KR101911001B1 - 클리닝 성능 및 내구성이 우수한 클리닝 블레이드, 이를 채용한 클리닝 유닛, 전자 사진 화상 형성장치, 및 전자사진 카트리지 - Google Patents

Abstract

전자사진 감광체의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 블레이드로서, -5 ~ 55℃ 범위에서 우수한 저온 클리닝 성능 및 우수한 고온 내마모성 및 내구성을 갖는 클리닝 블레이드, 이를 포함하는 클리닝 유닛, 전자사진 화상형성장치 및 전자사진 카트리지가 개시된다.

Description

클리닝 성능 및 내구성이 우수한 클리닝 블레이드, 이를 채용한 클리닝 유닛, 전자 사진 화상 형성장치, 및 전자사진 카트리지{Cleaning blades having excellent cleaning properties and durability, cleaning units, electrophotographic imaging apparatuses and electrophotographic cartridge employing the same}

본　발명은 클리닝 블레이드, 이를 채용한 클리닝 유닛, 전자 사진 화상 형성장치, 및 전자사진 카트리지에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 클리닝 성능 및 내구성이 우수한 클리닝 블레이드, 이를 채용한 클리닝 유닛, 전자 사진 화상 형성장치, 및 전자사진 카트리지에 관한 것이다.

팩시밀리 머신, 레이저 프린터, 복사기 등에서 사용되는 전자사진 장치는 다음과 같은 방식으로 토너 화상(toned image)이 형성된다. 먼저 전자사진 감광체의 감광층의 표면이 균일하게 정전기적으로 대전되고, 대전된 표면은 광 패턴에 의해 노광됨으로써 잠상(latent image)이 형성된다. 노광에 의하여 감광층의 표면에 광이 충돌된 조사 영역의 전하는 선택적으로 소산됨으로써, 대전 및 비대전 영역의 패턴, 이른바 잠상(latent image)이 형성된다. 이어서, 현상 단계에서 토너가 잠상의 인접 부위에 제공되고, 스테인레스 스틸로 이루어진 토너층 규제 브레이드(Doctor blade)에 의한 마찰 대전 또는 주입 대전되어 전하를 띠게 되어 비대전된 영역 중 어느 하나에 부착되어 감광층의 표면상에 토너 화상(toned image)이 형성된다. 토너 화상은 종이와 같은 적당한 최종 또는 중간 화상 수용 표면으로 정전기적으로 전사된다. 이어서 최종 또는 중간 화상 수용 표면 위에 전사된 토너 화상은 정착 단계를 거치게 된다.

근래, 이와 같은 전자사진법에 있어서 고품질 화상에 대한 요구가 급속도로 증가하고 있다. 고화질화를 실현하기 위하여 대응　방법의 하나로서 완전 구형도에 가까우며(FPIA 측정 장비를 이용하여 구형도 측정시에 0.975 ~ 0.985 범위), 소입경(약 5~6 ㎛) 토너가 많이 이용되게 되었다. 이와 같은 토너의 소입경화가 진행됨에 따라서 감광층에서 화상 수용체로 현상된 후 감광층 표면에 잔류하는 토너, 외첨제 및 기타 첨가제를 제거하는 클리닝 기술이 중요성이 증가하고 있다. 왜냐하면, 토너의 입경이 작아질수록 클리닝이 어려워져서 화상 불량으로 연결되기 쉽기 때문이다.

종래의 클리닝 기술은 저온(L/L 환경)에서의 클리닝 성능을 향상시키기 위하여 클리닝 블레이드의 동적 점탄성 측정에서 얻어지는 손실 탄젠트 피크값, 즉 tan δ 피크 값이 화상형성장치가 사용될 수 있는 환경의 최저 온도 부근에 존재하도록 클리닝 블레이드의 물성을 제어하는 방식을 이용하는 것이 일반적이나, 제품의 저온 환경에서의 보관, 제품 출하시의 운송 기후 조건에서의 고무 물성 저하 및 물성 변화로 인해 소비자가 요구하는 저온 동작 크리닝 성능을 만족 할 수 없다. 특히 -5 ~ 0℃ 사용 환경에서는 클리닝 불량과 연결될 수 있다. 특히, 이러한 방식에서는 tan δ 피크 값을 나타내는 온도가 같은 경우에는 이 온도에서의 전단 모듈러스 G*　값에 따라 클리닝 블레이드의 내마모성 및 내구성이 크게 변화하므로 고온 특성에 있어서는 불리하다. 따라서 종래의 클리닝 블레이드는 고속화 및 장수명화를 크게 요구하는 전자사진 화상형성장치의 추세에 대응하기 곤란하다. 즉, 종래의 클리닝 블레이드는 저온 환경에서 탄성이 부족하여 클리닝 성능이 불량하고 고온 환경에서는 탄성이 충분하여 클리닝 성능은 유지되지만 쉽게 크랙이 발생하는 등 내마모성 및 내구성이 불량한 문제점을 노출하고 있다. 구체적으로, 저온/저습 조건에서 폴리우레탄 고무 클리닝 블레이드의 반발 탄성률의 온도 의존성이 강하고 온도가 낮을수록 값이 작아진다. 그 때문에 저온/저습 조건에서 클리닝 블레이드가 잔류 토너를 제거할 수 있는 주요 메커니즘인 클리닝 블레이드 에지 부분의 스틱-슬립(stick-slip) 현상이 일어나기 어려워져서 클리닝 성능이 저하된다. 반대로, 폴리우레탄 고무 클리닝 블레이드의 반발 탄성률을 증가시키면, 클리닝 성능이 좋아지지만, 폴리우레탄 고무의 모듈러스 및 기계적 강도가 저하된다. 이에 더하여, 고온/고습 동작 조건에서는 감광체 드럼과 클리닝 블레이드 사이의 마찰 계수가 상승하기 때문에 모듈러스가 작은 폴리우레탄 고무 클리닝 블레이드는 에지 크랙(edge crack)이 발생하기 쉽다.

