JPS6067954A - 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】 本発明はアモルファスシリコン（以下、ａ−ｓｉ。

）を光導電層とした電子写真感光体の改良に関する。

近年、電子写真技術゛の進歩は目覚しく、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晃体は、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。現在、電子写真感光体には、Ｓｅ　、　Ｃ
ｄＳ　、　ＺｎＯ等の光電材、料が一般的に使用されて
いるが、ａ　−Ｓｉは耐熱性、耐摩耗性、無公害性、光
感度特性等に優れているという理由から、ａ　−Ｓｉの
電子写真感光体への応用が報告されて、いる。

しかしながら、安定した動作や著しく優れた耐久性がま
すます要求されている今日的状況では、いままで報告さ
れたａ　−Ｓｉ、感光体では十分に対応しきれなくなり
つつあり、特に、超高速複写用の感光体に要求される特
性を十分に満足しえるものではない。

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、きわめて安
定した動作特性をもつとともに、著しく優れた耐久性を
有する、卸高速複写に好適な電子写真感光体を提供する
ことを目的とする。

本発明の要旨は、導電性基板上に、望ましくは、ａ　’
−Ｓｉ障壁層を形成し、その上に、ａ　−Ｓｉ光導電層
と、水素及びフッ素とともに窒素を含むａ−８１表面保
護層とを、グロー放電分解法によって、順次積層して成
る電子写真感光体において、フッ素含有シリコン化合物
と水素含有シリコン化合物のガス容積に対して、フッ素
含有シリコン化合物のガス容積を２０〜５０％とした雰
囲気の中でグロー放電を発生し、前記ａ　−Ｓｉ表面保
護層を形成したことを特徴とする電子写真感光体を提供
することにある。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の電子写真感光体は、第１図（Ａ）に示す通り、
導電性基板（１）上に、ａ　−Ｓｉ光導電層（２）及び
ａ　−８１表面保護層（３１を順次積層して構成され、
望ましくは、第１図（Ｂｌに示す如く、導電性基板（１
）とａ−Ｓｉ−光導電層（２）の間Ｅ、ａ　−Ｓｉ障壁
層（４）を介在させるとよい。

ａ　−Ｓｉ−光導電層（２）には、水素及びフッ素の少
なくとも一種とともに、酸素、並びに周期律表第］［ａ
族、特に硼素を含有させる。

ａ　−Ｓｉ表面保護層（３）には、水素及びフッ素とと
もに、窒素、を含有し、更に、周律表第Ｈａ族、特に硼
素を含有させてもよい。

ａ−６ｉ、障壁層（４）には、水素及びフッ素の少なく
とも一種とともに、導電性基板（１）からの電荷の注入
を阻止させるため１例えば、酸素、窒素、炭素の少なく
とも一種、並びに周期律表第Ｈａ族、特に硼素を含有さ
せる。

第１表は、ａ　−Ｓｉ障壁層（４）に酸素を含有した場
合について、個々の層の厚み及び含有量を示しである。

第　１　表 本 第１表について、ａ−３ｉ障壁層（４）に含有させた酸
素にかえて、窒素、水素を含有した場合でも、それぞれ
の層の厚み並びに他の成分の含有量は何ら変更されるも
のではなく、　ａ　−Ｓ’ｘ障壁層（４）に、窒素、炭
素のそれぞれが単独に含有される場合、窒素含有量は０
．０５〜５５　ａｔｏｍｉｃ％、水素含有量は０．０５
〜４５　ａｔＯｍｉ、ｃ％である。

本発明によれば、ａ−Ｓｉ表面保護層（３）をグロー放
電分解法により形成するに際し、窒素の出発原料ガス（
例えば％Ｎ３など）、並びに硼素の出全原料ガス（例え
ば、Ｂ２Ｈ６など）のガス流量を調整して、層内のそれ
ぞれの含有量を特定するとともに、ＳｉＦ４などのフッ
素含有シリコン化合物と、ＳｉＨ４などの水素含有シリ
コン化合物のそれぞれのガス容積を特定することにより
、きわめて安定した動作特性をもち、著しく優れた耐久
性を有する感光体となることが判った。

即ち、フッ素含有シリコン化合物と水素含有シリコン化
合物のガス容積に対して、フッ素含有シリコン化合物の
ガス容積が２０％未満となると、比較的大きい結合エネ
ルギをもった５ｉ−Ｆが減少して耐久性の向上に寄与せ
ず、　５０％を超えると、シリコン原子のダングリング
ボンドが増加して、電荷受容量の低下とともに光感度の
劣化を招くことになり、２０〜５０％の範囲となるよう
に設定するとよい。フッ素含有シリコン化合物には、Ｓ
ｉ、Ｆ４．　Ｓｊ−ｇＦｅ　、　５ｉａｒｅなど種々の
化合物があり、水素含有シリコン化合物事こは、ＳｉＨ
＋　、　ＳｉｇＨａ　。

