JPS63178250A - 電子写真感光体 - Google Patents

電子写真感光体

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JPS63178250A
JPS63178250A JP62010332A JP1033287A JPS63178250A JP S63178250 A JPS63178250 A JP S63178250A JP 62010332 A JP62010332 A JP 62010332A JP 1033287 A JP1033287 A JP 1033287A JP S63178250 A JPS63178250 A JP S63178250A
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JP
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layer
barrier layer
electrophotographic photoreceptor
thin film
thin
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Application number
JP62010332A
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Inventor
Hideji Yoshizawa
吉澤 秀二
Tatsuya Ikesue
龍哉 池末
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Toshiba Corp
Toshiba Intelligent Technology Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Intelligent Technology Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G5/00Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
    • G03G5/02Charge-receiving layers
    • G03G5/04Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor
    • G03G5/08Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being inorganic
    • G03G5/082Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being inorganic and not being incorporated in a bonding material, e.g. vacuum deposited
    • G03G5/08214Silicon-based
    • G03G5/08264Silicon-based comprising seven or more silicon-based layers

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)

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】 [産業上の利用分野コ 本発明は、帯電特性、暗減衰特性、光感度特性及び耐環
境性等が優れた電子写真感光体に関する。
[従来の技術] 水素(H)を含有するアモルファスシリコン(以下、a
 −Si:Hと略す)は、近年、光電変換材料として注
目されており、太陽電池、薄膜トランゾスタ、及びイメ
ーゾセンサ等のほか、電子写真プロセスの感光体に応用
されている。
従来、゛電子写真感光体の光導電層を構成する材料とし
て、CdS %ZnO% 3e %若しくは5s−Te
等の・・無機材料又は、t?IJ−N−ビニルカルバゾ
ール(PVCZ)若しくはトリニトロフルオレノン(T
NF )等の有機材料が使用されていた。しかしながら
、a−8i :Hはこれらの無機材料又は有機材料に比
して、無公害物質であるため回収処理の必要がないこと
