KR20060024042A - 현상 롤러 - Google Patents

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KR20060024042A KR1020040072866A KR20040072866A KR20060024042A KR 20060024042 A KR20060024042 A KR 20060024042A KR 1020040072866 A KR1020040072866 A KR 1020040072866A KR 20040072866 A KR20040072866 A KR 20040072866A KR 20060024042 A KR20060024042 A KR 20060024042A
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Abstract

현상 롤러가 개시된다. 본 현상 롤러는 중심 샤프트와 롤러 몸체를 포함하고, 상기 롤러 몸체는 우레탄 변성 폴리에스테르 수지를 함유한다. 본 발명에 따르면, 내구성이 우수하고 환경변화에 안정적이며 토너의 대전도 안정적인 현상 롤러를 제공할 수 있는 효과가 있다.
현상 롤러, 우레탄 변성 폴리에스테르 수지

Description

현상 롤러 {Developing roller}
도 1은 전자사진방식 프린터의 개략도,
도 2a는 본 발명에 따른 현상 롤러의 일 실시예를 도시한 개략도,
도 2b는 도 2a의 단면도,
도 3a는 본 발명에 따른 현상 롤러의 다른 실시예를 도시한 개략도, 및
도 3b는 도 3a의 단면도이다.
{도면의 주요 부호의 설명}
100...대전 롤러 200...현상 롤러
210...현상 롤러 몸체 211...현상 롤러 몸체 표면층
212...현상 롤러 몸체 탄성층 220...현상 롤러 중심 샤프트
300...공급 롤러 400...감광체
본 발명은 현상 롤러에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 토너의 안정적인 대전과 롤러 자체의 우수한 내구성을 유지하면서도 필리밍성이나 함습에 의한 문제점을 해결하는 전자사진방식의 현상기에 사용되는 현상 롤러에 대한 것이다.
전자사진방식 장치는 복사기, 프린터, 팩시밀리 및 복합기 등을 포함하며, 이러한 장치의 현상 방식은 최근 비자성 1성분 현상 방식의 이용이 실용화되고 있다.
비자성 1성분현상법은 일반적으로 감광체 표면에 정전잠상을 형성한다.
현상 롤러에 토너가 공급되고, 규제부에 의해서 현상 롤러의 표면에 토너가 균일하게 얇은 층을 이루며, 현상 롤러와 감광체와의 접촉 또는 근접하는 위치에서 감광체 상에 형성된 정전잠상으로 토너가 부착된다. 이러한 비자성 1성분현상 장치에 사용되는 현상 롤러는 토너가 마찰 대전성에 의해서 정전기적으로 그 표면에 부착되게 하는 것으로서, 전기 전도성을 갖는 롤러로 구성된다.
전기 전도성 롤러는 일반적으로 중심부에 축을 이루는 샤프트가 있고, 그 주변에 전기 전도성을 갖는 몸체로 구성된다. 몸체는 주로 고무 재료 또는 스폰지 재료로 형성된다. 그러나 고무에 함유되어 있는 가황제나 몸체의 표면에 있는 잔존 저분자량 고무제 등이 현상 롤러와 감광체가 접촉할 때 감광체 표면을 오염시키고, 또한 환경의 영향을 받아서 고무의 체적저항이 크게 변화하므로 실용성이 결여되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 현상 롤러 몸체를 탄성물질로 구성한 탄성층과 그 표면에 피복층을 첨가하는 기술이 개발되었다. 예를 들면, 일본 공개특허공보 평04-134468호는 전기 전도성 부여제를 분산시키는 비닐계 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 우레탄 수지, 비닐 우레탄 수지를 포함하는 피복층을 개시하고 있다. 그러나, 동특허에 개시된 발명은 현상 롤러의 피복층의 특성인 저분자량의 물질이 스며 나오는 블리딩(bleeding)현상은 개선할 수 있지만, 비닐계 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지는 마모가 쉽게 되므로 부품의 수명이 단축되는 단점이 있다.
또한, 실리콘 수지를 사용한 현상 롤러의 경우, 내마모성은 우수하지만 현상 롤러와 토너와의 마찰력이 저하하여 토너의 대전량이 저하하게 되고 그로 인해서 비화상영역이 오염되는 백그라운드(background) 및 토너 비산 등의 문제점이 발생하게 된다.
