KR20140118775A - 화상 형성 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포괄적으로 화상화 장치 부재들 및 토너조성물로 구성되는 화상 형성시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 (1) 소정의 쇼어 A 경도를 가지는 재료로 구성되는 세정 블레이드; (2) 특정 영률을 가지는 표면의 광수용체; 및 (3) 토너 윤활 첨가제를 포함하는 개선된 BCR 정전복사 시스템을 제공한다. 조합된 시스템은 전체적인 시스템 사용 수명을 크게 증가시킨다.

Description

화상 형성 시스템 {IMAGE FORMING SYSTEM}
본 실시태양들은 일반적으로 화상화 장치 부재들 및 요소들, 및 이들 부재 및 요소와 함께 사용되는 토너 조성물로 구성되는 화상 형성시스템에 관한 것이다. 또한, 본 실시태양들은 화상화 장치 부재들 및 요소들과 함께 사용되어 화상을 형성하는 토너 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 실시태양들은 소정의 특성이 변경되고 특정 토너 조성물과 함께 사용되어 종합적으로 CRU 수명을 크게 개선시킬 수 있는 하부 부품들을 가지는 소모품 (CRU) 시스템에 관한 것이다.
하부 부품들은 고 탄성계수 (modulus) 화상화 부재 표면, 고 경도 (hardness) 세정 블레이드 및 특정 입도 범위를 가지는 낮은 표면 에너지 윤활 토너를 포함한다. 전자사진식 화상화 부재 또는 광수용체 (photoreceptor)는 화상화 부재 표면 및 접촉식 하전기구, 예컨대 “바이어스 하전 롤” (BCR)를 보호하는 상도층을 포함한다.
전자사진 또는 전자사진식 인쇄에서, 전형적으로 광수용체로 알려진 전하 보유 표면은, 정전기적으로 하전된 후, 원 화상의 광 패턴에 노출되어 이에 따라 선택적으로 표면을 방전시킨다. 광수용체 상에 생성된 하전 및 방전 영역 패턴은 원 화상과 일치하는 잠상이라고 알려진 정전기적 하전 패턴을 형성한다. 잠상은 토너라고 알려진 미세한 정전 유도성 분말과 접촉되어 현상된다. 토너는 광수용체 표면의 정전기 전하에 의해 화상 영역에 유지된다. 따라서, 원래 재생 또는 인쇄될 광 화상과 일치하도록 토너 화상이 형성된다. 이후 토너 화상은 기재 또는 지지 부재 (예를들면, 종이)에 직접 또는 또는 중간 전달 부재를 통하여 전달되고, 화상이 부착되어 재생 또는 인쇄될 영구적인 화상 기록이 형성된다. 현상에 이어, 전하 보유 표면에 남겨진 과다 토너는 표면으로부터 세정된다. 본 방법은 원본을 복사하거나 예컨대 래스터 출력 스캐너 (ROS)으로 전자적으로 생성되거나 저장되는 원본을 인쇄하는 광학 렌즈에 대하여 유용하고, 여기에서 하전 표면이 다양한 방법으로 화상방식으로 방전된다.
광수용체 표면 하전을 위하여, 본원에 참고문헌으로 통합되는 예컨대 미국특허번호. 4,387,980 및 미국특허번호. 7,580,655에 기재된 접촉식 하전 기구가 사용된다. “바이어스 하전 롤” (BCR)이라고도 알려진 접촉식 하전 기구는 전원에서 D.C. 전압 수준 2배 이상의 A.C. 전압과 중첩되는 전압이 공급되는 도전성 부재를 포함한다. 하전 기구는 화상 지지 부재 (광수용체) 표면과 접촉하고, 이는 하전된다. 화상 지지 부재 외면은 접촉 영역에서 하전된다. 접촉식 하전 기구는 화상 지지 부재를 소정의 전위로 하전시킨다.
광수용체 사용 수명을 높이기 위하여, 광수용체를 보호하고 성능, 예컨대 내마모성을 높이기 위하여 상도층이 사용된다. 그러나, 습한 환경에서 심해지는 결손 프린트 결함 (deletion print defect)으로 인하여 이들 저 마모성 상도는 불량 화상과 관련된다. 또한, BCR 하전에 놓이는 저 마모성 상도의 높은 토크는 여러 문제들, 예컨대 광수용체 구동 모터 고장 및 광수용체 세정 블레이드 손상을 초래한다. 그 결과, BCR 하전 시스템과 함께 저 마모성 상도를 사용하는 것은 도전적이며, 이러한 시스템에서 상도 기술과 함께 수명 목표를 달성할 수 있는 방법을 모색할 필요가 있다.
개시된 양태들에 의하면, 화상 형성 시스템에 제공되는, 상기 시스템은, 정전기 잠상 현상을 위한 전하 보유-표면을 가지고 영률이 2 GPa 이상인 화상화 부재, 화상화 부재 표면의 하전 거리 내에 배치되는 하전 롤러를 가지는 하전 유닛, 및 화상화 부재 표면 세정을 위한 쇼어 A 경도가 76 이상인 재료로 이루어지는 세정 블레이드를 포함하는 화상 형성을 위한 화상 형성 장치, 및 화상 형성 장치에 화상 형성을 위하여 사용되고 토너 모 (parent) 입자들, 및 모드 입도가 약 7 미크론 이하인 윤활제 스테아레이트를 가지는 하나 이상의 첨가제를 포함하는 토너 조성물로 구성된다.
도 1은 광수용체 마모율 및 결손 프린트 결함 심각도 간의 관계를 도시한 그래프이다;
도 2는 본 실시태양들에 의한 드럼 구성에서 화상화 부재의 단면도이다;
도 3은 본 실시태양들에 의한 벨트 구성에서 화상화 부재의 단면도이다.
