KR100636138B1 - 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러 및 이를 구비한전자기록 화상형성 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 베이스 고무;
도전성 카본 블랙;
상기 베이스 고무의 경도 조절 및 상기 카본 블랙의 분산 조절용 도전성 고분자; 및
상기 도전성 고분자의 표면 이행 억제용 바인더 수지를 포함하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러 및 이를 채용한 전자기록 화상형성 장치에 관한 것이다. 본 발명의 현상 롤러는 우수한 경도, 가공성, 저항 안정성 및 내이행성을 갖는다.
Description
도 1은 본 발명을 따르는 현상 롤러의 일실시예 및 이를 a-a' 방향으로 절단한 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명을 따르는 현상 롤러의 일실시예를 구비한 전자기록 화상형성 장치의 일부를 도시한 것이다.
<도면 부호에 대한 간단한 설명>
1...현상 롤러를 이루는 고무층
2...현상 롤러를 이루는 샤프트
3...감광체
4...현상 롤러
7...토너 공급 롤러
10...토너
13...토너층 규제 장치
16...대전 롤러
19...크리닝-블레이드
22...광주사 장치
25...전사 롤러
본 발명은 정전기적 기록장치에 사용되는 반도전성 고무인 현상 롤러 및 이를 구비한 정전기적 기록 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전자기록 화상형성 장치를 포함하는 정전기적 기록장치용 현상 롤러로서, 도전성 카본 블랙, 도전성 고분자 및 바인더 수지를 포함하는 현상 롤러 및 이를 구비한 전자기록 화상형성 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 전자기록 방식을 이용한 전자기록 화상형성 장치는 노광부에 의해 디지털 화상신호를 받아 정전잠상(electrostatic latent image)이 형성되는 감광체(photoreceptor drum)와, 상기 감광체의 정전잠상에 현상제(이하 '토너'라 지칭)를 도포시키는 현상 롤러가 상호 맞물려 회전하고 있다. 또한, 상기 현상 롤러의 일측에는 상기 현상 롤러 상에 토너를 공급하기 위한 토너공급수단이 구성되어 있다. 상기 감광체의 하측상에는 전사 롤러(transcriptable roller)가 맞물려 회전하도록 구성된다. 상기 감광체상의 정전 잠상에 도포된 토너는 상기 전사 롤러에 의해 상기 감광체와 전사 롤러 사이를 지나는 기록매체 상으로 전사되어 화상이 형성된다.
이 때, 상기 현상 롤러는 토너를 감광체 상의 정전잠상으로 이동시켜 가시화 상을 형성하는 중요한 역할을 한다. 상기와 같이 감광체 상에 토너를 적정량으로 원활히 도포시키기 위하여 현상 롤러는 일정한 특성을 갖도록 제조되어야 한다.
예를 들어, 토너를 대전시키거나 토너와 마찰되는 동안 토너에 함유된 첨가제 등이 토너로부터 이탈하여 현상 롤러 내부로 침투하지 않도록 현상 롤러는 물리화학적 특성의 변화가 작아야 한다. 한편, 전기적으로는 적절한 체적저항과 유전율이 필요하며, 특히 우수한 화상을 균일하게 장기적으로 형성하도록 환경변화에 따른 전기적 특성의 변화가 작아야 한다. 또한, 토너와의 장시간 마찰후에도 현상 롤러 표면에 필르밍(filming) 현상이 발생하지 않아야 한다.
이러한 정전기록 장치 등에 사용되는 현상 롤러는 이온전도형 현상 롤러와 전자전도형 현상 롤러로 분류할 수 있다.
이온전도형 현상 롤러는 롤러의 저항을 낮추기 위하여 도전성 히드린계 고무와 같은 낮은 체적 저항을 갖는 고무로 이루어진 베이스 고무로 사용하며, 에틸클로로 히드린과 같은 도전성 고분자 물질 또는 Na, Zn, K, Cu, Co 또는 Ni 등과 같은 이온도전제와 같은 도전성 첨가제가 혼합되기도 한다. 그러나, 상기 이온전도형 현상 롤러에 사용되는 히드린계 고무 등과 같은 저저항 고무는 매우 고가이어서 현상 롤러 제조 비용 상승의 요인이 될 수 있으며, 저저항 고무로도 만족스러운 도전성을 얻을 수 없어 첨가하는 이온도전제 등과 같은 도전성 첨가제는 현상 롤러의 분자구조를 습기와 결합하기 쉬운 상태로 변화시키므로 환경변화에 따른 현상 롤러의 체적저항율의 변화량이 커지는 문제점이 있다.
