KR20210089287A - 균일한 크기의 발포체 셀들을 갖는 탄성체층을 구비한 전사 부재 - Google Patents

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Abstract

지지체 및 상기 지지체 상에 형성된 탄성체층을 포함하고, 상기 탄성체층은 바인더 수지, 전자 전도제, 이온 전도제, 및 iv) 금속 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료를 포함하는 전자사진 화상형성장치용 전사 부재, 및 이를 포함하는 전자사진 화상형성장치가 제공된다. 상기 전사 부재는 탄성체층 내에 프탈시아닌을 포함하는 시안 안료를 포함함으로써 탄성체층 내에서 카본 블랙이 균일하게 분포하고 균일한 크기의 발포체 셀들을 구비할 수 있다. 이에 의하여 상기 전사 롤러는 저항 균일성 및 저항 안정성이 높으면서도 내마모성이 우수하였다.

Description

균일한 크기의 발포체 셀들을 갖는 탄성체층을 구비한 전사 부재{Transfer member having elastic body layer with uniformly-sized foam cells}
일반적으로 전자사진 화상 형성 장치에서 감광체 드럼 위에 형성된 토너 화상는 전사 롤러에 의하여 화상 수용 부재로 정전기적으로 전사된다. 따라서 전사 롤러는 감광체 드럼과 화상 수용 부재를 대전하기 위해서 전기 도전성이어야 한다. 전사 롤러는 도전성 부여 방식에 따라 이온 도전형과 전자 도전형으로 분류될 수 있다. 이온 도전형의 경우, 탄성체층이 변형되어도 저항 불균일이 잘 발생하지 않지만, 환경에 따른 저항 변화가 커서 고압을 인가할 필요가 있으며, 종종 대전 제어 물질(즉 이온 전도제 등)이 누출하여 감광체 드럼을 오염시킬 수 있다. 전자 도전형의 경우, 환경 저항 안정성이 좋지만, 저항을 조절하는 카본 블랙의 양을 조절하기 까다롭고, 발포시 카본 블랙의 불균일한 분산으로 인해 균일한 발포를 하기 어렵다. 이로 인한 전기 저항이 불균일해지며, 전기적 전압이 인가될수록 피로도가 증가하여 장수명에 적합하지 않다. 따라서 두 유형의 장점을 이용한 하이브리드형 전사 롤러가 개발되었다.
그러나 하이브리드형 전사 롤러의 경우에도 프린터의 고속화 및 장수명화에 적합하도록 하기 위하여 발포에 의한 탄성체층 형성시 카본 블랙이 균일하게 분산될 수 있도록 함으로써 저항 균일성 및 저항 안정성을 높이면서도, 감광체 드럼 또는 화상 수용 부재와의 마찰에 잘 견딜 수 있도록 내마모성을 개선할 필요성이 여전히 존재한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 전사 롤러 형태의 전사 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 전사 롤러 형태의 전사 부재를 구비하는 전자사진 화상형성장치를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 개시의 구체적인 실시예들에 따른 전자사진 화상형성장치용 전사 부재, 이를 포함하는 전자사진 화상형성장치에 대하여 구체적으로 설명한다. 이하에서는 전사 롤러를 중심으로 기술하지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 이하의 설명은 벨트 형상의 전사 부재에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 전사 롤러 형태의 전사 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 전사 롤러(10)는 도전성 재료로 이루어지며 축(shaft) 형상의 지지체(1), 및 지지체(1) 위에 형성되어 있는 원통상의 탄성체층(2)을 구비한다. 지지체(1)를 형성하는데 사용될 수 있는 도전성 재료의 구체적인 예는 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인레스 스틸 등의 금속일 수 있다. 지지체(1) 및 탄성체층(2)은 예를 들면 도전성을 갖는 접착제 등에 의하여 전기적으로 접합(bonding)되며 이와 동시에 기계적으로 고정되어 화상 형성 장치의 동작시 일체로 회전된다.
탄성체층(2)은 일반적으로 발포체층이며, 경우에 따라서는 비발포체층일 수도 있다. 축 형상의 지지체(1) 및 탄성체층(2)의 직경은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 지지체 축(1)의 직경은 대략 5 내지 10 mm일 수 있고, 지지체 축(1) 및 탄성체층(2)의 전체 직경은 대략 10 내지 30 mm일 수 있다.
