KR100637606B1

KR100637606B1 - 전자사진용 롤러

Info

Publication number: KR100637606B1
Application number: KR1020027006555A
Authority: KR
Inventors: 쓰네미히데나리; 가미테준; 아사오카게이조; 고바야시겐지
Original assignee: 가부시키가이샤 가네카
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2006-10-24
Also published as: US6953421B2; JP2001173638A; KR20020064907A; EP1239339A1; US20030022775A1; WO2001044877A1; JP3899756B2

Abstract

전자사진 방식을 이용하는 화상형성장치에 구비되는 전자사진용 롤러에서 중심축에 도전성 샤프트를 배치하고, 그 둘레에 도전성 탄성층을, 그 위에 표면층을 동심원 모양으로 순차적으로 적층하여 구성되고, 상기 도전성 탄성층이 30°이하의 JIS A 경도를 구비하고 또한 20℃, 60% RH의 환경하에서 0.1Hz에서의 점탄성으로 측정한 상기 도전성 탄성층의 전단 탄성률이 4 × 10⁵Pa 이상인 롤러는 작은 압력에서도 다른 부재와의 원주 방향의 접촉폭을 충분히 확보할 수 있고 또한 다른 부재에 눌린 상태에서 장시간 고정된 후에서도 압축잔류왜곡이 작아 현상 롤러로서 사용되면 잔류왜곡에 기인하는 농도얼룩이 없는 선명한 화상이 얻어진다.

Description

전자사진용 롤러{ELECTROPHOTOGRAPHY ROLLER}

본 발명은 복사기, 프린터(printer) 또는 팩시밀리(facsimile)의 수신장치 등 전자사진(電子寫眞 : electrophotography) 방식을 채용하는 화상형성장치(畵像形成裝置)에 구비되는 롤러(roller)에 관한 것이다.

전자사진 방식을 채용하는 화상형성장치에서는, 정전잠상 유지체(靜電潛像維持體)의 주변에 이 정전잠상 유지체로 전하(電荷)를 일정하게 공급하는 대전 롤러(帶電 roller), 토너(toner)를 상기 정전잠상 유지체로 공급하는 현상 롤러(現像 roller), 상기 정전잠상 유지체 표면의 토너 상(toner 像)을 기록용지에 전사(轉寫)시키는 전사 롤러(轉寫 roller) 등의 각종 롤러가 배치되어 있다.

도1은 상기와 같은 전자사진 방식을 채용하는 화상형성장치의 일례를 나타내는 모식도이다. 대전 롤러20은, 그 표면을 정전잠상 유지체인 감광체(感光體)21에 접촉·회전시켜 전하를 감광체21의 표면에 일정하게 공급한다. 감광체21의 표면에는 광도전성 절연체층(光導電性絶緣體層)이 형성되어 있고, 이 광도전성 절연체층의 밑에는 도전체층(導電體層)이 형성되어 있다. 감광체21의 표면에 화상정보(畵像情報)를 포함하는 빛(光)22가 닿으면 정전잠상(靜電潛像)이 형성된다. 이 정전잠상을 가시상화(可視像化) 시키는 것이 현상장치(現像裝置)23이다.

현상장치23은, 토너24 … 를 저장하는 토너용기25, 이 토너용기25에 설치되는 제한 블레이드(制限 blade)26, 현상 롤러27 및 이 현상 롤러27의 표면에 토너24 … 를 확실하게 운반시키는 공급 롤러28 등으로 구성된다. 현상 롤러27은 SUS로 만들거나 알루미늄 합금 등으로 만든 도전성 샤프트(導電性 shaft)의 둘레에 도전성 탄성층(導電性彈性層)을 동심원(同心圓) 모양으로 적층(積層)하여 구성되거나 경우에 따라서는 이 도전성 탄성층상에 보호층(표면층)을 피복(被覆)하여 구성된다. 이 도전성 샤프트와 현상 롤러27의 표면 사이에는 전압이 인가(印加)된다. 토너용기25 내의 토너24 … 는 비자성 토너(非磁性 toner)로 이루어지고, 현상 롤러27의 표면에 운반되어 제한 블레이드26에 의하여 토너 박층(toner 薄層)이 형성될 때에 접촉·마찰하여 대전(帶電)된다. 그리고 현상 롤러27의 표면을 감광체21의 표면에 접촉시킴으로써 토너 박층이 감광체21 표면의 정전잠상에 부착되어 감광체21의 표면에 토너 상이 형성된다. 이 토너 상은 전사 롤러29에 의하여 기록용지30의 표면에 정전흡착(靜電吸着)되어 기록용지30의 위에서 전사 상(轉寫像)이 된다. 이 전사 상이 가열 롤러(加熱 roller)31이나 가압 롤러(加壓 roller)32에 의하여 기록용지30에 정착(定着)되는 것이다. 또 전사되지 않고 감광체21의 표면에 남아 있는 토너가루를 제거하기 위하여 블레이드(blade) 등의 청소기33이 전사 롤러29의 하류측에 설치되어 있다. 이 블레이드 대신에 브러시(brush)나 롤러를 사용하는 것도 있다.

상기한 바와 같은 전자사진 방식을 채용하는 화상형성장치에 사용되는 각종 롤러 중에서 대전 롤러나 현상 롤러, 전사 롤러의 기본구조는 동일하다. 즉 이들 롤러는 도전성 샤프트의 둘레에 도전성 탄성층을 형성하고, 경우에 따라서는 이 도전성 탄성층상에 보호층(표면층)을 피복하여 구성된다. 이 도전성 탄성층에는 적당한 탄성변형(彈性變形)이 필요하다. 예를 들면 대전 롤러의 경우, 그 표면의 전하를 감광체로 공급하기 위하여는 대전 롤러와 감광체의 원주(圓周) 방향으로 적당한 접촉폭(接觸幅)이 없으면 안된다. 이 접촉폭을 충분히 확보하기 위하여 대전 롤러에는 저경도(低硬度)의 롤러가 사용되고 있다. 또한 현상 롤러의 경우, 그 표면에 운반되는 토너를 감광체에 효율적으로 부착시키기 위하여는 현상 롤러와 감광체의 원주 방향에 있어서의 접촉폭이 필요하다. 토너로의 응력(應力 : stress)을 경감시키고 또한 상기 접촉폭을 충분히 확보하기 위하여 저경도의 현상 롤러를 사용하는 기술이 개발되어 있다. 또한 전사 롤러의 경우에도 토너 상을 중간 전사체(中間轉寫體)를 통하여 또는 직접 기록용지 등의 기록매체에 정전적(靜電的)으로 전사함으로써 원하는 재생화상(再生畵像)이 얻어지지만, 전사효율을 높이기 위하여는 원주 방향에 있어서의 접촉폭을 확보하는 것이 중요하므로 마찬가지로 저경도의 롤러가 사용되고 있다.

상기한 각종 롤러의 도전성 탄성층의 소재(素材)로는 적절한 변형(變形)을 실현하기 위하여 NBR(니트릴 부타디엔 러버(nitrile butadiene rubber))나 우레탄(urethane), EPDM(에틸렌 프로필렌 러버(ethylene propylene rubber)), 실리콘(silicon) 등의 고무를 사용하는 경우가 많이 있다. 토너로의 응력 경감이나 재생화상의 화질(畵質) 향상을 위하여 저경도의 롤러를 적용하는 경우가 증가하고 있다. 고무층을 발포(發泡)시켜 저경도화 하거나 가교밀도(架橋密度 : cross linking density)를 낮추어 저경도화 할 수 있지만 이러한 롤러는 프린터나 복사기가 장시간 정지한 후에 가동하는 경우에 롤러에 왜곡(歪曲)이 잔존(殘存)하여 토너 상이나 재생화상에 보이드(void)나 농도얼룩 등이 발생하는 문제가 있다. 이는 롤러가 블레이드나 감광체, 중간 전사체 등의 다른 부재(部材)에 눌린 상태에서 장시간 고정되었기 때문에 압축잔류왜곡(壓縮殘溜歪曲)이 남아 있기 때문에 발생한다.

이러한 문제점을 감안하여 본 발명자 등은 예의 검토한 결과, 작은 압력에서도 롤러와 다른 부재와의 원주 방향의 접촉폭을 충분히 확보할 수 있는 저경도를 구비하고 또한 장시간 다른 부재에 눌린 상태에서 압축고정(壓縮固定)되더라도 압축잔류왜곡이 작은 롤러를 완성하였다.

