JPS6031144A - 感光体およびこれを用いた電子写真装置 - 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】 本発明は、いわゆる電子写真などに用いられる光導電性
を有する感光体に係り、とくに無定形ケイ素（いわゆる
アモルファスシリコン、以下ａ−８１と略称する）を用
いた感光体およびこの感光体を用いた電子写真装置に関
するものである。

従来、電子写真印刷機として普及している複写機、レー
ザープリンタなどに用いられている光導電性を有する感
光体の材料としては、一般にはセレン（８＠）、硫化カ
ドミウム（ＣｄＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）或いは有機光
導電性材料などがある。そして通常これらの感光体は、
所定の形状、例えば円筒状の金属基板上に薄層として形
成されている。

これに対し、上□記の感光材料に比し優れた緒特性を有
するものとして、近時ａ−８１膜が注目され、電子写真
用感光体として開発が始まっている。この感光体として
のａ−８ｉ膜は、通常誘導結合または容量結合を用いた
高周波によりシラン（ＳｉＨ４）などが含まれるガス内
でグロー放電を起こさせるいわゆるプラズマＣＶＤ法で
得られ、感光体として有用な特性を有するための製作条
件などは特開昭５７−３７３５２号公報および同特開昭
５７−５８５４６号公報等に述べられている。

このａ−８ｔ悪感光は、従来のＳ・やＣｄＳなどの感光
体に比し耐熱性、化学安定性に優れ硬度も高く長寿命で
あることが考えられているが、開発の端緒についた段階
であり実用化が近いとはいえ、その構造、製作方法は未
だ完全には確立されていない状況にある。

ａ−８１膜を電子写真用感光体として用いる場合、通常
はアルミニウム（Ａｔ）などの金属（従って導電性）基
板の表面を鏡面仕上げして、この基板上に上述したプラ
ズマＣＶＤ法でａ−８１膜を約２０μｍ以上の厚みで成
膜するのである。ａ−８１は非常に硬度が高くビッカー
ス硬度で８００　ｋｙ／−以上の値をもつとされ、また
成膜温度もＳｔの融点より遥かに低い３００Ｃ前後で行
われるので成膜時の流動性もない。従って基板形状に対
する緩和作用がなく、基板形状に沿った形状で膜形成が
なされるのである。このことは基板表面粗さが、そのま
ま感光体表面粗さとなることを意味し、基板表面が粗い
と次のような問題点を生ずる。すなわち、ａ−ｓｉ膜表
面が粗ければ、使用後表面をクリーニングしようとして
もクリーニング性が低下することになり、しかもクリー
ニングのために用いられるクリーニングブレードが著し
く摩耗することになる。

またａ−８１膜内には通常大きな歪が残存している（例
えば円筒状基板の場合には圧縮応力となる）ので、基板
表面粗さが１８以上、すなわち１μｍ以上の溝などが基
板表面にある場合には、凹凸のある場所に応力が集中し
て構造的な滑り面をそれらの場所に発生させることが多
い。これはそれらの場所においてａ−８１膜の電気的特
性を変化させることとなり１結朱として電子写真の画質
を低下させることになる。従ってａ−８ｌ膜を感光体と
して用いる場合には、基板表面は可能な限り平滑な鏡面
に仕上げられていることが不可欠な条件で、基板表面粗
さは０．０２８〜ＩＳ程度が良＜：　０．０２　Ｓ以下
がより好ましいとされていた。

さて、ａ−８ｉ感光体を複写機やＨｅ−Ｎｏレーザーに
よるプリンタなど、可視領域に波長を有する光を光源と
する電子写真に用いる場合には、上述した特開昭５７−
３７３５２号公報および特開昭５７−７８５４６号公報
に記載の技術で得られるａ−８ｔ悪感光は充分に優れた
特性を有し実用化するに際し決定的な問題点がないこと
が判った。しかしながら最近において光源の波長領域を
拡げて電子写真装置の機能や特性を向上させようとする
場合、従来見られなかった新たな問題が生じてきた。た
とえば電子写真方式によるプリンタは従来Ｈｅ　−Ｎ。

レーザーを光源とし、Ｓｅ、１％合金を感光体として用
いたものである。このＨｅ　−Ｎｅレーザーを光源にし
たものは、光源自体が比較的大型であるのでプリンタ自
体を小型化するのは困難であった。そのため半導体レー
ザーを光源として使用することの優位性が期待され検討
されてきたが、周知の如く半導体レーザーとして実用化
されているのは、例えばＧａＡｔＡｓレーザーなどに見
られる如く、可視光の波長領域より長い波長すなわち７
６０　ｎｍ以上の近赤外領域でレーザー発光するものば
かりである。

