JP7314610B2 - 電子写真画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真画像形成装置に関し、特に、耐久条件下でのフィルミングや像流れの発生を抑制しつつ、滑剤メモリを軽減させることができる電子写真画像形成装置に関する。
近年、環境対応、コストの観点から、長寿命な感光体が要望されている。感光体の寿命を延ばすためには、感光体の削れ量を小さくしなければならないが、削れ量が小さすぎると、画像流れという問題が生じる。
そのため、感光体の長寿命化と画像流れを両立するために、感光体の保護層に熱可塑性樹脂と無機微粒子を添加する技術が一般に知られている。
一般に、電子写真プロセスでは、画像形成後に、感光体上に残存したトナーをクリーニングブレードでクリーニングするが、感光体とトナーの離型性が悪いと、クリーニング不良を起こし、感光体上にトナー付着を起こすフィルミングという現象を起こし、出力画像にノイズを生じさせる問題が起こる。
この問題を解決するために、従来技術では、感光体にステアリン酸亜鉛を供給して感光体とトナーの離型性を上げることで、フィルミングを軽減する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、さらに特性を改善するために感光体表面に、シリコーン構造をもつ表面修飾剤で表面修飾した無機微粒子を分散させることで、初期から耐久条件下で感光体とトナーの離型性を上げ、フィルミングを軽減させる技術を我々は開発してきた。
しかしながら、新たに、感光体上に堆積したステアリン酸亜鉛量の差によって生じる滑剤メモリという問題が発生した。これは、横軸方向に印刷濃度が異なる印刷原稿を複数枚印刷したとき、感光体上に堆積したステアリン酸亜鉛量の差により感光体表面電位の差が生じ、全面ハーフ画像を画出ししたときに、画像に濃淡が生じる現象である。
特開2003-91143号公報
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、耐久条件下でのフィルミングや像流れの発生を抑制しつつ、滑剤メモリを軽減させることができる電子写真画像形成装置を提供することである。
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、電子写真感光体に、疎水性有機化合物と、窒化ホウ素と、表面修飾した無機微粒子とを含有した滑剤を供給する手段を備え、かつ、感光体の保護層として、電荷輸送物質と、熱可塑性樹脂と、表面修飾剤によって表面修飾した無機微粒子を含有する構成とすることで、耐久条件下でのフィルミングや像流れの発生を抑制しつつ、滑剤メモリを軽減させることができる電子写真画像形成装置を提供することができることを見いだし本発明に至った。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
1.少なくとも電子写真感光体、帯電手段、露光手段、現像手段及び転写手段を具備した電子写真画像形成装置であって、
前記電子写真感光体に、疎水性有機化合物と、窒化ホウ素と、表面修飾した無機微粒子とを含有した滑剤とを供給する手段を備え、
前記電子写真感光体が、導電性支持体と、前記導電性支持体上に少なくとも保護層と感光層を有し、
当該電子写真感光体の保護層が、少なくとも電荷輸送物質と、熱可塑性樹脂と、表面修飾剤によって表面修飾した無機微粒子を含有し、
前記滑剤が、シリコーンで表面修飾されたアルミナ粒子を含有し、
前記保護層に含有された前記無機微粒子が、アルミナ粒子、酸化スズ粒子、酸化チタン粒子、二酸化ケイ素粒子、又は、硫酸バリウムをコアとし酸化スズのシェルを有する粒子のいずれかであり、
前記保護層に含有された前記無機微粒子に使用された表面修飾剤が、主鎖及び側鎖にシリコーン鎖を有することを特徴とする電子写真画像形成装置。
.前記保護層に含有された前記無機微粒子の数平均一次粒径が、50~500nmの範囲内であることを特徴とする第1項に記載の電子写真画像形成装置。
.前記滑剤に含有された疎水性有機化合物が、ステアリン酸亜鉛であることを特徴とする第1項又は2項に記載の電子写真画像形成装置。
本発明の上記手段により、耐久条件下でのフィルミングや像流れの発生を抑制しつつ、滑剤メモリを軽減させることができる電子写真画像形成装置を提供することができる。
本発明の効果の発現機構又は作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
表面修飾剤によって表面修飾した無機微粒子を含有する保護層に、ステアリン酸亜鉛からなる滑剤棒を感光体に接触させてステアリン酸亜鉛を供給する画像形成プロセスの場合、例えば図1の上段に示すように、画像濃度の異なる原稿を複数枚印刷すると、原稿濃度が濃い部分C1は、ステアリン酸亜鉛の付着量が少なくなり、原稿濃度が薄い部分C2はステアリン酸亜鉛の付着量が多くなる。そのため、図2に示すように、現像スリーブの現像剤と感光体表面が擦過するときに、原稿濃度が濃い部分C1は、ステアリン酸亜鉛量が少なく、保護層301に含有された表面修飾剤によって表面修飾した無機微粒子302の影響が大きいため、相対的にマイナス(-)側に帯電し、原稿濃度が薄い部分はステアリン酸亜鉛303の影響が大きくなるため、相対的にプラス(+)側に帯電しやすくなる。この擦過帯電の極性の差により、感光体に電位差が生じ、ハーフ画像を印刷したとき、図1の下段のように滑剤メモリが発生する。
一方、図3に示す本発明のように、ステアリン酸亜鉛303に加えて窒化ホウ素304を供給すると、画像濃度の異なる原稿を複数枚印刷したとき、原稿濃度が薄い部分に窒化ホウ素304が付着するため、現像剤との擦過帯電がマイナス(-)側に帯電しやすくなり、ハーフ画像を印刷したとき、滑剤メモリが発生しにくくなる。
なお、本発明において、滑剤メモリとは、横軸方向に印刷濃度が異なる印刷原稿を複数枚印刷したとき、感光体上に堆積したステアリン酸亜鉛量の差により感光体表面電位の差が生じ、全面ハーフ画像を画出ししたときに、画像に濃淡が生じる現象をいう。
従来の画像形成装置を用いて画像濃度の異なる原稿を複数枚連続印刷した際の画像及びハーフ画像を印刷した際の画像を示した模式図 図1における感光体表面と現像剤との摩擦帯電の様子を示した模式図 本発明の画像形成装置を用いて画像濃度の異なる原稿を複数枚連続印刷した際の、感光体表面と現像剤との摩擦帯電の様子を示した模式図 本発明の画像形成装置の構成の一例を示す説明用断面図 本発明の画像形成装置の要部の構成の一例を示す説明用断面図 本発明の画像形成装置における帯電手段の構成の一例を示す説明用断面図 複合粒子(コア・シェル粒子)の作製に用いられる製造装置の一例を示す概略構成図
本発明の電子写真画像形成装置は、少なくとも電子写真感光体、帯電手段、露光手段、現像手段及び転写手段を具備した電子写真画像形成装置であって、前記電子写真感光体に、疎水性有機化合物と、窒化ホウ素と、表面修飾した無機微粒子とを含有した滑剤とを供給する手段を備え、前記電子写真感光体が、導電性支持体と、前記導電性支持体上に少なくとも保護層と感光層を有し、当該電子写真感光体の保護層が、少なくとも電荷輸送物質と、熱可塑性樹脂と、表面修飾剤によって表面修飾した無機微粒子を含有し、前記滑剤が、シリコーンで表面修飾されたアルミナ粒子を含有し、前記保護層に含有された前記無機微粒子が、アルミナ粒子、酸化スズ粒子、酸化チタン粒子、二酸化ケイ素粒子、又は、硫酸バリウムをコアとし酸化スズのシェルを有する粒子のいずれかであり、前記保護層に含有された前記無機微粒子に使用された表面修飾剤が、主鎖及び側鎖にシリコーン鎖を有することを特徴とする。
この特徴は、下記各実施形態に共通又は対応する技術的特徴である。
本発明の実施態様としては、前記保護層に含有された前記無機微粒子に使用された表面修飾剤が、シリコーン構造を有することが、感光体とトナーの離型性が上がり、フィルミングを軽減させることができる点で好ましい。
前記表面修飾剤が、主鎖にシリコーン鎖を有すること、又は、前記表面修飾剤が、側鎖にシリコーン鎖を有することが、添加する無機微粒子との立体的な組み合わせが表面エネルギー低下の発現に影響する点で好ましい。
さらに、前記表面修飾剤が、主鎖及び側鎖にシリコーン鎖を有することが好ましい。これにより、主鎖及び側鎖の両方にシリコーン鎖を有する表面修飾剤により表面修飾された無機微粒子が、シリコーン鎖をより多く有することから、保護層中での分散性がより高まり、保護層の耐摩耗性がより向上する。
前記保護層に含有された前記無機微粒子が、アルミナ粒子、酸化スズ粒子、酸化チタン粒子、又は二酸化ケイ素粒子のいずれかであることが、保護層の強度が向上する点で好ましい。
前記保護層に含有された前記無機微粒子が、少なくとも硫酸バリウムを芯材とし、酸化スズ、アルミナ及び酸化チタンのうちのいずれかでコートされていることが、無機微粒子の粒子径を大きくすることが可能となる点で好ましい。
前記保護層に含有された前記無機微粒子の数平均一次粒径が、50~500nmの範囲内であることが、保護層用塗布液試作時の分散性の点で好ましい。
前記滑剤に含有された疎水性有機化合物が、ステアリン酸亜鉛であることが、潤滑性と加工体への塗布性の点で好ましい。
以下、本発明とその構成要素及び本発明を実施するための形態・態様について説明をする。なお、本願において、「~」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
[本発明の電子写真画像形成装置の概要]
本発明の電子写真画像形成装置(以下、画像形成装置ともいう。)は、少なくとも電子写真感光体、帯電手段、露光手段、現像手段及び転写手段を具備した電子写真画像形成装置であって、前記電子写真感光体に、疎水性有機化合物と、窒化ホウ素と、表面修飾した無機微粒子とを含有した滑剤とを供給する手段(以下、滑剤供給手段ともいう。)を備え、前記電子写真感光体が、導電性支持体と、前記導電性支持体上に少なくとも保護層と感光層を有し、当該電子写真感光体の保護層が、少なくとも電荷輸送物質と、熱可塑性樹脂と、表面修飾剤によって表面修飾した無機微粒子を含有することを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、一般的な電子写真方式による画像形成装置であることが好ましく、少なくとも帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、定着手段、クリーニング手段及び滑剤供給手段を有することが好ましい。さらに、滑剤除去手段を有することが好ましい。
図4は、本発明の画像形成装置の構成の一例を示す説明用断面図である。
この画像形成装置100は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、4組の画像形成ユニット110Y、110M、110C、110Bkと、給紙搬送手段150と、定着手段170とを有する。画像形成装置100の本体の上部には、原稿画像読み取り装置SCが配置されている。
