KR20150059131A - 대전 부재 - Google Patents

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KR20150059131A
KR20150059131A KR1020140163818A KR20140163818A KR20150059131A KR 20150059131 A KR20150059131 A KR 20150059131A KR 1020140163818 A KR1020140163818 A KR 1020140163818A KR 20140163818 A KR20140163818 A KR 20140163818A KR 20150059131 A KR20150059131 A KR 20150059131A
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노리아키 쿠로다
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삼성전자주식회사
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    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/02—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices
    • G03G15/0208—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices by contact, friction or induction, e.g. liquid charging apparatus
    • G03G15/0216—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices by contact, friction or induction, e.g. liquid charging apparatus by bringing a charging member into contact with the member to be charged, e.g. roller, brush chargers
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Abstract

직류 전압만을 인가하는 경우라도 장기간 안정적인 대전 특성을 유지할 수 있는 대전 부재를 개시한다. 본 개시의 대전 부재의 일 구현예는, 도전성 지지체; 상기 도전성 지지체 상에 적층된 도전성 탄성체층; 및 상기 도전성 탄성체층 상에 적층된 도전성 수지층;을 포함하는 대전 부재로서, 상기 도전성 수지층은 매트릭스 재료; 및 상기 매트릭스 재료 중에 분산된 다수의 입자들을 포함하고, 상기 입자들은 제1 입자들을 포함하며, 상기 도전성 수지층의 상기 매트릭스 재료 단독으로 형성되는 부분의 두께를 A[㎛]라 하고, 상기 제1 입자들의 평균 입자 크기를 B１[㎛]이라 하며, 상기 입자들의 입자 간 거리를 Sm[㎛]이라 하였을 때, A가 1.0 ㎛ 내지 7.0 ㎛이고, B１/A가 5.0 내지 30.0이며, Sm이 50 ㎛ 내지 400 ㎛이다.

