JP2010231200A - 電子写真感光体、製造方法、それを用いた画像形成方法、画像形成装置及び画像形成装置用プロセスカートリッジ - Google Patents

電子写真感光体、製造方法、それを用いた画像形成方法、画像形成装置及び画像形成装置用プロセスカートリッジ Download PDF

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Abstract

【課題】表面層内部にわたって耐摩耗性及び耐傷性が高く安定であり、且つ電気的特性が良好であり、長期間にわたり高画質化を実現する電子写真感光体及び電子写真感光体を提供する製造方法であり、またそれらの長寿命、高性能感光体を使用した画像形成方法、画像形成装置及び画像形成装置用プロセスカートリッジを提供する。さらに、癌原性の有無を容易に判定する方法として実施されているAmes試験が陰性を示す電子写真感光体及び電子写真感光体を提供する製造方法であり、また画像形成方法、画像形成装置及び画像形成装置用プロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】導電性支持体上に、感光層及び表面層を有する電子写真感光体において、表面層が、電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)との重合による架橋物を含有し、硫黄濃度が50ppmw以下のものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、膜表面性が良好であり、耐摩耗性が高く、また表面層内部にわたって均一に硬化しており、且つ電気的特性が良好な感光層を用いることにより、高耐久性を有し、かつ長期間にわたり高画質化を実現する電子写真感光体およびその製造方法に関する。また、それらの長寿命、高性能感光体を使用した画像形成方法、画像形成装置及び画像形成装置用プロセスカートリッジに関する。
近年、有機感光体(OPC:Organic Photoconductor)は良好な性能、様々な利点から、無機感光体に代わり複写機、ファクシミリ、レーザープリンタ及びこれらの複合機に多く用いられている。この理由としては、例えば(1)光吸収波長域の広さ及び吸収量の大きさ等の光学特性、(2)高感度、安定な帯電特性等の電気的特性、(3)材料の選択範囲の広さ、(4)製造の容易さ、(5)低コスト、(6)無毒性、等が挙げられる。
一方、最近画像形成装置の小型化から電子写真感光体の小径化が進み、機械の高速化やメンテナンスフリーの動きも加わり電子写真感光体の高耐久化が切望されるようになってきた。この観点からみると、有機感光体は、表面層が低分子電荷輸送材料と不活性高分子を主成分としているため一般に柔らかく、電子写真プロセスにおいて繰り返し使用された場合、現像システムやクリーニングシステムによる機械的な負荷により摩耗が発生しやすいという欠点を有している。加えて高画質化の要求からトナー粒子の小粒径化に伴いクリーニング性を上げる目的でクリーニングブレードのゴム硬度の上昇と当接圧力の上昇が余儀なくされ、このことも電子写真感光体の摩耗を促進する要因となっている。
このような電子写真感光体の摩耗は、感度の劣化、帯電性の低下などの電気的特性を劣化させ、画像濃度低下、地肌汚れ等の異常画像の原因となる。また摩耗が局所的に発生した傷は、クリーニング不良によるスジ状汚れ画像をもたらす。現状では電子写真感光体の寿命はこの摩耗や傷が律速となり、交換に至っている。
したがって、有機感光体の高耐久化においては前述の摩耗量を低減することが不可欠であり、これが当分野でもっとも解決が迫られている課題である。
感光層の耐摩耗性を改良する技術としては、(1)表面層に硬化性バインダーを用いたもの(例えば、特許文献1参照。)、(2)高分子型電荷輸送物質を用いたもの(例えば、特許文献2参照。)、(3)表面層に無機フィラーを分散させたもの(例えば、特許文献3参照。)等が挙げられる。これらの技術の内、(1)の硬化性バインダーを用いたものは、電荷輸送物質との相溶性が悪いためや重合開始剤、未反応残基などの不純物により残留電位が上昇し画像濃度低下が発生し易い傾向がある。また、(2)の高分子型電荷輸送物質を用いたもの、及び(3)の無機フィラーを分散させたものは、耐摩耗性向上が可能であるものの、長期に渡る継続した使用のニーズに応えるために有機感光体に更なる耐久性の向上が求められている。さらに、(3)の無機フィラーを分散させたものは、無機フィラー表面に存在するチャージキャリアトラップにより残留電位が上昇し、画像濃度低下が発生し易い傾向にあり、このような画像濃度の低下を防ぐための対応をする必要があった。これら(1)、(2)、(3)の技術では、有機感光体に求められる電気的な耐久性、機械的な耐久性をも含めた総合的な耐久性に関し、まだまだ改良の余地があった。
更に、(1)の耐摩耗性と耐傷性を改良するために多官能のアクリレートモノマー硬化物を含有させた電子写真感光体も知られている(特許文献4参照)。しかし、この電子写真感光体においては、感光層上に設けた保護層にこの多官能のアクリレートモノマー硬化物を含有させる旨の記載があるものの、この保護層においては電荷輸送物質を含有せしめてもよいことが記載されているのみで具体的な記載はなく、しかも、単に表面層に低分子の電荷輸送物を含有させた場合には、上記硬化物との相溶性の問題があり、これにより、低分子電荷輸送物質の析出、白濁現象が起こり、機械強度も低下してしまうことがあった。
さらに、この電子写真感光体は、具体的には高分子バインダーを含有した状態でモノマーを反応させるため、硬化が充分に進行しないことや、硬化物とバインダー樹脂との相溶性の問題があり、硬化時に相分離による表面凹凸が生じクリーニング不良を引き起こす傾向が見られた。
これらに代わる感光層の耐摩耗技術として、炭素−炭素二重結合を有するモノマーと、炭素−炭素二重結合を有する電荷輸送剤及びバインダー樹脂からなる塗工液を用いて形成した電荷輸送層を設けることが知られており(例えば、特許文献5参照。)、このバインダー樹脂には、炭素−炭素二重結合を有し、上記電荷輸送剤に対して反応性を有するものと、上記二重結合を有せず反応性を有しないものが含まれる。この電子写真感光体は耐摩耗性と良好な電気的特性を両立しており注目されるが、バインダー樹脂として反応性を有しないものを使用した場合においては、バインダー樹脂と、上記モノマーと電荷輸送剤との反応により生成した硬化物との相溶性が悪く、層分離から架橋時に表面凹凸が生じ、クリーニング不良を引き起こす傾向が見られた。また、上記のように、この場合バインダー樹脂がモノマーの硬化を妨げるほか、この電子写真感光体において使用される上記モノマーとして具体的に記載されているものは2官能性のものであり、この2官能性モノマーでは官能基数が少なく充分な架橋密度が得られず、これらの点で耐摩耗性の点では未だ満足するには至らなかった。また、反応性を有するバインダーを使用した場合においても、上記モノマーおよび上記バインダー樹脂に含有される官能基数の低さから、上記電荷輸送物質の結合量と架橋密度との両立は難しく、電気特性及び耐摩耗性も充分とは言えないものであった。
形成される表面層の態様を予測することが比較的簡単な固形樹脂分を用いることなく、モノマー含有塗工液の塗工及び架橋・伸長反応のみで表面層を形成することは、旧来ほとんどなかったが、最近、表面層を少なくとも電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)を硬化した架橋樹脂層とすることにより、電気特性及び耐摩耗性の両方を向上させることが可能であることが見いだされた(特許文献6、7、8参照)。
しかしながら、上記ラジカル重合性モノマー(イ)は多くのメーカーから供給されているが、一般的に純度が低く、触媒等に起因する不純物も含有しており、これら不純物が耐摩耗性や電気特性劣化を劣化させる要因になる。またラジカル重合性モノマー(イ)の中には安全性が低い材料もある。その原因としてラジカル重合性モノマー(イ)に含有される不純物、特に触媒に関係する残存物が安全性を低下させていることが考えられている(非特許文献1)。
本発明は、表面層内部にわたって耐摩耗性及び耐傷性が高く安定であり、且つ電気的特性が良好であり、長期間にわたり高画質化を実現する電子写真感光体及び電子写真感光体を提供する製造方法であり、またそれらの長寿命、高性能感光体を使用した画像形成方法、画像形成装置及び画像形成装置用プロセスカートリッジを提供することを目的とする。
さらに、近年、化学物質の安全性に関する関心が高まっていることから、特に癌原性の有無を容易に判定する方法として実施されているAmes試験が陰性を示す電子写真感光体及び電子写真感光体を提供する製造方法であり、またこれら感光体を使用した画像形成方法、画像形成装置及び画像形成装置用プロセスカートリッジを提供することを目的とする。
本発明は、下記(1)〜(10)によって解決される。
(1) 導電性支持体上に、少なくとも感光層及び表面層を有する電子写真感光体において、前記表面層が、電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)との重合による架橋物を含有し、硫黄濃度が50ppmw以下のものであることを特徴とする電子写真感光体。
(2) 前記電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)に含まれる硫黄濃度が50ppmw以下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。
(3) 導電性支持体上に、少なくとも電荷輸送性化合物を含有する感光層を形成する工程、及び表面層を形成する工程を有する電子写真感光体を製造する方法において、前記表面層を形成する工程が、(i)硫黄濃度が90ppmw以下になるように精製された電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)とを含む表面層形成用塗工液を塗布して表面層を形成し、(ii)前記表面層を光エネルギーによって硬化、架橋させるものであることを特徴とする電子写真感光体の製造方法。
(4) 前記精製が、サルモネラ菌TA1535を用いた変異原性試験(Ames試験)により算定されるコロニー総数が、対照溶媒の変異原性試験によるコロニー数(増加倍数)の2.0以下となるように行われることを特徴とする前記第(3)項に記載の電子写真感光体の製造方法。
(5) 前記精製が、カラムクロマトグラフィーによる分離精製によるものであることを特徴とする前記第(3)項または第(4)項に記載の電子写真感光体の製造方法。
(6) 前記精製が、吸着剤による吸着精製によるものであることを特徴とする前記第(3)項または第(4)項に記載の電子写真感光体の製造方法。
(7) 前記精製が、塩基性の吸着剤による吸着精製であることを特徴とする前記第(3)項または第(4)項に記載の電子写真感光体の製造方法。
(8) 前記第(1)項または第(2)項に記載の電子写真感光体を用いて、少なくとも帯電、画像露光、現像、転写を行なうことを特徴とする画像形成方法。
(9) 前記第(1)項または第(2)項に記載の電子写真感光体を用いたことを特徴とする画像形成装置。
(10) 前記第(1)項または第(2)項に記載の電子写真感光体と、帯電手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段および除電手段よりなる群から選ばれた少なくとも一つの手段を有するものであって、画像形成装置本体に着脱可能としたことを特徴とする画像形成装置用プロセスカートリッジ。
本発明によれば、導電性支持体上に、少なくとも感光層及び表面層を有する電子写真感光体において、前記表面層が、電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)との重合による架橋物を含有し、硫黄濃度が50ppmw以下のものであることを特徴とする電子写真感光体とすることにより、耐摩耗性及び、電気特性を向上させることが可能となると同時に人体・環境への負荷が少ない電子写真感光体が得られる。
また、導電性支持体上に、少なくとも電荷輸送性化合物を含有する感光層を形成する工程、及び表面層を形成する工程を有する電子写真感光体を製造する方法において、前記表面層を形成する工程が、(i)硫黄濃度が90ppmw以下になるように精製された電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル
