JP2020140022A - 画像形成装置 - Google Patents

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敬広 倉内
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彰子 木原
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Abstract

【課題】スジ状の帯電ムラ画像の発生を抑制し、長期にわたって高品質の画像を形成し得る画像形成装置を提供することを課題とする。【解決手段】電子写真感光体、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、定着手段およびクリーニング手段を少なくとも備え、前記電子写真感光体が、基体上に、電荷発生物質を含有する電荷発生層と電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とがこの順で積層された積層型感光層、または電荷発生物質および電荷輸送物質を含有する単層型感光層を少なくとも備え、前記電荷発生物質が、0.17〜0.30μmの平均粒径(D50)および40〜60%のCV値を有し、前記帯電手段が、5.0〜13μmの表面粗さを有する帯電部材を備えることを特徴とする画像形成装置により、上記の課題を解決する。【選択図】図1

Description

本発明は、回動する電子写真感光体(以下「感光体」ともいう)に接触させながらその表面を帯電させる帯電装置(帯電手段)を備えた電子写真方式の画像形成装置に関する。
電子写真技術を用いて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などに多用されている。
電子写真方式の画像形成装置の帯電手段には、ワイヤーとケースを用いたコロトロン帯電器、ワイヤーとケースさらにグリッド電極(以下「グリッド」ともいう)を用いたスコロトロン帯電器が多用されている。特に、スコロトロン帯電器は、ワイヤーと感光体表面との間に配置されたグリッドにより、感光体の表面電位を安定して制御できるという利点があり、帯電器として幅広く用いられている。
しかしながら、これらの帯電器には、5〜8kVの高電圧を印加する必要があり、オゾン発生量が多いという欠点がある。
そこで、このような欠点を解消すべく、帯電部材を感光体に接触または近接させる帯電器として、例えば、接触ローラ帯電器、非接触ローラ帯電器、ブラシ帯電器、磁気ブラシ帯電器などの帯電器が開発されてきた。
これらの帯電器は、一部の注入帯電方式のものを除いて、微小空隙放電による帯電方式を利用しており、従来のスコロトロン帯電器と比較して消費電力を低減でき、その欠点であった高圧電源やオゾン発生の問題を解決可能な帯電器として現在の主流の帯電器となってきている。
しかしながら、これらの帯電器は、従来のスコロトロン帯電器と比較して省電源コストといった利点を有するが、同時に感光体表面の帯電の均一化が課題としてある。具体的には、感光体と接触型帯電装置を用いた画像形成装置において、出力画像上に出力方向に対して直角方向に短くスジ状の帯電ムラを生じることがある。このような帯電ムラに起因する画像ムラは、帯電ローラに直流電圧のみを印加するDC帯電で感光体を帯電させる場合に特に生じ易い。
そこで、この画像ムラの発生を抑制するため、感光体の所望の表面電位に相当する直流電圧に帯電開始電圧の2倍以上のピーク間電圧を有する交流電圧成分を重畳した電圧(脈流電圧)を接触帯電部材に印加する交流帯電方式を用いた接触帯電方法が提案されている(例えば、特開昭63−149668号公報:特許文献1参照)。
しかしながら、このような交流電圧を重畳するタイプの帯電器では、交流電流を多量に消費することになり、感光体の膜減りが多く、感光体リークを起こし易い。また、高圧の交流電圧を重畳させるため、直流電源とは別に交流電源が必要となり、装置自体のコストアップを招くなどの多くの問題がある。
また、帯電ローラの表面層に樹脂粒子を含有させ、帯電ローラの表面に凹凸を形成させることでスジ状の帯電ムラを抑制する方法が提案されている(特開2003−316112号公報:特許文献2参照)。これは、帯電ローラの表面の凹凸の存在により、被帯電体である感光体とのニップ部において微小な空隙が形成され、点状放電が起きてスジ状の帯電ムラが抑制されるものと考えられる。
ほかには、帯電ローラの表面粗さを大きくし、かつ帯電ローラ表面の部分抵抗を規定することで、スジ状の帯電ムラを抑制する方法が提案されている(特開2014−157308:特許文献3参照)。
他方、電子写真プロセスに用いられる感光体は、導電性材料からなる基体(「導電性基体」、「導電性支持体」ともいう)上に、光導電性材料を含有する感光層が積層されて構成されている。
光導電性材料には、無機系光導電性材料および有機系光導電性材料(有機光導電体:Organic Photoconductor:OPC)があり、近年の研究開発により、感度および耐久性が向上した、有機系光導電性材料を主成分とする感光層を備えた感光体(「有機系感光体」ともいう)が感光体の主流を占めている。
有機系感光体としては、基体上に、電荷発生物質および電荷輸送物質(「電荷移動物質」ともいう)をバインダ樹脂(「結着樹脂」、「結着剤樹脂」ともいう)に分散させた単層型感光層を備える構成、および電荷発生物質を蒸着またはバインダ樹脂に分散させた電荷発生層上に、電荷輸送物質をバインダ樹脂に分散させた電荷輸送層を積層した負帯電型の積層型感光層を備える構成が提案されている。これらの内、後者の機能分離型の感光体は、電子写真特性および耐久性に優れ、材料選択の自由度が高く、感光体特性を様々に設計できることから近年になって広く実用化されている。
また、画像品質を向上させるために、基体と感光層との間に下引き層を設けることも提案されている。
ここで、スジ状の帯電ムラを抑制する方法として、感光体の下引き層の体積抵抗やインピーダンスを最適化することが提案されている(特開2012−63447号公報:特許文献4および特開2015−43059号公報:特許文献5参照)。これは、下引き層内部の残留電荷を増加させ、この残留電荷により、発生した不均一な放電を除去させることでスジ状の帯電ムラが抑制されるものと考えられる。
しかしながら、下引き層内部の残留電荷を増やすことは、繰り返し特性の悪化につながり、濃度低下などの画像劣化が引き起こされるおそれがある。
特開昭63−149668号公報 特開2003−316112号公報 特開2014−157308号公報 特開2012−63447号公報 特開2015−43059号公報
そこで、本発明は、スジ状の帯電ムラ画像の発生を抑制し、長期にわたって高品質の画像を形成し得る画像形成装置を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、感光体、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、定着手段およびクリーニング手段を少なくとも備えた画像形成装置において、感光体が、基体上に、電荷発生物質を含有する電荷発生層と電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とがこの順で積層された積層型感光層を少なくとも備え、電荷発生物質が特定の平均粒径(D50)およびCV値を有し、帯電手段が特定の表面粗さを有する平滑な表面形状の帯電ローラ(帯電部材)を備えることにより、スジ状の帯電ムラ画像の発生を抑制し、長期にわたって高品質の画像を形成し得る画像形成装置を提供できることを意外にも見出し、本発明を完成させるに至った。
上記のように本発明の画像形成装置は、感光体と帯電手段とが特定の物性を有することを特徴としているが、これらの物性と組み合わせに着目し、画像特性との関係を検討した先行技術はない。
一般に、スジ状帯電ムラには、帯電ローラと感光体とのインピーダンスマッチングが大きく影響するため、インピーダンスの寄与率が大きい下引き層が影響することは容易に想定し得る。また、スジ状帯電ムラには、帯電ローラとそれに接する表面層(電荷輸送層)との間で放電が起こっているため、電荷輸送層の物性や表面形状が影響することも容易に想定し得る。
一方、本発明では、それらの影響因子のどちらでもない電荷発生層に着目し、特定の表面粗さを有する平滑な表面形状の帯電ローラと組み合わせることで上記の課題を解決できることを意外にも見出した。その明確なメカニズムは分かっていないが、電荷発生物質が特定の平均粒径(D50)およびCV値を有することで、電荷発生層内部および下引き層/電荷発生層、電荷発生層/電荷輸送層の界面で不均一な帯電を除去し得る電荷が発生し、その電荷がスジ状放電ムラを抑制するものと考えられる。また、その電荷は、電荷発生層内で露光/除電時に電荷発生物質の励起子によりキャンセルされるため、繰り返し疲労による電気特性の悪化も抑制できるものと考えられる。
