JP2010237657A - 電子写真感光体とその製造方法、画像形成装置および画像形成用プロセスカートリッジ - Google Patents

電子写真感光体とその製造方法、画像形成装置および画像形成用プロセスカートリッジ Download PDF

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Abstract

【課題】表面層を有する高耐久性電子写真感光体の潤滑剤に対する受容性の改良を課題とする。
【解決手段】導電性支持体上に感光層と表面層をする電子写真感光体において、電子写真感光体表面の凹凸形状を表面粗さ・輪郭形状測定機により測定して得た一次元データ配列を、ウェーブレット変換して6個の周波数成分に分離する多重解像度解析を行い、得られた最低周波数成分の一次元データ配列に対してデータ配列数を1/40に間引きした一次元データ配列に対して更にウェーブレット変換を行うことで得られる6個の各周波数成分の中心線平均粗さWRaが特定の関係を有する電子写真感光体。ここで、2回目の多重解像度解析によって得られる6個の各周波数成分は順に、凹凸の1周期の長さが、26〜106、53〜183、106〜318、214〜551、431〜954、867〜1654(単位は全てμm)の周波数成分である。
【選択図】なし

Description

本発明は電子写真感光体とその製造方法、画像形成装置および画像形成用プロセスカートリッジに関する。本発明の電子写真感光体は、複写機、ファクシミリ、レーザープリンタ、ダイレクトデジタル製版機等に応用される。
複写機やレーザープリンタなどに応用される電子写真感光体は、セレン、酸化亜鉛、硫化カドミウム等の無機感光体が主流であった時代から、現在では、地球環境への負荷低減、低コスト化、および設計自由度の高さで無機感光体よりも有利な有機感光体(OPC)が主流になっている。現在、有機感光体は電子写真感光体総生産量の100%に肉薄する割合で利用されている。この有機感光体は、近年の地球環境保全の高まりを受けてサプライ製品から機械部品への転換が求められている。
有機感光体の高耐久化は従来種々の試みがなされてきた。現在では架橋樹脂膜の感光体表面への成膜(例えば特許文献1)とゾル−ゲル硬化膜の感光体表面への成膜(例えば特許文献2)が特に有望視されている。前者は電荷輸送性成分を配合してもワレやクラックが生じにくく生産上歩留まりが低減できるメリットを有する。なかでもラジカル重合性アクリル樹脂は強靱で感度特性の良好な感光体が得られやすく有利である。これらの架橋構造をとる二種の方策は複数の化学結合によって塗膜が形成されるため、塗膜がストレスを受けて化学結合の一部が切断しても直ちに摩耗へ進展することがない。
一方、電子写真に用いられる現像用トナーは、製造面のエコロジー性や高画質化に有利であるため、重合トナー(球形トナー)を使用することが主流となりつつある。
この重合トナー(球形トナー)は角張ったところが無い球形状のトナーで、懸濁重合法、乳化凝集重合法、エステル伸長重合法、溶解懸濁法などの化学的製造法で製造される。重合トナーは製造方法によって形状に違いが有り、画像形成装置に使用される重合トナーは真球より少し形状をいびつにしている。一般的な特性値は平均円形度が0.95〜0.99、形状係数SF−1、SF−2は110〜140である。尚、平均円形度が1.0、形状係数SF−1、SF−2が100の時、真球を表す。
重合トナーは形状が揃っているため、保持する電荷も比較的揃いやすい。また、ワックス(5〜10%)などを内添させやすい。したがって、静電潜像からのはみ出しが殆どないため現像性が良く、シャープ性、解像度、階調性が優れており、転写効率も良い。また、定着時のオイルが不要等多くの利点がある。反面、この種のトナーはクリーニング性が困難であることや、オイルレス化に伴う外添剤を増量する必要の結果、感光体上にメダカ形状のフィルミングを来しやすいなどの不都合を有する。この対策に多くの検討がなされ、特許文献等に多数の提案を見ることができる。
重合トナーのクリーニング性を成立させるために感光体は概して、その表面の摩擦係数が低く且つ繰り返し使用時も持続することが望まれている。例えば、感光体表面にステアリン酸亜鉛などの固形潤滑剤を塗布することで重合トナーのクリーニング性は改良されることが知られている(非特許文献1)。
しかしながら、電子写真感光体にステアリン酸亜鉛の様な固形潤滑剤を外部供給した場合、感光体表面に固形潤滑剤が十分に受容できない不具合がある。この種の感光体は平滑なものが多い。よって、この受容性の不良は感光体の表面平滑性が原因していると考えられる。これに対し、特許文献3には感光体表面の粗面化によって潤滑性物質を安定に供給する技術が開示されている。具体的には感光体の表面粗さ(Rz−JIS’94)を0.4μm〜1.0μmとすることが有利であり、その方策として表面層へのフィラー添加が良いとされている。この優位さは特定の表面粗さを持続するためと記述されている。
しかしながら、感光体のRz値が同一でも多様な粗面形状が存在する。例えば凹凸間距離が極端に異なる感光体でもRzは同一となることもある。このためか感光体のステアリン酸亜鉛の受容性は同じRzを示す感光体の中で序列を有するケースがある。電子写真感光体のステアリン酸亜鉛の受容性を高めるにはRz以外の特別な条件が必要となる。電子写真感光体の表面粗さは、重要な特性項目であるが、特許文献3の様に、従来はJIS B0601等に定める表面粗さで測定し、判断することが多かった。
広く使われている測定方法としては、算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Rmax)、十点平均粗さ(Rz)等がある。しかし、これらの評価方法では、測定範囲内に飛び離れた凹部や凸部が有った場合に、値が振られる問題があった。
しかし、従来は粗面化の程度を評価する良い方法が無く、粗面化の程度を示すパラメーターの検討が行われている。それを以下に示す。
特許文献4では、表面形状を表面粗さ測定装置で測定して得られる断面曲線1上で、平均線2を中心とした仕切り幅Xを規定し、この仕切り幅を超える相隣る山と谷の一対からなるピーク4の単位長Lあたりの数により表面形状を評価する。このような方法で仕切り幅Xを20μmとし単位長Lを1cmとしたときのピーク4の数を100以下とした基体を用いて有機感光体を作製している。
特許文献5では、高画質化を目的として小粒径トナーを用いるとクリーニング不良が起きやすくなるという問題を解決して、高画質の画像を形成することを可能にする為に、帯電トナーを感光体から引き離すバイアス電圧を印加したクリーニングローラをクリーニングブレードの上流側に設けるとともに、感光体として表面粗さRzが十点平均で0.1μm〜2.5μmのものを用いている。
特許文献6では、電子写真感光体の1キロサイクル(kcycle)当たりの膜厚減耗量及び表面粗さを各々ΔT及びRzとした場合に、ΔT>Rz及び0nm<ΔT+Rz<5nmを満たす方法を示している。
特許文献7では感光層表面が粗面化処理されており、該粗面化処理後の該感光体表面の光沢度を測定して、その測定値の標準偏差が4以下である電子写真感光体を示している。
特許文献8では、請求項1として、ブレード、トナー組成物及び未使用画像形成部材を含むシステムであって、該画像形成部材が該トナー組成物をそれへ適用して潜像を形成させる表面を含み、かつ該表面が
R/ann4>KB(1−σ2)/32πEt2af
及び
R/ann2<√3/8π2・(1+μ2)/μ・KB/Γ・t/af・θ
(上記式中、Rは該表面の凸部の平均高さであり、annは該表面上の該凸部間の最も近い隣接距離の1/2であり、KBはブレードの体積弾性係数であり、σはトナー組成物のポアッソン比であり、Eはトナー組成物のヤング率であり、tは該トナー組成物中の平坦な粒子の平均厚さであり、afは平坦な粒子の平均半径であり、μはトナー・ブレード摩擦係数とトナー・表面摩擦係数との平均であり、Γは表面と平坦な粒子との間の付着のDupre’仕事であり、かつθはブレードチップ角である。)
で定義される表面粗さを有するシステムを示している。
特許文献9では、請求項1として、円筒状支持体および該円筒状支持体上に設けられた有機感光層を有する円筒状の電子写真感光体において、該電子写真感光体の周面がディンプル形状の凹部を複数有し、該電子写真感光体の周面の周方向に掃引して測定した十点平均粗さRzjis(A)が0.3〜2.5μmであり、該電子写真感光体の周面の母線方向に掃引して測定した十点平均粗さRzjis(B)が0.3〜2.5μmであり、該電子写真感光体の周面の周方向に掃引して測定した凹凸の平均間隔RSm(C)が5〜120μmであり、該電子写真感光体の周面の母線方向に掃引して測定した凹凸の平均間隔RSm(D)が5〜120μmであり、該凹凸の平均間隔RSm(D)の該凹凸の平均間隔RSm(C)に対する比の値(D/C)が0.5〜1.5であり、該ディンプル形状の凹部の中で最長径が1〜50μmの範囲にあってかつ深さが0.1〜2.5μmの範囲にあるディンプル形状の凹部の個数が、該電子写真感光体の周面の10000μm2あたり5〜50個であることを特徴とする電子写真感光体を示している。また、請求項2として、前記十点平均粗さRzjis(A)が0.4〜2.0μmであり、前記十点平均粗さRzjis(B)が0.4〜2.0μmであり、前記凹凸の平均間隔RSm(C)が10〜100μmであり、前記凹凸の平均間隔RSm(D)が10〜100μmであり、前記凹凸の平均間隔RSm(D)の前記凹凸の平均間隔RSm(C)に対する比の値(D/C)が0.8〜1.2である請求項1に記載の電子写真感光体を示している。また、請求項3として、前記電子写真感光体の周面の最大山高さRp(F)が0.6μm以下であり、前記電子写真感光体の周面の最大谷深さRv(E)の該最大山高さRp(F)に対する比の値(E/F)が1.2以上である請求項1または2に記載の電子写真感光体を示している。
同様に、特許文献10では、支持体および該支持体上に設けられた有機感光層を有する電子写真感光体において、該電子写真感光体の表面層の表面にディンプル形状の凹部が複数形成されており、該ディンプル形状の凹部の中で最長径が1〜50μmの範囲にあってかつ深さが0.1μm以上であってかつ体積が1μm3以上であるディンプル形状の凹部の個数が、該電子写真感光体の表面層の表面100μm四方当たり5〜50個であり、該表面層と該表面層の直下の層との間の界面に該表面層の表面に形成されているディンプル形状の凹部に対応する凹部が複数形成されていることを特徴とする電子写真感光体を示している。
特許文献11では、導電性支持体に感光層を設け、表面が露光されて静電潜像が形成される複数の像担持体と、該各複数の像担持体に対応して設けられた、前記静電潜像を現像剤にて現像する複数の現像装置と、前記複数の像担持体に対応して設けられた像担持体表面を摺擦して現像剤を除去するクリーニング手段と、を有し、該複数の現像装置のうち少なくとも一対の現像装置が同一色相且つ明度が異なる現像剤を収容する画像形成装置において、該各像担持体に対応する前記現像装置に収容される現像剤の明度に応じて、初期状態における表面の10点平均粗さRzが調整されることを特徴とする画像形成装置を示している。
特許文献12では、10点平均粗さRzが0.1μm以上1.5μm以下、もしくは最大高さRzが2.5μm以下の表面粗度を有し、且つJIS−A硬度70度以上80度以下、幅5mm、長さ325mm、厚さ2mm、自重4.58gのポリウレタン平型ベルトに100gの荷重を掛け、円周方向の接触長さを3mm及び接触面積を15mm2としたときに測定される引っ張り荷重である摩擦抵抗Rfが、45gf<Rf<200gfとなる表面性を有する電子写真感光体を使用して画像形成を行う事を特徴とする画像形成装置を示している。
特許文献13では、電子写真感光体上に形成された潜像を現像剤により現像し、該現像により顕像化されたトナー像を中間転写体に転写する一次転写工程と、該中間転写体に転写されたトナー像を記録材に転写する二次転写工程とを備え、記録材にトナー像を転写後、電子写真感光体上の残留トナーをクリーニング工程で除去する画像形成方法において、該電子写真感光体の表面粗さRaが0.02〜0.1μmであり、前記中間転写体の表面粗さRzが0.4μm〜2.0μmであり、該電子写真感光体の表面に、表面エネルギー低下剤を供給し、画像形成を行うことを特徴とする画像形成方法を示している。
特許文献14では、有機感光体は、表面凹凸の周期の平均値がトナーの体積平均粒径の10倍以上であることを特徴とする画像形成装置を示している。
特許文献15では、周速200mm/sec以上で回転する電子写真感光体及びクリーニング手段を備える電子写真装置において、前記電子写真感光体が導電性支持体上に感光層及び表面保護層を有し、該表面保護層が保護層全質量に対し35.0〜45.0質量%のフッ素原子含有樹脂粒子を含有し、表面粗さが10点平均面粗さで0.1〜5.0μmであり、表面硬度がテーバー摩耗試験法で0.1〜10.0であり、且つ、表面摩擦係数が0.1〜0.7である電子写真感光体であり、該クリーニング手段がゴム弾性体ブレードであり、該ブレードの該電子写真感光体に対する線圧が0.294N〜0.441N/cmであり、使用するトナーのガラス転移点(Tg)が40℃〜55℃であり、該ブレード物性値である引張弾性率(ヤング率)が784N〜980N/cm2であり、且つ、反発弾性値が35%〜55%であり、この基材表面にフッ素原子樹脂微粒子を含有することを特徴とする電子写真装置を示している。
特許文献16では、トナーの扁平度(d/t)(d:体積平均粒径、t:トナー粒子の厚さ)と、像形成体の表面粗さを中心線平均粗さRa(μm)で表したとき、d/t×0.01≦Ra≦0.5の関係を有する像形成体を用いることを特徴とする画像形成方法を示している。
特許文献17〜18では、該像担持体の表面上に、該球形化したトナーの体積平均粒径よりも小さい凹凸を設けたことを特徴とする画像形成装置を示している。
特許文献19では、周速200mm/sec以上で回転する電子写真感光体及びクリーニング手段を備える電子写真装置において、該電子写真感光体が導電性支持体上に感光層及び表面保護層を有し、該表面保護層が保護層全質量に対し15.0〜40.0質量%のフッ素原子含有樹脂粒子を含有し、表面粗さが10点平均面粗さで0.1〜5.0μmであり、表面硬度がテーバー摩耗試験法で0.1〜20.0であり、かつ表面摩擦係数が0.001〜1.2である電子写真感光体を示している。
また、表面形状を評価する方法として、フーリエ変換を利用した表面形状評価方法を、特許文献20〜29で示している。フーリエ変換では信号中に頻度多く出現する変化をその周波数分布として捉えることはできるが、頻度が少ない変化を調べるには有効ではない問題があった。また、フーリエ変換した結果からは、どこでその変化が生じたのかが判らない問題がある。
特許文献30において、基体表面の任意位置からJIS B0601に定める断面曲線を軸方向に100μmの長さで求め、横軸方向上の等間隔の位置における断面曲線の縦軸方向の位置を測定し、その位置のJIS Z8101に定める分散を求め、JIS B0601に定める表面粗さRa、Rz、Ryから選択される測定値を求め、これらの分散と測定値と用いて基体の表面粗さを評価する方法を示している。
また、特許文献31では、画像形成装置用部品の表面の状態についてJIS B0601に定める断面曲線を求め、その断面曲線上の等間隔位置における表面粗さ方向の位置データ列の多重解像度解析を行い、少なくともその結果に基づいて表面粗さの状態を評価する方法を示している。
また、特許文献32では、画像形成装置用部品の表面の状態についてJIS B0601に定める断面曲線を求め、その断面曲線上の等間隔位置における表面粗さ方向の位置データ列の多重解像度解析を行い、少なくともその結果に基づいて表面粗さの状態を評価する画像形成装置用部品の表面粗さ評価方法によって評価したことを特徴とする電子写真感光体用基体を示している。
また、特許文献33では、クリーニング性の向上を目的とし、反応性シリコーンを架橋型表面層中に含有させて感光体を平滑に形成し、低表面エネルギー化によりクリーニング性が良好な電子写真感光体を示している。
ところが、上記のいずれの表面粗さ測定法でも、小粒径トナーあるいは重合トナーを使用した電子写真装置におけるクリーニング性能を評価しきれない問題があった。