重合性化合物(ロ)とを含む表面層形成用塗工液を塗布して表面層を形成し、(ii)前記表面層を光エネルギーによって硬化、架橋させるものであることを特徴とする電子写真感光体の製造方法を用いることにより、表面層内部にわたって高い耐摩耗性を維持し、良好な電気特性を有する、高耐久、高性能、加えて人体・環境への負荷が少ない電子写真感光体が得られ
る。
したがって、この電子写真感光体を用いることにより良好な画像を長期にわたり提供できる高性能で且つ信頼性の高い画像形成プロセス、画像形成装置及び画像形成装置用プロセスカートリッジが提供できる。
本発明の電子写真感光体の断面図の一例である。 本発明の電子写真感光体の断面図の他の例である。 本発明の画像形成装置の一例を示す概略図である。 本発明の画像形成装置用プロセスカートリッジの一例を示す概略図である。 合成例により得られたチタニルフタロシアニン顔料のX線回析スペクトルを示した図である。
本発明は、導電性支持体上に少なくとも電荷発生化合物と電荷輸送性化合物を含有する感光層、さらにその上に表面層を有する電子写真感光体において、該表面層を、電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)との重合による架橋物を含有し、硫黄濃度を50ppmw以下のものとすることで、長期間にわたり高画質化を実現すると同時に安全性の高い電子写真感光体が達成されるものである。
この理由としては以下の事項が挙げられる。
本発明の表面層は、電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)を用いており、これにより3次元の網目構造が発達し、架橋度が非常に高い硬度の架橋された表面層が得られ、高い耐摩耗性が達成されると同時に、高い電荷輸送性が達成されるが、表面層中に電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)の合成で使用される硫黄系触媒が存在することでキャリアトラップ等により電荷輸送性が大きく低下する。さらに硫黄系触媒がラジカル重合性モノマー中に残留した場合、電気的特性の低下及び安全性が問題となってくる。
そこで本発明では、電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)の重合による架橋物である表面層の硫黄濃度を50ppmw以下とすることで帯電性の低下、及びキャリアトラップが防止されて電気特性の向上と同時に人体・環境への負荷の低減が達成される。
次に、本発明の表面層塗布液の構成材料について説明する。
[電荷輸送性を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)]
本発明に用いられる電荷輸送性を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)としては、例えばトリアリールアミン、ヒドラゾン、ピラゾリン、カルバゾールなどの正孔輸送性構造や、例えば縮合多環キノン、ジフェノキノン、シアノ基やニトロ基を有する電子吸引性芳香族環などの電子輸送構造を有しておらず、且つラジカル重合性官能基を3個以上有するモノマーを指す。このラジカル重合性官能基とは、炭素−炭素2重結合を有し、ラジカル重合可能な基であれば何れでもよい。これらラジカル重合性官能基としては、例えば、下記に示す1−置換エチレン官能基、1,1−置換エチレン官能基等が挙げられる。
(1)1−置換エチレン官能基としては、例えば以下の式で表される官能基が挙げられる。
Figure 2010231200
〔ただし、式中、Xは、置換基を有していてもよいフェニレン基、ナフチレン基等のアリーレン基、置換基を有していてもよいアルケニレン基、−CO−基、−COO−基、−CONR36−基、または−S−基を表す(R36は、水素、メチル基、エチル基等のアルキル基、ベンジル基、ナフチルメチル基、フェネチル基等のアラルキル基、フェニル基、ナフチル基等のアリール基を表す)。〕
これらの置換基の具体例を示すと、ビニル基、スチリル基、2−メチル−1,3−ブタジエニル基、ビニルカルボニル基、アクリロイルオキシ基、アクリロイルアミド基、ビニルチオエーテル基等が挙げられる。
(2)1,1−置換エチレン官能基としては、例えば以下の式で表される官能基が挙げられる。
Figure 2010231200
〔ただし、式中、Yは、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基、ナフチル基等のアリール基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基あるいはエトキシ基等のアルコキシ基または、−COOR37基を表し、また、Xは上記のXと同一の基及び単結合、アルキレン基を表す。ただし、Y、Xの少なくとも何れか一方がオキシカルボニル基、シアノ基、アルケニレン基、及び芳香族環よりなる群から選ばれた基である。R37は、水素原子、置換基を有していてもよいメチル基、エチル基等のアルキル基、置換基を有していてもよいベンジル、フェネチル基等のアラルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基、ナフチル基等のアリール基、または−CONR3839(R38およびR39は、水素原子、置換基を有していてもよいメチル基、エチル基等のアルキル基、置換基を有していてもよいベンジル基、ナフチルメチル基、あるいはフェネチル基等のアラルキル基、または置換基を有していてもよいフェニル基、ナフチル基等のアリール基を表し、互いに同一または異なっていてもよい。)である。〕
これらの置換基の具体例を示すと、α−塩化アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、α−シアノエチレン基、α−シアノアクリロイルオキシ基、α−シアノフェニレン基、メタクリロイルアミノ基等が挙げられる。
なお、これらX、X、Yの基にさらに置換する置換基としては、例えばハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、メチル基、エチル基等のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、フェニル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
これらのラジカル重合性官能基の中では、特にアクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基が有用であり、3個以上のアクリロイルオキシ基を有する化合物は、例えば水酸基がその分子中に3個以上ある化合物とアクリル酸(塩)、アクリル酸ハライド、アクリル酸エステルを用い、エステル反応あるいはエステル交換反応させることにより得ることができる。また、3個以上のメタクリロイルオキシ基を有する化合物も同様にして得ることができる。また、ラジカル重合性官能基を3個以上有する単量体中のラジカル重合性官能基は、同一でも異なっても良い。
電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)の具体例としては、以下のものが例示されるが、これらの化合物に限定されるものではない。
すなわち、本発明において使用する上記ラジカル重合性モノマー(イ)としては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)、トリメチロールプロパントリメタクリレート、HPA変性トリメチロールプロパントリアクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリアクリレート、HPA変性トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PETTA)、グリセロールトリアクリレート、ECH変性グリセロールトリアクリレート、EO変性グリセロールトリアクリレート、PO変性グリセロールトリアクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリアクリレート、ジメチロールプロパンテトラアクリレート(DTMPTA)、ペンタエリスリトールエトキシテトラアクリレート、EO変性リン酸トリアクリレート、2,2,5,5−テトラヒドロキシメチルシクロペンタノンテトラアクリレートなどが挙げられ、これらは、単独又は2種類以上を併用しても差し支えない。
上記、ラジカル重合性モノマー(イ)の合成時において一般的にはパラトルエンスルホン酸等の硫黄系酸触媒が使用され、この硫黄系酸触媒がラジカル重合性モノマー(イ)中に残留することで帯電性の低下、及びキャリアトラップを形成し、さらに人体への安全性を低下させる作用を示す。従って、上記課題を解決するためには、ラジカル重合性モノマー中の残留する硫黄系酸触媒を低減させることが必要である。
上記、不純物の除去方法としては、各種精製方法が使用可能であるが、その中でもカラムクロマトグラフィーによる分離精製方法及び、吸着剤による吸着精製方法がより効果的である。
本発明のカラムクロマトグラフィーによる分離精製方法及び、吸着精製方法に使用される吸着剤としては珪藻土、ベントナイト、ゼオライト、酸性白土、活性白土、活性炭、シリカゲル、アルミナ、フロリジルなどが挙げられ、その中でもカラムクロマトグラフィーによる分離精製方法ではシリカゲルが硫黄分の分離に良好である。一方、吸着精製方法では活性白土及び、活性アルミナが硫黄分の除去に効果的であり、さらにその中でも塩基性の活性アルミナは酸性の硫黄系触媒の吸着効果が非常に大きい。吸着精製処理は1回でも効果が見られるが、不純物の除去効果を高めるためには複数回行うことが好ましい。
本発明のラジカル重合性モノマーの安全性を測る方法として多くの方法が提案されているが、ここでは変異原性試験(Ames試験)を実施した。
変異原性試験(Ames試験)は細菌を用いた試験であり、用いられる菌株はサルモネラ菌のうち、ヒスチジンを合成することのできないヒスチジン要求性の株(his−)で、被試験物質がその菌株に作用した結果、ヒスチジンを再び合成できるようになったヒスチジン非要求性(his+)の復帰体のコロニー数を数えて、その物質の変異原性を判定する。現在、これらの菌株のうち、TA1535、TA1537、TA100、TA98あるいはWP2uvrA−が一般的に使用されている。これらの菌株のうち、TA1535を用いた場合、市販のラジカル重合性モノマーは陽性となることが多い。従って、本発明においてもTA1535の試験を実施する。変異原性試験では一般に被試験物質をそのまま菌体に作用させる直接試験と、微生物における薬物代謝系をほ乳類のそれに近づけるために、ラットなどの肝臓から得られる薬物代謝活性化酵素(いわゆるS−9Mix)を組み入れて試験を行う代謝活性化試験が併用して実施される。
変異原性試験の具体的な試験方法については「安衛法における変異原性試験−ガイドラインとGLP−(発行元:中央労働災害防止協会)」を参照した。
次に本発明に用いられる電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)の成分割合は、表面層全量に対し20〜80重量%、好ましくは30〜70重量%である。(イ)モノマー成分が20重量%未満では表面層の3次元架橋結合密度が少なく、従来の熱可塑性バインダー樹脂を用いた場合に比べ飛躍的な耐摩耗性向上が達成されない。また、80重量%以上では電荷輸送性化合物の含有量が低下し、電気的特性の劣化が生じる。使用されるプロセスによって要求される耐摩耗性や電気特性が異なるため一概には言えないが、両特性のバランスを考慮すると30〜70重量%の範囲が最も好ましい。
[電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)]
本発明に用いられる電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)としては、例えばトリアリールアミン、ヒドラゾン、ピラゾリン、カルバゾールなどの正孔輸送性構造や、例えば縮合多環キノン、ジフェノキノン、シアノ基やニトロ基を有する電子吸引性芳香族環などの電子輸送構造を有しており、且つラジカル重合性官能基を有する化合物を指す。このラジカル重合性官能基としては、先のラジカル重合性モノマー(イ)について説明した基が挙げられ、特にアクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基が有用である。
