JPH07107607B2 - 感光体 - Google Patents

感光体

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JPH07107607B2
JPH07107607B2 JP61220616A JP22061686A JPH07107607B2 JP H07107607 B2 JPH07107607 B2 JP H07107607B2 JP 61220616 A JP61220616 A JP 61220616A JP 22061686 A JP22061686 A JP 22061686A JP H07107607 B2 JPH07107607 B2 JP H07107607B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は感光体、特に電子写真感光体に関する。
従来技術 カールソン法の発明以来、電子写真の応用分野は著しい
発展を続け、電子写真用感光体にも様々な材料が開発さ
れ実用化されてきた。
従来用いられてきた電子写真感光体材料の主なものとし
ては、非晶質セレン、セレン砒素、セレンテルル、硫化
カドミウム、酸化亜鉛、アモルファスシリコン等の無機
物質、ポリビニルカルバゾール、金属フタロシアニン、
ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、ペリレン顔料、トリフ
ェニルメタン化合物、トリフェニルアミン化合物、ヒド
ラゾン化合物、スチリル化合物、ピラゾリン化合物、オ
キサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、等の有機
物質が挙げられる。
また、その構成形態としては、これらの物質を単体で用
いる単層型構成、結着材中に分散させて用いるバインダ
ー型構成、機能別に電荷発生層と電荷輸送層とを設ける
積層型構成等が挙げられる。
しかしながら、従来用いられてきた電子写真感光体材料
にはそれぞれ欠点があった。
その一つとして人体への有害性が挙げられるが、前述し
たアモルファスシリコンを除く無機物質においては、何
れも好ましくない性質を持つものであった。
また、電子写真感光体が実際に複写機内で用いられるた
めには、帯電、露光、現像、転写、除電、清掃等の苛酷
な環境条件に晒された場合においても、常に安定な性能
を維持している必要があるが、前述した有機物質におい
ては、何れも耐久性に乏しく、性能面での不安定要素が
多かった。
そのような問題点を解決すべく、近年、感光体、特に電
子写真用感光体にプラズマ化学蒸着法(以下、プラズマ
CVD法という)により作製されたアモルファスシリコン
(以下、a−Siと略す)が採用されるに至っている。
a−Si感光体は種々の優れた特性を有する。しかしa−
Siは比誘電率εが12程度と大きいため、感光体として充
分な表面電位を得るためには、本質的に最低25μm程度
の膜厚が必要であるという問題がある。a−Si感光体
は、プラズマCVD法においては膜の堆積速度が遅いため
作製に長時間を要し、さらに均質な膜のa−Siを得るこ
とが作製時間が長くなる程難しくなる。その結果、a−
Si感光体は白斑点ノイズ等の画像欠陥が発生する確率が
高く、さらに原料費が高いという欠点等がある。
上記の欠点を改良するための種々の試みがなされている
が、本質的に膜厚をこれより薄くすることは好ましくな
い。
一方、a−Si感光体は基板とa−Siとの密着性、さらに
耐コロナ性、耐環境性あるいは耐薬品性が悪いといった
欠点も存在する。
そのような問題点を解消するため有機プラズマ重合膜を
a−Si感光体のオーバーコート層あるいはアンダーコー
ト層として設ける事が提案されている。前者の例は、例
えば、特開昭59−214859号公報、特開昭51−46130号公
報あるいは特開昭50−20728号公報が知られており、後
者の例は、例えば特開昭60−63541号公報、特開昭59−1
36742号公報、特開昭59−38753号公報、特開昭59−2816
1号公報あるいは特開昭56−60447号公報等が知られてい
る。
有機プラズマ重合膜はエチレンガス、ベンゼン、芳香族
シラン等のあらゆる種類の有機化合物のガスから作製で
きること(例えばエー.ティ.ベル(A.T.Bell)、エ
ム.シェン(M.shen)ら、ジャーナル・オブ・アプライ
ド・ポリマー・サイエンス(Jounal of Applied Polyme
r Science)、第17巻、885−892頁(1973年)等)が知
られているが、従来の方法で作製した有機プラズマ重合
膜は絶縁性を前提とした用途に限って用いられている。
従って、それらの膜は通常のポリエチレン膜のごとく10
16・Ωcm程度の電気抵抗を有する絶縁膜と考えられ、あ
るいは少なくともその様な膜であるとの認識のもとに用
いられていた。
一方、近年半導体分野において、ダイヤモンド状炭素の
薄膜が提案されているが、その電荷輸送性については全
く知られていない。
特開昭60−61761号公報記載の技術は、500Å〜2μmの
ダイヤモンド状炭素絶縁膜を表面保護層として被覆した
感光体を開示している。この炭素薄膜はa−Si感光体の
耐コロナ放電および機械的強度を改良するためのもので
ある。重合膜は非常に薄く、電荷はトンネル効果により
膜中を移動し、膜自体電荷輸送能を必要としない。ま
た、有機プラズマ重合膜のキャリアー輸送性に関しては
一切記載がないし、a−Siの持つ前記した本質的問題を
解決するものでない。
特開昭59−214859号公報には、スチレンやアセチレン等
の有機炭化水素モノマーをプラズマ重合により厚さ5μ
m程度の有機透明膜をオーバーコート層として被膜する
技術が開示されているが、その層はa−Si感光体の剥
離、耐久性、ピンホール、生産効率を改良するものであ
る。有機プラズマ重合膜のキャリアー輸送性に関しては
一切記載がないし、a−Siの持つ前記した本質的問題を
解決するものでない。特開昭51−46130号公報には、ポ
リーN−ビニルカルバゾール系の有機光半導体上にスチ
レンやエチレン等の有機炭化水素モノマーを、グロー放
電により、表面に厚さ3μm〜0.001μmの有機プラズ
マ重合膜を形成した感光体を開示している。この技術
は、正帯電でしか使用できなかったポリーN−ビニルカ
ルバゾール系感光体を両極性帯電で使用可能にすること
を目的とする。この膜は0.001〜3μmと非常に薄く、
オーバーコート的な保護膜として使用される。重合膜は
非常に薄く、電荷輸送能を必要としないものと考えられ
る。また、重合膜のキャリアー輸送性に関しては一切記
載がないし、a−Siの持つ前記した本質的問題を解決す
るものでない。
特開昭50−20728号公報には、基板上に増感層、有機光
導電性電気絶縁体とを順次積層し、さらにその上に厚さ
0.1〜1μmのグロー放電重合膜を形成する技術が開示
