KR100395553B1 - 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러 - Google Patents

전자사진방식 화상형성기의 현상롤러 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러는, 기초재료로서 NBR계 고무와 HYDRIN계 고무 중 적어도 어느 하나 이상이 사용되고, 상기 현상롤러의 저항을 조절하기 위해 상기 기초재료에 전도성 고분자 물질이 첨가되며, 상기 기초재료 및 전도성 고분자 물질이 3차원의 망상구조를 갖도록 하는 가교제로서 대기압 조건하에서 100℃의 반감기가 30분 이상이고 200℃의 반감기가 5분 이내인 퍼옥사이드가 첨가되어 성형된 후, 성형된 상기 현상롤러 표면의 마찰계수는 자외선의 조사에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명에 의한 현상롤러에 의하면, 저비용으로 단층화 구조의 저저항 특성을 갖으며, 표면이행이나 저항의 경시변화가 없고, 저마찰계수의 현상롤러를 제공할 수 있다.

Description

전자사진방식 화상형성기의 현상롤러{Development roller of electro-photographic printer}
본 발명은 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저가의 고무재료를 사용하면서도 저저항 특성을 유지하며 단층구조를 갖는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러에 관한 것이다.
일반적으로 전자사진방식 화상형성기는 감광매체에 형성된 정전잠상을 현상제로 현상한 뒤 용지에 전사하여 화상을 형성하는 것으로서, 레이저 프린터, 팩스밀리, 복사기 등이 있다.
감광매체의 정전잠상을 현상하기 위한 현상제는 통상 현상롤러로써 공급을 하는데, 이 현상롤러를 구비하는 현상장치의 일실시예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 현상장치는, 감광매체(1)와 대향되도록 설치되며 정전기적 힘으로 표면에 부착된 현상제(5)를 감광매체(1)와 마주보는 위치인 현상영역으로 이송하는 현상롤러(2)와, 하우징(3)에 담긴 현상제(5)를 뒤섞어서 굳지 않도록 함과 동시에 현상제(5)를 공급하기 위한 교반장치(4)와, 현상롤러(2)와 교반장치(4)의 회전운동의 지지 및 상호간의 위치관계를 유지하고 현상제(5)가 외부로 유출되지 않도록 하는 하우징(3)과, 현상롤러(2)에 의해 현상영역으로 이송되어감광매체(1)에 형성된 정전잠상을 현상하여 인쇄를 행하는 현상제(5), 및 감광매체(1)와 현상롤러(2)에 소정의 전압을 인가하여 전계를 형성하는 전원부(7)로 구성된다.
여기서, 현상롤러(2)가 현상제(5)를 일정하게 현상영역으로 이송하여 화상품질을 유지하기 위해서는, 외부환경이 변화하여도 전원부(7)로부터 인가된 전압에 의해 현상롤러(2)에 형성된 전계가 일정하게 유지되어야 한다. 환경변화에 대한 현상롤러(2)의 전계변화를 최소화하는 것은 현상롤러(2)의 저항치를 최대한 낮게 하면 가능하나, 이 경우에는 전계 손실(loss)이 발생하기 때문에 계조성이 떨어지는 단점이 있다.
이와 같이 현상롤러(2)가 구비해야 하는 요건, 즉 환경변화에 대한 전계의 변동이 최소화되면서도 전계손실이 없어야 한다는 요건을 만족시키기 위해 지금까지 여러 구조의 현상롤러가 제안되고 사용되어 왔다.
일례로서, 저저항의 탄성 내층과 고저항의 외층(2a)을 구비한 복층화된 현상롤러(2)를 사용하여 상기 요건을 만족시킬 수 있다.
이때, 내층은 탄성이 있는 반도전성 물질에 도전성 물질을 첨가 분산하거나 도전성 물질 그 자체의 스폰지 타입으로 구성되어 있고, 외층은 절연 물질을 사용하여 내층의 표면을 균일하게 도포하거나 튜브 형태로 만들어 내층에 삽입하는 형태로 구성한다.
다른 실시예로서 기초재료에 전도성 물질을 첨가하여 롤러를 성형함으로써필요한 저항의 영역대를 만족시킬 수 있다. 통상 이 경우 저항은 106Ω이하가 되어야 한다.
예컨대, 우레탄에 전도성 물질을 첨가하거나, 미놀타 현상롤러와 같이 EPDM 고무에 도전성 카본블랙 또는 에피클로로하이드린(Epichlorohydrin)과 같은 이온전도성 물질을 첨가하여 저항을 조절할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 요건을 만족하는 저저항과 저경도를 구비한 물질, 즉 실리콘과 같은 물질로 현상롤러를 성형하는 것이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 현상롤러 들은 다음과 같은 문제점을 각각 갖고 있다.
