KR20080052498A - 전자사진 감광체 및 이를 포함하는 전자사진 화상형성장치 - Google Patents

전자사진 감광체 및 이를 포함하는 전자사진 화상형성장치 Download PDF

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Abstract

전자사진 화상형성 장치용 전자사진 감광체로서, 도전성 기체(基體); 상기 도전성 기체상에 형성된 감광층; 및 상기 도전성 기체 및 상기 감광층의 사이에 배치된 하인층을 포함하고，상기 하인층이 포화흡수율이 3% 이하의 직쇄형 알코올 가용성 나일론 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체 및 이를 구비하는 전자사진 화상형성장치가 개시된다. 본 발명에 따른 감광체는 하인층의 나일론 바인더 수지로서 포화흡수율이 작고 분산안정성(보존안정성)이 우수한 나일론 수지를 사용함으로써 전기적 특성 및 화상특성의 감소된 환경의존성을 갖는다. 특히 본 발명의 감광체는 저온 및 저습도(L/L)조건에서 반복 인쇄후에도 고스트 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

전자사진 감광체 및 이를 포함하는 전자사진 화상형성장치{Electrophotographic photoreceptor and electrophotographic imaging apparatus employing the same}
본 발명은 전자사진 감광체 및 이를 채용한 전자사진 화상형성장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적 특성 및 화상특성의 감소된 환경의존성을 갖는 전자사진 감광체 및 이를 채용한 전자사진 화상형성장치에 관한 것이다.
레이저 프린터, 복사기 등의 전자사진법에 있어서, 도전성 지지체 상에 감광층을 구비하는 플레이트, 디스크, 시트, 벨트, 드럼 등의 형태의 전자사진 감광체는, 먼저 감광층의 표면을 균일하게 정전기적으로 대전시키고, 대전된 표면을 광 패턴에 노광시킴으로써 화상이 형성된다. 노광은 표면에 광이 충돌된 조사 영역의 전하를 선택적으로 소산시킴으로써, 대전 및 비대전 영역의 패턴, 이른바 잠상(latent image)을 형성하게 된다. 다음으로, 습식 또는 건식 토너가 잠상의 인접 부위에 제공되고, 토너 방울 또는 입자가 대전된 또는 비대전된 영역 중 어느 하나의 인접 부위에 부착되어 감광층의 표면위에 토너 화상(toned image)을 형성한다. 결과물인 토너 화상은 종이와 같은 적당한 최종 또는 중간 수용 표면으로 전사되거 나, 또는 감광층이 화상에 대한 최종 수용체로서 기능할 수 있다.
전자사진 감광체는 감광층의 구조를 기준으로 크게 두가지 유형으로 구분된다. 제1 유형은 적층형 감광층으로서 바인더 수지와 전하발생물질(CGM; charge generating material)을 포함하는 전하발생층(CGL; charge generating layer)과, 바인더 수지와 전하수송물질(주로 정공수송물질(HTM; hole transporting material)을 포함하는 전하수송층(CTL; charge transporting layer)의 이층구조를 가지며, 일반적으로 (-)형의 전자사진 감광체의 제조에 이용된다. 제2 유형은 단층형 감광층으로서 바인더 수지, 전하발생물질, 정공수송물질 및 전자수송물질(ETM; electron transporting material)을 모두 한 층에 포함하는 구조이며, 일반적으로 (+)형의 전자사진 감광체의 제조에 이용된다.
한편 전자사진 감광체에 있어서 이러한 감광층은 도전성 지지체위에 형성된다. 이외에 도전성 지지체와 감광층의 사이에는 下引層(undercoat layer)이 형성될 수 있다. 하인층은 도전성 지지체로부터 감광층으로의 정공주입 억제를 통한 화상특성 향상, 지지체와 감광층의 접착성 개선, 감광층의 절연파괴(dielectric breakdown) 방지, 도전성지지체의 표면결함 피복 등의 역할을 한다. 이러한 하인층으로서는 알루미늄 양극산화피막(알루마이트층), 산화알루미늄층, 수산화 알루미늄층 등의 무기층이 주로 사용되었지만, 최근에는 코스트 절감을 위해서 무기입자와 고분자 수지 바인더로 구성된 하인층이 주로 사용되고 있다.
하인층의 바인더 수지로서는 열경화성 수지와 열가소성 수지가 모두 사용될 수 있다. 열가소성 수지를 이용하면, 하인층 도포 후의 건조 및 냉각 공정이 불필 요하고, 또한 도포액의 저장 수명(shelf life)도 길어지기 때문에 경제적이다. 열가소성 수지 중에서도, 지지체와의 접착성, 내용제성, 도포성, 전기적 배리어 특성(barrier property)을 고려해, 알코올 가용성 나일론 수지가 주로 사용되고 있다.
일본 특허공고 평7-43544호는 20℃에서 수중 포화 흡수율이 10% 이하이고, 또한 나일론 11 또는 나일론 12의 적어도 어느 하나를 30 내지 70 중량% 함유하는 공중합 폴리아미드 수지로 이루어진 하인층을 구비한 전자사진 감광체를 개시한다. 그러나 이와 같이 나일론 6, 66, 610, 11, 또는 12 등의 직쇄 반복단위 구조의 아미드 성분만으로 이루어진 나일론 수지를 사용하는 경우, 이 직쇄형 나일론의 포화흡수율이 높으면 전자사진 감광체의 전기적 특성 및 화상 특성의 환경의존성이 증가되는 경향이 있다. 반대로 포화흡수율이 낮은 경우에는 전기적 특성 및 화상 특성의 환경의존성은 개선되지만, 겔화 및 침전이 일어나기 쉬워 하인층용 도포액의 분산안정성이 불량한 경향이 있다.