、可視光領域で高い分光感度を有すること、並びに表面
硬度が高く耐磨耗性及び耐衝撃性が優れていること等の
利点を有している。このため、a−81:Hは電子写真
プロセスの感光体材料として注目されている。
このa −Si:Hは、カールソン方式に基づく感光体
の材料として検討が進められているが、この場合、感光
体特性として抵抗及び光感度が高いことが要求される。
しかしながら、この両特性を単一の感光体層で満足させ
ることが困難であるため。
光導電層と導電性支持体との間に障壁層を設け、かつ光
導電層上べ表面電荷保持層を設けた積層型の構造にする
ことによシ、このような要求を満足させている。
[発明が解決しようとする問題点] ところで、従来、障壁層としては高抵抗の絶縁性単一層
が用いられているが、このような障壁層では、膜厚が厚
いと光導電層から支持体へ流れるキャリアが障壁層を通
過できず、その結果、残留電位が高くなってしまう。−
万、膜厚が薄いと現像バイアスによシ絶縁破壊を生じて
しまう・ま九、障壁ノーとしてp型又はn型の半導体を
用いた場合には、膜厚が厚いとダングリングボンド等の
構造欠陥にキャリアがトラップされ、残留電位が高くな
り、一方、膜厚が薄い場合には支持体からのキャリアを
ブロックできず、帯電能が低下してしまう。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、あって
、帯電能が優れておシ、残留電位が低く、近赤外領域ま
での広い波長領域に亘って感度が高く、基板との密着性
が良く、耐環境性が優れた電子写真感光体を提供するこ
とを目的とする。
[発明の構成コ (問題点を解決するための手段〕 本発明者らは、種々研究を重ねた結果、電子写真感光体
の障壁層として超格子構造を用いることによシ、上記目
的を達成し得ることを見出し。
本発明を完成するに至った。
即ち1本発明の電子写真感光体は、導電性支持体、障壁
層、および光導電層を具備する電子写真感光体において
、前記障壁層は、伝導型を支配する元素を首む第1の非
晶質シリコン薄膜と、微結晶シリコン薄膜と、炭素、酸
素および窒素から選ばれた少なくとも1′siの元素を
含む第20非晶質シリコン薄膜とを交互に積層して構成
され、かつそれぞれの薄膜の膜厚が30〜200Xであ
ることを特徴とする。
本発明の電子写真感光体において、障壁層を構成する超
格子構造の第1の非晶質シリコン(a−Sl )薄層に
含まれる伝導型を支配する元素とは、例えば周期律表第
■族又は第V族に属する元素である。
これら元素の含有量は好ましくは 104〜/ 原子チ
、よシ好ましくは 7’o −2〜7o   原子チで
ある〇 障壁層を構成する超格子構造の第20非晶質シリコン(
a−8i )薄膜に含まれる炭素、酸素および窒素から
選ばれた少なくとも1種の元素の含有量は、好ましくは
5〜30原子チ、より好ましくは5〜20原子チである
本発明において用いられる微結晶シリコン(μc −S
t )は、粒径が約数十オンゲストロムの微結晶化した
シリコンと非晶質シリコンとの混合1缶により形成され
ているものと考えられ、以下のような物性上の特徴を有
している。第一に、X線回折測定では2θが28〜28
.5°付近にある結晶回折パターンを示し、ハローのみ
が現れる無定形のa−8iから明確に区別される。第二
に、μc −Slの暗抵抗は1O10Ω・副以上に調整
することができ、暗抵抗が1050・αのポリクリスタ
リンシリコンからも明確に区別される。
(実画例) 第1図は、本発明の一実施例になる電子写真感光体の断
面構造を示す図である。同図において、1は導電性支持
体である。該導電性支持体の上には障壁層2が形成され
、その上には光導電層3が形成されている。更に、光導
電7m 3の上には表面ノl#4が形成されている。
第2図は本発明の他の実力例になる電子写真感光体の断
面構造を示す図で、この実月例では電荷発生ノーおよび
電荷輸送層からなる機能分離型の光導電ノーが用いられ
ている。即ち、導電性支持体1及び障壁ノー2の上に電
荷輸送層5が形成され、該電荷輸送層の上に電荷発生層
6が形成されている。
更に、電荷発生層6の上には表面層4が形成されている
上記第1図および第2図の実施例における各部の詳細は
、次に説明する通シである。
導電性支持体1は、通常はアルミニウム製のドラムで構
成される。
11壁層2は、m l (7) a−8t @g、 μ
