超高耐久感光体（メガOPC）の開発
Development of High Durable Organic Photoreceptor

伊丹明

彦＊Itami, Akihiko

崎村友男＊

Sakimura, Tomoo大柴武雄＊Oshiba, Takeo

渡辺一

雅＊

Watanabe, Kazumasa

An important factor in determining the maintenance cycle and copy/print costs of electrophotographic
devices such as copiers or printers is the durability of the photoreceptors used, in particular the organic
photoreceptors (OPCs). For this reason, we have developed the MEGA OPC, a highly durable organic
photoreceptor incorporating a newly developed silsesquioxane based protective layer. MEGA OPC, foundin the high speed digital Sitios 7075, provides improved electrostatic properties and excellent wear resistance to achieve a OPC life of over one million copies/prints. The technology that makes this performancepossible is reported here.

１

はじめに情報技術（IT）の発達による情報化社会の進展により、電子写真技術をとりまくオフィス環境も大きく変わりつつある。アナログからデジタルへ、モノクロからカラーへ、そして高速化、小型化、低価格化が着実に進行し、従来以上に市場ニーズの把握と開発のスピードが求められる時代になってきた。電子写真感光体について見ると酸化亜鉛や硫化カドミウム、セレンなどの無機感光体が主流であった時代から安全性やコスト面で優れる有機感光体（OPC）の時代へと変化し、OPC の適用範囲も従来の低速機分野にとどまらず 中高速機、 更にはPOD（Print on Demand）市場へと急速に拡がっている。1999 年のデータ・サプライ社の調査では感光体全体で OPC が占める割合は、本数ベースで実に 98%以上

Fig.１

Trends in OPC durability

OPC の表面層に用いられるバインダー樹脂や CTM

１）に達する。の構造及び分子量の最適化による耐摩耗性の向上、３） 同

開発初期の OPC は無機感光体に比べて電子写真感度や耐久性の面で大幅に劣っていた。そのため感度面では時に複写機のデジタル化に伴う画像補正技術の進歩により Fig.１ に示すように OPC の耐久性は急速な伸びを見高感度化、高速化をキーワードに電荷発生材料（CGM）せている。耐久性の向上はプリントコスト及びサービスや電荷輸送材料（CTM）の素材探索を中心とした研究開発が盛んに行われ、急速に特性が改善されていった。

コストの低減につながるため、特にプリントボリュームの大きい中高速機分野や POD 分野では OPC にも 100

特に我々が開発したチタニルフタロシアニンのＹ型結晶万プリントクラスの耐久性を求める要望が高まっている。

を用いた感光体は高電界領域での量子効率が 0.9 を超え、アモルファスシリコン感光体にも劣らない光感度を達成

更に廃棄物削減による環境保護の観点から感光体の無交換化、リサイクル化への取り組みが今後ますます重要と２）した。

なってくることが予想される。そこで我々は市場ニーズ

一方、90 年以降は新たな流れとして OPC の耐久性向
上、特に有機物の本質的問題である機械的強度の向上をに応えるべく新たに開発した表面保護層を搭載した超高耐久感光体 （メガ OPC） を開発し、 デジタル複写機目的とした研究開発が数多く報告されるようになった。

Sitios7075 に採用した。Sitios7075 機の市場実績からメガ OPC は 100 万耐久をクリアできる実力を有していることが明らかとなった。本報ではこのメガ OPC 設計と実用特性について紹介する。

＊ODカンパニー

サプライ開発統括部

第１開発センター

KONICA TECHNICAL REPORT VOL. 14（2001）

43

２２．２ 表面保護層の設計
OPC の表面保護層には次のような機能が求められる。

メガＯＰＣの設計

２．１・耐摩耗性（機械的強度）

設計コンセプト

まず OPC の耐久を阻害する劣化要因について考える。
通常の電子写真プロセスにおける OPC の使用環境は
Fig.２に示すような種々の画像形成プロセス要素と関係・クリーニング性・電荷輸送機能
このような視点から表面保護層のベース素材と電荷輸送機能の付与手段の検討を行った。
表面保護層のベース素材には CTL バインダーに用いしている。

られるポリカーボネートのような熱可塑性樹脂より高い機械強度が期待できる三次元架橋樹脂の中からアルコー
ル溶媒等の極性溶媒中で下記反応式によって得られるシロキサン樹脂（silsesquioxane）４） を選択した。

