KR20110076155A - 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러 및 이의 제조 방법 - Google Patents

전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20110076155A
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이용훈
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Abstract

전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 토너 공급롤러는 폴리우레탄 폼; 및 상기 폴리우레탄 폼의 축을 따라 내부에 삽입된 금속 샤프트;를 포함하고, 상기 폴리우레탄 폼은 이온 도전성 도전제 및 결합제를 포함하며, 상기 결합제는 아미드 결합을 갖는 수지를 포함한다. 본 발명에 따르면, 폴리우레탄 폼을 갖는 토너 공급롤러에 있어서 토너의 공급성을 향상시키고, 화상 불량을 방지하는 공급 롤러를 제공할 수 있는 효과가 있다.
토너 공급롤러, 폴리우레탄, 결합제

Description

전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러 및 이의 제조 방법{Toner suply roller for electrophotographic imaging apparatus and method of preparing the same}
본 발명은 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러와 그 제조 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하기로는 토너 대전성 및 공급성을 개선하여 선명한 화상을 제공할 수 있도록 하는 토너 공급롤러 및 그 제조 방법에 대한 것이다.
일반적으로, 레이저 프린터, 팩스밀리, 복사기 등과 같은 전자사진방식 화상형성장치는 토너 공급롤러, 감광매체와 감광매체의 둘레에 설치되는 대전롤러, 현상롤러, 전사롤러 등을 포함한다. 현상장치로부터 공급되는 현상제가 감광매체, 대전롤러, 현상롤러, 전사롤러에 인가되는 전압에 의해 이동하여 인쇄매체에 소정의 화상을 형성하게 된다.
예를 들어, 토너 공급롤러는 토너 캐리어와의 상대 속도차를 이용해서 토너를 1차적으로 토너 캐리어 상으로 공급하고, 대전롤러는 감광매체의 표면을 소정의 전압으로 대전시키고, 노광유닛에서 주사되는 광이 대전된 감광매체의 표면에 인쇄 데이터에 대응되는 정전잠상을 형성한다. 그러면, 현상롤러가 감광매체로 현상제를 공급하여 정전잠상을 현상제 화상으로 현상하게 된다. 현상제 화상은 전사롤러에 의해 감광매체와 전사롤러 사이를 통과하는 인쇄매체로 전사된다.
토너 공급롤러는 현상 롤러나 규제 블레이드와의 상호작용에 의해서 토너를 일정 기준치의 균일한 대전량을 갖도록 하고, 현상롤러에 토너를 공급하고 미현상된 토너를 리셋하는 역할을 한다.
토너 공급롤러에 흔히 사용되는 우레탄 폼의 경우 실리콘 폼에 비해서 재료비가 저렴하고 저경도이지만, 토너의 대전 특성이 떨어져서 화상에서 비화상영역 오염이 발생하는 문제가 있고, 도전제로서 카본 블랙과 같이 저저항인 전자 도전제를 사용하면 솔리드 패턴에서 공급이 불량한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우레탄 폼을 사용하면서도 토너의 대전 특성을 향상시켜 선명한 화상을 유지할 수 있도록 하고, 솔리드 패턴에서의 공급 불량을 방지할 수 있는 토너 공급롤러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 두번째 목적은 상기한 토너 공급롤러의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러는 폴리우레탄 폼; 및
상기 폴리우레탄 폼의 축을 따라 내부에 삽입된 금속 샤프트;를 포함하고,
상기 폴리우레탄 폼은 이온 도전성 도전제 및 결합제를 포함하며,
상기 결합제는 아미드 결합을 갖는 수지를 포함한다.
여기서, 상기 아미드 결합을 갖는 수지는 폴리우레탄보다 대전 서열이 양극의 극성을 가지는 이 바람직하다.
상기 아미드 결합을 갖는 수지는 나일론 수지인 것이 바람직하다.
상기 나일론 수지는 나일론 6, 나일론 66, 나일론 12, 나일론 11, 폴리아미드이미드로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 공중합물인 것이 바람직하다.
상기 이온 도전성 도전제는 라우릴트리메틸암모늄, 스테아릴트리메틸암모늄, 옥타도데실 트리메틸 암모늄, 도데실트리메틸암모늄, 헥사데실트리메틸암모늄, 변성 지방산디메틸에틸암모늄, 과염소산염, 염소산염, 붕불화수소산염, 에토술페이트염, 할로겐화 벤젠염, 지방족 술폰산염, 고급 알코올 황산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥시드 부가 황산 에스테르염, 고급 알코올 인산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥시드 부가 인산에스테르염, 고급알코올 에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스테르, 및 다가 알코올 지방산 에스테르로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나의 유기염 또는 이들 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 이온 도전성 도전제는 주기율표 제1족 및 제2족의 금속의 염, 주기율표 제1족 및 제2족의 금속과 1,4-부탄디올, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌 글리콜의 착화합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하 나 또는 이들 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 나일론 수지의 함량은 5phr 내지 50phr의 범위 이내인 것이 바람직하다.
