KR101437179B1 - 무솔기 벨트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벨트의 폭 방향 휨이 방지되는 대형의 무솔기 벨트를 제공한다.

Description

무솔기 벨트{Seamless Belt}
본 발명은 무솔기 벨트(Seamless Belt)에 관한 것으로서, 고속 전자 사진 복사기 등의 정착 벨트 또는 중간 전사 벨트, 또는 컨베이어 벨트로 유용한 무솔기 벨트에 관한 것이다.
전자사진 복사기, 팩시밀리, 레이저 빔 프린터 등의 복사ㆍ인쇄기기에 있어서 전자사진, 정전 기록, 자기 기록 등의 화상 형성 프로세스에 의해 열융해성의 수지 등으로 되는 토너의 화상을 기록지상에 형성하고, 이것을 열에 의해 정착시키는 열 정착 방식이 일반적으로 채용되어 왔다.
이와 같은 열 정착 방식으로 사용되는 정착 장치로는 가열 히터를 내장한 열 정착 롤러와 가압 롤러의 2개의 롤러 간에 토너 상이 형성되는 기록지를 보내고 정착시키는 히트 롤러 방식이 일반적이었지만, 근래에는 열 정착 롤러를 대신하여 폴리이미드나 폴리아미드 이미드 등으로 되는 필름 상의 심레스(seamless) 벨트를 사용하는 필름 정착 방식이 개발되어 넓게 사용되고 있다.
또한 컬러복사기나 컬러 프린터 등의 정전 복사 프로세스에서는 풀 컬러 화상을 얻기 위해 감광체상에 각 색의 토너 화상을 형성하고, 그 토너 화상을 중간 전사 벨트에 순차적으로 전사하고, 이 중간 전사 벨트 상에 다색 토너 화상을 형성한 뒤, 정전적에 일괄하고 전사재 상에 재전사하여 화상 어긋남이 없는 색 화상을 형성한다.
컬러복사기 등의 중간 전사 벨트로 사용되는 폴리머는 난연성, 강도, 전기 안정성이 요구되어 불소 수지나 폴리이미드 수지 등이 이용된다. 이러한 재료는 원하는 전기 저항을 얻기 위해 카본블랙 등의 전도성 첨가제가 첨가되는 경우가 많다. 특히 폴리이미드는 강도나 마찰 대전성 등에 기인하여 유용한 재료이다.
이와 같은 정착 벨트나 중간 전사 벨트와 같은 심레스 벨트의 제조방법의 일예로, 관상형 금속 심체의 내주면에, 폴리아믹산 용액과 같은 폴리이미드 전구체 용액을 도포하고 원심력에 의해 균일한 두께를 유지하고, 가열에 의해 건조 및 이미드화한 뒤 폴리이미드 관상물을 심체로부터 이형하는 방법이 알려져 있으며 주로 직경 70mm 내지 500mm 이하의 관형벨트를 제조하는 방법에 적용되고 있다.
또한 금속 심체의 외주면에, 폴리아믹산 용액과 같은 폴리이미드 전구체 용액을 균일하게 도포하고, 가열에 의해 건조 및 이미드화한 뒤 폴리이미드 관상물을 심체로부터 이형하는 방법도 알려져 있으며 주로 직경 70mm 이하의 관형벨트를 제조하는 방법에 국한되어 왔다.
만일 직경 70mm 이상의 관형벨트를 제조하기 위해 금속제 심체 외주면에 폴리이미드 전구체 용액을 도포하고 건조하면, 폴리이미드 전구체가 금속제 심체와의 접착면적이 넓고 이에 따른 접착력이 강해서 이형할 때 관형벨트의 손상이 발생하기 쉽고, 이와 같은 폴리이미드 전구체를 가열에 의해 이미드화하고 나면, 관상물 은 수축이 일어나고 금속제 심체에 강하게 밀착하여 이형을 위해 더욱 강한 힘이 요구되는 등 용이하게 심체로부터 이형시키기가 어려운 점이 있었다.
이를 해결하기 위한 방법으로, 폴리이미드 전구체 용액을 이형제가 코팅처리된 심체에 도포하고 적어도 관상물 모양으로 강도를 지지할 수 있을 때까지 가열하고 일단 심체로부터 이형한 뒤 재차 심체에 삽입하고 소성하는 방법; 심체에 작은 구멍을 마련해 두고 심체에 폴리이미드 전구체 용액을 도포하고 가열 소성한 후 심체의 내측으로부터 작은 구멍을 통해 공기를 압송하고 심체로부터 관상물을 이형하는 방법 등이 제안되었다.
그러나, 상기와 같은 방법은 관상물의 직경이 500mm 이상의 것일 때에 모두 부적절하여 대량생산되는 제품이 현존하고 있지 않다. 만일 500mm 이상의 관상형 금속 심체를 제작하여 심체의 내부 또는 외부에 도포하는 상기의 방법을 적용하려 한다면, 관상을 유지하며 고속 회전해야하는 금속 심체의 무게와 부피가 증가하여 작업이 매우 위험하고 기계적 에너지 비용이 증가하며, 또한 기계장치의 부속품이 쉽게 마모되어 유지비용도 증가하는 점이 있다.
또한 압출이나 사출과 같은 방법도 기계장치의 대형화가 요구되어 제조비용이 증가될 뿐만 아니라 균일한 가열과 고분자 거동을 제어하는 기술이 개발되어 있지 않다.
