JP2742583B2 - 電子写真感光体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は短波長側及び長波長側の両者の光感度を高め
て普通紙複写機に好適になっ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、超高速複写機やレーザービームプリンターなど
の開発が活発に進められており、これに伴って、この機
器に搭載される電子写真感光体ドラムに安定した動作特
性並びに耐久性が要求されている。この要求に対してア
モルファスシリコンが耐摩耗性、耐熱性、無公害性並び
に光感度特性などに優れるという点で注目されている。

このアモルファスシリコン（以下、ａ−Siと略す）か
ら成る電子写真感光体には第３図に示す通りの積層型感
光体が提案されている。

即ち、第３図によれば、アルミニウムなどの導電性基
板（１）の上にキャリア注入阻止層（２）、ａ−Si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すると共に残留電位を低下させ
るために形成されており、また、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。

しかしながら、このようなａ−Si感光体においては、
長波長側の光感度が高くなっており、そのため、この感
光体をハロゲンランプ等の白色光を光源として用いた普
通紙複写機（以下、PPCと略す）に搭載した場合、赤色
付近の波長帯に対して再現性に劣る。かかる問題を解決
するためにフィルタを用いて赤色波長光をカットするよ
うにしているが、これに伴って感光層に入射する光の強
度が低下し、その結果、感光体自体の光感度が見かけ上
低下する。

（発明の目的） 従って本発明は短波長側及び長波長側の光感度を高め
ることができた電子写真感光体を提供することにある。

本発明の他の目的はPPC用に適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） 本発明によれば、導電性基板上に周期律表第V a族元
素を0.01〜10ppm含有した光導電性ａ−Si層及びシリコ
ン（Si）元素とカーボン（Ｃ）元素の原子比率がSi
_(1-x)C_xのｘ値で0.01≦ｘ≦0.5に、厚みを0.05〜５μｍ
に、周期律表第V a族元素を0.5〜100ppm含有させた光導
電性アモルファスシリコンカーバイド層（以下、アモル
ファスシリコンカーバイドをａ−SiCと略す）とを順次
形成したPPC用の電子写真感光体が提供される。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明電子写真感光体の基本的層構成は第１図に示す
通りであり、導電性基板（５）の上に光導電性ａ−Si層
（６）及び光導電性ａ−SiC層（７）が順次積層されて
いる。

本発明者等の実験によれば、上記のａ−SiC層（７）
に所定量の周期律表第V a族元素（以下、V a族元素と略
す）を含有させた場合に短波長側の光感度が顕著に高め
られることが見出され、そして、この知見に基づいて本
発明が完成されるに至った。

即ち、第１図に示す層構成によれば、その層（７）の
厚みを所定の範囲内に設定すると入射した光のうち短波
長側がａ−SiC層（７）で吸収され、しかも、そのａ−S
iC層（７）を透過した光、即ち、長波長側の光がａ−Si
層（６）で吸収され、これにより、短波長側及び長波長
側の両者ともに光感度を高めることが特徴である。

先ず、ａ−SiC層（７）によれば、アモルファス化し
たSi元素及びＣ元素を不可欠な構成元素と成し、そのダ
ングリングボンドを終端させるべく水素（Ｈ）元素やハ
ロゲン元素を所要の範囲内で含有させることによって光
導電性が生じる。本発明者等がカーボンの含有比率を幾
通りにも変えて光導電性を確かめる実験を行ったとこ
ろ、Si元素とＣ元素の原子比率、即ち、Si_(1-x)C_xのｘ
値が0.01≦ｘ≦0.5、好適には0.05≦ｘ≦0.3の範囲内に
設定された場合、暗導電率が小さくなり、短波長側の光
感度を高めることができる。

また、Ｈ元素やハロゲン元素などのダングリングボン
ド終端用元素Ａの含有量は〔Si_(1-x)C_x〕_1-y〔Ａ〕_ｙで
表したｙ値が0.05≦ｙ≦0.5、好適には0.05≦ｙ≦0.4、
最適には0.1≦ｙ≦0.3の範囲内になるように設定すると
よい。このような元素Ａにはダングリングボンドの終端
部に取り込まれ易くてバンドギャップ中の局在準位密度
が低減化されるという点で通常Ｈ元素が用いられる。

このようなａ−SiC層（７）の厚みは0.05〜５μｍ、
好適には0.1〜３μｍの範囲内に設定するとよく、この
厚みが0.05μｍ未満の場合には短波長光の吸収が不十分
となって光感度を高めることができず、５μｍを超える
場合には残留電位が大きくなる。

