JPH03223871A - 静電潜像担持体 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明はコロナ放電に依らない帯電、露光、現像、クリ
ーニング等のプロセスを略同時に行うことができる電子
写真装置等に用いられる静電潜像担持体に関する。

（ロ）従来の技術 一般に電子写真装置としではコロナ放電を利用したもの
が広く知られている。斯る電子写真装置は、感光体の周
囲にコロナ帯電、露光現象、転っ除電、クリーニングな
どを行わしめる部品をど置しなければならず、構造が複
雑になる難点が２つだ。

このような問題点に鑑み、近年コロナ放電をｒいない電
子写真プロセス、即ち内照式電子写真二ロセスを用いた
電子写真装置が提案されてぃシ（例えば、画像電子学会
第１６巻第５号１９８’Ｈ照） 第７図はこの新しく提案された装置の構成をゴす模式図
である。感光体（４ｏ）の外周面上部に５像機構（４１
）を、また外周部下部に転写ローラ（４２）を配置する
と共に、感光体（４ｏ）の内側にＬＥＤアレイヘッド（
４３）を配置して構成されている。今少し詳しく説明す
ると、感光体（４ｏ）はガラス製の円筒状透明支持基板
（４０ａ）の外周に、透明電極（４０ｂ　）と感光部を
構成する光導電層（４０ｃ）とを積層して構成され、上
記透明電極（４０ｂ）ト現像１ｍｌ　（４１）　ヲｍ成
ｔル１ａｔｆｉローラ（４１ａ　）との間に１５Ｖ程度
の電位（Ｖ）が現像バイア又として印加されている。導
電性トナーは磁極ローラ（４１ａ）の外周に被せたスリ
ーブ（４１ｂ　）周囲に吸着せしめられて所謂磁気ブラ
シが形成され、光導電層（４０ｃ　）の外周面に臨んで
いる。ここでこの導電性トナーを通して現像バイアスか
ら光導電層（４０ｃ）へ電荷の注入が起こり、光導電層
（４０ｃ　）は現像バイアスと略同電位に帯電する。

一方、ＬＥＤアレイヘッドｃ４３）から投射された光像
が円筒状透明支持基板（４０ａ）の内側がら光導電層（
４０ｃ　）に入射せしめられて光導電層（４［１ｃ　）
に静電潜像が形成されると、磁気ブラシから光導電層（
４０ｂ　）の表面にトナーが吸着されてトナー顕像が形
成され、転写ローラ（４２）にて記録紙（４４）に転写
せしめられてゆくことになる。

感光体（４Ｄ）表面の残留トナーが現像機構（４１）に
よる掃き取りカ、及び磁極ローラ（４１ａ　）の磁力に
よって除去される。従って感光’：１（４０）に対する
帯電、露光、現像、クリーニングが現像機構（４１）と
ＬＥＤアレイヘッド（４３）によっで略同時的に行われ
ることとなり、構成、並びに電子写真処理プロセスが大
幅に簡略化される。

（ハ）発明が解決しようとする課題 ところで、この提案された電子写真方式では、従来の電
子写真装置の感光部と異なり、感光部間を主に移動する
キャリアの極性が帯電極性とは反対になるため、従来の
感光部では鮮明な画像を得ることが難しいのが現状であ
る。

また、上述した電子写真方式にあっては、前述した如く
、電子写真プロセスにおいて、トナー層より、電荷注入
が行われ、その注入された電荷を保持しておく必要があ
る。そして、その電荷は露光における光照射により発生
した光起電力にて、打ち消され潜像が形成されるが、保
持された電荷が完全に打ち消されずに残留電位として残
ると、感度が悪くなるという問題があった。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、外表面に接触させた磁気ブラシにて帯電せし
められ、前記透明支持体側から入射した光にて静電潜像
を形成する静電潜像担持体であって、透明電極と光導電
層との間にｐまたはｎ型の非晶質半導体層を設け、光照
射時に、前記光導電層とｐまたはｎ型の非晶質半導体層
接合に発生する光起電力により残留電位を消去すること
を特徴とする。

