KR20130017760A - 이중구조로된 공급롤러 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본발명은 도전성 발포폼 내층과 도전성 섬유층 외층의 이중구조의 도전성 부여층을 가진 공급롤러 및 그의 제조방법에 관한것이다. 본발명의 제조 방법은 내열성,내기후성,내오전성등에 뛰어난 메탈로센 촉매계를 사용한 에틸렌 프로필렌고무(EPDM)을 사용하여 도전성을 부여한 내층 도전성 발포폼을 압출하여 SUS(Steel use stainless)또는 SUM(일반강철에 니켈 도금한것)의 재질로된 축심(샤프트)에 압입하여 일정한 외경 크기로 연마하는 제조과정 단계 및 일정한 외경크기로 연삭된 도전성 EPDM층에 나일론, 폴리에스테르, 아크릴,비닐론의 내구성을 특징으로 하는 도전성 합성섬유를 고압 방전(放電)효과(效果)를 이용하여 표면층에 심는 제조과정 단계 및 섬유층의 길이를 조절하기 위한 연마 제조 단계를 포함한다. 내열성, 내기후성,내오존성, 고탄력성을 지닌 내층과 도전성 복합섬유층의 외층에 의해 0~20% RH와 같은 극단적인 저습도 환경조건에서 제전(制電) 성능이 유지 가능하다 도전성 섬유(electro conductive fiber). 금속이나 금속의 화합물, 탄소 등 전기가 잘 통하게 하는 성분을 섬유의 축 방향으로 길게 줄기 모양으로 분포시킨 합성 섬유인데 복합 섬유로 되어있다. 저습도 환경에서 토너 공급이 원활하며, 저압력으로 인한 토너의 스트레스(Stress)를 감소시킨다.

Description

이중구조로된 공급롤러 및 그의 제조방법 {Supply roller having dual layer and Product method thereof}

본 발명은 전자사진 화상 장치에 사용되는 공급롤러에 관한 것으로 특히, 도전성 부여층이 이중구조로 된 공급롤러 및 그의 제조 방법에 관한것이다.

일반적으로 프린터, 복사기, 복합기, 팩시밀리 등의 전자사진 화상 장치의 주요부인 접촉식 토너카트리지(현상기)에는 토너의 공급롤러가 필수적이다.

이러한 전자사진 화상 장치의 예를 도면을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 전자사진 화상장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 일반적 전자사진 화상장치의 대전 방식은 다음과 같다.

먼저, 대전롤러(1)가 감광체 드럼(3) 표면에 전하로 대전시키는 과정을 진행하고, 레이져 스캔 유니트(2)가 노광 과정(Controller로부터 입력된 데이터에 의해 레이져 빔을 드럼(3) 표면에 주사하여 대전된 영역을 중화시킴으로써 잠재적인 영상을 형성시키는 과정을 거친다.

소입경화 되어 있는 중합 또는 분쇄 방식으로 만들어진 토너(4)는 저경도 토너 공급롤러(6)(Supply Roller)에 의해서 현상롤러(5, Developer Roller)로 공급되어 감광드럼(3)(Opc Drum) 표면의 정전 잠상을 토너(4) 입자에 의해서 가시화상으로 바꾼다. 이과정에서 토너의 균일한 현상을 위해 닥터 브레이드(7, DR-BLADE)로 일정하게 토너 대전층을 규제한다.

다음, 전사롤러(8)를 통해 드럼 표면에 붙은 토너를 인쇄용지에 이동시킨다. 그러면, 정착부(10)가 용지(9)에 약한 정전기력으로 부착된 토너 화상에 압력과 열을 가하여 토너를 녹여 용지에 융착시킨다.

이후, 클린링 롤러를 통해 드럼상에 남아 있는 일부 토너를 전기적으로 제거 시킨다.

상기 공급롤러(6)(Supply Roller)는 현상롤러(5)(Developer Roller)에 균일한 토너(4)를 공급하고 현상롤러(5)와 밀착되어 있는데, 현상롤러와 토너(Toner)에 필요 이상에 압력을 가하면 토너 입자가 뭉그러지는 토너 스트레스(Stress)로 인해 토너의 공급 및 회수에 문제가 발생할수 있다.

토너가 균일한 대전량(q/m)을 갖도록 공급롤러(6)는 균일한 중저항대(체적저항 10^5 ohm/cm~ 10^6 ohm/cm)와 경시변화에 의한 변화량이 적어야 하며 내마모성이 우수하고 , 저경도를 유지해야 한다.