따라서, 본 발명의 일 목적은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여 저온 환경에서 클리닝 성능이 우수하고 고온 환경에서 내마모성 및 내구성이 우수한 클리닝 블레이드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 클리닝 블레이드를 채용한 클리닝 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 클리닝 블레이드를 채용한 전자사진 화상형성장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 클리닝 블레이드를 채용한 전자사진 카트리지를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은,

전자사진 감광체의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 블레이드로서,

상기 클리닝 블레이드는 측정 주파수 10 Hz, 승온 속도 2.0 ℃/min, 및 초기 변형률 0.03%의 조건에서 -80 내지 50℃의 온도 범위에서 온도의 함수로 측정하는 동적 점탄성 측정에서 얻어진 ΔG*(MPa)/Δ온도(℃)의 값 및 -5℃에서의 전단 모듈러스의 값이 다음 조건을 만족하는 클리닝 블레이드를 제공한다:

0.292 ≤ ΔG*(MPa) /Δ온도(℃) ≤ 0.490,

24.7 ≤　G*(MPa) @ -5℃ ≤ 32.4,

여기서, ΔG*(MPa)는 온도가 -5℃ 내지 23℃의 온도 범위에서의 전단 모듈러스 값 G*의 변화량(단위: MPa)을 나타내고, G*(MPa)@-5℃는 -5℃에서의 전단 모듈러스 값(단위: MPa)을 나타낸다. 전단 모듈러스 G*는 저장 모듈러스(G')의 제곱과 손실 모듈러스(G")의 제곱의 합의 제곱근으로 정의된다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 클리닝 블레이드는 23℃에서의 전단 모듈러스가 다음 조건을 더 만족할 수 있다:

9.3　≤ G*(MPa)@ 23℃ ≤ 14.6,

여기서, G*(MPa)@23℃는 23℃에서의 전단 모듈러스 값(단위: MPa)을 나타낸다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 클리닝 블레이드는 폴리우레탄을 포함할 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면은,

전자사진 감광체의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 유닛으로서,

클리닝 블레이드; 및

상기 클리닝 블레이드의 적어도 일 부분에서 상기 클리닝 블레이드에 부착되어 상기 클리닝 블레이드를 지지하는 지지부재를 포함하고,

상기 클리닝 블레이드는 상기 본 발명의 일 측면에 따른 클리닝 블레이드인 클리닝 유닛을 제공한다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은,

전자사진 감광체;

상기 전자사진 감광체와 접촉하여 상기 전자사진 감광체를 대전시키는 대전 장치;

상기 전자사진 감광체의 표면위에 정전 잠상을 형성하는 노광장치;

상기 정전 잠상을 현상하여 가시 화상을 형성하는 현상 장치;

상기 가시 화상을 화상 수용 부재 위에 전사하는 전사 장치; 및

상기 전자사진 감광체의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 유닛을 포함하고,

상기 클리닝 유닛은 상기 본 발명의 일 측면에 따른 클리닝 블레이드를 포함하는 전자사진 화상형성장치가 제공된다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은,

전자사진 카트리지로서,

전자사진 감광체; 및

상기 전자사진 감광체 위에 형성된 가시화상을 화상 수용 부재 위에 전사한 후, 상기 전자사진 감광체의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 유닛을 포함하고,

상기 전자사진 카트리지는 상기 전자사진 감광체 및 상기 클리닝 유닛을 일체로 지지하고, 전자사진 화상형성장치에 부착될 수 있고 또한 상기 전자사진 화상형성장치로부터 탈착될 수 있으며,

상기 클리닝 유닛은 상기 본 발명의 일 측면에 따른 클리닝 블레이드를 포함하는 전자사진 카트리지가 제공된다.

본원 발명의 구체적인 구현예들에 따른 클리닝 블레이드는 -5~0℃의 극저온 환경에서의 화상 형성시에도 클리닝 성능이 우수하고, 고온/고습환경에서 내마모성 및 내구성이 우수하다. 그러므로 본 발명의 구체적인 구현예들에 따른 클리닝 블레이드를 포함하는 클리닝 유닛을 채용한 전자사진 카트리지 및 전자사진 화상형성장치는 다양한 환경하에서 높은 프로세스 스피드의 조건에서 연속적으로 화상형성 작업에 사용되어도 고품질 화상을 장기간에 걸쳐서 제공할 수 있다. 즉 본원 발명의 구체적인 구현예들에 따른 클리닝 블레이드는 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다:

(1) 클리닝 블레이드가 소입경 잔류 토너를 잘 제거할 수 있으므로 전자사진 감광체 및 다른 현상기 부재의 오염이 최소화되므로 고품질 화상을 극저온 환경, 고온/고습환경 등의 다양한 사용 환경 조건하에서 장기간에 걸쳐서 제공할 수 있다.

