KR20200037703A - 전자사진 감광체, 및 이 전자사진 감광체를 포함하는 전자사진 카트리지 및 전자사진 화상형성장치 - Google Patents

전자사진 감광체, 및 이 전자사진 감광체를 포함하는 전자사진 카트리지 및 전자사진 화상형성장치 Download PDF

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이환구
송혜지
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

감광층 또는 오버코팅층의 표면층이 다음 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 전자사진 감광체가 개시된다: Tg > 100℃ … (1), 및 경도 > 0.22 GPa … (2), 여기에서, Tg는 상기 감광층의 유리전이온도를 나타낸다. 본 감광체는 조건 (1) 및 (2)를 만족하도록 제어함으로써 이와 접촉하는 클리닝 블레이드가 뒤집히는 현상을 효과적으로 억제 또는 방지할 수 있을 뿐만 아니라 클리닝 블레이드의 선정에 있어서 자유도를 증가시킬 수 있으며 마찰에 의한 고주파 소음 유발할 가능성을 감소시킬 수 있다. 본 감광체를 포함하는 전자사진 카트리지 및 전자사진 화상형성장치도 개시된다.

Description

전자사진 감광체, 및 이 전자사진 감광체를 포함하는 전자사진 카트리지 및 전자사진 화상형성장치{Electrophotographic photoreceptor, and electrophotographic cartridge and electrophotographic imaging apparatus employing the same}
팩시밀리 머신, 프린터, 및 복사기 등의 전자사진 화상형성장치 중의 현상 카트리지 내부에는 수~수십 나노미터 크기의 외첨제가 물리적으로 코팅처리된 토너 입자가 채워져 있다. 토너 입자는 현상 단계에서 전자사진 감광체 드럼 표면으로 이동한다. 현상 단계가 종료되었을 때, 감광체 드럼 표면에는 토너 입자 또는 외첨제 입자 등이 잔류할 수 있다. 이 때문에 잔류 입자를 다음의 토너 화상 형성 사이클을 실행하기 이전에 감광체 드럼 표면에서 제거하는 클리닝 과정이 필요하다.
토너 입자 등을 제거하는 클리닝 방식으로서는 다양한 방식이 알려져 있지만, 클리닝 블레이드를 이용하여 감광체 드럼 표면의 잔류 토너 또는 외첨제 입자를 긁어 떨어뜨리는 방식이 많이 채용된다.
도 1은 본 개시의 일 실시형태에 따른 클리닝 블레이드를 포함하는 클리닝 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 개시의 다른 실시형태인 전자사진 감광체의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 개시의 또 다른 실시형태인 전자사진 감광체의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시형태에 따른 전자사진 감광체를 구비하는 전자사진 화상형성장치 및 전자사진 카트리지의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 개시에서 사용하는 이러한 유리전이온도 Tg를 DSC 곡선 읽는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 비교예 2의 시료에 대하여 측정한 실제 DSC 곡선을 나타낸다.
이하, 본 개시의 몇몇 구체적인 실시형태에 따른 전자사진 감광체, 이 전자사진 감광체를 포함하는 현상 카트리지 및 전자사진 화상형성장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
최근 A3 크기 용지 및 A4 크기 용지를 이용하는 전자사진 화상형성장치에서 프린팅 스피드의 고속화(예를 들면, 220 ~ 334 mm/sec) 및 현상 카트리지의 고내구화가 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족하기 위하여 감광체 드럼의 표면 성질 제어가 요구된다. 또한, 클리닝 블레이드가 양호한 클리닝 성능을 발휘할 수 있도록 하는 연구가 마찬가지로 요구된다. 감광체 클리닝 불량은 클리닝 블레이드의 에지 선단 마모 및/또는 크랙 발생에 의한 클리닝 불량, 및 클리닝 블레이드의 뒤집힘(flip-over)에 의한 클리닝 불량으로 분류될 수 있다. 내마모성을 개선하기 위해서 고경도 재료를 사용하여 클리닝 블레이드를 제조하지만, 저온 환경(예를 들면, -5~0℃)에서는 블레이드를 구성하는 고무 재료가 영구 변형에 취약하게 되어 클리닝 성능이 저하하기 쉽다. 반대로, 고온 환경(예를 들면, 32 ~ 50 ℃)에서는 고무 재료는 소프트하여 마찰 및 마모에 취약하게 되기 쉽다. 이는 클리닝 블레이드와 감광체 드럼과의 마찰계수를 증가시켜 클리닝 블레이드 뒤집힘 또는 마찰에 의한 고주파 소음을 유발할 가능성이 높다.
상기한 바와 같이 블레이드 뒤집힘은 클리닝 블레이드 특성뿐만 아니라 감광체 표면 특성과도 관계있는 것이므로 단순히 클리닝 블레이드 특성을 제어하는 것만으로는 블레이드 뒤집힘을 효과적으로 방지하기 어렵다.
도 1은 본 개시의 일 실시형태에 따른 전자사진 감광체의 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 이 전자사진 감광체는 도전성 재료로 이루어진 도전성 지지체(1) 상에 전하 발생 물질(2) 및 전하 발생 물질(2)을 결착시키는 바인더 수지를 함유하는 전하발생층(5), 전하 수송 물질(3) 및 전하 수송 물질(3)을 결착시키는 바인더 수지를 함유하는 전하 수송층(6)이 도전성 지지체(1)로부터 상부를 향하여 이 순서로 적층되어 이루어진 감광층(4)을 갖는 적층형 전자사진 감광체이다.
도 1에서 전하 발생 물질(2) 및 전하 수송 물질(3)이 강조되어 도시되어 있지만, 실제로 이들은 각각의 층에서 바인더 수지 등의 성분에 균일하게 분산되어 있다.
본 실시형태에서 감광층(4)은 전하 발생 물질(2)을 함유하는 전하발생층(5) 및 전하 수송 물질(3)을 함유하는 전하 수송층(6)의 적층 구조로 이루어진다. 이와 같이, 전하 발생 기능과 전하 수송기능을 각각의 층에 담당하게 함으로써 전하 발생 기능 및 전하 수송 기능의 각각에 최적인 재료를 선택할 수 있다. 따라서, 더 고감도이고, 반복사용시의 안정성도 우수한 고내구성을 갖는 전자사진 감광체를 얻을 수 있다.
본 실시형태에서 감광층(4)의 표면층은 다음 조건 (1) 및 (2)를 만족한다.
Tg > 100℃ … (1), 및
경도 > 0.22 GPa … (2).
여기에서, Tg는 상기 감광층의 유리전이온도를 나타낸다.
조건 (1)에서 Tg 값은, 예를 들면, 101℃ 이상, 102℃ 이상, 103℃ 이상, 104℃ 이상, 105℃ 이상, 106℃ 이상, 107℃ 이상, 108℃ 이상, 109℃ 이상, 110℃ 이상, 111℃ 이상, 112℃ 이상, 113℃ 이상, 114℃ 이상, 115℃ 이상, 116℃ 이상, 117℃ 이상, 118℃ 이상, 119℃ 이상, 120℃ 이상, 121℃ 이상, 122℃ 이상, 123℃ 이상, 124℃ 이상, 125℃ 이상, 126℃ 이상, 127℃ 이상, 128℃ 이상, 129℃ 이상, 130℃ 이상, 131℃ 이상, 132℃ 이상, 133℃ 이상, 134℃ 이상, 또는 135℃ 이상 일 수 있다.
조건 (2)에서 경도 값은, 예를 들면, 0.221 GPa 이상, 0.222 GPa 이상, 0.223 GPa 이상, 0.224 GPa 이상, 0.225 GPa 이상, 0.226 GPa 이상, 0.227 GPa 이상, 0.228 GPa 이상, 0.229 GPa 이상, 0.230 GPa 이상, 0.231 GPa 이상, 0.232 GPa 이상, 0.233 GPa 이상, 0.234 GPa 이상, 0.235 GPa 이상, 0.236 GPa 이상, 0.237 GPa 이상, 0.238 GPa 이상, 0.239 GPa 이상, 0.240 GPa 이상, 0.242 GPa 이상, 0.243 GPa 이상, 0.244 GPa 이상, 0.248 GPa 이상, 0.249 GPa 이상, 0.250 GPa 이상, 0.251 GPa 이상, 0.252 GPa 이상, ... , 0.280 GPa 이상, 0.281 GPa 이상, 0.282 GPa 이상, 0.283 GPa 이상, 0.284 GPa 이상, 0.285 GPa 이상, 0.286 GPa 이상, 0.287 GPa 이상, 0.288 GPa 이상, 0.289 GPa 이상, 0.290 GPa 이상, 0.291 GPa 이상, 0.292 GPa 이상, 0.293 GPa 이상, 0.294 GPa 이상, 또는 0.295 GPa 이상일 수 있다.
본 실시형태에서 감광층(4)의 표면층은 전하 수송층(6)을 의미한다. 그러나 감광층(4)은 도 1에 도시한 적층 순서와 반대로 형성될 수도 있다. 즉, 전하 수송층 및 전하발생층이 도전성 지지체(1)로부터 상부를 향하여 이 순서로 적층되어 이루어진 감광층(4)을 갖는 적층형 전자사진 감광체도 존재할 수 있다. 이러한 실시형태의 적층형 전자사진 감광체의 경우 감광층(4)의 표면층은 전하 발생층을 의미한다.
클리닝 블레이드가 뒤집히는 현상은 클리닝 블레이드 자신의 특성뿐만 아니라 이와 접촉하는 감광체(4)의 표면 특성에도 관련된 것이다. 따라서 클리닝 블레이드가 뒤집히는 현상을 개선하기 위해서는 블레이드 자체의 특성을 개선하는 것이 직접적인 해결방안이겠지만, 본 개시에서는 블레이드와 접촉하는 감광체의 표면특성을 상기한 바와 같이 조건 (1) 및 (2)를 만족하도록 제어함으로써 클리닝 블레이드가 뒤집히는 현상을 효과적으로 억제 또는 방지할 수 있을 뿐만 아니라 클리닝 블레이드의 선정에 있어서 자유도를 증가시킬 수 있으며 마찰에 의한 고주파 소음 유발할 가능성을 감소시킬 수 있는 부가적인 효과를 달성할 수 있다.