상기 이온 도전성 도전제의 함량은 5phr 내지 30phr의 범위 이내인 것이 바람직하다.
본 발명의 두번째 목적에 따른 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러의 제조 방법은 발포제, 정포제, 촉매 및 이온 도전성 도전제와 폴리올을 포함하는 프리 믹스 폴리올을 이소시아네이트와 혼합하여 필터폼을 제조하는 단계;
용매, 결합제 및 이온 도전성 도전제를 포함하는 함침액을 제조하는 단계;
상기 필터폼을 상기 함침액에 침적시키고, 침적된 필터폼을 스퀴징하고 건조시켜서 용매를 제거하여 폴리우레탄 폼을 제조하는 단계; 및
상기 폴리우레탄 폼의 중심부에 축방향으로 금속 샤프트를 삽입하는 단계;를 포함하고,
상기 결합제는 아미드 결합을 갖는 수지이다.
여기서, 상기 아미드 결합을 갖는 수지는 폴리우레탄보다 대전 서열이 양극의 극성을 가지는 것이 바람직하다.
상기 아미드 결합을 갖는 수지는 나일론 수지인 것이 바람직하다.
상기 나일론 수지는 나일론 6, 나일론 66, 나일론 12, 나일론 11, 폴리아미드이미드로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 공중합물인 것이 바람직하다.
상기 이온 도전성 도전제는 라우릴트리메틸암모늄, 스테아릴트리메틸암모늄, 옥타도데실 트리메틸 암모늄, 도데실트리메틸암모늄, 헥사데실트리메틸암모늄, 변성 지방산디메틸에틸암모늄, 과염소산염, 염소산염, 붕불화수소산염, 에토술페이트염, 할로겐화 벤젠염, 지방족 술폰산염, 고급 알코올 황산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥시드 부가 황산 에스테르염, 고급 알코올 인산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥시드 부가 인산에스테르염, 고급알코올 에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스테르, 및 다가 알코올 지방산 에스테르로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나의 유기염 또는 이들 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 이온 도전성 도전제는 주기율표 제1족 및 제2족의 금속의 염, 주기율표 제1족 및 제2족의 금속과 1,4-부탄디올, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌 글리콜의 착화합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 나일론 수지의 함량은 5phr 내지 50phr의 범위 이내인 것이 바람직하다.
상기 이온 도전성 도전제의 함량은 5phr 내지 30phr의 범위 이내인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러는 코스트가 저렴하고 저경도인 폴리우레탄폼을 사용하면서도, 토너의 대전 특성을 향상시키고 비화상영역에서 오염이 발생하지 않도록 하며, 솔리드 패턴에서의 공급 불량의 문제가 발생하지 않도록 하는 효과가 있다.
이하에서는 본 명세서에 첨부된 도면 및 본 발명에 따른 일 실시예들을 참고해서 더욱 상세히 설명한다.
다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 토너 공급롤러가 사용될 수 있는 전자사진방식 화상형성장치의 일 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 감광체(300)는 광 도전성 물질의 특성을 갖고 있어서, 대전롤러(520)에 의해 표면을 특정 전위로 대전시키고 유지하도록 하고, 광원을 이용해서 잠상을 형성시키며, 현상시에 현상롤러(560)을 통해서 잠상부에 토너(10)가 부착되도록 하는 역할을 한다. 토너 캐리어(200)는 토너 공급롤러(560) 및 토너 층 규제장치(570) 외의 상대 속도차를 이용해서 토너 캐리어(200)의 표면에 토너(10)가 일정하게 균일한 대전량 및 부착량을 갖도록 한다. 토너 공급롤러(560)는 토너 캐리어(200)와의 상대 속도차를 이용해서 토너(10)를 1차로 토너 캐리어(200) 상에 공급한다. 토너의 부착량 및 대전량은 불균일하지만, 일정량의 값을 확보할 수 있도록 한다. 토너 공급롤러(560)는 실리콘 또는 우레탄 폼과 같이 주로 반도전성 발포성 재료를 이용하여 제조한다.
토너(10)는 현상을 위한 소모성 현상제로서, 수지(resin)를 주 원료로 하여 사용한다. 토너층 규제장치(570)는 토너 캐리어(200)와 토너층 규제장치(570) 외의 상대 속도차를 이용해서 토너(10)의 부착량 및 대전량의 균일성을 확보한다.
