KR100413996B1 - 세척 블레이드 및 이를 이용한 전자사진 장치 - Google Patents

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Abstract

전자사진 장치 내에 주로 설치되어 있고 그 상단부의 잔여 토너 제어 칩핑을 문질러 제거하며 감광 드럼의 마찰을 감소시키는 세척 블레이드는 폴리우레탄 수지를 갖는다. 세척 블레이드는 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올, 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 폴리이소시안산염으로부터 얻어지는 프리폴리머 및 저분자량 폴리올과 초산 칼륨을 포함하는 경화제를 혼합하고 경화시킴으로써 준비되어 이소시안산염 그룹에 대한 하이드록실 그룹의 몰비(α값)이 0.7 내지 0.9가 된다.

Description

세척 블레이드 및 이를 이용한 전자사진 장치 {CLEANING BLADE AND ELECTROPHOTOGRAPHIC APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 전자사진 복사기, 레이저-빔 프린터, 팩시밀리 등의 정전기 전사공정을 이용한 화상 형성 장치에 이용되어질 세척 블레이드에 관한 것이다.
전자사진 복사기 및 레이저-빔 프린터는 토너가 감광 드럼 상에 형성된 정전 잔상에 부착되고 이를 복사지 상에 전사하도록 하여, 이로 인해 복사가 수행된다. 복사가 된 이후에 감광 드럼 상에 잔류된 토너를 제거하기 위한 방법 중 하나로서, 세척 블레이드 방법이 실용적인 방법으로 사용된다.
종래에는, 이러한 세척 블레이드로 사용되어질 재료로서, 마모 저항 등의 기계 강도가 우수하며 크리핑 특성(인접 강도로 인한 영구 변형)을 거의 갖지 않는 폴리에스테르계 우레탄 탄성중합체의 열경화성 폴리우레탄 수지가 이용된다.
일반적으로, 세척 블레이드는 감광 드럼의 회전 반대 방향으로 설치되며 그 기구는 세척 블레이드의 자유 길이가 감광 드럼의 회전에 의해 수축되며, 그 응력에 의해, 감광 드럼은 잔류 토너가 벗겨지도록 강하게 닦여진다.
이러한 기구가 채택되는 경우에, 최근의 전자사진 공정의 진척과 함께, 감광 드럼의 원주 속도가 증가될 때, 세척 블레이드의 자유 길이를 수축하기 위한 힘은 강화되고 그 수축 폭은 마찰이 때때로 불안정하도록 증가된다. 수축 폭을 충분하게 유지하기 위해서는, 세척 블레이드 부재의 점탄성의 손실 인자를 감소시키는 것이 필요하다. 즉, 세척 블레이드가 그 원 길이를 복원하려는 때에 수축될 때 주어지는 에너지를 효율적으로 이용하는 것이 필요하다. 이러한 방식으로, 세척 블레이드의 자유 길이의 수축 폭이 감광 드럼의 원주 속도로 충분히 높게 유지되며 바운딩(bounding)이 방지될 수 있는 것으로 고려된다. 이러한 이유로, 세척 블레이드에 사용되어질 탄성중합체는 동탄성 및 동점성의 비를 최적화하기 위한 분자 구조를 갖는 것이 요구된다.
이러한 관점으로부터, 예를 들어, 특정 폴리에스테르계 우레탄 탄성중합체 내의 우레탄 그룹 농도 및 트리메틸올프로판 분기 그룹 농도가 성분의 탄성 및 점성의 비를 최적화하기 위한 임의의 비로 제한되며, 결과적으로 고속 공정에서도 바운딩이나 소음을 갖지 않는 세척 블레이드가 생성될 수 있음이 일본 특허출원 공개 제11-153934호에 개시되어 있다.
일반적으로, 우레탄 탄성중합체는 저온 하에서 결정화된 폴리에스테르 분자 사슬을 가지며 그 경도로 강화된다. 이러한 이유로, 폴리에스테르 사슬의 배열 및 방향은 임의적이며, 폴리에스테르 분자 사슬의 결정성은 낮아지며, 결정화된 온도는 낮은 온도 범위에서도 충분한 고무 탄성을 갖도록 감소된다.
한편, 최근에, 전자사진 복사기 및 레이저-빔 프린터의 고 화상 품질 및 전체 색상이 개선되고, 이와 함께 토너의 미세함 및 구형도(sphericity)는 진보된다.
미세 토너 및 구형 토너가 세척 블레이드에 의해 세척될 때, 평상시보다 소형의 세척 블레이드의 변형을 제어하는 것이 요구된다. 따라서, 낮은 변형 시간에서 평상시보다 더 많은 응력을 제공하는 것이 요구된다. 변형된 형상으로부터 원형을 복원하기 위해서는, 고무의 점성이 복원을 방지함으로 인해 고무의 동점성을 낮추는 것이 요구된다.
이러한 관점으로부터, 적어도 2개 이상의 형태의 우레탄 고무를 구성하는 폴리에스테르 폴리올을 이용함으로써, 폴리에스테르의 결정 구조가 분해되고 동점성이 낮은 레벨로 제어되어, 원래의 형태로 반환되도록 강한 특성을 갖는 세척 블레이드의 생성이 일본 특허 출원 공개 제11-265134호에 개시되어 있다.
전술한 상황에 부가하여, 최근의 LBP 및 복사기에서, 고내구성이 추구되는 반면에, 고선명도 화상을 형성하기 위한 요구가 증가된다. 이러한 이유로, 토너를 미세하게 형성하고, 동시에 감광 드럼의 표면 층의 두께를 더 얇게 형성하는 것이 요구된다. 따라서, 세척 블레이드가 미세 토너를 만족스럽게 세척하고 감광 드럼의 연마를 감소시키도록 제어하고 고내구성을 갖도록 하는 것이 요구된다.