그런데 종래의 공급롤러 제조 방법은 폴리우레탄 폼, 실리콘 폼, EPDM폼에 이온도전제나 카본 블랙과 같은 전자(電子) 도전제(導電劑)를 첨가해서 제조하는 방법으로서, 불균일한 셀사이즈와 밀도, 높은 경도, 현상롤러와의 면접촉으로 인하여 문제가 발생한다. 즉, 폴리우레탄에 이온도전제를 첨가하여 발포하는 제조방법은 발포체 표면의 점착성이 높고, 발포 셀(CELL)의 불균일로 토너가 공급롤러에 점착되거나 발포 셀(Cell)이 10미크론(micron) 이상일 때 토너 입자가 셀안쪽으로 들어가서 고착(固着)되는 현상으로 인해 탄성이 저하된다.

또한, 폴리우레탄폼을 도전성액에 함침하여 도전성을 부여하는 제조방식은 도전성액이 대전방지제를 사용하는데 대전방지제의 경우 흡습성으로 인해 전도성 효율을 높일수 있으나 함침한 폴리우레탄 폼이 고속 회전시 팽윤(膨潤)되기 때문에 내구성이 감소되는 현상이 발생된다.

한편, 실리콘 폼(foam)또는 EPDM폼(foam) 제조과정에서 카본 블랙을 혼합하여 제조하는 방법은 카본블랙으로 인한 발포체 형성이 어렵고 불균일한 셀(CELL) 제조로 인해 토너의 균일한 공급을 할 수가 없다.

상기 단층 구조들은 현상롤러와 면접촉이므로 상호 압력을 가해서 현상기 구동시 현상기 기어부에 토오크력(Torque Force)을 증대시켜 레이져 프린터기 출력시 출력물에 기어주기의 얇은선이 발생할수 있다.

근래에는 축심(샤프트) 위에 도전성 복합섬유를 심는 공급롤러가 제조되고 있으나 복함섬유 표면에 대전방지제(帶電防止劑) 즉 계면활성제(界面活性劑) 처리를 한 것으로서 내마모성이 떨어진다. 즉, 고속기 및 매수가 5,000매 이상의 현상기에 사용시 도전성이 저하되는 현상이 발생되며 내구성을 견디지 못해 복합섬유가 축심(샤프트)으로부터 분리되는 현상이 발생된다. 또한 공급롤러가 외경 파이 10mm이상으로 커질 경우 복함 섬유가 현상롤러와 접촉하고 있으므로 섬유가 눌렸다가 회복되지 않는 현상 즉 복원력(復元力)이 저하되며, 그것을 방지하기 위해서 축심의 외경 파이를 9mm 정도까지 키워야 하는데 공급 롤러의 무게가 높아지고 축심이 SUS및 SUM의 재질로 되어 있어 제조 원가가 상승하는 문제가 발생한다.

이와 같이 종래의 공급 롤러를 단층 구조로 만드는 방식으로는 균일한 도전성 및 토너 입자가 공급롤러에 고착되는 현상을 방지할 수 없을 뿐만 아니라 면 접촉으로 인한 현상롤러와의 상호 압력을 줄일 수 없어 토너가 뭉그러지는 현상을 발생시키는 단점이 있다.

또한, 축심(샤프트) 위에 도전성 복합섬유를 심었다고는 하나 단층 구조로 인해 복합 섬유의 길이가 제한적으로 사용되어져야 하며 프린터 현상기 구조 설계시 공급롤러의 크기에 제한을 받아 고속기와 내마모성을 요구하는 전자사진 화상장치에 사용하지 못하는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 전자화상 장치에 사용되는 공급롤러의 내마모성을 향상하고 균일한 도전성을 통해 토너 공급의 안정성 확보하는 것이다.

또한, 단층 구조로 제조되는 공급롤러의 발포폼 셀(Cell기공) 의 불균일로 인해 토너 입자가 기공에 박혀 토너가 고착되어 발포폼이 딱딱해짐으로써 접촉 현상롤러에 압력을 가하고 토너의 뭉그러짐 현상을 발생시키는 것을 개선하여 전자화상 장치의 해상도(解像度)를 개선하는 것이다.

또한, 공급롤러의 외층에 도전성 복합섬유를 심으므로써 종래의 면 접촉으로 현상롤러와의 상호 마찰 압력에 의해 고속기에서의 화상 품질 저하를 개선하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 공급롤러는,

둥근막대 형상의 축심과;

상기 축심을 둘러싸는 구조이며, 제1 외경 크기를 갖는 내층 도전성 발포폼;

상기 내층 도전성 발포폼에 제2 외경 크기로 형성되는 외층 도전성 복합 섬유층을 포함하고,

상기 제1 외경크기는 제2 외경크기보다 적은 것을 특징으로 한다.

