JP2023056470A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザープリンター、複写機、ファクシミリ等の電子写真記録方式を利用する画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to image forming apparatuses such as laser printers, copiers, facsimiles, etc. that use an electrophotographic recording method.
従来、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置において、電子写真感光体・静電記録誘電体等の感光ドラムの帯電処理手段としてはコロナ帯電器が使用されてきた。近年は、低オゾン・低電力等の利点を有することから、感光ドラムに電圧を印加した帯電部材を当接させて感光ドラムの帯電を行う接触帯電方式の装置が実用化されてきている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an electrophotographic or electrostatic recording image forming apparatus, a corona charger has been used as a charging means for a photosensitive drum such as an electrophotographic photosensitive member or an electrostatic recording dielectric. In recent years, due to advantages such as low ozone and low power consumption, a contact charging type apparatus has been put into practical use, in which a charging member to which a voltage is applied is brought into contact with the photosensitive drum to charge the photosensitive drum.
特に、帯電部材として帯電ローラを用いたローラ帯電方式が帯電の安定性という点から好ましく用いられている。ローラ帯電方式の接触帯電装置では、帯電部材として中抵抗の弾性ローラを感光ドラムに加圧当接させ、これに電圧を印加することによって感光ドラムを帯電処理する。具体的には、帯電は帯電部材から感光ドラムへの放電によって行われるため、パッシェンの法則にしたがい、ある閾値電圧以上の電圧を印加することによって帯電が開始される。 In particular, a roller charging system using a charging roller as a charging member is preferably used from the viewpoint of charging stability. In a roller charging type contact charging device, an elastic roller having medium resistance as a charging member is brought into pressure contact with a photosensitive drum, and a voltage is applied to the roller to charge the photosensitive drum. Specifically, since charging is performed by discharging from the charging member to the photosensitive drum, charging is started by applying a voltage equal to or higher than a certain threshold voltage according to Paschen's law.
例を示すと、感光ドラムとして厚さ25μmの感光層を持つOPC感光体に対して帯電ローラを加圧当接させて帯電処理を行わせる場合には、図5に示したように、帯電ローラに対して約550V以上の電圧を印加すれば感光体の表面電位が上昇し始める。そして、それ以降は印加電圧に対して傾き1で線形に感光体の表面電位が増加する。以後、この閾値電圧を帯電開始電圧Vthと定義する。 As an example, when charging is performed by pressing a charging roller against an OPC photoreceptor having a photosensitive layer with a thickness of 25 μm as a photosensitive drum, as shown in FIG. When a voltage of about 550 V or more is applied to the photoreceptor, the surface potential of the photoreceptor begins to rise. After that, the surface potential of the photosensitive member increases linearly with a slope of 1 with respect to the applied voltage. Hereinafter, this threshold voltage is defined as the charging start voltage Vth.
つまり、電子写真に必要とされる感光体の表面電位である暗部電位Vdを得るためには、帯電ローラにはVd+Vth以上の直流(DC)電圧が必要となる。このようにして、DC電圧のみを接触帯電部材に印加して感光ドラムの帯電を行う接触帯電方式を「接触DC帯電方式」と称する。 That is, in order to obtain the dark area potential Vd, which is the surface potential of the photosensitive member required for electrophotography, the charging roller requires a direct current (DC) voltage of Vd+Vth or higher. A contact charging method in which only a DC voltage is applied to the contact charging member to charge the photosensitive drum is called a "contact DC charging method."
接触DC帯電方式はコロナ帯電方式と比較するとオゾンを含む放電生成物を減少させることができるが、その本質的な帯電機構は帯電部材から感光ドラムへの放電現象を用いているため、放電により微量な放電生成物は発生する。また、放電現象によって感光ドラムの表面の変質も発生する。放電生成物や変質された感光ドラムの表面は、特に、高温高湿度環境下で低抵抗化し、画像形成に必要な感光ドラムの表面電位が形成されず、現像ローラによって所望の画像を現像することが困難であることがある。 Compared to the corona charging method, the contact DC charging method can reduce discharge products including ozone. discharge products are generated. In addition, the discharge phenomenon causes deterioration of the surface of the photosensitive drum. The surface of the photosensitive drum, which is affected by the discharge product or changed in properties, has a low resistance, especially in a high-temperature, high-humidity environment. is sometimes difficult.
この課題を解決するため、感光ドラム表面の放電生成物や変質された感光ドラム表面を、少しずつ削りながら印字を続けることで、放電生成物や変質された感光ドラム表面を同時に削り取る構成が一般的に用いられている。具体的には、感光ドラムに当接して配置された感光ドラムの表面に残存する現像剤をクリーニングするクリーニングブレードや、帯電部材や現像ローラで感光ドラム表面を削り取る。しかしながら、近年では感光ドラムの寿命が長寿命化しており、寿命を通して、感光ドラム表面を削り続けることが困難となっている。 In order to solve this problem, it is common to scrape off the discharge products and the altered surface of the photosensitive drum at the same time by continuing printing while gradually scraping the surface of the photosensitive drum and the altered surface of the photosensitive drum. used for Specifically, the surface of the photosensitive drum is scraped off by a cleaning blade for cleaning the developer remaining on the surface of the photosensitive drum arranged in contact with the photosensitive drum, a charging member, or a developing roller. However, in recent years, the life of the photosensitive drum has become longer, and it has become difficult to continue scraping the surface of the photosensitive drum throughout the life.
そのため、感光ドラムの表面の削れに頼らない放電生成物や感光ドラム表面の変質対策として、放電現象を伴わない帯電方式が特許文献1に開示されている。特許文献1において、感光ドラムの最表面に電荷注入層を設け、帯電ブラシから直接電荷注入によって感光ドラムを帯電させる方式が提案されている。 For this reason, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-300000 discloses a charging method that does not involve a discharge phenomenon as a countermeasure against deterioration of the discharge product and the surface of the photosensitive drum that does not depend on scraping of the surface of the photosensitive drum. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100003 proposes a method of providing a charge injection layer on the outermost surface of a photosensitive drum and charging the photosensitive drum by directly injecting charges from a charging brush.
この構成では従来のような、放電を用いた帯電と異なり、帯電部材が感光ドラムにオーミックに直接接触し、電荷を注入するため、放電による放電生成物の発生や感光ドラム表面の変質を抑制することができる。 In this configuration, unlike conventional charging using discharge, the charging member directly contacts the photosensitive drum in an ohmic manner and charges are injected, thereby suppressing the generation of discharge products and deterioration of the surface of the photosensitive drum due to discharge. be able to.
しかしながら、特許文献1において、以下のような課題があった。特許文献1に開示された構成では、帯電部材と感光ドラムが直接接触している場所のみが帯電可能なため、微視的な帯電不良を発生させないために、帯電ブラシローラを所定の圧で感光ドラムに当接させる必要がある。そのうえで、感光ドラムの回転方向と逆方向に倍の速度で回転させることで、接触点を増やしている。これにより、感光ドラムの表面に生じるキズや帯電ブラシローラの帯電ブラシの導電コートの剥がれなどによる帯電不良や転写されずに感光ドラムに残った現像剤が帯電ブラシローラに付着した際に、付着箇所で電荷注入が不十分になることがあった。 However, Patent Document 1 has the following problems. In the configuration disclosed in Patent Document 1, only the portion where the charging member and the photosensitive drum are in direct contact can be charged. It has to come into contact with the drum. In addition, the number of contact points is increased by rotating the photosensitive drum in the opposite direction at twice the speed. As a result, charging failure due to scratches on the surface of the photosensitive drum, peeling of the conductive coating of the charging brush of the charging brush roller, or developer remaining on the photosensitive drum without being transferred adheres to the charging brush roller. In some cases, the charge injection was insufficient.
そこで、本発明の目的は、感光ドラムの表面に直接電荷注入を行う帯電構成において、放電による放電生成物の発生や感光ドラム表面の変質を抑制しつつ、帯電不均一性を抑制することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to suppress non-uniform charging while suppressing generation of discharge products due to discharge and deterioration of the surface of the photosensitive drum in a charging configuration in which charges are directly injected into the surface of the photosensitive drum. .
以上より、本発明は、回転可能な感光ドラムであって、支持体と表面に表層を有する感光ドラムと、前記感光ドラムの表面と接触して第1の帯電部を形成し、前記第1の帯電部において前記感光ドラムの表面を帯電する第1の帯電部材と、前記感光ドラムの表面と対向する対向部において、前記感光ドラムの表面に現像剤を供給する現像部材と、前記感光ドラムの回転方向において、前記第1の帯電部の下流、かつ、前記対向部の上流において前記感光ドラムの表面と対向する第2の帯電部において前記第1の帯電部材によって帯電された前記感光ドラムの表面を帯電する第2の帯電部材と、前記第1の帯電部材に第1の帯電電圧を印加する第1の帯電電圧印加部と、前記第2の帯電部材に第2の帯電電圧を印加する第2の帯電電圧印加部と、前記第1の帯電電圧印加部と前記第2の帯電電圧印加部と、を制御する制御部と、を有し、前記感光ドラムの前記表層の体積抵抗率が1.0×109Ω・cm以上1.0×1014Ω・cm以下であって、前記制御部は、前記第1の帯電部材によって帯電された前記感光ドラムの表面と前記第2の帯電部材との間に形成される第2の電位差が放電開始電圧以上になるように前記第2の帯電電圧印加部に印加される前記第2の帯電電圧を制御することを特徴とする。 As described above, the present invention provides a rotatable photosensitive drum, the photosensitive drum having a support and a surface layer on the surface thereof, a first charging portion being in contact with the surface of the photosensitive drum, and the first a first charging member that charges the surface of the photosensitive drum in a charging portion; a developing member that supplies developer to the surface of the photosensitive drum in a facing portion facing the surface of the photosensitive drum; and rotation of the photosensitive drum. In the direction, the surface of the photosensitive drum charged by the first charging member in the second charging section facing the surface of the photosensitive drum downstream of the first charging section and upstream of the facing section. a second charging member that charges; a first charging voltage applying section that applies a first charging voltage to the first charging member; and a second charging member that applies a second charging voltage to the second charging member. and a control section for controlling the first charging voltage applying section and the second charging voltage applying section, wherein the volume resistivity of the surface layer of the photosensitive drum is 1.5. 0×10 9 Ω·cm or more and 1.0×10 14 Ω·cm or less, and the controller controls the surface of the photosensitive drum charged by the first charging member and the second charging member. The second charging voltage applied to the second charging voltage applying section is controlled such that the second potential difference formed between the two is equal to or higher than the discharge start voltage.
以上説明したように、本発明によれば、感光ドラムの表面に直接電荷注入を行う帯電構成において、放電による放電生成物の発生や感光ドラム表面の変質を抑制しつつ、帯電不均一性を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, in a charging configuration in which charges are directly injected into the surface of a photosensitive drum, generation of discharge products due to discharge and deterioration of the surface of the photosensitive drum are suppressed, and non-uniform charging is suppressed. can do.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below based on an embodiment with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes and relative arrangement of the components described in this embodiment should be appropriately changed according to the configuration of the device to which the invention is applied and various conditions. That is, it is not intended to limit the scope of the present invention to the following embodiments.
1.画像形成装置
図1は、実施例1に係る画像形成装置1の構成を示す概略図である。画像形成装置1は、外部機器から入力される画像情報に基づいて記録材に画像を形成するモノクロプリンターである。記録材には、普通紙及び厚紙等の紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート等のプラスチックフィルム、封筒やインデックス紙等の特殊形状のシート、並びに布等の、材質の異なる様々なシート材が含まれる。
1. 1. Image Forming Apparatus FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an image forming apparatus 1 according to the first embodiment. The image forming apparatus 1 is a monochrome printer that forms an image on a recording material based on image information input from an external device. Recording materials include paper such as plain paper and thick paper, plastic films such as sheets for overhead projectors, special-shaped sheets such as envelopes and index paper, and various sheet materials of different materials such as cloth.
画像形成装置1は、図1(a)に示すように、記録材Pにトナー像を形成する画像形成部10を有する。さらに、画像形成部10に記録材Pを給送する給送部60と、画像形成部10によって形成されたトナー像を記録材Pに定着させる定着部70と、排出ローラ対80と、を有している。
The image forming apparatus 1 has an
画像形成部10は、スキャナユニット11と、電子写真方式のプロセスカートリッジ20と、プロセスカートリッジ20の感光ドラム21に形成されたトナー像を記録材Pに転写する転写ローラ12と、を有している。プロセスカートリッジ20の詳細図は図1(b)に示す。プロセスカートリッジ20は感光ドラム21と、感光ドラム21の周囲に配置された帯電ブラシ22、帯電ローラ23、前露光装置24及び現像ローラ31を含む現像装置30を有している。
The
感光ドラム21は、円筒型に成形された感光体であり最表面に電荷注入機能を持つ。像担持体としての感光ドラム21は、不図示のモータによって所定の方向(図1(b)中時計周り方向)に所定のプロセススピードで回転駆動される。
The
本実施例の画像形成装置はA4サイズの用紙を連続通紙した際の印刷速度は1分当たり30枚であり、感光ドラム21の周面は170mm/秒で回転している。
The image forming apparatus of this embodiment has a printing speed of 30 sheets per minute when A4 size paper is continuously fed, and the peripheral surface of the
帯電ブラシ22、帯電ローラ23は感光ドラム21に所定の圧接力で接触し、それぞれ異なる電圧を出力する2つの帯電高圧電源(第1の帯電電圧印加部E4、第2の帯電電圧印加部E1)によって、所望の帯電電圧を印加される。ここで、第1の帯電電圧印加部E4は帯電ブラシ22に第1の帯電電圧を印加するブラシ電圧印加部(ブラシ電源)であり、第2の帯電電圧印加部E1は帯電ローラ23に第2の帯電電圧を印加するローラ電圧印加部(帯電電源)である。それらに電圧が印加されることによって、感光ドラム21の表面を所定の電位に均一に帯電させる。本実施例では、感光ドラム21は帯電ブラシ22、帯電ローラ23によって負極性に帯電する。前露光装置24は、帯電ブラシ22、帯電ローラ23による安定した帯電のために、帯電部に侵入する前の感光ドラム21の表面電位を除電する。本実施例では帯電ブラシ22は主として直接電荷注入によって感光ドラム21を帯電し、帯電ローラ23は主として放電によって感光ドラム21を帯電する。
The charging
なお、帯電ブラシ22、帯電ローラ23による感光ドラム21の帯電に関しては、後述する。
The charging of the
露光ユニットたるスキャナユニット11は、外部機器から入力された画像情報に対応したレーザー光Lを、ポリゴンミラーを用いて感光ドラム21に照射することで、感光ドラム21の表面を走査露光する。この露光により、感光ドラム21の表面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。なお、スキャナユニット11は、レーザスキャナ装置に限定されることはなく、例えば、感光ドラム21の長手方向に沿って複数のLEDが配列されたLEDアレイを有するLED露光装置を採用しても良い。
The
続いて、プロセスカートリッジ20に関して説明する。図1(b)に詳細に示すプロセスカートリッジ20は、現像装置30を有する。現像装置30は、現像剤を担持する現像剤担持体としての現像ローラ31と、現像装置30の枠体となる現像容器32と、現像ローラ31に現像剤を供給可能な供給ローラ33と、を備えている。現像ローラ31及び供給ローラ33は、現像容器32によって回転可能に支持されている。また、現像ローラ31は、感光ドラム21に対向するように、現像容器32の開口部に配置されている。供給ローラ33は現像ローラ31に回転可能に当接しており、現像容器32に収容されている現像剤としてのトナーは供給ローラ33によって現像ローラ31の表面に塗布される。
Next, the
本実施例の現像装置30は、現像方式として接触現像方式を用いている。即ち、現像ローラ31に担持されたトナー層が、感光ドラム21と現像ローラ31とが対向する現像部(現像領域)において感光ドラム21と接触する。現像ローラ31には現像電圧印加部たる現像高圧電源E2によって現像電圧が印加される。現像電圧が印加されている条件下で、現像ローラ31に担持されたトナーが感光ドラム21の表面の電位分布に従って現像ローラ31から感光ドラム21の表面に転移することで、静電潜像がトナー像に現像される。本実施例において、現像電圧は-350Vとした。なお、本実施例では、反転現像方式を採用している。即ち、帯電工程において感光ドラム21の表面が帯電させられた後、露光工程において感光ドラム21の表面が露光され、電荷量が減衰した感光ドラム21の表面である露光領域にトナーが付着することでトナー像が形成される。
The developing
また、本実施では、粒径が6μm、正規の帯電極性が負極性のトナーを用いている。トナーは一例として重合法により生成された重合トナーを採用している。トナーは磁性成分を含有せず、主に分子間力や静電気力(鏡像力)によってトナーが現像ローラ31に担持される、所謂非磁性の一成分現像剤である。
Further, in this embodiment, toner having a particle size of 6 μm and a normal charging polarity of negative polarity is used. As an example of the toner, a polymerized toner produced by a polymerization method is used. The toner is a so-called non-magnetic one-component developer that does not contain a magnetic component and is carried on the developing
トナー粒子中には定着プロセス時のトナーの溶融特性、また印字媒体および定着ローラとの付着力を調整するための複数のワックスが含まれている。 The toner particles contain multiple waxes to adjust the toner's melting properties during the fusing process and its adhesion to the print medium and fusing roller.