すなわち、従来表面粗さ表現法として使用している表面粗さRa、Rmax、Rz等の方法では、表面粗さを正確に把握できない問題がある。
このような問題があるため、従来は、表面粗さ測定時に、表面粗さ・輪郭形状測定機の記録チャートを保存しておき、記録チャートに記録された切削波形から判定していたが、記録チャートの傾向を読み取らねばならず、熟練を要する問題があった。
以上述べてきたように、従来の表面粗さ(中心線表面粗さRa、Rmax、Rz)評価法では、小粒径トナーあるいは重合トナーを使用した電子写真装置におけるクリーニング性能を評価しきれない問題があった。
また、特許文献3の方策は次の課題を有する。この実施例ではフィラーとしてアルミナ微粒子が用いられている。アルミナ微粒子は塗料中へのフィラー分散性が不安定であるため、成膜条件に相応の工夫を要する。また、ポリメチルシルセスキオキサン微粒子を用いる別の実施例の場合は潤滑剤の受容性が必ずしも十分とは言えない。感光体表面の凹凸が大きく、感光体が固形潤滑剤を十分に担持できていないと考えられる。
架橋型樹脂表面層用塗料はモノマー成分を主原料とするため粘度が低い。これに対してシリカやシリコーン樹脂微粒子等のケイ素含有微粒子は一般に架橋型樹脂表面層用塗料中における分散安定性が高いため、種々のフィラーのなかでも、製造面で非常に有利である。ところが、従来技術では次の点で実用が困難であった。特許文献34の段落番号[0162]以降に記述される実施例2ではケイ素含有微粒子を用いる事例が見られる。ところが固形潤滑剤の感光体の受容性はこの事例でも固形潤滑剤の受容性は必ずしも十分とは言えない。感光体表面の凹凸が大きく、感光体が固形潤滑剤を十分に担持できていないと考えられる。別の新たな技術を付加する必要がある。
また、特許文献35には0.01μm〜2μmの表面粗さの導電性支持体上に形成された表面粗さが0.1〜0.5μmの感光層に平均粒径0.05〜0.5μmの無機微粒子(疎水化処理したシリカ)を0.05〜15μmの厚みにわたって分散する事が記載されている。
この手段は、分散するシリカ粒子に疎水化を施す事によって高耐久化と、コロナ生成物などの汚染物質の付着で起こる解像度低下を防止するものである。これは無機微粒子の疎水化によって水滴の弾き(接触角が大きい)は発現するが、コロナ生成物の付着までは防止できないため画像流れは防止できない。これに対し、例えば特許文献36に見られるようにフィラーにアルミナを使用することで画像流れを回避している。ところが、上述の通り架橋型表面層の場合、アルミナの配合は製造上の課題を有するためアルミナをそのまま用いることは困難である。
固形潤滑剤を感光体表面に外添する画像形成装置では感光体の固形潤滑剤の受容性が感光体摩耗速度に影響したりトナーのクリーニング性に影響したりしてプリント画像の品質を左右させてしまう。現在、高耐久の架橋型樹脂表面層を積層する感光体に固形潤滑剤の受容性を十分に改良する技術は未だ得られていないのが実情である。
上述の通り、電子写真感光体の高耐久化は架橋型の樹脂膜等の表面層を成膜することで飛躍的な向上が期待できる状況にある。近年、現像剤の主流と言える重合トナーのクリーニング性が重大な技術課題となり、この課題解決の方策として固体潤滑剤の感光体表面への塗布が有利である。ところが、表面層が最表面に設けられる電子写真感光体は固体潤滑剤の塗布性が悪く、このためにその優れる耐久性を使いこなすことができない状態にあった。
そこで本発明では表面層を有する高耐久性電子写真感光体の潤滑剤に対する受容性の改良を課題とする。これにより電子写真感光体および画像形成装置の寿命の延命を獲得し、プリントコストの低減を獲得する。
発明者は上記課題に対して、電子写真プロセスにおける固形潤滑剤の感光体表面への塗布機構を整理し、その塗布プロセスにマッチする電子写真感光体の要件を考案した。そして、その実現に必要な手段を考えた。この順に説明する。
はじめに電子写真プロセスにおける固形潤滑剤の感光体表面への塗布機構について考えを整理した。
潤滑剤は微量ずつ、粉体の形態で感光体表面に供給されるのであるが、その具体的な方法としては特開2000−162881号公報に開示されているように、ブラシなどの塗布手段によりブロック状に固形潤滑剤を削り取って塗布する方法は装置構成が簡単で、且つ、感光体表面全面に安定に供給しやすいと考えられている。
図11は、潤滑剤供給装置構成の一例である。回転するファーブラシなどの塗布ブラシ3Bを介し、固形潤滑剤3Aを感光体31へ塗布する。塗布ブラシ3Bは固形潤滑剤3Aと当接して回転し、その一部分を削ぎ取る。削ぎ取られた固形潤滑剤3Aは塗布ブラシ3Bに付着して、回転し、感光体31に塗布される。感光体に塗布された固形潤滑剤は、塗布ブレード39によって感光体表面に広げられる。固形潤滑剤はブラシ等を介して感光体表面に塗布すると、感光体表面には粉体状の潤滑剤が塗布されるが、この状態のままでは潤滑性は十分に発揮されない。塗布ブラシにより、感光体表面に拡げることが重要である。この工程で固体潤滑剤が感光体表面を皮膜化させることで、その潤滑性が発揮されるようになる。
固形潤滑剤3Aは、ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸金属塩が一般的である。ステアリン酸亜鉛は代表的なラメラ結晶紛体であるが、このような物質を潤滑剤として使用することは好適である。ラメラ結晶は両親媒性分子が自己組織化した層状構造を有しており、せん断力が加わると層間にそって結晶が割れて滑りやすい。この作用が低摩擦係数化に効果があり、せん断力を受けて均一に感光体表面を覆っていくラメラ結晶の特性は少量の潤滑剤によって効果的に感光体表面を覆うことが出来る。
この方法で潤滑剤を塗布する場合、その潤滑剤の塗布状態を制御するには様々な方法がある。例えば、固形潤滑剤と塗布ブラシとの接触圧力を高めたり、塗布ブラシの回転速度を制御したりする手段が考えられる。また、画像形成情報に応じて、塗布ブラシの回転数を制御する試みもある。
感光体表面の凹凸付与に対して、粗面形状の評価を従来の表面粗さ・輪郭形状測定機で得られる中心線平均粗さ(算術平均粗さ)RaやうねりRSmで計量しても上述の通り、至極大雑把な分類分けしかできない。そこで、発明者は感光体断面曲線の一次元配列データをウェーブレット変換による多重解像度解析を行うことで、感光体の粗面化が制御可能であることを確かめた。
発明者は、種々の粗面形状を有する電子写真感光体について、その固体潤滑剤塗布性評価値と、電子写真感光体表面の凹凸形状を表面粗さ・輪郭形状測定機により測定して得た一次元データ配列をウェーブレット変換して、高周波数成分から低周波数成分に至る周波数成分に分離する多重解像度解析を行って得られた最低周波数成分の一次元データ配列を間引きした一次元データ配列に対し、更にウェーブレット変換して多重解像度解析を行った各周波数部分の中心線平均粗さWRaとの関係をみたところ、相関性が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
(1)導電性支持体上に感光層と表面層をする電子写真感光体において、少なくとも電子写真感光体表面の凹凸形状を表面粗さ・輪郭形状測定機により測定して得た一次元データ配列を、ウェーブレット変換して高周波数成分から低周波数成分に至る6個の周波数成分(凹凸の1周期の長さが、0〜3、1〜6、2〜13、4〜25、10〜50、24〜99(単位は全てμm)の周波数成分)に分離する多重解像度解析を行い、更にここで得た最低周波数成分(凹凸の1周期の長さが24〜99μmの周波数成分)の一次元データ配列に対してデータ配列数が1/40に減少するように間引きした一次元データ配列を作り、この一次元データ配列に対して更にウェーブレット変換を行って、高周波数成分から低周波数成分に至る6個の周波数成分に分離する多重解像度解析を行うことで得られる6個の各周波数成分の個々の中心線平均粗さWRaが下記式(i)〜(v)を満足することを特徴とする電子写真感光体。
0.005(μm)<WRa(LMH)<0.03(μm) (i)
0.010(μm)<WRa(LHH)<0.03(μm) (ii)
0.005(μm)<WRa(LML)<0.20(μm) (iii)
WRa(LLH)>WRa(LMH) (iv)
WRa(LLH)>WRa(LHH) (v)
(ここで、6個の周波数成分はLHH、LHL、LMH、LML、LLH、LLLであり、2回目の多重解像度解析を行って得られる周波数成分で、順に、凹凸の1周期の長さが、26〜106、53〜183、106〜318、214〜551、431〜954、867〜1654(単位は全てμm)の周波数成分である。)
(2)前記表面層が架橋型樹脂表面層であることを特徴とする前記(1)記載の電子写真感光体。
(3)前記架橋型樹脂表面層が少なくとも架橋型電荷輸送物質の架橋体を含有し、該架橋型電荷輸送物質の構造単位がトリアリールアミン構造であることを特徴とする前記(2)に記載の電子写真感光体。
(4)前記架橋型樹脂表面層に少なくとも下記一般式1の架橋型電荷輸送物質の架橋体が5重量%以上60重量%未満の割合で含有されることを特徴とする前記(2)又は(3)に記載の電子写真感光体。
Figure 2010237657
(式中、d、e、fはそれぞれ0または1の整数、R13は水素原子、メチル基を表し、R14、R15は水素原子以外の置換基で炭素数1〜6のアルキル基を表し、複数の場合は異なってもよい。g、hは0〜3の整数を表す。Zは単結合、メチレン基、エチレン基、
Figure 2010237657
を表す。)
(5)前記架橋型樹脂表面層に少なくともトリメチロールプロパントリアクリレートの架橋体が10重量%以上50重量%未満の割合で含有されることを特徴とする前記(2)〜(4)のいずれかに記載の電子写真感光体。
(6)前記架橋型樹脂表面層が、少なくとも架橋型電荷輸送物質、トリメチロールプロパントリアクリレート、架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーンを含有する架橋型樹脂表面層用塗料を感光層上にコーティングし、硬化することにより成膜されることを特徴とする前記(2)〜(5)のいずれかに記載の電子写真感光体。
(7)前記架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質が、塗料の固形分の重量に対し、それぞれ1重量%〜5重量%含有される架橋型樹脂膜用塗料によって電子写真感光体の架橋型樹脂表面層が成膜されることを特徴とする前記(6)に記載の電子写真感光体。
(8)前記表面層が熱可塑性樹脂表面層であることを特徴とする前記(1)記載の電子写真感光体。
(9)前記熱可塑性樹脂表面層が、少なくとも電荷輸送物質、熱可塑性樹脂、架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質を含有する熱可塑性樹脂表面層用塗料を感光層上にコーティングし、硬化することにより成膜されることを特徴とする前記(8)に記載の電子写真感光体。
(10)前記架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質が、塗料の固形分の重量に対し、それぞれ1重量%〜5重量%含有される熱可塑性樹脂表面層用塗料によって電子写真感光体の熱可塑性樹脂表面層が成膜されることを特徴とする前記(9)に記載の電子写真感光体。
(11)前記(2)〜(7)のいずれかに記載の電子写真感光体の製造方法であって、少なくとも架橋型電荷輸送物質、架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーンを含有する架橋型樹脂表面層用塗料を感光層上にコーティングし、硬化し、架橋型樹脂表面層を成膜することを特徴とする電子写真感光体の製造方法。
(12)前記(8)〜(10)のいずれかに記載の電子写真感光体の製造方法であって、少なくとも電荷輸送物質、熱可塑性樹脂、架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質を含有する熱可塑性樹脂表面層用塗料を感光層上にコーティングし、硬化し、熱可塑性樹脂表面層を成膜することを特徴とする電写真感光体の製造方法。
(13)少なくとも前記(1)〜(10)のいずれかに記載の電子写真感光体と固体潤滑剤をブラシ状ローラで掻きとり電子写真感光体に塗布する手段および固体潤滑剤を感光体表面に広げる塗布ブレードとを有することを特徴とする画像形成装置。
(14)少なくとも重合トナーを用いて現像することを特徴とする前記(13)に記載の画像形成装置。
(15)少なくとも2色以上の現像ステーションを有し、且つ、タンデム方式であって更に重合トナーを用いて現像することを特徴とする前記(13)に記載の画像形成装置。
(16)少なくとも前記(1)〜(10)のいずれに記載の電子写真感光体と固体潤滑剤をブラシ状ローラで掻きとり電子写真感光体に塗布する手段および固体潤滑剤を感光体表面に広げる塗布ブレードとを有することを特徴とする画像形成用プロセスカートリッジ。
上記(1)の数式(i)〜(v)を満たす表面層は、固体潤滑塗布性が極めて良好である。この理由は定かではないが、以下に示す理由で、本発明の表面形状が固体潤滑剤の塗布プロセスに非常にマッチしたためであると考える。
固体潤滑剤の塗布機構において、電子写真感光体は固体潤滑剤の入力に対して、感度よく付着されることが求められる。この固体潤滑の付着に関する感度は少なくとも、1)感光体と固体潤滑剤との付着力や、2)塗布ブレードによる固体潤滑剤の被膜化のしやすが影響すると考えられる。
二物体間の付着力は例えば水口由紀子,宮本賢人,KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT Vol. 1, 19-22, 2004に考察がされている。この付着力は二物体間の非静電的な引力、静電的な引力、接触面積が影響すると考えられる。静電的な引力は接触電位差によって発現するものが考えられる。また、非静電的な引力は濡れやすさなどの表面エネルギーの関係から発現するものと考えられる。
本来、固体潤滑剤は付着性が弱く、種々の表面調整剤を感光体表面に含有させても両者の接着力は大きく変えることが出来なかった。そこで、発明者は別のアプローチとして、接触面積から考案された感光体表面の粗面化効果について考えた。
図12は表面形状の影響を考案した一例である。塗布ブラシから掻き取られた固体潤滑剤の粉体が凝集体や一個の固体形状として感光体表面に付いている状態を表す。感光体が平滑であると、図13のように固体潤滑剤は塗布ブレードを通過できずに感光体表面を横滑りした後に感光体表面から脱離することが考えられる。一方、図14のような感光体表面が激しい凹凸がある場合、固体潤滑剤は感光体と点接触する状態となり、この場合も固体潤滑剤は感光体表面から簡単に脱離すると考えられる。
感光体表面の凹凸は適当な周期を持たせなければ、凹凸によって固体潤滑剤の横滑りを予防できても、図15のような固体潤滑剤の凝集体が凹凸の縁で点接触する結果、簡単に脱離することが考えられる。そこで、塗布ブレードが適度に線圧を増減させて固体潤滑剤をすり抜けさせたり、押しつけたりして感光体表面に引き延ばすような図16のように感光体表面に緩やかな凹凸をつけ、更に、固体潤滑剤の横滑りを予防する適度な高周波の凹凸を乗畳させることで固体潤滑剤の付着性は高められると考案した。すなわち感光体表面にLMHの周波数成分の凹凸を有し、0.005(μm)<WRa(LML)<0.20(μm)、0.005(μm)<WRa(LMH)<0.03(μm)を満たすことにより、緩やかな凹凸で固体潤滑剤を感光体表面に引き延ばすことが可能となる。更に感光体表面にLHHの周波数成分の凹凸を有し、0.010(μm)<WRa(LHH)<0.03(μm)を満たすことにより高周波の凹凸により、塗布ブラシから固体潤滑剤の付着性は高めることが可能となる。
粗面化の方策として、感光層上に架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質を添加した架橋型表面層用塗料又は熱可塑性樹脂表面層用塗料をコーティングし表面層を硬化させた電子写真感光体の一部の条件により、具体的に上記数式(i)〜(v)を満たす電子写真感光体を得た。勿論、本発明はこれらの方策に限定されるものではない。
