JP2014134670A - 電子写真感光体、画像形成装置、プロセスカートリッジ及び画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電性支持体上に少なくとも感光層及び表面保護層を有する電子写真感光体において、前記表面保護層の十点平均表面粗さ(Rz値)は、0.8μm以上1.5μm以下であり、前記表面保護層はウレタン樹脂及び炭素を主成分とする炭素微粒子(含有量20重量%以上50重量%以下)を含有し、前記ウレタン樹脂は、イソシアネートと、下記構造式(I)の脂肪族系骨格を有するポリオールと、を含有する組成物を架橋した重合体とする。
[ただし、Rは、水素原子、炭素数1から5のアルキル基であり、nは、1〜5の整数である。]
【選択図】なし
Description
一般に「電子写真方法」とは、光導電性の感光体をまず暗所で例えばコロナ放電によって帯電させ、次いで像露光し、露光部のみの電荷を選択的に散逸せしめて静電潜像を得、この潜像部を染料、顔料などの着色剤と高分子物質などの結合剤とから構成される検電微粒子(トナー)で現像し可視化して画像を形成するようにした画像形成法の一つである。
このような電子写真方法において感光体に要求される基本的な特性としては(1)暗所で適当な電位に帯電できること、(2)暗所において電荷の散逸が少ないこと、(3)光照射によって速やかに電荷を散逸できること、などが挙げられる。
近年、電子写真プロセスの高速化、小型化が進むなか、感光体に対して上記特性以外に長期繰り返し使用に際しても高画質を保つことのできる信頼性及び高耐久化が強く要求される様になっている。
感光体を高耐久化する手段としては、感光体表面に保護層を設ける方法が知られている。感光体の高耐久化手段として、保護層表面に潤滑性を付与する方法がある。特許文献1、2、3等には、表面層にフッ素変性シリコーンオイルを含有させることにより表面性を改善し、感光体表面の耐摩耗性を向上させる提案が記載されている。
ウレタン系架橋樹脂の耐摩耗性を向上させる手段としては、樹脂中のウレタン架橋密度を高くする方法が提案されている。特許文献9等に記載のウレタン系架橋樹脂では、イソシアネートの官能基数を3以上のものを用いるとしており、イソシアネートの官能基数が多くなることにより、架橋密度が高くなり、耐摩耗性は向上する。
またイソシアネートと架橋するポリオールの官能基数を多くしたり、構造を小さくすることが考えられる。
また別の高耐久化手段として、感光体にフィラーを添加する技術、感光層表面にフィラーを分散させた表面保護層を設ける技術が、特許文献11〜15などに提案されている。
これらのフィラーを含有した表面保護層の耐摩耗性は向上する。
しかし、近年の画像形成装置の小型化、さらなる高耐久化が望まれている。画像形成装置の小型化を図るために、電子写真プロセスの改良が多く成されているが、帯電プロセスにおいては、近接放電による帯電方式が多く採用される傾向がある。これは、電子写真感光体表面に帯電部材を接触させたり、非接触で近傍に帯電部材を配置させたりすることで近接放電を発生させ、電子写真感光体表面の帯電を行う方式である。本方式を用いれば、大がかりな帯電装置を必要としないために、装置の小型化には非常に有効である。また最近の近接帯電方式は、電子写真感光体上の帯電の均一性をはかるために、直流電圧に交流電圧を重畳して印可する方式を採用していることが多くなっている。
以下に近接放電による電子写真感光体表面の劣化メカニズムについて、本発明者らが検討した結果の概要を説明する。図1は、近接放電による電子写真感光体表面の劣化状態を調べるために、電子写真感光体表面に帯電部材のみを非接触状態で近接配置し、連続約150時間の帯電実験を行ったときの、電子写真感光体表面の膜厚の変化を測定した結果である。
従って、現状の耐摩耗性向上技術では、充分な耐久性を有しているとは言えない。
また最近画像形成装置の高画質化のために、トナーの小粒径化及び球形化が進んでいる。そのため、感光体表面でのトナーのクリーニング性が重要となっている。クリーニング性を挙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、このことも感光体の摩耗を促進する要因となっている。この様な感光体の摩耗は、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。
