JP2000321806A

JP2000321806A - 画像形成方法

Info

Publication number: JP2000321806A
Application number: JP13298399A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Yoshihara; 淑之吉原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-05-13
Filing date: 1999-05-13
Publication date: 2000-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】直接帯電とクリーナーレスプロセスにおける
電子写真感光体表面の汚染、及びそれにより生ずる画像
のボケ、流れを防止し、常に安定して高画質の得られる
画像形成方法を提供することにある。【解決手段】電圧を印加した磁性粒子を接触させて電
荷の直接注入による電子写真感光体の帯電を行う帯電工
程、無機微粒子を含むトナーにて現像を行う現像工程、
転写工程の後に電子写真感光体上に残余するトナーを現
像工程により回収する工程を含む画像形成方法におい
て、電子写真感光体の表面層が体積抵抗率１×１０¹⁰〜
１×１０¹⁴Ω・ｃｍの電荷注入層であり、かつ表面層の
摩耗量が電子写真感光体１０万回転当り０．２〜１．０
μｍである画像形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成方法に関
し、詳しくは直接注入帯電工程を用いた画像形成方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真プロセスを用いる画像形成方法
において、帯電手段としては、従来、コロナ放電装置が
一般的であった。しかしながら、最近においては、電源
の低圧化が図れる、オゾンの発生が極めて微量である等
の長所も有していることから、導電部材を感光体に接触
させる直接帯電装置が広く採用されるようになった。

【０００３】具体的には、導電性弾性ローラ等の帯電用
部材を、感光体表面に接触させ、これに所定の感光体表
面電位に放電開始電圧を加えた、１〜２ｋＶ程度の直流
電圧を印加することにより感光体を帯電させる。しかし
ながら、この直接帯電方式は帯電の均一性に劣るため、
直流電圧に交流電圧を重畳して、帯電部材に印加する方
法が提案されている（特開昭６３−１４９６６８号公
報）。

【０００４】この帯電方法は、直流電圧（Ｖｄｃ）に交
流電圧（Ｖａｃ）を重畳することによって、脈動電圧を
得、これを印加して、帯電の均一性を向上させるもので
ある。この場合、帯電の均一性を保持して、正現像方式
における白ポチ、反転現像方式における黒ポチ、カブリ
といった画像欠陥を防ぐためには、重畳する交流電圧
が、パッシェンの法則に従う放電開始電圧Ｖｔｈの２倍
以上のピーク間電位差（Ｖｐ−ｐ）を持っていることが
必要である。

【０００５】しかし、これらの直接帯電方式は基本的に
は帯電部材と感光体との微小空隙における放電であり、
特に均一帯電を行うために交流電圧を重畳させる場合は
感光体に与えるダメージが大きく、感光体の削れ量が大
きく、耐久性が劣るという問題点があった。

【０００６】これに対し、帯電部材から感光体表面のト
ラップ準位や分散含有させた導電性粒子等へ直接電荷を
注入させる方法が提案されている（特開平６−３５２２
０号公報）。

【０００７】このプロセスにおいても、交流電圧を重畳
することにより、直流電圧のみの印加の場合より、帯電
が更に安定することが知られている。この場合と、上述
の放電が支配的な帯電との大きな違いは、以下の式
（１）で示すように、交流電圧のピーク間電圧（Ｖｐ
ｐ）が放電開始電圧（Ｖｔｈ）の２倍より小さいにも関
わらず、以下の式（２）で示すように、感光体の暗電位
（Ｖｄ）と印加直流電圧（Ｖｄｃ）との差が２００Ｖ以
内となることであり、かつ式（３）が成り立つことであ
る。

【０００８】Ｖｐｐ＜２Ｖｔｈ …（１）｜Ｖｄｃ−Ｖｄ｜≦２００（Ｖ） …（２）｜Ｖｄ｜＞｜Ｖｐｐ／２｜＋｜Ｖｄｃ｜−｜Ｖｔｈ｜ …（３）

【０００９】この帯電方法（以下、注入帯電と称する）
によれば、基本的に放電が起きないため、感光体のダメ
ージは極めて小さい。一方、このような注入帯電プロセ
スにおいては、帯電工程で転写後の残余トナーの取り込
み、吐き出しを行うことが可能となるため、現像同時ク
リーニング、いわゆるクリーナーレスプロセスが達成で
きるという利点もある。