상도층을 가지는광수용체를 바이어스 하전 롤 (BCR) 하전을 이용하는화상 형성 기계에 통합시키는 것은 두 가진 큰 도전을 제시한다. 하나는, 세정 블레이드 및 광수용체 표면 간의 마찰을 광수용체 구동 모터의 명목한 토크 수준과 양립할 수 있는 수준으로 낮추는 것 및 광수용체 세정 블레이드 기계적 안정성 및 수명 사이클이고, 다른 하나는 결손 프린트 결함 심각도를 완화하는 것이다. 실제로, 높은 토크 및 결손은 BCR 하전을 이용하는 화상 형성 기계에서 유기계 상도 처리 광수용체에서 보통 관찰된다. 마모율 및 화상 결손간의 의존성에 대한 알려진 절충 방법은 광수용체 상도층 마모율에 제한을 가하여, 이에 따라 마모율을 광수용체 수명의 상당한 개선에 필요한 낮은 수준으로 이르지 못하도록 하는 것이다. BCR 하전 시스템에서, 상도층은 결손 및 광수용체 마모율 간의 절충에 연관된다. 예를들면, 대부분의 유기 광전도체 (OPC) 물질 군은 결손을 피하기 위하여 소정 수준의 마모율이 필요하고, 따라서 광수용체 수명을 제한한다.
도 1은 광수용체 마모율 및 결손 간의 관계식을 보이는 데이터의 그래프이다. 도시된 바와 같이, 도 1은 BCR 하전에 놓이는 결손은 엄격하게 마모율 의존적이다. 이러한 문제들을 직접 해결할 수 있는 유기 상도 배합물을 찾기 위한 상당한 노력이 있었다. 그러나, 현재 이러한 상도 (overcoat)는 찾지 못했고 BCR 하전을 받는 상도 처리된 광수용체의 높은 토크 및 결손을 완화시킬 다른 공지의 대안이 현재 없다.
토크 및 결손 문제들을 해결할 수 있는 하나의 방법은 광수용체 표면에 윤활제를 외부에서 계속하여 적용하는 것이다. 그러나, 세정 블레이드 손상이 일어날 수 있고 (일반적으로 연성 탄성질 블레이드 및 저 마모성 광수용체의 경성 표면 간의 마찰에 의함), 이러한 윤활제를 저 마모성 상도처리 광수용체와 함께 적용할 때에도 CRU 세정 시스템은 보다 조속히 고장이 일어날 수 있다는 것을 알았다. 블레이드 손상이 발생하면, 토너는 적절하게 세정되지 않고 세정 및 하전 롤러 내에서 쌓인다. 이러한 누적으로 인하여 궁극적으로는 명백히 국소적 비-균일한 인쇄로 이어지고 이러한 시점에서 CRU는 고장이 발생된 것으로 간주된다.
본 실시태양들은 바이어스 하전 롤 (BCR)을 가지는 기계에 저 마모성 광수용체를 통합시킬 때 세정 블레이드 손상 문제를 극복함으로써 CRU 수명을 증가시키기 위한 체계적인 방법을 제시한다. 상당한 실험 및 설계적 노력을 통하여 특정 쇼어 A 경도의 세정 블레이드 및 특정 탄성계수 (Modulus)를 가지는 광수용체 상도 표면을 특정 입도의 낮은 표면 에너지 토너 첨가제와 조합하면 예기치 못한 상승적 효과로 인하여 세정 블레이드 손상 및 세정 고장이 방지되고 CRU 수명이 상당히 개선된다는 것을 알았다.
특히, 본 실시태양들은 (1) 소정의 쇼어 A 경도를 가지는 재료로 구성되는 세정 블레이드; (2) 특정 영률을 가지는 표면의 광수용체; 및 (3) 토너 윤활 첨가제를 포함하는 상당히 개선된 BCR 정전복사 시스템을 제공한다. 높은 경도의 세정 블레이드가 높은 경도의 저 마모성 상도와 마찰될 때, 두 표면들은 양립되고 내손상성이 크게 개서된다는 것을 알았다. 측방 전하 이동 (lateral charge migration, LCM)을 방지하기 위한 특정 윤활제와 조합하면 이러한 내손상성이 상승적으로 개선된다.
실시태양들에서, 세정 블레이드는 쇼어 A 경도가 76 이상이다. 추가 실시태양들에서, 세정 블레이드의 쇼어 A 경도는 약 60 내지 약 100 또는 약 76 내지 약 85이다. 세정 블레이드의 탄성 재료로 적합한 중합체 재료는, 제한적이지 않지만, 우레탄, 부타디엔, 불소-탄성체, 불소규소 및 이들의 혼합물을 포함한다. 실시태양들에서, 세정 블레이드 탄성 재료의 두께는 약 1 내지 약 3 mm 또는 약 1.5 내지 약 2.5 mm 또는 약 1.8 내지 약 2.2 mm이다.
실시태양들에서, 광수용체 표면의 영률은 2 GPa 이상이다. 추가 실시태양들에서, 광수용체 표면의 영률은 약 1.5 내지 약 5.0 GPa 또는 약 3.0 내지 약 4.5 GPa이다. 실시태양들에서, 광수용체 표면은 저 마모성 상도를 포함한다. 이러한 실시태양들에서, 상도층은 무기 산화물 유형의 상도층 또는 가교화 유기 상도층이다. 무기 산화물 유형의 상도층 배합물은 산화갈륨을 포함한다. 가교화 유기 상도층 배합물은 히드록실-함유 전하 전달 분자, 폴리올 중합체 결합제, 및 멜라민-기재 경화제를 포함하고, 열적 경화되면, 가교화 상도를 형성한다.
일부 실시태양들에서, 광수용체 표면의 물접촉각은 90° 이상이다. 추가 실시태양들에서, 광수용체 표면의 물접촉각은 약 70° 내지 약 110° 또는 약 90° 내지 약 100° 또는 약 85° 내지 약 95°이다. 물접촉각은 예컨대 이하 설명되는특정 입도의 윤활제를 외부에서 적용하여 달성된다.
