JPH02110469A - 電子写真感光体 - Google Patents

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、光導電層としてアモルファスシリコン系材料
を用いた電子写真感光体に関する。

〔従来の技術〕

近年、アモルファス水素化シリコン（ａ−３ｉ　（Ｈ）
　）は光感度、耐熱性に（憂れ、硬度が硬く、大面積の
薄膜が比較的容易に得られ、特に環境汚染の心配もない
ことから、電子写真感光体用の光導電性材料として注目
され開発が進められている。

ａ−５ｉ（Ｈ）　　は、−船釣にシリコンを含むガス、
例えばシラン（ＳＩ８４）ガスを原料ガスとして用いた
プラズマＣＶＤで作製される。この方法で作製されるａ
−３ｉ（Ｈ）　　は、禁制帯中の局在準位が少なくて光
導電性が大きく、また、ンボラン（Ｂ、Ｈ６＞、　　フ
ォスフイン（ＰＨ３）などのガスを原料ガスに適当に混
合・すると電導文制御１価電子制御が可能で高抵抗化す
ることができ、さらに、適当なガスを原料ガスに混入す
ることにより炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）酸素（０）などを
ａ−３ｉ（Ｈ）　　中に導入することもでき、感光体と
して要望される帯電性能１光感度。

温度特性１機械的強度などを満足し得る性能を付与する
ことができるので、ａ−５ｉ（Ｈ）　　からなる帳元層
を有する感光体は非常に優れた性能を有するものとなる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このようなａ−８ｉ　（）Ｉ）　　を表面層
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
像複写した場合、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く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、画面ぼけ
を発生しやすく、複写回数が増すと画像ぼけを生じ始め
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（、ａ−５ｉ（Ｈ）　　を表面層とする感光
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。

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１象不良を発生す
るものと考えられるが、その劣化メカニズムについては
これまでにまだ十分な解明はなされていない。

このような画像不良の発生を防止し耐刷性、耐湿性を向
上させるために、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１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＋−ｘ（Ｈ）、０＜ｘ＜１）　、あ
るいは水素化アモルファスＩ　ｉ　化シリコン（ａ−３
ｉ×Ｎ＋−ｘ（Ｈ）Ｑ＜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５７−１１５５
５９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（相対湿度８０％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。

さらに、アモルファス炭素（ａ−Ｃ）　　がこのような
表面保護層の材料として非常に有効であることが知られ
てきたが、ａ−Ｃを用いることにより感光体の化学的安
定性、耐湿性は大幅に向上するが、画像特性に結びつく
残留１位が高くなるため、表面層を厚くつけることがで
きなかった。

本発明の目的は、前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特性劣化現象を起こさず、高湿
雰囲気中においても出力画像不良などの特性の劣化がほ
とんどみられず、さらに現像、クリーニングなどの出力
画像形成プロセスにより感光体表面が暦耗や損傷を受け
にくい、耐湿性、耐刷性に優れた感光体を提供すること
にある。

さらに表面層の厚付けによる残留電位の増加を防ぐこと
にある。

〔蒜題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によれば、導電性基
体上にアモルファスシリコン系材料からなる光導電層を
有し、その光導電層がバッファ層を介してアモルファス
炭素（ａ−Ｃ）からなる表面層により１ｍされてなる感
光体において、表面層を微量の砒素を含む炭素とする。

〔作用〕

このような構成の感光体では、帯電された電荷は自由表
面ではなく、第１の層（高抵抗層）と第２の層（低抵抗
層）の界面に蓄積される。このため、残留電位は第１の
層で定まり、第２の層を厚くしても影響は出ない。すな
わち、第２の層の厚付けによる耐刷性のアップが可能と
なるのである。

また、第２の層の抵抗を下げるための手段として、本研
究者達が鋭意研究を重ねた結果、不純物の添加が有効で
あることを見い出した。

弗素添加は光学的エネルギーギャップを広げる効果があ
る。逆にエネルギーギャップを一定（表面層としての窓
効果を考えるとａ−３ｉ感光体では２．４ｅν以上必要
）として見ると、電気抵抗が低くなったことと同義であ
る。

本発明ではＡｓを添加してアクセプター原子を増加させ
る。この効果は、概ね１００〜１１００００ｐｐの範囲
で顕著である。

〔実施例〕

以下、本発明の感光体の実施例について図面を参照しな
がら詳細を説明する。

第１図は本発明による感光体の一実施例の層構成を示す
模式的断面図である。

導電性基体１は円筒状、板状、シート状いずれでも良く
、材質的にはアルミニウム、ステンレス鋼などの金属、
あるいはガラス、樹脂上に導電処理をほどこしたもので
も良い。