Fig.２

Causes of OPC degradation

このような電子写真プロセスにおける OPC の耐久阻害因子としては次のような要因が挙げられる。
・現像剤やクリーニングブレードからの機械的なストレスによる摩耗や傷・放電生成物や付着物による表面の汚染や化学劣化

Fig.４

Preparation of silsesquioxane resin

・帯電露光の繰り返しによる静電劣化
・温湿度に関係した保存劣化

シロキサン樹脂からなる保護層と従来の CTL の膜物性の差異について、押し込み試験５）での膜の変形挙動かこのような劣化要因に強い感光体の設計コンセプトとら考察した。Fig.５ は三角錐のダイアモンド圧子を膜表して、Fig.３ に示すように表面保護層に強度付与機能と汚染物質からの感光層の保護機能を持たせ、感光層は繰面に接触させて負荷（押し込み）−荷重保持（クリープ）−除荷の履歴を与えた場合の膜の変形過程を表している。

り返し使用による静電劣化や保存劣化に強い設計因子をCTL 膜の変形はまず圧子の負荷開始直後は弾性変形挙盛り込んだ機能分離型の層構成とした。
また表面保護層に液寿命の短い反応性の硬化型樹脂を動を示すが、次第に膜の引き裂きの過程が加わってくる。
次いで保持領域でも変形が見られるが、これは圧子押し用いることから浸漬塗布のように液の長期保存を必要と込みに対する膜の応答の遅れに起因するクリープに相当せず、1 回の調液で使いきりが可能な円型量規制型のCSH（Circular Slide Hopper）塗布方式を採用した。

する。そして除荷後には原点に復帰せず、原点からのズレ分の永久変形が残る。一般に硬くて脆い膜は全変形量における永久変形の割合が大きくなる傾向にあり、ポリスチレンなど極端に永久変形率の大きな膜は耐摩耗性が不利な場合が多い。その点、高次に三次元架橋したシロキサン樹脂は永久変形率が小さく、CTL 膜と比較して破壊に強い性質を有しているものと考えられる。しかしながら実際の感光体の表面層として用いる場合には永久変形は小さくてもトータルの変形量が大きい、いわゆるゴム的な挙動はクリーニングブレードとの摩擦力の増加を招くため、耐摩耗性とのバランスを考えた膜物性のコントロールが重要となる。

Fig.３

Structure of highly durable organic photoreceptor(MEGA OPC)

またシロキサン樹脂は表面自由エネルギーが比較的小さいことが知られており、未反応基が過剰に残存することがなければ紙粉等の異物の付着や汚染には有利と考え、シロキサン樹脂を採用することとした。

44

KONICA TECHNICAL REPORT VOL. 14（2001）

２．３ 電位安定化設計
次に繰り返し使用による静電劣化や保存劣化を抑制するための感光体設計について説明する。100 万プリント耐久を実現するには、単純に帯電−露光の繰り返しによる通電の効果に加えて、長期間機内で発生するオゾンやNOX などの活性ガス雰囲気や種々の温湿度環境に放置されることになる。そこで 100 万プリント相当の負荷を上回る過酷な強制劣化試験法を新たに開発し、劣化後でも帯電−光減衰の基本機能の変動を抑えられる因子を積極的に組み合わせて感光体設計を行うこととした。強制劣化は次に示す３つの劣化要因を選択し、通常の使用条件にとらわれることなく短時間で効率的に劣化させることのできる条件を選択した。
(ⅰ) 高温高湿劣化(ⅱ) 常時帯電同時露光状態での通電(ⅲ) 強露光による光劣化
これらの劣化要因はほぼ独立に感光体の機能を低下させており、厳しい劣化条件下でも基本機能の変化が小さ
い感光体は実機での繰り返し使用後の電位変動も抑えられていることが確認された。（Fig.９）

３Fig.５

Indentation curves: silsesquioxane resin vs.
conventional charge transport layer

メガ OPCの特性

３．１

耐摩耗性

Fig.７ は従来製品とメガ OPC の Sitios7075 での実写

次に電荷輸送機能について考える。シロキサン樹脂は絶による膜厚減耗の比較であるが、メガ OPC では摩耗量が従来 OPC の 1/2 以下に低減された。懸念された低減縁膜であるため、新たな電荷輸送能の付与が必要となる。

