JP6414024B2 - 電子写真感光体および画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真感光体および当該電子写真感光体を有する画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置では、形成しようとする画像に対応した静電潜像を形成するために電子写真感光体（以下、単に「感光体」ともいう）が使用されている。電子写真方式の画像形成装置では、まず、帯電させた感光体に光を照射して静電潜像を形成する。次いで、感光体にトナーを供給して静電潜像に応じたトナー画像を形成する。最後に、トナー画像を紙などの記録媒体に定着させる。
電子写真方式に用いられる感光体の帯電方法として、帯電ローラーや帯電ブラシを使用した接触式の帯電方法（以下、単に「ローラー帯電システムなど」ともいう）や、ワイヤーなどを使用した非接触式の帯電方法（以下、単に「スコロトロン帯電システム」ともいう）などが知られている。ローラー帯電システムなどは、近接放電を利用しており、スコロトロン帯電システムと比較して、帯電時における感光体の表面の劣化の度合いが大きい。ローラー帯電システムなどは、近接放電時の高いエネルギーを有する電子などの荷電体が感光体の表面に衝突することにより感光体を帯電させる。このとき、感光体における放電は、感光体の積層方向に侵攻し感光体を劣化させてしまう。このような感光体の劣化に対して、層状化合物を添加して、放電の侵攻を物理的に抑制した感光体が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１に記載の感光体は、導電層と、導電層の上に配置された電荷発生層と、電荷発生層の上に配置された電荷輸送層と、電荷輸送層の上に配置された保護層とを有する。感光体は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂と、偏平な無機質充填材料とを含む。偏平な無機質充填材料は、スメクタイト、マイカ、バーキュライトなどの層状粘度化合物である。
特許文献２に記載の感光体は、支持体と、支持体の上に配置された感光層と、感光層の上に配置された表面層とを有する。表面層は、無機成分および有機ポリマーを含む有機−無機ハイブリッド材料と、粘土鉱物とを含む。粘土鉱物は、モンモリロナイト、ヘクトライト、バーミキュライト、アタパルジャイト、セピオラクトなどである。
特開２００７−０６４９９８号公報 特開２０１４−１４２５７１号公報
しかしながら、特許文献１、２に記載の感光体は、表面層における偏平な無機質充填材料または粘土鉱物の広がりが小さいことがあり、十分に放電の侵攻を抑制できないことがあった。
そこで、本発明の課題は、表面における放電を抑制し、耐摩耗性に優れた電子写真感光体感光体および当該電子写真感光体感光体を有する画像形成装置を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る電子写真感光体は、導電性支持体と、前記導電性支持体の上に配置された、電荷発生材料および電荷輸送材料を含む感光層とを有する電子写真感光体であって、前記電子写真感光体の表面を構成する層は、前記層を構成する樹脂バインダーと、前記樹脂バインダーに分散された層状炭化物片とを含有し、前記層における３５０〜８００ｎｍの波長の光の透過率は、２０〜９８％の範囲内である。
また、上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る画像形成装置は、本発明の一実施の形態に係る電子写真感光体と、前記電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置と、帯電した前記電子写真感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成するための露光装置と、静電潜像が形成された前記電子写真感光体にトナーを供給してトナー像を形成するための現像装置と、前記電子写真感光体の表面の前記トナー像を記録媒体に転写するための転写装置と、を有する、画像形成装置であって、前記帯電装置は、前記電子写真感光体の表面に接触して、帯電電圧を印加するための接触式の帯電装置である。
本発明では、表面における放電を抑制し、耐摩耗性に優れた電子写真感光体および当該感光体を有する画像形成装置を提供できる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る感光体の部分断面図である。 図３は、本発明の実施の形態２に係る感光体の部分断面図である。
以下、本発明の一実施の形態について、添付した図面を参照して詳細に説明する。
［実施の形態１］
（画像形成装置の構成）
図１は、画像形成装置１０の構成を示す図である。
図１に示されるように、画像形成装置１０は、画像読み取り部２０と、画像形成部３０と、中間転写部４０と、定着装置６０と、記録媒体搬送部８０と、を有する。
画像読み取り部２０は、原稿Ｄから画像を読み取り、静電潜像を形成するための画像データを得る。画像読み取り部２０は、給紙装置２１と、スキャナー２２と、ＣＣＤセンサー２３と、画像処理部２４と、を有する。
画像形成部３０は、例えば、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色に対応する四つの画像形成ユニット３１を含む。画像形成ユニット３１は、感光体（電子写真感光体）３２と、帯電装置３３と、露光装置３４と、現像装置３５と、クリーニング装置３６と、を有する。
感光体３２は、光導電性を有する負帯電型の有機感光体である。感光体３２は、帯電装置３３により帯電される。帯電装置３３は、帯電ローラーや帯電ブラシなどの接触帯電部材を感光体３２に接触させて帯電させる接触式の帯電装置であり、例えば、帯電ローラーにより接触帯電させるローラー帯電装置である。このような接触式の帯電装置では、感光体３２の帯電時に近接放電が生じる。近接放電は、感光体３２の表面に作用して、感光体３２を劣化させる。そこで、本実施の形態では、当該近接放電が生じた場合でも、感光体３２の劣化を抑制できるようになっている。本実施の形態の特徴の一つは、感光体３２であるため、感光体３２の詳細な説明は後述する。