【００１０】しかし、トナー以外の成分、特に紙から発
生する紙粉はこのようなプロセスに追随し難く、クリー
ニング工程を伴わないと、耐久の繰返しに伴って感光体
表面や帯電器に蓄積する傾向にある。紙粉が感光体表面
に付着した場合、従来の放電を伴う帯電プロセスにおい
ては放電による表面の活性化を招き、それが周辺環境の
水分を吸着し、低抵抗化することによる画像のボケや流
れを引き起こしていた。従って、本発明の電荷の直接注
入による帯電プロセス自体は、放電は基本的には生じな
いため、画像のボケや流れが発生し難い系といえる。

【００１１】しかし、上述の紙粉成分は転写工程での電
圧印加によって感光体表面に転着し、これにより必ずし
も放電が起きていない場合でも、わずかな画像流れが生
じることが確認されている。特に、注入帯電プロセスに
用いる感光体は、電荷注入を効率的に行うため、表面に
中抵抗の電荷注入層を設けることが好ましく、このよう
な中抵抗の表面層においては、わずかな表面付着物によ
る低抵抗化の影響を受け易い。

【００１２】また、近年、電子写真のデジタル化が進
み、潜像が微小ドットで形成されるようになると、画像
品質に対して表面の低抵抗化の影響がより大きくなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した様な中抵抗表面層を有する電子写真感光体に注入帯
電を行い、且つクリーナーレスプロセスにおける電子写
真感光体表面の汚染、及びそれにより生ずる画像のボ
ケ、流れを防止し、常に安定して高画質の得られる画像
形成方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に従って、電圧を
印加した磁性粒子を接触させて電荷の直接注入による電
子写真感光体の帯電を行う帯電工程、無機微粒子を含む
トナーにて現像を行う現像工程、転写工程の後に電子写
真感光体上に残余するトナーを現像工程により回収する
工程を含む画像形成方法において、電子写真感光体の表
面層が体積抵抗率１×１０¹⁰〜１×１０¹⁴Ω・ｃｍの電
荷注入層であり、かつ表面層の摩耗量が電子写真感光体
１０万回転当り０．２〜１．０μｍである画像形成方法
が提供される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を詳
細に説明する。

【００１６】通常の電子写真プロセスにおいて、感光体
上の転写残トナーをクリーニングする工程では、弾性ブ
レードのエッジを感光体表面に当接させてトナーを掻き
取るのが一般的である。この工程で感光体表面が転写残
トナーと共に削りとられ、更に、紙粉や放電生成物等も
同時に除去され易い。従って、ある一定量の感光体の摩
耗を発生させることが、表面の汚染を防ぐ一つの手段で
あった。

【００１７】しかし、実質的にクリーニングを行わず、
表面に中抵抗層を有する感光体を用いる注入帯電プロセ
スにおいて、感光体の汚染を防ぐ手段は明確になってい
ないのが現状である。そこで、本発明者が鋭意検討した
結果、感光体表面の摩耗量を感光体１０万回転当り０．
２〜１．０μｍに調整すること高湿環境化でも画像のボ
ケや流れを生じないことを見い出した。

【００１８】感光体へ直接電荷注入を行う場合は、帯電
の均一性を十分なものとするため、帯電部材と感光体表
面の電荷注入層との接触確率をできるだけ高めることが
好ましい。また、転写残トナーを一旦帯電器に取り込む
ことから、ある程度のトナー汚染に対して帯電能力のラ
チチュードが必要である。

【００１９】これらのことから、帯電部材としては、導
電性の磁性粒子を円筒状マグネットスリーブに磁気拘束
させた磁気ブラシを用いることが好ましい。磁性粒子の
大きさは数十μｍ、抵抗は１×１０⁴〜１×１０¹⁰Ωに
設定される。これをコートした磁気スリーブを数ｍｍの
ニップ巾を持って感光体に接触、回転させ、電圧を印加
することで帯電を行う。

【００２０】感光体は、通常の光導電層に加えて、帯電
部材より直接注入された電荷を受け取る電荷注入層を有
することが好ましい。電荷注入層の体積抵抗率は１×１
０¹⁰〜１×１０¹⁴Ω・ｃｍが好ましく、１×１０¹⁰Ω・
ｃｍ未満では形成された潜像が横流れしてしまう。ま
た、１×１０¹⁴Ω・ｃｍを超えると電荷注入が起こり難
く、帯電性が不十分となる。その構成としては、導電性
粒子を絶縁性樹脂に分散させて抵抗を調節するのが好ま
しい。

【００２１】光導電層の上にこのような中抵抗層を設け
るため、電荷注入層の膜厚はあまり厚くすることは好ま
しくない。しかしながら一方で、電荷注入層が摩耗によ
って失われてしまうと注入帯電が行われないため、帯電
不良を生ずる。このようなことから、電荷注入層はある
程度薄膜で、かつ高い強度を有することが要求される。
具体的には、電荷注入層の膜厚は、１〜１０μｍが好ま
しく、より好ましくは２〜５μｍである。

