JPH0212157A - 電子写真用感光体 - 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） 本発明は非晶質シリコンを主体とする電子写真感光体、
特にその使用環境特性の向上に関するものである。

（従来技術） 非晶質シリコンを主体とする従来の電子写真感光体、例
えば正帯電型感光体は、第１図に示すように導電性基体
（１）とこの上に順次積層して形成された下部障壁層（
２）と電位保持層（３）及び上部障壁層（４）とから形
成され、導電性基体（１）を除く各層は次のように形成
されるのが一般的である。

即ち下部障壁層（２）は第２図のように厚さ方向におけ
る原子濃度分布をそれぞれ均一とした非晶質のＳ　＋、
ＨＳＢ、Ｏ，Ｎから形成されて約５０Ａ〜１０μｍ厚さ
の強いＰ形導電性をもつように作られ、導電性基体（１
）から注入される電子が電位保持層（３）更にはその上
部の障壁層（４）に到達するのを防止する。また電位保
持層（３）は第２図のように厚さ方向における原子濃度
分布をそれぞれ均一とした非晶質Ｓ１とＨ，Ｂを主体と
する、聞抵抗が１０１１〜１０１６Ω・Ｃａ＋（光照射
時１０４〜１０１０Ω・Ｃ＋Ｓ）の光導電性を持ち、し
かも暗時において約５００〜１５０（ＩＶの電位を保持
できるように作られる。また上部障側１４）は５００Ａ
〜５μｍ厚さを有し、かつ第２図のように厚さ方向にお
ける原子濃度分布がそれぞれ均一である非晶質のＳｉと
Ｃ及びＨを主体として形成され、正帯１！電荷が電位保
持層（３）に注入されるのを阻止できるように正孔に対
して高いエネルギ的障壁をもつように作られる。

（従来技術とその問題点） しかじ上２のような従来の感光体は、一般に使用環境に
おける温度が高くなればなる程原価の再現性を悪化して
鮮明度を欠くようになる。例えば次の第１表のような感
光特性を待たせたものにおけるコピーサイクルテストの
結果では、室温２５”Ｃ１相対湿度が５０％では５０万
コピーサイクルテスト後においても正常画像が得られる
。しかし、室１２５”　Ｃ１相対湿度が９５％では５０
万枚コピーサイクルテスト侵原画の再現性は全くなくな
り所謂像流れとなる。

しかも従来の感光体においては上部障壁層（４）と電位
保持層（３）形成する３ｉとＨの濃度は両者の界面にお
いてそれぞれ不連続であり、特にＣ原子が電位保持層（
３）において０．０５％以下（図では少山であるため図
示できない）であるのに比べて、上部障壁層側において
は界面から約０〜１００Ａの層厚内において３０〜９５
％に急激に濃度が変化する。このことは上部陣側１４）
と電位保持ＩＩ　（３）との間の光学的エネルギーギャ
ップの差が大きく、微視的結晶構造の格子不整合が大き
い界面構造となっていることを示しており、これにもと
づく界面順位の増大によって帯電電位が低くなり残留電
位がが大となって感光特性を劣化させていることを示し
、感光特性において改善の余地のあることを示している
。

第　　　１　　　表 （発明の目的） 本発明は使用環境特性の向上と合せて、帯電電位の上昇
や残留電位の低下など、感光特性をも従来より向上させ
た非晶質シリコン主体とする電子写真用感光体の提供を
目的としてなされたものである。以下に図面を用いて本
発明の詳細な説明する。

（問題点を解決するための本発明の手段）本発明者は前
記の如き像流れの現象について種々検討を行ったところ
、その原因が次に述べる点にあることを明らかにした。

即も従来の感光体においては、第２図によって前記した
ように、上部陣側１４）におけるＳｉ原子の濃度分布は
厚み方向において均一であって最表面にＳｉ原子が露呈
している。