감광체(4)의 표면을 클리닝하기 위한 클리닝 장치 중에서 감광체(4)의 표면과 접촉하여 상기 표면상에 잔류하는 토너 입자, 외첨제 입자 등의 잔류물을 제거하는 클리닝 블레이드는 통상적으로 폴리우레탄을 주성분으로 하여 제조된다. 또한 클리닝 블레이드는 질소 분위기하에서 측정 주파수 10 Hz, 승온 속도 2.0 ℃/min, 및 초기 변형률 0.03%의 조건에서 -80 내지 50℃의 온도 범위에서 온도의 함수로 측정하는 동적 점탄성 측정에서 얻어진 -5℃에서의 저장 모듈러스 G'(MPa) @ -5℃(단위: MPa), 23℃에서의 저장 모듈러스 G'(MPa) @ 23℃(단위: MPa) 및 그 차이 △G'(MPa)(-5℃~23℃)(단위: MPa)의 값이 다음 조건 (3) 내지 (5)를 만족할 수 있다:
27 <　G'(MPa) @ -5℃ < 32; (3)
10 < G'(MPa)　@23℃ < 16; (4) 및
12 < ΔG'(MPa, -5℃~23℃) < 21 (5).
조건 (3) 내지 (5)를 만족하는 클리닝 블레이드는 저온 및 고온에서의 클리닝 및 고속에서의 클리닝 성능을 발휘할 수 있다.
상기한 바와 같이 클리닝 블레이드의 뒤집힘은 클리닝 블레이드 특성과 함께 감광체의 표면 물성에도 의존하는 현상이다. 따라서, 단순히 클리닝 블레이드의 특성을 제어하는 것만으로는 유효한 해결책을 제시하기 어렵다. 따라서 본 개시에서는 상기한 조건 (3) 내지 (5)를 만족하는 클리닝 블레이드와 접촉하는 감광체의 표면 특성을 상기 조건 (1) 및 (2)를 만족하도록 제어함으로써 클리닝 블레이드가 뒤집히는 현상을 억제 또는 방지할 수 있을 뿐만 아니라 클리닝 블레이드의 선정에 있어서 자유도를 증가시킬 수 있는 부가적인 효과를 달성할 수 있다. 따라서 본 개시에 따른 감광체 및 상기한 클리닝 블레이드를 포함하는 클리닝 장치를 조합하면 사용하면 효율적인 클리닝 성능을 안정적으로 발휘할 수 있다. 이는, 예를 들면, 클리닝 블레이드의 반발탄성이 떨어지는 고온 영역에서의 유효한 클리닝 특성을 유지하는데 효과적일 수 있다.
상기 조건 (1)에서 유리전이온도 Tg는 감광층의 유리전이온도(glass transition temperature)를 나타낸다. 여기에서 사용되는 유리전이온도 Tg의 측정조건 및 방법에 대하여는 실시예 부분에서 상세하게 설명한다.
상기 조건 (2)에서 경도는 MTS Nanoindenter XP를 이용하여 최대 압입 한계(indentation limit) 3000 nm 및 0.05/s 스트레인 속도(strain rate)의 조건에서 다이아몬드 인덴터를 시료를 향하여 압입하는 압입시험(indentation test)을 통하여 얻어진 값으로 정의된다. 이때, 다이아몬드 인덴터로서는 삼면 다이아몬드 피라미드(three-sided diamond pyramid) 형태의 버코비치 팁(Berkovitch tip)을 사용하고, 시편 두께는 평균 약 30 ㎛으로 유지한다.
이하 본 개시의 전자사진 감광체의 각 구성부분에 대하여 자세하게 설명한다.
도전성 지지체
도전성 지지체(1)을 구성하는 도전성 재료로서는, 예를 들어 알루미늄, 알루미늄 합금, 동, 아연, 스테인리스 강 및 티탄 등의 금속재료를 이용할 수 있다.또 이들의 금속재료로 한정되지 않고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 나일론 및 폴리스티렌 등의 고분자 재료; 경질 종이 또는 유리 등의 표면에 금속박을 라미네이트한 것, 금속재료를 증착한 것, 또는 도전성 고분자, 산화 주석, 산화 인듐 등의 도전성 화합물의 층을 증착 또는 도포한 것 등을 이용할 수도 있다.
도전성 지지체(1)의 형상은 원통형(즉, 드럼형), 원주형, 시트형 또는 엔드리스 벨트상 등일 수 있다.
전하발생층
전하발생층(5)은 광을 흡수함으로써 전하를 발생시키는 전하 발생 물질(2)을 주성분으로서 함유한다.
전하 발생 물질
전하 발생 물질(2)로서 유효한 물질로서는 모노아조계 안료, 비스아조계 안료 및 트리스아조계 안료 등의 아조계 안료; 인디고 및 티오인디고 등의 인디고계 안료; 페릴렌이미드 및 페릴렌산 무수물 등의 페릴렌계 안료; 안트라퀴논 및 피렌퀴논 등의 다환 퀴논계 안료; 금속 프탈로시아닌 및 무금속 프탈로시아닌등의 프탈로시아닌계 안료; 스쿠아릴륨 색소; 피릴륨염류 및 티오피릴륨염류; 트리페닐메탄계 색소; 및 셀렌 및 비정질 실리콘 등의 무기 재료 등을 들 수 있다. 이들의 전하 발생 물질은 1종 단독 또는 2종 이상의 조합으로서 사용될 수 있다. 옥소티타늄 프탈로시아닌과 같은 프탈로시아닌계 안료는 높은 전하 발생 효율과 전하 주입 효율을 갖는 전하 발생 물질이므로 광을 흡수함으로써 다량의 전하를 발생시키는 것과 동시에, 발생한 전하를 그 내부에 축적하지 않고 전하 수송 물질(3)에 효율적으로 주입할 수 있다.
전하발생층용 바인더 수지
바인더 수지로서는, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 페놀 수지, 알키드 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 페녹시 수지, 폴리비닐 부티랄 및 폴리비닐포르말 등의 수지 및 이들의 수지를 구성하는 반복 단위 중의 2개 이상을 포함하는 공중합체 수지 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합이 사용될 수 있다. 공중합체 수지의 구체적인 예로서는, 예를 들어 염화 비닐-아세트산비닐 공중합체, 염화 비닐-아세트산비닐-무수 말레산 공중합체 및 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 절연성 수지 등을 들 수 있다. 바인더 수지는 이들로 한정되는 것이 아니고, 일반적으로 이용되는 수지를 바인더 수지로서 사용할 수 있다.
전하발생층 도포액용 용제
용제에는, 예를 들어 디클로로메탄 및 디클로로에탄 등의 할로겐화 탄화수소; 아세톤, 메틸 에틸 케톤 및 사이클로헥사논 등의 케톤류; 아세트산에틸 및 아세트산 부틸 등의 에스테르류; 테트라하이드로퓨란(THF) 및 디옥산 등의 에테르류; 1,2-디메톡시 에탄 등의 에틸렌글리콜의 알킬에테르류; 벤젠, 톨루엔 및 크실렌 등의 방향족 탄화수소류; 또는 N,N-디메틸포름아미드 및 N,N-디메틸아세트아미드 등의 비양성자성 극성 용제 등이 이용될 수 있다. 또한, 이들의 용제를 2종 이상 혼합한 혼합 용제를 이용할 수도 있다.
전하발생층용 도포액
전하 발생 물질(2)과 바인더 수지의 배합률은, 전하 발생 물질(2)의 비율이 10질량% 내지 99 질량%의 범위에 있도록 하는 것일 수 있다. 이에 의하여 전하 발생 물질(2)의 분산성, 전하발생층(5)의 막강도 및 전하발생층(5)의 감도를 양호하게 유지할 수 있다.
전하발생층의 형성 방법
전하발생층(5)은 전하 발생 물질(2)을 도전성 지지체(1)상에 진공증착하는 방법, 또는 용제중에 전하 발생 물질(2)을 분산하여 얻어진 전하발생층용 도포액을 도전성 지지체(1)상에 도포하는 방법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 이들 중에서도, 바인더 수지를 용제중에 혼합하여 얻어지는 바인더 수지 용액중에 전하 발생 물질(2)을 분산하여 얻어진 도포액을 도전성 지지체(1) 상에 도포하는 방법이 사용될 수 있다. 이하, 이 방법에 대하여 더 구체적으로 설명한다.
바인더 수지 용액중에 전하 발생 물질(2)을 분산시키기 전에, 미리 전하 발생 물질(2)을 분쇄기에 의해 분쇄처리할 수 있다. 분쇄 처리에 이용되는 분쇄기로서는, 볼밀, 샌드밀, 분쇄기(attritor), 진동 밀 및 초음파 분산기 등을 들 수 있다.
전하 발생 물질(2)을 바인더 수지 용액 중에 분산시킬 때 이용되는 분산기로서는 페인트 셰이커, 볼밀 또는 샌드밀 등을 들 수 있다. 이때의 분산 조건으로서는, 이용하는 용기 및 분산기를 구성하는 부재의 마모 등에 의한 불순물의 혼입이 일어나지 않게 적당한 조건을 선택한다.
전하 발생 물질(2)을 바인더 수지 용액 중에 분산하여 얻어지는 전하발생층용 도포액의 도포 방법으로서는 스프레이 도포법, 바 코트 도포법, 롤 코트 도포법, 닥터 블레이드 도포법, 링 도포법(ring coating) 및 침지 도포법(dip coating) 등을 들 수 있다. 이들의 도포 방법 중에서 도포의 물성 및 생산성 등을 고려하여 최적인 방법을 선택할 수 있다. 특히 침지 도포법은 도포액을 채운 배스에 도전성 지지체(1)를 침지한 후, 일정 속도 또는 변화하는 속도로 인상(引上)하여 도전성 지지체(1)상에 층을 형성하는 방법이다. 이는 비교적 간단하고, 생산성 및 원가의 측면에서 우수하므로, 전자사진 감광체를 제조하는 경우에 많이 이용되고 있다. 침지 도포법에 이용하는 장치에는 도포액의 분산성을 안정시키기 위해서 초음파 발생장치로 대표되는 도포액 분산장치가 설치될 수 있다.
전하발생층(5)의 막 두께는 감광체의 감도를 적절하게 유지하기 위한 측면에서 0.05㎛ 이상 5㎛ 이하일 수 있고, 구체적으로는 0.1㎛ 이상 1㎛ 이하일 수 있다.
