(57)【要約】【課題】くり返し使用時や高湿下においても、画像劣化のない鮮明な出力結果を得ることのできる画像形成方法並びに装置を提供する。【解決手段】画像形成装置において、露光から現像までに要する時間が、感光体の電荷輸送層の移動度と装置のプロセススピードにより導かれる関数の範囲に設定されることを特徴とする。該露光手段は感光体の内部に備えられた内面露光同時現像系であり、感光層はインダクション領域を持つインダクション感光体である。【選択図】　　　　図１
2004094105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性支持体上に感光層を有する電子写真感光体と、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、定着手段、クリーニング手段を備えた電子写真画像形成装置において、該感光体の電荷輸送材のキャリア移動度μ（ｃｍ２／Ｖｓｅｃ）、感光体への印加電圧Ｖ（Ｖ）、感光体の電荷輸送層の膜厚ｄ（μｍ）から得られる時間パラメータｔ＝ｄ＾２／（μＶ）と露光手段から現像手段までの所要時間Ｔ（ｓｅｃ）と、の間に
Ｔ＜１００ｔ
が成り立つように各手段が構成されたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、該露光手段はＬＥＤアレイであり、露光手段は感光体内部に備えられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像形成装置において、感光体の感光層は単層であり、該感光層は結着樹脂中に光導電性微粒子を分散させたものであることを特徴とする電子写真感光体。
【請求項４】
請求項１に記載の電子写真感光体において、該感光体は正帯電に対する露光−ドラム表面電位特性にインダクション領域を有することを特徴とする電子写真感光体並びにこれを用いた電子写真画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真感光体及び画像形成装置に関するものである。このような画像形成装置としては、白黒、モノカラー、あるいはフルカラーの電子写真複写機、プリンター、その他種々の記録機器などがある。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真画像形成装置において、文字画像だけでなく自然画像の出力用途が高まり、ますますの高解像、高画質が求められている。このためには画像形成装置の露光スポット系を小さくするか露光ビームの点灯時間（パルス幅）を変調し露光面積を変化させることで階調表現を行う方式（以下ＰＷＭ方式）などが知られている。
【０００３】
画像形成装置で用いられている感光体の光減衰速度は電荷輸送層に含有される電荷輸送材の移動度に依存し、移動度が大きくなれば応答速度は速くなることが知られている。従来、ＯＰＣに用いられる電荷輸送材の移動度はアモルファスシリコン等に比較して小さかったが、近年はこれに追従するような速い移動度を持つ電荷輸送材が開発されつつある。
【０００４】
一方、特開平１−１６９４５４等に記載されているような、低露光量では感度が小さく、露光量が増大すると感度が上昇するような特性を有する感光体が知られている。この感光体の露光量−感光体表面電位曲線を図４（ａ）に示す。低露光量には感度がない「インダクション領域」が存在し、このような感光体をインダクション感光体とも呼ぶ。このインダクション感光体を用いて図４（ｂ）に示すようなガウスビームで露光すると、感光体ドラム上で得られる潜像スポットは図４（ｃ）に示す形状になる。つまり、インダクション感光体に対して強度分布を有する照射スポットを走査するような画像形成装置において照射スポット径以下の高解像度を得ることが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記に挙げた様々な方法で鮮明な潜像を形成しても、潜像形成後から現像に至るまでに十分な時間が経過してしまうと、潜像が横方向に拡散し画像がぼける（いわゆる画像ながれ）が発生してしまうことが知られている。この現象は繰り返し使用時や高湿下において特に顕著である。
【０００６】
また、インダクション感光体において、画像濃度の低いハイライト部では露光ドットに対して得られた画像のドット径が小さくなるインダクション効果が得られるが、画像濃度の高いベタ部においては隣り合う画素の露光ドットが重なり合うため、ハイライト部ほどインダクション効果が得られない。つまり高濃度部と低濃度部でドット径に差が生じていまいインダクション感光体の機能を使いこなすことが困難であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題に省みて、本発明においては繰り返し使用時や高湿下においても鮮明な画像を得ることが可能な画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
