JPH03116154A - 電子写真感光体並びにこの感光体を搭載した電子写真記録装置 - 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〕 本発明は高温下で画像流れが防止できた電子写真感光体
並びにこの感光体を搭載した電子写真記録装置に関する
ものである。

〔従来技術及びその問題点〕

近年、アモルファスシリコン光導電層から成る電子写真
感光体が実用化されているが、その感光体の基本的層構
成は第３図に示す通りである。

同図において、（１）はアルミニウムなどの導電性基板
であり、この基板（１）の上にキャリア注入阻止１ｉ（
２）、アモルファスシリコン光導電層（３）（以下、ア
モルファスシリコンをａ−Ｓｔと略す）並びに表面像８
１！（４）が順次積層されている。キャリア注入阻止層
（２）は基板（１）からのキャリアの注入を阻止して残
留電位を低減せしめており、方、表面保護層（４）は高
硬度な層であり、これによって感光体の耐久性を高めて
いる。

そして、この表面保護層（４）にアモルファスシリコン
カーバイド（以下、ａ−ＳｉＣと略す）を用いることが
提案されている（特開昭６２−１６８１６１号、特開昭
６２−１９２７５１号など参照）。

ところで、上記構成の電子写真感光体をプリンタや複写
機などの電子写真記録装置に搭載し、実用に供した場合
、繰り返し使用によってａ−５ｉＣ表面保護層（４）が
変質し、また、その耐湿性が低下し、その結果、特に高
湿な環境下では鮮明なコピー画像が出なくなり、ぼけた
画像になることが知られている（以下、本願発明におい
ては上記劣化現象を画像流れと称する）。

そこで、この問題点を解決すべく第５図に示すようにヒ
ーターを用いて電子写真感光体を４５℃位の温度になる
ように加熱している。

同図において、（５）はドラム状の電子写真感光体、（
６）はフランジであり、感光体（５）の内周面に接触す
るように円筒形状のフィルム状ヒーター（７）が配置さ
れている。このヒーター（７）は耐熱性樹脂フィルム（
８）と、この樹脂フィルム（８）に埋設された電熱線（
９）とから成り、そのフィルム面に亘って均一に発熱で
きる。また、図示していないが、バイメタル式の温度調
整器を設けることによって感光体（５）の温度を検知し
、それに対応してヒーター（７）の発熱量を加減しなが
ら感光体温度を所要の範囲に設定することができる。

しかしながら、上記ヒーター（７）を用いた場合、温度
制御機構が必要となり、装置自体が複雑な機構となり、
これに伴って高価となり、しかも、帯電能が約６０Ｖ低
減し、電子写真特性を損ねるという問題点がある。

一方、上記ａ−５ｉＣ表面保護層に代えてグロー放電プ
ラズマＣＶＤ法によりアモルファスカーボン層を表面保
護層として形成することが提案されている（特開昭６０
−５９３６７号、特開昭６０−２２５１６３号など参照
）。

本発明者等が上記表面保護層を形成した電子写真感光体
を作製し、その性能を評価したところ、ａ−３ｉＣＩＷ
に比べて硬度が小さく、しかも、光学的バンドギャップ
も小さくなる傾向にあり、その上ａ−ＳｉＣ光導電層と
の密着性に劣ることも確認した。

また、前記ａ−ＳｉＣ表面保ｉＩ層に代えてカーボンを
主成分とし、それにＧｅ＋　Ｓｎ＋　Ｐｂの少なくとも
一種の元素を加えて表面保護層としたことも提案されて
いる（特開昭６２−１５０３５６号参照）。

しかしながら、本発明者等はその一例としてアモルファ
スゲルマニウムカーバイドの表面層を備えた電子写真感
光体を製作し、その帯電能を測定したところ、その表面
層の光学的バンドギャップが小さいために低い帯電能に
なることを実験上確認した。

また、−船釣に表面保護層（４）には高硬度特性が要求
される。このような要求が満たされた場合、耐久性及び
耐コロナ放電性に優れた電子写真感光体となり得る。

〔発明の目的〕

従って本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり
、その目的はヒーターを不要としても画像流れが生じな
く、また、高湿な環境下においてもヒーターが不要とな
った電子写真感光体を提供することにある。

