JP2005300742A

JP2005300742A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005300742A
Application number: JP2004114218A
Authority: JP
Inventors: Kunihisa Fukaya; 訓久深谷; Hirotoshi Uesugi; 浩敏上杉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】除電手段を有さず、直流電圧のみを用いて電子写真感光体の帯電を行い、転写材にトナー像を直接転写する場合であっても、前記のような白スジの発生を十分に防止することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】除電手段を有さず、電子写真感光体と帯電、露光および現像装置を含む画像形成ユニットが転写材搬送経路に沿って配置され、前記電子写真感光体がこれに接触配置された帯電部材に直流電圧のみを印加することによって帯電され、前記画像形成ユニットの電子写真感光体上に現像されたトナー像が、搬送される転写材に直接転写されることで画像を形成する画像形成装置であって、かつ前記電子写真感光体が、２３℃／５０％ＲＨの環境下で表面を＋５００Ｖになるように帯電した場合の一分後の暗減衰量が１５Ｖ以下であり、かつ前記電子写真感光体の電荷輸送層の膜厚ｄ、電荷輸送層のバインダー樹脂の比誘電率ε、感光体暗部電位の絶対値Ｖが、ｄ÷ε×Ｖ≧３０００の関係となる事を特徴とする画像形成装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関し、詳しくは特定の電子写真感光体を用い、特定の方法で帯電・転写工程を行う電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。

従来、画像形成装置に使用される電子写真感光体としては、導電性支持体上にセレンあるいはセレン合金を主体とする光導電層を設けたもの、酸化亜鉛や硫化カドミウム等の無機系光導電性材料をバインダー樹脂中に分散させたもの、及び非晶質シリコン系材料等を用いたものが一般に知られているが、近年ではコストの低さ、電子写真感光体設計の自由度の高さや、無公害等の理由から有機系電子写真感光体が広く利用されるようになってきている。

上記画像形成装置は、一般的には次のような構成、およびプロセスを有するものである。すなわち、感光体表面を帯電手段で所定の極性および電位に一様に帯電させ、帯電後の感光体表面を、像露光により選択的に除電することにより静電潜像を形成させた後、現像手段で該静電潜像にトナーを付着させることにより、潜像をトナー像として現像し、トナー像を転写手段で被転写体に転写させることにより、画像形成物として排出させる。

近年では帯電手段として接触帯電方式が多数の画像形成装置に搭載され、帯電手段の主流になっており、そのほとんどは導電性ローラに電圧を印加するローラ帯電が用いられている。その方式としては、直流電圧のみを印加する直流方式と、特許文献１に記載されるような直流電圧に交流電圧を重畳して印加する交流重畳方式とがある。

交流重畳方式によれば、感光体表面を一様に帯電できる利点がある反面、微小空隙において放電が発生するため、感光体表面にダメージを与え、感光体の摩耗量が増大し、感光体の寿命が短くなってしまう。

これに対して直流方式によれば、交流重畳方式と比較して、微小空隙において発生する放電のエネルギーが小さいため、感光体へのダメージも少なく、感光体の長寿命化を達成することができる。従って、感光体の長寿命化の観点からは、直流方式で感光体を帯電することが望ましい。

しかしながら、特に直流方式で感光体を帯電する場合には、以下に示す課題があった。

即ち、直流方式では、交流重畳方式と比較して、帯電能力が劣るため、帯電直前の感光体表面電位の影響を受けやすく、暗部電位が不均一な状態となってしまう欠点がある。特に、前露光プロセスなどの除電工程を持たない場合では、感光体表面の急峻な電位の変化が緩和されることなく次サイクルの帯電工程に至ることにより、前サイクルでの感光体表面電位の乱れがそのまま次サイクル時に画像不良となって現れてしまうことがある。

