KR101678977B1 - 픽업롤러 및 이를 구비하는 화상형성장치 - Google Patents

Abstract

픽업롤러 및 이를 구비하는 화상형성장치가 개시된다. 개시된 픽업롤러는 지지층과, 지지층의 외주면을 감싸도록 마련되는 베이스와, 베이스에 분산되어 있으며 베이스의 경도와 상이한 경도를 가지는 다수의 분산체로 이루어진 픽업층를 구비한다.

Description

픽업롤러 및 이를 구비하는 화상형성장치{Pickup roller and Image forming apparatus having the same}

본 발명은 픽업롤러 및 이를 구비하는 화상형성장치에 관한 것이다.

전자사진방식 화상형성장치는 감광드럼에 광주사 장치를 이용하여 광빔을 주사함으로써 정전잠상을 형성한 뒤, 형성된 정전잠상을 토너와 같은 현상제를 이용하여 현상하여 현상화상을 형성하고, 생성된 현상화상을 인쇄매체 상에 전사하고, 전사된 현상화상을 그 인쇄매체 상에 정착시킴으로써 화상을 현상한다.

이러한 전자사진방식 화상형성장치는 카세트에 적재된 용지를 한장 씩 픽업하여 본체내부로 이송하는 픽업롤러를 구비한다. 이러한 픽업롤러는 슬립(slip)에 의하여 용지의 반송이 이루어지 않거나 또는 용지에 손상을 입히지 않으면서, 용지의 특성에 관계없이 일정한 속도로 용지를 픽업하는 것이 필요하다.

그러나, 픽업롤러를 사용함에 따라, 픽업롤러의 표면마모 또는 오염에 따라 용지를 픽업하는 것이 어려워지는 문제가 발생하는데, 이러한 문제는 저경도의 고무를 사용하는 픽업롤러에서 취약하다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 고경도 고무를 사용하는 경우 표면마모에 의한 내구성은 개선이 될 수 있으나, 용지의 특성(평량, 두께, 표면특성)에 따라 불완전한 반송이 되는 경우가 발생 된다. 이는 고경도 고무와 용지간에 충분한 마찰력을 형성하는 것이 어렵기 때문이다.

또한, 고경도고무 픽업롤러의 마찰력을 증가하기 위하여, 가압력을 높이면 용지에 영향을 줄 수 있고, 픽업롤러의 내구성 역시 오염 또는 표면파괴 등에 의하여 취약하게 되는 경향이 있다. 따라서, 비교적 작은 가압력과 픽업롤러의 표면층에서의 충분한 마찰력과 내구성을 확보할 수 있는 픽업롤러가 요구된다.

본 발명은 작은 가압력으로도 충분한 마찰력을 확보할 수 있는 픽업롤러와 이를 구비하는 화상형성장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 픽업롤러는 지지층과, 상기 지지층의 외주면을 감싸도록 마련되는 베이스와, 상기 베이스에 분산되어 있으며 상기 베이스의 경도와 상이한 경도를 가지는 다수의 분산체로 이루어진 픽업층를 구비한다.

상기 다수의 분산체의 경도는 상기 베이스의 경도보다 작으며, HRC(로크웰경도) 5 ~ 20이다.

상기 다수의 분산체는 프라즈마처리로 표면개질을 통하여 상기 베이스와의 결합력을 향상시켜 고르게 분산된다.

상기 다수의 분산체는 코팅처리로 표면개질을 통하여 상기 베이스와의 결합력을 향상시켜 고르게 분산된다.

상기 다수의 분산체의 함량은 상기 픽업층의 5% 내지 20% 이다.

상기 다수의 분산체의 직경은 0.1㎛ ~ 1mm 이다.

상기 베이스와 다수의 분산체는 동일재질이다.

상기 베이스는 HRC(로크웰경도) 40 ~ 60이다.

상기 지지층과 상기 픽업층의 사이에 마련되어, 상기 베이스의 경도보다 작은 재질로 이루어진 픽업보조층을 더 구비한다.

상기 픽업보조층은 다기공성 재질이다

본 발명의 다른 측면에 따른 화상형성장치는

지지층과, 상기 지지층의 외주면을 감싸도록 마련되는 베이스와, 상기 베이스에 분산되어 있으며 상기 베이스의 경도와 상이한 경도를 가지는 다수의 분산체로 이루어진 픽업층를 구비하는 픽업롤러:

상기 픽업롤러에 의해 픽업되어 이송되는 용지에 화상을 형성하는 인쇄부;

용지위에 형성된 화상을 열과 압력을 가해 융착시키는 정착부와;

화상이 정착된 용지를 배지대 위에 배출하는 배지부;를 구비하는 화상형성장치.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽업롤러를 구비한 화상형성장치의 구성을 도시한 측단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 픽업롤러를 도시한 종단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 픽업롤러를 도시한 횡단면도이다.

