JPH0212158A - 電子写真用感光体 - 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） 本発明は非晶質シリコンを主体とする電子写真感光体、
特にその使用環境特性の向上に関するものである。

（従来技術） 非晶質シリコンを主体とする従来の電子写真感光体、例
えば正帯電型感光体は、第１図に示すように導電性基体
（１）とこの上に順次積層して形成された上部障壁層（
２）と電位保持層（３）及び上部障壁層（４）とから形
成され、導電性基体（１）を除く各層は次のように形成
されるのが一般的である。

即ら下部陣１ｕｌｌ（２１は第２図のように厚さ方向に
おける原子濃度分布をそれぞれ均一とした非晶質のＳ　
＋　、Ｉ−１、Ｂ、０、Ｎから形成されて約５０Ａ〜１
０μｍ厚さの強いＰ形導電性をもつように作られ、導電
性基体（１）から注入される電子が電位保持層（３）更
にはその上部の障壁ｎ（４）に到達するのを防止する。

また電位保持層（３）は第２図のように厚さ方向におけ
る原子濃度分布をそれぞれ均一とした非晶質ＳｉとＨ，
Ｂを主体とする、暗抵抗が１０１１〜１０１６Ω・Ｃ１
１（光点ＤＡ時１０４〜１０１０Ω・ｃｍ）の光導電性
を持ち、しかも暗時において約５００〜１５００Ｖの電
位を保持できるように作られる。また上部障壁層（４）
は５００Ａ〜５μｍ厚さを有し、かつ第２図のように厚
さ方向における原子濃度分布がそれぞれ均一である非晶
質のＳとＣ及び１」を主体として形成され、正帯′ＦＸ
Ｎ荷が電位保持層（３）に注入されるのを閉止できるよ
うに正孔に対して高いエネルギ的障壁をもつように作ら
れる。

（従来技術とその問題点） しかし上記のような従来の感光体は、一般に使用環境に
おける温度が高くなればなる程原価の再現性を悪化して
鮮明度を欠くようになる。例えば次の第１表のような感
光特性を持たせたものにおけるコピーサイクルテストの
結果では、室温２５゛Ｃ１相対湿度が５０％では５０万
コピーサイクルテスト漫においても正常画像が得られる
。しかし、Ｖ温２５°Ｃ１相対湿度が９５％では５０万
枚コピーサイクルテスト後原画の再現性は全くなくなり
新譜像源れとなる。

しかも従来の感光体においては上部障壁層（４）と電位
保持層（３）形成するＳｉとＨのｍ度は両者の界面にお
いてそれぞれ不連続であり、特にＣ原子が電位保持層（
３）において０．０５％以下（図では少量であるため図
示できない）であるのに比べて、上部障壁層側において
は界面から約０〜１００Ａの膚厚内において３０〜９５
％に急激に濃度が変化する。このことは上部ｒ４壁層（
４）と電位保持層（３）との間の光学的エネルギーギＶ
ツブの差が大きく、微視的結晶構造の格子不整合が大き
い界面構造となっていることを示しており、これにもと
づく界面順位の増大によって帯電電位が低くなり残留電
位がが大となって感光特性を劣化させていることを示し
、感光特性において改善の余地のあることを示している
。

第　　　１　　　表 （発明の目的） 本発明は使用環境特性の向上と合せて、帯電電位の上界
や残留電位の低下など、感光特性をも従来より向上させ
た非晶質シリコン主体どする電子写真用感光体の提供を
目的としてなされたものである。以下に図面を用いて本
発明の詳細な説明する。

（問題点を解決するための本発明の手段）本発明者は前
記の如き１１１流れの現象について種々検討を行ったと
ころ、その原因が次に述べる点にあることを明らかにし
た。即ら従来の感光体においては、第２図によって前記
したように、上部障壁層（４）におけるＳｉ原子の濃度
分布は厚み方向において均一であって最表面にＳｉ原子
が露呈している。

このためコピーの都度行われる帯電用の正コロナ放電に
　される最表面のＳｉは吸湿性が高く、しかもトナー接
触、紙接触その他の機械的、化学的、物理的刺激に劣る
５ｉＯＸ表面に変化させられる。

