JP2024060608A - 電子写真感光体、プロセスカートリッジ及び電子写真装置 - Google Patents
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Landscapes
- Photoreceptors In Electrophotography (AREA)
Abstract
【課題】良好な転写性を実現する電子写真感光体の提供である。【解決手段】結着樹脂と粒子を含有する表面層を有する電子写真感光体であって、該粒子が有機無機複合粒子であり、該有機無機複合粒子が樹脂粒子と、該樹脂粒子に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子とを有し、該有機無機複合粒子の表面には該無機微粒子に由来する小凸部Aが存在し、該表面層の表面には該有機無機複合粒子に由来する大凸部が存在し該大凸部の高さが、70nm以上250nm以下であり、該大凸部の表面には、該小凸部Aに由来する小凸部Bが存在し、該小凸部Bの曲率半径が、10nm以上30nm以下であることを特徴とする電子写真感光体。【選択図】なし
Description
本発明は電子写真感光体、該電子写真感光体を有するプロセスカートリッジ及び電子写真装置に関する。
近年、複写機又はプリンターといった電子写真装置の分野においては、電子写真装置の生産性を高めるため、高速で印字することが求められている。電子写真装置において高速化を達成するためには、電子写真プロセスの帯電工程、露光工程、現像工程及び転写工程の繰り返しにおいて、露光工程で作像された潜像が、現像工程でトナーに現像され、転写工程で紙又は中間転写体などの媒体にトナーが効率良く転写されていく必要がある。
転写工程においては、電子写真感光体上の潜像を現像したトナーを記録媒体に転写するため、所定のバイアスをトナーに印加することが行われている。この印加バイアスに関し、トナーに外添剤を添加し、電子写真感光体の表面に凹凸形状を作製することで、トナーと電子写真感光体表面の付着性を低下させることにより、印加するバイアスが低減できる。これにより、高いバイアスを印加するための高圧電源のスペースを電子写真装置内で省くことが可能となるのみならず、高い転写バイアスによってトナーの飛び散りも抑制でき、画質の向上も達成可能となる。また、電子写真感光体の表面に対するトナーの付着力を低減する方法の一つとして、トナーと電子写真感光体の表面との接触を点接触にするべく、電子写真感光体の表面に粒子を含有させて、電子写真感光体の表面に凸形状を形成することが従来提案されてきている。
特許文献1には、滑剤の供給量に関わらず、クリーニング性を向上させ、電子写真感光体やクリーニングブレードの摩耗を低減させることを目的として、重合性モノマーと、無機フィラーを含む組成物の重合硬化物から構成される最外層の表面が凸部構造を有する電子写真感光体が開示されている。
特許文献2には、電子写真感光体の耐摩耗性と潤滑性とを両立させることを目的として、アクリル樹脂粒子及びメラミン樹脂粒子の少なくとも一方の有機樹脂粒子と、重合性官能基を有する正孔輸送性物質と、を含有する塗布膜を硬化させて得られた表面層を有する電子写真感光体が開示されている。
特許文献3には、耐摩耗性を保ちつつ、支持体の光沢ムラに起因する画像ムラを軽減することを目的として、硬化性樹脂とポリテトラフルオロエチレン粒子とを含有し、表面層の表面が、機械的研磨によって形成された凹凸形状を有する電子写真感光体が開示されている。
特許文献4には、電子写真感光体の表面の潤滑性やクリーニング性を向上させることを目的として、マトリックス成分中の細孔に包まれている被包球状粒子を含有する電子写真感光体が開示されている。
特許文献5には、離型効果を維持することを目的として、電子写真感光体の表面層の表面に各々独立した深さ0.1μm以上10μm以下の凹形状部を形成し、凹形状部内に離型材料を含有させる電子写真感光体が開示されている。
特許文献6には、電子写真感光体の耐摩耗性とクリーニングブレードの欠けを両立する目的で、電子写真感光体の表面層に有機無機複合粒子を含有させる電子写真感光体が開示されている。
特許文献2には、電子写真感光体の耐摩耗性と潤滑性とを両立させることを目的として、アクリル樹脂粒子及びメラミン樹脂粒子の少なくとも一方の有機樹脂粒子と、重合性官能基を有する正孔輸送性物質と、を含有する塗布膜を硬化させて得られた表面層を有する電子写真感光体が開示されている。
特許文献3には、耐摩耗性を保ちつつ、支持体の光沢ムラに起因する画像ムラを軽減することを目的として、硬化性樹脂とポリテトラフルオロエチレン粒子とを含有し、表面層の表面が、機械的研磨によって形成された凹凸形状を有する電子写真感光体が開示されている。
特許文献4には、電子写真感光体の表面の潤滑性やクリーニング性を向上させることを目的として、マトリックス成分中の細孔に包まれている被包球状粒子を含有する電子写真感光体が開示されている。
特許文献5には、離型効果を維持することを目的として、電子写真感光体の表面層の表面に各々独立した深さ0.1μm以上10μm以下の凹形状部を形成し、凹形状部内に離型材料を含有させる電子写真感光体が開示されている。
特許文献6には、電子写真感光体の耐摩耗性とクリーニングブレードの欠けを両立する目的で、電子写真感光体の表面層に有機無機複合粒子を含有させる電子写真感光体が開示されている。
近年の電子写真装置では、環境対応により廃トナー削減のための転写工程の効率化と、出力の高速化における高画質との両立が求められている。転写性の向上には、トナーと電子写真感光体の接触面積を小さくすることが有効である。その手段として、上記特許文献1~6には電子写真感光体表面に粒子を添加させる技術が開示されている。しかしながら、特許文献1~3では、電子写真感光体表面に均等に粒子を露出させて整列することが難しく、転写に寄与する粒子の配置に課題がある。特許文献1~3に記載の電子写真感光体表面に存在する粒子の配列のイメージを図2(図1中の符号参照)に示す。
さらに、特許文献4では、転写工程において電子写真感光体と中間転写体あるいは記録媒体とに周速差がある場合に、前記被包球状粒子が動いてしまい、トナーと電子写真感光体の表面との接触面積が増大して転写性が減退する現象が見られた。また、特許文献5では、凹形状部内に複数の離型材料が含有され、トナーと電子写真感光体の表面との点接触が維持できず、良好な転写性を長期に維持することが難しいことが分かった。特許文献6では、電子写真感光体の表面に形成される凸高さが十分でなく、十分な転写性が確保できないことが分かった。
従って、本発明の目的は、上記技術に対してより転写性を向上させた電子写真感光体を提供することである。
上記の目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は
結着樹脂及び粒子を含有する表面層を有する電子写真感光体であって、
該粒子が有機無機複合粒子であり、
該有機無機複合粒子が
樹脂粒子と、
該樹脂粒子に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子と
を有し、
該有機無機複合粒子の表面には該無機微粒子に由来する小凸部Aが存在し、
該表面層の表面には該有機無機複合粒子に由来する大凸部が存在し
該大凸部の高さが、70nm以上250nm以下であり、
該大凸部の表面には、該小凸部Aに由来する小凸部Bが存在し、
該小凸部Bの曲率半径が、10nm以上30nm以下である
ことを特徴とする。
結着樹脂及び粒子を含有する表面層を有する電子写真感光体であって、
該粒子が有機無機複合粒子であり、
該有機無機複合粒子が
樹脂粒子と、
該樹脂粒子に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子と
を有し、
該有機無機複合粒子の表面には該無機微粒子に由来する小凸部Aが存在し、
該表面層の表面には該有機無機複合粒子に由来する大凸部が存在し
該大凸部の高さが、70nm以上250nm以下であり、
該大凸部の表面には、該小凸部Aに由来する小凸部Bが存在し、
該小凸部Bの曲率半径が、10nm以上30nm以下である
ことを特徴とする。
また、本発明は、上記電子写真感光体と、帯電手段、現像手段、及びクリーニング手段からなる群より選択される少なくとも1つの手段と、を一体に支持し、電子写真装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
また、本発明は、上記電子写真感光体、並びに、帯電手段、露光手段、現像手段及び転写手段を有することを特徴とする電子写真装置である。
また、本発明は、上記電子写真感光体、並びに、帯電手段、露光手段、現像手段及び転写手段を有することを特徴とする電子写真装置である。
本発明によれば、トナーと電子写真感光体の接触面積を小さくすることができ、その結果、良好な転写性を実現した電子写真感光体を提供することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。
[電子写真感光体]
本発明の電子写真感光体は、表面層を有することを特徴とする。
ここで、表面層とは、感光体において最も表面に位置している層のことであり、帯電部材又はトナーと接触する層のことを意味する。
図1は、電子写真感光体の層構成の一例を示す図である。図1中、101は支持体であり、102は下引き層であり、103は電荷発生層であり、104は電荷輸送層である。105は、本発明に係る表面層であり、106は本発明に係る有機無機複合粒子である。
[電子写真感光体]
本発明の電子写真感光体は、表面層を有することを特徴とする。
ここで、表面層とは、感光体において最も表面に位置している層のことであり、帯電部材又はトナーと接触する層のことを意味する。
図1は、電子写真感光体の層構成の一例を示す図である。図1中、101は支持体であり、102は下引き層であり、103は電荷発生層であり、104は電荷輸送層である。105は、本発明に係る表面層であり、106は本発明に係る有機無機複合粒子である。
また、本発明の電子写真感光体は、ベルト状あるいはシート状の形状も可能である。
本発明の電子写真感光体は、電子写真感光体の表面を帯電させる帯電工程と、帯電された前記電子写真感光体を露光し、静電潜像を形成する露光工程と、前記静電潜像が形成された前記電子写真感光体にトナーを供給してトナー像を形成する現像工程と、前記電子写真感光体上に形成されたトナー像を転写する転写工程と、を有する画像形成方法に用いられる。
本発明の電子写真感光体は、電子写真感光体の表面を帯電させる帯電工程と、帯電された前記電子写真感光体を露光し、静電潜像を形成する露光工程と、前記静電潜像が形成された前記電子写真感光体にトナーを供給してトナー像を形成する現像工程と、前記電子写真感光体上に形成されたトナー像を転写する転写工程と、を有する画像形成方法に用いられる。
本発明の電子写真感光体を製造する方法としては、後述する各層の塗布液を調製し、所望の層の順番に塗布して、乾燥させる方法が挙げられる。このとき、塗布液の塗布方法としては、浸漬塗布、スプレー塗布、インクジェット塗布、ロール塗布、ダイ塗布、ブレード塗布、カーテン塗布、ワイヤーバー塗布、リング塗布などが挙げられる。これらの中でも、効率性及び生産性の観点から、浸漬塗布が好ましい。
以下、各層について説明する。
<表面層>
本発明者が検討したところ、
表面層は、結着樹脂及び粒子を含有し、
該粒子が有機無機複合粒子であり、
該有機無機複合粒子が
樹脂粒子と、
該樹脂粒子に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子と
を有し、
該有機無機複合粒子の表面には該無機微粒子に由来する小凸部Aが存在し、
該表面層の表面には該有機無機複合粒子に由来する大凸部が存在し
該大凸部の高さが、70nm以上250nm以下であり、
該大凸部の表面には、該小凸部Aに由来する小凸部Bが存在し、
該小凸部Bの曲率半径が、10nm以上30nm以下である
ことを満たすことが必要である。
<表面層>
本発明者が検討したところ、
表面層は、結着樹脂及び粒子を含有し、
該粒子が有機無機複合粒子であり、
該有機無機複合粒子が
樹脂粒子と、
該樹脂粒子に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子と
を有し、
該有機無機複合粒子の表面には該無機微粒子に由来する小凸部Aが存在し、
該表面層の表面には該有機無機複合粒子に由来する大凸部が存在し
該大凸部の高さが、70nm以上250nm以下であり、
該大凸部の表面には、該小凸部Aに由来する小凸部Bが存在し、
該小凸部Bの曲率半径が、10nm以上30nm以下である
ことを満たすことが必要である。
上記の条件によって本発明の効果が発揮できる理由は明確には明らかになっていないが、本発明者は次の様に推察している。
本発明に用いる有機無機複合粒子の模式図を図3に示す。理由の詳細は後述するが、有機無機複合粒子は、樹脂粒子201と該樹脂粒子201に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子202とから形成され、且つ、有機無機複合粒子の表面には、該無機微粒子に由来する小凸部A203が存在することが必要である。
本発明に用いる有機無機複合粒子は、具体的な製造方法は後述するが、国際公開第2013/063291号の実施例に記載の方法により製造することができる。
本発明に用いる有機無機複合粒子の模式図を図3に示す。理由の詳細は後述するが、有機無機複合粒子は、樹脂粒子201と該樹脂粒子201に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子202とから形成され、且つ、有機無機複合粒子の表面には、該無機微粒子に由来する小凸部A203が存在することが必要である。
本発明に用いる有機無機複合粒子は、具体的な製造方法は後述するが、国際公開第2013/063291号の実施例に記載の方法により製造することができる。
電子写真画像形成装置において転写性を改良するためには、トナーと電子写真感光体の付着性を低下させる必要がある。トナーと電子写真感光体の付着力は、静電的付着力と非静電的付着力に大別される。
静電的付着力は鏡映力が主な因子となるためトナーの電荷量に大きく左右され、鏡映力の大きさはトナーの電荷量に比例し、トナーの電荷量と付着対象となる電子写真感光体の表面の距離の2乗に反比例する。そのため、電子写真感光体の表面に有機無機複合粒子による大凸部が必要となる。大凸部があることで、電子写真感光体とトナーとの距離をとることができるため、鏡映力が小さくなり、転写性を向上することができる。大凸部の高さを大きくする手法としては、有機無機複合粒子の粒子径を大きくすることや、膜中の有機無機複合粒子の割合を増加させ、上部に粒子を押し上げることが考えられる。
静電的付着力は鏡映力が主な因子となるためトナーの電荷量に大きく左右され、鏡映力の大きさはトナーの電荷量に比例し、トナーの電荷量と付着対象となる電子写真感光体の表面の距離の2乗に反比例する。そのため、電子写真感光体の表面に有機無機複合粒子による大凸部が必要となる。大凸部があることで、電子写真感光体とトナーとの距離をとることができるため、鏡映力が小さくなり、転写性を向上することができる。大凸部の高さを大きくする手法としては、有機無機複合粒子の粒子径を大きくすることや、膜中の有機無機複合粒子の割合を増加させ、上部に粒子を押し上げることが考えられる。
大凸部の高さとしては、70nm以上250nm以下であることが必要となる。70nmを下回ってしまうと、電子写真感光体とトナーの距離が十分でなく、静電付着力抑制が十分でなくなってしまうためである。250nmを超えてしまうと、有機無機複合粒子が脱離しやすくなり、使用と共に転写性が低下してしまう。
転写性を向上させるには、前記非静電付着力を低下させ、併せてファンデルワールス力も低下させる必要がある。ファンデルワールス力を低下させるには、機械的にトナーと電子写真感光体の接触面積を低下させることが効果的である。そのため、トナーと接触する大凸部には、曲率半径が小さい小凸部Bを持つことが必要である。つまり、高さの高い大凸部があることで、電子写真感光体とトナーの距離を稼ぐことができ、静電付着力を低減しつつ、大凸部上に、小凸部Bがあることで、トナーと電子写真感光体の接触面積を制限され、非静電付着力も抑制できるためである。小凸部Bの曲率半径としては、10nm以上30nm以下であることが必要である。10nmを下回ると、小凸部B以外に大凸部ともトナーが接触してしまい、結果として接触面積が抑制できない。30nmを超えてしまうと、トナーとの接触部の面積を十分小さくすることができない。
また、電子写真感光体表面に小凸部Bを形成するために、有機無機複合粒子は、樹脂粒子と、該樹脂粒子に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子とを有し、且つ該有機無機複合粒子の表面には該無機微粒子に由来する小凸部Aが存在することが必要となる。図4A及び図4Bに、有機無機複合粒子により電子写真感光体の表面に形成された大凸部402(太線で囲まれた部分)及び小凸部B404の形状の模式図を示す。図4Aに示すように、有機無機複合粒子が、電子写真感光体(小凸部B404)の表面から露出している場合は、小凸部A203と小凸部B404は同じものとなる。一方、図4Bに示すように、有機無機複合粒子が、表面層の結着樹脂に覆われている場合は、小凸部A203は小凸部B404の一部であり、小凸部A203と小凸部B404とは異なる。
また、電子写真感光体表面に小凸部Bを形成するために、有機無機複合粒子は、樹脂粒子と、該樹脂粒子に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子とを有し、且つ該有機無機複合粒子の表面には該無機微粒子に由来する小凸部Aが存在することが必要となる。図4A及び図4Bに、有機無機複合粒子により電子写真感光体の表面に形成された大凸部402(太線で囲まれた部分)及び小凸部B404の形状の模式図を示す。図4Aに示すように、有機無機複合粒子が、電子写真感光体(小凸部B404)の表面から露出している場合は、小凸部A203と小凸部B404は同じものとなる。一方、図4Bに示すように、有機無機複合粒子が、表面層の結着樹脂に覆われている場合は、小凸部A203は小凸部B404の一部であり、小凸部A203と小凸部B404とは異なる。
また、小凸部Bの高さが、10nm以上40nm以下である場合が好ましい。10nmを下回ると、小凸部B以外に大凸部ともトナーが接触してしまい、結果として接触面積が抑制できない。40nmを超えてしまうと、トナーと小凸部Bとの接触部の面積を十分小さくすることができない。
