JPS634239A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は帯電能を向上させることに伴って高速複写を可
能とした電子写真感光体に関するものである。

〔従来技術及びその問題点〕

近年、電子写真感光体の進歩は目覚ましく、超高速複写
機やレーザービームプリンタなどの開発が活発に進めら
れており、これらの機器に用いられる感光体は長期間高
速で使用されるため、動作の安定性及び耐久性が要求さ
れている。この要求に対して水素化アモルファスシリコ
ンが耐熱性、耐摩耗性、無公害性並びに光感度特性等に
優れているという理由から注目されている。

かかるアモルファスシリコン（以下、ａ−５ｉと略す）
から成る電子写真感光体には第３図に示す通りの積層型
感光体が提案されている。

即ち、第３図によれば、アルミニウムなどの導電性基ｖ
ｉ（１）上にａ−３ｉキャリア注入阻止層（２）　、ａ
−Ｓｉキャリア発生層（３）及び表面保護層（４）を順
次積層しており、このキャリア注入阻止層（２）は基板
（１）からのキャリアの注入を阻止すると共に残留電位
を低下させるために形成されており、そして、表面保護
層（４）には高硬度な材料を用いて感光体の耐久性を高
めている。

ところが、このａ−５ｔ悪感光によれば、ａ−Ｓｉキャ
リア発生層（３）自体が有する暗抵抗率が１０１１Ω・
Ｃ１１以下であり、これにより、この感光体の暗減衰率
が大きくなると共にそれ自体の帯電能を高めることが難
しくなり、その結果、この感光体を高速複写用に用いた
場合には光メモリ効果により先の画像が完全に除去され
ずに残存し、次の画像形成に伴って先の画像が再び現れ
る（ゴースト現象）という問題がある。

この問題を解決するために第１図に示すような機能分離
型感光体が提案されている。

即ち、第１図によれば、前述したキャリア注入阻止層（
２ａ）とキャリア発生層（３ａ）の間にキャリア輸送層
（５）を形成しており、そして、このキャリア輸送層（
５）には暗抵抗及びキャリア移動度のそれぞれが大きい
材料で形成されており、これにより、表面電位及び光感
度に優れ且つ残留電位が小さい高性能な感光体が得られ
る。

このキャリア輸送層（５）については高抵抗且つ広いバ
ンドギャップ並びに半導体特性を具備した水素化アモル
ファスシリコンカーバイドを用いることが特開昭５８−
１９２０４６号公報などに提案されている。

しかしながら、この公報に示された水素化アモルファス
シリコンカーバイド（以下、ａ−ＳｉＣ：Ｈと略す）か
ら成るキャリア輸送層を形成するに当たっては、例えば
グロー放電分解法を用いる場合、反応圧力、高周波電力
などの様々な放電条件、原料ガスの種類、ガス流量等々
に起因して安定した特性をもつ高品質なａ−ＳｉＣ：Ｈ
膜を形成するのが難しく、そして、この膜自体水素化ア
モルファスシリコン（以下、ａ−５ｉ：Ｈと略す）膜に
比べてダングリングボンドが生成し易い傾向にあり、こ
れにより、１０１′Ω・ｃｍ以上の暗抵抗率を有すると
共に高いキャリア移動度をもつａ−３ｉＣ：Ｈ膜を得る
のが難かしい。

更にこのａ−ＳｉＣ：Ｈ膜を再現性よ（安定した条件に
よって形成するために、暗抵抗率及びキャリア移動度の
両者の特性に共通してその特性評価ができる検知手段が
望まれている。

（発明の目的〕 従って本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり
、その目的はａ−ＳｉＣ：Ｈキャリア輸送層の暗抵抗率
及びキャリア移動度を向上させ、これにより、大きな帯
電能をもつ電子写真感光体を提供することにある。

