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KR20100024245A - 가이드 부재를 포함하는 벨트 및 이를 포함하는 화상형성장치 - Google Patents

가이드 부재를 포함하는 벨트 및 이를 포함하는 화상형성장치 Download PDF

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KR20100024245A
KR20100024245A KR1020080083009A KR20080083009A KR20100024245A KR 20100024245 A KR20100024245 A KR 20100024245A KR 1020080083009 A KR1020080083009 A KR 1020080083009A KR 20080083009 A KR20080083009 A KR 20080083009A KR 20100024245 A KR20100024245 A KR 20100024245A
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KR
South Korea
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belt
carbon black
guide member
image forming
forming apparatus
Prior art date
Application number
KR1020080083009A
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English (en)
Inventor
김태현
정희원
이용훈
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

무한궤도 운동하는 화상형성장치용 벨트가 개시된다. 본 발명의 화상형성장치용 벨트는 내측면에 형성된 사행 방지용 가이드 부재를 포함하고, 상기 가이드 부재는 고무 시트 및 카본 블랙을 포함하여 형성되며, 상기 카본 블랙은 1차 입자 입경이 15nm 내지 35nm 의 범위 이내이다. 본 발명에 따르면, 내마모성이 향상되어 장시간 사용에도 벨트의 사행을 방지하고 화상 오염의 발생을 방지하는 화상형성장치를 제공할 수 있다.
벨트, 카본 블랙, 가이드

Description

가이드 부재를 포함하는 벨트 및 이를 포함하는 화상형성장치{Belt having a meandering prevention guide and imageforming apparatus having the same}
본 발명은 화상형성장치에 사용되는 벨트에 있어서, 벨트의 사행을 방지하기 위해서 벨트 상에 형성되는 가이드 부재에 대한 것으로, 더욱 상세하기로는 내마모성이 향상된 가이드 부재 및 이를 포함하는 벨트에 대한 것이다.
프린터, 복사기, 팩시밀리, 복합기와 같은 전자사진방식을 이용하는 화상형성장치는 감광매체, 감광매체에 레이저 빔을 조사하여 화상 데이터에 따른 정전잠상을 형성하는 노광장치, 정전잠상이 형성된 감광매체에 토너를 공급하여 정전잠상을 현상하는 현상장치, 현상된 잠상을 전사하는 전사장치 등을 구비한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 화상이 형성되는 프로세스를 간단히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 먼저, 대전 롤러(700)에서 전압을 인가하여 감광매체를 대전시킨다. 도 1에서와 같이 감광매체는 OPC 드럼(550)으로 구성될 수도 있지만, 도 2에서와 같이 감광벨트(500)와 이 감광벨트(500)를 구동시키는 구동롤러(510), 지지롤러(520, 520') 등을 포함하여 구성될 수 있다. 감광벨트(500)는 감광물질을 포 함하고 있어서 광원에 의해서 노광된다.
광학 유닛(미도시)으로부터 레이저 빔을 감광매체에 조사하여 감광매체를 노광시키고, 이 감광매체가 회전하면서 블랙현상기(640), 시안현상기(630), 마젠타현상기(620), 옐로우현상기(610)에 의해서 각각의 토너에 의해서 잠상이 현상된다. 도 1에서와 같이 감광매체가 OPC 드럼(550)인 경우에는 OPC 드럼이 회전하면서 토너 잠상이 현상되지만, 도 2에서와 같이 감광매체가 감광벨트(500)인 경우에는 무한 궤도 운동하면서 토너 잠상이 현상된다.
한편, 중간전사벨트(100)는 벨트의 구동롤러(200)에 의해서 회전하고, 제1 전사롤러(410)에 인가된 전압에 의해서 각 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙의 토너 상이 1차로 중간전사벨트(100)에 전사되는데, 중간전사벨트(100) 상에는 최대 4색이 중첩되는 토너 상이 형성된다.
기록 매체가 급지부(미도시)로부터 급송되어서, 제2 전사롤러(420)와 중간전사벨트(100)를 통과하면서 제2 전사롤러(420)에 전압이 인가되어 중간전사벨트 상에 있는 토너상이 기록 매체로 일괄 전사, 즉 2차 전사된다. 그 다음, 이 기록 매체는 정착장치로 보내지고, 정착 롤러의 닙(nip)부를 통과하면서 토너상이 용융되고 정착되어 화상형성장치의 본체 밖으로 송출된다. 정착장치는 정착벨트(800), 정착롤러를 구동시키는 구동롤러(810), 지지롤러(820), 및 정착롤러(840)를 포함하여 구성될 수 있다.
전사장치에서 중간전사벨트(100)가 구동롤러(200)에 의해서 회전할 때, 회전축을 따라서 제대로 회전할 수 있도록 구동롤러(200)의 반대편에 지지롤러(300)를 마련한다.
중간전사벨트(100) 및 이송벨트(미도시)로 분류되는 전사벨트는 상술한 바와 같이 회전하면서 화상의 전사에 관여하게 된다.
