JP2004109607A - 電子写真装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子写真感光体、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段および該電子写真感光体上の転写残トナーを除去する手段を有する電子写真装置において、該電子写真感光体の表面層が、特定のジオルガノポリシロキサン、フッ素原子含有樹脂微粒子および特定の繰り返し単位を有するポリアリレート樹脂を含有し、該トナーが滑剤を含有し、該転写残トナーを除去する手段が、ポリウレタン樹脂からなるクリーニングブレードであり、かつ該クリーニングブレードと該電子写真感光体の周方向における接触長さが0.1〜2.5mmであることを特徴とする電子写真装置および該電子写真装置に用いられるプロセスカートリッジ。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真装置および該電子写真装置に用いられるプロセスカートリッジに関し、詳しくは、表面層が特定のポリシロキサン、フッ素原子含有樹脂微粒子および特定のバインダー樹脂を含有する電子写真感光体を有し、滑剤を有するトナーを用い、さらに特定のクリーニング手段を有する電子写真装置およびプロセスカートリッジに関する。
【0002】
【従来の技術】
像保持部材の代表的なものの1つとして電子写真感光体が挙げられる。電子写真技術は即時性や高品質の画像が得られることなどから、近年では複写機の分野にとどまらず、各種プリンターの分野でも広く使われ応用されてきている。その中核となる感光体については、セレン、硫化カドミウムおよび酸化亜鉛に代表される無機系材料があるが、近年では無公害性、高生産性、材料設計の容易性および将来性などの点から有機系材料の開発がさかんに行われている。
【0003】
これらの電子写真感光体には、当然ながら適用される電子写真プロセスに応じた電気的、機械的さらには光学的特性など様々な特性が要求される。特に繰り返し使用される感光体においては、帯電、露光、現像、転写およびクリーニングといった電気的および機械的な力が、直接的または間接的に繰り返し加えられるため、安定化した特性を得るために耐久性が要求される。
【0004】
さらに、現在から将来に向けて電子写真システムを用いた装置においては、高速化、高画質化および高安定化がさらに要求されてくるため、無機系感光体に比較して表面層の耐磨耗性が十分ではない有機系感光体では、表面層の耐磨耗性向上が特に必要となってくる。
【0005】
その中で、耐磨耗性を向上させる手法として、表面層に強度や潤滑性に優れるバインダー樹脂を用いる手法、例えば特開平9−73183号公報に示されるように特殊構造のポリアリレート樹脂を用いる手法、さらには特開平9−319129号公報に示されるようにフッ素原子含有樹脂微粒子を含有させることによって、より良好な強度や潤滑性を得る手法などが示されている。また、特開2000−81715公報に示されるように、感光層中のフッ素原子含有樹脂微粒子の分散性を向上させる材料の試みもなされてきている。しかし、これらの試みはある特定の課題に対して効果を示してはいるが、将来の電子写真システムにおいて要望、要求されるさらなる小型化や高画質化などにおいて、これらの手法を単に組み合わせるだけではより良い構成が得られない。特に、電子写真感光体において小径かつ高耐久性を実現させようとした場合、ポリアリレート樹脂を表面層に用いた電子写真感光体においては、高耐久は実現できるものの、電子写真感光体のクリーニングに用いられるブレードの材質によっては、通常の使用については問題が生じないものの、トナー消費量が少ない原稿を連続して出力した時などは、クリーニング部材と電子写真感光体の間にトナーが少なくなるため、クリーニング部材と感光体表面層との摩擦係数が上昇することによりスティックスリップを起こし易くなる。この現象は、特にクリーニングブレードの硬度が高くなる低温低湿下で顕著である。その結果として、所謂ブレード鳴きを生じてしまうことがある。このブレード鳴きは、使用者に不快感を与えると共に、耐久を重ねることによりブレードの劣化を早め、ブレード捲れやクリーニング不良などの問題を起こしてしまう。
【0006】
【特許文献1】
特開平9−73183号公報
【特許文献2】
特開平9−319129号公報
【特許文献3】
特開2000−81715公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、あらゆる環境における繰り返し使用において、ブレード鳴きを防止でき、耐久性が向上した電子写真感光体を有し、さらに良好な画像を長期間得ることができる電子写真装置および該電子写真装置に用いられるプロセスカートリッジを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、支持体上に感光層を有する電子写真感光体、該電子写真感光体を帯電する手段、該電子写真感光体を露光することにより潜像を形成する手段、該潜像をトナーで現像することにより可視像を形成する手段、該可視像を転写ローラにより転写材に転写する手段および該電子写真感光体上の転写残トナーを除去する手段を有する電子写真装置において、
該電子写真感光体の表面層が、下記式(1)で示されるジオルガノポリシロキサン、フッ素原子含有樹脂微粒子および下記式(2)で示される繰り返し単位を少なくとも有するポリアリレート樹脂を含有し、
該トナーが滑剤を含有し、
該転写残トナーを除去する手段が、ポリウレタン樹脂からなるクリーニングブレードであり、かつ該クリーニングブレードと該電子写真感光体の周方向における接触長さが0.1〜2.5mmであることを特徴とする電子写真装置である。
【0009】
【化5】
(式中、R11〜R16は置換もしくは無置換の炭化水素基を示し、Bはフルオロアルキル基を有する置換もしくは無置換の有機基を示し、少なくとも1つのDは末端が封鎖された重合度3以上の、置換もしくは無置換のポリスチレン鎖を有する基を示し、E11およびE12はR11〜R16、BおよびDから選択される基を示し、x、yおよびzは1〜1,000の整数を示す。)
【0010】
【化6】
(式中、R21〜R25は水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基、アリール基またはアルコキシ基を示す。)
