JP3656473B2

JP3656473B2 - 画像形成装置及び画像形成方法

Info

Publication number: JP3656473B2
Application number: JP23151899A
Authority: JP
Inventors: 護臨; 俊一郎栗原; 牧野　　要
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-08-18
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2019-08-18
Also published as: JP2001056595A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置及び方法に関するものである。詳しくは電子写真装置に用いられる画像形成装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真装置たとえば普通紙複写機、レーザプリンタ、ＬＥＤプリンタなどに用いられる潜像保持部材への帯電装置はコロナ放電装置を使うのが一般的でこれまで広く使われてきている。しかしコロナ放電装置には以下の問題点がある。
（１）放電を生じさせるために高圧電源が必要で、およそ４ＫＶ以上が要求される。従って電源コストが高くなり、配線などにも高圧ケーブルが必要、かつ電気的な高圧絶縁材も使用しなければならないので更にコストを押し上げることになる。
（２）気中放電であるためオゾンやＮＯｘの発生が避けられない。近年環境問題のため人体に好ましくないオゾンやＮＯｘの発生は極力避けなければならない。
（３）帯電が不均一になりがちである。すなわち放電現象を生じさせるために、一般的にはワイアとその回りにシールドケースを配置し、これらの間に高電圧を印加することになるが、長時間使用すると放電による生成物がワイア及びケースに沈着し放電が不安定になる。従って潜像保持部材の帯電が不均一になり、画像上にムラが生じる。特に負コロナ放電時にはこの生成物がワイアの汚れとなり著しく放電を不安定にする。従って定期的なワイア清掃が不可欠になりメンテナンスに手間がかかる。
【０００３】
これらのコロナ放電装置の欠点を改良するために接触帯電装置を使用し、低圧電源でオゾンの発生の少ないコンパクトな帯電装置とすることが提案されている。（例えば特開昭６３―１４９６６９号公報参照。）
一方、電子写真技術の中核をなす感光体については、現在一部にアモルファスシリコン、砒素―セレン系などの無機光導電材料が使われているが、主流は有機系感光体である。有機系感光体としてはいくつかの層構成が考案されているが、電荷発生と電荷輸送の機能を分離し電荷発生層、電荷輸送層を積層したいわゆる積層型感光体が、設計がやりやすい、生産性が高い、より高性能な感光体が得られることなどから、精力的に研究・開発されており、現在では中高速の複写機やプリンタにまで使用範囲が広がっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに有機系光導電層からなる潜像保持部材に接触させて帯電させる帯電装置及び方法を用いて画像形成を行った場合、これまで以下のような点が非常に大きな問題となっている。
（１）一般に潜像保持部材の光導電層は導電性基体上に設けられるが、光導電層に直接帯電部材が接触するので、光導電層中に何らかの欠陥があると帯電部材からの電流がその部分に集中し、潜像保持部材が不均一に帯電してしまうため点状或いは帯状といった画像欠陥が生じる。またこの様な欠陥部への帯電部材からの電流の集中が激しい場合には、光導電層自身が絶縁破壊されてしまい、以降正常な画像形成が不能になる。更に帯電部材自体もそのようなリーク電流により損傷を受けて使用に耐えなくなる。
（２）基体の表面に異物の付着、汚れ、微細な穴等の欠陥が存在すると、それらに起因する画像欠陥がコピー或いはプリント上に現れる場合がある。
（３）反転現像方式の場合、微小黒点、地カブリ等の画像欠陥がコピー或いはプリント上に現れる場合がある。特に高湿環境条件下で地カブリが著しくなり実用に耐えなくなる場合がある。
【０００５】
（１）の光導電層の絶縁破壊は有機系感光体の本質的弱さに由来するところ大であり、これまで有効な手段はほとんど知られていないのが実状である。（３）の問題に対しては、反転現像方式においては暗部電位が白地となり、明部電位が黒地部（画線部）となるが、このシステムにおいては潜像保持部材上に欠陥などによる局所的帯電不良が存在すると、白地への黒点あるいはそれらが多数存在すると地カブリのような現象となり、著しい画像不良となって現れる。
このような局所的帯電不良は正規現像において使用した場合には何ら問題を引き起こすことのないレベルであっても、反転現像においては画像不良と成りやすく、しかも従来より得られている積層型潜像保持部材では程度の差こそあれ、黒点、カブリに問題を持っていることが判った。
【０００６】
この問題の原因、すなわち局所的帯電不良には種々の原因が考えられるが、電極である導電性基体と光導電層との間で電荷の注入が局所的に起こり帯電電位があがらなくなるものと考えられる。
そこで本発明者らはこれらの問題を解決するために種々検討した結果、帯電部材を潜像保持部材に直接接触させて帯電させる装置及び方法において、特定の潜像保持部材を用いることによって画像欠陥が生じにくい画像形成装置及び方法が得られることを見出し本発明に到達した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、潜像保持部材、潜像保持部材に帯電させるための帯電部材、潜像保持部材に静電荷潜像を形成させるための露光手段、及び潜像を可視化するための現像手段とを有する画像形成装置において、帯電部材が潜像保持部材に接触させて帯電させる接触帯電部材であり、潜像保持部材が導電性基体上に少なくともバインダー樹脂、下記構造の電荷輸送剤（Ａ）又は（Ｂ）、及び電荷発生剤を含む有機系光導電層を設けたものであって、かつ、該電荷輸送剤を含む層における電荷輸送剤の量が、該層におけるバインダー樹脂１００重量部に対して１０〜５０重量部であることを特徴とする画像形成装置、およびかかる装置を用いた画像形成方法に関する。
【化２】

