KR100435016B1 - 전자 사진 감광체 및 상기 전자 사진 감광체를 갖는프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치 - Google Patents

전자 사진 감광체 및 상기 전자 사진 감광체를 갖는프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치 Download PDF

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Abstract

전자 사진 감광체는 지지체, 감광층 및 보호층을 기재한 순서로 포함한다. 상기 보호층의 두께 d (㎛), 상기 보호층의 유니버설 경도 Hu-1(N/㎟) 및 상기 보호층을 벗겨낸 후의 상기 감광층의 유니버설 경도 Hu-2(N/㎟)는 아래 수학식 (1)을 만족한다
5.8 ×d + Hu-2 ≤Hu-1 ≤-2.45 ×d²+ 44.4 ×d + Hu-2 (1)
또한 상기 전자 사진 감광체를 포함하는 프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치를 개시한다.

Description

전자 사진 감광체 및 상기 전자 사진 감광체를 갖는 프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치{Electrophotographic Photosensitive Member, and Process Cartridge and Electrophotographic Apparatus Having the Electrophotographic Photosensitive Member}
본 발명은, 전자 사진 감광체 및 상기 전자 사진 감광체를 구비한 프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치에 관한 것이다.
전자 사진 감광체는 대전(charging), 노출, 현상, 전사, 소제(cleaning) 및 제전 등의 수단이 반복하여 적용된다. 대전 및 노출에 의해 형성된 정전 잠상은토너라고 불리는 미립자형의 현상제에 의해 토너 화상으로 된다. 또한 이 토너 화상은 전사 수단에 의해 종이 등의 전사재에 전사되지만, 토너 화상의 모든 토너가 전사되는 것은 아니고, 일부가 감광체 표면에 잔류한다.
남아 있는 토너(잔류 토너)는 클리너에 의해 제거되거나, 또는 최근에는 무클리너화 기술의 발전으로 소위 현상기 회수 시스템으로 회수되는데, 여기에서는 다른 독립적인 소제 수단은 제공되지 않고 잔류 토너는 현상 수단을 통해 회수된다.
전자 사진 감광체는 전술한 전기적 및 기계적 외력이 직접 가해지기 때문에 이들에 대한 내구성이 요구되고 있다. 구체적으로는, 마찰에 의한 표면의 마모나 상처의 발생에 대한 내구성 및 대전시에 발생하는 오존이나 NOx 등의 활성 물질의 부착에 의한 표면층의 열화에 대한 내구성이 요구된다.
전자 사진 감광체에 요구되는 상기 요구를 만족시키기 위해, 각종의 보호층을 설치하는 시도가 이루어져 왔다. 특히, 수지를 주성분으로 하는 보호층은 수 없이 제안되어 왔다. 예를 들면, 일본 특허 공개 소 57-30846호에는 수지에 도전성 분말로서 금속 산화물을 첨가함으로써 저항을 제어할 수 있는 보호층이 개시되어 있다.
상기 도전성 분말은 주로 보호층 자체의 전기저항을 제어하여 전자 사진 프로세스의 반복에 따르는 감광체 내에서의 잔류 전위의 증가를 방지하기 위하여 전자 사진 감광체의 보호층에 분산된다. 전자 사진 감광체용 보호층의 적절한 저항치는 1010Ωㆍcm 내지 1015Ωㆍcm인 것으로 알려져 있다. 반복 사용에 의한 마모 내구력의 관점에서는, 도전성 입자의 질량(P)과 바인더 수지의 질량(B)와의 질량비(P/B)가 작은 것이, 즉, 바인더 수지의 양이 도전성 입자의 양보다 많은 것이 유리하다.
한편, 전하 전달 물질을 함유하는 보호층에 있어서는, 잔류 전위를 낮게 하기 위해서 전하수송 물질의 질량(D)와 바인더 수지의 질량(B)와의 질량비(D/B)는 2/1내지 1/2 정도이다. 일반적으로, D/B를 크게 하여 잔류 전위를 작게할 수 있지만, 이 경우 보호층막의 마모를 더 심하게 하거나 또는 경화성 수지를 이용하는 경우에는 경화성 수지의 경화를 저해할 수 있다.
이상과 같이, 최근 보호층에 의한 전자 사진 감광체의 성능을 향상시키는 검토가 진행되고 있지만, 통상의 감광층의 수십 ㎛의 막 두께에 비교하여, 보호층의 막 두께는 통상 수 ㎛ 정도로 얇다. 따라서, 동일한 내구성을 유지하기 위해서는, 보호층이 긁히고 마모되는 것을 억제할 필요가 있다. 따라서, 보호층의 수지를 경화성 수지로 하는 검토가 진행되고 있고, 보호층을 보다 단단하게 하고 보다 덜 마모되도록 하는 노력이 이루어지고 있다. 그러나, 오직 경도에만 관심을 집중하여 행해진 연구에서, 비록 보호층이 단단하더라도 긁히기 쉬워 결국 내구성이 나쁘거나 또는 보호층은 그리 단단하지 않지만 마모 내구력과 균형이 잘 잡혀서 전체적인 내구성은 향상될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
경도가 지나치게 낮으면 당연히 마모 내구력은 악화된다. 특히 경화성 수지를 사용하더라도 그리 높은 경도를 갖지 않는 보호층을 계속 사용하는 경우에 역 현상 시스템을 사용하면, 흑점이 발생할 수도 있다. 이러한 흑점은 지금까지 논의되어 왔던 흑점들과는 다른 것으로, 지지체로부터 생성된 홀의 단순한 주입에 의해 생성된 것도 아니고, 심지어 초기 단계에서도 발생하는 전하 생성층에서의 열 또는 전기장의 영향에 의한 홀의 발생에 의해 생성된 것도 아니다. 이것은 본 발명자들의 연구 결과로부터 명백해졌다. 이러한 흑점의 진정한 원인은, 유감스러우나 아직 해명되어 있지 않다. 그러나, 적어도 도전성 지지체 상에 감광층 및 보호층을 갖는 감광체를 사용하는 경우, 수천 내지 수만 장의 시트에 대한 과도한 작동 후 흑점이 발생한다는 것과 보호층이 특별한 경도를 가질 경우 흑점이 발생한다는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 목적은 균열(crack)이 존재하지 않는 표면층을 가지고, 표면 마모 및 긁힘(scratch)의 발생에 대해 우수한 내구성을 가지며, 상기와 같은 보호층을 갖는 전자 사진 감광체에 본질적으로 나타나는 운전(또는 심한 작동)시의 흑점을 발생시키지 않고, 고도의 영상 품질을 유지할 수 있는 전자 사진 감광체를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 이러한 전자 사진 감광체를 갖는 프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 지지체 상에 감광층 및 보호층을 순서대로 갖고, 상기 보호층의 두께 d (㎛), 상기 보호층의 유니버설 경도 Hu-1(N/mm2) 및 상기 보호층을 벗겨낸 후의 상기 감광층의 유니버설 경도 Hu-2(N-mm2)가 아래의 수학식 (1)을 만족하는 전자 사진 감광체를 제공한다.