상술한 전사벨트(100), 감광벨트(500), 정착벨트(800) 등과 같은 화상형성장치에 사용되는 벨트들은 무한궤도 운동을 하면서 회전을 하게 되는데, 접촉하게 되는 롤러 또는 감광매체 등의 다른 장치와의 접촉에 있어서, 일정한 궤도를 따라서 회전하면서 적절한 접촉이 이루어질 필요가 있다.
그러나, 벨트의 회전에 따라서 벨트와 내부 또는 외부 접촉하는 롤러 등 다른 장치와의 접촉에 의한 마찰에 의해 또는 외부적으로 가해지는 물리력 등에 의해서 벨트가 그 궤도를 벗어나서 사행되는 문제점이 있었다.
이를 방지하기 위해서, 벨트의 소정 부위에 가이드 부재를 형성하여 벨트가 궤도를 벗어나서 회전하지 않도록 하였다.
벨트에 형성된 가이드 부재는 벨트의 회전에 의해서 접촉하는 롤러와 마찰을 일으키는데, 마찰에 의해서 가이드 부재가 마모되면서 분진이 발생하는 문제점이 있었다. 이 분진에 의해서, 벨트 또는 화상형성장치 본체 내부의 다른 장치들을 오염시켜서 토너 전사에 방해가 되는 문제가 있었다.
또한, 전사 벨트, 정착 벨트, 감광 벨트와 같은 벨트들은 소모품이 아니므로 화상형성장치의 사용가능한 동안에는 이러한 벨트들도 적절하게 사용가능해야 하는데, 장시간 사용에 의해서 가이드 부재가 마모되면서 제기능을 수행하지 못하게 되므로, 이러한 벨트들의 교체가 요구되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명은 잠상의 형성이나 토너의 전사, 화상의 정착 등 화상형성장치에서 형성되는 화상에 영향을 미치는 것 없이 장치에 사용되는 벨트들의 사행을 방지하면서 내마모성이 향상된 가이드 부재를 구비한 벨트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 잠상의 형성이나 토너의 전사, 화상의 정착 등 화상형성장치에서 형성되는 화상에 영향을 미치는 것 없이 장치에 사용되는 벨트들의 사행을 방지하면서 내마모성이 향상된 벨트용 가이드 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 잠상의 형성이나 토너의 전사, 화상의 정착 등 화상형성장치에서 형성되는 화상에 영향을 미치는 것 없이 장치에 사용되는 벨트들의 사행을 방지하면서 내마모성이 향상된 가이드 부재를 구비한 벨트를 포함하는 화상형성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무한궤도 운동하는 화상형성장치용 벨트는 내측면에 형성된 사행 방지용 가이드 부재를 포함하고,
상기 가이드 부재는 고무 시트 및 카본 블랙을 포함하여 형성되며,
상기 카본 블랙은 1차 입자 입경이 15nm 내지 35nm 의 범위 이내인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 카본 블랙은 질소 흡착 비표면적이 80mg2/g 내지 140mg2/g의 범위 이내인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 카본 블랙은 SAF(Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, SAF-HS(Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, ISAF-HS(Intermediate Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, HAF(High Abrasion Furnace) 카본 블랙 및 이들 중에서 선택되는 2종 이상의 혼합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 고무 시트는 폴리카보네이트계 우레탄 고무 시트 또는 폴리에스테르계 우레탄 고무 시트인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 카본 블랙은 상기 고무 시트에 대해서 20phr 내지 40phr의 범위 이내의 함량인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 벨트는 감광벨트, 정착벨트 또는 전사벨트 중 어느 하나일 수 있으며, 전사벨트인 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화상형성장치는
무한궤도 운동하는 벨트,
상기 벨트를 구동시키는 구동 롤러, 및
상기 벨트를 지지하는 지지 롤러를 포함하고,
상기 벨트는 내측면에 형성된 사행 방지용 가이드 부재를 포함하고,
상기 가이드 부재는 고무 시트 및 카본 블랙을 포함하여 형성되며,
상기 카본 블랙은 1차 입자 입경이 15nm 내지 35nm 의 범위 이내인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 카본 블랙은 SAF(Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, SAF-HS(Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, ISAF-HS(Intermediate Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, HAF(High Abrasion Furnace) 카본 블랙 및 이들 중에서 선택되는 2종 이상의 혼합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 카본 블랙은 상기 고무 시트에 대해서 20phr 내지 40phr의 범위 이내의 함량인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 벨트는 감광벨트, 정착벨트 또는 전사벨트 중 어느 하나일 수 있으며, 전사벨트인 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 벨트용 가이드 부재는 화상형성장치용 전사 벨트의 내측면에 형성되며,
고무 시트 및 카본 블랙을 포함하고,
상기 카본 블랙은 1차 입자 입경이 15nm 내지 35nm 의 범위 이내인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 카본 블랙은 SAF(Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, SAF-HS(Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, ISAF-HS(Intermediate Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, HAF(High Abrasion Furnace) 카본 블랙 및 이들 중에서 선택되는 2종 이상의 혼합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 카본 블랙은 상기 고무 시트에 대해서 20phr 내지 40phr의 범 위 이내의 함량인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 장시간의 사용에도 가이드 부재가 마모되지 않아서 화상이 일정하고, 벨트의 사행이 발생하지 않아서 노광이나 전사, 정착 등이 안정적으로 수행되는 가이드 부재, 이 가이드 부재가 형성된 벨트 및 이들을 포함하는 화상형성장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 명세서에 첨부되는 도면 및 본 발명에 따른 실시예들을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본원 발명의 화상형성장치용 벨트는 사행 방지용 가이드 부재를 포함하며, 이 가이드 부재는 고무 시트 및 카본 블랙을 포함하여 형성된다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에서 중간전사벨트와 구동롤러를 포함하여 A-A를 기준으로 절단된 단면을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 가이드 부재(110)는 중간 전사 벨트(100)가 롤러와 접하는 측면의 가장자리에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 도 3a는 한쪽 가장자리에만 가이드 부재(110)가 형성된 것을 도시한 것이고, 도 3b는 양쪽 가장자리에 가이드 부재(110)가 형성된 것을 도시한 것이다.
