KR20110091575A - 전자 사진 장치 및 프로세스 카트리지 - Google Patents

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Abstract

전자 사진 장치 및 프로세스 카트리지는 전자 사진 감광 부재; 현상 유닛; 및 클리닝 유닛을 포함하고, 여기서 서로 분리되어 있고 하기 조건을 만족시키는 오목부가 1 ㎠의 단위 면적 당 10개 이상의 밀도로 상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된다: 오목부의 깊이는 Rdv [μm]로 정의되고, 오목부의 단축 직경은 Lpc [μm]로 정의되고, 오목부의 장축 직경은 Rpc [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성된 각은 θ[°]로 정의된다.
5[°]≤θ[°]≤85[°],
0.3×P [μm]≤Rdv [μm]≤0.5×P [μm],
1.1×P [μm]≤Lpc [μm]≤1.5×P [μm], 및
50/Sinθ [μm]≤Rpc [μm]≤1500 [μm]

Description

전자 사진 장치 및 프로세스 카트리지 {ELECTROPHOTOGRAPHIC APPARATUS AND PROCESS CARTRIDGE}
본 발명은 전자 사진 장치 및 프로세스 카트리지에 관한 것이다.
일반적으로, 전자 사진 감광 부재는 대전 단계, 노광 단계, 현상 단계, 전사 단계, 클리닝 단계 등을 포함하는 전자 사진 프로세스에 사용된다. 이러한 전자 사진 프로세스에서, 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 정전 잠상은, 현상 유닛에 함유된 토너에 의해 현상되어, 전자 사진 감광 부재의 표면에 토너 상을 형성한다. 이어서, 토너 상은 전사 유닛에 의해 전자 사진 감광 부재의 표면으로부터 전사재에 전사된다. 그러나, 토너 상이 전사재로 전사된 후에도, 토너의 일부분이 종종 전자 사진 감광 부재의 표면에 잔류한다. 이후에, 전사 단계 후에 잔류하는 이러한 토너를 또한 "비전사 토너"로 칭한다. 일반적인 전자 사진 프로세스에서, 이러한 비전사 토너는 클리닝 유닛에 의해 전자 사진 감광 부재의 표면으로부터 제거된다. 구체적으로, 비전사 토너는, 예를 들어 클리닝 블레이드를 전자 사진 감광 부재와 접촉시키고 전자 사진 감광 부재로부터 비전사 토너를 스크레이핑(scraping) 제거하는 방법, 퍼 브러시를 사용하는 방법 또는 이러한 방법의 조합에 의해 제거된다. 현재, 클리닝의 용이성 및 클리닝의 성능 관점에서, 클리닝 블레이드를 사용하는 방법이 널리 사용되고 있다. 이러한 클리닝 블레이드와 관련하여, 탄성체, 예컨대 우레탄 고무로 이루어진 클리닝 블레이드가 널리 사용되고 있다.
현재, 전자 사진 감광 부재와 관련하여, 저 비용, 고 생산성 등의 관점에서, 지지체 및 상기 지지체 상에 형성되고 광전도성 물질 (전하 발생 물질 또는 전하 수송 물질)로 작용하는 유기 물질로 이루어진 감광층 (유기 감광층)을 포함하는 유기 전자 사진 감광 부재가 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 감광층 (유기 감광층)과 관련하여, 전하 발생 물질을 함유하는 전하 발생층 및 전하 수송 물질을 함유하는 전하 수송층이 적층된 다층 감광층이 주로 사용된다. 이러한 다층 감광층은 고감도가 달성될 수 있고, 다양한 재료 설계가 허용되는 등의 장점을 갖는다.
전자 사진 감광 부재의 최상층(이하, "표면층"으로 칭해짐)은 전자 사진 감광 부재의 내구성의 향상 또는 화상 품질의 열화 억제의 목적을 위한 개량이 적극적으로 이루어지고 있다. 예를 들어, 이러한 표면층의 강도를 향상시키기 위하여, 표면층용 수지 (결착 수지)의 개선 및 표면층에 대한 충전제 등의 첨가와 같은 기술이 검토되고 있다.
그러나, 표면층의 강도 증가는 전자 사진 감광 부재의 표면 상에 대전 생성물 (코로나 생성물)의 충분한 제거를 어렵게 만들어 화상의 결실(deletion)을 초래하는 경향이 있는 것으로 공지되어 있다.
이러한 문제를 다루기 위하여, 특허 문헌 1에는 외부 첨가제로서 비교적 큰 무기 미립자를 함유하는 토너를 사용하고, 상기 무기 미립자에 의해 전자 사진 감광 부재의 표면을 연마하는, 전자 사진 감광 부재의 표면으로부터 이러한 대전 생성물을 제거하는 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 2에는 우물형(well-shaped) 오목부를 갖는 스탬퍼(stamper)를 사용하여 전자 사진 감광 부재의 표면을 가공하는 기술이 개시되어 있다. 특허 문헌 3 내지 6에는 전자 사진 감광 부재의 표면을 조면화하는 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 1에 개시된 바와 같이, 비교적 큰 무기 미립자를 외부 첨가제로서 함유하는 토너가 사용되는 전자 사진 감광 부재의 표면에 부착된 대전 생성물을 제거하는 기술은 공지되어 있다. 구체적으로, 이러한 무기 미립자의 크기는 0.1 μm 내지 1.5 μm 범위 내에 존재하여야 한다.
그러나, 동일한 포맷(format)을 수회 인쇄할 경우, 예를 들어 세로선을 다량의 시트에 연속적으로 인쇄할 경우, 토너는 전자 사진 감광 부재의 표면의 특정 부분에만 집중적으로 공급된다. 따라서, 토너에 외부 첨가제로서 함유된 비교적 큰 무기 미립자도 전자 사진 감광 부재의 표면의 특정 부분에만 집중적으로 공급되게 된다. 그 결과, 무기 미립자는 특정 부분을 과도하게 연마하여 전자 사진 감광 부재의 표면에 다수의 미세한 스크래치가 발생될 수 있다. 이러한 미세한 스크래치가 전자 사진 감광 부재의 표면의 일부분에 다수 발생하고, 스크래치가 약 50 μm 초과의 폭을 가질 경우, 출력 화상은 백색 줄무늬와 같은 줄무늬 형상의 화상 결함을 갖는다.
일본 특허 공개 제2-257145호 일본 특허 공개 제2001-066814호 일본 특허 공개 제2007-233354호 일본 특허 공개 제2007-233356호 일본 특허 공개 제2007-233357호 일본 특허 공개 제2007-233359호
본 발명은 줄무늬 형상의 화상 결함의 발생이 억제된 전자 사진 장치 및 프로세스 카트리지를 제공한다.
본 발명은
지지체 및 상기 지지체 상에 형성된 감광층을 포함하는 전자 사진 감광 부재;
수 평균 입도(P [μm])가 0.1 μm 이상 1.5 μm 이하인 무기 미립자를 외부 첨가제로서 함유하는 토너에 의해 상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 정전 잠상을 현상하기 위한 현상 유닛; 및
클리닝 블레이드에 의해 상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 잔류하는 비전사 토너를 제거하기 위한 클리닝 유닛
을 포함하는 전자 사진 장치이며,
상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 서로 독립적인 오목부가 1 ㎠의 단위 면적 당 10개 이상의 오목부의 밀도로 형성되고,
상기 오목부 각각은 하기 조건을 만족시키는 전자 사진 장치를 제공한다.
(조건
각각의 오목부는, 각각의 오목부의 깊이가 Rdv [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 단축 직경이 Lpc [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 장축 직경이 Rpc [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성된 각이 θ[°]로 정의되는 다음의 관계를 만족시킨다:
5[°]≤θ[°]≤85[°],
0.3×P [μm]≤Rdv [μm]≤0.5×P [μm],
1.1×P [μm]≤Lpc [μm]≤1.5×P [μm], 및
50/Sinθ [μm]≤Rpc [μm]≤1500 [μm])
또한, 본 발명은
지지체 및 상기 지지체 상에 형성된 감광층을 포함하는 전자 사진 감광 부재;
수 평균 입도(P [μm])가 0.1 μm 이상 1.5 μm 이하인 무기 미립자를 외부 첨가제로서 함유하는 토너에 의해 상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 정전 잠상을 현상하기 위한 현상 유닛; 및
클리닝 블레이드에 의해 상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 잔류하는 비전사 토너를 제거하기 위한 클리닝 유닛
을 포함하는 전자 사진 장치의 본체에 탈착가능한 프로세스 카트리지이며,
상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 서로 독립적인 오목부가 1 ㎠의 단위 면적 당 10개 이상의 오목부의 밀도로 형성되고,
상기 오목부 각각은 하기 조건을 만족시키는 프로세스 카트리지를 제공한다.