露光装置３４は、帯電した感光体３２に光を照射して静電潜像を形成する。露光装置３４は、例えば、半導体レーザーである。現像装置３５は、静電潜像が形成された感光体３２にトナーを供給して静電潜像に応じたトナー画像を形成する。現像装置３５は、例えば、電子写真方式の画像形成装置における公知の現像装置である。クリーニング装置３６は、感光体３２の残留トナーを除去する。ここで、「トナー画像」とは、トナーが画像状に集合した状態を言う。
トナーは、公知のトナーを用いることができる。トナーは、一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよい。一成分現像剤は、トナー粒子から構成される。また、二成分現像剤は、トナー粒子およびキャリア粒子から構成される。トナー粒子は、トナー母体粒子およびその表面に付着したシリカなどの外添剤から構成される。トナー母体粒子は、例えば、結着樹脂、着色剤およびワックスから構成される。
中間転写部４０は、一次転写ユニット４１と、二次転写ユニット４２と、を含む。
一次転写ユニット４１は、中間転写ベルト４３と、一次転写ローラー４４と、バックアップローラー４５と、複数の第１支持ローラー４６と、クリーニング装置４７と、を有する。中間転写ベルト４３は、無端状のベルトである。中間転写ベルト４３は、バックアップローラー４５および第１支持ローラー４６によって張架される。中間転写ベルト４３は、バックアップローラー４５および第１支持ローラー４６の少なくとも一つのローラーが回転駆動することにより、無端軌道上を一方向に一定速度で走行する。
二次転写ユニット４２は、二次転写ベルト４８と、二次転写ローラー４９と、複数の第２支持ローラー５０と、を有する。二次転写ベルト４８は、無端状のベルトである。二次転写ベルト４８は、二次転写ローラー４９および第２支持ローラー５０によって張架される。
定着装置６０は、定着ベルト６１と、加熱ローラー６２と、第１加圧ローラー６３と、第２加圧ローラー６４と、ヒータと、温度センサーと、気流分離装置と、案内板と、案内ローラーと、を有する。
定着ベルト６１は、基層と、弾性層と、離型層とがこの順番で積層されている。定着ベルト６１は、基層を内側とし、離型層を外側にした状態で、加熱ローラー６２と第１加圧ローラー６３とによって軸支される。
加熱ローラー６２は、回転自在なアルミニウム製のスリーブと、その内部に配置されたヒータと、を有する。第１加圧ローラー６３は、例えば、回転自在な芯金と、その外周面上に配置された弾性層と、を有する。
第２加圧ローラー６４は、定着ベルト６１を介して第１加圧ローラー６３に対向して配置されている。第２加圧ローラー６４は、第１加圧ローラー６３に対して接近、離間自在に配置されており、第１加圧ローラー６３に対して接近したときに、定着ベルト６１を介して第１加圧ローラー６３の弾性層を押圧し、定着ベルト６１との接触部である定着ニップ部を形成する。
気流分離装置は、定着ベルト６１の移動方向の下流側から定着ニップ部に向けて気流を生じさせて、定着ベルト６１からの記録媒体Ｓの分離を促すための装置である。
案内板は、未定着のトナー画像を有する記録媒体Ｓを定着ニップ部に案内するための部材である。案内ローラーは、トナー画像が定着された記録媒体を定着ニップ部から画像形成装置１０外へ案内するための部材である。
記録媒体搬送部８０は、三つの給紙トレイユニット８１および複数のレジストローラー対８２を有する。給紙トレイユニット８１には、坪量やサイズなどに基づいて識別された記録媒体（本実施の形態では規格紙、特殊紙など）Ｓが予め設定された種類ごとに収容される。レジストローラー対８２は、所期の搬送経路を形成するように配置されている。
このような画像形成装置１０では、まず、帯電させた感光体３２に光を照射して静電潜像を形成した後、感光体３２にトナーを供給して静電潜像に応じたトナー画像を形成する。記録媒体搬送部８０により送られてきた記録媒体Ｓに、中間転写部４０で記録媒体Ｓにトナー画像が転写される。中間転写部４０でトナー画像が転写された記録媒体Ｓは、定着装置６０で記録媒体Ｓに定着される。トナー画像が定着された記録媒体は、レジストローラー対８２により、画像形成装置１０外に向けて案内される。
（感光体の構成）
次に、感光体３２について詳細に説明する。図２は、感光体３２の部分断面図である。
図２に示されるように、感光体３２は、導電性支持体３２ａと、導電性支持体３２ａの上に配置された、電荷発生材料および電荷輸送材料を含む感光層３２ｂとを有する。なお、感光体３２は、導電性支持体３２ａおよび感光層３２ｂの間に中間層３２ｃを有していてもよい。また、感光層３２ｂは、電荷輸送物質と電荷発生物質とを含有する単層であってもよいし、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とを含む２層構造であってもよい。本実施の形態では、感光層３２ｂは、電荷発生層３２ｄと、電荷発生層３２ｄ上に配置された電荷輸送層３２ｅとを有する２層構造である。すなわち、本実施の形態における「電子写真感光体の表面を構成する層」とは、電荷輸送層３２ｅである。
導電性支持体３２ａは、中間層３２ｃを介して感光層３２ｂを支持し、かつ導電性を有する部材である。導電性支持体３２ａの種類の例には、金属製のドラム、金属製のシート、金属箔がラミネートされたプラスチックフィルム、導電性物質が蒸着されたプラスチックフィルム、ならびに導電性物質を含む塗料を塗布された金属部材やプラスチックフィルム、紙などが含まれる。金属の種類は、導電性を有していれば特に限定されない。金属の種類の例には、アルミニウム、銅、クロム、ニッケル、亜鉛およびステンレス鋼が含まれる。また、導電性物質の例には、金属、酸化インジウムおよび酸化スズが含まれる。本実施の形態では、導電性支持体３２ａは、アルミニウム製のドラムである。また、導電性支持体３２ａの周壁の厚さは、例えば０．１ｍｍである。