상기 축심은 SUS(Steel use stainless)또는 SUM(일반강철에 니켈 도금한것) 재질이다.

상기 내층 도전성 발포폼은 내열성, 내기후성, 내오전성등이 우수한 메탈로센 촉매계를 사용한다.

상기 외층 도전성 복합 섬유층은 내구성과 비오염성이 우수한 나일론,폴리에스테르, 아크릴 , 비닐론을 사용한다.

상기 내층 도전성 발포폼은 전기적 성질이 부여되어 축심(샤프트)와 도전성 복합섬유층의 전기적 통전을 가능하게 하고, 탄성이 있다.

상기 외층 도전성 복합섬유층은 현상롤러와 접촉되어 있는 공급롤러가 폼(foam)형태의 면(面) 접촉(接觸)에서 오는 상호 압력에 의한 토너 뭉그러짐(스트레스)을 한가닥 한가닥의 섬유를 심어 현상롤러와 선(線)접촉(接觸)을 이룸으로써 상호 압력(壓力)을 최소화 할수 있다.

상기 외층 도전성 복합섬유층은 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 비닐론 수지중 적어도 하나에 영구 대전제(帶電劑)를 혼합하여 이온성 및 흡습성 작용기를 가지면서 가교 결합이 가능하도록 제조되었다.

고분자(高分子) 망상구조(網狀構造)를 형성하여 불용성(不溶性)이며 전도성 물질이 섬유내외에 존재하도록 가공하였다. 이로써 토너의 공급 안정성과 토너 대전성의 효율을 높일수 있다

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 공급롤러의 제조방법은,

메탈로센 촉매계를 사용한 에틸렌 프로필렌 (EPDM) 발포폼을 사용하여 도전성 발포폼을 압출하는 단계;

상기 압출된 도전성 발포폼을 SUS및 SUM 재질의 축심(샤프트)에 압입하는 단계; 상기 압입이 완료된 도전성 발포폼을 소정의 제1 외경 크기로 연마하는 단계;

상기 도전성 발포폼의 표면층에 도전성 합성 섬유를 고압 방전 효과로 심는 단계;

상기 합성 섬유층을 상기 제1 외경 크기보다 큰 제2 외경 크기로 연마하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에서는, 전자화상 장치에 사용되는 공급롤러의 내마모성 향상, 균일한 도전성을 통해 토너 공급의 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 종래의 공급롤러가 단층 구조로 제조되어 발포폼 셀(cell, 기공)의 불균일로 인해 토너 입자가 기공에 박혀 토너가 고착되어 발포폼이 딱딱해짐으로써 접촉 현상롤러에 압력을 가하고 토너의 뭉그러짐 현상을 발생시키는 것을 개선하여 전자화상 장치의 해상도를 개선하는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 공급롤러의 외층에 도전성 복합섬유를 심어 종래의 면 접촉으로 현상롤러와의 상호 마찰 압력에 의해 고속기에서의 화상 품질 저하를 개선하고, 개선된 화상 품질은 고해상도를 구현할 수 있다.

도 1은 일반적인 전자화상 처리 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공급롤러의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공급롤러의 제조 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에틸렌 프로필렌 고무 발포폼 배합표를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압출기를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가류기를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도전성 복합수지 배합표를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 진공 압출기를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 발생장치를 이용한 도전성 복합 수질ㄹ 심는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 공급롤러 및 비고예들의 평가결과를 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공급롤러의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공급롤러의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공급롤러는,

둥근막대 형상의 축심(100)과; 상기 축심을 둘러싸는 구조이며, 제1 외경 크기를 갖는 내층 도전성 발포폼(200); 상기 내층 도전성 발포폼에 제2 외경 크기로 형성되는 외층 도전성 복합 섬유층(300)을 포함하고, 상기 제1 외경크기는 제2 외경크기보다 적은 것을 특징으로 한다.

상기 제1 외경 크기는 Φ(파이)7mm~ Φ(파이)14mm 이고,

상기 제2 외경 크기는 Φ(파이)8.5mm~ Φ(파이)16mm 이나 필요에 따라 변경이 가능하다.

상기 축심은 SUS(Steel use stainless)또는 SUM(일반강철에 니켈 도금한것) 재질이다.

상기 내층 도전성 발포폼은 내열성, 내기후성, 내오전성등이 우수한 메탈로센 촉매계를 사용하고 저저항대로 체적저항 10^4ohm/cm 이하이다.

