KR20120091699A

KR20120091699A - 화상형성장치용 롤러 및 이를 포함하는 화상형성장치

Info

Publication number: KR20120091699A
Application number: KR1020110011622A
Authority: KR
Inventors: 김순남; 정희원; 김문영; 박동진; 백명수; 이용훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-08-20
Also published as: US9005093B2; CN102636971A; CN102636971B; US20120201572A1; KR101812747B1

Abstract

보강섬유 및 바인더 수지를 포함하는 샤프트, 및 상기 샤프트의 외주를 둘러싸는 탄성체를 포함하고, 상기 보강섬유의 평균 직경(D) 대비 평균 길이(L)의 비(L/D)가 약 15,000 내지 약 50,000인 화상형성장치용 롤러, 상기 화상형성장치용 롤러의 제조방법, 및 상기 화상형성장치용 롤러를 포함하는 화상형성장치가 제공된다.

Description

화상형성장치용 롤러 및 이를 포함하는 화상형성장치{Roller for image forming apparatus and image forming apparatus comprising the same}

화상형성장치용 롤러 및 이를 포함하는 화상형성장치가 개시된다.

일반적인 전자사진 화상형성장치의 일례를 도 1에 나타내었으며, 그 대전방식은 우선, 대전 롤러(16)에 의해서 상담지체(11)가 대전된 후, 레이져 스캐닝 유닛 (Laser Scanning Unit, LSU)(18)을 통한 상 노광에 의해서 상담지체에 잠상이 형성된다. 토너(14)는 토너 공급 롤러(13)에 의해서 현상 롤러(12)에 공급된다. 현상 롤러(12)에 공급된 토너는 토너층 규제장치(15)에 의해서 균일한 두께로 박층화가 되는 동시에, 고마찰 대전된다. 토너층 규제장치(15)를 통과한 토너는 상담지체(11)에 형성된 정전 잠상에 현상되고, 현상된 토너는 전사 롤러(18)에 의해서 용지에 전사되어 정착기(미도시)에 의해서 정착된다. 또한 상담지체 상의 전사 후 잔류 토너는 클리닝 블레이드(17)에 의해서 제거된다.

이와 같이 화상형성 장치에 사용하는 상기 기능성 롤러는 대전 롤러, 현상 롤러, 공급 롤러, 전사 롤러 등을 예로 들 수 있으며, 이 화상형성장치의 기능성 롤러는 종래방식의 샤프트로서 금속 재질로 이루어져 있다. 예를 들면, SUM 22나 SUS 416 등 재질이 일반적으로 많이 사용된다. 금속 재질의 샤프트의 외부에 접착제를 바르고 반도전성 고무나 반도전성 폼을 끼워서 사용하고, 필요에 의해 가황공정에서는 180℃ 전후의 고온에서 작업하므로 내열성이 우수한 재질이 필요하며, 외경을 알맞은 치수로 연마하는 공정에서는 우수한 굴곡강도가 필요한 경우가 일반적이다. 따라서, 이러한 금속 재질을 수지 재질로 대체하기 위하여는 도전성, 내열성, 기계적 강도 등이 우수한 것이 필요하다.

통상적으로 금속 샤프트(코어 바, Core Bar)는 원형의 금속 봉재 재료비도 비싸지만, 비중이 커서 무겁고, 특히 절삭가공으로 형상을 제작하는 비용이 양단의 단차가 복잡할수록 비싸지는 문제가 있다. 금속재질의 샤프트는 통상적으로 쾌삭강에 니켈(Ni)이나 아연(Zn) 등을 도금하여 사용하지만, 다습한 곳에 장시간 노출 될 경우 녹이스는 문제가 있고, 이를 방지 하기 위하여 스테인리스 강재와 같은 비싼 재질을 사용하는 경우도 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면,

보강섬유 및 바인더 수지를 포함하는 샤프트, 및 상기 샤프트의 외주를 둘러싸는 탄성체를 포함하고, 상기 보강섬유의 평균 직경(D) 대비 평균 길이(L)의 비(L/D)가 약 15,000 내지 약 50,000인 화상형성장치용 롤러가 제공된다.

상기 보강섬유는 유리섬유, 카본섬유, 방향족 폴리아미드 섬유, 전방향족 폴리에스테르 섬유, 초고강도 폴리에틸렌 섬유, 폴리벤즈옥사졸 섬유, 폴리벤즈티아졸 섬유, 폴리이미드 섬유, 폴리벤즈이미다졸 섬유, 폴리페닐렌술피드 섬유, 탄화규소 섬유, 붕소 섬유, 알루미나 섬유, 및 금속 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 보강섬유의 평균 길이는 약 100 내지 약 500 mm일 수 있다.