반면, 전자전도형 현상 롤러는 통상적인 베이스 고무에 도전성을 부여하기 위하여 카본 블랙이나 구리와 같은 금속 분말 등을 사용한 것이다. 따라서, 고가의 저저항 도전성 고무를 사용하지 않고 환경에 따른 저항의 변화가 거의 없다는 장점이 있지만, 도전성 카본 블랙을 다량 첨가함으로써 롤러의 경도가 상승할 수 있으며, 카본 블랙 또는 금속 분말 등의 분산 불량에 따라 저항이 불균일해 질 수 있을 뿐만 아니라, 롤러 표면에 카본 블랙이 묻어나는 단점 등이 있다.
이와 같은 전자전도형 현상 롤러와 관련된 연구는 꾸준히 진행되어 왔다. 미국 특허 제5,565,968호에는 베이스 고무로서 폴리우레탄, 니트릴 고무, 클로로프렌 고무 또는 부틸 고무 등을 포함하고, 카본 블랙 및 도전성 고분자를 포함하는 현상 롤러가 개시되어 있으며, 미국 특허 제6,393,243호에는 탄성체층과 수지층을 갖는 복층 구조를 가지고, 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자를 사용한 현상 롤러가 개시되어 있다. 한편, 미국 특허 제6,458,883호에는 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무 등과 같은 가교결합 중합체와 니트릴부타디엔 고무 등과 같은 미가교결합 중합체의 혼합물을 베이스 고무로 사용하며, 도전성 부여제 및 LiCF3SO3 등과 같은 이온 전도성 부여제를 포함하는 현상 롤러가 개시되어 있다.
그러나, 상기 현상 롤러의 경도, 저항 안정성, 내이행성 등은 실제 전자기록 화상형성 장치에 만족스럽게 사용될 수 있는 정도는 아니다. 특히, 도전성 고분자 및 카본 블랙을 포함하는 경우 장기간 작동 후에는 도전성 고분자 물질 또는 카본 블랙이 현상 롤러 표면으로 이행(migration)되어 화상을 오염시키는 문제점을 일으킬 수 있는 바, 보다 우수한 화상을 장기간 균일하게 형성할 수 있는 현상 롤러의 개발 필요성은 여전히 요구되고 있다.
전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 경도, 저항 안정성, 가공성, 내이행성 등이 개선된 현상 롤러 및 이를 채용한 전자기록 화상형성 장치를 제공한다.
상기 본 발명의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 태양은,
베이스 고무;
도전성 카본 블랙;
상기 베이스 고무의 경도 및 상기 카본 블랙의 분산 조절용 도전성 고분자; 및
상기 도전성 고분자의 표면 이행(migration) 억제용 바인더 수지
를 포함하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러를 제공한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제2 태양은,
대전 롤러; 현상 롤러; 광주사 장치; 전사 롤러; 상기 대전 롤러에 의해 대전되어 상기 광주사 장치에 의해 정전 잠상이 형성되며 상기 현상 롤러로부터 공급되는 토너에 의해 가시 화상을 형성하는 감광체; 및 상기 구성요소를 구동하는 구동부를 구비하는 전자기록 화상형성 장치에 있어서, 상기 현상 롤러가
베이스 고무;
도전성 카본 블랙;
상기 베이스 고무의 경도 및 상기 카본 블랙의 분산 조절용 도전성 고분자; 및
상기 도전성 고분자의 표면 이행 억제용 바인더 수지
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치를 제공한다.
본 발명의 현상 롤러는 저가이고 환경에 따른 저항 변화가 적을 뿐만 아니라, 경도, 저항 안정성, 가공성 및 내이행성이 우수하여, 프린터, 팩스밀리, 복사기 등과 같은 정전기적 기록 장치에 사용되어 장기간 우수한 화상을 균일하게 형성할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 현상 롤러는 저항 및 환경의존성이 낮은 베이스 고무를 사용한다. 본 발명의 현상 롤러에 적합한 베이스 고무의 비제한적인 예에는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 실리콘 고무, 에틸렌-프로필렌 디엔 고무, 스티렌 부타디엔 고무 등이 포함된다. 이 중, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무는 아크릴로니트릴과 부타디엔을 저온 유화 중합하여 만든 공중합체로서 내유성과 내약품성이 우수한 고무이다. 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 아크릴로니트릴 함량이 증가할수록 고무의 수지적 성질이 강해져 내마모성, 인장강도, 내약품성 등의 성질이 우수해지나, 반발탄성, 영구압축변형률, 내한성, 신율 등은 떨어진다. 아크릴로니트릴의 함량이 35몰% 이상인 경우에는 저항에 대한 환경의존성이 높아지고, 10몰% 이하인 경우에는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 저항이 높아지는 문제가 있다. 이를 고려하여, 본 발명에 적합한 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 아크릴로니트릴 함량은 10 내지 35몰%인 것이 바람직하다.