特に中間転写体を用いず、電子写真感光体上のトナー像を直接転写材に転写するプロセスにおいては、転写材搬送経路に沿って搬送される転写部に転写材の先端が突入した瞬間に、転写部材から電子写真感光体に流れる転写電流値が減少するためにこの部分のみ感光体表面電位が周辺部位よりも高くなる。多くのプリンターで用いられている暗部電位部分を非現像部とし、明部電位部分を現像部とする反転現像方式では、この転写材先端の突入の部分に対応する部分が次サイクルでの画像形成の際に白スジとなって画像不良を発生してしまうという課題があった。従来の技術では、前露光によって除電を行うことで、この問題を回避しているが、前露光を行う場合には、帯電電位を十分に減衰させる必要があるために露光量は像露光光量の数倍以上必要となり、この結果前露光による電子写真感光体の劣化や連続プリント時の暗部電位及び明部電位の変動が大きくなる等の弊害があり、除電手段を持たずに、白スジ不良を防止できる画像形成装置の開発が望まれている。
特開昭６３−１４９６６８号

本発明は、除電手段を有さず、直流電圧のみを用いて電子写真感光体の帯電を行い、転写材にトナー像を直接転写する場合であっても、前記のような白スジの発生を十分に防止することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の点を鑑みて種々検討した結果、電子写真感光体に直流電圧のみを印加して帯電し、前記電子写真感光体上に現像されたトナー像が、搬送される転写材に直接転写されることで画像を形成する画像形成装置において、前記電子写真感光体が、２３℃／５０％ＲＨの環境下で表面を＋５００Ｖになるように帯電した場合の帯電一分後の暗減衰量が１５Ｖ以下である電子写真感光体を用い、かつ前記電子写真感光体の電荷輸送層の膜厚ｄ、誘電率ε、感光体暗部電位の絶対値Ｖが下記式（１）の関係となる範囲に規定することにより、白スジ画像不良を十分に防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。

ｄ÷ε×Ｖ≧３０００・・・・・・・・（１）
この画像形成装置によれば、白スジ画像の発生を十分に防止することが可能となり、良好な出力画像を得ることが可能となる。

さらに前記電子写真感光体における電荷輸送層のバインダー樹脂と電荷輸送材料との配合割合が、バインダー樹脂１００重量部に対して電荷輸送材料１０〜５０重量部であることが好ましい。

本発明の画像形成装置は転写工程と帯電工程の間に、前露光などの除電手段を持たないため、転写材の先端が突入した瞬間に転写電流値が急激に変動したことによって生じた急峻な電位の変化が緩和されること無く次サイクルの帯電工程に移行する。その結果、電位の変化点では周辺部位よりも高電位となり、これが画像の白スジが発生する原因となる。原理的には転写工程後の転写材先端突入部とその他の周辺部との間の電位差を小さくすることで白スジの発生を防止することができる。負に帯電した感光体２１Ｙからトナーを転写する目的で、転写ローラ２３には正の転写電圧が印加されているため、転写部位では転写ローラ２３から感光体２１Ｙへの正電荷注入が起こる。ここで電子写真感光体の電荷輸送層の膜厚ｄ、誘電率ε、感光体暗部電位の絶対値Ｖを、ｄ÷ε×Ｖ≧３０００の関係とすることで、転写ローラからの放電開始電圧を大きくし、同時に感光体暗部電位を高くとることで潜像コントラストに対する電位変化量の割合を小さくすることで、白スジを低減することが出来る。さらに２３℃／５０％ＲＨの環境下で表面を＋５００Ｖになるように帯電した場合の帯電一分後の暗減衰量が１５Ｖ以下である電子写真感光体を用いることより、電荷輸送層のバルク中に注入される正電荷が少なくなるために転写工程による感光体の正電荷疲労を低減し、この結果として転写材の先端が突入した瞬間に転写電流値が急激に変動したことにより生じる白スジ画像を十分に防止することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、電子写真感光体に直流電圧のみを印加して帯電し、前記電子写真感光体上に現像されたトナー像が搬送される転写材に直接転写されることで画像を形成する画像形成装置であっても、白スジ画像不良を十分に防止することが可能となる。

本発明の画像形成装置はいかなる方式の物であっても良いが、転写材をベルトによって搬送し、４色を順次重ねてフルカラー画像を形成するタンデム方式の画像形成装置ではフルカラー画像を高速で出力できる一方で、転写ローラと電子写真感光体との間にベルトが介在することにより紙先端が転写部に突入する時の転写電流の乱れが起こりやすく、また白スジの位置が４色同じ位置に重なる事によって単色の場合よりも顕著に白スジが発生しやすい傾向があるので、本発明が有効に作用し好ましい。