されているが、この膜は湿式現像に耐えるように表面を
保護する目的のものであり、オーバーコート的に使用さ
れる。重合膜は非常に薄く、電荷輸送能を必要としな
い。また、重合膜のキャリアー輸送性に関しては一切記
載がないし、a−Siの持つ前記した本質的問題を解決す
るものでない。
特開昭60−63541号公報は、a−Siのアンダーコート層
に200Å〜2μmのダイヤモンド状膜を使用した感光体
について開示しているが、その膜は基板とa−Siの密着
性を改善する目的のものである。重合膜は非常に薄くて
よく、電荷はトンネル効果により膜中を移動する。
特開昭59−136742号公報には、基板上に約5μmの有機
プラズマ重合膜、シリコン膜を順次形成する半導体装置
が開示されている。しかし、その有機プラズマ重合膜
は、基板であるアルミニウムのa−Siへの拡散を防止す
る目的のものであるが、その作製法、膜質等に関しては
一切記載がない。また、有機プラズマ重合膜のキャリア
ー輸送性に関しても一切記載がないし、a−Siの持つ前
記した本質的問題を解決するものでない。
特開昭59−28161号公報には、基板上に有機プラズマ重
合膜、a−Siを順次形成した感光体が開示されている。
有機プラズマ重合膜は、その絶縁性を利用したアンダー
コート層でありブロッキング層、接着層あるいは剥離防
止層として機能するものである。重合膜は非常に薄くて
よく、電荷はトンネル効果により膜中を移動し、膜自体
は電荷輸送能を必要としない。また、有機プラズマ重合
膜のキャリアー輸送性に関しては一切記載がないし、a
−Siの持つ前記した本質的問題を解決するものでない。
特開昭59−38753号公報には酸素、窒素および炭化水素
の混合ガスからプラズマ重合により10〜100Åの有機プ
ラズマ重合薄膜を形成し、その上にa−Si層を成膜する
技術が開示されている。有機プラズマ重合膜は、その絶
縁性を利用したアンダーコート層でありブロッキング層
あるいは剥離防止層として機能するものである。重合膜
は非常に薄くてよく、電荷はトンネル効果により膜中を
移動し、膜自体は電荷輸送能を必要としない。また、有
機プラズマ重合膜のキャリアー輸送性に関しては一切記
載がないし、a−Siの持つ前記した本質的問題を解決す
るものでない。
上述したように、従来では絶縁性の有機プラズマ重合膜
乃至ダイヤモンド状膜をオーバーコート層乃至はアンダ
ーコート層に用いることが提案されているが、それらに
よる電荷の移動は基本的にトンネル効果と電気的絶縁破
壊現象によるものである。
即ち、トンネル効果は絶縁層の膜厚が極めて小さいとき
(一般にオングストローム単位の厚さ)に、電子が通り
ぬけることによって起こる。
また一方、電気的絶縁破壊は、層中に僅かに存在する電
荷担体が電場によって加速されて、絶縁体の原子などを
イオン化できるだけのエネルギーを獲得し、イオン化に
よって担体が増して、同じ過程が繰り返され、ねずみ算
式に担体が増加する現象である、極めて高電界(一般に
100V/μm以上)の場合に起こる。
例えば、絶縁体と半導体を積層した感光体構成の場合、
半導体中で発生した電荷は電界により膜中を走行する
が、低電界では絶縁体を通過することができない。絶縁
層が薄い場合には、これは表面電位として無視できる
か、電子写真における、いわゆる現像特性に与える影響
が極めて小さいため、絶縁層の存在による特性劣化は問
題にならない。次に繰返し使用による影響を考える。繰
返し使用により絶縁層に電荷が蓄積するが、蓄積電荷に
よる高電界(例えば、100V/μm以上)が実現すると電
気的絶縁破壊によりそれ以上の電界がかからなくなる。
例えば、100V/μmで電気的絶縁破壊が起きるような絶
縁材料を0.1μmの厚さで積層した場合、繰返しによっ
ても絶縁層による、いわゆる残留電位の上昇は僅か10V
である。
以上の理由により、一般の絶縁材料を感光体に用いる場
合、膜厚は約5μm以下にしなければならない。さもな
ければ絶縁層による、残留電位の上昇が500V以上とな
り、複写画像のカブリを生じ、使用できないものとな
る。
発明が解決しようとする問題点 以上のように、従来、感光体に用いられている有機重合
膜はアンダーコート層あるいはオーバーコート層として
使用されていたが、それらはキャリアの輸送機能を必要
としない膜であって、有機重合膜が絶縁性であるとの判
断にたって用いられている。従ってその厚さも高々5μ
m程度の極めて薄い膜としてしか用いられず、キャリア
はトンネル効果で膜中を通過するか、トンネル効果が期
待できない場合には、実用上の残留電位としては問題に
ならないですむ程度の薄い膜でしか用いられていない。
しかも、上記有機重合膜は基板、例えば、Alとの接着性
は必ずしも十分と云い難く、また、膜厚を薄くすると余
剰光が透過して、基板面で反射し、干渉縞やぼけの原因
となる。本発明は上記の問題を解決することを目的とす
る。
本発明者らは、有機重合膜のa−Si感光体への応用を検
討しているうちに、本来絶縁性であると考えられていた
有機重合膜がある水素含量になると、電気抵抗が低下
し、電荷輸送性を示し始める事を見出した。
本発明はその新たな知見を利用することにより、従来の
a−Si感光体の持つ問題点、すなわちa−Siの膜厚、製
造時間、製造コスト等における問題点等をすべて解消
し、また従来とは全く使用目的も、特性も異なる有機重
合膜、特に有機プラズマ重合膜を使用した感光体、特に
本発明は感光体における電荷輸送層として、電荷輸送能
に優れ、膜厚を5μm以上としても残留電位が小さく物
性面でも優れた水素含有炭素膜を有する感光体を提供す
るものである。
本発明の別の目的は、基板と有機重合膜の接着性を改良
し、干渉縞やぼけの発生しない感光体を提供することを
目的とする。
問題点を解決するための手段 即ち本発明は、導電性基板上に、シリコン、ゲルマニウ
ム、および金属から選ばれた少なくとも一種の元素を、
これらの元素と炭素の合計に対する添加量が5〜95atom
ic%含有する水素含有炭素膜からなる膜厚0.01〜5μm
の接着層と、水素含有炭素を主成分とする膜厚5〜50μ
mの電荷輸送層と、膜厚0.1〜5μmの電荷発生層とを
積層してなり、該水素含有炭素が水素を総原子量に対し
て0.1〜67atomic%含有する感光体に関する。
電子写真感光体として使用するためには電荷発生層およ
び電荷輸送層の積層においても暗抵抗が109・Ωcm以上
あり、明暗抵抗比(すなわちゲイン)が102〜104程度必
要とされる。
本発明感光体は少なくとも電荷発生層と電荷輸送層から
構成され、電荷輸送層として少なくとも一層の水素を含
む炭素(以下、C:H電荷輸送層と記す)の層を有し、前
記特性を満足することを特徴とする。
本発明にとって好ましいC:H電荷輸送層中の水素含量は
0.1〜67atomic%(以下、atm.%と記す)、好ましくは
1〜60atm.%、更に好ましくは30〜60atm.%である。0.
