KR20020097034A - 전자사진 장치 및 프로세스 카트리지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자사진 감광체 및 대전 수단을 포함하는 전자사진 장치에 관한 것이다. 상기 대전 수단은 전기전도성 및 탄성의 표면을 갖는 전도체 입자 전달 부재, 및 입도가 10 nm 내지 10 ㎛이고 감광체와 접촉하여 배치되도록 전달 부재로 전달되는 전도체 입자를 포함함으로써 전하를 직접 감광체에 주입하여 감광체를 대전시킨다. 상기 감광체는 지지체상에 표면층으로서 감광층 및 전하 주입층이 이 순서대로 배치되어 있으며, 전하 주입층의 두께를 d (㎛), 탄성 변형률을 We (OCL) (％)이라 할 때, 감광층의 탄성 변형률 We (CTL) (％)에 대해 하기 수학식 1의 관계를 충족시킨다.

Description

전자사진 장치 및 프로세스 카트리지 {Electrophotographic Apparatus and Process Cartridge}
본 발명은 전자사진 장치 및 프로세스 카트리지에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 감광체와 접촉하는 대전체로부터 감광체 표면으로 전하가 직접 주입되는 대전 메카니즘에 따라 전자사진 감광체가 주로 대전되는 대전법을 이용한 전자사진 장치 및 프로세스 카트리지에 관한 것이다.
전자사진 공정에 있어서, 광전도체, 예컨대 셀레늄, 황화 카드뮴, 산화 아연, 무정형 실리콘 또는 유기 광전도체를 포함하는 전자사진 감광체에 예컨대 대전, 노출, 현상, 전사 및 정착과 같은 기본 또는 단위 공정이 가해지며, 대전 공정에서 고전압 (DC 5 내지 8 kV 수준)을 금속 와이어에 가했을 때 발생하는 코로나 방전 현상을 통상적으로 이용해왔다. 그러나 코로나 방전법에 따르면, 코로나 방전 생성물, 예컨대 오존 및 NOx는 감광체를 변성시켜 화상의 번짐이나 열화를 야기하거나, 와이어를 오염시켜 화상의 품질에 악영향을 미치므로, 화상에 백색 드롭아웃 (dropout) 또는 검은 줄무늬를 생성한다.
특히, 셀레늄 감광체 및 무정형 실리콘 감광체와 같은, 다른 감광체에 비해 낮은 화학적 안정성을 갖는 유기 광전도체를 기본적으로 포함하는 감광층을 갖는 전자사진 감광체의 경우에 있어서, 유기 감광체는 상기와 같은 코로나 방전 생성물에 노출되었을 때 화학 반응, 주로 산화에 의해 열화되기 쉽다. 따라서, 코로나 방전 대전법으로 반복하여 사용하였을 때 유기 감광체는 화상 번짐, 감광도의 저하 및 잔류 전위의 증가에 기인한 낮은 화상 밀도와 같은 어려움을 야기하는 열화로 인해 짧은 인쇄 또는 복사 수명을 나타내기 쉽다.
또한, 코로나 방전 대전법은 단지 전기의 5 내지 30 ％만이 감광체로 흐르는 전류로서 이용되고, 전기의 대부분은 차폐판으로 향하기 때문에 낮은 대전 효율을 나타낸다. 이러한 문제점을 경감시키기 위하여, 코로나 방전기를 이용하지 않는 접촉 대전법이 연구되었으며, 일본 특허 출원 제 57-178267 호, 동 제 56-104351 호, 동 제 58-40566 호, 동 제 58-139156 호, 동 제 58-150975 호 등에 제안되어 있다. 더욱 구체적으로, 상기와 같은 접촉 대전법에서, 외부 전원으로부터 약 1 내지 2 kV의 DC 전압이 공급되는 전도성 탄성 롤러와 같은 대전체는 전자사진 감광체와 접촉하여 감광 표면이 소정의 전위로 대전된다.
접촉 대전법은 코로나 방전법에 비하여 전하의 불균일성 및 감광체의 절연파괴의 발생의 관점에서 불리한데, 이는 예를 들어 길이 방향으로 약 2 내지 200 mm 및 감광체의 이동 방향에 대해 수직 방향으로 약 0.25 mm 이하의 줄무늬 형상의 대전 불균일성을 야기하여 통상의 현상법에서 (솔리드 블랙 또는 반색조 화상 중) 백색 줄무늬 또는 반전 현상법에서 검은 줄무늬의 화상 결함을 생성한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 개선된 대전 균일성을 제공하기 위하여, AC 전압과 DC 전압을 중첩시키고, 중첩된 전압을 대전체에 가하는 방법이 제안되었다 (일본 특허 출원 제 63-149668 호). 이 대전법에 따르면, AC 전압 (Vac)은 DC 전압 (Vdc)와 중첩되어 맥동 전압을 형성하여 인가되며, 따라서 균일한 대전이 달성된다.
통상의 현상법에 있어서의 백색점 또는 반전 현상법에 있어서의 검은 점 또는 포그와 같은 화상 결함을 방지하기 위한 대전 균일성을 확보하기 위하여, 중첩된 전압 대전법에 따르면, 중첩된 AC 전압은 파센 (Paschen)의 법칙에 따라 방전 개시 전압 (Vth)의 적어도 2 배의 피크투피크 (peak to peak) 전위차 (Vpp)를 가져야 한다.
그러나, 화상 결함을 방지하기 위해 중첩된 AC 전압이 증가함에 따라, 맥동 전압의 최대 인가 전압이 증가하고, 감광체의 약간의 결함에도 방전에 기인한 절연 파괴가 일어나기 쉽다. 특히, 낮은 유전 강도를 갖는 유기 광전도체를 포함하는 감광체의 경우에 절연 파괴가 발생하기 쉽다. DC 대전법에서와 유사하게, 이러한 유전성 파손이 발생하면 길이 접촉 방향 (즉, 기록 물질의 측방향)으로 통상의 현상법에서 백색 화상 드롭아웃이 발생하고, 반전 현상법에서 검은 줄무늬 화상 결함이 생성된다.
또한, DC-AC 중첩 접촉 대전법에서도 대전 메카니즘은 여전히 미세한 간극을 통한 방전 현상에 따라 좌우되며, NOx또는 오존과 같은 방전 생성물은 감광체의 표면을 열화시켜 고유 저항이 낮은 물질을 표면에 부착시켜서 화상 번짐과 같은 문제를 야기한다. 또한, 대전체가 감광체와 접촉하고 감광체가 코로나 방전법에서보다 훨씬 높은 강도의 전기장에 노출되므로, 감광체의 표면층이 벗겨져 감광체의 수명을 단축시키기 쉽다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 실질적으로 방전 현상을 일으키지 않으면서 전하가 감광체에 직접 주입되는 대전법이 제안되었다.
감광체로의 직접 전하 주입이 우세한 대전법 ("주입 대전(법)"으로도 칭할 수 있음)은 방전이 우세한 상기 대전법 ("방전 대전(법)"으로도 칭할 수 있음)과는 매우 상이하다. 상기 두 대전법의 일부 특징을, 전원으로부터의 DC 인가 전압 Vdc를 가로축에 나타내고 전자사진 감광체상에 생성되는 표면 전위를 세로축에 나타낸 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
방전 대전법의 경우, 도 1에 나타낸 바와 같이 방전은 대전체로의 인가 전압이 방전 개시 전압 Vth에 도달한 직후에만 개시되며, 방전 주입을 초과하는 과량의 인가 전압은 감광체상에 표면 전위를 제공한다. 보다 구체적으로, 단지 DC 전압만을 사용하는 방전 대전법의 경우, 인가 전압 Vdc 및 전자사진 감광체상에 생성되는 표면 전위 Vd 사이에는 하기 수학식 6에 따른 관계가 성립한다.
대부분의 경우, Vth는 파센의 법칙에 기초한 하기 수학식에 따라 계산할 수 있다.
식중, D = L/K이고, L은 감광층의 두께 (㎛)이고, K는 감광층의 유전 상수이다.
다른 한편으로, 주입 대전의 경우 도 1에 나타낸 바와 같이, 전자사진 감광체상의 표면 전위는 대전체에 인가된 전압과 거의 같고, 방전 대전의 경우 방전 개시 전압과 같은 임계값 (threshold)의 부재는 이러한 대전법의 특징이다. 즉, 하기 수학식 7에 따른 관계의 충족은 적어도 주입 대전의 발생 가능성을 암시한다.
그러나, 상기 조건 하나만으로 마찰 대전으로 인해 높은 표면 전위 Vd가 감광체에 생성되는 경우가 배제되는 것은 아니다. 또한, 수학식 6이 (Vdc - Vd)의 값이 Vth에 근접한 경우의 수학식 7에 있어서의 방전 대전을 나타낸다는 전제하에, 어느 정도의 주입 대전은 일어날 수 있으나 여전히 방전 대전이 우세할 것으로 생각된다.
따라서, 방전 대전에 의해 주로 좌우되는 대전법은 하기 수학식 8로 나타낼 수 있는 반면, 주입 대전에 의해 주로 좌우되는 대전법은 하기 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
DC 전압 Vdc (V) 및 AC 전압 (Vac) (V)의 중첩된 전압을 대전체로부터 전자사진 감광체에 인가하는 경우는 도 2를 참조할 수 있다. 이 대전법은 일반적으로 AC/DC 중첩법으로 지칭된다. AC 전압의 피크투피크 전압을 Vpp (V)로 나타낸다면, Vpp가 하기 수학식 9를 충족시키도록 설정된 방전 대전의 경우, 전자사진 감광체에 제공된 표면 전위는 하기 수학식 10으로 나타낼 수 있다.
따라서, AC/DC 중첩 방전법의 경우, 1차 대전체에 인가된 전압 Vpp 및 Vdc는 대전 성능을 안정화시키도록 결정된다.
