JPH01227160A - 感光体およびその作製方法 - 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】 ｒ発明の利用分野Ｊ 本発明は、支持体上の光導電層の一部または全部にセレ
ン半導体が設けられ、この上面に炭素または炭素を主成
分とする被膜を耐摩耗層として設けることにより、静電
複写機、レーザプリンタ等の感光性ドラムを構成せしめ
んとするものである。

本発明は、高周波または直流電界を同時に用いる気相反
応（ＣＶＤ）方法により、被形成面特に広い面積に渡っ
て、より大きい被膜成長速度で、炭素または炭素を主成
分とする被膜形成をせしめた静電複写機用等の感光体の
製造方法に関する。

ｒ従来技術１ 従来、静電複写機の感光体を製造する際に石いる気相反
応による薄膜形成技術として、珪化物の反応性気体を用
いた高周波または直流電界によるプラズマＣＶＤ法（グ
ロー放電ＣＶＤ法）によりアモルファスシリコン膜を感
光体として用いる方法が知られている。

しかし、かかるグロー放電ＣＶＤ法を用いたアモルファ
スシリコン膜を用いる場合、その厚さが５μｍ程度を必
要とするため、クラックが感光体中に生じやすい、表面
に凹凸が生じやすい、作製中に反応容器の内壁に付着し
たフレークが、被形成面に落下し、ボイド、ピンホール
等を作りやすい等の欠点を有する。このため、アモルフ
ァスシリコン膜は感光体としては固く、長寿命性を有し
ながらも、実用上は今−歩というところであった。

他方、感光体としては、有機樹脂を用いた静電ドラムが
知られている。このドラムは、支持体上に有機樹脂をコ
ーティングするだけのため、特に工業上安価で多量生産
を行いやすいという特徴を有する。しかしその寿命は５
〜７万枚の静電能力までで、劣化して使用不可能となっ
てしまう。

又、セレン半導体を感光体として用いる静電ドラムも知
られている。

このセレンドラムは現在、ＰＰＣコピー、等で一般に広
く用いられているものであり、その性能も安定しており
、最も実績のあるドラムである。

しかしながらこのセレン半導体は耐摩耗性にとぼしく長
期の使用には耐えないものであった。

そのため、この感光体上に、耐摩耗層とｑで硬い保護層
を設けることが期待されていた。

ｒ発明の構成」 本発明は、支持体を自己加熱以上に加熱することをなく
した。そして光導電層としてセレン半導体を用いた。こ
のセレン半導体は高温状態にすることができないため、
静電複写ドラムの中心部の母材、一般には金属またはそ
の合金で作るが、これを加熱することなく、または外部
より冷却媒体を供給しつつ、炭素または炭素を主成分と
する（以下炭素という）膜を形成した。本発明は、この
導電性固体と外部の電極との間に直流バイアスを加えつ
つ、さらに加えてこの他の一方の電極との間に高周波電
界を加えたプラズマＣＶＤ法を用いたものである。

本発明は、反応性気体としてメタン、エチレン等の炭化
水素化物気体を用いている。そしてこれらのキャリアガ
スとして水素を用いた。本発明では炭化珪素、珪素膜を
用いていない。これらは硬さが不十分であり、成膜に２
００〜３５０°Ｃを必要とするため、セレン半導体の特
性が変化してしまうからである。他方、本発明の炭素膜
は下地被膜と密着性がよく、かつ成膜が２００°Ｃ以下
、好ましくは一１００〜＋１５０°Ｃであるため、互い
に反応しない。

本発明においては、さらにこれらの炭素化物の反応性気
体の分解、活性化を助長するため、マイクロ波励起また
はホイスラーモード活性を行った。

そして反応をして炭素または炭素を主成分とする被膜の
成膜速度を助長させた。

本発明において、感光性材料として、公知のセレン半導
体光導電材料を用いる。さらにその上に、本発明の炭素
膜または炭素を主成分とする膜をコートする。

また支持体は金属であり、それらはＡＩ、　Ｃｒ、　Ｍ
ｏ、　Ａｕ、　Ｉｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ等の
金属またはこれらの合金を用い得る。これら伝導性支持
体とｏｐｃとの間に非単結晶シリコン半導体特にＰまた
はＮ型の半導体を介在させてもよい。　本発明において
、この炭素膜形成の際、この支持体と他の電極との間の
導電性を向上させるため、プラズマＣＶＤを行っている
際、同時にこの反応炉内、特にセレン半導体部に光照射
をし、セレン半導体の発生する電子、ホールを用いて炭
素膜をより均一に作製することは有効である。

