KR20170024879A

KR20170024879A - 화상형성장치용 롤러

Info

Publication number: KR20170024879A
Application number: KR1020150120441A
Authority: KR
Inventors: 김태현; 노리히로 하라다
Original assignee: 에스프린팅솔루션 주식회사
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-03-08
Also published as: US10216113B2; US20170060016A1

Abstract

화상형성장치용 롤러가 개시된다. 본 화상형성장치용 롤러는, 일 축을 기준으로 회전가능한 샤프트, 샤프트 외주를 덮는 탄성층 및 탄성층 상에 형성된 코팅층을 포함하며, 코팅층은, 아크릴 폴리올(acryl polyol)과 ε-카프로락톤 폴리올(ε-caprolactone polyol)을 포함한 혼합물이 이소시아네이트로 가교된 것인, 화상형성장치용 롤러.

Description

화상형성장치용 롤러 { ROLLER FOR IMAGE FORMING APPARATUS }

본 발명은 화상형성장치에 사용되는 롤러에 대한 것으로, 더 상세하게는 내구성 향상을 위한 코팅층을 포함하는 롤러에 대한 것이다.

일반적으로, 레이저 프린터, 팩스밀리, 복사기 등과 같은 전자사진방식 화상형성장치는 감광체와 감광체의 둘레에 설치되는 대전롤러, 현상롤러, 전사롤러 등을 포함한다. 현상장치로부터 공급되는 현상제가 감광체, 대전롤러, 현상롤러, 전사롤러에 인가되는 전압에 의해 이동하여 인쇄매체에 소정의 화상을 형성하게 된다.

예를 들어, 대전롤러는 감광체의 표면을 소정의 전압으로 대전시키고, 노광유닛에서 주사되는 광이 대전된 감광체의 표면에 인쇄 데이터에 대응되는 정전잠상을 형성한다. 그러면, 현상롤러가 감광체로 현상제를 공급하여 정전잠상을 현상제 화상으로 현상하게 된다. 현상제 화상은 전사롤러에 의해 감광체와 전사롤러 사이를 통과하는 인쇄매체로 전사된다.

현상 롤러나 대전롤러는 상술한 것과 같이 토너를 이송 및 대전시키는 핵심 부품으로서 낮은 표면조도, 낮은 표면마창계수, 일정한 전기전도성 및 고탄성 저경도 등의 특성을 갖춘 정밀한 제품이다.

특히 고급기종의 레이저 프린터의 경우에는 저급기종의 프린터보다 2배 이상의 현상매수를 요구하고 있어, 현상롤러 및 대전롤러의 내구성이 더욱 중요하다. 이에 따라, 현상롤러 및 대전롤러에 요구되는 특성을 유지하면서도 표면의 내구성을 향상시키기 위한 표면 코팅 기술 개발에 대한 요구가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 따라 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 내구성 향상을 위한 코팅층을 포함하는 화상형성장치용 롤러를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상형성장치용 롤러는, 일 축을 기준으로 회전가능한 샤프트, 상기 샤프트 외주를 덮는 탄성층 및 상기 탄성층 상에 형성된 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층은, 아크릴 폴리올(acryl polyol)과 ε-카프로락톤 폴리올(ε-caprolactone polyol)을 포함한 혼합물이 이소시아네이트로 가교된 것이다.

이 경우, 상기 아크릴 폴리올과 상기 ε-카프로락톤 폴리올의 중량비는 90:10 내지 10:90일 수 있다.

한편, 상기 아크릴 폴리올(acryl polyol)은, ε-카프로락톤 변성 하이드록시 아크릴레이트일 수 있다.

이 경우, 상기 ε-카프로락톤 변성 하이드록시 아크릴레이트는, 하이드록시에틸 메타크릴레이트(Hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시에틸아크릴레이트(Hydroxyethyl acrylate) 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다:

[화학식 1].

한편, 상기 ε-카프로락톤 폴리올은, 폴리카프로락톤 디올(Polycaprolactone diol), 폴리카프로락톤 트리올(Polycaprolactone triol), 및 폴리카프로락톤 테트라올(polycaprolactone tetraol)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.

한편, 상기 코팅층은, 도전제 및 분산제를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 도전제는 카본블랙이고, 상기 분산제는, 메틸 옥시렌 폴리머-옥시렌 모노(디에틸아미노)알킬 에테르[Methyloxirane polymer with oxirane, mono (diethylamino)alkyl ether]일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상형성장치는, 정전잠상이 형성되는 감광체, 상기 감광체에 토너를 공급하는 현상롤러 및 상기 감광체를 대전시키는 대전롤러를 포함하고, 상기 현상롤러 및 상기 대전롤러 중 적어도 하나가 상술한 다양한 실시 예들 중 어느 한 실시 예에 따른 화상형성장치용 롤러이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상형성장치의 내부 구성을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상형성장치용 롤러를 설명하기 위한 단면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 화상형성장치용 롤러가 사용될 수 있는 화상형성장치를 도시한 것이다.

