JP4227514B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は電子写真感光体および該電子写真感光体を備えた電子写真装置に関し、詳しくは電子輸送能を有し、特定の構造の高分子化合物を含有する感光層を有する電子写真感光体および該電子写真感光体を含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。

電子写真感光体は、適用される電子写真プロセスに応じた感度、電気特性、光学特性及び画像欠陥がない高品位な画質が要求され、また、低温低湿から高温高湿のいずれの環境においても、また、長期間の繰り返し使用においてもその特性が十分に発揮されるような環境及び繰り返し使用に対する安定性を有していることが要求される。

電子写真感光体は、基本的には導電性支持体上と光導電性を有する感光層から構成されるが、該感光層は電荷発生層及び電荷輸送層からなる機能分離型である所謂積層型電子写真感光体と電荷発生機能と電荷輸送機能を同一の層内に有する所謂単層型電子写真感光体に分別される。

積層型電子写真感光体の場合は、電荷発生層は電荷発生機能を有する電荷発生物質と結着樹脂から構成され、電荷輸送層は電荷輸送機能を有する電荷輸送物質から構成される。電子写真プロセスにおいて、露光により電荷発生層で発生した電荷、即ち正孔及び電子は、理想的にはそれぞれ電界に従って電荷輸送層及び導電性支持体へ注入、移動する。例えば、感光層側を負帯電するプロセスにおいては、電荷発生層で発生した正孔は電荷輸送層に、電荷発生層で発生した電子は導電性支持体へ注入、移動する。しかしながら、実際は電荷発生層で発生した電荷は、電荷輸送層や導電性支持体に完全に注入、移動できずに、電荷発生層中及び電荷発生層と電荷輸送層や中間層との界面にトラップされ、さらに繰り返し使用により蓄積される。その結果として、例えば繰り返し使用による残留電位の増加、暗部及び明部電位の変化、暗減衰の増加などの電気特性やゴースト、カブリなどの画像品質の劣化を引き起こす。電荷発生層中における電荷トラップを抑制する方法として、例えば特許文献１や特許文献２において電荷発生層中に電荷輸送性物質や電子吸引性物質を含有させることが提案されており、その効果が示されている。

特開平６−１８０５０９号公報 特開２０００−３９７３０号公報

しかしながら、前記感光層は電荷発生物質と電子輸送物質として比較的低分子量の有機化合物、及び結着樹脂から構成されている。この感光層は、電荷発生層中に結着樹脂が存在するために、添加できる電子輸送物質の量には限界があり、従って電子輸送物質の密度を高くしてその効果を大きくするには限界がある。また、積層型電子写真感光体の場合、電荷発生層上に電荷輸送層を形成する際に、電荷輸送層溶液の溶媒によっては電子輸送物質の分子量が小さいために電子輸送物質の一部が電子輸送層へ溶出する場合があり、電荷輸送層形成時の溶媒選択に限界がる。特に浸漬塗布の場合は、電荷輸送層溶液への電子輸送物質の溶出などの問題が発生する。

本発明の目的は、低温低湿から高温高湿に至る全環境下で、繰り返し使用時において、安定した電位特性を発揮すると共に、初期の優れた画像を継続して形成し得る電子写真感光体を提供し、且つ、生産安定性に優れた電子写真感光体を提供することにある。

また、本発明の目的は、上記のような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を提供することにある。

本発明は、導電性支持体上に電荷発生物質と電子輸送性高分子化合物とを含む電荷発生層と電荷輸送物質を含む電荷輸送層からなる感光層を有する積層型電子写真感光体において、該電子輸送性高分子化合物が下記式（２）で示される繰り返し構造単位を有するものであり、該電子輸送性高分子化合物の電子移動度が１×１０^−８乃至１×１０^−５ ｃｍ ^２ ／Ｖ・ｓｅｃの範囲であること特徴とする電子写真感光体である。

（式（２）中、Ｘ_２はアルキレン基、アリーレン基、またはエーテル基から構成され、Ａ _２ は下記式（３）〜（５）及び（７）から選択される電子輸送能を有する構造単位を示し、ｎは０または１である。）

（式（３）中、Ｙは置換基を有してもよいアリール基を示す。）

また、電荷発生物質がオキシチタニルフタロシアニン顔料またはヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料である電子写真感光体であることが好ましい。

