JP2023144987A - 画像形成装置、及びプロセスカートリッジ - Google Patents

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Abstract

【課題】電子写真感光体の摩耗を抑制し、且つ、クリーニング不良による画質の低下を抑制する画像形成装置の提供。【解決手段】感光層と表面保護層とをこの順に有する電子写真感光体と、電子写真感光体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した電子写真感光体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により電子写真感光体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、電子写真感光体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、電子写真感光体の表面に接触し、電子写真感光体の表面を清掃するクリーニングブレードを有する清掃手段と、を備え、電子写真感光体における前記表面保護層の静摩擦係数μが0.3以下であり、且つ、クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST以下である、画像形成装置。【選択図】図1

Description

本発明は、画像形成装置、及びプロセスカートリッジに関する。
特許文献1には、感光体上にトナー像を現像し、転写体上に該トナー像を転写する事により画像形成を行ない、感光体上の残留トナーをクリーニングブレードによりクリーニングするようにした電子写真装置において、感光体とクリーニングブレードとの摩擦係数が1.0以下であり、クリーニングブレードと感光体のなす角度が18°以上であり、かつクリーニングブレードの感光体への食い込み量が0.7mm以上であることを特徴とする電子写真装置が開示されている。
特許文献2には、基体と、感光層と、酸素及びガリウムを含有し、外周面側に存在する第1の領域、及び前記第1の領域よりも前記基体に近い側に存在し、前記第1の領域に比べて原子数比〔酸素/ガリウム〕が大きい第2の領域を有する保護層と、をこの順に有する電子写真感光体と、前記電子写真感光体の表面を帯電する帯電手段と、前記帯電手段により帯電された前記電子写真感光体の表面を露光して静電潜像を形成する潜像形成手段と、トナーを含む現像剤により、前記電子写真感光体に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、前記電子写真感光体に形成された前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記電子写真感光体の表面をクリーニングし、前記電子写真感光体に対する接触荷重が1.0gf/mm以上4.0gf/mm以下、接触角度が6度以上14度以下、食い込み量が0.5mm以上2.5mm以下のクリーニングブレードを有するクリーニング手段と、を備えた画像形成装置が開示されている。
特開平08-286510号公報 特開2011-065066号公報
本開示の実施形態の課題は、表面保護層を有する電子写真感光体、帯電手段、静電荷像形成手段、現像手段、転写手段、及びクリーニングブレードを有する清掃手段を備え、電子写真感光体における表面保護層の静摩擦係数μが0.3超であるか、又は、クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST超である場合に比べ、電子写真感光体の摩耗を抑制し、且つ、クリーニング不良による画質の低下を抑制する画像形成装置を提供することである。
上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち、
<1> 導電性支持体上に感光層と表面保護層とをこの順に有する電子写真感光体と、
前記電子写真感光体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記電子写真感光体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により前記電子写真感光体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
前記電子写真感光体の表面に形成された前記トナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記電子写真感光体の表面に接触し、前記電子写真感光体の表面を清掃するクリーニングブレードを有する清掃手段と、
を備え、
前記電子写真感光体における前記表面保護層の静摩擦係数μが0.3以下であり、且つ、前記クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST以下である、画像形成装置。
<2> 前記表面保護層が第13族元素及び酸素を含む金属酸化物層である、<1>に記載の画像形成装置。
<3> 前記第13族元素及び酸素を含む金属酸化物層が、酸化ガリウムを含む金属酸化物層である、<2>に記載の画像形成装置。
<4> 前記金属酸化物層の表面粗さRaが1nm以上5nm以下である、<3>に記載の画像形成装置。
<5> 前記電子写真感光体の表面に対し前記クリーニングブレードを接触する際の、接触角度WAが8°以上14°以下であり、食い込み量が0.8mm以上1.2mmである、<1>~<4>のいずれか1つに記載の画像形成装置。
<6> 前記ひずみ量の差Δが65μST以上90μST以下である、<5>に記載の画像形成装置。
<7> 導電性支持体上に感光層と表面保護層とをこの順に有する電子写真感光体と、
前記電子写真感光体の表面に接触し、前記電子写真感光体の表面を清掃するクリーニングブレードを有する清掃手段と、
を備え、
前記電子写真感光体における前記表面保護層の静摩擦係数μが0.3以下であり、且つ、前記クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST以下であり、画像形成装置に着脱するプロセスカートリッジ。
<1>、<2>、<3>、又は<5>に係る発明によれば、表面保護層を有する電子写真感光体、帯電手段、静電荷像形成手段、現像手段、転写手段、及びクリーニングブレードを有する清掃手段を備え、電子写真感光体における表面保護層の静摩擦係数μが0.3超であるか、又は、クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST超である場合に比べ、電子写真感光体の摩耗を抑制し、且つ、クリーニング不良による画質の低下を抑制する画像形成装置が提供される。
<4>に係る発明によれば、金属酸化物層の表面粗さRaが1nm未満である場合に比べ、電子写真感光体の摩耗を抑制し、且つ、クリーニング不良による画質の低下を抑制する画像形成装置が提供される。
<6>に係る発明によれば、ひずみ量の差Δが65μST未満又は90μST超である場合に比べ、電子写真感光体の摩耗を抑制し、且つ、クリーニング不良による画質の低下を抑制する画像形成装置が提供される。
<7>に係る発明によれば、表面保護層を有する電子写真感光体、及びクリーニングブレードを有する清掃手段を備え、電子写真感光体における表面保護層の静摩擦係数μが0.3超であるか、又は、クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST超である場合に比べ、電子写真感光体の摩耗を抑制し、且つ、クリーニング不良による画質の低下を抑制するプロセスカートリッジが提供される。
本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に係る画像形成装置が備える電子写真感光体の層構成の一例を示す模式断面図である。 本実施形態に係る画像形成装置が備える電子写真感光体の層構成の他の例を示す模式断面図である。 電子写真感光体の金属酸化物層の形成に用いる成膜装置の一例を示す概略模式図である。 電子写真感光体の金属酸化物層の形成に用いるプラズマ発生装置の例を示す概略模式図である。 図1の画像形成装置においてクリーニングブレードと感光体とが接触する位置を拡大して示す拡大図である。
以下に、本開示の実施形態について説明する。これらの説明及び実施例は実施形態を例示するものであり、実施形態の範囲を制限するものではない。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において実施形態を、図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。本開示において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
<画像形成装置>
本実施形態に係る画像形成装置は、導電性支持体上に感光層と表面保護層とをこの順に有する電子写真感光体と、前記電子写真感光体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した前記電子写真感光体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により前記電子写真感光体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、前記電子写真感光体の表面に形成された前記トナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、前記電子写真感光体の表面に接触し、前記電子写真感光体の表面を清掃するクリーニングブレードを有する清掃手段と、を備え、前記電子写真感光体における前記表面保護層の静摩擦係数μが0.3以下であり、且つ、前記クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST以下である、画像形成装置である。
本実施形態に係る画像形成装置において、電子写真感光体を、単に「感光体」ともいい、静電荷像現像用トナーを、単に「トナー」ともいい、静電荷像現像剤を、単に「現像剤」ともいう。
感光体の表面におけるクリーニング性を向上させるため、清掃部材であるクリーニングブレードを感光体の表面に強く押し付ける方法がある。この方法では、感光体の表面が受ける応力が増大することで、感光体の摩耗が生じること、また、クリーニングブレードが大きく歪んでしまい部分的に欠けることもある。クリーニングブレードが欠けると、感光体の表面に残存するトナーがすり抜けてしまい、すり抜けたトナーに起因して画像欠陥が生じ、画質の低下を招くことがある。
本実施形態に係る画像形成装置では、表面保護層を有する電子写真感光体、帯電手段、静電荷像形成手段、現像手段、転写手段、及びクリーニングブレードを有する清掃手段を備えている。そして、電子写真感光体における表面保護層の静摩擦係数μが0.3以下であり、且つ、クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST以下である。
このように、感光体の表面とクリーニングブレードとの関係を検討した結果、表面保護層の静摩擦係数μ、及び、クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δのそれぞれについて、上記の数値以下とすることで、電子写真感光体の摩耗を抑制し、且つ、クリーニング不良による画質の低下を抑制しうることを見いだした。
この理由は、以下のように推察される。
感光体が有する表面保護層の静摩擦係数μが0.3以下であるということは、表面保護層の表面が滑りやすい性質を有することといえる。このような感光体の表面に対し、クリーニングブレードを接触させ、感光体の表面をクリーニングするが、本実施形態に係る画像形成装置では、その際のクリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δを100μSTとする。このような構成とすることで、クリーニングブレードがバタつくことなく感光体に接触し続けることができるものと推測される。その結果、本実施系に係る画像形成装置によれば、電子写真感光体の摩耗を抑制し、且つ、クリーニング不良による画質の低下を抑制しうる。
-静摩擦係数μ-
感光体が有する表面保護層の静摩擦係数μは、0.30以下であればよい。なお、表面保護層の静摩擦係数μの下限としては、例えば、感光体とクリーニングブレードとの密着性等の観点から、0.2以上であることが好ましい。
なお、静摩擦係数μの測定は、摩擦摩耗試験機(例えば、HEIDONトライボギア TYPE-14、新東科学(株)製)にて、サファイヤ針を用いて行う。
-ひずみ量の差Δ-
クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δは、100μST以下であればよく、電子写真感光体の摩耗をさらに抑制する観点からは、95μST以下であることが好ましく、90μST以下であることが好ましい。また、クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δは、クリーニング不良による画質の低下をさらに抑制する観点からは、50μST以上であることが好ましく、65μST以上であることがより好ましい。
以上のことから、クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δは、50μST以上95μST以下であることが好ましく、65μST以上90μST以下であることがより好ましい。ひずみ量の差Δをこの範囲とすることで、電子写真感光体の摩耗をさらに抑制し、且つ、クリーニング不良による画質の低下をさらに抑制しうる。
なお、ひずみ量の差Δは以下のようにして求める。
クリーニングブレードの感光体に接触させた際に縮む側の面の先端から1mmのところに歪みゲージ(共和電業製 KFG-02)を接着剤で貼り付ける。歪みゲージのリード線は歪みデータ収集ユニット(キーエンス製 NR-ST04)につなぎ、データロガー(キーエンス製 NR-500)を介してコンピュータと接続する。貼り付けた歪みゲージにより、クリーニングブレードのひずみ量を電気的なシグナルとして検出する。
歪みゲージを貼り付けたクリーニングブレードをプロセスカートリッジに設置し、画像形成装置に組み込んだ後、少なくとも10分待ち、ベースラインを安定させる。ベースラインを安定させたときのひずみ量(これを静止時のひずみ量Aとする)を記録し、その後、A3サイズの用紙に50%ハーフトーン画像を印刷し、印刷中であって感光体動作中のクリーニングブレードのひずみ量(これを動作時のひずみ量Bとする)を記録する。
ここで、感光体の表面に対しクリーニングブレードを接触する際の、接触角度WAは8°以上14°以下の範囲内とし、食い込み量は0.5mm以上1.2mmの範囲内とする。
得られた静止時のひずみ量Aと動作時のひずみ量Bとを以下の式に導入し、ひずみ量の差Δを算出する。
ひずみ量の差Δ=(静止時のひずみ量A)-(動作時のひずみ量B)
以下、本実施形態に係る画像形成装置の構成を詳しく説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、導電性支持体上に感光層と表面保護層とをこの順に有する電子写真感光体と、電子写真感光体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した電子写真感光体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により電子写真感光体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、電子写真感光体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、電子写真感光体の表面に接触し、電子写真感光体の表面を清掃するクリーニングブレードを有する清掃手段と、を備える。
