KR101549259B1 - 심리스 벨트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사행 방지 및 수명 향상을 위한 가이드 부재를 구비하는 심리스 벨트와 이를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

심리스 벨트 및 그 제조방법{Seamless belt and preparation method thereof}

본 발명은 전자기기 또는 컨베이어 등에 사용되는 심리스 벨트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 벨트의 용도는 매우 다양하며 전자기기, 자동차 또는 컨베이어 등과 같이 회전축과 전동기를 이용하는 산업에 있어서 기어를 대체하는 주요 부품으로 사용되어 왔다. 특히, 전자기기에 있어서 복사기나 레이저빔프린터, 팩시밀리 등에 사용되어 복사지나 전사지 위에 형성된 토너상을 정착 및 전사시키는 용도로 정착벨트 또는 중간전사벨트, 이송벨트로 사용되기도 하였다. 자동차에 사용되는 타이밍 벨트와 컨베이어 벨트는 일반인들에게도 익숙한 부품이다.

벨트는 대체로 회전하는 중에 정전기가 쉽게 발생하기 때문에 대전 방지 기능을 요구한다. 대전 방지 기능을 위한 반도전성은 전자기기에 있어서 토너 전사를 위한 물성으로 활용되기도 한다.

이러한 벨트는 관형 기준으로 직경이 20mm 수준인 소형 벨트에서부터 수 m 까지 다양하다. 그러나 대부분의 벨트는 평벨트 또는 V벨트 등을 이어 붙인 이음 매가 있는 벨트인데, 이는 이음매 부위에 요철을 가지고 있고 이음매 부위의 표면 특성이 주변과 다른 문제점을 가지고 있다. 특히 벨트의 고른 평면을 이용하는 전자기기, 특히 칼라레이저 프린터의 중간전사 벨트는 벨트 표면의 요철이 광학 드럼에 손상을 입히거나 인쇄 화상의 품질을 저하시키기도 한다. 또한 이음매가 조금씩 뒤틀릴 경우 관형벨트의 직진성이 훼손되어 회전중에 사행(邪行)의 원인이 되기도 한다. 벨트의 사행으로 인해 구동롤로부터 벨트가 이탈하는 경우 기기 자체의 손상도 발생할 가능성이 있는 문제점이 있다.

따라서 관형 벨트에 이음매가 없다면 벨트 소재가 가지는 최대의 내구성을 얻을 수 있으며, 요철이 없기 때문에 회전중에 벨트 또는 벨트와 접촉하는 사물이 튀는 현상을 방지할 수 있고, 용이하게 벨트의 직진성을 확보할 수 있다.

특히 프린터, 복사기, 복합기, 팩스 등의 전자기기용으로 사용되는 정착벨트, 중간전사벨트 등은 내오염성, 내열성, 방열특성, 탄성률, 제전성, 내구성, 발수성, 발유성, 및 대전방지 특성이 우수해야 하고, 토너(toner)를 전사시키는 기능을 위하여 적절한 표면저항값을 구비하는 특성이 요구되는데, 요구되는 표면저항 값보다 높거나 낮은 경우 이들의 대전방지특성, 전사성, 화상특성, 이형성 및 내오염성과 같은 물성이 저하되어 이로 인한 인쇄 화상 불량의 치명적인 결함이 발생될 수 있다.

이와 같은 전자기기용 벨트는 전자기기에 장착될 때 전자기기 내에서 벨트를 회전시키기 위하여 벨트 내부에 롤러가 접하게 되는데, 함께 맞물려 회전하는 중에 벨트 폭 방향의 장력 차이, 벨트의 요철에 의하여 슬립 현상이 발생되어, 서로 접 하여 회전하는 롤러와 심리스 벨트가 양 끝단이 일치하지 않고, 최초의 위치를 서로 이탈하여 회전하여 종국에는 벨트가 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 또한 이러한 슬립 현상이 발생하면 복수의 색상의 토너를 반복하여 전사하는 과정에서 정해진 위치에 토너를 전사시키지 못하여 정상적인 화상을 제공하지 못할 수 있고, 종이 등의 매체가 말리는 현상도 발생할 수 있다.

따라서 이러한 슬립 현상과 사행을 방지하기 위한 이음매를 가지지 않는 벨트(이하, 심리스 벨트(seamless belt))의 제조가 요구되어 왔다.