また、電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)は、官能基が、2官能以上の多官能のものを使用することができるが、膜質及び静電特性的に、1官能であるものが好ましい。これは、2官能以上の電荷輸送性化合物を用いた場合は複数の結合で架橋構造中に固定されるが、電荷輸送性構造が非常に嵩高いため硬化樹脂中に歪みが発生し表面層の内部応力が高くなり、キャリア付着等でクラックや傷の発生を引き起こしやすくなる。5μm以下の膜厚の場合、特に問題とはならないが、5μmを越える膜を形成した場合、前記表面層の内部応力が非常に高くなり、架橋直後にクラックが発生しやすくなる。
また静電的特性においても、2官能以上の電荷輸送性化合物を用いた場合は複数の結合で架橋構造中に固定されるため、電荷輸送時の中間体構造(カチオンラジカル)が安定して保てず、電荷のトラップによる感度の低下、残留電位の上昇が起こしやすくなる。これらの電気的特性の劣化は、画像濃度低下、文字の細り等の画像として現れる。このようなことから、電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)は、1官能の電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物を用い、架橋結合間にペンダント状に固定化することにより、クラックや傷の発生防止、及び静電的特性の安定化を容易にする。
電荷輸送性構造としてはトリアリールアミン構造のものを用いたときの効果が高い。また官能基数が1つであるものが好ましく、さらには下記一般式(1)又は(2)の構造で示される化合物を用いた場合、感度、残留電位等の電気的特性が良好に持続される。
Figure 2010231200
Figure 2010231200
〔式中、Rは水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアラルキル基、置換基を有してもよいアリール基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、−COOR、ハロゲン化カルボニル基若しくはCONRよりなる群から選ばれた基であり、Ar、Arは置換もしくは無置換のアリーレン基を表わし、同一であっても異なってもよい。Ar、Arは置換もしくは無置換のアリール基を表わし、両者は同一であっても異なってもよい。Xは単結合、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のシクロアルキレン基、置換もしくは無置換のアルキレンエーテル基、酸素原子、硫黄原子、ビニレン基よりなる群から選ばれた基であり、Zは置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のアルキレンエーテル基、アルキレンオキシカルボニル基よりなる群から選ばれた基であり、m、nは0〜3の整数を表わす(Rは水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアラルキル基又は置換基を有してもよいアリール基よりなる群から選ばれた基であり、R及びRは水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアラルキル基又は置換基を有してもよいアリール基よりなる群から選ばれた基であり、両者は互いに同一であっても異なっていてもよい)。〕
以下に、一般式(1)、(2)の具体例を示す。
前記一般式(1)、(2)において、Rの置換基中、アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等、アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が、アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等が、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等がそれぞれ挙げられ、これらは、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アルキル基(メチル基、エチル基等)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基等)、フェノキシ基等のアリールオキシ基、アリール基(フェニル基、ナフチル基等)、アラルキル基(ベンジル基、フェネチル基等)等により置換されていても良い。Rの置換基のうち、特に好ましいものは水素原子またはメチル基である。
置換もしくは無置換のAr、Arはアリール基であり、アリール基としては縮合多環式炭化水素基、非縮合環式炭化水素基及び複素環基が挙げられる。
該縮合多環式炭化水素基としては、好ましくは環を形成する炭素数が18個以下のもの、例えば、ペンタニル基、インデニル基、ナフチル基、アズレニル基、ヘプタレニル基、ビフェニレニル基、as−インダセニル基、s−インダセニル基、フルオレニル基、アセナフチレニル基、プレイアデニル基、アセナフテニル基、フェナレニル基、フェナントリル基、アントリル基、フルオランテニル基、アセフェナントリレニル基、アセアントリレニル基、トリフェニレル基、ピレニル基、クリセニル基、及びナフタセニル基等が挙げられる。
該非縮合環式炭化水素基としては、ベンゼン、ジフェニルエーテル、ポリエチレンジフェニルエーテル、ジフェニルチオエーテル及びジフェニルスルホン等の単環式炭化水素化合物の1価基、あるいはビフェニル、ポリフェニル、ジフェニルアルカン、ジフェニルアルケン、ジフェニルアルキン、トリフェニルメタン、ジスチリルベンゼン、1,1−ジフェニルシクロアルカン、ポリフェニルアルカン、及びポリフェニルアルケン等の非縮合多環式炭化水素化合物の1価基、あるいは9,9−ジフェニルフルオレン等の環集合炭化水素化合物の1価基が挙げられる。
複素環基としては、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、オキサジアゾール、及びチアジアゾール等の1価基が挙げられる。
また、前記Ar、Arで表わされるアリール基は例えば以下に示すような置換基を有してもよい。
(1)ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基等。
(2)アルキル基。好ましくは、C〜C12とりわけC〜C、さらに好ましくはC〜Cの直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、これらのアルキル基にはさらにフッ素原子、水酸基、シアノ基、C〜Cのアルコキシ基、フェニル基又はハロゲン原子、C〜Cのアルキル基もしくはC〜Cのアルコキシ基で置換されたフェニル基を有していてもよい。具体例を示すとメチル基、エチル基、n−ブチル基、i−プロピル基、t−ブチル基、s−ブチル基、n−プロピル基、トリフルオロメチル基、2−ヒドロキシエチル基、2−エトキシエチル基、2−シアノエチル基、2−メトキシエチル基、ベンジル基、4−クロロベンジル基、4−メチルベンジル基、4−フェニルベンジル基等が挙げられる。
(3)アルコキシ基(−OR)。Rは(2)で定義したアルキル基を表わす。その具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ブトキシ基、s−ブトキシ基、i−ブトキシ基、2−ヒドロキシエトキシ基、ベンジルオキシ基、トリフルオロメトキシ基等が挙げられる。
(4)アリールオキシ基。アリール基としてはフェニル基、ナフチル基が挙げられる。これは、C〜Cのアルコキシ基、C〜Cのアルキル基またはハロゲン原子を置換基として含有してもよい。具体的には、フェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基、4−メトキシフェノキシ基、4−メチルフェノキシ基等が挙げられる。
(5)アルキルメルカプト基またはアリールメルカプト基。具体例としてはメチルチオ基、エチルチオ基、フェニルチオ基、p−メチルフェニルチオ基等が挙げられる。
(6)
Figure 2010231200
〔式中、R及びRは各々独立に水素原子、前記(2)で定義したアルキル基、またはアリール基を表わす。アリール基としては、例えばフェニル基、ビフェニル基又はナフチル基が挙げられ、これらはC〜Cのアルコキシ基、C〜Cのアルキル基またはハロゲン原子を置換基として含有してもよい。R及びRは共同で環を形成してもよい。。〕
具体例としては、アミノ基、ジエチルアミノ基、N−メチル−N−フェニルアミノ基、N,N−ジフェニルアミノ基、N,N−ジ(トリール)アミノ基、ジベンジルアミノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、ピロリジノ基等が挙げられる。
(7)メチレンジオキシ基、又はメチレンジチオ基等のアルキレンジオキシ基又はアルキレンジチオ基等。
(8)置換又は無置換のスチリル基、置換又は無置換のβ−フェニルスチリル基、ジフェニルアミノフェニル基、ジトリルアミノフェニル基等。
前記Ar、Arで表わされるアリーレン基としては、前記Ar、Arで表されるアリール基から誘導される2価基である。
前記Xは単結合、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のシクロアルキレン基、置換もしくは無置換のアルキレンエーテル基、酸素原子、硫黄原子、ビニレン基を表わす。
置換もしくは無置換のアルキレン基としては、C〜C12、好ましくはC〜C、さらに好ましくはC〜Cの直鎖または分岐鎖のアルキレン基であり、これらのアルキレン基にはさらにフッ素原子、水酸基、シアノ基、C〜Cのアルコキシ基、フェニル基又はハロゲン原子、C〜Cのアルキル基もしくはC〜Cのアルコキシ基で置換されたフェニル基を有していてもよい。具体的にはメチレン基、エチレン基、n−ブチレン基、i−プロピレン基、t−ブチレン基、s−ブチレン基、n−プロピレン基、トリフルオロメチレン基、2−ヒドロキシエチレン基、2−エトキシエチレン基、2−シアノエチレン基、2−メトキシエチレン基、ベンジリデン基、フェニルエチレン基、4−クロロフェニルエチレン基、4−メチルフェニルエチレン基、4−ビフェニルエチレン基等が挙げられる。
置換もしくは無置換のシクロアルキレン基としては、C〜Cの環状アルキレン基であり、これらの環状アルキレン基にはフッ素原子、水酸基、C〜Cのアルキル基、C〜Cのアルコキシ基を有していても良い。具体的にはシクロヘキシリデン基、シクロへキシレン基、3,3−ジメチルシクロヘキシリデン基等が挙げられる。
置換もしくは無置換のアルキレンエーテル基としては、エチレンオキシ、プロピレンオキシ、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、テトラエチレングリコール、トリプロピレングリコールを表わし、アルキレンエーテル基、アルキレン基はヒドロキシル基、メチル基、エチル基等の置換基を有してもよい。
前記ビニレン基は、
Figure 2010231200
で表わされ、Rは水素、アルキル基〔前記(2)で定義されるアルキル基と同じ〕、アリール基(前記Ar、Arで表わされるアリール基と同じ)、aは1または2、bは1〜3を表わす。
前記Zは置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のアルキレンエーテル基、アルキレンオキシカルボニル基を表わすものであるが、ここにおける置換もしくは無置換のアルキレン基としては、前記Xのアルキレン基と同様なものが挙げられ、置換もしくは無置換のアルキレンエーテル基としては、前記Xのアルキレンエーテル基が挙げられ、またアルキレンオキシカルボニル基としては、カプロラクトン変性基が挙げられる。
また、本発明の1官能の電荷輸送構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)として更に好ましい化合物としては、下記一般式(3)の構造の化合物が挙げられる。
Figure 2010231200
(式中、o、p、qはそれぞれ0又は1の整数、Rは水素原子、メチル基を表わし、R、Rは水素原子以外の置換基で炭素数1〜6のアルキル基を表わし、RとRは同一であっても異なっていても良く、s、tは0〜3の整数を表わし、Zは単結合、メチレン基、エチレン基、
Figure 2010231200
よりなる群から選ばれた基を表わす。)
上記一般式で表わされる化合物としては、R、Rの置換基として、特にメチル基、エチル基である化合物が好ましい。