本発明の他の目的は高速複写に適した電子写真感光体を
提供することにある。

本発明の更に他の目的はａ−ＳｉＣ：Ｈキャリア輸送層
を製作するに当たってその製造条件の設定が容易である
と共に再現性及び安定性に優れた電子写真感光体を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、基板上に少なくともキャリア輸送層と
キャリア発生層を形成した電子写真感光体において、前
記キャリア輸送層がａ−３ｉＣ：）Ｉがら成ると共にＣ
とＳｉの原子組成比がｌ：９乃至９：１の範囲内にあり
、且つこのキャリア輸送層に対する赤外線吸収スペクト
ルの２８６０ｃ＋＊−’の吸収係数が１０００以下であ
ると共に２０９０ｃｍ−’の吸収係数が１０００以上で
あることを特徴とする電子写真感光体が提供される。

以下、本発明の詳細な説明する。

キャリア輸送層に用いられるａ−ＳｉＣ：Ｈ膜は、例え
ば後述するグロー放電分解法によって生成され、その放
電条件等によって暗抵抗率とキャリア移動度が鋭敏に作
用を受けており、これに対して本発明者等はこの原因を
解明すべく種々の実験を繰り返し行った結果、ＣとＨの
結合状態並びにＳｉとＨの結合状態が前記特性に顕著に
影響することを知見した。

即ち、ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜の赤外線吸収スペクトルを測定
するとＣＨ２結合及びＣ１，結合の伸縮モードを示す吸
収ピークが２８６０ｃｓ＋−’の波数に表われ、ＳｉＨ
結合及びＳｉＨ，結合の伸縮モードを示す吸収ピークが
２０９０ｃｍ−’の波数に表われることを確認し、そし
て、この２８６０ｃｍ−’の吸収係数が１０００以下で
あると共に２０９０ｃｍ−’の吸収係数が１０００以上
、好適には２８６０ｃ曽−’の吸収係数が５００以下で
あると共に２０９０ｃｍ−’の吸収係数が１０００以上
であればタングリングボンドが少なくなって大きなキャ
リア移動度が得られることが判うた。

本発明によれば、ａ−３ｉＣ：Ｈ膜中のＳｔとＣの原子
組成比が重要であり、この比がｌ：９乃至９：１、好適
には８：２乃至２：８の範囲内に設定されると暗抵抗率
がＩＱＩＩΩ・ｃ＋＋以上となることを見い出した。

また膜中の水素含有量は５ｉ−Ｃ原子組成比と関連して
厳密に決めることは難しいが、膜中５乃至４０原子％、
好適には１０乃至３０原子％の範囲内になるようにすれ
ばよい。

本発明に係るキャリア輸送層の厚みは１乃至５０μ■、
好適には５乃至３０μ−の範囲内に設定するのがよ（，
１μ硼未満であれば電荷保持能力に劣ってゴース現象が
顕著になり、５０μ傷を越えると画像の分解能が劣化す
ると共に残留電位が大きくなる。

更に本発明によれば、ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜を形成するに当
たってグロー放電分解法、イオンブレーティング法、反
応性スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などの薄
膜形成技術を用いることができ、また、これに用いられ
る原料には固体、液体、気体のいずれでもよい。例えば
、グロー放電分解法に用いられる気体原料としてＳｉＨ
４，５ｉｚＨａ、ＳｉＪ＠などのＳｔ系ガス、ＣＨ４，
、ＣｚＨａ、ＣｚＨｚ、ＣＪｈ、ＣＪａなどのＣ系ガス
を用いればよく、更にＨｚ　＋　Ｈｅ　＋　Ｎ　ｅ　＋
　Ａ　ｒなどをキャリアーガスとして用いてもよい。ま
た、このａ−ＳｉＣ：Ｈ膜は三種類の原子から成るもの
であるが、他の原子を必要に応じてドーピングすること
は何ら差支えない。例えばＢなどの周期律表第■ａ族を
ドーピングすれば暗抵抗率を向上させたり、キャリア移
動度を大きくすることができ、更にキャリア発生層とキ
ャリア輸送層との界面におけるフェルミレベルをシフト
させることもできるのでキャリア発生層で生じた光キャ
リアをキャリア輸送層へスムーズに注入することができ
、これにより、光感度を高めて残留電位を小さくするこ
とができる。