5.8 x d + Hu-2 ≤Hu-1 ≤-2.45 x d2+ 44.4 x d + Hu-2 (1)
본 발명은 또한 대전 수단, 현상 수단 및 소제 수단으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 수단 및 전자 사진 감광체를 포함하고, 상기 전자 사진 감광체 및 1 이상의 수단은 하나의 단위로서 지지되며 전자 사진 장치 본체에 착탈 가능하게 고정되고, 상기 전자사진 감광체는 지지체 및 상기 지지체 상에 형성된 감광층 및 보호층(이들은 기재된 순서로 형성됨)을 포함하며, 여기에서 상기 보호층의 두께 d (㎛), 상기 보호층의 유니버설 경도 Hu-1(N/㎟) 및 상기 보호층을 벗겨낸 후의 상기 감광층의 유니버설 경도 Hu-2(N/㎟)가 아래 수학식 (1)을 만족하는 프로세스 카트리지를 제공한다.
5.8 ×d + Hu-2 ≤Hu-1 ≤ -2.45 ×d²+ 44.4 ×d + Hu-2 (1)
본 발명은 또한 전자 사진 감광체, 대전 수단, 노출 수단, 현상 수단 및 전사 수단을 포함하고, 상기 전자 사진 감광체는 지지체 및 그 위에 형성된 감광층 및 보호층(이들은 기재된 순서로 형성됨)을 포함하며, 여기에서 상기 보호층의 두께 d (㎛), 상기 보호층의 유니버설 경도 Hu-1(N/㎟) 및 상기 보호층을 벗겨낸 후의 상기 감광층의 유니버설 경도 Hu-2(N/㎟)가 아래 수학식 (1)을 만족하는 전자 사진 장치를 제공한다.
5.8 ×d + Hu-2 ≤Hu-1 ≤ -2.45 ×d²+ 44.4 ×d + Hu-2 (1)
도 1은 피셔(Fischer) 경도기를 사용한 측정 도면이다.
도 2는 보호층 상에서 측정한 피셔 경도를 나타내는 도면이다.
도 3은 보호층 상에서 측정한 탄성 변형 모듈러스를 나타내는 도면이다.
도 4a, 4b 및 4c는 각각 본 발명의 감광체의 층 구조를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 프로세스 카트리지를 갖는 전자 사진 장치의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 전자 사진 감광체는 지지체, 감광층 및 보호층을 기재한 순서대로 가지며, 여기서 보호층의 두께 d (㎛), 보호층의 유니버설 경도 Hu-1 (N/mm2) 및 보호층을 벗겨낸 후에 측정한 감광층의 유니버설 경도 Hu-2 (N/mm2)는 하기 수학식 (1)을 만족한다:
또한, 본 발명에서는, 보호층의 두께 d (㎛), 보호층의 탄성 변형율 We-1 (%), 및 보호층을 벗겨낸 후의 감광층의 탄성 변형율 We-2 (%)가 하기 수학식 (2)를 만족하는 것이 바람직하다:
본 발명에 있어서, 유니버설 경도 Hu 및 탄성 변형율 We (%)는 독일 피셔 인스트루멘트 코포레이숀 (Fischer Instruments Co., Germany)에 의해 제조된 경도계 H100VP-HCU (상표명)를 사용하여 측정한다. 이하에서는 이를 피셔 경도계라고 칭한다. 이 측정은 모두 23 ℃ 및 55 % RH 환경하에서 수행하였다.
상기 피셔 경도계는 전통적인 미이크로비커스법(Microvickers method)에서와 같이, 압자(indenter)를 샘플의 표면부분으로 압축하고 하중을 제거한 후에 잔존하는 압흔(indentation)을 현미경으로 측정하는 방법이 아니라, 하중을 압자에 연속하여 적용하고 하중을 가하고 있는 상태에서 압흔의 깊이를 직접 측정하여 연속 경도를 측정하는 방법이다.
유니버설 경도 Hu는 다음과 같이 정의된다: 대면각이 136°인 사각뿔 다이아몬드 압자(Vickers indenter)를 사용하여 시험 하중을 가한 상태에서의 압흔의 깊이를 측정한다. 유니버설 경도 Hu는, 시험 하중을 그 시험 하중으로 생긴 압착 면적 (압자의 기하학적 형상으로부터 계산하였음)으로 나눈 비율로 표시되며, 하기 수학식 3으로 표시된다.
(여기서,
F는 시험 하중 (N) 이고,
h는 시험 하중이 가해질 때의 압흔의 깊이 (㎜)임)
측정은 대면각이 136°인 사각뿔 다이아몬드 압자에 하중을 가해 시험 막에 1 ㎛까지 압입시키고, 하중을 가한 상태에서의 압흔의 깊이를 전기적으로 검출하여 판독한다. 3 ㎛의 압흔 깊이에서 측정한 예를 도 1에 도시하였다. 횡축을 압흔 깊이 (㎛)로 하고, 종축을 하중 L (mN)으로 하여 측정값을 도시하였다. 여기서 얻은 하중 L 및 압흔 깊이를 유니버설 경도 Hu를 측정하기 위해 수학식 3에서는 각각F 및 h로 전환하였다.
탄성 변형률은 다음의 방법으로 측정된다: 상기 다이아몬드 압자에 하중을 가하여 필름에 1 ㎛까지 압입시키고, 그 후 하중을 0까지 감소시키는 동안 압흔 깊이 및 하중을 측정한다. 상기 예의 도 1에서는, A→B→C에 해당한다. 이 때, 탄성 변형의 일량 We (nJ)은 도 1에서 C-B-D-C로 둘러싸인 면적으로 나타내어지고, 소성 변형의 일량 Wr (nJ)은 도 1에서 A-B-C-A로 둘러싸인 면적으로 나타내어지므로, 탄성 변형률 We (%)는 하기의 수학식 4로 표시된다.
We (%) - {We/(We+Wr)}×100
일반적으로, 탄성이란 외력에 의해서 변형을 받은 물체가 그 변형을 원상태로 복귀하고자 하는 성질이다. 탄성 한계를 넘는 하중을 가하거나 또는 그 밖의 영향으로 외력을 제거한 후에도 변형되어 남아있는 부분이 소성 변형분이다. 즉, 탄성변형률 We (%)의 값이 클 수록 탄성 변형분이 크고, We (%)의 값이 작을 수록 소성 변형분이 큰 것을 의미한다.
본 발명에서는, 감광층 및 감광층 상에 형성된 보호층을 갖고 있는 전자 사진 감광체에 대해, 보호층 상에서 피셔 경도계(Fischer hardness meter)로 보호층의 유니버설 경도 Hu-1을 측정하고, 또한 상기 보호층을 벗겨낸 후 상기 감광층 상에서 유니버설 경도 Hu-2를 측정하였다. 측정한 Hu-1 및 Hu-2에 기초하면, 이들은 상관 관계가 있다. 도 2에 도시한 바와 같이 각 보호층 및 감광층의 유니버설 경도의 측정 결과는, 아랫 부분에 있는 감광층의 유니버설 경도 (보호층막 두께 0의위치)를 관통하여 보호층의 두께에 대해서 도시했다.