また、本発明は、前記電子写真感光体と、帯電手段、像露光手段、現像手段及びクリーニング手段からなる群より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、且つ、電子写真装置本体に着脱可能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、前記電子写真感光体、帯電手段、像露光手段、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。

本発明の電子写真感光体は、電荷発生層中の電子輸送性高分子化合物が結着樹脂を兼ねるために別途結着樹脂の必要がなく、電子輸送物質の密度が増加する。従って、電荷発生層で発生した電子は、電子輸送性高分子化合物により効率よく導電性支持体側へ注入、移動するために電荷発生層中や界面での電子トラップが軽減し、繰り返し使用による電荷の蓄積も小さくなる。

一方、電荷発生層で発生した正孔も、電子のトラップや蓄積が少なくなるために、静電気的束縛から開放され、電荷輸送層への注入、移動が促進され、結果として残留電位の低減や繰り返し使用における電位変動の抑制など電子写真特性の安定化に大きな効果がみられる。

また、本発明の電子写真感光体は、電荷発生層中の電子輸送物質として高分子化合物を含有するため、電荷発生層上に電荷輸送層を形成する際の電荷輸送層への溶出や浸漬塗布の場合の電荷輸送層溶液への電子輸送物質の溶出などがなくなり、生産上の安定性が飛躍的に向上する。

以上のように本発明によれば、低温低湿下から高温高湿下に至る全環境において、環境安定性や繰り返し使用による安定性に対して優れた電位特性及び画像特性を有し、且つ、生産安定性に優れた電子写真感光体、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を提供することができる。

本発明の電子写真感光体の感光層は、電荷発生物質と電荷輸送物質を同一の層に含有する単層型、及び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を有する積層型に大別されるが、いずれの場合でも良い。

本発明の感光層に含有される上記式（２）で示される繰り返し構造単位を含有する電子輸送性高分子化合物は、例えば下記式に示すポリビニルアルコールとアルデヒド化合物の反応により合成されるが、この反応に限られるものではない。

上記式（２）で示される繰り返し構造単位を含有する電子輸送性高分子化合物のアセタ−ル化度は、日本工業規格Ｋ６７２８（ポリビニルブチラ−ル試験方法）記載の方法に準じて測定した。本発明の電子輸送性高分子化合物のアセタ−ル化度は５０モル％以上、特には、７０〜９０モル％が好ましい。さらに本発明の電子輸送性高分子化合物の原料であるポリビニルアルコ−ルのケン化度は８５％以上であることが好ましい。

本発明の電子輸送性高分子化合物は、いずれも重量平均分子量が１，０００〜１，０００，０００の範囲が好ましく、より好ましくは５，０００〜１，０００，０００の範囲、特に１０，０００〜５００，０００の範囲であることが好ましい。

また、電荷発生層中の結着樹脂は、必要があれば電子輸送性高分子化合物とともに混合して用いることができる。電荷発生層中の結着樹脂としては、ポリカーネート、ポリエステル、ベンザール樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリアミド酸などが挙げられる。

本発明の電荷発生層中に含有される電子輸送性高分子化合物は、電子輸送能を有し、その電子移動度が、１００Ｖ／μｍの電界条件下で、１×１０^−８乃至１×１０^−５ ｃｍ ^２ ／Ｖ・ｓｅｃの範囲であり、特に１×１０^−６乃至１×１０^−５ ｃｍ ^２ ／Ｖ・ｓｅｃであることが好ましい。

本発明の電子輸送性高分子化合物の具体例を表１及び２に挙げる。ただし、本発明の電子輸送性高分子化合物は下記例示化合物だけに限定されるものではない。

電荷発生物質としては、モノアゾ、ジスアゾ、トリスアゾなどのアゾ系顔料、金属フタロシアニン、無金属フタロシアニンなどのフタロシアニン系顔料、インジゴ、チオインジゴなどのインジゴ系顔料、ペリレン酸無水物、ペリレン酸イミドなどのペリレン系顔料、アントアントロン、ピレンキノンなどの多環キノン系顔料、スクワリリウム系色素、ピリリウム、チオピリリウム塩類、トリフェニルメタン系色素などが挙げられが、特にオキシ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及びクロルガリウムフタロシアニン顔料などのフタロシアニン顔料とアゾ系顔料が好ましい。