画像形成ユニット110Y、110M、110C、110Bkは、鉛直方向に並んで配置されている。画像形成ユニット110Y、110M、110C、110Bkは、回転されるドラム状の感光体111Y、111M、111C、111Bkと、この外周面領域において感光体の回転方向に沿って順次配置された、滑剤供給手段116Y、116M、116C、116Bkと、帯電手段113Y、113M、113C、113Bkと、露光手段115Y、115M、115C、115Bkと、現像手段117Y、117M、117C、117Bkと、一次転写ローラー(一次転写手段)133Y、133M、133C、133Bkと、クリーニング手段119Y、119M、119C、119Bkと、滑剤除去手段114Y、114M、114C、114Bkとを有する。そして、感光体111Y、111M、111C、111Bk上に、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(Bk)のトナー画像がそれぞれ形成される構成とされている。画像形成ユニット110Y、110M、110C、110Bkは、感光体111Y、111M、111C、111Bkに形成するトナー画像の色が異なる以外は同様に構成されるため、以下、画像形成ユニット110Yの例で説明する。
また、以下に、感光体、滑剤供給手段、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、定着手段、クリーニング手段及び滑剤除去手段の順に説明する。
<電子写真感光体>
本発明に係る電子写真感光体(以下、感光体ともいう。)は、導電性支持体上に少なくとも保護層と感光層を有する。
具体的には、導電性支持体上に、電荷発生物質を含有する電荷発生層及び電荷輸送物質を含有する電荷輸送層がこの順に積層されてなる感光層が形成され、この感光層(電荷輸送層)上に最外層として保護層が形成された層構成を有している。また、導電性支持体と感光層との間に中間層を設けることが好ましい。なお、感光層は、電荷発生物質及び電荷輸送物質を含有する単層構造の層構成を有するものであってもよい。以下、このような構成を有する感光体について詳細に説明する。
(導電性支持体)
導電性支持体は、感光層を支持し、かつ導電性を有する部材である。
導電性支持体の好ましい例としては、金属製のドラム又はシート、ラミネートされた金属箔を有するプラスチックフィルム、蒸着された導電性物質の膜を有するプラスチックフィルム、導電性物質、又は導電性物質とバインダー樹脂とからなる塗料を塗布してなる導電層を有する金属部材やプラスチックフィルム、紙等が挙げられる。
上記金属の好ましい例としては、アルミニウム、銅、クロム、ニッケル、亜鉛及びステンレス鋼等が挙げられ、上記導電性物質の好ましい例としては、上記金属、酸化インジウム及び酸化スズ等が挙げられる。
(感光層)
感光層は、後述する露光手段により、所期の画像の静電潜像を感光体の表面に形成するための層である。当該感光層は、単層でもよいし、積層された複数の層で構成されていてもよい。感光層の好ましい例としては、電荷輸送物質と、電荷発生物質とを含有する単層、及び電荷輸送物質を含有する電荷輸送層と、電荷発生物質を含有する電荷発生層との積層物等が挙げられる。
(保護層)
保護層は、感光体表面の機械的強度を向上させ、耐傷性や耐摩耗性を向上させるための層である。本発明の画像形成装置においては、保護層が最外層である。
本発明において、感光体の最外層とは、トナーと接触する側の最外部に配置される層を表し、保護層が最外層である。
本発明に係る保護層は、少なくとも電荷輸送物質と、熱可塑性樹脂と、表面修飾剤によって表面修飾した無機微粒子を含有する。
《電荷輸送物質》
電荷輸送物質としては、特に制限されず、公知のものを用いることができる。その例としては、カルバゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、イミダゾロン誘導体、イミダゾリジン誘導体、ビスイミダゾリジン誘導体、スチリル化合物、ヒドラゾン化合物、ピラゾリン化合物、オキサゾロン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、キナゾリン誘導体、ベンゾフラン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、アミノスチルベン誘導体、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、ベンジジン誘導体等が挙げられる。これらの中でも、トリアリールアミン誘導体が好ましい。トリアリールアミン誘導体としては、下記化学式(1)で表されるものが好ましい。
Figure 0007314610000001
上記化学式(1)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1~7のアルキル基、又は炭素数1~7のアルコキシ基を表す。k,l及びnは、それぞれ独立して、0~5の整数を示し、mは0~4の整数を示す。ただし、k、l、n又はmが2以上である場合においては、複数存在するR、R、R及びRは、互いに同一のものであっても、異なるものであってもよい。これらの中でも、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1~3のアルキル基であることが好ましい。また、k、l、n及びmは、それぞれ独立して、0~1の整数であることが好ましい。
上記化学式(1)で表される化合物としては、例えば、特開2015-114454号公報に記載のものを使用でき、また、公知の合成方法、例えば、特開2006-143720号公報で開示されている方法などで合成することができる。
(無機微粒子)
本発明に係る保護層に含有される無機微粒子は、保護層の強度向上及び電気特性向上の目的のため保護層に含有され、表面修飾剤(表面処理剤)によって表面修飾(表面処理)されている。
表面修飾剤で表面修飾された無機微粒子は、表面修飾剤由来の化学種(被覆層)及び無機微粒子を含む被覆粒子となると考えられる。なお、表面修飾された無機微粒子は、その表面上の少なくとも一部に表面修飾剤由来の化学種(被覆層)を有していればよい。
本願において、無機微粒子とは金属元素を含有する微粒子をいうが、少なくともその表面が金属酸化物から構成される金属酸化物粒子であることが好ましい。無機微粒子を構成する金属酸化物の例としては、特に制限されないが、アルミナ、シリカ、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、酸化スズ、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等が挙げられる。これら無機微粒子は、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、金属酸化物粒子は合成品であってもよいし、市販品であってもよい。
これらの無機微粒子の中でも、アルミナ粒子、酸化スズ粒子、酸化チタン粒子、又は二酸化ケイ素粒子のいずれかであることが、保護層の強度が向上する点で好ましい。
また、上記した無機微粒子は、金属酸化物からなる芯(コア)と、表面修飾剤からなる外殻(シェル)と、を有する、コア・シェル構造を有する粒子(複合粒子)であることが好ましい。コア・シェル構造を有する複合粒子とすることで、無機微粒子の粒子径を大きくすることが可能となる。コア・シェル構造にするのは、無機微粒子径を大きくする場合で、無機微粒子径を小径とする場合は、コア・シェル構造にする必要はない。
当該複合粒子の芯材(コア)を構成する材料は、特に制限されないが、硫酸バリウム(BaSO)、アルミナ、酸化ケイ素等が挙げられる。これらの中でも、保護層の光透過性を確保する観点から、硫酸バリウムを芯材とした粒子が好ましい。また、当該複合粒子の外殻(シェル)を構成する材料は、上記無機微粒子を構成する金属酸化物の例として挙げたものと同様である。
コア・シェル構造の複合粒子の好ましい例としては、硫酸バリウムからなる芯材と、酸化スズ、アルミナ、酸化チタ0033ンのうちのいずれかからなる外殻と、を有する複合粒子が挙げられる。なお、芯材の数平均一次粒径と、外殻の厚さとの比率は、使用する芯材及び外殻の種類、ならびにこれらの組み合わせに応じて、適宜設定すればよい。
表面修飾剤による表面修飾前(未修飾)の無機微粒子の数平均一次粒径は、50~500nmの範囲内であることが好ましく、65~400nmの範囲内であることがより好ましく、80~300nmの範囲内であることがさらに好ましい。無機微粒子の数平均一次粒径が50nm以上であると、無機微粒子による凹凸が適度に付与されるため、クリーニングの際にクリーニングブレードの姿勢が安定し、クリーニング性が向上する。また、無機微粒子の数平均一次粒径が500nm以下であると、凸部が大きすぎてクリーニングブレードに引っかかることがないため、ブレードのスティックスリップの発生に伴うクリーニング性の低下を防止することができる。
なお、本明細書において、無機微粒子の数平均一次粒径は、以下の方法で測定される数平均一次粒径と定義する。
まず、走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製)により撮影された10000倍の拡大写真をスキャナーに取り込む。次いで、得られた写真画像から、凝集粒子を除く300個の粒子像を、ランダムに自動画像処理解析システム ルーゼックス(登録商標)AP ソフトウエアVer.1.32(株式会社ニレコ製)を使用して2値化処理して、当該粒子像のそれぞれの水平方向フェレ径を算出する。そして、当該粒子像のそれぞれの水平方向フェレ径の平均値を算出して数平均一次粒径とする。ここで、水平方向フェレ径とは、上記粒子像を2値化処理したときの外接長方形の、x軸に平行な辺の長さをいう。また、無機微粒子の数平均一次粒径の測定は、表面修飾剤由来の化学種(被覆層)を含まない無機微粒子について行うものとする。
(表面修飾剤)
本発明に係る無機微粒子は表面修飾剤によって表面修飾されている。
表面修飾剤は特に制限されないが、シリコーン構造(シリコーン鎖)を有するシリコーン表面修飾剤、重合性官能基を有する表面修飾剤などが挙げられ、シリコーン鎖を有する表面修飾剤(以下、シリコーン表面修飾剤ともいう。)が好ましい。
シリコーン表面修飾剤としては、特に制限されないが、高分子主鎖の主鎖にシリコーン鎖を有してもよいし、側鎖にシリコーン鎖を有してもよいし、主鎖及び側鎖の両方にシリコーン鎖を有してもよい。
主鎖及び側鎖の両方にシリコーン鎖を有することによって、主鎖及び側鎖の両方にシリコーン鎖を有する表面修飾剤により表面修飾された無機微粒子が、シリコーン鎖をより多く有することから、保護層中での分散性がより高まり、保護層の耐摩耗性がより向上する。
また、前記シリコーン鎖に加えて、さらに反応性官能基を有するものが好ましい。
反応性官能基としては、カルボン酸基、ヒドロキシ基、-Rd-COOH(Rdは、2価の炭化水素基)、アルキルシリル基、ハロゲン化シリル基、及びアルコキシシリル基等の金属酸化物粒子と結合しうる基が挙げられる。これらの中でもカルボン酸基、ヒドロキシ基又はアルコキシシリル基が好ましい。
上記シリコーン表面修飾剤が有する高分子主鎖は、ポリ(メタ)アクリレート主鎖又はシリコーン主鎖であることが好ましく、シリコーン主鎖であることがより好ましい。
側鎖及び主鎖のシリコーン鎖は、ジメチルシロキサン構造を繰り返し単位として有することが好ましく、その繰り返し単位数は3~100個であるものが好ましく、3~50個であるものがより好ましく、3~30個であるものがさらに好ましい。
シリコーン表面修飾剤の重量平均分子量は、特に制限されないが、1000~50000の範囲内であることが好ましい。なお、シリコーン表面修飾剤の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