도 3a에서, 가이드 부재(110)가 형성되지 않은 쪽의 가장자리에는 보강테이프(120)와 같은 구조물을 형성할 수 있다. 이 보강테이프는 전사 벨트가 롤러와 접촉하여 마모되는 것을 방지할 수 있다.
가이드 부재(110)와 접촉하는 구동롤러(200)의 가장자리에는 가이드 부재(110)의 형상과 일치하는 홈부가 형성되어 가이드 부재(110)가 들어 맞게 된다. 이렇게 해서 전사 벨트가 회전을 하더라도 궤도를 이탈함이 없도록 궤도를 가이드 하는 역할을 하게 된다.
가이드 부재는 별도로 형성되어 전사 벨트에 부착될 수도 있고, 전사 벨트 형성시에 함께 형성하여 일체형으로 제작을 할 수도 있다.
전사 벨트는 반도전성의 심레스 벨트(seamless belt)로 이음새가 없는 것이 바람직하다.
전사 벨트로 사용가능한 재질로는 폴리비닐리덴(polyvinylidene), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), 폴리카보네이트(poly carbonate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리이미드(polyimide), 폴리아마이드(polyamide) 등이 가능하며, 바람직하기로는 폴리이미드를 사용한다.
폴리이미드 전사 벨트를 제조하기 위해서, 먼저 산무수물과 디아민 화합물을 반응시켜서 폴리아믹산(polyamic acid)를 중합한다.
그 다음, 폴리아믹산에 카본 블랙을 분산시키고 원통상의 금형 내에 이를 도포하고 건조시켜서 이미드화 처리를 행하여 반도전성의 폴리이미드 전사 벨트를 제조한다.
폴리이미드 전사 벨트의 제조에 사용할 수 있는 산무수물로는 예를 들면, 피로멜리틱 디안하이드라이드(PMDA, pyromellitic dianhydride), 프탈릭 디안하이드 라이드(PA, phthalic dianhydride), 비페닐테트라카르복실 디안하이드라이드(BPDA, biphenyltetracarboxylic dianhydride), 4',4-옥시디프탈릭 디안하이드라이드(ODPA, 4',4-oxydiphthalic dianhydride), 3',3,4,4'-벤조페논테트라카르복실 디안하이드라이드(BTDA, 3',3,4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride), 트리멜리틱 에틸렌 글리콜(TMEG, trimellitic ethylene glycol), 4,4'-(4,4'-이소프로필비페녹시)비프탈릭 안하이드라이드(BPADA, 4,4'-(4,4'-isopropylbiphenoxy)biphtalic anhydride), 트리멜리틱 안하이드라이드(TMA, trimellitic anhydride) 등이 있다.
폴리이미드 전사 벨트의 제조에 사용할 수 있는 디아민 화합물의 예를 들면, p-페닐디아민(p-phenyldiamine, p-PDA), 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline, 4,4'-ODA), 2,2-비스(4-(4-아미노페녹시-페닐)프로판(2,2-bis(4-(4-aminophenoxy-phenyl)propane, BAPP), p-메틸렌디아닐린(p-methylenedianiline, p-MDA), 프로필테트라메틸디실록산(propyltetramethyldisiloxane, GAPD), 폴리아로마틱아민(polyaromatic amine), 4,4'-디아미노디페닐설폰(4,4'-diaminodiphenyl sulfone), 2,2'-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노비페닐(2,2'-bis(trifluoromethyl)-4,4'-diaminobiphenyl), 3,5-디아미노-1,2,4-트리아졸(3,5-diamino-1,2,4-triazole) 등이 있다.
상기 산무수물과 디아민을 중합 반응시킬 때 용매를 사용하는데, 용매성 등을 고려하면 극성 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 사용 가능한 용매로는 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 피리딘(pyridine), N,N- 디메틸아세트아미드(N,N-dimethyl acetamide), N,N-디에틸 포름아미드(N,N-diethyl formamide), N,N-디에틸 설폭사이드(N,N-diethyl sulfoxide), 디메틸 설폰(dimethyl sulfone), 테트라메틸 설폰(tetramethyl sulfone), 디메틸 테트라메틸렌 설폰(dimethyl tetramethylene sulfone) 등이 있다.