탄성체층(2)의 외주면 위에는 코팅층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 그러나 코팅층의 존재에 의하여 전기 전도성이 저하할 수 있으므로 이를 최소화하기 위한 대책이 필요하다. 이를 위하여, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC) 및 나노 피브릴 셀룰로오스(NFC)의 혼합물을 이용하여 코팅층을 형성하면 오염 물질의 표면 전이 문제를 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라 전기전도도도 개선할 수 있다. CMC 이외의 다른 셀룰로오스 유도체; 및 나노 실리카, 또는 나노 침전 탄산칼슘(nano precipitation calcium carbonate)과 같은 나노사이즈의 다른 입자의 혼합물을 이용할 수도 있다. 상기 코팅층은 0.2 내지 10 ㎛ 범위의 두께를 갖도록 코팅될 수 있다.
상기 탄성체층은 i) 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에피클로로히드린-에틸렌산화물 고무(ECO), 클로로프렌 고무(CR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 이소프렌 고무(IR), 아크릴 고무(ACM), 우레탄 고무(UR), 부타디엔 고무(BR) 및 실리콘 고무(SiR)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 바인더 수지, ii) 전자 전도제, iii) 이온 전도제, 및 iv) 금속 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료를 포함할 수 있다. 성분 i) 내지 iv) 성분의 함량은 성분 i) 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 ii) 전자 전도제 5 내지 15 중량부, iii) 이온 전도제 0.1 내지 1 중량부 및 iv) 금속 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료 1 내지 5 중량부일 수 있다. 구체적으로, 바인더 수지는 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에피클로로히드린-에틸렌산화물 고무(ECO)의 혼합물일 수 있으며, 이때 NBR 대 ECO의 중량 혼합비는 65:35 내지 90:10, 예를 들면 80:20 또는 70:30일 수 있다. NBR의 중량 혼합비가 90 초과인 경우에는 도전성 전사 부재의 효율성이 감소할 수 있고, 65 미만인 경우에는 도전성 전사 부재의 저항 안정성 및 탄성율이 감소할 수 있다.
구체적으로, 전자 전도제는, 전자를 전도할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않지만, 카본 블랙 입자, 예를 들면, 아세틸렌 블랙 및 케첸 블랙과 같은 도전성 카본 블랙 입자; 산화처리된 잉크용 카본 입자, 열분해 카본 입자, 천연 그라파이트 입자, 인조 그라파이트 입자; 산화주석, 산화티탄, 산화아연 등과 같은 도전성 금속 산화물 입자; 은, 니켈, 동, 게르마늄 등과 같은 금속 입자를 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서 상기 전자 전도제는 카본 블랙 입자일 수 있으며, 특히 평균 입경이 작고, 표면적이 큰 카본 블랙 분말 입자일 수 있다. 전자 전도제의 함량은 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 5 내지 15 중량부일 수 있다. 전자 전도제의 함량이 5 중량부 미만이면 전사 부재의 저항 효율이 감소할 수 있고, 15 중량부를 초과하면 화상 결함이 발생할 수 있다.
이온 전도제는, 이온을 전도할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않지만, 암모늄염, 과염소산염, 염소산염, 염산염, 브롬산염, 옥소산염(oxy salts), 붕불화수소산염(fluoboric acid salts), 황산염, 에틸황산염, 카본산염(carbonates) 및 술폰산염으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종일 수 있다. 또한, 상기 군에서 선택된 염으로서 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등의 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속을 더 포함하는 염이 사용될 수 있다. 암모늄염의 구체적인 예는 테트라에틸 암모늄, 테트라부틸 암모늄, 라우릴트리메틸 암모늄, 데실트리메틸 암모늄, 옥타데실트리메틸 암모늄, 스테아릴트리메틸 암모늄, 벤질트리메틸 암모늄, 디메틸에틸 암모늄 등을 포함한다. 이온 도전제의 함량은 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1 중량부일 수 있다. 이온 전도제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 전사 부재의 환경 저항 안정성이 감소할 수 있고, 1 중량부를 초과하면 화상 오염 및/또는 화상 결함이 발생할 수 있다. 위에 기재된 바와 같이 상기 전사 부재는 이온 전도제 및 전자 전도제를 모두 포함하는 하이브리드형 전사 부재일 수 있다.