본 발명의 현상 롤러에 사용되는 도전성 카본 블랙은 입자의 평균입경이 작고 표면적이 클 수록 바람직하다. 상기 카본 블랙은 상기 베이스 고무에 도전성을 부여하여 현상 롤러의 저항을 조절하는 역할을 한다. 상기 카본 블랙의 비제한적인 예에는 케첸블랙 EC, 케첸블랙 300J, 케첸블랙 600J, 발칸 XC, 발칸 CSX, 덴카블랙 등과 같은 컨덕티브 퍼네이스 블랙 및 아세틸렌 블랙 등이 포함된다. 상기 카본 블랙의 함량은, 카본 블랙의 도전성 및 현상 롤러 표면으로의 이행성을 고려하여 베이스 고무 100중량부를 기준으로 1-50 중량부, 바람직하게는 1-20 중량부, 보다 바람직하게는 1-10 중량부일 수 있다.
본 발명의 현상 롤러는 도전성 고분자를 포함한다. 전술한 바와 같이 베이스 고무에 도전성을 제공하기 위하여 사용된 카본 블랙은 현상 롤러의 경도를 증가시키는 주요 원인이 된다. 이와 같이 경도가 증가되면 토너 스트레스가 증가되며, 감광체와 현상 롤러 간의 nip 확보가 곤란해 지는 문제점이 있다. 또한, 경도 증가는 현상 롤러의 가공성을 저해시켜 현상 롤러의 압출 시 스코치 등과 같은 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 카본 블랙의 첨가에 따른 문제점은 도전성 고분자를 사용함으로써 해결될 수 있다. 본 발명의 현상 롤러는 도전성 고분자를 함유함으로써 경도가 낮아지게 될 뿐만 아니라, 고무의 무늬 점도 또한 작아져 카본 블랙이 베이스 고무에 보다 균일하게 분산될 수 있다. 이로써, 현상 롤러는 작동시 균일하고 안정한 저항을 가질 수 있다.
상기 도전성 고분자의 비제한적인 예에는 폴리아닐린계 중합체, 폴리아닐린 술폰계 중합체, 폴리 피롤, 폴리 아세틸렌 및 이들의 혼합물 등이 있다. 상기 도전성 고분자의 함량은, 베이스 고무 100중량부를 기준으로 1-30 중량부, 바람직하게는 1-20 중량부, 보다 바람직하게는 1-10 중량부일 수 있다.
본 발명의 현상 롤러는 바인더 수지를 포함한다. 전술한 바와 같이 경도 개선, 가공성 개선, 저항 안정성 개선 등을 위해 사용된 도전성 고분자는 현상 롤러를 장기간 방치할 경우 현상 롤러 표면으로 이행하는 경향이 있는 바, 본 발명의 바인더 수지는 이와 같은 도전성 고분자의 표면으로의 이행을 억제하는 역할을 한다. 이로써, 도전성 고분자의 현상 롤러 표면으로의 이행에 따른 화상 오염이 방지되어 장기간 작동 후에도 우수한 화상을 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 바인더 수지의 비제한적인 예에는 아크릴 수지, 폴리비닐 알콜, 폴리 아크릴아마이드, 폴리 염화비닐 수지, 우레탄 수지, 초산비닐수지, 부타디엔 수지, 에폭시 수지, 알키드 수지, 멜라민 수지, 클로로프렌 수지 및 이들의 혼합물이 포함된다. 상기 바인더 수지의 함량은 도전성 고분자 내이행성 증진을 위하여, 베이스 고무 100중량부를 기준으로 1-50 중량부, 바람직하게는 1-40 중량부, 보다 바람직하게는 1-15 중량부일 수 있다.