また、大凸部の高さが、前記小凸部Bの曲率半径の3.0倍以上10.0倍以下である場合が好ましい。3.0倍を下回ると、有機無機複合粒子が脱離しやすくなり、使用と共に転写性が低下してしまう。10.0倍を超えてしまうと、電子写真感光体とトナーの距離が十分でなく、静電付着力抑制が十分でなくなってしまう場合がある。
また、小凸部Bは、表面層から露出していることが好ましい。硬度の高い無機微粒子が露出していることで、トナーと点接触しやすく、接触面積を小さく保つことができ、非静電付着力を抑制することができるためである。
また、小凸部Bは、表面層から露出していることが好ましい。硬度の高い無機微粒子が露出していることで、トナーと点接触しやすく、接触面積を小さく保つことができ、非静電付着力を抑制することができるためである。
また、有機無機複合粒子の個数平均一次粒径は、100nm以上400nm以下が好ましい。100nmを下回ると、大凸部の高さを十分に保てず、トナーと電子写真感光体との距離が近くなり、静電付着力を十分に抑制できない。400nmを超えてしまうと、トナーと電子写真感光体の接触点数が増加し、非静電付着力が十分に抑制できない。より好ましくは、100nm以上250nm以下である。
また、有機無機複合粒子の形状係数SF-2が、103以上120以下である場合が好ましい。103を下回るとトナーとの良好な静電付着が困難となりやすく、120を超えると、トナーとの接触が生じ易くなり静電付着力抑制が十分でなくなってしまうためである。
本発明の電子写真感光体の表面層は、有機無機複合粒子の離脱を抑制し、また、有機無機複合粒子による大凸部の数を抑制し、結果としてトナーとの接触面積を小さくすることができるため、第二粒子を添加することが好ましい。第二粒子として、複数の種類の粒子を入れても構わない。
第二粒子の粒径としては、有機無機複合粒子の粒径の1/5以上1/2以下が好ましい。第二粒子の粒径が、1/5より小さくなると、有機無機複合粒子の離脱防止効果が十分発揮できず、使用に伴い、転写性改良効果がなくなってしまう。また、1/2より大きくなると、第二粒子がトナーと接触してしまい、転写性向上の効果が抑制されてしまうためである。
有機無機複合粒子と第二粒子の割合としては、体積基準で、有機無機複合粒子/第二粒子の値が、5体積%以上、90体積%以下であることが好ましい。有機無機複合粒子/第二粒子の値が、5体積%を下回ると、トナーと第二粒子が接触し始めて、転写性向上の効果が抑制されてしまう。また、90体積%を超えてしまうと、有機無機複合粒子による大凸部の数が多くなり、結果としてトナーとの接触点数が増えてしまうため、転写性向の効果が限定的になってしまうためである。
また、本発明の電子写真感光体の表面層の表面において、有機無機複合粒子、及び第二粒子が占める面積をS1とし、有機無機複合粒子、及び第二粒子以外が占める面積をS2としたとき、S1/(S1+S2)が0.70以上1.00以下であることが好ましい。前記S1/(S1+S2)が0.70未満となると、粒子のない部分が凸部を形成できなくなる。本発明においては、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、本発明の電子写真感光体の表面層の表面を上面から、加速電圧を5kV以上の設定で観察する。その表面層の反射電子像において、粒子の像が確認されるものに関しては粒子の占める面積S1に加算する。
理論的には、S1/(S1+S2)の上限は1.00となる。S1/(S1+S2)は、より好ましくは0.80以上1.00以下であり、さらに好ましくは0.85以上0.95以下である。
第二粒子の粒径としては、有機無機複合粒子の粒径の1/5以上1/2以下が好ましい。第二粒子の粒径が、1/5より小さくなると、有機無機複合粒子の離脱防止効果が十分発揮できず、使用に伴い、転写性改良効果がなくなってしまう。また、1/2より大きくなると、第二粒子がトナーと接触してしまい、転写性向上の効果が抑制されてしまうためである。
有機無機複合粒子と第二粒子の割合としては、体積基準で、有機無機複合粒子/第二粒子の値が、5体積%以上、90体積%以下であることが好ましい。有機無機複合粒子/第二粒子の値が、5体積%を下回ると、トナーと第二粒子が接触し始めて、転写性向上の効果が抑制されてしまう。また、90体積%を超えてしまうと、有機無機複合粒子による大凸部の数が多くなり、結果としてトナーとの接触点数が増えてしまうため、転写性向の効果が限定的になってしまうためである。
また、本発明の電子写真感光体の表面層の表面において、有機無機複合粒子、及び第二粒子が占める面積をS1とし、有機無機複合粒子、及び第二粒子以外が占める面積をS2としたとき、S1/(S1+S2)が0.70以上1.00以下であることが好ましい。前記S1/(S1+S2)が0.70未満となると、粒子のない部分が凸部を形成できなくなる。本発明においては、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、本発明の電子写真感光体の表面層の表面を上面から、加速電圧を5kV以上の設定で観察する。その表面層の反射電子像において、粒子の像が確認されるものに関しては粒子の占める面積S1に加算する。
理論的には、S1/(S1+S2)の上限は1.00となる。S1/(S1+S2)は、より好ましくは0.80以上1.00以下であり、さらに好ましくは0.85以上0.95以下である。
前記表面層の全体積に占める前記有機無機複合粒子及び前記有機無機複合粒子以外の粒子の割合が、33体積%以上70体積%以下である場合が好ましい。膜中に含有される有機無機複合粒子及び有機無機複合粒子以外の粒子の割合が、33体積%を下回ると、大凸部の高さが不十分となり、静電付着力の抑制ができず、また、小凸部Bが表面層の樹脂から露出しにくくなる。接触面積が70体積%を超えてしまうと使用と共に有機無機複合粒子が脱離してしまう。そのため33体積%以上70体積%以下が好ましい。より好ましくは、40体積%以上66体積%以下である。
本発明の電子写真感光体の表面層に含有される有機無機複合粒子以外の粒子(以下「第二粒子」とも呼ぶ。)としては、アクリル樹脂粒子などの有機樹脂粒子や、アルミナ、シリカ、チタニアなどの無機粒子、有機無機ハイブリッド粒子が挙げられる。
有機樹脂粒子としては、架橋ポリスチレン、架橋アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル粒子、ポリテトラフルオロエチレン粒子、シリコーン粒子が挙げられる。
アクリル粒子は、アクリル酸エステルあるいはメタクリル酸エステルの重合体を含有する。中でも、スチレンアクリル粒子がより好ましい。アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂の重合度や、樹脂が熱可塑性か熱硬化性であるかは、特に限定されない。
ポリテトラフルオロエチレン粒子は、主に4フッ化エチレン樹脂からなる粒子であればよく、他に3フッ化塩化エチレン樹脂、6フッ化プロピレン樹脂、フッ化ビニル樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、2フッ化2塩化エチレン樹脂などを含んでいても良い。
アクリル粒子は、アクリル酸エステルあるいはメタクリル酸エステルの重合体を含有する。中でも、スチレンアクリル粒子がより好ましい。アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂の重合度や、樹脂が熱可塑性か熱硬化性であるかは、特に限定されない。
ポリテトラフルオロエチレン粒子は、主に4フッ化エチレン樹脂からなる粒子であればよく、他に3フッ化塩化エチレン樹脂、6フッ化プロピレン樹脂、フッ化ビニル樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、2フッ化2塩化エチレン樹脂などを含んでいても良い。
有機無機ハイブリッド粒子としては、シロキサン結合を含むポリメチルシルセスキオキサン粒子が挙げられる。
本発明の電子写真感光体の表面層が有する有機無機複合粒子に含有される無機微粒子としては、硬度が高く、トナーとの点接触に関して有利な無機微粒子を使用することが好ましい。
無機微粒子としては、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化スズ、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化コバルト、酸化銅、酸化マンガン、酸化セレン、酸化鉄、酸化ジルコニウム、酸化ゲルマニウム、酸化錫、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化バナジウム、銅アルミ酸化物、アンチモンイオンをドープした酸化スズ、ハイドロタルサイトなどが挙げられる。これら粒子は、単独でも又は2種以上を組み合わせても用いることができる。また、粒子は合成品であってもよいし、市販品であってもよい。また、無機微粒子としては、シリカ粒子が好ましい。
前記シリカ粒子としては、公知のシリカ微粒子が使用可能であり、乾式シリカの微粒子、湿式シリカの微粒子のいずれであってもよい。好ましくは、ゾルゲル法により得られる湿式シリカの微粒子(以下、「ゾルゲルシリカ」ともいう)であることが好ましい。
無機微粒子としては、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化スズ、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化コバルト、酸化銅、酸化マンガン、酸化セレン、酸化鉄、酸化ジルコニウム、酸化ゲルマニウム、酸化錫、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化バナジウム、銅アルミ酸化物、アンチモンイオンをドープした酸化スズ、ハイドロタルサイトなどが挙げられる。これら粒子は、単独でも又は2種以上を組み合わせても用いることができる。また、粒子は合成品であってもよいし、市販品であってもよい。また、無機微粒子としては、シリカ粒子が好ましい。
前記シリカ粒子としては、公知のシリカ微粒子が使用可能であり、乾式シリカの微粒子、湿式シリカの微粒子のいずれであってもよい。好ましくは、ゾルゲル法により得られる湿式シリカの微粒子(以下、「ゾルゲルシリカ」ともいう)であることが好ましい。
本発明の電子写真感光体の表面層に含有される粒子に用いられるゾルゲルシリカは、親水性であっても、表面を疎水化処理させてあってもよい。
疎水化処理の方法としては、ゾルゲル法において、シリカゾル懸濁液から溶媒を除去し、乾燥させた後に、疎水化処理剤で処理する方法と、シリカゾル懸濁液に、直接的に疎水化処理剤を添加して乾燥と同時に処理する方法が挙げられる。粒度分布の半値幅の制御、及び飽和水分吸着量の制御という観点で、シリカゾル懸濁液に直接疎水化処理剤を添加する手法が好ましい。
疎水化処理の方法としては、ゾルゲル法において、シリカゾル懸濁液から溶媒を除去し、乾燥させた後に、疎水化処理剤で処理する方法と、シリカゾル懸濁液に、直接的に疎水化処理剤を添加して乾燥と同時に処理する方法が挙げられる。粒度分布の半値幅の制御、及び飽和水分吸着量の制御という観点で、シリカゾル懸濁液に直接疎水化処理剤を添加する手法が好ましい。
疎水化処理剤としては、以下が挙げられる。
メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、t-ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシランなどのクロロシラン類;
テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、o-メチルフェニルトリメトキシシラン、p-メチルフェニルトリメトキシシラン、n-ブチルトリメトキシシラン、i-ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、i-ブチルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシランなどのアルコキシシラン類;
ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、へキサプロピルジシラザン、ヘキサブチルジシラザン、ヘキサペンチルジシラザン、ヘキサヘキシルジシラザン、ヘキサシクロヘキシルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ジビニルテトラメチルジシラザン、ジメチルテトラビニルジシラザンなどのシラザン類;
ジメチルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、クロロアルキル変性シリコーンオイル、クロロフェニル変性シリコーンオイル、脂肪酸変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコキシ変性シリコーンオイル、カルビノール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、及び、末端反応性シリコーンオイルなどのシリコーンオイル;
ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサンなどのシロキサン類;
脂肪酸及びその金属塩として、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ドデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ペンタデシル酸、ステアリン酸、ヘプタデシル酸、アラキン酸、モンタン酸、オレイン酸、リノール酸、アラキドン酸などの長鎖脂肪酸、前記脂肪酸と亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、リチウムなどの金属との塩。
これらの中でも、アルコキシシラン類、シラザン類、シリコーンオイルは、疎水化処理を実施しやすいため、好ましく用いられる。これらの疎水化処理剤は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、t-ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシランなどのクロロシラン類;
テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、o-メチルフェニルトリメトキシシラン、p-メチルフェニルトリメトキシシラン、n-ブチルトリメトキシシラン、i-ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、i-ブチルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシランなどのアルコキシシラン類;
ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、へキサプロピルジシラザン、ヘキサブチルジシラザン、ヘキサペンチルジシラザン、ヘキサヘキシルジシラザン、ヘキサシクロヘキシルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ジビニルテトラメチルジシラザン、ジメチルテトラビニルジシラザンなどのシラザン類;
ジメチルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、クロロアルキル変性シリコーンオイル、クロロフェニル変性シリコーンオイル、脂肪酸変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコキシ変性シリコーンオイル、カルビノール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、及び、末端反応性シリコーンオイルなどのシリコーンオイル;
ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサンなどのシロキサン類;
脂肪酸及びその金属塩として、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ドデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ペンタデシル酸、ステアリン酸、ヘプタデシル酸、アラキン酸、モンタン酸、オレイン酸、リノール酸、アラキドン酸などの長鎖脂肪酸、前記脂肪酸と亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、リチウムなどの金属との塩。
これらの中でも、アルコキシシラン類、シラザン類、シリコーンオイルは、疎水化処理を実施しやすいため、好ましく用いられる。これらの疎水化処理剤は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
また、表面層の電荷輸送能力を向上させる目的で、表面層用塗布液に導電性粒子や電荷輸送物質を添加してもよい。導電性粒子としては、導電層に用いられる導電性顔料を用いることができる。電荷輸送物質としては、後述する電荷輸送物質を用いることができる。また、各種機能改善を目的として添加剤を添加することもできる。添加剤としては、例えば、導電性粒子、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、レベリング剤が挙げられる。
本発明において、表面層を設けることで、電子写真感光体の表面の耐久性を向上することができる。
表面層は、上述したように、本発明の目的を達成するため結着樹脂及び有機無機複合粒子を含有することが必要である。また、表面層には、有機無機複合粒子以外の粒子及び/又は電荷輸送物質を含有することが好ましい。
電荷輸送物質としては、多環芳香族化合物、複素環化合物、ヒドラゾン化合物、スチリル化合物、エナミン化合物、ベンジジン化合物、トリアリールアミン化合物や、これらの物質から誘導される基を有する樹脂などが挙げられる。これらの中でも、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物が好ましい。
結着樹脂としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。中でも、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂が好ましい。
