KR100228804B1 - 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에서 접촉대전방식의대전장치 - Google Patents

전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에서 접촉대전방식의대전장치 Download PDF

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Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에서 접촉 대전방식에 의해 감광드럼의 표면을 대전시키는 대전장치에 관한 것이다.
나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
방진장치를 사용할 필요가 없으면서도 항상 균일한 화상 농도를 유지하도록 할 수 있는 대전장치를 제공한다.
다. 발명의 해결방법의 요지
감광드럼의 주변에 전위센서를 설치하여 감광드럼의 노광되기 전의 표면의 대전전위를 전위센서에 의해 검출하고, 검출되는 대전전위값을 규정값과 비교하여 차이가 있을 경우 그에 대응되게 직류의 대전전압을 가변시켜 대전롤러에 인가하여 감광드럼상의 표면전위를 일정하게 유지시킨다.
라. 발명의 중요한 용도
전자사진 현상방식을 채용한 복사기, LBP, LPH 프린터, 일반용지 팩시밀리등과 같은 화상형성장치에서 접촉 대전방식의 대전장치에 이용한다.

Description

전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에서 접촉 대전방식의 대전장치
본 발명은 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에 관한 것으로, 특히 접촉 대전방식에 의해 감광드럼(photoconductive drum)의 표면을 대전시키는 대전장치(charging device)에 관한 것이다.
통상적으로 전자사진 현상방식은 복사기, LBP(Laser Beam Printer), LPH(LED Print Head) 프린터, 일반용지(plain paper) 팩시밀리등과 같은 화상형성장치에 널리 채용되고 있다. 전자사진 현상방식의 프로세스는 연속적으로 진행되는 "대전" → "노광" → "현상" → "전사" → "정착" 프로세스로 이루어진다.
도 1은 이러한 전자사진 현상방식에서 접촉대전방식의 대전장치를 가지는 화상형성장치의 개략적인 엔진 메카니즘(engine mechanism) 구성과 각 부분에 대한 바이어스(bias) 전압 인가상태를 보인 것이다. 도 1에서 현상기(104)는 현상롤러(106)와 공급롤러(108)와 현상제 규제 블레이드(blade)(110)와 교반기(agitator)(112)를 구비한다. 그리고 감광드럼(100), 대전롤러(102), 현상롤러(106), 공급롤러(108), 전사롤러(116)등은 전자사진 프로세스 진행에 대응되게 엔진 구동모터를 포함한 구동계(도시하지 않았음)에 의해 도 1에 보인 화살표방향으로 회전한다. 이때 용지는 용지 카셋트(도시하지 않았음)로부터 급지되어 용지 이송경로(118)를 따라 이송되며, 최종적으로 화상형성장치의 외부로 배출된다.
이제 도 1를 참조하여 통상적인 전자사진 프로세스를 설명한다. 먼저 대전 프로세스에서 감광드럼(100)은 대전롤러(102)에 의해 부(negative) 바이어스의 대전전압 Vch, 예를들어 약 -1400[V]로 대전됨으로써 약 -800[V]의 부 전위로 균일한 전하가 표면상에 형성된다. 이와같이 대전된 감광드럼(100)의 표면은 회전에 따라 노광 프로세스를 거치는데, 노광장치(도시하지 않았음)의 광(L)에 의해 인쇄할 화상에 대응되게 노광됨으로써 정전잠상이 형성된다. 이때 감광드럼(100)의 표면에서 노광이 않된 비화상영역은 원래의 전위가 그대로 유지되나, 노광된 화상영역의 전위는 -수십[V]정도로 작아진다. 노광장치는 예를들어 LBP에 있어서는 레이저 스캐너 유니트(laser scanner unit)가 되고 복사기에 있어서는 원고 스캐너가 된다. 이와같이 정전잠상이 형성된 감광드럼(100)의 표면은 감광드럼(100)의 회전에 따라 현상영역에 도달한다. 현상영역은 감광드럼(100)과 현상롤러(106)간의 접촉부로서 현상이 이루어지는 영역을 의미한다.
이와 같이 현상영역에 도달한 감광드럼(100)의 표면은 현상 프로세스를 거치는데, 감광드럼(100)상에 형성된 정전잠상은 현상롤러(106)상에 있는 현상제에 의해 가시상으로 현상된다. 이때 현상기(104)내에 있는 현상제(114)가 공급롤러(106)에 의해 현상롤러(106)에 공급되어 현상롤러(106)상에 도포된다. 그리고 현상기(104)내에 설치된 교반기(112)는 회전에 의해 현상기(104)내의 현상제(114)를 교반시킴으로써 사용된 현상제와 새로운 현상제가 잘 섞이도록 한다.