이에 따라 현재는 폴리이미드 필름의 양 끝단을 접합하여 관상물의 직경이 큰 벨트를 생산하여 사용하고 있는 실정이다.
그러나, 상기와 같이 필름을 접합하여 제조된 관형벨트는 접합부위에 사용된 접착제 및 필름 양 끝단이 교차된 정도에 따라 접합부위의 기계적 물성 및 전기적 특성이 달라지기 때문에 레이저 프린터에 있어서 균일한 토너 전사가 어렵고 불량을 야기하며, 접합부위에 솔기가 존재하기 때문에 레이저프린터의 감광체 드럼과 같은 전자장치와 접촉되어 작동하는 중에 손상을 주거나 손상이 발생될 수 있기 때문에 신규의 대형 무솔기 관형벨트에 대한 개발이 절실히 요구되어 왔다.
뿐만 아니라 상기와 같이 고분자 수지를 기재상에 도포하여 건조 및 열처리 과정을 통해 제조되는 벨트의 직경이 큰 경우에는 폭 방향으로 휨(Curl)이 발생하여, 불특정하게 벨트가 꺽이는 부위가 발생하는 등의 문제점이 있고, 아울러 회전체 상에서 사행(邪行)하는 원인으로 작용하고 궁극적으로 파단에 이르는 경우도 발생하고 있어 벨트의 휨을 방지할 필요성이 있다.
본 발명은 대형 무솔기 벨트를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 휨의 발생이 제어되는 대형 무솔기 벨트를 제공하고자 한다.
본 발명의 한 구현예에서는 관형 벨트의 내주면 직경이 500mm 이상이며, 하기의 방법으로 측정된 휨이 3㎝ 이하인 무솔기 벨트를 제공한다.
* 휨 측정방법
무솔기 벨트를 10㎝ × 10㎝ 크기로 절단하여 유리기판상에 올려둔 후 가장 높게 휘어 올라온 모서리의 높이를 측정.
상기 구현예에 의한 무솔기 벨트는 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리실록산 수지 및 실리콘 수지 중 선택된 단독 또는 2종 이상의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 무솔기 벨트는 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리티오펜(Polythiophenes), 폴리피롤(Polypyrrols), 폴리아세틸렌(Polyacetylenes), 폴리페닐렌 비닐렌(Polyphenylene Vinylene), 폴리페닐렌 설파이드(Polypheneylene Sulfide), 프탈로시아닌(Phthalocyanin) 및 폴리플루오렌(Polyfluorene) 중 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 무솔기 벨트는 인듐-주석 혼합 산화물(ITO), 인듐 산화물 함량이 적은 In2O3(ZnO)k (IZO), 인듐-주석-아연 산화물 삼성분계(In2O3-SnO2-ZnO) 또는 안티몬-주석 산화물(ATO), 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO) 으로부터 단독 또는 2종 이상 선택되어 구성되는 전도성 무기 소재; 카본블랙; 및 그라파이트로부터 선택된 1종 이상의 전기전도성 물질 3중량% 내지 30중량%을 포함하는 것일 수 있으며, 또는 카본나노튜브와 같은 고전도성 물질을 0.01중량% 내지 3중량% 포함하는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 무솔기 벨트는 질화붕소(BN), 산화마그네슘(MgO), 산화망간(MnO) 및 게르마늄(Ge)으로부터 선택된 1종 이상의 열전도성 충진제를 0.3중량% 내지 30중량% 포함하는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 무솔기 벨트는 표면 저항이 1.0 x 107 내지 1.0 x 1015ohm/sq인 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 무솔기 벨트는 표면조도(Rz)가 3㎛ 이하인 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 무솔기 벨트는 열적 치수변형율이 1% 이하인 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 무솔기 벨트는 탄성률이 2.0GPa 이상인 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 관형 벨트의 내주면 직경이 500mm 이상이며 이음매 없이 일체로 형성된 무솔기 벨트를 제공한다. 아울러 하기의 방법으로 측정된 휨이 3㎝ 이하인 것일 수 있다.
* 휨 측정방법
무솔기 벨트를 10㎝ × 10㎝ 크기로 절단하여 유리기판상에 올려둔 후 가장 높게 휘어 올라온 모서리의 높이를 측정.
본 발명의 무솔기 벨트는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 사용하여 제조된 것일 수 있으며, 내열성이 우수한 것이 바람직하다. 예컨대 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리실록산 수지 및 실리콘 수지로부터 선택된 단독 또는 2종 이상의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기의 폴리이미드 수지는 디아민류와 디안하이드라이드류를 공중합하여 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산 용액을 얻은 후 이미드화하여 얻어지는 수지로서, 유리전이온도가 200℃이상으로 내열성이 우수하므로 쉽게 변형을 일으키지 않는다.
