KR19990006830A - 전자사진용 감광체의 제조방법 - Google Patents

전자사진용 감광체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인자(印字) 성능 등이 뛰어난 성능을 갖는 내조사식 전자사진장치에 사용되는 감광 드럼을 경제적으로 매우 유리하게 제조하는 방법에 관한 것으로, 원통형상의 금형(6)의 내면에 감광층을 형성시킨 후, 투명 기판용 수지를 바람직하게는 PMMA 단량체 재료를 원심 주형법에 의해 중합시켜, 얻어진 수지를 상기 감광층과 일체화시키는 전자사진용 감광체의 제조방법이다.

Description

전자사진용 감광체의 제조방법
본 발명은 전자사진용 감광체의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 복사기, 레이저 프린터 등의 내조사식 전자사진장치의 이미지 기록용 기판, 즉 감광 드럼으로서 사용되는 내조사식 전자사진용 감광체의 제조방법에 관한 것이다.
종래, 복사기나 레이저 프린터 등의 기록장치에는 감광 드럼에 알루미늄 기판이 많이 사용되고, 노광 공정에 있어서는 기판상에 형성된 감광층의 표면으로부터 노광하는 방법이 일반적이다.
이 방법에서는, 대전·노광·현상·전사·정착·정전제거·클리닝의 각 공정장치를 감광 드럼 주위에 배치할 필요가 있기 때문에, 기록장치의 소형화에 한계가 있거나, 현상기로부터의 현상제의 비산(飛散)이, 노광장치의 광학계를 오염시켜 인쇄에 악영향을 미치는 등의 결점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 투명 기판상에 전도층, 감광층의 순서로 도포한 감광 드럼을 사용하여, 노광장치의 광원을 감광체의 내측에 설치하여, 감광체의 내측으로부터 광 조사를 수행하는 방식으로 소형화를 도모함과 동시에, 현상제의 비산에 따른 광학계의 오염을 방지하는 내조사식 장치가 고안되었다.
이와 같은 내조사식 전자사진장치에 사용하는 감광 드럼에 있어서는, 투명 기판으로서의 무기 유리 등에 투명한 전도성 층을 형성하기 의해, 인듐 주석 산화물(이하, (ITO)라고 약기함) 등을 스퍼터링(sputtering)이나 진공증착으로 막을 형성하는 수법이 알려져 있다. 또한, 일본 특허 공개 평7-319195호 공보(출원인: 후지쯔 가부시키가이샤)에는 내통 유리 기판에 도핑된 폴리아닐린을 적층한 감광 드럼이 기재되어 있다.
상기 종래 기술의 과제로서는, 내통 무기유리 기판의 사용은 비싸고, 치수 정밀도가 나쁘며, 깨지기 쉽다는 점과 스퍼터링이나 진공증착에서의 투명한 전도성층의 막형성은 막 두께의 균일성과 생산성이 나쁘며, 도핑된 폴리아닐린층을 형성하는 공정에 비용이 든다는 점 등을 예로 들을 수 있다.
즉, 내조사식 전자사진장치에 사용되는 지지 기판의 특질로서, 사용재료가 저비용일 것, 치수 정밀도가 뛰어날 것, 기계적 강도가 감광 드럼으로서의 사용에 견딜 수 있을 것, 특히 관리되고 있지 않는 일반 대기중에서도 감광 드럼으로서의 품질을 손상시키지 않는 화학적 안정성을 가질 것, 노광시에 조사광을 굴절시키지 않고 투과하는 투명성을 지닐 것, 지지 기판상에 적층하는 투명한 전도층의 밀착성이 좋을 것, 생산 능력이 큰 침지 도포에 의한 감광층 형성시에 필요한 내용제성과 내열성을 가질 것 등이 요구된다.
그러나, 종래 기술에 있어서는, 이러한 요구를 전부 만족하도록 하여 투명한 원통 형상의 기판에 감광층을 적층시키는 것은 제조 기술의 면에서 비용적으로 고가의 상품이 되지 않을 수 없다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 인자 성능 등이 뛰어난 성능을 갖는 내조사식 전자사진장치에 사용되는 감광 드럼을 경제적으로 매우 유리하게 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 감광 드럼의 단면도이다.