かくして、本発明によれば、電子写真感光体と、前記電子写真感光体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記電子写真感光体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、露光によって形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、現像によって形成された前記トナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、転写された前記トナー像を前記記録媒体上に定着して画像を形成する定着手段と、前記電子写真感光体に残留するトナーを除去し回収するクリーニング手段を少なくとも備え、
前記電子写真感光体が、基体上に、電荷発生物質を含有する電荷発生層と電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とがこの順で積層された積層型感光層、または電荷発生物質および電荷輸送物質を含有する単層型感光層を少なくとも備え、
前記電荷発生物質が、0.17〜0.30μmの平均粒径(D50)および40〜60%のCV値を有し、
前記帯電手段が、5.0〜13μmの表面粗さを有する帯電部材を備える
ことを特徴とする画像形成装置が提供される。
本発明によれば、スジ状の帯電ムラ画像の発生を抑制し、長期にわたって高品質の画像を形成し得る画像形成装置を提供することができる。
本発明の画像形成装置は、次の条件(1)〜(3)の少なくともいずれか1つを満たす場合に、上記の効果をより発揮する。
(1)電荷発生物質が、Y型オキソチタニルフタロシアニンである。
(2)電荷発生物質が、CuKα特性X線(1.541Å)を用いたX線回折スペクトルにおいて、ブラッグ角(2θ±0.2°)7.3°、9.4°、9.7°、26.2°および27.3°に少なくとも回折ピークを有しかつ9.4°と9.7°の重なったピーク束が最大ピークであるY型オキソチタニルフタロシアニンである。
(3)画像形成装置が、電子写真感光体に残留する表面電荷を除電する除電手段をさらに備える。
本発明の画像形成装置の要部の構成を示す模式側面図である。 本発明の画像形成装置における電子写真感光体、(a)積層型電子写真感光体F01および(b)単層型電子写真感光体F02の要部の構成を示す概略断面図である。 本発明の画像形成装置における帯電手段の帯電部材の要部の構成を示す模式側面図である。 製造例1のY型オキソチタニルフタロシアニンのX線回折スペクトルを示す図である。 製造例2のY型オキソチタニルフタロシアニンのX線回折スペクトルを示す図である。 実施例1の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図である。 実施例4の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図である。 実施例5の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図である。 実施例6の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図である。 実施例7の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図である。 比較例3の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図である。 比較例4の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図である。 比較例5の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図である。 比較例6の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図である。
本発明の画像形成装置は、電子写真感光体と、前記電子写真感光体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記電子写真感光体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、露光によって形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、現像によって形成された前記トナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、転写された前記トナー像を前記記録媒体上に定着して画像を形成する定着手段と、前記電子写真感光体に残留するトナーを除去し回収するクリーニング手段を少なくとも備え、
前記電子写真感光体が、基体上に、電荷発生物質を含有する電荷発生層と電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とがこの順で積層された積層型感光層、または電荷発生物質および電荷輸送物質を含有する単層型感光層を少なくとも備え、
前記電荷発生物質が、0.17〜0.30μmの平均粒径(D50)および40〜60%のCV値を有し、
前記帯電手段が、5.0〜13μmの表面粗さを有する帯電部材を備える
ことを特徴とする。
以下に図面を用いて画像形成装置の要部の構成およびその動作について説明し、その中で、本発明の特徴部分である感光体の感光層および電荷発生物質ならびに帯電手段について詳細に説明するが、本発明はこれらの図面および以下の記載事項に限定されるものではない。
(1)画像形成装置
図1は、本発明の画像形成装置の要部の構成を示す模式側面図である。
図1の画像形成装置700は、モノクロのプリンタ(レーザプリンタ)であり、本発明の感光体F(図2の(a)の積層型感光体F01および単層型感光体(b)のF02に相当)と、感光体Fの表面Faを帯電させる帯電手段(帯電器)710と、帯電された感光体Fを露光して静電潜像を形成する露光手段(露光装置)720と、露光によって形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段(現像器)730と、現像によって形成されたトナー像を記録紙などの記録媒体P上に転写する転写手段(転写帯電器)740と、搬送ベルト(図示せず)と、転写されたトナー像を記録媒体P上に定着して画像を形成する定着手段(定着器)760と、感光体Fに残留するトナーを除去し回収するクリーニング手段(クリーナ装置)750とを備えている。
上記の画像形成装置700は、モノクロのプリンタであるが、例えば、カラー画像を形成できる中間転写方式のカラー画像形成装置であってもよい。具体的には、トナー像がそれぞれ形成される複数の感光体を所定方向(例えば、水平方向Hまたは鉛直方向V)に並設した構成、所謂タンデム式のフルカラー画像形成装置であってもよい。また、画像形成装置100は、他のカラー画像形成装置、複写機、複合機またはファクシミリ装置であってもよい。
感光体Fは、画像形成装置700本体(図示せず)に回転自在に支持され、図示しない駆動手段によって回転軸線α1回りに矢符R方向に回転駆動される。駆動手段は、例えば電動機と減速歯車とを含んで構成され、その駆動力を感光体Fの芯体を構成する導電性支持体F1に伝達することによって、感光体Fを所定の周速度で回転駆動させる。帯電手段(帯電器)710、露光手段720、現像手段(現像器)730、転写手段(転写帯電器)740およびクリーニング手段(クリーナ)750は、この順序で、感光体Fの外周面に沿って、矢符Rで示される感光体Fの回転方向の上流側から下流側に向って設けられる。これらの画像形成装置700を構成する各構成要素は、筐体(ハウジング)780に収容されている。
(2)電子写真感光体:F
本発明の感光体は、基体上に、電荷発生物質を含有する電荷発生層と電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とがこの順で積層された積層型感光層、または電荷発生物質および電荷輸送物質を含有する単層型感光層を少なくとも備える。
図2(a)および(b)は、それぞれ本発明の積層型電子写真感光体(積層型感光体)F01および単層型電子写真感光体(単層型感光体)F02の要部の構成を示す概略断面図である。
積層型感光体F01は、基体F1上に、下引き層F21および電荷発生物質を含有する電荷発生層F22と電荷輸送物質を含有する電荷輸送層F23とがこの順で積層された感光層を備えている。
また、単層型感光体F02は、基体F1上に、下引き層F21ならびに電荷発生物質および電荷輸送物質を含有する単層型感光層F24を備えている。
以下、各構成について説明する。
(2−1)基体:F1
基体(「導電性基体」または「導電性支持体」ともいう)は、感光体の電極としての機能と支持部材としての機能とを有し、その構成材料は、当該技術分野で用いられる材料であれば特に限定されない。
基体の構成材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、亜鉛、ステンレス鋼およびチタンなどの金属材料、ならびに表面に金属箔ラミネート、金属蒸着処理または導電性高分子、酸化スズ、酸化インジウムなどの導電性化合物の層を蒸着もしくは塗布した、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド(ナイロン)ポリエステル、ポリオキシメチレンおよびポリスチレンなどの高分子材料、硬質紙ならびにガラスなどが挙げられる。これらの中でも、加工の容易性の点からアルミニウムおよびアルミニウム合金が好ましく、JIS3003系(Ai−Mn系)、JIS5000系(Ai−Mg系)およびJIS6000系(Ai−Mg−Si系)などのアルミニウム合金が特に好ましい。