전사 벨트에 체적 저항과 표면 저항을 부여하기 위해서 도전성 첨가제를 배합하여 제조할 수 있다. 도전성 첨가제로는 채널 블랙, 퍼니스 블랙 등과 같은 도전성 카본 블랙을 사용할 수 있으며, 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하기로는 퍼니스 블랙을 사용할 수 있다.
그 표면을 산화 처리한 퍼니스 블랙은 그 표면에 산소를 함유한 관능기(카르복실기, 케톤기, 락톤기, 수산기 등)가 부여되어 있어서 극성 용매와 친화성이 좋고, 전기적 부하 등에 의한 카본 블랙 표면의 산화 열화에도 강하다. 따라서, 산화 처리한 퍼니스 블랙을 사용하면 용매에서의 분산성이 향상되므로 바람직하다.
도전성 첨가제로 전사 벨트에 배합하는 카본 블랙은 휘발분이 1.5% 이상인 것이 바람직하다. 사용가능한 카본 블랙의 예를 들면 데구사의 FW200, FW2, FW1, special black 4, special black 5, special black 6, S170, S160, purine texture U, purine texture V, special black 550, special black 250, 미츠비시 화학사의 MA7, MA77, MA8, MA11, 카봇사의 MONARCH 700, MONARCH 800, MONARCH 1000, VULCAN XC72R 등을 들 수 있다.
바람직하기로는 카본 블랙의 평균 입경이 3nm 내지 70nm의 범위 이내의 것을 사용할 수 있는데, 평균 입경이 3nm 이하인 것은 고가이며 구입이 어려워서 전사 벨트의 제조에 이용하기가 적합하지 못하고, 70nm이상인 것은 폴리이미드 수지 표면을 거칠게 하여 전사 벨트가 토너 필르밍이 되기 쉽게 하므로 바람직하지 못하다. 특히 10nm 내지 50 nm의 범위 이내의 것이 더욱 바람직하다.
전사 벨트에 첨가되는 도전성 카본 블랙의 첨가량은 고분자 바니시(varnish)의 종류나 카본 블랙의 입경 등을 고려하여 결정되어야 한다.
바람직하기로는 폴리이미드 100중량부에 카본 블랙 40중량부 이하, 특히 6 중량부 내지 14중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
도전성 첨가제인 카본 블랙의 분산시에, 카본 블랙의 입자 분산 안정성을 높이기 위해서 비이온계 고분자 분산제를 첨가할 수 있다. 비이온계 고분자 분산제는 폴리-N-비닐 피롤리돈(poly-N-vinyl pyrrolidone), 폴리-N-비닐 포름아미드(poly-N-vinyl formamide), 폴리-N-비닐 아세트아미드(poly-N-vinyl acetamide), 폴리-N-비닐 카프로락탐(poly-N-vinyl caprolactam) 등이 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
바람직하기로는 폴리-N-비닐피롤리돈을 사용한다.
첨가되는 고분자 분산제의 첨가량은 카본 블랙의 중량 대비 1 내지 10phr 정도를 첨가한다. 분산제량이 1phr 이하일 경우에는 카본 블랙이 응집 또는 침전하여 전사 벨트의 저항이 전체적으로 균일하지 못하며, 분산제량이 10phr 이상일 경우에는 가격이 상승하므로 제조에 부담이 되는 문제가 있다.
상기와 같이 전사 벨트를 준비하고, 한편 가이드 부재를 제조한다.
가이드 부재는 고무 시트 및 카본 블랙을 포함하여 형성된다.
가이드 부재에 사용할 수 있는 고무 시트는 폴리카보네이트계 우레탄 고무 시트 또는 폴리에스테르계 우레탄 고무 시트를 사용할 수 있다.
우레탄 고무 시트는 기계적 강도가 우수하고 내크리프성 등이 우수한 특징이 있다.
우레탄 고무 시트의 제조의 일 예를 들면, 폴리이로시아네이트와 폴리올을 부분적으로 중합한 우레탄 엘라스토머용 프리폴리머와 쇄연장제인 경화제를 혼합하여 금형에 주입하고, 가열하고 경화시켜서 제조할 수 있다.
이렇게 제조된 우레탄 고무 시트를 톰슨 절단기로 절단하여 가이드 부재를 제작할 수 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 폴리이소시아네이트는 예를 들면, 트리메틸 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트, 디메틸 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 등이 있으며, 이들을 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 다만, 사용할 수 있는 폴리이소시아네이트가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 사용할 수 있는 폴리올은 예를 들면, 에틸렌 글리콜, 트리메틸올 프로판, 트리에탄올 아민, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 등이 있으며, 이들을 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 다만, 사용할 수 있는 폴리올이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 사용할 수 있는 쇄연장제는 1,4-부탄디올, 클리세린(clycerine), 헥사메틸렌 디아민, 히드라진 등이 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
우레탄 고무 시트의 제조에 있어서, 경화 반응을 촉진하기 위해서 촉매를 사용할 수 있다. 촉매는 경화 반응 속도를 촉진하고 성형 싸이클을 단축시켜서 제조 효율을 높일 수 있다. 사용 가능한 촉매의 예를 들면 삼급 아민 등의 아민계 화합물, 유기금속 화합물 등이 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 가이드 부재는 우레탄 고무 시트에 내마모성의 향상을 위한 카본 블랙을 첨가하여 제조한다.