なお、記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段等をさらに備えていてもよい。
ここで、本実施形態に係る画像形成装置は、感光体の表面に形成されたトナー画像を直接記録媒体に転写する直接転写方式の装置;感光体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写し、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する中間転写方式の装置;トナー画像の転写後、帯電前に感光体の表面に除電光を照射して除電する除電装置を備える装置等の周知の画像形成装置が適用される。
中間転写方式の装置の場合、転写装置は、例えば、表面にトナー画像が転写される中間転写体と、感光体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写する一次転写装置と、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する二次転写装置と、を有する構成が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置において、感光体を少なくとも含む部分が画像形成装置用のユニットを構成し、画像形成装置に対して脱着されるカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよい。
ここで、本実施形態に係るプロセスカートリッジは、導電性支持体上に感光層と表面保護層とをこの順に有する電子写真感光体と、前記電子写真感光体の表面に接触し、前記電子写真感光体の表面を清掃するクリーニングブレードを有する清掃手段と、を備え、前記電子写真感光体における前記表面保護層の静摩擦係数μが0.3以下であり、且つ、前記クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST以下であり、画像形成装置に着脱するプロセスカートリッジである。
なお、本実施形態に係るプロセスカートリッジは、電子写真感光体及び清掃手段を備える上記構成に限られず、その他、必要に応じて、例えば、帯電手段、静電荷像形成手段、現像手段、及び転写手段等のその他手段から選択される少なくとも一つと、を備える構成であってもよい。
以下、本実施形態に係る画像形成装置の一例を示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
本実施形態に係る画像形成装置10には、図1に示すように、感光体12を備える。感光体12は、円柱状とされ、モータ等の駆動部27にギア等の駆動力伝搬部材(不図示)を介して連結されており、当該駆動部27により、黒点で示す回転軸の周りに回転駆動される。図1に示す例では、感光体12は、矢印A方向に回転駆動される。
感光体12の周辺には、例えば、帯電装置15(帯電手段の一例)、静電荷像形成装置16(静電荷像形成手段の一例)、現像装置18(現像手段の一例)、転写装置31(転写手段の一例)、クリーニング装置22(清掃手段の一例)、及び除電装置24が、感光体12の回転方向に沿って順に配設されている。そして、画像形成装置10には、定着部材26Aと、定着部材26Aに接触して配置される加圧部材26Bと、を有する定着装置26も配設されている。また、画像形成装置10は、各装置(各部)の動作を制御する制御装置36を有している。なお、感光体12、帯電装置15、静電荷像形成装置16、現像装置18、転写装置31、クリーニング装置22を含むユニットが画像形成ユニットに該当する。
画像形成装置10において、少なくとも感光体12は、他の装置と一体化したプロセスカートリッジとして備えてもよい。
[電子写真感光体]
感光体は、導電性支持体上に、感光層と表面保護層とをこの順に有する。そして、表面保護層の静摩擦係数μが0.3以下である。
なお、電子写真感光体における感光層は、電荷発生材料と電荷輸送材料とを同一の感光層に含有して機能を一体化した単層型感光層であってもよく、電荷発生層と電荷輸送層とを有する機能が分離された積層型感光層であってもよい。感光層が積層型感光層である場合、電荷発生層と電荷輸送層との順序は特に限定されないが、感光体は、導電性支持体上に、電荷発生層と電荷輸送層とをこの順に有する構成が好ましい。また、感光体は、これらの層以外の層を含んでいてもよい。
図2は、本実施形態に係る画像形成装置が備える感光体の層構成の一例を示す模式断面図である。感光体107Aは、導電性支持体104上に、下引層101が設けられ、その上に、電荷発生層102、電荷輸送層103、及び表面保護層106をこの順に有する構造を有する。感光体107Aにおいては、電荷発生層102と電荷輸送層103とに機能が分離された感光層105が構成されている。
また、図3は、本実施形態に係る画像形成装置が備える感光体の層構成の他の例を示す模式断面図である。感光体107Bは、導電性支持体104上に、下引層101が設けられ、その上に、感光層105及び表面保護層106をこの順に有する構造を有する。感光体107Bにおいては、電荷発生材料と電荷輸送材料とを同一の感光層105に含有して機能を一体化した単層型感光層が構成されている。
なお、本実施形態における感光体は、下引層101を設けてもよいし、設けなくてもよい。
以下、本実施形態における感光体の詳細について説明するが、符号は省略して説明する。
(導電性支持体)
導電性支持体としては、例えば、金属(アルミニウム、銅、亜鉛、クロム、ニッケル、モリブデン、バナジウム、インジウム、金、白金等)又は合金(ステンレス鋼等)を含む金属板、金属ドラム、及び金属ベルト等が挙げられる。また、導電性支持体としては、例えば、導電性化合物(例えば導電性ポリマー、酸化インジウム等)、金属(例えばアルミニウム、パラジウム、金等)又は合金を塗布、蒸着又はラミネートした紙、樹脂フィルム、ベルト等も挙げられる。ここで、「導電性」とは体積抵抗率が1013Ωcm未満であることをいう。
導電性支持体の表面は、電子写真感光体がレーザプリンタに使用される場合、レーザ光を照射する際に生じる干渉縞を抑制する目的で、中心線平均粗さRaで0.04μm以上0.5μm以下に粗面化されていることが好ましい。なお、非干渉光を光源に用いる場合、干渉縞防止の粗面化は、特に必要ないが、導電性支持体の表面の凹凸による欠陥の発生を抑制するため、より長寿命化に適する。
粗面化の方法としては、例えば、研磨剤を水に懸濁させて支持体に吹き付けることによって行う湿式ホーニング、回転する砥石に導電性支持体を圧接し、連続的に研削加工を行うセンタレス研削、陽極酸化処理等が挙げられる。
粗面化の方法としては、導電性支持体の表面を粗面化することなく、導電性又は半導電性粉体を樹脂中に分散させて、導電性支持体の表面上に層を形成し、その層中に分散させる粒子により粗面化する方法も挙げられる。
陽極酸化による粗面化処理は、金属製(例えばアルミニウム製)の導電性支持体を陽極とし電解質溶液中で陽極酸化することにより導電性支持体の表面に酸化膜を形成するものである。電解質溶液としては、例えば、硫酸溶液、シュウ酸溶液等が挙げられる。しかし、陽極酸化により形成された多孔質陽極酸化膜は、そのままの状態では化学的に活性であり、汚染され易く、環境による抵抗変動も大きい。そこで、多孔質陽極酸化膜に対して、酸化膜の微細孔を加圧水蒸気又は沸騰水中(ニッケル等の金属塩を加えてもよい)で水和反応による体積膨張でふさぎ、より安定な水和酸化物に変える封孔処理を行うことが好ましい。
陽極酸化膜の膜厚は、例えば、0.3μm以上15μm以下が好ましい。この膜厚が上記範囲内にあると、注入に対するバリア性が発揮される傾向があり、また繰り返し使用による残留電位の上昇が抑えられる傾向にある。
導電性支持体には、酸性処理液による処理又はベーマイト処理を施してもよい。
酸性処理液による処理は、例えば、以下のようにして実施される。先ず、リン酸、クロム酸及びフッ酸を含む酸性処理液を調製する。酸性処理液におけるリン酸、クロム酸及びフッ酸の配合割合は、例えば、リン酸が10質量%以上11質量%以下の範囲、クロム酸が3質量%以上5質量%以下の範囲、フッ酸が0.5質量%以上2質量%以下の範囲であって、これらの酸全体の濃度は13.5質量%以上18質量%以下の範囲がよい。処理温度は例えば42℃以上48℃以下が好ましい。被膜の膜厚は、0.3μm以上15μm以下が好ましい。
ベーマイト処理は、例えば90℃以上100℃以下の純水中に5分から60分間浸漬すること、又は90℃以上120℃以下の加熱水蒸気に5分から60分間接触させて行う。被膜の膜厚は、0.1μm以上5μm以下が好ましい。これをさらにアジピン酸、硼酸、硼酸塩、燐酸塩、フタル酸塩、マレイン酸塩、安息香酸塩、酒石酸塩、クエン酸塩等の被膜溶解性の低い電解質溶液を用いて陽極酸化処理してもよい。
(下引層)
下引層は、例えば、無機粒子と結着樹脂とを含む層である。
無機粒子としては、例えば、粉体抵抗(体積抵抗率)10Ωcm以上1011Ωcm以下の無機粒子が挙げられる。
これらの中でも、上記抵抗値を有する無機粒子としては、例えば、酸化錫粒子、酸化チタン粒子、酸化亜鉛粒子、酸化ジルコニウム粒子等の金属酸化物粒子がよく、特に、酸化亜鉛粒子が好ましい。
無機粒子のBET法による比表面積は、例えば、10m/g以上がよい。
無機粒子の体積平均粒径は、例えば、50nm以上2000nm以下(好ましくは60nm以上1000nm以下)がよい。
無機粒子の含有量は、例えば、結着樹脂に対して、10質量%以上80質量%以下であることが好ましく、より好ましくは40質量%以上80質量%以下である。
無機粒子は、表面処理が施されていてもよい。無機粒子は、表面処理の異なるもの、又は、粒子径の異なるものを2種以上混合して用いてもよい。
表面処理剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、界面活性剤等が挙げられる。特に、シランカップリング剤が好ましく、アミノ基を有するシランカップリング剤がより好ましい。
アミノ基を有するシランカップリング剤としては、例えば、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N,N-ビス(2-ヒドロキシエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
シランカップリング剤は、2種以上混合して使用してもよい。例えば、アミノ基を有するシランカップリング剤と他のシランカップリング剤とを併用してもよい。この他のシランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、3-メタクリルオキシプロピル-トリス(2-メトキシエトキシ)シラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N,N-ビス(2-ヒドロキシエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-クロロプロピルトリメトキシシラン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
表面処理剤による表面処理方法は、公知の方法であればいかなる方法でもよく、乾式法又は湿式法のいずれでもよい。
表面処理剤の処理量は、例えば、無機粒子に対して0.5質量%以上10質量%以下が好ましい。
ここで、下引層は、無機粒子と共に電子受容性化合物(アクセプター化合物)を含有することが、電気特性の長期安定性、キャリアブロック性が高まる観点からよい。
電子受容性化合物としては、例えば、クロラニル、ブロモアニル等のキノン系化合物;テトラシアノキノジメタン系化合物;2,4,7-トリニトロフルオレノン、2,4,5,7-テトラニトロ-9-フルオレノン等のフルオレノン化合物;2-(4-ビフェニル)-5-(4-t-ブチルフェニル)-1,3,4-オキサジアゾール、2,5-ビス(4-ナフチル)-1,3,4-オキサジアゾール、2,5-ビス(4-ジエチルアミノフェニル)-1,3,4オキサジアゾール等のオキサジアゾール系化合物;キサントン系化合物;チオフェン化合物;3,3’,5,5’テトラ-t-ブチルジフェノキノン等のジフェノキノン化合物;等の電子輸送性物質等が挙げられる。
特に、電子受容性化合物としては、アントラキノン構造を有する化合物が好ましい。アントラキノン構造を有する化合物としては、例えば、ヒドロキシアントラキノン化合物、アミノアントラキノン化合物、アミノヒドロキシアントラキノン化合物等が好ましく、具体的には、例えば、アントラキノン、アリザリン、キニザリン、アントラルフィン、プルプリン等が好ましい。
電子受容性化合物は、下引層中に無機粒子と共に分散して含まれていてもよいし、無機粒子の表面に付着した状態で含まれていてもよい。
電子受容性化合物を無機粒子の表面に付着させる方法としては、例えば、乾式法、又は、湿式法が挙げられる。
乾式法は、例えば、無機粒子をせん断力の大きなミキサ等で攪拌しながら、直接又は有機溶媒に溶解させた電子受容性化合物を滴下、乾燥空気や窒素ガスとともに噴霧させて、電子受容性化合物を無機粒子の表面に付着する方法である。電子受容性化合物の滴下又は噴霧するときは、溶剤の沸点以下の温度で行うことがよい。電子受容性化合物を滴下又は噴霧した後、更に100℃以上で焼き付けを行ってもよい。焼き付けは電子写真特性が得られる温度、時間であれば特に制限されない。
湿式法は、例えば、攪拌、超音波、サンドミル、アトライター、ボールミル等により、無機粒子を溶剤中に分散しつつ、電子受容性化合物を添加し、攪拌又は分散した後、溶剤除去して、電子受容性化合物を無機粒子の表面に付着する方法である。溶剤除去方法は、例えば、ろ過又は蒸留により留去される。溶剤除去後には、更に100℃以上で焼き付けを行ってもよい。焼き付けは電子写真特性が得られる温度、時間であれば特に限定されない。湿式法においては、電子受容性化合物を添加する前に無機粒子の含有水分を除去してもよく、その例として溶剤中で攪拌加熱しながら除去する方法、溶剤と共沸させて除去する方法が挙げられる。
なお、電子受容性化合物の付着は、表面処理剤による表面処理を無機粒子に施す前又は後に行ってよく、電子受容性化合物の付着と表面処理剤による表面処理と同時に行ってもよい。
電子受容性化合物の含有量は、例えば、無機粒子に対して0.01質量%以上20質量%以下がよく、好ましくは0.01質量%以上10質量%以下である。
下引層に用いる結着樹脂としては、例えば、アセタール樹脂(例えばポリビニルブチラール等)、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、カゼイン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ゼラチン、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル-無水マレイン酸樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン-アルキッド樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂等の公知の高分子化合物;ジルコニウムキレート化合物;チタニウムキレート化合物;アルミニウムキレート化合物;チタニウムアルコキシド化合物;有機チタニウム化合物;シランカップリング剤等の公知の材料が挙げられる。