또한 현상롤러(106)는 예를들어 -300[V]의 부 바이어스의 현상전압 Vb에 의해 부의 현상전위를 갖게 되며, 공급롤러(108)에는 예를들어 -500[V]의 부 바이어스전압 Vm이 인가된다. 이에따라 현상롤러(106)와 공급롤러(108)의 접촉부에서 바이어스전압간의 전위차에 의해 현상제가 부로 마찰대전되어 경상력에 의해 현상롤러(106)상에 부착되어진다. 현상롤러(106)에 부착된 현상제는 현상제 규제 블레이드(110)에 의해 일정하게 도포된다. 현상롤러(106)에 도포된 현상제는 감광드럼(100)의 노광전위와 현상롤러(106)의 현상전위간의 전위차에 의한 정전기력에 의해 감광드럼(100)상의 노광영역으로 이동하여 부착됨으로써 현상이 이루어진다.
이러한 상태에서 용지 카셋트로부터 급지되는 용지는 전사롤러(116)로 이송된다. 상기한 노광 및 현상 프로세스 이후 감광드럼(100)이 계속 회전하여 전사위치에 도달하게 되면 전사 프로세스가 이루어진다. 이때 전사롤러(116)에는 수백[KV]∼수천[KV]의 정(positive) 바이어스의 전사전압 Vt이 인가된다. 이에따라 전사롤러(116)와 감광드럼(100)간의 전위차에 의한 정전력기에 의해 감광드럼(100)에 부착되어 있는 현상제가 용지에 옮겨짐으로써 전사가 이루어진다. 용지에 전사된 현상제는 정착기(도시하지 않았음)의 압력 및 열에 의해 용지에 정착되고, 정착이 완료된 용지는 외부로 배출됨으로써 용지 1매 인쇄에 대한 프로세스가 종료된다.
상기한 대전롤러(102)는 고무등의 재질로 만들어지며, 대전롤러(102)의 표면과 감광드럼(100)의 표면이 서로 접촉되면서 회전한다. 그리고 감광드럼(100)과 대전롤러(102) 사이에 존재하는 미세 갭(gap)에서의 파센(Paschen)방전에 의해 대전현상이 일어난다. 이러한 대전방식을 접촉대전방식이라 한다.
이와 같이 대전롤러(102)에 의해 대전되는 감광드럼(100)의 대전전위 특성은 대전전압 Vch과 환경 조건, 즉 온도 및 습도에 따라 변하는데, 이러한 예를 도 2의 그래프(graph)로서 보였다. 도 2에서 세로축은 감광드럼(100)상의 대전전위를 나타내고, 가로축은 대전전압 Vch의 직류 전압성분을 나타낸다. 상기한 도 1에서와 같이 대전롤러(102)에 인가되는 대전전압 Vch이 직류만일때 감광드럼(100)상의 대전전위는 도 2에서 보는 바와 같이 온도 및 습도가 높아질수록 떨어지고 온도 및 습도가 낮아질수록 올라간다.
한편 현상이 이루어질 때 상술한 바와 같이 현상롤러(106)상의 현상제는 감광드럼(100)상의 표면전위와 현상롤러(106)간의 전위차에 의해 감광드럼(100)의 표면으로 이동하게 되고, 현상제 이동량은 현상전압 Vb과 감광드럼(100)상의 대전전위간의 차에 비례하게 된다. 그러므로 대전전압 Vch이 일정하다해도 환경 조건이 변하게 되는 경우 도 2에서 보는 바와 같이 감광드럼(100)상의 실제 대전전위가 달라지게 됨에 따라 현상제량이 달라짐으로써 화상 농도가 변하게 된다. 결과적으로 환경 조건의 변화에 따라 화상 농도가 불균일하게 됨으로써 화질이 열화된다.
이와 같이 환경 조건의 변화에 따른 감광드럼(100)의 표면 대전전위 변화를 막아주기 위해 교류성분이 중첩된 대전전압을 대전롤러(102)에 인가하여 왔었다. 이러한 경우 도 2에 도시된 바와 같이 비교적 안정된 특성의 대전전위를 얻을 수 있다.
