KR100319722B1 - 혼합세라믹층을가진전하전송로울러 - Google Patents

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Abstract

제로그라피(xerographic)복사기(20)에서 사용하기 위한 전하도우너 롤러(10)는 원통형롤러코어(14), 및 인가된 전압차이에 반응하여 세라믹층의 RC회로 시정수를 조절하도록 선택된 소정비율로 절연 세라믹물질 및 반도체 세라믹물질의 혼합물을 플라즈마 분무함으로써 형성된 세라믹층(16)을 포함한다. 세라믹층(16)은 카나우바(Carnauba)왁스 감은 고체의 저점성 봉합자(17)로 봉합되어 세라믹층(16)을 수분 침투로부터 보호한다.

Description

혼합 세라믹층을 가진 전하전송 로울러
전자사진 복사기에서, 전하가 포토리셉터 드럼(PRD: photoreceptor drum)에 인가된다. 복사될 이미지가 강한 광원으로 스캐닝된 다음, 포토리셉터 드럼으로 반사된다. 그 광이, 반사된 이미지가 없는 PRD상으로 전하를 소산(消散)시킨다. PRD상에 전하의 패턴 형태로 있는 반사된 이미지가 토너(toner)의 입자를 끌어당긴다. 토너는 전형적으로는 열가소성 결합제를 가진 카본블랙 안료이다. 토너의 입자가 기재(基材)(종이)로 전달되고, 열과 압력을 이용하여 그 기재에 결합되어, 완성된 복사물을 형성하게 된다. 다른 시스템에서는, 전하가 먼저 기재로 전송되어, 토너가 PRD가 아니라 기재로 끌어당겨진다.
복사 시스템의 기술에 따라, 전하와 토너 모두가 상이한 수단에 의해 적당한 위치로 전송될 수 있다. 전하는 코로나 방전 와이어 또는 전하전송 로울러에 의해 PRD에 인가될 수 있다.
전하가 로울러로 인가되는 경우에는, 로울러 표면의 대전(帶電), 방전 및 용량(커패시턴스) 특성이 시스템 동작에 중요한 인자가 된다. 전하전송 로울러의 표면이 적절한 전압으로 대전되고, 전하가 PRD로 전송된다. 다음에, 전하전송 로울러의 표면이 다음 싸이클을 위해 재(再)대전된다. 재대전에 앞서, 그 로울러가 균일한 표면 및 다음 대전 싸이클을 위한 출발점을 생성하도록 방전될 수도 있다.
전하전송 로울러는 전형적으로 반도체 물질의 층으로 피복되어 있다. 피복층 물질로서는, 고무, 카본블랙 또는 다른 저(低)저항 첨가제를 함유하는 열가소성 또는 열경화성 화합물, 및 적당한 전기적 성질을 제공하는 특수한 실러(sealer)를 갖는 양극산화된 알루미늄을 들 수 있다.
전하전송 로울러의 표면층은 체적저항 특성과 용량 특성 모두를 갖는다. 전하전송 로울러의 표면을 대전 및 방전시키기 위해, 표면층은 직렬로 연결된 RC 직렬회로, 저항기 및 커패시터로서 기능한다. 따라서, 그 표면층은 저항과 용량의 곱(R*C)의 함수인 시정수(時定數)를 갖는다. 로울러의 표면층의 경우, 이것은 단위 면적당 초(예를 들어, 평방 mm당 마이크로초 또는 평방 인치당 초)로 표현될 수 있다.
시정수는, 표면층이 인가전압에 관계없이(저항 또는 용량이 전압 의존적이 아닌 한) 대전 및 방전될 수 있는 비율을 결정한다. 직력 RC 회로는 알려진 시간의 지수함수에 따라 대전 및 방전한다. 시간 t = RC일 때, 전하는 그의 최종값의 l/e 내로 증가한다. 여기서, e의 값은 2.718이다. RC 회로의 커패시터를 인가전압의 63.2%까지 충전하는데 1 시정수가 소요되고, 약 95%까지는 3 시정수가 소요된다. 표면층의 시정수는, 전하전송 로울러가 시스템내에서 효과적으로 기능할 수 있는 최대 비율(분당 복사량)을 결정한다.
표면층의 시정수 외에, 표면층은, 그 층을 통한 전하전송 로울러의 코어(접지되거나 또는 고정 바이어스 전압으로 유지된)에의 아킹(arcing) 없이 인가전압에 저항하도록 충분한 유전강도를 가져야 한다.