【0011】
また、本発明は、電子写真感光体、現像手段およびクリーニング手段、または、電子写真感光体、帯電手段、現像手段およびクリーニング手段を一体に支持し、電子写真装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、該電子写真感光体、該現像手段に用いるトナーおよび該クリーニング手段が、上記電気写真装置の電子写真感光体、トナーおよびクリーニングブレードであることを特徴とするプロセスカートリッジである。
【0012】
【発明の実施の形態】
上記式(1)中、R11〜R16の置換もしくは無置換の炭化水素基としては、炭素数1〜30のアルキル基、アルケニル基、アリール基およびアリールアルケニル基などが挙げられる。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基およびブチル基、アルケニル基としては、エテニル基およびプロペニル基など、アリール基としては、フェニル基、トリル基およびキシリル基など、アリールアルケニル基としては、フェニルエテニル基などが挙げられる。これらの中でもメチル基およびフェニル基が好ましい。なお、R11〜R16は同一であっても異なっていてもよい。
【0013】
Bは、フルオロアルキル基を有する置換もしくは無置換の有機基であるが、下記式(3)で示されることが好ましい。
【0014】
【化7】
(式中、R31はアルキレン基またはアルキレンオキシアルキレン基を示し、aは3以上の整数を示す。)
R31のアルキレン基としては、エチレン基およびプロピレン基などが挙げられ、アルキレンオキシアルキレン基としては、エチレンオキシエチレン基、エチレンオキシプロピレン基およびプロピレンオキシプロピレン基などが挙げられる。
【0015】
Dの置換もしくは無置換のポリスチレン鎖を有する基は下記式(4)で示されることが好ましい。
【0016】
【化8】
(式中、R41およびR42は置換もしくは無置換のアルキル基または置換もしくは無置換のアリール基を示し、W41は炭化水素基を示し、W42は末端が封鎖された重合度3以上の、置換もしくは無置換のポリスチレン鎖を示し、bは0または1を示す。)
【0017】
R41およびR42のアルキル基としては、メチル基、エチル基およびプロピル基などが挙げられ、アリール基としてはフェニル基などが挙げられる。R41およびR42は同一でも異なっていてもよい。
【0018】
W41の炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基およびプロピレン基などのアルキレン基が挙げられ、炭素数1〜10であることが好ましい。
【0019】
E11およびE12はR11〜R16、BおよびDから選択される基であり、同一でも異なっていてもよい。
【0020】
上述の基が有してもよい置換基としては、フッ素原子、塩素原子およびヨウ素原子などのハロゲン原子、メチル基、エチル基およびプロピル基などのアルキル基、およびフェニル基などのアリール基などが挙げられる。
【0021】
Xは0〜1,000の整数であるが、5〜200の整数であることが好ましい。
【0022】
Yは1〜1,000の整数であるが、5〜200の整数であることが好ましい。
【0023】
Zは1〜1,000の整数であるが、5〜200の整数であることが好ましい。
【0024】
X+Y+Zは2〜2,000であることが好ましく、特には5〜1,000、さらには20〜500であることが好ましい。
【0025】
Y+Zは20〜100であることが好ましい。
【0026】
本発明において、X、YおよびZが2以上である場合、R11〜R14、BおよびDはそれぞれ2種類以上であってもよい。例えば、Yが3のとき、3つのBがすべて同じものでも、2つのBが同じで1つのBが異なるものでも、3つのBが異なるものでもよい。
【0027】
また、本発明においては、便宜上、R11およびR12を有するシロキサンユニットの数をX、R13およびBを有するシロキサンユニットの数をY、R14およびDを有するシロキサンユニットの数をZとして式(1)に示したが、これらのユニットは混在してもよい。即ち、R11およびR12を有するシロキサンユニットとR13およびBを有するシロキサンユニットが交互に存在していてもよい。例えば、以下のように結合していてもよい。
【0028】
【化9】
(f、g、hおよびiは整数を示す。)
【0029】
以下に式(1)で示されるジオルガノポリシロキサンの例を挙げる。これらは、一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【表3】
【0033】
これらの中では、(1−1)、(1−2)、(1−3)および(1−7)が好ましく、特には、(1−1)および(1−3)が好ましい。
【0034】
本発明に用いられるジオルガノポリシロキサンの重量平均分子量は1,000〜1,000,000であることが好ましく、10,000〜100,000であることがより好ましい。
【0035】
また、ジオルガノポリシロキサン中のフッ素原子を持つユニットの含有量はジオルガノポリシロキサン全質量に対して、1〜70質量%であることが好ましく、5〜50質量%であることがさらに好ましい。フッ素原子を持つユニットの含有量が1質量%未満ではフッ素原子含有樹脂微粒子の分散安定機能が十分に発揮されにくくなり、溶解性や分散性などの特性から、扱い易い比率としては50質量%未満までが好ましいが、分散性などを重視するなら70質量%程度までは可能である。しかし、70質量%を超えるとバインダー樹脂との相溶性、該ポリシロキサン自体の溶媒への溶解性が悪くなり易い。
【0036】
上記式(2)中、R21〜R25のアルキル基は炭素数が1〜5であることが好ましく、アリール基としては、フェニル基、トリル基およびキシリル基が挙げられ、アルコキシ基は炭素数1〜5であることが好ましく、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素および臭素が挙げられる。R21〜R24のうち少なくとも1つがメチル基であることが好ましい。
【0037】
式(2)で示されるポリアリレート樹脂が有する繰り返し単位の具体的な例として次に示すが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。
