KR20150035440A

KR20150035440A - 도전성 부재, 프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치

Info

Publication number: KR20150035440A
Application number: KR20140128988A
Authority: KR
Inventors: 노리후미 무라나카; 가즈히로 야마우치; 유이치 기쿠치; 고지 오츠카; 마사키 이모토; 데츠오 히노; 사토루 니시오카
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2015-04-06
Also published as: CN104516234B; US9651888B2; KR101737180B1; EP2853951A1; RU2598685C2; EP2853951B1; JP5989052B2; RU2014137892A; CN104516234A; US20150093151A1; JP2015087771A; BR102014024056A2

Abstract

도전성 부재는 도전성 지지체 및 도전성 지지체 상에 형성된 표면층을 갖고, 여기서 표면층은, 연속적인 개방 포어를 갖는 다공질체를 포함하고, 도전성 부재는, 하기 (1) 및 (2)를 충족시킨다:
(1) 특정한 조건에 있어서, 도전성 부재의 표면 전위는, 도전성 부재의 표면을 대전하도록 방전 완료부터 10초 경과 후에 10V 이상이고,
(2) 대전될 부재로서의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름과 도전성 부재 간에 직류 전압을 인가하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 대전시키는 경우에, |Vin| > |Vth|의 범위 내에서 |Vd| ≥ |Vin| - |Vth|가 충족되고, 여기서, Vd는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 대전 전위를 나타내고, Vin은 도전성 부재와 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 간에 인가되는 전압을 나타내고, Vth는 방전 개시 전압을 나타낸다.

Description

도전성 부재, 프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치{ELECTROCONDUCTIVE MEMBER, PROCESS CARTRIDGE AND ELECTROPHOTOGRAPHIC APPARATUS}

본 발명은 방전에 의해 피대전체를 대전시키는 도전성 부재, 특히 전자 사진 장치에 사용되는 대전 부재, 전사 부재 등으로 이용될 수 있는 도전성 부재, 및 그를 이용한 프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치에 관한 것이다.

방전에 의해 피대전체를 대전시키는 도전성 부재는 전자 사진 장치, 오존 발생 장치, 제전 장치, 공기 청정기, 정전형 집진기, 정전형 코팅 장치, 정전형 흡착 장치 등에 사용된다. 특히 전자 사진 장치에는, 예를 들어 대전 부재 또는 전사 부재와 같은 도전성 부재가 사용된다.

전자 사진 장치에서, 도전성 부재는 피대전체로 사용되는 전자 사진 감광체 또는 유전체를 포함하는 기록 매체에 대해서 접촉 배치 또는 근접 배치되고, 이러한 피대전체의 표면은 교류 전압의 중첩에 의해 달성된 직류 전압 또는 직류 전압만의 인가로 인한 방전에 의한 대전 처리에 적용된다.

최근에, 전자 사진 화상 형성 프로세스의 고속화에 따라, 피대전체를 대전시키는 데에 소비되는 시간이 상대적으로 단축되었다. 이러한 경향은 피대전체를 안정적으로 확실히 대전시키는 데에 불리하다. 구체적으로, 전자 사진 화상 형성 프로세스의 고속화에 의해 피대전체의 표면에 충분한 대전 전위를 부여하기가 어렵게 된다. 이러한 문제에 대해서, 일본 특허 공개 공보 2005-316263에는 대전 부재의 최외층이 강유전성 입자를 함유하여 유전 상수의 증가를 초래함으로써, 방전 전류량을 증가시키는 기술이 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 공보 2004-245933에는 다층 대전 부재의 표면층 아래에 위치하는 적어도 하나의 층이 전기 저항이 높은 층이어서 대전 성능을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

본 발명자들의 연구에 따르면, 고속화된 전자 사진 화상 형성 프로세스에서 피대전체에 충분한 대전 전위를 부여하기 위해서는 도전성 부재에 인가되는 전압을 상승시킬 필요가 있다. 그러나, 일본 특허 공개 공보 2005-316263 및 일본 특허 공개 공보 2004-245933에 개시된 대전 부재에 인가되는 전압이 상승하면, 국소적이고 강한 방전 (이하, "이상 방전"이라고도 함)이 유발되어 안정적인 방전을 방해하고 이상 방전으로 인해 수십 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 범위에서 화상 불균일을 초래할 수 있다.

본 발명은 인가 전압이 상승한 경우에도 이상 방전이 발생하기 어려운 안정적인 대전 성능을 갖는 도전성 부재를 제공하는 것에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 고화질의 전자 사진 화상을 안정적으로 형성하는 전자 사진 장치 및 프로세스 카트리지를 제공하는 것에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 도전성 지지체, 및 도전성 지지체 상에 형성된 표면층을 포함하는 도전성 부재를 제공하고, 표면층은 연속적인 개방 포어(open pore)를 갖는 다공질체를 포함하고, 도전성 부재는 하기 (1) 및 (2)를 충족시킨다:

(1) 도전성 부재의 표면 전위는 도전성 부재의 표면을 대전하도록 방전 완료부터 10초 경과 후에 10V 이상이고, 도전성 부재의 표면의 대전은, 8kV의 전압을 코로나 방전 유닛에 인가하고 코로나 방전 유닛으로부터 방전을 행함으로써, 코로나 방전 유닛의 그리드부가 도전성 부재의 표면으로부터 1mm만큼 떨어지도록 배치된 코로나 방전 유닛에 의해 수행되고,

(2) 대전될 부재로서의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름과 도전성 부재 간에 직류 전압을 인가하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 대전시키는 경우에, |Vin| > |Vth|의 범위 내에서 |Vd| ≥ |Vin| - |Vth|가 충족되고, Vd는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 대전 전위를 나타내고, Vin은 도전성 부재와 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 간에 인가되는 전압을 나타내고, Vth는 방전 개시 전압을 나타낸다.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 도전성 부재 및 전자 사진 감광체를 포함하고, 전자 사진 장치의 본체에 대하여 착탈가능하도록 구성된 프로세스 카트리지를 제공한다. 본 발명의 추가 양태에 따르면, 상기한 도전성 부재 및 전자 사진 감광체를 포함하는 전자 사진 장치를 제공한다.

본 발명의 추가 특징은 첨부된 도면을 참조하여 예시 실시양태의 하기 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다.

도 1은 도전성 부재의 방전 특징의 한 예를 도해하는 그래프.
도 2a는 도전성 부재의 한 예로서 대전 롤러의 축 방향에 대하여 수직 방향의 단면을 나타내는 도면.
도 2b는 도전성 부재의 한 예로서 대전 롤러의 축 방향에 대하여 수직 방향의 단면을 나타내는 도면.
도 3은 표면층의 제조 방법의 한 예로서 전자스피닝 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 전자스피닝 방법에 의해 제조된 표면층의 단면 화상.
도 5는 스피노달(spinodal) 분해를 이용하는 방법에 의해 제조된 표면층의 단면 화상.
도 6은 전자 사진 프로세스 카트리지의 한 예를 도해하는 도면.
도 7은 전자 사진 장치의 한 예를 도해하는 도면.

이제부터 본 발명의 바람직한 실시양태가 첨부된 도면에 따라 상세히 설명될 것이다.