도 1을 참조하면, 화상형성장치(100)는 전자사진 프로세스에 의하여 용지에 화상을 인쇄하는 것으로, 하측에 용지(P)를 적재하고 본체(101)에 착탈 가능하게 설치되는 카세트(110)를 구비한다.

카세트(110)는 스프링(112)에 의하여 상방으로 탄성바이어스 되어 있으며, 그 위에 용지(P)가 적재되는 용지지지대(111)를 구비한다. 카세트(110)의 상측에는 회전되면서 용지(P)를 한장 씩 픽업하는 픽업롤러(120)가 설치된다.

픽업롤러(120)에 의하여 픽업된 용지는 이송롤러(130)를 의하여 인쇄부(140)를 지나면서 화상이 현상된다. 인쇄부(140)에 의하여 용지에 현상된 화상은 정착부(150)를 통과하면서 가압과 가열되어 용지에 융착된다. 정착부(150)는 압력을 가하는 가압롤러(151)와, 가압롤러(151)에 대접하여 열을 가하는 가열롤러(152)를 구비한다. 정착부(150)를 통과하면서 화상이 융착된 용지는 배지롤러(160)에 의하여 배지대(170)에 배출된다. 인쇄부(140)는 모노화상을 형성하거나 또는 칼라화상을 형성할 수 있다.

도 2와 도 3을 참조하면, 픽업롤러(120)는 축(121)에 지지되어 있으며 소정직경을 가지는 지지층(122)와, 지지층(122)의 외주면을 소정두께로 감싸는 베이스(123) 및 베이스(123)에 분산된 다수의 분산체(124,paticle)로 이루어진 픽업층(125)를 구비한다. 이러한 픽업롤러(120)는 축(121)이 본체(101)에 회전 가능하게 설치되어 회전되면서 용지(P)를 한장씩 픽업하여 본체 내부로 이송할 수 있다.

베이스(123)는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 또는 IR(IR)의 순수 혹은 복합체로 이루어지거나, 우레탄(Urethan)소재 등 탄성을 가지며 내마모성과 충분한 표면 마찰력을 가지는 소재로 이루어질 수 있다.

다수의 분산체(124)는 베이스(123)와 동일한 재질로 이루어지며, 그 직경은 0.1㎛ 내지 1mm인 균일한 입자로 베이스(123)에 분산될 수 있다. 다수의 분산 체(124)는 상기한 소재들을 이용하거나 또는 가공시 표면의 소성화 내지는 기능성 말단기가 파괴되어 베이스(123)와의 결합이 견고하지 않아 마찰마모에 의해 베이스(123)로부터 이탈될 수 있다. 이로 인하여 픽업층(125)의 표면상태가 불규칙하게 되거나 균열(crack)이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 다수의 분산체(124)는 플라즈마(Plasma)처리 또는 표면코팅처리 등과 같은 표면개질방법을 통하여 그 표면에 기능성 말단기를 생성시킨 후 베이스(123)에 분산시킬 수 있다. 이때, 플라즈마 처리는 재료특성에 따라 가변적이기는 하나 방전전력 50W 정도로 10분에서 30분 정도까지 변화시키며 표면개질할 수 있다.

베이스(123)의 경도는 HRC(로크웰경도) 40 ~ 60일 수 있다. 다수의 분산체(124)의 경도는 베이스(123)의 경도보다 작으며, HRC(로크웰경도) 5 ~ 20 일 수 있다. 다수의 분산체(124)는 픽업층(125)의 전체의 중량대비 5% 내지 20%중량을 차지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 픽업롤러를 도시한 종단면도이다.

도4에 도시된 픽업롤러의 기본적인 구성은 도 2에 도시된 픽업롤러와 유사하며, 다만, 지지층과 픽업층의 사이에 픽업보조층을 더 구비하고 있다.

도 4를 참조하면, 픽업롤러(130)는 축(131)에 지지되어 있으며 소정직경을 가지는 지지층(132)와, 지지층(132)의 외주면을 소정두께로 감싸는 픽업보조층(133)와, 픽업보조층(133)의 외주면을 소정두께로 감싸는 베이스(134) 및 베이스(134)에 분산된 다수의 분산체(135,paticle)로 이루어진 픽업층(136)를 구비한다.