本発明の他の目的は耐久性及び耐コロナ放電性並びに帯
電能を向上せしめた電子写真感光体を提供することにあ
る。

更に本発明の他の目的は感光体加熱用ヒーターを不要と
し、装置自体の簡略化並びに低コスト化を達成した電子
写真記録装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電子写真感光体は、ａ−５ｉ光導電層の上にア
モルファスシリコンゲルマニウムカーバイド（以下、ａ
−ＳｉＧｅＣと略す）から成る表面層を形成した層構成
であり、その表面層の原子比が組成式（ｉ　）　　（ｉ
ｉ　）により表されることを特徴とする。

（ｉ　）　　０　＜Ｓｉ／　　（Ｓｉ＋Ｇｅ＋Ｃ）≦０
．１（ｉｉ）　　０＜Ｇｅ／　　（Ｓｉ＋Ｇｅ＋Ｃ）≦
０．３また本発明の電子写真感光体は、上記表面層のう
ち少なくとも自由表面を含む層領域の原子比が上記組成
式（ｉ）（ｉｉ）により表され、該Ｎ領域より光導電層
へ向かって層厚方向に亘りシリコン（Ｓｉ）含有比率を
漸次増加せしめると共にゲルマニウム（Ｇｅ）含有比率
を漸次減少せしめるＮ領域を更に形成したことを特徴と
する。

更にまた本発明によれば、上記電子写真感光体を搭載し
て感光体加熱用ヒーターを不要とすることができた電子
写真記録装置を提供することにある。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図は本発明電子写真感光体の典型的な層
構成であり、先ず第１図によれば、（１）は基板、（２
）はキャリア注入阻止層、（３）はａ−３ｉ光導電層で
あり、（１０）はａ−ＳｉＧｅＣ表面保護層であり、こ
の表面保護層（１０）が前記組成式（ｉ　）　　（ｉｉ
　）により構成される。

また、第２図においては、第１図に比べて表面保護層（
１１）が少なくとも自由表面を含み且つ前記組成式（ｉ
）（ｉｉ）により構成される第１の層領域（ｌｌａ）並
びに前述した通りにＳｉとＧｅの含有比率を漸次変えた
第２の層領域（ｌｌｂ）から成る。

上記本発明のいずれの層構成も表面層ｇＩｊ！Ｊ　（１
０）　（１１）のそれぞれの自由表面（１２）　（１３
）もしくはその近傍の層領域が組成式（ｉ　）　　（ｉ
ｉ　）のａ−ＳｉＧｅＣから成り、これにより、コロナ
放電に曝した後、その表面に親水性の５ｉ−０結合がほ
とんど生成せず、親水性の表面が生じなくなりその結果
、高湿な環境下においても画像流れが生じなくなる。

また、上記ａ−５ｉＧｅＣ表面保護層（１０）　（１１
）であれば、硬度が高くなり、ａ−５ｉ光導電層（３）
との密着性にも優れる。しかも、組成比を変えることに
より所望通りに光学的ハンドギャップを設定することが
でき、そのため、１．７ｅＶ位のａ−５ｉ光導電層に比
べて更に大きくすることもでき、これにより、帯電能や
光感度が高められる。

組成式（ｉ）については、０．１以下、好適には０．０
５以下の範囲内に設定するとよ＜、０．１を越えた場合
、コロナ放電に曝した後、表面に生成するＳｉ−〇結合
が多くなり、高湿な環境下において画像流れが生じる。

組成式（ｉｉ　）については、０．３以下、好適には０
．０５〜０．２の範囲内に設定するとよ＜　、０．３を
越えた場合には光学的バンドギャップが小さくなって帯
電能や光感度の低下を招き、また、表面硬度の低下も引
き起こすようになる。