대기 중의 근접 방전 현상은 파센 법칙(Paschen's law)에 따라 발생한다. 이 현상은 구체적으로 유리된 전자가 전계에 의해 가속화되어 공기 중의 기체 분자 및 전극과 충돌해 전자 및 양 이온을 생성하는 과정을 반복하면서 지수 함수적으로 증가하는 전자 사태의 확산 현상이다. 전자 사태는 전계에 따라 확산되고, 확산이 최종적인 방전 전하량을 결정한다. 이때 방전 전하량은 방전 공간 전계가 강화됨에 따라 지수 함수적으로 증가한다. 따라서, 파센 법칙에 따른 조건보다 과도한 전계가 달성되면, 국소적이고 강한 방전 (이상 방전)이 쉽게 발생한다. 특히, 전자 사진 장치에 사용되는 접촉 대전 롤러에서 전형적으로 관찰되는 방전 간극이 프로세스와 함께 좁아지는 경우에, 비교적 넓은 간극으로 방전이 안정적으로 발생하지 않는다면 과도한 전계가 발생하여 국소적이고 강한 방전이 발생한다. 과도한 전계에서, 대전 바이어스의 상승이 전계의 큰 변화를 초래하여, 보다 더 강한 방전이 발생하기 쉽다.

이상 방전을 억제하기 위해서는 방전 공간 전계를 강하시키는 것이 효과적이다. 그러나, 단지 방전 공간 전계를 강하시키는 것만으로는 방전 전하량이 감소하여 피대전체의 대전 불량을 초래할 수 있다. 이와 관련하여, 타운젠트 이론(Townsend theory)에 따르면, 방전 전하량은 방전 공간의 초기 전자 개수 및 전계에 의해 결정된다. 즉, 방전 공간 전계를 강하시킬 뿐만 아니라, 필요한 방전 전하량을 보장하기 위해서는 초기 전자 개수를 증가시킬 필요가 있다.

본 발명자들은, 집중적으로 연구한 결과, 도전성 지지체, 및 도전성 지지체 위에 형성된 표면층을 포함하고, 여기서 표면층은 연속적인 개방 포어를 갖는 다공질체를 포함하는 것이고, 하기 (1) 및 (2)를 충족시키는 도전성 부재에 의해 문제가 해결될 수 있음을 발견하였다.

본 발명에 따른 도전성 부재가 상기 문제를 해결할 수 있는 이유는 하기와 같이 생각된다.

도전성 부재의 표면층이 연속적인 개방 포어를 갖는 다공질체를 포함하는 경우에, 표면층과 피대전체 사이에서 발생하는 방전은 표면층에서도 연속적으로 발생한다. 이때, 표면층과 피대전체 사이에서 발생한 방전은 양 이온 또는 전자에 의해 표면층을 대전시킨다. 표면층의 대전 극성은 도전성 부재와 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 간의 인가 바이어스와는 반대 극성을 갖고 있어서, 표면층에서의 전계는 상승하고 표면층과 피대전체 사이의 전계는 강하한다.

또한, 상기 (1)에서 규정한 바와 같이 방전 완료부터 10초 경화 후에 표면층이 표면에서 10V 이상의 전위를 갖는 한은, 대전 부재에 의한 전자 사진 감광체와 같은 피대전체의 대전 단계에서 대전 부재의 표면층과 피대전체 사이의 전계가 유의하게 약화될 수 있다.

상기 (1)과 관련하여, 방전 완료부터 10초 경화 후의 표면 전위가 10V 미만이면, 도전성 부재의 표면층과 피대전체 사이의 전계 약화 효과가 충분히 달성되지 않는다. 그 결과, 이상 방전 억제 효과가 충분히 달성될 수 없다.

여기서, 국소적이고 강한 방전에 대해서는, 상술한 바와 같이 표면층과 피대전체 사이의 전계가 지배적이다. 따라서, 표면층과 피대전체 사이의 전계가 강하하면, 국소적이고 강한 방전이 억제된다 (방전 공간 전계의 강하). 그러나, 표면층과 피대전체 사이의 전계가 강하하는 것만으로는, 상술한 바와 같이 피대전체의 대전 전위가 낮아진다.

도 1은 인가 바이어스 Vin과 피대전체의 대전 전위 Vd의 관계를 도해한다. 표면층이 개방 포어를 갖지 않는 도전성 부재, 또는 표면층이 개방 포어를 갖지만, 표면층에서 방전이 발생하지 않는 도전성 부재의 경우, 방전이 발생하는 |Vin| > |Vth|의 범위에서 |Vd| = |Vin| - |Vth|의 관계가 충족되고, 여기서, Vin은 도전성 부재와 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 간에 인가되는 전압을 나타내고, Vth는 방전 개시 전압을 나타낸다(도 1에서 점선 "A").

그러나, 상기 (1)이 충족될 경우에, 방전이 진행될수록 전하량이 증가하고 또한 방전 영역에서의 전계 강하가 촉진되어, |Vd| < |Vin| - |Vth|가 충족된다 (도 1에서 파선 "B").

한편, 표면층이 방전가능한 연속적인 개방 포어를 가지면, 표면층이 대전되어 표면층에서의 전계가 상승하고, 그에 따라 표면층에서 방전이 발생한다. 표면층에서 발생한 전자는 표면층과 피대전체 사이에서의 방전을 촉진하여, 피대전체에 방전 전하량을 증가시킨다 (초기 전자 개수의 증가, 도 1에서 실선 "C").

따라서, 상기 (1) 및 (2)를 동시에 충족시키는 도전성 부재는, 인가 전압이 상승하더라도 이상 방전을 억제할 수 있고, 높은 대전성을 갖는 도전성 부재가 수득될 수 있다.

이하, 본 발명의 도전성 부재가 상세히 설명된다. 이하, 대전 부재가 도전성 부재의 대표적인 예로서 기술되지만, 본 발명의 도전성 부재는 그의 형상 및 용도와 관련하여 그러한 대전 부제로 제한되지 않는다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 도전성 부재의 개략도이다. 도전성 부재는 도전성 지지체의 외주 면 위에 다공질체를 포함하는 표면층을 포함하고, 전자 사진 대전 부재로서 사용될 수 있다. 도전성 부재는, 예를 들어 도 2a에 도해된 바와 같이 도전성 지지체로서의 맨드릴 (mandrel; 12), 및 맨드릴의 외주 위에 제공된, 연속적인 개방 포어를 갖는 다공질체를 포함하는 표면층 (11)을 포함할 수 있다. 또한, 도전성 부재는, 도 2b에 도해된 바와 같이 맨드릴 (12), 맨드릴의 외주 위에 제공된 도전성 수지층 (13), 및 도전성 수지층의 외주 위에 제공된, 연속적인 개방 포어를 갖는 다공질체를 포함하는 표면층 (11)을 포함할 수 있다. 따라서, 도전성 지지체는 맨드릴의 외주 위에 도전성 수지층을 가질 수 있다. 도전성 수지층 (13)은 본 발명의 효과가 달성될 수 있는 한, 상이한 재료를 갖는 복수 개의 도전성 수지층이 배치된 다층 구성을 가질 수 있다.

<도전성 지지체>

(맨드릴)

맨드릴로서, 도전성 부재용으로 이용가능한 부재 중에서 용도에 따라 적절하게 선택된 부재가 사용될 수 있다. 전자 사진 대전 부재용 맨드릴로서, 예를 들어 탄소강 합금의 표면에 약 5 ㎛의 두께로 니켈-도금한 원통형 재료가 사용될 수 있다.