１作用」 かくして支持体上にセレン半導体を公知の蒸着法、その
他の方法でコートし、さらに必要に応じて障壁層を作り
、その上に平滑性に優れ、かつ耐摩耗性に優れた絶縁性
炭素または炭素を主成分とする被膜をコートすることが
できた。

その結果、従来のアモルファスシリコンドラムが耐摩耗
性を有しながらも、表面の凹凸が激しい、クランクが生
じやすい等多くの欠点を有していたのに比べ他方、本発
明においては、この耐摩耗性を有する炭素膜は下地のセ
レン半導体膜上に室温または冷却して成膜するにもかか
わらず、互いによく密着しあう。さらに炭素膜のビッカ
ース硬度が２０００Ｋｇ／ｍｍ２以上と固（、耐摩耗性
がよい。本発明の感光性セレン半導体を用いた感光性ド
ラム上へ炭素膜をプロランキング層として設けることば
きわめて相乗効果の大きい優れたものである。

本発明においては、マイクロ波で反応性気体を予め励起
しつつ、かつ高周波プラズマを用いるため、この炭素膜
はダイヤモンドと同じ結合またはダイヤモンドが一部に
混成した炭素膜を作ることができる。

さらに本発明のマイクロ波励起は水素、不活性気体また
は非生成物気体（分解または反応をしてもそれ自体は気
体しか生じない気体）と炭化水素化物気体とを同時にマ
イクロ波励起室に導入して活性化している。この時、こ
の炭素膜は磁場があるとその内壁面に生成物が付着しに
くく、好ましかった。

以下に実施例に従い本発明を示す。

実施例１ 本実施例は、炭素膜作製用プラズマＣＶＤ法による感光
体の作製を示す。

第１図は本実施例で用いた装置の概要を示す。

図面において、ステンレス容器（１゛）はｍ（１”）を
有し、反応空間（１）を構成させている。この容器（１
゛）には、予めセレン半導体を公知の薫着法により支持
体上にコートした基体（１０）を配設させた。

基体（ｌＯ）を保持体（８＞　、　（８’　）により回
転させつつ保持した。その裏側の！Ｉ（１”）側には排
気口（７）をホモジナイザ（２０°）を有して設け、基
体の装着の時はｉ（１”）を上方向に開けて行う。高周
波電圧または直流電圧はこの基体に保持体により一方の
電極と他の一方の網状電極（２０）との間に印加した。

ここに、高周波または直流電源（６）より１３．５６Ｍ
Ｈｚまたは直流バイアス付の高周波電界を加える。

基体（１０）はこの電界に垂直に第１図では位置させて
いる。基体はその円周方向に回転させている。

また第１図において左右方向が長いときは被膜形成と同
時にこのドラムを回転しつつ移動させてもよい。この基
体を多数配設しく図面の前後方向）これらを回転しつつ
均一な膜厚で多数同時に作るべく移動させてもよい。

反応性気体はドーピング系（１３）より（１８）を経て
石英管（２９）で作られたマイクロ波を用いた共鳴空間
（２）に供給される。この共鳴空間は外側に空心磁石コ
イル（５）　、　（５’　）を配し磁場を加える。同時
にマイクロ波発振器（３）によりアナライザー（４）を
経て例えば２．４５Ｇ）ｌｚのマイクロ波が共鳴空間（
２）に供給される。この空間ではホイッスラーモードの
共鳴を起こすべく、反応性気体としてメタンを（３２）
より加える。さらに水素で希釈されたジボラン（Ｂ２Ｈ
６）またはフォスヒン（ＰＨ３）を（３２）より、さら
に水素のキャリアガスを（３１）より加える。例えばメ
タン：水素＝１：１とし、高周波電力として５０Ｗ〜Ｉ
ＫＷを加えたプラズマ電界として０．０３〜３Ｍｃｍ２
とした。ＤＣバイアスは特に加えないと炭素膜中に水素
が多く含まれ、光学的エネルギバンド巾も２．５〜３．
５ｅＶが得られる。基体側を正バイヤスとすると、水素
イオンが反発されて結果として膜中の水素含有量を減少
させ、その光学的エネルギバンド巾も１．０〜２．Ｏｅ
Ｖとなる。