기존의 심리스 벨트 제조방법은 예를 들어 원통형의 실린더 외주면에 고분자 수지를 도포 후 건조 등의 열처리를 하고 실린더로부터 고분자 수지를 취득함으로써 심리스 벨트를 얻는 롤코팅법, 원통형의 실린더 내주면에 고분자 수지를 도포 후 건조 등의 열처리를 하고 실린더로부터 고분자 수지를 취득함으로써 심리스 벨트를 얻는 원심성형법, 또는 원형 다이를 통해 용융된 고분자 수지를 압출하여 심리스 벨트를 얻는 압출법 등이 있다. 이러한 심리스 벨트는 특별한 처리 없이 그대로 사용하는 경우도 있으나 대부분은 앞서 언급한 벨트의 사행을 방지하기 위해 도 3에 도시한 것과 같이 벨트 끝단 내주면에 우레탄 등의 레일을 접착하여 벨트의 가이드(이하, 가이드 부재)로 사용하는 경우가 많다. 그러나 단순히 심리스 벨트 내주면에 가이드 부재를 접착하는 경우 벨트와 가이드 부재가 박리되는 경우가 빈번하고 이로 인해 벨트가 반복되는 장력차이와 미세한 충격에 의해 수명이 단축되는 문제점을 초래하였다.

한편 심리스 벨트 소재도 보편적인 고무나 합성 수지 소재는 수명이 짧은 문 제점도 있다. 이에 따라 근래에는 폴리이미드 또는 폴리아미드 수지에 대한 제품이 출시되고 있다. 그러나 소재의 기계적 물성이 우수함에도 불구하고 가이드 부재에 문제를 해결하지 못하여 본래의 제품 수명을 나타내지 못하는 실정이다.

본 발명은 사행 방지 및 수명 향상을 위한 가이드 부재 부착형 심리스 벨트를 제공하고자 한다.

또한 본 발명의 일 구현예에서는 대전 방지 기능 및 반도전성과 우수한 기계적 물성을 나타내는 심리스 벨트를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 이러한 심리스 벨트를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 바람직한 제1구현예로서, 적어도 일 끝단의 테두리를 따라 내측면 및 외측면을 감싸는 형태로 접착되어 형성되는 가이드 부재를 포함하고; 표면저항값이 10⁷~10¹³Ω/□의 심리스 벨트를 제공한다.

구체적인 일예로, 가이드 부재는 그 단면이 'ㄷ'자 형태인 것일 수 있다.

상기 구현예에 있어서, 가이드 부재는 'ㄷ'자 형태의 홈을 구비하는 일체형의 것이거나 2개 이상의 부재를 접착하여 얻어진 것일 수 있다. 접착력 측면에서 좋기로는 가이드 부재는 홈의 깊이가 가이드 부재 총 폭에 대하여 20 내지 80%일 수 있다.

상기 구현예에 있어서, 가이드 부재는 우레탄 수지, 실리콘 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 나일론, 아크릴 수지, 니트릴 고무(NBR), 클로로프렌 고무 및 에틸렌 고무 중에서 선택되는 1종 이상의 재료로 되는 것일 수 있다.

또한 가이드 부재는 쇼어 경도가 95A 이하인 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 심리스 벨트는 장력 1kg의 내회전성 시험 결과 내회전성이 300,000회 이상인 것일 수 있으며, 특히 장력 1kg의 내회전성 시험방법으로 100,000회전을 실시한 후 가이드 부재와 심리스 벨트의 180° 박리력의 변화율이 20% 이내인 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 가이드 부재는 전체 폭이 2~20mm이고 전체 두께가 0.5~5mm인 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 심리스 벨트는 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 나일론 및 액정고분자 중 선택되는 단독 및 이들의 혼합물로 형성되는 단층 또는 다층 구조의 것일 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 관형 벨트 기재를 회전시키면서 심리스 벨트를 구성하는 고분자 수지를 관형 벨트 기재의 내면에 균일하게 도포하는 공정; 관형 벨트 기재의 내면에 도포된 고분자 수지를 건조 및 경화하는 공정; 관형 벨트 기재로부터 심리스 벨트를 탈리하는 공정; 심리스 벨트의 양 끝단을 제단하는 공 정; 심리스 벨트의 적어도 일 끝단에 테두리를 따라 감싸는 형태로 가이드 부재를 접착하는 공정을 포함하는 심리스 벨트의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 의한 가이드 부재 부착형 심리스 벨트는 심리스 벨트의 주행시 사행을 방지하며 또한 심리스 벨트의 수명을 향상 시킬 수 있으며 또한 대전 방지 기능 및 반도전성과 우수한 기계적 물성을 나타내어 전자기기, 컨베이어 등에 유용하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 심리스 벨트를 제조하는 공정 순서도이다. 본 발명의 도 1과 같은 심리스 벨트 제조 방법은 관형 벨트 기재를 회전시키고, 심리스 벨트를 구성하는 고분자 수지를 관형 벨트 기재의 내면에 균일하게 도포하고, 고분자 수지를 건조 및 경화하고, 관형벨트로부터 심리스벨트를 탈리하고, 심리스 벨트의 양 끝단을 제단하고, 심리스 벨트의 한 끝단 또는 양 끝단에 가이드 부재를 접착하는 공정을 포함한다. 이 때 2층 이상의 심리스 벨트를 제조하기 위해 고분자 수지를 도포하는 공정과 건조 및 경화하는 공정이 2회 이상 반복될 수 있다. 그러나 심리스 벨트 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 끝단의 테두리를 감싸는 형태로 가이드 부재가 부착된 심리스 벨트 끝단의 단면도이고, 도 3은 기존의 가이드 부재가 내면에 부착된 심리스 벨트 끝단의 단면도이다. 도 4은 본 발명의 바람직한 다른 구현예에 따른 심리스 벨트가 2층 이상으로 적층된 상태를 도시한 단면도이다.

