(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板上にシリコンからなる電気的絶縁層と、アモルファスシリコン層と、シリコンからなる電気的絶縁層と、アモルファスシリコンからなる電荷注入阻止層と、アモルファスシリコンからなる光導電層と、表面保護層とを順次積層してなる感光体。
【請求項２】
請求項１の感光体と、該感光体の表面に電荷を付与する帯電手段と、感光体の帯電領域に対し光照射する露光手段とから成り、これら帯電手段と露光手段とにより感光体の表面に静電潜像を形成するとともに、該静電潜像に対応したトナー像を感光体の表面に形成する現像手段と、該トナー像を被転写材に転写する転写手段と、該転写後に感光体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、該転写後に残余静電潜像を除去する除電手段とを配設したことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水素化アモルファスシリコン光導電層を備えた感光体に関するものである。さらにこの感光体を搭載した画像形成装置に関するのである。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファスシリコン（以下、アモルファスシリコンをａ−Ｓｉと略記する）を光導電層とした感光体が、すでに製品化されているが、このａ−Ｓｉ感光体は導電性基板上にグロー放電分解法により水素化アモルファスシリコン（以下、水素化アモルファスシリコンをａ−Ｓｉ：Ｈと略記する）からなる電荷注入阻止層とａ−Ｓｉ：Ｈ光導電層とを順次積層し、さらに表面保護層を被覆した層構成である。そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ電荷注入阻止層に、たとえば周期律表第IIIａ族元素をドーピングすることで電子に対するポテンシャル障壁が形成され、これにより、導電性基板からの電子の注入を防ぎ、正帯電用の電子写真感光体が得られる。
【０００３】
また、上記電荷注入阻止層を積層構造にする技術も提案されている。すなわち、電荷注入阻止層をｐ層とｉ層とｎ層とを順次積層した３層構造、もしくはｎ層とｉ層とｐ層とを順次積層した３層構造にして、あるいはｐ層とｎ層とを順次積層した２層構造、ｎ層とｐ層とを順次積層した２層構造にして、その層自体の耐圧を著しく向上させ、これによって表面電位を高め、良好な画像が安定して得られた電子写真感光体が提案されている（特開昭５９−２００２４４号参照）。
【０００４】
さらに上記電荷注入阻止層を構成する材料を特定することも検討されている。たとえば、特開昭５９−４５４４５号では、アモルファス水素化シリコンの酸化物と窒化物との混合物にて電荷注入阻止層を構成している。
【０００５】
これらの従来技術においては、電荷注入阻止層自体を改良するものであるが、その他に、導電性基板と電荷注入阻止層との間にシリコン原子を母材とし、構成原子として４３原子％までの窒素原子を含有するアモルファス材の補助層を介在し、導電性基板に対する密着性を高めた電子写真感光体も提案されている（特開昭５８−１４５９６１号および特開昭５８−１４５９６２号参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにアモルファス材の補助層を介在した電子写真感光体においては、残留電位がほぼない状態で、感光体の耐久性を高める技術であって、この補助層は単層にて形成し、しかも、膜厚を薄く規定することで残留電位を低減させ、さらに皆無としているが、その反面、耐圧を高くすることがむずかしいという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究に努めた結果、導電性基板と電荷注入阻止層との間に、シリコンからなる電気的絶縁層と、電気的非絶縁性のａ−Ｓｉ層と、シリコンからなる電気的絶縁層との積層を介在させることで、残留電位を極力低減させるとともに、耐圧が向上することを見出した。
【０００８】