수학식 (1)에 표시된 우변 (-2.45 ×d2+ 44.4 ×d + Hu-2)는, 실시예로부터 얻은 근사식이다. 보호층 상에서의 유니버설 경도 Hu-1은 이것을 넘을 때까지는 아무런 문제가 없지만, 이것을 넘으면 균열이 발생한다. 또한, 수학식 (1)에 표시된 좌변 (5.8 ×d + Hu-2)도 실시예로부터 얻은 근사식이다. 이것은 보호층의 적절한 층 두께인 1 내지 7 ㎛ 까지는 거의 직선으로 근사할 수 있기 때문에, 층 두께에 대하여 일차식으로 표시되어 있다. 보호층 상에서의 유니버설 경도가 이 좌변보다 클 때는 문제가 없다. 물론 이 값보다 작으면 보호층은 작동 중에 크게 마모될 것이다. 보호층에 사용되는 수지가 경화성 수지일지라도, 유니버설 경도 Hu-1이 좌변보다 작을 때에는 작동 중에 흑점이 발생한다.
또한, 보호층 상에서의 탄성 변형율 We (%)를 도 3에 도시하였다. 수학식 (2)에 표시된 좌변 (-0.71 ×d + We-2)는 실시예로부터 얻은 근사식이다. 보호층의 두께가 1 내지 7 ㎛까지는 거의 직선으로 근사할 수 있기 때문에, 층 두께에 대하여 일차식으로 표시되어 있다. 보호층 상에서의 탄성 변형율 We-1(%)가 이 좌변보다 클 때는 문제가 없다. 이 값보다 작으면, 보호층이 감광층보다 깨지기 쉬운 것이므로 보호층에 긁힘이 생기기 쉽다.
탄성 변형율 We-1(%)가 식 (2)에 표시한 우변 (-0.247 ×d2+4.19 ×d+We-2)값보다 클 때에는, 통상의 상태에서는 문제되지 않는다. 그러나, 접촉 대전기를 고온, 다습한 환경 하에서 보호층과 접촉시켜 약 30일간 방치하면, 움푹 팬 곳이물리적으로 발생할 수 있다. 일반적으로, 탄성분이 클 때는 움푹 팬 곳이 복구될 수 있으나, 움푹 팬 곳이 발생하는 이유는 분명하지 않다. 그러나, 그러한 접촉이 특정 압력하에서 박막 보호층 상에 계속된다고 가정하면, 보호층 자체는 탄성적으로 변형될 수 있더라도, 그 밑의 감광층은 이 탄성 변형을 따라갈 수 없게 될 수 있다.
본 발명에서, 보호층은 바람직하게는 전도성 입자 및 윤활성 수지 입자를 포함할 수 있다.
보호층에 사용된 전도성 입자는 금속 입자, 금속 산화물 입자 및 카본 블랙을 포함할 수 있다. 금속은 알루미늄, 아연, 구리, 크롬, 니켈, 은 및 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다. 또한 이들 금속 중 임의의 것을 플라스틱 입자의 표면 상에 진공 증착시킨 것을 사용할 수도 있다. 금속 산화물은 산화 아연, 산화 티타늄, 산화 주석, 산화 안티몬, 산화 인듐, 산화 비스무스, 주석 도핑된 산화 인듐, 안티몬 또는 탄탈륨 도핑된 산화 주석 및 안티몬 도핑된 산화 지르코늄을 포함한다. 이들 중 어느 것이라도 단독으로 또는 두 개 이상의 형태와 조합하여 사용할 수 있다. 둘 이상의 형태와 조합하여 사용하는 경우에는, 이들은 단순히 블렌딩되거나 또는 고체 용액 또는 융합된 고체로 제조될 수 있다.
본 발명에서 사용된 전도성 입자는 보호층의 투명도 측면에서, 바람직하게는 0.3 ㎛이하, 특히 0.1 ㎛이하의 부피 평균 입경을 가질 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 투명도 측면에서 상기에서 언급된 전도성 입자 중에서 금속 산화물이 특히 바람직하다.
본 발명에서 사용된 윤활성 수지 입자는 불소 함유 수지 입자, 규소 입자 및 실리콘 입자를 포함할 수 있다. 본 발명에서, 불소 함유 수지 입자가 특히 바람직하다. 본 발명에서 사용된 불소 함유 수지 입자는 테트라플루오르에틸렌 수지, 트리플루오로클로로에틸렌 수지, 헥사플루오로에틸렌 프로필렌 수지, 불화 비닐 수지, 불화 비닐리딘 수지, 디플루오로디클로로에틸렌 수지 및 이들의 바람직하게 적절하게 선택된 어느 하나 이상의 공중합체를 포함할 수 있다. 수지 입자의 분자량 및 입자 직경은 적절하게 선택될 수 있고, 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
이러한 불소 함유 수지가 보호층을 만들기 위한 용액 중에서 집괴되는 것을 방지하기 위해, 불소 함유 화합물을 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 전도성 입자를 포함시키고자 할 때에, 전도성 입자를 분산하면서 불소 함유 화합물을 첨가하거나, 또는 불소 함유 화합물을 표면 처리제로 사용하여 전도성 입자를 표면 처리할 수 있다. 불소 함유 화합물이 첨가되지 않았을 때와 비교하여, 전도성 입자에 불소 함유 입자를 첨가하거나 또는 불소 함유 화합물로 전도성 입자의 표면을 처리하는 것은 수지 용액 중의 전도성 입자 및 불소 함유 화합물의 분산도 및 분산 안정성의 현저한 개선을 가져온다. 또한, 불소 함유 수지를 불소 함유 화합물을 첨가하고 전도성 입자를 분산시킨 수지 용액에 분산하거나 또는 표면 처리된 전도성 입자를 분산시킨 수지 용액에 분산시켜서, 분산 입자의 이차 입자 형성이 없고, 시간 경과적으로도 매우 안정하고 분산도도 우수한 보호층 코팅액을 형성할 수 있다.
본 발명의 불소 함유 화합물은 불소 함유 실란 커플링제, 불소 변형 실리콘 오일 및 불소형 계면 활성제를 포함할 수 있다. 하기 표 1-3에 바람직한 화합물의예가 주어졌으나, 이에 한정되지는 않는다.
도전성 입자의 표면 처리 방법으로서, 도전성 입자 및 표면 처리제를 적합한 용매에 혼합 및 분산시켜 표면 처리제가 상기 도전성 입자 표면에 부착하게 할 수 있다. 볼 밀(ball mill) 또는 샌드 밀(sand mill) 같은 통상의 분산 수단를 이용하여 분산시킬 수 있다. 다음, 상기 용매를 생성된 분산액으로부터 제거하여 표면처리제를 도전성 입자 표면에 고정시킬 수 있다. 이 처리 후에, 임의적으로 추가의 열처리를 할 수 있다. 또한, 상기 표면 처리 분산액에 반응 촉진용 촉매를 첨가할 수 있다. 또한, 상기 표면 처리된 도전성 입자를 임의적으로 추가의 분쇄 처리시킬 수 있다.
도전성 입자에 대한 불소 함유 화합물의 비율(표면 처리량)은 처리할 입자의 입경에 좌우되고, 상기 불소 함유 화합물의 양은 표면 처리된 도전성 입자의 총 중량을 기준으로 1 내지 65 중량%, 바람직하게는 1 내지 50 중량%일 수 있다. 표면 처리량은 표면 처리된 금속 또는 금속 산화물 입자를 TG-DTA(열중량 미분 열분석)으로 505℃까지 가열한 후의 중량 변화로부터, 또는 도가니를 이용하는 점화 손실법에서 500℃에서 2 시간 동안 가열한 후의 중량 변화로부터 결정할 수 있다.
