JPH01289964A - 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−５ｉ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−５ｉ悪感光においては、
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
色伺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
上紙下する。

（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
ご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川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」二に、少なくとも、光導
電性ａ−３ｉ層及び光導電性アモルファスシリコンカー
バイト層（以下、アモルファスシリコンカーバイトをａ
−５ｉＣと略す）を順次形成した電子写真感光体であっ
て、前記ａ−３ｉＣ層のシリコン（Ｓｌ）元素とカーボ
ン（Ｃ）元素の原子比率が５ｉｎ−＋ｎ　Ｃｘのｙ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
層が（１，５〜ＩＱＯｐｐｍの周期律表第Ｖａ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−３ｉＦ
（６）及び光導電性ａ−５ｉＣ層（７）が順次積層され
ている。

本発明者等の実験によれば、」二記のａ−５ｉＣ層（７
）に所定量の周１υ１律表第Ｖａ族元素（以下、Ｖａ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
めを所定の範囲内に設定すると入射した光のろう短波長
側がａ−３ｉＣ層（７）で吸収され、しかも、そのＢ−
５ｉＣ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−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
光導電性が生しる。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（＋−）
ＯＣｘのｙ値が０．０１≦×≦０．５、好適には０．０
５≦×≦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、（１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ば（Ｓｉ　（１−ＸＩ　Ｃｘ）
Ｉ−ｙ　［：Ａｌ、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
ような元素へ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１１元素が用いられる。

このようなａ−５＋Ｃ層（７）の厚みは０．０５−５　
μｍ、好適には０．１〜３μｍの範囲内に設定するとよ
く、この厚めが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、５
μｍを超える場合には残留電位が大きくなる。

上記ａ−５ｉＣ層（７）は、Ｓｉ元素とＣ元素の原子比
率、部ち、前記ｙ値がその層厚方向に亘って均一である
場合、又は、そのｙ値が変化する場合のいずれでもよい
。

ｙ値が層厚方向に亘って変化する場合には、そのｙ値が
００１≦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ｙ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。

−〇− 各々の図において、横軸はａ−３ｉＣ層（７）の層厚方
向を示し、ａはａ−５ｉ　　層（６）との界面であり、
ｂば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−３ｉＣ層（７）にはＶａ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、１１００ｐｐを超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、　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−５ｉＣ層（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−５ｉＣ層（７）の層厚方
向を示し、ａばａ−３ｉ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Ｖａ族元素含
有量を表す。

このようにＶａ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−５ｉＣ層（７）全体当たり
の平均値である。

また、前記ａ−３ｉ層（６）はアモルファス化した３１
元素と、そのダングリングボンドを終端させるための１
１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−５ｉ層（６）の厚めは５〜１００　μｍ、好適
には１０〜５０７７ｍ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、
長波長光が存効に吸収されるという点で有利である。

また、ａ−３ｉ層（６）は実質」ニ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５ＱＱｐｐｍ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−３ｉ層（６）にはＶａ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層（６）の全体当たり
の平均値である。

そして、このようにａ−５ｉ層（６）に含有させるＶａ
族元素にはＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、旧がある。

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−５ｉＣ層で吸収され、しかも
、長波長側の光が主にａ−５ｉ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、８一 基板（５）とａ−３ｉｌＬｊ（６）の間にキャリア注入
阻止層（８）を、そして、ａ−５ｉＣ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−５ｉＣ層（７）を保護して耐湿
性などを向」ニさせるものであり、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
料と同し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−３ｉ層又はａ−３ｉＣ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−１０
＝ クリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の薄膜形成力スを
、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８１元素含有ガスにはＳｉＨ４，５ｉ２
１１６．５ＩＪａ　、ＳｉＦ４．５ｉＣ１４，５ｉｌ（
ＣＩ３等々があり、また、Ｃ元素含有ガスにはＣ１１４
、ＣｚｌＬ、Ｃ２１１□、Ｃ３Ｉ＋　、等々があり、就
中、Ｃ２１（２ば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、Ｃ２Ｈ２、ＰＩ−１３（
Ｉｈガス希釈で０．２χ含有）、Ｂ２（１６（１１□ガ
ス希釈で４ｏｐｐｍ含有）、■２、ＮＯガスが密封され
ており、１１□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）　（２
３）　（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）　（１，１）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（２日）及び第２
主管（２９）を通し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　〜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）の上に載置されでおり、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°Ｃ１好適には約２００〜３５０
°Ｃ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−３ｉＣ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　ＩＩ　４、Ｃ２１１２，１
１２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、Ｓ　
ｉ　Ｈａ、Ｃ２！１□、Ｈ２の混合ガスは第１主管（２
８）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１〜５０　Ｍ　ＩＩ　ｚ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−５ｉＣ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
−５ｉ層（６）及び光導電性ａ−３ｉＣ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−３
ｉＣ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−３ｉＣ層のカーボン量をＥｓｃＡ
分析により求めたところ、Ｓ！＋−ｘＣｘのＸ値で０゜
１２であり、また、そのＰ含存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。

４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−３ｉ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。

（以下、余白） 必　複　　６６　号　号 ｂ　′″′　　　　　　　“ 巨　− ｉ”　””′″〜 しへ− ド 憾 田を　。。。。

べ　　お　　　曽　′１″！　　胃　ｉ般　じ　　０８
００ 叩　　← 定　Ｉｌｌ　４　胴 寄 諦　　　　　　１ 、！、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　ロ１、　　　　。　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　１カ 爾　　′″亭　　　　４９ 尽 １　上　　　　。顛 昧Ｃ；や ′　　　べ べ　　　　　０　０　０　０　　　　Ｑ般　謬　　８　
巴　８　莢　　　に 般 詔 涙　８−Ｉ　Ｉ　ら 壕 姦 ぜ ｌ。

磨 υ　１ 調　号 盟１ｇ”−。

＠　晴　晴　亭 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）・・　０．５２　ｌｕｘ　　−５
ｅｅ残留電位（露光開始５秒後の値）・・１８Ｖまた、
この感光体トラムを高速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
度で且っ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−３ｉＣ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 ＊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−Ｐ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−３ｉＣ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１１とＩは光感度に劣っており、感
光体トラムｉ４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トラムＢ−Ｆ及びＪ〜Ｎ
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石宜君忍した
。

（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−５ｉ層と光導電性ａ−３ｉＣ層を積層し、そのａ
−３ｉＣ層の原子比率及び厚み並びにＶａ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Ｖ、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財、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Ｖａ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ｉ電性アモルファスシリコンカーバイド層 し刷冒柾知て酬

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Ｖａ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。