이를 위하여 사용되는 디안하이드라이드류는 예컨대, 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(FDA), 4-(2,5-디옥소테트라하이드로푸란-3-일)-1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-1,2-디카르복실릭안하이드라이드(TDA), 4,4′-(4,4′-이소프로필리덴디페녹시)비스(프탈릭안하이드라이드)(HBDA), 3,3′-(4,4′-옥시디프탈릭디안하이드라이드)(ODPA) 및 3,4,3′,4′-비페닐테트라카르복실릭디안하이드라이드(BPDA), 2,2-비스[4-(디카르복시페녹시)페닐]프로판다이안하이드라이드(BSAA), 피로멜리트산 디안하이드라이드(PMDA), 벤조페논테트라카르복시산 디안하이드라이드(BTDA) 중 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 사용되는 디아민류는 예컨대, 파라페닐렌디아민 (p-PDA), 4,4-메틸렌디아닐린(MDA), 4,4-옥시디아닐린(ODA), 메타비스아미노페녹시디페닐 설폰(m-BAPS), 파라비스아미노페녹시디페닐설폰(p-BAPS), 2,2-비스아미노페녹시페닐프로판(BAPP) 및 2,2-비스아미노페녹시페닐헥사플루오로프로판(HF-BAPP), 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)-페닐]프로판(6HMDA), 2,2′-비스(트리플루오로메틸)-4,4′-디아미노비페닐(2,2′-TFDB), 3,3′-비스(트리플루오로메틸)-4,4′-디아미노비페닐(3,3′-TFDB), 4,4′-비스(3-아미노페녹시)디페닐설폰(DBSDA), 비스(3-아미노페닐)설폰(3DDS), 비스(4-아미노페닐)설폰(4DDS), 1,3-비스(3-아미노페녹시)벤젠(APB-133), 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠(APB-134), 2,2′-비스[3(3-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(3-BDAF), 2,2′-비스[4(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(4-BDAF) 중 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
이상의 디안하이드라이드류와 디아민류는 등몰량이 되도록 하여 유기용매 중에 용해하여 반응시키고 폴리아믹산 용액을 제조한다.
상기한 단량체들의 용액 중합반응을 위한 용매는 폴리아믹산을 용해하는 용매이면 특별히 한정되지 않는다. 공지된 반응용매로서 m-크레졸, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세톤, 디에틸아세테이트 중에서 선택된 하나 이상의 극성용매를 사용한다. 이외에도 테트라하이드로퓨란(THF), 클로로포름과 같은 저비점 용액 또는 γ-부티로락톤과 같은 저흡수성 용매를 사용할 수 있다.
또한 대전방지 또는 중간전사벨트와 같이 전기전도성을 요구하는 무솔기 벨트는 상기의 무솔기 벨트를 구성하는 고분자 수지와 더불어 폴리아닐 린(Polyaniline), 폴리티오펜(Polythiophenes), 폴리피롤(Polypyrrols), 폴리아세틸렌(Polyacetylenes), 폴리페닐렌 비닐렌(Polyphenylene Vinylene), 폴리페닐렌 설파이드(Polypheneylene Sulfide), 프탈로시아닌(Phthalocyanin), 폴리플루오렌(Polyfluorene)으로부터 선택된 1종 이상의 전기전도성 고분자 수지가 추가적으로 포함되어 구성될 수 있다.
아울러 본 발명의 무솔기 벨트는 전기전도성을 향상시키기 위해 상기 고분자 수지는 인듐-주석 혼합 산화물(ITO), 인듐-아연 산화물 In2O3(ZnO)k (IZO), 인듐-주석-아연 삼성분계 산화물(In2O3-SnO2-ZnO) 또는 안티몬-주석 산화물(ATO), 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO) 으로부터 선택되는 단독 또는 2종 이상의 전도성 무기 소재; 카본블랙; 및 그라파이트로부터 선택된 1종 이상의 전기전도성 물질을 3중량% 내지 30중량% 포함하거나 카본나노튜브와 같은 고전도성 물질을 0.01중량% 내지 3중량% 포함할 수 있다.
만일 전술한 하한보다 적은 양을 포함하는 것은 전기전도성의 향상이 작은 반면 제조 공정 단계의 증가로 인한 비용의 증가효과가 더욱 크기 때문에 비효율적이고, 전술한 상한보다 많은 양을 포함하는 것은 표면저항값이 매우 낮아져 전기전도성의 추가적인 향상을 얻을 수 있으나, 회전체 상에 적용되는 본 발명의 무솔기 벨트에 요구되는 기계적 물성이 저하될 수 있다.
또한 본 발명의 무솔기 벨트는 질화붕소(BN), 산화마그네슘(MgO), 산화망간(MnO) 및 게르마늄(Ge)으로부터 선택된 1종 이상의 열전도성 충진제를 더 포함할 수 있는데, 열 전도성을 바람직한 정도로 향상시키면서 기계적 물성을 고려하면서 제조공정단계 증가로 인한 비용과 관련하여 공정 효율상 0.3중량% 내지 30중량% 포함하는 것이 유리할 수 있으며, 상기의 열전도성 충진제를 더 포함함으로써 정착벨트에 사용되기 적합할 수 있다.
본 발명의 무솔기 벨트는 이상의 전기전도성을 고려하여 표면저항이 1.0 x 107 내지 1.0 x 1015ohm/sq인 것일 수 있으며, 기계적 물성을 고려하여 탄성율이 2.0GPa 이상인 것일 수 있고, 두께는 30㎛~500㎛인 것일 수 있다. 또한 내열성을 고려하여 열적 치수 변형율이 1% 이하인 것일 수 있다. 아울러 중간전사벨트 또는 정착벨트로써 기능을 수행하는 데 문제가 없도록 표면조도(Rz)가 3㎛ 이하인 것일 수 있으며, 구체적으로는 내주면 표면조도가 3㎛이하, 외주면 표면조도가 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.
