KR20080049600A - 대전 장치, 이것을 사용한 화상 형성 장치 및 화상 형성유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피대전체를 장기간에 걸쳐 대전할 수 있는 대전 장치, 이것을 사용한 화상 형성 장치 및 화상 형성 유닛을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 피대전체에 접촉하고, 소정의 전압이 인가되어 상기 피대전체를 대전시키는 대전 부재를 갖고, 상기 대전 부재의 표면층에는, 도전제가 수지 고형분에 대하여 10wt% 이상 배합되어 있는 것을 특징으로 하는 대전 장치를 제공한다.

화상 형성 장치, 감광체 드럼, 대전 장치, 대전 롤, 표면층

Description

대전 장치, 이것을 사용한 화상 형성 장치 및 화상 형성 유닛{CHARGING DEVICE, AND IMAGE-FORMING APPARATUS AND IMAGE-FORMING UNIT USING THE SAME}

본 발명은, 대전 장치, 이것을 사용한 화상 형성 장치 및 화상 형성 유닛에 관한 것이다.

[특허문헌 1] 일본국 공개특허 평08-022167호 공보

[특허문헌 2] 일본국 공개특허 제2002-229300호 공보

종래, 대전 부재를 피대전체에 접촉 또는 근접시키고, 상기 대전 부재에 전압을 인가하여 피대전체를 대전 처리하는 대전 장치의 대전 부재로서, 상기 대전 부재는 적어도 도전제와 절연성 첨가물 및 결착(結着) 수지로 이루어지는 표면층을 갖고, 상기 표면층을 구성하는 도전제, 절연성 첨가물 및 결착 수지의 체적 고유 저항률의 관계가 도전제 < 결착 수지 < 절연성 첨가물인 것을 특징으로 하는 대전 부재가 알려져 있다(특허문헌 1 참조).

또한, 피대전체에 접촉하고, 직류 전압의 인가에 의해 상기 피대전체를 대전하는 대전 부재에 있어서, 도전성의 지지체 위에, 이온 전도 기구를 갖는 중저항(中抵抗)의 탄성 재료를 주체(主體)로 구성된 도전성의 탄성층과, 상기 피대전체에 접촉하여 상기 탄성층 위에 표면 처리한 도전제를 함유한 피복층이 적어도 적층되어 있고, 상기 탄성층과 상기 피복층 사이의 저항값에 대해서 규정한 것을 특징으로 하는 대전 부재가 알려져 있다(특허문헌 2 참조).

본 발명은, 피대전체를 장기간에 걸쳐 대전할 수 있는 대전 장치, 이것을 사용한 화상 형성 장치 및 화상 형성 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 청구항 1에 기재된 발명은, 피대전체에 접촉하고, 소정의 전압이 인가되어 상기 피대전체를 대전시키는 대전 부재를 갖고, 상기 대전 부재의 표면층에는, 도전제가 수지 고형분에 대하여 10wt% 이상 배합되어 있는 것을 특징으로 하는 대전 장치이다.

또한, 청구항 2에 기재된 발명은, 상기 도전제가 수지 고형분에 대하여 10wt% 이상 50wt% 이하 배합되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 대전 장치이다.

또한, 청구항 3에 기재된 발명은, 피대전체에 접촉하고, 소정의 전압이 인가되어 상기 피대전체를 대전시키는 대전 부재를 갖고, 상기 대전 부재의 표면층에는, 도전제가 수지 고형분에 대하여 10wt% 이상 배합되며, 상기 도전제는, 수소 지수가 5 이하의 카본 블랙인 것을 특징으로 하는 대전 장치이다.

또한, 청구항 4에 기재된 발명은, 상기 도전제는, 평균 입자 직경이 5㎚ 내지 50㎚인 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 대전 장치이다.

또한, 청구항 5에 기재된 발명은, 상기 도전제는, 휘발분이 16.5wt% 이하인 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 대전 장치이다.

또한, 청구항 6에 기재된 발명은, 상기 도전제는, 흡유량이 140㎖/100g 이하인 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 대전 장치이다.

또한, 청구항 7에 기재된 발명은, 상기 표면층에 접촉하여, 그 표면을 클리닝하는 클리닝 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 대전 장치이다.

또한, 청구항 8에 기재된 발명은, 상기 피대전체가 화상을 유지하는 상(像) 유지체인 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 대전 장치를 구비하는 화상 형성 장치이다.

또한, 청구항 9에 기재된 발명은, 상기 상유지체의 감광층은, 가교(架橋) 구조를 갖는 페놀 수지로 이루어지는 보호층을 갖는 것을 특징으로 하는 청구항 8에 기재된 화상 형성 장치이다.

또한, 청구항 10에 기재된 발명은, 상기 피대전체인 상유지체와 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 대전 장치를 구비하는 화상 형성 유닛이다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 본 구성을 갖지 않는 경우와 비교하여 피대전체를 장기간에 걸쳐 대전할 수 있다.

또한, 청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 본 구성을 갖지 않는 경우와 비교 하여 피대전체를 장기간에 걸쳐 대전할 수 있다.