일 실시예에서 금속 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료는 구리 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료일 수 있다. 상기 탄성체층은 발포체층 또는 비발포체층일 수 있다. 본 발명자들은 놀랍게도 이러한 시안 안료가 탄성체층 형성을 위한 고무 배합물을 발포할 때 카본 블랙 입자와 같은 전자 전도제가 균일하게 분산될 수 있도록 하고 탄성체층이 균일한 크기의 발포체 셀을 갖도록 돕는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 이에 의하여 도전 부재의 저항 균일성 및 저항 안정성이 높아져서, 감광체 드럼 또는 화상 수용 부재와의 마찰에 잘 견딜 수 있도록 도전 부재의 내마모성을 개선할 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서 상기 시안 안료는 예를 들면 카본 블랙의 균일한 분산을 통하여 발포된 탄성체층이 균일한 크기의 발포체 셀들을 갖도록 돕는다. 상기 시안 안료의 함량은 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부, 예를 들면 1 내지 4.5 중량부, 1 내지 4 중량부, 1.5 내지 5 중량부, 1.5 내지 4.5 중량부, 2 내지 5 중량부, 또는 1.5 내지 4 중량부일 수 있다. 예를 들면 상기 금속 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료, 예를 들면 구리 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료의 함량이 1 중량부 미만이면, 카본 블랙이 잘 분산되지 않아서 균일한 발포체를 얻기 어렵다. 상기 시안 안료의 함량이 5 중량부를 초과하면 상기 시안 안료 입자들끼리 응집하는 현상이 발생하여 균일한 셀 크기를 갖는 탄성체층을 얻기 어렵다.
위에서 설명한 바에 따라 적절한 함량의 상기 시안 안료를 사용함으로써 균일한 발포가 이루어지면, 발포체 셀들이 촘촘히 연결되어 있어 전기적 피로에 대한 저항성이 증가되며, 감광체 드럼 또는 종이와의 마찰에 대한 저항성을 증가시켜 전사 부재의 수명을 증가시킬 수 있다. 이뿐만 아니라, 종이 분말 및 토너에 의한 오염이 감소하여 전사 부재가 장시간 동안 고품질 화상을 안정적으로 형성할 수 있도록 돕는다. 상기 시안 안료를 포함하지 않는 고무 배합물에서는 발포전 카본 블랙이 균일하게 분산되지 않아서, 발포시 불균일하게 분포하는 카본 블랙이 균일한 발포를 방해하여, 균일하지 않은 셀 크기를 갖는 발포 탄성체층을 야기한다. 이 경우에는 또한 발포체 내에서 카본 블랙이 불균일하게 배치되는 현상이 발생한다. 이는 전사 부재의 저항 안정성 및 수명을 저하시킨다. 일 실시예에서 사용될 수 있는 구리 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료의 구체적인 예는 다음을 포함한다: C.I Pigment Blue 1, C.I Pigment Blue 1:2, C.I Pigment Blue 9, C.I Pigment Blue 15:1, C.I Pigment Blue 15:2, C.I Pigment Blue 15:3, C.I Pigment Blue 15:4, C.I Pigment Blue 15:6, C.I Pigment Blue 16, C.I Pigment Blue 24, C.I Pigment Blue 25, C.I Pigment Blue 63, C.I Pigment Blue 66, C.I Pigment Blue 68, C.I Pigment Blue 75, 및 C.I Pigment Blue 79.
본 개시에 따른 전사 부재는 레이저 프린터, 복사기, 팩스머신 등의 전자사진 화상형성장치에 통합될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 전사 부재를 구비하는 전자사진 화상형성장치의 일 실시예를 나타내는 모식도이다.
도 2를 참조하면, 전자사진 감광체 드럼(11)은 감광체 드럼(11)에 접촉 배치된 대전 수단인 대전 롤러(13)에 의해 대전된다. 이어서, 레이저 광으로 화상 부분을 노광함으로써 감광체 드럼(11) 위에 정전 잠상이 형성된다. 현상 장치(15)에 의해 정전 잠상을 가시 화상, 예를 들면 토너 화상으로 한 후 전압을 인가한 전사 부재, 예를 들면 도 1에 도시된 것과 같은 전사 롤러(17)에 의해 토너 화상을 화상 수용 부재(19)에 전사한다. 화상 전사후의 감광체 드럼(11)의 표면에 잔류하는 토너는 클리닝 장치, 예를 들면 클리닝 블레이드(21)에 의해 청소된다. 이어서 감광체 드럼(11)은 다시 화상 형성에 사용될 수 있다. 현상 장치(15)는 규제 블레이드(23), 현상 롤러(25), 공급 롤러(27) 등을 구비한다.
