JP2009300590A - 電子写真感光体 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら近年では、低価格で環境汚染の少ない有機感光体を用いたものが主流になりつつある。そのような有機感光体を感光層の構造で分類すると、単層分散型の感光層と機能分離型の感光層とに分けられる。
単層分散型感光体は、電荷輸送材料の媒体中に電荷発生材料を分散させ、単層膜で両方の機能を持たせたものであり、機能分離型感光体は、電荷を発生させる電荷発生層(CGL)と、発生した電荷を移動させる電荷輸送層(CTL)とを別々に成膜したものである。現在では、いずれの型の電子写真感光体とも実用に供されているが、感度を向上させるために、高い移動度の電荷輸送材料の開発が望まれている。
他方、有機感光体を帯電型で分類すると、正帯電型と負帯電型の2種類に分けられるが、現在知られている電荷輸送材料のうち、移動度が高いものは正孔移動性のものがほとんどであり、そのため、実用化されている有機感光体は負帯電型が主流となっている。
そこで、オゾンを捕捉するフィルター等を付加する等の改良が行われているが、装置が複雑化、大型化するという問題があった。一方、オゾンを発生させない特殊な帯電方式の採用も試みられているが、電子写真プロセスが複雑になる等、新たな問題が生じている。
しかしながら現在までのところ感光体感度、繰り返し使用における耐久性において満足されるものは得られていない。これは正帯電単層感光体が電子、正孔を同一層中で輸送させる機能が必要となり、さらに同一層中に電荷発生機能を有するため、各機能を果たす材料の組み合わせ、即ち用いる正孔輸送材料と電子輸送材料との相性が重要であり、正孔輸送材料、電子輸送材料を選定する目安が明確ではなかったためである。
(2)「前記ジフェノキノン化合物が下記式(1a)で表される化合物であることを特徴とする前記第(1)項に記載の電子写真感光体:
(4)「前記正孔輸送材料が下記一般式(4)で表される化合物であることを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載の電子写真感光体:
(5)「前記正孔輸送材料が下記一般式(5)で表される化合物であることを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載の電子写真感光体:
(6)「前記電荷発生材料がオキシチタニルフタロシアニンであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(5)項の何れかに記載の電子写真感光体」、
(7)「前記オキシチタニルフタロシアニンがCuKαの特性X線(波長1.542Å)に対するブラッグ角2θの回折ピーク(±0.2゜)として、少なくとも27.3°に主たるピークを持つことを特徴とする前記第(1)項乃至第(6)項の何れかに記載の電子写真感光体」により達成される。
従来は電子輸送材料の電子輸送機能が十分ではなかったが、本発明に用いられる前記一般式(1)で表される電子輸送材料は優れた電子輸送機能を有し、また結着樹脂との相溶性に優れるため感光層中に高濃度に分散させることができ、感光層として十分な電子輸送能を得ることができる。
しかし一般に電子輸送材料と正孔輸送材料は電荷移動錯体を形成するため、単層感光体とした場合に電子輸送材料及び正孔輸送材料それぞれの単体での性能が、感光体の機能として反映されるとは限らない。つまり優れた電子輸送機能を有する前記一般式(1)で表される電子輸送材料と、十分な正孔輸送機能を有する正孔輸送材料を用いた場合でも、感光体として十分な電荷輸送機能が発揮されず、繰り返し使用による特性劣化を生じてしまうのである。
電子輸送材料と正孔輸送材料の組合せによる効果について詳細なメカニズムは明らかとなっていないが、繰り返し使用による感光体特性劣化を防止するためには、電子輸送材料及び正孔輸送材料単体での特性が優れることは当然であるが、加えて電子輸送材料と正孔輸送材料の組合せも非常に重要となる。
電荷発生材料においても特定の材料を用いることにより特性が向上する。ある特定の電荷発生材料に対して有効な電荷輸送材料(電子輸送材料、正孔輸送材料)が、他の電荷発生材料に対しても有効であるとは限らず、逆にある特定の電荷輸送材料に対して有効な電荷発生材料が、他の電荷輸送材料に対しても有効であるとは限らず、相性が存在する、ということが知られている。