したがって本発明は上記知見により完成されたものであり、その目的はシリコンからなる電気的絶縁層と電気的非絶縁性のａ−Ｓｉ層とシリコンからなる電気的絶縁層との積層にしたことで、残留電位と耐圧の双方を改善した高性能かつ高品質な電子写真感光体を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、残留電位と耐圧の双方を改善したことで、高速印字画像装置に適した電子写真感光体を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、かかる優れた電子写真感光体を搭載した高性能な画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子写真感光体（感光体）は、導電性基板上にシリコンからなる電気的絶縁層と、電気的非絶縁性のａ−Ｓｉ層と、シリコンからなる電気的絶縁層と、ａ−Ｓｉからなる電荷注入阻止層と、ａ−Ｓｉからなる光導電層と、表面保護層とを順次積層してなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の画像形成装置は、本発明の感光体と、この感光体の表面に電荷を付与する帯電手段と、感光体の帯電領域に対し光照射する露光手段とから成り、これら帯電手段と露光手段とにより感光体の表面に静電潜像を形成するとともに、静電潜像に対応したトナー像を感光体の表面に形成する現像手段と、トナー像を被転写材に転写する転写手段と、転写後に感光体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、転写後に残余静電潜像を除去する除電手段とを配設したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
電子写真感光体の構成
図１は本発明の電子写真感光体１の層構成であり、電子写真感光体１においては、導電性基板３の上にグロー放電分解法などのＣＶＤにより、シリコン（Ｓｉ）からなる電気的絶縁層５ａと、導電性、すなわち電気的非絶縁性のａ−Ｓｉ層４と、シリコン（Ｓｉ）からなる電気的絶縁層５ｂと、ａ−Ｓｉ：Ｈからなる電荷注入阻止層６およびａ−Ｓｉ：Ｈからなる光導電層７とを順次積層し、この光導電層７上に表面保護層８を積層する。
【００１４】
導電性基板３には銅、黄銅、ＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属導電体、あるいはガラス、セラミックなどの絶縁体の表面に導電性薄膜を被覆したものなどがある。この導電性基板３はシート状、ベルト状もしくはウェブ状可とう性導電シートでもよく、このようなシートにはＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属シート、あるいはポリエステル、ナイロン、ポリイミドなどの高分子樹脂フィルムの上にＡｌ、Ｎｉなどの金属もしくは酸化スズ、インジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）などの透明導電性材料や有機導電性材料を蒸着などにより被覆して導電処理したものを用いる。
【００１５】
電荷注入阻止層６については、ａ−Ｓｉ：Ｈに対し価電子制御用不純物としての周期律表第IIIａ族元素（以下、IIIａ族元素と略記する）および／または周期律表第Ｖａ族元素（以下、Ｖａ族元素と略記する）をドーピングするとよく、これによって、キャリアの移動を制御できる。
【００１６】
この電荷注入阻止層６に酸素や窒素を含有させて、禁制帯幅を大きくし、これによって電荷注入阻止という機能上、障壁を高くしてもよい。
【００１７】
ａ−Ｓｉ：Ｈからなる光導電層７については、価電子制御用不純物として、IIIａ族元素またはＶａ族元素を添加してもよく、この層に光入射したことで光伝導キャリアを発生させる。そして、電子写真感光体１をコロナ放電にさらしたことで表面電荷が形成されるが、この光伝導キャリアが表面電荷を打ち消すことで、感光体表面に静電潜像が形成される。このような光応答性は上記の不純物添加量により制御できる。さらには膜内の不対結合を制御したり、膜質を向上させることでも、アクセプタ準位およびドナー準位の密度分布を調整することができる。ここでの膜質とは、膜の結合を緻密にし、さらには不対結合等の結合欠陥を極力すくなくし、余分なトラップ準位を減らすということを意味する。
【００１８】
本発明においては、導電性基板３と電荷注入阻止層６との間に、電気的絶縁層５ａと電気的非絶縁性のａ−Ｓｉ層４と電気的絶縁層５ｂとの積層を介在させることで、感光体全体の膜厚が大きくなることで、耐圧を著しく高めるとともに、残留電位を下げたり、無くしている。
【００１９】