토너가 전하전송 로울러에 공급되거나 접촉하게 되는 경우에는, 닥터 블레이드(doctor blade)(또는 다른 세정기구)가 배치될 수 있다. 그러한 닥터 블레이드는 전하전송 로울러 표면의 마찰 및 마모를 야기하여 그 표면의 성질을 변화시킨다. 그래서, 매우 높은 내마모성의 전하전송 로울러 표면 피복층은 전하전송 로울러의 수명을 연장시키는데 매우 유익하다.
전하전송 로울러는 균일한 표면 전하를 전송해야 하기 때문에, 직경 및 로울러 표면의 테이퍼에 대한 엄밀한 치수공차 뿐만 아니라, 균일한 표면 거칠음이 요구될 수 있다.
로울러 표면층에 사용되는 일반 물질들중 하나는 특수하게 시일(seal)된 양극산화 알루미늄이다. 이 물질은 다음과 같은 단점을 갖는다.
1) 고품질의 전기적 등급(electrical grade)의 양극산화 표면층의 두께가 마무리가공 작업에 앞서 50∼75 미크론으로 제한되어, 그의 유전강도를 제한한다.
2) 양극산화층은 매우 다공성이고, 물질내의 핀홀(pinhole)에 기인한 유전파괴를 받는다. 비록 그 층이 주로 산화알루미늄일지라도, 다공성이 피복층의 압축 강도 및 내마모성을 제한한다.
3) 고품질의 양극산화 표면층이 형성되기 위해서는, 고품질의 알루미늄 합금이 전하전송 로울러의 코어에 사용되어야 한다. 또한, 코어는 균일한 치수 및 전기적 성질의 층을 형성하기 위해 양극산화 처리를 하기 전에 엄밀한 치수공차로 마무리가공되어야 한다(대개 다이아몬드 공구에 의해). 그렇다 하더라도, 양극산화 피복층의 두께 및 특성이 양극산화조(槽) 및 시스템의 불균일성에 기인하여 변할 수 있다.
4) 층의 시정수가 플러스 또는 마이너스 1자리수(1/10 내지 10X) 만큼 변할수 있다.
또한, 고무 및 열경화성 표면층은 다음과 같은 단점을 갖는다.
1) 첨가제의 사용을 통한 전기적 성질의 조절이 매우 어렵다. 층의 전기저항성은 100의 인수만큼 쉽게 변할 수 있다. 단일 로울러 내에서의 큰 변동도 있을 수 있다.
2) 내마모성이 양극산화 알루미늄에 비해 낮다(특히 고무의 경우).
3) 유기 폴리머는 열, 화학약품 및 산소에의 노출에 기인하여 노화된다. 이것은 시간경과에 따른 그의 물리적 및 전기적 성질을 변화 및 열화(劣化)시킨다.
4) 전기적 첨가제가 자체적으로 증발하거나 침출하거나 유출하거나 변화(카본블랙의 파손과 같은)할 수 있다.
5) 금속 코어에 물질을 도포하는 공정(몰딩, 압출 등)이 그의 성능에 영향을 주는 피복충의 다공성 및 불균일성을 유발할 수 있다.
로색커의 미국특허 제3,778,690호는, 낮은 용량의 전하전송 로울러가 금속 코어 위에 배치된 유전체 고무슬리브를 가지고 있어 충전영역에서의 전압 및 전류의 급속한 변화를 허용하는 정전기 복사기를 개시하고 있다.
그랜조우의 미국특허 제3,521,126호는, 금속 산화물의 입자가 절연 세라믹 물질에 분산되어 세라믹층을 반도체로 되게 하는 서밋(cermet)물질의 층을 갖는 전하전송 로울러를 개시하고 있다. 그러나, 그러한 입자는 불균일하고 비(非)조절적인 방법으로 분산될 수 있다.
발명의 개시
본 발명은, 우수하고 조절가능한 전기적 성질을 갖는 플라즈마 분무 세라믹층을 갖는 전하전송 로울러에 관한 것이다.
표면층은, 하나는 전기절연체이고 다른 하나는 반도체인 적어도 2개의 재료의 혼합물이다.
특정의 실시형태에서, 전하전송 로울러는 원통형 로울러 코어와, 그 원통형 로울러 코어에 접합된 세라믹층을 포함한다. 그 세라믹층은 절연 세라믹물질과 반도체물질의 혼합물로 형성되며, 그 혼합비율은 인가전압차에 대한 세라믹층의 전기적 반응에 관련한 RC 회로 시정수를 조절하도록 선택된다.