본 발명자 등은 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 롤러의 도전성 탄성층의 경도(硬度)와 탄성률(彈性率)에 착안하여 본 발명을 완성하였다. 즉 본 발명자 등은, 중심축(中心軸)에 도전성 샤프트(導電性 shaft)를 배치하고, 상기 도전성 샤프트의 둘레에 도전성 탄성층(導電性彈性層)을, 상기 도전성 탄성층상에 표면층(表面層)을 동심원(同心圓) 모양으로 순차적으로 적층(積層)하여 구성되는 롤러(roller)에 있어서, 상기 도전성 탄성층이 30°이하의 JIS A 경도(硬度)를 구비하고 또한 20℃, 60% RH(상대습도)의 환경하에서 0.1Hz에서의 점탄성(粘彈性 : visco-elasticity)으로 측정한 상기 도전성 탄성층의 전단 탄성률(剪斷彈性率 : shearing modulus)이 4 × 10⁵Pa 이상으로 됨으로써 작은 압력에서도 롤러와 다른 부재와의 원주 방향의 접촉폭을 충분히 확보할 수 있고 또한 장시간 다른 부재에 눌린 상태에서 압축고정(壓縮固定)되더라도 압축잔류왜곡(壓縮殘留歪曲)이 작은 롤러가 얻어지는 것을 찾아내었다.

상기한 바와 같은 본 발명의 롤러는, 표면층 피복 전단계(前段階) 즉 도전성 샤프트의 둘레에 도전성 탄성층만을 형성하는 단계에서의 롤러 저항치(roller 抵抗値)가 10³Ωcm 이상의 것을 사용하고, 표면층 피복 후의 롤러 저항치가 10⁴Ω ∼ 10¹⁰Ω이 되도록 구성하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 전자사진(電子寫眞 : electrophotography) 방식을 채용하는 화상형성장치(畵像形成裝置)에 구비되는 현상 롤러(現像 roller), 대전 롤러(帶電 roller), 전사 롤러(轉寫 roller)로서 사용 가능한 저항영역이 상기 10⁴Ω ∼ 10¹⁰Ω의 범위이기 때문이다. 또 본 발명에 있어서 상기 롤러 저항치(roller 抵抗値)란, 롤러를 금속 플레이트(金屬 plate)에 수평으로 접촉시켜 상기 도전성 샤프트의 양단부(兩端部)의 각각에 500g의 하중(荷重)을 금속 플레이트 방향으로 가할 때에 샤프트(shaft)와 금속 플레이트 사이에 직류전압 100볼트를 인가하여 측정되는 값이다.

또한 상기 도전성 탄성층으로서, 특히 (A)분자 중에 적어도 1개의 알케닐기(alkenyl group)를 포함하고, 주사슬(主鎖)을 구성하는 반복단위가 주로 옥시알킬렌(oxyalkylene) 단위로 이루어지는 중합체(重合體) 및/또는 포화탄화수소계 단위로 이루어지는 중합체와, (B)분자 중에 적어도 2개의 히드록실기(hydroxyl group)를 포함하는 경화제(硬化劑)와, (C)히드로실화 촉매와, (D)도전성 부여제(導電性附與劑)를 주성분으로 하는 경화성 조성물의 반응물을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 표면층의 주성분은 우레탄계 수지(urethane系 resin), 아크릴계 수지(acryl系 resin), 실리콘계 수지(silcon系 resin), 플루오르계 수지(fluoro系 resin)로 이루어지는 군(群) 중에서 선택되는 수지 단독 또는 브렌드 수지(blend resin)인 것이 바람직하다.

또한 상기 표면층을 구성하는 재료는, 300% 이상의 신장률(伸張率)을 구비하는 것이 바람직하고, 300% 이상 600% 이하, 더 바람직하게는 400% 이상 600% 이하의 신장률을 구비하는 것이 바람직하다. 또 본 발명에 있어서의 상기 신장률은 JIS K 6251에 준한 측정에 의한 파괴시(破壞時) 신장률이다.

상기한 바와 같은 본 발명에 관한 전자사진용 롤러는, 전자사진 방식을 채용하는 화상형성장치에 구비되는 대전 롤러, 전사 롤러나 토너를 정전잠상 유지체로 공급하는 현상장치에 구비되는 현상 롤러 등으로서 사용할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 롤러의 대표적인 여러 가지 실시예에 관하여 설명한다. 도2는 본 발명에 관한 전자사진용 롤러의 실시예인 현상 롤러1과 그 주변 구조를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 본 발명에 관한 현상 롤러1은, 지름 1mm ∼ 25mm 정도의 SUS, 알루미늄 합금 또는 도전성 수지(導電性樹脂) 등으로 이루어지는 도전성 샤프트2의 둘레에 도전성 탄성층3이 동심원 모양으로 형성되고, 이 도전성 탄성층3의 외주면(外周面)에 표면층4가 10μm ∼ 50μm의 소정의 두께로 피복(被覆)되어 구성되는 것이다. 상기 도전성 탄성층3은 30°이하의 JIS A 경도(硬度)를 구비하고 또한 20℃, 60% RH의 환경하에서 0.1Hz에서의 점탄성(粘彈性 : visco-elasticity)으로 측정한 전단 탄성률이 4 × 10⁵Pa 이상이다. 상기 표면층4는 JIS K 6251에 준한 측정에 의한 파괴시 신장률이 300% 이상인 것이 바람직하고, 표면층4의 신장률이 400% 이상이면 더 바람직하다. 여기에 서 도전성 탄성층3과 표면층4 사이에 현상 롤러1의 전기저항(電氣抵抗)을 조정하기 위한 저항 조정층(抵抗調整層) 및 도전성 탄성층3과 표면층4 사이의 접착성(接着性)을 높이는 프라이머층(primer 層) 등을 단층 또는 복수 층 포함하는 경우도 있다. 표면층4의 형성방법으로서는, 예를 들면 표면층4를 구성하는 수지 성분의 점도(粘度) 등에 따라 디핑(dipping), 스프레이 분무(spray 噴霧), 롤 코팅(roll coating) 또는 솔 도포(塗布) 등을 들 수 있지만 본 발명은 이 표면층4의 형성방법을 특별하게 한정하는 것은 아니다.

상기 현상 롤러1은 토너용기5에 저장되어 있는 비자성 토너(非磁性 toner)6 … 을 현상 롤러1의 표면에 운반시켜 제한 블레이드7에 의하여 일정한 막두께로 토너 박막(toner 薄膜)8을 형성한 후에 이 제한 블레이드7에 의하여 토너 박막8이 형성될 때에 마찰대전(摩擦帶電)하는 토너 박막8을 감광체(感光體)9 표면의 정전잠상(靜電潛像)에 부착시킨다. 이 때에 공급 롤러10에 의하여 비자성 토너6 … 이 효율적으로 현상 롤러1에 공급된다. 공급 롤러10으로서는 폴리우레탄(polyurethane) 등으로 이루어지는 도전성 발포체(導電性發泡體) 등의 스펀지(sponge) 상태의 것 또는 알루미늄 등으로 이루어지는 금속 파이프 등의 도전체를 사용할 수 있다. 또한 비자성 토너6 … 에는, 예를 들면 착색안료(着色顔料)를 스티렌 아크릴(styrene acryle)계나 폴리에스테르(polyester)계의 열가소성 수지(熱可塑性樹脂) 등으로 피복하여 형성되는 입자직경 6μm ∼ 10μm 정도의 것을 사용할 수 있 다.

또한 본 실시예에서의 현상 롤러1 및 공급 롤러10에는 직류전압이 인가되어 있다. 토너6 … 이 마이너스(minus)로 대전(帶電)되는 경우, 현상 롤러1에는 -150V ∼ -350V, 공급 롤러10에는 -200V ∼ -600V의 DC 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 또한 제한 블레이드7에 토너6 … 의 대전을 제어하기 위하여 -150V ∼ -600V의 DC전압을 인가할 수도 있다. 토너6 … 이 플러스(plus)로 대전되는 경우에는 현상 롤러1, 공급 롤러10 및 제한 블레이드7에 인가되는 각 DC전압은 상기치와 절대치가 동일하고 반대부호의 값이 된다. 또 DC전압에 AC전압을 중첩(重疊)시켜 인가할 수도 있다.

또한 상기 도전성 탄성층3으로서는, 표면층4을 피복하기 전의 롤러 저항치가 10⁴Ω 이상이 되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 현상 롤러1에 DC전압을 인가할 때에는 표면층4에 도포얼룩이 있는 경우에 롤러 저항의 변동이 작아지도록 억제하기 때문이다. 또한 표면층4을 피복한 후의 롤러 저항이 10⁴Ω ∼ 10¹⁰Ω, 바람직하게는 10⁵Ω ∼ 10⁹Ω의 범위 내가 되는 것을 사용하는 것이 감광체9에 손상을 끼치지 않고 양호한 화상을 얻는 점에서 바람직하다.