첫째로, 복층의 현상롤러의 경우는 이중압출을 해야 하기 때문에 제조공수가 많고, 불량률이 높아 가격적 측면에서 불리하다. 특히 내층 재질을 스폰지 타입으로 하는 경우에는 외층과 내층 계면간의 접착불량이나 표면의 미세 구멍과 같은 결점이 발생하기 쉽다는 문제점이 있다.
두번째로, 반도전성 고무에 도전성 카본블랙을 첨가하여 저항을 조절하는 경우에는 카본블랙의 불균일한 분산에 의한 저항의 불균일이 문제된다. 또한 저항을 106Ω이하로 하기 위해서는 카본블랙을 10phr 이상 과량 사용하게 되는데 이 경우 현상롤러의 과다한 경도 상승을 유발하여 고무로서의 탄성특성을 상실하게 되기 때문에 규제부재에 의한 현상제의 규제가 불가능하게 되어 현상층의 이상이 발생하여 농도변화와 같은 화상결함이 발생하게 된다. 뿐만 아니라, 현상제에 과다한 물리적스트레스를 가하게 되어 현상제의 열화 및 특성저하를 일으켜 현상제의 내구성을 저하시키며, 도전성 카본블랙이 현상제의 대전특성을 저하시키므로 현상제의 공급성 부족이나 화상누락과 같은 결점을 야기하게 된다.
세번째로, 카본블랙 외의 대전방지제나 도전성 첨가제 등을 첨가하여 현상롤러를 제작할 경우에는 장기 방치시 현상롤러 내부에 첨가된 도전성 첨가제들이 표면으로 이행하는 전이현상(Migration)이 발생되거나, 저분자의 도전성 첨가제들이 휘발되어 버리거나. 다른 부재들과의 마찰과 마모에 의해 저항이 변화되는 경시변화가 발생된다.
네번째로, 우레탄으로 현상롤러를 성형하는 경우는 우레탄이 고가이므로 가격적 측면에서 불리하고, 저분자 폴리올이나 경화촉매 등이 현상롤러의 표면에 잔존하는 경우 현상제가 현상롤러 표면에 물리적, 화학적 융착이 되는Filming 현상을 발생하게 된다.
마지막으로, 저저항의 실리콘으로 성형한 현상롤러의 경우 실리콘의 미가교된 저분자 물질 들이 표면으로 이행하는 전이현상이 발생하기 때문에, 장기간 방치시 현상롤러와 접촉부위에서 현상제의 고화가 발생되는 결점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고무상 롤러류의 3차원 망상의 가교를 제공하는 수단으로 기존의 황(Sulfur) 가교방식이 아닌 과산화물 단독 또는 다른 가교제와 혼합 사용하여 가교도를 높임으로써 고무 및 전도성 고분자 물질을 동시에 가교시키는 것이 가능하고 또한 롤러의 표면연마성 향상 및 조도의 관리가 유리하며, 저분자의 표면이행을 최소화하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 전도성 액상이나 카본 블랙과 같은 첨가제를 첨가하거나 실리콘과 같은 물질을 사용하여 저항 특성을 나타내는 것이 아니라 고무와의 사용성이 우수한 전도성 고분자를 블렌드(Blend)하고 가교시켜 저저항을 실현하여 복층의 이중구조가 아닌 단층구조를 취함으로써, 제조공수가 줄게 되어 공정관리가 용이하고 불량률이 감소하며 제조원가 측면에서 유리한 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러를 제공하는 것이다.