(2) 클리닝 블레이드의 수명이 증가하므로 소모품인 클리닝 블레이드의 교체 비용을 절감할 수 있다.

(3) 클리닝 롤러(CR)를 클리닝하기 위한 클리너를 채용하지 않는 CR Cleanerless 방식을 채택할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 클리닝 블레이드를 포함하는 클리닝 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 클리닝 유닛을 구비하는 전자사진 화상형성장치 및 전자사진 카트리의 일 구현예를 나타내는 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 몇몇 구체적인 실시형태에 따른 클리닝 블레이드를 포함하는 클리닝 유닛, 이 클리닝 유닛을 포함하는 전자사진 카트리지 및 전자사진 화상형성장치에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 클리닝 블레이드(3)를 포함하는 클리닝 유닛(2)을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 클리닝 유닛(2)은 화상 전사후 전자사진 감광체(1)의 표면에 잔류하는 토너 및 기타 잔류물을 제거하는 클리닝 블레이드(3) 및 클리닝 블레이드(3)의 적어도 일 부분에서 클리닝 블레이드(3)에 부착되어 클리닝 블레이드(3)를 지지하는 지지부재(4)를 포함한다. 지지부재(4)에 부착되지 않은 클리닝 블레이드(3)의 부분을 클리닝 블레이드(3)의 자유장(free length)라고 한다. 상기 토너는 예를 들면 스티렌-아크릴레이트계 토너, 폴리에스테르계 토너일 수 있다. 지지부재(4)는 클리닝 블레이드(3)를 지지하기 위한 것으로서, 클리닝 유닛(2)의 하부에 배치되는 폐토너 수집함(미도시)에 고정되거나, 화상형성장치 본체(미도시)에 고정될 수 있다. 지지부재(4)는 예를 들면 스테인레스 스틸을 사용하여 제조될 수 있다.

이와 같은 클리닝 유닛(2)에서 클리닝 블레이드(3)는 전자사진 감광체(1)의 표면에 블레이드 압력(N)을 가하여 전자사진 감광체(1)의 표면에 잔류하는 토너 등을 긁어 내어 제거한다. 클리닝 블레이드(3)의 클리닝 성능은 블레이드 압력(N)을 높이거나 클리닝 각도(θ)를 크게 하여야 한다. 그러나, 블레이드 압력(N)을 높이면 전자사진 감광체(1)가 마모되어 수명이 저하된다. 따라서 이러한 점을 고려하여 블레이드 압력(N)을 낮추고 클리닝 각도(θ)를 크게 하여 클리닝 성능을 유지할 수 있다. 그러나, 클리닝 각도(θ)가 너무 크면 클리닝 블레이드(3)가 전자사진 감광체(1)의 회전 방향(화살표 방향)을 따라 말려 들어가는 현상이 발생하므로 주의하여야 한다.

클리닝 블레이드(3)는 폴리우레탄으로 형성되는 것이 일반적이다. 폴리우레탄 재질의 클리닝 블레이드는 재료비가 저렴한 장점이 있다. 그러나, 폴리우레탄의 탄성은 저온환경에서 급격하게 저하되는 특징을 가지므로 폴리우레탄으로 만들어진 클리닝 블레이드는 10~20˚C 정도의 저온 환경에서는 물론 -5~0℃의 극저온 환경에서의 화상형성시에도 클리닝 성능이 급격하게 저하되기 쉽다. 또한 폴리우레탄으로 만들어진 클리닝 블레이드는 고온 환경에서는 탄성이 충분하여 클리닝 성능은 우수하지만 쉽게 크랙이 발생하는 등 내마모성 및 내구성이 불량하기 쉽다. 구체적으로, 고온 고습 환경에서 클리닝 블레이드의 스틱-슬립 운동시 반발탄성이 커서 고무 스트레인에 대한 복원력이 증가하여 크랙 및 클리닝 불량을 유발하기 쉽다.

그러나 본 발명자들은 폴리우레탄 클리닝 블레이드의 물성을 tan δ 피크 값에 기초하여 제어하는 것 대신에 폴리우레탄 클리닝 블레이드의 물성을 특정온도에서의 전단 모듈러스 G*　값 및 특정온도 범위에서의 ΔG*(MPa)/Δ온도(℃)의 값에 기초하여 제어하면 저온 환경에서 클리닝 성능이 우수하고 고온 환경에서 내마모성 및 내구성이 우수한 클리닝 블레이드를 얻을 수 있어서 상기한 종래 기술의 클리닝 블레이드의 문제점을 해결하여 상기한 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하였다.

즉 본 발명의 실시형태들에 따른 클리닝 블레이드(3)는 측정 주파수 10 Hz, 승온 속도 2.0 ℃/min, 및 초기 변형률 0.03%의 조건에서 -80 내지 50℃의 온도 범위에서 온도의 함수로 측정하는 동적 점탄성 측정에서 얻어진 ΔG*(MPa)/Δ온도(℃)의 값 및 -5℃에서의 전단 모듈러스의 값이 다음 조건을 만족하도록 제어된다:

0.292 ≤ ΔG*(MPa)/Δ온도(℃) ≤ 0.490 (1),

24.7 ≤　G*(MPa) @ -5℃ ≤ 32.4 (2).