導電性支持体の形状は、図1に示すような円筒状(ドラム状)に限定されず、シート状、円柱状、無端ベルト状などであってもよい。
導電性支持体の直径および長さは、例えば、それぞれ10〜300mm程度および200〜1000mm程度である。
また、導電性支持体の表面には、必要に応じて、画質に影響のない範囲内で、レーザ光による干渉縞防止のために、陽極酸化皮膜処理、薬品もしくは熱水などによる表面処理、着色処理、または表面を粗面化するなどの乱反射処理が施されていてもよい。
(2−2)下引き層:F21
本発明の感光体は、基体と積層型感光層または単層型感光層(合わせて「感光層」ともいう)との間に、下引き層(「中間層」ともいう)を備えるのが好ましい。
下引き層は、一般に、基体の表面の凸凹を被覆し均一にして、感光層の成膜性を高め、感光層の導電性支持体からの剥離を抑え、基体と感光層との接着性を向上させる。具体的には、基体からの感光層への電荷の注入を防止して、感光層の帯電性の低下を防ぎ、画像のかぶり(いわゆる黒ぽち)の発生を防止する。
下引き層は、例えば、バインダ樹脂を適当な溶剤に溶解または分散させて下引き層形成用塗布液を調製し、この塗布液を基体の表面に塗布し、乾燥により有機溶剤を除去することによって形成することができる。
バインダ樹脂としては、例えば、アセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ウレタン樹脂、カゼイン、ゼラチン、ポリビニルアルコール、エチルセルロースなどが挙げられ、これらの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
バインダ樹脂は、下引き層上に感光体層を形成する際に用いられる溶剤に対して溶解や膨潤などが起こらないこと、導電性支持体との接着性に優れること、可撓性を有することなどの特性が要求されることから、上記のバインダ樹脂の中でも、ポリアミド樹脂が好ましく、特にアルコール可溶性ナイロン樹脂およびピペラジン系化合物を含有したポリアミド樹脂が好ましい。
アルコール可溶性ナイロン樹脂としては、例えば、6−ナイロン、66−ナイロン、610−ナイロン、11−ナイロンおよび12−ナイロンなどの単独重合または共重合ナイロン、N−アルコキシメチル変性ナイロンのように、ナイロンを化学的に変性させたタイプなどが挙げられる。
また、バインダ樹脂を架橋する硬化剤を用いて、硬化膜としてもよい。硬化剤としては、塗液の保存安定性や電気特性の観点からブロック化イソシアネートが好ましい。
溶剤としては、例えば、水、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、2−ブタノール、イソブタノールなどの低級アルコール類、アセトン、シクロヘキサノン、2−ブタノンなどのケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコール、ジエチルエーテルなどのエーテル類、塩化メチレン、塩化エチレンなどのハロゲン化炭化水素類が挙げられる。これらの溶剤は、バインダ樹脂の溶解性、下引き層の表面平滑性などから適切な溶剤を選択し、これらの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの溶剤の中でも、地球環境に対する配慮から、例えば、非ハロゲン系有機溶剤を好適に用いることができる。
下引き層形成用塗布液は、金属酸化物粒子を含んでいてもよい。金属酸化物粒子は、下引き層の体積抵抗値を容易に調節することができ、電荷発生層および単層型感光層への電荷の注入をさらに抑制することができると共に、各種環境下において感光体の電気特性を維持することができる。
金属酸化物粒子に用いることができる材料としては、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムおよび酸化スズなどが挙げられる。
下引き層形成用塗布液におけるバインダ樹脂と金属酸化物粒子との合計質量Aと溶剤の質量Bとの比率(A/B)としては、例えば、1/99〜40/60程度が好ましく、2/98〜30/70程度が特に好ましい。
また、バインダ樹脂の質量Cと金属酸化物粒子の質量Dとの比率(C/D)としては、例えば、90/10〜1/99程度が好ましく、70/30〜5/95程度が特に好ましい。
下引き層形成用塗布液の塗布方法は、塗布液の物性および生産性などを考慮に入れて最適な方法を適宜選択すればよく、例えば、スプレー法、バーコート法、ロールコート法、ブレード法、リング法および浸漬塗布法などが挙げられる。
これらの中でも、浸漬塗布法は、塗布液を満たした塗工槽に基体を浸漬した後、一定速度または逐次変化する速度で引上げることによって基体の表面に層を形成する方法であり、比較的簡単で、生産性および原価の点で優れているので、感光体の製造に好適に用いることができる。浸漬塗布法に用いる装置には、塗布液の分散性を安定させるために、超音波発生装置に代表される塗布液分散装置が設けられていてもよい。
自然乾燥により塗膜中の溶剤を除去してもよいが、加熱により強制的に塗膜中の溶剤を除去してもよい。
このような乾燥工程における温度は、使用した溶剤を除去し得る温度であれば特に限定されないが、50〜140℃程度が適当であり、80〜130℃程度が特に好ましい。
乾燥温度が50℃未満では、乾燥時間が長くなることがあり、また溶剤が充分に蒸発せず感光体層中に残ることがある。また、乾燥温度が約140℃を超えると、感光体の繰り返し使用時の電気的特性が悪化して、得られる画像が劣化することがある。
このような温度条件は、下引き層のみならず、後述する感光層などの層形成や他の処理においても共通する。
下引き層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは0.01〜20μm、より好ましくは0.05〜10μmである。
下引き層の膜厚が0.01μm未満では、導電性基体側からの電子の注入のブロッキング性および、光散乱による干渉縞対策に対する十分な効果が得られないことがある。一方、下引き層の膜厚が20μmを超えると、連続印字した際の感度変化が大きくなり、ひいては画像濃度の変化が大きくなることがある。
(2−3)電荷発生層:F22
電荷発生層は、画像形成装置などの電子写真装置において、半導体レーザのような光ビームなどの光出射装置で照射された光を吸収することによって電荷を発生する機能を有し、電荷発生物質を主成分とし、必要に応じてバインダ樹脂や添加剤を含有する。
本発明において電荷発生物質は、0.17〜0.30μmの平均粒径(D50)および40〜60%のCV値(Coefficient of Variation)を有する。
平均粒径およびCV値の測定方法については、実施例において詳述する。
実施例に記載のように、電荷発生物質の平均粒径およびCV値は、電荷発生層形成用塗布液の測定により得られ、これらの測定値は、形成された電荷発生層においても等価であるとみなす。
電荷発生物質の平均粒径が0.17μm未満では、キャリアの発生効率が低下して、感度が悪化することがある。一方、平均粒径が0.30μmを超えると、長期保管における粒度分布が悪化して、成膜時に塗布欠陥が発生することがある。
より好ましい電荷発生物質の平均粒径は、0.20〜0.25μmである。
電荷発生物質のCV値が40%未満では、繰り返し特性の悪化につながり、濃度低下などの画像劣化が引き起こされることがある。一方、電荷発生物質のCV値が60%を超えると、電荷発生物質凝集物による画像かぶりが生じることがある。
より好ましい電荷発生物質のCV値は、40〜50%である。
電荷発生物質としては、当該技術分野で用いられる材料であれば特に限定されない。
電荷発生物質は、例えば、モノアゾ系顔料、ビスアゾ系顔料およびトリスアゾ系顔料などのアゾ系顔料、インジゴおよびチオインジゴなどのインジゴ系顔料、ペリレンイミドおよびペリレン酸無水物などのペリレン系顔料、アントラキノンおよびピレンキノンなどの多環キノン系顔料、オキソチタニウムフタロシアニンなどの金属フタロシアニンおよび無金属フタロシアニンなどのフタロシアニン系化合物、スクアリリウム色素、ピリリウム塩類、チオピリリウム塩類、トリフェニルメタン系色素などの有機光導電性材料、ならびに、セレンおよび非晶質シリコーンなどの無機光導電性材料などが挙げられ、露光波長域に感度を有するものを適宜選択し、これらの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの電荷発生物質の中でも、フタロシアニン系化合物が好ましく、オキソチタニルフタロシアニンがより好ましく、結晶型のオキソチタニルフタロシアニン(「チタニルフタロシアニン」ともいう)が特に好ましい。
結晶型のオキソチタニルフタロシアニンには、α型、β型、Y型などの結晶型があり、これらの中でも、本発明の優れた効果を発揮する画像特性の点で、Y型オキソチタニルフタロシアニンが好ましく、CuKα線(波長1.541Å)を用いたX線回折スペクトルにおいて、ブラッグ角(2θ±0.2°)7.3°、9.4°、9.7°、26.2°および27.3°に少なくとも回折ピークを有しかつ9.4°と9.7°の重なったピーク束が最大ピークであるY型オキソチタニルフタロシアニンが特に好ましい。