도 3에 도시한 것과 같이 기존의 심리스 벨트(31)는 벨트 끝단 내면에 접착되는 가이드 부재(30)를 갖는 것과는 달리, 본 발명의 일 구현예에 의한 심리스 벨트(21)는 적어도 일 끝단의 테두리를 따라 내측 몇 및 외측면을 감싸는 형태로 접착되는 가이드 부재(20)를 갖는다. 이와 같은 형태로 구비되는 가이드 부재(20)는 심리스 벨트의 내면에만 접착되던 것과는 달리 심리스 벨트의 내측면과 외측면에 접착되어 있기 때문에 만일 한 측면의 일부 구간이 접착력 부족으로 인해 심리스 벨트(21)와 가이드 부재(20)의 박리가 발생되더라도 다른 한 측면이 접착되어 있기 때문에 심리스 벨트(21) 또는 가이드 부재(20)가 서로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 반면 종래의 방식인 경우 심리스 벨트(31)과 가이드 부재(30)의 접착력이 불량에 의해 박리가 발생했을 때, 박리된 가이드 부재가 즉시 사행의 원인으로 작용할 수 있다.

가이드 부재(20)는 심리스 벨트와의 접착력 향상을 고려할 때 그 단면이 "ㄷ'자 형태인 것이 바람직할 수 있으며, 이는 일체형의 것, 즉 내부에 홈을 갖는 형태일 수 있고, 접착제로 상하층을 접착하여 형성되는 것일 수 있으나, 일체형의 것이 바람직하다. 일체형의 가이드 부재는 심리스 벨트(21) 끝단이 용이하게 삽입될 수 있도록 홈이 형성되고 접착제(22)를 홈에 주입한 후 여기에 심리스 벨트(21) 일 끝단의 테두리를 삽입하여 접착할 수 있다. 접착제는 접착제층 두께를 포함하는 심 리스 벨트의 총 두께(23)가 심리스 벨트의 두께보다 1.2 내지 10.0배가 되는 양으로 주입하여 심리스 벨트 상측면 및 하측면이 모두 접착될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한 접착되는 가이드 부재의 홈의 깊이(24)는 전체 가이드 부재의 폭에 대하여 20 내지 80%인 것이 우수한 접착력을 나타내기 위해 바람직하다. 단, 이에 한정하는 것은 아니다.

가이드 부재의 폭과 두께는 사용자의 요구에 따라 달라질 수 있는 것으로 각별히 한정이 있는 것은 아니나, 심리스 벨트와의 접착력 및 가이드 롤러에서의 이탈방지 등을 고려할 때 전체 폭이 2 내지 20mm이고 두께가 0.5 내지 5mm인 것이 바람직할 수 있다.

이러한 가이드 부재(20)는 우레탄 수지, 실리콘 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 나일론, 아크릴 수지, 니트릴 고무(NBR), 클로로프렌 고무 및 에틸렌 고무 중에서 선택되는 1종 이상의 재료로 구성될 수 있다.

또한 상기 가이드 부재(20)은 쇼어 경도가 95A 이하인 것일 수 있다. 가이드 부재(20)의 경도는 유연성이 우수해야 심리스 벨트를 사용하기 용이해진다. 하지만 쇼어 경도가 50A 미만인 것은 경도가 약하여 내구성이 취약할 수 있고, 95A 초과인 것은 심리스 벨트의 굴곡 반경이 커지게 되고 이에 따라 구동롤 또는 회전롤의 직경이 커져서 소형화되는 전자기기 추세에 적당하지 않을 수 있기 때문에 바람직하게는 50A 내지 95A의 쇼어 경도를 갖는 것이 좋다.

