JPS602959A - 光導電部材 - 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】 本発明は、光（ここでは広義の光で、紫外光線、可視光
線、赤外光線、Ｘ線、γ線等を示す）のような電磁波に
感受性のある光導電部材に関する。

固体撮像装置、あるいは像形成分野における電子写真用
像形成部材や原稿読取装置における光導電層を形成する
光導電材料としては、高感度で、ＳＮ比［光電流（Ｉｐ
）　／　（Ｉｄ）　］が高く、照射する電磁波のスペク
トル特性にマツチングした吸収スペクトル特性を有する
こと、光応答性が速く、所望の暗抵抗値を有すること、
使用度において人体に対して無公害であること、更には
固体撮像装置においては、残像を所定時間内に容易に処
理することができること等の特性が要求される。殊に、
事務器としてオフィスで使用される電子写真装置内に組
込まれる電子写真用像形成部材の場合には、上記の使用
時における無公害性は重要な点である。

このような観点に立脚して最近注目されている光導電材
料に、水素やハロゲン原子等の一価の元素でダングリン
グボンドが修飾されたアモルファスシリコン（以後ａ−
９ｉと表記する）があり、例えば独国公開第２７４８！
１ｌｆ１７号公報、同第２８５５７１８号公報には電子
写真用像形成部材への応用が、また、独国公開第２１３
３３４１１号公報には光電変換読取装置への応用がそれ
ぞれ記載されており、その優れた光導電性、対振性、耐
熱性及び大面積化が比較的容易であることから電子写真
用像形成部材への応用が期待されている。

しかしながら、ａ−Ｓｉはそれ単独では暗抵抗値が電子
写真用像形成部材として用いるには十分高くなく、基体
からの電荷注入を阻止するための阻止層を配したり、添
加物をドープして高抵抗化を図る場合が多い。

また、光導電部材の全層に亘る均一性も上記のａ−８ｉ
層の高抵抗と同様に重要な問題の一つで、例えば光導電
部材に光導電層の厚さムラがあるような場合、厚い部分
と薄い部分とで画像に濃度ムラが生じたり、光導電層形
成時の成長速度の違いにより光導電層の電気的、光学的
、光導電的特性に差が生じたりする。更に、光導電層表
面にピンホール等の欠陥が存在する場合もその部分に画
像の白抜けが生じ美麗な画像が得らない等、画質面で問
題が生ずる場合が多い。

また、単に光導電部材の表面に微細な凹凸があるような
場合でも、クリーニングの際にクリーニングブレードを
摩耗したり、トナーの融着によってクリーニング不良を
起したりするばかりでなく、コロナ照射の際、凸部に異
常放電が発生して画質が大きく損なわれる場合がある。

本発明者等の検討によれば、そもｉも光導電層に凹凸が
生じるような製造条件は、表面の凹凸それ自体の問題に
留らず、他の電気的、光学的、光導電的特性要因にも波
及的に悪影響を及ぼす場合が多く、例えば帯電電位、Ｓ
Ｎ比、更には画像流れの問題等にも深くかかわっている
。また、光導電層がプラズマＣｖＤ法等の特殊な製造法
により製造されるということに基づく特徴ともいえるが
、このような光導電層に凹凸の発生は、微妙な製造条件
の変化に対して極めて敏感であり、加えて製造過程に於
いて何らかの凹凸の原因が生起すると、その凹凸は層厚
の増大とともに必ず増長することも判明している。

このように光導電部材としての特性に大きな影響を及ぼ
す光導電層表面の凹凸に対処する基本的な考え方として
は、まず、凹凸の核となる原因を極力排除すること、次
にやむなく核が生じた場合には極力その成長を抑えるこ
と、更には層厚とともに増大する凹凸を、層厚に対して
どの程度に抑えれば像形成部材としての使用に耐えるか
を見い出すことの三点か挙げられる。