1atm.%より小さいと電子写真に適した暗抵抗が得られ
ず、67atm.%より大きいと電荷輸送能がない。
本発明における水素含有炭素膜は、その水素含量並びに
製造方法によって非晶質乃至はダイヤモンド状となる。
大部分の場合、非晶質の形態をとり、膜自体は軟質で高
抵抗である。製造方法と条件によっては、例えば、プラ
ズマCVD法では水素含量を約40atm.%以下にすると、ダ
イヤモンド状の炭素膜を得ることができ、そのような膜
はビツカース硬度が2000以上と硬質で電気抵抗は108Ω
・cm以上である。しかし、いずれの炭素膜も高い電荷輸
送性を示す。
本発明のC:H電荷輸送層中の水素含量および構造は元素
分析、赤外吸収スペクトル分析、1H−NMRあるいは13C−
NMR等により定量することができる。
本発明のC:H電荷輸送層は好ましくは光学的エネルギー
ギャップEgoptが1.5〜3.0eV、および比誘電率εが2.0〜
6.0の範囲にあるのがよい。
Egoptの小さい膜(<1.5eV)はバンド端近傍、即ち、伝
導帯下端または充満帯の上端に準位を多く形成している
と考えられる。従って、そのようなC:H電荷輸送層はキ
ャリアー移動度が小さく、キャリアの寿命が短いために
感光体としての電荷輸送層としては必ずしも十分でない
場合がある。Egoptの大きい膜(>3.0eV)は、通常電子
写真で使用される電荷発生材料および輸送材料と障壁を
形成しやすく、電荷発生材料および輸送材料と障壁を形
成しやすく、電荷発生材料および輸送材料からEgoptの
大きいC:H電荷輸送層へのキャリアーの注入がうまくい
かないことがあり、その結果、良好な感光体特性が得ら
れない場合がある。
一方、比誘電率は、6.0より大きいと帯電能が低下し感
度も悪くなる。尤もこれを改善するためにC:H電荷輸送
層の膜厚を厚くすることが考えられるが、製造上望まし
くない。また、εを2.0以上とするのは、それ以下であ
ると物性特性がポリエチレン的になり、電荷輸送能が低
下するためである。
Egoptおよびεは、C:H電荷輸送層中の水素含量が低い場
合、その水素含量と比較的良い相関関係を有する。一方
水素含量が高いときは、低い場合と比べて相関性に変動
が見られる。これはEgoptおよびε、特にεはC:H電荷輸
送層の構造的特徴が大きく影響しているためと考えられ
る。
電荷発生層としては特に限定的ではなくアモルファスシ
リコン(a−Si)(特性を変えるため種々の異種元素、
例えばC、O、S、N、P、B、ハロゲン、Ge等を含ん
でいてもよく、また多層構造であってもよい)、Se膜、
Se−As膜、Se−Te膜、CdS膜、酸化亜鉛等の無機物質お
よびビスアゾ系顔料、トリアリールメタン系染料、チア
ジン系染料、オキサジン系染料、キサンテン系染料、シ
アニン系色素、スチリル系色素、ピリリウム系染料、ア
ゾ系顔料、キナクリドン系顔料、インジゴ系顔料、ペリ
レン系顔料、多環キノン系顔料、ビスベンズイミダゾー
ル系顔料、インダスロン系顔料、スクアリリウム顔料、
フタロシアニン系顔料等の有機物質が例示される。
これ以外であっても、光を吸収し極めて高い効率で電荷
担体を発生する材料であれば使用することができる。
電荷発生層は後述するごとく、感光体のどの位置に設け
てもよく、例えば最上層、最下層、中間層いずれに設け
てもよい。層厚は、素材の種類、特にその分光吸収特
性、露光光源、目的等にもよるが、一般に555nmの光に
対し90%以上の吸収となるように設定される。a−Si:H
の場合で0.1〜1μm程度である。
本発明のC:H電荷輸送層に存在する水素は一部ハロゲ
ン、例えば、フッ素、塩素、臭素等で置き換えてもよ
い。この様な膜は撥水性、耐摩耗性が改良される。通常
の電子写真用にはC:H電荷輸送層の厚さは5〜50μm、
特に7〜20μmが適当であり、5μmより薄いと帯電能
が低く充分な複写画像濃度を得ることができない。50μ
mより厚いと生産性の点で好ましくない。このC:H電荷
輸送層は透光性、高暗抵抗を有するとともに電荷輸送性
に富み、膜厚を上記のように5μm以上としても電荷ト
ラップを生じることなくキャリアを輸送する。
本発明C:H電荷輸送層はイオン化蒸着、イオンビーム蒸
着等のイオン状態を経て形成する方法、直流、高周波、
マイクロ波プラズマ法等のプラズマ状態を経て形成する
方法、減圧CVD法、真空蒸着法、スパッタリング法、光C
VD法等の中性の粒子から形成する方法、又はこれらの組
合わせにより形成しても良い。しかし例えば、電荷発生
層を高周波プラズマまたはCVD法により形成する場合に
は、C:H電荷輸送層も同様の方法で成膜した方が、製造
装置コスト・工程の省力化につながり好ましい。
C:H電荷輸送層を形成するための炭素源としては、C
2H2、C2H6、C2H4、C3H6、CH4、C4H10、C4H6、C4H8、C3H
8、CH3CCH、C8H8、C10H16等が例示される。
キャリアガスとしてはH2、Ar、Ne、He等が適当である。
プラズマ法等においてC:H電荷輸送層を形成する際、水
素含有量が40atm.%以下のダイアモンド状炭素の層を得
るには、飽和炭化水素を水素で希釈した原料を用いるの
が好ましい。特に好ましい飽和炭化水素はメタン、エタ
ン、プロパン、ブタン等である。反応室内圧力は低く、
高電圧で処理するダイアモンド状炭素の層をプラズマ法
またはイオンビーム法で形成させる条件は、例えば、ジ
ャーナル・オブ・アプライド・フィジクス(J.Appl.Phy
s.)52(10)Oct.,1981、第6151〜6157頁に記載されて
いる。もちろん、ダイアモンド状炭素の製造法はこれに
限定されるものではなく、スパッタリング法等で形成し
てもよい。
ダイアモンド状炭素は耐摩耗性、耐湿性に優れているた
め、これを含む電荷輸送層を表面側に配置してもよい。
また、基板側に設けると電荷の注入を抑止する。また、
