KR0172198B1 - 대전 부재, 이를 사용한 프로세스 카트리지 및 전자사진 장치 - Google Patents

대전 부재, 이를 사용한 프로세스 카트리지 및 전자사진 장치 Download PDF

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KR0172198B1 KR1019950055062A KR19950055062A KR0172198B1 KR 0172198 B1 KR0172198 B1 KR 0172198B1 KR 1019950055062 A KR1019950055062 A KR 1019950055062A KR 19950055062 A KR19950055062 A KR 19950055062A KR 0172198 B1 KR0172198 B1 KR 0172198B1
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미따라이 후지오
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Abstract

대전 부재를 전하 수용 부재와 접촉상태로 배치시키고 대전 부재에 전압을 인가하여 전자사진 감광 부재 등의 전하 수용 부재를 대전시키기 위한 대전 부재는 전기전도성 담지체, 탄성층 및 2,000kgf/㎠ 내지 30,000kgf/㎠의 인장 모듈러스를 갖는 피복층을 나열 순서대로 배치시킴으로써 구성된다. 피복층은 바람직하게는 아크릴계 중합체 개질된 우레탄 수지인 것이 좋다. 대전 부재는 우수한 화상을 제공하기 위해 장기간 동안 균일한 전기 저항성 분포를 나타내는 닢 부위를 전하 수용 부재에 제공하는데 있어 효과적이다.

Description

대전 부재, 이를 사용한 프로세스 카트리지 및 전자사진 장치
제1도는 본 발명에 따른 롤러형 대전 부재의 실시 태양의 개략 단면도.
제2도는 롤러형 대전 부재의 실시 태양의 개략 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 대전 부재를 사용한 프로세스 카트리지로 이루어진 전자사진 장치의 실시 태양의 개략 단면도.
제4도는 응력-왜곡 측정 장치의 실시 태양의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,6 : 대전 롤러 2,7 : 전기전도성 담지체
4 : 중간(접착)층 5 : 피복층
8 : 전기전도성 탄성층 9 : 매체 저항 피복층
10 : 감광 드럼 11 : 축
12 : 광-화상 13 : 대전 부재
14 : 전사 수단 15 : 전사 수용 물질
16 : 화상 정착 소자 17 : 클리닝 수단
20 : 레일 21 : 기록계
22,24 : 그립 23 : 시험편
25 : 하중 소자 26 : 응력 및 왜곡 측정장치
27 : 기록계
본 발명은 화상 형성을 위한 대전 부재에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전하 수용 부재와 접촉상태로 배치되어 있는 대전 부재에 전압을 인가함으써 전하 수용 부재(대전될 부재)를 균일하게 대전시키기 위한 대전 부재, 대전 부재로 이루어진 프로세스 카트리지, 및 대전 부재로 이루어진 전자사진 장치에 관한 것이다.
전자사진 장치를 갖춘 화상 형성 장치에 있어서, 이제까지는 전자사진 감광 부재, 유전성 물질 등의 전하 수용 부재의 표면을 대전시키기 위한 수단으로서 코로나 방전 등의 비접촉 대전 방식을 사용하는 방전 소자를 사용하여 왔다. 그러한 코로나 방전 방식은 대전 성능을 균일하게 한다는 점에서는 효율적이나 고전압 인가를 필요로 하며 따라서 오존 형성 등의 문제를 수반하게 된다.
그러한 코로나 방전과 대조적으로, 오존 발생 감소, 저전압 대전 및 단가 절감을 실현하고자 하는 차원에서 DC 전압 또는 AC 전압이 그 위에 겹쳐져 있는 DC 전압으로 이루어진 있는 구동 전압이 전하 수용 부재에 접촉상태로 배치되어 있는 대전 부재에 인가되어 전하 수용 부재를 대전시키는 접촉 대전 방식이 채택되어 왔다.
제2도는 접촉 대전을 수행하기 위한 대전 부재로서 대전 롤러의 실시 태양의 개략적 단면도이다. 제2도를 참조하여, 대전 롤러(6)는 담지 부재(코어 금속)로서 전기전도성 담지체(7), 전하 수용 부재 표면과 함께 균일 닢 부위를 형성하는데 필요한 탄성도를 갖는 전기전도성 탄성층(8), 및 대전 롤러(6)의 저항성(전기저항성)을 제어하기 위한 매체 저항 피복층(9)를 구비하고 있다.
보다 구체적으로, 전기전도성 탄성층(8)은 에틸렌-프로필렌-디엔 터폴리머(EPDM), 니트릴-부타디엔 고무(NBR), 부틸 고무, 아크릴계 고무, 또는 우레탄 고무등의 고형 고무중에 금속 화합물 또는 카본 블랙 등의 전기전도성 물질을 분산시킴으로써 형성할 수 있다. 구동 전압이 대전 롤러(6)에 인가되면, 대전 전류(충전전류)는 전기전도성 탄성층(8)을 통과한다. 대전 소음 및 경량 대전 롤러를 제공하기 위해 고형 고무 대신에 탄성 발포체(발포시킨 탄성 물질)를 사용할 수 있다.