【0038】
【表4】
【0039】
この中で、(2−2)、(2−3)、(2−4)および(2−7)が好ましく、特には、(2−2)および(2−3)が好ましい。
【0040】
本発明においては、溶媒への溶解性や、電荷輸送物質との相溶性などを目的として、ポリアリレート樹脂を、式(2)で示される繰り返し単位と下記式(5)で示される繰り返し単位とを有する共重合体とすることが好ましい。
【0041】
本発明は、上に示した繰り返し単位を少なくとも含むことで効果を示し、式(5)で示されるポリアリレートと共重合して用いることもできる。
【0042】
【化10】
(式中、R51〜R54は水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは無置換のアルキル基、アリール基またはアルコキシ基を示す。また、R55およびR56は水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは無置換のアルキル基、アリール基およびR55とR56が結合することによって形成するアルキリデン基を示す。)
【0043】
式(5)で示される繰り返し単位の具体的な例として次に示す。
【0044】
【表5】
【0045】
【表6】
【0046】
式(2)で示されるポリアリレートと式(5)で示されるポリアリレートとが共重合する場合、式(5)で示されるポリアリレートの繰り返し単位は、(5−2)、(5−3)および(5−6)が好ましい。また、共重合比率(質量)は、{式(2)で示されるポリアリレート/式(5)で示されるポリアリレート}=1/9〜8/2が好ましく、特には2/8〜7/3が好ましい。また、共重合の際に、式(5)の中、または、異なるビスフェノール構造類の中から2種類以上を用いて、多元共重合体とすることもできる。また、共重合の際に、式(2)の比率は、樹脂全質量を10質量部としたときに1質量部以上であることが好ましい。
【0047】
本発明に用いられるポリアリレート樹脂の重量平均分子量は、100,000以上であることが好ましい。
【0048】
フッ素原子含有樹脂微粒子としては、四フッ化エチレン樹脂、三フッ化塩化エチレン樹脂、四フッ化エチレン六フッ化エチレンプロピレン樹脂、フッ化ビニル樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、二フッ化二塩化エチレン樹脂およびこれらの共重合樹脂などの粒子が挙げられる。これらの中では、特に四フッ化エチレン樹脂(ポリテトラフルオロエチレン)が好ましい。
【0049】
また、粒径は体積平均粒径で0.05〜0.5μmであることが好ましく、特には0.1〜0.4μmであることが好ましい。
【0050】
式(1)で示されるジオルガノポリシロキサンは、フッ素原子含有樹脂微粒子およびバインダー樹脂と混合して、あらかじめ分散することが好ましい。ジオルガノポリシロキサンの含有量は、フッ素原子含有樹脂微粒子100質量部に対して0.1から30質量部であることが好ましく、特には3〜15質量部であることが好ましい。含有量が少なすぎると本発明の効果が得られにくく、多すぎるとキャリヤトラップの原因となり電位変動が生じ易くなる。また、あらかじめジオルガノポリシロキサンとフッ素原子含有樹脂微粒子と少なくとも式(2)で示されるポリアリレートを含むバインダー樹脂で分散する場合は、フッ素原子含有樹脂微粒子の質量部に対しバインダー樹脂の質量部を等量以下においても分散は可能であるが、好ましくは等量以上、さらに好ましくは1.5倍以上にするとより良好な分散状態が得られる。
【0051】
表面層におけるフッ素原子含有樹脂微粒子の含有量は表面層の全体100質量部に対して、0.5〜30質量部が好ましい。0.5質量部未満では、耐磨耗性の効果が少なく、30質量部を超えると光の透過性の低下、散乱などが生じて電子写真特性に悪影響を与える。しかし、本発明ではより良好なフッ素原子樹脂微粒子分散性が得られているため25質量部程度では悪い影響は生じておらず、30質量部以下なら実用上で問題が無いことも特徴である。本発明で述べる表面層とは、通常の負帯電型積層感光体なら電荷輸送層であり、さらにその上に形成される保護層でもよい。
【0052】
以下、本発明に用いられる電子写真感光体の構成について説明する。本発明における電子写真感光体は、支持体上に感光層を有する。感光層は電荷輸送物質と電荷発生物質を同一の層に含有する単層型であっても、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を有する積層型でもよいが、電子写真特性からは、積層型が好ましい。
【0053】
支持体は導電性を有するものであればよく、アルミニウムおよびステンレスなどの金属、あるいは導電層を設けた金属、紙およびプラスチックなどが挙げられる。
【0054】
本発明においては、支持体と感光層の間に、干渉縞を防止すること、また、支持体の傷を被覆することを目的とした導電層を設けてもよい。この導電層はカーボンブラックや金属粒子などの導電性粒子をバインダー樹脂に分散させて形成することができる。さらに干渉縞を抑制するためにシリカ微粒子を適量添加することも効果的である。導電層の膜厚は好ましくは2〜40μm、より好ましくは5〜25μmである。また、干渉縞抑制のために支持体表面を切削、疎面化およびアルマイト処理などを行うこともできる。
【0055】
支持体または導電層の上に、層の接着機能および電荷バリヤー機能を有する中間層を設けてもよい。中間層の材料としては、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、エチルセルロース、カゼイン、ポリウレタンおよびポリエーテルウレタンなどが挙げられる。これらは適当な溶媒に溶解して塗布される。中間層の膜厚は好ましくは、0.05μm〜5μm、より好ましくは0.3〜1.5μmである。
【0056】
本発明に用いられる電荷発生物質としては特に限定はないが、例えば、セレン−テルル、ピリリウムおよびチアピリリウム系の染料、フタロシアニン、アントアントロン、ジベンズピレンキノン、トリスアゾ、シアニン、ジスアゾ、モノアゾ、インジゴ、キナクリドンおよび非対称キノシアニン系の各顔料が挙げられる。
【0057】