Description

대전 부재 {A charging member}
본 개시는 대전 부재에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 개시는 전자사진방식 화상형성장치에 적용되는 정전 잠상 프로세스에 사용되는 상담지체(예를 들어, 감광체)를 대전시키는 대전 부재에 관한 것이다.
종래, 대전 균일성을 개선하기 위해 직류 전압 성분에 교류 전압 성분(AC 전압 성분)을 중첩한 전압을 접촉 대전 부재에 인가하는 "AC 대전 방식"이 이용되고 있다. 그러나, 직류 전압 인가시의 방전 개시 전압(Vth)의 2배 이상의 피크간 전압을 갖는 고압의 교류 전압을 중첩시키기 때문에, 직류 전원과는 별도로 교류 전원이 필요하여 장치 자체의 비용 상승을 초래하고 있다. 그리고, 대전 부재(예를 들어, 대전 롤러)와 감광체 사이에서 다량의 근접 방전이 발생하므로, 대전 롤러 및 감광체의 내구성이 저하되고, 특히, 감광체가 마모되기 쉬운 문제가 있다. 이러한 문제점은 대전 롤러에 직류 전압만을 인가하여 대전함으로써 저감된다. 예를 들어, JP 2007-065469 A호에는, 직류 전압만을 인가하여 대전을 하는 경우에 이용되는 대전 부재가 개시되어 있다.
그러나, 이러한 대전 부재에 대해 직류 전압만을 인가하면 방전 영역이 좁아져 감광체 전위를 안정적으로 유지하기 어려워진다. 그에 따라, 토너, 그 외첨제 등이 대전 부재 표면을 오염시켰을 때, 대전 불균일이 발생하기 쉽다. 그리고 대전 부재로부터 입자가 탈락하는 문제도 있다. 그 결과, 장수명 대전 부재의 설계가 매우 어려워졌다. 따라서 본 개시는 직류 전압만을 인가하는 경우라 하더라도 장기간 안정적인 대전 특성을 유지할 수 있는 대전 부재를 제공한다.
본 개시에서 밝혀진 바에 따르면, 대전 부재의 최외층(통상적으로, 도전성 수지층)의 두께, 최외층에 함유되는 입자의 크기, 최외층에 함유되는 입자들의 입자간 거리 등을 적절히 조절함으로써, 장기간 안정적인 대전 특성을 유지할 수 있는 대전 부재를 얻을 수 있었다.
본 개시의 일 측면에 따른 대전 부재의 일 구현예는,
도전성 지지체; 상기 도전성 지지체 상에 적층된 도전성 탄성체층; 및 상기 도전성 탄성체층 상에 적층된 도전성 수지층;을 포함하는 대전 부재로서,
상기 도전성 수지층은 매트릭스 재료; 및 상기 매트릭스 재료 중에 분산된 다수의 입자들을 포함하고,
상기 입자들은 제1 입자들을 포함하며,
상기 도전성 수지층의 상기 매트릭스 재료 단독으로 형성되는 부분의 두께를 A[㎛]라 하고, 상기 제1 입자들의 평균 입자 크기를 B１[㎛]이라 하며, 상기 입자들의 입자 간 거리를 Sm[㎛]이라 하였을 때,
A가 약 1.0 ㎛ 내지 약 7.0 ㎛이고,
B１/A가 약 5.0 내지 약 30.0이며,
Sm이 약 50 ㎛ 내지 약 400 ㎛인 대전 부재이다.
본 개시의 대전 부재의 구현예들은, 직류 전압만을 인가하는 경우라 하더라도, 장기간 안정적인 대전 특성을 유지할 수 있다.
본 개시의 대전 부재의 다른 구현예에 있어서, 상기 도전성 수지층의 십점 평균 조도(RzJIS)는 약 10.0 ㎛ 내지 약 35.0 ㎛일 수 있다. 이에 따라, 안정된 대전 특성을 유지하기가 더욱 쉬워질 수 있다.
본 개시의 대전 부재의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 입자들의 함유량이 상기 도전성 수지층의 전체 질량을 기준으로 약 5 질량% 내지 약 50 질량%일 수 있다. 이에 따라, 안정된 대전 특성을 유지하기가 더욱 쉬워질 수 있다.
본 개시의 대전 부재의 또 다른 구현예에 있어서, B１이 약 5.0 ㎛ 내지 약 50.0 ㎛일 수 있다. 이에 따라 안정된 대전 특성을 유지하기가 더욱 쉬워질 수 있다.
본 개시의 대전 부재의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 입자들은 제2 입자들을 더 포함하고, 상기 제2 입자들의 평균 입자 크기를 B2[㎛]라 하였을 때, B１이 약 15.0 ㎛ 내지 약 40.0 ㎛이고, B１-B2가 약 10.0 ㎛ 이상일 수 있다. 이에 따라, 각각의 입자 선단 부분에서의 방전 상태의 차이로 인한 감광체 표면의 전위차를 줄일 수 있어, 포깅(fogging)이 더욱 개선될 수 있다.
본 개시의 대전 부재의 또 다른 구현예에 있어서, 입자는 절연성 입자일 수 있다. 입자는 부정형 입자일 수 있다. 입자는 수지 입자일 수 있다. 또한, 입자가 수지 입자인 경우, 그 수지 입자는 나일론계 입자 및 아크릴계 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종일 수 있다. 이러한 입자는 매트릭스 재료와의 친화성이 양호하므로 매트릭스 재료와 수지 입자와의 계면에서의 밀착 강도를 올릴 수 있어, 대전 부재의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 개시의 대전 부재의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 매트릭스 재료는 나일론 수지 및 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유할 수 있다. 이러한 재료는 수지 입자와의 친화성이 양호하므로, 매트릭스 재료와 수지 입자와의 계면에서의 밀착 강도를 올릴 수 있어, 대전 부재의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 개시의 대전 부재의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 도전성 탄성체층은 에피클로르 히드린 고무를 함유할 수 있다. 이에 따라, 생산시의 저항 변동으로 인한 불량을 줄일 수 있으므로, 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 도전성 탄성체층과 도전성 수지층과의 밀착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 개시의 대전 부재의 또 다른 구현예에 있어서, 대전 부재의 아스카C(AskerC) 경도는 약 78±4 일 수 있다. 이에 따라 하중이 걸렸을 때, 대전 부재와 감광체의 접촉 상태가 더욱 양호해질 수 있다.
본 개시의 대전 부재의 또 다른 구현예에 있어서, 도전성 지지체(심봉)의 단부에 걸리는 하중이 5.0~8.0N일 때, 대전 부재의 크라운량은 약 60 ㎛ 내지 약 120 ㎛일 수 있다. 이에 따라, 대전 부재와 감광체와의 접촉 상태나 이들의 구동 상태가 더욱 안정될 수 있다.
본 개시의 대전 부재의 또 다른 구현예에 있어서, 금속 롤 전극법에 의해 측정되는 대전 부재의 전기 저항값을 R이라 하였을 때, 대전 부재의 logR 값은 약 5.4±0.4 일 수 있다. 이에 따라, 대전 부재의 최적의 대전 상태를 유지할 수 있다.
본 개시의 대전 부재의 또 다른 구현예에 있어서, 대전 부재는 직류 전압만이 인가되고, 인가되는 바이어스 전압은 약 -1000 V 내지 약 -1500 V일 수 있다. 이에 따라, 다양한 환경 하에서의 화상 출력시에 안정된 대전 전위를 형성할 수 있다.
본 개시의 제2 측면에 따라 전자사진방식 화상형성장치가 제공되며, 상기 전자사진방식 화상형성장치의 일 구현예는, 본체, 상담지체 및 상기 상담지체를 대전시키기 위한 대전 부재를 포함하는 전자사진방식 화상형성장치로서, 상기 대전 부재가 본 개시의 제1 측면에 따라 제공되는 대전 부재의 구현예들 중 어느 하나인, 전자사진방식 화상형성장치이다.
본 개시에 따르면, 직류 전압만을 인가하는 경우라도 장기간 안정적인 대전 특성을 유지할 수 있는 대전 부재를 제공할 수 있다. 즉, 본 개시의 대전 부재의 구현예들을 구비한 화상 형성 장치에 의하면, 장기간 운전이 이루어진 경우라 하더라도 거친 느낌이나, 초기 화상 불량(대전 불균일에 의한 횡선), 내구 시험 도중에 발생하는 입자 탈락 등으로 인한 화상 불량이 충분히 억제된 화상을 얻을 수 있다.
또한, 본 개시에 따르면 도전성 수지층이 충분히 박막화되어 있으므로, 정전 용량을 향상시키고, 대전 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 개시에서는 도전성 수지층의 표면에 대해 수지 입자나 무기 입자를 이용하여 요철을 형성함으로써, 방전점을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 본 개시에 따르면, 입자 탈락이 충분히 억제되고 있으므로, 내구성이 뛰어난 대전 부재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 측면에 따른 대전 부재의 일 구현예의 모식 단면도이다.
도 2는 본 개시의 일 측면에 따른 대전 부재의 일 구현예의 도전성 수지층 표면을 확대하여 나타내는 모식 단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 측면에 따른 대전 부재의 다른 구현예의 모식 단면도이다.
도 4는 금속 롤 전극법에 의한 대전 부재의 저항값 측정 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 입자 탈락 평가에서 평가A(양호)인 경우의 도전성 수지층 표면의 단면 SEM 사진이다.
도 ６은 입자 탈락 평가에서 평가D(불량)인 경우의 도전성 수지층 표면의 단면 SEM 사진이다.
도 7은 본 개시의 다른 측면에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 구현예의 모식 단면도이다.
이하, 필요에 따라 도면을 참조하면서 본 발명의 적절한 실시 형태에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 또한, 도면 중의 동일 요소에는 동일 부호를 붙인다. 상하좌우 등의 위치 관계는 특별히 언급하지 않는 한 도면에 도시한 위치 관계를 따르는 것으로 한다. 그리고 도면의 치수 비율은 도시한 비율에 한정되는 것은 아니다.
＜대전 부재＞
본 실시 형태의 대전 부재는 도전성 지지체와, 도전성 지지체 상에 적층된 도전성 탄성체층과, 도전성 탄성체층 상에 최외층으로서 적층된 도전성 수지층으로 이루어진다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 대전 부재의 모식 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 대전 부재(10)는 도전성 지지체(축체)(1)의 외주면 상에 롤 직경 방향의 내측에서 외측을 향해 도전성 탄성체층(2)과 도전성 수지층(3)이 이러한 순서로 일체적으로 적층되어 있다. 또한, 도 1은 어디까지나 모식도이므로, 예를 들면, 도전성 탄성체층과 도전성 수지층 사이에 내전압성(내리크성)을 높이기 위한 저항 조정층과 같은 중간층이 개재되는 형태가 배제되는 것은 아니다.
일반적인 화상 형성 장치에 있어서, 도 1에 도시한 바와 같이 대전 부재는 피대전체의 대전 수단으로서 설치되어 있고, 구체적으로는 상담지체인 감광체 표면을 균일하게 대전 처리하는 수단으로서 기능한다.
도전성 지지체
도전성 지지체로는 도전성을 갖는 금속으로 이루어진 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 철, 동, 알루미늄, 니켈, 스테인리스 등으로 이루어진 금속제 중공체(파이프형)나 중실체(로드형) 등이 이용된다. 도전성 지지체의 외주면에는 도전성을 손상시키지 않는 정도로 방청이나 내상성 부여를 목적으로 필요에 따라 도금 처리를 실시할 수 있다. 또한, 동일 외주면에는 도전성 탄성체층과의 접착성을 높이기 위해 필요에 따라 접착제, 프라이머 등을 도포할 수 있다. 그 때, 충분한 도전성을 확보하기 위해 이러한 접착제, 프라이머 등은 필요에 따라 도전화할 수도 있다. 도전성 지지체는, 예를 들면, 약 5 mm 내지 약 10 mm의 외경 및 약 250 mm 내지 약 360 mm의 길이를 가질 수 있다.
도전성 탄성체층