여기서, ΔG*(MPa)는 온도가 -5℃ 내지 23℃의 온도 범위에서의 전단 모듈러스 값 G*의 변화량(단위: MPa)을 나타내고, G*(MPa)@-5℃는 -5℃에서의 전단 모듈러스 값(단위: MPa)을 나타낸다.

상기 ΔG*(MPa)/Δ온도(℃)의 값이 0.292보다 작으면, 탄성이 좋으므로 클리닝 블레이드의 저온저습 환경에서의 클리닝 성능은 좋지만 고온/고습 환경하에서 클리닝 블레이드의 내마모성 및 내구성이 저하하여 클리닝 블레이드에 크랙이 발생할 위험이 커진다. 반대로, 이 값이 0.490보다 크면, 클리닝 블레이드의 내마모성 및 내구성이 증가하여 고온고습 환경하에서 클리닝 블레이드에 크랙이 발생할 위험이 감소하지만, 탄성이 불량하기 때문에 저온 저습 환경에서의 클리닝 성능이 불량해질 수 있다. G*(MPa)@-5℃의 값이 24.7보다 작으면, 클리닝 블레이드의 고온고습 환경하에서 내마모성 및 내구성이 불량해질 수 있다. 이 값이 32.4보다 크면, 저온저습 환경하에서 클리닝 블레이드의 클리닝 성능이 불량해질 수 있다. 클리닝 블레이드의 클리닝 성능이 불량하면, 잔류 토너가 대전 롤러 위에 달라붙어 대전 롤러를 오염시킨다. 그러면, 이에 의하여 오염된 대전 롤러 표면 영역의 대전성이 저하되어 이 표면 영역에 해당하는 인쇄 화상 부분에서 스트리크(streak)가 발생하므로 인쇄 화상 품질로 연결된다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 클리닝 블레이드(3)는 23℃에서의 전단 모듈러스가 다음 조건을 더 만족할 수 있다:

9.3　≤ G*(MPa)@ 23℃ ≤ 14.6 (3).

여기서, G*(MPa)@23℃는 23℃에서의 전단 모듈러스 값(단위: MPa)을 나타낸다.

G*(MPa)@23℃의 값이 9.3보다 작으면, 클리닝 블레이드의 고온고습 환경하에서 내마모성 및 내구성이 불량해질 수 있다. 이 값이 14.6보다 크면, 저온저습 환경하에서 클리닝 블레이드의 클리닝 성능이 불량해질 수 있다.

종합하면, 상기 조건 (1), (2) 및 (3)을 모두 만족하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 폴리우레탄 클리닝 블레이드(3)는 -5~0℃의 극저온 환경 및 고온/고습환경에서 화상 형성시에도 클리닝 성능, 내마모성 및 내구성이 모두 우수하다. 따라서, 본 발명에 따르면, 폴리우레탄 클리닝 블레이드의 G* (전단 모듈러스) 설계에 기초하여 저온 저습 환경에서의 클리닝 성능 및 고온 고습 환경에서의 내마모성이 우수한 클리닝 블레이드를 얻을 수 있다.

상기 클리닝 블레이드는 폴리우레탄 고무 혹은 폴리우레탄 엘라스토머를 주재료로 형성된다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 클리닝 블레이드는 폴리우레탄 고무 혹은 폴리우레탄 엘라스토머로 본질적으로 이루어진다.

상기 폴리우레탄 고무 또는 엘라스토머는 우레탄 프리폴리머를 제조한 후 이를 경화제와 더 반응시켜 얻을 수 있다.

우레탄 프리폴리머는 한 분자당 2개 이상의 수산기를 갖는 제1 폴리올 화합물을 한 분자당 2개 이상의 이소시아네이트기, 바람직하게는 2개 ~ 4개, 더욱 바람직하게는 2개 ~ 3개의 이소시아네이트기를 갖는 방향족 폴리이소시아네이트 화합물과 반응시켜 얻을 수 있다. 상기 우레탄 프리폴리머는, 상기 제1 폴리올 화합물의 수산기:상기 방향족 폴리이소시아네이트 화합물의 이소시아네이트기의 당량비가 1:1.1 ~ 1:5가 되도록 하는 함량의 상기 제1 폴리올 화합물과 상기 방향족 폴리이소시아네이트 화합물의 반응에 의하여 생성될 수 있다. 상기 당량비가 1:1.1 미만이면 말단이 수산기로 형성되는 문제점이 있고, 1:5를 초과하면 분자량이 증가하기 어려운 문제점이 있다.

상기 우레탄 프리폴리머를 제조하는데 있어서, 제1 폴리올 화합물로서는 수평균분자량이 1,000 ~ 8,000이며 바람직하게는 2 내지 6 개, 더욱 바람직하게는 2 내지 5개의 수산기를 포함하는 폴리에테르계 폴리올, 폴리에스테르계 폴리올, 폴리에테르에스테르 폴리올 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 폴리올 화합물은 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 부탄디올, 트리메틸롤 프로판, 펜타에리스리톨 등의 2 내지 6개, 더욱 바람직하게는 2 내지 5개의 수산기를 갖는 알코올 화합물을 개시제로 하여 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, THF(tetrahydrofuran) 등을 부가중합하여 얻은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜 등의 폴리에테르계 폴리올일 수 있다. 그 밖에, 아크릴 변성 폴리올, 실리콘 변성 폴리올 등과 같은 변성 폴리올이 사용될 수 있다.