감광 드럼의 표면 상에 손상을 주지 않기 위한 예로서, JIS-A 표준 ( 국제 고무 강도(IRHD)에서 62°내지 78°에 상응하는) 60°내지 75°의 비교적 낮은 경도를 갖는 세척 블레이드가 감광 드럼의 연마에 우수하다는 것이 일본 특허 출원 공개 제7-98558호에 개시되어 있다. 그러나, 감광 드럼의 연마에 대해, 정보는 충분하지 않으며, 또 다른 개선이 요구된다.
전술한 상황으로 보아, 본 발명의 목적은 세척 블레이드의 칩을 형성한 에지를 제어하고, 감광 드럼의 연마를 감소시키며, 개선된 내구성을 갖는 우수한 화상을 얻고자 하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따라, 잔류 토너를 문지르고 제거하기 위해 폴리우레탄 수지를 주로 포함하며, 전자사진 장치 내에 주로 설치된 세척 블레이드 내에, 세척 블레이드가 제공되며, 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올, 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 폴리이소시산염으로부터 얻어질 적어도 프리폴리머와, 저분자량의 폴리올 및 초산 칼륨을 포함하는 경화제가 혼합되고 경화되어, 하이드록실 그룹 대 이소시안산염 그룹의 몰비(α값)가 0.7 이상 0.9 미만이 된다.
더욱이, 전자사진 장치 내에 주로 설치되고 잔류 토너를 문지르고 제거하기 위해 폴리우레탄을 주로 포함하는 세척 블레이드에서, 세척 블레이드가 제공되며, 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올이 포함되며 하이드록실 그룹 대 이소시안산염 그룹의 몰비(α값)가 0.7 이상 0.9 미만이 되도록, 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올, 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 폴리이소시안산염 중 적어도 하나로부터 얻어질 프리폴리머와, 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 또는 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 저분자량의 폴리올 및 초산 칼륨을 포함하는 폴리올 중의 적어도 하나를 포함하는 경화제가 혼합되고 경화된다.
본 발명은 복수개의 폴리에스테르 폴리올을 이용함으로써 얻어진 폴리우레탄 수지의 결정성을 분해시켜, 소정의 점성과 탄성을 지닌 특성이 보장될 수 있다. 온도 감지 결정으로부터 초산 칼륨 및 범용 촉매제를 함게 이용함으로써, 폴리이소시안산염의 삼량체 반응(trimeric reaction)이 증진되며 이는 폴레우레탄 수지로 취해진다. 그 결과, 폴리우레탄 수지는 경도가 낮으며, 연신율이 낮으며 낮은 변형 영역에서 모듈러스가 커진다. 더욱이, 프리폴리머 및 경화제는 0.7 내지 0.9의 범위 내에서 이소시안산염 그룹에 하이드록실 그룹의 등가비(α비)로 혼합되어, 경도 및 연신율이 낮으며 모듈러스가 커진다.
그 결과, 세척 블레이드의 상층 단부의 변형 및 뒤집힘이 낮게 제어될 수 있으며 감광 드럼의 연마가 낮게 제어될 수 있도록 경도가 낮으며, 모듈러스가 높으며 연신율이 낮은 세척 블레이드가 얻어지며, 그 결과 블레이드의 상층 단부의 칩을 제거하도록 제어할 수 있다.
도1은 본 발명의 세척 블레이드를 설명하기 위한 일반적인 단면도.
도2a,도2b 및 도2c는 종래의 세척 블레이드를 설명하기 위한 일반적인 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 세척 블레이드
20: 활주면
30: 절결면
40: 지지 부재
50: 감광 드럼
60: 인접부
70: 접촉부
본 발명에 따른 세척 블레이드의 형성 방법에 대해, 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올, 폴리이소시안산염, 등의 고분자량의 폴리올 및 교차결합제 및 촉매가 동시에 혼합되며 성형되도록 금속 주형 또는 원심력 형성 원통형 금속 주형으로 분사되는 원샷 방법(one-shot method), 고분자량의 폴리올 및 폴리이소시안산염이 프리폴리머가 되도록 먼저 반응하며 그 후 교차결합제 및 촉매 등으로 혼합되며 성형되도록 금속 주형 또는 원심력 형성 원통형 금속 주형으로 분사되는 프리폴리머 방법(prepolymer method)과, 고분자량의 폴리올이 폴리이소시안산염, 교차결합제 및 경화제와 반응하며, 고분자량의 폴리올이 혼합되어 성형되도록 금속 주형 또는 원심력 형성 원통형 금속 주형으로 분사되는 세미 원샷 방법(semi one-shot method)으로 구성된다.
특히, 소정의 세척 블레이드를 생성하기 위해, 각 공정의 조건을 최적화할 필요가 있고, 적어도 수 평균 분자량이 1000 이상 3000 이하의 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 1 중량부 이상 99 중량부 이하와, 수 평균 분자량이 1000 이상 3000 이하의 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 1 중량부 이상 99 중량부 이하와, 상기 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올의 총량의 1.8 몰배 이상 5.2 몰배 이하의 4, 4'-디페닐메탄 디이소시아네이트를 NCO%가 5 % 이상 8 % 이하에 반응시켜 프리폴리머를 준비하는 공정과,
적어도 20 중량부 이상 80 중량부 이하의 1,4-부탄에틴올과, 20 중량부 이상 80 중량부 이하의 트리메틸올 프로판과, 초산 칼륨과, 트리에틸렌디아민을 포함하는 경화제(단지, 상기 초산 칼륨의 배합량은 상기 프리폴리머 및 상기 경화제의 총량의 3.5 중량 ppm 이상 140 중량 ppm 이하이며, 상기 트리에틸렌디아민의 배합량은 상기 프리폴리머 및 상기 경화제 총량의 18 중량 ppm 이상 715 중량 ppm 이하이다)를 제조하는 공정과, 상기 프리폴리머 100 중량부와 상기 경화제 3.7 중량부 이상 7.8 중량부 이하를 이소시안산염 그룹에 대한 하이드록실 그룹의 몰비(α값)이 0.7 이상 0.9 이하가 되도록 혼합하여 경화하는 공정을 포함하는 방법에 의해 생산성 양호하게 제조할 수 있다.
