KR0174683B1 - 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에서 도전성 탄성 롤러를 이용한 접촉식 현상장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에서 도전성 탄성 롤러를 이용한 접촉식 현상장치에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

고온 고습 환경하에서도 화질 저하를 방지할 수 있는 현상장치를 제공한다.

3. 발명의 해결방법의 요지

현상 롤러와 현상 바이어스 전원 사이에 고정 저항소자를 접속하여 설치한다.

4. 발명의 중요한 용도

도전성 탄성 롤러를 이용한 접촉식 현상장치에서 고온 고습 환경하에서 배경화상의 증가로 인한 화질 저하를 방지하는데 이용한다.

Description

전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에서 도전성 탄성 롤러를 이용한 접촉시 현상장치

제1도는 통상적인 도전성 탄성 롤러를 이용한 접촉식 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치의 개략적인 엔진 메카니즘 구성도.

제2도는 제1도에 따른 현상시스템의 등가회로도.

제3도는 제1도에서 환경변화에 따른 현상전위의 변화 상태도.

제4도는 본 발명의 실시예에 따른 도전성 탄성 롤러를 이용한 접촉식 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치의 엔진 메카니즘 구성도.

제5도는 제4도에 따른 현상시스템의 등가회로도.

제6도는 제4도에서 환경변화에 따른 현상전위의 변화 상태도.

본 발명은 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에 관한 것으로, 특히 도전성 탄성 롤러를 이용한 접촉식 현상장치에 관한 것이다.

통상적으로 전자사진 현상방식은 복사기, 레이저 빔 프린터(laser beam printe r), LED(Light Emitting Diode) 프린터, 일반용지(plain paper) 팩시밀리 등과 같은 화상형성장치에 널리 채용되고 있다. 상기 전자사진 현상방식의 프로세스(process)는 순차적으로 진행되는 대전→노광→현상→전사→정착 과정 등으로 이루어진다.

이러한 전자사진 현상방식에서 도전성 탄성 롤러를 이용한 접촉식 전자사진 현상장치를 가지는 화상형성장치의 개략적인 엔진 메카니즘(engine mechanism) 구성을 보인 제1도를 참조하면, 감광드럼(10), 대전롤러(12), 현상롤러(14), 레지스터 롤러(18), 전사롤러(20), 가압롤러(22), 히트롤러(24) 등은 상기한 전자사진 현상 프로세스의 진행에 대응되게 엔진 구동모터(도시하지 않았음)에 의해 제1도에 보인 화살표방향으로 회전한다. 이때 기록용지는 급지카셋트(도시하지 않았음)로부터 급지되어 용지 이송경로(26)를 따라 이송되며, 최종적으로 화상형성장치의 외부로 배출된다.

이제 제1도를 참조하여 통상적인 전자사진 현상방식의 프로세스를 살펴본다.

먼저 감광드럼(10)은 대전롤러(12)에 의해 부(-)의 대전전압 V_CH로 대전됨으로써 부(-)의 전위를 가지는 균일한 전하가 표면상에 형성된다. 이후 감광드럼(10)의 표면이 노광장치(도시하지 않았음)에 의해 원고 또는 이미지 데이터에 대응하여 노광됨으로써 정전잠상이 형성된다. 이때 비화상영역, 즉 노광이 안된 비노광 영역은 대전전위가 그대로 유지된다. 이와 반면에 화상영역, 즉 노광된 노광영역의 전위는 노광되기 전에 비해 작아진다. 이하의 설명에서 감광드럼(10)상의 비노광영역의 전위를 비노광전위 V_S라 하고 감광드럼(10)상의 노광영역의 전위를 노광전위 V_L이라 한다. 여기서 노광장치는 예를 들어 레이저 빔 프린터에 있어서는 레이저 스캐너 유니트(laser scanner unit)가 되고 복사기에 있어서는 원고 스캐너가 된다.