이하 위에서 설명한 전사 부재를 제조하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 전사 부재, 예를 들면 도전성 전사 롤러는 i) 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에피클로로히드린-에틸렌산화물 고무(ECO), 클로로프렌 고무(CR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 이소프렌 고무(IR), 아크릴 고무(ACM), 우레탄 고무(UR), 부타디엔 고무(BR) 및 실리콘 고무(SiR)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 바인더 수지, ii) 전자 전도제, iii) 이온 전도제, iv) 금속 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료, v) 가교제 및 vi) 발포제를 배합하여 고무 배합물을 얻는 단계; 상기 고무 배합물을 압출하는 단계; 상기 압출물을 연속 이동형 발포 장치를 통과시키면서 발포시키는 단계; 상기 발포체를 축에 압입하고 2차 가황에 적용하는 단계; 및 상기 발포체를 연마하는 단계;로부터 제조될 수 있다.
상기 고무 배합물을 얻는 단계에서 성분 i) 내지 vi) 성분의 배합량은 성분 i) 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 ii) 전자 전도제 5 내지 15 중량부, iii) 이온 전도제 0.1 내지 1 중량부 및 iv) 금속 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료 1 내지 5 중량부, v) 가교제 1 내지 4 중량부, 및 vi) 발포제 1 내지 5 중량부일 수 있다.
가교제는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 셀렌, 텔루륨, 황 또는 황 화합물, 예를 들어, 염화황이 사용될 수 있다. 가교제의 배합량은 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 4 중량부일 수 있다. 배합량이 1 중량부 미만인 경우에는 고무의 가교가 완전히 이루어지지 않을 수 있으며, 배합량이 4 중량부를 초과하면 탄성체층의 경도가 지나치게 높아질 수 있다.
발포제는 특별히 제한되는 것은 하는 것은 아니지만, 화학 발포법에 주로 이용되는 무기 발포제, 아조 화합물, 하이드라지드 화합물 및 니트로소 화합물 등이 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 개시에서 사용될 수 있는 구체적인 발포제는 아조디카본아미드(azodicarbonamide: ADCA), 4,4'-옥시비스(벤젠설포닐하이드라지드), N,N'-디니토로소펜타메틸렌테트라아민 등을 포함한다. 발포제의 배합량은 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부, 예를 들면 2 내지 5 중량부 또는 3 내지 5 중량부일 수 있다. 배합량이 1 중량부 미만인 경우에는 가스 발생량이 적기 때문에 발포가 부족하여 탄성체층의 경도가 높아질 수 있으며, 배합량이 5 중량부를 초과하면 가스 발생량이 많아져 탄성체층의 경도가 낮아지고 컴프레션 세트에 취약하게 되어 결국 화상 결함을 유발할 수 있다.
그 외에도 최종 물품에 요구되는 성질 및 용도를 고려하여 고무 배합물에 통상적으로 첨가될 수 있는 가교촉진제, 탄산칼슘, 클레이, 실리카, 및 활석과 같은 충전제, 가소제, 노화방지제, 가교조제, 발포조제 등이 상기 고무 배합물에 추가로 첨가될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이 하여 얻어진 고무 배합물을 혼련기를 이용하여 혼합하고 시트 형태 또는 펠렛 형태로 형성하고, 이를 약 24 시간 이상 동안 상온에서 숙성시키고 압출기에 투입한다. 압출기에서의 압출 조건은, 고무 배합물의 조성을 고려하여 적절히 설정되며, 약 20 내지 약 70℃의 배럴 온도 범위 및 약 100 내지 약 300 rpm의 스크류 회전 속도를 선택할 수 있다. 고무 배합물은 가열 용융된 상태로 압출기를 통과하여 압출기 선단에 장착된 다이를 통하여 길이가 긴(elongate) 연속적인 원환상으로 압출 성형될 수 있다. 그 다음, 압출기와 연결된 연속 이동형 발포 장치로 압출기에서 토출된 원환상 압출물(annular extrudate)을 바로 이송하여 상기 발포 장치를 통과하여 이동시키면서 발포 공정을 실시하여 발포체를 얻는다(연속 발포법). 이때 연속 이동형 발포장치의 내부 온도는 발포제의 분해 온도 등 고무 배합물의 조성 및 최종 전사 부재에게 요구되는 성질을 고려하여 적절히 선택될 수 있으며, 대체적으로 약 200℃ 내지 약 250℃일 수 있다. 상기 온도가 200℃ 미만인 경우에는 발포가 불충분하고 발포구조가 안정하지 않아서, 저항 균일성이 불량해지고 발포체 내에 충분한 셀이 형성되지 않을 수 있다. 상기 온도가 250℃ 초과인 경우에는 전사 롤러의 전기 저항이 커져서 화상 결함을 일으킬 수 있다.
