KR100270221B1 - 화상 형성 장치 - Google Patents

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도시아끼 미야시로
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Abstract

본 발명에 의한 화상 형성 장치는 상이한 색상의 토너 화상을 운반하기 위한 화상 지지 부재와, 토너 화상이 제1 전사 위치에서 상기 화상 지지 부재로부터 상기 중간 전사 부재 상으로 중첩되게 전사된 다음에, 제2 전사 위치에서 상기 중간 전사 부재로부터 전사 재료 상으로 모두 함께 전사되는 회전 가능 중간 전사 부재를 포함하며, 상기 중간 전사 부재는 0.5 내지 2 (㎜)의 두께를 가진 탄성층과, 상기 탄성층의 부피 저항보다 큰 부피 저항을 가지고 상기 탄성층 상에 있는 코팅층을 포함하고, 상기 중간 전사 부재는 다음 관계를 만족시키고, 즉
T≤τ≤500 (초)
상기에서 τ(초)는 소정의 전위차로 대전된 상기 중간 전사 부재의 표면이 V/e (e는 자연 대수의 밑, e=2.71828...)가 되도록 10 (㎝/s)의 회전 속도로 회전한 후에 상기 중간 전사 부재의 전위차(V)가 1/2로 되기 위해 필요한 시간이고, T (초)는 상기 화상 지지 부재 상의 토너 화상이 제1 전사 위치에서 상기 중간 전사 부재 상으로 순차적으로 그리고 중첩되게 전사될 때에 상기 중간 전사 부재의 회전 시간이다.

Description

화상 형성 장치
본 발명은 화상 지지 부재 상에 형성된 토너 화상이 중간 전사 부재로 전사되고 이어서 전사 재료로 전사되는 화상 형성 장치에 관한 것이다.
통상, 전자 사진식 화상 형성 장치에 있어서, 중간 전사 부재는 화상 지지 부재로서의 감광 드럼과 함께 제공된다. 이러한 장치에 있어서, 화상 지지 부재 상에 형성된 토너 화상을 중간 전사 부재 상으로 전사하는 주 전사 조작은 중간 전사 부재 상의 토너 화상을 중첩시키도록 반복되고, 이후 상기 토너 화상들은 전사 재료 상으로 모두 전사(부 전사)된다.
도11은 중간 전사 부재를 사용하는 화상 형성 장치의 예를 도시하고 있다.
상기 도면에 도시된 화상 형성 장치는 화상 지지 부재로서의 감광 드럼을 구비한다. 감광 드럼(101) 주위에 블랙(BK), 마젠타(M), 시안(C) 및 옐로우(Y) 토너 화상을 보유하는 4개의 현상 기기(105, 106, 107, 108)가 화살표(R1) 방향으로 회전 지지된다. 이들 현상 기기들 중에서, 감광 드럼(101) 상에 정전 잠상의 현상용으로 조작되는 하나의 기기는 (도시되지 않은) 수단의 전후로 감광 드럼(101)과 접촉한다.
감광 드럼(101)은 대전기(102)에 의해 균일하게 대전되고 정전 잠상이 형성되도록 레이저 노광 시스템(103) 등을 통해 조사 광(104; 레이저 비임)에 노출된다. 정전 잠상은 현상 기기(105) 등에 의해 토너 화상으로 현상되고, 주 전사 롤러(110)에 의해 중간 전사 벨트(109; 중간 전사 부재) 상으로 연속적으로 전사된다. 정전 잠상의 현상 및 주 전사는 그에 의해 중첩된 색상 토너 화상이 중간 전사 벨트(109) 상에 형성되는 현상 기기(105-108) 등에 의해 연속적으로 4색 토너 재료로 수행된다. 이어서, 토너 화상은 부 전사 롤러(111) 및 중간 전사 벨트(109)에 의해 공급된 전사 재료(118) 상으로 모두 전사(부 전사)된다.
주 전사 및 부 전사에 대해 추가로 설명한다. 예컨대, 감광 드럼(101)이 음의 대전 특성을 갖는 유기물 광전도체(OPC) 감광 드럼일 때, 부 특성의 토너는 상기 토너를 노출부(104; 레이저 비임)에 적층하도록 현상 기기(105-108)에 의해 현상용으로 사용된다. 따라서, 주 전사 롤러(110)는 바이어스 전원(120)에 의해 전사 바이어스 전압을 공급받는다. 여기서, 중간 전사 벨트(109)는 통상 PVdF(폴리비닐이덴 플루오라이드), 나일론, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), 폴리바보네이트 등과 같이 100 내지 200 ㎛의 두께와 1011내지 1016Ω㎝의 체적 저항성을 갖는 재료(필요하다면 저항 조절이 수행됨)로 구성된 무단 수지 필름이고, 후면 롤러(112), 구동 롤러(115), 인장 롤러(116) 등의 주위로 연장된다. 통상, 주 전사 롤러(110)는 105Ω㎝ 미만의 체적 저항성을 갖는 저 저항 롤러이다. 중간 전사 벨트(109)로 얇은 필름을 이용함으로써, 수백 내지 수천 pF과 같이 큰 정전 용량이 주 전사 닙(nip; N1)에 제공될 수 있어서, 안정된 전사 전류가 제공될 수 있다. 상기에서, 주 전사 수단은 주 전사 롤러(110)와 바이어스 전원(120)에 의해 형성된다.
이어서, 토너 화상은 부 전사 롤러(111), 후방 롤러(112), 바이어스 전원(121) 등을 포함하는 부 전사 수단에 의해 전사 재료(118) 상에 전사된다. 부 전사 스테이션에 있어서, 낮은 저항을 갖고서 적절한 바이어스로써 공급되고 전기적으로 접지되는 후방 롤러(112)는 대향 전극으로서 중간 전사 벨트(109) 내에 제공되며, 중간 전사 벨트(109)는 낮은 저항을 가지며 부 전사 닙(N2)을 형성하도록 외부에 배치된 부 전사 롤러(111)와 후방 롤러(112)에 의해 끼워지게 된다. 양의 전사 바이어스는 바이어스 전원(121)에 의해 부 전사 롤러(111)에 인가되고, 부 전사 롤러(111)는 전사 재료(118)의 후방 측면에 접촉된다.
주 전사를 받는 감광 드럼(101)은 주 전사되지 않는 토너를 그 표면으로부터 제거하기 위한 클리너(119)에 의해 세척되고, 이후 잔류 대전은 후속의 화상 형성용으로 사용될 수 있도록 노출 기기(117)에 의해 제거된다.
한편, 부 전사를 받는 중간 전사 벨트(109)의 표면은 부 전사되지 않은 토너가 제거된 후 방전 수단(114)에 의해 전기적으로 방전되도록 클리너(113)에 의해 세척된다. 방전 수단(114)은 많은 경우에 교류(AC) 코로나 대전 수단이다. 통상, 대향 전극은 방전 효율을 증가시키기 위해 중간 전사 벨트(109) 내부에 제공된다.
종래의 시스템에 있어서, 다음과 같은 문제점이 있다.
(1) 중간 전사 벨트(109)가 큰 표면 경도를 가질 때, 중앙의 보이드(void)는 주 전사 후 중간 전사 벨트(109) 상의 토너 화상 내에 발생하려는 경향이 있다.
(2) 전사 전류는 중간 전사 벨트(109)의 정전 용량에 의해 주로 결정되므로, 단위 면적당 토너의 양이 크게 되면 부 전사는 불충분하게 되려는 경향이 있다.
(3) 상기 토너의 중간 전사 벨트로의 정전 인력이 작다면, 중간 전사 벨트는 롤러(112, 115, 116) 등의 외부 표면에서 반복적으로 만곡될 수 있으며, 상기 롤러들의 주위에서 도11에 도시된 바와 같이 중간 전사 벨트가 당겨지거나 또는 표면 팽창 및 수축이 반복되고, 중간 전사 벨트 표면 상에 중첩된 정착되지 않은 Y, M, C, BK 토너 화상은 외란을 받을 수 있다.