많은 실시형태들에서는, 세라믹층에 침투하여 수분오염물로부터 세라믹층을 보호하는 시일(seal) 피복층도 포함한다. 그 시일 피복층 역시, 인가전압차에 대한 시일된 세라믹층의 전기적 반응에 관련한 최종 RC 회로 시정수를 조절하도록 선택된다. 시일 피복층은 전형적으로는 100% 고체 유기물질이다.
절연 세라믹물질 및 반도체 세라믹물질은, 목표로 하는 RC 회로 시정수를 생성하도록 선택된 비율로 혼합된다. 특정의 절연물질은 플라즈마 분무 또는 열(熱)분무에 의해 제공되는 알루미나 또는 지르코니아일 수 있고, 특정의 반도체 세라믹물질은 플라즈마 분무 또는 열 분무에 의해 제공되는 이산화티탄 또는 산화크롬일수 있다.
본 발명의 더욱 상세한 실시형태에서, 세라믹층은 제1 비율로 알루미나와 티타니아를 혼합한 제1 세라믹물질과, 제2 비율로 알루미나와 티타니아를 혼합한 제2 세라믹물질의 혼합물을 플라즈마 분무함으로써 형성된다.
본 발명은 또한, 선택된 RC 회로 시정수를 갖는 세라믹층을 형성하도록 절연세라믹물질과 반도체 세라믹물질의 혼합물을 플라즈마 분무하는 단계와, 시일(seal)된 세라믹층의 최종 RC 회로 시정수를 조절하도록 선택된 시일 피복층으로 상기 세라믹층을 시일하는 단계를 포함하는 전하전송 로울러의 제조방법에 관한 것이다.
상기한 것 이외의 다른 목적 및 특징들은 다음의 바람직한 실시형태의 설명으로부터 당업자에게 명백하게 될 것이다. 하기 설명에서는, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부도면이 참조되었다. 그러나, 그러한 실시예가 본 발명의 각종 실시형태를 총망라하는 것은 아니다.
본 발명은 전자사진 복사기에 사용하기 위한 전하전송 로울러에 관한 것이다.
제 1 도는 본 발명의 로울러의 부분절제 사시도.
제 2 도는 제 1 도의 로울러의 일부분의 종단면도.
제 3 도는 제 2 도의 로울러의 일부분의 상세도.
제 4 도는 시일 피복층이 제공된 후의 제 3 도의 부분의 상세도.
제 5 도는 전자사진 복사기에 있어서의 본 발명의 로울러의 개략도.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
제 1 도 내지 제 4 도에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 전하전송 로울러(10)와 그의 제조방법에 관한 것이다. 제 5 도는 전하가 포토리셉터 드럼(PRD)(11)에 인가되는 전자사진 복사기(20)의 전하전송 로울러(10)를 보여준다. 토너(toner)는 토너 픽업 로울러(12)에 의해 제공된다. DC 바이어스 전압(+VDC)이 전하전송 로울러(10)의 코어에 인가되고, 교류전압(±ACV)이 전하전송 로울러(10)와 PRD(11) 사이의 간격(13)에 인가된다. 이 간격(13)에서, 토너가 대전(帶電)된 다음, 복사될 이미지의 패턴에 따라 PRD(11)의 부분으로 끌어당겨진다. 교류전압은 60 Hz보다 비교적 높은 주파수로 되어 있고, 교류전압(±ACV)은 제 2 도에 나타낸 바와 같이 접합층(15) 및 세라믹층(16)을 가로질러 전압차(V)가 제공되도록 정해진다.
제 1 도 내지 제 4 도에 나타낸 바와 같이, 바람직한 실시형태의 전하전송 로울러(10)는 코어(14)와, 그 코어(14)의 전체 외측 표면에 1∼3 mil의 두께(1 mil= 0.001 인치(0.0254 mm))의 접합층(15)을 갖는다. 바람직한 실시형태에서의 코어 재료는 알루미늄이지만, 스테인리스 강, 황동, 몇몇 강철류, 유리, 또는 FRP 복합형 물질도 사용될 수 있다.
6∼10 mil(0.006∼0.01 인치) 두께의 세라믹층(16)이 접합층(15)의 전체 외측 표면에 도포되어 있다. 또한, 제 4 도에 나타낸 바와 같이, 세라믹층의 표면에 침투하도록 시일(seal) 피복층(17)이 제공되어 있다.