【０００８】
【発明の実施の形態】
まずはじめに、本発明で用いる潜像保持部材について説明する。
本発明で用いる潜像保持部材は、導電性基体上に、少なくとも有機系光導電層を設けた構成となっている。
導電性支持体としては、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、ニッケルなどの金属材料、もしくは、ポリエステルフィルム、紙等の絶縁性支持体の表面に導電性層を設けたもの、をシート状、ベルト状、ドラム状、またはロール状にして使用される。
【０００９】
絶縁静支持体の表面に設けられる導電性層としては、アルミニウム、銅、パラジウム、酸化スズ、酸化インジウム等が好ましい。
導電性支持体と有機系光導電層との間には、通常使用されるような公知のバリアー層が設けられていてもよい。バリアー層としては、例えばアルミニウム陽極酸化被膜、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム等の無機層、ポリビニルアルコール、カゼイン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、セルロース類、ゼラチン、デンプン、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミドなどの有機層が使用される。有機層をバリアー層として用いる場合には、有機化合物単独あるいはチタニア、アルミナ、シリカ、酸化ジルコニウム等の金属酸化物、あるいは銅、銀、アルミニウム等の金属微粉末を分散させて用いてもよい。これらのバリアー層の膜厚は適宜設定できるが、０．０５μm から２０μm 、好ましくは０．１μm から１０μm の範囲で用いることが好ましい。
【００１０】
光導電層は電荷発生層、電荷輸送層をこの順に積層したもの、電荷輸送媒体中に電荷発生物質を分散した、いわゆる分散型、などのいずれもが用いることができ、特に積層型が好ましい。
積層型光導電層の場合、電荷発生層に用いられる電荷発生物質としてはフタロシアニン顔料、アゾ、キナクリドン、多環キノン、ペリレン、インジゴ、ベンズイミダゾールなどの各種有機顔料が単独或いは併用して用いられる。中でもビスアゾ、トリスアゾ等のアゾ顔料並びに、無金属フタロシアニンまたは銅、インジウム、ガリウム、スズ、チタン、鉛、アルミニウム等の金属もしくはその酸化物、塩化物、水酸化物、アルコキシ化物の配位したフタロシアニン類が好ましい。これらは単独或いは併用して用いても構わない。電荷発生層はこれら物質の均一層としてあるいはバインダー中に微粒子分散された状態で形成される。
【００１１】
電荷発生層で使用されるバインダー樹脂としては、例えばポリエステル樹脂、ポリビニルアセテート、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリビニルアセトアセタール、ポリビニルプロピオナール、ポリビニルブチラール、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、セルロースエステル、セルロースエーテル等が挙げられる。この場合の使用比率はバインダー樹脂１００重量部に対して電荷発生物質１０から５００重量部の範囲より使用され、その膜厚は通常０．０１μm から５μm 、好ましくは０．０５μm から２μm である。また電荷発生層には必要に応じて塗布性を改善するためのレベリング剤や酸化防止剤、増感剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。また電荷発生層は上記電荷発生物質の蒸着膜であってもよい。
【００１２】
電荷輸送層に用いる電荷輸送物質としては、たとえばヒドラゾン誘導体、ピラゾリン誘導体、カルバゾール、インドール、オキサジアゾール等の複素環誘導体、トリフェニルアミン、トリトリルアミン等のアリールアミンの誘導体、スチルベン誘導体、ブタジエン誘導体、或いはこれらの構造を側鎖または主鎖に有する高分子化合物等が挙げられる。中でもヒドラゾン誘導体、アリールアミン類、スチルベン誘導体、ブタジエン誘導体等は電荷輸送能に優れたものが多く、好ましい例である。具体的には例えば特開平２―２３０２５５号公報、特開昭６３―２２５６６０号公報、特開昭５８―１９８０４３号公報、特公昭５８―３２３７２号公報、特開平１―１０２４６９号公報、特公平７―２１６４６号公報、特開平５―１１９４８９号公報、ＵＳＰ−５８０４３４４に記載されている化合物などが挙げられる。本発明では、電荷輸送物質の使用量が通常よりも少ないので、電荷輸送能の特に優れた材料を選択する方がよい。
【００１３】