機能分離型の場合、電荷発生層は、前記電荷発生物質を質量比で0.3〜4倍量のバインダー樹脂と共に、アトライター、ロールミルおよび液衝突型高速分散機などの方法で分散させた分散液を塗布し、乾燥することによって形成される。ただし、電荷発生物質の特性によってはバインダー樹脂を溶剤と電荷発生物質を分散した後に投入したり、バインダー樹脂を使用しなかったりすることも可能である。電荷発生層の膜厚は、好ましくは5μm以下、より好ましくは0.1〜2μmである。
【0058】
電荷輸送層は主として、電荷輸送物質とバインダー樹脂、電荷輸送層が表面層である場合はさらに式(1)で示されるジオルガノポリシロキサンとを溶剤中に溶解し、さらにフッ素原子含有樹脂微粒子を分散することにより得られた塗料を塗布し、乾燥することによって形成する。用いられる電荷輸送物質としては、トリアリールアミン系化合物、ヒドラジン系化合物、スチルベン系化合物、ピラゾリン系化合物、オキサゾール系化合物、トリアリルメタン系化合物およびチアゾール系化合物が挙げられる。
【0059】
表面層に用いられるバインダー樹脂としては、式(2)の構造を少なくとも持つものであるが、発明の効果が得られる範囲において、次の樹脂を混合して用いることもできる。フェノキシ樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、他構造のポリアリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル樹脂、メタクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂あるいはこれらの樹脂の繰り返し単位のうち2つ以上を含む共重合体、例えばスチレン−ブタジエンコポリマー、スチレン−アクリロニトリルコポリマーおよびスチレン−マレイン酸コポリマーなどを挙げることができる。また、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリビニルアントラセンおよびポリビニルビレンなどの有機光導電性ポリマーからも選択できる。
【0060】
電荷輸送層の膜厚は、好ましくは5〜50μm、より好ましくは10〜30μmである。電荷輸送物質とバインダー樹脂との比率(質量)は5/1〜1/5、好ましくは3/1〜1/3程度である。なお、塗布する方法としては、浸漬塗布、スプレー塗布、ブレード塗布およびロール塗布など一般的な方法が挙げられる。
【0061】
フッ素原子含有樹脂微粒子の分散には、ホモジナイザー、ラインミキサー、ウルトラディスパーサー、ホモミキサー、液衝突型高速分散機および超音波分散機などの各種乳化機や分散機、ミキサーなどの混合装置が使用できる。
【0062】
なお、重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー装置HLC8120GPC(東ソー社製)を用い、標準ポリスチレン換算で示される値で示した。
【0063】
本発明に用いられるトナーの内添処方に関しては何ら限定はない。即ち、公知のトナー用バインダー樹脂、磁性体、着色剤、荷電制御剤および離型剤等の使用が可能である。
【0064】
本発明に用いられるトナーの滑剤は、フッ素系樹脂粉末(四フッ化エチレン樹脂、三フッ化塩化エチレン樹脂、四フッ化エチレン六フッ化エチレンプロピレン樹脂、フッ化ビニル樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、二フッ化二塩化エチレン樹脂およびこれらの共重合樹脂など)や、脂肪酸金属塩(ステアリン酸亜鉛およびステアリン酸カルシウムなど)などであるが、好ましくは、フッ素系樹脂微粒子、特には四フッ化エチレン樹脂(ポリテトラフルオロエチレン)である。滑剤は、トナー粒子100質量部に対し、0.05〜10質量部用いられ、好ましくは、0.1〜1質量部用いられる。これら滑剤は、単独で用いても、また、複数併用してもよい。
【0065】
本発明において現像装置に使用できるトナーを作成するには、例えば熱可塑性樹脂、定着助剤や着色剤としての顔料または染料、荷電制御剤およびその他の添加剤をボールミルのような混合機により十分混合した後、加熱ローラ、ニーダーおよびエクストルーダー等の熱混練機を用いて溶融混練して樹脂類を互いに相溶した中に、顔料または染料を分散または溶解して、冷却固化後、粉砕および分級を行い、次いで必要に応じて上述したシリカ微粉末等の流動性付与剤や金属酸化物等の帯電付与剤等をヘンシェルミキサーのような乾式混合機にて外添混合する。
【0066】
本発明で、感光体表面に当接させるクリーニングブレードとしては、ポリウレタン樹脂より形成されたものが使用される。使用できるポリウレタン樹脂としては、例えば、一成分系熱硬化型、二成分系硬化型および二成分ポリオール硬化型等があるが、特に二成分ポリオール硬化型のものが好ましい。
【0067】
二成分ポリオール硬化型のポリウレタン樹脂を構成する材料としては、ポリオール成分として長鎖ポリオール、短鎖ポリオールおよび所望によりポリアミンが、ポリイソシアネートと組み合わせて使用される。
【0068】
長鎖ポリオールとしては、例えば、ポリエーテル系で、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールおよびポリテトラメチレングリコール等、ポリブタジエン系で、末端に水素基を有するポリ(1,2−ブタジエン)およびポリ(1,4−ブタジエン)、ポリエステル系で、ポリ(ジエチレンアジペート)、ポリ(プロピレンアジペート)、ポリ(テトラメチレンアジペート)、ポリ(ヘキサメチレンアジペート)およびポリ(ネオペンチレンアジペート)等、その他、ポリ−ε−カプロラクトンおよびポリ(ヘキサメチレンカーボネート)等が挙げられる。
【0069】
短鎖ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、トリメチロールプロパン、イソプロパノールアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)アニリン、ヒドロキノンビス(β−ヒドロキシエチル)エーテルおよびレゾルシノールビス(β−ヒドロキシエチル)エーテル等が挙げられる。
【0070】
ポリアミンとしては、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、1,2−ビス(2−アミノフェニルチオ)エタンおよびトリメチレングリコール−p−アミノベンゾエート等が挙げられる。