図１に本実施の形態に係る画像形成装置を示す。同図は、タンデム方式の４色フルカラー画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。各画像形成ユニットＵ_Ｙ、Ｕ_Ｍ、Ｕ_Ｃ、Ｕ_Ｋは全て同一構成であるため、ここではＵ_Ｙを代表例として説明する。

図１において、２０Ｙは電子写真感光体、帯電手段、現像手段を一体に構成し、このユニットを画像形成装置本体に着脱自在としたプロセスカートリッジである。又、２２Ｙは接触タイプの帯電器（帯電ローラ）であり、これは感光体２１Ｙの表面を均一に帯電処理する。

２５は画像露光装置であって、これは感光体２１Ｙを露光して静電潜像を形成するものである。一方、現像に供されるトナー２６は現像ユニットに蓄積されている。現像ユニット内で適度な攪拌により電荷付与されたトナーは現像ローラ２９表面に付着し、現像ローラ２９に与えられた現像バイアス電圧及び感光体表面電位の作り出す電界の作用により、静電潜像に応じたトナー像を感光体２１Ｙ上に形成することができる。そして、この顕像化された感光体２１Ｙ上のトナー像は、感光体２１Ｙの回転に伴って転写搬送ベルト２４と感光体２１Ｙ間で形成される転写部へ搬送される。

転写部では転写搬送ベルト２４を介して転写ローラ２３が感光体２１Ｙ方向に圧接配置されており、転写ローラ２３は転写搬送ベルト２４の搬送に伴って従動回転する。その後、転写材は、各色のトナー像が転写部に到達するタイミングに合わせて転写搬送ベルト２４によって転写部に搬送され、転写ローラ２３に予め設定された所定のバイアスが印加されることによってトナー像が転写材上に順次転写され、最終的にフルカラートナー像が形成される。尚、転写ローラ２３には導電性の弾性ローラが使用されている。

次に本発明に用いられる電子写真感光体の構成について説明する。本発明における電子写真感光体は、感光層が電荷輸送材料と電荷発生材料を同一の層に含有する単層型であっても、電荷輸送層と電荷発生層に分離した積層型でもよいが電子写真特性的には積層型が好ましい。使用する導電性基体は導電性を有するものであればよく、アルミニウム、ステンレスなどの金属、あるいは導電層を設けた金属、紙、プラスチックなどが挙げられ、形状はシート状、円筒状などがあげられる。

ＬＢＰなど画像入力がレーザー光の場合は散乱による干渉縞防止、または基盤の傷を被覆することを目的とし必要に応じて導電層を設けてもよい。これはカーボンブラック、金属粒子などの導電性粉体をバインダー樹脂に分散させて形成することができる。導電層の膜厚は３〜４０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍが適当である。

その上に接着機能を有する中間層を設ける。中間層の材料としてはポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、エチルセルロース、カゼイン、ポリウレタン、ポリエーテルウレタン、などが挙げられる。これらは適当な溶剤に溶解して塗布される。中間層の膜厚は０．０５〜５μｍ、好ましくは０．３〜１μｍが適当である。

中間層の上には電荷発生層が形成される。本発明に用いられる電荷発生物質としては、セレン−テルル、ピリリウム、チアピリリウム系染料、フタロシアニン、アントアントロン、ジベンズピレンキノン、トリスアゾ、シアニン、ジスアゾ、モノアゾ、インジゴ、キナクリドン、非対称キノシアニン系の各顔料が挙げられる。機能分離型の場合、電荷発生層は前記電荷発生物質を０．３〜４倍量の結着剤樹脂および溶剤とともにホモジナイザー、超音波分散、ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミルおよび液衝突型高速分散機などの方法でよく分散し、分散液を塗布、乾燥させて形成される。電荷発生層の膜厚は５μｍ以下、好ましくは０．１〜２μｍが適当である。

