KR102014531B1 - 재코팅 opc 드럼을 이용한 카트리지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재코팅 OPC(Organic Photo Conductor) 드럼을 이용한 카트리지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마모에 의해 수명을 다한 OPC 드럼의 전하수송층을 효과적으로 정밀하게 재코팅하여 재생하되 대전특성 불량을 방지하고, 응답속도 및 화상품질 저하를 막을 수 있도록 개량된 재코팅 OPC 드럼을 이용한 카트리지에 관한 것이다.

Description

재코팅 OPC 드럼을 이용한 카트리지{Cartridges with re-coated OPC drums}
본 발명은 재코팅 OPC(Organic Photo Conductor) 드럼을 이용한 카트리지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마모에 의해 수명을 다한 OPC 드럼의 전하수송층을 효과적으로 정밀하게 재코팅하여 재생하되 대전특성 불량을 방지하고, 응답속도 및 화상품질 저하를 막을 수 있도록 개량된 재코팅 OPC 드럼을 이용한 카트리지에 관한 것이다.
일반적인 레이저프린터나 복사기 등은 프로세스 카트리지의 감광드럼부와 현상부와 토너부를 유닛으로 포함하여 화상형성 장치인 레이저프린터나 복사기 등에서 전사지 또는 기록재료 상에 전사하여 화상을 형성하는 기능을 제공한다.
이러한 화상형성 장치는 전자 사진 프로세서를 통해 화상을 형성하며, 프로세스 카트리지의 감광드럼은 대전수단에 의하여 대전된다.
프로세스 카트리지의 레이저빔은 잠상을 형성하기 위하여 광학수단에 의해 대전된 감광드럼(OPC 드럼) 상에 투사된다.
상기 화상데이터로 조절되는 레이저빔의 잠상은 현상수단에 의하여 현상부재로 현상된다.
특히, OPC(Organic Photoconducting Cartridge 또는 Organic Photo Conductor) 드럼은 감광성 물질인 산화아연 합성물질이 코팅되어 있고 그 표면에 음(-) 전하를 가지는데, OPC 드럼의 표면 중에서 빛이 조사된 부분만 대전현상에 따라 양(+)전하로 바뀌게 되고, 양전하로 바뀐 부분에 음전하 토너가 묻게 된다.
상기 토너가 묻은 OPC 드럼이 회전하면서 용지와 접촉하면, 강한 양전하를 띠는 용지의 표면에 토너가 옮겨 붙고, 토너가 흡착된 용지가 고열 및 고압의 롤러 밑으로 통과하면서 토너가 용지에 녹아서 붙어서 프린트 작업이 진행된다.
그런데, OPC 드럼이 장기간 동안 회전 사용되면서 마모되어 전하를 수송하는 기능이 떨어지면서 OPC 드럼 표면에 일정한 대전 전위가 형성되지 않음으로 인해 인쇄가 되지 않기 때문에 결국 수명을 다한 것으로 판명되게 된다.
이렇게 수명을 다한 OPC 드럼은 대전 기능만 살리면 재사용이 가능하지만 그럼에도 불구하고 폐기 처분됨으로써 자원의 낭비가 초래되고 있다.
국내 특허 등록번호 제10-0862066호(2008.09.30.) 프로세스 카트리지의 폐 현상롤러의 재제조방법 국내 특허 등록번호 제10-1524249호(2015.05.22.) OPC 드럼의 마모 및 스크래치 확인을 통한 잔류 수명 측정 방법
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 마모에 의해 수명을 다한 OPC 드럼의 전하수송층을 효과적으로 정밀하게 재코팅하여 재생하되 대전특성 불량을 방지하고, 응답속도 및 화상품질 저하를 막을 수 있도록 개량된 재코팅 OPC 드럼을 이용한 카트리지를 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 도전성 튜브(101), 그 위에 코팅된 전하 저항층(102), 전하 저항층(102) 위에 코팅된 전하 발생층(103) 및 전하 발생층(103) 위에 코팅된 전하 전송층(104)을 을 포함하는 OPC 드럼(10)에서 사용에 의해 마모된 전하 전송층(104)을 재코팅하여 재활용 가능하게 한 재코팅 OPC 드럼을 갖는 카트리지로서, 상기 전하 전송층(104)은 23-35㎛의 두께로 재코팅되고; 상기 전하 전송층(104)에 재코팅될 전송층 코팅액은 PTFE 6.5중량%와, 폴리비닐피놀리돈 코폴리머 4.5중량%와, 산화크롬 2.0중량%와, 9-에틸카바졸-3-알데히드-N,N-디페닐히드라졸 55중량% 및 나머지 NMP로 이루어진 것을 특징으로 하는 재코팅 OPC 드럼을 이용한 카트리지를 제공한다.