또한, 폴리우레탄 수지를 사용한 현상 롤러의 경우, 내마모성 및 토너와의 마찰력은 좋지만 습도의 영향을 많이 받으므로 저항치가 변화하여 안정한 화상 농도를 얻을 수 없는 문제점이 있다.
한편, 아크릴 우레탄 수지, 비닐 우레탄 수지 및 일본 공개특허공보 2003-091152호에 개시된 폴리이미드 실리콘 수지의 변성수지를 이용한 현상 롤러는 토너와의 마찰력, 내마모성이 우수하고 습도의 영향을 덜 받는 장점이 있지만, 롤러 몸체의 탄성층과의 접착성이 떨어지고, 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안정적인 토너의 대전과 우수한 내구성을 유지하면서도 환경 변화에도 안정적인 전기저항값을 유지하여 고화상을 제공할 수 있는 소정의 고분자 수지를 포함하는 현상 롤러를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 현상 롤러는 중심 샤프트와 롤러 몸체를 포함하고, 상기 롤러 몸체는 우레탄 변성 폴리에스테르 수지를 함유한다.
상기 우레탄 변성 폴리에스테르 수지는 폴리에스테르 폴리올 수지와 유기 이소시아네이트의 반응에 의해서 제조되는 것이다.
여기서, 상기 폴리에스테르 폴리올 수지는 중량평균 분자량이 3000 내지 80000의 범위 이내이다.
상기 폴리에스테르 폴리올 수지는 디카르복시산과 디올의 반응으로 생성되는 것이다.
상기 디카르복시산은 테레프탈산, 이소프탈산, 오르소프탈산, 디페닐 디카르복시산, 숙신산, 아디프산, 세바크산, 펄민산, 말레산, 이타코닉산으로 구성된 그룹 중에서 선택된다.
상기 디올은 C2 내지 C10의 지방족 글리콜, C6 내지 C12의 지방환족 글리콜, 에틸결합 함유 글리콜로 구성된 그룹 중에서 선택된다.
상기 유기 이소시아네이트는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 이소프론 디이소시아네이트, 2,4-나프틸렌 디이소시아네이트, 4,4-디이소시아네이트 디페닐에테르로 구성되는 그룹 중에서 선택된다.
상기 롤러 몸체는 탄성 고분자 물질, 카본 블랙, 금속 분말, 이온 전기 전도제를 포함하여 형성된다.
상기 탄성 고분자 물질은 실리콘 고무, 아크릴 고무, NBR, 우레탄 고무, EPDM, 부틸 고무, 에피클로로하이드린 고무, 클로로프렌 고무, 천연 고무 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
상기 롤러 몸체는 탄성층과 상기 탄성층의 외주면을 덮은 표면층으로 구성될 수 있다.
우레탄 폴리에스테르 수지는 상기 표면층에 함유되는 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
상기 롤러 몸체의 체적 고유 전기 저항치는 1×105Ω·cm 내지 1×108Ω·cm의 범위 이내이다.
이하 본 발명에 따른 실시예 및 본 명세서에 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
각 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하였다.
도 1은 본 발명에 따른 현상 롤러가 사용되는 일반적인 레이저 프린터의 개략도를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 감광체(400)에 대전 롤러(100)와 현상 롤러(200)가 근접해 있고, 현상 롤러(200)에 공급 롤러(300)가 근접해 있다. 공급 롤러(300)가 토너 카트리지로부터 현상 롤러(200)로 토너를 공급하며, 현상 롤러(200)에 공급된 토너는 정전기력에 의해서 감광체(400) 표면으로 이동하여 정전잠 상을 형성한다. 이 때, 대전 롤러(100)가 감광체를 대전시키며 정전기력을 발생시킨다.