なお、残留電位がまったくゼロにならなくても、画像形成装置にて調整することで、すなわち、露光後電位と現像バイアスとの差を大きくすることで（露光後電位が大きくなってしまった分、現像バイアスも上げることで）、除電後の電位が大きくても、黒ベタ濃度を適性濃度まで高めることができ、これによって、残留電位がゼロになった場合と、同程度にまでの優れた結果が得られる。
【００２０】
また、ａ−Ｓｉ層４と電気的絶縁層５ａ，５ｂとの積層にしたことで、耐圧を所要とおりの値に調整することが容易になる。
【００２１】
上記表面保護層８については、ａ−Ｓｉ、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスシリコンナイトライド、アモルファスシリコンオキサイド、セレン等を、グロー放電分解法、真空蒸着法、活性反応蒸着法、イオンプレーテイング法、ＲＦスパッタリング法、ＤＣスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、熱ＣＶＤ法などで成膜形成する。また、有機材料を使用する場合には塗布などによって成膜形成する。
【００２２】
電荷注入阻止層６、光導電層７および表面保護層８には水素が含有させることで、ダングリングボンドを補償しているが、水素以外にフッ素などのハロゲンを含有させることでダングリングボンドを補償してもよい。
【００２３】
このような積層構造の電子写真感光体１に対し、本発明においては、さらにシリコン（Ｓｉ）からなる電気的絶縁層５ａと電気的非絶縁性のａ−Ｓｉ層４とシリコン（Ｓｉ）からなる電気的絶縁層５ｂとの積層構造を設けている。
【００２４】
ａ−Ｓｉ層４は、とくに耐圧を向上させる層であって、膜質としてはａ−Ｓｉ：Ｈからなる光導電層７と同様に良質にするとよい。ただし、このａ−Ｓｉ層４には感光性を有することが多く、そのために光伝導キャリアが発生しないように、電荷注入阻止層６、光導電層７および表面保護層８にて膜質や膜厚を制御する。長波長のような露光波長では膜深部にまで入り込むので、その点を考慮するのがよい。
【００２５】
このようなａ−Ｓｉ層４は、価電子制御用不純物をなんら添加しない場合には、若干のｎ型半導体特性を示すが、さらにIIIａ族元素を添加することで伝導性としてｉ型にするのが望ましく、これにより、電気的に中性とし、キャリアの数を最小限にするとよい。
【００２６】
また、ａ−Ｓｉ層４の膜厚は、２０μｍ以下、好適には１〜１０μｍ、最適には５〜１０μｍ、にするとよく、これによって残留電位やキャリア発生量が少なくなる。
【００２７】
また、電気的絶縁層５ａ，５ｂについても、耐圧を高めるために設けるが、さらには残留電位が生じないように、もしくは大きくならないようにするために、エネルギ−障壁が大きく絶縁性に優れたシリコン材にて形成する。たとえば、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）、シリコンカ−バイド（ＳｉＣ）、シリコンオキサイド（ＳｉＯ）などからなるアモルファス材、一部結晶性を有するアモルファス材もしくは多結晶材がある。
【００２８】
このようなシリコン材にて形成することで、光キャリア発生量が少なくなり、導電性基板３からのキャリア阻止性が高くなる。さらに耐圧を高めるために膜厚を厚くしても、残留電位増加率が低くなる。
【００２９】
電気的絶縁層５（５ａ，５ｂ）の膜厚は、５μｍ以下、好適には０．５〜１μｍにするとよく、これによって残留電位やキャリア発生量が少なくなる。また、この層５の抵抗は、好適には１０12Ωｃｍ以上あればよい。
【００３０】
かくして本発明の電子写真感光体１においては、導電性基板３と電荷注入阻止層６との間に、電気的絶縁層５ａと電気的非絶縁性のａ−Ｓｉ層４と電気的絶縁層５ｂとの積層を介在させることで、感光体全体の膜厚が大きくなることで、耐圧を著しく高めるとともに、残留電位を下げたり、無くしている。
【００３１】
また、残留電位がまったくゼロにならなくても、画像形成装置にて調整することで、すなわち、露光後電位と現像バイアスとの差を大きくすることで、除電後の電位が大きくても、黒ベタ濃度を適性濃度まで高めることができ、これによって、残留電位がゼロになった場合と、同程度にまでの優れた結果が得られる。
【００３２】
しかも、ａ−Ｓｉ層４と電気的絶縁層５ａ，５ｂとの積層にしたことで、耐圧を所要とおりの値に調整することが容易になる。すなわち、電気的絶縁層５ａ，５ｂで大まかに耐圧を向上させ、さらに耐圧向上割合が少なく、残留電位が発生しにくいａ−Ｓｉ層４の膜厚を調整することで微調整をする。