シリコーン表面修飾剤は、単独でも又は2種以上組み合わせても用いることができる。また、シリコーン表面修飾剤は、合成品であってもよいし、市販品であってもよい。
ポリ(メタ)アクリレート主鎖の側鎖にシリコーン鎖を有する表面修飾剤の市販品の具体例としては、サイマック(登録商標)US-350(以上、東亞合成株式会社製)、KP-541、KP-574、及びKP-578(以上、信越化学工業株式会社製)等を挙げることができる。
また、シリコーン主鎖及び側鎖にシリコーン鎖を有する表面修飾剤(主鎖及び側鎖にシリコーン鎖を有する表面修飾剤)の市販品の具体例としては、KF-9908及びKF-9909(以上、信越化学工業株式会社製)等を挙げることができる。
また、主鎖のみにシリコーン鎖を有する表面修飾剤の市販品の具体例としては、KF-9901(信越化学工業株式会社製)等を挙げることができる。
・表面修飾剤(シリコーン表面修飾剤)による表面修飾方法
表面修飾剤による表面修飾方法は、特に制限されず、無機微粒子の表面上に表面修飾剤を付着(又は結合)することができる方法であればよい。このような方法としては、一般的に、湿式処理方法と乾式処理方法との二通りに大別されるが、いずれを用いてもよい。
なお、後述する反応性表面修飾後の無機微粒子を表面修飾する場合は、無機微粒子の表面上又は反応性表面修飾剤上に、表面修飾剤が付着(又は結合)する。
湿式処理方法とは、無機微粒子と、表面修飾剤とを溶剤中で分散することによって、表面修飾剤を無機微粒子の表面上に付着(又は結合)させる方法である。
当該方法としては、無機微粒子と、表面修飾剤とを溶剤中で分散させ、得られた分散液を乾燥し溶剤を除去する方法が好ましく、その後さらに加熱処理を行い、表面修飾剤と無機微粒子とを反応させることによって、表面修飾剤を無機微粒子の表面上に付着(又は結合)させる方法がより好ましい。また、表面修飾剤と無機微粒子とを溶剤中で分散した後、得られた分散液を湿式粉砕することにより、無機微粒子を微細化すると同時に表面修飾を進行させてもよい。
無機微粒子及び表面修飾剤を溶剤中で分散させる手段としては、特に制限されず公知の手段を用いることができ、その例としては、ホモジナイザー、ボールミル、サンドミル等の一般的な分散手段を挙げることができる。
溶剤としては、特に制限されず公知の溶剤を用いることができ、その好ましい例としては、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、sec-ブタノール(2-ブタノール)、tert-ブタノール、ベンジルアルコールなどのアルコール系溶剤や、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤等が挙げられる。これらは単独でも又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、メタノール、2-ブタノール、トルエン、及び2-ブタノールとトルエンとの混合溶剤がより好ましい。
分散時間は、特に制限されないが、例えば、1~600分の範囲内であることが好ましく、10~360分の範囲内であることがより好ましく、30~120分の範囲内であることがより好ましい。
溶剤の除去方法としては、特に制限されず公知の方法を用いることができ、その例としては、エバポレーターを用いる方法、室温下で溶剤を揮発させる方法等が挙げられる。
加熱温度としては、特に制限されないが、50~250℃の範囲内であることが好ましく、70~200℃の範囲内であることがより好ましく、90~150℃の範囲内であることがさらに好ましい。また、加熱時間としては、特に制限されないが、1~600分の範囲内であることが好ましく、10~300分の範囲内であることがより好ましく、30~90分の範囲内であることがさらに好ましい。なお、加熱方法は、特に制限されず、公知の方法を用いることができる。
乾式処理方法とは、溶剤を用いず、表面修飾剤と無機微粒子とを混合し混練を行うことによって、表面修飾剤を導電性金属酸化物の表面上に付着(又は結合)させる方法である。当該方法としては、表面修飾剤と、無機微粒子とを混合し混練した後、さらに加熱処理を行い、表面修飾剤と無機微粒子とを反応させることによって、表面修飾剤を無機微粒子の表面上に付着(又は結合)させる方法であってもよい。また、無機微粒子と、表面修飾剤とを混合し混練する際に、これらを乾式粉砕することにより、無機微粒子を微細化すると同時に表面修飾を進行させてもよい。
表面修飾剤の使用量は、処理前の無機微粒子(後述する反応性表面修飾後の無機微粒子を表面修飾する場合は、反応性表面修飾後の無機微粒子)100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、1質量部以上であることがより好ましく、2質量部以上であることがさらに好ましい。この範囲であれば、保護層の耐摩耗性及びかぶり抑制効果がより向上する。
また、表面修飾剤の使用量は、表面修飾前の無機微粒子(後述する反応性表面修飾後の無機微粒子を表面修飾する場合は、反応性表面修飾後の無機微粒子)100質量部に対して、100質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましく、5質量部以下であることがさらに好ましい。この範囲であると、未反応の表面修飾剤による保護層の膜強度の低下が抑制され、保護層の耐摩耗性が向上する。
未修飾の無機微粒子や反応性表面修飾後の無機微粒子に表面修飾が施されたことは、熱重量・示差熱(TG/DTA)測定、走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過電子顕微鏡(TEM)による観察、エネルギー分散型X線分光法(EDX)による分析等によって確認することができる。
表面修飾された無機微粒子は、重合性基由来の基を有することが好ましい。表面修飾された無機微粒子が重合性基由来の基を有することにより、保護層の耐摩耗性が向上する。重合性基の種類は、特に制限されないが、ラジカル重合性基が好ましい。重合性基の導入方法としては、特に制限されないが、無機微粒子に対して重合性基を有する表面修飾剤で表面修飾を行う方法が好ましい。
表面修飾された無機微粒子が重合性基を有することや、保護層中の表面修飾された無機微粒子が重合性基由来の基を有することは、熱重量・示差熱(TG/DTA)測定、走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過電子顕微鏡(TEM)による観察、エネルギー分散型X線分光法(EDX)による分析、質量分析等によって確認することができる。
・重合性基を有する表面修飾剤(反応性表面修飾剤)による表面修飾方法
上述した表面修飾(シリコーン表面修飾)された無機微粒子は、反応性表面修飾剤でさらに表面修飾されることが好ましい。重合性基は、反応性表面修飾によって、無機微粒子の表面に担持され、その結果、表面修飾された無機微粒子は、さらに重合性基を有することとなる。
そして、保護層中で、当該表面修飾された無機微粒子が重合性基を介して重合性モノマーと重合することになり、膜強度がより高い保護層が形成され、保護層の耐摩耗性がさらに向上する。このとき、シリコーン表面修飾粒子は、保護層中で重合性基由来の基を有する構造として存在することとなる。
反応性表面修飾剤は、重合性基及び反応性官能基を有する。重合性基の種類は、特に制限されないが、ラジカル重合性基が好ましい。ここで、ラジカル重合性基は、炭素-炭素二重結合を有するラジカル重合可能な基を表す。ラジカル重合性基の例としては、ビニル基及び(メタ)アクリロイル基等が挙げられ、これらの中でもメタクリロイル基が好ましい。また、反応性官能基とは、無機微粒子の表面に存在するヒドロキシ基などの極性基への反応性を有する基を表す。反応性官能基の例としては、カルボン酸基、ヒドロキシ基、-R′-COOH(R′は、二価の炭化水素基)、アルキルシリル基、ハロゲン化シリル基、アルコキシシリル基等が挙げられ、これらの中でもアルキルシリル基、ハロゲン化シリル基、アルコキシシリル基が好ましい。
反応性表面修飾剤は、ラジカル重合性基を有するシランカップリング剤が好ましく、その例としては、下記式S-1~S-32で表される化合物等が挙げられる。
S-1: CH=CHSi(CH)(OCH
S-2: CH=CHSi(OCH
S-3: CH=CHSiCl
S-4: CH=CHCOO(CHSi(CH)(OCH
S-5: CH=CHCOO(CHSi(OCH
S-6: CH=CHCOO(CHSi(OC)(OCH
S-7: CH=CHCOO(CHSi(OCH
S-8: CH=CHCOO(CHSi(CH)Cl
S-9: CH=CHCOO(CHSiCl
S-10: CH=CHCOO(CHSi(CH)Cl
S-11: CH=CHCOO(CHSiCl
S-12: CH=C(CH)COO(CHSi(CH)(OCH
S-13: CH=C(CH)COO(CHSi(OCH
S-14: CH=C(CH)COO(CHSi(CH)(OCH
S-15: CH=C(CH)COO(CHSi(OCH
S-16: CH=C(CH)COO(CHSi(CH)Cl
S-17: CH=C(CH)COO(CHSiCl
S-18: CH=C(CH)COO(CHSi(CH)Cl
S-19: CH=C(CH)COO(CHSiCl
S-20: CH=CHSi(C)(OCH
S-21: CH=C(CH)Si(OCH
S-22: CH=C(CH)Si(OC
S-23: CH=CHSi(OCH
S-24: CH=C(CH)Si(CH)(OCH
S-25: CH=CHSi(CH)Cl
S-26: CH=CHCOOSi(OCH
S-27: CH=CHCOOSi(OC
S-28: CH=C(CH)COOSi(OCH
S-29: CH=C(CH)COOSi(OC
S-30: CH=C(CH)COO(CHSi(OC
S-31: CH=CHCOO(CHSi(CH(OCH
S-32: CH=C(CH)COO(CHSi(OCH
反応性表面修飾剤は、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、反応性表面修飾剤は、合成品であってもよいし市販品であってもよい。市販品の具体例としては、KBM-502、KBM-503、KBE-502、KBE-503、KBM-5103(以上、信越化学工業株式会社製)等を挙げることができる。
シリコーン表面修飾及び反応性表面修飾の両方を行う場合、反応性表面修飾を行った後にシリコーン表面修飾を行うことが好ましい。この順序で表面修飾を行うことにより、保護層の耐摩耗性がより向上する。この理由は、撥油効果を有するシリコーン鎖によって、反応性表面修飾剤の無機微粒子表面への接触が妨げられることがないため、無機微粒子への重合性基の導入がより効率よく行われるからである。
反応性表面修飾の方法は、特に制限されず、反応性表面修飾剤を用いる以外は、シリコーン表面修飾で説明した方法と同様の方法を採用することができる。また、公知の無機微粒子の表面修飾技術を用いてもよい。
湿式処理方法により反応性表面修飾を用いる場合、溶剤としては、メタノール、エタノール、トルエンが好ましく、メタノール、トルエンがより好ましい。