도 1을 참고하면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상 형성 장치(1000)는, 본체 케이스(100)와 용지 공급부(200), 감광체(300), 광 주사부(400), 현상 카트리지(500), 전사 롤러(600), 정착부(700)를 포함한다.

본체 케이스(100)는 화상 형성 장치(1000)의 외관을 형성한다. 용지 공급부(200)는 본체 케이스(100) 내부에 마련되며, 이 용지 공급부(200)에 용지(102)가 적재된다.

감광체(300)는 용지(102)의 폭에 대응하도록 소정 길이로 연장된 원주형의 드럼 형태를 갖는다. 감광체(300)는 대전 롤러(520)에 의해 일정한 극성의 전위로 대전된다. 외주면이 균일하게 대전된 감광체(300)는 광 주사부(400)로부터 주사된 빔에 의하여 전위차에 의한 정전 잠상이 형성된다. 현상 롤러(530)에 의하여 정전 잠상에 토너(10)가 공급되며, 토너(10)에 의한 화상은 감광체(300) 및 전사 롤러(600) 사이를 통과하는 용지(102) 상에 전사된다.

광 주사부(400)는 용지(102) 상에 형성될 화상 데이터에 대응하는 빔을 감광체(300)로 주사하여 감광체(300)에 정전 잠상이 형성되도록 한다. 광 주사부(400)는 레이저 다이오드(Laser Diode)를 광원으로 사용하는 레이저 스캐닝부(Laser Scanning Unit)를 포함할 수 있으며, 그 밖에 다양한 형태의 광원이 레이저 스캐닝부를 대체할 수 있다.

현상 카트리지(500)는 감광체(300)의 정전 잠상에 현상제인 토너(10)를 공급한다. 현상 카트리지(500)는, 카트리지 케이스(510)와 대전 롤러(520), 현상 롤러(530), 토너 저장부(540), 호퍼(550), 공급 롤러(560), 규제 블레이드(570)를 포함한다.

대전 롤러(520)는 감광체(300)에 접하게 회전하며 감광체(300) 표면을 균일한 전위 값으로 대전시킨다. 현상 롤러(530)는 감광체(300)에 형성된 정전 잠상에 토너(10)를 공급한다. 토너 저장부(540)는 카트리지 케이스(510) 내부에 형성되며 토너(10)가 저장된다. 호퍼(550)는 토너 저장부(540)에 마련된다. 공급 롤러(560)는 토너 저장부(540)에 마련되며 현상 롤러(530)에 토너(10)를 공급한다. 규제 블레이드(570)는 현상 롤러(530)에 접하도록 토너 저장부(540)로부터 연장된다. 대전 롤러(520)는 카트리지 케이스(510) 내부에 마련되며 감광체(300)에 접하게 회전한다. 대전 롤러(520)는 대전 바이어스(bias)가 인가되어 감광체(300)의 외주면을 동일한 전위 값으로 대전시킨다. 대전 롤러(520)에 의해 동일한 전위 값으로 대전된 감광체(300)에 광 주사부(400)으로부터의 빔이 주사되게 되면, 빔이 주사된 지점은 감광체(300)의 광도전성 특성에 기인하여 전위 값이 변화하게 된다. 따라서, 감광체(300)에 있어서 빔이 주사된 지점과 주사되지 않은 지점 사이에는 전위차가 발생하며, 이로써 감광체(300)에는 전위차에 의한 정전 잠상이 형성된다. 현상 롤러(530)는 토너 저장부(540)에 근접하게 설치되어 감광체(300)의 회전 방향에 반대방향으로 회전한다. 현상 바이어스가 인가된 현상 롤러(530)는 공급 롤러(560)와 접하게 회전하며, 공급 롤러(560)와의 전위차에 의해 공급 롤러(560)로부터의 토너(10)가 부착된다. 토너(10)가 부착된 현상 롤러(530)는 감광체(300)와 접하게 회전하여, 부착된 토너(10)가 감광체(300)의 정전 잠상으로 공급되도록 한다. 토너 저장부(540)는 카트리지 케이스(510) 내부에 토너(10)를 저장하기 위한 수용 공간으로 형성된다. 토너 저장부(540)는 현상 롤러(530)가 마련된 일측이 개구됨으로써, 저장된 토너(10)가 공급 롤러(560)에 의해 현상 롤러(530)로 공급되게 한다. 호퍼(550)는 토너 저장부(540)에 적어도 하나 설치된다. 호퍼(550)는 토너 저장부(540)에서 회전하여, 토너(10)를 공급 롤러(560) 쪽으로 이송시키며, 토너(10)를 교반시킴으로써 토너(10)의 고화를 방지하고 유동성을 향상시킨다. 또한, 호퍼(550)는 토너(10)를 교반시킴으로써 토너(10)가 소정 전위 값으로 대전되도록 기여한다. 공급 롤러(560)는 토너 저장부(540)의 하측에 현상 롤러(530)와 접하여 회전하도록 마련된다. 공급 롤러(560)는 호퍼(550)에 의해 이송된 토너(10)를 현상 롤러(530)로 공급한다. 공급 롤러(560)는 현상 롤러(530)와 동일한 방향, 즉 상호 엇갈리는 방향으로 회전한다. 이에 의하여, 공급 롤러(560) 및 현상 롤러(530) 사이를 통과하여 마찰력을 받은 토너(10)는, 소정 전위 값으로 대전되는 동시에 현상 롤러(530)에 적정량이 부착된다. 규제 블레이드(570)는 소정 가압력을 가지고 현상 롤러(530)에 접촉한다. 이에 의하여, 규제 블레이드(570)는 공급 롤러(560)로부터 공급되어 현상 롤러(530)에 부착된 토너(10)의 양, 즉 현상 롤러(530)의 단위 면적당 토너(10) 질량(M/A [g/cm2])의 균일성을 확보한다. 또한, 규제 블레이드(570)는 현상 롤러(530)에 부착되는 토너(10)를 소정 전위 값으로 대전시킨다. 이를 위하여, 규제 블레이드(570)는 도전성 재질을 포함하여 전원을 인가받아 일정 전위 값을 가지도록 마련될 수도 있다.