그러나, 하기 수학식 11로 나타내지는 바와 같이 Vpp 가 낮은 경우, 전자사진 감광체에 제공된 표면 전위는 하기 수학식 12로 나타내지는 값으로 변할 수 있다.
즉, 인가 전압의 DC 전압 성분 Vdc (V) 및 방전 개시 전압 Vth (V)가 일정하다고 가정하면, AC 전압의 피크투피크 전압 Vpp (V)가 점차 낮아짐에 따라 전자사진 감광체에 제공된 표면 전위 Vd (V)도 감소하며, DC 대전법에서와 동일하게 되는 경우 Vpp가 0이 되어 수학식 12는 수학식 6으로 된다. 또한, 감광체상의 전위의 불분명한 감쇠를 고려하면, 하기 수학식 13이 수학식 12 보다 더 정확할 수 있다.
한편, 주입 대전 메카니즘이 우세한 경우의 AC/DC 중첩 대전법에서, AC 전압은 단지 보조적인 역할만을 수행하며 높은 Vpp는 일반적으로 사용되지 않는다. 따라서, 단지 수학식 11에 따른 수준의 Vpp 만이 인가된다. 주입 대전은 주입 대전 방식이 우세한 대전 시스템에서는 감광체에 제공된 표면 전위가 낮은 수준의 Vpp에서도 대전체로부터 인가된 전압의 DC 성분 전압 Vdc와 여전히 거의 동일하다는 점에서 방전 대전과는 매우 상이하다. 상기 두 대전법의 차이점은 도 2에 명확하게 나타내져 있다. 즉, 주입 대전이 우세한 대전 시스템에서, 수학식 3뿐만 아니라, 수학식 13 대신 하기 수학식 14도 성립한다.
상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 주입 대전이 우세한 대전 시스템 ("주입 대전-제어 대전 시스템 또는 대전법"으로도 지칭될 수 있음) 및 방전 대전 시스템의 사이에는, 이들이 순수 DC 인가 방식 또는 AC/DC 중첩 인가 방식으로 작동하는 가에 관계없이 원칙적으로 명백한 차이점이 존재한다.
주입 대전-제어 대전법에 있어서, 전하가 직접 감광체에 주입되므로 방전은 실질적으로 일어나지 않으며, 따라서 방전 생성물, 예컨대 NOx및 오존의 발생 및 이들에 의한 감광체의 열화는 거의 없으며, 감광체에 전기적 손상이 거의 가해지지 않으므로 이상적인 대전 작업을 수행할 수 있다.
그러나, 주입 대전법을 효과적으로 수행하기 위하여, 대전체는 감광체와 상대적인 속도 차이를 두어 접촉하게 하고, 대전체와 감광체 사이의 접촉부에 비교적 단단한 대전 입자를 유지시킨다. 따라서, 주입 대전-제어 대전 시스템에서, 감광체의 표면은 큰 하중을 받기 쉽고, 따라서 손상되거나 흠집이 생기기 쉽다. 게다가, 대전법을 포함하는 전자사진 화상 형성 시스템은 대전 시스템 특유의 고습 환경에서 연속적인 화상 형성시에 포그가 발생하는 어려움을 겪기 쉽다.
본 발명의 주목적은 대전 시스템에 기인한 손상에 강하고, 심지어는 고습 환경 하의 반복적이고 연속적인 화상 형성 후에도 대전 시스템 특유의 포그가 없는고품질의 화상을 안정하게 제공할 수 있는, 주입 대전-제어 대전 시스템을 포함하는 전자사진 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 그러한 전자사진 장치를 구성하기에 적합한 프로세스 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명은, 전자사진 감광체 및 대전 수단을 포함하며,
대전 수단은 전기전도성 및 탄성의 표면을 갖는 전도체 입자 전달 부재, 및 입도가 10 nm 내지 10 ㎛이고 감광체와 접촉하여 배치되도록 전달 부재로 전달되는 전도체 입자를 포함함으로써 전하를 직접 감광체에 주입하여 감광체를 대전시키며,
감광체는 지지체상에 표면층으로서 감광층 및 전하 주입층이 이 순서대로 배치되어 있으며, 전하 주입층의 두께를 d (㎛), 탄성 변형률을 We (OCL) (％)이라 할 때, 감광층의 탄성 변형률 We (CTL) (％)에 대해 하기 수학식 1의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 하는 전자사진 장치를 제공한다.
[수학식 1]
본 발명은, 전자사진 장치에 탈착가능하게 탑재가능한 유닛을 형성하도록 일체형으로 지지된 상기 전자사진 감광체 및 대전 수단을 포함하는 프로세스 카트리지도 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 하기의 본 발명의 바람직한 실시 양태의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 순수 DC 전압 인가 방식에 따른 주입 대전 및 방전 대전 사이의 차이점을 예시하기 위한 것으로, 전자사진 감광체의 표면 전위 Vd 및 대전체에 인가된 DC 전압 Vdc의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 AC/DC 중첩 전압 인가 방식에 따른 주입 대전 및 방전 대전 사이의 차이점을 예시하기 위한 것으로, 전자사진 감광체의 표면 전위 Vd 및 대전체에 인가된 AC 전압 Vpp의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 피셔 (Fischer) 경도계로 측정한 하중-압입 곡선의 예를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예에서 측정한 감광체의 표면층의 탄성 변형률 We (OCL) (％) 대 전하 주입층 두께 d의 그래프이다 (d = 0에서의 We (CTL) (％) 포함).
도 5a 내지 5c는 감광체의 세 가지 적층 구조를 나타낸다.
도 6은 실시예 1에 따른 전자사진 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 실시예 1의 장치 중 대전 수단의 일부를 상세히 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 14에 따른 전자사진 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1: 감광체
2: 대전체
2a: 코어 금속
2b: 중간 고유 저항층
3: 전도체 입자
4: 조절 부재
5: 노출 수단
6: 현상 수단
7: 전사 수단
8: 정착 수단
9: 프로세스 카트리지
51: 전하 주입층
52: 전하 운반층
53: 전하 발생층
54: 전기전도성 지지체
55: 하도층
56: 전기전도성 층
60a: 현상 슬리브
60b: 자성 롤러
60c: 조절 블레이드
60d: 교반 부재
60e: 현상제 용기
S1, S2, S3 : 전원
a: 현상 위치
b: 전사 위치
n: 접촉 간극
본 발명에 사용되는 전자사진 감광체는 지지체상에 표면층으로서 감광층 및 전하 주입층이 이 순서대로 배치되어 있으며, 전하 주입층의 두께를 d (㎛), 탄성 변형률을 We (OCL) (％)이라 할 때, 감광층의 탄성 변형률 We (CTL) (％)에 대해 하기 수학식 1의 관계를 충족시킨다.
[수학식 1]
상기 두께 d (㎛), We (OCL) (％) 및 We (CTL) (％) 이 하기 수학식 2도 충족시키는 것이 바람직하다.
본원에 기술된 탄성 변형률 We (％)은 23 ℃/55 ％RH의 환경 하에 경도계 ("H100VP-HCU", 피셔사 (Fischer K.K.) 제조, 이하, "피셔 경도계"로 지칭함)로 측정한 값에 기초한 것이다.
샘플 표면에 인덴터 (indenter)를 하중 하에 가압하고 인덴터를 제거하여 생성된 압입 깊이를 현미경으로 측정하여 경도를 측정하는 마이크로-비커즈법 (micro-Vickers method)과는 달리, 피셔 경도 측정법에 따르면 인덴터는 변화하는 하중하에 샘플 표면에 연속적으로 가압되고 하중하의 압입 깊이가 연속적으로 직접기록되어 경도를 측정한다.
더욱 구체적으로, 탄성 변형률 We (％)은 다음과 같이 측정한다. 대향 면 사이에 136°의 팁 (tip) 각을 형성하는 4면체 피라미드형 팁을 갖는 다이아몬드 인덴터를 점차 증가하는 하중 하에 압입 깊이가 전기적으로 직접 측정하여 1 ㎛가 될 때까지 샘플 표면에 가압하고, 압입 하중을 점차 0으로 감소시킨다. 상기 과정에서, 하중 및 상응하는 압입 깊이를 연속적으로 기록한다. 도 3은 A→B→C의 경로를 따라 압입 하중을 변화시키면서 상기 피셔 경도계 측정을 30 ㎛ 두께의 코팅 필름 샘플에 압입 깊이가 (본 발명을 한정하는데 일반적으로 사용되는 1 ㎛ 대신) 약 3 ㎛가 될 때까지 가하는 측정 예로서 압입 하중 대 압입 깊이의 그래프를 나타낸다. 도 3에 있어서, 탄성 변형에 관련된 일 We (nJ)은 C-B-D-C 선으로 둘러싸인 면적으로 나타내지며, 소성 변형에 관련된 일 Wr (nJ)은 A-B-C-A 선으로 둘러싸인 면적으로 나타내진다. 이들 값에 기초하여, 탄성 변형률 We (％)는 하기 수학식 15로 나타내진다.
일반적으로, "탄성"은 외력의 작용하에 가해진 변형력 (변형)을 받은 고체 물질이, 상기 외력이 제거된 후에 원래의 형태를 회복하는 고체 물질의 특성을 지칭한다. 외력이 물체의 탄성 한계를 초과하거나 다른 요인으로 인해 외력이 제거된 후에도 남게되는 변형력 (변형)의 일부는 소성 변형의 일부이다. 따라서, 탄성 변형률 We (％) 값이 크면 탄성 변형의 비율이 큰 것을 나타내며, 탄성 변형률 We(％) 값이 작으면 소성 변형의 비율이 큰 것을 나타낸다.