そのオキソチタニルフタロシアニンは、次式で表される。
一般式(A)で示されるオキソチタニウムフタロシアニンは、例えば、Moser, Frank HおよびArthur L. ThomasによるPhthalocyanine Compounds、Reinhold Publishing Corp.、New York、1963に記載されている方法などの公知の製造方法によって製造することができる。
例えば、o−フタロニトリルと四塩化チタンとを、加熱融解するかまたはα−クロロナフタレンなどの適当な溶剤中で加熱反応させることによってジクロロチタニウムフタロシアニンを合成した後、塩基または水で加水分解することによって得られる。
また、イソインドリンとテトラブトキシチタンなどのチタニウムテトラアルコキシドとを、N−メチルピロリドンなどの適当な溶剤中で加熱反応させることによっても、オキソチタニウムフタロシアニン組成物を製造することができる。
オキソチタニルフタロシアニン組成物には、ベンゼン環の水素原子が塩素、フツ素、ニトロ基、シアノ基およびスルホン基などの置換基で置換されたフタロシアニン誘導体が含有されていてもよい。
このようにして得られたオキソチタニルフタロシアニン組成物を、水の存在下にジクロロエタンなどの水に非混和性の有機溶剤で処理することにより、本発明において電荷発生物質として用いられる、結晶型のオキソチタニルフタロシアニンを得ることができる。
その処理方法(結晶変換方法)としては、例えば、オキソチタニルフタロシアニンを水で膨潤させて有機溶剤で処理する方法、膨潤処理を行わずに、水を有機溶剤中に添加し、その中にオキソチタニルフタロシアニン粉末を投入する方法などが挙げられる。
オキソチタニルフタロシアニンを水で膨潤させる方法としては、例えば、オキソチタニルフタロシアニンを10〜30倍の濃硫酸に溶解させ、不溶物が出てきた場合は濾過などにより除去し、これを冷却した水中で析出させ、次いで、得られたオキソチタニルフタロシアニンをイオン交換水などで濾過して酸を除去し、中性になるまで洗浄操作を繰り返して、ウエットケーキ(「ウエットペースト」ともいう)を得る。
また、オキソチタニルフタロシアニンを水で膨潤させる際には、ホモミキサー、ペイントミキサー、ボールミルおよびサンドミルなどの公知の撹拌・分散装置を用いてもよい。
このようにして、不定形チタニルフタロシアニン(低結晶性チタニルフタロシアニン)を、特定の回折ピークを有するチタニルフタロシアニン結晶に変換することができる。
さらに詳しく、チタニルフタロシアニンの結晶変換方法について説明する。
具体的には、前記ウエットケーキ状の不定形チタニルフタロシアニン(低結晶性チタニルフタロシアニン)を乾燥せずに、水と有機溶剤の存在下で混合・撹拌することにより、目的とする結晶型を得ることができる。
ここで使用される有機溶剤は、テトラヒドロフラン単独であっても、所望の結晶型が得られるものであれば、トルエン、塩化メチレン、二硫化炭素、オルトジクロロベンゼンおよび1,1,2−トリクロロエタンの中から選択される1種との混合溶剤であってもよい。
また、ウエットケーキの不定形チタニルフタロシアニンを十分な時間の撹拌、もしくは、機械的な歪力をもってミリングすることによっても本発明のオキソチタニルフタロシアニンを得ことができる。
この処理に用いられる装置としては、一般的な撹拌装置の他に、ホモミキサー、ペイントミキサー、デイスパーサー、アジター、およびボールミル、サンドミル、アトライター、超音波分散装置などが挙げられる。処理後には、公知の方法により、濾過し、メタノール、エタノールまたは水などを用いて洗浄し単離すればよい。
電荷発生層の形成方法としては、バインダ樹脂を溶剤中に混合して得られるバインダ樹脂溶液中に、電荷発生物質を従来公知の方法によって分散させ、電荷発生層形成用塗布液を導電性支持体または下引き層上に塗布する方法が好ましい。以下、この方法について説明する。
バインダ樹脂としては、特に限定されず、当該技術分野で用いられる結着性を有する樹脂および上記の下引き層で例示したバインダ樹脂を使用することができ、電荷発生物質との相溶性に優れるものが好ましい。
バインダ樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリスチレン、ポリウレタン、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリフェノキシ樹脂、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルホルマール、これらの樹脂を構成する繰返し単位のうちの2つ以上を含む共重合体樹脂などが挙げられる。共重合体樹脂としては、例えば、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体樹脂およびアクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂などの絶縁性樹脂などが挙げられ、これらの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
溶剤としては、例えば、ジクロロメタン、ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類;テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサンなどのエーテル類;1,2−ジメトキシエタンなどのエチレングリコールのアルキルエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどの非プロトン性極性溶剤などが挙げられ、これらの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
これらの溶剤の中でも、地球環境に対する配慮から、例えば、非ハロゲン系有機溶剤を好適に用いることができる。
下引き層と同様に、電荷発生物質をバインダ樹脂溶液中に溶解または分散させるために、ペイントシェーカー、ボールミルおよびサンドミルなどの分散機を用いることができる。このとき、容器および分散機を構成する部材から摩耗などによって不純物が発生し、塗布液中に混入しないように、分散条件を適宜設定することが好ましい。
特に本発明では、分散条件を適宜設定することにより、電荷発生物質の平均粒径(D50)およびCV値を調整することができる。
電荷発生物質の質量Eとバインダ樹脂の質量Fとの比率(E/F)としては、例えば、80/20〜50/50程度が好ましい。
電荷発生層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは0.05〜5μmであり、より好ましくは0.1〜1μmである。
電荷発生層の膜厚が0.05μm未満では、光吸収の効率が低下し、感光体の感度が低下することがある。一方、電荷発生層の膜厚が5μmを超えると、電荷発生層内部での電荷移動が感光層表面の電荷を消去する過程の律速段階となり感光体の感度が低下することがある。
(2−4)電荷輸送層:F23
電荷輸送層は、電荷発生物質で発生した電荷を受入れて感光体の表面(図1中のFa)まで輸送する機能を有し、電荷輸送物質およびバインダ樹脂、必要に応じて添加剤を含有する。
電荷輸送物質としては、特に限定されず、当該技術分野で用いられる化合物を使用することができる。
電荷輸送物質としては、例えば、カルバゾール誘導体、ピレン誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、イミダゾロン誘導体、イミダゾリジン誘導体、ビスイミダゾリジン誘導体、スチリル化合物、ヒドラゾン化合物、多環芳香族化合物、インドール誘導体、ピラゾリン誘導体、オキサゾロン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、キナゾリン誘導体、ベンゾフラン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、アミノスチルベン誘導体、トリアリールアミン誘導体、トリアリールメタン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、エナミン誘導体、ベンジジン誘導体、これらの化合物から誘導される基を主鎖または側鎖に有するポリマー(ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリ−1−ビニルピレン、エチルカルバゾール−ホルムアルデヒド樹脂、トリフェニルメタンポリマー、ポリ−9−ビニルアントラセンなど)、ポリシランなどが挙げられ、これらの1種を単独でまたは2種以上を組み合せて使用することができる。
電荷輸送層の形成方法としては、バインダ樹脂を溶剤中に混合して得られるバインダ樹脂溶液中に、電荷輸送物質を従来公知の方法によって分散させ、電荷輸送層形成用塗布液を電荷発生層上に塗布する方法が好ましい。以下、この方法について説明する。
バインダ樹脂としては、特に限定されず、当該技術分野で用いられる結着性を有する樹脂を使用することができ、電荷輸送物質との相溶性に優れるものが好ましい。