反応性表面修飾剤の使用量は、反応性表面修飾前の無機微粒子100質量部に対して、0.5質量部以上であることが好ましく、1質量部以上であることがより好ましく、1.5質量部以上であることがさらに好ましい。この範囲であると、保護層の耐摩耗性及びかぶり抑制効果がより向上する。また、反応性表面修飾剤の使用量は、修飾前の無機微粒子100質量部に対して、15質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましく、8質量部以下であることがさらに好ましい。この範囲であると、粒子表面のヒドロキシ基数に対して反応性表面修飾剤の量が過剰とはならずより適切な範囲となり、未反応の反応性表面修飾剤による保護層の膜強度の低下が抑制され、保護層の耐摩耗性がより向上する。
(熱可塑性樹脂)
本発明に係る熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。中でも、電気特性及び膜強度の点でポリカーボネート樹脂が好ましい。
(他の成分)
保護層形成用の樹脂組成物は、上記成分以外の他の成分をさらに含んでいてもよい。他の成分の例としては、特に制限されないが、潤滑剤等が挙げられる。潤滑剤は、特に制限されず公知のものを用いることができ、その例としては、重合性シリコーン化合物及び重合性パーフルオロポリエーテル化合物等が挙げられる。
[電子写真感光体の製造方法]
本発明に係る電子写真感光体は、特に制限されず公知の電子写真感光体の製造方法によって製造することができる。
中でも、導電性支持体上に形成された感光層の表面に、保護層形成用の樹脂組成物を含む塗布液を塗布する工程と、塗布された保護層形成用の樹脂組成物を乾燥する又は工程と、を含む方法によって製造することが好ましい。
保護層形成用の樹脂組成物は、少なくとも電荷輸送物質と、熱可塑性樹脂と、表面修飾剤によって表面修飾された無機微粒子を含有する。保護層形成用の樹脂組成物は、酸化防止剤などの他の成分を含んでもよく、さらに分散媒を含むことができる。
前記分散媒としては、電荷輸送物質、熱可塑性樹脂、前記表面修飾した無機微粒子、さらに必要に応じて添加される酸化防止剤等を溶解又は分散させることができれば、いずれのものでも使用できる。
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、イソプロパノール、n-ブタノール、2-ブタノール(sec-ブタノール)、tert-ブタノール、ベンジルアルコール、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、テトラヒドロフラン、1,3-ジオキサン、1,3-ジオキソラン、ピリジン及びジエチルアミン等が挙げられる。分散媒は、単独でも又は2種以上混合しても用いることができる。
保護層形成用の樹脂組成物の総質量に対する分散媒の含有量は、特に制限されないが、1~99質量%の範囲内であることが好ましく、40~90質量%の範囲内であることがより好ましく、50~80質量%の範囲内であることがさらに好ましい。
保護層形成用の樹脂組成物中の無機微粒子の含有量は、特に制限されないが、20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましい。この範囲であると、保護層の架橋密度が増加し、機械的強度がより向上し、保護層の耐摩耗性がより向上する。
保護層形成用の樹脂組成物の調製方法も、特に制限はなく、電荷輸送物質、熱可塑性樹脂、表面修飾された無機微粒子、さらに必要に応じて添加される酸化防止剤などの各種添加剤を分散媒に加えて、溶解又は分散するまで撹拌混合すればよい。
本発明に係る保護層は、上記方法で調製した保護層形成用の樹脂組成物を感光層の上に塗布した後、乾燥及び硬化させることにより形成することができる。
上記塗布、乾燥、及び硬化の過程で、熱可塑性樹脂と表面修飾された無機微粒子との間の反応、表面修飾された無機微粒子同士の反応等が進行し、保護層形成用の樹脂組成物の硬化物を含む保護層が形成される。
保護層形成用の樹脂組成物の塗布方法は、特に制限されず、例えば、浸漬塗布法、スプレーコーティング法、スピンナーコーティング法、ビードコーティング法、ブレードコーティング法、ビームコーティング法、スライドホッパー塗布法、円形スライドホッパー塗布法などの公知の方法を用いることができる。
上記塗布液を塗布した後は、自然乾燥又は熱乾燥を行い、塗膜を形成する。
乾燥の条件は、溶媒の種類、膜厚などによって適宜選択できる。乾燥温度は、好ましくは20~180℃であり、より好ましくは80~140℃であり、乾燥時間は、好ましくは1~200分であり、より好ましくは5~100分である。
保護層の厚さは、1~10μmの範囲内であることが好ましく、1.5~5μmの範囲内であることがより好ましい。
なお、保護層が上記組成物を含むことは、熱分解GC-MS、核磁気共鳴(NMR)、フーリエ変換赤外分光光度計(FT-IR)、元素分析などの公知の分析方法によって確認することができる。
<滑剤供給手段>
本発明に係る滑剤供給手段116Yは、感光体111Yの表面に滑剤を供給する手段である。滑剤供給手段116Yにより、感光体111Y表面上に滑剤の皮膜が形成される。滑剤供給手段116Yは、感光体111Yの回転方向において滑剤除去手段114Yの下流側かつ帯電手段113Yの上流側に配置されている。
この例の滑剤供給手段116Yは、固形状の滑剤と、ブラシローラーよりなる塗布部材とにより構成される。具体的には、滑剤供給手段116Yは、図5に示すように、筐体20と、この筐体20内に収容された、直方体形状を有する固形状の滑剤により構成された滑剤ストック22と、感光体111Y表面に当接し、滑剤ストック22表面を摺擦することにより掻き取った滑剤を感光体111Y表面に塗布するブラシローラー21と、滑剤ストック22をブラシローラー21に押圧する加圧バネ23と、ブラシローラー21を回転駆動させる駆動機構(図示せず)とにより構成される。ブラシローラー21は、ブラシの先端が感光体111Y表面に当接している。また、ブラシローラー21は、感光体111Yの回転方向とは逆回転で等速に回転駆動される。
ブラシローラー21としては、例えば、基布に繊維の束をパイル糸として織り込んだパイル織り生地をリボン状生地にし、起毛した面を外側にして金属製シャフトの周囲に螺旋状に巻き付け、接着したものが挙げられる。この例のブラシローラー21は、例えばポリプロピレンなどの樹脂製のブラシ繊維が高密度に植設されてなる長尺の織布がローラー基体の周面に形成されてなるものである。
ブラシ毛は金属製シャフトに対し垂直方向に起毛させる、直毛タイプが塗布能力の観点から好ましい。ブラシ毛に用いる糸は、フィラメント糸が望ましく、材料としては、6-ナイロン、12-ナイロン、ポリエステル、アクリル、ビニロン等の合成樹脂が挙げられ、導電性を高める目的でカーボン、ニッケル等の金属を練り込んだものでもよい。ブラシ繊維の太さは例えば3~7デニール、ブラシ繊維の毛長は2~5mm、ブラシ繊維の電気抵抗率は1×1010Ω以下、ブラシ繊維のヤング率は4900~9800N/mm、ブラシ繊維の植設密度(単位面積あたりのブラシ繊維数)は例えば5万~20万本/平方インチ(50~200k本/inch)が好ましい。ブラシローラー21の感光体に対する食込み量は、0.5~1.5mmであることが好ましい。ブラシローラーの回転速度は例えば感光体の周速比で0.3~1.5とされ、感光体の回転方向と同じ方向の回転であっても、逆の方向の回転であってもよい。
加圧バネ23は、ブラシローラー21の感光体111Yに対する押圧力が例えば0.5~1.0Nとなるよう、滑剤ストック22を感光体111Yに近接する方向に押圧するものが用いられている。
滑剤供給手段116Yにおいては、感光体111Yの表面1cm当たりに対する塗布量が0.5×10-7~1.5×10-7g/cmとされるよう、例えば滑剤ストック22のブラシローラー21に対する押圧力及びブラシローラー21の回転速度が調整される。
(滑剤)
前記滑剤供給手段である滑剤ストックを構成する本発明に係る滑剤は、疎水性有機物と、窒化ホウ素と、表面修飾した無機微粒子とを含有する。
前記疎水性有機物としては、脂肪酸金属塩を含有することが潤滑性と感光体への塗布性の点で好ましい。
(脂肪酸金属塩)
脂肪酸金属塩としては、例えば、オレイン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどを用いることができる。これらの中でも、滑性及び延展性の観点から、ステアリン酸亜鉛を用いることが好ましい。これらは1種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
原料として用いる粉体状の脂肪酸金属塩の数平均粒径は、500μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.5~40μmの範囲内である。数平均粒径が500μm以下であれば、固形状の滑剤ストックを作製する際の成型性が低下するのを防止することができる。
(窒化ホウ素)
滑剤はさらに窒化ホウ素を含む。窒化ホウ素の数平均粒径は、0.07~500μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.5~40μmの範囲内である。
数平均粒径が0.07μm以上である窒化ホウ素を用いた場合には、十分な潤滑性が得られる。また、数平均粒径が500μm以下の窒化ホウ素を用いた場合は、固形状の滑剤ストックを作製する際の成型性が低下するのを防止することができる。
滑剤における窒化ホウ素の含有割合は、脂肪酸金属塩の質量をMa、窒化ホウ素の質量をMbとしたときに、Mb/Maが50/50~1/99の範囲であることが好ましく、より好ましくは50/50~5/95である。滑剤における窒化ホウ素の含有割合が全体の1質量%(すなわちMb/Ma=1/99)以上であることによって、非帯部の画像濃度が濃くなる滑剤メモリを防止することが可能となる。また、50質量%(すなわちMb/Ma=50/50)以下であることによって、滑剤除去手段によって当該滑剤を十分に除去することができて、感光体表面における当該滑剤によるフィルミングの発生を抑制することができる。
(無機潤滑剤)
滑剤は、本発明の効果を妨げない限り、窒化ホウ素以外の無機潤滑剤を含んでもよい。このような無機潤滑剤としては、劈開性を有する物質からなるものを用いることが好ましく、例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、タルク、カオリン、モンモリロナイト、フッ化カルシウム、マイカなどが挙げられる。これらの中でも窒化ホウ素を用いることが好ましい。これらは1種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
(表面修飾した無機微粒子)
前記滑剤に含有される表面修飾した無機微粒子は、研磨剤として機能する。
当該無機微粒子としては、表面をシリコーン処理したアルミナ粒子等が挙げられる。
また、前記無機微粒子を表面修飾する表面修飾剤としては、シリコーン等が挙げられる。
前記滑剤ストックは、前記疎水性有機物と、前記窒化ホウ素と、前記表面修飾した無機微粒子とを含有する滑剤を固形状にしたものである。具体的な製造方法としては、例えば、疎水性有機物であるステアリン酸亜鉛、窒化ホウ素、及び、研磨剤である表面修飾した無機微粒子を150℃で撹拌しながら溶融し、150℃で予熱したキャビティを有するアルミニウム製金型のキャビティに溶融液を注入する。注入後、予熱した断熱蓋を金型上部に設置し、次いで、金型を室温条件下で、金型が50℃になるまで放冷し、所定時間後、固化した成形品を金型から取り出すことで製造することができる。
