JPH01287576A - 電子写真感光体 - Google Patents

電子写真感光体

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JPH01287576A
JPH01287576A JP11765888A JP11765888A JPH01287576A JP H01287576 A JPH01287576 A JP H01287576A JP 11765888 A JP11765888 A JP 11765888A JP 11765888 A JP11765888 A JP 11765888A JP H01287576 A JPH01287576 A JP H01287576A
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layer
region
light
sic
carrier
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JP11765888A
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Takao Kawamura
河村 孝夫
Naooki Miyamoto
宮本 直興
Hiroshi Ito
浩 伊藤
Hitoshi Takemura
仁志 竹村
Kazumasa Okawa
大川 和昌
Kokichi Ishiki
石櫃 鴻吉
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Original Assignee
Kyocera Corp
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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〕 本発明はアモルファスシリコン及びアモルファスシリコ
ンカーバイドから成る機能分離型電子写真感光体に関し
、特に光学バンドギャップの範囲を広くして光感度を高
めることができ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及
び耐久性が要求されている、この要求に対して水素化ア
モルファスシリコンが耐摩耗性、耐熱性、無公害性及び
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−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)上にa−Stキャリア注入阻止rrJ(2) 、
a−5t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、そして、表面保
護N(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−Si感光体によれば、a−Siキャ
リア発生N(3)自体が有する暗抵抗率がlO目Ω・c
lll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
場合には光メモリー効果により先の画像が完全に除去さ
れずに残留し、次の画像形成に伴って先の画像が現れる
(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4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4図によれば、導電性基F1.(1)上にキャ
リア輸送層(5)及びキャリア発生TA (3a)、所
望により表面保護1(4)を順次形成した積層型感光体
が示されており、このキャリア輸送層(5)は暗抵抗率
及びキャリア移動度の両特性が太き(なるような材料で
形成している。そして、上記の各層をa−5i又はこの
a−5iにカーボン(C)元素をドープさせたアモルフ
ァスシリコンカーバイド(以下、a−3iCと略す)に
より形成した機能分離型感光体によれば、高速複写用に
用いても前記ゴースト現象の発生を抑えることができた
しかしながら、このように上記感光体を高速複写用に用
いた場合、その高速性によって一回の複写当りの画像露
光量が減少し、これによって十分な光減衰とならず、原
稿の濃淡コントラストに対応する感光体の電位差が十分
に大きくならず、その結果、画像にガブリが生じるとい
う問題がある。
〔発明の目的〕
従って本発明の目的は光感度を広範囲の波長領域に亘っ
て高めて十分な光減衰特性が得られ、これによって高速
複写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、導電性基板上に少なくともキャリア輸
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、前記キャリア発生層がa−5iから成る層領域と
θ〜1100ppの周期律表第Va族元素を含むa−3
iCから成る層領域によって順次形成されていることを
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。
第1図及び第2図は本発明に係る電子写真感光体の典型
的な層構成を示しており、第1図によれば、導電性基板
(1)上にキャリア注入阻止層(2)、キャリア輸送1
(5)、キャリア発生層(3b)及び表面保護N(4)
を順次積層した積層型感光体が示されており、或いは第
2図に示すように第1図中のキャリア注入阻止層(2)
を除いてもよい。
本発明によれば、上記キャリア発生層(3b)を少なく
とも2種類の層領域から成るように形成し、これによっ
て光感度を広範囲な波長領域に亘って増大させることを
特徴とする。
このキャリア発生J!! (3b)は基板側から感光体
表面へ向けて層厚方向に亘りアモルファスシリコンN領
域(以下、a−5ii領域と略す)(6)及びアモルフ
ァスシリコンカーバイドII Off域(以下、a−3
iC層領域と略す)(7)が順次形成されており、この
a−SiC層領域(7)には周期律表第Va族元素(以
下、Va族元素と略す)が所定の範囲内で含有されてい
る。
本発明者等の実験によれば、所定量のVa族元素を含有