우레탄 프리폴리머를 제조하는데 있어서 사용가능한 방향족 폴리이소시아네이트 화합물은 톨루엔 디이소시아네이트(TDI ), 4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate; MDI), 자일렌 디이소시아네이트(XDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 폴리메틸렌 폴리페닐 폴리이소시아네이트 등을 포함한다. 이외에, 이들의 혼합물이나 변성물이 사용될 수 있다. 그밖에 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI) 등의 지방족 디이소시아네이트도 사용될 수 있다.

상기한 바와 같이 우레탄 프리폴리머를 경화제와 더 반응시키면 폴리우레탄 고무 또는 엘라스토머를 얻을 수 있다.

상기 경화제는 한 분자당 2개 이상의 수산기를 갖는 제2 폴리올 화합물을 포함한다. 이 제2 폴리올은 상기 제1 폴리올과 같을 수 있다. 상기 경화제는 또한 수산기, 아미노기 또는 이들 모두를 분자당 2개 이상 갖는 다관능성 사슬연장제, 상기 우레탄 프리폴리머의 이소시아네이트 말단기와 상기 제2 폴리올 화합물의 수산기와의 부가반응을 촉진하는 촉매 및 가소제를 더 포함할 수 있다.

상기 경화제에 사용되는 제2 폴리올 화합물은 상기 주제의 우레탄 프리폴리머를 제조할 때 사용되는 제1 폴리올 화합물의 예로서 든 것이 그대로 사용될 수 있다.

상기 우레탄 프리폴리머의 이소시아네이트기 : 상기 경화제 내의 제2 폴리올 화합물의 수산기+상기 사슬연장제의 관능기의 당량비 = 1:0.5 ~ 1:5.0 인 것이 바람직하다. 상기 당량비가 0.5 미만이면 폴리우레탄 경화가 충분하지 않은 문제가 있고, 5.0을 초과하면 본 폴리우레탄의 경도가 높아질 수 있다.

상기 사슬연장제로서는 물, 에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 글리세롤, 트리메틸 프로판 등의 저분자량의 다관능성 알콜류 및/또는 하이드라진, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 펜타메틸렌 디아민, 헥사메틸렌 디아민, 1,2-디메틸에틸렌디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민, 디에틸렌톨루엔디아민, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 2,3-디아미노톨루엔, 2,4- 또는 4,4'-디아미노디페닐메탄, 1,3- 또는 1,4-디페닐디아민, 나프탈렌-1,5-디아민, 1,3-디메틸-2,4-디아미노벤젠, 1,3,5-트리에틸-2,4-디아미노벤젠, 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디아미노디페닐메탄,3,3'-디메틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3' -디클로로-4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-(1,3-페닐렌이소프로필리덴)비스 아닐린, 4,4'-(1,4-페닐렌이소프로필리덴)비스아닐린 등의 다관능성 폴리아민 화합물을 들 수 있는 데, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 사슬연장제의 함량은 폴리우레탄의 분자량 제어의 측면에서 반응물의 총중량을 기준으로 0.5 내지 10 중량%, 구체적으로 1 내지 5 중량%일 수 있다.

상기 부가반응을 촉진하는 경화촉매로서는 주석아세테이트, 디부틸주석아세테이트, 디부틸주석디라우레이트, 디옥틸주석디라우레이트, 테트라부틸티타네이트, 비부틸주석부틸말로네이트, 스태너스 옥테이트, 레드 옥테이트, N'-테트라메틸-1,3-부탄디아민 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 함량은 작업성 및 경화속도의 측면에서 반응물의 총중량을 기준으로 0.05 내지 5 중량%, 구체적으로 1 내지 3 중량%일 수 있다.

우레탄 프리폴리머를 경화제와 반응시킬 때, 반응 시스템의 pH를 조절하여 반응속도를 조절하기 위한 산이 더 사용될 수 있다. 우레탄 프리폴리머와 경화제의 혼합시의 pH는 4 ~ 6.5로 조절될 수 있다. pH가 4 미만이거나 6.5를 초과하면 반응속도가 느려질 수 있다.

상기 가소제로서는 디부틸프탈레이트, 디옥틸프탈레이트 등의 프탈레이트류, 디부틸아디페이트, 디옥틸아디페이트와 같은 아디페이트류, 레드 옥테이트와 같은 옥테이트류 등을 들 수 있는데, 이들을 단독으로 또는 두종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 함량은 반응물의 총중량을 기준으로 1 내지 10 중량%일 수 있다. 가소제의 함량이 10 중량%를 초과하면 폴리우레탄의 기계적 물성이 불량해져서 내구성이 급격히 저하될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 클리닝 유닛은 레이저 프린터, 복사기, 팩스머신 등의 전자사진 카트리지 또는 전자사진 화상형성장치에 통합될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 전자사진 화상형성장치는,