また第２図の層構成によれば、第２のＮ領域（１１ｂ）
を形成することにより良好な電子写真特性を維持すると
ともに、表面の耐湿性を高めることができる。

本発明者等は上記利点から生まれるメカニズムについて
、次の通り考察する。

即ち、表面保護層内のａ−３ｉ光導電層側近傍領域の組
成が既に提案されたａ−３ｉＣ表面層の組成に近づき、
これにより、良好な帯電特性やその他の電子写真特性が
確保できたと考える。、加えて、組成を層厚方向に亘っ
て変えており、これに伴って光学的バンドギャップが連
続的に変化し、表面保護層（１１）におけるキャリアの
動きがスムーズとなり、その結果、電子写真特性の劣化
、例えば残留電位の上昇などを防ぐことができたと考え
る。

第１の層領域（ｌｌａ）の厚みは０．０５〜２μｍ、好
適には０．１〜１°μｍの範囲内に設定するとよく、こ
の範囲内であれば、耐摩耗性及び耐久性に優れ、しかも
、残留電位が顕著に低下し、画像の解像度が向上する。

第２の層領域（ｌｌｂ）の厚みは０．０５〜３μｍ、好
適には０．１〜２μｍの範囲内に設定するとよく、この
範囲内であれば、本発明の目的が最も優位に達成でき、
残留電位が低下し、画像の解像度が向上する。

また、第１の層領域（ｌｌａ）の光学的バンドギャップ
については、組成比を適当に設定して１．７ｅＶ以上、
即ち、ａ−３ｉ光導電層の値よりも大きくするのがよい
。これにより、この層領域（ｌｌａ）における光吸収に
起因した光感度の低下を防ぐことができる。

第２のＩＷＳＪｔ域（ｌｌｂ）の光学的バンドギャップ
についても、同様の理由により１．７ｅＶ以上であるの
が望ましい。しかも、第１の層領域（ｌｌａ）光学的バ
ンドギャップよりも大きくして光感度の低下を防止する
ことができる。

このようなａ−３ｉＧｅＣ表面保護層（１１）を形成す
る場合、その組成分布として例えば第８図〜第１７図に
示す通りがある。

これらの図において横軸は層厚方向を表し、１１ａ、　
ｌｌｂ、　３はそれぞれ第１の層領域、第２の層領域並
びにａ−５ｉ光導電層に対応する。縦軸はＳｉ含有量又
はＧｅ含有量を表し、それぞれ実線又は破線により表す
。

第１図及び第２図に示す層構成においては、キャリア注
入阻止層（２）が形成されているが、その層（２）には
ａ−３ｉ、　ａ−３ｉＣの他、それらに酸素、窒素又は
ゲルマニウムなどを添加した材料を用いてもよい。

本発明によれば、第４図に示すような機能分離型感光体
でもよく、この感光体の場合、基板（１）の上にキャリ
ア注入阻止層（２）、キャリア輸送層（１４）、ａ−３
ｔ光温電層（３）及び表面保護Ｎ（１０）　（１１）が
順次形成されている。

このキャリア輸送層（１４）についてはａ−Ｓｉ、　ａ
−５ｔＣの他にアモルファスシリコンゲルマニウムなど
により形成すればよい。

上述したような各種の層を形成するにはグロー放電分解
法、スパンタリング法、イオンブレーティング法、真空
蒸着法などの各種薄膜形成手段を用いればよい。

かくして本発明の電子写真感光体によれば、高湿下で用
いた場合でも感光体加熱用ヒーターが不要となり、しか
も、画像流れが生じなくなった。

このような本発明電子写真感光体を搭載する電子写真記
録装置にはｒｐｃ複写機、静電転写方式複写機、多機能
複写機、レーザープリンタ、ＬＥＤプリンタ、液晶シャ
ッタプリンタ、マイクロフィルム用リーグプリンタ、デ
ジタル複写機、カラー複写機、医療用Ｘ線複写機などが
ある。

第６図は後述する実施例にて用いたＰＰＣ複写機の概略
である。

同図中、（１５）は原稿台、（１６）は感光体ドラム、
（１７）は感光体帯電部、（１８）は露光用光源、（１
９）は現像機、（２０）は転写部、（２１）は定着部、
（２２）はクリーニング部、（２３）は用紙排出部、（
２４）は除電部である。