이때, 상기 OPC 드럼(10)을 재코팅하기 전에, 수거된 OPC 드럼(10)의 표면인 마모된 전기 전송층(104)을 이소프로필 알콜(Isopropyl Alcohol)로 세척한 다음, 수산화알루미늄 수용액에 10-15초간 침지시켜 전기 전송층(104)의 표면에 수산화알루미늄을 잔류시킨 상태에서 재코팅하는 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 마모에 의해 수명을 다한 OPC 드럼의 전하수송층을 효과적으로 정밀하게 재코팅하여 재생하되 대전특성 불량을 방지하고, 응답속도 및 화상품질 저하를 막을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 OPC 드럼의 예시적인 단면도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 카트리지에 사용되는 OPC 드럼은 기 사용되어 플러핑(Flipping), 스크래칭 및 마모에 의해 수명을 다한 드럼을 회수하여 전하를 수송하는 전하전송층을 스프레이 코팅으로 되살림으로써 그 사용수명을 연장하되, 대전특성 불량을 방지하고, 응답속도 및 화상품질 저하를 막아 전체적으로 인쇄품질이 떨어지지 않도록 한 것에 특징이 있다.
이를 위해, OPC 드럼의 구조에 대해 먼저 설명하자면 다음과 같다.
OPC 드럼은 도전성 튜브(101), 전하 저항층(102), 전하 발생층(103) 및 전하 전송층(104)을 포함한다.
이때, 상기 도전성 튜브(101)는 튜브 형상을 가지고, 알루미늄 합금으로 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 전하 저항층(102)은 도전성 튜브(101) 상에 형성된 저저항층으로서 언더 코팅층(undercoating)층이라고도 한다. 그리고, 상기 전하 발생층(103)은 전하 저항층(Carrier Generation Layer)(102) 상에 20-30㎛의 두께로 형성되어 외부로부터 OPC 드럼(10)의 표면이 대전되는 경우 전하를 발생시키는 층으로서 CGL 층이라고도 한다.
뿐만 아니라, 상기 전하 전송층(Carrier Transfer Layer)(104)은 전하 발생층(103) 상에 23-35㎛의 두께로 형성되어 전하 발생층(103)에서 발생된 전하를 수송하여 대전 전위를 형성하는 층으로서 CTL 층이라고도 한다.
그런데, 이러한 전하 전송층(104)은 OPC 드럼(10)의 회전에 따라 마모되므로 전하 전송층(104)의 두께는 OPC 드럼(10)이 회전함에 따라 감소되며, 이로 인해 OPC 드럼(10)에 일정한 대전 전위를 형성하기 어려워지므로 OPC 드럼(10)은 전하 전송층(104)이 일정한 두께 이상을 가질 때까지를 수명으로 한다.
본 발명은 이렇게 수명을 다한 OPC 드럼(10)의 전하 전송층(104)을 목표 두께로 재코팅하여 재생한 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 전하 전송층(104)의 재코팅 두께가 23㎛ 미만이 되면 대전 특성이 불량해지기 때문에 반드시 그 이상으로 코팅되게 조절해야 한다.
또한, 상기 전하 전송층(104)의 재코팅 두께가 35㎛를 초과하게 되면 응답속도가 저하될 뿐만 아니라, 화상품질도 함께 저하되기 때문에 그 이하로 코팅되게 조절해야 한다.
여기에서, 상기 전하 전송층(104)에 코팅될 전송층 코팅액은 PTFE(polytetrafluoroethylene) 6.5중량%와, 폴리비닐피놀리돈 코폴리머 4.5중량%와, 산화크롬 2.0중량%와, 9-에틸카바졸-3-알데히드-N,N-디페닐히드라졸 55중량% 및 나머지 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)로 이루어진다.