도전성 탄성체층으로는 감광체에 대한 균일한 밀착성을 확보하기 위해 적당한 탄성을 가지고 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 천연고무; 에틸렌 프로필렌 디엔고무(EPDM), 스틸렌 부타디엔 고무(SBR), 실리콘 고무, 폴리우레탄계 엘라스토머, 에피클로르 히드린 고무, 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 수소첨가 NBR(H-NBR), 클로로프렌 고무(CR) 등 합성 고무; 폴리아미드 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지 등 합성 수지; 등을 베이스 폴리머로 이용하여 형성된다. 이들은 단독 또는 2종 이상 함께 사용할 수 있다.
베이스 폴리머에는 도전성 탄성체층에 원하는 특성을 부여하는 것을 목적으로 도전제, 가황제, 가황 촉진제, 윤활제, 조제 등 주지된 첨가제를 필요에 따라 적절히 배합할 수 있다. 단, 안정된 저항을 형성한다는 관점에서 도전성 탄성체층은 에피클로르 히드린 고무를 주성분으로 함유하는 것이 바람직하다. 더 구체적으로는 도전성 탄성체층은 에피클로르 히드린 고무를 50.0 질량% 이상 함유하는 것이 바람직하고, 80.0 질량% 이상 함유하는 것이 더 바람직하다.
또한, 도전제로는 카본블랙, 그라파이트, 티탄산 칼륨, 산화철, 도전성 산화 티탄(c-TiO2), 도전성 산화 아연(c-ZnO), 도전성 산화 주석(c-SnO2), 제4급 암모늄염 등을 들 수 있다. 가황제로는 유황 등을 들 수 있다. 가황 촉진제로는 테트라 메틸 티우람 디설파이드(CZ) 등을 들 수 있다. 윤활제로는 스테아린산 등을 들 수 있다. 조제로는 아연화(ZnO) 등을 들 수 있다.
도전성 탄성체층의 두께는 적당한 탄성을 발현시키기 위해 약 1.25 mm 내지 약 3.00 mm인 것이 바람직하다.
도전성 수지층
도전성 수지층은 매트릭스 재료와, 수지 입자 및 무기 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 입자를 함유한다. 본 실시 형태에서 그 입자는 제1 입자를 함유한다. 도 2는 본 실시 형태에 관한 대전 부재의 도전성 수지층의 표면을 확대하여 나타내는 모식 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 도전성 수지층(3)은 매트릭스가 되는 재료(매트릭스 재료)(3a)와, 동 재료 중에 분산된 수지 입자 및 무기 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 일종의 복수의 제1 입자(3b)를 가지고 있다.
매트릭스 재료로는 피대전체인 감광체를 오염시키지 않는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 불소 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴 수지, 나일론 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 부티랄 수지, 스티렌-에틸렌·부틸렌-올레핀 공중합체(SEBC), 올레핀-에틸렌·부틸렌 올레핀 공중합체(CEBC) 등의 베이스 폴리머를 들 수 있다. 이것들은 단독 또는 2종 이상을 함께 이용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 취급 용이성, 재료 설계의 자유도 크기 등의 관점에서, 매트릭스 재료는 불소 수지, 아크릴 수지, 나일론 수지, 폴리우레탄 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 일종인 것이 바람직하고, 나일론 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 일종인 것이 더 바람직하다.
여기서, 도전성 수지층의 두께, 즉, 매트릭스 재료 단독으로 형성되는 부분의 두께(층의 두께; 도 2에서 "A"로 표시된 부분의 두께)는 약 1.0 ㎛ 내지 약 7.0 ㎛이다. 더 구체적으로는, 도전성 수지층의 두께는 가장 가까운 입자 간의 중간점에서의 두께이다. 두께가 약 1.0 ㎛이상이면, 첨가하는 수지 입자 및/또는 무기 입자를 장기간 탈락시키지 않고도 계속 유지할 수 있고, 한편, 약 7.0 ㎛ 이하인 경우, 대전 성능을 양호하게 유지할 수 있다. 이러한 관점에서 도전성 수지층 두께는 약 1.0 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛인 것이 바람직하고, 약 2.0 ㎛ 내지 약 4.0 ㎛인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 도전성 수지층의 두께는 롤러 단면을 예리한 칼날로 잘라 내어 광학 현미경이나 전자 현미경으로 관찰하여 측정할 수 있다.
입자로서는 방전점을 충분히 확보하기 위한 도전성 수지층의 표면에 대해 요철을 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 수지 입자에 바람직한 재료로는 우레탄 수지, 폴리아미드 수지, 불소 수지, 나일론 수지, 아크릴 수지, 요소 수지 등을 들 수 있다. 무기 입자에 적절한 재료로는 실리카, 알루미나 등을 들 수 있다. 이것들은 단독 또는 2종 이상을 함께 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 매트릭스 재료와의 상용성, 입자 첨가 후의 분산 유지성, 도포화 후의 안정성(포트라이프) 등의 관점에서 나일론 수지 입자, 아크릴 수지 입자 및 폴리아미드 수지 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 일종인 것이 바람직하고, 나일론 수지 입자 및 아크릴 수지 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 일종인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기에 예시된 바와 같이 입자는 절연성 입자인 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서 제1 입자의 평균 입자 크기는 초기 화상 불량인 대전 불균일의 억제라는 관점에서, 약 5.0 ㎛ 내지 약 50.0 ㎛인 것이 바람직하다(도 2의 "B１"부분). 동일한 관점에서, 제1 입자의 평균 입자 크기는 약 15.0 ㎛ 내지 약 30.0 ㎛인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 입자의 평균 입자 크기는 SEM 관찰에 의해 복수 입자의 모집단으로부터 임의로 100개의 입자를 추출하고, 그 입자 크기의 평균값을 취하여 도출할 수 있다. 단, 입자 형상이 완전 구형상이 아니라 타원형상(단면이 타원인 원)이나 부정형(不定形) 등과 같이 일률적으로 입자경이 정해지지 않은 경우에는, 최장 직경과 최단 직경의 단순 평균값을 그 입자의 입자 크기로 한다.
입자의 입자간 거리(즉, 제1 입자 및 경우에 따라 후술하는 제2 입자를 포함하는 모든 입자에 대한 입자간 거리)는 약 50 ㎛ 내지 약 400 ㎛이다. 입자간 거리를 약 50 ㎛ 이상으로 함으로써 도전성 수지층 표면의 거친 느낌 및 입자 탈락을 억제할 수 있고, 한편, 약 400 ㎛ 이하로 함으로써 입자 탈락을 억제할 수 있다. 동일한 관점에서 입자간 거리는 약 75 ㎛ 내지 약 300 ㎛인 것이 바람직하고, 약 100 ㎛ 내지 약 250 ㎛인 것이 더 바람직하다. 또한, 입자간 거리는 JIS B0601-1994에 의거하여 계측할 수 있다.
본 실시 형태에서는 도전성 수지층의 두께를 A[㎛], 제1 입자의 평균 입자 크기를 B１[㎛], 및 입자의 입자간 거리를 Sm[㎛]이라 하였을 때, A가 약 1.0 ㎛ 내지 약 7.0 ㎛이고, B１/A가 약 5.0 내지 약 30.0이며, Sm이 약 50 ㎛ 내지 약 400 ㎛이다. 여기서, B１/A를 약 5.0 이상으로 함으로써 대전 균일성을 충분하게 확보할 수 있고, 한편 약 30.0 이하로 함으로써 도전성 수지층 형성용 도포액의 도공성 향상 및 입자 탈락의 억제를 도모할 수 있다. 동일한 관점에서 B１/A는 약 7.5 내지 약 20.0인 것이 바람직하고, 약 8.0 내지 약 12.5인 것이 더욱 바람직하다.
입자 함유량은 도전성 수지층의 전체 질량을 기준으로 약 5 질량% 내지 약 50 질량%인 것이 바람직하다. 함유량을 약 5 질량% 이상으로 함으로써 대전 성능을 더 만족시키기 쉽고, 한편 약 50 질량% 이하로 함으로써 도포화하였을 때의 입자 침강의 제어가 더욱 용이해지며, 도포 안정성이 잘 악화되지 않는다. 동일한 관점에서 함유량은 약 10 질량% 내지 약 40 질량%인 것이 바람직하고, 약 20 질량% 내지 약 30 질량%인 것이 더 바람직하다. 또한, 입자가 후술하는 제2 입자를 함유하는 경우, 우수한 대전 성능이 더욱 발현된다는 관점에서 제1 입자와 제2 입자의 함유량비는 약 5:1 내지 약 1:5인 것이 바람직하고, 약 3:1 내지 약 1:3인 것이 더 바람직하다. 도전성 수지층에 포함되는 입자 함유량은 다음과 같이 정량할 수 있다. 예를 들면, 도전성 수지층을 대전 부재로부터 샘플링하고, 그것을 가열함으로써 발생하는 중량 변화(TG), 시차열(示差熱)(DTA), 열량(DSC) 및 휘발 성분의 질량(MS)을 측정함으로써 입자 함유량을 정량화할 수 있다(TG-DTA-MS, DSC(열분석)).
입자 형상은 도전성 수지층의 표면에 대해 요철을 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 원형상, 타원형상, 부정형 등이어도 무방하다.
또한, 베이스 폴리머 중에는 상술한 입자 외에 각종 도전제(도전성 카본, 그라파이트, 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 도전성 산화 주석, 도전성 산화 티탄, 이온 도전제 등), 대전 제어제 등이 필요에 따라 포함될 수 있다.
도전성 수지층 표면의 십점 평균 조도(RzJIS)는 약 10.0 ㎛ 내지 약 35.0 ㎛인 것이 바람직하다. 십점 평균 조도를 약 10.0 ㎛ 이상으로 함으로써 대전 성능을 더욱 확보하기 쉽고, 한편 약 35.0 ㎛ 이하로 함으로써 도포 안정성을 더욱 쉽게 얻을 수 있다. 동일한 관점에서 십점 평균 조도는 약 12.0 ㎛ 내지 약 30.0 ㎛인 것이 바람직하고, 약 15.0 ㎛ 내지 약 25.0 ㎛인 것이 더 바람직하다. 도전성 수지층 내의 십점 평균 조도는(주)고사카 연구소 제품인 표면 조도 측정기 SE-3400을 이용하여 측정할 수 있다. 구체적으로, 십점 평균 조도는 본 측정기에 의해 측정된 조도 곡선으로부터 기준 길이 만큼을 빼낸 부분에서 가장 높은 정상에서 5번째까지의 정상 표고의 절대값 평균값과, 가장 낮은 골짜기 바닥에서 5번째까지의 골짜기 바닥 표고의 절대값의 평균값과의 합으로 얻어진다.
입자는 제1 입자에, 추가적으로 제2 입자를 함유할 수도 있다. 도 3은 본 실시 형태에 관한 대전 부재의 도전성 수지층 표면을 확대하여 나타내는 모식 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이 도전성 수지층(3)은 매트릭스 재료(3a)와 동 재료 중에 분산된 수지 입자 및 무기 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 일종의 복수의 제1의 입자(3b) 및 제2의 입자(3b')를 가지고 있다.