도 2a 및 도 2b는 롤러 몸체(210)가 탄성체만으로 구성되어 있는 현상 롤러(200)의 개략도(도 2a) 및 그 단면도(도 2b)를 도시한 것이고, 도 3a 및 도 3b는 롤러 몸체(210)가 탄성체로 구성된 탄성층(212)과 탄성층의 외주면을 덮고 있는 표면층(211)으로 구성되어 있는 현상 롤러(200)의 개략도(도 3a) 및 그 단면도(도 3b)를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 현상 롤러는 금속 재질로 구성되는 중심 샤프트와 샤프트 주변에 탄성 고분자 물질로 형성된 롤러 몸체로 구성될 수 있고, 또는 롤러 몸체가 탄성 고분자 물질로 구성된 탄성층과 탄성층의 외주면을 덮는 표면층으로 형성될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 탄성 고분자 물질은 실리콘 고무, 아크릴 고무, 아크릴로니트릴부타디엔고무(NBR), 우레탄 고무, 에틸렌 프로필렌-디엔 공중합 고무(EPDM), 부틸 고무, 에피클로로하이드린 고무, 클로로프렌 고무, 천연 고무가 있으며, 상기 고무들의 2이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명에 사용될 수 있는 탄성 고분자 물질이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 탄성 고분자 물질을 기본 재질로 하여 발포제, 가능제, 전도성 제어제 등을 특성이 손상되지 않는 범위 내에서 첨가하여 탄성체를 형성한다.
롤러 몸체는 탄성체만으로 구성할 수도 있고, 탄성체로 이루어진 탄성층과 탄성층의 외주면에 형성된 표면층으로 구성할 수도 있다.
본 발명에 따른 현상 롤러는 롤러 몸체에 우레탄 변성 폴리에스테르 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 우레탄 변성 폴리에스테르 수지는 탄성체에 포함될 수도 있고, 표면층에 포함될 수도 있다.
본 발명의 현상 롤러에 사용되는 우레탄 변성 폴리에스테르 수지는 폴리에스테르 폴리올 수지와 유기 이소시아네이트의 반응에 의해서 제조되며, 제조 과정에서 필요에 의해서 쇄연장제(chain extenders)가 첨가될 수 있다.
본 발명의 우레탄 변성 폴리에스테르 수지의 제조에 사용되는 폴리에스테르 폴리올 수지는 중량평균 분자량이 3000 내지 80000의 범위 이내인 것이 바람직하다. 중량평균 분자량이 3000이하이면 물성면에서 문제가 생기고, 중량평균 분자량이 80000이상이면 고점도화되어서 제품의 제조가 곤란하기 때문이다.
폴리에스테르 폴리올 수지는 디카르복시산과 디올의 반응에 의해서 제조된다. 디카르복시산은 테레프탈산, 이소프탈산, 오르소프탈산, 디페닐 디카르복시산과 같은 방향족 디카르복시산, 숙신산, 아디프산, 세바크산과 같은 지방족 디카르복시산, 펄민산, 말레산, 이타코닉산과 같은 중합성 불포화 이중결합을 포함하는 디카르복시산 등이 있으며, 다만 본 발명에서 사용할 수 있는 디카르복시산이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 사용할 수 있는 디올은 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,4-부탄 디올, 1,5-펜탄 디올, 네오펜틸 글리콜과 같은 C2 내지 C10의 지방족 글리콜, 1,4-사이클로헥산 디메타놀, 트리싸이클로 데칸 디메틸올과 같은 C6 내지 C12의 지방환족 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 비스페놀A 프로필렌 부가물(bisphenon A propylene addition)과 같은 에틸결합 함유 글리콜 등이 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 우레탄 변성 폴리에스테르 수지의 제조에 사용되는 유기 이소시아네이트 화합물(organic isocyanate compound)은 예를 들면, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 이소프론 디이소시아네이트, 2,4-나프틸렌 디이소시아네이트, 4,4-디이소시아네이트 디페닐에테르 등이 있으며, 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
우레탄 변성 폴리에스테르 수지의 쇄연장제로는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜과 같은 글리콜을 사용할 수 있다.
상술한 우레탄 변성 폴리에스테르 수지로서 상업적으로 이용할 수 있는 제품으로는 예를 들면, 일본 도요방적(주)사의 UR-1400, UR-2300, UR-3200, UR-3210, UR-4122, UR-5537, UR-8200, UR-8300, UR-8700, UR-9500 등이 있다.
본 발명에 따른 현상 롤러의 롤러 몸체의 체적 고유 전기 저항치는 1×105Ω·cm 내지 1×108Ω·cm 이다. 체적 고유 전기 저항치가 1×105Ω·cm 이하이면 롤러 표면에서 전류 리크(leak)가 발생하고, 체적 고유 전기 저항치가 1×108Ω·cm이상이면 현상 롤러의 현상성이 저하되므로 토너 필르밍이 발생하기 때문이다.