또한, 청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 본 구성을 갖지 않는 경우와 비교하여 상기 효과에 더해, 리크(leakage)를 억제할 수 있다.

또한, 청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 본 구성을 갖지 않는 경우와 비교하여 상기 효과에 더해, 대전 균일성을 양호하게 할 수 있다.

또한, 청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 본 구성을 갖지 않는 경우와 비교하여 상기 효과에 더해, 도전제에서의 수지와의 상용성을 양호하게 할 수 있다.

또한, 청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 본 구성을 갖지 않는 경우와 비교하여 상기 효과에 더해, 리크를 더 억제할 수 있다.

또한, 청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 본 구성을 갖지 않는 경우와 비교하여 상기 효과에 더해, 토너나 외첨제(外添劑)가 부착하는 것으로 인한 오염을 억제할 수 있다.

또한, 청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 본 구성을 갖지 않는 경우와 비교하여 상유지체 대전체를 장기간에 걸쳐 대전할 수 있다.

또한, 청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 본 구성을 갖지 않는 경우와 비교하여 상기 효과에 더해, 대전 불량에 의한 화상 결함을 억제할 수 있다.

또한, 청구항 10에 기재된 발명에 의하면, 본 구성을 갖지 않는 경우와 비교하여 상기 효과에 더해, 용이하게 교환할 수 있다.

이하에, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

[제 1 실시예]

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 대전 장치에서의 제 1 실시예를 나타낸 도면이다.

도 1은 본 실시예에서의 대전 장치가 적용되는 화상 형성 장치의 일례를 나타낸 개략도이다. 화상 형성 장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 장치 본체(도시 생략)의 내부에, 화상 정보에 의거하여 토너상을 형성하는 동시에 그 토너상을 최종적으로 용지(9)에 전사하는 작상(作像) 장치(10), 그 토너상이 전사된 용지(9)를 통과시켜서 토너상의 정착을 행하는 정착 장치(30), 및 작상 장치(10)에 용지(9)를 공급하는 급지 장치(35)가 주로 장착되어 있다. 도면 중 부호 4는 화상 형성 장치(1)의 각 구성 부품의 동작 등에 대해서 총괄적으로 제어하는 제어 장치이며, 일점쇄선 화살표는 용지(9)의 주된 반송 경로를 나타낸다.

작상 장치(10)는, 예를 들어 공지의 전자 사진 방식을 이용하여 토너상을 형성하고 전사할 수 있는 것이다. 구체적으로는, 화살표(A) 방향으로 회전 구동하는 원통 형상의 감광체 드럼(12)(상유지체(피대전체))를 구비하고 있고, 이 감광체 드럼(12)의 주위에, 감광체 드럼(12)의 표면(상유지면)을 동일하게 대전시키는 대전 롤 등을 구비한 대전 장치(13), 대전 후의 감광체 드럼(12)의 표면에 화상 정보(신호)에 의거하여 광을 조사하여 전위차가 있는 잠상을 형성하는 LED 어레이, 레이저 주사 장치 등으로 이루어지는 노광 장치(14), 그 잠상에 토너를 전이 부착시켜서 토너상을 형성하는 현상 장치(15), 그 토너상을 급지 장치(35)로부터 공급되는 용지(9)에 전사하는 전사 롤 등을 구비한 전사 장치(16), 및 전사 후의 감광체 드 럼(12)의 표면에 잔류하는 토너 등을 제거하여 클리닝하는 블레이드 방식의 클리닝 장치(17)가 주로 배치되어 있다.

이 중, 감광체 드럼(12)은, 드럼 형상의 기재(基材)(도전성 지지체)에 유기 감광 재료로 이루어지는 광도전성층(감광층)을 형성한 것이다. 또한, 감광체 드럼(12)의 상세에 대해서는 후술한다. 대전 장치(13)는, 도전성의 롤 기재(도전성 지지체)에 반도전성의 탄성층 등을 형성하여 이루어지는 대전 롤을 감광체 드럼(12)의 표면에 접촉시켜서 종동(從動) 회전하도록 설치되어 있고, 또한, 그 대전 롤에 전원 장치(도시 생략)로부터 소정의 대전용 전압이 인가되도록 되어 있다. 또한, 대전 장치(13)의 상세에 대해서는 후술한다. 노광 장치(14)는, 화상 형성 장치(1)에 접속 또는 장착되는 원고 판독 장치, 컴퓨터 등의 외부 기기로부터 입력되는 화상 정보를 화상 형성시에 화상 처리 장치(도시 생략)로 필요한 처리를 하여 얻어지는 화상 신호가 입력되도록 되어 있다.