本発明は上記の諸点に鑑み成されたもので、ａ−３ｉに
関し電子写真用像形成部材や固体撮像装置、読取装置等
に使用される光導電部材としての適用性とその応用性と
いう観点から総括的に鋭意研究検討を続けた結果、ケイ
素原子を母体とし、好ましくは水素原子（Ｈ）及びハロ
ゲン原子（Ｘ）のいずれか少なくとも一方を含有するア
モルファス材料、すなわち、所謂水素化ａ−９ｉ、ハロ
ゲン含有ａ−Ｓｉ、あるいはハロゲン化ａ−Ｓｉ　（以
後、これ等を総称的にａ−Ｓｉ（Ｈ，Ｘ）と表記する）
を含有する光導電層を有する光導電部材に於いて、光導
電層表面の凹凸を光導電層の層厚に対して特定の範囲以
内に抑制することによって極めて優れた光導電部材が得
られることを見い出した点に基づくものである。

本発明は、電気的、光学的、光導電的特性が光導電部材
の全域に亘って均一であり、画像流れ等の画像欠陥が少
なく、ハーフトーンが鮮明に出せ、且つ解像度の高い、
高品質画像を得ることができる優れた光導電部材を提供
することを目的とする。

本発明の他の目的は、クリーニングブレード等の他の電
子写真用部品を摩耗したすることのない電子写真用の光
導電部材を提供することにある。

すなわち本発明の光導電部材は、支持体と、この支持体
上に設けられ、ケイ素原子を母体とする非晶質材料を含
有する光導電層とを有する光導電部材に於いて、前記光
導電層のＪＩＳ　ＢＯ６０１に基づ〈表面粗さの基準長
さ２．５ｍｍあたりの最大高さか、該光導電層の平均層
厚の１／２以下であることを特徴とする。

上記したような構造を取るようにして構成された本発明
の光導電部材は、前記した諸問題の総てを解決し得、極
めて優れた電気的、光学的、光導電的特性を光導電部材
全域に亘って均一に有するものである。

殊に、電子写真用像形成部材として適用させた場合には
、その電気的特性が安定しており、画像流れ等の画像欠
陥が少なく、濃度が高く、ハーフトーンが鮮明に出て、
且つ解像度の高い、高品質の可視画像を得ることができ
、加えてクリーニングブレード等の他の電子写真用部品
を摩耗したりすることがない。

以下、図面に従って、本発明の光導電部材について詳細
に説明する。

第１図及び第２図は、本発明の光導電部材の構成の実施
態様例を説明するために層構造を模式的に示した図であ
る。

本発明の光導電部材１００は、第１図に示されるように
光導電部材用の支持体１０１上に、ａ−Ｓｉ（Ｈ，Ｘ）
を主成分として含有する光導電層１０２が形成されて構
成される。光導電層１０２は、第２図に示されるように
光導電層１０２に接して障壁層１０３、更には該光導電
層の表面上に表面障壁層１０４を有してもよい、なお、
本発明に於いては、特にことわらない限り、障壁層１０
３及び表面障壁層１０４も光導’４ｉｆｉ１０２に含め
て光導電層と称する。

本発明において使用される支持体としては、導電性でも
電気絶縁性であっても良い、′導電性支持体としては、
例えば、ＮｉＣｒ、ステンレス、ＡＩ。

Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ａｕ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｖ　、　Ｔ
ｉ、　Ｐｔ、　Ｐｄ　等の金属又はこれ等の合金が挙げ
られる。

電気絶縁性支持体としては、ポリエステル、ポリエチレ
ン、ポリカーボネート、セルローズアセテート、ポリプ
ロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ
スチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルム又はシー
ト、ガラス、セラミック、紙等が通常使用される。