상기한 환경의존성을 개선하기 위한 하나의 대책으로서, 알코올 가용성 나일론 수지와, 표면흡착수를 감소시키기 위해 실리콘 등으로 소수성 표면 처리한 금속산화물 입자의 조합을 포함하는 조성물을 이용하여 하인층을 형성하는 기술이 개시된 바 있다.
이외에, 상기한 문제점을 개선할 수 있도록 하인층에 요구되는 일반적 특성을 효과적으로 만족시킬 수 있는 전자사진 감광체를 얻기 위하여, 특수한 분자구조를 갖는 나일론 수지를 하인층의 바인더 수지로서 채용한 감광체를 개시한 특허문 헌으로서는 다음과 같은 것이 있다.
미국 특허 5,173,385호는 시클로헥실기를 포함하는 특정 구조의 디아민 성분을 포함하는 공중합 폴리아미드를 바인더 수지로서 사용하는 하인층을 구비하는 전자사진 감광체를 개시한다.
일본 공개특허 공보 제2003-316047호는 직쇄가 아닌 반복단위 구조의 아미드 성분이 10몰% 이상인 폴리아미드 수지를 바인더 수지로서 포함하는 하인층을 구비하는 전자사진 감광체를 개시한다.
이와 같은 비직쇄형 알코올 가용성 나일론 수지는 포화흡수율이 낮아져서 전기적 특성 및 화상 특성의 환경의존성은 개선시킬 수 있지만, 특수한 구조의 모노머를 사용하여야 하기 때문에 비용상승의 원인이 된다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점들을 해결하여 직쇄형 알코올 가용성 나일론 수지를 바인더 수지로 사용하면서도 개선된 환경의존성을 갖는 하인층을 구비하는 전자사진 감광체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 직쇄형 알코올 가용성 나일론 수지를 바인더 수지로 사용하면서도 특히 저온 저습도 조건에서 고스트 현상을 방지할 수 있는 하인층을 구비하는 전자사진 감광체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 특성을 갖는 전자사진 감광체를 구비한 전자사진 화상형성장치를 제공하는 것이다.
상기 목적 및/또는 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일태양은
전자사진 화상형성 장치용 전자사진 감광체로서,
도전성 기체(基體);
상기 도전성 기체상에 형성된 감광층; 및
상기 도전성 기체 및 상기 감광층의 사이에 배치된 하인층을 포함하고，
상기 하인층이 포화흡수율이 3% 이하의 직쇄형 알코올 가용성 나일론 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체를 제공한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 태양은,
전자사진 감광체;
상기 전자사진 감광체의 감광층을 대전시키는 대전장치;
레이저광을 이용하는 노광에 의해 상기 전자사진 감광체의 감광층 표면에 정전잠상을 형성하는 노광장치; 및
상기 정전잠상을 현상하는 현상장치를 구비한 전자사진 화상형성장치로서,
상기 전자사진 감광체는 도전성 기체; 상기 도전성 기체상에 형성된 감광층; 및 상기 도전성 기체 및 상기 감광층의 사이에 배치된 하인층을 포함하고，상기 하인층이 포화흡수율이 3% 이하의 직쇄형 알코올 가용성 나일론 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치를 제공한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 전자사진 감광체는 하인층의 바인더 수지로서 경제적인 직쇄형 알코올 가용성 나일론 수지를 사용하면서도 개선된 환경의존성 및 특히 저온 저습도 조건에서 우수한 화상특성을 갖는다. 이는 주로 포화수분율이 3.0% 이하인 직쇄형 알코올 가용성 나일론 수지의 사용에 따른 것으로 생각된다. 특히 본원 발명의 전자사진 감광체의 하인층용 바인더 수지로서 사용되는 상기 직쇄형 나일론 수지는 포화흡수율이 낮으면서도 분산안정성이 우수하여 이를 포함하는 하인층용 조성물은 겔화 및 침전생성이 일어나기 어렵기 때문에 감광체 제조 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 "직쇄형 나일론 수지"라 함은 나일론 수지의 분자구조중에서 아미드 결합사이에 시클릭 탄화수소 잔기 또는 방향족 탄화수소 잔기를 포함하지 않 고 직쇄형 지방족 탄화수소 잔기만으로 이루어진 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 전자사진 감광체 및 전자사진 화상형성장치에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 전자사진 감광체는 전자사진 화상형성 장치용 전자사진 감광체로서, 도전성 基體; 상기 도전성 기체상에 형성된 감광층; 및 상기 도전성 기체 및 상기 감광층의 사이에 배치된 하인층을 포함하고，상기 하인층이 포화흡수율이 3% 이하의 직쇄형 알코올 가용성 나일론 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전자사진 감광체는 도전성 지지체상에 하인층 및 감광층이 형성된 구조로 되어 있다. 도전성 지지체로서는 예를 들면 알루미늄, 스테인레스 스틸, 구리, 니켈 등의 금속재료, 표면에 알루미늄, 구리, 팔라듐, 산화주석, 산화인듐 등의 도전층을 형성한 폴리에스테르 필름, 종이, 유리 등의 절연성 지지체가 사용된다. 도전성 지지체의 형태는 드럼, 파이프, 벨트, 플레이트 등을 포함한다.
도전성 지지체와 감광층의 사이에 하인층이 형성된다. 하인층은 무기입자 및 포화흡수율이 3.0% 이하, 바람직하게는 2.5% 이하의 직쇄형 나일론 바인더 수지를 포함한다.