前記(3)及び(4)は架橋型樹脂表面層材料の特別に有効な化合物群として限定するものであり、ここで提示するラジカル重合性の電荷輸送物質の適用により、架橋型樹脂表面層の高感度や下地との接着性の向上が享受される。
前記(5)は架橋型樹脂表面層材料の上記とは別の特別に有効な化合物群として限定するものであり、これらの化合物の適用により架橋型樹脂表面層の機械的な強度向上が享受される。
前記(6)は架橋型樹脂表面層の粗面化の方策を限定するものであり、これにより、本発明の固体潤滑剤塗布性に優れる表面形状の形成が実現できる。
前記(7)は架橋型樹脂表面層の粗面化の方策を別に限定するものであり、これにより、本発明の固体潤滑剤塗布性に優れる表面形状の形成が実現できる。
前記(9)は熱可塑性樹脂表面層の粗面化の方策を限定するものであり、これにより、本発明の固体潤滑剤塗布性に優れる表面形状の形成が実現できる。
前記(10)は熱可塑性樹脂表面層の粗面化の方策を別に限定するものであり、これにより、本発明の固体潤滑剤塗布性に優れる表面形状の形成が実現できる。
前記(11)は本発明において、前記(2)から(7)を満足する感光体表面層の具体的な成膜条件を開示するもので、具体例は本発明の実施例を参考にすることができる。
前記(12)は本発明において、前記(8)から(10)を満足する感光体表面層の具体的な成膜条件を開示するもので、具体例は本発明の実施例を参考にすることができる。
前記(13)は固体潤滑剤をブラシで掻き取り、そのブラシで感光体表面に掻き取った固体潤滑剤を感光体表面に入力する画像形成装置について、電子写真感光体は前記(1)〜(10)の条件を満たす感光体を適用することで、従来よりも高い固体潤滑剤の受容性が獲得できる。
前記(14)は画像形成装置の現像剤に重合トナーを用いることを限定するもので、電子写真感光体の固体潤滑剤塗布性の向上と装置の高画質化や環境性能の向上が享受される。
前記(15)は画像形成装置を少なくとも2色以上の現像ステーションを有し、且つ、タンデム方式であって更に重合トナーを用いて現像するものに限定するもので、電子写真感光体の固体潤滑剤塗布性の向上と画像形成プロセスの高速化が享受される。
前記(16)は前記(13)に対応する画像形成用プロセスカートリッジに係るもので、電子写真感光体の固体潤滑剤塗布性の向上と画像形成装置のメンテナンス性の向上が享受される。
本発明の電子写真感光体は固体潤滑剤の受容性に優れる感光体および固体潤滑剤が感光体上に感度よく塗布される画像形成装置である。
本発明の感光体を用いる画像形成装置は、表面層を有する電子写真感光体の高い耐摩耗性と優れた重合トナークリーニング性が享受される実用的価値に優れたものである。
本発明に係る画像形成装置の例を示す模式断面図。 本発明に係る画像形成装置の別の例を示す模式断面図。 本発明に係る画像形成装置の更に別の例を示す模式断面図。 本発明に係る画像形成装置の更に別の例を示す模式断面図。 本発明に係る画像形成装置の更に別の例を示す模式断面図。 本発明に係る画像形成装置の更に別の例を示す模式断面図。 本発明に係る電子写真感光体の層構成を示す断面図。 本発明に係る電子写真感光体の別の層構成を示す断面図。 固体潤滑剤の受容性を測定する感光体周りのレイアウトを表す一例図。 感光体に固体潤滑剤を供給する手段を示す模式断面図。 感光体に固体潤滑剤を供給する手段を示す別の模式断面図。 感光体上に固体潤滑剤が付着した状態を表す模式図。 固体潤滑剤の感光体上への塗布性が不良である状態を表す一例図。 固体潤滑剤の感光体上への塗布性が不良である状態を表す別の一例図。 固体潤滑剤の感光体上への塗布性が不良である状態を表す更に別の一例図。 感光体の低周波数成分の凹凸が塗布ブレードの線圧を変動させる状態を表す模式図。 固体潤滑剤の感光体上への塗布性が良好である状態を表す一例図。 表面粗さ・輪郭形状測定システムの構成図。 ウェーブレット変換による多重解像度解析結果を表す一例図。 1回目の多重解像度解析における周波数帯域の分離の図 1回目の多重解像度解析での最低周波数データーのグラフ。 2回目の多重解像度解析における周波数帯域の分離の図 実施例1の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例2の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例3の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例4の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例5の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例6の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例7の周波数成分に分解したWRaの関係図。 比較例1の周波数成分に分解したWRaの関係図。 比較例2の周波数成分に分解したWRaの関係図。 比較例3の周波数成分に分解したWRaの関係図。 比較例4の周波数成分に分解したWRaの関係図。 比較例5の周波数成分に分解したWRaの関係図。 比較例6の周波数成分に分解したWRaの関係図。 比較例7の周波数成分に分解したWRaの関係図。 感光体の固体潤滑剤受容性試験においてステアリン酸亜鉛のドメインサイズと面積占有率の測定結果を示したグラフ。 実施例8の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例9の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例10の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例11の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例12の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例13の周波数成分に分解したWRaの関係図。 実施例14の周波数成分に分解したWRaの関係図。 比較例8の周波数成分に分解したWRaの関係図。 比較例9の周波数成分に分解したWRaの関係図。 比較例10の周波数成分に分解したWRaの関係図。
本発明では感光体表面の固体潤滑剤の受容性を高めるため、少なくとも電子写真感光体表面の凹凸形状を表面粗さ・輪郭形状測定機により測定して得た一次元データ配列を、ウェーブレット変換して高周波数成分から低周波数成分に至る6個の周波数成分(凹凸の1周期の長さが、0〜3、1〜6、2〜13、4〜25、10〜50、24〜99(単位は全てμm)の周波数成分)に分離する多重解像度解析を行い、更にここで得た最低周波数成分(凹凸の1周期の長さが24〜99μmの周波数成分)の一次元データ配列に対してデータ配列数が1/40に減少するように間引きした一次元データ配列を作り、この一次元データ配列に対して更にウェーブレット変換を行って、高周波数成分から低周波数成分に至る6個の周波数成分に分離する多重解像度解析を行うことで得られる6個の各周波数成分の個々の中心線平均粗さが下記式(i)〜(v)を満足することが重要である。
0.005(μm)<WRa(LMH)<0.03(μm) (i)
0.010(μm)<WRa(LHH)<0.03(μm) (ii)
0.005(μm)<WRa(LML)<0.20(μm) (iii)
WRa(LLH)>WRa(LMH) (iv)
WRa(LLH)>WRa(LHH) (v)
ここで、WRaは上記各周波数成分の個々の中心線平均粗さを表す。加えて、LHH、LHL、LMH、LML、LLH、LLLは2回目の多重解像度解析を行って得られる周波数成分で、順に、凹凸の一周期の長さが、26〜106、53〜183、106〜318、214〜551、431〜954、867〜1654(単位は全てμm)の周波数成分に分離した個々の帯域を表す。
以下に、感光体断面曲線の多重解像度解析について説明する。
本発明では始めに、電子写真装置用部品の表面の状態についてJIS B0601−1982に定める断面曲線を求め、その断面曲線である一次元データ配列を得る。
この断面曲線である一次元のデータ配列は、表面粗さ・輪郭形状測定機からデジタル信号として得てもよく、あるいは表面粗さ・輪郭形状測定機のアナログ出力をA/D変換して得ても良い。
本発明において、測定長さはJIS規格に定める測定長さであることが好ましく、8mm以上、25mm以下が好ましい。
また、サンプリング間隔は、1μm以下が良く、好ましくは0.2μm以上、0.5μm以下が良い。
例えば、測定長12mmをサンプリング点数30720点で測定する場合、サンプリング間隔は0.390625μmとなり、本発明を実施するのに好適である。
この一次元データ配列を、ウェーブレット変換して高周波数成分から低周波数成分に至る複数の周波数成分に分離する多重解像度解析を行い、更に、ここで得た最低周波数成分を間引きした一次元データ配列を作り、この一次元データ配列に対して更にウェーブレット変換を行って、高周波数成分から低周波数成分に至る複数の周波数成分に分離する多重解像度解析を行い、得た各周波数成分に対して、中心線平均粗さを求める。一般のRaと区別するために、本願ではこの粗さをWRaと称することとする。
本発明では2回のウェーブレット変換を行うが、最初のウェーブレット変換を第1回目のウェーブレット変換(便宜上、MRA−1と記すことがある)、その後のウェーブレット変換を第2回目のウェーブレット変換(便宜上、MRA−2と記すことがある)と呼ぶことにする。一回目と二回目の変換を区別するため、便宜上、各周波数帯域の略号に接頭語として、H(一回目)とL(二回目)を付ける。
ここで、第1回目、及び第2回目のウェーブレット変換に使用するマザーウェーブレット関数としては各種のウェーブレット関数が使用可能であり、例えば、ドビッシー(Daubecies)関数、ハール(Harr)関数、メーヤー(Meyer)関数、シムレット(Symlet)関数、そしてコイフレット(Coiflet)関数等が使用可能である。ここでDaubeciesはドベシィまたはドブシーと表記することがある。本発明では、マザーウェーブレット関数をハール(Harr)とする。
また、ウェーブレット変換して高周波数成分から低周波数成分に至る複数の周波数成分に分離する多重解像度解析を行う場合、その成分数は4以上、8以下が良いが、本発明では6とする。
本発明において、第1回目のウェーブレット変換を行って、複数の周波数成分に分離し、ここで得た最低周波数成分を間引きして一次元データ配列を作り、この一次元データ配列に対して第2回目のウェーブレット変換を行って、高周波数成分から低周波数成分に至る複数の周波数成分に分離する多重解像度解析を行う。
ここで、第1回目のウェーブレット変換結果で得た最低周波数成分に対して行う間引きは、データ配列数を、1/10から1/100にするのが特徴である。
ここで、データ間引きは、データの周波数を上げる効果があり、例えば、第1回目のウェーブレット変換結果で得た一次元配列の配列数が30000であった場合、1/10の間引きを行うと、配列数が3000になる。
この場合、間引きが1/10より小さいと、例えば、1/5であると、データの周波数を上げる効果が少なく、第2回のウェーブレット変換を行い、多重解像度解析を行ってもデータは良く分離されない。
また、間引きが1/100より大きいと、例えば、1/200であると、データの周波数が高くなりすぎ、第2回のウェーブレット変換を行い、多重解像度解析を行ってもデータは高周波数成分に集中して良く分離されない。
本発明では、データ間引きは1/40とする。
図18は本発明に適用した、電子写真感光体の表面粗さ評価装置の一構成例を模式的に示す構成図である。図中、41は電子写真感光体であり、42は表面粗さを測定するプローブを取り付けた治具、43は上記治具42を測定対象に沿って移動させる機構、44は表面粗さ・輪郭形状測定機、45は信号解析を行うパーソナルコンピューターである。この図において、パーソナルコンピューター45によって上記の多重解像度解析の計算が行われる。電子写真感光体がシリンダー形状の場合、感光体の表面粗さ測定は周方向でも長手方向でも適当な方向について計測することができる。
この図は一例として示したものであり、構成は他の構成によってもかまわない。例えば、多重解像度解析はパーソナルコンピューターではなく、専用の数値計算プロセッサーで行っても良い。また、この処理を表面粗さ・輪郭形状測定機自体で行っても良い。結果の表示は各種の方法が使用可能であり、CRTや液晶画面に表示しても良く、あるいは印字出力を行ったりしても良い。また、他の装置に電気信号として送信しても良く、USBメモリやMOディスクに保存しても良い。
本発明者の測定では、表面粗さ・輪郭形状測定機は東京精密社製Surfcom 1400Dを使用し、パーソナルコンピューターはIBM社製パーソナルコンピューターを使用し、Surfcom 1400DとIBM製パーソナルコンピューターの間はRS−232−Cケーブルで接続した。Surfcom 1400Dからパーソナルコンピューターに送られた表面粗さデータの処理とその多重解像度解析計算は、発明者がC言語で作成したソフトウェアで行った。
次に、感光体表面形状の多重解像度解析の手順について具体例によって説明する。
はじめに、写真感光体の表面形状を東京精密製Surfcom 1400Dで測定した。
ここで、一回の測定長は12mmであり、総サンプリング点数は30720であった。一度の測定では、これを四カ所測定した。測定した結果はパーソナルコンピューターに取り込み、これを発明者の作成したプログラムにより第1回目のウェーブレット変換と、そこで得た最低周波数成分に対する1/40の間引き処理、そして、第2回目のウェーブレット変換を行った。
このようにして得た第1回目、及び第2回目の多重解像度解析結果に対し、中心線平均粗さRa、最大高さRmax、十点平均粗さRzを求めた。演算結果の一例を図19に示す。
図19において、図19(a)のグラフはSurfcom 1400Dで測定して得た元のデータであり、粗さ曲線、あるいは断面曲線と呼ぶ場合もある。
図19には14個のグラフが有るが、縦軸は表面形状の変位であり単位はμmである。また横軸は長さであり、目盛は付けていないが測定長は12mmである。
従来の表面粗さ測定ではこのデータのみから中心線平均粗さRa、最大高さRmax、Rz等を求めていた。
また、図19(b)の6個のグラフは第1回目の多重解像度解析結果であり、最も上にあるのが最高周波数成分のグラフ、最も下に有るのが、最低周波数成分のグラフである。
ここで、図19(b)において最も上にあるグラフ101は1回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分であり、本発明ではこの0〜3μmの周波数成分をHHHと呼ぶ。
グラフ102は、1回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より1つ低い周波数成分であり、本発明ではこの1〜6μmの周波数成分をHHLと呼ぶ。
グラフ103は、1回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より2つ低い周波数成分であり、本発明ではこの2〜13μmの周波数成分をHMHと呼ぶ。
グラフ104は、1回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より3つ低い周波数成分であり、本発明ではこの4〜25μmの周波数成分をHMLと呼ぶ。
グラフ105は、1回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より4つ低い周波数成分であり、本発明ではこの10〜50μmの周波数成分をHLHと呼ぶ。
グラフ106は、1回目の多重解像度解析結果の最低周波数成分であり、本発明ではこの24〜99μmの周波数成分をHLLと呼ぶ。
本発明において、図19(a)のグラフはその周波数によって、図19(b)の6個のグラフに分離するが、その周波数分離の状態を図20に示す。
図20において、横軸は凹凸の形状が正弦波とした場合の、長さ1mm当たりに出現する凹凸数である。また、縦軸は、各帯域に分離された場合の割合を示すものである。