特許文献16では、表面層にはフッ素樹脂微粒子が添加され、該表面層は、フッ素微粒子の潤滑効果により、クリーニング性向上が期待できることが記載されている。
しかし、ここで用いられている樹脂では、耐摩耗性向上が期待出来ない。またフッ素樹脂微粒子の種類や添加量により、膜の機械的強度は変化し、表面層の耐傷性などの低下が問題となる。
しかし、ここで用いられている樹脂では、シリコーンオイルが徐々にブリードアウトし、長期的な効果が期待出来ない。またシリコーンオイルの種類や添加量により、膜の機械的強度は変化し、表面層の耐傷性などの低下が問題となる。
しかし本構成の表面層のクリーニング性は、初期的なものであり、長期的に使用した場合、表面は、摩耗及び傷が発生し、クリーニング性を維持することは不可能である。
本発明者らが鋭意検討した結果、表面保護層は少なくともウレタン樹脂を含有し、特定構造の脂肪族系骨格を有するポリオールを架橋した重合体とすることにより架橋密度が上がり、高弾性・高硬度の膜となり、耐摩耗性が向上する。表面保護層は、ウレタン樹脂中に炭素を主成分とする炭素微粒子を含有し、且つ該炭素を主成分とする炭素微粒子の含有量が20重量%以上50重量%以下とする。それにより、さらに高硬度となり、直流電圧に交流電圧を重畳した近接放電による帯電方式に対しての耐性が非常に大きくなる。同時に炭素を主成分とする炭素微粒子添加により、表面形状も制御できる。この表面形状制御により、十点平均表面粗さ(Rz値)が0.8μm以上1.5μm以下とすることができる。それにより、クリーニング性が向上し、クリーニング不良により発生する感光体へのトナーやトナーに添加されている添加剤の付着や帯電ローラの汚染などが抑制され、長期的に安定した感光体を提供できる。
図3は、本発明の電子写真感光体の構成例を示す図であり、導電性支持体上に、電荷発生材料と電荷輸送材料を主成分とする単層感光層が設けられ、更に感光層上に表面保護層が設けられてなる。
電荷輸送物質としては、例えばクロルアニル、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、ベンゾキノン誘導体等の電子受容性物質が挙げられる。
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など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、結着樹脂に対して0〜30重量%程度が適当である。
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など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に対して、0〜1重量%が適当である。
また、フィラーの平均一次粒径は、炭素を主成分とする炭素微粒子を含有した状態で、0.01〜0.6μmであることが表面保護層の光透過率や耐摩耗性の点から好ましい。フィラーの平均一次粒径が0.01μm以下の場合は、分散性の低下等を引き起こし、塗工液中でフィラー凝集が起こりやすい。また粒径0.6μm以上の場合には、実機中でのブレード摩耗が大きいことがシステムに対する影響が大きくなる。
塗工法としては、浸漬塗工法、スプレーコート、ビートコート、ノズルコート、スピナーコート、リングコート等の方法を用いることができる。
このうち一般的な表面保護層の製膜方法としては、微小開口部を有するノズルより塗料を吐出し、霧化することにより生成した微小液滴を感光層上に付着させて塗膜を形成するスプレー塗工方法が用いられる。
本発明の感光体の表面形状は、塗工液条件(溶媒種、固形分濃度等)、スプレー塗工条件(吐出量、吐出圧、ガン送り速度、塗工回数等)、塗工環境(温度、排気エアー量等)などにより制御が可能である。
表面保護層塗工液の溶媒としては、単独もしくは混合して用いられる。揮発性の高い溶媒を用いた場合は、感光層表層に付着した場合の固形分濃度が大きくなり、レベリングしにくくなり、表面形状が荒れる。また揮発性の低い溶媒を用いた場合は、感光体表面がレベリングしやすくなり、表面形状が平滑となる。
表面保護層塗工液の固形分濃度によっても、表面形状制御が可能となる。固形分濃度が小さい場合、感光層表面に付着した塗工液がレベリングしやすく、表面形状が平滑となる。固形分濃度が大きい場合、レベリングしにくく、表面形状が荒れる。