피복층(9)는 전술한 전기전도성 물질을 수지, 또는 나일론, 폴리에스테르 또는 우레탄 고무 등의 고무중에 분산시킴으로써 형성할 수 있으며 심지어 전하 수용부재(도시되어 있지 않음)의 표면상에 핀홀 등의 결함이 발생하는 경우에도 화상 부위에서의 대전이 실패하지 않도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 대전 부재의 탄성층은 고형 또는 탄성 발포체를 포함할 수 있으며 대전 부재와 전하 수용 부재의 접촉을 균일하게 또는 고르게 할 수 있도록 전하 수용 부재에 적절한 닢 부위를 부여하는 기능을 지닐 수 있다.
한편, 피복층 중 전기 저항성 분포의 균일성을 근간으로 하는 비균일 대전을 행할 수 있도록 하기 위한 다수의 피복층이 제시되어 왔다. 그러한 피복층의 예로는 수지 중 전기전도성 물질의 분산능이 향상된 층, 전기전도성 수지 또는 중합체(예:메톡시메틸화 나일론)를 사용하는 층, 균일한 두께를 갖도록 물리적으로 조정된 층, 및 전하 수용 부재로서 감광 부재와 이의 접촉 특성을 향상시키기 위해 균전제를 사용하거나 또는 연마시킴으로써 표면 조도를 감소시키기 위한 층을 들 수 있다.
그런데, 심지어 피복층이 사용된다 하더라도, 비균일 전기 저항성에 기인한 화상 결함(예:흐림 현상)이 발생하기 쉽다. 이 현상은 피복층이 감광 부재와 함께 닢 부위를 일정하게 유지시키면서 수십 시간 내지는 수일 동안 정치시킨 후, 화상을 형성시키는 경우에 뚜렷이 나타난다. 그 결과, 어떤 경우에는 불량한 화상(흐린 화상)이 닢의 형태로 형성된다.
이에 대한 해결책으로서, 피복층의 전기 전도성을 향상시키는 방법을 적용할 수 있다. 그런데, 이 경우에는 피복층은 고습 환경하에서 누전 방지 특성의 저하 문제를 수반하게 된다. 또한, 닢 압력이 대전 부재 및 감광 부재 사이의 가압력(접촉에 의해 유발되는 힘)을 감소시킴으로써 저하시키는 방법이 채택될 수 있다. 그런데, 이 경우에는 대전 부재 및 감광 부재사이에서 슬립 현상이 발생하기 쉬우며 따라서 어떤 경우에는 토너 점착 및 비균일 대전 등의 난점을 유발시킬 수 있다. 따라서, 이 방법은 우수한 화상을 제공하기에는 불충분하다.
본 발명의 목적은 장기간 동안 균일한 대전을 수행하고 따라서 우수한 화상을 제공하기 위해 닢 부위 근처에서 전기 저항성 변화를 방지할 수 있는 대전 부재를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 그러한 대전 부재를 각각 포함하는 프로세스 카트리지 및 전자사진 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 전기전도성 담지체, 전기전도성 담지체 위에 배치되어 있는 탄성층 및 탄성층 위에 배치되어 있는 피복층으로 이루어지고, 상기 피복층은 2,000kgf/㎠ 내지 30,000kgf/㎠의 인장 모듈러스를 갖는, 전하 수용 부재와 접촉상태로 배치되어 있으며 전하 수용 부재를 대전시키기 위해 전압이 공급되는 대전 부재가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 전자사진 감광 부재 및 감광 부재와 접촉상태로 배치되어 있으며 감광 부재를 대전시키기 위해 전압이 공급되는 대전 부재, 및 현상 수단 및 클리닝 수단 중 하나 이상의 수단으로 이루어지고, 상기 대전 부재는 전기전도성 담지체, 전기전도성 담지체 위에 배치되어 있는 탄성층 및 탄성층 위에 배치되어 있는 피복층으로 이루어지며, 상기 피복층은 2,000kgf/㎠의 인장 모듈러스를 갖고 상기 감광부재, 상기 대전 부재, 및 상기 현상 수단 및 클리닝 수단 중 하나 이상의 수단은 전자사진 장치 본체에 탈착가능하게 부착되어 있는 카트리지를 형성하기 위해 일체적으로 담지되어 있는 프로세스 카트리지가 제공된다.
본 발명은 전자사진 감광 부재, 감광 부재에 접촉상태로 배치되어 있으며 감광 부재를 대전시키기 위해 전압이 공급되는 대전 부재, 노광 수단, 현상수단 및 전사 수단으로 이루어지며, 이때 대전 부재는 전기전도성 담지체, 전기전도성 담지체 위에 배치되어 있는 피복층으로 이루어지고이 피고층은 2,000kgf/㎠의 인장 모듈러스를 갖는 전자사진 장치를 제공한다.
이러한 본 발명의 목적 및 다른 목적, 본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면과 연관시켜 취해진 하기 본 발명의 바람직한 실시 태양의 기술을 참작하여 보다 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 대전 부재는 전하 수용 부재에 접촉상태로 배치되어 있으며 전하 수용 부재를 대전시키기 위해 전압이 공급된다.
대전 부재에는 전기전도성 담지체, 탄성층 및 피복층이 나열 순서대로 배치되어 있다.