감광층상에 전하 주입층을 갖는 전자사진 감광체의 탄성 변형 특징을 정의하기 위한 수학식 1에서, 각각 피셔 경도계를 사용하여 상술한 방식으로, 탄성 변형률 We (OCL) (％)은 전하 주입층에 대해 측정되며, 탄성 변형률 We (CTL) (％)은 전하 주입층을 제거한 후의 감광층에 대해 측정된다. 도 4는 후술하는 실시예 및 비교예에 대해 상술한 방식으로 측정한 We (OCL) (％) 및 We (CTL) (％) 값을 요약한 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 전하 주입층(들)의 다양한 두께에서 측정한 We (OCL) (％) 값은 도 4에서 두께 d가 0 (㎛)에 근접함에 따라 d = 0 (㎛)에 대해 나타낸 We (CTL) (％) 값으로 근접하였다.
수학식 1에서의 좌측의 [-0.71 x d + We (CTL)]은 실시예에서 수득한 We (OCL) (％) 의 최소값을 요약한 근사 곡선을 나타내며, 1 내지 8 ㎛ 범위의 값에서 두께 (d)의 직선 함수를 나타낸다. 상기 최소값 이상의 We (OCL) (％) 값에서는 문제가 없으나 상기 최소값 미만의 We (OCL) (％) 값을 특징으로 하는 전하 주입층은 전하 주입층이 감광층에 비해 다소 부서지기 쉽기 때문에 손상되기 쉽다.
또한 수학식 1의 우측의 [0.03 x d3- 0.89 x d2+ 8.43 x d + We (CTL)]은 실시예에서 수득한 We (OCL) (％)의 최대값을 요약한 근사 곡선을 나타내며, 상기 최대값을 초과하지 않는 We (OCL) (％) 값에서는 문제가 없으나 상기 최대값을 초과하는 We (OCL) (％) 값에서는 고습 환경하에서 연속 화상 형성시에 포그가 발생하였다. 이는 탄성 변형률이 크면 높은 고유 저항의 미립자, 예컨대 종이 분진 또는 토너에 대한 외부 첨가제의 전하 주입층으로의 국소적인 매립을 유발하기 쉽고, 이는 국소적인 전하 주입 결손을 일으켜 포그를 발생시키는 것으로 생각된다. 이러한 어려움은 특히 전도체 입자가 탄성 전달 부재 및 감광체 사이에 존재하는 경우에 특히 두드러지고, 감광체 표면을 거칠게하기 쉽다. 이러한 어려움은 또한 전도체 입자 전달 부재가 감광체 표면이 거칠어지기 쉬운 그들 사이의 접촉 위치에서 감광체의 표면에 대해 역방향으로 움직이는 경우에 증가되기 쉽다. 고습 환경하에 어려움이 두드러지게 발생하는 이유 역시 그러한 고습 환경하에서의 종이 분진 또는 토너 중 외부 첨가제의 흡습성에 기인한 것일 수 있으나, 명확한 이유는 아직 밝혀지지 않았다.
수학식 2 중 We (OCL) ≤[-0.247 x d2+ 4.19 x d + We (CTL)]가 특히 충족되는 경우, 상기 언급한 포그가 완전히 없는 매우 양호한 화상이 안정하게 얻어졌다.
본 발명에서, 전하 주입층은 전기전도성 입자 및 윤활 입자를 함유하는 것이 바람직하다.
전하 주입층에 사용되는 그러한 전기전도성 입자는 예를 들어 금속, 금속 산화물 및 카본 블랙을 포함할 수 있다. 금속의 예는 알루미늄, 아연, 구리, 크롬, 니켈, 은 및 스테인레스강을 포함할 수 있다. 또한, 그러한 금속의 증착된 층으로 코팅된 플라스틱 입자가 사용될 수 있다. 금속 산화물의 예는 산화아연, 산화티타늄, 산화주석, 산화안티몬, 산화인듐, 산화비스무트, 주석 도핑된 산화인듐, 안티몬 또는 탄탈륨 도핑된 산화주석 및 안티몬 도핑된 산화지르코늄을 포함할 수 있다. 이러한 전기전도성 입자는 단독 또는 2종 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 그 조합물은 간단한 혼합물로 달성되거나 고체 용액 또는 용융 점착된 입자 형태로 달성될 수 있다.
그러한 전기전도성 입자중에서도, 양호한 투명성의 관점에서 금속 산화물을 포함하는 입자를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
전하 주입층에 사용되는 전기전도성 입자의 부피 평균 입도는 전하 주입층의 투명성의 관점에서 바람직하게는 0.3 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 이하일 수 있다.
전하 주입층에 사용되는 윤활 입자는 예를 들어 불소 함유 수지 입자, 규소 수지 입자, 실리카 입자 및 알루미나 입자를 포함할 수 있다. 불소 함유 수지 입자가 특히 바람직하다. 불소 함유 수지 입자는 예를 들어 1종 이상의 불소 함유 수지, 예를 들어 테트라플루오로에틸렌 수지, 트리플루오로클로로에틸렌 수지, 헥사플루오로프로필렌 수지, 비닐 플루오라이드 수지, 비닐리덴 플루오라이드 수지, 디플루오로디클로로에틸렌 수지 및 이들 수지의 공중합체를 포함할 수 있다. 테트라플루오로에틸렌 수지 및 비닐리덴 플루오라이드 수지가 특히 바람직하다. 수지의 분자량 및 수지 입도는 특정하게 제한되지 않고서 적절히 선택될 수 있다.
상기 언급한 실리카 입자 및 알루미나 입자를 포함하여 무기 입자는 일반적으로 그 자체로 윤활 입자로서 사용되지 않으나, 그러한 무기 입자를 전하 주입층에 가하여 분산시킴으로써 전하 주입층에 증가된 표면 조도를 제공하여 접촉점의수가 감소하여 감광체 표면과 접촉하는 부재의 매끄러운 이동을 가능하게 하고, 따라서 그 결과 전하 주입층의 윤활성을 개선시킬 수 있다. 본원에서 고려되는 윤활 입자는 그러한 기능을 통해 전하 주입층의 윤활성을 개선시키는 기능을 갖는 입자를 포함할 수 있다.
바람직한 윤활 입자로서 불소 함유 수지 입자가 전하 주입층을 형성하기 위한 코팅액에서 응집되는 것을 방지하기 위해, 불소 함유 화합물을 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 전기전도성 입자를 혼입시키는 경우, 전기전도성 입자를 분산시킬 때 또는 분산전에 전기전도성 입자를 불소 함유 화합물로 표면 처리할 때 불소 함유 화합물을 가하는 것이 적절하다. 불소 함유 화합물의 첨가 또는 표면 처리에 의해, 전하 주입층을 제공하기 위한 코팅 수지 용액중 전기전도성 입자 및 불소 함유 수지 입자의 분산능 및 분산 안정성이 현저하게 개선될 수 있다. 또한, 불소 함유 화합물과 함께 또는 그를 사용한 표면 처리후 전기전도성 입자가 가해진 액체중에 불소 함유 수지 입자를 분산시킴으로써, 시간에 따라 2차 입자로의 응집이 없고 매우 양호한 분산 안정성을 갖는 코팅액이 얻어질 수 있다.
상기 목적에 적합하게 사용될 수 있는 불소 함유 화합물은 불소 함유 실란 커플링제, 불소화 실리콘 오일 또는 불소 함유 계면활성제일 수 있고, 그의 예가 이하 열거될 수 있다. 그러나, 이들 예가 제한적인 것은 아니다.
[불소 함유 실란 커플링제]
[불소화 실리콘 오일]
[불소 함유 계면활성제]
전기전도성 입자의 표면 처리를 위해, 전기전도성 입자는 표면 처리제를 전기전도성 입자상으로 부착시키도록 적절한 용매중에서 표면 처리제 (불소 함유 화합물)와 함께 혼합되어 분산될 수 있다. 분산을 위해, 통상의 분산 수단, 예를 들어 볼 밀 또는 샌드 밀이 사용될 수 있다. 그 후, 용매는 분산액으로부터 제거되어 표면 처리제를 전기전도성 입자상으로 정착시킨 후 임의로는 열처리할 수 있다. 목적하는 경우, 전기전도성 입자는 표면 처리후 붕해되거나 미분쇄될 수 있다.
불소 함유 화합물은 표면 처리된 전기전도성 입자의 총 중량을 기준으로 1 내지 65 중량％, 바람직하게는 1 내지 50 중량％의 표면 처리량을 제공하도록 사용될 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 불소 함유 화합물의 첨가후 또는 불소 함유 화합물을 사용한 표면 처리후 전기전도성 입자의 코팅액중의 분산에 의해, 불소 함유 수지 입자의 분산을 안정화시키고 우수한 미끄럼능 및 이형능을 갖는 전하 주입층을 제공하는 것이 가능해진다. 그러나, 최근에 큰 부피의 문서를 제공하기 위한 연속적인 화상 형성에 대한 필요성에 따라, 높은 경도 및 높은 인쇄 내구성 및 안정성을 나타내는 전하 주입층이 요구되고 있다.