상기 샤프트는 내층 및 상기 내층의 외주를 둘러싸는 외층을 포함하는 복합층 구조일 수 있다.

상기 내층 직경 대 외층의 직경의 비는 약 0.85 이하일 수 있다.

상기 내층은 유리섬유를 포함하고, 상기 외층은 카본섬유를 포함할 수 있다.

상기 바인더 수지는 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 및 폴리이미드 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 샤프트는 바인더 수지 100 중량부 및 보강섬유 약 40 내지 약 250 중량부를 포함할 수 있다.

상기 탄성체는 우레탄 고무, 아크릴로니트릴 고무, 에피클로로히드린 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 이소프렌 고무, 실리콘 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리올레핀계 수지, 불소계 수지, 우레탄 폼, 및 실리콘 폼 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 화상형성장치용 롤러는 현상롤러, 공급롤러, 크리닝롤러, 대전롤러 및 전사롤러로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 1종 이상의 연속 스트랜드의 보강섬유를 공급하여 용융 바인더 수지를 포함하는 함침조에 통과시키는 단계; 상기 용융 바인더 수지로 함침된 연속 스트랜드의 보강섬유를 인발하여 샤프트를 제조하는 단계; 및 상기 샤프트의 외주에 탄성체를 피복하는 단계를 포함하는 화상형성장치용 롤러의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면,

정전잠상이 형성되는 상담지체;

토너를 상기 상담지체로 공급하는 현상롤러;

상기 현상롤러에 토너를 공급하는 공급롤러; 및

상기 상담지체를 소정의 전위로 대전하는 대전롤러를 포함하고,

상기 현상롤러, 공급롤러, 및 대전롤러 중 1종 이상이 전술한 화상형성장치용 롤러인 화상형성장치가 제공된다.

도 1은 통상적인 전자사진 화상형성장치의 일 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 화상형성장치용 롤러의 단면도 및 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 화상형성장치용 롤러의 단면도를 나타낸다.

이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 도전성, 내열성 및 기계적 특성이 우수하면서 중량도 가볍고, 내식성, 내유성, 내약품성에 유리한 보강섬유를 이용하여, 상기 보강섬유의 길이를 샤프트의 길이와 동일하게 길게 제조함으로써 기존 샤프트의 최대의 약점인 굴곡강도를 저렴한 재료비로 극대화할 수 있는 화상형성장치용 롤러를 제공할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 화상형성장치용 롤러는 보강섬유 및 바인더 수지를 포함하는 샤프트(31), 및 상기 샤프트의 외주를 둘러싸는 탄성체(32)를 포함한다.

상기 보강섬유는 복수개의 필라멘트의 다발의 형태 또는 복수개의 필라멘트가 서로 꼬여서 이루어진 실(yarn)의 형태를 가지는 화상형성장치용 롤러의 중심부에 위치한 샤프트의 강도를 유지하는 주성분 역할을 하며, 이때, 이러한 보강섬유 간의 결속력을 부여하기 위하여 바인더 수지가 보강섬유 사이에 함침 및 경화되어 있다.

이러한 보강섬유로는 화상형성장치용 롤러가 장기간 안정하게 운전될 수 있도록 샤프트에 강성, 인장강도, 내열성을 부여할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 그 비제한적인 예로는 유리섬유, 카본섬유, 방향족 폴리아미드 섬유, 전방향족 폴리에스테르 섬유, 초고강도 폴리에틸렌 섬유, 폴리벤즈옥사졸 섬유, 폴리벤즈티아졸 섬유, 폴리이미드 섬유, 폴리벤즈이미다졸 섬유, 폴리페닐렌술피드 섬유, 탄화규소 섬유, 붕소 섬유, 알루미나 섬유, 및 금속 섬유(스텐레스스틸, 구리, 황동 등)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 있다.

이중, 카본섬유는 폴리 아크릴로니트릴(Poly-Acrylonitrile)을 탄화해서 얻어지는 PAN계 탄소섬유와 피치(Pitch)계 탄소섬유 어느 것을 사용해도 무방하며, 도전성이 뛰어나면서도, 성형 후에 굴곡강도가 뛰어나서 화상형성장치용 롤러의 기능수행에 필요한 충분한 굴곡강도와 도전성을 동시에 해결할 수 있다.

유리섬유는 수지의 강화재료로 많이 사용하고 있으며, 바인더 수지와 결합력이 좋아 샤프트의 우수한 표면 특성을 부여할 수 있고, 매우 저렴하기 때문에 도전성이 필요없는 롤러의 축상 재료로 사용하기에 적합하며, 굴곡강도가 다소 저하될 수 있으나 외경의 굵기를 충분히 확보하면 기능수행시 필요한 충분한 강도를 가질 수 있다.