電荷輸送層に使用されるバインダー樹脂としては、例えばポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどのビニル重合体、及びその共重合体、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネート、ポリスルホン、ポリイミド、フェノキシ、エポキシ、シリコーン樹脂などが挙げられ、またこれらの部分的架橋硬化物も使用できる。中でもポリカーボネート樹脂、ポリアリレート（ポリエステル）樹脂は機械的強度面等で好ましい例である。具体的には例えば、特開平５―８０５４８号公報、特開平２―６６５５５号公報、特開昭６１―１０５５５０号公報、特開昭６１―１３７１５７号公報、特開昭６０―１７２０４４号公報、特開昭６２―２１２６６１号公報、特開平３―２２１９６２号公報に記載されているバインダー樹脂などが挙げられる。
【００１４】
ここでバインダー樹脂と電荷輸送物質との割合は、バインダー樹脂１００重量部に対して１０〜５０重量部の範囲で用いられる。より好ましくは１５〜４５重量部、特に好ましくは２０〜４０重量部の範囲で使用される。電荷輸送物質の量が少なすぎると、電荷輸送の役割を十分に果たすことができず、多すぎると耐リーク特性が悪化する。
また電荷輸送層には、必要に応じて酸化防止剤、増感剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。電荷輸送層の膜厚は１０〜６０μm 、好ましくは１０〜４５μm の厚みで使用される。
潜像保持部材の最表面層として従来公知の例えば熱可塑性あるいは熱硬化性ポリマーを主体とするオーバーコート層を設けてもよい。
【００１５】
また、通常は電荷発生層の上に電荷輸送層を形成するがまた逆も可能である。積層型光導電層の各層の形成方法としては層に含有させる物質を溶剤に溶解または分散させて得られた塗布液を順次塗布する等の公知の方法が適用できる。
分散型光導電層の場合には、上記のような配合比のバインダー樹脂と電荷輸送剤を主成分とするマトリックス中に、前記電荷発生物質が分散される。その場合の電荷発生物質の粒子径は十分小さいことが必要であり、好ましくは１μm 以下より好ましくは０．５μm 以下で使用される。感光層内に分散される前記電荷発生物質の量は少なすぎると十分な感度が得られず、多すぎると帯電性の低下、感度の低下などの弊害があり、例えば好ましくは０．５〜５０重量％、より好ましくは１０〜４５重量％で使用される。また、バインダー樹脂と電荷輸送物質の使用比率は、バインダー樹脂１００重量部に対して、電荷輸送物質１０〜５０重量部、好ましくは１５〜４５重量部、より好ましくは２０〜４０重量部である。感光層の膜厚は通常５〜５０μm 、より好ましくは１０〜４５μm で使用される。またこの場合にも成膜性、可とう性、機械的強度等を改良するための公知の可塑剤を、残留電位を抑制するための添加剤を、分散安定性向上のための分散補助剤を、塗布性を改善するためのレベリング剤、界面活性剤、例えばシリコンオイル、フッ素系オイルその他の添加剤を添加してもよい。
【００１６】
上記の潜像保持部材に帯電を行う帯電部材の形状はブラシ状、ブレード状、フィルム状或いはローラ状等潜像保持部材に接触すればその形態は問わない。
例えば帯電装置がローラ状の場合、通常少なくとも芯材とその周囲を覆う帯電部材から構成される。
帯電部材としては潜像保持部材に密着させて接触させる必要から、比較的硬度が低い導電性または半導電性の弾性体が好ましく、例えばゴム材にカーボンなどの導電性粒子或いはその他の半導電性粒子を含有させた導電性ゴムが使用される。また帯電部材を支持部材と表面部材に分けて、支持部材に適当に硬度を持たせ潜像保持部材への密着性を保ちながら、表面部材で適度な電気抵抗を保持させた機能分離型帯電部材を使用することもできる。
ローラ状の帯電部材を用いた態様を例にとって、本発明の画像形成装置の一例を図１に示す。以下図１を参照しながら、本発明の一態様を説明する。
【００１７】
図１中、１は潜像保持部材であり、形状はドラム状、シート状或いはベルト状などいずれでもよい。
２は帯電部材を支える芯材である。この芯材の両端は潜像保持部材に帯電部材を接触させるために適当な圧力印加装置、たとえば金属バネなどで支えられた軸受けに保持される。そしてこの芯材の軸受け或いは他の電気的接触手段を使ってバイアス電位が印加される。芯材の材質としては導電性を持つものならば何でもよく通常は金属が使われる。金属の例として鉄、銅、真鍮、ステンレス材、アルミニウムなどがある。その他の導電性の有機材料例えばカーボンを練り込んだ樹脂成型品等を用いることもできる。