前記滑剤ストックは、直方体状であったが、棒状であってもよく、特に形状は限定しないが、棒状にして「滑剤棒」として用いることが好ましい。
<帯電手段>
帯電手段113Yは、感光体111Y表面に対して帯電ローラーにより帯電を行う手段である。この例の帯電手段113Yは、感光体111Yの表面に接触して配設された帯電ローラーと、帯電ローラーに電圧を印加する電源とからなる。
本発明において、帯電手段は、帯電ローラーを感光体の表面に接触又は近接した状態で帯電させる近接帯電方式による。
帯電ローラー11は、図6に示されるように、芯金11aの表面上に積層された、帯電音を低減させるとともに弾性を付与して感光体111Yに対する均一な密着性を得るための弾性層11bの表面上に、必要に応じて帯電ローラー11が全体として高い均一性の電気抵抗を得るための抵抗制御層11cが積層され、当該抵抗制御層11c上に表面層11dが積層されたものが、押圧バネ11eによって感光体111Yの方向に付勢されて感光体111Yの表面に対して所定の押圧力で圧接されて帯電ニップ部が形成された状態とされる構成とされており、感光体111Yの回転に従動して回転される。
芯金11aは、例えば、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム及びニッケルなどの金属、又はこれらの金属の表面に、防錆性や耐付傷性を得るために導電性を損なわない範囲においてメッキ処理したものからなり、その外径は例えば3~20mmの範囲内とされる。
弾性層11bは、例えば、ゴムなどの弾性材料中にカーボンブラック、カーボングラファイトなどよりなる導電性微粒子やアルカリ金属塩、アンモニウム塩などよりなる導電性塩微粒子などが添加されたものからなる。
弾性材料の具体例としては、例えば、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンメチレンゴム(EPDM)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、ニトリル-ブタジエンゴム(NBR)及びクロロプレンゴム(CR)などの合成ゴムや、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂などの樹脂、又は発泡スポンジなどの発泡体などを挙げることができる。弾性の大きさは、プロセス油、可塑剤などを弾性材料中に添加することにより調整することができる。
弾性層11bは、その体積抵抗率が1×10~1×1010Ω・cmの範囲であることが好ましい。また、その層厚は500~5000μmであることが好ましく、より好ましくは500~3000μmの範囲内である。
弾性層11bの体積抵抗率は、JIS K 6911に準拠して測定された値である。
抵抗制御層11cは、帯電ローラー11を全体として均一な電気抵抗を有する目的などにより設けられるものであるが、なくてもよい。この抵抗制御層11cは、適度な導電性を有する材料を塗工すること、又は適度な導電性を有するチューブを被覆させることによって設けることができる。
この抵抗制御層11cを構成する具体的な材料としては、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂;エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム及びアクリロニトリル系ゴムなどのゴム類などの基礎材料中に、カーボンブラック、カーボングラファイトなどよりなる導電性微粒子;導電性酸化チタン、導電性酸化亜鉛、導電性酸化スズなどよりなる導電性金属酸化物微粒子;アルカリ金属塩、アンモニウム塩などよりなる導電性塩微粒子などの導電剤が添加されたものが挙げられる。
抵抗制御層11cは、その体積抵抗率が1×10-2~1×1014Ω・cmの範囲であることが好ましく、より好ましくは1×10~1×1010Ω・cmである。また、その層厚は0.5~100μmであることが好ましく、より好ましくは1~50μm、さらに好ましくは1~20μmの範囲内である。
抵抗制御層11cの体積抵抗率は、JIS K 6911に準拠して測定された値である。
表面層11dは、弾性層11b中の可塑剤などの得られる帯電ローラーの表面へのブリードアウトを防止する目的や帯電ローラーの表面の滑り性や平滑性を得る目的、又は感光体10上にピンホールなどの欠陥があった場合にもリークの発生を防止する目的などにより設けられるものであって、適度な導電性を有する材料を塗工すること、又は適度な導電性を有するチューブを被覆させることによって設けられる。
表面層11dを材料の塗工により設ける場合は、具体的な材料としては、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂及びシリコーン樹脂などの樹脂、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム及びアクリロニトリル系ゴムなどの基礎材料中に、カーボンブラック、カーボングラファイトなどよりなる導電性微粒子;導電性酸化チタン、導電性酸化亜鉛、導電性酸化スズなどよりなる導電性金属酸化物微粒子などの導電剤が添加されたものが挙げられる。
塗工方法としては、浸漬塗工法、ロール塗工法及びスプレー塗工法などが挙げられる。
また、表面層11dをチューブの被覆により設ける場合は、具体的なチューブとしては、ナイロン12、4フッ化エチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)、ポリフッ化ビニリデン、4フッ化エチレン-6フッ化プロピレン共重合樹脂(FEP);ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系及びポリアミド系などの熱可塑性エラストマーなどに上記の導電剤が添加されたものがチューブ状に成形されたものが挙げられる。このチューブは熱収縮性のものでもよく、非熱収縮性のものでもよい。
表面層11dは、その体積抵抗率が1×10~1×10Ω・cmの範囲であることが好ましく、より好ましくは1×10~1×10Ω・cmである。また、その層厚は0.5~100μmであることが好ましく、より好ましく1~50μm、さらに好ましくは1~20μmである。
表面層11dの体積抵抗率は、JIS K 6911に準拠して測定された値である。
また、表面層11dは、その表面粗さRzが1~30μmのものが好ましく、より好ましくは2~20μm、さらに好ましくは5~10μmである。
以上のような帯電ローラー11においては、帯電ローラー11の芯金11aに電源S1より帯電バイアス電圧が印加されることにより、感光体111Yの表面が所定の極性の所定の電位に帯電される。ここに、帯電バイアス電圧は、例えば直流電圧のみとしてもよいが、帯電の均一性に優れることから、直流電圧に交流電圧が重畳された振動電圧とすることが好ましい。
帯電バイアス電圧は、例えば-2.5~-1.5kV程度とすることができる。
図6に示した帯電ローラーによる帯電条件の一例を示すと、帯電バイアス電圧を形成する直流電圧(Vdc)が-500V、交流電圧(Vac)が周波数1000Hz、ピーク間電圧1300Vの正弦波であり、この帯電バイアス電圧が印加されることにより、感光体10の表面が-500Vに一様に帯電される。
<露光手段>
露光手段115Yは、帯電手段113Yによって一様な電位を与えられた感光体111Y表面に、画像信号(イエローの画像信号)に基づいて露光を行い、イエローの画像に対応する静電潜像を形成する手段である。露光手段115Yは、感光体111Yの軸方向にアレイ状に発光素子が配列されたLEDと結像素子とから構成されるもの、又はレーザー光学系などが用いられる。
<現像手段>
現像手段117Yは、感光体111Y表面にトナーを供給し、感光体111Y表面に形成された静電潜像を現像し、トナー画像を形成する手段である。この例の現像手段117Yは、具体的には、マグネットを内蔵し現像剤を保持して回転する現像スリーブ及び感光体とこの現像スリーブとの間に直流及び/又は交流バイアス電圧を印加する電圧印加装置により構成される。
<転写手段>
転写手段を構成する一次転写ローラー133Yは、感光体111Y上に形成されたトナー画像を無端ベルト状の中間転写体131に転写する手段である。一次転写ローラー133Yは、中間転写体131と当接して配置されている。
この画像形成装置100においては、感光体111Y、111M、111C、111Bk上に形成されたトナー画像を一次転写ローラー(一次転写手段)133Y、133M、133C、133Bkによって中間転写体131に転写し、中間転写体131上に転写された各トナー画像を二次転写ローラー(二次転写手段)217によって転写材Pに転写する中間転写方式が採用されているが、感光体上に形成されたトナー画像を転写手段によって直接転写材に転写する直接転写方式が採用されてもよい。
<クリーニング手段>
クリーニング手段119Yは、感光体111Y表面に残存したトナーを除去する手段である。この例のクリーニング手段119Yは、クリーニングブレードにより構成される。このクリーニングブレードは、図5に示すように、支持部材31と、この支持部材31上に接着層(図示せず)を介して支持されたブレード部材30とにより構成される。ブレード部材30は、その先端が、感光体111Y表面との当接部分における当該感光体111Yの回転方向と反対方向(カウンター方向)に向く状態で配置されている。
支持部材31としては、特に限定されず、従来公知のものを使用することができ、例えば、剛体の金属、弾性を有する金属、プラスチック、セラミックなどから製造されたものが挙げられる。中でも、剛体の金属が好ましい。
ブレード部材30としては、例えば、ベース層とエッジ層とが積層されてなる多層構造のものを用いることができる。ベース層及びエッジ層は、それぞれポリウレタンにより構成されることが好ましい。ポリウレタンとしては、ポリオール、ポリイソシアネート及び必要に応じて架橋剤を反応させて得られるものなどが挙げられる。
<滑剤除去手段>
滑剤除去手段114Yは、感光体111Y表面に付着した滑剤を除去する手段である。滑剤除去手段114Yは、感光体111Yの回転方向においてクリーニング手段119Yの下流側かつ滑剤供給手段116Yの上流側に配置されている。
滑剤除去手段114Yは、除去部材が感光体111Y表面に接触し、機械的作用によって滑剤を除去する手段であることが好ましい。ここで、機械的作用によって滑剤を除去するとは、感光体の表面を機械的に擦過するなどによって滑剤を除去することをいう。滑剤除去手段としては、ブラシローラーや発泡ローラーなどの除去部材を用いることができ、除去能力及び耐久性の観点からブラシローラーが好ましい。この例の滑剤除去手段114Yは、具体的には、感光体111Y表面に当接し、感光体111Yの回転方向とは逆回転で等速に回転駆動されるブラシローラーよりなる除去部材と、駆動機構とにより構成される。
除去部材としてのブラシローラーとしては、例えば、基布に繊維の束をパイル糸として織り込んだパイル織り生地をリボン状生地にし、起毛した面を外側にして金属製シャフトの周囲に螺旋状に巻き付け、接着したものが挙げられる。この例のブラシローラーは、例えばポリエステルなどの樹脂製のブラシ繊維が高密度に植設されてなる長尺の織布が金属製シャフトの周面に形成されてなるものである。