대전롤러(520)는 감광체 대전을 위한 것으로서, 대전롤러 외에도 코로나 대전 장치를 이용할 수도 있다. 클리닝 블레이드(700)는 전사 후, 감광체(300) 상의 잔류 토너의 제거를 위해 우레탄 고무 등의 판재를 사용한다. 레이저 스캐닝 유닛(800)은 감광체(300)의 노광을 위해 레이저 다이오드 등을 이용해서 감광체의 표면에 광을 조사하여 잠상을 형성시킨다. 전사롤러(600)는 감광체(300) 상의 표면 전위 차이로 인해 미약하게 붙어 있는 토너를 반대 극성의 전류를 인가하여 용지 상으로 전이시키는 역할을 한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 토너 공급롤러(560)는 금속재질의 샤프트 부재(561), 이 샤프트 부재 상에 제공된 폴리우레탄 폼(562)을 포함하여 형성된다.
도 3을 참조하면, 폴리우레탄 폼(562)은 오픈셀과 벽을 포함하여 형성되어 있으며, 오픈셀의 비율이 높을 수록 통기량이 많아지고 토너의 공급을 원활하게 해 줄 수 있어서 화상을 선명하게 한다. 오픈셀 외의 벽을 형성하는 부분은 결합제와 도전제를 함유하는 폴리우레탄 벽이다.
본 발명의 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러는 폴리우레탄 폼 및 그 축방향으로 내부에 삽입된 금속 샤프트를 포함하여 형성되는데, 이 폴리우레탄 폼은 이온 도전성 도전제와 결합제를 포함하며, 결합제가 아미드 결합을 갖는 수지를 포함한다.
전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러는 현상 롤러나 규제 블레이드와의 상호 작용에 의해서 토너를 일정 기준치의 균일한 대전량(Q/M)을 갖도록 하고, 현상롤러에 토너를 공급하고 미현상된 토너를 리셋하여 회수하는 현상장치의 핵심 부품이다.
토너 공급롤러를 제조하기 위해서, 탄성층의 재료로 주로 폴리우레탄 폼, 실리콘 폼, 브러쉬 등을 사용하는데, 실리콘 폼의 경우 토너의 대전 특성은 우수하지만 원재료비가 비싸고 저경도를 구현하는 것이 곤란하여 토너 스트레스에 불리하다는 단점이 있다.
브러쉬 타입은 토너 대전성이나 공급성은 우수하지만 폴리우레탄이나 실리콘 폼에 비해서 비싸고, 현상장치의 토크(torque) 문제, 가로 줄무늬가 형성되는 문제 등이 거론되는 단점이 있다.
폴리우레탄 폼의 경우, 가격이 저렴하고 저경도를 구현할 수 있다는 장점이 있지만, 실리콘 폼이나 브러쉬 타입에 비해서 토너의 대전성이 떨어지는 문제가 있었다. 또한, 폴리우레탄 폼에서 흔히 도전제로서 전자 도전제인 카본 블랙을 사용하였는데, 그 저항이 낮아서 현상롤러와 토너 공급롤러간의 공급전계(△V) 형성에 있어서 불리하게 작용하여 솔리드 블랙의 화상 출력시에 토너의 공급성이 떨어져서 솔리드 블랙의 화상이 흐리게 출력되는 문제가 있었다.
특히, 고속기나 장수명이 요구되는 화상형성장치에서는 토너 공급롤러로 토너 스트레스 문제를 해결하기 위해서 저경도인 폴리우레탄 폼을 사용하는 것이 선호되고 있기 때문에, 폴리우레탄 폼을 사용하면서도, 상기한 바와 같은 문제들이 해결될 필요가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 종래에는 토너 공급롤러의 외경을 크게 하여 현상롤러와 토너 공급롤러의 닙(nip)을 크게 하여 토너의 마찰 대전성을 증가시키는 방법이 고려되기도 하였다. 또한, 폴리우레탄 폼의 경도를 높여서 마찰력을 높이는 방법도 연구되었다. 또한, 폴리우레탄 폼의 오픈셀의 비율을 높여서 통기량을 증가시켜 화상 흐림을 개선하고자 하는 방법도 연구되었다. 또한, 토너가 셀 안으로 들어감에 의해서 현상롤러에 공급하는 토너의 양이 줄어드는 것을 방지하기 위해 폴리우레탄 폼의 셀 수를 55PPI 이상으로 하는 방법도 연구되었다. 그러나, 이러한 방법들은 폴리우레탄 폼을 사용하는 토너 공급롤러에서 야기되는 문제점들을 근본적으로 크게 개선하지는 못하였다.
본 발명의 폴리우레탄 폼을 사용하는 토너 공급롤러의 경우, 폼에 사용하는 결합제와 도전제의 성분을 달리함으로써 폴리우레탄 폼을 사용한 토너 공급롤러가 야기하는 문제점들을 해결하고자 한 것으로, 본 발명의 토너 공급롤러는 토너의 대전성 부족, 솔리드 블랙에서 야기되는 토너의 공급성 문제를 해결하였다.