본 발명에서, 대전 부재의 피복층은 2,000kgf/㎠ 내지 30,000kgf/㎠ 의 인장 모듈러스를 갖는다. 그러한 대전 부재는 장기간 동안 정치시킨 후의 대전 불규칙성을 방지하는데 효과적이어서 대전 부재가 감광 부재 등의 전하 수용 부재에 압착 또는 접촉되는 상태가 되도록 한다. 그 결과, 흐림 현상 등의 화상 결함이 없는 고화질이 제공된다.
이는 피복층의 적절한 탄성도 때문이다. 보다 구체적으로, 탄성층 및 피복층을 갖는 대전 부재는 감광 부재에 압착 또는 접촉하게 되면 피복층은 어떤 경우에는 형성된 닢 부위 및(또는) 주변부에서 비가역적으로 변형된다. 이러한 경우, 피복층이 2,000kgf/㎠ 내지 30,000kgf/㎠의 인장 모듈러스를 갖는 경우, 상기 피복층의 비가역적 변형이 용이하게 형성되지 않으며 따라서 피복층의 저항 분포를 변화시키지 않는다. 그 결과, 대전 부재는 균일한 대전 부여 성능을 갖게 된다.
피복층의 인장 모듈러스가 2,000kgf/㎠ 이하인 경우, 피복층를 구성하는 중합체 물질중에 분산되어 있는 전기전도성 충전제는 접촉 또는 압착에 기인하여 그의 분산 상태를 변화시키기 쉬우며, 따라서 피복층의 저항치를 변화시켜 화상 불규칙도를 유발시키게 된다. 한편, 피복층의 인장 모듈러스가 30,000kgf/㎠ 이상인 경우, 피복층은 대전 부재가 반복적으로 사용될 때 균열되기 쉽다. 그 결과, 대전 부재는 그 누전 방지 성능이 현저하게 떨어져 어떤 경우에는 우수한 화질을 제공할 수 없다.
본 발명에서는 인장 모듈러스를 이를 테면 하기 방식으로 측정한다.
대전 부재의 피복층를 절단시켜 준비한 시험폄의 인장 모듈러스는 하중 적용하 단위면적당 응력 변화 및 왜곡 변화 사이의 관계를 근거로 하여 측정된다. 보다 구체적으로, 제4도는 응력 및 왜곡을 측정하기 위한 측정 장치(26)의 개략 구조의 실시 태양을 나타낸 것이다.
제4도를 참조하여, 시험편(23)의 단면부의 정확한 측정을 수행하기 위해 정확하게 절단한 시험편(23)의 양 단부를 그립(grip) 또는 겸자(22, 24)에 의해 집는다. 하나의 그립(22)는 고정 단부(21)에 고정되며 또 하나의 그립(24)는 하중 소자(25)에 연결된다. 시험편(23)을 화살표 방향으로 당기거나 또는 신장시켜 응력 왜곡(변형) 곡선이 하중 지시계 및 신장계를 갖춘 기록계(27)에 의해 기록되도록 한다. 시험편(23)의 인장 모듈러스는 생성된 응력-왜곡 곡선의 굴곡 지점 근처에서 선형 탄성 부위에서의 응력 변화 및 왜곡 변화 사이의 관계를 근거로 하여 하기에 명시한 식에 따라 계산한다.
인장 모듈러스(kg/㎠)는 ㅿf(kgf/㎠)/ㅿh(여기서, ㅿf는 단위면적당 2개지점 사이의 응력 변화를 나타내며 ㅿh는 2개 지점 사이의 왜곡 변화를 나타낸다)로 나타낸다. 보다 구체적으로, ㅿh는(L-Lo)/Lo(여기서, Lo는 신장전의 길이를 나타내고 L은 신장후의 길이를 나타낸다)의 값을 나타낸다.
전술한 범위의 인장 모듈러스를 갖는 피복층은 각종 방법으로 형성될 수 있다.
그러한 방법의 예로는 전기전도성 충전제를 중합체 물질과 배합시키는 방법, 중합체 물질의 가교도를 첨가하여 조절하는 방법, 농조화제, 커플링제 또는 안료를 중합체 물질과 배합하는 방법 및 2종 이상의 중합체 물질의 혼합비를 조절하는 방법을 들 수 있다. 이러한 방법들 중에서, 중합체 물질을 전기전도성 충전제와 배합시키는 방법이 바람직하게 사용될 수 있는데, 그 이유는 생성된 피복층의 저항 또는 저항성을 조절하면서 인장 모듈러스가 용이하게 조절되기 때문이다.
중합체 물질의 예로는 아크릴계 수지, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리술폰 수지, 에폭시 수지, 페놀계 수지, 스티렌 수지, 나일론 수지, 폴리비닐 클로라이드, 알키드 수지, 실리콘 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지 및 불소 함유 수지 등의 수지, 및 폴리부타디엔, 부타디엔-스티렌 고무, 부타디엔아크릴로니트릴 고무, 폴리크로로프렌, 폴리이소프렌, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌, 이소부틸렌-이소프렌 고무, 아크릴계 고무, 우레탄 고무, 폴리슐파이드 합성 고무, 불소 함유 고무 및 실리콘 고무 등의 고무를 들 수 있다. 이들 수지 및 고무류는 단독으로 또는 2종 이상을 배합하여 사용할 수 있다.
중합체 물질의 인장 모듈러스는 바람직하게는 60 내지 10,000kgf/㎠인 것이 좋다.