또한, NCO%는 이소시안산염 그룹 함유량을 의미하고, 프리폴리머 100g 중에 포함되는 이소시산염 작용기 (NCO, 분자량은 42로서 계산한다)의 중량 %이며, 이하의 식에 의해 계산된다.
NCO% = (이소시안산염 작용기의 중량 g/100 g) x 100
또한, 소정의 세척 블레이드를 생성하기 위해, 각 공정의 조건을 최적화할 필요가 있고, 적어도 수 평균 분자량이 1000 이상 3000 이하의 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 수 평균 분자량이 1000 이상 3000 이하의 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올의 적어도 한쪽과, 상기 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올의 총량의 2.5 몰배 이상 14.4몰배 이하의 4, 4'-디페닐네탄 디이소시안산염을 NCO%가 8% 이상 20% 이하에 반응시켜 프리폴리머를 조제하는 공정과,
적어도, 수 평균 분자량이 1000 이상 3000 이하의 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 수 평균 분자량이 1000 이상 3000 이하의 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올의 적어도 한쪽과, 20 중량부 이상 80 중량부 이하의 1,4-부탄디올과, 20 중량부 이상 80 중량부 이하의 트리메틸올 프로판과, 초산 칼륨과, 트리에틸렌디아민을 포함하는 경화제 (단지, 상기 초산 칼륨의 배합량은 상기 프리폴리머 및 상기 경화제의 총량의 3.5 중량 ppm 이상 140 중량 ppm이하이고, 상기 트리에틸렌디아민의 배합량은 상기 프리폴리머 및 상기 경화제의 총량의 18 중량 ppm 이상 715 중량 ppm 이하 이다)를 조제하는 공정과,
1 중량부 이상 99 중량부 이하의 상기 부틸렌 아디페이트 폴리에르 폴리올 및 1 중량부 이상 99 중량부 이하의 상기 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 양자를 포함하고, 이소시안산염 그룹에 대한 하이드록실 그룹의 몰비(α값)이 0.7 이상 0.9 이하가 되도록, 상기 프리폴리머 100 중량부와, 상기 경화제 6 중량부 이상 130 중량부 이하를 혼합하여 경화하는 공정을 포함하는 방법에 의해 생산성 양호하게 제조할 수 있다.
또한, 프리폴리머의 조제로 사용되는 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올의 수 평균 분자량과, 경화제의 조제에 사용되는 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올의 수 평균 분자량은 동일하거나 다르더라도 관계없이 소정의 세척 블레이드에 의해 선택된다.
마찬가지로, 프리폴리머의 조제에 사용되는 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올의 수 평균 분자량과, 경화제의 조제에 사용되는 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올의 수 평균 분자량은 동일하거나 또는 다르더라도 관계없이 소정의 세척 브레이드에 의해 선택된다.
본 발명자는 폴리에스테르 폴리올 및 경화제의 혼합물에 대한 넓고 깊은 연구를 해왔고, 부틸렌 아디페이트계 폴리에스테르 폴리올 및 헥실렌 아디페이트계 폴리에스테르 폴리올를 사용함으로써, 점성은 낮은 레벨로 조절될 수 있고, 경화 촉매제로써의 초산 칼륨을 사용함으로써, 낮은 변형 모듈러스는 낮은 경도를 조절함으로써, 연장부는 보다 작아져서, 본 발명의 목적을 달성하게 한다.
즉, 특정한 폴리에스테르 폴리올을 사용함으로써, 폴리에스테르 폴리올의 분자 사슬의 배열이나 방향을 랜덤(random)화시키고, 내결정성을 향상시킨 재료로 tanδ의 정점 온도를 저온도 영역으로 이동되어 tanδ의 정점값이 감소되도록 재료 설계를 행산다. 결국, 저변형 시 저경도에서 상기 응력이 보다 커지고, 충분한 고무 탄성을 갖고, 고속 프로세스에 있어서도 세척 블레이드의 에지의 치핑 오프(chipping off)는 조절되고, 감광 드럼의 마모도 저감될 수 있고, 양호한 화상을 좋은 내구성으로 얻을 수 있어 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 세척 블레이드는 감광 드럼, 전사 벨트, 중간 전사체 등의 토너 담지체 상에 잔류하는 토너의 세척 부재로서 전자사진 장치 상에 적절하게 배치된다.
이하에는, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도2a는 지지 부재(40)를 포함하는 세척 블레이드(10)를 도시한다. 도2b에는 활주면(20)에 의해 감광 드럼(50)에 대해 인접되고 파선으로 표시된 형상으로부터 연속선으로 표시된 형상으로 현성된 상태의 세척 블레이드(10)를 도시한다. 감광 드럼(50)이 도2c에 도시된 상태에서 화살표로 표시된 방향으로 회전될 때, 때때로 세척 블레이드(10)의 상단부가 인접부(60)에서 감광 드럼(50)의 회전 방향으로 당겨질 때, 절결면(30)은 롤업(roll up)되고 세척 블레이드(10)의 상단부는 접혀진다. 상기 절결면은 세척 블레이드의 단부에 인접한 닙시키는 두 개의 면들로부터 활주면(20)이 아닌 면을 의미한다는 점을 알아야 한다.