전사 롤러(600)는 감광체(300)에 접하도록 회전하여 용지(102) 상에 토너(10)에 의한 화상이 전사되도록 한다. 정착부(700)는 토너(10)에 의한 화상을 용지(102) 상에 정착시킨다.

본 발명의 일 개시 형태는, 상술한 화상형성장치(1000)의 대전롤러(520) 또는 현상롤러(530)로 사용될 수 있는 롤러이다. 이하에선 "롤러"로 통칭하도록 한다.

도 2는 본 롤러의 일 실시 예에 따른 형상을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참고하면, 롤러(20)는 중심에 위치한 샤프트(21), 샤프트를 둘러싸고 있는 탄성층(22) 및 탄성층 상에 형성된 코팅층(23)을 포함한다.

샤프트(21)를 구성하는 물질은 전도성 물질이라면 어떠한 물질이라도 가능하다. 예를 들어, 알루미늄, 철 또는 스테인레스 강과 같은 금속으로 구성될 수 있고, 외경 4 ㎜ 내지 20 ㎜의 원통형일 수 있다.

탄성층(22)은 이러한 샤프트(21)의 외주 상에 형성된 것으로서, 예컨대, 폴리우레탄, 천연 고무, 부틸 고무, 니트릴 고무, 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 실리콘 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 클로로프렌 고무, 아크릴 고무 등 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

실리콘 고무 또는 우레탄, EPDM를 탄성층(22)으로 사용할 경우, 현상 롤러가 낮은 경도를 가지면서 내마모성은 개선되는 것을 가능케 한다. 따라서, 긴 사용 시간에 따른 내마모성의 저하 때문에 화질이 열화되는 문제 또는 롤러 양단부의 토너 밀봉부가 마모되어 토너 누출이 발생하는 문제가 발생하지 않는다. 특히, 실리콘 고무가 전도성 수지층에 사용될 경우에, 기재 재료는 메틸페닐실리콘 고무, 플루오르 변성 실리콘 고무, 폴리에테르 변성 실리콘 고무 및 알콜 변성 실리콘 고무를 포함할 수 있다. 이러한 임의의 기재 재료는 단독으로 사용되거나 상황에 따라 둘 이상의 형태를 조합하여 사용될 수 있다.

니트릴 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무 등의 높은 경도를 가지는 물질을 탄성층(22)으로 사용할 경우, 가공이 용이하여 외경, 흔들림(Runout)등 정밀 치수가 요구될 때 유리할 수 있다.

한편, 롤러(20)가 감광체 상에 토너를 공급하기 위한 현상 롤러인 경우, 감광체와 접촉하도록 배치될 수 있고(접촉현상방식), 감광체와 떨어져 배치될 수 있다(비접촉 현상방식).

한편, 롤러(20)가 감광체를 전기적으로 대전시키기 위한 대전 롤러인 경우, 감광체와 접촉하도록 화상형성장치(1000) 내에서 배치될 수 있다.