c−81@膜および第20a”sl薄膜の超格子構造を
有しており、これら薄膜は水素が添加されたもの(μc
−8t:H、a−8i二H)とすることができる。
上記障壁層2は、導電性支持体1と電荷発生層5との間
の電荷の流れを抑制することによシ感元体表面の電荷保
持機能を高め、感光体の帯電能を高めるために形成され
るものである。従って、半導体層を障壁層に用いてカー
ルノン方式の感光体を構成する場合には、異面に帯電さ
せた電荷の保持能力を低下させないために、障壁Jfl
i 2をp型またはn型とすることができる。即ち、感
光体表面を正帯電させる場合には障壁ノー2をp型とし
、表面電荷を中和する電子が電荷発生層に注入されるの
を防止する。逆に表面を負帯電させる場合には#1壁層
2をn型とし、表面電荷を中和するホールが電荷発生層
へ注入されるのを防止する。R壁層2から注入されるキ
ャリアは光の入射で電荷発生層6内に発生するキャリア
に対してノイズとなるから、上記のようにしてキャリア
の注入を防止することは感度の向上をもたらす。なお、
a−8lおよびμc−8lをp型にするためには1周期
律表の第■族に属する元素、例えば硼素B1アルミニウ
ムA4ガリウムQa 、インゾウムIn 、及びタリウ
ムTt等をドーピングすることが好ましい。また、a−
31およびμe−8tをn型にするためKは周期律表の
第■族に属する元素、例えば窒素、燐P、砒素As 、
アンチモンsb、及びビスマス81等をドーピングする
ことが好ましい。
また、超格子構造の第1のa−8i薄膜およびμC−8
i薄膜にも炭素、窒素および酸素から選択された元素の
一種以上を含有させることによシ、障壁層をよシ高抵抗
とすることができる。
障壁層2の厚みは、100X−10#lが好ましい。
障壁層2の上に形成される光導電層3は、a−81:H
又はμc−81:Hによシ構成することができる。
光導′f!L層3に光が入射するとキャリアが発生し、
このキャリアのうち一方の極性のものは感光体表面の″
Fr!電電荷と中和し、他方の極性のものは光導電層3
を走行して導電性支持体に到達する。また。
第2図に示す機能分離型の感光体においては、元の入射
により電荷発生Jd eにギヤリアが発生し、このキャ
リアのうち一方の極性のものは感光体表面の帯1f電荷
と中和し、他方の極性のものは電荷輸送)d 5を走行
して導電性支持体に到達する。
障壁jd 2および光導電層3を構成する。a−8i:
Hおよびμa−81:HKおける水素の含有量は、0.
O1〜30原子チが好ましく、1〜25原子チがよシ好
ましい。このような水素の含有量によシ、シリコンのダ
ングリングボンドが補償され、暗抵抗と明抵抗とが調和
のとれたものとなシ、光導電特性が向上する。
a−8l :H層をグロー放電分解法によシ成模するに
は、原料としてS IH4及びS1□H6等のシラン類
ガスを反応室に導入し、高周波によpグロー放電するこ
とによ#)薄層中にHを添加することができる。
必要に応じて、シラン類のキャリアガスとして水素又は
ヘリウムをガスを使用することができる。
−万、 SiF4ガス及びs t ct4ガス等のハロ
ダン化ケイ素を原料ガスとして使用することができる。
また、シラン類ガスとハロダン化ケイ素ガスとの混合ガ
スで反応させても、同様K)Iを含有するa−8i:H
を成膜することができる。なお、グロー放電分解法によ
らず、例えば、スパッタリング等の物理的な方法によっ
てもこれ等の薄層を形成することができる。
μc −Si層も、a −Si:Hと同様に、高周波グ
ロー放電分解法によシ、シランガスを原料として、成膜
することができる。この場合に、支持体の温度をa −
Si:Hを形成する場合よシも高く設定し、高周波電力
もa −st、aの場合よシも高く設定すると、μc−
8l:Hを形成しやすくなる。また、支持体温度及び高
周波電力を高くすることにより、シランガスなどの原料
ガスの流量を増大させることができ、その結果、成膜速
度を早くすることができる。また、原料ガスの5IH4
及び512H6等の高次のシランガスを水素で希釈した
ガスを使用することKより、μc −31:Hを一層高
効率で形成することができる。
光導電層3又は電荷発生層5の上に表面層4が設けられ
ている。
光導電層3又は電荷発生層6を構成するa−8l :H
等は、その屈折率が3乃至3.4と比較的大きいため、
表面での光反射が起きやすい。このような光反射が生じ