このためコピーの都度行われる帯電用の正コロナ放電に
　される最表面のＳｉは吸湿性が高く、しかもトナー接
触、紙接触その他の機械的、化学的、物理的刺激に劣る
５ｉＯＸ表面に変化させられる。

従って前記したように相対湿度が９５％のような高湿度
下においては、最表面に吸着した水分と雰囲気中のＮＯ
Ｘ等のイオン成分などにより通常１０１１〜１０１６Ω
・ＣＩである横方向抵抗を１０８０・ｃｍ以下に劣化さ
せる。このため正コロナ放電によるよる正帯電後の原画
の正伝電荷潜像を、再表面の低抵抗領域を通して横方向
へ拡がらせることになり、その結果ｌＩ！流れとなり原
画の再現性を失うことが明らかにされた。

本発明は以上の検討結果から使用環境特性の向上のため
には、水分の影響を受は易い上部障壁層の最表面及びそ
の近傍深さにおけるＳ１原子の濃度を零または支障のな
い程度に低下させればよいことを着想してなされたもの
で、本発明は第３図に示す断面構造図（第１図、第２図
と同一符号部分は同等部分を示す）のような構成とした
ことを特徴とするものである。

即ち第１には中間表面層（４ａ）及び最表面層（４ｂ）
から構成される上部障壁層（４）における中間表面層（
４ａ）の８１原子のＳ度を電位保持層（３）との界面か
ら表面方向に向けて漸減させて、例えば最表面層におい
て０．１％以下の低濃度とすると共に、Ｃ原子の濃度を
電位保持層（３）との界面においては例えばＯ，ＯＳ％
以下、最表面層にＪ３いて９０〜３０％とするように表
面方向に向ける濃度を増大した分布とする。しかもこれ
に加えてＣ原子の濃度の増大によって増大するＳ　ｉ　
−Ｃ。

Ｃ−Ｃ結合の未結合の０対電子（ダングリングボンド０
＾ＮＧＬＩＮＧ　ＢＯＮＤ）によるトラップセンタの数
の増大を防止するため、Ｈ原子の濃度を上部障壁層（４
）の最表面層（４ｂ）に向かって増し続ける分布状態に
なるようにして、最表面層（４ｂ）におけるＨの濃度を
例えば１５％〜５０％としてＨ原子をダングリングに結
合させて電気的に不活化させる。

そして以上によりＣ／Ｓ　ｉ比をＨ原子によりダングリ
ングボンドの不活性化を図りながら増大させて光学的エ
ネルギーの増大を図り、これによりＳｉ原子濃度が上記
のように０．１％以下となる上部ｗａＷ層（４）の最表
面層（４ｂ）が事実上非晶質炭素膜としての性質、即ち
光学的エネルギーギｔッ７ＥＱがＥＱ）２．ＯｅＶ、ａ
Ｒ抵ｔｉｔ７ｐがＡ２１０１３Ω・ＣＩｍを呈するよう
にする。そしてコロナ放電により水分を吸収し易い５ｔ
ｏｘとなるＳｉが表面に存在しないようにして、相対湿
度が９５％のような＾湿度の条件下におけるコピーサイ
クルテストにおいても、表面横方向抵抗Ｊ９　がＪ、≧
１０１１０・ＣＩ以下に劣化（従来構造では１０８Ω・
Ｃ−以下に劣化）しないようにして像源れを生じないよ
うにしたものである。またこれに加えて際表面をＳｉよ
り機械的、科学的、物理的刺激に強い非晶質炭素膜とす
ることにより、１−ナー接触、紙接触などの刺激に強い
再表面層（４ｂ）を形成できるようにしたものである。

また第２には上部障壁層（４）におけるＳｉ原子濃度の
減少分布と日原子濃度の増大分布が、電位保持層（３）
の界面における濃度と同一の濃度から緩やかにかつ連続
的に行われるようにした点にある。そしてこれにより界
面単位密度の低下を図って膜中における歪みの発生を少
なくして、第２図によって前記した従来の感光体におけ
るような、電位保持層（３）と上部障壁層（４）の界面
における濃度の不連続にもとづく帯電電位の低下と、残
留電位の増大を小さく押えて、使用環境特性の向上と合
せて感光特性の向上を図ったものである。