실시태양들에서, 토너 윤활 첨가제는 윤활성 스테아르산염을 포함한다. 이러한 스테아르산염은 본 분야에서 알려져 있고, 제한적이지 않지만, 스테아르산마그네슘, 스테아르산칼슘, 및 스테아르산아연을 포함한다. 일부 실시태양들에서, 윤활 스테아르산염은 스테아르산아연을 포함한다. 일부 실시태양들에서, 윤활 스테아르산염은 전기된 스테아르산염들의 임의의 조합을 포함한다. 실시태양들에서, 첨가제의 모드 (mode) 입도는 약 6 미크론 이하이다. 추가 실시태양들에서, 첨가제의 모드 입도는 약 4 내지 약 7 미크론 또는 약 4 내지 약 6 미크론 또는 약 5 내지 약 6 미크론이다. 윤활 첨가제는 본 실시태양들의 개선된 화상화 시스템에 사용되는 토너에 첨가되거나 또는 광수용체 표면에 적용되는 윤활제로서 개별적으로 사용될 수 있다.
도 2는 드럼 구성을 가지는 다층 전자사진식 화상화 부재 또는 광수용체의 예시적 실시태양이다. 기재는 원통형 구성일 수 있다. 도시된 바와 같이, 예시적 화상화 부재는 강성의 지지 기재 (10), 전도성 접지면 (ground plane, 12), 상도층 (14), 전하 생성층 (18) 및 전하 전달층 (20)을 포함한다. 전하 전달층 상에 배치되는 선택적인 상도층 (32)이 더욱 포함될 수 있다. 강성 기재는 금속, 금속 합금, 알루미늄, 지르코늄, 니오븀, 탄탈, 바나듐, 하프늄, 티타늄, 니켈, 스테인리스 강, 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 구성된다. 또한 기재는 금속, 중합체, 글라스, 세라믹, 및 목재로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함한다.
전하 생성층 (18) 및 전하 전달층 (20)은 두 개의 별개 층들로 본원에서 설명되는 화상화 층을 형성한다. 도면에 도시된 것의 대안으로, 전하생성층은 전하 전달층 위에 배치될 수 있다. 이들 층의 기능적 요소들은 대안으로 하나의 층으로 조합될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 3은 실시태양들에 의한 벨트 구성을 가지는 화상화 부재 또는 광수용체를 도시한다. 도시된 바와 같이, 벨트 구성은 휨-방지 지지 코팅층 (1), 지지 기재 (10), 전도성 접지면 (12), 상도층 (14), 접착층 (16), 전하 생성층 (18), 및 전하 전달층 (20)으로 제공된다. 선택적인 상도층 (32) 및 접지 스트립 (ground strip, 19)이 포함될 수 있다.
상도층
화상화 부재의 다른 층들로는, 예를들면, 선택적인 상도층 (32)이 포함된다. 선택적인 상도층 (32)은, 필요하다면, 전하 전달층 (20) 상부에 배치되어 화상화 부재 표면을 보호하고 내마모성을 개선시킨다. 실시태양들에서, 상도층 (32)의 두께는 약 0.1 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터 또는 약 1 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터, 또는 특정 실시태양에서, 약 3 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터이다. 이들 상도층은 전형적으로 전하 전달 성분 및 선택적인 유기 중합체 또는 무기 중합체를 포함한다. 이들 상도층은 열가소성 유기 중합체 또는 가교화 중합체 예컨대 열경화성 수지, UV 또는 e-빔 경화 수지, 및 기타 등을 포함한다. 상도층은 미립 첨가제 예컨대 알루미나 및 실리카를 포함하는 금속산화물, 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)을 포함하는 낮은 표면 에너지 물질, 및 이들의 조합을 더욱 포함한다.
임의의 공지 또는 신규 상도 재료들이 본 실시태양들에 포함될 수 있다. 실시태양들에서, 상도층은 전하 전달 성분 또는 가교화 전하 전달 성분을 포함한다. 특정 실시태양들에서, 예를들면, 상도층은 자체 가교하거나 또는 중합체 수지와 반응하여 경화 조성물을 형성하는 치환체를 가지는 3차 아릴아민으로 구성되는 전하 전달 성분을 포함한다. 상도층에 적합한 전하 전달 성분의 특정 예시로는 다음 일반식을 가지는3차 아릴아민을 포함한다.
Figure pat00001
식 중 Ar1, Ar2, Ar3, 및 Ar4 각각은 독립적으로 약 6 내지 약 30 개의 탄소원자들을 가지는 아릴기를 나타내고, Ar5 는 약 6 내지 약 30 개의 탄소원자들을 가지는 방향족 탄화수소기를 나타내고, k는 0 또는 1이고, 적어도 하나의 Ar1, Ar2, Ar3 Ar4, 및 Ar5 는 히드록실 (-OH), 히드록시메틸 (-CH2OH), 알콕시메틸 (-CH2OR, 이때 R은 1 내지 약 10 개의 탄소를 가지는 알킬), 1 내지 약 10 개의 탄소를 가지는 히드록실알킬, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 치환체를 포함한다. 다른 실시태양들에서, Ar1, Ar2, Ar3, 및 Ar4 각각은 독립적으로 페닐 또는 치환된 페닐기를 나타내고, Ar5 는 비페닐 또는 테르페닐기를 나타낸다.
3차 아릴아민을 포함하는 전하 전달 성분의 추가적인 예시는 다음을 포함한다:
Figure pat00002
,
Figure pat00003
Figure pat00004
,
및 기타 등, 식 중 R은 수소원자, 및 1 내지 약 6 개의 탄소를 가지는 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 치환체이고, m 및 n 각각은 독립적으로 0 또는 1이고, 이때 m+n > 1이다. 특정 실시태양들에서, 상도층은 경화된 가교화 상도 조성물을 형성하기 위하여 추가 경화제를 포함한다. 경화제의 예시로는 멜라민-포름알데히드 수지, 페놀 수지, 이소시아네이트 또는 마스킹 이소시아네이트 화합물, 아크릴레이트 수지, 폴리올 수지, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다. 실시태양들에서, 예를들면, Hysitron Inc. (Minneapolis, MN)에서 제작된 나노기계적 시험 설비를 이용한 나노-압입 방법으로 측정될 때 가교화 상도 조성물의 평균 탄성계수는 약 3 GPa 내지 약 5 GPa이다.