본 발명에 적합하게 사용되는 전하 주입층을 구성하기 위한 결합제 수지는 바람직하게는 경화성 또는 경화 수지, 특히 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지 및 실록산 수지로부터 선택되는 수지를 포함할 수 있다. 이들중에, 환경 조건의 변화에 반응하여 생성된 전하 주입층의 고유 저항이 거의 변화하지 않는 관점에서 페놀계 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 미립자의 분산후 높은 표면 경도, 우수한 내마모성 및 우수한 분산능 및 우수한 안정성의 관점에서, 경화된 페놀계 수지, 특히 열경화성 또는 가열 경화 레졸형 페놀계 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
레졸형 페놀계 수지는 통상적으로 염기성 촉매의 존재하에 페놀 화합물과 알데히드 화합물 사이의 반응으로 제조된다. 페놀 화합물의 예는 페놀, 크레졸, 크실레놀, 파라-알킬페놀, 파라페닐-페놀, 레조르신 및 비스페놀을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 다른 한 편, 알데히드 화합물의 예는 포름알데히드, 파라-포름알데히드, 퍼푸랄 및 아세트알데히드를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
그러한 페놀 화합물 및 알데히드 화합물은 염기성 촉매의 존재하에 반응되어 모노메틸올페놀, 디메틸올페놀 및 트리메틸올페놀과 같은 단량체중 하나 또는 이들의 혼합물, 이들의 올리고머, 및 단량체와 올리고머의 혼합물인 레졸을 제공한다. 이들중에, 단일 반복 단위를 갖는 분자는 단량체라 불리고 2 내지 약 20개의 반복 단위를 갖는 비교적 큰 분자는 올리고머라 불린다. 레졸 형성에 사용되는 염기성 촉매는 NaOH, KOH 및 Ca(OH)2와 같은 알칼리 금속 수산화물 및 알칼리 토금속 수산화물을 포함하는 금속 기재의 촉매, 및 암모늄 및 아민을 포함하는 염기성 질소 화합물을 포함할 수 있다. 생성된 페놀계 수지는 고습 환경에서의 고유 저항의 변화가 거의 없다는 점에서 볼 때, 염기성 질소 화합물 촉매, 특히 코팅액의 안정성의 관점에서 아민 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 아민 촉매의 예는 헥사메틸렌테트라민, 트리메틸아민, 트리에틸아민 및 트리에탄올아민을 포함한다. 그러나, 이들에 제한되지는 않는다.
가열 경화 수지를 포함하는 전하 주입층을 형성하는 경우, 감광층에 도포되는 전하 주입층을 위한 코팅액은 통상적으로 가열에 의해, 예를 들어 열풍 건조 오븐 또는 노에서 경화된다. 이 때, 경화 온도는 바람직하게는 100 내지 300 ℃, 특히 120 내지 200 ℃일 수 있다.
부언하면, 본원에서 수지의 경화된 상태는 메탄올 또는 에탄올과 같은 알코올 용매중에 가용성이 아닌 수지의 상태이다.
전하 주입층의 두께는 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 특히 1 ㎛ 내지 7 ㎛의 범위일 수 있다.
전하 주입층은 산화방지제와 같은 다른 첨가제를 더 함유할 수 있다.
본 발명에 의해 한정되는 전하 주입층의 특성은 전하 주입층을 형성하는 성분의 종류, 이들 사이의 혼합비, 내부에 함유된 입자의 입도 및 분산 상태, 코팅액의 경화전 고체 물질 함량, 경화 조건, 두께 및 또한 하부 감광층의 조성을 포함하는 다양한 인자에 의해 영향을 받는다. 그러나, 본 발명에서 상기 언급한 특성들의 충족은 중요하며, 이들 특성들을 달성하기 위한 특정 수단 및 척도는 특별히 제한되지 않는다. 일반적인 경향으로서, 탄성 변형률 We (OCL) (％)는 예를 들어 높은 경화 온도, 긴 경화 시간 및 높은 고체 물질 함량, 고체 물질중 낮은 수지 함량 및 코팅액 중 용매의 낮은 비점에서 커지는 경향이 있다.
다음으로, 감광층의 구성을 설명하기로 한다.
본 발명의 감광체는 적어도 전기전도성 지지체 및 이 지지체상에 감광층 및 전하 주입층이 이 순서대로 배치된 적층 구조를 갖고, 감광층은 전하 발생층 및 전하 운반층으로 기능적으로 분리될 수 있다.
도 5a 내지 5c는 각각 적층형 감광층을 포함하는 전자사진 감광체의 적층 구조물의 세 가지 실시 양태를 나타낸다. 더욱 구체적으로, 도 5a에 나타낸 전자사진 감광체는 전기전도성 지지체 (54) 및 그 위에 계속하여 배치된 전하 발생층 (53) 및 전하 운반층 (52) 및 또한 최상부층으로서 보호층 (51)을 포함한다. 도 5b 및 5c에 나타낸 바와 같이, 감광체는 하도층 (55) 및 추가로 예를 들어 간섭 줄무늬의 발생을 방지하기 위한 전기전도성 층 (56)을 포함한다.
전기전도성 지지체 (54)는 그 자체로 전기전도성을 나타내는 물질, 예를 들어 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인레스강; 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 산화인듐-산화주석 캠프사이트 (campsite)의 증착 층으로 코팅된 상기 전기전도성 지지체 또는 플라스틱 지지체; 적절한 결합제 수지와 함께, 카본 블랙과 같은 전기전도성 미립자, 및 산화주석, 산화티타늄 및 은의 미립자로 함침된 플라스틱 또는 종이를 포함하는 지지체; 또는 전기전도성 수지를 포함하는 성형된 지지체로 이루어질 수 있다.
장벽 기능 및 접착 기능을 갖는 하도층 (55)은 전기전도성 지지체 (54)와 감광층 (52 및 53) 사이에 배치될 수 있다. 특히, 하도층 (55)은 그 위의 감광층의 접착성을 개선시키기 위해 삽입되어 감광층의 도포능을 개선시키고, 지지체를 보호하고, 지지체상의 결함을 코팅하고, 지지체로부터의 전하 주입을 개선시키고, 전기적 파괴로부터 감광층을 보호한다.
하도층 (55)은 예를 들어 카제인, 폴리비닐 알코올, 에틸 셀룰로스, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 폴리아미드, 개질된 폴리아미드, 폴리우레탄, 젤라틴 또는 산화알루미늄으로 형성될 수 있다. 하도층 (55)의 두께는 바람직하게는 5 ㎛ 이하, 특히 0.2 내지 3 ㎛일 수 있다.
전하 발생층 (53)을 이루는 전하 생성 물질의 예는 프탈로시아닌 안료, 아조 안료, 인디고 안료, 폴리시클릭 퀴논 안료, 페릴렌 안료, 퀴나크리돈 안료, 아줄레늄염 안료, 피릴륨 염료, 티오피릴륨 염료, 스쿠알릴륨 염료, 시아닌 염료, 크산텐 염료, 퀴논이민 염료, 트리페닐메탄 염료, 스티릴 염료, 셀레늄, 셀레늄-텔루륨, 무정형 규소, 황화카드뮴 및 산화아연을 포함할 수 있다. 그러나, 이들에 제한되지는 않는다.
전하 발생층 (53) 형성용 페인트를 형성하기 위한 용매는 사용되는 수지 및 전하 생성 물질의 용해도 및 분산 안정성에 따라 예를 들어 알코올, 술폭시드, 케톤, 에테르, 에스테르, 지방족 할로겐화 탄화수소 및 방향족 화합물과 같은 유기 용매로부터 선택될 수 있다.
전하 발생층 (53)은 전하 생성 물질을 그의 0.3 내지 4배의 중량의 결합제 수지 및 용매와 함께 균질화기, 초음파 분산기, 볼 밀, 샌드 밀, 마멸기 또는 롤 밀에 의해 분산 및 혼합하여 코팅액을 형성한 후 도포하고 건조시켜 전하 발생층 (53)을 형성함으로써 형성될 수 있다. 두께는 바람직하게는 5 ㎛ 이하, 특히 0.01 내지 1 ㎛일 수 있다.
전하 운반 물질은 예를 들어 히드라존 화합물, 피라졸린 화합물, 스티릴 화합물, 옥사졸 화합물, 티아졸 화합물, 트리아릴메탄 화합물 및 폴리아릴알칸 화합물로부터 선택될 수 있다. 그러나, 이들에 제한되지는 않는다.
전하 운반층 (2)은 일반적으로 전하 운반 물질 및 결합제 수지를 용매중에 용해시켜 코팅액을 형성한 후 코팅액의 도포 및 건조에 의해 형성될 수 있다. 전하 운반 물질 및 결합제 수지는 약 2:1 내지 1:2의 중량비로 블렌딩될 수 있다. 용매의 예는 케톤, 예를 들어 아세톤 및 메틸 에틸 케톤, 방향족 탄화수소, 예를 들어 톨루엔 및 크실렌, 및 염소화 탄화수소, 예를 들어 클로로벤젠, 클로로포름 및 사염화탄소를 포함할 수 있다.
전하 운반층 (52)을 형성하기 위한 결합제 수지의 예는 아크릴계 수지, 스티렌 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리술폰 수지, 폴리페닐렌 옥시드 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 알키드 수지 및 불포화 수지를 포함할 수 있다. 그의 특히 바람직한 예는 폴리메틸 메타크릴레이트 수지, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리카보네이트 수지 및 폴리아릴레이트 수지를 포함할 수 있다. 전하 운반층 (52)의 두께는 5 내지 40㎛, 바람직하게는 10 내지 30 ㎛일 수 있다.
전하 발생층 (53) 또는 전하 운반층 (52)은 다양한 첨가제, 예를 들어 산화방지제 및 자외선 흡수제 및 윤활제를 더 함유할 수 있다.
상기 언급한 층을 제공하기 위한 코팅액의 도포를 위해, 침지 코팅, 분무 코팅 또는 스피너 코팅과 같은 코팅 방법을 사용하는 것이 가능하다. 건조는 10 내지 200 ℃, 바람직하게는 20 내지 150 ℃의 온도에서 5 분 내지 5 시간, 바람직하게는 10 분 내지 2 시간 동안 송풍 또는 정치하에 수행될 수 있다.
본 발명에서, 상기 언급한 전하 주입층 (51)은 전하 운반층 (52) 상의 코팅액의 도포 및 경화에 의해 형성될 수 있다. 또한, 전하 운반층 (52), 전하 발생층 (53) 및 전하 주입층 (51)을 순서대로 형성하는 것도 가능하다. 또한, 전하 생성 물질 및 전하 운반 물질 모두를 함유하는 단층 감광층상에 상기 전하 주입층을 형성하는 것도 가능하다.
다음으로, 본 발명에 따른 프로세스 카트리지 및 전자사진 장치에 대해 약간 기술한다.
도 6은 본 발명의 프로세스 카트리지를 포함하는 전자사진 장치의 개략적인 구조도를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 이 장치는 드럼형 감광체 (1) 및 감광체 (1)을 둘러싸도록 1차 대전체 (2), 노출 수단 (5), 현상 수단 (6) 및 전사 수단 (7)이 이 순서대로 배치된다.