또한, 현상 장치(15)는, 그 수용하고 있는 토너를 감광체 드럼(12)과 대향하는 현상 위치에 반송 공급하기 위한 현상 롤을 장착하고 있고, 또한, 그 현상 롤에 전원 장치(도시 생략)로부터 소정의 현상용 전압이 인가되도록 되어 있다. 전사 장치(16)는, 도전성의 롤 기재에 반도전성의 탄성층을 형성하여 이루어지는 전사 롤을 감광체 드럼(12)의 표면에 접촉시켜서 종동 회전하도록 설치되어 있고, 또한, 그 전사 롤에 전원 장치(도시 생략)로부터 소정의 전사용 전압이 인가되도록 되어 있다. 클리닝 장치(17)는, 전사 후의 감광체 드럼(12)의 표면에 소정의 압력으로 선단부가 접촉하는 클리닝 블레이드 등을 장착하고 있다.

정착 장치(30)는, 본체(31)의 내부에, 소정의 온도로 가열되는 동시에 화살표 방향으로 회전 구동하는 가열 롤(32), 및 이 가열 롤(32)의 거의 축선(軸線) 방향을 따라서 압접(壓接)되어 종동 회전하는 가압 롤 등의 가압 부재(33)를 구비한 것이다. 그리고, 정착은, 그 가열 롤(32)과 가압 부재(33) 사이의 압접부에 토너상이 전사된 용지(9)를 도입하여 통과시킴으로써 토너상 등을 가열 가압함으로써 행해진다.

급지 장치(35)는, 작상 장치(10)에 공급해야 할 복수매의 용지(9)가 적재되어 수용되는 급지 카세트(36), 및 이 급지 카세트(36)에 수용되는 용지(9)를 1매씩 송출하는 송출 기구(37)를 주로 구비한 것이다. 급지 카세트(36)는, 필요에 의해 복수 장착된다. 또한, 급지 장치(35)는, 용지(9)를 급지 카세트(36)로부터 작상 장치(10)의 전사부(감광체 드럼(12)과 전사 장치(16) 사이)까지 반송하기 위한 용지 반송 롤 쌍(38a, 38b, 38c …)이나 가이드 부재 등으로 구성되는 용지 반송로를 장착하고 있다. 용지 반송로는, 작상 장치(10)와 정착 장치(30) 사이나, 정착 장치(30)와 배지부(排紙部)(트레이 등)(39) 사이에도 설치되어 있다. 예를 들어 정착 장치(30)의 용지 배출 측에는, 정착 후의 용지(9)를 배지부(39)에 배출 반송하기 위한 배출 롤 쌍(39d)이 설치되어 있다.

도면 중 부호(11)는, 화상 형성 장치(1)에 대하여 탈착 가능한 프로세스 카트리지(화상 형성 유닛)이다. 본 실시예에서의 프로세스 카트리지(11)는, 감광체 드럼(12), 대전 장치(13), 현상 장치(15), 및 클리닝 장치(17)의 프로세스 기기(機器)를 갖고 있다.

도 2는 본 실시예에서의 대전 장치가 적용되는 화상 형성 장치의 감광체 드럼의 일례를 나타낸 모식 단면도이다. 감광체 드럼(12)은, 도전성 지지체(12A) 위에 하인층(undercoat layer)(12a), 전하 발생층(12b), 전하 발생층(12c), 및 보호층(12d)이 이 순서대로 적층된 구조를 갖고 있다. 또한, 하인층(12a), 전하 발생층(12b), 전하 발생층(12c), 및 보호층(12d)이 감광층(12B)이다.

보호층(12d)은, 알코올에 가용(可溶)한 경화성 수지 및 알코올에 가용한 폴리에테르를 함유하는 경화성 수지 조성물의 경화물로 이루어진다. 또한, 경화성 수지는, 예를 들어 가교 구조를 갖는 페놀 수지이다.

도 3은 본 실시예에서의 대전 장치를 나타낸 개략도이다. 대전 장치(13)는, 대전 롤(13A)(대전 부재), 및 클리닝 롤(13B)(클리닝 부재)을 갖고 있다. 대전 롤(13A)은, 도전성 지지체(13a), 그 외주에 일체로 형성되어 있는 탄성층(13b), 및 탄성층(13b)의 둘레 면에 형성되어 있는 피복층인 표면층(13c)으로 구성되어 있다. 클리닝 롤(13B)은, 대전 롤(13A)의 표면에 접촉하여 종동 회전하도록 설치되어 있다. 또한, 클리닝 롤(13B)은, 예를 들어 스펀지 형상의 부재로 형성된다.

대전 롤(13A)의 도전성 지지체(13a)는, 철, 구리, 스테인리스, 알루미늄, 및 니켈 등의 금속 재료의 둥근 막대를 이용할 수 있다. 또한, 이들의 금속 표면에 방청(anti-rust)이나 내(耐)손상성의 부여를 목적으로 도금 처리를 실시해도 상관 없지만, 도전성을 손상하지 않는 것이 필요하다.

대전 롤(13A)의 탄성층(13b)은, 피대전체로서의 감광체 드럼(12)에 대한 급전, 및 대전 롤(13A)의 감광체 드럼(12)에 대한 양호한 균일 밀착성을 확보하기 위 하여 적당한 도전성, 및 탄성을 갖게 했다. 또한, 대전 롤(13A)과 감광체 드럼(12)의 균일 밀착성을 확보하기 위하여, 탄성층(13b)을 연마에 의해 중앙부가 가장 굵고, 양단부로 갈수록 얇아지는 형상, 소위 크라운 형상으로 형성할 수도 있다.