電荷輸送物質としては、ピレン、アントラセンなどの多環芳香族化合物、カルバゾ−ル、インド−ル、イミダゾ−ル、オキサゾ−ル、チアゾ−ル、オキサジアゾ−ル、ピラゾ−ル、ピラゾリン、チアジアゾ−ル、トリアゾ−ルなどの複素環化合物、ｐ−ジエチルアミノベンズアルデヒド−Ｎ，Ｎ−ジフェニルヒドラゾン、Ｎ，Ｎ−ジフェニルヒドラジノ−３−メチルデン−９−エチルカルバゾ−ルなどのヒドラゾン系化合物、α−フェニル−４’−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチルベン、５−［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）ベンジリデン］−５Ｈ−ジベンゾ［ａ，ｄ］ジクロルヘプテンなどのスチリル系化合物、ベンジジン系化合物、トリアリ−ルメタン系化合物、トリフェニルアミンあるいはこれらの化合物からなる基を主鎖または側鎖に有するポリマ−（例えばポリ−Ｎ−ビニルカルバゾ−ル、ポリビニルアントラセンなど）が挙げられる。

電荷発生層は、電荷発生物質を前記特定の樹脂と共に溶剤中に溶解し、塗布することによって形成され、膜厚は５μｍ以下、特には０．０１〜１μｍが好ましい。また、電荷輸送層は、電荷輸送物質を前記特定の樹脂と共に溶剤中に溶解し、塗布することによって形成され、膜厚は５〜４０μｍ、特には１５〜３０μｍが好ましい。

導電性支持体としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、亜鉛、ステンレス、チタン、ニッケル、インジウム、金や白金などが用いられる。また、上記金属または合金を真空蒸着法によって被膜形成したプラスチック（例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルおよびポリエチレンテレフタレ−ト、アクリル樹脂など）や導電性粒子（例えばカ−ボンブラック、銀粒子など）を適当な結着樹脂と共にプラスチックまたは金属支持体上に被覆した支持体あるいは導電性粒子をプラスチックや紙に含浸した支持体などが挙げられる。

本発明の電子写真感光体は、導電性支持体と感光層との間にバリア層として中間層を有しても良く、中間層としては、ポリアミド、ポリエステル及びフェノール樹脂などの高分子化合物が挙げられ、酸化錫、酸化亜鉛、カーボンブラックなどの導電性物質と高分子化合物を共に分散した導電性の中間層でもよい。また、本発明における中間層は、一層のみで構成されているものでも、機能分離した複数の層で構成されていてもよい。

また、本発明の電子写真感光体は、感光層上に保護層として樹脂層や導電性粒子を含有する樹脂層を積層してもよい。

上述した各種の層の塗布は、例えば浸漬コ−テイング法、スプレ−コ−テイング法、スピンナ−コ−テイング法、ビ−ドコ−テイング法、ブレ−ドコ−テイング法、ビ−ムコ−テイング法などの任意の塗布方法で行うことができる。

本発明の電子写真感光体は電子写真複写機に利用するのみならず、レ−ザ−ビ−ムプリンタ−、ＣＲＴプリンタ−、ＬＥＤプリンタ−、液晶プリンタ−、レ−ザ−製版、ファクシミリなどの電子写真応用分野にも広く用いることができる。

また、本発明は前記本発明の電子写真感光体を備えた電子写真装置から構成される。

図１に本発明の電子写真感光体を有するプロセスカートリッジ有する電子写真装置の概略構成を示す。

図１において、１はドラム状の本発明の電子写真感光体であり、軸２を中心に矢印方向に所定の周速度で回転駆動される。電子写真感光体１は、回転過程において、帯電手段（一次帯電手段）３によりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の露光手段（不図示）から出力される目的の画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応して強調変調された露光光４を受ける。こうして電子写真感光体１の周面に対し、目的の画像情報に対応した静電潜像が順次形成されていく。

形成された静電潜像は、次いで現像手段５によりトナー現像され、不図示の給紙部から電子写真感光体１と転写手段６との間に電子写真感光体１の回転と同期して取り出されて給紙された転写材７に、電子写真感光体１の表面に形成担持されているトナー画像が転写手段６により順次転写されていく。