내마모성은 카본 블랙의 1차 입자 입경, 즉 카본 블랙 구조의 크기와 관련이 있다. 1차 입자 입경이 작을 수록, 즉, 카본 블랙의 표면적이 클수록 우레탄 고무 시트로 제작되는 가이드 부재의 내마모성은 증가한다.
본 발명의 카본 블랙은 1차 입자 입경이 15nm 내지 35nm의 범위 이내인 것을 특징으로 한다. 본 명세서에서, "1차 입자의 입경"의 의미는 아무런 가공도 하지 않은 상태의 1차 입자(primer particle) 상태에서의 평균 입자의 직경을 의미한다.
카본 블랙의 1차 입자 입경이 15nm 보다 작으면 분산성이 떨어지기 때문에 가공하는 데에 어려움이 있다. 또한, 1차 입자 입경이 30nm 보다 크면 충분한 내마모성을 얻지 못하므로 사용하는 데 곤란하다.
한편, 본 발명에 사용하는 카본 블랙은 질소 흡착 비표면적이 80mg2/g 내지140mg2/g 의 범위 이내인 것이 바람직하다.
질소 흡착 비표면적이 80mg2/g보다 작으면 충분한 내마모성을 얻지 못하고, 질소 흡착 비표면적이 140mg2/g 보다 크면 분산성이 떨어져서 가공에 어려움이 있기 때문이다.
본 발명에서 사용할 수 있는 카본 블랙은 SAF(Super Abrasion Furnace, 초내마모성) 카본 블랙, SAF-HS(Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace, 준초내마모성) 카본 블랙, ISAF-HS(Intermediate Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, HAF(High Abrasion Furnace, 고내마모성) 카본 블랙 및 이들 중에서 선택되는 2종 이상의 혼합물이 바람직하다.
상기 카본 블랙들은 ASTM(AMERICAN STANDARD TEST METHOD) 분류 기준에 따른 일반 명칭으로, 예를 들면, ASTM 코드로, SAF 카본 블랙은 N100, ISAF 카본 블랙은 N200, HAF 카본 블랙은 N300으로 나타낼 수 있다.
본 발명의 가이드 부재의 제조를 위한 카본 블랙의 첨가량은 우레탄 고무에 대해서 20phr 내지 40phr의 범위 이내인 것이 바람직하다.
카본 블랙의 첨가량이 20phr 이하인 경우에는 충분한 내마모성을 얻기가 곤란하고, 40phr 이상인 경우에는 작업이 어려운 문제점이 있다.
카본 블랙의 1차 입자 입경의 측정은 전자 현미경 사진, 즉 SEM 또는 TEM으로 카본 블랙 입자의 직경을 측정하고 그 평균치를 구한다.
한편, 질소 흡착 비표면적은 JIS K 6217로 측정할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여 감광벨트용 가이드 부재에 대해서 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에서 감광 벨트와 지지롤러를 포함하여 B-B를 기준으로 절단된 단면을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 4a를 참조하면, 가이드 부재(501)는 감광 벨트(500)가 롤러와 접하는 측면의 가장 자리에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 도 4a는 한쪽 가장자리에만 가이드 부재(501)가 형성된 것을 도시한 것이고, 도 4b는 양쪽 가장자리에 가이드 부재(501)가 형성된 것을 도시한 것이다.
도 4a에서, 가이드 부재(501)가 형성되지 않은 쪽의 가장자리에는 보강 테이프(502)와 같은 구조물을 형성할 수 있다. 이 보강테이프는 감광벨트가 롤러와 접촉하여 마모되는 것을 방지할 수 있다.
가이드 부재(501)와 접촉하는 지지 롤러(520)의 가장자리에는 가이드 부재(501)의 형성과 일치하는 홈부가 형성되어 가이드 부재(501)가 들어 맞게 된다. 이렇게 해서 감광 벨트가 회전을 하더라도 궤도를 이탈함이 없도록 궤도를 가이드 하는 역할을 하게 된다.
가이드 부재는 별도로 형성되어 감광 벨트에 부착될 수도 있고, 감광 벨트 형성시에 함께 형성하여 일체형으로 제작을 할 수도 있다.
감광 벨트의 제조에 대해서는 공지의 방법을 사용할 수 있다. 감광 벨트용 가이드 부재의 제조는 상술한 전사벨트의 가이드 부재의 제조와 동일하다.
도 5a 및 도 5b를 참조한다.