본 발명의 토너 공급롤러는 폴리우레탄 폼에 포함되는 도전제로 이온 도전성 도전제를 사용한다. 도전제는 일반적으로 이온 도전성 도전제와 전자 도전제로 구분될 수 있다. 종래 토너 공급롤러의 폴리우레탄 폼은 예를 들면, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙 등의 도전성 카본 블랙, 산화 처리를 가한 잉크용 카본, 열분해 카본, 천연 그라프트, 인조 그라프트, 산화주석, 산화티탄, 산화 아연 등의 도전성 금속 산화물, 은, 니켈, 동, 게르마늄 등의 금속과 같은 전자 도전제를 사용하였다. 도 전제로 입자가 작고 구조가 큰 도전성 카본 블랙을 주로 사용하였는데, 이러한 카본 블랙을 폴리올에 첨가해서 이소시아네이트와 반응시켜 폴리우레탄을 제조하면, 이소시아네이트와 폴리올이 반응할 때 점도가 올라가서 발포체 형성이 어렵고 균일한 셀을 얻기가 곤란하다. 카본 블랙을 결합제 수지와 혼합하여 함침액을 제조하고, 이 함침액에 폴리우레탄 폼을 함침시키고 건조하여 전도성을 갖는 폴리우레탄 폼을 제조하면, 토너의 대전성이 떨어지고, 화상에서 백그라운드 현상이 발생하는 문제가 있다. 또한, 카본 블랙은 저저항(1.0×103 내지 5.0×104Ω)이기 때문에 토너 공급성에 문제가 발생한다.
본 발명에서는 도전제로서 이온 도전성 도전제를 사용함으로써 토너 공급성의 문제를 해결하고자 하였다.
본 발명에서 사용할 수 있는 이온 도전성 도전제는 라우릴트리메틸암모늄, 스테아릴트리메틸암모늄, 옥타도데실 트리메틸 암모늄, 도데실트리메틸암모늄, 헥사데실트리메틸암모늄, 변성 지방산디메틸에틸암모늄, 과염소산염, 염소산염, 붕불화수소산염, 에토술페이트염, 할로겐화 벤젠염, 지방족 술폰산염, 고급 알코올 황산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥시드 부가 황산 에스테르염, 고급 알코올 인산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥시드 부가 인산에스테르염, 고급알코올 에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스테르, 및 다가 알코올 지방산 에스테르로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나의 유기염 또는 이들 둘 이상의 혼합물, 또는 주기율표 제1족 및 제2족의 금속의 염, 주기율표 제1족 및 제2족의 금속과 1,4- 부탄디올, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌 글리콜의 착화합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 둘 이상의 혼합물이 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
주기율표 제1족의 금속염은 예를 들면, LiCF3SO3, NaClO4, LiAsF6, LiBF4, NaSCN, KSCN 또는 NaCl 등이 있고, 주기율표 제2족의 금속염은 예를 들면, Ca(ClO4)2 등이 있다.
이온 도전성 도전제의 함량은 5phr 내지 30phr의 범위 이내로 사용하는 것이 바람직하다. 그 함량이 5phr보다 작으면 원하는 도전성을 얻기가 어렵고, 30phr보다 그 함량이 많으면 폴리우레탄 폼의 반발 탄성력이 떨어져서 화상 불량이 발생할 수 있기 때문이다.
본 발명의 토너 공급롤러는 폴리우레탄 폼에 함유되는 결합제로서 아미드 결합을 갖는 수지를 사용한다.
아미드 결합(-CONH-)을 갖는 수지를 사용하게 되면, 아미드 결합이 갖는 정대전성으로 인하여, 토너에 부여할 부대전성이 더 커지게 되고, 따라서, 토너 공급롤러에 부착되는 토너의 양을 증가시킴으로써 토너의 공급을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
아미드 결합을 갖는 수지는 폴리우레탄보다 대전 서열이 양극의 극성을 가짐으로써 상기한 바와 같은 토너의 공급성을 향상시킬 수 있다.
아미드 결합을 갖는 수지로 바람직한 것은 나일론 수지를 사용할 수 있고, 더 바람직하기로는 나일론 6, 나일론 66, 나일론 12, 나일론 11, 폴리아미드이미드로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용하는 나일론 수지(Nylon resin)은 폴리아미드(polyamide) 수지라고도 일컬으며, 아미드기인 -CONH-를 함유하는 열가소성 수지를 지칭하는 것이다. 흔히 나일론 또는 폴리아미드로 불리며, 물리적 성질로 강인하고, 피로, 충격 및 용매에 대해서 내성을 가지고, 저마찰로서 미량의 물을 가역적으로 흡수하는 성질이 있다. 다른 많은 타입들이 가능하지만, 나일론 6, 나일론 7, 나일론 9, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 612 등이 있다. 하나의 숫자로 표기된 경우에는 원료(락탐) 속의 탄소 원자의 수를 표시하며, 그 다음 숫자는 원료 산의 탄소 원자수를 표시한다. 나일론 66과 나일론 6은 그룹 중에서도 나일론 수지 중에서도 많이 알려져 있는 것으로, 이 아미드 그룹은 메틸렌 그룹을 베이스로 하는 부분에 의해 분리되어 있기 때문에 지방족 폴리아미드로 알려져 있다. 나일론 6은 카프로락탐(carprolactam)에서 제조되어 나일론 66과 유사하다.