기재 (Substrate)
광수용체 지지 기재 (10)는 불투명 또는 실질적으로 투명하고 요구되는 기계적 특성을 가지는 임의의 적합한 유기 또는 무기 재료로 구성된다. 기재 전체는 전도성 표면과 동일한 재료로 구성될 수 있거나, 전도성 표면은 단지 기재 상의 코팅일 수 있다. 예를들면, 금속 또는 금속 합금과 같은 임의의 적합한 전도성 재료가 적용될 수 있다. 단일 금속성 화합물 또는 상이한 금속들 및/또는 산화물의 이중 층일 수 있다.
또한 기재 (10)는 전적으로 전도성 재료로 구성되거나, 또는 무기 또는 유기 중합체 재료를 포함한 절연 재료일 수 있고, 접지면 층 (12)은 도전성 티타늄 또는 티타늄/지르코늄 코팅으로 구성되거나, 달리 반전도성 표면 층을 가지는 유기 또는 무기 재료층으로 구성된다. 지지 기재 두께는 기계적 성능 및 경제적 고려를 포함한 여러 인자들에 따라 다르다.
기재 (10)는 여러 상이한 구조, 예컨대 예를들면, 판형, 원통형, 드럼, 스크롤, 무한 유연성 벨트, 및 기타를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 기재가 벨트 형태인 경우, 벨트는 이어지거나 그렇지 않을 수 있다. 실시태양들에서, 광수용체는 드럼 구조이다.
기재 (10) 두께는 가요성, 기계적 성능, 및 경제적 고려 등을 포함한 여러 인자들에 따라 다르다. 본 실시태양들의 지지 기재 (10) 두께는 적어도 약 500 마이크로미터, 또는 약 3,000 마이크로미터 이하이다.
예시적 지지 기재 (10)는 각각 코팅층 용액에 사용되는 임의의 용제에 불용성이고, 광학적으로 투명하거나 반-투명하며, 약 150 oC의 고온까지 열적으로 안정하다. 화상화 부재 제조에 사용되는 지지 기재 (10)의 열수축계수는 oC 당 약 1 x 10-5 내지 약 3 x 10-5 이고 영률은 약 4.5 x 105 PSI (3 GPa) 내지 약 7.5 x105 (5 GPa)이다.
접지면 (Ground Plane)
전도성 접지면 (12)은, 예를들면, 기재 (10)상에 임의의 적합한 코팅기법 예컨대 진공증착법으로 형성되는 전도성 금속층이다. 도전층 두께는 전자광도전성 부재에 필요한 광학 투과성 및 가요성에 따라 실질적으로 넓은 범위로 달라진다. 따라서, 유연한 광감응성 화상화 장치에 있어서, 전기 전도도, 가요성 및 광투과성의 최적 조합을 위하여 도전층 두께는 적어도 약 20 옹스트롬, 또는 약 750 옹스트롬 이하, 또는 적어도 약 50 옹스트롬, 또는 약 200 옹스트롬 이하이다.
금속층 형성 적용 방법과 무관하게, 공기에 노출되면 대부분의 금속 외면에 금속산화물 박층이 형성된다. 따라서, 금속층 상부에 놓이는 다른 층을 "연속" 층으로 특정할 때, 이들 상부 연속 층들은, 실제로, 산화성 금속층 외면에 형성된 얇은 금속산화물과 접촉하는 것이다. 일반적으로, 배면 소거 노출 (rear erase exposure)에 있어서, 도전층 광투명도는 적어도 약 15 퍼센트가 바람직하다. 도전층은 금속으로 국한될 필요는 없다. 기타 예시적 도전층은 재료들의 조합 예컨대 약 4000 옹스트롬 내지 약 9000 옹스트롬의 파장 빛에 대한 투명층으로서 도전성 산화인듐주석 또는 불투명 도전층으로서 중합 결합제에 분산되는도전성 카본블랙일 수 있다.
홀 차폐 층 (Hole Blocking Layer)
전도성 접지면층이 증착된 후, 홀 차폐층 (14)이 도포된다. 양전하 광수용체를 위한 전자 차폐층으로 광수용체 화상화 표면의 홀은 도전층으로 이동된다. 음전하 광수용체에 있어서, 도전층에서 반대 광 도전층으로 홀 주입을 억제할 수 있는 장벽 형성 가능한 임의의 적합한 홀 차폐층이 적용될 수 있다. 홀 차폐층은 중합체 예컨대 폴리비닐부티랄, 에폭시 수지, 폴리에스테르, 폴리실록산, 폴리아미드, 폴리우레탄 및 기타 등을 포함하거나, 또는 질소 함유 실록산 또는 질소 함유 티타늄 화합물일 수 있다.
하도층의 일반적인 실시태양들은 금속산화물 및 수지 결합제를 포함한다. 하도층 결합제 재료는, 예를들면, 폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리우레탄, 및 기타 등을 포함한다.
홀 차폐층은 연속적이고 더 큰 두께는 바람직하지 않은 높은 잔류 전압을 초래하므로 두께는 약 0.5 마이크로미터 미만이어야 한다. 노출 단계 후 전하 중성화를 용이하게 하고 최적 전기 성능을 달성하기 위하여 약 0.005 마이크로미터 내지 약 0.3 마이크로미터의 홀 차폐층이 사용된다. 최적 전기적 거동을 위하여 약 0.03 마이크로미터 내지 약 0.06 마이크로미터의 두께가 홀 차폐층으로 사용된다. 산화아연, 산화티타늄, 또는 산화주석과 같은 금속산화물을 함유하는 홀 차폐층은 더욱 두꺼울 수 있고, 예를들면, 두께는 약 25 마이크로미터까지 일 수 있다. 차폐층은 임의의 적합한 종래방법 예컨대 분무, 침지 코팅, 드로우 바 코팅, 그라비어 코팅, 실크 스크린, 에어 나이프 코팅, 역 골 코팅, 진공 증착, 화학적 처리 및 기타 등으로 도포된다.