図20において、121は1回目の多重解像度解析における最高周波数成分の帯域、122は1回目の多重解像度解析における最高周波数成分より1つ低い周波数成分の帯域、123は1回目の多重解像度解析における最高周波数成分より2つ低い周波数成分の帯域、124は1回目の多重解像度解析における最高周波数成分より3つ低い周波数成分の帯域、125は1回目の多重解像度解析における最高周波数成分より4つ低い周波数成分の帯域、126は1回目の多重解像度解析における最低周波数成分の帯域である。
図20をより詳細に説明すると、1mm当たりの凹凸数が20個以下の場合は、すべてグラフ126に出現することを示す。
例えば、凹凸数が1mm当たり110個の場合、グラフ124に最も強く出現し、これは図19(b)においてはHMLに出現する。
また、凹凸数が1mm当たり220個の場合、グラフ123に最も強く出現し、これは図19(b)においては、HMHに出現することを示している。
また、凹凸数が1mm当たり310個の場合、グラフ122と123に出現し、これは図19(b)においては、HHLとHMHの両方に出現することを示している。
従って、表面粗さの周波数によって、図19(b)の6本のグラフでどこに現われるか決まってくる。
言い換えると、表面粗さにおいて、細かなザラツキは図19(b)において上の方のグラフに出現し、大きな表面うねりは図19(b)において下の方のグラフに出現する。
本発明ではこのように、表面粗さをその周波数によって分解する。これをグラフとしたものが図19(b)であるが、この周波数帯域ごとグラフからそれぞれの周波数帯域での表面粗さを求める。ここで、表面粗さとしては、中心線平均粗さRa、最大高さRmax、十点平均粗さRzを計算することが可能である。
このようにして、図19(b)では、それぞれのグラフに、中心線平均粗さRa、最大高さRmax、十点平均粗さRzを数値で示している。
本発明ではこのように表面粗さ・輪郭形状測定機で測定したデータその周波数によって複数のデータに分離するので、各周波数帯域における凹凸変化量を測定できる。
本発明では、このように周波数によって図19(b)のように分離したデータから、最も低い周波数、すなわちHLLのデータを間引きする。
本発明は間引きをどのようにするか、すなわち何個のデータから取り出すか実験によって決めれば良く、間引き数を最適にすることによって図20に示す多重解像度解析における周波数帯域分離を最適化することが可能となり、目的とする周波数をその帯域の中心にとることが可能になる。
図19では40個から1個のデータを取る間引きを行った。間引きした結果を図21に示す。図21では縦軸は表面凹凸であり、単位はμmである。また横軸に目盛は付けていないが、長さ12mmである。
本発明では周波数成分HLLに該当する図21のデータを更に多重解像度解析する。すなわち2回目の多重解像度解析を行う。
図19(c)の6個のグラフは第2回目の多重解像度解析結果であり、最も上にあるグラフ107は、2回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分であり、この26〜106μmの周波数成分をLHHと呼ぶ。
グラフ108は、2回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より1つ低い周波数成分であり、この53〜183μmの周波数成分をLHLと呼ぶ。
グラフ109は、2回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より2つ低い周波数成分であり、この106〜318μmの周波数成分をLMHと呼ぶ。
グラフ110は、2回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より3つ低い周波数成分であり、この214〜551μmの周波数成分をLMLと呼ぶ。
グラフ111は、2回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より4つ低い周波数成分であり、この431〜954μmの周波数成分をLLHと呼ぶ。
グラフ112は、2回目の多重解像度解析結果の最低周波数成分であり、この867〜1654μmの周波数成分をLLLと呼ぶ
本発明において、図19(c)では、その周波数によって、6個のグラフに分離しているが、その周波数分離の状態を図22に示す。
図22において、横軸は凹凸の形状が正弦波とした場合の、長さ1mm当たりに出現する凹凸数である。また、縦軸は、各帯域に分離された場合の割合を示すものである。
図22において、127は2回目の多重解像度解析における最高周波数成分の帯域、128は2回目の多重解像度解析における最高周波数成分より1つ低い周波数成分の帯域、129は2回目の多重解像度解析における最高周波数成分より2つ低い周波数成分の帯域、130は2回目の多重解像度解析における最高周波数成分より3つ低い周波数成分の帯域、131は2回目の多重解像度解析における最高周波数成分より4つ低い周波数成分の帯域、132は2回目の多重解像度解析における最低周波数成分の帯域である。
図22をより詳細に説明すると、1mm当たりの凹凸数が0.2個以下の場合は、すべてグラフ132に出現することを示す。
例えば、凹凸数が1mm当たり11個の場合、グラフ128が最も高くなるが、これは、2回目の多重解像度解析における最高周波数成分より1つ低い周波数成分の帯域に最も強く出現することを示しており、図19(c)においては、LMLに出現することを示している。
従って、表面粗さの周波数によって、図19(c)の6本のグラフでどこに現われるか決まってくる。
言い換えると、表面粗さにおいて、細かなザラツキは図19(c)において上の方のグラフに出現し、大きな表面うねりは図19(c)において下の方のグラフに出現する。
本発明ではこのように、表面粗さをその周波数によって分解する。これをグラフとしたものが図19(c)であるが、この周波数帯域ごとグラフからそれぞれの周波数帯域での表面粗さを求める。ここで、表面粗さとしては、中心線平均粗さRa、最大高さRmax、十点平均粗さRzを計算することが可能である。
このようにして電子写真感光体表面の凹凸形状を表面粗さ・輪郭形状測定機により測定して得た一次元データ配列を、ウェーブレット変換して高周波数成分から低周波数成分に至る複数の周波数成分に分離する多重解像度解析を行い、更に、ここで得た最低周波数成分を間引きした一次元データ配列を作り、この一次元データ配列に対して更にウェーブレット変換を行って、高周波数成分から低周波数成分に至る複数の周波数成分に分離する多重解像度解析を行い、得た各周波数成分に対して、中心線平均粗さRa、最大高さRmax、十点平均粗さRzを求めた結果(いずれも単位はμm)を表1に示す。
Figure 2010237657
このウェーブレット変換による多重解像度解析により、種々、粗面化を施した感光体を後述の方法により固体潤滑剤の塗布性を評価した。発明者が考案した固体潤滑剤塗布性に及ぼす感光体の表面形状効果を検証する目的で、固体潤滑剤塗布性評価値とWRaとの関係を多変量解析から個々の帯域におけるWRaの寄与率を推定した。多変量解析は統計ソフトウェア SAS Institute社の JMP Ver.5.01aを用いた。
感光体の粗面化は表面層塗料へフィラーなどの形状制御が可能な薬品を加えたり、製造条件を工夫したり、機械加工を施すなどの種々の方策によって達成できる。しかしながら、これらの方策の諸条件で如何なる表面形状が得られるかは従来からおよそ明らかにされていない。
以下、図面を参照しつつ本発明の電子写真感光体について詳細に説明する。
図7は本発明の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21上に電荷発生層25と電荷輸送層26と表面層28が設けられている。
図8は本発明の更に別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21と電荷発生層25の間に下引き層24が設けられ、電荷発生層25の上に電荷輸送層26と表面層28が設けられている。
[導電性支持体]
導電性支持体21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、銀、金、白金、鉄などの金属、酸化スズ、酸化インジウムなどの酸化物を、蒸着又はスパッタリングによりフィルム状又は円筒状のプラスチック、紙などに被覆したもの、或いはアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレスなどの板、及び、それらを、Drawing Ironing法、Impact Ironing法、Extruded Ironing法、Extruded Drawing法、切削法等の工法により素管化後、切削、超仕上げ、研磨などにより表面処理した管などを使用することが出来る。
[下引き層]
本発明に用いられる電子写真感光体には、導電性支持体と感光層との間に下引き層24を設けることが出来る。下引き層は、接着性の向上、モワレの防止、上層の塗工性の改良、導電性支持体からの電荷注入の防止などの目的で設けられる。
下引き層は通常、樹脂を主成分とする。通常、下引き層の上に感光層を塗布するため、下引き層に用いる樹脂は有機溶剤に難溶である熱硬化性樹脂が相応しい。特に、ポリウレタン、メラミン樹脂、アルキッド−メラミン樹脂は以上の目的を十分に満たすものが多く、特に好ましい材料である。樹脂はテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジオキサン、ジクロロエタン、ブタノンなどの溶媒を用いて適度に希釈したものを塗料とすることができる。
また、下引き層には、伝導度の調節やモアレを防止するために、金属、または金属酸化物などの微粒子を加えてもよい。特に酸化チタンが好ましく用いられる。
微粒子はテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジオキサン、ジクロロエタン、ブタノンなどの溶媒を用いてボールミル、アトライター、サンドミルなどにより分散し、分散液と樹脂成分を混合した塗料とする。
下引き層は以上の塗料を浸漬塗工法、スプレーコート法、ビードコート法などで支持体上に成膜する。必要な場合、加熱硬化することで形成される。
下引き層の膜厚は2〜5μm程度が適当になるケースが多い。感光体の残留電位の蓄積が大きくなる場合、3μm未満にすると良い。
本発明における感光層は、電荷発生層と電荷輸送層を順次積層させた積層型感光層が好適である。
[電荷発生層]
積層型感光体における各層のうち、電荷発生層25について説明する。電荷発生層は、積層型感光層の一部を指し、露光によって電荷を発生する機能をもつ。この層は含有される化合物のうち、電荷発生物質を主成分とする。電荷発生層は必要に応じてバインダー樹脂を用いることもある。電荷発生物質としては、無機系材料と有機系材料を用いることができる。
無機系材料としては、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などが挙げられる。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又はハロゲン原子でターミネートしたものや、ホウ素原子、リン原子などをドープしたものが好ましく用いられる。
一方、有機系材料としては、公知の材料を用いることが出来、例えば、チタニルフタロシアニン、クロロガリウムフタロシアニンなどの金属フタロシアニン、無金属フタロシアニン、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対称型若しくは非対称型のアゾ顔料、トリフェニルアミン骨格を有する対称型若しくは非対称型のアゾ顔料、フルオレノン骨格を有する対称型若しくは非対称型のアゾ顔料、ペリレン系顔料などが挙げられる。このうち、金属フタロシアニン、フルオレノン骨格を有する対称型若しくは非対称型のアゾ顔料、トリフェニルアミン骨格を有する対称型若しくは非対称型のアゾ顔料およびペリレン系顔料は電荷発生の量子効率が軒並み高く、本発明に用いる材料として好適である。これらの電荷発生物質は、単独でも2種以上の混合物として用いてもよい。
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、ポリアリレート、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。また、後述する高分子電荷輸送物質を用いることもできる。このうちポリビニルブチラールが使用されることが多く、有用である。これらのバインダー樹脂は、単独でも2種以上の混合物として用いてもよい。
電荷発生層を形成する方法としては、大きく分けて真空薄膜作製法と溶液分散系からのキャスティング法がある。
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(化学気相成長)法などがあり、上述した無機系材料や有機系材料からなる層が良好に形成できる。
また、キャスティング法によって電荷発生層を設けるには、上述した無機系又は有機系電荷発生物質を、必要ならばバインダー樹脂と共にテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジオキサン、ジクロロエタン、ブタノンなどの溶媒を用いてボールミル、アトライター、サンドミルなどにより分散し、分散液を適度に希釈して塗布すればよい。このうちの溶媒として、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノンは、クロロベンゼンやジクロロメタン、トルエンおよびキシレンと比較して環境負荷の程度が低いため好ましい。塗布は、浸漬塗工法、スプレーコート法、ビードコート法などにより行うことが出来る。
以上のようにして設けられる電荷発生層の膜厚は通常、0.01〜5μm程度が適当である。
残留電位の低減や高感度化が必要となる場合、電荷発生層は厚膜化するとこれらの特性が改良されることが多い。反面、帯電電荷の保持性や空間電荷の形成など帯電性の劣化を来すことも多い。これらのバランスから電荷発生層の膜厚は0.05〜2μmの範囲がより好ましい。
また、必要により、電荷発生層中に公知の酸化防止剤、可塑剤、滑剤、紫外線吸収剤などの低分子化合物およびレベリング剤を添加することもできる。これらの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。低分子化合物およびレベリング剤を併用すると感度劣化を来すケースが多い。このため、これらの使用量は概して、0.1〜20phr、好ましくは、0.1〜10phr、レベリング剤の使用量は、0.001〜0.1phr程度が適当である。
[電荷輸送層]
電荷輸送層は電荷発生層で生成した電荷を注入、輸送し、帯電によって設けられた感光体の表面電荷を中和する機能を担う積層型感光層の一部を指す。電荷輸送層の主成分は電荷輸送成分とこれを結着するバインダー成分と言うことができる。
電荷輸送物質に用いることのできる材料としては、低分子型の電子輸送物質、正孔輸送物質及び高分子電荷輸送物質が挙げられる。
電子輸送物質としては、例えば非対称ジフェノキノン誘導体、フルオレン誘導体、ナフタルイミド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、単独でも2種以上の混合物として用いてもよい。
正孔輸送物質としては、電子供与性物質が好ましく用いられる。
その例としては、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、トリフェニルアミン誘導体、ブタジエン誘導体、9−(p−ジエチルアミノスチリルアントラセン)、1,1−ビス−(4−ジベンジルアミノフェニル)プロパン、スチリルアントラセン、スチリルピラゾリン、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、チオフェン誘導体などが挙げられる。
これらの正孔輸送物質は、単独でも2種以上の混合物として用いてもよい。