ＳｉｓＨｇなど種々の化合物がある。そして、上記シリ
コン化合物ガスやＢＲＨ６ガスなどは、Ａｒ、Ｈθなど
の希ガスやＨ１！ガスなどがキャリアガスとして使われ
ており、本発明によれば、表面保護層（３）をグロー放
電分解法により形成する雰囲気ガス中、５０〜９０％の
範囲に設定するのがよい。

かかる条件憂こよって形成したａ　−８１表面保護層（
３）は、窒素の含有量を最低で１　ａｔｏｍ、ｔｃ％、
最大でも５５　ａｔｏ＋ｕＬＱ％まで高めることができ
、これにより、５ｊＪＮ４を生成して感光体の耐久性を
上げるという所期の目的を達成することができる。好適
１こは、電荷保持能力を一層向上させるため、窒素の含
有量を１０〜５５　ａｔｏｍｔｃ％の範囲に設定すると
よい。そして、窒素が１．□　ａｔｏｍｔｃ％以下では
、耐久性の向上は見られず、且つ表面電位が低く、電荷
保持能力が向上しない。

また、表面保護ｆｆ　１３１０層厚は０．０１８ｍ以下
で耐久性の向上は見られず、且つ表面電位が低く、電荷
保持能力が向上しない。そして、０．５μｍ以上では光
感度が低下傾向を示すと同時に、残留電位が大きくなる
。従って、表面保護層（３）の層厚は０．０１〜０．５
μｍ、好ましくは０．０５〜０．１５μｍの範囲がよい
。尚、この層厚は、表面保護層＋３１の窒素含有量が多
くなれば層厚を小さく、逆にこれらの含有量が小さくな
れば、層厚を大きくするように、上記の適正範囲内で決
定される。

光導電層（２）については、酸素含有量を５　Ｘ　１０
＝ａｔｏｍｉ、ｃ％以上とすると光感度が大幅に低下し
、また逆に１０　ａｔｏｍｔｃ％以下であると、酸素原
子のその大きな電気陰性度によりダングリングボンドの
電子を充分にとり込むことができず、よって暗抵抗にし
て１０　Ω・国以上のａ　−Ｓｉ光導電一層を得ること
ができず、光導電層（２）の酸素含有量は棒 １０　〜５　Ｘ　１０　ａｔｏｍｉｃ％の範囲カヨイ。

障壁層（４）は光導電層（２）中で発生するキャリアを
導電性基板（１）へ円滑に輸送し、且つ導電性基板Ｔ１
）からの電荷の注入を阻止する役目をする。これに対し
、この障壁層（４）がない場合には、導電性基板（１）
からの電荷の注入阻止が有効になされず、表面電位が低
下し、暗減衰速度が大きくなる。

前記障壁層（４）が有効に働くためには、酸素、窒素、
炭素の含有量をそれぞれ０．０５〜６０　ａｔｏｍ１ｃ
％、０．０５〜５５　ａｔｏｍｉ−０％、０．０５〜４
５　ａｔｏｍｉｃ％の範囲とするのがよく、これらの少
なくとも一種がｏ、ｏ　ｓ　ａｔｏｍ１ｃ％以下では導
電性基板（１）からの電荷の注入阻止が十分でないため
、表面電位が不十分で暗減衰速度が大きくなり、それぞ
れが単独で上記最大値を越えると、光キャリアがトラッ
プされ、残留電位が増加する。尚、この障壁層について
、酸素、窒素、炭素のうちから２種もしくは３種と組み
合わせて含有してもよく、その組み合わせ次第によって
、それぞれの含有量が適宜決定される。

本発明のａ　−Ｓｊ−［子写真感光体においては、ａ　
−Ｓｉ光導電層の上に、窒素を含むａ　−Ｓｉ、表面保
護層をグロー放電分解法によって積層する場合、フッ素
含有シリコン化合物と水素含有シリコン化合物のガス容
積に対して、フッ素含有シリコン化合物のガス容積を２
０〜５０％とした雰囲気の中でグロー放電を発生してａ
　−Ｓｉ表面保護層を形成したため、窒素を含有させて
達成される安定した動作特性及び耐久性が、更に一層向
上し、特に、超高速複写用の感光体に好適となる。