전하생성층
이후 전하 생성층 (18)은 상도층 (14)에 도포될 수 있다. 입자 형태로 필름 형성 결합제, 예컨대 불활성 수지에 분산될 수 있는 전하 발생 /광전도성 재료를 포함한 임의의 적합한 전하 생성 결합제가 적용될 수 있다. 전하 생성 재료의 예시로는, 예를들면, 필름 형성 중합체 결합제에 분산되는 무기 광전도성 재료 예컨대 비결정성 셀레늄, 삼방정계 셀레늄, 및 셀레늄 합금, 및 유기 광전도성 재료 예컨대 다양한 프탈로시아닌 안료를 포함한다. 광전도층이 전하생성층의 특성을 개선 또는 경감할 때 다중-전하 생성층 조성물이 사용될 수 있다. 기타 본 분야에서 알려진 적합한 전하 생성 재료가 필요하다면 사용될 수 있다. 선택되는 전하 생성 재료는 정전기 잠상을 형성하기 위하여 전자사진식 화상화 방법의 화상방식 방사선 노출 단계 과정에서 약 400 내지 약 900 nm의 파장을 가지는 활성화 방사선에 감응하여야 한다. 예를들면, 히드록시갈륨 프탈로시아닌은 약 370 내지 약 950 나노미터 파장의 광을 흡수한다.
예를들면, 본원에 전체가 참고문헌으로 통합되는 미국특허번호 3,121,006에 기술된 것을 포함하여 임의의 적합한 불활성 수지 재료가 전하 생성층 (18)의 결합제로 적용될 수 있다. 전하 생성 재료는 수지성 결합제 조성물에 다양한 함량으로 존재할 수 있다. 일반적으로, 적어도 약 5 부피%, 또는 약 90 부피% 이하의 전하 생성 재료가 적어도 약 95 부피%, 또는 약 10 부피% 이하의 수지성 결합제에 분산되고, 더욱 상세하게는 적어도 약 20 퍼센트, 또는 약 60 부피% 이하의 전하 생성 재료가 적어도 약 80 부피%, 또는 약 40 부피% 이하의 수지성 결합제 조성물에 분산된다.
특정 실시태양들에서, 전하 생성층 (18)의 두께는 적어도 약 0.1 μm, 또는 약 2 μm 이하, 또는 적어도 약 0.2 μm, 또는 약 1 μm 이하이다. 이들 실시태양들은 클로로갈륨 프탈로시아닌 또는 히드록시갈륨 프탈로시아닌 또는 이들의 혼합물로 구성될 수 있다. 전하 생성 재료 및 수지성 결합제 재료를 함유하는 전하 생성층 (18)는 건조될 때 대체로 두께가 적어도 약 0.1 μm, 또는 약 5 μm 이하, 예를들면, 약 0.2 μm 내지 약 3 μm이다. 전하생성층 두께는 일반적으로 결합제 함량 (content)과 관계된다. 더 많은 결합제 함량 조성물은 일반적으로 더 두꺼운 전하 생성층을 이용한다.
전하 전달층
드럼 광수용체에서, 전하 전달층은 동일 조성물의 단일층으로 구성된다. 따라서, 전하 전달층은 단일층 (20)에 대하여 설명되지만, 이중 전하 전달층을 가지는 실시태양들에도 적용될 수 있다. 전하 생성층 (18) 상부에 전하 전달층 (20)이 도포되고 전하 생성층 (18)으로부터의 광 발생 홀 또는 전자 주입을 지원할 수 있고 이들 홀/전자를 전하 전달층을 통하여 이동시킬 수 있어 선택적으로 화상화 부재 표면의 표면 전하를 방출할 수 있는 임의의 적합한 투명 유기 중합체 또는 비-중합체 재료를 포함한다. 일 실시태양에서, 전하 전달층 (20)은 홀을 전달할 뿐 아니라, 전하 생성층 (18)을 마모 또는 화학적 공격으로부터 보호하고 따라서 화상화 부재의 사용 수명을 연장할 수 있다. 전하 전달층 (20)은 실질적으로 비-광전도성 재료이지만, 전하 생성층 (18)으로부터 광 발생된 홀의 주입을 지원한다.
상기 층 (20)은 통상 전자사진식 화상화 부재가 사용되는 파장 범위에서 투명하여 노출될 때 입사 방사선 대부분이 하부 전하 생성층 (18)에 의해 활용된다. 전하 전달층은 정전 복사에서 유용한 빛의 파장, 예를들면, 400 내지 900 나노미터에 노출될 때 거의 빛을 흡수하지 않고 전하를 생성하지 않는 뛰어난 광학 투과성을 보여야 한다. 광수용체가 투명 기재 (10) 및 또한 투명 또는 부분 투명 도전층 (12)을 이용하여 제조되는 경우, 기재 배면을 통해 투과되는 빛으로 기재 (10)를 통하여 화상 방식 노출 또는 소거가 달성된다. 이 경우, 전하 생성층 (18)이 기재 및 전하 전달층 (20)에 개재된다면 층 (20)의 재료는 유용한 파장 영역의 빛을 투과시킬 필요가 없다. 전하 생성층 (18)와 접하는 전하 전달층 (20)은 전하 전달층에 놓이는 정전기 전하가 조사 부재에서 전도되지 않는 정도의 절연체이다. 방전 과정에서 전하가 통과할 때 전하 전달층 (20)은 최소 전하를 포획하여야 한다.