상기 중합체 수지 및 고무류중에서, 중합체 물질로서 바람직하게는 아크릴계 중합체 개질된 우레탄 수지를 사용할 수 있는데, 그 이유는 아크릴계 중합체 개질된 폴리우레탄이 기계적 강도 및 대전 부재와 감광 부재의 접촉에 의해 유발된 감광 부재의 표면의 마찰 또는 마모를 억제하기 위한 내구성이 우수하기 때문이다.
아크릴계 중합체 개질된 우레탄 수지는 폴리올 성분 및 폴리아크릴레이트 성분이 우레탄 결합(연결)에 의해 연결된 중합체를 의미한다. 폴리올 성분은 바람직하게는 폴리에스테르 폴리올이다. 폴리아크릴레이트 성분은 바람직하게는 아크릴레이트-스티렌 코폴리머인 것이 좋다.
전기전도성 충전제의 예로는 알루미늄, 니켈, 스테인레스강, 팔라듐, 아연, 철, 구리 또는 은 등의 금속 분체, 섬유, 산화아연, 산화주석, 산화티탄, 황화구리 및(또는) 황화아연으로 구성된 복합 금속 분체, 및 아세틸렌 블랙 켓젠(ketjen) 블랙, PAN 기제 탄소 또는 피치(pitch) 기제 탄소등의 탄소 분체를 들 수 있다. 이러한 분체는 단독으로 또는 2종 이상을 배합하여 사용할 수 있다.
전기전도성 충전제는 생성된 피복층이 2,000kgf/㎠ 내지 30,000kgf/㎠의 인장 모듈러스 및 적절한 저항성을 나타내는 한 어떠한 양으로도 사용할 수 있다. 전기전도성 충전제는 바람직하게는 중합체 물질 100중량부(고형 물질로서 환산한 중량부)를 기준으로 하여 1 내지 100중량부의 양으로 혼합될 수 있다.
가교도를 조절하기 위한 가교제의 예로는 아미노기가 수소 원자, 지방족 타화수소기, 방향족 탄화수소기 또는 이들 기의 유도체로 치환된 멜라민 및 멜라민 화합물을 들 수 있다. 이러한 화합물들 중, 메틸을 멜라민 또는 이의 유도체를 바람직하게 사용할 수 있다.
농조화제의 예로는 나트륨 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트 산, 암모늄 폴리메타크릴레이트 및 폴리에틸렌 옥사이드를 들 수 있다.
커플링제의 예로는 γ-(2-아미노에틸)-아미노프로필트리메톡시실란, γ-(2-아미노에틸)-아미토프로필디메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, 비닐 트리아세톡시실란 및 비닐 트리메톡시실란 등의 실란 컬플링제를 들 수 있다.
안료의 예로는 카본 블랙, 철단(colcothar:레드 옥사이드), 니그로신, 트리페닐메탄, 이미다졸 금속 산화물, 금속 산화물 및 살리실산 유도체의 크롬 화합물을 들 수 있다.
예를 들면, 피복층은 하기 방식으로 형성될 수 있다.
액체 중합체 물질(이를 테면, 아크릴계 중합체 개질된 우레탄 수지의 분산액 또는 용액)에, 전기전도성 충전제를 필요에 따라 가교제, 농조화제, 커플링제 및(또는) 안료와 함께 첨가하여 피복층을 제조할 수 있다. 도포액을 디핑, 스프레이 도포 또는 전자식 도포에 의해 탄성층의 표면에 도포한 다음 공기 건조시키고 이어서 30 내지 90℃ 내지 140℃에서 가열하여 탄성층상에 피복층을 형성한다.
본 발명에서, 피복층은 바람직하게는 1 x 105- 1 x 1013Ω.cm, 보다 바람직하게는 1 x 106- 1 x 1011Ω.cm의 체적 저항성을 갖는 것이 좋다. 체적 저항성이 1 x 105Ω.cm 미만인 경우, 고습 환경 조건하에 전하 수용(감광) 부재의 유전성 절연파괴가 발생하기 쉽다. 체적 저항성이 1 x 1013Ω.cm를 초과하는 경우, 저습 환경 조건하에 화상 흐림 현상이 발생하기 쉽다.
피복층은 바람직하게는 10 내지 1,000㎛, 구체적으로는 30 내지 300㎛의 두께를 갖는 것이 좋다. 피복층의 두께가 10㎛미만이면, 전하 수용 부재의 유전성 절연파괴가 형성되기 쉽다. 피복층의 두께가 1,000㎛ 이상이면, 생성된 대전 부재는 어떤 경우에는 전하 수용 부재를 충분히 대전시키지 못하게 된다.
피복층은 표면층일 수 있거나 또는 다른 피복층으로 도포시킬 수 있다. 그러한 다른 피복층은 전술한 바와 같은 재료를 사용함으로써 전술한 피복층에서와 동일한 방식으로 제조할 수 있다. 다른 피복층은 또한 필요에 따라 그 중에 분산될 충전제를 함유할 수 있다. 그러한 충전제의 예로는 전술한 전기전도성 충전제, 실리카, 금속 산화물(이를 테면 알루미나) 및 유리섬유를 들 수 있다.
본 발명에 따른 대전 부재의 탄성층은 바람직하게는 20 내지 60°, 바람직하게는 30 내지 45°의 경도(ASKER-C 경도)를 가질 수 있다. 20°미만이면, 균일층을 형성할 수 없다. 60°를 초과하면, 대전 부재와 전하 수용 부재 사이의 충분한 닢 부위가 용이하게 형성될 수 없다.