탄성층(13b)의 도전성은, 고무 등의 탄성 재료 중에 카본 블랙(CB) 등의 도전 물질을 첨가함으로써 조정된다.

탄성층(13b)의 탄성은, 프로세스유, 가소제 등의 첨가에 의해 조정된다.

탄성층(13b)의 구체적 탄성 재료로서는, 예를 들어 천연 고무나 실리콘 고무, 우레탄 고무 등의 합성 고무, 또한 폴리아미드 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지 등의 수지도 들 수 있다.

또한, 대전 롤(13A)의 저항을 제어하기 위하여 탄성층(13b)과 표면층(13c) 사이에 저항 제어층을 설치할 수 있다. 저항 제어층의 구체적 재료로서는, 폴리아미드 수지, 폴리우레탄 수지, 불소 수지, 실리콘 수지 등의 수지, 또한 에피클로로히드린, 우레탄 고무, 클로로프렌, 아크릴로니트릴계 고무 등을 들 수 있다. 또한, 저항 제어층에도 카본 블랙이나 산화주석, 산화티탄 등의 도전 물질을 분산시킬 수 있다.

대전 롤(13A)의 표면층(13c)에는, 도전제가 수지 고형분에 대하여 10wt% 이상 배합되어 있다(CB 첨가량이 10% 이상).

표면층(13c)의 도전제로서는, 예를 들어 케첸 블랙(ketchen black), 아세틸렌 블랙 등의 카본 블랙(CB); 열분해 카본, 그래파이트; 알루미늄, 구리, 니켈, 스 테인리스강 등의 각종 도전성 금속 또는 합금; 산화주석, 산화인듐, 산화티탄, 산화주석―산화안티몬 고용체, 산화주석―산화인듐 고용체 등의 각종 도전성 금속 산화물; 절연 물질의 표면을 도전화 처리한 것; 등의 미분말(微粉末)을 들 수 있다.

표면층(13c)의 수지로서는, 예를 들어 고분자 재료인 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리불화 비닐리덴, 4불화 에틸렌 공중합체, 폴리에스테르, 폴리이미드, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 폴리비닐부티랄, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 멜라민 수지, 불소 고무, 에폭시 수지, 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스, 폴리염화비닐리덴, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 에틸렌 아세트산 비닐 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 고분자 재료는 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 된다.

구체예로서 본 실시예에서 표면층(13c)은 하기와 같이 형성된다.

수지로서는 폴리아미드 수지인 도레이(Toray)에서 제조한 아밀란 나일론 수지 CM8000(이하, "CM8000"이라 약칭함)을 사용하고, 도전제로서는 카본 블랙인 카봇 스페셜티 케미컬 잉크(Cabot Specialty Chemicals Ink)에서 제조한 MONARCH1000(이하, "M1000"이라 약칭함), 또는 데구사·헐스사(Degussa-Huls AG)에서 제조한 ColorBlack FW200(이하, "FW200"이라 약칭함), 또는 M1000과 FW200의 비율이 3:7의 비율이 되도록 혼합한 것을, 도전제가 수지 고형분(100)에 대하여 10wt% 이상 배합되도록 에탄올의 용매에 분산 용해하여 표면층용 코팅 용액을 제조한다.

상기 표면층용 코팅 용액을 탄성층(13b) 위에 침지법으로 도포하여 두께 약 5㎛의 표면층(13c)을 형성한다.

도 4는 본 실시예에서의 대전 장치의 대전 롤에서의 표면층의 CB 첨가량에 대한 대전 장치의 라이프(수명)와 리크성의 추이를 나타낸 도면이다. 또한, 본 실험 결과는, 도전제가 M1000, 수지가 CM8000인 경우이다.

라이프 그레이드(life grade)는, 라이프가 개선된 것인지 아닌지의 수준을 나타내는 수치이다. 라이프 그레이드의 구체적인 측정 방법을 이하에 기재한다.

저온 저습하에서, 감광체 드럼(12)에 대전 롤(13A)을 접촉시킨 상태에서 1mA의 직류 전류가 흐르도록 정전류 전원에 연결시키고, 주속도(周速度) 200mm/sec로 감광체 드럼(12)을 구동한다. 1,000,000 회전 상당 후의 대전 롤(13A)의 저항값을 측정하고, 저항값의 평균값 변화와 σ(저항 편차)로부터, 평균값의 변화량이 초기에 대하여 1 digit 이내 또는 σ가 0.2 digit 이내(변화량이 아닌 절댓값으로서)를 라이프 그레이드 3으로 하고 있다. 또한, 라이프 그레이드 4는 저항값이 1 digit 이상 1.5 digit 이하(1 digit는 포함되지 않음) 또는 σ가 0.2 digit 이상 0.4 digit 이하인 경우이고, 라이프 그레이드 5는 그 이상인 경우이다. 라이프 그레이드 2는 저항값 0.6 digit 이상 1 digit 이하, σ 0.1 digit 이상 0.2 digit 이하, 라이프 그레이드 1은 저항값 0.3 digit 이상 0.6 digit 이하, σ 0.1 digit 이하이다. 저항값과 σ가 서로 다른 라이프 그레이드에 분포하는 경우에는, 기본적으로 나쁜 쪽의 라이프 그레이드로 하고 있다.