また、表面層は、重合性官能基を有するモノマーを含有する組成物を重合することで硬化膜として形成してもよい。その際の反応としては、熱重合反応、光重合反応、放射線重合反応などが挙げられる。重合性官能基を有するモノマーが有する重合性官能基としては、アクリロイル基、メタクリロイル基などが挙げられる。重合性官能基を有するモノマーとして、電荷輸送能を有する材料を用いてもよい。
重合性官能基を有した化合物は、連鎖重合性官能基と同時に電荷輸送性構造を有していてもよい。電荷輸送性構造としてはトリアリールアミン構造が電荷輸送の点で好ましい。連鎖重合性官能基としてはアクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。官能基の数は一つ又は複数有していても良い。中でも、複数の官能基を有した化合物と一つの官能基を有した化合物を含有して硬化膜を形成すると、複数の官能基同士の重合で生じたひずみが解消されやすいため、特に好ましい。
表面層は、上述したように、本発明の目的を達成するため結着樹脂及び有機無機複合粒子を含有することが必要である。また、表面層には、有機無機複合粒子以外の粒子及び/又は電荷輸送物質を含有することが好ましい。
電荷輸送物質としては、多環芳香族化合物、複素環化合物、ヒドラゾン化合物、スチリル化合物、エナミン化合物、ベンジジン化合物、トリアリールアミン化合物や、これらの物質から誘導される基を有する樹脂などが挙げられる。これらの中でも、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物が好ましい。
結着樹脂としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。中でも、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂が好ましい。
また、表面層は、重合性官能基を有するモノマーを含有する組成物を重合することで硬化膜として形成してもよい。その際の反応としては、熱重合反応、光重合反応、放射線重合反応などが挙げられる。重合性官能基を有するモノマーが有する重合性官能基としては、アクリロイル基、メタクリロイル基などが挙げられる。重合性官能基を有するモノマーとして、電荷輸送能を有する材料を用いてもよい。
重合性官能基を有した化合物は、連鎖重合性官能基と同時に電荷輸送性構造を有していてもよい。電荷輸送性構造としてはトリアリールアミン構造が電荷輸送の点で好ましい。連鎖重合性官能基としてはアクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。官能基の数は一つ又は複数有していても良い。中でも、複数の官能基を有した化合物と一つの官能基を有した化合物を含有して硬化膜を形成すると、複数の官能基同士の重合で生じたひずみが解消されやすいため、特に好ましい。
上記一つの官能基を有した化合物の例を下記構造式(2-1)~(2-6)に示す。
上記複数の官能基を有した化合物の例を下記構造式(3-1)~(3-6)に示す。
表面層は、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、レベリング剤、滑り性付与剤、耐摩耗性向上剤、などの添加剤を含有してもよい。具体的には、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、硫黄化合物、リン化合物、ベンゾフェノン化合物、シロキサン変性樹脂、シリコーンオイルなどが挙げられる。
表面層は、上述の各材料及び溶剤を含有する表面層用塗布液を調製し、この塗膜を電荷輸送層又は単層型感光層上に形成し、乾燥及び/又は硬化させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、スルホキシド系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤が挙げられる。
表面層の平均膜厚は、0.2μm以上10μm以下であることが好ましく、0.3μm以上7μm以下であることが好ましい。
表面層は、上述の各材料及び溶剤を含有する表面層用塗布液を調製し、この塗膜を電荷輸送層又は単層型感光層上に形成し、乾燥及び/又は硬化させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、スルホキシド系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤が挙げられる。
表面層の平均膜厚は、0.2μm以上10μm以下であることが好ましく、0.3μm以上7μm以下であることが好ましい。
本発明の電子写真感光体においては、支持体上に電荷発生層及び電荷輸送層を有した積層型感光層、支持体上に電荷発生物質と電荷輸送物質を共に含有する単層型感光層、いずれの構成を用いても良い。いずれの構成においても、その表層に粒子が分散された表面層を有している。
以下、支持体及び各層について説明する。
<支持体>
本発明において、電子写真感光体は、支持体を有することが好ましい。本発明において、支持体は導電性を有する導電性支持体であることが好ましい。また、支持体の形状としては、円筒状、ベルト状、シート状などが挙げられる。中でも、円筒状支持体であることが好ましい。また、支持体の表面に、陽極酸化などの電気化学的な処理や、ブラスト処理、切削処理などを施してもよい。
支持体の材質としては、金属、樹脂、ガラスなどが好ましい。
金属としては、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、金、ステンレスや、これらの合金などが挙げられる。中でも、アルミニウムを用いたアルミニウム製支持体であることが好ましい。
また、樹脂やガラスには、導電性材料を混合又は被覆するなどの処理によって、導電性を付与してもよい。
<支持体>
本発明において、電子写真感光体は、支持体を有することが好ましい。本発明において、支持体は導電性を有する導電性支持体であることが好ましい。また、支持体の形状としては、円筒状、ベルト状、シート状などが挙げられる。中でも、円筒状支持体であることが好ましい。また、支持体の表面に、陽極酸化などの電気化学的な処理や、ブラスト処理、切削処理などを施してもよい。
支持体の材質としては、金属、樹脂、ガラスなどが好ましい。
金属としては、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、金、ステンレスや、これらの合金などが挙げられる。中でも、アルミニウムを用いたアルミニウム製支持体であることが好ましい。
また、樹脂やガラスには、導電性材料を混合又は被覆するなどの処理によって、導電性を付与してもよい。
<導電層>
本発明において、支持体の上に、導電層を設けてもよい。導電層を設けることで、支持体表面の傷や凹凸を隠蔽することや、支持体表面における光の反射を制御することができる。
導電層は、導電性粒子と、樹脂と、を含有することが好ましい。
本発明において、支持体の上に、導電層を設けてもよい。導電層を設けることで、支持体表面の傷や凹凸を隠蔽することや、支持体表面における光の反射を制御することができる。
導電層は、導電性粒子と、樹脂と、を含有することが好ましい。
導電性粒子の材質としては、金属酸化物、金属、カーボンブラックなどが挙げられる。
金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化ビスマスなどが挙げられる。金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ニクロム、銅、亜鉛、銀などが挙げられる。
これらの中でも、導電性粒子として、金属酸化物を用いることが好ましく、特に、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛を用いることがより好ましい。
導電性粒子として金属酸化物を用いる場合、金属酸化物の表面をシランカップリング剤などで処理したり、金属酸化物にリンやアルミニウムなど元素やその酸化物をドーピングしたりしてもよい。
また、導電性粒子は、芯材粒子と、その粒子を被覆する被覆層とを有する積層構成としてもよい。芯材粒子としては、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛などが挙げられる。被覆層としては、酸化スズなどの金属酸化物が挙げられる。
また、導電性粒子として金属酸化物を用いる場合、その平均一次粒径が、1nm以上500nm以下であることが好ましく、3nm以上400nm以下であることがより好ましい。
金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化ビスマスなどが挙げられる。金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ニクロム、銅、亜鉛、銀などが挙げられる。
これらの中でも、導電性粒子として、金属酸化物を用いることが好ましく、特に、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛を用いることがより好ましい。
導電性粒子として金属酸化物を用いる場合、金属酸化物の表面をシランカップリング剤などで処理したり、金属酸化物にリンやアルミニウムなど元素やその酸化物をドーピングしたりしてもよい。
また、導電性粒子は、芯材粒子と、その粒子を被覆する被覆層とを有する積層構成としてもよい。芯材粒子としては、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛などが挙げられる。被覆層としては、酸化スズなどの金属酸化物が挙げられる。
また、導電性粒子として金属酸化物を用いる場合、その平均一次粒径が、1nm以上500nm以下であることが好ましく、3nm以上400nm以下であることがより好ましい。
樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂などが挙げられる。
また、導電層は、シリコーンオイル、樹脂粒子、酸化チタンなどの隠蔽剤などを更に含有してもよい。
また、導電層は、シリコーンオイル、樹脂粒子、酸化チタンなどの隠蔽剤などを更に含有してもよい。
導電層の平均膜厚は、1μm以上50μm以下であることが好ましく、3μm以上40μm以下であることが特に好ましい。
導電層は、上述の各材料及び溶剤を含有する導電層用塗布液を調製し、この塗膜を形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、スルホキシド系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤などが挙げられる。導電層用塗布液中で導電性粒子を分散させるための分散方法としては、ペイントシェーカー、サンドミル、ボールミル、液衝突型高速分散機を用いた方法が挙げられる。
導電層は、上述の各材料及び溶剤を含有する導電層用塗布液を調製し、この塗膜を形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、スルホキシド系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤などが挙げられる。導電層用塗布液中で導電性粒子を分散させるための分散方法としては、ペイントシェーカー、サンドミル、ボールミル、液衝突型高速分散機を用いた方法が挙げられる。
<下引き層>
本発明において、支持体又は導電層の上に、下引き層を設けてもよい。
下引き層の平均膜厚は、0.1μm以上50μm以下であることが好ましく、0.2μm以上40μm以下であることがより好ましく、0.3μm以上30μm以下であることが特に好ましい。
この下引き層の樹脂としては、例えば、ポリアクリル酸樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエチレンオキシド樹脂、ポリプロピレンオキシド樹脂、エチルセルロース樹脂、メチルセルロース樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド酸樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂が挙げられる。
また、重合性官能基を有する樹脂と、重合性官能基を有するモノマーとを架橋させた構造を持った樹脂であってもよい。
本発明において、支持体又は導電層の上に、下引き層を設けてもよい。
下引き層の平均膜厚は、0.1μm以上50μm以下であることが好ましく、0.2μm以上40μm以下であることがより好ましく、0.3μm以上30μm以下であることが特に好ましい。
この下引き層の樹脂としては、例えば、ポリアクリル酸樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエチレンオキシド樹脂、ポリプロピレンオキシド樹脂、エチルセルロース樹脂、メチルセルロース樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド酸樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂が挙げられる。
また、重合性官能基を有する樹脂と、重合性官能基を有するモノマーとを架橋させた構造を持った樹脂であってもよい。
また、下引き層は、樹脂以外に無機化合物や、有機化合物を含有してもよい。
無機化合物としては、例えば金属や酸化物や塩が挙げられる。
金属としては、例えば金、銀、アルミなどが挙げられる。酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、鉛白、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。塩としては、例えば硫酸バリウム、チタン酸ストロンチウムが挙げられる。
これら無機化合物は、粒子状態で膜中に存在していても良い。
粒子の個数平均一次粒径は、1nm以上500nm以下であることが好ましく、3nm以上400nm以下であることがより好ましい。
これらの無機化合物は、芯材粒子と、その粒子を被覆する被覆層とを有する積層構成としてもよい。
これらの無機化合物は表面をシリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物などで処理してもよい。また、スズ、リン、アルミニウム、ニオブなど元素をドーピングしてもよい。
有機化合物としては、例えば電子輸送物質や導電性高分子が挙げられる。
導電性高分子としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリエチレンジオキシチオフェンが挙げられる。
電子輸送物質としては、例えば、キノン化合物、イミド化合物、ベンズイミダゾール化合物、シクロペンタジエニリデン化合物、フルオレノン化合物、キサントン化合物、ベンゾフェノン化合物、シアノビニル化合物、ハロゲン化アリール化合物、シロール化合物、含ホウ素化合物が挙げられる。
電子輸送物質は、重合性官能基を有し、それらの官能基と反応可能な官能基を有する樹脂と架橋しても良い。重合性官能基としては、例えばヒドロキシ基、チオール基、アミノ基、カルボキシル基、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、エポキシ基などが挙げられる。
これら有機化合物は、粒子状態で膜中に存在していても良く、表面が処理されていても良い。
無機化合物としては、例えば金属や酸化物や塩が挙げられる。
金属としては、例えば金、銀、アルミなどが挙げられる。酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、鉛白、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。塩としては、例えば硫酸バリウム、チタン酸ストロンチウムが挙げられる。
これら無機化合物は、粒子状態で膜中に存在していても良い。
粒子の個数平均一次粒径は、1nm以上500nm以下であることが好ましく、3nm以上400nm以下であることがより好ましい。
これらの無機化合物は、芯材粒子と、その粒子を被覆する被覆層とを有する積層構成としてもよい。
これらの無機化合物は表面をシリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物などで処理してもよい。また、スズ、リン、アルミニウム、ニオブなど元素をドーピングしてもよい。
有機化合物としては、例えば電子輸送物質や導電性高分子が挙げられる。
導電性高分子としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリエチレンジオキシチオフェンが挙げられる。
電子輸送物質としては、例えば、キノン化合物、イミド化合物、ベンズイミダゾール化合物、シクロペンタジエニリデン化合物、フルオレノン化合物、キサントン化合物、ベンゾフェノン化合物、シアノビニル化合物、ハロゲン化アリール化合物、シロール化合物、含ホウ素化合物が挙げられる。
電子輸送物質は、重合性官能基を有し、それらの官能基と反応可能な官能基を有する樹脂と架橋しても良い。重合性官能基としては、例えばヒドロキシ基、チオール基、アミノ基、カルボキシル基、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、エポキシ基などが挙げられる。
これら有機化合物は、粒子状態で膜中に存在していても良く、表面が処理されていても良い。
下引き層は、シリコーンオイルなどのレベリング剤、可塑剤、増粘剤などの各種添加剤を添加しても良い。
下引き層は、上記材料を含有する下引き層用塗布液を調製後、支持体又は導電層上に塗布後、この塗膜を乾燥や硬化させることで得られる。
塗布液を作製する際の溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤又は芳香族炭化水素系溶剤などが挙げられる。
塗布液中で粒子を分散させるための分散方法としては、ペイントシェーカー、サンドミル、ボールミル、液衝突型高速分散機を用いた方法が挙げられる。
下引き層は、上記材料を含有する下引き層用塗布液を調製後、支持体又は導電層上に塗布後、この塗膜を乾燥や硬化させることで得られる。
塗布液を作製する際の溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤又は芳香族炭化水素系溶剤などが挙げられる。
塗布液中で粒子を分散させるための分散方法としては、ペイントシェーカー、サンドミル、ボールミル、液衝突型高速分散機を用いた方法が挙げられる。
<感光層>
電子写真感光体の感光層は、主に、(1)積層型感光層と、(2)単層型感光層とに分類される。(1)積層型感光層は、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、を有する。(2)単層型感光層は、電荷発生物質と電荷輸送物質を共に含有する感光層である。
