JPH01287574A - 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−３ｉキ
ャリア発生Ｎ（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！（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−Ｓ＋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、ｒｐｃ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、４電性基板上に、少なくとも、光五電
性ａ−Ｓｔ層及び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）を順次形成した電子写真感光体であって
、前記ａ−ＳｉＣ層のシリコン（Ｓｉ）元素とカーボン
（Ｃ）元素の原子比率がＳｉ（＋−ｘ＋　ＣＸのＸ値で
０．０１≦Ｘ≦０．５の範囲内にあり且つその厚みが０
゜０５〜５μｍの範囲内に設定され、更に該ａ−ＳｉＣ
ｊｉ５が０．５〜１１００ｐｐの周期律表第ｎｌａ族元
素を含有している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。

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−５ｔｊ
Ｗ（６）及び光導電性ａｍＳｉＣ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ｍａ族元素（以下、ＩＩＩａ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−９ｉＣ層（７）で吸収され、しかも、そのａ−
ＳｉＣ層（７）を透過した光、即ち、長波長側の光がａ
−Ｓｉ屡（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−３ｉＣ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）　Ｃｘ　（７）Ｘ値が０．０１　：ｉ；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、■元素やハロゲン元素などのダングリングボンド
終端用元素への含有量は（Ｓｉ（＋−ＸＩ　Ｃｘ）＋−
，（ｔ）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−ＳｉＣ７１（７）の厚みは０．０５〜５
　ａｍ　。

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。

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゜０５〜５μ
ｍ、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−３ｔ　　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ｍａ族元素をその層
厚方向に亘って均一に０．５〜１１００ｐｐ、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９．５ｐｐｍ未満の場合には十分に大きな光感度が
得られず、一方、１１００ｐｐを超える場合には帯電能
が低下する。

上記ｍａ族元素にはＢ、ＡＩ、Ｇａ、Ｉｎ等があるが、
就中、Ｂが共有結合性に優れて半Ｗ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−ＳｉＣＪＷ（７）にｍａ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−ＳｉＣＮ（７）の層厚方
向を示し、ａはａ−ＳｉＪｉｉ（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ｍａ族
元素含有量を表す。

このようにｍａ族元素含有量を層厚方向に亘って変化さ
せた場合、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−ＳｉＦ！（６）はアモルファス化したＳ
ｉ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１０〜５０μｍ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１１０００ｐｐ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ｍａ族元素を０．０１〜１
０ｐｐｍ　、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■ａ族元素のドーピング分布は層厚方向
に亘って均−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−ＳｉＮ（６）に含有させるｍａ
族元素にはＢ、＾ｌ、Ｇａ＋Ｉｎ等がある。

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−３ｉＣＮで吸収され、しかも
、長波長側の光が主にａ−ＳｉＪｆｆｌ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富
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−ＳｉＪｉｉ（６）の間にキャリア注入阻止層（
８）を、そして、ａ−３ｉＣ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Ｎ（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−３ｉＣｉ！（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、ＡＩｔｏ３、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、イオンブレーティング法、反応性スパンクリン
グ法、真空蒸着法、ＣＶＯ法等の薄膜形成ガスを、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Ｓｔ元素含有ガスには５ｔＨ４，ＳｉＪ６．Ｓ
ｉ３Ｈｓ　、ＳｉＦ４．５ＩＣ１４，５ｊｌｌＣ１：＋
等々があり、また、Ｃ元素含有ガスにはＣＨ４、Ｃ２１
１４、Ｃｚ　Ｈ□、Ｃ３Ｈ１１等々があり、就中、Ｃ，
＋１．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（１
０）　（１１）　（１２）　（１３）　（１４）　（１
５）には、それぞれＳｉＨ４、Ｃ２１ｈ、ＢｚＨ６（Ｈ
ｚガス希釈で０．２χ含有）　、Ｂ、１Ｉ６（Ｈ，ガス
希釈で３８ｐｐｍ含有’）　、Ｈ，、Ｎｏガスが密封さ
れており、＋＋ｚ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（１
０）　（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５０−〜３に−が、また周波数は１
〜５０ＭＩＩｚ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（３５）の上に載置されており、この保持台（３
５）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−３ｉＣ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Ｓ　ｉ　Ｉｆ　ａ、Ｃ２ＩＩ　ｆｆ
ｉ、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、
ＳｉＨａ、Ｃ２１１□、１１□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．Ｔｏｒｒ
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５０
Ｗ〜３ＫＷ　、また周波数が１〜５０ＭＩＩｚ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） 次に本発明の詳細な説明する。

（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
−Ｓｉｌｌ（６）及び光ｉ電性ａ−３ｉＣＮ　（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／ｃｎ＋”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−Ｓ
ｉＣＪｔｌＪ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、Ｓｉ１−ｘＣつのＸ値で０゜
１２であり、また、そのＢ含有量を二次イオンｆｆｆ１
分析計により求めたところ、６ｐｐｍ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！（８）　、光
！電性ａ−３ｉｌＷ（６）　、光４ｉｉ性ａ−ＳｉＣＪ
ｉ！１（７）及び表面保護Ｎ（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。

（以下、余白） 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
圧を印加して正帯電させ、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・・・・・・・・＋３９０ｖ 光感度（記録露光ｆｆ１）　　・・０．５４　ｌｕｘ　
　−５ｅｃ残留電位（露光開始５秒後の値）・・２０Ｖ
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、
高い濃度で且つカプ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−ＳｉＣｒｒＪ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Ｎ）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 本印の感光体ドラムは本発明の範囲外のものである第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−３ｉＣＮのカーボン含有量とＢ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１１〜０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。

（以下、余白） 第４表 中印の感光体ドラｈＬ林発明の範囲外のものである第４
表より明らかな通り、本発明の感光体ドラムＪ−には表
面電位が畜＜、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Ｏ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ＭＩ層し、その
ａ−ＳｉＣ層の原子比率及び厚み並びにＩ［［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イルタを用いないで
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ｍａ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
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■止層 ４．９・・・表面保護層 ６・・・・先導ｔ　性アモルファスシリコン層７・・・
・光”Ｌ　電性アモルファスシリコンカーバイド層 第４−　　　　　　Ｎ５図 第６図　　　　　第７図 第８図　　　　　　第９図 、１ｏ、　　　　　　　　第■図 第り図　　　　　　　第利図 第１４図　　　　　　　第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　導電性基板上に、少なくとも、光導電性アモルファス
   シリコン層及び光導電性アモルファスシリコンカーバイ
   ド層を順次形成した電子写真感光体であって、前記アモ
   ルファスシリコンカーバイド層のシリコン元素とカーボ
   ン元素の原子比率がＳｉ＿（＿１＿−＿ｘ＿）Ｃ＿ｘの
   ｘ値で０．０１≦ｘ≦０．５の範囲内にあり且つその厚
   みが０．０５〜５μｍの範囲内に設定され、更に該アモ
   ルファスシリコンカーバイド層が０．５〜１００ｐｐｍ
   の周期律表第IIIａ族元素を含有していることを特徴と
   する電子写真感光体。