종래의 수지계 샤프트가 주성분인 바인더 수지에 첨가제 형식으로 십여 ㎛ 이하의 짧은 길이의 단섬유를 첨가한 후 사출 성형했던 방식과는 달리, 본 발명의 일 측면에 따른 화상형성장치용 롤러의 샤프트는 보강섬유를 섬유다발 내지 실의 형태로 바인더 수지의 함침조를 통과한 후 인발성형을 통하여 형성하게 된다. 따라서, 상기 보강섬유의 길이는 제조되는 샤프트의 길이와 맞도록 자유롭게 얻어질 수 있고, 통상적으로 약 100 내지 약 500 mm일 수 있다.

그 결과, 이러한 보강섬유의 평균 직경(D) 대비 평균 길이(L)의 비(L/D)는 예를 들면, 약 15,000 내지 약 50,000, 약 20,000 내지 약 45,000이다.

화상형성장치용 롤러의 제조시에, 샤프트의 외주를 둘러싸는 절연성 또는 반도전성을 갖는 고무나 폼등의 탄성체를 연마하는 공정이 요구되는데, 금속형 샤프트에 비하여 종래의 수지형 샤프트의 경우에는 연마 공정시에 과다한 굽힘 현상이 일어나 탄성체가 역 크라운(crown) 형태를 갖는 문제점이 발생하였다.

하지만 상기 보강섬유의 L/D가 상기 범위를 만족하는 경우, 보강섬유의 길이가 샤프트의 전체 길이에 대응할 정도로 길어서 종래에 짧은 길이의 단섬유형 보강재를 포함한 샤프트의 최대 약점인 굴곡 강도를 저렴한 재료비로 극대화할 수 있다.

상기 바인더 수지는 전술한 바와 같이 주성분인 보강섬유의 다발 또는 실 사이에 함침되어 경화되어 이들을 서로 단단하게 결속할 수 있게 할 수 있는 수지라면 제한없이 사용될 수 있으며, 그 중에서도 열을 가하여 경화 성형하면 다시 열을 가해도 형태가 변하지 않는 수지로 일반적으로 내열성, 내용제성, 내약품성, 기계적 성질, 전기절연성이 좋은 열경화성 수지가 사용될 수 있다. 이러한 바인더 수지의 비제한적인 예로는 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 및 폴리이미드 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 이중에서 비닐에스테르 수지는 열경화성 수지의 하나로서 에폭시 수지에 아크릴 산류를 반응시켜 스티렌에 용해한 것으로서, 내식성이 뛰어나고 기계적 강도도 양호하며 연신율이 크다는 장점이 있다.

상기 샤프트는 바인더 수지 100 중량부 기준으로 보강섬유를 예를 들면 약 40 내지 약 250 중량부, 약 60 내지 약 230 중량부를 포함한다.

상기 보강섬유의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 샤프트 제조시에 성형 공정이 용이하고, 최종 얻어지는 롤러가 장기간 운전하여도 내구성이 유지될 수 있는 인장강도 및 굽힘강도를 부여할 수 있다.

상기 샤프트에는 보강 섬유 및 바인더 수지 이외에도 필요에 따라 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 각종 수지 첨가제를 사용할 수 있으며, 그 예로는 이형제, 경화제, 윤활제 등이 있다.

상기 본 발명의 일 측면에 따라서 샤프트의 외주를 둘러싸는 튜브 형상의 탄성체는 고무 또는 폼(foam, 발포 고무)은 가교 시스템, 예를 들어 황가교 시스템이 가능한 고무는 모두 사용가능하며, 이들의 블렌드도 가능하다. 예를 들어 우레탄 고무, 아크릴로니트릴 고무, 에피클로로히드린 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 이소프렌 고무, 실리콘 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리올레핀계 수지(PE, PP, PS, PVC 등), 불소계 고분자 수지(PTFE, ETFE, PFA, PEP, PVF, FPE 등) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

상기 탄성체 중, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무는 아크릴로니트릴과 부타디엔을 저온 유화 중합하여 만든 공중합체로서 내유성과 내약품성이 우수한 고무이다. 아크릴로니트릴 함량이 증가할수록 수지적 성질이 강하여 내마모성, 인장강도, 내약품성 등의 성질이 우수해지지만, 반발 탄성, 영구 압축 줄음율, 내한성, 신율 등은 떨어진다. 이들 중 본 발명에 적합한 아크릴로니트릴 함량은 약 10 내지 약 35몰%인 것이 좋으나 이들에 한정되는 것은 아니다. 상기 아크릴로니트릴 함량이 약 30몰% 초과인 경우, 환경의존성이 높아지며, 약 10몰% 미만인 경우 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 저항이 높아질 수 있다.