토너 화상의 외란은 토너 화상을 형성하는 토너의 양이 큰 때에 현저히 발생하고, 중간 전사 벨트(109) 상에 다수의 토너 색상을 중첩시킴으로써 전색(full-color) 문자 등이 형성될 수 있다. 이는 토너 화상이 중간 전사 벨트(109) 상에 중첩될 때 (토너 화상이 전사된 이후에) 표면 부분 상의 토너 화상의 토너가 분산되기 때문이다.
한편, 미국 특허 제5,243,392호는 부 전사 효율을 향상시키기 위해 중간 전사 벨트의 대전 감쇠 시간(τ)이 0.3 내지 200 초로 설정된다는 것을 개시한다. 대전 감쇠 시간(τ)은 이론적으로 결정된 시간이다.
그러나, 이론적인 대전 감쇠 시간(τ)은 실제 측정된 대전 감쇠 시간과 현저히 상이하다.
따라서, 본 발명의 주 목적은 약한 정전 인력 때문에 중간 전사 부재 상의 토너의 분산이 방지되는 화상 형성 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 토너 분산이 방지되면서 중간 반송 부재의 층 구조의 성질 때문에 전사 재질에 중간 전사 부재로부터의 토너 화상의 전사 효율의 감소가 방지되는 화상 형성 장치를 제공하는 데 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 형성 장치를 도시하는 도면.
도2는 중간 전사 벨트의 층 구조를 도시하는 종방향 단면도.
도3은 대전 감쇠 시간(τ)의 측정 방법을 도시하는 도면.
도4는 시간에 대한 중간 전사 벨트의 표면 전위의 변화를 도시하는 도면.
도5a는 M 토너가 종래의 중간 전사 벨트 표면 상의 Y 토너 상에 중첩된 상태를 도시하는 도면, 그리고 도5b는 중간 전사 벨트가 롤러 외부 면에 의해 굽혀질 때 Y 토너 상의 M토너가 분산되는 상태를 도시하는 도면.
도6(a)는 M 토너가 제1 실시예에 따른 장치에서 중간 전사 벨트 표면 상의 Y 토너 상에 중첩된 상태를 도시하는 도면, 그리고 도5b는 중간 전사 벨트가 롤러 외부 면에 의해 굽혀질 때 Y 토너 상의 M토너가 분산되지 않는 상태를 도시하는 도면.
도7은 본 발명의 제3 실시예에서 제2 화상 지지 부재를 도시하는 도면.
도8은 본 발명의 제4 실시예에서 제2 화상 지지 부재를 도시하는 도면.
도9는 연속 인쇄 작동 중 주 전사, 제2 전사 및 대전 시간을 도시하는 도면.
도10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 제2 화상 지지 부재를 도시하는 도면.
도11은 종래의 화상 형성 장치를 도시하는 도면.
도12는 대전 감쇠 시간(τ)과 라인 분산과 제2 전사 성질 사이의 관계를 도시하는 도면.
도13은 코팅 두께, 대전 감쇠 시간(τ), 표면 전위(Vo), 라인 분산 및 제2 전사 성질 사이의 관계를 도시하는 도면.
도14는 상대 속도, 토너 분산, 제2 전사 성질, 색상 오표시 및 피치 불균일 사이의 관계를 도시하는 도면.
도15는 본 발명의 제5 실시예에서 바이어스 파형을 도시하는 도면.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 감광 드럼
2 : 대전 수단
3 : 노광 수단
4 : 현상 수단
21 : 대전 롤러
41 : 회전 부재
51 : 중간 전사 밸트
101 : 감광 드럼
102 : 대전기
103 : 레이저 노광 시스템
104 : 레이저 비임
105, 106, 107, 108 : 현상 기기
109 : 중간 전사 부재
110 : 주 전사 롤러
111 : 부 전사 롤러
118 : 전사 재료
121 : 바이어스 전원
이하, 첨부된 도면을 참조한 본 발명의 양호한 실시예의 설명으로부터 본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 장점을 보다 명확히 이해할 수 있을 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 설명하기로 한다.
실시예 1
도1은 본 발명의 제1 실시예에서 전색 화상의 일반적인 구조를 도시하는 개략적인 도면이다. 우선, 도면을 참조하여 화상 형성 장치의 전체 구조 및 작동에 대해 설명하기로 한다.
도면에서 도시된 화상 형성 장치는 네 개의 주요 색상에 기초한 전색 화상 형성 장치이며; 화상 지지 부재(1)와, 가시 화상 형성 수단(2, 3, 4)과, 중간 전사 부재(5)와, 제1 전사 수단(6)과, 제2 전사 수단(7)의 일곱 개의 주요 구성 부재(수단)를 포함한다. 이러한 주요 구성 부재(수단)를 수반하는 화상 형성 장치의 일반적인 작동은 다음과 같다. 가시 화상이 가시 화상 형성 수단(2, 3, 4)에 의해 화상 지지 부재 상에 형성되며, 가시 화상이 주 전사 수단에 의해 화상 전사 부재(5)에 우선 전사된다. 그 후, 중간 전사 부재(5) 상의 가시 화상은 제2 전사 수단(7)에 의해 용지와 같은 전사 매체(P)에 전사된다. 다음, 통상의 시퀀스에 따라 화상 형성 작동에서의 단계를 설명하기로 한다.
도면에서 도시된 화상 지지 부재는 약 46 mm의 직경을 갖는 드럼의 형태로 전자사진 감광 부재(1, 이하, "감광 드럼")이다. 감광 드럼(1)은 알루미늄 원통형 기부 부재와, 원통형 기부 부재의 표면을 덮는 예를 들어 유기 광전도성 층과 같은 감광 층을 포함한다. 감광 드럼(1)은 (도시되지 않은) 구동 수단에 의해 화살표(R1)의 방향으로 회전 구동된다.
가시 화상 형성 수단은 대전 수단(2)과, 노광 수단(3)과, 현상 수단(4) 등을 포함한다. 대전 수단(2)에는 감광 드럼(1)과 접하여 위치된 대전 롤러(21)와, 대전 롤러(21)에 대전 바이어스를 가하기 위한 (도시되지 않은) 전원이 제공된다. 이러한 제1 실시예에서, 감광 드럼(1)의 표면은 대전 롤러(21)를 통해 전원에 의해 음의 극성으로 균일하게 대전된다.
노광 수단(3)에는 레이저계 광학 시스템(31)이 제공된다. 감광 드럼(1)의 표면은 화상 데이타에 따라 조사된 스캐닝 레이저 빔(32)에 노광된다. 따라서, 대전이 노광된 부분으로부터 제거된다. 즉, 정전 잠상이 형성된다.
현상 수단(4)은 회전 부재(41)와, 4 개의 현상 장치, 즉 회전 부재(41) 상에 장착되는 마젠타, 시안, 황색 및 블랙 현상액(토너)를 내장한 현상 장치(4M, 4C, 4Y, 4B)를 포함한다. 정전 잠상의 현상에 있어서, 감광 드럼(1) 상에 정전 잠상을 현상하기 위한 특정 색상 토너를 내장한 현상 장치는 현상 장치가 회전 부재(41)를 회전시킴으로서 감광 드럼(1)의 표면에 면하도록 된 현상 지점에 배치된다. 4 개의 현상 장치가 구조가 동일하기 때문에, 마젠타 색상 현상 장치(4M)을 참고로 하여 기재하기로 한다. 현상 장치(4M)는 회전식 슬리브(4a)와, 현상 슬리브(4a)의 표면 상에 토너를 코팅하기 위한 코팅 롤러(4b)와, 현상 슬리브(4a) 상에 형성된 토너층의 두께를 조절하기 위한 탄성 블레이드(4c)등을 포함한다. 화상 현상 작업에서, 토너 용기(4d) 내의 비자기, 단일 요소, 음 대전식 마젠타 색상 토너는 균일 코팅되고, 반면에 현상 슬리브(4a) 상에서 마찰 전기식으로 대전된다. 그후, 현상 바이어스는 현상 슬리브(4a)의 잠재적 수준이 마이너스가 되도록 인가될 때, 마젠타 토너는 감광 드럼(1) 상의 잠상에 부착되고, 잠상은 반대로 현상된다.