ASKER-C 경도는 스프링형 경도 측정계(ASKER-C 모델, 고분시 게이끼 가부시끼 가이샤(Kobunshi Keiki K.K.)제조)에 따라 측정한다. 측정용 시험편은 탄성층 1개 또는 2개 또는 그 이상의 시트를 사용하여 탄성층을 두께가 5㎜가 되도록 절단함으로써 제조할 수 있다. 이렇게 하여 제조된 시험편을 500g의 하중을 적용하여 상기 경도 측정계를 사용하여 ASKER-C 경도를 측정한다.
탄성층으로 사용하기 위한 물질은 어떠한 탄성 물질도 가능하다. 그러한 탄성 물질의 예로는 EPDM, NBR, 부틸 고무, 아크릴계 고무, 우레탄 고무, 폴리부타디엔, 부타디엔-스티렌 고무, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 폴리클로로프렌, 폴리이소프렌, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌, 이소부틸렌-이소프렌 고무, 불소 함유 고무, 및 실리콘 고무 등의 합성 고무, 및 천연 고무를 들 수 있다.
탄성 물질은 고체 또는 발포체의 형태일 수 있다. 본 발명에서는 발포시킨 탄성 물질을 바람직하게 사용할 수 있는데, 그 이유는 발포시킨 탄성 물질이 적절한 탄성을 갖도록 용이하게 조절되기 때문이다.
본 발명에서, 탄성층은 탄성층에 적절한 전기전도도를 부여하기 위해 피복층 중에서 사용될 전술한 전기전도성 충전제를 함유할 수 있다.
탄성층은 바람직하게는 1 x 102-1 x 109Ω, 구체적으로는 1 x 103- 1 x 108Ω의 저항성(전기 저항성)을 갖는 것이 좋다.
저항성이 1 x 102미만이면, 전하 수용 부재의 유전성 절연파괴가 발생하기 쉽다. 저항성이 1 x 109Ω을 초과하면, 어떤 경우에는 전하 수용 부재를 충분히 대전시키기가 어렵다.
탄성층은 바람직하게는 0.5 내지 30㎜, 바람직하게는 1 내지 15㎜의 두께를 갖는 것이 좋다. 탄성층의 두께가 0.5㎜미만이면, 어떤 경우에는 전하 수용 부재가 구비된 충분한 닢 부위를 형성하기가 어려워진다. 탄성층의 두께가 30㎜를 초과하면, 영구왜(permanent strain)가 커져 대전 형성이 비균일하게 된다.
탄성층을 성형하는 방법은 주형에 탄성 물질을 충전시켜 탄성 물질이 압출기로부터 압출되어 성형 제품 또는 압출물을 형성하는 성형 방식인 것이 좋다.
본 발명에서는 접착 특성 및(또는) 전기전도도를 향상시키기 위해 피복층과 탄성층 사이에 중간층(접착층)을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 대전 부재의 전기전도성 담지체는 철, 구리, 스테인레스강, 알루미늄 및 니켈 등의 금속성 물질을 사용함으로써 형성될 수 있다. 금속 물질 표면에서의 녹 및 표면 손상을 방지하기 위해 필요에 따라 금속 물질 표면을 도금시킬 수 있다. 그런데, 이러한 경우 이 도금 처리 금속 물질은 그 표면에 전기전도도를 나타내도록 하는 것이 요망된다.
대전 부재는 롤러 또는 블레이드 등의 형태로 성형될 수 있다. 균일 대전 특성의 측면에서, 대전 부재는 바람직하게는 롤러형인 것이 좋다.
제1도는 본 발명에 의한 대전 부재의 바람직한 실시 태양으로서 대전 롤러의 개략 단면도이다.
제1도에 관련하여, 대전 롤러(1)은 순서대로 배열된 전기전도성 담지체(2), 탄성층(3), 중간(접착)층(4) 및 피복층(5)으로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 전하 수용 부재, 노광 수단, 현상 수단, 클리닝 수단 및 전사 수단으로서의 전자사진 감광 부재는 특별히 한정되지 않는다.
제3도는 본 발명에 따른 대전 부재를 사용한 프로세스 카트리지를 포함하는 전자사진 장치의 일실시 태양의 개략 단면도이다.
제3도에 관련하여, 감광 드럼(즉, 전자사진 감광 부재)(10)은 감광 부재(10)의 내부에 표시한 화살표의 방향으로 소정의 주변 속도로 축(11) 주위를 회전한다. 회전하는 동안 감광 부재(10)의 표면은 본 발명의 대전 부재(13) 수단에 의해서 균일하게 대전되어 소정의 양전위 또는 음전위를 갖는다. 감광 부재(10)은 화상 형성 방식(image wise) 노광 수단(도시하지 않음)을 이용한 레이저 비임 주사 노광에 의해 광-화상(12)(노광 비임)에 노출됨으로서 노광 화상에 대응하는 정전 잠상이 감광 부재(10)의 표면에 연속적으로 형성된다. 이와 같이 하여 형성된 정전 잠상은 현상 수단(13)에 의해 현상되어 감광 부재 표면 위에 토너 화상을 형성한다. 이어서, 토너 화상은 전사 수단(14)에 의해 감광 부재(10)의 회전 속도와 동일 속도로 급지부(도시되지 않음)로부터 감광 부재(10)와 전사 수단(14)사이의 위치로 공급되는 전사 수용 물질(15)로 연속적으로 전사된다.