(도전성 수지층)

도전성 수지층 형성 재료로서, 고무 재료, 수지 재료 등이 사용될 수 있다. 고무 재료는 특별히 제한되지 않으며, 도전성 부재의 용도에 따라 적절하게 선택되고 사용될 수 있다. 전자 사진 대전 부재용 고무 재료의 예는 에피클로로히드린 단일중합체, 에피클로로히드린-에틸렌 옥시드 공중합체, 에피클로로히드린-에틸렌 옥시드-알릴 글리시딜 에테르 삼원공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체의 수소화 생성물, 실리콘 고무, 아크릴 고무 및 우레탄 고무를 포함한다. 전자 사진 대전 부재용 수지 재료의 예는 아크릴 수지, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 에폭시 수지 및 실리콘 수지를 포함한다. 이들 재료는 또한 필요에 따라, 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

도전성 수지층에는 전기 저항 값을 조정하기 위해 필요에 따라 하기가 첨가될 수 있다.

전자 전도성을 나타내는 카본 블랙 및 흑연; 산화주석과 같은 산화물; 구리 및 은과 같은 금속; 도전성이 입자의 표면을 산화물 또는 금속으로 피복함으로써 부여되는 도전성 입자; 이온 전도성을 나타내는 4급 암모늄 염; 이온 교환 성능을 갖는 이온 전도제, 예컨대 술포네이트 등.

본 발명의 효과가 악화되지 않는 한, 수지의 블렌딩제로서 일반적으로 사용되는 충전제, 연화제, 가공 보조제, 점착 부여제, 점착 방지제, 분산제, 발포제, 조대화 입자 등이 첨가될 수 있다.

도전성 수지층의 전기 저항 값은 1 x 10² Ω·cm 이상 내지 1 x 10¹⁰ Ω·cm 이하의 범위에서 선택된 체적 저항율이 달성되도록 설정될 수 있다.

<표면층을 형성하는 다공질체>

본 발명에 따른 표면층을 형성하는 다공질체는 이상 방전 억제의 관점에서, 하기 구성을 갖는 것이 중요하다.

[다공질체의 구조]

표면층을 형성하는 다공질체는 연속적인 개방 포어를 갖는 구조를 갖는다. 이러한 구조는, 포어가 표면층에서 서로 연속적으로 연결되고 포어에서의 공극이 또한 표면층의 외부에 연결되는 것을 의미한다. 다공질체는 연속적인 방전을 촉진하기 위해, 바람직하게는 적어도 표면층의 두께 방향으로 복수 개의 포어가 연속적으로 연결되고 각각의 포어가 표면층의 외부와 연통되는 구성을 갖는다. 연속적인 방전을 촉진하기 위해, 또한 바람직하게는 다공질체는 표면층의 두께 방향과 교차하는 방향으로 복수 개의 포어 중 일부가 교차 연통되는 구성을 가질 수 있다. 또한 바람직하게는, 표면층은 도전성 지지체와 대향하는 표면층의 외부가 표면과 대향하는 표면층의 외부와 연통되도록 복수 개의 포어가 연결되는 구성을 가질 수 있다. 이러한 연속적인 개방 포어는 표면층에서 방전에 의해 발생된 전자가 표면층의 외부로 이동할 수 있게 한다.

[다공질체의 형태]

상기 (1)을 충족시키기 위해, 도전성 부재는 부재가 코로나 방전에 의해 대전될 수 있는 전기 특징을 가질 필요가 있다. 또한, 상기 (2)를 충족시키기 위해, 표면층에서 충분한 방전이 발생할 필요가 있다. 상기 (1) 및 (2)를 달성하기 위해, 표면층의 두께, 다공율, 표면적 및 체적 저항율을 제어하는 것이 중요하다.

1. 체적 저항율

도전성 부재가 상기 (1)을 충족시키기 위해, 코로나 방전에 의해 대전된 표면층으로부터 도전성 지지체 또는 도전성 수지층으로의 대전 감쇠를 억제할 필요가 있다. 따라서, 표면층은 비-도전성일 수 있다. 표면층이 비-도전성이기 위해서는, 체적 저항율을 1.0 x 10¹⁰ Ω·cm 이상이도록 설정하여 표면층을 제조할 수 있다.

2. 다공율

표면층에서 충분한 방전을 발생시키기 위해, 방전을 위해 필요한 공기가 표면층에 존재할 필요가 있다. 다공율이 클수록, 표면층에서의 방전이 보다 쉽게 발생한다. 그 이유는 표면층에서 방전을 발생시키기 위해서는 일정량 이상의 공기가 필요하기 때문이라고 생각된다. 표면층에서 상기 (1) 및 (2)를 충족시키기 위해, 즉 목적 대전 및 방전을 둘다 효과적으로 달성하기 위해, 표면층의 다공율은 40% 내지 98%의 범위에서 선택될 수 있다.

3. 비표면적

본 발명에서 비표면적은 단위 면적 당 표면적을 의미하고, 피대전체 측에서 관찰된 단위 면적에 존재하는 다공질체의 전체 표면적, 즉 표면층의 외부 표면의 단위 면적에 존재하는 다공질체의 전체 표면적 (연속적인 개방 포어 내의 표면적 포함)을 나타낸다. 표면층에서 상기 (1) 및 (2)를 충족시키기 위해, 즉 목적 대전 및 방전을 둘다 보다 효과적으로 달성하기 위해, 표면층을 형성하는 다공질체의 비표면적은 0.5 ㎛²/㎛² 내지 100 ㎛²/㎛²의 범위에서 선택될 수 있다.

4. 두께

표면층의 두께가 두꺼울수록, 표면층의 전하량이 증가한다. 또한, 표면층에 의해 공유된 전압 상승에 따른 표면층과 피대전체 사이에 공유된 전압 강하를 고려하면, 표면층의 두께는 특정 값 이하로 억제될 수 있다. 이러한 이유 때문에, 표면층의 두께는 1 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위일 수 있다.

[다공질체의 제조 방법]

표면층을 형성하는 다공질체의 제조 방법은 다공질체가 도전성 지지체 위의 표면층으로서 형성될 수 있는 한은 특별히 제한되지 않으며, 하기 제조 방법을 포함한다.

·용융 스피닝 또는 전기 스피닝에 의해 제조된 미세 섬유를 침적시키는 방법.

·고분자 용액의 상 분리를 이용하여 기공을 형성하는 방법.

·발포체를 이용하여 기공을 형성하는 방법.

·레이저와 같은 에너지 빔을 조사하여 기공을 형성하는 방법.

·수지 입자를 침적시키는 방법.

상기 방법에서, 본 발명에 따른 다공질체는 대략 1 마이크로미터 미만 내지 수십 마이크로미터의 정도로 형성된 포어 및 골격을 가질 수 있고, 복잡한 형상으로 효과적으로 형성될 수 있다. 따라서, 전기 스피닝에 의해 제조된 미세 섬유를 침적시키는 방법, 고분자 용액의 층 분리를 이용하는 방법 등이 채택될 수 있다.

약 0.01 내지 40 ㎛의 평균 섬유 직경을 갖는 미세 섬유를 제조하는 방법의 예는 전자스피닝 방법 (전기 스피닝 방법·정전 스피닝 방법), 복합 스피닝 방법, 폴리머 블렌드 스피닝 방법, 용융-취입 스피닝 방법 및 플래시 스피닝 방법을 포함한다. 미세 섬유를 제조하는 방법 중에서, 대략 1 마이크로미터 미만 내지 수십 마이크로미터의 정도로 포어 및 골격을 형성하기 위해 전자스피닝 방법을 채택할 수 있다.

