JP2004101813A

JP2004101813A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004101813A
Application number: JP2002262825A
Authority: JP
Inventors: Isami Itou; 伊藤　功巳
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】青色レーザーを用いた系で感光体のクリーニング性、転写性を維持したまま、光散乱による潜像のボケの防止。
【解決手段】発振波長３７０〜５００ｎｍの半導体レーザーを用いる系で、感光体の表面層にノニオン系パーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤を含有する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真及び静電記録装置等に用いられる現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式による画像形成は、感光体表面を一様に帯電し、これをレーザビーム等によって露光して静電潜像を形成し、静電潜像にトナーを現像し、トナー像を記録媒体に転写するという電子写真プロセスを利用して行なわれる。つまり、一様帯電された感光体を露光すると感光体表面の電位が明減衰し、露光部分に静電潜像が形成される。この静電潜像が形成された感光体と現像剤担持体間に現像バイアスをかけると、露光後電位と現像バイアス電位との電位差によって静電潜像にトナーが現像される。そこで、こうして形成されたトナー像を記録媒体に転写することで、記録媒体に画像形成がなされる。
【０００３】
ここで、一様帯電後の感光体の露光をレーザビーム（以下、レーザ光という）により行なう場合には、赤色レーザ光（６３０〜７８０ｎｍ程度）が用いられるのが一般的である。
【０００４】
近年、電子写真装置の出力画像の画質向上のため、その高解像度化が加速的に進んでいる。この目的のための装置上の対応は、光学的な面からは比較的容易である。即ち、解像度を上げることは、レーザービームのスポット径を細く絞り、書き込み密度を上げることで達成される。しかしながら、光源に用いられている従来使用されている発振波長が６３０〜７８０ｎｍ程度の半導体レーザーでは、光学系の操作でビーム径を細くしてもスポット輪郭の鮮明さが得られ難いことが分かった。その原因は、レーザー光の回折限界にあり、何故なら、スポット径Ｄの下限は、レーザー光の波長λに正比例する関数であって、下式で表されるからである。
【０００５】
Ｄ＝１．２２λ／ＮＡ
（ここでＮＡはレンズ開口数を表わす。）
上式から明らかなように、電子写真プロセスにおいて従来から一般に用いられている赤色レーザ光は、その波長が６３０〜７８０ｎｍ程度と長波長であるためにビーム径を小径に絞ることが困難である。このため、感光体に対する記録密度をある程度以上高めることができないという問題がある。この問題を改善するためには半導体レーザーの発振波長を短くすることが必要である。
【０００６】
レーザー発振波長の短波長化には、いくつかの手法が挙げられる。
【０００７】
一つは、非線形光学材料を利用し、第２高調波発生（ＳＨＧ）を用いてレーザー光の波長を２分の１にするものである（特開平９−２７５２４２号公報、特開平９−１８９９３０号公報、特開平５−３１３０３３号公報等）。この系は、一次光源として、既に技術が確立し高出力可能なＧａＡｓ系ＬＤやＹＡＧレーザーを使用することができるため、長寿命化や大出力化が可能である。
【０００８】
もう一つは、ワイドギャップ半導体を用いるもので、ＳＨＧ利用のデバイスと比べ、装置の小型化が可能である。ＺｎＳｅ系半導体（特開平７−３２１４０９号公報、特開平６−３３４２７２号公報等）や、ＧａＮ系半導体（特開平８−０８８４４１号公報、特開平７−３３５９７５等）を用いたＬＤが、その発光効率の高さから、以前から多くの研究の対象となっている。しかし、これらのＬＤは素子構造、結晶成長条件、電極などの最適化が難しく、結晶中の欠陥等により、実用化に必須である室温での長時間発振が困難であった。
【０００９】
しかし、基盤等の技術革新が進み、１９９７年１０月には日亜化学工業から、ＧａＮ系半導体を用いたＬＤで１１５０時間連続発振（５０℃条件）が報告され、１９９９年１０月からは販売が開始されている。
【００１０】