이 경우, 제1 입자의 평균 입자 크기 B１은 약 15.0 ㎛ 내지 약 40.0 ㎛인 것이 바람직하고, 제1 입자의 평균 입자 크기 B１과 제2 입자의 평균 입자 크기 B2의 차이 B１-B2가 약 10.0 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 포깅(fogging) 억제라는 관점에서 제2 입자(3b')가 포함되는 경우, B１은 약 15.0 ㎛ 내지 약 30.0 ㎛인 것이 바람직하고, 약 15.0 ㎛ 내지 약 25.0 ㎛인 것이 더 바람직하다. 또한, 대전 불균일 억제라는 관점에서 B１-B2는 약 12.0 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 약 15.0 ㎛ 이상인 것이 더 바람직하다. 여기서 B１-B2의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 각 입자 선단에서의 방전시의 전위차를 양호하게 한다는 관점에서 약 35.0 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 대전 부재는 아스카C(AskerC) 경도가 약 78±4인 것이 바람직하다. AskerC 경도를 이 범위로 함으로써 대전 부재와 감광체의 접촉 상태가 용이하게 안정된다. 구체적으로는 AskerC 경도가 약 74 보다 작으면, 대전 부재와 감광체의 접촉 부분의 변형량이 커지고, 그 부분의 영구 변형량이 커진다. 결과적으로 화상 불량을 일으키는 요인이 되기 쉽다. 한편, AskerC 경도가 약 82 이상이면, 하중을 걸 때, 대전 부재가 잘 변형되지 않아 대전 부재와 감광체의 양호한 접촉 상태를 유지하기 어렵다. 이러한 관점에서 AskerC 경도는 78±3인 것이 바람직하고, 78±2인 것이 더 바람직하다.
또한, 본 실시 형태의 대전 부재는 롤러 길이 방향의 중앙부 보다 양단부의 외경을 작게한 크라운 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로, 도전성 지지체(심봉) 단부에 걸리는 하중이 5.0~8.0N일 때, 대전 부재의 크라운량이 약 60 ㎛ 내지 약 120 ㎛인 것이 바람직하다. 크라운량이 약 60 ㎛ 보다 작은 경우에는 중앙부가, 약 120 ㎛ 보다 큰 경우에는 양단부가 감광체 드럼에 잘 접촉되지 않을 가능성이 있고, 균일한 대전이 어려울 수 있다. 이러한 관점에서 도전성 지지체 단부에 걸리는 하중이 5.0~8.0N일 때, 크라운량은 약 70 ㎛ 내지 약 110 ㎛인 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에서 대전 부재의 크라운량은 하기와 같이 정의한다.
크라운량 = D2 - (D1 + D3)/2
(식 중, D1(mm)은 길이 방향의 일측 단부측에서의 대전 부재의 외경, D2(mm)는 중앙부에서의 대전 부재의 외경, D3(mm)은 길이 방향의 타측 단부측에서의 대전 부재의 외경을 나타낸다. D1 및 D3은 중앙부로부터 양단 방향으로 각 135mm 떨어진 위치의 외경이다.）
본 실시 형태의 대전 부재는 금속 롤 전극법에 의해 측정되는 전기 저항값을 R이라 하였을 때, logR 값이 약 5.4±0.4인 것이 바람직하다. logR 값을 이 범위로 하므로써 감광체의 내구 수명까지 대전 부재의 대전 성능을 용이하게 유지할 수 있다. 구체적으로는 logR 값이 약 5.0 보다 작으면 감광체의 표면에 손상이 있었을 때 리크(leak)의 요인이 되기 쉽다. 한편 logR 값이 약 5.8 보다 크면, 방전 상태가 불안정해져 대전 불량이 발생하고, 결과적으로 화상 결함을 일으키는 요인이 된다. 이러한 관점에서 동일 logR 값은 약 5.4±0.3인 것이 바람직하고, 약 5.4±0.2인 것이 더 바람직하다.
본 실시 형태의 대전 부재는 직류 전압만이 인가되고, 감광체 수명까지 화상 출력 중에 인가되는 바이어스 전압이 약 -1000V 내지 약 -1500V인 것이 바람직하다. 이에 따라 다양한 환경 하에서의 대전 성능을 유지하고, 화상 농도나 각종 조건을 용이하게 제어할 수 있다. 구체적으로, 바이어스 전압이 약 -1500V 보다 작으면, 화상 형성에 필요한 현상 조건을 적성화하기 어렵다. 한편 바이어스 전압이 약 -1000V 보다 크면, 도전성 수지층 입자 부분에서 과잉 방전이 발생하여 화상 형성 후, 흰점 형상의 화상 불량이 발생할 수 있다.
＜대전 부재의 제조 방법＞
도 1에 도시한 본 실시 형태의 대전 부재는, 예를 들면, 다음과 같이 제작할 수 있다. 즉, 도전성 탄성체층용 재료를 니더 등의 혼련기를 이용하여 혼련하여 도전성 탄성체층용 재료를 조제한다. 또한, 도전성 수지층용 재료를 롤 등의 혼련기를 이용하여 혼련하고, 이 혼합물에 유기 용제를 가해 혼합, 교반함으로써 도전성 수지층용 도포액을 조제한다. 이어서 도전성 지지체가 되는 심봉을 세팅한 사출 성형용 금형 내에 도전성 탄성체층용 재료를 충전하고, 소정의 조건으로 가열 가교를 행한다. 그 후, 탈형하므로써 도전성 지지체의 외주면을 따라 도전성 탄성체층이 형성되어 이루어지는 베이스 롤을 제조한다. 이어서 상기 베이스 롤의 외주면에 도전성 수지층용 도포액을 도공하여 도전성 수지층을 형성한다. 이와 같이 하여 도전성 지지체의 외주면에 도전성 탄성체층이, 그리고 도전성 탄성체층의 외주면에 도전성 수지층이 형성되어 이루어지는 대전 부재를 제작할 수 있다.
또한, 도전성 탄성체층의 형성 방법은 사출 성형법에 한정되는 것은 아니며, 주형 성형법(cast molding)이나 프레스 성형 및 연마를 조합한 방법을 채용할 수 있다. 또한, 도전성 수지층용 도포액의 도공 방법도 특별히 제한되는 것은 아니며, 종래 공지된 디핑법, 스프레이 코팅법, 롤 코트법 등을 채용할 수도 있다.
본 개시의 제2 측면에 따라 제공되는 전자사진방식 화상형성장치의 일 구현예는, 본체, 상담지체 및 상기 상담지체를 대전시키기 위한 대전 부재를 포함하는 전자사진방식 화상형성장치로서, 상기 대전 부재가 본 개시의 제1 측면에 따라 제공되는 대전 부재의 구현예들 중 어느 하나인, 전자사진방식 화상형성장치이다.
도 7은 본 개시의 제2 측면에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 구현예의 개략적인 구성도이다. 도 7의 구현예는, 화상형성장치 본체(501), 상담지체인 감광드럼(21), 및 감광드럼(21)을 대전시키기 위한 대전 부재인 대전롤러(23)를 포함하고 있다. 대전롤러(23)는 본 개시의 제1 측면에 따라 제공되는 대전 부재의 구현예들 중 어느 하나이다. 도 7을 보면, 또한, 프로세스 카트리지(502)가 도시되어 있다. 본체(501)에는 프로세스 카트리지(502)가 장착/탈거되는 통로를 제공하는 개구부(11)가 마련된다. 커버(12)는 개구부(11)를 개폐한다. 본체(501)에는 노광기(13), 전사롤러(14), 및 정착기(15)가 마련된다. 또한, 본체(501)에는 화상이 형성될 기록매체(P)를 적재하고, 이를 이송시키기 위한 기록매체 이송구조가 마련된다. 프로세스 카트리지(502)는 토너 수용부(101)와, 그 표면에 정전잠상이 형성되는 감광드럼(21)과, 토너 수용부(101)로부터 토너를 공급받아 정전잠상에 공급하여 가시적인 토너 화상으로 현상시키는 현상롤러(22)를 포함할 수 있다. 프로세스 카트리지(502)는 감광드럼(21) 및 현상롤러(22)를 구비하는 이미징 카트리지(400)와 토너 수용부(101)를 구비하는 토너 카트리지(100)로 구분된 제1구조, 감광드럼(21)을 구비하는 감광체 카트리지(200)와 현상롤러(22)를 구비하는 현상 카트리지(300)와 토너 수용부(101)를 구비하는 토너 카트리지(100)로 구분된 제2구조, 감광체 카트리지(200)와 토너 수용부(101)를 구비하는 현상 카트리지(300)로 구분된 제3구조, 감광체 카트리지(200)와 현상 카트리지(300)와 토너 카트리지(100)가 일체로 된 제4구조일 수 있다. 제1구조(또는 제2구조)를 채용한 프로세스 카트리지(502)의 경우, 토너 카트리지(100)는 본체(501)에 장착되면 이미징 카트리지(400)(또는 현상 카트리지(300))와 연결된다. 예를 들어, 토너 카트리지(100)가 본체(501)에 장착되면, 토너 카트리지(100)의 토너 배출부(102)와 이미징 카트리지(400)(또는 현상 카트리지(300))의 토너 유입부(301)가 서로 연결된다. 일 예로서, 본 실시예의 프로세스 카트리지(502)는 제1구조를 갖는다. 따라서, 이미징 카트리지(400)와 토너 카트리지(100)는 개별적으로 본체(501)에 착탈될 수 있다. 프로세스 카트리지(502)는 수명이 경과하면 교체되는 소모품이다. 일반적으로 이미징 카트리지(400)의 수명은 토너 카트리지(100)의 수명보다 길다. 토너 카트리지(100)에 수용된 토너가 모두 소모되면, 토너 카트리지(100)만을 교체할 수 있도록 함으로써 소모품 교체 비용을 절감할 수 있다. 감광체 카트리지(200)는 감광드럼(21)을 포함한다. 감광드럼(21)은 그 표면에 정전잠상이 형성되는 감광체의 일 예로서, 도전성 금속 파이프와 그 외주에 형성되는 감광층을 포함할 수 있다. 대전롤러(23)는 감광드럼(21)이 균일한 표면전위를 갖도록 대전시키는, 본 개시의 제1 측면에 따른 대전 부재의 일 예이다. 참조부호 24은 대전롤러(23)의 표면에 뭍은 이물질을 제거하는 클리닝 롤러이다. 클리닝 블레이드(25)는 후술하는 전사과정 후에 감광드럼(21)의 표면에 잔류되는 토너와 이물질을 제거하는 클리닝 수단의 일 예이다. 클리닝 블레이드(25) 대신에 회전되는 브러쉬 등의 다른 형태의 클리닝 장치가 채용될 수도 있다. 현상 카트리지(300)는 토너 카트리지(100)로부터 토너를 전달받아 감광드럼(21)에 형성된 정전잠상에 공급하여 정전잠상을 가시적인 토너 화상으로 현상시킨다. 현상 방식으로는, 토너를 사용하는 일성분 현상방식과, 토너와 캐리어를 사용하는 이성분 현상방식이 있다. 본 실시예의 현상 카트리지(300)는 일성분 현상방식을 채용한다. 현상롤러(22)는 토너를 감광드럼(21)으로 공급하기 위한 것이다. 현상롤러(22)에는 토너를 감광드럼(21)로 공급하기 위한 현상바이어스전압이 인가될 수 있다. 일성분 현상방식은 현상롤러(22)와 감광드럼(21)이 서로 접촉되어 회전되는 접촉 현상방식과 현상롤러(22)와 감광드럼(21)이 서로 수십 내지 수백 미크론 정도 이격되게 위치되어 회전되는 비접촉 현상방식으로 구분될 수 있다. 규제부재(26)는 현상롤러(22)에 의하여 감광드럼(21)과 현상롤러(22)가 대면된 현상영역으로 공급되는 토너의 양을 규제한다. 규제부재(26)는 현상롤러(22)의 표면에 탄력적으로 접촉되는 닥터 블레이드일 수 있다. 공급롤러(27)는 프로세스 카트리지(502) 내의 토너를 현상롤러(22)의 표면으로 공급한다. 이를 위하여, 공급롤러(6)에는 공급바이어스전압이 인가될 수 있다. 이성분 현상방식이 채용되는 경우에는 현상롤러(22)는 감광드럼(21)으로부터 수십 내지 수백 미크론 이격되게 위치된다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 현상롤러(22)는 중공 원통형 슬리브 내에 자기롤러가 배치된 형태일 수도 있다. 토너는 자성 캐리어의 표면에 부착된다. 자성 캐리어는 현상롤러(22)의 표면에 부착되어 감광드럼(21)과 현상롤러(22)가 대면된 현상영역으로 운반된다. 현상롤러(22)와 감광드럼(21) 사이에 인가되는 현상바이어스전압에 의하여 토너만이 감광드럼(21)으로 공급되어 감광드럼(21)의 표면에 형성된 정전잠상을 가시적인 토너화상으로 현상시킨다. 프로세스 카트리지(502)는 토너를 캐리어와 혼합, 교반하여, 이들을 현상롤러(22)로 운반하는 교반기(미도시)를 구비할 수 있다. 교반기는 예를 들어 오거(auger)일 수 있으며, 프로세스 카트리지(502)에는 복수의 교반기가 마련될 수 있다. 노광기(13)는 화상정보에 대응되어 변조된 광을 감광드럼(21)에 조사하여 감광드럼(21)에 정전잠상을 형성한다. 노광기(13)로서, 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 LSU(laser scanning unit), LED(light emitting diode)를 광원으로 사용하는 LED노광기 등이 채용될 수 있다. 전사롤러(14)는 감광드럼(21)으로부터 기록매체(P)로 토너화상을 전사시키는 전사기의 일 예이다. 전사롤러(14)에는 기록매체(P)로 토너화상을 전사시키기 위한 전사바이어스전압이 인가된다. 전사롤러(14) 대신에 코로나 전사기나 핀 스코로트론(pin scorotron)방식의 전사기가 채용될 수도 있다. 기록매체(P)는 픽업롤러(16)에 의하여 적재대(17)로부터 한 장씩 픽업되고, 이송롤러(18-1)(18-2)에 의하여 감광드럼(21)과 전사롤러(14)가 대면된 영역으로 이송된다. 정착기(15)는 기록매체(P)로 전사된 화상에 열과 압력을 가하여 기록매체(P)에 정착시킨다. 정착기(15)를 통과한 기록매체(P)는 배출롤러(19)에 의하여 본체(501) 외부로 배출된다. 상기한 구성에 의하여, 노광기(13)는 화상정보에 대등하여 변조된 광을 감광드럼(21)에 주사하여 정전잠상을 형성시킨다. 현상롤러(22)는 정전잠상에 토너를 공급하여 감광드럼(21)의 표면에 가시적인 토너화상을 형성한다. 적재대(17)에 적재된 기록매체(P)는 픽업롤러(16)와 이송롤러(18-1)(18-2)에 의하여 감광드럼(21)과 전사롤러(14)가 대면된 영역으로 이송되며, 토너화상은 전사롤러(14)에 인가되는 전사바어스전압에 의하여 감광드럼(21)으로부터 기록매체(P) 상으로 전사된다. 기록매체(P)가 정착기(15)를 통과하면, 토너화상은 열과 압력에 의하여 기록매체(P)에 정착된다. 정착이 완료된 기록매체(P)는 배출롤러(19)에 의하여 배출된다.
