JPS6361261A - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、アモルファスシリコン（ａｊ；ｉ）　系の電
子写真感光体に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来、電子写真感光体としては、例えばアモルファスＳ
ｅまたはアモルフ７　スｓｅ１．：Ａｓ、　Ｔｅ、　Ｓ
ｂ、　Ｇｅなどを加えた合金系の感光体、あるいは２ｎ
ＯやＣｄＳを樹脂バインダに分散した感光体などが多用
されてきており、特に最近は高耐刷性、高感度などの特
徴を生かしてアモルファスシリコン（ａ−３ｉ）　系（
７）感光体の開発が進んできている。

このような感光体においては、鮮明な画質を得るために
、感光体表面に与えられる静電荷を暗所で保持しなけれ
ばならないが、そのためには良く知られているように感
光体の基体側と自由表面側′とに電荷の注入を阻止し帯
電を保持するための障壁層を設けることが必要である。

例えばＳｅ系感光体においてはＡｌ基体の酸化物層とＳ
ｅ系感光層表面の酸化物層とがこの役割をになっている
。

ａ−３ｉ系感光体においても、ＡＡ基体を利用する場合
には、その酸化物を基体界面でのＰ’Ｊ壁層として適用
できる。また、ａ−５ｉはドーピングによる価電子制御
が可能であるから、ｐ−ｉ、　ｐ−ｎなどの接合を形成
しこれを障壁層として利用することもできる。さらには
、５ｉｎ２．　Ｓｉｎ、　Ｓｉ、Ｎ、、　Ａ　Ｉ！　２
０３などの高抵抗層を導電性基体上に形成し障壁層とす
ることもできる。

しかしながら、以上のような障壁層をａ−３ｉ系、盛光
体に適用した場合にはそれぞれ不都合な点を存している
。まず、へ！基体の酸化物層の場合には、財質、加工方
法、洗浄条件、保管状態などによってその表面状態が異
なり、その品質を一定に維持することは必ずしも容易な
ことではない。また、ｐ−ｉ、　ｐ−ｎなどの接合を利
用した場合は、例えばほう素（Ｂ）を高濃度にドーピン
グしたｐ層は膜中欠陥が増ｈａ　Ｌ、異状成長部として
の突起状成長が発生することがある。その結果、出力画
像上の点欠陥が増加し好ましくない。さらに、酸化物、
窒化物などの高抵抗層を利用した場合には、残留電位が
高すぎる傾向があり、また、基体やａ−３ｉとの熱膨張
係数の差が大きくて剥離し易いなどの問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述の欠点を除去して、帯電性能に優れ、か
つ、残留電位が低くて、欠陥のない良質な画像が長期間
安定して得られるａ−３ｉ系電子写真感光体を提供する
ことを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明の目的：ま、導電性基体とその上に形成されたア
モルファスシリコン（ａ−３ｉ）系材料からなる感光層
との間に２０ａｔ％〜５０ａｔ％の水素を含有する水素
化アモルファス炭１＝　（ａ−Ｃ（ｔｌ））からなる界
面層を設けることによって達成される。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

本発明の感光体の一例は第１図に示した如く、導電性基
体１１０上に界面層１２０　と感光Ｎ１３０が積層され
た構造である。さらに、表面保護の目的で表面層１４０
　を形成してもよい。

ここで、導電性基体１１０　は円筒状、シート状いずれ
でも良く、材質的にはアルミニウム合金、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施し
たものでも良い。

本発明による界面層１２０　はａ−Ｃ（ｆｌ）からなる
。この界面層は例えばＣ２Ｈ，を高周波グロー放電分解
法により成膜し形成する。ａ−Ｃ（Ｈ）界面層の水素濃
度は成膜条件に依存し、通常１〜６Ｑａｔ％と変化する
が、この成膜条件、すなわち、原料ガス、ガス圧。