バインダ樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどのビニル重合体樹脂およびそれらの共重合体樹脂、ならびにポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネート、ポリスルホン、ポリフェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアリレート、ポリアミド、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリアクリルアミド、フェノール樹脂、ポリフェニレンオキサイドなどの樹脂、これらの樹脂を部分的に架橋した熱硬化性樹脂などが挙げられ、これらの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
これらの中でも、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレートおよびポリフェニレンオキサイドは、体積抵抗値が1013Ω以上であって電気絶縁性に優れ、かつ、成膜性、電位特性などにも優れるので好ましく、ポリカーボネートが特に好ましい。
溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンおよびモノクロルベンゼンなどの芳香族炭化水素;ジクロロメタンおよびジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素;テトラヒドロフラン、ジオキサンおよびジメトキシメチルエーテルなどのエーテル類;、並びに、N,N−ジメチルホルムアミドなどの非プロトン性極性溶剤などが挙げられる。また、必要に応じてアルコール類、アセトニトリルまたはメチルエチルケトンなどの溶剤をさらに加えて使用することもでき、これらの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
これらの溶剤の中でも、地球環境に対する配慮から、例えば、非ハロゲン系有機溶剤を好適に用いることができる。
電荷輸送物質の質量Gとバインダ樹脂の質量Hとの比率(G/H)としては、例えば、10/12〜10/30程度が好ましい。
電荷輸送層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは5〜50μm、より好ましくは10〜40μm程度である。
電荷輸送層の膜厚が5μm未満では、感光体表面の帯電保持能が低下することがある。一方、電荷輸送層の膜厚が50μmを超えると、感光体の解像度が低下することがある。
(2−5)単層型感光層:F24
単層型感光層は、下引き層を形成する場合と同様の方法で形成される。例えば、電荷発生物質と電荷輸送物質とバインダ樹脂とを、適当な溶剤に溶解または分散させて感光層形成用塗布液を調製し、この感光層形成用塗布液を浸漬塗布法などによって下引き層上に塗布することによって形成される。
ここで、バインダ樹脂は、電荷発生層において例示されたバインダ樹脂が好ましい。
単層型感光層は、本発明の効果を阻害しない範囲内で必要に応じて、電荷発生層に含まれるものと同様の添加剤を適量含有していてもよい。
感光層中の電荷発生物質の含有量は感光層の全固形分に対して、0.2〜20質量%程度が好ましい。
本発明において電荷発生物質は、0.17〜0.30μmの平均粒径(D50)および40〜60%のCV値を有する。
積層型感光層の電荷発生層と同様に、単層型感光層の電荷発生物質の平均粒径およびCV値は、単層型感光層形成用塗布液の測定により得られ、これらの測定値は、形成された単層型感光層においても等価であるとみなす。
単層型の感光層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは5〜100μm、より好ましくは10〜50μmである。
単層型の感光層の膜厚が5μm未満では、感光体表面の帯電保持能が低下することがある。一方、単層型の感光層の膜厚が100μmを超えると、感光体の製造における生産性が低下することがある。
(3)帯電手段:710
帯電手段(帯電器)710は、感光体Fの外周面(図1の積層型感光体F01および単層型感光体F02ではFaに相当)Faを均一に所定の電位に帯電させる装置である。帯電器710としては、例えば、ローラ形状、ベルト形状、ブレード形状などの接触帯電器を利用できる。
なお、帯電ローラなどの帯電部材への電圧の印加は、電源(高電圧印加装置)711のコスト、感光体Faおよび帯電部材の寿命などの観点から、直流電圧のみとするのが最適である。
ここでは、帯電器710としてローラ状の接触帯電器を用いた例について説明する。
図3は、本発明の画像形成装置における帯電手段の帯電部材の要部の構成を示す模式側面図であり、帯電器710の少なくとも一部である帯電ローラGは、導電性支持体G1を基体としてその外周面上に、被覆層として弾性層G2および抵抗層G3がこの順で形成されている。
帯電手段の形成方法については、実施例において詳述する。
(3−1)導電性支持体:G1
導電性支持体は、導電性を有しかつ帯電部材としての強度を保持し得るものであれば特に限定されず、例えば、鉄、銅、ステンレス、アルミニウムおよびニッケルから選択される少なくとも1つの金属材料からからなる丸棒が挙げられる。また、導電性支持体G1は、導電性が損なわれない限り、防錆や耐傷性付与のために、その表面にメッキ処理が施されていてもよい。
(3−2)弾性層:G2
弾性層は、被帯電体としての感光体に対する給電や、帯電ローラの感光体Fに対する良好な均一密着性を確保するために、適当な導電性と弾性とを有している。
帯電ローラと感光体との均一密着性を確保するためには、弾性層は、弾性層を研磨して、その中央部が一番太く、中央部から両端部に向けて細くなる形状(所謂、クラウン形状)であるのが好ましい。
一般的に、帯電ローラは、導電性支持体の両端部に所定の押圧力を与えることによって感光体と当接される。このため、押圧力が中央部では小さく、両端部ほど大きくなっている。したがって、帯電ローラの真直度が十分である場合には問題ないが、十分ではない場合には中央部と両端部に対応する画像に濃度ムラが生じてしまうという問題がある。また、A3ノビ対応機種の増加やカラー機の増加により帯電領域が拡大してきているため、導電性支持体の両端部のみへの押圧力によって帯電ローラ自体がたわみ易くなっており、中央部にギャップができるといった問題が起きている。このような理由により弾性層G2をクラウン形状とすることが好ましい。
弾性層は、ゴムなどの弾性材料中に、カーボンブラック、グラファイト、導電性金属酸化物などの電子伝導機構を有する導電剤、ならびにアルカリ金属塩や四級アンモニウム塩などのイオン伝導機構を有する導電剤を適宜添加し、公知の方法により形成することができる。その体積抵抗は、1×1010Ωcm未満の導電性を示すように調整されるのが好ましい。
弾性材料としては、例えば、天然ゴム、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)およびクロロプレンゴム(CR)等の合成ゴム、さらには、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。
弾性層の膜厚は、例えば、特に限定されないが、好ましくは1〜3mm、より好ましくは1.5〜2mmである。
(3−3)抵抗層:G3
抵抗層は、弾性層に接して形成され、弾性層中に含有される軟化油や可塑剤などの帯電ローラ表面へのブリードアウトを防止すると共に、帯電ローラ全体の電気抵抗を調整するために設けられる。
抵抗層を形成する材料としては、例えば、エピクロルヒドリンゴム、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、エチレン酢酸ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、塩素化ポリエチレン系熱可塑性エラストマーなどが挙げられ、これらの1種を単独でまたは2種類以上を混合体あるいは共重合体として用いることができる。
抵抗層は、導電性または半導電性を有している。このため、上記の材料に、電子伝導機構を有する導電剤(例えば、導電性カーボン、グラファイト、導電性金属酸化物、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄粉等)、またはイオン伝導機構を有する導電剤(例えば、アルカリ金属塩、アンモニウム塩等)を適宜添加することによって形成される。
この場合、所望の電気抵抗を得るために、各種導電剤を2種以上併用してもよい。但し、環境変動や感光体の汚染を考慮すると、電子伝導機構を有する導電剤を用いることが好ましい。
本発明の画像形成装置の帯電手段は、5.0〜13μmの表面粗さを有する帯電部材を備える。
表面粗さを示す指標には、例えば、十点平均表面粗さ(Rz)、算術平均粗さ(Ra)、最大粗さ(Ry)、凹凸の平均間隔(Sm)などがあるが、本発明において「表面粗さ」とは、特に言及しない限り、十点平均表面粗さ(Rz)を意味する。
帯電ローラの表面には、通常、凹凸が形成されているが、帯電ローラの表面粗さを上記の範囲にすることにより、常に安定した帯電電位を確保でき、また問題のないレベルのトナークリーニング性を確保することができ、これにより、常に良好な画像を得ることができる。特に帯電ローラに直流電圧のみを印加する場合には、帯電ローラ表面の凸部(突起)が適度な放電ポイントとなり、常に安定した帯電電位を確保することができる。つまり、帯電ローラの表面に凸部と凹部とが形成されることによって、当該凸部が感光体Fを帯電することになる。