したa−5iCJil領域(7)は短波長側の光感度を
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。
感光体表面側より入射した光のうち短波長側がa−Si
C@領域(7)で吸収され、しかも、その層領域(7)
を透過した光、即ち、長波長側の光がa−StNRE域
(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できる。
先ず、a−SiC[f+ff域(7)によれば、アモル
ファス化したSi元素とC元素を不可欠な構成元素とな
し、そのダングリングボンドを終端させるべく水素(I
f)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C元素の含
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、St
 (1−ゎC,の×値を0.01≦×≦0.5、好適に
は0.05≦X≦0.3の範囲内に設定した場合、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ポンド
終端用元素Aの含有量は、(St  (I□、C,)、
、(八〕、で表したy値を0.05≦y sQ、5、好
適にはo、os≦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
の元素へにはダングリングボンドの終、端部に取り込ま
れ易(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−5LC層領域(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難しくな
り、5μmを越える場合には残留電位が大きくなる傾向
になる。
上記a−3iC層領域(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の範囲内で層領域(7)の厚みが
決められ、このようにして決められた厚み60.05〜
5μm、好適には0.1〜3μmの範囲内に設定するの
がよい。
このようにX値がNw、方向に亘って変化す不場合のカ
ーボンドーピング分布には、例えば第5図〜第10図に
示す通りがある。
各々の図において、横軸はa−3LCM領域(7)の層
厚方向を示し、aはa−5iWifiJf域(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−5iC1iwi域(7)には、Va族元
素を0〜100pp、好適には1〜50ppmの範囲内
で層厚方向に亘って均一に含有させるとよ< 、110
0ppを越える場合には帯電能が低下する。
上記Va族元素にはN、P、As、Sb等があるが、就
中、Pが共有結合性に優れて半淳体特性を敏怒に変え得
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−SiCJii領域(7)にVa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11図〜第1
6図に示す通りがある。
各々の図において、横軸はa−SiC層領域(7)の層
厚方向を示し、aはa−Si層領域(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Va
族元素含有量を表わす。
このようにVa族元素含を■を層厚方向に亘って変化さ
せた場合、その含有量はa−3iC層領域(7)全体当
たりの平均値である。
また、前記a−Si層領域(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層領域(6)の厚みは0.05〜5 am
 、好適には0.1〜3μm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−5i層領域(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元素を含
有してもよい。その場合、このカーボン元素が1100
0pp以下、好適には500ppm以下ノ範囲内であれ
ば、長波長光の光感度が顕著に低下しない。
更に、a−5iFieI域(6)には0.01〜1Op
pn+−好適にはO01〜5ppmの範囲内でVa族元
素を含有させてもよく、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Va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HjI域(6
)の全体当たりの平均値である。
そして、このようにa−SiNM域(6)に含有させる
Va族元素にはN、P、AS、Sb等がある。
前記キャリア輸送層(5)にはそれ自体高抵抗率を有し
且つキャリア移動度が十分に大きければ種々の材料を用
いることができ、この材料には、例えば、PVK、ピラ
ゾリン、オキサゾール、ヒドラゾン、N−フェニルカル
バゾール、スチルベン等の有機半導体、Se、5e−T
e、5e−As、CdS、ZnO,a−Si、 a−S
IC,a−SiO,a−SiN等の無機半導体がある。
キャリア輸送層をa−5i又はa−SiCによって形成
した場合、キャリア発生層と基本的に同一材料によって
形成することができるために同一の成膜装置を用いて連
続的に形成できるという点で望ましい。この場合、キャ
リア輸送層には光導電性が要求されていないが、機能上
、励起キャリアの移動度を大きくし、しかも、高い帯電
能に設定するために暗導電率を10− ” (Ω・cm
)”’以下にする必要がある。
即ち、a−5iキャリア輸送層を形成した場合、■a族
元素を所要の範囲内で含有させて真性化させ、これによ
って暗導電率を10−”(Ω・c++)−’以下に設定
することができる。尚、このように暗導電率を限定して
も不十分であれば、キャリア注入阻止層を形成して特性
を高める。
このキャリア輸送N(5)の厚みは1〜100μm、好
適には5〜50μ鋼の範囲内に設定するのがよく、1μ
m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、100.17111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傾向にある。