(조건
각각의 오목부는, 각각의 오목부의 깊이가 Rdv [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 단축 직경이 Lpc [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 장축 직경이 Rpc [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성된 각이 θ[°]로 정의되는 다음의 관계를 만족시킨다:
5[°]≤θ[°]≤85[°],
0.3×P [μm]≤Rdv [μm]≤0.5×P [μm],
1.1×P [μm]≤Lpc [μm]≤1.5×P [μm], 및
50/Sinθ [μm]≤Rpc [μm]≤1500 [μm])
본 발명은 줄무늬 형상의 화상 결함의 발생이 억제된 전자 사진 장치 및 프로세스 카트리지를 제공할 수 있다.
[도 1] 도 1은 본 발명에 따라 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 오목부의 표면 형상(위에서 본 형상) 및 단면 형상의 예를 나타낸다.
[도 2] 도 2는 오목부의 배열 패턴의 예를 나타낸다.
[도 3] 도 3은 본 발명에 따른 오목부의 배열 패턴의 예의 확대도이다.
[도 4] 도 4는 클리닝 블레이드와 전자 사진 감광 부재의 표면이 서로 접촉하고 있는 부분(닙) 및 이 부분 둘레의 영역을 나타낸다.
[도 5] 도 5는 전자 사진 감광 부재의 표면의 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성된 각도를 설명하는 도면이다.
[도 6] 도 6은 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 무기 미립자를 향하게 하는 힘이 작용하고 있는 상황을 나타낸다.
[도 7a] 도 7a는 마스크의 일례를 나타낸다.
[도 7b] 도 7b는 레이저 가공 장치의 일례를 나타낸다.
[도 8a] 도 8a는 몰드에 의한 프레싱(pressing)에 의해 패턴을 전사하기 위한 가공 장치의 일례를 나타낸다.
[도 8b] 도 8b는 몰드에 의한 프레싱에 의해 패턴을 전사하기 위한 가공 장치의 또다른 예를 나타낸다.
[도 9] 도 9는 몰드의 예를 나타낸다.
[도 10] 도 10은 프로세스 카트리지가 장착된 전자 사진 장치의 개략적인 구성의 일례를 나타낸다.
우선, 본 발명에 사용되는 토너 및 무기 미립자에 대해 설명할 것이다.
이러한 토너의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 결착 수지, 자성체, 전하 제어제 및 그 밖의 필요한 첨가제(예컨대, 이형제)를 헨쉘(Henschel) 혼합기, 볼 밀과 같은 혼합기를 사용해서 건식 블렌딩한다. 생성된 혼합물을 열 혼련기, 예컨대 혼련기, 롤 밀 또는 압출기를 사용하여 용융 및 혼련하여 수지를 서로 상용시킨다. 생성된 용융-혼련 생성물을 냉각시키고, 응고시킨다. 이렇게 응고된 생성물을 조 분쇄하여 조 분쇄 생성물을 얻는다. 조 분쇄 생성물을 충돌식 기류 분쇄기, 예컨대 제트 밀, 마이크론 제트 또는 IDS형 밀; 또는 기계식 분쇄기, 예컨대 크립트론(Kryptron), 터보 밀 또는 이노마이저(Inomizer)를 사용하여 미분쇄한다. 생성된 미분 생성물을 기류식 분급기 등을 사용하여 분류하여 목적하는 입도 분포를 갖는 분급품을 얻는다. 이러한 분급품을 외부 첨가제로서 작용하는 무기 미립자와 혼합하여 본 발명에 사용되는 토너를 얻는다.
본 발명에 사용되는 토너에 외부 첨가제로서 함유되는 무기 미립자는 수 평균 입도(P [μm])가 0.1 μm 이상 1.5 μm 이하이다. 이러한 무기 미립자는, 예를 들어 소결시키고, 생성된 소결물을 기계적으로 분쇄시키고, 생성된 분쇄 소결물을 기류 분급하여 목적하는 입도 분포를 갖는 무기 미립자를 얻음으로써 제조될 수 있다. 이러한 무기 미립자를 위한 물질은, 예를 들어 스트론튬 티타네이트, 바륨 티타네이트 또는 칼슘 티타네이트이다. 이하의 설명에서, 토너에 외부 첨가제로서 함유되고, 0.1 μm 이상 1.5 μm 이하의 수 평균 입도(P [μm])를 갖는 무기 미립자가 때때로 간단히 "무기 미립자"로 칭해진다.
무기 미립자의 제조예
스트론튬 카르보네이트 600 g 및 산화티타늄 320 g을 볼 밀을 사용하여 8시간 동안 습식 블렌딩한 후, 생성된 혼합물을 여과하고, 건조시키고, 0.49 N/㎟의 압력하에 성형하고, 1100℃에서 8시간 동안 소성시켰다. 생성된 생성물을 기계 분쇄하여 1.0 μm의 수 평균 입도(P)를 갖는 스트론튬 티타네이트 미립자 (미분체)를 얻었다.
이 예에서, 무기 미립자의 수 평균 입도는 이하의 방법으로 측정하였다.
투과 전자 현미경 (배율: 30000)을 사용하여 취한 현미경 사진에서 무작위로 100개의 무기 미립자를 선택하고, 선택된 입자의 최대 길이를 측정하였다. 얻어진 최대 길이의 산술 평균을 계산하여 무기 미립자의 수 평균 입도를 얻었다.
이하에, 본 발명에 사용된 전자 사진 감광 부재의 표면 형상이 설명될 것이다.
본 발명에 따른 전자 사진 감광 부재는 지지체 및 상기 지지체 상에 형성된 감광층을 포함한다. 서로 독립적인 오목부는 전자 사진 감광 부재의 표면에 1 ㎠의 단위 면적 당 10개 이상의 오목부의 밀도로 형성된다.
이러한 오목부 각각은, 각각의 오목부의 깊이가 Rdv [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 단축 직경이 Lpc [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 장축 직경이 Rpc [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성된 각이 θ[°]로 정의되는 다음의 관계식을 만족시킨다:
5[°]≤θ[°]≤85[°],
0.3×P [μm]≤Rdv [μm]≤0.5×P [μm],
1.1×P [μm]≤Lpc [μm]≤1.5×P [μm] 및
50/Sinθ [μm]≤Rpc [μm]≤1500 [μm].
도 1은 본 발명에 따른 전자 사진 감광 부재의 표면 상에 형성된 오목부의 표면 형상 (위에서 본 형상) 및 단면 형상의 예를 나타낸다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 오목부는 다양한 표면 형상, 예컨대 타원형 형상, 다각형 형상 (직사각형 형상, 육각형 형상 등) 및 다각형의 모서리 또는 변의 일부 또는 전부를 구성하는 다각형 및 곡선에 의해 구성된 형상을 가질 수 있다. 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 오목부는 또한 다양한 단면 형상, 예컨대 다각형 형상 (사각형 형상 등), 연속 곡선에 의해 구성된 파형 형상, 및 다각형의 모서리 또는 변의 일부 또는 전부에서 다각형 및 곡선에 의해 구성된 형상을 가질 수 있다.
전자 사진 감광 부재의 표면 상에 형성된 모든 오목부는 형상, 단축 직경, 장축 직경, 깊이 및 각도의 면에서 동일할 수 있다. 별법으로, 전자 사진 감광 부재의 표면 상에 형성된 오목부는 형상, 단축 직경, 장축 직경, 깊이, 각도 등의 면에서 상이할 수 있다.
도 2(a) 내지 (h)는 이러한 오목부의 배열 패턴의 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 오목부의 배열 패턴의 일례의 확대도이다. 도 3에서, g는 오목부가 형성되지 않은 영역을 나타내고, h는 오목부를 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 각각의 오목부의 단축 직경(Lpc), 장축 직경(Rpc) 및 깊이(Rdv)가 설명될 것이다.
도 1(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오목부의 단축 직경(Lpc)은, 오목부의 개구부를 수평 방향으로 투영하여 얻어진 직선 중 최단 직선의 길이로 정의된다. 바꾸어 말하면, 오목부를 2개의 직선 사이에 개재시켜 2개의 직선 사이의 거리가 최소가 되도록 할 때, 2개의 직선 사이의 거리가 오목부의 단축 직경(Lpc)이다. 예를 들어, 오목부가 타원형 형상을 가질 경우, 오목부의 단축 직경(Lpc)은 타원형 형상의 짧은 직경에 상응한다. 오목부가 직사각형 형상을 가질 경우, 오목부의 단축 직경(Lpc)은 직사각형 형상의 짧은 변에 상응한다.