帯電部材の表面粗さが5.0μm未満では、ハーフトーン画像上のスジ状帯電ムラを抑制できないことがある。一方、帯電部材の表面粗さが13μmを超えると、ハーフトーン画像上のスジ状帯電ムラを抑制できるものの、画像かぶりが悪化することがある。
好ましい帯電部材の表面粗さは、7.0〜11.0μmである。
表面粗さは、帯電ローラの表面層(抵抗層)の研磨条件の変更により調整することができる。また、より帯電を安定化させるために、帯電ローラの表面層(抵抗層)にフィラーを含有させてもよい。この場合、フィラーの種類、粒径を変更することにより、帯電ローラ表面の突起の分散状態をよくすることが望ましい。
フィラーとしては、発明の効果を著しく損なわない限り、特に限定されずない。
フィラーとしては、例えば、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ゼオライト、ウオラストナイト、けいそう土、ガラスビーズ、ベントナイト、モンモリナイト、アスベスト、中空ガラス球、黒鉛、二硫化モリブデン、酸化チタン、アルミニウム繊維、ステンレススチール繊維、黄銅繊維、アルミニウム粉末、木粉、もみ殻、グラファイト、金属粉、導電性金属酸化物、有機金属化合物、有機金属塩などが挙げられ、これらの1種を単独でまたは2樹以上を組み合わせて用いることができる。
抵抗層の膜厚は、例えば、特に限定されないが、好ましくは5〜100μm、より好ましくは 5〜20μmである。
(4)露光手段:720
露光手段は、画像情報に基づいて変調された光を出射する装置である。図1では、半導体レーザまたは発光ダイオードを光源として備え、光源から出力されるレーザビーム光を、帯電器710と現像器730との間の感光体Fの表面(外周面)Faに照射することによって、帯電された感光体Fの表面Faに対して画像情報に応じた露光を施す。光は、主走査方向である感光体Fの回転軸線α1の延びる方向に繰返し走査され、これらが結像して感光体Fの表面Faに静電潜像が順次形成される。すなわち、帯電器710により均一に帯電された感光体Fの帯電量がレーザビームの照射および非照射によって差異が生じて静電潜像が形成される。
(5)現像手段:730
現像手段(現像器)730は、露光によって感光体Fの表面Faに形成される静電潜像を、現像剤(トナー)Dによって現像する装置であり、感光体Fと対向して設けられ、感光体Fの表面Faにトナーを供給する現像ローラ730aと、現像ローラ730aを感光体1の回転軸線α1と平行または略平行な回転軸線α2まわりに回転可能に支持すると共にその内部空間にトナーを含む現像剤を収容するケーシング730bとを備える。
(6)転写手段:740
転写手段(転写帯電器)740は、現像によって感光体Fの表面Faに形成された可視像であるトナー像を、図示しない搬送手段によって所定の搬送方向(矢符W方向)から感光体Fと転写帯電器740との間に供給される記録媒体である転写紙P上に転写させる装置である。転写手段は、高電圧印加装置741により、感光体Fと転写帯電器740との間に形成される転写ニップ部TNに所定の高電圧を印加する。転写手段は、上記の帯電手段と同様に構成することができ、例えば、記録媒体PにトナーDと逆極性の電荷を与えることによってトナー像を記録媒体P上に転写させる接触式の転写手段である。
(7)定着手段:760
定着手段(定着器)760は、転写手段740により記録媒体Pに転写されたトナー像を記録媒体Pに定着させる装置である。定着器760は、搬送方向Wにおいて感光体Fと転写帯電器740との間の転写ニップ部TNよりも下流側に設けられ、例えば、定着器760は、加熱ローラ760aと、それに対向して設けられる加圧ローラ760bとを備えて、加圧ローラ760bは、加熱ローラ760aに押圧されて定着ニップ部FNを形成する。
(8)クリーニング手段:750
クリーニング手段(クリーナ)750は、転写手段760による転写動作後に感光体Fの表面Faに残留するトナーを除去し回収する清掃装置である。クリーナ750は、感光体Fの表面Faに残留するトナーDを剥離させるクリーニングブレード750aと、それによって剥離されたトナーDを収容する回収用ケーシング750bとを備える。
(9)除電手段:図示せず
本発明の画像形成装置は、感光体に残留する表面電荷を除電する除電手段をさらに備えるのが好ましく、クリーニング手段と共に設けられるのが好ましい。
除電手段としては、当該技術分野で公知の装置を用いることができる。
また、本発明の画像形成装置は、記録媒体Pを感光体Fから分離する分離手段(分離爪770)をさらに備えるのが好ましい。
(10)画像形成装置の動作
本発明の画像形成装置の動作を、上記の画像形成装置700を用いて説明する。
まず、感光体Fが駆動手段によって所定の回転方向(矢符R方向)に回転駆動されると、露光手段720による光の結像点よりも感光体Fの回転方向上流側に設けられる帯電器710によって、感光体Fの表面が所定電位に均一に帯電される。
次いで、露光手段720から、画像情報に応じた光が均一に帯電された感光体Fの表面に照射される。感光体1は、この露光によって、光が照射された部分の表面電荷が除去され、光が照射された部分の表面電位と光が照射されなかった部分の表面電位とに差異が生じ、静電潜像が形成される。
露光手段720による光の結像点よりも感光体1の回転方向下流側に設けられる現像器730から、静電潜像の形成された感光体Fの表面Faにトナーが供給されて静電潜像が現像され、トナー像が形成される。
感光体Fに対する露光と同期して、転写紙の搬送方向(矢符W方向)から転写紙Pが、感光体Fと転写帯電器740との間の転写ニップ部TNに供給される。転写帯電器740によって、供給された転写紙Pにトナーと逆極性の電荷が与えられ、感光体Fの表面Faに形成されたトナー像が、転写紙P上に転写される。
トナー像が転写された転写紙Pは、搬送手段によって定着器760に搬送され、定着器760の加熱ローラ760aと加圧ローラ760bとの当接部、定着ニップ部FNを通過する際にトナー像が加熱および加圧され、転写紙Pに定着されて堅牢な画像となる。このようにして画像が形成された転写紙Pは、搬送手段によって画像形成装置700の外部へ排紙される。
一方、転写帯電器740によるトナー像の転写後も感光体Fの表面Fa上に残留するトナーは、クリーナ750のクリーニングブレード750aによって感光体Fの表面Faから剥離され、回収用ケーシング760bに回収される。
このようにしてトナーが除去された感光体Fの表面Faの電荷は除去され、その表面上の静電潜像が消失する。その後、感光体1はさらに回転駆動され、再度帯電から始まる一連の動作が繰返されて連続的に画像が形成される。
画像形成装置700がクリーナ750の下流側でかつ帯電手段710に至るまでに除電手段を備える場合には、除電手段の除電ランプからの光によって、感光体Fの表面Faの電荷が効率的にかつより確実に除去されて、感光体Fの表面Fa上の静電潜像が消失する。
以下に、製造例、実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
電荷発生物質として、実施例1〜5および比較例1〜4では製造例1において製造したオキソチタニルフタロシアニンを、実施例6では市販のオキソチタニルフタロシアニンを、実施例7では製造例2において製造したオキソチタニルフタロシアニンをそれぞれ用い、基体上に、下引き層形成用塗布液、電荷発生層形成用塗布液および電荷輸送層形成用塗布液をこの順に塗布して、基体F1上に下引き層F21、電荷発生層F22および電荷輸送層F23がこの順で積層された、図2(a)の積層型感光体F01を作製した。
実施例および比較例では、積層型感光体F01を採用したが、基体F1上に下引き層F21および単層型感光層F24がこの順で積層された、図2(b)の単層型感光体F02を用いても同様の効果が得られる。
<オキソチタニルフタロシアニンの合成>
(製造例1)
o−フタロジニトリル40gと4塩化チタン18g、α−クロロナフタレン500mlを窒素雰囲気下200〜250℃で3時間加熱撹拌し、100〜130℃まで放冷後、熱時濾過し、100℃に加熱したα−クロロナフタレン200mlで洗浄してジクロロチタニウムフタロシアニン粗生成物を得た。得られた粗生成物を室温にてα−クロロナフタレン200ml、次いでメタノール200mlで洗浄後、さらにメタノール500ml中で1時間懸濁洗浄した。
濾過後、得られた粗生成物を濃硫酸100ml中で撹拌、溶解させた後、不溶物を濾別した。得られた硫酸溶液を水3000ml中に注ぎ、析出した結晶を濾取し、水500ml中で、pHが6〜7になるまで懸濁洗浄を繰り返した後、濾取してウエットケーキを得た。
得られたウエットケーキをジクロロメタンで1時間処理し、メタノールで洗浄した後、乾燥してオキソチタニルフタロシアニン結晶(結晶Y1)を得た。
得られたオキソチタニルフタロシアニン結晶のX線回折スペクトルを、下記の装置および分析条件で測定した。
X線回折装置:株式会社リガク製、型式:ATX−G(薄膜構造評価用)
X線源 :CuKα=1.541Å
電圧 :50kV
電流 :300mA
スタート角度:5.0deg.