本発明によれば、機能分離型感光体であってキャリア輸
送層(5)及びキャリア発生[(3b)を必須不可欠な
層構成とし、両者の層(5) (3b)が第1図及び第
2図に示すような積層順序になっているのが一般的であ
るが、この積層順序を変えてもよい。
即ち、基板(1)上にキャリア発生層(3b)を薄膜形
成し、次いで、その上に有機半導体を塗布してキャリア
輸送N(5)とすることができる。
また、前記キャリア注入阻止層(2)はキャリア輸送層
(5)からのキャリアを円滑に基板側へ移動させ且つ基
板からキャリア輸送層(5)へのキャリア注入を阻止す
るために形成するものであり、この層(2)はポリイミ
ド樹脂などの有機材料、SiO□、StO+^hOz+
sic、5iJ4+ アモルファスカーボン、a−3i
、 a−SiCなどの無機材料によって形成される。
更にこのキャリア注入阻止N(2)を形成するに当たっ
て半導体材料を用いる場合、その伝導型をP型に制御す
るのが望ましく、これによって注入阻止作用が一段と向
上する0例えばN型半導体材料にはP等のVa族元素を
50〜10.OOOpmの範囲内で含有するa−St又
はa−SiCがある。
このキャリア注入阻止層(2)は必ず形成しなくてはな
らぬというものではなく、本発明者等が繰り返し行った
実験によれば、キャリア輸送N(5)の暗導電率が10
−”(Ω・cm) −’以下であればキャリア注入阻止
層(2)を形成しなくても電子写真感光体として十分に
実用に供することができる。
また、表面像ml N (4>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、例えば前記のキャリア注入阻
止層(2)に用いたのと同様な無機材料又は有機材料を
用いることができ、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。
かくして本発明の電子写真感光体は、キャリア発生層の
分光感度を幅広い波長に亘って高められ、これによって
光減衰を大きくして高速複写に好適となる。
次に本発明に係る電子写真感光体の製法を述べる。
キャリア発生層(3b)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法等の薄膜生成手段を用いることができ、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。
また、キャリア発生層以外の層をa−54又はa−3i
Cにより形成するのであれば、同様な薄膜生成手段を用
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、共通した薄膜生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。
例えばグロー放電分解装置を用いてa−3t又はa−5
jCから成る感光体を製作する場合、その気体原料とし
て5iL−+5iJh、5iJaなどのSi元素系ガス
、CHa、Czll□、Ctl(4,CJb、C1fl
eなどのC元素系ガスがあり、そして、Heガス、H2
ガス等をキャリアガスとして用いればよい。
このグロー放電分解法によれば、上記Si元素系ガスと
アセチレン(CtHz)ガスの混合ガスよりa−3ic
Nを形成した場合、著しく大きな高速成膜性が達成でき
るという点で望ましい。本発明者等が繰り返し行った実
験によれば、Sin、ガス及びC、I+ !ガスを用い
た場合、5〜20μm/時の成膜速度が得られた。因に
5iHaガスとCH4ガスを用いてa−3iC膜を生成
した場合、その成膜速度は約0.3〜1μm/時である
次にグロー放電分解法を用いてa−5t15又はa−S
iC層を製作する場合、その製作法を第17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、第1.第2.第3.第4.第5タンク(8) (
9) (10)(11) (12)には、それぞれSi
1+、、C2112,PH3,112,Noガスが密封
されてお・す、H2はキャリアーガスとしても用いられ
る。これらのガスは第1.第2.第3.第4第5調整弁
(13) (14) (15) (16) (17)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(1B) (19) (20) (21) 
(22)により制御され、第1゜第2.第3.第4タン
ク(8) (9) (10) (11)からのガスは第
1主管(23)へ、第5タンク(12)からのNoガス
は第2主管(24)へ送られる。尚、(25) (26
)は止め弁である。第1主管(23)及び第2主管(2
4)を通じて流れるガスは反応管(27)へと送り込ま
れるが、この反応管(27)の内部には容量結合型放電
用電極(28)が設置されてお、それに印加される高周
波電力は50w 〜3 KWが、また、その周波数は1
〜50MHzが適当である。反応管(27)の内部には
、アルミニウムから成る筒状の成膜用基板(29)が試
料保持台(30)の上にR置されており、この保持台(
30)はモーター(31)により回転駆動されるように
なっており、そして、基板(29)は適当な加熱手段に
より、約200〜400℃好ましくは約200〜350
℃の温度に均一に加熱される。更に、反応管(27)の
内部はa−5iC膜形成時に高度の真空状B(放電時の
ガス圧0.1〜2.0Torr )を必要とし、そのた
めに回転ポンプ(32)と拡散ポンプ(33)が連結さ
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、P元素、0元素及びN元素を含むa−SiC膜
を基板(35)に形成する場合には、第1゜第2.第3
.第4U8整弁(13) (14) (15) (16
)を開いてそれぞれより5illa+PHs+Htガス
を放出し、第5 tPI整弁(17)を開いてNoガス
を放出する。その放出量はマスフローコントローラ(1
B) (19) (20) (21) (22)により
制御され、5il14.CdLz、Plh、tl□の混