また、以下に表される高分子電荷輸送物質を用いることができる。たとえば、ポリ−N−ビニルカルバゾール等のカルバゾ−ル環を有する重合体、特開昭57−78402号公報等に例示されるヒドラゾン構造を有する重合体、特開昭63−285552号公報等に例示されるポリシリレン重合体、特開2001−330973号公報の一般式(1)〜一般式(6)に例示される芳香族ポリカーボネートが挙げられる。これらの高分子電荷輸送物質は、単独または2種以上の混合物として用いることが出来る。特に特開2001−330973号公報の例示化合物は静電特性面の性能が良好であり有用である。
高分子電荷輸送物質は架橋型樹脂表面層や熱可塑性樹脂表面層を積層する際、低分子型の電荷輸送物質と比べて、該表面層へ電荷輸送層を構成する成分の滲みだしが少なく、架橋型樹脂表面層の硬化不良を防止するのに適当な材料である。また、電荷輸送物質の高分子量化により耐熱性にも優れる性状から、架橋型樹脂表面層や熱可塑性樹脂表面層を成膜する際の硬化熱による劣化が少なく有利である。
電荷輸送層のバインダー成分として用いることのできる高分子化合物としては、例えば、ポリスチレン、ポリエステル、ポリビニル、ポリアリレート、ポリカーボネート、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、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、アルキド樹脂などの熱可塑性又は熱硬化性樹脂が挙げられる。このうち、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアリレート、ポリカーボネートは電荷輸送成分のバインダー成分として用いる場合、電荷移動特性が良好な性能を示すものが多く、有用である。また、電荷輸送層はこの上層に表面層が積層されるため、電荷輸送層は従来型の電荷輸送層に対する機械強度の必要性が要求されない。このため、ポリスチレンなど、透明性が高いものの機械強度が多少低い材料で従来技術では適用が難しいとされた材料も、電荷輸送層のバインダー成分として有効に利用することができる。
これらの高分子化合物は単独又は2種以上の混合物として、或いはそれらの原料モノマー2種以上からなる共重合体として、更には、電荷輸送物質と共重合化して用いることができる。
電荷輸送層の改質に際して電気的に不活性な高分子化合物を用いる場合にはフルオレン等の嵩高い骨格をもつカルドポリマー型のポリエステル、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートなどのポリエステル、C型ポリカーボネートのようなビスフェノール型のポリカーボネートに対してフェノール成分の3,3'部位がアルキル置換されたポリカーボネート、ビスフェノールAのジェミナルメチル基が炭素数2以上の長鎖のアルキル基で置換されたポリカーボネート、ビフェニルまたはビフェニルエーテル骨格をもつポリカーボネート、ポリカプロラクトン、ポリカプロラクトンの様な長鎖アルキル骨格を有するポリカーボネート(例えば、特開平7−292095号公報に記載)やアクリル樹脂、ポリスチレン、水素化ブタジエンが有効である。
ここで電気的に不活性な高分子化合物とは、トリアリールアミン構造のような光導電性を示す化学構造を含まない高分子化合物を指す。
これらの樹脂を添加剤としてバインダー樹脂と併用する場合、光減衰感度の制約から、その添加量は、電荷輸送層の全固形分に対して50重量%以下とすることが好ましい。
低分子型の電荷輸送物質を用いる場合、その使用量は40〜200phr、好ましくは70〜100phr程度が適当である。また、高分子電荷輸送物質を用いる場合、電荷輸送成分100重量部に対して樹脂成分が0〜200重量部、好ましくは80〜150重量部程度の割合で共重合された材料が好ましく用いられる。
また電荷輸送層に2種以上の電荷輸送物質を含有させる場合、これらのイオン化ポテンシャル差は小さい方が好ましく、具体的にはイオン化ポテンシャル差を0.10eV以下とすることにより、一方の電荷輸送物質が他方の電荷輸送物質の電荷トラップとなることを防止することができる。
このイオン化ポテンシャルの関係は電荷輸送層に含有する電荷輸送物質と後述する硬化性電荷輸送物質との関係についても同様にこれらの差は0.10eVにすると良い。
尚、本発明における電荷輸送物質のイオン化ポテンシャル値は理研計器社製大気雰囲気型紫外線光電子分析装置AC−1により一般的な方法で計測して得られた数値である。
高感度化を満足させるには電荷輸送成分の配合量を70phr以上とすることが好ましい。また、電荷輸送物質としてα−フェニルスチルベン化合物、ベンジジン化合物、ブタジエン化合物の単量体、二量体およびこれらの構造を主鎖または側鎖に有する高分子電荷輸送物質は電荷移動度の高い材料が多く有用である。
電荷輸送層塗料を調製する際に使用できる分散溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、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、ジオキサン、テトラヒドロフラン、エチルセロソルブなどのエーテル類、トルエン、キシレンなどの芳香族類、クロロベンゼン、ジクロロメタンなどのハロゲン類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類等を挙げることができる。このうち、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノンは、クロロベンゼンやジクロロメタン、トルエンおよびキシレンと比較して環境負荷の程度が低いため好ましい。これらの溶媒は単独としてまたは混合して用いることができる。
電荷輸送層は電荷輸送成分とバインダー成分を主成分とする混合物ないし共重合体を上記溶媒に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成出来る。塗工方法としては浸漬法、スプレー塗工法、リングコート法、ロールコータ法、グラビア塗工法、ノズルコート法、スクリーン印刷法等が採用される。
電荷輸送層の上層には、表面層が積層されているため、この構成における電荷輸送層の膜厚は、実使用上の膜削れを考慮した電荷輸送層の厚膜化の設計が不要である。
電荷輸送層の膜厚は、実用上、必要とされる感度と帯電能を確保する都合、10〜40μm程度が適当であり、より好ましくは15〜30μm程度が適当である。
また、必要により、電荷輸送層中に公知の酸化防止剤、可塑剤、滑剤、紫外線吸収剤などの低分子化合物およびレベリング剤を添加することもできる。これらの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。低分子化合物およびレベリング剤を併用すると感度劣化を来すケースが多い。このため、これらの使用量は概して、0.1〜20phr、好ましくは、0.1〜10phr、レベリング剤の使用量は、0.001〜0.1phr程度が適当である。
本発明の電子写真感光体は、前記表面層として架橋型樹脂表面層、もしくは熱可塑性樹脂表面層を有していることが好ましい。
[架橋型樹脂表面層]
架橋型樹脂表面層は感光体表面に成膜される保護層を指す。この保護層は塗料がコーティングされた後、重縮合反応によって架橋構造の樹脂が成膜される。樹脂膜が架橋構造をもつため感光体各層の中で最も耐摩耗性が強靱である。また、架橋性の電荷輸送材料が配合されるため電荷輸送層と類似の電荷輸送性を示す。
本発明の架橋型樹脂表面層は、架橋型電荷輸送物質の架橋体を含有することが好ましく、架橋型電荷輸送物質としては、重合あるいは架橋性のモノマーやオリゴマーであり、アクリロイルオキシ基やスチレン基を有する連鎖重合系の化合物、水酸基やアルコキシシリル基、イソシアネート基を有する逐次重合系の化合物が挙げられる。得られる電子写真特性、汎用性や材料設計、製造安定性の点から正孔輸送性化合物と連鎖重合系材料の組み合わせが好ましく、さらには正孔輸送性基およびアクリロイルオキシ基の両者を分子内に有する化合物を架橋させる系が特に好ましい。熱、光、放射線を用いて架橋硬化できる。架橋性樹脂は3次元に架橋されていることが好ましい。
本発明においては、重合或いは架橋可能な材料の組成としては、電荷輸送構造を含み(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ以上有する化合物が利用できる。また、電荷輸送構造を含まない(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ以上有するモノマーやオリゴマーと併用した組成の構成にしても良い。少なくとも塗工液中にこのような化合物を含有させて表面層を形成し、熱、光、或いは電子線、γ線等の放射線によるエネルギーを与えて架橋し硬化させてできる。
架橋型電荷輸送物質としてはトリアリールアミン構造を有するものが好ましく、また、結着樹脂と架橋するためには少なくとも1官能のラジカル重合性基を含むトリアリールアミン構造を有する電荷輸送化合物が好ましい。
例えば、以下の一般式1で示される電荷輸送性化合物が挙げられる。
Figure 2010237657
(式中、d、e、fはそれぞれ0または1の整数、R13は水素原子、メチル基を表し、R14、R15は水素原子以外の置換基で炭素数1〜6のアルキル基を表し、複数の場合は異なってもよい。g、hは0〜3の整数を表す。Zは単結合、メチレン基、エチレン基、又は
Figure 2010237657
を表す。)
架橋型電荷輸送物質の例示化合物を以下に挙げる。
Figure 2010237657
(アクリル酸2−[4’−(ジ−p−トリル−アミノ)−ビフェニル−4−イル]−エチル)
Figure 2010237657
(アクリル酸2−[4’−(ジ−p−トリル−アミノ)−ビフェニル−4−イル])
Figure 2010237657
Figure 2010237657
Figure 2010237657
架橋型樹脂表面層の膜厚は、感光層の保護の観点から3〜15μmが好ましく、より好ましくは2〜10μmがよい。表面層が薄い場合には感光体への当接部材による機械的摩耗や帯電器などによる近接放電などから感光層を保護できなくなるだけでなく、膜形成時にレベリングされにくくなるために、膜表面がゆず肌状になることがある。一方、表面層が厚い場合には感光体全層が厚くなり、電荷の拡散による画像の再現性が低下するため好ましくない。但し、電荷輸送層の膜厚よりも表面層の膜厚が厚くなると、明部電位が上昇する傾向が強くなり好ましくない。本発明において感光体の表面に多数の凸部が存在すると膜厚が一義的に規定できない場合があるので、凸部の影響が少ない渦電流方式の膜厚計(フィッシャーインスツルメント社製、FisherscopeMMS)によるものとし、感光体軸方向の任意の4箇所以上の平均値にて規定する。
また、架橋型樹脂表面層に少なくとも上記一般式1の架橋型電荷輸送物質の架橋体が5重量%以上60重量%未満の割合で含有されることが好ましい。架橋型電荷輸送物質の架橋体が、5重量%未満では架橋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。60重量%以上では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。
(ラジカル重合性材料成分)
本発明における架橋型樹脂表面層は、バインダー成分として更に、重合性官能基を3つ以上有するラジカル重合性モノマーの架橋体を含有することが好ましく、ラジカル重合性官能基を3つ有するトリメチロールプロパントリアクリレートの架橋体を含有させると良い。これにより感光体表面の耐摩耗性の強化にも優れる。
その他の3官能以上のラジカル重合性モノマーの架橋体としては、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ないしジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの架橋体を含有させると良い。これにより架橋膜自体の耐摩耗性が向上したり、強靱性が増大したりすることが多い。
架橋型樹脂表面層に、トリメチロールプロパントリアクリレートの架橋体が10重量%以上50重量未満含有されることが好ましい。10重量%未満では架橋表面層の架橋密度が低く機械強度が十分ではなく、50重量%以上では電気特性の低下が起こる。
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は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ヘキサアクリレートが好ましい。
これらは東京化成社等の試薬メーカー、日本化薬社KAYARD DPCAシリーズ、同DPHAシリーズ等を入手することができる。
また、硬化を促進させたり、安定化させたりするためにチバ・スペシャリティ・ケミカルズ社イルガキュア184等の開始剤を全固形分に対して5〜10重量%程度加えてもよい。
本発明の架橋型樹脂表面層は、少なくとも架橋型電荷輸送物質、トリメチロールプロパントリアクリレート、架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーンを含有する架橋型樹脂表面層用塗料を感光層上にコーティングし、硬化することにより成膜されることが好ましい。
架橋型樹脂表面層塗料を調製する際に使用する分散溶媒はモノマーを十分に溶解するものが好ましく、上述のエーテル類、芳香族類、ハロゲン類、エステル類の他、エトキシエタノールのようなセロソルブ類、1−メトキシ−2−プロパノールのようなプロピレングリコール類を挙げることができる。このうち、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、1−メトキシ−2−プロパノールは、クロロベンゼンやジクロロメタン、トルエン及びキシレンと比較して環境負荷の程度が低いため好ましい。これらの溶媒は単独としてまたは混合して用いることができる。
架橋型樹脂表面層塗料のコーティングとして、浸漬法、スプレー塗工法、リングコート法、ロールコータ法、グラビア塗工法、ノズルコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。多くの場合、塗料はポットライフが長くないため、少量の塗料で必要な分量のコーティングができる手段が環境への配慮とコスト面で有利となる。このうちスプレー塗工法とリングコート法が好適である。
架橋型樹脂表面層を成膜する際、主に紫外光に発光波長をもつ高圧水銀灯やメタルハライドランプなどのUV照射光源が利用できる。また、ラジカル重合性含有物や光重合開始剤の吸収波長に合わせ可視光光源の選択も可能である。照射光量は50mW/cm2以上、1000mW/cm2以下が好ましく、50mW/cm2未満では硬化反応に時間を要する。1000mW/cm2より強いと反応の進行が不均一となり、架橋型電荷輸送層表面に局部的な皺が発生したり、多数の未反応残基、反応停止末端が生じたりする。また、急激な架橋により内部応力が大きくなり、クラックや膜剥がれの原因となる。
必要により、架橋型樹脂表面層中に電荷発生層で記載した酸化防止剤、可塑剤、滑剤、紫外線吸収剤などの低分子化合物及びレベリング剤、また電荷輸送層で記載した高分子化合物を添加することもできる。これらの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。低分子化合物及びレベリング剤を併用すると感度劣化を来すケースが多い。このため、これらの使用量は概して塗料総固形分中の0.1〜20重量%、好ましくは0.1〜10重量%、レベリング剤の使用量は0.1〜5重量%程度が適当である。
[熱可塑性樹脂表面層]
本発明の電子写真感光体は、表面層が熱可塑性樹脂表面層であってもよい。熱可塑性樹脂表面層は感光体表面に成膜される保護層を指す。
本発明の熱可塑性樹脂表面層は、少なくとも電荷輸送物質、熱可塑性樹脂、架橋型シリコーン物質、非架橋型シリコーン物質により構成される熱可塑性樹脂表面層用塗料を用いて成膜されることが好ましい。この保護層は前記塗料がコーティングされた後、架橋型シリコーン物質を適度に重合させるために適度に架橋反応によって重合させ、成膜される。
電荷輸送物質、熱可塑性樹脂は、先の電荷輸送層の説明にて挙げたものと同様のものが使用できる。