먼저, 나타낸 화살표 방향으로 회전하는 감광체 (1)는 전원 (S1)으로부터의 전압을 감광체 (1)와 접촉하여 반대 방향으로 회전하는 1차 대전체 (2)로 인가함으로써 표면 대전시킨 후, 노출 수단 (5)로부터의 원본에 근거한 화상 데이타를 전달하는 광 (L)에 노출되어 감광체 (1) 상에 정전 잠상을 형성한다. 그 후, 감광체상의 정전 잠상은 현상 수단 (6)으로부터 현상 위치 (a)에서 감광체 (1)에 토너를 부착시킴으로써 토너 화상으로서 현상 (가시화)된다. 현상 수단 (6)은 회전 현상 슬리브 (6a) 및 내부에 포함된 자성 롤 (6b)을 포함하고, 현상 바이어스 전압이 전원 (S2)으로부터 슬리브 (6a)에 인가된다. 그 후, 그에 따라 감광체 (1) 상에 형성된 토너 화상은 전원 (S3)으로부터 전사 바이어스 전압을 수용하는 전사 수단 (7)의 작용하에 전사 위치 (b)에 공급된 종이와 같은 전사 재료 (P) 상에 전사된다. 전사 재료 (P)에 전사되지 않고 감광체 (1) 상에 잔류하는 전사 잔류 토너는 클리너 (도시하지 않음)에 의해 회수될 수 있다. 몇몇 실시 양태에서, 그러한 전사 잔류 토너는 현상 수단 (6)에 의해 직접 회수되도록 설계될 수 있다. 목적하는 경우, 감광체는 예비 노출 수단 (도시하지 않음)에 의해 전하 제거를 위해 예비 노출될 수 있으나 예비 노출 수단은 생략될 수 있다.
전사 재료 (P) 상으로 전사되는 토너 화상은 정착 수단 (8)에 의해 전사 재료상으로 정착된다.
도 6의 전자사진 장치 (화상 형성 장치)에서, 노출 수단 (5)은 할로겐 램프, 형광 램프, 레이저 또는 LED와 같은 광원을 포함할 수 있고, 빔 스캐너와 같은 보조 처리 수단을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 감광체 (1), 1차 대전체 (2), 현상 수단 (6) 및 클리닝 수단을 포함하는 다수의 상기 언급된 성분은 일체형으로 결합되어 본 발명의 프로세스 카트리지를 형성할 수 있고, 이 카트리지는 복사기 또는 프린터로서 작동하는 전자사진 장치의 몸체에 탈착가능하게 탑재될 수 있다. 예를 들어, 1차 대전체 (2), 현상 수단 (6) 및 클리닝 수단중 적어도 하나는 일체형으로 지지되어 프로세스 카트리지 (9)를 형성할 수 있고, 이 카트리지는 장치의 몸체에 제공된 레일 (19)과 같은 안내 수단에 의해 장치에 삽입되거나 그로부터 이탈될 수 있다.
전자사진 장치가 예를 들어 복사기 또는 프린터로서 사용되는 경우, 화상식 노광 (L)이 원본으로부터 반사된 광 또는 투과된 광으로서 제공되거나, 센서에 의해 원본을 판독하고 판독 데이터를 신호로 전환시키고 신호를 기초로 하여 레이저빔을 주사하거나 LED 어레이 또는 액정 셔터 어레이와 같은 광 방출 장치를 구동시킴으로써 얻어진 신호 광으로서 제공될 수 있다.
도 6에 나타낸 전자사진 장치의 실시 양태는 대전 수단 (도 7에 확대되어 있음)을 포함한다. 도 6 및 7을 언급하면, 대전 수단은 전기전도성 탄성 롤러 (이하, 때때로 "대전 롤러"라 불림) (2), 대전 성능을 개선시키기 위한 전도체 입자 (또는 대전 입자) (3) 및 전도체 입자 공급 수단으로서의 조절 부재 (4)를 포함한다. 감광체는 전도체 입자 (3)가 대전 롤러 (2)와 감광체 (1) 사이의 접촉 위치 (n)에 적용되는 상태로 대전된다. 그 결과, 대전 롤러 (2) 및 감광체 (1)는 이 둘 사이에 일정 속도차로 서로 접촉되고, 전하는 전도체 입자를 통해 감광체 (1)에 치밀하게 직접 주입된다. 따라서, 본 발명에 따라, 통상의 롤러 대전 방식에 의해 얻어질 수 없는 훨씬 높은 대전 효율이 달성될 수 있고, 대전 롤러 (2)에 적용되는 것과 거의 동일한 전위가 감광체 (1)에 부여될 수 있다.
대전 수단의 각각의 성분들은 이하 기재되는 실시예에서 또한 채택되는 특정 예에 사용되는 몇몇 실험적인 특징을 언급하면서 이하 더 상세히 설명된다.
<대전 롤러>
대전 롤러 (2)는, 코어 금속 (2a)를 고무 또는 발포체와 같은 탄성재로 된 중간 고유 저항층 (2b), 예를 들어 특정 실시예에서 수지 (예를 들어, 우레탄 수지), 전기전도성 입자 (예를 들어, 카본 블랙), 가황제 및 발포제의 혼합물로 코팅하고, 이어서 임의로 표면 연마하여 직경 12 mm, 길이 250 mm의 전기전도성 탄성 롤러를 제공하는 방식으로 제조한다.
특정 실시예에서 롤러 (2)는, 코어 금속 (2a)에 1 kg의 전체 하중이 가해지도록 직경 30 mm의 알루미늄 드럼에 대해 롤러(2)를 가압하고 코어 금속 (2a)와 알루미늄 드럼 사이에 100 볼트의 전압이 인가되는 상태에서 측정하여 105ohm의 저항을 나타내었다.
전기전도성 탄성 롤러 (2)가 전극으로서 작용하는 것이 중요하다. 즉, 롤러 (2)는 감광체 (1)와 충분히 접촉할 수 있을 정도의 탄성과 또한 회전 감광체 (1)를 대전시킬 수 있을 정도로 충분히 낮은 저항을 가질 것이 요구된다. 또한, 핀홀과 같은 결함이 감광체 표면에 존재하더라도 전압 누출을 막을 필요가 있다. 충분한 대전 성능 및 누출에 대한 내성을 얻기 위해서, 대전 롤러 (2)는 104내지 107ohm의 저항을 나타내는 것이 바람직하다.
대전 롤러 (2)의 경도에 대해서는, 경도가 너무 낮으면 형상 안정성을 저해하여 감광체와의 열등한 접촉이 초래되고, 경도가 너무 높으면 감광체와의 대전 간극이 확보되지 않고 감광체 표면과의 열악한 미세 접촉이 초래되므로, 경도 (Asker C 경도)는 25 deg. 내지 50 deg. 범위가 바람직하다.
대전 롤러 (2)의 재료는 탄성 발포체로 제한되지 않고, 카본 블랙 또는 금속 산화물과 같은 전기전도성 재료가 분산되어 있는, EPDM, 우레탄 고무, NBR, 규소 고무 또는 이소프렌 고무와 같은 고무질 재료, 및 이들 탄성재의 발포 생성물을 포함한 다른 탄성재가 또한 사용될 수 있다. 또한, 전기전도성 재료를 분산시키지 않고 이온전도성 재료를 사용하여 고유 저항을 조절할 수 있다.
대전체는 그러한 대전 롤러로 제한되지 않고, 탄성을 갖는 섬유 파일 (pile)을 포함하는 퍼브러시 (fur brush)와 같은 다른 탄성 부재일 수 있다. 특정 실시예에서, 155 파일/mm의 플랜트 (plant) 밀도 및 3 mm의 파일 길이의, 고유 저항이 조절된 섬유 파일 (예를 들어, 유니티카사 (Unitika K.K.) 제조의 "REC")을 배치하여 파일 테이프를 형성하고, 이 파일 테이프로 6 mm 직경의 코어 금속을 감아서 롤러를 형성함으로써 퍼브러시 롤러를 제조하였다.
<대전 입자>
특정 실시예에서, 고유 저항이 106ohm.cm이고 평균 입도가 3 ㎛인 전기전도성 산화아연 입자를 대전 입자 또는 전도체 입자로서 사용하였다.
그러나, 전도체 입자의 재료로는 다른 산화금속 입자와 같은 전기전도성 무기 입자 또는 유기 재료와의 혼합물을 또한 사용할 수 있다.
입자에 의한 전하 전달을 달성하기 위해서, 대전 입자는 1010ohm.cm 이하의 고유 저항을 갖는 것이 바람직하다. 본 명세서에 기재된 고유 저항 값은, 분말 샘플 0.5 g을 단면적 (= S)이 2.26 cm2인 실린더 내의 하부 전극에 위치시키고, 하부 전극 및 그 위의 상부 전극 사이에 15 kg의 압력을 가하여 100 볼트 인가하에서 저항 (R, ohm)을 측정하는 태블릿 (tablet)법에 따라 측정된 값을 기초로 한다. 측정치로부터, 수학식 Rs = R x S/H (식 중, H는 상부 전극과 하부 전극 간의 거리임)에 따라 고유 저항 (Rs)을 표준화 수치로서 계산한다.
대전 입자는 10 nm 내지 10 ㎛의 입도를 갖는 것이 일반적으로 바람직하다.10 nm 미만의 입자를 안정적으로 얻기는 어렵다. 한편, 10 ㎛를 초과하면, 전하를 충분히 높은 밀도로 감광체에 주입하기가 어려워져서 우수한 대전 균일성을 제공하지 못하게 된다.
본 명세서에 기재된 대전 입자의 평균 입도는, 100 개 이상의 입자 (응집체 자체를 포함함)를 취하여 광학 현미경 사진 또는 전자 현미경 사진을 찍어 그의 입도 (수평 방향에서 보다 긴축의 직경)를 측정하여 부피 기준 입도 분포를 유도하고, 이로부터 분포상에서 50 ％의 누적 부피를 나타내는 입도를 평균 입도로 결정함으로써 측정된 값을 기준으로 한다.