中間層３２ｃは、導電性支持体３２aのバリア機能と接着機能とを有する層である。中間層３２ｃは、例えば、樹脂バインダーと、樹脂バインダーに分散された導電性粒子とを有する。中間層３２ｃの厚さは、例えば、０．１〜１５μｍであり、より好ましくは０．３〜１０μｍである。
樹脂バインダーの例には、カゼイン、ポリビニルアルコール、ニトロセルロース、エチレン−アクリル酸共重合体、ポリアミド、ポリウレタンおよびゼラチンが含まれる。また、導電性粒子の例には、アルミナや酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化ビスマスなどの金属酸化物粒子、および、スズをドープした酸化インジウムやアンチモンをドープした酸化スズ、酸化ジルコニウムなどの超微粒子が含まれる。中間層３２ｃは、例えば、上記導電性粒子が分散された樹脂バインダーの溶液へ導電性支持体３２ａを浸漬する浸漬塗布法により作製される。
感光層３２ｂは、前述した画像形成装置１０において、露光により所期の画像の静電潜像をその表面に形成するための層である。本実施の形態では、感光層３２ｂの構成は、電荷発生層３２ｄと、電荷輸送層３２ｅとを有する。
電荷発生層３２ｄは、例えば、樹脂バインダーと、樹脂バインダーに分散された電荷発生物質とを有する。電荷発生層３２ｄの厚さは、特に限定されない、電荷発生層３２ｄの厚さは、例えば０．０１〜５μｍの範囲内であり、より好ましくは０．０５〜３μｍの範囲内である。
樹脂バインダーの例には、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂、これらの樹脂のうち２つ以上を含む共重合体樹脂（例えば、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体樹脂）、および、ポリ−ビニルカルバゾール樹脂、が含まれる。上記電荷発生物質の例には、スーダンレッドやダイアンブルーなどのアゾ原料、ピレンキノンやアントアントロンなどのキノン顔料、キノシアニン顔料、ペリレン顔料、インジゴやチオインジゴなどのインジゴ顔料、および、フタロシアニン顔料、が含まれる。電荷発生層３２ｄは、例えば、上記電荷発生物質が分散されている、上記樹脂バインダーの溶液に、中間層３２ｃが形成された導電性支持体３２ａを浸漬する浸漬塗布法により作製される。
電荷発生物質の例は、スーダンレッドやダイアンブルーなどのアゾ原料、ピレンキノンやアントアントロンなどのキノン顔料、キノシアニン顔料、ペリレン顔料、インジゴおよびチオインジゴなどのインジゴ顔料、フタロシアニン顔料などが含まれる。また、電荷発生物質は、前述した物質を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
電荷輸送層３２ｅは、樹脂バインダーと、樹脂バインダーに分散された層状炭化物と、樹脂バインダーに分散された電荷輸送物質とを有する。電荷輸送層３２ｅの厚さは、例えば、５〜４０μｍであり、より好ましくは１０〜３０μｍである。また、電荷輸送層３２ｅにおける３５０〜８００ｎｍの波長の光の透過率は、２０〜９８％の範囲内である。
樹脂バインダーは、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂である。樹脂バインダーの例には、ポリスチレン、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルブラチラ−ル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂が含まれる。また、樹脂バインダーは、前述した樹脂バインダーの繰り返し単位構造を２種類以上含む共重合体であってもよい。なお、樹脂バインダーは、吸水率が低く、かつ機械的強度の強いポリカーボネート樹脂であることが好ましい。
層状炭化物片は、感光体３２を帯電させる工程における近接放電による電荷輸送層３２ｅへの侵略を物理的に防止する、導電性材料である。層状炭化物片は、前述の機能を発揮することができれば特に限定されない。層状炭化物の例には、グラフェン、グラファイト、アントラセン、ナフタセン、ピペン、ペリレン、トリフェニレン、コロネン、オバレンなどの芳香族炭化水素が３環以上縮合した多環芳香族炭化水素が含まれる。特に、層状炭化物片は、グラフェンを構成単位に含むことが好ましい。すなわち、層状炭化物片は、グラフェンまたはグラファイトであることが好ましい。
層状炭化物片の厚さは、０．５〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。層状炭化物の厚さが０．５ｎｍ未満の場合、感光体３２の帯電工程時における放電に耐えることができないおそれがある。一方、層状炭化物の厚さが１００ｎｍ超の場合、電荷輸送層３２ｅを形成するときの硬化が阻害され、結果として膜強度が低下してしまうおそれがある。
また、層状炭化物片は、粒子径を用いて大きさを表すこともできる。ここで、「層状炭化物片の粒子径」とは、層状炭化物片の大きさを表す代表値である。当該代表値は、平均値であってもよいし、最大径（最大寸法）であってもよいし、カタログ値であってもよいし、実測値であってもよい。
本実施の形態では、層状炭化物片の最大径（長径）は、０．１〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。層状炭化物片の最大径が０．１μｍ未満の場合、層状炭化物片の効果が得られないおそれがある。一方、層状炭化物片の最大径が５０μｍ超の場合、電荷発生層３２ｄで発生した電荷を面方向に移動させてしまい、帯電しないおそれがある。