도 2는 금형을 이용하여 감광 드럼을 제조하는 과정을 개략적으로 나타내는 일부 절결 사시도이다.
도 3은 전기 특성 시험기의 측정 원리를 도시한 개요도이다.
도 4는 인자 특성 시험기에 사용한 시험기의 프로세스 배치도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 투명 드럼 기판 2: 투명한 전도층
3: 하부층 4: 전하발생층
5: 전하수송층 6: 주형용 금형
7: 감광체 8: 코로트론 대전기
9: 프로우브 10, 13: 노광(露光) 광원
11: 적외 필터 12, 14: 정전제거 광원
15: 현상기 16: 대전기
17: 전사기 18: 클리닝 블레이드
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 원통형상의 금형의 내면에 감광층을 형성시킨 후, 투명 기판용 수지 재료의 단량체를 원심 주형법에 의해 중합시켜 원통형상의 기판이 되게 하므로써, 얻어진 감광체 드럼이 인자 성능 등의 성능이 뛰어나고, 또한 대폭의 비용 절감이 가능하게 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 전자사진용 감광체의 제조방법은, 원통 형상의 금형의 내면에 감광층을 형성시킨 후, 투명 기판용 수지 단량체 재료를 원심 주형법으로 중합시켜, 얻어진 수지를 상기 감광층과 일체화하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 감광층은 전하수송층, 전하발생층, 하부층 및 전도층의 순서로 원통 형상의 금형 내면에 층을 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 투명 기판용 수지 단량체 재료로는 그 중합 특성으로부터 폴리메타크릴산 메틸 수지(PMMA)의 단량체인 메타크릴산 메틸을 사용하는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 전도층으로서 투명한 전도성 도료를 이용하여, 상기 전도층의 시트 저항이 2×102∼2×106Ω/□한 것이, 전자사진용 감광체로서의 기능을 얻기에 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 기판 재료로서 사용하는 PMMA 등의 단량체를 원심 주형법에 의해 중합시켜서 원통형상의 기판을 얻기 때문에, 원통 형상의 금형 내면에 감광층을 순차적으로 도포하여 막을 형성시키고, 그 위에 전도층을 형성시킨 후, 기판 재료인 PMMA 등의 단량체를 주형하고, 회전에 의한 원심력을 가하면서 중합 반응을 진행시켜 경화시킨 후, 감광층과 일체화된 감광 드럼을 얻을 수 있다. 이와 같은 수법은 대폭적인 비용 절감을 가능하게 한다. 또, 유기 감광체 드럼으로서 일체 제조가 가능하게 되므로, 종래의 침지 도포법에 의한 드럼의 제조 공정에서 발생했었던, 건조 속도의 편차에 따른 도포 불균일이나, 진동에 따른 도포 불균일 등의 결함이 없어지고, 품질이 좋은 제품을 제조할 수 있게 되며, 이와 같은 면에서도 경제적으로 커다란 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 감광 드럼의 단면도로서, 투명한 합성 수지제 감광 드럼 기판(1)의 바깥 표면에 형성된 투명한 전도성 층(2)과, 그 위에 각각 적층된 하부층(3), 전하발생층(4), 전하수송층(5)의 단면구조를 나타낸다. 도 2는 금형(6)을 이용하여 감광 드럼을 제조하는 과정을 개략적으로 나타내는 일부 절결 사시도이다.
본 발명의 바람직한 예에 있어서, 원통형상의 금형(6) 내면에 전하수송층(5), 전하발생층(4), 하부층(3) 및 전도층(2)의 순서로 형성시켜 감광층을 얻은 후, 투명 기판용 수지 단량체 재료를 원심 주형법에 의해 중합시키는 것이다. 이러한 금형(6)의 내면에는 이형제로서, 예를 들어 테프론 함유 도금 등을 실시해 두는 것이 바람직하다. 감광층의 각 층의 형성은, 금형을 롤러로 회전시키면서 원심력을 가해, 소정의 온도로 가열한 공기를 송풍하면서 용제를 건조시키므로써 행할 수 있다. 또, 투명 기판용 수지 단량체 재료를 원심 주형법에 의해 중합시키려면, 감광층을 충분히 열풍 건조시킨 후, 단량체 재료와 중합 촉매를 혼합한 것을 기판의 두께가 약 1∼5mm가 되도록 정량 투입하여, 금형을 40∼80℃로 가열하면서 회전시키면 된다.