次に、ａ　−Ｓｉ層を生成するための容量結合型グロー
放電分解装置を第２図に基づいて説明する。

図中の第１．第２．第３．第４．第５タンク（５）＋６
１　＋７１　＋８）　１９）には、それぞれ５ｊ−Ｆ＋
　、　ＳＩＨ＋　、　Ｂ＋＋Ｈａ　。

Ｏｓ　、　Ｎｓガスが密封されている。また、ＳｉＦ＋
　。

ＳｉＨ＋　、　ＢｓＨａガス何れもキャリアーガスは水
素である。これらのガスは対応する第１．第２．第３、
第４及び第５調整弁（１（１（１１１（１３Ｑ３１　（
１４１を開放することにより放出され、その流量がマス
フローコントローフａｃＪｗｅ回（１８１Ｇ！ｌにより
規制され、第１．第２及び第３タンク＋５１　（６１（
７１からのガスはｆｌｆ、ｌ主管■へ、また、第４及び
第５タンク＋８１　＋９１からの酸素ガス及び窒素ガス
は第２主管ＱＯへ送られる。尚、（２）（至）は止め弁
である。第１．第２主管（２１１（２１）を通じて流れ
るガスは反応管ｃ！４へと送り込まれる。が、この反応
管内部の基盤の周囲には容量結合型放電用［１ｍ（ハ）
が配設されており、それ自体の高周波電力は５０ｗａｔ
ｔｓ乃至３　ｋｊ−１ｏｗａｔｔｓが、また周波数はＩ
　ＭＨｚ乃至数１０　ＭＨｚが適当である。反応管（財
）内部には、その上にａ　−Ｓｉ、膜が形成される。例
えば、アルミニウムやＮＦＳＡガラスのような基板（至
）がモーター（５）により回転可能であるターンテーブ
ル（ハ）上に載置されており、該基板（至）自体は適当
な加熱手段により、約５０乃至３００℃好ましくは約１
５０乃至２５０℃の温度に均一加熱されている。また、
反応管ｃ２４の内部はａ　−８５−膜形成時に高度の真
空状態（放電圧０．５乃至２．０　ＴＯｒｒ　）を必要
とすることにより回転ポンプのと拡散ポンプ（至）に連
結されている。

以上の構成のグロー放電分解装置において、例えば、窒
素を含有するａ　−Ｓｉ膜を基板（至）上に形成すると
きは、第１及び／又は第２調整弁α（１（ＩＤとともに
、第５調整弁ａ４を開放して第１．第２タンク（５１（
６１よりＳｉＦ＋ガス、　ＳｉＨ＋ガスを、第５タンク
（９）より窒素ガスを、また硼素も含有させるときは第
３調整弁Ｉｌｚをも開放して、第３タンク（７）よりＢ
９Ｈ６ガスを放出する。放出量はマスフローコン）　ｖ
ｘ　−７（１５１（ｌｆｉ（１７１Ｑ９　ｓｒ　Ｘり規
制すｔｌ−１ＳｉＦ４ｉｆ　ス及ヒ／又は５ｉｆｔガス
の流量が特定され、それにＢｇＨａガスが混合されたガ
スが第１主管（至）を介して、また、それとともにＳｉ
Ｆ＋及び／又はＳＩＨ＋に対し一定のモル比にある窒素
ガスが第２主管Ｃ！υを介して反応管（財）へと送り込
まれる。そして反応室＠内部が０．５乃至２．ＯＴＯｒ
ｒ程度の真空状態、基板温度が５０乃至３００℃、容量
型放電用電極（ハ）の高周波電力が５０　ｗａｔｔｓ乃
至３　ｋｉｌｏｗａｔｔｓ　、また周波数が１乃至数１
０　ＭＨｚに設定されていることに損保って、グロー放
電が起こり、ガスが分解して、基板上にフッ素、水素及
び窒素を含有したａ　−Ｓｉ膜、或いは、それに加えて
適量の硼素を含有したａ−８１膜が約ｌＯ乃至２５００
　Ａ　７分の成膜速度で形成される。

以下、本発明の実施例について説明する。

〔実施例１〕 上述した第２図に示すグロー放電分解装置でａ−Ｓｉ光
導電層とａ　−Ｓｉ−表面保護層を形成し、この感光体
の耐久性を試験した。

即ち、前記グロー放電分解装置のターンテープ／Ｉ／＠
上に円筒状のアルミニウム基板（１）を載置し、第１タ
ンク（５）より水素をキャリアーガスとじたＳＩＦ　４
ガス（流量１３０８００Ｍ　）を、第２タンク（６）よ
り水素をキャリアーガスとした５ｊ−Ｈ４ガス（流量１
９０８ＱＯＭ　）を、第３タンク（７）より水素をキャ
リアーガスとしたＢ９Ｈ６ガス（流量ｆ３Ｑ　ＢＱＱＭ
　）を。