상기한 현상 롤러1의 표면은, 현상시(現像時)에는 축회전(軸回轉)하면서 그 원주 방향으로 일정한 접촉폭(接觸幅)(이하, 닙폭(nip width)이라고 한다)으로 감광체9 표면에 가압(加壓)되어 있다. 닙폭은 0.5 ∼ 2.0mm 정도 필요하다. 따라서 현상시 현상 롤러1의 표면은 감광체9로의 가압위치를 원주 방향으로 변화시키면서 축회전하고 있다. 본 발명에 관한 현상 롤러1 즉 도전성 샤프트2의 둘레에 도전성 탄성층3을, 상기 도전성 탄성층3 상에 표면층4를 동심원(同心圓) 모양으로 순차적으로 적층(積層)하여 구성되고, 상기 도전성 탄성층3이 30°이하의 JIS A 경도를 구비하고 또한 20℃, 60% RH의 환경하에서 0.1Hz에서의 점탄성으로 측정한 상기 도전성 탄성층의 전단 탄성률이 4 × 10⁵Pa 이상인 롤러를 사용함으로써 작은 압력에서 감광체9로의 충분한 닙폭의 확보가 가능하게 되고 또한 장시간 감광체9나 제한 블레이드7 등에 눌린 후의 도전성 탄성층3의 잔류왜곡(殘留歪曲)이 경감되어 현상장치의 상승 직후부터 토너의 농도얼룩이나 보이드(void) 등이 없는 선명한 화상(畵像)을 얻는 것이 가능하게 된다. 상기 도전성 탄성층3의 경도는 토너로의 응력 경감을 생각하면 JIS A 경도가 25°이하인 것이 더 바람직하다. 또한 상기 도전성 탄성층3의 전단 탄성률은 압축왜곡(壓縮歪曲)의 레벨(level)에서 보면 4.5 × 10⁵Pa 이상이 더 바람직하다.

이하, 본 발명에 관한 롤러의 도전성 탄성층의 구조에 관하여 상세하게 설명한다.

JIS A 경도가 30°이하에서 또한 20℃, 60% RH의 환경하에서 0.1Hz에서의 점탄성으로 측정한 전단 탄성률이 4 × 10⁵Pa 이상인 도전성 탄성층의 소재(素材)로서는, 우레탄 고무(urethane rubber)나 실리콘 고무(silicon rubber) 등의 액체상태 고무를 사용할 수도 있지만 특히 이하에 설명하는 액체상태 고무의 히드록실화 반응에 의한 가교(架橋 : cross linking) 고무가 유연한 구조를 가지고 있어 바람직하다. 즉 (A)분자 중에 적어도 1개의 알케닐기(alkenyl group)를 포함하고, 주사슬을 구성하는 반복단위가 주로 옥시알킬렌(oxyalkylene) 단위로 이루어지는 중합체(重合體) 및/또는 포화탄화수소계 단위로 이루어지는 중합체와, (B)분자 중에 적어도 2개의 히드록실기를 포함하는 경화제(硬化劑)와, (C)히드록실화 촉매와, (D)도전성 부여제(導電性附與劑)를 주성분으로 하는 경화성 조성물의 반응물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 (A)성분의 중합체가 옥시알킬렌 단위를 포함하는 경우에는 경화 전의 조성물이 저점도(低粘度)이기 때문에 취급하기 용이하고 또한 상기 (A)성분의 중합체가 포화탄화수소 단위를 포함하는 경우에는 경화 후의 도전성 탄성층이 저흡수율(低吸水率)이 되어 고습도(高濕度) 환경하에서도 롤러 저항의 변화가 작다는 점에서 바람직하다.

이 경화성 조성물에 있어서의 (A)성분의 중합체는 (B)성분과 히드록실화 반응하여 경화(硬化)하는 성분으로서, 분자 중에 적어도 1개의 알케닐기를 구비하기 때문에 히드록실화 반응이 일어나 고분자 상태로 되어 경화한다. (A)성분에 포함되는 알케닐기의 수는, (B)성분과 히드록실화 반응하는 점에 있어서는 적어도 1개 필요하지만, 고무탄성의 점에 있어서는 직쇄(直鎖 : normal chain) 모양 분자의 경우에는 분자의 양쪽 말단(末端)에 2개의 알케닐기가 존재하고, 분기(分岐)가 있는 분자의 경우에는 분자 말 단에 2개 이상의 알케닐기가 존재하는 것이 바람직하다.

(A)성분의 주사슬을 구성하는 주된 반복단위는 옥시알킬렌 단위 및/또는 포화탄화수소 단위이다.

상기 (A)성분이 주사슬을 구성하는 주된 반복단위가 옥시알킬렌 단위로 이루어지는 중합체의 경우에 소량의 도전성 부여제를 첨가하는 것 만으로 경화물(硬化物)의 체적저항률(體積抵抗率)이 10⁸Ωcm ∼ 10⁹Ωcm이 되기 때문에 바람직하다. 또한 경화물의 저경도화(低硬度化)의 관점에서도 상기 반복단위가 옥시알킬렌 단위인 옥시알킬렌계 중합체 또한 상기 반복단위가 옥시프로필렌(oxypropylene) 단위인 옥시프로필렌계 중합체가 바람직하다.

여기에서 상기 옥시알킬렌계 중합체(oxyalkylene系重合體)란, 주사슬을 구성하는 단위 중 30% 이상, 바람직하게는 50% 이상이 옥시알킬렌 단위로 이루어지는 중합체를 말하고, 옥시알킬렌 단위 이외에 함유되는 단위로서는 중합체 제조시의 출발물질로서 사용되는 활성수소(活性水素)를 2개 이상 구비하는 화합물, 예를 들면 에틸렌글리콜(ethyleneglycol), 비스페놀(bisphenol)계 화합물, 글리세린(glycerine), 트리메틸올프로판(trimethylolpropane), 펜타에리스리톨(pentaerythritol) 등에서의 단위를 들 수 있다. 또 옥시프로필렌계 중합체의 경우에는 에틸렌 옥시드(ethylene oxide), 부틸렌 옥시드(butylene oxide) 등으로 이루어지는 단위와의 공중합체(共重合體)(그라프트(graft) 공중합체를 포함한다)이더라도 좋다.

상기와 같은 (A)성분의 옥시알킬렌계 중합체의 분자량으로서는, 반응성 및 경화물의 저경도화의 균형을 맞추는 관점에서, 수평균 분자량(數平均分子量 : number average molecular weight)Mn에서 500 ∼ 50,000 또한 1,000 ∼ 40,000인 것이 바람직하다. 특히 수평균 분자량Mn이 5,000 이상의 것 또한 5,000 ∼ 40,000인 것이 바람직하다. (A)성분의 옥시알킬렌계 중합체의 수평균 분자량Mn이 500 미만의 경우, 이 경화성 조성물을 경화시키는 경우에 충분한 기계적 강도(强度)(고무경도, 신장률) 등이 얻어지기 어렵게 된다. 한편 (A)성분의 옥시알킬렌계 중합체의 수평균 분자량Mn이 지나치게 커지면 분자 중에 포함되는 알케닐기 1개당 분자량이 커지게 되거나 입체 장해(立體障害)로 반응성이 떨어지기 때문에 경화(硬化)가 불충분하게 되는 것이 대부분이고 또한 점도(粘度)가 너무 높아지게 되어 가공성(加工性)이 나빠지는 경향이 있다.

상기 옥시알킬렌계 중합체가 구비하는 알케닐기에 특별한 제한은 없지만 아래의 일반식(1)

H₂C = C(R¹) -- (1)

(식 중에서 R¹은 수소원자 또는 메틸기)에서 나타나 있는 알케닐기가 경화성(硬化性)이 우수한 점에서 바람직하다.

또한 이 경화성 조성물의 특징 중의 하나는, 경화물을 저경도(低硬度)로 설정하기 쉬운 것으로서, 이 특징을 발휘시키기 위하여는 알케닐기의 수는 분자 말단(末端)에 2개 이상이 바람직하고, (A)성분의 분자량에 비하여 알케닐기의 수가 지나치게 많아지면 딱딱하게 되어 양호한 고무탄성이 얻어지기 어렵게 된다.