도 7의 구현예는 단지 하나의 예일 뿐이고, 본 개시의 제2 측면에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 구현예들은, 화상형성장치 본체, 상담지체 및 대전 부재를 포함하는 공지된 다양한 구조를 가질 수 있다.
<실시예>
이하, 실시예에 따라 본 발명을 더욱 상세히 설명하겠지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도전성 탄성체층 형성용 재료의 조제
고무성분으로서 에피클로르 히드린 고무(일본 다이소(주) 제품, "에피클로머 CG-102") 100.00질량부, 윤활제로서 솔비탄 지방산 에스테르(일본 가오(주), "스플렌더 R-300"）5.00질량부, 연화제로서 리시놀산 5.00질량부, 수산제로서 하이드로탈사이트류 화합물(일본 쿄와 화학공업(주) 제품, "DHT-4A") 0.50질량부, 도전제로서 테트라부틸암모늄 클로라이드(이온 도전제)(일본 도쿄화성공업(주) 제품, "테트라부틸암모늄 클로라이드") 1.00질량부, 필러로서 실리카(일본 토우소·실리카(주) 제품, "Nipsil ER"） 50.00질량부, 가교 촉진제로서 산화 아연 5.00질량부, 디벤조티아졸일 디설파이드 1.50질량부 및 테트라메틸실란 모노설파이드 0.50질량부 및 가교제로서 유황 1.05질량부를 배합하여 소정의 롤을 이용하여 혼련하므로써 도전성 탄성체층 형성용 재료(고무탄성부 형성용 재료)를 조제하였다.
도전성 수지층 형성용 도포액의 조제
THF(테트라 하이드로 퓨란) 중에 폴리머 성분으로서 열가소성 N-메톡시메틸화6-나일론(일본 나가세켐텍스(주) 제품, "트레진 F-30K") 100.00질량부, 경화제로서 메틸렌비스에틸메틸아닐린(일본 이하라 케미컬 공업(주) 제품, "큐어하드-MED") 5.00질량부 및 도전제로서 카본블랙(전자 도전체)(일본 전기화학공업(주) 제품, "덴카블랙 HS100") 18.00질량부를 혼합하고, 하기에 더 개시한 수지 입자 또는 무기 입자를 각 실시예 및 비교예에 따라 첨가하고, 용액이 균일해질 때까지 충분히 교반하였다. 그 후 2개의 롤을 이용하여 용액 중의 각 성분을 분산시켰다. 이에 따라 도전성 수지층 형성용 도포액을 조제하였다.
수지 입자
- PMMA 입자(MMA 입자(일본 세키스이 화성품 공업(주) 제품, "테크노 폴리머 MBX 시리즈")
- Nylone 입자(일본 엘프 아토캠 재팬사 제품, "오르가졸 시리즈")
무기 입자
- 실리카 입자(일본 DENKA사 제품, "덴카 용융 실리카(DF) 구형(FB, FBX)")
단, 각 입자의 평균 입자 크기는 다음과 같이 하여 측정하였다. 즉, SEM 관찰을 통해 복수 입자의 모집단에서 임의로 100개의 입자를 추출하고, 그것들의 입자 크기 평균값을 각 입자의 평균 입자 크기로 하였다. 또한, 입자 형상이 완전 구형상이 아닌 부정형인 경우에는 최장 직경과 최단 직경의 단순 평균값을 그 개개 입자의 입자 크기로 하였다.
대전 부재의 제작
원기둥 형상의 롤 성형 공간을 갖는 롤 성형 금형을 준비하고, 롤 성형 공간과 동축이 되도록 직경 6mm의 심봉을 세팅하였다. 이 심봉을 세팅한 롤 성형 공간에 상기한 바와 같이 제조한 도전성 탄성체층 형성용 재료를 주입하고, 170℃에서 30분간 가열한 후, 냉각, 탈형하였다. 이에 따라 도전성 축체로서의 심봉 외주면을 따라 형성된 두께 3mm의 도전성 탄성체층을 얻었다.
이어서 롤 코트법에 의해 롤체의 도전성 탄성체층의 표면에 상기한 바와 같이 조제한 도전성 수지층 형성용 도포액을 도공하였다. 이때, 원하는 막두께가 되도록 스크레이퍼로 불필요한 도포액을 떨어뜨리면서 도공을 행하였다. 도막 형성 후, 이를 150℃에서 30분간 가열하여 두께 1.0㎛의 도전성 수지층을 형성하였다. 이에 따라 축체(도전성 지지체)와, 축체의 외주면을 따라 형성된 도전성 탄성체층과, 도전성 탄성체층의 외주면을 따라 형성된 도전성 수지층을 갖는 대전 부재를 제작하였다. 또한, 크라운량은 90㎛으로 하였다.
<각종 평가>
얻어진 대전 부재에 대해 하기의 평가를 하였다. 평가 결과를 정리하여 표 1 내지 6 및 표 7 내지 9에 나타내었다. 또한, 표 1의 입자 첨가량[phr]이란, 매트릭스재(본 실시예에서는 N-메톡시메틸화6-나일론) 100질량부에 대한 첨가량(질량부)을 나타내는 것이다.
a) 도전성 수지층의 두께 및 입자간 거리
도전성 수지층의 두께A는 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 배율 5000배로 복수개소를 측정하여 계측하였다. 또한, 입자간 거리 Sm은 JIS94-B0601 평가에 따른 방법으로 일본 (주)고사카 연구소 제품인 표면 조도 측정기 SE-3400을 이용하여 컷오프를 0.8mm, 측정길이를 8mm로 하여 측정하였다. 더욱 상세하게는 본 측정기를 통해 대전 부재의 임의 6곳을 측정하고, 그 6곳의 평균값을 각 측정값으로 하였다.
b) 도전성 수지층의 십점 평균 조도
도전성 수지층의 십점 평균 조도(RzJIS)는 JIS94-B0601의 십점 평균 조도 평가에 따른 방법으로 일본 (주)고사카 연구소 제품인 표면 조도 측정기 SE-3400을 이용하고, 컷오프를 0.8mm, 측정 속도를 0.5mm/s, 측정 길이를 8mm로 하여 측정하였다. 더욱 상세하게는 본 측정기에 의해 대전 부재의 임의 6곳을 측정하고, 그 6곳의 평균값을 십점 평균 조도로 하였다.
c) 화상 형성성 평가
화상 형성 장치로서 삼성전자(Samsung Electronics) 제품 MultixpressC8640ND를 이용하였다. 여기에 상기한 바와 같이 얻어진 대전 부재를 적용하여 하기의 조건에 따라 화상 형성성 평가를 하였다.
＜화상 형성 조건＞
인쇄 환경: 상온 상습도 환경 하(23℃/60%RH)
인쇄 조건: 인쇄 통상 스피드 305mm/sec과, 그 절반 스피드, 인쇄 매수(180kPV, 360kPV 2점), 용지 종류(OfficePaperEC)
도전성 지지체 단부로의 하중: 편측 5.88N
인가 바이어스: 감광체 표면 전위가 -600V가 되도록 적절히 조정하여 결정하였다.
c-1) 거친 느낌 평가
상기 화상 형성 장치를 이용하여 하프톤 화상을 출력하였다. 그 화상을 육안으로 관찰하여 화상의 거친 느낌에 대해 하기의 기준에 따라 평가하였다.
평가 A: 하프톤 화상에서 거친 느낌이 발생하지 않았다.
평가 B: 하프톤 화상에서 미미하게 거친 느낌이 발생하였다 (미미한 마모에 의함).
평가 C: 하프톤 화상에서 미미하게 거친 느낌 및 얼룩이 발생하였다(마모에 의한 미약한 미립자의 탈락 있음).
평가 D: 하프톤 화상에서 거친 느낌 및 얼룩이 발생하였다.
c-2) 초기 대전 불량 평가
상기 화상 형성 장치를 이용하여 하프톤 화상을 출력하였다. 이 화상 중에 나타나는 초기 대전 불량을 육안으로 관찰하고, 하기의 기준에 따라 평가하였다. 또한, 초기 대전 불량이란, 감광체와 대전 부재의 슬라이딩성 변화, 마이크로 슬립과 관련된 것으로 생각되며, 특히 후술하는 입자 탈락과도 관련이 있다.
평가 A: 균일한 하프톤 화상이 얻어졌다.
평가 B: 화상 단부에 미미한 대전 불균일이 발생하였다.
평가 C: 화상 단부에 분명하게 대전 불균일이 발생하였다.
평가 D: 화상 전면에 대전 불균일이 발생하였다.
c-3) 입자 탈락 평가
상기 화상 형성 장치를 이용하여 360kPV 주행 후의 대전 부재 표면을 광학 현미경(일본 오므론 제품 VC3000)으로 배율 350배로 관찰하고, 입자 탈락의 상태를 관찰하였다. 관찰 부위는 항상 동일한 위치(대전 부재의 고무 단부로부터 30mm 위치 및 대전 부재의 중앙 위치)로 하고, 화상 해석을 통해 초기부터의 입자 탈락 비율을 구했다. 입자 탈락의 정도에 대해 하기 기준에 따라 평가하였다.
평가 A: 관찰 부위의 전면에서 입자 탈락은 관찰되지 않았다.
평가 B: 중앙부에서는 입자 탈락이 관찰되지 않았지만, 단부에서는 50% 미만 탈락이 관찰되었다.
평가 C: 중앙부에서는 입자 탈락이 관찰되지 않았지만, 단부에서는 50~100% 탈락이 관찰되었다.
평가 D: 관찰 부위의 전면에서 입자 탈락이 관찰되었다.
c-4) Vcln Latitude 평가(포깅과 캐리어 부착을 억제할 수 있는 전위폭(latitude) 평가)
일정 대전 바이어스 인가시의 감광체 표면 전위를 VO, 현상 바이어스를 Vdc로 하면, Vcln은 하기의 식으로 정의할 수 있다.
Vcln = VO - Vdc
또한, 각 대전 부재에서 Vcln Latitude폭이 존재하고, 적정값 보다 낮은 영역에서는 포깅이 발생하기 쉽고, 반대로 적정값 보다 높은 영역에서는 감광체 상으로의 캐리어의 부착이 커지는 현상이 발생한다. 이러한 점에서 화상 출력시의 제어폭(Vcln Latitude)이 넓을수록 화상 출력 제어가 용이해진다.
Vcln Latitude 평가는 구체적으로 다음과 같이 행하였다.
- 현상 바이어스를 일정값으로 고정하면서 대전 바이어스값을 바꾸어 Vcln을 변화시켰다.
- 포깅에 대해서는 감광체 상의 토너를 점착 테이프(Scotch mending tape 3M사 제품)에 전사하고, 그 테이프의 색을 맥베스 반사 농도계(맥베스사 제품)로 측정하였다. 그리고 측정값이 0.02를 넘은 경우의 Vclin(1)을 기록하였다.
- 캐리어 부착에 대해서는 감광체 상의 토너를 점착 테이프에 전사하였을 때, 캐리어가 관찰된 경우의 Vcln(2)를 기록하였다.
- Vcln(2)와 Vcln(1)의 전위폭(포깅과 캐리어 부착이 발생하지 않는 전위폭)으로부터 Vcln Latitude를 산출하였다.
d) AskerC 경도 평가
대전 부재의 AskerC 경도(표면 경도)는 JIS K6301에 규정되는 스프링식 경도 시험에 따라 AskerC 경도계를 이용하여 500g 가중 조건으로 측정하였다.
e) 전기 저항값(logR) 평가
도 4는 금속 롤 전극법에 의한 대전 부재의 저항값 측정 방법을 나타내는 도면이다. 구체적인 측정 방법은 다음과 같다. 우선, 25℃/55% RH의 환경 하에서 직경 30mm의 알루미늄 원통 도체(20)에 상방향으로부터 대전 부재(10)를 접촉시켰다. 그 때, 대전 부재의 양단(도전성 지지체(1)의 양단부)에 각각 750gf의 하중을 가함으로써 대전 부재(10)를 알루미늄 원통 도체(20)에 압착하였다. 그리고, 접지측에 1 ㏀ 정도의 전기 저항R０를 설치하고, 알루미늄 원통 도체(20)를 60rpm으로 회전시키고, 대전 부재(10)를 알루미늄 원통 도체(20)에 대해 종동시켰다. 상기와 같은 측정 시스템에서 대전 부재의 심봉(도전성 지지체(1))에 측정 전압을 -300V 인가하고, 접지측에 설치한 저항R０의 양단의 전압을 측정하여 전류를 산출함으로써 대전 부재의 저항값R을 산출하였다. 그 저항값R의 log를 취하고, 대전 부재의 전기 저항값logR로 하였다.
또한, 도 5는 입자 탈락 평가에서 평가A(양호)인 경우의 도전성 수지층 표면의 단면 SEM 사진(배율:5000배)이다. 도 6은 입자 탈락 평가에서 평가D(불량)인 경우의 도전성 수지층 표면의 단면 SEM 사진(배율:5000배)이다.
실시예 2~46 및 비교예 1~8
도전성 수지층의 두께, 입자 종류 등을 표 1 내지 6에 나타낸 바와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 대전 부재를 제작하고, 그 평가를 행하였다.