（ホ）作用 内照式の電子写真プロセスは、使用電位が小さいため、
光導電層とｐまたはｎ型の非晶質半導体との半導体接合
により生じる光起電力で残留電位を打消す、 （へ）実施例 以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。

第１図は本発明に係る静電潜像相持体を用いた電子写真
装置の模式図であり、図中（１）は本発明に係る静電潜
像相持体、（２）は磁気ブラシ、（３）はＬＥＤアレイ
ヘッド、（４）は転写ローラ、（５）は記録紙を示して
いる。

静電潜像担持体（１）は円筒形であって図示しない軸回
りに矢符方向に回転駆動せしめられるようになっており
、その外周面上部に臨ませて帯電、現像、除電、クリー
ニング等を行う磁気ブラシ（２）が、またこれと対向し
て内側には露光のためのＬＥＤアレイヘッド（３）が配
設され、更に外周面下部に臨ませてトナー顕像を記録紙
（５）に転写する転写ローラ（４）が配設されている。

第２図は本発明に係る静電潜像担持体（１）の第１の実
施例を示す部分断面構造図であり、第２図において、（
１１）はガラス等にて構成された透明支持体を示してい
る。この透明支持体（１１）上には、ＴＴＯ、５ｎ０２
等で構成された透明電極（１２）が積層形成され、更に
この上にｐ又はｎ型のアモルファスシリコンを主成分と
する非晶質半導体層（１３）が設けられ、この非晶質半
導体層（１３）が阻止層として作用する。そして、この
上に同しくアモルファスシリコンを主成分とする光導電
層（１４）を積層してなる感光部を設けである。

非晶質半導体層（１３）　、光導電層（１４）夫々の水
素（Ｈ）含有量及びこれらによって構成される感光部全
体としてのＨ含有量は光導電性を高める観点からいずれ
も１〜４０ａｔｍ％、望ましくは８〜３０ａｔｍ％とし
である。

非晶質半導体層（１３）の膜厚はｌ、０μｍ、また、非
晶質半導体層（１３）　、光導電層（１４）全体の膜厚
は５〜１０μｍ程度である。尚、この膜厚については特
にこの範囲にのみ限定するものではなく、必要な波長に
対する光吸収性を勘案して適宜に設定すれば良い。

而して、このように構成された本実施例に係る静電潜像
担持体にあっては、透明電極（１２）と磁気ブラシ（２
）の磁極ローラ（２ａ）との間に１５Ｖ程度の現像バイ
アス（Ｖ）が印加される。そして、磁気ブラシ（２）に
よって光導電層（１４）の表面が、例えば正帯電せしめ
られたとすると、これとは逆に透明電極（１２）の表面
が負帯電せしめられ、阻止層としての非晶質半導体層（
１３）によって正、負の両電荷は打ち消し合うことなく
この状態に維持される。

この状態てＬＥＤアレイヘッド（３）によって透明支持
体（１１）側から光像を投射すると、光は透明支持体（
ｉｌｌ、透明電極（１２）を透過して感光部を構成する
光導電層（１４）に到達し、この光エネルギによってこ
の光導電層（１４）内で、電子と正孔が生成される。そ
して、電子、正孔が生成される位置：よ光導電層（１４
）内における非晶質半導体層（１３）Ｉｌｉ寄りの位置
である。発生した電子は正帯電された表面側に、また正
孔は負帯電された透明電極ｕ２）側に夫々走行すること
となる。