熱可塑性樹脂表面層の膜厚は3〜15μm程度が適当である。下限は成膜コストに対する効果度合いから算定される値であり、上限は帯電安定性や光減衰感度等の静電特性と膜質の均質性から設定される。本発明において感光体の表面に多数の凸部が存在すると膜厚が一義的に規定できない場合があるので、凸部の影響が少ない渦電流方式の膜厚計(フィッシャーインスツルメント社製、FisherscopeMMS)によるものとし、感光体軸方向の任意の4箇所以上の平均値にて規定する。
熱可塑性樹脂表面層に含まれる架橋型シリコーン物質を適度に硬化する際、主に紫外光に発光波長をもつ高圧水銀灯やメタルハライドランプなどのUV照射光源が利用できる。また、ラジカル重合性含有物や光重合開始剤の吸収波長に合わせ可視光光源の選択も可能である。照射光量は50mW/cm以上、1000mW/cm以下が好ましく、50mW/cm未満では硬化反応に時間を要する。1000mW/cmより強いと反応の進行が不均一となり、熱可塑性樹脂表面層に含まれる電荷輸送物質の劣化が起こり、電気特性劣化の原因となる。
本発明では、架橋型樹脂表面層、熱可塑性樹脂表面層に、架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質を含有させることで、感光体表面の粗面化を行うことができる。以下説明する。
(粗面化)
本発明では上述の式(i)〜(v)を満足することが重要である。このために感光体表面の粗面化が必要となる。この具体的な方策として、表面形状の制御が期待される試薬類の添加として、表面層へのフィラーの配合、ゾル−ゲル系塗料の配合や種々ガラス転移点の異なる樹脂のポリマーブレンド、有機微粒子の添加、発泡剤の添加、シリコーンオイルの大量添加が挙げられる。また、表面層の成膜条件の制御として、塗料中に多量の水分を加えたり、種々沸点の異なる液体試薬を添加したりする手段が挙げられる。また、表面層用塗料をコーティングした直後の未硬化前のウェット膜に対して、有機溶剤や水を散布する手段も考えられる。他に、樹脂膜を硬化した後、追加工として、サンドブラスト処理やラッピングフィルムなどの研磨紙で表面研磨する手段も考えられる。
感光体の粗面化は上述の通り、種々の方法が考えられるものの、必ずしも式(i)〜(v)を容易に満たすことはできない。必要に応じて、二つ以上の方策を組み合わせることも必要となる。このうち、架橋型樹脂表面層用塗料及び熱可塑性樹脂表面層用塗料へ架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質を同時に添加することが(i)〜(v)式を満たす具体例として獲得することができた。架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質を単独で添加する場合には、(i)〜(v)式を満たす形状を得ることはできない。
架橋型シリコーン物質としては、ポリシロキサンの片末端又は両末端がメタクリル変性された反応性シリコーンが好ましい。この架橋型シリコーン物質を架橋型樹脂表面層塗料に添加することにより(ii)式のLHH周波数の形状を感光体表面に形成することができる。添加量としては、塗料の固形分の重量に対して、1重量%〜5重量%が良い。これらは信越化学等の試薬メーカー等から、X−22シリーズ等を入手することができる。
非架橋型シリコーン物質としては、シロキサン結合からなる直鎖状ポリマーが好ましく、より好ましくは、ポリシロキサン側鎖の一部がフェニル基である側鎖型/フェニル変性メチルフェニルシリコーンオイルが好ましい。この架橋型シリコーン物質を架橋型樹脂表面層塗料に添加することにより(i)式のLMH周波数の形状を感光体表面に形成することができる。添加量としては、塗料の固形分の重量に対して、1重量%〜5重量%が良い。これらは信越化学等の試薬メーカー等から、KFシリーズ等を入手することができる。
[画像形成装置の形態]
以下、図面に沿って本発明で用いられる画像形成装置を説明する。本発明の画像形成装置には後述する固体潤滑剤を感光体表面に入力する手段が取り付けられる。簡単のため、この手段は画像形成装置の説明の後に別に説明する。
図1は、本発明の画像形成装置を説明するための概略図であり、後述するような変形例も本発明の範疇に属するものである。
図1において、感光体11は、本発明の表面層を積層する電子写真感光体である。感光体11はドラム状の形状を示しているが、シート状、エンドレスベルト状のものであっても良い。
帯電手段12は、コロトロン、スコロトロン、固体帯電器(ソリッド・ステート・チャージャー)、帯電ローラを始めとする公知の手段が用いられる。帯電手段は、消費電力の低減の観点から、感光体に対し接触もしくは近接配置したものが良好に用いられる。中でも、帯電手段への汚染を防止するため、感光体と帯電手段表面の間に適度な空隙を有する感光体近傍に近接配置された帯電機構が望ましい。転写手段16には、一般に上記の帯電器を使用できるが、転写チャージャーと分離チャージャーを併用したものが効果的である。
露光手段13、除電手段1A等に用いられる光源には、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挙げることができる。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。
現像手段14により感光体上に現像されたトナー15は、印刷用紙やOHP用スライドなどの印刷メディア18に転写されるが、全部が転写されるわけではなく、感光体上に残存するトナーも生ずる。このようなトナーは、クリーニング手段17により、感光体より除去される。クリーニング手段は、ゴム製のクリーニングブレードやファーブラシ、マグファーブラシ等のブラシ等を用いることができる。
電子写真感光体に正(負)帯電を施し、画像露光を行うと、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。かかる現像手段には、公知の方法が適用され、また、除電手段にも公知の方法が用いられる。
図2には、本発明による電子写真プロセスの別の例を示す。
図2において、感光体11は、本発明の表面層を積層する電子写真感光体である。感光体11はベルト状の形状を示しているが、ドラム状、シート状、エンドレスベルト状のものであっても良い。感光体11は駆動手段1Cにより駆動され、帯電手段12による帯電、露光手段13による像露光、現像(図示せず)、転写手段16による転写、クリーニング前露光手段によるクリーニング前露光1B、クリーニング手段17によるクリーニング、除電手段1Aによる除電が繰返し行われる。図2においては、感光体(この場合は支持体が透光性である)の支持体側よりクリーニング前露光の光照射が行われる。
以上の電子写真プロセスは、本発明における実施形態を例示するものであって、もちろん他の実施形態も可能である。例えば、図2において支持体側よりクリーニング前露光を行っているが、これは感光層側から行ってもよいし、また、像露光、除電光の照射を支持体側から行ってもよい。一方、光照射工程は、像露光、クリーニング前露光、除電露光が図示されているが、他に転写前露光、像露光のプレ露光、およびその他公知の光照射工程を設けて、感光体に光照射を行うこともできる。
また、以上に示すような画像形成手段は、複写機、ファクシミリ、プリンター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でそれら装置内に組み込まれてもよい。プロセスカートリッジの形状は多く挙げられるが、一般的な例として、図3に示すものが挙げられる。感光体11はドラム状の形状を示しているが、シート状、エンドレスベルト状のものであっても良い。
図4には本発明による画像形成装置の別の例を示す。この画像形成装置では、感光体11の周囲に帯電手段12、露光手段13、ブラック(Bk)、シアン(C)、マゼンタ(M)、およびイエロー(Y)の色毎の現像手段14Bk,14C,14M,14Y、中間転写体である中間転写ベルト1F、クリーニング手段17が順に配置されている。ここで、図中に示すBk、C、M、Yの添字は上記のトナーの色に対応し、必要に応じて添字を付けたり適宜省略する。感光体11は、本発明の表面層を積層する電子写真感光体である。各色の現像手段14Bk,14C,14M,14Yは各々独立に制御可能となっており、画像形成を行う色の現像手段のみが駆動される。感光体11上に形成されたトナー像は中間転写ベルト1Fの内側に配置された第1の転写手段1Dにより、中間転写ベルト1F上に転写される。第1の転写手段1Dは感光体11に対して接離可能に配置されており、転写動作時のみ中間転写ベルト1Fを感光体11に当接させる。各色の画像形成を順次行い、中間転写ベルト1F上で重ね合わされたトナー像は第2の転写手段1Eにより、印刷メディア18に一括転写された後、定着手段19により定着されて画像が形成される。第2の転写手段1Eも中間転写ベルト1Fに対して接離可能に配置され、転写動作時のみ中間転写ベルト1Fに当接する。
転写ドラム方式の画像形成装置では、転写ドラムに静電吸着させた転写材に各色のトナー像を順次転写するため、厚紙にはプリントできないという転写材の制限があるのに対し、図4に示すような中間転写方式の画像形成装置では中間転写体1F上で各色のトナー像を重ね合わせるため、転写材の制限を受けないという特長がある。このような中間転写方式は図4に示す装置に限らず前述の図1、図2、図3および後述する図5(具体例を図6に記す。)に記す画像形成装置に適用することができる。
図5には本発明による画像形成装置の別の例を示す。この画像形成装置は、トナーとしてイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(Bk)の4色を用いるタイプとされ、色毎に画像形成部が配設されている。また、各色の感光体(11Y,11M,11C,11Bk)が設けられている。この画像形成装置に用いられる感光体11は、本発明の表面層を積層する電子写真感光体である。各感光体11Y,11M,11C,11Bkの周りには、帯電手段12、露光手段13、現像手段14、クリーニング手段17等が配設されている。また、直線上に配設された各感光体11Y,11M,11C,11Bkの各転写位置に接離する転写材担持体としての搬送転写ベルト1Gが駆動手段1Cにて掛け渡されている。この搬送転写ベルト1Gを挟んで各感光体1Y,1M,1C,1Bkに対向する転写位置には転写手段16が配設されている。
図5の形態のようなタンデム方式の画像形成装置は、色毎に感光体1Y,1M,1C,1Bkを持ち、各色のトナー像を搬送転写ベルト1Gに保持された印刷メディア18に順次転写するため、感光体を一つしか持たないフルカラー画像形成装置に比べ、はるかに高速のフルカラー画像の出力が可能となる。
(固体潤滑剤供給)
本発明では、図10に示すように潤滑剤3Aを感光体表面に供給するための潤滑剤供給手段として、潤滑剤塗布装置3Cを上記の画像形成装置の全てについて設けている。この潤滑剤塗布装置は、塗布部材としてのファーブラシ3B、固体潤滑剤3A、潤滑剤をファーブラシ方向に押圧するための加圧バネ3Eを有している。このときの固体潤滑剤3Aはバー状に成型された固体潤滑剤である。ファーブラシ3Bは感光体表面にブラシ先端が当接しており、軸を中心に回転することによって固体潤滑剤3Aを一端ブラシに汲み上げ、感光体表面との当接位置までブラシ上に担持搬送して感光体表面に塗布する。
また、経時で固体潤滑剤3Aがファーブラシ41に掻き削られて減少してもファーブラシ3Bに接触しなくならないように、加圧バネ3Eによって所定の圧力で固体潤滑剤3Aがファーブラシ3B側に押圧されている。これによって、微量の固体潤滑剤3Aでも常に均一にファーブラシ3Bに汲み上げられる。
また、感光体表面に付着した固体潤滑剤の定着性を高めるための固体潤滑剤定着手段を設けても良い。この手段はクリーニングブレードのような板をトレーリング方式またはカウンター方式で感光体に押し合てる手段がある。
固体潤滑剤3Aとしては、例えば、オレイン酸鉛、オレイン酸亜鉛、オレイン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸鉄、ステアリン酸銅、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸銅、リノレン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩類や、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロクロルエチレン、ジクロロジフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−オキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素系樹脂が挙げられるが、特に感光体の摩擦係数を低減する効果の大きいステアリン酸金属塩、さらにはステアリン酸亜鉛が一層好ましい。
また、本発明の電子写真感光体は、表面層を有しているが、特定の表面粗さを有しているので、感光体上に固形潤滑剤が感度良く塗布される。従って、本発明の電子写真感光体を用いた画像形成装置は、重合トナーを用いた場合においても、優れたクリーニング性が享受される。
以下、実施例によって本発明を説明する。
始めに、本発明に関わる試験と測定方法について述べる。
(1) 感光体表面形状の測定
表面粗さ・輪郭形状測定機(東京精密社、Surfcom 1400D)にて、電子写真感光体表面をピックアップ:E−DT−S02Aを取り付けて、測定長さ12mm、測定速度;0.06mm/sの条件で、サンプリング間隔0.39μmで測定し感光体断面曲線のテキストデータを収録した。ウェーブレット変換による多重解像度解析を行い、6つの周波数成分(順に、凹凸の1周期の長さが、0〜3、1〜6、2〜13、4〜25、10〜50、24〜99(単位は全てμm)の周波数成分である)に分離し、この最低周波数成分(凹凸の1周期の長さが24〜99μmの周波数成分)のデータ配列数を間引きし、一次元データ配列を作り、この一次元データ配列に対して更にウェーブレット変換を行って、6個の各周波数成分(順に、凹凸の1周期の長さが、26〜106、53〜183、106〜318、214〜551、431〜954、867〜1654(単位は全てμm)の周波数成分である)に分離する多重解像度解析を行った。1つの感光体につき4箇所測定した。都度、感光体断面曲線のテキストデータを収録し、ウェーブレット変換による多重解像度解析を行った。これから得られる表面粗さパラメーター4箇所分の平均値を各周波数成分のWRa(μm)とした。マザーウェーブレット関数をハール(Harr)として、最低周波数成分の間引きを1/40として多重解像度解析を行った。
(2) 固体潤滑剤受容性試験
感光体の固体潤滑剤受容性評価はカラープリンター(リコー社製IPSiO SP C811)を改造して行った。固体潤滑剤はステアリン酸亜鉛を用いた。カラー複写機の改造は感光体周りを図9の構成となるように一部のユニットを取り除いた。
試験条件を一定にする目的で、感光体ユニット−現像器複合ユニット(簡単のためPDユニットと称する。)に固体潤滑剤のステアリン酸亜鉛バー、ステアリン酸亜鉛の塗布ブラシ、およびステアリン酸亜鉛の塗布ブレード(未使用、純正品)を取り付けた。塗布ブラシはステアリン酸亜鉛の含浸具合を揃えるため、30分間、カラー複写機内にPDユニットを装着した状態でフリーランを行った。また、現像器ユニット内の現像剤は完全に除去した。
評価する感光体は予め、レーザー顕微鏡(キーエンス社製VK−8500)で表面を観察した。次に感光体をPDユニットに装着し、カラー複写機で15秒間のフリーランを行った。フリーラン後、感光体を回収し、レーザー顕微鏡で感光体表面を観察した。
得られた画像データから感光体上に残留するステアリン酸亜鉛を区別して、これを画像解析ソフトウエア(メディアサイバネティクス社イメージプロプラスVer3.0)のMeasure、Countコマンドでステアリン酸亜鉛のドメインサイズと面積占有率を算出した。測定結果をグラフに表した一例を図37に示す。ステアリン酸亜鉛の受容性の優劣は15秒間のフリーラン直後に観測した面積率の大小で判断した。
(3) 画像評価
画素密度が600dpi×600dpiで8×8のマトリクス中に4ドット×4ドットを描いたハーフトーンパターンと白紙パターンを交互に連続5枚ずつ印刷し、白紙パターンの地肌汚れを目視により、以下の基準で評価した。
