KR100456859B1 - 전자사진용 감광체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자사진용 감광체에 관한 것으로,전도성기판과; 상기 전도성 기판에 도포되어 화상결함을 줄이기 위한 결착제 수지와 백색 무기안료의 중량기준의 비율이 1/1∼1/2의 범위에 있는 하부피복층; 상기 하부피복층 상부에 전하의 발생을 위해 도포되어지는 전하발생층; 상기전하발생층 상부에 전하의 이동을 위해 도포되어지는 전하이동층을; 순차적으로 도포한다.

본 발명은 장시간 사용후에도 잔류전위가 올라가지 않고,화상농도도 흐려지지 않으며, 특히 장시간 반복사용하여도 감광층의 박리가 일어나지 않아 양호한 화상을 얻을수 있는 전자사진용 감광체를 제공한다.

Description

전자사진용 감광체 및 그 제조방법{ELECTROPHOTOGRAPHIC PHOTOCONDUCTOR}

본 발명은 전자사진방식을 이용하는 프린터나 복사기 등에 이용되는 전자사진용 감광체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기능분리적층형 유기감광체의 하부피복층(도12)의 개량에 관련된 전자사진용 감광체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전자사진에 이용되는 감광체는, 종래 셀렌, 셀렌합금, 산화아연, 황화 카드뮴 등의 무기계의 광도전재료를 사용한 것이 많았으나, 최근에는 저독성, 성막의 용이함, 경량성 등의 이점을 가지는 유기계 광도전재료를 이용한 감광체 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 유기감광체중에서 전하발생층(도13)과 전하이동층(도14)을 분리하여 기능분리적층형 유기감광체는 각 층의 재료를 적절히 조합하여 감광체의 성능을 조절하는 것이 가능하기 때문에, 전자사진장치에서 넓리 이용되고 있다.

현재 실용화되고 있는 기능분리적층형 유기감광체는 전도성을 가진 기판 위에 감광층인 전하발생층(도13)과 전하이동층(도14)을 순서대로 적층한 구성이다. 전하발생층(도13)은 유기용매에 결합제 수지와 정공발생물질을 분산시킨 분산액을 전도성 기판(도11)위에 도포 및 건조하여 형성되고, 그 위에 수지와 정공수송물질을 분산시킨 분산액을 도포 및 건조하여 전하이동층(도14)을 형성한다.

전하발생층(도13)은 빛을 흡수하여 정공을 발생시켜주는 기능을 하며, 발생된 정공이 전하발생층(도13)의 내부에서 자연소멸하거나, 적체되지 아니하고 빠르게 이동하여 도전성 기판이나 전하이동층(도14)으로 주입되는 것이 필요하다. 이러한 이유로 전하발생층(도13)은 2㎛ 이하의 매우 얇은 막으로 형성되고 있다. 상기 전하발생층(도13)의 얇은 막으로 인해 전도성 기판(도11)과 전하 발생층 사이에 전하 주입방지능력이 충분하지 못하며, 전도성기판(도11)으로부터 주입되는 불량정공에 의해, 감광체의 대전전위가 저하되고 인쇄물의 백지영역에 백그라운드(background)가 발생하는 문제가 생긴다.

일반적으로 전도성 기판(도11)으로는 가공성이 우수한 알루미늄 합금관을 이용하는데, 압출된 알루미늄 합금관을 인발(Drawing)가공하여 원하는 길이로 절단한 후 표면을 절삭 경면가공하여 기판 표면을 매끈하게 하여 사용한다. 그러나 전도성 기판(도11)표면이 절삭 경면가공되어 있더라도, 전도성 기판(도11)표면의 미세한 오염물, 성상의 불균일, 높은 조도는 두께 2㎛ 이하의 박막으로 형성되는 전하발생층(도13) 성막의 결함으로 나타나게 되어 인쇄물에 흑점, 백점, 얼룩 등의 결함이 발생하기 쉬워진다.