【００１８】
３はローラ状の支持部材であり、潜像保持部材に密着して接触し回転する。回転の駆動力は外部から加えてもよく、又は潜像保持部材との接触摩擦力で自由に回転させても良い。支持部材の材質としては導電性或いは半導電性を持つものなら何でも良い。通常は潜像保持部材と密着させて接触させる必要から、比較的表面硬度が低い弾性体であるゴム材、例えばＮＢＲ，ＥＰＤＭ，シリコン、ネオプレンあるいは天然のゴム材及びこれらのゴムにカーボン等の導電性粒子或いは半導電性粒子を練り込んだ導電性ゴム等が使用される。もちろん良好な密着性が保たれるようによく精密加工された表面を持てば、ゴムのような弾性体以外の材料を用いても良い。しかるにこのような接触帯電装置を用いた場合、帯電の均一性が問題となり、帯電部材の電気伝導度が大きすぎると潜像保持部材の帯電ムラが生じて、正規現像時は黒部分の画像ムラ、反転現像時は白部分のカブリとなる画像欠陥になる。逆に電気伝導度が小さすぎると帯電不良が生じて像担持体が十分に帯電されない。従って、支持体の抵抗率としては１０²〜１０¹⁵Ωcmが好ましく、特に１０⁴〜１０¹²Ωcmが好ましい。
【００１９】
４は表面部材で機能分離型帯電部材を使用する場合に設けられる。材質としてはポリアミド樹脂、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、その他種々のポリエステル樹脂などが主成分として使用される。表面部材の抵抗率としては１０³〜１０¹⁴Ωcmが好ましく、特に１０⁵〜１０¹²Ωcmが好ましい。表面部材の膜厚は、帯電部材としての摩耗による耐久性を考慮すると厚い方が良いが、厚くしすぎると潜像保持部材への帯電能が悪くなるので通常0.01〜1000μm 、好ましくは0.1 〜500 μm の範囲で使用される。
表面部材の製法としては支持部材の上にデイップ法、スプレー法、真空蒸着法、プラズマコーテイング法等で形成される。
【００２０】
潜像保持部材を帯電させるために、帯電部材、すなわち芯材に印加する電圧としては直流電圧のみ、或いは直流に交流を重畳しても良い。交流としては周期的に変化する電圧であれば何でも良い。電圧の範囲としては直流電圧の場合、正または負の１００〜４０００Ｖ、好ましくは３００〜３０００Ｖである。重畳する交流電圧としてはピーク間電圧が１００〜４０００Ｖ、好ましくは３００〜３０００Ｖである。
【００２１】
ブラシ状接触帯電器としては通常回転しながら使う回転型と、平板上にブラシを固定して使う固定型とに分けられるがいずれの方式も用いることができる。いずれの場合もブラシの特性としては直径約１０μｍ、抵抗率１０³〜１０⁷Ωｃｍのものが一般的である。図２に代表的なブラシ状帯電器の構成例を示す。
露光手段としては、電子写真に通常に用いられるものであればいずれでもよく、特にＬＥＤや半導体レーザーなどが好ましい。
【００２２】
現像手段としては、電子写真で通常に用いられるものであれば特に制限はない。例えば、磁性キャリヤ粒子と非磁性トナーとからなる２成分トナー、磁性１成分トナー、非磁性１成分トナーなどの現像剤を、適宜設計された現像剤供給機構により潜像保持部材上に供給することにより現像できる。
現像された潜像保持部材上の可視化像は、紙、転写シートなどに転写され、潜像保持部材上のトナーはクリーニング機構により除去される。
【００２３】
【実施例】
以下本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２４】
実施例−１
図３に示されるCuK α線による粉末X 線回折パターンを有するオキシチタニウムフタロシアニン１０重量部にジメトキシエタン２００重量部を加え、サンドブラインドミルで１０時間粉砕し微粒化分散処理を行った。次にポリビニルブチラール（電気化学工業（株）製、商品名「デンカブチラール」＃６０００Ｃ）５重量部の１０％ジメトキシエタン溶液を混合し分散液を作成した。
【００２５】
次にこの分散液を表面粗さ（Ｒmax ）が1.0 μｍになるように表面切削された直径３０ｍｍのアルミニウムシリンダー上に、浸漬塗布により乾燥後の膜厚が０．４μm となるように塗布し電荷発生層を設けた。
この電荷発生層の上に、下記構造の電荷輸送物質を２５重量部、２、６−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシトルエンを４重量部及び下記構造のポリカーボネート樹脂（１００重量部をテトラヒドロフラン１０００重量部に溶解させた溶液を浸漬塗布により塗布し、乾燥後の膜厚が１８μm となるように電荷輸送層を設けた。
【００２６】
【化３】