탄성층(22)은 일성분 접촉 현상방식의 경우에는 Asker-A TYPE으로 경도 25°~ 45°으로 사용하고, 일성분 비접촉 현상 방식의 경우에는 Asker-A TYPE으로 경도 40°~ 65°으로 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 프린터 속도, 수명, 비용 등에 따라서 사용하는 경도가 정해지므로 현상방식에 따라 고정된 것은 아니다.

탄성층(22)은 예컨대, 0.5 ㎜ 내지 8.0 ㎜의 두께일 수 있다. 이러한 범위의 두께에서 롤러(20)는 우수한 탄성을 보이며, 롤러 기부 재료의 변형에 대한 회복이 보장될 수 있고 토너에 대한 응력이 감소될 수 있다. 일성분 비접촉현상방식의 경우에는 탄성층(22)의 두께는 예컨대 0.5~2.0mm일 수 있고, 일성분 접촉현상 방식의 경우에는 탄성층(22)의 두께는 예컨대 1.5 ~ 8.0mm일 수 있다.

코팅층(23)은 탄성층(22)을 덮도록 형성된 것이다.

구체적으로 코팅층(23)은 아크릴 폴리올(acryl polyol)과 ε-카프로락톤 폴리올(ε-caprolactone polyol)을 포함한 혼합물을 경화제로 가교하여 형성된 우레탄 수지를 포함한다.

코팅층(23)의 재료로 사용되는 아크릴 폴리올은, 하이드록시에틸 메타크릴레이트(Hydroxyethyl methacrylate, HEMA) 또는 하이드록시에틸아크릴레이트(Hydroxyethyl acrylate, HEA)로부터 선택된, ε-카프로락톤 변성 하이드록시 아크릴레이트일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 아크릴 폴리올은 다음과 같이 형성된 ε-카프로락톤 변성 하이드록시알킬 아크릴레이트(Epsilon-modified hydroxyalky(meta)acrylate)로부터 선택될 수 있다.

ε-카프로락톤 변성 하이드록시 아크릴레이트는, 카프로락톤 첨가 몰수가 많아질수록 유리전이온도가 낮아진다. 시판중인 ε-카프로락톤 변성 하이드록시 아크릴레이트에는, DAICEL 사에서 판매되는 PLACCEL FA계열(Acrylate darivative) 과 PLACCEL FM계열(Methacrylate derivative)이 있고, 카프로락톤 첨가 몰수(n)에 따라 구체적으로, PLACCEL FA1(n=1, T_g of Homopolymer: -28℃), PLACCEL FA2(n=2, T_g of Homopolymer: -40℃), PLACCEL FA3(n=3, T_g of Homopolymer: -46℃), PLACCEL FA4(n=4, T_g of Homopolymer: -51℃), PLACCEL FA5(n=5, T_g of Homopolymer: -53℃), PLACCEL FM1(n=1, T_g of Homopolymer: -8℃), PLACCEL FM2(n=2, T_g of Homopolymer: -28℃), PLACCEL FM3(n=3, T_g of Homopolymer: -37℃), PLACCEL FM4(n=4, T_g of Homopolymer: -43℃), PLACCEL FM5(n=5, T_g of Homopolymer: -47℃) 등이 있다.

또한, ε-카프로락톤 변성 하이드록시 아크릴레이트는 아래의 화학식 1로 표시되는 ε-카프로락톤 변성 하이드록시 아크릴레이트로부터 선택될 수 있다. 시판중인 제품으로, DAICEL 사의 DC2016(수산화기 80개), DC2009(수산화기 90개)가 있다.

[화학식 1]

코팅층(23)의 재료로 사용되는 ε-카프로락톤 폴리올은 다음과 같이 형성될 수 있는, 폴리카프로락톤 디올(Polycaprolactone diol), 폴리카프로락톤 트리올(Polycaprolactone triol), 폴리카프로락톤 테트라올(polycaprolactone tetraol)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.

ε-카프로락톤 폴리올은, 시판중인 DAICEL사의 PLACCEL 240, PLACCEL 230, PLACCEL 220, PLACCEL 212, PLACCEL 210, PLACCEL 208, PLACCEL 205, PLACCEL 230N, PLACCEL 220N, PLACCEL 210N, PLACCEL 220CPB, PLACCEL 220CPT, PLACCEL 210CP, PLACCEL L220AL, PLACCEL L212AL, PLACCEL 205U, PLACCEL 220EB, PLACCEL 220EC, PLACCEL T2203, PLACCEL T2205, PLACCEL T2207, PLACCEL 320, PLACCEL 312, PLACCEL 308, PLACCEL 305, PLACCEL 303, PLACCEL L320AL 또는 PLACCEL 410을 이용할 수 있다.

또한, ε-카프로락톤 폴리올은 H[O(CH₂)₅CO]_nO-R-O[O(CH₂)₅CO]_mH 로부터 선택된 폴리카프로락톤 디올일 수 있다.