전하전송 로울러(10)는 다음과 같이 제조된다.
단계 1: 코어(14)의 표면(18)을 세정하고 약 200∼300 마이크로인치 Ra 표면으로 거칠게 하기 위해 그 표면을 그리트 블래스팅(grit blasting)하는 단계.
단계 2: 메트코(Metco) 450 또는 480과 같은 300∼400 마이크로인치 Ra 표면 마무리제를 플라즈마 분무 또는 열 분무하여 니켈-알루미나이드 물질로 된 1∼5 mil 두께의 접합층(15)을 제공하는 단계.
이 단계는 선택적이지만, 코어(14)에의 세라믹층(16)의 접합강도를 향상시킨다.
단계 3: 알루미나와 티타니아의 혼합물과 플라즈마 분무기술 및 장비를 이용하여 10∼15 mil 두께의 세라믹층(16)을 제공하는 단계.
이 단계는 또한, 소망의 두께의 세라믹층(16)에 도달하도록 얇고 균일한 부층(副層)(sublayer)을 분무함으로써 수행된다. 일관성과 균일성이 높은 전기 등급(electrical grade)의 피복층을 위한 플라즈마 분무 세라믹의 가장 얇은 실용적인층의 두께는 대략 5 mil이다. 보다 얇은 층에서는, 접합층(15)의 피크가 세라믹층(16)을 통해 돌출할 수 있다. 플라즈마 분무 세라믹은 또한, 100 mil 만큼 매우 두꺼운 층으로 제공될 수도 있다.
세라믹층(16)은 실질적으로 균일하고 예측가능한 유전강도를 갖는다. 예를 들어, 상기한 방법으로 형성된 10 mil 두께의 혼합된 세라믹 피복층은 전하전송 로울러로서 사용하는데 요구되는 것을 훨씬 초과하여 적어도 3000 볼트(mil당 적어도 300 볼트)의 유전강도를 가진다. 세라믹층(16)은, 요구되는 유전강도 또는 다른 물리적 또는 기계적 요건을 제공하는데 필요한 만큼 두껍게 만들어질 수도 있다.
저항은 세라믹층(16)의 두께에 정비례하여 증가하지만, 세라믹층(16)의용량(커패시턴스)은 정비례하여 감소한다.
그래서, 시정수, 즉, 저항(R)과 용량(C)의 곱은 균일한 물질을 위한 세라믹층 두께에 따라 전혀 또는 거의 변화하지 않는다.
혼합된 세라믹층(16)에 있어서의 절연 세라믹 대 반도체 세라믹의 비율을 변화시킴으로써, 세라믹층(16)의 시정수는, 저전압에서의 3자리수와 고전압(1000 V 이상)에서의 적어도 1자리수를 망라하는 범위에서 조정될 수 있다. 그 비율은 시정수를 위한 선택값과 관련하여 미세하게 조절될 수도 있다.
세라믹의 저항이 인가전압의 증가에 따라 다소 감소하기 때문에, 인가되는 전압 및 전류 파라미터는 목표로 하는 시정수를 달성하도록 세라믹의 혼합 전에 규정되어야 한다.
세라믹 혼합물은 적어도 하나의 절연 세라믹과 하나의 반도체 세라믹으로 구성된다. 2가지 이상의 재료의 혼합물도 가능하다.
알루미나와 지르코니아는 절연물질인 산화물 세라믹의 예이다. 이들은 전형적으로 1011음-센티미터(ohm-cm) 이상의 체적저항률을 갖는다. 여기서 사용되는 용어 "절연" 물질은 1010옴-센티미터 이상의 체적저항률을 갖는 물질을 의미하고, "반도체" 물질은 103옴-센티미터와 1010옴-센티미터 사이의 체적저항률을 갖는 물질을 의미한다. 이산화티탄(TiO2) 및 산화크롬이 반도체 또는 저저항 세라믹의 예이다. 이들 세라믹은 전형적으로 108옴-센티미터 이하의 체적저항률을 갖는다. 양 범주에 속하는 많은 다른 예의 물질이 시판되고 있다. 전하전송 로울러에의 적용을 위한 전기적 성질의 적당한 균형을 달성하기 위해, 이들 비교적 높고 낮은 저항의 물질이 혼합될 수 있다.