【００２２】本発明の電荷注入層に用いる導電性粒子と
しては、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アンチ
モン、酸化インジウム、スズをドープした酸化インジウ
ム、アンチモンをドープした酸化スズ、酸化ジルコニウ
ム等の超微粒子を１種、もしくは２種以上を用いること
ができる。これらの導電性粒子を分散する樹脂として
は、一般的な絶縁性の樹脂を用いることができるが、前
述のように膜強度の点から、アクリル系樹脂、ウレタ
ン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等、反応性官能基を
持ったモノマー、もしくはオリゴマーを成膜時に熱や光
で架橋する硬化型の樹脂が好ましい。導電性粒子と樹脂
の比率（重量比）としては、５／１０〜１０／２程度が
好適である。更にこれに対し、潤滑性付与剤、可塑剤等
の添加剤を適宜加えても良い。

【００２３】一方、現像トナーにおいては、その流動
性、転写性、帯電性等を改善するために、シリカ、酸化
チタン、アルミナ等の無機微粒子が添加される。添加量
は一般的に０．１〜３重量％である。これらの微粒子は
トナー粒子を製造した後に、機械的に添加されてトナー
表面に存在する。このため、クリーナーレスプロセスに
おいて転写残トナーが帯電器中に取り込まれ、また吐き
出される過程で無機微粒子の一部はトナー母体から離脱
する。

【００２４】帯電器に混入したこのような遊離の無機微
粒子は、帯電器と感光体表面との接触の過程で感光体に
対して研磨剤的な働きをし、ある程度の摩耗を生じさせ
る。更に無機微粒子は、感光体に押し付けられることに
より、感光体表面に埋め込まれてしまう場合もある。無
機微粒子は一般に高抵抗であるから、それが感光体表面
に存在することで、その部分がミクロ的に帯電不良を生
じてしまう。その結果、反転現像プロセスでは白地部に
カブリが生じるだけではなく、帯電器と感光体電位との
電位差が大きくなることから、帯電部材である磁気微粒
子が感光体側へ漏れ出す、という現像を生じ易い。

【００２５】以上のような画像形成装置において、感光
体の１０万回転当りの摩耗量を０．２〜１．０μｍとす
るためには、感光体としては電荷注入層の組成、樹脂の
材質等で調整することができる。また、帯電器として
は、感光体に対する周速差、当接ニップ巾、磁気粒子の
粒径等で摩耗量を調整することができる。更に、トナー
に添加する無機微粒子の量によっても、感光体の摩耗量
をコントロールすることが可能である。

【００２６】感光体表面の摩耗量が感光体１０万回転当
り０．２μｍより少ない場合は、本発明の効果が発揮さ
れず、画像のボケや流れを生ずる。また、感光体表面の
摩耗量が感光体１０万回転当り１．０μｍを超える場
合、紙粉等の付着物の除去は十分に行われるものの、前
述したようなトナー中の無機微粒子の埋め込みが発生
し、帯電不良を引き起こすため、システムが成立しな
い。

【００２７】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明をよ
り詳細に説明する。なお、実施例中の「部」は重量部を
示す。

【００２８】（実施例１）＜電子写真感光体作成例＞３０ｍｍφ、長さ３７５．５
ｍｍのアルミニウムシリンダーを支持体とし、それに以
下の材料より構成される塗工液を支持体上に浸漬法で塗
布し、１４０℃で３０分間加熱硬化させて、膜厚が１５
μｍの導電層を形成した。

【００２９】導電性顔料：酸化スズ・酸化アンチモンコート処理酸化チタン１０部抵抗調節用顔料：酸化チタン２部バインダー樹脂：フェノール樹脂６部（大日本インキ化学工業（株）製、プライオーフェンＪ３２５）レベリング材：シリコーンオイル０．００１部（信越化学（株）製、ＳＨ２８ＰＡ）溶剤：メタノール／メトキシプロパノール（重量比：１／１）２０部

【００３０】次に、この導電層上に共重合ポリアミド樹
脂（商品名：アミランＣＭ−８０００、東レ（株）社
製）１０部、メトキシメチル化６ナイロン樹脂（商品
名：トレジンＦＥ−３０Ｔ、帝国化学（株）社製）３０
部を、メタノール４００部／ｎ−ブタノール２００部の
混合溶媒中に溶解した溶液を浸漬法で塗布し、９０℃で
１０分間熱風乾燥させ、膜厚が０．７μｍの中間層を形
成した。