電荷輸送層は、主として電荷輸送材料とバインダー樹脂とを溶剤中に溶解させた塗料を塗工乾燥して形成する。用いられる電荷輸送材料としては、トリアリールアミン系化合物、ヒドラゾン化合物、スチルベン化合物、ピラゾリン系化合物、オキサゾール系化合物、トリアリールメタン系化合物、チアゾール系化合物などが挙げられる。

これらの中で特に好ましい電荷輸送材料を下記に挙げるが、本発明においては
これらの化合物に限定されるものではない。

これらの電荷輸送物質はバインダー樹脂と組み合わされ塗工、乾燥し電荷輸送層を形成する。バインダー樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、スチレン−メタクリル共重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂等が挙げられる。これらのバインダー樹脂は、単独又はこれらの構造単位を有する２種以上の共重合体あるいはブロック共重合体でもよく、あるいは他のシリコーン（シロキサン）等の構造単位を有する化合物との共重合体あるいはブロック共重合体でもよい。また、２種以上の異なるバインダー樹脂のブレンドでもよい。電荷輸送層の膜厚は５〜４０μｍ、好ましくは１５〜３０μｍが適当である。本発明において、バインダー樹脂の比誘電率の測定は次の方法で行った。アルミニウムシート上に、バインダー樹脂を溶解した溶液をマイヤーバーで塗布、乾燥し、膜厚が１０μｍのバインダー樹脂膜を作成し、この膜上に電極として金を真空蒸着した。このサンプルを、インピーダンスアナライザー「４１９２Ａ−ＬＦ」（横河ＨＰ製）で、交流周波数１ＫＨｚでの比誘電率を測定した。

導電性基体には、ＥＤ管アルミニウム（３０ｍｍφ）の表面を、アルミナ球状微粉末を用いて液体ホーニング法により粗面化処理したものを用いた。その導電性基体の上に、６−６６−６１０−１２四元系ポリアミド共重合体樹脂５部をメタノール７０部／ブタノール２５部の混合溶媒に溶解した溶液をディッピング法で塗布、乾燥し、膜厚が１μｍの中間層を設けた。次に、ＣｕＫα特性Ｘ線回折におけるブラッグ角２θ±０．２°の９．０°、１４．２°、２３．９°および２７．１°に強いピークを有する結晶形のヒドロキシガリウムフタロシアニン１０部と、例示化合物（１１）０．１部およびポリビニルブチラール樹脂（商品名：エスレックＢＸ−１、積水化学工業社製）５部をシクロヘキサノン２５０部に添加し、直径１ｍｍのガラスビーズを用いたサンドミルで１時間分散し、これに２５０部の酢酸エチルを加えて希釈し、これを中間層上に塗布した後１００℃で１０分間乾燥して膜厚が０．１６μｍの電荷発生層を形成した。

次に、例示化合物Ｂ-１で示される構造を有する電荷輸送物質５部と、電荷輸送層樹脂としてポリスチレン（重量平均分子量８００００、比誘電率ε＝２．５）１０部を、モノクロロベンゼン７０部に溶解した溶液を作製し、電荷発生層上にディッピング法により塗布した。これを１１０℃の温度で１時間乾燥し、膜厚が１５μｍの電荷輸送層を形成し、ドラム形状の電子写真感光体を得た。

この電子写真感光体を図１に示した画像形成装置に装着し以下のプロセス条件に設定して評価を行った。

電子写真感光体暗部電位 −５００Ｖ
電子写真感光体明部電位 −１５０Ｖ
現像バイアス −３５０Ｖ（直流電圧のみ）
評価は、低温低湿（１５℃、１０％ＲＨ）および高温高湿（３０℃、８０％ＲＨ）の環境下で初期画像評価を行った。画像の評価は以下の様に行った。プリント全面に１ドットを桂馬パターンで印字したハーフトーンのテストチャートにより白スジ画像の評価を行った。評価結果を表５に示す。

実施例１において、例示化合物Ｂ-１で示される構造を有する電荷輸送物質を例示化合物Ｃ-２に変更した以外は、実施例１と同様にして実施例２の電子写真感光体を作製した。この電子写真感光体を実施例１と同様の方法により評価を行った。評価結果を表５に示す。