이상 설명한 본 발명의 무솔기 벨트는 금속제 또는 복합 고분자 재질의 무단 벨트(Endless Belt)를 2개 이상의 회전 롤에 장착하여 회전시키면서, 상기 무단 벨트 상에 고분자 수지 또는 고분자 수지 전구체를 도포 및 건조하는 공정을 포함하여 제조된 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면과 함께 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명이 첨부된 도면에 국한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 무솔기 벨트를 제조하는 제조장치의 일 구현예를 도시한 정면도(a) 및 측면도(b)이며, 도 2 및 3은 본 발명의 무솔기 벨트를 제조하는 제조장치의 다른 구현예들을 도시한 정면도(a) 및 측면도(b)이다. 도 4는 본 발명의 무솔기 벨트를 제조하는 제조장치의 다른 구현예를 도시한 측면도(a) 및 평면도(b)이고 도 5는 본 발명의 무솔기 벨트를 제조하는 제조장치의 또 다른 구현예를 도시한 측면도이다.
본 발명의 무솔기 벨트를 제조하기 위하여 금속제 또는 복합 고분자 재질의 무단 벨트(Endless Belt)(12)를 2개 이상의 회전 롤(11)에 장착하여 상기 무단 벨트를 회전시키고, 회전되는 무단 벨트(12) 상에 고분자 수지 또는 고분자 수지 전구체를 도포하여 건조함으로써 본 발명의 무솔기 벨트를 제조할 수 있다.
무단 벨트(12)의 회전 속도는, 도포되는 고분자 수지 또는 고분자 수지 전구체의 점도와 큰 상관관계를 가지므로 특별히 제한되기 어렵지만, 도포되는 고분자 수지 또는 고분자 수지 전구체가 공백없이 무단벨트 상에 도포될 수 있는 최저속도와 도포된 고분자 수지 또는 고분자 수지 전구체가 원통형 롤러를 지나는 과정에서 원심력에 의해 이탈되지 않는 최고속도를 고려하여 선속도 3m/min 내지 30m/min일 수 있다.
상기 무솔기 벨트를 제조할 수 있는 제조장치를 설명하면, 금속제 또는 복합 고분자 재질의 무단 벨트(12); 1개 이상의 자유 회전롤(11); 적어도 1개의 구동모 터(10)에 의해 구동되는 1개 이상의 구동 롤(11'); 1개 이상의 장력 조절 롤(23); 탈부착형 롤 지지체(13); 고분자 수지를 도포하기 위한 코팅헤드(21, 31); 건조기(43)를 포함하여 구성되는 무솔기 벨트 제조 장치를 통해 무솔기 벨트를 제공할 수 있다.
또한 전술한 무솔기 벨트 제조 장치는 이송장치(40, 50), 개폐식 도어(41)를 포함하는 건조 챔버(44)를 포함하는 것일 수 있다.
상기 탈부착형 롤 지지체(13)는 무단벨트(12)와 무솔기 벨트를 상기의 구동 롤(11') 및 자유 회전롤(11), 장력 조절 롤(23) 등에 취부 및 취외하기 위해 용이하게 탈부착 또는 열고 닫히는 기능을 포함하고 또한 상기의 구동 롤(11') 및 자유 회전롤(11), 장력 조절 롤(23) 등이 움직이지 않도록 고정하는 기능을 갖는다. 이와 같은 탈부착형 롤 지지체(13)는 롤의 적어도 한 측 끝단에 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 무솔기 벨트 제조 장치는 상기 무단벨트(12) 및 무단벨트 상에 도포된 고분자 수지 또는 고분자 수지 전구체 및 상기의 구동 롤(11') 및 자유 회전롤(11), 장력 조절 롤(23) 및 롤을 지지하는 지지체(13) 일체를 코팅부(45)로부터 건조챔버(44)를 통과하여 취외부(46)로 이송시키는 이송 장치(40, 50)가 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 이송장치는 상기 무단벨트(12) 및 무단벨트 상에 도포된 고분자 수지 또는 고분자 수지 전구체 및 상기의 구동 롤(11') 및 자유 회전롤(11), 장력 조절 롤(23) 및 롤을 지지하는 지지체(13) 일체(실시예에서, 무단벨트 회전체)가 평면상으로 회전되는 턴테이블(Turn Table)(40)의 장착부(42)에 고정 하여 이송하는 방식, 금속 벨트 또는 금속 메쉬 벨트와 1개 이상의 구동롤(52)을 포함하는 컨베이어(50) 이송 방식, 워킹 빔(Walking Beam) 이송 방식의 것으로부터 선택될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기의 이송 방식은 연속식 또는 준연속식 방식으로 이송하게 되는 것이 바람직하다.
상기 무솔기 벨트를 구성하기 위한 고분자 수지 또는 고분자 수지 전구체가 도포되는 무단 벨트(12)는 건조 공정에 노출되는바 내열성이 우수한 금속제 또는 복합 고분자 소재인 것이 바람직하다.
예컨대, 금속제로는, 스테인레스 스틸(SUS), 니켈, 크롬, 구리, 알루미늄으로부터 선택된 1종 이상의 것으로 구성된 것으로서 두께가 0.1mm 내지 2mm인 것이 바람직하다. 만일 0.1mm 이하인 것은 쉽게 구겨지기 때문에 작업성이 좋지 않고 소재의 비용이 상승하는 문제가 있고, 2mm 이상의 것은 유연성이 낮아져 롤러의 크기가 커지고 결과적으로 기계장치의 무게가 상승하고 부속품의 교체주기가 빨라져 비용 상승의 원인이 될 수 있다.