本発明における前記一般式(1)で表されるジフェノキノン化合物と前記一般式(2)で表される正孔輸送材料を組み合わせた場合には、特にオキシチタニルフタロシアニンを電荷発生材料とした場合に相性が良く、特にCuKαの特性X線(波長1.542Å)に対するブラッグ角2θの回折ピーク(±0.2゜)として、少なくとも27.3°に主たるピークを有するオキシチタニウムフタロシアニンを用いることが最良である(図2)。また、Cukα特性X線に対するブラッグ角2θの回折ピーク(±0.2゜)として、7.6°及び28.6°にブロードなピークを有するオキシチタニウムフタロシアニンを用いることもできる(図3)。前記7.6°及び28.6°にブロードなピークを有するオキシチタニウムフタロシアニンは、その他の特徴的な明瞭なピ−クも有さない。また、ピ−クは結晶状態や測定条件などによりブロ−ド(幅広)になったり、スプリット(分裂)したり、シフト(角度の変化)することもあり得る。
(1)電子、正孔の移動がスムーズになり、高感度で更に帯電−露光の繰り返しにおける劣化を抑えることができる。
(2)更に電荷発生材料として図2のオキシチタニルフタロシアニンを組み合わせることで、高い電荷発生効率、高い電子、正孔輸送効率によって、これまでにない高感度かつ帯電安定な感光体が得られる。
本発明の電子写真感光体においては電子輸送材料、正孔輸送材料の組み合わせの相性が良く、正孔、電子の移動が効率よく行われ、高感度かつ繰り返しにおける帯電安定性が得られるために、本発明の感光体を用いることで安定した画像品質、高スピードな画像形成装置とすることができる。
図1は、本発明の層構成を有する電子写真感光体の一例を模式的に示す断面図であり、導電性支持体(2)の上に感光層(3)が設けられている。
本発明の電子写真感光体に用いることができる電荷発生材料としては、前述したオキシチタニルフタロシアニンが望ましいが、それに限定されるものではなく、その他、例えば、セレン、セレンーテルル、セレン−砒素、アモルファスシリコン、他のフタロシアニン顔料、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、ポリアゾ顔料、インジゴ顔料、スレン顔料、トルイジン顔料、ピラゾリン顔料、ペリレン顔料、キナクリドン顔料、ピリリウム塩等を用いることができる。
これらの電荷発生材料は単体で用いてもよいし、適切な光感度波長や増感作用を得るために2種類以上を混合して用いてもよい。
感光層中の電荷発生材料の濃度は0.005重量%以上70重量%以下であり、好ましくは0.5重量%以上5重量%以下である。電荷発生材料の濃度が低いと感光体感度が低下する傾向にあり、濃度が高くなると帯電性や膜強度が低下する傾向にある。
本発明に用いる一般式(1)で表されるジフェノキノン化合物は、下記に示す構造骨格を有する。
更に、前記R1〜R3をtert−ブチル基とすれば、下記式(8)で表される化合物を均一に溶解させた液体に、HClガスを接触させることにより容易に下記化学式(1a)、で表される完全非対称のジフェノキノン化合物の合成ができる。
感光層中の正孔輸送材料の濃度は要求される感光体性能や帯電極性により異なるため特に限定されないが、0.1重量%以上70重量%以下が好ましい。濃度が低いと正孔輸送能が不充分になり感光体特性に影響を与えることがあり、濃度が高いと樹脂との相溶性が悪くなり不均一な膜になったり樹脂濃度が低くなるため膜強度が低下する可能性もある。
特性改良のために添加できる電荷輸送材料には、高分子化合物として、ポリビニルカルバゾール、ハロゲン化ポリビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルインドロキノキサリン、ポリビニルベンゾチオフェン、ポリビニルアントラセン、ポリビニルアクリジン、ポリビニルピラゾリン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリイソチアナフテン、ポリアニリン、ポリジアセチレン、ポリヘプタジイエン、ポリピリジンジイル、ポリキノリン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェロセニレン、ポリペリナフチレン、ポリフタロシアニン等の導電性高分子化合物を用いることができる。
また、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸等の高分子化合物にLiイオン等の金属イオンをドープした高分子固体電解質等も用いることができる。
さらに、テトラチアフルバレンーテトラシアノキノジメタンで代表される電子供与化合物と電子受容化合物で形成された有機電荷移動錯体等も用いることができ、これらを1種だけ添加しても、2種以上の化合物を混合して添加しても所望の感光体特性を得ることができる。