또한, 현상롤러를 자외선(Ultra Violet)과 같은 고에너지로 롤러의 표면을 조사(Radiation)하여 고무 및 레진(Resin) 상의 불포화(Unsaturation)의 이중구조를 안정하게 단일 구조로 화학적 구조변형을 일으키고, 롤러표면의 점착성을 휘발 또는 버닝(Burning)시킴은 물론 표면의 마찰력을 떨어뜨림으로써, 현상제의 과다한 이송에 의한 전사불량, 현상층의 규제 불안에 따른 화상농도 불균일, 고마찰 현상롤러와 필요 이상의 표면마찰에 의한 현상제의 열화 등이 없는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러를 제공하는데 본 발명의 또 다른 목적이 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 복층현상롤러를 구비한 비접촉식 현상장치를 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명에 의한 현상롤러를 구비한 비접촉식 현상장치를 나타낸 개념도,
도 3은 자외선 처리시간에 따른 자외선 조사장치 내부의 온도변화를 나타낸 그래프,
도 4는 전도성 고분자 물질의 첨가량에 따른 현상롤러의 저항변화를 나타낸 그래프,
도 5는 가교제 첨가량에 따른 현상롤러의 경도변화를 나타낸 그래프,
도 6은 자외선 조사에 의한 현상롤러 표면의 반응메카니즘을 나타낸 도면,
도 7은 자외선 조사시간에 따른 현상롤러 표면의 마찰계수 변화를 나타낸 그래프,
도 8은 도 7의 마찰계수를 측정하는 지그의 개략적으로 나타낸 개념도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1; 감광매체 3; 하우징
4; 교반장치 5; 현상제
10; 현상롤러 11; 자외선 램프
12; 추 14; 스프링 저울
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러는, 기초재료로서 NBR계 고무와 HYDRIN계 고무 중 적어도 어느 하나 이상을 사용하고, 상기 현상롤러의 저항을 조절하기 위해 상기 기초재료에 전도성 고분자 물질을 첨가하고, 상기 기초재료 및 전도성 고분자 물질이 3차원의 망상구조를 갖도록 하는 가교제로서 대기압 조건하에서 100℃의 반감기가 30분 이상이고 200℃의 반감기가 5분 이내인 과산화물을 첨가하여 상기 현상롤러를 성형한 후, 성형된 상기 현상롤러의 표면을 자외선으로 조사하여 마찰계수를 조절하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 현상롤러에는 1~6 mm의 저항층이 형성되며, 저항층의 저항은 103~ 107Ω인 것이 바람직하다.
또한, 상기 가교제는 퍼옥사이드(Peroxide)인 것을 특징이며, 그 첨가량은 상기 기초재료의 0.01 ~ 6.0 wt% 인 것이 바람직하다. 특히, 상기 가교제에는 가교효율을 높이기 위한 다관능성의 가교보조제가 더 첨가될 수 있는바, 이 가교보조제로서는 트리메티올프로판트리아크릴레이트(Trimethyolpropanetriacrylate,TMPTA)를 들 수 있다.
또한, 상기 자외선을 조사하는 장치는 자외선 램프(Lamp)인 것을 특징으로 하며, 자외선의 파장은 200 ~400 nm 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전도성 고분자 물질은 고분자 주사슬과 가지 중의 어느 한 곳에 짝이중결합이나 전자가 풍부한 고리화합물 중의 어느 하나를 포함하는 물질인 것을 특징으로 하며, 상기 전도성 고분자 물질은 폴리에틸렌 옥사이드나 폴리프로필렌 옥사이드 중의 어느 하나에 ZnCl2,LiClO4등의 금속착물군 중의 하나를 도입한 것이 바람직하다. 특히, 상기 전도성 고분자 물질의 첨가량은 기초재료의 중량함량보다 적게 첨가되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러의 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명에 의한 현상롤러(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 단층으로 성형되며, 그 재료는 기초재료, 첨가제, 가교제로 구성되어 있다. 도면상의 미설명부호 1,3,4,5는 각각 감광매체, 하우징, 교반장치 및 현상제이다.
기초재료는 현상롤러 형상의 대부분을 차지하는 것으로서, 주사슬(Main Chain)이나 부사슬(Side Chain) 중 어느 한 곳에 이중결합구조를 갖고 있으며 상온에서 탄성이 있는 고무상 재질이 사용된다. 고무 중에서도 체적저항이 비교적 낮고 염가인 니트릴 부타디엔 고무(Nitrile Butadiene Rubber, NBR고무)와 에피클로로하이드린 고무(Epichlorohydrin Rubber, Hydrin고무)를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 사슬의 유동성이 우수하고 크로린(Chlorine)과 같은 극성분자를 갖거나, 시아나이드(Cyanide)나 하이드록실(Hydroxyl)과 같은 관능기를 갖는 재질도 기초재료로 사용될 수 있다.
첨가제는 현상롤러의 저항을 106Ω이하의 저저항으로 만들기 위하여 기초재료에 첨가되는 것으로 본 발명에서는 전도성 고분자 물질을 사용된다.
여기의 전도성 고분자 물질은 폴리아닐린(Polyaniline) 또는 폴리피롤(Polypyrrole)과 같이 공명구조를 갖거나 켤레(Conjugated)구조를 가진 것으로서, 고무와의 혼합시 균질한 분산상을 보여야 하며 장기간 방치시에도 상분리나 도전성의 손실 또는 변화 및 열화와 같은 이상현상이 발생치 않는 상용성이 우수한 특성을 갖고 있어야 한다.