상기 외층 도전성 복합 섬유층은 내구성과 비오염성이 우수한 나일론,폴리에스테르, 아크릴 , 비닐론을 사용한다.

상기 내층 도전성 발포폼은 전기적 성질이 부여되어 축심(샤프트)와 도전성 복합섬유층의 전기적 통전을 가능하게 하고, 탄성이 있다.

상기 외층 도전성 복합섬유층은 현상롤러와 접촉되어 있는 공급롤러가 폼(foam)형태의 면(面) 접촉(接觸)에서 오는 상호 압력에 의한 토너 뭉그러짐(스트레스)을 한가닥 한가닥의 섬유를 심어 현상롤러와 선(線)접촉(接觸)을 이룸으로써 상호 압력(壓力)을 최소화 할수 있다.

상기 외층 도전성 복합섬유층은 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 비닐론 수지중 적어도 하나에 영구 대전제(帶電劑)를 혼합하여 이온성 및 흡습성 작용기를 가지면서 가교 결합이 가능하도록 제조되었다.

고분자(高分子) 망상구조(網狀構造)를 형성하여 불용성(不溶性)이며 전도성 물질이 섬유내외에 존재하도록 가공하였다. 이로써 토너의 공급 안정성과 토너 대전성의 효율을 높일수 있다.

내층 도전성 발포폼(200)은 에틸렌 프로필렌 고무를 사용하여 원가를 절감할수 있다. 그리고, 기존의 바나듐계 촉매계 보다 고온중합이 가능하고 또한 탈회공정의 생략으로 생산성의 잇점이 있어 원가적 측면에서 저렴하고 특성이 우수한 합성 고무이다.

외층 도전성 섬유층(300)은 고분자(高分子) 망상구조(網狀構造)를 형성하여 불용성(不溶性)이며 전도성 물질이 섬유내외에 존재하도록 가공하였다. 이로써 토너의 공급 안정성과 토너 대전성의 효율을 높일수 있다.

그러면 이러한 공급롤러를 제조하는 과정에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공급롤러 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 에틸렌 프로필렌(EPDM) 고무에 불용성 유황을 첨가하여 에틸렌 프로필렌 고무가 유황 사슬에 의해 탄력을 유지할수 있도록 해준다. 디지오카바메르(Thiocarabmate)계 가류촉진제와 머캅토벤토시아졸(Mercaptobenzothiazole)계 가류촉진제를 첨가하고 티우람(Thiurams)계 촉진제를 첨가한다. 이때 상기 및 하기 과정에서 디지털 저울을 이용하여 약품을 계량하여 첨가를 한다.

발포제 효과를 극대화하는 가공 보조제인 블루밍 에이젼트(blowing agent)는 품명 셀콤-에이치(Cellcom-H Series, -p-Toluenesulfonyl hydrazide)계열의 무취,무독,흡열 발포 특성을 지닌것을 첨가한다. 발포기술(Blowing Technology)은 제품의 경량화, 큐션(Cushion), 부양성, 흡음성과 흡수성,탄성,치수안정성등의 특성을 에틸렌 프로필렌(EPDM) 고무에 부여하기 위해 발포제 블루밍 에이젼트를 사용한다. 적합한 발포제 블루밍 에이젼트 선택은 가공상의 설정 시간과 온도에서 가스를 방출해야 하며, 입도가 균일하고 배합물내에서 분산성이 우수해야 한다. 그리고 고분자(Polymers)의 가교 또는 가류에 무영향을 주어야 한다.

다음, 가공보조제 지방산(Fatty Acid) 품명 V-8132를 첨가한다. 에틸렌 프로필렌 고무의 분산 및 탄력 증강 보조 역할 첨가제로 스테아린산(Stearic Acid)을 첨가한다.

산소와 아연의 화합물로 이루어진 산화아연(Zno)을 첨가하여 에틸렌 프로필렌 고무의

내마모성을 향상 시킨다.

도전성 부여제인 카본 블랙은 품명 미쯔비씨 3050B를 첨가한다.

컨덕티브 퍼네이스(Conductive Furnace) 카본블랙인 #3050B 도전성 카본 블랙은 입자사이즈(Particle Size)가 50nm로 평균입경이 작고 질소표면 흡착력(Nitrogen Absorption Surface Area)이 50m2/g의 표면적이 큰 구조임으로 도전성 부여제로 매우 우수하다.