연속 이동형 발포 장치의 길이는 전형적으로 10 내지 30 미터이며, 10 미터 미만인 경우에는 얻어진 발포체의 셀 구조가 불안정하고, 저항 안정성이 감소하며, 30 미터를 초과한 경우에는 과발포 현상이 일어나 발포체의 경도가 불안정할 수 있다. 상기 압출물이 이동형 발포장치를 통과하는 시간은 고무 배합물의 조성 및 최종 전사 부재에게 요구되는 성질을 고려하여 적절히 선택될 수 있으며, 전형적으로 약 5분 내지 약 60분일 수 있다.
상기 연속 이동형 발포장치는 공지된 방법을 이용하여 특별히 제작할 수 있거나 또는 제조사로부터 구입하여 사용할 수 있다. 상기와 같이 제조된 발포체를 성형틀에 압입한다. 상기 성형틀은 고무 튜브일 수 있다. 이와 같이하여 얻어진 원환상 발포체(annular foam)를 접착제를 외주면에 도전성 접착제를 도포하였거나 또는 도포하지 않은 축(1)에 강제 압입하여 2차 가황을 실시하여 탄성체층(2)을 축(1)에 전기적으로 접합하는 것과 동시에 기계적으로 고정한다. 이어서, 목적하는 외경으로 연마하여 최종 전사 롤러 형상의 전사 부재(10)를 완성한다. 필요에 따라서 탄성체층(2)의 외주면을 소정의 표면조도가 되도록 더 연마하고, 또한 필요에 따라서 코팅층을 통상의 방법을 이용하여 코팅한다. 이에 의하여 도 1에 도시된 전사 롤러(10)를 얻을 수 있다.
이와 같이하여 얻어진 전사 부재(10)는 전형적으로 단층의 탄성체층(2)을 포함한다. 탄성체층(2)의 경도는 1kg 하중의 ASKER-C 경도계로 측정할 때 약 30 내지 약 50 도이며, 전기 저항은 106 내지 1010 Ω으로 조절될 수 있다.
위에서 설명된 전사 부재는 탄성체층 내에서 카본 블랙이 균일하게 분포하고 균일한 크기의 발포체 셀들을 구비함으로써 저항 균일성 및 저항 안정성이 높으면서도 내마모성이 우수하다. 따라서 상기 전사 부재는 전기적 성질이 우수할 뿐만 아니라 감광체 드럼 또는 화상 수용 부재와의 마찰에 잘 견딜 수 있어서 장기간에 걸쳐서 고품질 화상을 고속으로 그리고 안정적으로 제공할 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 개시를 더 구체적으로 설명하지만, 이는 예시를 위한 것으로서 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 13: 전사 롤러의 제조
NBR 고무(금호석유화학(주), KNB 0230L) 및 ECO 고무(제조사: Zeon, 제품명: T3106)의 혼합물(중량 혼합비 = 80:20) 100 중량부를 기준으로 이온 도전제로서 테트라에틸 암모늄을 0.2 중량부, 가교제로서 분말(Tsurumi사, 제품명: Sulfax PN) 2 중량부를 고정하여 혼합하고, 이에 더하여 구리 프탈로시아닌이 포함된 시안 피그먼트로서 C.I Pigment Blue 15:2, 발포제로서 아조디카본아미드(ADCA), 및 도전성 카본 블랙(제조사: Mishibish Chemical, 제품명: MA100)의 함량을 각각 아래 표 1에 표시한 바와 같이 변화시키면서 고무 배합물들을 형성하였다.
이러한 고무 배합물들을 사용하여 위에서 설명한 연속 발포법으로 전사 롤러를 제조하였다. 구체적으로, 위에서 얻은 고무 배합물을 혼련기를 이용하여 혼합하고 시트 형태로 형성하였다. 이를 약 24 시간 이상 동안 상온에서 숙성시키고 선단에 단면이 원환상인 다이(die)가 장착된 이축 압출기에 투입하여 용융 압출하였다. 상기 다이를 통하여 길이가 긴(elongate) 연속적인 원환상 압출물을 얻었다.
그 다음, 압출기와 연결된 길이 약 20 미터의 연속 이동형 발포 장치로 원환상 압출물을 바로 이송하여 상기 발포 장치를 통과하여 이동시키면서 발포 및 가황 공정을 실시하여 외경 약 16.2 mm, 및 내경 약 5 mm의 원환상 발포체를 얻었다. 상기 발포 장치의 내부 온도는 약 200 내지 약 220 ℃로 설정하였다.