따라서, 상기 불소 함유 수지 입자의 분산액은 불소 함유 화합물을 첨가한 후에 도전성 입자를 분산시킴으로써 또는 불소 함유 화합물로 표면 처리한 도전성 입자를 이용함으로써 안정화시킬 수 있고, 이로써 우수한 슬립성 및 이형성을 갖는 보호층을 형성할 수 있다. 하지만, 최근의 경향이 보다 높은 운전 성능을 추구함에 따라 훨씬 더 높은 경도, 더 높은 내인쇄성 및 더 높은 안정성이 필요하게 되었다.
본 발명에 사용되는 보호층 바인더 수지로서, 높은 표면 경도 및 우수한 내마모성의 측면에서 경화성 수지가 바람직하다. 경화성 수지로는 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 및 페놀 수지를 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서는, 경화성 페놀 수지가 바람직하고, 레졸형 페놀수지가 더욱 바람직하다. 레졸형 페놀 수지 중에서, 환경 안정성 측면에서 볼 때, 페놀과 알데히드의 반응시 사용되는 알칼리성 촉매로서 암모니아 또는 아민형 촉매, 용액의 안정성을 추가로 고려하면, 아민형 촉매를 이용하여 얻은 것이 바람직하다. 아민형 촉매에는 헥사메틸렌테트라아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민 및 트리에탄올아민이 포함된다.
상기 수지는 열 또는 빛에 의해 경화 가능한 단량체 또는 올리고머를 함유하는 수지이다. 열 또는 빛에 의해 경화 가능한 단량체 또는 올리고머에는, 예를 들면, 열 또는 빛 에너지에 의해 중합 반응을 일으킬 수 있는 작용기가 분자 말단에 있는 것들이 포함되고, 분자 구조 내에 약 2 내지 20 개의 반복 단위를 갖는 비교적 큰 분자는 올리고머이고, 그 미만의 반복 단위를 갖는 것들은 단량체이다. 중합 반응을 일으킬 수 있는 작용기로는 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 기, 예를 들면, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 비닐기 및 아세토페논기, 실란올기, 시클릭 에테르기와 같은 개환 중합을 일으킬 수 있는 기, 및 2종 이상의 분자 (예를 들면 페놀과 포름알데히드)의 반응에 의하여 중합을 일으킬 수 있는 기를 들 수 있다. 본 발명에서, "경화"라는 용어 및 그에 관련된 다른 단어들은 수지가 메탄올 또는 에탄올과 같은 알콜성 용매에 용해되지 않은 상태를 말한다.
본 발명에서, 높은 환경 안정성을 갖는 보호층을 제공하기 위하여, 하기 화학식 1로 대표되는 실록산 화합물을 도전성 입자 분산시 추가로 첨가하거나, 이전에 이 화합물로 표면 처리한 도전성 입자를 추가로 혼합할 수 있다. 이 경우, 높은 환경 안정성을 갖는 보호층을 형성할 수 있다.
(여기서, A는 각각 수소 원자 또는 메틸기이고, 모든 A에서 수소 원자의 비율은 0.1 내지 50 중량% 범위이고; n은 0 이상의 정수임)
이 실록산 화합물을 도전성 입자에 첨가하고 나서 분산시키거나, 이 화합물로 표면 처리한 도전성 입자를 용매에 용해된 바인더 수지 중에 분산시킴으로써, 분산 입자의 이차 입자가 형성되지 않고, 시간 경과적으로도 안정하며, 분산성이 우수한 보호층 코팅액을 제조할 수 있다. 또한, 그러한 코팅액을 이용하여 형성된 보호층은 높은 투명성을 가질 수 있고, 특히 우수한 내환경성을 갖는 필름을 얻을 수 있다. 또한, 보호층에 이용되는 수지가 경화성 페놀 수지인 경우와 같이 통칭 "딱딱하지만 깨지기 쉬운 수지"의 경우, 페놀 수지의 종류에 따라서는, 보호층이 더 큰 두께로 형성되는 일부의 경우에 줄무늬 모양의 불균일함(streaky unevenness) 또는 셀이 형성되는 것을 볼 수 있다. 그러나, 상기 실록산 화합물의 첨가 또는 이 화합물로 표면-처리된 상기 도전성 입자들의 용도는 줄무늬 모양의 불균일함 또는 셀들이 발생하지 않도록하며, 균등화제(leveling agent)와 같은 뜻밖의 효과 또한 얻을 수 있다.
화학식 (1)로 표시되는 실록산 화합물의 분자량에 대해서 특별한 제한은 없다. 그러나, 상기 도전성 입자들이 그것으로 표면 처리되는 경우에는, 상기 화합물이 표면 처리의 용이함의 관점에서 지나치게 높은 점도를 갖지 않는 것이 좋으며, 상기 실록산 화합물이 수백 내지 수만의 분자량을 갖는 것이 적절하다.
표면 처리 방법들로서 2 가지가 있는데, 습식 방법과 건식 방법이 있다. 습식 방법에서는, 상기 도전성 입자들 및 화학식 (1)로 표시되는 실록산 화합물을 용매 중에 분산시켜서 실록산 화합물이 상기 입자들의 표면에 부착되도록 한다. 이들은 보통의 분산 방법, 예를 들면 볼 밀 또는 샌드 밀을 사용하여 분산시킬 수 있다. 이어서, 열처리를 하여 이 분산액을 상기 도전성 입자 표면에 고착시킨다. 이러한 열처리 과정에서, 실록산 내의 Si-H 결합들은 추가적인 실록산 결합들을 만들기 위한 열처리 과정 중에 공기 중의 산소에 의해 유발된 산화 반응을 겪게 된다. 결과적으로, 상기 실록산은 3차원 그물 구조를 갖게되고, 상기 도전성 입자들의 표면은 이러한 그물 구조로 덮이게 된다. 따라서, 상기 표면 처리 과정은 상기 실록산 화합물을 상기 도전성-입자들의 표면에 고착시킨 후에 완료된다. 이렇게 처리된 상기 입자들을 임의적으로 분쇄 처리할 수 있다. 건식 방법에서는, 용매를 사용하지 않고 상기 실록산 화합물 및 상기 도전성 입자들을 혼합하고, 이어서 반죽하여 실록산 화합물을 상기 입자들의 표면에 고착시킨다. 이어서, 습식 방법의 경우에서와 같이, 상기 생성된 입자들을 열 처리하고 분쇄 처리하여 표면 처리를 완료할 수 있다.