更に、第４タンク（８）より酸素ガス（流量１．４８Ｑ
ＱＭ）を放出し、これらのガス流量の割合に応じて、グ
ロー放電雰囲気のガス組成が決められる。これにより、
アルミニウム基板（１）上に酸素を約ｌＯ−１０−８ａ
ｔｏ％、硼素を約２００　ｐｐｍ　、水素及びフッ素が
合計して約１５　ａｔｏｍｔｃ％含有する厚さ１０μｍ
のａ−−８ｊ−光導電層を得た。このときの製造条件は
放電圧を０．６　Ｔｏｒｒ％基板温度を２００℃、高周
波電力を２００　ｗａｔｔｓ　、膜形成速度を１４　Ａ
　／　ｓｅｃ　とした。更に、同様の方法で、ＳＶ＋ガ
スを２０　ｓｃｃＭ、ＳｉＨ４ガスを３０　ｓｅｃＭ　
、　Ｂ９Ｈ６ガスを１２５８ＱＱＭ　。

更に、第５タンク（９）より窒素ガスを２０８０膜Ｍの
流量として放出した以外は同一の条件の下で上記ａ−Ｓ
ｉ光導電層上にａ　−Ｓｉ表面保護層を形成した。

この時、グロー放電の雰囲気において、５ｊ−Ｆ＋とＳ
ｉＨ＋のガス容積に対するＳｉＦ４．Ｆ／ス容積を約４
０％に設定し、キャリアーガスとして使ったＨ９ガスは
約８０％となった。これにより、窒素を約２０ａｔｏｍ
、ｉ−ｃ％、硼素を約２００　ｐｐｍ　、フッ素及び水
素が合計して約５　ａｔｏｍｉｃ％含有する厚さＱ、ｌ
／ｊｍのａ　−８１表面保護層を得た。

かかる電子写真感光体によれば、長波長領域も含めて光
感度特性が優れていることを確認し、更に、暗中で５．
６　ｋＶのコロナチャージャで帯電し、暗中での表面電
位の経時変化並びに７７０　ｎｍの単色光照射直後の表
面電位の経時変化を追ったところ、表面電位が７００ｖ
以上と大幅に高く、暗減衰も遅く、電荷保持能力にも優
れていることが認められ、この結果、半導体レーザを用
いたレーザービームプリンタへの応用など今後の幅広い
用途に対応できることが判った。

かくして得られた電子写真感光体について、５．６ｋｖ
ノコロナチヤージヤによる帯電をした後に、画像露光し
磁気ブラシ現象を行った結果、画像濃度が高く、高コン
トラストで良好な画像が得られ、４０Ｍ回の繰り返しテ
スト後においても、濃度低下、白地のかぶり、ドフへ表
面の傷による白抜けなど、初期画像からの劣化は全く見
られず、耐久性も良好であることが確認−された。

〔実施例２〕 前記実施例１で得られた感光体において、アルミニウム
基板１１）と光導電層（２）の間に、次の製作条件ｌこ
よって形成した障壁層（４）を介在させた電子写真感光
体をつくった。

即ち、第２図に示すグロ・−放電分解装置でＳｉＦ＋ガ
スを２０　ｓｃｃＭ　、　ＳｉＨ＋カスをβＱ　８（３
０Ｍ　、　Ｂ９Ｈ６ｆｆスを１２５　ＳＣ０Ｍ　、　Ｎ
Ｒガスを０．８　ＢＯＯＭ　（Ｄ流量とした以外は実施
例１の条件の下でアルミニウム基板（１）上に窒素を約
ｏ、ｓ　ａｔｏｍ１ｃ％、硼素を約２００　ｐｐｍ　。

フッ素及び水素が合計して約５　ａｔｏｍｉＱ％含有す
る厚さ２μ解のａ　−Ｓｉ障壁層を得た。次いで、この
上に、実施例１と全く同一のａ　−Ｓｉ光導電層及びａ
　−８１表面保護層を順次積層して電子写真感光体を得
た。

かくして得られた電子写真感光体について、５５ｋＶの
コロナチャージャによる帯電をした後に、画像露光し磁
気ブラシ現象を行った結果、画像濃度が高く、高コント
ラストで良好な画像が得られ、荀万回の繰り返しテスト
後においても、　濃度低下、白地のかぶり、ドラム表面
の傷による白抜けなど、初期画像からの劣化は全く見ら
れず、耐久性も良好であることが確認された。