또한, 전도성 고분자 물질로 고분자 주사슬(Main Chain) 내에 짝이중 결합을 갖고 있거나 전자가 풍부한 고리화합물을 사용할 수 있으며, 폴리에틸렌 옥사이드나 폴리프로필렌 옥사이드 중의 어느 하나에 ZnCl2, LiClO4등의 금속착물군 중의 하나를 도입한 것도 전도성 고분자 물질로 사용될 수 있다.
가교제는 기초재료인 고무와 첨가제인 전도성 고분자 물질이 3차원 망상의가교를 이루도록 하는 것으로서, 일반적으로 고무의 가교에 사용되는 황 대신에 본 발명에서는 플라스틱의 가교에 사용되는 과산화물인 퍼옥사이드를 사용하였다.
이 퍼옥사이드(Peroxide)는 고무와 전도성 고분자 물질과의 기계적 혼합과정 중에 발생되는 내부 및 외부 온도에서도 분해가 일어나지 않는 영역대이어야 하며, 반감기가 100℃에서 30분 이상이고, 200℃에서는 5분을 넘지 않는 것을 선정하여야 한다. 또한, 이 퍼옥사이드는 분해 후 잔류물이 없거나 최소인 것이 선택되어져야 하며, 부산물이 발생될 경우 용이하게 제거될 수 있는 것이어야 한다.
따라서, 아조비스이소부티로니트릴(Azobisisobutyronitrile,AIBN)을 가교제로 사용할 경우 100℃에서는 6분 이내에 분해되어 고무와 전도성 고분자 물질 등과의 혼련 과정중에서 발생되는 내부열에 의해 가교가 발생되어 버리기 때문에 연속작업이 이루어지는 압출과 같은 공정에서는 적용할 수 없다. 그러므로 100℃에서 반감기가 1시간 이상인 디메틸디(벤조일퍼옥시)헥산(Dimethyldi(Benzoylperoxy)hexane)과 같은 물질을 선택해야 한다. 그러나, 반감기가 과도하게 길거나 분해온도가 필요 이상으로 높으면 반응시간이 많이 소요되기 때문에 적합한 퍼옥사이드의 선정이 요구된다.
표 1에 사용가능한 가교제가 표시되어 있다. 이들 가교제는 단독 또는 혼용해서 사용될 수 있다.
종 류 각 반감기에서의 분해온도(℃) 활성에너지(Kcal/mole)
t1/2=1 분 t1/2=10 시간 t1/2=100시간
Bezoyl Peroxide 130 74 57 31.1
Bis(t-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexane 148 90 73 33.2
t-buty Peroxybenzoate 170 104 85 35.5
Di-cumyl Peroxide 171 117 101 40.6
Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane 179 118 99 36.3
t-Butyl Cumy Peroxide 176 120 103 38.2
또한, 가교의 효율을 높이기 위해 가교보조제가 사용될 수 있는 바, 가교보조제를 사용하면 분해된 알킬(Alkyl) 그룹간의 짝지움 반응이나 주쇄의 절단과 같은 β- Scission 반응이 억제되며, 입체적 방해나 공명의 효과가 최소화되므로 퍼옥사이드의 반응이 효과적으로 작용되게 된다.
이와 같은 재료를 이용하여 본 발명에 의한 현상롤러를 제조하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
기초재료가 되는 고무와 첨가제인 전도성 고분자 물질과 가교제인 퍼옥사이드 등을 정해진 배합표에 따라 일정량씩 계량하여 준비한다(단계1).
상기 단계에서 준비한 재료를 Open Roller와 같은 혼합기로 균일하게 분산시켜 배합한다(단계2). 이때, 연속 압출 가공시 형태의 안정성과 연마성을 향상시키기 위해 필러를 첨가한다. 여기서, 혼합기는 Kneader, Banbury, 또는 Extruder 등과 같이 기계적 혼합을 할 수 있는 장치 모두를 말한다.
배합단계에서 엉켜진 구조적 배열을 원래 상태로 복원시키기 위해 상온에서 일정 기간 동안 숙성시킨다(단계3). 여기서, 상온은 일반적으로 15℃~20℃ 이고, 기간은 6 ~ 24 시간으로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 숙성된 배합재료를 단축 또는 이축 압출기로 압출을 한다(단계4). 이때, 고무의 고점도에 의한 압출 형상의 흐트러짐 및 첨가제의 열에 의한 손상 등을 최소화하기 위해 90℃ 이하에서 압출을 행한다.