본 발명의 일 구현예에 의하면 심리스 벨트(21)는 고분자 수지로 구성되며, 전도성 충진제 또는 보강체를 포함할 수 있다.

이때 고분자 수지의 일예로는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 들 수 있으며, 바람직하게는, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 불소 수지 중 선택된 단독 또는 단독 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 내열성 및 내구성 측면에서 폴리이미드 수지가 적합하다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 심리스 벨트(21)는 2층 이상의 적층체일 수 있다.

또한 상기 심리스 벨트(21)의 기계적 특성을 강화할 목적으로 보강체를 포함할 수 있으며, 보강체의 소재는 특별히 한정되는 것은 아니고 유연성이 있는 재질이면 적용이 가능하며, 바람직하게는 아라미드 섬유, 면, 유리섬유, 카본섬유 등으로부터 선택될 수 있다. 이 경우 보강체로 인해 심리스 벨트(21)의 표면에 요철이 발생되지 않도록 보강체가 25㎛ 이하의 크기이거나 보강체를 포함하는 층 또는 그 위에 적층되는 층의 수지가 보강체 두께보다 높게 도포되어 평탄화되도록 하는 것이 바람직하다.

심리스 벨트(21)를 제조할 수 있는 폴리이미드 수지는 열안정성이 우수하고, 기계적, 전기적 특성이 우수한 장점들을 갖는 반면, 높은 유리전이온도로 인하여 가공상 많은 제약이 따르고, 비교적 대전되기 쉬운 특성이 있다. 또한 표면저항값 이 심리스 벨트로서 요구되는 저항값보다 높은 값을 갖고 있다. 따라서 전도성 필러를 혼합하는 것이 바람직하며, 용매에 전도성 필러를 혼합한 후 분산안정성을 위하여 분산제를 더 투입할 수도 있다.

심리스 벨트(21)를 제조하는 방법을 폴리이미드 수지를 이용하는 경우를 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 전도성 필러 및 첨가제를 더 투입하는 경우 첨가제를 용매에 분산시키고, 여기에 디아민과 디안하이드라이드를 투입하여 전도성 필러가 함유된 폴리아믹산 용액을 0~30℃에서 30분~12시간 반응시켜 제조한다. 또는 상기 전도성 필러 및 첨가제를 폴리아믹산 용액이 제조된 이후에 첨가하여도 무방하다.

상기 디아민 및 디안하이드라이드는 폴리이미드 수지 제조시 사용되는 것이라면 특별히 제한되지는 않는 바, 예컨대, 디아민으로는 옥시디아닐린(4,4′-Oxydianiline, ODA), p-페닐렌디아민(para-Phenylene Diamine, pPDA), m-페닐렌디아민(meta-Phenylene Diamine, mPDA), p-메틸렌디아민(para-Methylene Diamine, pMDA), m-메틸렌디아민(meta-Methylene Diamine, mMDA), 옥시페닐렌디아민(4,4′-Oxyphenylen Diamine, OPDA) 등을 사용할 수 있으며, 상기 디안하이드라이드로는 파이로멜리틱 디안하이드라이드(1,2,4,5-benzenetetracarboxylic dianhydride, PMDA), 벤조페논 디안하이드라이드(3,3′,4,4′-Benzophenonetetracarboxylic dianhydride, BTDA), 비페닐 디안하이드라이드(3,3′,4,4′-Biphenyltetracarboxylic Dianhydride, BPDA), 옥시디프탈릭 디안하이드라이드(4,4-Oxydiphthalic anhydride, ODPA) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것 은 아니다. 통상 디아민과 디안하이드라이드는 1:0.99 내지 0.99:1 몰비의 동몰량으로 사용될 수 있다.

상기 제조된 폴리아믹산 용액을 심리스 벨트(21)을 형성하기 위한 관형벨트 기재의 외주면에 도포한 후 촉매에 담지하거나 열처리하여 이미드화한다(도 1의 '건조+경화'단계).