【0071】
ポリイソシアネートとしては、例えばトリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ジフェニレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアナート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンイソシアネートメチルエステルおよびメチルジイソシアナート等が挙げられる。
【0072】
ところで、低温低湿環境下において、ポリウレタン樹脂より形成されたクリーニングブレードを、表面にポリアリレート樹脂を含有する感光体をおよび転写紙を用いた場合、感光体の汚染や傷の発生をさせ易い。しかしながら、本発明で用いる感光体およびトナーを使用し、クリーニングブレードと感光体の表面層とが、周方向の接触長さTが0.1〜2.5mmの範囲で接触した状態でクリーニングを行うことにより、感光体のクリーニング性が向上し、帯電部材表面の汚染や傷の発生を防止し、良好にクリーニングを行うことが可能になる。なお、本願明細書において、「周方向の接触長さ」とは、図1に示すように、感光体1の表面に接触するクリーニングブレード21の先端部断面の接触している部分の長さTを意味する。
【0073】
接触長さTが0.1mmよりも小さいと、再生紙中の填料や転写残トナー成分のクリーニング不良が起こり易くなり、帯電ローラへの汚れや傷による帯電不良に起因したカブリや筋等のある画像が形成され易くなり、また2.5mmよりも大きくなると、繰り返し使用する際に感光体表面層が傷つき易くなり、またブレード鳴きも悪化する問題がある。
【0074】
図2に、電子写真装置の概略構成例を示すが、これは1例であり、本発明を限定するものではない。
【0075】
図2に示す電子写真装置は、転写材にトナー画像を転写するための像担持体である感光体1と、感光体1上に一様帯電を行う帯電部材である帯電ローラ2と、感光体1のプロセススピードおよび帯電ローラ2に印加する電圧のレベルを制御する制御手段(不図示)とを備えている。
【0076】
また、上記装置は、感光体1上に静電潜像を形成するレーザースキャナ3と、形成した静電潜像を現像する現像器4と、現像されたトナー画像を転写する転写材を収納するカセット5と、カセット5から転写材を給送する給紙ローラ6と、給紙ローラ6により給紙された転写材を感光体1にタイミングよく転送するタイミングローラ7とを備えている。
【0077】
さらに、上記装置は、転写材を感光体1に押圧して転写材上にトナー像を転写する転写ローラ8と、トナー画像が転写された転写材を定着する定着器9と、トナー画像が定着された転写材を画像形成装置の外部に排紙する排紙ローラ10と、排紙された転写材を受ける排紙トレイ11と、転写残りのトナーをクリーニングするクリーナ12とを備えている。
【0078】
なお、図2に示す電子写真装置には、感光体1、現像器4およびクリーナ12、感光体1、帯電ローラ2、現像器4およびクリーナ12更に加えてを一体に支持するプロセスカートリッジが着脱できるような構造としている。
【0079】
また、レーザースキャナ3は、画像信号に基づいてラスタースキャンし、露光する。レーザースキャナ3は、半導体レーザーの点滅をポリゴンスキャナで走査し、光学系により感光体1上に照射させている。
【0080】
現像器4は、ジャンピング現像や、2成分現像、FEED現像などを行い、記録するところを、レーザーを点灯して潜像のうち電位が低い方にトナーを付着させる、反転現像が組み合わせて用いられる。
【0081】
さらに、転写ローラ8は、導電性の硬度の低い弾性体で、感光体1と転写ローラ8で形成されるニップ部で、バイアス電界によって静電的に転写が行われる。
【0082】
なお、図2に示す電子写真装置には、感光体1、現像器4およびクリーナ12、または、感光体1、帯電ローラ2、現像器4およびクリーナ12を一体に支持するプロセスカートリッジを着脱自在にできるような構造としている。
【0083】
次に、図2に示す電子写真装置の動作について説明する。まず、帯電ローラ2に、電圧が印加される。そして、感光体1上に帯電ローラ2によって一様帯電を行う。
【0084】
次に、レーザースキャナ3によって画像信号に基づいてラスタースキャンし露光する。レーザースキャナ3は、半導体レーザーの点滅をポリゴンスキャナで走査し、光学系により感光ドラム上に照射させる。こうして感光体1上に静電潜像を形成する。
【0085】
形成された静電潜像を現像器4によって現像する。現像は、ジャンピング現像等を用い、記録するところを、レーザーを点灯して潜像のうち電位が低い方にトナーを付着させる、反転現像が組み合わせて用いられる。この状態で、ホストコンピュータからプリント信号が送られると、カセット5に納められている転写材を、給紙ローラ6によって1枚ずつ給送する。
【0086】
次いで、タイミングローラ7によって、転写材を感光ドラム側に転送する。こうして、画像信号と同期をとって転写ローラ8で転写材上にトナー像が転写される。トナー画像が転写された転写材は、定着器9で定着され、排紙ローラ10で装置外へ送られ、排紙トレイ11に排出される。
【0087】
一方、転写残りのトナーは、クリーナ12のクリーニングブレードによって除去される。この転写残りのトナーは、図示しない廃トナー容器にスクリューによって搬送される。
【0088】
また、転写残りのトナーを除去しているときには、次の画像を形成するために、感光体1上に一様帯電を行い、総ての画像が転写材に転写されるまで、上記の動作を繰り返す。
【0089】
【実施例】
以下、実施例に従って説明する。なお、「部」とあるのは質量部を意味する。
【0090】
まず、本発明で用いるジオルガノポリシロキサンは、以下の例のように合成することができる。以下に合成例を示す。
【0091】
<合成例1>
ジオルガノポリシロキサンの合成
下記式で示されるポリシロキサン3.23g、塩化白金酸20ppm(5%イソプロピルアルコール溶液)、
【0092】
【化11】
アリル官能ポリスチレンとして、
【0093】
【化12】