【００３１】次に、ＣｕＫαの特性Ｘ線回折のブラッグ
角（２θ±０．２度）の９．０°、１４．２°、２３．
９°及び２７．１°に強いピークを有するオキシチタニ
ウムフタロシアン３部とブチラール樹脂（商品名：エス
レックＢＸ−１、積水化学（株）社製）２部及びシクロ
ヘキサノン１００部をサンドミル装置で４時間分散した
後、酢酸エチル９０部を加えて電荷発生層用分散液を調
製した。この塗工液を浸漬法で塗布し、８０℃で１５分
間熱風乾燥させて、膜厚が０．１５μｍの電荷発生層を
形成した。

【００３２】次に、下記構造式の化合物７部、

【００３３】

【化１】

【００３４】及びビスフェノールＺ型ポリカーボネート
（商品名：ユーピロンＺ−４００、三菱ガス化学（株）
社製）１０部をモノクロロベンゼン４０部／ジクロロメ
タン３０部の混合溶媒中に溶解し、電荷輸送用分散液を
調製した。これを浸漬法で塗布し、１１０℃で６０分間
乾燥し、膜厚が１７μｍの電荷輸送層を形成した。

【００３５】次に、電荷注入層用に以下の塗工液を作成
した。

【００３６】導電性酸化スズの粉体と、下記構造式
（１）及び構造式（２）の重合性アクリルモノマーをエ
タノールに分散した。アクリルモノマーのブレンド比は
３／２（重量比、以下同）、酸化スズと樹脂総量との比
は５／２とした。これに更に、潤滑剤としてポリ四フッ
化エチレン粉体を全体の重量比率で３０重量％となるよ
うに加えて分散し、最後に下記構造式（３）の光開始剤
を樹脂に対して１５重量％添加した。

【００３７】

【化２】

【００３８】

【化３】

【００３９】

【化４】

【００４０】これを電荷輸送層上に塗布し、ＵＶ硬化し
て膜厚が３μｍの電荷注入層膜を形成した。この電荷注
入層の体積抵抗率は、２３℃／５０％ＲＨの環境下で８
×１０¹²Ω・ｃｍ、３０℃／８０％ＲＨの環境下で３×
１０¹¹Ω・ｃｍであった。

【００４１】画像形成装置としてレーザーを光源とする
デジタル複写機（商品名：ＧＰ−２１５、キヤノン製）
を用意し、帯電器部分及び高圧電源部を改造して注入帯
電が行える様にした。また、クリーナーレスプロセスに
対応してクリーナー部を取り外した。

【００４２】更に、現像部分は、非磁性トナーとフェラ
イトキャリアによる二成分現像を行う構成に改造した。
トナーには、シリカ微粒子が０．７重量％、酸化チタン
微粒子が０．７重量％添加されている。

【００４３】＜帯電部材作成例＞Ｆｅ₂Ｏ₃５３モル％、
ＣｕＯ２４モル％、ＺｎＯ２３モル％に、リンを０．０
５質量部添加し、ボールミルにて粉砕、混合し、分散剤
及び結着剤と水を加えスラリーとした後、スプレードラ
イヤーにより造粒操作を行った。適宜分級した後に、大
気中１１００℃にて焼結を行った。

【００４４】得られたフェライトを解砕処理の後に分級
を行い、平均径４０μｍのフェライト粒子を得た。フェ
ライト粒子の体積抵抗は１×１０⁷Ω・ｃｍであった。

【００４５】これをマグネットローラ上に厚さ１ｍｍで
コートして磁気ブラシとした。上記の帯電部材は、電子
写真感光体との間に幅約２ｍｍのニップを設けるように
設置される。ブラシの周速は、電子写真感光体表面の周
速に対して１２０％で逆回転するようになっており、電
子写真感光体との接触の均一性を確保するようにしてい
る。この磁気ブラシにＤＣバイアス−７００Ｖを印加
し、更にＶｐｐ６００Ｖ、１０００ＨｚのＡＣバイアス
を重畳することにより感光体に電荷注入され、−６８０
Ｖの表面電位を得る。

【００４６】なお、この装置のデジタル画素密度は６０
０ｄｐｉである。１ドットの階調は２値で、誤差拡散法
による中間調形成を行っている。

【００４７】このような画像形成装置を用いて以下のよ
うなプリントテストを行った。まず、２３℃／５０％Ｒ
Ｈの環境下で２０００枚の連続コピーを行った後、３０
℃／８０％ＲＨの環境下に放置してコピーサンプルをと
った。このサイクルを５回繰り返して計１００００枚の
耐久テストとした。いずれの時点のサンプルにおいても
初期と同等の良好な画像が維持されていた。この時の電
子写真感光体表面の摩耗量は、電子写真感光体１０万回
転当り０．６μｍであった。