플라즈마 분무 세라믹 분말은 순수한 물질이 아님을 주목해야 한다. 시판되는 가장 순수한 알루미나 조차 오직 99.0% 내지 99.5% 순도를 갖는다. 많은 등급의 알루미나는 수 중량%의 다른 금속 산화물을 함유한다. 예를 들어, 백색 또는 회색 알루미나는 5% 이하로부터 적어도 40%까지의 양으로 티타니아(이산화티탄)(TiO2)를 함유할 수 있다. 혼합물중의 티타니아의 백분율의 증가는 물질의 저항을 낮추고, 그의 용량을 증가시켜(그러나 적은 정도로), 물질의 시정수를 감소시킨다. 이들 물질이 단일 분말로서 시판되고 있을지라도, 여전히 각종 세라믹의 혼합물이다. 최종 세라믹층의 전기적 성질은 저항, 용량, 유전강도 등에 대한 개별적인 기여의 총합이다. 전하전송 로울러에의 적응을 위한 전기적 요건을 정확히 충족시키는 단일 분말이 입수가능할 수 있다. 그것은 확실히 순수 물질이 아니다.
바람직한 세라믹층은 40/60 내지 80/20의 혼합비로 혼합된 메트코(Metco) 130(87/13의 알루미나/티타니아)와 메트코 131(60/40의 알루미나/티타니아)의 혼합물이다. 메트코 제품은 미국 뉴욕주 웨스트버리 소재의 메트코 코포레이션에서 시판되고 있다. 피복층의 전기적 성질의 대부분이 완성된 피복층에서의 알루미나 대 티타니아의 비율에 의해 결정된다. 이들 두 물질은 혼합하기 쉬운데, 그 이유는 동일한 입자크기의 범위로 구매될 수 있고, 거의 동일한 밀도를 갖기 때문이다.
미국 메사츄세츠주 워체스터 소재의 노톤 컴파니에서 시판되고 있는 균등한 분말은 노톤(Norton) 106 및 108이다. 이들은 메트코 130 및 131과 화학적으로 동일하지만, 동일한 전기적 성질을 갖지는 않는다. 동일 혼합비의 노톤 분말은 낮은 저항, 높은 용량의 피복층 및 낮은 시정수를 제공한다.
그 이유는 노톤 분말에서 예비용융되는 알루미나 및 티타니아가 메트코 분말에서는 예비용융되지 않기 때문인 것으로 보여진다. 메트코 분말은 플라즈마 화염(flame)에서 녹아, 다소 상이한 피복층 성분과 상이한 레벨의 균질성을 제공한다.
티타니아(이산화티탄)를 함유하는 세라믹층의 경우, 그 층의 저항은 분무조건에 의해서도 영향을 받는다, 티타니아는 플라즈마 화염 내의 수소 또는 다른 환원제의 존재에 의해 아(亞)산화물로 부분적으로 환원될 수 있다. 아산화물(아마 TiO2보다는 오히려 TiO이다)은 세라믹층(16)에서 반도체이다. 이산화티탄은 통상 유전물질이다. 이산화티탄의 전형적인 평균 화학조성은 플라즈마 분부 피복층에서 분자당 2.0 산소보다는 오히려 분자당 1.8 산소이다. 이러한 레벨(그에 따른 피복층 성질)은 플라즈마 화염 내의 수소의 백분율을 증가 또는 감소시킴으로써 어느 정도 조정될 수 있다. 통상의 1차 가스는 질소 또는 아르곤인 반면에, 2차 가스는 수소 또는 헬륨이다. 2차 가스는 혼합물의 이온화 전위를 증가시켜, 소정의 전극 전류에서의 전력 레벨을 증가시킨다. 전형적인 메트코 플라즈마 건(gun)의 경우, 수소 레벨을 조정하여, 그 건에서의 전극 전압을 74∼80 볼트로 유지시킨다.
세라믹의 또다른 성공적인 혼합물은 메트코 101 또는 노톤 110과 같은 95% 순수 알루미나와, 메트코 106 또는 136과 같은 산화크롬(Cr2O3)의 혼합물로부터 만들어질 수 있다. 두 분말의 비율은 통상 50/50 ∼ 80/20의 혼합비 범위이다. 산화크롬은 높은 밀도를 가지고 있고 분말 공급기에서 분리되는 경향이 있기 때문에, 이들 분말에 대해서는 많은 주의를 해야 한다.