本発明で用いる上記一般式(1)及び(2)特に(3)記載の1官能性の電荷輸送構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)は、炭素−炭素間の二重結合が両側に開放されて重合するため、末端構造とはならず、連鎖重合体中に組み込まれ、3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)との重合で架橋形成された重合体中では、高分子の主鎖中に存在し、かつ主鎖−主鎖間の架橋鎖中に存在(この架橋鎖には1つの高分子と他の高分子間の分子間架橋鎖と、1つの高分子内で折り畳まれた状態の主鎖のある部位と主鎖中でこれから離れた位置に重合したモノマー由来の他の部位とが架橋される分子内架橋鎖とがある)するが、主鎖中に存在する場合であってもまた架橋鎖中に存在する場合であっても、鎖部分から懸下するトリアリールアミン構造は、窒素原子から放射状方向に配置する少なくとも3つのアリール基を有し、バルキーであるが、鎖部分に直接結合しておらず鎖部分からカルボニル基等を介して懸下しているため立体的位置取りに融通性ある状態で固定されているので、これらトリアリールアミン構造は重合体中で相互に程よく隣接する空間配置が可能であるため、分子内の構造的歪みが少なく、また、電子写真感光体の表面層とされた場合に、電荷輸送経路の断絶を比較的免れた分子内構造を採りうるものと推測される。
また、本発明に用いられる電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)は、表面層の電荷輸送性能を付与するために重要で、この成分は表面層全量に対し20〜80重量%、好ましくは30〜70重量%である。この成分が20重量%未満では表面層の電荷輸送性能が充分に保てず、繰り返しの使用で感度低下、残留電位上昇などの電気特性の劣化が現れる。また、80重量%以上では電荷輸送構造を有しない3官能モノマーの含有量が低下し、架橋結合密度の低下を招き高い耐摩耗性が発揮されない。使用されるプロセスによって要求される電気特性や耐摩耗性が異なるため一概には言えないが、両特性のバランスを考慮すると30〜70重量%の範囲が最も好ましい。
[ (イ)(ロ)の以外のモノマー]
本発明の表面層は、少なくとも電荷発生化合物と電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)の重合架橋物であるが、これ以外に塗工時の粘度調整、表面層の応力緩和、低表面エネルギー化や摩擦係数低減などの機能付与の目的で1官能及び2官能のラジカル重合性モノマー及びラジカル重合性オリゴマーを併用することができる。これらのラジカル重合性モノマーや、オリゴマーとしては、公知のものが利用できる。
1官能のラジカルモノマーとしては、例えば、2−エチルヘキシルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、2−エチルヘキシルカルビトールアクリレート、3−メトキシブチルアクリレート、ベンジルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソアミルアクリレート、イソブチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、フェノキシテトラエチレングリコールアクリレート、セチルアクリレート、イソステアリルアクリレート、ステアリルアクリレート、スチレンモノマーなどが挙げられる。
2官能のラジカル重合性モノマーとしては、例えば、1,3−ブタンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、EO変性ビスフェノールAジアクリレート、EO変性ビスフェノールFジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレートなどが挙げられる。
機能性モノマーとしては、例えば、オクタフルオロペンチルアクリレート、2−パーフルオロオクチルエチルアクリレート、2−パーフルオロオクチルエチルメタクリレート、2−パーフルオロイソノニルエチルアクリレートなどのフッ素原子を置換したもの、特公平5−60503号公報、特公平6−45770号公報記載のシロキサン繰り返し単位:20〜70のアクリロイルポリジメチルシロキサンエチル、メタクリロイルポリジメチルシロキサンエチル、アクリロイルポリジメチルシロキサンプロピル、アクリロイルポリジメチルシロキサンブチル、ジアクリロイルポリジメチルシロキサンジエチルなどのポリシロキサン基を有するビニルモノマー、アクリレート及びメタクリレートが挙げられる。
ラジカル重合性オリゴマーとしては、例えば、エポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系オリゴマーが挙げられる。
但し、1官能及び2官能のラジカル重合性モノマーやラジカル重合性オリゴマーを多量に含有させると表面層の3次元架橋結合密度が実質的に低下し、耐摩耗性の低下を招く。このためこれらのモノマーやオリゴマーの含有量は、3官能以上のラジカル重合性モノマー100重量部に対し50重量部以下、好ましくは30重量部以下に制限される。
上記、1官能及び2官能のラジカル重合性モノマー及びラジカル重合性オリゴマーについても硫黄濃度を低減させることが好ましい。
また、本発明の表面層は少なくとも電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)を光エネルギー照射により硬化したものであるが、必要に応じてこの架橋反応を効率よく進行させるために表面層中に重合開始剤を使用してもよい。
重合開始剤としては、ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタノン−1、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、2−メチル−2−モルフォリノ(4−メチルチオフェニル)プロパン−1−オン、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、などのアセトフェノン系またはケタール系光重合開始剤、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、などのベンゾインエーテル系光重合開始剤、ベンゾフェノン、4−ヒドロキシベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、2−ベンゾイルナフタレン、4−ベンゾイルビフェニル、4−ベンゾイルフェニールエーテル、アクリル化ベンゾフェノン、1,4−ベンゾイルベンゼン、などのベンゾフェノン系光重合開始剤、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン、などのチオキサントン系光重合開始剤、その他の光重合開始剤としては、エチルアントラキノン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイルフェニルエトキシホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,4−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキサイド、メチルフェニルグリオキシエステル、9,10−フェナントレン、アクリジン系化合物、トリアジン系化合物、イミダゾール系化合物、が挙げられる。また、光重合促進効果を有するものを単独または上記光重合開始剤と併用して用いることもできる。例えば、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸(2−ジメチルアミノ)エチル、4,4′−ジメチルアミノベンゾフェノン、などが挙げられる。
これら重合開始剤の含有量は、総含有量でラジカル重合性を有する総含有物100重量部に対し、0.5〜40重量部、好ましくは1〜20重量部である。
更に、本発明の塗工液は必要に応じて各種可塑剤(応力緩和や接着性向上の目的)、レベリング剤、ラジカル反応性を有しない低分子電荷輸送物質などの添加剤が含有できる。これらの添加剤は公知のものが使用可能であり、可塑剤としてはジブチルフタレート、ジオクチルフタレート等の一般の樹脂に使用されているものが利用可能で、その使用量は塗工液の総固形分に対し20重量%以下、好ましくは10重量%以下に抑えられる。
また、レベリング剤としては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等のシリコーンオイル類や、側鎖にパーフルオロアルキル基を有するポリマーあるいはオリゴマーが利用でき、その使用量は塗工液の総固形分に対し3重量%以下が適当である。
本発明の表面層は、少なくとも電荷輸送構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)を含有する塗工液を塗布、硬化することにより形成される。かかる塗工液はラジカル重合性モノマー(イ)が液体である場合、これに他の成分を溶解して塗布することも可能であるが、必要に応じて溶媒により希釈して塗布される。
このとき用いられる溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール系、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系、テトラヒドロフラン、ジオキサン、プロピルエーテルなどのエーテル系、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼンなどのハロゲン系、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族系、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、セロソルブアセテートなどのセロソルブ系などが挙げられる。これらの溶媒は単独または2種以上を混合して用いてもよい。溶媒による希釈率は組成物の溶解性、塗工法、目的とする膜厚により変わり、任意である。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート、ビードコート、リングコート法などを用いて行なうことができる。
本発明の表面層は、かかる塗工液を塗布後、外部から光エネルギーを与え硬化させる。
また光エネルギーにより硬化するときには、酸素による架橋阻害を防止するために、酸素濃度2.0%以下、好ましくは0.001〜2.0%にすることが望ましい。通常の大気では、約21%の酸素濃度であるために、光エネルギー照射槽内に窒素、ヘリウム、アルゴン等のガスを送り、槽内の空気の置換を行う。これらのガスによる置換を行い、光エネルギー照射中に、酸素濃度2.0%以下の低酸素濃度雰囲気を維持することにより、架橋密度が大きく、表面平滑性の高い膜が形成され、さらに低照射光量でも比較的良好な膜が形成される。
本発明の表面層においては、電気的特性を維持するため嵩高い電荷輸送性構造を含有させ、且つ高強度化のため架橋結合密度を高める必要がある。このような表面層塗工後の硬化にあたっては、非常に高いエネルギーを外部から加え急激に反応を進めると、硬化が不均一に進行し膜表面の凹凸が激しくなる。このため光の照射強度、重合開始剤量により反応速度制御が可能な光の外部エネルギーを用いたものが好ましい。
本発明の表面層形成材料を用いた場合において、塗工方法について例示すると、例えば、塗工液として、3つのアクリロイルオキシ基を有するアクリレートモノマーと、1つのアクリロイルオキシ基を有するトリアリールアミン化合物を使用する場合、これらの使用割合は7:3〜3:7であり、また、重合開始剤をこれらアクリレート化合物全量に対し3〜20重量%添加し、さらに溶媒を加えて塗工液を調製する。例えば、表面層の下層となる電荷輸送層において、電荷輸送物質としてトリアリールアミン系ドナー、及びバインダー樹脂として、ポリカーボネートを使用し、表面層をスプレー塗工により形成する場合、上記塗工液の溶媒としては、テトラヒドロフラン、2−ブタノン、酢酸エチル等が好ましく、その使用割合は、アクリレート化合物全量に対し3倍量〜10倍量である。
次いで、例えば、アルミシリンダー等の支持体上に、下引き層、電荷発生層、上記電荷輸送層を順次積層した電子写真感光体上に、上記調製した塗工液をスプレー等により塗布する。その後、比較的低温で短時間乾燥し(25〜80℃、1〜10分間)、光エネルギー照射あるいは加熱して硬化させる。
光源としては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等を用いるが、照度(365nm)は300mW/cm以上が好ましく、例えば600mW/cmのUV光を照射する場合、例えば硬化に際し、ドラムを回転して全ての面を均一に45〜600秒程度照射すればよい。これにより得られた電子写真感光体の耐摩耗性、耐久性、電気特性を一層良好なものとすることができる。