상기 세척 블레이드가 접혀질 때, 인접압은 감광 드럼의 마멸이 심해지도록 현저히 증가된다. 따라서, 세척 블레이드의 반전을 야기시키지 않는 재료가 필요하게 된다.
상기 세척 블레이드의 반전은 감광 드럼과 세척 블레이드 사이의 마찰 강도와 세척 블레이드의 변형 시간의 응력 사이의 균형으로 인해 발생된다. 상기 세척 블레이드의 반전을 야기시키지 않기 위해서, 마찰력을 감소시키거나 또는 블레이드의 낮은 변형 모듈러스(100 % 및 200 %)를 보다 크게 할 필요가 있다.
세척 블레이드의 내구성은 다양한 요인에 따라 결정된다. 세척 블레이드가 깎일 때, 상기 토너는 이를 통과하여 세척 블레이드의 수명을 다하게 한다. 칩의 다양한 크기가 있지만, 세척 불량으로 이어지는 큰 크기의 칩을 형성하는 메카니즘으로서는, 카운터접촉하고 있는 세척 블레이드 선단이 반전하여, 절단면이 감광 드럼에 접촉하는 상태가 되면, 에지 선단이 늘어나게 된 상태로 절단면이 마모하여,축소되어 부족하다고 생각된다. 그 연신율이 클수록 칩은 커진다. 따라서 연신율이 더 작아지고 저 변형 모듈러스가 커지는 재료가 요구된다.
일본 특허 공보 제02740123호에는, 상기 모듈러스를 300%로 높게할 때, 상기 상단부가 반전되더라도 상기 칩은 기계적 강도로 인해 조절될 수 있다. 상기 에지가 감광 드럼에 의해 당겨질 때 그 자체가 회복할 수 있고, 반전하지 않고 강한 세척 블레이드를 제작하는 위해서는, 연신율이 작고, 저변형 모듈러스가 큰 것도 중요하다.
또한, 변형시의 응력에 의한 원형으로의 복귀를 돕기 위해서, 동점성이 낮은 블레이드 재료가 요구된다. 이는 상기 동점성이 높으면 응력에 의한 원형 복귀작용을 방해하는 때문이다.
이상 같은 관점에서, 세척 블레이드의 국제 고무 경도(IRHD)는 월러스(Wallace)경도 63°이상 74°이하가 바람직하고, 100% 모듈러스(인장 응력)은 2.8 ㎫ 이상 5.0 ㎫ 이하가 바람직하고, 200% 모듈러스는 6.0 ㎫ 이상 18.0 ㎫ 이하가 바람직하고, 연신율은 200 % 이상 300 % 이하가 바람직하고, 10 Hz에서 측정한 경우의 점탄성(viscoelasticity) 특성의 tan δ의 정점 온도는 -5 ℃ 이상 10 ℃ 이하가 바람직하다.
또한, 점탄성 특성의 tanδ의 정점값은 0.95 이하가 바람직하고, 0.9 이하가보다 보다 바람직하고, 0.8 이하가 더욱 바람직하다. 이러한 경우, 고속 처리 시에 블레이드 선단이 반전할 듯이 되었을 때, 응력 발생을 방지하지 않으면서 원형으로 복귀하는 것을 도울 수 있다.
상기 설명한 세척 블레이드를 사용할 때, 도1에서 도시된 것처럼, 접촉부(70)에서 세척 블레이드(10)의 선단이 감광 드럼(50)의 회전방향으로 인장되면, 절단면이 감아지고, 세척 블레이드의 선단이 반전하는 것이 억제된다.
이와 같은 세척 블레이드의 제작에 사용되는 고분자량 폴리올, 폴리부틸렌 아디페이트계 폴리올 및 폴리헥실렌 아디페이트계는 결합되어 사용될 수 있다. 우선, 이들 고분자량 폴리올과 폴리이소시안산염을 반응시켜 이소시안산염에서 풍부한 프리폴리머를 제작한다. 이후, 이러한 프리폴리머는 1,4-부탄디올(1,4 BD)와 1,1,1-트리메틸로 프로판 (TMP)로써 초산 칼륨 및 트리에틸렌디아민 (TEDA)를 함유하는 경화제에 교반식으로 혼합되고, 예열된 금속 몰드 안으로 사출되어 경화 처리된다.
지지 부재와 일체로 되는 세척 블레이드를 마련하기 위해, 미리 접착제로 도포된 지지 부재가 금속 몰드로 삽입된 다음에, 혼합 액체가 주입되거나, 혼합 액체가 블레이드 형태로 절단되는 시트 형상의 우레탄 경화 부재를 마련하도록 원통형 금속 몰드로 주입된 다음에 지지 부재와 결합하는 방법들이 채택될 수 있다.
세척 블레이드는 지지 부재를 포함할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
폴리부틸렌 아디페이트계 폴리올과 폴리헥실렌 아디페이트계 폴리올의 결합 사용에 관하여서는, 그 중량비는 바람직하게는 99:1 내지 1:99이고, 보다 바람직하게는 95:5 내지 5:95이고, 보다 더 바람직하게는 폴리에스테르 폴리올의 결정성을 충분히 분해하는 점에서 90:10 내지 50:50이다.
더욱이, 폴리에스테르 폴리올의 분자량은 바람직하게는 고성능의 세척 블레이드를 얻는 점에서 1000 이상이고, 바람직하게는 원료의 점성을 감소시키고 우수한 처리 특성을 실현하는 점에서 3000 이하이다.