勿論上部障壁層（４）の全体を非晶質炭素膜とすること
も考えられるが、これでは界面における電位保持１（３
）の３ｉ原子濃度との大きな不連続を生ずることから、
帯′１１７４位の低下など感光特性の劣化を招くので好
ましくない。従って上部障壁層（４）を形成する中間表
面層（４ａ）と最表面ｌ１ｌ（４ｂ）の層厚さは、中間
表面層（４ａ）は５０〜５０００人として、電位保持層
（３）と最表面Ｉｆ（４ｂ）の原子構成整合歪みを緩ら
げるのがよく、最表面層（４ｂ）は５００Ａ〜５μｍを
形成するのがよい。

次に本発明の実施例について説明する。

（実施例）　第２票は第４図に示す高周波グロー放電Ｃ
ｖＯ法による反応装置を用いて作られた感光体の特性を
示すものである。反応チャンバ（５）内にモータ（６）
により約ｌＱｒ、ｐ、ｍで回転され、かつ内部加熱装置
Ｆ（７）により基体（１）を３００°Ｃ±２°Ｃで加熱
できるようにした基体ホルダ（８）に、外形１００ｍｍ
、長さ３００ｍｍのアルミニウム製円筒状導電性基体（
１）を装着する。そして基体（１）と約５ｃｍの同心的
距離を置いて対抗配置され、１３．５８ＩＩＺの高周波
電１１（９）（（９ａ）は発振器、＜９ｂＨ，ｔｖッチ
ング調劃側が接続された対抗電？１（１０）の表面に均
一に設けた図示しない多数の吹出穴により、高圧ボンベ
（１１ａ）（１１ｂ）（１１ｃ）（１１ｄ）から減圧さ
れ、マスローコントローラ（１２）により流■が精密に
調整されたＳｉＨ４、Ｈ２、８２）１６　／　Ｈ２、Ｃ
２Ｈ２などの必要なガスを圧力調整バルブ（１３ａ）、
メカニカルブースターポンプ（１３ｂ）、回転ポンプ（
１３ｃ）により排気されてガス圧力が常に一定に調整さ
れるチャンバ（５）内に送り込む。そして第３表に示す
Ｉ！農、圧力、＾周波出力、堆積時間などの条件及び従
来と同一要領により導電性基体（１）上に第３図のよう
に３μｍ厚の５ｉ％Ｈ，Ｂ、Ｏ１Ｎからなる下部陣！！
１ｍ（２）を形成したのち、更にこの上に２０μｍ厚の
Ｓｔ、）Ｉ％Ｂよりなる電位保持層（３）を形成する。

そして、最後にその上に最初電位保持層（３）の原子組
成比に一致させてＳｔ、Ｈ，Ｃ原子を？Ｉｔ積させ、引
続き厚さ方向に３ｉ原子が減少方向、Ｈ及びＣ原子が増
大方向となるように濃度を分布させて１０００人厚の上
部ｌｌＩ壁層（４）の中間層（４ａ）を形成する。

そして引き続き導入ガス組成比は変えないで最表面１（
４ｂ）を５０００Ａ形成した。

第　　　２　　　表 第　　３ 表 従来の感光体の感光特性と本発明のそれを示す第１表と
第２表とを対比して明らかなように、本発明による感光
体は帯電電位において従来のものより約４０％上昇し、
残留電圧も約５０％低下して、感光特性においてすぐれ
たものが得られることを示している。しかも室温２５°
Ｃ相対湿度９５％における５０ｂ枚コピーサイクルテス
トの結果によれば従来のものが層流れとなるに対し、本
発明では原画の再現が良好に行われて高解像度の鮮明な
画像が得られることが確かめられた。