그 위에 토너 화상을 갖는 전사 수용 물질(15)은 감광 부재 표면으로부터 분리되어 화상 정착 소자(16)로 전달된 후, 화상 정착되어 화상 형성 장치 외부로 복사물로서 출력된다. 전사 후 감광 부재(10)의 표면 위의 잔류 토너 입자는 클리닝 수단(17)에 의해 제거되어 깨끗한 표면을 제공하고, 감광 부재(10)의 표면의 잔류 전하는 사전 노출 수단(도시하지 않음)으로부터 방출되는 사전 노광(18)에 의해 제거되어 다음 사이클을 준비한다. 접촉 대전 수단이 대전 부재(13)로서 사용되는 경우에는 사전 노광 단계를 생략할 수 있다.
본 발명에 있어서 감광 부재(10), 대전 부재(13), 현상 수단(13) 및 클리닝 수단(17)로 이루어진 상기 구조 성분 중의 다수는 일체적으로 담지되어, 복사기 또는 레이저 비임 프린터와 같은 전자사진 장치의 본체에 본체 내의 레일(20)과 같은 안내 수단에 의해 탈착가능하게 적재될 수 있는 프로세스 카트리지(11)와 같은 단일 유닛으로 조립된다.
예를 들면, 현상 수단(13) 및 클리닝 수단(17)중 적어도 하나는 본 발명의 감광 부재(10) 및 대전 부재(3)와 함께 프로세스 카트리지(19)내에 일체형으로 조립될 수 있다.
전자사진 장치가 복사기 또는 프린터로 사용되는 경우, 화상 노광(12)는 반사광 또는 원본으로부터의 투사광에 의해 수행하거나, 또는 원본 상의 데이터를 판독한 후, 이 데이터를 신호로 전환하고, 이어서 신호에 따른 레이저 비임 주사, LED 어레이의 구동 또는 액정 셔터 어레이를 행함으로써 수행한다.
이하, 본 발명은 하기 실시예를 참고로 하여 더욱 상세하게 기술한다.
[실시예 1]
제1도에 나타낸 바와 같은 대전 롤러(대전 부재)(1)은 다음의 방식으로 제조하였다.
(전기전도성 담지체로서) 길이 251㎜, 직경 6㎜인 스테인레스 강철로 된 코어 금속을 전기전도성 아세틸렌 블랙을 함유하는 압출에 의해 제조된 우레탄 발포체(평균 셀 직경 = 100 - 150㎛)로 피복시켰다. 이어서, 우레탄 발포체의 표면을 닦거나 문질러서 3.5㎜ 두께의 탄성층(3)을 갖는 13㎜ 직경의 원통형 롤러를 형성하였다. 이 탄성층(3)은 36°의 ASKER-C 경도 및 2 X 105오옴의 저항도를 나타냈다.
아미노프로필트리메톡시실란 2 중량부 및 폴리아크릴레이트 8 중량부를 혼합용매(아세톤-이소프로필)중에 용해시켜 용액을 얻었다. 이 용액을 침적에 의해 탄성층(3)상에 가하고, 100℃에서 가열하에 건조시켜 접착(중간)층(4)를 얻었다.
이어서, 안티몬 슬러리(고형분 함량 51%)로 도우프한 전기전도성 산화 주석 29중량부 및 2중량%의 γ-(2-아미노에틸)-아미노프로필메틸디메톡시실란 수용액(이하, 아미노실란 수용액이라 한다) 10중량부를 아크릴계 중합체 개질-우레탄 수지 에멀젼(고형 함량=40%) 58중량부에 분산시켰다. 이 분산액에 12중량%의 암모늄 폴리메타크릴레이트 수용액(점도부여제로서) 2중량부를 첨가함으로써 피복분산액(23℃에서 점도 240 cp ± 5%)을 제조하였다. 이 분산액을 침적에 의해 접착층에 가하고, 23℃ 및 50% RH의 환경하에서 통기 건조한 후, 이어서 50℃에서 예비 건조시켰다. 이어서, 피복 분산액을 결과의 표면에 재차 가하고, 통기 건조시키고, 예비 건조시켰고, 120℃에서 45분 더 건조하여 120㎛ 두께의 피복층(5)를 형성하였다.
피복층은 4200kfg/㎠의 인장 모듈러스 및 8 x 108Ω.cm의 체적 비저항을 가졌다. 이 경우에 있어서, 인장 모듈러스는 장치(Tensilon RTM-250, 제조원:Orientec Corp.) 및 시이트 형의 시험편(정확히 측정하였을 때, 너비 = 5.0㎜, 두께 0.5㎜)을 사용하여 5㎜/분의 견인 속도, 23℃의 온도 및 50%의 상대 습도를 포함한 조건 하에서 측정하였다.