下引層に用いる結着樹脂としては、例えば、電荷輸送性基を有する電荷輸送性樹脂、導電性樹脂(例えばポリアニリン等)等も挙げられる。
これらの中でも、下引層に用いる結着樹脂としては、上層の塗布溶剤に不溶な樹脂が好適であり、特に、尿素樹脂、フェノール樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂;ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂及びポリビニルアセタール樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂と硬化剤との反応により得られる樹脂が好適である。
これら結着樹脂を2種以上組み合わせて使用する場合には、その混合割合は、必要に応じて設定される。
下引層には、電気特性向上、環境安定性向上、画質向上のために種々の添加剤を含んでいてもよい。
添加剤としては、多環縮合系、アゾ系等の電子輸送性顔料、ジルコニウムキレート化合物、チタニウムキレート化合物、アルミニウムキレート化合物、チタニウムアルコキシド化合物、有機チタニウム化合物、シランカップリング剤等の公知の材料が挙げられる。シランカップリング剤は前述のように無機粒子の表面処理に用いられるが、添加剤として更に下引層に添加してもよい。
添加剤としてのシランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、3-メタクリルオキシプロピル-トリス(2-メトキシエトキシ)シラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N,N-ビス(2-ヒドロキシエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-クロロプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
ジルコニウムキレート化合物としては、例えば、ジルコニウムブトキシド、ジルコニウムアセト酢酸エチル、ジルコニウムトリエタノールアミン、アセチルアセトネートジルコニウムブトキシド、アセト酢酸エチルジルコニウムブトキシド、ジルコニウムアセテート、ジルコニウムオキサレート、ジルコニウムラクテート、ジルコニウムホスホネート、オクタン酸ジルコニウム、ナフテン酸ジルコニウム、ラウリン酸ジルコニウム、ステアリン酸ジルコニウム、イソステアリン酸ジルコニウム、メタクリレートジルコニウムブトキシド、ステアレートジルコニウムブトキシド、イソステアレートジルコニウムブトキシド等が挙げられる。
チタニウムキレート化合物としては、例えば、テトライソプロピルチタネート、テトラノルマルブチルチタネート、ブチルチタネートダイマー、テトラ(2-エチルヘキシル)チタネート、チタンアセチルアセトネート、ポリチタンアセチルアセトネート、チタンオクチレングリコレート、チタンラクテートアンモニウム塩、チタンラクテート、チタンラクテートエチルエステル、チタントリエタノールアミネート、ポリヒドロキシチタンステアレート等が挙げられる。
アルミニウムキレート化合物としては、例えば、アルミニウムイソプロピレート、モノブトキシアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムブチレート、ジエチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)等が挙げられる。
これらの添加剤は、単独で、又は複数の化合物の混合物若しくは重縮合物として用いてもよい。
下引層は、ビッカース硬度が35以上であることがよい。
下引層の表面粗さ(十点平均粗さ)は、モアレ像抑制のために、使用される露光用レーザ波長λの1/(4n)(nは上層の屈折率)から1/2までに調整されていることがよい。
表面粗さ調整のために下引層中に樹脂粒子等を添加してもよい。樹脂粒子としてはシリコーン樹脂粒子、架橋型ポリメタクリル酸メチル樹脂粒子等が挙げられる。また、表面粗さ調整のために下引層の表面を研磨してもよい。研磨方法としては、バフ研磨、サンドブラスト処理、湿式ホーニング、研削処理等が挙げられる。
下引層の形成は、特に制限はなく、周知の形成方法が利用されるが、例えば、上記成分を溶剤に加えた下引層形成用塗布液の塗膜を形成し、当該塗膜を乾燥し、必要に応じて加熱することで行う。
下引層形成用塗布液を調製するための溶剤としては、公知の有機溶剤、例えば、アルコール系溶剤、芳香族炭化水素溶剤、ハロゲン化炭化水素溶剤、ケトン系溶剤、ケトンアルコール系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤等が挙げられる。
これらの溶剤として具体的には、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、iso-プロパノール、n-ブタノール、ベンジルアルコール、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチレンクロライド、クロロホルム、クロロベンゼン、トルエン等の通常の有機溶剤が挙げられる。
下引層形成用塗布液を調製するときの無機粒子の分散方法としては、例えば、ロールミル、ボールミル、振動ボールミル、アトライター、サンドミル、コロイドミル、ペイントシェーカー等の公知の方法が挙げられる。
下引層形成用塗布液を導電性支持体上に塗布する方法としては、例えば、ブレード塗布法、ワイヤーバー塗布法、スプレー塗布法、浸漬塗布法、ビード塗布法、エアーナイフ塗布法、カーテン塗布法等の通常の方法が挙げられる。
下引層の膜厚は、例えば、好ましくは15μm以上、より好ましくは20μm以上50μm以下の範囲内に設定される。
(中間層)
図示は省略するが、下引層と感光層との間に中間層をさらに設けてもよい。
中間層は、例えば、樹脂を含む層である。中間層に用いる樹脂としては、例えば、アセタール樹脂(例えばポリビニルブチラール等)、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、カゼイン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ゼラチン、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル-無水マレイン酸樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン-アルキッド樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂等の高分子化合物が挙げられる。
中間層は、有機金属化合物を含む層であってもよい。中間層に用いる有機金属化合物としては、ジルコニウム、チタニウム、アルミニウム、マンガン、ケイ素等の金属原子を含有する有機金属化合物等が挙げられる。
これらの中間層に用いる化合物は、単独で又は複数の化合物の混合物若しくは重縮合物として用いてもよい。
これらの中でも、中間層は、ジルコニウム原子又はケイ素原子を含有する有機金属化合物を含む層であることが好ましい。
中間層の形成は、特に制限はなく、周知の形成方法が利用されるが、例えば、上記成分を溶剤に加えた中間層形成用塗布液の塗膜を形成し、当該塗膜を乾燥、必要に応じて加熱することで行う。
中間層を形成する塗布方法としては、浸漬塗布法、突き上げ塗布法、ワイヤーバー塗布法、スプレー塗布法、ブレード塗布法、ナイフ塗布法、カーテン塗布法等の通常の方法が用いられる。
中間層の膜厚は、例えば、好ましくは0.1μm以上3μm以下の範囲に設定される。なお、中間層を下引層として使用してもよい。
(電荷発生層)
電荷発生層は、例えば、電荷発生材料と結着樹脂とを含む層である。また、電荷発生層は、電荷発生材料の蒸着層であってもよい。電荷発生材料の蒸着層は、LED(Light Emitting Diode)、有機EL(Electro-Luminescence)イメージアレー等の非干渉性光源を用いる場合に好適である。
電荷発生材料としては、ビスアゾ、トリスアゾ等のアゾ顔料;ジブロモアントアントロン等の縮環芳香族顔料;ペリレン顔料;ピロロピロール顔料;フタロシアニン顔料;酸化亜鉛;三方晶系セレン等が挙げられる。
これらの中でも、近赤外域のレーザ露光に対応させるためには、電荷発生材料としては、金属フタロシアニン顔料、又は無金属フタロシアニン顔料を用いることが好ましい。具体的には、例えば、ヒドロキシガリウムフタロシアニン;クロロガリウムフタロシアニン;ジクロロスズフタロシアニン;チタニルフタロシアニンがより好ましい。
一方、近紫外域のレーザ露光に対応させるためには、電荷発生材料としては、ジブロモアントアントロン等の縮環芳香族顔料;チオインジゴ系顔料;ポルフィラジン化合物;酸化亜鉛;三方晶系セレン;ビスアゾ顔料等が好ましい。
450nm以上780nm以下に発光の中心波長があるLED,有機ELイメージアレー等の非干渉性光源を用いる場合にも、上記電荷発生材料を用いてもよいが、解像度の観点より、感光層を20μm以下の薄膜で用いるときには、感光層中の電界強度が高くなり、基体からの電荷注入による帯電低下、いわゆる黒点と呼ばれる画像欠陥を生じやすくなる。これは、三方晶系セレン、フタロシアニン顔料等のp-型半導体で暗電流を生じやすい電荷発生材料を用いたときに顕著となる。
これに対し、電荷発生材料として、縮環芳香族顔料、ペリレン顔料、アゾ顔料等のn-型半導体を用いた場合、暗電流を生じ難く、薄膜にしても黒点と呼ばれる画像欠陥を抑制し得る。
なお、n-型であるかの判定は、通常使用されるタイムオブフライト法を用い、流れる光電流の極性によって行われ、正孔よりも電子をキャリアとして流しやすいものをn-型とする。
電荷発生層に用いる結着樹脂としては、広範な絶縁性樹脂から選択され、また、結着樹脂としては、ポリ-N-ビニルカルバゾール、ポリビニルアントラセン、ポリビニルピレン、ポリシラン等の有機光導電性ポリマーから選択してもよい。
結着樹脂としては、例えば、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアリレート樹脂(ビスフェノール類と芳香族2価カルボン酸の重縮合体等)、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルピリジン樹脂、セルロース樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、カゼイン、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂等が挙げられる。ここで、「絶縁性」とは、体積抵抗率が1013Ωcm以上であることをいう。
これらの結着樹脂は1種を単独で又は2種以上を混合して用いられる。
なお、電荷発生材料と結着樹脂の配合比は、質量比で10:1から1:10までの範囲内であることが好ましい。
電荷発生層には、その他、周知の添加剤が含まれていてもよい。
電荷発生層の形成は、特に制限はなく、周知の形成方法が利用されるが、例えば、上記成分を溶剤に加えた電荷発生層形成用塗布液の塗膜を形成し、当該塗膜を乾燥し、必要に応じて加熱することで行う。なお、電荷発生層の形成は、電荷発生材料の蒸着により行ってもよい。電荷発生層の蒸着による形成は、特に、電荷発生材料として縮環芳香族顔料、ペリレン顔料を利用する場合に好適である。
電荷発生層形成用塗布液を調製するための溶剤としては、メタノール、エタノール、n-プロパノール、n-ブタノール、ベンジルアルコール、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸n-ブチル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチレンクロライド、クロロホルム、クロロベンゼン、トルエン等が挙げられる。これら溶剤は、1種を単独で又は2種以上を混合して用いる。
電荷発生層形成用塗布液中に粒子(例えば電荷発生材料)を分散させる方法としては、例えば、ボールミル、振動ボールミル、アトライター、サンドミル、横型サンドミル等のメディア分散機や、攪拌、超音波分散機、ロールミル、高圧ホモジナイザー等のメディアレス分散機が利用される。高圧ホモジナイザーとしては、例えば、高圧状態で分散液を液-液衝突や液-壁衝突させて分散する衝突方式や、高圧状態で微細な流路を貫通させて分散する貫通方式等が挙げられる。
なお、この分散の際、電荷発生層形成用塗布液中の電荷発生材料の平均粒径を0.5μm以下、好ましくは0.3μm以下、更に好ましくは0.15μm以下にすることが有効である。
電荷発生層形成用塗布液を下引層上(又は中間層上)に塗布する方法としては、例えばブレード塗布法、ワイヤーバー塗布法、スプレー塗布法、浸漬塗布法、ビード塗布法、エアーナイフ塗布法、カーテン塗布法等の通常の方法が挙げられる。
電荷発生層の膜厚は、例えば、好ましくは0.1μm以上5.0μm以下、より好ましくは0.2μm以上2.0μm以下の範囲内に設定される。
(電荷輸送層)
電荷輸送層は、例えば、電荷輸送材料と結着樹脂とを含む層である。電荷輸送層は、高分子電荷輸送材料を含む層であってもよい。
電荷輸送材料としては、p-ベンゾキノン、クロラニル、ブロマニル、アントラキノン等のキノン系化合物;テトラシアノキノジメタン系化合物;2,4,7-トリニトロフルオレノン等のフルオレノン化合物;キサントン系化合物;ベンゾフェノン系化合物;シアノビニル系化合物;エチレン系化合物等の電子輸送性化合物が挙げられる。電荷輸送材料としては、トリアリールアミン系化合物、ベンジジン系化合物、アリールアルカン系化合物、アリール置換エチレン系化合物、スチルベン系化合物、アントラセン系化合物、ヒドラゾン系化合物等の正孔輸送性化合物も挙げられる。これらの電荷輸送材料は1種を単独で又は2種以上で用いられるが、これらに限定されるものではない。
電荷輸送材料としては、電荷移動度の観点から、下記構造式(a-1)で示されるトリアリールアミン誘導体、及び下記構造式(a-2)で示されるベンジジン誘導体が好ましい。
構造式(a-1)中、ArT1、ArT2、及びArT3は、各々独立に置換若しくは無置換のアリール基、-C-C(RT4)=C(RT5)(RT6)、又は-C-CH=CH-CH=C(RT7)(RT8)を示す。RT4、RT5、RT6、RT7、及びRT8は各々独立に水素原子、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示す。
上記各基の置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1以上5以下のアルキル基、炭素数1以上5以下のアルコキシ基が挙げられる。また、上記各基の置換基としては、炭素数1以上3以下のアルキル基で置換された置換アミノ基も挙げられる。
構造式(a-2)中、RT91及びRT92は各々独立に水素原子、ハロゲン原子、炭素数1以上5以下のアルキル基、又は炭素数1以上5以下のアルコキシ基を示す。RT101、RT102、RT111及びRT112は各々独立に、ハロゲン原子、炭素数1以上5以下のアルキル基、炭素数1以上5以下のアルコキシ基、炭素数1以上2以下のアルキル基で置換されたアミノ基、置換若しくは無置換のアリール基、-C(RT12)=C(RT13)(RT14)、又は-CH=CH-CH=C(RT15)(RT16)を示し、RT12、RT13、RT14、RT15及びRT16は各々独立に水素原子、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を表す。Tm1、Tm2、Tn1及びTn2は各々独立に0以上2以下の整数を示す。