電子写真感光体の感光層は、主に、(1)積層型感光層と、(2)単層型感光層とに分類される。(1)積層型感光層は、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、を有する。(2)単層型感光層は、電荷発生物質と電荷輸送物質を共に含有する感光層である。
(1)積層型感光層
積層型感光層は、電荷発生層と、電荷輸送層と、を有する。
積層型感光層は、電荷発生層と、電荷輸送層と、を有する。
(1-1)電荷発生層
電荷発生層は、電荷発生物質と、樹脂と、を含有することが好ましい。
電荷発生物質としては、アゾ顔料、ペリレン顔料、多環キノン顔料、インジゴ顔料、フタロシアニン顔料などが挙げられる。これらの中でも、アゾ顔料、フタロシアニン顔料が好ましい。フタロシアニン顔料の中でも、オキシチタニウムフタロシアニン顔料、クロロガリウムフタロシアニン顔料、ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料が好ましい。
電荷発生層中の電荷発生物質の含有量は、電荷発生層の全質量に対して、40質量%以上85質量%以下であることが好ましく、60質量%以上80質量%以下であることがより好ましい。
樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、セルロース樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などが挙げられる。これらの中でも、ポリビニルブチラール樹脂がより好ましい。
電荷発生層は、電荷発生物質と、樹脂と、を含有することが好ましい。
電荷発生物質としては、アゾ顔料、ペリレン顔料、多環キノン顔料、インジゴ顔料、フタロシアニン顔料などが挙げられる。これらの中でも、アゾ顔料、フタロシアニン顔料が好ましい。フタロシアニン顔料の中でも、オキシチタニウムフタロシアニン顔料、クロロガリウムフタロシアニン顔料、ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料が好ましい。
電荷発生層中の電荷発生物質の含有量は、電荷発生層の全質量に対して、40質量%以上85質量%以下であることが好ましく、60質量%以上80質量%以下であることがより好ましい。
樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、セルロース樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などが挙げられる。これらの中でも、ポリビニルブチラール樹脂がより好ましい。
また、電荷発生層は、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの添加剤を更に含有してもよい。具体的には、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、硫黄化合物、リン化合物、ベンゾフェノン化合物、などが挙げられる。
電荷発生層の平均膜厚は、0.1μm以上1μm以下であることが好ましく、0.15μm以上0.4μm以下であることがより好ましい。
電荷発生層は、上述の各材料及び溶剤を含有する電荷発生層用塗布液を調製し、この塗膜を支持体又は後述する導電層或いは下引き層上に形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、スルホキシド系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤などが挙げられる。
電荷発生層の平均膜厚は、0.1μm以上1μm以下であることが好ましく、0.15μm以上0.4μm以下であることがより好ましい。
電荷発生層は、上述の各材料及び溶剤を含有する電荷発生層用塗布液を調製し、この塗膜を支持体又は後述する導電層或いは下引き層上に形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、スルホキシド系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤などが挙げられる。
(1-2)電荷輸送層
電荷輸送層は、電荷輸送物質と、樹脂と、を含有することが好ましい。
電荷輸送物質としては、例えば、多環芳香族化合物、複素環化合物、ヒドラゾン化合物、スチリル化合物、エナミン化合物、ベンジジン化合物、トリアリールアミン化合物や、これらの物質から誘導される基を有する樹脂などが挙げられる。これらの中でも、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物が好ましく、下記式(1)の構造のものが好適に用いられる。
式(1)中、R1~R10は、それぞれ独立して、水素原子、又はメチル基を表す。
電荷輸送層は、電荷輸送物質と、樹脂と、を含有することが好ましい。
電荷輸送物質としては、例えば、多環芳香族化合物、複素環化合物、ヒドラゾン化合物、スチリル化合物、エナミン化合物、ベンジジン化合物、トリアリールアミン化合物や、これらの物質から誘導される基を有する樹脂などが挙げられる。これらの中でも、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物が好ましく、下記式(1)の構造のものが好適に用いられる。
式(1)で示される構造の例を式(1-1)~(1-10)に示す。この中でも、式(1-1)~(1-6)で示される構造がより好ましい。
樹脂としては、熱可塑性樹脂が用いられ、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂などが挙げられる。これらの中でも、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂としては、特にポリアリレート樹脂が好ましい。
電荷輸送層中の電荷輸送物質の含有量は、電荷輸送層の全質量に対して、25質量%以上70質量%以下であることが好ましく、30質量%以上55質量%以下であることがより好ましい。
電荷輸送物質と樹脂との含有量比(質量比)は、4/10~20/10が好ましく、5/10~12/10がより好ましい。
電荷輸送物質と樹脂との含有量比(質量比)は、4/10~20/10が好ましく、5/10~12/10がより好ましい。
また、電荷輸送層は、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、レベリング剤、滑り性付与剤、耐摩耗性向上剤などの添加剤を含有してもよい。具体的には、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、硫黄化合物、リン化合物、ベンゾフェノン化合物、シロキサン変性樹脂、シリコーンオイル、フッ素樹脂粒子、ポリスチレン樹脂粒子、ポリエチレン樹脂粒子、シリカ粒子、アルミナ粒子、窒化ホウ素粒子などが挙げられる。
電荷輸送層の平均膜厚は、5μm以上50μm以下であることが好ましく、8μm以上40μm以下であることがより好ましく、10μm以上30μm以下であることが特に好ましい。
電荷輸送層は、上述の各材料及び溶剤を含有する電荷輸送層用塗布液を調製し、この塗膜を電荷発生層上に形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤が挙げられる。これらの溶剤の中でも、エーテル系溶剤又は芳香族炭化水素系溶剤が好ましい。
電荷輸送層を表面層として用いる場合、上述の<表面層>の項に記載の粒子を用いる。
電荷輸送層の平均膜厚は、5μm以上50μm以下であることが好ましく、8μm以上40μm以下であることがより好ましく、10μm以上30μm以下であることが特に好ましい。
電荷輸送層は、上述の各材料及び溶剤を含有する電荷輸送層用塗布液を調製し、この塗膜を電荷発生層上に形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤が挙げられる。これらの溶剤の中でも、エーテル系溶剤又は芳香族炭化水素系溶剤が好ましい。
電荷輸送層を表面層として用いる場合、上述の<表面層>の項に記載の粒子を用いる。
(2)単層型感光層
単層型感光層は、電荷発生物質、電荷輸送物質、樹脂及び溶剤を含有する感光層用塗布液を調製し、この塗膜を支持体又は導電層或いは下引き層上に形成し、乾燥させることで形成することができる。電荷発生物質、電荷輸送物質、樹脂としては、上記「(1)積層型感光層」における材料の例示と同様である。
単層型感光層は、電荷発生物質、電荷輸送物質、樹脂及び溶剤を含有する感光層用塗布液を調製し、この塗膜を支持体又は導電層或いは下引き層上に形成し、乾燥させることで形成することができる。電荷発生物質、電荷輸送物質、樹脂としては、上記「(1)積層型感光層」における材料の例示と同様である。
[プロセスカートリッジ、電子写真装置]
本発明のプロセスカートリッジは、これまで述べてきた電子写真感光体と、帯電手段、現像手段、及びクリーニング手段からなる群より選択される少なくとも1つの手段と、を一体に支持することが可能である。前記プロセスカートリッジは、電子写真装置本体に着脱自在であることを特徴とする。本発明の電子写真装置は、上記電子写真感光体と、帯電手段、露光手段、現像手段、及び転写手段と、を有することが可能である。
本発明のプロセスカートリッジは、これまで述べてきた電子写真感光体と、帯電手段、現像手段、及びクリーニング手段からなる群より選択される少なくとも1つの手段と、を一体に支持することが可能である。前記プロセスカートリッジは、電子写真装置本体に着脱自在であることを特徴とする。本発明の電子写真装置は、上記電子写真感光体と、帯電手段、露光手段、現像手段、及び転写手段と、を有することが可能である。
図5に、本発明の電子写真感光体を備えたプロセスカートリッジを有する電子写真装置の構成の概略の一例を示す。
[電子写真装置の構成]
なお、本実施例の電子写真装置は、a~dの複数の画像形成部を設けている、いわゆるタンデム型の電子写真装置である。第1の画像形成部aはイエロー(Y)、第2の画像形成部bはマゼンタ(M)、第3の画像形成部cはシアン(C)、第4の画像形成部dはブラック(Bk)の各色のトナーによって画像を形成する。これら4つの画像形成部は一定の間隔をおいて一列に配置されており、各画像形成部の構成は収容するトナーの色を除いて実質的に共通である部分が多い。したがって、以下、第1の画像形成部aを用いて本実施例の電子写真装置を説明する。
第1の画像形成部aは、ドラム状の感光体である感光ドラム1aと、帯電部材である帯電ローラー2aと、現像手段4aと、除電手段5aと、を有する。
感光ドラム1aは、トナー像を担持する像担持体であり、図示矢印方向に所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動される。現像手段4aは、イエローのトナーを収容し、感光ドラム1aにイエロートナーを現像ローラー41aで現像する。
なお、本実施例の電子写真装置は、a~dの複数の画像形成部を設けている、いわゆるタンデム型の電子写真装置である。第1の画像形成部aはイエロー(Y)、第2の画像形成部bはマゼンタ(M)、第3の画像形成部cはシアン(C)、第4の画像形成部dはブラック(Bk)の各色のトナーによって画像を形成する。これら4つの画像形成部は一定の間隔をおいて一列に配置されており、各画像形成部の構成は収容するトナーの色を除いて実質的に共通である部分が多い。したがって、以下、第1の画像形成部aを用いて本実施例の電子写真装置を説明する。
第1の画像形成部aは、ドラム状の感光体である感光ドラム1aと、帯電部材である帯電ローラー2aと、現像手段4aと、除電手段5aと、を有する。
感光ドラム1aは、トナー像を担持する像担持体であり、図示矢印方向に所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動される。現像手段4aは、イエローのトナーを収容し、感光ドラム1aにイエロートナーを現像ローラー41aで現像する。
コントローラーなどの制御手段(不図示)が画像信号を受信することによって画像形成動作が開始され、感光ドラム1aは回転駆動される。感光ドラム1aは回転過程で、帯電ローラー2aにより所定の極性(本実施例では負極性)で所定の電圧(帯電電圧)に一様に帯電処理され、露光手段3aにより画像信号に応じて露光される。これにより、感光ドラム1aには目的のカラー画像のイエロー色成分像に対応した静電潜像が形成される。次いで、その静電潜像は現像位置において現像手段4aにより現像され、感光ドラム1aにイエロートナー像として可視化される。ここで、現像手段4aに収容されたトナーの正規の帯電極性は負極性であり、帯電ローラー2aによる感光ドラム1aの帯電極性と同極性に帯電したトナーにより静電潜像を反転現像している。しかし、本発明はこれに限らず、感光ドラム1aの帯電極性とは逆極性に帯電したトナーにより静電潜像を正現像する電子写真装置にも本発明を適用できる。また、帯電ローラー2aの表層には、粒子由来による多数の凸部が設けることが可能である。帯電ローラー2a表層に設けた凸部は、帯電部において帯電ローラー2aと感光ドラム1aとの間でスペーサーとしての役割を有している。後述する一次転写部において転写されずに感光ドラム1a上に残留したトナーである転写残トナーが帯電部に侵入した際に、凸部以外の箇所が転写残トナーに触れて帯電ローラー2aが転写残トナーで汚れることを抑制する役割である。
除電手段としての前露光ユニット5aは、帯電ローラー2aによって感光ドラム1aの表面が帯電される前の感光ドラム1aの表面を露光することで除電する。感光ドラム1aの表面を除電することによって、感光ドラム1に形成された表面電位を均す役割や、帯電部で生じる放電による放電量を制御する役割を有する。
無端状で移動可能な中間転写ベルト10は、導電性を有し、感光ドラム1aと接触して1次転写部を形成し、感光ドラム1aと略同一の周速度で回転する。また、中間転写ベルト10は、対向部材としての対向ローラー13と、張架部材としての駆動ローラー11及び張架ローラー12と金属ローラー14aとで張架され、張架ローラー12により総圧60Nの張力で張架されている。中間転写ベルト10は、駆動ローラー11が図示矢印方向に回転駆動されることによって移動することが可能である。
無端状で移動可能な中間転写ベルト10は、導電性を有し、感光ドラム1aと接触して1次転写部を形成し、感光ドラム1aと略同一の周速度で回転する。また、中間転写ベルト10は、対向部材としての対向ローラー13と、張架部材としての駆動ローラー11及び張架ローラー12と金属ローラー14aとで張架され、張架ローラー12により総圧60Nの張力で張架されている。中間転写ベルト10は、駆動ローラー11が図示矢印方向に回転駆動されることによって移動することが可能である。
感光ドラム1aに形成されたイエロートナー像は、1次転写部を通過する過程で、感光ドラム1aから中間転写ベルト10に1次転写される。
尚、図2中の第2、第3、第4の画像形成部における、それぞれの、感光ドラムは1b、1c、1dであり、帯電ローラーは2b、2c、2dであり、露光手段は3b、3c、3dであり、現像手段は4b、4c、4dであり、除電手段は5b、5c、5dであり、金属ローラーは14b、14c、14dであり、現像ローラーは41b、41c、41dである。
尚、図2中の第2、第3、第4の画像形成部における、それぞれの、感光ドラムは1b、1c、1dであり、帯電ローラーは2b、2c、2dであり、露光手段は3b、3c、3dであり、現像手段は4b、4c、4dであり、除電手段は5b、5c、5dであり、金属ローラーは14b、14c、14dであり、現像ローラーは41b、41c、41dである。
以下、同様にして、第2色のマゼンタトナー像、第3色のシアントナー像、第4色のブラックトナー像が形成され、中間転写ベルト10に順次重ねて転写される。これにより、中間転写ベルト10には、目的のカラー画像に対応した4色のトナー像が形成される。その後、中間転写ベルト10に担持された4色のトナー像は、2次転写ローラー15と中間転写ベルト10とが接触して形成する2次転写部を通過する過程で、給紙手段50により給紙された紙やOHPシートなどの転写材Pの表面に一括で2次転写される。2次転写によって4色のトナー像を転写された転写材Pは、その後、定着手段30において加熱及び加圧されることにより、4色のトナーが溶融混色して転写材Pに定着される。2次転写後に中間転写ベルト10に残ったトナーは、中間転写ベルト10を介して対向ローラー13に対向して設けられたベルトクリーニング手段17により清掃、除去される。
本発明の電子写真感光体は、レーザービームプリンター、LEDプリンター、複写機などに用いることができる。
本発明の電子写真感光体は、レーザービームプリンター、LEDプリンター、複写機などに用いることができる。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を更に詳細に説明する。本発明は、その要旨を超えない限り、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。
なお、以下の実施例の記載において、「部」とあるのは特に断りのない限り質量基準である。
実施例及び比較例の電子写真感光体の各層の膜厚は、表面層、電荷発生層を除き、渦電流式膜厚計(Fischerscope、フィッシャーインスツルメント製)を用いる方法、又は、単位面積当たりの質量から比重換算する方法で求めた。電荷発生層の膜厚は、感光体の表面に分光濃度計(商品名:X-Rite504/508、X-Rite製)を押し当てて測定したマクベス濃度値と断面SEM画像観察による膜厚測定値から予め取得した校正曲線を用いて、感光体のマクベス濃度値を換算することで測定した。
なお、以下の実施例の記載において、「部」とあるのは特に断りのない限り質量基準である。
実施例及び比較例の電子写真感光体の各層の膜厚は、表面層、電荷発生層を除き、渦電流式膜厚計(Fischerscope、フィッシャーインスツルメント製)を用いる方法、又は、単位面積当たりの質量から比重換算する方法で求めた。電荷発生層の膜厚は、感光体の表面に分光濃度計(商品名:X-Rite504/508、X-Rite製)を押し当てて測定したマクベス濃度値と断面SEM画像観察による膜厚測定値から予め取得した校正曲線を用いて、感光体のマクベス濃度値を換算することで測定した。
<導電層用塗布液1の調製>
