JPH0815886A - 電子写真感光体およびその製造方法およびそれを使用した 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子写真感光体の表面を処理して、化学的耐
薬品性、および機械的強度を与えることにより耐久性を
向上させる。 【構成】 導電性支持体上に感光層を積層して作成した
電子写真感光体の表面にアルコキシドシランおよび、そ
の加水分解物の混合体を塗布し、加熱硬化させることに
より有機シリコーン薄層からなる保護層を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真用感光体に関
し、特にＬＥＤプリンタもしくはレーザープリンタなど
のデジタル画像出力装置あるいは複写機に適用され、強
械的強度に優れ、繰り返し使用時の電気特性の優れた高
耐久性を有する電子写真感光体に関する。

【０００２】

【従来の技術】カールソン方式による電子写真法におけ
る感光体に必要な基本特性としては、暗所において適当
な電位に帯電でき、これが一定時間保持されること、さ
らに光照射により速やかに電荷が逸散できることが挙げ
られる。これらの原理はＬＥＤプリンタまたはレーザー
プリンタまたは複写機と言った装置に応用されている。
これらの装置にあっては感光体の表面にはコロナ帯電、
トナー現像、紙への転写、クリーニング処理の際に電気
的、機械的外力が直接に加えられるため、感光体表面で
は汚染もしくは摩擦などが起こり、その結果感光体の寿
命が短くなる。

【０００３】具体的にはコロナ帯電時に発生するオゾン
による表面汚染および劣化、さらには現像、転写、クリ
ーニング時の摩擦による表面の傷発生や磨耗のために感
光体の寿命が短くなるのが常である。近年有機感光体が
広く使用されるようになるに従い、その最大の欠点であ
る耐久性の小さな事が問題点として考えられるようにな
ってきた。勿論これまでもセレン感光体では耐久性向上
のための努力がなされている。しかしセレンが公害物質
として、使用を制限されるようになり有機感光体の重要
性が増している。

【０００４】有機感光体は通常導電性基体上に下引き
層、電荷発生層、電荷移送層を順次積層して作られてい
る。表面に設けられた電荷移送層は電荷移送剤とポリカ
ーボネート樹脂またはアクリル樹脂などとの混合物より
なりたっている。この有機感光体を液体トナーで現像す
る場合には液体トナー中の低分子脂肪族炭化水素である
キャリアが電荷移送層に侵入して現像濃度の低下などの
劣化を引き起こすことが知られている。

【０００５】しかし液体トナーは０．５ミクロンより２
ミクロンの粒径を有する着色トナー粒子を低分子脂肪族
炭化水素（商品名アイソパー）中に分散させて作られた
ものであり、トナー粒子は電気２重層の効果で電荷を有
している。このように電荷を有する微少粒子を電子写真
法の現像に利用することで、高精細な画像が形成できる
ことが知られている。

【０００６】近年カラープリンタの現像法として従来の
乾式カラートナーを使用する場合に較べて、液体カラー
トナーは粒子径が小さい長所を有しているので、８００
ｄｐｉに及ぶ高密度プリントが可能となっている。その
ため有機感光体と液体トナーを組み合わせて用いる必要
性が増している。

【０００７】このような状況下で感光体の耐久性を改善
する必要性が増している。これらの目的のための保護層
形成に関する技術で特許公報に見られるものとして特開
昭５６−３８０５５号公報、特開昭６０−５５３５５号
公報、特開昭６０−６６２５９号公報、特開昭６３−２
１８９６８号公報、特開昭６３−２７１４６６号公報、
特開平２−１６１４４９号公報ではポリイミド化合物が
用いられており、特開平２−１６８２６２号公報、特開
平２−８７５号公報ではシリコーン化合物と他の有機高
分子との混合物が用いられ、他にもプラズマＣＶＤ法な
どによるＳｉＯ_２、ＳｉＣなどの無機質薄膜が検討され
てきた。