얻어진 연속한 탄성체를 길이 250 mm로 절단하고, 외경 5 mm의 스테인레스 스틸제의 샤프트를 삽입 고정하고 2차 가황을 실시하여 탄성체층(2)이 축(1)에 전기적으로 접합되고 기계적으로 고정된 전사 롤러(10)를 제조하였다. 상기 탄성체층(2)의 외주면을 연마하여 외경 약 16 mm로 조절하였다. 이 전사 롤러(10)에 대하여 각종 특성을 평가하였다. 실시예들 및 비교예들에서 전사 롤러에 대한 각종 물성 평가 결과는 표 1 및 2에 종합되어 있다.
발포제(ADCA)
(중량부)		 구리프탈로시아닌
시안 안료
(중량부)		 카본 블랙
(중량부)		 셀 최대 직경(Dmax)/셀 최소직경(Dmin)의 비율 저항
상승비
실시예1 4 1 10 1.45 2.3
실시예2 4 5 10 1.32 1.9
실시예3 4 3 10 1.25 1.8
실시예4 4 3 5 1.33 2.1
실시예5 4 2 15 1.42 1.9
실시예6 3 1 10 1.35 1.8
실시예7 3 5 10 1.22 2.1
실시예8 5 5 10 1.25 2.3
실시예9 5 1 10 1.45 2.4
비교예1 4 0.5 10 1.58 2.7
비교예2 4 0.5 5 1.62 2.7
비교예3 4 7 15 1.58 2.6
비교예4 5 7 10 1.59 2.8
비교예5 4 - 10 1.72 2.9
비교예6 4 - 5 1.65 3.0
비교예7 4 - 15 2.05 2.8
비교예8 3 - 10 1.95 2.8
비교예9 3 - 5 2.15 3.3
비교예10 3 - 15 2.50 3.1
비교예11 5 - 10 2.35 3.0
비교예12 5 - 5 2.52 2.9
비교예13 5 - 15 2.60 2.8
평가 방법
표 1 및 2에 나타낸 전사 롤러의 발포 균일성, 저항상승비, 표면 결함 및 전사성은 아래에 설명하는 바와 같이 평가하였다.
측정할 전사 롤러를 저항 측정 지그에 장착하고 전사 롤러 상부에 각각 500g의 추를 올려 놓았다. 저항 측정 지그에서 30 rpm의 일정한 속도로 감광체 드럼을 회전시키면서 -2000V의 DC 전압을 전사 롤러 축에 반복적으로 인가하는 방식으로 1매 인쇄, 50,000매 인쇄, 100,000매 인쇄, 및 200,000매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러 샘플을 만들었다. 이러한 전사 롤러 샘플에 대하여 발포균일성, 저항상승비, 육안 결함, 및 전사성 평가를 아래의 기준으로 실시하였다.
발포 균일성 평가
육안상으로 발포체 셀 형상의 균일성과 연속성을 평가하였으며, 평가 신뢰성을 확보하기 위해 전계 효과 주사 전자 현미경법(FESEM)으로 발포 균일성을 평가하였다. 주사 전자 현미경법으로 얻은 발포체의 2,000 배율의 사진상에서 셀들의 크기 측정한 후 셀 최대 직경(Dmax)/셀 최소직경(Dmin)의 비율로 발포 균일성을 평가하였다. 상기 비율이 1.5 이하인 경우 발포 균일성이 우수하다고 평가할 수 있다.
저항상승비 평가
측정할 전사 롤러를 저항 측정 지그에 장착하고 전사 롤러 상부에 500g의 추를 올려 놓았다. 저항 측정 지그에서 30 rpm의 일정한 속도로 전사 롤러를 회전시키면서 -2000V의 DC 전압을 전사 롤러 축에 인가하고 전사 롤러 축에 연결된 전류계에서 전류를 측정한다. 위에 설명한 방식으로 얻은 1매 인쇄 및 200,000매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러 샘플에 대하여 상기 측정된 전류로부터 옴 법칙으로 저항값을 환산하여 인쇄 매수 증가에 따른 저항 상승비를 측정하였다. 이 저항 상승비가 2.5 이하이면 저항 안정성이 양호하다고 평가할 수 있다.
저항상승비 = (200,000매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러의 저항값)/(1매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러의 저항값).