전하 수송층
전하 수송층(6)은 전하 발생 물질(2)에서 발생한 전하를 수용하여 수송하는 능력을 갖는 유기 광도전성 재료를 전하 수송 물질(3)로서 바인더 수지 중에 함유시키는 것에 의해 얻을 수 있다.
전하 수송 물질
사용될 수 있는 전하 수송 물질은 카르바졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 티아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 이미다졸론 유도체, 이미다졸리딘 유도체, 비스이미다졸리딘 유도체, 스티릴 화합물, 히드라존 화합물, 다환방향족 화합물, 인돌 유도체, 피라졸린 유도체, 옥사졸론 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴나졸린 유도체, 벤조푸란 유도체, 아크리딘 유도체, 페나진 유도체, 아미노스틸벤 유도체, 트리아릴아민 유도체, 트리아릴메탄 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 스틸벤 유도체 및 벤지딘 유도체 등을 포함할 수 있다. 또한, 이들의 화합물로부터 유래하는 모이어티를 주쇄 또는 측쇄에 가지는 폴리머, 예를 들어 폴리-N-비닐카르바졸, 폴리-1-비닐피렌 및 폴리-9-비닐안트라센 등도 사용할 수 있다.
전하 수송층용 바인더 수지
전하 수송층(6)에 사용하는 바인더 수지로서는 전하 수송 물질(3)과의 상용성이 우수한 것이 선택된다. 이의 구체적인 예는 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리스티렌 및 폴리염화비닐 등의 비닐 중합체 및 이들의 공중합체; 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에스테르 카보네이트, 폴리설폰, 페녹시 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리아릴레이트, 폴리아미드, 폴리에테르, 폴리우레탄, 폴리아크릴아미드, 페놀 수지 등의 수지 등을 포함할 수 있다. 또한, 이들의 수지를 부분적으로 가교한 열경화성 수지를 사용할 수도 있다. 이들의 수지는 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다. 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트 또는 폴리페닐렌옥사이드는 전기 절연성이 뛰어나고 또한 피막성 및 전위 특성 등도 우수하다.
전하 수송 물질 (A)와 바인더 수지 (B)의 비율 A/B은 광응답성, 내마모성, 내구성, 및 클리닝 블레이드의 뒤집힘 방지의 측면에서, 예를 들면, 10/10 내지 10/30, 예를 들면 10/12 내지 10/30으로 조정될 수 있다. 상기 비율 A/B가 10/30 미만으로 바인더 수지의 비율이 높아지면, 침지 도포법에 의해 전하 수송층(6)을 형성하는 경우, 도포액의 점도가 증가하므로, 도포 속도 저하를 초래하여 생산성이 저하할 수 있다. 상기 비율 A/B가 10/10를 초과하여 바인더 수지의 비율이 낮아지면, 바인더 수지의 비율이 높을 때와 비교하여 내마모성이 낮아져, 감광층의 마모량이 증가한다.
전하 수송층용 첨가제
전하 수송층(6)에는 성막성, 가요성 및 표면 평활성을 향상시키기 위해서, 필요에 따라, 가소제 또는 레벨링제 등의 첨가제를 첨가할 수 있다. 가소제로서는, 예를 들어 이염기산 에스테르, 지방산 에스테르, 인산 에스테르, 프탈산 에스테르, 염소화 파라핀 및 에폭시형 가소제 등을 들 수 있다. 레벨링제로서는, 실리콘계 레벨링제 등을 들 수 있다.
전하 수송층(6)에는 또한 기계적 강도의 증강이나 전기적 특성의 향상을 도모하기 위해서, 무기 화합물 또는 유기 화합물의 미립자를 첨가할 수 있다. 또한, 전하 수송층(6)에는, 필요에 따라 산화방지제 및 증감제 등의 각종 첨가제를 첨가할 수 있다. 이에 의해서, 전위 특성이 향상되는 것과 동시에, 도포액으로서의 안정성이 높아지고, 또 감광체를 반복사용하였을 때의 피로 열화를 낮추고, 내구성을 향상시킬 수 있다.
산화방지제로서는, 힌더드 페놀 유도체 또는 힌더드 아민 유도체가 유리하게 이용될 수 있다. 힌더드 페놀 유도체는 전하 수송 물질(3)에 대해 0.1 질량% 이상 50 질량% 이하의 범위에서 사용될 수 있다. 힌더드 아민 유도체는 전하 수송 물질(3)에 대해 0.1 질량% 이상 50 질량% 이하의 범위에서 사용될 수 있다. 힌더드 페놀 유도체와 힌더드아민 유도체는 혼합되어 사용될 수도 있다. 이 경우, 힌더드 페놀 유도체 및 힌더드 아민 유도체의 합계 사용량은 전하 수송 물질(3)에 대해 0.1 질량% 이상 50 질량% 이하의 범위일 수 있다.
전하 수송층의 형성 방법
전하 수송층(6)은 전술한 전하발생층(5)을 형성하는 경우와 같은 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 먼저, 적당한 용제중에 전하 수송 물질(3) 및 바인더 수지 및 필요한 경우에는 전술한 첨가제를 용해 또는 분산시켜 전하 수송층용 도포액을 조제한다. 이 도포액을 스프레이 법, 바 코트 법, 롤 코트 법, 블레이드법, 링 법 또는 침지 도포법 등에 의해서 전하발생층(5)상에 도포함으로써 전하 수송층(6)이 형성된다.
도포액에 이용되는 용제로는, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 및 모노클로로벤젠 등의 방향족 탄화수소; 디클로로메탄 및 디클로로에탄 등의 할로겐화 탄화수소; THF, 디옥산 및 디메톡시메틸 에테르 등의 에테르류; 및 N,N-디메틸포름아미드등의 비양성자성 극성 용제 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 전술한 용제에, 필요에 따라, 알코올류, 아세토니트릴 또는 메틸 에틸 케톤 등의 용제를 더 첨가하여 사용할 수도 있다.
전하 수송층(6)의 막두께는 감광체 표면의 대전능 유지 및 감광체의 해상도 저하 방지 등의 측면에서 5㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있으며, 구체적으로는 10㎛ 이상 40㎛ 이하일 수 있다.
감광층용 첨가제
감광층(4)에는, 감도의 향상을 도모하고, 반복 사용시의 잔류 전위의 상승 및 피로 등을 억제하기 위해서, 1종 이상의 전자 수용 물질이나 색소를 더 첨가할 수 있다.
전자 수용 물질로는, 예를 들어 숙신산 무수물, 무수 말레산, 무수 프탈산 및 4-크롤 나프탈산 무수물 등의 산무수물; 테트라시아노에틸렌 및 테레프탈말론디니트릴 등의 시아노 화합물; 4-니트로벤즈알데하이드 등의 알데하이드류; 안트라퀴논 및 1-니트로안트라퀴논 등의 안트라퀴논류; 2,4,7-트리니트로플루오레논 및 2,4,5,7-테트라니트로플루오레논 등의 다환 또는 헤테로 고리 니트로 화합물; 및 디페노퀴논 화합물 등의 전자 흡인성 재료, 또는 이들의 전자 흡인성 재료를 고분자화한 것 등을 이용할 수 있다.
색소로는, 예를 들어 잔텐계 색소, 티아진 색소, 트리페닐메탄 색소, 퀴놀린계 안료 또는 동 프탈로시아닌 등의 유기 광도전성 화합물을 이용할 수 있다. 이들의 유기 광도전성 화합물은 광학 증감제로서 기능한다.
오버코트층
감광층(4)의 표면에는 감광층을 보호하기 위하여 오버코트층(미도시)이 형성될 수 있다. 오버코트층을 형성함으로써 감광층(4)의 내마모성을 향상시킬 수 있는 것과 동시에, 감광체 표면을 대전시킬 때의 코로나 방전에 의해 발생하는 오존이나 질소산화물 등이 감광층(4)에 화학적 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
상기 오버코트층은 바인더 수지 및 전도성 물질을 포함하고, 광경화성 화합물, 광개시제, 전도성 물질 및 용매를 포함하는 오버코트층 형성용 조성물의 광경화 산물로 이루어질 수 있다.
상기 광경화성 화합물은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 단관능 (메트)아크릴산에스테르, 2관능 (메트)아크릴산에스테르 및 3관능 이상의 (메트)아크릴산에스테르가 중합성이 양호하고 얻어지는 오버코트층의 강도가 향상될 수 있다.
단관능 (메트)아크릴산에스테르의 구체적인 예는 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아크릴레이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르메타크릴레이트, 이소보로닐아크릴레이트, 이소보로닐메타크릴레이트, 3-메톡시부틸아크릴레이트, 3-메톡시부틸메타크릴레이트, (2-아크릴로일옥시에틸)(2-히드록시프로필)프탈레이트, (2-메타크릴로일옥시에틸)(2-히드록시프로필)프탈레이트, ω-카르복시폴리카프로락톤모노아크릴레이트 등을 포함할 수 있다.
2관능 (메트)아크릴산에스테르의 예는 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디메타크릴레이트, 1,9-노난디올디아크릴레이트, 1,9-노난디올디메타크릴레이트, 비스페녹시에탄올플루오렌디아크릴레이트, 비스페녹시에탄올플루오렌디메타크릴레이트 등을 포함할 수 있다.
3관능 이상의 (메트)아크릴산에스테르의 구체적인 예는 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리메타크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사메타크릴레이트, 트리(2-아크릴로일옥시에틸)포스페이트, 트리(2-메타크릴로일옥시에틸)포스페이트 등을 들 수 있다.
상기 광경화성 화합물중에서 높은 가교도를 통하여 내마모성을 향상시킬 수 있다는 점에서, 3관능 이상의 (메트)아크릴산에스테르가 사용될 수 있고, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트나, 다관능 우레탄아크릴레이트계 화합물이 그 예가 될 수 있다.