상기 도전성 입자들에 대한 상기 실록산 화합물의 비율은 도전성 입자들의 입자 직경에 의존하는데, 상기 실록산 화합물의 양은, 처리되는 도전성 입자들의 중량을 기준으로, 1 내지 50 중량%일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 40 중량%이다. 전하 전달 물질을 도전성 입자들을 포함하는 보호층 코팅액에 추가로 첨가할 수 있다. 전하 전달 물질을 포함하는 보호 층의 경우에, 사용할 수 있는 전하 전달 물질들로는 히드라존 화합물류, 스티릴 화합물류, 옥사졸 화합물류, 티아졸 화합물류, 트리아릴메탄 화합물류 및 트리아릴알칸 화합물류가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 보호층 코팅액에 대한 용매로서, 보호층과 접촉하는 전하 전달 층(하기 서술함)에 부정적인 영향을 주지 않는 용매인 것이 바람직하다. 따라서, 용매로서 사용할 수 있는 것은 알콜류(예: 메탄올, 에탄올 및 2-프로판올), 케톤류(예: 아세톤 및 메틸에틸케톤), 에스테르류(예: 메틸 아세테이트 및 에틸 아세테이트), 에테르류(예: THF(테트라히드로푸란)) 및 디옥산), 방향족 탄화수소류(예: 톨루엔 및 자일렌) 및 할로겐화 탄화수소류(예: 클로로벤젠 및 디클로로메탄)이다. 이들중에서, 딥 코팅(dip coating)에서도 가장 바람직하며, 양호한 생산성을 보증하는 용매들은 메탄올, 에탄올 및 2-프로판올과 같은 알콜류이다.
본 발명에서의 보호층이 열 경화형인 경우, 보호층은 코팅에 의해 감광층 위에 형성되고 이어서 보통 열풍 건조로 등에서 경화시킨다. 이 경화는 100 내지 300 ℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 120 내지 200 ℃가 바람직하다. 또한 상기 보호층은 0.5 내지 10 ㎛의 층 두께를 가질 수 있으며 1 내지 7 ㎛가 바람직하다.
본 발명에서 산화 방지제와 같은 첨가제들을 보호층에 포함시킬 수 있다.
상기 감광층을 하기에 설명한다.
본 발명의 감광체는 다층 구조를 갖는 감광층을 포함한다. 도 4a 내지 4c는그의 예들을 보인다. 도 4a에 나타낸 상기 전자 사진의 감광체는 도전성 지지체(4), 전하 발생 물질을 포함하는 전하 발생층 (3), 및 전하 전달 물질을 포함하는 전하 전달층(2)을 이 순서대로 갖고, 상기 최외층 상에 추가로 제공된 보호 층(1)을 갖는다. 도 4b 및 4c에 나타낸 바와 같이, 간섭 줄무늬(interference fringe)를 방지하기 위한 결합층(5) 및 부결합층(6)을 상기 도전성 지지체 및 상기 전하 발생층 사이에 둘 수 있다. 별법으로는, 적어도 상기 전하 전달층, 전하 발생층 및 또한 보호층을 이러한 순서로 도전성 지지체에 제공할 수 있다. 또한 별법으로, 적어도 전하 발생 물질 및 전하 전달 물질을 포함하는, 소위 단층 감광층이라 불리는 감광층을 상기 도전성 지지체 상에 제공할 수 있으며, 상기 보호 층을 그 위에 형성할 수 있다.
도전성 지지체(4)로 사용가능한 것으로는, 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인레스 스틸로 만들어진 지지체와 같은 그 자체가 도전성을 갖는 지지체, 또한 이들 임의의 지지체들 상에 진공 증착에 의해 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 인듐 산화물-주석 산화물 합금 막이 형성되어 있는 지지체, 및 적절한 결합제 및 도전성 결합제를 갖는 플라스틱과 함께 도전성 미세 입자들(예: 카본 블랙, 주석 산화물, 티타늄 산화물 또는 은 입자들)로 함침된 플라스틱 또는 종이를 포함하는 지지체들이 있다.
도전성 지지체와 감광층의 사이에 차단재 기능과 접착 기능을 갖는 결합층(접착층)을 설치할 수 있다. 결합층은 예를 들면, 감광층의 접착성 개선, 코팅 성능 개선, 지지체의 보호, 지지체의 커버 디펙트(covering defect), 지지체로부터의전하 주입의 개선, 전기적 파괴로부터의 감광층의 보호와 같은 목적을 위하여 형성시킨다. 결합층은 예를 들면, 카제인, 폴리비닐알콜, 에틸셀룰로오스, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 폴리아미드, 변성 폴리아미드, 폴리우레탄, 젤라틴 또는 산화알루미늄으로부터 형성될 수 있다. 결합층의 층 두께는, 바람직하게는 0.5 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 3 ㎛이다.
본 발명에 사용되는 전하 발생 물질로는 프탈로시아닌 안료, 아조 안료, 인디고 안료, 폴리시클릭 퀴논 안료, 페릴렌 안료, 퀴나크리돈 안료, 아줄레늄염 안료, 피릴륨 염료, 티오피릴륨 염료, 스쿠아릴륨 염료, 시아닌 염료, 크산틴 염료, 퀴논이민 염료, 트리페닐메탄 염료, 스티릴 염료, 셀레늄, 셀레늄-텔루늄, 비정질 실리콘, 카드뮴 설파이드, 산화아연 등을 들수있다.
전하 발생층 코팅액에 사용하는 용매는 사용되는 수지 및 전하 발생 물질의 용해성이나 분산 안정성을 고려하여 선택할 수 있다. 유기 용매로는 알콜류, 설폭시드류, 케톤류, 에테르류, 에스테르류, 지방족 할로겐화 탄화수소류 또는 방향족 화합물을 사용할 수 있다.
전하 발생층(3)을 형성시키기 위하여, 상기 전하 발생 물질을 균질화기, 초음파 분산기, 볼 밀, 샌드 밀, 아트리터(attritor) 또는 로울 밀과 같은 분산기를 사용해 상기 전하 발생 물질 중량의 0.3 내지 4 배의 결합체 수지 및 용매 중에 잘 분산시키고, 생성된 분산액을 도포한 후, 건조시킬 수 있다. 상기 층의 두께는 바람직하게는 5 ㎛ 이하, 특히 0.01 내지 1 ㎛의 범위일 수 있다.
전하 전달 물질은히드라존계 화합물,피라졸린계 화합물, 스티릴계 화합물,옥사졸계 화합물, 티아졸계 화합물, 트리아릴메탄계 화합물, 폴리아릴알칸계 화합물을 포함하지만, 이들에 한정되는 것이 아니다.
전하 전달층(2)은 통상적으로 상기 전하 전달 물질과 바인더 수지를 용매에 용해하여 제조한 용액을 코팅하여 형성시킨다. 전하 전달 물질과 바인더 수지는 약 2:1 내지 약 1:2의 중량 비율로 혼합할 수 있다. 용매로는 아세톤, 메틸 에틸 케톤 등의 케톤류, 메틸 아세테이트 및 에틸 아세테이트 등의 에스테르류, 톨루엔 및 크실렌 등의 방향족 탄화수소류, 및 클로로벤젠, 클로로포름 및 사염화탄소 등의 염화탄화수소류 등을 사용할 수 있다.
상기 층들을 형성하기 위하여 코팅액을 도포하는 경우, 예를 들면, 딥 코팅법, 분무 코팅법, 스핀 코팅법 등의 코팅법을 사용할 수 있다. 건조는 10 내지 200℃, 바람직하게는 20 내지 150℃ 범위의 온도에서, 5분 내지 5시간, 바람직하게는 10분 내지 2시간 동안, 통풍 건조 또는 자연 건조 조건하에서 수행할 수 있다.