이때 급지되는 기록용지는 레지스터 롤러(18)에의해 선단이 정렬된 후, 상기 노광동작의 시작과 동시에 전사롤러(20)로 이송되기 시작한다.

그리고 감광드럼(10)상에 형성된 정전잠상은 현상롤러(14)상에 있는 토너(toner)와 같은 현상제(16)에 의해 현상됨으로써 가시상으로 전환된다. 이때 현상롤러(14)는 부(-)의 현상 바이어스 전압 V_B에 의해 부(-)의 전위를 갖게 된다. 그리고 현상제 공급기(도시하지 않았음)로부터 공급되는 현상제(16)는 현상롤러(14)에 의해 마찰대전되면서 부(-)의 현상전위를 띄게 되고 현상롤러(14)의 회전에 따라 현상영역으로 이동하게 된다. 상기 현상영역은 현상롤러(14)상의 현상제(16)가 감광드럼(10)상으로 이동함으로써 현상이 이루어지는 현상롤러(14)와 감광드럼(10)상의 영역으로 말한다. 이와 같이 현상영역으로 이동된 현상제(16)는 노광전위와 현상전위간의 전위차에 의해 감광드럼(10)상의 노광영역으로 일부가 이동하여 부착됨으로서 현상이 이루어진다.

이후 감광드럼(10)에 부착되어 있는 현상제가 전사롤러(20)에 의해 기록용지에 옮겨짐으로써 전사가 이루어진다. 이때 기록용지에 전사된 현상제는 가압롤러(22)와 히트롤러(24)로 이루어지는 정착기의 압력 및 열에 의해 기록용지상에 정착된다. 이와 같이 정착이 완료된 기록용지는 화상형성장치의 외부로 배출됨으로써 기록용지 1매에 대한 복사 또는 프린트가 완료된다.

상기한 바와 같은 화상형성장치에서 현상 롤러(14)는 도전성 고무와 같은 탄성체를 사용한 도전성 탄성 롤러를 사용하며, 현상 롤러(14)의 표면과 감광드럼(10)의 표면이 서로 접촉되면서 현상이 이루어진다. 이러한 현상방식을 접촉식 현상방식이라 한다.

여기서 현상이 이루어지는 과정을 보다 상세히 살펴보면, 노광과정 이후에 감광드럼(10)상의 노광전위 V_L은 현상전위보다 작은 부(-)의 전위를 가진다. 이에 따라 현상롤러(14)상에 있는 부(-)의 전위를 띤 현상제(16)가 노광영역으로 이동됨으로써 현상이 이루어진다. 이때 현상롤러(14)의 표면과 대향되는 감광드럼(10)의 표면간의 거리를 d, 현상제(16)의 부(-) 전하량을 q, 감광드럼(10)상의 노광영역으로부터 현상롤러(14)로의 현상 전계를 E라 할 때, 현상롤러(14)로부터 감광드럼(10)으로 이동하는 힘 F는 하기 (1)식과 같다.

F=q×E……(1)

상기 (1)식에서 전계 E는이고,V는 현상 바이어스 전압 V_B에 의한 현상전위와 노광전위 V_L간의 전위차이므로 상기 (1)식을 다시 쓰면 하기 (2)식과 같다.

한편 현상 롤러(14)로 사용되는 도전성 탄성 롤러는 전기적으로 완전한 도체가 아니고 어느 정도의 저항값을 가지는 저항으로 해석되어진다. 이러한 현상 롤러(14)의 저항값은 환경 변화에 따라 변한다. 상기 환경이라 함은 온도 및 습도를 말한다. 통상적으로 현상 롤러(14)의 저항값은 온도와 습도가 상온 상습일 경우를 기준으로 할 때 고온 고습일 경우 낮아지고 저온 저습일 경우 높아진다. 이러한 현상 롤러(14)의 저항값의 변화범위는 화상형성장치의 사용중에 예상되는 환경 변화 범위내에서 보면 10²[Ωㆍ㎝]~10¹⁰[Ωㆍ㎝]가 된다.