しかしながらこのような波長領域でレーザー発光する半
導体レーザーを光源にした場合、従来のＢｅ系合金の感
光体は極めて感度が低いので整合性は良くない。

一方本発明者らが提案した前記特開昭５７−３７３５２
号および特開昭５７−７８５４６号の各公報で開示され
た技術で得られるａ−８１感光体は、可視光領域のみな
らず波長８３０　ｎｍに至る波長領域の光に対しても高
感度の光導電性を有するので、半導体レーザーを光源と
して使用することは可能となった。ａ−８１感光体と半
導体レーザーを組み合わせたプリンタを製作し試験して
みたところ、印字濃度やパターン分解能を有しているこ
とが判明したが、次の問題点が生じた。プリンタの場合
、通常は反転現象法が用いられ、画像としては光の照射
された部分が黒化するので、レーザー光を全面に照射し
、いわゆるベタ黒をとって黒化度を測定してみた。Ｈｅ
−Ｎｏレーザー光源を用いてベタ　′黒をとったところ
、一様な黒化度を有するベタ黒が得られたが、７９０ｎ
ｍでレーザー発光をする半導体レーザーを光源として用
いた場合には一様な黒化度を有するベタ黒ではなく、比
較的黒化度が高い所と低い所とが交互に縞目状としてあ
られれる、いわゆるモアレパターンが生じた。

このモアレパターンが生ずるといった問題点の原因を追
求したところ、レーザー光がコヒーレントであること、
ａ−８ｉ座感光がこの波長領域での光吸収性が必ずしも
充分でないことの２つの理由で、入射光と基板面からの
反射光との干渉でモアレパターンが発生することが判明
したのである。

電子写真の感光体としての機能は、光吸収によってキャ
リヤが発生して光導電性を有することであるから、光の
吸収がない、或いは少ない領域では上記機能が発揮でき
ないわけである。ａ−８ｔ膜はその基本的性質として約
８５０ｎｍ以上の長波長の光に対しては光導電性をもた
ず、可視光波長領域からこの波長（約８５０ｎｍ）まで
光の吸収性、従って光導電圧は低下してゆき、透過して
いく光量は増加していくことになる。

上記的７９０　ｎｍにレーザー発光波長を有する半導体
レーザーにおいては、入射光の一部が透過し基板面から
正反射して、この反射光が入射光と干渉して干渉縞（す
なわちモアレ縞）を形成していたのである。特にレーザ
ー光はコヒーレント光であるため従来の金属基板表面の
ように鏡面で正反射面となるような場合には、この干渉
は避けられなかったのである。

この干渉の生ずる条件は、膜の屈折率をｎ１膜厚をｄ１
光波長をλとするとｎｄ＝ｍ會７（ｍ＝１゜２．３・・
・）で表わされ、整数ｍの奇偶によって極性を変えるこ
とになる。従って膜厚ｄが変化する場合’２ｎの整数倍
毎に同一干渉条件が生じる。

ａ−８ｌ膜感光体に膜厚分布がある場合、光源波長をλ
＝　７９Ｏｎｍ　ｓ屈折率をｎ＝３．４（製作条件によ
り多少異なる）として厚さ変化がπ”　１１６　ｎｍ（
−０，１１６μｍ）毎に同一干渉条件となるのである。

感光体は光強度変化を電気的特性変化として捉え、画像
形成するものであるから、感光体に膜厚分布があれば、
入射光とその反射光との干渉性によって光波長に応じ膜
厚が等しい領域を結ぶ等高線がλ／　２　ｎ毎に同一濃
度の縞目状として発生してきていたのである。このよう
な干渉による縞目模様（モアレパターン）を発生させな
いためには、ａ−ｓｉ膜で入射光を全部吸収させるか、
反射光を無視できるほどに少なくするか、または基板面
から正反射をなくするか厚み変化をなくすれば良いこと
になる。

前述したように、ａ−８１の光吸収係数は光が長波長に
なるに従い減少し、８００ｎｍ近傍では可視領域に対し
吸収係数は１桁以上減少することが知られている。従っ
てａ−８ｌ膜厚が実用的に採用される２０μｍ程度を考
えると、Ｈ・−Ｎｅレーザー光６３３ｎｍの光はこの厚
さでは殆んど完全にａ−８ｌに吸収されるが、実用化さ
れている半導体レーザー光７９０　ｎｍ近傍では光吸収
が充分でないのである。