롤러의 체적 고유 전기 저항치는 롤러들을 금속 플레이트에 수평으로 놓고 전기 전도성인 샤프트의 양측부에 500g의 하중을 금속 플레이트에 더해서 샤프트- 금속 플레이트 사이에 직류 전압 100v를 인가해서 측정한 값이다.
현상 롤러는 사용되는 토너의 물성에 따라서 요구되는 조건이 달라질 수 있다. 본 발명의 현상 롤러가 이용되는 전자사진장치용 토너는 결합제(binder resin), 착색제, 대전 제어제, 이형제 및 기타 외첨제 등을 혼합하여 제조한다.
결합제는 폴리스티렌 수지, 스티렌 아크릴 공중합 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 로진 변성 수지 등을 단독으로 또는 2종류 이상을 혼합해서 사용할 수 있으며 사용할 수 있는 수지가 이에 한정되는 것은 아니다.
결합제의 수평균 분자량은 2500 내지 10000인 것이 바람직하다. 수평균 분자량이 2500이하이면 내열성 및 보관 안정성에 문제가 있고, 수평균 분자량이 10000이상일 경우에는 정착성에 문제가 있기 때문이다. 결합제의 유리 전이 온도(Tg)는 55도 내지 70도의 범위이며, 58도 내지 67도의 범위 이내가 더 바람직하다. Tg가 55도 이하이면 토너의 보관시에 응집하는 문제점이 발생하고, Tg가 70도 이상인 경우에는 정착 온도가 이보다 낮아야 하지만 현재 공급되는 전자사진장치의 정착 온도가 그렇지 못하므로 정착성에 있어서 문제가 있다.
토너용 이형제는 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 산화 폴리에틸렌 왁스, 산화 폴리프로필렌 왁스, 칸데릴라 왁스, 쌀 왁스, 몬탄 왁스, 피셔-트롭쉐 왁스, 파라핀 왁스, 카나우바 왁스, 에스테르 왁스 등을 단독으로 또는 2종류 이상을 조합해서 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이형제는 결합제에 대해서 1중량% 내지 7중량%의 범위 내에서, 바람직하게는 2중량% 내지 5중량%의 범위 내로 토너 중에 포함된다. 이형제의 함량이 1중량%이하 이면 이형제가 제기능을 하기에 불충분하여 정착롤러에서 오프셋이 발생하여 정착성에 문제가 있으며, 이형제의 함량이 7중량%이상이면 이형제로 사용되는 왁스의 결합제에 대한 분산성이나 상용성이 나쁘고 토너의 유동성이나 대전성이 악화되며, 백그라운드와 필르밍(filming)이 문제가 된다.
토너의 착색제는 카본 블랙, 아조계 염료 등을 사용할 수 있다. 착색제는 결합제에 대하여 2중량% 내지 15중량%의 범위내로 토너에 함유될 수 있다.
토너의 대전 제어제는 결합제에 대하여 1중량% 내지 7중량%, 바람직하게는 2중량% 내지 5중량%의 범위 내로 토너에 포함되는 것이 바람직하다.
그 외 토너에 첨가될 수 있는 외첨제로는 소수성 실리카, 소수성 티타늄, 소수성 산화 알미늄, 산화 아연, 마그네타이트, 티타늄산 스트론튬, 아크릴수지 미립자, 스티렌 수지 미립자, 나일론 수지 미립자 등의 1종류 또는 2종류 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다. 이러한 외첨제는 토너에 대하여 0.1중량% 내지 3중량%의 범위 내에서 이용할 수 있고, 바람직하게는 2중량% 내지 2.5중량%로 사용된다.
토너의 평균 입경은 3.0㎛ 내지 12㎛의 범위 이내이고, 바람직하게는 5㎛ 내지 10㎛의 범위 이내이다. 토너의 평균 입경이 3.0㎛이하이면 토너의 응집성이 강해서 롤러 등에 필르밍이 발생해서 문제가 되고, 토너의 평균 입경이 12㎛이상이면 화상의 결정이 거칠어져서 화상의 품질에 문제가 되기 때문이다.
본 발명에 따른 현상 롤러의 일 실시예로 도 3a 및 도 3b에 따른 현상 롤러를 예를 들어 설명한다.
도 3a 및 도 3b의 현상 롤러는 샤프트(200)와 그 외주면을 둘러싸는 탄성층 (212) 및 표면층(211)으로 구성된 현상 롤러이다.