전자스피닝 방법에 의해 섬유층 (표면층)을 제조하는 방법이 도 3을 참조하여 설명된다. 도 3에 도해된 바와 같이, 고전압 전력 공급원 (25), 다공질체를 형성하기 위한 액체 원료의 저장 탱크 (21), 노즐 (26) 및 접지된 (24) 도전성 지지체 (23)가 사용된다.

액체 원료는 저장 탱크 (21)로부터 노즐 (26)로 특정 속도로 압출된다. 1 내지 50 kV의 전압이 노즐 (26)에 인가되고, 전기 인력이 액체 원료의 표면 장력을 초과하면, 액체 원료의 제트 (22)가 도전성 지지체 (23)를 향해 분사된다. 이때, 액체 원료가 용매가 사용된 액체 원료인 경우에는, 제트 (22) 중의 용매가 서서히 휘발되고, 액체 원료는 도전성 지지체 (23)에 도달하기 전에 섬유로 형성되고, 수십 마이크로미터 이하의 감소한 직경을 가지며, 도전성 지지체 (23)의 표면 형상에 따라 부착되면서 고화된다. 액체 원료로서 용매 없이 융점 이상의 온도로 가열함으로써 용융된 액체 재료를 사용하여, 제트 (22) 중에서 온도 강하에 의해 섬유를 형성하는 방법도 채택될 수 있다. 한 예로, 전자스피닝 방법에 의해 제조된 표면층의 단면 화상이 도 4에 나타나 있다.

이어서, 고분자 재료 용액의 상 분리를 이용하여 표면층을 형성하는 방법이 설명된다. 여기서, 고분자 재료 용액은 고분자 재료 및 용매를 포함하는 용액을 나타낸다. 고분자 재료 용액의 상 분리를 이용하는 방법의 예는 하기 3가지 방법을 포함한다. 이러한 방법에 의해 형성된 표면층은 고분자 재료의 3차원적으로 연속적인 골격 및 3차원적으로 연속적인 개방 포어를 갖는, 소위 동시-연속 구조를 갖는 표면층이다.

1. 복수 종의 고분자 재료 또는 고분자 재료 전구체, 및 용매를 혼합하고, 온도, 습도, 용매 농도, 고분자 재료의 중합에서 복수 종의 고분자 재료의 상용성 등을 변화시켜 고분자 재료와 고분자 재료 사이의 상 분리를 유도한다. 그 후에, 고분자 재료 중 1종을 제거하여 연속적인 골격 및 연속적인 포어가 공존하는 다공질체를 제공한다. 한 예로, 용액에서는 서로 상용성이지만, 건조 후에는 서로 상용성이지 않은 고분자 재료의 조합이 선택된다. 고분자 용액을 본 발명에 따른 도전성 수지층에 도포한 후에, 고분자 재료 사이의 상 분리가 건조 과정에서 진행되어 상 분리 구조가 형성된다. 건조 후에, 고분자 재료 중 1종만이 용해될 수 있는 선택된 용매에 생성물을 침지시킨다. 침지 단계에 의해 고분자 재료 중 1종이 용출되어 다공질 구조를 제공할 수 있다.

2. 고분자 재료 또는 고분자 재료 전구체, 및 용매를 혼합하고, 온도, 습도, 용매 농도, 고분자 재료의 중합에서 고분자 재료와 용매 사이의 상용성 등을 변화시켜 고분자 재료와 용매 사이의 상 분리를 유도한다 (스피노달 분해). 그 후에, 용매를 제거하여 연속적인 골격 및 연속적인 포어가 공존하는 다공질체를 제공한다.

구체적으로, 우선 상온에서는 서로 상용성이지 않지만 가열시에는 서로 상용성인 고분자 재료 및 용매를 선택한다. 이러한 고분자 재료와 용매 조합의 예는 폴리락트산 (고분자 재료)과 디옥산 (용매)의 조합, 및 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA) (고분자 재료)와 에탄올 (용매)의 조합을 포함한다. 그 후에, 본 발명에 따른 도전성 지지체를 고분자 재료가 용매에 용해된 코팅액에 환류하에 가열하면서 침지시킨다. 그 후에, 생성물을 상온에서 정치해 두어 고분자 재료 및 용매의 상 분리가 진행되도록 하면, 도전성 지지체의 주위에 용매상을 포함하는 고분자 재료의 층이 형성된다. 마지막으로, 용매를 고분자 재료의 층으로부터 제거하여 고분자 재료를 갖는 다공질 구조를 제공한다.

3. 고분자 재료, 물, 용매, 계면활성제 및 중합 개시제를 혼합하여 유중수 에멀젼을 제조하고, 고분자 재료를 오일 중에서 중합시킨 다음, 물을 제거하여, 연속적인 골격 및 연속적인 포어가 공존하는 다공질체를 제공한다. 한 예로, 고분자 재료의 전구체를 비수성 용매에 용해시키고, 생성물을 물 및 계면활성제와 혼합하여 에멀젼 용액을 조정한다. 그 후에, 본 발명에 따른 도전성 수지층을 용액에 침지시킨다. 침지 후에, 에멀젼 용액 중에서 고분자 재료를 중합시킨다. 중합 후에, 물을 건조 과정에서 증발시켜 다공질 구조를 제공할 수 있다.

이들 방법 중에서, 2에 기재된 방법의 경우에, 상 분리의 초기 단계에서 구조가 쉽게 고착되므로, 다공질체의 포어 및 골격이 효과적으로 미세하게 형성될 수 있다. 또한, 이 방법은 스피노달 분해에서 특징적인 복잡한 형상을 갖는 다공질체가 쉽게 형성되기 때문에 채택될 수 있다. 본원에서, 도 5가 방법 2에 의해 제조된 표면층의 단면 화상의 한 예를 나타낸다.

[다공질체 층을 형성하는 재료]

본 발명에 따른 다공질체를 형성하는 골격의 재료, 즉 각각의 포어를 한정하는 골격 또는 벽을 형성하는 재료는 재료가 다공질체를 형성할 수 있는 한은 특별히 제한되지 않는다. 다공질체를 형성하는 재료로서, 수지 재료를 포함하는 유기 재료, 실리카 또는 티타니아와 같은 무기 재료, 또는 유기 재료와 무기 재료의 혼성 재료가 사용될 수 있다.

수지 재료의 예는 하기를 포함한다: (메트)아크릴 중합체, 예컨대 폴리(메틸 메타크릴레이트), 및 폴리올레핀계 중합체, 예컨대 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌; 폴리스티렌; 폴리이미드, 폴리아미드 및 폴리아미드이미드; 폴리아릴렌 (방향족 중합체), 예컨대 폴리(p-페닐렌 옥시드) 및 폴리(p-페닐렌 술피드); 폴리에테르; 폴리비닐 에테르; 폴리비닐 알콜; 술폰산 기 (-SO₃H), 카르복실 기 (-COOH), 인산 기, 술포늄 기, 암모늄 기 또는 피리디늄 기가 도입된 폴리올레핀계 중합체, 폴리스티렌, 폴리이미드 및 폴리아릴렌 (방향족 중합체); 플루오린-함유 중합체, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리비닐리덴 플루오라이드; 술폰산 기, 카르복실 기, 인산 기, 술포늄 기, 암모늄 기 또는 피리디늄 기가 플루오린-함유 중합체의 골격에 도입된 퍼플루오로술폰산 중합체, 퍼플루오로카르복실산 중합체 및 퍼플루오로인산 중합체; 폴리부타디엔계 화합물; 폴리우레탄계 화합물, 예컨대 엘라스토머 및 겔; 에폭시계 화합물; 실리콘계 화합물; 폴리비닐 클로라이드; 폴리에틸렌 테레프탈레이트; (아세틸)셀룰로스; 나일론; 및 폴리아릴레이트.