（発明の効果） 以上から明らかなように本発明によれば、電子写真用感
光体において非常に重要な役割を果たす上部障壁層が要
求される特性、即ち ■　電位保持層との界面において形成する格子定数の差
を原因とする界面順位はなるべく小さく、界面トラップ
密度が低いこと。

■　上部障壁層として表面帯電電荷の伝導正が小さい高
抵抗物質であること。（４２１０１３Ω・ｃｍ） ■　感光体の窓物質として長波長光８００ｎｍを吸収し
ない大きな光学的エネルギーギャップを６っていること
。

■　表面帯Ｎ′Ｒ荷に対し横方向抵抗が高＜（Ａ≧１０
１３Ω・ｃｍ）　、Ｌ／かも使用環境条件においても高
い横方向抵抗を維持しうること。

■　コロナ放電、トナー接触、紙接触強い光照射等の機
械的、化学的、物理的刺激にも強い感光特性の劣化が少
なく長寿命であること。

などの要求をほぼ満足させつる上部障壁層をもつ電子写
真用感光体、従って使用環境特性と感光特性などにすぐ
れた非晶質シリコンを主体とする電子写真用感光体を提
供できる。

なお以上においては正帯電型感光体を例にとって説明し
たが、本発明は負荷電型の感光体にも適用して同様な効
果を得ることができる。また実施例においては高周波グ
ロ一方放電ＣＶＤ法を用いたが、スパッタ法、マイクロ
波ＣｖＤ法、直流数ＩｃＶＤ法等従来公知の種々の製造
方法を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の感光体の構造断面図、第３図は
本発明感光体の構造図、第４図は感光体の製作に使用さ
れる反応装置側図である。 （１）・・・導電性基板、（２）・・・下部障壁層、（
３）・・・電位保持層、（４）・・・上部障壁層、中間
表面層（４ａ）、最表面層（４ｂ）、（５）・・・反応
チャンバ、（６）・・・モータ、（７）・・・加熱装置
、（８）・・・基体ホルダ、（９）・・・高周波電源、
（９ａ）・・・発振器、（９ｂ）・・・マツチング調整
器、（１０）・・・対向側Ｌ　（ｌｌａ＞（１１ｂ）（
１１ｃ）（ｌｉｄ）・・・高圧ガスボンベ、（１２）・
・・マスフローコント０−ラ、（１３ａ）・・・圧力調
整バルブ、（１３ｂ）・・・メカニカルブースタポンプ
、（１３Ｃ）・・・回転ポンプ。 特許出願人　　　　新電元工業株式会社山梨電子工業株
式会社 第３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性基体上に下部障壁層、電位保持層、上部障
   壁層を順次積層してなる非晶質シリコンを主体とする電
   子写真用感光体において、上部障壁層が電位保持層側に
   構成原子がＳｉ、Ｃ、Ｈである中間表面層を有しその上
   に主たる構成原子がＣ、Ｈである最表面層を形成してな
   る構造である電子写真用感光体。
2. （２）中間表面層を構成する原子の濃度分布が電位保持
   層との境界面においてＳｉ、Ｈは電位保持層とほぼ等濃
   度でありＣは０．１％原子濃度以下である特許請求の範
   囲第（１）項記載の電子写真用感光体。
3. （３）中間表面層の最表面層に向かう層厚方向の濃度分
   布が、Ｓｉ原子は減少分布で、最表面層との境界面にお
   いて０．１％原子濃度以下であり、Ｃ、Ｈ原子は増大分
   布である特許請求の範囲第（１）項記載の電子写真用感
   光体
4. （４）最表面層は０．１％以下のＳｉ原子からなる実質
   的に非晶質炭素層でＨ電子を含有している特許請求の範
   囲（１）項記載の電子写真用感光体。
5. （５）最表面層を構成する原子濃度分布は層厚方向にほ
   ぼ均一分布である特許請求の範囲第（１）項記載の電子
   写真用感光体。