ると、光導電層3又は電荷発生層6に吸収される光量の
割合いが低下し、光損失が大きくなる。このため、表面
層4を設けて反射を防止することが好ましい。また、表
面層4を設けることにより、電荷発生層6が損鴻から保
護される。
さらに1表面層を形成することにより、帯電能が向上し
、表面に電荷がよくのるようKなる。乏面層を形成する
材料としては、a −SiN:H、a−8iO:Hl及
びa −SIC:f(等の無機化合物並びにポリ塩化ビ
ニル及びポリアミド等の有機材料がある。
このように構成される電子写真感光体の表面を、コロナ
放電によシ約500vの正電圧で帯電させた状態で光(
hν)が入射すると、光導電層3において電子と正孔の
キャリアが発生する1、この伝導帯の電子は、感光体内
の電界によシ表面層4側に向けて加速され、正孔は導電
性支持体1側に向けて加速される。この場合、従来の高
抵抗の絶縁性単一ノーからなる障壁層を用いると、前述
のように。
膜厚が厚いと光4を層から支持体へ流れるキャリアが障
壁層を通過できず、その結果、残留電位が高くなってし
まう。−万、膜厚が薄いと現像バイアスにより絶縁破壊
を生じてしまう。また、障壁層としてp型又はn型の半
導体を用いた場合には。
膜厚が厚いとグングリングゴンド等の構造欠陥にキャリ
アがドラッグされ、残留電位が高くなシ、−万、膜厚が
薄い場合には支持体からのキャリアをブロックできず、
帯電能が低下してしまう。これに対し、本発明の感光体
のように、障壁層を超格子構造とすると、ポテンシャル
井戸層においては、量子効果のために、超格子構造でな
り単一層の場合に比して、キャリアの寿命が5乃至10
倍と長い。また、超格子構造においては、バンドギャッ
プの不連続性により、周期的なバリア層が形成されるが
、キャリアはトンネル効果で容易にバイアス層を通シ抜
けるので、キャリアの笑効移動度はバルクにおける移動
度と同等であシ、キャリアの走行性が優れている。以上
のごとく、薄層を積層した超格子構造によれば、高光導
電特性を得ることができ、従来の感光体よシも鮮明な画
像を得ることができる。
以下に第3図を参照し、上記実施例の電子写真感光体を
グロー放電法によシ製造する装置、並びに製造方法を説
明する。同図において、ガスゴンペ21.22,23,
24には、例えば夫々5in4゜B2H6,H2,CH
4等の原料ガスが収容されている。
これらガスボンベ内のガスは、R盆調整用のパルプ26
及び配萱27を介して混合器28に供給されるようにな
っている。各;ぜンベには圧力計25が設置されており
、該圧力tl−zs’x監視しつつパルプ26を調整す
ることによシ混合器2BVC供給する各原料ガスの流量
及び混合比を調節できる。
混合器28にて混合されたガスは反応容器29に供給さ
れる。反応容器29の底部3111Cは1回転軸30が
鉛直方向の回シに回転可能に取付けられている。該回転
軸30の上端に、円板状の支持台32がその面を回転軸
30に垂直にして固定されている。反応容器29内には
、円筒状の電極33がその軸中心を回転軸30の軸中心
と一致させて底部3ノ上に設置されている。感光体のド
ラム基体34が支持臼32上にその軸中心を回転軸30
の軸中心と一致させて載置されておシ、このドラム基体
34の内側にはドラム基体加熱用のヒータ35が配設さ
れている。電極33とドラム基体34との間には高周波
を源36が接続されており、電極33およびドラム基体
34間に高周波電流が供給されるようになっている。回
獣軸30はモータ38によシ回転駆動される。反応容器
29内の圧力は圧力1計37により監視され1反応容器
29はダートバルブ38を介して真空ボンダ等の適宜の
排気手段に連結されている。
上記製造装置によシ感元体を製造する場合には。
反応容器29内にドラム基体34を設置した後、ゲート
パルプ39を開にして反応容器29内を約0、ITor
rの圧力以下に排気する。次いで、メンペ21.22,
23.24から所要の反応ガスを所定の混合比で混合し
て反応容器29内に導入する。
この場合に1反応容器29内に導入するガス流量は反応
容器29内の圧力がO,l乃至1. OTorrになる
ように設定する。次いで、モータ38を作動させてドラ
ム基体34を回転させ、ヒータ35によシトラム基体3
4を一定温度に加熱すると共に、高周波電源36によシ
ミ極33とドラム基体34との間に高周波電流を供給し