上記各基の置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1以上5以下のアルキル基、炭素数1以上5以下のアルコキシ基が挙げられる。また、上記各基の置換基としては、炭素数1以上3以下のアルキル基で置換された置換アミノ基も挙げられる。
ここで、構造式(a-1)で示されるトリアリールアミン誘導体、及び前記構造式(a-2)で示されるベンジジン誘導体のうち、特に、「-C-CH=CH-CH=C(RT7)(RT8)」を有するトリアリールアミン誘導体、及び「-CH=CH-CH=C(RT15)(RT16)」を有するベンジジン誘導体が、電荷移動度の観点で好ましい。
高分子電荷輸送材料としては、ポリ-N-ビニルカルバゾール、ポリシラン等の電荷輸送性を有する公知のものが用いられる。特に、ポリエステル系の高分子電荷輸送材料は好ましい。なお、高分子電荷輸送材料は、単独で使用してよいが、結着樹脂と併用してもよい。
電荷輸送層に用いる結着樹脂は、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、スチレン-ブタジエン共重合体、塩化ビニリデン-アクリロニトリル共重合体、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル-酢酸ビニル-無水マレイン酸共重合体、シリコーン樹脂、シリコーンアルキッド樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、スチレン-アルキッド樹脂、ポリ-N-ビニルカルバゾール、ポリシラン等が挙げられる。これらの中でも、結着樹脂としては、ポリカーボネート樹脂又はポリアリレート樹脂が好適である。これらの結着樹脂は1種を単独で又は2種以上で用いる。
なお、電荷輸送材料と結着樹脂との配合比は、質量比で10:1から1:5までが好ましい。
上記の結着樹脂の中でも、電荷輸送層の表面粗さをより低下させ易くし、像流れの発生をより抑制する点から、ポリカーボネート樹脂、及びポリアリレート樹脂が好ましく、さらにはポリカーボネート樹脂(ビスフェノールA、ビスフェノールZ、ビスフェノールC、ビスフェノールTP等の単独重合型、又はその共重合型)がより好ましい。
ポリカーボネート樹脂は、1種を単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
また、同様の点で、ポリカーボネート樹脂の中でも、ビスフェノールZの単独重合型ポリカーボネート樹脂を含むことがより好ましい。
電荷輸送層は、電荷輸送材料及び結着樹脂のほかに、必要に応じて無機粒子を含んでもよい。
電荷輸送層(すなわち、有機感光層であって、表面保護層に隣接する層)が無機粒子を含むことで、表面保護層が金属酸化物層である場合、金属酸化物層の割れが抑制される。具体的には、電荷輸送層に無機粒子を含有させることにより、無機粒子が電荷輸送層の補強材としての機能を果すことで、電荷輸送層が変形し難くなり、金属酸化物層の割れが抑制されると考えられる。また、電荷輸送層が無機粒子を含むことで、電界強度が高くなっても電荷輸送層の絶縁破壊が起こりにくくなる。
電荷輸送層に用いられる無機粒子としては、シリカ粒子、アルミナ粒子、酸化チタン粒子、チタン酸カリウム、酸化スズ粒子、酸化亜鉛粒子、酸化ジルコニウム粒子、硫酸バリウム粒子、酸化カルシウム粒子、炭酸カルシウム粒子、酸化マグネシウム粒子、などが挙げられる。
無機粒子は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、誘電損率が高く、感光体の電気特性を低減させ難い点、また、表面保護層である金属酸化物層の割れの発生を抑制する観点から、シリカ粒子が特に好ましい。
以下、電荷輸送層に好適なシリカ粒子について詳細に説明する。
シリカ粒子としては、例えば、乾式シリカ粒子、湿式シリカ粒子が挙げられる。
乾式シリカ粒子としては、シラン化合物を燃焼させて得られる燃焼法シリカ(ヒュームドシリカ)、金属珪素粉を爆発的に燃焼させて得られる爆燃法シリカ等が挙げられる。
湿式シリカ粒子としては、珪酸ナトリウムと鉱酸との中和反応によって得られる湿式シリカ粒子(アルカリ条件で合成・凝集した沈降法シリカ、酸性条件で合成・凝集したゲル法シリカ粒子等)、酸性珪酸をアルカリ性にして重合することで得られるコロイダルシリカ粒子(シリカゾル粒子等)、有機シラン化合物(例えばアルコキシシラン等)の加水分解によって得られるゾルゲル法シリカ粒子が挙げられる。
これらの中でも、シリカ粒子としては、残留電位の発生、その他電気特性の悪化による画像欠陥の抑制(細線再現性の悪化の抑制)の観点から、表面のシラノール基が少なく、低い空隙構造を持つ燃焼法シリカ粒子が望ましい。
シリカ粒子は、その表面が疎水化処理剤で表面処理されていることがよい。これにより、シリカ粒子の表面のシラノール基が低減し、残留電位の発生が抑制され易くなる。
疎水化処理剤としては、クロロシラン、アルコキシシラン、シラザン等の周知のシラン化合物が挙げられる。
これらの中でも、疎水化処理剤としては、残留電位の発生を抑制し易くする観点及び感光体表面の帯電ムラに起因する画像濃度ムラを抑制する観点から、トリメチルシリル基、デシルシリル基、又はフェニルシリル基を持つシラン化合物が望ましい。つまり、シリカ粒子の表面には、トリメチルシリル基、デシルシリル基、又はフェニルシリル基を有することがよい。
トリメチルシリル基を持つシラン化合物(トリメチルシラン化合物)としては、例えば、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン等が挙げられる。
デシルシリル基を持つシラン化合物(デシルシラン化合物)としては、例えば、デシルトリクロロシラン、デシルジメチルクロロシラン、デシルトリメトキシシラン等が挙げられる。
フェニル基を持つシラン化合物(フェニルシラン化合物)としては、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルクロロシラン等が挙げられる。
疎水化処理されたシリカ粒子の縮合率(シリカ粒子中のSiO4-の結合におけるSi-O-Siの率:以下「疎水化処理剤の縮合率」ともいう)は、例えば、シリカ粒子の表面のシラノール基に対して90%以上が挙げられ、好ましくは91%以上、より好ましくは95%以上である。
疎水化処理剤の縮合率を上記範囲にすると、シリカ粒子のシラノール基がより低減し、残留電位の発生が抑制され易くなる。
疎水化処理剤の縮合率は、NMR(Nuclear Magnetic Resonance)で検出した縮合部のケイ素の全結合可能サイトに対して、縮合したケイ素の割合を示しており、次のようにして測定する。
まず、層中からシリカ粒子を分離する。分離したシリカ粒子に対して、Bruker製AVANCEIII 400でSi CP/MAS NMR分析を行い、SiOの置換数に応じたピーク面積を求め、それぞれ、2置換(Si(OH)(0-Si)-)、3置換(Si(OH)(0-Si)-)、4置換(Si(0-Si)-)の値をQ2,Q3,Q4とし、疎水化処理剤の縮合率は式:(Q2×2+Q3×3+Q4×4)/4×(Q2+Q3+Q4)により算出する。
シリカ粒子の体積抵抗率は、例えば、1011Ω・cm以上がよく、好ましくは1012Ω・cm以上、より好ましくは1013Ω・cm以上である。
シリカ粒子の体積抵抗率を上記範囲にすると、電気特性の低下が抑制される。
シリカ粒子の体積抵抗率は、次のようにして測定する。なお、測定環境は、温度20℃、湿度50%RHとする。
まず、層中からシリカ粒子を分離する。そして、20cmの電極板を配した円形の治具の表面に、測定対象となる分離したシリカ粒子を1mm以上3mm以下程度の厚さになるように載せ、シリカ粒子層を形成する。この上に前記同様の20cmの電極板を載せシリカ粒子層を挟み込む。シリカ粒子間の空隙をなくすため、シリカ粒子層上に載せた電極板の上に4kgの荷重をかけてからシリカ粒子層の厚み(cm)を測定する。シリカ粒子層上下の両電極には、エレクトロメーター及び高圧電源発生装置に接続されている。両電極に電界が予め定められた値となるように高電圧を印加し、このとき流れた電流値(A)を読み取ることにより、シリカ粒子の体積抵抗率(Ω・cm)を計算する。シリカ粒子の体積抵抗率(Ω・cm)の計算式は、下式に示す通りである。
なお、式中、ρはシリカ粒子の体積抵抗率(Ω・cm)、Eは印加電圧(V)、Iは電流値(A)、I0は印加電圧0Vにおける電流値(A)、Lはシリカ粒子層の厚み(cm)をそれぞれ表す。本評価では印加電圧が1000Vの時の体積抵抗率を用いた。
・式:ρ=E×20/(I-I0)/L
シリカ粒子を含む無機粒子の体積平均粒径は、例えば、20nm以上200nm以下が挙げられ、好ましくは40nm以上150nm以下、より好ましくは50nm以上120nm以下、更に好ましくは、50nm以上110nm以下である。
体積平均粒径が上記範囲であることで、表面保護層である金属酸化物層の割れ、及び残留電位の発生が抑制され易くなる。
無機粒子の体積平均粒径は、次のようにして測定する。以下、シリカ粒子の場合の測定方法を示すが、他の粒子であっても同様の測定方法が採用される。
シリカ粒子の体積平均粒径は、層中からシリカ粒子を分離し、このシリカ粒子の一次粒子100個をSEM(Scanning Electron Microscope)装置により40000倍の倍率で観察し、一次粒子の画像解析によって粒子ごとの最長径、最短径を測定し、この中間値から球相当径を測定する。得られた球相当径の累積頻度における50%径(D50v)を求め、これをシリカ粒子の体積平均粒径として測定する。
無機粒子の含有量は、その種類によって適宜決定されればよいが、表面保護層である金属酸化物層の割れ、及び残留電位の発生が抑制され易くなるといった点から、電荷輸送層全体(固形分)に対して、例えば、40質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、55質量%以上であることが更に好ましい。
また、無機粒子の含有量の上限値は特に限定されないが、電荷輸送層の特性を確保する等の点から、90質量%以下がよく、80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましく、65質量%以下であることがさらに好ましい。
また、無機粒子の含有量は、電荷輸送材料の含有量よりも多いことが好ましく、例えば電荷輸送層全体(固形分)に対し55質量%以上90質量%以下であることが好ましい。
電荷輸送層には、その他、周知の添加剤が含まれていてもよい。
-電荷輸送層の特性-
電荷輸送層における表面保護層側の表面の表面粗さRa(算術平均表面粗さRa)は、例えば、0.5μm以上4.5μm以下が挙げられ、好ましくは1μm以上4μm以下、より好ましくは1.5μm以上3.5μm以下である。
この表面粗さRaを上記範囲とすると、表面保護層の平滑性を調整することができ、摩擦係数μの制御しうる。
なお、表面粗さRaを上記範囲とするには、例えば、無機粒子の粒径及び含有量を調整する、電荷輸送層の厚みを調整する等の方法が挙げられる
この表面粗さRaは、次のように測定する。
まず、無機保護層を剥離した後、測定対象となる層を露出させる。そして、その層の一部をカッター等で切り出し、測定試料を取得する。
この測定試料に対して、触針式表面粗さ測定機(サーフコム1400A:東京精密社製等)を使用して測定する。その測定条件としては、JIS B0601-1994に準拠し、評価長さLn=4mm、基準長さL=0.8mm、カットオフ値=0.8mmとする。
電荷輸送層の弾性率は、例えば、5GPa以上が挙げられ、6GPa以上が好ましく、6.5GPa以上がより好ましい。
電荷輸送層の弾性率を上記範囲とすると、無機保護層の割れが抑制され易くなる。
なお、電荷輸送層の弾性率を上記範囲とするには、例えば、シリカ粒子の粒径及び含有量を調整する方法、電荷輸送材料の種類及び含有量を調整する方法が挙げられる。
電荷輸送層の弾性率は、次のように測定する。
まず、無機保護層を剥離した後、測定対象となる層を露出させる。そして、その層の一部をカッター等で切り出し、測定試料を取得する。
この測定試料に対して、MTSシステムズ社製 Nano Indenter SA2を用いて、連続剛性法(CSM)(米国特許4848141)により深さプロファイルを得て、その押込み深さ30nmから100nmの測定値から得た平均値を用いて測定する。
電荷輸送層の膜厚は、例えば、10μm以上40μm以下が挙げられ、好ましくは10μm以上35μm以下、より好ましくは15μm以上30μm以下である。
電荷輸送層の膜厚を上記範囲にすると、無機保護層の割れ、及び残留電位の発生が抑制され易くなる。
-電荷輸送層の形成-
電荷輸送層の形成は、特に制限はなく、周知の形成方法が利用されるが、例えば、上記成分を溶剤に加えた電荷輸送層形成用塗布液の塗膜を形成し、当該塗膜を乾燥、必要に応じて加熱することで行う。
電荷輸送層形成用塗布液を調製するための溶剤としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;アセトン、2-ブタノン等のケトン類;塩化メチレン、クロロホルム、塩化エチレン等のハロゲン化脂肪族炭化水素類;テトラヒドロフラン、エチルエーテル等の環状又は直鎖状のエーテル類等の通常の有機溶剤が挙げられる。これら溶剤は、単独で又は2種以上混合して用いる。
電荷輸送層形成用塗布液を電荷発生層の上に塗布する際の塗布方法としては、ブレード塗布法、ワイヤーバー塗布法、スプレー塗布法、浸漬塗布法、ビード塗布法、エアーナイフ塗布法、カーテン塗布法等の通常の方法が挙げられる。
なお、電荷輸送層形成用塗布液中に粒子(例えばシリカ粒子やフッ素樹脂粒子)を分散させる場合、その分散方法としては、例えば、ボールミル、振動ボールミル、アトライター、サンドミル、横型サンドミル等のメディア分散機や、攪拌、超音波分散機、ロールミル、高圧ホモジナイザー等のメディアレス分散機が利用される。高圧ホモジナイザーとしては、例えば、高圧状態で分散液を液-液衝突や液-壁衝突させて分散する衝突方式や、高圧状態で微細な流路を貫通させて分散する貫通方式などが挙げられる。
また、電荷輸送層の形成後、無機保護層の形成の前に、必要に応じて、導電性支持体上に形成された有機感光層(すなわち、電荷発生層、電荷輸送層等)に含まれる大気を、大気よりも酸素濃度が高い気体で置換する工程を経てもよい。
(単層型感光層)
単層型感光層(電荷発生/電荷輸送層)は、例えば、電荷発生材料と電荷輸送材料と、必要に応じて、結着樹脂、及びその他周知の添加剤と、を含む層である。なお、これら材料は、電荷発生層及び電荷輸送層で説明した材料と同様である。
また、単層型感光層は、相対湿度90%の環境下での水分吸着率が0.15質量%以下である表面処理粒子を含有する粒子含有層で構成される。
そして、単層型感光層中、電荷発生材料の含有量は、全固形分に対して0.1質量%以上10質量%以下がよく、好ましくは0.8質量%以上5質量%以下である。また、単層型感光層中、電荷輸送材料の含有量は、全固形分に対して5質量%以上50質量%以下がよい。
単層型感光層の形成方法は、電荷発生層や電荷輸送層の形成方法と同様である。