상기 탄성체 중, 에피클로로히드린 고무는 에틸렌옥사이드, 아릴클리시딜에테르, 에피클로로히드린의 3원 공중합체, 또는 에틸렌옥사이드, 에피클로로히드린 2원 공중합체를 사용한다. 상기 에틸렌옥사이드의 공중합 비율은 36몰%보다 작은 것은 대전롤러, 현상롤러 등의 도전성 롤러에 필요한 저항치를 얻기 곤란하므로, 에피클로로히드린 고무중 에틸렌옥사이드 공중합 비율이 38 내지 58몰%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 에피클로로히드린 고무는 단독으로 사용가능하나, 다른 베이스 고무와 블렌딩되어 사용되는 것도 가능하며, 이 경우 다른 베이스 수지 100 중량부에 대하여 상기 에피클로로히드린 고무를 약 5 내지 약 100중량부 정도 사용하는 것이 경도, 압출성, 경제성 등에 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 화상형성장치용 롤러의 샤프트는 전술한 바와 같이 단일층의 보강섬유를 포함하는 것 이외에 복합층의 보강섬유를 포함할 수도 있다. 구체적으로 도 3을 참조하면, 내층(51a) 및 상기 내층의 외주를 둘러싸는 외층(51b)을 포함하는 샤프트(51) 및 상기 샤프트의 외주를 둘러싸는 탄성체(51)를 포함하는 복합층 구조의 화상형성장치용 롤러가 제공될 수 있다. 이렇게 내층 및 외층의 복합층 구조는 내층에는 롤러의 강성, 인장 강도, 내열성 등에 손상을 주지 않으면서도 가격면에서 유리한 보강 섬유를 배치하고, 외층에는 내층의 보강섬유보다는 다소 고가이나 강성 등의 기계적 성질이 우수하고, 또는 대전 능력이 요구되는 롤러의 경우에는 도전성을 띄는 보강섬유를 내층의 외주를 둘러싸게 하여 경제적으로 유리한 효과를 도모할 수 있다.

이때, 상기 샤프트의 내층 직경 대 외층의 직경의 비는 예를 들면, 약 0.85 이하, 약 0.01 내지 약 0.85, 약 0.05 내지 약 0.8이고, 상기 직경의 비가 이러한 범위를 만족하는 경우 단일층으로는 적용하기에 기계적 성질이 부족한 섬유 재료를 복합층 구조의 내층으로 도입하고도 샤프트의 전체적 기계적 강도를 개선하여 다양한 섬유 재료를 적용할 수 있다.

구체적으로는, 본 발명의 구현예에 따른 샤프트는 내층이 유리섬유를 포함하고, 외층이 카본섬유를 포함할 수 있으며, 이 경우에는 내층의 유리섬유의 함량을 외층의 카본섬유보다 많이 하여도 전체적으로 강성을 유지할 수 있으면서, 외층의 카본섬유의 존재로 인하여 샤프트에 별도의 도전성 부여제의 첨가없이도 대전성능이 요구되는 롤러에 적용가능하게 할 수 있다.

상술한 바와 같은 화상형성장치용 롤러의 구체적인 제조방법은 다음과 같다.

용융 바인더 수지, 및 그외 첨가제로서 이형제, 경화제 등을 교반기에서 충분히 섞어서 함침조에 주입한다. 이후 실린더 형태 등의 봉에 권취되어 있는 다발 형태 또는 실 형태의 연속 스트랜드의 보강섬유를 공급하여 상기 함침조를 통과시켜서 보강섬유에 바인더 수지가 함침되도록 하고, 이후 성형금형을 이용하여 인발성형하여 예비 샤프트를 제조한다. 만일 복합층의 구조를 갖는 샤프트를 제조하는 경우에는, 2종의 연속 스트랜드의 보강섬유가 각각 함침조를 지나가게한 후 성형금형의 입구에서 각 보강섬유를 내층 및 외층의 형태로 결속시킨 후에 인발성형하게 된다.

상기 성형금형 내의 인발 속도는 약 5 내지 약 200 cm/min로 하고, 성형금형에 체류하는 시간은 약 1 내지 약 4 분으로 하며, 또한 성형금형의 온도는 약 140 내지 약 160℃로 조절 할 수 있다. 이때, 상기 성형금형의 다이의 형태에 따라, 원형, 사각형, 삼각형 등의 단면 형상의 예비 샤프트를 얻을 수 있다.