상기 나일론 바인더 수지는 이에 한정되지 않지만 포화흡수율이 3.0% 이하인 직쇄형 나일론 수지라면 특별히 제한되지 않는다. 이의 구체적인 예는 나일론 6-66-610의 3원 나일론 공중합체, 나일론 6-66-610-612 4원 나일론 공합체 등을 포함한다. 또는 이들 3원 나일론 공중합체 및/또는 나일론 6-66-610-612 4원 나일론 공합체에 나일론 6, 나일론 66, 나일론 11, 및 나일론 12, 나일론 610, 및/또는 나일 론 612을 적당량 혼합함으로써 포화흡수율을 3.0% 이하로 조절한 나일론 알로이; 또는 나일론 6, 나일론 66, 나일론 11, 및 나일론 12, 나일론 610, 및/또는 나일론 612을 적당량 혼합함으로써 포화흡수율을 3.0% 이하로 조절한 나일론 알로이도 사용될 수 있다. 이 중에서도 유기용매에 대한 용해성, 도전성 지지체에 대한 접착성, 기계적 특성, 포화흡수율 및 코스트의 관점에서 나일론 6-66-610의 3원 나일론 공중합체가 바람직하다. 여기서, 포화흡수율은 ASTM D570에 규정된 방법에 의해 측정된 것으로서, 20℃의 물중에 시료를 침지한 후에 경시적으로 증가하는 흡수율의 포화치를 의미한다. 나일론 바인더 수지의 포화흡수율이 3.0%를 초과하면, 감광체의 전기적 특성 및 화상 특성의 환경의존성이 증가하고, 또한 특히 저온 저습도 조건에서 고스트 현상 방지 특성이 저하된다. 이와 같은 조건을 만족하는 나일론 공중합 수지의 구체적인 예로서는 Shakespeare사로부터 상품명 SVP-651로 입수할 수 있는 나일론 6-66-610의 3원 나일론 공중합체를 들 수 있다.
상기한 본 발명에서 사용되는 하인층용 나일론 바인더 수지를 사용하여, 메탄올/1-프로판올=8/2(중량비)의 혼합 알코올 용매 중에 상품명 SVP-651와 같은 상기 나일론 바인더 수지 함량이 6중량%이고, 무기입자 함량이 9중량%(총고형분 함량 15중량%)가 되도록 하인층용 조성물을 조제하였을 때, 상기 조성물의 조제후 1개월이 경과한 시점에서의 상기 조성물의 점도상승율은 20℃에서 측정하였을 때 10% 이하인 것이 바람직하고, 7% 이하인 것 더욱 바람직하고, 3% 이하인 것이 가장 바람직하다. 점도상승율이 10% 보다 크면, 침지도포를 하는 경우 하도층 두께가 두껍게 될 염려가 크므로 작업성을 고려하여 점도상승율이 10% 이하인 것이 바람직하다.
상기한 나일론 바인더 수지의 분자량은 도전성 지지체상에 고분자 필름을 형성할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 수평균 분자량이 10,000 내지 20,000인 것이 적당하다. 수평균 분자량은 고분자 공업 분야에서 알려진 겔침투 크로마토그래피법(GPC법), 말단기 정량법, 점도법, 및 광산란법 등을 이용하여 측정할 수 있지만, 겔침투 크로마토그래피법으로 측정하는 것이 편리하다. 수평균 분자량이 10,000 미만이면, 하도층의 기계적 강도가 불충분할 염려가 있다. 수평균 분자량이 20,000을 초과하면, 하도층용 조성물의 점도가 커져서 작업성이 나빠질 염려가 있다.
본 발명의 하인층은 상기한 나일론 바인더 수지상에 분산되어 있는 금속산화물 입자와 같은 무기입자를 포함한다. 이러한 금속산화물의 구체적인 예는 산화티타늄, 산화철, 산화주석, 산화알루미늄, 산화아연, 산화세륨, 산화크롬, 산화마그네슘, 산화규소, 산화지르코늄 등을 포함한다. 상기 금속산화물 입자는 N형 반도체성 입자인 것이 바람직하다. N형 반도체성 입자는 도전성 캐리어가 전자인 특성을 갖는 입자이다. 즉, 도전성 캐리어가 전자인 특성을 갖기 때문에, 이 N형 반도체성 입자를 바인더 수지중에 포함하는 하인층은 도전성 지지체로부터의 정공주입을 효율적으로 블로킹하며, 또한 감광층으로부터의 전자에 대해서는 블로킹성이 작은 특성을 갖는다. N형 반도체성 입자의 구체적인 예는 산화티타늄, 산화아연, 산화주석, 산화알루미늄 등을 포함하며, 본 발명에서는 산화티타늄이 바람직하게 사용된다.
본 발명에서 사용되는 무기입자의 평균 1차 입경은 수평균 일차입자경으로 10nm ~ 200nm인 것이 바람직하며, 15nm ~ 100nm인 것이 더 바람직하다. 10nm 미만이면, 무기입자가 쉽게 응집하여 침전된다. 200nm 보다 큰 경우에도, 하인층용 조성물의 무기입자의 침전이 발생하기 쉽다. 이 때문에 하인층에서의 무기입자의 분산균일성이 나빠진다. 수평균 일차입자경은 입자의 투과형 전자현미경(TEM) 사진으로부터 직접 입자경을 구할 수 있다. ImageJ와 같은 화상처리 소프트웨어로 해석하면 수평균 일차입자경을 산출할 수 있다. 이 경우 적어도 100개 이상의 무기입자를 관찰하여 그 장경(長徑)의 평균값을 구하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 무기입자의 형상은 수지상, 침상 및 입상 등을 포함한다. 이러한 형상의 무기입자는 산화티타늄의 경우 결정형으로서 아나타제형 및 루타일형일 수 있다. 이들 중 어느 결정형의 것을 사용해도 무방하며, 2종류 이상의 결정형을 혼합하여 사용해도 무방하다. 이중에서도 루타일형이며 또한 입상의 산화티타늄이 바람직하다. 또한 아모퍼스형 산화티타늄도 사용될 수 있다. 한편, 분산성, 환경의존성 및 전기특성을 개선시키기 위하여 알루미나, 지르코니아, 실리카 및/또는 실리콘 수지로 표면처리된 무기입자가 사용될 수 있다.