本発明の典型的な電子写真感光体には第１図に示す通り
基板（１）上にキャリア注入阻止層（２ａ）、キャリア
輸送層（５）、キャリア発生層（３ａ）及び表面保護層
（４）を順次積層した積層体、或いは第２図に示す通り
、第１図に示した積層体よりキャリア注入阻止（２ａ）
を除いた積層体があり、そして、これらの積層体に対し
てキャリア輸送層（５）とキャリア発生層（３ａ）の積
層順序を変えた積層体であってもよ（、また、キャリア
発生層（３ａ）、キャリア注入阻止層（２ａ）及び表面
保護層（４）にはそれぞれ様々な材料を用いることがで
きる。

部ち、キャリア発生層（３ａ）にはそれ自体周知の光電
変換材料を用いることができ、例えばＰＶＫなどの有機
半導体、Ｓｅ＋５ｅ−ＴｅｓＳｅ−Ａｓ＋ＣｄＳ＋Ｚｎ
Ｓ。

ａ−Ｓｉ：Ｌ　ａ−３ｉＣ：Ｈなどの無機半導体がある
。

キャリア注入阻止層（２ａ）はキャリア輸送層（５）へ
のキャリアの注入を阻止するために設けられており、例
えばポリイミド樹脂などの有機材料、ｓｔｏ、、ｓｉｏ
、Ａｘ、ｏ３．ｓｉｃ、ｓｉ、Ｎ４ａ−３ｔ、　ａ−３
ｔ：Ｈ。

ａ−Ｓｉ：Ｆ、ａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｆなどの無機材を用いて形成される。Ｓｉ系又はＳ
ｉＣ系を用いた場合には周期律表第ｍａ族元素や第Ｖａ
族元素を５０乃至５０００ｐｐｍの範囲内で添加してキ
ャリアの注入阻止を一段と高めることができる。そして
、本発明の電子写真感光体についてはａ−ＳｉＣ：Ｈキ
ャリア輸送層が十分に大きな暗抵抗率を得ることができ
るので、このキャリア注入阻止層を必ず形成しなくては
ならぬというものではなく、本発明者等が繰り返し行っ
た実験によれば、キャリア輸送層の暗抵抗率が１０′３
Ω・Ｃｌ１１以上であればキャリア注入阻止層を形成し
なくても電子写真感光体として十分実用に供することが
できることを見い出した。

また、表面保護層にはそれ自体高絶縁性、高耐食性及び
高硬度特性を有するものであれば種々の材料を用いるこ
とができ、例えば前記のキャリア注入阻止層に用いたの
と同様な無機材料や有機材料を用いることができ、これ
により、感光体の耐久性及び耐環境性を高めることがで
きる。

更に本発明によれば、ａ−５ｉＣ膜又はａ−ＳｉＣ：Ｈ
膜をグロー放電分解法により形成するに当たってその原
料にＳｉＨ４ガス及びＣｚＨｚガスを用いれば大きい成
膜速度（約５乃至２０μ糟／時）が得られる。従って、
この両者のガスを用いてキャリア注入阻止層（２ａ）、
キャリア発生層（３ａ）及び表面保護層（４）をａ−Ｓ
ｉＣ膜又はａ−ＳｉＣ：Ｈ膜により形成することにより
同じ成膜装置を用いて連続的に形成でき、且つその成膜
時間を著しく小さくすることができる。因にＳｉｎ＃ガ
スとＣ１，ガスを用いてａ−５ｉＣ：膜やａ−ＳｉＣ：
Ｈ膜を生成した場合その成膜速度は約０．３乃至１μｍ
／時である。