【０００８】しかしながら保護層が電気的に高抵抗にな
ると、残留電位の増大などの実用上好ましくない現象が
起こる。これらの欠点を補う目的で光導電材料を加える
方法、色素などの電荷移動剤を添加する方法、金属粉や
金属酸化物微粒子の添加により保護層の電気抵抗を調整
する方法などが提案されている。

【０００９】現在市場で用いられている積層型有機感光
体は有機溶媒に対して非常に弱いものであり、例えばペ
イントまたはワニスに用いられているような、一般的な
溶媒としてトルエン、キシレン、酢酸エチル、テトラヒ
ドロフランに対して容易に膨潤ないしは溶解する。した
がってこれらを含有するような高分子化合物溶液を有機
感光体表面に塗布することは不可能である。ましてポリ
イミド樹脂、シリコン樹脂溶液は、さらに溶解性の強い
メチルピロリドンまたはジメチルホルムアミドなどを含
有するために使用不能となる。

【００１０】一般の積層型有機感光体は熱的にも弱く、
１２０℃を越えた条件下では収縮、変形を伴い、また電
荷移送剤の変質によって感光特性が損なわれることがあ
る。このようなことから工業用の一般的なポリイミド樹
脂またはシリコン樹脂は硬化温度が高いため使用できな
い。

【００１１】シリコン化合物は特徴として非付着性、す
なわち他の物質が付着し難いまたは液体に濡れにくく、
はじく性質を有している。しかし特開平２−８７５では
シリコン化合物と他の有機高分子との混合物を使用して
いるが、シリコン化合物の混合比率が少ないだけに濡れ
易くなって保護膜としては不完全と言える。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】積層型有機感光体を表
面保護層により改質するための必要な条件として大きく
分けて４点が挙げられる。第１の条件として感光体表面
が他の物質により濡れにくいまたは付着し難いことが必
要である。有機感光体を液体トナーで現像する際に、キ
ャリアとして用いられている低分子脂肪族炭化水素が感
光体表面層に侵入することを防止しなければならない。
通常有機感光体では表面にある電荷移送層がポリカーボ
ネート樹脂ないしはアクリル樹脂と電荷移送剤との混合
物より作られている。この樹脂と電荷移送剤の混合比率
は感光体の感度を左右する重要な要素である。一般にそ
の混合比率はおおよそ重量比で５０％づつ使用されてい
る。

【００１３】感光体は現像の時点で液体トナーで表面を
濡らされるが、この際キャリアである低分子脂肪族炭化
水素と接触する。ポリカーボネート樹脂ないしはアクリ
ル樹脂は単体では変化しにくいが、電荷移送剤との混合
物であるため、樹脂表面から徐々に低分子脂肪族炭化水
素が拡散し電荷移送剤と樹脂の混合比率を変化させるた
めに、感光体感度が変化し、その結果感光体の明電位が
変動し、画像濃度が低下する。

【００１４】このような原因で感光体寿命が短くなるこ
とを防ぐことが課題であり、近年カラープリンタなどに
液体現像法が利用され高精細な画像を作り出すことが可
能であることから、注目されている技術であるが、これ
に用いる有機感光体の耐久性を向上させることが課題と
なっている。

【００１５】第２の条件として感光体表面に設けられた
表面保護層が光透過性をもたなければならない。従来技
術で用いられたような微粉末添加による改質は光透過性
を損なうために不適である。それだけではなく添加した
微粉末が感光体表面の性質を変える。金属酸化物などの
場合、親水性の性質が現れ、他の物質、例えばトナー、
シリカ粉などの付着性が増したために、感光体表面にフ
イルミングが起こる場合もある。