이후, 상기 얻어진 예비 샤프트를 센터리스 연마기를 이용하여 원하는 직경이 되도록 표면을 연마 가공하고, 전용가공기로 양단 단차 가공과 D-컷을 처리하여 최종 샤프트를 제조한다.

이후, 샤프트의 외부에 탄성체를 피복함으로써 화상형성장치용 롤러를 얻게된다. 이러한 피복 방법도 공지의 여러가지 방법을 채용할 수 있다. 예를 들면 샤프트를 미리 금형 내부에 배치하고, 여기에 우레탄 성형 재료등의 탄성재료를 주형, 고화시키는 방법이나, 탄성재료의 튜브를 성형하고, 샤프트를 압입하는 방법, 또는 탄성 재료 시트를 접착제를 이용하여 샤프트의 주위에 고온 (예를 들면 100 내지 120℃)에서 접착하는 방법 등을 들 수 있다. 필요에 따라, 샤프트에 탄성체를 피복하기 전, 또는 피복한 후에 고무 재료의 탄성체는 가황 처리될 수 있다.

이와 같이 바인더 수지가 함침된 보강섬유를 인발성형함으로써 샤프트를 제조하는 경우, 보강섬유의 길이를 샤프트의 전체 길이에 맞게 조절이 가능하게 되어, 보강섬유가 샤프트 전체를 지지함으로써, 롤러의 굽힘강도를 현저히 개선시킬 수 있게 된다. 반면에, 종래의 사출성형에 의하여 샤프트를 제조하는 경우에는 사출성형기의 원할한 운전을 위하여 수 mm 수준의 길이를 갖는 보강재 만을 첨가할 수 있어, 이후 탄성체를 피복한 후의 연마 공정에서 굽힘강도의 저하의 문제점을 발생하게 된다.

이와 같이 화상형성장치용 롤러에서 샤프트의 재질로서 금속을 사용하지 않고, 보강섬유 및 바인더 수지를 적용하는 경우에는 재료비와 가공비용이 동시에 저렴하고, 가벼워 물류비용이 적고 취급이 용이하며, 내부식성, 내약품성, 내유성이 훨씬 우수하다.

구체적으로 살펴보면, 기존 금속 샤프트의 경우 많이 사용되는 재료는 쾌삭강에 니켈(Ni)이나 아연(Zn) 도금을 하거나, 고가의 스테인리스 강재를 사용하므로 원재료비가 비싸고, 또한, 양단의 단차 및 구동용 기어 조립을 위한 D-컷 등의 절삭 가공비가 고가이며, 그 구조가 복잡할수록 그 비용은 더욱 증가된다. 반면, 본 발명의 일 측면에 따른 샤프트는 보강섬유 및 바인더 수지, 또는 선택적으로 경화제, 이형제 등의 첨가제 등으로 이루어져 그 원재료비가 저렴하고, 원형으로 성형된 로드의 절단 및 단차, D-컷 가공이 금속 재질에 비하여 매우 저렴한 비용으로 제조가 가능하다. 특히 보강섬유로서 카본섬유는 유리섬유보다 가격이 비싸기 때문에 유리섬유를 내층으로, 카본 섬유를 외층으로 하고, 내층의 함량을 외층보다 더 많이 포함시킴으로써 더욱 저렴하게 만들 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 샤프트는 기존 금속 샤프트의 약 1/5 정도의 무게로 매우 가벼워 취급이 용이하고, 물류비용이 절감되고, 자동차, 기차, 선박 등의 운송수단에 의해 유통되는 경우 필연적으로 진동과 낙하 등이 반복적으로 발생하고, 이런 영향은 각종 기능성 롤러 들의 무게가 무거울 수록 미세한 토너의 누출이 많아지는 현상을 방지할 수 있다. 게다가, 기존 금속 샤프트의 경우 많이 사용되는 재료는 습기 등의 발생하는 내식성에 약하여 쾌삭강에 니켈(Ni)이나 아연(Zn) 도금을 하여도 습기가 있는 물류 창고 등에 장기간 방치시 부식이 진행되어 제품의 성능 저하와 화상품질에 악영향을 준고, 쾌삭강에 니켈(Ni)이나 아연(Zn) 도금을 하는 등 재질 자체의 특성상 탄성재료와의 접착성이 약하여 들뜸 기포 불량이 발생하여 생산효율이 떨어지는 문제가 있으나, 본 발명의 일 측면에 따른 샤프트는 보강섬유 및 바인더 수지의 탄성재료와의 상용성이 좋아 부착성이 매우 우수하고, 구동계가 가벼워져서 소비전력이 감소하는 잇점이 있다.