以下に上記複写機の動作の概略を説明する。

先ず感光体ドラム（１６）が回転し、感光体帯電部（１
７）を通過して表面に帯電が与えられる。次に、原稿台
（１５）に載置した原稿に露光用光源（１８）からの光
が当たり、その反射光が光学系を通して帯電した感光体
ドラム表面に照射される。この露光によって明部の帯電
は消失し、暗部の帯電はそのまま保持されるため、感光
体ドラム表面には原稿の明暗に応じた表面電位のパター
ン、即ち静電潜像が形成される。この静電潜像は続く現
像部（１９）において粉末状のトナー（現像剤）にて感
光体ドラム表面にトナー像の形で現像され、そして、こ
れが転写部（２０）にて用紙表面に転写される。

この用紙に転写されたトナー像は定着部（２１）にて熱
又は圧力により用紙上に定着され、用紙排出部（２３）
よりコピーとして排出される。一方、感光体ドラムは、
クリーニング部（２２）によって表面に残ったトナーや
紙粉などの汚れが清掃され、除電部（２４）によって表
面に残っている帯電も一様に消失された後、再び感光体
帯電部（１７）へと進み、次の複写プロセスに入る。こ
のように繰り返して複写が行われる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を述べる。

（グロー放電分解装置の概要） 本実施例に用いる装置を第７図により説明する。

図中、第１タンク（２５）、第２タンク（２６）、第３
タンク（２７）、第４タンク（２８）にはそれぞれ５ｉ
ｌ１４．Ｃｚｔｌｚ（又はＣ８ｔ）　、　Ｇｅ１（４及
びＩｆｚが密封され、これらのガスは各々対応する第１
調整弁（２９）、第２調整弁（３０）、第３調整弁（３
１）、第４調整弁（３２）の開放により放出する。その
放出ガスの流量はそれぞれマスフローコントローラ（３
３）　（３４）　（３５）　（３６）により制御され、
各々のガスは混合されて主管（３７）へ送られる。尚、
（３８）は止め弁である。

主管（３７）を通じて流れるガスは反応管（３９）へ流
入するが、この反応管（３９）の内部には容量結合型放
電用電極（４０）が設置され、また、筒状の成膜用基板
（４１）が基板支持体（４２）の上に載置され、基板支
持体（４２）がモーター（４３）により回転駆動され、
これに伴って基板（４１）が回転する。そして、電極（
４０）に電力５０Ｗ　〜３ｋＷ　、周波数１〜５０ＭＨ
ｚの高周波電力（ＲＦパワー）が印加され、しかも、基
板（４１）が適当な加熱手段により約２００〜４００℃
、好適には約２００〜３５０℃の温度に加熱される。ま
た、反応管（３９）は回転ポンプ（４４）と拡散ポンプ
（４５）に連結されており、これによってグロー放電に
よる成膜形成時に所要な減圧状態（放電時のガス圧例え
ば０．０１〜０．５Ｔｏｒｒ）が設定できる。

このような構成のグロー放電分解装置を用いて、基板（
４１）の上にａ−３ｉＣ層を形成する場合、第１調整弁
（２９）、第２調整弁（３０）及び第４調整弁（３２）
を開いて５ｔ）Ｉ４．ＣＪｚ、Ｈｚの各々のガスを放出
し、その放出量をマスフローコントローラ（３３）　（
３４）　（３６）により制御し、各々のガスは混合され
て主管（３４）を介して反応管（３９）へ流入する。そ
して、反応管内部の減圧状態、基板温度、電極印加用高
周波電力をそれぞれ所定の条件に設定するとグロー放電
が発生し、ガスの分解に伴ってａ−５ｉＣ膜が基板上に
高速に形成される。

〔実施例〕

以下実施例を詳述する。

（例１） 上記グロー放電分解装置を用いて第１表に示す成膜条件
によりドラム状アルミニウム基板の上にａ−５ｉＧｅＣ
層（厚み０．３μｍ）を形成し、そして、各層について
組成比をＸ線マイクロアナリシスにより、光学的バンド
ギャップＥｇ　ｏｐｔをガラス基板上に成膜した膜の光
学吸収測定法により、硬度を引掻硬度法（ダイヤ針を膜
に垂下し、それに傷がつくる場合の荷重により表す）に
より測定したところ、第１表に示す通りの結果が得られ
た。