従って半導体レーザー光を用いるには、ａ　８１膜厚は
上記数値の少くとも数倍、約１００μｍ以上あれば上記
モアレ像の発生は実用的に避けられることになる筈であ
る。しかしながら現状のａ−８ｉ成膜技術では６０μｍ
以上は困難であり且つ生産性が悪くなる。

また膜厚変化をなくせば干渉縞は生じなくなるので、膜
厚のバラツキを先に述べた半分以下（すなわち約５０ｎ
ｍ以下）にすることを望んだとしても、通常の膜厚２０
μｍに対し約０．２５％以下に膜厚バラツキを感光体全
面で得ようとすることも、これまた現状の技術では困難
である。

従って実用的にモアレ像の発生の問題を解決するには入
射光と反射光の干渉をなくすことが有用な方法であり、
本発明はかかる問題を払拭した感光体を提供することに
ある。

この干渉縞（像の濃淡）を無くする本発明の具体的方法
を以下の実施例によって詳細に説明する。

実施例１ 本発明を達成する方法の１つは金属基板の表面を故意に
表面粗さ０．０５８〜ＩＳとするもので、その断面図を
第１図に示す。金属基板２の表面３を０．０５８〜ＩＳ
の粗さとし、その上にａ−８ｌを主体とする感光層１を
１０〜６０μｍ形成したものとして示しである。この金
属基板表面を従来の鏡面である正反射面から粗くして拡
散反射面とし−て反射光の方向をランダムにし入射光と
の干渉をなくしたものである。

拡散反射のための表面粗さの条件として０．０５〜ＩＳ
が良い理由は、前述したように１８以上の表面粗さでは
画質及び実用性として好ましくないためであること及び
光の拡散を良く行わせるためには使用光の波長（７３０
ｎｍ〜８３０ｎｍ）よりも表面粗さが大きいことが効果
的であることがらである。これらの点から実用的には０
．０５〜１ｓが適当であり、より望ましくは０．１〜０
．５８であることが判明した。

金属基板の表面を粗くする方法としては、物理的或いは
機械的方法によるものと化学的方法によるものとがある
。例えば物理的方法としては、円筒状基板においては旋
盤、平面基板においてはフライス盤を用いて切削加工を
施す方法、アルミナ、スチール、カーボランダムなどの
粉末研磨剤による湿式または乾式のプラスト法或いはｈ
ｔ、ｏｓやＳｉＣ等の研磨剤との擦り合せによるラッピ
ング法など何れの方法も採りうる。また化学的方法とし
ては、塩酸、硝酸、弗醗などの酸、苛性ソーダ溶液など
のアルカリを用いた湿式エツチング、塩化水素ガス、塩
素ガスなどを用いたドライエツチングなどが採りうる。

エツチング作用は基板がアルミニウム合金であるような
場合、合金成分のエツチング速度の違いから微細な凹凸
を形成することができる。或いは一旦基板を陽極酸化に
よってアルミナ被膜を形成させ、再びその被膜を酸など
で除去する方法をとればより微細な表面凹凸が得られ本
発明の達成に効果を発揮する。

この実施例に従った実用試験結果例■を次に述べる。

■　アルミニウム合金（ＪＩＳＡ３００３　）の円筒管
をダイヤモンド挽き旋盤により表面粗さ０．０２８の鏡
面仕上げにした外径１２０　ｗｎ　ｒ長さ５０６　ｔｍ
の円筒形基板（以下、ドラムという）を必要個数製作す
る。

以下この条件で得られたドラムをサンプルＡとし従来法
の基板ということになる。

このサンプルＡのドラムを本発明に従かい表面粗さを粗
くする。具体的にはドラムを回転させながら綿織布パッ
ドを１　ｋｙ／ｃ１／ｌの圧力で接触させ、そこに液体
研磨剤（モース硬度９のα−Ａ／！、ｓＯｓを含む）を
注入し全面を均一に研磨した。このドラムの表面粗さは
０．２５８であり、このドラムをサンプルＢとする。

サンプルＡ及びＢを洗浄後、モノシラン（８１Ｈ４）ガ
スを用い同一条件の下でプラズマＣＶＤ法で１．５時間
ａ−８ｉ感光体膜を形成した。サンプルＡ、Ｂ共にａ−
８１膜厚は最高２５７＋ｍ、最低２４ａｍ、平均２５μ
ｍで成膜されていた。