압출기를 통해 연속으로 압출되어 나오는 현상롤러 소재에 소정의 열만을 가하거나 또는 소정의 열 및 압력을 함께 가하여, 첨가된 가교제가 분해되어 현상롤러 소재를 이루는 기초재료와 전도성 고분자 물질이 3차원 망상구조로 형성되어 탄성을 갖는 고체가 되도록 한다(단계5). 이때, 열만을 가하는 경우는 150℃ 이상이고 180℃ 이하의 온도로 하고, 열 및 압력을 가하는 경우는 온도는 150~180℃, 압력은 4 kgf/㎠ 이상이 되도록 조건을 설정하는 것이 바람직하다.
가교공정이 끝난 현상롤러 소재를 절단하여 원하는 크기를 갖는 현상롤러 제품을 만든다(단계6).
절단된 현상롤러의 외주를 연마하여 제품의 외경치수 및 표면거칠기를 조정한다(단계7).
이어서, 제조공정 중에 현상롤러의 외부에 부착된 이물 등을 제거한다(단계8).
세정된 현상롤러에 자외선을 조사하여 현상롤러의 표면마찰계수를 낮추고, 외주 표면에 잔류하는 유기물 등을 휘발시킨다(단계9). 이때, 자외선을 조사하는 장치는 주로 파장이 200~400 nm 영역대인 자외선을 방출할 수 있는 램프를 사용하는데, 램프의 종류에 따라 조사시간이 상이하다. 본 실시예에서는 단파장 영역대의 저압 수은(Hg) 램프 6개를 순차적으로 조사시키는 방식을 채용하였다.
또한, 자외선 처리시 자외선 조사장치 반응조나 챔버의 내부온도가 소정 온도 이하로 관리되어야 열에 의한 현상롤러 표면의 균열이나 변색 등과 같은 노화를 방지할 수 있다. 여기서, 소정 온도는 80℃ 이하이면 가능하나 바람직하게는 60℃ 이하로 하는 것이며, 램프와 처리되는 현상롤러 간의 거리를 일정하게 유지하고 조사시간을 관리하는 방법으로 열에 의한 현상롤러의 손상을 최소로 할 수 있다. 도 3에 자외선 처리시간에 따른 자외선 조사장치 내부의 온도변화추이를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
자외선 처리가 끝난 롤러는 외관, 저항, 치수 등을 검사하고, 양호한 현상롤러 제품은 출하한다(단계10).
이하에는 상기와 같은 재료와 제조공정을 통해 제조된 현상롤러에서 첨가제와, 가교제, 및 자외선에 의한 표면처리의 작용에 의해 본 발명에 의한 현상롤러의 특성이 나타나는 이유를 설명한다.
본 발명에 사용되는 첨가제는 공명구조를 갖거나. 고분자 주사슬내에 짝이중 결합을 갖고 있거나, 전자가 풍부한 고리화합물이나, 금속착물이나 수분을 만나면 이온으로 해리되어 강한 전해질의 성질을 갖는 염 등을 갖는 고분자 물질 들로써,전자의 이동성이 큰 전도성 고분자 물질이기 때문에 현상롤러의 저항을 충분하게 낮출 수 있게 된다. 만일, 이중결합이 없거나 공명 구조를 갖지 않거나 분자체인의 유동성이 낮은 첨가제를 사용하게 되면 전자의 이동성이 거의 없기 때문에 저항이 높게 된다.
본 발명에 사용되는 전도성 고분자 물질은 소량만 첨가해도 그 특성을 발휘하기 때문에 현상롤러의 경도나 가공성에 영향을 주지 않으면서도 원하는 저항영역을 갖는 현상롤러를 얻을 수 있다. 첨가량에 따른 저항의 변화가 도 4에 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 소량의 첨가만으로도 통상적인 니트릴 고무(Nitrile Rubber)보다 훨씬 낮은 저항특성을 보이며, 17phr 이상 첨가시 105이하의 도전체에 해당하는 저항특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
가교제는 플라스틱의 가교제로 많이 사용되는 퍼옥사이드를 사용함으로써, 다수의 첨가제를 필요로 하는 황(S) 가교방식에 비해 계량 및 로트(Lot) 간의 편차를 최소로 할 수 있다.
