JPS63133157A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は残留電位を小さくして画像にカブリが生じない
ようにした電子写真感光体に関するものである。

〔従来技術及びその問題点〕

近年、電子写真感光体の進歩は目覚ましく、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光体は長期間高
速で使用されるため、動作の安定性及び耐久性が要求さ
れる。この要求に対して水素化アモルファスシリコンが
耐熱性、耐摩耗性、無公害性並びに光感度特性等に優れ
ているという理由から注目されている。

かかるアモルファスシリコン（以下、ａ−５ｉと略す）
から成る電子写真感光体には第２図に示す通りの積層型
感光体が提案されている。

即ち、第２図によれば、アルミニウムなどの導電性基板
（１）上にａ−３ｉキャリア注入阻止層（２）、ａ−３
ｉキャリア発生層（３）及び表面保護層（４）を順次積
層しており、このキャリア注入阻止層（２）は基板（１
）からのキャリアの注入を阻止して表面電位を高めるた
めに形成されており、そして、表面保護層（４）には高
硬度な材料を用いて感光体の耐久性を高めている。

ところが、このａ−５ｉ悪感光によれば、ａ−５ｉキャ
リア発生層（３）自体が有する暗抵抗率が１０’−Ω・
ｃｍ以下であり、これにより、この感光体の暗減衰率が
大きくなると共にそれ自体の帯電能を高めることが難し
くなり、その結果、この感光体を高速複写用に用いた場
合には光メモリ効果により先の画像が完全に除去されず
に残存し、次の画像形成に伴って先の画像が再び現れる
（ゴースト現象）という問題がある。

この問題を解決するために第３図に示すような機能分離
型感光体が提案されている。

即ち、第３図によれば、前述したキャリア注入阻止層（
２ａ）とキャリア発生層（３ａ）の間にキャリア輸送層
（５）を形成しており、そして、このキャリア輸送層（
５）には暗抵抗率及びキャリア移動度のそれぞれが大き
い材料で形成されており、これにより、表面電位及び光
感度に優れ且つ残留電位が小さい高性能な感光体が得ら
れ、その結果、ゴースト現象が生じなくなる。

このキャリア輸送層（５）については高抵抗且つ広いバ
ンドギャップ並びに半導体特性を具備したアモルファス
シリコンカーバイドを用いることが特開昭５８−１９２
０４６号公報などに提案されている。

しかしながら、この公報に示されたアモルファスシリコ
ンカーバイド（以下、計ＳｉＣと略す）から成るキャリ
ア輸送層を形成するに当たってシリコン元素（Ｓｔ）と
カーボン元素（Ｃ）の原子組成比を１＝９乃至９；１の
範囲内に設定した場合、キャリア移動度が低下傾向にあ
り、これにより、キャリアがａ−３ｉＣキャリア輸送層
でトラップされ易くなって高光感度特性且つ残留電位の
一層の低減化が髄しくなり、その結果、画像にカブリが
生じ易くなる。

〔発明の目的〕

従って本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり
、その目的はａ−３ｉＣキャリア輸送層のキャリア移動
度を一段と向上させ、これにより、残留電位を小さくし
て画像にカブリが生じないようにした電子写真感光体を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

３一 本発明によれば、基板上に少なくともキャリア注入阻止
層、キャリア輸送層及びキャリア発生層を形成した電子
写真感光体において、前記キャリア注入阻止層がａ−５
ｉＣから成ると共にＣとＳｉの原子組成比を１＝９乃至
９：１の範囲内に設定し、前記キャリア輸送層がａ−５
ｉＣから成ると共にＣとＳｉの原子組成比を１：１００
乃至１：９の範囲内に設定し、前記キャリア発生層をａ
−５ｉＣにより形成したことを特徴とする電子写真感光
体が提供される。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の電子写真感光体の典型的な層構成を示
しており、この図によれば、導電性基板（１）上にキャ
リア注入阻止層（６）、キャリア輸送層（７）、キャリ
ア発生層（８）及び表面保護層（９）が順次形成された
積層型感光体を示しており、そして、この感光体に対し
てキャリア輸送層（７）とキャリア発生層（８）の積層
順序を変えた積層型感光体であってもよい。