電荷輸送層３２ｅにおいて、層状炭化物片を面方向に均等に配置するためには、層状炭化物片の面方向における最小寸法に対する最大寸法の比率（アスペクト比）は、１〜１０の範囲内であることが好ましい。
前述したように、電荷輸送層３２ｅにおける３５０〜８００ｎｍの波長の光の透過率は、２０〜９８％の範囲内である。３５０〜８００ｎｍの波長の光の透過率が２０％未満の場合、電荷輸送層３２ｅの機能を発揮できないおそれがある。一方、３５０〜８００ｎｍの波長の光の透過率が８０％超の場合、層状炭化物片の効果が得られないおそれがある。電荷輸送層３２ｅにおける３５０〜８００ｎｍの波長の光の透過率は、層状炭化物片の大きさや、配合量によって適宜調整できる。
また、電荷輸送層３２ｅにおける層状炭化物片の含有量は、樹脂バインダー１００質量部に対して、０．０５〜２０質量部の範囲内であることが好ましい。層状炭化物片の添加量が樹脂バインダー１００質量部に対して０．０５質量部未満の場合、層状炭化物片の効果が得られないおそれがある。一方、層状炭化物片の添加量が樹脂バインダー１００質量部に対して２０質量部超の場合、層状炭化物片の効果が飽和してしまうとともに、製造コストが高くなってしまうおそれがある。
感光体３２の状態において電荷輸送層３２ｅの光の透過率を測定する場合には、例えば、３５０〜８００ｎｍの波長の範囲内のうち、所定の波長を用いて、電荷輸送層３２ｅを有する感光体３２の表面の吸光度を測定する。次いで、感光体３２の電荷輸送層３２ｅを削り取った後に、当該波長の光を用いて、感光体３２の表面の吸光度を測定する。最後に、電荷輸送層３２ｅを削り取る前後の吸光度差を求める。このように求められた吸光度差は、電荷輸送層３２ｅの吸光度に相当する。また、電荷輸送層３２ｅに含まれる層状炭化物片と、当該波長による吸光度との検量線を作成しておく。そして、作成した検量線に基づいて、吸光度差（電荷輸送層３２ｅの吸光度）から層状炭化物片の含有量を推定できる。また、表面を構成する層（電荷輸送層３２ｅ）の材料組成が既知の場合には、前述した層状炭化物片が分散された樹脂バインダーの溶液を塗布して硬化させることで電荷輸送層３２ｅのみを形成して、既存の装置により光の透過率を測定してもよい。
電荷輸送層３２ｅは、例えば、前述した層状炭化物片が分散された樹脂バインダーの溶液へ電荷発生層３２ｄが形成された導電性支持体３２ａを浸漬する浸漬塗布法により作製されたり、前述した層状炭化物片が分散された樹脂バインダーの溶液を電荷発生層３２ｄに塗布して乾燥させることで作製される。このように、電荷輸送層３２ｅを形成すると、層状炭化物片の面方向と電荷輸送層３２ｅの面方向とが略一致する。よって、近接放電による感光体３２の劣化を効果的に抑制することができる。
また、電荷輸送層３２ｅは、その機能を損なわない範囲内において任意の成分を含有することができる。例えば、電荷輸送層３２ｅは、架橋性の反応性基を有する表面処理剤の残基で構成された表面層を有する金属酸化物粒子などを含有していてもよい。
［実施の形態２］
次に、実施の形態２に係る画像形成装置について説明する。実施の形態２に係る画像形成装置は、感光体１３２の構成のみが実施の形態１に係る画像形成装置１０と異なる。そこで、実施の形態２では、感光体１３２についてのみ説明する。
図３は、実施の形態２に係る感光体１３２の部分断面図である。図３に示されるように、実施の形態２に係る感光体１３２は、導電性支持体３２ａと、感光層３２ｂと、表面層３２ｆとを有する。また、感光層３２ｂは、電荷発生層３２ｄと、電荷輸送層３２ｇとを有する。このように、本実施の形態における「電子写真感光体の表面を構成する層」とは、表面層３２ｆである。
実施の形態２における導電性支持体３２ａおよび電荷発生層３２ｄの機能および構成は、実施の形態１と同様である。
感光層３２ｂにおける電荷輸送層３２ｇは、樹脂バインダーと、電荷輸送物質とを有する。樹脂バインダーは、公知の樹脂を用いることができる。樹脂バインダーの例には、ポリカーボネート樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリルニトリル共重合体樹脂、ポリメタクリル酸エステル樹脂、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体樹脂などが含まれる。これらの中でもポリカーボネート樹脂が好ましく、さらに、ビスフェノールＡ（ＢＰＡ）、ビスフェノールＺ（ＢＰＺ）、ジメチルＢＰＡ、ＢＰＡ−ジメチルＢＰＡ共重合体等のタイプのポリカーボネート樹脂が耐クラック性、耐磨耗性、帯電特性の視点から好ましいものである。電荷輸送物質は、実施の形態１と同様の物質を使用できる。
表面層３２ｆは、前記感光層３２ｂの上に配置されており、感光層３２ｂを保護する。感光体１３２は、表面層３２ｆを有することにより、感光体１３２の荒れ、編摩耗を抑止し、クリーニング不良による形成画像の劣化を防止する。表面層３２ｆは、樹脂バインダーと、樹脂バインダーに分散された層状炭化物片と、を有する。表面層３２ｆを構成する樹脂バインダーは、前述した熱可塑性樹脂の硬化物であってもよいし、前述した熱硬化性樹脂の硬化物であってもよい。また、表面層３２ｆを構成する樹脂バインダーは、重合性化合物の重合による一連の重合硬化物（一連の重合体）であってもよい。表面層３２ｆにおける３５０〜８００ｎｍの波長の光の透過率は、２０〜９８％の範囲内である。
重合硬化物を構成する重合性化合物は、例えば、２個以上のラジカル重合性官能基を有する化合物である。ラジカル重合性官能基は、例えば、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基などである。すなわち、表面層３２ｆは、ラジカル重合性官能基を有するモノマーのラジカル重合による一体的な重合体で構成され、表面層３２ｆ中に分散した層状炭化物片を有する。
重合性化合物は、例えば、以下のＭ１〜Ｍ１５の化合物である。
Figure 0006414024