베이스(134)는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 또는 IR(Isoprene Rubber)의 순수 혹은 복합체로 이루어지거나, 우레탄(Urethan)소재 등 탄성을 가지며 내마모성과 충분한 표면 마찰력을 가지는 소재로 이루어질 수 있다.

다수의 분산체(135)는 베이스(134)와 동일한 재질로 이루어지며, 그 직경은 0.1㎛ 내지 1mm인 균일한 입자로 베이스(134)에 분산될 수 있다. 다수의 분산체(135)는 상기한 소재들을 이용하거나 또는 가공시 표면의 소성화 내지는 기능성 말단기가 파괴되어 베이스(134)와의 결합이 견고하지 않아 마찰마모에 의해 베이스(134)로부터 이탈될 수 있다. 이로 인하여 픽업층(136)의 표면상태가 불규칙하게 되거나 균열(crack)이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 다수의 분산체(135)는 플라즈마(Plasma)처리 또는 표면코팅처리 등과 같은 표면개질방법을 통하여 그 표면에 기능성 말단기를 생성시킨 후 베이스(134)에 분산시킬 수 있다. 이때, 플라즈마 처리는 재료특성에 따라 가변적이기는 하나 방전전력 50W 정도로 10분에서 30분 정도까지 변화시키며 표면개질할 수 있다.

베이스(134)의 경도는 HRC(로크웰경도) 40 ~ 60일 수 있다. 다수의 분산체(135)의 경도는 베이스(134)의 경도보다 작으며, HRC(로크웰경도) 5 ~ 20 일 수 있다. 다수의 분산체(135)는 픽업층(136)의 전체의 중량대비 5% 내지 20%중량을 차지할 수 있다.

픽업보조층(133)은 낮은 가압에서도 변형이 용이하여 픽업층(136)의 용지접촉부에 충분한 접촉면적을 부여하고, 또한 용지의 특성에 따라 균일하게 마찰력을 유지하고, 또한 픽업층(136)의 용지접촉부분의 균일한 가압분포를 유도함으로써 편 마모 및 부분오염 등의 원인으로 인한 용지의 스큐 또는 불완전 반송등의 불량에 대처할 수 있다. 아울러, 균일한 접촉면에 의한 상기 불량을 균일한 마모형태로 유도함으로써 사용에 따른 픽업층(136)의 기능저하를 예방할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 기능을 발휘할 수 있도록, 픽업보조층(133)은 압축변형이 용이한 재질로 다기공성 재질의 폼(Foam) 또는 저경도 고무 또는 패드(Pad) 등으로 형성될 수 있다. 픽업보조층(133)는 베이스(134)의 경도보다 작은 경도를 가지는 소재로 이루어진다.

도 5는 본 발명에 따른 픽업롤러의 강도를 실험하기 위한 실험장치를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 고정지그(1)위에 도 2에 도시된 픽업층(125) 또는 도 4에 도시된 픽업층(136)과 동일하게 제조된 픽업패드(2)를 올려놓고, 그 위에 동일 평량의 10mm*200mm 크기의 용지(3)를 픽업패드(2)위에 올려 접촉시킨 후, 19.5g의 추(4)를 용지(3)의 일단에 매달고, 용지(3)의 타단을 2mm/s 속도로 잡아 당기면서 마찰력을 측정하였다. 측정한 결과는 하기 표1에 도시하였다.

[표 1]

베이스	분산체	마찰계수
		한솔(75g/㎡)	제록스(90g/㎡)	제록스(투명)
EPDM	0	1.88	1.67	2.16
	10	2.95	2.75	3.05
	15	3.05	2.96	3.15
EPDM/IR (80/20)	0	1.77	1.63	2.03
	10	2.87	2.54	2.98
	15	3.01	2.75	3.12
EPDM/IR (30/70)	0	2.05	1.79	2.25
	10	3.05	2.68	3.15
	15	3.21	2.98	3.32

픽업부는 금호사의 시편경도 HRC(로크웰경도)40의 EPDM로 제조되거나 또는, 금호사의 시편경도 HRC(로크웰경도)40의 EPDM와 Zeon사의 시편경도 HRC(로크웰경도) 40의 IR(Isoprene Rubber)를 소정비율로 혼합하여 제조된 베이스와, 금호사의 시편경도 HRC(로크웰경도) 20의 EPDM의 분산체를 배합하여, 전체 시편경도 HRC(로크웰경도) 30±5 도로 제작되었다.