【００３３】
画像形成装置の構成
図２は本発明の感光体を搭載したプリンター構成の画像形成装置９であり、１０は感光体であり、この感光体１０の周面にコロナ帯電器１１と、その帯電後に光照射する露光器１２（ＬＥＤヘッド）と、トナー像を感光体１０の表面に形成するためのトナー１３を備えた現像機１４と、そのトナー像を被転写材１５に転写する転写器１６と、その転写後に感光体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段１７と、その転写後に残余静電潜像を除去する除電手段１８とを配設した構成である。また、１９は被転写材１５に転写されたトナー像を熱もしくは圧力により固着するための定着器である。
【００３４】
このカールソン法は次の（１）〜（６）の各プロセスを繰り返し経る。
（１）感光体８の周面をコロナ帯電器９により帯電する。
（２）露光器１０により画像を露光することにより、感光体８の表面上に電位コントラストとしての静電潜像を形成する。
（３）この静電潜像を現像機１２により現像する。この現像により黒色のトナーが静電潜像との静電引力により感光体表面に付着し、可視化する。
（４）感光体表面のトナー像を紙などの被転写材１３の裏面よりトナーと逆極性の電界を加えて、静電転写し、これにより、画像を被転写材１３の上に得る。
（５）感光体表面の残留トナーをクリーニング手段１５により機械的に除去する。
（６）感光体表面を強い光で全面露光し、除電手段１６により残余の静電潜像を除去する。
【００３５】
なお、画像形成装置９はプリンターの構成であるが、露光器１２に代えて原稿からの反射光を通すレンズやミラーなどの光学系を用いれば、複写機の構成の画像形成装置となる。
【００３６】
また、この画像形成装置９には通常の乾式現像を用いているが、その他、湿式現像に使用される液体現像剤にも適用される。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例を説明する。
【００３８】
純度９９．９％のＡｌからなる円筒状の基板の上に表１に示すような成膜条件（この条件は一チェンバ内での値である）でもってグロー放電分解法により電気的絶縁層５ａと、ａ−Ｓｉ層４と、電気的絶縁層５ｂと、電荷注入阻止層６と、光導電層７と、表面保護層８とを積層する。
【００３９】
【表１】
0004231191.tif 000002
【００４０】
（例１：参考例）
本例においては、表１に示す成膜条件において、ａ−Ｓｉ層４を形成しないで、単一の電気的絶縁層５を成膜した。この成膜に当たっては、ＮＨ3ガスをＳｉＨ4ガスとの流量比（ＮＨ3／ＳｉＨ4）でもって表２に示すように幾とおりにも変えて導入し、しかも、膜厚を１μｍ、５μｍ、１０μｍの３とおりに変え、これによって試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１８の電子写真感光体を作製した。
【００４１】
そして、これらの電子写真感光体の残留電位、画像の評価判定、耐圧を測定したところ、表２に示すような結果が得られた。
【００４２】
これらの測定方法および測定条件はつぎのとおりである。
残留電位：自作汎用検査機を用いて、帯電、露光、除電の１周にて計測される値の平均値とした。測定条件は、ドラム表面温度：４２℃、ドラム速度：線速約１１４０ｍｍ/ｓｅｃ、除電光光量：６００μＷにした。
画像の評価判定：市販されている高速プリンタを使用した。
耐圧：接触式針耐圧法にて測定した（電極針形状の先端径：φ１．４ｍｍ）。感光体ドラム表面と針先とは接触させるが、空気の影響を受けないために、グリセリンを媒体としている。
【００４３】
【表２】
0004231191.tif 000003
【００４４】
画像の評価判定については、○印、△印、×印の３とおりに区分し、○印は正常かつ良好な画像が得られた場合であり、△印は若干、かぶりが見られた場合であり、×印はかぶりが顕著に見られ、画像として不適になった場合である。
【００４５】
表２に示す結果から明らかなとおり、膜厚が１μｍの試料Ｎｏ．１、試料Ｎｏ．４、試料Ｎｏ．７、試料Ｎｏ．１０、試料Ｎｏ．１３、試料Ｎｏ．１６においては、流量比（ＮＨ3／ＳｉＨ4）が大きくなるにしたがって、正負とも耐圧が大きくなっている。しかし、試料Ｎｏ．１６では残留電位も大きくなり、不適である。
【００４６】