次に本発明の実施例に用いられる容量結合型グロー放電
分解装置を第４図により説明する。

図中、第１、第２、第３タンク（６）（７）（８）には
、それぞれＳｉＨ＊＋ＣＪｇＪｚガスが密封されており
、Ｈ２はキャリアーガスとしても用いられる。これらの
ガスは対応する第１．第２．第３調整弁（９）（１０）
（１１）を開放することにより放出され、その流量がマ
スフローコントローラ（１２）　　（１３）　　（１４
）により制御され、第１、第２、第３タンク（６）（７
）（８）からのガスはメインパイプ（１５）へ送られる
。尚、（１６）は止め弁である。メインパイプ（１５）
を通じて流れるガスは反応管（１７）へと送り込まれる
が、この反応管の内部には容量結合型放電用電極（１８
）が設置されており、それに印加される高周波は５０Ｗ
乃至３ＫＷが、また周波数はＩＭＨｚ乃至１０ＭＨｚ電
力が適当である０反応管（１７）の内部には、アルミニ
ウムから成る筒状の成膜用基板（１９）が試料保持台（
２０）の上に載置されており、この保持台（２０）はモ
ーター（２１）により回転駆動されるようになっており
、そして、基板（１９）は適当な加熱手段により、約５
０乃至４００℃好ましくは約１５０乃至３００℃の温度
に均一に加熱される。更に、反応管（１７）の内部はａ
−３ｔ膜又はａ−３ｉＣ膜形成時に高度の真空状Ｂ（放
電圧０．１乃至２．０Ｔｏｒｒ　）を必要とすることに
より回転ポンプ（２２）と拡散ポンプ（２３）に連結さ
れている。

以上のように構成されたグロー放電分解装置において、
例えば、ａ−ＳｉＣ膜を基板（１９）上に形成する場合
には、第１及び第２調整弁（９）（１０）を開放して第
１タンク（６）よりＳｉｎ、ガスを、第２タンク（７）
よりＣｚＨｚガスを、また第３調整弁（１１）をも開放
して、第３タンク（８）よりＨ２ガスを放出する。これ
らの放出量はマスフローコントローラ（１２）（１３）
（１４）により規制されてメインパイプ（１５）を介し
て反応管（１７）へと送り込まれる。そして、反応管（
１７）の内部が０．１乃至２．　ＱＴｏｒｒ程度の真空
状態、基板温度が５０乃至４００℃、容量型放電用電極
（１８）の高周波電力が１０ｗ乃至３Ｋｗ、また周波数
が１乃至１０ＭＨｚに設定されていることに相俟ってグ
ロー放電が起こり、ガスが分解してａ−３ｉＣ膜が基板
上に高速で形成される。

但し、後述する実施例において、ａ−３ｉＣ：Ｈキャリ
ア輸送層の成膜速度、導電率及び赤外線吸収特性を測定
するに当たっては３Ｘ３ｃｍの角形の平板を用意し、そ
して、前述のアルミニウム製筒状基板の周面を一部切り
欠いてこの切り欠き部に平板を設置し、この平板上にａ
−３ｉＣ：Ｈ膜を生成する。

また、成膜速度、導電率及び赤外線吸収特性の測定に当
たっては用いる平板材料をそれぞれアルミニウム、ＮＥ
ＳＡガラス及び高抵抗単結晶シリコンにした。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を詳細に説明する。

〔例　１　〕 本例においてはａ−ＳｉＣ：Ｈキャリア輸送層をアルミ
ニウム製平板に生成してその成膜速度を測定した。

即ち、第４図に示した容量結合型グロー放電分解装置を
用いて第１タンク（６）より５ｉ）Ｉ−を、第２タンク
（７）よりＣｚＨｔガスをこれらの合計した流量が２７
０５ｃｃａ＋になるように放出し、必要に応じて第３タ
ンク（８）よりＨ２ガスを放出し、グロー放電分解法に
基づいてａ−３ｉＣ：Ｈ膜を形成した。