상기 나일론 바인더 수지와 무기입자의 함량비는 특별히 한정되지 않지만, 하인층용 조성물의 분산안정성 및 전기적 특성의 측면에서 나일론 바인더 수지 100 중량부에 대하여 무기입자 20 ~ 350 중량부의 비율이 바람직하고, 무기 집자 30 ~ 250 중량부의 비율이 더 바람직하다. 무기입자의 함량을 상기 범위로 유지함으로써 무기입자의 분산안정성 및 감광체의 전기적 특성이 양호하다.
하인층의 두께는 0.05 ~ 10㎛가 바람직하고, 0.1 ~ 5㎛의 범위가 더 바람직 하고, 0.1 ~ 2㎛가 가장 바람직하다. 하인층의 두께가 0.05 ㎛ 미만이면 하인층이 너무 얇아서 정공 블로킹 특성 및 감광체의 절연파괴 방지효과가 불충분하며, 10㎛를 초과하면 저온저습 조건에서의 전기특성 및 화상특성이 불량해지는 경향이 있다.
상기 하인층의 위에는 적층형 또는 단층형 감광층이 형성된다. 그러나, 상기 감광층으로서는 전하발생층 및 전하수송층이 차례로 형성된 적층형 감광층이 화상특성을 향상시킬 수 있는 측면에서 바람직하다. 즉, 본 발명의 감광층은 바람직하게는 상기 하인층상에 형성된 전하발생층으로서 바인더 수지내에 분산 또는 용해된 프탈로시아닌계 전하발생물질을 포함하는 전하발생층; 및 상기 전하발생층상에 형성된 전하수송층으로서 바인더 수지내에 분산 또는 용해된 전하수송물질을 포함하는 전하수송층을 포함하는 복층형 감광층이다.
상기 전하발생층의 두께는 0.05~2㎛, 바람직하게는 0.1~1.0㎛이다. 전하발생층의 두께가 0.05㎛ 미만이면 감광도이 충분하지 않고, 2㎛를 초과하면 전기적 특성 및 화상 특성이 저하되는 경향이 있다. 본 발명의 전하발생층에 있어서 전하발생물질 및 바인더 수지의 함량은 특별히 제한되지 않으며 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 범위내에서 필요에 따라 선택될 수 있다. 예를 들면, 전하발생물질의 함량은 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 10 ~ 500 중량부의 범위, 바람직하게는 50 ~ 300 중량부일 수 있다. 10 중량부 미만이면, 전하발생량이 불충분하기 때문에 감광도가 부족하여 잔류전위가 커지는 경향이 있으므로 바람직하지 않고, 또한 500 중량부 보다 많으면 감광층중의 수지의 함유량이 작아져서 하인층에의 부 착력이 저하하고 전하발생물질의 분산안정성이 저하되는 경향이 있으므로 바람직하지 않다.
상기 프탈로시아닌계 전하발생물질은 무금속 프탈로시아닌계 안료, 티타닐옥시 프탈로시아닌계 안료, 티타닐 프탈로시아닌 안료, 구리 프탈로시아닌 안료 또는 히드록시갈륨프탈로시아닌계 안료 등이 광효율의 측면에서 바람직하다. 상기 프탈로시아닌계 전하발생물질은 소망하는 영역에서 흡수파장을 갖도록 단독으로 사용되거나 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 상기 프탈로시아닌계 전하발생물질 이외에 페릴렌계 안료, 비스아조계 안료, 비스벤조이미다졸계 안료, 무금속 나프탈로시아닌안료, 금속 나프탈로시아닌계 안료, 스쿠아라인계 안료, 스쿠아릴륨(squarylium)계 안료, 트리스아조계 안료, 인디고계 안료, 아줄레늄계 안료, 퀴논계 안료, 시아닌계 안료, 피릴륨(pyrylium)계 안료, 안트라퀴논계 안료, 트리페닐메탄계 안료, 스렌계 안료, 톨루이딘계 안료, 피아졸린계 안료, 퀴나크리돈계 안료와 같은 유기안료가 함께 사용될 수 있다.
전하수송층의 두께는 바람직하게는 2~50㎛, 더욱 바람직하게는 5~40㎛, 더더욱 바람직하게는 10~35㎛이다. 전하수송층의 두께가 2㎛ 미만이면 두께가 너무 얇아 전하수송층을 마련한 효과가 불충분하며, 50㎛를 초과하면 화상 특성이 저하되는 경향이 있다. 본 발명의 전하수송층에 있어서 상기 전하수송물질 및 바인더 수지의 함량은 특별히 제한되지 않으며 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 범위내에서 필요에 따라 선택될 수 있다. 예를 들면, 전하수송물질의 함량은 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 10 ~ 300 중량부, 바람직하게는 30 ~ 120 중량부의 범위일 수 있다. 10 중량부 미만이면, 전하수송능이 불충분하기 때문에 감광도가 부족하여 잔류전위가 커지는 경향이 있으므로 바람직하지 않고, 또한 300 중량부 보다 많으면 감광층중의 수지의 함유량이 작아져서 기계적 강도가 저하하는 경향이 되므로 바람직하지 않다.