이때, 상기 PTFE는 고분자 소재중에서도 화학적 안정성이 뛰어나고, 전기전도도를 높일 수 있으며, 무엇보다도 내약품성, 내열성 및 마찰특성이 우수하여 전하 전송층의 마모를 억제하고 특히, 플러핑(Flipping) 현상과 스크래치 현상 방지에 유효하게 작용한다.
또한, 상기 폴리비닐피놀리돈 코폴리머는 조성물에 함유된 결정들의 조대 성장을 억제하여 표면거칠기를 줄임으로써 화학적 연마 효과를 유도하여 미소 흑점 발생 등의 불량 현상을 억제하기 위해 첨가된다.
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그리고, 상기 산화크롬은 전하 전송층의 부식을 억제하고, 경도를 증대시켜 마모를 억제하면서 수명을 연장시키기 위해 첨가된다.
아울러, 상기 9-에틸카바졸-3-알데히드-N,N-디페닐히드라졸은 전하 수송물질로서 전하 발생층에서 발생된 전하를 수송하여 대전 전위를 형성하도록 유도하는 물질이다.
또한, 상기 NMP는 용제이면서 거품 발생을 억제하는 소포 기능이 있기 때문에 혼합액의 균일 분사도를 유지시키기 위해 첨가된다.
덧붙여, 본 발명에서는 상기 전기 전송층(104)의 특성 강화를 위해 상기 전송층 코팅액 100중량부에 대하여, 에폭시실란 3.0중량부와, 폴리옥시알킬렌 트리올 2.0중량부 및 질화붕소 3.0중량부를 더 첨가할 수 있다.
이 경우, 상기 에폭시실란은 유기용매와 혼합된 후 수분과 촉매제에 의해서 피막을 형성하여 발수성은 물론 슬립성에 따른 표면의 마모저항성을 높이면서 내크랙성을 강화시킨다.
그리고, 상기 폴리옥시알킬렌 트리올은 정포제로서의 기능과 함께 가교성 증대를 통한 바인딩력을 높이고, 내충격성을 향상시킨다.
또한, 상기 질화붕소는 열전도율이 높고 열을 효과적으로 반사시켜 방열성을 유지하여 전하 전송층(104)을 안정화시키는데 기여한다.
한편, 본 발명에서는 수명이 끝난 OPC 드럼(10)을 수거한 후 재코팅하기 전에 마모된 전기 전송층(104)의 표면을 균일하게 개질할 필요가 있는데, 이것은 전송층 코팅액의 고착력을 높여 부착 안정성을 갖추도록 함으로써 내마모성 및 내크랙성도 강화시는데 필요하다.
이를 위해, 본 발명에서는 수거된 OPC 드럼(10)의 표면, 즉 마모된 전기 전송층(104)을 이소프로필 알콜(Isopropyl Alcohol)로 세척한 후 헝겊으로 닦고, 수산화알루미늄 수용액에 10-15초간 침지시켜 전기 전송층(104)의 표면에 수산화알루미늄이 잔류되면서 표면을 개질하도록 처리하도록 한다.
특히, 세척 및 침지시 전기 진송층(104)이 녹아 흘러내리 않도록 짧은 시간 동안만 처리해야 한다.
이렇게 하면, 표면 개질에 의해 균일 표면이 형성됨으로써 조성물에 함유된 결정들의 조대화를 수산화알루미늄이 막아 미소 흑점 발생도 억제하여 유기감광체의 감광 기능을 향상시키게 되며, 이것은 결국 인쇄불량을 억제하는 효과를 나타나게 된다.
이하, 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
수거된 OPC 드럼 표면을 이소프로필 알콜로 세척한 후 헝겊으로 닦고, 수산화알루미늄 수용액에 10초간 침지시킨 후 건조하였다.
그런 다음, PTFE 6.5중량%와, 폴리비닐피놀리돈 코폴리머 4.5중량%와, 산화크롬 2.0중량%와, 9-에틸카바졸-3-알데히드-N,N-디페닐히드라졸 55중량% 및 나머지 NMP로 이루어진 전송층 코팅액으로 스프레이 코팅하여 전하 전송층의 두께가 28㎛가 되게 유지하였다.