単層型感光層の膜厚は、例えば、5μm以上50μm以下がよく、好ましくは10μm以上40μm以下である。
(表面保護層)
表面保護層は、感光層上に設けられる層であり、感光体の最表面を構成している。
表面保護層は、例えば、帯電時の感光層の化学的変化を防止する目的、感光層の機械的強度をさらに改善する目的等で設けられる。
本実施形態においては、表面保護層の静摩擦係数μが0.3以下であることを要する。
静摩擦係数μが0.3以下である表面保護層は、無機保護層であることが好ましく、特に、第13族元素及び酸素を含む金属酸化物層であることが好ましい。
以下、金属酸化物層について説明する。
-金属酸化物層の組成-
金属酸化物層は、第13族元素及び酸素を含む。
第13族元素及び酸素を含む金属酸化物層としては、例えば、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ホウ素等の金属酸化物、又はこれらの混晶を含むことが好ましい。これらの中でも、第13族元素及び酸素を含む金属酸化物層としては、機械的強度、透光性に優れ、特にn型導電性を有し、その導電制御性に優れるという観点から、特に酸化ガリウムを含むことが好ましい。
第13族元素及び酸素を含む金属酸化物層は、少なくとも第13族元素(好ましくはガリウム)及び酸素を含むが、必要に応じて、さらに水素を含んでいてもよい。水素を含むことで、少なくとも第13族元素(好ましくはガリウム)及び酸素を含んで構成された金属酸化物層の諸物性が容易に制御され易くなる。例えば、ガリウム、酸素、及び水素を含む金属酸化物層(例えば、水素を含む酸化ガリウムで構成された金属酸化物層)において、組成比[O]/[Ga]を1.0から1.5と変化させることで、10Ω・cm以上1014Ω・cmの範囲で体積抵抗率の制御が実現され易くなる。
特に、金属酸化物層は、第13族元素、酸素、及び水素を含有し、金属酸化物層を構成する全元素に対する、第13族元素、酸素、及び水素の元素構成比率の和が90原子%以上であることが好ましい。
そして、酸素及び第13族元素の元素組成比(酸素/第13族元素)が1.0以上1.5未満であることが好ましく、1.03以上1.47以下がより好ましく、1.05以上1.45以下がさらに好ましく、1.10以上1.40以下が特に好ましい。
金属酸化物層を構成する材料の元素組成比(酸素/第13族元素)が、上記範囲であると、感光体の表面における傷に起因する画像欠陥が抑制される。同様の点で、第13族元素はガリウムであることが望ましい。
また、金属酸化物層を構成する全元素に対する、第13族元素(特にガリウム)、酸素、及び水素の元素構成比率の和は、90原子%以上であることで、例えばN,P,Asなどの15族元素などが混入した場合、これらが第13族元素(特にガリウム)と結合する影響などが抑制され、金属酸化物層の硬度や電気特性を向上させ得る酸素及び第13族元素(特にガリウム)組成比(酸素/第13族元素(特にガリウム))の適正範囲を見出しやすくなる。上記元素構成比率の和は、上記の観点で、95原子%以上が好ましく、96原子%以上がより好ましく、97原子%以上がさらに好ましい。
金属酸化物層には、第13族元素、酸素、及び水素の他、導電型の制御のために、例えば、n型の場合、C、Si、Ge、Snから選ばれる1つ以上の元素を含んでいてもよい。また、例えば、p型の場合、N、Be、Mg、Ca、Srから選ばれる1つ以上の元素を含んでいてもよい。
ここで、第13族元素、酸素、及び水素が、ガリウムと酸素と必要に応じて水素とを含んで構成された場合、機械的強度、透光性、柔軟性に優れ、その導電制御性に優れるという観点から、好適な元素構成比率は以下の通りである。
ガリウムの元素構成比率は、例えば、金属酸化物層の全構成元素に対して、15原子%以上50原子%以下であることがよく、望ましくは20原子%以上40原子%以下、より望ましくは20原子%以上30原子%以下である。
酸素の元素構成比率は、例えば、金属酸化物層の全構成元素に対して、30原子%以上70原子%以下であることがよく、望ましくは40原子%以上60原子%以下、より望ましくは45原子%以上55原子%以下である。
水素の元素構成比率は、例えば、金属酸化物層の全構成元素に対して、10原子%以上40原子%以下であることがよく、望ましくは15原子%以上35原子%以下、より望ましくは20原子%以上30原子%以下である。
ここで、金属酸化物層における各元素の元素構成比率、原子数比等は、厚み方向の分布も含めてラザフォードバックスキャタリング(以下、「RBS」と称する)により求められる
なお、RBSでは、加速器としてNEC社 3SDH Pelletron、エンドステーションとしてCE&A社 RBS-400、システムとして3S-R10を用いる。解析にはCE&A社のHYPRAプログラム等を用いる。
なお、RBSの測定条件は、He++イオンビームエネルギーは2.275eV、検出角度160°、入射ビームに対してGrazing Angleは約109°とする。
RBS測定は、具体的には以下のように行う
まず、He++イオンビームを試料に対して垂直に入射し、検出器をイオンビームに対して、160°にセットし、後方散乱されたHeのシグナルを測定する。検出したHeのエネルギーと強度から組成比と膜厚を決定する。組成比及び膜厚を求める精度を向上させるために二つの検出角度でスペクトルを測定してもよい。深さ方向分解能や後方散乱力学の異なる二つの検出角度で測定しクロスチェックすることにより精度が向上する。
ターゲット原子によって後方散乱されるHe原子の数は、1)ターゲット原子の原子番号、2)散乱前のHe原子のエネルギー、3)散乱角度の3つの要素のみにより決まる。 測定された組成から密度を計算によって仮定して、これを用いて厚みを算出する。密度の誤差は20%以内である。
なお、水素の元素構成比率は、ハイドロジェンフォワードスキャタリング(以下、「HFS」と称する)により求められる。
HFS測定では、加速器としてNEC社 3SDH Pelletron、エンドステーションとしてCE&A社 RBS-400を用い、システムとして3S-R10を用いる。解析にはCE&A社のHYPRAプログラムを用いる。そして、HFSの測定条件は、以下の通りである。
・He++イオンビームエネルギー:2.275eV
・検出角度:160°入射ビームに対してGrazing Angle30°
HFS測定は、He++イオンビームに対して検出器が30°に、試料が法線から75°になるようにセットすることにより、試料の前方に散乱する水素のシグナルを拾う。この時検出器をアルミ箔で覆い、水素とともに散乱するHe原子を取り除くことがよい。定量は参照用試料と被測定試料との水素のカウントを阻止能で規格化した後に比較することによって行う。参照用試料としてSi中にHをイオン注入した試料と白雲母を使用する。
白雲母は水素濃度が6.5原子%であることが知られている。
最表面に吸着しているHは、例えば、清浄なSi表面に吸着しているH量を差し引くことによって補正を行う。
なお、金属酸化物層は、目的に応じて、厚み方向に組成比に分布を有していてもよいし、多層構成からなるものであってもよい。
-表面保護層(好ましくは金属酸化物層)の特性-
表面保護層(好ましくは金属酸化物層)の外周面(すなわち、電子写真感光体7の表面)における表面粗さRa(算術平均表面粗さRa)は、例えば、1nm以上5nm以下が挙げられ、好ましくは1.5nm以上4.5nm以下、より好ましくは2nm以上3.5nm以下である。
この表面粗さRaを上記範囲とすることで、静摩擦係数μを0.3以下とし易く、また、帯電ムラが抑制される。
なお、表面粗さRaを上記範囲とするには、例えば、電荷輸送層における表面保護層側の表面の表面粗さRaを前述の範囲とする等の方法が挙げられる
また、無機表面層の外周面における表面粗さRaの測定は、表面保護層の外周面について直接測定すること以外は、前述の電荷輸送層における表面保護層側の表面の表面粗さRaの測定方法と同様である。
表面保護層の体積抵抗率は、5.0×10Ωcm以上1.0×1012Ωcm未満が好ましい。表面保護層の体積抵抗率は、像流れの発生をより抑制し易くし、感光体の表面における傷に起因する画像欠陥をより抑制し易くする点で、8.0×10Ωcm以上7.0×1011Ωcm以下がより好ましく、1.0×10Ωcm以上5.0×1011Ωcm以下がさらに好ましく、5.0×10Ωcm以上2.0×1011Ωcm以下が特に好ましい。
この体積抵抗率は、nF社製LCRメーターZM2371を用いて、周波数1kHz、電圧1Vの条件にて測定した抵抗値から、電極面積、試料厚みに基づき算出して求められる。
なお、測定試料は、測定対象となる表面保護層の成膜時の同条件でアルミ基体上に成膜し、その成膜物上に真空蒸着により金電極を形成し得られた試料であってもよいし、又は作製後の電子写真感光体から表面保護層を剥離し、一部エッチングして、これを一対の電極で挟み込んだ試料であってもよい。
表面保護層の好ましい例である金属酸化物層は、微結晶膜、多結晶膜、非晶質膜などの非単結晶膜であることが望ましい。これらの中でも、非晶質は表面の平滑性で特に望ましいが、微結晶膜は硬度の点でより望ましい。
金属酸化物層の成長断面は、柱状構造をとっていてもよいが、滑り性の観点からは平坦性の高い構造が望ましく、非晶質が望ましい。
なお、結晶性、非晶質性は、RHEED(反射高速電子線回折)測定により得られた回折像の点や線の有無により判別される。
表面保護層(好ましくは金属酸化物層)の弾性率は30GPa以上80GPa以下であることがよく、望ましくは40GPa以上65GPa以下である。
この弾性率を上記範囲とすると、表面保護の凹部(打痕状の傷)の発生、剥れや割れが抑制され易くなる。
この弾性率は、MTSシステムズ社製 Nano Indenter SA2を用いて、連続剛性法(CSM)(米国特許4848141)により深さプロファイルを得て、その押込み深さ30nmから100nmの測定値から得た平均値を用いる。下記は測定条件である。
・測定環境:23℃、55%RH
・使用圧子:ダイヤモンド製正三角錐圧子(Berkovic圧子)三角錐圧子
・試験モード:CSMモード
なお、測定試料は、測定対象となる表面保護層の成膜時の同条件で基体上に成膜した試料であってもよいし、又は作製後の電子写真感光体から表面保護層を剥離し、一部エッチングした試料であってもよい。
表面保護層の膜厚は、例えば、0.2μm以上10.0μm以下であることがよく、望ましくは0.4μm以上5.0μm以下である。
この膜厚を上記範囲とすると、表面保護層の凹部(打痕状の傷)の発生、剥れや割れが抑制され易くなる。
-表面保護層の形成-
表面保護層の好ましい例である金属酸化物層の形成には、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、有機金属気相成長法、分子線エキタピシー法、蒸着、スパッタリング等の公知の気相成膜法が利用される。
以下、金属酸化物層の形成について、成膜装置の一例を図面に示しつつ具体例を挙げて説明する。なお、以下の説明は、ガリウム、酸素、及び水素を含んで構成された金属酸化物層の形成方法について示すが、これに限られず、目的とする金属酸化物層の組成に応じて、周知の形成方法を適用すればよい。
図4は、金属酸化物層の形成に用いる成膜装置の一例を示す概略模式図であり、図4(A)は、成膜装置を側面から見た場合の模式断面図を表し、図4(B)は、図4(A)に示す成膜装置のA1-A2間における模式断面図を表す。図4中、210は成膜室、211は排気口、212は基体回転部、213は基体支持部材、214は基体、215はガス導入管、216はガス導入管215から導入したガスを噴射する開口を有するシャワーノズル、217はプラズマ拡散部、218は高周波電力供給部、219は平板電極、220はガス導入管、221は高周波放電管部である。
図4に示す成膜装置において、成膜室210の一端には、不図示の真空排気装置に接続された排気口211が設けられており、成膜室210の排気口211が設けられた側と反対側に、高周波電力供給部218、平板電極219及び高周波放電管部221からなるプラズマ発生装置が設けられている。
このプラズマ発生装置は、高周波放電管部221と、高周波放電管部221内に配置され、放電面が排気口211側に設けられた平板電極219と、高周波放電管部221外に配置され、平板電極219の放電面と反対側の面に接続された高周波電力供給部218とから構成されたものである。なお、高周波放電管部221には、高周波放電管部221内にガスを供給するためのガス導入管220が接続されており、このガス導入管220のもう一方の端は、不図示の第1のガス供給源に接続されている。
なお、図4に示す成膜装置に設けられたプラズマ発生装置の代わりに、図5に示すプラズマ発生装置を用いてもよい。図5は、図4に示す成膜装置において利用されるプラズマ発生装置の他の例を示す概略模式図であり、プラズマ発生装置の側面図である。図5中、222が高周波コイル、223が石英管を表し、220は、図4中に示すものと同様である。このプラズマ発生装置は、石英管223と、石英管223の外周面沿って設けられた高周波コイル222とからなり、石英管223の一方の端は成膜室210(図5中、不図示)と接続されている。また、石英管223のもう一方の端には、石英管223内にガスを導入するためのガス導入管220が接続されている。
図4において、平板電極219の放電面側には、放電面に沿って延びる棒状のシャワーノズル216が接続されており、シャワーノズル216の一端は、ガス導入管215と接続されており、このガス導入管215は成膜室210外に設けられた不図示の第2のガス供給源と接続されている。
また、成膜室210内には、基体回転部212が設けられており、円筒状の基体214が、シャワーノズル216の長手方向と基体214の軸方向とが沿って対面するように基体支持部材213を介して基体回転部212に取りつけられるようになっている。成膜に際しては、基体回転部212が回転することによって、基体214が周方向に回転する。なお、基体214としては、例えば、予め有機感光層まで積層された感光体等が用いられる。
金属酸化物層の形成は、例えば、以下のように実施する。
まず、酸素ガス(又は、ヘリウム(He)希釈酸素ガス)、ヘリウム(He)ガス、及び必要に応じ水素(H)ガスを、ガス導入管220から高周波放電管部221内に導入すると共に、高周波電力供給部218から平板電極219に、13.56MHzのラジオ波を供給する。この際、平板電極219の放電面側から排気口211側へと放射状に広がるようにプラズマ拡散部217が形成される。ここで、ガス導入管220から導入されたガスは成膜室210を平板電極219側から排気口211側へと流れる。平板電極219は電極の周りをアースシールドで囲んだものでもよい。
次に、トリメチルガリウムガスをガス導入管215、活性化手段である平板電極219の下流側に位置するシャワーノズル216を介して成膜室210に導入することによって、基体214表面にガリウムと酸素と水素とを含む非単結晶膜を成膜する。
基体214としては、例えば、有機感光層が形成された基体を用いる。
金属酸化物層の成膜時の基体214表面の温度は、有機感光層を有する有機感光体を用いるので、150℃以下が望ましく、100℃以下がより望ましく、30℃以上100℃以下が特に望ましい。
基体214表面の温度が成膜開始当初は150℃以下であっても、プラズマの影響で150℃より高くなる場合には有機感光層が熱で損傷を受ける場合があるため、この影響を考慮して基体214の表面温度を制御することが望ましい。