전하 전달층(2)을 형성하는데 사용되는 바인더 수지는 바람직하게는 아크릴계 수지, 스티렌계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아릴레이트계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리페닐렌 옥시드계 수지, 에폭시계 수지, 폴리우레탄계 수지, 알키드계 수지 및 불포화 수지 등으로부터 선택된 수지일 수 있다. 바인더 수지로 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중 합체, 폴리카보네이트수지 또는 디알릴 프탈레이트 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 전하 전달층의 층 두께는 바람직하게는 5 내지 40 ㎛, 특히 바람직하게는 10 내지 30 ㎛일 수 있다. 그러나, 화질의 관점에서는, 층이 얇을수록 더 양호한 도트 재현성을 얻을 수 있다. 특히, 보호층에 페놀 수지를 사용할 경우, 전하 전달층의 층 두께가 25 ㎛ 이상이면 화질이 급격히 악화될 수 있다. 따라서, 보호층에 페놀수지를 사용하는 경우의 전하 전달층의 층 두께는 바람직하게는 5 내지 24 ㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 고습도와 같은 악조건하에서 흑점을 감소시키기 위해서 10 내지 24 ㎛일 수 있다.
전하 발생층 혹은 전하 전달층은 산화 방지제, 자외선 흡수제 및 윤활제 등의 여러 첨가제를 함유할 수 있다.
본 발명의 전자 사진 감광체를 사용하는 프로세스 카트리지를 갖는 전자 사진 장치의 구체적인 예가 도 5에 나타나 있다. 본 장치는 전자 사진 감광체(11), 및 그 주위를 따라 제공된 일차 대전기(13), 현상기(15) 및 전사 대전기(16)을 포함한다. 도면 부호 14는 노출광을 나타내고, 12는 샤프트를 나타낸다.
화상은 하기 방법으로 형성한다. 우선, 1차 대전기(13)에 전압을 가하여, 전자 사진 감광체(11) 표면을 대전시키고, 이후 전자 사진 감광체(11) 표면을 원상에 대응한 화상과 일치하게 조절된 노출광(14)에 노출시켜, 정전 잠상을 형성한다. 다음에, 현상기(15) 중의 토너를 전자 사진 감광체(11)에 부착시켜서 전자 사진 감광체상의 정전 잠상을 현상(가시상화)하여 토너상을 형성한다. 또한, 전자 사진 감광체(11) 상에 형성된 토너상을 종이 트레이(도시하지는 않았음)로부터 공급된 종이 등의 전사 매체(17) 상에 전사 대전기(16)에 의해서 전사한다. 전사 매체(17)에 전사되지 않고 전자 사진 감광체 상에 남은 잔류 토너를 클리너 등으로 회수한다. 최근, 클리너없는 시스템도 연구되어, 잔류 토너를 직접 현상기로 회수할 수 있다. 전자 사진 감광체의 표면은 전노출 수단(도시하지는 않았음)으로부터 방출된 전노출광(20)에 의해 제전 처리가 된 후, 반복하여 다음 화상 형성에 사용된다. 전노출 수단은 반드시 필요하지는 않다.
도 5에 도시하는 화상 형성 장치에 있어서, 노출광(14)의 광원은 할로겐 램프, 형광 램프, 레이저광, LED(light-emitting diode) 등을 이용할 수 있다. 또한 필요에 따라서 다른 보조 프로세스를 가할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전자 사진 감광체(11), l차 대전기(13), 현상기(15) 및 클리너(19) 등의 구성 요소 중, 다수의 성분을 프로세스 카트리지로서 일체로 결합하여 구성하여, 이 프로세스 카트리지를 복사기나 프린터 등의 전자 사진 장치 본체에 대하여 착탈 가능하게 구성할 수 있다. 예를 들면, 1개 이상의 1차 대전기(13), 현상기(15) 및 클리너(19)를 전자 사진 감광체(11)와 함께 일체로 지지하여 카트리지화하여, 장치 본체의 가이드 레일(22)과 같은 안내 수단을 이용하여 장치 본체에 착탈 가능하게 장착된 프로세스 카트리지(21)를 형성할 수 있다.
전자 사진 장치가 복사기나 프린터로서 사용되는 경우에, 노출광(14)은 원상으로부터의 반사광 또는 투과광이거나, 또는 원상을 판독하고 정보를 신호로 변환시켜 얻어진 신호에 따라서 행해지는 레이저빔의 주사, LED 어레이의 구동 및 액정 셔터 어레이의 구동 등에 의해 조사되는 광이다.
실시예
하기에 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다.
(실시예 1 내지 3)
여기서, 30 mm x 260.5 mm의 알루미늄 실린더를 지지체로서 사용한다. 각각의 지지체 위에 폴리아미드 수지(상품명 아밀란 CM8000; 도레이 인더스트리즈 Inc.제조) 5 중량% 메탄올 용액을 딥 코팅으로 도포하고 건조하여, 0.5 ㎛의 두께의 층을 갖는 결합층을 형성하였다.
다음, 하기 구조식:
으로 표시되고 CuKα의 특징적인 X-선 회절 패턴에서 9.0o, 14.2o, 23.9o및 27.1o의 회절각(2θ ±0.2o)에서 강한 피크를 갖는 옥시티타늄 프탈로시아닌 안료 4부(중량부, 이하 동일하게 적용), 폴리비닐 부티랄 수지 BX-1(상품명; 세키스이 케미칼 Co. Ltd. 제조) 2부 및 시클로헥사논 80부를, 1 mm 직경의 유리 비드를 이용한 샌드 밀을 이용하여 약 4시간 동안 분산시켰다. 얻어진 분산액을 상기 결합층에 도포하고 건조시켜, 0.2 ㎛ 두께의 층을 갖는 전하 발생층을 형성하였다.
다음, 하기 구조식:
으로 표시되는 화합물 10부 및 비스페놀-Z 폴리카보네이트(상품명: Z-200; 미쯔비시 가스 화학(주)사 제조) 10부를, 모노클로로벤젠 100부에 용해하였다. 이 용액을 상기 전하 발생층 상에 도포하고 105oC에서 1시간 동안 열풍 건조하여 20 ㎛의 전하 전달층을 형성하였다.
다음, 하기 구조식:
FC3CH2CH2Si(OCH3)3
으로 표시되는 불소 함유 실란 커플링제(처리량: 7%)으로 표면 처리된 안티몬 도핑된 산화 주석 초미립자 20부, 실리콘 오일 메틸히드로겐폴리실록산(상품명: KF99; 신에츠 실리콘 co., Ltd. 제조)(처리량: 20%)으로 표면 처리된 안티몬 도핑된 산화주석 미립자 30부 및 에탄올 150부를 66시간 동안 샌드밀로 분산하고, 폴리테트라플루오로에틸렌 미립자(평균 입자 직경: 0.18 ㎛) 20부를 추가로 가하고 2시간 동안 분산하였다. 이어서, 열경화 가능한 레졸계 페놀수지(상품명은 PL-4804로서, 아민계 화합물을 포함하며, 군에이화학공업(주)으로부터 입수가능하고, GPC로 측정된 폴리에틸렌-전환 수평균분자량은 약 800임) 30부를 수지 성분으로서 생성되는 분산액에 용해시켜 코팅액을 제조하였다.