を13.4gおよびm−キシレンヘキサフルオライド80gを混合し、徐々に加熱した。さらに、80℃で6時間反応を続けた。次いで、140℃の条件下で20Torrまで減圧して、溶媒や低沸点成分を除去した。このようにして得られた反応生成物を29Si−NMR、13C−NMRおよびFT−IRにより分析したところ、次式で示されるジオルガノポリシロキサン(前記例示化合物(1−1))であることが判明した。
【0094】
【化13】
【0095】
例示化合物(1−2)〜(1−12)を始め、他のジオルガノポリシロキサンも同様な方法により合成することができる。
【0096】
<合成例2>
本発明に用いるポリアリレートの合成
式(2−3)/式(5−2)=5/5の合成例を以下に示す。
【0097】
各々の式に由来するビスフェノールモノマーを各0.3mol、分子量調整剤としてp−t−ブチルフェノール0.012mol、水酸化ナトリウム65gをイオン交換水2リットルに溶解した後、相間移動触媒であるトリブチルベンジルアンモニウムクロライドを添加し溶解させた(水相)。別に、テレフタル酸クロライドとイソフタル酸クロライドの1:1混合物0.64molを1リットルのジクロロメタンに溶解した(有機相)。反応容器を20℃に保ち、強撹拌において水相に有機相を添加し、4時間の界面重合を行った。有機相に生成したポリマーが存在しているが、触媒のポリマー中への混入を抑えるために、この有機相をイオン交換水で十分に洗浄した。さらに、有機相をメタノールに滴下して、ポリマーを再沈殿させて単離した。得られたポリマーの分子量はMw=115,000であった。他のポリアリレートも同様な手法で合成できる。
【0098】
[感光体製造例]
(感光体製造例1)
直径30mm×長さ357mmのアルミシリンダーを水系洗浄剤を用いて超音波洗浄した後、80℃のイオン交換水に浸漬し、次いで引き上げることによって、乾燥した清浄な面を得た。この支持体上に、以下の材料より構成される塗料を浸漬塗布法により塗布し、140℃で30分熱硬化することによって、膜厚が15μmの導電層を形成した。
【0099】
導電性顔料:SnO2コート処理硫酸バリウム 10部
抵抗調節用顔料:酸化チタン 2部
バインダー樹脂:フェノール樹脂 6部
レベリング剤:シリコーンオイル 0.001部
溶剤:メタノール、メトキシプロパノール 0.2/0.8 20部
【0100】
次に、この導電層上に、N―メトキシメチル化ナイロン3部および共重合ナイロン3部をメタノール65部およびn−ブタノール30部の混合溶剤に溶解した溶液を浸漬塗布法で塗布し、90℃で10分間乾燥することによって、膜厚が1.0μmの中間層を形成した。
【0101】
次に、下記構造で示される電荷発生物質(CGM−1)4部およびテトラヒドロフラン70部を直径1mmガラスビーズを用いたサンドミル装置で10時間分散し、その後にポリビニルブチラール樹脂(エスレックBLS、積水化学社製)2部をテトラヒドロフラン20部に溶解した溶液を加え、さらに2時間分散をした。次に、ガラスビーズを分離し、シクロヘキサノン100部を加え電荷発生層用の分散液を調製した。この分散液を中間層上に浸漬塗布法により塗布し、80℃で10分間乾燥することによって、膜厚が0.1μmの電荷発生層を形成した。
【0102】
【化14】
【0103】
次に、電荷輸送層を形成するために電荷輸送層の塗料を調製した。まず、ポリアリレート樹脂として式(2−3)/式(5−2)=5/5の共重合体(Mw=115,000)10部をクロロベンゼン100部に溶解し、ポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子(ルブロンL−2:ダイキン工業製)5部および合成例1の式(1−1)で示されるジオルガノポリシロキサン1部を添加した。この混合物を液衝突分散機(ナノマイザー・分散圧600bar)を用い2回分散することによって、フッ素原子含有樹脂微粒子分散液を調製した。分散したフッ素原子含有樹脂微粒子はテトラヒドロフラン中において、溶媒粘度0.51cP、溶媒密度0.89g/cm3、サンプル密度2.17g/cm3として粒度分布測定器(CAPA700、堀場製作所社製)を用いて測定したところ、体積平均粒径として0.21μmであった。
【0104】
次に、下記式で示されるCTM−1/CTM−2/ポリアリレート樹脂/ポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子/ジオルガノポリシロキサンが、9/1/10/2.5/0.25であり、溶剤が80になるように、塗料を調製した。
【0105】
【化15】
【0106】
ポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子は、先に分散したフッ素原子含有樹脂微粒子分散液を用いた。なお、溶剤は最終比率でモノクロロベンゼン:ジクロロメタン=1:1になるように調製した。この塗料を浸漬塗布法で塗布して、120℃で1時間乾燥することによって、膜厚が30μmの電荷輸送層を形成した。
【0107】
(感光体製造例2〜3)
実施例1で用いたジオルガノポリシロキサンの代わりに、式(1−2)および(1−3)で示されるジオルガノポリシロキサンを用いた以外は、実施例1と同様に感光体を作製し、評価した。
【0108】
(感光体製造例4)
実施例1で用いたバインダー樹脂の代わりに、式(2−1)/式(2−3)/式(5−3)=2/3/5、Mw=130,000であるバインダー樹脂を用いた以外は、実施例1と同様に感光体を作製し、評価した。
【0109】
(感光体製造例5)
実施例1で用いたバインダー樹脂の代わりに、式(2−2)/式(5−3)=5/5、Mw=140,000であるバインダー樹脂を用いた以外は、実施例1と同様に感光体を作製し、評価した。
【0110】
(感光体製造例6)
ポリアリレートの分子量をMw=55,000でとした以外は、実施例1と同様に感光体を作製し、評価した。
【0111】
(感光体製造例7)
ポリアリレートの分子量をMw=75,000でとした以外は、実施例1と同様に感光体を作製し、評価した。
【0112】
(感光体製造例8)
実施例1で用いたジオルガノポリシロキサンの代わりに、下記式(C−1)で示されるジオルガノポリシロキサンを用いた以外は、実施例1と同様に感光体を作製し、評価した。
【0113】
【化16】
【0114】
(感光体製造例9)
実施例1で用いたジオルガノポリシロキサンの代わりに、下記式(C−2)で示されるジオルガノポリシロキサンを用いた以外は、実施例1−1と同様に感光体を作製し、評価した。