基体表面温度は−１００〜＋２００°Ｃ好ましくは一１
００〜＋１５０°Ｃであり、セレン半導体の耐熱性が十
分高くないため、この炭素膜のコート中に何ら損傷、溶
融、変質しないようにした。

さらにマイクロ波での予備励起を行うと、この場合の成
膜速度は５００〜１０００人／分が得られ、きわめて高
速成膜が可能であった。しかしこの予備励起を行わない
と、１００〜２００人／分の成膜速度しか得られなかっ
た。

かくして炭素膜を０．１〜４μｍ、好ましくは０．５〜
２μｍの厚さに形成し、層としてその光学的エネルギバ
ンド巾を大きくし、結果として耐摩耗層であると同時に
静電荷の障壁層として作用させた。

しかしかくすると、炭素膜のビッカース硬度が４０００
Ｋｇ／ｍｍ”以上ではなく、２０００〜４０００Ｋｇ／
ｍｍ２と低下するため、実用上Ｅｇ、硬度、厚さの最適
設計が必要である。

本発明ではビッカース硬度は２０００にｇ／ｍｍ２以上
を有し、熱伝導率２．５Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ以上の炭素膜
を実使用上の寿命において２０万枚以上のコピー可能の
仕様とした。もちろんこの硬度が１０００〜２０００Ｋ
ｇ／ｍｍ２では商品寿命が１０万〜２０万と低下してし
まうが、それなりの市場を求めればそれでも商品化は可
能であろう。

こノ圧力は、排気系（１１）のコントロールバルブ（１
４）によりターボ分子ポンプを併用した真空ポンプ（９
）の排気量を調整して行った。

更に必要に応じて、図面においては電子または共鳴励起
したアルゴンを反応空間に十分法げるため、一方の電極
（２０）が反応性気体のホモジナイザ（２０）の効果を
併用させ得る。即ち、このホモジナイザの穴より放出さ
れる気体（２１）を基体表面に均一に広い面積で成膜さ
せ、その厚さも大面積の均一性をより良好に得るため好
ましい。

もちろんホモジナイザをいれるとこの面への電子及び活
性気体の衝突は避けられず、結果としてそこでのエネル
ギ消費がおき、成長速度の減少が見られる。そのため、
全体の空間で高い成長速度をより得んとするためには、
マイクロ波による励起が高周波はプラズマＣＶＤのみで
あるよりも有効であった。

実験例１ この実験例は被膜として、水素とメタンとを１：１とし
ダイヤモンド結合を有するアモルファスまたはダイヤモ
ンド微結晶を含むアモルファス炭素膜を形成させたもの
である。

反応空間の圧力をＱ、ｌ　ｔｏｒｒ、非生成物気体とし
て（３１）より水素を２００ＳＣＣＭで供給した。加え
て、メタンを（３２）より２００ＳＣＣＭで供給した。

マイクロ波は２．４５Ｇｔｌｚの周波数を有し、３０Ｗ
　〜１．３　Ｋ−の出力例えば５００−で調整した。磁
場（５）　、　（５’　）の共鳴強度は８７５ガウスと
した。１３．５６ＭＨｚの高周波電流を５０〇−加えた
。かくして放電を開始した後排気系を調整した。