従って前記したように相対湿度が９５％のような高湿度
下においては、最表面に吸着した水分と雰囲気中のＮＯ
Ｘ等のイオン成分などにより通常１０１１〜１０１６Ω
・ｃｈｉである横方向抵抗を１０８０・＋４以下に劣化
させる。このため正コロナ放電によるよる正帯２Ｉ後の
原画の正伝電荷潜像を、再表面の低抵抗領域を通して横
方向へ拡がらせることになり、その結果像源れとなり原
画の再現性を失うことが明らかにされた。

本発明は以上の検討結果から使用環境特性の向上のため
には、水分の影響を受は易い上部障壁層の最表面及びそ
の近傍深さにおけるＳ１原子の濃度を零または支障のな
い程度に低下させればよいことを着想してなされたもの
で、本発明は第３図に示す断面構造図（第１図、第２図
と同一符号部分は同等部分を示す）のような構成とした
ことを特徴とするものである。

即ち第１には中間表面層（４ａ）及び最表面層（４ｂ）
から構成される上部ＩＩＩ壁層（４）における中間表面
層（４ａ）の８１原子のｉ１１度を電位保持層（３）と
の界面から表面方向に向けて漸減させて、例えば最表面
層（４ｂ）において０，１％以下の低濃度とすると共に
、Ｃ原子の濃度を電位保持層（３）との界面においては
例えば０．０５％以下、最表面■において９０〜３０％
とするように表面方向に向ける濃度を増大した分布とす
る。しかもこれに加えてＣ原子の濃度の増大によって増
大するＳＣ，Ｃ−Ｃ結合の未結合の０対電子（ダングリ
ングボンドＤＡＮＧＬＩＮＧ　ＢＯＮＤ）によるトラッ
プセンタの数の増大を防止するため、日原子の濃度を上
部障壁層（４）の最表面層（４ｂ）に向か−）で増し続
ける分布状態になるようにして、最終表面層（４ｂ）に
おけるＨの濃度を例えば１５％〜５０％としでＨ原子を
ダングリングボンドに結合させて電気的に不活性化させ
る。５ｉ−Ｃ，Ｃ−Ｃ結合のダングリングボンドによる
感光特性に与える悪影響を低減させるにはＨ原子と少量
のＦ原子の共存によりさらに効果的になる。Ｆ原子８１
度は１」原子濃度に較べて同等聞取下で良いがＳｉとＣ
の濃度比、Ｉｌ！堆積反応条件等で最適Ｆｌは変わるた
め特定するのはかなり困難である。

そして以上によりＣ／Ｓ　ｉ比をＨ原子と「原子により
ダングリングボンドの不活性化を図りながら増大させて
光学的エネルギーの増大を図り、これによりＳｉ原子ｓ
ｉが上記のように０．１％以下となる上部障壁層（４）
の最表面層（４ｂ）が事実上非晶質、水素、フッ化炭素
膜としての性質、叩も光学的エネルギーギャップＥＱが
ＥＱ≧２゜ＱｅＶ、４１抵抗乃が／ｌｃｌ＞　　１０　
＋３Ω−ｃｍを呈？ｆるようにする。Ｆ原子が最表面層
（４ｂ）の表面に存在することで疎性膜の性質を示すよ
うになるとともに、コロナ放電により水分を吸収し易い
ＳＯＸとなるＳｌが表面に存在しないようにして、相対
湿度が９５％のような高湿度の条件下におけるコピーサ
イクルテストにおいても、表面積り向抵抗、へ　がＡ≧
１０１１０・６１ｍ以下に劣化（従来構造では１０８Ω
・ｃｍ以下に劣化）しないようにしてｌ［れを生じない
ようにしたちのである。またこれに加えて最表面を８１
より機械的、科学的、物理的刺激に強い非晶質炭素膜と
することにより、トナー接触、紙接触などの刺激に強い
最表面層（４ｂ）を形成したものである。