이 현상 롤러의 탄성층은 그 경도가 JIS-A 경도로 20도 내지 80도의 범위 이내인 것이 바람직하고, 30도 내지 70도의 범위 이내인 것이 더욱 바람직하다. 본 명세서에서 사용되는 JIS는 일본 공업 규격의 약칭이다. 탄성층의 경도가 20도 이하인 경우에는 치수 정밀도를 얻을 수 없고 화상의 노이즈가 발생하며, 탄성층의 경도가 80도 이상인 경우에는 토너의 스트레스가 심해져서 토너의 미분이 발생하고 롤러에 필르밍이 일어나는 문제점이 있기 때문이다.
본 발명에 따른 현상 롤러의 표면층의 두께는 5㎛ 내지 70㎛ 인 것이 바람직하고, 특히, 10㎛ 내지 50㎛ 의 범위 이내인 것이 더 바람직하다. 표면층의 두께가 5㎛이하이면 탄성층의 저분자량 성분이나 첨가제들이 표면층으로 스며들 수 있고, 표면층의 두께가 70㎛이상이면 롤러가 단단해져서 토너 스트레스가 생기는 문제점이 있기 때문이다.
본 발명에 다른 현상 롤러의 표면층은 필요에 따라서 카본 블랙, 금속 미립자 등을 포함할 수 있고, 체적 고유 전기 저항은 1×105Ω·cm 내지 1×108Ω·cm 의 범위 내에서 조절하여 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 현상 롤러의 표면층 중에 입경이 0.1㎛ 내지 40㎛의 미립자를 분산되게 하여 롤러 표면에 있는 토너의 반송이 용이하도록 할 수 있다. 이를 위해서 예를 들면, PMMA 미립자, 폴리스티렌 미립자, 폴리우레탄 미립자, 나일론 미립자 등과 같은 유기수지 미립자, 마그네타이트 미립자, 페라이트 미립자, 산화 아연미립자, 산화 티타늄미립자, 산화 알미늄 미립자 등과 같은 무기 미립자를 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 현상 롤러의 표면 조도 Rz는 1㎛ 내지 30㎛의 범위 이내인 것이 바람직하고, 특히 5㎛ 내지 20㎛의 범위 이내인 것이 더욱 바람직하다. 롤러의 표면 조도Rz의 측정은 도쿄정밀사의 590A를 이용하여 3지점을 측정하고 그 평균값을 낸다.
이하 본 발명에 따른 현상 롤러의 제조 및 그 사용에 따른 평가를 들어 상세히 설명한다.
{실시예}
토너 제조예 1
온도계, 교반기, 유하식 콘덴서 및 질소 가스 도입관을 연결한 4개입 플라스크에 퍼미닌산 250g, 숙신 안하이드라이드 115.5g, 폴리옥시프로필렌(2,2)-2,2-비스(4-하이드록시 페닐)프로판 1450g을 넣고 온도를 240도로 상승시켜서 질소 가스 기류 중에 교반시키면서 반응을 시켰다. 반응에 의해서 생성하는 물이 흘러 나가 없어졌을 때의 AV값을 측정하여 2.4KOHmg/g(JIS K0070 )이었다.
여기에, 무수 트리멜리트산 122.5g을 더해서 약 7시간 반응을 시킨 다음, AV값이 26KOHmg/g이 된 시점에 반응을 종결시켰다. 이렇게 해서 수평균분자량(Mn)이 4200, 유리 전이온도가 62.3도, 연화점이 124.3도인 폴리에스테르 수지를 얻었다.
상기 제조된 폴리에스테르 수지 100중량부에 카본 블랙(카봇사제 MOgul-L) 8 중량부, 대전 제어제(BontoronS-34, 오리엔트 화학공업사제) 2중량부, 이형제(Umex 110TS: 산요화상공업사제) 2중량부 등을 첨가하였다.
이 재료들을 카와타사제(Kawata)의 슈퍼 믹서(Super mixer)를 이용해서 혼합한 다음 2축 압출기인 이케가이사제 PCM-30으로 혼련하고, 일본 노이마틱 공업사제의 IDS-2형을 이용해서 미분쇄를 실시한 다음 일본 노이마틱 공업사제의 기류 분급기인 DS-2로 분급한 결과 제조된 입자의 평균 입경은 8.3㎛였다. 이 입자에 0.3중량%의 콜로이달 실리카(일본 에어로실(Aerosil)사제 R-974)와 0.5중량%의 티타늄 (티탄공업사제 STT-30A)를 슈퍼 믹서를 이용해서 혼합하여 토너 A를 얻었다.