ストップ角度:30.0deg.
ステップ角度:0.02deg.
測定時間 :5deg./min.
測定方法 :θ/2θスキャン方法
図4は、製造例1のオキソチタニルフタロシアニンのX線回折スペクトルパターンを示す図であり、この図から、ブラッグ角(2θ±0.2°)7.3°、9.4°、9.7°、26.2°および27.3°に少なくとも回折ピークを有しかつ9.4°と9.7°の重なったピーク束が最大ピークであるY型オキソチタニルフタロシアニンであることがわかる。
(製造例2)
製造例1と同様の方法でジクロロチタニウムフタロシアニン粗生成物を得た後、得られた粗生成物を室温にてα−クロロナフタレン200ml、次いでメタノール200mlで洗浄後、さらにメタノール500ml中で1時間懸濁洗浄した。
濾過後、得られた粗生成物を水500ml中で、pHが6〜7になるまで、懸濁洗浄を繰り返した後、濾取してウエットケーキを得た。
得られたウエットケーキを乾燥させてオキソチタニルフタロシアニン結晶(結晶Y2)を得た。
製造例1と同様にして、得られたオキソチタニルフタロシアニン結晶のX線回折スペクトルを測定した。
図5は、製造例2のオキソチタニルフタロシアニンのX線回折スペクトルパターンを示す図であり、この図から、ブラッグ角(2θ±0.2°)7.3°、9.4°、9.7°、26.2°および27.3°に少なくとも回折ピークを有しかつ27.3°が最大ピークであるY型オキソチタニルフタロシアニンであることがわかる。
(実施例1)
(感光体の作製)
(下引き層の形成)
酸化チタン(昭和電工株式会社製、商品名:TS−043)3質量部および共重合ポリアミド(ナイロン)(東レ株式会社製、商品名:CM8000)2質量部を、メチルアルコール25質量部に加え、ペイントシェーカー(分散機)にて8時間分散処理して下引き層形成用塗布液3kgを調製した。
次いで、浸漬塗布法により、具体的には、得られた塗布液を塗布槽に満たし、直径30mm、長さ357mmのアルミニウム製のドラム状基体を塗布液に浸漬した後、引き上げ、乾燥して、膜厚1.0μmの下引き層を形成した。
(電荷発生層の形成)
電荷発生物質として、製造例1で得られたオキソチタニルフタロシアニン1質量部、およびバインダ樹脂として、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂(積水化学工業株式会社製、商品名:BX−1)1質量部を、メチルエチルケトン98質量部に加え、メディアとしてガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−1、ビーズ径:1mm)用い、ペイントシェーカーにて2時間分散処理して電荷発生層形成用塗布液3kgを調製した。
得られた電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を、レーザ回折式粒度分布測定装置(日機装株式会社(現:マイクロトラック・ベル株式会社)製、型式:マイクロトラックMT−3000II)を用いて測定した。図6は、実施例1の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図であり、平均粒径D(50%)は0.22μm、CV値は45であった。
次いで、下引き層の形成と同様に、浸漬塗布法にて電荷発生層形成用塗布液を下引き層の表面に塗布した。具体的には、得られた電荷発生層形成用塗布液を塗布槽に満たし、下引き層が形成されたドラム状基体を塗布液に浸漬した後、引き上げ、自然乾燥して、膜厚0.2μmの電荷発生層を形成した。
(電荷輸送層の形成)
電荷輸送物質として、次式:
で表されるトリフェニルアミン系化合物(TPD)(東京化成工業株式会社製、商品名:D2448)2質量部、およびバインダ樹脂として、Z型ポリカーボネート(帝人化成株式会社製、商品名:TS2050)3質量部に、テトラヒドロフラン24質量部を加え、撹拌・混合して、電荷輸送層形成用塗布液3kgを調製した。
次いで、下引き層の形成と同様に、浸漬塗布法にて電荷輸送層形成用塗布液を電荷発生層の表面に塗布した。具体的には、得られた電荷輸送層形成用の塗布液を塗布槽に満たし、電荷発生層が形成されたドラム状基体を塗布液に浸漬した後、引き上げ、130℃で1時間乾燥して、膜厚28μmの電荷輸送層を形成した。
以上のようにして、図2(a)に示す積層型感光体F01を作製した。
(帯電部材(帯電ローラ)の作製)
(弾性層の形成)
弾性材料として、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(エチレンプロピレンゴム、EPDM)100質量部、導電剤として、カーボンブラック10質量部および発泡剤として、発泡ウレタン10質量部を用いて混練して、弾性層形成用ゴムを得た。
得られたゴムを、予め直径9mm、長さ355mmのSUM23(快削鋼鋼材)製の導電性支持体をセットした金型に流し込み、電気炉を用いて、内部温度160℃で30分間、加熱し、加硫・発泡を行い、膜厚2mmの弾性層を形成した。
(抵抗層(表面層)の作製)
弾性材料として、ポリアミド系熱可塑性エラストマー100質量部および導電剤として、カーボンブラック20質量部を混練して、抵抗層形成用ゴムを得た。
得られたゴムを、環状ダイスを用いた溶融押出しにより、抵抗層となるシームレスチューブを作製した。得られたシームレスチューブの一端からエアーを吹き込み、チューブを膨らませながら、チューブ内に弾性層が形成れた導電性支持体(ローラ)を挿入した。
以上のようにして、図3に示す直径14mmの帯電ローラGを作製した。
(表面粗さの測定)
得られた帯電ローラの表面粗さRを、表面粗さ測定器(株式会社小坂研究所製、型式:SE−30H)を用いて、十点平均表面粗さ(Rz)として測定した。その結果、帯電ローラZの表面粗さRは、8.2μmであった。
以下の実施例および比較例においても同様にして、帯電ローラの表面粗さRを測定した。
(実施例2)
帯電ローラの表面粗さを5.5μmに加工すること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
(実施例3)
帯電ローラの表面粗さを12.1μmに加工すること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
(実施例4)
電荷発生層形成用塗布液の調製において、メディアとしてガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−1、ビーズ径:1mm)の代わりにガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−06、ビーズ径:0.6mm)を用いること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
図7は、実施例4の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図であり、平均粒径D(50%)は0.17μm、CV値は47であった。
(実施例5)
電荷発生層形成用塗布液の調製において、メディアとしてガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−1、ビーズ径:1mm)の代わりにガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−2、ビーズ径:2mm)を用いること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
図8は、実施例5の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図であり、平均粒径D(50%)は0.30μm、CV値は56であった。
(実施例6)
電荷発生層形成用塗布液の調製において、電荷発生物質としてα型オキソチタニルフタロシアニン(日本資材株式会社製、商品名:Photofaine TPL−364;結晶α)を用い、メディアとしてガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−1、ビーズ径:1mm)の代わりにガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−02、ビーズ径:0.2mm)を用いること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
図9は、実施例6の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図であり、平均粒径D(50%)は0.23μm、CV値は54であった。
(実施例7)
電荷発生層形成用塗布液の調製において、電荷発生物質として製造例1で得られたオキソチタニルフタロシアニンを用いること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
図10は、実施例7の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図であり、平均粒径D(50%)は0.27μm、CV値は58であった。
(比較例1)
帯電ローラの表面粗さを4.2μmに加工すること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
(比較例2)
帯電ローラの表面粗さを15.2μmに加工すること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
(比較例3)
電荷発生層形成用塗布液の調製において、メディアとしてガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−1、ビーズ径:1mm)の代わりにガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−04、ビーズ径:0.4mm)を用いること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
図11は、比較例3の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図であり、平均粒径D(50%)は0.15μm、CV値は38であった。