또한 (A)성분이 주사슬을 구성하는 주된 반복단위가 포화탄화수소 단위인 중합체의 경우에는, 경화물은 저흡수율(低吸水率)이고, 전기저항의 환경변동이 작은 것이 바람직하다. 이 중합체의 경우도 상기 옥시알킬렌계 중합체의 경우와 마찬가지로 (B)성분과 히드록실화 반응하여 경화하는 성분으로서, 분자 중에 적어도 1개의 알케닐기를 구비하기 때문에 히드록실화 반응이 일어나 고분자 상태로 되어 경화하는 것이다. (A)성분의 포화탄화수소계 중합체의 분자 중에 포함되는 알케닐기의 수는, (B)성분과 히드록실화 반응하는 점에 있어서 적어도 1개 필요하지만, 고무탄성의 점에 있어서는 직쇄 모양 분자의 경우에는 분자의 양쪽 말단에 2개 존재하는 것이 바람직하고, 분기(分岐)를 구비하는 분자의 경우에는 분자 말단에 2개 이상 존재하는 것이 바람직하다.

상기 주사슬을 구성하는 주된 반복단위가 포화탄화수소 단위인 중합체의 대표적인 예로서는, 이소부틸렌(isobutylene)계 중합체, 수소첨가 이소프렌(isoprene)계 중합체, 수소첨가 부타디엔(butadiene)계 중합체를 들 수 있다. 이들 중합체는 공중합체(共重合體) 등의 다른 성분의 반복단위를 포함하는 것이더라도 괜찮지만 적어도 포화탄화수소 단위를 50% 이상, 바람 직하게는 70% 이상, 더 바람직하게는 90% 이상 함유하는 것이 포화탄화수소계 중합체가 구비하는 흡수율이 낮다고 하는 특징을 손상하지 않도록 하는 데에 있어서 중요하다.

이 주사슬을 구성하는 주된 반복단위가 포화탄화수소 단위인 (A)성분 중합체의 분자량으로서는, 취급 용이성 등의 점에서, 수평균 분자량Mn에서 500 ∼ 50,000 정도 또한 1,000 ∼ 15,000 정도로서, 상온(常溫)에서 액체상태 물질에서 유동성(流動性)을 구비하는 것이 가공성의 점에서 바람직하다.

이 포화탄화수소계 중합체에 유입되는 알케닐기에 관하여는 상기 옥시알킬렌계 중합체의 경우와 마찬가지이다.

따라서 (A)성분으로서의 분자 중에 적어도 1개의 알케닐기를 구비하고, 주사슬을 구성하는 주된 반복단위가 포화탄화수소계인 중합체의 바람직한 구체적인 예로서는, 분자의 양단(兩端)에 알케닐기를 2개 구비하는 직쇄 모양의 수평균 분자량Mn이 2,000 ∼ 15,000에서 Mw(중량평균 분자량)/Mn(수평균 분자량)이 1.1 ∼ 1.2의 폴리이소부틸렌(polyisobutylene)계 중합체나 수평균 분자량Mn이 1,000 ∼ 5,000 정도의 수소첨가 폴리부타디엔(polybutadiene)계, 수소첨가 폴리이소프렌계(polyisoprene) 중합체 등을 들 수 있다.

다음에 (B)성분인 히드록실기를 구비하는 화합물로서는, 분자 내에 2개 이상의 규소원자 결합 수소원자를 함유하는 것이라면 제한은 없다. 여기에서 히드록실기란 Si-H 결합을 구비하는 기(基)를 나타내지만 본 발명에 있어서는, 동일한 규소원자(Si)에 수소원자(H)가 2개 결합되어 있는 경우에 는 히드록실기 2개로 계산한다. (B)성분의 분자 중에 포함되는 히드록실기의 수가 지나치게 많으면 경화 후에도 다량의 히드록실기가 경화물 중에 잔존하기 쉽게 되어 보이드(void)나 크랙(crack)이 발생하는 원인이 되기 때문에 (B)성분의 분자 중에 포함되는 히드록실기의 수는 50개 이하가 좋다. 또한 상기 (B)성분 분자 중의 히드록실기의 수는, 바람직하게는 2 ∼ 40개, 더 바람직하게는 2 ∼ 30개인 것이 경화물의 고무탄성의 조정이나 저장 안정성의 점에서 바람직하고 또한 경화시(硬化時)의 발포(發泡)를 용이하게 방지하는 점에서는 30개 이하, 히드록실기가 없더라도 경화불량이 발생하기 어려운 점에서는 3개가 바람직하고, 가장 바람직한 범위는 3 ∼ 30개이다. Si에 결합되어 있는 H는 각각 다른 Si에 결합되어 있는 쪽이 경화성이 좋고, 경화물의 고무탄성의 점에서도 바람직하다.

(B)성분의 분자량은, 후술하는 도전성 부여제(導電性附與劑)((D)성분)를 첨가하는 경우의 분산성(分散性)이나 롤러 가공성 등의 점에서 수평균 분자량Mn에서 30,000 이하인 것이 바람직하고 또한 20,000 이하, 특별하게는 15,000 이하가 바람직하다. (A)성분과의 반응성이나 상용성(相溶性 : compatibility)까지 고려하면 (B)성분의 수평균 분자량Mn은 300 ∼ 10,000이 바람직하다.

(B)성분의 구체적인 예로서는, 폴리오르가노 하이드로겐 실록산(polyorgano hydrogen siloxane)이 바람직한 것 중 하나로서 들 수 있다. 여기에서 말하는 폴리오르가노 하이드로겐 실록산이란, 규소원자상에 탄화수소기 또는 수소원자를 구비하는 실록산 화합물을 가리킨다. 직쇄 모양의 것도 고리 모양의 것도 사용할 수 있다. 그 구조에 관하여 구체적으로 나타내면 아래의 일반식(2) ∼ (4)

(식 중에서 2 ≤ m + n ≤ 50, 2 ≤ m, 0 ≤ n, R로서는 주사슬의 탄소수가 2 ∼ 20의 탄화수소에서 1개 이상의 페닐기(phenyl group)를 함유하여도 좋다)

(식 중에서 0 < m + n ≤ 50, 0 < m, 0 ≤ n, R로서는 주사슬의 탄소 수가 2 ∼ 20의 탄화수소에서 1개 이상의 페닐기를 함유하여도 좋다)

(식 중에서 3 ≤ m + n ≤ 20, 2 〈 m ≤ 19, 0 ≤ n < 18, R로서는 주사슬의 탄소수가 2 ∼ 20의 탄화수소에서 1개 이상의 페닐기를 함유하여도 좋다) 등으로 나타나 있는 사슬 모양, 고리 모양의 것이나 이들 유닛을 2개 이상 구비하는 아래의 일반식 (5) ∼ (7)

(식 중에서 1 ≤ m + n ≤ 50, 1 ≤ m, 0 ≤ n, R로서는 주사슬의 탄소수가 2 ∼ 20의 탄화수소에서 1개 이상의 페닐기를 함유하여도 좋다. 2 ≤ 1, R²는 2 ∼ 4가(價)의 유기기(有機基)이고, R¹은 2가의 유기기이다. 다 만 R¹은 R²의 구조에 따라서는 없어도 좋다)

(식 중에서 0 ≤ m + n ≤ 50, 0 ≤ m, 0 ≤ n, R로서는 주사슬의 탄소수가 2 ∼ 20의 탄화수소에서 1개 이상의 페닐기를 함유하여도 좋다. 2 ≤ 1, R²는 2 ∼ 4가의 유기기이고, R¹은 2가의 유기기이다. 다만 R^l은 R²의 구조에 따라서는 없어도 좋다)

(식 중에서 3 ≤ m + n ≤ 50, 1 ≤ m, 0 ≤ n, R로서는 주사슬의 탄소수가 2 ∼ 20의 탄화수소에서 1개 이상의 페닐기를 함유하여도 좋다. 2 ≤ 1, R²는 2 ∼ 4가의 유기기이고, R¹은 2가의 유기기이다. 다만 R¹은 R²의 구조에 따라서는 없어도 좋다) 등으로 나타나 있는 것을 들 수 있 다.