도전성 수지층
두께A
[㎛]
 제1 입자 제2 입자 Sm
[㎛]		 Rz
[㎛]
입자크기
B1
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1/A 입자크기
B2
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1-B2
[㎛]
실시예 1 1.0 5.0 PMMA 구형 50.0 5.0 - - - - - 50 6.0
실시예 2 2.0 15.0 PMMA 구형 50.0 7.5 - - - - - 50 18.0
실시예 3 2.0 40.0 PMMA 구형 50.0 20.0 - - - - - 50 38.0
실시예 4 1.0 30.0 PMMA 구형 50.0 30.0 - - - - - 50 35.0
실시예 5 2.0 15.0 나일론 부정형 45.0 7.5 - - - - - 75 15.0
실시예 6 2.0 40.0 나일론 부정형 45.0 20.0 - - - - - 75 35.0
실시예 7 5.0 40.0 나일론 부정형 40.0 8.0 - - - - - 100 33.0
실시예 8 3.0 35.0 나일론 부정형 40.0 11.7 - - - - - 100 30.0
실시예 9 2.0 10.0 PMMA 구형 30.0 5.0 - - - - - 150 10.0
실시예 10 2.0 15.0 나일론 부정형 30.0 7.5 - - - - - 150 12.0


도전성 수지층
두께A
[㎛]
 제1 입자 제2 입자 Sm
[㎛]		 Rz
[㎛]
입자크기
B1
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1/A 입자크기
B2
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1-B2
[㎛]
실시예 11 3.0 25.0 나일론 부정형 30.0 8.3 - - - - - 150 22.0
실시예 12 4.0 50.0 나일론 부정형 30.0 12.5 - - - - - 150 45.0
실시예 13 2.0 40.0 나일론 부정형 30.0 20.0 - - - - - 150 38.0
실시예 14 1.0 30.0 PMMA 구형 30.0 30.0 - - - - - 150 28.0
실시예 15 2.0 10.0 PMMA 구형 20.0 5.0 - - - - - 250 10.0
실시예 16 2.0 15.0 나일론 부정형 20.0 7.5 - - - - - 250 13.0
실시예 17 3.0 25.0 나일론 부정형 20.0 8.3 - - - - - 250 22.0
실시예 18 3.0 35.0 나일론 부정형 20.0 11.7 - - - - - 250 31.0
실시예 19 2.0 40.0 나일론 부정형 20.0 20.0 - - - - - 250 38.0
실시예 20 1.0 30.0 PMMA 구형 20.0 30.0 - - - - - 250 30.0