전자사진 감광체; 상기 전자사진 감광체와 접촉하여 상기 전자사진 감광체를 대전시키는 대전 장치; 상기 전자사진 감광체의 표면위에 정전 잠상을 형성하는 노광장치; 상기 정전 잠상을 현상하여 가시 화상을 형성하는 현상 장치; 상기 가시 화상을 화상 수용 부재 위에 전사하는 전사 장치; 및 상기 전자사진 감광체의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 유닛을 포함하고, 상기 클리닝 유닛은 상기 본 발명의 일 측면에 따른 클리닝 블레이드를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전자사진 카트리지는,

전자사진 카트리지로서, 전자사진 감광체; 및 상기 전자사진 감광체 위에 형성된 가시화상을 화상 수용 부재 위에 전사한 후, 상기 전자사진 감광체의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 유닛을 포함하고, 상기 전자사진 카트리지는 상기 전자사진 감광체 및 상기 클리닝 유닛을 일체로 지지하고, 전자사진 화상형성장치에 부착될 수 있고 또한 상기 전자사진 화상형성장치로부터 탈착될 수 있으며, 상기 클리닝 유닛은 상기 본 발명의 일 측면에 따른 클리닝 블레이드를 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 클리닝 유닛을 구비하는 전자사진 화상형성장치 및 전자사진 카트리의 일 구현예를 나타내는 모식도이다.

도 2를 참조하면, 전자사진 감광체 드럼(11)은 전자사진 감광체 드럼(11)에 접촉 배치된 대전 수단인 대전 롤러(13)에 의해 대전된다. 이어서, 레이저 광으로 화상 부분을 노광함으로써 전자사진 감광체 드럼(11) 위에 정전 잠상이 형성된다. 현상 장치(15)에 의해 정전 잠상을 가시 화상, 예를 들면 토너 화상으로 한 후 전압을 인가한 전사 롤러(17)에 의해 토너 화상을 화상 수용 부재(19)에 전사한다. 화상 전사후의 전자사진 감광체 드럼(11)의 표면에 잔류하는 토너는 상기 본 발명의 일 측면에 따른 클리닝 유닛(21), 구체적으로 클리닝 블레이드에 의해 제거된다. 이어서 전자사진 감광체 드럼(11)은 다시 화상 형성에 사용될 수 있다. 현상 장치(15)는 규제 블레이드(23), 현상 롤러(25), 공급 롤러(27) 등을 구비한다.

전자사진 감광체 드럼(11)과, 필요에 따라 대전 장치(13), 현상 장치(15), 및 상기 본 발명의 일 측면에 따른 클리닝 유닛(21)을 일체로 지지하고, 전자사진 화상형성장치(31)에 부착될 수 있고 또한 상기 전자사진 화상형성장치(31)로부터 탈착될 수 있는 전자사진 카트리지(29)로 할 수 있다.

이하, 실시예에 따라 본 발명을 더욱 상세히 설명하는데, 이는 단지 예시를 위한 것으로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1~3 및 비교예 1~6

아래 표 1에 나타낸 주제인 우레탄 프리폴리머 및 경화제의 혼합비에 따라 계량하여 얻은 혼합물을 균질하게 혼합하고 기포를 제거하였다. 얻어진 혼합물을 즉시 클리닝 블레이드용 원심 성형법에 의해 금형에 주입하고, 150℃에서 30 ~ 45분 동안 가열하여 경화하였다. 상기 금형으로부터 폴리우레탄 고무 클리닝 블레이드를 취출하여 본 발명에 따른 클리닝 블레이드 또는 종래 기술에 따른 비교예의 클리닝 블레이드를 얻었다.

	우레탄 프리폴리머 주제			경화제
	에틸렌 글리콜 아디페이트 배합량 (중량부)	폴리에틸렌 글리콜 아디페이트 (Mn=2,000) 배합량 (중량부)	주제의 NCO %***	1,4-부탄 디올 (중량부)	트리메틸롤 프로판 (중량부)	아민 경화제* (중량부)
실시예 1	100	67	10.9%	7.85	4.75	-
실시예 2	100	73	13.7%	6.74	4.12	-
실시예 3	100	79	16.9%	6.52	3.95	trace**
비교예 1	100	62	13.7%	6.91	4.15	-
비교예 2	100	55	13.7%	5.44	3.31	-
비교예 3	100	50	13.7%	5.03	3.03	trace
비교예 4	100	82	16.4%	8.42	5.14	-
비교예 5	100	79	14.5%	8.36	5.06	-
비교예 6	100	76	11.7%	7.78	4.88	trace

* N'-tetramethyl-1, 3-butanediamine,

** 폴리우레탄 전체중량을 기준으로 300 중량 ppm 미만,

*** 주제(에틸렌 아디페이트+폴리에틸렌 아디페이트+4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트)의 전체중량을 100으로 했을 때 얻어진 우레탄 프리폴리머 말단의 이소시아네이트기 %.

클리닝 성능 시험

실시예 및 비교 예에서 얻어진 클리닝 블레이드를 장착한 프린터 세트 및 현상기를 -5℃로 온도 조절이 가능한 Climatic Chamber에 24 시간 이상 동안 방치하였다. 상기 시간 경과 후 Climatic Chamber의 온도가 -5℃ 이하임을 확인 하고 프린터 프로세싱 스피드 108 ~ 343mm/s (color 4ppm, 24ppm), 전자사진 감광체 드럼의 클리닝 블레이드의 자유장 7.8mm, 및 두께 2 mm로 설정한 조건에서 이하에 설명하는 방법에 따라서 환경 변화에 따른 클리닝 성능을 평가하였다.