중간 전사 부재(5)의 주구조적 요소는 중간 전사 벨트(51)(중간 전사 부재)이다. 중간 전사 벨트(51)는 가본적으로 약 0.5 내지 2.0mm의 두께를 갖는 가요성 무한 벨트이고, 구동 롤러(52) 주위로 신장되고, 종동 롤러(53)와 이후에 기재될 보조 부전사 롤러(72)등은 화살표(R5) 방향으로 회전 구동된다. 중간 전사 벨트(51)는 벨트의 외향 표면측 상에 배치된 전술된 감광 드럼(1)과, 이후에 기재될 벨트의 내향 표면측 상에 배치된 주 전사 롤러(61)에 의해 끼이게 된다. 중간 전사 벨트(51)의 표면과 감광 드럼(1)의 표면 사이의 접촉 구역은 감광 드럼(1)의 표면의 모선 방향으로 긴 좁은 직사각형 형태인 주 전사 닙(N1)(주 전사 지점)을 구성한다.
주 전사 수단(6)은 주 전사 롤러(61)와 전력원을 포함한다. 주 전사 롤러(61)는 직경이 14mm이고, 105Ω/cm 이하의 전기 저항을 갖는 전기 전도성 스폰지 고무로 구성된다. 그 롤러는 중간 전사 벨트(51)의 내부면과 접촉된 상태로 배치된다. 동력원(62)은 주 전사 바이어스를 주 전사 롤러(61)에 인가한다. +100 내지 +1000V 범위의 주 전사 바이어스가 동력원(62)에 의해 점증적으로 주 전사 롤러(61)에 인가될 때, 감광 드럼(1) 상에 형성된 마젠타 토너 화상은 중간 전사 벨트(51) 상에 전사된다(주 전사). 주 전사 후에, 감광 드럼(1)은 클리너(8)에 의해 세척되고, 토너는 주 전사가 클리너(8)에 의해 이동된 후에 감광 드럼(1) 상에 잔류하게 된다. 그후, 세척된 감광 드럼(1)은 다음과 같은 화상 형성 작업을 하게 된다.
전술된 화상 형성 시퀀스는 대전, 노출, 현상, (제1)전사를 포함하고, 세척 공정는 3가지 색상, 즉 시안, 옐로우 및 블랙 색상의 잔류를 위해 실행된다. 그 결과, 4가지 색상의 토너 화상이 중간 전사 벨트(51) 상에 중첩된다.
부 전사 수단(7)은 중간 전사 벨트(51)의 외측 상에 배치된 부 전사 롤러(71)와, 중간 전사 벨트(51)의 내측 상에 배치된 부 전사 롤러(71)에 대향하는 보조 부 전사 롤러(72)를 포함한다. 부 전사 롤러(71)의 표면과 중간 전사 벨트(51)의 표면 사이의 접촉 구역은 좁은 직사각형 부 전사 닙(N2)(부 전사 지점)을 구성한다. 부 전사 바이어스를 부 전사 롤러(71)에 인가시키는 전력원(73)은 부 전사 롤러(71)에 연결되고, 보조 부 전사 롤러(72)는 부상된다. 중간 전사 벨트(51) 상에 전사된(주 전사) 4가지 색상의 토너 화상은 부 전사 바이어스가 전력원(73)으로부터 부 전사 롤러(71)로 인가될 때 종이와 같은 전사 매체(P) 상에 한번에 전사된다(부 전사).
부 전사 후에, 중간 전사 벨트(51)는 토출 수단(9)에 의해 그 표면 상에 잔류한 대전기를 제거한다. 토출 수단(9)은 토출 롤러(91), 화살표(K9)의 방향으로 가동되는 하우징(92)과, 중간 전사 벨트(51)이 개재된 상태로 토출 롤러(91)와 대향하는 보조 롤러(93)를 포함한다. 중간 전사 벨트(51)의 토출시에, 하우징(92)은 중간 전사 벨트(51)가 토출 롤러(91)와 보조 롤러(93) 사이에 끼이도록 화살표(K9)의 방향으로 가동되고, 소정 바이어스 전압이 전력원(94)에 의해 인가된다. 그 결과, 중간 전사 벨트(51) 상의 잔류 대전기는 제거되고, 다시 말해, 중간 전사 벨트(51)가 작동 개시된다. 중간 전사 벨트(51)는 이후에 기재될 중간 전사 벨트(51)의 하부층의 재료로서 낮은 저항의 고무 재료를 이용하는 효과 중 하나와 같이 코로나 방전에 의존하지 않는 접촉형 대전 수단에 의해 토출될 수 있고, 잔류 대전기는 접촉형 토출 수단을 이용하여 제거될 수 있다.
4가지 색상의 토너 화상이 부 전사 수단(7)에 의해 전사되는(부 전사) 전사 매개(P)는 토너 화상이 전사 매개(P)의 표면에 고정되도록 (도시되지 않은) 고정 장치에 의해 가열 및 압축된다. 그 후에, 그것은 화상 형성 장치의 주 조립체로부터 토출된다.
공정의 전술된 시퀀스를 포함하는 화상 형성 작업에서, 공정 속도(Vp)는 10.0cm/sec로 설정되고, 전사 매체(P)는 (도시되지 않은) 전사 매개 반송 수단에 의해 화살표(Kp)의 방향으로 반송된다.
다음으로, 본 발명의 특징을 나타내는 제2 화상 지지 부재(5), 부 전사 수단(7) 및 토출 수단(9)에 대해 상세히 기재하기로 한다.
도2를 참조하면, 중간 전사 벨트(51)는 하부층(51a)과 하부층(51a) 상에 코팅된 층(51b)을 포함한다. 하부층(51a)은 1mm의 두께와 220mm의 폭과 약 140×πmm의 원주 길이를 갖는 이은 데가 없는 실린더의 형태이다. 그것은 일본 공업 규격에서 60°의 경도와, 탄소와 티타늄 산화물과 주석 산화물등이 혼합된 약 1×104Ω．cm 로 조절되는 부피 저항을 갖는 니트릴 부타디엔 고무, 에틸렌 프로필렌 고무등으로 형성된다. 하부층(51a)을 형성하기 위한 방법 중 하나는 다음과 같으며, 고무는 보강 섬유 코어를 덮도록 압출 성형되고 경화된다. 이러한 방법은 아주 작게 신장되거나 수축되는 매우 강한 하부층(51a)을 생산한다.
하부층(51a) 상에 코팅된 고저항층(51b)에 관해, 테프론등과 같은 주형 분리제가 소산되는 우레탄 바인더등이 약 50㎛의 두께로 하부층(51a) 상에 코팅된다. 코팅 방법에 관해, 분사 및 침지등이 이용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 6 개의 중간 전사 벨트가 제작되고, 층(51b)의 재료의 저항값을 조절함으로서 1초, 2초, 5초, 50초, 500초 이하로 그리고 1000초를 초과하여 설정되고, 측정되는 대전 감쇠 시간에 대해서는 이후에 기재하기로 한다.
다음에, 기부층(51a)의 대전 감쇠 시간(τ)을 측정하는 방법을 설명하기로 한다.