支持体の形状としては、所望によって、その形状は決定
されるが、例えば第１図の光導電部材１００を電子写真
用像形成部材として使用するのであれば、連続高速複写
の場合には、無端ベルト状又は円筒状とするのが望まし
い、支持体の厚さは、所望通りの光導電部材が形成され
る様に適宜決定されるが、光導電部材として可撓性が要
求される場合には、支持体としての機能が十分発揮され
る範囲内であれば可能な限り薄くされる。しかしながら
、このような場合支持体の製造上及び取扱い上、更には
機械的強度等の点から、通常は。

ｌＯ−以上とされる。

本発明において、　ａ−Ｓｉ（Ｈ，Ｘ）で構成される光
導電層を形成するには、例えばグロー放電法、スパッタ
リング法、あるいはイオンブレーティング法等の従来公
知の種々の放電現象を利用する真空堆積法が適用される
。

本発明の光導電部材の光導電層中に含有されてもよいハ
ロゲン原子（Ｘ）としては、具体的にはフッ素、塩素、
臭素、ヨウ素が挙げられるが、特に塩素、とりわけフッ
素を好適なものとして挙げることができる。光導電層１
０２中に含有されるケイ素原子、水素原子、ハロゲン原
子以外の成分としては、禁止帯幅やフェルミ準位等を調
整する成分として、ホウ素、ガリウム等の■族原子、窒
素、リン、ヒ素等のＶ族原子、酸素原子、炭素原子、ゲ
ルマニウム原子等を単独若しくは適宜組み合わせて含有
させることができる。

障壁！’１０３は、光導電層１０２と中間層との密着性
向上あるいは電荷受容能の調整等の目的で設置されるも
のであり、目的に応゛じて■族原子、Ｖ族原子、酸素原
子、炭素原子、ゲルマニウム原子等を含むａ−３ｉ（Ｈ
，Ｘ）層若しくは微結晶−３ｉ（Ｈ，Ｘ）層が、一層あ
るいは多層に形成される。

また、光導電層１０２の上部に表面電荷注入防止層ある
いは保護層として、炭素原子、窒素原子、酸素原子等を
多量に含有する非晶質ケイ素による上部層あるいは高抵
抗有機物質からなる表面障壁層１０４を設置してもよい
。

次に、このような光導電層１０２　（光導電層の上部に
表面障壁層１０４が設置される場合には表面障壁層）の
表面の凹凸を光導電層の平均層厚に対して特定の範囲以
内に抑制するための個々の具体的要因について説明する
。

本発明等の多くの実験によれば、前記光導電層の凹凸の
発生に大きな影響を与える因子の一つとして、まず、支
持体の表面形状があることが判明している。支持体表面
に微細な凹凸が存在すると、堆積膜の均一性が低下し、
柱状構造や球状突起が形成されやすく、これに従って光
導電層表面の凹凸は増大する。したがって、支持体の表
面性は極めて重要な因子である。しかしながら、従来は
、アルミニウム製のシリンダーが専ら使用されていたこ
と、更には研磨装置の性能等の関係で、あまり表面精度
の良い支持体を使用できなかったのが実情であり、この
観点からの最適化がおろそかにされてきた所以でもある
。

光導電層の凹凸の発生に影響を及ぼす他の要因として、
放電時のプラズマ状態が挙げられる。例えば放電開始時
に異常放電が起ると、内部電極であるドラム基体シリン
ダー近傍に必要とされるカスプラズマあるいはラジカル
若しくはイオンの濃度分布が大きく変わるため、基体上
に、例えば結晶核や島状の構造が形成され、このため定
常時の放電安定性が優れたものであっても形成される光
導電層は結果として凹凸の大きいものとなってしまう。

また、異常放電によって著しく大きなエネルギーを得た
ガス、イオン、ラジカルが基体表面を攻撃して凹凸を形
成することもあり、放電時のプラズマ状態を正常にコン
トロールすることも極めて重要である。

また、不純物を核としての堆積膜の異常成長も層の凹凸
の発生の有力な原因となり、このような不純物としては
、例えば製膜中に放電チャンバー内に生成する高分子シ
リコンを主体とする粉末等が挙げられる。