전하 전달층 (20)은 임의의 적합한 전하 전달 성분 또는 전기적 불활성 중합체 재료, 예컨대 폴리카보네이트 결합제에 용해되거나 분자적으로 분산되어 고용체를 형성하고 따라서 이러한 재료를 전기적 활성화시키는 첨가제로서 유용한 활성화 화합물을 포함한다. “용해되는”이란 예를들면, 소분자가 중합체에 용해되어 균질 상을 형성하는 것을 의미하고; 실시태양들에서 분자적으로 분산된다는 것은, 예를들면, 전하 전달 분자가 중합체에 분산되고, 분자 규모에서 소분자가 중합체에 분산되는 것을 의미한다. 전하 전달 성분은 필름 형성 중합체 재료에 첨가되고, 이는 달리 전하 생성 재료로부터 광 발생된 홀 주입을 지원하지 못하고 이들 홀의 이동이 가능하지 않다. 이러한 첨가로 인하여 전기적 불활성 중합체 재료는 전하 생성층 (18)으로부터의 광에 의한 발생된 홀 주입을 지원하고 이들 홀을 전하 전달층 (20)을 통하여 전달할 수 있어 전하 전달층 상의 표면 전하를 방전시킬 수 있다. 높은 이동성 전하 전달 성분은 유기 화합물의 소분자로 구성되고 이는 분자들 사이 전하 전달에 협력하여 궁극적으로 전하 전달층의 표면으로 전달시킨다. 예를들면, 제한되지 않지만, N,N'-디페닐-N,N-비스(3-methyl 페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민 (TPD), 기타 아릴아민 예컨대 트리페닐 아민, N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-1,1'-비페닐-4,4'-디아민 (TM-TPD), 및 기타.
많은 전하 전달 화합물이 전하 전달층에 포함될 수 있고, 이들 층은 일반적으로 두께가 약 5 내지 약 75 마이크로미터, 특히, 두께가 약 15 내지 약 40 마이크로미터이다. 예시적 전하 전달 성분들은 다음 식/구조를 가지는 아릴 아민들이다:
Figure pat00005
식 중 X는 적합한 탄화수소 예컨대 알킬, 알콕시, 아릴, 및 이들 유도체; 할로겐, 또는 이들의 혼합물, 및 특히 Cl 및 CH3로 이루어진 군에서 선택되는 이들 치환체이고; 다음 식의 분자들
Figure pat00006
식 중 X, Y 및 Z는 독립적으로 알킬, 알콕시, 아릴, 할로겐, 또는 이들의 혼합물이고, Y 및 Z 중 적어도 하나는 존재한다.
중합 결합제 재료의 특정 예시로는 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 아크릴레이트 중합체, 비닐 중합체, 셀룰로스 중합체, 폴리에스테르, 폴리실록산, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리(시클로 올레핀), 및 에폭시, 및 이들의 랜덤 또는 교대 공중합체를 포함한다. 실시태양들에서, 전하 전달층, 예컨대 홀 전달층의 두께는 적어도 약 10 μm, 또는 약 40 μm 이하이다.
예를들면, 측방 전하 이동 (LCM) 저항성을 개선시키기 위하여 전하 전달층들 또는 적어도 하나의 전하 전달층에 선택적으로 포함되는 성분 또는 재료의 예시로는 장애 페놀성 산화방지제 예컨대 테트라키스 메틸렌(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시 히드로신나메이트) 메탄 (IRGANOX® 1010, Ciba Specialty Chemical에서 입수), 부틸화 히드록시톨루엔 (BHT), 및 기타 장애 페놀성 산화방지제; 장애 아민 산화방지제; 티오에테르 산화방지제; 아인산염 산화방지제 ; 기타 분자들 예컨대 비스(4-디에틸아미노 -2-메틸페닐) 페닐메탄 (BDETPM), 비스-[2-메틸-4-(N-2-히드록시에틸-N-에틸-아미노페닐)]-페닐메탄 (DHTPM), 및 기타를 포함한다. 적어도 하나의 전하 전달층에 산화방지제는 약 0 내지 약 20, 약 1 내지 약 10, 또는 약 3 내지 약 8 중량% 존재한다.
전하 전달층은 홀 전달층에 있는 정전기 전하가 조사 부재에서 정전기 잠상 형성 및 유지를 억제하기에 충분한 속도로 전도되지 않는 정도에서 절연체이어야 한다. 전하 전달층은 실질적으로 가시광선 또는 의도된 용도 범위의 방사선을 흡수하지 않지만, 광전도층 즉 전하생성층에서 광으로 발생된 홀 주입을 가능하게 하고, 이들 홀이 전달되어 활성층 표면의 표면 전하를 방전시키는 점에서 전기적 "활성"이다.
또한, 벨트 구조를 이용하는 본 실시태양들에서, 전하 전달층은 단일 패스 전하 전달층 또는동일 또는 상이한 전달 분자 비율로 이중 패스 전하 전달층 (또는 이중 층의 전하 전달층)으로 이루어진다. 이들 실시태양에서, 이중층의 전하 전달층의 총 두께는 약 10 μm 내지 약 40 μm이다. 다른 실시태양들에서, 이중층의 전하 전달층 각각의 개별 층 두께는 2 μm 내지 약 20 μm이다. 또한, 전하 전달층은 광수용체 최상부 층으로 사용되어 전하 전달층 및 상도층의 계면에서 결정화를 억제하도록 구성된다. 다른 실시태양에서, 전하 전달층은 제1 패스 (pass) 전하 전달층으로 사용되어 제1 패스 및 제2 패스 층들 사이 계면에서 미세결정화 발생을 억제하도록 구성된다.
임의의 적합하고 통상적인 방법이 적용되어 전하 전달층을 형성하고 이후 전하 전달층 혼합물을 지지 기재 층에 도포한다. 전하 전달층은 단일 코팅 단계 또는 다중 코팅 단계로 형성될 수 있다. 침지 코팅 (Dip coating), 링 코팅, 분무, 그라비어 또는 임의의 기타 드럼 코팅 방법이 사용될 수 있다.
임의의 적합한 종래 방법 예컨대 오븐 건조, 적외선 건조, 공기 건조 및 기타 등에 의해 적층된 코팅물을 건조한다. 건조 후 최적 광전 및 기계적 특성을 위한 전하 전달층 두께는 약 10 μm 내지 약 40 μm 또는 약 12 μm 내지 약 36 μm이다. 다른 실시태양에서 두께는 약 14 μm 내지 약 36 μm이다.