電子写真感光体は、その像形成プロセスにおいて帯電、露光、現像、転写、クリーニング及び除電の繰り返し工程を採る。帯電及び露光により形成された静電潜像は、微粒子状の粉体であるトナーにより現像される。更に現像されたトナーは転写プロセスにおいて紙などの転写材に転写されるが、１００％のトナーが転写されるのではなく、一部が感光体上に残される。この残存するトナーを除去しないと繰り返しプロセスにおいて汚れ等のない高品位な画像は得られない。その為、残存トナーのクリーニングが必要となる。クリーニングプロセスとしては、ファーブラシ、磁気ブラシ、ブレード等を用いたものが代表的であるがクリーニング精度及び装置構成の合理化などの点からブレードクリーニングが選択されるのが一般的である。ここでブレードクリーニングについて更に詳しく説明すると板状のポリウレタン等の素材からなる弾性部材を感光体に加圧、当接させ残存トナーをかき落とす構成となっている。クリーニング精度を上げるためには感光体へのブレード当接圧を適正に高める必要がある。また、ブレードの感光体への当接方法としては、ブレードを感光体に対し垂直に構成したものから、回転方向に対し順方向のものと逆方向のものが考えられるがクリーニング精度の見地から逆方向のタイプが好ましいとされている。このようにクリーニング精度を向上させる構成は、同時に感光体とブレードとの当接庄を上げ両者間に生じる摩擦力を上昇させる方向となる。その結果、感光体の削れ量が増加し、感度が低下し、画像カブリが発生したり、ブレードの当接庄により感光体に傷が入ったりしてクリーニング不良などの問題が生じる。以上のような感光体の削れを減少するためには感光体の摩擦係数を低くすることが効果的であることが知られている。
【００１１】
また、感光体の摩擦係数を低くすることは、転写効率のアップにも効果があることが知られている。
【００１２】
従来、感光体の摩擦係数を低くする手段として感光体の表面層に潤滑剤を添加する方法が提案されている。潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素含有樹脂が好適である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、感光体の摩擦係数を低くする手段として感光体表面層に潤滑剤を添加した系で、上記のような発振波長３７０〜５００ｎｍ程度の青色系半導体レーザーを露光手段として使用した場合、感光体に添加した潤滑剤による露光光の散乱により潜像がブロードになり、書き込み密度をあげることが出来ず、発信波長の短波長化によるレーザービームの小径化の効果が得られないという問題があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであって、露光用光源が３７０〜５００ｎｍの範囲に発信波長を有する半導体レーザーを用いる電子写真装置において、導電性支持体上に電荷発生層を設け、前記電荷発生層の上に電荷輸送層を設けた電子写真感光体において、前記電荷輸送層がパーフルオロアルキル基を有する界面活性剤を含む感光体を用いる構成とした。
【００１５】
（作用）
上記のように、露光用光源が３７０〜５００ｎｍの範囲に発信波長を有する半導体レーザーを用いる電子写真装置において、導電性基板上に電荷発生層を設け、前記電荷発生層の上に電荷輸送層を設けた電子写真感光体において、前記電荷輸送層がパーフルオロアルキル基を有する界面活性剤を含む感光体を用いることにより、クリーニング性と転写性を維持するための感光体の摩擦係数を低くするとともに、露光光の散乱を防止することが可能となり、発信波長の短波長化によるレーザービームの小径化の効果により書き込み密度を高くすることが可能となり、高画質な出力画像の得られる感光体の削れの少ない電子写真装置を提案することが可能となった。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態を示す概略断面図である。
【００１７】
本発明で用いた感光体は電荷発生材料を含む電荷発生層と電荷輸送材料を含む電荷輸送層とをこの順に積層した積層感光体や、電荷発生層と電荷輸送層が逆に積層された積層感光体、電荷発生材料と電荷輸送材料とが単一層に含まれた単層感光体、また、これら積層及び単層感光体のうち表面層に保護層を持つ感光体に用いることも可能である。
【００１８】
図２に本発明における感光体の層構成を示す。支持体としては、鉄、銅、金、銀、アルミニウム、亜鉛、鉛、錫、チタン、ニッケル等の金属や合金、あるいはこれら金属類の酸化物、カーボン、導電性ポリマー成型品等が使用可能である。また、紙、プラスチック、セラミック等の非導電材料に導電性塗料、蒸着等の導電処理を施して用いられる場合もある。形状は、円筒状、円柱状などのドラム形状やシート状、ベルト状のものとがある。支持体と感光層の間に更に導電層を設けたり、感光層と支持体または導電層との密着性や電気特性を改善する目的で中間層を設けることもできる。中間層は、カゼイン、ポリビニルアルコール、ニトリセルロース、ポリビニルブチラール、ポリエステル、ポリウレタン、ゼラチン、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、共重合ナイロン、アルコキシメチル化ナイロン）酸化アルミニウムなどによって形成できる。