硬化終了後は、残留溶媒低減、及び表面膜の安定化のため、100〜150℃で10分〜30分加熱して、本発明の電子写真感光体を得る。
以下、本発明をその層構造に従い説明する。
[電子写真感光体の層構造]
本発明に用いられる電子写真感光体を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の電子写真感光体を表わす断面図であり、導電性支持体(31)上に、電荷発生機能と電荷輸送機能を同時に有する感光層(33)が設けられた単層構造の電子写真感光体である。
図2は、導電性支持体(31)上に、電荷発生機能を有する電荷発生層(35)と、電荷輸送物機能を有する電荷輸送層(37)とが積層された積層構造の電子写真感光体である。
[導電性支持体]
導電性支持体(31)としては、体積抵抗1010Ω・cm以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、金、銀、白金などの金属、酸化スズ、酸化インジウムなどの金属酸化物を蒸着またはスパッタリングにより、フィルム状もしくは円筒状のプラスチック、紙に被覆したもの、あるいはアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレスなどの板およびそれらを押し出し、引き抜きなどの工法で素管化後、切削、超仕上げ、研摩などの表面処理を施した管などを使用することができる。また、特開昭52−36016号公報に開示されたエンドレスニッケルベルト、エンドレスステンレスベルトも導電性支持体として用いることができる。
この他、上記支持体上に導電性粉体を適当な結着樹脂に分散して塗工したものについても、本発明の導電性支持体として用いることができる。
この導電性粉体としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、また、アルミニウム、ニッケル、鉄、ニクロム、銅、亜鉛、銀などの金属粉、あるいは導電性酸化スズ、ITOなどの金属酸化物粉体などが挙げられる。また、同時に用いられる結着樹脂には、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート、酢酸セルロース樹脂、エチルセルロース樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルトルエン、ポリ−N−ビニルカルバゾール、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂などの熱可塑性、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂が挙げられる。このような導電性層は、これらの導電性粉体と結着樹脂を適当な溶剤、例えば、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、メチルエチルケトン、トルエンなどに分散して塗布することにより設けることができる。
さらに、適当な円筒基体上にポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、塩化ゴム、テフロン(登録商標)などの素材に前記導電性粉体を含有させた熱収縮チューブによって導電性層を設けてなるものも、本発明の導電性支持体として良好に用いることができる。
[感光層]
次に感光層について説明する。感光層は積層構造でも単層構造でもよい。
積層構造の場合には、感光層は電荷発生機能を有する電荷発生層と電荷輸送機能を有する電荷輸送層とから構成される。また、単層構造の場合には、感光層は電荷発生機能と電荷輸送機能を同時に有する層である。
以下、積層構造の感光層及び単層構造の感光層のそれぞれについて述べる。
[感光層が積層構成のもの]
(電荷発生層)
電荷発生層(35)は、電荷発生機能を有する電荷発生化合物を主成分とする層で、必要に応じてバインダー樹脂を併用することもできる。電荷発生化合物としては、無機系材料と有機系材料を用いることができる。
無機系材料には、結晶セレン、アモルファス・セレン、セレン−テルル、セレン−テルル−ハロゲン、セレン−ヒ素化合物や、アモルファス・シリコン等が挙げられる。アモルファス・シリコンにおいては、ダングリングボンドを水素原子、ハロゲン原子でターミネートしたものや、ホウ素原子、リン原子等をドープしたものが良好に用いられる。
一方、有機系材料としては、公知の材料を用いることができる。例えば、金属フタロシアニン、無金属フタロシアニン等のフタロシアニン系顔料、アズレニウム塩顔料、スクエアリック酸メチン顔料、カルバゾール骨格を有するアゾ顔料、トリフェニルアミン骨格を有するアゾ顔料、ジフェニルアミン骨格を有するアゾ顔料、ジベンゾチオフェン骨格を有するアゾ顔料、フルオレノン骨格を有するアゾ顔料、オキサジアゾール骨格を有するアゾ顔料、ビススチルベン骨格を有するアゾ顔料、ジスチリルオキサジアゾール骨格を有するアゾ顔料、ジスチリルカルバゾール骨格を有するアゾ顔料、ペリレン系顔料、アントラキノン系または多環キノン系顔料、キノンイミン系顔料、ジフェニルメタン及びトリフェニルメタン系顔料、ベンゾキノン及びナフトキノン系顔料、シアニン及びアゾメチン系顔料、インジゴイド系顔料、ビスベンズイミダゾール系顔料などが挙げられる。そのなかで特にフタロシアニン類が有用に用いられ、なかでもチタニルフタロシアニン、そのなかでも、少なくともCu−Kα線に対するX線回折スペクトルにおいてブラッグ角2θの主要ピークが少なくとも9.6°±0.2°、24.0°±0.2°および27.2°±0.2°にある結晶型を有するチタニルフタロシアニンは高感度材料として特に有効である。これらの電荷発生化合物は、単独または2種以上の混合物として用いることができる。
電荷発生層に必要に応じて用いられるバインダー樹脂としては、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリケトン、ポリカーボネート、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルケトン、ポリスチレン、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリアクリルアミドなどが挙げられる。これらのバインダー樹脂は、単独または2種以上の混合物として用いることができる。また、電荷発生層のバインダー樹脂として上述のバインダー樹脂の他に、電荷輸送機能を有する高分子電荷輸送物質、例えば、アリールアミン骨格やベンジジン骨格やヒドラゾン骨格やカルバゾール骨格やスチルベン骨格やピラゾリン骨格等を有するポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリシロキサン、アクリル樹脂等の高分子材料やポリシラン骨格を有する高分子材料等を用いることができる。
また、電荷発生層には低分子電荷輸送物質を含有させることができる。
電荷発生層に併用できる低分子電荷輸送物質には、正孔輸送物質と電子輸送物質とがある。
電子輸送物質としては、たとえばクロルアニル、ブロムアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、2,4,7−トリニトロ−9−フルオレノン、2,4,5,7−テトラニトロ−9−フルオレノン、2,4,5,7−テトラニトロキサントン、2,4,8−トリニトロチオキサントン、2,6,8−トリニトロ−4H−インデノ〔1,2−b〕チオフェン−4−オン、1,3,7−トリニトロジベンゾチオフェン−5,5−ジオキサイド、ジフェノキノン誘導体などの電子受容性物質が挙げられる。これらの電子輸送物質は、単独または2種以上の混合物として用いることができる。
正孔輸送物質としては、以下に表わされる電子供与性物質が挙げられ、良好に用いられる。正孔輸送物質としては、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、モノアリールアミン誘導体、ジアリールアミン誘導体、トリアリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、α−フェニルスチルベン誘導体、ベンジジン誘導体、ジアリールメタン誘導体、トリアリールメタン誘導体、9−スチリルアントラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、ジビニルベンゼン誘導体、ヒドラゾン誘導体、インデン誘導体、ブタジェン誘導体、ピレン誘導体等、ビススチルベン誘導体、エナミン誘導体等、その他公知の材料が挙げられる。これらの正孔輸送物質は、単独または2種以上の混合物として用いることができる。
電荷発生層を形成する方法には、真空薄膜作製法と溶液分散系からのキャスティング法とが大きく挙げられる。
前者の方法には、真空蒸着法、グロー放電分解法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、CVD法等が用いられ、上述した無機系材料、有機系材料が良好に形成できる。
また、後述のキャスティング法によって電荷発生層を設けるには、上述した無機系もしくは有機系電荷発生化合物を必要ならばバインダー樹脂と共にテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、トルエン、ジクロロメタン、モノクロロベンゼン、ジクロロエタン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、アニソール、キシレン、メチルエチルケトン、アセトン、酢酸エチル、酢酸ブチル等の溶媒を用いてボールミル、アトライター、サンドミル、ビーズミル等により分散し、分散液を適度に希釈して塗布することにより、形成できる。また、必要に応じて、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等のレベリング剤を添加することができる。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート、ビードコート、リングコート法などを用いて行なうことができる。
以上のようにして設けられる電荷発生層の膜厚は、0.01〜5μm程度が適当であり、好ましくは0.05〜2μmである。
[電荷輸送層]
電荷輸送層(37)は電荷輸送機能を有する層で、本発明では電荷輸送層の上に表面層が形成される。
電荷輸送層は電荷輸送機能を有する電荷輸送物質および結着樹脂、電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー、さらに電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物を適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを電荷発生層上に塗布、乾燥することにより形成し、この上に上記本発明のラジカル重合性組成物と必要に応じてフィラーを含有する塗工液を塗布し、外部エネルギーにより架橋、硬化させる。電荷輸送層の膜厚は、5〜40μm程度が適当であり、好ましくは10〜30μm程度が適当である。
電荷輸送物質としては、前記電荷発生層で記載した電子輸送物質、正孔輸送物質及び高分子電荷輸送物質を用いることができる。
結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート、酢酸セルロース樹脂、エチルセルロース樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルトルエン、ポリ−N−ビニルカルバゾール、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂等の熱可塑性または熱硬化性樹脂が挙げられる。
本発明では電荷輸送層と表面層の接着性を向上させるために、電荷輸送層中に電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマーと、電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物を添加する。電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー及び電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物は表面層で記載したラジカル重合性モノマーを用いることができる。
電荷輸送層中の電荷輸送物質の量は結着樹脂100重量部に対し、20〜300重量部、好ましくは40〜150重量部が適当である。