ガス流量、放電パワー、基体温度などを適切に選定して
、水素濃度を２０〜５０ａｔ％の範囲内にすることが望
ましい。また、ａ−Ｃ（Ｈ）界面層中の水素は、赤外吸
収スペクトルで２９００　ｃｍ−’　〜３０００　ｃｍ
−’　！、：吸収を有する形態で炭素と結合しているこ
とが必要である。ａ−Ｃ（Ｈ）界面層は電子写真の画像
形成プロセスにおいて機械的刺激を直接受けることはな
いため、硬度はあまり大きくなくても良く、例えばダイ
ヤモンド圧子による硬度試験で荷重０．５ｇでの硬度が
２００　ｋｇ／　ｍｍ”　〜９００　ｋｇ／　ｎ＋ｍ’
であれば良い。

さらに、ａ−Ｃ（Ｈ）界面層中に、はう素（Ｂ）、酸素
（０）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（ｉ）　　な
どの不純物を添加して、感光体としての電気的整合をと
ることも可能である。

感光層１３０　は、材料的には水素化アモルファスノリ
コン（ａ−５ｉ（）Ｉ））　　、　２に素化弗素化アモ
ルファスシリコン（ａ−５ｉ（Ｐ、ｆｌ））　　、水素
化アモルファス炭化シリコ７（ａ−３ｉｔ−ｘｃｘ（Ｈ
）、　Ｏ＜Ｘ＜１）　　、水素化弗素化アモルファス炭
化シリコ７　（ａ−５ｌｌ−ｘＣｘ（Ｆ、　Ｈ）、　０
＜Ｘ＜１＞　、　水り化アモルファス窒化シリコン（ａ
−５＋Ｎｘ（Ｈ）、　０＜ｘ＜４／３）　、水素化弗素
化アモルファス窒化シリコ７（ａ−５ｉＮｘ（Ｆ、Ｈ）
、　０＜Ｘ＜４／３）　、水素化アモルファス酸化シリ
：’　７　（ａ−ＳｉＣ１ｘ（Ｈ）、　Ｏ＜Ｘ＜２）　
、水素化弗素化アモルファス酸化シリコン（ａ−３ｉＯ
＋＋（Ｆ、　Ｈ）　。

ｉ）＜Ｘ＜２）のうちの少なくとも一つを用いた層また
はその合金層である。膜厚は５〜６０μｍが実用的であ
る。

感光層１３０　の中には必要に応じて光導電層１３１゜
バッファ層１３２　などの機能分離層を設けることが有
効である。

光導電層１３１　は対象とする光の吸収能に優れ、かつ
光導電率の大きい材料が好ましく　、ａ−ｓｌ（Ｈ）。

ａ−３ｉ（Ｆ、Ｈ）、　　ａ　　Ｓ＋１−ｘＣｘ（Ｈ）
（０＜Ｘ＜０．３）、　ａ−３＋Ｎｘ（Ｈ）（０＜Ｘ＜
０．２）、　　ａ−ＳｉＯｘ（旧（０＜Ｘ＜０．１）、
　　ａ−５ｉｔ−ｘＧｅｘ（Ｈ）などや、これらに周期
律表■族、■族の元累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１３２　の目的はより基体側の層１例えば光
導電層１３１　と表面層１４０　との材料的異質性を暖
和することである。材料的にはａ−３ｉ；−ｘＣｘ（Ｈ
）　（０＜Ｘ＜１）、　　ａ−ｓｉ、−、ｃＸ（ｐ、）
ｌ）（０＜Ｘ＜１）、　　ａ−３ｉＮｘ（Ｉｔ）（０＜
Ｘ＜４／３）、　　ａ−３ｉｎ、（Ｈ）（０＜ｘ＜２）
、　　ａ−５ｉＯｘ（Ｆ、Ｈ）（０＜Ｘ＜２）。

またはこれらの合金などを使用できる。バッファ層１３
２　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１４０　としては、例えば少なくとも水素を含む
アモルファス炭素（ａ−Ｃ（Ｈ）　）層が適用できる。

次に本感光体の製造方法について第２図に概念的系統図
として例示するような製造装置により説明する。真空槽
２１０　の中にアルミニウム合金円筒からなる導電性基
体２２０を基体保持部２２１　に装着し、真空槽２１０
　内の圧力を１Ｏ−６Ｔｏｒｒになるように排気ポンプ
２４０　により排気バルブ２４１　を介して排気する。