中間層の膜厚は、０．１〜１０μｍ、好ましくは０．３〜３．０μｍが適当である。電荷発生材料としては、フタロシアニン顔料、多環キノン顔料、トリスアゾ顔料、ジスアゾ顔料、アゾ顔料、ペリレン顔料、インジゴ顔料、キナクリドン顔料、アズレニウム塩染料、スクワリウム染料、シアニン染料、ピリリウム染料、チオピリリウム染料、キサンテン染料、トリフェニルメタン染料、スチリル染料、セレン、セレン−テルル合金、アモルファスシリコン、硫化カドミウム等が挙げられる。顔料、染料系の電荷発生材料はバインダー樹脂中に分散して塗料として用いられるのが一般的であるがこのようなバインダー樹脂としては、ポリビニルブチラール、ポリビニルベンザール、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステル、ポリウレタン、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、セルロース系樹脂等が好ましい。
【００１９】
電荷輸送材料の例としては、ピレン化合物、Ｎ−アルキルカルバゾール化合物、ヒドラゾン化合物、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアニリン化合物、ジフェニルアミン化合物、トリフェニルアミン化合物、トリフェニルメタン化合物、ピラゾリン化合物、スチリル化合物、スチルベン化合物、ポリニトロ化合物、ポリシアノ化合物などが挙げられる。これら電荷輸送材は、バインダー樹脂中に溶解させ塗料として用いられるのが一般的であるが、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリサルホン、ポリアミド、ポリアリレート、ポリアクリルアミド、ポリビニルブチラール、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル樹脂、メタクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂等が挙げられる。
【００２０】
電荷発生層である光導電層には前記化合物以外にも機械的特性の改良や耐久性向上のために添加剤を用いることができる。このような添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、安定化剤、架橋剤、潤滑剤、導電性制御剤等が用いられる。
【００２１】
また、一次帯電に用いる帯電手段としては、コロナ帯電器による非接触方式や、ローラー帯電器による接触方式などが挙げられる。
【００２２】
また必要に応じては表面に保護層を設ける場合も本発明が適用できる。
【００２３】
本実施例で用いた現像装置は磁性１成分トナーを用いた現像装置を用い、磁性トナーは、重量平均径が５μｍ以上、磁性トナーに内添される磁性体の重量が磁性トナーの重量の１０％以上の負帯電性トナーを使用した。
【００２４】
感光体と現像スリーブの距離は１００〜５００μｍに設定し、本実施例では２５０μｍとした。現像バイアスは周波数１．８ｋＨｚ、振幅１．５ｋＶのＡＣバイアスにＤＣ成分を重畳したものを使用した。
【００２５】
露光手段は発振波長が３７０〜５００ｎｍの半導体レーザーを使用した（本実施例で用いた半導体レーザーの発振波長は４０５ｎｍ）。
【００２６】
（実施例１）
ポリアミド（ＣＭ−８０００：東レ製）１０重量部、メタノール１００重量部、及びブタノール８０重量部を混合溶解した後、外径１８０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、長さ３６３ｍｍの干渉縞が出ないように表面形状を加工したアルミニウムシリンダー上に浸漬塗布し、乾燥後膜厚１．０μｍの中間層を設けた。次にビスアゾ顔料１０重量部、ポリビニルブチラール樹脂（エスレックＢＸ−Ｓ：積水化学製）５重量部、及びシクロヘキサノン６００重量部をガラスビーズを用いたサンドミル装置で分散し、電荷発生層塗料を得た。この塗料を前記中間層上に通常の浸積塗布法で塗布し乾燥後付着量１５０ｍｇ／ｍ^２の電荷発生層を得た。
【００２７】
次に、スチルベン化合物１０重量部、ポリカーボネート樹脂（ビスフェノールＺ型、商品名：エーピロンＺ２００、三菱瓦斯化学製）１０重量部をモノクロロベンゼン５０重量部、ジクロロメタン２０重量部に溶解させ、これにパーフルオロアルキル基を有する界面活性剤の１種であるユニダインＤＳ−４０１（ダイキン工業（株）製）を塗料の固形分に対して０．０５重量部を添加して電荷輸送層塗料とし、前記電荷発生層上に浸漬塗布し、乾燥後膜厚２０μｍの電荷輸送層を設けた。
【００２８】
（実施例２）