電荷輸送層の塗工に用いられる溶媒としては前記電荷発生層と同様なものが使用できるが、電荷輸送物質及び結着樹脂を良好に溶解するものが適している。これらの溶剤は単独で使用しても2種以上混合して使用しても良い。また、電荷輸送層の形成には電荷発生層と同様な塗工法が可能である。
また、必要により可塑剤、レベリング剤を添加することもできる。
電荷輸送層に併用できる可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート等の一般の樹脂の可塑剤として使用されているものがそのまま使用でき、その使用量は、結着樹脂100重量部に対して0〜30重量部程度が適当である。
電荷輸送層に併用できるレベリング剤としては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等のシリコーンオイル類や、側鎖にパーフルオロアルキル基を有するポリマーあるいはオリゴマーが使用され、その使用量は、結着樹脂100重量部に対して0〜1重量部程度が適当である。
前述の表面層作製方法に記載したように、かかる電荷輸送層上に本発明のラジカル重合性組成物を含有する塗工液を塗布、必要に応じて乾燥後、熱や光の外部エネルギーにより硬化反応を開始させ、表面層が形成される。このとき、表面層の膜厚は、1〜20μm、好ましくは2〜10μmである。1μmより薄いと膜厚ムラによって耐久性がバラツキ、20μmより厚いと電荷輸送層全体の膜厚が厚くなり電荷の拡散から画像の再現性が低下する。
[感光層が単層のもの]
単層構造の感光層は電荷発生機能と電荷輸送機能を同時に有する層で、本発明では感光層の上に表面層が形成される。
感光層(33)は電荷発生機能を有する電荷発生化合物と電荷輸送機能を有する電荷輸送物質と結着樹脂を適当な溶媒に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することによって形成できる。また、必要により可塑剤やレベリング剤等を添加することもできる。電荷発生化合物の分散方法および電荷発生化合物、電荷輸送物質、可塑剤、レベリング剤のそれぞれの説明は前記電荷発生層、電荷輸送層において既に述べたことが、そのまま援用できる。結着樹脂としては、先に電荷輸送層の項で挙げた結着樹脂のほかに、電荷発生層で挙げたバインダー樹脂を混合して用いてもよい。かかる感光層の膜厚は、5〜30μm程度が適当であり、好ましくは10〜25μm程度が適当である。
前述のようにかかる感光層上に本発明のラジカル重合性組成物と電荷発生化合物を含有する塗工液を塗布、必要に応じて乾燥後、熱や光の外部エネルギーにより硬化し、表面層を形成する。このとき、表面層の膜厚は、1〜20μm、好ましくは2〜10μmである。1μmより薄いと膜厚ムラによって耐久性のバラツキが生じる。
単層構造の感光層中に含有される電荷発生化合物は感光層全量に対し1〜30重量%が好ましく、感光層に含有される結着樹脂は全量の20〜80重量%、電荷輸送物質は10〜70重量部が良好に用いられる。
[下引き層]
本発明の電子写真感光体においては、導電性支持体と感光層との間に下引き層を設けることができる。下引き層は一般には樹脂を主成分とするが、これらの樹脂はその上に感光層を溶剤で塗布することを考えると、一般の有機溶剤に対して耐溶剤性の高い樹脂であることが望ましい。このような樹脂としては、ポリビニルアルコール、カゼイン、ポリアクリル酸ナトリウム等の水溶性樹脂、共重合ナイロン、メトキシメチル化ナイロン等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド−メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、三次元網目構造を形成する硬化型樹脂等が挙げられる。また、下引き層にはモアレ防止、残留電位の低減等のために酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化インジウム等で例示できる金属酸化物の微粉末顔料を加えてもよい。
これらの下引き層は、前述の感光層の如く適当な溶媒及び塗工法を用いて形成することができる。更に本発明の下引き層として、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、クロムカップリング剤等を使用することもできる。この他、本発明の下引き層には、Alを陽極酸化にて設けたものや、ポリパラキシリレン(パリレン)等の有機物やSiO、SnO、TiO、ITO、CeO等の無機物を真空薄膜作成法にて設けたものも良好に使用できる。このほかにも公知のものを用いることができる。下引き層の膜厚は0〜5μmが適当である。
[各層への酸化防止剤の添加について]
また、本発明においては、耐環境性の改善のため、とりわけ、感度低下、残留電位の上昇を防止する目的で、表面層、電荷発生層、電荷輸送層、下引き層等の各層に酸化防止剤を添加することができる。
本発明に用いることができる酸化防止剤として、下記のものが挙げられる。
(フェノール系化合物)
2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ブチル化ヒドロキシアニソール、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノール、ステアリル−β−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,2′−メチレン−ビス−(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2′−メチレン−ビス−(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4′−チオビス−(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4′−ブチリデンビス−(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、1,1,3−トリス−(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、テトラキス−[メチレン−3−(3′,5′−ジ−t−ブチル−4′−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、ビス[3,3′−ビス(4′−ヒドロキシ−3′−t−ブチルフェニル)ブチリックアッシド]グリコ−ルエステル、トコフェロール類など。
(パラフェニレンジアミン類)
N−フェニル−N′−イソプロピル−p−フェニレンジアミン、N,N′−ジ−sec−ブチル−p−フェニレンジアミン、N−フェニル−N−sec−ブチル−p−フェニレンジアミン、N,N′−ジ−イソプロピル−p−フェニレンジアミン、N,N′−ジメチル−N,N′−ジ−t−ブチル−p−フェニレンジアミンなど。
(ハイドロキノン類)
2,5−ジ−t−オクチルハイドロキノン、2,6−ジドデシルハイドロキノン、2−ドデシルハイドロキノン、2−ドデシル−5−クロロハイドロキノン、2−t−オクチル−5−メチルハイドロキノン、2−(2−オクタデセニル)−5−メチルハイドロキノンなど。
(有機燐化合物類)
トリフェニルホスフィン、トリ(ノニルフェニル)ホスフィン、トリ(ジノニルフェニル)ホスフィン、トリクレジルホスフィン、トリ(2,4−ジブチルフェノキシ)ホスフィンなど。
これら化合物は、ゴム、プラスチック、油脂類などの酸化防止剤として知られており、市販品を容易に入手できる。
本発明における酸化防止剤の添加量は、添加する層の総重量に対して0.01〜10重量%である。
[画像形成方法及び装置]
次に図面に基づいて本発明の画像形成方法ならびに画像形成装置を詳しく説明する。
本発明の画像形成方法ならびに画像形成装置とは、本発明は平滑な電荷輸送性表面層を有する電子写真感光体を用い、例えば少なくとも電子写真感光体に帯電、画像露光、現像の過程を経た後、画像保持体(転写紙)へのトナー画像の転写、定着及び電子写真感光体表面のクリーニングというプロセスよりなる画像形成方法ならびに画像形成装置である。
場合により、静電潜像を直接転写体に転写し現像する画像形成方法等では、電子写真感光体に配した上記プロセスを必ずしも有するものではない。
図3は、画像形成装置の一例を示す概略図である。電子写真感光体を平均的に帯電させる手段として、帯電チャージャ(3)が用いられる。この帯電手段としては、コロトロンデバイス、スコロトロンデバイス、固体放電素子、針電極デバイス、ローラー帯電デバイス、導電性ブラシデバイス等が用いられ、公知の方式が使用可能である。
次に、均一に帯電された電子写真感光体(1)上に静電潜像を形成するために画像露光部(4)が用いられる。この光源には、蛍光灯、タングステンランプ、ハロゲンランプ、水銀灯、ナトリウム灯、発光ダイオード(LED)、半導体レーザー(LD)、エレクトロルミネッセンス(EL)などの発光物全般を用いることができる。そして、所望の波長域の光のみを照射するために、シャープカットフィルター、バンドパスフィルター、近赤外カットフィルター、ダイクロイックフィルター、干渉フィルター、色温度変換フィルターなどの各種フィルターを用いることもできる。
次に、電子写真感光体(1)上に形成された静電潜像を可視化するために現像ユニット(5)が用いられる。現像方式としては、乾式トナーを用いた一成分現像法、二成分現像法、湿式トナーを用いた湿式現像法がある。電子写真感光体に正(負)帯電を施し、画像露光を行なうと、電子写真感光体表面上には正(負)の静電潜像が形成される。これを負(正)極性のトナー(検電微粒子)で現像すれば、ポジ画像が得られるし、また正(負)極性のトナーで現像すれば、ネガ画像が得られる。
次に、電子写真感光体上で可視化されたトナー像を転写体(8)上に転写するために転写チャージャ(9)が用いられる。また、転写をより良好に行なうために転写前チャージャ(6)を用いてもよい。これらの転写手段としては、転写チャージャ、バイアスローラーを用いる静電転写方式、粘着転写法、圧力転写法等の機械転写方式、磁気転写方式が利用可能である。静電転写方式としては、前記帯電手段が利用可能である。
次に、転写体(8)を電子写真感光体(1)より分離する手段として分離チャージャ(10)、分離爪(11)が用いられる。その他分離手段としては、静電吸着誘導分離、側端ベルト分離、先端グリップ搬送、曲率分離等が用いられる。分離チャージャ(10)としては、前記帯電手段が利用可能である。
次に、転写後電子写真感光体上に残されたトナーをクリーニングするためにファーブラシ(13)、クリーニングブレード(14)が用いられる。また、クリーニングをより効率的に行なうためにクリーニング前チャージャ(12)を用いてもよい。その他クリーニング手段としては、ウェブ方式、マグネットブラシ方式等があるが、それぞれ単独又は複数の方式を一緒に用いてもよい。
次に、必要に応じて電子写真感光体上の潜像を取り除く目的で除電手段が用いられる。除電手段としては除電ランプ(2)、除電チャージャが用いられ、それぞれ前記露光光源、帯電手段が利用できる。
その他、電子写真感光体に近接していない原稿読み取り、給紙、定着、排紙等のプロセスは公知のものが使用できる。
本発明は、このような画像形成手段に本発明に係る電子写真感光体を用いる画像形成方法及び画像形成装置である。
この画像形成手段は、複写装置、ファクシミリ、プリンタ内に固定して組み込まれていてもよいが、プロセスカートリッジの形態でそれら装置内に組み込まれ、着脱自在としたものであってもよい。プロセスカートリッジの一例を図4に示す。
画像形成装置用プロセスカートリッジとは、電子写真感光体(101)を内蔵し、他に帯電手段(102)、現像手段(104)、転写手段(106)、クリーニング手段(107)、除電手段(図示せず)の少なくとも一つを具備し、画像形成装置本体に着脱可能とした装置(部品)である。
図4に例示される装置による画像形成プロセスについて示すと、電子写真感光体(101)は、矢印方向に回転しながら、帯電手段(102)による帯電、露光手段(103)による露光により、その表面に露光像に対応する静電潜像が形成され、この静電潜像は、現像手段(104)でトナー現像され、該トナー現像は転写手段(106)により、転写体(105)に転写され、プリントアウトされる。次いで、像転写後の電子写真感光体表面は、クリーニング手段(107)によりクリーニングされ、さらに除電手段(図示せず)により除電されて、再び以上の操作を繰り返すものである。
本発明は、表面層を有した電子写真感光体と帯電、現像、転写、クリーニング、除電手段の少なくとも一つを一体化した画像形成装置用プロセスカートリッジを提供するものである。
