JP2596403B2 - 感光体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は少なくともアモルフ
ァスシリコンを含む光導電層を有する感光体に関する。

【０００２】

【従来技術】ここ数年、グロー放電分解法やスパッタリ
ング法によって生成されるアモルファスシリコン(amorp
hous silicon，以下ａ−Ｓｉと略す)の感光体への応用
が注目されてきている。また同様に長波長領域の感度を
向上して半導体レーザによる作像を可能とするアモルフ
ァスシリコン−ゲルマニウム（以下ａ−Ｓｉ：Ｇｅ）の
応用も注目されている。これはａ−Ｓｉ、ａ−Ｓｉ：Ｇ
ｅが従来のセレンやＣｄＳ感光体と比して耐環境汚染
性、耐熱性、摩耗性、光感度特性等において一段と優れ
ているためである。

【０００３】しかしながら、ａ−Ｓｉ、ａ−Ｓｉ：Ｇｅ
は暗抵抗が不充分に低くそのままでは電荷保持層を兼ね
た光導電層として使用できないという欠点がある。この
ため、酸素や窒素を含有させてその暗抵抗を向上させる
ことが提案されているが、逆に光感度が低下するという
欠点があり、その含有量も制限がある。このことによ
り、例えば特開昭５７−１１５５５１号公報に示される
ようにａ−Ｓｉ光導電層上に多量の炭素を含むａ−Ｓｉ
絶縁層を形成して電荷保持の向上を図ることが考えられ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな感光体にあっては炭素の含有量によってその電子写
真特性がかなり変動する。例えばａ−Ｓｉ絶縁層におけ
る炭素含有量が比較的小量であるときは高抵抗化が図れ
ないばかりか光疲労が大きく高湿度の条件下では画像流
れが生じる。一方、炭素含有量を大とすれば電荷保持率
は向上し、また透光性もある程度向上するが表面硬度が
低下するという欠点がある。さらに高湿の条件下では膜
欠陥による白斑点が画像上に現われる。

【０００５】また、一方、ａ−Ｓｉ光導電層を導電性基
板上に直接形成した場合には画像上にピンホールや白斑
点模様が発生する。これは膜欠陥に起因する電荷担体の
リークによるもので、導電性基板の表面状態、汚れ等に
より発生する。また基板側からの電荷注入により暗減衰
が早くなり電荷保持能が低下するという問題がある。

【０００６】本発明は以上の事実に鑑みて成されたもの
で、その目的とするところは、光疲労がなく光感度特
性、電荷保持特性、表面硬度を含む電子写真特性全般に
優れ、且つ基板側からの電荷の注入を防止するともに残
留電位の上昇並びに基板ノイズによる画像劣化もなく、
高湿条件下乃至は反復複写においても長期にわたり良好
な画像を得ることのできる感光体を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、導電性
支持体上に障壁層、光導電層及びオーバーコート層とを
順次積層してなる感光体において、前記障壁層が少なく
ともアモルファスシリコン、障壁層中のシリコン原子に
対する２００ｐｐｍ以下の周期律表第IIIＡ族不純物、
及び障壁層中のシリコン原子に対する５乃至６０atomic
％の酸素を含有する障壁層であり、前記光導電層が少な
くともアモルファスシリコンを含む光導電層であり、前
記オーバーコート層が少なくともアモルファスシリコ
ン、オーバーコート層中のシリコン原子に対する５乃至
６０atomic％の炭素、及びオーバーコート層中のシリコ
ン原子に対する１０atomic％以下の酸素を含有するオー
バーコート層であることを特徴とする感光体にある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明につき詳細に説明す
る。

【０００９】図１は本願発明に係る感光体の構成を示
し、（１）は導電性基板で、その上に少なくともａ−Ｓ
ｉ、酸素及び周期律表第IIIＡ族不純物あるいはａ−Ｓ
ｉ、炭素及び酸素を含有してなる障壁層（２）と、少な
くともａ−Ｓｉを含む光導電層（３）と、少なくともａ
−Ｓｉ、炭素及び酸素を含有してなる透光絶縁性のオー
バーコート層（４）を順次積層してなるものである。