更に、本例により得られた電子写真感光体は、長波長領
域も含めて光感度特性が優れていることに加え、５．６
　ｋＶのコロナチャージャで帯電して、暗中での表面電
位の経時変化並びに７７Ｑ　ｎ１Ｔｌの単色光照射直後
の表面電位の経時変化によれば、その表面電位が実施例
１よりも一段と大幅に高く、８５０■以上となり、電荷
保持能力にも好適となることが判った。゛ 〔実施例３〕 実施例１で述べた表面保護層を形成する場合、第１タン
ク（５）より水素をキャリアーガスとしたＳｉＦ＋ガス
、並びに第２タンク（６）より水素をキャリアーガスと
したＳｉＨ４ガスのそれぞれの放出量を変えて、グロー
放電雰囲気のガス組成を第２表のように幾通りにもして
、感光体（Ａｌ　（Ｂｌ　（Ｃ１及び（Ｄｌを製作した
。但し、その他の製作条件は実施例１と全く同一にした
。

かかる感光体の耐久性試験を実施例１で述べた方法によ
って確認したところ、第２表の通りである。尚、第２表
中の耐久性試験の評価は、初期画像からの劣化が認めら
れた限界の繰り返し回数を目安とした。

第　２　表 第２表から明らかなように、感光体（Ｂ）（Ｃ）は、４
０Ｍ回の繰り返しテストをおこなっても、濃度低下。

白地のかぶり、ドラム表面の傷による白抜けなど。

初期画像からの劣化が見られず、耐久性が著しく向上し
、これにより、超高速複写用の感光体として十分に満足
しえるものとなることが判った。然るに、感光体（Ａｔ
　（ＤＪでは、せいぜい、２０万回、１５万回であり、
在来のａ　−Ｓｉ感光体とほぼ同じレベルであった。

上述した実施例から明らかなようＩこ、本発明のａ　−
Ｓｉ感光体は、光導電層の上に表面保護層が積層されて
おり、その表面保護層をグロー放電分解装置によって形
成するに際し、フッ素含有シリコン化合物と水素含有シ
リコン化合物のガス組成を特定することにより、きわめ
て安定した動作特性並びに優れた耐久性が獲得され、そ
の結果、今後、ますます要求される超高速複写用の感光
体として期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る感光体の拡大断面図、第２図はア
モルファスシリコン層を形成するだめのグロー放電分解
装置を示す概略図である。 （１１−・・導電性基板 （２）・・・アモルファスシリコン光導電層！３１−・
・アモルファスシリコン表面保護層＋４）−・・アモル
ファスシリコン障壁層特許出願人　京セラ株式会社 同　河　村　孝　夫

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性基板上に、アモルファスシリコン光導電層
   と、水素及びフッ素とともに窒素を含むアモルファスシ
   リコン表面保護層とを、グロー放電分解法によって、順
   次積層して成る電子写真感光体において、フッ素含有シ
   リコン化合物と水素含有シリコン化合物のガス容積に対
   して、フッ素含有シリコン化合物のガス容積を２０〜５
   ０％とした雰囲気の中でグロー放電を発生し、前記アモ
   ルファスシリコン表面保護層を形成したことを特徴とす
   る電子写真感光体。
2. （２）導電性基板上に、アモルファスシリコン障壁層と
   ゛、アモルファスシリコン光導電層と、水素及びフッ素
   とともに窒素を含むアモルファスシリコン表面保護層と
   を、グロー放電分解法によって、順次積層して成る電子
   写真感光体において、フッ素含有シ）コン化合物と水素
   含有シリコン化合物のガス容積に対して、フッ素含有シ
   リコン化合物のガス容積を２０〜５０％とした雰囲気の
   中でグロー放電を発生し、前記アモルファスシリコン表
   面保護層を形成したことを特徴とする電子写真感光体。
3. （３）　前記グロー放電分解用ガスとともに、キャリア
   ーガスとして水素ガス、希ガスの少なくとも一種がグロ
   ー放電の雰囲気ガスを占め、その割合が５０〜９０％と
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の電子写真感光体。
4. （４）　前記フッ素含有シリコン化合物がＳｉＦ４であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載の電子写真感光体。
5. （５）前記水素含有シリコン化合物がＳｉ、Ｈ＋である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の電子写真感光体。
6. （６）　前記アモルファスシリコン表面保護層に周期律
   表第ｍａ族が含まれていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の電子写真感光体。