토너 제조예 2
온도계, 교반기, 유하식 콘덴서 및 질소 가스 도입관을 연결한 4개입 플라스크에 이온 교환물 750g, 분산제인 소듐 도데실벤젠설포네이트 3.75중량부, 폴리비닐 알코올(큐레어(Curare)사제 PVA-625) 5.0중량부를 용해했다.
그 다음에, 스티렌 모노머 170중량부, 부틸 메타크릴레이트 20중량부, 부틸 아크릴레이트 10중량부, 대전 제어제(오리엔트 화학공업사제 BontoronS-89) 4중량부, 이형제(일본유지사제 에테크토루WEC-5) 10중량부 및 C.I.Pigment Blue 5중량부를 특수기과공업사제의 TK Homo-Mixer를 이용해서 11000rpm으로 균일분산하였다.
여기에 중합개시제인 2,2'-비스(4,4-디-tert-부틸 발로로니트릴) 20중량부와 2,2'-비스(4,4-디-tert-부틸페록시사이클로헥실 프로판) 4중량부를 용해시켜 중성 단량체 조성물을 제조하였다.
상술한 수성 매질에 상기 중합성 단량체 조성물을 넣고, 60도의 질소가스 분위기하에서 중합성 단량체 조성물을 분쇄하였다. 그 다음, 교반 모터에 교반 날개를 붙여서 저으면서 60도로 2시간 동안 반응시킨 다음 80도에서 8시간 반응시켰다.
중합 반응이 종료한 다음, 냉각, 여과, 세척, 건조과정을 거쳐서 평균 입경 6.2㎛의 구형의 중합 입자에 콜로이달 실리카(일본 에어로실사제 R-974) 0.3중량%와 산화 알미늄(일본 에어로실사제 실리카RX-170) 0.5중량%를 슈퍼 믹서에서 혼합하여 평균 입경 6.2㎛의 토너 B를 얻었다.
실시예 1
철에 무전해 니켈도금한 지름 8mm, 길이 228mm의 샤프트에, 체적 고유 저항치가 5.5×105Ω·cm, JIS-A 경도 50°의 전기 전도성 실리콘 고무를 피복하고 연마하여 외경이 20mm인 실리콘 고무 롤러를 제작하였다.
한편, 우레탄 변성 폴리에스테르 수지(도요방적(주)사제 UR-4122)에 전기 전도성 카본 블랙(카봇(주)사제 VUCAN XC72R) 10중량% 및 산화 아연입자(사카이화학공업(주)사제 VPZINC-5)를 7중량% 분산한 것에 메틸에틸케톤/톨루엔=50/50 용액으로 고형분의 농도를 13중량%로 희석하여 현상 롤러 코팅제 I을 제조하였다.
이렇게 해서 얻은 현상 롤러 코팅제 I을 상기 고무 롤러에 두께 15㎛로 스프레이 코팅하고 건조해서 현상 롤러 A를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1의 코팅제의 제조에 있어서 UR-4122을 사용하는 대신에 도요방적사제 UR-1400을 70중량% 및 도요방적사제 UR-2300을 30중량%로 혼합한 우레탄 변성 폴리에스테르 수지를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 현상 롤러 코팅제 II를 제조한다음 현상 롤러 B를 제조하였다.
실시예 3
철에 무전해 니켈도금한 지름 8mm, 길이 257.5mm의 샤프트에, 체적 고유 저항치가 6.8×106Ω·cm, JIS-A 경도 68°의 전기 전도성 NBR 고무를 피복하고 연마하여 외경이 16.03mm인 NBR 고무 롤러를 제작하였다.
한편, 우레탄 변성 폴리에스테르 수지(도요방적(주)사제 UR-1350)에 전기 전도성 카본 블랙(데구사(주)사제 Printex XE2) 10중량% 및 마그네타이트 입자(티탄공업(주)사제 BL-500)를 12중량% 분산한 것에 메틸에틸케톤/톨루엔=50/50 용액으로 고형분의 농도를 12중량%로 희석하여 현상 롤러 코팅제 III을 제조하였다.