도전성 수지층
두께A
[㎛]
 제1 입자 제2 입자 Sm
[㎛]		 Rz
[㎛]
입자크기
B1
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1/A 입자크기
B2
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1-B2
[㎛]
실시예 21 2.0 10.0 PMMA 구형 15.0 5.0 - - - - - 300 10.0
실시예 22 2.0 15.0 나일론 부정형 15.0 7.5 - - - - - 300 13.0
실시예 23 2.0 40.0 나일론 부정형 15.0 20.0 - - - - - 300 36.0
실시예 24 1.0 30.0 PMMA 구형 15.0 30.0 - - - - - 300 28.0
실시예 25 2.0 10.0 PMMA 구형 10.0 5.0 - - - - - 400 8.0
실시예 26 2.0 15.0 PMMA 구형 10.0 7.5 - - - - - 400 13.0
실시예 27 2.0 40.0 PMMA 구형 10.0 20.0 - - - - - 400 35.0
실시예 28 1.0 30.0 PMMA 구형 10.0 30.0 - - - - - 400 30.0
실시예 29 2.0 40.0 PMMA 구형 20.0 20.0 20.0 PMMA 구형 30.0 20.0 50 38.0
실시예 30 1.0 30.0 PMMA 구형 20.0 30.0 10.0 PMMA 구형 30.0 20.0 50 35.0


도전성 수지층
두께A
[㎛]
 제1 입자 제2 입자 Sm
[㎛]		 Rz
[㎛]
입자크기
B1
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1/A 입자크기
B2
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1-B2
[㎛]
실시예 31 5.0 40.0 나일론 부정형 20.0 8.0 20.0 나일론 부정형 20.0 20.0 100 33.0
실시예 32 3.0 35.0 나일론 부정형 15.0 11.7 10.0 나일론 부정형 25.0 25.0 100 30.0
실시예 33 3.0 25.0 나일론 부정형 25.0 8.3 5.0 나일론 부정형 5.0 20.0 150 22.0
실시예 34 4.0 50.0 나일론 부정형 10.0 12.5 30.0 나일론 부정형 20.0 20.0 150 45.0
실시예 35 2.0 40.0 나일론 부정형 5.0 20.0 25.0 나일론 부정형 25.0 15.0 150 38.0
실시예 36 3.0 25.0 나일론 부정형 15.0 8.3 10.0 나일론 부정형 5.0 15.0 250 22.0
실시예 37 3.0 35.0 나일론 부정형 15.0 11.7 10.0 나일론 부정형 5.0 25.0 250 31.0
실시예 38 2.0 40.0 나일론 부정형 15.0 20.0 20.0 나일론 부정형 5.0 20.0 250 38.0
실시예 39 1.0 30.0 PMMA 구형 15.0 30.0 10.0 나일론 부정형 5.0 20.0 250 30.0
실시예 40 2.0 40.0 나일론 부정형 10.0 20.0 20.0 나일론 부정형 5.0 20.0 300 36.0