리크 그레이드는, 리크성의 양부(良否)의 수준을 나타내는 수치이다. 리크 그레이드의 측정 방법을 이하에 나타낸다.

우선, 감광체 드럼(12)의 표면에, 기재에 도달할 때까지의 관통 구멍을 개방한다. 감광체 드럼(12)에 개방된 구멍의 크기는 0.1mm이다. 구멍을 개방한 감광체 드럼(12)에서 실제로 하프톤(halftone)과 백지를 인쇄하고, 인쇄 샘플 상의 구멍의 크기를 실측하여 그레이드를 결정한다. 이때, 대전 롤에 인가하는 전압은, 800V 내지 1200V에 달한다. 또한, 각 리크 그레이드의 지표는, 리크 그레이드 1은 작은 직경의 핀홀 형상의 화질 결함(0.1mm 정도), 리크 그레이드 2는 조금 확대하여 0.5mm까지, 리크 그레이드 3은 0.5mm 이상의 결함이고, 리크 그레이드 4는 리크가 감광체의 축방향으로 줄무늬 형상(streak-like)의 농도 불균일이 생긴 경우, 리크 그레이드 5는 더욱 강한 농도 불균일이 생긴 경우로 분류한다. 육안으로 검출을 가미하여 리크 그레이드가 3 이하이면, 내(耐)리크성이 확보된 것이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, CB량(CB 첨가량)이 5%인 경우에는, 라이프 그레이드가 5, 리크 그레이드가 2이다. CB량이 10%인 경우에는, 라이프 그레이드가 3, 리크 그레이드가 3이다. CB량이 30%인 경우에는, 라이프 그레이드가 3, 리크 그레이드가 3이다. CB량이 50%인 경우에는, 라이프 그레이드가 2, 리크 그레이드가 3이다. CB량이 70%인 경우에는, 라이프 그레이드가 2, 리크 그레이드가 4이다.

본 실험 결과에서, CB량이 증가하면 라이프 그레이드는 상승하는 한편, 리크 그레이드는 저하된다. 본 실험 결과로부터, 대전 롤(13A)의 표면층(13c)에는, 도전제인 M1000이 수지인 CM8000 고형분에 대하여 10wt% 내지 50wt% 배합되어 있는 것이 바람직하다. 그러나, 감광체 드럼(12) 측에 내리크 대책을 실시하는 것으로 리크 그레이드의 저하가 방지되어 CB량의 상한(上限)값은 상승한다.

또한, 도전제가 수지 고형분에 대하여 80wt% 이상 배합되는 경우에는, 표면층용 코팅 용액의 점도가 상승하기 때문에 표면층의 두께 불균일을 유발하고, 농도 불균일 등의 화질 결함이 발생하기도 한다.

또한, 도 4에 나타낸 실험 결과는, 도전제가 M1000, 수지가 CM8000일 경우이지만, 도전제가 FW200, 수지가 CM8000일 경우, 및 도전제가 M1000과 FW200의 비율이 3:7의 비율이 되도록 혼합한 것, 수지가 CM8000일 경우에서도 라이프 그레이드에 관해서는 동일한 결과이다.

[제 2 실시예]

다음으로, 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 대전 장치에서의 제 2 실시예에 대해서 설명한다.

본 실시예의 대전 장치(13)는, 제 1 실시예의 대전 장치(13)의 대전 롤(13A)에서의 표면층(13c)에 배합하는 도전제를 수소 지수(pH값)가 5 이하인 카본 블랙(CB)으로 한 것이다.

도 5는 본 실시예에서의 대전 장치의 대전 롤에서의 표면층에 첨가하는 CB의 pH값에 대한 대전 장치의 리크성을 나타낸 도면이다. 또한, 본 실험 결과는, 대전 롤(13A)의 표면층(13c)에는, CB가 수지 고형분에 대하여 10wt% 배합되어 있을 경우의 결과이다. 리크 그레이드는, 리크성의 양부의 수준을 나타내는 수치이다. 리크 그레이드가 3 이하이면, 내리크성이 확보된 것이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, CB의 pH값이 2.5인 경우에는, 리크 그레이드가 2이다. CB의 pH값이 4인 경우에는, 리크 그레이드가 2이다. CB의 pH값이 5인 경우 에는, 리크 그레이드가 3이다. CB의 pH값이 7.5인 경우에는, 리크 그레이드가 4이다.