본 발명에 따른 토너 공급롤러를 제조하기 위해서는 먼저 발포제, 정포제, 촉매 및 이온 도전성 도전제와 폴리올을 포함하는 프리 믹스 폴리올을 이소시아네이트와 혼합해서 반도전성의 폴리우레탄 필터폼을 제조한다.
폴리올은 2개 이상의 활성 수소를 가지는 것으로 준비하고, 이소시아네이트 역시 2개 이상의 이소시아네이트기를 가지는 화합물을 준비하는 것이 바람직하다. 2개 이상의 활성 수소를 갖는 폴리올은, 예를 들면, 말단에 하이드록실기를 갖는 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르에스테르폴리올 등이 있고, 아크릴 변성 폴리올, 실리콘 변성 폴리올 등의 변성 폴리올도 사용할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
2개 이상의 이소시아네이트기를 가지는 화합물로 본 발명에 사용할 수 있는 것은, 예를 들면, 트릴렌디이소시아네이트(TDI), 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 또는 이들의 혼합물 또는 변성물을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 사용할 수 있는 폴리우레탄 폼의 제조 촉매는 발포특성, 반응시간, 폼의 통기성 향상, 밀도 편차 최소화 등을 위하여 선정하고, 그 사용량을 조절할 필요가 있다. 예를 들면, 주석계, 납계, 철계, 티탄계 등의 유기 금속 화합물이나 아민계 화합물을 사용할 수 있고, 이들을 혼합해서 사용할 수도 있으며, 3급 아민 또는 주석계 촉매를 사용하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
발포제는 물 또는 할로겐화 알칸과 같은 저비점의 물질을 사용할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 할로겐화 알칸은 예를 들면, 트리클로로플루오로메탄 등이 있다.
정포제는 표면 장력을 낮추어 혼화성을 향상시키고, 생성된 기포의 크기를 균일하게 하며, 형성된 폴리우레탄 폼의 셀구조를 조절함으로써 발포체에 안정성을 부여하는 역할을 한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 정포제는 예를 들면, 실리콘 정포제가 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 사용되는 정포제의 함량은 폴리올의 함량에 대해서 0.1phr 내지 5phr정도 첨가하는 것이 바람직한데, 0.1phr 이하인 경우에는 정포제의 효과가 없고, 5phr 보다 함량이 많아지게 되면 영구압축 줄음률과 같은 물성이 나빠지게 되므로 바람직하지 못하다.
한편, 용매, 아미드 결합을 갖는 수지로 된 결합제 및 이온 도전성 도전제를 포함하는 함침액을 별도로 준비한다.
함침액은 결합제와 도전제를 폴리우레탄 폼에 포함시키기 위해서 필요한 것으로, 결합제와 도전제를 용매에 포함시켜서 이를 폴리우레탄 폼으로 옮기기 위한 것이다.
함침액에 사용할 수 있는 용매로는 예를 들면, 물, 알코올, 에테르 등이 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 용매는 결합제와 도전제를 폴리우레탄 폼으로 옮긴 후에 제거되어야 하는 것이므로, 결합제 및 도전제, 폴리우레탄 폼의 물성을 변화시키지 않아야 하고, 제거가 용이한 것이 바람직하다.
결합제는 상술한 바와 같이, 나일론 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 결합제의 함량은 함침액에 대해서 5phr 내지 50phr의 함량 범위 이내인 것이 바람직하다. 5phr 이하인 경우에는 폴리우레탄 폼의 셀벽에 부착력이 부족해서 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 50phr 이상인 경우에는 폴리우레탄 폼의 복원력이 저하되는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
도전제는 상술한 바와 같은 이온 도전성 도전제를 사용하는 것이 바람직하다.
제조된 필터폼은 오픈셀의 비율이 80%이상인 것이 바람직하다. 오픈셀의 비 율이 클수록 토너의 공급성이 향상되기 때문이다.
제조된 반도전성의 폴리우레탄 필터폼을 따로 준비된 함침액에 침적시킨 후에 이 필터폼을 롤러를 통해서 스퀴징하여 용매를 제거한 후, 오븐과 같은 열풍장치를 통해 건조시킴으로써 용매를 완전히 제거하여 도전성을 갖는 폴리우레탄 폼을 제조한다.
제조된 폴리우레탄 폼의 중심부에 축방향으로 금속 샤프트를 삽입하여 관통시키고, 폴리우레탄 폼의 블록 외면을 연마하여, 토너의 대전성과 백그라운드가 우수한 도전성 폴리우레탄 토너 공급롤러를 제조한다.