この上に電荷発生層を高周波プラズマで形成させると
き、プラズマダメージを防止する等の利点がある。
C:H電荷輸送層は前述した通り、非晶質炭素であっても
よく、その場合、水素含量は40〜67atm.%程度である。
この様な非晶質炭素層はC2H4、C3H6、C2H2等の不飽和炭
化水素で希釈して、プラズマ放電やイオンビーム法によ
り形成させることができる。プラズマ放電時の反応機内
圧は、ダイアモンド状炭素膜の場合より高く、電力は低
くする。
非晶質炭素層は電荷輸送層としてa−Si電荷発生層と組
合せたとき、a−Si単層のときより、帯電能および感度
において優れた感光体を得ることができる。また、基板
側に配置することにより、電荷注入防止層としての作用
も果す。また、表面硬度の向上、耐刷性、耐湿性、耐コ
ロナ性、接着性を向上させる。
非晶質炭素膜の内、比較的多くの水素(55atm.%以上)
含むものは、重合膜、例えばプラズマ重合膜と称され
る。プラズマ重合膜は、通常の重合膜と異なり、高度に
架橋した網目構造を有し、そのため、高密度で剛直、耐
薬品性および耐熱性に優れている。また、この膜はフリ
ーラジカルがトラップされているため、通常の重合膜に
比べて誘電損失が大きいと云う特徴がある。代表的プラ
ズマ重合膜であるプラズマ重合ポリエチレン膜では水素
原子/炭素原子比が約2.7/2であり、通常のポリエチレ
ンの融点は存せず、330℃以上の耐熱性を有している。
本発明においては、上記のごときC:H電荷輸送層の帯電
特性を調節するために、IIIA族またはVA族元素を混入さ
せてもよい。
感光体を+帯電で用いるときは、相対的に基板側をP型
にし、表面側をN型にし、−帯電で用いるときは基板側
をN型にし、表面側を相対的にP型にすることにより、
逆バイアス効果をもたせる。これにより、帯電能の向
上、暗減衰の低減および感度の向上等の効果が達成され
る。
即ち、C:H電荷輸送層上に電荷発生層を積層してなる本
発明の感光体では、+帯電時に表面側である電荷発生層
をN型に、基板側である電荷輸送層の特に基板近傍をP
型にし、また、−帯電時はその逆とする。これにより表
面電荷の注入が防止され、且つ、基板からの電荷の注入
が防止できる。また電荷輸送性も向上する。P型に調整
するためには第IIIA族を、N型とするには第VA族を含有
する。また後述する接着層も電荷輸送層と同じに極性調
製してもよい。
この様な極性調整は単一層内でのIIIA族またはVA族元素
の含量を徐々に基板側または表面側に増加させることに
よって行なってもよく、あるいは、均一な濃度のIIIA族
またはVA族元素を含有する単一のC:H電荷輸送層を基板
側または表面側に設けてもよい。また、必要ならば複数
の濃度の異なるC:H電荷輸送層を接合領域に空乏層が形
成されるように設けてもよい。
本発明は上記のごときC:H電荷輸送層と電荷発生層を有
する感光体において、電荷輸送層と基板との間に第1図
に示すごとく接着層(4)を設ける。図中、(1)は基
板、(2)は電荷輸送層および(3)は電荷発生層を示
す。この接着層は水素含有炭素とSi、Geおよび/または
金属を含む。
接着層に混入されるものとしてはSi、Geの他、後述する
ごとく多数の金属を単独でまたは組み合わせて使用でき
る。特に好ましくは、Siおよび/またはGeであり、これ
らSi−Ge、金属を(M)で表したとき、混入量はM/(C
+M)のatomic%(以下atm.%と記す)で層厚方向に均
一濃度に含有させる場合、5〜95atm.%、特に20〜80at
m.%が好ましい。また接着層の膜厚は0.01〜5μmと
し、電荷発生層は5〜50μm、電荷発生層は0.1〜5μ
mとする。
接着層(4)への金属元素の導入は第2図に示すごとく
層厚方向に均一濃度に行なってもよく、第3図から第8
図のごとく層厚方向に不均一に行なってもよい。好まし
くは、電荷輸送層側により炭素が多くなるよう分布させ
る。濃度勾配を設ける方が接着性、反射防止性の点で望
ましい。
なお、第2図〜第8図中、(M)はSi、Geおよび/また
は金属、(C)は炭素を示す。第3図は、(C)の含有
量が基板(1)側では僅かで(M)が大であるが、層厚
方向に(C)が増大、(M)が減少しC:H電荷輸送層と
接する面では(C)が100atm.%の例を示す。このよう
な(C)と(M)の濃度勾配は第4〜第8図の通りでも
よい。
Si、Ge、金属元素を接着層に導入する方法は、それらを
含む蒸気またはガスと炭素原子を含む蒸気ガスとを混合
して前述のごときプラズマ法で成膜すればよい。もちろ
んこれに限定されるものではない。本発明に使用し得る
Si、Ge、金属と成膜に際して使用し得る金属化合物の例
を以下に挙げる。
Al:Al(Oi-C3H7)3、(CH3)3Al、 (C2H5)3Al、(i-C4H8)3Al、 AlCl3 Ba:Ba(OC2H5)3 Ca:Ca(OC2H5)3 Fe:Fe(Oi-C3H7)3、(C2H5)2Fe、 Fe(CO)5 Ga:Ga(Oi-C3H7)3、(CH3)3Ga、 (C2H5)3Ga、GaCl3、GaBr3 Ge:GeH4、GeCl4、Ge(OC2H5)4、 Ge(C2H4)4 Hf:Hf(Oi-C3H7)4 In:In(Oi-C3H7)3、(C2H5)3In K :KOi-C3H7 Li:LiOi-C3H7 La:La(Oi-C3H7)4 Mg:Mg(OC2H5)2、(C2H5)2Mg Na:NaOi-C3H7 Nb:Nb(OC2H5)5 Sb:Sb(OC2H5)3、SbCl3、SbH3 Sr:Sr(OCH3)2 Ti:Ti(Oi-C3H7)4、Ti(OC4H9)4、 TiCl4 Si:SiH4、Si2H6、(C2H5)3SiH、 SiF4、SiH2Cl2、SiCl4、 Si(OCH3)4、Si(OC2H5)4 Te:H2Te Se:H2Se Ta:Ta(OC2H5)5 V :VO(OC2H5)3、VO(OtC4H9)3 Y :Y(Oi-C3H7)3 Zn:Zn(OC2H5)2、(CH3)2Zn、 (C2H5)2Zn Zr:Zr(Oi-C3H7)4 Sn:(CH3)4Sn、(C2H5)4Sn、 SnCl4 Cd:(CH3)2Cd Co:Co2(CO)5 Cr:Cr(CO)6 Mn:Mn2(CO)10 Mo:Mo(CO)6、MoF6、MoCl6 W :Wo(CO)6、WCl6、Wf6 a−SiCの接着層は、高暗抵抗で注入防止効果があり、