(比較例4)
電荷発生層形成用塗布液の調製において、メディアとしてガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−1、ビーズ径:1mm)の代わりにジルコニアビーズ(東レ株式会社製、商品名:トラセラム、ビーズ径:3mm)を用いること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
図12は、比較例4の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図であり、平均粒径D(50%)は0.33μm、CV値は46であった。
(比較例5)
電荷発生層形成用塗布液の調製において、メディアとしてガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−1、ビーズ径:1mm)の代わりにジルコニアビーズ(東レ株式会社製、商品名:トラセラム、ビーズ径:0.2mm)を用いること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
図13は、比較例5の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図であり、平均粒径D(50%)は0.20μm、CV値は27であった。
(比較例6)
電荷発生層形成用塗布液の調製において、メディアとしてガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−1、ビーズ径:1mm)を用い、ペイントシェーカーにて2時間分散処理する代わりに、メディアとしてガラスビーズ(アズワン株式会社製、商品名:BZ−06、ビーズ径:0.6mm)を用い、ペイントシェーカーにて40分間分散処理すること以外は、実施例1と同様にして感光体および帯電ローラを作製した。
図14は、比較例6の電荷発生層形成用塗布液のオキソチタニルフタロシアニンの粒度分布を示す図であり、平均粒径D(50%)は0.23μm、CV値は65であった。
[評価]
デジタル複写機(シャープ株式会社製、商品名:MX−5140FN)を改造した試験用複写機を用い、実施例1〜7および比較例1〜6で作製した感光体および帯電ローラについて、25℃/50%(常温/常湿)、35℃/85%(高温/高湿)および5℃/10%(低温/低湿)の一定環境下における下記の項目を評価した。
[評価1:スジ状帯電ムラ]
各環境下においてハーフトーン画像で実写エージングを200K枚行い、初期から50K枚毎にスジ状帯電ムラを評価した。
得られた結果を、下記の基準で判定した。
VG:スジが全く見られず、非常に良好である
G :スジが殆ど見られず、良好である
NB:所々スジが見られるが、実使用可能
B :はっきりとスジが見られ、良好ではない
[評価2:画像濃度]
各環境下において黒べた画像で実写エージングを200K枚行い、初期とエージング後の濃度を、測色色差計(分光濃度計、エックスライト(X-Light)社製、型式:504)を用いて測定し、初期とエージング後の画像濃度差(ΔI.D.)を測定し、画像濃度を評価した。
得られた結果を、下記の基準で判定した。
VG:非常に良好である(0.15<ΔI.D.)。
G :良好である(0.15≦ΔI.D.<0.25)。
NB:やや良好である(0.25≦ΔI.D.<0.35)。
B :良好でない(0.35≦ΔI.D.)。
[評価3:画像かぶり]
各環境下において白べた画像で実写エージングを200K枚行い、初期とエージング後の白色度を、分光式色差計(測色色差計、日本電色工業株式会社製、型式:SZ90型)を用いて測定し、初期とエージング後の画像かぶり差(ΔB.G.)を測定し、画像かぶりを評価した。
得られた結果を、下記の基準で判定した。
VG:非常に良好である(ΔB.G.<0.40)。
G :良好である(0.40≦ΔB.G.<0.70)。
NB:やや良好である(0.70≦ΔB.G.<1.00)。
B :良好でない(1.00≦ΔB.G.)。
[総合評価]
評価1〜3の判定結果に基づいて、下記の基準で総合判定した。
VG:各項目において、評価VGが6個以上あり、評価NBおよびBがない
G :各項目において、評価NBおよびBがない
NB:NBが1個以上ある
B :Bが1個以上ある
得られた結果を、電荷発生層形成用塗布液の電荷発生物質とその粒度分布(平均粒径D(50%)およびCV値)および帯電ローラの表面粗さと共に表1および2に示す。
表1の結果から次のことがわかる。
・0.17〜0.30μmの平均粒径(D50)および40〜60%のCV値を有する電荷発生物質を含有する電荷発生層を備えた感光体、および5.0〜13μmの表面粗さを有する帯電ローラ(帯電部材)を備えた帯電手段を備えた本発明の画像形成装置(実施例1〜7)は、長期使用によってもハーフトーン画像上のスジ状帯電ムラ発生が抑制され、画像濃度および画像かぶりが良好であること
・これに対して、本発明の画像形成装置と同じ感光体を備えていても、帯電手段の帯電ローラの表面粗さが4.2μmと小さい場合(比較例1)には、ハーフトーン画像上のスジ状帯電ムラを抑制できないこと
・また、本発明の画像形成装置と同じ感光体を備えていても、帯電手段の帯電ローラの表面粗さが15.2μmと大きい場合(比較例2)には、ハーフトーン画像上のスジ状帯電ムラを抑制できるものの、画像かぶりが悪化すること
・本発明の画像形成装置と同じ帯電手段を備えていても、電荷発生層が0.15μmの平均粒径(D50)および38%のCV値を有する電荷発生物質を含有する場合(比較例3)には、ハーフトーン画像上のスジ状帯電ムラを抑制できないこと
・また、本発明の画像形成装置と同じ帯電手段を備えていても、電荷発生層が0.33μmの平均粒径(D50)および46%のCV値を有する電荷発生物質を含有する場合(比較例4)には、ハーフトーン画像上のスジ状帯電ムラを抑制できないこと
・本発明の画像形成装置と同じ帯電手段を備えていても、電荷発生層が0.20μmの平均粒径(D50)および27%のCV値を有する電荷発生物質を含有する場合(比較例5)には、ハーフトーン画像上のスジ状帯電ムラを抑制できないこと
・また、本発明の画像形成装置と同じ帯電手段を備えていても、電荷発生層が0.23μmの平均粒径(D50)および65%のCV値を有する電荷発生物質を含有する場合(比較例6)には、ハーフトーン画像上のスジ状帯電ムラを抑制できないこと、また画像かぶりも悪化すること
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、他の様々な形態で実施することができる。そのため、かかる実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
F01 積層型電子写真感光体
F02 単層型電子写真感光体
F1 基体(導電性支持体)
F21 下引き層(中間層)
F22 電荷発生層
F23 電荷輸送層
F24 単層型感光層
Fa 感光体表面
700 画像形成装置(レーザプリンタ)
710 帯電手段(帯電器)
711 電源(高電圧印加装置)
720 露光手段
730 現像手段(現像器)
730a 現像ローラ
730b ケーシング
740 転写手段(転写帯電器)
741 高電圧印加装置
750 クリーニング手段(クリーナ)
750a クリーニングブレード
750b 回収用ケーシング
760 定着手段(定着器)
760a 加熱ローラ
760b 加圧ローラ
770 分離手段(分離爪)
780 筐体(ハウジング)
F 電子写真感光体
D 現像剤(トナー)
α1 回転軸線
α2 回転軸線
R 矢符(電子写真感光体の回転方向)
P 記録媒体(記録紙または転写紙)
W 矢符(記録媒体の搬送方向)
H 水平方向
V 鉛直方向
TN 転写ニップ部
FN 定着ニップ部
G 帯電部材(帯電ローラ)
G1 導電性支持体
G2 弾性層
G3 抵抗層

Claims (4)

  1. 電子写真感光体と、前記電子写真感光体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記電子写真感光体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、露光によって形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、現像によって形成された前記トナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、転写された前記トナー像を前記記録媒体上に定着して画像を形成する定着手段と、前記電子写真感光体に残留するトナーを除去し回収するクリーニング手段を少なくとも備え、
    前記電子写真感光体が、基体上に、電荷発生物質を含有する電荷発生層と電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とがこの順で積層された積層型感光層、または電荷発生物質および電荷輸送物質を含有する単層型感光層を少なくとも備え、
    前記電荷発生物質が、0.17〜0.30μmの平均粒径(D50)および40〜60%のCV値を有し、
    前記帯電手段が、5.0〜13μmの表面粗さを有する帯電部材を備える
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記電荷発生物質が、Y型オキソチタニルフタロシアニンである請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記電荷発生物質が、CuKα特性X線(1.541Å)を用いたX線回折スペクトルにおいて、ブラッグ角(2θ±0.2°)7.3°、9.4°、9.7°、26.2°および27.3°に少なくとも回折ピークを有しかつ9.4°と9.7°の重なったピーク束が最大ピークであるY型オキソチタニルフタロシアニンである請求項1または2に記載の画像形成装置。
  4. 前記画像形成装置が、前記電子写真感光体に残留する表面電荷を除電する除電手段をさらに備える請求項1〜3のいずれか1つに記載の画像形成装置。
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