상기 촉매는 피리딘(Pyridine) 또는 이소퀴놀린(Isoquinoline) 및 무수아세트산(Acetic anhydride)이 용매에 희석된 혼합물 용액일 수 있다. 상기 폴리아믹산 용액이 도포된 관형벨트 기재가 회전하면서 상기 촉매 혼합물 용액에 담지되도록 하여 탈수반응에 의해 이미드화 반응을 진행하고, 이후 100℃ 내지 300℃ 구간에서 승온하며 용매와 수분을 완전히 제거하여 고상화된 폴리이미드 필름을 제조하고 관형벨트 기재로부터 이형하여 심리스 벨트(21)를 제조할 수 있다.

상기 열처리는 60~400℃에서 단계적으로 이루어지는데, 우선 프리베이킹(pre-baking)을 60~80℃에서 5~100분간 실시하여 표면에 잔존하고 있는 용매 및 수분을 일차적으로 제거한다. 이후 분당 1~10℃의 승온속도를 유지시켜 최고온도 250~400℃까지 승온시킨 후 10분~3시간 유지하여 최종적으로 후경화(post-curing)시킴으로써 표면에 존재하는 용매 및 수분을 완전히 제거하여 이미드화를 진행 및 완료시킴과 동시에 고상화된 폴리이미드 필름을 제조하고 관형벨트 기재로부터 이형하여 심리스 벨트(21)를 제조할 수 있다.

또한, 심리스 벨트(21)를 제조할 수 있는 불소수지는 주쇄가 C-C결합으로 이루어지는 폴리올레핀과 같은 결합인데 폴리올레핀의 수소의 일부 또는 전부가 불소 원자로 대치된 구조를 가진 합성수지이다.

시판되고 있는 것으로 8종류의 불소(Fluorine)수지가 있는데 그 중에서 70%인 폴루오르 에틸렌(PTFE)이 대표적이다. PTFE는 테프론이란 상품명으로 알려져 있는 결정성수지로 260℃에서의 장기 사용에 견디는 내열성이 있고 내약품성, 전기절연성, 고주파특성, 비접착성, 저마찰계수, 난연성 등이 우수한 고분자 수지이다.

이 외에 심리스 벨트(21)를 제조할 수 있는 폴리아미드 수지, 실리콘 수지 등도 우수한 기계적 강도와 내열성을 보유하고 있다.

상기와 같은 불소수지, 폴리아미드 수지, 폴리스티렌 수지, 실리콘 수지도 상기 폴리이미드와 같은 방법으로 전도성 필러를 혼합하여 대전방지성 또는 요구되는 반도전성을 부가할 수 있다. 이와 같이 제조된 심리스 벨트용 수지 용액을 도 1에 도시한 것과 같이 심리스 벨트을 형성하기 위한 관형벨트 기재의 내면에 도포한 후 건조하여 심리스 벨트(21)를 제조한다.

그러나, 본 발명에서 상기 제시한 고분자 수지는 바람직한 예일 뿐이며 이에 제한되는 것은 아니다. 일 예로 필름이 제조될 수 있는 것이라면 심리스 벨트의 제조가 모두 가능하며, 특히 종래의 압출법으로 제조되는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 나일론, 액정고분자 필름 등의 것일 수 있다.

제조된 심리스 벨트(21)가 우수한 대전방지성, 제전성 및 인쇄성을 제공하기 위하여는 표면저항값이 10⁷~10¹³Ω/□ 범위, 구체적으로는 10⁹~ 10¹¹Ω/□의 표면저항값을 갖는 것이 바람직한데, 이를 위하여 심리스 벨트(21)의 전기저항값을 조절하기 위한 전도성 필러로는 케첸블랙(ketjen black), 아세틸렌블랙(acetylene black), 퍼니스블랙(furnace black), 흑연 분말(Graphite), 카본 나노튜브(Carbon nanotube) 중 선택된 1종 또는 그 이상을 전체 용질에 대하여 0.1~20중량% 사용할 수 있다. 여기에 추가적으로 금속필러를 더 포함할 수 있으며, 전체 용질에 대하여 0.1~5중량% 사용할 수 있다.

특히, 케첸블랙과 다중벽 구조의 카본 나노튜브(Multi-wall Carbon nanotube)는 대전방지특성과 반도전성을 나타낼 수 있는 전도성 탄소 소재의 일종으로, 타 소재에 비하여 전도성이 우수하며, 적은 양의 투입에 대하여 우수한 전기적 특성을 발현하며, 불순물 함량이 매우 적어, 본 발명에 사용하기 적합하다. 한편, 금속필러는 , 니켈, 은 또는 운모에 안티몬이 도핑된(담지된) Dentall TM-200와 같은 물질을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 전도성 필러는 심리스 벨트(21)를 구성하는 고분자 수지 용액에 혼합되어 분산시키거나, 고분자 수지에 사용된 용매에 별도로 분산한 후 고분자 수지 용액과 혼합할 수 있다. 분산방법은 볼밀(Ball Mill), 비드밀(Beads Mill), 샌드밀(Sand Mill), 3-롤밀(3-Roll Mill), 호모게나이저(Homogenizer), 초음파 분산기 등을 선택적으로 1종 이상 이용할 수 있으며, 분산 안정성을 향상시키기 위해 분산제를 추가할 수 있다. 분산제의 종류는 BYK사의 Disperbyk류, Synergist류 등으로 부터 선택할 수 있다.