以上の説明から明らかなように、本発明の電子写真感光体は電子写真複写機に利用するのみならず、レーザービームプリンタ、CRTプリンタ、LEDプリンタ、液晶プリンタ及びレーザー製版等の電子写真応用分野にも広く用いることができるものである。
以下に合成例、実施例、比較例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
[電荷輸送性構造を有する化合物の合成例]
本発明における電荷輸送性構造を有する化合物は、例えば特許第3164426号公報記載の方法にて合成される。また、下記にこの一例を示す。
(1)ヒドロキシ基置換トリアリールアミン化合物(下記構造式B)の合成
メトキシ基置換トリアリールアミン化合物(下記構造式A)113.85g(0.3mol)と、ヨウ化ナトリウム138g(0.92mol)にスルホラン240mlを加え、窒素気流中で60℃に加温した。この液中にトリメチルクロロシラン99g(0.91mol)を1時間で滴下し、約60℃の温度で4時間半撹拌し反応を終了させた。この反応液にトルエン約1.5Lを加え室温まで冷却し、水と炭酸ナトリウム水溶液で繰り返し洗浄した。その後、このトルエン溶液から溶媒を除去し、カラムクロマト処理(吸着媒体;シリカゲル、展開溶媒;トルエン:酢酸エチル=20:1)にて精製した。得られた淡黄色オイルにシクロヘキサンを加え、結晶を析出させた。このようにして下記構造式Bの白色結晶88.1g(収率=80.4%)を得た。
融点:64.0〜66.0℃
Figure 2010231200
Figure 2010231200
Figure 2010231200
(2)トリアリールアミノ基置換アクリレート化合物(例示化合物No.54)
上記(1)で得られたヒドロキシ基置換トリアリールアミン化合物(構造式B)82.9g(0.227mol)をテトラヒドロフラン400mlに溶解し、窒素気流中で水酸化ナトリウム水溶液(NaOH:12.4g,水:100ml)を滴下した。この溶液を5℃に冷却し、アクリル酸クロライド25.2g(0.272mol)を40分かけて滴下した。その後、5℃で3時間撹拌し反応を終了させた。この反応液を水に注ぎ、トルエンにて抽出した。この抽出液を炭酸水素ナトリウム水溶液と水で繰り返し洗浄した。その後、このトルエン溶液から溶媒を除去し、カラムクロマト処理(吸着媒体;シリカゲル、展開溶媒;トルエン)にて精製した。得られた無色のオイルにn−ヘキサンを加え、結晶を析出させた。このようにして例示化合物No.54の白色結晶80.73g(収率=84.8%)を得た。
融点:117.5〜119.0℃
Figure 2010231200
次にチタニルフタロシアニン顔料の具体的な合成例を述べる。
[チタニルフタロシアニン顔料の合成例]
1,3−ジイミノイソインドリン292gとスルホラン2000mlを混合し、窒素気流下でチタニウムテトラブトキシド204gを滴下する。滴下終了後、徐々に180℃まで昇温し、反応温度を170℃〜180℃の間に保ちながら5時間撹拌して反応を行った。反応終了後、放冷した後析出物を濾過し、クロロホルムで粉体が青色になるまで洗浄し、つぎにメタノールで数回洗浄し、さらに80℃の熱水で数回洗浄した後乾燥し、粗チタニルフタロシアニンを得た。粗チタニルフタロシアニンを20倍量の濃硫酸に溶解し、100倍量の氷水に撹拌しながら滴下し、析出した結晶をろ過、ついで洗浄液が中性になるまで水洗を繰り返し、チタニルフタロシアニン顔料のウェットケーキを得た。このウェットケーキをイオン交換水で徹底的に洗浄した。
得られたウェットケーキ20gを1,2−ジクロロエタン200gに投入し、4時間撹拌を行なった。これにメタノール1000gを追加して、1時間撹拌を行った後、濾過を行い、乾燥して、チタニルフタロシアニン粉末を得た(これを顔料1と称する)。
得られたチタニルフタロシアニン顔料についてのX線回折スペクトルを以下に示す条件で測定した。
X線管球 Cu
電圧 40kV
電流 20mA
走査速度 1°/分
走査範囲 3°〜40°
時定数 2秒
合成例により得られたチタニルフタロシアニン顔料のX線回折スペクトルを図5に示す。得られたチタニルフタロシアニン顔料はブラッグ角2θの主要ピークが少なくとも9.6°±0.2°、24.0°±0.2°および27.2°±0.2°にある結晶型を有していることが分かる。
次に前記電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)の精製例について説明する。
[精製例]
(カラムクロマトグラフィーによる分離精製方法)
カラム:φ100mm × 960mm
充填剤:シリカゲル(ワコーゲル C300 和光純薬工業(株))
展開溶媒:n−ヘキサン/酢酸エチル=3/1
目的物が単体で含まれるフラクションを集め、濃縮してラジカル重合性モノマー精製物を取り出した。
(吸着剤による吸着精製方法)
ラジカル重合性モノマー100gに対して吸着剤を10g加えて、1時間攪拌した。その後、ろ過を行い、ラジカル重合性モノマー精製物を取り出した。吸着精製処理回数を複数行う場合は前記ろ過の後、再度、吸着剤を10g加えて1時間攪拌することを繰り返してラジカル重合性モノマーを取り出した。
次に硫黄系触媒の含有率を調べる方法として硫黄濃度の測定方法及び、Ames試験について説明する。
[硫黄濃度測定(燃焼分解−イオンクロマトグラフィー)]
自動燃焼装置 AQF−100(ダイアインスツルメント社製)
電気炉温度 Inlet900℃、Outlet1000℃
ガス流量 アルゴン 200mL/min、酸素 400mL/min、
吸収液 10mL
試料量 9〜12mg
イオンクロマトグラフ ICS−1500(ダイオネクス社製)
移動相 2.7mmol/L Na2CO3、0.3mmol/L NaHCO3
流速 1.5mL/min
検出器 電気伝導度検出器
注入量 100μL
[変異原性試験(Ames試験)]
本発明において安全性を調べる方法として変異原性試験(Ames試験)を実施した。本発明においては試験方法としてプレート法を採用した。また菌株としてTA1535を用いて代謝活性化有りの条件で試験を実施した。電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー250mg採取して、ジメチルスルホキシド(DIMSO)を250mg加えて、1分間超音波処理して無色の溶液にして試験に使用した。電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマーの濃度を625μg/プレート、1250μg/プレート、2500μg/プレート、5000μg/プレート、10000μg/プレートの5濃度で実施し、その中で最大のコロニー総数を対照溶媒のコロニー数で割った値(本発明ではコロニー増加倍数と称する)で比較した。この値が小さいほど安全性が高く、2.0以下で陰性と判定される。
Al製支持体(外径100mmφ)に、乾燥後の膜厚が4.0μmになるように浸漬法で塗工し、下引き層を形成した。
<下引き層用塗工液>
アルキッド樹脂 6.5部
(ベッコゾール 1307−60−EL、大日本インキ化学工業製)
メラミン樹脂 3.5部
(スーパーベッカミン G−821−60、大日本インキ化学工業製)
酸化チタン 60部
(CR−EL:石原産業)
メチルエチルケトン 90部
この下引き層上にチタニルフタロシアニン顔料を含む電荷発生層塗工液に浸漬塗工し、加熱乾燥させ、膜厚0.3μmの電荷発生層を形成した。
<電荷発生層用塗工液>
合成例1で作製されたチタニルフタロシアニン顔料 2.5部
ポリビニルブチラール(BX−1、積水化学社製) 0.5部
メチルエチルケトン 100部
この電荷発生層上に下記構造の電荷輸送層用塗工液を用いて浸積塗工し、加熱乾燥させ、膜厚20μmの電荷輸送層とした。
<電荷輸送層用塗工液>
ビスフェーノルZ型ポリカーボネート 9部
下記電荷輸送化合物 9部
Figure 2010231200
電荷輸送層上に下記構成の表面層形成用塗工液を用いて、スプレー塗工した。光エネルギー照射槽内に電子写真感光体ドラムを取り付け、光照射を行った。光照射はFusion製UV照射装置を用い、光源には200〜280nmに強い発光エネルギーを持つHバルブを用いて、入力電力:240mW/cm、照射時間:180秒の条件で光照射を行い、更に130℃で30分乾燥を加え12μmの表面層を設け、本発明の電子写真感光体を得た。表面層を1mg削り取り、燃焼分解−イオンクロマトグラフィーにて硫黄濃度を測定したところ30ppmwであった。
<表面層形成用塗工液>
電荷輸送性構造を有さない3官能以上のラジカル重合性モノマーとしてトリメチロールプロパントリアクリレート(略称:TMPTA)(商品名:アロニックス M−309、東亜合成(株)社製)の硫黄濃度を測定したところ、180ppmwであった。このTMPTAをカラムクロマトグラフィーによる分離精製方法で精製を行った。カラムクロマトグラフィーで精製したTMPTAを燃焼分解−イオンクロマトグラフィーで硫黄濃度を測定したところ20ppmwであった。またカラムクロマトグラフィーで精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は1.2であった。
上記カラムクロマトグラフィーによる分離精製方法で精製したTMPTA 10部
Figure 2010231200
1官能の電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物 10部
Figure 2010231200
上記電荷輸送構造を有するラジカル重合性化合物の硫黄濃度を測定したところ、5ppmwであった。
下記光重合開始剤 0.5部
Figure 2010231200
テトラヒドロフラン 80部
表面層形成用塗工液で使用する電荷輸送性構造を有さない3官能以上のラジカル重合性モノマーをTMPTA(商品名:V#295、大阪有機化学工業(株)社製)(未精製品の硫黄濃度は110ppmw)に代えた以外は実施例1と同様に作製した。精製後のTMPTAに含有される硫黄濃度は30ppmwである。表面層の残留硫黄濃度は15ppmwであった。カラムクロマトグラフィーで精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は1.1であった。
表面層形成用塗工液で使用する電荷輸送性構造を有さない3官能以上のラジカル重合性モノマーをTMPTA(商品名:kayarad TMPTA、日本化薬(株)社製)(未精製品の硫黄濃度は310ppmw)に代えた以外は実施例1と同様に作製した。精製後のTMPTAに含有される硫黄濃度は30ppmwである。表面層の残留硫黄濃度は20ppmwであった。カラムクロマトグラフィーで精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は1.2であった。
表面層形成用塗工液で使用する電荷輸送性構造を有さない3官能以上のラジカル重合性モノマーをTMPTA(商品名:NHエステル A−TMPT、新中村化学(株)社製)(未精製品の硫黄濃度は830ppmw)に代えた以外は実施例1と同様に作製した。精製後のTMPTAに含有される硫黄濃度は35ppmwである。表面層の残留硫黄濃度は20ppmwであった。カラムクロマトグラフィーで精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は1.1であった。
表面層形成用塗工液で使用する電荷輸送性構造を有さない3官能以上のラジカル重合性モノマーをTMPTA(商品名:TMPTA、東京化成(株)社製)(未精製品の硫黄濃度は940ppmw)に代えた以外は実施例1と同様に作製した。精製後のTMPTAに含有される硫黄濃度は45ppmwである。表面層の残留硫黄濃度は30ppmwであった。カラムクロマトグラフィーで精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は1.4であった。
(比較例1)
表面層形成用塗工液で使用する電荷輸送性構造を有さない3官能以上のラジカル重合性モノマーとして未精製のTMPTA(商品名:アロニックス M−309、東亜合成(株)社製)に代えた以外は実施例1と同様に作製した。表面層の残留硫黄濃度を測定したところ100ppmwであった。
未精製のTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は3.4であった。表3に表面層の硫黄濃度、TMPTAの硫黄濃度とコロニー増加倍数を示した。
(実機通紙試験)