またa−GeCのアンダーコート層は反射防止に有用であ
る。
本発明の接着層に含まれる水素含有炭素は前述したC:H
電荷輸送層で述べたのと同じもので、Si、Ge、金属を含
む以外は同様にして形成することができる。水素の含有
量は全原子に対して、0.1〜67atm.%、好ましくは1〜5
0atm.%である。水素含量が多すぎるとC:H層は軟質とな
り、接着性が低下する。水素の少なくとも一部はハロゲ
ンで置換していてもよい。ハロゲンとしてはCl、F、Br
等が特に好ましい。
ハロゲンの導入により、屈折率が小となり反射防止性が
向上する。
ハロゲンの導入方法は、金属の導入と同様、例えば炭素
含有ガスとハロゲン含有ガスとの混合ガスをプラズマ法
により成膜すればよい。この様な方法に使用し得るハロ
ゲン化合物としてはCl2、F2、HCl、HBr、HF、C2H5Cl、C
2H3Cl、CH3Br、COCl2、CHClF2、CCl3F、CCl2F2、CCl
F3、CF4、CHF3、C2F6、C3F8、CBrF3、CCl4、CHCl3、CH2
Cl2、CH3Cl、NF3等が例示される。
さらに必要によりS、B、P、Asを導入してもよい。S
の導入は、黒色被覆を形成するため、余剰光の基板上で
の反射を抑制する。また光の干渉を防止する。BやP、
Asは前述のごとき極性調整に有用である。また、第1図
に示した感光体は電荷発生層上に表面保護層を形成して
もよい。
第1図に示す態様の感光体において、例えば+帯電し続
いて画像露光すると、電荷発生層(3)でチャージキャ
リアが発生し電子は表面電荷を中和する。一方、正孔は
C:H電荷輸送層(2)の優れた電荷輸送性に保証されて
基板(1)側へ輸送される。+帯電時には、電荷発生層
として特に極性調整を行なっていないa−Siを用い、こ
れを+帯電で使用するときは、相対的にC:H電荷輸送層
はP型に調整するのが好ましい。即ち、a−Siはそれ自
体弱いN型乃至は真性であるから、表面からの正電荷の
注入を防止し、またP型に調整したC:H電荷輸送層は正
孔の移動を容易とする。
P型調整のために使用するIIIA族元素としては、B、A
l、Ga、In等が例示されるが、Bが特に好ましい。a−S
i電荷発生層にVA族元素、例えばりんを混入させて、表
面層を相対的に更に強いN型としてもよい。この場合も
C:H電荷輸送層の極性をP型に調整してもよい。第1図
の感光体を−帯電で用いるときは、上記と反対にC:H電
荷輸送層(2)にりんを含有してN型に調整すればよ
く、電荷発生層(3)としてa−Siを用いるときはBを
含有してもよい。
第9図の感光体はC:H電荷輸送層(2)を最上層として
用いた例で、+帯電で用いるときは、C:H電荷輸送層
(2)の極性は第VA族元素等を用い電荷発生層(3)に
対し、相対的にN型として電子の移動を容易とする。−
帯電で用いるときはB等を含有してその逆に調整すれば
よい。
第10図に示す感光体は、C:H電荷輸送層(2)を電荷発
生層(3)の上下に用いた例で、+帯電で使用する時
は、上層のC:H電荷輸送層(2)は電荷発生層(3)に
対してよりN型になるようにして電子の移動を容易とす
るとともに、下層のC:H電荷輸送層(2)はP型に調整
するのが好ましい。
第11〜13図に示す感光体は、第1図、第9図および第10
図において示した感光体においてさらにオーバーコート
層(5)として厚さ0.01〜5μmの表面保護層を設けた
例で、電荷発生層(3)あるいはC:H電荷輸送層(2)
の保護と初期表面電位の向上を図ったものである。表面
保護層は公知の物質を用いればよく、本発明において
は、有機プラズマ重合によって設けることが製造工程の
面等から望ましい。本発明C:H電荷輸送層を使用しても
よい。この保護層(4)にも必要により第IIIA、第VA族
元素をドープしてもよい。
第IIIA族元素をC:H電荷輸送層に混入させるには、これ
らの元素を含む適当なガス状化合物を炭化水素ガスと共
に、イオン化状態またはプラズマ状態にして成膜すれば
よい。また、形成されたC:H電荷輸送層をIIIA族元素を
含む化合物ガスに曝してドープしてもよい。
本発明に使用し得るBを含む化合物としては、B(OC2H5)
3、B2H6、BCl3、BBr3、BF3等が例示される。
Alを含む化合物としてはAl(Oi-C3H7)3、(CH3)3Al、(C2H
5)3Al、(i-C4H8)3Al、AlCl3等が例示される。
Gaを含む化合物としてはGa(Oi-C3H7)3、(CH3)3Ga、(C2H
5)3Ga、GaCl3、GaBr3等がある。
Inを含む化合物としてはIn(Oi-C3H7)3、(C2H5)3In等が
ある。
IIIA族元素の導入量は炭素原子に対し、20000ppm以下、
より好ましくは3〜1000ppmである。
極性調整に用いられるVA族元素としては、P、As、Sbが
あるが、Pが特に好ましい。このVA族元素もIIIA族元素
と同様にしてC:H電荷輸送層に導入することができる。
本発明に用い得るVA族元素を含む化合物としては、以下
のものがある。
Pを含む化合物としては、PO(OCH3)3、(C2H5)3P、PH3
POCl3等;Asを含む化合物としてAsH3、AsCl3、AsBr3等;S
bを含む化合物としてSb(OC2H5)3、SbCl3、SbH3等が例示
される。
VA族元素の導入量は、炭素原子に対し20000ppm以下、よ
り好ましくは1〜1000ppm程度である。