도 5a 및 도 5b는 도 1에서 정착벨트와 구동롤러를 포함하여 C-C를 기준으로 절단된 단면을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 5a를 참조하면, 가이드 부재(801)는 정착벨트(800)가 롤러와 접하는 측면의 가장자리에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 도 5a는 한쪽 가장자리에만 가이드 부재(801)가 형성된 것을 도시한 것이고, 도 5b는 양쪽 가장자리에 가이드 부재(801)가 형성된 것을 도시한 것이다.
도 5a에서, 가이드 부재(801)가 형성되지 않은 쪽의 가장자리에는 보강 테이프(802)와 같은 구조물을 형성할 수 있다. 이 보강테이프는 정착벨트가 롤러와 접촉하여 마모되는 것을 방지할 수 있다.
가이드 부재(801)와 접촉하는 구동롤러(810)의 가장자리에는 가이드 부재(801)의 형성과 일치하는 홈부가 형성되어 가이드 부재(801)가 들어 맞게 된다. 이렇게 해서 정착벨트가 회전을 하더라도 궤도를 이탈함이 없도록 궤도를 가이드 하는 역할을 하게 된다.
가이드 부재는 별도로 형성되어 정착 벨트에 부착될 수도 있고, 정착 벨트 형성시에 함께 형성하여 일체형으로 제작을 할 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 일실시예에서 가이드 부재를 포함하는 전사벨트의 제조에 대해서 더욱 상세히 설명한다.
{실시예}
실시예 1
전사 벨트의 제조
<도전성 폴리이미드 바니시의 제조>
폴리이미드 바니시(우베사 U-니스) 100phr
카본 블랙(데구사 special black 4) 20phr
분산액(NMP 90중량%, 폴리-N-비닐 피롤리돈 10중량%) 10phr
N-메틸-2-피롤리돈 500phr
상기 성분들을 볼밀을 이용해서 300rpm에서 5시간 분산하여 도전성 폴리이미드 바니시를 제조하였다.
<반도전성 심레스 전사 벨트 제조>
내경 376mm, 길이 280mm인 금속제 원통(두께 3mm)에 상기 제조된 도전성 폴리이미드 바니시 30g을 주입하고 100rpm으로 회전시키면서 원통 내면에 균일하게 도포하였다.
그 다음, 3분간 회전한 후 120℃ 열풍 순환 건조기에 회선시키면서 투입하였다. 열풍순환 건조기에서 4시간 동안 310℃까지 승온하여 이미드화 반응을 완결하였다.
그 다음, 공기 중에서 서냉하고 원통 내면으로부터 도막을 박리하고, 양쪽 끝을 절단하여 치수를 맞추었다.
이렇게 하여 벨트의 두께가 70㎛인 반도전성 심레스 전사 벨트를 제조하였다.
가이드 부재의 제조
폴리이소시아네이트 27phr
폴리에스테르 폴리올 69phr
1,4-부탄디올 4phr
아민계 화합물 촉매 0.02phr
Corax N220 30phr
Corax N220은 코리아 카본 블랙으로 1차 입자 입경이 20nm 내지 25nm의 범위에 해당하고, 질소 흡착 비표면적이 119mg2/g이다.
상기와 같이 성분들을 준비하였다. 먼저, 폴리이소시아네이트와 폴리에스테르 폴리올을 부분적으로 중합시켜서 프로폴리머를 준비하고, 준비된 프로폴리머와 1,4-부탄디올 및 아민계 화합물 촉매를 혼합하여 금형에 주입하고 가열하였다.
이렇게 하여 가이드 부재를 준비하였다.
가이드 부재를 구비한 전사 벨트의 제조
상기에서 준비된 반도전성 심레스 폴리이미드 벨트의 끝단에 아크릴계 프라 이머를 도포하고 건조한 후, 양면 접착제를 이용하여 상기에서 준비된 가이드 부재를 부착하였다. 그 다음, 톰슨 절단기로 절단하고, 가이드 부재가 부착된 반대편에 센서창을 가공하여, 가이드 부재가 구비된 전사 벨트를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서, 가이드 부재의 제조에 있어서 카본 블랙을 Corax N 326 30phr을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 가이드 부재를 구비한 전사 벨트를 제조하였다.
Corax N 326은 코리아 카본 블랙으로 1차 입자 입경이 26nm 내지 30nm의 범위에 해당하고, 질소 흡착 비표면적이 84mg2/g이다.
비교예 1
실시예 1에서, 가이드 부재의 제조에 있어서 카본 블랙을 Corax HP 1107 30phr을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 가이드 부재를 구비한 전사 벨트를 제조하였다.
Corax HP 1107은 코리아 카본 블랙으로 1차 입자 입경이 10nm 내지 14nm의 범위에 해당하고, 질소 흡착 비표면적이 147mg2/g이다.
비교예 2
실시예 1에서, 가이드 부재의 제조에 있어서 카본 블랙을 Corax N 550 30phr을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 가이드 부재를 구비한 전사 벨트를 제조하였다.