참고로 EPT5449CL은 EPDM Rubber, 제조사buna (Mooney Viscosity:50,wt% Ethylene:59%)이고, 카본 블랙 #3050B은 제조사 미쯔비씨화학(입자형태:그레뉼(Granular)이다.

이러한 구성을 가진 에틸렌 프로필렌 고무 발포폼의 배합표는 도 4와 같다. 이러한 배합률은 필요에 따라 변경이 가능하다.(S1)

도전성 부여제를 첨가한후 정밀한 혼합을 할수 있는 설비인 니더기(Kneader)기를 사용하여 섭씨 80도 온도까지 상승시켜 첨가물들을 혼합한다(S2). 설비 니더기 혼합시간은 30분~40분 정도가 적당하다.

니더기에서 정밀 혼합을 마친 혼합물은 섭씨20도에서 25도 사이 습도 40%이하의 온도 조건에서 4시간 정도의 숙성 시간을 거친후 설비 믹싱기(Mixing)에서 두께 20~30mm, 폭 3~5cm로 믹싱 작업을 하여 얇은 띠 형태로 제작한다(S3).

얇은 띠 형태로 만들어진 도전성 혼합물(compound)은 항온항습기를 이용하여 상온 상습의 상태에서 8시간 이상 24시간 이하의 숙성 과정을 거친후(S4) 도 5의 압출기를 통해 압출한다(S5).

압출기에 동작에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5을 참조하면, 압출기의 스크류(33) 크기는 파이 45mm~ 50mm 정도가 적합하다. 폭3~5cm로 믹싱 작업을 하여 얇은띠 형태로 만들어진 도전성 혼합물을 호파(Hopper, 31)에 넣는다.

그리고 냉각장치(32)로 도전성 혼합물 투입부에 도전성 혼합물이 발포하지 않토록 냉각한다. 압출기 커버 부분(34)은 압출기를 보호하는 역할을 하고, 온도 지시계 부분(35)은 온도를 섭씨50도, 섭씨65도, 섭씨72도로 변화시키면서 유지시킨다.

압출기 헤드 부분(36)은 도전성 혼합물을 호스형태로 뽑을수 있도록 하는 기구적 장치이다.

압출기 어답터(Adopter, 37)는 도전성 혼합물의 이물질을 제거하기 위해 철망 (Mesh)을 장착할수 있도록 설계되어 있다.

이러한 압출기를 통과한 도전성 혼합물(도전성 EPDM 고무 혼합물)은 압출과 동시에 도 6의 연속 가류기 인입부(41)를 통과하여 출구부(43)를 연속 통과하면서 에틸렌 프로필렌 고무 발포폼이 된다(S6). 연속 가류기의 온도 구간은 3개 구간으로 나누어 지는데, 3개 구간 각 온도표시계(44)에 온도가 1구간 섭씨195도, 2구간 섭씨210도, 3구간 220도가 되도록 연속 가류기 온도를 셋팅 시킨다, 에틸렌 프로필렌 고무 발포폼이 1구간, 2구간, 3구간을 순차적으로 통과하도록 한다.

도 6의 연속가류기 길이는 30m~40m 정도로 제작하며 연속 가류기 통과시 압력을 체크할 수 있도록 압력 게이지를 설치한다.

연속 가류기를 통과한 호스 형태의 도전성 에틸렌프로필렌(EPDM) 고무 혼합물은 열처리기를 이용하여 온도 섭씨 160도에서 2시간의 열처리 과정을 거쳐 열적 안정성과 분자가 중합하여 생기는 형태인 중합체(重合體) 모노모(Mono-polymer)구조가 안정화된다(S7).

열처리 과정을 거친 도전성 EPDM 고무 발포폼(200)은 상온 상습의 조건에서 8시간 냉각후에 제품 치수에 맞는 길이로 절단하여 SUS또는 SUM 재질로 되어 있는 축심(100)에 압입기로 압입한다(S8).

압입한 도전성 EPDM 고무 발포폼은 원통형 연마기에 장착되어 있는 연마석 품명 GC120 번호의 연마석으로 원하는 크기의 외경 파이로 연마되어 롤(Roll) 형태로 제조된다(S9).

상기 제품의 표면에 고전압 발생장치로 고압 방전효과를 통해 심게되는 도전성 복합 섬유층은 합성수지 폴리아마이드(Polyamides)와 같은 극성이 높은수지 또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴, 비닐론 같은 극성이 낮은 폴리올레핀계 수지100%에 도전성 부여제 카본 케첸 블랙 600J를 첨가하고 가공 혼합성을 향상시키기 위한 보조 역할을 하는 산화안정제(Polymer Stabilizers) 및 윤활제 약품인 커플링 에이젼트(올린핀계 올리고모)를 첨가하고, 정밀 혼합 설비인 슈퍼 믹서기(혼합기)에서 1시간 정도 충분히 혼합한다(S11). 이때, 디지털 저울로 계량 작업을 통해 첨가물의 첨가량을 계량한다(S10).