심리스 벨트(21)의 폭과 두께는 사용하는 용도가 다양하므로 특별히 한정되지 않는다. 다만, 복사기, 프린터, 복합기, 팩스 등과 같은 인쇄장치에 사용되는 심리스 벨트는 두께가 40㎛ 내지 500㎛인 것이 바람직하고, 폭은 200mm 내지 500mm인 것이 바람직하다.

본 발명의 심리스 벨트(21)를 제조하는데 사용할 수 있는 관형 벨트 기재는 소재의 종류와 크기에 있어서 특별히 한정하는 것은 아니지만, 기존의 심리스 벨트 제조방법의 한계 영역인 직경 500mm 이상인 것은 특별한 의미를 가진다. 특히, 관형 벨트 기재는 원통형의 것일 수 있고 유연한 벨트형일 수 있으며, 이 때, 유연한 벨트형인 경우 심리스 벨트를 구성하는 고분자수지를 유연한 벨트 외주면에 도포하여 제조하는 방법으로 사용될 수 있다.

유연한 관형 벨트 기재는 심리스 벨트(21) 수지를 도포하고 형성시키기 위하여, 복수 이상의 원통형 롤러에 장착되어 회전할 수 있도록 충분한 유연성을 가져야 한다.

상기 관형 벨트 기재는 그 재질이 스테인리스 스틸, 철, 구리, 크롬, 니켈 및 세라믹 혼합소재 등이 단독 또는 복합적인 것 일 수 있다. 또한 이형성을 향상시키기 위한 목적으로 이형층을 내주면 또는 외주면에 구비할 수 있으며, 이형층은 내열성을 갖춘 소재라면 특별히 한정되는 것이 아니고, 비제한적으로 실리콘, 내열 성 복합 테프론 등을 들 수 있다.

상기 관형 벨트 기재에 심리스 벨트용 수지를 도포하는 방법은 디스펜서(Dispenser)를 이용하는 방법, 그라비아(Gravure) 코팅법, 다이 캐스팅(Die Casting)법, 리버스(Reverse) 코팅법, 디핑(Dipping)법, 콤마(Comma) 코팅법, 스프레이 코팅법 등이 적용될 수 있다.

상기 제조된 심리스 벨트(21)는 제품의 폭에 맞게 양끝단을 제단(도 1의 Trimming 단계)하고 벨트의 사행 방지를 목적으로 상술한 것과 같은 형상의 가이드 부재(20)을 접착할 수 있다.

이로부터 대전방지성, 제전성 및 인쇄성 등이 향상된 반도전성 형태의 레이저 프린터, 팩시밀리 및 복사기 등의 전자기기에 사용할 수 있는 심리스 벨트를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예로 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<제조예 1>

기계적 교반기, 환류 냉각기 및 질소유입구가 장착된 2L 용량의 4구 플라스크에 DMF 1480g과 케첸블랙 10.0g(KETJENBLACK EC 600 JD, Ketjenblack社, 일본)을 혼합하고, 질소를 유입시켜주고, 200W 40kHz의 초음파로 30분간 분산한 후, 상기의 플라스크에 ODA(Wakayama社, 일본) 16.0g과 p-PDA(듀폰社) 40.3g을 용해하고, s-BPDA(우베社, 일본) 117.6g과 PMDA(DAICEL社, 일본) 87.5g을 투입하여 반도전성 폴리아믹산을 제조하였다.

제조된 반도전성 폴리아믹산은 균일한 상태의 검정색 용액이며, 점도가 200poise였다.