본 발명의 현상 롤러는 충전제, 가교제, 가황제, 가황촉진제, 연화제, 유화제 및 노화방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 현상 롤러는 충전제를 더 포함할 수 있다. 충전제는 현상 롤러의 연속 압출 또는 사출, 프레스 가공시 치수 안정성, 내마모성 및 연마성을 향상시키 는 역할을 한다. 상기 충전제의 비제한적인 예에는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 카올린, 클레이, 활석, 황산 칼슘, 황산 바륨, 이산화 티탄, 산화 아연, 수산화아연, 황화 아연, 탄산 아연, 규산 알루미늄, 규산, 규산 나트륨, 규조토, 규산칼슘, 규산 마그네슘, 합성 실리카, 콜로이달 실리카, 알루미나, 콜로이달 알루미나, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘과 같은 각종 고체 미립자일 수 있다. 이들 중 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 무기물 충전제 중 탄산칼슘을 포함하는 것이 바람직하다.
충전제 중 탄산칼슘은 그 평균입경이 0.01㎛ 미만인 경우에는 작업성이 저하될 수 있고, 50㎛ 이상인 경우에는 내마모성이 저하될 수 있다. 이를 고려하여, 충전제로서 사용되는 탄산칼슘의 평균입경은 0.01 내지 50㎛ 인 것이 바람직하다. 상기 탄산칼슘 중에서도 베이스 고무와의 분산성을 좋게 하기 위하여, 유기물로 그 표면이 처리된 활성화 탄산칼슘이 바람직하다. 탄산칼슘 표면처리제로서의 유기물은 지방산, 수지산, 계면활성제 등을 사용할 수 있다. 상기 탄산칼슘의 함량은 상기 베이스 고무 100중량부를 기준으로 5 내지 120중량부, 바람직하게는 10 내지 100중량부일 수 있다. 이는 탄산칼슘의 함량이 5중량부 미만이면 내마모성 효과가 적고 120 중량부 이상이면 작업성이 저하될 수 있기 때문이다.
본 발명의 현상 롤러는 가교제를 더 포함할 수 있다. 상기 가교제는 베이스 고무를 가교시켜 현상 롤러의 고무 물성을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에 사용하기 적합한 가교제의 구체적인 예에는 디-(2,4-디클로로벤조일)퍼옥사이드, 디벤조일 퍼옥사이드, tert-부틸-퍼옥시벤조에이트, 1,1-디-(tert-부틸퍼옥시)- 3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide), 디-(2-tert-부틸-퍼옥시이소프로필)-벤젠, tert-부틸규밀퍼옥사이드(tert-butylcumyl peroxide), 2,5-디메틸2,5-디-(tert-부틸퍼옥시)-헥산 또는 디-tert-부틸퍼옥사이드 등과 같은 유기과산화물이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이 중, 디큐밀 퍼옥사이드가 바람직하다.
본 발명의 현상 롤러는 가황제를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 가황제는 황을 이용하여 고무 성분을 가교시키는 물질로서 가교제에 포함되는 것이지만, 본 발명에서는 황-함유 물질을 포함하는 가교제를 지칭하는 것으로 해석될 수 있다. 상기 가황제의 비제한적인 예는 유황; 유황 공여체; 2,4,6-트리머캅토-1,3,5-트리아진 또는 1-메톡시-3,5-디머캅토트리아진과 같은 머캅탄 트리아진류; 또는 1,3-디에틸 티오우레아, 1,3-디부틸 티오우레아 또는 트리메틸 티오우레아와 같은 티오우레아류 등을 포함한다.
본 발명의 현상 롤러는 가황촉진제를 더 포함할 수 있다. 가황촉진제는 고무의 가황시 가황 속도 및 고무 물성을 증가시키는 역할을 한다. 가황촉진제는 티아졸계, 티우람계, 티오카바메이트계, 혼합촉진계, 술펜아미드계 등으로 분류될 수 있으며, 이의 구체적인 예에는 산화아연, 디페닐 구아니딘, 디토릴 구아니딘, 2-머캅토 벤조티아졸, 디벤조티아질디설파이드, N-에틸-2-벤조티아질설펜아미드, N-t-부틸-2-벤조티아질술펜아미드, 테트라메틸 티우람디설파이드, 테트라에틸 티우람디설파이드, 아닐린, 부틸아민 및 2-머캅토이미다졸린 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 가황촉진제는 가황 시간을 고려하여 베이스 고무 100 중량부에 대해 서 0.1 내지 10 중량부 포함될 수 있다.