이러한 도전성 복합수지의 배합표는 도 7에 도시하였다.

충분히 혼합된 도전성(Conductive) 복합 수지는 섭씨140도 2시간 정도의 열처리를 거쳐 수분을 모두 증발시킨다.

상기 과정을 거친 도전성 복합 수지는 도 8의 파일(Pile:도전성 복합섬유층을 가늘게 실처럼 만든것) 진공 압출기를 통해 파일을 제작하는 단계를 거친다.(S12)

도 8을 참조하면, 호파(68, Hopper)즉 원료통 에 도전성 합성수지를 넣고 ,섭씨 200도 온도의 열이 가해진 압출기 티-다이 헤드(T-DIE HEAD)부분(61)과 원료 토출량을 조절하는 에어 나이프(63, AIR KNIFE) 통과하여 압출되는 원료를 냉각시키는 냉각 롤라(62, CHILL-ROLL)에서 냉각을 시켜주면서 두께 2 denier(데니어:섬유의 굵기를 나타내는 단위)에서 10 denier굵기로 진공 존(zone)을 통과한다.

그리고, 도전성 복합 수지 파일(섬유)의 굵기측정기(64, THICKNESS MEASURER)를 설치하여 정확한 치수를 측정한다. 도전성 복합수지 파일(섬유)의 굵기는 풀 트리트먼트(PULL-TREATMENT) 장치(65)에 의해서 당기는 속도를 조절해서 굵기를 조절할수 있다.

모든 과정을 거친 도전성 복합 수지 파일(섬유)은 롤형태(66)로 실을 감듯이 감는다, 롤형태(66)로 감겨진 복합 수지 파일(섬유)는 컷팅기에서 필요한 길이 0.2mm~ 2.0mm 사이로 컷팅하여 사용한다(S13).

상기 과정을 거친 도전성 복합수지 파일(섬유)을 축심(100)이 있는 롤 형태의 외층 도전성 발포폼(200) 위에 접착제를 도포한후(S14) 도 9의 원리로된 고전압 방전 설비를 이용해 1000V의 고전압 방전 설비로 롤 형태의 EPDM 발포폼 위에 굵기 2~10 Denier(데니어), 길이 0.2~2.0mm의 도전성 복합 수지를 심는다(S15).

도전성 복합 수지를 심는 과정은 다음과 같다.

도 9의 도전성 복합수지 파일(51, 섬유)를 하강 낙하 시키면 고전압 발생 장치(52)에 의하여 방전효과가 일어나고 방전효과에 의해서 도전성 복합 파일(51, 섬유)는 어스(GROUND)쪽으로 딸려 가려는 현상을 이용한 원리이다.

고전압 발생장치(52)와 어스(GROUND) 사이에 도전성 EPDM 발포폼(200)이 있으면 도전성 복합 파일(51, 섬유)가 도전성 EPDM 발포폼(200)의 접착제면에 심어져 외층 복합 섬유층(300)을 형성하게 된다.

식모가 완료된 외층 복합 섬유층(300)을 열처리기에 온도 섭씨 120도, 30분간 열처리하고 나서(S16),

상기 제조된 제품을 최종적으로 스테인레스 스틸(SUS) 재질로된 칼날이 장착된 연마기로 원하는 외경의 크기 파이 9mm ~ 16mm로 연마한다(S17).

이러한 방법에 의해 제조된 전자사진 화상 장치에 사용되는 내층 도전성 발포폼과 외층 도전성 복합 섬유층의 이중 구조로된 공급롤러의 평가 결과를 보면 다음과 같다.