更に詳細にいうと、露光手段から現像手段までの所要時間Ｔと感光体の物性より得られる時間パラメータｔの間にある関係が成り立つように各手段を構成することを特徴とするものである。
【０００９】
画像形成装置において、画像は感光体への帯電−露光−潜像形成−現像−転写−定着という一連の作業により得られる。
【００１０】
機能分離型感光体で例を挙げると、感光体の電荷発生層で露光光に応じて発生したキャリアは、電荷輸送層に注入され電荷輸送層を移動し感光体表面の帯電電荷を打ち消して潜像形成が行われる。感光体全体を見た場合、キャリア移動時間は電荷輸送層の移動度に大きく支配されることが知られている。図５に概略を示すように、電荷輸送層の膜厚をｄ、感光体への印加電圧をＶ、電荷輸送層の移動度をμとすると電荷輸送層をキャリアが移動する時間は単純計算ではｔ＝ｄ＾２／（μＶ）である。しかし、μの値は一意でなくある範囲を持ち、キャリア移動の際も感光体の横方向への拡散があるため、実際に露光から潜像が形成されるまでの時間は先に挙げたｔの数倍要することが計算機シミュレーションよりわかっている。このように形成された潜像は現像手段により可視化されるわけだが、潜像形成後から現像手段まで十分な時間が経過してしまうとキャリアは横方向に拡散してしまう。そこで本発明では露光から現像までに要する時間Ｔと感光体物性より得られる時間パラメータｔの間に一定の関係を持たせ、これを満たすように各手段を構成することにより常に鮮明で画像ボケのない画像を得ることを目的とするものである。露光手段から現像手段までに要する時間は、感光体のプロセススピードと感光体上での露光手段と現像手段の距離に依存する。しかしながら、感光体のプロセススピードを速くするには限度があるため、今後電荷輸送材の移動度がますます速くなった場合、この関係を満たすことが困難となってくる。このため本発明では感光体物性に応じて理論的にはＴ＝０と考えられる内面露光−同時現像系を採用し、画像品位の低下を防ぐ構成をとるものである。
【００１１】
このような露光同時現像系であれば、インダクション感光体の特性を十分に活かすことが可能である。
【００１２】
電子写真感光体の基材としては基材自体が導電性を有するもの、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、亜鉛、ステンレス、クロム、チタン、ニッケル、マグネシウム、インジウム、金、白金、銀、鉄等を用いることが出来る。その他にアルミニウム、酸化インジウム、酸化スズ、金、等を蒸着等によりプラスチックやガラス等の基材に被膜形成し、導電層としたものや、導電性微粒子をプラスチックや紙に混合したもの等を用いることが出来る。これらの導電性基材は均一な導電性が求められるとともに平滑な表面が重要である。表面の平滑性はその上層に形成される下引き層、電荷発生層、正孔輸送層の均一性に大きな影響を与えることから、その表面粗さは１．０μｍ以下で用いられる。１．０μｍ以上の凹凸は下引き層や電荷発生層のような薄い層に印加される局所電場を大きく変化させてしまうためにその特性が大きく変化してしまい電荷注入や残電のむら等の欠陥を生じ易いことから好ましくない。特に導電性微粒子をポリマーバインダー中に分散して塗布することにより得られる導電層は形成が容易であり、均質な表面を形成することに適している。導電性微粒子としては、導電性酸化亜鉛、導電性酸化チタン、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、カーボンブラック、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化インジウム、インジウム、等が用いられ、これらを絶縁性微粒子の表面にコーティングして用いてもよい。前記導電性微粒子の含有量は体積抵抗が十分に低くなるように使用され、好ましくは１×１０１０Ωｃｍ以下の抵抗となるように添加される。より好ましくは１×１０８Ωｃｍ以下で用いられる。
【００１３】
導電性基材と光導電層の中間に、注入阻止機能と接着機能を持つ下引き層を設けることもできる。下引き層としてはカゼイン、ポリビニルアルコール、ニトロセルロース、エチレン−アクリル酸コポリマー、ポリビニルブチラール、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ゼラチン、等によって形成することができる。下引き層の膜厚は０．１μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．３μｍ〜３μｍが用いられる。