상기 코팅액을 사용하여, 미리 형성된 전하 전달층상에 침착 도포하여 막을 형성한 다음, 145℃의 온도에서 1시간 동안 열풍 건조하여 보호층을 얻었다. 두께가 다른 보호층을 갖는 복수의 시료를 제조하였다. 형성된 각각의 보호층의 층 두께는 박막으로 인한 간섭광을 이용하는 순간 멀티플 측광 시스템 MCPD-2000(이는 상표명이고, Otsuka Denshi K.K. 제조)로 측정하였다. 보호층의 두께는 1, 2, 3, 4, 7 또는 10 ㎛이었다[감광체의 막의 단면을 예컨대, 주사 전자 형미경(SEM)으로 직접 관찰하여 측정하는 것도 가능하다]. 또한, 보호층의 도포를 위한 유체의 분산성은 양호하고, 막의 표면은 울퉁불퉁함이 없이 균일하였다.
유니버설 경도(universal hardness)(N/mm2) 및 탄성 변형율 We%의 측정은 전술한 피셔(Fischer) 경도계(Hl00VP-HCU)를 이용하여 행하였다. 유니버설 경도를 측정하기 위하여, 대면각이 136°인 사각뿔 다이아몬드 압자에 하중을 가해 시험 막에 1 ㎛까지 압입하여, 하중을 가한 상태에서의 압흔의 깊이를 전기적으로 검출하여 판독하였다. 탄성 변형율 We%는 상술한 바와 같이, 탄성 변형의 일량 We(nJ)과 소성변형의 일량 Wr(nJ)으로부터의 수학식 (4)를 이용하여 얻었다. 측정은 동일한 시료의 측정 위치를 변화시켜 10회 행하였고, 최대치와 최소치를 제외한 8 포인트의 평균으로 값을 구하였다.
보호층의 유니버설 경도(Hu-1)와 탄성 변형율 We-1(%)의 측정은 전자 사진 감광체의 보호층 상에서 직접 행하였다. 감광층의 유니버설 경도(Hu-2) 및 탄성 변형율 We-2)(%)의 측정은 보호층을 제거한 후 감광층상에서 측정하였다.
보호층은 드럼연마 장치[캐논(주) 제조]에 의해 랩핑 테이프(상품명: C2000, 후지 사진 필름(주) 제조)로 문질러 제거하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 감광층의 유니버설 경도 및 탄성 변형율의 측정은 보호층의 두께를 연속적으로 측정하고 표면을 관찰하여, 가능하면 보호층이 감광층까지 과도하게 연마되지 않고 보호층이 모두 제거된 시점에서 행하는 것이 바람직하다. 그러나, 감광층의 잔류층 두께가 1O ㎛ 이상이면, 거의 동일한 값이 얻어질 수 있다는 사실이 확인되었다. 따라서, 감광층이 과도하게 연마되더라도, 감광층의 잔류층 두께가 10 ㎛ 이상이면, 거의 동일한 값이 얻어진다. 그러나, 보호층은 가능한 제거하고, 감광층은 가능한 연마되지 않은 상태에서 측정하는 것이 바람직하다.
시험 결과를 평가하기 위해, 감광체의 표면 특성을 눈으로 관찰한 다음, 휴렛 팩커드(주)가 제조한 레이저젯 4000(상표명)(롤러 접촉 대전, AC/DC 인가)를 이용하여 상을 재현시켜 행하였다. 초기 표면의 상태를 관찰하여 초기 단계의 상을 평가하였고, 아울러 30℃/85% RH의 조건하에서 10,000 시트를 처리하여 마모량(㎛)을 측정하고 상을 평가하였다. 또한, 압입 시험은 대전 롤러를 약 5 kg의 압력으로 전자 사진 감광체의 표면에 압착시킨 상태로, 40℃/95% RH의 조건하에서 한달간 방치하여 행하였다. 유니버설 경도 및 탄성 변형율의 측정은 두께가 1, 2, 3, 4, 7 및 10㎛인 보호층상에서 행하였다. 그러나, 상 평가(image evaluation)와 같은 실제 기계 평가(actual-machine evaluation)는 실시예 1, 2 및 3에서와 같이 각각 층의 두께가 1, 3, 7 ㎛인 보호층상에서 행하였다. 유니버설 경도 및 탄성 변형률의 측정 결과를 표 4에 나타냈고, 기타 평가 결과를 표 5에 나타냈다. 첨언하면,Hu-2는 200(N/mm2)였고, We-2는 42.0%였다.
(실시예 4 및 5)
각 보호층에 이용하는 레졸계 페놀수지를 PL-4804로부터 BKS-316(상표명)(Showa Highpolymer Co., Ltd. 제품; 아민계 촉매 함유) 및 PL-4804(GPC에 의한 분자량이 약 3000의 더 큰 분자량을 갖도록 제조한 것을 제외하고는 동일함)로 대체한 것을 제외하고는, 실시예 2의 절차를 반복하였다.
(실시예 6 및 7)
첨가하는 수지 성분 30부를 각각 50부 및 100부로 변경한 것 외에는, 실시예 5의 절차를 반복하였다.
(실시예 8)
전하 전달층의 바인더 수지 z-200(점도-평균분자량: 20,000)을 점도 평균 분자량이 100,000인 비스페놀-Z 폴리카보네이트로 대체한 것을 제외하고는, 실시예 2의 절차를 반복하였다.
첨언하면, Hu-2는 220(N/mm2)이었고 We-2는 43.1%이었다.
(실시예 9 내지 11)
불소 함유 실란 커플링제로 표면 처리된 안티몬 도핑 산화주석 초미립자의 양을 20부에서 50부로 바꾸고 메틸히드로젠폴리실록산으로 표면처리된 안티몬 도핑 산화주석 미립자를 사용하지 않는 것을 제외하고는, 각각 실시예 1 내지 3의 절차를 반복하였다.
(실시예 12)
보호층에 이용하는 수지를 PL-4804로부터 BKS-316으로 바꾸고 수지의 양도 30부에서 15부로 바꾼 것을 제외하고는, 실시예 10의 절차를 반복하였다.
(실시예 13 내지 15)
실시예 1 내지 3에 있어서, 보호층을 하기와 같이 변경하였다. 에탄올 250부에 하기 화학식의 전하 전달 물질 70부 및 수지 성분으로서 레졸계 페놀 수지(상표명: PL-5294; 금속형 촉매; Gun-ei Chemical Industry Co. Ltd. 제품) 100부를 용해시켰다.
또한, 불소 함유 화합물(상표명: GF-300; Toagosei Chemical Industry Co., Ltd. 제품)을 정제하여 얻은 분말 0.5부, 폴리테트라플루오로에틸렌 입자(상표명: LUBRON L-2; Daikin Industries, Ltd. 제품) 9부를 1mm 직경의 유리 비드를 갖는 페인트 진탕기로 2시간 동안 20부의 에탄올에 분산시켰다. 전하 전달 물질 및 수지를 용해시켜 제조된 상기 용액에 생성된 상기 분산액을 가하여 보호층 코팅액을 얻었다. 각 보호층이 이 코팅액으로 형성된 것을 제외하고는, 실시예 1 내지 3의 절차를 반복하였다.