또한 이들 (B)성분의 사용에 대응해서는 (A)성분이나 (C)성분, (D)성분과의 상용성 또는 계(系) 중에 놓을 수 있는 분산안정성(分散安定性)이 좋은 것이 바람직하다. 특히 계 전체의 점도(粘度)가 낮은 경우에는 (B)성분으로서 상기 각 성분과의 상용성이 낮은 것을 사용하면 상분리(相分離)가 일어나 경화불량을 야기하는 경우가 있다. 이 (B)성분에 관하여는 (A)성분과의 상용성을 개량하기 위하여 아릴기(aryl group)나 알킬기(alkyl group), 폴리옥시알킬렌기(polyoxyalkylene group) 등을 함유하는 것이 바람직하다. 입수가 용이한 점에서 스티렌(styrene) 변성체(變性體)나 알킬기 변성체 등이 바람직하고, 저장안정성(貯藏安定性)의 점에서 α-메틸스티렌(α-methylstyrene) 변성체 등이 바람직하다.

경화성 조성물 중의 (A)성분 및 (B)성분의 사용비율은, (A)성분 중의 알케닐기 1몰(mol)당 (B)성분 중의 히드록실기가 0.2 ∼ 5.0몰 또한 0.4 ∼ 2.5몰이 고무탄성의 점에서 바람직하다. 상기 (A)성분의 중합체와 (B)성분의 경화제의 조합을 변경함으로써 도전성 탄성층의 경도(硬度) 및 전단 탄성률을 조정할 수 있다. 즉 (B)성분으로서 1분자 중에 히드록실기를 다수 포함하는 경화제를 사용하면 도전성 탄성층의 경도 및 전단 탄성률이 높아지고, 반대로 1분자 중의 히드록실기의 수가 적은 것을 사용하면 도전성 탄성층의 경도 및 전단 탄성률은 작아지게 된다.

다음에 (C)성분인 히드록실화 촉매로서는 히드록실화 촉매로서 사용할 수 있는 것인 한 특별한 제한은 없다. 백금 단체(單體), 알루미나(alumina) 등의 단체에 고체 백금을 운반시킨 것, 염화 백금산(알콜 등의 착물(錯物)도 포함한다), 백금의 각종 착물, 로듐(rhodium), 루테늄(ruthenium), 철, 알루미늄, 티탄(titanium) 등의 금속 염화물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 촉매활성의 점에서 염화 백금산, 백금-올레핀(platinium-olefin) 착물, 백금-비닐실록산(platinium-vinylsiloxane) 착물이 바람직하다. 이들 촉매는 단독으로 사용하여도 좋고 또한 2종 이상 병용(倂用)하여도 좋다.

(C)성분의 사용량으로서는, (A)성분 중의 알케닐기 1몰에 대하여 10^-1 ∼ 10^-8몰 또한 10^-1 ∼ 10^-6몰, 특별하게는 10^-3 ∼ 10^-6몰의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. (C)성분의 사용량이 (A)성분 중의 알케닐기 1몰에 대하여 10^-8몰에 도달하지 않으면 반응이 진행하지 않는다. 한편 히드록실화 촉매는 일반적으로 비싸고, 부식성(腐食性)을 구비하고 또한 수소가스가 대량으로 발생하여 경화물이 발포(發泡)되는 성질을 구비하고 있기 때문에 (A)성분 중의 알케닐기 1몰에 대하여 1몰을 넘지 않게 사용하는 쪽이 바람직하다.

또한 상기와 같은 경화성 조성물에 (D)성분으로서 도전성 부여제를 첨가하여 도전성 조성물로 하면 현상 롤러, 대전 롤러, 전사 롤러로서 사용하는 데 바람직하다. 이 (D)성분의 도전성 부여제로서는, 카아본 블랙(carbon black)이나 금속 미분말(微粉末), 금속 산화물 또는 제4급 암모늄 염기, 카르복실산기(carboxylic acid group), 술폰산기(sulfonic acid group), 황산에스테르기(sulfuric ester group), 인산에스테르기(phosphoric ester group) 등을 구비하는 유기 화합물 또는 중합체, 또한 에테르 에스테르 아미드(eter ester aimide) 또는 에테르 이미드(eter imide) 중합체, 에틸렌 옥사이드-에피할로히드린(ethylene oxide-epihalohidrine) 공중합체(共重合體), 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트(methoxy polyethylene glycol acrylate) 등으로 대표되는 도전성 유닛을 구비하는 화합물 또는 고분자 화합물 등의 대전방지제(帶電防止劑) 등의 도전성을 부여할 수 있는 화합물 등을 들 수 있다. 이들 도전성 부여제는 단독으로 사용하더라도 또한 2종 이상을 병용하더라도 상관없다.

(D)성분인 도전성 부여제의 첨가량은, (A) ∼ (C)성분의 합계량에 대하여 30중량% 이하로 하는 것이 경화물의 고무경도를 높이지 않는 점에서 바람직하다. 한편 균일한 저항을 얻는 점에서는 10중량% 이상이 바람직하고, 필요한 고무경도와 경화물의 체적저항률이 10³ ∼ 10¹⁰Ωcm이 되도록 그 물성(物性) 균형으로부터 첨가량을 결정하면 좋다.

또한 상기 경화성 조성물에는 상기 (A) ∼ (D)성분 이외에 저장 안정성 개량제(貯藏安定性改良劑)를 부가하여도 좋다. 저장 안정성 개량제로서는 (B)성분의 보존 안정제로서 알려져 있는 보통의 안정제를 사용하여 소기의 목적을 달성하는 것이면 좋고, 특별하게 한정되는 것이 아니다. 구체적으로는 지방족 불포화 결합을 함유하는 화합물, 유기 인 화합물, 유기 유황 화합물, 질소 함유 화합물, 주석계 화합물, 유기 과산화물 등을 적절하게 사용할 수 있다. 또한 구체적으로는 2-벤조티아질 황화물(2-benzothiazyl sulfide), 벤조티아조올(benzothiazole), 티아조올(thiazole), 디메틸 아세틸렌 디카르복실레이트(dimethyl acethylene dicarboxylate), 디에칠 아세틸렌 디카르복실레이트(diethyl acethylene dicarboxylate), 부틸 히드록시 톨루엔(buthyl hydroxy toluene), 부틸 히드록시 아니솔(buthyl hydroxy anisole), 비타민(vitamin) E, 2-(4-몰포디닐디티오)벤조티아조올(2-(4-morphodinildithio)benzothiazole), 3-메틸-1-부텐-3-올(3-methyl-1-butene-3-ol), 아세틸렌성 불포화기 함유 오르가노 실록산(organo siloxane), 에틸렌성 불포화기 함유 오가노 실록산, 3-메틸-1-부텐-3-올(3-methyl-1-butene-3-ol), 3, 5-디메틸-1-핵산-3-올(3, 5-dimethyl-1-hexane-3-ol), 1-에티닐-1-시클로헥산올(1-ethynyl-1-cyclohexanol), 디아리일 푸마레이트(diaryl fumarate), 디아리일 말리이트(diaryl maleate), 디에칠 푸마레이트(diethyl fumarate), 디에칠 말리이트(diethyl maleate), 디메틸 말리이트(dimethyl maleate), 2-펜텐 니트릴(2-pentene nitrile), 2, 3-디클로로 펜텐(2, 3-dichloro pentene) 등을 들 수 있지만 이들에 한정되는 것은 아니다. 또 상기 저장 안정성 개량제는 단독으로 사용하더라도 좋고 또한 2종 이상 병용하여도 좋다.

또한 상기 경화성 조성물에는 가공성이나 코스트(cost)를 개선하기 위한 충전제(充塡劑), 보존 안정제(保存安定劑), 가소제(可塑劑), 자외선 흡수제(紫外線吸收劑), 윤활제(潤滑劑), 안료(顔料) 등을 첨가하여도 좋다.

도전성 탄성층은 상기한 경화성 조성물, 우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 탄성재료를 중심으로, 예를 들면 SUS로 만들거나 알루미늄 합금 등으로 만든 도전성 샤프트를 설치하는 금형에 주형(鑄型), 사출성형(射出成形), 압출성형(壓出成形) 등을 하여 적당한 온도, 시간으로 가열경화(加熱硬化)시킴으로써 상기 도전성 샤프트의 둘레에 고무층을 형성하여 얻어진다. 이 경우에 상기 도전성 샤프트의 둘레에 형성한 고무층을 반경화(半硬化) 후에 후경화(後硬化)시키더라도 좋다.

본 발명에 관한 롤러는 상기 도전성 탄성층의 둘레에 표면층을 구성하는 수지를 디핑(dipping), 스프레이 분무(spray 噴霧), 롤 코팅(roll coating) 또는 솔 도포(塗布) 등으로 소정의 두께로 도포하고, 소정의 온도로 건조시켜 경화시킴으로써 얻어진다.