본 발명에 따른 오목부의 장축 직경(Rpc)은, 오목부의 개구부를 단축 직경(Lpc)의 길이 방향으로 투영하여 얻어진 직선의 길이로 정의된다. 장축 직경(Rpc)은 단축 직경(Lpc)에 직교한다. 예를 들어, 오목부가 타원형 형상을 가질 경우, 오목부의 장축 직경(Rpc)은 타원형 형상의 긴 직경에 상응한다. 오목부가 직사각형 형상을 가질 경우, 오목부의 장축 직경(Rpc)은 직사각형 형상의 긴 변에 상응한다. 오목부가 직사각형 형상을 갖는 이러한 예로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 장축 직경(Rpc)은 반드시 오목부의 개구부를 수평 방향으로 투영해서 얻어지는 직선 중 최장 직선 (직사각형 형상의 경우 대각선)은 아니다.
단축 직경(Lpc)은 구체적으로 이하의 방식으로 측정된다. 예를 들어, 도 1(b) 중 (3)을 참조하면, 오목부와 평탄부 사이의 경계가 명확하지 않을 경우, 오목부의 단면 형상을 고려하여 조면화하기 전 평활면을 기준으로 오목부의 개구부를 정하고, 상기한 방식으로 단축 직경(Lpc)을 측정한다.
도 1(b) 중 (6)을 참조하면, 조면화하기 전 평활면이 명확하지 않을 경우, 인접하는 오목부의 단면 형상에 중심선을 그리고, 중심선 사이의 거리로서 장축 직경(Rpc)을 측정한다.
도 1(b)를 참조하면, 오목부의 깊이(Rdv)는 오목부의 최심부와 오목부의 개구면(개구부) 사이의 거리로 정의된다.
오목부의 각도(θ)는 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성된 각도이다. 오목부의 장축 방향은 장축 직경(Rpc)을 포함하는 선이다.
본 발명에 따른 전자 사진 감광 부재는 서로 독립적이고, 전자 사진 감광 부재의 표면 상에 1 ㎠의 단위 면적 당 10개 이상의 오목부의 밀도, 바람직하게는 1 ㎠의 단위 면적 당 20개 이상의 오목부의 밀도로 형성된 오목부를 포함한다. 그리고, 각각의 오목부는 상기한 조건을 만족시킨다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서 각각의 오목부의 단축 직경 (Lpc [μm]) 및 토너에 외부 첨가제로서 함유된 무기 미립자의 수 평균 입도(P [μm])는 다음의 관계식을 만족시킨다.
1.1×P [μm]≤Lpc [μm]≤1.5×P [μm]
각각의 오목부의 단축 직경(Lpc)이 무기 미립자의 수 평균 입도(P)의 1.1배 미만일 경우, 무기 미립자는 오목부에 걸리기 어려워진다. 그 결과, 클리닝 블레이드는 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향(전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향에 직교하는 방향)으로 무기 미립자를 충분히 향하게 하지 못한다. 따라서, 무기 미립자는 전자 사진 감광 부재의 표면의 특정 부분에 집중적으로 남아 있게 된다. 이것은 전자 사진 감광 부재의 표면 상에 다수의 미세한 스크래치를 발생시켜, 백색 줄무늬와 같은 줄무늬-형상의 화상 결함을 갖는 출력 화상을 생성하기 쉽다. 바꾸어 말하면, 각각의 오목부의 단축 직경(Lpc)이 무기 미립자의 수 평균 입도(P)의 1.1배 이상일 경우, 전자 사진 감광 부재의 표면 중 오목부에 걸린 무기 미립자는 클리닝 블레이드와 접촉할 때 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 흘러가게 된다. 이것은 무기 미립자의 집중을 감소시키므로, 상기한 문제의 발생이 감소된다.
각각의 오목부의 단축 직경(Lpc)이 무기 미립자의 수 평균 입도(P)의 1.5배 초과일 경우, 복수의 무기 미립자가 각각의 오목부로 인입하여 오목부에 걸린 무기 미립자의 상태가 불안정화된다. 그 결과, 이 경우에서도, 클리닝 블레이드가 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 무기 미립자를 충분히 향하게 하지 못한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서, 각각의 오목부의 깊이 (Rdv [μm]) 및 토너에 외부 첨가제로서 함유된 무기 미립자의 수 평균 입도(P [μm])는 다음의 관계식을 만족시킨다.
0.3×P [μm]≤Rdv [μm]≤0.5×P [μm]
각각의 오목부의 깊이(Rdv)가 무기 미립자의 수 평균 입도(P)의 0.3배 미만일 경우, 무기 미립자는 오목부에 걸리기 어려워진다. 그 결과, 이 경우에서도, 클리닝 블레이드가 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 무기 미립자를 충분히 향하게 하지 못한다.
각각의 오목부의 깊이(Rdv)가 무기 미립자의 수 평균 입도(P)의 0.5배 초과일 경우, 오목부로 인입한 무기 미립자가 클리닝 블레이드에 의해 충분히 걸리지 못한다. 그 결과, 클리닝 블레이드가 또한 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 무기 미립자를 충분히 향하게 하지 못한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서, 각각의 오목부의 장축 직경 (Rpc [μm]) 및 토너에 외부 첨가제로서 함유된 무기 미립자의 수 평균 입도(P [μm])는 다음의 관계식을 만족시킨다.
50/Sinθ [μm]≤Rpc [μm]≤1500 [μm]
클리닝 블레이드에 의해 무기 미립자를 흘러가게 하기 위해서, 오목부는 가늘고 긴 형상을 가질 필요가 있다. 장축 직경(Rpc)이 50/Sinθ 미만일 경우, 클리닝 블레이드는 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 무기 미립자를 충분히 향하게 하지 못한다.
무기 미립자를 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 소정 거리로 흘러가게 한 후, 무기 미립자는 클리닝 블레이드에 의해 전자 사진 감광 부재의 표면으로부터 스크레이핑 제거될 필요가 있다. 오목부의 (장축 방향의) 단부 (오목부의 장축 직경 방향의 단부)는 무기 미립자가 스크레이핑 제거되는 출발점으로 기능한다. 무기 미립자가 클리닝 블레이드의 일부에 집중된 상황이 발생할 경우, 상기 부분에서 토너의 범람으로 인한 불충분한 클리닝과 같은 단점이 발생할 수 있다. 이러한 이유로, 무기 미립자가 스크레이핑 제거되는 출발점으로 작용하는 오목부의 (장축 직경 방향의) 단부는 바람직하게는 전자 사진 감광 부재의 표면 상 넓은 범위에 걸쳐 산재한다. 따라서, 본 발명에서, 각각의 오목부의 장축 직경(Rpc)은 1500 μm 이하로 만들어지고, 오목부는 1 ㎠의 단위 면적 당 10개 이상의 오목부의 밀도로 제공된다.
오목부의 수가 너무 적을 경우, 무기 미립자는 클리닝 블레이드 및 전자 사진 감광 부재의 표면 중 오목부에 의해 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 향하는 것이 불충분하게 될 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명에서 오목부는 전자 사진 감광 부재의 표면에 1 ㎠의 단위 면적 당 10개 이상의 오목부의 밀도로 제공된다.
도 4를 참조하면, 무기 미립자는 클리닝 블레이드와 전자 사진 감광 부재의 표면이 서로 접촉한 부분(닙)으로부터 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향의 상류 부분에 존재한다.
도 5를 참조하면, 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향을 0°로 정의하고, 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향을 90°로 정의할 경우, 각각의 오목부의 각도(θ)(각각의 오목부의 장축 방향의 각도) 0° 또는 90°는 무기 미립자를 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 향하게 (흘러가게) 할 수 없다. 반면, 각각의 오목부의 각도(θ)가 특정 값, 구체적으로 5° 이상 85° 이하를 가질 경우, 무기 미립자를 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 향하게 하는 힘이 발생된다. 도 5에서 2개의 θ는 양의 값이며, 이들은 하나의 θ가 양의 값이고 다른 θ가 음의 값이도록 정의되지 않는다는 것에 주의한다.
도 6은 무기 미립자를 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 향하게 하는 힘이 작용하고 있는 상황을 나타낸다. 도 6으로부터 명백한 바와 같이, 무기 미립자를 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향으로 향하게 하는 힘이 작용하지 않을 경우, 무기 미립자는 전자 사진 감광 부재의 표면 상 특정 부분에 집중하여 머무르기 쉽고, 무기 미립자가 특정 부분을 과도하게 연마한다. 이것은 특히 상기 부분에 다수의 미세한 스크래치를 발생시킨다. 이러한 스크래치가 50 μm 초과의 폭을 가질 경우, 출력 화상은 솔리드 흑색 화상 중 백색 줄무늬와 같은 줄무늬 형상 화상 결함을 갖는다.