同様にスプレー塗工条件でも表面形状制御が可能となる。感光体に塗工液が付着した段階でのレベリングしやすいものは、平滑になりやすく、またレベリングしにくい場合は、表面が荒れやすい。これらの状態は、スプレー条件である吐出量、吐出圧、ガン送り速度を変化させることにより、制御が可能となる。
次に、図面を用いて本発明の電子写真方法及び画像形成装置を詳しく説明する。図6は、本発明の電子写真プロセス、及び画像形成装置を説明するための概略図であり、下記のような例も本発明の範疇に属するものである。
画像形成装置の動作は基本的に以下のようになる。帯電部材11により、感光体10表面に対してほぼ均一に帯電が施される。続いて、画像露光部材12により、入力信号に対応した画像光書き込みが行われ、静電潜像が形成される。次に、現像部材13により、この静電潜像に現像が行われ、感光体表面にトナー像が形成される。形成されたトナー像は、搬送ローラ14により転写部位に送られた転写紙15に、転写部材により、トナー像が転写される。このトナー像は、図示しない定着装置により転写紙上に定着される。転写紙に転写されなかった一部のトナーは、クリーニング部材17によりクリーニングされる。ついで、感光体上に残存する電荷は、除電部材18により除電が行われ、次のサイクルに移行する。
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。
光源等は、光照射を併用した転写工程、除電工程、クリーニング工程、あるいは前露光などの工程を設けることにより、感光体10に光が照射される。但し、除電工程における感光体10への露光は、感光体10に与える疲労の影響が大きく、特に帯電低下や残留電位の上昇を引き起こす場合がある。
図7において、感光体10C(シアン),10M(マゼンタ),10Y(イエロー),10K(ブラック)は、ドラム状の感光体10である。これらの感光体10C,10M,10Y,10Kは、図中の矢印方向に回転し、その周りに少なくとも回転順に帯電部材11C,11M,11Y,11K、現像部材13C,13M,13Y,13K、クリーニング部材17C,17M,17Y,17Kが配置されている。
そして、このような感光体10C,10M,10Y,10Kを中心とした4つの画像形成要素20C,20M,20Y,20Kが、転写材搬送手段である中間転写ベルト25に沿って並置されている。
転写ベルト19は、各画像形成ユニット20C,20M,20Y,20Kの現像部材13C,13M,13Y,13Kと、クリーニング部材17C,17M,17Y,17Kとの間で感光体10C,10M,10Y,10Kに当接しており、転写ベルト19の感光体10側の裏側に当たる面(裏面)には転写バイアスを印加するための転写部材16C,16M,16Y,16Kが配置されている。各画像形成要素20C,20M,20Y,20Kは現像装置内部のトナーの色が異なることであり、その他は全て同様の構成となっている。
なお、図7の例では画像形成要素は転写紙搬送方向上流側から下流側に向けて、C(シアン),M(マゼンタ),Y(イエロー),K(ブラック)の色の順で並んでいるが、この順番に限るものでは無く、色順は任意に設定されるものである。また、黒色のみの原稿を作成する際には、黒色以外の画像形成要素20C,20M,20Yが停止するような機構を設けることは本発明に特に有効に利用できる。
上記のタンデム方式による画像形成装置は、複数のトナー像を一度に転写できるため高速フルカラー印刷が実現される。
しかし、感光体が少なくとも4本を必要とすることから、装置の大型化が避けられず、また使用されるトナー量によっては、各々の感光体の摩耗量に差が生じ、それによって色の再現性が低下したり、異常画像が発生したりするなど多くの課題を有していた。
それに対し、本発明による感光体は、高光感度ならびに高安定化が実現されたことにより小径感光体でも適用可能である。かつ残留電位上昇や感度劣化等の影響が低減されたことから、4本の感光体の使用量が異なっていても、残留電位や感度の繰り返し使用経時における差が小さく、長期繰り返し使用しても色再現性に優れたフルカラー画像を得ることが可能となる。
以上に示すような画像形成手段は、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でそれら装置内に組み込まれてもよい。