대전 감쇠 시간(τ)의 길이는 일반적으로 중간 전사 벨트의 저항(R) 및 정전 용량(C)에 의해 결정된다. 즉, τ = R·C. 본 실시예에서 중간 전사 벨트(51)의 저항은 코팅층(51b)의 저항과 비교하여 무시할 만큼 작아 충분한 전사 전류량(부피 저항이 102내지 107ohm·cm의 범위에 있을 것이 요구된다)을 발생시키도록 하며, 따라서 중간 전사 벨트(51)의 상기 R 및 C의 값은 코팅층(51b) 또는 표면층에 의해 결정된다. 그러나, 실제에 있어서, 각각의 매개 변수가 개별적으로 측정되고 대전 감쇠 시간(τ)이 공식 τ = R·C에 따라 계산될지라도, 계산된 값은 실제 대전 감쇠 시간과 완전히 일치하지 않는다. 따라서, 대전 감쇠 시간(τ)이 지그(jig)의 사용에 의해 직접 측정되는 것이 바람직하다. 기부층(51a)의 저항이 무시할 수 없을 만큼 크게 될 때, 중간 전사 벨트의 겉보기 대전 감쇠 시간(τ)은 크게 되지만, 중간 전사 벨트(51)의 정전 용량은 작으므로 토너의 분산은 감소된다. 따라서, 부전사 성능도 열화된다.
기부층(51a)의 저항을 측정하는 방법에 대해서는, 코팅층(51b)이 코팅되기 전에 저항을 측정하는 것이 가장 간단하다. 예컨대, 이하의 방식으로 측정될 수 있다. 기부층(51a)은 외주 길이가 약 140π mm이고 폭이 220 mm인 순환 벨트(endless belt)로서 성형된다. 그리고 나서, 설정 크기를 갖는 조각이 성형된 벨트로부터 절단되고, 상기 조각의 저항은 어드밴테스트 코.(Advantest Co.)의 고저항계 8340A(탐침 전극 직경: 50 mm, 가드 전극 직경: 내경 70 mm 및 외경 80 mm, 대향 전극: JIS-K6911에 부합하는 전극)에 의해 측정된다. 벨트의 조각의 저항을 측정하는 데 있어서, 조각은 상부 및 하부로부터 죄어지고 500 V의 전압이 인가된다. 여기에서, 저항량에 따라 항복(breakdown)이 발생할 수 있으므로, 필요하다면 인가되는 전압이 낮춰질 수 있음을 알아야 한다.
다음으로, 도3을 참조하여 대전 감쇠 시간(τ)을 측정하는 방법을 설명하기로 한다.
도3에서, 중간 전사 벨트(51)는 측정 지그의 구동 롤러(207) 및 금속제 인장 롤러(206) 둘레에서 신장되고, 화살표 방향으로 10.0 cm/sec의 속도로 회전된다. 중간 전사 벨트(51)는 대전 지점에서 [후술되는 방전 롤러(91)와 동일한 재료로 제조된] 대전 롤러(201)와 대향 금속제 보조 롤러(208)에 의해 그 사이에 끼게 되며, 출력이 피크 대 피크 전압(Vpp)에 있어서 약 3 kV인 AC 전원(202)과 출력이 +500 V인 DC 전원(203)에 의해 대전된다. 대전 롤러(201)에 의해 대전된 중간 전사 벨트(51)는 표면 전위차계(205)로 표면 전위에 대해 측정되는데, 표면 전위차계(205)의 탐침은 벨트의 회전 시간 측면에서 대전 지점으로부터 1초 떨어진 지점에 위치된다. 중간 전사 벨트(51)의 표면 전위가 측정된 후에, 구동 롤러(207)가 정지되고 나서, 벨트의 표면 전위의 감쇠가 측정된다. 실제로 측정된 때, 중간 전사 벨트(51)의 표면 전위는 도4에서 도시된 바와 같이 감쇠되었는데, 도4에서 V0은 중간 전사 벨트(51)가 정지된 순간에서의 중간 전사 벨트(51)의 표면 전위를 나타내고, τ는 중간 전사 벨트(51)의 표면 전위가 V0/e[e는 자연 대수(e=2.71828…)의 밑(base)]으로 감쇠되기 전까지 경과된 시간을 나타낸다. 전술된 6개의 중간 전사 벨트를 대전 감쇠 시간(τ)에서 있어서 서로 상이하게 하기 위하여, 부피 저항이 약 1012내지 1016ohm·cm의 범위 내에 있는 재료들로부터 6개의 상이한 재료가 코팅층(51b)을 위해 선택되었다. 코팅층(51b)의 부피 저항이 매우 높으므로, 중간 전사 벨트(51)의 측정된 부피 저항은 측정시의 전압과 코팅층(51b)의 두께에 따라 크게 좌우된다. 따라서, 대전 감쇠 시간(τ)이 전술된 방법에 의해 직접 측정되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서, 평상 온도(23 ℃) 및 습도(50 %RH)를 갖는 환경에서 측정되었다.
부전사 수단의 부전사 롤러(71)는 경도(ASCA-C 등급)가 약 40도이고 부피 저항이 약 104ohm·cm인 발포 EPDM으로 제조되고 직경이 18 mm인 고무 롤러이다. 부전사 롤러(71)를 위한 재료에 대해서는, 본 실시예에서 사용된 재료 이외에도 저저항 우레탄 고무, 클로로프렌 고무, NBR 등이 사용될 수 있다. 전사 바이어스 전원(73)에는, 전압이 조정되면서 약 +1000 내지 +2000 V의 범위 내에 있는 전압이 인가되어, 전사 매체가 통과되는 동안 약 10μA의 전사 전류가 흐르도록 되었다.
방전 수단은 대전 롤러(21)용 재료와 동일한 재료로 제조된 방전 롤러(91)로 구성되었다. 대전 롤러(21)는 주지된 접촉식 대전 롤러이었다. 대전 롤러는 약 12 mm의 전체 직경을 갖는 원통 부재이었으며, 전기 전도성 탄성 고무로 된 약 3 mm 두께의 하부층, 약 106ohm·cm의 중간 부피 저항을 갖는 100 내지 200 pm 두께의 중간층, 및 두께가 10 μm 이상 100 μm 이하인 점착 보호 상부층(나일론 수지 등)으로 구성되었다. 대전 롤러(91)에는, 약 3 kV의 피크 대 피크 전압(Vpp)을 갖는 AC 전압과, +100 내지 +1000 V의 범위 내에 있는 DC 전압의 조합이 전원(94)으로부터 인가되었으며, 대향 보조 롤러(93)는 부유 상태로 유지되었다.
상기에 설명한 조건 하에서, 화상은 측정을 위하여 실제로 형성되었다. 일반적으로, 기록된 화상의 농도는 화상에 포함된 토너의 양, 즉 감광 드럼(1) 상에 형성된 화상에 포함된 토너량에 비례하여 개선되며, 또한 분산되는 토너의 양은 감광 드럼(1) 상에 형성된 화상에 포함된 토너량에 따라 크게 변화한다. 따라서, 감광 드럼(1)에 부착될 토너의 양은 이러한 점을 고려하여 조정되었다. 특히, 감광 드럼(1)에 부착될 토너의 양은 옐로우, 마젠타, 시안 또는 블랙 색상의 실재 화상에 포함된 토너의 양이 약 0.7 mg/cm2로 되도록 조정되었으며, 이 조건 하에서 혼합 색상(블루, 그린 또는 레드 등)의 문자가 인쇄되었고 이들 문자, 즉 라인 형성 화상으로부터 토너의 분산량을 측정했다. 상기에 설명한 조건 하에서 분산된 토너의 양은 평균 화상에 분산된 토너의 양에 비해 10 내지 50 %만큼 많은 것으로 가정했다. 이 실시예에 사용된 모든 토너는 비자성의 단일 성분 음전하성 토너였다. 도12는 대전 감쇠 시간(τ)에서 차이를 보이는 상기에 설명한 중간 전달 벨트에 관한 토너 분산량과 2차 전달의 측정 결과를 나타낸다.