第４区：＝、透明電極（１２）を含む感光部のエネルギ
バンド７であり、透明電極（１２）　、非晶質半導体層
（１３）を通過して光導電層（１４）に入射した光は非
晶質半導体層（１３）側寄りの位置でその殆どが吸口さ
れてここで電子、正孔が生成され、電子は表面側に長′
ｖ）距離を、また正孔は阻止層と−での非晶質半導体層
（１３）側に短い距離を走行することとなる。即ち、表
面の電位と逆極性のキャリアの移動距離の方が同極性の
キャリアの移動距離よりも太き（なっている。従って、
長い距離を走行する電子の走行性能が問題となるが、こ
の走行性能は光導電層（１４）内にドーピングするポロ
ン等の不純物の濃度と関連する。このため、非晶質半導
体層を形成する際に、例えば、Ｂ、＋（、濃度を適切に
選択することによって所望の走行性能が得られる。この
Ｂ２Ｈ，濃度としては、正帯電用には０〜０．４ｐｐｍ
負帯電用には０．２〜１０ｐｐｍの範囲が望ましい。

また、電子の移動度を向上させるため、光導電層（１４
）内にリン（Ｐ）を０．１〜１１００ｐｐドーピングし
てもよい。

更に、帯電能力を高めるため、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）
、酸素（０）等のバンドギャップを広げる元素を光導電
層（１４）内に１〜３０ａｔｍ％添加しても良い。

このように、ＬＥＤアレイヘッド（３）より露光され、
光導電層（１４）に入射された光により、電子、正孔が
生成され、この電子、正孔と帯電された電荷とが打ち消
され、静電潜像が形成される。

前述したように、この静電潜像担持体は、バイアス電位
が１５Ｖ程度と小さい。そのため、残留電位も通常の電
子写真プロセスに比べて格段に小さい２〜３Ｖである。

従って、光導電層（１４）とｐまたはｎ型の非晶質半導
体層（１３）との半導体接合により、叩射された光によ
る光起電力が発生し、残留電位を打ち消すことができる
。

第３図は、本発明の第２の実施例を示す部分断面構造図
である。この実施例においては、阻止層としての非晶質
半導体層（Ｉ３）と光導電層（１４）との界面にバッフ
ァ層（１５）を設けたものである。このバ・ンファ層（
１５）は、非晶質半導体層（１３）がｐ型の場合にはｐ
型、ｎ型の場合にはｎ型の非晶質半導体層で形成され、
その不純物濃度を非晶質半導体層（１３）より低くして
、光導電層（１４）とのバンドギャップを小さくしてい
る。

また、バッファ層（１５）の不純物濃度は、非晶質半導
体層（１３）より低くすれば良いが、不純物濃度を非晶
質半導体層（１３）より光導電層（１４）に向かって除
々に減少させるように濃度分布を形成しても良い。この
ように、濃度分布を設けることにより、界面におけるキ
ャリアの保持能力が減少する。このため、キャリアの走
行性能が向上し、更に残留電位が減少する。

第５図は本発明の第３の実施例を示す部分断面構造図で
ある。第５図において、ガラス等にて構成された透明支
持体（２１）上に、ＩＴＯ、ＳｎＯ□等で構成された透
明電極（２２）が積層形成され、この上に炭素（Ｃ）、
窒素（Ｎ）、酸素（０）等のバンドギャップを拡大させ
る元素を含有したアモルファスシリコン、即ちａ−５ｉ
Ｎ　、　ａ−５ｉＯ、ａ−５ｉＣ等からなる絶縁性薄膜
（２３）が形成される。この絶縁性薄膜（２３）が透明
電極（２２）側からの電子又は正孔の注入を阻止する阻
止層として作用する。

この絶縁性薄膜（２３）の上に、Ｃ，Ｎ、０等のバンド
ギャップを拡大させる元素の濃度を絶縁性＃膜（２３）
より減少させたａ−５ｉＮ　、　ａ−５ｉＯａ−５ｉＣ
等からなるバッファ層（２４）が設けられ、このバッフ
ァ層（２４）上にａ−５ｉを主成分とする光導電層（２
５）が積層して形成される。