て、両者間にグロー放電を形成する。これによシ、ドラ
ム基体34上にμa −Si:)tやa −Si:Hが
堆積する。、なお、原料ガス中にN20.NH3,NO
2,N2.CH41C2H4102ガス等を使用するこ
とによp、c、Q、Nをμe−81:H+a−8i:H
中に含有させることができる。
このように、この発明に係る電子写真感光体は、クロー
ズドシステムの製造装置で製造することかでさるため1
人体に対して安全である。
次に、この発明に係る電子写真感光体を成膜し、電子写
真特性を試験した結果について説明する。
試験例1 必要に応じて、干渉防止のために、酸処理、アルカリ処
理及びサンドブラスト処理を施した直径が80鴫、幅が
350m+のアルミニウム製ドラム基体を反応容器内に
装着し1反応容器を約1O−5トルの真空度に排気した
。ドラム基体を250℃に加熱し、l Orpa>で自
転させつつ、5IH4ガスを300 SCCM 、 B
2H6ガスをSiH4ガスに対する流量比で1xlO−
sという流量で反応容器内に導入し。
反応容器内の圧力をlトルKt4jlた。そして。
400Wの高周波電力を印加してグラズマを生起さぞ、
ドラム基体上にpFiのa−81:H薄層を50又形成
した。次いで、5IH4ガス流量を50 SCCMとし
、H2ガスを500 SCCM、 B21(6ガスを8
1H4ガスに対する流量比で5×1O−2の流量で反応
容器内に導入し、Wの高周波電力を印加し、toOXの
p型μe−8i:H薄層(結晶化度65%)を形成した
そして、更に、S iH4がスを100sc匡M2ガス
を401) SCCMという流量で反応容器内に導入し
、500Wの高周波電力を印加して、 10o  Xの
a −SIN:H71層層を形成した。このような操作
を繰返シテ、25層のpWa−8t:ff層と25層の
9次に、 5IH4ガスを500 SCCM 、 B2
H6がスをSiHガスに対する流量比が10−6となる
ような流量で反応容器内に導入し、反応容器内を1トル
とし、300Wの高周波電力を印加して15xのl型a
 −Si:H光導電層を形成した。
最後に、0.5μmの厚さのa −SIC:Hからなる
表面層を形成した。
このようにして形成した感光体表面を約5 Q+、i 
Vで正帯電し、白色光をjlI元すると、この光は電荷
発生層で吸収され、電子正孔対のキャリアが発生する。
この試験例においては、多数のキャリアが発生し、キャ
リアの寿命が高く、高い走行性が得られた。これによシ
、鮮明で高品質の画像が得られた。また、この試験例で
製造された感光体を、繰返し帯電させたところ、転写1
Ilii儂の再現性及び安定性は極めて良好であシ、更
に、耐コロナ性。
耐湿性、及び耐磨耗性等の耐久性が優れていることが実
証された。
試験例2 光導電性としてi型a −Si:l(層の代わ)にl型
μc−8t/%iを形成したことを除き、試験例1と同
様にして電子写真感光体を製造した。なお、l型μc 
−SI Mは、  81)14ガスをl 00 SCC
M、H2ガスを1200 SCCMという流量で反応室
内に導入し。
圧力を1.2トルとし、l kWの高尚&電力を印加す
ることによシ得られた。
このようにして製造された感光体は、半導体レーデの発
振波長でちる780乃至790 nrnの長波長光に対
しても嶋い感度を有する。この感光体を半導体レーデプ
リンタに搭載してカールソンプロセスにより画像を形成
したところ、感光体表面の露光量が25 ergα2で
ある場合でも、鮮明で高解像度の画像を得ることができ
た。
この感光体を繰返し帯電したところ、転写画像の再現性
及び安定性が高く、耐コロナ性、耐湿性、及び耐磨耗性
などの耐久性が優れていた。
試験例3 障壁層を構成する薄膜の1つであるa−8IN:H薄層
の代わりにa −SiC:H薄層を形成したことを除き
、試験例1と同様にして電子写真感光体を製造した。な
お、a −SiC:H薄層は、SiH4ガスを1100
5CC、CH4ガスを3008CCMの流量で反応器内
に導入し、400Wの高周波電力を引加することによシ
得られた。
この感光体を用いて試験例1と同様にして画像を形成し
たところ、鮮明で高品質の画像が得られた。この感光体
を繰返し帯電したところ、転写画像の再現性及び安定性
が高く、耐コロナ性、耐湿性、及び耐磨耗性などの耐久
性が優れていた。
また、薄層の稲類は、上記試験例のように3種類に限ら