耗である故の顕著なトナーや紙粉等の異物付着の発生も

表面抵抗の調整では高湿環境下での画像流れが懸念される
ため高抵抗の有機電荷輸送材料（carrier transport layer：なく、繰り返し使用後も良好な画像が得られている。

CTM）の使用が好ましいが、通常用いられる CTM ではアルコール溶媒への溶解性や均一製膜の課題がある。
そこで CTM の見直しを行った結果、適正な置換基の選択と CTM 母核の分子構造、分子サイズの適正化によりFig.６ の PIDC （photo-induced discharge curve） に見られるように必要な電荷輸送機能を付与することに成功した。

Fig.７

Wear loss : conventional OPC vs. MEGA OPC

次にこれらの感光体を接触帯電方式に改造したデジタル複写機（Konica7040）を用いて同様に減耗の比較を行ったところ、 Fig.８ に示すようにメガ OPC と従来OPC の減耗差は更に拡大し、より顕著な耐摩耗効果が認められた。
Fig.６ Effect of CTM doping on silsesquioxane based protective layer

KONICA TECHNICAL REPORT VOL. 14（2001）

45

Table１

Chemical resistance: conventional OPC vs. MEGA OPC

Table１ は表面保護層と通常の OPC の耐薬品性を比Fig.８

Wear loss in the charging roller system:
conventional OPC vs. MEGA OPC

較したものである。実験は表の薬品類を OPC 表面に付着させて24時間放置した後のクラックの発生状況を目視で観察した。三次元架橋樹脂の耐薬品性の高さがクラッ

通常の OPC は AC 成分を重畳させた接触帯電方式では非接触のコロナ帯電方式より感光層の摩耗が大幅に増大し、耐久性が低下する。これは機械的な劣化に加えてクに対する優位性という形で現れている。

４

おわりにAC 成分の重畳で表面層のバインダー樹脂や CTM の化学結合が電気的な破壊を受けるためと推定しており、こOPC の耐久性はこの十年で飛躍的に向上したが、同時に市場環境も確実に変化しており、感光体の適用範囲のような摩耗に厳しい系では表面保護層の効果がより顕も複写機からネットワークを中心としたあらゆる出力装著に現れた結果と考えられる。
３．２ 電位安定性置へと拡がってきている。20世紀が高感度、高耐久を中心とした技術開発を競ってきた時代であったとすれば、次に Sitios7075 機におけるメガ OPC100 万プリントの耐久評価での電位特性の推移を Fig.９ に示す。

21世紀は環境問題や多様化する市場ニーズに迅速に対応し、いかに魅力的な商品を開発して新たなビジネスチャンスにつなげていくかがますます重要となる。今後もOPC の開発で培った技術をベースに多方面から魅力ある商品づくりを続けていきたいと考えている。

５

参考文献

１）株式会社データ・サプライ「1999 年版感光体マーケット総覧」
1999 年6月、（1999）
２）木下昭、渡辺一雅、広瀬尚弘、伊丹明彦、池内覚、
JapanHardcopy'89，103（1989）
３）R.E.Caris、臨護、村上修、川井通生、
Fig.９Cyclic stability curve of MEGA OPC

Japan Hardcopy '92 論文集，213（1992）
川井通生、鳥海明子、臨護、村上修、藤岡清利、

評価の後半ではやや電位の変化が認められるものの、

R.E.Caris、Japan Hardcopy '94 論文集、233（1994）

100 万プリントの実写試験後でも良好な画像品質が得られており、実用上の 100 万プリント耐用が可能であるこ

田村裕之、高橋佐江子、森下浩延、坂元秀治、
志熊治雄、第 80 回電子写真学会研究討論会予稿集、とが確認された。

25（1997）

３．３ 耐クラック性
OPC は指触や周辺部材からの汚染によりひび割れ（クラック）や CTM の結晶化が起こり、画像不良問題を引き起こす場合がある。表面保護層の採用によりメガOPC では大幅に耐クラック性が向上した。

46４）D.S.Weiss，W.T.Ferrar，J.R.Corvan，
L.G.Parton，G.Miller，J.imag.Sci.Tec.，（43），280（1999）
５）石田一、矢野宏計量研究所報告、(39)，525（1990）

KONICA TECHNICAL REPORT VOL. 14（2001）