本発明によれば、上記キャリア輸送層（７）をａ−５ｉ
Ｃにより形成するに当たってＣ元素とＳｉ元素の原子組
成比を］：１００乃至１：９の範囲内に、好適には１　
：５０乃至１　；９の範囲内に設定し、これにより、こ
のキャリア輸送層（７）のキャリア移動度を向上させ、
更に上記キャリア発生層（８）をａ−５ｉＣにより形成
し、これによって帯電能と光感度を高め、更にまた上記
キャリア注入阻止層（６）をａ−３ｉＣにより形成し、
これによって一層帯電能を大きくし且つ暗減衰を減少さ
せると共に残留電位も小さくすることを特徴とする。

先ず、キャリア輸送層（７）を上記の通りの原子組成比
に決めた理由は、Ｃ元素とＳｉ元素の原子組成比がｂｌ
ＯＯから外れた場合、キャリア輸送層の暗抵抗率を大き
くして表面電位を高くするという効果が顕著でなくなり
、この原子組成比が１：９から外れた場合、キャリア輸
送層の暗抵抗率が大きくなって表面電位が高くなるが、
その反面、キャリア移動度が低下傾向にあり、これによ
って残留電位が増加して画像にカブリが生じ易くなるた
めである。

−６＝ 上記キャリア輸送層（７）の厚みは１乃至５０μｍ、好
適には５乃至３０μｍの範囲内に設定するのがよく、１
μｍ未満であれば電荷保持能力に劣ってゴースト現象が
顕著になり、５０μｍを超えると画像の分解能が劣化す
ると共に残留電位が大きくなる。

このキャリア輸送層（７）には周期律表第Ｖａ族元素（
以下、Ｖａ族元素と略す）又は周期律表第ｍａ族元素（
以下、ｎｌａ族元素と略す）を所要の範囲内で含有させ
てもよい。

即ち、Ｖａ族元素を含有させる場合、その含有量を０乃
至１０，０００ｐｐｍ　、好適には０．１乃至１１００
０ｐｐの範囲内で含有させると負帯電に有利な感光体と
なり、このＶａ族元素としてはＰ＋Ｎ＋Ａｓ、Ｓｂ等が
あり、就中、Ｐが望ましい。

また、ｍａ族元素を含有させる場合にはその含有量を０
．１乃至１０，０００ｐｐｍ　、好適には０．５乃至１
１０００ｐｐの範囲内で含有させると正帯電に有利な感
光体となり、このｍａ族元素としてはＢ、Ａ１．Ｇａ。

Ｉｎ等があり、就中、Ｂが望ましい。

上述したような不純物元素をドーピングして所要の通り
に帯電させるという場合、それに加えて暗抵抗率を更に
一層大きくして表面電位を高めるという目的のためには
ｍａ族元素を添加すると有利である。

また、キャリア発生層（８）はａ−５ｉＣが光導電性を
有する範囲内でＣとＳｔの原子組成比が決められ、ａ−
５ｉＣキャリア輸送層（７）と組み合わせて形成した場
合、Ｃ，ｌ！：Ｓｉの原子組成比を１：１００乃至９：
１、好適には１：２０乃至１：１の範囲内に設定すると
よく、この範囲内であれば光導電性に優れると共に残留
電位が小さくなり、そして、高い帯電能を有し、その結
果、画像濃度が大きい感光体が得られる。また、このよ
うに５ｉ−Ｃ組成比を決めるのに当たってこの組成比を
計ＳｉＣキャリア輸送層の５ｉ−Ｃ組成比に比べてＳｔ
比率を大きくするのがよく、これによってキャリア発生
層で生じた光キャリアがスムーズにキャリア輸送層へ移
動し、その結果、更に一層光感度が大きくなると共に残
留電位が小さくなる。

更にａ−３ｉＣキャリア発生層（８）には１０，０００
ｐｐｍ以下、好適には１　、０００ｐｐｍ以下の範囲内
でＶａ族元素又はＩ［Ｉａ族元素を添加すると近赤外領
域の光感度を高めることができる。

更にまた、ａ−５ｉＣキャリア輸送層（７）及びａ−３
ｉＣキャリア発生層（８）の両者の層にＶａ族元素又は
ｌｌ１ａ族元素を含有させる場合、キャリア輸送層（７
）はキャリア発生層（８）に比べて多く含有させるのが
よく、これにより、キャリア発生層（８）に生じた励起
キャリアがキャリア輸送層（７）へスムーズに注入し、
残留電位の低減化に有利に作用する。