5; 極めて優れている
4; 優れている
3; 問題なし
2; 僅かにくすんだ感触を受けるが実際の使用では問題ない
1; くすんだ感触を受ける。
(実施例1)
肉厚0.8mm、長さ340mm、外径φ40mmのアルミニウムドラムと肉厚0.8mm、長さ340mm、外径φ30mmのアルミニウムドラムのそれぞれに、下記組成の下引き層用塗料、電荷発生層用塗料、電荷輸送層用塗料を順次、塗布乾燥することにより、3.5μmの下引き層、0.2μmの電荷発生層、24μmの電荷輸送層を形成した。その上に下記組成の架橋型樹脂表面層塗料をスプレーで塗工し、10分間の指触乾燥を行った。続いて、このドラムとUV硬化ランプから120mm距離を置いて、ドラムを回転させながらUV硬化を施した。この位置でのUV硬化ランプ照度は550mW/cm2(紫外線積算光量計UIT−150、ウシオ社製による測定値)であった。また、ドラムの回転速度は25rpmとした。UV硬化を行う際、アルミニウムドラム内に30℃の水を循環させて連続4分間、UV硬化した。その後、130℃にて30分間加熱乾燥した。結果、6μmの架橋型樹脂表面層を設け電子写真感光体を得た。
〔下引き層用塗料〕
・アルキッド樹脂溶液 12重量部
(ベッコライト M6401−50,大日本インキ化学工業社製)
・メラミン樹脂溶液 8.0重量部
(スーパーベッカミン G−821−60,大日本インキ化学工業社製)
・酸化チタン(CR−EL 石原産業社製) 40重量部
・メチルエチルケトン 200重量部
〔電荷発生層用塗料〕
・下記構造のビスアゾ顔料(リコー社製) 5.0重量部
Figure 2010237657
・ポリビニルブチラール(XYHL、UCC社製) 1重量部
・シクロヘキサノン 200重量部
・メチルエチルケトン 80重量部
〔電荷輸送層用塗料〕
・Z型ポリカーボネート(パンライトTS−2050、帝人化成社製) 10重量部
・下記構造の低分子電荷輸送物質 7.0重量部
Figure 2010237657
・テトラヒドロフラン 100重量部
・1%シリコーンオイル(KF50−100CS、信越化学工業社製)テトラヒドロフ
ラン溶液 1重量部
〔架橋型樹脂表面層塗料〕
・下記構造の架橋型電荷輸送物質 6.0重量部
Figure 2010237657
・トリメチロールプロパントリアクリレート 3.0重量部
(KAYARAD TMPTA、日本化薬社製)
・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の50%THF
希釈液 6.0重量部
(KAYARAD DPCA−120、日本化薬社製)
・アクリル基含有ポリエステル変性ポリジメチルシロキサンとプロポキシ変性−2−
ネオペンチルグリコールジアクリレート混合物の5%THF希釈液
0.24重量部
(BYK−UV3570、ビックケミー社製)
・1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン 0.60重量部
(イルガキュア184、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)
・トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト 0.12重量部
・テトラヒドロフラン 68.92重量部
・架橋型シリコーンオイル物質 0.45重量部
(X−22−174DX、信越化学社製)
・非架橋型シリコーンオイル物質 0.15重量部
(KF−50−100CS 信越化学社製)
(実施例2)
実施例1の架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部とした以外は、実施例1と同様にして電子写真感光体を得た。
(実施例3)
実施例1の非架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.45重量部とした以外は、実施例1と同様にして電子写真感光体を得た。
(実施例4)
実施例1の架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部、非架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.45重量部とした以外は、実施例1と同様にして電子写真感光体を得た。
(実施例5)
実施例1の架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.15重量部、非架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部とした以外は、実施例1と同様にして電子写真感光体を得た。
(実施例6)
実施例1の架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.45重量部、非架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部とした以外は、実施例1と同様にして電子写真感光体を得た。
(実施例7)
実施例1の架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部、非架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部とした以外は、実施例1と同様にして電子写真感光体を得た。
(比較例1)
実施例1の架橋型樹脂表面層塗料を次のものに変更した以外は実施例1と同様にして電子写真感光体を得た。
〔架橋型樹脂表面層塗料〕
・下記構造の架橋型電荷輸送物質 6.0重量部
Figure 2010237657
・トリメチロールプロパントリアクリレート 3.0重量部
(KAYARAD TMPTA、日本化薬社製)
・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の50%THF
希釈液 6.0重量部
(KAYARAD DPCA−120、日本化薬社製)
・アクリル基含有ポリエステル変性ポリジメチルシロキサンとプロポキシ変性−2−
ネオペンチルグリコールジアクリレート混合物の5%THF希釈液
0.24重量部
(BYK−UV3570、ビックケミー社製)
・1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン 0.60重量部
(イルガキュア184、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)
・トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト 0.12重量部
・テトラヒドロフラン 68.9重量部
(比較例2)
実施例1の架橋型樹脂表面層塗料を次のものに変更した以外は実施例1と同様にして電子写真感光体を得た。
〔架橋型樹脂表面層塗料〕
・下記構造の架橋型電荷輸送物質 6.0重量部
Figure 2010237657
・トリメチロールプロパントリアクリレート 3.0重量部
(KAYARAD TMPTA、日本化薬社製)
・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の50%THF
希釈液 6.0重量部
(KAYARAD DPCA−120、日本化薬社製)
・アクリル基含有ポリエステル変性ポリジメチルシロキサンとプロポキシ変性−2−
ネオペンチルグリコールジアクリレート混合物の5%THF希釈液
0.24重量部
(BYK−UV3570、ビックケミー社製)
・1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン 0.60重量部
(イルガキュア184、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)
・トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト 0.12重量部
・フィラー(日本触媒社、エポスターS6、平均粒径0.3μm) 0.67重量部
・テトラヒドロフラン 68.9重量部
(比較例3)
比較例2の架橋型樹脂表面層塗料に含まれるフィラー含有量を1.4重量部に変更した以外は比較例2と同様にして電子写真感光体を得た。
(比較例4)
比較例2の架橋型樹脂表面層塗料に含まれるフィラー含有量を3.2重量部に変更した以外は比較例2と同様にして電子写真感光体を得た。
(比較例5)
実施例1における架橋型樹脂表面層塗料を以下のものに変更した以外は、実施例1と同様に電子写真感光体を作製した。
〔フィラー補強表面層用塗料〕
・Z型ポリカーボネート(パンライトTS−2050、帝人化成社製) 10重量部
・下記構造の低分子電荷輸送物質 7重量部
Figure 2010237657
・α−アルミナ 5.7重量部
(住友化学社、スミコランダム AA−03)
・分散剤(ビックケミー社、BYK−P104) 0.014重量部
・テトラヒドロフラン 280重量部
・シクロヘキサノン 80重量部
(比較例6)
実施例1における架橋型樹脂表面層塗料において、架橋型シリコーンオイル物質を添加なし、非架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部とした以外は、実施例1と同様にして電子写真感光体を得た。
(比較例7)
実施例1における架橋型樹脂表面層塗料において、架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部、非架橋型シリコーンオイル物質を添加なし、とした以外は実施例1と同様にして電子写真感光体を得た。
以上のように作製した実施例1〜実施例7および比較例1〜比較例7の直径φ40mmの感光体ドラムを実装用にした後、画像形成装置(IPSiO SP C811、リコー社製)のイエロー現像ステーションに搭載し、固体潤滑剤受容性試験を行った。電子写真感光体の線速は205mm/sだった。固体潤滑剤は純正部品に取り付けられているステアリン酸亜鉛とそれに付随するバネをそのまま使用した。
感光体ユニット−現像器複合ユニット(PDユニット)は純正品を使用した。帯電ローラの印加電圧はAC成分としてピーク間電圧1.5kV、周波数0.9kHzを選択した。また、DC成分は試験開始時の感光体の帯電電位が−700Vとなるようなバイアスを設定し、試験終了に至るまでこの帯電条件で試験を行った。尚、この装置において、除電手段は設けていない。
また、実施例1〜実施例7および比較例1〜比較例7の直径φ40mmの感光体ドラムを実装用にした後、画像形成装置(IPSiO SP C811、リコー社製)のブラック現像ステーションに搭載し、画素密度が600dpi×600dpiで8×8のマトリクス中に4ドット×4ドットを描いたハーフトーンパターンと白紙パターンを交互に連続5枚ずつ印刷する条件で通算5万枚、コピー用紙(My Paper A4、NBSリコー社品)にプリントアウトした。トナーと現像剤はIPSiO SP C811純正品を使用した。トナーは重合トナーである。
感光体ユニットは純正品を使用した。帯電ローラの印加電圧はAC成分としてピーク間電圧1.5kV、周波数0.9kHzを選択した。また、DC成分は試験開始時の感光体の帯電電位が−700Vとなるようなバイアスを設定し、試験終了に至るまでこの帯電条件で試験を行った。また、現像バイアスは−500Vとした。尚、この装置において、除電手段は設けていない。また、クリーニング手段は純正品を印刷枚数が5万枚毎に未使用品に変えて試験を行った。試験終了後、カラーテストチャートをPPC用紙TYPE−6200A3に複写印刷した。試験環境は25℃/55%RHであった。
実施例1〜実施例7および比較例1〜比較例7の電子写真感光体の各周波数成分におけるWRaを図23〜図29および図30〜図36に示す。WRa(LLH)、WRa(LMH)、WRa(LHH)、固体潤滑剤塗布性評価、および画像評価結果を表2に示す。
Figure 2010237657
実施例1から実施例7は式(i)〜(v)を満たしており、電子写真感光体の粗面化処理の施さない比較例1と比較して固体潤滑剤の付着性が向上している。電子写真感光体は粗面化処理を施せば、固体潤滑剤の付着性が単純に増大するものではなく、比較例3のように殆ど付着しないケースもある。本発明では、固体潤滑剤の付着性には適当な粗面形状が存在し、その条件として、塗布ブラシから掻き取られた固体潤滑剤の粉体が電子写真感光体上を横滑りさせない機能と塗布ブレードに適度な線圧変動をもたらす機能を電子写真感光体の粗面化によって発現させることを考案した。前者は高周波数成分の凹凸形状であり、後者は低周波数成分の凹凸形状を電子写真感光体に形成することである。
この考案に応じ、適当な凹凸形状が付与された感光体は固体潤滑剤の付着性に優れる結果を得た。架橋型樹脂保護層用塗料中への架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質の添加により固体潤滑剤の塗布性に有利な粗面形状が得られる。
(実施例8)
肉厚0.8mm、長さ340mm、外径φ40mmのアルミニウムドラムと肉厚0.8mm、長さ340mm、外径φ30mmのアルミニウムドラムのそれぞれに、下記組成の下引き層用塗料、電荷発生層用塗料、電荷輸送層用塗料を順次、塗布乾燥することにより、3.5μmの下引き層、0.2μmの電荷発生層、24μmの電荷輸送層を形成した。その上に下記組成の熱可塑性樹脂表面層塗料をスプレーで塗工し、10分間の指触乾燥を行った。続いて、このドラムとUV硬化ランプから120mm距離を置いて、ドラムを回転させながらUV硬化を施した。この位置でのUV硬化ランプ照度は550mW/cm2(紫外線積算光量計UIT−150、ウシオ社製による測定値)であった。また、ドラムの回転速度は25rpmとした。UV硬化を行う際、アルミニウムドラム内に30℃の水を循環させて連続1分間、UV硬化した。その後、130℃にて30分間加熱乾燥した。結果、6μmの熱可塑性樹脂表面層を設け電子写真感光体を得た。
〔下引き層用塗料〕
・アルキッド樹脂溶液 12重量部
(ベッコライト M6401−50,大日本インキ化学工業社製)
・メラミン樹脂溶液 8.0重量部
(スーパーベッカミン G−821−60,大日本インキ化学工業社製)
・酸化チタン(CR−EL 石原産業社製) 40重量部
・メチルエチルケトン 200重量部
〔電荷発生層用塗料〕
・下記構造のビスアゾ顔料(リコー社製) 5.0重量部
Figure 2010237657
・ポリビニルブチラール(XYHL、UCC社製) 1重量部
・シクロヘキサノン 200重量部
・メチルエチルケトン 80重量部
〔電荷輸送層用塗料〕
・Z型ポリカーボネート(パンライトTS−2050、帝人化成社製) 10重量部
・下記構造の低分子電荷輸送物質 7.0重量部
Figure 2010237657
・テトラヒドロフラン 100重量部
・1%シリコーンオイル(KF50−100CS、信越化学工業社製)テトラヒドロフ
ラン溶液 1重量部
〔熱可塑性樹脂表面層塗料〕
・Z型ポリカーボネート(パンライトTS−2050、帝人化成社製) 10重量部
・下記構造の低分子電荷輸送物質 10.0重量部
Figure 2010237657
・テトラヒドロフラン 300重量部
・シクロヘキサノン 100重量部
・架橋型シリコーンオイル物質 0.45重量部
(X−22−174DX、信越化学社製)
・非架橋型シリコーンオイル物質 0.15重量部
(KF−50−100CS 信越化学社製)
(実施例9)
実施例8の架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部とした以外は、実施例8と同様にして電子写真感光体を得た。
(実施例10)
実施例8の非架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.45重量部とした以外は、実施例8と同様にして電子写真感光体を得た。
(実施例11)
実施例8の架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部、非架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.45重量部とした以外は、実施例8と同様にして電子写真感光体を得た。