【００１０】該障壁層（２）は例えばグロー放電分解法
によって約３０Å乃至２ミクロン、好適には５０乃至５
０００Å、最適には１００乃至２０００Åの厚さに生成
される。この障壁層（２）は上記の通り、その一態様と
して少なくともａ−Ｓｉ、酸素及び周期律表第IIIＡ族
不純物を含有してなるもので、ａ−ＳｉxＯ1-xまたは水
素を含むａ−（ＳｉxＯ1-x）yＨ1-yに第IIIＡ族不純物
を添加してなるものである。酸素の含有量は約５乃至６
０atomic% で含有により障壁層の暗抵抗を著しく向上し
て基板（１）からの電荷注入を有効に防止する。また基
板（１）との被覆性とレペリング効果にも有効で基板ノ
イズによる弊害も防止する。但し本発明では酸素に加え
て周期律表第IIIＡ族不純物、好ましくは硼素を２００p
pm未満含有している。硼素の含有は光導電層（３）で発
生するチャージキヤリアの基板（１）側への移動を許容
し残留電位の上昇を防止する。酸素含有量を約５乃至６
０atomic% とするのは、５atomic%以下では障壁層の高
抵抗化が図れず、また６０atomic%以上では硼素含有に
関わらず画像カブリが生じ、また残留電位も上昇するた
めである。また、硼素含有量を２００ppm 未満とするの
はそれ以上では感光体の帯電能が急激に低下するためで
ある。なお、ａ−Ｓｉはａ−Ｓｉ：Ｇｅでもよい。

【００１１】

【００１２】障壁層（２）上に形成されるａ−Ｓｉを含
む光導電層（３）はやはり同様に例えばグロー放電分解
法によって５乃至１００μｍ、好ましくは１０乃至６０
μｍに生成される。一例としてＳｉＨ6、Ｓｉ2Ｈ6ガス
等をＨ2、Ａｒ等をキャリアーガスとして用い減圧可能
な反応室内に送り込み、高周波電力印加の下にグロー放
電を起こして基板上に形成した水素を含むａ−Ｓｉ光導
電層であってもよく、更にはＧｅＨ4ガスを並行して送
りこみ形成したａ−Ｓｉ：Ｇｅ光導電層でもよい。もっ
ともこのようにして得られる光導電層は暗抵抗が不充分
に低いので、暗抵抗の向上の目的のため周期律表第III
Ａ族不純物(好ましくは硼素)、微量の酸素、炭素、窒素
等を含有させてもよい。

【００１３】光導電層（３）上に形成されるオーバコー
ト層(４)は、やはり同様に例えばグロー放電分解法によ
って厚さ０.０１乃至３μｍに生成される。このオーバ
コート層（４）はその抵抗値が光導電層（３）より高
く、層全体を通してその抵抗値が略一定であるか或いは
光導電層（３）との界面より厚さ方向に順次高くなるよ
う形成される。具体的に上記オーバコート層(４)は前述
した通り、ａ−Ｓｉ乃至はａ−Ｓｉ：Ｇｅに炭素と酸素
を含有してなり、これにより抵抗の向上はもとより表面
硬度、更には光感度特性と耐環境性を著しく向上してい
る。即ち、ａ−Ｓｉに炭素のみを含有してなるオーバコ
ート層は炭素含有量の増大にしたがって表面硬度が次第
に低下し長期の反復の使用には適さないという欠点があ
る。また炭素のみの含有では充分な高抵抗化が図れず高
湿度条件の下で画像上に白斑点模様が発生し画像滲みが
生じる。