Corax N 550은 코리아 카본 블랙으로 1차 입자 입경이 40nm 내지 48nm의 범위에 해당하고, 질소 흡착 비표면적이 42mg2/g이다.
비교예 3
실시예 1에서, 가이드 부재의 제조에 있어서 카본 블랙을 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 가이드 부재를 구비한 전사 벨트를 제조하였다.
{평가}
상기에서 제조된 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 가이드 부재를 구비한 전사 벨트로 경도, 마모계수, 가이드 부재의 수행 성능, 50000매 화상 평가 후의 가이드 부재의 마모 정도, 5000매 화상 형가 후 가이드 부재의 사행 정도를 평가하였다.
경도
경도는 Asker A형으로 측정하였다.
경도 측정 결과 실시예 1에 따른 가이드 부재의 경도는 74, 실시예 2에 따른 가이드 부재의 경도는 75, 비교예 1에 따른 가이드 부재의 경도는 75, 비교예 2에 따른 가이드 부재의 경도는 75, 비교예 3에 따른 가이드 부재의 경도는 70이었다. 이 결과를 보면, 카본 블랙의 1차 입자 입경에 상관 없이 카본 블랙을 첨가한 경우가 카본 블랙을 첨가하지 않은 경우(비교예 3)와 비교할 때 경도가 높음을 알 수 있다.
마모계수
마모계수는 다음과 같은 식을 이용해서 측정하였다.
마모계수=마모량/(하중×밀도×거리×운전시간)
하중은 20kgf고, 거리는 100mm, 상대 마모 반지름은 11.4, 운전시간은 1시간, 회전력은 100mm/sec, 온도는 25±5℃, 습도는 45±5%였으며, 상대 재질 UHMW-PE에 대한 마모 정도를 측정하였다.
마모계수의 단위는 cm3·sec/kgf·m·hr 이다.
마모계수의 측정 결과, 실시예 1에 따른 가이드 부재는 1.78×10-3cm3·sec/kgf·m·hr 이었고, 실시예 2에 따른 가이드 부재는 2.02×10-3cm3·sec/kgf·m·hr 이었고, 비교예 1에 따른 가이드 부재는 2.57×10-3cm3·sec/kgf·m·hr 이었 고, 비교예 2에 따른 가이드 부재는 3.25×10-3cm3·sec/kgf·m·hr 이었으며, 비교예 3에 따른 가이드 부재는 4.57×10-3cm3·sec/kgf·m·hr 이었다.
즉, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 가이드 부재의 마모 계수가 가장 작았으며, 카본 블랙을 첨가하지 않은 비교예 3의 가이드 부재의 마모 계수가 가장 컸다. 따라서, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 가이드 부재의 마모도가 가장 작음을 알 수 있다.
가이드 부재의 작업 성능
가이드 부재에 대한 작업 성능을 살펴본 결과, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 2와 비교예 3의 가이드 부재의 작업 성능은 양호하였다. 그러나, 카본 블랙의 1차 입자 입경이 작은 Corax HP 1107을 사용한 비교예 1에 따른 가이드 부재는 그 가공성에 문제가 있어서, 가이드 부재를 제대로 형성하지 못하였기 때문에, 가이드 부재에 대한 작업 성능을 제대로 관찰할 수 없었다.
50000매 화상 평가 후 가이드 부재의 마모도 확인
50000매의 화상을 인쇄한 경우의 가이드 부재의 마모도를 육안으로 평가하였다. 이 마모도의 평가는 가이드 부재가 마모되어 발생한 분진에 의해서 화상이 오염되는 정도를 육안으로 확인하여 평가하였다.
실시예 1 및 실시예 2, 비교예 1의 경우, 50000매의 화상을 인쇄한 후에도 화상에 얼룩이 발생하지 않은 양호한 화상을 인쇄할 수 있었다. 그러나, 비교예 2 및 비교예 3에 의한 경우에는 50000매의 화상을 인쇄한 후에, 가이드 부재의 마모도가 커서 그 분진에 의한 화상 얼룩이 심함을 확인할 수 있었다.
50000매 화상 평가 후 가이드 부재의 사행 정도 확인
실시예 1 및 실시예 2의 경우, 50000매의 화상을 인쇄한 후에도 가이드 부재가 제 기능을 수행하여 전사 벨트가 사행하지 않음을 확인할 수 있었다.
그러나, 비교예 2 및 비교예 3의 경우에는 가이드 부재의 마모도가 커서 가이드 부재가 전사 벨트의 사행을 방지하는 데에 기여를 하지 못함을 확인할 수 있었다. 비교예 1의 경우에는, 가이드 부재의 마모도보다도 가이드 부재 자체의 가공성에 문제가 있어서, 가이드 부재가 제대로 형성되기 어려워 전사 벨트의 사행을 방지하는 데에 기여를 하지 못하였다.