〔以下余白〕

かくして得られた５種類の試料のなかで試料階Ａ−Ｄは
Ｅｇ　ｏｐｔがａ−Ｓｔ光導電層の値（約１　、７ｅＶ
）に比べて著しく大きく、しかも、高い硬度があるとい
う点で表面層に優れることが判る。

（例２） 第７図のグロー放電分解装置にＢ２Ｈ６ガス導入用のボ
ンベ、調整弁及びマスフローコントローラ並びにＮＯガ
ス導入用のボンベ、調整弁及びマスフローコントローラ
などを付設し、第２表に示す通りドラム状アルミニウム
基板の上にキャリア注入阻止層及び光導電層を順次積層
した。そして、続けて試料１１ｈＡ−Ｅにより表す表面
層を積層し、５種類の感光体を作製した。尚、この光導
電層の光学的バンドキャップを測定したところ、１．７
ｅＶであった。

〔以下余白〕

かくして得られた各々の正帯電型感光体ドラムを第６図
のｒｐｃ複写機に搭載し、初期特性として帯電能、光感
度、残留電位を測定した。以下、上述した試料ＩＶｈＡ
−Ｈに対応してそれぞれ感光体へ〜Ｅと付記する。

帯電能、残留電位及び光感度は市販の複写機を改造して
現像機取付部での感光体ドラムの表面電位が測定できる
ようにし、そして、次のように測定した。即ち、＋６．
５ｋＶでのコロナ帯電を行った時の帯電能を測定し、次
いで原稿白地部の露光に相当する白色光を露光した時の
表面電位の減衰により光感度を測定して求めた。

その結果、感光体Ａ−Ｄは帯電能、光感度、残留電位と
もに良好であった。しかし、感光体Ｅはやや光感度に劣
っていた。

次に上記感光体Ａ−Ｈの画像評価を行った。

画像濃度はコピー画像の黒地部（画像形成部）の濃度を
表し、その濃度は画像濃度計（マクベス社反射画像濃度
計ＲＤ−９１４）を用いてコピー画像の０．０．（Ｏｐ
ｔｉｃａｌ　Ｄｅｎｓｉｔｙ）により表して評価した。

画像のかぶりはコピーした画像の白地部（バックグラウ
ンドもしくは画像非形成部と呼ばれる）へのトナーの付
着による汚れ発生状況を表すものであり、目視観察によ
り実用レベルを評価した。

画像流れは複写画像の解像力が低下して画像がぼやけた
り、にじんだり或いはかすれたようになる現像を表すも
のであり、目視観察により実用レベルを評価した。

上記画像評価テストを行ったところ、感光体Ａ〜Ｄはい
ずれも十分な画像濃度があり、画像のがぶりや画像流れ
は生じなかった。しかし、感光体計については他の感光
体に比べて光感度がやや劣り、そのために画像のかぶり
が認められた。

また各々の感光体Ａ〜Ｅを高温高温（３０℃、８５χＲ
Ｈ）の環境下に１０時間放置し、その後、同環境下に第
６図のｒｐｃ複写機を配置し、ドラム加熱ヒーターなし
で各感光体を搭載し、画像評価を行った。

その結果、感光体へ〜Ｄはいずれも画像流れのない良好
な画像が得られたが、感光体Ｅについては初期画像と同
様に画像のかぶりが認められた。

次に各々の感光体を高温高温（３０℃、８５χＲＨ）の
環境下で第６図のｒｐｃ複写機を用いて１０万枚のコピ
ーによる耐刷試験を行い、次いで同環境下ドラム加熱ヒ
ーターなしで画像評価を行った。

その結果、感光体Ａ−Ｃはいずれも画像流れなどが生じ
ない優れた電子写真特性が得られた。

然るに感光体りは画像流れが生じて耐湿性に劣ることが
判った。また、感光体Ｅについては表面層の摩耗が顕著
であり、その摩耗が画像に傷として表れ、実用上支障が
生じた。