도전성 수지층
두께A
[㎛]
 제1 입자 제2 입자 Sm
[㎛]		 Rz
[㎛]
입자크기
B1
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1/A 입자크기
B2
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1-B2
[㎛]
실시예 41 1.0 30.0 PMMA 구형 10.0 30.0 15.0 PMMA 구형 5.0 15.0 300 28.0
실시예 42 2.0 40.0 PMMA 구형 5.0 20.0 5.0 PMMA 구형 5.0 35.0 400 35.0
실시예 43 2.0 15.0 실리카 구형 30.0 7.5 - - - - - 150 12.0
실시예 44 3.0 25.0 실리카 구형 30.0 8.3 - - - - - 150 22.0
실시예 45 4.0 50.0 실리카 구형 30.0 12.5 - - - - - 150 45.0
실시예 46 2.0 40.0 실리카 구형 30.0 20.0 - - - - - 150 38.0


도전성 수지층
두께A
[㎛]
 제1 입자 제2 입자 Sm
[㎛]		 Rz
[㎛]
입자크기
B1
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1/A 입자크기
B2
[㎛]		 재질 형상 첨가량
[phr]		 B1-B2
[㎛]
비교예 1 10.0 30.0 PMMA 구형 60.0 3.0 - - - - - 30 25.0
비교예 2 0.5 10.0 PMMA 구형 60.0 20.0 - - - - - 30 8.0
비교예 3 0.5 20.0 PMMA 구형 60.0 40.0 - - - - - 30 15.0
비교예 4 10.0 30.0 PMMA 구형 20.0 3.0 - - - - - 250 20.0
비교예 5 0.5 20.0 PMMA 구형 20.0 40.0 - - - - - 250 18.0
비교예 6 10.0 30.0 PMMA 구형 5.0 3.0 - - - - - 450 15.0
비교예 7 0.5 10.0 PMMA 구형 5.0 20.0 - - - - - 450 9.0
비교예 8 0.5 20.0 PMMA 구형 5.0 40.0 - - - - - 450 18.0

화상형성성 평가 AskerC 경도
 logR
거친느낌 초기
대전불량		 입자탈락 Vcln
래티튜드
[V]
실시예 1 C C C 210 74 5.0
실시예 2 C A C 170 74 5.0
실시예 3 C A C 80 74 5.0
실시예 4 C A C 90 74 5.0
실시예 5 B B B 180 74 5.1
실시예 6 B A B 80 76 5.1
실시예 7 A A A 95 76 5.2
실시예 8 A A A 110 74 5.2
실시예 9 A B C 200 74 5.4
실시예 10 A A B 190 76 5.4
실시예 11 A A A 140 78 5.4
실시예 12 A A A 60 78 5.4
실시예 13 A A B 80 76 5.4
실시예 14 A A C 100 74 5.4
실시예 15 A B C 200 82 5.5
실시예 16 A A B 190 80 5.5
실시예 17 A A A 140 78 5.5
실시예 18 A A A 110 78 5.5
실시예 19 A A B 90 80 5.5
실시예 20 A A C 110 82 5.5

화상형성성 평가 AskerC 경도
 logR
거친느낌 초기
대전불량		 입자탈락 Vcln
래티튜드
[V]
실시예 21 A A C 200 82 5.6
실시예 22 A A B 190 80 5.6
실시예 23 A A B 90 80 5.6
실시예 24 A A C 120 82 5.6
실시예 25 A B C 200 82 5.8
실시예 26 A A C 190 82 5.8
실시예 27 A A C 80 82 5.8
실시예 28 A A C 100 82 5.8
실시예 29 A A A 120 78 5.0
실시예 30 A A B 120 78 5.0
실시예 31 A A A 130 78 5.2
실시예 32 A A A 140 78 5.2
실시예 33 A A A 170 78 5.4
실시예 34 A A A 90 78 5.4
실시예 35 A A A 110 78 5.4
실시예 36 A A A 160 78 5.5
실시예 37 A A A 140 78 5.5
실시예 38 A A A 110 78 5.5
실시예 39 A A A 150 78 5.5
실시예 40 A A A 120 78 5.6

화상형성성 평가 AskerC 경도
 logR
거친느낌 초기
대전불량		 입자탈락 Vcln
래티튜드
[V]
실시예 41 A A B 150 78 5.6
실시예 42 A A A 120 78 5.8
실시예 43 A A B 190 78 5.4
실시예 44 A A A 140 78 5.4
실시예 45 A A A 60 78 5.4
실시예 46 A A B 80 78 5.4
비교예 1 D D A 120 84 6.0
비교예 2 D D D 200 72 4.9
비교예 3 D D D 180 72 4.9
비교예 4 A D A 150 84 6.0
비교예 5 A D D 160 72 4.9
비교예 6 A D A 180 84 6.0
비교예 7 A D D 200 72 4.9
비교예 8 A D D 170 72 4.9
실시예의 대전 부재를 구비한 화상 형성 장치에 의하면, 장기간 운전이 이루어진 경우라 하더라도 거친 느낌이나 초기 대전 불량, 입자 탈락 등으로 인한 인쇄 불량이 충분히 억제된 화상을 얻을 수 있다.
<부호의 설명>
1 도전성 지지체 2 도전성 탄성체층
3 도전성 수지층 3a 매트릭스 재료
3b 제1의 입자 3b' 제2의 입자
10 대전 부재 20 알루미늄 원통 도체

Claims (20)

  1. 도전성 지지체; 상기 도전성 지지체 상에 적층된 도전성 탄성체층; 및 상기 도전성 탄성체층 상에 적층된 도전성 수지층;을 포함하는 대전 부재로서,
    상기 도전성 수지층은 매트릭스 재료; 및 상기 매트릭스 재료 중에 분산된 다수의 입자들을 포함하고,
    상기 입자들은 제1 입자들을 포함하며,
    상기 도전성 수지층의 상기 매트릭스 재료 단독으로 형성되는 부분의 두께를 A[㎛]라 하고, 상기 제1 입자들의 평균 입자 크기를 B１[㎛]이라 하며, 상기 입자들의 입자 간 거리를 Sm[㎛]이라 하였을 때,
    A가 1.0 ㎛ 내지 7.0 ㎛이고,
    B１/A가 5.0 내지 30.0이며,
    Sm이 50 ㎛ 내지 400 ㎛인 대전 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 수지층 두께는 1.0 ㎛ 내지 5.0 ㎛인 대전 부재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 B１/A는 7.5 내지 20.0인 대전 부재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 수지층의 십점 평균 조도(RzJIS)가 10.0 ㎛ 내지 35.0 ㎛인 대전 부재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들의 함유량이 상기 도전성 수지층의 전체 질량을 기준으로 5 질량% 내지 50 질량%인 대전 부재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    B１이 5.0 ㎛ 내지 50.0 ㎛인 대전 부재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들은 제2 입자들을 더 포함하고,
    상기 제2 입자들의 평균 입자 크기를 B2[㎛]라 하였을 때,
    B１이 15.0 ㎛ 내지 40.0 ㎛이고,
    B１-B2가 10.0 ㎛ 이상인 대전 부재.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 입자와 상기 제2 입자의 질량비는 5:1 내지 1:5인 대전 부재.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들이 절연성 입자인 대전 부재.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들이 부정형 입자인 대전 부재.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들이 수지 입자인 대전 부재.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 수지 입자가 나일론 수지 입자 및 아크릴 수지 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 대전 부재.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 매트릭스 재료가 나일론 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 대전 부재.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 탄성체층이 에피클로르 히드린 고무를 함유하는 대전 부재.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 탄성체층의 두께는 1.25 mm 내지 3.00 mm인 대전 부재.
  16. 제 1 항에 있어서,
    아스카C(AskerC) 경도가 78±4인 대전 부재.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 지지체 단부에 걸리는 하중이 5.0 N 내지 8.0 N일 때, 크라운량이 60 ㎛ 내지 120 ㎛인 대전 부재.
  18. 제 1 항에 있어서,
    금속 롤 전극법을 통해 측정되는 상기 대전 부재의 전기 저항값을 R이라 하였을 때, logR 값이 5.4±0.4인 대전 부재.
  19. 제 1 항에 있어서,
    직류 전압만이 인가되고, 인가되는 바이어스 전압이 -1000 V 내지 -1500 V인 대전 부재.
  20. 본체, 상담지체 및 상기 상담지체를 대전시키기 위한 대전 부재를 포함하는 전자사진방식 화상형성장치에 있어서, 상기 대전 부재가 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 대전 부재인, 전자사진방식 화상형성장치.
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