상기 테스트의 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
카본 블랙 Corax N220 Corax N326 Corax HP1107 Corax N550 없음
경도 (Asker A형) 74 75 75 75 70
마모계수 (cm3·sec/kgf·m·hr) 1.78×10-3 2.02×10-3 2.57×10-3 3.25×10-3 4.57×10-3
가이드 부재 작업 성능 나쁨 양호 양호 양호 양호
50000매 화상 평가 후 가이드 부재 마모도 양호 양호 양호 나쁨 나쁨
50000매 화상 평가 후 가이드 부재 사행 정도 나쁨 양호 양호 나쁨 나쁨
이상의 결과를 볼 때, 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2에 따른 가이드 부재가 내마모성이 향상되어 화상 오염이 없으면서도 장시간 전사 벨트의 사행을 방지하는 기능을 수행하는 데에 적합하다는 것을 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 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 일실시예에 따른 화상형성장치의 개략적인 도면,
도 2는 다른 실시예에 따른 화상형성장치의 개략적인 도면,
도 3a는 도 1의 화상형성장치에서 중간전사벨트와 구동 롤러를 A-A를 기준으로 절단한 단면의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면,
도 3b는 도 1의 화상형성장치에서 중간전사벨트와 구동 롤러를 A-A를 기준으로 절단한 단면의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면,
도 4a는 도 2의 화상형성장치에서 감광벨트와 지지롤러를 B-B를 기준으로 절단한 단면의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면,
도 4b는 도 2의 화상형성장치에서 감광벨트와 지지롤러를 B-B를 기준으로 절단한 단면의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면,
도 5a는 도 1의 화상형성장치에서 정착벨트와 구동롤러를 C-C를 기준으로 절단한 단면의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면, 및
도 5b는 도 1의 화상형성장치에서 정착벨트와 구동롤러를 C-C를 기준으로 절단한 단면의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
{도면의 주요 부호의 설명}
100...중간 전사 벨트 200...중간 전사 벨트의 구동롤러
110...중간 전사 벨트의 가이드 부재 300...중간 전사 벨트의 지지 롤러
500...감광벨트 501...감광벨트의 가이드 부재
600...현상 장치 800...정착벨트
801...정착벨트의 가이드 부재

Claims (17)

  1. 무한궤도 운도하는 화상형성장치용 벨트에 있어서,
    상기 벨트는 내측면에 형성된 사행 방지용 가이드 부재를 포함하고,
    상기 가이드 부재는 고무 시트 및 카본 블랙을 포함하여 형성되며,
    상기 카본 블랙은 1차 입자 입경이 15nm 내지 35nm 의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 벨트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 카본 블랙은 질소 흡착 비표면적이 100mg2/g 내지 150mg2/g의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 벨트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 카본 블랙은 SAF(Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, SAF-HS(Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, ISAF-HS(Intermediate Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, HAF(High Abrasion Furnace) 카본 블랙 및 이들 중에서 선택되는 2종 이상의 혼합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 벨트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고무 시트는 폴리카보네이트계 우레탄 고무 시트 또는 폴리에스테르계 우레탄 고무 시트인 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 벨트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 카본 블랙은 상기 고무 시트에 대해서 20phr 내지 40phr의 범위 이내의 함량인 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 벨트.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 벨트는 감광벨트, 정착벨트 및 전사벨트 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 벨트.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 벨트는 전사벨트인 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 벨트.
  8. 무한궤도 운동하는 벨트,
    상기 벨트를 구동시키는 구동 롤러, 및
    상기 벨트를 지지하는 지지 롤러를 포함하는 화상형성장치에 있어서,
    상기 벨트는 내측면에 형성된 사행 방지용 가이드 부재를 포함하고,
    상기 가이드 부재는 고무 시트 및 카본 블랙을 포함하여 형성되며,
    상기 카본 블랙은 1차 입자 입경이 15nm 내지 35nm 의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 카본 블랙은 SAF(Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, SAF-HS(Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, ISAF-HS(Intermediate Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, HAF(High Abrasion Furnace) 카본 블랙 및 이들 중에서 선택되는 2종 이상의 혼합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 카본 블랙은 상기 고무 시트에 대해서 20phr 내지 40phr의 범위 이내의 함량인 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 벨트는 감광벨트, 정착벨트 및 전사벨트 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 벨트는 전사벨트인 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  13. 무한궤도 운동하는 화상형성장치용 벨트의 내측면에 형성되며,
    고무 시트 및 카본 블랙을 포함하고,
    상기 카본 블랙은 1차 입자 입경이 15nm 내지 35nm 의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 벨트용 가이드 부재.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 카본 블랙은 SAF(Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, SAF-HS(Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace) 카본 블랙, ISAF-HS(Intermediate Super Abrasion Furnace-high Sturcture) 카본 블랙, HAF(High Abrasion Furnace) 카본 블랙 및 이들 중에서 선택되는 2종 이상의 혼합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 벨트용 가이드 부재.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 카본 블랙은 상기 고무 시트에 대해서 20phr 내지 40phr의 범위 이내의 함량인 것을 특징으로 하는 벨트용 가이드 부재.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 벨트는 감광벨트, 정착벨트 및 전사벨트 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 벨트용 가이드 부재.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 벨트는 전사벨트인 것을 특징으로 하는 벨트용 가이드 부재.
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