基体２２０の温度を、例えば５０〜３５０℃の範囲内の
所定温度になるように保持！２２１　内のヒータ２３０
　および対向電極２５２　のヒータ２３１　により加熱
する。保持部２２１　と導電性基体２２０　は周方向の
膜均一性を出すために回転する。

次に前述のような各層を成膜するに必要な各種の原料ガ
スの圧力容器２９１〜２９５の中がら成膜に主要なガス
の圧力容器バルブ、例えば２８１を開）す、流量調節計
２７１　を通し、ストップバルブ２６１　を開けて、真
空槽２１０　の中に供給する。他のガスについても同様
である。次に、槽内圧力を所定の圧力、例えば０．００
１〜５　Ｔｏｒｒに調節後、高周波（ＲＦ）’に源２５
０　から高周波（１３，５６ＭＩＩｚ）電力を絶縁材２
５１　を介して対向電極２５２　に供給し、２５２　と
基体２２０　の間にグロー放電を発生させて成膜を行う
。

第２図には圧力容器およびそれに付属する装置は５セツ
ト示されているが、このセット数は使用するガスの種類
に応じて適宜増減されてよい。

ａ−Ｃ（Ｈ）界面層の作製条件としては、基体温度は５
０〜３００℃、好適には１００〜２８０℃が望ましく、
単位ガス量当たりのガスの分解に要するエネルギーは３
００Ｊ／ｃｃ〜２００００Ｊ／ｃｃが望ましい。ガス圧
は０．０５〜５Ｔｏｒｒ、好適には０．１〜２　Ｔｏｒ
ｒが望ましい。成膜時には、外部からバイアス電圧を加
えることも膜質の制御上有効である。また、ＲＦ放電の
場合には自然にバイア７が発生してくる。これを通常自
己バイアスと呼んでいるが、このようなバイアス電圧バ
ー１００〜５００　Ｖ　、　−ＩＣＩＯ〜−１５ｃｌＯ
Ｖ　カ適している。

次に、具体的な実施例について述べる。

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の
円筒基体２２０（第１図の導電性基体１１０　に相当）
を第２図の製造装置の真空槽２１０　の保持部２２１　
に装着し、次の条件で厚さ０．０５　μｍのａ−Ｃ（ｆ
（）界面層１２０　を形成した。

Ｃ２Ｈ−（１００％）流ｌ　　　　　　　　８０ＣＣ／
分ガス圧　　　　　　　　　　　０．２ＴｏｒｒＲＦ電
力　　　　　　　　　　　２００Ｗ基体温度　　　　　
　　　　　　２５０℃成膜時間　　　　　　　　　　　
１０分さらにこの上に、次の条件で光導電層１３１　を
摩さ２５μｍ　に形成した。

ＳｉＨ，（１００％）流ｉ　　　　　　　　２００ＣＣ
／分ｅ２Ｈｓ（２０ｐｐｍ、　８２ペース）流ｍ　　　
１０ｃｃ／分ガス圧　　　　　　　　　　　　”、、　
２ＴｏｒｒＲＦ電力　　　　　　　　　　　３００Ｗ基
体温度　　　　　　　　　　　２００℃成膜時間　　　
　　　　　　　　３時間さらにこの上に、次の条件で、
バッファ層１３２を厚さ０．１μｍに形成した。

Ｓｌ＋（４（１００％）流ｍ　　　　　　　　１００ｃ
ｃ／分Ｃｌ１４　（１００％）流Ｆｉｔ　　　　　　　
　ｉ！　Ｏｃ　ｃ　／分ＢＪｇ（２０００ｐｐｍ、　８
２ベース）流量１５ｃｃ／分ガス圧　　　　　　　　　
　　　ＩＴｏｒｒＲＦ電力　　　　　　　　　　　２０
０Ｗ基体温度　　　　　　　　　　　２００℃成膜時間
　　　　　　　　　　　２分 以上のようにして実施例１の感光体を作製した。

比較のために、実施例１にふけるａ−Ｃ（）ｌ）界面層
のかわりにほう素（Ｂ）をドープしたｐ型のａ−３１（
Ｈ）を界面層とし、その他は実施例１にＣφじて比較例
の感光体を作製した。そのときのｐ型ａ−３１（）Ｉ）
膜の作製条件は次の通りである。