更に、放電パワーの絶対値、カス流量、基板温度等の光
導電層の製造条件の殆ど全てが何らかの形で膜の凹凸の
発生に影響を及ぼしている。例えばカス流量についてみ
れば、ガス流量が小さ過ぎる場合には柱状構造や球状突
起が形成されたときにその成長が増長され、逆にガス流
量が大き過ぎる場合には１＆密な堆積膜が得られず、膜
表面の凹凸は増大する。

このようにして、支持体の表面形状、不純物の排除、放
電時のプラズマ状態の安定化、更には種々の光導電層の
製造条件等を適切に調整することによって初めて、光導
電層のＪＩＳ　Ｂ１２Ｏ３に基づく表面粗さの基準長さ
２．５ｍｍあたりの最大高さを、該光導電層の平均層厚
の１７２以内に抑制した本発明の光導電部材を製造する
ことができる。

本発明に於ける光導電層の表面粗さの測定は、光導電部
材が平板状のものであれば、光導電層表面の任意の位置
に於ける少なくとも１０回の測定での最大高さの最大値
をめることにより実施され、ドラム状のものであれば、
任意の位置に於けるドラム軸に平行な方向への少なくと
も１０回の測定での最大値をめることにより実施される
。

光導電層の表面粗さは、その最大高さの絶対値ができる
だけ小さい方が好ましく、特にクリーニング性能は最大
高さの絶対値に対する依存性が大きい。しかし、光導電
層の電気的、光学的、光導電的特性は、必ずしも最大高
さの絶対値だけで論するのは適当ではなく、光導電層の
平均層厚との相対的関係で特定値以下に抑制するのが良
好な特性を有する光導電層を形成する上では重要である
。すなわち、表面粗さの最大高さを、光導電層の平均層
厚の１／２以内に抑°制することによって優れた光導電
部材が得られる。したがって、最大高さの絶対値を相当
小さくしたとしても、光導電層の平均層厚が薄く、最大
高さが？均層厚の１／２を超える場合には、前述した堆
積膜の均一性の低下、柱状構造や球状突起の生成による
光導電層の特性が低下する。

次にグロー放電分解法による光導電部材の製造方法の例
について説明する。

第３図にグロー放電分解法による光導電部材の製造装置
を示す。

図中の１１０２〜１１０６のガスボンベには、本発明の
光導電部材の光導電層を形成するための原料カスが密封
されており、その−例として、例えば１１０２は、　Ｓ
ｉＨ４ガス（純度９９．９９％）ボンベ、１１０３はＨ
２で希釈された８２　Ｈ６カス（純度９９．９９％、以
下Ｂ２）１６／Ｉ（２ガスと略す）ボンベ、１１０４は
ＮＨ３ガス（純度９１１、Ｈ％）ボンベ、１１０５はＣ
Ｈ４カス（純度９１１．Ｈ％）ボンベ、１１０８はＳｉ
Ｆ４カス（純度！ｌ１９．Ｈ％）ボンベである。図示さ
れていないがこれら以外に、必要に応じて所望のガス種
を増設することが１工能である。