특히, ε-카프로락톤 폴리올은 낮은 경도를 위해, 아크릴 성분을 포함하지 않는 것으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

그리고 ε-카프로락톤 폴리올은 수평균 분자량이 300~2000인 것으로 선택될 수 있다.

상술한 아크릴 폴리올 및 ε-카프로락톤 폴리올을 가교하기 위한 경화제는 이소시아네이트 성분에서 선택될 수 있다.

이소시아네이트 성분으로서는, 트릴렌 디이소시아네이트(TDI), 4,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트(MDI), 폴리머릭MDI, 변성MDI, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, 트리진 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소호론 디이소시아네이트, p-페닐렌 디이소사ㅣ아네이트, 트랜스시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트(XDI), 수첨 XDI, 수첨 MDI, 리진 디이소시아네이트, 트리페닐메탄 트리이소시아네이트, 트리스(이소시아네이트페닐)티오포스페아, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트, 리진에스테르 트리이소시아네이트, 1,6,11-운데칸 트리이소시아네이트, 1,8-디이소시아네이트-4-이소시아네이트 메틸옥탄, 1,3,6-헥사메틸렌 트리이소시아네이트, 비시클로헵탄 트리이소시아네이트, 트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소시아네이트를 블록제로 마스크한 구조의 블록형 이소시아네이트를 이용할 수도 있다. 블록형이소시아네이트는 상온에서는 반응하지않고 블록제가 해리하는 온도가지 가열하면 이소시아네이트 기가 재생한다. 이것들은 1종 혹은 2종 이상을 조합시키고 사용할 수 있다.

상술한 것과 같이 가교된 우레탄 수지로 형성된 코팅층(23)에는 필요에 따라 촉매가 함유되어 있을 수 있다. 촉매로서는 트리에틸아민, N,N,N'N'-테트라메틸에틸렌디아민, N,N,N',N",N"-펜타메틸디에틸렌트리아민, 트리에틸렌 디아민, 디메틸아미노에탄올, 비스(2-메틸아미노에틸)에테르등이며 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분과의 합계 100질량부에 대해서 0.05질량부 이상 5질량부 이하의 범위에서 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 코팅층(33)에는 거칠기를 조절하기 위한 입자(Bead)가 포함될 수 있다. 입자는 코팅층을 적정강도로 유지시키며, 표면 거칠기를 조절하고, 그 대전 특성에 따라서 토너 대전성에 영향을 줄 수 있다.

예컨대, 입자로서 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트 등의 아크릴계 수지, 나일론 등의 폴리아미드계 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지, 실리콘계 수지, 페놀계 수지, 폴리우레탄계 수지. 스틸렌계 수지, 벤조구아나민, 폴리불화비닐리덴계 수지, 실리카, 알루미나, 산화티탄, 산화철 등의 금속 산화물 분말, 보론니트리드, 실리콘카바이드등을 사용할 수 있으며 그 모양은 구형이든지 판상이든지 비정형이든지 상관이 없으며 고분자 수지의 경우 가교된 형태가 바람직하다. 코팅층(33)의 표면의 거칠기는 이러한 입자의 입경이나 입자 함유량, 피복층의 두께를 조정하는 것에 의해 원하는 범위로 조정할 수 있다. 예컨대 이러한 입자의 평균 사이즈는 3 ~ 30㎛일 수 있다.

코팅층(23) 내에서의 입자의 간격(Rsm)은, 50~1000 um 이고, 광택도(Gloss, 60도)는 0.1~15인 것이 바람직하다. 입자 간격이 50um이하 일 경우 Reset성 부족, 1000um 이상일 경우 토너층이 낮아져서 화상 농도 문제가 발생할 수 있다. 광택도(Gloss)가 0.1 이하일 경우 Reset성 부족, 15 이상의 경우 토너층이 낮아져서 화상 농도 문제 발생할 수 있다.

또한, 코팅층은 충진제를 포함할 수 있다. 예컨대 충진제로서 실리카를 사용할 수 있고, 습식 실리카가 이용될 수 있다.

또한, 코팅층(23)에는 이온 또는 전기 전도성을 부여하기 위한 도전제가 포함되어 있을 수 있다.

도전제는 고유 저항을 10² 내지 10¹⁰Ω㎝의 안정 범위로, 바람직하게는 10³ 내지 10⁶ Ω㎝의 범위로 조절하기 사용된다.