한편, 복합 고분자 재질의 무단 벨트(12)로는 실리콘, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 액정폴리머(Liquid crystal polymer), 불소수지로부터 선택된 1종 이상의 수지를 포함하여 구성되고, 선택적으로 유리섬유, 아라미드 섬유로부터 선택된 심체를 포함하는 것이 바람직하다. 상기의 실리콘, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 액정폴리머, 불소수지는 내열성이 우수한 소재로서 약 250℃ 이상의 가열에도 열적 변형이 없는 소재이므로 본 발명에서 적용하기에 적절하다. 그러나 고분자 수지 자 체만으로는 무단 벨트에 강한 장력이 주어질 경우 치수의 변형이 발생하기 쉽고, 특히 가열될 경우 더욱 기계적 물성이 저하되는 경향이 있기 때문에 기계적 물성과 내열성을 향상시킬 목적으로 벨트 두께방향의 중간에 심체를 도입할 수 있다. 심체의 소재로는 유리섬유 또는 아라미드 섬유가 바람직하다. 상기 복합 고분자 소재로 구성된 무단 벨트의 두께는 특별히 제한되지 않지만 0.03mm 내지 5mm 이하인 것이 적절하다. 이러한 복합 고분자 소재의 무단 벨트(12)는 상기 고분자 수지 재질의 필름을 절단한 후 양 끝단을 가열 압착 또는 접착제를 통해 접합하여 벨트를 만들고, 벨트 위에 심체를 선택적으로 감고, 그 위에 상기의 고분자 수지 필름과 동일하거나 다른 고분자 수지 용액을 도포하여 솔기 부위가 돌출되지 않도록 하고, 건조 및 열처리함으로써 제조할 수 있다.
상기 무단 벨트(12)는 표면 장력이 30dyne/cm 이하인 저표면장력 수지층을 더 포함하는 것일 수 있다. 이와 같은 소재로는 예컨대, PTFE, PFA, FEP, ETFE와 같은 불소수지 또는 폴리실록산, 폴리디메틸실록산 등과 같은 실리콘 수지 또는 실리콘 오일로부터 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다. 상기의 PTFE는 표면 장력이 20∼22dyne/cm인 동시에 융점이 320℃ 이상이고, 열변형 없이 280℃ 이상에서 사용 가능한 우수한 소재인 점을 고려할 때 바람직한 것이다. 실리콘 수지는 별도의 경화제와 혼합하여 도포 후 경화를 완료하여 사용할 수 있으며, 불소수지와 유사한 표면장력과 내열성을 갖추게 될 뿐만 아니라 상대적으로 경제적인 측면이 있다. 이와 같은 저표면장력 수지층은 두께가 100㎛ 이하인 것일 수 있 다.
이와 같은 저표면장력 수지층이 무단 벨트(12)에 형성되면 제조되는 무솔기 벨트의 휨이 보다 방지될 수 있는데, 이는 휨현상이 무단 벨트와 무솔기 벨트를 구성하는 고분자 수지의 서로 다른 열팽창 계수에 의한 것으로 추정되며, 따라서 서로 다른 열팽창 계수를 갖는 수지층이 직접 맞닿는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
만일 상기 저표면장력 수지층을 형성하지 않은 무단 벨트(12)를 적용하면 건조 및 열처리 공정에 의해 무솔기 벨트를 구성하는 고분자 수지가 수축되려는 힘이 무단 벨트와 접촉되는 표면에서 스트레스로 남게될 뿐만 아니라 무솔기 벨트의 외주면과 내주면의 수축 정도가 달라지며, 결과적으로 무단 벨트로부터 취외된 무솔기 벨트는 내주 방향 또는 외주 방향으로 휨이 발생하게 된다.
이상의 무단 벨트(12)는 통상적인 컨베이어 벨트의 내열성보다 월등히 우수하다. 특히, 가열 후에도 치수의 변형이 적어 제품의 신뢰성이 증가하는데, 상기 무단 벨트(12)는 가열 후에도 치수 변형율이 1% 이하인 것이 바람직하다. 만일 1% 이상의 치수 변형이 발생하면 무솔기 벨트에 주름과 같은 굴곡이 발생할 수 있다.
또한 상기 무단 벨트(12)의 외주면 표면조도가 3㎛ 이하인 것이 바람직하다. 만일 표면조도가 3㎛ 보다 크면 레이저프린터용 토너와 같은 미세입자에 대한 균일한 전사가 어려워지고 해상도가 낮아질 수 있다.
한편 본 발명의 무솔기 벨트는, 용액 상태의 고분자 수지 또는 고분자 수지 전구체를 도포하는 공정이 요구되는 바, 코팅 헤드는 회전하는 무단 벨트(12) 상에 고분자 수지 또는 고분자 수지 전구체를 도포할 수 있는 것이라면 특별히 제한할 이유는 없지만, 디스펜서(Dispenser)(31), 리버스(Reverse)(21), 디핑(Dipping), 다이(Die), 콤마(Comma), 그라비아(Gravure), 립(Lip) 방식의 것이 균일한 도포를 위해 바람직하다. 또한 상기의 코팅 헤드(21,31)는 고정된 것일 수 있고 로봇(22, 32)에 의해 제어된 방향과 속도로 이동할 수 있는 것일 수 있다. 예컨대 디스펜서와 리버스 코팅 헤드는 도포하는 면적이 작기 때문에 벨트의 폭 방향으로 이동해야하므로 로봇이 요구된다.
상기 무단 벨트 상에 도포된 고분자 수지는 열풍 또는 히터를 통해 고분자 수지를 가열하여 고분자 수지에 포함된 휘발성 첨가제 및 용매를 건조하여 무솔기 벨트를 제조한다. 폴리아믹산과 같은 고분자 수지 전구체를 도포한 경우에는 건조 및 열처리를 통하여 이미드화시킴으로써 무솔기 벨트를 제조한다.