基体として、平均一次粒径が200nmのアナターゼ型酸化チタンを使用し、チタンをTiO2換算で33.7部、ニオブをNb2O5換算で2.9部含有するチタンニオブ硫酸溶液を調製した。基体100部を純水に分散して1000部の懸濁液とし、60℃に加温した。チタンニオブ硫酸溶液と10mol/L水酸化ナトリウムとを懸濁液のpHが2~3になるよう3時間かけて滴下した。全量滴下後、pHを中性付近に調整し、ポリアクリルアミド系凝集剤を添加して固形分を沈降させた。上澄みを除去し、ろ過及び洗浄し、110℃で乾燥し、凝集剤由来の有機物をC換算で0.1wt%含有する中間体を得た。この中間体を窒素中750℃で1時間焼成を行った後、空気中450℃で焼成して、酸化チタン粒子1を作製した。得られた粒子は前述の走査電子顕微鏡を用いた粒径測定方法において、平均一次粒径が、220nmであった。
続いて、結着材料としてのフェノール樹脂(フェノール樹脂のモノマー/オリゴマー)(商品名:プライオーフェンJ-325、DIC製、樹脂固形分:60%、硬化後の密度:1.3g/cm2)50部を、溶剤としての1-メトキシ-2-プロパノール35部に溶解させて溶液を得た。
この溶液に酸化チタン粒子1を60部加え、これを分散媒体として個数平均一次粒径1.0mmのガラスビーズ120部を用いた縦型サンドミルに入れ、分散液温度23±3℃、回転数1500rpm(周速5.5m/s)の条件で4時間分散処理を行い、分散液を得た。この分散液からメッシュでガラスビーズを取り除いた。ガラスビーズを取り除いた後の分散液に、レベリング剤としてシリコーンオイル(商品名:SH28 PAINT ADDITIVE、東レ・ダウコーニング製)0.01部、及び、表面粗さ付与材としてシリコーン樹脂粒子(商品名:KMP-590、信越化学工業製、平均一次粒径:2μm、密度:1.3g/cm3)8部を添加して攪拌し、PTFE濾紙(商品名:PF060、アドバンテック東洋製)を用いて加圧ろ過することによって、導電層用塗布液1を調製した。
基体として、平均一次粒径が200nmのアナターゼ型酸化チタンを使用し、チタンをTiO2換算で33.7部、ニオブをNb2O5換算で2.9部含有するチタンニオブ硫酸溶液を調製した。基体100部を純水に分散して1000部の懸濁液とし、60℃に加温した。チタンニオブ硫酸溶液と10mol/L水酸化ナトリウムとを懸濁液のpHが2~3になるよう3時間かけて滴下した。全量滴下後、pHを中性付近に調整し、ポリアクリルアミド系凝集剤を添加して固形分を沈降させた。上澄みを除去し、ろ過及び洗浄し、110℃で乾燥し、凝集剤由来の有機物をC換算で0.1wt%含有する中間体を得た。この中間体を窒素中750℃で1時間焼成を行った後、空気中450℃で焼成して、酸化チタン粒子1を作製した。得られた粒子は前述の走査電子顕微鏡を用いた粒径測定方法において、平均一次粒径が、220nmであった。
続いて、結着材料としてのフェノール樹脂(フェノール樹脂のモノマー/オリゴマー)(商品名:プライオーフェンJ-325、DIC製、樹脂固形分:60%、硬化後の密度:1.3g/cm2)50部を、溶剤としての1-メトキシ-2-プロパノール35部に溶解させて溶液を得た。
この溶液に酸化チタン粒子1を60部加え、これを分散媒体として個数平均一次粒径1.0mmのガラスビーズ120部を用いた縦型サンドミルに入れ、分散液温度23±3℃、回転数1500rpm(周速5.5m/s)の条件で4時間分散処理を行い、分散液を得た。この分散液からメッシュでガラスビーズを取り除いた。ガラスビーズを取り除いた後の分散液に、レベリング剤としてシリコーンオイル(商品名:SH28 PAINT ADDITIVE、東レ・ダウコーニング製)0.01部、及び、表面粗さ付与材としてシリコーン樹脂粒子(商品名:KMP-590、信越化学工業製、平均一次粒径:2μm、密度:1.3g/cm3)8部を添加して攪拌し、PTFE濾紙(商品名:PF060、アドバンテック東洋製)を用いて加圧ろ過することによって、導電層用塗布液1を調製した。
<下引き層用塗布液1の調製>
ルチル型酸化チタン粒子(平均一次粒径:50nm、テイカ製)100部をトルエン500部と撹拌混合し、ビニルトリメトキシシラン(商品名:KBM-1003、信越化学製)3.5部を添加し、直径1.0mmのガラスビーズを用いて縦型サンドミルにて8時間分散処理した。ガラスビーズを取り除いた後、トルエンを減圧蒸留にて留去し、120℃で3時間乾燥させることによって、有機珪素化合物で表面処理済みのルチル型酸化チタン粒子を得た。得られた酸化チタン粒子の体積をa、該酸化チタン粒子の平均一次粒径をb[μm]としたとき、a/b=15.6であった。aの値は、電子写真感光体作製後、電子写真感光体の断面を電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM、商品名:S-4800、日立ハイテクノロジーズ製)を用いた顕微鏡像から求めた。
前記有機珪素化合物で表面処理済みのルチル型酸化チタン粒子18.0部、N-メトキシメチル化ナイロン(商品名:トレジンEF-30T、ナガセケムテックス製)4.5部、共重合ナイロン樹脂(商品名:アミランCM8000、東レ製)1.5部を、メタノール90部と1-ブタノール60部の混合溶剤に加えて分散液を調製した。
この分散液を、直径1.0mmのガラスビーズを用いて縦型サンドミルにて5時間分散処理し、ガラスビーズを取り除くことにより、下引き層用塗布液1を調製した。
ルチル型酸化チタン粒子(平均一次粒径:50nm、テイカ製)100部をトルエン500部と撹拌混合し、ビニルトリメトキシシラン(商品名:KBM-1003、信越化学製)3.5部を添加し、直径1.0mmのガラスビーズを用いて縦型サンドミルにて8時間分散処理した。ガラスビーズを取り除いた後、トルエンを減圧蒸留にて留去し、120℃で3時間乾燥させることによって、有機珪素化合物で表面処理済みのルチル型酸化チタン粒子を得た。得られた酸化チタン粒子の体積をa、該酸化チタン粒子の平均一次粒径をb[μm]としたとき、a/b=15.6であった。aの値は、電子写真感光体作製後、電子写真感光体の断面を電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM、商品名:S-4800、日立ハイテクノロジーズ製)を用いた顕微鏡像から求めた。
前記有機珪素化合物で表面処理済みのルチル型酸化チタン粒子18.0部、N-メトキシメチル化ナイロン(商品名:トレジンEF-30T、ナガセケムテックス製)4.5部、共重合ナイロン樹脂(商品名:アミランCM8000、東レ製)1.5部を、メタノール90部と1-ブタノール60部の混合溶剤に加えて分散液を調製した。
この分散液を、直径1.0mmのガラスビーズを用いて縦型サンドミルにて5時間分散処理し、ガラスビーズを取り除くことにより、下引き層用塗布液1を調製した。
<フタロシアニン顔料の合成>
<合成例>
窒素フローの雰囲気下、α-クロロナフタレン1000mLに、三塩化ガリウム100g及びオルトフタロニトリル291gを加え、温度200℃で24時間反応させた後、生成物を濾過した。得られたウエットケーキをN,N-ジメチルホルムアミドを用いて温度150℃で30分間加熱撹拌した後、濾過した。得られた濾過物をメタノールで洗浄した後、乾燥させ、クロロガリウムフタロシアニン顔料を収率83%で得た。
上記の方法で得られたクロロガリウムフタロシアニン顔料20gを、濃硫酸500mLに溶解させ、2時間攪拌した後、氷冷しておいた蒸留水1700mL及び濃アンモニア水660mLの混合溶液に滴下して、再析出させた。これを蒸留水で十分に洗浄し、乾燥して、ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料を得た。
<合成例>
窒素フローの雰囲気下、α-クロロナフタレン1000mLに、三塩化ガリウム100g及びオルトフタロニトリル291gを加え、温度200℃で24時間反応させた後、生成物を濾過した。得られたウエットケーキをN,N-ジメチルホルムアミドを用いて温度150℃で30分間加熱撹拌した後、濾過した。得られた濾過物をメタノールで洗浄した後、乾燥させ、クロロガリウムフタロシアニン顔料を収率83%で得た。
上記の方法で得られたクロロガリウムフタロシアニン顔料20gを、濃硫酸500mLに溶解させ、2時間攪拌した後、氷冷しておいた蒸留水1700mL及び濃アンモニア水660mLの混合溶液に滴下して、再析出させた。これを蒸留水で十分に洗浄し、乾燥して、ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料を得た。
<電荷発生層用塗布液1の調製>
合成例で得られたヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料0.5部、N,N-ジメチルホルムアミド(製品コード:D0722、東京化成工業製)7.5部、直径0.9mmのガラスビーズ29部を温度25℃下で24時間、サンドミル(BSG-20、アイメックス製)を用いてミリング処理した。この際、ディスクが1分間に1500回転する条件で行った。こうして処理した液をフィルター(品番:N-NO.125T、孔径:133μm、NBCメッシュテック製)で濾過してガラスビーズを取り除いた。この液にN,N-ジメチルホルムアミドを30部添加した後、濾過し、濾過器上の濾取物を酢酸n-ブチルで十分に洗浄した。そして、洗浄された濾取物を真空乾燥させて、ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料を0.45部得た。得られた顔料はN,N-ジメチルホルムアミドを含有していた。
続いて、前記ミリング処理で得られたヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料20部、ポリビニルブチラール(商品名:エスレックBX-1、積水化学工業製)10部、シクロヘキサノン190部、直径0.9mmのガラスビーズ482部を冷却水温度18℃下で4時間、サンドミル(K-800、五十嵐機械製造(現アイメックス)製、ディスク径70mm、ディスク枚数5枚)を用いて分散処理した。この際、ディスクが1分間に1800回転する条件で行った。この分散液からガラスビーズを取り除き、シクロヘキサノン444部及び酢酸エチル634部を加えることによって、電荷発生層用塗布液1を調製した。
合成例で得られたヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料0.5部、N,N-ジメチルホルムアミド(製品コード:D0722、東京化成工業製)7.5部、直径0.9mmのガラスビーズ29部を温度25℃下で24時間、サンドミル(BSG-20、アイメックス製)を用いてミリング処理した。この際、ディスクが1分間に1500回転する条件で行った。こうして処理した液をフィルター(品番:N-NO.125T、孔径:133μm、NBCメッシュテック製)で濾過してガラスビーズを取り除いた。この液にN,N-ジメチルホルムアミドを30部添加した後、濾過し、濾過器上の濾取物を酢酸n-ブチルで十分に洗浄した。そして、洗浄された濾取物を真空乾燥させて、ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料を0.45部得た。得られた顔料はN,N-ジメチルホルムアミドを含有していた。
続いて、前記ミリング処理で得られたヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料20部、ポリビニルブチラール(商品名:エスレックBX-1、積水化学工業製)10部、シクロヘキサノン190部、直径0.9mmのガラスビーズ482部を冷却水温度18℃下で4時間、サンドミル(K-800、五十嵐機械製造(現アイメックス)製、ディスク径70mm、ディスク枚数5枚)を用いて分散処理した。この際、ディスクが1分間に1800回転する条件で行った。この分散液からガラスビーズを取り除き、シクロヘキサノン444部及び酢酸エチル634部を加えることによって、電荷発生層用塗布液1を調製した。
<電荷輸送層用塗布液1の調製>
電荷輸送物質として、下記式(CTM-1)で示されるトリアリールアミン化合物3.6部、
下記式(CTM-2)で示されるトリアリールアミン化合物5.4部、
ポリカーボネート樹脂(商品名:ユーピロンZ-400、三菱エンジニアリングプラスチックス製)10部をオルトキシレン25部/安息香酸メチル25部/ジメトキシメタン25部の混合溶剤に溶解させることによって、電荷輸送層用塗布液1を調製した。
電荷輸送物質として、下記式(CTM-1)で示されるトリアリールアミン化合物3.6部、
<電荷輸送層用塗布液2の調製>
電荷輸送物質として、下記式(CTM-3)で示されるトリフェニルアミン化合物9部、
下記式(3-1)で示される構造単位と、下記式(3-2)で示される構造単位とを5/5の割合で有し、重量平均分子量が100,000であるポリアリレート樹脂10部を、ジメトキシメタン30部及びクロロベンゼン70部の混合溶剤に溶解させることによって、電荷輸送層用塗布液2を調製した。
電荷輸送物質として、下記式(CTM-3)で示されるトリフェニルアミン化合物9部、
(有機無機複合粒子の製造例1)
オーバーヘッド撹拌モーター、凝縮器、及び熱電対を装備された、250mLの四首丸底フラスコに以下の材料を投入した。
・ST-50-T (日産化学社製、コロイダルシリカ粒子の水分散液、粒子径22nm固形分48wt%) 15.6部
・メタクリルオキシプロピル-トリメトキシシラン
(重合性シランカップリング剤東京化成工業社製、MPSと略記する) 16.5部
・イオン交換水 125部
コロイダルシリカ粒子に対するMPSの質量比が2.2となった。次に、温度を65℃に上昇させ、そしてこの混合物を120rpmで撹拌して、重合性シランカップリング剤のMPSのアルコキシシラン部位とコロイダルシリカ粒子の表面を30分間反応させた。その間、この混合物に窒素ガスを通して泡立たせた。
3時間後に、10部のエタノールに溶解させた、ラジカル開始剤として、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.16部を加えて、温度を75℃に上昇させた。
重合を5時間進行させ、その後に、1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン2.3部を、この混合物に加えた。更に3時間に亘って反応を進行させた。最終的な混合物を、170メッシュの篩を通してろ過して、凝固物を取り除き、そして分散液をパイレックス(登録商標)皿中で、120℃で一晩乾燥させた。翌日に、白色の粉末状の固体を収集し、そしてIKA M20ユニバーサル圧延機を用いて粉砕して有機無機複合粒子1を作製した。有機無機複合粒子の個数平均一次粒径は144nm、無機微粒子径は、22nmであった。
オーバーヘッド撹拌モーター、凝縮器、及び熱電対を装備された、250mLの四首丸底フラスコに以下の材料を投入した。
・ST-50-T (日産化学社製、コロイダルシリカ粒子の水分散液、粒子径22nm固形分48wt%) 15.6部
・メタクリルオキシプロピル-トリメトキシシラン
(重合性シランカップリング剤東京化成工業社製、MPSと略記する) 16.5部
・イオン交換水 125部
コロイダルシリカ粒子に対するMPSの質量比が2.2となった。次に、温度を65℃に上昇させ、そしてこの混合物を120rpmで撹拌して、重合性シランカップリング剤のMPSのアルコキシシラン部位とコロイダルシリカ粒子の表面を30分間反応させた。その間、この混合物に窒素ガスを通して泡立たせた。
3時間後に、10部のエタノールに溶解させた、ラジカル開始剤として、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.16部を加えて、温度を75℃に上昇させた。
重合を5時間進行させ、その後に、1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン2.3部を、この混合物に加えた。更に3時間に亘って反応を進行させた。最終的な混合物を、170メッシュの篩を通してろ過して、凝固物を取り除き、そして分散液をパイレックス(登録商標)皿中で、120℃で一晩乾燥させた。翌日に、白色の粉末状の固体を収集し、そしてIKA M20ユニバーサル圧延機を用いて粉砕して有機無機複合粒子1を作製した。有機無機複合粒子の個数平均一次粒径は144nm、無機微粒子径は、22nmであった。
<有機無機複合粒子2~23の作製>
有機無機複合粒子1の作製において、使用するコロイダルシリカ粒子の種類、コロイダルシリカ粒子に対するMPS質量比、コロイダルシリカ粒子とMPSとの反応温度/時間を変更したこと以外は、有機無機複合粒子1の作製と同様にして、有機無機複合粒子2~23を作製した。得られた有機無機複合粒子の個数平均一次粒径、小凸Aの高さ、形状係数SF-2、及び比重を並びに無機微粒子種及び無機微粒子の個数平均一次粒径を表1に示す。
有機無機複合粒子1の作製において、使用するコロイダルシリカ粒子の種類、コロイダルシリカ粒子に対するMPS質量比、コロイダルシリカ粒子とMPSとの反応温度/時間を変更したこと以外は、有機無機複合粒子1の作製と同様にして、有機無機複合粒子2~23を作製した。得られた有機無機複合粒子の個数平均一次粒径、小凸Aの高さ、形状係数SF-2、及び比重を並びに無機微粒子種及び無機微粒子の個数平均一次粒径を表1に示す。
<有機無機複合粒子の物性測定>
〈有機無機複合粒子の個数平均一次粒径、SF-2の測定〉
本発明の有機無機複合粒子において、個数平均一次粒径、SF-2の算出は、以下のようにしてできる。
走査型電子顕微鏡(SEM)(「S-4800」、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧10kVで、10万倍の拡大倍率にて、有機無機複合粒子100個のSEM画像を撮影した。観察画像から、有機無機複合粒子の面積を導出し、同面積となる円の直径を有機無機複合粒子の一次粒子径とした。得られたSEM画像から、有機無機複合粒子の最大径を計測し、それらを基に個数平均径を算出して導電性微粒子の一次粒子径とした。
また、上記観察画像から、有機無機複合粒子の2次元形状における外周の長さをLとし、2次元形状における面積をSとし、形状係数SF-2を、SF-2=(L2/S)×(100/4π)とし算出した。個数平均一次粒子径と同様に、合計100の有機無機複合粒子のSF-2の平均を算出することで、有機無機複合粒子のSF-2とした。
また、有機無機複合粒子の個数平均一次粒子径とSF-2の計測に関しては、下記方向で、電子写真感光体から直接測定することもできる。
即ち、表面層から切り出したサンプル片を超音波ウルトラミクロトーム(EM5、ライカ社製)により60から200nm厚に切削し、薄片状サンプルを作製する。薄片化したサンプルを、透過型電子顕微鏡(JEM2800、日本電子社製)の走査像モードを用いて観察し、20万倍から120万倍の拡大倍率にて有機無機複合粒子100個のSTEM画像を撮影する。観察された2次元STEM画像を用いて、上記方法と同様にして、個数平均一次粒子径、及びSF-2の算出を行うことができる。