이용될 수 있는 도전제에는, 라우릴 트리메틸 암모늄, 스테아릴 트리메틸 암모늄, 옥타도데실 트리메틸 암모늄, 도데실 트리메틸 암모늄, 헥사데실 트리메틸 암모늄, 변성 지방산 디메틸 에틸 암모늄의 양이온 계면활성제; 지방족 술폰산염, 고급 알코올 황산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥사이드 부가 황산에스테르염, 고급 알코올 인산에스테르염, 고급 알코올 에틸렌옥사이드 부가 인산에스테르염의 음이온 계면활성제; 도전성 카본 블랙; 산화주석, 산화 티탄, 산화 리튬, 산화 아연의 금속 산화물; 니켈, 구리, 리튬, 은, 게르마늄의 금속; LiCF₃SO₃, NaClO₄, LiAsF₆, LiBF₄, NaSCN, KSCN, NaCl의 금속염; 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리아세탈의 도전성 중합체; 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 가능하다.

또한 도전제로 과염소산 나트륨, 과염소산 리튬, 과염소산 칼슘 및 염화 리튬과 같은 무기 이온 전도성 물질이 사용 가능하며, 또한 변형된 지방족 디메틸알루미늄 이소설페이트 및 스테아릴암모늄 아세테이트와 같은 유기 이온전도성 물질도 사용 가능하다.

도전제로 도전성의 카본 블랙을 이용하는 경우, 케첸블랙 EC, 아세틸렌 블랙, 고무용 카본, 산화처리한 잉크 카본, 열 분해 카본 등을 이용할 수 있는데, 구체적으로는 초내마모성(Super Abrasion Furnace, SAF) 카본블랙, 준초내마모성(Intermediate Super Abrasion Furnace, ISAF) 카본블랙, 고내마모성(High Abrasion Furnace, HAF) 카본블랙, 양압출성(Fast Extruding Furnace, FEF) 카본블랙, 범용성(General Purpose Furnace, GPF) 카본블랙, 중보강성(Semi Reinforcing Furnace, SRF) 카본블랙, 미립열분해(Fine Thermal, FT) 카본블랙, 중립열분해(Medium Thermal, MT) 카본블랙 등의 각 고무용 카본블랙을 예를 들 수 있다.

또한, 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연을 이용할 수도 있다.

특히, 적은 양으로도 쉽게 전도성을 제어할 수 있기 때문에 카본 블랙이 도전제로서 바람직하다. 그리고 pH 2~4의 산성 카본 블랙이 바람직하다.

도전제는 수지 성분, 즉 아크릴 폴리올 및 ε-카프로락톤 폴리올 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부, 또는 0.5 내지 30 중량부로 혼합될 수 있다. 카본블랙인 경우, 수지 성분, 즉 아크릴 폴리올 및 ε-카프로락톤 폴리올 100 중량부에 대하여 1 내지 40 중량부로 혼합될 수 있다.

또한, 코팅층(23)은 분산제를 포함할 수 있다. 분산제는 카본 블랙과 같은 도전제가 응집되는 것을 막는 역할을 한다.

분산제는, 메틸 옥시렌 폴리머-옥시렌 모노(디에틸아미노)알킬 에테르[Methyloxirane polymer with oxirane, mono (diethylamino)alkyl ether, CAS No. 68511-96-6]일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 분산제는 수지 성분, 즉 아크릴 폴리올 및 ε-카프로락톤 폴리올 100 중량부에 대하여, 2 내지 11 중량부로 포함될 수 있다.

특히, 분산제는 상술한 실리카와 같은 충진제 및 카본 블랙과 같은 도전제의 합계 질량의 5 ~ 30 %로 혼합되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 카본 블랙과 같은 도전제의 침강, 응집을 방지하여 안정적인 저항 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상술한 아크릴 폴리올은 유리전이온도(glass transition temperature, T_g)가 0℃ 내지 20℃인 경도가 높은 물질에서 선택되는 것이 바람직하고, ε-카프로락톤 폴리올은 아크릴 성분을 포함하지 않는, 유리전이온도가 -40℃ 이하인 경도가 낮은 물질에서 선택되는 것이 바람직하다. 이와 같이 경도 특성이 서로 다른 물질로 가교하여 코팅층(23)을 형성하면, 롤러(20)의 경도가 너무 낮은 경우에 발생하는 단점, 예컨대, 일부 토너가 감광체로 현상되지 않고 현상 롤러에 잔류하는 문제(Filming) 및 롤러(20)의 경도가 너무 높은 경우에 발생할 수 있는 단점, 예컨대 롤러가 마모되어 토너가 누출되는 문제(Leak)를 상호 보완할 수 있다.

또한, 이러한 코팅층(23)은 탄성층(22)의 경도에 상관없이 적용가능하다는 장점이 있다.