본 발명에서는, 내조사식 전자사진장치에 사용하는 감광 드럼용 투명한 지지 기판(1)으로서, 투명성을 가지며 또한 본 발명의 제조에 적합한 합성수지, 바람직하게는 PMMA를 예로 들 수 있다.
또한, 투명한 전도성 층(2)으로서, 이듐 주석 산화물(ITO) 또는 SnO2계 투명한 전도성 코팅액을 이용하여 막을 형성하는 것이 바람직하고, 상기 전도성 층의 두께는 일반적으로는 0.5∼5㎛, 바람직하게는 1∼3㎛이다. 전도층의 두께는 5㎛보다 두꺼우면 투명도가 나빠지고, 0.5㎛보다 얇으면 시트 저항이 2×106Ω/□보다 커진다.
하부층(3)에는 알코올 가용성 폴리아미드, 용제 가용성 방향족 폴리아미드, 열경화형 우레탄 수지, 멜라민 수지 등을 이용할 수 있다. 알코올 가용성 폴리아미드로서는 나일론 6, 나일론 8, 나일론 12, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 612 등의 공중합 화합물이나, N-알킬 변성 또는 N-알콕시 알킬 변성 나일론 등이 바람직하다. 이러한 구체적인 화합물로서, 아밀란(Amilan)CM8000(도레 가부시키가이샤(Toray Industries, Inc.) 제품, 6/66/610/12 공중합 나일론), 엘바마이드(Erbamide)9061(듀퐁·재팬 가부시키가시야(Du Pont Japan Inc.) 제품, 6/66//612 공중합 나일론), 다이아미드(Daimide) T-170(다이셀-휼츠 가부시키가이샤(Daicel- Huels) 제품, 나일론12 주체 공중합 나일론) 등을 예로 들을 수 있다.
더욱이, 하부층(3)에는 TiO2, 알루미나, 탄산칼슘, 실리카 등의 무기 미세분말을 첨가할 수 있다. 하부층(3)의 막 두께는 0.05∼20㎛일 수 있으며, 바람직하게는 0.05∼10㎛이다.
전하발생층(4)은 광을 수용하여 전하를 발생시킨다. 또, 그 전하발생 효율이 높음과 동시에 발생된 전하의 전하수송층(5)으로의 주입성이 중요하고, 전기장 의존성이 적어, 낮은 전기장이라도 주입이 양호한 것이 바람직하다. 전하발생물질로서는 무금속 프탈로시아닌, 티타닐 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, 각종 아조, 퀴논, 인디고, 시아닌, 스퀴알륨(squialirium), 아줄레늄(azulenium), 피릴륨(pyrylium) 화합물 등의 안료 또는 염료나, 셀렌 또는 셀렌 화합물 등이 사용되며, 화상 형성에 사용되는 노광 광원의 광파장 영역에 따라, 적합한 물질을 선택할 수 있다. 전하발생층은 전하발생 기능을 가지면 되므로, 그 막 두께는 전하발생물질의 광 흡수계수와 그 층 안에서의 전하발생물질의 양으로 결정되며, 일반적으로는 5㎛ 이하이며, 바람직하게는 0.1∼1㎛이다. 전하발생층은 전하발생물질을 주체로 하여 이것에 전하수송물질 등을 첨가하여 사용할 수도 있다. 수지 결착제로서는, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 염화비닐계 수지, 페녹시 수지, 폴리비닐 부티랄, 디에틸 프탈레이트 수지, 메타크릴산 에스테르의 중합체 및 공중합체 등을 적당히 조합시켜 사용할 수 있다.