【００１６】第３の条件は保護層の電気抵抗値が適正な
値を有していなければならない。プリンタまたは複写機
では均一に静電気を与えた後に光を照射して静電潜像を
生成させ、その後トナーにより現像して画像を作成する
のである。保護層の表面の電荷は暗い状態では電荷の減
衰は少なく、光が照射されれば短時間の内に電荷が消失
しなければならない。このような動作に対応するため
に、保護層を形成する材料の電気特性と層の厚さが重要
な条件となる。電気抵抗が１０^９〜１０^１３オームセン
チメートルを満足すれば良好な表面保護層となり得る
し、厚さは０．５ミクロン〜５ミクロンが有効である
が、特に望ましくは１〜３ミクロンが良い。

【００１７】第４の条件として機械的な摺動摩擦を受け
た際に磨耗し難く、また擦傷が起こり難い表面としなけ
ればならない。このような状態を作り出す材料としては
硬度が高く、かつ可撓性を有するものでなければならな
い。具体的には架橋型合成樹脂、例えばシリコン樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化アクリ
ル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、紫外線硬化
型樹脂などが挙げられる。しかし一般に市販のシリコン
樹脂はけい素を化学構造の中心として種々の有機基によ
り変性した化合物であり、その性質は硬化温度が２００
℃前後の高温であること、また電気抵抗率が非常に高い
など本発明に適した材料とは言えない。また他の合成樹
脂についても上記の問題点を持つため実用的には保護膜
材料として使用されていない。これらの材料の中でも
０．５ミクロン〜５ミクロンの薄膜を形成できる性質を
有することが重要である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、感光体の耐久
性を向上させることを目的に検討した結果、電子写真感
光体の表面に保護層を設ける手段として、ある種のアル
コキシドシランを加熱硬化させた皮膜が適していること
を見出した。この皮膜により形成された保護層は市販さ
れている有機感光体のもつ問題点のいくつかを解決でき
ることが見出され、それを実証する事により本発明を完
成した。

【００１９】本発明は導電性支持体上に感光層を有する
電子写真感光体の表面層がシリコン化合物単体で構成さ
れていることを特徴とする。シリコン化合物にはゴム状
態のものから耐熱性ワニスのような硬い膜を形成するも
のまで、種々の性質を有するものがある。保護層が必要
とする性質は表面硬度が鉛筆硬度Ｈ以上、光透過率８５
％以上、電気抵抗率１０^９オームセンチメートル〜１０
^１３オームセンチメートルであり、厚みが０．５ミクロ
ン〜５ミクロン好ましくは１ミクロン〜３ミクロンにお
いて成膜性が優れていることである。

【００２０】本発明に適用するアルコキシドシランはト
リメトキシメチルシラン、トリメトキシエチルシラン、
トリメトキシフェニルシラン、トリメトキシアミノプロ
ピルシラン、トリメトキシエポキシシクロヘキシルエチ
ルシラン、トリメトキシメタクリロキシプロピルシラ
ン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、アミノエ
チルアミノプロピルトリメトキシシラン、グリシジロキ
シプロピルトリメトキシシラン、などで代表される３官
能性化合物が挙げられる。

【００２１】先にも述べたように有機感光体はポリカー
ボネート樹脂などの有機溶媒に可溶な合成樹脂と有機溶
媒に極めて溶け易い電荷移送剤との混合物で成り立って
いるため、この感光体表面に他の物質を塗装するために
は、表面を侵さない限られた有機溶媒しか使用できな
い。使用可能な溶媒を検討した結果アルコール類が適し
ていることが判明した。使用に適した溶剤としてエチル
アルコール、ｎ−プロピルアルコール、ｎ−ブチルアル
コール、ｎ−アミルアルコール、イソプロピルアルコー
ル、イソブチルアルコール、イソアミルアルコールなど
が挙げられる。

【００２２】これらのアルコール類のアルコキシドシラ
ン溶液を酸触媒のもとで化３で示すように一部加水分解
を起こさせる。さらに化４で示すように縮合反応により
部分架橋を起こさせる。このような前処理を行うことに
よってプレポリマーを生成させ、有機溶媒に溶解させた
溶液を塗布液として用いる。これらの塗布液はエチルア
ルコールもしくはイソプロピルアルコールなどの低級ア
ルコール溶液として調製することによりコーティングの
容易な扱い易い塗布液が得られる。