導電性表面をすくなくとも一部に有する円筒状の基体（
１０）を用い、この被形成面上に非単結晶炭素例えばア
モルファス炭素を形成し、不要気体を（７）を経て排気
系（１１）にて放出した。すると基板温度が室温（プラ
ズマによる実加熱で１５０°Ｃ程度になる）において被
膜形成速度３０人／秒を作ることができ、製膜時間は約
１５分だった。この速度はプラズマＣＶＤのみで得られ
る１、５人／秒に比べ２０倍の速さである。このアモル
ファス炭素の電気特性の１例を調べると、固有抵抗１０
１０Ωｃｍ、ビッカース硬度２３００Ｋｇ／ｍｍｚ、光
学的エネルギバンド巾１　、８ｅＶであった。

生成物気体をメタンでなくエチレンまたはアセチレンと
水素との混合気体とすると、更に被膜成長速度の向上を
期待できる。

実施例２ この装置を用い複写機の感光体ドラムを作製した。基体
（１０）として支持体は直径２５ｃｍ長さ３０ｃｍのア
ルミニュームまたはその合金を用いた。その上にはセレ
ン半導体がコートされているものを用いた。この基体（
１０）を第１図の装置にセットし、反応空間の圧力Ｑ、
３ｔｏｒｒ　、水素２００５ＣＣＭを（３１）より、Ｃ
Ｂ、　２００　ＳＣＣＭを（３２）より導入した。気体
は室温とし、特に加熱冷却をしなかった。この後、プラ
ズマ放電用電源（１３，５６ＭＨｚ出力３００Ｗ、　Ｄ
Ｃバイアス＋２００ｖを気体に印加）にて本実施例では
２００人／分形成した。

こうして０．４　μｍの厚さの炭素膜を形成した。

この後−度反応室を排気し残留ガスを反応室外へ排気し
た。

実施例３ ホイッスラーモード、高周波プラズマＣＶＤを加えて用
い、実施例２と同様な感光体を作製した。

作製条件は実施例１と同様である。基体は一３０°Ｃに
冷却し、直流バイアスは＋４００νを印加して。そして
０．５　μｍもの厚さの炭素膜を形成した。本実施例で
は基体（１０）を回転させるとともに前後左右に移動さ
せなから製膜を行った。

本実施例により作製された感光体に対し、室温→１５０
°Ｃ→室温の温度サイクルを１００回行った結果を表１
に示す。被膜にクラックが入ったり基板よりはがれたり
ピーリングせず、歩留まりは１００％だった。

表１ また、Ｓａｍｐｌｅを静電複写機に装着し、感光体ドラ
ムに密接して転写紙のまき込みを防止する金属またはそ
れに炭素膜がコートされたスキージを設けたが、感光体
の炭素被膜は下地のセレン半導体より、また金属支持体
よりセレン半導体自身はがれることがなく、Ａ４版サイ
ズで１０５〜１０６枚の複写動作に対しても変化はなか
った。

これは、この炭素膜のコートがまったくない場合、１０
４〜７Ｘ１０’枚までしかもたないことと比べると、無
限に耐摩耗性を有することと等価になる。

「効果」 本発明は、セレン半導体を用いた感光層上にアモルファ
スまたは微結晶構造を有し、かつ電気的には絶縁性を有
する炭素膜がコートされたものである。そしてこのコー
ティングをセレン半導体の耐熱限界である温度以下の温
度で製造せんとするものである。

またこの反応容器内のクリーニングはこの雰囲気を酸素
またはこれに水素を導入して高周波プラズマでアンシン
グすればよく、フレーク等の発生の心配がない等、本発
明方法は他にも工業化が容易である等の特徴を存する。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、支持体上の光導電層の一部または全部にセレン半導
   体が設けられ、該セレン半導体上にアモルファスまたは
   微結晶構造を有するアモルファスの炭素または炭素を主
   成分とする被膜が設けられたことを特徴とする感光体。 ２、特許請求の範囲第１項において、炭素または炭素を
   主成分とする被膜は０．１〜５μｍの厚さを有し、水素
   またはハロゲン元素が添加されて設けられたことを特徴
   とする感光体。 ３、ホイスラーモード共鳴またはグロー放電法を用いた
   気相法により、支持体上にセレン半導体を一部または全
   部の光導電層用として設けた被形成面上に炭素または炭
   素を主成分とする被膜を耐摩耗層として形成することを
   特徴とする感光体作製方法。