이렇게 해서 얻은 현상 롤러 코팅제 III을 상기 고무 롤러에 두께 14㎛로 스프레이 코팅하고 건조해서 현상 롤러 C를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1의 코팅제의 제조에 있어서 전기 전도성 고무를 체적 고유 저 항치가 4.3×107Ω·cm, JIS-A경도 53°의 전기 전도성 실리콘 고무를 피복하고 연마해서 외경이 20mm인 실리콘 고무 롤러를 제작해서 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 현상 롤러 코팅제 IV를 제조한 다음 현상 롤러 D를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1의 코팅제의 제조에 있어서 현상 롤러 코팅제 I을 사용하는 대신에 폴리에스테르 수지(도요방적사제 Vylon® 200)을 크실렌/테트라하이드로퓨란 (Xylene/Tetrahydrofuran)=70/30인 유기용제로 고형분의 농도를 12중량%로 용해하고, 이 용액에 실시예 1과 같은 방법으로 카본 블랙 및 산화아연을 균일하게 분산하여 현상 롤러 코팅제 V를 제조하고 사용하여 이를 실시예 1과 동일한 방법으로 현상 롤러 E를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1의 코팅제의 제조에 있어서 현상 롤러 코팅제 I을 사용하는 대신에 우레탄 수지(토쿠시키(주)사제 UP-851)을 톨루엔/N,N-디메틸포름아미드 (toluene/N,N-Dimethylformamide)=70/30인 유기용제로 고형분의 농도를 11중량%로 용해하고, 이 용액에 실시예 1과 같은 방법으로 카본 블랙 및 산화아연을 균일하게 분산하여 현상 롤러 코팅제 VI를 제조하고 사용하여 이를 실시예 1과 동일한 방법 으로 현상 롤러 F를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1의 코팅제의 제조에 있어서 전기 전도성 고무를 체적 고유 저항치가 7.3×108Ω·cm, JIS-A경도 51°의 전기 전도성 실리콘 고무를 피복하고 연마해서 외경이 20mm인 실리콘 고무 롤러를 제작해서 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 현상 롤러 G를 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1의 코팅제의 제조에 있어서 전기 전도성 고무를 체적 고유 저항치가 5.8×104Ω·cm, JIS-A경도 65°의 전기 전도성 실리콘 고무를 피복하고 연마해서 외경이 20mm인 실리콘 고무 롤러를 제작해서 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 현상 롤러 H를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에 의해서 제조된 현상 롤러 A 내지 현상 롤러 H의 물성을 다음 표 1에 나타내었다.
현상 롤러 A 현상 롤러 B 현상 롤러 C 현상 롤러 D 현상 롤러 E 현상 롤러 F 현상 롤러 G 현상 롤러 H
고무 경도 (JIS-A) 50° 50° 68° 53° 50° 50° 51° 65°
체적고유 저항치 (Ω·cm) 8.5×105 8.2×105 4.2×105 2.3×107 7.3×105 5.1×105 4.8×108 3.3×104
{테스트 및 결과}
상기에서 제조한 현상 롤러 A 내지 현상 롤러 H를 토너 A 또는 토너 B를 사용하여 초기화상평가(표 2), 온도 30℃ 및 상대습도 85%의 환경에서(표 3) 및 온도 10℃ 및 상대습도 15%의 환경에서(표 4) 각각 2000장씩 프린트 하여 그 결과로서 내구화상을 평가하였다.
각 표에서 화상농도는 맥베스 농도계 1200으로 측정한 값이고, 실제 사용에 있어서 화상 농도는 1.2 이상이 필요하다.
백그라운드(BG) 및 전류 리크, 롤러의 토너 고착 현상에 있어서 각 구분은
○은 문제가 없는 수준을 나타내고, △는 문제가 조금 발생하지만 실사용에 있어서는 크게 문제가 없는 수준을 나타내며, ×는 품질에 있어서 문제가 발생하는 수준을 나타낸다.