【００２３】

【化３】

【００２４】

【化４】

【００２５】本発明による保護層形成技術はアルコキシ
ドシランのプレポリマー溶液を感光体表面に塗布した後
加熱し、アルコキシドシランのプレポリマー相互の反応
を促進させる。そして最終的には化５で示されるような
構造にまで反応が進み、網目構造となり、不融不溶の無
色透明な皮膜が形成される。その加熱温度は８０℃〜１
２０℃の間が好ましく、８０℃以下では化学反応が進行
せず、１２０℃以上では気泡の発生、亀裂の発生などの
不都合が生じる。

【００２６】

【化５】

【００２７】プレポリマー相互の化学反応は脱水反応お
よび脱アルコール反応であるため水分子あるいはアルコ
ール分子の蒸発に必要な加熱温度が好ましい。一方塗布
条件として塗布環境の湿度管理が重要であり、相対湿度
５０％以下が好ましい。湿度の高い環境で塗布した場
合、溶媒のアルコールが蒸発する際に吸湿し、白化を起
こしたり、皮膜の硬化過程で化学反応が充分に進まず、
網目構造が完結しないために強度の弱い皮膜となる。

【００２８】加熱時間は化学反応が完結するために充分
であれば良く、８０℃では約１時間を要し１２０℃では
３０分間程度加熱すれば良い。化学反応の完結は電気的
に確認することもできる。感光体表面に保護層を設け、
帯電させた時の表面電位を計測する。その電位減衰が１
０秒間で１００Ｖ以下であれば保護層の硬化は完了した
と考えられる。

【００２９】

【作用】本発明による保護層を設けた感光体は、保護層
がシリコン化合物単体で構成されているため、液体トナ
ーに対して濡れにくく、その結果液体トナー中の低分子
炭化水素が保護層を抜けて、感光層に侵入することを防
止することができる。長期間感光体が液体トナーに接触
した状態におかれても感光体の感度が変化せず、長期間
にわたって使用可能であった。表面濡れはシリコン化合
物単体の硬化膜の表面張力によって決まり、その値は小
さく、およそ２１ダイン・センチメートルと考えられ
る。したがって大部分の有機溶媒はシリコン化合物膜を
濡らしにくい特徴を持っている。

【００３０】機械的強度の面から見ると、表面硬度が高
く、鉛筆硬度Ｈ以上を示すため、他の物質、たとえば紙
との摺動摩擦によっても傷が付き難い。以上の効果によ
り液体トナーを用いたプリンタに装着して画像を作成し
た結果多数枚にわたって、鮮明な画像を得ることができ
た。耐久性テストを行い、市販の感光体と比較した結
果、保護層を設けた感光体の寿命が約３倍以上となり、
実用上有効であることが示された。

【００３１】

【実施例】以下に、本発明を実施例１〜３に基づいて説
明する。

【実施例１】トリメトキシメチルシラン３０部、イソプ
ロピルアルコール７０部、水８部、無水酢酸０．０１部
を混合し５０℃で１時間撹拌を続けた。その後２５℃に
冷却し粘度を測定したところ２０センチポイズであっ
た。こうして表面保護層塗布液を調製した。この溶液を
厚さ８０ミクロンのアルミニウム箔に塗布し、１２０℃
で３０分間加熱乾燥したところ、透明な硬い皮膜が形成
された。表面の硬さは鉛筆硬度２Ｈであった。

【００３２】比較例１の電子写真感光体上に、上記の方
法により調製した表面保護層塗布液４０部、イソプロピ
ルアルコール４０部の混合液を塗布し、１２０℃で３０
分間乾燥して膜厚２ミクロンの表面保護層を形成した。
塗布時の環境は２５℃、５０％ＲＨであった。感光体の
構成を図１に示す。