トナー粒子の表面にはトナーの流動性や、帯電性能を調整するための粒径サブミクロンオーダーのシリカ粒子からなる微粒子が添加されている。本実施例においては、トナーに微粒子を添加されたものを現像剤と定義している。 On the surfaces of the toner particles, fine particles made of silica particles having a particle size of submicron order are added for adjusting the fluidity and charging performance of the toner. In this embodiment, the developer is defined as a toner to which fine particles are added.
本実施例では、非磁性の一成分現像剤を例として挙げているが、磁性成分を含有する一成分現像剤を用いてもよい。また、現像剤として非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとによって構成された二成分現像剤を用いてもよい。磁性を有する現像剤を用いる場合、現像剤担持体としては、例えば内側にマグネットが配置された円筒状の現像スリーブが用いられる。 Although a non-magnetic one-component developer is used as an example in this embodiment, a one-component developer containing a magnetic component may also be used. Alternatively, a two-component developer composed of a non-magnetic toner and a magnetic carrier may be used as the developer. When a developer having magnetism is used, for example, a cylindrical developing sleeve having a magnet arranged inside is used as the developer carrier.
現像容器32の内部には、撹拌手段としての撹拌部材34が設けられている。撹拌部材34は、駆動されて回動することで、現像容器32内のトナーを撹拌すると共に、現像ローラ31及び供給ローラ33に向け、トナーを送り込む。また、撹拌部材34は、現像に使用されず現像ローラ31から剥ぎ取られたトナーを現像容器内で循環させ、現像容器内のトナーを均一化する役割を有する。
A stirring
また、現像ローラ31が配置される現像容器32の開口部には、現像ローラ31に担持されるトナーの量を規制するステンレス板からなる現像ブレード35が配置されている。現像ブレード35には現像ローラ31に対して負極性側に絶対値が200V大きい電圧が現像ブレード印加部E5としてのブレード電源から印加される。すなわち、トナーの正規極性側に200V大きい電圧が現像ブレード35に印加されているということである。
A developing
現像ローラ31の表面に供給された現像剤は、現像ローラ31の回転に伴って現像ブレード35との対向部を通過することで、均一に薄層化される。同時に、現像ブレード35との摩擦帯電、および現像ブレード35と現像ローラ31の間に設けられた電位差によって直接注入帯電され、トナーの正規極性である負極性に帯電させられる。
The developer supplied to the surface of the developing
給送部60は、画像形成装置1に開閉可能に支持される前扉61と、積載トレイ62と、中板63と、トレイバネ64と、ピックアップローラ65と、を有している。積載トレイ62は、前扉61が開かれることで現れる記録材Pの収容空間の底面を構成しており、中板63は、積載トレイ62に昇降可能に支持されている。トレイバネ64は、中板63を上方に付勢しており、中板63に積載された記録材Pをピックアップローラ65に押し付ける。なお、前扉61は、画像形成装置1に対して閉じられた状態で記録材Pの収容空間を閉塞し、画像形成装置1に対して開かれた状態で積載トレイ62、中板63と共に記録材Pを支持する。
The
定着部70は、記録材上のトナーを加熱して溶融させることで画像の定着処理を行う熱定着方式のものである。定着部70は、定着フィルム71と、定着フィルム71を加熱するセラミックヒータ等の定着ヒータと、定着ヒータの温度を測定するサーミスタと、定着フィルム71に圧接する加圧ローラ72と、を備える。
The fixing
なお、本実施例においては、画像形成装置本体に着脱自在としたプロセスカートリッジ20を用いているが、これに限るものではなく、所定の画像形成プロセスが実施できればよい。例えば、現像装置30が着脱自在な現像カートリッジや、ドラムユニットが着脱自在なドラムカートリッジ、現像装置30にトナーを外部から供給するトナーカートリッジや、着脱自在なカートリッジを用いない構成でもよい。
In this embodiment, the
2.制御態様
図3は、本実施例の画像形成装置1の要部の制御態様を示す概略ブロック図である。画像形成装置1には、制御部150が設けられている。制御部150は、演算処理を行う中心的素子である演算制御手段としてのCPU151、記憶手段としてのROMやRAMなどのメモリ(記憶素子)152、制御部150に接続された各種要素との間の信号の授受を制御する入出力部(図示せず)などを有する。RAMには、センサの検知結果、演算結果などが格納され、ROMには制御プログラム、予め求められたデータテーブルなどが格納されている。
2. Control Mode FIG. 3 is a schematic block diagram showing a control mode of the main part of the image forming apparatus 1 of this embodiment. A
制御部150は、画像形成装置1の動作を統括的に制御する制御手段である。制御部150は、各種の電気的情報信号の授受や、駆動のタイミングなどを制御して、所定の画像形成シーケンスを実行する。制御部150には、画像形成装置100の各部が接続されている。例えば、本実施例との関係では、制御部150には、第二帯電電源たる帯電電源E1、現像電源E2、転写電源E3、第一帯電電源たるブラシ電源E4、ブレード電源E5、露光ユニット11、駆動モータ110、前露光装置24、などが接続されている。
The
3.画像形成動作
次に、画像形成装置1の画像形成動作について説明する。画像形成装置1に画像形成の指令が入力されると、画像形成装置1に接続された外部のコンピュータから入力された画像情報に基づいて、画像形成部10による画像形成プロセスが開始される。スキャナユニット11は、入力された画像情報に基づいて、感光ドラム21に向けてレーザー光Lを照射する。このとき感光ドラム21は、帯電ブラシ22、および帯電ローラ23により予め帯電されており、レーザー光Lが照射されることで感光ドラム21上に静電潜像が形成される。その後、現像ローラ31によりこの静電潜像が現像され、感光ドラム21上にトナー像が形成される。
3. Image Forming Operation Next, the image forming operation of the image forming apparatus 1 will be described. When an image forming command is input to the image forming apparatus 1 , the image forming process by the
上述の画像形成プロセスに並行して、給送部60のピックアップローラ65は、前扉61、積載トレイ62及び中板63に支持された記録材Pを送り出す。記録材Pは、ピックアップローラ65によってレジストレーションローラ対15に給送され、レジストレーションローラ対15のニップに突き当たることで斜行が補正される。そして、レジストレーションローラ対15は、トナー像の転写タイミングに合わせて駆動され、記録材Pを転写ローラ12及び感光ドラム21によって形成される転写ニップに向けて搬送する。
In parallel with the image forming process described above, the
転写手段としての転写ローラ12には、転写高圧電源E3から転写電圧が印加され、レジストレーションローラ対15によって搬送される記録材Pに感光ドラム21に担持されているトナー像が転写される。トナー像を転写された記録材Pは、定着部70に搬送され、定着部70の定着フィルム71と加圧ローラ72との間のニップ部を通過する際にトナー像が加熱及び加圧される。これによりトナー粒子が溶融し、その後固着することで、トナー像が記録材Pに定着する。定着部70を通過した記録材Pは、排出ローラ対80によって画像形成装置1の外部に排出され、排出トレイ81に積載される。
A transfer voltage is applied to the
排出トレイ81は、記録材の排出方向における下流に向けて上り傾斜しており、排出トレイ81に排出された記録材は、排出トレイ81を滑り下りることで、後端が規制面82によって整合される。
The
4.感光ドラム
以下に、本実施例で用いる感光ドラム21の詳細に関して図2を例にとって説明する。
4. Photosensitive Drum Details of the
本発明に係る感光ドラム21は、最表面に電荷注入機能を持つ。
The
本発明に係る感光ドラム21は、導電性支持体21aと、導電層21bと、下引き層21cと、電荷発生層21dと電荷輸送層21eの2層からなる感光層と、電荷注入層21fとを有する。電荷注入層21fは導電性粒子21gを含有しており、導電性粒子21gの含有量は、電荷注入層21fの全体積に対して5.0体積%以上70.0体積%以下である。さらに、電荷注入層21fの体積抵抗率が1.0×109Ω・cm以上1.0×1014Ω・cm以下であることが特徴である。
The
1.0×109Ω・cm未満であると、電荷注入層21fの抵抗が低すぎて、静電潜像を適切に形成することができず、所望の画像の現像が困難となる。一方、1.0×1014Ω・cmを超えると、電荷注入層21fの抵抗が高すぎて、本発明の特徴である帯電ブラシ22から電荷注入層21fへの電荷注入性が低下するため、後述する帯電ローラ23の放電抑制効果が得られにくくなる。より好ましい電荷注入層21fの体積抵抗率は、1.0×1011Ω・cm以上1.0×1014Ω・cm以下である。
If the resistance is less than 1.0×10 9 Ω·cm, the resistance of the
この体積抵抗率の範囲を満たすために、導電性粒子21gの含有量は、電荷注入層21fの全体積に対して5.0体積%以上70.0体積%以下とすることが望ましい。
In order to satisfy this volume resistivity range, the content of the
導電性粒子21gの含有量が70.0体積%を超えると電荷注入層21f自体が脆くなるため、長期使用を通して感光ドラム21の表面が削られやすくなる。これにより、感光ドラム21の帯電均一性が低下し、高速化した際に生ずる帯電不良により、画像弊害が発生しやすくなる。より好ましい導電性粒子21gの含有量は、5.0体積%以上40.0体積%以下である。
If the content of the
電荷注入層21fの体積抵抗率は、導電性粒子21gの含有量の他にも例えば、導電性粒子21gの粒子径によって制御することができる。導電性粒子21gの粒子径は、体積平均粒径で5nm以上300nm以下であることが好ましく、より好ましくは40nm以上250nm以下であることが好ましい。導電性粒子21gの個数平均粒子径が5nm未満となると導電性粒子21gの比表面積が大きくなり、電荷注入層21fの表面における導電性粒子21gの近傍に対して水分吸着が多くなり、電荷注入層21fの体積抵抗率が低下しやすくなる。導電性粒子21gの個数平均粒子径が300nmを超えると電荷注入層21f内における粒子の分散が悪化するとともに結着樹脂との界面の面積が低下して、界面における抵抗が上昇して電荷注入性が悪化しやすくなる。
The volume resistivity of the
電荷注入層21fが含有する導電性粒子21gとしては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムなどの金属酸化物の粒子が挙げられる。導電性粒子21gとして金属酸化物を用いる場合、金属酸化物にニオブやリン、アルミニウムなど元素やその酸化物をドーピングしてもよい。また、導電性粒子21gは、粒子と、その粒子を被覆する積層構成としてもよい。粒子としては、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛などが挙げられる。被覆する材料としては、酸化チタンや酸化スズなどの金属酸化物が挙げられ、本発明においては帯電ブラシ22からの電荷注入性の観点から酸化チタンが好ましい。
Examples of the
さらに、酸化チタンがニオブを含有していると、より電荷注入性が良好となり、少ない量で電荷注入性を向上させることができる。好ましいニオブ含有量は、ニオブ含有酸化チタン粒子の全質量に対して、0.5質量%以上15.0質量%以下であることが好ましく、より好ましくは2.6質量%以上10.0質量%以下である。 Furthermore, when the titanium oxide contains niobium, the charge injection property becomes better, and the charge injection property can be improved with a small amount. A preferable niobium content is preferably 0.5% by mass or more and 15.0% by mass or less, more preferably 2.6% by mass or more and 10.0% by mass, based on the total mass of the niobium-containing titanium oxide particles. It is below.
ニオブを含有した酸化チタン粒子は、アナターゼ型又はルチル型の酸化チタン粒子であることが好ましく、アナターゼ型の酸化チタン粒子であることが更に好ましい。アナターゼ型の酸化チタンを用いることで、電荷注入層21f内の電荷移動が円滑になるため、電荷注入が良好になる。より好ましくは、アナターゼ型酸化チタン粒子と、表面近傍にニオブを含有する酸化チタンの被覆材料を有する粒子である。表面近傍にニオブを含有させたアナターゼ酸化チタン粒子を使用することにより、電荷が電荷注入層21f内を移動しやすくなると同時に、帯電ブラシ22から電荷注入層21fへの電荷注入性を高めることができる。また、電荷注入層21fの体積抵抗率の低下を抑制することができる。これにより、高温高湿環境での静電潜像の維持性が向上する。アナターゼ型の酸化チタンはアナターゼ化度が90%以上であることが好ましい。金属酸化物粒子には、ニオブやリン、アルミニウムなどの原子やその酸化物をドーピングしてもよく、特に好ましくは、ニオブを含有し、且つニオブが粒子表面近傍に偏在した構成である酸化チタン粒子である。ニオブが表面近傍に偏在することで、電荷を効率的に授受することができる。より具体的には、粒子の中心における、“ニオブ原子濃度/チタン原子濃度”で算出される濃度比率に対して、粒子の表面から粒子の最大径の5%内部における、“ニオブ原子濃度/チタン原子濃度”で算出される濃度比率が、2.0倍以上となる酸化チタン粒子である。尚、ニオブ原子濃度、チタン原子濃度は、EDS分析装置(エネルギー分散型X線分析装置)を接続した走査透過型電子顕微鏡(STEM)により得られる。本発明の実施例で用いたニオブ含有酸化チタン粒子の一例のSTEM像を図11に示す。詳細は後述するが、本件実施例で使用しているニオブ含有酸化チタン粒子は、酸化チタン粒子に、ニオブ含有酸化チタンを被覆した後に焼成することで作製される。そのため、被覆されたニオブ含有酸化チタンは、被覆前粒子の酸化チタンの結晶に沿って、所謂アナフィキシャル成長によりニオブドープ酸化チタンとして結晶成長をすると考えられる。このようにして作製したニオブを含有した酸化チタンは、粒子中心部の密度と比べ、表面近傍での密度が小さく、コアシェル様の形態に制御されている。
The niobium-containing titanium oxide particles are preferably anatase-type or rutile-type titanium oxide particles, and more preferably anatase-type titanium oxide particles. By using anatase-type titanium oxide, charge transfer in the
図11のSTEM像を模式的に図12に示す。図12において、41は導電性粒子の中心部、42は導電性粒子の表面近傍、43は導電性粒子の中心部を分析するX線、44は導電性粒子の表面から一次粒子径の5%内部を分析するX線を示す。 A STEM image of FIG. 11 is schematically shown in FIG. In FIG. 12, 41 is the center of the conductive particles, 42 is near the surface of the conductive particles, 43 is the X-ray for analyzing the center of the conductive particles, and 44 is 5% of the primary particle diameter from the surface of the conductive particles. 1 shows an X-ray analyzing the interior.
このようなニオブ含有酸化チタン粒子は、粒子の表面近傍のニオブ/チタン原子濃度比が、粒子中心部のニオブ/チタン原子濃度比よりも大きく、ニオブ原子が粒子表面近傍に偏在している。具体的には、粒子中心部におけるニオブ/チタン原子濃度比率に対して、粒子の表面から粒子の最大径の5%内部におけるニオブ/チタン原子濃度比率が、2.0倍以上である。2.0倍以上にすることで、電荷が電荷注入層内を移動しやすくなり、電荷注入性を高めることができる。2.0倍未満であると、電荷の授受が行われ難くなる。 In such niobium-containing titanium oxide particles, the niobium/titanium atomic concentration ratio in the vicinity of the particle surface is higher than the niobium/titanium atomic concentration ratio in the center of the particle, and the niobium atoms are unevenly distributed in the vicinity of the particle surface. Specifically, the niobium/titanium atomic concentration ratio within 5% of the maximum diameter of the grain from the surface of the grain is at least 2.0 times the niobium/titanium atomic concentration ratio in the central portion of the grain. When the ratio is 2.0 times or more, charges can easily move in the charge injection layer, and the charge injection property can be improved. If it is less than 2.0 times, it becomes difficult to transfer electric charges.
電荷注入層21fの詳細な製造方法については、後述する。
A detailed manufacturing method of the
以下、本発明に係る電子写真感光体の構成について詳細に説明する。 The configuration of the electrophotographic photoreceptor according to the present invention will be described in detail below.
<支持体21a>
本発明に係る電子写真感光体において、支持体21aは導電性を有する導電性支持体であることが好ましい。また、支持体21aの形状としては、円筒状、ベルト状、シート状などが挙げられる。中でも、円筒状支持体であることが好ましい。また、支持体21aの表面に、陽極酸化などの電気化学的な処理、ブラスト処理、切削処理などを施してもよい。支持体21aの材質としては、金属、樹脂、ガラスなどが好ましい。金属としては、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、金、ステンレス、これらの合金などが挙げられる。中でも、アルミニウムを用いたアルミニウム製支持体であることが好ましい。また、樹脂やガラスには、導電性材料を混合または被覆するなどの処理によって、導電性を付与することが好ましい。
<
In the electrophotographic photoreceptor according to the present invention, the
<導電層21b>
本発明に係る電子写真感光体において、支持体21aの上に、導電層21bを設けてもよい。導電層21bを設けることで、支持体表面の傷や凹凸を隠蔽することや、支持体表面における光の反射を制御することができる。導電層21bは、導電性粒子と、樹脂と、を含有することが好ましい。導電性粒子の材質としては、金属酸化物、金属、カーボンブラックなどが挙げられる。
<
In the electrophotographic photoreceptor according to the present invention, a
金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化ビスマスなどが挙げられる。金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ニクロム、銅、亜鉛、銀などが挙げられる。 Metal oxides include zinc oxide, aluminum oxide, indium oxide, silicon oxide, zirconium oxide, tin oxide, titanium oxide, magnesium oxide, antimony oxide, and bismuth oxide. Metals include aluminum, nickel, iron, nichrome, copper, zinc, silver and the like.