전하수송층의 바인더 수지내에 분산 또는 용해된 전하수송물질은 정공수송물질 및/또는 전자수송물질일 수 있다. 상기 정공수송물질은 저분자화합물로서는 예를 들면, 피렌계, 카르바졸계, 히드라존계, 옥사졸계, 옥사디아졸계, 피라졸린계, 아릴아민계, 아릴메탄계, 벤지딘계, 티아졸계, 스틸벤계, 부타디엔계 등의 화합물을 포함한다. 또한, 상기 정공수송물질은, 고분자 화합물로서는, 예를 들면, 폴리-N－비닐카바졸, 할로겐화 폴리-N－비닐카바졸, 폴리비닐피렌, 폴리비닐안트라센, 폴리비닐아크리딘, 피렌-포름알데히드 수지, 에틸카바졸-포름알데히드 수지, 트리페닐메탄 폴리머, 폴리실란 등을 포함한다. 전자수송물질은 예를 들면, 벤조퀴논계, 테트라시아노에틸렌계, 테트라시아노퀴노디메탄계, 플루오레논계, 크산톤계, 페난트라퀴논계, 무수프탈산계, 디페노퀴논계, 스틸벤퀴논계, 나프탈렌계, 티오피란계 등의 전자흡인성 저분자 화합물을 포함한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 전자수송성의 고분자 화합물이나, 전자수송성을 갖는 안료 등도 사용될 수 있다.
본 발명의 전자사진 감광체에 있어서 전하수송물질은 상기한 것을 단독으로 이용할 수 있지만, 2 종류 이상의 전하수송물질을 혼합하여 이용할 수도 있다.
본 발명의 감광층에서 사용될 수 있는 바인더 수지로서는 예를 들면, 폴리카 보네이트, 폴리에스테르, 메타크릴 수지, 아크릴 수지, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리비닐아세테이트, 스티렌-부타디엔 공중합체, 염화비닐리덴-아크릴로니트릴 폴리머, 염화비닐-초산비닐 공중합체, 염화비닐-초산비닐-무수말레산 공중합체, 실리콘 수지, 실리콘-알키드 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 스티렌-알키드 수지, 폴리-N－비닐카바졸, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐포르말, 폴리술폰, 카제인, 젤라틴, 폴리비닐알코올, 에틸 셀룰로오스, 페놀 수지, 폴리아미드, 카르복시메틸셀룰로오스, 염화비닐리덴계 폴리머 라텍스, 폴리우레탄 등을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이러한 결착 수지는 단독 또는 2 종류 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
특히 감광층의 표면층인 전하수송층의 바인더 수지로서는 폴리카보네이트 수지, 그중에서도 비스페놀 A로부터 유도된 폴리카보네이트-A 보다 시클로헥실리덴 비스페놀로부터 유도된 폴리카보네이트-Z 또는 메틸비스페놀 A로부터 유도된 폴리카보네이트-C를 이용하는 것이 이 수지의 높은 내마모성을 이용할 수 있어서 바람직하다.
상기 감광층 및 하인층은 또한 상기한 바인더 수지와 함께, 분산 안정제, 가소제, 표면개질제, 산화방지제, 광열화방지제 등의 첨가제가 사용될 수 있다.
가소제로서는, 예를 들면, 비페닐, 염화비페닐, 터페닐, 디부틸 프탈레이트, 디에틸렌글리콜 프탈레이트, 디옥틸 프탈레이트, 트리페닐 인산, 메틸나프탈렌, 벤조페논, 염소화 파라핀, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 각종 플루오르 탄화수소 등을 들 수 있다.
표면 개질제로서는, 예를 들면, 실리콘 오일, 불소 수지 등을 들 수 있다.
산화 방지제로서는, 예를 들면, 페놀계 화합물, 황계 화합물, 인계 화합물, 아민계 화합물 등의 산화 방지제를 들 수 있다.
광열화 방지제로서는, 예를 들면, 벤조트리아졸계 화합물, 벤조페논계 화합물, 힌더드 아민계 화합물 등을 들 수 있다.
본 발명의 전자사진 화상형성장치는 상기한 본 발명의 전자사진 화상형성장치를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전자사진 화상형성장치의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 도면번호 1로 나타낸 것은 반도체 레이저이다. 제어회로(11)에 의해 화상정보에 따라 신호변조된 레이저광은 방출후 보정광학계(2)를 통하여 평행화되어, 회전다면경(3)에 의해 반사되어 주사운동을 한다. 레이저광은 f-θ 렌즈(4)에 의해 전자사진 감광체(5)의 표면상에 집광되어 화상정보의 노광을 행한다. 전자사진 감광체는 미리 대전장치(6)에 의해 대전되어 있으므로 이 노광에 의하여 표면에 정전잠상이 형성되며, 이어서 현상장치(7)에 의해 가시화상화된다. 이 가시화상은 전사장치(8)에 의해 종이 등의 화상수용체(12)에 전사되어, 정착장치(10)에서 정착되어 프린트물로서 제공된다. 전자사진 감광체는 표면에 잔존하는 착색제를 크리닝장치(9)에 의해 제거하여 반복하여 사용될 수 있다. 한편 여기서는 전자사진 감광체는 드럼 형태의 것으로 도시되어 있으나, 위에서 설명한 바와 같이 시트상, 벨트상일 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 이는 예시를 위 한 것으로서 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
하인층용 도포액 1의 조제
수중에서의 포화흡수율이 2.5%인 나일론 6-66-610의 3원 나일론 공중합체 (상품명: SVP-651, Shakespeare사제) 30g을 혼합 알코올 용매(메탄올/1-프로판올=8/2(중량비)) 235g에 용해시켜서 나일론 공중합체 용액을 얻었다. 이 용액에, 미리 볼 밀에 의해 분산시킨, 평균 일차 입경 30~50nm이며 표면처리되지 않은 이산화티타늄 입자(상품명: TTO-55N, 이시하라산업(주)제)의 혼합 알코올 슬러리(고형분농도 17.0중량%) 265g을 혼합하였다. 이 혼합물을 초음파를 이용하여 더욱 분산시켜서 고형분 농도 15중량%이며 또한 이산화티타늄 입자(TTO-55N)/나일론 공중합체 =1.5/1(중량비) 조성의 하인층용 도포액 1을 얻었다.