본 발명의 현상 롤러는 연화제를 더 포함할 수 있다. 상기 연화제는 현상 롤러 제조시 고무를 유연하게 하여 가공을 용이하게 하는 역할을 한다. 상기 연화제에는 피마자유, 파인타르, 톨유 등의 식물류계 연화제와 프로세스유 등의 광물계류 연화제로 분류될 수 있다.
본 발명의 현상 롤러는 유화제를 더 포함할 수 있다. 상기 유화제의 비제한적인 예에는 트리글리세라이드와 같은 유지, 스테아린산, 올레인산, 글리세린 또는 경화 지방산이 있다. 이 중, 스테아르산이 바람직하다.
본 발명의 현상 롤러는 노화방지제를 더 포함할 수 있다. 상기 노화방지제는 노화현상의 주요 인자인 산소에 의한 산화를 방지하는 작용을 한다. 노화방지제는 고무에 대한 용해도가 커야 되며, 휘발성이 작고 가황을 저해하지 않아야 한다. 노화방지제의 비제한적인 예에는, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀)(MBMTB), 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀, 2,2'-메틸렌-비스-(4-에틸-6-tert-부틸페놀), 4,4'-부틸리덴 비스(3-메틸-6-tert-부틸페놀), 4,4'-티오-비스(6-tert-부틸-3-메틸페놀), 트리(노닐레이트 페닐)포스파이트, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐-에틸렌디아민(IPPD), N-(1,3-디메틸-부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린 중합체(TMDQ) 또는 6-에톡시-2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴논(ETMDQ) 등이 있다. 이 중, 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린 중합체가 바람직하다. 노화방지제의 함량은 노화 방지 효과 및 오염성 등을 고려하여 베이스 고무 100 중량부에 대해서 0.1 내지 10 중량 부 포함될 수 있다.
본 발명을 따르는 현상 롤러의 일실시예는 도 1을 참조한다. 도 1에는 본 발명의 현상 롤러의 일실시예 및 이를 a-a' 방향으로 절단한 단면도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명을 따르는 현상 롤러는 알루미늄, 구리 등과 같은 금속으로 이루어진 샤프트(2)와 고무층(1)로 이루어져 있다. 상기 고무층(1)은 전술한 바와 같이, 베이스 고무, 도전성 카본 블랙, 상기 베이스 고무의 경도 및 상기 카본 블랙의 분산 조절용 도전성 고분자 및 바인더 수지를 포함한다.
본 발명의 현상 롤러는 기계적 혼합 장치를 이용하는 간단한 공정으로 제조될 수 있다. 현상 롤러 제조 방법의 일실시예는 다음과 같다. 먼저, 베이스 고무를 기계적 혼합 장치를 이용하여 예비 혼합한다. 상기 기계적 혼합 장치는 혼련기(kneader) 또는 압출성형기(extruder)일 수 있으며, banbury 혼합기, brabender 혼합기 오픈 롤러(open roller) 등을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 기계적 혼합 장치의 베이스 고무에 카본 블랙, 도전성 고분자, 바인더 수지, 충전제, 가교제, 가황제, 가황촉진제, 연화제, 노화방지제 등을 넣고 균일하게 분산되도록 혼합한다. 상기 혼합물을 일정시간 숙성시킨 다음 단축 압출기를 이용하여 저온 압출시키고 가황시켜 가황 고무 튜브를 얻고, 미리 준비된 샤프트의 외주면에 열용융 접착제를 도포한 후 상기에서 얻어진 가황 고무 튜브에 상기 샤프트를 삽입하여 가열 접착 및 표면 연마시킴으로써 소정 칫수의 도전성 현상 롤러를 제조할 수 있다.