최종적으로 제조된 폴리우레탄 토너 공급롤러는 그 저항대가 1.0×105Ω 내지 9.0×107Ω 범위 이내의 저저항인 것이 바람직하다. 저항이 커지면 솔리드 블랙에서의 화상이 선명하지 못한 문제가 생기기 때문이다.
{실시예}
실시예 1
폴리에스테르 폴리올(한국 폴리올사제, GP-3000, 하이드록시가 mgKOH/g:54)을 80phr, 아크릴 폴리올(한국 폴리올사제, KE-848, 하이드록시가 mgKOH/g:30)을 20phr 혼합한 폴리올에 발포제인 물 4phr, 정포제인 실리콘 1.5phr, 촉매인 트리에틸렌디아민(TEDA) 0.2phr 및 이온 도전제인 리튬 컴플렉스를 5phr 첨가하여 프리 믹스 폴리올을 제조하였다. 이 프리믹스 폴리올에 톨루엔디이소시아네이트(TDI)를 105phr 첨가하여 2000rpm으로 2성분을 혼합 교반하였다. 그 다음, 상온에서 반 도전성의 슬랩(Slab)폼을 제조하였다. KE-848은 AN 공중합체 폴리올로서 AN을 20%함유하고 있는 제품이다.
이 슬랩 폼을 챔버에 넣고, 질소 및 수소를 넣고 폭발시켜서 오픈셀(open cell)의 비율이 80% 이상인 필터폼을 제조하였다.
한편, 에탄올 용매 100phr에 나일론 수지 5phr((주)효성, 1101 BRT) 및 라우릴트리메틸암모늄염 5phr(나노켐텍사제)을 첨가하고 이를 교반하여 함침액을 제조하였다. 이 함침액에 상기에서 제조된 필터폼을 침적시킨 후, 롤러에 넣어서 스퀴징 공정을 거쳤다. 그 다음, 130℃ 열풍 순환식 오븐에 10분간 넣어서 용매를 제거하여 건조한 폴리우레탄 폼을 제조하였다.
이렇게 제조된 건조한 폴리우레탄폼을 버티칼 커터로 25×25×250mm로 절단한 다음, 길이 방향의 중심부에 5.0mm의 구멍을 뚫고, 이 구멍에 핫멜트 시트를 표면에 휘감은 직경 6.0mm의 금속제 샤프트를 압입한 후, 120℃ 열풍 순환식 오븐에서 30분간 가열하여 폼과 샤프트를 접착하였다.
그 다음, 폴리우레탄 폼을 연마기로 연마하고 폼의 양쪽 끝을 잘라서 외경이 13.7mm이고 길이가 220mm인 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에 있어서, 나일론 수지를 20phr사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에 있어서, 나일론 수지를 50phr사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에 있어서, 나일론 수지를 20phr 사용하고, 라우릴트리메틸암모늄염을 20phr 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에 있어서, 나일론 수지를 20phr 사용하고, 라우릴트리메틸암모늄염을 30phr 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였다.
실시예 6
상기 실시예 1에 있어서, 이온 도전제를 리튬 컴플렉스를 5phr를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에 있어서, 나일론 수지를 3 phr 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에 있어서, 나일론 수지를 60phr 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에 있어서, 나일론 수지 대신에 우레탄 수지를 20phr(한국폴리올사제, NIXOL-R-9100) 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였다.
비교예 4
상기 실시예 1에 있어서, 라우릴트리메틸암모늄염을 3phr사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였다.
비교예 5
상기 실시예 1에 있어서, 라우릴트리메틸암모늄염을 40phr 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였 다.
비교예 6
상기 실시예 1에 있어서, 나일론 수지 대신에 우레탄 수지 20phr(한국폴리올사제, NIXOL-R-9100)를 사용하고, 라우릴트리메틸암모늄염을 20phr을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러를 제작하였다.
함침액 구성 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
에탄올 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
나일론 수지 5 20 50 20 20 20 3 60 - 20 20 -
우레탄 수지 - - - - - - - - 20 - - 20
라우릴트리메틸암모늄염 5 5 5 20 30 - 5 5 5 3 40 20
리튬 컴플렉스 - - - - - 5 - - - - - -
상기 표 1에서 각 성분의 함량 단위는 phr이다.
{테스트}
토너 대전량 평가
토너에 대전되는 양은 Q/M Meter로 토너 공급롤러상에 있는 토너의 대전량을 측정하였다.
비화상영역오염 평가
광학 농도계로 측정하였으며, 토너 대전량이 불균일하거나 평균 대전량이 낮으면 비화상부위에 토너가 현상되는 화상오염이 발생한다.
그 측정값이 0.02 이하면 아주 좋고, 0.03이면 양호하므로, 0.03이하의 값을 ○, 0.04이상이면 ×로 나타내었다.