폴리이소시안산염에 관하여서는, 4,4-디페닐메탄 디이소시안산염(MDI)이 바람직하나, 다음의 화합물도 사용될 수 있다.
예를 들면, 1,5-나프탈렌 디이소시안산염, 3,3-디메틸페닐 디이소시안산염, 4,4'-디시클로헥실 메탄 디이소시안산염, p-페닐린 디이소시안산염, 이소포론 디이소시안산염, 카보디이미드 변형 MDI, 크실렌 디이소시안산염, 디메틸 디이소시안산염, 트리메틸 헥사메틸렌 디이소시안산염, 톨리렌 디이소시안산염, 나프틸렌 디이소시안산염, 파라페닐렌 디이소시안산염, 헥사메틸렌 디이소시안산염, 폴리메틸렌페닐 폴리이소시안산염 등의 디이소시안산염이 사용된다.
경화제가 마련될 때, 사슬 연장성 작용제로서의 이가 저분자량 폴리올과 교차 결합성 작용제로서의 3가 이상의 저분자량 폴리올이 함께 사용된다. 이가 저분자량 폴리올에 관하여서는, 에틸렌글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 헥산 디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-시클로헥산 디올, 1,4-시클로헥산 디메탄올 크실렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 등의 저분자량 디올(2가 저분자량 폴리올)이 사용된다. 3가 이상의 저분자량 폴리올에 관하여서는, 1,1,1-트리메틸올 프로판, 글리세린, 펜타에리스리톨, 소르비톨 등이 사용된다.
이 중에서, 1,4-부탄디올과 1,1,1-트리메틸올 프로판은 혼합되고 프리폴리머와 혼합 및 교반됨으로써 사용된다. 1,4-부탄디올과 1,1,1-트리메틸올 프로판의혼합 중량비는 바람직하게는 20:80 내지 80:20이고, 보다 바람직하게는 50:50 내지 80:20이다. 1,4-부탄디올이 상기 범위 이내에 있을 때, 영속적인 변형이 감소될 수 있으며, 1,1,1-트리메틸올 프로판이 상기 범위 이내에 있을 때, 충분한 파열 강도가 실현될 수 있다.
촉매로서는, 초산 칼륨와 특별한 요구로서 트리에틸렌디아민(TEDA)이 사용된다. 분말 상태에서의 초산 칼륨도 첨가될 수 있음에 유의하여야 한다. 에틸렌 글리콜에서 용해된 초산 칼륨을 갖는 용액도 또한 첨가될 수 있다. 특히 에틸렌 글리콜 용액의 경우에, 에틸렌 글리콜도 저분자량 폴리올로서 작용한다.
이러한 촉매들의 제품 명칭으로서는, (초산 칼륨 38.4 % 중량으로 초산 칼륨을 에틸렌 글리콜에 용해한 것으로서, 산교 에어 프로덕츠 씨오., 엘티디.에 의해 제조된) P15와, (트리에틸렌디아민 분말로서, 산교 에어 프로덕츠 씨오., 엘티디.에 의해 제조된) DABCO(결정체) 등이 있다.
초산 칼륨은 온도 민감성 촉매인 것에 유의하여야 한다. 온도 민감성 촉매는 열경화 수지의 온도가 소정의 값에 도달할 때까지 어떠한 활동의 표시도 보이지 않다가 그 온도 이상에서는 급속하게 반응을 촉진시키는 촉매임을 의미한다. 온도 민감성 촉매가 사용될 때, 반응의 진행이 소정 온도 이하에서는 느리기 때문에, 유동 특성이 양호하고 다이로의 주입이 만족스럽게 실행될 수 있다. 그 이후에, 다이내의 원료의 온도가 상승할 때, 온도 민감성 촉매의 활동이 증가하여 경화 반응을 급속하게 촉진시킴으로써 생산 효율이 전반적으로 개선될 수 있다.
더욱이, 초산 칼륨은 이소시안산염의 분자 3개를 결합하고 6개 요소 링 화합물인 이소시아뉴레이트의 형성을 촉진시키는 삼량체 반응 촉매로서 언급된다. 제2차 반응으로서, 우레탄 반응이 또한 촉진된다. P15는 삼량체 촉매들 중에 삼량체 반응을 가장 크게 촉진시키는 촉매로서 알려져 있는 것에 유의하여야 한다. 저변형율이 강한 이유는 삼량체 반응의 생산물이 대부분 폴리우레탄 수지로 취급되는 것으로 추정되기 때문이다.
P15의 소모량은 경화제에 있어서 바람직하게는 100 중량 ppm 이상 및 2000 중량 ppm 이하이며, 보다 바람직하게는 300 중량 ppm 이상 및 1000 중량 ppm 이하인 것에 유의하여야 한다.
더욱이, P15는 온도 민감성을 가지기 때문에, 저온에서 효과적인 TEDA 등이 함께 사용될 때, 경화 반응이 저온도시의 주입 이후에 즉시 TEDA에 의해 촉진된다. 그 이후에, 원료의 온도는 상승하여 연속 반응의 촉진이 P15에게로 넘겨진다.
또한, 프리폴리머와 경화제의 혼합 비율은 이소시안산염 그룹에 대한 하이드록실 그룹의 등가비(α값)이 0.7 이상 및 0.9 이하로 되도록 설정된다. 즉, 이소시안산염 그룹이 초과하여 존재하는 것을 허용함으로써, 상기 이소시아뉴레이트 뿐만 아니라 알로파네이트 결합이 형성되어 생산물이 대부분 폴리우레탄으로 취급되고 교차 결합 밀도가 상승되고 연신율이 작아진다. 또한 저 변형시에서의 계수가 커진다.