本発明感光体の電荷発生層には、更に別の元素を導入し
てその特性を調整してもよい。
電荷輸送層はその作製条件(結合状態)、不純物により
着色(例えば、黄色、青色、茶色)することがあるが、
第2図〜第4図、第5図、第6図、第8図〜第12図の構
成では、それを利用して電荷発生層への有害光カットの
効果を持たせることができる。
電荷輸送層にSi、Geを添加してバンドギャップの調整を
行ない電荷発生層との界面障壁を小さくすることも可能
である。
本発明の感光体のC:H電荷輸送層にはさらに窒素、酸
素、硫黄および/または各種金属類を混入させてもよ
く、あるいは水素の一部をハロゲンで置換してもよい。
一般に窒素源としてはN2、NH3、N2O、NO、NO2、C2H5N
H2、HCN、(CH3)3N、CH3NH2等が用いられ、これを混入す
ることにより電荷発生層との界面障壁を小さくすること
ができる。
酸素源としては、O2、O3、N2O、NO、CO、CO2、CH3OC
H3、CH3CHO等が例示されるが、これを混入することによ
って帯電能が向上する。また、プラズマCVD法の場合、
酸素(O)を導入することで成膜スピードを上げられる
という副次的な効果もある。
硫黄源としてはCS2、(C2H5)2S、H2S、SF6、SO2等が例示
される。硫黄の混入は光の吸収、干渉防止に有効であ
る。また硫黄(S)を導入することで成膜スピードを上
げられるという副次的な効果もある。
導入し得る金属としては、先に挙げた接着層に導入し得
る金属を挙げることができ、例えば、少量のSi、Ge(5a
tm.%より少ない量)を入れることにより耐摩耗性や撥
水性のある硬い膜を形成することができる。また両者の
導入は電荷発生層からの電荷の注入を容易にし、残留電
位の低下や感度上昇に好ましい効果を与える。
またC:H電荷輸送層中の水素の一部をハロゲンに代える
ことにより、撥水性、摩耗性、透光性が向上し、特にフ
ッ素では−CF、−CF2、−CF3等が形成されて、屈折率n
が小さくなり(1.39)、反射防止効果が現れる。
さらに本発明により得られたC:H電荷輸送層をアルゴン
で後処理した後、大気と接触させると、カルボニル基が
導入され表面が活性化され、また−CF2−はCFとなる。
炭素およびハロゲン源としては、C2H5Cl、C2H3Cl、CH3C
l、CH3Br、COCl2、CCl2F2、CHClF2、CF4、HCl、Cl2、F2
等が例示される。
本発明感光体は電荷発生層、電荷輸送層および接着層と
を有する。従ってこれを製造するには少なくとも三工程
を必要とする。電荷発生層として、例えばグロー放電分
解装置を用いて形成したa−Si層を用いるときは、同一
の真空装置を用いてプラズマ重合を行なうことが可能で
あり、従ってC:H電荷輸送層や表面保護層、接着層等は
プラズマ重合法により行なうのが特に好ましい。
第14図および第15図は、本発明に係る感光体の製造装置
で容量結合型プラズマCVD装置を示す。第14図は平行平
板型プラズマCVD装置、第15図は円筒型プラズマCVD装置
を示す。両装置は、第14図中においては電極板(22)、
(25)および基板(24)が平板型であり、第15図中にお
いては電極板(30)および基板(31)が円筒型でありる
という点で相違している。また本発明いおいては、別に
誘導結合型プラズマCVD装置によっても作製することが
できる。本発明感光体の製造法を平行平板型プラズマCV
D装置(第14図)を例にとり説明する。図中(6)〜(1
0)は夫々C2H4、H2、B2H6、SiH4、N2Oガスが密閉された
第1乃至第5タンクで、夫々のタンクは第1〜第5調整
弁(11)〜(15)とマスフローコントローラー(16)〜
(20)に接続されている。これらのガスは主管(21)を
介して反応室(23)に送り込まれる。
反応室(23)にはコンデンサを介して高周波電源(26)
に接続される平板型電極板(22)と電気的に接地される
とともに、Alの如き導電性平板型基板(24)が載置され
る平板型アース電極板(25)が対向配置して設けられて
いる。また上記平板型電極板(22)はコイル(27)を介
して直流電圧源(28)に接続されており、高周波電源
(26)からの電力印加に加え直流バイアス電圧が上乗せ
印加されるようになっている。また電極板(25)上に載
置される導電性基板(24)は図示しない加熱手段によっ
て、例えば室温〜350℃に加熱されるようになってい
る。
以上の構成において、例えば第1図に示した感光体を製
造する場合、反応室(23)を一定の真空状態としてから
主管(21)を介して第1タンク(6)よりC2H4ガス、第
2タンク(7)よりキャリアガスとしてH2ガス、第4タ
ンク(9)よりSiH4ガスを供給する。一方、高周波電源
(26)より電極板(22)に30watts〜1kw.の電力を印加
し、両電極板間にプラズマ放電を起こし、予め加熱され
た基板(24)上に厚さ0.01〜5μmの水素含有炭素とSi
を含む接着層を形成する。このとき、炭素とSiの含有量
に勾配ができるようにしてもよい。
次に接着層(4)上に第1タンクよりC2H4ガス、第2タ
ンクよりH2ガスを流してプラズマ放電を起こし厚さ5〜
50μmのC:H電荷輸送層(2)を形成する。この水素含
有量は出発原料ガスの種類、原料ガスと希釈ガス(H2
不活性ガス)比、放電パワー、圧力、基板温度、DCバイ
アス電圧、アニール温度、放電周波数等の製造条件にも
依存するが直流電圧源(28)から50V〜1KVのバイアス電
圧を印加することにより制御できる。即ち、水素含有量
はバイアス電圧を大きくすることによって減少し、C:H
電荷輸送層自体の硬度を高くすることができる。こうし
て形成されたC:H電荷輸送層は透光性、暗抵抗に優れ、
チャージキャリアの輸送性に著しく優れている。尚、こ
の層に、例えば第3タンク(8)よりB2H6ガス、または