접착층 (Adhesive Layer)
선택적인 개별 접착 계면 층이 소정의 구조, 예컨대 예를들면, 유연성 웨브 구조에 제공된다. 도 1에 도시된 실시태양에서, 계면층은 차폐층 (14) 및 전하 생성층 (18) 사이에 위치한다. 계면층은 코폴리에스테르 수지를 포함한다. 접착 계면층은 홀 차폐층 (14)에 직접 도포될 수 있다. 따라서, 실시태양들에서 접착 계면층은 하부 홀 차폐층 (14) 및 상부 전하 생성층 (18)과 직접적으로 연속 접촉되어 연결을 제공하는 접착 결합을 개선시킨다. 또 다른 실시태양들에서, 접착 계면층은 전적으로 생략될 수 있다.
접착 계면층의 두께는 건조 후 적어도 약 0.01 마이크로미터, 또는 약 1 마이크로미터 이하이다. 실시태양들에서, 건조된 두께 약 0.03 마이크로미터 내지 약 0.07 마이크로미터이다.
접지 스트립 (Ground Strip)
접지 스트립은 필름 형성 중합체 결합제 및 전도성 입자들로 구성된다. 임의의 적합한 전도성 입자들이 전도성 접지 스트립 층 (19)에 사용된다. 형상은 불규칙, 과립, 구형, 타원형, 입방체, 파편, 필라멘트 및 기타 등을 포함한다. 과도한 불규칙 외면을 가지는 전도성 접지 스트립 층을 피하도록 전도성 입자들은 전도성 접지 스트립 층 두께 보다 작은 입도를 가져야 한다. 약 10 마이크로미터 이하의 평균 입도는 일반적으로 건조된 접지 스트립 층의 외면에서 전도성 입자들의 과도한 돌출을 피할 수 있고 건조된 접지 스트립 층의 기질에 걸쳐 상대적으로 균일한 입자들의 분산을 보장할 수 있다. 접지 스트립에 사용되는 도전성 입자들 농도는 사용되는 특정 도전성 입자들의 전도성과 같은 인자들에 따라 다르다.
접지 스트립 층의 두께는 적어도 약 7 마이크로미터, 또는 약 42 마이크로미터 이하, 또는 적어도 약 14 마이크로미터, 또는 약 27 마이크로미터 이하이다.
휨-방지 지지 코팅층
휨-방지 지지 코팅층 (1)은 전기적 절연성 또는 약간 반-도전성의 유기 중합체 또는 무기 중합체를 포함한다. 휨-방지 지지 코팅층은 평탄성 및/또는 내마모성을 제공한다.
휨-방지 지지 코팅층 (1)은 화상화 층들과 반대인 기재 (2)의 배면에 형성된다. 휨-방지 지지 코팅층은 필름 형성 수지 결합제 및 접착 촉진 첨가제를 포함한다. 수지 결합제는 전기된 전하 전달층의수지 결합제와 동일 수지이다. 예시적 필름 형성 수지는 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 비스페놀 폴리카보네이트, 폴리(4,4'-이소프로필리덴 디페닐 카보네이트), 4,4'-시클로헥실리덴 디페닐 폴리카보네이트, 및 기타 등을 포함한다. 첨가제로 사용되는 접착 촉진제는 49,000 (du Pont), Vitel PE-100, Vitel PE-200, Vitel PE-307 (Goodyear), 및 기타 등을 포함한다. 통상 약 1 내지 약 15 중량% 접착 촉진제는 필름 형성 수지 첨가를 위하여 선택된다. 휨-방지 지지 코팅 두께는 적어도 약 3 마이크로미터, 또는 약 35 마이크로미터 이하, 또는 약 14 마이크로미터이다.
예시적 화상 형성 시스템 평가
Xerox 700 Digital Color Press 프린터에서 세정 고장이 생길 때까지 광수용체, 세정 블레이드, 및 윤활제의 다양한 조합으로 정전복사 작동하였다. 블레이드 또는 광수용체 표면 손상 발생으로 인한 가시적 프린트 결함까지의 정전복사 사이클 횟수로 세정 고장을 정의하였다. 세정 고장까지의 사이클 횟수를 실시예들 간에 비교하였다. 특정 조합에 대하여 더욱 하기된다.
표 1에 제시된 바와 같이, 다음과 같은 특성을 측정하고 평가하였다.
경도 세정 블레이드 경도를 쇼어 A 경도계로 측정하였다.
탄성계수 광수용체 표면 탄성계수를 나노-압입 방법으로 특정하였다.
입도 윤활제 입도를 Malvern 입도 분석기로 측정하였다.
물접촉각 PR 표면 물접촉각을 FTA 200으로 측정하였다.
시험 방법
시험 방법은 다음 단계들로 구성되었다: (1) 온도 28oC 및 상대습도 85%의 대기 조건에서 표준화 목표 페이지들을 인쇄함으로써 연속하여 CRU를 작동시킨다; (2) 매 10,000 사이클 마다 프린트 팩을 인쇄하고 화상 품질을 평가하다; 및 (3) 토너 필름화, 링 (ring), 또는 더스팅 (dusting)을 확인하기 위하여 매 10,000 사이클 마다 육안으로 광수용체 표면, BCR, 및 세정 폼 롤러를 검사한다.
결과
시험 결과를 하기 표 2에 제시한다.
광수용체 표면 탄성계수 (GPa) 세정 블레이드 쇼어 A 경도 윤활제-스테아르산아연 모드 입도 광수용체 표면 물접촉각 (degrees) 세정 고장까지의 사이클 횟수
비교예1 3.4 73 ~ 10 미크론 90 1*
비교예2 3.4 73 ~ 7 미크론 89 500o
비교예3 3.4 73 ~ 6 미크론 93 90,000
실시예 1 3.4 77 ~ 6 미크론 93 360,000
실시예 2 2.29 77 ~ 6 미크론 93 438,000
실시예 3 4.75 77 ~ 6 미크론 93 600,000
* 심각한 LCM으로 인한 초기 인쇄 품질 불량
o 간헐적 LCM으로 인한 초기 인쇄 품질 불량
비교예1 및 2
두 예시적 시스템들의 광수용체 표면 탄성계수는 2.0 GPa 이상이고 측정된 물접촉각은 90°이하이고, 세정 블레이드 쇼어 A 경도는 76 이하이다. 두 시스템 모두 측방 전하 이동으로 인한 인쇄 품질 불량으로 인하여 0 시간에 탈락하였다.