最表面層（／ｌ　ｂ）の非晶質水素・フッ素化炭＃膜は
電子写ｒＸ装置に組みこまれて多数　の複写ないしは印
刷に使用されると紙、トナー、ブレードクリーナー等と
の機械的接触によりＡ４サイズ１００万枚で約２０００
Ａ厚さ摩耗される。従って、実質的な商品としては、約
５０００Ａ〜２μｍ程度の厚さを持っている必要がある
。Ｒ表面層（４ｂ）の構成原子の濃度分布は層厚方向に
均一で良い。トナー接触、紙接触などの刺激に強い最表
面ＩＩ（４ｂ）を形成したしのである。

また第２には上部障壁層（４）におけるＳｉ原子濃度の
減少分布と日原子濃度の増大分布が、電位保持層（３）
の界面における濃度と同一の濃度から緩やかにかつ連続
的に行われるようにした点にある。そしてこれにより界
面単位密度の低下を図って膜中における歪みの発生を少
なくして、第２図によって前記した従来の感光体におけ
るような、電位保持１ｍ（３）と上部障壁層（４）の界
面にお番ノる濃度の不連続にもとづく帯電電位の低下と
、タ（６）により約１Ｏｒ、ｐ、ｍで回転され、かつ内
部加熱装！ｆｆ（７）により基体（１）を３００残留電
位の増大を小さく押えて、使用環境特性の向上と合せて
感光特性の向上を図ったものである。

勿論上部障壁層（４）の全体を非晶質炭素膜とすること
も考えられるが、これでは界面における電位保持層（３
）のＳｉ原子！１度との大ぎな不連続を生ずることから
、帯電電位の低下など感光特性の劣化を沼くので好まし
くない。従って上部１１１’ｌ！１１（４）を形成する
中間表面層（４ａ）と最表面層（４ｂ）の層厚さは、中
間表面層（４ａ）は５０〜５０００Δとして、ｆｆ１（
１ｖＩＷｉ（３）と最表面層（４ｂ）の原子構成整合歪
みを緩らげるのがよく、最表面１（４ｂ）は５００Ａ〜
５μｍを形成するのがよい。

次に本発明の実施例について説明する。

（実施例） 第２表は第４図に示す高周波グロー放ｍｃｖ。

法による反応装置を用いて作られた感光体の特性を示す
ものである。反応チャンバ（５）内にモー°Ｃ±２”Ｃ
で加熱できるようにした基体ホルダ（８）に、外形１０
０ｍｍ、長さ３００ｍｍのアルミニウム製円筒状導電性
基体（１）を装着する。

そして基体（１）と約５ｃｍの同心的距離を置いて対抗
配置され、１３．５ＨＨ２の高周波ＩＩ源（９）（（９
ａ）は発振器、（９ｂ）はマツチング調整機）が接続さ
れた対抗電極（１０）の表面に均一に設けた図示しない
多数の吹出穴により、高圧ボンベ（１１ａ）（１１ｂ）
（１１ｃ）＜１１６）から減圧され、マスローコントロ
ーラ（１２）により流ａが精密に調整されたＳｉＨ４，
１−１２，Ｂ２１４６／Ｈ２，Ｃ２１−１２などの必要
なガスを圧Ｉノ調整バルブ（１３ａ）、メカニカルブー
スターポンプ（１３ｂ）、回転ポンプ（１３Ｇ）により
排気されてガス圧力が常に一定に調整されるチャンバ（
５）内に送り込む。そして第３表に示す流量、圧力ζ高
周波出力、堆積時間などの条件及び従来と同一要領によ
り導電性雄体（１）上に第３図のように３ａｍＩＷのＳ
ｔ、ｌ−（、Ｂ、ＯｌＮからなる下部陣Ｉｎ１１Ｉ（２
）を形成したのち、更にこの上に２０μｍ厚のＳｉ、＋
、Ｓよりなる電位保持層（３）を形成する。そして、最
後にその上に最初電位保持ｍ１（３）の原子組成比に一
致させてＳｌ、Ｈ，Ｃ原子を堆積させ、引続き厚さ方向
に＄１原子が減少方向、Ｈ及びＣ原子が増大方向となる
ように濃度を分布させて１０００人厚の上部障壁層（４
）の中間層（４ａ）を形成する。そして引き続き導入ガ
ス組成比は変えないで最表面！！（４ｂ）を５０００人
形成した。中間表面層（４ａ）と最表面層（４ｂ）にＦ
原子を導入するには、ＣＦ４ガス適正量混入させて堆積
した。