バッファ層（２４）に添加されるバンドギャップを拡大
させる構成元素濃度は１〜７０ａｔｍ％が好ましく、望
ましくはこの元素濃度を絶縁性薄膜層（２３）から光導
電層（２５）に向かって除々に減少させる。

また、光導電層（２５）には光導電性を高めるために、
前述の第１及び第２の実施例と同様に水素（Ｈ）を含有
させると良く、Ｈ含有量は１〜４０ａｔｍ％、望ましく
は８〜３０ａｔｍ％である。

更に、正孔の移動度を向上させるためには、ポロン（Ｂ
）を０．１　＝ｌＯＯｐｐｍ添加させると良く、また電
子の移動度を向上させるためには、リン（Ｐ）を０．１
−１００ｐｐｍ添加させると良い。

また、帯電能力を高めるためには、Ｃ，Ｎ、Ｏ等のバン
ドギャップを広げる元素を１〜３０ａｔｍ％添加しでも
良い。

また、各層の膜厚は、絶縁性薄１１Ｍ　（２３）　０．
０１〜Ｑ、５ｕｍ、バッファ層（２４）はＯ，Ｏ１〜０
．２　Ｂ　ｍ、光導電層（２５）は５〜ｌＯｕｍ程度で
ある。

而して、この実施例においでもバッファ層（２４）を設
けることにより、前述の実施例と同様に光キャリアの発
生能力が高まる。即ち、光叩射時の発電能力が向上し、
残留電位が減少する。しかも、バッファ層（２４）によ
り、絶縁性薄膜（２３）と光導電層（２５）とのバンド
ギャップの段差がスムーズになり、界面におけるキャリ
アの保持能力減少し、キャリアの走行性能が向上し、残
留電位を減少させることができる。

第６図は、本発明に係る静電潜像担持体（１）を作成す
るための装置の模式図であり、この第６図に従い本発明
の第１の実施例の静電潜像坦持体の製造法につき説明す
る。

第６図において（３１）は密封容器を示している。密封
容器（３１）は両端部を閉鎖した中空の円筒形に構成さ
れており、内部には円筒形をなす放電電極（３２）を同
心状に配置し、これには高周波電源（３３）を接続しで
ある。密閉容器（３１）の底壁中央には軸（３４）が垂
直に軸支され、軸（３４）の下端にはモータ（Ｍ）が、
また上端には表面に透明型ｔ−ｆｆ（１２）を付着せし
めた透明支持体（１１）が同心状に装着せしめられてお
り、内側に配したヒータ（図示せず）にて加熱しつつ回
転駆動せしめられるようになっている。

密閉容器（３１）には、メカニカルブースターポンプ（
３５）　、ロークリポンプ（３６）が接続せしめられ、
また流量設定器（３７）　　・・を介して各ガスタンク
が並列的に接読せしめられている。

各ガスタンクにはＮＨ３、ＰＨ３、５ＩＨ４、Ｂ、Ｈ，
、Ｂ２、ＣＨ，、Ｎ２０が収容されており、流量設定器
（３７）・・にて所定量づつ密閉容器（３１）内に供給
されてゆくようになっている。

而して、表面に透明電極（１２）を形成した透明支持体
（１１）を回転させつつヒータにて２００〜３００℃程
度に加熱昇温させ、密閉容器（３１）内にＳｒＨ＜ガス
、必要に応して価電子制御を行う場合は８２Ｈ６、ＰＨ
３等のガスを、バンドギャップを広げる場合はＣＨ４，
ＮＪ　、　ＮＨ３等のガスを、更に希釈用ガスとして）
（２ガスを導入する。そして所定圧力に保持し、また透
明支持体（１１）をアース電位°とし、放電電極（３２
）に高周波電源（３３）から所定出力で１３．５６ＭＨ
ｚの高周波ｆＲＦｌを印加し、非晶質半導体層（１３）
　、光導電層（１４）（３５）が作成される。