これらの中でも、導電性粒子として、金属酸化物を用いることが好ましく、特に、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛を用いることがより好ましい。 Among these, metal oxides are preferably used as the conductive particles, and titanium oxide, tin oxide, and zinc oxide are particularly preferably used.
導電性粒子として金属酸化物を用いる場合、金属酸化物の表面をシランカップリング剤などで処理したり、金属酸化物にリンやアルミニウムなど元素やその酸化物をドーピングしたりしてもよい。 When a metal oxide is used as the conductive particles, the surface of the metal oxide may be treated with a silane coupling agent or the like, or the metal oxide may be doped with an element such as phosphorus or aluminum or an oxide thereof.
また、導電性粒子は、粒子と、その粒子を被覆する被覆材料とを有する積層構成としてもよい。前記粒子としては、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛などが挙げられる。被覆材料としては、酸化スズなどの金属酸化物が挙げられる。 Also, the conductive particles may have a layered structure including particles and a coating material that coats the particles. Examples of the particles include titanium oxide, barium sulfate, and zinc oxide. Coating materials include metal oxides such as tin oxide.
また、導電性粒子として金属酸化物を用いる場合、その体積平均粒子径が、1nm以上500nm以下であることが好ましく、3nm以上400nm以下であることがより好ましい。 When metal oxides are used as the conductive particles, the volume average particle diameter is preferably 1 nm or more and 500 nm or less, more preferably 3 nm or more and 400 nm or less.
樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂などが挙げられる。また、導電層21bは、シリコーンオイル、樹脂粒子、酸化チタンなどの隠蔽剤などをさらに含有してもよい。
Examples of resins include polyester resins, polycarbonate resins, polyvinyl acetal resins, acrylic resins, silicone resins, epoxy resins, melamine resins, polyurethane resins, phenol resins, and alkyd resins. In addition, the
導電層21bは、上記の各材料及び溶剤を含有する導電層用塗布液を調製し、この塗膜を支持体21a上に形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、スルホキシド系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤などが挙げられる。導電層用塗布液中で導電性粒子を分散させるための分散方法としては、ペイントシェーカー、サンドミル、ボールミル、液衝突型高速分散機を用いた方法が挙げられる。
The
導電層21bの平均膜厚は、1μm以上40μm以下であることが好ましく、3μm以上30μm以下であることが特に好ましい。
The average film thickness of the
<下引き層21c>
本発明に係る電子写真感光体において、支持体21aまたは導電層21bの上に、下引き層21cを設けてもよい。下引き層21cを設けることで、層間の接着機能が高まり、電荷注入阻止機能を付与することができる。
<
In the electrophotographic photoreceptor according to the present invention, an
下引き層21cは、樹脂を含有することが好ましい。また、重合性官能基を有するモノマーを含有する組成物を重合することで硬化膜として下引き層21cを形成してもよい。
The
樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、アルキッド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリエチレンオキシド樹脂、ポリプロピレンオキシド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド酸樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、セルロース樹脂などが挙げられる。 Examples of resins include polyester resins, polycarbonate resins, polyvinyl acetal resins, acrylic resins, epoxy resins, melamine resins, polyurethane resins, phenol resins, polyvinyl phenol resins, alkyd resins, polyvinyl alcohol resins, polyethylene oxide resins, polypropylene oxide resins, and polyamide resins. , polyamic acid resins, polyimide resins, polyamideimide resins, cellulose resins, and the like.
重合性官能基を有するモノマーが有する重合性官能基としては、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、メチロール基、アルキル化メチロール基、エポキシ基、金属アルコキシド基、ヒドロキシル基、アミノ基、カルボキシル基、チオール基、カルボン酸無水物基、炭素-炭素二重結合基などが挙げられる。 The polymerizable functional group possessed by the monomer having a polymerizable functional group includes an isocyanate group, a blocked isocyanate group, a methylol group, an alkylated methylol group, an epoxy group, a metal alkoxide group, a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a thiol group, Carboxylic anhydride groups, carbon-carbon double bond groups, and the like.
また、下引き層21cは、電気特性を高める目的で、電子輸送物質、金属酸化物、金属、導電性高分子などを更に含有してもよい。これらの中でも、電子輸送物質、金属酸化物を用いることが好ましい。
In addition, the
電子輸送物質としては、キノン化合物、イミド化合物、ベンズイミダゾール化合物、シクロペンタジエニリデン化合物、フルオレノン化合物、キサントン化合物、ベンゾフェノン化合物、シアノビニル化合物、ハロゲン化アリール化合物、シロール化合物、含ホウ素化合物などが挙げられる。電子輸送物質として、重合性官能基を有する電子輸送物質を用い、上述の重合性官能基を有するモノマーと共重合させることで、硬化膜として下引き層21cを形成してもよい。
Examples of electron-transporting substances include quinone compounds, imide compounds, benzimidazole compounds, cyclopentadienylidene compounds, fluorenone compounds, xanthone compounds, benzophenone compounds, cyanovinyl compounds, halogenated aryl compounds, silole compounds, and boron-containing compounds. . The
金属酸化物としては、酸化インジウムスズ、酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素などが挙げられる。金属としては、金、銀、アルミなどが挙げられる。 Metal oxides include indium tin oxide, tin oxide, indium oxide, titanium oxide, zinc oxide, aluminum oxide, and silicon dioxide. Metals include gold, silver, and aluminum.
下引き層21cに含まれる金属酸化物粒子は、シランカップリング剤などの表面処理剤を用いて表面処理して用いてもよい。
The metal oxide particles contained in the
金属酸化物粒子を表面処理する方法は、一般的な方法が用いられる。たとえば、乾式法や湿式法が挙げられる。 A common method is used for the surface treatment of the metal oxide particles. Examples include dry methods and wet methods.
乾式法は、金属酸化物粒子をヘンシェルミキサーのような高速攪拌可能なミキサーの中で攪拌しながら、表面処理剤を含有するアルコール水溶液、有機溶媒溶液、または水溶液を添加し、均一に分散させた後に乾燥を行うものである。 In the dry method, an alcohol aqueous solution, an organic solvent solution, or an aqueous solution containing a surface treatment agent was added while stirring the metal oxide particles in a mixer capable of high-speed stirring such as a Henschel mixer, and the particles were uniformly dispersed. Drying is performed later.
また、湿式法は、金属酸化物粒子と表面処理剤とを溶剤中で攪拌、またはガラスビーズなどを用いてサンドミルなどで分散するものであり、分散後、ろ過、または減圧留去により溶剤除去が行われる。溶剤の除去後は、さらに100℃以上で焼き付けを行うことが好ましい。 In the wet method, the metal oxide particles and the surface treatment agent are stirred in a solvent or dispersed in a sand mill using glass beads or the like. After dispersion, the solvent can be removed by filtration or distillation under reduced pressure. done. After removing the solvent, baking is preferably performed at 100° C. or higher.
下引き層21cには、さらに添加剤を含有させてもよく、例えば、アルミニウムなどの金属粉体、カーボンブラックなどの導電性物質、電荷輸送物質、金属キレート化合物、有機金属化合物などの公知の材料を含有させることができる。
The
電荷輸送物質としては、キノン化合物、イミド化合物、ベンズイミダゾール化合物、シクロペンタジエニリデン化合物、フルオレノン化合物、キサントン化合物、ベンゾフェノン化合物、シアノビニル化合物、ハロゲン化アリール化合物、シロール化合物、含ホウ素化合物などが挙げられる。電荷輸送物質として、重合性官能基を有する電荷輸送物質を用い、上記の重合性官能基を有するモノマーと共重合させることで、硬化膜として下引き層21cを形成してもよい。
Examples of charge-transporting substances include quinone compounds, imide compounds, benzimidazole compounds, cyclopentadienylidene compounds, fluorenone compounds, xanthone compounds, benzophenone compounds, cyanovinyl compounds, halogenated aryl compounds, silole compounds, and boron-containing compounds. . The
下引き層21cは、上記の各材料及び溶剤を含有する下引き層21c用塗布液を調製し、この塗膜を支持体21aまたは導電層21b上に形成し、乾燥及び/または硬化させることで形成することができる。
The
下引き層21c用塗布液に用いられる溶剤としては、アルコール、スルホキシド、ケトン、エーテル、エステル、脂肪族ハロゲン化炭化水素、芳香族化合物などの有機溶剤が挙げられる。本発明においては、アルコール系、ケトン系溶剤を用いることが好ましい。
Solvents used in the coating liquid for the
下引き層21c用塗布液を調製するための分散方法としては、ホモジナイザー、超音波分散機、ボールミル、サンドミル、ロールミル、振動ミル、アトライター、液衝突型高速分散機を用いた方法が挙げられる。
Dispersion methods for preparing the coating liquid for the
<感光層>
電子写真感光体の感光層は、主に、(1)積層型感光層と、(2)単層型感光層とに分類される。(1)積層型感光層は、電荷発生物質を含有する電荷発生層21dと、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層21eと、を有する感光層である。(2)単層型感光層は、電荷発生物質と電荷輸送物質を共に含有する感光層である。
<Photosensitive layer>
The photosensitive layer of the electrophotographic photoreceptor is mainly classified into (1) laminated photosensitive layer and (2) single layer photosensitive layer. (1) The laminated photosensitive layer is a photosensitive layer having a
(1)積層型感光層
積層型感光層は、電荷発生層21dと、電荷輸送層21eと、を有する。
(1) Laminated Photosensitive Layer The laminated photosensitive layer has a
(1-1)電荷発生層21d
電荷発生層21dは、電荷発生物質と、樹脂と、を含有することが好ましい。
(1-1)
The
電荷発生物質としては、アゾ顔料、ペリレン顔料、多環キノン顔料、インジゴ顔料、フタロシアニン顔料などが挙げられる。これらの中でも、アゾ顔料、フタロシアニン顔料が好ましい。フタロシアニン顔料の中でも、オキシチタニウムフタロシアニン顔料、クロロガリウム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が好ましい。 Examples of charge-generating substances include azo pigments, perylene pigments, polycyclic quinone pigments, indigo pigments, and phthalocyanine pigments. Among these, azo pigments and phthalocyanine pigments are preferred. Among the phthalocyanine pigments, oxytitanium phthalocyanine pigments, chlorogallium phthalocyanine pigments, and hydroxygallium phthalocyanine pigments are preferred.
電荷発生層21d中の電荷発生物質の含有量は、電荷発生層21dの全質量に対して、40質量%以上85質量%以下であることが好ましく、60質量%以上80質量%以下であることがより好ましい。
The content of the charge-generating substance in the charge-
樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、セルロース樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などが挙げられる。これらの中でも、ポリビニルブチラール樹脂がより好ましい。 Resins include polyester resins, polycarbonate resins, polyvinyl acetal resins, polyvinyl butyral resins, acrylic resins, silicone resins, epoxy resins, melamine resins, polyurethane resins, phenol resins, polyvinyl alcohol resins, cellulose resins, polystyrene resins, and polyvinyl acetate resins. , polyvinyl chloride resin, and the like. Among these, polyvinyl butyral resin is more preferable.
また、電荷発生層21dは、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの添加剤をさらに含有してもよい。具体的には、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、硫黄化合物、リン化合物、ベンゾフェノン化合物、などが挙げられる。
The
電荷発生層21dは、上記の各材料及び溶剤を含有する電荷発生層21d用塗布液を調製し、この塗膜を下引き層21c上に形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、スルホキシド系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤などが挙げられる。
The
電荷発生層21dの平均膜厚は、0.1μm以上1μm以下であることが好ましく、0.15μm以上0.4μm以下であることがより好ましい。
The average film thickness of the
(1-2)電荷輸送層21e
電荷輸送層21eは、電荷輸送物質と、樹脂と、を含有することが好ましい。
(1-2)
The
電荷輸送物質としては、例えば、多環芳香族化合物、複素環化合物、ヒドラゾン化合物、スチリル化合物、エナミン化合物、ベンジジン化合物、トリアリールアミン化合物、これらの物質から誘導される基を有する樹脂などが挙げられる。これらの中でも、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物が好ましい。 Examples of charge-transporting substances include polycyclic aromatic compounds, heterocyclic compounds, hydrazone compounds, styryl compounds, enamine compounds, benzidine compounds, triarylamine compounds, and resins having groups derived from these substances. . Among these, triarylamine compounds and benzidine compounds are preferred.
電荷輸送層21e中の電荷輸送物質の含有量は、電荷輸送層21eの全質量に対して、25質量%以上70質量%以下であることが好ましく、30質量%以上55質量%以下であることがより好ましい。
The content of the charge transport substance in the
樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂などが挙げられる。これらの中でも、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂としては、特にポリアリレート樹脂が好ましい。 Examples of resins include polyester resins, polycarbonate resins, acrylic resins, and polystyrene resins. Among these, polycarbonate resins and polyester resins are preferred. A polyarylate resin is particularly preferable as the polyester resin.
電荷輸送物質と樹脂との含有量比(質量比)は、4:10~20:10が好ましく、5:10~12:10がより好ましい。 The content ratio (mass ratio) of the charge transport substance and the resin is preferably 4:10 to 20:10, more preferably 5:10 to 12:10.
また、電荷輸送層21eは、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、レベリング剤、滑り性付与剤、耐摩耗性向上剤などの添加剤を含有してもよい。具体的には、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、硫黄化合物、リン化合物、ベンゾフェノン化合物、シロキサン変性樹脂、シリコーンオイル、フッ素樹脂粒子、ポリスチレン樹脂粒子、ポリエチレン樹脂粒子、シリカ粒子、アルミナ粒子、窒化ホウ素粒子などが挙げられる。
Also, the
電荷輸送層21eは、上記の各材料及び溶剤を含有する電荷輸送層21e用塗布液を調製し、この塗膜を電荷発生層21d上に形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤が挙げられる。これらの溶剤の中でも、エーテル系溶剤または芳香族炭化水素系溶剤が好ましい。
The charge-transporting
電荷輸送層21eの平均膜厚は、3μm以上50μm以下であることが好ましく、5μm以上40μm以下であることがより好ましく、10μm以上30μm以下であることが特に好ましい。
The average film thickness of the
(2)単層型感光層
単層型感光層は、電荷発生物質、電荷輸送物質、樹脂及び溶剤を含有する感光層用塗布液を調製し、この塗膜を下引き層21c上に形成し、乾燥させることで形成することができる。電荷発生物質、電荷輸送物質、樹脂としては、上記「(1)積層型感光層」における材料の例示と同様である。
(2) Single-layer type photosensitive layer A single-layer type photosensitive layer is formed by preparing a photosensitive layer coating liquid containing a charge generating substance, a charge transporting substance, a resin and a solvent, and forming this coating film on the
<電荷注入層21f>
電荷注入層21fは、重合性官能基を有する化合物の重合物及び樹脂を含有してもよい。
<
The
重合性官能基としては、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、メチロール基、アルキル化メチロール基、エポキシ基、金属アルコキシド基、ヒドロキシル基、アミノ基、カルボキシル基、チオール基、カルボン酸無水物基、炭素-炭素二重結合基、アルコキシシリル基、シラノール基などが挙げられる。重合性官能基を有する化合物として、電荷輸送能を有するモノマーを用いてもよい。 Examples of polymerizable functional groups include isocyanate groups, blocked isocyanate groups, methylol groups, alkylated methylol groups, epoxy groups, metal alkoxide groups, hydroxyl groups, amino groups, carboxyl groups, thiol groups, carboxylic acid anhydride groups, carbon-carbon double bond groups, alkoxysilyl groups, silanol groups, and the like. A monomer having charge transport ability may be used as the compound having a polymerizable functional group.
樹脂としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。中でも、アクリル樹脂が好ましい。 Examples of resins include polyester resins, acrylic resins, phenoxy resins, polycarbonate resins, polystyrene resins, phenol resins, melamine resins, and epoxy resins. Among them, acrylic resin is preferable.