上記ａ−SiC層（７）は、Si元素とＣ元素の原子比
率、即ち、前記ｘ値がその層厚方向に亘って均一である
場合、又は、そのｘ値が変化する場合のいずれでもよ
い。

ｘ値が層厚方向に亘って変化する場合には、そのｘ値
が0.01≦ｘ≦0.5の範囲内で層（７）の厚みが決めら
れ、このようにして決められた厚みも0.05〜５μｍ、好
適には0.1〜３μｍの範囲内に設定する必要がある。

このようにｘ値が層厚方向に亘って変化する場合のカ
ーボンドーピング分布には、例えば、第４図〜第９図に
示す通りがある。

各々の図において、横軸はａ−SiC層（７）の層厚方
向を示し、ａはａ−Si層（６）との界面であり、ｂはそ
の反対側の界面であり、縦軸はカーボン含有量を表す。

また、このａ−SiC層（７）にはV a族元素をその層厚
方向に亘って均一に0.5〜100ppm、好適には１〜50ppmの
範囲内で含有させるとよく、この含有量が0.5ppm未満の
場合には十分に大きな光感度が得られず、一方、100ppm
を超える場合には帯電能が低下する。

上記V a族元素にはN,P,As,Sb,Biがあるが、就中、Ｐ
が共有結合性に優れて半導体特性を敏感に変え得る点
で、その上、優れた帯電能並びに光感度が得られるとい
う点で望ましい。

このようにａ−SiC層（７）にV a族元素を含有させる
に当たり、そのドーピング分布はその層厚方向に亘って
不均一にしてもよく、例えば第10図〜第15図に示す通り
がある。

各々の図において、横軸はａ−SiC層（７）の層厚方
向を示し、ａはａ−Si層（６）との界面であり、ｂはそ
の反対側の界面であり、そして、縦軸はV a族元素含有
量を表す。

このようにV a族元素含有量を層厚方向に亘って変化
させた場合愛、その含有量はａ−SiC層（７）全体当た
りの平均値である。

また、前記ａ−Si層（６）はアモルファス化したSi元
素と、そのダングリングボンドを終端させるためのＨ元
素やハロゲン元素から成り、入射光のうち長波長側の光
が吸収される。

このａ−Si層（６）の厚みは５〜100μｍ、好適には1
0〜50μｍの範囲内に設定するのが望ましく、この範囲
内であれば、高い帯電能が得られ、しかも、長波長光が
有効に吸収されるという点で有利である。

また、ａ−Si層（６）は実質上カーボン元素を含有し
ない層であるが、非常に微少量のカーボンが含有しても
よい。その場合、このカーボンが1000ppm以下、好適に
は500ppm以下の範囲内であれば、長波長光の光感度が顕
著に低下しない。

更に、ａ−Si層（６）にはV a族元素を0.01〜10ppm、
好適には0.1〜5ppmの範囲内で含有させてもよく、この
範囲内であれば、高い帯電能が得られ、しかも、残留電
位を低減化できるという点で有利である。尚、このV a
族元素のドーピング分布は層厚方向に亘って均一又は不
均一のいずれでもよく、不均一にドーピングする場合の
含有量はその層（６）の全体当たりの平均値である。

そして、このようにａ−Si層（６）に含有させるV a
族元素にはN,P,As,Sb,Biがある。

かくして、本発明の電子写真感光体が、ハロゲンラン
プ等の白色光を光源として用いたPPCに搭載された場
合、短波長側の光が主にａ−SiC層で吸収され、しか
も、長波長側の光が主にａ−Si層で吸収されるようにな
り、これにより、赤外波長光をカットするためのフィル
タが不要となり、感光体自体の光感度が著しく高められ
る。

本発明の電子写真感光体は上記のような二層構造が不
可欠であるが、それ以外にキャリア注入阻止層や表面保
護層を形成してもよい。

例えば、第２図は典型的層構造を表しており、基板
（５）とａ−Si層（６）の間にキャリア注入阻止層
（８）と、そして、ａ−SiC層（７）の上に表面保護層
（９）を形成している。

前記キャリア注入阻止層（８）については、基板
（５）からのキャリアの注入を阻止するものであり、表
面保護層（９）についてはａ−SiC層（７）を保護して
耐湿性などを向上させるものであり、しかも、両者の層
（８）及び層（９）はいずれも感光体の暗導電率を小さ
くして帯電能を高めることができる。

この表面保護層（９）にはそれ自体高絶縁性、高耐蝕
性並びに高硬度性を有するものであるならば種々の材料
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、SiC、SiO、Al₂O₃、SiNなどの無機材料を用いる
ことができる。