これらのカスを反応室１１０１に流入させるには、ガス
ポンベ１１０２〜１１０６の各バルブ１１２２〜１１２
８及びリークバルブ１１３５が閉じられていることを確
認し、また、流入バルブ１１１２〜１１１６、流出バル
ブ１１１７〜１１２１及び補助バルブ１ｔ３２：　１１
３３が開かれていることを確認して、先づメインバルブ
１１３４を開いて反応室１１０１及びガス配管内を排気
する。次に真空計１１３８の読みが約５Ｘ　１０′６ｔ
ｏｒｒになった時点で補助バルブ１１３２．１１３３及
び流出バルブ１１１７〜１１２１を閉じる。続いてカス
ポンベ１１０２よりＳｉＨ４ガス、ガスポンベ１１０３
より”２Ｈ６／Ｈ２ガス、ガスポンベ１１０４よりＮＨ
３ガス、ガスポンベ１１０５よりＣ）Ｉ４ガス、ガスポ
ンベ１１０６よりＳｉＦ４ガスをそれぞれバルブ１１２
２〜１１２６を開いて出口圧ゲージ１１２７〜１１３１
の圧をＩＫｇ　／　ｃｍ２に調整し、流入バルブ１１１
２〜１ｌｌｆｌを徐々に開けて、マスフロコントローラ
１１０？〜１１１１内に流入させる。引き続いて流出／
ヘルプ１１１７〜１１２１及び補助バルブ１１３２．１
１３３を徐々に開いてそれぞれのガスを反応室１１０１
に流入させる。このときのこれら各ガス流量の比が所望
の値になるように流出バルブ１１１７〜１１２１を調整
し、また、反応室内の圧力が所望の値になるように真空
計１１３８の読みを見ながらメインバルブ１１３４の開
口を調整する。そして気体シリンダー１１３７の温度が
加熱ヒーター１１３８により５０〜４００℃の温度に設
定されていることを確認した後、電源１１４０を所望の
電力に設定して反応室１１０１内にグロー放電を生起さ
せる。

また１層形成を行っている間は、層形成の均一化を計る
ために基体シリンダー１１３７をモータ１１３８により
一定速度で回転させることが望ましい。

反応スパッタリング法或いはイオンブレーティング法に
依ってａ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）から成る光導電層を形成する
には１例えばスパッタリング法の場合にはＳｉから成る
ターゲットを使用して、これを所定のガスプラズマ雰囲
気中でスパッタリングし、イオンブレーティング法の場
合には、多結晶シリコン又は単結晶シリコンを蒸発源と
して蒸着ポートに収容し、このシリコン蒸発源を抵抗加
熱法、あるいはエレクトロンビーム法（ＥＢ法）等によ
って加熱蒸発させ飛翔蒸発物を所定のガスプラズマ雰囲
気中を通過させることによって実施できる。

以下、実施例について説明する。

実施例１ ＰＮＥＵＭＯＰＲＥＣＬＳＩＯＩＩ　ＩＮＣ，製の精密
切削用エアダンパー付旋盤に、先端部曲率０．０１（ｍ
ｓ＋−’　）のダイヤモンドバイトを、シリンダ中心角
に対して５°の負のすくい角を得るようにセットした。

次にこの旋盤の回転軸フランジに、アルミニウムシリン
ダーを真空チャックし、付設したノズルからの白燈油噴
霧、同じく付設した真空ノズルからの切り粉の吸引を並
用しつつ１周速１１０００（／ｍ１ｎ）、送り速度０．
０１（ｍ＋ｏ／Ｒ）の条件で鏡面切削を施こした。同シ
リンダを表面粗さ測定装置にかけ、軸方向に基準長さ２
．５■あたりの最大高さの測定を１０回行なったところ
最大高さが０．０２ｇｍ以内に収まっていることが確認
された。

次に、先に詳述した第３図に示す作製装置を用い、同シ
リンダー上に第１表の条件で光導電層を形成した。

この光導電部材の表面粗さにつき、軸方向に基準長さ２
．５ｍｍあたりの最大高さのを測定を１０回行なったと
ころ、最大高さは２μｓ内であった。この光導電部材を
複写装置にセットし、画像出しを行なったところ、画像
欠陥が少ない良好な画質が得られた。

次に上記の画像出し工程を１０万回行なった後に、同じ
ような画像評価を行なったが、初期の状態と殆ど変わら
ない良好な画質が得られた。更に、この時のクリー°ニ
ングブレードを検査したところ、殆ど摩耗していなかっ
た。