전하수송층(5)은 수지 결착제 중에 전하수송물질로서 각종 히드라존계 화합물, 스티릴계 화합물, 아민계 화합물 및 이들 유도체를 단독/ 또는 조합시킨 것을 분산시킨 도포막으로서, 어두운 곳에서는 절연체층으로서 감광층의 전하를 유지하고, 광 수용시에는 전하발생층으로부터 주입되는 전하를 수송하는 기능을 발휘한다. 이와 같은 전하수송층의 막 두께는, 바람직하게는 10∼40㎛이다. 수지 결착제로서 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 메타크릴산 에스테르의 중합체 및 공중합체 등을 이용할 수 있다. 또한, 얻어진 감광체를 반복해서 사용할 때에, 코로나방전에 기인하여 문제가 되는 오존에 의한 전하수송층의 열화 등을 방지할 목적으로, 전하수송층(4)에 아민계, 페놀계, 황계, 아인산 에스테르계, 인계 등의 산화방지제를 함유시키는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이, 투명한 합성수지 기판과 유기 광전도성 물질을 함유하는 감광층을 갖는 구조의 감광 드럼은, 노광하여 현상 후에 토너를 기록지에 전사(transfer) 및 정전제거(static elimination)의 각 공정 동안, 기판을 통해서 접지하므로써 시트 저항을 놓치기 때문에, 기판의 전기 저항이 높으면 정전 잠상의 형성이나 정전 제거를 원활히 할 수 없다. 그렇기 때문에, 수지 기판 위에 적층하는 투명한 전도성 층의 시트 저항은 2×106Ω/□이하로 하는 것이 바람직하나, 2×102Ω/□보다 시트 저항을 작게 하는 것은 투명도가 낮아져서 바람직하지 않다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.
실시예 1
양단이 막힌 원통 형상 금형의 내부에, 정량의 전하수송 재료로서, 히드라존계 화합물(후지덴끼 가부시키가이샤 제품) 100중량부와 폴리카보네이트 수지(미츠비시 엔지니어링 플라스틱스 가부시키가이샤 제품 유필론(Iupilon) PCZ) 100중량부에 디클로로메탄 800중량부를 혼합 용해한 도포액을 투입하여, 금형을 롤러로 회전(회전수 50∼100 rpm)시키면서 원심력을 가해, 50∼60℃로 가열한 공기를 송풍하면서 용제를 건조시켜서 금형 벽면에 전하수송재료를 약 20㎛의 두께로 막을 형성시켰다. 이 때, 금형의 내면에 이형제로서, 테프론 함유 니켈 도금(우에무라고교 가부시키가이샤(C. Uyemura and Company, Ltd.) 제품 님프론(Nimfron))을 막두께 약 10㎛로 실시해 두었다.
다음에, 전하발생재료로서, X형 무기 금속 프탈로시아닌(다이닛뽄 잉크가가쿠고교 가부시키가이샤(Dainippon Ink and Chemicals, Inc.) 제품, FASTGEN BLUE 8120) 10중량부와 염화비닐계 수지(닛뽄 제온 가부시키가이샤(Nippon Zeon Co., LTd.) 제품, MR-110) 10중량부에 디클로로메탄 686중량부와, 1, 2-디클로로에탄 294 중량부를 혼합 용해한 도포액을 투입하여, 마찬가지로 막두께 약 0.5㎛로 막을 형성시켰다.
더욱이, 순차적으로 하부층 재료로서, 알코올 가용성 폴리아미드 수지(도레 가부시키가이샤 제품, 아밀란(Amilan) CM8000)을 5중량부와 메탄올 95중량부를 혼합 용해한 도포액을 막 두께 약 0.5㎛로 막을 형성시킨 후, 투명한 전도성 재료(ITO계 도료:쇼쿠바이 가세이고교 가부시키가이샤(Catalysts and Chemicals Industries, Co., Ltd.) 제품, ELCOM P-1202: 시트 저항 1.3×103Ω/□)을 막 두께 약 1㎛로 막을 형성시켰다.
상술한 바와 같이 하여 적층시킨 감광층을 충분히 열풍 건조시킨 후, 메타크릴산 메틸(아크릴 수지 단량체)에 중합 촉매를 적당량 첨가하여 혼합한 재료를 두께 약 2mm가 되도록, 정량 투입하여, 금형을 40∼50℃로 가열하면서 회전시켜, 중합을 행했다. 중합 경화후, 금형의 양단부를 개방하여, 주의깊게 감광층과 일체화된 원통 형상 기판을 떼어냈다.