ブラシ毛は金属製シャフトに対し垂直方向に起毛させる、直毛タイプが除去能力の観点から好ましい。ブラシ毛に用いる糸は、フィラメント糸が望ましく、材料としては、6-ナイロン、12-ナイロン、ポリエステル、アクリル、ビニロン等の合成樹脂が挙げられ、導電性を高める目的でカーボン、ニッケル等の金属を練り込んだものでもよい。ブラシ繊維の太さは3~15デニールが好ましく、ブラシ繊維の毛長は2~5mmが好ましい。また、ブラシ繊維の植設密度を4万~50万本/平方インチ(40~500kF/inch)の範囲で設定することで、除去に必要な剛性を確保するとともに、ブラシ毛に疎な部分を作らず滑剤の除去ムラを引き起こさないようにすることができる。ブラシ繊維の電気抵抗率は1×10Ω以下であることが好ましく、ブラシ繊維のヤング率は1500~9800N/mmであることが好ましい。ブラシローラーの感光体に対する食込み量は、0.5~1.5mmであることが好ましい。ブラシローラーの回転速度は例えば感光体速度比で0.3~1.5とされ、感光体の回転方向と同じ方向の回転であっても、逆の方向の回転であってもよい。
なお、図5に示す構成においては、滑剤供給手段116Yの下流側かつ帯電手段113Yの上流側に、滑剤供給手段116Yによって感光体111Y表面に供給された滑剤を均一に塗布する均しブレード118Yが設けられている。
本発明の画像形成装置100においては、図5に示すように、滑剤供給手段116Yによる滑剤の供給後であって帯電手段113Yによる帯電前の感光体111Y表面の単位面積当たりの滑剤存在比率をA(atm%)、滑剤除去手段114Yによる滑剤の除去後であって滑剤供給手段116Yによる滑剤の供給前の感光体111Y表面の単位面積当たりの滑剤存在比率をB(atm%)としたとき、下記式(1)及び式(2)を満たすことが好ましい。
式(1): A≧8B
式(2): A≧1.7
上記式(1)及び式(2)をいずれも満たすことにより、帯電手段113Yによる帯電前においては、感光体111Y表面に滑剤が十分に存在するため、感光体111Y表面の劣化を防止することができ、感光体111Y表面の抵抗を高く維持することができるので高温高湿環境下での像流れの発生をより確実に抑制することができ、また、クリーニング手段119Yによるトナーの除去前においては、感光体111Y表面に滑剤が十分に存在するため、良好なトナークリーニング性が確実に得られる。さらに、クリーニング手段119Yによるトナーの除去後においては、劣化した滑剤が感光体111Y表面から除去されているため、滑剤の劣化に伴う像流れの発生をより確実に抑制することができる。
なお、滑剤存在比率Aの測定では、回転する感光体111Yにおいて、滑剤供給手段116Yの下流側であって帯電手段113Yの上流側の感光体111Y表面上の任意の箇所を選択することができる。特に、均しブレード118Yの下流側であって帯電手段113Yの上流側の感光体111Y表面上の任意の箇所が好ましい。
また、滑剤存在比率Bの測定では、回転する感光体111Yにおいて、滑剤除去手段114Yの下流側であって滑剤供給手段116Yの上流側の感光体111Y表面上の任意の箇所を選択することができる。
滑剤存在比率Aは、1.7atm%以上とされ、より好ましくは2.0~2.5atm%である。また、A/Bは、8以上とされ、より好ましくは20~30である。
ここで、滑剤存在比率とは、感光体表面の単位面積当たりに滑剤が存在する度合いをいう。本発明においては、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される感光体表面上の滑剤を構成する脂肪酸金属塩に由来の金属の存在比率を代替量として用いる。滑剤における脂肪酸金属塩及び窒化ホウ素の比率は経時的に略一定であると考えられるので、脂肪酸金属塩に由来の金属の存在比率は、滑剤全体に係る滑剤存在比率の代替量として用いることができる。単位は「atm%」とする。検出する選択元素は、(1)保護層を構成する架橋重合体の元素(C、Oなど)、(2)金属酸化物(例えばSnなど)、(3)感光体表面に供給される脂肪酸金属塩に由来の金属(例えばZn、Alなど)とする。これらの選択元素については、保護層を構成する材料の種類や用いる滑剤の種類によって、感光体表面に存在し得ると考えられる元素全てを抽出する必要がある。なお、検知性の観点から、保護層に含有される金属酸化物由来の金属と脂肪酸金属塩に由来の金属との差別化のため、使用する金属酸化物と脂肪酸金属塩に由来の金属とは違う種類のものを選択する。
具体的には、高温高湿環境(温度30℃、湿度80%RH)下において、2000枚印刷した後の感光体から保護層のみ5mm角で切り取り、これを測定サンプルとする。X線光電子分光装置「K-Alpha」(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用い、選択元素を下記測定条件にて定量分析し、各々の原子ピーク面積から相対感度因子を用いて表面元素濃度を算出する。検出される金属の測定量を代替量として取り扱う。
測定条件
X線:Alモノクロ線源
加速:12kV、6mA
分解能:50eV
ビーム系:400μm
ステップサイズ:0.1eV
滑剤存在比率Aは、滑剤供給手段における滑剤の供給量、滑剤供給手段の押圧力(例えば、ブラシローラーの感光体に対する食込み量など)によって制御することができる。また、滑剤存在比率Bは、滑剤除去部材の押圧力(例えば、ブラシローラーの感光体に対する食込み量など)、滑剤除去部材のブラシ繊維の植設密度によって制御することができる。
中間転写体131は、複数のローラー137A、137B、137C、137Dにより巻回され、回動可能に支持されている。
中間転写体131上には、当該中間転写体上に残存したトナーを除去するクリーニング手段135が配置されている。
この画像形成装置100において、感光体111Y、現像手段117Y、クリーニング手段119Y、滑剤除去手段114Y及び滑剤供給手段116Yなどは、一体的に結合され、装置本体に着脱自在に構成されたプロセスカートリッジ(画像形成ユニット)であってもよい。又は、帯電手段113Y、露光手段115Y、現像手段117Y、滑剤除去手段114Y、滑剤供給手段116Y、一次転写ローラー133Y及びクリーニング手段119Yからなる群から選ばれる一以上の部材と、感光体111Yとが一体的に構成されたプロセスカートリッジ(画像形成ユニット)であってもよい。
プロセスカートリッジ200は、筐体201と、それに収容された感光体111Y、帯電手段113Y、現像手段117Y、滑剤供給手段116Y、クリーニング手段119Y及び滑剤除去手段114Yと、一次転写ローラー133Yと、を有する。また、装置本体には、プロセスカートリッジ200を装置本体内にガイドする手段として支持レール203L、203Rが設けられている。それにより、プロセスカートリッジ200を装置本体に着脱可能となっている。これらのプロセスカートリッジ200は、装置本体に着脱自在に構成された単一の画像形成ユニットとなりうる。
給紙搬送手段150は、給紙カセット211内の転写材Pを、複数の中間ローラー213A、213B、213C、213D及びレジストローラー215を経て、二次転写ローラー217に搬送可能に設けられている。
定着手段170は、二次転写ローラー217により転写されたカラー画像を定着処理する。排紙ローラー219は、定着処理された転写材Pを挟持して、排紙トレイ221上に載置可能に設けられている。
このように構成された画像形成装置100では、画像形成ユニット110Y、110M、110C、110Bkによりトナー画像を形成する。具体的には、まず、滑剤供給手段116Y、116M、116C、116Bkにより感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面に滑剤を供給する。その後、帯電手段113Y、113M、113C、113Bkにより感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面に放電して負に帯電させる。次いで、露光手段115Y、115M、115C、115Bkで、感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面を画像信号に基づいて露光し、静電潜像を形成する。次いで、現像手段117Y、117M、117C、117Bkで、感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面にトナーを付与して現像し、トナー画像を形成する。
次いで、一次転写ローラー(一次転写手段)133Y、133M、133C、133Bkを、回動する中間転写体131と当接させる。それにより、感光体111Y、111M、111C、111Bk上にそれぞれ形成した各色のトナー画像を、回動する中間転写体131上に逐次転写させて、カラー画像を転写する(一次転写する)。画像形成処理中、一次転写ローラー133Bkは、常時、感光体111Bkに当接する。一方、他の一次転写ローラー133Y、133M、133Cは、カラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体111Y、111M、111Cに当接する。
そして、一次転写ローラー133Y、133M、133C、133Bkと中間転写体131とを分離させた後、感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面に残存したトナーを、クリーニング手段119Y、119M、119C、119Bkで除去する。次いで、感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面における滑剤を、滑剤除去手段114Y、114M、114C、114Bkで除去する。その後、次の画像形成プロセスに備えて、滑剤供給手段116Y、116M、116C、116Bkにより感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面に滑剤を供給し、必要に応じて感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面を除電手段(不図示)によって除電した後、帯電手段113Y、113M、113C、113Bkにより負に帯電させる。このように、画像形成装置100においては、画像形成プロセス毎に、感光体111表面上において、トナーの除去の後に帯電履歴のある滑剤を除去し、その後、帯電される前に新しい滑剤が供給されるように構成されている。
一方、給紙カセット211内に収容された転写材P(例えば普通紙、透明シートなどの最終画像を担持する支持体)を、給紙搬送手段150で給紙し、複数の中間ローラー213A、213B、213C、213D、レジストローラー215を経て二次転写ローラー(二次転写手段)217に搬送する。そして、二次転写ローラー217を回動する中間転写体131と当接させて、転写材P上にカラー画像を一括して転写する(二次転写する)。二次転写ローラー217は、転写材P上に二次転写を行うときのみ、中間転写体131と当接する。その後、カラー画像が一括転写された転写材Pを、中間転写体131の曲率が高い部位で分離する。
このようにしてカラー画像が一括して転写された転写材Pを、定着手段170で定着処理した後、排紙ローラー219で挟持して装置外の排紙トレイ221上に載置する。また、カラー画像が一括転写された転写材Pを中間転写体131から分離した後、クリーニング手段135で中間転写体131上の残存トナーを除去する。