Figure 0006414024
また、当該樹脂バインダーに分散された層状炭化物片は、実施の形態１に記載した層状炭化物片を使用できる。また、表面層３２ｆにおける３５０〜８００ｎｍの波長の光の透過率は、２０〜９８％の範囲内である。また、表面層３２ｆにおける樹脂バインダー１００質量部に対する層状炭化物片の配合量は、０．０５〜２０質量部の範囲内で有ることが好ましい。さらに、表面層３２ｆにおける当該波長の光の透過率も実施の形態１と同様に求めることができる。
また、表面層３２ｆは、任意の成分として、架橋性の反応性基を有する表面処理剤の残基で構成されている表面層を有する金属酸化物粒子（以下、単に「表面処理金属酸化物粒子」ともいう）を含有していてもよい。ここで「架橋性の反応性基を有する表面処理剤の残基」とは、金属酸化物粒子と化学結合するとともに、樹脂バインダーとも化学結合した、金属酸化物粒子および樹脂バインダー間の構造を言う。金属酸化物粒子の例には、酸化錫、酸化チタン、銅アルミナートが含まれる。なお、金属酸化物粒子は、硬度、導電性、光透過性の観点から、酸化錫が好ましい。
金属酸化物粒子の数平均一次粒径は、１〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは３〜１００ｎｍの範囲内であり、さらに好ましくは５〜４０ｎｍの範囲内である。なお、表面処理金属酸化物粒子および金属酸化物粒子の一次粒径は、同一視できる。
金属酸化物粒子の配合量は、前述の樹脂バインダー１００質量部に対して５０〜２００質量部の範囲内であることが好ましく、７０〜１８０質量部であることがより好ましい。金属酸化物粒子の配合量が樹脂バインダー１００質量部に対して５０質量部未満の場合、電気特性が不十分になるおそれがある。一方、金属酸化物粒子の配合量が樹脂バインダー１００質量部に対して２００質量部超の場合、塗膜形成が不良となり、膜強度を発現しないおそれがある。なお、表面処理金属酸化物粒子および金属酸化物粒子の質量は、同一視できる。
金属酸化物粒子は、ラジカル重合性官能基を有する表面処理剤によって表面処理することにより、表面にラジカル重合性官能基が導入される。金属酸化物粒子が、表面処理剤によって表面処理されてなるものであることにより、感光体１３２の製造過程における表面層３２ｆの形成工程において、ラジカル重合性化合物と反応して架橋構造を形成することができ、電荷輸送層３２ｅの膜強度が十分に得られる。また、塗膜中での金属酸化物粒子に高い分散性が得られる。
表面処理剤におけるラジカル重合性官能基としては、例えば、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基などが含まれる。このようなラジカル重合性官能基は、樹脂バインダーを形成するラジカル重合性化合物と反応して、高い膜強度を有する表面層３２ｆを形成することができる。ラジカル重合性官能基を有する表面処理剤としては、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基などの重合性官能基を有するシランカップリング剤が好ましい。
表面処理剤の例には、表１のＳ−１〜Ｓ−３６で表される化合物が含まれる。
Figure 0006414024
以下、実施例を挙げて本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
［実施例１］
実施例１では、導電性支持体と、中間層と、感光層と、を有する感光体（実施の形態１に係る感光体）の耐摩耗性、電気特性およびクリーニング性について調べた。
１．感光体の作成
（感光体１の作製）
（１）導電性支持体の準備
ドラム状のアルミニウム支持体（外径φ３０ｍｍ、長さ３６０ｍｍ）の表面を切削加工し、表面粗さＲｚが１．５μｍの導電性支持体を用意した。
（２）中間層の形成
次いで、下記の成分を下記の量で分散し、第１塗布液を調製した。このとき、分散機としてはサンドミルを用い、バッチ式で１０時間の分散を行った。
ポリアミド樹脂 １質量部
酸化チタン １．１質量部
エタノール ２０質量部
ポリアミド樹脂（樹脂バインダー）としては、Ｘ１０１０（ダイセルデグサ株式会社製）を使用し、酸化チタン（導電性粒子）としては、ＳＭＴ５００ＳＡＳ（テイカ株式会社製）を使用した。酸化チタンの数平均一次粒子径は０．０３５μｍである。
導電性支持体の外周面に、調製した第１塗布液を準備した浸漬塗布法で塗布し、オーブン内において１１０℃で２０分間乾燥させた。これにより、導電性支持体の表面に膜厚２μｍの中間層を形成した。
（３）電荷発生層の形成
次いで、下記の成分を下記の量で混合、分散して第２塗布液を調製した。このとき、分散機としてはサンドミルを用い、１０時間の分散を行った。
チタニルフタロシアニン顔料 ２０質量部
ポリビニルブチラール樹脂 １０質量部
酢酸ｔ−ブチル ７００質量部
４−メトキシ−４−メチル−２−ペンタノン ３００質量部
チタニルフタロシアニン顔料（電荷発生物質）は、Ｃｕ−Ｋα特性Ｘ線回折スペクトル測定で、少なくとも２７．３°の位置に最大回折ピークを有する。また、ポリビニルブチラール樹脂（樹脂バインダー）としては、＃６０００−Ｃ（電気化学工業株式会社製）を用いた。
中間層の上に、調製した第２塗布液を浸漬塗布法で塗布し、オーブンにおいて室温で１０分間乾燥させた。これにより、中間層の表面に膜厚０．３μｍの電荷発生層を形成した。
（４）電荷輸送層の形成
次いで、下記成分を下記の量で混合、溶解して第３塗布液を調製した。
電荷輸送物質 ７０質量部
樹脂バインダー １００質量部
層状炭化物片 ０．５質量部
酸化防止剤 ８質量部
テトラヒドロフラン／トルエン（質量比８／２） ７５０質量部