비교예3
본 예시적 시스템의 광수용체 표면 탄성계수는 2.0 GPa 이상이고 측정된 물접촉각은 90° 이상이고, 세정 블레이드 쇼어 A 경도는 76 이하이다. 상기 시스템은 임의의 가시적 LCM을 보이지 않았지만, 세정 블레이드 손상 및 이어 인쇄물에 가시화 되는 BCR의 토너 오염으로 인하여 90,000 사이클만에 탈락하였다.
실시예들 1-3
이들 예시적 시스템은 2.0 GPa 이상의 PR 표면 탄성계수, 90° 이상의 측정된 물접촉각, 및 76 이상의 세정 블레이드 쇼어 A 경도의 조합을 보인다. 이들 실시예는 모드 입자 크기 약 6 미크론의 스테아르산아연 입자들과 함께 76 이상의 쇼어 A 경도를 가지는 세정 블레이드 및 유리한 광수용체 표면 탄성계수와 조합되어 상승효과를 보인다.
상기 결과는 2.0 GPa 이상의 광수용체 표면 탄성계수 및 90° 이상의 측정된 물접촉각 및 76 이상의 세정 블레이드 쇼어 A 경도의 조합으로 세정 블레이드 고장 발생 전까지 더 긴 CRU 작동 수명이 가능하다는 것을 보인다. 이러한 CRU 시스템은 정전복사 CRU에서 2.0 GPa 이상의 표면 탄성계수를 가지는 저 마모성 상도를 적용함으로써 세정 고장 없이 더 긴 수명을 제공한다.
다양한 등급의 스테아르산아연 입자들을 검사하였다. 상업적으로 입수 가능한 스테아르산아연들은 (1) 모드 (분산 중심) 입도가 약 10 미크론, 예컨대 Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.에서 입수되는 ZnSt-S, (2) 모드 입도가 약 7 미크론, 예컨대 Asahi Denka Kogyo Co.에서 입수되는 ZnSt-L, 및 (3) 모드 입도가 약 6 미크론, 예컨대 Nippon Oil and Fat Corp에서 입수되는 ZnFP을 포함한다. 표 2에 제시된 바와 같이, 최고 물접촉각은 모드 입도가 약 6 미크론인 스테아르산아연 제품인 ZnFP을 이용하여 달성되었다.

Claims (9)

  1. 화상 형성 시스템에 있어서, 상기 시스템은 화상 형성을 위한 화상 형성 장치 및 화상 형성 장치에 화상 형성을 위하여 사용되는 토너 조성물로 구성되고, 화상 형성 장치는, 정전기 잠상 현상을 위한 전하 보유-표면을 가지고 영률이 2 GPa 이상인 화상화 부재, 화상화 부재 표면의 하전 거리 내에 배치되는 하전 롤러를 가지는 하전 유닛, 및 화상화 부재 표면 세정을 위한 쇼어 A 경도가 76 이상인 재료로 이루어지는 세정 블레이드를 포함하고, 토너 조성물은 토너 모 (parent) 입자들, 및 모드 입도가 약 7 미크론 이하인 윤활제 스테아레이트를 가지는 하나 이상의 첨가제를 포함하는, 화상 형성 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 윤활 스테아르산염은 스테아르산아연을 포함하는, 화상 형성 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 화상화 부재 표면의 물접촉각은 90° 이상인, 화상 형성 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 세정 블레이드는 우레탄, 부타디엔, 불소-탄성체, 불소규소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 탄성 재료를 포함하는, 화상 형성 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 하나 이상의 첨가제는 폴리메틸메타크릴레이트를 더욱 포함하는, 화상 형성 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 형성된 화상은 결손 (deletion)을 보이지 않는, 화상 형성 시스템.
  7. 화상 형성 시스템에 있어서, 상기 시스템은 화상 형성을 위한 화상 형성 장치 및 화상 형성 장치에 화상 형성을 위하여 사용되는 토너 조성물로 구성되고, 화상 형성 장치는, 기재, 기재에 배치되는 하나 이상의 광전도층, 및 하나 이상의 광전도층에 배치되고 표면의 영률은 2 GPa 이상인 상도층을 포함하는 화상화 부재, 화상화 부재 표면의 하전 거리 내에 배치되는 하전 롤러를 가지는 하전 유닛, 및 화상화 부재 표면 세정을 위한 쇼어 A 경도가 76 이상인 재료로 이루어지는 세정 블레이드를 포함하고, 토너 조성물은 토너 모 (parent) 입자들, 및 모드 입도가 약 7 미크론 이하인 윤활제 스테아레이트아연을 가지는 하나 이상의 첨가제를 포함하는, 화상 형성 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상도층은 가교화 유기 기질 (matrix)을 포함하는, 화상 형성 시스템.
  9. 화상 형성 시스템에 있어서, 상기 시스템은 화상 형성을 위한 화상 형성 장치 및 윤활 첨가제로 구성되고, 화상 형성 장치는, 정전기 잠상 현상을 위한 전하 보유-표면을 가지고 영률이 2 GPa 이상인 화상화 부재, 화상화 부재 표면의 하전 거리 내에 배치되는 하전 롤러를 가지는 하전 유닛, 및 화상화 부재 표면 세정을 위한 쇼어 A 경도가 76 이상인 재료로 이루어지는 세정 블레이드를 포함하고, 윤활 첨가제는 화상화 부재 표면 윤활을 위하여 모드 입도 6 미크론 이하인 스테아르산아연을 포함하는, 화상 형성 시스템.
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