〈有機無機複合粒子の個数平均一次粒径、SF-2の測定〉
本発明の有機無機複合粒子において、個数平均一次粒径、SF-2の算出は、以下のようにしてできる。
走査型電子顕微鏡(SEM)(「S-4800」、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧10kVで、10万倍の拡大倍率にて、有機無機複合粒子100個のSEM画像を撮影した。観察画像から、有機無機複合粒子の面積を導出し、同面積となる円の直径を有機無機複合粒子の一次粒子径とした。得られたSEM画像から、有機無機複合粒子の最大径を計測し、それらを基に個数平均径を算出して導電性微粒子の一次粒子径とした。
また、上記観察画像から、有機無機複合粒子の2次元形状における外周の長さをLとし、2次元形状における面積をSとし、形状係数SF-2を、SF-2=(L2/S)×(100/4π)とし算出した。個数平均一次粒子径と同様に、合計100の有機無機複合粒子のSF-2の平均を算出することで、有機無機複合粒子のSF-2とした。
また、有機無機複合粒子の個数平均一次粒子径とSF-2の計測に関しては、下記方向で、電子写真感光体から直接測定することもできる。
即ち、表面層から切り出したサンプル片を超音波ウルトラミクロトーム(EM5、ライカ社製)により60から200nm厚に切削し、薄片状サンプルを作製する。薄片化したサンプルを、透過型電子顕微鏡(JEM2800、日本電子社製)の走査像モードを用いて観察し、20万倍から120万倍の拡大倍率にて有機無機複合粒子100個のSTEM画像を撮影する。観察された2次元STEM画像を用いて、上記方法と同様にして、個数平均一次粒子径、及びSF-2の算出を行うことができる。
〈無機微粒子の個数平均一次粒径〉
〈小凸部Aの高さ〉
透過型電子顕微鏡(JEM2800、日本電子社製)により、有機無機複合粒子の観察を行った。各粒子につき100個について、下記方法で小凸部A高さを求め、その平均値を小凸部高さとした。
小凸部Aの高さは、図6に示すように、有機無機複合粒子の観察画像から2次元重心601を求める。次いで、重心601を中心とし、有機無機複合粒子に外接する円602を描いた。有機無機複合粒子は、前述した通り、無機微粒子が、樹脂粒子に部分的に埋め込まれているため、この円601と外接する点603は、無機微粒子上に存在することになる。外接点603が存在する無機微粒子と樹脂粒子のアウトライン604との交点A及びBとし、線分ABと外接点603の距離を小凸部Aの高さとした。
〈小凸部Aの高さ〉
透過型電子顕微鏡(JEM2800、日本電子社製)により、有機無機複合粒子の観察を行った。各粒子につき100個について、下記方法で小凸部A高さを求め、その平均値を小凸部高さとした。
小凸部Aの高さは、図6に示すように、有機無機複合粒子の観察画像から2次元重心601を求める。次いで、重心601を中心とし、有機無機複合粒子に外接する円602を描いた。有機無機複合粒子は、前述した通り、無機微粒子が、樹脂粒子に部分的に埋め込まれているため、この円601と外接する点603は、無機微粒子上に存在することになる。外接点603が存在する無機微粒子と樹脂粒子のアウトライン604との交点A及びBとし、線分ABと外接点603の距離を小凸部Aの高さとした。
〈比重〉
粉体の比重は、ピクノメーター(液相置換)法により、分散溶媒は、ブタノールを用いて測定した。
粉体の比重は、ピクノメーター(液相置換)法により、分散溶媒は、ブタノールを用いて測定した。
<表面層用塗布液1の調製>
・有機無機複合粒子1:0.67部
・有機無機複合粒子以外の粒子として粒径30nmのシリカ粒子(「QSG-30」,信越化学工業株式会社製):1.64部
・重合性官能基を有するモノマー1(上記構造式(2-1)):0.73部
・重合性官能基を有するモノマー2(上記構造式(3-1)):0.73部
・1-プロパノール:40.0部
・シクロヘキサン:40.0部
を混合し、攪拌装置で6時間攪拌して、表面層用塗布液1を調製した。
・有機無機複合粒子1:0.67部
・有機無機複合粒子以外の粒子として粒径30nmのシリカ粒子(「QSG-30」,信越化学工業株式会社製):1.64部
・重合性官能基を有するモノマー1(上記構造式(2-1)):0.73部
・重合性官能基を有するモノマー2(上記構造式(3-1)):0.73部
・1-プロパノール:40.0部
・シクロヘキサン:40.0部
を混合し、攪拌装置で6時間攪拌して、表面層用塗布液1を調製した。
<表面層用塗布液2~51の調製>
表面層用塗布液1の調製において、有機無機複合粒子、有機無機複合粒子以外の粒子、及び結着樹脂の種類と仕込み量を表2の通りに変更したこと以外は同様にして、表面層用塗布液2~51を調製した。
表面層用塗布液1の調製において、有機無機複合粒子、有機無機複合粒子以外の粒子、及び結着樹脂の種類と仕込み量を表2の通りに変更したこと以外は同様にして、表面層用塗布液2~51を調製した。
<有機無機複合粒子以外の粒子(第二粒子)の物性測定>
〈第二粒子の個数平均一次粒径〉
第二粒子の個数平均粒径はゼータサイザーNano-ZS(MALVERN社製)を用いて測定する。該装置は動的光散乱法により、粒径を測定できる。まず、測定対象のサンプルの固液比が0.10質量%(±0.02質量%)となるように希釈して調製し、石英セルに採取して測定部に入れる。分散媒体は、サンプルが無機微粒子の場合は、水又はメチルエチルケトン/メタノール混合溶媒を用い、サンプルが樹脂粒子若しくはトナー用外添剤の場合は水を用いる。測定条件として、制御ソフトZetasizersoftware 6.30で サンプルの屈折率、分散溶媒の屈折率、粘度及び温度を入力し測定する。Dnを個数基準の平均一次粒径として採用する。
粒子の屈折率は、化学便覧 基礎編 改訂4版(日本化学会編、丸善株式会社)のII巻517ページに記載された「固体の屈折率」から採用する。樹脂粒子の屈折率は、樹脂粒子に使用している樹脂の屈折率を前記制御ソフトに内蔵されている屈折率を採用する。ただし、内蔵されている屈折率が無い場合は、国立研究開発法人 物質・材料研究機構の高分子データベースに記載の値を用いる。分散溶媒の屈折率、粘度及び温度は、前記制御ソフトに内蔵されている数値を選択する。混合溶媒の場合は、混合する分散媒体の重量平均をとる。
また、第二粒子の個数平均一次粒子径は、下記方向で、電子写真感光体から直接測定することもできる。
即ち、表面層から切り出したサンプル片を超音波ウルトラミクロトーム(EM5、ライカ社製)により60から200nm厚に切削し、薄片状サンプルを作製する。薄片化したサンプルを、透過型電子顕微鏡(JEM2800、日本電子社製)の走査像モードを用いて観察し、20万倍から120万倍の拡大倍率にて有機無機複合粒子100個のSTEM画像を撮影する。得られたSTEM画像中の第二粒子の最大径を計測し、それらを基に個数平均径を算出して導電性微粒子の一次粒子径とすることができる。
〈第二粒子の個数平均一次粒径〉
第二粒子の個数平均粒径はゼータサイザーNano-ZS(MALVERN社製)を用いて測定する。該装置は動的光散乱法により、粒径を測定できる。まず、測定対象のサンプルの固液比が0.10質量%(±0.02質量%)となるように希釈して調製し、石英セルに採取して測定部に入れる。分散媒体は、サンプルが無機微粒子の場合は、水又はメチルエチルケトン/メタノール混合溶媒を用い、サンプルが樹脂粒子若しくはトナー用外添剤の場合は水を用いる。測定条件として、制御ソフトZetasizersoftware 6.30で サンプルの屈折率、分散溶媒の屈折率、粘度及び温度を入力し測定する。Dnを個数基準の平均一次粒径として採用する。
粒子の屈折率は、化学便覧 基礎編 改訂4版(日本化学会編、丸善株式会社)のII巻517ページに記載された「固体の屈折率」から採用する。樹脂粒子の屈折率は、樹脂粒子に使用している樹脂の屈折率を前記制御ソフトに内蔵されている屈折率を採用する。ただし、内蔵されている屈折率が無い場合は、国立研究開発法人 物質・材料研究機構の高分子データベースに記載の値を用いる。分散溶媒の屈折率、粘度及び温度は、前記制御ソフトに内蔵されている数値を選択する。混合溶媒の場合は、混合する分散媒体の重量平均をとる。
また、第二粒子の個数平均一次粒子径は、下記方向で、電子写真感光体から直接測定することもできる。
即ち、表面層から切り出したサンプル片を超音波ウルトラミクロトーム(EM5、ライカ社製)により60から200nm厚に切削し、薄片状サンプルを作製する。薄片化したサンプルを、透過型電子顕微鏡(JEM2800、日本電子社製)の走査像モードを用いて観察し、20万倍から120万倍の拡大倍率にて有機無機複合粒子100個のSTEM画像を撮影する。得られたSTEM画像中の第二粒子の最大径を計測し、それらを基に個数平均径を算出して導電性微粒子の一次粒子径とすることができる。
<電子写真感光体の製造>
以下の方法で支持体、導電層、下引き層、電荷発生層、電荷輸送層、及び表面層を作製した。
以下の方法で支持体、導電層、下引き層、電荷発生層、電荷輸送層、及び表面層を作製した。
[電子写真感光体1]
<支持体>
直径24mm、長さ257mmのアルミニウムシリンダーを支持体(円筒状支持体)とした。
<導電層>
導電層用塗布液1を上述の支持体上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を150℃で30分間加熱し硬化させることにより、膜厚が22μmの導電層を形成した。
<下引き層>
下引き層用塗布液1を上述の導電層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を100℃で10分間加熱し硬化させることにより、膜厚が1.8μmの下引き層を形成した。
<電荷発生層>
電荷発生層用塗布液1を上述の下引き層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度100℃で10分間加熱乾燥することにより、膜厚が0.20μmの電荷発生層を形成した。
<電荷輸送層>
電荷輸送層用塗布液1を上述の電荷発生層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度120℃で30分間加熱乾燥することにより、膜厚が21μmの電荷輸送層を形成した。
<表面層>
表面層用塗布液1を上述の電荷輸送層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度50℃で5分間加温した。その後、窒素雰囲気下にて、加速電圧65kV、ビーム電流5.0mAの条件で支持体(被照射体)を300rpmの速度で回転させながら、2.0秒間電子線を塗膜に照射した。線量は15kGyであった。その後、窒素雰囲気下にて、塗膜の温度を120℃に昇温させた。電子線照射から、その後の加熱処理までの酸素濃度は10ppmであった。
次に、大気中において塗膜の温度が25℃になるまで自然冷却した後、塗膜の温度が120℃になる条件で30分間加熱処理を行い、膜厚0.5μmの表面層を形成した。
得られた電子写真感光体1について各物性値、を算出した。結果を表3に示す。
<支持体>
直径24mm、長さ257mmのアルミニウムシリンダーを支持体(円筒状支持体)とした。
<導電層>
導電層用塗布液1を上述の支持体上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を150℃で30分間加熱し硬化させることにより、膜厚が22μmの導電層を形成した。
<下引き層>
下引き層用塗布液1を上述の導電層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を100℃で10分間加熱し硬化させることにより、膜厚が1.8μmの下引き層を形成した。
<電荷発生層>
電荷発生層用塗布液1を上述の下引き層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度100℃で10分間加熱乾燥することにより、膜厚が0.20μmの電荷発生層を形成した。
<電荷輸送層>
電荷輸送層用塗布液1を上述の電荷発生層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度120℃で30分間加熱乾燥することにより、膜厚が21μmの電荷輸送層を形成した。
<表面層>
表面層用塗布液1を上述の電荷輸送層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度50℃で5分間加温した。その後、窒素雰囲気下にて、加速電圧65kV、ビーム電流5.0mAの条件で支持体(被照射体)を300rpmの速度で回転させながら、2.0秒間電子線を塗膜に照射した。線量は15kGyであった。その後、窒素雰囲気下にて、塗膜の温度を120℃に昇温させた。電子線照射から、その後の加熱処理までの酸素濃度は10ppmであった。
次に、大気中において塗膜の温度が25℃になるまで自然冷却した後、塗膜の温度が120℃になる条件で30分間加熱処理を行い、膜厚0.5μmの表面層を形成した。
得られた電子写真感光体1について各物性値、を算出した。結果を表3に示す。
<電子写真感光体2~51>
電子写真感光体1の作製において、表面層用塗布液1を表2の条件の通りに変更したこと以外は電子写真感光体1の作製と同様にして、表面層用塗布液2~51を使用して電子写真感光体2~51を作製した。得られた電子写真感光体の各物性を表3に示す。
電子写真感光体1の作製において、表面層用塗布液1を表2の条件の通りに変更したこと以外は電子写真感光体1の作製と同様にして、表面層用塗布液2~51を使用して電子写真感光体2~51を作製した。得られた電子写真感光体の各物性を表3に示す。
<電子写真感光体52>
電子写真感光体1の作製において、電荷輸送層を下記方法にて作製し、電荷輸送層を表面層とした以外は、電子写真感光体1の作製と同様にして、電子写真感光体52を作製した。得られた電子写真感光体の各物性を表3に示す。
電子写真感光体1の作製において、電荷輸送層を下記方法にて作製し、電荷輸送層を表面層とした以外は、電子写真感光体1の作製と同様にして、電子写真感光体52を作製した。得られた電子写真感光体の各物性を表3に示す。
[電荷輸送層]
有機無機複合粒子としてシリカ-ポリマー複合粒子を、国際公開第2013/063291号の実施例1の記載に基づいて、コロイダルシリカ(数平均一次粒径25nm、SIGMA-ALDRICH社製、商品名:LUDOX(登録商標)AS-40)を用いて下記方法で作製した。
オーバーヘッド撹拌モーター、凝縮器、及び熱電対を装備された、250mLの四首丸底フラスコに、18.7gのLUDOX AS-40コロイド状シリカ分散液(W.R.Grace&Co.)(20~30nmの粒子径、BET表面積126m2/g、pH9.1、シリカ濃度40質量%)、125mLのDI水、及び16.5g(0.066モル)のメタクリルオキシプロピル-トリメトキシシラン(Gelest,Inc.、更に、MPSと略記する、CAS#2530-85-0、Mw=248.3)を投入した。この例では、質量比MPS/シリカは、2.2であった。温度を、65℃に上昇させ、そしてこの混合物を120rpmで撹拌した。窒素ガスを、この混合物を通して、30分間泡立たせた。3時間の後に、10mLのエタノールに溶解させた、0.16g(MPSの約1質量%)の2,2’-アゾビスイソブチロニトリル(更に、AIBNと略記される、CAS#78-67-1、Mw=164.2)ラジカル開始剤を加え、そして温度を75℃に上昇させた。ラジカル重合を5時間進行させ、その後に、3mLの1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン(HMDZ)を、この混合物に加えた。反応を、更に3時間に亘って進行させた。最終的な混合物を、170メッシュの篩を通してろ過して、凝固物を取り除き、そして分散液をパイレックス(登録商標)皿中で、120℃で一晩乾燥させることでシリカ-ポリマー複合粒子1を得た。
得られたシリカ-ポリマー複合粒子1(数平均一次粒径145nm)63g、電荷輸送物質としてN,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(m-トリル)ベンジジン(東京化成工業株式会社製、製品コード:D2448)250g、ポリカーボネート(帝人化成株式会社製、商品名:TS2050)375gをテトラヒドロフラン2725gに加え、混合し、ボールミルにて15時間撹拌処理した。得られた混合物を、粒子分散装置(マイクロフルイディックス社製、型式:M-110P)を用いて、1Pass分散処理して表面層用塗布液52を調製した。得られた表面層用塗布液52を、下引き層形成の場合と同様の浸漬法で、電荷発生層上に塗布し、得られた塗膜を120℃で1時間乾燥させて、膜厚30μmの表面層を形成した。
有機無機複合粒子としてシリカ-ポリマー複合粒子を、国際公開第2013/063291号の実施例1の記載に基づいて、コロイダルシリカ(数平均一次粒径25nm、SIGMA-ALDRICH社製、商品名:LUDOX(登録商標)AS-40)を用いて下記方法で作製した。
オーバーヘッド撹拌モーター、凝縮器、及び熱電対を装備された、250mLの四首丸底フラスコに、18.7gのLUDOX AS-40コロイド状シリカ分散液(W.R.Grace&Co.)(20~30nmの粒子径、BET表面積126m2/g、pH9.1、シリカ濃度40質量%)、125mLのDI水、及び16.5g(0.066モル)のメタクリルオキシプロピル-トリメトキシシラン(Gelest,Inc.、更に、MPSと略記する、CAS#2530-85-0、Mw=248.3)を投入した。この例では、質量比MPS/シリカは、2.2であった。温度を、65℃に上昇させ、そしてこの混合物を120rpmで撹拌した。窒素ガスを、この混合物を通して、30分間泡立たせた。3時間の後に、10mLのエタノールに溶解させた、0.16g(MPSの約1質量%)の2,2’-アゾビスイソブチロニトリル(更に、AIBNと略記される、CAS#78-67-1、Mw=164.2)ラジカル開始剤を加え、そして温度を75℃に上昇させた。ラジカル重合を5時間進行させ、その後に、3mLの1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン(HMDZ)を、この混合物に加えた。反応を、更に3時間に亘って進行させた。最終的な混合物を、170メッシュの篩を通してろ過して、凝固物を取り除き、そして分散液をパイレックス(登録商標)皿中で、120℃で一晩乾燥させることでシリカ-ポリマー複合粒子1を得た。