第5タンク(10)よりN2Oガスを導入してP型に制御し
て電荷輸送性を一層高めても良い。B2H6ガスの代わりに
PH3ガスを使用すればN型に制御することも可能であ
る。
次に電荷発生層(3)は、第2及び第4タンク(7)、
(9)よりH2、SiH4ガスを導入することによりa−Siを
母体とする層として形成される。
Egoptは、出発原料ガスの種類、原料ガスと希釈ガス(H
2、不活性ガス)比、放電パワー、圧力、基板温度、DC
バイアス電圧、アニール温度、放電周波数等に依存す
る。この中でも特に放電パワー、基板温度、アニール温
度がEgoptを大きく変えうる要因となる。
本発明によるEgoptは、 (式中、αは吸収係数を、hνは光エネルギーを表す)
プロットによる吸収端より算出できる。
C:H電荷輸送層の比誘電率は特に出発原料ガス、放電電
力、放電により発生(または外部から印加)する直流バ
イアス等に依存し、それらを変化させることにより比誘
電率の異なった膜が得られる。
尚、第16図に示す容量結合型プラズマCVD装置は、C:H電
荷輸送層源としてC8H8のごときモノマーを用いたときの
もので、恒温槽(32)によりモノマー(33)を加熱する
とともに、反応室に連結された管(34)も加熱して、モ
ノマーを蒸気として反応室(23)内に導入するものであ
る。その余の構成は第14図と同一である。
以下、実施例を挙げて本発明を説明する。
実施例1 (I)接着層の形成: 第14図に示すグロー放電分解装置において、反応室(2
3)の内部を予め10-6Torrに減圧し、第1、第2、第3
および第4調節弁(11)、(12)、(13)および(14)
を開放し、第1タンク(6)からC2H4ガス、第2タンク
(7)からH2ガス、第3タンク(8)からB2H6ガスおよ
び第4タンク(9)からSiH4ガスをそれぞれマスフロー
コントローラ(16)、(17)、(18)および(19)によ
り、表−1に示す量となるよう調節して反応室(23)に
導入した。各ガス流量が安定した後、反応室の内圧が1.
0Torrとなるよう調節した。一方、導電性基板(24)と
しては厚さ3mmの50×50mmのアルミニウム基板を用い、
これを予め250℃に加熱しておき、ガス流量および内圧
が安定した状態で高周波電源(26)を投入し、電極板
(22)に15ワットの電力を印加して約20分プラズマ重合
を行ない、基板(24)上に接着層を形成した。ガス流
量、成膜条件、膜特性を表−1に示す。
(II)C:H電荷輸送層の形成: 電源を一時停止し、反応室の内部を10-2Torrの真空にし
た。
第1および第2調節弁(11)および(12)を開放し、第
1タンク(6)および第2タンク(7)からそれぞれC2
H4およびH2ガスをマスフローコントローラ(16)および
(17)を介して反応室内(23)へ導入した。ガス流量が
安定化した後、反応室内圧を1.0Torrに設定し、高周波
電源(26)を投入し、電極板(24)に100Wの電力を印加
してプラズマ重合させた。成膜条件、ガス流量を表−1
に示す。
(III)a−Si電荷発生層の形成: 電源を一時停止し、反応室の内部を10-2Torrの真空にし
た。
第2および第4調整弁(12)および(14)を開放し、第
2タンク(7)および第4タンク(9)からH2ガスおよ
びSiH4ガスをそれぞれマスフローコントローラ(17)お
よび(19)を介して表−1に示す量反応室(23)内へ導
入した。ガス流量が安定化した後、反応室内圧を1.0Tor
rに設定し、高周波電源(26)を投入し、電極板(22)
に10Wの電力(周波数13.56MHz)を印加して、グロー放
電させた。成膜条件および得られた感光体の特性を表−
1に示す。B2H6+H2はB2H6(第3ボンベ)とH2(第2ボ
ンベ)を開いた合計を示す。なお残留電位および繰り返
し安定性の評価において○は極めて良好、△は良好、×
は使用不能であることを示す。「剥離性」は基板と接着
層との接着性を示し、「電荷輸送層との接着性」とは、
電荷輸送層と接着層との接着性を示し、○は剥離がなか
った、△は端部が剥がれた、×は完全に剥離したことを
示す。
実施例2〜34 表2〜34に示す成膜条件を採用する以外、実施例1と同
様にして感光体を得た。得られた感光体の特性を同じく
表2〜34に示す。
なお、表23中の電荷発生層は以下のごとくして設けた: 重量部 スチレン 200 メチルメタクリレート 160 アクリル酸n−ブチル 75 β−ヒドロキシプロピルアクリレート 55 マレイン酸 8 過酸化ベンゾイル 7.5 エチレングリコールモノメチルエーテル 150 前記組成の混合物を、キシレン350重量部を含み105℃に
保たれた反応容器に、窒素気流中攪拌しながら2時間か
けて滴下して反応させ、重合開始後2時間半たってか
ら、さらに過酸化ベンゾイル0.5重量部を加え、加熱お
よび攪拌しながら8時間反応させ、不揮発分50%、粘度
800cpsのヒドロキシル基含有熱硬化性アクリル樹脂を得
た。
このヒドロキシル基含有熱硬化性アクリル樹脂34重量部
とメラミン樹脂(スーパーベッカミンJ820、大日本イン
キ(株)製)6重量部とを結着剤とし、これらと2,4,5,
7−テトラニトロ−9−フルオレノン0.5重量部、ε型銅
フタロシアニン(東洋インキ(株)製)20重量部、セロ
ソルブアセテート40重量部、メチルエチルケトン40重量
部をボールミルポットに入れ、30時間混練して光導電性
塗料を調製し、この塗料を表23のC:H電荷輸送層(2)
の上に塗布、乾燥後、加熱硬化させ、1μm厚の光導電
層を有する電子写真用感光体を得た。結果を表23にまと
めた。
比較例1 実施例1において、工程(II)(C:H電荷輸送層の形
成)を省略し、工程(III)と同一条件で膜厚5μmの
a−Si:H層を形成せしめ、a−Si:H感光体を得た。
得られた感光体は初期表面電位(Vo)=−100Vで半減露