도 8은 토너 재생 공정 (무클리너 공정)이 채택된, 본 발명에 따른 전자사진 장치의 다른 실시 양태를 개략적으로 예시한다. 도 8을 참조하여, 도 6의 실시 양태와의 차이를 설명하기로 한다.
<전체 배치>
전자사진 장치는 독립적 대전 수단 또는 전도체 입자 공급 수단을 포함하지 않는다. 전도체 입자는 토너와의 혼합물 중에 현상제의 일부로서 첨가된다. 토너가 현상에 의해 소모됨에 따라, 전도체 입자가 축적되어 감광체 (1)을 통해 대전 롤러 (2)에 공급된다. 전자사진 장치는 전자사진 감광체 (1)의 현상 위치 (a)에서 정전 잠상을 현상하기 위한 현상 수단 (60)을 포함한다. 현상 수단 (60)은 현상제 (토너) (t)와 전도체 입자 (m)을 포함하는 혼합물 (tm)을 함유한다.
본 실시 양태에 따른 전자사진 장치는, 화상 전사가 개별 클리너 (클리닝 장치)에 의해 재생되는 것이 아니라 감광체 (1)와의 접촉 간극 (n)에서 반대 방향으로 회전하는 대전 롤러 (2)에 의해 일시적으로 재생된 후 감광체 (1) 상에 남은 잔류 토너를 전사하는 토너 재생 공정을 채택한다. 더욱이, 잔류 토너가 대전 롤러 (2) 둘레를 움직임에 따라서, 전사 실패를 유발하는 반대 전하를 갖는 잔류 토너가 정상 극성으로 대전되고 점차적으로 감광체 (1)로 유리되어 현상 위치 (a)에 도달하게 되고, 여기서 잔류 토너가 재생되고, 현상제 혼합물 (tm)에 의해 현상되면서 현상 수단에 의해 재사용된다.
<현상 수단>
현상 수단 (60)은 현상제 (t)로서 단일 성분 자성 토너 (음으로 대전가능한 토너)를 사용하는 반전 현상 수단으로서 현상제 (토너) (t)와 전도체 입자 (m)의 혼합물 (tm)을 함유한다.
현상 수단 (60)은 현상제 전달 부재로서 자성 롤러 (60b)를 포함하는 비자성 회전 현상 슬리브 (60a) 및 현상제 혼합물 (tm)을 함유하는 현상제 용기 (60e)를 포함한다. 현상제 혼합물 (tm)을 교반하고, 교반 부재 (60d)의 작용에 의해 현상 슬리브 (60a)를 향해 가압하고, 회전 현상 슬리브 (60a)에 의해 혼합물 (tm)을 운반 및 전달하여 토너에 소정의 전하를 제공하면서, 조절 블레이드 (60c)의 작용에 의해 두께가 조절된 층을 형성하였다.
회전 현상 슬리브 (60a) 상의 층에 형성된 (전도체 입자 (m)과의 혼합물로서의) 토너 (t)를 감광체 (1) 및 슬리브 (60a)이 서로에 대해 마주보도록 배치된 현상 위치 (현상 영역) (a)에 전달하였다. 현상을 위해, 전원 (S5)로부터 슬리브 (60a)에 현상 바이어스 전압이 공급되었다.
특정 실시예에서, 슬리브 (60a)에 AC/DC 중첩 바이어스 전압을 인가하여 감광체 (1) 상의 정전 잠상의 토너 (t)로 반전 현상을 수행하였다.
<토너>
결합제 수지, 자성 입자 및 전하 제어제를 블렌딩하고, 이 블렌드를 용융 혼련하고, 미분화하고, 분급하여 토너 입자를 형성하고, 이 토너 입자를 유동 증진제와 같은 외부 첨가제와 블렌딩함으로써 단일 성분 자성 토너 (현상제) (t)를 제조하였다. 상기한 바와 같이, 토너 (t)를 전도체 입자 (m)과 더 블렌딩하여 현상제 혼합물 (tm)을 형성하였다. 특정 실시예에서, 중량 평균 입도 (D4)가 7 ㎛인 토너가 형성되었다.
<전도체 입자 전달량 및 피복률>
토너 재생 공정을 이용하는 본 실시 양태에서, 토너는 대전 롤러 표면을 오염시키기 쉽다. 토너는 표면 상에 마찰전기 전하를 보유하는 것이 요구되기 때문에 1013ohm.cm 이상의 고유 저항을 갖는다. 따라서, 대전 롤러가 토너로 오염되면, 대전 롤러 상에 전달된 전도체 입자의 고유 저항이 증가하여 대전 성능을 약화시킨다. 전도체 입자 자체는 고유 저항이 낮아도, 전달된 입자는 토너를 포획하여 고유 저항을 증가시킨다. 전도체 입자는 바람직하게는 0.1 내지 100 mg/cm2, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10 mg/cm2의 속도로 전달된다. 특정 실시예에서, 전도체 입자는 5 mg/cm2의 속도로 전달된다. 토너의 혼합에 의한 대전 성능 저하는 전달된입자의 고유 저항을 측정함으로써 구할 수 있다. 보다 구체적으로, 실제 운전시에 대전 롤러에 전달된 입자 (포획된 잔류 토너 및 종이 분진을 포함함)는 상기 방법에 따라 측정된 고유 저항이 바람직하게는 10-1내지 1012ohm.cm, 보다 바람직하게는 10-1내지 1010ohm.cm일 수 있다.
대전 위치 내의 효과적으로 전달된 전도체 입자의 양을 구하기 위해, 전도체 입자에 의한 피복률을 측정할 수 있다. 전도체 입자는 일반적으로 백색이어서 흑색의 자성 토너 입자와 구별될 수 있다. 현미경 관찰에 의해 백색 영역의 면적비를 피복률로서 측정할 수 있다. 전도체 입자에 의한 피복률은, 피복률이 0.1 이하이면 대전 롤러의 주변 속도가 증가되더라도 대전 성능이 불충분해지기 때문에, 대전 롤러 상에 0.2 내지 1의 범위로 유지되는 것이 바람직하다. 특정 실시예에서, 피복률은 0.6으로 설정되었다.
전도체 입자의 전달량은 현상제에 혼합된 전도체 입자의 양에 의해 기본적으로 조절되고, 또한 필요에 따라 대전 롤러 외주의 일부에 탄성 블레이드를 국부적으로 인접시킴으로써 조절될 수 있다. 이같은 부재를 인접시키는 것은 토너의 마찰전기 전하 극성을 정규화하여 대전 롤러에 전달된 입자의 양에 영향을 미치는 작용을 한다.
전도체 입자 공급 수단으로서 현상 수단을 포함하는 본 실시 양태와 같은 시스템에서, 종이와 같은 기록 매체에 소량의 전도체 입자를 전사하여 감광체 상에 다량의 전도체 입자를 남기는 것이 바람직하다. 전도체 입자는 양의 극성으로 대전되는 것이 바람직하다. 이는, 반전 현상 시스템에서 현상제가 명전위부에 편재화되고 전도체 입자가 암전위부에 편재화되어 현상제가 전사 단계에서 전사 재료로 선택적으로 전사되어 감광체 상에 전도체 입자가 남게되고 이들 입자는 대전 성능을 안정화하기 위해 대전 롤러에 공급되기 때문이다.
[실시예]
이후에, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 여기에서, 성분 또는 재료의 상대적인 양을 기술하는데 사용된 "부" 및 "％"는 달리 특별하게 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
실시예 1 내지 3
지지체로서 직경 30 mm, 길이 260.5 mm의 알루미늄 실린더를 폴리아미드 수지의 메탄올 중 5 중량％ 용액을 포함하는 코팅액 ("AMILAN CM 8000", 도레이사 (Toray K.K.) 제조)으로 침지시켜 코팅한 후 건조하여 0.5 ㎛ 두께의 하도층을 형성하였다.
하기 화학식으로 표시되며 CuKα특징적인 X선 회절에 있어서 9.0, 14.2, 23.9 및 27.1 deg.의 브래그각 (2θ±0.2 deg.)에서 강한 피크를 갖는 특징이 있는 옥시티타늄 프탈로시아닌 안료 4 중량부를 폴리비닐 부티랄 수지 ("BX-1", 세끼스이 가가꾸 고교사 (Sekisui Kagaku Kogyo K.K.) 제조) 2 중량부 및 시클로헥사논 80 중량부와 혼합하고, 이 혼합액을 직경 1 mm의 유리 비드를 갖는 샌드 밀에서 4 시간 동안 분산시켜 전하 발생층용 코팅액을 별도로 제조하였다. 이 코팅액을 하도층에 침지 도포하고, 105 ℃에서 10 분간 가열 건조하여 0.2 ㎛ 두께의 전하 발생층을 형성하였다.
그 후, 모노클로로벤젠 100 중량부 중 하기 화학식의 스티릴 화합물 10 중량부 및 비스페놀 Z형 폴리카보네이트 수지 ("Z-200", 미쯔비시 가스 가가꾸사 (Mitsubishi Gas Kagaku K.K.) 제조, 점도 평균 분자량 (Mrv) = 2 x 104) 110 중량부의 용액을 전하 발생층에 침지 도포하고, 105 ℃에서 1 시간 동안 열풍으로 가열 건조하여 20 ㎛ 두께의 전하 운반층을 형성하였다.
상기 단계들을 반복하여 몇몇 감광체 반제품을 제조하였다.
전하 주입층용 코팅액을 다음과 같이 별도로 제조하였다.
