JPS62178974A - 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】 技権分互 本発明は５機能分離型の電子写真感光体に関する。

従」ｑ１胤 アモルファスシリコンを用いた電子写真感光体は、他の
光導電材料と比較しても同等もしくはそれ以上の特性を
有する他、人体および環境に対しても無害である等の長
所を有している。

また、このようなアモルファスシリコン系光導電層の特
性をさらに引き出すために、電磁波の照射による電荷の
発生と、この発生した電荷の輸送とを、それぞれ電荷発
生層と電荷輸送層で行わせるようにした機能分離型の感
光体が提案されている。

このような電子写真感光体としては。

（１）ハロゲン原子を含むアモルファスシリコン層を電
荷発生層として用い、電荷輸送層としてポリ−Ｎ−ビニ
ルカルバゾール トリニトロフルオレノンなどの有機化合物を用いた電子
写真感光体（特開昭５６−９４３５４号公報）、 （２）水素謄子またはハロゲン原子を含み伝導型を支配
する不純物を含有したアモルファスシリコン層を電荷発
生層として用い，電荷輸送層としては水素原子またはハ
ロゲン原子を含有したアモルファスシリコン層を用いた
電子写真感光体（特開昭５７−１０５７４４号公報）が
報告されている。

しかしながら、従来の機能分離型感光体においては、電
荷輸送層が輸送するキャリアが正孔であった。正孔はそ
の移動速度が電子の移動速度に比べて数桁小さいため、
感度の向上や高速化の面から限界が生じていた。

また、電荷輸送層としてＰＶＫのような有機化合物を用
いる場合は、支持体側に電荷輸送層を設けることは非常
に困難である。一方、電荷発生層の上に電荷輸送層を設
けると、電荷輸送層が自由表面となり、耐久性、耐摩耗
性の点で問題が生じ、何らかの表面保護対策が必要とな
る。

つぎに、アモルファスシリコン層を電荷輸送層として用
いた場合は、アモルファスシリコンが可視領域において
不透明であるため、電荷発生層と電荷輸送層とを支持体
上に積層するときに、電荷輸送層を光入射側に配置する
ことが不可能であるという問題があり、層構成を検討す
る場合の大きな障害となっている。

見皿匁ｌ煎 本発明は、高い感度を有する電子写真感光体を提供する
ことを目的とする。

本発明は、また、繰り返し耐久性に優れ、層構成の自由
度も高い電子感光体を提供することを目的とする。

澄」戸へ４栽。

本発明の電子写真感光体は、支持体上に電荷発生層と電
荷輸送層とを有する機能分離型の電子写真感光体におい
て、前記電荷発生層がシリコン原子を母体とし、水素原
子、重水素原子およびハロゲン原子の少なくとも１種を
含むアモルファスシリコン層からなり、前記電荷輸送層
が炭素原子を母体とし、水素原子１重水素原子およびハ
ロゲン原子の少なくとも１種以上を含むアモルファスカ
ーボン層からなることを特徴とする。

以下、添付図面に沿って本発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は１本発明の電子写真感光体の典型的な層構成を
示す断面図であり、支持体１１上に電荷発生層１３およ
び電荷輸送層１５が順次積層されている。

支持体１１としては、Ｆｅ、Ｍｏ、ＡＩなどの金属材料
、石英ガラスなどの無機材料、ポリイミド、ポリエステ
ルなどの有機材料等を用いることができる。支持体が絶
縁物の場合には、少なくともその表面に導電処理が施さ
れていることが望ましい。

電荷発生層１３はアモルファスシリコン層から形成され
ており、このアモルファスシリコン層は水素原子、ハロ
ゲン原子または重水素原子の中から選ばれる少なくとも
１種の原子を含有する。これら原子を含有せしめること
により、アモルファスシリコン層中の欠陥が補償され、
生成するキャリアの移動が容易となる。成膜条件にも依
るが、これら原子はアモルファスシリコン中に５〜４０
ａｔ％含有せしめることが好ましい。

電荷発生層の膜厚は１〜１０μｍが適当であり、好まし
くは２〜８μ■である。

電荷発生層は、プラズマＣＶＤ法、グロー放電法、スパ
ッタリング法等により形成することができる。

電荷輸送層１５は炭素原子を主成分とするアモルファス
カーボン層からなり、このアモルファスカーボン層には
、さらに水素原子、ハロゲン原子または重水素原子の少
なくとも１種以上の原子が含まれる。電荷輸送層の抵抗
Ｒは、Ｉ×１０１０≦Ｒ＜１ｘｘＯ”（Ω・ｃｌｌ）の
範囲が好適である。これら原子を含有せしめることによ
り、Ｃ−Ｃ結合が主としてＳＰ３結合からなるダイヤモ
ンド様の構造であり、−重水素原子等を含むいわゆるｉ
−カーボン膜とすることができる。