또한, 가교제로 황을 사용하는 경우는 옥타곤 구조를 갖는 황이 열에 의해 개환(Ring Open)반응이 일어나게 되면 고분자 체인 간의 -C-Sx-C-(x=8) 결합구조의 가교망상구조를 이루게 되어 고무상의 탄성특성을 유지하는 반면, 퍼옥사이드를 가교제로 사용하게 되면 체인과 체인 사이에 완충작용 없이 -C-C- 결합으로 되기 때문에 황결합보다 단단하고 강하므로 압축력, 인열강도, 내열성, 내마모성이 향상되는 장점이 있다. 더욱이 압출시에 발생하는 조기가교화(Pre-crosslinking)의 일종인 스코치(Scotch) 현상에 비교적 덜 민감하므로 작업성이 우수하다.
또한, 체인간의 응집력이 좋고 유동성이 낮기 때문에 절삭성이 우수하여 연마성이 향상되므로 원하는 표면조도를 적은 작업횟수로 얻을 수 있는 잇점이 있다.
또한, 가교도(Degree of Crossliking)는 퍼옥사이드의 함량을 조절하여 간단하게 조절할 수 있기 때문에 황가교방식에 비해 작업시간의 단축이 가능하다.
그러나, 퍼옥사이드를 과다하게 첨가하면 현상롤러의 경도가 과다하게 상승되는 경향이 있으므로 첨가량은 0.1 ~ 3.0 phr 정도의 범위내에 있어야 한다. 첨가량이 0.1phr 이하인 경우는 가교가 충분하지 않기 때문에 표면이 점착성을 띄게 되어 현상제 또는 감광체와 현상롤러 표면과 물리적 고착이 발생하게 되어 이상 화상이 발생하게 되며, 3.0phr 이상을 첨가하는 경우는 경도가 과다하게 상승되어 현상제에 손상을 주게되고 규제부재와의 닢(nip) 불안에 의해 롱런(Long-run)화상에 문제가 야기된다. 따라서, 가교제는 0.5 ~ 1.5 phr 범위내로 첨가하는 것이 바람직하다. 도 5에 가교제의 첨가량에 대한 경도의 변화를 나타내는 그래프가 도시되어 있다.
자외선(Ultra Violet) 처리에 의해 현상롤러의 변화를 설명하면 다음과 같다.
200 ~ 400 nm 영역대의 파장을 갖는 자외선은 높은 에너지를 갖고 있기 때문에 이 자외선을 현상롤러의 표면에 계속 주사를 하면, 현상롤러 표면의 전자가 풍부한 이중결합이 여기(Exiting)되고, 여기된 상태에서 계속적으로 에너지를 받으면 이중결합에 화학적 분해가 일어나거나 주변의 다른 분자들과 결합하게 된다. 특히,200nm 영역대의 자외선의 에너지는 산소분자 또는 수증기의 결합에너지보다 높기 때문에 산소분자나 수증기의 산소결합을 끊게 되고, 결합이 끊어진 산소나 수증기가 현상롤러의 표면의 이중결합과 결합하게 되므로 현상롤러의 표면이 친수화 (Hydrophilic) 되게 된다. 이 친수화의 반응메카니즘을 도 6에 개략적으로 도시하였다.
첨부된 도면을 참조하여 친수화 반응을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 수은 램프(11)로 높은 에너지를 갖는 자외선을 이중결합을 갖는 현상롤러(10)에 조사하면 자외선의 강한 에너지에 의해 현상롤러(10)의 표면에 존재하는 하이드로카본(Hydrocarbon)의 결합, 특히 전자가 풍부한 이중결합 부분이 여기되거나 분해되어 라디칼(Radical, 도면에서는 ˚로 표시함)을 생성하게 된다. 이때, 반응조 또는 챔버 주변에 존재하는 수분, 질소, 산소 등의 결합도 동시에 같이 분해되는데 이 분해된 불안정한 물질들이 현상롤러(10) 표면에 존재하는 라디칼과 재결합하게 되고 이로 인해 하이드록실 (Hydroxyl) 그룹과 같은 친수화가 이루어지게 된다. 또한, 이에 의해 현상롤러(10)의 표면에 존재하던 이중결합이 보다 안정한 단일결합으로 치환되게 되므로 경시변화가 적고 내구성이 우수한 현상롤러가 된다. 즉, 자외선을 고무와 전도성 고분자 물질을 포함하는 가교된 현상롤러에 조사하게 되면 표면에 잔존해 있는 불포화 구조는 자외선의 고에너지에 의해 대기중의 산소 등과 반응하여 Ox 구조로 치환되게 되어 포화구조로 변하기 때문에 친수성의 표면을 얻을 수 있으며, 표면에 잔존해 있는 미반응 잔류물 또는 저중합체(Oligomer)와 같은 물질들은 고에너지를 동반한 복사열에 의해 분해 또는 휘발시킴으로써 현상제나 감광체 등과의 부작용(Side Effect)을 최소화할 수 있다.