따라서, 본 발명에서, 각각의 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성된 각도(θ)[°]는 5° 이상 85° 이하, 바람직하게는 10° 이상 80° 이하, 보다 바람직하게는 20° 이상 70° 이하, 보다 더 바람직하게는 30° 이상 60° 이하이다.
일본 특허 공개 제2001-066814호, 제2007-233354호, 제2007-233356호, 제2007-233357호 및 제2007-233359호에는 무기 미립자의 수 평균 입도, 각각의 오목부의 깊이, 각각의 오목부의 단축 직경, 각각의 오목부의 장축 직경 또는 각각의 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성된 각도가 구체적으로 기재되어 있지 않다는 것에 주목한다.
이하, 본 발명에 따른 전자 사진 감광 부재의 표면에 오목부를 형성하는 방법이 설명될 것이다.
이러한 오목부의 형성 방법은, 각각의 오목부에 대한 상기한 요건을 충족시킬 수 있기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 이러한 오목부는 엑시머 레이저의 조사에 의해 형성될 수 있다.
엑시머 레이저는 다음의 단계로 방출되는 레이저 광이다.
먼저, Ar, Kr 또는 Xe와 같은 희가스와 F 또는 Cl과 같은 할로겐 가스의 가스 혼합물에 방전, 전자 빔, X-선 등에 의해 에너지를 부여하여 여기시켜서 원자를 결합시킨다. 그 다음, 결합된 원자가 기저 상태로의 전이로 인해 분리될 때, 엑시머 레이저 광이 방출된다.
엑시머 레이저의 방출에 사용되는 가스의 예로는 ArF, KrF, XeCl 및 XeF를 들 수 있다. 이러한 예 중, KrF 및 ArF가 바람직하다.
오목부의 형성 방법에서, 예를 들어 도 7a에 도시된, 레이저 광 차단부(a) 및 레이저 광 투과부(b)가 적절히 배열된 마스크가 사용될 수 있다. 마스크를 통해 투과되는 레이저 광만이 렌즈에 집광되고, 전자 사진 감광 부재(피가공물(work))를 조사하기 위하여 사용된다. 이것은 목적하는 형상 및 목적하는 배열을 갖는 오목부를 형성하게 한다. 이러한 방법은 오목부의 형상 및 면적과 상관없이 특정 영역에 다수의 오목부를 즉시 동시에 형성할 수 있게 하므로, 이 방법은 단지 짧은 시간만이 요구된다. 마스크를 통한 레이저의 조사는, 1회 조사 당 수 ㎟ 내지 수 ㎠의 면적의 가공을 허용한다. 도 7b를 참조하면, 레이저를 이용한 이러한 가공은, 피가공물을 회전시키기 위한 모터(d)를 사용하여 피가공물을 회전시키는 동안 수행된다. 피가공물이 회전하는 동안, 가공물을 이동시키기 위한 장치(e)를 사용하여 레이저로 조사된 부분을 전자 사진 감광 부재(피가공물)의 축 방향으로 이동시킨다. 이러한 방식으로, 오목부는 전자 사진 감광 부재의 전 표면적에 걸쳐 효과적으로 형성될 수 있다. 각각의 오목부의 깊이는, 레이저 광의 조사 시간, 레이저 광의 조사 수 등을 변형시킴으로써 목적하는 범위 내로 제어할 수 있다. 이러한 방법의 사용은 오목부의 크기, 형상 및 배열을 고도로 제어할 수 있고, 고 정밀도가 달성되는, 높은 자유도를 갖는 조면 가공을 허용한다. 도 7b에서, c는 엑시머 레이저 광을 출력하는 장치를 나타내고, d는 피가공물 회전용 모터를 나타내고, e는 피가공물 이동 장치를 나타내며, f는 전자 사진 감광 부재(피가공물)를 나타낸다.
동일한 마스크 패턴이 상기한 가공에 사용될 수 있다. 이것은 전자 사진 감광 부재의 표면 전체에 걸쳐 조면화된 표면의 균일성을 향상시킨다.
상기한 방법 이외에, 본 발명에 따른 전자 사진 감광 부재의 표면에 오목부를 형성하는 또다른 방법이 존재하며, 목적하는 패턴을 갖는 몰드를 전자 사진 감광 부재의 표면(피가공물) 상에 프레싱시켜 패턴을 피가공물에 전사시키는 것이다.
도 8a는 몰드에 의한 프레싱에 의해 패턴을 전사시키기 위한 가공 장치의 개략적인 구성의 일례를 나타낸다.
가압 유닛(A)은 가압 및 가압 중단을 반복하도록 구성된다. 가압 유닛(A)에는 소정의 몰드(B)가 설치된다. 이어서, 이러한 몰드(B)를 이 유닛(A)에 의해 소정의 압력하에 전자 사진 감광 부재(피가공물)(C) 상에 프레싱하여 몰드(B)의 패턴을 피가공물(C)에 전사시킨다. 이후에, 가압을 중단하고, 전자 사진 감광 부재(C)를 회전시킨다. 이어서, 가압 및 패턴 전사를 다시 수행한다. 이러한 패턴 전사 단계의 반복은 전자 사진 감광 부재(C)의 전 표면에 걸쳐 목적하는 오목부를 형성하게 한다.
별법으로, 예를 들어, 도 8b에 도시된 구성을 갖는 또다른 가공 장치가 사용될 수 있다. 가압 유닛(A)에는 전자 사진 감광 부재(피가공물)(C)의 전체 주연부와 거의 동일한 길이를 갖는 소정의 몰드(B)가 설치된다. 이어서, 이러한 몰드(B)를 이 유닛(A)에 의해 소정의 압력하에 전자 사진 감광 부재(C) 상에 프레싱시키면서 전자 사진 감광 부재(C)를 회전 및 롤링시켜 전자 사진 감광 부재(C)의 전 표면 상에 소정의 오목부를 형성한다.
별법으로, 또다른 가공 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 시트형의 몰드를 가압용 롤형 유닛과 전자 사진 감광 부재 사이에 개재시키고, 시트형 몰드를 롤형 유닛과 전자 사진 감광 부재 사이를 통해 보내는 동안 전자 사진 감광 부재의 표면을 가공한다.
패턴의 전사를 효과적으로 수행하기 위하여, 몰드 및/또는 전자 사진 감광 부재를 가열할 수 있다.
몰드의 물질(들), 크기 및 패턴은 적절하게 선택될 수 있다. 물질(들)과 관련하여, 몰드는 미세하게 패턴화된 표면을 갖는 금속 필름, 미세하게 패턴화된 표면을 갖는 수지 필름, 레지스트로 패턴화된 표면을 갖는 실리콘 웨이퍼 등, 미립자가 분산된 수지 필름, 소정의 미세 표면 형상을 갖고 금속으로 코팅된 수지 필름 등일 수 있다.
도 9는 몰드의 패턴의 예를 나타낸다.
전자 사진 감광 부재를 균일하게 프레싱하기 위하여, 몰드와 가압 유닛 사이에 탄성 부재를 개재시킬 수 있다.
이하에, 본 발명에 사용된 전자 사진 감광 부재의 구성이 설명될 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 사용된 전자 사진 감광 부재는 지지체 및 상기 지지체 상에 형성된 감광층을 포함한다. 본 발명에 사용된 전자 사진 감광 부재는 바람직하게는 원통형 지지체를 포함하는 원통형 전자 사진 감광 부재이다. 별법으로, 전자 사진 감광 부재는 벨트, 시트 등의 형상을 가질 수 있다.
감광층은 전하 수송 물질과 전하 발생 물질을 모두 함유하는 단층 감광층 또는 전하 발생 물질을 함유하는 전하 발생층 및 전하 수송 물질을 함유하는 전하 수송층으로 기능적으로 나누어진 다층 (기능 분리형) 감광층일 수 있다. 전자 사진 특성의 관점에서, 본 발명에 사용되는 전자 사진 감광 부재는 바람직하게는 다층 감광층을 포함한다. 이러한 다층 감광층은 지지체 상에 전하 발생층을 적층하고, 전하 발생층 상에 전하 수송층을 적층함으로써 생성된 순층형 감광층, 또는 지지체 상에 전하 수송층을 적층하고, 전하 수송층 상에 전하 발생층을 적층함으로써 생성된 역층형 감광층일 수 있다. 다층 감광층이 사용될 경우, 전하 발생층이 다층 구조를 가질 수 있고/있거나 전하 수송층이 다층 구조를 가질 수 있다. 전자 사진 감광 부재의 내구성 등을 향상시키기 위하여, 전자 사진 감광 부재의 감광층 상에 보호층이 형성될 수 있다.