【００１４】
光導電層としては電荷発生層と電荷輸送層からなる機能分離タイプのものや電荷発生と電荷輸送を同一の層で行う単層タイプが用いられる。
【００１５】
電荷発生材料としては、例えば、セレン−テルル、ピリリウム系染料、チオピリリウム系染料、フタロシアニン系顔料、アントアントロン系顔料、ジベンズピレンキノン系顔料、ピラントロン系顔料、トリスアゾ系顔料、ジスアゾ系顔料、アゾ系顔料、インジゴ系顔料、キナクリドン系顔料、シアニン系顔料等を用いることもできる。
【００１６】
電荷輸送性化合物は電子輸送性化合物と正孔輸送性化合物に大別される。
【００１７】
電子輸送性化合物としては、２，４，７−トリニトロフルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロフルオレノン、クロラニル、テトラシアノキノジメタン、およびアルキル置換ジフェノキノン等の電子受容性化合物やこれらの電子受容性化合物を高分子化したものが挙げられる。
【００１８】
正孔輸送性化合物としてはピレン、およびアントラセン等の多環芳香族化合物、カルバゾール、インドール、オキサゾール、チアゾール、オキサチアゾール、ピラゾール、ピラゾリン、チアジアゾールおよびトリアゾール等の複素環化合物、ｐ−ジエチルアミノベンズアルデヒド−Ｎ，Ｎ−ジフェニルヒドラゾンおよびＮ，Ｎ−ジフェニルヒドラジノ−３−メチリデン−９−エチルカルバゾール等のヒゾラゾン系化合物、α−フェニル−４′−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチルベンおよび５−（４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）ベンジリデン）−５Ｈ−ジベンゾ（ａ，ｄ）シクロヘプテン等のスチリル系化合物、ベンジジン系化合物、トリアリールアミン系化合物あるいはこれらの化合物からなる基を主鎖または側鎖に有する高分子化合物（ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルアントラセン等）が挙げられる。
【００１９】
上記、電荷発生材料や電荷輸送材料は必要に応じてバインダーポリマーが用いられる。バインダーポリマーの例としては、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、等のビニル化合物の重合体および共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリウレタン、セルロース樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、けい素樹脂、エポキシ樹脂、等が挙げられる。
【００２０】
特に本発明で用いられる電荷輸送層用の高分子化合物は前記本発明の電荷輸送性化合物と相溶するものが用いられる。代表的な高分子化合物としてはポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル等がある。電荷輸送層に用いられる電荷輸送性化合物は電荷輸送層の固形分に対して２０ｗｔ％以上、７０ｗｔ％以下が好ましい。２０ｗｔ％以下では十分な電荷移動能が得られないために残留電位の増加等が生じ好ましくない。７０ｗｔ％以上では電荷輸送層の機械的強度が低下してしまうために十分な耐久性が得られない。
【００２１】
電荷輸送層に用いられる高分子化合物は電荷輸送層の固形分に対して２０ｗｔ％以上、８０ｗｔ％以下が好ましい。８０ｗｔ％以上では十分な電荷移動能が得られないために残留電位の増加および電気的耐久性低下、低表面エネルギー化の効果低減等が生じ好ましくない。２０ｗｔ％以下では電荷輸送層の機械的強度が低下してしまうために十分な耐久性が得られない。
【００２２】
単層感光体として用いる場合は前記電荷発生材料と電荷輸送性化合物と高分子化合物を組み合わせてなる組成物を用いることにより良好な特性が得られる。感光層は結着樹脂中に光導電性微粒子を分散したものであり、光導電性微粒子として好ましいものは、キャリアが正孔である場合にはｐ型半導体に電子捕獲正化合物をドープしたものが用いられ、キャリアが電子である場合にはｎ型半導体に正孔捕獲性化合物をドープしたものが用いられる。特に好ましいｐ型半導体としてはフタロシアニン化合物があり、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン及びハイドロキシガリウムフタロシアニン等があり、ドープする電子捕獲性化合物として前述のフタロシアニンのニトロ化物やハロゲン化物等が用いられる。また、特に好ましいｎ型半導体としてジスアゾ化合物、トリスアゾ化合物、酸化亜鉛およびＣｄＳ等があり、ドープする正孔捕獲性化合物としてトリフェニルアミン系化合物等が用いられる。