【００１４】本発明のオーバーコート層（４）は炭素に
加えて酸素をがんゆうせしめることにより上記の問題点
を解決したものである。酸素の含有はオーバコート層
（４）の透光性を著しく改善し、現に実験によればａ−
Ｓｉオーバコート層に炭素のみを約４０atomic%含有す
るものと、４０atomic%の炭素に加え約５atomic%の酸素
を含有するオーバコート層の感光体とでは後者の方が光
感度が約１.８倍も高い。また表面硬度も低下はなく、
むしろ向上となっている。更に高湿条件下、反復複写に
おいても画像流れや白斑点はなく長期にわたり良好な画
像を形成することができる。オーバコート層(４)に含有
される炭素と酸素の量はそれらが層全体に渡って略均一
に含有される場合と厚さ方向に勾配をもって含有される
場合とで異なるが、均一に含有するときはａ−Ｓｉに対
し約５乃至６０atomic%の炭素と微量から約１０atomic%
の酸素であることが望ましい。炭素の含有量を最低でも
５atomic%、酸素を微量（約０．１atomic%以上）とする
のはそれ以下ではオーバーコート層の高抵抗化が図れず
光疲労も大きく透光性も不十分であるためで、また最大
で約６０atomic%の炭素と１０atomic%の酸素とするのは
それ以上では画像流れが生じる為である。一方、厚さ方
向に勾配をもって含有するときはオーバーコート層の厚
さ方向に含有量が徐々に増大するようにし、約１乃至６
０atomic%の炭素と、微量から最大約２５atomic%の酸素
を含有することができる。尚、炭素の含有量を一定とし
て酸素含有量を徐々に増大するようにしてもよいし、ま
たその逆でもよい。但し後者の場合は、酸素含有量を最
大１０atomic%としなければならない。

【００１５】以上において、各層の形成用の原料ガスと
して有効に使用されるのは、ａ−Ｓｉを含むときはＳｉ
とＨとを構成原子とするＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、Ｓｉ3Ｈ
8、Ｓｉ4Ｈ10等のシラン類等水素化珪素ガス、炭素を含
有するときはＣとＨを構成原子とする例えば炭素数１〜
５の飽和炭化水素、炭素数１〜５のエチレン系炭化水
素、炭素数２〜４のアセチレン系炭化水素等が挙げられ
る。具体的に飽和炭化水素として、メタン（ＣＨ4）、
エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ｎ−ブタン
（ｎ−Ｃ4Ｈ10）、エチレン系炭化水素としては、エチ
レン（Ｃ2Ｈ4）、プロピレン（Ｃ3Ｈ6）、ブテン（Ｃ4
Ｈ8）、アセチレン系炭化水素としてはアセチレン（Ｃ2
Ｈ2）、メチルアセチレン（Ｃ3Ｈ4）、ブチン（Ｃ4Ｈ
6）等が挙げられる。更に酸素系の原料ガスとしては、
酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、一酸化炭素（ＣＯ）、二
酸化炭素（ＣＯ2）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素
（ＮＯ2）、一二酸化窒素（Ｎ2Ｏ）、三二酸化窒素（Ｎ
2Ｏ3）、四二酸化窒素（Ｎ2Ｏ4）、五二酸化窒素（Ｎ2
Ｏ5）、三酸化窒素（ＮＯ3）等を挙げることができる。
尚、水素珪素ガスに加え各層にゲルマニウムを含有して
もよいことは前述したとおりで、このときはＧｅＨ4、
Ｇｅ2Ｈ6ガス等を併用すればよい。

【００１６】次に本発明に係る感光体を製造するための
容量結合型グロー放電分解装置について説明する。図２
において、第１、第２、第３、第４、第５タンク
（５）、（６）、（７）、（８）、（９）には夫々Ｈ
2、ＳｉＨ4、Ｂ2Ｈ6、Ｃ2Ｈ4、Ｏ2ガスが密封されてい
る。ここで第１タンク(５)のＨ2ガスはＳｉＨ4ガスのキ
ャリアーガスである。但しＨ2ガスに代ってＡｒ、Ｈｅ
を用いてもよい。またＢ2Ｈ6ガスのキャリアーも水素で
ある。尚各層にゲルマニウムを含むときは別途ＧｅＨ4
ガスのタンクを用意する。これら第１〜第５タンクのガ
スは第１、第２、第３、第４、第５調整弁（１０）、
（１１）、（１２）、（１３）、（１４）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
（１５）、（１６）、（１７）、（１８）、（１９）に
より規制され、第１乃至第４タンク（５）、（６）、
（７）、（８）からのガスは第１主管（２０）へと、ま
た第５タンク（９）からの酸素ガスは第２主管（２１）
へと送られる。尚、（２２）、（２３）、（２４）、
（２５）、（２６）、（２７）、（２８）は止め弁であ
る。