우선, 하기 화학식으로 표시되는 7 ％ 불소-함유 실란 커플링제로 표면 처리된 안티몬-도핑된 산화주석 미립자 20 중량부 및 20 ％ 메틸히드로겐실리콘 오일 ("KF99", 신에쯔 실리콘사 (Shin-Etsu Silicone K.K.) 제조)로 표면 처리된 안티몬-도핑된 산화주석 미립자 30 중량부를 에탄올 150 중량부와 함께 샌드 밀에서 분산을 위해 66 시간 동안 혼합하여 분산액을 형성한 후, 여기에 폴리테트라플루오로-에틸렌 미립자 (Dv = 0.18 ㎛) 20 중량부를 가한 다음, 2 시간 동안 더 분산시켰다. 그 후, 레졸형 페놀계 수지 ("PL-4804", 군에이 가가꾸 고교사 (Gun'ei Kagaku Kogyo K.K.) 제조, 아민 촉매의 존재하에 합성, GPC로 측정된 폴리스티렌 당량 분자량 (= Mw) 약 800) 30 중량부 (수지로)를 상기에서 형성된 분산액 중에 용해시켜 코팅액을 형성하였다.
상기에서 제조한 각각의 감광체 반제품의 전하 운반층 상에 상이한 두께로 코팅액을 침지 도포한 후, 145 ℃에서 1 시간 동안 열풍으로 건조하여, 박막 두께 측정에 적용되는 빛의 간섭을 이용하는 순간 멀티-광도계 시스템 ("MCPD-2000", 오쯔까 덴시사 (Ohtsuka Denshi K.K.) 제조)에 의한 측정시 두께가 각각 1 ㎛, 2 ㎛, 3 ㎛, 4 ㎛, 7 ㎛ 및 10 ㎛인 전하 주입층을 갖는 5 개의 감광체 샘플을 얻었다 (이러한 두께는 주사 전자 현미경 (SEM) 등을 통해 감광체의 층 구역들을 직접 관찰하여 측정할 수도 있음). 코팅액은 그 안에서 양호한 입자 분산성을 나타냈으며, 불규칙성이 없는 균일한 필름 표면을 나타내는 전하 주입층을 제공하였다.
각 감광체의 탄성 변형률 We (OCL) (％) 및 We (CTL) (％)를 상기한 방법, 즉, 압입 깊이가 1 ㎛가 될 때까지 하중을 증가시킨 다음 압입 하중을 서서히 감소시켜 정점각이 136 도인 4 면체의 피라미드형 팁을 갖는 다이아몬드 인덴터를 가압하는 피셔 경도계를 사용하여 측정하였다. 각각의 We (％)는 하나의 샘플에 대해임의로 선택한 10 군데에서 측정하고, 최대값과 최소값을 제외한 8 개의 측정치를 평균하여 We (％) 값을 제공하였다.
We (OCL) (％)은 감광체 상의 각 전하 주입층에서 직접 측정하고, We (CTL) (％)은 감광체 상의 전하 주입층을 제거한 후 감광층에 대해 측정하였다.
전하 주입층을 제거하기 위해, 드럼 연마 장치 (캐논사 (Canon K.K.) 제조)를 랩핑 테이프 ("C2000", 후지 샤신 필름사 (Fuji Shashin Film K.K.) 제조)와 함께 사용하였지만, 또 다른 수단을 이용할 수도 있다. 그러나, We (CTL)은 전하 주입층 두께를 검사하거나 그 밑에 있는 감광층이 제거되지 않도록 표면 상태를 관찰하면서 전하 주입층을 완전히 제거한 후 측정해야 한다. 그러나, 과도한 연마의 결과로 감광층이 어느 정도 제거된다 하더라도, 감광층이 10 ㎛ 이상 남는다면 실질적으로 동일한 We (CTL) (％) 값이 측정될 수 있다는 것이 확인되었다.
이렇게 측정된 We (CTL) (％)은 42 ％였고, 두께가 1 ㎛, 2 ㎛, 3 ㎛, 4 ㎛, 7 ㎛ 및 10 ㎛인 5 개의 전하 주입층에서의 We (OCL) (％) 값은 이후에 설명되는 실시예 및 비교예의 값과 함께 하기 표 1에 제시한다.
상기에서 제조된 5개의 감광체 샘플 중 1 ㎛ (실시예 1), 3 ㎛ (실시예 2) 및 7 ㎛ (실시예 3)의 전하 주입층 두께를 갖는 것들은 감광체 표면을 육안으로만 검사한 후 (즉, 동일한 두께를 갖지만 상기 We (％) 측정을 한 것들과는 다름) 하기에서 설명되는 전자사진 장치를 사용하여 32 ℃/86 ％RH 환경에서 10,000 시이트에 연속 화상 형성 시험으로 화상 형성 성능을 평가하였다.
<평가용 전자사진 장치 1>
상기에서 제조된 3 개의 감광체 각각을 (전하 주입층의 두께가 1 ㎛, 3 ㎛ 및 7 ㎛인 실시예 1 내지 3), 하기에서 설명하는 대로 시판되는 레이저 빔 프린터 ("LASER JET 4000", 휴렛-패커드사 (Hewlett-Packard Corp.) 제조)를 리모델링하여 얻어진, 도 6 및 7에 나타낸 구성을 갖는 전자사진 장치에 탑재하였다.
코어 금속 (2a)을 연마한 후 우레탄 수지, 전기전도성 입자 (카본 블랙), 가황제 및 발포제로 형성된 중간 고유 저항층 (2b)으로 코팅하여 대전 롤러 (2)를 제조하여 저항이 100 킬로-ohm인 직경 12 mm, 길이 250 mm의 전도성 탄성 롤러를 제공하였다.
고유 저항이 106ohm.cm이며 평균 입도가 3 ㎛인 전기전도성 산화아연 입자를 전도체 입자 (3)로 사용하였다.
도 6 및 7에 나타낸 바와 같이, 전도체 입자 (3)를 대전 롤러 (2)와 조절 블레이드 (4) 사이에 유지하고, 전도체 입자 (3)를 소정 속도로 대전 롤러 (2)로 이송하기 위해 조절 블레이드 (4)는 대전 롤러 (2)에 인접해 있다.
감광체 (1)는 직경 30 mm의 드럼형이며, 표시된 화살표 방향으로 110 mm/초의 원주 속도로 회전하였다. 대전 롤러 (2)는 접촉 간극 (n)에서 반대 방향으로 동일한 원주 속도를 제공하기 위해 감광체 (1)에 대해 반대 방향으로 약 150 rpm으로 회전하였다. 대전 롤러 (2)의 코어 금속 (2a)에 -620 볼트의 DC 전압을 인가하였다.
그 결과, 감광체 표면은 모든 실시예 1 내지 3의 대전 롤러 (2)에 인가된 DC전압과 거의 동일한 전위 (= -610 볼트)로 대전되었다. 따라서, 이들 실시예에서 주입 대전은 대전 롤러 (2)와 감광체 (1) 사이의 접촉 간극에 조밀하게 존재하는 전도체 입자 (3)에 의해 실현되었다.
10,000 시이트의 연속적인 화상 형성 후에도 모든 실시예 1 내지 3에서 양호한 화상이 얻어졌다.
대전 전위 및 화상 형성 성능 평가 결과를 하기에서 설명하는 실시예 및 비교예의 것들과 함께 표 1에 요약한다.
실시예 4 및 5
다른 등급의 레졸형 페놀계 수지, 즉, "PL-4804" (Mw = 약 3000, 실시예 4) 및 "BKS-316" (쇼와 고분시사 (Showa Kobunshi K.K.) 제조, 아민 촉매의 존재하에 합성, 실시예 5)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 각각 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 2개의 감광체를 제조 및 평가하였다.
실시예 6 내지 8
(수지로서) 페놀계 수지 30 중량부 대신 증가량, 즉, 각각 50 중량부 (실시예 6), 100 중량부 (실시예 7) 및 150 중량부 (실시예 8)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5에서와 동일한 방법으로 각각 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 3 개의 감광체를 제조 및 평가하였다.
실시예 9
(수지로서) 페놀계 수지 15 중량부의 감소량을 사용한 것을 제외하고는 페놀계 수지 (Mw = 약 3000)를 사용하여 실시예 4에서와 동일한 방법으로 3 ㎛ 두께의전하 주입층을 갖는 감광체를 제조 및 평가하였다.
실시예 10 내지 12
전하 운반층용 결합제 수지로서 폴리카보네이트 수지 (Mrv = 2 x 104) 대신 증가된 분자량 (Mrv = 105)을 갖는 폴리카보네이트 수지를 사용한 것을 제외하고는 각각 실시예 6 내지 8과 동일한 방법으로 각각 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 3개의 감광체를 제조하였다.
실시예 13
전하 운반층용 결합제 수지로서 폴리카보네이트 수지 (Mrv = 2 x 104) 대신 증가된 분자량 (Mrv = 105)을 갖는 폴리카보네이트 수지를 사용한 것을 제외하고는 (수지로서) 페놀계 수지 15 중량부를 사용하여 제조된 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 감광체를 실시예 9에서와 동일한 방법으로 제조 및 평가하였다.
실시예 10 내지 13에서 제조된 감광체는 43.1 ％의 보다 높은 탄성 변형률 We (CTL) (％)를 나타냈는데, 이는 다른 실시예에 비해 1.1 ％가 높은 값이었다.
비교예 1 내지 3
페놀계 수지 대신 하기에 나타낸 화학식으로 표시되는 아크릴계 수지 100 중량부와 2-메틸티오크산톤 (광중합 개시제) 6 중량부를 함께 사용하여 형성된 코팅액을 사용하고, 이 코팅액층을 고압 수은 램프로 800 mW/cm2에서 30 초간 광조사하여 경화시킨 후, 120 ℃에서 열풍으로 100 분간 건조시켜 각각의 전하 주입층을 제조한 것을 제외하고는 각각 실시예 1 내지 3과 동일한 방법으로 전하 주입층의 두께가 각각 1 ㎛, 3 ㎛ 및 7 ㎛인 3 개의 감광체를 제조 및 평가하였다.