本例によれば、Ｓｉｎ、ガス及びＣＪｚガスを２００ｓ
ｃｃｔｓ　＋　５００　ｓｅｃｍの流量で放出して各種
の測定用試料を製作した。

その測定結果は第５図に示す通りである。

第５図は膜中のＳｉとＣの原子組成比（Ｃ／Ｓｉ＋Ｃ）
に対する成膜速度を表しており、Ｑ印、△印及び０印は
それぞれＨ２ガスが無添加、流量２００　ｓｃｃｍ。

流量５００　ｓｃｃｍの場合のプロットであり、ａｓｂ
＋ｃはそれぞれの特性曲線である。

第５図から明らかな通り、Ｈ２ガスが無添加の場合、（
Ｃ／Ｓｉ　＋Ｃ）比が大きくなるのに伴って成膜速度が
増加傾向にある。これに対して、Ｈ２ガスの流量が２０
０　ｓｃｃｍ、５００５ｃｃａ＋と大きくなるのに伴っ
て成膜速度が小さくなる傾向にあるが、Ｈ８ガス流量が
５００　ｓｅｃｍの場合であっても６μｌｌＺ時以上の
高速成膜が得られる。

〔例　２　〕 本例においては、〔例１〕と同様の製造操作によってａ
−５ｉＣ：Ｈキャリア輸送層をＮＥＳＡガラス製平板に
生成してその層の導電率を測定したところ、第６図に示
す通りの結果が得られた。

第６図は膜中のＳｔとＣの原子組成比（Ｃ／Ｓｉ　＋Ｃ
）に対する導電率を表しており、Ｏ印、Δ印及び０印は
それぞれＨ２ガスが無添加、流量２００５ｃｃｖａ、流
量５００５ｃｃｒａの場合のプロットであり、ｄ＋１３
＋ｆはそれぞれの特性曲線である。

第６図から明らかな通り、（Ｃ／Ｓｉ　＋Ｃ）比が０．
１乃至０．９の範囲内であればいずれも導電率が１０４
１Ω・ｃ１１以下になることが判る。

〔例　３　〕 ダイヤモンドバイトを用いた超精密旋盤により鏡面に仕
上げた基板用アルミニウム製ドラムを有機溶剤を用いた
超音波洗浄及び蒸気洗浄、次いで乾燥を行って清浄し、
第４図に示した容量結合型グロー放電分解装置の反応管
（１７）内に設置した。そして、第１タンク（６）より
ＳｉＨオガスを、第２タンク（７）よりＣｚＨｚガスを
これらの合計した流量が２７０　ｓｅｃ＋ｍになるよう
に放出し、更にＨｚガスを第３タンク（８）より必要に
応じて５Ｑｓｃｃｍ＋２００ｓｃｃｍ、　５００ｓｃｃ
＋ａの流量で放出し、ガス圧を０．５　Ｔｏｒｒに、Ｒ
Ｆ電力を０．４Ｗ／ｃｍ”に設定して前述したグロー放
電分解法に基づいて厚み２５μｍのキャリア輸送層（５
）を形成した。

次いで第２調整弁（ｌＯ）を閉じて同様の操作により５
ｉ）Ｉ４ガス及びＨ，ガスをそれぞれ２００　ｓｃｃｍ
及び２５０　ｓｃｃｍの流量で放出し、ガス圧を０．５
　Ｔｏｒｒに、ＲＦ電力を０．ｉ／ｃｍｚに設定して厚
み５μ論の光キヤリア発生層（３ａ）を形成した。

然る後、第２調整弁（１０）を開放すると共に第３調整
弁（１１）を閉じてＳｉＨ４ガス及びＣｔｌｌ□ガスを
それぞれ１５０　ｓｃｃ＋ａ及び１００　ｓｃｃｍの流
量で放出し、ガス圧を０．３Ｔｏｒｒに、ＲＦ電力を０
．４Ｗ／ｃｍ”に設定して厚み０．５μｍの表面保護層
を形成した。

かくして得られた感光体Ａ乃至■について、表面電位、
半減露光量、残留電位及び画質を測定したところ、第１
表に示す通りの結果が得られた。

表中、画質評価の◎印は画質コントラストが高（て高速
複写（５０枚／分以上の複写）を行っても全（ゴースト
現象が生じなく、Ｏ印は高速複写を行うと若干ゴースト
現象が発生するが、実用上何ら支障がない程度であり、
×印は残留電位が高くて白地のガブリが顕著に生じて実
用に適さない場合を示す。