基体214表面の温度は加熱手段及び冷却手段の少なくとも一方(図中、不図示)によって制御してもよいし、放電時の自然な温度の上昇に任せてもよい。基体214を加熱する場合にはヒータを基体214の外側や内側に設置してもよい。基体214を冷却する場合には基体214の内側に冷却用の気体又は液体を循環させてもよい。
放電による基体214表面の温度の上昇を避けたい場合には、基体214表面に当たる高エネルギーの気体流を調節することが効果的である。この場合、ガス流量や放電出力、圧力などの条件を所要温度となるように調整する。
また、トリメチルガリウムガスの代わりにアルミニウムを含む有機金属化合物やジボラン等の水素化物を用いることもでき、これらを2種類以上混合してもよい。
例えば、金属酸化物層の形成の初期において、トリメチルインジウムをガス導入管215、シャワーノズル216を介して成膜室210内に導入することにより、基体214上に窒素とインジウムとを含む膜を成膜すれば、この膜が、継続して成膜する場合に発生し、有機感光層を劣化させる紫外線を吸収する。このため、成膜時の紫外線の発生による有機感光層へのダメージが抑制される。
また、成膜時におけるドーパントのドーピングの方法としては、n型用としてはSiH,SnHを、p型用としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、ジメチルカルシウム、ジメチルストロンチウム、などをガス状態で使用する。また、ドーパント元素を表面層中にドーピングするには、熱拡散法、イオン注入法等の公知の方法を採用してもよい。
具体的には、例えば、少なくとも一つ以上のドーパント元素を含むガスをガス導入管215、シャワーノズル216を介して成膜室210内に導入することによって、n型、p型等の導電型の金属酸化物層を得る。
図4及び図5を用いて説明した成膜装置では、放電エネルギーにより形成される活性窒素又は活性水素を、活性装置を複数設けて独立に制御してもよいし、NHなど、窒素原子と水素原子を同時に含むガスを用いてもよい。更にHを加えてもよい。また、有機金属化合物から活性水素が遊離生成する条件を用いてもよい。
このようにすることで、基体214表面上には、活性化された、炭素原子、ガリウム原子、窒素原子、水素原子、等が制御された状態で存在する。そして、活性化された水素原子が、有機金属化合物を構成するメチル基やエチル基等の炭化水素基の水素を分子として脱離させる効果を有する。
このため、三次元的な結合を構成する硬質膜(金属酸化物層)が形成される。
図4及び図5に示す成膜装置のプラズマ発生手段は、高周波発振装置を用いたものであるが、これに限定されるものではなく、例えば、マイクロ波発振装置を用いてもよいし、エレクトロサイクロトロン共鳴方式やヘリコンプラズマ方式の装置を用いてもよい。また、高周波発振装置の場合は、誘導型でも容量型でもよい。
更に、これらの装置を2種類以上組み合わせて用いてもよく、同種の装置を2つ以上用いてもよい。プラズマの照射によって基体214表面の温度上昇を抑制するためには高周波発振装置が望ましいが、熱の照射を抑制する装置を設けてもよい。
2種類以上の異なるプラズマ発生装置(プラズマ発生手段)を用いる場合には、同じ圧力で同時に放電が生起されるようにすることが望ましい。また、放電する領域と、成膜する領域(基体が設置された部分)とに圧力差を設けてもよい。これらの装置は、成膜装置内をガスが導入される部分から排出される部分へと形成されるガス流に対して直列に配置してもよいし、いずれの装置も基体の成膜面に対向するように配置してもよい。
例えば、2種類のプラズマ発生手段をガス流に対して直列に設置する場合、図4に示す成膜装置を例に上げれば、シャワーノズル216を電極として成膜室210内に放電を起こさせる第2のプラズマ発生装置として利用される。この場合、例えば、ガス導入管215を介して、シャワーノズル216に高周波電圧を印加して、シャワーノズル216を電極として成膜室210内に放電を起こさせる。又は、シャワーノズル216を電極として利用する代わりに、成膜室210内の基体214と平板電極219との間に円筒状の電極を設けて、この円筒状電極を利用して、成膜室210内に放電を起こさせる。
また、異なる2種類のプラズマ発生装置を同一の圧力下で利用する場合、例えば、マイクロ波発振装置と高周波発振装置とを用いる場合、励起種の励起エネルギーを大きく変えることができ、膜質の制御に有効である。また、放電は大気圧近傍(70000Pa以上110000Pa以下)で行ってもよい。大気圧近傍で放電を行う場合にはキャリアガスとしてHeを使用することが望ましい。
金属酸化物層の形成は、例えば、成膜室210に、導電性支持体上に有機感光層を形成した基体214を設置し、各々組成の異なる混合ガスを導入して、無機表面層を形成する。
また、成膜条件としては、例えば高周波放電により放電する場合、低温で良質な成膜を行うには、周波数として10kHz以上50MHz以下の範囲とすることが望ましい。また、出力は基体214の大きさに依存するが、基体の表面積に対して0.01W/cm以上0.2W/cm以下の範囲とすることが望ましい。基体214の回転速度は0.1rpm以上500rpm以下の範囲が望ましい。
[帯電装置]
帯電装置15は、感光体12の表面を帯電する。帯電装置15は、例えば、感光体12表面に接触または非接触で設けられ、感光体12の表面を帯電する帯電部材14、及び帯電部材14に帯電電圧を印加する電源28(帯電部材用の電圧印加部の一例)を備えている。電源28は、帯電部材14に電気的に接続されている。
帯電装置15の帯電部材14としては、例えば、導電性の帯電ロール、帯電ブラシ、帯電フィルム、帯電ゴムブレード、帯電チューブ等を用いた接触方式の帯電器が挙げられる。また、帯電部材14としては、例えば、非接触方式のローラ帯電器、コロナ放電を利用したスコロトロン帯電器又はコロトロン帯電器等のそれ自体公知の帯電器等も挙げられる。
[静電荷像形成装置]
静電荷像形成装置16は、帯電された感光体12の表面に静電荷像を形成する。具体的には、例えば、静電荷像形成装置16は、帯電部材14により帯電された感光体12の表面に、形成する対象となる画像の画像情報に基づいて変調された光Lを照射して、感光体12上に画像情報の画像に応じた静電荷像を形成する。
静電荷像形成装置16としては、例えば、半導体レーザ光、LED光、液晶シャッタ光等の光を像様に露光する光源を持つ光学系機器等が挙げられる。
[現像装置]
現像装置18は、例えば、静電荷像形成装置16による光Lの照射位置より感光体12の回転方向下流側に設けられている。現像装置18内には、現像剤を収容する収容部が設けられている。この収容部には、トナーを有する静電荷像現像剤が収容されている。トナーは、例えば、現像装置18内で帯電された状態で収容されている。
現像装置18は、例えば、トナーを含む現像剤により、感光体12の表面に形成された静電荷像を現像する現像部材18Aと、現像部材18Aに現像電圧を印加する電源32と、を備えている。この現像部材18Aは、例えば、電源32に電気的に接続されている。
現像装置18の現像部材18Aとしては、現像剤の種類に応じて選択されるが、例えば、磁石が内蔵された現像スリーブを有する現像ロールが挙げられる。
現像装置18(電源32を含む)は、例えば、画像形成装置10に設けられた制御装置36に電気的に接続されており、制御装置36により駆動制御されて、現像部材18Aに現像電圧を印加する。現像電圧を印加された現像部材18Aは、現像電圧に応じた現像電位に帯電される。そして、現像電位に帯電された現像部材18Aは、例えば、現像装置18内に収容された現像剤を表面に保持して、現像剤に含まれるトナーを現像装置18内から感光体12表面へと供給する。トナーが供給された感光体12表面では、形成された静電荷像がトナー画像として現像される。
[転写装置]
転写装置31は、例えば、現像部材18Aの配設位置より感光体12の回転方向下流側に設けられている。転写装置31は、例えば、感光体12の表面に形成されたトナー画像を記録媒体30Aへ転写する転写部材20と、転写部材20に転写電圧を印加する電源30と、を備えている。転写部材20は、例えば、円柱状とされており、感光体12との間で記録媒体30Aを挟んで搬送する。転写部材20は、例えば、電源30に電気的に接続されている。
転写部材20としては、例えば、ベルト、ローラ、フィルム、ゴムクリーニングブレード等を用いた接触型転写帯電器、コロナ放電を利用したスコロトロン転写帯電器又はコロトロン転写帯電器等のそれ自体公知の非接触型転写帯電器が挙げられる。
転写装置31(電源30を含む)は、例えば、画像形成装置10に設けられた制御装置36に電気的に接続されており、制御装置36により駆動制御されて、転写部材20に転写電圧を印加する。転写電圧を印加された転写部材20は、転写電圧に応じた転写電位に帯電される。
転写部材20の電源30から転写部材20に、感光体12上に形成されたトナー画像を構成するトナーとは逆極性の転写電圧が印加されると、例えば、感光体12と転写部材20との向かい合う領域(図1中、転写領域32A参照)には、感光体12上のトナー画像を構成する各トナーを静電力により感光体12から転写部材20側へと移動させる電界強度の転写電界が形成される。
記録媒体30Aは、例えば、図示を省略する収容部に収容されており、この収容部から図示を省略する複数の搬送部材によって搬送経路34に沿って搬送され、感光体12と転写部材20との向かい合う領域である転写領域32Aに到る。図1中に示す例では、矢印B方向に搬送される。転写領域32Aに到った記録媒体30Aは、例えば、転写部材20に転写電圧が印加されることにより該領域に形成された転写電界によって、感光体12上のトナー画像が転写される。すなわち、例えば、感光体12表面から記録媒体30Aへのトナーの移動により、記録媒体30A上にトナー画像が転写される。そして、感光体12上のトナー画像は、転写電界により記録媒体30A上に転写される。
[クリーニング装置]
クリーニング装置22は、感光体12の表面に接触し、感光体12の表面を清掃するクリーニングブレード22Aを有する。
クリーニング装置22は、転写領域32Aより感光体12の回転方向下流側に設けられている。クリーニング装置22は、トナー画像を記録媒体30Aに転写した後に、感光体12に付着した残留トナーをクリーニング(清掃)する。クリーニング装置22では、残留トナー以外にも、紙粉等の付着物をクリーニングする。
クリーニング装置22は、クリーニングブレード22Aを有し、クリーニングブレード22Aの先端を感光体12の回転方向と対向する方向に向けて接触させて感光体12の表面の付着物を除去するものである。
ここで、図6を参照して、クリーニング装置22について説明する。
図6は、図1に示すクリーニング装置22におけるクリーニングブレード22Aの設置態様を示す概略構成図である。
図6に示すように、クリーニングブレード22Aの先端は、感光体12の回転方向(矢印方向)と対向する方向を向いており、この状態で感光体12の表面に接触している。
感光体12に表面に対しクリーニングブレード22Aを接触する際、以下の条件を満たすことが好ましい。
感光体12に対するクリーニングブレード22Aの接触角度WA(Working Angle)、すなわち、クリーニングブレード22Aの先端と感光体12との接触部における接線(図6中の一点鎖線)とクリーニングブレード22Aの非変形部とでなす角の角度θは8°以上14°以下であることが好ましく、10°以上12°以下であることがより好ましい。
また、感光体12に対するクリーニングブレード22Aの食い込み量が、0.5mm以上1.2mm以下であることが好ましく、0.9mm以上1.1mm以下であることがより好ましい。
以上のことから、感光体12の表面に対しクリーニングブレード22Aを接触する際の、接触角度WAが8°以上14°以下であり、食い込み量が0.8mm以上1.2mmである、ことが好ましい。
クリーニングブレード22Aは、感光体12と接触する面とは反対の面側に支持部材(図6中では不図示)が接合しており、この支持部材により支持されている。この支持部材により、クリーニングブレード22Aが、感光体12に対し上記押し付け圧にて押し付けられる。支持部材としては、アルミニウム、ステンレス等の金属材料が挙げられる。なお、支持部材とクリーニングブレード22Aとの間には、両者の接着を接合するための接着剤等による接着層を有していてもよい。
クリーニング装置は、クリーニングブレード22Aとこれを支持する支持部材以外にも公知の部材を含んでいてもよい。
クリーニングブレード22Aとしては、クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST以下となるよう、例えば、100%モジュラス(M100[MPa])と反発弾性率(Re[%])との比(M100/Re)が0.25以上である接触部位を有するクリーニングブレード(以下、「特定クリーニングブレード」ともいう)が用いられることが好ましい。
つまり、クリーニングブレードの好ましい例としては、少なくとも感光体との接触部位が、100%モジュラス(M100[MPa])と反発弾性率(Re[%])との比(M100/Re)が0.25以上であるクリーニングブレードが挙げられる。
-特定クリーニングブレード-
以下、特定クリーニングブレードについて説明する。
特定クリーニングブレードは、100%モジュラス(M100[MPa])と反発弾性率(Re[%])との比(M100/Re)が0.25以上である接触部材を有する。
ここで、100%モジュラス(M100[MPa])は、JIS K 6251(2010年)に準拠して、ダンベル状3号形試験片を用い、引張速度500mm/minで計測し、100%歪み時の応力より求める。なお、測定装置は、東洋精機(株)製、ストログラフAEエラストマを用いる。
また、反発弾性率(Re)は、JIS K 6255(1996年)に準じて、23℃環境下にてリュプケ式反発弾性試験機を用いて求める。
特定クリーニングブレードは、例えば、上述の接触部位を有していれば、単層構成であってもよく、二層構成であってもよく、三層以上の構成であってもよく、その他の構成であってもよい。
単層構成のクリーニングブレードとしては、例えば、感光体との接触部を含めて全体が単一の材料から構成されたクリーニングブレード(すなわち、接触部材からなるクリーニングブレード)が挙げられる。
二層構成のクリーニングブレードとしては、例えば、感光体との接触部を含み腹面側全面に渡って形成され且つ接触部材からなる第一層と、該第一層よりも背面側に形成され且つ接触部材とは異なる材料からなる背面層としての第二層と、が設けられたクリーニングブレードが挙げられる。
三層以上の構成のクリーニングブレードとしては、例えば前記二層構成のクリーニングブレードにおける第一層と第二層との間に他の層を有するクリーニングブレードが挙げられる。
クリーニングブレードは、例えば、剛性板状支持材に接着されて用いられる。
(接触部材の組成)
接触部材は、M100/Reの値が0.25以上であれば、特に限定されるものではない。
接触部材としては、例えば、ポリウレタンゴムを含有する部材が挙げられる。
-ポリウレタンゴム-
ポリウレタンゴムは、ポリオール成分と、ポリイソシアネート成分と、を少なくとも重合したポリウレタンゴムである。ポリウレタンゴムは、必要に応じて、ポリオール成分以外にポリイソシアネートのイソシアネート基と反応し得る官能基を有する樹脂を重合したポリウレタンゴムであってもよい。