また、膜厚が５μｍの試料Ｎｏ．２、試料Ｎｏ．５、試料Ｎｏ．８、試料Ｎｏ．１１、試料Ｎｏ．１４においても、流量比（ＮＨ3／ＳｉＨ4）が大きくなるにしたがって、正負とも耐圧が大きくなっている。
【００４７】
試料Ｎｏ．８では、一部画像判定にて低下傾向が認められたが、十分に実用性があることを確認した。ちなみに、残留電位が約１５０Ｖ付近にて画像の鮮明性および濃度が顕著に低下することが確認された。
【００４８】
しかし、試料Ｎｏ．１１と試料Ｎｏ．１４では残留電位も大きくなり、不適である。
【００４９】
さらにまた、膜厚が１０μｍの試料Ｎｏ．３、試料Ｎｏ．６、試料Ｎｏ．９、試料Ｎｏ．１２においても、流量比（ＮＨ3／ＳｉＨ4）が大きくなるにしたがって、正負とも耐圧が大きくなっている。しかし、試料Ｎｏ．９と試料Ｎｏ．１２では残留電位も大きくなり、不適である。
【００５０】
（例２）
つぎに本例では、表１に示すようにａ−Ｓｉ層４を形成し（膜厚を５μｍに設定する）、さらに流量比（ＮＨ3／ＳｉＨ4）を幾とおりに変えた電気的絶縁層５ａ（膜厚を１μｍに設定する）と電気的絶縁層５ｂ（膜厚を１μｍに設定する）を成膜し、その他の成膜構成を表１に示すとおりにした電子写真感光体を作製し、同様に残留電位、画像の評価判定、耐圧を測定したところ、表３に示すような結果が得られた。表３において「基板側」は電気的絶縁層５ａに相当し、「阻止層側」は電気的絶縁層５ｂに相当する。
【００５１】
【表３】
0004231191.tif 000004
【００５２】
この表から明らかなとおり、さらにａ−Ｓｉ層４を形成しても残留電位が上昇しないままで、耐圧が大きくなっていることがわかる。
【００５３】
（例３）
つぎに電気的絶縁層５ａと電気的絶縁層５ｂの双方について、膜厚を１μｍに設定し、さらに流量比（ＮＨ3／ＳｉＨ4）を１．０に定め、そして、ａ−Ｓｉ層４の厚みを幾とおりに変えて電子写真感光体を作製し、同様に残留電位、画像の評価判定、耐圧を測定したところ、表４に示すような結果が得られた。
【００５４】
【表４】
0004231191.tif 000005
【００５５】
同表から明らかなとおり、ａ−Ｓｉ層４の膜厚が大きくなるにしたがって、耐圧が増大し、その膜厚の調整することで、所要とおりに耐圧が得られることがわかる。しかも、ａ−Ｓｉ層４の膜厚が画像および残留電位にほとんど影響を及ぼさないこともわかった。
【００５６】
（例４）
本例では、表５に示すように流量比（ＣＨ4／ＳｉＨ4）を幾とおりに変えた電気的絶縁層５ａ（膜厚を１μｍに設定する）と電気的絶縁層５ｂ（膜厚を１μｍに設定する）を成膜し、また、膜厚５μｍのａ−Ｓｉ層４を形成し、その他の成膜構成を（例１）と同じにした電子写真感光体を作製し、同様に残留電位、画像の評価判定、耐圧を測定したところ、表５に示すような結果が得られた。
【００５７】
【表５】
0004231191.tif 000006
【００５８】
この表に示す結果から明らかなとおり、流量比（ＣＨ4／ＳｉＨ4）が大きくなるにしたがって、正負とも耐圧が大きくなっている。
【００５９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の電子写真感光体によれば、導電性基板上にＳｉからなる電気的絶縁層と、電気的非絶縁性ａ−Ｓｉ層と、Ｓｉからなる電気的絶縁層と、ａ−Ｓｉ電荷注入阻止層と、ａ−Ｓｉ光導電層と、表面保護層とを順次積層したことで、残留電位と耐圧の双方が改善され、これにより、高性能かつ高品質な電子写真感光体が得られ、その結果、高速印字画像装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施形態に係る感光体の層構成を示す断面図である。
【図２】本発明の画像形成装置の概略図である。
【符号の説明】
１          電子写真感光体
３          導電性基板
４          電気的非絶縁性ａ−Ｓｉ層
５ａ、５ｂ  電気的絶縁層
６          電荷注入阻止層
７          光導電層
８          表面保護層
９          画像形成装置
１１          コロナ帯電器
１２        露光器
１３        トナー
１４        現像機
１５        被転写材
１６        転写器
１７        クリーニング手段
１８        除電手段
【図１】
0004231191.tif 000007
【図２】
0004231191.tif 000008