여기서, 중합체는 단독으로 또는 복수 종이 조합되어 사용될 수 있거나, 특정 관능기가 중합체 사슬에 도입된 중합체가 사용될 수 있거나, 또는 상기 중합체의 원료로서 2종 이상의 단량체의 조합으로부터 제조된 공중합체가 사용될 수 있다.

무기 재료는 Si, Mg, Al, Ti, Zr, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Sn 및 Zn의 산화물을 포함한다. 보다 구체적으로, 무기 재료는 하기 금속 산화물을 포함한다: 실리카, 산화티타늄, 산화알루미늄, 알루미나 졸, 산화지르코늄, 산화철 및 산화크롬.

[첨가제]

다공질체와 관련하여, 본 발명의 효과가 악화되지 않고 다공질체가 형성될 수 있는 한, 다공질체를 형성하는 재료에 첨가제가 첨가될 수 있다. 첨가제의 예는 전자 전도성을 나타내는 카본 블랙 및 흑연, 산화주석과 같은 산화물, 구리 및 은과 같은 금속, 도전성이 입자의 표면을 산화물 또는 금속으로 피복함으로써 부여되는 도전성 입자, 이온 전도성을 나타내는 4급 암모늄 염, 및 이온 교환 성능을 갖는 이온 전도제, 예컨대 술포네이트를 포함한다. 수지의 블렌딩제로서 일반적으로 사용되는 충전제, 연화제, 가공 보조제, 점착 부여제, 점착 방지제 또는 분산제가 본 발명의 효과가 악화되지 않는 한 첨가될 수 있다.

이하, 도전성 부재의 각 물리적 성질의 측정 방법이 설명된다. 후술된 실시예 및 비교예에서의 물리적 성질 또한 하기 방법에 따라 측정되었음을 주목해야 한다.

[두께의 측정]

표면층의 두께는 도전성 지지체의 표면에 대하여 수직 방향으로 측정된 표면층의 두께이고, 대전 부재를 길이 방향으로 5등분하고 각 부분의 임의의 5개 지점에서 절단한 절편의 두께를 측정하여 얻어진 총 25개 지점의 두께의 평균 값을 의미한다. 또한, 각 지점에서의 표면층의 두께는 도전성 지지체 및 표면층을 포함하는 절편을 대전 부재로부터 절단하여 절편을 X선 CT 측정 등에 적용함으로써 측정할 수 있다.

[비표면적의 측정]

표면층의 비표면적은 BET법에 의해 측정할 수 있고, 예를 들어 표면적을 알고 있는 표면층을 형성하는 재료의 BET를 측정한 후에, 표면층의 BET를 측정하여, BET의 비율을 계산함으로써 결정될 수 있다. 본 발명의 표면층의 비표면적은 대전 부재를 길이 방향으로 5등분하고 각 부분의 임의의 1개 지점에서 절단한 절편의 비표면적을 측정하여 얻어진 5개 지점의 비표면적의 평균 값을 의미한다.

[다공율의 측정]

표면층의 다공율은 임의의 2차원 단면에서 측정된 다공율의 평균 값이고, 대전 부재를 길이 방향으로 5등분하고 각 부분의 임의의 5개 지점에서 절단한 절편의 다공율을 측정하여 얻어진 총 25개 지점의 다공율의 평균 값을 의미한다. 또한, 각 측정 지점에서의 다공율은 SEM 장치로 관찰하고, 화상 프로세싱 소프트웨어 (미디아 사이버네틱스, 인크.(Media Cybernetics, Inc.) 제조의 이미지프로플러스(ImageProPlus))로 계산할 수 있다. 또한, 관찰 시야는 표면층을 형성하는 포어 및 골격의 구조적 주기의 약 100배를 1변으로 하는 정방형일 수 있다.

[코로나 방전에 의한 도전성 부재의 표면 전위 측정]

코로나 방전에 의한 도전성 부재 (대전 부재)의 표면 전위 측정은 전하량을 측정하는 장치 (제품명: DRA-2000L, 퀄리티 엔지니어링 어소시에이츠, 인크.(Quality Engineering Associates, Inc.) 제조)를 사용하여 수행된다. 구체적으로, 전하량을 측정하는 장치의 코로나 방전 유닛을 그의 그리드부와 도전성 부재 표면 사이의 간격이 1 mm이도록 배치한다. 그 후에, 방전을 발생시키기 위해 8 kV의 전압을 코로나 방전 유닛에 인가하여, 도전성 부재의 표면을 대전시키고, 방전 완료 후 및 완료부터 10초 후에 도전성 부재의 표면 전위를 측정한다.

[대전 전위 Vd 및 방전 개시 전압 Vth의 측정]

대전 전위 Vd 및 방전 개시 전압 Vth는 하기와 같이 측정한다.

우선, 한쪽 표면이 알루미늄-침적된 PET (폴리에틸렌 테레프탈레이트) 시트 (제품명: 메탈루미(Metalumy) S#25, 도레이 어드밴스드 필름 캄파니, 리미티드(Toray Advanced Film Co., Ltd.) 제조)의 알루미늄-침적되지 않은 표면에 대향하도록 도전성 부재를 배치한다. PET 시트 표면과 도전성 부재 표면 사이의 간극은 8 ㎛로 설정한다.

마이너스 전압을 대전 부재의 맨드릴에 인가하고, PET 시트의 알루미늄-침적된 표면을 접지시킨다. 그 후에, 대전 부재 및 PET 시트를 그 사이의 간격이 변화하지 않도록 상대적으로 이동시켜 20 mm 평방 이상의 영역을 대전시킨다. 이때 상대 이동 속도는 10 mm/s로 설정한다. 그 후에, 전위 측정기 (표면 전위계 모델 344, 트렉 재팬(Trek Japan) 제조, 프로브: 6000B-7C)를 2 mm의 간격을 유지하면서 PET 시트에 배치하여, 표면 전위를 측정한다. 대전 전위 Vd는 표면 전위 측정을 3회 수행하고 3개의 결과의 평균 값을 계산하여 얻는다.

또한, Vth는 표면 전위가 3 V에서 5 V로 변화할 때의 인가 바이어스와 표면 전위의 차이로부터 계산되고, 예를 들어 인가 바이어스가 500V이고 표면 전위가 4 V이면, Vth는 496 V이다.

<프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치>

상술한 대전 부재는 전자 사진법에 의한 화상 형성에 사용되는 전자 사진 프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치의 대전 부재로서 적합하게 사용될 수 있다. 이하, 프로세스 카트리지 및 전자 사진 장치가 설명된다.

·프로세스 카트리지

도 6은 대전 부재 (이하, "대전 롤러"라고도 함)로서 본 발명에 따른 도전성 부재를 갖춘 전자 사진 프로세스 카트리지의 개략적인 단면도이다. 프로세스 카트리지는 대전 롤러 (42) 및 드럼-형상의 전자 사진 감광체 (이하, "감광성 드럼"이라고도 함) (41)를 일체형으로 카트리지의 용기에 수용하고, 전자 사진 장치의 본체에 대하여 착탈가능하다. 도 6에 도해된 프로세스 카트리지는 대전 롤러 (42) 및 감광성 드럼 (41) 이외에도, 적어도 현상 롤러 (43) 및 토너 용기 (46)로 구성된 현상 유닛을 가질 수 있다. 이때, 현상 유닛에 필요에 따라 토너 공급 롤러 (44), 토너 (49), 현상 블레이드 (48) 및 교반 블레이드 (410)가 제공될 수 있다. 또한, 도 6에 도해된 프로세스 카트리지에는 감광성 드럼 (41)의 표면에 인접해 있는 클리닝 블레이드 (45) 및 폐 토너 수용 용기 (47)가 제공될 수 있다.