塗工液に使用する溶剤には、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、ブタノール等のアルコール類、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン等の飽和脂肪族炭化水素、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン等の塩素系炭化水素、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、メトキシエタノール等のエーテル系類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル等のエステル類、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等がある。これらは単独で用いても、2種類以上の溶剤を混合して用いてもよい。
さらに、分散安定剤、沈降防止剤、色分かれ防止剤、レベリング剤、消泡剤、増粘剤、艶消し剤等を添加すれば、感光体の仕上がり外観や、塗工液の寿命を改善できて好ましい。
本発明の電子写真感光体では、導電性支持体と感光層との間に、接着機能、バリヤー機能、支持体表面の欠陥被覆機能などを持つ下引き層を設けてもよい。この下引き層としては、酸化アルミニウム、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアミド樹脂、ナイロン樹脂などを用いることができる。それらの下引き層は、単独の樹脂で構成しても、あるいは2種類以上の樹脂を混合して構成してもよい。また、樹脂中に金属酸化物やカーボンを分散させた下引き層を用いることができる。
また感光層の上に、ポリビニルホルマール樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂等の有機薄膜や、シランカップリング剤の加水分解物で形成されるシロキサン構造体から成る薄膜を成膜して表面保護層を設けてもよく、その場合には、感光体の耐久性が向上するので好ましい。この表面保護層は、耐久性向上以外の他の機能を向上させるために設けてもよい。
本発明に用いた前記一般式(1)で表されるジフェノキノン化合物の製造方法の一例を説明する。
先ず、2,6−ジ−tert−ブチルフェノール30.0gをクロロホルム300mlに溶かした溶液に、過マンガン酸カリウム91.8gを加え、温度を55〜60℃に保って25時間かき混ぜた。次いで、無機物をろ別し、濃縮した後ろ過し、得られた残渣をクロロホルム100mlに溶解し、少量のメタノールを加えて再結晶させたところ、赤褐色結晶として融点242〜243℃のジフェノキノン化合物を得た。その重量を測定したところ21.5gであり、収率に換算すると72%であった。
次に、酢酸300mlとクロロホルム120mlの混合液を用意し、それを反応溶媒として前記赤褐色結晶のジフェノキノン化合物3.0gを溶解させ、窒素雰囲気下で室温に保ってHClガスを吹き込み、かき混ぜながら反応させた。
前記HClガスの吹き込みを7時間行った後、室温で一晩かき混ぜ、沈殿をろ別した。ろ液を減圧下で濃縮した後、水300mlを加えてろ過したところ3.8gの黄色固体の析出物が得られた。この3.8gの黄色個体析出物を25mlのメタノールに溶かし、少量の水を加えて再結晶させたところ、淡黄色結晶として融点150〜151℃のジフェノールを2.4g得た。収率に換算すると84%であった。
前記2.4gのジフェノールをクロロホルム180mlに溶解し、二酸化鉛28.0gを加え、室温で3時間かき混ぜた後、残留物をろ別した。ろ液を濃縮した後メタノール20mlを加えた。析出した結晶をろ過し、メタノールで洗浄したところ、赤紫色結晶として、融点155〜156℃の、前記式(1a)で表されるジフェノキノン化合物を1.9g得た。収率に換算すると81%であった。
以上の反応過程を以下に示す。
(フタロジニトリル64.4gとα―クロロナフタレン150mlの混合物中に窒素気流下で6.5mlの四塩化チタンを5分間滴下した。滴下後、マントルヒーターにより200℃で2時間加熱して反応を完結させた。その後析出物をろ過し、ろ過残渣をαクロロナフタレンで洗浄した後、クロロホルムで洗浄し、さらにメタノールで洗浄した。その後、濃アンモニア水60mlとイオン交換水60mlの混合液により沸点下で10時間の加水分解反応を行ったのち、室温で吸引ろ過し、イオン交換水で洗浄が中性になるまで洗浄した。その後、メタノールで洗浄したのち、90℃の熱風で10時間乾燥したところ、青紫色の結晶型チタニルフタロシアニン粉末64.6gを得た。)
次に、約10倍量の濃硫酸に溶解し、水にあけて析出させ、ろ過した粗ウエットケーキ30gを純水で中性になるまで水洗し、濾別しチタニルフタロシアニンウエットケーキ29gを得た。
前記ウエットケーキ10gをー5℃に冷やしたテトラヒドロフラン500ml中に投入し30分攪拌した後にろ別、乾燥しチタニルフタロシアニン9.5gを得た。得られたチタニルフタロシアニンはCuKαの特性X線(波長1.542Å)に対するブラッグ角2θの回折ピーク(±0.2゜)として、少なくとも27.3°に最大回折角を有する物であった(図2)。