すなわち本発明によれば、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段、除電手段のいずれか一つと本発明の電子写真感光体とを一体化して、画像形成装置に対して一体に脱着可能としたプロセスカートリッジが提供される。
前記プロセスカートリッジの一例としては、図8に示すように、感光体10を内蔵し、他に帯電部材11、画像露光部材12、現像部材13、転写部材16、クリーニング部材17、及び除電部材を含むものが挙げられる。
Al製支持体(外径30mmΦ)に、乾燥後の膜厚が3.5μm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(下記混合比の割合で混合する)
アルキッド樹脂(ベッコゾール1307−60−EL:大日本インキ化学工業)
メラミン樹脂(スーパーベッカミンG−821−60:大日本インキ化学工業)
酸化チタン(CR−EL:石原産業)
メチルエチルケトン
<混合比(重量)>
アルキッド樹脂/メラミン樹脂/酸化チタン/メチルエチルケトン=3/2/20/100
・電荷発生層用塗工液(下記混合比の割合で混合する)
下記構造のビスアゾ顔料
2−ブタノン
シクロヘキサノン
<混合比(重量)>
ビスアゾ顔料/ポリビニルブチラール/2−ブタノン/シクロヘキサノン=5/1/100/200
・電荷輸送層用塗工液(下記混合比の割合で混合する)
ビスフェーノルZ型ポリカーボネート
下記構造の低分子電荷輸送物質
<混合比(重量)>
ポリカーボネート/電荷輸送物質/テトラヒドロフラン=1/1/10
・表面保護層用塗工液(下記混合条件に従い混合する)
炭素微粒子(カーボンブラックHCF#2600、三菱化学)
イソシアネート(タケネートD140N <IPDIアダクト>:三井武田ケミカル社製)
ポリオール(下記構造のポリオール:分子量176.25)
セロソルブアセテート
メチルイソブチルケトン
<混合条件>
炭素を主成分とする炭素微粒子添加量 20重量%(全固形分に対して)
NCO/OH=1.0
固形分濃度 10重量%
溶剤混合比 アセトン/セロソルブアセテート/メチルイソブチルケトン=6/2/1
表面保護層中の炭素を主成分とする炭素微粒子添加量を25重量%とすること以外はすべて実施例1と同じにして作成した。
表面保護層中の炭素を主成分とする炭素微粒子添加量を30重量%とすること以外はすべて実施例1と同じにして作成した。
表面保護層中の炭素を主成分とする炭素微粒子添加量を40重量%とすること以外はすべて実施例1と同じにして作成した。
表面保護層中の炭素を主成分とする炭素微粒子添加量を50重量%とすること以外はすべて実施例1と同じにして作成した。
表面保護層中のポリオールとして、下記構造のものを用いること以外は全て実施例1と同じにして作製した。
表面保護層中のイソシアネートとして、下記イソシアネートを用いること以外は全て実施例1と同じにして作製した。
スミジュールHT<HDIアダクト> : 住化バイエルン社製
表面保護層中の材料として、下記構造のものを用いること以外は全て実施例1と同様にして作製した。なお、下記混合条件に従って混合した。
炭素微粒子(ナノダイヤモンド、北京国瑞昇科技有限公司)
イソシアネート(スミジュールHT<HDIアダクト> : 住化バイエルン社製)
ポリオール(下記構造のポリオール:分子量134.17)
炭素を主成分とする炭素微粒子添加量 30重量%(全固形分に対して)
電荷輸送材料添加量 25重量%(全固形分に対して)
NCO/OH=1.0
表面保護層中の電荷輸送機能材料として、下記構造の材料を使用する以外はすべて実施例8と同じにして作成した。
表面保護層中の電荷輸送機能材料として、下記構造の材料を使用する以外はすべて実施例8と同じにして作成した。
表面保護層中のポリオールとして、下記構造のものを用いること以外は全て実施例1と同じにして作製した。
表面保護層中のポリオールとして、下記ポリオールを用いること以外は、全て実施例1と同じにして作製した。
ポリオール LZR170 : 藤倉化成社製
(スチレン−メチルメタアクリレート−ヒドロキシエチルメタアクリレート)
官能基数 約70(重量平均分子量及び樹脂固形分中のOH含有率より求めた)
分子量 31000(重量平均分子量)
樹脂固形分中のOH含有率3.92重量%
表面保護層中の炭素を主成分とする炭素微粒子添加量を15重量%とすること以外はすべて実施例1と同じにして作成した。