먼저, 저항측정 방법은 측정코자 하는 시료 롤러를 측정 Jig(지그)에 올려 놓고 양쪽 각500g 무게추, 합1kg 의 압력으로 누르고 시료 밑부분은 관형태의 봉을 받치고 일정한 속도(23rpm)로 회전하면서 공급롤러 축심(shaft)에 DC전압 500V를 인가하여 전류계로 전류를 측정한다 이 전류값에서 저항값을 유도해 결과를 도출한다. 저항(R)= 전압(Voltage)/전류(Ampere), 측정단위: ohm/cm

초기토너 대전량(Q/M)측정방법은 공급 롤러로 부터 현상롤러에 공급 되는 토너량을 측정하는 것이다 <제조사:TREK, Model명:212HS 사용, 측정단위:Mc/g>

토오크 측정 방법은 레이져 프린터기 토너카트리지에 기어부와 연결되어 있는 현상롤러 축심에 토오크 측정기를 장착하여 돌리면서 토오크를 측정할수 있다. 레이져 프린터기 토너카트리지 접촉식 방식은 현상롤러, 감광체 드럼, 공급롤러, 대전롤러가 상호 접촉되어 있으므로, 현상롤러와 감광체드럼,대전롤러는 동일품을 사용하고 공급롤러 비교예1, 비교예2, 비교예3,실시예1 을 교체하면서 토오크를 측정하는 것이다. <토오크 측정기 제조사:TOHNICHI, 모델명:6BTG 측정단위:kgf.cm>

그리고 경도 측정 방법은 토너 카트리지를 Text 2% Random으로 5,000 매 출력한후 공급 롤러를 토너카트리지로부터 꺼내서 측정한다. 토너가 고착된 상태에서 측정하여야 경도 상승이 이루어지는 지도 인지 가능하며 고착 현상여부도 판단할수 있다. <측정기:ASKER C 경도계>

솔리드 농도 측정 방법은 레이져 프린터기 화상 출력시 검은(Black) 페이지를 출력하여 농도 측정기로 측정한다. <농도측정기 제조사: x-rite , 농도 단위: id>

영구 압축 줄음율 측정방법은 폼(Foam)을 50% 압축 시켜서 섭씨 70도의 항온항습기에넣어 22시간이 지난후에 압축판을 제거하고 30분후에 두께를 측정하여 처음 대비 몇퍼센트 줄었는지 체크한다.(표준 JIS K6382) 영구압축줄음율(%)=(시험전 시료 두께-시험후 시료 두께) / 시험전 시료 두께로 구한다.

비교 예1은 도전성 우레탄폼 (우레탄폼을 도전성 함침액에 함침하여 도전성부여한 공급롤러)이고,

비교 예2는 도전성 실리콘 폼(실리콘에 질소가스 유발 발포제를 사용하고 도전성 카본을 첨가한 공급롤러)이고,

비교 예3은 축심 샤프트 표면에 도전성 복합섬유를 식모한 공급롤러이고,

실시 예는 본 발명의 실시예(내층 도전성 발포폼과 외층 도전성 복합 섬유층의 이중구조로된 공급롤러)를 나타낸다.

이러한 측정 방법에 의해 측정된 비교치는 도 10과 같다.

도 10을 참조하면, 평가 결과는 다음과 같다.

저항은 중저항대(5.0E+05~5.0E+06)가 우수, 저저항대(1.0E+04~4.0E+05)가 양호, 고저항대(6.0E+06~5.0E+07)가 불량인데,

비교예1은 불량(고저항대,출력물 매수가 높아지면서 토너 공급 불량 발생 우려)

비교예2는 양호 (저저항대)

비교예3:양호 (저저항대)

실시예는 우수(중저항대)이다.

또한, 초기토너대전량(Q/M)은 25.0~30.0Mc/g이 우수이고, 30.1~35.0Mc/g이 양호이고, 35.1~40.0Mc/g이 불량인데,

비교예1은 양호이고, 비교예2는 불량이고, 비교예3은 양호이고, 실시예는 우수한 것으로 결과가 나왔다.

또한, 토오크 측정은 1.0~1.5kgf.cm이 우수이고, 1.5~2.0kgf.cm은 양호이고, 2.0~2.5kgf.cm은 불량이다.

비교예1은 양호이고, 비교예2는 양호이고, 비교예3은 양호이고, 실시예는 우수 한 것으로 결과가 나왔다.

또한, 5,000 매수 출력후 경도측정하여 25도~35도 사이는 우수이고, 36도~45도는 양호이고, 46~55도는 불량이다.

평가 결과를 보면 비교예1은 양호이고, 비교예2는 불량이고, 비교예3은 불량이고, 실시예는 우수이다.

또한, 솔리드 농도 측정치는 2.01~2.20 id이면 우수이고, 1.81~2.00 이면 양호이고, 1.60~1.80이면 불량이다.

평가 결과를 보면 비교예1은 불량이고, 비교예2는 우수이고, 비교예3은 양호이고, 실시예는 우수이다.

또한, 영구 압축 줄음율(%)은 측정결과가 8%미만이면 우수이고, 8%이상~10%미만이면 양호이며, 10%이상이면 불량이다.