また、前記ウエットケーキ10gを乾燥させた。得られたチタニルフタロシアニンのX線回折ピークは図3のような(2θ)7.5°、28.8°にブロードなピークを有するものであった。
先ず、前記オキシチタニルフタロシアニンの製造例により得られた図2に示すY型オキシチタニルフタロシアニン0.4g、ガラスビーズ10ml、テトラヒドロフラン100mlと共にペイントシェイカーで5時間分散し、ガラスビーズをろ別し、分散液90ml得る。得られた分散液に前記式(3a)の正孔輸送材料9重量部と前記ジフェノキノン化合物の製造例で得られた式(1a)のジフェノキノン化合物6重量部、Z型ポリカーボネイト15重量部を加える溶解し単層感光体用塗工液を作製した。
得られた塗工液をアルミニウムドラムに塗布、120℃、1時間の乾燥を行い、膜厚30μmの感光層を形成し、感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(3b)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(3c)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(4a)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(4b)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(4c)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(2a)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(2b)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(5a)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(5b)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(5c)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(5d)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(1a)のジフェノキノン化合物を式(1b)のジフェノキノン化合物に、式(3a)の正孔輸送材料を式(3c)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(1a)のジフェノキノン化合物を式(1b)のジフェノキノン化合物に、式(3a)の正孔輸送材料を式(4a)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(1a)のジフェノキノン化合物を式(1b)のジフェノキノン化合物に、式(3a)の正孔輸送材料を式(5a)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(3b)の正孔輸送材料に、図2の電荷発生材料を図3の電荷発生材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(4b)の正孔輸送材料に、図2の電荷発生材料を図3の電荷発生材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(5a)の正孔輸送材料に、図2の電荷発生材料を図3の電荷発生材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(3b)の正孔輸送材料に、図2の電荷発生材料を式(10)のジスアゾ顔料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(5c)の正孔輸送材料に、図2の電荷発生材料を式(10)のジスアゾ顔料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を式(2a)の正孔輸送材料に、図2の電荷発生材料を式(10)のジスアゾ顔料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、化学式(1a)で表されるジフェノキノン化合物に代えて、下記式(11)で表されるジフェノキノン化合物を用いた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、化学式(1a)で表されるジフェノキノン化合物を、式(11)で表