사용된 분말들의 혼합물에 관계없이, 플라즈마 분무 파라미터는 완성된 세라믹층(16)에서의 물질들의 혼합이 의도한 것과 동일하게 되도록 적당히 조정되어야 한다. 상기한 모든 분말은 동일한 전력 레벨, 분무 거리 및 다른 파라미터를 요하지 않는다. 그래서, 예를 들어, 분무 거리의 조정은 한 분말 위의 다른 분말의 퇴적효율을 증가시키고, 완성된 피복층에서의 물질 혼합을 변화시킬 수 있다.
세라믹층(16)의 저항 및 시정수의 값은 세라믹의 혼합비율과 관련하여 선형적인 관계에 있지 않다. 메트코 130 및 131 분말의 경우, 저항은 대략 50/50의 혼합비까지는 하나의 기울기를 따라 선형적으로 증가한 다음, 다른 기울기를 따라 급격하게 증가한다.
플라즈마 분무 세라믹 피복층은 플라즈마 건의 1회 통과(pass)(1층) 또는 다중 통과(다층)로 제공될 수 있다. 대부분의 형태의 피복층 도포를 위한 통상의 방법은 세라믹의 얇은 피복층을 다중으로 제공하고, 요구되는 두께까지 다중 피복층을 형성하는 것이다. 상기한 세라믹층이 균일한 세라믹 조성을 가질지라도, 얻어진 세라믹층(16)에서의 세라믹의 부층(副層)은 동일한 조성을 가지지 않아도 된다. 피복층은 물질의 평균 용적보다 표면에서의 상이한 저항을 갖도록 설계될 수 있다. 이것은, 1) 전하가 그의 벌크(bulk) 성질을 변화시킴 없이 로울러의 표면에 유지되는 방법을 바꾸기 위해, 또는 2) 국부적 피복층의 증가된 저항을 보상하기 위해 행해질 수 있다.
단계 4: 로울러가 세라믹층(16)의 플라즈마 분무 또는 열 분무에 의해 여전히 뜨거운 상태에 있는 동안, 카르나우바(Camauba) 왁스 또는 록타이트(Loctite) 290 용접 시일재(材)와 같은 유전 유기물질을 사용하여 세라믹층(16)에 시일 피복층(17)이 제공된다. 필요하다면, 그 시일재(록타이트 290)가 열, 자외광 또는 분무 촉진제로 경화될 수 있다. 세라믹 기공률 수준은 대개 5 중량% 이하(보통은 2 중량% 정도)이다. 일단 시일되면, 기공률 수준이 본 발명의 로울러에의 적용을 위한 피복층 성질에 최소한의 영향을 끼친다.
바람직한 형태의 물질은 100% 고체 및 낮은 점도의 것이다. 이들의 예로서는, 각종 왁스, 저점성의 응축경화 실리콘 탄성중합체, 저점성 에폭시, 메타크릴레이트 및 다른 열경화성 수지를 들 수 있다.
실리콘 오일과 같은 액체 실러(sealer)가 단독으로 사용되거나 또는 실리콘 탄성중합체내 실리콘 오일과 같은 고체내 액체의 형태로 사용될 수 있다. 이들은 전하전송 로울러에 추가 이점을 제공하여, 예를 들어, 토너에 대한 약간의 박리성(비점착성)을 제공한다.
실러(scalcr)의 전기적 성질이 시일된 세라믹층(16, 17)의 전체 성질에 영향을 주더라도, 실러는 대개 고저항 물질이다. 예를 들어, 카르나우바 왁스로 시일하면, 록타이트 290 용접 시일재보다 높은 저항의 시일된 세라믹층(16, 17)이 얻어지는데, 그 이유는 그것이 더 좋은 유전물질이기 때문이다. 또한, 소망의 전기적 성질을 달성하기 위해, 유전 세라믹(반도체 세라믹 없이)을 가진 반도체 시일재를 사용하는 것도 가능하다.
세라믹과 실러의 결합이 완성된 세라믹층(16)에서의 적절한 전기적 성질을 제공하는 한, 액체 또는 납상(蠟狀) 고체 형태의 대전(帶電)방지제와 같은 저저항 실러가 사용될 수 있다.