본 발명에 관한 롤러에 있어서의 상기 표면층의 구성에 관하여 설명한다. 상기 표면 수지층(表面樹脂層)은, 신장률(伸張率)이 300% 이상 또한 400% 이상인 것이 바람직하고, 특히 400% 이상 600% 이하로 할 때에는 토너 상(toner 像)의 농도얼룩이 현저하게 개선된다. 그러나 이 표면 수지층의 신장률이 600%를 넘으면 수지층의 점착성(粘着性)이 강하게 되기 때문에 토너 필르밍(toner filming)이 발생하기 쉽고 또한 수지층에 포함되 는 성분이 번져서 감광체(感光體) 등의 주변 부재를 오염시키기 쉽게 된다. 구체적인 표면층의 소재로서는, 토너의 점착을 억제하는 관점에서는 열가소성(熱可塑性) 엘라스토머(elastmor)나 열경화성(熱硬化性) 엘라스토머가 바람직하다. 전자사진용 롤러의 표면층의 주성분으로서는 우레탄계 수지, 플루오르계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지 등을 사용할 수 있다. 현상 롤러의 경우에는 토너를 마이너스(minus) 대전시키기 위한 마찰대전성(摩擦帶電性)이나 흡수율(吸水率), 내마모성(耐磨耗性)의 관점에서는 우레탄계 수지가 특히 바람직하다.

우레탄계 수지로서는 폴리카보네이트 우레탄(polycarbonate urethane), 폴리에테르 우레탄(polyeter urethane), 폴리에스테르 우레탄(polyester urethane) 등을 사용할 수 있다. 우레탄계 수지는 입수가 용이하고, 용제(溶劑)로 희석(稀釋)한 후에 디핑, 스프레이, 롤 코팅 등으로 도전성 탄성층상에 용이하게 도포할 수 있다. 또한 이들 수계(水系) 디스퍼션(dispersion)도 용이하게 입수가 가능하다.

폴리카보네이트 우레탄은, 폴리카보네이트 폴리올(polycarbonate polyol)과 폴리이소시아나아트(polyisocynate)의 반응에 의하여 얻어지는 화합물이다. 폴리카보네이트 폴리올은 다가(多價) 알콜과 포스겐(phosgene), 클로르포름산 에스테르(chloroform ester), 디알킬 카보네이트(dialkyl carbonate) 또는 디아리일 카보네이트(diaryl carbonate)와의 축합(縮合)에 의하여 얻어지는 공지(公知)된 재료이다. 폴리카보네이트 폴리올의 바람직한 것으로서는, 다가 알콜 로서 1, 6-핵산디올(1, 6-hexandiol), 1, 4-부탄디올(1, 4-butanediol), 1, 3-부탄디올(1, 3-butanediol), 1, 5-펜탄디올(1, 5-pentanediol) 등을 사용한 것으로서, 그 수평균 분자량Mn은 약 300∼15,000이 바람직하다. 마찬가지로 디올(diol) 성분이 폴리에테르 폴리올이면 폴리에테르 우레탄이 되고, 폴리에스테르 폴리올이면 폴리에스테르 우레탄이 된다. 이들 우레탄 재료는 단독으로 사용하여도 좋고, 병용하는 것도 가능하다.

각종 우레탄 원료 폴리올과 반응시키는 폴리이소시아나아트(polyisocynate)는 톨릴렌 디이소시아나아트(tolylene diisocynate)(TDI), 4, 4'-디페닐메탄 디이소시아나아트(4, 4'-diphenylmethane diisocynate)(MDI), 크실렌 디이소시아나아트(xylene diisocynate)(XDI), 헥사메틸렌 디이소시아나아트(hexamethylene diisocynate)(HDI), 수소첨가 TDI, 수소첨가 MDI, 이소포론 디이소시아나아트(isophorone diisocynate)(IPDI) 등 공지된 것이 사용된다. 입수의 용이함, 코스트 등의 균형에서는 수소첨가 MDI, IPDI가 바람직하다.

상기한 바와 같은 우레탄 원료 폴리올과 폴리이소시아나아트를 반응시켜 폴리우레탄(polyurethane)을 제조하기 위하여는 필요에 따라 사슬신장제를 병용하여 적당한 용제의 존재하에서 또는 부존재하에서 반응시킨다. 상기 경우의 사슬신장제로서는 다가 알콜, 지방족 폴리아민(polyamine), 방향족 폴리아민 등의 공지된 것을 사용할 수 있다. 또한 실리콘 변성의 각종 우레탄 재료를 사용하는 것도 가능하다. 또한 표면층에 사용하는 경우에 플록크드 이소시아나아트(flocked isocynate) 등의 가교제(架橋劑)를 병용(倂用)하여도 좋다.

플루오르계 수지로서는 연질(軟質)인 플루오르 수지가 바람직하다. 예를 들면 테트라플루오르 에틸렌(tetrafluoro ethylene), 6-플루오르화 프로필렌(6-fluoride propylene), 플루오르화 비닐리덴(fluoride vinyldiden)의 3원 공중합체나 플루오르 고무 등을 사용할 수 있다.

아크릴계 수지로서는 아크릴 고무나 우레탄 변성 아크릴 수지, 실리콘 변성 아크릴 수지 등을 사용할 수 있다.

실리콘계 수지로서는 축합형(縮合型)이나 부가형(附加型)의 디메틸실리콘 수지 등을 사용할 수 있다.

이상, 본 발명에 관한 전자사진용 롤러를 실시예로서 현상 롤러를 중심으로 설명하였지만 본 발명의 롤러는 현상 롤러에 한정하는 것이 아니라 대전 롤러나 전사 롤러 등에도 적용할 수 있다.

도1은 전자사진 방식을 채용하는 장치의 일례를 나타내는 모식도이다.

도2는 본 발명에 관한 전자사진용 롤러의 실시예인 현상 롤러와 그 주변 구조를 모식적으로 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명에 관한 전자사진용 롤러(electrophotography roller)의 실시예로서, 현상 롤러(現像 roller)의 구체적인 실시예1∼5와 비교예1, 2에 관하여 상세하게 설명한 후에 이들 실시예와 비교예의 차이에 관하여 설명한다.

실시예1∼5와 비교예1, 2에 있어서의 현상 롤러는 지름 10mm의 SUS로 만든 샤프트(shaft)의 둘레에 도전성 탄성층(導電性彈性層)을 형성하고, 이 도전성 탄성층의 외주면(外周面)에 표면층을 피복(被覆)하여 구성된다. 이하에 이 도전성 탄성층과 표면층의 구체적인 구성에 관하여 말한다.

도전성 탄성층으로서는 이하에 나타나 있는 탄성층1∼7 중 어느 하나를 사용한다.

(탄성층1)

(A-1) 수평균 분자량(數平均分子量 : number average molecular weight)Mn이 8,500, 분자량 분포(分布)가 2인 말단(末端) 아리일화 옥시프로필렌(aryl化 oxypropylene)계 중합체(重合體)(아리일기(aryl group) 함유량 : 0.233mmol/g) : 100중량부(重量部)에 대하여 (B-1) 아래의 식(8)

에 나타나 있는 폴리실록산(polysiloxane)계 경화제(硬化劑)1(SiH 함유량 : 3.9mmol/g) : 5중량부, (C-1) 염화 백금산(chloroplatinic acid)의 10% 이소프로필 알콜(isopropyl alkochol) 용액 : 0.06중량부, (D-1) 카아본 블랙(carbon black) 3030B(미쓰비시 화학사 제품) : 10중량부 및 경화 지연제(硬化遲延劑)로서 디메틸말레이트(dimethymalate)를 0.04중량부 혼합하고, 감압(減壓)(10mmHg 이하에서 120분간) 탈포(脫泡)하여 얻어지는 조성물을 상기 샤프트의 둘레에 피복하고, 금형 내 140℃의 환경하에서 30분간 방치하여 경화시켜 두께 약 5mm의 탄성층1을 형성하였다. 또한 상기와 동일한 조성물을 테플론 시트(teflon sheet)를 깐 5mm 두께의 알루미늄의 금형 테두리에 충전(充塡)한 후에 이 금형 테두리를 프레스기의 열판(熱板) 사이에 끼워서 140℃, 30분간 가열조건에서 프레스 성형하여 평가용 5mm 두께의 시트 모양 경화물(硬化物)을 얻었다. 이 탄성층1 시트의 JIS K 6301A 법에 준하여 측정한 JIS A 경도(硬度)는 11°, 점탄성(粘彈性)으로 측 정한 0.1Hz에서의 전단 탄성률(剪斷彈性率 : shearing modulus)은 4.8 × 10⁵Pa이었다.