본 발명의 현상 롤러는 전자사진 화상형성 장치를 포함한 전자기록 화상형성 장치에 사용될 수 있다. 본 발명의 현상 롤러가 사용될 수 있는 전자기록 화상형성 장치는 레이저 프린터, 팩시밀리, 복사기 등과 같은 통상적인 전자사진 화상화상형성 장치를 포함하며, 구체적으로는 레이저 빔 또는 LED 프린트 헤드 타입의 프린터, 팩시밀리, 복사기 및 복합기 등을 그 예로 들 수 있다. 도 2는 본 발명의 현상 롤러의 일실시예를 구비한 전자기록 화상형성 장치의 일부를 도시한 것이다. 상기 전자기록 화상형성 장치의 통상적인 작동 과정은 다음과 같다. 감광체(3)는 광도전성 물질의 특성을 가지며, 대전 롤러(16)에 의하여 표면이 특정 전위로 대전된다. 대전 롤러(16)는 코로나 대전 또는 롤러 대전 장치를 이용하여 감광체(3)를 대전시킨다. 광주사 장치(22)를 이용한 노광시 감광체(3)의 표면에는 잠상이 형성되며, 상기 잠상에는 이후 토너(10)가 부착된다. 토너(10)는 토너 캐리어인 현상 롤러(4)에 의하여 잠상이 형성된 감광체(3)에 부착되는데, 이 때 토너 공급 롤러(7)와 토너층 규제장치(13)에 의하여 현상 롤러(4)의 토너 부착량 등이 조절된다. 토너가 부착된 감광체(4)는 감광체 상의 극성과 반대 극성을 갖는 전사 롤러(25)에 의하여 기록 매체에 토너가 전사됨으로써, 기록 매체에 화상이 형성된다. 크리닝-블레이드(19)는 전사 후, 감광체 상의 잔류 토너를 제거하는 역할을 한다. 도 2 중 화살표 방향으로 기록 매체가 이동한다.
이하, 본 발명의 현상 롤러는 하기 실시예에 따라 보다 상세히 설명된다.
[실시예]
실시예 1 및 2 - 도전성 고분자 및 바인더 수지를 포함하는 현상 롤러의 제조
아크릴로니트릴 함량이 25중량%인 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(KNB 25LM, 금호석유 화학 사 제품)를 60℃로 예열된 오픈롤러 장치를 이용하여 예비 혼합하였다. 상기 예비 혼합물에 컨덕티브 퍼네이스 블랙(케첸블랙 300J, 일본 라이온 사 제품), 폴리아닐린 술폰계 고분자(Sigma Aldrich 사 제품), 아크릴 수지, 산화아연, 디큐밀퍼옥사이드(dicumylperoxide), 2-머캅토이미다졸린, 스테아린산 및 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린(TMDQ)을 첨가한 다음 60℃의 온도 및 1atm의 압력 하에서 상기 혼합장치를 작동시켜 상기 물질들을 아크릴로니트릴 부타디엔 고무에 분산시켰다. 상기 분산물을 상온에서 8 시간 동안 숙성시킨 다음 단축 압출기로 압출하고 150 ℃의 온도 및 3 atm의 압력의 가황실에 두어 3차원 망상 구조로 가황되도록 하였다. 이로부터 생성된 현상 롤러용 고무의 외경 치수 및 표면 거칠기를 조정하고, UV 조사로 표면 마찰계수를 감소시켜 샘플 1 및 2를 제조하였다. 샘플 1 및 샘플 2의 제조에 사용된 물질의 중량비(단위는 중량부임)는 하기 표 1에 기재된 바와 같다:
| 샘플 1 (실시예 1) | 샘플 2 (실시예 2) | |
| 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(베이스 고무) | 100 | 100 |
| 컨덕티브 퍼네이스 블랙(도전성 카본 블랙) | 7 | 7 |
| 폴리아닐린 술폰계 고분자(도전성 고분자) | 2 | 5 |
| 아크릴 수지(바인더 수지) | 3 | 10 |
| 산화아연(가황촉진조제) | 2 | 2 |
| 디큐밀퍼옥사이드(가교제) | 2 | 2 |
| 2-머캅토이미다졸린(가황촉진제) | 0.5 | 0.5 |
| 스테아린산(유화제) | 1 | 1 |
| 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린 중합체(노화방지제) | 0.5 | 0.5 |
비교예 1 및 2
컨덕티브 퍼네이스 블랙 및 폴리아닐린 술폰계 고분자의 함량을 하기 표 2에 기재된 바와 같이 조절하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예에 기재된 방법과 동일한 방법을 이용하여 샘플 3 및 4를 제조하였다. 샘플 3은 도전성 고분자 및 바인더 수지를 모두 포함하지 않는 것이고, 샘플 4는 바인더 수지만을 포함하지 않는 것이다:
| 샘플 3 (비교예 1) | 샘플 4 (비교예 2) | |
| 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(베이스 고무) | 100 | 100 |
| 컨덕티브 퍼네이스 블랙(도전성 카본 블랙) | 10 | 7 |
| 폴리아닐린 술폰계고분자(도전성 고분자) | 0 | 5 |
| 아크릴 수지(바인더 수지) | 0 | 0 |
| 산화아연(가황촉진조제) | 2 | 2 |
| 디큐밀퍼옥사이드(가교제) | 2 | 2 |
| 2-머캅토이미다졸린(가황촉진제) | 0.5 | 0.5 |
| 스테아린산(유화제) | 1 | 1 |
| 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린 중합체(노화방지제) | 0.5 | 0.5 |
평가예 1 - 본 발명에 따르는 현상 롤러의 물성 평가
상기 제조예에 따라 제조된 샘플 1 내지 4에 대하여 각각 NN저항, LL환경 저항, HH환경 저항, 경도, 조도 및 마찰계수를 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 기재하였다.