하인층용 도포액 2의 조제
나일론 공중합체 SVP-651 대신에 수중에서의 포화흡수율이 3.4%인 나일론 6-66-610-12의 4원 나일론 공중합체(상품명: AMILAN CM8000, 토오레이(주)제)를 사용한 것을 제외하고는, 하인층용 도포액 1의 조제방법과 동일한 방법을 이용하여 고형분 농도 15중량%이며 또한 이산화티타늄 입자(TTO-55N)/나일론 공중합체=1.5/1(중량비) 조성의 하인층용 도포액 2를 얻었다.
하인층용 도포액 3의 조제
나일론 공중합체 SVP-651 대신에 수중에서의 포화흡수율이 3.1%인 나일론 6-66-610의 3원 나일론 공중합체(상품명: TT65SI, Shakespeare사제)를 사용한 것을 제외하고는, 하인층용 도포액 1의 조제방법과 동일한 방법을 이용하여 고형분 농도 15중량%이며 또한 이산화티타늄 입자(TTO-55N)/나일론 공중합체=1.5/1(중량비) 조성의 하인층용 도포액 3을 얻었다.
하인층용 도포액 4의 조제
나일론 공중합체 SVP-651 대신에 포화흡수율이 3.1%인 나일론 6-66-610의 3원 나일론 공중합체(상품명: Elvamide 8061, Dupont사제)를 사용한 것을 제외하고는, 하인층용 도포액 1의 조제방법과 동일한 방법을 이용하여 고형분 농도 15중량%이며 또한 이산화티타늄 입자(TTO-55N)/나일론 공중합체=1.5/1(중량비) 조성의 하인층용 도포액 4를 얻었다.
전하발생층 ( CGL ) 도포액의 제조
τ형 무금속 프탈로시아닌 입자 9.5 중량부 및 γ형 티타닐옥시 프탈로시아닌(y-TiOPc) 입자 0.5중량부에, 폴리비닐부티랄(PVB) 바인더수지(PVB 6000-C, DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA) 5 중량부 및 테트라히드로퓨란(THF) 100 중량부를 혼합하였다. 이 혼합물을 약 2 시간 동안 샌드밀링한 후 다시 초음파 처리하여 CGL 도포액을 얻었다.
전하수송층 ( CTL ) 도포액의 제조
전하수송물질로서 하기 화합물 (1) 51 중량부와 하기 화합물 (2) 27 중량부, 폴리카보네이트 수지(상품명: B500, 이데미츠코산사제) 100중량부, 및 실리콘 오일(상품명: KF-50, 일본 신에츠사제) 0.1중량부를 테트라히드로퓨란/톨루엔=534중량부/178중량부의 혼합용제에 용해시켜서 CTL 도포액을 얻었다.
Figure 112007088247213-PAT00001
(1),
Figure 112007088247213-PAT00002
(2).
점도 상승률 측정
위에서 얻은 하인층용 조성물을 각각 바이알 병에 밀봉하여 실온에서 방치한 후, 방치후의 하인층용 조성물의 상태를 관찰했다. 하인층용 조성물 1 및 2의 경우에는 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 20℃에서 1개월 이상 방치해도 점도 상승이 거의 없이 안정하였다. 그러나 하인층용 조성물 3, 및 4의 경우, 1주간 이내에 겔화가 일어났다.
[표 1]
도포액 조제직후 30일 경과
하인층용 조성물 1의 점도(cP) 13.0 12.7
하인층용 조성물 2의 점도(cP) 10.7 10.5
실시예 1
외경 24mmφ, 길이 248 mm, 두께 1 mm의 알루미늄 드럼을 제조후 1주일이 경과한 하인층용 도포액 1에 침지도포하고 건조하여 막두께 약 1.2㎛의 하인층을 형 성하였다. 이 알루미늄 드럼을 상기 CGL 도포액에 침지도포하고 건조하여 하인층위에 막두께 약 0.4㎛의 전하발생층을 형성하였다. 이 알루미늄 드럼을 상기 CTL 도포액에 침지도포하고 건조하여 전하발생층위에 막두께 약 20㎛의 전하수송층을 코팅하였다. 이와 같이 하여 얻은 감광체 드럼을 감광체 1로 지칭한다.
비교예 1
하인층용 도포액 1 대신에 제조후 1주일이 경과한 하인층용 도포액 2를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1에 따른 방법과 동일한 방법을 이용하여 감광체 2를 제조하였다.
비교예 2
하인층용 도포액 1 대신에 제조후 1주일이 경과한 하인층용 도포액 3을 사용하여 하인층을 형성하려고 하였으나, 하인층용 도포액 3의 겔화가 일어나 하인층을 형성할 수 없었다. 따라서 더 이상 감광체를 제조하지 않았다.
비교예 3
하인층용 도포액 1 대신에 제조후 1주일이 경과한 하인층용 도포액 4를 사용하여 하인층을 형성하려고 하였으나, 하인층용 도포액 4의 겔화가 일어나 하인층을 형성할 수 없었다. 따라서 더 이상 감광체를 제조하지 않았다.
전기적 특성평가
위에서 얻은 감광체 1~2의 특성을 조기에 안정화시키기 위해서, 50℃ 및 상대습도 80%의 환경하에서 5일간 보존하였다. 이어서 이들 감광체의 전기적 특성을 23℃ 및 상대습도 50%의 조건하에서 감광체 특성평가장치(QEA사제, "PDT-2000")를 사용하여 다음과 같이 측정했다.