본 실험 결과는, 대전 롤(13A)에서의 표면층(13c)에 첨가하는 CB의 pH값이 5 이하이면, 대전 롤(13A)에서의 표면층(13c)의 수지와의 저항 차를 작게 하는 것이 가능하여 이상 방전이 발생하기 어려워지는 것을 나타내고 있다. 따라서, 대전 롤(13A)에서의 표면층(13c)에 첨가하는 CB량에 대한 저항의 감도가 pH값 5 이하에서는 둔감해지고, 대전 롤(13A)에서의 표면층(13c)에 첨가하는 CB량을 많게 한 경우에도 변극점이 발생하기 어렵다.

또한, CB의 pH값의 측정은, DIN ISO 787/9에 의한다. 구체적으로 CB의 pH값의 측정은, CB의 수성 현탁액을 만들어 유리 전극에서 측정한다.

[제 3 실시예]

다음으로, 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 대전 장치에서의 제 3 실시예에 대해서 설명한다.

본 실시예의 대전 장치(13)는, 제 1 실시예의 대전 장치(13)의 대전 롤(13A)에서의 표면층(13c)에 배합하는 도전제의 평균 입자 직경이 5nm 내지 50nm 이다.

도 6은 본 실시예에서의 대전 장치의 대전 롤에서의 표면층에 첨가하는 도전제의 체적 평균 입자 직경에 대한 대전 장치의 필요 전압 그레이드를 나타낸 도면이다. 또한, 본 실험 결과는, 대전 롤(13A)의 표면층(13c)에 첨가하는 도전제가 카본 블랙(CB)인 경우의 결과이다. 필요 전압 그레이드는, 대전 롤(13A)에 인가하는 대전용 전압의 고저(高低)의 수준을 나타내는 수치이다.

이하, 필요 전압 그레이드에 대해서 설명한다. 첫째로, Vpp-Vh의 관계를 파악하기 위하여, 인가 전압(Vpp)을 변화시킨 경우의 감광체 전위를 평가한다. 대전 롤에 인가하는 전압을 증대시켰을 때에 발생하는 변곡점의 Vpp(th)보다도 큰 Vpp를 인가하여, 대전 불량에 의한 백점·흑점 등의 화질 결함이 소실하는 Vpp(op)를 추출한다. 이 2개의 Vpp(변곡점의 값과 화질 결함이 소실하는 값)의 비율을 마진(margin)으로 정의하고, 이 마진이 10% 이하: 필요 전압 그레이드 1, 15% 이하: 필요 전압 그레이드 2, 20% 이하: 필요 전압 그레이드 3, 25% 이하: 필요 전압 그레이드 4, 그 이상: 필요 전압 그레이드 5로 한다(10℃, 15% RH의 저온 저습 환경에서). 평가시의, 감광체의 주속도는 165mm/sec, 인가 전압의 주파수는 1306Hz, 감광체 막두께는 24㎛이다. 이 필요 전압 그레이드가 3 이하이면, 대전용 전압이 낮게 억제되어 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, CB의 평균 입자 직경이 2.5nm인 경우에는, 필요 전압 그레이드가 3.5이다. CB의 평균 입자 직경이 5nm인 경우에는, 필요 전압 그레이드가 2이다. CB의 평균 입자 직경이 16nm인 경우에는, 필요 전압 그레이드가 2이다. CB의 평균 입자 직경이 25nm인 경우에는, 필요 전압 그레이드가 2이다. CB의 평균 입자 직경이 31nm인 경우에는, 필요 전압 그레이드가 3이다. CB의 평균 입자 직경이 56nm인 경우에는, 필요 전압 그레이드가 3.5이다. CB의 평균 입자 직경이 95nm인 경우에는, 필요 전압 그레이드가 5이다.

본 실험 결과는, 평균 입자 직경이 5nm 내지 50nm의 범위에서 CB끼리의 거리가 근접하기 때문에 호핑(hopping) 도전이 안정적으로 일어나고, 낮은 대전용 전압 에서도 대전 장치의 대전 균일성이 확보될 수 있는 것을 나타내고 있다.

이하에, 본 실시예에서 사용하는 CB의 평균 입자 직경 측정의 구체예를 나타낸다.

충분히 세정 및 건조한 CB 입자 2mg 내지 20mg을, SEM 시료대에 부착한 카본 점착 테이프 위에 올리고, 백금 증착한 후, 주사형 전자 현미경(FE-SEM S-800; 히타치사(Hitachi,Ltd.)의 제품)을 이용하여, 5000배의 배율에서 사진을 촬영하고, 그 사진을 바탕으로, 0.005㎛ 이상의 입자에 대해서, 최장축의 길이(L1)와 그 축과 직각 방향의 축의 길이(L2)의 평균값을 그 입자의 입자 직경으로 하여, 누적 500개가 되도록 측정하고, 그 평균을 가지고 평균 입자 직경으로 한다.

[제 4 실시예]

다음으로, 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 대전 장치에서의 제 4 실시예에 대해서 설명한다.

본 실시예의 대전 장치(13)는, 제 1 실시예의 대전 장치(13)의 대전 롤(13A)에서의 표면층(13c)에 배합하는 도전제의 휘발분이 16.5wt% 이하인 것이다.