이와 같이 제조된 대전 롤러를 레이저 비임 프린터(레이저 젯-IV, 제조원:Hewlett-Packard Co.)에 통합시키고, 코어 금속의 양 측단부 상에 약 2㎜의 닢 너비를 제공하기 위해 각각 500g(총 1kg)인 2개 하중의 적용하에 감광 부재에 대한 프레싱(인접)상태를 유지하면서, 정상 온도-정상 습도(23℃, 60%RH) 환경 조건하에서 각각 10시간, 50시간, 및 250시간 동안 정치시킨 후, 8,000시트의 화상 형성(내구성 시험)을 수행하였다.
형성된 화상 및 이것의 평가 방법은 다음과 같다.
화상:3토트의 간격으로 종방향으로 신장되는 2토드-너비의 선들이 형성되었다.
평가:전하 불규칙으로 인한 화상 결함은 규정된 정치 시간의 경과 후 초기 단계 및 내구성 시험 후의 각각의 생성된 화상에 대하여 육안으로 관찰하였고(화상평가1), 감광 부재의 마모 또는 미끄럼 마모로 인한 화상 결함들은 10시간의 정치 시간 경과 후 내구성 시험 후의 생성된 화상에 대하여 육안으로 관찰하였다(화상평가 2).
평가 결과는 다음의 평가 기준에 따라 후술하는 표 3에 나타냈다.
◎ : 매우 뛰어남.
o : 뛰어남(그러나, 약간의 화상 결함이 관찰됨).
x : 화상 결함이 관찰됨.
xx : 현저한 화상 결함이 관찰됨.
[실시예 2-4]
피복층을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시키고, 피복층의 제조 조건을 다음과 같이 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 대전 롤러를 제조하여 평가하였다.
[실시예 3]
실시예 1에서 사용된 아미노실란 수용액 대신에 비닐 트리아세톡시실란 수용액 3중량%를 사용하였다.
[실시예 4]
안티몬으로 도우프된 전기전도성 산화 주석을 전기전도성 산화 티탄으로 변경하고, 실시예 1에서 사용된 아미노실란 수용액의 첨가량(10 중량부)를 15중량%로 변화시켰다.
그 결과는 표 3에 나타냈다.
[실시예5-7]
하기 표 2에 나타낸 바의 물리적 특성을 갖는 각각의 피복층을 적당량의 멜라민(가교제로서)을 첨가함으로써 제조하고, 피복층의 제조 조건을 다음과 같이 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 대전 롤러를 제조하여 평가하였다.
[실시예 5]
안티몬으로 도우프된 전기전도성 산화 주석을 케첸 블랙(ketjen black)으로 변경하였다.
[실시예 7]
아미노실란 수용액을 Υ-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란 수용액 2중량%으로 변경하였다.
그 결과는 표 3에 나타냈다.
[실시예 8]
암모늄 폴레메타크릴레이트의 첨가량을 670cp ± 5%의 점도를 갖는 피복층에 대한 피복 분산을 제공할 수 있도록 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 대전 롤러를 제조하여 평가하였다.
결과의 피복층은 150㎛의 두께를 가졌으며, 18500kgf/㎠의 인장 모듈러스 및 2x10 Ω.㎝의 체적 비저항을 나타냈다.
그 결과는 표 3에 나타냈다.
[비교예 2]
암모늄 폴레메타크릴레이트 수용액의 첨가량을 920cp ± 5%의 점도를 갖는 피복층에 대한 피복 분산을 제공할 수 있도록 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 대전 롤러를 제조하여 평가하였다.
결과의 피복층은 280㎛의 두께를 가졌으며, 37000kgf/㎠의 인장 모듈러스 및 6x10 Ω.㎝의 체적 비저항을 나타냈다.
그 결과는 표 3에 나타냈다.
[실시예 9]
안티몬으로 도우프된 전기전도성 산화 주석을 6800kgf/㎠의 인장 모듈러스를 갖는 결과의 피복층을 제공할 수 있도록 소정량의 전기전도성 탄소로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 대전 롤러를 제조하여 평가하였다.
결과의 피복층은 90㎛의 두께를 가졌으며, 5x10 Ω.㎝의 체적 비저항을 나타냈다.
그 결과는 표 3에 나타냈다.
[비교예 3 및 4]
아미노실란 수용액을 사용하지 않고, 안티몬으로 도우프된 전기전도성 산화 주석을 각각 800kgf/㎠(비교예 3) 및 1900kgf/㎠(비교예 4)의 인장 모듈러스를 갖는 결과의 피복층을 제공할 수 있도록 소정량의 전기전도성 탄소(예, 비교예 3에서 15중량부)로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 대전 롤러를 제조하여 평가하였다.
결과의 피복층(비교예 3)은 180㎛의 두께를 가졌으며, 6x10 Ω.㎝의 체적 비저항을 나타냈고, 결과의 피복층(비교예 4)은 180㎛의 두께를 가졌으며, 2x10 Ω.㎝의 체적 비저항을 나타냈다.
그 결과는 표 3에 나타냈다.
[실시예 10 및 비교예 5]
각각의 탄성층을 다음의 방식으로 제조한 것을 제외하고는 실시예 1 및 비교예 3에서와 동일한 방식으로 대전 롤러를 제조하여 평가하였다.
전기전도성 케첸 블랙 및 그 안에 분산된 아조디카르본아미드(발포제로서)를 함유하는 실리콘 고무가 13㎜ 직경의 원통형 몰드를 형성하도록 유발함으로써 3.5㎜ 두께의 발포 탄성층을 제조하였다.