【００３３】上記保護層を有する感光体に対して−６．
０ＫＶのコロナ帯電、光像露光による表面電位の初期特
性を表１に示す。低分子脂肪族炭化水素（商品名アイソ
パーＧ エクソン化学製）中にカーボンとアクリル樹脂
の混合物を分散させた液体トナーを現像剤として用いた
プリンタ図２に装着して行った耐久テストの結果を表２
に示す。本実施例のように保護層を有する感光体では低
分子脂肪族炭化水素の侵入に起因すると思われる濃度低
下は発生せず５００００枚プリント時点でスクラッチ状
の模様が認められた。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【実施例２】アルコキシドシラン混合液（商品名ソルガ
ード、（株）日本ダクロシャムロック製）３０部、イソ
プロピルアルコール２０部を均一に撹拌溶解させ、表面
保護層塗布液を調製した。この塗布液を厚さ８０ミクロ
ンのアルミニウム箔に塗布し、８０℃で６０分間加熱乾
燥したところ、透明な硬い皮膜が形成された。表面の硬
さは鉛筆硬度Ｈであった。比較例１で作成した電子写真
感光体上に上記の塗布液を塗布し８０℃で６０分間乾燥
して、厚さ２ミクロンの保護層を設けた。塗布時の環境
は２５℃５０％ＲＨであった。この感光体に対して−
６．０ＫＶのコロナ帯電、光像露光による表面電位の初
期特性を表１に示す。さらに低分子脂肪族炭化水素（商
品名アイソパーＨ エクソン化学製）中にカーボンとア
クリル樹脂の混合物を分散させた液体トナーを現像剤と
して用いたプリンタに装着して行った耐久テストの結果
を表２に示す。本実施例でも保護層による低分子脂肪族
炭化水素の侵入が防止され５００００枚プリント後も濃
度低下は発生しなかった。ただし機械的摩擦によるもの
と思われるスクラッチ模様が認められた。

【００３７】

【実施例３】実施例２で作成した表面保護層を有する感
光体を市販の乾式トナーを用いたプリンタに装着して画
像テストおよび耐久テストを行った。−６．０ＫＶのコ
ロナ帯電、露光による表面電位の初期特性を表１に示
す。実際にプリンタによる画像形成を連続して行う耐久
テストを行った結果を表２に示す。

【００３８】

【比較例１】８０ｍｍφ×３００ｍｍのアルミニウムシ
リンダーを導電性支持体とし、これにポリアミド（商品
名アミランＣＭ−４０００東レ（株）製）の５％メタノ
ール溶液を浸漬塗布し、１ミクロン厚の下引層を設け
た。次にＸ型無金属フタロシアニン（アイ・シー・アイ
・ジャパン（株）製）、１０部ポリビニールブチラール
（商品名エスレックＢＭ−２積水化学（株）製）、５部
およびエチルアルコール２０部シクロヘキサノン３０部
をサンドミルで分散した。この分散液にメチルエチルケ
トン１００部を加えて、前記下引層上に塗布し、８０℃
で乾燥して、膜厚０．３ミクロンの電荷発生層を形成し
た。

【００３９】次にビスフェノールＺ型ポリカーボネート
（三菱ガス化学（株）製）１０部をシクロヘキサノン５
０部、テトラヒドロフラン２０部に溶解させ、さらに９
−イソプロピル−９Ｈ−カルバゾール−３−カルバルデ
ヒド−ジフェニルヒドラゾン１０部を加えて溶解させ
て、電荷輸送層塗布液を調製した。この電荷輸送層塗布
液を上記電荷発生層上に塗布し、１１０℃で３０分間乾
燥を行い、厚さ１８ミクロンの電荷輸送層を形成した。
この感光体に−６．０ＫＶのコロナ帯電、レーザー露光
による表面電位の初期特性を表１に示す。低分子脂肪族
炭化水素（商品名アイソパーＨ エクソン化学製）中に
カーボンとアクリル樹脂の混合物を分散させた液体トナ
ーを現像剤として用いたプリンタに装着して行った耐久
テストの結果を表２に示す。この結果では５００００枚
プリントした時点ですでに濃度低下が発生しており、次
第に顕著となり２００００枚の時点では実用的に使用不
能となった。