도 7은 본 실시예에서의 대전 장치의 대전 롤에서의 표면층에 첨가하는 도전제의 휘발분에 대한 표면층에서의 도전제의 분산성을 나타낸 도면이다. 또한, 본 실험 결과는, 대전 롤(13A)의 표면층(13c)에 첨가하는 도전제가 카본 블랙(CB)인 경우의 결과이다. 분산성의 그레이드는, 대전 롤(13A)의 표면층(13c)에서의 CB의 분산성의 양부의 수준을 나타내는 수치이다.

이하, 분산성 그레이드에 대해서 설명한다. 분산성 그레이드는, 실제로는 표층 도료(塗料)를 유리판 위에 도포하고, 현미경 관찰했을 때의 CB 이차 응집 덩어리의 분포 상태를 의미한다. 표층 도료를 유리판 위에 도포하고 현미경으로 들여다 보았을 때, 100㎛² 내에 존재하는 CB 이차 응집 덩어리의 평균 입자 직경이 표층 막두께와 동일한 정도 내지 80%이면 분산성 그레이드 5(예를 들어 표층 막두께가 4㎛의 경우에는 3.6㎛ 이상), 50 내지 80%는 분산성 그레이드 4, 30 내지 50%는 분산성 그레이드 3, 15 내지 30%는 분산성 그레이드 2, 15% 이하는 분산성 그레이드 1로 분류했다. 또한, 상기 평균 입자 직경은, 현미경법의 투영면적원 상당 직경(입자의 투영면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경이며, Heywood 직경이라고도 호칭함)에 의거한다. 이 분산성의 그레이드가 3 이하이면, 분산성이 개선된 것이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, CB의 휘발분이 0.7wt%인 경우에는, 분산성의 그레이드가 1이다. CB의 휘발분이 4wt%인 경우에는, 분산성의 그레이드가 1이다. CB의 휘발분이 9.5wt%인 경우에는, 분산성의 그레이드가 1이다. CB의 휘발분이 15wt%인 경우에는, 분산성의 그레이드가 2이다. CB의 휘발분이 16.5wt%인 경우에는, 분산성의 그레이드가 3이다. CB의 휘발분이 20wt%인 경우에는, 분산성의 그레이드가 4이다.

본 실험 결과는, CB의 휘발분이 낮을수록 수지와의 상용성이 높아지는 것을 나타내고 있다.

또한, CB의 휘발분의 측정은, DIN 53552에 의한다. 또한, CB의 휘발분의 측 정에서는, CB를 950℃에서 7분간 가열하여 측정한다.

[제 5 실시예]

다음으로, 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 대전 장치에서의 제 5 실시예에 대해서 설명한다.

본 실시예의 대전 장치(13)는, 제 1 실시예의 대전 장치(13)의 대전 롤(13A)에서의 표면층(13c)에 배합하는 도전제의 흡유량이 140㎖/100g 이하인 것이다.

도 8은 본 실시예에서의 대전 장치의 대전 롤에서의 표면층에 첨가하는 도전제의 흡유량에 대한 대전 장치의 리크성을 나타낸 도면이다. 또한, 본 실험 결과는, 대전 롤(13A)의 표면층(13c)에 첨가하는 도전제가 카본 블랙(CB)인 경우의 결과이다. 리크성의 그레이드는, 리크성의 양부의 수준을 나타내는 수치이다. 리크성의 그레이드가 3 이하이면, 내리크성이 확보된 것이다.

도 8에 나타낸 바와 같이, CB의 흡유량이 105㎖/100g인 경우에는, 리크성의 그레이드가 1.5이다. CB의 흡유량이 118㎖/100g인 경우에는, 리크성의 그레이드가 2이다. CB의 흡유량이 130㎖/100g인 경우에는, 리크성의 그레이드가 2.5이다. CB의 흡유량이 141㎖/100g인 경우에는, 리크성의 그레이드가 3이다. CB의 흡유량이 150㎖/100g인 경우에는, 리크성의 그레이드가 5이다.

본 실험 결과는, 도전제로서 흡유량이 140㎖/100g 이하인 CB를 채용함으로써, CB의 스트럭처(structure) 구조의 발달이 일어나기 어려워지기 때문에, 표면층(13c)에 CB가 다량으로 분산되도록 하여도 도전로가 형성되기 어려워 내리크성이 향상되는 것을 나타내고 있다.

또한, CB의 흡유량의 측정은, DIN ISO 787/5에 의한다. 구체적으로 CB의 흡유량의 측정은, CB와 아마인유(linseed oil)를 혼합하고, 그 페이스트에 유동성이 나타나기 시작했을 때의 CB에 대한 아마인유의 비율을 측정한다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 대전 장치(13)를 사용함으로써, 저온 저습으로부터 고온 고습에 걸친 모든 환경에서 사용 인가 전압을 저감하는 것이 가능해지기 때문에, 방전 생성물의 발생량을 최소로 억제할 수 있다.

이하에 본 실시예에서의 구성과 효과에 대해서 열거한다.