이에 따라 현상 바이어스 전압 V_B가 일정하다해도 실제 현상시 현상롤러(14)상의 현상전위는 환경, 즉 온도 및 습도의 변화에 따라 달라진다. 이를 보다 상세히 설명하기 위해 상기한 제1도에 따른 현상시스템의 등가회로를 제2도로서 도시하였다. 제2도에서 참조부호 V_OPC는 감광드럼(10)상의 전위로서 전술한 바와 같이 노광전위 V_L또는 비노광전위 V_S가 된다. 또한 참조부호 R_T는 현상제(16)의 저항이고, R_D는 현상 롤러(14)의 저항이며, V_B는 현상 바이어스 전압이며, V_RB는 실제 현상전위이다. 그러므로 제2도의 등가회로는 접지에 대하여 부(-)의 전위인 감광드럼(10)상의 전위 V_OPC와, 현상제(16)의 저항 R_T와, 현상 롤러(14)의 저항 R_D와, 접지에 대하여 부(-)의 현상 바이어스 전압 V_B가 직렬로 접속된 상태가 된다. 그리고 현상제(16)의 저항 R_T와 현상 롤러(14)의 저항 R_D간의 접속점의 전위가 실제 현상에 작용하는 실효 현상전위 V_RB가 된다.

여기서 감광드럼(10)상의 전위 V_OPC가 -800[V]이고 현상 바이어스 전압 V_B가 -300[V]이라 할 때, 실효 현상전위는 V_RB는 하기 (3)식과 같이 된다.

이때 상온 상습 조건에서 현상 롤러(14)의 저항 R_D값과 현상제(16)의 저항 R_T값이 서로 동일하고, 고온 고습인 경우에는 현상 롤러(14)의 저항 R_D값이 현상제(16)의 저항 R_T값의배로 감소되며, 저온 저습인 경우에는 현상 롤러(14)의 저항 R_D값이 현상제(16)의 저항 R_T값의 10배로 증가된다고 가정한다. 그리고 현상 변화에 따른 현상제(16)의 저항 R_T값 변화는 현상 롤러(14)의 저항 R_D값 변화에 비해 무시할 수 있을 정도로 작다.

그러면 상온 상습일 때 R_D=R_T이므로 상기 (3)식에 따라 실효 현상전위 V_RB는 -550[V]가 된다. 그리고 고온 고습일 때이므로 상기 (3)식에 따라 실효 현상전위 V_RB는 -345[V]가 된다. 또한 저온 저습일 때 R_D=10R_T이므로 실효 현상전위 V_RB는 -754[V]가 된다.

상기한 바와 같이 환경 변화에 따라 현상전위가 변하는 상태를 제3도로서 도시하였다. 제3도에서 참조부호 V_RB1은 상기한 고온 고습일때의 실효 현상전위이고, V_RB2는 상기한 상온 상습일때의 실효 현상전위이며, V_RB3은 상기한 저온 저습일때의 실효 현상전위이다. 여기서 감광드럼(10)상의 비노광영역에서는 전위 V_OPC가 비노광전위 V_S가 되므로 실효 현상전위들 V_RB1~V_RB3는 각각 상기한 예에서의 -345[V], -550[V], -754[V]가 된다. 그리고 감광드럼(10)상의 노광영역에서는 전위 V_OPC가 노광전위 V_L이 되므로 실효 현상전위들 V_RB1~V_RB3는 상기한 바와 다르게 된다.

한편 현상롤러(14)상에는 모두 부(-)의 전위를 갖는 현상제, 즉 정규 현상제만 존재하는 것이 아니라 정(+)의 전위를 갖는 현상제, 즉 역극성 현상제도 일부 존재한다. 상기 역극성 현상제는 현상롤러(14)에서 비정상적으로 마찰대전됨으로써 발생된다. 이러한 역극성 현상제는 현상이 이루어질 때 감광드럼(10)상의 비노광영역으로 이동될 수도 있다.