これらのドラムサンプルＡ、Ｂを試作された電子写真式
レーザープリンタに装着し、光源出力を一定にしてドラ
ム上を走査しベタ黒画像を得た。

この際の条件は、レーザダイオードの出力が５ｍＷで波
長は７８９ｎｍ、走査速度は１０４７　ｗ／ｓｅａ　、
ドラム周速１７６　ｍｍ／ｓｅｅである０ 画像の黒化度を調べたところ、サンプルＡのドラムでは
濃度１．３と濃度０．６との領域が交互に縞目模様とし
て現われドラムの端部を除き１５本の縞筋であった。一
方、サンプルＢのドラムにおいては、全面が濃度１．０
の完全なベタ照像となり、入射光と基板からの反射光の
干渉によって生ずる縞目模様は全く認められなかった。

この拡散反射面を得るために１具体的実施方法として基
板表面を粗くすることを中心として述べてきたが、基板
表面そのものを加工するのではなく、第２図に示した如
く基板２表面に一旦０．０５８〜ＩＳの表面粗さを有す
る金属薄層４（膜厚は１０μｍ以下が望ましい）を形成
したのち、ａ−８ｔを主体とする感光層１を形成しても
本発明は達成できる。この金属薄層４は、具体的には適
当な粒度の金属粉を基板２上に焼結させたり結着剤と混
合して塗布乾燥させる方法などで得られる。

実施例２ 本発明を達成する他の方法としては、基板表面を特に粗
くせず、従来の基板表面を保持しながら感光体の裏面を
拡散反射面にしようとするものである。具体的には第３
図に模式的に示したように基板２は０．０２Ｓ以下の鏡
面のままとし、その上に感光層１の膜厚の約１／１０以
下の膜厚でシリコンの微結晶を多く含むａ−８ｉ層或い
はシリコンの多結晶層５を形成し、その上に所定厚みの
ａ−８ｉを主体とする感光層１を製作するものである。

この場合シリコンの結晶の大きさは１μｍ以下が良い。

この方法では基板面は鏡面であるから、感光体表面もほ
ぼ同じ表面粗さが保たれ前述したような画質、実用性の
低下といった派生的な問題も考慮する必要はなくなる。

感光体としてのａ−８１膜と結晶シリコンとの屈折率の
違いと、ランダムに分散配置されている結晶粒界面によ
るランダムな反射とによって反射光を拡散させることが
可能となるのであり、この場合にも上述したようにシリ
コン粒径を１ａｍ程度以下とレーザー光波長よりも大き
くする方が効果的である。

この実質的に乱反射を起こすシリコン微結晶を多く含む
層５は、感光体の生産性を低下させることなく比較的容
易な方法で得ることができる。すなわち、プラズマＣＶ
Ｄ法において通常のａ　−８１膜を得る条件の中で、高
周波電力を大きくすることだけでこのシリコン微結晶を
多く含む層が得られる。この膜生成時に、不純物ガスと
してジボラン（ｌｈ）Ｉｓ）を混入させればより効果的
である。

このシリコン微結晶を多く含む層を得る別な方法として
は、基板表面に予しめ結晶核となる物質を分散付着させ
ておき、しかるのち通常の高周波電力でａ−８１膜を得
ても達成することができる。

この実施例に従った実用試験結果例■を次に述べる。

■　前記実鹸結果例■に述べた条件で作製されたドラム
サンプルＡを洗浄し、その後モノシラン（ＳｉＨ４）を
用いたプラズマＣＶＤ法によって基板面にシリコン微結
晶を多く含む層を２μｍ厚さで成膜した。この時の高周
波電力値とジボラン（ＢｌｌＨ６）の導入量は、後のａ
−８１成膜条件の値よりそれぞれ１．５倍、３倍と大き
くしている。その後実験結果例■と同一条件でａ−８ｌ
膜を１時間２０分成膜させ最高膜厚２５μｍ１最低膜厚
２２μｍ１平均膜厚２４μｍを得た。このドラムをサン
プルＣとし■と同一条件で装置に装着し、ベタ黒画像を
得た。

この結果、本発明で得られたサンプルＣのドラムを用い
た場合、黒化度は全面で濃度０．９５の均一なベタ黒が
達成でき、干渉の結果である縞目模様は全く観測されな
かった。

実施例３ 本発明を達成する更に他の方法は、基板と感光体との間
に光吸収層を設けることである。第４図はその断面図で
あり、表面粗さ０．０２Ｓ以下の鏡面を有する金属基板
２の上に、一旦薄い吸収層６を設け、しかる後その上に
ａ−８１を主体とする感光層１を設けたものである。