電荷注入層21fが含有する導電性粒子の材質と粒径については、上述した通りである。また、分散性、液安定性の観点から、金属酸化物の表面をシランカップリング剤などで処理するのが好ましい。
The material and particle size of the conductive particles contained in the
電荷注入層21fは、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、レベリング剤、滑り性付与剤、耐摩耗性向上剤、などの添加剤を含有してもよい。具体的には、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、硫黄化合物、リン化合物、ベンゾフェノン化合物、シロキサン変性樹脂、シリコーンオイル、フッ素樹脂粒子、ポリスチレン樹脂粒子、ポリエチレン樹脂粒子、シリカ粒子、アルミナ粒子、窒化ホウ素粒子などが挙げられる。
The
電荷注入層21fは、上記の各材料及び溶剤を含有する電荷注入層21f用塗布液を調製し、この塗膜を感光層上に形成し、乾燥及び/または硬化させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、スルホキシド系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤が挙げられる。
The
電荷注入層21fの平均膜厚は、0.2μm以上5μm以下であることが好ましく、0.5μm以上3μm以下であることがより好ましい。
The average film thickness of the
なお、本実施例では有機感光層を有する有機感光ドラムを例として示しているが、例えば非晶質のシリコンを感光体として使用した無機感光ドラムや、電荷発生材料と電荷輸送材料を混合した材料を塗布した上述のような単層型ドラムを使用しても構わない。 In this embodiment, an organic photosensitive drum having an organic photosensitive layer is shown as an example. For example, an inorganic photosensitive drum using amorphous silicon as a photosensitive member, or a material in which a charge generating material and a charge transporting material are mixed. It is also possible to use a single-layer drum as described above coated with
以下、本発明に係る感光ドラムの電荷注入層及び導電性粒子の測定方法を説明する。 A method for measuring the charge injection layer and the conductive particles of the photosensitive drum according to the present invention will be described below.
<導電性粒子の一次粒子径の算出>
まず、メスシリンダー中のメチルエチルケトン(MEK)に感光ドラム全体を付けて超音波を照射し、樹脂層を剥がし、その後、感光ドラムの基体を取り出した。次に、MEKに溶解しない不溶分(感光層および導電性粒子を含有する電荷注入層)を濾過し、真空乾燥機で乾固した。さらに、得られた固体をテトラヒドロフラン(THF)/メチラールの体積比1:1の混合溶媒に懸濁し、不溶分を濾過後、濾物を回収して真空乾燥機で乾固した。この操作により、導電性粒子と電荷注入層の樹脂とを得た。さらに濾物を電気炉で500℃に加熱して、固体が導電性粒子のみとなるようにして、導電性粒子を回収した。導電性粒子は測定に必要量確保するため、複数本の感光ドラムに同様の処理を施した。
<Calculation of primary particle size of conductive particles>
First, the entire photosensitive drum was immersed in methyl ethyl ketone (MEK) in a graduated cylinder and irradiated with ultrasonic waves to peel off the resin layer, and then the substrate of the photosensitive drum was taken out. Next, the insoluble matter not dissolved in MEK (the photosensitive layer and the charge injection layer containing conductive particles) was filtered and dried in a vacuum dryer. Furthermore, the obtained solid was suspended in a mixed solvent of tetrahydrofuran (THF)/methylal at a volume ratio of 1:1, and after insoluble matter was filtered off, the filtrate was collected and dried in a vacuum dryer. By this operation, the conductive particles and the resin of the charge injection layer were obtained. Furthermore, the filter cake was heated to 500° C. in an electric furnace so that only the conductive particles were solid, and the conductive particles were recovered. In order to secure the necessary amount of conductive particles for measurement, a plurality of photosensitive drums were subjected to the same treatment.
回収した導電性粒子の一部をイソプロパノール(IPA)に分散させ、その分散液を支持膜付グリッドメッシュ(日本電子株式会社製、Cu150J)に滴下し、走査透過型電子顕微鏡(JEOL社、JEM2800)のSTEMモードにて導電性粒子の観察を行った。観察は導電性粒子の粒子径を算出しやすいように、50万倍から120万倍の拡大倍率で行い、導電性粒子100個のSTEM画像を撮影した。この時、加速電圧200kV、プローブサイズは1nm、画像サイズは1024×1024pixelに設定した。得られたSTEM画像を用いて、画像処理ソフト「Image-Pro Plus (Media Cybernetics社製)」にて、一次粒子径の測定を行った。まず、ツールバーの直線ツール(Straight Line)を用い、STEM画像下部に表示されているスケールバーを選択しておく。その状態でAnalyzeメニューのSet Scaleを選択すると、新規ウインドウが開き、Distance in Pixels欄に選択されている直線のピクセル距離が入力される。ウインドウのKnown Distance欄にスケールバーの値(例えば100)を入力し、Unit of Mesurement欄にスケールバーの単位(例えばnm)を入力し、OKをクリックするとスケール設定が完了する。次に、直線ツールを用いて、導電性粒子の最大径となるように直線を描き、粒子径を算出した。同様の操作を、導電性粒子100個について行い、得られた値(最大径)の個数平均値を導電性粒子の一次粒子径とした。 Part of the collected conductive particles is dispersed in isopropanol (IPA), the dispersion is dropped on a grid mesh with a support film (manufactured by JEOL Ltd., Cu150J), and a scanning transmission electron microscope (JEOL, JEM2800). Observation of the conductive particles was performed in the STEM mode. Observation was performed at a magnification of 500,000 to 1,200,000 times to facilitate calculation of the particle size of the conductive particles, and STEM images of 100 conductive particles were taken. At this time, the acceleration voltage was set to 200 kV, the probe size to 1 nm, and the image size to 1024×1024 pixels. Using the obtained STEM image, the primary particle size was measured with image processing software "Image-Pro Plus (manufactured by Media Cybernetics)". First, using the straight line tool (Straight Line) on the toolbar, select the scale bar displayed at the bottom of the STEM image. If Set Scale is selected from the Analyze menu in that state, a new window opens and the pixel distance of the selected straight line is entered in the Distance in Pixels column. Enter a scale bar value (eg, 100) in the Known Distance column of the window, enter a scale bar unit (eg, nm) in the Unit of Measurement column, and click OK to complete scale setting. Next, using a straight line tool, a straight line was drawn so as to have the maximum diameter of the conductive particles, and the particle diameter was calculated. The same operation was performed for 100 conductive particles, and the number average value of the obtained values (maximum diameter) was taken as the primary particle size of the conductive particles.
<ニオブ原子/チタン原子濃度比率の算出>
感光体から5mm四方のサンプル片を1つ切り出し、超音波ウルトラミクロトーム(Leica社、UC7)により、切削速度0.6mm/sで200nm厚に切削し、薄片サンプルを作製した。この薄片サンプルを、EDS分析装置(エネルギー分散型X線分析装置)を接続した走査透過型電子顕微鏡(JEOL社、JEM2800)のSTEMモードにて、50万倍から120万倍の拡大倍率で観察を行った。
<Calculation of niobium atom/titanium atom concentration ratio>
A sample piece of 5 mm square was cut out from the photoreceptor, and cut to a thickness of 200 nm with an ultrasonic ultramicrotome (UC7, Leica) at a cutting speed of 0.6 mm/s to prepare a thin sample. This thin section sample was observed in the STEM mode of a scanning transmission electron microscope (JEOL, JEM2800) connected to an EDS analyzer (energy dispersive X-ray analyzer) at a magnification of 500,000 to 1,200,000 times. gone.
観察される導電性粒子の断面のうち、上記で算出した1次粒子径のおおよそ0.9倍以上1.1倍以下の最大径を有する導電性粒子の断面を目視で選択した。続いて、選択した導電性粒子の断面の構成元素を、EDS分析装置を用いてスペクトルを収集し、EDSマッピング像を作製した。スペクトルの収集および解析は、NSS(Thermo Fischer Scientific社)を用いて行った。収集条件は、加速電圧200kV、デッドタイムが15以上30以下となるようにプローブサイズを1.0nmまたは1.5nmを適宜選択し、マッピングの分解能を256×256、Frame数を300とした。EDSマッピング像は、導電性粒子の断面100個について取得した。 Among the cross sections of the conductive particles observed, a cross section of the conductive particles having a maximum diameter of approximately 0.9 to 1.1 times the primary particle diameter calculated above was selected visually. Subsequently, the spectrum of the constituent elements of the cross section of the selected conductive particles was collected using an EDS analyzer to prepare an EDS mapping image. Spectral collection and analysis were performed using NSS (Thermo Fischer Scientific). The acquisition conditions were an acceleration voltage of 200 kV, a probe size of 1.0 nm or 1.5 nm so that the dead time was between 15 and 30, a mapping resolution of 256×256, and a frame number of 300. EDS mapping images were obtained for 100 cross sections of the conductive particles.
このようにして得られたEDSマッピング像を解析することで、粒子中心部、及び粒子表面から測定粒子の最大径の5%内部におけるニオブ原子濃度(原子%)とチタン原子濃度(原子%)の比率を算出する。具体的には、まずNSSの「ライン抽出」ボタンを押下し、粒子の最大径となるように直線を描き、一方の表面から粒子内部を通り、他方の表面に至るまでの直線上における原子濃度(原子%)の情報を得る。このとき得られた粒子の最大径が、上記で算出した1次粒子径の0.9倍未満または1.1倍を超える範囲であれば、これ以後の解析の対象外とした。(1次粒子径の0.9倍以上1.1倍未満の範囲に最大径をもつ粒子についてのみ、下記に示す解析を行った。)次に、両側の粒子表面において、粒子表面から測定粒子の最大径の5%内部におけるニオブ原子濃度(原子%)を読み取る。同様にして、“粒子表面から測定粒子の最大径の5%内部におけるチタン原子濃度(原子%)”を得る。次いで、これらの値を用いて、下式より、両側の粒子表面における“粒子表面から測定粒子の最大径の5%内部におけるニオブ原子とチタン原子との濃度比率”をそれぞれ得る。
粒子表面から測定粒子の最大径の5%内部におけるニオブ原子とチタン原子との濃度比率=
(粒子表面から測定粒子の最大径の5%内部におけるニオブ原子濃度(原子%))/(粒子表面から測定粒子の最大径の5%内部におけるチタン原子濃度(原子%))
By analyzing the EDS mapping image obtained in this way, the niobium atomic concentration (atomic %) and the titanium atomic concentration (atomic %) in the center of the particle and inside 5% of the maximum diameter of the measured particle from the particle surface Calculate the ratio. Specifically, first, press the NSS "Line extraction" button, draw a straight line so that it becomes the maximum diameter of the particle, and the atomic concentration on the straight line from one surface to the other surface through the inside of the particle (atomic %) information is obtained. If the maximum diameter of the particles obtained at this time was in the range of less than 0.9 times or more than 1.1 times the primary particle diameter calculated above, it was excluded from further analysis. (The following analysis was performed only for particles having a maximum diameter in the range of 0.9 times or more and less than 1.1 times the primary particle diameter.) Read the niobium atomic concentration (atomic %) inside 5% of the maximum diameter. Similarly, the "titanium atom concentration (atomic %) within 5% of the maximum diameter of the measured particle from the particle surface" is obtained. Then, using these values, the "concentration ratio of niobium atoms and titanium atoms within 5% of the maximum diameter of the measured grain from the grain surface" on the grain surfaces on both sides is obtained from the following formula.
Concentration ratio of niobium atoms and titanium atoms within 5% of the maximum diameter of the measured particle from the particle surface =
(Niobium atomic concentration (atomic %) within 5% of the maximum diameter of the measured particle from the particle surface) / (Titanium atomic concentration (atomic %) within 5% of the maximum diameter of the measured particle from the particle surface)
得られた二つの濃度比率の内、値が小さい方を、本発明における“粒子表面から測定粒子の最大径の5%内部におけるニオブ原子とチタン原子との濃度比率”として採用する。 Of the two concentration ratios obtained, the smaller one is adopted as the "concentration ratio of niobium atoms and titanium atoms within 5% of the maximum diameter of the measured particles from the particle surface" in the present invention.
また、上記直線上であり、最大径の中点となる位置におけるニオブ原子濃度(原子%)とチタン原子濃度(原子%)を読み取る。これらの値を用いて、下式より、“粒子中心部におけるニオブ原子とチタン原子との濃度比率”を得る。
粒子中心部におけるニオブ原子とチタン原子との濃度比率=
(粒子中心部におけるニオブ原子濃度(原子%))/(粒子中心部におけるチタン原子濃度(原子%))
Further, the niobium atomic concentration (atomic %) and the titanium atomic concentration (atomic %) at the midpoint of the maximum diameter on the straight line are read. Using these values, the "concentration ratio of niobium atoms and titanium atoms in the grain center" is obtained from the following formula.
Concentration ratio of niobium atoms and titanium atoms in the grain center =
(Niobium atomic concentration in the center of the grain (atomic %)) / (Titanium atomic concentration in the central part of the grain (atomic %))
尚、“粒子中心部における、ニオブ原子濃度/チタン原子濃度で算出される濃度比率に対する、粒子表面から測定粒子の最大径の5%内部における、ニオブ原子濃度/チタン原子濃度で算出される濃度比率”は、下式で算出される。 In addition, "concentration ratio calculated by niobium atomic concentration/titanium atomic concentration in 5% of the maximum diameter of the measured particle from the particle surface to the concentration ratio calculated by niobium atomic concentration/titanium atomic concentration in the center of the particle ” is calculated by the following formula.
(粒子表面から測定粒子の最大径の5%内部におけるニオブ原子とチタン原子との濃度比率)/(粒子中心部におけるニオブ原子とチタン原子との濃度比率) (concentration ratio of niobium atoms and titanium atoms within 5% of the maximum diameter of the measured particle from the particle surface)/(concentration ratio of niobium atoms and titanium atoms at the center of the particle)
<導電性粒子の含有量の算出>
次に、感光体から5mm四方のサンプル片を4つ切り出し、FIB-SEMのSlice&Viewで電荷注入層の2μm×2μm×2μmの3次元化を行った。FIB-SEMのSlice&Viewのコントラストの違いから、電荷注入層の全体積に占める、導電性粒子の含有量を算出した。Slice&Viewの条件は以下のようにした。
分析用試料加工:FIB法
加工及び観察装置:SII/Zeiss製NVision40
スライス間隔:10nm
観察条件:
加速電圧:1.0kV
試料傾斜:54°
WD:5mm
検出器:BSE検出器
アパーチャー:60μm、high current
ABC:ON
画像解像度:1.25nm/pixel
<Calculation of content of conductive particles>
Next, four sample pieces of 5 mm square were cut out from the photoreceptor, and the charge injection layer was three-dimensionalized to 2 μm×2 μm×2 μm by Slice & View of FIB-SEM. From the difference in FIB-SEM Slice & View contrast, the content of the conductive particles in the total area of the charge injection layer was calculated. The conditions for Slice & View were as follows.
Sample processing for analysis: FIB method Processing and observation device: NVision 40 manufactured by SII/Zeiss
Slice interval: 10 nm
Observation conditions:
Accelerating voltage: 1.0 kV
Sample tilt: 54°
WD: 5mm
Detector: BSE detector Aperture: 60 μm, high current
ABC: ON
Image resolution: 1.25 nm/pixel
解析領域は縦2μm×横2μmで行い、断面ごとの情報を積算し、縦2μm×横2μm×厚み2μm(8μm3)当たりの体積Vを求める。また、測定環境は、温度:23℃、圧力:1×10-4Paである。なお、加工及び観察装置としては、FEI製のStrata400S(試料傾斜:52°)を用いることもできる。また、断面ごとの情報は、特定した本発明の導電性粒子の面積を画像解析して得た。画像解析は、画像処理ソフト:Media Cybernetics製、Image-Pro Plusを用いて行った。 The analysis area is 2 μm long×2 μm wide, and the information for each section is integrated to obtain the volume V per 2 μm long×2 μm wide×2 μm thick (8 μm 3 ). The measurement environment is temperature: 23° C., pressure: 1×10 −4 Pa. As a processing and observation device, Strata 400S manufactured by FEI (specimen tilt: 52°) can also be used. Information on each cross section was obtained by image analysis of the area of the specified conductive particles of the present invention. Image analysis was performed using image processing software: Image-Pro Plus manufactured by Media Cybernetics.
得られた情報を基に、4つのサンプル片のそれぞれにおいて、2μm×2μm×2μmの体積(単位体積:8μm3)中の本発明の導電性粒子の体積Vを求め、導電性粒子の含有量[体積%](=Vμm3/8μm3×100)を算出した。4つのサンプル片における導電性粒子の含有量の値の平均値を、電荷注入層の全体積に対する電荷注入層中の本発明の導電性粒子の含有量[体積%]とした。 Based on the obtained information, in each of the four sample pieces, the volume V of the conductive particles of the present invention in a volume of 2 μm × 2 μm × 2 μm (unit volume: 8 μm) was determined, and the content of the conductive particles [ volume %] (=Vμm3/8μm3×100) was calculated. The average value of the content values of the conductive particles in the four sample pieces was taken as the content [% by volume] of the conductive particles of the present invention in the charge injection layer with respect to the total volume of the charge injection layer.
このとき、4つのサンプル片すべてについて、電荷注入層と下層の境界まで加工を行うことで、電荷注入層の膜厚t(cm)を測定し、下記の<感光体の電荷注入層の体積抵抗率の測定方法>において体積抵抗率ρsの算出に電荷注入層の膜厚の値を用いた。 At this time, all four sample pieces were processed up to the boundary between the charge injection layer and the lower layer to measure the thickness t (cm) of the charge injection layer, and the following <Volume resistance of the charge injection layer of the photoreceptor Method of Measuring Ratio>, the value of the film thickness of the charge injection layer was used to calculate the volume resistivity ρs.
<電荷注入層の体積抵抗率の測定方法>
本発明の体積抵抗率の測定には、pA(ピコアンペアー)メーターを使用した。
<Method for Measuring Volume Resistivity of Charge Injection Layer>
A pA (picoampere) meter was used to measure the volume resistivity of the present invention.