특히, 경도가 상대적으로 높은 아크릴 폴리올과, 경도가 상대적으로 낮은 ε-카프로락톤 폴리올은 10:90 내지 90:10의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

코팅층(23)은 0.1㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있고, 또는 0.5㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 또한, 코팅층(23)은 고유 저항이 10⁵ 내지 10¹¹ Ω㎝의 범위로 조절되며, 바람직하게는 10⁷ 내지 10¹⁰ Ω㎝의 범위로 조절될 수 있다. 여기서, 롤러(20)는 통상 1 ㎛ 내지 40㎛로 조절되는 표면 조도(Rz)를 가질 수 있으며, 바람직하게는 3 ㎛ 내지 25 ㎛의 조도를 가질 수 있다.

이하, 실시 예를 이용하여 본 발명의 다양한 예들에 따른 롤러, 구체적으로 현상롤러 및 대전롤러에 대해 더 상세하게 설명하도록 한다. 다만, 본 발명이 이하의 예들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 "비교 예"는 본 발명의 특정 구성 혹은 특징을 부각시키기 위해 제시된 것이지, 종래기술 혹은 배경기술로서 이해되어선 안되고, "실시 예"와 마찬가지로 본 발명의 특정 개시 형태를 나타낸 것으로 이해되어야할 것이다.

하기 실시 예 및 비교 예에서, 화상 농도는 기 정의된 패턴으로 인쇄된 이미지에서, Y,M,C,K 각 Color에 대해서 지정 5개소 patch의 농도 평균값을 구하여 평가하였다.

그리고 Filming(현상롤러 표면 오염)은 수명까지 화상 평가 완료 후, 현상롤러 표면에 잔류한 토너의 정도를, 측정　　　3M Tape로 테이핑한 후 테이프에 묻어나오는 토너 양을 육안으로 관찰하여 오염 정도 확인하였다.

그리고 내구성은, 토너 Stress에 의해 토너가 열화 되고, 열화된 토너가 Dr.blade에 고착되어 화상에 수직 백선으로 나타나는 것으로 측정하였다.

[표 1] 현상롤러

(상기 표 1의 수치는 중량부로 나타낸 것이다)

현상롤러 비교예 1

저경도인 실리콘 재료의 탄성층에 T_g가 낮은 carprolactone polyol만으로 우레탄 수지를 형성하여 코팅층을 형성할 경우에 토너 부착성이 나빠져서 현상롤러 Filming이 심해지고, 토너 대전성이 떨어져서 비화상영역 오염이 발생함을 알 수 있었다.

현상롤러 비교예 2

저경도인 실리콘 재료의 탄성층에 T_g가 높은 Acryl polyol만으로 우레탄수지를 형성하여 코팅층을 형성할 경우 탄성층 경도와 코팅층 경도차이가 커서 코팅층 표면 crack이 발생하고, crack에 의해 토너 Filming이 가속화되어 내구성 문제가 발생함을 알 수 있었다.

현상롤러 비교예 3

고경도인 히드린 재료의 탄성층에 T_g가 낮은 carprolactone polyol만으로 우레탄 수지를 형성하여 코팅층을 형성할 경우에 탄성층 경도와 코팅층 경도차이가 커서 코팅층 표면 crack이 발생하고, crack에 의해 토너 Filming이 가속화되어 내구성 문제가 발생함을 알 수 있었다. 또한 토너 부착성이 나빠지고, 토너 대전성이 떨어져서 비화상영역 오염이 발생함을 알 수 있었다.

현상롤러 비교예 4

고경도인 히드린 재료의 탄성층에 T_g가 높은 Acryl polyol만으로 우레탄 수지를 형성하여 코팅층을 형성할 경우에 코팅층 표면 경도가 올라가서 토너stress가 가중되어 현상롤러 Filming이 발생하고, 내구성 문제도 발생함을 알 수 있었다.

[표 2] 대전롤러

(상기 표 2의 수치는 중량부로 나타낸 것이다)

대전롤러 비교예 1

분산제 무첨가로 카본블랙 응집 및 침전이 발생하여 저항 경시변화에 의한 저항 영역을 벗어나고, 대전 불량을 발생해서 비화상영역 오염이 발생함을 알 수 있었다.

대전롤러 비교예 2

분산제 1phr 소량 첨가시 분산제 양 부족으로 인하여, 카본블랙 응집 및 침전이 발생하여 저항 경시변화에 의한 저항 영역을 벗어나고, 대전 불량을 발생해서 비화상영역 오염이 발생함을 알 수 있었다.

대전롤러 비교예 3

분산제 12phr 과량 첨가시 고온고습포장 평가시 Migration에 의해 비화상영역 오염이 발생함을 알 수 있었다.

대전롤러 비교예 4

분산제 15phr 과량 첨가시 고온고습포장 평가시 Migration에 의해 비화상영역 오염이 발생함을 알 수 있었다.