この光吸収層６の特性としては、長波長領域での光吸収
係数が大きいことが必要条件であって、１−８１感光層
１の特性を損わないものであれば材料が限定されること
はない。例えばＧａｎ４をそのまま用いるかＳｉＨ４の
中に混入させるかしてアモルファスゲルマニウムまたは
アモルファスゲルマニウム・シリコン膜は上記要求を満
足するものである。

第４図に示される如く基板側に光吸収層を設けているが
１光吸収という機能だけに着目すればこの吸収層は表面
側或いはａ−８１膜内部にあっても良いのであるが、通
常では光吸収端が長波長側に移動する禁制帯幅の狭い物
質を表面側に設けると感光体として要求される帯電特性
や暗減衰特性を低下させるので好ましくない。従ってａ
−８１の電気的特性を損なわず光吸収の効果を上げるに
は、上述したように基板側に設けることが有効なのであ
る。ただこの光吸収層そのものは感光体の特性、例えば
帯電特性に対して特別な効果をもたないので、光吸収が
充分であればできるだけ薄い方が良く、実際には全膜厚
の１／１０以下で良い。

この実施例に従った実用試験結果例■を次に述べる。

■　前記実用試験結果■のドラムであるサンプルＡを洗
浄した後、モノシランガス（８１Ｈ４）とゲルマンガス
（Ｇａｎ４）を１＝１の混合比でプラズマＣｖＤを行な
い、基板上にアモルファスシリコン・ゲルマニウム層を
３μｍ形成した。その後５ＩＨ４ガスのみとし■と同一
条件で１．５時間ｍ−８１膜を形成した。その時のａ−
８１膜厚は最高２９μｍ１最低２７μｍｚ平均２８μｍ
であった。このドラムをサンプルＤとする。これを■と
同様に装置に実装し、ベタ黒画像をとってみた。この結
釆ドラム全面で均一濃度１．０の完全なベタ黒で、干渉
による縞目模様は全く観測されなかった。

以上、本発明をいくつかの実施例を中心に述べてきたが
、本発明は感光体が光源の使用波長領域で完全な光吸収
特性をもたず基板側からの反射光が存在する場合および
光源の光がコヒーレント（可干渉性）である場合に極め
て有効な方法であり、本発明を達成するためには実施例
に述べた何れの方法も有効である。それらの方法も独立
して用いられても良いが、組み合わせて用いられても良
いことは当然である。

また、本発明をａ−８１感光体に限って説明してきたが
、その性質上ａ−８１に限らずあらゆる感光体に有効で
あることが理解されよう。

さらに、半導体レーザーを光源として用いたプリンタを
例示して本発明の詳細な説明したのであるが、感光体は
半導体レーザープリンタのみに使用されるものではなく
、複写機であってもファクシミリであっても良く、本発
明の感光体は半導体レーザーによるプリンタに限られな
いことも勿論のことである。

干渉作用による縞目模様の発生原理はコヒーレントな光
を用いる限り存在するものなので、電子写真用感光体の
みならず光センサ−、光デバイスにも本発明を有効利用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により基板表面を０．０５８〜ＩＳの表
面粗さにした感光体の断面図。 第２図は本発明により０．０２Ｓ以下の表面粗さを有す
る鏡面基板とａ−８１を主体とする感光層との間に０．
０５８〜ＩＳの表面粗さをもつ薄層を設けた感光体の断
面図。 第３図は本発明により鏡面基板とａ−８１を主体とする
感光層との間に実質的にシリコン微結晶を含む層を設け
た感光体の断面図。 第４図は本発明により鏡面基板とａ−８１を主体とする
感光層との間に光吸収層を設けた感光体の断面図である
。 １・・・感光層；２・・・基板；６・・・基板表面；４
・・・金属薄層；５・・・多結晶層；６・・・光吸収層
。 特許出願人：スタンレー電気株式会社 同　：日本電気株式会社 代理人：弁理士海津保三 同　：弁理士　平　山　−幸 ネＩ図 ′＄２図 ＄、５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に感光層を設けた゛感光体において、この
   感光体への入射光と基板面側からの反射光との干渉作用
   を実質的になくするために、上記感光層と上記基板との
   間に光学的拡散反射面または層、または光学的吸収面ま
   たは層を設け、入射光に対し拡散反射または吸収を行な
   うよう構成したことを特徴とする上記感光体。
2. （２）基板上に感光層を設けた感光体であってこの感光
   体への入射光と基板面からの反射光との干渉作用を実質
   的になくした上記感光体と、上記入射光の波長が７３０
   〜８３０　ｎｍの範囲にありかつフヒーレントな入射光
   となるような光源とを組み合わせてなることを特徴とす
   る電子写真装置。