저항은 전류계, 전압계, 지그를 이용하여 측정하였다. 구체적으로, 측정롤러를 지그에 장착하고 1000KG의 부하를 부여한 다음, -500V의 전압을 인가하여 전류를 측정한 후 저항을 구하였다. LL환경저항은 10℃의 온도 및 20%의 습도에서 측정한 저항이고, NN환경저항은 23℃의 온도 및 55% 습도에서 측정한 저항이며, HH환경저항은 32℃의 온도 및 80%의 습도에서 측정한 저항이었다.
한편, 경도는 쇼어 A타입을 사용하여 측정하였고, 조도는 마하 장비를 이용하여 원주방향으로 중심선평균조도(Ra)를 구하여 측정하였다. 마찰계수는 OHP필름에 70g의 추를 달아서 롤러 위에 놓고 70mm/min 속도로 당겨서 측정하였다.
| 샘플 1 (실시예 1) | 샘플 2 (실시예 2) | 샘플 3 (비교예 1) | 샘플 4 (비교예 2) | |
| NN환경 저항 | 6.0×10-5 | 3.0×10-5 | 4.0×10-5 | 4.0×10-5 |
| LL환경 저항 | 8.0×10-5 | 4.4×10-5 | 6.0×10-5 | 4.8×10-5 |
| HH환경 저항 | 5.0×10-5 | 1.0×10-5 | 3.0×10-5 | 2.1×10-5 |
| 경도(shore A) | 49 | 51 | 56 | 50 |
| 조도(Ra) | 2.2 | 2.3 | 2.6 | 2.3 |
| 마찰계수 | 0.23 | 0.21 | 0.29 | 0.22 |
상기 표 3으로부터, 도전성 고분자인 폴리아닐린계 술폰계 고분자를 사용하지 않은 샘플 3을 제외한 샘플 1, 2 및 4 모두 경도가 개선되었음을 알 수 있다.
평가예 2 - 도전성 고분자 및 바인더 수지를 포함하는 현상 롤러의 전자기록 화상형성 장치에서의 성능 평가
상기 샘플 1, 3 및 4를 현상기에 조립하여 각 샘플에 대한 전자기록 화상형성 장치에서의 성능을 0, 500, 1,000, 1,500, 2,000, 2,500 및 3,000 매수마다 평가하였다. 평가 항목은 다음과 같다:
1) I/D: 농도계로 측정한 블랙의 농도
2) 2by2: 블랙 밴드, 화이트 밴드, 농도 단차 등
3) C/S: 압축변형률(Compression set)
4) 도트(dot) 재현성: 1 도트 라인(Dot line)의 재현성
샘플 1, 3 및 4의 성능평가 결과를 각각 표 4a, 4b 및 4c에 나타내었다.
| 초기 | 500 | 1,000 | 1,500 | 2,000 | 2,500 | 3,000 | |
| I/D | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | △+ |
| 2by2 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | △+ | △+ |
| C/S | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 도트 재현성 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | △+ |
| 초기 | 500 | 1,000 | 1,500 | 2,000 | 2,500 | 3,000 | |
| I/D | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | △- | △- |
| 2by2 | ○ | ○ | △+ | △+ | △- | × | × |
| C/S | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 도트 재현성 | ○ | ○ | ○ | ○ | △+ | △+ | △- |
| 초기 | 500 | 1,000 | 1,500 | 2,000 | 2,500 | 3,000 | |
| I/D | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | △+ | △- |
| 2by2 | ○ | ○ | ○ | ○ | △+ | △+ | △+ |
| C/S | × | ○ | ○ | × | △- | ○ | ○ |
| 도트 재현성 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | △+ | △+ |
○ : 매우 우수함 △+: 우수함
△-: 보통임 × :불량함
상기 표 4a, 4b 및 4c로부터, 본 발명을 따르는 현상 롤러인 샘플 1의 전자기록 화상형성 장치에서의 성능은 장기간 작동 후에도 샘플 3 및 4에 비하여 우수하다는 것을 알 수 있다. 특히, 샘플 1은 샘플 3 및 4에 비하여 경도가 저하되었 는 바, 2by2 화상에서의 블랙 밴드, 화이트 밴드, 농도 단차 등이 샘플 3 및 4에 비하여 우수하다. 또한, 저경도로 인하여 토너 스트레스가 감소된 샘플 1은 토너 재현성에 있어서도 샘플 3 및 4보다 우수하다. 한편, 바인더 수지를 사용한 샘플 1의 C/S가 바인더 수지없이 도전성 고분자만을 포함한 샘플 4의 C/S보다 향상되었다는 점으로부터, 본 발명을 따르는 샘플 1의 내이행성 개선 효과를 확인할 수 있다.