설계된 전기적 성질이 유지될 수 있는 한, 추가의 성질 및 기능을 제공하기 위해 국부적 피복층이 로울러(10)에 제공될 수도 있다. 로울러(10)의 표면에 박리성을 제공하거나 마찰계수를 변화시키기 위해, 예를 들어, 테플론(Teflon) 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE) 물질의 얇은 층(아마 1 mil 이하의 두께)이 마무리가공된 로울러에 제공될 수 있다. 만일 PTFE가 매우 얇거나 또는 세라믹의 피크가 PTFE를 통해 돌출된다면, 로울러에 대한 영향은 최소화된다.
단계 5: 최종 단계는, 시일된 세라믹층을 적절한 치수 및 표면 마무리로 연마 및 연삭하는 것이다(다이아몬드, 실리콘 카비이드 연마제 등으로). 마무리가공 후에, 그 세라믹층은 전형적으로 20∼70 마이크로인치 Ra의 표면 마무리와 함께 6∼10 mil의 두께를 가진다. 다른 실시형태에서는, 그 세라믹층이 10 mil 이상으로 두꺼울 수 있고, 표면 거칠음이 10∼250 마이크로인치 Ra로 변할 수 있다.
세라믹의 물리적 및 전기적 성질은 시간경과에 따른 또는 산소, 수분 또는 화학제에의 노출에 기인한 열화(劣化)를 받지 않아, 제품의 수명을 연장시킨다. 양극산화 표면에서 향상된 내열성도 기대된다. 세라믹 표면은 전기적 성질에 거의 영향을 주지 알고 600℉(약 315.5℃)로 일관되게 작용할 수 있다.
상기 설명은 본 발명을 실시할 수 있는 방법의 예들을 설명한 것이다. 당업자는 본 발명의 범위내에서 이들 실시형태의 각종 세부에 대한 변경이 행해질 수 있음을 인식할 수 있을 것이다.

Claims (46)

  1. 복사기에서 토너를 부여하는 것을 돕는 전하전송 로울러로서,
    원통형 로울러 코어와, 그 원통형 로울러 코어 둘레에 배치된 세라믹층을 포함하고;
    상기 세라믹층이 절연 세라믹물질과 반도체 세라믹물질의 플라즈마 분무된 혼합물이고,
    상기 절연 세라믹물질과 상기 반도체 세라믹물질이 상기 세리믹층에 관련한 RC 회로 시정수를 조절하는 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹층이 다수의 부층(副層)(sublaycr)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 세라믹층이 0.006 인치(0.1524 mm) 내지 0.010 인치(0.254 mm) 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전하전송 로울러가 상기 세라믹층에 침투하여 수분오염물로부터 상기 세라믹층을 보호하는 시일재(材)를 더 포함하고, 그 시일재는 인가전압차에 대한 상기 세라믹층의 전기적 반응에 관련한 RC 회로 시정수를 조절하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 절연 세라믹물질이 알루미나 또는 지르코니아이고, 상기 반도체 세라믹물질이 이산화티탄 또는 산화크롬인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 시일재가 고체 물질인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 시일재가 카르나우바(Carnauba) 왁스인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹층이 0.006 인치(0.1524 mm) 내지 0.010 인치(0.254 mm) 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 세라믹층이 그 세라믹층을 형성하는 다수의 부층(副層)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전하전송 로울러가 상기 세라믹층에 침투하여 수분오염물로부터 상기 세라믹층을 보호하는 시일재(材)를 더 포함하고, 그 시일재는 인가전압차에 대한 상기 세라믹층의 전기적 반응에 관련한 RC 회로 시정수를 조절하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 절연 세라믹물질이 알루미나 또는 지르코니아이고, 상기 반도체 세라믹물질이 이산화티탄 또는 산화크롬인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 시일재가 고체 물질인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 시일재가 카르나우바(Carnauba) 왁스인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전하전송 로울러가 상기 세라믹층에 침투하여 수분오염물로부터 상기 세라믹층을 보호하는 시일재(材)를 더 포함하고, 그 시일재는 인가전압차에 대한 상기 세라믹층의 전기적 반응에 관련한 RC 회로 시정수를 조절하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 세라믹층이 그 세라믹층을 형성하는 다수의 부층(副層)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 세라믹층이 0.006 인치(0.1524 mm) 내지 0.010 인치(0.254 mm) 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 절연 세라믹물질이 알루미나 또는 지르코니아이고, 상기 반도체 세라믹물질이 이산화티탄 또는 산화크롬인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  18. 제 31 항에 있어서, 상기 시일재가 고체 물질인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 시일재가 카르나우바(Carnauba) 왁스인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  20. 복사기에서 토너를 부여하는 것을 돕는 전하전송 로울러로서,
    원통형 로울러 코어와, 그 원통형 로울러 코어 둘레에 배치된 세라믹층을 포함하고;
    상기 세라믹층이 절연 세라믹물질과 반도체 세라믹물질을 포함하며,