電荷輸送物質としては、４−メトキシ−４′−（４−メチル−α−フェニルスチリル）トリフェニルアミンを使用した。樹脂バインダーとしては、ビスフェノールＺ型ポリカーボネート（ユーピロン−Ｚ３００；三菱ガス化学株式会社）を使用した。層状炭化物片としては、長径が５μｍのグラフェンナノパウダー（Ｇ−１４；イーエムジャパン株式会社）を使用した。酸化防止剤としては、Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０（ＢＡＳＦ社製；「Ｉｒｇａｎｏｘ」は同社の登録商標）を使用した。
電荷発生層の上に、調製した第３塗布液を浸漬塗布法で塗布し、オーブンにおいて１２０℃で７０分間乾燥させた。これにより、電荷発生層の表面に膜厚２５μｍの電荷輸送層を形成した。なお、第３塗布液を任意の金属板に塗布して硬化させた電荷輸送膜を紫外可視近赤外分光光度計（ＵＨ４１５０；株式会社日立ハイテクサイエンス）を用いて７８０ｎｍの波長の光の透過率を求めた。
以上の工程により感光体１を作製した。
（感光体２）
Ｎｏ．１の層状炭化物片を、表２に示されるＮｏ．２の層状炭化物片に変更した以外は、感光体１と同様にして感光体２を作製した。Ｎｏ．２の層状炭化物片としては、グラフェンナノパウダー（Ｇ−３３；イーエムジャパン株式会社株式会社）を使用した。
（感光体３）
Ｎｏ．１の層状炭化物片を、表２に示される厚さ５ｎｍのＮｏ．３の層状炭化物片に変更した以外は、感光体１と同様にして感光体３を作製した。Ｎｏ．３の層状炭化物片としては、グラフェンナノプレートレット（Ｇ０４４１；東京化成工業株式会社）を使用した。
（感光体４）
Ｎｏ．１の層状炭化物片を、表２に示される長径が１０μｍのＮｏ．４の層状炭化物片に変更した以外は、感光体１と同様にして感光体４を作製した。Ｎｏ．４の層状炭化物片としては、グラフェンナノパウダー（Ｇ−１２Ｓ；イーエムジャパン株式会社株式会社）を使用した。
（感光体５）
Ｎｏ．１の層状炭化物片の配合量を、表２に示されるように２．０質量部に変更した以外は、感光体１と同様にして感光体５を作製した。
（感光体６）
Ｎｏ．１の層状炭化物片を、表２に示される厚さ１００ｎｍのＮｏ．５の層状炭化物片に変更した以外は、感光体１と同様にして感光体６を作製した。Ｎｏ．５の層状炭化物片としては、グラフェンナノパウダー（Ｇ−１３Ｓ；イーエムジャパン株式会社株式会社）を使用した。
（感光体７）
表２に示されるように、層状炭化物片を添加しないこと、および電荷輸送層の膜厚を４０μｍとしたこと以外は、感光体１と同様にして感光体７を作製した。
（感光体８）
Ｎｏ．１の層状炭化物片を、表２に示されるバーミキュライトに変更した以外は、感光体１と同様にして感光体７を作製した。バーミキュライトとしては、Ｍｉｃｒｏｎ８（巴工業株株式会社）を使用した。
表２に感光体１〜８の作製に使用した層状炭化物片、樹脂バインダー、電荷輸送層の膜厚および電荷輸送層における光の透過率を示す。
Figure 0006414024
２．感光体の評価
各感光体について、耐摩耗性、電気特性およびクリーニング性の評価を行った。
（１）耐摩耗性の評価
感光体１〜８を画像形成装置「Ｂｉｚｈｕｂ Ｃ５５４（コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社）」の改造機にそれぞれ搭載し、温度２３℃、湿度５０％の条件下で、ブラックのトナー位置で３００００枚プリントし、感光体最表層の膜厚の減耗量により評価した。具体的には、３００００枚プリントの前後に最表層（本実施例では電荷輸送層）の膜厚が略均一な部分を１０箇所測定し、その平均値を最表層の膜厚とした。なお、膜厚は、渦電流方式の膜厚測定器（ＥＤＤＹ５６０Ｃ；HELMUT FISCHER GMBTE CO Co., Ltd．）を使用した。また、膜厚が略均一な部分は、感光体の両端部分を膜厚プロフィールに基づいて求めた。そして、以下の基準により感光体１〜８を評価した。
◎：摩耗が０．３μｍ未満である（非常に優れている）。
○：摩耗が０．３μｍ以上であって０．６μｍ未満である（優れている）。
△：摩耗が０．６μｍ以上であって１．０μｍ未満である（実用上問題なし）。
×：摩耗が１．０μｍ以上である（実用上問題あり）。
（２）電気特性の評価
感光体１〜８を画像形成装置「Ｂｉｚｈｕｂ Ｃ５５４（コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社）」の改造機にそれぞれ搭載し、温度２３℃、湿度５０％の条件下で、初期電位６００±３０Ｖに設定し、露光後の表面電位を測定した。そして、以下の基準により感光体１〜８を評価した。
◎：表面電位が６０Ｖ以下である（非常に優れている）。
○：表面電位が６０Ｖ超であって、９０Ｖ以下である（優れている）。
△：表面電位が９０Ｖ超であって、１２０Ｖ以下である（実用上問題なし）。
×：表面電位が１２０Ｖ超である（実用上問題あり）。
（３）クリーニング性の評価
感光体１〜８を画像形成装置「Ｂｉｚｈｕｂ Ｃ５５４（コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社）」の改造機にそれぞれ搭載し、温度２３℃、湿度５０％の条件下で、ブラックのトナー位置で印字率５％チャートを２０００枚印字後の感光体の最表層の付着物を顕微鏡にて２０ｍｍ×４０ｍｍの視野において子数を観察した。そして、以下の基準により感光体１〜８を評価した。
◎：付着物が検出されなかった（非常に優れている）。
○：１〜５個の付着物が検出された（優れている）。
△：６〜１０個の付着物が検出された（実用上問題なし）。
×：１１個以上の付着物が検出された（実用上問題あり）。
感光体１〜８について、区分、感光体番号、耐摩耗性の評価結果、電気特性の評価結果およびクリーニング性の評価結果を表３に示す。
Figure 0006414024