先ず、PETフィルム上に電極間距離(D)180μm、長さ(L)59mmの図4に示す櫛型金電極を蒸着により作製し、その上に、厚さ(T1)2μmの電荷注入層を設ける。次に、温度23℃/湿度50%RHおよび温度32.5℃/湿度80%RHの環境下にて、櫛型電極間に100Vの直流電圧(V)を印加したときの直流電圧(I)を測定し、下記式(1)によって体積抵抗率ρv(Ω・cm)を得た。
体積抵抗率ρv(Ω・cm)=V(V)×T1(cm)×L(cm)/{I(A)×D(cm)}・・・(1)
First, a comb-shaped gold electrode shown in FIG. 4 having an inter-electrode distance (D) of 180 μm and a length (L) of 59 mm was formed on a PET film by vapor deposition, and a charge injection layer having a thickness (T1) of 2 μm was formed thereon. prepare. Next, the DC voltage (I) when a DC voltage (V) of 100 V was applied between the comb-shaped electrodes under the conditions of
Volume resistivity ρv (Ω cm) = V (V) × T1 (cm) × L (cm) / {I (A) × D (cm)} (1)
電荷注入層の導電性粒子や結着樹脂などの組成について同定が困難な場合は、感光ドラムの表面に表面抵抗率を測定して体積抵抗率に換算を実施する。電荷注入層の単体ではなく、感光体表面に塗工された状態での電荷注入層の体積抵抗率を測定する場合は、電荷注入層の表面抵抗率を測定し、そこから体積抵抗率に変換するのが望ましい。 If it is difficult to identify the composition of the conductive particles and binder resin of the charge injection layer, the surface resistivity of the surface of the photosensitive drum is measured and converted into volume resistivity. When measuring the volume resistivity of the charge injection layer coated on the surface of the photoreceptor instead of the charge injection layer alone, measure the surface resistivity of the charge injection layer and convert it to volume resistivity. It is desirable to
本発明では、感光ドラムの電荷注入層表面に、図2に示す電極間距離(D)180μm、長さ(L)59mmの櫛型電極を金蒸着により作製する。次に、温度23℃/湿度50%RHの環境下にて、櫛型電極の間に1000Vの直流電圧(V)を印加したときの直流電圧(I)を測定し、直流電圧(V)/直流電圧(I)から、電荷注入層の表面抵抗率ρsを算出した。
In the present invention, the inter-electrode distance (D) of 180 μm and the length (L) of 59 mm shown in FIG. Next, in an environment of
さらに、前述した<感光ドラムの電荷注入層断面の分析>において測定した電荷注入層の膜厚t(cm)を用いて、下記式(2)によって体積抵抗率ρv(Ω・cm)を算出した。
ρv=ρs×t・・・(2)
(ρv:体積抵抗率、ρs:表面抵抗率、t:電荷注入層の厚さ)
Furthermore, using the film thickness t (cm) of the charge injection layer measured in <Analysis of Cross Section of Charge Injection Layer of Photosensitive Drum>, the volume resistivity ρv (Ω·cm) was calculated by the following formula (2). .
ρv=ρs×t (2)
(ρv: volume resistivity, ρs: surface resistivity, t: thickness of charge injection layer)
この測定では、微小な電流量を測定するため、抵抗測定装置としては、微小電流の測定が可能な機器を用いて行うことが好ましい。例えば、ヒューレットパッカード製のピコアンメーター4140Bなどが挙げられる。使用する櫛型電極や、印加する電圧は電荷注入層の材料や抵抗値によって、適切なSN比が得られるように選定するのが望ましい。 In this measurement, since a very small amount of current is measured, it is preferable to use a device capable of measuring a very small current as the resistance measuring device. For example, picoammeter 4140B manufactured by Hewlett-Packard and the like can be used. It is desirable to select the comb-shaped electrode to be used and the voltage to be applied so that an appropriate SN ratio can be obtained depending on the material and resistance value of the charge injection layer.
<電子写真感光体の製造例>
(酸化チタン製造例)
本発明に係る導電性粒子であるアナターゼ形酸化チタン粒子は公知の硫酸法で製造することができる。即ち、硫酸チタン、硫酸チタニルを含む溶液を加熱して加水分解させ含水二酸化チタンスラリーを作製し、該二酸化チタンスラリーを脱水焼成して得られる。
<Production Example of Electrophotographic Photoreceptor>
(Titanium oxide production example)
The anatase-type titanium oxide particles, which are the conductive particles according to the present invention, can be produced by a known sulfuric acid method. That is, it is obtained by heating and hydrolyzing a solution containing titanium sulfate and titanyl sulfate to prepare a hydrous titanium dioxide slurry, and then dehydrating and calcining the titanium dioxide slurry.
(アナターゼ型酸化チタン粒子1の製造例)
本発明のアナターゼ型酸化チタンは、アナターゼ化度は90~100%が好ましい。上記方法により、アナターゼ化度がほぼ100%のアナターゼ型酸化チタンを作製することができる。又、この範囲のニオブ元素を含有するアナターゼ型酸化チタンを含有する本発明に係る電荷注入層21fは、整流性が良好且つ安定して達成され、本発明の前記した効果が良好に達成される。
(Production example of anatase-type titanium oxide particles 1)
The anatase-type titanium oxide of the present invention preferably has a degree of anatase of 90 to 100%. By the above method, anatase-type titanium oxide having a degree of anatase of approximately 100% can be produced. Further, the
ここで、アナターゼ化度とは、酸化チタンの粉末X線回析において、アナターゼの最強干渉線(面指数101)の強度IAとルチルの最強干渉線(面指数110)の強度IRを測定し、以下の式で求められる値である。 Here, the degree of anatase is obtained by measuring the intensity IA of the strongest interference line of anatase (plane index 101) and the intensity IR of the strongest interference line of rutile (plane index 110) in powder X-ray diffraction of titanium oxide, It is a value calculated by the following formula.
アナターゼ化度(%)=100/(1+1.265×IR/IA)
アナターゼ化度を90~100%の範囲に作製するには、酸化チタンの作製において、チタン化合物として硫酸チタン、硫酸チタニルを含む溶液を加熱して加水分解させるとアナターゼ化度がほぼ100%のアナターゼ型酸化チタンが得られる。又、四塩化チタン水溶液を、アルカリを用いて中和すればアナターゼ化度が高いアナターゼ型酸化チタンが得られる。
Degree of anatase (%) = 100/(1 + 1.265 x IR/IA)
In order to produce a degree of anatase in the range of 90 to 100%, in the production of titanium oxide, a solution containing titanium sulfate and titanyl sulfate as titanium compounds is heated and hydrolyzed to produce anatase with a degree of anatase of almost 100%. type titanium oxide is obtained. Further, if an aqueous solution of titanium tetrachloride is neutralized with an alkali, an anatase-type titanium oxide having a high degree of anatase conversion can be obtained.
本発明では、硫酸チタニルの溶液濃度を制御することにより、アナターゼ型酸化チタン粒子1を作製することが可能になった。 In the present invention, the anatase-type titanium oxide particles 1 can be produced by controlling the solution concentration of titanyl sulfate.
<導電性粒子の製造>
(導電性粒子1の製造)
100gの酸化チタン粒子1を水に分散させて、1Lの水懸濁液として60℃に加温した。これに、五塩化ニオブ(NbCl5)3gを11.4モル/L塩酸100mLに溶解させたニオブ溶液と、チタンとして33.7gを含む硫酸チタン溶液600mLとを混合したチタンニオブ酸液(液中のニオブとチタンの質量比が1.0/33.7となる)と10.7モル/L水酸化ナトリウム水溶液とを懸濁液のpHが2~3となるように3時間かけて同時に滴下(並行添加)した。滴下終了後、懸濁液をろ過、洗浄し、110℃で8時間乾燥した。この乾燥物を大気雰囲気中、800℃にて1時間の加熱処理(焼成処理)を行い、ニオブ原子が表面近傍に偏在した、ニオブ原子含有酸化チタン粒子1を得た。表1にニオブ原子含有酸化チタン粒子1の物性を示す。
<Production of conductive particles>
(Production of conductive particles 1)
100 g of titanium oxide particles 1 were dispersed in water and heated to 60° C. to form a 1 L aqueous suspension. This was mixed with a niobium solution obtained by dissolving 3 g of niobium pentachloride (NbCl 5 ) in 100 mL of 11.4 mol/L hydrochloric acid, and 600 mL of a titanium sulfate solution containing 33.7 g of titanium as titanium niobate solution ( Mass ratio of niobium and titanium is 1.0/33.7) and 10.7 mol/L sodium hydroxide aqueous solution are added dropwise simultaneously over 3 hours so that the pH of the suspension becomes 2 to 3 ( parallel addition). After completion of dropping, the suspension was filtered, washed and dried at 110° C. for 8 hours. The dried product was subjected to heat treatment (calcination treatment) at 800° C. for 1 hour in an air atmosphere to obtain niobium atom-containing titanium oxide particles 1 in which niobium atoms were unevenly distributed near the surface. Table 1 shows the physical properties of the niobium atom-containing titanium oxide particles 1.
次に、
・ニオブ含有酸化チタン粒子1 100.0部
・表面処理剤1(下記式(S-1))(商品名:KBM-3033、信越化学工業(株)製) 3.0部
next,
・Niobium-containing titanium oxide particles 1 100.0 parts ・Surface treatment agent 1 (formula (S-1) below) (trade name: KBM-3033, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 3.0 parts
・トルエン 200.0部
これらを混合し、攪拌装置で4時間攪拌した後、ろ過、洗浄後、更に130℃で3時間加熱処理を行って、導電性粒子1が得られた。導電性粒子1の物性を表1に示す。なお、表1中のニオブ原子含有量は、導電性粒子におけるニオブ原子の含有量であり、蛍光X線による元素分析法(XRF)により測定して得た値である。
Toluene 200.0 parts These were mixed, stirred for 4 hours with a stirring device, filtered, washed, and heat-treated at 130° C. for 3 hours to obtain conductive particles 1 . Table 1 shows the physical properties of the conductive particles 1. The niobium atom content in Table 1 is the content of niobium atoms in the conductive particles, and is a value obtained by measurement by an elemental analysis method (XRF) using fluorescent X-rays.
表中、Aは、「粒子表面から測定粒子の最大径の5%内部におけるニオブ原子とチタン原子との濃度比率」であり、Bは、「粒子中心部におけるニオブ原子とチタン原子との濃度比率」である。 In the table, A is "the concentration ratio of niobium atoms and titanium atoms within 5% of the maximum diameter of the measured particle from the particle surface", and B is "the concentration ratio of niobium atoms and titanium atoms in the center of the particle. ”.
(電子写真感光体製造例1)
直径24mm、長さ257.5mmのアルミニウムシリンダー(JIS-A3003、アルミニウム合金)を支持体21a(導電性支持体)とした。
(Electrophotographic Photoreceptor Production Example 1)
An aluminum cylinder (JIS-A3003, aluminum alloy) having a diameter of 24 mm and a length of 257.5 mm was used as the
(導電層21bの製造例1)
次に、以下の材料を用意した。
・金属酸化物粒子としての酸素欠損型酸化スズ(SnO2)で被覆されている酸化チタン(TiO2)粒子(体積平均粒径230nm)214部
・結着材料としてのフェノール樹脂(フェノール樹脂のモノマー/オリゴマー)(商品名:プライオーフェンJ-325、大日本インキ化学工業(株)製、樹脂固形分:60質量%)132部
・溶剤としての1-メトキシ-2-プロパノール98部
これらを、直径0.8mmのガラスビーズ450部を用いたサンドミルに入れ、回転数:2000rpm、分散処理時間:4.5時間、冷却水の設定温度:18℃の条件で分散処理を行い、分散液を得た。この分散液からメッシュ(目開き:150μm)でガラスビーズを取り除いた。
(Manufacturing Example 1 of
Next, the following materials were prepared.
・214 parts of titanium oxide (TiO 2 ) particles (volume average particle diameter 230 nm) coated with oxygen-deficient tin oxide (SnO 2 ) as metal oxide particles ・Phenolic resin (monomer of phenolic resin) as binding material / Oligomer) (trade name: Pryofen J-325, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc., resin solid content: 60% by mass) 132 parts 1-methoxy-2-propanol 98 parts as a solvent Placed in a sand mill using 450 parts of 0.8 mm glass beads, and subjected to dispersion treatment under the conditions of rotation speed: 2000 rpm, dispersion treatment time: 4.5 hours, cooling water set temperature: 18 ° C. to obtain a dispersion liquid. . The glass beads were removed from this dispersion with a mesh (opening: 150 μm).
得られた分散液に、表面粗し付与材としてのシリコーン樹脂粒子(商品名:トスパール120、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ(株)製、平均粒径2μm)を添加した。シリコーン樹脂粒子の添加量は、ガラスビーズを取り除いた後の分散液中の金属酸化物粒子と結着材料の合計質量に対して10質量%となるようにした。また、分散液中の金属酸化物粒子と結着材料の合計質量に対して0.01質量%になるように、レベリング剤としてのシリコーンオイル(商品名:SH28PA、東レ・ダウコーニング(株)製)を分散液に添加した。 Silicone resin particles (trade name: Tospearl 120, manufactured by Momentive Performance Materials Co., Ltd., average particle size: 2 μm) were added to the resulting dispersion as a surface roughening agent. The amount of the silicone resin particles added was set to 10% by mass with respect to the total mass of the metal oxide particles and the binder material in the dispersion after removing the glass beads. In addition, silicone oil (trade name: SH28PA, manufactured by Dow Corning Toray Co., Ltd.) was added as a leveling agent to 0.01% by mass with respect to the total mass of the metal oxide particles and the binder in the dispersion. ) was added to the dispersion.
次に、分散液中の金属酸化物粒子と結着材料と表面粗し付与材の合計質量(すなわち、固形分の質量)が分散液の質量に対して67質量%となるように、メタノールと1-メトキシ-2-プロパノールの混合溶媒(質量比1:1)を分散液に添加した。その後、攪拌することによって、導電層21b用塗布液を調製した。
Next, methanol and A mixed solvent of 1-methoxy-2-propanol (mass ratio 1:1) was added to the dispersion. After that, a coating liquid for the
この導電層21b用塗布液を支持体21a上に浸漬塗布し、これを1時間140℃で加熱することによって、膜厚が30μmの導電層21bを形成した。
This coating liquid for the
(下引き層21cの製造例1)
次に、以下の材料を用意した。
・下記式(E-1)で示される電子輸送物質3.11部
・ブロックイソシアネート(商品名:デュラネートSBB-70P、旭化成ケミカルズ(株)製)6.49部
・スチレン-アクリル樹脂(商品名:UC-3920、東亞合成製)0.4部
・シリカスラリー(製品名:IPA-ST-UP、日産化学工業製、固形分濃度:15質量%、粘度:9mPa・s)1.8部
これらを、1-ブタノール48部とアセトン24部の混合溶媒に溶解して下引き層21c用塗布液を調製した。この下引き層21c用塗布液を導電層21b上に浸漬塗布し、これを30分間170℃で加熱することによって、膜厚が0.7μmの下引き層21cを形成した。
(Manufacturing Example 1 of
Next, the following materials were prepared.
・3.11 parts of an electron-transporting substance represented by the following formula (E-1) ・6.49 parts of blocked isocyanate (trade name: Duranate SBB-70P, manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.) ・Styrene-acrylic resin (trade name: UC-3920, manufactured by Toagosei) 0.4 parts Silica slurry (product name: IPA-ST-UP, manufactured by Nissan Chemical Industries, solid content concentration: 15% by mass, viscosity: 9 mPa s) 1.8 parts of these , 48 parts of 1-butanol and 24 parts of acetone to prepare a coating solution for the
次に、CuKα特性X線回折より得られるチャートにおいて、7.5°及び28.4°の位置にピークを有する結晶形のヒドロキシガリウムフタロシアニン10部とポリビニルブチラール樹脂(商品名:エスレックBX-1、積水化学工業社製)5部を用意した。 Next, in a chart obtained by CuKα characteristic X-ray diffraction, 10 parts of crystalline hydroxygallium phthalocyanine having peaks at positions of 7.5° and 28.4° and polyvinyl butyral resin (trade name: S-Lec BX-1, (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) was prepared.
これらをシクロヘキサノン200部に添加し、直径0.9mmのガラスビーズを用いたサンドミル装置で6時間分散した。これにシクロヘキサノン150部と酢酸エチル350部をさらに加えて希釈して電荷発生層21d用塗布液を得た。
These were added to 200 parts of cyclohexanone and dispersed for 6 hours with a sand mill apparatus using glass beads with a diameter of 0.9 mm. 150 parts of cyclohexanone and 350 parts of ethyl acetate were further added to dilute the mixture to obtain a coating liquid for the
得られた塗布液を下引き層21c上に浸漬塗布し、95℃で10分間乾燥することにより、膜厚が0.20μmの電荷発生層21dを形成した。
The resulting coating solution was dip-coated on the
なお、X線回折の測定は、次の条件で行ったものである。 The X-ray diffraction measurement was performed under the following conditions.