또한 대전전위 특성의 변화는 도 3에 도시된 바와 같이 대전롤러(102)가 현상제나 지분(종이가루)등에 의해 오염될 경우에도 달라지게 되는데, 대전롤러(102)가 오염되면 감광드럼(100)상의 대전전위가 낮아지는 결과를 초래한다. 이 경우에도 물론 대전전압이 직류성분만일 경우에는 심하게 나타나며 교류성분을 포함하는 대전전압을 인가할 때에는 특성변화가 다소 완화된다. 그러나 감광드럼(100)과 대전롤러(102)에 인가되는 전압이 대전전압의 교류특성에 따라 바뀌게 되므로, 그 사이의 정전기력도 바뀌게 된다. 그러면 고무 재질로 되어 탄성특성을 가지는 대전롤러(102)는 그 안에서 인가된 교류전압 주파수의 주기에 따라 수축과 팽창을 반복하게 되므로 미세한 진동현상이 발생하게 된다. 이러한 진동현상에 의해 소음이 발생함과 아울러 화질이 열화된다. 이에따라 진동소음을 막고, 진동에 의한 화질 열화등을 방지하기 위해서는 방진장치를 추가적으로 필요로 하게 되었었다.
상술한 바와 같이 종래의 접촉대전방식의 대전장치는 환경 조건의 변화나 대전롤러의 오염에 따라 화상 농도가 불균일하게 되어 화질이 열화되었으며, 이를 개선하기 위해 교류성분을 포함하는 대전전압을 대전롤러에 인가할 경우에는 방진장치를 추가적으로 필요로 하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 방진장치를 사용할 필요가 없으면서도 항상 균일한 화상 농도를 유지하도록 할 수 있는 대전장치를 제공함에 있다.
도 1은 통상적인 접촉대전방식의 대전장치를 구비하는 전자사진 프로세스를 채용한 화상형성장치의 개략적인 엔진 메카니즘을 보인 구성도,
도 2는 대전전압과 온도 및 습도 변화에 따른 감광드럼의 대전전위 특성 변화 예시도,
도 3은 대전전압과 대전롤러의 표면 오염에 따른 감광드럼의 대전전위 특성 변화 예시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 대전방식의 대전장치를 포함한 전자사진 프로세스를 채용한 화상형상장치의 개략적인 엔진 메카니즘을 보인 구성도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 대전장치의 회로 블록구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도 5의 마이크로 콘트롤러(206)의 처리흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 감광드럼 102: 대전롤러
120: 전위센서 122: 클리닝롤러
124: 클리닝 구동장치 200: 제어부
202: 전원장치
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 감광드럼의 주변에 전위센서를 설치하여 감광드럼의 노광되기 전의 표면의 대전전위를 전위센서에 의해 검출하고, 검출되는 대전전위값을 규정값과 비교하여 차이가 있을 경우 그에 대응되게 직류의 대전전압을 가변시켜 대전롤러에 인가하여 감광드럼상의 표면전위를 일정하게 유지시킴을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 구체적인 소자나 부품의 구조나 형상, 처리흐름 등과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한 하기 설명에서 도면들중 동일한 구성요소들은 가능한한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 대전방식의 대전장치를 포함한 전자사진 프로세스를 채용한 화상형상장치의 개략적인 엔진 메카니즘을 보인 구성도를 보인 것이다. 도 4는 전술한 도 1에서 환경 조건 변화에 따른 감광드럼(100)상의 실제 대전전위를 검출하기 위해 전위센서(120)를 감광드럼(100)의 주변에 설치하고, 대전롤러(102)가 오염되는 경우 이를 청소하기 위한 클리닝(cleaning)롤러(122)를 설치함과 아울러 클리닝롤러(122)를 구동하기 위한 클리닝 구동장치(124)를 추가하여 구성한 것이다. 전위를 검출하기 위해 사용되는 통상적인 센서인 전위센서(120)는 감광드럼(100)상에서 대전 위치와 노광 위치 사이에 설치한다. 이에따라 전위센서(120)는 감광드럼(100)의 노광되기 전의 표면의 대전전위를 검출한다. 클리닝롤러(122)는 클리닝 구동장치(124)에 의해 대전롤러(102)의 표면에 선택적으로 접촉되며, 대전롤러(102)의 표면에 접촉될 때 대전롤러(102)의 표면을 청소한다. 