예컨대, 폴리아믹산 용액을 도포하거나 용매에 용해가 가능한 폴리이미드 수지를 도포하는 경우 80℃ 내지 200℃에서 잔존 용매가 5% 이하가 되도록 고분자 수지를 건조하고, 열경화 또는 이미드화 반응을 위해 250℃ 내지 280℃까지 승온하여 열처리함으로써 무솔기 벨트를 제조할 수 있다.
한편 폴리이미드의 기계적 물성과 내열성을 더욱 향상시킬 목적으로 최종 열처리 온도를 400℃까지 승온하여 적용할 수 있는데, 전술한 250℃ 내지 280℃에서 30분 내지 3시간의 열처리를 통해 이미드화 반응에 의한 고분자 수지층의 수축이 종료되었다고 판단되는 폴리이미드 무솔기 벨트를 취외 한 후, 금속으로 제조되는 별도의 무단벨트(12) 및 구동 롤(11') 및 자유 회전롤(11), 장력 조절 롤(23) 및 롤을 지지하는 지지체(13) 일체로 제조된 고온 열처리 장치를 이용하는 것이 좋다. 이 때에는 고분자 수지의 수축이 없거나 매우 작기 때문에 최종 제품의 휨 현상에도 큰 영향을 주지 않는 반면 저 표면장력 수지와 무단 벨트, 각종 롤러의 재질이 400℃ 이상의 내열성을 갖춰야 하기 때문에 이와 같은 별도의 수행이 요구된다.
이하, 본 발명의 실시예로 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
기계적 교반기, 환류 냉각기 및 질소유입구가 장착된 2L 용량의 4구 플라스크에 DMF 922.20g과 케첸블랙(KETJENBLACK EC 600 JD, Ketjenblack社, 일본) 6.5g(4.7중량%)을 혼합하고, 질소를 유입시켜주고, 200W 40kHz의 초음파로 1시간 분산한 후, 상기의 플라스크에 옥시디아닐린(Wakayama社, 일본) 52.49g을 용해하고, 벤조페논 디안하이드라이드 85.31g을 3회 분할 투입하여 반도전성 폴리아믹산을 제조하였다.
제조된 반도전성 폴리아믹산은 균일한 상태의 검정색 용액이며, 점도가 400poise였다.
직경 5m의 턴테이블(40), 디스펜서 코팅 헤드(31), 원적외선 히터 및 개폐식 도어(41)를 포함하는 건조기(43), 건조챔버(44), 취외부(46)를 포함하는 무솔기 벨트 제조 장치를 도 4와 같이 제작하였다.
관형을 기준으로 직경 950mm, 폭 600mm, 두께 0.2mm, 표면조도 0.2㎛인 스테인레스 스틸(SUS) 재질의 무단 벨트(남일물산(주), 한국) 내부에 직경 120mm의 롤(11,11′) 두 개를 삽입하고, 두 롤의 축을 지지체(13)에 고정하고, 상기 한 개의 롤(11′)을 구동 모터와 연결하여 무단 벨트(12) 회전체를 제조하였다.
상기 무단 벨트 회전체를 취외부에 있는 턴테이블 상의 장착부에 고정하고, 턴테이블을 90도 회전하여 코팅부(45)로 이송하고, 무단 벨트를 분당 15m의 선속도로 회전시키고, 불소코팅제(표면 장력 13dyne/cm, DURASURF? DS-3200, 삼일케미컬社販, 한국)를 도포하여 건조 후 두께가 5㎛가 되도록 하여 저표면장력층을 형성하였다.
이후 같은 속도로 무단 벨트를 회전시키면서 디스펜서를 통해 상기 폴리아믹산 용액을 무단 벨트상에 폭 500mm가 완전히 덮이도록 도포하였다.
도포가 완료된 후, 턴테이블을 90도 회전하여 무단 벨트 회전체를 제1건조기로 이송하였다. 제1건조기의 개폐식 도어를 닫고 원적외선 히터로 무단벨트 및 도포된 폴리아믹산 용액 표면을 가열하여 120℃를 유지하도록 한 후 30분동안 건조하고 이후 온도를 승온하여 180℃를 유지하도록 한 후 30분동안 건조하였다. 상기 건조가 종료된 후 폴리아믹산 용액에 포함된 DMF는 대부분 건조되어 잔존 용매율이 1.5%였다.
이후 턴테이블을 90도 회전하여 무단 벨트 회전체를 제2건조기로 이송하고 원적외선 히터로 무단벨트 및 도포된 폴리아믹산 용액 표면을 가열하여 280℃를 유지하도록 한 후 1시간동안 열처리하였다.
이후 무단 벨트 회전체를 취외부로 이송하여 무단 벨트 회전체를 탈착하고, 지지체를 해체하여 무단 벨트로부터 건조 및 이미드화가 완료된 무솔기 폴리이미드 벨트를 취외하여 습득하였다. 이 때, 무솔기 폴리이미드 벨트는 관형 기준으로 직경이 950mm이고 두께가 65㎛이고, 내주면의 표면조도가 0.3㎛, 외주면의 표면조도가 0.7㎛인 외관이 양호한 제품이었다. 벨트의 휨은 1.1cm였다.