表３に示されるように、比較例に係る感光体７では、電荷輸送層に層状炭化物片を含有していないため、耐摩耗性およびクリーニング性が不良であった。一方、層状炭化物片の代わりに配合したバーミキュライトを配合した比較例に係る感光体８では、耐摩耗性、電気特性およびクリーニング性のいずれもが不良であった。比較例に係る感光体８では、バーミキュライトが層状炭化物片より強度が低いため、耐摩耗性が不良であると考えられた。また、比較例に係る感光体８では、バーミキュライトの導電性は、層状炭化物の導電性より低いため、電気特性が不良であると考えられた。さらに、バーミキュライトは、層状炭化物片より極性が高いため、クリーニング性が不良であったと考えられた。
一方、実施例に係る感光体１〜６では、耐摩耗性、電気特性およびクリーニング性が良好であった。これは、感光体１〜６には、電荷輸送層における３５０〜３８０ｎｍの波長の光の透過率が２０〜９８％の範囲内となるように、層状炭化物片が含有されていたためであると考えられた。
［実施例２］
実施例２では、導電性支持体と、中間層と、感光層と、表面層とを有する感光体について耐摩耗性、電気特性およびクリーニング性について調べた。
１．感光体の作製
（感光体９の作製）
導電性支持体の準備、中間層の形成および電荷発生層の形成は、感光体１と同様にして作製した。
（１）電荷輸送層の形成
下記成分を下記の量で混合、溶解して第３塗布液を調製した。
電荷輸送物質 ７０質量部
樹脂バインダー １００質量部
酸化防止剤 ８質量部
テトラヒドロフラン／トルエン（質量比８／２） ７５０質量部
電荷輸送物質としては、４−メトキシ−４′−（４−メチル−α−フェニルスチリル）トリフェニルアミンを使用した。樹脂バインダーとしては、ビスフェノールＺ型ポリカーボネート（ユーピロン−Ｚ３００；三菱ガス化学株式会社）を使用した。酸化防止剤としては、Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０（ＢＡＳＦ社製；「Ｉｒｇａｎｏｘ」は同社の登録商標）を使用した。
電荷発生層の上に、調製した第３塗布液を浸漬塗布法で塗布し、オーブンにおいて１２０℃で７０分間乾燥させた。これにより、電荷発生層の表面に膜厚２０μｍの電荷輸送層を形成した。
（２）表面層の形成
第４塗布液の成分として下記成分を使用した。
樹脂バインダー １００質量部
重合開始剤 １０質量部
層状炭化物片 ０．５質量部
金属酸化物 ８５質量部
テトラヒドロフラン／２−ブタノール（質量比１０／１） ４４０質量部
樹脂バインダー（多官能ラジカル重合性化合物）としては、トリメチロプロパントリメタクリレート（ＳＲ３５０；サートマージャパン株式会社）を使用した。重合開始剤としては、光重合開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９；ＢＡＳＦジャパン株式会社）を使用した。層状炭化物片としては、長径が５μｍのグラフェンナノパウダー（Ｇ−１４；イーエムジャパン株式会社）を使用した。
まず、メタノール３０ｍＬに酸化錫（ＳｎＯ２）（数平均一次粒径＝２０ｎｍ）５ｇを加え、ＵＳホモジナイサーを用いて３０分間分散を行った。次いで、カップリング剤として３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（ＫＢＭ５０３；信越化学工業株式会社）０．３５ｇおよびトルエン１０ｍＬを加え室温で１時間撹拌した。さらに、エバポレーターによって溶剤を除去した後、１２０℃で１時間加熱することにより、カップリング剤による表面処理が施された表面処理金属酸化物を調製した。次いで、表面処理された金属酸化物粒子と、樹脂バインダーと、層状炭化物片と、溶媒とを遮光下で混合し、分散剤としてサンドミルを用いて５分間攪拌した。次いで、重合開始剤を加えて、遮光下で攪拌して溶解させて第４塗布液を調製した。
表面に電荷輸送層を形成した導電性支持体の外周面に、調製した第４塗布液を、スライドホッパー塗布装置を用いて塗布した後、メタルハイドロランプを用いて紫外線を１分間照射した。これにより、電荷輸送層の表面に膜厚３．０μｍの表面層を形成した。
（感光体１０）
Ｎｏ．１の表面処理金属酸化剤を、表４に示されるＮｏ．２の表面処理金属酸化物粒子に変更したこと以外は、感光体９と同様にして感光体１０を作製した。Ｎｏ．２の表面処理金属酸化物粒子は、酸化錫（ＳｎＯ２）を銅アルミナート（ＣｕＡｌＯ２）に置き換えて調製した表面処理金属酸化物を使用した。
（感光体１１）
Ｎｏ．１の表面処理金属酸化剤を、表４に示されるＮｏ．３の表面処理金属酸化物粒子に変更したこと以外は、感光体９と同様にして感光体１１を作製した。Ｎｏ．３の表面処理金属酸化物粒子は、酸化錫（ＳｎＯ２）を酸化チタン（ＴｉＯ２）に置き換えて調製した表面処理金属酸化物を使用した。
（感光体１２）
Ｎｏ．１の層状炭化物片を、表４に示される厚さ０．５ｎｍのＮｏ．６の層状炭化物片に変更したこと以外は、感光体９と同様にして感光体１２を作製した。Ｎｏ．６の層状炭化物片としては、グラフェンナノパウダー（Ｇ−１０Ｓ；イーエムジャパン株式会社株式会社）を使用した。
（感光体１３）
Ｎｏ．１の層状炭化物片を、表４に示される厚さ１００ｎｍのＮｏ．５の層状炭化物片に変更したこと以外は、感光体９と同様にして感光体１３を作製した。
（感光体１４）
Ｎｏ．１の層状炭化物片を、表４に示される長径０．１μｍのＮｏ．７の層状炭化物片に変更したこと以外は、感光体９と同様にして感光体１４を作製した。Ｎｏ．７の層状炭化物片としては、グラフェンナノパウダー（Ｇ−３２；イーエムジャパン株式会社株式会社）を使用した。
（感光体１５）
Ｎｏ．１の層状炭化物片を、表４に示される長径５０μｍのＮｏ．２の層状炭化物片に変更したこと以外は、感光体９と同様にして感光体１５を作製した。
（感光体１６、１７）
層状炭化物片の配合量を、表４に示されるように０．０１または２０質量部に変更したこと以外は、感光体９と同様にして感光体１６、１７をそれぞれ作製した。
（感光体１８）
Ｎｏ．１の層状炭化物片を、表４に示される長径０．０５μｍのＮｏ．８の層状炭化物片に変更したこと以外は、感光体９と同様にして感光体１８を作製した。Ｎｏ．８の層状炭化物片としては、グラフェンナノパウダー（Ｇ−２６；イーエムジャパン株式会社株式会社）を使用した。