표 1에서 베이스 항목에서, EPDM/IR(80/20)은 EPDM과 IR이 80%와 20% 혼합되었다는 것을 나타낸다. 마찰계수항목에서, 한솔 및 제록스는 용지제조회사를 나타내고, ()의 숫자는 전체중량/㎡ 을 나타낸다. 따라서, 한솔(75g/㎡)은 한솔에서 만든 단위제곱미터당 전체중량이 75g인 용지를 나타내며, 제록스(투명)은 제록스에서 만든 투명용지를 나타낸다.

마찰계수는 다음과 <식 1>로 계산된다.

<식 1>

마찰계수=(2/3.141592)*ln(마찰력/19.5gf)

[표 1]과 <식 1>을 함께 참조하면, 저경도의 분산체가 포함되는 경우, 마찰력 증가에 의한 마찰계수의 증가를 확인할 수 있다. 마찰계수가 제일 큰 경우는 분산체의 함량이 15%인 경우이다. 이러한 결과는 픽업층의 접촉면적의 증가보다는 표면상태에 따른 용지와의 견고한 접촉에 의한 마찰력 증가로 보여진다.

다음으로, 픽업층의 내마모성과 분산체 함량과의 관계를 알아보기 위하여 다음과 같은 실장테스트를 실시한 결과를 [표 2]에 개시하였다.

폭×두께×원주길이=26mm×2mm×60mm정도의 반원형의 픽업패드를 지지층(도2 의 122, 또는 도4의 131)에 끼워 장착한 픽업롤러를 20PPM의 속도로 100,000매 픽업한 후 픽업층의 성능과, 잠재적인 불량발생을 검사하기 위하여 편마모, 표면오염 및 표면불균일을 평가하였다.

여기서, 픽업층의 성능은 실장테스트 후 3종의 용지(표1에 개시된 용지)를 500매 출력하였을 때 픽업실패 또는 반송불량을 평가하였다. 편마모, 표면오염 및 표면불균일은 EPDM을 기준으로 이와 대비하여 적부판정을 하였다.

[표 2]

베이스	분산체	성능	문제점
			편마모	표면오염	표면불균일
EPDM	0	×	×	×	×
	10	○	○	△	○
	15	△	◎	△	△
	25	×	○	×	×
EPDM/IR (80/20)	0	△	×	×	×
	10	◎	○	△	◎
	15	○	◎	△	○
	25	△	△	×	△
EPDM/IR (30/70)	0	△	×	×	×
	10	◎	○	△	◎
	15	○	◎	△	◎
	25	△	△	△	×

여기서, ×--불만족, △--양호, ◎--만족을 나타냅니다.

표 2를 참조하면, 분산체의 함량은 10% ~ 15% 정도로 제조하는 것이 성능, 편마모, 표면오염 및 표면불균일 면에서 바람직하다는 것을 알 수 있다.

분산체의 함량이 10% 미만의 경우에는, 용지와의 표면접착성이 떨어지며, 픽업층의 특정부분에 의해 마찰력이 생성되어 응력이 집중되어 크랙을 유도하게 되며, 이로 인해 성능저하와 표면불균일, 표면오염 및 표마모의 문제점을 나타내었다.

분산체의 함량이 25%이상인 경우에는, 분산불균일 뿐만 아니라 마찰에 의한 표면의 마모가 내구성을 저해시키는 요인으로 분석되었다. 즉, 상대적으로 기계적강도가 약한 부분의 마모로 인하여 표면상태가 불균일하게 되고 오염마모진행에 의하여 성능이 저하됨을 알 수 있었다. 그러나, 분산체의 함량이 25%이상인 경우는 분산체를 포함하지 않은 경우(0%)보다는 성능의 저하는 두드러지지 않았다. 그러므로, 분산체가 포함되어 있는 경우가 분산체가 포함되어 있지 않은 경우보다 바람직하다.

다음으로, 픽업보조층의 성능을 평가하는 실험을 한 결과를 하기 [표 3]에 개시하였다. 상기 [표 1] 및 [표 2]에서 가장 좋은 성능을 나타낸 EPDM/IR(80/20)+10%와, EPDM/IR(30/70)+10%에 대하여 실험을 진행하였다. 여기서, 픽업보조층는 두께 1mm 정도의 폼패드(foam pad)이며, 지지층과 픽업층에 primer처리하여 접합하였다.