合ガスは第1主管(23)を介して、Noガスは第2主
管(24)を介して反応管(27)へと流し込まれる。
そして、反応管(27)の内部が0.1〜2.0Tor
r程度の真空状態、基板温度が200〜400℃、容量
型放電用電極(28)の高周波電力が50−〜3KW 
、周波数が1〜50Ml1zに設定されていることに相
俟ってグロー放電がおこり、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17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キャリア輸
送層(5)及びキャリア発生Jffl (3b)を順次
積層し、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に、可視光分光器により
分光された0、3μ−/cmz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
18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18図には上記感光体ドラムよりa−SiC層領
域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−3iCNのカーボン量をESCA
分析により求めたところ、Si、、 C、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、5 ppn+であった。
本発明の感光体ドラムを高速複写機に搭載し、感光体を
−5,6KVのコロナチャージャによって負極性に帯電
し、次いで画像露光して磁気ブラシ現像を行うというサ
イクルによって画像を得るに当たって、その印字速度を
80枚/分という高速複写レベルにまで高めたところ、
画像濃度が高く、カブリが生じなく、高コントラストで
ゴースト現象が全く生じない良質な画像が得られた。
然るに比較例の感光体ドラムを上記高速複写機に搭載し
、同じように画像を得るに当たって、赤色カットフィル
タを用いない場合には赤色文字の原稿が明瞭に出なかっ
た。また、このフィルタを用いた場合には赤色文字が出
たが、その反面、白地部分にカブリが認められた。
(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■止1(2)、キャ
リア輸送1!(5)、キャリア発生!(3b)及び表面
保護層(4)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高速複写機に搭載し、
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・・・・・・・・−700v 光感度(記録露光! ) ・・0.541ux −5e
c残留電位(露光開始5秒後の値)・・25Vまた、こ
の感光体ドラムを高速複写機に搭載し、80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、a−SiC層領域のP含有量とC含有量を
幾通りにも変え、これによって得られる感光体ドラムA
−にの画質を評価したところ、第3表に示す通りの結果
が得られた。
画質の評価は3種類に区分し、■印は画像濃度が高く、
カブリが全く生じなく、しかも、赤色の再現性が良好で
ある場合を示し、○印は画像濃度が高く、カブリがほと
んど生じなく、しかも、赤色の再現性についても実用上
向等支障がない場合であり、X印は短波長側の光感度が
低く、そのために赤色再現性に劣り、しかも、カブリが
生じて実用上支障がある場合を示す。
〔以下余白〕
第3表 第3表より明らかな通り、本発明の感光体へ〜■は画像
濃度、カブリ、赤色再現性のいずれの点についても優れ
た特性が得られた。
然るに、感光体J、にはP含有量が本発明の範囲内より
外れ、そのために短波長側の光感度、カブリ及び赤色再
現性のいずれについても劣っていた。
〔発明の効果〕
以上の通り、本発明の電子写真感光体は機能分離型感光
体として用いられ、そのキャリア発生層の分光感度が幅
広い波長に亘って高められており、これによって光減衰
を大きくして高速複写に好適となる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明電子写真感光体の層構成を示
す断面図、第3図及び第4図は従来の電子写真感光体に
採用されている層構成を示す断面図、第5図、第6図、
第7図、第8図、第9図及び第10図はいずれもカーボ
ンドーピング分布を示す線図、第11図、第12図、第
13図、第14図、第15図及び第16図はいずれもV
a族元素のドーピング分布を示す線図、第17図は容量
結合型グロー放電分解装置の概略図、第18図は分光感
度曲線を示す線図である。 l・・・導電性基板 2・・・キャリア注入阻止層 3.3a、3b  ・・・キャリア発生層4・・・表面
保護層 5・・・キャリア輸送層 6・・・アモルファスシリコン層領域 7・・・アモルファスシリコンカーバイド層領域特許出
願人  (663)  京セラ株式会社同    河村
孝夫 〜 代理人弁理士(889B)田原勝彦 第9図       第10図 1U図       第B図 (i          l)        α  
      b第][8図       第1−4図 (j           bQ          
b二良長(r1yy+す

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 導電性基板上に少なくとも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
    ア発生層がアモルファスシリコンから成る層領域と0〜
    100ppmの周期律表第Va族元素を含むアモルファ
    スシリコンカーバイドから成る層領域によって順次形成
    されていることを特徴とする電子写真感光体。
JP11765888A 1988-05-14 1988-05-14 電子写真感光体 Pending JPH01287576A (ja)

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