비교예 4
전도체 입자와 폴리테트라플루오로에틸렌 입자를 빼고, 페놀계 수지 대신 메틸페닐폴리실록산 ("KF-50500CS", 신에쯔 실리콘사 (Shin-Etsu Silicone K.K.) 제조)을 사용하여 수지만으로 형성된 전하 주입층을 제조한 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 감광체를 제조 및 평가하였다.
비교예 5
비교예 1에서와 동일한 방법으로 수지만으로 형성된 전하 주입층을 제조한 것을 제외하고는 실시예 10에서와 동일한 방법으로 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 감광체를 제조하였다.
비교예 5 내지 7에서 제조된 감광체는 43.1 ％의 보다 높은 탄성 변형률 We (CTL) (％)을 나타냈는데, 이는 다른 비교예에 비해 1.1 ％가 높은 값이었다.
비교예 6
전도체 입자와 폴리테트라플루오로옥틸렌 입자를 빼고, 페놀계 수지 대신 메틸페닐폴리실록산 ("KF-50500CS", 신에쯔 실리콘사 (Shin-Etsu Silicone K.K.) 제조)을 사용하여 수지만으로 형성된 전하 주입층을 제조한 것을 제외하고는 실시예 10에서와 동일한 방법으로 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 감광체를 제조 및 평가하였다.
실시예 14 내지 16
토너 재순환 공정을 포함하는 도 8을 참조로 하여 설명되는 전자사진 장치 (무클리너 시스템)에 각 감광체를 포함시킨 것을 제외하고는 실시예 1 내지 3과 동일한 방법으로 전하 주입층의 두께가 각각 1 ㎛, 3 ㎛ 및 7 ㎛인 3개의 감광체를 제조 및 평가하였다.
실시예 17 및 18
수지로 페놀계 수지 ("PL-4804", Mw = 약 800) 30 중량부 대신 다른 등급의 페놀계 수지 (증가된 분자량 Mw = 약 3000을 갖는 "PL-4084")를 각각 100 중량부 및 150 중량부로 사용한 것을 제외하고는 실시예 15에서와 동일한 방법으로 각각 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 2 개의 감광체를 제조 및 평가하였다.
실시예 19
(수지로서) 페놀계 수지 ("PL-4084", Mw = 약 800) 30 중량부 대신 (수지로서) 다른 등급의 페놀계 수지 ("BKS-316", 쇼와 고분시사 (Showa Kobunshi K.K.) 제조, 아민 촉매의 존재하에 합성) 15 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 15에서와 동일한 방법으로 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 감광체를 제조 및 평가하였다.
비교예 7 내지 9
전하 주입층의 두께가 각각 1 ㎛, 3 ㎛ 및 7 ㎛인 3 개의 감광체를 각각 비교예 1 내지 3과 동일한 방법으로 제조하고, 실시예 14 내지 16과 동일한 방법으로 평가하였다.
비교예 10
전도체 입자와 폴리테트라플루오로옥틸렌 입자를 빼고 페놀계 수지 대신 메틸페닐폴리실록산 ("KF-50500CS", 신에쯔 실리콘사 (Shin-Etsu Silicone K.K.) 제조)을 사용하여 수지만으로 형성된 전하 주입층을 제조한 것을 제외하고는 실시예 15에서와 동일한 방법으로 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 감광체를 제조 및 평가하였다.
실시예 20
DC -620 볼트와 AC 피크투피크 전압 Vpp 200 볼트의 AC/DC 중첩 전압을 (DC -620 볼트 단독 대신) 대전 롤러 (2)에 인가한 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 감광체를 제조 및 평가하였다.
비교예 11
제 1 대전 롤러에 -620 볼트의 DC 전압을 인가하고 클리닝 수단을 없애기 위해 시판되는 레이저 빔 프린터 ("LASER JET 4000")를 리모델링하여 얻어진 전자사진 장치를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 감광체를 제조 및 평가하였다.
비교예 12
DC -620 볼트와 AC 피크투피크 전압 Vpp 200 볼트의 AC/DC 중첩 전압을 (DC-620 볼트 단독 대신) 제 1 대전 롤러에 인가한 것을 제외하고는 비교예 11에서와 동일한 방법으로 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 감광체를 제조 및 평가하였다.
실시예 21
레졸형 페놀계 수지 ("Pli-O-Phen J-325", 다이 닛폰 잉크 가가꾸 고교사 (Dai Nippon Ink Kagaku Kogyo K.K.) 제조, 암모니아 촉매의 존재하에 합성, 고형 물질 함량 = 70 ％)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 3 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 감광체를 제조 및 평가하였다.
첨언하면, 유사하게 제조된 10 ㎛ 두께의 전하 주입층은 베나르 세포 (Benard cell)가 나타났다.
추가로, 상기 설명된 방법으로 제조된 전하 주입층용 코팅액은 제조한지 3일 후 겔화를 일으켰다.
비교예 13
Ta2O5-도핑된 산화주석 입자 100 중량부, 레졸형 페놀계 수지 ("Pli-O-Phen J-325", 다이 닛폰 잉크 가가꾸 고교사 (Dai Nippon Ink Kagaku Kogyo K.K.) 제조, 암모니아 촉매의 존재하에 합성) 90 중량부를 분산시켜 제조된 코팅액을 전하 운반층 상에 분무시키고, 코팅액층을 140 ℃에서 30 분간 가열하여 전하 주입층을 제조한 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 4 ㎛ 두께의 전하 주입층을 갖는 감광체를 제조하였다.
유사한 방법으로 제조되었지만 그 두께는 1, 2, 3, 4, 7 및 10 ㎛로 상이한5개의 감광체는 표 1에서 제시된 We (OCL) (％) 값을 나타냈으며, 이는 본 발명에서 한정된 범위보다 더 낮은 값이었다. 이는 아마도 실시예 21에 비해 낮은 고형 물질 함량, 용매의 높은 비점, 낮은 경화 온도, 짧은 경화 시간과 같은 요인 때문이다.
두께가 7 ㎛ 및 10 ㎛인 전하 주입층은 베나르 세포가 나타났다. 코팅액은 제조한지 5일 후에 겔화를 일으켰다.
상기 실시예 및 비교예에 대한 We (OCL) 값 및 평가 결과들을 포괄적으로 하기 표 1에 나타내었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 흠집의 발생에 대해 높은 내구성을 나타내는 동시에, 효율적인 주입 대전 시스템을 실현하고 고습 환경 하에서의 연속적인 화상 형성 후에도 대전 시스템 특유의 포그가 발생하지 않는 고품질의 화상을 안정적으로 제공할 수 있는 전자사진 장치 및 그를 위한 프로세스 카트리지를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명을 본원에 기술된 구조에 대해서 기재하였지만, 본 발명은 본원에 제시된 상세한 구조에만 한정되지 않으며, 개선의 목적내에서, 또는 첨부된 특허청구범위 내에서 가능한 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 전자사진 감광체 및 대전 수단을 포함하며,
    대전 수단은 전기전도성 및 탄성의 표면을 갖는 전도체 입자 전달 부재, 및 입도가 10 nm 내지 10 ㎛이고 감광체와 접촉하여 배치되도록 전달 부재로 전달되는 전도체 입자를 포함함으로써 전하를 직접 감광체에 주입하여 감광체를 대전시키며,
    감광체는 지지체상에 표면층으로서 감광층 및 전하 주입층이 이 순서대로 배치되어 있으며, 전하 주입층의 두께를 d (㎛), 탄성 변형률을 We (OCL) (％)이라 할 때, 감광층의 탄성 변형률 We (CTL) (％)에 대해 하기 수학식 1의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 하는 전자사진 장치.
    [수학식 1]
  2. 제 1 항에 있어서, 두께 d (㎛), We (OCL) (％) 및 We (CTL) (％) 이 하기 수학식 2도 충족시키는 전자사진 장치.
    [수학식 2]
  3. 제 1 항에 있어서, 전하 주입층이 경화 수지를 포함하는 전자사진 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 경화 수지가 레졸형 페놀계 수지를 포함하는 전자사진 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 레졸형 페놀계 수지가 아민 화합물 촉매의 존재하에 합성된 것인 전자사진 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 전하 주입층이 전기전도성 입자를 함유하는 전자사진 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 전하 주입층이 윤활 입자를 포함하는 전자사진 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 전하 주입층의 두께가 1 내지 7 ㎛인 전자사진 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 전도체 입자의 고유 저항이 1010ohm.cm 이하인 전자사진 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 전도체 입자 전달 부재에 대한 전도체 입자의 피복률이0.2 내지 1.0인 전자사진 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 전도체 입자 전달 부재 및 감광체가 그들 사이의 접촉 위치에서 상호 반대 방향으로 움직이는 전자사진 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 전도체 입자 전달 부재의 저항이 104내지 107ohm인 전자사진 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 전도체 입자 전달 부재의 Asker C 경도가 25 내지 50 deg.인 전자사진 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 전도체 입자 전달 부재가 탄성 발포체를 포함하는 표면층을 갖는 전자사진 장치.
  15. 전자사진 장치에 탈착 가능하게 탑재가능한 유닛을 형성하도록 일체형으로 지지된 전자사진 감광체 및 대전 수단을 포함하며,
    대전 수단은 전기전도성 및 탄성의 표면을 갖는 전도체 입자 전달 부재, 및 입도가 10 nm 내지 10 ㎛이고 감광체와 접촉하여 배치되도록 전달 부재로 전달되는 전도체 입자를 포함함으로써 전하를 직접 감광체에 주입하여 감광체를 대전시키며,
    감광체는 지지체상에 표면층으로서 감광층 및 전하 주입층이 이 순서대로 배치되어 있으며, 전하 주입층의 두께를 d (㎛), 탄성 변형률을 We (OCL) (％)이라 할 때, 감광층의 탄성 변형률 We (CTL) (％)에 대해 하기 수학식 1의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
    [수학식 1]
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