상술한 방법에 의해 얻어지는 화상형성장치용 롤러는 프린터, 팩스밀리, 복사기 등과 같은 화상형성장치에서 현상롤러, 공급롤러, 크리닝롤러, 대전롤러 및 전사롤러 등으로 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 정전잠상이 형성되는 상담지체; 토너를 상기 상담지체로 공급하는 현상롤러; 상기 현상롤러에 토너를 공급하는 공급롤러; 및 상기 상담지체를 소정의 전위로 대전하는 대전롤러를 포함하고, 상기 현상롤러, 공급롤러, 및 대전롤러 중 1종 이상이 상기 화상형성장치용 롤러인 화상형성장치가 제공된다.

구체적으로는, 상기 화상형성장치용 롤러를 구비한 본 발명의 일 측면에 따른 화상형성장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 상담지체(11), 현상롤러(12), 토너 공급롤러(13), 토너(14), 토너층 규제장치(15), 대전장치(16), 클리닝 블레이드(17), 레이저 스캐닝 유닛(18) 및 전사롤러(19)를 구비하며, 상기 현상 롤러(12) 또는 대전장치는 본 발명에 따른 샤프트(31)와 탄성체(32)로 이루어질 수 있다. 상기 본 발명에 따른 화상 형성장치의 대전방식은, 우선 대전장치(16)에 의해서 상담지체(11)가 대전된 후, 레이져 스캐닝 유닛 (Laser Scanning Unit, LSU)(18)을 통한 상 노광에 의해서 상담지체에 잠상이 형성된다. 토너(14)는 토너 공급롤러(13)에 의해서 현상롤러(12)에 공급된다. 현상롤러(12)에 공급된 토너는 토너층 규제장치(15)에 의해서 균일한 두께로 박층화가 되는 동시에, 고마찰 대전된다. 토너층 규제장치(15)를 통과한 토너는 상담지체(11)에 형성된 정전 잠상에 현상되고, 현상된 토너는 전사롤러(19)에 의해서 용지에 전사되어 정착기(미도시)에 의해서 정착된다. 또한 상담지체 상의 전사 후 잔류 토너는 클리닝 블레이드(17)에 의해서 제거된다.

본 발명에 따른 현상롤러를 구비하는 전자사진 화상형성장치는 레이저 프린터, 팩시밀리, 복사기 등과 같은 통상적인 전자사진 화상형성장치를 포함하며, 구체적으로는 레이저 빔 또는 LED 프린트 헤드 타입의 프린터, 팩시밀리, 복사기 및 복합기 등을 그 예로 들 수 있다.

이하에서는 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

바인더 수지로서 비닐에스테르 계열수지 100 중량부, 지방산이 첨가된 에스터 계열의 이형제 0.1 내지 3 중량부, 및 퍼록시에스터(Peroxyester) 계열의 경화제 0.1 내지 5 중량부를 교반기에서 충분히 섞어서 인발성형(Pultrusion) 함침조에 주입하고, 직경이 7 ㎛인 PAN 계 카본섬유(일본 도레이사 12K)를 상기 함침조를 지나 원형 성형금형을 이용하여 외경이 5.2mm이고 길이가 257mm인 예비 샤프트를 얻었다. 이때, 경화는 인발 속도를 40 cm/min로 하여 성형금형에 체류하는 시간을 2.5 분으로 하였으며, 이 때 성형금형의 온도는 160℃로 하였다.

상기 얻어진 예비 샤프트를 센터리스 연마기를 이용하여 직경이 5mm로 가공하고, 전용가공기로 양단 단차 가공과 D-컷을 처리하여 최종 샤프트를 제조하였다. 이때, 카본섬유의 길이는 샤프트 길이에 대응되는 257mm가 된다.

이후, 샤프트의 외부에 에틸비닐아세타이드(EVA)계열의 핫멜트를 도포한 다음 탄성체로 폴리우레탄 폼(일본 INOAC 사의 MF-80 Foam)을 110℃ 전후에서 고온 접착 후 외경이 12.4mm인 공급 롤러를 제조하였다.

실시예 2

바인더 수지로서 폴리에스테르 계열 수지를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 공급 롤러를 제조하였다.

실시예 3

바인더 수지로서 에폭시 계열 수지를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 공급 롤러를 제조하였다.