이때 역극성 현상제는 실효 현상전위 V_RB가 작아질수록 감광드럼(10)상의 비노광영역으로 보다 용이하게 이동하도록 힘이 작용한다. 이는 실효 현상전위 V_RB와 비노광전위 V_S간의 전위차가 커짐에 따라 역극성 현상제에 대한 감광드럼(10)상의 비노광영역으로의 전계가 커지기 때문이다. 이러한 결과로서 고온 고습 환경하에서 역극성 현상제가 기록 화상의 비화상영역에 배경(background)화상으로 나타나게 된다. 즉, 감광드럼(10)상의 비노광영역에 대응하는 기록 화상의 비화상영역에는 화상이 나타나지 않아야하나 상기한 바와 같이 역극성 현상제로 인해 마치 배경색이 있는 것처럼 화상 오염이 발생하는 것이다. 제3도에서 참조부호 E_BG1은 상기한 고온 고습일때의 배경전계이고, E_BG2는 상기한 상온 상습일때의 배경전계이며, E_BG3은 상기한 저온 저습일때의 배경전계이다. 그리고는 정규 현상제를 나타내고,는 역극성 현상제를 나타낸다.

상기한 바와같이 고온 고습 환경하에서는 상온 상습일때에 비해 현상롤러(14)의 저항 R_D값이 작아짐으로써 실효 현상전위 V_RB가 작아지며, 그에 따라 배경전계 E_BG가 제3도의 E_BG1와 같이 커지게 됨으로써 역극성 현상제가 비노광영역, 즉 비화상영역에 부착된다.

따라서 도전성 탄성 롤러를 이용한 접촉식 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치는 고온 고습시 역극성 현상제로 인한 화상이 기록 화상에 배경으로 나타나게 됨으로써 화질이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 도전성 탄성 롤러를 이용한 접촉식 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에 있어서 고온 고습 환경하에서도 화질저하를 방지할 수 있는 현상장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 현상 롤러와 현상 바이어스 전원 사이에 고정 저항소자를 접속하여 설치함을 특징으로 한다. 상기 고정 저항소자는 온도 및 습도 변화로 인한 현상 롤러의 저항값 변화에 따른 실효 현상전위의 변화를 작게 하여 배경화상을 감소시킨다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부도면에서 구체적인 소자와 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자명할 것이다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제4도는 본 발명의 실시예에 따른 도전성 탄성 롤러를 이용한 접촉식 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치의 엔진 메카니즘 구성도를 보인 것이다. 상기 제4도는 전술한 제1도에서 현상 롤러(14)와 현상 바이어스 전원, 즉 현상 바이어스 전압 V_B사이에 고정 저항소자(28)를 접속하여 설치한 것이다. 그러므로 제4도의 구성요소들중에 제1도와 동일한 구성요소들은 서로 동일한 참조부호를 부여하였다. 그리고 고정 저항소자(28)의 저항을 R_B라 할 때 고정 저항소자(28)는 상온 상습 환경하에서 현상제(16)의 저항 R_T값과 동일한 저항 R_B값을 가지는 저항소자를 사용한다. 또한 고정 저항소자(28)는 온도 및 습도의 변화에 따른 현상 롤러(14)의 저항 R_D값 변화에 비해 작게 변하는 저항소자를 사용하는 것이 바람직하다.

상기한 제4도와 같이 고정 저항(28)를 추가할 경우, 현상시스템의 등가회로를 보이면 제5도와 같이 된다. 제5도의 등가회로는 접지에 대하여 부(-)의 전위인 감광드럼(10)상의 전위 V_OPC와, 현상제(16)의 저항 R_T와, 현상 롤러(14)의 저항 R_D와, 고정 저항소자(28)의 저항 R_B와, 접지에 대하여 부(-)의 현상 바이어스 전압 V_B가 직렬로 접속된 상태가 된다. 이때 현상제(16)의 저항 R_T와 현상 롤러(14)의 저항 R_D간의 접속점의 전위가 실제 현상에 작용하는 실효 현상전위 V_RB가 된다.