지지체는 전기 전도성을 갖는 임의의 지지체 (전도성 지지체)일 수 있다. 그의 예로는 금속 (합금) 지지체, 예컨대 철, 구리, 금, 은, 알루미늄, 아연, 티타늄, 납, 니켈, 주석, 안티몬, 인듐, 크롬, 알루미늄 합금 및 스테인레스 강 지지체를 들 수 있다. 또한, 금속 (합금), 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 산화인듐-산화주석 합금을 진공하에 증착시킴으로써 형성된 층을 포함하는 플라스틱 지지체 및 상기한 금속 (합금) 지지체가 사용될 수 있다. 또한, 전도성 입자, 예컨대 카본 블랙, 산화주석 입자, 산화티타늄 입자 또는 은 입자를 결착 수지와 함께 플라스틱 또는 종이에 함침시켜 제조된 지지체 및 전도성 결착 수지를 함유하는 플라스틱 지지체가 사용될 수 있다.
레이저 광 등의 산란에 의해 유발된 간섭 패턴을 방지하기 위하여, 지지체의 표면에 절삭 처리, 조면화 처리, 양극산화 처리 등을 수행할 수 있다.
레이저 광 등의 산란에 의해 유발된 간섭 패턴을 방지하고, 지지체의 스크래치를 피복하기 위하여, 지지체와 후술하는 중간층 사이 또는 지지체와 감광층 (전하 발생층 또는 전하 수송층) 사이에 전도층을 형성할 수 있다.
이러한 전도층은, 카본 블랙, 전도성 안료 또는 저항 조절용 안료를 결착 수지와 함께 용매에 분산 및/또는 용해시켜 수득된 전도층 형성용 코팅액을 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 전도층 형성용 코팅액은 가열 또는 방사선 적용에 의해 유발된 중합에 의해 경화된 화합물을 함유할 수 있다. 전도성 안료 또는 저항 조절용 안료가 분산된 전도층은 조면화된 표면을 갖는 경향이 있다.
이러한 전도층은 바람직하게는 0.2 μm 이상 40 μm 이하, 보다 바람직하게는 1 μm 이상 35 μm 이하, 보다 더 바람직하게는 5 μm 이상 30 μm 이하의 두께를 갖는다.
이러한 전도층에 사용되는 결착 수지의 예로는 비닐 화합물, 예컨대 스티렌, 비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 비닐리덴 플루오라이드 및 트리플루오로에틸렌의 중합체 및 공중합체; 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세탈, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리페닐렌 옥시드, 폴리우레탄, 셀룰로스 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 규소 수지 및 에폭시 수지를 들 수 있다.
전도성 안료 및 저항 조절용 안료의 예로는 금속 (합금), 예컨대 알루미늄, 아연, 구리, 크롬, 니켈, 은 또는 스테인레스 강의 입자; 증착에 의해 표면을 이러한 금속 (합금)으로 피복한 플라스틱 입자; 및 금속 산화물, 예컨대 산화아연, 산화티타늄, 산화주석, 산화안티몬, 산화인듐, 산화비스무트, 주석 도핑된 산화인듐 또는 안티몬 또는 탄탈 도핑된 산화주석의 입자를 들 수 있다. 이러한 예들은 단독으로 또는 이들의 2종 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 이러한 예들이 2종 이상의 조합으로 사용될 경우, 간단히 함께 혼합되거나, 고용체로 되거나, 또는 함께 융합될 수 있다.
배리어 기능 또는 접착 기능을 갖는 중간층이 지지체와 감광층 (전하 발생층및 전하 수송층) 사이 또는 전도층과 감광층 (전하 발생층 및 전하 수송층) 사이에 제공될 수 있다. 이러한 중간층은 감광층의 접착성, 코팅성 및 지지체로부터의 전하 주입성의 개선, 전기적 파괴로부터 감광층의 보호 등을 위하여 형성된다.
이러한 중간층을 형성하기 위하여 사용될 수 있는 물질의 예로는, 폴리비닐 알코올, 폴리-N-비닐이미다졸, 폴리에틸렌 옥시드, 에틸 셀룰로스, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 카세인, 폴리아미드, N-메톡시메틸화 6-나일론, 나일론 공중합체, 아교 및 젤라틴을 들 수 있다. 중간층은, 이러한 물질을 용매에 용해시킴으로써 얻어진 중간층 형성용 코팅액을 준비하고, 코팅액을 코팅하고, 코팅된 용액을 건조시킴으로써 형성될 수 있다.
중간층은 바람직하게는 0.05 μm 이상 7 μm 이하, 보다 바람직하게는 0.1 μm 이상 2 μm 이하의 두께를 갖는다.
감광층에 사용되는 전하 발생 물질의 예로는 셀레늄-텔루륨계 염료, 피릴륨계 염료, 티아피릴륨계 염료 및 각종 중심 금속을 함유하고 각종 결정계(α, β, γ, ε, X 형 등)를 갖는 프탈로시아닌 안료, 안탄토론 안료, 디벤즈피렌 퀴논 안료, 피란트론 안료, 아조 안료, 예컨대 모노아조, 디스아조 및 트리스아조 안료, 인디고 안료, 퀴나크리돈 안료, 비대칭 퀴노시아닌 안료, 퀴노시아닌 안료 및 비결정성 규소를 들 수 있다. 이러한 전하 발생 물질은 단독으로 또는 이들의 2종 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
감광층에 사용되는 전하 수송 물질의 예로는 피렌 화합물, N-알킬 카르바졸 화합물, 히드라존 화합물, N,N-디알킬아닐린 화합물, 디페닐아민 화합물, 트리페닐아민 화합물, 트리페닐메탄 화합물, 피라졸린 화합물, 스티릴 화합물 및 스틸벤 화합물을 들 수 있다.
감광층이 상이한 기능을 갖는 전하 발생층 및 전하 수송층을 포함할 경우, 전하 발생층은 이하의 방식으로 형성될 수 있다. 전하 발생 물질을 전하 발생 물질의 양의 0.3 내지 4배의 양(질량 기준)의 결착 수지 및 용매와 함께 균질화기, 초음파 분산기, 볼 밀, 진동 볼 밀, 샌드 밀, 아트리터(attritor), 롤 밀 등을 사용하여 분산 처리시킨다. 생성된 전하 발생층 형성용 용액은 코팅되고, 건조되어 전하 발생층을 형성한다. 별법으로, 전하 발생층은 전하 발생 물질의 증착에 의해 형성된 필름일 수 있다.
전하 수송층은 전하 수송 물질 및 결착 수지를 용매에 용해시킴으로써 얻어진 전하 수송층 형성용 코팅액을 준비하고, 코팅액을 코팅하고, 코팅된 용액을 건조시킴으로써 형성될 수 있다. 별법으로, 결착 수지의 첨가없이 필름이 형성될 수 있는 전하 수송 물질이 사용될 경우, 전하 수송층으로 작용하는 필름은 결착 수지의 첨가없이 단독으로 전하 수송 물질로 형성될 수 있다.
전하 발생층 또는 전하 수송층을 위해 사용되는 결착 수지의 예로는 비닐 화합물, 예컨대 스티렌, 비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 비닐리덴 플루오라이드 및 트리플루오로에틸렌의 중합체 및 공중합체; 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세탈, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리페닐렌 옥시드, 폴리우레탄, 셀룰로스 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 규소 수지 및 에폭시 수지를 들 수 있다.
전하 발생층은 바람직하게는 5 μm 이하, 보다 바람직하게는 0.1 μm 이상 2 μm 이하의 두께를 갖는다.
전하 수송층은 바람직하게는 5 μm 이상 50 μm 이하, 보다 바람직하게는 10 μm 이상 35 μm 이하의 두께를 갖는다.
감광층이 다층 감광층이고, 전자 사진 감광 부재의 표면층이 전하 수송층인 구성에서, 전자 사진 감광 부재에 대해 요구되는 특성 중 하나인 전자 사진 감광 부재의 내구성 향상의 목적을 위하여 전하 수송층 형성용 물질을 설계하는 것이 중요하다. 예를 들어, 높은 강도를 갖는 결착 수지가 사용되거나, 결착 수지에 대한 가소성을 나타내는 전하 수송 물질의 비를 제어하거나, 또는 중합체의 전하 수송 물질이 사용될 수 있다. 전자 사진 감광 부재의 내구성을 더 향상시키기 위하여, 표면층으로 작용하는 전하 수송층을 경화성 수지를 사용하여 형성하는 것이 유리하다.