먼저, 프린터 세트를 각각 24 시간 이상 방치한 후, 상기 프린터 세트를 이용하여 인쇄 품질 측정이 가능한 평가 화상을 인쇄하였다. 얻어진 인쇄물로부터 아래와 같이 클리닝 블레이드의 클리닝 성능을 평가하였다.

◎: 인쇄물의 비화상영역에 수직 흑색 스트리크가 발생하지 않음

○: 인쇄물의 비화상영역을 자세히 보면 수직 흑색 스트리크가 보이지만 연속 인쇄후의 인쇄물에서는 사라짐.

×: 인쇄물의 비화상영역에 선명한 수직 흑색 스트리크가 1줄 이상 발생.

인쇄물의 비화상영역에 선명한 수직 흑색 스트리크가 1줄 이상 발생한 경우에는, 프린터 세트의 대전 롤러 표면이 오염된 것을 확인할 수 있다.

내마모성 시험

실시예 및 비교예에서 얻어진 클리닝 블레이드를 장착한 프린트 세트 및 현상기를 H/H 환경(30℃/85% RH)으로 온도 조절이 가능한 Climatic Chamber에 24시간 이상 방치하였다. 상기 시간 경과 후 Climatic Chamber의 온/습도가 30℃/85% RH 임을 확인 하고 프린터 프로세싱 스피드 108 ~ 343mm/s (color 4ppm, 24ppm), 전자사진 감광체 드럼의 클리닝 블레이드의 자유장 7.8mm, 및 두께 2mm로 설정한 조건에서 이하에 설명하는 방법에 따라서 환경 변화에 따른 내마모성을 평가하였다.

먼저, 프린터 세트를 각각 24 시간 이상 방치한 후, 상기 프린터 세트를 이용하여 토너 소모량이 적은 사용자 환경(텍스트 인쇄, 1% 커버리지)에서 1장 인쇄 후 이미징 유닛을 37초간 정지한 후 다시 인쇄하는 방식을 반복하였다. 이때, 비화상 영역에 수직 흑색 스크리크가 발생하지 않은 인쇄매수를 카운트하여 클리닝 블레이드의 내마모성을 평가하였다. 상기한 양품의 인쇄물 인쇄 매수가 증가할수록 클리닝 블레이드의 에지 부위에서 크랙이 발생할 때까지의 인쇄 작업 시간이 오래 소요되어 장수명을 달성할 수 있다.

응답 인자( response factor ) 평가

실시예 및 비교예에서 얻어진 클리닝 블레이드의 응답인자 ΔG*(MPa) /Δ온도(℃), G*(MPa) @ -5℃ 및 G*(MPa) @ 23℃은 아래의 측정 조건하에서 정현파 진동법에 따르는 Rheometric Scientific사의 DMA(Dynamic Mechanical Analyzer)에 기초한 ARES 측정기구를 사용하여 측정하였다.

- 측정 조건: 범위 -80 ~ 50℃, 주파수: 10Hz, 스트레인 0.03%, 승온 속도: 2℃/min

- 시편 크기: 3mm * 60mm,

- 그립 간격 20mm.

영률 , 모듈러스 및 파단신율 평가

실시예 및 비교예에서 얻어진 클리닝 블레이드의 영률(Young's Modulus), 모듈러스 및 파단신율의 기계적 물성을 일본 Shimadzu EZ-Test L Type 만능인장시험기(UTM)을 사용하여 측정하였다. 시편은 아령3호 규격을 따르며, 두께는 2mm이었다. 측정 환경은 23℃, 55% RH이었다.

이때, 영률은 10mm/min 속도로 시편을 5% 인장시의 모듈러스를 측정한 값이다. 100% 인장시의 모듈러스 및 300% 인장시의 모듈러스는 시편을 500mm/min 속도로 인장하는 조건으로 측정하였다. 파단신율은 500mm/min 속도로 인장할 때, 인장시 시편이 파단될 때의 신율이다.

반발탄성률( Rebound Resilience ) 평가

반발 탄성률은 SATRA-Hampden 회사의 Lupke식 반발탄성 시험기(Model: VR-6500 Series)를 사용하여 23℃, 55% RH의 환경하에서 JIS K 6255의 기준에 따라 평가하였다. 이때, 지름 30mm 및 두께 2mm의 원형 시편을 6장(12mm) 적층한 후, 이를 타격봉으로 3회 타격 후 4회째 타격시의 측정값을 기록하였다.

경도 측정

경도는 Bareiss사의 IRHD 고무경도계를 이용하여 두께 2mm의 시편에 대하여 23±2℃、50±10％RH의 환경하에 8시간 이상 방치 후 평가하였다

이상 설명한 평가결과를 아래 표 2 및 3에 종합하여 수록하였다.