여기서 전술한 (3)식과 동일하게 감광드럼(10)상의 전위 V_OPC가 -800[V]이고 현상 바이어스 전압 V_B가 -300[V]이라 할 때, 실효 현상전위 V_RB는 하기 (4)식과 같이 된다.

이때 상온 상습 조건에서 현상 롤러(14)의 저항 R_D값과 현상제(16)의 저항 R_T값이 서로 동일하고, 고온 고습인 경우에는 현상 롤러(14)의 저항 R_D값이 현상제(16)의 저항 R_T값의배로 감소되며, 저온 저습인 경우에는 현상롤러(14)의 저항 R_D값이 현상제(16)의 저항 R_T값의 10배로 증가된다고 가정한다. 이때 환경 변화에 따른 현상제(16)의 저항 R_T값 변화는 전술한 바와 같이 현상 롤러(14)의 저항 R_D값 변화에 비해 무시할 수 있다.

그러면 상온 상습일 때 R_D=R_T=R_B이므로 상기 (4)식에 따라 실효 현상전위 V_RB는 -633[V]가 된다. 그리고 고온 고습일 때 R_D=R_T이므로 상기 (4)식에 따라 실효 현상전위 V_RB는 -536[V]가 된다. 또한 저온 저습일 때 R_D=10R_T이므로 실효 현상전위 V_RB는 -763[V]가 된다.

상기한 바와 같이 환경 변화에 따라 현상전위가 변하는 상태를 제6도로서 도시하였으며, 참조부호들은 각각 전술한 제3도에서와 동일하다. 그러므로 제6도에서 실효 현상전위들 V_RB1~V_RB3는 감광드럼(10)상의 비노광영역에서 각각 상기한 예에서의 -536[V], -633[V], -763[V]가 된다.

그러므로 상기 제6도를 전술한 제3도와 비교해 보면, 고정 저항소자(28)를 사용함에 따라 온도 및 습도 변화로 인한 현상 롤러(14)의 저항 R_D값 변화에 따른 실효 현상전위 V_RB의 변화가 작게 됨을 알 수 있다. 특히 고온 고습 환경하의 실효 현상전위 E_BG1이 제3도에서는 -345[V]이었던 것에 비해 제6도에서는 상기한 바와 같이 -536[V]로 됨으로써 배경전계 E_BG1이 대폭적으로 작아지게 된다.

따라서 고온 고습시에 감광드럼(10)상의 비노광영역에 부착되는 역극성 현상제의 양이 대폭적으로 감소함으로써 기록화상에 배경화상이 나타나는 것이 방지된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 고온 고습으로 인해 현상 롤러의 저항값이 커질 경우에도 배경전계가 커지는 정도를 감소시킴으로써 배경화상의 증가로 인한 화질 저하를 방지할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (5)

1. 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에서 도전성 탄성 롤러를 접촉식 현상 롤러로서 이용하는 현상장치에 있어서, 상기 현상 롤러와 현상 바이어스 전원 사이에 고정 저항소자를 접속하여 설치함을 특징으로 하는 현상장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정 저항소자가, 온도 및 습도 변화로 인한 상기 현상 롤러의 저항값 변화에 따른 실효 현상전위의 변화를 작게 하여 배경화상을 감소시킴을 특징으로 하는 현상장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 고정 저항소자의 저항값이, 상기 온도 및 습도의 변화에 따른 상기 현상 롤러의 저항값 변화에 비해 작게 변함을 특징으로 하는 현상장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 고정 저항소자가, 고온 고습으로 인해 상기 현상 롤러의 저항값이 커질 경우에도 상기 실효 현상전위가 작아지는 정도를 작게하여 배경전계가 커지는 정도를 감소시킴을 특징으로 하는 현상장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 고정 저항소자가, 상기 현상 롤러상의 역극성 현상제로 인하여 발생하는 상기 배경전계를 감소시킴을 특징으로 하는 현상장치.