ブロッキング層２は導電性基体１からの電荷の注入を阻
止するために設けられる。材料的には＾β、０８．＾ｊ
！　Ｎ、　ＳＩＯ，５１０２，水素化弗素化アモル７７
．２．炭化シリコン（ａ−３ｉ　１　ｘｃｘ　（Ｆ、　
Ｈ））、　　水素化アモルファス窒化シリコン（ａ−３
ｉＮに（Ｈ））、　　水素化アモルファス炭素（ａ−Ｃ
（Ｈ）　）、　　弗素化アモルファス炭素（ａ−Ｃ（Ｆ
））、周期律表■族や■族の元素などをドープしたａ−
Ｃ（Ｈ）、　ａ−Ｃ（Ｆ）、　ａ−３ｉ　（）Ｉ）　な
どを使用できる。膜厚は１μｍ以下と薄い方が良い。

光導電層３は対象とする光の吸収能に侵れ、かつ光導電
率の大きい材料が好ましく　、ａ−９ｉ（Ｈ）。

ａ−Ｓｉ（Ｆ、）１）、　　ａ−３ｉｌ−ｘｆ：ｘ（Ｈ
）（０＜ｘ＜ＯＪ＞、　ａ−３ｉＮｘ（Ｉ（）（０〈に
＜０．２）、　　ａ−Ｓ＋０＋＋（Ｈ）（０＜ｘ＜０．
１）、　　ａ−８ｉｌ−ｘＧｅｘ（１１）などや、これ
らに周期律表■族、■族の元素などをドープした材料が
好ましい。膜厚は３μｍ以上６０μｍ以下が実用上好ま
しい。

バッファ層４０目的はより基体側の層９例えば光導電層
３と表面層５との材料的異質性を緩和することである。

材料的には、ａ−Ｃ（Ｈ）、　ａ−Ｃ（１１，Ｆ）ａ−
３ｉ１−ｘ（、＋（Ｈ）（０＜ｘ＜ｌ）、　　ａ　　Ｓ
ｉｔ　　ｘＣｘ（Ｆ、ｌｌ）（０＜ｘ＜１＞。

ａ−３ｉＮｘ（Ｈ）（０＜ｘ＜４／３）、　　ａ−３ｉ
Ｏｘ（Ｈ）（０＜Ｘ＜２）、　　ａ−３ｉＯｘ（Ｆ、　
Ｈ）　（０＜Ｘ＜２）などを使用できる。バッファ層４
の膜厚は、分光感度、残留電位、隣接する層との電気的
整合性などの兼ね合いで決まるが、１μｍ以下が望まし
い。

表面層５は水素を含むアモルファス炭素（ａ−Ｃ（Ｈ）
）からなる層であって、基本的にＸ線あるいは電子線に
よる回折像が明確でない膜であり、たとえ一部に結晶部
を含んだとしてもその比率は低いものである。ａ−Ｃ（
Ｈ）表面層中に含有される水素は炭素の未結合手に結合
してその安定化に寄与する。

表面層５はＣとＨを含む炭化水素ガスを、例えばグロー
放電分解法により分解してａ−Ｃ（Ｈ）膜を成膜し形成
するが、そのときの成膜条件により得られるａ−Ｃ（Ｉ
ｔ）膜の特性が異なってくる。一般に、同一原料では原
料ガスの流量を多くすると、また、ガス圧を高くすると
Ｅｇ、電気抵抗が高く、硬度が小さくなる。

本発明者等の知見によれば、ａ−Ｃ（Ｈ）からなる層中
に含をされる水素原子と炭素原子との結合形寝は炭素原
子同士の結合状態を反映しており、形成されたａ−Ｃ（
）Ｉ）層が電子写真感光体の表面層として適用され得る
か否かを左右する大きな要因の一つであって重要である
ことが判明している。炭素原子同士の結合状、顎として
はダイヤモンド結合（四配位）、グラファイト結合（三
配位）などがある。

グラファイト結合や炭素と水素とからなるポリマー状結
合（−ＣＨ２−）ｈ　を主体とするａ−Ｃ（ＩＩ）膜は
耐薬品性に劣り、また機械的強度にも劣ることが知られ
ており、他方、ダイヤモンド結合を主体とするａ−Ｃ（
Ｈ）膜は耐薬品性および機械的強度に著しく優れている
ことが知られている。