실시예
이하에서는 실시예들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명에 한정되지 않으며 달리 특정되지 않는 한 사용된시약들은 시장에서 입수가능한 고순도를 갖는 것들로 이해되어야 한다.
실시예 1
평균 개수 분자량 2000(BA, 제품 명칭: NIPPORANE 4010, 니뽄 폴리우레탄 인더스트리 씨오., 엘티디.에서 제조됨)의 중량비 900인 폴리부틸렌 아디페이트과 평균개수 분자량 2000(HA, 제품 명칭: NIPPORANE 4073, 니뽄 폴리우레탄 인더스트리 씨오., 엘티디.에서 제조됨)의 중량비 100인 폴리헥실렌 아디페이트가 혼합되었으며, 이는 질소 대기 환경하에 80 ℃에서 2 시간 동안 중량비 426인 4,4'-디페닐메탄 디이소시안산염(MDI)과 반응하여, 7 %에서 NCO%를 갖는 프리폴리머가 마련되었다.
한편, 1,4-부탄디올(1,4BD)과 트리메틸올 프로판(TEMP)이 65:35의 중량비로 혼합되었으며, 여기에 촉매로서의 제품명: P15(산교 에어 프로덕츠 씨오., 엘티디.에 의해 제조되고, 초산 칼륨을 에틸렌 글리콜에 용해한 것으로서 초산 칼륨의 농도가 38.4 % 중량임)와, 트리에틸렌디아민(TEDA)가 첨가되어, 경화제가 마련된다. 프리폴리머와 경화제의 총량에 대한 P15의 배합량은 50 중량 ppm으로 취하였다. 따라서, 초산 칼륨의 혼입양은 19.2 중량 ppm으로 취하였다. 더욱이, 프리폴리머와 경화제의 총량에 대한 트리에틸렌디아민(TEDA)의 배합량은 170 중량 ppm으로 취하였다.
중량비 100인 상기 프리폴리머와 중량비 5.99인 상기 경화제가 혼합됨으로써 α값(OH 기의 몰수/NCO 기의 몰수)가 0.8을 갖는 혼합물이 마련되었다. 이 혼합물은 130 ℃에서 예열된 금속 몰드내로 주입되어 5분의 경화 반응 이후에 금속 몰드로부터 취출되었다. 그 이후에, 획득된 경화 부재는 세척 블레이드를 얻기 위해 소정의 크기로 절단되었다.
획득된 세척 블레이드의 국제 고무 경도(IRHD)는 JIS K 6253에 따라 월스 마이크로 경도 테스터(월스 코포레이션에 의해 제작됨)를 사용하여 측정되었을 때, 그 경도는 70°였다.
더욱이, JIS-No. 3 덤벨이 획득된 세척 블레이드를 펀칭함으로써 마련되었고 인장 특성이 500 mm/분의 인장 속도로 측정되었을 때, 100% 계수가 3.1 MPa이였고 200% 계수가 9.1 MPa이였던 한편, 덤벨이 파손되었을 때의 연신율은 265% 였다. 연신율은 300% 미만이였기 때문에 300% 계수를 측정할 수 없는 것에 유의하여야 한다.
더욱이, 점성 및 탄성 특성인 tan δ가 10Hz의 조건하에 레오메트릭스 코포레이션에 의해 제작된 RSA-II를 사용함으로써 측정되었을 때, 정점 온도는 1.7 ℃였고, 정점값은 0.86이였다.
또한, 상기 세척 블레이드는 20 ㎛의 표층을 갖는 폴리카보네이트로 도포된 직경 30mm의 감광 드럼이 구비된 칼러 LBP에 장착되어, A4 크기 용지로 20,000 매의 인쇄 시험이 실시되었다. 그 이후에, 세척 블레이드의 에지 칩의 평균 깊이는 2 ㎛였다. 감광 드럼의 칩 량은 5 ㎛였다.
상기한 바와 같이, 세척 블레이드의 전도 및 에지 단편이 조절되고 감광 드럼의 마모가 감소하기 때문에, 우수한 내구성을 갖는 양호한 화상이 획득될 수 있다. 획득된 결과는 표1에 도시되어 있다.
실시예 2 및 3
BA:HA의 중량비가 표1에서 도시된 대로 변경된 점을 제외하고는, 세척 블레이드는 실시예 1과 유사하게 마련되고 측정되었다. 그 결과, 세척 블레이드의 에지 치핑과 반전이 조절되고 감광 드럼의 마모가 감소되어 양호한 내구성을 갖는 양호한 화상이 얻어질 수 있음을 알 수 있었다. 그 얻어진 결과는 표1에 도시되어 있다.
실시예 4 및 5
α값이 표1에 도시된 바와 같이 변경된 점을 제외하고는, 세척 블레이드는 실시예 1과 유사하게 마련되고 측정되었다. 그 결과, 세척 블레이드의 에지 치핑과 반전이 조절되고 감광 드럼의 마모가 감소되어 양호한 내구성을 갖는 양호한 화상이 얻어질 수 있음을 알 수 있었다. 그 얻어진 결과는 표1에 도시되어 있다.