【００１７】第１及び第２主管（２０）、（２１）を通
じて流れるガスは反応室（２９）において第３主管（３
０）で合流する。反応室（２９）内にはその表面にａ−
Ｓｉ光導電層（２）が形成されるアルミニウム、ステン
レス、ＮＥＳＡガラスのような導電性基板（３１）がモ
ータ（３２）により回転可能であるターンテーブル（３
３）上に載置されており、該基板（３１）自体は電気的
に接地されるとともに適当な加熱手段により約１００乃
至４００℃、好ましくは１５０乃至３００℃の温度に均
一に加熱されている。（３４）は導電性基板（３１）を
包囲する関係に設けられた円筒状の電極板で高周波電源
（３５）に接地されるとともに、その内部は空洞に形成
され外壁部に第３、第４主管（３０）、（３６）が接続
されている。また電極板（３４）の内壁面には図示しな
いガス放出孔が形成され第３主管(３０)より導入される
生成ガスを導電性基板（３１）表面に噴出させる。噴出
孔より放出されたガスは分解される一方、やはり内壁面
に形成したガス吸引孔より吸引されて第４主管（３６）
を介して排出されるようになっている。尚、高周波電源
（３５）からは電極板（３４）に約０.０５乃至１.５ｋ
Ｗの高周波電力が印加されるようになっており、その周
波数は１乃至５０ＭＨｚが適当である。更に反応室（２
９）の内部は障壁層、光導電層及びオーバコート層形成
時に高度の真空状態（放電圧：０.５乃至２.０Torr）を
必要とすることより回転ポンプ（３７）と拡散ポンプ
（３８）に連結されている。

【００１８】以上の構成の容量結合型グロー放電分解装
置において、まずａ−Ｓｉ、酸素及び硼素を含有する障
壁層（２）を導電性基板（３１）上に形成するに際して
は第１、第２、第３、第５調整弁（１０）、（１１）、
（１２）、（１４）を開放して適当な流量比で第１、第
２タンク（５）、（６）よりＨ２、ＳｉＨ4ガスを、第
３タンク（７）よりＢ2Ｈ6ガス、第５タンク（９）より
０2ガスを放出する。尚、炭素を更に含有するときは第
４タンク（８）よりＣ2Ｈ4ガスを放出する。放出量はマ
スフローコントローラー（１５）、（１６）、（１
７）、（１８）、（１９）により規制され、Ｈ2をキヤ
リアガスとするＳｉＨ4ガス、Ｂ2Ｈ6ガス乃至はＣ2Ｈ4
ガスが混合されたガスが第１主管（２０）を介して、ま
たそれとともにＳｉＨ４に対して一定のモル比にある酸
素ガスが第２主管（２１）を介して送られ、反応室内部
の第３主管(３０)で合流し電極板(３４)内に送られる。
そして、ガス放出孔からガスが均一に放出されることに
加えて、反応室(２５)内部が０.５乃至２.００Torr程度
の真空状態、基板温度が１００乃至４００℃、電極板
(３４)への高周波電力が０.０５乃至１.５ｋＷ、また周
波数が１乃至５０ＭＨｚに設定されることに相俟ってグ
ロー放電が起こり、ガスが分解して基板上に少なくとも
ａ−Ｓｉ、硼素、酸素乃至は炭素を含有した障壁層
（２）が約０.５乃至５ミクロン／６０分の早さで形成
される。

【００１９】所望の膜厚の障壁層(２)が形成されると、
連続してあるいは一旦グロー放電を中断した後、光導電
層(３)を形成する。これは第１乃至第３タンク(５)、
(６)、(７)及び第５タンク(９)よりガスを放出すること
により行なわれ、硼素と微量の酸素を含有した水素化ａ
−Ｓｉ光導電層（３）が形成される。