また、キャリア注入阻止層（８）も上記表面保護層用
材料と同じ材料を用いることができる。

次に本発明に係る電子写真感光体の製法を述べる。

ａ−Si層又はａ−SiC層を形成するにはグロー放電分
解法、イオンプレーティング法、反応性スパッタリング
法、真空蒸着法、CVD法等の薄膜形成方法がある。

グロー放電分解法を用いる場合にはSi元素含有ガス
を、又はそのガスとＣ元素含有ガスを組合せ、グロー放
電分解する。このSi元素含有ガスにはSiH₄、Si₂H₆、Si₃
H₈、SiF₄、SiCl₄、SiHCl₃等々があり、また、Ｃ元素含
有ガスにはCH₄、C₂H₄、C₂H₂、C₃H₈等々があり、就中、C
₂H₂は高速成膜性が得られるという点で望ましい。

本発明の実施例に用いられる容量結合型グロー放電分
解装置を第16図により説明する。

図中、第１、第２、第３、第４、第５、第６タンク
（10）（11）（12）（13）（14）（15）には、それぞれ
SiH₄、C₂H₂、PH₃（H₂ガス希釈で0.2％含有）、B₂H₆（H₂
ガス希釈で40ppm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
スはそれぞれ対応する第１、第２、第３、第４、第５、
第６調整弁（16）（17）（18）（19）（20）（21）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（22）（23）（24）（25）（26）（27）により
制御され、第１、第２、第３、第４、第５タンク（10）
（11）（12）（13）（14）からのガスは第１主管（28）
へ、第６タンク（15）からのNOガスは第２主管（29）へ
送られる。尚、（30）（31）は止め弁である。第１主管
（28）及び第２主管（29）を通じて流れるガスは反応管
（32）へと送り込まれるが、この反応管（32）の内部に
は容量結合型放電用電極（33）が設置されており、それ
に印加される高周波電力は50W〜3kWが、また周波数は１
〜50MHzが適当である。反応管（32）の内部にはアルミ
ニウムから成る筒状の成膜基板（34）が試料保持台（3
5）の上に載置されており、この保持台（35）はモータ
ー（36）により回転駆動されるようになっており、そし
て、基板（34）は適当な加熱手段により約200〜400℃、
好適には約200〜350℃の温度に均一に加熱される。更に
反応管（32）の内部はａ−SiC膜形成時に高度の真空状
態（放電圧0.1〜2.0Torr）を必要とすることにより回転
ポンプ（37）と拡散ポンプ（38）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−SiC膜を基板（34）に形成する場合、第
１、第２、第５調整弁（16）（17）（20）を開いてそれ
ぞれよりSiH₄、C₂H₂、H₂ガスを放出し、その放出量はマ
スフローコントローラ（22）（23）（26）により制御さ
れ、SiH₄、C₂H₂、H₂の混合ガスは第１主管（28）を介し
て反応管（32）へ流し込まれる。そして、反応管（32）
の内部が0.1〜2.0Torr程度の真空状態、基板温度が200
〜400℃、容量結合型放電用電極（33）に印加される高
周波電力が50W〜3kW、また周波数が１〜50MHz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−SiC膜が基板上に高速で形成される。

（実施例） 次に本発明の実施例を説明する。

（例１） 第16図のグロー放電分解装置を用いて第１表に示す通
りの成膜条件によりアルミニウム製基板上に光導電性ａ
−Si層（６）及び光導電性ａ−SiC層（７）を順次積層
し、第１図に示す通りの感光体ドラムを製作した。

かくして得られた感光体ドラムに、可視光分光器によ
り分光された0.3μW/cm²の単色光を照射し、表面電位の
半減時間を求めて分光感度を測定したところ、第17図に
示す通りの結果が得られた。

同図において、横軸は波長であり、縦軸は光感度であ
り、そして、○印は測定結果のプロットであり、ａはそ
の特性曲線である。

また第17図には上記感光体ドラムより光導電性ａ−Si
C層が除かれた感光体ドラムが比較例として示されてお
り、その分光感度を測定したところ、●印に示される測
定結果のプロットが得られ、ｂはその特性曲線である。

この結果より明らかな通り、本発明の感光体ドラムは
短波長側の光感度が顕著に大きくなっていることが判
る。

尚、上記光導電性ａ−SiC層のカーボン量をESCA分析
により求めたところ、Si_1-xC_xのｘ値で0.12であり、ま
た、そのＰ含有量を二次イオン質量分析計により求めた
ところ、20ppmであった。

（例２） 本例においては、第２表に示す通りの成膜条件により
アルミニウム製基板上にキャリア注入阻止層（８）、光
導電性ａ−Si層（６）、光導電性ａ−SiC層（７）及び
表面保護層（９）を順次積層し、第２図に示す通りの感
光体ドラムを製作した。