실시예 4

바인더 수지로서 비닐에스테르 계열수지 100 중량부, 지방산이 첨가된 에스터 계열의 이형제 0.1~ 3 중량부, 및 퍼록시에스터(Peroxyester) 계열의 경화제 0.1~ 5 중량부를 교반기에서 충분히 섞어서 인발성형(Pultrusion) 함침조에 주입하고, 직경이 7 ㎛인 유리섬유(KCC사 2200TEX)를 중앙부에 위치하고, 직경이 7 mm인 PAN계 카본섬유(일본 도레이사 12K)를 상기 유리섬유를 둘러싸는 형상으로 조치하여 상기 함침조를 지나 원형 성형금형을 이용하여 예비 샤프트를 얻었다. 이때 상기 예비 샤프트는 내층이 유리섬유로 이루어지고, 외층이 카본섬유로 이루어진 복합층 구조로서, 내층의 외경은 3 mm이고, 외층의 외경은 5.2 mm이고, 길이가 257mm이었으며, 이때, 경화는 인발 속도를 40 cm/min로 하여 성형금형에 체류하는 시간을 2.5 분으로 하였으며, 이 때 성형금형의 온도는 160℃로 하였다.

상기 얻어진 예비 샤프트를 센터리스 연마기를 이용하여 직경이 5mm로 가공하고, 전용가공기로 양단 단차 가공과 D-컷을 처리하여서 최종 샤프트를 제조하였다. 이때, 카본섬유 및 유리섬유의 길이는 샤프트 길이에 대응되는 257mm가 된다.

이후, 샤프트의 외부에 에틸비닐아세타이드(EVA)계열의 핫멜트를 도포한 다음 탄성체로 폴리우레탄 폼 (일본 INOAC 사의 MF-80 Foam)을 씌운 후, 110℃ 전후에서 고온 접착 후 외경이 12.4mm인 공급 롤러를 제조하였다.

실시예 5

내층의 외경이 3 mm이고, 외층의 외경이 5 mm인 샤프트를 제조한 점을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 공급 롤러를 제조하였다.

비교예 1

금속 재질로서 SUS 416를 이용하여 절삭가공에 의하여 직경이 5mm이고 길이가 257mm인 샤프트를 얻은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 공급 롤러를 제조하였다.

비교예 2

카본 함유 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)수지 100 중량부, 유리섬유(아키라 파이버 글래스사, CS03-JAFT-2) (섬유 직경 9 ㎛, 길이 3 mm) 100 중량부, 및 도전성 카본 (카봇사, 바루칸 XC-72) 12 중량부를 사용하여 통상의 사출성형으로 직경이 5mm이고 길이가 257mm인 도전성 샤프트를 얻은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 공급 롤러를 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 공급 롤러의 기계적 강도 (굴곡 강도), 내열성, 내식성, 및 내약품성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<평가 방법>

기계적 강도 (굴곡 강도)

표점거리를 200 mm로 하고 샤프트 중앙부에 집중 하중 200 gf와 400 gf의 힘을 가할 때, 샤프트 중앙부 처짐 변위량을 측정할 수 있는 JIG를 제작하여 굴곡강도를 측정한다.

기계적 강도 실기 평가

삼성프린터 ML-1665K 모델의 현상기 부품 중 공급롤러를 장착하여 실기평가 실시함. 판단기준은 고형 패턴(all black 패턴)을 연속으로 20장을 출력하여 공급롤러 주기 등으로 토너의 공급불량 발생여부에 따라서 하기 기준으로 평가한다.

<평가 기준>

◎: 공급롤러 주기의 공급부족현상 전혀 없음

○: All Black 중간이후에 농도 단차가 육안으로 구분됨

△: All Black 중간이후에 공급롤러 주기의 공급부족현상 발생

×: All Black 선단부터 공급롤러 주기의 공급부족현상 발생

내열성

표점거리 200 mm로 하여 샤프트 중앙부에 300 gf와 500 gf의 추를 매달아 60℃에 24 Hr 방치한 후 추를 제거하여도 변형이 되돌아 오지 않는 영구 처짐 변형량을 런아웃(Runout)으로 측정하여 하기 기준으로 평가한다.

<평가 기준>

◎: 변화량 없음(300g 추 기준)

○: 변화량 0.01 이상 내지 0.02 미만 (300g 추 기준)

△: 변화량 0.02 이상 내지 0.04 미만(300g 추 기준)

×: 변화량 0.04 이상 (300g 추 기준)

내식성

피실험 대상인 샤프트(shaft)에 염수 분무 실험을 진행하되, 조건은 35℃ ± 2℃, 염수 농도 5% Nacl을 4 Hr 또는 12 Hr 동안 분사압 1.25 Kg/cm²로 분사하여 샤프트 표면의 녹발생등의 변화를 관찰한다.