또한, 자외선 처리는 자외선의 에너지가 현상롤러의 표면에 존재하는 유기물들을 제거하는 기능도 동시에 행하므로 표면클리닝 역할도 하고, 모양이 복잡하거나 입체형태의 물질도 균일한 처리가 가능하며, 국부적인 표면처리만도 가능하므로 제품전체의 특성변화를 최소화할 수 있으며, 상온에서도 처리가 가능하다는 장점이 있다.
특히, 자외선 조사시 수반되는 열에 의해 현상롤러의 표면이 경화되어 현상롤러 표면의 마찰계수가 감소되는 효과를 얻을 수 있다. 이때 자외선을 발생시키는 램프의 종류에 따라 조사시간과 마찰계수간의 차이가 발생하게 되는데 본 발명에서는 단파장 영역대의 수은 램프 6개를 순차적으로 조사시키는 방식을 사용하였다. 그림 7에 수은 램프 한개에 해당하는 조사시간에 따른 마찰계수의 변화가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 저압 수은 램프의 경우 램프 각각에 대한 처리시간은 5~70초가 적당하다. 조사시간이 10초 이하일 경우에는 마찰계수의 변화가 거의 없으므로, 마찰계수의 감소라는 처리효과를 기대할 수 없기 때문에 현상제의 열화 및 물리적 응력을 가하게 되며, 현상제의 과다한 이송이 발생된다. 또 조사시간이 70초 이상인 경우 현상롤러가 너무 가열되어 열화되거나 변색 또는 표면크랙을 발생시켜 현상제의 공급능력이 부족하게 되는 등의 이상 화상을 유발한다. 따라서 현상롤러 표면의 마찰계수가 최소한 1.0 이하로 유지될 수 있으며, 과열되지 않도록 처리시간을 15 ~ 50초로 설정하는 것이 바람직하다.
이때, 도 7의 마찰계수는 도 8에 도시된 마찰계수 측정지그를 이용하여 측정한다. 여기서, 추(12)의 무게는 33gf, 모터 속도는 30rpm, 사용용지는 폭 15mm의 OHP 필름으로 앞뒷면 중 앞면을 사용한다. 또한, 스프링 게이지(14)와 OHP 필름은 현상롤러(10) 표면에 평행하게 마찰운동을 하도록 셋팅하고, 추(12)와 게이지(14)는 현상롤러(10)의 표면에 직각 방향이며, 스프링 게이지(14)의 시작점은 게이지 상의 첫 눈금이 되도록 영점을 조정하고, OHP 필름은 시작점에서 끝점까지만 사용한다. 특히, 마찰계수를 측정할 현상롤러(10)는 23℃, 55% 에서 6시간 이상 방치 후 측정한다.
상기와 같은 측정지그에 의한 마찰계수는 다음 식으로 계산한다.
여기서, μ는 현상롤러(10) 표면의 마찰계수, F는 스프링 게이지(14)로 측정한 값, W는 추(12)의 무게이다.
따라서, 본 발명에 의한 현상롤러는 공수가 복잡하고 불량율이 높아 가격적 측면에서 불리한 복층구조 대신에 단층구조를 갖으면서도 저저항의 특성을 갖을 수 있게 된다. 특히 고가의 우레탄 재질이 아닌 저가의 고무를 사용함으로써 가격적 측면에서 현저한 효과가 있다.
또한, 첨가제로써 고무와의 상용성이 우수하며, 장기 방치시에도 상분리와 같은 이상 현상이 발생하지 않는 전도성 고분자를 사용함으로써, 저저항을 이루면서도 첨가제의 표면이행, 저항의 경시적 변화, 고경도와 같은 현상이 발생하지 않는다.
더욱이, 가교제로서 퍼옥사이드를 사용하여 고무 및 전도성 고분자를 동시에 가교시킴으로써 가교효율 및 가교밀도가 높아 공정시간을 단축할 수 있고, 표면이행과 같은 이상현상을 최소화할 수 있다. 또한, 퍼옥사이드로 가교된 현상롤러는 연삭성이 우수하여 원하는 표면거칠기의 조절이 용이하다.