〈초기 화상 평가〉
현상롤러 A(토너A) 현상롤러 B(토너A) 현상롤러 C(토너B) 현상롤러 D(토너A) 현상롤러 E(토너A) 현상롤러 F(토너B) 현상롤러 G(토너A) 현상롤러 H(토너A)
화상농도 1.42 1.41 1.43 1.38 1.41 1.42 1.13 1.48
BG ○ ○ ○ ○ × ○ ○ △
전류leak ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ×
〈내구 화상 평가(온도 30℃ 및 상대습도 85%)〉
현상롤러 A (토너A) 현상롤러 B (토너A) 현상롤러 C (토너B) 현상롤러 D (토너A) 현상롤러 E (토너A) 현상롤러 F (토너B) 현상롤러 G (토너A) 현상롤러 H (토너A)
1k 화상농도 1.43 1.42 1.44 1.40 1.44 1.43 1.21 -
롤러 토너 고착 ○ ○ ○ ○ △ △ ○ -
BG ○ ○ ○ ○ × × △ -
2k 화상농도 1.44 1.43 1.44 1.41 - - 1.21 -
롤러토너 고착 ○ ○ ○ ○ - - ○ -
BG ○ ○ ○ ○ - - × -
〈내구 화상 평가(온도 10℃ 및 상대습도 15%)〉
현상롤러 A (토너A) 현상롤러 B (토너A) 현상롤러 C (토너B) 현상롤러 D (토너A) 현상롤러 E (토너A) 현상롤러 F (토너B) 현상롤러 G (토너A) 현상롤러 H (토너A)
1k 화상 농도 1.41 1.40 1.42 1.37 1.40 1.41 1.16 -
롤러 토너 고착 ○ ○ ○ ○ - × △ -
BG ○ ○ ○ ○ × △ ○ -
2k 화상 농도 1.41 1.39 1.42 1.36 - - 1.15 -
롤러 토너 고착 ○ ○ ○ ○ - - × -
BG ○ ○ ○ ○ - - △ -
상기 표에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 우레탄 변성 폴리에스테르수지를 포함하는 실시예 1 내지 실시예 4에 따른 현상 롤러가 화상 농도가 안정적이고, 롤러의 토너 고착이나 백그라운드에 있어서 문제가 발생하지 않음을 알 수 있다. 반 면, 폴리에스테르수지 또는 우레탄 수지를 사용하는 현상 롤러는 백그라운드에 문제가 있고 롤러에 토너가 고착되는 문제점도 있었다.
또한 현상 롤러의 체적 고유 저항치가 큰 경우(비교예 3)에는 화상 농도값이 작아서 실제 사용에 있어서 문제가 되고, 현상 롤러의 체적 고유 저항치가 작은 경우(비교예 4)에는 초기 화상 평가에서 롤러 표면에서 전류 리크가 발생하여 실제 사용에 있어서 문제가 되는 것을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 우레탄 변성 폴리에스테르 수지를 현상 롤러에 제조에 이용함으로써 토너의 대전이 안정적이고, 내구성이 우수하며, 환경변화에도 안정적이며 고화질의 화상을 제공할 수 있는 현상 롤러를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 청구 범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (12)

  1. 중심 샤프트와 롤러 몸체를 포함하고,
    상기 롤러 몸체는 우레탄 변성 폴리에스테르 수지를 함유하는 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 우레탄 변성 폴리에스테르 수지는 폴리에스테르 폴리올 수지와 유기 이소시아네이트의 반응에 의해서 제조되는 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 폴리올 수지는 중량평균 분자량이 3000 내지 80000의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 폴리올 수지는 디카르복시산과 디올의 반응으로 생성되는 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 디카르복시산은 테레프탈산, 이소프탈산, 오르소프탈산, 디페닐 디카르복시산, 숙신산, 아디프산, 세바크산, 펄민산, 말레산, 이타코닉산으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 디올은 C2 내지 C10의 지방족 글리콜, C6 내지 C12의 지방환족 글리콜, 에틸결합 함유 글리콜로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 유기 이소시아네이트는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 이소프론 디이소시아네이트, 2,4-나프틸렌 디이소시아네이트, 4,4-디이소시아네이트 디페닐에테르로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 롤러 몸체는 탄성 고분자 물질, 카본 블랙, 금속 분말, 이온 전기 전도제를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 탄성 고분자 물질은 실리콘 고무, 아크릴 고무, NBR, 우레탄 고무, EPDM, 부틸 고무, 에피클로로하이드린 고무, 클로로프렌 고무, 천연 고무 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 롤러 몸체는 탄성층과 상기 탄성층의 외주면을 덮은 표면층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 우레탄 폴리에스테르 수지는 상기 표면층에 함유되는 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 롤러 몸체의 체적 고유 전기 저항치는 1×105Ω·cm 내지 1×108Ω·cm의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 현상 롤러.
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