５ｉ）Ｉ、（１００％）流ａ　　　　　　　　２００Ｃ
Ｃ／分ＬＬ（５０００ｐｐｍ、　８２ベース）流量４９
ｃｃ／分ガス圧　　　　　　　　　　　　Ｑ、　７Ｔｏ
ｒｒＲＦ電力　　　　　　　　　　　１００Ｗ基体温度
　　　　　　　　　　　２５０℃成膜時間　　　　　　
　　　　　１０分これら２個の感光体をカールソン方式
の普通紙乾式複写機に装着し、コロナ電圧５ｋＶ、感光
体回転周速１５０ｍｍ／秒の条件でコピーを行い、得ら
れた画像に発生した点欠陥の大きさと個数を調べた。そ
の結果を第１表に示す。

第　　１　　表 感光体の面積は８４８ｃ、１１である。

第１表より、実施例１の方が画像上の点欠陥の大きさが
小さく個数も少ないことは明らかである。

また、実施例１を作製する工程において、ａ−Ｃ（ＩＩ
）界面層を形成後、−変成膜を中断し、真空槽２１０外
の大気中に取り出してから再度真空槽２１０内にセット
して成膜を続けた場合でも、点欠陥に増加は見られなか
った。これよりａ−Ｃ（Ｈ）界面層が耐環境性が良く極
めて安定であることが判る。言うまでもな（、このよう
な操作は塵埃の少ない管理された雪囲気のもとで実施し
た。

実施例１におけるａ−Ｃ（Ｈ）界面層の水素濃度は同一
条件で８１単結晶上に形成したａ−Ｃ（Ｈ）膜の赤外吸
収によって評価できる。その結果は３６ａｔ％であった
。

実施例２゜ 界面層に含有される水素の効果をみるために、ａ−Ｃ（
Ｈ）界面層の成膜条件を変えて膜中の水素濃度を変化さ
せ、他は実施例１に準じて実施例２−ａ〜２−ｇの７個
の感光体を作製した。これらの感光体について、周速１
５０ｍｍ／秒で回転させながら５ｋＶのコロナ放電で帯
電させたときの表面電位を、そのａ−Ｃ（Ｈ）界面層の
水素濃度とともに第２表に示す。

第　　２　　表 第２表にみられるとおり、ａ−Ｃ（Ｈ）界面層中の水素
濃度が１５ａｔ％以下と低い実施例２−ａおよび２−ｂ
の感光体においては表面電位が低くなっており、界面層
が障壁層としての機能を充分果たしていないことがわか
る。

ａ−Ｃ（ＩＩ）界面層中の水素は炭素の未結合手を終端
して、未結合手の数、すなわち膜質を悪くする欠陥数を
低減すると考えられる。実施例２−ａ〜２−ｇのそれぞ
れの界面層に相当するａ−Ｃ（Ｈ）膜について、その赤
外吸収から求めた水素濃度と膜中の炭素の未結合手（欠
陥）の密度に相当するスピン密度との関係を調べたとこ
ろ第３図に示すような結果が得られた。第３図から判る
ように、２０ａｔ％以下の水素濃度では、膜中のスピン
密度（欠陥数密度）が１０１９’ｙ／ｃｍ’以上に増加
し、膜質が悪くなってくる。このために、界面層として
必要な障壁層としての機能が低下してくるのである。第
２表および第３図から、ａ−Ｃ（）Ｉ）界面層中の水素
濃度は、２０ａｔ％以上が必要であることが判る。

次に、これら実施例２０７個の感光体について、６ｋＶ
のコロナ放電で帯電し、色温度２８５０　’にのタング
ステンランプで２ｆｌｕ×・ｓｅｃの光量で照射後の残
留電位を測定した。その結果を第３表に示す。第３表に
は界面層の水素濃度も再度示しである。