前記キャリア注入阻止層（６）はキャリア輸送層（７）
へのキャリア注入を阻止するためにａ−３ｉＣによって
形成されており、このＣ元素とＳｔ元素の原子組成比を
１：９乃至９：１、好適には２：８乃至８：２の範囲に
設定するのがよい。

この原子組成比が１＝９から外れた場合、基板側からキ
ャリア注入阻止効果が十分でなく、これによって表面電
位が低下し且つ暗減衰が増大し、９：１から外れた場合
には励起キャリアの基板側への注入の阻害作用が著しく
なって残留電位が増大する。

このキャリア注入阻止層（６）を形成するに当たって、
感光体を正極性に帯電させる場合にはその伝導型をＰ型
に制御し、負極性に帯電させる場合にはＮ型に制御する
のがよく、こによってキャリアの注入阻止作用が一段と
向上する。例えば、このＰ型半導体材料にはＢ等のｍａ
族元素を、Ｎ型半導体材料にはＰ等のＶａ族元素をそれ
ぞれ５０乃至１０，０００ｐｐｍの範囲内で含有させる
。

また、キャリア注入阻止層（６）の厚みは０．２乃至５
．０μｍ１好適には０．５乃至３．０μＩの範囲内に設
定するのがよく、この範囲内の厚みであれば、基板から
のキャリアの阻止能が十分となって残留電位が小さくな
るという点で望ましい。

また、ａ−３ｉＣキャリア注入層層（６）及びａ−３ｉ
Ｃキャリア輸送層（７）の両者の層にＶａ族元素又はＩ
［１ａ族元素を含有させる場合、キャリア注入阻止層（
６）はキャリア輸送層（７）に比べて多く含有させるの
がよく、これにより、キャリアの注入阻止作用が有利に
働く。

上述したキャリア注入阻止層（６）、キャリア輸送層（
７）及びキャリア発生層（８）はａ−３ｉＣから実質上
構成されるが、そのアモルファス状態のダングリングボ
ンドを終端させるために水素元素（Ｈ）やハロゲン元素
を含有させる必要があり、これらの元素の含有量は５乃
至５０原子％、好適には５乃至４０原子％、最適には１
０乃至３０原子％がよく、通常、Ｈ元素が用いられる。

このＨ元素が用いられるとその元素が上記終端部に取り
込まれ易いのでハンドギャップ中の局在準位密度を低減
化させ、これにより、優れた半導体特性が得られる。

また、この■元素の一部をハロゲン元素に置換してもよ
く、これにより、この層の局在準位密度を下げて光導電
性及び耐熱性（温度特性）を高めることができ、その置
換比率はダングリングボンド終端用全元素中０．０１乃
至５０原子％、好適には１乃至３０原子゛％がよい。こ
のハロゲン元素にはＦ、ＣＩ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ等がある
が、就中、Ｆを用いるとその大きな電気陰性度によって
原子間の結合が大きくなり、これによって熱的安定性に
優れるという点で望ましい。

前記表面保護層（９）にはそれ自体高絶縁性、高耐食性
及び高硬度特性を有するものであれば種々の材料を用い
ることができる。例えば、ポリイミド樹脂などの有機材
料、Ｓ！Ｏｚ＋　ｓｉｏ、　Ａｌ□０３＋　ＳｉＣＩ　
Ｓｉ　３Ｎａ、ａ−５ｉ、ａ−３ｉＣなどの無機材料を
用いて形成され、これにより、感光体の耐久性及び耐環
境性を高めることができる。

次に本発明の電子写真感光体の製法を述べる。

ａ−３ｉＣキャリア注入阻止層（６）　、ａ−３ｉＣキ
ャリア輸送層（７）及びａ−３ｉＣキャリア発生層（８
）はグロー放電分解法、イオンブレーティング法、反応
性スパッタリング法、真空蒸着法、熱ＣＶＤ法等の薄膜
形成手段によって形成することができる。また、これに
用いられる原料には固体、液体、気体のいずれでもよい
。