또한, 고에너지의 자외선을 대기중에서 현상롤러의 표면에 조사시킴으로써 표면마찰력을 감소시킬 수 있으며, 이 처리는 현상롤러의 형태에 구애 받지 않고, 국부적으로 행할 수 있기 때문에 현상롤러의 저항변화와 같은 제품의 물성변화를 주지 않고 표면처리를 할 수 있다. 그리고, 자외선 조사에 의해 현상롤러 표면의 점착성이 휘발 또는 버닝(burning)되고 표면의 마찰력이 저하됨으로써, 현상제의 과다한 이송에 의한 전사불량, 현상층의 규제 불안에 따른 화상농도 불균일, 고마찰 현상롤러와 필요 이상의 표면마찰에 의한 현상제의 열화 등이 발생되지 않게 된다.
이상과 같은 본 발명에 의한 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러에 의하면, 현상롤러가 단층구조로 성형됨으로써, 제조공정이 간단하여 가격적으로 저렴하고 계면 간의 접착불량이 발생되지 않는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러를 제공할 수 있다.
또한, 통상적인 반도전성의 고무재료를 기초재료로 사용함으로써, 우레탄으로 제조하는 것에 비해 제조비용이 저렴하고, 실리콘과 같은 전이현상이나 현상제의 고화가 발생되지 않는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러를 제공할 수 있다.
또한, 첨가제로서 전도성 고분자 물질을 사용하여 현상롤러의 저항을 낮추고, 자외선 처리를 함으로써, 첨가제 성분 들의 표면으로의 이행, 저항의 경시적 변화, 고경도 등이 없는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러를 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (18)

  1. 감광매체에 현상제를 공급하는 현상롤러의 기초재료로서 NBR계 고무와 HYDRIN계 고무 중 적어도 어느 하나 이상을 사용하고,
    상기 현상롤러의 저항을 조절하기 위해 상기 기초재료에 전도성 고분자 물질을 첨가하고,
    상기 기초재료 및 전도성 고분자 물질이 3차원의 망상구조를 갖도록 하는 가교제로서, 대기압 조건하에서 100℃의 반감기가 30분 이상이고 200℃의 반감기가 5분 이내인 과산화물을 첨가하여 상기 현상롤러를 성형한 후,
    성형된 상기 현상롤러의 표면을 자외선으로 조사하여 마찰계수를 조절하는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 현상롤러에는 1~6 mm의 저항층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 저항층의 저항은 103~ 107Ω인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가교제는 퍼옥사이드(Peroxide)인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 퍼옥사이드의 첨가량은 상기 기초재료의 0.01 ~ 6.0 wt% 인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가교제에는 가교효율을 높이기 위한 다관능성의 가교보조제가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 가교보조제는 트리메티올프로판트리아크릴레이트(Trimethyolpropanetriacrylate,TMPTA)인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 자외선을 조사하는 장치는 자외선 램프(Lamp)인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 자외선의 파장은 200 ~ 400 nm 인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 고분자 물질은 고분자 주사슬과 가지 중의 어느 한 곳에 짝이중결합이나 전자가 풍부한 고리화합물 중의 어느 하나를 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 고분자 물질은 폴리에틸렌 옥사이드나 폴리프로필렌 옥사이드 중의 어느 하나에 ZnCl2, LiClO4등의 금속착물군 중의 하나를 도입한 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 고분자 물질의 첨가량은 기초재료의 중량함량보다 적게 첨가되는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 현상롤러 표면의 마찰계수는 1.0 이하인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 현상롤러 표면의 조도는 원주방향으로 Rz 1.0 ~ 10 인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  15. 감광매체에 현상제를 공급하는 현상롤러의 기초재료로서 주사슬(Main Chain)이나 부사슬(Side Chain) 중 어느 한 곳에 이중결합구조를 갖고 있으며 상온에서 탄성이 있는 고무상 재질을 사용하고,
    상기 현상롤러의 저항을 조절하기 위해 상기 기초재료에 전도성 고분자 물질을 첨가하고,
    상기 기초재료 및 전도성 고분자 물질이 3차원의 망상구조를 갖도록 하는 가교제로서, 대기압 조건하에서 100℃의 반감기가 30분 이상이고 200℃의 반감기가 5분 이내인 과산화물을 첨가하여 상기 현상롤러를 성형한 후,
    성형된 상기 현상롤러의 표면을 자외선으로 조사하여 마찰계수를 조절하는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 기초재료는 사슬의 유동성이 우수하고, 극성분자와 관능기 중의 어느 하나가 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 극성분자는 크로린(Chlorine)인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 관능기는 시아나이드(Cyanide)나 하이드록실(Hydroxyl) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성기의 현상롤러.
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