かくして得られた感光体ドラムをPPCに搭載し、そし
て、赤色カットフィルタを用いないでハロゲンランプを
投光源とし、更にコロナチャージャで−5.6kVの電圧を
印加して負帯電させ、これにより、表面電位、光感度並
びに残留電位を測定したところ、下記に示す通りの結果
が得られた。

表面電位・・・・・・・・−380V 光感度（記録露光量）・・0.52lux・sec 残留電位（露光開始５秒後の値）・・18V また、この感光体ドラムを高速PPCに搭載し、50枚／
分の速度にて画像出しテストを行ったところ、黒色部及
び赤色部に対する忠実なる再現性が得られ、しかも、高
い濃度で且つカブリのない鮮明な画像が得られた。

（例３） 次に本例においては、（例２）にて得られた感光体ド
ラムについて、光導電性ａ−SiC層の厚みを幾通りにも
変え、これによって得られる感光体ドラムＡ〜Ｇの表面
電位、光感度（記録露光量）並びに残留電位（露光開始
５秒後の値）を測定したところ、第３表に示す通りの結
果が得られた。

第３表より明らかな通り、本発明の感光体ドラムＢ〜
Ｆは表面電位が高く、残留電位が小さく、しかも、優れ
た光感度が得られていることが判る。

然るに感光体ドラムＡは光感度に劣っており、感光体
ドラムＧは残留電位が大きくなっている。

（例４） 本例においては、（例２）にて得られた感光体ドラム
について、光導電性ａ−SiC層のカーボン含有量とＰ含
有量をそれぞれ幾通りにも変え、これによって得られる
感光体ドラムＨ〜０の表面電位、光感度（記録露光量）
並びに残留電位（露光開始５秒後の値）を測定したとこ
ろ、第４表に示す通りの結果が得られた。

第４表より明らかな通り、本発明の感光体ドラムＪ〜
Ｍは表面電位が高く、残留電位が小さく、しかも、優れ
た光感度が得られていることが判る。

然るに感光体ドラムＨとＩは光感度に劣っており、感
光体ドラムＮと０はいずれも表面電位が小さく、残留電
位が大きく、しかも、光感度に劣っている。

また、本発明者等は上記感光体ドラムＢ〜Ｆ及びＪ〜
Ｍをそれぞれ高速PPCに搭載し、50枚／分の速度にて画
像出しテストを行ったところ、黒色部及び赤色部に対す
る忠実なる再現性が得られ、しかも、高い濃度で且つカ
ブリのない鮮明な画像が得られることを確認した。

（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、光導
電性ａ−Si層と光導電性ａ−SiC層を積層し、そのａ−S
iC層の原子比率及び厚み並びにV a族元素含有量をそれ
ぞれ所定の範囲内に設定し、これにより、長波長側及び
短波長側の両者の光感度を高めることができ、その結
果、赤外波長光カットフィルタを用いないで優れた光感
度が得られるPPC用の電子写真感光体が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電子写真感光体の基本的な層構造を示す
断面図、第２図は本発明電子写真感光体の典型的層構造
を示す断面図、第３図は従来の電子写真感光体の層構造
を示す断面図、第４図、第５図、第６図、第７図、第８
図及び第９図はカーボンドーピング分布を示す線図、第
10図、第11図、第12図、第13図、第14図及び第15図は周
期律表第V a族元素ドーピング分布を示す線図、第16図
はグロー放電分解装置の概略図、第17図は分光感度を示
す線図である。 1,5……導電性基板 2,8……キャリア注入阻止層 4,9……表面保護層 ６……光導電性アモルファスシリコン層 ７……光導電性アモルファスシリコンカーバイド層

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 浩 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の ６ 京セラ株式会社滋賀八日市工場内 (72)発明者 竹村 仁志 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の ６ 京セラ株式会社滋賀八日市工場内 (72)発明者 石櫃 鴻吉 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の ６ 京セラ株式会社滋賀八日市工場内 (56)参考文献 特開 昭63−81435（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−83729（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−177465（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−48045（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−108352（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−64346（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性基板上に周期律表第V a族元素を0.0
   1〜10ppm含有した光導電性アモルファスシリコン層、及
   びシリコン元素とカーボン元素の原子比率をSi_(1-x)C_x
   のｘ値で0.01≦ｘ≦0.5に、厚みを0.05〜５μｍに、周
   期律表第V a族元素を0.5〜100ppm含有した光導電性アモ
   ルファスシリコンカーバイド層とを順次形成したPPC用
   の電子写真感光体。