[粉末X線回折測定]
使用測定機:理学電気(株)製、X線回折装置RINT-TTRII
X線管球:Cu
管電圧:50KV
管電流:300mA
スキャン方法:2θ/θスキャン
スキャン速度:4.0°/min
サンプリング間隔:0.02°
スタート角度(2θ):5.0°
ストップ角度(2θ):40.0°
アタッチメント:標準試料ホルダー
フィルター:不使用
インシデントモノクロ:使用
カウンターモノクロメーター:不使用
発散スリット:開放
発散縦制限スリット:10.00mm
散乱スリット:開放
受光スリット:開放
平板モノクロメーター:使用
カウンター:シンチレーションカウンター
[Powder X-ray diffraction measurement]
Measuring machine used: Rigaku Denki Co., Ltd., X-ray diffractometer RINT-TTRII
X-ray tube: Cu
Tube voltage: 50KV
Tube current: 300mA
Scanning method: 2θ/θ scan Scanning speed: 4.0°/min
Sampling interval: 0.02°
Start angle (2θ): 5.0°
Stop angle (2θ): 40.0°
Attachment: Standard Sample Holder Filter: Not Used Incident Monochrome: Used Counter Monochromator: Not Used Divergence Slit: Open Divergence Longitudinal Limiting Slit: 10.00 mm
Scattering slit: Open Receiving slit: Open flat plate Monochromator: Counter used: Scintillation counter
(感光層の製造例1)
次に、以下の材料を用意した。
・下記式(C-1)で示される電荷輸送物質(正孔輸送性物質)6部
・下記式(C-2)で示される電荷輸送物質(正孔輸送性物質)3部
・下記式(C-3)で示される電荷輸送物質(正孔輸送性物質)1部
・ポリカーボネート(商品名:ユーピロンZ400、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製)10部
・下記式(C-4)と下記式(C-5)の共重合ユニットを有するポリカーボネート樹脂(x/y=0.95/0.05:粘度平均分子量=20000)0.02部
これらを、オルトキシレン25部/安息香酸メチル25部/ジメトキシメタン25部の混合溶媒に溶解させることによって電荷輸送層21e用塗布液を調製した。この電荷輸送層21e用塗布液を電荷発生層21d上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を30分間120℃で乾燥させることによって、膜厚が12μmの電荷輸送層21eを形成した。
(Production Example 1 of Photosensitive Layer)
Next, the following materials were prepared.
・6 parts of a charge-transporting substance (hole-transporting substance) represented by the following formula (C-1) ・3 parts of a charge-transporting substance (hole-transporting substance) represented by the following formula (C-2) ・3 parts of the following formula ( 1 part of the charge-transporting material (hole-transporting material) represented by C-3) Polycarbonate (trade name: Iupilon Z400, manufactured by Mitsubishi Engineering-Plastics Co., Ltd.) 10 parts The following formula (C-4) and the following formula Polycarbonate resin (C-5) having a copolymer unit (x/y = 0.95/0.05: viscosity average molecular weight = 20000) 0.02 parts of these, 25 parts of ortho-xylene / 25 parts of methyl benzoate / A coating liquid for the
(電荷注入層21fの製造例1)
次に、以下の材料を用意した。
・結着樹脂として下記構造式(O-1)で示される化合物100.0部
・導電性粒子1として上記の表面処理したニオブ含有酸化チタン粒子66.7部
これらを、1-プロパノール100部/シクロヘキサン100部の混合溶媒に混合し、攪拌装置で6時間攪拌した。このようにして、電荷注入層21f用塗布液を調製した。
(Manufacturing Example 1 of
Next, the following materials were prepared.
- 100.0 parts of a compound represented by the following structural formula (O-1) as a binder resin - 66.7 parts of the surface-treated niobium-containing titanium oxide particles as
この電荷注入層21f用塗布液を電荷輸送層21e上に浸漬塗布して塗膜を形成し、得られた塗膜を6分間50℃で乾燥させた。その後、窒素雰囲気下にて、加速電圧70kV、ビーム電流5.0mAの条件で支持体21a(被照射体)を300rpmの速度で回転させながら、1.6秒間電子線を塗膜に照射した。電荷注入層21f位置の線量は15kGyであった。
This coating liquid for the
その後、窒素雰囲気下にて、塗膜の温度を117℃に昇温させた。電子線照射から、その後の加熱処理までの酸素濃度は10ppmであった。 After that, the temperature of the coating film was raised to 117° C. in a nitrogen atmosphere. The oxygen concentration from the electron beam irradiation to the subsequent heat treatment was 10 ppm.
次に、大気中において塗膜の温度が25℃になるまで自然冷却した後、塗膜の温度が120℃になる条件で1時間加熱処理を行い、膜厚2μmの電荷注入層21fを形成した。このようにして、電子写真感光体1を製造した。
Next, after the coating film was naturally cooled in the atmosphere until the temperature of the coating film reached 25° C., heat treatment was performed for 1 hour under the condition that the temperature of the coating film reached 120° C. to form a
5.転写残トナーの回収
本実施の形態は、記録材Pに転写されずに感光ドラム21に残留した転写残トナーを現像装置30に回収し、再利用する所謂クリーナーレス構成を採用している。転写残トナーは、以下の工程で除去される。転写残トナーには、本実施例における正規極性とは逆の極性の正極性に帯電しているトナーや、負極性に帯電しているものの充分な電荷を有していないトナーが混在する。前露光装置24により、転写部通過後の感光ドラム21の表面電位は約0Vまで除電されており、帯電ブラシ22には感光ドラム21の表面よりも負極性側に大きな帯電電圧が印加されている。これにより、帯電ブラシ22によって、正極性に帯電している転写残トナーや十分な負極性の電荷を有していないトナーにも電荷が注入される。これにより、負極性に十分な電荷を有した転写残トナーは帯電ブラシ22、および帯電ローラ23に付着せず、感光ドラム21の回転に伴い搬送される。この結果、帯電ブラシ22、帯電ローラ23は良好な帯電性能を維持することができる。
5. Recovery of Transfer Residual Toner This embodiment employs a so-called cleanerless configuration in which transfer residual toner remaining on the
また、製品寿命末期などトナーが劣化した状態や、高印字画像を大量出力したときなどには、大量の転写残トナーが帯電ブラシ22に突入する可能性がある。このとき、帯電ブラシ22による転写残トナーへの負極性への十分な注入帯電が間に合わず、転写残トナーが一時的に帯電ブラシ22に付着してしまう状態が続くことがある。これによって、帯電ブラシ22から感光ドラム21への直接注入帯電が適切に行えず、帯電不良としてハーフトーン画像のスジなどの原因となる。
Further, in a state where the toner is deteriorated such as at the end of the product life, or when a large amount of high-quality printed images are output, a large amount of transfer residual toner may rush into the charging
しかし、本実施例では帯電ブラシ22の下流で帯電ローラ23による均一帯電が行われるため、帯電ブラシ22に転写残トナーが一時的に付着しても良好な画像を出力し続けることが可能である。帯電ローラ23は、パッシェンの法則による非接触な放電で帯電を行うため、多少転写残トナーが付着しても均一帯電性には影響が少ない。
However, in this embodiment, since uniform charging is performed by the charging
帯電ブラシ22との当接部、帯電ローラ23との当接部を通過した感光ドラム21の表面上に付着した転写残トナーは、感光ドラム21の回転に伴い、現像部に到達する。ここで、現像部に到達した転写残トナーの挙動について、感光ドラム21の露光部と非露光部に分けて説明する。感光ドラム21の非露光部、すなわち暗部電位Vd部では、感光ドラム21の表面電位が現像ローラ31に印加されている現像電圧よりも負極性側に大きい。そのため、負極性に十分な電荷を有した転写残トナーは、電界によるクーロン力によって現像ローラ31に移動し、現像容器32内に回収される。ここで、感光ドラム21の暗部電位部Vdは、非露光部に限られず、感光ドラム21の表面電位が現像ローラ31に印加されている現像電圧よりも負極性側に大きければ弱露光してもよい。
The transfer residual toner adhering to the surface of the
現像容器32に回収されたトナーは、撹拌部材34によって現像容器32内のトナーと撹拌されて分散すると共に、現像ローラ31に担持されることで再び現像工程に使用される。
The toner collected in the developing
一方、感光ドラム21の露光部Vlでは、感光ドラム21の表面電位が現像ローラ31に印加されている現像電圧よりも負極性側に小さいため、転写残トナーは、現像部において感光ドラム21から現像ローラ31に転移せずに感光ドラム21の表面に残る。感光ドラム21の表面に残った転写残トナーは、現像ローラ31から露光部へと転移する他のトナーと共に感光ドラム21に担持されて転写部へ移動し、転写部において記録材Pに転写される。
On the other hand, at the exposed portion Vl of the
本実施例において、Vdは-600V、Vlは-100Vとした。上述したように、現像電圧が-350Vであるので、帯電ローラ23との当接部を通過した感光ドラム21の暗部電位部Vdと現像電圧(現像ローラ31の表面電位)との間の電位差であるバックコントラストを-200Vとした。また、感光ドラム21の露光部Vlと現像電圧(現像ローラ31の表面電位)との間の電位差である現像コントラストを-250Vとした。
In this embodiment, Vd is -600V and Vl is -100V. As described above, since the development voltage is −350 V, the potential difference between the dark potential portion Vd of the
6.帯電構成
本項では、本実施例における特徴である帯電ブラシ22と帯電ローラ23による感光ドラム21の帯電について詳細に説明する。
6. Charging Configuration In this section, the charging of the
帯電ブラシ22は主として直接注入帯電によって、感光ドラム21を帯電する。直接注入帯電は放電を伴わない帯電のため、放電生成物が発生しない。しかし、直接感光ドラム21と接触している場所のみが帯電可能なため、帯電ブラシ22が感光ドラム21と均一に接触していないと帯電ムラが発生する。放電生成物の影響に関しては後述する。
The charging
帯電ローラ23は主として放電によって感光ドラム21を帯電する。放電はパッシェンの法則に従い非接触箇所で発生し、帯電ローラ23と感光ドラム21が接触していない場所も帯電可能であるため、均一に帯電させることが可能である。
The charging
感光ドラム21の回転方向の上流側に帯電ブラシ22、下流側に帯電ローラ23を備えることで、上流側の帯電ブラシ22の直接注入帯電で放電生成物を抑制することが出来る。さらに、感光ドラム21を帯電し、下流側の帯電ローラ23の放電で均一に感光ドラム21表面を帯電し、帯電工程を終えることが可能である。以下に帯電ブラシ22、帯電ローラ23について詳しく解説する。
By providing the charging
帯電ブラシ22は感光ドラム21に所定の圧接力で接触する。帯電ブラシ22には帯電高圧電源E4によって所望の電圧が印加され、感光ドラム21の表面が前露光装置24によってほぼ0Vまで除電される。前露光装置24によって除電された感光ドラム21表面を主として直接注入帯電によって正規極性側である負極性側に帯電する。帯電ブラシ22は導電性ナイロン繊維をパイル地にした幅5mmの生地を、ステンレス製の板金に張り付けて固定されている。導電性ナイロン繊維は繊度が2デニール、植毛密度240本/mm2、パイル長6mmであり、感光ドラム21とは毛先からの侵入量が1.2mmとなるように当接している。帯電ブラシ22による直接注入帯電性は、帯電ブラシ22と感光ドラム21の接触面積が大きいほど向上する。同じ帯電ブラシ22で比較した場合、上記侵入量が大きいほど接触面積が増加する傾向であり、直接注入帯電性は向上する。しかし、侵入量がある大きさを超えると、帯電ブラシ22と感光ドラム21の接触圧が高くなり、帯電ブラシ22による感光ドラム21へのキズ等が発生することがある。また、本実施例においては、感光ドラム21の表面に残存した現像剤を除去するためのクリーニング部材を設けていないクリーナーレス構成を採用している。本構成のようなクリーナーレスシステムを採用した構成では、帯電ブラシ22と感光ドラム21の接触圧が高いと、転写されずに感光ドラム21に残った転写残トナーが帯電ブラシ22によってせき止められる。それによって、帯電ブラシ22の直接注入帯電機能性が低下してしまう。よって、帯電ブラシ22の植毛密度や繊度、パイル長、侵入量などの設計値は上記観点と注入帯電性のバランスをとって設定する必要がある。帯電ブラシ22の抵抗値は1×105Ωである。この抵抗値とは、感光ドラム21の代わりとして同じ直径の金属シリンダーに帯電ブラシ22を同条件で当接させ、-100Vの電圧を印加したときに流れる電流値から換算したものである。帯電ブラシ22の導電性繊維の材質を変えるなどして、原糸の抵抗を変えることで帯電ブラシ22の抵抗値を制御することができる。抵抗値が低いほうが帯電ブラシ22の注入性は向上する。しかし、抵抗値を下げすぎてしまうと、帯電ブラシ22から感光ドラム21に局所的に大電流が流れ、電荷注入層21fおよび電荷輸送層21eが絶縁破壊されてしまう所謂ピンホールリークが発生することがある。本構成では、帯電ブラシ22の抵抗値は1×104Ω以上でピンホールリークを抑制することが出来た。また1×108Ω以下の抵抗で十分な注入帯電性を示した。よって、帯電ブラシ22の抵抗値は1×104Ωから1×108Ωとすることが好ましい。上記の観点から、本実施例における帯電ブラシ22の抵抗値は1×105Ωに設定している。
The charging
なお、本実施例では固定ブラシ型の帯電部材を例示しているが、感光ドラム21に接触して、直接注入帯電を行うことができればその他の構成でも構わない。例えば、図4に示すように、ローラ型の芯金122に帯電ブラシ123を巻き付け、感光ドラム21に回転させつつ当接させる構成でも構わない。これらの構成でも上述したピンホールリークや、感光ドラム21との接触圧、注入帯電性の観点から帯電ブラシ22の材質や帯電ブラシ22の接触構成を決定する必要がある。なお、本実施例においてはブラシ形状を用いているが、形状はブラシに限られない。
In this embodiment, a fixed brush type charging member is exemplified, but other configurations may be used as long as they can contact the
本実施例では、帯電ブラシ22には感光ドラム21との間の電位差が放電開始電圧550V以下となるように-500Vの電位が印加され、直接電荷注入によって感光ドラム21を帯電する。本構成では、上述したように、前露光装置24によって、帯電ブラシ22との当接部を通過する前の感光ドラム21表面の電位を約0Vにならしている。これにより、帯電ブラシ22と感光ドラム21の間に安定して500Vの電位差を設けることができる。前露光装置24を設けない構成の場合、転写ローラ12への印加電圧や印刷環境の温度や湿度など様々な要因によって、帯電ブラシ22通過前の感光ドラム21表面電位が変化する。特に、転写ローラ12への印加電圧(+極性)の絶対値の影響が大きく、この値によって、帯電ブラシ22通過前の感光ドラム21表面は+側に帯電することも、-側に帯電することもある。その際には、各状況に応じて帯電ブラシ22と感光ドラム21の電位差が狙いの値となるように(本実施例では500V)、帯電ブラシ22に印加する電圧を制御することが、安定した直接注入帯電性のために望ましい。なお、帯電ブラシ22と感光ドラム21表面の電位差が550Vを超えると、帯電ブラシ22と感光ドラム21の間で放電が始まるが、直接電荷注入による帯電も同時に起こる。そのため、帯電ブラシ22と感光ドラム21表面との電位差が550Vを超えていても、直接注入帯電によって放電量を下げ、放電生成物を減少させることは可能である。ただし、帯電ブラシ22に印加する第1の帯電電圧が、感光ドラム21の目標電位Vd(本実施例では-600V)を超えてしまうと、帯電ブラシ22による帯電で、感光ドラム21の表面電位がVd=-600Vよりも負極性側に大きくなる。それにより、帯電ローラ23による帯電後の感光ドラム21表面の電位ムラを生んでしまうことがある。そのため、帯電ブラシ22に印加する電圧はVd以下とすることが望ましい。
In this embodiment, a potential of -500 V is applied to the charging
続いて、帯電ローラ23について説明する。帯電ローラ23は帯電ブラシ22に対して、感光ドラム21の回転方向下流側で感光ドラム21に所定の圧接力で接触する。
Next, the charging
帯電ローラ23はステンレスからなる直径6mmの芯金を支持体として、その周りを柔軟性のある複数の樹脂層で覆った多層構造である。本構成では、帯電ローラ23は芯金を覆う第一の樹脂層である基層と、基層を覆う第二の樹脂層である表層からなる2層構造となっている。基層の樹脂材料は導電性のあるカーボンを分散させた導電性ヒドリンゴムであり、芯金上に押し出し成型で形成され、膜厚は約2mmである。本実施例では、導電性ヒドリンゴムを採用したが、柔軟性がありかつ導電性のある樹脂材料であればこれに限られるものではない。
The charging
本実施例では先に述べたように、感光ドラム21は最表面に電荷注入機能を持った電荷注入層21fを備えている。帯電ローラ23は帯電ブラシ22と比較して、感光ドラム21との接触面積が少ない。そのため、一般的に直接電荷注入による帯電は発生しにくいが、本実施例では、電荷注入機能を持った感光ドラム21を採用しているため、帯電ローラ23の構成によっては直接電荷注入による帯電が発生することがある。帯電ローラ23にはVdより大きな絶対値を有する帯電電圧が印加されるため、帯電ローラ23から感光ドラム21に直接電荷注入が発生してしまうと、感光ドラム21表面がVdよりも負極性側に大きな値に帯電してしまう。それによって、該当箇所が電位ムラとして画像に可視化されてしまう。
In this embodiment, as described above, the
帯電ローラ23から感光ドラム21への直接注入帯電を抑制するためには、帯電ローラ23の最表面の体積抵抗率が高いことと、感光ドラム21との接触面積が小さいことが必要である。
In order to suppress direct injection charging from the charging
そこで、本構成では帯電ローラ23の基層の上に適度な表面Raを持った膜厚約30μmの高抵抗樹脂層を表層としてスプレー塗工している。最表面を高抵抗とすることで、帯電ローラ23から感光ドラム21への電荷の移動を抑制することができる。また適切な表面Raを持たせることで、帯電ローラ23と感光ドラム21が点接触となり、電荷が注入する面積を減らすことができる。本構成ではウレタン系の樹脂材料に、表面に適切なRaを付けるためのウレタン系材料からなる粒径約20μmの粗し粒子を重量比約50%混合して、表層の塗工液とした。塗工液を基層上にスプレー塗工することで表層を形成した。表層の体積抵抗率は約1×1014Ω・cmであり、表面Raは約2.0μmである。本実施例においては、帯電ローラ23の表層の体積抵抗率は1.0×1012Ω・cm以上、表面のRaは0.5~3.0μmであることが好ましい。
Therefore, in this configuration, a high-resistance resin layer having a thickness of about 30 μm and having an appropriate surface Ra is spray-coated on the base layer of the charging
本実施例の帯電ローラ23では、感光ドラム21との電位差が放電開始電圧の550V以下では、帯電量が0Vであり、直接注入帯電がほぼ発生しないことを確認した。
In the charging
帯電ローラ23には帯電ブラシ22に電圧を印加する第1の帯電電源E4とは異なる別の帯電高圧電源E1によって所望の帯電電圧が印加され、主として放電によって感光ドラム21の表面を負極性目標電位に均一に帯電する。
A desired charging voltage is applied to the charging
帯電ローラ23には-1150Vの帯電電圧が印加され、感光ドラム21表面を目標Vd値である-600Vに均一に帯電する。
A charging voltage of −1150 V is applied to the charging
7.放電生成物による感光ドラムへの影響
画像形成装置1を用いて画像形成動作を実行する際に、放電を行うと少量ながらオゾンやNOx等の放電生成物が発生し、感光ドラム21の表面に付着することがある。放電生成物は、感光ドラム21に当接する部材によって掻き取られるが、付着する量が掻き取る量より多い場合、繰り返しの画像形成動作によって、徐々に感光ドラム21の表面に蓄積していく。感光ドラム21の表面に放電生成物が付着すると吸湿し、感光ドラム21の表面の電気抵抗を低下させることによって、感光ドラム21の電荷保持能力が低下することで電圧が印加される場合に、感光ドラム1の表面に電荷が注入されることがある。
7. Influence of Discharge Products on Photosensitive Drum When an image forming operation is performed using the image forming apparatus 1 , discharge produces a small amount of discharge products such as ozone and NOx, which adhere to the surface of the
次に、放電生成物が感光ドラム1の表面電位の形成に及ぼす影響に関して説明する。 Next, the influence of discharge products on the formation of the surface potential of the photosensitive drum 1 will be described.