【0115】
【化17】
【0116】
(感光体製造例10)
ジオルガノポリシロキサンを用いなかった以外は、実施例1と同様に感光体を作製し、評価した。
【0117】
(感光体製造例11)
ポリアリレートをビスフェノールA型のみから構成される市販ポリアリレートA(U−100、ユニチカ社製)とした以外は、実施例1と同様に感光体を作製し、評価した。
【0118】
[クリーニングブレードの製造例]
ウレタンゴム組成物を通常のゴム加工に使用されるロール混合機により混合し、スクリュータイプの押し出し機によって厚さ2mmのシート状ブレード成形部材を押出成形した。得られたシート状物を所定のブレード寸法(幅15mm×長さ320mm)になるようにカッターにより切断し、ポリウレタン系クリーニングブレード1を作成した。
【0119】
[トナーの製造例]
(トナー製造例1)
【0120】
スチレン−n−ブチルアクリレート共重合体(共重合比8:2) 100部
四三酸化鉄 90部
アゾ系鉄錯体化合物(負帯電性荷電制御剤) 2部
低分子量エチレン−プロピレン共重合体 4部
【0121】
上記材料をヘンシェルミキサーにて前混合した後、130℃に設定した二軸混練押し出し機(PCM−30池貝鉄工所社製)によって、溶融混練した。なお、該トナーの内添処方を表2に示す。
【0122】
得られた混練物を冷却し、カッターミルで粗粉砕した後、ジェット気流を用いた微粉砕機で粉砕し、得られた微粉砕粉末をコアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、重量平均粒径7.5μmのトナー粒子を得た。
【0123】
該トナー粒子100部に対して、シリカ微粉体100部当りヘキサメチルジシラザン20部で疎水化処理したメタノールウェッタビリティ65%、BET比表面積260m2/gの疎水性シリカ微粉体を1.2部とチタン酸ストロンチウム微粉体0.6部とポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子(ルブロンL−2:ダイキン工業社製)0.1部を外添混合してトナー1を調製した。
【0124】
(トナー製造例2〜6)
表2に記載の処方でトナー製造例1と同様にしてトナー2〜6を作製した。各トナーの滑剤の種類および使用量を示す。
【0125】
[実施例1]
図2に示す画像形成装置としてキヤノン社製複写機「GP405」を用い、上記感光体製造例で作成した感光体1、クリーニングブレードの製造例で作成したクリーニングブレード1およびトナー製造例で作成したトナー1をセットし、以下の画像評価方法に従い、評価を行った。なお、クリーニングブレード1は、感光体と接触長さ1.0mmになるようにプロセスカートリッジを設定した。また、「GP405」は、一次帯電部材として、感光体表面に当接する接触帯電ローラを用い、この帯電ローラに直流電圧:−750V、交流電圧:ピーク間電圧1.85kV,周波数1834Hzの帯電電圧を印加して、感光体を一次帯電する構成を有する画像形成装置である。
【0126】
低温低湿(15℃、10%RH)環境において以下の評価を行った。
【0127】
(1)ブレード鳴き
前述の画像形成装置を用いて20,000枚の連続通紙の繰り返し使用の耐久試験を行い、ブレード鳴きの評価を行った。画像はA4縦送りで、印字率2%のパターンとして、評価は初期、500枚連続通紙を40回行い、感光体回転時のブレード鳴き、感光体停止時のブレード鳴きを評価した。
○:ブレード鳴き全く発生しない。
○△:ブレード鳴きが極軽微に発生しているが、機外には聞こえない。
△:機外に聞こえるブレード鳴きが軽微に発生している。
×:機外に明瞭に聞こえるブレード鳴きが発生している。
【0128】
(2)画像濃度
前述の画像形成装置を用いて、ブレード鳴き確認後、文字画像および反射濃度D=1.1(Macbeth反射濃度計RD914により、zero adjust value=0.06、calibration adjust value=1.73)の画像複写を行い、2,000枚後の画像濃度を測定した。画像濃度は、マクベス濃度計(マクベス社製)でSPIフィルターを使用して、反射濃度の測定を行い、φ5mmの印字部を測定した。
【0129】
(3)帯電ローラ表面の汚れとトナー成分の堆積の目視観察
○:汚れおよびトナー堆積が全く見られない。
○△:軽微な汚れが見られるが、トナー堆積は全く見られない。
△:スジ状の汚れが明確に発生しているが、トナー堆積は見られない。
△×:スジ状の汚れの明確な発生と共に軽微なトナー堆積が見られる。
×:スジ状の著しい汚れとトナー堆積が見られる。
【0130】
(4)画像評価
20000枚の耐久試験後に、A4サイズ記録紙全面にベタ黒画像、ハーフトーン画像、ベタ白画像および文字画像を出し画像評価を行った。
【0131】
これらの結果を表2に示す。
【0132】
(5)感光体磨耗量
前述の画像形成装置を用いて、A4サイズの普通紙を1枚複写ごとに1度停止する間欠モード(10秒/枚の複写間隔)にて、印字率6%の画像を10,000枚の複写を行い、耐久試験前の膜厚から耐久試験後の膜厚の差から磨耗量を求めた。
【0133】
[実施例2〜9]
実施例1で、トナーを表2に示すトナー2〜9にする以外は、実施例1と同様にして評価を行った。それらの結果を表3に示す。
【0134】
[実施例10〜15]
実施例1で、感光体を表1に示す感光体2〜7に、トナーを表2に示すトナー2にする以外は、実施例1と同様にして評価を行った。それらの結果を表3に示す。
【0135】
[比較例1〜4]
実施例1で、感光体を表1に示す感光体8〜11、トナーを表2に示すトナー2にする以外は、実施例1と同様にして評価を行った。それらの結果を表3に示す。
【0136】
[比較例5〜6]
実施例1で、クリーニングブレード1の感光体との接触長さを0.05mmおよび3.5mmに設定する以外は、実施例1と同様にして評価を行った。それらの結果を表3に示す。
【0137】
[比較例7]
実施例1で、トナーを表2のトナー10にする以外は、実施例1と同様にして評価を行った。それらの結果を表3に示す。
【0138】
【表7】
【0139】
【表8】
【0140】
【表9】
【0141】