されるジフェノキノン化合物に、式(3a)の正孔輸送材料を式(5a)の正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を下記式(12)で表される正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を下記式(13)で表される正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を下記式(14)で表される正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、式(3a)の正孔輸送材料を下記式(15)で表される正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、図2の電荷発生材料を式(10)のジスアゾ顔料に代え、式(3a)の正孔輸送材料を式(15)で表される正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
実施例1において、図2の電荷発生材料を式(10)のジスアゾ顔料に代え、式(3a)の正孔輸送材料を式(12)で表される正孔輸送材料に代えた以外は実施例1と同様にして感光体を作製した。
コロナ放電電流が20μAとなるようにコロナ放電器を設定し、前記実施例1〜21、比較例1〜9において製造した単層分散型感光体を暗所にてコロナ放電により正帯電させて帯電電位を測定した。このときの表面電位を初期帯電位(V0)とする。この初期帯電電位は、感光体の帯電性を示す値であり、+600〜+800の範囲が良好な特性範囲である。
その後、感光体の表面電位が700Vになるように放電電流を調節し、780nmの光で露光し、各感光体の表面電位を700Vから350に半減させる露光量を測定した。このときの露光量を半減露光量(μJ/cm2)とする。この半減露光量は、感光体の感度を示す値であり、半減露光量の数値は小さいほど高感度な感光体を示し、高感度感光体は0.2μJ/cm2以下、実用的な範囲としては0.45μJ/cm2以下である
また、各感光体の表面電位700Vで780nmの光(露光エネルギー2μJ/cm2)を照射したときの表面電位を測定した。このときの表面電位を残留電位(VL)とする。この残留電位は、帯電後減衰せずに感光体表面に除電しきれずに残った電荷であり、この電位が小さいほど実用上好ましく、一般的には100V以下が好ましい。
また、実際の画像形成装置での耐久性を想定するための評価として、60μAのコロナ放電電流にて帯電、780nの光(露光エネルギー2μJ/cm2)の照射を繰り返しを2000回行い感光体を劣化させた後の帯電電位(V0')を計測し劣化前の初期帯電電位からの変化(△V0)を計測した(△V0=V0'−V0)。帯電変化は少ないほど好ましく耐久性が高い感光体である。上記測定は常温常湿(温度25℃、湿度40%)環境下で測定を行った。
実施例1〜21及び比較例1〜9の測定結果は、表1、表2のとおりである。
本願の実施例1〜21の感光体は0.1〜0.23μj/cm2と高感度であり、初期帯電電位、劣化後の帯電変化量も112v以下と少なく、残留電位も100v以下と低いことがわかる。
これに対し、比較例1及び2の電子輸送材料は対称性が不十分であるため、電荷移動が悪く、十分な感度を得ることができない。さらに帯電―露光の繰り返しにおいて感光膜中に電荷トラップが発生し、劣化後帯電変化量が大きい。比較例3〜6は、他の正孔輸送材料と組み合わせたものであるがこちらも電荷移動が良くないため、感度が十分ではなく残留電位、劣化後帯電変化量が悪くなっている。比較例7及び8の他の電荷発生材料を用いた場合も同様であった。
2……導電性支持体
3……感光層
Claims (7)
- 少なくとも導電性支持体上に感光層を設けて成り、該感光層は、電荷発生材料、電子輸送材料、及び正孔輸送材料を含み、前記電子輸送材料は、下記一般式(1)で表されるジフェノキノン化合物であり、前記正孔輸送材料は、下記一般式(2)で表される化合物を含有することを特徴とする電子写真感光体。
- 前記電荷発生材料がオキシチタニルフタロシアニンであることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の電子写真感光体。
- 前記オキシチタニルフタロシアニンがCuKαの特性X線(波長1.542Å)に対するブラッグ角2θの回折ピーク(±0.2゜)として、少なくとも27.3°に主たるピークを持つことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の電子写真感光体。
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