トナー画像の転写を受けた転写材７は、電子写真感光体面から分離されて像定着手段８へ導入されて像定着を受けることにより画像形成物（プリントまたはコピー）として装置外へプリントアウトされる。

像転写後の電子写真感光体１の表面は、クリーニング手段９によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、更に前露光手段（不図示）からの前露光光１０により除電処理された後、繰り返し画像形成に使用される。

帯電手段３は、コロナ放電を利用したスコロトロン帯電器やコロトロン帯電器でも良く、ローラー形状、ブレード形状、ブラシ形状等の公知の形態が使用される接触型帯電器を用いても良い。接触型帯電器の部材の材料としては、導電性を付与した弾性体が一般的である。接触帯電部材に印加される電圧としては、直流電圧のみでも良く、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧でも良い。ここで言う振動電圧とは、時間とともに周期的に電圧値が変化する電圧であり、交流電圧は、直流電圧のみ印加時における電子写真感光体の帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有することが好ましい。

なお、帯電手段３が帯電ローラー等を用いた接触帯電手段である場合は、前露光は必ずしも必要ではない。

本発明においては、上述の電子写真感光体１、帯電手段３、現像手段５及びクリーニング手段９等の構成要素のうち、複数のものを容器１１に収めてプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やレーザービームプリンター等の電子写真装置本体に対して着脱自在に構成しても良い。例えば、帯電手段３、現像手段５及びクリーニング手段９の少なくとも１つを電子写真感光体１と共に一体に支持してカートリッジ化して、装置本体のレール等の案内手段１２を用いて装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジとすることができる。

また、露光光４は、電子写真装置が複写機である場合には、原稿からの反射光や透過光、あるいは、センサーで原稿を読取り、信号化し、この信号に従って行われるレーザービームの走査、ＬＥＤアレイの駆動及び液晶シャッターアレイの駆動等により照射される光である。

（実施例１）
酸化スズの被覆層を有する硫酸バリウム微粒子からなる粉体（被覆率５０重量％、粉体比抵抗７００Ωｃｍ）１２０重量部とレゾール型フェノール樹脂（プライオーフェン Ｊ−３２５、大日本インキ化学工業製、固形分７０％）７０重量部と、２−メトキシ−１−プロパノール１００重量部とからなる溶液を約１５時間、ボールミルで分散した。この分散液に含有するフィラーの平均粒径は０．２５μｍであった。

前記分散液をアルミニウムシリンダー（外径３０ｍｍ×長さ３５７．５ｍｍ）上に、浸漬法によって塗布し、１５０℃で２０分間加熱硬化することにより、厚み１５μｍの導電性中間層を形成した。

次に、共重合ナイロン樹脂（アミランＣＭ８０００、東レ製）１０重量部をメタノール６０重量部、ブタノール３０重量部、ベンジルアルコール１０重量部の混合液に溶解した溶液を、前記中間層の上に浸漬塗布し、１００℃で１０分間加熱乾燥して厚み０．８μｍのバリア層を形成した。

次に、オキシチタニウムフタロシアニン顔料４重量部、例示化合物９の高分子化合物２重量部、シクロヘキサノン３４重量部からなる溶液をサンドミルで５時間分散した後、テトラヒドロフラン６０重量部を加えて電荷発生層用の分散液を調合した。この分散液を前記バリア層上に浸漬塗布し、７０℃で１０分間加熱乾燥することにより、電荷発生層を形成した。電荷発生層の膜厚は約０．１μｍであった。

次に下記式（９）で示されるトリアリ−ルアミン化合物４０重量部およびビスフェノ−ルＺ型ポリカ−ボネ−ト樹脂（ユーピロン、Ｚ−２００、三菱瓦斯化学製）６０重量部をモノクロルベンゼン４００重量部に溶解した溶液を前記電荷発生層上に浸漬塗布し、１２０℃の雰囲気中で１時間加熱乾燥して膜厚２４μｍの電荷輸送層を形成し、電子写真感光体を作製した。