상술한 실시 예 및 비교 예에서 확인할 수 있듯이, 롤러 코팅층의 우레탄 수지 재료로서 아크릴 폴리올만 선택한 경우, 토너 대전성, 부착성 등은 좋으나, 저온에서 딱딱해져서 토너 stress를 가중시키는 등 저온 특성이 좋지 않으므로, 롤러 장수명 구현이 어려운 문제가 있다. 또한, 탄성층의 경도가 낮을 경우에는 코팅층과 탄성층의 경도차이가 크므로, 코팅층에 갈라짐(crack)이 발생한다는 문제가 있으므로, 저경도 탄성층에는 적용하기 어렵다.

반면, 롤러 코팅층의 우레탄 수지 재료로서ε-카프로락톤 폴리올만 선택한 경우, 저온 특성은 좋으나, 토너 부착성이 좋지 않고, 토너 대전성 문제도 있어서 단독 사용시 비화상 영역 오염 및 조도 조절이 어려운 문제가 있다. 또한, 탄성층의 경도가 높을 경우에는 코팅층과 탄성층의 경도차이가 크므로, 코팅층에 갈라짐이 발생한다는 문제가 있으므로, 고경도 탄성층에는 적용하기 어렵다.

상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 롤러는, 코팅층을 경도가 높고 딱딱한 아크릴 폴리올과, 경도가 낮고 소프트한 아크릴 성분을 함유하지 보유하지 않는 ε-카프로락톤 폴리올을 혼합한 재료로 우레탄 수지를 가교하여 형성하고, 탄성체 경도에 상관없이 아크릴 폴리올과 ε-카프로락톤 폴리올을 10:90 내지 90:10으로 혼합하여 적용가능하다. 따라서, 경도가 높은 아크릴 폴리올의 단점과, 경도가 낮은 ε-카프로락톤 폴리올의 각 단점들을 상호 보완하여 갈라짐 발생이 덜하며, 저온특성, 토너 부착성, 토너 대전성이 우수하다.

또한, 상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 롤러의 코팅층에는 도전성을 부여하기 위한 도전제가 첨가되며, 도전제가 응집, 침강되는 것을 방지하기 위한 분산제가 첨가되어, 코팅층 재료 로트(lot) 혹은 배치(batch)에서 도전제의 침진, 응집물이 생기는 것을 방지하게 되므로, 이로부터 제조된 코팅층에서의 저항 변동이 작은 저항 안정성을 확보한 전도성 롤러를 얻을 수 있다.

나아가, 상술한 것과 같은 효과를 가진 롤러를 화상형성장치에 적용함으로써, 고화질이면서 안정된 품질의 인쇄화상을 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 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 이해되어 져서는 안 될 것이다.

1000: 화상형성장치 20: 화상형성장치용 롤러

Claims

화상형성장치용 롤러에 있어서,
일 축을 기준으로 회전가능한 샤프트;
상기 샤프트 외주를 덮는 탄성층; 및
상기 탄성층 상에 형성된 코팅층;을 포함하며,
상기 코팅층은,
아크릴 폴리올(acryl polyol)과 ε-카프로락톤 폴리올(ε-caprolactone polyol)을 포함한 혼합물이 이소시아네이트로 가교된 것인, 화상형성장치용 롤러.
제1항에 있어서,
상기 아크릴 폴리올과 상기 ε-카프로락톤 폴리올의 중량비는 90:10 내지 10:90인 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 롤러.
제1항에 있어서,
상기 아크릴 폴리올(acryl polyol)은,
ε-카프로락톤 변성 하이드록시 아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 롤러.
제3항에 있어서,
상기 ε-카프로락톤 변성 하이드록시 아크릴레이트는,
하이드록시에틸 메타크릴레이트(Hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시에틸아크릴레이트(Hydroxyethyl acrylate) 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 롤러:

[화학식 1].
제1항에 있어서,
상기 ε-카프로락톤 폴리올은,
폴리카프로락톤 디올(Polycaprolactone diol), 폴리카프로락톤 트리올(Polycaprolactone triol), 및 폴리카프로락톤 테트라올(polycaprolactone tetraol)로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 롤러.
제1항에 있어서,
상기 코팅층은,
도전제 및 분산제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 롤러.
제6항에 있어서,
상기 도전제는 카본블랙이고,
상기 분산제는,
메틸 옥시렌 폴리머-옥시렌 모노(디에틸아미노)알킬 에테르[Methyloxirane polymer with oxirane, mono (diethylamino)alkyl ether]인 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 롤러.
화상형성장치에 있어서,
정전잠상이 형성되는 감광체;
상기 감광체에 토너를 공급하는 현상롤러; 및
상기 감광체를 대전시키는 대전롤러;를 포함하고,
상기 현상롤러 및 상기 대전롤러 중 적어도 하나가 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 화상형성장치용 롤러인, 화상형성장치.