【００２０】続いて、ａ−Ｓｉを含む光導電層（３）上
にオーバーコート層（４）を形成する。これは第１乃至
第５タンク（５）、（６）、（７）、（８）、（９）よ
りガスを放出することにより行われるが、第４、第５タ
ンク（８）、（９）からは前述の含有量となるようＣ2
Ｈ4とＯ2ガスを放出する。このとき、オーバーコート層
にその厚さ方向均一に一定の抵抗を持たせるとき、つま
り含有量を等しくするときはＣ2Ｈ4とＯ2ガスの放出量
を一定に保った状態とすればよい。また厚さ方向に抵抗
を順次高くなるように形成するときは、Ｃ2Ｈ4とＯ2ガ
ス両方または何れか一方の放出量を次第に増加させる。

【００２１】

【実施例】

実験例１ 図２に示すグロー放電分解装置において、まず回転ポン
プ(３７)を、それに続いて拡散ポンプ(３８)を作動させ
反応室(２９)の内部を１０ー６Torr程度の高真空にした
後、第１乃至第３及び第５調整弁(１０)、(１１）、
（１２）、（１４）を開放し、第１タンク（５）よりよ
りＨ2ガス、第２タンク(６)よりＨ2で３０％に希釈され
たＳｉＨ4ガス、第３タンク(７)よりＨ2で２００ｐｐｍ
に希釈されたＢ２Ｈ６ガス、更に第５タンク（９）より
Ｏ２ガスを出力圧ゲージ１ｋｇ／ｃｍ２の下でマスフロ
ーコントローラ(１５)、(１６)、(１７)、(１９)内へ流
入させた。そして各マスフローコントローラの目盛を調
整して、Ｈ2の流量を３８３sccm、ＳｉＨ4を１５０scc
m、Ｂ2Ｈ6を２２．５ sccm、Ｏ2を４５sccmとなるよう
に設定して反応室(２９)内へ流入させた。夫々の流量が
安定した後に、反応室(２９)の内圧が１.０Torrとなる
ように調整した。一方、導電性基板(３１)としては直径
１２０mmのアルミニウムドラムを用い２００℃に予め加
熱しておき、各ガスの流量が安定し内圧が安定した状態
で高周波電源(３５)を投入し電極板(３４)に３００Ｗの
電力(周波数１３.５６ＭＨｚ)を印加してグロー放電を
発生させた。このグロー放電を３分間持続して行ない、
導電性基板上（２９）上に水素ａ−Ｓｉ、２００ppmの
硼素、約２５atomic%の酸素を含有してなる厚さ０．１
ミクロンの障壁層（２）を形成した。この後、高周波電
源（３５）からの電力印加を一旦停止するとともに各マ
スフローコントローラーの流量を０設定にし反応室（２
９）を十分脱気した。次に第１乃至第３及び第５調整弁
（１０）、（１１）、（１２）、（１４）を開放しそれ
ぞれのタンクよりＨ2、ＳｉＨ4、Ｂ2Ｈ6、Ｏ2ガスをマ
スフローコントローラー（１５）、（１６）、（１
７）、（１９）内へ流入させた。そして、各マスフロー
コントローラーの目盛りを調整してＨ2の流量を２７４s
ccm、ＳｉＨ4を３００sccm、Ｂ2Ｈ6を２５sccm、Ｏ2を
１sccmとなるように設定して反応室内へ流入させた。そ
して電極版（３４）も３００Ｗの高周波電力を印加して
グロー放電を発生させた。このグロー放電を約７時間持
続して行い、障壁層（２）上に水素、硼素並びに微量の
酸素を含有する厚さ薬２０ミクロンのａ−Ｓｉ光導電層
（３）を形成した。

【００２２】続いて第１タンク（５）よりＨ2ガスを３
９０sccm、第２タンク（６）よりＨ2で３０％に希釈さ
れたＳｉＨ4ガスを１５０sccm、第４タンク（８）より
Ｃ2Ｈ4ガスを９０sccm、更に第５タンク(９)よりＯ2ガ
スを１０sccm反応室内部に流入させ、内圧を１.０Torr
に調整した下で高周波電源(３５)を投入して３００Ｗの
電力を印加した。３分間放電を続け約０．１ミクロンの
オーバーコート層（４）を形成した。なお、この時の炭
素含有量は約４０atomic%、酸素は約５atomic%である。