실시예 2
실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 전하수송층, 전하발생층 및 하부층을 막형성시킨 후, 투명한 전도성 재료(SnO계 도료: 쇼쿠바이가세이고교 가부시키가이샤 제품, ELCOMP-3530: 시트저항 3.4×105Ω/□)를 막형성하고, 이어서 실시예 1과 마찬가지로 메타크릴산 메틸을 원심 중합시켜, 일체형의 감광 드럼을 얻었다.
상기 실시예 1, 2에서 제작한 감광 드럼에 대해서, 성형성, 표면 조도, 진원도 및 치수 정밀도의 측정을 행했다. 또, 감광층이 없는 투명 기판을 상기 실시예1, 2와 같은 투명한 전도성 재료, 같은 방법으로 작성하여, 그 전체 광선 투과율을 측정했다. 그 결과를, 하기의 표 1에 나타낸다. 또한, 감광체로서의 초기 전기 특성의 측정을 도 3에 도시하는 시험기로, 또 인자 특성을 도 4에 도시하는 타입의 시험기로 각각 평가하여, 얻어진 결과를 하기의 표 2에 나타낸다.
도 3에 도시하는 시험기에서의 측정 원리를 나타내면, 감광체(7)를 화살표 방향으로 원주 60mm/초로 회전시키면서 스코로트론 대전기(8)에 의해 -600V로 대전하고, 노광 광원(10)을 갖는 프로우브(probe; 9)의 무노광시의 전위를 암부 전위(Vo)라고 한다. 회전을 정지하여, 5초간 어두운 곳에 방치했을 때의 전위 유지율(Vk5)(%)를 구하고, 계속해서 파장 660nm, 방사 조도 2μw/㎠의 광을 노광하여, 0.2초 후의 전위를 명부 전위(Vi)로 하고, 마찬가지로 5초 후의 전위를 잔류 전위(Vr)로 한다. 단, 표면 노광기 때문에, 감광체 내면에는 차광부재를 부착하여 측정을 수행하였다. 도 3 중에서, 부호 11은 적외 필터, 12는 정전 제거 광원이다.
또한, 도 4에 도시하는 시험기에서는, 부호 7은 감광체, 13은 노광 광원, 14는 정전제거 광원, 15는 현상기, 16은 대전기, 17은 전사기, 18은 클리닝 블레이드이다.
실시예 1 실시예 2
투명 도전재료 ITO계 SnO2계
성형성 양호 양호
전체 광선 투과율(%) 85 98
시트 저항율(Ω/□) 1.3×103 3.4×105
표면 조도 Rmax(㎛) 0.9 0.8
진원도(㎛) 50 40
치수 정밀도(ψ30±㎜) 0.05 0.03
실시예 1 실시예 2
Vo(-V) 655 650
Vk5(%) 92 90
Vi(-V) 63 66
Vr(-V) 21 22
인자 특성 양호 양호
상기 표로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2의 감광체 드럼에 있어서, 양호한 전기 특성과 인자 특성이 얻어졌다.
본 발명은 내조사식 전사사진장치용 감광체의 이미지 기록용 기판으로서 PMMA 등을 사용하여, 원심 주형법에 의해 감광층과의 일체 주형에 의해 감광 드럼을 얻을 수 있도록 한 것으로, 인자 성능이 뛰어나고 또한 경제적으로 우수한 감광 드럼을 얻을 수 있게 되었다.

Claims (4)

  1. 원통 형상의 금형의 내면에 감광층을 형성시킨 후, 투명 기판용 수지 단량체 재료를 원심 주형법에 의해 중합시켜, 이에 의해 얻어진 수지를 감광층과 일체화시킴을 특징으로 하는 전자사진용 감광체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 감광층을 전하 수송층, 전하 발생층, 하부피복층 및 전도층의 순서로 원통 형상의 금형의 내면에 층을 형성시킴을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 투명 기판용 수지 단량체 재료로서, 폴리메타크릴산 메틸 수지 단량체인 메타크릴산 메틸을 사용함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 전도층으로서 투명한 전도성 도료를 이용하며, 전도층의 시트 저항이 2×102∼2×106Ω/□임을 특징으로 하는 방법.
KR1019980021416A 1997-06-10 1998-06-10 전자사진용 감광체의 제조방법 Withdrawn KR19990006830A (ko)

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