<실시예 1>

크롬 도금된 SUS 304 재질의 직경 300mm, 두께 5mm, 폭 500mm인 이음매 없는 성형 금형에 이형제((주)카피아, 한국)를 스프레이 코팅한 후 도 1에 도시된 바와 같은 회전 성형기 위에서 회전시키고, 상기 제조된 반도전성 폴리아믹산 용액과 이소퀴놀린 용액과 무수아세트산이 50:50으로 DMAc에 30wt% 농도로 희석된 촉매 용액을 2액 혼합형 디스펜서 코터를 통해 균일하게 도포하여 이미드화 반응을 진행시켰다. 이후 건조 오븐에 상기 성형 금형을 넣고 승온속도 10℃/min의 속도로 승온하고, 100℃, 200℃, 300℃에서 각각 30분씩 정치하여 이미드화 반응을 완료하는 동시에 용매와 수분을 완전히 제거하고, 냉각한 후, SUS 벨트로부터 폴리이미드 필름을 취득하여 두께 65㎛의 심리스 벨트를 제조하고, 심리스 벨트를 양끝단을 제단하여 폭 300mm가 되도록 하였다.

한편, 쇼어 경도 80A 및 두께 2.0mm의 우레탄시트로부터 폭 4mm 길이 942mm인 우레탄 가이드 부재(20)를 얻고, 높이 2mm 커터나이프를 이용하여 상기 우레탄 가이드 부재의 두께 방향으로 1.0mm 지점에 깊이 2mm의 홈(24)을 형성하였다.

상기 우레탄 가이드 부재의 홈에 접착제(22)를 주입하고, 상기 심리스 벨트의 한 끝단을 접착제가 주입된 우레탄 가이드 부재의 홈에 삽입한 후 24시간 방치하였다. 이 때 접착제가 주입된 부분의 가이드 부재 총 두께는 2.2mm이며 이로써 접착제가 주입된 높이가 0.2mm인 것을 알 수 있었다. 이로써 심리스 벨트의 한 끝단의 테두리를 따라 내측면 및 외측면을 감싸는 우레탄 가이드 부재를 포함하는 심리스 벨트(21)를 제조하였다.

<실시예 2>

쇼어 경도 80A 및 두께 1.0mm의 우레탄시트로부터 폭 4mm 길이 942mm인 우레탄 가이드 부재 2개를 얻고, 상기 실시예 1에서 제조된 심리스 벨트의 한 끝단의 내면에 상기 실시예 1과 동일한 접착제를 이용하여 접착하였다. 이 때, 우레탄 가이드 부재의 폭 방향이 2mm만 심리스 벨트와 접착되도록 하였다. 또 다른 우레탄 가이드 부재를 심리스 벨트의 외면에 접착제를 이용하여 접착하되 심리스 벨트 내면에 접착된 우레탄 가이드 부재와 맞닿도록 접착하였다. 이로써, 심리스 벨트의 한 끝단을 감싸는 우레탄 가이드 부재를 포함하는 심리스 벨트를 제조하였다.

<비교예 1>

쇼어 경도 80A 및 두께 1.0mm의 우레탄시트로부터 폭 4mm 길이 942mm인 우레탄 가이드 부재 2개를 얻고, 상기 실시예 1에서 제조된 심리스 벨트의 한 끝단의 내면에 상기 실시예 1과 동일한 접착제를 이용하여 접착하였다. 이 때, 우레탄 가이드 부재의 폭 방향 전부가 심리스 벨트와 접착되도록 하였다. 이로써 우레탄 가이드 부재와 심리스 벨트의 접착면은 실질적으로 상기 실시예 1 및 2와 동일한 면적이 되도록 하였다.

상기 실시예 및 비교예로 제조된 심리스 벨트를 하기의 방법으로 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 1 과 같다.

(1) 심리스 벨트와 가이드 부재의 박리력

제조된 심리스 벨트의 끝단으로부터 심리스 벨트와 가이드 부재를 180° 방향으로 잡아당겨 박리력을 측정하였다. 박리력을 측정하기 위해 가이드 부재의 길이 방향 끝단을 5cm 박리한 후 측정기기로 측정하였다.

시편의 크기

- 길이 : 150mm

박리 조건

- 가이드 부재와 관형 벨트의 박리 각도 : 180°

- 그립(Grip) 거리 : 100mm

- 속도 : 50mm/min

- Load Cell : 1kN

- 측정기기 : Instron 3300series

(2) 내회전성

관형 벨트를 장착하기 위한 두 롤러가 구비되고, 상기 두 롤러 중에 한 롤러가 회전 구동 롤러이고, 상기 다른 한 롤러가 다른 롤러와 서로 수평을 유지하며 움직이면서 심리스 벨트에 장력을 가할 수 있는 설비이고, 상기 두 롤러에는 심리스 벨트의 가이드 부재가 삽입되는 가이드 롤러를 포함하고, 제조된 관형 벨트를 걸고, 1kg/m의 장력을 유지하며 회전 구동을 개시하여 가이드 부재 또는 관형 벨트가 찢어지거나 치수 또는 구조의 변형이 발생하는 시점에서 종료하고, 종료시의 회전수를 확인하였다. 회전수가 낮을수록 벨트의 내구성이 낮은 것으로 평가하였다.