ポリウレタンゴムは、ハードセグメントとソフトセグメントとを有していることが好ましい。「ハードセグメント」及び「ソフトセグメント」とは、ポリウレタンゴム材料中で、前者を構成する材料の方が、後者を構成する材料よりも相対的に硬い材料からなり、後者を構成する材料の方が前者を構成する材料よりも相対的に柔らかい材料からなるセグメントを意味する。
なお、ハードセグメントを構成する材料(ハードセグメント材料)としては、ポリオール成分のうち低分子ポリオール成分、ポリイソシアネートのイソシアネート基と反応し得る官能基を有する樹脂等が挙げられる。一方、ソフトセグメントを構成する材料(ソフトセグメント材料)としては、ポリオール成分のうち高分子ポリオール成分が挙げられる。
ここで、ハードセグメントの凝集体の平均粒子径は、1μm以上10μm以下が好ましく、1μm以上5μm以下がより好ましい。
ハードセグメントの凝集体の平均粒子径を1μm以上とすることで、接触部材の表面の摩擦抵抗が低減され易くなる。そのため、ブレード挙動が安定化され、局所的な摩耗が抑制され易くなる。
一方、ハードセグメントの凝集体の平均粒子径を10μm以下とすることで、欠けの発生が抑制され易くなる。
ハードセグメントの凝集体の平均粒子径は、次の通り測定される。偏光顕微鏡(オリンパス製BX51-P)を用い、倍率×20にて画像を撮影し、画像処理を施して画像を2値化し、クリーニングブレード1本につき5点(1点につき5個の凝集体の粒子径を測定)、クリーニングブレード20本について、凝集体の粒子径(円相当径)を測定し、計500個から平均粒子径を算出する。
なお、画像の2値化は、画像処理ソフトOLYMPUS Stream essentials(オリンパス社製)を用い、結晶部及びハードセグメントの凝集体を黒、非晶部(ソフトセグメントに相当)を白になるよう色相/彩度/輝度の閾値を調整する。
・ポリオール成分
ポリオール成分は、高分子ポリオールと低分子ポリオールとが含まれる。
高分子ポリオール成分は、数平均分子量が500以上(好ましくは500以上5000以下)のポリオールである。高分子ポリオール成分としては、低分子ポリオールと二塩基酸との脱水縮合で得られるポリエステルポリオール、低分子ポリオールとアルキルカーボネートの反応により得られるポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエーテルポリオール等の周知のポリオールが挙げられる。なお、高分子ポリオールの市販品としては、例えば、(株)ダイセル製のプラクセル205やプラクセル240などが挙げられる。
ここで、数平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)法で測定された値である。以下、同様である。
これら高分子ポリオールは、単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
高分子ポリオール成分の重合比は、ポリウレタンゴムの全重合成分に対して、30モル%以上50モル%以下がよく、好ましくは40モル%以上50モル%以下である。
低分子ポリオール成分は、分子量(数平均分子量)500未満のポリオールである。低分子ポリオールは、鎖長延長剤、及び架橋剤として機能する材料である。
低分子ポリオール成分としては、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,13-トリデカンジオール、1,14-テトラデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール、1,20-エイコサンジオールが挙げられる。その中でも、低分子ポリオール成分として1,4-ブタンジオールが好ましく適用される。
低分子ポリオール成分として、鎖長延長剤及び架橋剤として周知なジオール(2官能)、トリオール(3官能)、又はテトラオール(4官能)等も挙げられる。
これらのポリオールは、単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
低分子ポリオール成分の重合比は、ポリウレタンゴムの全重合成分に対して、50モル%を超え75モル%以下がよく、好ましくは52モル%以上75モル%、より好ましくは55モル%以上75モル%以下、さらに好ましくは55モル%以上60モル%以下である。
また、低分子ポリオール成分として、1,4-ブタンジオールを、全ポリオール成分(高分子ポリオール+低分子ポリオール)に対して、50モル%超え75モル%以下(好ましくは52モル%以上75モル%、より好ましくは55モル%以上75モル%以下、さらに好ましくは55モル%以上60モル%以下)で含むことが好ましい。
1,4-ブタンジオールの割合を50モル%超えとすることで、局所的な摩耗を抑制し易くなる。一方、1,4-ブタンジオールの割合を75モル%以下とすることで、欠けの発生が抑制され易くなる。
なお、1,4-ブタンジオールの全低分子ポリオール成分に対する割合は、80モル%以上であり、好ましくは90モル%以上であり、より好ましくは100モル%である。つまり、全低分子ポリオール成分として、1,4-ブタンジオールを使用することが最も好ましい。
・ポリイソシアネート成分
ポリイソシアネート成分としては、例えば、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、2,6-トルエンジイソシアネート(TDI)、1,6-ヘキサンジイソシアネート(HDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)、及び3,3-ジメチルビフェニル-4,4’-ジイソシアネート(TODI)などが挙げられる。
ポリイソシアネート成分としては、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)がより望ましい。
これらポリイソシアネート成分は、単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
ポリイソシアネート成分の重合比は、ポリウレタンゴムの全重合成分に対して、5モル%以上25モル%以下がよく、好ましくは10モル%以上20モル%以下である。
・イソシアネート基に対して反応し得る官能基を有する樹脂
イソシアネート基に対して反応し得る官能基を有する樹脂(以下「官能基含有樹脂」と称する)は、柔軟性のある樹脂であることが望ましく、柔軟性の点から直鎖構造を有する脂肪族系の樹脂であることがより望ましい。官能基含有樹脂の具体例としては、2つ以上のヒドロキシル基を含むアクリル樹脂や、2つ以上のヒドロキシル基を含むポリブタジエン樹脂、2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂等が挙げられる。
2つ以上のヒドロキシル基を含むアクリル樹脂の市販品としては、例えば、綜研化学社製のアクトフロー(グレード:UMB-2005B、UMB-2005P、UMB-2005、UME-2005等)が挙げられる。
2つ以上のヒドロキシル基を含むポリブタジエン樹脂の市販品としては、例えば、出光興産(株)製、R-45HT等が挙げられる。
2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂としては、従来の一般的なエポキシ樹脂のごとく硬くて脆い性質を有するものではなく、従来のエポキシ樹脂よりも柔軟強靭性であるものが望ましい。上記エポキシ樹脂としては、例えば、分子構造の面では、その主鎖構造中に、主鎖の可動性を高くし得る構造(柔軟性骨格)を有するものが好適であり、柔軟性骨格としては、アルキレン骨格や、シクロアルカン骨格、ポリオキシアルキレン骨格等が挙げられ、特にポリオキシアルキレン骨格が好適である。
また、物性面では、従来のエポキシ樹脂と比べて、分子量に比して粘度が低いエポキシ樹脂が好適である。具体的には、重量平均分子量が900±100の範囲内であり、25℃における粘度が15000±5000mPa・sの範囲内であることが望ましく、15000±3000mPa・sの範囲内であることがより望ましい。この特性を有するエポキシ樹脂の市販品としては、例えば、DIC製、EPLICON EXA-4850-150等が挙げられる。
官能基含有樹脂の重合比は、本実施形態に係るクリーニングブレードの効果を損なわない範囲とすることがよい。
・ポリウレタンゴムの製造方法
ポリウレタンゴムの製造は、プレポリマー法やワンショット法など、ポリウレタンの一般的な製造方法が用いられる。プレポリマー法は耐摩耗性及び欠け性に優れるポリウレタンが得られるため本実施形態には好適であるが、製法により制限されるものではない。
なお、クリーニングブレードの成形は、上記方法により調製されたクリーニングブレード形成用の組成物を、例えば、遠心成形や押し出し成形等を利用して、シート状に形成し、切断加工等を施すことにより作製される。
ここで、ポリウレタンゴムの製造に使用する触媒としては、第三級アミン等のアミン系化合物、第四級アンモニウム塩、有機錫化合物等の有機金属化合物等が挙げられる。
上記第三級アミンとしては、例えば、トリエチルアミン等のトリアルキルアミン、N,N,N’,N’-テトラメチル-1,3-ブタンジアミン等のテトラアルキルジアミン、ジメチルエタノールアミン等のアミノアルコール、エトキシル化アミン、エトキシル化ジアミン、ビス(ジエチルエタノールアミン)アジペート等のエステルアミン、トリエチレンジアミン(TEDA)、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン等のシクロヘキシルアミン誘導体、N-メチルモルホリン、N-(2-ヒドロキシプロピル)-ジメチルモルホリン等のモルホリン誘導体、N,N’-ジエチル-2-メチルピペラジン、N,N’-ビス-(2-ヒドロキシプロピル)-2-メチルピペラジン等のピペラジン誘導体等が挙げられる。
第四級アンモニウム塩としては、例えば、2-ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウム・オクチル酸塩、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン-5(DBN)・オクチル酸塩、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7(DBU)-オクチル酸塩、DBU-オレイン酸塩、DBU-p-トルエンスルホン酸塩、DBU-蟻酸塩、2-ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウム・蟻酸塩等が挙げられる。
有機錫化合物としては、例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジ(2-エチルヘキソエート)等のジアルキル錫化合物や、2-エチルカプロン酸第1錫、オレイン酸第1錫等が挙げられる。
これら触媒の中でも、耐加水分解性の点では第三級アンモニウム塩のトリエチレンジアミン(TEDA)が用いられ、加工性の点で第四級アンモニウム塩が好適に用いられる。第四級アンモニウム塩の中でも、高反応活性である1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン-5(DBN)・オクチル酸塩、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7(DBU)-オクチル酸塩、DBU-蟻酸塩が好適に用いられる。
触媒の含有量は、接触部材を構成するポリウレタンゴム全体の0.0005質量%以上0.03質量%以下の範囲が好ましく、特に好ましくは0.001質量%以上0.01質量%以下である。
これらは単独で若しくは2種以上併せて用いられる。
(接触部材の物性)
接触部材のM100/Reの値は、0.25以上であり、好ましくは0.28以上であり、より好ましくは0.3以上である。なお、接触部材のM100/Reの値の上限は、耐欠け性の点から、1.0以下が好ましく、より好ましくは0.9以下である。
接触部材のRe[%]は、好ましくは25%以上であり、より好ましくは28%以上であり、さらに好ましくは30%以上である。なお、接触部のRe[%]の上限は、ブレード鳴きの抑制及び耐摩耗性の点から、60%以下が好ましく、より好ましくは40%以下である。
接触部材のM100[MPa]は、耐摩耗性及び耐欠け性の点から、4MPa以上10MPa以下が好ましく、より好ましくは5MPa以上9MPa以下である。
接触部材におけるM100/Reの値及びReの値を制御する方法は特に限定されるものではなく、例えば、接触部材がポリウレタンゴムを含む場合、ポリウレタンゴムの各重合成分の種類及び量、並びに、製造条件の選択により上記範囲内に調整する方法が挙げられる。
なお、接触部材の重量平均分子量は、1000以上4000以下がよく、好ましくは1500以上3500以下である。
上記重量平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)法で測定された値である。
(非接触部材の組成)
クリーニングブレードが、接触部材と該接触部材以外の領域(以下「非接触部材」ともいう)とがそれぞれ異なる材料にて構成されている場合における、非接触部材の組成について説明する。
非接触部材は、接触部材を支持する機能を有していれば、特に限定されずに公知の如何なる材料をも用い得る。具体的には、非接触部材に用いられる材料としては、例えば、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、プロロプレンゴム、ブタジエンゴム等が挙げられる。これらの中で、ポリウレタンゴムがよい。ポリウレタンゴムとしては、エステル系ポリウレタン、エーテル系ポリウレタンが挙げられ、特にエステル系ポリウレタンが望ましい。
(クリーニングブレードの製造)
単層構成であるクリーニングブレードは、例えば、前述の接触部材の成形方法によって製造される。
二層構成であるクリーニングブレード、三層以上の構成であるクリーニングブレードは、例えば、接触部材としての第一層及び非接触部材としての第二層(3層以上の層構成である場合には複数の層)を、相互に貼り合わせることにより作製される。上記貼り合わせる方法としては、両面テープ、各種接着剤等が好適に用いられる。また、成型時に時間差を置いて各層の材料を金型に流し込み、接着層を設けずに材料間で結合させることによって複数の層を接着してもよい。
[除電装置]
除電装置24は、例えば、クリーニング装置22より感光体12の回転方向下流側に設けられている。除電装置24は、トナー画像を転写した後、感光体12の表面を露光して除電する。具体的には、例えば、除電装置24は、画像形成装置10に設けられた制御装置36に電気的に接続されており、制御装置36により駆動制御されて、感光体12の全表面(具体的には例えば画像形成領域の全面)を露光して除電する。
除電装置24としては、例えば、白色光を照射するタングステンランプ、赤色光を照射する発光ダイオード(LED)等の光源を有する装置が挙げられる。
[定着装置]
定着装置26は、例えば、転写領域32Aより記録媒体30Aの搬送経路34の搬送方向下流側に設けられている。定着装置26は、定着部材26Aと、定着部材26Aに接触して配置される加圧部材26Bと、を有し、定着部材26Aと加圧部材26Bとの接触部で記録媒体30A上に転写されたトナー画像を定着する。具体的には、例えば、定着装置26は、画像形成装置10に設けられた制御装置36に電気的に接続されており、制御装置36により駆動制御されて、記録媒体30A上に転写されたトナー画像を熱及び圧力によって記録媒体30Aに定着する。
定着装置26としては、それ自体公知の定着器、例えば熱ローラ定着器、オーブン定着器等が挙げられる。
