、第2図は本発明の実施に用いる製造装置の一例の概
念的構成図である。 1 導電性基体、2 ブロッキング層、3 電荷輸送層
、4 電荷発生層、5−バッファ層、6第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)導電性基体上に形成されたアモルファスシリコン系
    材料からなる感光層と、該感光層上に形成された表面層
    とを備えた電子写真用感光体において、前記感光層が基
    体側よりアモルファス水素化炭化シリコンまたはアモル
    ファス水素化弗素化炭化シリコンからなる電荷輸送層と
    、該電荷輸送層上にアモルファス水素化シリコンまたは
    アモルファス水素化弗素化シリコンからなる電荷発生層
    からなり、かつ前記表面層が水素または水素と弗素とを
    舎むアモルファス炭素からなり、少なくともこれら3つ
    の層を順次積層してなることを特徴とする電子写真感光
    体。
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