(탄성층2)

(A-1) 수평균 분자량Mn이 8,500, 분자량 분포가 2인 말단 아리일화 옥시프로필렌계 중합체(아리일기 함유량 : 0.233mmol/g) : 100중량부에 대하여 (B-2) 아래의 식(9)

에 나타나 있는 폴리실록산계 경화제2(SiH 함유량 : 7.9mmol/g) : 3.0중량부, (C-1) 염화 백금산의 10% 이소프로필 알콜 용액 : 0.06중량부, (D-1) 카아본 블랙 3030B(미쓰비시 화학사 제품) : 10중량부 및 경화지연제로서 디메틸말레이트를 0.04중량부 혼합하고, 감압(10mmHg 이하에서 120분간) 탈포하여 얻어지는 조성물을 상기 샤프트의 둘레에 피복하고, 금형 내 140℃의 환경하에서 30분간 방치하여 경화시켜 두께 약 5mm의 탄성층2를 형성 하였다. 또한 상기와 동일한 조성물을 테플론 시트를 깐 두께 약 5mm의 알루미늄의 금형 테두리에 충전한 후에 이 금형 테두리를 프레스기의 열판 사이에 끼워서 140℃, 30분간 가열조건에서 프레스 성형하여 평가용 5mm 두께의 시트 모양 경화물을 얻었다. 이 탄성층2 시트의 JIS A 경도 및 전단 탄성률의 측정치는 표1에 나타나 있다.

(탄성층3)

(A-1) 수평균 분자량Mn이 8,500, 분자량 분포가 2인 말단 아리일화 옥시프로필렌계 중합체(아리일기 함유량 : 0.233mmol/g) : 100중량부에 대하여 (B-3) 아래의 식(10)

에 나타나 있는 폴리실록산계 경화제3(SiH 함유량 : 9.2mmol/g) : 2.8중량부, (C-2) 비스(bis)(1, 3-디비닐-1, 1, 3, 3-테트라메틸 디실록산(1, 3-divinyl-1, 1, 3, 3-tetramethyl disilozane)) 백금착물 촉매(17.9 × 10^-5mmol/μl, 크실렌(xylene) 용액) : 65μ1, (D-1) 카아본 블랙 3030B(미쓰비시 화학 사 제품) : 10중량부 및 경화지연제로서 디메틸말레이트를 0.04중량부 혼합하고, 감압(10mmHg 이하에서 120분간) 탈포하여 얻어지는 조성물을 상기 샤프트의 둘레에 피복하고, 금형 내 140℃의 환경하에서 30분간 방치하여 경화시켜 두께 약 5mm의 탄성층3을 형성하였다. 또한 상기와 동일한 조성물을 테플론 시트를 깐 두께 약 5mm의 알루미늄의 금형 테두리에 충전한 후에 이 금형을 프레스기의 열판 사이에 끼워서 140℃, 30분간 가열조건에서 프레스 성형하여 평가용 5mm 두께의 시트 모양 경화물을 얻었다. 이 탄성층3 시트의 JIS A 경도 및 전단 탄성률의 측정치는 표1에 나타나 있다.

(탄성층4)

(A-1) 수평균 분자량Mn이 8,500, 분자량 분포가 2인 말단 아리일화 옥시프로필렌계 중합체(아리일기 함유량 : 0.233mmol/g) : 100중량부에 대하여 (B-4) 아래의 식(11)

에 나타나 있는 폴리실록산계 경화제4(SiH 함유량 : 7.6mmo1/g) : 3.4중량부, (C-2) 비스(1, 3-디비닐-1, 1, 3, 3-테트라메틸디실록산) 백금착물 촉매(17.9 × 10^-5mmol/μ1, 크실렌 용액) : 65μ1, (D-1) 카아본 블랙 3030B(미쓰비시 화학사 제품) : 10중량부 및 경화지연제로서 디메틸말레이트를 0.04중량부 혼합하고, 감압(10mmHg 이하에서 120분간) 탈포하여 얻어지는 조성물을 상기 샤프트의 둘레에 피복하고, 금형 내 140℃의 환경하에서 30분간 방치하여 경화시켜 두께 약 5mm의 탄성층4를 형성하였다. 또한 상기와 동일한 조성물을 테프론 시트를 깐 두께 약 5mm의 알루미늄의 금형 테두리에 충전한 후에 이 금형 테두리를 프레스기의 열판 사이에 끼워서 140℃, 30분간 가열조건에서 프레스 성형하여 평가용 5mm 두께의 시트 모양 경화물을 얻었다. 이 탄성층4 시트의 JISA 경도 및 전단 탄성률의 측 정치는 표1에 나타나 있다.

(탄성층5)

(A-2) 수평균 분자량Mn이 10,000, 분자량 분포가 1.2의 말단 아리일화 폴리이소부틸렌(aryl化 polyisobutylene)계 중합체(아리일기 함유량 : 0.20mmol/g) : 100중량부에 대하여 가소제(可塑劑)로서 포화탄화수소계 프로세스 오일(이데미쓰코산 제품 PW-380) 50중량부, (B-3) 상기 식(10)에 나타나 있는 폴리실록산계 경화제3(SiH 함유량 : 9.2mmol/g) : 4.4중량부, (C-2) 비스(1, 3-디비닐-1, 1, 3, 3-테트라메틸디실록산) 백금착물 촉매(17.9 × 10^-5mmoI/μ1, 크실렌 용액) : 56μ1, (D2) 카아본 블랙(아사히 카아본사 제품 #35G) : 10중량부 및 경화지연제로서 1-에티닐-1-시클로헥산올(1-ethynyl-1-cyclohexanol)을 0.25중량부를 혼합하고, 감압(10mmHg 이하에서 120분간) 탈포하여 얻어지는 조성물을 상기 샤프트의 둘레에 피복하고, 금형 내 150℃의 환경하에서 30분간 방치하여 경화시켜 두께 약 5mm의 탄성층5를 형성하였다. 또한 상기와 동일한 조성물을 테플론 시트를 깐 두께 약 5mm의 알루미늄의 금형 테두리에 충전한 후에 이 금형테두리를 프레스기의 열판 사이에 끼워서 150℃, 30분간 가열조건에서 프레스 성형하여 평가용 5mm의 시트 모양 경화물을 얻었다. 이 탄성층5 시트의 JIS A 경도 및 전단 탄성률의 측정치는 표1에 나타나 있다.

(탄성층6)

(A-1) 수평균 분자량Mn이 8,500, 분자량 분포가 2인 말단 아리일화 옥시프로필렌계 중합체(아리일기 함유량 : 0.233mmol/g) : 100중량부에 대하여 (B-5) 아래의 식(12)

에 나타나 있는 폴리실록산계 경화제5(SiH 함유량 : 2.7mmo1/g) : 9.5중량부, (C-1) 염화 백금산의 10% 이소프로필 알콜 용액 : 0.06중량부, (D-1) 카아본 블랙 3030B(미쓰비시 화학사 제품) : 10중량부 및 경화지연제로서 디메틸말레이트를 0.04중량부 혼합하고, 감압(10mmHg 이하에서 120분간) 탈포하여 얻어지는 조성물을 상기 샤프트의 둘레에 피복하고, 금형 내 140℃의 환경하에서 30분간 방치하여 경화시켜 두께 약 5mm의 탄성층6을 형성하였다. 또한 상기와 동일한 조성물을 테플론 시트를 깐 두께 약 5mm의 알루미늄의 금형 테두리에 충전한 후에 이 금형 테두리를 프레스기의 열판 사이에 끼워서 140℃, 30분간 가열조건에서 프레스 성형하여 평가용 5mm의 시트 모양 경화물을 얻었다. 이 탄성층6 시트의 JIS A 경도 및 전단 탄성 률의 측정치는 표1에 나타나 있다.

(탄성층7)

(A-1) 수평균 분자량Mn이 8,500, 분자량 분포가 2인 말단 아리일화 옥시프로필렌계 중합체(아리일기 함유량 : 0.233mmol/g) : 100중량부에 대하여 (B-1) 상기 식(8)에 나타나 있는 폴리실록산계 경화제1(SiH 함유량 : 3.9mmol/g) : 4.2중량부, (C-1) 염화 백금산의 10% 이소프로필 알콜 용액 : 0.06중량부, (D-1) 카아본 블랙 3030B(미쓰비시 화학사 제품) : 10중량부 및 경화지연제로서 디메틸말레이트를 0.04중량부 혼합하고, 감압(10mmHg 이하에서 120분간) 탈포하여 얻어지는 조성물을 상기 샤프트의 둘레에 피복하고, 금형 내 140℃의 환경하에서 30분간 방치하여 경화시켜 두께 약 5mm의 탄성층7을 형성하였다. 또한 상기와 동일한 조성물을 테플론 시트를 깐 두께 약 5mm의 알루미늄의 금형 테두리에 충전한 후에 이 금형 테두리를 프레스기의 열판 사이에 끼워서 140℃, 30분간 가열조건에서 프레스 성형하여 평가용 5mm의 시트 모양 경화물을 얻었다. 이 탄성층7 시트의 JIS A 경도 및 전단 탄성률의 측정치는 표1에 나타나 있다.