例えばグロー放電分解法に用いられる気体原料としては
５ｉＨｔ、５ｔｚＨ６，５Ｉ３ＨａなどのＳｉ系ガス、
Ｃｌ１４゜ＣｚＨａ、ＣＪ２．Ｃｚｌ１６．ＣＪｓなど
のＣ系ガスを用いればよく、更にＨｚ＋Ｈｅ、Ｎｅ、Ａ
ｒなどをキャリアーガスとして用いられる。

また、表面保護層（９）を形成するに当たって、その層
をａ−３ｉ又はａ−３ｉＣにより形成するのであれば、
同様な薄膜形成手段を用いることができるという点で望
ましく、更に同一の成膜装置を用いた場合、共通した薄
膜形成手段によって連続的に積層することができるとい
う利点がある。

次に本発明の実施例に用いられる電子写真感光体をグロ
ー放電分解法を用いてａ−５ｔ又はａ−５ｉＣにより形
成する場合、その製作法を第４図の容量結合型グロー放
電分解装置により説明する。

図中、タンク（１０）　（１１）　（１２）　（１３）
　（１，４）にはそれぞれ５ｊｌ（ｔ＋ｃｚｌｌｚ＋Ｂ
ｚＨｂ　（Ｈｚガス希釈で０．２％含有）、Ｈ２、ＮＯ
ガスが密封されており、Ｈ２はキャリアガスとしても用
いられる。これらのガスは対応する調整弁（１５）　（
１６）　（１７）　（１Ｂ）　（１９）を開放すること
によって放出され、その流量がマスフローコントローラ
（２０）　（２１）　（２２）　（２３）　（２４）に
より制御され、タンク（１０）　（１１）　（１２）　
（１３）からのガスは主管（２５）へ、タンり（１４）
からのＮＯガスは主管（２６）へ送られる。尚、（２７
）　（２Ｂ）は止め弁である。主管（２５）　（２６）
を通じて流れるガスは反応管（２９）へと送り込まれる
が、この反応管（２９）の内部には容量結合型放電用電
極（３０）が設置されており、それに印加される高周波
電力は５０讐乃至３ＫＷが、また周波数はＩＭＨｚ乃至
１０ＭＨｚが適当である。反応管（２９）の内部にはア
ルミニウムから成る筒状の成膜用基板（３１）が試料保
持台（３２）の上に載置されており、この保持台（３２
）はモーター（３３）により回転駆動されるようになっ
ており、そして、基板（３１）は適当な加熱手段により
、約２００乃至４００度、好ましくは約２００乃至３５
０℃の温度に均一に加熱される。更に反応管（２９）の
内部にはａ−３ｉＣ膜形成時に高度の真空状態（放電時
のガス圧０．１乃至２．０Ｔｏｒｒ　）を必要とするこ
とにより回転ポンプ（３４）と拡散ポンプ（３５）に連
結されている。

以上のように構成されたグロー放電分解装置において、
例えばａ−３ｉＣ膜を基板（３２）に形成する場合には
、調整弁（１５）　（１６）　（１８）を開いてそれぞ
れ５ｉｔ（ｎ、ＣＪｚ、ｔｌｚガスを放出する。放出量
はマスフローコントローラ（２０）　（２１）　（２３
）により制御され、これらの混合ガスは主管（２５）を
介して反応管（２９）へと流し込まれる。そして、反応
管（２９）の内部が０．１乃至２．０Ｔｏｒｒ程度の真
空状態、基板温度が２００乃至４００℃、容量結合型放
電用電極（３０）の高周波電力が５０讐乃至３ＫＷ　、
周波数が１乃至５０ＭＨｚに設定されていることに相俟
ってグロー放電が起こり、ガスが分解してａ−３ｉＣ膜
が基板上に高速に形成される。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を述べる。

（例１） 第４図に示したグロー放電分解装置を用いて第１表に示
した製作条件によって基板（３１）上にキャリア輸送層
（７）、キャリア発生層（８）、表面保護層（９）を順
次形成し、電子写真感光体ドラムを製作した。尚、キャ
リア注入阻止層（６）の形成にＮ。

ガスを用いて酸素と窒素をドープし、基板に対する密着
性を高めている。

このようにして得られた感光体に対して＋５．６ＫＶの
コロナ帯電を行ったところ、表面電位が約９００ｖにな
り、また、この感光体に波長６５０ｎｍの単色光（露光
量０．３μＷ／ｃｍ”　）を照射した結果、光感度が０
．５０ｃｍ２ｅｒｇ−’になり、残留電位は約２０Ｖに
まで著しく低減化した。そして、この感光体ドラムを超
高速複写機（複写速度７０枚）分）に装着して画像を出
したところ、カブリがな（て高濃度且つ高鮮明な画像が
得られた。