본 발명에서, 전하 발생층의 바로 위에 제공되는 전하 수송층은 경화성 수지를 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 비경화성 수지 (열가소성 수지)를 사용하여 전하 수송층을 형성하고, 전하 수송층 상에 경화성 수지를 사용하여 제2 전하 수송층 또는 보호층으로 작용하는 층을 형성할 수 있다. 경화성 수지를 사용하여 형성된 층은 충분히 높은 필름 강도와 전하 수송 능력을 모두 갖도록 요구된다. 이러한 층은 일반적으로 전하 수송 물질 및 중합성 또는 가교성 단량체 또는 중합성 또는 가교성 올리고머를 사용하여 형성된다.
이 경우, 전하 수송 물질은 공지된 정공 수송 화합물 및 공지된 전자 수송 화합물일 수 있다. 중합성 또는 가교성 단량체 및 중합성 또는 가교성 올리고머의 예로는 아크릴로일옥시기 또는 스티렌기를 함유하는 연쇄 중합성 물질 및 히드록시기, 알콕시실릴기, 이소시아네이트기 등을 함유하는 단계-성장 중합 물질을 들 수 있다. 생성된 전자 사진 특성, 범용성, 물질 설계, 제조 안정성 등의 관점에서, 정공 수송 화합물과 연쇄 중합 물질의 조합이 바람직하며, 분자에 정공 수송기와 아크릴로일옥시기를 모두 포함하는 화합물이 경화된 계가 특히 바람직하다.
이러한 경화는 열, 광, 방사선 등을 사용하여 수행될 수 있다.
경화성 수지를 사용하여 형성된 층이 상기한 경우에서와 같이 전하 발생층 바로 위에 형성된 전하 수송층일 경우, 전하 수송층은 바람직하게는 5 μm 이상 50 μm 이하, 보다 바람직하게는, 10 μm 이상 35 μm 이하의 두께를 갖는다. 경화성 수지를 사용하여 형성된 층이 제2 전하 수송층 또는 보호층일 경우, 그것은 바람직하게는 0.1 μm 이상 20 μm 이하, 보다 바람직하게는 1 μm 이상 10 μm 이하의 두께를 갖는다.
본 발명에서, 상기한 방법에 의해 생성된 전자 사진 감광 부재에 대하여 상기한 레이저 가공, 소정의 패턴을 갖는 몰드를 프레싱하고 패턴을 전사하는 상기한 가공 등을 수행하여 목적하는 오목부를 형성한다.
본 발명에 따른 전자 사진 감광 부재의 층은 각종 첨가제를 함유할 수 있다. 이러한 첨가제의 예로는 열화방지제, 예컨대 산화방지제 및 자외선 흡수제 및 윤활제, 예컨대 불소 원자를 함유하는 수지 입자를 들 수 있다.
이하에, 본 발명에 따른 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 오목부의 관찰 방법을 설명할 것이다.
본 발명에서, 표면 중 이러한 오목부는 시판용 레이저 현미경에 의해 측정될 수 있다. 예를 들어, 다음의 장비 및 수반되는 분석 프로그램이 사용될 수 있다.
케이엔스 코포레이션(KEYENCE CORPORATION)에 의해 제조된 초심도 주사 현미경 VK-8550, VK-8700 및 VK-9500
료까 시스템즈 인코포레이티드(Ryoka Systems Inc.)에 의해 제조된 표면 형상 측정 시스템 서피스 익스플로러(Surface Explorer) SX-520DR
올림푸스 코포레이션(Olympus Corporation)에 의해 제조된 레이저 공초점 주사 현미경 OLS3000
레이저텍 코포레이션(Lasertec Corporation)에 의해 제조된 리얼 컬러 공초점 현미경 옵텔릭스(OPTELICS) C130
이러한 레이저 현미경의 사용은 소정의 배율로 특정 시야에서 오목부의 개수, 각각의 오목부의 단축 직경, 각각의 오목부의 장축 직경 및 각각의 오목부의 깊이의 측정을 허용한다. 별법으로, 오목부의 관찰 및 측정을 위하여 또다른 현미경, 예컨대 광학 현미경, 전자 현미경, 원자력 현미경 또는 주사 프로브 현미경이 또한 사용될 수 있다.
이하에, 본 발명에 따른 전자 사진 장치 및 프로세스 카트리지의 구성을 설명할 것이다.
도 10은 프로세스 카트리지가 장착된 전자 사진 장치의 개략적인 구성의 일례이다.
원통형 전자 사진 감광 부재(1)는 축(2) 둘레를 화살표로 나타낸 방향으로 특정 주 속도로 회전 구동된다. 회전하는 전자 사진 감광 부재(1)의 표면 (둘레면)은 대전 유닛 (1차 대전 유닛, 예컨대 대전 롤러)(3)에 의해 특정 양 또는 음의 전위로 균일하게 대전된다. 그 다음, 전자 사진 감광 부재(1)의 표면을 슬릿 노광 기술, 레이저 빔 주사 노광 기술 등을 사용하여 노광 유닛(도시되지 않음)으로부터 출력되는 노광 (화상 노광)(4)으로 조사한다. 그 결과, 표적 화상에 상응하는 정전 잠상이 전자 사진 감광 부재(1)의 표면 상에 순차적으로 형성된다. 대전 유닛(3)은 도 10에 도시된 대전 롤러 등을 사용한 접촉형 대전 유닛에 제한되지 않는다는 것에 주의한다. 별법으로, 코로나 대전 장치를 포함하는 코로나 대전 유닛이 사용될 수 있고, 다른 유형의 대전 유닛이 또한 사용될 수 있다.
전자 사진 감광 부재(1)의 표면 상에 형성된 정전 잠상은 현상 유닛(5)의 현상제에 함유된 토너로 현상되어 토너 상을 형성한다. 이어서, 전자 사진 감광 부재(1)의 표면 상에 형성된 토너 상은 전사 유닛(예컨대, 전사 롤러)(6)으로부터 전사 바이어스에 의해 전사재(예컨대, 종이)(M)로 전사된다. 전사재(M)가 전사재 공급기(도시되지 않음)로부터 전자 사진 감광 부재(1)와 전사 유닛(6) 사이의 닙(접촉부)으로 전자 사진 감광 부재(1)의 회전과 동기화하여 공급될 수 있다는 것에 주의한다. 또한, 전사재 대신 중간 전사 부재(예컨대, 중간 전사 벨트)로 토너 상을 전사한 후, 전사된 상을 전사재(예컨대, 종이)로 순차 전사하는 중간 전사 방식이 사용될 수 있다.
토너 상이 전사된 전사재(M)를 전자 사진 감광 부재(1)의 표면으로부터 분리하고, 정착 유닛(8)으로 도입하여 상을 정착시키고, 화상 형성물(프린트 또는 카피)로서 장치 밖으로 배출시킨다.
토너 상의 전사 후 전자 사진 감광 부재(1)의 표면은 클리닝 블레이드를 사용하는 클리닝 유닛(7)에 의해 클리닝되어 비전사 토너 (전자 사진 감광 부재(1)의 표면 상에 잔류하는 토너)가 제거된다. 이어서, 전자 사진 감광 부재(1)의 표면은 예비-노광 유닛(도시되지 않음)으로부터 예비-노광 광(도시되지 않음)을 사용하여 전하 제거가 수행되고, 화상 형성에 반복적으로 사용된다. 클리닝 유닛(7)에 의해 수집된 비전사 토너는 폐토너로서 폐토너 용기(9)로 보내진다. 도 10에 도시된 바와 같이, 대전 유닛(3)이 대전 롤러 등을 사용하는 접촉형 대전 유닛일 경우, 예비-노광은 항상 필요하지는 않다.
전자 사진 감광 부재(1), 현상 유닛(5) 및 클리닝 유닛(7)을 용기에 수용하여 하나의 프로세스 카트리지로 일체화할 수 있고, 이 프로세스 카트리지를 복사기 또는 레이저 빔 프린터와 같은 전자 사진 장치의 본체에 대해 탈착가능하도록 설계할 수 있다.
이하에, 본 발명은 비제한적인 실시예를 참조로 기술될 것이다. 실시예에서 언급된 "부"는 "질량부"를 의미함을 주의한다.
실시예 1
30 mm의 직경 및 370 mm의 길이를 갖는 알루미늄 실린더를 지지체 (원통형 지지체)로 사용하였다.
하기 성분들로 이루어진 용액을 20시간 동안 볼 밀을 사용하여 분산 처리함으로써 전도층 형성용 코팅액을 제조하였다.