즉, 대전기와 감광체의 상대속도 100mm/sec의 조건에서 감광체에 -7.5kV의 코로나 전압을 인가하여 감광체의 초기 표면 전위(Vo)가 -800V가 되도록 대전하였다. 이어서 1초후에 감광체의 표면에 1.0μJ/cm2의 에너지를 갖는 파장 780nm의 단색광을 1초간 조사하여 노광하였을 때의 감광체의 잔류전위(Vr)을 측정하였다. 또한 상기 파장 780nm의 단색광을 감광체에 조사하였을 때 노광에너지 대 감광체의 표면전위의 관계를 측정함으로써 E1 /2(μJ/㎠) 및 E100(μJ/㎠)을 구하였다. 그 결과를 하기 표 2에 종합하였다. 표 1에서, E1 /2 (μJ/㎠)는 감광체의 표면전위가 초기전위 Vo의 1/2이 되는데 필요한 노광에너지를 나타낸다. E100(μJ/㎠)은 감광체의 표면전위가 -100V가 되는데 필요한 노광에너지를 나타낸다. 이들 값이 작을수록 감광체 감도가 우수한 것을 의미한다.
표 2는 실시예 1 및 비교예 1의 감광체에 대하여 실시한 전기적 특성 평가 결과를 종합한 것이다. 표 2에서 DD5(%)는 감광체를 대전한 후 어두운 곳에서 5초간 방치한 후의 표면전위 유지율을 나타낸다.
[표 2]
감광체 DD5(%) E1 /2(μJ/㎠) E100(μJ/㎠) Vr(-V)
실시예 1 (감광체1) 96.9 0.364 0.816 7
비교예 1 (감광체 2) 　96.7 0.344 0.774　 　 7
비교예 2 N.A. N.A. N.A. N.A.
비교예 3 　N.A. N.A. 　N.A. 　 N.A.
표 2를 참조하면, 본원 발명에 해당하는 실시예 1 및 비교예 1의 감광체는 모두 실용적인 전자사진 감광체를 제조하기에 충분한 전기적 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
화상 특성 측정
위의 각 감광체를 시판 레이저 프린터(모델명: SCX-4521, 삼성전자(주)제)에 장착하여 개조한 평가장치를 이용하여 온도 10℃／상대습도 20%(L/L), 23℃/상대습도 50%(N/N), 및 32℃／상대습도 80%(H/H)의 환경조건에서 상기 각 감광체의 화상특성을 다음과 같이 평가하였다.
화상 농도( ID ) 측정
상기 각 환경조건에서 한 변의 길이가 10mm인 정사각형의 흑색 솔리드 패턴을 A4 백색 용지위에 프린트하였다. 이 흑색 솔리드 패턴의 화상농도를 반사농도계(맥배스(Macbath)사제, 모델명: RD-918)을 이용하여 측정하였다. 화상농도는 종이의 반사농도를 "0"으로 하는 상대농도로 측정하였다. 저온 및 저습도(L/L)조건에서는 복수매 반복 인쇄후에도 화상 농도를 측정하였다.
백그라운드( BG ) 측정
상기 흑색 솔리드 패턴의 프린트된 A4 백색 용지의 바탕더러움(BG)을 육안으로 관측하여 다음과 같은 기준으로 평가하였다.
－ : 거의 발생하지 않음,
△　: 조금 발생,
○ : 분명하게 발생.
고스트 ( ghost ) 측정
선단부에 높이 20mm의 "A"자의 테스트 화상패턴이 인쇄된 A4 용지를 이용하여 인쇄하였다. 그 후, 인쇄되어 나온 상기 A4 용지의 하단부(상기 선단부로부터 감광체 드럼의 1회전 길이 보다 긴 거리만큼 떨어져 있는 부분에 해당)에 상기 선단부의 테스트 화상패턴이 인쇄되는지 여부로 고스트를 판단하였다. 고스트 판정기준은 다음과 같았다. 저온 및 저습도(L/L)조건에서는 복수매 반복 인쇄후에도 고스트를 측정하였다.
－ : A4 용지의 하단부에 테스트 화상패턴이 거의 나타나지 않음,
△　: A4 용지의 하단부에 테스트 화상패턴이 조금 나타남,
○ : A4 용지의 하단부에 테스트 화상패턴이 분명하게 나타남.
표 3은 실시예 1 및 비교예 1의 감광체에 대하여 실시한 초기 화상 평가 결과를 종합한 것이다.
[표 3]
　 　 BG 고스트 ID
N/N H/H L/L N/N H/H L/L N/N H/H L/L
실시예 1 (감광체1) - - - - - - 1.36 1.38 1.31
비교예 1 (감광체2) 　- 　- - 　- 　- 　- 　1.38 　1.41 　1.33
비교예 2 N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A.
비교예 3 N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. 　N.A. 　 N.A.
표 3을 참조하면, 본원 발명에 따른 감광체 실시예 1 및 비교예 1의 감광체는 모두 실용적인 전자사진 감광체를 제조하기에 충분한 화상 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
표 4는 실시예 1 및 비교예 1의 감광체에 대하여 저온 및 저습도(L/L)조건에서 반복 인쇄후의 화상 농도 측정 결과를 종합한 것이다.
[표 4] 화상 농도
인쇄매수 0 500 1000 1500 2000 2500 3000
실시예 1 (감광체1) 1.31 1.18 1.21 1.3 1.27 1.34 1.34
비교예 1 (감광체2) 1.33 1.21 1.26 1.31 1.34 1.34 1.34
비교예 2 N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A.
비교예 3 N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A.
표 4를 참조하면, 본원 발명에 따른 감광체 실시예 1 및 비교예 1의 감광체는 모두 저온 및 저습도(L/L)조건에서 반복 인쇄 후에도 화상농도의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있다.
표 5는 실시예 1 및 비교예 1의 감광체에 대하여 저온 및 저습도(L/L)조건에서 반복 인쇄후의 고스트 측정 결과를 종합한 것이다.