第２および第３の実施例の静電潜像担持体についても、
夫々反応ガスを適宜変更することで同様に作成すること
ができる 尚、バッファ層（１５）　　（２４）を形成する場合に
は、流量設定器（３７）にて各ガス流量を除々にコント
ロールして膜厚方向に対して不純物濃度に傾斜を持たせ
るようにすれば良い。

上述した製造方法により、作成される静電潜像担持体の
各層の具体的構成例を以下に述べる。

構成例（１） 正帯電用静電潜像担持体であって、非晶質半導体層（１
３）として、基板からの電子の注入阻止のためにＢ、Ｈ
，をドープする。

光導電層（１４）は電子の走行性能を重視するため、ノ
ンドープａ−５ｉ：　Ｈ（ｎライク）で形成する構成例
（２） 負帯電用静電潜像担持体であって、非晶質半導体層（１
３）として、基板からの正孔の注入阻止のためのＰＨ，
をドープする。

光導電層（１４）は正孔の走行性能を向上させるため微
量（１，０ｐｐｍ）のＢ２Ｈ６をドープ（ｐライク）さ
せる。

構成例（３） 正帯電用静電潜像担持体であって、非晶質半導体層（１
３）として、基板からの電子の注入阻止のためＢ２Ｏ，
をドープし、更に帯電性能を向上させるためＮ２０を添
加する用いる。

構成例（４） 正帯電用静電潜像相持体であって、非晶質半導体層（Ｈ
３）として、基板からの電子の注入阻止のためにＢ、Ｈ
，をドープする。そして、バッファ層Ｂｓ）、まＢ、Ｈ
６濃度を光導電層（１４）に向かって、減少させる。

光導電層（１４）は電子の走行性能を重視するため、ノ
ンドープａ−５ｉ：Ｈ（ｎライク）で形成する。

構成例（５） 負帯電用静電潜像担持体であって、非晶質半導体層（１
３）として、基板からの正孔の注入阻止のためのＰＨａ
をドープする。そして、バッファ層（１５）はＰＨ３６
度を光導電層（１４）に向がって減少させる。

光導電層（１４）は正孔の走行性能を向上させるため微
量（１，０ｐｐｍ）のＢ２Ｏ，をドープ（ｐライク）さ
せる。

構成例（６） 正帯電用静Ｎ潜像担持体であって、非晶質半導体層（１
３）として、基板からの電子の注入阻止のためＢ２）１
．をドープし、更に帯電性能を向上させるためＮ２０を
添加する用いる。そして、バッファ層（１５）はＢ２Ｏ
，、Ｎ２０濃度を光導電層（１４）に向かって減少させ
る。光導電層（１４）は電子の走行性能を向上させるた
めノンドープａ−５ｉ（ｎライク）で形成する。

構成例（７） 正帯電用静電潜像担持体であって、絶縁性薄膜（２３）
として、基板からの電子の注入阻止のためＳｉＣを用い
る。バッファ層（２４）はＣＨ，濃度を光導電層（２５
）に向かって減少させる。

光導電層（２５）は電子の走行性能を重視するためノン
ドープａ−３ｉ：　Ｈ（ｎライク）で形成する。

構成例（８） 負帯電用静電潜像担持体であって、絶縁性薄膜（２３）
として、基板からの正孔の注入阻止のためＳＩＮを用い
る。そして、バッファ層（２４）はＮＨ３濃度を光導電
層（２５）に向かって減少させる。

光導電層（２５）は正孔の走行性能を向上させるため微
量（１，０ｐｐｍ）のＢ２Ｈ，をドープ（ｐライク）さ
せる。

第１表−１ないし第１表−８に上述した構成例の具体的
な形成条件を示す。また、比較のために製造した比較例
の具体的形成条件を第２表−１および第２表−２に示す
。

（以下余白） このようにしで得た静電潜像担持体を、第１図に示す装
置を用いて画像を作成し、これを調べたところに良好な
画像が得られた。

尚、現像バイアスは１５Ｖである。

第３表に上述した第１表ないし第２表の形成条（′５に
より作成した静電潜像担持体の感度及び残留電（立を測
定した結果を示す。

（′？ｌ下余白） 第３表−１ 第３表 ２ 第３表より明らかのように、本発明においては比較例に
比して、残留電位が減少しでいることが判かる。しかも
バッファ層を設けた構成例（４）〜（８）においでは更
に残留電位が減少しているのが判かる。