이와 같은 전하발생층(도13)의 성막의 결함, 또는 전도성 기판(도11)으로부터의 정공 주입에 의한 화상결합을 줄이기 위해 전하발생층(도13)과 전도성 기판(도11)의 사이에 수지를 성분으로하는 하부피복층(도12)을 추가로 적층하는 것이 일반화되어있으며, 그 주요 재료들로는 용제 가용성 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 카제인 등이 사용되어 지며 상기한 재료들을 이용한 하부피복층(도12)은 0.1㎛ 이하의 박막이라도 전도성 기판(도11)으로부터 전하발생층(도13)으로의 정공주입을 효과적으로 억제할 수 있다.

다른 목적인 전하발생층(도13)의 성막 결함을 줄이기 위해서는, 하부피복층(도12)을 수㎛ 이상으로 형성할 필요가 있지만, 일반적으로 이용되는 용매가용성 폴리아미드 수지를 재료로 이용할 경우에는, 하부피복층(도12)이 수㎛ 이상으로 두꺼워 지게 되면 절연성이 높아짐에 따라 감광체의 저항이 증가하게되어 결과적으로 잔류전위가 높아져 인쇄물의 농도가 낮아지는 결함이 발생하게 된다.

상기한 본 발명이 속하는 기술분야에서는 수㎛ 이상의 하부피복층(도12) 막 두께이면서, 전기 저항이 낮은 하부피복층(도12)의 주요재료로서, 종래로부터 여러 가지의 재료가 사용되어지고 있다. 일본국 특개평2-193152호 공보, 특개평 3-288157호 공보, 특개평 4-31870호 공보에는 화학구조가 확인된 용제 가용성 폴리아미드 수지가 기술되어있다. 상기와 같은 하부피복층(도12)의 주재료로 용제가용성 폴리이미드 수지가 사용되어 막의 두께가 수㎛이상으로 두꺼워지더라도 전도성 기판(도11) 표면에서 발생하는 레이저 광의 반사에 의한 빛의 간섭줄무늬에 의한 화상불량은 해결할 수 없다.

상기와 같은 문제를 해결하고자 가시광 또는 근적외선영역의 빛을 흡수하지 않는 백색 또는 백색에 가까운 무기안료를 하부피복층(도12)에 이용하여 전도성 기판(도11)의 표면을 은폐하여 반사광을 줄이는 것이 제안되고 있는데, 순도가 99.5% 이상인 것을 특징으로 하는 무기안료가 포함되어 있고, 상기 무기안료(P)와 결착제 수지(R)의 비율P/R이 체적비로 1/1∼3/1의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 하부피복층(도12)(일본국 특개평2-67565호 공보)이 제안되었고, 순도 99% 이상의 아나타제(Anatase)형 산화티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체의 하부피복층(도12)에서 결착수지가 체적%로 25∼50% 범위에 있는 것(일본국 특개평4-172361)이 제안되어 있다. 또한 제 1 무기 안료 입자의 1차 평균 입자 직경이 0.1㎛ 이하이며, 제 2 무기 안료입자의 1차 평균 입자 직경이 0.1 내지 1.0㎛이며, 상기 제 1 및 제 2무기 안료 입자의 중간층에 있어서의 첨가량 합계가 15 내지 90중량%인 것을 특징으로 하는 전자사진용 감광체(대한민국 )가 제안되어 있다.