도12에 주어진 결과들 사이에서, 라인(라인 워시아웃)으로부터의 토너의 분산은 다음 기구에 의해 일어나는 것으로 보인다. 도5의 (a)에서, 토너에 의해 예를 들어 레드 문자가 형성되는 경우에는 옐로우 및 마젠타 토너층의 순서로 중간 전달 벨트(51) 상에 전달(1차 전달) 또는 중첩된다. 4색상 토너 화상이 중간 전달 벨트(51) 상에 중첩되는 동안에, 중간 전달 벨트(51)의 소정 지점은 롤러(52, 72, 53)를 통과하고, 매회에 중간 전달 벨트(51)의 소정 지점은 롤러들을 통과하여 만곡되는데, 즉 벨트의 직선부에 비해 벨트의 외향부는 신장되고 내향부는 압축된다. 이러한 만곡이 벨트의 소정 지점에서 일어남으로써 옐로우 토너 상에 중첩된 마젠타 토너가 만곡, 즉 중간 전달 벨트(51)의 신장 및 압축시의 충격 및 이때의 옐로우 토너로부터의 전기적 반발력을 받게 된다. 그 결과, 도5의 (b)에 도시된 것처럼 마젠타 토너의 분산이 일어난다.
반전 현상 시스템을 사용하는 상기 실시예에서, 중간 전달 벨트(51)의 대전 감쇠 시간(τ)이 길면 화상의 배경 구역에 대응하는 감광 드럼(1)의 표면 전위(어두운 부분 전위)가 실제 화상 부분에 대응하는 감광 드럼(1)의 표면 전위(밝은 부분 전위), 즉 토너가 부착되는 구역보다 음의 값으로 크다. 따라서, 토너를 덜 갖고 있는 감광 드럼으로부터 전달되는 음전하의 양은 많은 토너를 갖는 감광 드럼으로부터의 음전하보다 많다. 그 결과, 두개의 구역들 사이의 전위차에 기인하여 도6의 (a)에 도시된 것처럼 중간 전달 벨트(51) 상에 음전하의 벽들이 형성된다. 특히, 상기 벽들은 1차 전달(양극성) 후에 밝은 구역 전위와 어두운 구역 전위 사이의 차에 기인하여 형성된다. 이들 벽은 옐로우 토너층 상의 마젠타 토너(음 대전)가 인접부들에서 분산되는 것을 방지하는 것으로 생각된다.
제1 실시예에서, 중간 전달 벨트(51)가 1회전하는 데 소요되는 시간은 약 5초이다. 5초보다 긴 대전 감쇠 시간(τ)을 갖는 중간 전달 벨트의 경우에 마젠타 토너는 정전기적인 분산이 방지되고, 5초 이하의 대전 감쇠 시간(τ)을 갖는 중간 전달 벨트의 경우에 마젠타 토너의 분산은 방지되지 않게 된다. 이는 다음과 같은 이유에서 기인하는 것으로 생각된다. 즉, 긴 대전 감쇠 시간(τ)을 갖는 중간 전달 벨트는 중간 전달 벨트의 전체 회전에 걸쳐 마젠타 토너가 분산되는 것을 방지하는 반면에, 짧은 대전 감쇠 시간(τ)을 갖는 중간 전달 벨트의 경우에는 중간 전달 벨트가 완전 회전 상태로 회전하여 1차 전달 닙(N1)에 의해 재차 대전되기 전에 배경 구역 상의 전하가 완전히 감쇠되고, 따라서 마젠타 토너의 분산이 정전기적으로 방지된다. 또한, 이 현상, 즉 토너의 분산은 중간 전달 벨트(51)의 내측면에 접촉한 롤러(52, 53, 72)의 직경들이 작을 때(이 실시예에서는 30 mm, 16 mm, 30 mm) 더욱 명확해진다. 따라서, 토너의 분산을 효과적으로 방지하기 위해서는 중간 전달 벨트(51)의 대전 감쇠 시간(τ)을 벨트(51)가 완전 1회전하는 데 소요되는 시간(T; 초)보다 길게 할 필요가 있다. 또한, 중간 전달 벨트(51)가 만곡됨으로써 마젠타 토너, 즉 신장 및 압축된 부분이 받게 될 충격의 크기는 중간 전달 벨트(51)의 기부층(51a)의 두께에 의해 영향을 받으며, 기부층(51a)이 두꺼울수록 충격이 심하다. 이는 중간 벨트에 충분한 강도를 제공하도록 실시예 1에서의 기부층(51a)의 두께 상한이 2 mm로 설정된 반면에 하한은 0.5 mm로 설정되어 있기 때문이다.
한편, 2차 전달의 경우에 대전 감쇠 시간(τ)이 너무 길어지면 토너량이 많을 때(토너가 2차 전달 공정을 통해서 완전히 전달되지 못할 때) 토너가 전달 매체(P) 상에 완전히 유인될 수 없게 되는 현상이 일어난다.
이는 다음과 같은 이유에서 기인하는 것으로 보인다. 긴 대전 감쇠 시간(τ)을 갖는 중간 전달 벨트(51)의 경우에, 중간 전달 벨트(51) 상의 토너(특히, 다른 색상의 토너보다 많은 회수로 1차 전달 지점을 통과하는 옐로우 토너)는 1차 전달 공정이 반복됨으로써 높은 수준의 음극성으로 대전된다. 이렇게 높은 대전 수준은 중간 전달 벨트(51)의 코팅층(51b)의 저항이 너무 높기 때문에 2차 전달 공정중에 양전하에 의해 중화되지 않는다. 다시 말해서, 토너의 음의 마찰대전 전하가 너무 커서 전달 매체(P) 상으로의 토너의전달(2차 전달)을 방해한다. 그 결과, 일정량의 토너가 중간 전달 벨트(51) 상에 잔류한다. 이 실시예에서의 측정에 의하면, 중간 전달 벨트(51)의 대전 감쇠 시간(τ)은 500초 이하인 것이 바람직하다.
또한 중간 전사 벨트(51)의 코팅층(51b)의 두께의 영향이 평가되었다. 이 시험에서 1μm, 2μm, 5μm, 20μm, 50μm, 80μm 및 100μm의 두께를 갖는 7개의 중간 전사 벨트(51)들이 50초의 대전 감쇠 시간 τ를 중간 전사 벨트(51)에 주기위해 두께 50μm로 코팅된 것과 동일한 재료를 사용하여 만들어졌다. 그후 이들 7개의 중간 전사 벨트(51)는 전술한 화상을 형성하는 데 사용되고, 형성된 화상은 비교 평가되었다. 평가의 결과가 도13에 주어져 있다.
도13에 의하면, 라인 워쉬아우트(line washout)의 발생을 방지하기 위해 코팅층(51b)의 두께(이하에 "코팅 두께"라 한다.)는 2μm 이상인 것이 바람직하며, 반면 부 전사 성능의 관점에서는 80μm 이하인 것이 바람직하다. 또한 도3으로부터 2개의 고려 사항 사이에서 라인 워쉬아우트는 대전 감쇠 시간 τ외에, 중간 전사 벨트(51)가 대전되는 대전 감쇠 시간 τ를 측정하는 방법에 관해 설명된 전위 V0에 의해 크게 영향받는다는 것이 명백하다. 대전 감쇠의 비율이 중간 전사 벨트(51)가 20μm 이상의 코팅 두께를 갖는 경우보다 5μm 이하의 코팅 두께를 갖는 경우에 극적으로 큰 이유는 중간 전사 벨트(51)의 정전기 용량이 코팅 두께 감소에 따라 증가하고, 도3에 도시된 대전 롤러(201)의 대전 성능이 증가를 수용하기에 충분치 않다는 사실 때문이다.