上述した構成例においては表面層を設けてないいが、所
望の高解像度を得るためには表面層を設けるほうが好ま
しい６更に１表面層として、膜厚１０００人程度０Ｓｉ
ＮまたはＳｉＣからなる７４膜層て構成すると、耐久性
等の点からも好適である。

この表面層はプラズマＣＶＤ法等により形成すれば良い
。

更に、表面層を設ける代りに、感光部の表面近傍もしく
は表面層にボロン等の元素を添加する際、カーボンまた
は窒素等を同時に添加することで、この部分を表面層に
併用することもてきる。

（ト）発明の詳細 な説明したように、本発明においては、阻止層として作
用する非晶質半導体層と光導電層との半導体接合により
発生した光起電力で、残留電位が打ち消すことができ、
低い表面電位で良好な画像が得られる等、優れた効果を
有する。

また、バッファ層を設けた場合にも、発電電位が向上し
、残留電位を打ち消すことができ良好な画像が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る静電潜像担持体を用いた電子写真
装置の模式図、第２図、第３図および第５図は本発明に
係る静電潜像担持体の夫々異なる構成例を示す断面図、
第４図は感光部のエネルギバンドギャップ図、第６図は
本発明の静電潜像相持体を製造する製造装置を示す模式
図、第７図は従来の静電潜像担持体を用いたコロナ放電
を利用しない電子写真装置の模式図である。 ｌ・・静電潜像相持体、２−・磁気ブラシ。 ３・・ＬＥＤアレイヘッド、４・・・転写ローラ、５・
記録紙、１１．２１・・・透明支持体、１２．２２・・
・透明電極、１３・・・非晶質半導体層、１４．２５・
・−光導電層、２３・・・絶縁性薄膜、１５．２４・・
・バッファ層。 第 図 弔 ２ 図 第 図 第 図 第 図 ２

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明支持体上に透明電極、非晶質半導体からなる
   光導電層を含む感光部が積層して形成され、外表面に接
   触させた磁気ブラシにて帯電せしめられ、前記透明支持
   体側から入射した光にて静電潜像を形成する静電潜像担
   持体であって、前記透明電極と光導電層との間にｐまた
   はｎ型の非晶質半導体層を設け、光照射時に、前記光導
   電層とｐまたはｎ型の非晶質半導体層接合に発生する光
   起電力により残留電位を消去することを特徴とする静電
   潜像担持体。
2. （２）前記ｐまたはｎ型の非晶質半導体層と光導電層と
   の間にバッファ層を設け、光照射時の発電能力を高めた
   ことを特徴とする請求項第１に記載の静電潜像担持体。
3. （３）前記バッファ層にｐまたはｎ型の不純物をｐまた
   はｎ型の非晶質半導体層から光導電層に向かって、順次
   濃度を減少させたことを特徴とする請求項第２に記載の
   静電潜像担持体。
4. （４）透明支持体上に透明電極、非晶質半導体からなる
   光導電層を含む感光部が積層して形成され、外表面に接
   触させた磁気ブラシにて帯電せしめられ、前記透明支持
   体側から入射した光にて静電潜像を形成する静電潜像担
   持体であって、前記透明電極と光導電層との間に絶縁性
   薄膜層とこの薄膜層のバンドキャップを減少させたバッ
   ファ層とを設け、光照射時に、前記光導電層に発生する
   光起電力により残留電位を消去することを特徴とする静
   電潜像担持体。