산화주석 코팅 층을 갖는 황산바륨 입자 (상품명: 파스트란(Passtran) PC1, 미쯔이 마이닝 앤드 스멜팅 컴파니, 리미티드(MITSUI MINING & SMELTING CO., LTD) 제품): 60부
산화티타늄 (상품명: 티타닉스(TITANIX) JR, 타이카 코포레이션(Tayca Corporation) 제품): 15부
레졸형 페놀 수지 (상품명: 페놀라이트(PHENOLITE) J-325, 디아이씨 코포레이션(DIC Corporation) 제품, 고형분: 70％): 43부
실리콘 오일 (상품명: SH28PA, 도레이 실리콘 컴파니, 리미티드(Toray Silicone Co., Ltd.) 제품): 0.015부
실리콘 수지 (상품명: 토스펄(TOSPEARL) 120, 도시바 실리콘 컴파니, 리미티드(Toshiba Silicone Co., Ltd.) 제품): 3.6부
2-메톡시-1-프로판올: 50부
메탄올: 50부
얻어진 전도층 형성용 코팅액을 딥 코팅에 의해 지지체에 도포하였다. 도포된 용액을 오븐에서 140℃하에 1시간 동안 가열함으로써 경화시켜 16 μm의 두께를 갖는 전도층을 형성하였다.
그 다음, 하기 성분들을 400부의 메탄올 및 200부의 n-부탄올을 함유하는 용매 혼합물에 용해시켜 중간층 형성용 코팅액을 제조하였다.
공중합체 나일론 수지 (상품명: 아밀란(Amilan) CM8000, 도레이 인더스트리즈, 인코포레이티드(Toray Industries, Inc.) 제품): 10부
메톡시메틸화 6-나일론 수지 (상품명: 토레진(TORESIN) EF-30T, 데이꼬꾸 케미칼 인더스트리즈 컴파니, 리미티드(Teikoku Chemical Industries Co., Ltd.) 제품): 30부
얻어진 중간층 형성용 코팅액을 딥 코팅에 의해 전도층에 도포하였다. 도포된 용액을 오븐에서 100℃하에 30분 동안 가열함으로써 건조시켜 0.45 μm의 두께를 갖는 중간층을 형성하였다.
그 다음, 하기 성분들을 1 mm의 직경을 갖는 유리 비드를 사용한 샌드 밀 장치에 의해 4시간 동안 분산 처리한 후, 생성된 용액을 700부의 에틸 아세테이트와 혼합하여 전하 발생층 형성용 코팅액을 제조하였다.
7.5° 및 28.3°의 2θ±0.2° (θ는 CuKα를 사용한 X-선 회절에서 브래그(Bragg) 각을 나타냄)에서 강한 피크를 갖는 유형의 히드록시갈륨 프탈로시아닌 결정 (전하 발생 물질): 20부
하기 화학식 1로 나타내지는 칼릭스아렌 화합물: 0.2부
<화학식 1>
Figure pct00001
폴리비닐 부티랄 (상품명: S-LEC BX-1, 세끼스이 케미칼 컴파니, 리미티드(SEKISUI CHEMICAL CO., LTD.) 제품): 10부
시클로헥사논: 600부
얻어진 전하 발생층 형성용 코팅액을 딥 코팅에 의해 중간층에 도포하였다. 도포된 용액을 오븐에서 80℃하에 15분 동안 가열함으로써 건조시켜 0.17 μm의 두께를 갖는 전하 발생층을 형성하였다.
그 다음, 하기 성분들을 600부의 모노클로로벤젠 및 200부의 메틸알을 함유하는 용매 혼합물에 용해시켜 전하 수송층 형성용 코팅액을 제조하였다.
하기 화학식 2로 나타내지는 정공 수송 화합물 (전하 수송 물질): 70부
<화학식 2>
Figure pct00002
폴리카르보네이트 수지 (상품명: 이우필론(Iupilon) Z400, 미쯔비시 엔지니어링-플라스틱스 코포레이션(Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation) 제품): 100부
얻어진 전하 수송층 형성용 코팅액을 딥 코팅에 의해 전하 발생층에 도포하였다. 도포된 용액을 오븐에서 90℃하에 40분 동안 가열함으로써 건조시켜 18 μm의 두께를 갖는 전하 수송층을 형성하였다.
그 다음, 제2 전하 수송층 형성용 코팅액을 다음의 방식으로 제조하였다. 먼저, 불소 원자를 함유하는 수지 (상품명: GF-300, 토아고세이 컴파니, 리미티드(TOAGOSEI CO., LTD.) 제품) 0.5부를 20부의 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 (상품명: 제오로라(ZEORORA) H, 제온 코포레이션(ZEON CORPORATION) 제품) 및 20부의 1-프로판올을 함유하는 용매 혼합물에 용해시켰다. 얻어진 용액을 윤활제로 작용하는 테트라플루오로에틸렌 수지 입자 (상품명: 루브론(Lubron) L-2, 다이낀 인더스트리즈, 리미티드(DAIKIN INDUSTRIES, LTD.) 제품) 10부와 혼합하였다. 불소 원자를 함유하는 수지는 테트라플루오로에틸렌 수지 입자용 분산제로 기능하였다.
얻어진 용액을 고압 분산 장치 (상품명: 마이크로플루이다이저(Microfluidizer) M-110EH, 미국 소재 마이크로플루이딕스(Microfluidics) 제품)를 사용하여 58.8 MPa의 압력하에 4회 분산 처리하였다.
얻어진 용액을 폴리플론 필터 (상품명: PF-040, 아드반텍 도요 가이샤, 리미티드(Advantec Toyo Kaisha, Ltd.) 제품)를 통해 여과하여 윤활제의 분산 용액을 얻었다.
그 후, 이러한 윤활제의 분산 용액을 하기 화학식 3으로 나타내지는 정공 수송 화합물 90부, 70부의 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 및 70부의 1-프로판올과 혼합하였다.
<화학식 3>
Figure pct00003
얻어진 용액을 폴리플론 필터 (상품명: PF-020, 아드반텍 도요 가이샤, 리미티드 제품)를 통해 여과하여 제2 전하 수송층 형성용 코팅액을 얻었다.
얻어진 제2 전하 수송층 형성용 코팅액을 전하 수송층에 도포하였다. 이어서, 도포된 용액을 대기 중에서 50℃하에 오븐에서 10분 동안 건조시켰다. 그 후, 얻어진 층을 질소 분위기하에 70 kV의 가속 전압 및 7.0 mA의 빔 전류의 조사 조건하에서 지지체를 200 rpm으로 회전시키면서 1.4초 동안 전자 빔을 조사하였다. 이어서, 얻어진 층을 질소 분위기하에 온도를 25℃에서 110℃로 30초 동안 증가시킴으로써 경화시켰다. 조사시, 전자 빔의 흡수선량은 18 kGy였다. 전자 빔의 조사 및 가열에 의한 경화 반응시의 분위기는 산소 농도가 15 ppm 이하였다. 그 후, 얻어진 층을 대기 중에서 25℃로 자연 냉각시킨 후, 대기 중에서 120℃하에 오븐에서 10분 동안 가열하였다. 따라서, 4 μm의 두께를 갖는 제2 전하 수송층(보호층)이 형성되었다.
따라서, 표면에 오목부가 형성되는 전자 사진 감광 부재를 얻었다.
프레싱에 의한 몰드의 패턴 전사에 의한 오목부의 형성
이렇게 얻어진 전자 사진 감광 부재의 표면에 대하여 도 8b에 도시된 구성을 갖는 장치 및 도 9에 도시된 패턴을 갖는 몰드를 사용하여 오목부의 형성 가공을 수행하였다. 몰드는 785 μm의 장축 직경, 1.3 μm의 단축 직경 및 0.8 μm의 높이를 갖는 타원 기둥 형상을 갖고, 45°의 장축 방향 각도를 갖는 개별 오목부를 포함하였다. 오목부의 형성 가공시 전자 사진 감광 부재의 표면이 120℃의 온도를 갖도록 몰드 및 전자 사진 감광 부재의 온도를 제어하고, 전자 사진 감광 부재를 둘레 방향으로 회전시키면서, 2.94 N/㎟의 압력으로 몰드를 전자 사진 감광 부재에 프레싱함으로써 몰드의 패턴은 전자 사진 감광 부재로 전사되었다.
오목부의 관찰
이렇게 얻어진 전자 사진 감광 부재의 표면 형상을 레이저 현미경(케이엔스 코포레이션에 의해 제조된 VK-9500)을 사용하여 현미경 관찰하였다. 이러한 관찰은 785 μm의 장축 직경(Rpc), 1.3 μm의 단축 직경(Lpc), 0.4 μm의 깊이(Rdv) 및 45°의 각도(θ)를 갖는 타원 기둥 형상을 갖는 오목부가 1 ㎠의 단위 면적 당 15개의 오목부의 밀도로 형성되었음을 나타내었다. 실시예 및 비교예에서 각도(θ)는 각각의 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성된 각도(θ)를 나타냄을 주의한다.