상기 단관능, 2관능 또는 3관능 이상의 (메트)아크릴산에스테르는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 전도성 물질은 특별히 제한되지는 않지만, 동, 주석, 알루미늄, 인듐, 실리카, 산화 주석, 산화 아연, 이산화 티탄, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 지르코늄, 산화 인듐, 산화 안티몬, 산화 비스무트, 산화 칼슘, 안티몬 도핑된 산화 주석(ATO), 및 탄소 나노 튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
상기 오버코트층 형성용 조성물 중 전도성 물질의 함량은 예를 들면, 광경화성 화합물 100 중량부를 기준으로 약 5 내지 약 40 중량부, 약 15 내지 약 25 중량부일 수 있다. 상기 전도성 물질의 함량이 약 5 내지 약 40 중량부를 만족하는 경우, 전하수송능이 충분하기 때문에 감도가 부족하여 잔류전위가 커지는 문제를 방지할 수 있고, 오버코트층의 대전능력 및 기계적 강도가 개선될 수 있다. 상기 오버코트층은 오버코트층 형성용 조성물 중 용매를 증발시켜 형성되므로, 조성물 중의 전도성 물질의 함량은 결국 형성되는 오버코트층 중의 전도성 물질의 함량에 해당된다.
상기 광개시제는 가시광선, 자외선, 원자외선, 하전 입자선 등의 광의 노광에 의해, 전술한 광경화성 화합물의 중합을 개시할 수 있는 활성종을 발생하는 것이라면 제한없이 사용될 수 있다. 구체적인 예를 들면 O-아실옥심계 화합물, 아세토페논계 화합물, 비이미다졸계 화합물, 벤조인계 화합물, 벤조페논계 화합물, α-디케톤계 화합물, 다핵 퀴논계 화합물, 크산톤계 화합물, 포스핀계 화합물, 트리아진계 화합물 등을 들 수 있다. 상기 광개시제의 시판품으로서는 Ciba Specialty Chemical의 Irgacure 127, Irgacure 184, Irgacure 819, Irgacure 127, Irgacure 754를 사용할 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
광개시제의 함량은 예를 들면 광경화성 화합물 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 약 20 중량부, 약 2 내지 약 10 중량부일 수 있다. 상기 광개시제의 함량이 약 1 내지 약 20 중량부를 만족하는 경우, 경화 반응이 충분히 이루어져 오버코트층의 경도가 충분하게 형성되고, 기계적 강도가 증가되어 내마모성이 개선될 수 있다.
오버코트층 형성용 조성물에 사용되는 용매는 여기에 제한되지는 않으나, 벤젠，자일렌，리그로인，모노클로로벤젠，디클로로벤젠등의 방향족 탄화수소류; 아세톤，메틸에틸케톤，시클로헥사논등의 케톤류; 메탄올，에탄올, 이소프로판올, n-프로판올, n-부탄올 등의 알코올류; 초산 에틸，메틸 셀로솔브 등의 에스테르류; 사염화 탄소，클로로포름，디클로로메탄，디클로로에탄，트리클로로에틸렌 등의 지방족 할로겐화 탄화수소류; 테트라히드로퓨란，디옥산，디옥솔란，에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 등의 에테르 류; N,N-디메틸 포름아미드, N,N－디메틸 아세트아미드 등의 아미드류; 및 디메틸설폭시드 등의 설폭시드류 등을 포함한다. 이들 용매는 단독 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 용매의 함량은 예를 들면 광경화성 화합물 100 중량부 기준으로 약 300 내지 약 700 중량부, 약 400 중량부 내지 약 600 중량부이다. 상기 용매의 함량이 약 300 내지 약 700 중량부를 만족하는 경우, 오버코트층 형성용 조성물을 구성하는 각 성분을 균일하게 용해하고, 오버코트층 형성시에 완전히 제거되어 내마모성의 오버코트층을 제공할 수 있다.
상기 오버코트층은 도포, 건조, 광경화 단계를 거쳐 형성된다. 먼저, 도포방법은 특별히 한정되지 않으며 공지의 침지 도포법, 스프레이 도포법, 스핀 코팅법, 와이어바 코팅법, 링 도포법 등이 사용될 수 있다. 도포 후 건조는 약 50℃ 내지 약 200℃에서 약 5분 내지 약 30분 정도 실시될 수 있다. 이와 같이 건조하여 용매를 증발시킨 후, 예를 들면 자외선 경화와 같은 광경화 시스템을 사용하여 광경화를 실시하고, 경화시의 램프의 파워 조건은 약 80W 내지 약 120W로 조절될 수 있다. 감광체는 균일한 경화를 위하여 회전시킬 수 있다. 상기 회전속도는 예를 들면 약 5rpm 내지 약 40rpm일 수 있다. 경화 시간은 오버코트층의 두께 및 감광체의 회전 속도에 따라 다르지만 약 20초 내지 약 100초일 수 있다. 경화시간은 약 20초 내지 약 100초의 범위를 만족하는 경우, 경화가 불완전하거나, 경화가 지나쳐서 감광체의 손상 또는 감광체의 감도특성의 저하의 문제를 방지할 수 있다.
이와 같이 하여 형성된 오버코트층의 두께는 예를 들면 약 0.5 내지 약 10㎛, 약 0.5 내지 약 4㎛일 수 있다. 보호층의 두께가 약 0.5 내지 약 10㎛의 범위를 만족하는 경우, 너무 얇아 보호층의 효과가 불충분하거나 인쇄화상의 품질이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
감광층(4)의 표면에 오버코트층(미도시)이 설치된 경우, 클리닝 블레이드의 뒤집힘을 효과적으로 방지하기 위하여 상기한 광경화성 화합물, 광개시제, 및 전도성 물질의 종류 및 함량 등을 조절함으로써 본 오버코팅층이 상기한 다음 조건 (1) 및 (2)를 만족하도록 제어한다.
Tg > 100℃ … (1), 및
경도 > 0.22 GPa … (2),
여기에서, Tg는 오버코팅층의 유리전이온도를 나타낸다.
언더코트층
도 2는 본 개시의 다른 실시형태인 전자사진 감광체의 구조를 모식적으로나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 전자사진 감광체에서 도 1에 나타낸 전자사진 감광체에 대응하는 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 다만, 도전성 지지체(1)와 감광층(4)의 사이에는 언더코트층(8)이 더 설치되어 있다.
도전성 지지체(1)과 감광층(4)의 사이에 언더코트층(8)이 없는 경우, 도전성 지지체(1)로부터 감광층(4)에 전하가 주입되어 감광층(4)의 대전성이 저하할 수 있다. 따라서, 노광에 의해 표면전하가 소거되어야 할 장소의 표면 전하 이외의 표면 전하가 감소하여 화상 결함이 발생할 수 있다. 예를 들면, 노광에 의해 표면 전하가 감소한 장소에 토너 화상이 형성되는 반전 현상 프로세스를 이용하여 화상을 형성하는 경우, 노광 이외의 요인으로 표면 전하가 감소하면, 흰 바탕에 토너가 부착하여 미소한 흑점이 형성되는 현상이 발생하여, 화질의 현저한 열화가 생길 수 있다. 즉, 도전성 지지체(1) 또는 감광층(4)의 결함에 기인하여 미소한 영역에서의 대전성의 저하가 발생하고, 이로 인하여 화상 결함이 발생할 수 있다.
언더코트층(8)을 설치하면, 도전성 지지체(1)로부터 감광층(4)으로의 전하 주입을 방지할 수 있으므로 감광층(4)의 대전성 저하를 효과적으로 방지할 수 있고, 노광에 의해 표면저하가 소거되어야 장소의 표면 전하 이외의 표면 전하의 감소를 억제하여 화상 결함이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 언더코트층(8)를 설치함으로써, 도전성 지지체(1) 표면의 결함을 피복하여 균일한 표면을 얻을 수 있으므로 감광층(4)의 성막성을 높일 수 있다. 또한, 도전성 지지체(1)로부터의 감광층(4)의 박리를 억제하여 도전성 지지체(1)와 감광층(4)의 접착성을 향상시킬 수 있다.
언더코트층(8)으로서 각종 수지 재료로 이루어진 수지층 또는 알루마이트층 등이 이용될 수 있다. 수지층을 형성하는 수지 재료는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴 수지, 염화 비닐 수지, 아세트산비닐 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 폴리에스테르, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 폴리비닐 부티랄 및 폴리아미드 등의 수지, 이들의 수지를 구성하는 반복 단위 중의 2개 이상을 포함하는 공중합체 수지, 카제인, 젤라틴, 폴리비닐알코올 및 에틸 셀룰로오스 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 나일론-6, 나일론-66, 나일론-610, 나일론-11 및 나일론-12 등을 공중합시킨, 이른바 공중합 나일론 및 N-알콕시메틸 변성 나일론 및 N-알콕시에틸 변성 나일론과 같이, 나일론을 화학적으로 변성시킨 수지 등을 알코올 가용성 폴리아미드 수지를 사용할 수 있다.
언더코트층(8)은 금속 산화물 등의 입자를 함유할 수 있다. 이들의 입자를 함유시킴으로써, 언더코트층(8)의 체적저항값을 조절하고, 도전성 지지체(1)로부터 감광층(4)으로의 전하 주입을 더 방지할 수 있는 것과 동시에, 각종 환경하에서 감광체의 전기 특성을 유지할 수 있다. 금속 산화물 입자로서는, 예를 들어 산화티탄, 산화 알루미늄, 수산화 알루미늄 및 산화 주석 등의 입자를 들 수 있다.
언더코트층(8)에 금속 산화물 등의 입자를 함유시키는 경우, 예를 들어, 전술한 수지가 용해된 수지 용액 중에, 이들의 입자를 분산시켜 언더코트층용 도포액을 조제하고, 이 도포액을 도전성 지지체(1)상에 도포함으로써 언더코트층(8)을 형성할 수 있다. 수지 용액의 용제로는, 물 또는 각종 유기용제가 이용될 수 있다. 특히, 물, 메탄올, 에탄올 또는 부탄올 등의 단독 용제; 또는 물과 알코올류, 2종 이상의 알코올류, 아세톤 또는 디옥소란 등과 알코올류, 디클로로에탄, 클로로포름 및 트리클로로에탄 등의 염소계 용제와 알코올류 등의 혼합 용제가 유리하게 이용될 수 있다.
전술한 입자를 수지 용액 중에 분산시키는 방법으로서는, 볼밀, 샌드밀, 분쇄기(attritor), 진동 밀 또는 초음파 분산기 등을 이용하는 방법을 사용할 수 있다.
언더코트층용 도포액 중의 수지 및 금속 산화물의 합계 함유량 C는, 언더코트층용 도포액에 사용되는 용제의 함유량 D에 대해, C/D가 질량비로 1/99 내지 40/60일 수 있고, 구체적으로 2/98 내지 30/70일 수 있다. 수지와 금속 산화물의 비율(수지/금속 산화물)은 질량비로 90/10 내지 1/99일 수 있고, 구체적으로는 70/30 내지 5/95일 수 있다.