尚、上記成膜用基板（３１）の一部を切り欠いて、ソノ
切り欠き部に３×３ｃ１１１の矩形のアルミニウム製平
板を装着し、この平板上に上記キャリア輸送層を第１表
に示した条件で成膜し、その膜のＣとＳｉの含有比率を
オージェ電子分光法により分析したところ、１；３０で
あった。

（例２） 本例においては、（例１）中のキャリア注入阻止層（６
）、キャリア輸送層（７）及びキャリア発生層（８）の
形成に当たってＳｉＨ４ガス及びＣ２Ｈ２ガスの流量並
びにこれらのガス比率を変えることによっ−１７〜 てそれぞれ種々の組成の膜を形成し、そして、表面保護
層（９）は（例１）と同じ条件で形成し、これにより、
１０種類の感光体を製作した。

これらの感光体を、最もカブリが生じ易くなる苛酷な条
件を備えた超高速複写機（複写速度７０枚／分）に装着
して画像を出し、これらの画像の濃度、或いはカブリが
生じた場合のそのカブリ濃度を画像濃度計によって測定
したところ、第２表に示す通りの結果が得られた。

また、表中の画質評価は◎印、○印、及びΔ印の三通り
に区分し、◎印は画像濃度が高くてカブリが全く生じな
かった場合を表わし、○印は画像濃度が高く、カブリが
ほとんど見られなく、実質上何ら支障がない程度の場合
を表わし、そして、△印は画像濃度が若干低いか或いは
カブリが幾らか見られた場合を表わす。

〔以下余白〕

第２表より明らかな通り、本発明の範囲内である感光体
り、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨは優れた画質が得られており、特
に感光体Ｆはカブリが全く生じなかった。然るに感光体
Ａ、Ｂ、Ｃ１■及びＪはキャリア輸送層又はキャリア注
入阻止層のＣ／Ｓｉ比率が本発明の範囲外であるために
画像濃度が若干低くなるか、或いはカブリが幾らか見ら
れた。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明の電子写真感光体によれば、ａ−５
ｉＣキャリア輸送層から成る機能分離型感光体□ ■　を製作するに際してＣとＳｉの原子組成比を所定の
１　　範囲内に設定することによって残留電位を小さく
して画像にカブリが生じなくなった。そして、この感光
体によれば、カブリが最も生じ易い高速複写機に装着さ
れた場合、その効果が顕著であり、これによって本発明
の電子写真感光体は高速複写機に好適な感光体として提
供できる。

また、本発明の電子写真感光体によれば、ａ−５ｉＣキ
ャリア注入阻止層及びａ−３ｉＣキャリア発生層を形成
したことによって表面電位を更に一段と大＝２０− きくでき、これによって画像濃度を高めると共にカブリ
防止にも有効であり、その結果、上述のような高速複写
機に好適な感光体として提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に示した電子写真感光体の層構
成を表わす断面図、第２図は従来周知のアモルファスシ
リコン感光体の層構成を表わす断面図、第３図は従来の
機能分離型感光体を説明する層構成の断面図、そして、
第４図は容量結合型グロー放電分解装置の概略図である
。 １　・・・導電性基板 ２．２ａ、６・・・キャリア注入阻止層５．７　　・・
・キャリア輸送層 ３．３ａ、８・・・キャリア発生層 ４．９　　・・・表面保護層 特許出願人　（６６３）京セラ株式会社代表者安城欽寿 同　　　　河村　孝夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に少なくともキャリア注入阻止層、キャリア輸送
   層及びキャリア発生層を形成した電子写真感光体におい
   て、前記キャリア注入阻止層がアモルファスシリコンカ
   ーバイドから成ると共にカーボンとシリコンの原子組成
   比を１：９乃至９：１の範囲内に設定し、前記キャリア
   輸送層がアモルファスシリコンカーバイドから成ると共
   にカーボンとシリコンの原子組成比を１：１００乃至１
   ：９の範囲内に設定し、前記キャリア発生層をアモルフ
   ァスシリコンカーバイドにより形成したことを特徴とす
   る電子写真感光体。