【００２３】
また必要に応じて感光層に潤滑剤、酸化防止剤、レベリング剤等の公知の添加物を含有することもできる。
【００２４】
結着樹脂として使用可能なものとしてはスチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、フッ化ビニリデン及びトリフルオロエチレン等のビニル化合物の重合体および共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリウレタン、セルロース樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ケイ素樹脂およびエポキシ樹脂等が挙げられる。
【００２５】
電子写真感光体の作成は、前記材料を前記材料からなる感光層の塗工液を、浸漬法、ブレード塗工法、スプレー塗工法等により導電性支持体上に塗工し乾燥させて感光層を形成すればよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に従って本発明の電子写真画像形成装置について説明する。
【００２７】
（実施例１）
３０φ、２６０ｍｍのＡｌシリンダーを基体とし、それに、以下の材料より構成される塗料を基体上に浸漬法で塗布し、１４０℃、３０分熱硬化して１５μｍの導電層を形成した。
【００２８】
導電性顔料：酸化スズコート処理酸化チタン　…１０部（重量部、以下同）
抵抗調節用顔料：酸化チタン　　　　　　　　…１０部
結着樹脂：フェノール樹脂　　　　　　　　　…１０部
レベリング剤：シリコンオイル　　　　　　　…０．００１部
溶剤：メタノール／メチルセロソルブ＝１／１…２０部
次に、この上にＮ−メトキシメチル化ナイロン３部と共重合ナイロン３部とをメタノール６５部とｎ−ブタノール３０部とに溶解した溶液を浸漬法で塗布して０．５μｍの中間層を形成した。次にＣｕＫαのＸ線回折スペクトルにおける回折角２θ±０．２°、２３．９°、２７．１°に強いピークを有するＴｉＯＰｃ４部とポリビニルブチラール（商品名エスレックＢＭ−２積水化学製）２部およびシクロヘキサノン８０部をサンドミル装置で４時間分散した後、メチルエチルケトン１１５部を加えて電荷発生層用分散液を得た。これを前記中間層上に浸漬法で塗布し、０．３μｍの電荷発生層を形成した。
【００２９】
次に下記構造式
【外１】
2004094105.tif 000003
【００３０】
の化合物９．５部およびポリカーボネート（重量平均分子量２５０００）１０部をジクロロメタン２０部、クロロベンゼン５０部の混合溶液中に溶解し、この液を前記電荷発生層上に浸漬塗布し、１２０℃で６０分間乾燥させ、膜厚２５μｍの電荷輸送層を形成した。この電荷輸送層の移動度をＴＯＦ法により測定したところ、印加電場３０Ｖ／μｍにおいて２＊Ｅ−６（ｃｍ２／Ｖｓｅｃ）であった。
【００３１】
次に上記感光体を用いてキヤノン製レーザービームプリンターにて画像出力を行った。本実施例で用いた画像形成装置を図１に示す。１は本実施例の感光体、２は帯電手段、３は露光手段、４は現像手段、５は転写手段、６は定着手段、７はクリーニング手段、８は除電手段である。本装置のプロセススピードは１２０ｍｍ／ｓｅｃ、感光体への印加電圧は−７００Ｖ、露光−現像間の所要時間はＴ＝８７ｍｓｅｃ、感光体物性から得られる時間パラメータｔは４．５ｍｓｅｃであり、Ｔ＜１００ｔの関係を満たしており、得られた画像は鮮明なものであり、５０００枚繰り返し使用後も画像出力品質が保たれていた。
【００３２】
（実施例２）
６０φ、２６０ｍｍのパイレックス（登録商標）シリンダー基体とし、それに、以下の材料より構成される塗料を基体上に浸漬法で塗布し、１４０℃、３０分熱硬化して１５μｍの導電層を形成した。
【００３３】
導電性顔料：酸化スズコート処理酸化チタン　…１０部（重量部、以下同）
抵抗調節用顔料：酸化チタン　　　　　　　　…１０部
結着樹脂：フェノール樹脂　　　　　　　　　…１０部
レベリング剤：シリコンオイル　　　　　　　…０．００１部
溶剤：メタノール／メチルセロソルブ＝１／１…２０部