화상끌림 평가
화상끌림이란 화상 출력시 솔리드 패턴 이후에 비화상영역에 오염이 발생하는 것을 의미하며, 이는 화상 출력시 오염 여부를 육안으로 판단하여 평가하였다.
고온고습평가
고온고습평가는 공급 롤러는 토너 카트리지에 정착하고 오븐에 방치한 후 7일 후에 화상을 출력하여 화상불량이 발생하였는지 여부를 판단하는 테스트이다. 이 고온고습평가를 위해서, 오븐 조건을 처음 1일 동안은 25℃, 습도 55%로 하고, 그 다음 1.5일 동안은 40℃, 습도 90%로 하고, 그 다음 2일 동안은 50℃, 습도 80%로 하고, 그 다음 1.5일 동안은 40℃, 습도 90%로 하고, 그 다음 1일 동안은 25℃, 습도 55%로 하여 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 1 내지 비교예 6에 따른 토너 공급롤러를 오븐에서 7일 동안 방치한 후 화상을 출력하여 화상불량 여부를 판단하였다.
솔리드 패턴의 공급 불량 평가
솔리드 패턴의 공급 불량은 블랙의 단일 색상의 화상을 출력해서 토너의 공급성을 육안으로 평가하는 것으로, 출력되는 화상에서 블랙 색상의 선명도가 떨어지면 토너의 공급이 불량한 것으로 평가할 수 있다.
상기 테스트 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
테스트 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
토너 대전량(Q/M) -25 -30 -33 -29 -29 -25 -18 -33 -15 -33 -25 -17
저항 5.0E+07 5.0E+07 5.0E+07 2.0E+06 7.0E+05 5.0E+07 5.0E+07 5.0E+07 5.0E+07 5.0E+08 5.0E+05 5.0E+06
비화상영역 오염 ○ ○ ○ ○ ○ ○ × ○ × × ○ ×
화상 끌림 ○ ○ ○ ○ ○ ○ × ○ × × ○ ×
고온고습평가 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ × ○ ○ × ○
솔리드 패턴 평가 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ × ○ ○
토너 대전량에 있어서, 실시예 1 내지 실시예 6에 따라 제조된 토너 공급롤러 및 비교예 2, 비교예 4, 비교예 5에 따라 제조된 토너 공급롤러의 경우 토너의 대전량이 맣음을 알 수 있다. 즉, 토너 공급롤러의 폴리우레탄 폼에 사용된 결합제가 나일론 수지이고, 그 함량이 5phr이상인 실시예 1 내지 실시예 6, 비교예 2, 비교예 4, 비교예 5의 토너 공급롤러의 경우 토너의 공급성이 우수함을 알 수 있다.
다만, 비교예 4에 따른 토너 공급롤러는 그 저항대가 큼을 알 수 있는데, 이는 도전제의 함량이 다른 제조예에 의해 제조된 것보다 작기 때문에 야기된 것으로 해석된다. 반면, 비교예 5에 따른 토너 공급롤러의 경우에는 고온고습평가에서 화상불량을 나타내었다. 이는 함유된 도전제의 함량이 과량이어서, 폴리우레탄 폼의 반발 탄성력이 떨어져서 야기된 화상불량으로 해석된다. 따라서, 토너 공급롤러에 포함될 이온 도전성 도전제의 함량은 5phr 내지 30phr의 범위 이내인 것이 바람직하다.
한편, 고온고습평가에서는 비교예 2에 따른 토너 공급롤러도 화상 불량이 나타났는데, 이는 결합제로 사용된 나일론 수지의 함량이 과량이어서 야기된 것으로 해석된다.
비화상영역 오염 테스트에서는 비교예 1, 3, 4, 6에 따른 토너 공급롤러가 원치 않는 영역에 화상 오염을 야기하고, 화상끌림 현상이 나타났다. 이는 결합제로서 나일론 수지를 사용하였으나 그 함량이 부족하여 원하는 결합제로서의 기능이 충분하지 못하거나(비교예 1의 경우), 결합제로서 나일론 수지가 아닌 우레탄 수지를 사용하여 화상 오염이 발생하거나(비교예 3 및 비교예 6의 경우), 이온 도전성 도전제의 함량이 부족하거나(비교예 4의 경우) 하는 경우로 해석된다. 따라서, 적정한 결합제 수지 및 이온 도전성 도전제의 적정 함량을 사용하는 것이 필요함을 알 수 있다.
솔리드 패턴 평가에서는 도전제의 함량이 적은 비교예 4에 따른 토너 공급롤러에서 솔리드 패턴에서 화상불량이 나타났다.
한편, 실시예 1과 실시예 6에 따른 토너 공급롤러는 서로 이온 도전성 도전제의 종류를 달리하는 것임에도 불구하고, 두 토너 공급롤러의 테스트 결과가 모두 양호한 것으로 나타났다. 따라서, 이온 도전성 도전제로 유기염을 사용하는 것과 무기염을 사용하는 것은 큰 차이가 없는 것으로 해석된다.