[표1]
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
BA:HA(중량비) 9:1 5:5 1:9 9:1 9:1
P15(중량 ppm) 50 50 50 50 50
TEDA(중량 ppm) 170 170 170 170 170
α값 0.8 0.8 0.8 0.7 0.9
IRHD(°) 70 68 68 72 68
100% 모듈러스(MPa) 3.1 3.0 2.9 3.6 2.8
200% 모듈러스(MPa) 9.1 6.3 6.2 15.7 6.2
연신율(%) 265 270 280 223 295
tanδ정점온도(℃) 1.7 2.1 2.5 0 0.8
tanδ정점값 0.86 0.88 0.88 0.85 0.95
블레이드 칩(㎛) 2 3 3 1 4
드럼의 칩량(㎛) 5 5 4 7 4
화상 양호 양호 양호 양호 양호
실시예 6
수 평균 분자량 2000의 900 중량부의 폴리부틸렌 아디페이트(BA, 제품명 :Nippon Polyurethane Industries Co., Ltd.에서 제조된 NIPPORANE 401O)와, 수 평균 분자량 2000의 100 중량부의 폴리헥실렌 아디페이트(HA, 제품명 : Nippon Polyurethane Industries Co., Ltd.에서 제조된 NIPPORANE 4073)가 혼합되고, 질소 대기 하에서 2시간 동안 80℃에서 중량에 의한 1293 부분의 4,4'-디페닐메탄에디이소시안산염(MDI)과 반응시키고, 17.0%에서 NCO%를 갖는 프리폴리머가 마련되었다.
한편, 전술한 900 중량부의 폴리부티렌 아디페이트, 전술한 100 중량부의 폴리헥실렌 아디페이트, 82.8 중량부의 1,4-부탄디올(1,4BD), 44.6 중량부의 트리메틸올 프로판(TMP), 촉매로서 제품명 P15(SANKYO AIR PRODUCTS. Co., Ltd.에 의해 제조되고, 초산 칼륨이 에틸렌 글리콜과 용해되고 초산 칼륨의 농도가 중량에 대해 38.4 %임), 및 트리에틸렌디아민(TEDA)가 혼합되었고 경화제가 마련되었다. 프리폴리머와 경화제의 총량에 대한 P15의 배합량은 50 중량 ppm으로 취함을 유의하라. 따라서, 초산 칼륨의 배합량은 19.2 중량 ppm으로 취하였다. 더욱이, 프리폴리머와 경화제의 총량에 대한 트리에틸렌디아민(TEDA)의 배합량은 170 중량 ppm으로 취하였다.
전술한 100 중량부의 프리폴리머와 전술한 100 중량부의 경화제가 혼합되었고, α값(OH 기의 몰수/NCO 기의 몰수)이 0.8의 조성이 마련되었다. 이러한 조성은 130 ℃에서 예열된 금속 몰드내로 주입되고 5분의 경화 반응 후에 금속 몰드로부터 취출되었다. 그 이후에, 얻어진 경화 부재는 세척 블레이드를 얻기 위해 소정의 크기로 절단되었다.
얻어진 세척 블레이드의 국제 고무 경도(IRHD)는 69°였다.
또한, 100% 모듈러스는 3.1 MPa이고 200% 모듈러스는 9.4 MPa이었으며 연신율은 250% 였다.
또한, tan δ가 10Hz에서 측정되었을 때, 정점 온도는 -1.4 ℃였고, 정점값은 0.82이였다.
또한, 실시예 1과 유사하게 장착 시험이 수행되었을 때, 세척 블레이드의 치핑된 에지의 평균 깊이는 1 ㎛였다. 이 때, 감광 드럼의 치핑된 양은 4 ㎛였다.
상기로부터, 세척 블레이드의 반전 및 에지 치핑이 조절되고 감광 드럼의 마모가 감소되었으므로, 양호한 내구성을 갖는 양호한 화상이 얻어질 수 있음을 알 수 있었다.
비교예 1
HA가 사용되지 않은 점을 제외하고는, 실시예 1과 유사하게 세척 블레이드가 마련되고 측정되었다. 실시예 1과 대비하여, tan δ의 정점 온도가 높았고, 블레이드의 치핑된 양이 컸으며 화상 내에 스트리크가 발생되었다. 얻어진 결과는 표2에 도시되어 있다.
비교예 2
BA가 사용되지 않은 점을 제외하고는, 실시예 1과 유사하게 세척 블레이드가 마련되고 측정되었다. 실시예 1과 대비하여, tan δ의 정점 온도가 높았고, 블레이드의 치핑된 양이 컸으며 화상 내에 스트리크가 발생되었다. 얻어진 결과는 표2에 도시되어 있다.
비교예 3
P15가 사용되지 않은 점을 제외하고는, 실시예 1과 유사하게 세척 블레이드가 마련되고 측정되었다. 실시예 1과 대비하여, IRHD가 높았고, 드럼의 치핑된 양이 컸으며 화상 내에 스트리크가 발생되었다. 얻어진 결과는 표2에 도시되어 있다.
비교예 4
α값이 0.65로 된 점을 제외하고는, 실시예 1과 유사하게 세척 블레이드가 마련되고 측정되었다. 실시예 1과 대비하여, IRHD가 높았고, 드럼의 치핑된 양이 컸으며 화상 내에 스트리크가 발생되었다. 얻어진 결과는 표2에 도시되어 있다.
비교예 5
α값이 0.95로 된 점을 제외하고는, 실시예 1과 유사하게 세척 블레이드가 마련되고 측정되었다. 실시예 1과 대비하여, 100% 모듈러스 및 200% 모듈러스가 낮았고, 블레이드의 치핑된 양이 컸으며 화상 내에 스트리크가 발생되었다. 얻어진 결과는 표2에 도시되어 있다.