本発明者等はこの点に鑑みａ−Ｃ（Ｈ）膜の赤外吸収ス
ペクトルとその耐薬品性および機械的強度について鋭意
検討を重ねてきたが、その結果によれば、形成されるａ
−Ｃ（Ｈ）表面層が電子写真感光体の表面保護層として
十分機能し得るためには、ａ−Ｃ（Ｈ）表面層の赤外吸
収スペクトルの２９２０ｃｍ−’における吸収係数α１
と２９６０ｃｓ　’における吸収係数α２との比α２／
偏の値が０．８以上とされｇ匁好適である。

炭素未結合手の安定化の手段としては、水素のみでなく
、弗素、酸素、窒素によっても可能である。

第１図に示す構造を有する感光体の製造には、例えば第
２図に一例を示すようなアモルファスｌＩ弾の生成装置
が用いられ、真空槽１１の内郭に基体１の保持部１２と
それに対向する電極１３が配置され、保持部１２．電極
１３にはそれぞれヒータ１４．１５が備えられている。

トリクロルエチレンで脱脂洗浄したアルミニウム合金の
円筒基体１を保持部１２に固定し、真空槽ｌｌ内の圧力
を１Ｏ−６Ｔｏｒｒ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および電極１
３の温度を所定温度になるようにヒータ１４およびヒー
タ１５により加熱する。

保持部１２と基体１とは周方向の膜均一性を得るために
回転する。次に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１例えば２１のバルブ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の中にガスを供給する。他のガスに
ついても必要に応じて同様にして供給する。次に、槽内
圧力を所定の圧力８例えば０．００１〜５Ｔｏｒｒの範
囲内の所定方圧に調整後、高周波（ＲＦ）電源３１から
高周波（１３，５６Ｍ　ｌセ）電力を絶縁材３２を通し
て電極１３に供給し、基体ｌとの間にグロー放電を発生
させて成膜を行う。

以下具体的な実施例について説明する。

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合金円
筒基体２２０を第２図の製造装置の真空槽１１内の保持
Ｂ１２に装着し、次の条件で厚さ０．２μｍのブロッキ
ング層２をｔＣした。

ＳｉＨ，＜１ｏｏ％）流量　　　　　　　２５０ｃｃ　
／分ａ２ｈ、　（５θＱＱｐｐｍ、ｔ（２ベース）流１
　　２（Ｉｃｅ／分ガス圧　　　　　　　　　　　０．
５ＴｏｒｒＲＦ電力　　　　　　　　　　　５０Ｗ基体
温度 成膜時間 さらにこの上に、 ２５μｍに形成した。

５ｉＨ４（１００％）流量 ＢＪｇ　（２０ｐｐｍ、　Ｈ２ベース）流量ガス圧 ＲＦ電力 基体温度 成膜時間 さらにこの上に、次の条件でバラ さ０．１μｍに形成した。

５ｉＨ４（１００％）流量 （：Ｈ４（１０１）％）流量 ８２Ｈ６（２０００ｐｐｍ、　Ｌベース）流量ガス圧 ＲＦ電力 基体温度 成膜時間 さらにこの上に、 ２００℃ １０分 次の条件で光導電層３を厚さ １００ｃｃ　７分 ８０ｃｃ　７分 １５ｃｃ　７分 １．０Ｔｏｒｒ ００Ｗ ２００℃ ２分 次の条件でバッファ層側の層 ２００ｃｃ　７分 １０ｃｃ　７分 １．２Ｔｏｒｒ ００Ｗ ２００℃ ３時間 ファ層４を厚 ５ａ（０、ｌμＩＴｌ厚）、引き続いて自由表面側の層
５ｂ（２μｍｌ＠）を形成し、表面層５とした。

ｃ、＋＋ａ（１００％）　７Ｘｌｋ　　　２０ｃｃ／分
　　　１０ｃｃ　／分Ａｓｈ３流量　　　　　　　　　
　　　　　１ｃｃ　７分（１００００ｐｐｍ　ｌｉｅベ
ース） ガス圧　　　　　　　０゜０５Ｔｏｒｒ　　　　０．０
１ＴｏｒｒＲＦ電力　　　　　　　２００Ｗ　　　　　
　３００Ｗ基体温度　　　　　　１００℃　　　　　１
００℃成膜時間　　　　　　　５分　　　　　３０分以
上のようにして作製した感光体の光導電層３のエネルギ
ーギャップ（Ｅｇ＞は１．８ｅＶ、　　バッファ層４の
組成はａ−５ｌｏ、　７ｃｏ、　３（Ｈ）でそのＥｇは
２，１ｅＶである。また、表面層５のうち、バッファ層
側の層５ａはＥ　ｇ　２，４ｅＶ、　　硬度４００　ｋ
ｇ　／　ｌｌ１ｍ２．　　比抵抗１０１Ω印、自由表面
側の層５ｂはＥｇ２．４ｅＶ。