	경 도	영률 (MPa)	반발탄성률			모듈러스 (MPa)		신율 (%)	클리닝성			블레이드 내마모성 (내크랙성)
			10℃	23℃	55℃	100%	300%		-5℃	N/N	H/H	NN	HH
실시예1	79	9.8	10	32	54	5.7	30.2	331	○	◎	◎	>24K	>16K
실시예2	72	5.4	21	33	62	3.6	21.5	336	◎	◎	◎	>24K	>16K
실시예3	78	8.1	11	23	68	5.4	19.6	415	◎	◎	◎	>24K	>16K
비교예1	83	11.6	27	46	73	5.1	10.9	450	◎	△	x	12.4K	5.2K
비교예2	78	13.1	13	35	64	5.1	10.0	373	◎	○	x	>16K	2.6K
비교예3	72	5.9	33	49	62	5.9	17.8	336	◎	x	x	7.6K	6.3K
비교예4	75	7.84	11	21	66	4.6	22.3	305	x	○	○	>16K	>16K
비교예5	71	6.77	10	18	63	3.5	27.5	314	x	◎	◎	>24K	>16K
비교예6	76	8.52	13	25	68	4.7	24.9	330	x	◎	○	>24K	>16K

	응답 인자(Response Factor)
	ΔG*(MPa)/ Δ temp(℃)	G*(MPa)　 @　-5℃	G*(MPa) 　@　23℃
실시예1	0.490	32.4	11.0
실시예2	0.351	24.7	9.3
실시예3	0.292	26.9	14.6
비교예1	0.199	16.6	7.2
비교예2	0.272	23.7	12.3
비교예3	0.098	14.2	9.2
비교예4	0.703	42.5	12.7
비교예5	0.540	34.2	13.2
비교예6	0.632	37.2	10.3

N/N: 23℃, 50~60% RH, H/H : 30℃, 80~90% RH

표 2를 참조하면, 본원 발명에 따른 실시에 1~3의 클리닝 블레이드는 비교예 1~6의 클리닝 블레이드와 비교할 때, 경도, 영률, 반발탄성률, 모듈러스, 및 신장율은 비슷하지만, 상기한 조건 (1), (2), 및 (3)을 만족하도록 전단 모듈러스 특성을 만족함으로써 극저온에서의 클리닝 성능 및　고온고습 환경에서의 내마모성이 훨씬 향상된 것을 알 수 있다.

1: 전자사진 감광체
2: 클리닝 유닛
3: 클리닝 블레이드
4: 지지부재
θ : 클리닝 각도.

Claims (6)

1. 전자사진 감광체의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 블레이드로서,
   상기 클리닝 블레이드는 측정 주파수 10 Hz, 승온 속도 2.0 ℃/min, 및 초기 변형률 0.03%의 조건에서 -80 내지 50℃의 온도 범위에서 온도의 함수로 측정하는 동적 점탄성 측정에서 얻어진 ΔG*(MPa)/Δ온도(℃)의 값 및 -5℃에서의 전단 모듈러스의 값이 다음 조건을 만족하는 클리닝 블레이드:
   0.292 ≤ ΔG*(MPa) /Δ온도(℃) ≤ 0.490,
   24.7 ≤　G*(MPa) @ -5℃ ≤ 32.4,
   여기서, ΔG*(MPa)는 온도가 -5℃ 내지 23℃의 온도 범위에서의 전단 모듈러스 값 G*의 변화량(단위: MPa)을 나타내고, G*(MPa)@-5℃는 -5℃에서의 전단 모듈러스 값(단위: MPa)을 나타낸다.
2. 제1항에 있어서, 상기 클리닝 블레이드는 23℃에서의 전단 모듈러스가 다음 조건을 더 만족하는 클리닝 블레이드:
   9.3　≤ G*(MPa)@ 23℃ ≤ 14.6,
   여기서, G*(MPa)@23℃는 23℃에서의 전단 모듈러스 값(단위: MPa)을 나타낸다.
3. 제1항에 있어서, 상기 클리닝 블레이드는 폴리우레탄을 포함하는 클리닝 블레이드.
4. 전자사진 감광체의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 유닛으로서,
   클리닝 블레이드; 및
   상기 클리닝 블레이드의 적어도 일 부분에서 상기 클리닝 블레이드에 부착되어 상기 클리닝 블레이드를 지지하는 지지부재를 포함하고,
   상기 클리닝 블레이드는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 따른 클리닝 블레이드인 클리닝 유닛.
5. 전자사진 감광체;
   상기 전자사진 감광체와 접촉하여 상기 전자사진 감광체를 대전시키는 대전 장치;
   상기 전자사진 감광체의 표면위에 정전 잠상을 형성하는 노광장치;
   상기 정전 잠상을 현상하여 가시 화상을 형성하는 현상 장치;
   상기 가시 화상을 화상 수용 부재 위에 전사하는 전사 장치; 및
   상기 전자사진 감광체의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 유닛을 포함하고,
   상기 클리닝 유닛은 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 따른 클리닝 블레이드를 포함하는 전자사진 화상형성장치.
6. 전자사진 카트리지로서,
   전자사진 감광체; 및
   상기 전자사진 감광체 위에 형성된 가시화상을 화상 수용 부재 위에 전사한 후, 상기 전자사진 감광체의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 유닛을 포함하고,
   상기 전자사진 카트리지는 상기 전자사진 감광체 및 상기 클리닝 유닛을 일체로 지지하고, 전자사진 화상형성장치에 부착될 수 있고 또한 상기 전자사진 화상형성장치로부터 탈착될 수 있으며,
   상기 클리닝 유닛은 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 따른 클리닝 블레이드를 포함하는 전자사진 카트리지.

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