언더코트층용 도포액의 도포 방법으로서는 스프레이 법, 바 코트 법, 롤 코트 법, 블레이드법, 링 법 및 침지 도포법 등을 들 수 있다. 특히, 침지 도포법은 전술한 것처럼, 비교적 간단하고 생산성 및 원가의 측면에서 우수하므로 언더코트층(8)을 형성하는 경우에도 많이 이용될 수 있다.
언더코트층(8)의 막두께는 0.01㎛ 이상 20㎛ 이하일 수 있고, 구체적으로는 0.05㎛ 이상 10㎛ 이하일 수 있다. 상기한 언더코트층(8)의 막두께를 설정함으로써 균일한 표면을 갖는 언더코트층(8)을 효율적으로 형성할 수 있고 감광층(4)의 양호한 대전성 및 감도를 잘 유지할 수 있다.
단층형 전자사진 감광체
도 3은 본 개시의 또 다른 실시 형태인 전자사진 감광체의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 본 전자사진 감광체에서 도 2에 나타낸 전자사진 감광체에 대응하는 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 다만, 도 3의 전자사진 감광체는 전하 발생 물질(2) 및 전하 수송 물질(3)의 양자를 바인더 수지 중에 함유시켜 이루어진 단층 구조로 이루어진 감광층(7)을 갖는 단층형 전자사진 감광체이다.
감광층(7)은 전술한 전하 수송층(6)을 형성하는 경우와 같은 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 먼저, 전술한 전하 발생 물질(2), 전하 수송 물질(3), 및 바인더 수지를 전술한 적당한 용제에 용해 또는 분산시켜 감광층용 도포액을 조제한다. 이 감광층용 도포액을 침지 도포법 등에 의해 언더코트층(8) 상에 도포함으로써 감광층(7)이 형성될 수 있다.
감광층(7) 중의 전하 수송 물질(3)과 바인더 수지의 비율은, 전술한 전하 수송층(6) 중의 전하 수송 물질(3)과 바인더 수지의 비율 A/B와 같이 질량비로 10/10 내지 10/30, 예를 들면 10/12 내지 10/30일 수 있다.
감광층(7)의 막두께는 감광체 표면의 대전 유지능 및 생산성 등의 측면에서 5㎛ 이상 100㎛ 이하일 수 있고, 구체적으로는 10㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있다.
본 개시에 의한 전자사진 감광체는 위에서 설명한 도 1 내지 도 3에 나타낸 구조로 한정되지 않고, 다양한 층 구조를 취할 수 있다.
또한, 감광체의 각층에는, 필요에 따라, 산화방지제, 증감제 및 자외선 흡수제 등의 각종 첨가제를 첨가할 수 있다. 이에 의해서, 전위 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 도포에 의해 층을 형성할 때의 도포액의 안정성이 높아질 수 있다. 또한 감광체를 반복 사용했을 때의 피로 열화를 낮추어 내구성을 향상시킬 수 있다.
특히, 산화방지제로서는 페놀계 화합물, 하이드로퀴논계 화합물, 토코페롤계 화합물 및 아민계 화합물 등을 들 수 있다. 이들의 산화방지제는 전하 수송 물질(3)에 대해 0.1 질량% 이상 50 질량% 이하의 범위에서 사용될 수 있다. 이에 의하여, 도포액의 안정성 향상 및 감광체의 내구성 향상에 충분한 효과를 얻을 수 있으며, 또한 감광체 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 개시에 따른 전자사진 감광체를 구비하는 전자사진 화상형성장치 및 전자사진 카트리지에 대해 설명한다. 그러나, 본 개시에 의한 화상 형성 장치가 이하의 구체적인 기재 내용으로 한정되지는 않는다.
본 개시에 따른 전자사진 감광체는 레이저 프린터, 복사기, 팩시밀리 머신 등의 전자사진 카트리지 또는 전자사진 화상형성장치에 통합될 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따른 전자사진 화상형성장치는
상기한 본 개시에 따른 전자사진 감광체;
상기 전자사진 감광체와 접촉하여 상기 전자사진 감광체를 대전시키는 대전 장치;
상기 전자사진 감광체의 표면위에 정전하상을 형성하는 노광장치;
상기 정전하상을 현상하여 가시화상을 형성하는 현상 장치;
상기 가시화상을 화상 수용 부재 위에 전사하는 전사 장치; 및
상기 전사 후에 상기 전자사진 감광체의 표면을 클리닝하는 클리닝 장치를 포함한다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 전자사진 카트리지는 상기한 본 개시에 따른 전자사진 감광체; 및 상기 전자사진 감광체와 접촉 또는 비접촉하여 상기 전자사진 감광체를 대전시키는 대전 장치, 상기 전자사진 감광체 위에 형성된 정전하상을 현상하여 가시 화상을 형성하는 현상 장치, 및 상기 전자사진 감광체 위에 형성된 가시화상을 화상 수용 부재 위에 전사한 후, 상기 전자사진 감광체의 표면을 클리닝하는 클리닝 장치로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 장치를 포함하고, 상기 전자사진 카트리지는 상기 전자사진 감광체 및 상기 적어도 하나의 장치를 일체로 지지하고(integrally support), 전자사진 화상형성장치에 부착될 수 있고 또한 상기 전자사진 화상형성장치로부터 탈착될 수 있다.
본 개시에 따른 전자사진 화상형성장치 또는 전자사진 카트리지에서 상기 클리닝 장치는 상기 전자사진 감광체의 표면과 접촉하여 상기 표면상에 잔류하는 잔류물을 제거하는 클리닝 블레이드를 포함하고,
상기 클리닝 블레이드는 질소 분위기하에서 측정 주파수 10 Hz, 승온 속도 2.0 ℃/min, 및 초기 변형률 0.03%의 조건에서 -80 내지 50℃의 온도 범위에서 온도의 함수로 측정하는 동적 점탄성 측정에서 얻어진 -5℃에서의 저장 모듈러스 G'(MPa) @ -5℃(단위: MPa), 23℃에서의 저장 모듈러스 G'(MPa) @ 23℃(단위: MPa) 및 그 차이 △G'(MPa)(-5℃~23℃)(단위: MPa)의 값이 다음 조건을 만족할 수 있다:
27 <　G'(MPa) @ -5℃ < 32;
10 < G'(MPa)　@23℃ < 16; 및
12 < ΔG'(MPa, -5℃~23℃) < 21.
도 4는 본 개시의 일 실시형태에 따른 전자사진 감광체를 구비하는 전자사진 화상형성장치 및 전자사진 카트리지의 일 구현예를 나타내는 모식도이다.
도 4를 참조하면, 전자사진 감광체(11)는 원통형(즉, 드럼형)으로서, 도시하지 않는 구동 수단에 의해 화살표 방향으로 소정의 원주속도로 회전 구동된다. 감광체(11)의 주위에는, 이 감광체의 회전 방향에 따라, 대전 롤러(13), 반도체 레이저(미도시), 현상 장치(15), 전사 롤러(17), 클리닝 블레이드(21)를 포함하는 클리닝 장치가 이 순서로 설치되어 있다. 전자사진 감광체(11)는 이에 접촉식 또는 비접촉식으로 배치된 대전 수단인 대전 롤러(13)에 의해 대전된다. 이에 의해 감광체(11) 표면은 양(+) 또는 음(-)의 소정 전위로 균일하게 대전된다. 이어서, 반도체 레이저로부터 방출된 레이저 광(미도시)으로 감광체 표면을 노광함으로써 전자사진 감광체(11) 위에 정전하상이 형성된다. 레이저 빔(31)의 위치보다 회전 방향 하류 측에 설치된 현상 장치(15)에 의해 정전하상을 가시 화상, 예를 들면 토너 화상으로 현상한다. 이어서 전압을 인가한 전사 롤러(17)를 이용하여 감광체(11) 표면에 형성된 토너 화상을 화상 수용 부재(19)에 전사한다. 토너 화상이 전사된 전사지(19)는 반송 벨트(미도시)에 의해 정착기(미도시)로 전달되고, 정착기에 의해 토너 화상이 전사지(19)에 정착되어 화상이 형성된다. 화상 전사후의 감광체(11)의 표면에 잔류하는 토너는 전사 롤러(17)의 회전 방향 하류측이면서 대전 롤러(13)의 회전 방향 상류 측에, 도시하지 않은 제전 램프와 함께 설치된 클리닝 장치, 예를 들면 클리닝 블레이드(21)를 포함하는 클리닝 장치에 의해 제거된다. 이어서 전자사진 감광체(11)는 계속 회전되면서 이상의 과정을 반복하여, 다시 화상 형성에 사용될 수 있다. 현상 장치(15)는 규제 블레이드(23), 현상 롤러(25), 공급 롤러(27) 등을 구비한다. 이와 같이 하여 화상이 형성된 전사지(19)는 화상 형성 장치의 외부로 배출된다.
전자사진 감광체(11); 및 필요에 따라 대전 장치(13), 현상 장치(15) 및 클리닝 장치(21)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 장치는 이들을 일체로 지지하는 하나의 전자사진 카트리지(29)로 일체화할 수 있다. 전자사진 카트리지(29)는 전자사진 화상형성장치(31)에 부착될 수 있고, 또한 전자사진 화상형성장치(31)로부터 탈착될 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 개시를 더 구체적으로 설명하지만, 이는 예시를 위한 것으로서 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~3 및 비교예 1~6: 감광체 드럼의 제조
(1) 언더코트층(UCL)용 코팅 조성물 제조
메탄올 320g 및 n-프로판올 80g을 혼합하여 조제한 혼합용매에 평균입경 2mm의 이산화지르코늄 볼을 4kg을 투입하고 이산화티타늄 입자(TTO-55N, 이시하라산업제, 평균 1차 입경 약 35 nm) 141g을 투입한 후, 16시간 동안 볼 밀링하였다. 이 분산액에 상기 혼합용매 400g을 더 넣어 이산화티타늄 입자를 분산시켰다. 이를 '용액 1'이라 칭한다. 나일론 수지(토레이사제, 제품명 CM8000) 90g을 메탄올 450g 및 n-프로판올 110g에 넣고 용해시켰다. 이를 '용액 2'라고 칭한다. 용액 1과 용액 2를 혼합한 후 여과한 후 초음파(ultrasonification) 처리하여 언더코트층용 코팅 조성물을 얻었다.