光量E1/2は0.7lux・secであり、+極性では充分な帯電
能を示さず、良好な作像は行えなかった。また、残留電
位、繰り返し安定性の点からも実用に供するものでな
く、基板との接着性も悪かった。
本発明による電荷輸送層が帯電能の向上に著しく寄与
し、かつ好適な輸送性を有する事が理解された。
比較例2 実施例1の工程(I)(接着層の形成)を省略し、工程
(II)で作製された本発明による電荷輸送層の代わり
に、ポリエチレン膜を有機重合の常法により作製し、そ
の上に工程(III)を施し、a−Si層(0.5μm)を作製
した。水素含量は67atm.%であり、初期表面電位は−60
0Vで、a−Si層に起因するわずかの電位減衰を有する程
度で、半減値には至らないものであった。また、残留電
位、繰り返し安定性の点からも実用に供するものでなか
った。本発明の電荷輸送層の優位性が認められた。
比較例3 第17図に示すアーク放電蒸着装置を用い、工程(I)を
施さず、水素を含有しない炭素膜を形成した。第17図に
おいて、真空容器(40)内には電源(41)に接続された
電極支持棒(42、42)が設けられ、夫々に炭素電極(4
3)、(44)が形成されている基板保持台(45)上にAl
基板(46)を載置し、容器内の圧力を10-5Torr、炭素電
極への通電電流を50Aとしてアーク放電を生起せしめAl
基板上に厚さ5μmの水素を含有しない炭素膜を作成し
た。
得られた炭素膜は108Ω・cm以下の抵抗しか有せず、電
子写真用感光体には使用できないものであった。
また、炭素膜上に実施例1と同一の条件でa−Si:H層
(0.5μm)を積層したところ、膜剥離が生じた。
比較例4 接着層を設けない以外、実施例1と同様にして感光体を
得た。
電荷輸送層はC:H電荷輸送層よりなり、その厚さは5.5μ
mであり、電荷発生層はa−Siよりなり、その厚さは0.
5μmであった。
得られた感光体を30℃、85%RHの環境下で一晩放置した
ところ、基板から完全に剥離した。
本発明による接着層が、接着性の向上に著しく寄与し、
かつ好適な特性を損なわないことが理解された。
比較例5〜13 実施例と同様の手順で表35〜43に示す感光体を得た。
発明の効果 本発明による炭素膜を電荷輸送層に有する感光体は電荷
輸送性、帯電能に優れ、膜厚が薄くても充分な表面電位
を得ることができ、かつ良好な画像を得ることができ
る。本発明に従えば、電荷発生層にa−Siを使用する場
合、従来のa−Si感光体では達成することのできなかっ
た薄膜の感光体を得ることができる。
本発明感光体は高感度で電荷輸送性に優れ、高い帯電能
を示す。さらに、接着層を設けることにより、干渉縞や
ボケの防止が達成され、基板との接着性が改良される。
本発明感光体はその原料が安価であり、必要な各層が同
一の槽内で成膜できるとともに、膜厚が薄くてよいの
で、製造コストが安く、かつ製造時間が短くて済む。
本発明による炭素膜は、薄膜に形成してもピンホールが
生じにく、均質に形成することができるので、薄膜化が
容易である。さらに耐コロナ性、耐酸性、耐湿性、耐熱
性および剛直性にも優れているので、表面保護層として
使用すると感光体の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図および第9図〜第13図は本発明感光体の模式的断
面図を示す。 第2図から第8図は、接着層の金属と炭素の分布を示す
図である。 第14図〜第16図は本発明感光体製造用装置の一例を示す
図であり、第17図は比較のために用いたアーク放電蒸着
装置の構成を示す図である。 図中の記号は以下の通りである。 (1)……基板、(2)……C:H電荷輸送層 (3)……電荷発生層、(4)……接着層 (5)……オーバーコート層 (6)〜(10)……タンク、(11)〜(15)……調節弁 (16)〜(20)……マスフローコントローラー (21)……主管、(22)……平板型電極板 (23)……反応室、(24)……平板型基板 (25)……平板型アース電極板 (26)……高周波電源、(27)……コイル (28)……直流電圧源、(29)……真空ポンプ (30)……円筒型電極板、(31)……円筒型基板 (32)……恒温槽、(33)……モノマー (34)……連結管、(40)……真空容器 (41)……電源、(42)……電極支持棒 (43)、(44)……炭素電極、(45)……基板保持台 (46)……Al基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 光俊 大阪府大阪市東区安土町2丁目30番地 大 阪国際ビル ミノルタカメラ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−136742(JP,A) 特開 昭59−28162(JP,A) 特開 昭62−9355(JP,A) 特開 昭62−27748(JP,A) 特開 昭62−63939(JP,A) 特開 昭62−75538(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性基板上に、シリコン、ゲルマニウ
    ム、および金属から選ばれた少なくとも一種の元素を、
    これらの元素と炭素の合計に対する添加量が5〜95atom
    ic%含有する水素含有炭素膜からなる膜厚0.01〜5μm
    の接着層と、水素含有炭素を主成分とする膜厚5〜50μ
    mの電荷輸送層と、膜厚0.1〜5μmの電荷発生層とを
    積層してなり、該水素含有炭素が水素を総原子量に対し
    て0.1〜67atomic%含有する感光体。
JP61220616A 1985-09-19 1986-09-17 感光体 Expired - Lifetime JPH07107607B2 (ja)

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