상기와 같이 제시된 종래 기술의 전자사진 감광체 중의 하부피복층(도12)의 주요성분인 무기안료의 양이 수지의 양보다 많이 포함되는 경우 하부피복층(도12)과 전하발생층(도13)사이의 결착력이 낮아짐에 따라 사용중에 감광층의 박리가 일어나고, 무기안료가 수지에 충분히 분산되지 못하고 응집하여 하부피복층(도12)중에서 공극으로 남게되어 성막의 결함을 유발하는 문제점이 발생한다. 또한 무기안료의 양이 수지의 양보다 많이 포함되는 경우에는 하부피복층(도12)의 전기저항이 낮아져, 하부피복층(도12)의 도막 두께를 높게 형성시켜야 하며, 이와같이 도막 두께를 높게 형성시키고자 할 경우에는, 균일한 성막을 할 수가 없어 전도성기판(도11) 표면의 반사율이 일정해지지 않으며, 성막이 되었더라도 건조시 유기용매가 잔류하여 전하발생층(도13)에서 발생한 정공이 전도성 기판(도11)으로 이동하는 것을 방해하는 문제가 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 기판 표면의 결함과 반사광을 줄여, 감광층의 성막결함을 줄이고, 간섭줄무늬 화상결함이 없으며, 하부피복층(도12)이 수㎛ 이상으로 두꺼워도 잔류전위가 증가하지 않고, 장시간 반복사용하여도 감광층의 박리가 잘 일어나지 않는, 우수한 화상을 얻을 수 있는 전자사진용 감광체를 제공하는 데에 있다.

대표도는 본 발명의 실시예에 따른 전자사진용 감광체의 적층구조를 보여주기 위한 단면도이다.

본 발명의 전자사진용 감광체는 전하발생층(도13)의 아래에 하부피복층(도12)을 형성한 전자사진용 감광체에 있어서, 상기 하부피복층(도12)이 무기안료 입자를 포함하고, 하부피복층(도12)을 구성하는 수지와 무기안료의 비율이 중량을 기준으로 2/1∼2/1 의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

상기 전자사진용 감광체는 하부피복층(도12)에 전도성기판 표면의 반사를 줄여줄 수 있는 무기 안료를 함유시킴으로써, 전도성 기판(도11) 표면의 레이저광의 반사를 효과적으로 줄여주어 반사광에 의한 간섭무늬의 화상결함을 방지할 수 있다.

또한, 하부피복층(도12)의 막 두께를 두껍게 설정해도, 잔류전위가 낮아 장시간 반복 사용하여도 감광체에 피로가 쌓이지 않기 때문에, 전도성 기판(도11) 표면의 미세한 오염물, 성상의 불균일, 높은 조도에 의한 정공생성층의 성막 결함을방지할 수 있다.

더욱이, 하부피복층(도12)을 구성하는 결착제 수지와 무기 안료의 비율을 정함에 있어서, 결착제 수지의 비율을 무기안료에 비하여 높게 설정함으로써, 도포액의 분산성을 높여주어 무기안료의 응집을 막아 성막의 결함을 방지하여 주고, 하부피복층(도12)과 전하발생층(도13) 사이의 결착성을 향상시켜 장시간 반복 사용하여도 감광층의 박리가 생기는 것을 막을 수 있다.

본 발명에 있어서 전도성 기판(도11)으로는 알루미늄 합금, 그외의 금속이나, 전도성 금속이 도포 또는 침지된 수지, 필름, 종이 등을 예로 들 수 있으며, 상기 전도성 기판(도11)의 형상은 원통형, 평판형, 벨트형 등으로 사용되는데, 이들에 한정되지는 않는다. 또한, 전도성 기판(도11)의 표면은 가공, 착색, 산화처리를 행해도 된다.

상기 전도성 기판(도11)의 위에 하부피복층(도12)을 형성시킨다. 하부피복층(도12)을 구성하는 결착제 수지로는 용제 가용성 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 카제인 등을 들 수 있으며, 이러한 결착제 수지와 사용할 수 있는 무기 안료로는 루타일형 산화티탄, 아나타제형 산화티탄, 리토폰, 황화아연, 산화안티몬 등을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

하부피복층(도12)을 구성하는 무기안료의 평균 입자 직경은 전도성 기판(도11) 표면의 반사광을 충분히 산란시킬 수 있도록 광원파장의 1/2 이하가 되어야 하는데, 일반적으로 레이저 프린터에 이용하는 광원의 파장은 780nm이고, 복사기에 이용하는 광원의 파장은 640nm이므로, 무기안료의 평균 입자 직경은 0.32㎛이하가 되어야한다. 바람직하게는 0.2㎛ 이하 범위의 평균입자 직경을 가지는 무기안료를 사용하는 것이 효과적이다.