전위 V0가 낮다는 것은 도6a에 도시된 토너로 영역에 의해 형성되는 벽들이 또한 낮다는 것을 의미하는 것을 유의하라.
또한 대전 감쇠 시간 τ는 그에 따라 저항 R의 감소에 의해 정전 용량의 증가가 옵셋(상쇄)되는 대전 감쇠 시간 τ와, 정전 용량 C와, 저항 R 사이의 관계에 비추어 변동하지 않는 것으로 생각된다. 그러나 도3은 코팅 두께가 얇을수록 실제 측정된 대전 감쇠 시간 τ이 짧아지는 것을 도시한다. 이 모순은 코팅 두께의 변경과 저항 변화가 서로 비례하지 않기 때문에 초래되는 것으로 생각된다. 다시 말해서 코팅 두께가 감소함에 따라 중간 전사 벨트(51)의 외관상 저항은 코팅 두께 감소의 비율보다 큰 비율로 증가하며, 이는 누설, 터널 표과등의 형상 때문이고, 그러므로 대전 감쇠 시간 τ는 감소한다.
또한 도3은 코팅 두께가 증가함에 따라 부 전사 성능이 감소하는 것을 나타낸다. 이는 중간 전사 벨트(51)의 정전 용량이 너무 작게되어 제2 전사 전류가 대량의 토너를 전사하기에 충분한 양으로 흐르지 않기 때문으로 생각된다.
전술한 바와 같이, 실시예 1에서, 기부층(51a) 및 표면층(51b)을 포함하는 중간 전사 벨트(51)가 사용되었고, 기부층(51a)은 낮은 저항(102내지 107ohm.cm의 체적 저항)을 갖는 0.5 내지 2.0mm 두께의 탄성 고무 벨트이었고, 표면층(51b)은 높은 저항을 갖는 2 내지 80μm 두께의 코팅 층이었다. 중간 전사 벨트(51)의 대전 감쇠 시간 τ는 중간 전사 벨트(51)의 단일 회전 사이클에 필요한 시간(실시예 1에서 5초) 이상이고, 500초 이하로 하였다. 그 결과 이 실시예의 중간 전사 벨트(51)는 다음의 효과를 발생시켰다.
(1) 중간 전사 벨트의 기부층으로서의 아주 강하면서도 유연한 고무의 사용은 내구성이 크고, 주 전사 공정중 중심이 빈 전사(central void transfer)를 일으키지 않는 중간 전사 벨트를 생산하는 것을 가능하게 한다. (내구성은 섬유 코어와 같은 보강 코어의 추가에 의해 더욱 향상될 수 있다.)
(2) 고저항층(51b)은 중간 전사 벨트의 대전 감쇠 시간 τ를 적절한 길이로 조정하기 위해 저저항 고무 기부층(51a)에 코팅되었다. 그러므로 대량의 토너가 중간 전사 벨트(51)로 전사되었을 때에도, 토너는 중간 전사 벨트(51)가 회전됨에 따라 일어나는 중간 전사 벨트(51)의 변형에 의해 분산되는 것이 방지되었고, 그 결과 중간 전사 벨트(51)의 각 토너 화상은 바람직한 상태로 유지될 수 있었다.
(3) 중간 전사 벨트(51)의 고저항 코팅층(51b)은 2 내지 80μm의 범위로 얇게 되었고, 그러므로 수지 벨트 또는 종래의 벨트보다 큰 정전 용량이 실현될 수 있었고, 더 큰 정전 용량은 더 큰 양의 부 전사 전류를 발생시킬 수 있었다. 그 결과 토너는 중간 전사 벨트(51)로부터 전사 매체(P)로 아주 효과적으로 전사되었고, 바람직한 부 전사 성능이 실현되었다.
실시예 2
제1 실시예에서, 본 발명의 효과는 제2 전사 지점에서의 중간 전사 벨트(51)의 표면 속도(v1)와, 제2 전사 지점을 통과하는 전사 매체(P)의 표면 속도(v2)가 사실상 같다는 조건하에 평가되었다. 그러나 제2 전사 효율은 v1및 v2사이에 +0.5% 내지 +2% 사이의 차를 제공함으로써 향상될 수 있는 것으로 알려졌다. 본 발명의 발명자는 이 사실에 주목을 하고, 중간 전사 벨트(51)의 대전 감쇠 시간 τ와, 코팅 두께 사이의 최적값을 재조사하였다. 이 재조사에서 벨트(51) 및 매체(P) 사이의 속도차의 확립은 제1 실시예와 동일하게 유지되었다. 코팅 두께면에서 재조사의결과는 제1 실시예의 결과와 크게 다르지 않았다. 그러나 대전 감쇠 시간τ의 면에서 부 전사 성능은 대전 감쇠 시간τ가 1000초보다 긴 대전 감쇠 시간 영역에서도 그케 향상되었다(도14 참조).
여기서, 부 전사 지점에서의 중간 전사 벨트(51)의 표면 속도(V1)와, 부 전사 지점 통과 시의 전사 매체(P)의 표면 속도(V2)를 측정하기 위한 방법을 설명한다.
부 전사 지점에서의 중간 전사 벨트(51)의 표면 속도(V1)는 전사 롤러(71)를 중간 전사 벨트(51)로부터 떨어진 상태로 유지하면서 레이저 도플러식 속도 센서와 같은 비접촉식 속도 센서로 측정하였다. 전사 매체(P)의 표면 속도(V2)에 대해서는 중간 전사 벨트(51)와 부 전사 롤러(71) 사이에 전사 매체(P)를 핀칭시킨 채로 역시 전술한 속도 센서를 사용하여 측정하였다(다시 말해서, 부 전사 공정을 수행하는 조건과 동일 조건 하에서 측정하였다).
중간 전사 벨트(51)와 전사 매체(P) 간의 속도차의 양의 방향 및 음의 방향의 정의에 대해서는 양의 방향은 V2 〉 V1을 의미하고, 음의 방향은 V2 〈 V1을 의미한다. 도4에 주어진 결과에 따르면, 부 전사 성능 면에서 속도차는 ± 0.5％ 이상, 바람직하게는 ± 1％ 이상이 요구되며, 여기서 전하 감쇠 시간(t)이 대략 10,100초일 때에도 부 전사 공정을 바람직하게 수행하면서 전사 효율을 향상시켰다. 상기 조건 하에서, 토너의 분산은 발생하지 않았다. 또한, 전하 감쇠 시간(t)이 대략 105초일 때에도 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 이는 실질적으로 전하 감쇠 시간(t)의 상한치에 대해서 우려하는 것이 불필요하다는 사실이 명백해진다. 또한, 중앙의 전사 공백 현상이 발생하지 않았다(표면 속도차가 0％일 때 및 전하 감쇠 시간(t)이 1000초 이상일 때 가끔씩 발생했다).
그러나, 표면 속도차가 증가함에 따라, 4색 토너 화상들 간의 오정렬 정도가 증가해서 잘못된 색상 및 전사 매체 운반 방향으로의 피치 에러(얼룩)를 발생시켰으며, 표면 속도차가 ＋02 ％ 이상 또는 －1.5 ％이면 화상 열화가 발생했다.