[トナー]
本発明の画像形成装置において使用されるトナーとしては、特に限定されないが、結着樹脂及び着色剤が含有されるトナー粒子よりなり、当該トナー粒子には、所望により離型剤などの他の成分が含有されていてもよい。
トナーを構成するトナー粒子は、高画質化を企図する観点から、その体積平均粒径が2~8μmの範囲内であることが好ましい。
上記のトナーを製造する方法としては、特に制約されないが、例えば、通常の粉砕法や、分散媒中で作成する湿式溶融球形化法や、懸濁重合、分散重合、乳化重合凝集法等の既知の重合法などが挙げられる。
また、トナー粒子には、外添剤として、平均粒径10~300nm程度のシリカ及びチタニア等の無機微粒子、0.2~3μm程度の研磨剤を適宜量、外部添加することができる。
トナーは、磁性又は非磁性の一成分現像剤として使用することもできるが、キャリアと混合して二成分現像剤として使用してもよい。
トナーを二成分現像剤として使用する場合において、キャリアとしては、鉄などの強磁性金属、強磁性金属とアルミニウム及び鉛などの合金、フェライト及びマグネタイトなどの強磁性金属の化合物などの従来公知の材料からなる磁性粒子を用いることができ、特にフェライトが好ましい。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明の実施形態は上記の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、下記実施例において、特記しない限り、操作は室温(25℃)で行われた。また、特記しない限り、「%」及び「部」は、それぞれ、「質量%」及び「質量部」を意味する。
[金属酸化物粒子の作製]
<金属酸化物粒子P1の作製>
金属酸化物粒子P1として、未修飾金属酸化物粒子(未修飾の無機微粒子)であるα-アルミナ(数平均一次粒径300nm、比抵抗1010Ω・cm以上、pH8~9、スミコランダムAA-03:住友化学工業社製)を用いた。
<表面修飾金属酸化物粒子P2の作製>
2-ブタノール 10mLに、未修飾金属酸化物粒子であるα-アルミナ(数平均一次粒径300nm、スミコランダムAA-03:住友化学工業社製)5gを加え、USホモジナイサーを用いて室温で60分間分散させた。次いで、反応性表面修飾剤である3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(KBM-503:信越化学工業株式会社製)0.15gを加えて、さらに、室温で60分間、USホモジナイザーを用いて分散を行った。分散後、溶剤を室温下で揮発させ、120℃で60分間乾燥させることにより、反応性表面修飾剤(又は、疎水化処理剤ともいう。)(KBM-503)で表面修飾されたα-アルミナ粒子(表面修飾金属酸化物粒子P2)を作製した。
<表面修飾金属酸化物粒子P3の作製>
メタノール 10mLに未修飾金属酸化物粒子であるα-アルミナ(数平均一次粒径300nm、スミコランダムAA-03:住友化学工業社製)5gを加え、USホモジナイサーを用いて室温で30分間分散させた。次いで、反応性表面修飾剤である3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(KBM-503:信越化学工業株式会社製)0.25g及びトルエン 10mLを加え、室温で60分撹拌した。エバポレーターによって溶剤を除去した後、120℃で60分加熱することにより、反応性表面修飾剤で表面修飾が施された導電性金属酸化物粒子を得た。
上記で得られた導電性金属酸化物粒子 5gを、2-ブタノール 40gに加え、USホモジナイザーを用いて室温で60分間分散させた。次いで、シリコーン主鎖の側鎖にシリコーン鎖を有する表面修飾剤(KF-9908:信越化学工業株式会社製)0.15gを加えて、さらに、室温で60分間、USホモジナイザーを用いて分散を行った。分散後、溶剤を室温下で揮発させ、120℃で60分間乾燥させることにより、反応性表面修飾剤と、主鎖及び側鎖にシリコーン鎖を有する表面修飾剤で表面修飾が施された表面修飾金属酸化物粒子P3を作製した。
<表面修飾金属酸化物粒子P4の作製>
前記表面修飾金属酸化物粒子P3の作製において、KBM-503による表面修飾を行わずに、KF-9908による表面修飾のみ行った以外は同様にして表面修飾金属酸化物粒子P4を作製した。
<表面修飾金属酸化物粒子P5の作製>
(複合粒子1の作製)
図7に示す製造装置を用い、硫酸バリウム(BaSO)芯材(コア)の表面に酸化スズ(SnO)の被覆層(シェル)が形成されてなる複合粒子1を作製した。
具体的には、母液槽41中に純水3500cmを投入し、次に数平均一次粒径が80nmである球状の硫酸バリウム芯材900gを投入して、5パス循環させた。母液槽41から流出するスラリーの流速は、2280cm/minであった。また、強分散装置13の撹拌速度を16000rpmとした。循環完了後のスラリーを純水で全量9000cmにメスアップし、そこに1600gのスズ酸ナトリウム、及び2.3cmの水酸化ナトリウム水溶液(濃度25N)を投入して5パス循環させた。このようにして母液を得た。
この母液を、母液槽41から流出する流速S2が200cmとなるように循環させながら、強分散装置43としてのホモジナイザー「magic LAB(登録商標)」(IKAジャパン株式会社製)に20%硫酸を供給した。供給速度S3を9.2cm/minとした。ホモジナイザーの容積は20cm、撹拌速度は16000rpmであった。循環を15分間行い、その間硫酸を連続的にホモジナイザーに供給し、粒子を含むスラリーを得た。
得られたスラリーを、その導電率が600μS/cm以下となるまでリパルプ洗浄した後、ヌッチェ濾過を行い、ケーキを得た。このケーキを大気中、150℃で10時間乾燥させた。次いで、乾燥ケーキを粉砕し、その粉砕粉を1体積%H/N雰囲気下で450℃、45分間還元焼成した。このようにして、硫酸バリウムの芯材(コア)の表面に酸化スズの外殻(シェル)が形成されてなる、数平均一次粒径が100nmである複合粒子1を作製した。
ここで、図7に示す製造装置において、符号42及び44は、母液槽41と強分散装置43との間の循環路を形成する循環配管を、符号45及び46は、循環配管42及び44にそれぞれ設けられたポンプを、符号41aは撹拌翼を、符号43aは撹拌部を、符号41b及び43bはシャフトを、符号41c及び43cはモーターを、それぞれ示す。
(表面修飾金属酸化物粒子P5の作製)
前記表面修飾金属酸化物粒子P4の作製において、前記α-アルミナ粒子の代わりに、前記で得られた複合粒子1を用いた以外は同様にして表面修飾金属酸化物粒子P5を作製した。
<表面修飾金属酸化物粒子P6の作製>
前記表面修飾金属酸化物粒子P4の作製において、前記α-アルミナ粒子の代わりに、酸化チタン(TiO、数平均一次粒径100nm)を用いた以外は同様にして表面修飾金属酸化物粒子P6を作製した。
<表面修飾金属酸化物粒子P7の作製>
前記複合粒子1の作製において、数平均一次粒径が80nmである硫酸バリウム芯材の代わりに、数平均一次粒径が240nmである硫酸バリウム芯材を用いた以外は同様にして数平均一次粒径が300nmの複合粒子2を作製した。そして、前記表面修金属酸化物粒子P5の作製において、前記複合粒子1の代わりに、前記複合粒子2を用いた以外は同様にして表面修飾金属酸化物粒子P7を作製した。
<表面修飾金属酸化物粒子P8の作製>
前記複合粒子1の作製において、数平均一次粒径が80nmである硫酸バリウム芯材の代わりに、数平均一次粒径が400nmである硫酸バリウム芯材を用いた以外は同様にして数平均一次粒径が500nmの複合粒子3を作製した。そして、前記表面修金属酸化物粒子P5の作製において、前記複合粒子1の代わりに、前記複合粒子3を用いた以外は同様にして表面修飾金属酸化物粒子P8を作製した。
<表面修飾金属酸化物粒子P9の作製>
前記表面修金属酸化物粒子P5の作製において、KF-9908による表面修飾の代わりに、KF-9901による表面修飾を行った以外は同様にして表面修飾金属酸化物粒子P9を作製した。
<表面修飾金属酸化物粒子P10の作製>
前記表面修金属酸化物粒子P5の作製において、KF-9908による表面修飾の代わりに、KF-578による表面修飾を行った以外は同様にして表面修飾金属酸化物粒子P10を作製した。
<表面修飾金属酸化物粒子P11の作製>
前記表面修飾金属酸化物粒子P4の作製において、前記α-アルミナ粒子の代わりに、酸化スズ(SnO、数平均一次粒径49nm)を用いた以外は同様にして表面修飾金属酸化物粒子P11を作製した。
<表面修飾金属酸化物粒子P12の作製>
前記複合粒子1の作製において、数平均一次粒径が80nmである硫酸バリウム芯材の代わりに、数平均一次粒径が405nmである硫酸バリウム芯材を用いた以外は同様にして数平均一次粒径が501nmの複合粒子4を作製した。そして、前記表面修金属酸化物粒子P5の作製において、前記複合粒子1の代わりに、前記複合粒子4を用いた以外は同様にして表面修飾金属酸化物粒子P12を作製した。
<表面修飾金属酸化物粒子P13の作製>
前記表面修飾金属酸化物粒子P4の作製において、前記α-アルミナ粒子の代わりに、二酸化ケイ素(SiO、数平均一次粒径100nm)を用いた以外は同様にして表面修飾金属酸化物粒子P13を作製した。
前記で用いた表面修飾剤は下記のとおりである。
KF-9908:主鎖及び側鎖にシリコーン鎖を有するシリコーン表面修飾剤(信越化学工業社製)
KF-9901:下記式で表される、主鎖にシリコーン鎖を有するシリコーン表面修飾剤(信越化学工業社製)
KF-578:側鎖にシリコーン鎖を有するシリコーン表面修飾剤(信越化学工業社製)
Figure 0007314610000002
[感光体の作製]
<感光体1の作製>
(導電性支持体の準備)
円筒形アルミニウム支持体の表面を切削加工し、導電性支持体を準備した。
(中間層の形成)
下記成分を下記の分量で混合し、分散機としてサンドミルを用いて、バッチ式で10時間の分散を行い、中間層形成用塗布液を調製した。当該塗布液を浸漬塗布法によって導電性支持体の表面に塗布し、110℃で20分間乾燥し、膜厚2μmの中間層を導電性支持体上に形成した。なお、ポリアミド樹脂としてX1010(ダイセル・エボニック株式会社製)を使用し、酸化チタン粒子としてSMT-500SAS(テイカ株式会社製、数平均一次粒径:0.035μm)を使用した。
ポリアミド樹脂 10質量部
酸化チタン粒子 11質量部
エタノール 200質量部
(電荷発生層の形成)
下記成分を下記分量で混合し、循環式超音波ホモジナイザー(RUS-600TCVP、株式会社日本精機製作所製)を用いて、19.5kHz、600Wにて循環流量40L/時間で0.5時間にわたって分散することにより、電荷発生層形成用塗布液を調製した。得られた塗布液を浸漬塗布法によって中間層の表面に塗布し、風乾することにより、膜厚0.3μmの電荷発生層を中間層上に形成した。
なお、電荷発生物質は、Cu-Kα特性X線回折スペクトル測定で8.3°、24.7°、25.1°、及び26.5°に明確なピークを有するチタニルフタロシアニン、及び(2R,3R)-2,3-ブタンジオールの1:1付加体と、未付加のチタニルフタロシアニンとの混晶を使用した。また、ポリビニルブチラール樹脂としてエスレック(登録商標)BL-1(積水化学工業株式会社製)を使用した。また、混合溶媒として、3-メチル-2-ブタノン/シクロヘキサノン=4/1(体積比)を使用した。