·전자 사진 장치

도 7은 본 발명에 따른 도전성 부재가 대전 롤러로서 사용된 전자 사진 화상 형성 장치 (이하, "전자 사진 장치"라고도 함)의 개략적인 구성도이다. 전자 사진 장치는 4개의 프로세스 카트리지가 착탈가능하게 장착된 컬러 화상 형성 장치이다. 블랙, 마젠타, 옐로우 및 시안의 색상 별 토너가 각각의 프로세스 카트리지에 사용된다. 감광성 드럼 (51)은 화살표 방향으로 회전하고 대전 바이어스 전력 공급원으로부터 전압이 인가된 대전 롤러 (52)에 의해 균등하게 대전되고, 정전 잠상이 노광 (511)에 의해 감광성 드럼 (51)의 표면에 형성된다. 한편, 토너 용기 (56)에 저장된 토너 (59)는 교반 블레이드 (510)에 의해 토너 공급 롤러 (54)에 공급되고, 현상 롤러 (53)로 이송된다. 그 후에, 현상 롤러 (53)의 표면이 현상 롤러 (53)와 접촉 배치된 현상 블레이드 (58)에 의해 토너 (59)로 균일하게 코팅되고, 마찰 대전에 의해 토너 (59)에 전하가 제공된다. 정전 잠상은 감광성 드럼 (51)과 접촉 배치된 현상 롤러 (53)에 의해 이송되는 토너 (59)의 제공에 의해 현상되어 토너 화상으로 가시화된다.

감광성 드럼 상의 가시화된 토너 화상은 일차 전사 바이어스 전력 공급원에 의해 전압이 인가된 일차 전사 롤러 (512)에 의해, 텐션 롤러 (513) 및 중간 전사 벨트 구동 롤러 (514)에 의해 지지 및 구동되는 중간 전사 벨트 (515)로 전사된다. 색상 별 각각의 토너 화상은 순차적으로 중첩되어 중간 전사 벨트 상에 컬러 화상을 형성한다.

전사재 (519)는 급지 롤러에 의해 장치에 공급되고, 중간 전사 벨트 (515)와 이차 전사 롤러 (516) 사이에 이송된다. 이차 전사 바이어스 전력 공급원으로부터 전압이 인가된 이차 전사 롤러 (516)는 중간 전사 벨트 (515) 상의 컬러 화상을 전사재 (519)로 전사시킨다. 컬러 화상이 전사된 전사재 (519)는 정착 유닛 (518)에 의한 정착 처리에 적용되고, 장치로부터 배출되어, 인쇄 작업이 종료된다.

한편, 전사되지 않고 감광성 드럼에 잔류하는 토너는 클리닝 블레이드 (55)에 의해 스크래핑(scraped)되어 폐 토너 수용 용기 (57)에 저장되고, 청정 감광성 드럼 (51)에서 상기 단계를 반복하여 수행한다. 전사되지 않고 일차 전사 벨트에 잔류하는 토너 또한 클리닝 장치 (517)에 의해 스크래핑된다.

실시예

<실시예 1>

[맨드릴]

도전성 맨드릴로서, 전장이 252 mm이고, 각 양단부에서 길이 방향으로 11 mm 위치까지의 외경이 6 mm이고, 다른 중앙부의 외경이 8.4 mm이고, 쾌삭강의 표면이 무전해 니켈 도금 처리에 적용된 계단형 환봉을 제공하였다.

[액체 원료 1의 조정]

실시예 1에서 사용되는 표면층의 재료로서 하기 액체 원료 1을 제조하였다. 우선, 폴리(에틸렌 글리콜)디글리시딜 에테르를 폴리카프로락톤 (PCL, 분자량: 80000, 시그마-알드리치 캄파니, 엘엘씨.(Sigma-Aldrich Co., LLC.) 제조)에 8%의 질량비로 첨가하여 수득한 혼합물을 75 : 25 비율 (체적비)의 디클로로메탄 (DCM)과 디메틸포름아미드 (DMF)의 혼합 용액으로 10 질량%로 희석시켜 희석액 1 mL를 제조하였다. 그 후에, 희석액을, 폴리(에틸렌 글리콜)디글리시딜 에테르에 대하여 10 질량%의 방향족 술포늄 염 유형의 잠재성 촉매 (제품명: SI-60L, 산신 케미칼 인더스트리 캄파니, 리미티드(Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.) 제조)와 혼합하여 액체 원료 1을 제공하였다.

[체적 저항율의 측정]

액체 원료 1을 시트-형상의 필름으로 형성하고, 그 필름을 충분히 건조시킨 후, 500 ㎛의 두께를 갖는 시트를 제조하였다. 그 후에, 저항 측정기 (제품명: 히레스타(Hiresta) UP, 미츠비시 케미칼 애널리테크 캄파니, 리미티드(Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.) 제조)를 사용하여 체적 저항율을 측정하였고, 체적 저항율은 1 x 10¹⁴ Ω·m (1 x 10¹⁶ Ω·cm)였다 (인가 전압: 250V).

[표면층의 제조]

이어서, 액체 원료 1을 전자스피닝 방법으로 분사하고, 생성 섬유를 도전성 맨드릴의 측면에 침적시켰다. 즉, 맨드릴을 전자스피닝 장치 (메크 캄파니, 리미티드(Mecc Co., Ltd.) 제조)의 컬렉터 부분에 장착하고, 맨드릴을 접지시켰다. 그 후에, 액체 원료 1을 탱크에 충전하고, 20 kV의 전압을 노즐 (비-베벨형 니들(non-beveled needle) G22)에 인가하면서 액체 원료 1을 1.0 ml/h의 속도로 배출시키고, 액체 원료 1을 맨드릴을 향하여 분사시켰다. 이때, 분사는 맨드릴의 길이 방향으로 10 mm/s의 노즐 이동 속도, 500 rpm의 맨드릴 회전 속도, 및 맨드릴의 대구경 부분의 길이와 동일한 230 mm의 스트로크(stroke)로 46초 동안 수행하였다. 그 후에, 생성 다공질체를 포함하는 표면층을 오븐에 넣고 80℃에서 3시간 동안 가열 처리하여 도전성 부재 1을 제공하였다. 이렇게 수득된 도전성 부재 1에 대해서, 상술한 방법에 의한 두께, 다공율 및 비표면적의 측정, 및 하기 측정 (1) 및 (2) 및 평가 (1) 및 (2)를 수행하였다. 그 결과를 실시예 2 내지 10 및 비교예 1 및 2의 결과와 함께 표 3에 나열하였다.