표면 속도차가 부측(negative side)에 있을 때 상기 현상이 발생했던 이유는 부 전사 지점에서 전사 매체(P)를 거쳐 감속 방향으로 중간 전사 벨트(51)에 외력을 인가하는 것이 부 전사 지점에서 전사 매체(P)를 거쳐 가속 방향으로 중간 전사 벨트(51)에 외력을 가하는 것 이상으로 중간 전사 벨트(51)의 속도의 안정화를 해치기 쉽기 때문이다. 이는 구동 롤러(52)가 부 전사 롤러의 상류측에 위치 결정되었다는 사실과 관련이 있을 수 있다고 의심해 볼 수 있다.
상기 설명은 다음과 같이 요약될 수 있다. 제2 실시예에서, 낮은 저항(부피 저항이 대략 102내지 107ohm.cm)을 갖는 대략 0.5 내지 2.0 ㎜ 두께의 탄성 고무 벨트를 중간 전사 벨트(51)의 기부층(51a)으로 사용하였고, 대략 2 내지 80 ㎛ 두께의 고저항층(51b)을 기부층(51a) 상의 표면층으로서 코팅하였다. 중간 전사 벨트(51)의 전하 감쇠 시간(t)은 중간 전사 벨트(51)가 전 사이클 회전하는 데 걸리는 시간보다 작지 않게 하였으며, 전사 매체의 운반 속도는 중간 전사 벨트(51)의 표면 속도와 ＋ 0.5 ％ 내지 ＋ 2.0 ％ 또는 － 0.5 ％ 내지 － 1.5 ％만큼 차이나게 하였다. 얻어진 결과는 제1 실시예에서 설명한 것과 사실상 동일하였다. 또한, 본 실시예에 의하면, 실질적으로 중간 전사 벨트(51)의 전하 감쇠 시간(t)의 상한치에 대한 우려하는 것은 불필요하였다. 따라서, 고저항 코팅층((51b)의 제조 시에 상당히 더 큰 범위가 제공되었다.
전술한 설명에서, 중간 전사 벨트(51)의 속도를 부 전사 지점에서의 중간 전사 벨트(51)의 표면 속도로서 정의하였다. 이는 직선부를 횡단하는 중간 전사 벨트(51)의 표면 속도가 탄성층(51a)의 두께에 따라서 만곡부를 횡단하는 중간 전사 벨트(51)의 표면 속도와 상이하기 때문이다. 속도는 만곡부를 횡단하면서 증가한다. 다시 말해서, 중간 전사 벨트(51)가 부 전사 지점에서 곡률을 갖기 때문에 중간 전사 벨트(51)의 속도를 중간 전사 벨트(51)의 표면 속도로서 정의하는 것이 중요하다.
실시예 3
도7은 제3 실시예를 도시하고 있다.
본 실시예에서의 중간 전사 벨트(51)의 기부층(51a)은 탄성 저항이 극히 낮기 때문에, 중간 전사 벨트(51)의 내향면 상의 전압은 사실상 안정된 상태로 유지된다. 따라서, 도1에 도시한 바와 같이 단순히 다른 롤러(53, 72, 93)를 부상시킨 동안에 주 전사 롤러(61)에 전압을 제공함으로써 부 전사 롤러(51) 및 방전 롤러(91)로부터 DC 전압을 인가할 수 있다. 그러나, 방전 롤러(91)에 인가된 AC 전압은 중간 전사 벨트(51)의 기부층(51a)의 저항이 소정 전압보다 크면 방전 지점과 주 전사 지점 사이에서 가끔씩 감쇄한다. 구체적으로는, 기부층(51a)용 고무 재료의 부피 저항이 105내지 107ohm.cm 범위 내의 값으로 증가되는 경우, 2.5 kVpp의 전압과 2 kHz의 주파수를 갖는 싸인파 형태의 AC 바이어스와 대략 ＋ 100 V의 전압을 갖는 DC 바이어스의 조합이 고전압 전원(74)에 의해 방전 롤러(91)에 인가될 때, 코팅층(51b)의 두께 방향으로 인가된 AC 전압은 감쇠하기 쉬우며, 이에 따라 방전 효율이 열화하기 쉽다. 반면에, 기부층(51a)용 고무 재료의 저항이 감소되면, 기부층(51a)과 주변 부재들 사이에 충분한 대항(withstand) 전압을 제공하는 것이 필요해진다. 다시 말해서, 장치 설계 시에 보다 많은 범위를 제공한다는 관점에서 기부층(51a)용의 고무 재료의 저항을 가능한 한 높게 설정하는 보다 양호하다.
상술한 문제점은 도7에 도시한 바와 같이 중간 전사 벨트(51)의 내향측에 배치된 롤러(53, 61, 72, 93) 등을 주 전사 전원에 연결함으로써 크기가 감소될 수 있다. 특히, 제3 실시예에 있어서는 방전 롤러(91)에 대한 대향 롤러(93)를 전기 전도성이 있게 하고 이를 주 전사 전원에 연결하였다. 그 결과는 매우 바람직했다(본 실시예에서는 마찰을 제공하기 위해 구동 롤러(52)의 표면을 절연 고무로 코팅하였으며, 이에 따라 구동 롤러는 부상된 상태로 남아 있었다).
상술한 구조는 때때로 중간 전사 벨트(51)의 길이와 중간 전사 벨트(51)의 내향측에 배치된 롤러(53, 61, 72, 93)의 위치 결정이 적절하게 조정되면 각 바이어스 롤러에 인가된 DC 전압을 안정화시키는 데 효과적이다.
실시예 4
도8은 본 발명의 제4 실시예를 도시한다. 제4 실시예는 전술한 제1, 제2 및 제3 실시예에 가능한 개선을 보여준다. 전술한 실시예에 있어서, 방전 롤러(91)를 통해 흐르는 방전 AC 전류는 주 전사 전원(62)을 통해 접지부로 흐른다.
그러므로, 주 전사 전원(62)의 AC 임피던스 자체가 중간 전사 벨트(51)의 임피던스에 비해 무시할 수 없을 정도로 높다면, 방전 전원(94)에 의해 가해지는 AC 전압은 중간 전사 벨트(51)와 전원(62) 사이로 분배된다. 결과적으로, 전원(62)에 의해 분배된 높은 AC 전압은 중간 전사 벨트(51)의 저 저항 기부층(51a)에 가해진다.
이상에 기술된 경우에 있어서, 전원(62)과 접지부 사이에 바이패스 콘덴서(63)를 삽입하는 것은 전원(94)에 의해 발전된 AC 전압을 방전 롤러(91)와 대향 롤러(93) 사이에 정확하게 적용할 수 있도록 한다. 전술된 바이패스 콘덴서(63)에 있어서, 대략 1 × 10⁴㎊ 또는 그 이상의 용량을 갖는 바이패스 콘덴서가 사용된다면 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 예컨대, 10 ㎊의 용량의 바이패스 콘덴서가 사용되는 경우에는 효과적인 결과를 얻을 수 없다.
실시예 5
전술한 제3 및 제4 실시예에서는 진동수가 2 ㎑이고 2.55 Vpp인 사인파형 전압이 방전 롤러(91)에 가해지는 방전 AC 바이어스로 사용되는 장비가 설명되었다. 상기 장비는 부 전사 효율이 100 ％인 경우에는 매우 효과적인 것이 분명하나, 부 전사 공정 후에 토너가 중간 전사 벨트(51)에 잔류하는 경우에는 도시되지 않은 세척 수단이 개별적으로 구비되어야 한다. 이와 같은 경우에, 중간 전사 벨트(51)의 회전 방향에 대하여 방전 롤러(91)의 상류측에 세척 수단이 반드시 배치되어야 하는데, 전사 공정 후에 토너가 중간 전사 벨트(51)의 표면에 잔류하면 롤러(91)를 벨트(51)에 접촉시켜 AC 바이어스를 가함으로써 벨트(51)를 방전시킬 때 토너가 인접 지역으로 분산되는 것과 같은 문제가 발생하기 때문이다.