ず、4種類以上の薄層を積増しても良く、要するに、光
学的ノ1ンドギャップが相違する薄層の境界を形成すれ
ば良い。
[発明の効果コ 本発明によれば、障壁層に超格子構造を用いているため
、キャリアの走行性が高いとともに、高抵抗のため帯電
特性の優れた電子写真感光体を得ることができる1、特
に、この発明においては、薄層を形成する材料を適宜組
み合わせることにより、任意の波長帯の元に対して8通
の光導電特性を有する感光体を得ることができるという
利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る電子写真感光体を示す断
面図、第2図は他の実施例に係る電子写真感光体を示す
断面図、第3図は本発明の実施例に係る電子写真感光体
の製造装置を示す図である。 1・・・4′f!L性支持体、2・・・障壁層、3・・
・光導電層、4・・・表面層、5・・・電荷輸送層、6
・・・電荷発生層。 出願人代理人 弁理士 鈴 圧式 彦 第7図    第2図 第3図 手続補正書 1.事件の表示 特願昭62−10332号 2、発明の名称 電子写真感光体 3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 (307)  株式会社 東芝 (ほか1名) 4、代理人 東京都千代田区霞が関3丁目7番2号 UBEビル7、
補正の内容 明細書第17頁第20行目の「Wの高周波電力」をr7
00Wの高周波電力」と訂正する。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)導電性支持体、障壁層、および光導電層を具備す
    る電子写真感光体において、前記障壁層は、伝導型を支
    配する元素を含む第1の非晶質シリコン薄膜と、微結晶
    シリコン薄膜と、炭素、酸素および窒素から選ばれた少
    なくとも1種の元素を含む第2の非晶質シリコン薄膜と
    を交互に積層して構成され、かつそれぞれの薄膜の膜厚
    が30〜200Åであることを特徴とする電子写真感光
    体。
  2. (2)前記伝導型を支配する元素は、周期律表第III族
    および第V族に属する元素から選ばれた少なくとも1種
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電
    子写真感光体。
  3. (3)前記微結晶シリコン薄膜および第20非晶質シリ
    コン薄膜の少なくとも一方は、周期律表第III族および
    第V族に属する元素から選ばれた少なくとも1種を含有
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電子
    写真感光体。
  4. (4)前記第1の非晶質シリコン薄膜および微結晶シリ
    コン薄膜の少なくとも一方は、炭素、酸素および窒素か
    ら選ばれた少なくとも1種の元素を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の電子写真感光体。
  5. (5)前記光導電層は、周期律表第III族又は第V族に
    属する元素から選択された少なくとも一種の元素を含む
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電子写真
    感光体。
  6. (6)前記光導電層は、炭素、酸素および窒素のうちの
    少なくとも一種を含むことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の電子写真感光体。
  7. (7)記光導電層の少なくとも一部は微結晶シリコンか
    らなることを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の電
    子写真感光体。
  8. (8)前記光導電層の上に表面層を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の電子写真感光体。
JP62010332A 1987-01-20 1987-01-20 電子写真感光体 Pending JPS63178250A (ja)

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