평가결과 비교예1은 양호이고, 비교예2는 불량이고, 비교예3은 불량이고, 실시예는 양호이다.

상기 측정 항목 평가 결과 비교예1은 저항이 고저항대로 토너 공급의 문제성이 발생하여 솔리드 농도 측정 불량이 발생되고 비교예2는 영구 압축 줄음율이 좋지 않아 5000매수 출력 화상후 경도가 상승하여 내구성 측면에서 토너공급에 문제가 발생되었다. 비교예3은 영구 압축 줄음율 즉 복원력이 측정 불가하여 레이져 프린터 카트리지 공급 롤러 설계시 외경 허용공차 측면에서 마진이 없어 설계 사양에 따라 심각한 토너 공급 문제를 발생시켰다.

반면 본 실시예는 모든 측정항목 평가 결과 우수 또는 양호한 결과를 나타냈다.

이상에서의 본발명의 제조 방법은 내열성,내기후성,내오전성등에 뛰어난 메탈로센 촉매계를 사용한 에틸렌 프로필렌고무(EPDM)을 사용하여 도전성을 부여한 내층 도전성 발포폼을 압출하여 SUS(Steel use stainless)또는 SUM(일반강철에 니켈 도금한것)의 재질로된 축심(샤프트)에 압입하여 일정한 외경 크기로 연마하는 제조과정 단계 및 일정한 외경크기로 연삭된 도전성 EPDM층에 나일론, 폴리에스테르, 아크릴,비닐론의 내구성을 특징으로 하는 도전성 합성섬유를 고압 방전(放電)효과(效果)를 이용하여 표면층에 심는 제조과정 단계 및 섬유층의 길이를 조절하기 위한 연마 제조 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 실시예는 내열성, 내기후성,내오존성, 고탄력성을 지닌 내층과 도전성 복합섬유층의 외층에 의해 0~20% RH와 같은 극단적인 저습도 환경조건에서 제전(制電) 성능이 유지 가능하다.

그리고 도전성 섬유(electro conductive fiber)는 금속이나 금속의 화합물, 탄소 등 전기가 잘 통하게 하는 성분을 섬유의 축 방향으로 길게 줄기 모양으로 분포시킨 합성 섬유인데 복합 섬유로 되어있고, 저습도 환경에서 토너 공급이 원활하며, 저압력으로 인한 토너의 스트레스(Stress)를 감소시킨다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

1. 둥근막대 형상의 축심과;
   상기 축심을 둘러싸는 구조이며, 제1 외경 크기를 갖는 내층 도전성 발포폼;
   상기 내층 도전성 발포폼에 제2 외경 크기로 형성되는 외층 도전성 복합 섬유층을 포함하고,
   상기 제1 외경크기는 제2 외경크기보다 적은 것을 특징으로 하는 공급롤러.
2. 제1항에 있어서,
   상기 축심은 SUS(Steel use stainless)또는 SUM(일반강철에 니켈 도금한것) 재질인 공급롤러.
3. 제1항에 있어서,
   상기 내층 도전성 발포폼은 내열성, 내기후성, 내오전성등이 우수한 메탈로센 촉매계를 사용하는 공급롤러.
4. 제1항에 있어서,
   상기 외층 도전성 복합 섬유층은 나일론,폴리에스테르, 아크릴 , 비닐론중 적어도 하나를 사용하고, 상기 내층 도전성 발포폼은 전기적 성질이 부여되어 상기 축심과 상기 도전성 복합섬유층이 전기적으로 통전되도록 하는 공급롤러.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 외경 크기는 7mm~ 14mm 이고,
   상기 제2 외경 크기는 8.5mm~ 16mm 인 공급롤러의 제조방법.
6. 메탈로센 촉매계를 사용한 에틸렌 프로필렌 (EPDM) 발포폼을 사용하여 도전성 발포폼을 압출하는 단계;
   상기 압출된 도전성 발포폼을 SUS및 SUM 재질의 축심(샤프트)에 압입하는 단계; 상기 압입이 완료된 도전성 발포폼을 소정의 제1 외경 크기로 연마하는 단계;
   상기 도전성 발포폼의 표면층에 도전성 합성 섬유를 고압 방전 효과로 심는 단계;
   상기 합성 섬유층을 상기 제1 외경 크기보다 큰 제2 외경 크기로 연마하는 단계를 포함하는 공급롤러의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 외경 크기는 7mm~ 14mm 이고,
   상기 제2 외경 크기는 8.5mm~ 16mm 인 공급롤러의 제조방법.

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