(3) 심리스 벨트와 가이드 부재의 박리력 내구성

상기 내회전성 시험과 동일한 방법으로 시험하되 100,000회전시키고 상기 심리스 벨트와 가이드 부재의 박리력 시험을 실시하였다.

	심리스 벨트와 가이드 부재의 박리력 (kgf/cm)	가이드 부재가 구비된 심리스벨트의 내회전성 (회)	심리스 벨트와 가이드 부재의 박리력 내구성 (kgf/cm)	내회전성 시험 후 박리력 변화율 (%)
실시예 1	0.75	490,000	0.70	6.67
실시예 2	0.72	470,000	0.65	9.73
비교예 1	0.65	210,000	0.41	36.93

상기 물성 측정 결과, 심리스 벨트의 끝단을 감싸는 가이드 부재를 구비하는 심리스 벨트는 동일한 접착제와 동일한 접착면적으로 평가를 실시하였음에도 불구하고 박리력이 우수한 것으로 나타났다. 더욱 중요한 것은 실시예 1 및 실시예 2는 박리력 내구성 시험에서 거의 변화되지 않은 박리력을 나타낸 반면 비교예 1은 감소된 박리력을 나타내는 것을 관찰할 수 있었다. 이와 마찬가지로 심리스 벨트의 끝단을 감싸는 가이드 부재를 구비하는 심리스 벨트는 내회전성 시험에서도 월등히 우수한 성능을 나타내었다.

이로써, 본 발명이 제공하는 제조방법에 의하여 제조된 심리스 벨트의 끝단을 감싸는 가이드 부재를 구비하는 심리스 벨트는 제품의 수명이 향상되고, 사행방지에 우수한 성능을 나타냄을 확인하였다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 심리스 벨트 제조 공정 순서도이고,

도 2는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 가이드 부재가 구비된 심리스 벨트의 측면을 가상 절개시의 종단면도이고,

도 3은 종래의 심리스 벨트의 가이드 부재가 구비된 심리스 벨트의 측면을 가상 절개시의 종단면도이고,

도 4는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 복수개 이상의 층으로 구성되는 심리스 벨트의 단면도이다.

<도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명>

20, 30: 가이드 부재 21, 31 : 심리스 벨트

22 : 접착제 23 : 접착제층 두께 포함 심리스 벨트 두께

24 : 심리스 벨트의 테두리를 감싸는 가이드 부재 홈의 깊이 41 : 제1수지층

42 : 제2수지층

43 : 제3수지층

Claims (11)

1. 벨트의 적어도 일 끝단의 테두리를 따라 내측면 및 외측면을 감싸는 형태로 접착되어 형성되고, 전체 폭이 2 내지 20mm 및 두께가 0.5 내지 5mm인 전체 폭이 가이드 부재를 포함하며,

   상기 가이드 부재는 그 단면이 'ㄷ'자 형태가 되도록 가이드 부재 총 폭에 대하여 20 내지 80% 깊이의 홈을 구비하는 것이고,

   상기 벨트는 표면저항값이 10⁷~10¹³Ω/sq 이며,

   장력 1kg의 내회전성 시험방법으로 100,000회전을 실시한 후 가이드 부재와 심리스 벨트의 180°박리력의 변화율이 20% 이내인 것을 특징으로 하는 심리스 벨트.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 가이드 부재는 'ㄷ'자 형태의 홈을 구비하는 일체형의 것이거나 2개 이상의 부재를 접착하여 얻어진 것인 심리스 벨트.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 가이드 부재는 우레탄 수지, 실리콘 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 나일론, 아크릴 수지, 니트릴 고무(NBR), 클로로프렌 고무 및 에틸렌 고무 중에서 선택되는 1종 이상의 재료로 되는 것인 심리스 벨트.
6. 제 1 항에 있어서, 가이드 부재는 쇼어 경도가 95A 이하인 것인 심리스 벨트.
7. 제 1 항에 있어서, 장력 1kg의 내회전성 시험 결과 내회전성이 300,000회 이상인 것인 심리스 벨트.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서, 상기 벨트는 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 나일론 및 액정고분자 중 선택되는 단독 및 이들의 혼합물로 형성되는 단층 또는 다층 구조인 것인 심리스 벨트.
11. 삭제

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