(2) 전하발생층(CGL)용 코팅 조성물 제조
γ형 옥시티타닐 프탈로시아닌(CGM A) 및 α형 옥시티타닐 프탈로시아닌(CGM B)의 혼합물을 전하발생물질(CGM)로서 사용하였다. 상기 CGM에 바인더로서 폴리비닐부틸알(PVB) 수지(제품명: BX-5, Sekisui사제)를 혼합하였다. 이들의 혼합중량비는 각각 40(CGM A)/27(CGM B)/33(PVB)으로 하였다. 상기 혼합물 0.3g에 알코올계 용매인 메틸알코올/프로필알코올(혼합 중량비 = 3/1)의 혼합용매 9.7g을 첨가한 후, 볼 밀링 공정을 이용하여 반복하여 상기 CGM 안료 입자의 평균입경을 약 0.3㎛ 이하로 감소시켜 CGL용 코팅조성물을 제조하였다.
(3) 전하수송층(CTL)용 코팅 조성물 제조
전하수송물질(CTM) 6.27g 및 바인더 12.73g을 테트라하이드로퓨란(THF)/톨루엔(혼합 중량비 = 3/1) 혼합 용매 81g에 넣고 용해시켜서 전하수송층(CTL)용 조성물을 제조하였다. 사용한 CTM의 화합물명은 각각 N,N,N,N-테트라페닐벤지딘(제품명: CT-100T, IT-Chem제)('CTM-A'라고 칭함), 스틸벤계 CTM(제품명: T-405, Takasago제)('CTM-B'라고 칭함) 및 스틸벤계 CTM(제품명: HTM-402, Takasago제)('CTM-C'라고 칭함)이었다. 사용한 바인더는 각각 폴리카보네이트 Z 수지(제품명: TS-2050, 테이진사제)('바인더-A'라고 칭함), 실리콘을 함유하는 비스페놀형 폴리카보네이트 코폴리머 (제품명: EH503, IDEMITSU KOSAN제)('바인더-B'라고 칭함), 및 비스페놀형 폴리카보네이트 코폴리머(제품명: SR600, IDEMITSU KOSAN사제)('바인더-C'라고 칭함)이었다. 상기 CTL용 조성물은 실리콘오일(KF-50, 신에츠화학사제) 및 산화방지제(Irganox 1035, 바스프사제)를 각각 약 2중량% 이하로 포함하였다.
이때, 비교예 1 및 실시예 1-3의 경우에는 CTL용 코팅 조성물 제조시 입경 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 충전제 입자를 아래 표 1에 기재한 바와 같이 각각 0.5 중량%, 1.0 중량%, 1.5 중량% 및 2.0 중량%를 더 첨가하여 CTL의 경도를 조절하였다. 구체적으로, 비교예 1의 경우 CTM 33g, 바인더 67g, 입경 약 200 ~ 300nm의 PTFE 충전제 입자(제품명: Polyflon PTFE Low Polymer L-2, 제조사: Dakin Industries) 0.5g, 불소계 그라프트 폴리머 GF-400 (Aron GF-400, Toagosei) 0.025 g을 THF/톨루엔(혼합 중량비 = 3/1) 혼합 용매 400g에 넣어 고형분 20중량%의 혼합액을 제조후, 습식 분산장치(마이크로플루다이저 M-110P)를 이용하고 설정 압력 조건을 1500bar로 하여 3회 분산하여 PTFE 충전제 입자 함량이 0.5 중량%(CTM 33g + 바인더 67g = 100g 기준)인 CTL용액을 제조하였다. 실시예 1-3의 경우에는 PTFE 충전제 입자의 첨가량을 1.0 중량%, 1.5 중량% 및 2.0 중량%으로 조절하였다.
(4) 코팅 공정
외경 30mm, 길이 340 mm, 및 두께 약 0.75mm의 양극산화 알루미늄 파이프 위에 상기 UCL용 코팅 조성물을 딥 코팅 방식으로 도포하고, 약 120℃의 오븐에서 약 30분 동안 건조시켜 약 1.2 ~ 1.3㎛ 두께의 UCL을 형성하였다.
이후, UCL 위에 CGL용 코팅 조성물을 UCL 위에 딥 코팅 방식으로 도포하고 약120℃의 오븐에서 약 10분 동안 건조시켜 약 1㎛ 두께의 CGL을 형성하였다.
마지막으로, CGL 위에 CTL용 코팅 조성물을 딥 코팅 방식으로 도포하고 약 120℃의 오븐에서 약 1시간 동안 건조하여 약 30㎛ 두께의 CTL을 형성하였다.
아래 표 1은 실시예 1~3 및 비교예 1~6에서 얻어진 전자사진 감광체 드럼의 표면층인 CTL 조성 및 상기 CTL로부터 채취한 시료에 대하여 평가한 결과를 종합한 것이다.
　 경도
(GPa)		 CTL 조성 블레이드
뒤집힘		 Tg
(℃)		 마찰력
(gf)		 토크
(kgfㆍcm)
CTM 바인더 PTFE
충전제
(중량%)
비교예 1 0.203 CTM-C 바인더-C 0.5 NG 98 - -
실시예 1 0.227 CTM-C 바인더-C 1.0 OK 103 - -
실시예 2 0.247 CTM-C 바인더-C 1.5 OK 107 0.66 2.13
실시예 3 0.283 CTM-C 바인더-C 2.0 OK 113 - -
비교예 2 0.138 CTM-C 바인더-C 　- NG 89 0.59 2.36
비교예 3 0.078 CTM-A 바인더-A 　- NG 71 0.59 -
비교예 4 0.082 CTM-B 바인더-A 　- NG 86 0.50 -
비교예 5 0.057 CTM-A 바인더-A 　- NG 63 - -
비교예 6 0.085 CTM-B 바인더-B 　- NG 88 0.32 -
표 1에 종합한 실시예 1~3 및 비교예 1~6의 감광체 드럼의 각각의 표면으로부터 채취한 시료에 대한 특성은 아래에 설명하는 절차에 따라 평가하였다.
[유리전이온도 Tg 측정]
시료의 유리전이는 시차주사열량측정(DSC) 곡선상에서 베이스라인이 계단 모양으로 시프트하는 현상으로 탐지된다. 유리전이는 시료의 열이력 및 측정 속도에 대응하여 변화한다. 본 개시에서는 감광체 표면에서 채취한 약 10mg의 시료를 질소 분위기하에서 약 40℃의 조건에서 약 10분간 방치한 후 40℃ 내지 140℃의 구간에서 10℃/min.의 승온 속도로 1회 가열하는 동안 측정한 값을 사용한다. 본 개시에서 Tg 측정에 사용한 기기는 TA Instrument사의 Q2000 Differential Scanning Calorimeter이었다.
본 개시에서는 베이스라인 시프트 열전이가 일어나는 계단 모양의 DSC 곡선영역의 중앙 지점에서의 온도를 Tg로 읽지 않고 상기 베이스라인 시프트 열전이가 시작하는 지점의 온도를 Tg로 읽었다. 이는 이러한 열전이가 시작하는 1차 변곡점에서의 온도가 클리닝 블레이드와의 마찰 특성에 더 영향을 주는 것으로 믿어지기 때문이다.
도 5는 본 개시에서 사용하는 이러한 유리전이온도 Tg를 DSC 곡선 읽는 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 상기한 조건 및 방법하에서 얻어진 DSC 곡선상에서 유리전이온도 Tg는, 도 5에 표시된 바와 같이, DSC 곡선상의 저온역에서 플로팅한 가상의 직선 (i)과 온도가 상승함에 따라 DSC 곡선이 베이스라인 시프트 전이를 나타내는 중온역에서 플로팅한 가상의 직선 (ii)이 교차하는 지점에서의 온도로 정의된다. 여기에서 가상의 직선 (i)은 고원(plateau) 형태를 갖는 DSC 곡선의 저온역에서 이 직선이 상기 곡선과 접하는 길이가 가장 길게 되도록 플로팅되는 가상의 곡선이다. 가상의 직선 (ii)는 베이스라인 시프트를 나타내는 중온역에서 DSC 곡선이 상기 곡선과 접하는 길이가 가장 길게 되도록 플로팅되는 가상의 곡선이다. 실제로 이 값은 TA Instrument사의 Q2000 Differential Scanning Calorimeter가 산출하는 DSC 곡선상에 이 장치가 제공하는 소프트웨어적인 처리에 의하여 자동적으로 산출되어 표시된다. 예를 들면, 비교예 2의 시료에 대한 도 6의 DSC 곡선상에서 본 개시에서의 유리전이온도는 1차 변곡점에서의 온도인 89.09℃로 정의되며, 중앙값인 98.11℃는 유리전이온도로 취급되지 않는다.
표 1을 참조하면, 실시예 1~3 및 비교예 1~6에서 얻어진 전자사진 감광체 드럼의 표면에서 채취한 시료의 Tg는 63℃로부터 113℃까지 다양하게 변화하는 것을 확인할 수 있다. 이는 CTL을 이루는 성분의 특성에 의존하는 것으로 분석된다. 또한, PTFE 충전제 입자의 함량별 영향을 알 수 있는 비교예 1 및 실시예 1~3을 살펴보면, PTFE 충전제 입자의 함량의 증가에 따라 시료 Tg도 증가함을 확인할 수 있다. 비교예 1 및 실시예 1~3의 DSC 결과를 보면, 이들도 단일상(single phase)의 열거동을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 매트릭스상의 열적 변화를 나타내는 것으로 분석된다. 충전제 입자의 외부 표면에 바인더 수지 사슬의 결착이 발생하는 상황을 고려하면, 충전제 입자가 바인더 수지 사슬의 움직임을 제한하는 것으로 분석된다. 이는 화학적 결합에 의한 치밀한 3차원 네트워크 구조에는 미치지 못하나, 충전제 입자를 중심으로 바인더 수지 사슬이 물리적으로 결합하여 치밀하지 않은 물리적 결합에 의한 3차원 구조를 형성하는 것을 이해될 수 있다.