作製した電子写真感光体を、株式会社リコー製、imagio Neo 1050Proを用いて、200万枚の実機通紙試験(A4サイズ、NBSリコー株式会社製、My Paper)を実施し、摩耗特性(摩耗量)、機内電位、画像評価(S3チャート評価)を行った。結果を表3に示す。
Al製支持体(外径100mmφ)に、乾燥後の膜厚が1.5μmになるように浸漬法で塗工し、下引き層を形成した。
<下引き層用塗工液>
アルコール可溶性ナイロン(商品名:CM8000、東レ(株)社製) 5部
ブタノール 45部
メタノール 45部
この下引き層上にチタニルフタロシアニン顔料を含む電荷発生層塗工液に浸漬塗工し、加熱乾燥させ、膜厚0.5μmの電荷発生層を形成した。
<電荷発生層用塗工液>
合成例1で作製されたチタニルフタロシアニン顔料 2.5部
ポリビニルブチラール(BM−S、積水化学社製) 1.0部
メチルエチルケトン 100部
この電荷発生層上に下記構造の電荷輸送層用塗工液を用いて浸積塗工し、加熱乾燥させ、膜厚15μmの電荷輸送層とした。
<電荷輸送層用塗工液>
ビスフェーノルZ型ポリカーボネート 9部
下記電荷輸送化合物 9部
Figure 2010231200
電荷輸送層上に下記構成の表面層形成用塗工液を用いて、スプレー塗工した。光エネルギー照射槽内に電子写真感光体ドラムを取り付け、光照射を行った。光照射はFusion製UV照射装置を用い、光源には200〜280nmに強い発光エネルギーを持つHバルブを用いて、入力電力:240mW/cm、照射時間:180秒の条件で光照射を行い、更に130℃で30分乾燥を加え10μmの表面層を設け、本発明の電子写真感光体を得た。表面層を1mg削り取り、燃焼分解−イオンクロマトグラフィーにて硫黄濃度を測定したところ45ppmwであった。
<表面層形成用塗工液>
電荷輸送性構造を有さない3官能以上のラジカル重合性モノマーとしてTMPTA(商品名:アロニックス M−309、東亜合成(株)社製)の硫黄濃度を測定したところ、180ppmwであった。このTMPTAを活性白土(和光純薬工業(株)社製)で吸着精製した。吸着処理回数は2回である。活性白土で吸着精製したTMPTAの硫黄濃度は74ppmwであった。
吸着精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は2.5であった。
上記吸着精製方法で精製したTMPTA 10部
Figure 2010231200
2官能の電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物 10部
Figure 2010231200
上記電荷輸送構造を有するラジカル重合性化合物の硫黄濃度を測定したところ、4ppmwであった。
下記光重合開始剤 0.5部
Figure 2010231200
テトラヒドロフラン 80部
吸着剤を塩基性の活性アルミナ(メルク(株)社製)に代えた以外は実施例6と同様に作製した。精製後のTMPTAに含有される硫黄濃度は48ppmwである。表面層の残留硫黄濃度は25ppmwであった。吸着精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は1.9であった。
吸着剤を酸性の活性アルミナ(メルク(株)社製)に代えた以外は実施例6と同様に作製した。精製後のTMPTAに含有される硫黄濃度は90ppmwである。表面層の残留硫黄濃度は47ppmwであった。吸着精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は2.6であった。
(比較例2)
吸着剤を酢酸ナトリウム・3水和物(和光純薬工業(株)社製)に代えた以外は実施例6と同様に作製した。精製後のTMPTAに含有される硫黄濃度は100ppmwである。表面層の残留硫黄濃度は53ppmwであった。
吸着精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は2.7であった。
(比較例3)
吸着剤を炭酸水素ナトリウム(キシダ化学(株)社製)に代えた以外は実施例6と同様に作製した。精製後のTMPTAに含有される硫黄濃度は100ppmwである。表面層の残留硫黄濃度は58ppmwであった。
吸着精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は2.7であった。表3に表面層の硫黄濃度、TMPTAの硫黄濃度とコロニー増加倍数を示した。
(実機通紙試験)
作製した電子写真感光体を、株式会社リコー製、imagio Neo C600を用いて、200万枚の実機通紙試験(A4サイズ、NBSリコー株式会社製、My Paper)を実施し、摩耗特性(摩耗量)、機内電位、画像評価(S3チャート評価)
を行った。結果を表3に示す。
Al製支持体(外径100mmφ)を陽極酸化処理した後封孔処理を行った。
この支持体上にチタニルフタロシアニン顔料を含む電荷発生層塗工液に浸漬塗工し、加熱乾燥させ、膜厚0.3μmの電荷発生層を形成した。
<電荷発生層用塗工液>
合成例1で作製されたチタニルフタロシアニン顔料 2.5部
ポリビニルブチラール(BM−S、積水化学社製) 1.0部
メチルエチルケトン 100部
この電荷発生層上に下記構造の電荷輸送層用塗工液を用いて浸積塗工し、加熱乾燥させ、膜厚17μmの電荷輸送層とした。
<電荷輸送層用塗工液>
ビスフェーノルZ型ポリカーボネート 8部
下記電荷輸送化合物 10部
Figure 2010231200
電荷輸送層上に下記構成の表面層形成用塗工液を用いて、スプレー塗工した。光エネルギー照射槽内に電子写真感光体ドラムを取り付け、光照射を行った。光照射はFusion製UV照射装置を用い、光源には200〜280nmに強い発光エネルギーを持つHバルブを用いて、入力電力:240mW/cm2、照射時間:240秒の条件で光照射を行い、更に130℃で30分乾燥を加え10μmの表面層を設け、本発明の電子写真感光体を得た。
表面層を1mg削り取り、燃焼分解−イオンクロマトグラフィーにて硫黄濃度を測定したところ38ppmwであった。
<表面層形成用塗工液>
電荷輸送性構造を有さない3官能以上のラジカル重合性モノマーとしてTMPTA(商品名:アロニックス M−309、東亜合成(株)社製)の硫黄濃度を測定したところ、180ppmwであった。
このTMPTAを塩基性の活性アルミナ(和光純薬工業(株)社製)で吸着精製した。吸着処理回数は1回である。
塩基性の活性アルミナで吸着精製したTMPTAの硫黄濃度は60ppmwであった。
吸着精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は2.1であった。
上記吸着精製方法で精製したTMPTA 10部
Figure 2010231200
3官能の電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物 10部
Figure 2010231200
上記電荷輸送構造を有するラジカル重合性化合物の硫黄濃度を測定したところ、6ppmwであった。
下記光重合開始剤 0.5部
Figure 2010231200
テトラヒドロフラン 80部
吸着処理回数を2回に代えた以外は実施例9と同様に作製した。精製後のTMPTAに含有される硫黄濃度は40ppmwである。表面層の残留硫黄濃度は25ppmwであった。吸着精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は1.9であった。
吸着処理回数を3回に代えた以外は実施例9と同様に作製した。精製後のTMPTAに含有される硫黄濃度は28ppmwである。表面層の残留硫黄濃度は15ppmwであった。吸着精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は1.4であった。
吸着処理回数を4回に代えた以外は実施例9と同様に作製した。精製後のTMPTAに含有される硫黄濃度は26ppmwである。表面層の残留硫黄濃度は16ppmwであった。吸着精製したTMPTAの変異原性試験を実施したところ、コロニー増加倍数は1.4であった。
表3に表面層の硫黄濃度、TMPTAの硫黄濃度とコロニー増加倍数を示した。
Figure 2010231200
(実機通紙試験)
作製した電子写真感光体を、株式会社リコー製、imagio Neo C600を用いて、200万枚の実機通紙試験(A4サイズ、NBSリコー株式会社製、My Paper)を実施し、摩耗特性(摩耗量)、機内電位、画像評価(S3チャート評価)を行った。結果を表3に示す。
表中、「○」は画像濃度が正常であったことを表し、「△」は画像濃度がやや薄かったことを表し、「×」は画像濃度が非常に薄かったことを表す。
実施例1〜12では実記通紙試験において100万枚の通紙をしても良好な画像特性を示すことがわかった。また、特に実施例1〜5、7、10〜12では200万枚の通紙をしても良好な画像特性を示し、耐久性の面でも非常に優れていることが分かった。
1 電子写真感光体
2 除電ランプ
3 帯電チャージャ
4 画像露光部
5 現像ユニット
6 転写前チャージャ
7 転写コロ
8 転写体
9 転写チャージャ
10 分離チャージャ
11 分離爪
12 クリーニング前チャージャ
13 ファーブラシ
14 クリーニングブレード
31 導電性支持体
33 感光層
35 電荷発生層
37 電荷輸送層
39 架橋表面層
101 電子写真感光体
102 帯電手段
103 露光手段
104 現像手段
105 転写体
106 転写手段
107 クリーニング手段
特開昭56−48637号公報 特開昭64−1728号公報 特開平4−281461号公報 特許第3262488号公報 特許第3194392号公報 特開2004−302450号公報 特開2004−302451号公報 特開2004−302452号公報
UV・EB硬化技術の現状と展望(P.33)(シーエムシー出版、発行日:2002年12月27日)

Claims (10)

  1. 導電性支持体上に、少なくとも感光層及び表面層を有する電子写真感光体において、前記表面層が、電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)との重合による架橋物を含有し、硫黄濃度が50ppmw以下のものであることを特徴とする電子写真感光体。
  2. 前記電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)に含まれる硫黄濃度が50ppmw以下であることを特徴とする請求項1記載の電子写真感光体。
  3. 導電性支持体上に、少なくとも電荷輸送性化合物を含有する感光層を形成する工程、及び表面層を形成する工程を有する電子写真感光体を製造する方法において、前記表面層を形成する工程が、(i)硫黄濃度が90ppmw以下になるように精製された電荷輸送性構造を有しない3官能以上のラジカル重合性モノマー(イ)と電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物(ロ)とを含む表面層形成用塗工液を塗布して表面層を形成し、(ii)前記表面層を光エネルギーによって硬化、架橋させるものであることを特徴とする電子写真感光体の製造方法。
  4. 前記精製が、サルモネラ菌TA1535を用いた変異原性試験(Ames試験)により算定されるコロニー総数が、対照溶媒の変異原性試験によるコロニー数(増加倍数)の2.0以下となるように行われることを特徴とする請求項3記載の電子写真感光体の製造方法。
  5. 前記精製が、カラムクロマトグラフィーによる分離精製によるものであることを特徴とする請求項3または4に記載の電子写真感光体の製造方法。
  6. 前記精製が、吸着剤による吸着精製によるものであることを特徴とする請求項3または4に記載の電子写真感光体の製造方法。
  7. 前記精製が、塩基性の吸着剤による吸着精製であることを特徴とする請求項3または4に記載の電子写真感光体の製造方法。
  8. 請求項1または2に記載の電子写真感光体を用いて、少なくとも帯電、画像露光、現像、転写を行なうことを特徴とする画像形成方法。
  9. 請求項1または2に記載の電子写真感光体を用いたことを特徴とする画像形成装置。
  10. 請求項1または2に記載の電子写真感光体と、帯電手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段および除電手段よりなる群から選ばれた少なくとも一つの手段を有するものであって、画像形成装置本体に着脱可能としたことを特徴とする画像形成装置用プロセスカートリッジ。
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