[표2]
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
BA:HA(중량비) 10:0 0:10 9:1 9:1 9:1
P15(중량 ppm) 50 50 0 50 50
TEDA(중량 ppm) 170 170 170 170 170
α값 0.8 0.8 0.9 0.65 0.95
IRHD(°) 71 70 79 75 67
100% 모듈러스(MPa) 3.3 3.2 4.5 4.0 2.5
200% 모듈러스(MPa) 9.5 9.0 8.2 16.5 5.5
연신율(%) 250 260 318 180 360
tanδ 정점 온도(℃) 5.5 6.0 -1.6 -0.9 2.5
tanδ정점값 0.90 0.92 0.83 0.85 0.98
블레이드 칩(㎛) 7 7 2 2 7
드럼의 칩량(㎛) 5 5 14 13 3
화상 스트리크발생 스트리크발생 스트리크발생 스트리크발생 스트리크발생
본 발명은 세척 블레이드의 칩을 형성한 에지를 제어하고, 감광 드럼의 연마를 감소시키며, 개선된 내구성을 갖는 우수한 화상을 얻는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 전자사진 장치 내에 주로 설치되고 잔여 토너를 문지르고 제거하기 위한 폴리우레탄 수지를 주로 포함하는 세척 블레이드에 있어서,
    부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올, 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 폴리이소시안산염으로부터 얻어지는 프리폴리머와, 저분자량 폴리올과 초산 칼륨을 포함하는 경화제가 혼합되고 경화됨으로써 이소시안산염 그룹에 대한 하이드록실 그룹의 몰비(α값)이 0.7 내지 0.9가 되도록 하는 방식으로 얻어지는 것을 특징으로 하는 세척 블레이드.
  2. 전자사진 장치 내에 주로 설치되고 잔여 토너를 문지르고 제거하기 위한 폴리우레탄 수지를 주로 포함하는 세척 블레이드에 있어서,
    부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 또는 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올과 폴리이소시안산염 중 하나 이상으로부터 얻어지는 프리폴리머와,
    부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 또는 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 저분자량 폴리올과 초산 칼륨 중 하나 이상을 포함하는 경화제가 혼합되고 경화됨으로써 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 모두가 포함되고 이소시안산염 그룹에 대한 하이드록실 그룹의 몰비(α값)이 0.7 내지 0.9가 되도록 하는 방식으로 얻어지는 것을 특징으로 하는 세척 블레이드.
  3. 전자사진 장치 내에 주로 설치되고 잔여 토너를 문지르고 제거하기 위한 폴리우레탄 수지를 주로 포함하는 세척 블레이드에 있어서,
    1000 내지 3000의 수 평균 분자량을 갖는 1 내지 99 중량부의 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올, 1000 내지 3000의 수 평균 분자량을 갖는 1 내지 99 중량부의 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 5 % 내지 8 %의 NCO %와 반응하기 위해 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올의 총량에 1.8 내지 5.2 몰 배를 갖는 4, 4'-디페닐메탄 디이소시안산염을 허용함으로써 얻어지는 100 중량부의 프리폴리머와,
    초산 칼륨의 배합량이 상기 프리폴리머 및 경화제의 총량의 3.5 내지 140 중량 ppm 이고, 트리에틸렌디아민의 배합량이 상기 프리폴리머 및 경화제의 총량의 18 내지 715 중량 ppm 인 경우에, 20 내지 80 중량부의 1, 4-부탄에디올, 20 내지 80 중량부의 트리메틸올 프로판, 초산 칼륨 및 트리에틸렌디아민을 포함하는 3.7 내지 7.8 중량부의 경화제가 혼합되고 경화됨으로써 이소시안산염 그룹에 대한 하이드록실 그룹의 몰비(α값)이 0.7 내지 0.9가 되도록 하는 방식으로 얻어지는 것을 특징으로 하는 세척 블레이드.
  4. 전자사진 장치 내에 주로 설치되고 잔여 토너를 문지르고 제거하기 위한 폴리우레탄 수지를 주로 포함하는 세척 블레이드에 있어서,
    1000 내지 3000의 수 평균 분자량을 갖는 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르폴리올 또는 1000 내지 3000의 수 평균 분자량을 갖는 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 8 % 내지 20 %의 NCO %와 반응하기 위해 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올의 총량에 2.5 내지 14.4 몰 배인 4, 4'-디페닐메탄 디이소시안산염 중 하나 이상을 허용함으로써 얻어지는 100 중량부의 프리폴리머와,
    초산 칼륨의 배합량이 상기 프리폴리머 및 경화제의 총량의 3.5 내지 140 중량 ppm 이고, 트리에틸렌디아민의 배합량이 상기 프리폴리머 및 경화제의 총량의 18 내지 715 중량 ppm 인 경우에, 1000 내지 3000의 수 평균 분자량을 갖는 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 또는 1000 내지 3000의 수 평균 분자량을 갖는 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올, 20 내지 80 중량부의 1, 4-부탄에디올, 20 내지 80 중량부의 트리메틸올 프로판, 초산 칼륨 및 트리에틸렌디아민을 포함하는 6 내지 130 중량부의 경화제가 혼합되고 경화됨으로써 1 내지 99 중량부의 부틸렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 및 1 내지 99 중량부의 헥실렌 아디페이트 폴리에스테르 폴리올 모두가 포함되고 이소시안산염 그룹에 대한 하이드록실 그룹의 몰비(α값)이 0.7 내지 0.9가 되도록 하는 방식으로 얻어지는 것을 특징으로 하는 세척 블레이드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 63° 내지 74°의 국제 고무 경도(IRHD), 2.8 내지 5.0 MPa의 100 % 모듈러스 (인장 하중), 6.0 내지 18.0 MPa의 200 % 모듈러스, 200 내지 300 %의 연신율 및 10 Hz에서 측정하는 경우 -5 ℃ 내지10 ℃의 최고 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 세척 블레이드.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 세척 블레이드가 설치되어 있는 전자사진 장치.
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