具体的には、例えば、定着装置26は、定着部材26Aとして、定着ロール又は定着ベルトと、加圧部材26Bとして、加圧ロール又は加圧ベルトとを備える周知の定着装置が適用される。
ここで、搬送経路34に沿って搬送されて感光体12と転写部材20との向かい合う領域(転写領域32A)を通過することによりトナー画像を転写された記録媒体30Aは、例えば、図示を省略する搬送部材によってさらに搬送経路34に沿って定着装置26の設置位置に到り、記録媒体30A上のトナー画像の定着が行われる。
トナー画像の定着によって画像形成された記録媒体30Aは、図示を省略する複数の搬送部材によって画像形成装置10の外部へと排出される。なお、感光体12は、除電装置24による除電後、再度、帯電装置15によって帯電電位に帯電される。
[画像形成装置の動作]
本実施形態に係る画像形成装置10の動作の一例について説明する。なお、画像形成装置10の各種動作は、制御装置36において実行する制御プログラムにより行われる。
画像形成装置10の画像形成動作について説明する。
まず、感光体12の表面が帯電装置15により帯電される。静電荷像形成装置16は、帯電された感光体12の表面を画像情報に基づいて露光する。これにより、感光体12上に画像情報に応じた静電荷像が形成される。現像装置18では、トナーを含む現像剤により、感光体12の表面に形成された静電荷像が現像される。これにより、感光体12の表面に、トナー画像が形成される。
転写装置31では、感光体12の表面に形成されたトナー画像が記録媒体30Aへ転写される。記録媒体30Aに転写されたトナー画像は、定着装置26により定着される。
一方、トナー画像を転写した後の感光体12の表面が、クリーニング装置22におけるクリーニングブレード22Aによりクリーニング(清掃)される、その後除電装置24により除電される。
本実施形態で説明した画像形成装置の構成は一例であり、本実施形態の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
<電子写真感光体の準備>
[シリカ粒子の準備]
未処理(親水性)シリカ粒子「商品名:OX50(製造元 アエロジル社製)、体積平均粒径:40nm」100質量部に、疎水化処理剤としてトリメチルシラン化合物(1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン(東京化成社製))30質量部を添加し、24時間反応させ、その後濾取し、疎水化処理されたシリカ粒子を得た。これをシリカ粒子(1)とした。このシリカ粒子(1)の縮合率は、93%であった。
[電子写真感光体(A1)の作製]
-下引層の作製-
酸化亜鉛:(平均粒子径70nm:テイカ社製:比表面積値15m/g)100質量部をテトラヒドロフラン500質量部と攪拌混合し、シランカップリング剤(KBM503:信越化学工業社製)1.3質量部を添加し、2時間攪拌した。その後、テトラヒドロフランを減圧蒸留にて留去し、120℃で3時間焼き付けを行い、シランカップリング剤表面処理酸化亜鉛を得た。
前記表面処理を施した酸化亜鉛(シランカップリング剤表面処理酸化亜鉛)110質量部を500質量部のテトラヒドロフランと攪拌混合し、アリザリン0.6質量部を50質量部のテトラヒドロフランに溶解させた溶液を添加し、50℃にて5時間攪拌した。その後、減圧ろ過にてアリザリンを付与させた酸化亜鉛をろ別し、さらに60℃で減圧乾燥を行い、アリザリン付与酸化亜鉛を得た。
このアリザリン付与酸化亜鉛60質量部と、硬化剤(ブロック化イソシアネート スミジュール3175、住友バイエルンウレタン社製)13.5質量部と、ブチラール樹脂(エスレックBM-1、積水化学工業社製)15質量部と、メチルエチルケトン85質量部と、を混合した混合液を得た。この混合液38質量部と、メチルエチルケトン25質量部と、を混合し、1mmφのガラスビーズを用いてサンドミルにて2時間の分散を行い、分散液を得た。
得られた分散液に、触媒としてジオクチルスズジラウレート:0.005質量部と、シリコーン樹脂粒子(トスパール145、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製):40質量部と、を添加し、下引層形成用塗布液を得た。この塗布液を浸漬塗布法にて直径60mm、長さ357mm、肉厚1mmのアルミニウム基体上に塗布し、170℃、40分の乾燥硬化を行い、厚さ19μmの下引層を得た。
-電荷発生層の作製-
電荷発生物質としてのCukα特性X線を用いたX線回折スペクトルのブラッグ角度(2θ±0.2°)が少なくとも7.3°、16.0°、24.9°、28.0°の位置に回折ピークを有するヒドロキシガリウムフタロシアニン15質量部と、結着樹脂としての塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体(VMCH、株式会社NUC製)10質量部と、n-酢酸ブチル200質量部と、からなる混合物を、直径1mmφのガラスビーズを用いてサンドミルにて4時間分散した。得られた分散液に、n-酢酸ブチル175質量部とメチルエチルケトン180質量部とを添加し、攪拌して電荷発生層形成用の塗布液を得た。この電荷発生層形成用の塗布液を下引層上に浸漬塗布し、常温(25℃)で乾燥して、膜厚が0.2μmの電荷発生層を形成した。
-電荷輸送層の作製-
シリカ粒子(1)36質量部に、テトラヒドロフラン250質量部を入れ、20℃の液温に保ちながら電荷輸送材料として4-(2,2-ジフェニルエチル)-4’,4”-ジメチル-トリフェニルアミン25質量部と、結着樹脂としてビスフェノールZ型ポリカーボネート樹脂(粘度平均分子量:30000)25質量部と、を加え、12時間攪拌混合し、電荷輸送層形成用塗布液を得た。
この電荷輸送層形成用塗布液を電荷発生層上に塗布して135℃で40分間乾燥し、膜厚が30μmである電荷輸送層を形成し、有機感光体(1)を得た。
以上の工程を経て、アルミニウム基体上に、下引層と電荷発生層と電荷輸送層とをこの順に積層形成した有機感光体(1)を得た。
-表面保護層である無機酸化物層の形成-
次に、有機感光体(1)の表面へ、水素を含む酸化ガリウムで構成された無機酸化物層を形成した。この無機酸化物層の形成は、図4に示す構成を有する成膜装置を用いて行った。
まず、有機感光体(1)を成膜装置の成膜室210内の基体支持部材213に載せ、排気口211を介して成膜室210内を圧力が0.1Paになるまで真空排気した。
次に、He希釈40%酸素ガス(流量1.6sccm)と水素ガス(流量50sccm)とを、ガス導入管220から直径85mmの平板電極219が設けられた高周波放電管部221内に導入し、高周波電力供給部218及びマッチング回路(図4中不図示)により、13.56MHzのラジオ波を出力150Wにセットしチューナでマッチングを取り平板電極219から放電を行った。この時の反射波は0Wであった。
次に、トリメチルガリウムガス(流量1.9sccm)を、ガス導入管215を介してシャワーノズル216から成膜室210内のプラズマ拡散部217に導入した。この時、バラトロン真空計で測定した成膜室210内の反応圧力は5.3Paであった。
この状態で、有機感光体(1)を500rpmの速度で回転させながら68分間成膜し、有機感光体(1)の電荷輸送層表面に膜厚1.5μmの無機酸化物層を形成した。
無機酸化物層の外周面における表面粗さRaは、1.3nmであった。
また、無機酸化物層の静摩擦係数μは0.29であった。
無機酸化物層における、酸素とガリウムとの元素組成比(酸素/ガリウム)は1.25であった。
以上の工程を経て、導電性基体上に、下引層、電荷発生層、電荷輸送層、無機表面層が順次形成された、電子写真感光体(A1)を得た。
[電子写真感光体(A2)~(A5)の作製]
電荷輸送層におけるシリカ粒子(1)の量を表1の通り変更した以外は、電子写真感光体(A1)と同様にして電子写真感光体(A2)~(A5)を得た。
[電子写真感光体(CA1)~(CA3)の作製]
電荷輸送層におけるシリカ粒子(1)の量、及び、ビスフェノールZ型ポリカーボネート樹脂の粘度平均分子量を、適宜、表1の通り変更し、且つ、無機酸化物層を設けなかった以外は、電子写真感光体(A1)と同様にして電子写真感光体(CA1)~(CA3)を得た。
<クリーニングブレードの準備>
[クリーニングブレード(B1)の作製]
アジピン酸(HOOC-C-COOH)と、1,4ブタンジオールと、を1:1(モル比)で重合し、かつ末端が-OHとなるよう処理をして、炭素数4の直鎖ジオール(ブタンジオール)が重合されたポリエステルポリオールを得た。得られたポリエステルポリオールの数平均分子量は2000であった。
次に、高分子ポリオール成分としてポリエステルポリオールを45モル%、低分子ポリオールとして1,4ブタンジオール(1,4-BD、鎖延長剤)を55モル%、イソシアネートとして4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI、ポリイソシアネート、日本ポリウレタン工業(株)製、ミリオネートMT)を18モル%、及び架橋剤としてトリメチロールプロパン(TMP、三菱ガス化学(株)製)を0.8モル%となる配合量(モル比)で、窒素雰囲気下、80℃で2時間反応させ、クリーニングブレード形成用組成物(B1)を調製した。
次いで、140℃に金型を調整した遠心成形機に上記クリーニングブレード形成用組成物(B1)を流し込み、100℃で1時間硬化反応後、110℃で24時間熟成加熱する条件で、硬化した後、成熟加熱した。そして、冷却した硬化物をカットして、幅8mm、厚さ2mmのクリーニングブレード(B1)を得た。
得られたクリーニングブレード(B1)の、100%モジュラス(M100[MPa])と反発弾性率(Re[%])との比(M100/Re)は0.33であった。
[実施例1~7、比較例1~5]
各例で得られた電子写真感光体と、クリーニングブレードと、を表1に示す組み合わせにて、Versant 3100 Press(富士フイルムビジネスイノベーション(株)製)に組み込み、実施例1~7、比較例1~5の画像形成装置を得た。
<評価1:感光体の摩耗>
各例で得られた画像形成装置を用い、低温低湿下(10℃15%RH)でA3サイズの用紙に50%ハーフトーン画像を40000枚出力した。
画像40000枚出力後の感光体表面の膜厚を測定し、得られた画像出力後の感光体の膜厚と、画像出力前に予め測定しておいた感光体の膜厚との差を摩耗量(μm)として求めた。得られた摩耗量の値から、以下の基準で評価した。なお、膜厚は、光干渉式膜厚計(大塚電子社製、FE-3000)を使用して10箇所測定し、その平均値を膜厚とした。
-評価基準-
A:摩耗量が0.1μm以下である。
B:摩耗量が0.1μm超え1.0μm以下である。
C:摩耗量が1.0μm超え2.5μm以下である。
D:摩耗量が2.5μm超えである。
<評価2:画質の評価>
各例で得られた画像形成装置を用い、白紙画像(画像密度0%)を100枚、続いて、30%ハーフトーン画像を100枚、さらに続いて、ベタ画像(画像密度100%)を100枚出力した。
白色画像の100枚目、30%ハーフトーン画像の100枚目、及びベタ画像の100枚目の画像を目視にて確認し、画質について以下の基準で評価した。
-評価基準-
A:3種のいずれの画像にも画質故障が見られない。
B:少なくとも3種のうちいずれかの画像に、画質故障(具体的には、スジ状の画像欠陥)がわずかに見られるが、許容の範囲内である。
C:少なくとも3種のうちいずれかの画像に、許容範囲外の画質故障が発生している。
上記結果から、実施例の画像形成装置は、比較例の画像形成装置に比べて、感光体の摩耗も抑えられ、更に、クリーニング不良による画質低下が抑えられていることがわかる。
なお、比較例1、比較例3においては、評価1における40000枚出力後において、クリーニングブレードに欠けが見られた。
10 画像形成装置
12 感光体
14 帯電部材
15 帯電装置
16 静電荷像形成装置
18 現像装置
20 転写部材
22 クリーニング装置
22A クリーニングブレード
24 除電装置
26 定着装置
30A 記録媒体
31 転写装置
36 制御装置
101 下引層
102 電荷発生層
103 電荷輸送層
104 導電性支持体
105 感光層
106 表面保護層
107A、107B 電子写真感光体(感光体)
210 成膜室
211 排気口
212 基体回転部
213 基体支持部材
214 基体
215 ガス導入管
216 シャワーノズル
217 プラズマ拡散部
218 高周波電力供給部
219 平板電極
220 ガス導入管
221 高周波放電管部
222 高周波コイル
223 石英管

Claims (7)

  1. 導電性支持体上に感光層と表面保護層とをこの順に有する電子写真感光体と、
    前記電子写真感光体の表面を帯電する帯電手段と、
    帯電した前記電子写真感光体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
    静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により前記電子写真感光体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
    前記電子写真感光体の表面に形成された前記トナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
    前記電子写真感光体の表面に接触し、前記電子写真感光体の表面を清掃するクリーニングブレードを有する清掃手段と、
    を備え、
    前記電子写真感光体における前記表面保護層の静摩擦係数μが0.3以下であり、且つ、前記クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST以下である、画像形成装置。
  2. 前記表面保護層が第13族元素及び酸素を含む金属酸化物層である、請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記第13族元素及び酸素を含む金属酸化物層が、酸化ガリウムを含む金属酸化物層である、請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記金属酸化物層の表面粗さRaが1nm以上5nm以下である、請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 前記電子写真感光体の表面に対し前記クリーニングブレードを接触する際の、接触角度WAが8°以上14°以下であり、食い込み量が0.5mm以上1.2mmである、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 前記ひずみ量の差Δが65μST以上90μST以下である、請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 導電性支持体上に感光層と表面保護層とをこの順に有する電子写真感光体と、
    前記電子写真感光体の表面に接触し、前記電子写真感光体の表面を清掃するクリーニングブレードを有する清掃手段と、
    を備え、
    前記電子写真感光体における前記表面保護層の静摩擦係数μが0.3以下であり、且つ、前記クリーニングブレードの静止時と動作時とのひずみ量の差Δが100μST以下であり、画像形成装置に着脱するプロセスカートリッジ。
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