表3に示したように、実施例ではブレード鳴きは発生せず、良好な画像が得られたが、比較例1、2においては、前記式(1)とは異なる構造のジオルガノポリシロキサンを用いたことから、表面層においてフッ素原子樹脂微粒子が十分に分散されずに、粒子が複数集まった凝集塊が発生したため、画像を出力すると、感光体に接触している電子写真装置の部材(接触帯電器やクリーナーなど)が、該塊と接触して感光層表面に多数の傷を形成し、これが画像上に黒スジとして現れ、またブレード鳴きも防止できなかった。また、比較例3においては、ジオルガノポリシロキサンを用いなかったことから、表面層においてフッ素原子樹脂微粒子が十分に分散されず、これが画像上に黒スジとして現れ、またブレード鳴きも防止できなかった。また、比較例4においては、前記式(2)とは異なる構造のポリアリレート樹脂を用いたことから、表面層におけるフッ素原子樹脂微粒子の分布濃度に偏り(不均一)が生じたため、これがカブリ画像として現れ、またブレード鳴きも防止できなかった。
【0142】
また、実施例14、15では他の実施例に比べ分子量がやや低めのポリアリレート樹脂を用いた結果、フッ素原子含有樹脂微粒子の分散性がやや劣り、文字画像の複写においては十分な画質が得られたが、中間調の画像などの複写においては若干劣った。従って、実施例14、15より高分子量のものを用いることが好ましいことが分かる。即ち、従来における汎用レベルの電子写真装置およびそれから得られる画像の画質においては大きな問題ではないが、高画質を要求する装置およびその画像の画質ではより高分子量のポリアリレート樹脂が好ましいことが分かる。
【0143】
また、比較例1〜4では、耐久使用による感光層の磨耗量が実施例よりも多く、感光体の寿命が短い。これは、フッ素原子含有樹脂微粒子の均一分散性が実施例のものより劣ることから、フッ素原子含有樹脂微粒子による耐磨耗性や潤滑性の機能が十分に発現されなかったと考えられる。言い換えれば、実施例においてはフッ素原子含有樹脂微粒子の機能をより効率的に発現できたといえる。
【0144】
さらに、本発明では、良好なフッ素原子含有樹脂微粒子の分散が達成されているため、感光層に潜像を形成する際の露光の妨げや、凝集塊による傷の形成要因とはならないため、フッ素原子含有樹脂微粒子の量を多め(表面層中に10質量%以上)に添加できる。そのため、さらに耐磨耗性を向上することが可能となる。
【0145】
即ち、本実施例は、低温低湿下でのブレード鳴きが無く、良好な画像と良好な耐磨耗性を示した。一方、比較例に示すようにバインダー樹脂、ジオルガノポリシロキサンなど本発明の条件から1つでも外れることにより良好な特性が得られなくなってしまった。
【0146】
また、ポリウレタン樹脂製クリーニングブレードと感光体の周方向における接触長さが特定範囲内でない場合(比較例5、6)、トナーに滑剤を用いなかった場合(比較例7)、ブレード鳴きが防止されしかも高画像の画像が得られるという本発明の効果は得られないことが分かる。
【0147】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る特定のジオルガノポリシロキサン、フッ素原子含有樹脂微粒子および特定の繰り返し単位を有するポリアリレート樹脂を含有する表面層を有する電子写真感光体を用い、滑剤を含有するトナーを用い、ポリウレタン樹脂からなるクリーニングブレードを用い、かつ該クリーニングブレードと該電子写真感光体の周方向における接触長さが0.1〜2.5mmである電子写真装置および該電子写真装置に用いられるプロセスカートリッジによれば、繰り返し使用において、低温低湿下でのブレード鳴きを防止でき、電子写真感光体の耐久性が向上し、さらに良好な画像を長期間得ることができた。即ち、高画質、高耐久を要求する次世代の電子写真装置およびプロセスカートリッジを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】接触長さTを説明するための説明図である。
【図2】本発明の電子写真装置の概略構成の例を示す図である。
【符号の説明】
1 感光体
2 接触帯電部材
3 レーザースキャナ
4 現像器
5 カセット
6 給紙ローラ
7 タイミングローラ
8 転写ローラ
9 定着器
10 排紙ローラ
11 排紙トレイ
12 クリーナ
13 制御手段
Claims (8)
- 支持体上に感光層を有する電子写真感光体、該電子写真感光体を帯電する手段、該電子写真感光体を露光することにより潜像を形成する手段、該潜像をトナーで現像することにより可視像を形成する手段、該可視像を転写ローラにより転写材に転写する手段および該電子写真感光体上の転写残トナーを除去する手段を有する電子写真装置において、
該電子写真感光体の表面層が、下記式(1)で示されるジオルガノポリシロキサン、フッ素原子含有樹脂微粒子および下記式(2)で示される繰り返し単位を少なくとも有するポリアリレート樹脂を含有し、
該トナーが滑剤を含有し、
該転写残トナーを除去する手段が、ポリウレタン樹脂からなるクリーニングブレードであり、かつ該クリーニングブレードと該電子写真感光体の周方向における接触長さが0.1〜2.5mmであることを特徴とする電子写真装置。
- 前記ジオルガノポリシロキサンのR11〜R16のうち少なくとも1つがメチル基またはフェニル基である請求項1に記載の電子写真装置。
- 前記ポリアリレート樹脂の重量平均分子量(Mw)が100,000以上である請求項1〜4のいずれかに記載の電子写真装置。
- 前記ポリアリレート樹脂のR21〜R24のうち少なくとも1つがメチル基である請求項1〜5のいずれかに記載の電子写真装置。
- 前記トナーに含まれる滑剤がフッ素系樹脂である請求項1〜6のいずれかに記載の電子写真装置。
- 電子写真感光体、現像手段およびクリーニング手段、または、電子写真感光体、帯電手段、現像手段およびクリーニング手段を一体に支持し、電子写真装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、該電子写真感光体、該現像手段に用いるトナーおよび該クリーニング手段が、請求項1〜7のいずれかに記載の電子写真感光体、トナーおよびクリーニングブレードであることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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