（例３） 次に（例２）に記載された通りにドラム状アルミニウム
基板の上にキャリア注入阻止層及び光導電層を順次積層
し、そして、第３表に示す通りに：通りの方法で表面層
を形成した。

同表によれば、成膜開始の条件はいずれも同一であり、
その後、ＳｉＨ４ガスの流量を小さくするとともにＣ，
Ｈ，ガスを増大せしめ、しかも、ＧｅＨ４ガスを加え、
その量を徐々に高メている。そして、成膜終了時に条件
を変えて三通りの感光体Ｆ、Ｇ、ＩＩを作製した。

かくして三種類の感光体Ｆ、　Ｇ、　Ｈはいずれも第８
図に示す通りに層厚方向に亘って濃度を変化させた。尚
、第３表中の矢印は成膜開始から終了に至る時間的経過
を表す。

〔以下余白〕

第 表 上記感光体Ｆ、Ｇ、Ｈの帯電能を測定した結果、それぞ
れ感光体Ａ、Ｂ、Ｃに比べて概ね約５〜１５χ向上し、
光感度や残留電位はほぼ同じであった。

また、各々の感光体について、（例２）と同様に画像評
価を行ったところ、十分な画像濃度があり、画像のかぶ
りや画像流れは生じなかった。そして、同様の高温高温
保存試験並びに１０万枚のコピーによる耐刷試験を行い
、ドラム加熱ヒーターなしで画像評価を行ったところ、
いずれの感光体Ｆ。

Ｇ、Ｈも画像流れが生じない優れた電子写真特性が得ら
れた。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、ａ−５ｉＧｅＣ表面層を
形成したことにより高湿な環境下においてもヒーターを
不要とし、しかも、耐久性及び耐コロナ放電性に優れた
電子写真感光体を提供することができた。

また本発明によれば、上記ａ−３ｉＧｅＣ表面層の内部
にＳｉ含有量とＧｅ含有量をそれぞれ層厚方向に亘って
変化せしめた層領域を形成したことにより帯電能を更に
一層高めることができた。

また、本発明によれば、感光体加熱用ヒーターが不要と
なったために装置自体の簡略化並びに低コスト化を達成
した電子写真記録装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第４図は本発明電子写真感光体の層
構成を表す断面図、第３図は従来の電子写真感光体の層
構成を表す断面図、第５図はヒーターを備えた電子写真
感光体を表す破断面図、第６図はｒｐｃ複写機の概略図
、第７図はグロー放電分解装置の概略図である。また、
第８図、第９図、第１Ｏ図、第１１図、第１２図、第１
３図、第１４図、第１５図、第１６図及び第１７図はＳ
ｉ含有量及びＧｅ含有量を表す線図である。 ３　・・・アモルファスシリコン光導ｔ　ｌｉ７　・・
・フィルム状ヒーター １０、１１　　・・・アモルファスシリコンゲルマニウ
ムカーバイド表面保護層 １１ａ・ ・第１ の層領域 １１ｂ　・ ・第２ のＮ領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アモルファスシリコン光導電層の上にアモルファ
   スシリコンカーバイドから成る表面層を形成した層構成
   であって、上記表面層の原子比が組成式（ｉ）（ｉｉ）
   により表されることを特徴とする電子写真感光体。
2. （２）（ｉ）０＜Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｇｅ＋Ｃ）≦０．１（
   ｉｉ）０＜Ｇｅ／（Ｓｉ＋Ｇｅ＋Ｃ）≦０．３（２）前
   記表面層のうち少なくとも自由表面を含む層領域の原子
   比が前記組成式（ｉ）（ｉｉ）により表され、且つ上記
   層領域より光導電層へ向かって層厚方向に亘りシリコン
   含有比率を漸次増加せしめると共にゲルマニウム含有比
   率を漸次減少せしめる層領域を更に形成した請求項（１
   ）記載の電子写真感光体。
3. （３）請求項（１）又は（２）記載の電子写真感光体を
   搭載した電子写真記録装置。