実施例２〜５及び比較例１〜２ 実施例１で使用した旋盤を用い、周速と送り速度を変え
てアルミニウムシリンダー基板の表面性を第２表のよう
に変化させた以外は、実施例１と全く同じ条件で光導−
電層を形成した。こうして得られた光導電部材につき実
施例１と同様の評価を行なったところ、第２表の結果を
得た。

実施例６ 第３図に示した光導電部材の製造−置を一部改造して、
チャンバー内の電極部のヒーター等の突起物を全て除き
、さらに露出するエツジ部分に全てＲをつけ、シリンダ
ー周辺で何らかの異常放電が全く認められない反応装置
を試作した。このような反応装置を用い実施例１で製作
した表面粗さの最大高さが０．０２ｕのアルミニウムシ
リンダーを用いる以外は実施例１と全く同じ条件で光導
電層を形成した。こうして得られた光導電部材につき実
施例１と同様の評価を行なったところ、実施例２の場合
と同様、最大高さが０．８−以内に収まっていることが
確認された。

実施例７．８−及び比較例３ 実施例１で使用した旋盤を用い、アルミニウムシリンダ
ーを周速３３３（ｍ／ｗｉｎ）　、送り速度０．０３（
ｍｍ／Ｒ）の条件で鏡面切削を施こし、このシリンダー
上に層厚を変えたことを除いて実施例１と同じ条件で光
導電層を形成した。こうして得られた光導電部材につき
実施例１と同様の評価を行なったところ、第３表の結果
を得た。

比較例３ ポールベアリング式の軸受けを有し、何ら防振対策の施
されていない所謂汎用旋盤を用い、バイト刃先にはダイ
ヤモンドのＲバイトを使用して、周速４５（履／腸ｉｎ
）　、送り速度０．５（ｍｓ／Ｒ）の条件でアルミニウ
ムシリンダーを研磨したところ、軸方向に基準長さ　２
．５■あたりの最大高さのを測定を１０回行なったとこ
ろ最大高さは０．５μｓであった。このシリンダーを用
い、クリンルーム外に設置された第３図のグロー放電分
解法による光導電部材の製造装置を使用し、パワー５Ｇ
ＯＷ、　ＳｉＨ４ガス流量５０ＳＣＣＮ、基板温度２５
０℃の条件のもとに、光導電層の層厚２０−の光導電部
材を作製した。この時の光導電層の表面粗さを軸方向に
基準長さ２．５■あたりの最大高さの測定を１０回行な
ったところ、最大高さが１ＯＪＡ１１以上になる箇所が
多数認められた。

この光導電部材を複写装置に七−２トし、画像出しを行
なったところ、初期の画質において既にガサつきが認め
られ、約２０００回の耐久画像出し試験でブレードの摩
耗が著しく、クリーニング不良を起すことが確認された
。また、コロナ照射によって異常放電が生じ、ピンホー
ルが生成して画像欠陥が多数生じていることも確認され
た。

第　３　表 （２）評価基準は第２表の場合と同じ。

第１図及び第２図は本発明の光導電部材の構成の実施態
様例を説明するために層構造を模式的に示した図である
。第３図は、グロー放電分解法による光導電部材の製造
装置を示した図である。

１００：光導電部材　１０１　：支持体１０２：光導電
層　１０３：障壁層 １０４＝表面障壁層　１１０１　：反応室１１０２〜１
１０６：ガスボンベ １１０７〜１１１１ニマスフロコ／トローラ１１１２〜
１１１８：流入バルブ １１１７〜１１２１　：流出バルブ １１２２　Ｎ１１２８　：バルブ １１２７〜１１３１　：圧力調整器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 支持体と、この支持体上に設けられ、ケイ素原子を母体
   とする非晶質材料を含有する光導電層とを有する光導電
   部材に於いて、前記光導電層のＪＩＳ　ＢＯｆｉｏｌに
   基づく表面粗さの基準長さ２．５ｍｍあたりの最大高さ
   が、該光導電層の平均層厚の１／２以下であることを特
   徴とする光導電部材。