【００４０】

【比較例２】比較例１で作られた感光体を市販の乾式ト
ナーを用いたプリンタに装着して行った耐久テストの結
果を表２に示す。乾式トナーによる現像では機械的摩擦
が強くはたらき、２００００枚時点で濃度は変わらない
がスクラッチ模様が認められ、これが原因で５００００
枚時点では画像濃度が低下した。

【発明の効果】本発明にかかる電子写真感光体はシリコ
ン系樹脂皮膜を表面保護層として用い、その層は硬く、
かつ有機溶媒の一種である脂肪族炭化水素に対して、非
付着性および拡散防止性を有するために、低分子脂肪族
炭化水素をキャリアとして用いた液体トナーを使用する
プリンタに装着した場合には、感度低下などを防ぎ耐久
性を向上させる特徴を有する。かつ乾式トナープリンタ
に装着して使用する場合にも表面保護層の硬度が高いた
めに機械的損傷が発生し難く、耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】感光体の構成図

【図２】液体トナー現像法によるプリンタ構成図

【符号の説明】 １導電性基体 ２下塗層 ３電荷発生層 ４電荷移送層 ５保護層 ６ＬＥＤアレイ フ感光体 ８帯電コロナ ９現像部 １０スクイズローラ １１転写部 １２クリーニング部 １３給紙部 １４レジストローラ １５分離部 １６定着部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性支持体と、該導電性支持体上に形
   成された有機感光層と、該有機感光層上に形成された表
   面保護層とを備える電子写真感光体において、前記表面
   保護層がシリコーン化合物で形成されていることを特徴
   とする電子写真感光体。
2. 【請求項２】 前記表面保護層は、アルコキシドシラン
   加水分解物の溶液を、前記有機感光層上に塗布した後加
   熱硬化させて形成したことを特徴とする請求項１に記載
   の電子写真感光体。
3. 【請求項３】 前記アルコキシドシラン加水分解物は、
   ８０℃より１２０℃の温度範囲で３０分間より６０分間
   加熱硬化させて形成したことを特徴とする請求項２に記
   載の電子写真感光体。
4. 【請求項４】 前記アルコキシドシラン加水分解物の溶
   液は前記アルコキシドシラン加水分解物を化１の化学構
   造を有する有機溶剤に溶解させたものであることを特徴
   とする請求項３に記載の電子写真感光体。 【化１】
5. 【請求項５】 前記アルコキシドシラン加水分解物の溶
   液は前記アルコキシドシラン加水分解物を化２の化学構
   造を有する有機溶剤に溶解させたものであることを特徴
   とする請求項３に記載の電子写真感光体。 【化２】
6. 【請求項６】 請求項１に記載の電子写真感光体の製造
   方法であって、前記アルコキシドシラン加水分解物の溶
   液を前記有機感光層上に塗布する工程と、８０℃より１
   ２０℃の温度範囲で３０分間より６０分間加熱する工程
   とを備えることを特徴とする電子写真感光体の製造方
   法。
7. 【請求項７】 電子写真感光体と、該電子写真感光体を
   帯電させる帯電手段と、前記電子写真感光体上に光像を
   形成する光像形成手段と、現像手段と、現像された前記
   電子写真感光体上のトナー像を転写材に転写する転写手
   段とを備える電子写真画像形成装置において、前記電子
   写真感光体として請求項１ないし請求項５に記載の電子
   写真感光体を備えることを特徴とする電子写真画像形成
   装置。
8. 【請求項８】 前記現像手段はトナーを低分子脂肪族炭
   化水素に分散させた液体現像剤を使用することを特徴と
   する請求項７に記載の電子写真画像形成装置。