표면 결함 평가
1매 인쇄, 50,000매 인쇄, 100,000매 인쇄, 및 200,000매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러 샘플에 대하여 육안상으로 발포체 폼의 표면 결함을 확인하였다. 구체적으로, 반복적인 전기적 인가에 의한 피로에 의해 크랙 발생 유무를 확인하고 아래와 같은 기준으로 평가하였다.
OK: 육안상으로 크랙이 관찰되지 않음;
NG: 육안상으로 크랙이 0.1mm 이상의 크랙이 관찰됨.
전사성 평가
레이저 프린터(제조사: 삼성전자, 제품명: 레이저프린터 모델 SL-M4580)의 전사전사 롤러를 제거하고 그 대신에 1매 인쇄, 50,000매 인쇄, 100,000매 인쇄, 및 200,000매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러 샘플을 장착하였다. 이 프린터를 이용하여 45 ppm 운전 조건에서 1% 흑색 솔리드 패턴을 인쇄하였다. 실시예 1, 2, 4 및 5; 및 비교예 5 및 6의 전사 롤러 샘플에 대하여 상기 솔리드 패턴 중의 전사 누락의 유무를 확인하여 아래와 같은 기준으로 평가하였다.
E(전사성 우수): 200,000매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러 샘플을 장착하여 인쇄하였을 때 전사성 90% 이상;
G(전사성 양호): 100,000매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러 샘플을 장착하여 인쇄하였을 때 전사성 90% 이상;
B(전사성 나쁨): 50,000매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러 샘플을 장착하여 인쇄하였을 때 전사성 90% 이상.
실시예1 실시예2 실시예4 실시예5 비교예5 비교예6
저항상승비 2.3 1.9 2.1 1.9 2.9 3.0
표면 결함
(200,000매 인쇄 샘플)		 OK OK OK OK NG
(100,000매 인쇄한 샘플)		 OK
전사성
평가		 E E E E B G
표 1을 참조하면, 발포제 함량, 카본 블랙 함량 및 프탈시아닌을 포함하는 시안 피그먼트 첨가 유무 및 함량에 따른 발포 균일성 및 저항상승비의 변화를 확인할 수 있다. 발포제 및 카본 블랙의 함량에 관계없이 상기 시안 안료 함량이 1 내지 5 중량부인 실시예 1 내지 9의 경우가 상기 시안 안료를 첨가하지 않는 경우 또는 1 중량부 미만 또는 5 중량부 초과의 양으로 첨가한 비교예 1 내지 13의 경우에 비하여 발포 균일성 및 저항상승비 모두 불량하였다. 구체적으로, 상기 시안 안료 함량이 1 중량부 미만인 경우(비교예 1 및 2), 상기 시안 안료가 카본 블랙을 균일하게 분산시키는 능력이 부족하여 카본 블랙 분산이 충분하지 않아서 균일한 발포체를 얻을 수 없었다. 상기 시안 안료 함량이 5 중량부를 초과하는 경우(비교예 3 및 4), 상기 시안 안료 입자들끼리 응집하는 현상이 발생하여 균일한 셀 크기를 갖는 탄성체층을 얻기 어려웠다.
표 2를 참조하면, 발포제 함량, 카본 블랙 함량 및 프탈시아닌을 포함하는 시안 피그먼트의 첨가 유무 및 함량에 따른 저항상승비, 통전에 따른 내구성 지표인 표면 결함, 및 전사성의 변화를 확인할 수 있다. 발포제 및 카본 블랙의 함량에 관계없이 프탈로시아닌이 포함된 시안 안료 함량이 1 내지 5 중량부인 실시예 1, 2, 4 및 5의 전사 롤러의 경우에는 저항상승비가 1.9~2.3으로 2.5 미만으로 양호한 저항 상승비를 나타내었다. 반면에, 상기 시안 안료를 포함하지 않은 비교예 5 및 6의 전사 롤러의 경우에는 저항상승비가 각각 2.9 및 3.0으로 저항 상승비가 대폭 상승하는 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 시안 안료를 포함하지 않은 경우에는 통전에 의해 전사 롤러의 저항값의 경시 변화가 큰 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1, 2, 4 및 5의 전사 롤러의 경우에는 200,000매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러 샘플의 경우에도 통전에 의한 크랙이 발생하지 않았지만, 비교예 5의 전사 롤러의 경우에는 100,000매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러 샘플의 경우에도 통전에 의한 크랙이 발생하였다. 이는 상기 시안 안료를 포함하지 않은 경우에는 통전에 의해 크랙이 발생하여 탄성체층(2)의 열화 현상 문제를 노출하였다.