表面保護層中の炭素を主成分とする炭素微粒子添加量を55重量%とすること以外はすべて実施例1と同じにして作成した。
表面保護層中の塗工液の溶剤混合比を下記の通りにすること以外はすべて実施例1と同様にして作成した。
溶剤混合比 アセトン/セロソルブアセテート/メチルイソブチルケトン=3/4/1
表面保護層中の塗工液の溶剤混合比を下記の通りにすること以外はすべて実施例1と同様にして作成した。
溶剤混合比 アセトン/セロソルブアセテート/メチルイソブチルケトン=10/1/1
表面保護層を設けず、電荷輸送層膜厚25μmとすること以外はすべて実施例1と同様にして作成した。
使用用紙 : NBSリコー製 My Paper A4
使用ステーション : ブラック
出力画像 : 画像面積率20%
その際の感光体評価項目を以下に示す。
十点平均表面粗さ結果(初期)、摩耗特性、画像特性、露光部電位の推移を評価した。
十点平均表面粗さは、感光体初期において、感光体表面の任意の点5点を表面粗さ計(東京精密製サーフコム1500DX)を用いて測定した。結果を表1に示す。
測定方法としては、感光体上の20点の膜厚をFisherscope渦電流式膜厚計MMSで測定し、初期からの膜厚減少量を求めた。結果を表2に示す。
感光体露光部電位測定は、Trek社製表面電位計Model344を用いて、実機内露光部(露光エネルギー:0.5μJ/cm2)での電位を測定した。結果を表3に示す。
日本画像学会発行テストチャートNO.3、1ドット画像(600dpi)により画像出力を行い、目視及び光学顕微鏡で測定した。目視にて測定した結果を表4に、光学顕微鏡で測定した結果を表5に示す。
1a 電荷輸送層
2 表面保護層
2a 帯電ローラ
3 感光層
4 導電性基体
5 電荷輸送層
6 電荷発生層
7 下引き層
10、10C、10M、10Y、10K 感光体
11、11C、11M、11Y、11K 帯電部材
12 画像露光部材
12、12C、12M、12Y、12K レーザー光
13、13C、13M、13Y、13K 現像部材
14 搬送ローラ
15 転写紙
16 転写部材
17 クリーニング部材
18 除電部材
19 転写ベルト
20C、20M、20Y、20K 画像形成要素
21 給紙コロ
22 レジストローラ
23 転写部材
24 定着部材
Claims (7)
- 前記ウレタン樹脂を架橋形成するポリオールの分子量が、100以上150以下であることを特徴とする請求項1に記載の電子写真感光体。
- 前記表面保護層が、電荷輸送材料を含有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子写真感光体。
- 前記表面保護層を形成する前記ウレタン樹脂が、電荷輸送構造単位を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電子写真感光体。
- 電子写真感光体の帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、及びクリーニング手段を有する画像形成装置であって、
前記電子写真感光体が請求項1乃至4のいずれかに記載の電子写真感光体であることを特徴とする画像形成装置。 - 少なくとも帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段、除電手段のいずれか一つと電子写真感光体とを一体化して、画像形成装置に対して一体に脱着可能としたプロセスカートリッジであって、
前記電子写真感光体が請求項1乃至4のいずれかに記載の電子写真感光体であることを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 電子写真感光体の表面を帯電手段で帯電し、帯電された電子写真感光体を画像露光手段で露光して電子写真感光体の表面に静電潜像を形成し、潜像が形成された電子写真感光体を現像手段で電子写真感光体の表面にトナー像を形成し、形成されたトナー像を転写手段で転写媒体へ転写する画像形成方法であって、
前記電子写真感光体として、請求項1乃至4のいずれか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方法。
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