클리닝 구동장치(124)는 레버(126)와 압축 스프링(128)과 솔레노이드(solenoid)(130)로 구성하며, 클리닝롤러(122)를 이동시켜 대전롤러(102)상에 접촉시키거나 비접촉시킨다. 레버(126)는 회동가능한 축(132)를 중심으로 양쪽으로 신장되며 한쪽 단부가 클리닝롤러(122)의 축에 연결되고 다른쪽 단부가 압축 스프링(128)에 의해 새시에 고정 설치된다. 압축 스프링(128)은 레버(126)의 단부를 대전롤러(102)쪽으로 밀게되며, 압축 스프링(128)과 대향되게 레버(126)에 솔레노이드(130)가 설치된다. 그러므로 솔레노이드(130)가 구동되면 솔레노이드(130)에 의해 압축 스프링(128)이 밀려짐으로써 클리닝롤러(122)가 대전롤러(102)에 접촉되고, 솔레노이드(130)가 구동되지 않으면 클리닝롤러(122)는 대전롤러(102)로부터 떨어진다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 대전장치의 회로도를 보인 것으로, 제어부(200)와 전원장치(202)로 구성하며, 제어부(200)는 ADC(Analog-to-Digital Convertor)(204)와 마이크로 콘트롤러(microcontroller)(206)와 대전전원 제어부(208)와 솔레노이드 구동부(210)로 구성한다. ADC(204)는 전위센서(120)에서 검출되는 감광드럼(100)의 대전전위의 레벨을 디지털변환하여 대전전위값으로 마이크로 콘트롤러(206)에 인가한다. 마이크로 콘트롤러(206)는 전위센서(120)로부터 입력되는 대전전위값을 규정값과 비교하여 차이가 있을 경우 그에 대응되게 전원장치(202)의 출력 대전전압 Vch을 대전전원 제어부(208)를 통해 가변시킨다. 상기 규정값은 목표로 하는 대전전위값으로 미리 설정되는 값이다. 그리고 마이크로 콘트롤러(206)는 솔레노이드 구동부(210)에 의해 클리닝 구동장치(124)의 솔레노이드(128)를 구동시켜 클리닝롤러(122)를 대전롤러(102)상에 접촉시키거나 솔레노이드(128)를 구동시키지 않음으로써 클리닝롤러(122)를 대전롤러(102)로부터 떨어지게 한다. 이러한 마이크로 콘트롤러(206)는 도 4의 엔진을 구비하는 화상형성장치에서 엔진을 제어하기 위해 사용되는 마이크로 콘트롤러에 도 6의 처리흐름도에 따른 기능을 프로그램하여 사용하면 된다. 전원장치(202)는 통상적인 가변 전원장치를 사용하며, 대전롤러(102)에 접속되고 가변 가능한 직류 대전전압 Vch을 대전롤러(102)에 인가하여 전하를 공급한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 콘트롤러(206)의 처리흐름도를 보인 것이다. 도 6의 처리흐름도에 따른 기능은 화상형성장치의 초기화(initialize)동작 또는 워밍업(warming up)시에 수행되도록 하거나 사용자에 의해 선택될 때 수행되도록 하면 된다. 도 6을 참조하면, 마이크로 콘트롤러(206)는 도 6의 (300)단계에서 전위센서(120)로부터 대전전위값을 입력하여 (302)단계에서 규정값과 비교한다. 이때 대전전위값이 규정값과 같으면, 마이크로 콘트롤러(206)는 (314)단계에서 현재 대전전압 Vch을 셋팅(setting)한다.
상기 (302)단계에서 대전전위값이 규정값과 차이가 있으면, 마이크로 콘트롤러(206)는 (304)단계에서 시간 경과 여부를 확인한다. 이때 일정 시간이 경과되지 않은 경우, 마이크로 콘트롤러(206)는 (306)단계에서 대전전위값이 규정값보다 작으면 (308)단계에서 대전전원 제어부(208)를 통해 대전전압 Vch을 높이고 상기 (300)단계로 진행한다. 이와달리 대전전위값이 규정값보다 크면, 마이크로 콘트롤러(206)는 (308)단계에서 대전전원 제어부(208)를 통해 대전전압 Vch을 낮추고 상기 (300)단계로 진행한다. 이러한 동작이 반복됨으로써 감광드럼(100)상의 대전전위가 규정값으로 조정된다.
따라서 환경 조건이 변화하여도 그에 대응되게 대전전압 Vch을 가변시켜 대전전위를 일정하게 유지하므로 항상 균일한 화상 농도를 유지하도록 할 수 있다. 이때 대전전압 Vch은 교류전원이 포함되어 있지 않고 직류전압만이므로 별도의 방진장치를 사용할 필요가 없다.
여기서 감광드럼(100)상의 노광전위와 현상전위간의 차이에 의한 정전기력에 의하여 현상롤러(106)와 감광체 사이에 이동하는 현상제의 양이 달라지므로 현상농도가 달라진다. 따라서 일정한 현상농도를 얻기 위한 목표값으로 제어를 할 경우에는 대전전압 Vch 대신에 현상전압 Vb을 가변시켜도 된다.