また、本例においては感光体Ａ乃至Ｉのそれぞれに対し
て設定したａ−ＳｉＣ：Ｈキャリア輸送層の製作条件、
即ち（Ｃ／Ｓｉ＋Ｃ）比及びＨ２ガス流量を同じにして
、［例１コと同様の製造操作によってａ−ＳｉＣ：Ｈキ
ャリア輸送層だけをシリコン単結晶製平板上に生成して
２０９０ｃａ−’の波数及び２８６０ｃｍ−’の波数の
それぞれの赤外線吸収係数を測定しており、この結果は
第１表に示す通りである。

第１表から明らかな通り、感光体Ａ乃至Ｅ、　Ｇは実用
に適した優れた感光体となり、高速複写用感光体として
提供することができ、特に感光体Ａ乃至Ｃは光感度が高
くて帯電能にも優れているために高速複写を行っても全
（ゴースト現象が生じなかった。然るに感光体Ｆ、ＨＳ
　Ｉはゴースト現象が顕著になって実用に適さなかった
。

本例によれば、感光体の優劣を決める評価手段がキャリ
ア輸送層の赤外線吸収係数が所定の波数に対して所定の
範囲内の吸収係数を有しているという点にあり、第１表
より明らかにされる通り、その吸収係数が２０９０ｃｍ
−’の波数に対して１０００以上であると共に２８６０
ｃ＋ｎ−’の波数に対して１０００以下であれば本発明
の感光体が得られることが判る。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明の電子写真感光体によれば、機能分
離型感光体として形成されるａ４ｉＣ：Ｈキャリア輸送
層の暗抵抗率及びキャリア移動度を向上させることがで
き、これにより、感光体の暗減衰率が小さくなると共に
帯電能を高めることができ、その結果、高速複写に適し
た電子写真感光体が提供される。

また、本発明の電子写真感光体によれば、キャリア注入
阻止層を形成しなくても十分に実用に成り得ており、そ
のためには、ａ−ＳｉＣ：）ｌ膜をキャリア輸送層に用
いると共にこの層の暗抵抗率が１０１３Ω・ｃｍ以上あ
ればよく、これにより、この暗抵抗率の値を目安にして
キャリア注入阻止層のない感光体を確実に製作でき、そ
の結果、製造歩留りが向上する。

更に本発明の電子感光体によれば、ＳｉＨ４ガス及びＣ
Ｊｚガスを原料としたグロー放電分解法によってキャリ
ア注入阻止層、キャリア輸送層及び表面保護層を同一の
成膜装置を用いて連続的且つ高速に形成することができ
、これにより、製造効率を高めて製造コストを著しく低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は機能分離型電子写真感光体の層構成を示す断面
図、第２図は本発明の実施例に用いられる感光体の層構
造を示す断面図、第３図は−般的なアモルファスシリコ
ン感光体の層構造を示す断面図、第４図は本発明の実施
例に用いられる容量結合型グロー放電分解装置、第５図
は本発明に係る感光体のキャリア輸送層の成膜速度を表
わす線図、第６図は本発明に係る感光体のキャリア輸送
層の導電率を表わす線図である。 １・・・基板 ２．２ａ・・・キャリア注入阻止層 ３．３ａ・・・キャリア発生層 ４・・・表面保護層 ５・・・キャリア輸送層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に少なくともキャリア輸送層とキャリア発生層を
   形成した電子写真感光体において、前記キャリア輸送層
   が水素化アモルファスシリコンカーバイドから成ると共
   に炭素とシリコンの原子組成比が１：９乃至９：１の範
   囲内にあり、且つこのキャリア輸送層に対する赤外線吸
   収スペクトルの２８６０ｃｍ＾−＾１の吸収係数が１０
   ００以下であると共に２０９０ｃｍ＾−＾１の吸収係数
   が１０００以上であることを特徴とする電子写真感光体
   。