표 1을 참조하면, 충전제 입자가 Tg 근처에서 예상되는 바인더 수지 사슬의 분자 운동을 제한함으로써 감광체 표면에서 채취한 시료의 Tg 값을 증가시키는 것을 확인할 수 있다. 동일한 이유로 인하여 아래에서 상세하게 설명하는 바와 같이 충전제 입자의 존재가 시료의 경도도 증가시키는 것을 확인할 수 있다.
[경도(hardness) 측정]
경도는 MTS사의 Nanoindenter XP 기기를 이용하여 최대 압입 한계(limit) 3000 nm 및 0.05/s 스트레인 속도(strain rate)의 조건에서 다이아몬드 인덴터를 시료를 향하여 압입하는 압입시험(indentation test)을 통하여 측정하였다. 이때, 경도 측정을 위한 다이아몬드 인덴터로서는 삼면 다이아몬드 피라미드(three-sided diamond pyramid) 형태의 버코비치 팁(Berkovitch tip)을 사용하였고, 감광체 표면에서 채취한 시료 두께는 약 30㎛으로 유지하였다. 경도는 Oliver-Pharr method를 이용하여 측정되는데 실제로는 MTS사의 Nanoindenter XP 기기가 제공하는 소프트웨어에 의하여 자동적으로 산출된다.
표 1을 참조하면, 시료들 사이에 경도의 차이가 큰 것을 확인할 수 있다. 특히, PTFE 충전제 입자를 포함하는 시료들(비교예 1, 실시예 1-3)를 보면, 충전제 입자 함량이 증가할수록 경도가 커짐을 알 수 있다. 충전제 입자의 함량이 증가할수록 경도가 증가함은 일면 당연한 결과이지만 위에서 설명한 바와 같이 충전제 입자의 존재에 의하여 바인더 수지 사슬의 분자 운동이 제한되는 사실에도 영향을 받는 것으로 분석된다.
[토크 측정]
Tohnichi사의 BTG 토크 게이지(모델명: 9BTG)를 이용하여 감광체 드럼에 클리닝 블레이드가 접촉한 상태에서 감광체 드럼에 걸리는 토크를 측정하였다. 즉, 클리닝 블레이드가 감광체 드럼에 주 토크(main torque)를 생성하는 인자로 작용하는 상태에서 감광체에 걸리는 토크를 측정하였다. 측정의 정확성을 위하여 측정시 언제나 새로운 클리닝 블레이드를 사용하였다. 측정 조건은 상온에서 진행하였고, 총 10회를 측정하여 평균값을 비교하였다. 환경별 차이 유무를 확인하기 위해 HH/LL/NN에서 토크를 측정하였다. HH 조건은 온도 32℃/상대습도 80%, NN 조건은 23℃/50%, 및 LL은 10℃/20%의 조건이었다.
측정된 토크값이 작을수록 클리닝 블레이드의 뒤집힘을 효과적으로 방지할 수 있고 따라서 클리닝 블레이드의 클리닝 특성을 양호하게 유지할 수 있다.
아래 표 2는 실시예 2 및 비교예 2의 감광체 드럼에 대하여 각각의 환경 조건에서 총 10회 측정한 토크값을 종합한 것이다.
토크 측정값(kgfㆍcm)
1회 2회 3회 4회 5회 6회 7회 8회 9회 10회 평균
실시예 2
(NN)		 1.8 2.04 2.15 2.1 2.06 2.25 2.16 2.25 2.25 2.24 2.13
실시예 2
(HH)		 2.25 2.3 2.35 2.36 2.38 2.35 2.39 2.35 2.35 2.35 2.34
실시예 2
(LL)		 2.05 2.15 2.04 2.1 2.1 2.25 2.1 2.19 2.17 2.19 2.13
비교예 2
(NN)		 2.38 2.33 2.4 2.4 2.43 2.3 2.36 2.25 2.35 2.4 2.36
비교예 2
(HH)		 2.14 2.2 2.1 2.17 2.2 2.17 2.17 2.17 2.2 2.14 2.17
비교예 2
(LL)		 2.58 2.65 2.54 2.6 2.6 2.59 2.65 2.55 2.55 2.5 2.58
표 2를 참조하면, 온도 및 습도의 변화에 따른 토크 값의 변화는 크지 않으며, 실시예 2와 비교예 2 차이도 유의미한 정도는 아닌 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 토크 값은 클리닝 블레이드의 뒤집힘에 대한 영향력이 크지 않으며 토크값은 클리닝 블레이드의 뒤집힘을 제어하기 위한 유효한 파라미터가 아닌 것을 알 수 있다.
[마찰력 측정]
IMADA사의 push-pull 게이지(모델명: DS2-5N)를 이용하여 감광체 드럼에 클리닝 블레이드가 접촉한 상태에서 감광체 드럼에 걸리는 마찰력을 측정하였다. 즉 감광체 드럼 위에 일정한 선압 및 각도를 갖도록 클리닝 블레이드를 접촉시킨 상태에서 클리닝 블레이드를 파지하는 프레임을 통하여 감광체 드럼 표면에 상기 push-pull 게이지를 연결하여 마찰력 값을 측정하였다. 하나의 시료마다 3개의 서로 다른 위치에서 최대 마찰력 값을 3회 측정하여 평균값을 얻었으며 그 결과를 아래 표 3에 종합한다.
측정위치 측정값 (최대값)
(gf)		 평균 마찰력 값 (gf)
실시예 2 #1 0.70 0.90 0.80 0.80 0.66
#2 0.80 0.70 0.50 0.67
#3 0.55 0.55 0.40 0.50
비교예 2 #1 0.50 0.50 0.55 0.52 0.59
#2 0.70 0.60 0.70 0.67
#3 0.70 0.60 0.50 0.60
비교예 3 #1 0.70 0.60 0.70 0.67 0.59
#2 0.60 0.70 0.60 0.63
#3 0.40 0.55 0.50 0.48
비교예 4 #1 0.65 0.40 0.50 0.52 0.50
#2 0.50 0.55 0.50 0.52
#3 0.45 0.45 0.50 0.47
비교예 6 #1 0.35 0.25 0.35 0.32 0.32
#2 0.30 0.25 0.30 0.28
#3 0.35 0.30 0.40 0.35
표 3을 참조하면, 비교예 6이 가장 낮은 마찰력 값을 나타낸다. 이는 바인더-B가 실리콘을 함유하여 표면 에너지가 낮기 때문이라고 판단된다. PTFE 충전제 입자의 영향은 실시예 2와 비교예 2의 비교로부터 확인되나, Torque의 측정결과와 배치되는 결과가 나왔다. 이는 좀 더 해석이 필요하나 마찰력측정방법과 torque측정방법간 차이에 기인함에는 틀림 없다. 그러나, 비교예에서 볼 수 있듯이 상식적인 저마찰의 경우가 블레이드 뒤집힘에 긍정적인 효과를 주는 것을 확인되지 않았다. 따라서, 마찰력 값은 클리닝 블레이드의 뒤집힘에 대한 영향력이 크지 않으며 마찰력 값은 클리닝 블레이드의 뒤집힘을 제어하기 위한 유효한 파라미터가 아닌 것을 알 수 있다.
[클리닝 블레이드 뒤집힘 평가]
주어진 동일한 조건하에서 감광체 드럼이 클리닝 블레이드의 뒤집힘을 일으키는 정도를 상대적으로 평가하여 감광체 드럼들 사이의 차이를 판단하였다. 최대 10분 동안 감광체 드럼을 회전(약 100 rpm)시키면서 이에 접하는 블레이드의 뒤집힘 여부를 확인하였다. 감광체 드럼 표면 온도를 최대 55℃까지 올려서 실제 화상형성장치 운전시 환경에 가깝도록 하였다. 온도 상승 과정은 다음과 같다. 처음에 상온에서 시험을 시작하여 5분 경과시 감광체 드럼 표면 온도가 55℃까지 도달하도록 하였다. 이후, 5분 동안 감광체 드럼 표면 온도를 55℃로 유지하였다. 총 10분 동안의 평가를 문제없이 통과하면 'OK'라고 평가하였으며, 반대로 블레이드의 뒤집힘이 발생할 경우, NG(즉 FLIP 발생)라고 평가하였다. 시험 결과는 아래 표 4에 나타내었다. 클리닝 블레이드 두께는 2mm이고 블레이드의 자유장(free length)의 길이는 8mm이었다. 클리닝 블레이드의 자유장은 지지부재에 부착되지 않은 클리닝 블레이드의 부분을 지칭한다. 블레이드에 걸리는 선압은 30gf이었고, 정압식 방식을 채택하였으며, 감광체 표면과 클리닝 블레이드 사이의 각도로 정의되는 클리닝 각도, 즉 작동 각도(working angle)는 15도로 고정하였다.
뒤집힘 평가시 소음 수준(noise level)도 동시에 평가하였다. 소음 수준 1 ~ 5의 척도를 사용하여 상대적으로 평가하였다. 소음 수준 1은 소음이 작은 양호한 수준이고, 수준 5는 소음이 가장 심한 경우이다.
소음 수준 1: 소음에 민감한 사람만이 불평을 할 정도로 소음이 매우 낮은 수준
소음 수준 2: 대부분의 사람에게 수용가능한 정도의 낮은 소음 수준
소음 수준 3: 일부분의 사람에게만 수용가능한 정도의 어느 정도 소음이 큰수준
소음 수준 4: 대부분의 사람이 견딜 수 없을 정도로 소음이 큰 수준
소음 수준 5: 모든 사람이 견딜 수 없을 정도로 소음이 매우 큰 수준
　 작동각도
(°)		 선압 뒤집힘
여부		 감광체 드럼표면 온도
(℃)		 경과 시간
(min)		 소음
수준
비교예 1 15 정압
(30gf)		 FLIP 42 2:49 5
실시예 1 15 정압
(30gf)		 OK 55 10:00 1
실시예 2 15 정압
(30gf)		 OK 55 10:00 1
실시예 3 15 정압
(30gf)		 OK 55 10:00 1
비교예 2 15 정압
(30gf)		 FLIP 55 4:20 1
비교예 3 15 정압
(30gf)		 FLIP 48 3:48 1
비교예 4 15 정압
(30gf)		 FLIP 50 4:17 1
비교예 5 15 정압
(30gf)		 FLIP 41 2:00 1
비교예 6 15 정압
(30gf)		 FLIP 55 6:30 1
표 4를 참조하면, 실시예 1-3의 감광체 드럼이 클리닝 블레이드의 뒤집힘을 야기하지 않으며 소음 수준도 낮은 것을 확인할 수 있다.