이와 같이 제조된 발포 탄성층은 42°의 ASKER-C 경도 및 1x10 Ω.㎝의 비저항을 나타냈다. 각각의 피복층은 4150kgf/㎠(실시예 10) 및 810kgf/㎠(비교예 5)의 인장 모듈러스를 나타냈다.
결과는 다음의 표 3에 나타냈다.
상기 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 2,000kgf/㎠ 내지 30000kgf/㎠의 범위에 걸친 인장 모듈러스 나타내는 피복층을 함유하는 대전 부재(롤러)는 장기간의 정치후에서도 대전 불규칙성 또는 불균일한 전하 및 감광 부재의 마모를 유발하지 않았으며, 이는 화상 결점(예:흐림)이 없는 고품질 화상을 제공한다. 특히, 아크릴계 중합체-개질 우레탄 수지를 사용한 피복층을 함유하는 대전 부재는 현저한 마모-방지 효과를 나타내어 초기 단계의 것과 유사한, 내구성 시험후의 고품질 화상을 제공한다.
한편, 2,000kgf/㎠ 이하의 인장 모듈러스 나타내는 피복층을 함유하는 대전 부재는 감광 부재의 프레싱(인접) 상태로 정치됨으로써 닢 부위의 변형을 유발하였으며, 따라서 닢 부위의 변형에 해당하는 전하 불규칙성이 초래되었다. 그러나, 이 경우 감광 부재의 마모로 인한 화상 결점은 관찰되지 않았다.
30,000kgf/㎠ 이상의 인장 모듈러스 나타내는 피복층을 함유하는 대전 부재는 닢 부위 또는 그 주위에서 피복층의 부서짐을 유발하였으며, 따라서 불량한 화질을 갖는 열등한 화상이 초래된다. 그러한 대전 롤러는 또한 내구성 시험동안 피복층의 확장된 부서짐으로 인한 감광 부재의 가속된 마모에 기인하여 전하 누출 현상을 유발하였다.

Claims (19)

  1. 전기전도성 담지체, 전기전도성 담지체 위에 배치되어 있는 탄성층 및 탄성층위에 배치되어 있는 피복층으로 이루어지고, 상기 피복층은 2,000kgf/㎠ 내지 30,000kgf/㎠의 인장 모듈러스를 갖는, 전하 수용 부재와 접촉상태로 배치되어 있으며 전하 수용 부재를 대전시키기 위해 전압이 공급되는 대전 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피복층의 중합체 물질 및 전기전도성 충전제로 이루어진 것인 부재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 중합체 물질이 아크릴계 중합체 개질된 우레탄 수지인 것인 부재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성층이 20 내지 60°의 경도를 갖는 것인 부재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 탄성층이 30 내지 45°의 경도를 갖는 것인 부재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성층이 발포상 물질로 이루어진 것인 부재.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전하 수용 부재가 전자사진 감광 부재로 이루어진 것인 부재.
  8. 전자사진 감광 부재, 감광 부재와 접촉상태로 배치되어 있으며 감광 부재를 대전시키기 위해 전압이 공급되는 대전 부재, 및 현상 수단 및 클리닝 수단 중 하나 이상의 수단으로 이루어지고, 상기 대전 부재는 전기전도성 담지체, 전기전도성 담지체 위에 배치되어 있는 탄성층 및 탄성층 위에 배치되어 있는 피복층으로 이루어지며, 상기 피복층은 2,000kgf/㎠ 내지 30,000kgf/㎠의 인장 모듈러스를 갖고, 상기 감광 부재, 상기 대전 부재, 및 상기 현상 수단 및 클리닝 수단 중 하나 이상의 수단은 전자사진 장치 본체에 탈착가능하게 부착되어 있는 카트리지를 형성하도록 일체적으로 담지되어 있는 프로세스 카트리지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 피복층이 중합체 물질 및 전기전도성 충전제로 이루어진 것인 카트리지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 중합체 물질이 아크릴계 중합체 개질된 우레탄 수지인 것인 카트리지.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 탄성층이 20 내지 60°의 경도를 갖는 것인 카트리지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 탄성층이 30 내지 45°의 경도를 갖는 것인 카트리지.
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 탄성층이 발포상 물질로 이루어진 것인 카트리지.
  14. 전자사진 감광 부재, 감광 부재에 접촉상태로 배치되어 있으며 감광 부재를 대전시키기 위해 전압이 공급되는 대전 부재, 노광 수단, 현상 수단 및 전사 수단으로 이루어지고, 상기 대전 부재는 전기전도성 담지체, 전기전도성 담지체 위에 배치되어 있는 탄성층 및 탄성층 위에 배치되어 있는 피복층으로 이루어지며, 상기 피복층은 2,000kgf/㎠ 내지 30,000kgf/㎠의 인장 모듈러스를 갖는 전자사진 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 피복층이 중합체 물질 및 전기전도성 충전제로 이루어진 것인 전자사진 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 중합체 물질이 아크릴계 중합체 개질된 우레탄 수지로 이루어진 것인 전자사진 장치.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 탄성층이 20 내지 60°의 경도를 갖는 것인 전자사진 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 탄성층이 30 내지 45°의 경도를 갖는 것인 전자사진 장치
  19. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 탄성층이 발포상 물질로 이루어진 것인 전자사진 장치.
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