ポリアミド（ＣＭ−８０００：東レ製）１０重量部、メタノール１００重量部、及びブタノール８０重量部を混合溶解した後、外径８０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ、長さ３６３ｍｍのアルミニウムシリンダー上に浸漬塗布し、乾燥後膜厚１．０μｍの中間層を設けた。
【００２９】
次にビスアゾ顔料１０重量部、ポリビニルブチラール樹脂（エスレックＢＸ−Ｓ：積水化学製）５重量部、及びシクロヘキサノン６００重量部をガラスビーズを用いたサンドミル装置で分散し、電荷発生層塗料を得た。この塗料を前記中間層上に通常のスプレー塗布法で塗付し乾燥後付着量１５０ｍｇ／ｍ^２の電荷発生層を得た。
【００３０】
次に、スチルベン化合物１０重量部、ポリカーボネート樹脂（ビスフェノールＺ型、商品名：ユーピロンＺ２００、三菱瓦斯化学製）１０重量部をモノクロロベンゼン５０重量部、ジクロロメタン２０重量部に溶解させ電荷輸送層塗料とし、前記電荷発生層上に浸漬塗布し、乾燥後膜厚２０μｍの電荷輸送層を設けた。
【００３１】
次に前述のポリカーボネート樹脂（ユーピロンＺ２００）３０重量部とをモノクロロベンゼン２１０重量部からなる溶液中に加えノニオン系パーフルオロアルキル基を有しエチレンオキシドを付加したフッ素系界面活性剤（ＤＳ−４０６：ダイキン工業製）０．１重量部とともにボールミル装置で分散し、得られた分散液と前述のスチルベン化合物３５重量部、同じく前述のポリカーボネート樹脂５重量部をモノクロロベンゼン１５００重量部に溶解させバインダー樹脂塗料とし、１０日間静置保存した後に通常のスプレー塗布法で塗布し乾燥後の保護層の厚みを３μｍとした。このようにして感光体を作製した。
【００３２】
（比較例１）
ポリテトラフルオルエチレン粒子（ルブロンＬ−５：ダイキン工業製）５重量部を添加して、パーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤を添加せずにボールミル装置で分散した電荷輸送層用液を用いた以外は実施例１と同様の感光体を作成した。
【００３３】
（比較例２）
ポリテトラフルオルエチレン粒子（ルブロンＬ−５：ダイキン工業製）３０重量部を添加し、パーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤を添加せずにボールミル装置で分散した保護層用液を用いた以外は実施例２と同様の感光体を作成した。
【００３４】
（評価結果）
作成した上記感光体をＣＬＣｌｌ００を用いて評価を行い、表１にまとめた。
【００３５】
表１に示した評価項目に関しては次の通りである。『クリーニング性』は、連続コピー２万枚でのクリーニングブレードでのトナーのすり抜けの有無により評価した。『転写性』は、転写効率と転写紙上の飛び散り度合い（目視評価）により評価した。『光散乱』は、感光体上の４００ｄｐｉの１ドットの再現サイズにより評価した。
【００３６】
『耐久性』ではブレードめくれを避けるように人為的にトナー塗布等でドラム装着した後、連続カラーコピー２万枚後の感光体削れ量で評価した。
【００３７】
表１よりわかるように、テトラフルオロエチレン粒子を表面層に添加した感光体と同等のクリーニング性、転写性、耐久性を維持したまま、光散乱の影響を無くすことが可能となった。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【発明の効果】
以上、実施例が示すように本発明によれば、従来のテトラフルオロエチレン等の潤滑剤を添加した感光体と同等の表面滑り性や耐摩耗性を維持し、短波長のレーザーを使用した際にも光散乱のない高品位な画像特性を有する電子写真感光体の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の画像形成装置。
【図２】本発明の感光体の層構成図。
【符号の説明】
１　現像ユニット
２　一次帯電器
３　露光系
４　クリーナー
５　転写ドラム
６　定着装置
７　感光体
８　原稿台

Claims

露光用光源が３７０〜５００ｎｍの範囲に発信波長を有する半導体レーザーを用いる電子写真装置において、導電性支持体上に感光層を有する電子写真感光体において、該感光体の表面層がノニオン系パーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤を含有することを特徴とする電子写真装置。
前記表面層が電荷輸送層である請求項１記載の電子写真装置。
前記表面層が保護層である請求項１記載の電子写真装置。
前記表面層が電荷発生層である請求項１記載の電子写真装置。
該パーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤の量を最上層の塗料の固形分の重量の０．０１〜２重量部としたことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の電子写真装置。