통전에 의해 열화 현상 및/또는 저항 상승 현상이 발생하면 전사 롤러의 전사성이 나빠지는 경향이 있다. 따라서 200,000매 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러 샘플을 상기 프린터에 장착하여 인쇄하였을 때의 전사성을 평가하였다. 표 2를 다시 참조하면, 상기 시안 안료가 포함되지 않은 비교예 5 및 6에서는 각각 50,000매 및 100,000매를 인쇄한 상태에 해당하는 전사 롤러 샘플을 장착하여 인쇄하였을 때 전사성이 나빠졌다. 이는 비교예 5 및 6의 전사 롤러의 경우에는 통전에 의해 열화 현상 및 저항 상승이 크게 되어 나타난 결과이다. 그러나, 상기 시안 안료 함량이 1 내지 5 중량부인 실시예 1, 2, 4 및 5의 전사 롤러의 경우에는 전사성이 모두 우수하였다. 이는 상기 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료가 카본 블랙을 균일하게 분산시키고, 이 균일하게 분산된 카본 블랙이 통전에 의한 탄성체층 열화 및 저항 상승을 억제하기 때문으로 평가될 수 있다. 특히 상기 시안 안료의 포함 여부만을 제외하면 탄성체층의 함량이 거의 유사한 실시예 4-5 및 비교예 5-6의 평가 결과를 직접 비교하면, 실시예 4-5의 전사 롤러가 비교예 5-6의 경우보다 발포 균일성, 저항상승비, 표면 결함 및 전사성의 모든 측면에서 대폭 향상된 것을 확인할 수 있다.
이상의 결과로부터, 본 개시에 따른 전사 롤러는 탄성체층 내에 프탈시아닌을 포함하는 시안 안료를 포함함으로써 탄성체층 내에서 카본 블랙이 균일하게 분포하고 균일한 크기의 발포체 셀들을 구비할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이에 의하여 본 개시에 의한 전사 롤러는 저항 균일성 및 저항 안정성이 높으면서도 내마모성이 우수하였다. 따라서 상기 전사 부재는 전기적 성질이 우수할 뿐만 아니라 감광체 드럼 또는 화상 수용 부재와의 마찰에 잘 견딜 수 있어서 장기간에 걸쳐서 고품질 화상을 고속으로 그리고 안정적으로 제공할 수 있다. 따라서 상기 전사 부재는 프린터의 고속화 및 장수명화에 적합하다.
본 개시는 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 전자사진 화상형성장치용 전사 부재로서, 상기 전사 부재는
    지지체 및 상기 지지체 상에 형성된 탄성체층을 포함하고,
    상기 탄성체층은 i) 바인더 수지,
    ii) 전자 전도제,
    iii) 이온 전도제, 및
    iv) 금속 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료를 포함하는 전사 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바인더 수지는 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에피클로로히드린-에틸렌산화물 고무(ECO), 클로로프렌 고무(CR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 이소프렌 고무(IR), 아크릴 고무(ACM), 우레탄 고무(UR), 부타디엔 고무(BR) 및 실리콘 고무(SiR)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종인 전사 부재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 성분 i) 내지 iv) 성분의 함량은 상기 성분 i) 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 상기 ii) 전자 전도제 5 내지 15 중량부, 상기 iii) 이온 전도제 0.1 내지 1 중량부, 및 상기 iv) 금속 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료 1 내지 5 중량부인 전사 부재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 바인더 수지는 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에피클로로히드린-에틸렌산화물 고무(ECO)의 혼합물로서 상기 NBR 대 상기 ECO의 혼합 중량비는 65:35 내지 90:10인 전사 부재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전자 전도제는 카본 블랙 입자, 카본 입자, 그라파이트 입자, 도전성 금속 산화물 입자 및 금속 입자에서 선택된 적어도 1종인 전사 부재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이온전도제는 암모늄염, 과염소산염, 염소산염, 염산염, 브롬산염, 옥소산염(oxy salt), 붕불화수소산염(fluoboric acid, 황산염, 에틸황산염, 카본산염(carbonate) 및 술폰산염으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종인 전사 부재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료는 구리 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료인 전사 부재.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속 프탈로시아닌을 포함하는 시안 안료는 상기 전자 전도제의 분산제로서 작용하는 전사 부재.
  9. 제1항에 있어서, 상기 탄성체층은 발포체층 또는 비발포체층인 전사 부재.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전사 부재는 전사 롤러 또는 전사 벨트인 전사 부재.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 전사 부재를 포함하는 전자사진 화상형성장치.
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