電荷発生物質 24質量部
ポリビニルブチラール樹脂 12質量部
混合溶媒 400質量部
(電荷輸送層の形成)
下記成分を下記分量で混合した電荷輸送層用の塗布液を、浸漬塗布法によって電荷発生層の表面に塗布し、120℃で70分間乾燥することにより、膜厚24μmの電荷輸送層を電荷発生層上に形成した。
電荷輸送物質(下記CTM-A:4,4′-ジメチル-4″-(α-フェニルスチリル)トリフェニルアミン) 60質量部
ポリカーボネート樹脂(ユーピロン(登録商標)Z300(三菱ガス化学株式会社製、ビスフェノールZ型ポリカーボネート) 100質量部
酸化防止剤(IRGANOX(登録商標)1010(BASFジャパン株式会社製)
4質量部
Figure 0007314610000003
(保護層の形成)
下記成分を下記分量で混合、分散した保護層用の塗布液を、浸漬塗布法によって電荷輸送層の表面に塗布し、120℃で70分間乾燥することにより、膜厚24μmの保護層を電荷輸送層上に形成し、感光体1を作製した。
金属酸化物粒子P1(α-アルミナ(粒径300nm、比抵抗1010Ω・cm以上、pH8~9、スミコランダムAA-03:住友化学工業社製)) 60質量部
電荷輸送物質(CTM-A) 150質量部
ポリカーボネート(Z300:三菱ガス化学社製) 300質量部
酸化防止剤(Irganox1010:日本チバガイギー社製)12質量部
THF(テトラヒドロフラン) 2800質量部
シリコーンオイル(KF-54:信越化学社製) 4質量部
酸性分散剤(BYK-P105:BYKケミー社製) 1質量部
<感光体2の作製>
前記感光体1の作製において、保護層を以下のとおりに変更した以外は同様にして感光体2を作製した。すなわち、以下では、重合性モノマーM2を光によって硬化した。
(保護層の形成)
下記成分を下記分量で混合した保護層形成用塗布液を、電荷輸送層の表面に、円形スライドホッパー塗布機を用いて塗布した。得られた塗布液の膜に、メタルハライドランプを用いて紫外線(主波長:365nm)を1分間照射して(紫外線照度:16mW/cm、積算光量:960mJ/cm)、当該膜を硬化させることにより、膜厚3.0μmの保護層を電荷輸送層上に形成した。これにより、感光体2を作製した。
重合性モノマーM2 120質量部
表面修飾金属酸化物粒子P2(α-アルミナをKBM-503で表面修飾した粒子)
100質量部
重合開始剤(IRGACURE819:BASFジャパン株式会社製)
10質量部
2-ブタノール 400質量部
酸性分散剤(BYK-P105:BYKケミー社製) 1質量部
Figure 0007314610000004
なお、R′は、メタクリロイル基(CH=(CH)CO-)を表す。
<感光体3の作製>
前記感光体2の作製の前記保護層形成用塗布液において、酸性分散剤(BYK-P105)を添加しないで、かつ、前記表面修飾金属酸化物粒子P2の代わりに、前記表面修飾金属酸化物粒子P3を用いた以外は同様にして感光体3を作製した。
<感光体4~8及び10~14の作製>
前記感光体1の作製の前記保護層形成用塗布液において、酸性分散剤(BYK-P105)を添加しないで、かつ、前記金属酸化物粒子P1の代わりに、下記表に示す各表面修飾金属酸化物粒子を用いた以外は同様にして感光体4~8及び10~14を作製した。
<感光体9の作製>
前記感光体1の作製において、保護層を以下のとおりに変更した以外は同様にして感光体9を作製した。
(保護層の形成)
下記成分を下記分量で混合、分散した電荷輸送層用の塗布液を、浸漬塗布法によって電荷発生層の表面に塗布し、120℃で70分間乾燥することにより、膜厚24μmの保護層を電荷輸送層上に形成し、感光体9を作製した。
表面修飾金属酸化物粒子P5 60質量部
電荷輸送物質(CTM-A) 150質量部
ポリアリレート(M-2040 ユニチカ社製) 300質量部
酸化防止剤(Irganox1010:日本チバガイギー社製)12質量部
THF(テトラヒドロフラン) 2800質量部
シリコーンオイル(KF-54:信越化学社製) 4質量部
[滑剤棒1の製造]
ステアリン酸亜鉛90質量部と、窒化ホウ素9質量部と、シリコーン表面修飾した平均粒径0.3μmのアルミナ粒子1質量部を、150℃で撹拌しながら溶融し、150℃で予熱した、幅10mm×深さ9mm×長さ500mmのキャビティを有するアルミニウム製金型のキャビティ内に、溶融液を注入した。注入後、予熱した断熱蓋を金型上部に設置した。次いで、金型を室温の条件下に置き、金型温度が50℃になるまで放冷した。2時間後、固化した成形品を金型から取り出し、当該成形品を滑剤棒1とした。
[滑剤棒2の製造]
ステアリン酸亜鉛90質量部を、150℃で撹拌しながら溶融し、150℃で予熱した、幅10mm×深さ9mm×長さ500mmのキャビティを有するアルミニウム製金型のキャビティ内に、溶融液を注入した。注入後、予熱した断熱蓋を金型上部に設置した。次いで、金型を室温の条件下に置き、金型温度が50℃になるまで放冷した。2時間後、固化した成形品を金型から取り出し、当該成形品を滑剤棒2とした。
[滑剤棒3の製造]
前記滑剤棒1の製造において、ステアリン酸亜鉛の代わりにステアリン酸カルシウムを用いた以外は同様にして、滑剤棒3を製造した。
[評価]
評価機は、bizhub C658(コニカミノルタ社製)を改造し、図5に示すように、感光体に滑剤棒を接触させることで滑剤を供給できるように改造したマシンで実験を行った。具体的には、下記表に示す感光体及び滑剤棒の組み合わせで、画像を形成した。
[フィルミング]
評価機は前記bizhub C658(コニカミノルタ社製)を改造したマシンを用い、30℃、80%RH(NN環境)でBk位置に評価感光体を搭載し、5%の印字チャートにて5000枚プリントの耐久試験を実施した。
耐久試験後、顕微鏡で感光体表面を観察し、20mm×40mmの視野における現像剤由来の付着物の個数を測定した。測定した結果、下記の基準で評価し、R5~R3を品質上問題ないと判断した。
(基準)
R5:付着物1個以下
R4:付着物が5個未満
R3:付着物が5個以上~11個未満
R2:付着物が11個以上30個未満
R1: 付着物が30個以上
[像流れ]
高温高湿環境(温度30℃、湿度85%RH)で、印字率5%相当の文字チャートを2000枚連続で印字した後に電源を切り、8時間放置した後に電源を入れ、A3ハーフトーン画像を20枚連続で印字した。像流れは、ハーフトーン画像が放置前のレベルに回復したときの枚数によって評価した。
1枚目以内に回復した場合を「R5」、3枚目以内に回復した場合を「R4」、7枚目以内に回復した場合を「R3」、20枚目以内に回復した場合を「R2」、21枚目以降に回復した場合を「R1」と評価した。なお、7枚目を基準としているのは、通常装置を立ち上げたときに実施される画像安定化での感光体の回転数がA3用紙7枚目印字相当であるため、7枚目以内であれば1枚目の印字から像流れによる画像劣化は発現しないと考えられるからである。R5~R3を品質上問題ないと判断した。
[滑剤メモリ]
高温高湿環境(温度30℃、湿度85%RH)において、画像部Aと非画像部Bとを有するパターン画像を連続して100枚出力した後、全面ハーフトーン画像を1枚出力した。このハーフトーン画像について、「Macbeth RD920」(マクベス社製)を用いて画像部Aに対応する部分の反射濃度(D)及び非画像部Bに対応する部分の反射濃度(D)をそれぞれ測定してその濃度差ΔD(D-D)を算出し、これによって画像濃度ムラの発生度合いを評価した。下記の基準で評価し、R5~R3を品質上問題ないと判断した。
(基準)
R5:0.1未満
R4:0.1以上0.2未満
R3:0.2以上0.3未満
R2:0.3以上0.5未満
R1:0.5以上
Figure 0007314610000005

表Iに示す結果より、本発明では、比較例に比べて、フィルミング特性、像流れ及び滑剤メモリ特性の点で良好であることが分かる。
11 帯電ローラー
11a 芯金
11b 弾性層
11c 抵抗制御層
11d 表面層
11e 押圧バネ
20 筐体
21 ブラシローラー
22 滑剤ストック
23 加圧バネ
30 ブレード部材
31 支持部材
41 母液槽
41a 撹拌翼
41b、43b シャフト
41c、43c モーター
42、44 循環配管
43 強分散装置
43a 撹拌部
45、46 ポンプ
100 画像形成装置
110Y、110M、110C、110Bk 画像形成ユニット
111Y、111M、111C、111Bk 感光体
113Y、113M、113C、113Bk 帯電手段
114Y、114M、114C、114Bk 滑剤除去手段
115Y、115M、115C、115Bk 露光手段
116Y、116M、116C、116Bk 滑剤供給手段
117Y、117M、117C、117Bk 現像手段
118Y 均しブレード
119Y、119M、119C、119Bk クリーニング手段
131 中間転写体
133Y、133M、133C、133Bk 一次転写ローラー(転写手段)
135 クリーニング手段
137A、137B、137C、137D ローラー
150 給紙搬送手段
170 定着手段
200 プロセスカートリッジ
201 筐体
203R、203L 支持レール
211 給紙カセット
213A、213B、213C、213D 中間ローラー
215 レジストローラー
217 二次転写ローラー(転写手段)
219 排紙ローラー
221 排紙トレイ
C1 原稿濃度が濃い部分
C2 原稿濃度が薄い部分
301 保護層
302 表面修飾した無機微粒子
303 ステアリン酸亜鉛
304 窒化ホウ素
A 滑剤存在比率Aを測定した部分
B 滑剤存在比率Bを測定した部分
P 転写材
SC 原稿画像読み取り装置
S1 電源
S2 流速
S3 供給速度

Claims (3)

  1. 少なくとも電子写真感光体、帯電手段、露光手段、現像手段及び転写手段を具備した電子写真画像形成装置であって、
    前記電子写真感光体に、疎水性有機化合物と、窒化ホウ素と、表面修飾した無機微粒子とを含有した滑剤とを供給する手段を備え、
    前記電子写真感光体が、導電性支持体と、前記導電性支持体上に少なくとも保護層と感光層を有し、
    当該電子写真感光体の保護層が、少なくとも電荷輸送物質と、熱可塑性樹脂と、表面修飾剤によって表面修飾した無機微粒子を含有し、
    前記滑剤が、シリコーンで表面修飾されたアルミナ粒子を含有し、
    前記保護層に含有された前記無機微粒子が、アルミナ粒子、酸化スズ粒子、酸化チタン粒子、二酸化ケイ素粒子、又は、硫酸バリウムをコアとし酸化スズのシェルを有する粒子のいずれかであり、
    前記保護層に含有された前記無機微粒子に使用された表面修飾剤が、主鎖及び側鎖にシリコーン鎖を有することを特徴とする電子写真画像形成装置。
  2. 前記保護層に含有された前記無機微粒子の数平均一次粒径が、50~500nmの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の電子写真画像形成装置。
  3. 前記滑剤に含有された疎水性有機化合物が、ステアリン酸亜鉛であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電子写真画像形成装置。
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