다음에 도전성 탄성층의 외주(外周)에 피복되는 표면층에는 이하에 나타나 있는 표면층1을 사용한다.

(표면층1)

E-980(일본 미라구토란사 제품의 폴리카아보네트 우레탄(polycarbonate urethane))을 DMF(N, N-디메틸포름아미드(N, N-dimethylformamide)) : MEK(메틸에 틸케톤(methylethylketone)) = 1 : 1의 혼합용매에서 6%로 희석(稀釋)하여 얻은 표면층 용액을 도전성 탄성층의 둘레에 도포(塗布)하고, 80℃에서 1시간 및 140℃에서 30분간 건조시켜 표면층1을 형성하였다. 또한 이 표면층1을 구성하는 수지(樹脂) 재료를 이형 필름(離型 film)상에 도포하고, JIS K 6251에 준한 측정에 의하여 파괴시(破壞時) 신장률(伸張率)을 측정한 곳의 신장률은 510%이었다. 또 이 경우에 표면층은 롤러 및 필름의 양쪽 모두에 딥 코팅(dip coating)에 의하여 도포하고, 그 두께는 약 20μm이었다.

표1에 나타나 있는 바와 같이 탄성층1∼7과 표면층1을 조합시킨 현상 롤러 및 탄성층 시트를 제작하여 실시예1∼5 및 비교예1, 2로 하였다. 또 이들 실시예의 탄성층의 JIS A 경도 및 전단 탄성률은 비교예와의 차이를 명확하게 하기 위하여 선택한 것으로서, 본 발명은 이들 경도나 탄성률에 한정되는 것은 아니다.

(표1)

표1에 나타나 있는 탄성층 시트의 JIS A 경도는 JIS K 6301A법에 준하여 측정하였다.

또한 표1에 나타나 있는 탄성층 시트의 전단 탄성률은, 점탄성 측정장치(粘彈性測定裝置)(세이코 인스트루먼트 제품, DMS110)를 사용하여 20℃, 60% RH의 환경하에 있어서 전단 모드(剪斷 mode)에서 탄성률의 0.01Hz부터 100Hz의 주파수 특성(周波數特性)을 측정하여 0.1Hz의 전단 탄성률을 구하였다. 측정용 시험펀(測定用試驗片)은 평가용으로 만든 5mm 두께의 시트 모양 경화물(硬化物)에서 잘라낸 세로 10mm, 가로 10mm, 두께 5mm의 탄성층 샘플을 사용하였다. 또 측정용 시험편으로서는 롤러의 탄성층에서 잘라낸 세로 10mm, 가로 10mm, 두께 2mm 이상의 시험편도 사용 가능하다.

또한 표1에 나타나 있는 표면층 부착 시트의 왜곡량(歪曲量)(μm)은, 상기 탄성층 평가용 시트와 동일하게 만든 시트 모양 경화물의 위에 표면층 수지재료를 도포한 측정용 시트를 별도로 만들고, 이 측정용 시트상에 폭 1mm, 외경 30mm의 원주(圓周) 모양의 볼록부(0.5mm)를 중앙에 구비하는 두께 10mm, 외경 100mm의 SUS로 만든 원반(原盤) 모양 지그(jig)를 상기 볼록부가 상기 측정용 시트의 표면층에 접촉하도록 맞추고, 위에서 약 3kg의 추(錘)를 올려 놓아 상기 원주 모양 볼록부를 시트에 압입(壓入)한 상태에서 24시간 셋팅(setting)한 후에 추 및 원반 모양 지그를 떼어내서 24시간 후의 압축부분(壓縮部分)의 왜곡량을 측정하였다.

표1에서 분명하게 나타나 있는 바와 같이 실시예1∼5에서는 24시간 후의 왜곡량이 10μm 미만인 데에 반하여 탄성층의 전단 탄성률이 4.0E+05Pa(4.0 × 10⁵Pa) 미만인 비교예1, 2의 경우는 왜곡량이 15μm 이상으로 커졌다.

이들 실시예 및 비교예에 있어서의 현상 롤러를 동일한 구조의 현상장치에 각각 조합하고, 이들 현상장치를 각각 프린터에 결합시켜 인자(印字) 테스트를 하였다. 롤러로의 감광체(感光體) 압입량(壓入量)을 약 200μm으로 하고, 2주동안 20℃, 60% RH의 보통 환경하에서 방치한 후에 프린터의 전원을 넣은 직후에 화면출력을 테스트를 한 경우, 실시예1∼5에 관하여는 프린터의 전원을 넣은 직후에서 줄무늬 모양의 농도얼룩이 없는 선명한 화상(畵像)이 얻어졌지만 비교예1, 2에 관하여는 프린터의 전원을 넣은 직후는 감광체의 왜곡이 원인이라고 생각되는 줄무늬 모양의 농도얼룩이 보였고, 24시간 후에서도 엷은 농도얼룩이 남았다.

상기한 바와 같이 30°이하의 JIS A 경도를 구비하고 또한 20℃, 60% RH의 환경하에서 0.1Hz에서의 점탄성으로 측정한 전단 탄성률이 4 × 10⁵Pa 이상의 도전성 탄성층을 구비하는 현상 롤러를 사용함으로써 작은 압력에서도 롤러와 감광체와의 원주 방향의 접촉폭을 충분히 확보할 수 있고 또한 장시간 감광체에 눌린 상태에서 압축고정(壓縮固定)되더라도 압축잔류왜곡이 작은 현상 롤러를 얻는 것이 가능하게 되고, 압축고정을 해제한 직후부터 현상 롤러의 잔류왜곡에 기인하는 선 모양의 토너 상의 농도얼룩이 없는 선명한 화상이 얻어진다.또한 본 발명의 롤러를 대전 롤러로서 사용하는 경우에는 잔류왜곡이 작기 때문에 감광체에 일정하게 전하를 공급할 수 있게 되고 또한 본 발명의 롤러를 전사 롤러로서 사용하는 경우에는 중간 전사체나 기록용지상에 선명한 전사 상을 얻는 것이 가능하게 된다.

Claims

중심축(中心軸)에 도전성 샤프트(導電性 shaft)를 배치하고, 상기 도전성 샤프트의 둘레에 도전성 탄성층(導電性彈性層)을, 상기 도전성 탄성층상에 표면층(表面層)을 동심원(同心圓) 모양으로 순차적으로 적층(積層)하여 구성되는 롤러(roller)에 있어서, 상기 도전성 탄성층이 30°이하의 JIS A 경도(硬度)를 구비하고 또한 20℃, 60% RH의 환경하에서 0.1Hz에서의 점탄성(粘彈性 : visco-elasticity)으로 측정한 상기 도전성 탄성층의 전단 탄성률(剪斷彈性率 : shearing modulus)이 4 × 10⁵Pa 이상인 것을 특징으로 하는 전자사진용 롤러(electrophotography roller).
제1항에 있어서,

상기 도전성 탄성층은, (A)분자 중에 적어도 1개의 알케닐기(alkenyl group)를 포함하고, 주사슬(主鎖)을 구성하는 반복단위가 주로 옥시알킬렌(oxyalkylene) 단위로 이루어지는 중합체(重合體) 및/또는 포화탄화수소계 단위로 이루어지는 중합체와, (B)분자 중에 적어도 2개의 히드록실기(hydroxyl group)를 포함하는 경화제(硬化劑)와, (C)히드로실화 촉매와, (D)도전성 부여제(導電性附與劑)를 주성분으로 하는 경화성 조성물의 반응물 로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자사진용 롤러.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 표면층의 주성분이 우레탄계 수지(urethane系 resin), 아크릴계 수지(acryl系 resin), 실리콘계 수지(silcon系 resin), 플루오르계 수지(fluoro系 resin)로 이루어지는 군(群) 중에서 선택되는 수지 단독 또는 브렌드 수지(blend resin)인 것을 특징으로 하는 전자사진용 롤러.