표면저항측정기로 측정한 무솔기 벨트의 표면저항은 4.2x1010ohm/sq이고, 탄성율(Modulus)은 3.5GPa이고, 열적 치수변형율은 평균 0.11%였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 무단 벨트의 소재를 상기 실시예 1에서 습득한 무솔기 폴리이미드 벨트로 대체하고 폴리이미드 벨트 외주면에 실리콘 수지(표면 장력 22dyne/cm, Rhodorsil Resin 6405, Rhodia사, EU)를 코팅하고 경화하여 복합 고분자 무단 벨트를 제조하였다. 이 때, 무단 벨트는 두께가 75㎛이고 외주면의 표면조도가 0.4㎛이고, 열처리 후 치수 변화율이 종/횡 방향 각각 0.1%였다.
이후, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 무솔기 폴리이미드 벨트를 습득하였다. 이 때, 무솔기 폴리이미드 벨트는 관형 기준으로 직경이 951mm이고 두께가 65 ㎛이고, 내주면의 표면조도가 0.5㎛, 외주면의 표면조도가 0.7㎛인 외관이 양호한 제품이었다. 벨트의 휨은 1.7cm였다.
표면저항측정기로 측정한 무솔기 벨트의 표면저항은 4.0x1010ohm/sq이고, 탄성율(Modulus)은 2.7GPa이고, 열적 치수변형율은 평균 0.10%였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서, 폴리아믹산 용액을 하기와 같이 제조한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다. 기계적 교반기, 환류 냉각기 및 질소유입구가 장착된 4구 플라스크(용량 1L)에 435g의 DMF를 투입하고, 여기에 열적 및 기계적 강도와 표면의 윤활성을 높여주는 질화 붕소 분말(독일, ESK Ceramics, SCP-1) 10g과 전도성을 부여하기 위한 Multi-walled carbon nanotubes(한국, 나노베스트, Stock # 1231YJ) 1.3g(2.0중량%)을 투입하였으며, 초음파 분산기를 통해 3시간 동안 분산시키면서 질소를 유입시켜주었다. 이어서 상기 플라스크에 BPDA 38.42g과 4,4-옥시디아닐린 26.58g을 투입하고 상온에서 3시간동안 반응시켰다. 반응 완료 후 상온에서의 점도가 180poise인 폴리이미드 전구체를 얻었다.
이 때, 무솔기 폴리이미드 벨트는 관형 기준으로 직경이 950mm이고 두께가 65㎛이고, 내주면의 표면조도가 0.6㎛, 외주면의 표면조도가 0.7㎛인 외관이 양호한 제품이었다. 벨트의 휨은 0.5cm였다.
표면저항측정기로 측정한 무솔기 벨트의 표면저항은 3.8x1010ohm/sq이고, 탄성율(Modulus)은 3.6GPa이고, 열적 치수변형율은 평균 0.08%였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 무단 벨트에 불소수지를 코팅층을 형성하지 않고 실시하여 무솔기 벨트를 제조하였다. 이 때, 무솔기 폴리이미드 벨트를 무단벨트로부터 취외하는 과정에서 강한 접착력에 의해 무단벨트의 손상이 발생했다. 무솔기 폴리이미드 벨트는 관형 기준으로 직경이 950mm이고 두께가 65㎛이고, 내주면의 표면조도가 0.3㎛, 외주면의 표면조도가 0.7㎛이고, 벨트가 내주면 방향으로 휘는 형상이고, 벨트의 휨을 측정할 때 채취된 샘플이 거의 둥글게 말리는 현상이 나타났고 휘어 올라가 높이는 4.3cm 였다.
표면저항측정기로 측정한 무솔기 벨트의 표면저항은 2.5x1010ohm/sq이고, 탄성율(Modulus)은 2.3GPa이고, 열적 치수변형율은 평균 0.42%였다.
비교예 2
상기 비교예 1에서 폴리아믹산 용액을 하기의 아크릴 수지로 대체하여 실시하였다. 톨루엔 200g에 카본나노튜브(XM Grade, Unydim社, USA)를 0.15g(0.47중량%)을 투입한 후 초음파 분산기(200W, 40kHz, 제조사 ULTEC, 한국)를 통해 1시간 동안 분산시키고, 아크릴 수지(애경화학, 한국) 30g 및 이소시아네이트 1.5g을 투입한 후 30분간 혼합하여 제조된 용액으로 대체하고 건조 온도는 150℃ 고정한 것을 제외하고 동일한 방법으로 무솔기 벨트를 제조하였다. 이 때, 무솔기 폴리이미드 벨트는 관형 기준으로 직경이 950mm이고 두께가 65㎛이고, 내주면의 표면조도가 0.3㎛, 외주면의 표면조도가 0.7㎛이고, 벨트가 내주면 방향으로 휘는 형상이고, 벨트의 휨을 측정할 때 채취된 샘플이 거의 둥글게 말리는 현상이 나타났고 휘어 올라가 높이는 4.5cm였다.
표면저항측정기로 측정한 무솔기 벨트의 표면저항은 3.8x1010ohm/sq이고, 탄성율(Modulus)은 1.3GPa이고, 열적 치수변형율은 측정하는 과정에서 심하게 손상되어 측정이 불가능하였다.
평가 방법
1. 열적 치수 변화율
측정 기기 : 비접촉3차원측정기 (EG40600, VIMTEC사제)
평가 방법 : 25℃, 60%RH의 환경에서 10cm× 13cm 무솔기 벨트 소재의 모서리에서 약 1cm 지점을 직경 4mm 원형으로 천공한 후 천공의 중심간 거리를 측정한 후, 상기 무단 벨트를 250℃로 가열하여 3시간 열처리 한 후 냉각하여 천공의 중심간 거리를 재측정하였다. 측정된 값을 기준으로 열처리 전후의 치수 변화율을 측정하고 평균값을 구했다.