본 발명을 따르는 현상 롤러는 저가이면서도 환경의존성이 적을 뿐만 아니라, 도전성 고분자 및 바인더 수지를 포함함으로써 경도 저하에 따른 토너 스트레스 감소 효과 및 감광체와 현상 롤러 간의 nip 증가 효과를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 현상 롤러를 이루는 고무의 무늬 점도가 저하됨으로써 카본 블랙이 균일하게 분산되어 저항 불균일성이 해소되는 효과 또한 갖는다. 또한, 바인더 수지를 사용함으로써 도전성 고분자의 표면으로의 이행이 방지되어 현상 롤러의 장기간 사용 후에도 우수한 화상을 균일하게 형성할 수 있는 이점이 있다.
Claims (15)
- 베이스 고무;도전성 카본 블랙;상기 베이스 고무의 경도 및 상기 카본 블랙의 분산 조절용 도전성 고분자; 및상기 도전성 고분자의 표면 이행 억제용 바인더 수지를 포함하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러.
- 제1항에 있어서, 상기 베이스 고무가 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러.
- 제1항에 있어서, 상기 도전성 카본 블랙이 아세틸렌 블랙 또는 컨덕티브 퍼네이스 블랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러.
- 제1항에 있어서, 상기 도전성 카본 블랙의 함량은 상기 베이스 고무 100중량부를 기준으로 1-50 중량부인 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러.
- 제1항에 있어서, 상기 도전성 고분자가 폴리아닐린계 고분자, 폴리아닐린 술폰계 고분자, 폴리피롤, 폴리아세틸렌 및 이의 혼합물로부터 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러.
- 제1항에 있어서, 상기 도전성 고분자의 함량이 상기 베이스 고무 100중량부를 기준으로 1-30 중량부인 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러.
- 제1항에 있어서, 상기 바인더 수지가 아크릴 수지, 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴아마이드, 폴리 염화비닐 수지, 우레탄 수지, 초산비닐 수지, 부타디엔 수지, 에폭시 수지, 알키드 수지, 멜라민 수지, 클로로프렌 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러.
- 제1항에 있어서, 상기 바인더 수지의 함량이 상기 베이스 고무 100중량부를 기준으로 1-50 중량부인 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러.
- 제1항에 있어서, 충전제, 가교제, 가황제, 가황촉진제, 연화제, 유화제 및 노화방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러.
- 제9항에 있어서, 상기 가교제가 유기과산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러.
- 제9항에 있어서, 상기 가황제가 유황, 유황 공여체, 머켑토 트리아진류 및 티오우레아류로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치용 현상 롤러.
- 대전 롤러; 현상 롤러; 광주사 장치; 전사 롤러; 상기 대전 롤러에 의해 대전되어 상기 광주사 장치에 의해 정전 잠상이 형성되며 상기 현상 롤러로부터 공급되는 토너에 의해 가시 화상을 형성하는 감광체; 및 상기 구성요소를 구동하는 구동부를 구비하는 전자기록 화상형성 장치에 있어서, 상기 현상 롤러가,베이스 고무;도전성 카본 블랙;상기 베이스 고무의 경도 및 상기 카본 블랙의 분산 조절용 도전성 고분자; 및상기 도전성 고분자의 표면 이행 억제용 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 베이스 고무가 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 도전성 고분자가 폴리아닐린계 고분자, 폴리아닐린 술폰계 고분자, 폴리피롤, 폴리아세틸렌 및 이의 혼합물로부터 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 바인더 수지가 아크릴 수지, 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴아마이드, 폴리 염화비닐 수지, 우레탄 수지, 초산비닐 수지, 부타디엔 수지, 에폭시 수지, 알키드 수지, 멜라민 수지, 클로로프렌 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전자기록 화상형성 장치.
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