평가
이렇게 표면에 오목부가 형성된 전자 사진 감광 부재를 전자 사진 장치(캐논 가부시키 가이샤(CANON KABUSHIKI KAISHA)에 의해 제조된 복사기 iR4570P)에 도입하였다. 전자 사진 감광 부재의 내구성을 하기 내구 시험으로 평가하였다.
전자 사진 감광 부재가 30℃/85％ RH의 환경하에서 -700 V의 암부 전위(Vd) 및 -200 V의 명부 전위(Vl)를 갖도록 전위 조건을 설정함으로써, 전자 사진 감광 부재의 초기 전위를 조정하였다.
폴리우레탄 고무로 이루어진 클리닝 블레이드를, 전자 사진 감광 부재의 표면에 대한 클리닝 블레이드의 접촉각이 26°이고, 전자 사진 감광 부재의 표면에 대한 클리닝 블레이드의 접촉 압력이 29.4 N/m가 되도록 제공하였다.
토너에 함유되고 0.1 μm 이상 1.5 μm 이하의 수 평균 입도(P)를 갖는 무기 미립자와 관련하여, 무기 미립자의 상기 제조예에서 제조되고, 1.0 μm의 수 평균 입도(P)를 갖는 스트론튬 티타네이트 미분체 입자를 사용하였다. 이러한 무기 미립자를, 토너 102 질량부가 무기 미립자 2 질량부를 함유하도록 토너와 혼합하였다.
화상이 10,000장의 A4 시트 중 매 다른 시트에 출력되도록 내구 시험을 수행하였다. 내구 시험에서 인쇄된 시험 차트 데이터는, 150 mm의 길이 및 50 μm의 폭을 갖는 5개의 세로선이 서로 등간격으로 배열된 화상을 포함하였다.
내구 시험을 완료한 후, 솔리드 흑색 화상을 출력하고, 이 화상에 대해 백색 줄무늬의 존재 또는 부재를 측정하였다. 전자 사진 감광 부재의 표면을 케이엔스 코포레이션에 의해 제조된 초심도 주사 현미경 VK-8550으로 관찰하고, 표면 상에 스크래치의 전자 사진 감광 부재의 회전축 방향의 폭을 측정하였다.
출력 화상 상에 백색 줄무늬의 개수 및 전자 사진 감광 부재의 표면 상에 스크래치의 최대 폭이 하기 표 1에 나타나있다.
실시예 2 내지 34
무기 미립자의 수 평균 입도(P), 전자 사진 감광 부재의 표면에서 1 ㎠의 단위 면적 당 오목부의 개수 및 각각의 오목부의 형상, 각도(θ), 깊이(Rdv), 단축 직경(Lpc) 및 장축 직경(Rpc)을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 설정한 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 같이 전자 사진 감광 부재를 제조하고, 평가하였다. 또한, 평가 결과가 표 1에 나타나있다.
비교예 1
전자 사진 감광 부재의 표면에 오목부가 형성되지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 같이 전자 사진 감광 부재를 제조하고, 평가하였다. 평가 결과가 하기 표 2에 나타나있다.
비교예 2 내지 26
무기 미립자의 수 평균 입도(P), 전자 사진 감광 부재의 표면에서 1 ㎠의 단위 면적 당 오목부의 개수 및 각각의 오목부의 형상, 각도(θ), 깊이(Rdv), 단축 직경(Lpc) 및 장축 직경(Rpc)을 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 설정한 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 같이 전자 사진 감광 부재를 제조하고, 평가하였다. 또한, 평가 결과가 표 2에 나타나있다.
Figure pct00004
Figure pct00005
표 1 및 2에서 "형상"은 오목부의 형상을 의미한다. "각도(θ)"는 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 각각의 오목부의 각도(θ)를 의미한다 (각도(θ)는 각각의 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성됨). "깊이(Rdv)"는 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 각각의 오목부의 깊이(Rdv)를 의미한다. "단축 직경(Lpc)"은 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 각각의 오목부의 단축 직경(Lpc)을 의미한다. "장축 직경(Rpc)"은 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 각각의 오목부의 장축 직경(Rpc)을 의미한다. "개수"는 전자 사진 감광 부재의 표면에서 1 ㎠의 단위 면적 당 오목부의 개수를 의미한다. "무기 미립자의 수 평균 입도(P)", "깊이(Rdv)", "단축 직경(Lpc)" 및 "장축 직경(Rpc)"에 대한 단위는 [μm]이다. "각도(θ)"에 대한 단위는 [°]이다.
각각의 실시예에서, 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 모든 오목부는 형상, 깊이(Rdv), 단축 직경(Lpc), 장축 직경(Rpc) 및 각도(θ)의 면에서 동일하였다. 별법으로, 형상, 깊이(Rdv), 단축 직경(Lpc), 장축 직경(Rpc), 각도(θ) 등에서 적어도 하나의 면에서 서로 상이한 2개 이상의 유형의 오목부가 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성될 수 있다. 이 경우, 각각의 오목부가 깊이(Rdv), 단축 직경(Lpc), 장축 직경(Rpc) 및 각도(θ)의 면에서 상기한 조건을 만족시키기만 하면, 실시예의 것과 유사한 장점이 얻어질 수 있다.
본 발명이 대표적인 실시양태를 참조로 기술되었지만, 본 발명은 개시된 대표적인 실시양태에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 하기 특허청구범위의 범위는 이러한 모든 변형 및 등가 구조 및 기능을 포함하도록 가장 광범위한 해석을 따라야 한다.
본 출원은, 본원에 전문이 참고로 포함되는 2008년 12월 8일에 출원된 일본 특허 출원 제2008-312377호의 이점을 청구한다.

Claims (4)

  1. 지지체 및 상기 지지체 상에 형성된 감광층을 포함하는 전자 사진 감광 부재;
    수 평균 입도(P [μm])가 0.1 μm 이상 1.5 μm 이하인 무기 미립자를 외부 첨가제로서 함유하는 토너에 의해 상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 정전 잠상을 현상하기 위한 현상 유닛; 및
    클리닝 블레이드에 의해 상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 잔류하는 비전사 토너를 제거하기 위한 클리닝 유닛
    을 포함하는 전자 사진 장치이며,
    상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 서로 독립적인 오목부가 1 ㎠의 단위 면적 당 10개 이상의 오목부의 밀도로 형성되고,
    상기 오목부 각각은 하기 조건을 만족시키는 전자 사진 장치.
    (조건
    각각의 오목부는, 각각의 오목부의 깊이가 Rdv [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 단축 직경이 Lpc [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 장축 직경이 Rpc [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성된 각이 θ[°]로 정의되는 다음의 관계를 만족시킨다:
    5[°]≤θ[°]≤85[°],
    0.3×P [μm]≤Rdv [μm]≤0.5×P [μm],
    1.1×P [μm]≤Lpc [μm]≤1.5×P [μm], 및
    50/Sinθ [μm]≤Rpc [μm]≤1500 [μm])
  2. 제1항에 있어서, 오목부는 1 ㎠의 단위 면적 당 20개 이상의 오목부의 밀도로 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 전자 사진 장치.
  3. 지지체 및 상기 지지체 상에 형성된 감광층을 포함하는 전자 사진 감광 부재;
    수 평균 입도(P [μm])가 0.1 μm 이상 1.5 μm 이하인 무기 미립자를 외부 첨가제로서 함유하는 토너에 의해 상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 정전 잠상을 현상하기 위한 현상 유닛; 및
    클리닝 블레이드에 의해 상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 잔류하는 비전사 토너를 제거하기 위한 클리닝 유닛
    을 포함하는 전자 사진 장치의 본체에 탈착가능한 프로세스 카트리지이며,
    상기 전자 사진 감광 부재의 표면에 서로 독립적인 오목부가 1 ㎠의 단위 면적 당 10개 이상의 오목부의 밀도로 형성되고,
    상기 오목부 각각은 하기 조건을 만족시키는 프로세스 카트리지.
    (조건
    각각의 오목부는, 각각의 오목부의 깊이가 Rdv [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 단축 직경이 Lpc [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 장축 직경이 Rpc [μm]로 정의되고, 각각의 오목부의 장축 방향과 전자 사진 감광 부재의 표면의 이동 방향 사이에 형성된 각이 θ[°]로 정의되는 다음의 관계를 만족시킨다:
    5[°]≤θ[°]≤85[°],
    0.3×P [μm]≤Rdv [μm]≤0.5×P [μm],
    1.1×P [μm]≤Lpc [μm]≤1.5×P [μm], 및
    50/Sinθ [μm]≤Rpc [μm]≤1500 [μm])
  4. 제3항에 있어서, 오목부는 1 ㎠의 단위 면적 당 20개 이상의 오목부의 밀도로 전자 사진 감광 부재의 표면에 형성된 프로세스 카트리지.
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