2. 표면 조도
평가 기기 : LSM(Carl Zeiss LSM5 Pascal)
평가 방법 : 50배율 기준 Rz값 측정
3. 휨(Curl)
무솔기 벨트를 절단하여 10cm x 10cm의 정사각형 모양으로 채취한 후, 지표면과 평면을 이루고 표면이 매끄러운 유리 기판 상에 올려둔 후 가장 높게 휘어 오른 모서리의 높이를 측정하였다.
4. 표면 장력
평가 기기 : 표면 장력계 (ITHO社 514-B2, 일본)
5. 표면저항
상기 실시예로부터 제조된 무솔기 벨트를 하기 측정기기로 표면저항을 측정하였다.
저저항 측정기기 : CMT-SR2000N, Four Point Probe System
(Advanced Instrument Technology사)
저저항 측정방법
- 표면저항 측정 시료 크기 : 10cm x 10cm
- 표면저항 측정 방법 : 자동
- 측정 환경 : 23℃ ± 1℃, 30∼70RH%
고저항 측정기기 :Hiresta UP, Probe UR-100 (다이아 인스트루먼트)
고저항 측정방법
- 표면저항 측정 시료 크기 : 10cm x 10cm
- 표면저항 측정 방법 : 인가전압 100V
- 측정 환경 : 23℃ ± 1℃, 30~70RH%
6. 탄성률
Instron사의 universal Testing Machine Model 1000을 사용하여 JIS K 6301에 의거하여 측정하였다.
도 1은 본 발명의 무솔기 벨트를 제조하는 제조장치의 일 구현예를 도시한 정면도(a) 및 측면도(b)이며,
도 2 및 3은 본 발명의 무솔기 벨트를 제조하는 제조장치의 다른 구현예들을 도시한 정면도(a) 및 측면도(b)이며,
도 4는 본 발명의 무솔기 벨트를 제조하는 제조장치의 다른 구현예를 도시한 측면도(a) 및 평면도(b)이며,
도 5는 본 발명의 무솔기 벨트를 제조하는 제조장치의 또 다른 구현예를 도시한 측면도이다.
<도면의 주요 부호의 설명>
10 : 구동 모터 11 : 자유 회전롤
11': 구동 롤 12 : 무단 벨트
13 : 롤 지지체 21 : 코팅 헤드(리버스)
22 : 로봇(상하-좌우 2축) 23 : 장력 조절 롤
31 : 코팅 헤드(디스펜서) 32 : 로봇(전후-좌우 2축)
40 : 이송장치(턴테이블) 41 : 개폐식 도어
42 : 장착부 43 : 건조기
44 : 건조 챔버 45 : 코팅부
46 : 취외부 50 : 이송장치(금속 컨베이어 벨트)
52 : 구동롤

Claims (11)

  1. 관형 벨트의 내주면 직경이 500mm 이상이며, 하기의 방법으로 측정된 휨이 3㎝ 이하이고,
    점도가 180 내지 400poise인 폴리아믹산으로부터 제조된 폴리이미드 수지를 기재로 하는 것임을 특징으로 하는 무솔기 벨트.
    * 휨 측정방법
    무솔기 벨트를 10㎝ × 10㎝ 크기로 절단하여 유리기판상에 올려둔 후 가장 높게 휘어 올라온 모서리의 높이를 측정.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    폴리아닐린(Polyaniline), 폴리티오펜(Polythiophenes), 폴리피롤(Polypyrrols), 폴리아세틸렌(Polyacetylenes), 폴리페닐렌 비닐렌(Polyphenylene Vinylene), 폴리페닐렌 설파이드(Polypheneylene Sulfide), 프탈로시아닌(Phthalocyanin) 및 폴리플루오렌(Polyfluorene) 중 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 무솔기 벨트.
  4. 제 1 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인듐-주석 혼합 산화물(ITO), 인듐-아연 산화물 In2O3(ZnO)k (IZO), 인듐-주석-아연 삼성분계 산화물(In2O3-SnO2-ZnO) 또는 안티몬-주석 산화물(ATO), 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO) 으로부터 선택되는 단독 또는 2종 이상의 전도성 무기 소재; 카본블랙; 및 그라파이트로부터 선택된 1종 이상의 전기전도성 물질을 3중량% 내지 30중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 무솔기 벨트.
  5. 제 1 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고전도성 물질을 0.01중량% 내지 3중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 무솔기 벨트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    고전도성 물질은 카본나노튜브인 것임을 특징으로 하는 무솔기 벨트.
  7. 제 1 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질화붕소(BN), 산화마그네슘(MgO), 산화망간(MnO) 및 게르마늄(Ge)으로부터 선택된 1종 이상의 열전도성 충진제를 0.3중량% 내지 30중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 무솔기 벨트.
  8. 제 1 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면 저항이 1.0 x 107 내지 1.0 x 1015ohm/sq인 것을 특징으로 하는 무솔기 벨트.
  9. 제 1 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면조도(Rz)가 3㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 무솔기 벨트.
  10. 제 1 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열적 치수변형율이 1% 이하인 것을 특징으로 하는 무솔기 벨트.
  11. 제 1 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄성률이 2.0GPa 이상인 것을 특징으로 하는 무솔기 벨트.
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