[표 5] 고스트 평가
인쇄매수 0 1500 3000
실시예 1 (감광체1) - - -
비교예 1 (감광체2) 　- △ ○
비교예 2 N.A. N.A. N.A.
비교예 3 N.A. N.A. N.A.
표 5를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1의 감광체의 경우 저온 및 저습도(L/L)조건에서 반복 인쇄후에도 고스트 현상이 실질적으로 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 그러나, 비교예 1의 감광체 2의 경우 동일한 저온 및 저습도(L/L)조건에서 1,500매 반복 인쇄후에는 고스트 현상을 나타내기 시작하였다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 감광체는 하인층의 나일론 바인더 수지로서 포화흡수율이 작고 상대적으로 저렴한 직쇄형 알코올 가용성 나일론 수지를 바인더 수지로 사용함으로써 전기적 특성 및 화상특성의 감소된 환경의존성을 갖는다. 특히 본 발명의 감광체는 저온 및 저습도(L/L)조건에서 반복 인쇄후에도 고스트 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한 상기 나일론 수지를 사용함으로써 하인층용 조성물의 분산안정성(보존안정성)을 크게 향상시킬 수 있었으며, 이에 의하여 감광체 제조 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전자사진 화상형성장치의 모식도이다.
<도면의 주요부호의 설명>
1: 반도체 레이저 2: 보정광학계
3 : 회전다면경 4: f-θ 렌즈
5: 전자사진 감광체 6: 대전장치
7: 현상장치 8: 전사장치
9: 크리닝 장치 10: 정착장치
11: 제어회로 12: 화상수용체.

Claims (20)

  1. 전자사진 화상형성 장치용 전자사진 감광체로서,
    도전성 기체(基體);
    상기 도전성 기체상에 형성된 감광층; 및
    상기 도전성 기체 및 상기 감광층의 사이에 배치된 하인층을 포함하고，
    상기 하인층이 포화흡수율이 3% 이하의 직쇄형 알코올 가용성 나일론 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하인층은 무기입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 알코올 가용성 나일론 바인더 수지는 나일론 수지의 분자구조중에서 아미드 결합사이에 지방족 탄화수소 잔기를 갖는 나일론 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 알코올 가용성 나일론 바인더 수지는 나일론 수지의 분자구조중에서 아미드 결합사이에 시클릭 탄화수소 잔기 또는 방향족 탄화수소 잔기를 갖는 나일론 수지를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
  5. 제2항에 있어서, 상기 하인층에서 무기입자의 함량은 직쇄형 알코올 가용성 나일론 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 20-350 중량부인 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하인층의 두께는 0.05 ~ 10μm인 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
  7. 제2항에 있어서, 상기 하인층은 메탄올/1-프로판올=8/2(중량비)의 혼합 알코올 용매 중에 상기 나일론 바인더 수지 함량이 6중량%이고, 상기 무기입자 함량이 9중량%(총고형분 함량 15중량%)가 되도록 하인층용 조성물을 조제하였을 때, 상기 조성물의 조제후 1개월이 경과한 시점에서의 상기 조성물의 점도상승율이 10% 이하인 하인층용 조성물로부터 형성된 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
  8. 제2항에 있어서, 상기 무기입자는 금속산화물 입자인 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
  9. 제2항에 있어서, 상기 무기입자는 알루미나, 지르코니아, 실리카 및 실리콘 수지중의 적어도 하나로 표면처리된 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
  10. 제2항에 있어서, 상기 무기입자의 평균 1차 입경이 10nm ~ 200nm인 것을 특 징으로 하는 전자사진 감광체.
  11. 전자사진 감광체;
    상기 전자사진 감광체의 감광층을 대전시키는 대전장치;
    레이저광을 이용하는 노광에 의해 상기 전자사진 감광체의 감광층 표면에 정전잠상을 형성하는 노광장치; 및
    상기 정전잠상을 현상하는 현상장치를 구비한 전자사진 화상형성장치로서,
    상기 전자사진 감광체는,
    도전성 기체; 상기 도전성 기체상에 형성된 감광층; 및 상기 도전성 기체 및 상기 감광층의 사이에 배치된 하인층을 포함하고，상기 하인층이 포화흡수율이 3% 이하의 직쇄형 알코올 가용성 나일론 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 하인층은 무기입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 알코올 가용성 나일론 바인더 수지는 나일론 수지의 분자구조중에서 아미드 결합사이에 지방족 탄화수소 잔기를 갖는 나일론 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 알코올 가용성 나일론 바인더 수지는 나일론 수지의 분자구조중에서 아미드 결합사이에 시클릭 탄화수소 잔기 또는 방향족 탄화수소 잔기를 갖는 나일론 수지를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 하인층에서 무기입자의 함량은 직쇄형 알코올 가용성 나일론 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 20-350 중량부인 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 하인층의 두께는 0.05 ~ 10μm인 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 하인층은 메탄올/1-프로판올=8/2(중량비)의 혼합 알코올 용매 중에 상기 나일론 바인더 수지 함량이 6중량%이고, 상기 무기입자 함량이 9중량%(총고형분 함량 15중량%)가 되도록 하인층용 조성물을 조제하였을 때, 상기 조성물의 조제후 1개월이 경과한 시점에서의 상기 조성물의 점도상승율이 10% 이하인 하인층용 조성물로부터 형성된 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치.
  18. 제12항에 있어서, 상기 무기입자는 금속산화물 입자인 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치.
  19. 제12항에 있어서, 상기 무기입자는 알루미나, 지르코니아, 실리카 및 실리콘 수지중의 적어도 하나로 표면처리된 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치.
  20. 제12항에 있어서, 상기 무기입자의 평균 1차 입경이 10nm ~ 200nm인 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치.
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