製造条件にも依るが、これらの原子はアモルファスカー
ボン層中に５〜３０ａｔｍ％（原子％）含有せしめるこ
とが好ましく、さらに好ましくは１０〜２５ａｔｍ％で
ある。このアモルファスカーボン層は、電子の移動特性
が優れ、電子をキャリアとする電荷輸送層として優れた
ものである。電子の移動速度は正孔に比べて格段に大き
いため。

感度が向上し、高速度化が可能となる。また、アモルフ
ァスカーボン層は高い電荷保持能を有するとともに残留
電位が少ないため、鮮明で地汚れのない複写が可能とな
る。

また、アモルファスカーボン層は、さらに周期律表第■
族Ａの元素を含有することが望ましい。ボロンなどの周
期律表第■族Ａの元素を含有せしめることにより、電気
抵抗を容易に制御することができ、ｐ型半導体として安
定な特性が得られる。第■族Ａの元素の添加量は、１〜
１１０３ｐｐの範囲が好ましい。

さらに、アモルファスカーボン層は、炭素原子間の結合
が非常に強靭であり、それ自体が熱的および機械的な衝
撃に対して高い強度をもつという特性を有しており、ま
た、炭素は硅素と同じ４配位元素であるため、アモルフ
ァスシリコン層の上にアモルファスカーボン層を堆積さ
せると、その界面において炭素−硅素間の強い結合力が
生じ、格子結合性も良好となる。そのため、電子写真感
光体の耐摩耗性、耐久性を向上することができる。

また、化学的特性についてみてみると、アモルファスカ
ーボン層は疎水性であるため、アモルファスシリコン系
電荷発生層の特性劣化の最大の原因である水分の吸着を
有効に防止することができ、電子写真としての経時的安
定性を向上することができる。

さらに、アモルファスシリコン層は吸収端の２２５０人
から遠赤外の２５μ■までの広い範囲にわたって光の透
過性に優れている。そのため、感光体としての使用時の
光入射側にも電荷輸送層を設けることができ１層構成の
設計においても選択の範囲が広がり、自由に検討するこ
とができる。

以上のように、第１図に示したように電荷発生層１３の
上に電荷輸送層１５を積層することができ、また、それ
により電子写真感光体の耐摩耗性や経時安定性を改善す
ることができる。しかし１本発明の電子写真感光体は、
これに限定されず、たとえば、第１図に示した場合とは
逆に、支持体１１上に電荷輸送層、電荷発生層の順に積
層することも可能である。

電荷輸送層の膜厚は、１〜２５μｍが適当であり、好ま
しくは２〜１５μ履である。

アモルファスカーボン層は、ＣＨ，、Ｃ，Ｈ。

などのパラフィン系炭化水素のようなガス状の炭素源を
用いる減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、あるいは高周
波イオンブレーティング法などにより形成することがで
きる。この中でも基板温度が比較的低温で（例えば３０
０℃以下程度）、特性の良好なアモルファスカーボン層
が得られるプラズマＣＶＤ法が適当であり、特に高周波
プラズマ法が好適である。

このときに用いられるプラズマは弱電界プラズマであり
、プラズマ空間では電子と中性分子の衝突によって分子
の励起、解離、電離などの現象が生じている。プラズマ
空間の電子に注目すると、その運動エネルギーはイオン
や中性分子種に比較して非常に大きく温度に換算すると
数万度に相当するが、実際のガス温度は低いという特徴
がある。プラズマが化学反応に及ぼす効果は２つある。

その１つは、中性分子種が高エネルギーの電子と衝突し
て励起状態の分子種となり、反応の活性化エネルギーを
相対的に低下させて反応速度を促進させる作用である。

他の１つはこの衝突によって中性分子種が解離して原子
状となり、この活性種が反応に関与して低温で反応を進
行させる作用である。

以上のような作用効果から、プラズマＣＶＤ法を用いる
ことにより低温でアモルファスカーボン層（電荷輸送層
）を形成することができ、先に形成されているアモルフ
ァスシリコン層（電荷発生層）には損傷を与えることが
ない。また、出発物質としてガス状物質を使用できるた
めに膜厚の制御がしやすく、かつ、生成する膜中に不純
物を含有せしめて特性を制御することも可能である。