実施例１において、例示化合物Ｂ-１で示される構造を有する電荷輸送物質を例示化合物Ｄ-２に変更した以外は、実施例１と同様にして実施例３の電子写真感光体を作製した。この電子写真感光体を実施例１と同様の方法により評価を行った。評価結果を表５に示す。

実施例１において、電荷輸送層の膜厚を１８μｍに変更した以外は、実施例１と同様にして実施例４の電子写真感光体を作製した。この電子写真感光体を実施例１と同様の方法により評価を行った。評価結果を表５に示す。

実施例１において、電荷輸送層樹脂をポリカーボネート樹脂（重量平均分子量４６０００、比誘電率ε＝３．０）に変更し、電荷輸送層の膜厚を１８μｍに変更した以外は実施例１と同様にして実施例５の電子写真感光体を作成した。この電子写真感光体を実施例１と同様の方法により評価を行った。評価結果を表５に示す。

実施例１において、電荷輸送層樹脂をポリサルホンＧＦ-１３０（テイジンアコモエンジニアリングプラスチックス社製、比誘電率ε＝３．7）に変更し、電荷輸送層の膜厚を２２．５μｍに変更した以外は実施例１と同様にして実施例６の電子写真感光体を作成した。この電子写真感光体を実施例１と同様の方法により評価を行った。評価結果を表５に示す。

実施例１において、電荷輸送層樹脂をポリサルホンＧＦ-１３０（テイジンアコモエンジニアリングプラスチックス社製、比誘電率ε＝３．7）に変更し、電荷輸送層の膜厚を１８μｍに変更し以外は実施例１と同様にして実施例７の電子写真感光体を作成した。この電子写真感光体を、感光体暗部電位を−６５０Ｖに変更した以外は実施例１と同様の方法により評価を行った。評価結果を表５に示す。

比較例１

実施例６において、電荷輸送層の膜厚を１８μｍに変更した以外は実施例６と同様にして比較例１の電子写真感光体を作成した。この電子写真感光体を実施例１と同様の方法により評価を行った。評価結果を表５に示す。

比較例２

実施例１において、式１で示される構造を有する電荷輸送物質を６部とした以外は実施例１と同様にして比較例２の電子写真感光体を作成した。この電子写真感光体を実施例１と同様の方法により評価を行った。評価結果を表５に示す。

一方、図１の装置において、反転現像装置を取り外し、換わりに電位測定プローブを取り付け改造した。これに前記実施例１〜７、比較例１〜２電子写真感光体を取り付けて、２３℃／５５％ＲＨの環境下で電子写真感光体を周速度９４．２ｍｍ／ｓｅｃで回転させながら帯電ローラにＤＣ電圧を印加し、感光体の表面電位を＋５００Ｖとなるように帯電した。５秒間帯電を行った後に電子写真感光体の回転とＤＣ電圧の印加を停止し１分後の暗減衰量を測定した。この結果を表５に示す。

本発明の実施例に係る画像形成装置を説明する図

符号の説明

２１電子写真感光体
２２帯電ローラ
２３転写ローラ
２４静電搬送ベルト
２５露光装置
２６トナー
２７定着装置

Claims

除電手段を有さず、電子写真感光体と帯電、露光および現像装置を含む画像形成ユニットが転写材搬送経路に沿って配置され、前記電子写真感光体がこれに接触配置された帯電部材に直流電圧のみを印加することによって帯電され、前記電子写真感光体上に現像されたトナー像が、搬送される転写材に直接転写されることで画像を形成する画像形成装置において、前記電子写真感光体が、２３℃／５５％ＲＨの環境下で表面を＋５００Ｖになるように帯電した場合の一分後の暗減衰量が１５Ｖ以下であり、かつ前記電子写真感光体の電荷輸送層の膜厚ｄ、電荷輸送層のバインダー樹脂の比誘電率ε、感光体暗部電位の絶対値Ｖが下記式（１）の関係となる事を特徴とする画像形成装置。
ｄ÷ε×Ｖ≧３０００・・・・・・・・（１）
前記電子写真感光体における電荷輸送層のバインダー樹脂と電荷輸送材料との配合割合が、バインダー樹脂１００重量部に対して電荷輸送材料１０〜５０重量部であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。