본 실시예에서는 CB의 배합량이 많기 때문에, 표면의 거칠기가 일반적인 배합량에 비해 거칠어진다. 도전제가 수지 고형분 100에 대하여 10wt% 미만의 배합량에서는 표면 거칠기(Rz)가 1 내지 2㎛에 대하여, 2 내지 4㎛ 정도, 클 경우에는 7㎛ 정도가 될 경우가 있다. 표면 거칠기(Rz)가 1 내지 2㎛ 정도의 거칠기인 경우, 접촉하는 클리닝 롤(13B)과의 조합에 의해, 토너에 포함되는 외첨제의 필르밍(filming)(층 형상의 고착)을 발생시키고, 화질 결함으로서 인쇄되어 버리지만, Rz를 2㎛ 이상으로 하면 클리닝 롤(13B)과의 조합에서도, 필르밍이 발생하지 않는다(요철(凹凸)이 생기기 때문에, 외첨제가 선 형상으로 연결되기 어려워진다).

또한, 본 실시예에서는 가교 구조를 갖는 페놀 수지를 감광체 드럼(12)의 보호층(12d)으로서 사용하는 형태를 들 수 있다. 이러한 감광체 드럼(12)은 보호층으로서의 기능을 갖고, 감광체 드럼(12)의 수명 연장에 기여하는 반면, 대전 롤(13A)의 방전에 의한 감광체 드럼(12)으로의 방전 어택(스퍼터링)이나, 방전 생성물의 감광체 드럼(12)으로의 부착을 발생시키기 쉽다. 이들은 대전 롤(13A)에 인가하는 전압의 Vpp가 높을수록 악화되기 때문에, 본 실시예와 같이, 필요 전압 그레이드가 3 이하이고, 대전용 전압을 낮게 설정함으로써, 가교 구조를 갖는 페놀 수지의 특성을 보상하는 것이 가능해진다.

도 1은 제 1 실시예에서의 대전 장치가 적용되는 화상 형성 장치의 일례를 나타내는 개략도.

도 2는 제 1 실시예에서의 대전 장치가 적용되는 화상 형성 장치의 감광체 드럼의 일례를 나타내는 모식 단면도.

도 3은 제 1 실시예에서의 대전 장치를 나타내는 개략도.

도 4는 제 1 실시예에서의 대전 장치의 대전 롤에서의 표면층의 CB 첨가량에 대한 대전 장치의 라이프(수명)와 리크성의 추이를 나타내는 도면.

도 5는 제 2 실시예에서의 대전 장치의 대전 롤에서의 표면층에 첨가하는 CB의 pH값에 대한 대전 장치의 리크성을 나타내는 도면.

도 6은 제 3 실시예에서의 대전 장치의 대전 롤에서의 표면층에 첨가하는 도전제의 평균 입자 직경에 대한 대전 장치의 필요 전압 그레이드를 나타내는 도면.

도 7은 제 4 실시예에서의 대전 장치의 대전 롤에서의 표면층에 첨가하는 도전제의 휘발분에 대한 표면층에서의 도전제의 분산성을 나타내는 도면.

도 8은 제 5 실시예에서의 대전 장치의 대전 롤에서의 표면층에 첨가하는 대전제의 흡유량에 대한 도전 장치의 리크성을 나타내는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 화상 형성 장치

11 : 프로세스 카트리지(화상 형성 유닛)

12 : 감광체 드럼(상유지체(피대전체))

12B : 감광층 12d : 보호층

13 : 대전 장치 13A : 대전 롤(대전 부재)

13B : 클리닝 롤(클리닝 부재) 13c : 표면층

Claims (10)

1. 피대전체에 접촉하고, 소정의 전압이 인가되어 상기 피대전체를 대전시키는 대전 부재를 갖고, 상기 대전 부재의 표면층에는, 도전제가 수지 고형분에 대하여 10wt% 이상 배합되는 것을 특징으로 하는 대전 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도전제가 수지 고형분에 대하여 10wt% 이상 50wt% 이하 배합되는 것을 특징으로 하는 대전 장치.
3. 피대전체에 접촉하고, 소정의 전압이 인가되어 상기 피대전체를 대전시키는 대전 부재를 갖고, 상기 대전 부재의 표면층에는, 도전제가 수지 고형분에 대하여 10wt% 이상 배합되며, 상기 도전제는, 수소 지수가 5 이하인 카본 블랙인 것을 특징으로 하는 대전 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 도전제는 평균 입자 직경이 5㎚ 내지 50㎚인 것을 특징으로 하는 대전 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 도전제는, 휘발분이 16.5wt% 이하인 것을 특징으로 하는 대전 장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 도전제는, 흡유량이 140㎖/100g 이하인 것을 특징으로 하는 대전 장치.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 표면층에 접촉하여, 그 표면을 클리닝하는 클리닝 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 대전 장치.
8. 상기 피대전체가 화상을 유지하는 상유지체인, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 대전 장치를 구비하는 화상 형성 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 상유지체의 감광층은, 가교(架橋) 구조를 갖는 페놀 수지로 이루어지는 보호층을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
10. 상기 피대전체인 상유지체와, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 대전 장치를 구비하는 화상 형성 유닛.

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