(비교예 1 내지 3)
보호층에 이용하는 페놀수지를 하기 화학식의 아크릴 단량체로 대체하고 광중합 개시제로서 2-메틸티오크산톤 6부를 용해하여 코팅액을 제조한 다음, 이를 딥 코팅에 의해 상기 감광층에 도포하여 막을 형성하고, 이어서 고압 수은등으로 30초간 800mW/cm2의 광도로 광경화를 행한 후, 120℃에서 100분간 열풍 건조시켜 각각의 보호층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1 내지 3의 절차를 반복하였다.
(비교예 4)
바인더 수지의 첨가량을 30부에서 100부로 바꾼 것을 제외하고는, 비교예 2의 절차를 반복하였다.
(비교예 5)
보호층에 이용하는 페놀수지를 메틸페닐폴리실록산(상표명: KF50500CS; Shin-Etsu Silicone Co., Ltd. 제품)으로 대체한 것을 제외하고는, 실시예 2의 절차를 반복하였다.
(비교예 6)
보호층에 이용하는 도전성 입자 및 폴리테트라플루오로에틸렌 입자를 함유하지 않고, 페놀수지를 메틸페닐폴리실록산(상표명: KF50500CS; Shin-Etsu Silicone Co., Ltd. 제품)으로 대체하여 상기 수지만을 이용하는 보호층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 2의 절차를 반복하였다.
(비교예 7)
실시예 13에 있어서, 보호층 코팅액의 용매를 에탄올에서 모노클로로벤젠으로 바꾸고, 보호층에 이용하는 전하 전달 물질을 실시예 1과 동일한 화합물로 바꾸고, 바인더 수지도 페놀수지에서 폴리카보네이트 수지(상표명: Z-200; Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. 제품)바꿔서 코팅액을 제조하였다. 상기 코팅액을 전하 전달층에 도포한 후, 120℃에서 1시간 동안 열풍 건조시켜 보호층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 13의 절차를 반복하였다.
(비교예 8)
실시예 8에서 보호층 내에 사용된 페놀 수지 대신에 비교예 1에서 사용된 것과 동일한 아크릴 단량체를 사용하고, 그 첨가량을 30 부 대신 100 부로 하고, 코팅액을 제조하기 위해 광중합 개시제로서 6 부의 2-메틸티오크산톤(2-methylthioxanethone)을 용해시킨 것을 제외하고는 실시예 8의 방법을 반복하였다. 이어서, 상기 코팅액을 딥 코팅에 의해 감광층 상에 가하여 필름을 형성한 다음, 고압 수은 램프를 사용하여 광도 800mW/cm2에서 30 초 동안 광경화시킨 후, 120℃에서 100분 동안 열풍 건조시켜 보호층을 형성하였다.
<비교예 9>
실시예 8에서 보호층 내에 사용된 페놀 수지 대신에 메틸페닐폴리실록산(상품명: KF50500CS, 신에쯔 실리콘사)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 8의 방법을반복하였다.
<비교예 10>
실시예 8에서 보호층 내에 사용된 도전성 입자 및 폴리테트라플루오로에틸렌 입자를 함유시키지 않고 페놀 수지 대신에 메틸페닐폴리실록산(상품명: KF50500CS, 신에쯔 실리콘사)을 사용하여 수지만을 사용하는 보호층을 형성시킨 것을 제외하고는 실시예 8의 방법을 반복하였다.
표 4 및 5는 실시예 1 내지 15 및 비교예 1 내지 10에서 얻어진 측정 및 평가 결과를 나타낸다.
표 4 및 5에서 알 수 있는 바와 같이, 도전성 지지체, 그 위에 위치한 감광 층 및 보호층을 포함하는 전자 사진 감광체에 있어서, 보호층의 층 두께 d(㎛), 보호층 상에서 측정한 감광층의 유니버설 경도 Hu-1(N/mm2), 보호층을 벗겨낸 후에 측정한 감광층의 유니버설 경도 Hu-2(N/mm2)가 상기의 수학식 (1)을 만족하면 균열이 없고 마모나 긁힘에 대해 내성이 있는 표면층을 갖고, 보호층을 갖는 전자 사진 감광체를 작동하는 경우 필연적으로 나타나는 흑점을 발생시키지 않으며, 고온 다습한 환경으로 인한 어떠한 변형에도 잘 견디며, 고품질의 화질을 안정적으로 유지할 수 있는 전자 사진 감광체가 제공될 수 있다. 또한 상기의 전자 사진 감광체를 가지고 고품위의 화질을 안정적으로 제공할 수 있는 프로세스 카트리지와 전자 사진 장치도 제공될 수 있다.

Claims (15)

  1. 지지체; 전하 발생층; 전하 전달층 및 경화성 수지의 경화물을 포함하는 보호층을 기재된 순서대로 포함하고,
    상기 보호층의 두께 d(㎛), 보호층을 구비한 전자 사진 감광체의 유니버설 경도 Hu-1(N/mm2) 및 상기 보호층을 벗겨낸 후의 전자 사진 감광체의 유니버설 경도 Hu-2(N/mm2)가 하기 수학식 1을 만족하는 전자 사진 감광체.
    <수학식 1>
    5.8 x d + Hu-2 ≤Hu-1 ≤-2.45 x d2+ 44.4 x d + Hu-2
  2. 제1항에 있어서, 상기 보호층 두께 d(㎛), 상기 보호층의 탄성 변형율 We-1(%) 및 상기 보호층을 벗겨낸 후의 상기감광층의 탄성 변형율 We-2(%)가 하기 수학식 2를 만족하는 전자 사진 감광체.
    <수학식 2>
    -0.71 x d + We-2 ≤We-1 ≤-0.247 x d2+ 4.19 x d + We-2
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보호층이 도전성 입자를 함유하는 것인 전자 사진 감광체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 도전성 입자가 금속 산화물인 전자 사진 감광체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보호층이 윤활성 입자를 함유하는 것인 전자 사진 감광체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 윤활성 입자가 불소 함유 수지 입자인 전자 사진 감광체.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 경화성 수지가 열경화성 수지인 전자 사진 감광체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 열경화성 수지가 페놀성 수지인 전자 사진 감광체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 페놀성 수지가 레졸계 페놀성 수지인 전자 사진 감광체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 레졸계 페놀 수지는 아민 화합물을 사용하여 합성된 수지인 전자 사진 감광체.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보호층의 층 두께 d가 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛인 전자 사진 감광체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 층 두께 d가 1 ㎛ 내지 7 ㎛인 전자 사진 감광체.
  14. 대전(charging) 수단, 현상 수단 및 소제(cleaning) 수단으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 수단 및 제1항에 따른 전자 사진 감광체를 포함하고,
    상기 전자 사진 감광체 및 1 이상의 수단은 하나의 단위로서 지지되며 전자 사진 장치 본체에 착탈 가능하게 장착되는 프로세스 카트리지.
  15. 제1항에 따른 전자 사진 감광체, 대전 수단, 노출 수단, 현상 수단 및 전사 수단을 포함하는 전자 사진 장치.
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