第　　３　　表 第３表から、ａ−Ｃ（Ｈ）界面層の水素濃度が５５ａｔ
％以上になると感光体の残留電位が高くなり　Ｓ／Ｎ比
が低下してきて問題となる。

以上の結果により、ａ−Ｃ（Ｈ）界面層中の水素濃度は
２０ａｔ％〜５０ａｔ％の範囲にあると好適である。

実施例３゜ ａ−Ｃ（Ｈ）界面層１２０　についてだけ成膜条件を以
下のように変更し、その他は実施例１に準じて感光体を
作製した。

Ｃ，Ｈ４（１ｏｏ　９６＞　　流量　　　　　　　８０
ＣＣ／’分ガニ圧　　　　　　　　　　　　Ｑ、　２７
ｏｒｒＲＦ電力　　　　　　　　　　　　１２０Ｗ基体
温度　　　　　　　　　　　２５０℃成膜時間　　　　
　　　　　　　１０分このときのａ−Ｃ（Ｈ）界面層の
膜７は０．１μｍであり、水素濃度は４３ａｔ％である
。さらに、この条件で成膜時間を変えて、ａ−Ｃ（Ｈ）
界面層の膜厚を変え、その他は実施例１に準じて実施例
３−ａ〜３−ｇの７個の感光体を作製した。

これらの感光体について、実施例２の場合と同様にして
残留電位を調べた。その結果を、界面層の膜厚とともに
第４表に示す。

第　　４　　表 第４表から明らかなように、ａ−Ｃ（Ｈ）界面層の膜厚
が０，５μｍ以上では残留電位が大幅に増大し、ＳｌＮ
比が大きく低下して実用に耐えなくなる。

さろに、これら７個の感光体について、実施例１と同様
の画像評価を行ったところ、第５表に示す結果を得た。

第　　５　　表 第５表において、ａ−Ｃ（■）界面層の膜厚が０．００
５μｍである実施例３−ａでは画像の点欠陥が多く、界
面層を形成した効果がないことを示している。また、実
施例３−ｅ、　３−ｆ、　３−ｇでは欠陥数にほとんど
差が認められず、界面層の膜厚は０．３μｍあれば充分
であることが判る。従って、ａ−Ｃ（Ｈ）界面層の膜厚
は０．０１μｍ〜０．３μｍの範囲にあれば良い。さら
に、界面層膜厚０．０１μｍという極めて薄い実施例３
−ｂにおいても点欠陥低減の効果が顕著であるが、これ
はａ−Ｃ（Ｈ）が他の材料に比べて極めて薄い状態でも
均一に平滑に緻密な膜として成膜が可能なことを示して
おり、障壁層として機能すべき界面層の材料としてａ−
Ｃ（Ｈ）が好適であることが判る。

〔発明の効果〕

本発明においては、導電性基体とａ−３ｉ糸材料からな
る感光層との間に２０ａｔ％〜５０ａｔ％の水素を含有
するａ−Ｃ（）Ｉ）からなる界面層を設ける。この界面
層は均一で平滑な緻密な薄膜として形成でき、感光体の
帯電能を高める障壁層として極めて有効である。すなわ
ち、感光体表面を暗中で帯電させるときには、導電性基
体から感光層への電荷の注入を阻止して帯電の保持に寄
与し、露光時には、適量の水素を含んでいることと薄膜
であることにより、その放電を妨げない。また、膜が緻
密で平滑であるから、画像上に点欠陥などを生せしめる
こともない。かくして、帯電性能に優れ、しかも残留電
位が低く、欠陥のない良質な画像が長期にわたって安定
して得られるａ−３ｉ系電子写真感光体を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の感光体の一実施例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
概念的系統図、第３図はａ−Ｃ（Ｈ）膜の水素濃度とス
ピン密度との関係を示す線図である。 １１０　　導電性基体、１２０　　界面層、１３（ｌ　
　ＦＳ光層。 弔　１　図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）導電性基体とアモルファスシリコン系材料からなる
   感光層との間に２０ａｔ％〜５０ａｔ％の水素を含有す
   る水素化アモルファス炭素（ａ−Ｃ（Ｈ））からなる界
   面層を設けたことを特徴とする電子写真感光体。 ２）特許請求の範囲第１項記載の感光体において、水素
   化アモルファス炭素（ａ−Ｃ（Ｈ））からなる界面層の
   膜厚が０．０１μｍ〜０．３μｍの範囲にあることを特
   徴とする電子写真感光体。