(実施例12)
実施例8の架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.15重量部、非架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部とした以外は、実施例8と同様にして電子写真感光体を得た。
(実施例13)
実施例8の架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.45重量部、非架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部とした以外は、実施例8と同様にして電子写真感光体を得た。
(実施例14)
実施例8の架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部、非架橋型シリコーンオイル物質の重量を0.75重量部とした以外は、実施例8と同様にして電子写真感光体を得た。
(比較例8)
実施例8の熱可塑性樹脂表面層塗料を次のものに変更した以外は実施例8と同様にして電子写真感光体を得た。
〔熱可塑性樹脂表面層塗料〕
・Z型ポリカーボネート(パンライトTS−2050、帝人化成社製) 10重量部
・下記構造の低分子電荷輸送物質 10.0重量部
Figure 2010237657
・テトラヒドロフラン 300重量部
・シクロヘキサノン 100重量部
(比較例9)
実施例8の熱可塑性樹脂表面層用塗工液を下記ものに変えた以外は実施例8と同様にして、電子写真感光体を作製した。
〔熱可塑性樹脂表面層塗料〕
・Z型ポリカーボネート(パンライトTS−2050、帝人化成社製) 10重量部
・下記構造の低分子電荷輸送物質 10.0重量部
Figure 2010237657
・テトラヒドロフラン 300重量部
・シクロヘキサノン 100重量部
・非架橋型シリコーンオイル物質 0.15重量部
(KF−50−100CS 信越化学社製)
(比較例10)
実施例8の熱可塑性樹脂表面層用塗工液を下記ものに変えた以外は実施例8と同様にして、電子写真感光体を作製した。
〔熱可塑性樹脂表面層塗料〕
・Z型ポリカーボネート(パンライトTS−2050、帝人化成社製) 10重量部
・下記構造の低分子電荷輸送物質 10.0重量部
Figure 2010237657
・テトラヒドロフラン 300重量部
・シクロヘキサノン 100重量部
・架橋型シリコーンオイル物質 0.45重量部
(X−22−174DX、信越化学社製)
以上のように作製した実施例8〜実施例14および比較例8〜比較例10の直径φ40mmの感光体ドラムを実装用にした後、画像形成装置(IPSiO SP C811、リコー社製)のイエロー現像ステーションに搭載し、実施例1と同様に固体潤滑剤受容性試験を行った。
また、実施例8〜実施例14および比較例8〜比較例10の直径φ40mmの感光体ドラムを実装用にした後、画像形成装置(IPSiO SP C811、リコー社製)のブラック現像ステーションに搭載し、実施例1と同様に画像評価を行った。
実施例8〜実施例14および比較例8〜比較例10の電子写真感光体の各周波数成分におけるWRaを図38〜図47に示す。WRa(LMH)、WRa(LHH)、固体潤滑剤塗布性評価、および画像評価結果を表3に示す。
Figure 2010237657
実施例8から実施例14は式(i)〜(v)を満たしており、電子写真感光体の粗面化処理の施さない比較例8と比較して固体潤滑剤の付着性が向上している。電子写真感光体は粗面化処理を施せば、固体潤滑剤の付着性が単純に増大するものではなく、比較例9、10のように殆ど付着しないケースもある。本発明では、固体潤滑剤の付着性には適当な粗面形状が存在し、その条件として、塗布ブラシから掻き取られた固体潤滑剤の粉体が電子写真感光体上を横滑りさせない機能と塗布ブレードに適度な線圧変動をもたらす機能を電子写真感光体の粗面化によって発現させることを考案した。前者は高周波数成分の凹凸形状であり、後者は低周波数成分の凹凸形状を電子写真感光体に形成することである。
この考案に応じ、適当な凹凸形状が付与された感光体は固体潤滑剤の付着性に優れる結果を得た。熱可塑性架橋型樹脂表面層の未硬化前に水を散布させることや熱可塑性架橋型樹脂保護層用塗料中への大量の水の添加が固体潤滑剤の塗布性に有利な粗面形状が得られる。
(図1〜6について)
11・・電子写真感光体
12・・帯電手段
13・・露光手段
14・・現像手段
15・・トナー
16・・転写手段
17・・クリーニング手段
18・・印刷メディア(印刷用紙、OHP用スライド)
19・・定着手段
1A・・除電手段
1B・・クリーニング前露光手段
1C・・駆動手段
1D・・第1の転写手段
1E・・第2の転写手段
1F・・中間転写体
(図7、図8について)
21・・導電性支持体
24・・下引き層
25・・電荷発生層
26・・電荷輸送層
28・・表面層
(図9〜図17について)
31・・感光体
35・・クリーニングブレード
37・・固体潤滑剤
38・・帯電ローラ
39・・塗布ブレード
3A・・固体潤滑剤
3B・・塗布ブラシ
3C・・潤滑剤供給手段
3D・・塗布ブレードのエッジ部分
3E・・加圧バネ
(図18について)
41・・測定対象である電子写真感光体
42・・表面粗さを測定するプローブを取り付けた治具
43・・上記治具を測定対象に沿って移動させる機構
44・・表面粗さ計
45・・信号解析を行うパーソナルコンピューター
(図19について)
101・・1回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分
102・・1回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より1つ低い周波数成分
103・・1回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より2つ低い周波数成分
104・・1回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より3つ低い周波数成分
105・・1回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より4つ低い周波数成分
106・・1回目の多重解像度解析結果の最低周波数成分
107・・2回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分
108・・2回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より1つ低い周波数成分
109・・2回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より2つ低い周波数成分
110・・2回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より3つ低い周波数成分
111・・2回目の多重解像度解析結果の最高周波数成分より4つ低い周波数成分
112・・2回目の多重解像度解析結果の最低周波数成分
(図20について)
121・・1回目の多重解像度解析における最高周波数成分の帯域
122・・1回目の多重解像度解析における最高周波数成分より1つ低い周波数成分の帯域
123・・1回目の多重解像度解析における最高周波数成分より2つ低い周波数成分の帯域
124・・1回目の多重解像度解析における最高周波数成分より3つ低い周波数成分の帯域
125・・1回目の多重解像度解析における最高周波数成分より4つ低い周波数成分の帯域
126・・1回目の多重解像度解析における最低周波数成分の帯域
(図22について)
127・・2回目の多重解像度解析における最高周波数成分の帯域
128・・2回目の多重解像度解析における最高周波数成分より1つ低い周波数成分の帯域
129・・2回目の多重解像度解析における最高周波数成分より2つ低い周波数成分の帯域
130・・2回目の多重解像度解析における最高周波数成分より3つ低い周波数成分の帯域
131・・2回目の多重解像度解析における最高周波数成分より4つ低い周波数成分の帯域
132・・2回目の多重解像度解析における最低周波数成分の帯域
特開2000−66424号公報 特開2000−171990号公報 特開2007−79244号公報 特開平07−104497号公報 特開2002−196645号公報 特開2006−163302号公報 特開平2007−86319号公報 特許3040540号公報 特許3938209号公報 特許3938210号公報 特開2005−345788号公報 特開2004−258588号公報 特開2004−54001号公報 特開2003−270840号公報 特開2003−241408号公報 特開2003−131537号公報 特開2002−296994号公報 特開2002−258705号公報 特開2002−82468号公報 特開2001−265014号公報 特開2001−289630号公報 特開2002−251029号公報 特開2002−296822号公報 特開2002−296823号公報 特開2002−296824号公報 特開2002−341572号公報 特開2006−53576号公報 特開2006−53577号公報 特開2006−79102号公報 特開2004−117454号公報 特開2004−61359号公報 特開2007−292772号公報 特開2008−70540号公報 特開2005−99688号公報 特開平08−248663号公報 特開2004−138643号公報
百武信男,丸山彰久,重崎聡,奥山裕江,Japan Hardcopy Fall Meeting,24−27,2001

Claims (16)

  1. 導電性支持体上に感光層と表面層をする電子写真感光体において、少なくとも電子写真感光体表面の凹凸形状を表面粗さ・輪郭形状測定機により測定して得た一次元データ配列を、ウェーブレット変換して高周波数成分から低周波数成分に至る6個の周波数成分(凹凸の1周期の長さが、0〜3、1〜6、2〜13、4〜25、10〜50、24〜99(単位は全てμm)の周波数成分)に分離する多重解像度解析を行い、更にここで得た最低周波数成分(凹凸の1周期の長さが24〜99μmの周波数成分)の一次元データ配列に対してデータ配列数が1/40に減少するように間引きした一次元データ配列を作り、この一次元データ配列に対して更にウェーブレット変換を行って、高周波数成分から低周波数成分に至る6個の周波数成分に分離する多重解像度解析を行うことで得られる6個の各周波数成分の個々の中心線平均粗さWRaが下記式(i)〜(v)を満足することを特徴とする電子写真感光体。
    0.005(μm)<WRa(LMH)<0.03(μm) (i)
    0.010(μm)<WRa(LHH)<0.03(μm) (ii)
    0.005(μm)<WRa(LML)<0.20(μm) (iii)
    WRa(LLH)>WRa(LMH) (iv)
    WRa(LLH)>WRa(LHH) (v)
    (ここで、6個の周波数成分はLHH、LHL、LMH、LML、LLH、LLLであり、2回目の多重解像度解析を行って得られる周波数成分で、順に、凹凸の1周期の長さが、26〜106、53〜183、106〜318、214〜551、431〜954、867〜1654(単位は全てμm)の周波数成分である。)
  2. 前記表面層が架橋型樹脂表面層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. 前記架橋型樹脂表面層が少なくとも架橋型電荷輸送物質の架橋体を含有し、該架橋型電荷輸送物質の構造単位がトリアリールアミン構造であることを特徴とする請求項2に記載の電子写真感光体。
  4. 前記架橋型樹脂表面層に少なくとも下記一般式1の架橋型電荷輸送物質の架橋体が5重量%以上60重量%未満の割合で含有されることを特徴とする請求項2又は3に記載の電子写真感光体。
    Figure 2010237657
    (式中、d、e、fはそれぞれ0または1の整数、R13は水素原子、メチル基を表し、R14、R15は水素原子以外の置換基で炭素数1〜6のアルキル基を表し、複数の場合は異なってもよい。g、hは0〜3の整数を表す。Zは単結合、メチレン基、エチレン基、
    Figure 2010237657
    を表す。)
  5. 前記架橋型樹脂表面層に少なくともトリメチロールプロパントリアクリレートの架橋体が10重量%以上50重量%未満の割合で含有されることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の電子写真感光体。
  6. 前記架橋型樹脂表面層が、少なくとも架橋型電荷輸送物質、トリメチロールプロパントリアクリレート、架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーンを含有する架橋型樹脂表面層用塗料を感光層上にコーティングし、硬化することにより成膜されることを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の電子写真感光体。
  7. 前記架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質が、塗料の固形分の重量に対し、それぞれ1重量%〜5重量%含有される架橋型樹脂膜用塗料によって電子写真感光体の架橋型樹脂表面層が成膜されることを特徴とする請求項6に記載の電子写真感光体。
  8. 前記表面層が熱可塑性樹脂表面層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。
  9. 前記熱可塑性樹脂表面層が、少なくとも電荷輸送物質、熱可塑性樹脂、架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質を含有する熱可塑性樹脂表面層用塗料を感光層上にコーティングし、硬化することにより成膜されることを特徴とする請求項8に記載の電子写真感光体。
  10. 前記架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質が、塗料の固形分の重量に対し、それぞれ1重量%〜5重量%含有される熱可塑性樹脂表面層用塗料によって電子写真感光体の熱可塑性樹脂表面層が成膜されることを特徴とする請求項9に記載の電子写真感光体。
  11. 請求項2〜7のいずれかに記載の電子写真感光体の製造方法であって、少なくとも架橋型電荷輸送物質、架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーンを含有する架橋型樹脂表面層用塗料を感光層上にコーティングし、硬化し、架橋型樹脂表面層を成膜することを特徴とする電子写真感光体の製造方法。
  12. 請求項8〜10のいずれかに記載の電子写真感光体の製造方法であって、少なくとも電荷輸送物質、熱可塑性樹脂、架橋型シリコーン物質及び非架橋型シリコーン物質を含有する熱可塑性樹脂表面層用塗料を感光層上にコーティングし、硬化し、熱可塑性樹脂表面層を成膜することを特徴とする電写真感光体の製造方法。
  13. 少なくとも請求項1〜10のいずれかに記載の電子写真感光体と固体潤滑剤をブラシ状ローラで掻きとり電子写真感光体に塗布する手段および固体潤滑剤を感光体表面に広げる塗布ブレードとを有することを特徴とする画像形成装置。
  14. 少なくとも重合トナーを用いて現像することを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置。
  15. 少なくとも2色以上の現像ステーションを有し、且つ、タンデム方式であって更に重合トナーを用いて現像することを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置。
  16. 少なくとも請求項1〜10のいずれかに記載の電子写真感光体と固体潤滑剤をブラシ状ローラで掻きとり電子写真感光体に塗布する手段および固体潤滑剤を感光体表面に広げる塗布ブレードとを有することを特徴とする画像形成用プロセスカートリッジ。
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