次に、この上にＮ−メトキシメチル化ナイロン３部と共重合ナイロン３部とをメタノール６５部とｎ−ブタノール３０部とに溶解した溶液を浸漬法で塗布して０．５μｍの中間層を形成した。次にＣｕＫαのＸ線回折スペクトルにおける回折角２θ±０．２°、２３．９°、２７．１°に強いピークを有するＴｉＯＰｃ４部とポリビニルブチラール（商品名エスレックＢＭ−２積水化学製）２部およびシクロヘキサノン８０部をサンドミル装置で４時間分散した後、メチルエチルケトン１１５部を加えて電荷発生層用分散液を得た。これを前記中間層上に浸漬法で塗布し、０．３μｍの電荷発生層を形成した。
【００３４】
次に下記構造式
【外２】
2004094105.tif 000004
【００３５】
のアミン化合物１０部およびポリカーボネート（重量平均分子量２５０００）１０部をジクロルメタン２０部、クロロベンゼン４０部の混合溶液中に溶解し、この液を前記電荷発生層上に浸漬塗布し、１２０℃で６０分間乾燥させ、膜厚２０μｍの電荷輸送層を形成した。この電荷輸送層の移動度をＴＯＦ法により測定したところ、印加電場３０Ｖ／μｍにおいて１＊Ｅ−５（ｃｍ２／Ｖｓｅｃ）であった。
【００３６】
本実施例で用いた画像形成装置を図２に示す。
【００３７】
１は本実施例の感光体、２は帯電手段、３は露光手段、４は現像手段、５は転写手段、６は定着手段、７はクリーニング手段、８は除電手段である。露光手段はＬＥＤアレイであり、感光体内部に備えられており対向して現像手段が位置している。本実施例の画像形成装置は露光同時現像系の構成を取っている。本装置のプロセススピードは１１０ｍｍ／ｓｅｃである。
【００３８】
本実施例の画像形成装置は露光同時現像系なので、理論的には露光−現像間は０秒であるが、露光開始から現像終了までを露光現像に要する時間と考えると、現像剤がドラムに接触している現像ニップは本装置では４ｍｍなので、Ｔ＝３６．４ｍｓｅｃである。一方感光体物性から得られるｔは０．９ｍｓｅｃであり、Ｔ＞１００ｔを満足するものであった。
【００３９】
画像を出力したところ鮮明な画像を得ることが出来た。次に５０００枚連続出力したが、画像品位には変化が見られなかった。
【００４０】
（実施例３）
まず本発明に用いた単層感光体の形成に用いる塗工液の具体的調合例を示す。
【００４１】
６０φ、２６０ｍｍのパイレックス（登録商標）シリンダーを基体とし、下引き層としてアルコール可溶性共重合ナイロン（アミランＣＭ−８０、東レ（株）製）５部（重量部、以下同様）をメタノール９５部に溶解した溶液を浸漬法で塗布し、８０℃で１０分間乾燥して、膜厚が０．５μｍの下引き層を形成した。
【００４２】
次にＸ型無金属フタロシアニン顔料１部に対してポリエステル−メラミン混合熱硬化樹脂（三井東圧（株）製、Ｐ６４５／ユーバン２０Ｓ）固形分４部とシクロヘキサノン２０部を加えた溶液をペイントシェーカーにて分散したものを、上記のシリンダー浸漬法で塗布し、１５０℃、６０分熱硬化して２０μｍ厚さの感光体を得た。
【００４３】
この感光体の露光量−ドラム表面電位曲線を測定したところ図３に示すようにインダクション領域が存在していた。
【００４４】
また移動度を測定したところ、印加電場２５Ｖ／μｍでμ＝５＊Ｅ−６（ｃｍ＾２／Ｖｓｅｃ）であった。上記感光体を用いて実施例２と同様のキヤノン製レーザービームプリンターにて画像出力を行った。感光体物性から得られる時間パラメータはｔ＝１．６ｍｓｅｃであり、実施例と同様現像露光時間はＴ＝３６．４ｍｓｅｃであるので、Ｔ＜１００ｔを満たしていた。
【００４５】
画像出力したところ、鮮明な画像を得ることが出来た。次に常温高湿下（２５℃、８０％ＲＨ）にて画像出力したが、画像ボケのない出力を得ることが出来た。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、感光体物性より得られるパラメータと露光現像間の所要時間に一定の関係が成り立つよう装置を構成することにより、画像ボケのない高画質の画像を得られる画像形成装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に関わる画像形成装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例２、３に関わる画像形成装置の断面図である。
【図３】本発明の単層感光体の塗工液の調合例を示す図である。
【図４】本発明の感光体を示す図である。
【図５】本発明の感光体を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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