【００４８】（実施例２）実施例１の電荷注入層におい
て、導電性粒子と樹脂の比率を５／３とし、重合開始剤
の添加量を８重量％としたことを除いては同様にして塗
料を作成し、光導電層上に成膜した。この電荷注入層の
体積抵抗率は、２３℃／５０％ＲＨの環境下で１×１０
¹³Ω・ｃｍ、３０℃／８０％ＲＨの環境下で２×１０¹¹
Ω・ｃｍであった。

【００４９】この電子写真感光体を実施例１と同様の連
続プリントによる耐久テストを行ったが、いずれの時点
のサンプルにおいても初期と同等の良好な画像が維持さ
れていた。また、この時の電子写真感光体表面の摩耗量
は、電子写真感光体１０万回転当り０．４μｍであっ
た。

【００５０】（実施例３）実施例１において、電子写真
感光体は同じものを用い、画像形成装置における帯電器
の周速を、電子写真感光体に対して１５０％とした。ま
た、トナーの添加剤をシリカ微粒子が１．０重量％、酸
化チタン微粒子が１．０重量％とし、その他は同一条件
で評価を行った。この場合も１００００枚まで良好な画
像が維持されていた。また、この時の電子写真感光体表
面の摩耗量は、電子写真感光体１０万回転当り０．８μ
ｍであった。

【００５１】（比較例１）実施例１の電荷注入層におい
て、下記構造式（４）の重合性アクリルモノマーのみを
用いたこと、及びポリ四フッ化エチレン粉体を全体の重
量比率で１５重量％となるように加えた以外は、同一条
件で電子写真感光体を作成した。この電荷注入層の体積
抵抗率は、２３℃／５０％ＲＨの環境下で８×１０¹²Ω
・ｃｍ、３０℃／８０％ＲＨの環境下で９×１０¹⁰Ω・
ｃｍであった。また、実施例１の画像形成装置における
帯電器の周速を、電子写真感光体に対して等速とし、そ
の他は同一条件で評価を行った。

【００５２】

【化５】

【００５３】この結果、２０００枚プリント後の高温高
湿放置画像において、小さいドットがにじむことによ
り、中間調の濃度が出ず、実用に耐えないものとなっ
た。更に耐久を繰り返すことで、現像は悪化した。この
時の電子写真感光体表面の摩耗量は、電子写真感光体１
０万回転当り０．１μｍであった。

【００５４】（比較例２）実施例１の電荷注入層におい
て、前記構造式（２）の重合性アクリルモノマーのみを
用いたことを除いては、同一条件で電子写真感光体を作
成した。この電荷注入層の体積抵抗率は、２３℃／５０
％ＲＨの環境下で６×１０¹²Ω・ｃｍ、３０℃／８０％
ＲＨの環境下で２×１０¹¹Ω・ｃｍであった。

【００５５】この電子写真感光体を、実施例１の画像形
成装置と同一条件で評価を行った。約１５００枚程度プ
リントした段階で、画像白地部にカブリが目立ちはじ
め、徐々に悪化してテストを続行できない状態となっ
た。電子写真感光体表面を観察すると、シリカ微粒子が
埋め込まれており、これに起因すると思われる帯電不良
により、帯電器の磁気粒子が約１０％漏れ出していた。
この時の電子写真感光体表面の摩耗量は、電子写真感光
体１０万回転当り１．４μｍであった。

【００５６】

【発明の効果】本発明により、電荷注入帯電とクリーナ
ーレスプロセスにおける電子写真感光体表面の汚染、及
びそれにより生ずる画像のボケ、カブリ、帯電不良を防
止し、常に安定して高画質の得られる画像形成方法を提
供することが可能となった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧を印加した磁性粒子を接触させて電
荷の直接注入による電子写真感光体の帯電を行う帯電工
程、無機微粒子を含むトナーにて現像を行う現像工程、
転写工程の後に電子写真感光体上に残余するトナーを現
像工程により回収する工程を含む画像形成方法におい
て、電子写真感光体の表面層が体積抵抗率１×１０¹⁰〜
１×１０¹⁴Ω・ｃｍの電荷注入層であり、かつ表面層の
摩耗量が電子写真感光体１０万回転当り０．２〜１．０
μｍであることを特徴とする画像形成方法。