이상의 결과로부터 블레이드 뒤집힘에 영향을 주는 인자로서 감광체 표면의 경도와 Tg를 선택할 수 있으며, 이는 특히 고온에서의 감광체 표면 물성이 블레이드 뒤집힘 현상에 영향을 주는 것을 알 수 있다. 즉, 고온에서의 감광체 표면 물성이 저온에서의 표면 물성을 유지하면 할수록 블레이드 뒤집힘에 대하여 더 안정적일 수 있다. 감광체 표면의 높은 Tg 및 큰 경도가 이를 대표하는 물성이라고 볼 수 있다.
이상의 특성 평가로부터 클리닝 블레이드 뒤집힘에 대한 일차적인 물성인 마찰력 및 토크의 사이에는 차이점이 존재하나, 이들이 고온에서의 블레이드 뒤집힘에 대한 직접적인 원인은 아닌 것을 알 수 있었다.
이상의 결과를 종합한 표 1을 다시 참조하면, 감광체 표면의 Tg 값 및 경도 값이 클리닝블레이드 뒤집힘을 제어할 수 있는 유효한 파라미터인 것을 확인할 수 있다. Tg 값 및 경도 값 사이에는 직접적인 관계는 발견되지 않지만, 높은 Tg 값을 갖는 시료일수록 경도 값이 높은 경향을 나타내었다. 여기서 Tg는 상기한 바와 같이 시료의 1차 변곡점에 해당하는 값이다. 블레이드 뒤집힘 결과를 경도 값과 비교하면, 경도 값이 0.22 GPa 초과이고 Tg 값이 100℃ 초과이면 블레이드 뒤집힘 없이 양호한 결과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 이러한 경도 값을 확보하기 위해, CTL의 주요 구성성분인 바인더 수지 및 CTM이 중요한 요인으로 작용하고 있음을 알 수 있었다. 이들은 감광체의 물질 선정에 효과적인 인자로 작용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 도전성 지지체; 및
    상기 도전성 지지체 상에 형성된 감광층을 포함하며,
    상기 감광층의 표면층이 다음 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 전자사진 감광체:
    Tg > 100℃ … (1), 및
    경도 > 0.22 GPa … (2),
    여기에서, Tg는 상기 감광층의 유리전이온도를 나타낸다.
  2. 도전성 지지체;
    상기 도전성 지지체 상에 형성된 감광층; 및
    상기 감광층 위에 형성된 오버코팅층을 포함하며,
    상기 오버코팅층이 다음 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 전자사진 감광체:
    Tg > 100℃ … (1), 및
    경도 > 0.22 GPa … (2),
    여기에서, Tg는 상기 오버코팅층의 유리전이온도를 나타낸다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 감광층은 전하 발생 물질을 포함하는 전하발생층과 전하 수송 물질을 포함하는 전하수송층이 이 순서로 적층된 적층형 감광층, 또는 전하 발생 물질 및 전하 수송 물질을 포함하는 단층형 감광층인 전자사진 감광체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전하수송층 또는 상기 단층형 감광층이 바인더 수지를 더 함유하고, 상기 전하수송층 또는 상기 단층형 감광층에 있어서 상기 전하 수송 물질 (A)와 상기 바인더 수지 (B)의 함유 질량비 A/B가 10/10 내지 10/30인 전자사진 감광체.
  5. 제2항에 있어서, 상기 오버코트층이 바인더 수지 및 전도성 물질을 포함하는 전자사진 감광체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 바인더 수지가 단관능 (메트)아크릴산에스테르, 2관능 (메트)아크릴산에스테르 및 3관능 이상의 (메트)아크릴산에스테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 광경화성 화합물의 광경화 산물인 전자사진 감광체.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전도성 물질이 동, 주석, 알루미늄, 인듐, 실리카, 산화 주석, 산화 아연, 이산화 티탄, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 지르코늄, 산화 인듐, 산화 안티몬, 산화 비스무트, 산화 칼슘, 안티몬 도핑된 산화 주석(ATO) 및 탄소 나노 튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
  8. 전자사진 카트리지로서,
    전자사진 감광체; 및
    상기 전자사진 감광체와 접촉 또는 비접촉하여 상기 전자사진 감광체를 대전시키는 대전 장치, 상기 전자사진 감광체 위에 형성된 정전하상을 현상하여 가시 화상을 형성하는 현상 장치, 및 상기 전자사진 감광체 위에 형성된 가시화상을 화상 수용 부재 위에 전사한 후, 상기 전자사진 감광체의 표면을 클리닝하는 클리닝 장치로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 장치를 포함하고,
    상기 전자사진 카트리지는 상기 전자사진 감광체 및 상기 적어도 하나의 장치를 일체로 지지하고, 전자사진 화상형성장치에 부착될 수 있고 또한 상기 전자사진 화상형성장치로부터 탈착될 수 있으며,
    상기 전자사진 감광체는
    도전성 지지체; 및
    상기 도전성 지지체 상에 형성된 감광층을 포함하며,
    상기 감광층의 표면층이 다음 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 전자사진 감광체이거나,
    Tg > 100℃ … (1), 및
    경도 > 0.22 GPa … (2),
    (여기에서, Tg는 상기 감광층의 유리전이온도를 나타낸다); 또는
    상기 전자사진 감광체는
    도전성 지지체;
    상기 도전성 지지체 상에 형성된 감광층; 및
    상기 감광층 위에 형성된 오버코팅층을 포함하며,
    상기 오버코팅층이 다음 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 전자사진 감광체인 전자사진 카트리지:
    Tg > 100℃ … (1), 및
    경도 > 0.22 GPa … (2),
    (여기에서, Tg는 상기 오버코팅층의 유리전이온도를 나타낸다).
  9. 제8항에 있어서, 상기 클리닝 장치는 상기 전자사진 감광체의 표면과 접촉하여 상기 표면상에 잔류하는 잔류물을 제거하는 클리닝 블레이드를 포함하고,
    상기 클리닝 블레이드는 질소 분위기하에서 측정 주파수 10 Hz, 승온 속도 2.0 ℃/min, 및 초기 변형률 0.03%의 조건에서 -80 내지 50℃의 온도 범위에서 온도의 함수로 측정하는 동적 점탄성 측정에서 얻어진 -5℃에서의 저장 모듈러스 G'(MPa) @ -5℃(단위: MPa), 23℃에서의 저장 모듈러스 G'(MPa) @ 23℃(단위: MPa) 및 그 차이 △G'(MPa)(-5℃~23℃)(단위: MPa)의 값이 다음 조건을 만족하는 전자사진 카트리지:
    27 <　G'(MPa) @ -5℃ < 32;
    10 < G'(MPa)　@23℃ < 16; 및
    12 < ΔG'(MPa, -5℃~23℃) < 21.
  10. 제8항에 있어서, 상기 감광층은 전하 발생 물질을 포함하는 전하발생층과 전하 수송 물질을 포함하는 전하수송층이 이 순서로 적층된 적층형 감광층, 또는 전하 발생 물질 및 전하 수송 물질을 포함하는 단층형 감광층인 전자사진 카트리지.
  11. 제8항에 있어서, 상기 전하수송층 또는 상기 단층형 감광층이 바인더 수지를 더 함유하고, 상기 전하수송층 또는 상기 단층형 감광층에 있어서 상기 전하 수송 물질 (A)와 상기 바인더 수지 (B)의 함유 질량비 A/B가 10/10 내지 10/30인 전자사진 카트리지.
  12. 제8항에 있어서, 상기 오버코트층이 바인더 수지 및 전도성 물질을 포함하는 전자사진 카트리지.
  13. 제12항에 있어서, 상기 바인더 수지가 단관능 (메트)아크릴산에스테르, 2관능 (메트)아크릴산에스테르 및 3관능 이상의 (메트)아크릴산에스테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 광경화성 화합물의 광경화 산물인 전자사진 감광체.
  14. 전자사진 감광체;
    상기 전자사진 감광체와 접촉하여 상기 전자사진 감광체를 대전시키는 대전 장치;
    상기 전자사진 감광체의 표면위에 정전하상을 형성하는 노광장치;
    상기 정전하상을 현상하여 가시화상을 형성하는 현상 장치;
    상기 가시화상을 화상 수용 부재 위에 전사하는 전사 장치; 및
    상기 전사 후에 상기 전자사진 감광체의 표면을 클리닝하는 클리닝 장치를 포함하며,
    상기 전자사진 감광체는
    도전성 지지체; 및
    상기 도전성 지지체 상에 형성된 감광층을 포함하며,
    상기 감광층의 표면층이 다음 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 전자사진 감광체이거나,
    Tg > 100℃ … (1), 및
    경도 > 0.22 GPa … (2),
    (여기에서, Tg는 상기 감광층의 유리전이온도를 나타낸다); 또는
    상기 전자사진 감광체는
    도전성 지지체;
    상기 도전성 지지체 상에 형성된 감광층; 및
    상기 감광층 위에 형성된 오버코팅층을 포함하며,
    상기 오버코팅층이 다음 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 전자사진 감광체인 전자사진 화상형성장치:
    Tg > 100℃ … (1), 및
    경도 > 0.22 GPa … (2),
    (여기에서, Tg는 상기 오버코팅층의 유리전이온도를 나타낸다).
  15. 제14항에 있어서, 상기 클리닝 장치는 상기 전자사진 감광체의 표면과 접촉하여 상기 표면상에 잔류하는 잔류물을 제거하는 클리닝 블레이드를 포함하고,
    상기 클리닝 블레이드는 질소 분위기하에서 측정 주파수 10 Hz, 승온 속도 2.0 ℃/min, 및 초기 변형률 0.03%의 조건에서 -80 내지 50℃의 온도 범위에서 온도의 함수로 측정하는 동적 점탄성 측정에서 얻어진 -5℃에서의 저장 모듈러스 G'(MPa) @ -5℃(단위: MPa), 23℃에서의 저장 모듈러스 G'(MPa) @ 23℃(단위: MPa) 및 그 차이 △G'(MPa)(-5℃~23℃)(단위: MPa)의 값이 다음 조건을 만족하는 클리닝 블레이드:
    27 <　G'(MPa) @ -5℃ < 32;
    10 < G'(MPa)　@23℃ < 16; 및
    12 < ΔG'(MPa, -5℃~23℃) < 21.
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