한편 상기한 과정에 의해 감광드럼(100)의 대전전위를 조정할 수 있으나 대전롤러(102)의 표면이 현상제나 지분에 의해 오염된 경우에는 대전전압 Vch을 가변시켜도 원하는 표면전위를 얻을 수 없는 경우가 있다. 이 경우에는 물론 대전롤러(102)를 청소해주어야 한다. 따라서 상기한 바와 같이 대전전압 Vch을 가변시켜도 일정 시간내 대전전위를 규정값으로 얻을 수 없는 경우에는 마이크로 콘트롤러(206)는 (312)단계에서 클리닝 구동장치(124)의 솔레노이드(128)를 구동시킴으로써 대전롤러(102)를 청소하고, 이후에 대전전압 Vch을 상기한 바와 같은 과정에 의해 가변시킴으로써 일정한 대전전위를 얻게 된다. 따라서 대전롤러(102)가 오염된 경우에도 항상 일정한 화상농도를 얻을 수 있다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에서는 별도의 클리닝롤러(122)를 사용하여 오염을 제거하는 예를 보였으나, 별도로 사용하지 않을 수도 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허 청구의 범위와 특허 청구의 범위의 균등한 것에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 감광드럼상의 대전전위를 규정된 값으로 일정하게 유지할 수 있으므로 대전롤러 특성이나 환경 변화 또는 오염등에 의한 변화가 있어도 항상 일정한 화상농도를 얻을 수 있으며 별도의 방진장치등을 필요로 하지 않는 잇점이 있다. 또한 종래와 달리 대전롤러에 직류전압만을 인가하므로 전원장치를 간략화 할 수 있다.

Claims (4)

  1. 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에서 대전된 표면의 전위가 노광에 따라 달라지게 되는 감광드럼의 표면을 접촉 대전방식에 의해 대전시키는 대전장치에 있어서,
    상기 감광드럼의 표면에 접촉되면서 상기 감광드럼의 노광되기 전의 표면을 일정 전위로 대전시키는 대전롤러와,
    상기 대전롤러에 접속되며 가변 가능한 직류의 대전전압을 상기 대전롤러에 인가하여 전하를 공급하는 전원장치와,
    상기 감광드럼의 주변에 설치되며 상기 감광드럼의 노광되기 전의 표면의 대전전위를 검출하는 전위센서와,
    상기 전위센서에 의해 검출되는 대전전위값을 규정값과 비교하여 차이가 있을 경우 그에 대응되게 상기 전원장치의 출력 대전전압을 가변시켜 상기 감광드럼상의 대전전위를 일정하게 유지시키는 제어부를 구비함을 특징으로 하는 대전장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부가, 상기 대전전위값이 상기 규정값보다 작을 경우에는 상기 대전전압을 그에 대응되게 높이고, 상기 규정값보다 클 경우에는 상기 대전전압을 그에 대응되게 낮춤을 특징으로 하는 대전장치.
  3. 전자사진 현상방식을 채용한 화상형성장치에서 대전된 표면의 전위가 노광에 따라 달라지게 되는 감광드럼의 표면을 접촉 대전방식에 의해 대전시키는 대전장치에 있어서,
    상기 감광드럼의 표면에 접촉되면서 상기 감광드럼의 노광되기 전의 표면을 일정 전위로 대전시키는 대전롤러와,
    상기 대전롤러에 접속되며 가변 가능한 직류 대전전압을 상기 대전롤러에 인가하여 전하를 공급하는 전원장치와,
    상기 감광드럼의 주변에 설치되며 상기 감광드럼의 노광되기 전의 표면의 대전전위를 검출하는 전위센서와,
    상기 대전롤러의 표면에 선택적으로 접촉되며 상기 대전롤러의 표면에 접촉될 때 상기 대전롤러의 표면을 청소하는 클리닝롤러와,
    상기 클리닝롤러를 이동시켜 상기 대전롤러상에 접촉시키거나 비접촉시키는 클리닝 구동장치와,
    상기 전위센서에 의해 검출되는 대전전위값을 규정값과 비교하여 차이가 있을 경우 그에 대응되게 상기 전원장치의 출력 대전전압을 가변시켜 상기 감광드럼상의 대전전위를 일정하게 유지시키며, 상기 대전전압을 가변시켜도 일정시간내에 상기 대전전위값이 상기 규정값이 되지 않으면 상기 클리닝 구동장치에 의해 상기 클리닝롤러를 상기 대전롤러상에 접촉시키는 제어부를 구비함을 특징으로 하는 대전장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부가, 상기 대전전위값이 상기 규정값보다 작을 경우에는 상기 대전전압을 그에 대응되게 높이고, 상기 규정값보다 클 경우에는 상기 대전전압을 그에 대응되게 낮춤을 특징으로 하는 대전장치.
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