得られたシリカ-ポリマー複合粒子1(数平均一次粒径145nm)63g、電荷輸送物質としてN,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(m-トリル)ベンジジン(東京化成工業株式会社製、製品コード:D2448)250g、ポリカーボネート(帝人化成株式会社製、商品名:TS2050)375gをテトラヒドロフラン2725gに加え、混合し、ボールミルにて15時間撹拌処理した。得られた混合物を、粒子分散装置(マイクロフルイディックス社製、型式:M-110P)を用いて、1Pass分散処理して表面層用塗布液52を調製した。得られた表面層用塗布液52を、下引き層形成の場合と同様の浸漬法で、電荷発生層上に塗布し、得られた塗膜を120℃で1時間乾燥させて、膜厚30μmの表面層を形成した。
<電子写真感光体の物性測定>
〈大凸高さ〉
電子写真感光体から切り出したサンプル片を超音波ウルトラミクロトーム(EM5、ライカ社製)により60から200nm厚に切削し、薄片状サンプルを作製した。薄片化したサンプルを、透過型電子顕微鏡(JEM2800、日本電子社製)の走査像モードを用いて観察し、20万倍から120万倍の拡大倍率にて、最表面にある有機無機複合粒子30個のSTEM画像を撮影した。
得られた各STEM画像から、図7に示すように有機無機複合粒子の重心601を算出し、表面に平行方向な有機無機複合粒子の幅Lに対し、重心601を中心としてL/2の範囲にある表面に外接点702で外接する最大半径となる円701を決定する。外接円701と表面形状の交点をC,Dとし、線分CDと幅L内の表面との最大距離を計測した。
また、外接円701と表面形状の交点が2点より多くなる場合は、線分CDの長さが最大となるようにC、Dを決定し、表面形状に外接する円702が決定できない場合は、大凸高さは0とした。
薄片化サンプルは、電子写真感光体の上端、中央、下端の3点から作製し、各薄片化サンプル中の30個の有機無機複合粒子を測定し平均をとることで、大凸高さを算出した。結果を表3に示す。
〈大凸高さ〉
電子写真感光体から切り出したサンプル片を超音波ウルトラミクロトーム(EM5、ライカ社製)により60から200nm厚に切削し、薄片状サンプルを作製した。薄片化したサンプルを、透過型電子顕微鏡(JEM2800、日本電子社製)の走査像モードを用いて観察し、20万倍から120万倍の拡大倍率にて、最表面にある有機無機複合粒子30個のSTEM画像を撮影した。
得られた各STEM画像から、図7に示すように有機無機複合粒子の重心601を算出し、表面に平行方向な有機無機複合粒子の幅Lに対し、重心601を中心としてL/2の範囲にある表面に外接点702で外接する最大半径となる円701を決定する。外接円701と表面形状の交点をC,Dとし、線分CDと幅L内の表面との最大距離を計測した。
また、外接円701と表面形状の交点が2点より多くなる場合は、線分CDの長さが最大となるようにC、Dを決定し、表面形状に外接する円702が決定できない場合は、大凸高さは0とした。
薄片化サンプルは、電子写真感光体の上端、中央、下端の3点から作製し、各薄片化サンプル中の30個の有機無機複合粒子を測定し平均をとることで、大凸高さを算出した。結果を表3に示す。
〈小凸部B 曲率半径/高さ〉
上記大凸高さを決定したSTEM画像において、図8に示すように、表面と外接する円701を中心は有機無機複合粒子の重心601としたまま、半径を連続的に小さくしていくと、外接点702は、表面と円801の交点E、Fに分かれ、半径の減少に伴い連続的に移動していく。さらに半径を連続的に小さくしていったとき、点E、又はFが初めて表面と円との交点ではなく、接点となった時の円802を決定する。円701と円802の半径の差を計測し、小凸部Bの高さとした。
また、曲率半径は以下のようにして決定した。
上記のSTEM画像において、図9に示すように、有機無機複合粒子の重心601を中心として、円701の半径と円802の半径の平均の半径を持つ円901を決定する。円701、及び円901に挟まれ、外接点702を含む表面902を最小二乗法により円弧で近似する。近似された円弧の半径を小凸部Bの曲率半径とした。
薄片化サンプルは、電子写真感光体の上端、中央、下端の3点から作製し、各薄片化サンプル中の30個の有機無機複合粒子を測定し平均をとることで、小凸部Bの曲率を算出した。結果を表3に示す。
上記大凸高さを決定したSTEM画像において、図8に示すように、表面と外接する円701を中心は有機無機複合粒子の重心601としたまま、半径を連続的に小さくしていくと、外接点702は、表面と円801の交点E、Fに分かれ、半径の減少に伴い連続的に移動していく。さらに半径を連続的に小さくしていったとき、点E、又はFが初めて表面と円との交点ではなく、接点となった時の円802を決定する。円701と円802の半径の差を計測し、小凸部Bの高さとした。
また、曲率半径は以下のようにして決定した。
上記のSTEM画像において、図9に示すように、有機無機複合粒子の重心601を中心として、円701の半径と円802の半径の平均の半径を持つ円901を決定する。円701、及び円901に挟まれ、外接点702を含む表面902を最小二乗法により円弧で近似する。近似された円弧の半径を小凸部Bの曲率半径とした。
薄片化サンプルは、電子写真感光体の上端、中央、下端の3点から作製し、各薄片化サンプル中の30個の有機無機複合粒子を測定し平均をとることで、小凸部Bの曲率を算出した。結果を表3に示す。
〈小凸部B 露出の有無〉
電子写真感光体から切り出したサンプル片に対して白金蒸着を行った。その後、FIB-SEMによる表面層の断面観察を行った。FIB-SEMのSlice&Viewのコントラストの違いから、小凸部Bの露出の有無を、白金と小凸部Bの間に樹脂が確認できるかどうかで判断した。観察領域において、小凸部Bの数の90%以上が露出している場合はA、50%以上90%未満の小凸部Bが露出している場合はB、10%以上50%未満の小凸部Bが露出している場合はC、10%未満の小凸部Bが露出している場合をDとした。結果を表3に示す。
Slice&Viewの条件は以下のようにした。
分析用試料加工:FIB法
加工及び観察装置:SII/Zeiss製NVision40
スライス間隔:10nm
観察条件:
加速電圧:1.0kV
試料傾斜:54°
WD:5mm
検出器:BSE検出器
アパーチャー:60μm、high current
ABC:ON
画像解像度:1.25nm/pixel
解析領域は縦2μm×横2μmで行い、断面ごとの情報を積算し、縦2μm×横2μm×厚み2μm(8μm3)当たりの体積Vを求める。また、測定環境は、温度:23℃、圧力:1×10-4Paである。
電子写真感光体から切り出したサンプル片に対して白金蒸着を行った。その後、FIB-SEMによる表面層の断面観察を行った。FIB-SEMのSlice&Viewのコントラストの違いから、小凸部Bの露出の有無を、白金と小凸部Bの間に樹脂が確認できるかどうかで判断した。観察領域において、小凸部Bの数の90%以上が露出している場合はA、50%以上90%未満の小凸部Bが露出している場合はB、10%以上50%未満の小凸部Bが露出している場合はC、10%未満の小凸部Bが露出している場合をDとした。結果を表3に示す。
Slice&Viewの条件は以下のようにした。
分析用試料加工:FIB法
加工及び観察装置:SII/Zeiss製NVision40
スライス間隔:10nm
観察条件:
加速電圧:1.0kV
試料傾斜:54°
WD:5mm
検出器:BSE検出器
アパーチャー:60μm、high current
ABC:ON
画像解像度:1.25nm/pixel
解析領域は縦2μm×横2μmで行い、断面ごとの情報を積算し、縦2μm×横2μm×厚み2μm(8μm3)当たりの体積Vを求める。また、測定環境は、温度:23℃、圧力:1×10-4Paである。
〈表面層の全体積に対する有機無機複合粒子、及び第二粒子の体積が占める割合の算出〉
表面層の全体積に対する粒子の体積が占める割合は、表面層用塗布液に使用される重合性官能基を有するモノマーと粒子の添加量、密度、真比重から算出した。重合性官能基を有するモノマーの重合後の重合物と粒子の比重は各材料の製造元及び国立研究開発法人物質・材料研究機構のデータベースPOLYINFOにおける公表値を参考にできる。
また、電子写真感光体から求める場合には、例えば以下の方法がある。
実施例にて作成した電子写真感光体の断面観察をおこなった。断面観察を行ったサンプルは、感光体を長手方向に4等分して、端部から1/4、1/2、3/4の長さの位置において、周方向には120°ずらして採取した。感光体からそれぞれ、5mm四方のサンプル片を切り出し、FIB-SEMのSlice&Viewで表面層の2μm×2μm×2μmの3次元化を行った。
Slice&Viewの条件は以下のようにした。
分析用試料加工:FIB法
加工及び観察装置:SII/Zeiss製NVision40
スライス間隔:5nm
(観察条件)
加速電圧:1.0kV
試料傾斜:54°
WD:5mm
検出器:BSE検出器
アパーチャー:60μm、high current
ABC:ON
画像解像度:1.25nm/pixel
また、測定環境は、温度:23℃、圧力:1×10-4Paである。なお、加工及び観察装置としては、FEI製のStrata400S(試料傾斜:52°)を用いることもできる。
解析領域は縦2μm×横2μmで行い、断面ごとの情報を積算し、表面層の表面における縦2μm×横2μm×厚さ2μm(8μm3)当たりの体積Vを求める。また、断面ごとの画像解析は、画像処理ソフト:Media Cybernetics製、Image-Pro Plusを用いて行った。
FIB-SEMのSlice&Viewのコントラストの違いから、表面層の全体積に占める、粒子の含有量を算出した。また、画像解析から得られた情報を基に、4つのサンプル片のそれぞれにおいて、2μm×2μm×2μmの体積(単位体積:8μm3)中の本発明の粒子の体積Vを求め、粒子の含有量[体積%](=Vμm3/8μm3×100)を算出した。各サンプル片における粒子の含有量の値の平均値を、表面層の全体積に対する表面層中の本発明の各粒子の含有量[体積%]とした。
表面層の全体積に対する粒子の体積が占める割合は、表面層用塗布液に使用される重合性官能基を有するモノマーと粒子の添加量、密度、真比重から算出した。重合性官能基を有するモノマーの重合後の重合物と粒子の比重は各材料の製造元及び国立研究開発法人物質・材料研究機構のデータベースPOLYINFOにおける公表値を参考にできる。
また、電子写真感光体から求める場合には、例えば以下の方法がある。
実施例にて作成した電子写真感光体の断面観察をおこなった。断面観察を行ったサンプルは、感光体を長手方向に4等分して、端部から1/4、1/2、3/4の長さの位置において、周方向には120°ずらして採取した。感光体からそれぞれ、5mm四方のサンプル片を切り出し、FIB-SEMのSlice&Viewで表面層の2μm×2μm×2μmの3次元化を行った。
Slice&Viewの条件は以下のようにした。
分析用試料加工:FIB法
加工及び観察装置:SII/Zeiss製NVision40
スライス間隔:5nm
(観察条件)
加速電圧:1.0kV
試料傾斜:54°
WD:5mm
検出器:BSE検出器
アパーチャー:60μm、high current
ABC:ON
画像解像度:1.25nm/pixel
また、測定環境は、温度:23℃、圧力:1×10-4Paである。なお、加工及び観察装置としては、FEI製のStrata400S(試料傾斜:52°)を用いることもできる。
解析領域は縦2μm×横2μmで行い、断面ごとの情報を積算し、表面層の表面における縦2μm×横2μm×厚さ2μm(8μm3)当たりの体積Vを求める。また、断面ごとの画像解析は、画像処理ソフト:Media Cybernetics製、Image-Pro Plusを用いて行った。
FIB-SEMのSlice&Viewのコントラストの違いから、表面層の全体積に占める、粒子の含有量を算出した。また、画像解析から得られた情報を基に、4つのサンプル片のそれぞれにおいて、2μm×2μm×2μmの体積(単位体積:8μm3)中の本発明の粒子の体積Vを求め、粒子の含有量[体積%](=Vμm3/8μm3×100)を算出した。各サンプル片における粒子の含有量の値の平均値を、表面層の全体積に対する表面層中の本発明の各粒子の含有量[体積%]とした。
〈電子写真感光体の表面層の表面における粒子の被覆率S1/(S1+S2)の測定方法〉
本発明の電子写真感光体において、前記表面層を上面視したとき、粒子の面積をS1、粒子以外の面積の合計をS2としたとき、被覆率S1/(S1+S2)の算出は、以下のようにしてできる。本発明においては、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、本発明の電子写真感光体の表面層の表面を上面から、加速電圧を5kV以上の設定で観察する。その表面層の反射電子像において、粒子の像が確認されるものに関しては粒子の占める面積S1に加算する。
電子写真感光体の表面層の表面について、走査型電子顕微鏡(SEM)(「S-4800」、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧5kVで撮影した。本発明の電子写真感光体を長手方向に各端部から50mm、及び中央部の三か所で、周方向に90度ずつ4か所の計12か所で、感光体の表面層の30000倍の写真画像をスキャナーにより取り込んだ。画像処理解析装置(「LUZEX AP」、株式会社ニレコ製)を用いて該写真画像の粒子について2値化処理をした。
粒子の面積をS1、粒子以外の面積の合計をS2として、被覆率S1/(S1+S2)(%)を算出する。合計10視野に対して前記の被覆率の算出を行い、得られた被覆率の平均値を感光体の表面層における粒子の被覆率とした。
本発明の電子写真感光体において、前記表面層を上面視したとき、粒子の面積をS1、粒子以外の面積の合計をS2としたとき、被覆率S1/(S1+S2)の算出は、以下のようにしてできる。本発明においては、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、本発明の電子写真感光体の表面層の表面を上面から、加速電圧を5kV以上の設定で観察する。その表面層の反射電子像において、粒子の像が確認されるものに関しては粒子の占める面積S1に加算する。
電子写真感光体の表面層の表面について、走査型電子顕微鏡(SEM)(「S-4800」、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧5kVで撮影した。本発明の電子写真感光体を長手方向に各端部から50mm、及び中央部の三か所で、周方向に90度ずつ4か所の計12か所で、感光体の表面層の30000倍の写真画像をスキャナーにより取り込んだ。画像処理解析装置(「LUZEX AP」、株式会社ニレコ製)を用いて該写真画像の粒子について2値化処理をした。
粒子の面積をS1、粒子以外の面積の合計をS2として、被覆率S1/(S1+S2)(%)を算出する。合計10視野に対して前記の被覆率の算出を行い、得られた被覆率の平均値を感光体の表面層における粒子の被覆率とした。
<トナー粒子1の製造例>
(水系媒体1の調製)
撹拌機、温度計、及び還留管を具備した反応容器に、イオン交換水650.0部及びリン酸ナトリウム(ラサ工業社製、12水和物)14.0部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。
T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、15000rpmで攪拌しながら、イオン交換水10.0部に9.2部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。さらに、水系媒体に10質量%塩酸を投入し、pHを5.0に調整し、水系媒体1を得た。
(重合性単量体組成物の調製)
・スチレン 60.0質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 6.5質量部
前記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5.0時間分散させた後、ジルコニア粒子を取り除き、着色剤分散液を調製した。
一方、
・スチレン 20.0質量部
・n-ブチルアクリレート 20.0質量部
・架橋剤(ジビニルベンゼン) 0.3質量部
・飽和ポリエステル樹脂 5.0質量部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)とテレフタル酸との重縮合物(モル比10:12)、ガラス転移温度(Tg)が68℃、重量平均分子量(Mw)が10000、分子量分布(Mw/Mn)が5.12)
・フィッシャートロプシュワックス(融点78℃) 7.0質量部
該材料を上記着色剤分散液に加え、65℃に加熱後、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、500rpmで均一に溶解及び分散し、重合性単量体組成物を調製した。
(造粒工程)
水系媒体1の温度を70℃に調整し、T.K.ホモミクサーの回転数を15000rpmに保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物を投入し、重合開始剤であるt-ブチルパーオキシピバレート10.0質量部を添加した。そのまま、該撹拌装置にて15000rpmを維持しつつ10分間造粒した。
(重合工程及び蒸留工程)
造粒工程の後、攪拌機をプロペラ撹拌羽根に換え150rpmで攪拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行い、さらに、85℃に昇温して2.0時間保持することで重合を行った。その後、反応容器の還留管を冷却管に付け替え、得られたスラリーを100℃まで加熱することで、蒸留を6時間行い、未反応の重合性単量体を留去し、トナー粒子分散液1を得た。
(ろ過工程、洗浄工程、乾燥工程、および分級工程)
得られたトナー粒子分散液1に塩酸を添加し、pHを1.4以下として、前記分散安定剤を溶解し、ろ過、洗浄、乾燥、分級を行うことによって、トナー粒子1を得た。トナー粒子1の個数平均粒径(D1)は6.2μm、重量平均粒径(D4)は6.7μmであった。
(水系媒体1の調製)
撹拌機、温度計、及び還留管を具備した反応容器に、イオン交換水650.0部及びリン酸ナトリウム(ラサ工業社製、12水和物)14.0部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。