（感光体１９）
層状炭化物片の配合量を、表４に示されるように３０質量に変更したこと以外は、感光体９と同様にして感光体１９を作製した。
（感光体２１）
表４示されるように、層状炭化物片を配合しないこと以外は、感光体９と同様にして感光体２１を作製した。
（感光体２２）
Ｎｏ．１の層状炭化物片を、表４示されるバーミキュライトに変更したこと以外は、感光体９と同様にして感光体２２を作製した。
表４に感光体９〜２２の作製に使用した層状炭化物片、樹脂バインダーおよび表面処理金属酸化物粒子および表面層における光の透過率を示す。
Figure 0006414024
２．感光体の評価
感光体９〜２２について、実施例１と同様に、耐摩耗性、電気特性およびクリーニング性の評価を行った。
表５に感光体９〜２２について、区分、感光体番号、耐摩耗性の評価結果、電気特性の評価結果およびクリーニング性の評価結果を示す。
Figure 0006414024
表５に示されるように、比較例に係る感光体１８では、光の透過率が高すぎるため、耐摩耗性が不良であった。これは、層状炭化物片の長径が短いため、層状炭化物片の配合量が少なかったためと考えられた。また、比較例に係る感光体１９では、光の透過率が低すぎたため、耐摩耗性、電気特性およびクリーニング性のいずれもが不良であった。これは、層状炭化物片の配合量が多すぎたためだと考えられた。また、比較例に係る感光体２１は、層状炭化物片が含有されていないため、光の透過率が高く、耐摩耗性およびクリーニング性が不良であったと考えられた。比較例に係る感光体２２では、バーミキュライトが層状炭化物片より強度が低いため、耐摩耗性が不良であると考えられた。また、比較例に係る感光体２２では、バーミキュライトの導電性が層状炭化物の導電性より低いため、電気特性が不良であると考えられた。さらに、バーミキュライトは、層状炭化物片より極性が高いため、クリーニング性が不良であったと考えられた。
一方、実施例に係る感光体９〜１７では、耐摩耗性、電気特性およびクリーニング性が良好であった。これは、感光体９〜１７には、電荷輸送層における３５０〜８００ｎｍの波長の光の透過率が２０〜９８％の範囲内となるように、層状炭化物片が含有されていたためであると考えられた。
本発明によれば、電子写真方式の画像形成装置の電子写真感光体において、耐摩耗性、耐傷性およびクリーニング性を高めることができ、かつそのような特性を長期に亘って発現させることができる。よって、本発明によれば、電子写真方式の画像形成装置におけるさらなる高耐久化およびさらなる普及が期待される。
１０ 画像形成装置
２０ 画像読み取り部
２１ 給紙装置
２２ スキャナー
２３ ＣＣＤセンサー
２４ 画像処理部
３０ 画像形成部
３１ 画像形成ユニット
３２、１３２ 感光体
３２ａ 導電性支持体
３２ｂ 感光層
３２ｃ 中間層
３２ｄ 電荷発生層
３２ｅ、３２ｇ 電荷輸送層
３２ｆ 表面層
３３ 帯電装置
３４ 露光装置
３５ 現像装置
３６ クリーニング装置
４０ 中間転写部
４１ 一次転写ユニット
４２ 二次転写ユニット
４３ 中間転写ベルト
４４ 一次転写ローラー
４５ バックアップローラー
４６ 第１支持ローラー
４７ クリーニング装置
４８ 二次転写ベルト
４９ 二次転写ローラー
５０ 第２支持ローラー
６０ 定着装置
６１ 定着ベルト
６４ 第２加圧ローラー
８０ 記録媒体搬送部
８１ 給紙トレイユニット
８２ レジストローラー対
Ｄ 原稿
Ｓ 紙（記録媒体）

Claims (6)

  1. 導電性支持体と、前記導電性支持体の上に配置された、電荷発生材料および電荷輸送材料を含む感光層とを有する電子写真感光体であって、
    前記電子写真感光体の表面を構成する層は、前記層を構成する樹脂バインダーと、前記樹脂バインダーに分散された層状炭化物片とを含有し、
    前記層状炭化物片の面方向における、最小寸法に対する最大寸法の比率は、１〜１０の範囲内であり、前記層状炭化物片がグラフェンであり、
    前記層中における前記層状炭化物片の含有量は、前記樹脂バインダー１００質量部に対して、０．０５〜２０質量部の範囲内であり、
    前記層における３５０〜８００ｎｍの波長のうち、いずれかの波長の光の透過率は、２０〜９８％の範囲内である、
    電子写真感光体。
  2. 前記層状炭化物片の厚さは、０．５〜１００ｎｍの範囲内である、請求項１に記載の電子写真感光体。
  3. 前記電子写真感光体は、前記感光層の上に配置された表面層をさらに有し、
    前記電子写真感光体の表面を構成する層は、前記表面層である、
    請求項１または請求項２に記載の電子写真感光体。
  4. 前記樹脂バインダーは、重合性化合物の重合硬化物である、請求項３に記載の電子写真感光体。
  5. 前記表面層は、架橋性の反応性基を有する表面処理剤の残基で構成されている表面層を有する金属酸化物粒子を含有する、請求項３または請求項４に記載の電子写真感光体。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子写真感光体と、前記電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置と、帯電した前記電子写真感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成するための露光装置と、静電潜像が形成された前記電子写真感光体にトナーを供給してトナー像を形成するための現像装置と、前記電子写真感光体の表面の前記トナー像を記録媒体に転写するための転写装置と、を有する、画像形成装置であって、
    前記帯電装置は、前記電子写真感光体の表面に接触して、帯電電圧を印加するための接触式の帯電装置である、
    画像形成装置。
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