    상기 세라믹층이, 상기 세리믹층을 위한 선택된 RC 회로 시정수를 조절하면서 상기 로울러 코어 둘레에 세라믹층을 형성하도록 상기 절연 세라믹물질과 상기 반도체 세라믹물질의 혼합물을 플라즈마 분무함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 플라즈마 분무가, 상기 세라믹층을 형성하는 연속하는 부층(副層)들을 도포하도록 다수 회 반복하여 행해지는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  22. 제 21 항에 있어서, 플라즈마 분무된 상기 세라믹층이, 시일(seal)된 세라믹층을 위한 선택된 RC 회로 시정수를 조절하도록 선택되는 시일재(材)에 의해 시일되는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 시일재가 고체 물질인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 시일재가 카르나우바(Carnauba) 왁스인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  25. 제 20 항에 있어서, 플라즈마 분무된 상기 세라믹층이, 시일(seal)된 세라믹층을 위한 선택된 RC 회로 시정수를 조절하도록 선택되는 시일재(材)에 의해 시일되는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 플라즈마 분무가, 상기 세라믹층을 형성하는 연속하는 부층(副層)들을 도포하도록 다수 회 반복하여 행해지는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 시일재가 고체 물질인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 시일재가 카르나우바(Carnauba) 왁스인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  29. 제 20 항에 있어서, 장기 절연 세라믹물질이 알루미나 또는 지르코니아이고, 상기 반도체 세라믹물질이 이산화티탄 또는 산화크롬인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  30. 제 29 항에 있어서, 플라즈마 분무된 상기 세라믹층이, 시일(seal)된 세라믹층을 위한 선택된 RC 회로 시정수를 조절하도록 선택되는 시일재(材)에 의해 시일되는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 플라즈마 분무가, 상기 세라믹층을 형성하는 연속하는 부층(副層)들을 도포하도록 다수 회 반복하여 행해지는 것을 특징으로 하는전하전송 로울러.
  32. 제 29 항에 있어서, 상기 시일재가 고체 물질인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 시일재가 카르나우바(Carnauba) 왁스인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  34. 제 29 항에 있어서, 상기 세라믹층이 0.006 인치(0.1524 mm) 내지 0.010 인치(0.254 mm) 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 플라즈마 분무가, 상기 세라믹층을 형성하는 연속하는 부층(副層)들을 도포하도록 다수 회 반복하여 행해지는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  36. 제 35 항에 있어서, 플라즈마 분무된 상기 세라믹층이, 시일(seal)된 세라믹층을 위한 선택된 RC 회로 시정수를 조절하도록 선택되는 시일재(材)에 의해 시일되는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 시일재가 고체 물질인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 시일재가 카르나우바(Carnauba) 왁스인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  39. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹층이, 절연 세라믹물질과 반도체 세라믹물질을 제1 혼합비로 혼합한 제1 세라믹물질과, 절연 세라믹물질과 반도체 세라믹물질을 제2 혼합비로 혼합한 제2 세라믹물질의 플라즈마 분무된 혼합물인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 절연 세라믹물질이 알루미나이고, 상기 반도체 세라믹물질이 이산화티탄인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 세라믹층이 다수의 부층(副層)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  42. 제 40 항에 있어서, 상기 세라믹층이 0.006 인치(0.1524 mm) 내지 0.010 인치(0.254 mm) 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  43. 제 20 항에 있어서, 상기 세라믹층이, 절연 세라믹물질과 반도체 세라믹물질을 제1 혼합비로 함유하는 혼합물인 제1 세라믹물질과, 절연 세라믹물질과 반도체 세라믹물질을 제2 혼합비로 함유하는 혼합물인 제2 세라믹물질의 플라즈마 분무된 혼합물인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 절연 세라믹물질이 알루미나이고, 상기 반도체 세라믹물질이 이산화티탄인 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 플라즈마 분무가, 상기 세라믹층을 형성하는 연속하는 부층(副層)들을 도포하도록 다수 회 반복하여 행해지는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
  46. 제 44 항에 있어서, 상기 세라믹층이 0.006 인치(0.1524 mm) 내지 0.010 인치(0.254 mm) 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전하전송 로울러.
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