여기서, 전자스피닝 방법에 의해 수득된 표면층을 형성하는 미세 섬유의 직경은 하기 방법으로 측정하였다. 즉, 미세 섬유를 표면층으로부터 샘플링하고, 그의 표면을 백금 증착에 적용하였다. 생성물을 에폭시 수지에 매립하고 마이크로톰(microtome)으로 동일한 두께로 4등분해서 절단하여 5개의 샘플을 제작하였다. 각 샘플에 대해서, 절단면에서 보이는 임의의 10개의 미세 섬유의 단면을 주사 전자 현미경 (SEM) (제품명: S-4800, 히타치 하이-테크놀로지즈 코포레이션(Hitachi High-Technologies Corporation) 제조)을 사용하여 2000배의 배율로 관찰하였고, 각 단면의 최장 길이를 측정하였다. 최장 길이는 각 단면에서의 미세 섬유의 직경 (섬유 직경)으로서 정의된다. 그 결과, 섬유 직경은 0.5 내지 3.0 ㎛의 범위에 있었다.

[측정 (1)]

상술한 [코로나 방전에 의한 도전성 부재의 표면 전위 측정]에 따라서, 도전성 부재 1의 표면 전위를 방전 완료부터 10초 후에 측정하였고, 그 결과를 표 3에서 측정 (1) 컬럼에 나열하였다.

[측정 (2)]

상술한 [대전 전위 Vd 및 방전 개시 전압 Vth의 측정]에 따라서, 방전 개시 전압 Vth를 측정한 후에, 인가 바이어스 Vin을 Vin = Vth - 300 및 Vin = Vth - 600을 충족시키도록 설정하여, |Vd| ≥ |Vin| - |Vth|가 충족되는지를 결정하였다.

이어서, |Vd| ≥ |Vin| - |Vth|가 충족되는 경우는 "A"라 하고, |Vd| ≥ |Vin| - |Vth|가 충족되지 않는 경우는 "B"라 하여, 그 결과를 표 3에서 측정 (2) 컬럼에 나열하였다.

[표면층의 체적 저항율의 측정]

도전성 부재 1의 표면층을 절단하여 5 mm의 직경을 갖는 전극 사이에 100 g의 하중으로 개재시키고, 100V의 전압을 인가하였다. 전극 사이에 흐르는 전류 값, 및 전극 사이의 두께를 측정하여 표면층의 체적 저항율을 측정하였다. 그 결과, 체적 저항율은 1 x 10¹⁵ Ω·m 이상 (1 x 10¹⁷ Ω·cm 이상)이었다.

[평가 (1)]

본 발명의 도전성 부재의 국소적이고 강한 방전을 억제하는 효과를 관찰하기 위해, 전자 사진 장치를 사용하여 평가를 수행하였다.

전자 사진 장치로서, 전자 사진 레이저 프린터 (제품명: 레이저젯(Laserjet) CP4525dn, 휴렛-팩커드 디벌롭먼트 캄파니, 엘.피.(Hewlett-Packard Development Company, L.P.) 제조)를 제공하였다. 그러나, 도전성 부재를 보다 극한의 평가 환경에 두기 위해, 출력 속도가 원래 출력 속도보다 빠른 500 mm/초가 되도록 레이저 프린터를 개조하였다.

그 후에, 대전 롤러로서 도전성 부재 1을 레이저 프린터 전용 토너 카트리지에 장착하였다. 토너 카트리지를 레이저 프린터에 장착하고, 하프톤(halftone) 화상 (감광성 드럼의 회전 방향에 대하여 수직 방향으로 1 도트(dot)의 폭을 갖는 가로 줄이 2 도트의 간격으로 그려진 화상)을 23℃의 온도 및 50%의 상대 습도의 환경하에서 출력하였다. 이때, 화상 해상도는 1200 dpi였고, 대전 롤러와 전자 사진 감광체 사이의 인가 전압은 -1000V였다. 그에 따른 전자 사진 화상을 육안으로 관찰하고, 대전 부재의 국소적이고 강한 방전으로 인한 화상 불균일의 출현을 관찰하였다.

이어서, 인가 전압을 -1010V, -1020V, -1030V ...로 10V씩 변화시키는 것을 제외하고는, 상술한 것과 동일한 방식으로 전자 사진 화상의 출력 및 화상의 육안 평가를 반복하였다. 그 후에, 대전 부재의 국소적이고 강한 방전으로 인한 화상 불균일이 육안으로 관찰될 수 있는 전자 사진 화상이 형성될 때의 인가 전압 (VE1)을 기록하고, 그 인가 전압에서 화상을 출력할 때 전자 사진 감광체의 전위 (VE2)를 측정하였다. VE1 및 VE2 값을 표 3에 나열하였다. 참고로, 각 도전성 부재의 방전 개시 전압 Vth를 표 3에 나타냈다.

[평가 (2)]

전자 사진 장치에서 인가 전압을 -1100V로 하였을 때, 감광체의 대전 전위를 측정하였다.

<실시예 2>

전자스피닝 방법에서 실시예 1에서의 노즐 1을 노즐 2 (비-베벨형 니들 G25)로 바꾸로 액체 원료 1을 1.7 ml/h의 속도로 배출시키는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 도전성 부재 2를 제조하고 평가하였다.

<실시예 3>

전자스피닝 방법에 의한 분사가 194초 동안 수행되는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 도전성 부재 3을 제조하고 평가하였다.

<실시예 4>

전자스피닝 방법에 의한 분사가 194초 동안 수행되는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방식으로 도전성 부재 4를 제조하고 평가하였다.

<실시예 5>

전자스피닝 방법에 의한 분사가 388초 동안 수행되는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 도전성 부재 5를 제조하고 평가하였다.

<실시예 6>

전자스피닝 방법에 의한 분사가 388초 동안 수행되는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방식으로 도전성 부재 6을 제조하고 평가하였다.

<실시예 7>

[맨드릴]

[액체 원료 2의 조정]

폴리락트산 (중량 평균 분자량 Mw: 120000, 시그마-알드리치 캄파니, 엘엘씨. 제조) (8.5 g), 디옥산 74 g 및 증류수 11 g을 혼합하고, 혼합물을 80℃에서 6시간 동안 교반하면서 가열하여 액체 원료 2를 제공하였다.

[체적 저항율의 측정]

액체 원료 2를 시트-형상의 필름으로 형성하고, 그 필름을 충분히 건조시킨 후, 500 ㎛의 두께를 갖는 시트를 제조하였다. 그 후에, 실시예 1에서 사용된 저항 측정기를 사용하여 체적 저항율을 측정하였고, 체적 저항율은 1 x 10¹³ Ω·m (1 x 10¹⁵ Ω·cm)였다 (인가 전압: 250V).

[표면층의 제조]

액체 원료 2를 맨드릴이 위치하는 φ8.41 mm의 내경을 갖는 원통형 용기에 주입하고, 50℃에서 30분 동안 보온한 후에, 0℃에서 1시간 동안 냉각시켜, 맨드릴의 주변부에 폴리락트산을 침전시켰다. 그 후에, 원통형 용기 내의 용매 (디옥산 및 증류수)를 증류수로 교체하였다. 3시간 후에, 용기 내의 물을 다시 증류수로 교체하였다. 3시간의 경과 후에, 그 주위에 폴리락트산을 포함하는 필름이 형성된 맨드릴을 원통형 용기에서 꺼내어, 25℃에서 24시간 동안 진공 건조시켜, 표면층으로서 폴리락트산을 포함하는 다공질 필름이 제공된 도전성 부재 7을 제공하였다. 수득된 도전성 부재 7을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다.