硬度８００ｋｇ／胴２．比抵抗５Ｘ１０′３Ωｃｍであ
った。

なお、硬度は＠島原製作所製超微小硬度計ＤＵＨ−５０
を用いて荷重０．０５　ｇで測定した値である。

この実施例の感光体を、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、感光体の特性
劣化は認められず、極めて鮮明な画像が得られた。また
、温度３５℃、相対湿度８５％の雰囲気中での複写にお
いても画像劣化はなかった。

このときの残留電位は３０Ｖであった。

比較例 バッファ層４までは実施例１と同一条件で作成し、バッ
ファ層側の層５ａのみを５μｍ表面層として設けた試料
は、光感度をほとんどもたず、まっ黒な画像を程した。

これは残留電位が高すぎるためである。

実施例２ 表面層５０条件を下の如（変えた以外は実施例１と同条
件で試料を作成した。

Ｃ３Ｈ，（１００％）流ｆｆｉ　　　２０ＣＣ／分　　
　１０ｃｃ　／分＾ＳＨ３流Ｉｔ　　　　　　　　　　
　　　　５ｃｃ／分（１０００ｐｐｍ　Ｈｅベース） ガス圧　　　　　　　０．０７Ｔｏｒｒ　　　　０．０
５ＴｏｒｒＲＦ電力　　　　　　　１５０　Ｗ　　　　
　　２００　Ｗ基体温度　　　　　　１００℃　　　　
　１００℃成膜時間　　　　　　　５分　　　　　６０
分また、表面層５のうち、バッファ層側の層５ａはＥｇ
２．３ｅＶ、　　硬度７ＱＱ　ｋｇ　／　ｍｍ’、　　
比抵抗５Ｘ１０”Ωｃｍ、自由表面側の層５ｂはＥｇ２
．５ｅＶ、　　硬度１０００ｋｇ　／　闘、　　比抵抗
１ｘ１０１２Ωｃｍであった。膜中Ｂ濃度は２００ｐｐ
ｍである。なお、硬度は■島原製作所製超微小硬度計Ｄ
　Ｕ　Ｈ−５０を用いて荷重０．０５ｇで測定した値で
ある。

この実施例の感光体を、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、感光体の特性
劣化１表面の磨耗などは認められず、極めて鮮明な画像
が得られた。また、温度３５℃。

８５％ＲＨで良好な画像であった。

ＡＳＨ３流量変化により、ＡＳａ度依存性を調べたとこ
ろ、１ｏｏｐｐｍ以下では電気抵抗を逆に大きくしてし
まい残留電位が上昇していた。また１１００００ｐｐ以
上では、グラファイト状の構造が主になるためと考えら
れるエネルギーギャップの低下が見られ窓効果を果たさ
ない。

〔発明の効果〕

・本発明によれば、導電性基体上にａ−３ｉ系材料から
なる光導電層を有し、その光導電層がバッファ層を介し
てａ−Ｃ（Ｈ）からなる表面層により被覆されてなる感
光体において、表面層のバッファ層に接する側の電気抵
抗を大きくし、自由表面側の電気抵抗をそれよりも小さ
くする。

表面層をこのような層構成とすることにより、表面層の
バッファ層側が通常自由表面側の表面に蓄えられる帯電
電荷の保持の役目を果たすことになり、表面層の自由表
面、すなわち感光体の表面の厚付けを可能にしその耐刷
性を飛躍的に向上させる。かくして、現像、クリーニン
グなどの出力画像形成プロセスにより感光体表面が磨耗
しにくく、耐刷性、耐湿性に優れ、長期保存および繰り
返し使用に際して特性劣化現象を起こさず、高湿雰囲気
中においても出力画（象不良がほとんど発生しない電子
写真感光体が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の感光体の層構成を示す模式的断面図、
第２図は本発明の感光体を製造可能な装置の一例の概念
的系統図である。 ■　導電性基体、２　ブロッキング層、３　光導電層、
４　バッファ層、５　表面層、５ａ　バッファ層側の層
、５ｂ　自由表面側の召。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）導電性基体上にアモルファスシリコン系材料からな
   る光導電層を有し、該光導電層がバッファ層を介して炭
   素を主体としたアモルファス物質よりなる表面層で被覆
   されている電子写真感光体において、該表面層がバッフ
   ァ層に接した第１の層と、第１の層より電気抵抗が低く
   自由表面側にある第２の層の２層構造であり、該第２層
   は砒素原子を１００ないし１００００ｐｐｍ含有する水
   素化アモルファス炭素からなることを特徴とする電子写
   真感光体。