次に本発明の電子写真感光体の製造方法についてさらに
詳細に説明する。

第２図はプラズマＣＶＤ装置についての説明図である。

排気系２１により真空槽２３を高真空に排気する。

ついで、バルブ３１．３３．３５をあけ、マスフロメー
タ３７．３９．４１により所定流量となるように調整し
て、ガスボンベ４３．４５．４７からガス成分を真空槽
内に導入し、真空槽内の圧力を制御する。

原料ガスとしては、たとえば、Ｃｎ　Ｈ２ｎ＋ｚ　（ｎ
は整数）とＨ２とを組み合わせて用いることができ、ま
た、ＣｎＨ，、＋ｚ＋Ｃ，Ｆ、＋＋＋＋、の組み合わせ
、Ｃｖｓ　Ｆ　ｚ　ｍ＋２　＋　Ｈｚの組み合わせでも
同様に良好な結果が得られる。この際、Ｂ、Ｈ，等のド
ーピング用のガスを導入して不純物を含有せしめること
ができる。

次に、高周波な源５１により、高周波電力を電極５３に
印加し、モータ５５で基板２７を回転させながら、基板
２７の電荷発生層上にアモルファスカーボンからなる電
荷輸送層を作成する。２９は、基板２７の温度を制御す
るためのヒータである。

代表・な　の堆　　　は　の゛　りである。

放電圧カニ　０．０１〜１．０Ｔｏｒｒ基板温度＝１０
０〜３００℃ 高周波［カニ　０．００５〜１１＋ｌ／ｃＪ電荷発生層
は、アモルファスカーボンからなる電荷発生層の形成に
先立って、同一の装置で形成することができる。バルブ
７１．７３．７５をあけ、マスフローメータ７７、７９
．８１で流量制御してＳ　ｉ　Ｈ４等のＳｉ源あるいは
Ｈ源、さらに０□やＢ、Ｈ，等のドーピング用ガスをガ
スボンベ８３゜８５、８７から真空槽内に導入し、プラ
ズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン層を形成する
。

第３図は、イオンブレーティング装置について示す説明
図である。排気系１２１により真空槽１２３を高真空に
排気する。ついで、バルブ１３１をあけ、ガスボンベ１
４３から炭素源、水素源、フッ素源１重水素源、あるい
はドーピングガスなどの原料ガスを導入し、圧力を調整
する。ついで、高周波電源１５１より高周波電力を、ま
た、直流電源１５２により直流電圧を同時に電極１５３
に印加し、プラズマを発生させるとともに、プラズマ空
間で生成した原料ガスイオンを加速して基板１２７に衝
突させてアモルファスカーボン膜を形成させる。　　　
・な　の　　条　は　の゛りである。

放電圧カニ　０．００５〜Ｉ　Ｔｏｒｒ基板温基板温度
−５０〜２ 高周波型カニ　０．０１〜５ＩＩｌ／ｄ直流電圧：１０
０〜６００ｖ 光１びり１釆 本発明によれば、アモルファスシリコンを電荷発生層に
用いた積層型の電子写真感光体において、水素原子２重
水素原子またはフッ素原子を含むアモルファスカーボン
層からなる電荷輸送層を用いることにより、感度が高い
電子写真感光体を実現できる。また、この電荷輸送層が
光透過性が高いため、層の積層の仕方自由度が増し、層
設計が容易となる。

さらに、アモルファスカーボン層は表面が疎水性である
ため、電荷輸送層を表面側に積層した場合、水分の影響
などが低減でき安定な感光体特性が実現できる。また、
アモルファスカーボン層は硬質であるので、耐久性が向
上する。

実施例１ 第２図に示した装置を使用し、８０ｍ−、長さ３００Ｉ
ＩＩＩ１１の円筒形アルミニウムドラムを支持体として
用い、高周波プラズマＣＶＤにより本発明の電子写真感
光体を作成した。

清浄な状態にしたアルミニウムドラムを真空槽内の支持
治具に固定し、真空槽内を油拡散ポンプにより高真空に
排気したのち、各ガス成分を導入し、次の条件でアモル
ファスシリコン層を形成して電荷発生層とした。

アモルファスシリコン層の作成条件 製法：高周波プラズマＣＶＤ法 原料ガスおよび流量： Ｓ　ｉ　Ｈ，／　Ａ　ｒ　（２０％）　：　４００ＳＣ
ＣＭ８２ＨＧ／　Ａ　ｒ　（ｆｏｏｐｐｍ）　：　４Ｓ
ＣＣＭ○２（１００％）　：　２ＳＣＣＭ 放電圧カニＩＴｏｒｒ 基板温度＝２５０℃ 高周波量カニ７５Ｗ 高周波周波数：　１３，５６ＭＩＩｚ 膜厚：２０μＩ アモルファスシリコン層を形成したのち、高周波電力を
切り、原料ガスの導入を停止した。