第　　　２　　　表 第３表 従来の感光体の感光特性と本発明のそれを示す第１表と
第２表とを対比して明らかなように、本発明による感光
体は帯電電位において従来のものより約４０％上昇し、
残留１迂も約５０％低下して、感光特性においてすぐれ
たものが得られることを小している。

しかも室温２５°Ｃ相対湿度９５％における１００万枚
コピーサイクルテストの結果によれば従来のものが理法
れとなるに対し、本発明では原画の再現が良好に行われ
て１００万枚以上の使用でも高解像度の鮮明な画像が得
られることが確かめられた。

（発明の効果） 以上から明らかなように本発明によれば、電子写真用感
光体において非常に重要な役割を果たす上部障壁層が要
求される特性、即ち ■　電位保持層との界面において形成する格子定数の差
を原因とする界面順位はなるべく小さく、界面トラップ
密度が低いこと。

■　上部障壁層として表面帯電電荷の伝導性が小さい高
抵抗物質であること。（、Ａ２１０＋３Ω・ｃｍ）　　
。

■　感光体の窓物質として長波長光８００ｎｍを吸収し
ない大きな光学的エネルギーギャップをもっていること
。

■　表面帯？！ｆｆｉ荷に対し横方向抵抗が高く（Ａ２
１０１３Ω・ｃｍ）　、　Ｌかも使用環境条件において
も高い横方向抵抗を維持しうること。

■　コ［１す放電、トナー接触、紙接触強い光照射等の
機械的、化学的、物理的刺激にも強い感光特性の劣化が
少なく長寿命であること。

■　１００万枚以上の使用に対しても初期値と同等の疎
水性の最表面を維持し、環境相対湿度９５％下でち像流
れ減少を発生しない。

などの要求をほぼ満足させつる上部障壁層をもつ電子写
真用感光体、従って使用環境特性と感光特性などにずぐ
れた非晶質シリコンを主体とする電子写真用感光体を提
供できる。

なお以上においては正帯電型感光体を例にとって説明し
たが、本発明は負荷電型の感光体にも適用して同様な効
果を得ることができる。また実施例においては高周波グ
ロ一方放電ＣＶＤ法を用いたが、スパッタ法、マイクロ
波ＣｖＤ法、直流放電ＣＶＤ法等従来公知の種々の製造
方法を用いることができる。

Ｃ）・・・回転ポンプ。

４、図面のＩＩ！Ｉｌｌな説明 第１図、第２図は従来の感光体の構造断面図、第３図は
本発明感光体の構造図、第４図は感光体の製作に使用さ
れる反応装置例図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性基体上に下部障壁層、電位保持層、上部障
   壁層を順次積層してなる非晶質シリコンを主体とする電
   子写真用感光体において、上部障壁層が電位保持層側に
   構成原子がＳｉ、Ｃ、Ｈ、Ｆである中間表面層を有しそ
   の上に主たる構成原子がＣ、Ｈ、Ｆである最表面層を形
   成してなる構造である電子写真用感光体。
2. （２）上部障壁層全体に含まれるＦ原子の濃度がＨ原子
   濃度の１％から１００％以内である特許請求の範囲第（
   １）項記載の電子写真用感光体。
3. （３）中間表面層を構成する原子の濃度分布が電位保持
   層との境界面においてＳｉ、Ｈ、Ｂは電位保持層とほぼ
   等濃度でありＣは０．１％原子濃度以下である特許請求
   の範囲（１）項記載の電子写真用感光体。
4. （４）中間表面層の最表面層に向かう層厚方向の濃度分
   布が、Ｓｉ原子は減少分布で、最表面層との境界面にお
   いて　０．１％原子濃度以下であり、Ｃ、Ｈ原子は増大
   分布である特許請求の範囲第（１）項記載の電子写真用
   感光体。
5. （５）最表面層は０．１％以下のＳｉ原子からなる実質
   的に非晶質炭素層でＨ、Ｆ電子を含有している特許請求
   の範囲（１）項記載の電子写真用感光体。
6. （６）最表面層を構成する原子濃度分布は層厚方向にほ
   ぼ均一分布である特許請求の範囲第（１）項記載の電子
   写真用感光体。