【００２３】こうして得られた感光体をミノルタカメラ
（株）製粉像転写型複写機ＥＰ−５２０にセットしコピ
ーしたところ解像力に優れ、階調再現性の良い鮮明な高
濃度の画像が得られた。また、２０万枚の連続複写を行
なっても画像特性の低下は認められず最後まで良好なコ
ピーが得られた。更に３０℃、８０％という高温、高湿
の条件での複写でもその電子写真特性、画像特性は室温
条件下と何等変わることはなかった。

【００２４】上記感光体を更に帯電し白色光２．０luxs
ecの下で露光して残留電位を測定したところ、初期で０
ｖ、２０万枚複写後も数１０ｖであった。

【００２５】

【００２６】

【００２７】実験例２ 実験例１と同一の条件の下に、但し障壁層形成時に更に
第３タンク（７）よりＢ２Ｈ６ガスをその流量が４５ｓ
ｃｃｍとなるように流してａ−Ｓｉに炭素を４０atomic
％、酸素を約５atomic％、硼素を２００ｐｐｍ含有する
障壁層を形成し、そのうえに同じ光導電層とオーバーコ
ート層を形成した。この感光体をＥＰ−５２０にセット
し２０万枚の連続複写を行ったところ、画像かぶりの無
い優れた画像が最後まで得られた。また残留電位もほと
んど上昇が見られなかった。

【００２８】

【００２９】

【００３０】比較例１ 実験例１で作成した感光体と同一のもの、但し障壁層に
硼素を一切含有しないものを作成し、ＥＰ−５２０にセ
ットして連続複写したところ、数１０００枚目から画像
カブリが認められ、繰り返し複写により顕著となった。
因みに初期の残留電位は５０ｖであった。

【００３１】比較例２ 実験例２で作成した感光体と同一のもの、但し障壁層の
酸素含有量を約２５atomic%含有するものを作成し、Ｅ
Ｐ−５２０にセットして連続複写したところ、数１００
０枚目位から画像カブリが生じた。

【００３２】比較例３ 実験例３で作成した感光体と同一のもの、但しオーバー
コート層における酸素含有量を約３０atomic%としたも
のを作成し、連続複写したところ数枚目から画像流れが
認められた。

【００３３】

【発明の効果】本発明の感光体においては、 導電性支
持体上に、少なくともアモルファスシリコン、酸素及び
周期律表第 Ａ族不純物を含有してなる障壁層と、少な
くともアモルファスシリコンを含む光導電層と、少なく
ともアモルファスシリコン、炭素及び酸素を含有してな
る透光性絶縁オーバコート層とを順次積層して成ること
を特徴とする感光体であるので、光疲労がなく光感度特
性、電荷保持特性、表面硬度を含む電子写真特性全般に
優れ、且つ基板側からの電荷の注入を防止するともに残
留電位の上昇並びに基板ノイズによる画像劣化もなく、
高湿条件下乃至は反復複写においても長期にわたり良好
な画像を得ることのできる感光体を提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本願発明に係る感光体の構成を示す図で
ある。

【図２】図２は本願発明に係る感光体を製造するための
グロー放電分解装置の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 導電性製基板 ２ 障壁層 ３ 光導電層 ４ オーバーコート層 ５ 第１タンク ６ 第２タンク ７ 第３タンク ８ 第４タンク ９ 第５タンク ２９ 反応室 ３１ 導電性基板 ３５ 高周波電源

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性支持体上に障壁層、光導電層及びオ
   ーバーコート層とを順次積層してなる感光体において、
   前記障壁層が少なくともアモルファスシリコン、障壁層
   中のシリコン原子に対する２００ｐｐｍ以下の周期律表
   第IIIＡ族不純物、及び障壁層中のシリコン原子に対す
   る５乃至６０atomic％の酸素を含有する障壁層であり、
   前記光導電層が少なくともアモルファスシリコンを含む
   光導電層であり、前記オーバーコート層が少なくともア
   モルファスシリコン、オーバーコート層中のシリコン原
   子に対する５乃至６０atomic％の炭素、及びオーバーコ
   ート層中のシリコン原子に対する１０atomic％以下の酸
   素を含有するオーバーコート層であることを特徴とする
   感光体。