결착제 수지와 무기안료의 혼합 비율은 결착제 수지의 중량기준으로 2/1∼1/1 범위이며, 하부피복층(도12)의 두께는 전도성 기판(도11) 표면을 충분히 은폐할 수 있도록, 무기안료 입자의 입자 직경을 고려하여 그 직경의 2∼30배가 될 수 있고, 보다 바람직하게는 무기안료 입자 평균 직경의 3∼6배가 효과적이다.

상기 하부피복층(도12)의 위에 전하발생층(도13)을 형성시킨다. 정공생성 재료로서는 필요한 감도에 따라, 프탈로시아닌계 안료, 아조계 안료, 폐릴렌계 안료, 퀴논계 안료 등의 유기 안료 도전재를 들 수 있고, 이러한 유기 안료 도전재를 예를 들면, 폴리비닐부티랄수지, 폴리에스테르수지, 폴리비닐아세테이트 등의 결착제 수지에 분산 또는 용해시켜 사용한다. 이때의 유기 안료 도전재와 결착제 수지의 혼합비율은, 중량기준으로 1/3∼5/1 의 범위이며 막두께는 감도에 따라 달라질 수 있으나 통상 0.1∼2㎛를 넘지 않는 것이 바람직하다.

상기 전하 발생층의 위에 전하이동층(도14)을 형성시킨다. 정공수송기능을 가진 재료로서는 예를들면, 에나민계 화합물, 스티릴계 화합물, 아민계 화합물, 부타디엔계 화합물 등을 들 수 있으며, 이들과 예를 들어 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지 등을 함께 유기용매에 용해시켜, 건조후 막두께 10∼40㎛의 범위로 형성시킨다.

이하에, 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이나, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 어떠한 제한도 받지 않는다.

[실시예 1]

막 두께 7㎛로 산화피막 처리된 외경 30mm, 길이 260.5mm의 알루미늄 합금 재질의 전도성 기판(도11)위에 하부피복층(도12)으로서, 폴리아미드 수지(Elvamid, 듀폰사 제품) 4중량부를 메탄올 92중량부에 용해시키고, 상기 용액에 루타일형 산화티타늄(Ti-pure, 듀폰사 제품) 4중량부를 분산시켜, 제조한 용액을 도포하고, 120℃에서 30분간 건조시켜, 막두께 3㎛의 하부피복층(도12)을 형성시켰다.

상기 하부피복층(도12) 위에, 전하발생층(도13)으로서, 3중량부의 폴리비닐부티랄 수지('BX-1', 세끼슈이 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제품)를 94중량부의 테트라하이드로푸란에 용해시키고, 상기 용액에 3중량부의 베타형 옥시티타늄프탈로시아닌 안료를 분산시켜, 제조한 용액을 도포하고, 100℃에서 10분간 건조시켜 전하발생층(도13)을 형성시켰다.

상기 정공방생층의 위에, 정공수송층으로서, 83중량부의 디클로로메탄에 정공수송재료인 7중량부의 벤지딘 화합물과, 10중량부의 폴리카보네이트 수지를 균일하게 용해하여, 제조한 용액을 도포하고, 120℃에서 30분간 건조시켜, 막두께 25㎛의 정공수송층을 형성시켜서 감광체를 제조하였다.

[실시예 2]

실시예 1에 있어서, 산화피막 처리되지 않은 외경 30mm, 길이 260.5mm의 알루미늄 재질의 전도성 기판(도11)위에 하부피복층(도12)으로서, 폴리아미드 수지(Elvamide, 듀폰사 제품) 4 중량부를 메탄올 93중량부에 용해시키고, 상기 용액에 루타일형 산화티타늄(Ti-pure, 듀폰사 제품) 3중량부를 분산시켜, 제조한 용액을 도포하고, 120℃에서 40분간 건조시켜, 막두께 10㎛의 하부피복층(도12)을 형성시킨 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 감광체를 제조하였다.