여기서, 생성 표면층은 X선 CT 검사 장치 (제품명: 토켄-스카이스캔(TOHKEN-SkyScan) 2011 (선원: TX-300), 마스 토켄 엑스-레이 인스펙션 캄파니, 리미티드(Mars Tohken X-ray Inspection Co., Ltd.) 제조)를 사용하여 표면층의 두께를 측정할 때의 화상으로 관찰하였을 때, 고분자 재료 (폴리락트산)의 3차원적으로 연속적인 골격 및 3차원적으로 연속적인 개방 포어를 갖는 동시-연속 구조를 가졌다.

[표면층의 체적 저항율의 측정]

도전성 부재 7의 표면층을 절단하여 5 mm의 직경을 갖는 전극 사이에 100 g의 하중으로 개재시키고, 100V의 전압을 인가하였다. 전극 사이에 흐르는 전류 값, 및 전극 사이의 두께를 측정하여 표면층의 체적 저항율을 측정하였다. 그 결과, 체적 저항율은 1 x 10¹⁵ Ω·m 이상 (1 x 10¹⁷ Ω·cm 이상)이었다.

<실시예 8>

원통형 용기의 내경이 φ8.5 mm로 변화한 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방식으로 도전성 부재 8을 제조하여, 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다.

<실시예 9>

전자스피닝 방법에 의한 분사 시간이 776초이고, 또한 80℃에서 3시간 동안의 가열 처리 단계가 표면층이 금속 원통과 인접해 있는 동안에 수행되는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 도전성 부재 9를 제조하고 평가하였다.

<실시예 10>

80℃에서 3시간 동안의 가열 처리 단계가 표면층이 금속 원통과 인접해 있는 동안에 수행되는 것을 제외하고는, 실시예 6과 동일한 방식으로 도전성 부재 10을 제조하고 평가하였다.

<비교예 1>

[미가황 고무 조성물의 조정]

종류 및 양이 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 각각의 재료를 가압 혼련기로 혼합하여 A-혼련 고무 조성물을 제공하였다. 또한, A-혼련 고무 조성물 166 질량부, 및 종류 및 양이 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 각각의 재료를 개방 롤에 의해 혼합하여 미가황 고무 조성물을 제조하였다.

<도전성 롤러의 제조>

[맨드릴]

전장이 252 mm이고, 외경이 6 mm이고, 쾌삭강의 표면이 무전해 니켈 도금 처리에 적용된 환봉을 제공하였다. 그 후에, 롤 코팅기를 사용하여, 환봉의 양단부 11 mm를 제외한 230 mm의 범위에서 환봉의 주변 전체에 걸쳐 접착제로서 메타록(Metaloc) U-20 (제품명, 도요카가쿠 켄큐쇼 캄파니, 리미티드(Toyokagaku Kenkyusho Co., Ltd.) 제조)을 도포하였다. 본 실시예에서는, 접착제가 도포된 환봉을 도전성 맨드릴로서 사용하였다.

[도전성 탄성층 (도전성 수지층)]

이어서, 도전성 맨드릴의 공급 메카니즘 및 미가황 고무 롤러의 배출 메카니즘을 갖는 크로스헤드 압출기의 첨단에 12.5 mm의 내경을 갖는 다이를 부착하고, 압출기 및 크로스헤드의 온도를 80℃로 조정하고, 도전성 맨드릴의 이송 속도를 60 mm/초로 조정하였다. 미가황 고무 조성물을 상기 조건하에 압출기로부터 공급하고, 도전성 맨드릴의 외주 부분을 크로스헤드에서 미가황 고무 조성물로 피복하여, 미가황 고무 롤러를 제공하였다. 그 후에, 미가황 고무 롤러를 170℃에서 열풍 가황로에 로딩하고 60분 동안 가열하여 고무 조성물을 가황시킴으로써, 탄성층이 맨드릴의 외주 부분에 형성된 롤러를 제공하였다. 그 후에, 탄성층의 양단부를 10 mm 절단하여 제거하고, 탄성층 부분의 길이 방향 길이를 231 mm로 하였다. 마지막으로, 탄성층의 표면을 숫돌로 연마하였다. 이에 따라, 중앙부로부터 각 양단부 쪽으로 90 mm의 위치에서의 각 직경이 8.4 mm이고 중앙부의 직경이 8.5 mm인 도전성 부재 11을 수득하였다. 수득된 도전성 부재 11을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다.

<비교예 2>

비교예 1에서 수득된 도전성 부재 11을 폴리우레탄 용액으로 침지-코팅하여, 도전성 부재 11의 외주에 3 ㎛의 두께를 갖는 폴리우레탄 층이 제공된 도전성 부재 12를 제공하였다. 수득된 도전성 부재 12를 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 이때, 비교예 2에서의 평가 (1)에서, 대전 불량으로 인해 하프톤 화상이 출력되지 않아 평가를 수행할 수 없었다.

본 발명은 높은 인가 전압에 적용될 수 있고, 국소적이고 강한 방전의 발생이 억제되어 안정적인 방전을 제공할 수 있으며, 높은 대전성을 갖는 도전성 부재를 제공할 수 있다.

본 발명이 예시 실시양태를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 기재된 예시 실시양태로 제한되지 않음을 알아야 한다. 하기 특허청구범위의 범주는 모든 이러한 변형예 및 등가의 구조 및 기능을 포괄하도록 가장 포괄적인 해석에 따라야 한다.

Claims

도전성 지지체; 및
도전성 지지체 상에 형성된 표면층을 포함하고,
표면층은 연속적인 개방 포어(open pore)를 갖는 다공질체를 포함하고,
하기 (1) 및 (2)를 충족시키는 도전성 부재로서,
(1) 도전성 부재의 표면 전위는 도전성 부재의 표면을 대전하도록 방전 완료부터 10초 경과 후에 10V 이상이고, 도전성 부재의 표면의 대전은, 8kV의 전압을 코로나 방전 유닛에 인가하고 코로나 방전 유닛으로부터 방전을 행함으로써, 코로나 방전 유닛의 그리드부가 도전성 부재의 표면으로부터 1mm만큼 떨어지도록 배치된 코로나 방전 유닛에 의해 수행되고,
(2) 대전될 부재로서의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름과 도전성 부재 간에 직류 전압을 인가하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 대전시키는 경우에, |Vin| > |Vth|의 범위 내에서 |Vd| ≥ |Vin| - |Vth|가 충족되고,
Vd는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 대전 전위를 나타내고, Vin은 도전성 부재와 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 간에 인가되는 전압을 나타내고, Vth는 방전 개시 전압을 나타내는, 도전성 부재.
제1항에 있어서, 다공질체의 다공율이 40% 내지 98%이고, 다공질체의 비표면적이 0.5 ㎛²/㎛² 내지 100 ㎛²/㎛²인, 도전성 부재.
제1항에 있어서, 표면층의 체적 저항율이 1.0 x 10¹⁰ Ω·cm 이상인, 도전성 부재.
제1항에 있어서, 표면층이 전자스피닝 방법에 의해 형성된 섬유를 포함하는 것인, 도전성 부재.
제1항에 있어서, 표면층이 고분자 재료를 갖는 3차원적으로 연속적인 골격 및 3차원적으로 연속적인 개방 포어를 포함하는 것인, 도전성 부재.
전자 사진 장치의 본체에 대하여 착탈가능하도록 구성된 프로세스 카트리지로서,
전자 사진 감광체 및 대전 부재를 포함하고,
대전 부재가 제1항에 따른 도전성 부재인, 프로세스 카트리지.
제1항에 따른 도전성 부재 및 전자 사진 감광체를 포함하는 전자 사진 장치.