T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、15000rpmで攪拌しながら、イオン交換水10.0部に9.2部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。さらに、水系媒体に10質量%塩酸を投入し、pHを5.0に調整し、水系媒体1を得た。
(重合性単量体組成物の調製)
・スチレン 60.0質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 6.5質量部
前記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5.0時間分散させた後、ジルコニア粒子を取り除き、着色剤分散液を調製した。
一方、
・スチレン 20.0質量部
・n-ブチルアクリレート 20.0質量部
・架橋剤(ジビニルベンゼン) 0.3質量部
・飽和ポリエステル樹脂 5.0質量部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)とテレフタル酸との重縮合物(モル比10:12)、ガラス転移温度(Tg)が68℃、重量平均分子量(Mw)が10000、分子量分布(Mw/Mn)が5.12)
・フィッシャートロプシュワックス(融点78℃) 7.0質量部
該材料を上記着色剤分散液に加え、65℃に加熱後、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、500rpmで均一に溶解及び分散し、重合性単量体組成物を調製した。
(造粒工程)
水系媒体1の温度を70℃に調整し、T.K.ホモミクサーの回転数を15000rpmに保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物を投入し、重合開始剤であるt-ブチルパーオキシピバレート10.0質量部を添加した。そのまま、該撹拌装置にて15000rpmを維持しつつ10分間造粒した。
(重合工程及び蒸留工程)
造粒工程の後、攪拌機をプロペラ撹拌羽根に換え150rpmで攪拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行い、さらに、85℃に昇温して2.0時間保持することで重合を行った。その後、反応容器の還留管を冷却管に付け替え、得られたスラリーを100℃まで加熱することで、蒸留を6時間行い、未反応の重合性単量体を留去し、トナー粒子分散液1を得た。
(ろ過工程、洗浄工程、乾燥工程、および分級工程)
得られたトナー粒子分散液1に塩酸を添加し、pHを1.4以下として、前記分散安定剤を溶解し、ろ過、洗浄、乾燥、分級を行うことによって、トナー粒子1を得た。トナー粒子1の個数平均粒径(D1)は6.2μm、重量平均粒径(D4)は6.7μmであった。
<トナー1の製造例>
得られたトナー粒子1 100.0質量部、及び、シリカ微粒子(ヘキサメチルジシラザンによる疎水化処理、1次粒子の個数平均粒径:8nm、BET比表面積:160m2/g)1.0質量部をヘンシェルミキサ(三井三池化工機株式会社製)で混合した。得られた混合物を目開き75μmのメッシュで篩い、トナー1を得た。
得られたトナー粒子1 100.0質量部、及び、シリカ微粒子(ヘキサメチルジシラザンによる疎水化処理、1次粒子の個数平均粒径:8nm、BET比表面積:160m2/g)1.0質量部をヘンシェルミキサ(三井三池化工機株式会社製)で混合した。得られた混合物を目開き75μmのメッシュで篩い、トナー1を得た。
<評価手法>
<転写性の評価>
実施例及び比較例を以下のような評価手法で評価した。
市販のキヤノン製レーザービームプリンターi-SENSYS LBP 673 Cdwの改造機を用いた。改造点は、評価機本体及びソフトウェアを変更することにより、転写工程の印加バイアスを変更できるようにした。
前記評価機のシアントナーカートリッジからトナーを抜き取ってトナー1を必要量装填する。そのシアントナーカートリッジを常温常湿環境下(25℃、50%RH;以下、N/Nともいう)で24時間放置した。常温常湿環境下で24時間放置後のトナーカートリッジを上記評価機に取り付け、N/N環境下で左右に余白を50mmずつとり中央部に、5.0%の印字率の画像をA4用紙横方向で500枚までプリントアウトした。
評価は、使用初期(1枚目印字後)と1000枚印字後(耐久後)にベタ画像を出力し、ベタ画像形成時の電子写真感光体上の転写残トナーを、透明なポリエステル製の粘着透明テープ(ポリエステルテープ 5511 ニチバン)を用いてテーピングしてはぎ取り、捕集した。
転写残トナーの濃度測定は以下の手法で行った。電子写真感光体の表面から剥がした転写残トナーを捕集した透明テープと、新品の透明テープをそれぞれ高白色紙上(GFC081 キヤノン)に貼った。そして、転写残トナー捕集部の透明テープの濃度D1と、新品の透明テープ部の濃度D0をそれぞれ反射濃度計(リフレクトメーター モデルTC-6DS 東京電色社製)で、フィルターをシアンの補色となるアンバーフィルターに設定して、測定した。測定により得られる差分「D0-D1」を転写残トナーの濃度とした。転写残トナー濃度は、数値が小さいほど転写残トナーが少ないことを意味している。以下のようにして判定した。得られた転写残濃度を以下の基準に基づいてA~Dの5段階でランク付けを行った。ランク付けのうち、A~Cを本発明の効果が表れているとした。評価結果を表3に示す。
(評価基準)
A:転写残濃度が2.0未満
B:転写残濃度が2.0以上4.0未満
C:転写残濃度が4.0以上8.0未満
D:転写残濃度が8.0以上
<転写性の評価>
実施例及び比較例を以下のような評価手法で評価した。
市販のキヤノン製レーザービームプリンターi-SENSYS LBP 673 Cdwの改造機を用いた。改造点は、評価機本体及びソフトウェアを変更することにより、転写工程の印加バイアスを変更できるようにした。
前記評価機のシアントナーカートリッジからトナーを抜き取ってトナー1を必要量装填する。そのシアントナーカートリッジを常温常湿環境下(25℃、50%RH;以下、N/Nともいう)で24時間放置した。常温常湿環境下で24時間放置後のトナーカートリッジを上記評価機に取り付け、N/N環境下で左右に余白を50mmずつとり中央部に、5.0%の印字率の画像をA4用紙横方向で500枚までプリントアウトした。
評価は、使用初期(1枚目印字後)と1000枚印字後(耐久後)にベタ画像を出力し、ベタ画像形成時の電子写真感光体上の転写残トナーを、透明なポリエステル製の粘着透明テープ(ポリエステルテープ 5511 ニチバン)を用いてテーピングしてはぎ取り、捕集した。
転写残トナーの濃度測定は以下の手法で行った。電子写真感光体の表面から剥がした転写残トナーを捕集した透明テープと、新品の透明テープをそれぞれ高白色紙上(GFC081 キヤノン)に貼った。そして、転写残トナー捕集部の透明テープの濃度D1と、新品の透明テープ部の濃度D0をそれぞれ反射濃度計(リフレクトメーター モデルTC-6DS 東京電色社製)で、フィルターをシアンの補色となるアンバーフィルターに設定して、測定した。測定により得られる差分「D0-D1」を転写残トナーの濃度とした。転写残トナー濃度は、数値が小さいほど転写残トナーが少ないことを意味している。以下のようにして判定した。得られた転写残濃度を以下の基準に基づいてA~Dの5段階でランク付けを行った。ランク付けのうち、A~Cを本発明の効果が表れているとした。評価結果を表3に示す。
(評価基準)
A:転写残濃度が2.0未満
B:転写残濃度が2.0以上4.0未満
C:転写残濃度が4.0以上8.0未満
D:転写残濃度が8.0以上
本実施形態の開示は、以下の構成を含む。
(構成1)
結着樹脂及び粒子を含有する表面層を有する電子写真感光体であって、
該粒子が有機無機複合粒子であり、
該有機無機複合粒子が
樹脂粒子と、
該樹脂粒子に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子と
を有し、
該有機無機複合粒子の表面には該無機微粒子に由来する小凸部Aが存在し、
該表面層の表面には該有機無機複合粒子に由来する大凸部が存在し
該大凸部の高さが、70nm以上250nm以下であり、
該大凸部の表面には、該小凸部Aに由来する小凸部Bが存在し、
該小凸部Bの曲率半径が、10nm以上30nm以下である
ことを特徴とする電子写真感光体。
(構成2)
前記小凸部Bの高さが、10nm以上40nm以下である構成1に記載の電子写真感光体。
(構成3)
前記大凸部の高さが、前記小凸部Bの曲率半径の3.0倍以上10.0倍以下である構成1又は2に記載の電子写真感光体。
(構成4)
前記有機無機複合粒子の個数平均一次粒径が、100nm以上400nm以下である構成1~3に記載の電子写真感光体。
(構成5)
前記表面層が、前記有機無機複合粒子以外の粒子を含有し、
前記表面層の全体積に占める該有機無機複合粒子及び前記有機無機複合粒子以外の粒子の割合が、33体積%以上70体積%以下である構成1~4に記載の電子写真感光体。
(構成6)
前記無機微粒子が、前記小凸部Bの表面に露出している構成1~5に記載の電子写真感光体。
(構成7)
前記有機無機複合粒子の形状係数SF-2が、103以上120以下である構成1~6に記載の電子写真感光体。
(構成8)
前記有機無機複合粒子以外の粒子が無機粒子であり、
該無機粒子の個数平均一次粒径が、前記有機無機複合粒子の個数平均一次粒径の1/5以上1/2以下である構成5に記載の電子写真感光体。
(構成9)
構成1~8のいずれか1項に記載の電子写真感光体と、帯電手段、現像手段、及びクリーニング手段からなる群より選択される少なくとも1つの手段と、を一体に支持し、電子写真装置の本体に着脱自在である、ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
(構成10)
構成1~8のいずれか1項に記載の電子写真感光体、並びに、帯電手段、露光手段、現像手段及び転写手段を有する、ことを特徴とする電子写真装置。
(構成1)
結着樹脂及び粒子を含有する表面層を有する電子写真感光体であって、
該粒子が有機無機複合粒子であり、
該有機無機複合粒子が
樹脂粒子と、
該樹脂粒子に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子と
を有し、
該有機無機複合粒子の表面には該無機微粒子に由来する小凸部Aが存在し、
該表面層の表面には該有機無機複合粒子に由来する大凸部が存在し
該大凸部の高さが、70nm以上250nm以下であり、
該大凸部の表面には、該小凸部Aに由来する小凸部Bが存在し、
該小凸部Bの曲率半径が、10nm以上30nm以下である
ことを特徴とする電子写真感光体。
(構成2)
前記小凸部Bの高さが、10nm以上40nm以下である構成1に記載の電子写真感光体。
(構成3)
前記大凸部の高さが、前記小凸部Bの曲率半径の3.0倍以上10.0倍以下である構成1又は2に記載の電子写真感光体。
(構成4)
前記有機無機複合粒子の個数平均一次粒径が、100nm以上400nm以下である構成1~3に記載の電子写真感光体。
(構成5)
前記表面層が、前記有機無機複合粒子以外の粒子を含有し、
前記表面層の全体積に占める該有機無機複合粒子及び前記有機無機複合粒子以外の粒子の割合が、33体積%以上70体積%以下である構成1~4に記載の電子写真感光体。
(構成6)
前記無機微粒子が、前記小凸部Bの表面に露出している構成1~5に記載の電子写真感光体。
(構成7)
前記有機無機複合粒子の形状係数SF-2が、103以上120以下である構成1~6に記載の電子写真感光体。
(構成8)
前記有機無機複合粒子以外の粒子が無機粒子であり、
該無機粒子の個数平均一次粒径が、前記有機無機複合粒子の個数平均一次粒径の1/5以上1/2以下である構成5に記載の電子写真感光体。
(構成9)
構成1~8のいずれか1項に記載の電子写真感光体と、帯電手段、現像手段、及びクリーニング手段からなる群より選択される少なくとも1つの手段と、を一体に支持し、電子写真装置の本体に着脱自在である、ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
(構成10)
構成1~8のいずれか1項に記載の電子写真感光体、並びに、帯電手段、露光手段、現像手段及び転写手段を有する、ことを特徴とする電子写真装置。
100 電子写真装置
a、b、c、d 画像形成部
1a、1b、1c、1d 電子写真感光体
2a、2b、2c、2d 帯電ローラー
3a、3b、3c、3d 露光手段
4a、4b、4c、4d 現像手段
5a、5b、5c、5d 除電手段
41a、41b、41c、41d 現像手段
10 中間転写ベルト
11 駆動ローラー
12 張架ローラー
13 対向ローラー
14a、14b、14c、14d 金属ローラー
15 2次転写ローラー
17 ベルトクリーニング手段
30 定着手段
50 給紙手段
P 転写材
101 支持体
102 下引き層
103 電荷発生層
104 電荷輸送層
105 表面層
106 有機無機複合粒子
201 樹脂粒子
202 無機微粒子
203 小凸部A
401 大凸部の高さ
402 大凸部
403 小凸部Bの高さ
404 小凸部B
601 有機無機複合粒子の重心を表す点
602 有機無機複合粒子の重心を中心とし有機無機複合粒子に外接する円
603 円602と有機無機複合粒子との外接点
604 樹脂粒子のアウトラインを表す点線
701 有機無機複合粒子の重心を中心とし表面形状に外接する最大半径となる円
702 円701が表面形状に外接する点
801 有機無機複合粒子の重心を中心とし表面形状と複数の交点を有する円
802 円801が表面形状に内接する最大半径となる円
901 円701の半径と円801の半径の平均の半径を持つ円
902 円701と円901に挟まれ外接点702を含む表面を表す点線
a、b、c、d 画像形成部
1a、1b、1c、1d 電子写真感光体
2a、2b、2c、2d 帯電ローラー
3a、3b、3c、3d 露光手段
4a、4b、4c、4d 現像手段
5a、5b、5c、5d 除電手段
41a、41b、41c、41d 現像手段
10 中間転写ベルト
11 駆動ローラー
12 張架ローラー
13 対向ローラー
14a、14b、14c、14d 金属ローラー
15 2次転写ローラー
17 ベルトクリーニング手段
30 定着手段
50 給紙手段
P 転写材
101 支持体
102 下引き層
103 電荷発生層
104 電荷輸送層
105 表面層
106 有機無機複合粒子
201 樹脂粒子
202 無機微粒子
203 小凸部A
401 大凸部の高さ
402 大凸部
403 小凸部Bの高さ
404 小凸部B
601 有機無機複合粒子の重心を表す点
602 有機無機複合粒子の重心を中心とし有機無機複合粒子に外接する円
603 円602と有機無機複合粒子との外接点
604 樹脂粒子のアウトラインを表す点線
701 有機無機複合粒子の重心を中心とし表面形状に外接する最大半径となる円
702 円701が表面形状に外接する点
801 有機無機複合粒子の重心を中心とし表面形状と複数の交点を有する円
802 円801が表面形状に内接する最大半径となる円
901 円701の半径と円801の半径の平均の半径を持つ円
902 円701と円901に挟まれ外接点702を含む表面を表す点線
Claims (10)
- 結着樹脂及び粒子を含有する表面層を有する電子写真感光体であって、
該粒子が有機無機複合粒子であり、
該有機無機複合粒子が
樹脂粒子と、
該樹脂粒子に部分的に埋め込まれた状態で存在する無機微粒子と
を有し、
該有機無機複合粒子の表面には該無機微粒子に由来する小凸部Aが存在し、
該表面層の表面には該有機無機複合粒子に由来する大凸部が存在し
該大凸部の高さが、70nm以上250nm以下であり、
該大凸部の表面には、該小凸部Aに由来する小凸部Bが存在し、
該小凸部Bの曲率半径が、10nm以上30nm以下である
ことを特徴とする電子写真感光体。 - 前記小凸部Bの高さが、10nm以上40nm以下である請求項1に記載の電子写真感光体。
- 前記大凸部の高さが、前記小凸部Bの曲率半径の3.0倍以上10.0倍以下である請求項1に記載の電子写真感光体。
- 前記有機無機複合粒子の個数平均一次粒径が、100nm以上400nm以下である請求項1に記載の電子写真感光体。
- 前記表面層が、前記有機無機複合粒子以外の粒子を含有し、
前記表面層の全体積に占める前記有機無機複合粒子及び前記有機無機複合粒子以外の粒子の割合が、33体積%以上70体積%以下である請求項1に記載の電子写真感光体。 - 前記無機微粒子が、前記小凸部Bの表面に露出している請求項1に記載の電子写真感光体。
- 前記有機無機複合粒子の形状係数SF-2が、103以上120以下である請求項1に記載の電子写真感光体。
- 前記有機無機複合粒子以外の粒子が無機粒子であり、
が、該無機粒子の個数平均一次粒径が前記有機無機複合粒子の個数平均一次粒径の1/5以上1/2以下である請求項5に記載の電子写真感光体。 - 請求項1~8のいずれか1項に記載の電子写真感光体と、帯電手段、現像手段、及びクリーニング手段からなる群より選択される少なくとも1つの手段と、を一体に支持し、電子写真装置の本体に着脱自在である、ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の電子写真感光体、並びに、帯電手段、露光手段、現像手段及び転写手段を有する、ことを特徴とする電子写真装置。
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JP2023072657 | 2023-04-26 |
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JP7263027B2 (ja) * | 2019-01-24 | 2023-04-24 | キヤノン株式会社 | 電子写真感光体、プロセスカートリッジおよび電子写真装置 |
JP2021189207A (ja) * | 2020-05-26 | 2021-12-13 | コニカミノルタ株式会社 | 電子写真感光体、電子写真画像形成方法及び電子写真画像形成装置 |
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2023
- 2023-10-10 WO PCT/JP2023/036715 patent/WO2024085019A1/ja unknown
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