図5は、帯電ローラ23に印加した帯電電圧と感光ドラム21の表面電位との関係を、温度32.5℃、相対湿度80%の高温高湿環境で測定した結果を示すグラフである。帯電電圧の絶対値が小さい場合は感光ドラム21上の表面電位に変化はないが、ある電圧値から感光ドラム1表面に電位が形成され始める。この値が放電開始電圧Vthとなる。本実施例では、-550VがVthとなる。Vthは、帯電ローラ23と感光ドラム21との空隙や、感光層厚み、感光層比誘電率から決定される。絶対値がVth以上の電圧を帯電ローラ23に印加すると、パッシェンの法則に基づき、上記空隙での放電現象が発生し、感光ドラム21に電荷が乗る。
FIG. 5 is a graph showing the results of measuring the relationship between the charging voltage applied to the charging
図6には、図5と同様に、温度32.5℃、相対湿度80%の高温高湿環境で放電生成物が付着している感光ドラム21を用いた時に、帯電ローラ23に印加した帯電電圧と感光ドラム21の表面電位の関係を測定した結果を示す。放電生成物は高湿環境下で吸湿するため、感光ドラム21の表面の電気抵抗が低下しやすい。したがって、同じ環境で測定した図5の結果と異なり、Vthよりも絶対値が小さい印加電圧でも電位が形成され始め、Vth印加で約-50Vの電位が形成されている事が分かる。これは、放電生成物が付着した感光ドラム21の表面の電気抵抗が低下し注入帯電することによってVth未満の電圧を印加した場合においても、微小に電位が形成されることによる。この注入帯電の量は、感光ドラム21上の放電生成物量に依存する。
As in FIG. 5, FIG. 6 shows the charge applied to the charging
このように、放電生成物により、感光ドラム21の表面の電気抵抗が低下することで、放電生成物の付着が多い部分に電流が流れてしまう。すると、感光ドラム21の表面に適切な静電潜像や表面電位を形成出来なくなり、静電潜像がぼやける画像流れという現象が発生することがある。
As described above, the electric resistance of the surface of the
8.画像流れ抑制と均一帯電性の向上効果
本項では本実施例の構成による画像流れと均一帯電性の向上効果の実験結果に関して記載する。
8. Effect of Suppressing Image Deletion and Improving Uniformity of Charging In this section, experimental results of image deletion and the effect of improving uniformity of charging according to the configuration of this embodiment will be described.
上述したように、画像流れは、放電生成物や変質した感光ドラム21の表面が低抵抗化することで発生し、顕著に悪化するのは高温多湿環境である。したがって、本実施例の画像流れと均一帯電性の評価は温度32.5℃、湿度80%の高温多湿環境下で実施した。
As described above, the image smearing is caused by a discharge product or a lowered resistance of the deteriorated surface of the
本実施例では感光ドラム21は周面速度168mm/secで駆動モータ110によって回転している。感光ドラム21の転写ローラ12との対向部である転写部を通過した後の感光ドラム21の表面電位は、前露光装置24の除電により、約0Vまで低下している。
In this embodiment, the
感光ドラム21の表面電位が約0Vまで低下した後、帯電ブラシ22と帯電ローラ23によって再びVdまで帯電される。
After the surface potential of the
このとき、感光ドラム21の表面をVdまで帯電させるための帯電電流として、帯電ブラシ22と帯電ローラ23を合わせて約32μAの電流が必要であった。
At this time, as a charging current for charging the surface of the
本実施例では、帯電ブラシ22と帯電ローラ23に流れる帯電電流をそれぞれ測定することで、帯電ブラシ22と帯電ローラ23と、が全体の帯電のうち何パーセントを帯電させているのかを見積もった。帯電ブラシ22に流れる帯電電流は直接注入帯電に消費され、帯電ローラ23に流れる帯電電流は放電による帯電に消費される。よって、帯電ブラシ22と帯電ローラ23との帯電電流を測定することで、全帯電量のうち直接注入帯電によって帯電された帯電量の比率を算出することができる。以後、この帯電量の比率を直接注入帯電比率と記載する。
In this embodiment, by measuring the charging currents flowing through the charging
本実施例では、帯電ブラシ22に流れる帯電電流は22μA、帯電ローラ23に流れる帯電電流は10μAであり、合計32μAの電流が流れ、帯電ローラ23の後の感光ドラム21の表面電位は-600Vに帯電していた。すなわち直接注入帯電比率は約69%であり、放電による帯電量を約31%まで減少させている。
In this embodiment, the charging current flowing through the charging
本構成と比較例における画像濃度ムラ、および画像流れの発生レベルをまとめたのが表2である。画像濃度ムラはハーフトーン画像を出力し、可視化できる濃度ムラがある場合を×とした。画像流れの評価は、温度32.5℃、相対湿度80%の環境下で実施した。Xerox社製のXerox multipurpоse paper(坪量75g/m2、LTRサイズ)を5000枚連続通紙し、12時間放置した後のハーフトーン画像、及びテキスト画像によって評価した。 Table 2 summarizes the occurrence levels of image density unevenness and image deletion in this configuration and in the comparative example. For image density unevenness, a halftone image was output, and x was given when there was visible density unevenness. Evaluation of image smearing was carried out under an environment of 32.5° C. temperature and 80% relative humidity. 5,000 sheets of Xerox multipurpose paper (basis weight: 75 g/m 2 , LTR size) manufactured by Xerox Co., Ltd. were continuously fed and left for 12 hours, and then halftone images and text images were evaluated.
印刷した画像はベタ白画像であり、画像流れのレベルとしてはハーフトーン画像の階調が変化し、テキストには異常がないレベルを△、ハーフトーン画像の階調及びテキスト、共に変化した場合を×として評価した。 The printed image is a solid white image, and the level of image smearing is △ when the gradation of the halftone image changes and there is no abnormality in the text, and when both the gradation of the halftone image and the text change. It was evaluated as x.
本実施例では、ドラムとして前記電子写真感光体1の最表面の体積抵抗率が1×1012Ω・cmであり、帯電ブラシ22と帯電ローラ23にはそれぞれ-500V、-1150Vの電圧が印加され、直接注入帯電比率は69%である。このとき画像濃度ムラおよび、画像流れの発生はなく、初期から5000枚通紙後まで良好な画像が印刷できた。
In this embodiment, the volume resistivity of the outermost surface of the electrophotographic photosensitive member 1 as a drum is 1×10 12 Ω·cm, and voltages of −500 V and −1150 V are applied to the charging
比較例1は、前記電子写真感光体1において、感光ドラム21が電荷注入層21fを持たず、電荷輸送層21eを最表層とした構成で、感光ドラム21の表面の体積抵抗率は1×1015Ω・cmである。比較例1では、帯電ブラシ22に-500Vの電圧を印加しても、感光ドラム21には約11μA程度しか帯電電流が流れず、直接注入帯電比率は34%であった。この構成では、Vdを-600Vに帯電させるために、過半数を帯電ローラ23の放電による帯電を使用しなくてはならず、放電生成物の発生量が増え、感光ドラム21の表面が変質した。よって、比較例1における5000枚通紙後の画像流れのレベルは、ハーフトーン画像に階調変化が発生する△レベルとなった。
In Comparative Example 1, in the electrophotographic photosensitive member 1, the
比較例2は、帯電ブラシ22を設けず、帯電ローラ23のみで感光ドラム21を帯電する構成である。帯電ローラ23は高抵抗かつ表面の荒れた構成をとっているため、感光ドラム21の最表面に電荷注入層21fがあっても、直接注入帯電による帯電は行われず、直接注入帯電比率は0%であった。感光ドラム21の帯電は全て放電によって行われるため、結果として、放電生成物の発生量が増え、感光ドラム21表面が変質した。よって、比較例2における5000枚通紙後の画像流れのレベルは、テキストにも影響が出る×レベルとなった。
Comparative Example 2 has a configuration in which the charging
比較例3は、帯電ローラ23を設けず、帯電ブラシ22によってのみ感光ドラム21の表面を帯電する構成である。帯電ブラシ22に-1050Vの電圧を印加したときに、感光ドラム21の表面電位は-600Vとなった。帯電ローラ23に比べて、低い印加電圧で感光ドラム21の表面をVd電位に帯電できたのは、帯電ブラシ22は直接注入帯電と放電の両方の帯電によって、感光ドラム21を帯電するためである。このときの直接注入帯電比率を測定することはできないが、放電は帯電ブラシ22の毛と感光ドラム21の接触部よりも感光ドラム21の回転方向の上流側で開始されるため、主として放電により感光ドラム21への帯電が行われていると考えられる。放電後に帯電ブラシ22と感光ドラム21の接触部で直接注入帯電が行われるため、感光ドラム21の表面電位を-600Vに帯電させるための帯電ブラシ22への印加電圧は-1050Vとなり、帯電ローラ23よりも100V絶対値が小さい値となった。そのため、100V分の帯電が直接注入帯電によって行われたと考えられる。よって、このときの直接注入帯電比率は約17%であると予想される。また、帯電ブラシ22と感光ドラム21は接触状態にムラがあるため、接触面積が多い箇所は直接注入帯電しやすく、接触していない箇所は注入帯電しない。そのため、感光ドラム21の平均の表面電位は-600Vとなっていても、微視的な電位ムラが多く、画像上ではハーフトーン画像上に多数のスジが発生し、画像濃度ムラは×となった。本実施例と比較して直接注入帯電比率も小さいと予想されるため、画像流れのレベルもハーフトーン画像に階調変化が発生する△のレベルだった。
In Comparative Example 3, the charging
以上から、実施例1において、以下のような構成、特徴を有する。 As described above, the first embodiment has the following configuration and features.