[비교예 1]

실시예 1에 있어서, 하부피복층(도12)으로서, 폴리아미드 수지(Elvamid, 듀폰사 제품) 5중량부를 메탄올 95중량부에 용해시켜, 제조한 용액을 도포하고, 100℃에서 10분간 건조시켜, 막두께 0.1㎛이하의 하부피복층(도12)을 형성시킨 것 이외에는 실시예와 동일한 방법으로 감광체를 제조하였다.

[비교예 2]

실시예 1에 있어서, 하부피복층(도12)으로서, 폴리아미드 수지(Elvamid, 듀폰사 제품) 2중량부를 메탄올 95중량부에 용해시키고, 상기 용액에 루타일형 산화티타늄(Ti-pure, 듀폰사 제품) 5중량부를 분산시켜, 제조한 용액을 도포하고, 120℃에서 30분간 건조시켜, 막두께 3㎛의 하부피복층(도12)을 형성시킨 것 이외에는 실시예와 동일한 방법으로 감광체를 제조하였다.

이상과 같이 제조한 감광체의 전기특성을 감광체 전기특성 분석기로 평가하였다. 감광체를 분석기에 부착하여 48rpm으로 회전시키면서, 스코로트론으로 감광체 표면을 -600V 로 대전시키고, 초기 표면전위를 측정하여 대전전위값으로 하였다. 계속해서, 파장 780nm의 근적외 레이저 광을 조사하여 0.2초 후의 표면전위를 측정하여 잔류전위값으로 하였다. 이와 같은 대전, 노광의 사이클을, 온도 24℃, 상대습도 50%의 환경에서 2만회 반복하여, 대전전위와 잔류전위의 변화량을 측정하였다. 또한, 감광체를 레이저 빔 프린터에 탑재하여, 상술한 환경하에서 인쇄시험을 행하였다. 얻어진 전기특성 과 인쇄품질 및 하부피복층(도12)과 감광층 사이의 결착력 평가의 결과를 하기의 표 1에 나타낸다.

표 1

표 1로부터 명백히 알수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1과 실시예 2의 전자사진용 감광체는 전도성 기판(도11)표면의 결함을 극복하여, 전하발생층(도13)의 성막결함을 줄이고자, 하부피복층(도12)을 수㎛ 이상으로 두껍게 하여도, 하부피복층(도12)이 0.1㎛이하인 비교예1과 같이 장시간 사용후에 잔류전위가 올라가지 않고, 화상농도도 흐려지지 않는 양호한 화상을 얻을 수 있었으며, 비교예 2와 달리 장시간 반복사용하여도 감광층의 박리가 발생하지 않았다.

특히 본 발명이 제공하는 전자사진용 감광체는 종래의 결합제수지와 백색무기안료와의 중량기준 비율이 부적절하게 혼합되었을 때 생기는 감광층의 박리현상을 줄일수 있다.

Claims (4)

1. 전도성 기판;

   상기 전도성기판(도11)에 도포되어 화상결함 줄이기 위한 결착제 수지와 백색 무기안료의 중량기준의 비율이 2/1∼1/1의 범위에 있는 하부피복층(도12);

   상기 하부피복층(도12) 상부에 전하의 발생을 위해 도포되어지는 전하발생층(도13);

   상기 전하발생층(도13) 상부에 전하의 이동을 위해 도포되어지는 전하이동층(도14)을 포함하는 전자사진용 감광체
2. 제 1항에 있어서, 상기 하부피복층(도12)의 무기 안료는 입자 평균 직경이 0.32㎛이하인 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체
3. 제 1항에 있어서, 상기 하부피복층(도12)의 두께는 첨가된 무기안료의 평균 입자 직경의 2∼30배로 도포된 것을 특징으로 하는 전자사진용 감광체
4. 제 1항에 있어서, 상기 전하발생층(도13)의 두께는 0.1∼2㎛인 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체