이때, 전하 전송층의 두께는 본 출원인이 등록받은 등록특허 제10-1524249호(등록일 2015.05.22)에 개시된 측정장비로 대전 후 전류값을 대전하여 전하 전송층의 전류값을 측정하는 방식으로 확인하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 하되, 전송층 코팅액 100중량부에 대하여, 에폭시실란 3.0중량부와, 폴리옥시알킬렌 트리올 2.0중량부 및 질화붕소 3.0중량부를 더 첨가하였다.
먼저, 사용중 전하 전송층에 미소 흑점 현상과 플러핑 및 스크래치 현상이 유발되는지를 확인하기 위해 레이저프린터로 1500매 인쇄 후 OPC 드럼의 표면을 확대경으로 세밀하게 관측하였으며, 이와 함께 1000매를 더 인쇄하면서 인쇄품질의 변화를 확인하였다.
관측 결과, OPC 드럼 표면에서 실시예 1,2 모두 미소 흑점이 발견되지 않았고, 플러핑도 발견되지 않았다.
또한, 1000매를 더 인쇄했을 때 인쇄품질도 변화가 없었다.
이를 통해, 본 발명에 따른 실시예 1,2의 재코팅품의 품질이 양호한 것으로 확인되었다.
아울러, 내마모도 특성을 확인하기 위해 실시예 1로 제조된 OPC 드럼 5개와, 실시예 2로 제조된 OPC 드럼 5개를 각각 레이저 프린터에 장착하고, 동일모델 판매품을 비교예로 하여 각각 2500매를 연속적으로 프린팅하였다.
프린팅이 완료된 후 비교예인 신품의 OPC 드럼 마모도와, 재코팅 품인 실시예 1,2의 마모도를 앞서 설명한 측정장비로 대전 후 전류값을 대전하여 전하 전송층의 전류값을 측정하는 방식으로 전하 전송층의 마모 변화를 확인하였다. 이때, 전하 전송층의 두께는 실시예 1,2는 28㎛였고, 비교예는 30㎛였다.
확인 결과, 실시예 1,2는 각각 0.6㎛, 0.4㎛의 마모 변화가 일어 났고, 비교예는 0.3㎛의 마모 변화가 일어 났다.
이를 통해, 1㎛ 이하의 마모 변화가 유지됨으로써 거의 신품의 마모 범주내에서 이루어진 것이므로 거의 동등 수준임을 확인하였고, 본 발명에 따른 재코팅 OPC 드럼의 내마모성, 내구성이 유효한 것으로 입증되었다.
덧붙여, 2500매 연속 출력 후에도 OPC 드럼의 표면 변색은 없었다.
101: 도전성 튜브
102: 전하 저항층
103: 전하 발생층
104: 전하 전송층

Claims (2)

  1. 도전성 튜브(101), 그 위에 코팅된 전하 저항층(102), 전하 저항층(102) 위에 코팅된 전하 발생층(103) 및 전하 발생층(103) 위에 코팅된 전하 전송층(104)을 을 포함하는 OPC 드럼(10)에서 사용에 의해 마모된 전하 전송층(104)을 재코팅하여 재활용 가능하게 한 재코팅 OPC 드럼을 갖는 카트리지로서,
    상기 전하 전송층(104)은 23-35㎛의 두께로 재코팅되고;
    상기 전하 전송층(104)에 재코팅될 전송층 코팅액은 PTFE 6.5중량%와, 폴리비닐피놀리돈 코폴리머 4.5중량%와, 산화크롬 2.0중량%와, 9-에틸카바졸-3-알데히드-N,N-디페닐히드라졸 55중량% 및 나머지 NMP로 이루어지되,
    상기 OPC 드럼(10)을 재코팅하기 전에, 수거된 OPC 드럼(10)의 표면인 마모된 전기 전송층(104)을 이소프로필 알콜(Isopropyl Alcohol)로 세척한 다음, 수산화알루미늄 수용액에 10-15초간 침지시켜 전기 전송층(104)의 표면에 수산화알루미늄을 잔류시킨 상태에서 재코팅하는 것을 특징으로 하는 재코팅 OPC 드럼을 이용한 카트리지.
  2. 삭제
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