<평가 기준>

◎: 실험 후 샤프트 표면에 얼룩 자국 없음

○: 실험 후 샤프트 표면에 얼룩 1개 이하 발생(얼룩면적에 무관하게 카운트)

△: 실험 후 샤프트 표면에 얼룩 2~3개 발생

×: 실험 후 샤프트 표면에 얼룩 3개 이상 발생

상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 5에 따른 화상형성장치용 롤러는 단일층 또는 복합층의 경우 모두 굴곡 강도로 평가된 기계적 강도는 SUS 416의 금속 샤프트를 이용한 비교예 1의 롤러에 준하는 특성을 나타내면서도, 모두 내식성 및 내약품성이 현전히 개선되어 습기가 있는 물류 창고에서 장시간 방치되어도 성능 저하나 화상 품질의 저하의 염려가 없을 것으로 판단되었다.

한편, 비교예 2에 따라서 제조된 롤러는 사출성형이라는 생산 방식의 한계 때문에 실시예 1 내지 5와 같이 샤프트의 길이에 대응하는 장섬유를 사용하지 못하고, 직경 9 ㎛ 및 길이 3 mm의 유리섬유를 사용함으로써, 굴곡강도와 내열성이 현저하게 저하되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 비교예 2의 경우는 외경 연마 가공 시 수지축이 약하여 탄성체의 중앙부가 외경이 줄어드는 역 크라운(Crown) 현상이 현저히 발생하였으며, 이는 연마 가공 압력에 수지축의 굴곡강도가 부족하여 발생한 것으로 판단된다.

11: 상담지체 12: 현상롤러
13: 토너 공급롤러 14: 토너
15: 토너층 규제 장치 16: 대전 롤러
17: 클리닝 블레이드 18: 레이저 스캐닝 유닛
19: 전사 롤러 31: 샤프트
32: 탄성체 51: 샤프트
51a: 내층 51b: 외층
52: 탄성체

Claims

보강섬유 및 바인더 수지를 포함하는 샤프트, 및 상기 샤프트의 외주를 둘러싸는 탄성체를 포함하고, 상기 보강섬유의 평균 직경(D) 대비 평균 길이(L)의 비(L/D)가 약 15,000 내지 약 50,000인 화상형성장치용 롤러.
제1항에 있어서,
상기 보강섬유가 유리섬유, 카본섬유, 방향족 폴리아미드 섬유, 전방향족 폴리에스테르 섬유, 초고강도 폴리에틸렌 섬유, 폴리벤즈옥사졸 섬유, 폴리벤즈티아졸 섬유, 폴리이미드 섬유, 폴리벤즈이미다졸 섬유, 폴리페닐렌술피드 섬유, 탄화규소 섬유, 붕소 섬유, 알루미나 섬유, 및 금속 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 화상형성장치용 롤러.
제1항에 있어서,
상기 보강섬유의 평균 길이가 약 100 내지 약 500 mm인 화상형성장치용 롤러.
제1항에 있어서,
상기 샤프트가 내층 및 상기 내층의 외주를 둘러싸는 외층을 포함하는 복합층 구조인 화상형성장치용 롤러.
제4항에 있어서,
상기 내층 직경 대 외층의 직경의 비가 0.85 이하인 화상형성장치용 롤러.
제4항에 있어서,
상기 내층이 유리섬유를 포함하고, 상기 외층이 카본섬유를 포함하는 화상형성장치용 롤러.
제1항에 있어서,
상기 바인더 수지가 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 및 폴리이미드 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 화상형성장치용 롤러.
제1항에 있어서,
상기 샤프트가 바인더 수지 100 중량부 및 보강섬유 약 40 내지 약 250 중량부를 포함하는 화상형성장치용 롤러.
제1항에 있어서,
상기 탄성체가 우레탄 고무, 아크릴로니트릴 고무, 에피클로로히드린 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 이소프렌 고무, 실리콘 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리올레핀계 수지, 불소계 수지, 우레탄 폼, 및 실리콘 폼으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 화상형성장치용 롤러.
제1항에 있어서,
상기 화상형성장치용 롤러가 현상롤러, 공급롤러, 크리닝롤러, 대전롤러 및 전사롤러로 이루어진 군에서 선택되는 화상형성장치용 롤러.
1종 이상의 연속 스트랜드의 보강섬유를 공급하여 용융 바인더 수지를 포함하는 함침조에 통과시키는 단계;
상기 용융 바인더 수지로 함침된 연속 스트랜드의 보강섬유를 인발하여 샤프트를 제조하는 단계; 및
상기 샤프트의 외주에 탄성체를 피복하는 단계를 포함하는 화상형성장치용 롤러의 제조방법.
정전잠상이 형성되는 상담지체;
토너를 상기 상담지체로 공급하는 현상롤러;
상기 현상롤러에 토너를 공급하는 공급롤러; 및
상기 상담지체를 소정의 전위로 대전하는 대전롤러를 포함하고,
상기 현상롤러, 공급롤러, 및 대전롤러 중 1종 이상이 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 화상형성장치용 롤러인 화상형성장치.