[표 3]

베이스+분산체	성능	문제점
		편마모	표면오염	표면불균일
EPDM+10%	○	◎	○	○
EPDM/IR(80/20)+10%	◎	◎	○	◎
EPDM/IR(30/70)+10%	◎	◎	○	◎

여기서, △--양호, ◎--만족을 나타냅니다.

표 3과 표 2를 참조하면, 픽업롤러는 수직가압력의 변화로 인한 성능저하는 발생되지 않으며, 편마모성이 향상되었다. 또한, 보조픽업층이 불필요한 가압력을 흡수하므로 인하여 픽업층의 표면오염이 향상되었음을 알 수 있다.

전술한 본 발명인 픽업롤러 및 이를 구비하는 화상형성장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽업롤러를 구비한 화상형성장치의 구성을 도시한 측단면도.

도 2는 도 1에 도시된 픽업롤러를 도시한 종단면도.

도 3은 도 1에 도시된 픽업롤러를 도시한 횡단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 픽업롤러를 도시한 종단면도.

도 5는 본 발명에 따른 픽업롤러의 강도를 실험하기 위한 실험장치를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100..화상형성장치 101..본체

110..카세트 111..용지지지대

120,130..픽업롤러 121,131..축

122,132..지지층 123,134..베이스

124,135..분산체 125,136..픽업층

133..픽업보조층

Claims (20)

1. 지지층과;

   상기 지지층의 외주면을 감싸도록 마련되는 베이스와, 상기 베이스에 분산되어 있으며 상기 베이스의 경도와 상이한 경도를 가지는 다수의 분산체로 이루어진 픽업층;을 구비하며,

   상기 다수의 분산체는 경도가 상기 베이스의 경도보다 작으며 상기 베이스와 동일 재질의 입자 형태인 픽업롤러.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 다수의 분산체의 경도는 HRC(로크웰경도) 5 ~ 20 인 픽업롤러.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 다수의 분산체는 프라즈마처리로 표면개질을 통하여 상기 베이스와의 결합력을 향상시켜 고르게 분산되는 픽업롤러.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 다수의 분산체는 코팅처리로 표면개질을 통하여 상기 베이스와의 결합력을 향상시켜 고르게 분산되는 픽업롤러.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 다수의 분산체의 함량은 상기 픽업층의 5% 내지 20% 인 픽업롤러.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 다수의 분산체의 직경은 0.1㎛ ~ 1mm 인 픽업롤러.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,

   상기 베이스는 HRC(로크웰경도) 40 ~ 60인 픽업롤러.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 지지층과 상기 픽업층의 사이에 마련되어, 상기 베이스의 경도보다 작은 재질로 이루어진 픽업보조층을 더 구비하는 픽업롤러.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 픽업보조층은 다기공성 재질로 이루어진 픽업롤러.
11. 상기 제1항의 픽업롤러;

    상기 픽업롤러에 의해 픽업되어 이송되는 용지에 화상을 형성하는 인쇄부;

    용지위에 형성된 화상을 열과 압력을 가해 융착시키는 정착부와;

    화상이 정착된 용지를 배지대 위에 배출하는 배지부;를 구비하는 화상형성장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 다수의 분산체의 경도는 HRC(로크웰경도) 5 ~ 20 인 화상형성장치.
13. 제 11항에 있어서,

    상기 다수의 분산체는 프라즈마처리로 표면개질을 통하여 상기 베이스와의 결합력을 향상시켜 고르게 분산되는 화상형성장치.
14. 제 11항에 있어서,

    상기 다수의 분산체는 코팅처리로 표면개질을 통하여 상기 베이스와의 결합력을 향상시켜 고르게 분산되는 화상형성장치.
15. 제 11항에 있어서,

    상기 다수의 분산체의 함량은 상기 픽업층의 5% 내지 20% 인 화상형성장치.
16. 제 11항에 있어서,

    상기 다수의 분산체의 직경은 0.1㎛ ~ 1mm 인 화상형성장치.
17. 삭제
18. 제 11항에 있어서,

    상기 베이스는 HRC(로크웰경도) 40 ~ 60인 화상형성장치.
19. 제 11항에 있어서,

    상기 지지층과 상기 픽업층의 사이에 마련되어, 상기 베이스의 경도보다 작은 재질로 이루어진 픽업보조층을 더 구비하는 화상형성장치.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 픽업보조층은 다기공성 재질로 이루어진 화상형성장치.

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