回転可能であって、アルミシリンダで構成された支持体21aと表面に表層としての電荷注入層21fを有する感光ドラム21を有する。感光ドラム21の表面と接触して第1の帯電部を形成し、第1の帯電部において感光ドラム21の表面を帯電する第1の帯電部材である帯電ブラシ22を有する。感光ドラム21の表面と対向する対向部において、感光ドラム21の表面に現像剤を供給する現像部材としての現像ローラ31を有する。感光ドラム21の回転方向において、第1の帯電部の下流、かつ、対向部の上流において感光ドラム21の表面と対向する第2の帯電部において帯電ブラシ22によって帯電された感光ドラム21の表面を帯電する第2の帯電部材である帯電ローラ23を有する。帯電ブラシ22に第1の帯電電圧を印加する第1の帯電電圧印加部E4と、帯電ローラ23に第2の帯電電圧を印加する第2の帯電電圧印加部E1と、を有する。第1の帯電電圧印加部E4と第2の帯電電圧印加部E1と、を制御する制御部150を有する。感光ドラム21の電荷注入層21fの体積抵抗率は、1.0×109Ω・cm以上1.0×1014Ω・cm以下である。制御部150は、帯電ブラシ22によって帯電された感光ドラム21の表面と帯電ローラ23との間に形成される第2の電位差が放電開始電圧以上になるように第2の帯電電圧印加部E1に印加される第2の帯電電圧を制御する。
It has a rotatable
感光ドラム21と対向する転写部を形成し、転写部においてトナー像を感光ドラム21から被転写体である記録材Pへ転写する転写ローラ12を有する。転写部において感光ドラム21の表面に形成されたトナー像が記録材Pに転写された後、感光ドラム21の表面に残留したトナーが現像ローラ31により回収されるように構成される。
A transfer portion facing the
また、帯電ブラシ22は固定型のブラシ形状である。帯電ブラシ22はブラシローラ形状であってもよい。帯電ブラシ22は導電性を有し、帯電ブラシ22の抵抗値が1.0×104Ω・cm以上1.0×108Ω・cm以下であることが好ましい。制御部は、第1の帯電電圧が第2の帯電電圧によって帯電された後に形成された感光ドラム21の表面電位よりも絶対値が小さくなるように制御する。さらに、感光ドラム21の表面と帯電ブラシ22との間に形成される第1の電位差が放電開始電圧未満になるように第1の帯電電圧印加部E4に印加される第1の帯電電圧を制御する。帯電ブラシ22に流れる帯電電流が、帯電ブラシ22と帯電ローラ23に流れる帯電電流の合計値に対して40%以上であるように制御する。帯電ローラ23はローラ形状である。帯電ローラ23の最表面の体積抵抗率が1.0×1012Ω・cm以上とすることが好ましい。また、帯電ローラ23の最表面の表面Raが0.5~3.0μmであることが好ましい。感光ドラム21に設けられた表層は電荷注入層21fである。電荷注入層21fは、バインダー樹脂に導電粒子を分散させた構成である。電荷注入層21fは、非晶質のシリコンから構成されてもよい。現像剤の表面に導電性微粒子が添加されており、導電性微粒子は酸化リンを含んでもよい。
Also, the charging
上記構成を有することによって、感光ドラム21の表面に直接電荷注入を行う帯電構成において、放電による放電生成物の発生や感光ドラム21表面の変質を抑制しつつ、帯電不均一性を抑制することができる。
With the above configuration, in a charging configuration in which charges are directly injected into the surface of the
本実施の形態は、転写残トナーを現像装置30に回収し再利用するクリーナーレス構成としたが、従来公知の感光ドラム21に当接するクリーニングブレードを使用して転写残トナーを回収する構成としてもよい。図7にクリーニングブレード25を追加した帯電構成を示す。クリーニングブレード25によって回収された転写残トナーや、紙粉などを含む感光ドラム21上の異物は、現像装置30とは別に設置される回収容器26に回収される。
In the present embodiment, a cleaner-less configuration is adopted in which the residual toner is collected in the developing
この構成ではクリーニングブレード25によって感光ドラム21上の異物が清掃されるため、これらの異物が帯電ブラシ22に付着することで発生する帯電ブラシ22から感光ドラム21への直接注入帯電性の低下を抑制できるといったメリットがある。
In this configuration, the foreign matter on the
ただし、清掃した感光ドラム21上の異物を回収する回収容器26が必要であり、製品寿命が長寿命になればなるほど、回収容器26のために大きなスペースが必要となる。
However, a
スクリュー部材などを用いて回収容器26内に回収されたドラム上の異物を、プリンター本体内のデッドスペースに設けた別の回収容器に搬送し、回収容器26を小型化する技術も一般的だが、製品自体のコストアップに繋がる。
A common technique is to use a screw member or the like to transport the foreign matter on the drum collected in the
クリーニングブレード25を追加するかどうかは、製品の寿命やコスト、カートリッジサイズ、必要とされる直接注入帯電性などの観点から、選択することが望ましい。
Whether or not to add the
第2の実施例は、図8に示すように感光ドラム21と現像ローラ31を非接触に配置した構成である。なお、感光ドラム21と現像ローラ31の配置以外の構成は実施例1と同じため詳細な説明は割愛する。
The second embodiment has a configuration in which the
本提案に関わる構成は、感光ドラム21として最表面の体積抵抗率が1.0×109Ω・cm以上1.0×1014Ω・cm以下と一般的な感光ドラム21よりも低抵抗であるという特徴を有する。
In the configuration related to this proposal, the volume resistivity of the outermost surface of the
この体積抵抗率の範囲に感光ドラム21の最表面を制御することで、帯電ブラシ22から感光ドラム21への良好な直接電荷注入性を示すが、感光ドラム21と現像ローラ31との当接部では課題を生むことがある。
By controlling the outermost surface of the
感光ドラム21の最表面の体積抵抗率が低いと、現像ローラ31表面の体積抵抗率によっては、感光ドラム21と現像ローラ31の当接部において、感光ドラム21の表面の電荷が現像ローラ31へと移動し、感光ドラム21の表面電位が不安定になることがある。その結果、印字画像として濃度ムラなどの画像弊害を生むことがある。
If the volume resistivity of the outermost surface of the
また、感光ドラム21とトナーとの間でも電荷の移動が起こり、同様に濃度ムラを生むこともある。
In addition, charge transfer also occurs between the
図8のように感光ドラム21と現像ローラ31を非接触に配置することで、この課題の発生を抑制することができる。コロ規制部材などにより、感光ドラム21と現像ローラ31の間に微小ギャップを保持することで、感光ドラム21と現像ローラ31、もしくは感光ドラム21とトナーが物理的に接触しない。そのため、互いの電荷の移動がなくなり、濃度ムラの発生を抑制することができる。
By arranging the
微小ギャップの大きさは、現像ローラ31から感光ドラム21の印字部(スキャナ露光部)にトナーが飛翔するために必要な電界強度が必要となる。そして、非印字部(スキャナ非露光部)にはトナーが飛翔しないために必要な電界強度も、上記電界強度に加えて、感光ドラム21と現像ローラ31との間に維持できる範囲内となっていることが必要である。
The size of the minute gap requires an electric field strength necessary for the toner to fly from the developing
本実施例のように感光ドラム21と現像ローラ31の間に直流電界を形成する場合、微小ギャップ量としては10~100μmが望ましく、さらには10~50μmが望ましい。このギャップ量であれば、実施例1で記載した潜像の設定値で接触時と変わらず現像を行うことが可能であった。
When a DC electric field is formed between the
微小なギャップ量を設ける場合、そのギャップ量の大きさが長手位置で変動したり、駆動中に周方向位置で変動したりすると、感光ドラム21と現像ローラ31の電界強度の変化により、現像性が変化し、画像濃度ムラを生むことがある。そのため、ギャップ量は精密に制御することが求められる。
In the case of providing a minute gap amount, if the size of the gap amount fluctuates in the longitudinal position or in the circumferential position during driving, the electric field intensity of the
感光ドラム21と現像ローラ31の間のギャップ量を、ギャップ量の変動に対して十分大きくすることで、ギャップ量変動による現像性への影響は小さくなる。本実施例の画像形成装置では、ギャップ量を150μm以上に大きくすれば、ギャップ量変動の画像への影響は十分小さくなる。
By setting the gap amount between the
しかし、ギャップ量が大きいと感光ドラム21と現像ローラ31間の現像性に必要な電界強度を確保するための電界差が非常に大きくなる。一般的な感光ドラム21では、その電界差に必要な電位を帯電させることは困難である。また大きな帯電電位を感光ドラム21に帯電させると放電量は増大し、画像流れも悪化する傾向になる。
However, if the gap amount is large, the electric field difference between the
そのため、感光ドラム21と現像ローラ31の間のギャップ量をある程度大きく設定する場合は、現像ローラ31に直流バイアスに加えて、現像に必要な電界強度を形成するために、振幅の大きな交流バイアスを高周波で重畳する構成が望ましい。具体的には、交流バイアスにより感光ドラム21上のトナーを、感光ドラム21上の印字部と非印字部に対して、往復運動させトナーを現像させる所謂ジャンピング現像を用いるのが一般的である。
Therefore, when the gap between the
現像ローラ31に現像に必要な電界強度を形成するための振幅の交流バイアスを重畳すると、現像ローラ31のバイアスは、感光ドラム21の非印字部の電位よりも負帯電側に大きな状態と、感光ドラム21の印字部の電位よりも負帯電側に小さな状態を繰り返す。
When an AC bias having an amplitude for forming an electric field strength necessary for development is superimposed on the developing
現像ローラ31のバイアスが、感光ドラム21の非印字部の電位よりも負帯電側に大きな状態では、感光ドラム21上の非印字部にもトナーが飛翔(現像)するが、印字部にはより強くトナーを飛翔(現像)させる力が働く。逆に現像ローラ31のバイアスが感光ドラム21の印字部の電位よりも負帯電側に小さな状態では、感光ドラム21上の印字部からもトナーが現像ローラ31上に飛翔し引きはがされるが、非印字部からはより強くトナーを引きはがす力が働く。
When the bias of the developing
このサイクルを交流バイアスにより、周期的に繰り返すと、いずれ感光ドラム21上の印字部はトナーの飛翔(現像)が有利になり、非印字部はトナーの引きはがしが有利な状態へと収束する。結果として感光ドラム21上の潜像に従った像を形成することが可能となる。重畳する交流バイアスの周波数は現像と引きはがしが収束するのに十分な範囲に設定するのが一般的である。
When this cycle is periodically repeated with an alternating current bias, the printing portion on the
例えば、本実施例のような感光ドラム21の非印字部の帯電電位が-600V、印字部の帯電電位が-100V、現像バイアスが-350V、ドラムの周面回転速度が170mm/秒という条件にする。その条件で、感光ドラム21と現像ローラ31の間に300μmのギャップ量を設定した場合、現像バイアスには-350Vの直流バイアスに加えて、2000Vp-p程度の交流バイアスを周波数2500Hz程度で重畳すると潜像に従った画像形成が可能であった。なおVp-pとは交流バイアスの交番電位の最大値と最小値の差の絶対値を示す。
For example, under the conditions that the charging potential of the non-printing portion of the
感光ドラム21と現像ローラ31のギャップ量は150μm~400μmの間が望ましい。ギャップ量が150μmよりも小さくなると、ギャップ量変動による現像性の変化が悪化する。逆に400μmよりも大きいと、現像ローラ31から感光体ドラム21へトナーが飛翔する距離が長くなり、潜像が作るグラディエント力の影響をトナーが受けやすくなり、所謂、掃き寄せや画像のボケなどが発生しやすくなる。
The gap between the
ジャンピング現像を採用する際には、転写残トナーの現像ローラ31による回収が困難となるため、感光ドラム21には図7で示したように感光ドラム21上の異物を清掃するクリーニングブレード25を当接させることが望ましい。
When jumping development is adopted, it is difficult to collect the transfer residual toner by the developing
また交流バイアスによる現像時に、電荷をほとんど持たないトナーが、電荷をもったトナーに引きつられて感光ドラム21上の非印字部に一度到達してしまうと、そのトナーはドラム上から引きはがすことができず、留まり続け、所謂かぶりなどの画像弊害を生む。
Further, during development with an AC bias, if the toner having almost no electric charge is attracted by the charged toner and once reaches the non-printing portion of the
そのため、ジャンピング現像を採用する際には、磁性体を含有するトナーと内側にマグネットが配置された円筒状の現像スリーブが用いることで、電荷をもたないトナーは現像スリーブ上に保持し、感光ドラム21上に飛翔させない構成を用いることが一般的である。
Therefore, when adopting jumping development, toner containing a magnetic material and a cylindrical developing sleeve with a magnet placed inside are used, so that the uncharged toner is held on the developing sleeve and exposed to light. It is common to use a configuration that does not fly onto the
第3の実施例は、帯電ローラ223を感光ドラム21と非接触に配置した構成である。なお、帯電ローラ223の構成以外は実施例1と同じため詳細な説明は割愛する。
The third embodiment has a configuration in which the charging
図9に示すように、本実施例では、帯電ブラシ22に対して、感光ドラム21の回転方向下流側に帯電ローラ223が配置されている。本実施例では、実施例1と異なり、帯電ローラ223の両端部をコロ規制するなどして、感光ドラム21と帯電ローラ223の表面同士があるギャップを保つように離間距離を規制している。離間距離は放電が安定して発生する距離が好ましく、10μm~100μmが望ましい。本実施例では、離間距離は30μmとした。
As shown in FIG. 9, in this embodiment, the charging
パッシェンの法則にしたがう放電は、感光ドラム21と帯電ローラ223が離れていても可能なため、本実施例でも、放電により、均一に感光ドラム21の表面を帯電することができる。
Discharge according to Paschen's law is possible even if the
また、本実施例でも帯電ブラシ22によって約66%の帯電量が直接注入帯電によって帯電されるため、帯電ローラ223による放電量を抑制することができ、放電生成物、感光ドラム21の表面の劣化も抑制することができる。
Also in this embodiment, about 66% of the charge amount is charged by direct injection charging by the charging
本実施例は、帯電ローラ223と感光ドラム21が接触していないため、帯電ローラ223の構成に関わらず、帯電ローラ223から感光ドラム21への直接注入帯電が発生しない。そのため、実施例1で説明したような、帯電ローラ223から感光ドラム21への直接注入帯電による画像濃度ムラは発生しない。そのため、帯電ローラ223の最表面の体積抵抗率や形状をより自由に選択することができる。
In this embodiment, since the charging
また、本実施例では転写残トナーを現像装置30に回収し再利用する所謂クリーナーレス構成を採用しているが、帯電ローラ223が感光ドラム21と非接触だと、転写残トナーが帯電ローラ223に付着することで発生する放電不良なども抑制することができる。
Further, in this embodiment, a so-called cleaner-less configuration is adopted in which the residual toner after transfer is collected in the developing
本実施例では、非接触な帯電部材として帯電ローラ223を例に挙げているが、均一な帯電を行うことができればこの構成の限りではない。例えば、タングステン等の金属ワイヤを配置し、放電することで、感光ドラム21を帯電してもよい。また、帯電部材223にさらなる高電圧を印加し、大気中の分子を電離し、イオン化させることで、感光ドラム21を帯電させても良い。どちらの場合も、放電、イオン化による放電生成物の発生量や感光ドラム21の劣化量は、帯電ブラシ22によって感光ドラム21を直接注入帯電することで、抑制することが可能である。金属ワイヤ等を用いて、大気中の分子を電離し、イオン化させる構成では金属ワイヤ側に放電生成物が付着し、均一帯電性が失われることがある。その際には従来知られているように、ユーザーが定期的にスポンジ部材等でワイヤを清掃するための清掃部材を取り付けるなどすれば問題ない。
In this embodiment, the charging
第4の実施例は、感光ドラム21の回転方向の上流側に配置した帯電ブラシ22の帯電領域の長手幅を、下流側に配置した帯電ローラ23の帯電領域の長手幅より長くした構成である。なお、構成各部材の長手幅の関係以外は実施例1と同じであるため詳細な説明は割愛する。
In the fourth embodiment, the longitudinal width of the charging area of the charging
図10(a)に示すように、本実施例では、感光ドラムの電荷注入層21fの長手幅と、帯電ブラシ22の帯電領域の長手幅は、帯電ローラ23の帯電領域の長手幅より長くなるように配置されている。ここで、帯電ブラシ22の帯電領域とは、図10(b)に示すように、帯電ブラシ22が主として直接注入帯電によって感光ドラム21を帯電する領域のことであり、帯電ブラシ22の導電性繊維パイルが感光ドラム21と接触している場所のことである。また、帯電ローラ23の帯電領域とは、図10(c)に示すように、帯電ローラ23が主として放電によって感光ドラム21を帯電する領域のことである。言い換えると、帯電ローラ23の樹脂層表面からの放電と、後述する帯電ローラ23の樹脂層側面からの放電により、感光ドラム21を帯電する領域のことである。
As shown in FIG. 10A, in this embodiment, the longitudinal width of the
パッシェンの法則にしたがう放電は、帯電ローラ23の樹脂層の表面からだけでなく、側面からも発生する。この側面からの放電により感光ドラム21の表面が帯電され得る幅は、帯電ローラ23の樹脂層端から長手外側方向に片側500μm程度であり、帯電ローラ23により帯電される領域は帯電ローラ23の樹脂層の長手幅よりも長くなる。そのため、帯電ブラシ22の長手幅は帯電ローラ23の樹脂層の長手幅より1mm以上長くとることが望ましい。本実施例では、帯電ローラ23の樹脂層の長手幅を229.8mmとして、帯電ローラ23と帯電ブラシ22の部品公差を含む組付け公差をそれぞれ±2mm、±2.5mmとした。その時に、帯電ブラシ22の長手幅が帯電ローラ23の樹脂層の長手幅より1mm長くなるように、帯電ブラシ22の長手幅を235.3mmとした。
Discharge according to Paschen's law is generated not only from the surface of the resin layer of the charging
この構成により、帯電ローラ23による放電は、帯電ブラシ22によって直接注入帯電された範囲内側で起こるため、帯電ローラ23による放電量を抑制することができ、端部においても放電による感光ドラム21の表面の劣化を抑制することができる。
With this configuration, since the discharge by the charging
1 画像形成装置
21 感光ドラム
21a 支持体
21f 電荷注入層
22 帯電ブラシ
23 帯電ローラ
31 現像ローラ
150 制御部
E1 帯電電圧電源
E4 ブラシ電圧電源
Reference Signs List 1
Claims (20)
前記感光ドラムの表面と接触して第1の帯電部を形成し、前記第1の帯電部において前記感光ドラムの表面を帯電する第1の帯電部材と、
前記感光ドラムの表面と対向する対向部において、前記感光ドラムの表面に現像剤を供給する現像部材と、
前記感光ドラムの回転方向において、前記第1の帯電部の下流、かつ、前記対向部の上流において前記感光ドラムの表面と対向する第2の帯電部において前記第1の帯電部材によって帯電された前記感光ドラムの表面を帯電する第2の帯電部材と、
前記第1の帯電部材に第1の帯電電圧を印加する第1の帯電電圧印加部と、
前記第2の帯電部材に第2の帯電電圧を印加する第2の帯電電圧印加部と、
前記第1の帯電電圧印加部と前記第2の帯電電圧印加部と、を制御する制御部と、を有し、
前記感光ドラムの前記表層の体積抵抗率が1.0×109Ω・cm以上1.0×1014Ω・cm以下であって、
前記制御部は、前記第1の帯電部材によって帯電された前記感光ドラムの表面と前記第2の帯電部材との間に形成される第2の電位差が放電開始電圧以上になるように前記第2の帯電電圧印加部に印加される前記第2の帯電電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。 a rotatable photosensitive drum having a support and a surface layer on the surface;
a first charging member that forms a first charging portion in contact with the surface of the photosensitive drum and charges the surface of the photosensitive drum in the first charging portion;
a developing member that supplies developer to the surface of the photosensitive drum at a portion that faces the surface of the photosensitive drum;
The second charging section facing the surface of the photosensitive drum downstream of the first charging section and upstream of the facing section in the rotational direction of the photosensitive drum, and charged by the first charging member. a second charging member that charges the surface of the photosensitive drum;
a first charging voltage applying section that applies a first charging voltage to the first charging member;
a second charging voltage applying unit that applies a second charging voltage to the second charging member;
a control unit that controls the first charging voltage applying unit and the second charging voltage applying unit;
The surface layer of the photosensitive drum has a volume resistivity of 1.0×10 9 Ω·cm or more and 1.0×10 14 Ω·cm or less,
The control unit controls the second charging member so that a second potential difference formed between the surface of the photosensitive drum charged by the first charging member and the second charging member becomes equal to or higher than a discharge start voltage. and controlling the second charging voltage applied to the charging voltage applying section of the image forming apparatus.
前記転写部において前記感光ドラムの表面に形成された前記トナー像が被転写体に転写された後、前記感光ドラムの表面に残留したトナーが前記現像部材により回収されるように構成されることを特徴とする請求項1~13のいずれか1項に記載の画像形成装置。 a transfer member that forms a transfer portion facing the photosensitive drum, and that transfers the toner image from the photosensitive drum to a transfer material at the transfer portion;
After the toner image formed on the surface of the photosensitive drum is transferred to the transfer material in the transfer section, toner remaining on the surface of the photosensitive drum is collected by the developing member. 14. The image forming apparatus according to any one of claims 1 to 13.
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