【００２７】
【化４】

【００２８】
この様にして潜像保持部材A を作成した。
【００２９】
実施例−２
実施例−１において電荷輸送層に用いた電荷輸送物質を下記構造の化合物に変えた以外は実施例−１と同様に行い潜像保持部材Ｂを作成した。
【００３０】
【化５】

【００３１】
実施例―３
実施例−１において電荷輸送層に用いた電荷輸送物質の重量部数を３５部に変えた以外は実施例−１と同様に行い潜像保持部材Ｃを作成した。
【００３２】
比較例−１
実施例−１において電荷輸送層に用いた電荷輸送剤を下記構造の化合物に代え、かつ重量部数を７０部に変えた以外実施例−１と同様に行い比較潜像保持部材Ｄを作成した。
【００３３】
【化６】

【００３４】
以上のようにして作成した潜像保持部材をセイコーエプソン社製レーザプリンタ「ＬＰ―１８００」（帯電器は接触式の帯電ブラシ使用）に装着し、連続実写耐刷試験を行った。
その結果を表―１に示す。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【発明の効果】
本発明により得られる画像形成装置及び方法によれば、特に絶縁リーク特性に対し極めて優れているため長期にわたり安定した画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる帯電部材の一例を説明する説明図。
【図２】帯電ブラシの説明図。
【図３】実施例で用いたオキシチタニウムフタロシアニン結晶の粉末Ｘ線回折パターン。
【符号の説明】
１潜像保持部材
２芯材
３支持部材
４表面部材

Claims

潜像保持部材、潜像保持部材に帯電させるための帯電部材、潜像保持部材に静電荷潜像を形成させるための露光手段、及び潜像を可視化するための現像手段とを有する画像形成装置において、帯電部材が潜像保持部材に接触させて帯電させる接触帯電部材であり、潜像保持部材が導電性基体上に少なくともバインダー樹脂、下記構造の電荷輸送剤（Ａ）又は（Ｂ）、及び電荷発生剤を含む有機系光導電層を設けたものであって、かつ、該電荷輸送剤を含む層における電荷輸送剤の量が、該層におけるバインダー樹脂１００重量部に対して１０〜５０重量部であることを特徴とする画像形成装置。
潜像保持部材が、導電性基体上に少なくとも電荷発生層、電荷輸送層をこの順序で設けた積層型有機感光体である請求項１に記載の画像形成装置。
潜像保持部材に帯電させる工程、露光により潜像保持部材に静電荷潜像を形成させる工程、静電荷潜像を可視化する現像工程とを含む画像形成方法において、帯電工程が帯電部材と潜像保持部材とが接触する接触帯電であり、かつ、潜像保持部材が導電性基体上に少なくともバインダー樹脂、前記構造の電荷輸送剤（Ａ）又は（Ｂ）、及び電荷発生剤を含む有機系光導電層を設けたものであって、かつ、該電荷輸送剤を含む層における電荷輸送剤の量が、該層におけるバインダー樹脂１００重量部に対して１０〜５０重量部であることを特徴とする画像形成方法。
潜像保持部材が、導電性基体上に少なくとも電荷発生層、電荷輸送層をこの順序で設けた積層型有機感光体である請求項３に記載の画像形成方法。