得られた電子写真感光体を帯電−露光−現像−転写−クリーニングプロセスを有する反転現像方式の複写機（ＧＰ−４０改造機。キヤノン製；露光量を０．２８μＪ／ｃｍ^２に調整）に装着し、低温低湿（１５℃、１０％ＲＨ）、常温常湿（２５℃、４０％ＲＨ）及び高温高湿（３０℃、８５％ＲＨ）の各環境下での電位（暗部電位Ｖ_Ｄ、明部電位Ｖ_Ｌ）評価及び低温低湿環境下での連続３時間の帯電−露光を繰り返した前後の電位変動量（ΔＶ）を求めた。評価結果を表３及び表４に示す。

（実施例２）
例示化合物１５の本発明の電子輸送性高分子化合物を電荷発生層に用いた他は、実施例１と同様にして電子写真感光体を作製し、実施例１と同様の方法によって電子写真特性を評価した。評価結果を表３及び表４に示す。

（実施例３）
電荷発生物質をオキシチタニウムフタロシアニン顔料からヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料に変えて、次に示す製造条件に変えたこと以外は実施例１と同様にして電子写真感光体を作製し、実施例１と同様の方法によって電子写真特性を評価した。

ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料６重量部、例示化合物１０の高分子化合物を３重量部およびシクロヘキサノン４０重量部からなる混合液をサンドミルで１０時間分散した後テトラヒドロフラン６０重量部を加えて電荷発生層用の分散液を調合し、前記中間層上に浸漬塗布し、さらに１００℃で１０分間乾燥して膜厚約０．１μｍの電荷発生層を形成した。評価結果を表３及び表４に示す。

（実施例４）
例示化合物１４の本発明の電子輸送性高分子化合物を電荷発生層に用いた他は、実施例３と同様にして電子写真感光体を作製し、実施例３と同様の方法によって電子写真特性を評価した。評価結果を表３及び表４に示す。

（比較例１、２）
本発明の電子輸送性高分子化合物をポリビニルブチラ−ル樹脂（商品名：ＢＸ−１、積水化学工業株式会社製）に変えたこと以外は実施例１及び実施例３と同様にして電子写真感光体を作製し、実施例１と同様の方法によって電子写真特性を評価した。評価結果を表３及び表４に示す。

（比較例３）
ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料６重量部、ポリビニルブチラ−ル樹脂（商品名：ＢＸ−１、積水化学工業株式会社製）１重量部、下記式（１０）で示される構造を有する電子輸送性低分子化合物２重量部、及びシクロヘキサノン４０重量部からなる混合液をサンドミルで１０時間分散した後、テトラヒドロフラン６０重量部を加えて電荷発生層用の分散液を調合し、前記中間層上に浸漬塗布し、さらに１００℃で１０分間乾燥して膜厚約０．１μｍの電荷発生層を形成したこと以外は実施例３と同様にして電子写真感光体を作製し、実施例１と同様の方法によって電子写真特性を評価した。評価結果を表３及び表４に示す。

本発明の電子写真感光体を有するプロセスカートリッジを備えた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 電子写真感光体
２ 軸
３ 帯電手段
４ 露光光
５ 現像手段
６ 転写手段
７ 転写材
８ 定着手段
９ クリーニング手段
１０ 前露光光
１１ プロセスカートリッジ
１２ 案内手段

Claims (4)

1. 導電性支持体上に電荷発生物質と電子輸送性高分子化合物とを含む電荷発生層と電荷輸送物質を含む電荷輸送層からなる感光層を有する積層型電子写真感光体において、該電子輸送性高分子化合物が下記式（２）で示される繰り返し構造単位を有するものであり、且つ、該電子輸送性高分子化合物の電子移動度が１×１０^−８乃至１×１０^−５ ｃｍ ^２ ／Ｖ・ｓｅｃの範囲であること特徴とする電子写真感光体。
   

   

   （式（２）中、Ｘ _２ はアルキレン基、アリーレン基、またはエーテル基から構成され、Ａ _２ は下記式（３）〜（５）及び（７）から選択される電子輸送能を有する構造単位を示し、ｎは０または１である。）
   

   

   （式（３）中、Ｙは置換基を有してもよいアリール基を示す。）
   

   

   

   
2. 電荷発生物質がオキシチタニルフタロシアニン顔料またはヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料である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１または２に記載の電子写真感光体と、帯電手段、像露光手段、現像手段及びクリーニング手段からなる群より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、且つ、電子写真装置本体に着脱可能であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
4. 請求項１または２に記載の電子写真感光体、帯電手段、像露光手段、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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