따라서, 적절한 결합제 및 이온 도전성 도전제의 적정량을 함유하는 폴리우레탄 폼 토너 공급롤러가 토너 공급성을 향상시키고, 화상 품질을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토너 공급롤러가 구비되는 전자사진방식 화상형성장치의 일 예를 도시한 것,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 토너 공급롤러를 도시한 것,
도 2b는 도 2a의 토너 공급롤러의 단면을 도시한 것, 및
도 3은 도 2a의 토너 공급롤러의 폴리우레탄 폼의 최외측면을 도시한 것이다.
{도면의 주요 부호의 설명}
100...본체 하우징 200...기록매체 공급부
300...감광체 400...광주사유닛
500...현상 카트리지 510...카트리지 하우징
520...대전롤러 530...현상롤러
531...샤프트 532...전도성 탄성층
533...전도성 수지층 540...토너 저장부
560...공급롤러 600...전사롤러
700...정착유닛

Claims (16)

  1. 폴리우레탄 폼; 및
    상기 폴리우레탄 폼의 축을 따라 내부에 삽입된 금속 샤프트;를 포함하고,
    상기 폴리우레탄 폼은 이온 도전성 도전제 및 결합제를 포함하며,
    상기 결합제는 아미드 결합을 갖는 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 아미드 결합을 갖는 수지는 폴리우레탄보다 대전 서열이 양극의 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 아미드 결합을 갖는 수지는 나일론 수지인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 나일론 수지는 나일론 6, 나일론 66, 나일론 12, 나일론 11, 폴리아미드이미드로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 공중합물인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 이온 도전성 도전제는 라우릴트리메틸암모늄, 스테아릴트리메틸암모늄, 옥타도데실 트리메틸 암모늄, 도데실트리메틸암모늄, 헥사데실트리메틸암모늄, 변성 지방산디메틸에틸암모늄, 과염소산염, 염소산염, 붕불화수소산염, 에토술페이트염, 할로겐화 벤젠염, 지방족 술폰산염, 고급 알코올 황산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥시드 부가 황산 에스테르염, 고급 알코올 인산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥시드 부가 인산에스테르염, 고급알코올 에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스테르, 및 다가 알코올 지방산 에스테르로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나의 유기염 또는 이들 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 이온 도전성 도전제는 주기율표 제1족 및 제2족의 금속의 염, 주기율표 제1족 및 제2족의 금속과 1,4-부탄디올, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌 글리콜의 착화합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 나일론 수지의 함량은 5phr 내지 50phr의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 이온 도전성 도전제의 함량은 5phr 내지 30phr의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러.
  9. 발포제, 정포제, 촉매 및 이온 도전성 도전제와 폴리올을 포함하는 프리 믹스 폴리올을 이소시아네이트와 혼합하여 필터폼을 제조하는 단계;
    용매, 결합제 및 이온 도전성 도전제를 포함하는 함침액을 제조하는 단계;
    상기 필터폼을 상기 함침액에 침적시키고, 침적된 필터폼을 스퀴징하고 건조시켜서 용매를 제거하여 폴리우레탄 폼을 제조하는 단계; 및
    상기 폴리우레탄 폼의 중심부에 축방향으로 금속 샤프트를 삽입하는 단계;를 포함하고,
    상기 결합제는 아미드 결합을 갖는 수지인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 아미드 결합을 갖는 수지는 폴리우레탄보다 대전 서열이 양극의 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러의 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 아미드 결합을 갖는 수지는 나일론 수지인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 나일론 수지는 나일론 6, 나일론 66, 나일론 12, 나일론 11, 폴리아미드이미드로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 공중합물인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러의 제조 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 이온 도전성 도전제는 라우릴트리메틸암모늄, 스테아릴트리메틸암모늄, 옥타도데실 트리메틸 암모늄, 도데실트리메틸암모늄, 헥사데실트리메틸암모늄, 변성 지방산디메틸에틸암모늄, 과염소산염, 염소산염, 붕불화수소산염, 에토술페이트염, 할로겐화 벤젠염, 지방족 술폰산염, 고급 알코올 황산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥시드 부가 황산 에스테르염, 고급 알코올 인산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥시드 부가 인산에스테르염, 고급알코올 에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스테르, 및 다가 알코올 지방산 에스테르로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나의 유기염 또는 이들 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러의 제조 방법.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 이온 도전성 도전제는 주기율표 제1족 및 제2족의 금속의 염, 주기율표 제1족 및 제2족의 금속과 1,4-부탄디올, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌 글리콜의 착화합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러의 제조 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 나일론 수지의 함량은 5phr 내지 50phr의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러의 제조 방법.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 이온 도전성 도전제의 함량은 5phr 내지 30phr의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치용 토너 공급롤러의 제조 방법.
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