ついで、油拡散ポンプにより高真空に再度排気したのち
、アモルファスカーボン用の原料ガスを所定圧となるま
で導入して、下記の条件でアモルファスカーボン層を作
成して電荷輸送層とした。

アモルファスカーボン　の　　条 製法：高周波プラズマＣＶＤ法 原料ガス：　ＣＨ，＋Ｈ２（２：　５０）放電圧力°：
　ＩＴｏｒｒ 基板温度：２５０℃ 高周波量カニ　１００Ｗ 高周波周波数：　１３．５６ＭＨｚ 膜厚：ｌＯμｍ このようにして得られた電子写真感光体の感度および帯
電特性を評価した。暗時にコロナ放電により帯電せしめ
たところ、　３００Ｖ／μ層の帯電能を示した。次に、
２５６４°にの白熱ランプを用い２０μＷ／ｃｉで露光
したところ、帯電電位の半減値は３秒であり、十分な感
度、帯電能を有する電子写真特性が得られた。

つぎに、この感光体を複写機に実装して繰り返し耐久性
を評価した。暗中で電源電圧６ＫＶで正の帯電を施し、
９．５　ｌｕｘの光量で画像露光を行って静電潜像を形
成し、ついで、負の電荷をもつトナーで現像して転写紙
上に転写、定着した。この画像プロセスを繰り返して施
し、一枚目の転写紙上の画像と、５万枚目の転写紙上の
画像を比較した結果、濃度低下において殆ど差が認めら
れず、白・ヌケ、ゴーストなどの異常画像も全く認めら
れなかった。

実施例２ 実施例１と同様にして、アルミニウム支持体上に電荷発
生層を形成したのち、第３図に示したイオンブレーティ
ング装置を用いてアモルファスカーボン層を形成した。

アモルファスシリコン層を形成したアルミニウム支持体
を、イオンブレーティング装置の支持治具に固定し、油
拡散ポンプにより高真空に排気した。ついで、原料ガス
を所定圧となるまで導入し、アルミニウム支持体を回転
しながら、以下の条件で高周波イオンブレーティングを
施し、アモルファスカーボン層を形成した。

アモルファスカーボン層の形成条件 製法：高周波イオンブレーティング 原料ガス：　Ｃ２ＨＧ 圧カニ　Ｉ　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ 基体温度：室温 高周波出力＝５０Ｗ 高周波周波数：　１３，５６ＭＩＩｚ 直流電圧：９００Ｖ 膜厚：　５ｏｏｏ人 得られた電子写真感光体の感度および帯電特性を実施例
１と同様にして評価したところ、次の通りであった。

半減値：２．５秒（２５６４”Ｋ白色ランプ、２０μＭ
／ａ＃）帯電能：２５Ｖ／μ璽 また、実施例１と同様にして繰り返し耐久性を評価した
ところ、同様に画像濃度の低下が殆どみられず、また異
常画像も認められなかった。

実施例３ 実施例１と同様の基板上に次の条件でアモルファスカー
ボン層を形成して電荷輸送層とした。

アモルファスカーボン層の　成 製法：高周波プラズマＣＶＤ法 原料ガス： ＣＨ４：　２５３ＣＣＭ Ｈ２：　５００　ＳＣＣＭ ８２Ｈ，／　Ｈ，（１００Ｐｐ＋ｔ）　：　１０　ＳＣ
ＣＭ放電圧カニＩＴｏｒｒ 基板温度：２５０℃ 高周波量カニ５０Ｗ 膜厚：１０μＩ 次に、この電荷輸送層の上に、実施例１と同様にしてア
モルファスシリコン膜からなる電荷発生層を形成して電
子写真感光体を得た。

この感光体を、Ｂをドーピングしない他は同様にして作
成した感光体と比較したところ、感度が２倍に向上した
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電子写真感光体の構成例を示す断面図
である。 第２図および第３図は、本発明の電子写真感光体を製造
する装置例を示す説明図である。 １１・・・支　持　体　　　　１３・・・電荷発生層１
５・・・電荷輸送層 特許出願人　株式会社リコー　外１名 鴨３図 １スｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、支持体上に電荷発生層と電荷輸送層とを有する機能
   分離型の電子写真感光体において、前記電荷発生層がシ
   リコン原子を母体とし、水素原子、重水素原子およびハ
   ロゲン原子の少なくとも１種を含むアモルファスシリコ
   ン層からなり、前記電荷輸送層が炭素原子を母体とし、
   水素原子、重水素原子およびハロゲン原子の少なくとも
   １種以上を含むアモルファスカーボン層からなることを
   特徴とする電子写真感光体。