그러나, 방전 롤러(51)에 가해지는 사인파형 AC 바이어스가 도15에 도시된 바와 같이 양의 파동 성분이 60 내지 90 ％이고 음의 파동 성분이 40 내지 10 ％인 구형파로 변환된다면, 전술된 토너의 분산은 방지될 수 있으며, 중간 전사 벨트(51)의 잔류 전하는 제거될 수 있으며, 더불어 전사 후 잔류 토너의 극성은 역전(음에서 양으로)될 수 있게 된다. 그러므로, 전술된 세척 수단은 불필요하게 된다. 이는 이하의 이유에 기인한다. 중간 전사 벨트(51) 상의 잔류 토너의 극성이 양으로 역전되면, 중간 전사 벨트(51) 상의 잔류 토너를 감광 드럼(1)으로 회수하는 동안에 주 전사 공정을 통해 정상적으로(음으로) 대전된 토너를 감광 드럼(1)으로부터 중간 전사 벨트(51)로 전사할 수 있게 되며, "동시 토너 교환(simultaneous toner swapping)"을 수행할 수 있게 된다. 즉, 부 전사 공정에서 발생하는 중간 전사 벨트(51) 상의 잔류 토너는 감광 드럼 클리너(8)에 의해 최종적으로 회수된다. 상기 설명에서 분명한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 비대칭 AC 바이어스를 방전 롤러(9)에 가해질 바이어스로 사용함으로써 단순화될 수 있다. 보다 구체적으로는, 진동수가 2 ㎑이고 양의 효율이 80 ％이면서 피크 대 피트 비율이 2.5 ㎸인 AC 전압과, 바이어스의 중간 전압(Vmid)을 대략 ＋100 Ｖ로 설정하는 DC 전압을 포함하는 바이어스가 방전 롤러(91)에 가해진다. 그 결과는 바람직한 바, 중간 전사 벨트(51) 상의 부 전사 후 잔류 토너가 양으로 대전됨과 동시에 전하가 중간 전사 벨트(51)로부터 토너를 분산시키지 않으면서 제거된다.
실시예 6
본 실시예에서의 중간 전사 벨트(51)의 기부층(51a)의 고무의 전기 저항이 매우 낮으므로, 중간 전사 벨트(51)의 내측면 상의 전압은 실제로 안정되어 있다. 그러므로, 다른 롤러는 부유되도록 하면서 단순히 주 전사 롤러(61)에만 전압을 공급함으로써 부 전사 롤러(71)와 방전 롤러(91)로부터 DC 전압을 가할 수 있게 된다. 또한, 제3 및 제4 실시예에서 설명된 구조를 추가적으로 배치함으로써, 방전 AC 전압의 적용을 위한 바람직한 조건이 성립될 수 있다.
부 전사 롤러(71)와 방전 롤러(9) 등을 통해 흐르는 DC 전류에 있어서, 그 수준은 대향 롤러(72, 93) 등의 전위, 즉 주 전사 전압에 의해 매우 영향을 받는다. 그러므로, 부 전사 공정 및 방전 공정에서 안정한 DC 전류가 흐르도록 하기 위해서는 부 전사 공정과 전하 제거 공정 등이 수행되는 동안에 주 전사 바이어스의 전압값이 소정 수준으로 유지되어야 한다.
도9는 연속 인쇄의 타이밍을 나타내고 있다. 먼저, 옐로우, 마젠타 및 블랙 색상 토너 화상(제1에서 제4 색상 화상)이 중간 전사 벨트(51) 상에 순차적으로 전사된다(주 전사). 제4 색상 토너 화상의 주 전사가 완료된 바로 후에, 주 전사 바이어스값이 제1 색상 토너 화상의 주 전사 바이어스값과 동일한 값으로 전환된다. 즉, 임의의 소정 페이지로의 제4 색상 토너 화상의 주 전사와 다음 페이지로의 제1 색상 토너 화상의 주 전사의 개시 사이의 기간 중에 가해지는 바이어스값과, 다음 페이지로의 제1 색상 토너 화상의 주 전사에 가해지는 바이어스값이 동일하게 되도록 한다. 이와 같은 장비에 의해, 주 전사 바이어스값이 중간 전사 벨트(51)로부터 전하가 제거되는 동안에 그리고 부 전사 공정 중에 변동하지 않도록 할 수 있게 됨으로써, 부 전사 공정과 방전 공정 중의 DC 전류값은 안정되게 유지될 수 있게 된다. 이와 같이 하는 데는, 중간 전사 벨트(51)의 회전 방향으로 측정된 주 전사 닙(N1)과 부 전사 닙(N2) 사이의 거리가 인쇄된 화상의 길이[전달 방향으로 측정된 전사 매체(P)의 길이]보다 길도록 하는 것만이 필요하다.
실시예 7
선행한 제6 실시예에서, 주 전사 닙(N1)과 부 전사 닙(N2) 사이의 거리가 인쇄될 화상의 길이보다 더 짧다면, 제1 색상 토너 화상의 주 전사 바이어스 값을 제4 색상 토너 화상의 바이어스 값과 동일하게 만드는 것이 필요하고, 또는 제4 색상 토너 화상의 주 전사의 완성 후에 여분의 거리를 주 전사 벨트(51)를 회전시킨 후에 다음의 페이지용 화상을 형성하는 것이 필요하다. 그러나, 고 저항층으로 코팅된 중간 전사 벨트가 본 발명에서 이용될 때(제1 색상 토너 화상용의 적절한 주 전사 바이어스 값이 +100 내지 +200 V의 범위에 있고, 반면에 그 이후에 제2 색상 토너 화상용의 적절한 주 전사 값이 단계들에서 증가되어야 한다; 제4 색상 토너 화상용의 주 전사 바이어스 값이 +600 내지 +1000 V의 범위에 있어야 한다)에는 전자가 불가능하다. 반면에, 후자는 연속 인쇄에서 처리량이 저하되므로 문제점이 있다.
도10은 주 전사 바이어스 값이 변동되는 경우에도 전류가 부 전사 및 방전 중에도 영향을 받지 않는 것에 따른 제7 실시예를 도시한다. 도면에서, 부 전사 전원(73) 및 방전 전원(94)에 부가하여, 포스트 대전기(대전 수단)(211)용 전기 전원(212) 등이 또한 주 전사 전원(62)의 출력 단자에 접속된다. 이러한 경우에, 포스트 대전기(211)가 예를 들어 8 kV의 피크 대 피크 전압(Vpp)을 갖는 AC 전압과 -500 V인 DC 전압을 인가하여 이용된다. 예를 들어, 중간 전사 벨트(51) 상에 형성된 4가지 색상 토너 화상들에서의 토너 입자들에 의해 운반된 대전량을 동일하게 하는 것이 부 전사 지점 바로 전에 포스트 대전기가 상류측에 배치됨으로써, 부 전사 공정이 더 나은 결과로 수행될 수 있다. 도7에 도시된 구성이 제공됨으로써, 주 전사 닙(N1)과 포스트 대전기(211) 사이의 거리가 화상 길이보다 더 짧은 경우에도, 포스트 대전기에 의해 수행된 공정이 주 전사 바이어스의 변동에 의해 영향받는 것이 방지된다(부 전사 공정, 방전 공정 등에서도 마찬가지이다). 제7 실시예는 아무런 문제점이 없이 제3 실시예 등과 관련하여 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 주 색상의 중첩 토너 화상으로 구성된 전색 화상 영역으로부터 중간 전사 벨트의 화상 형성 회전 중에 토너 분산을 방지하기 위해, 중간 전사 벨트가 전술한 바와 같이 구성됨으로써, 중간 전사 벨트의 대전 감쇠 시간(τ)이 다음의 요건들을 충족하도록 조정될 수 있다:
T≤τ≤500 (초)
T : 중간 전사 벨트를 완전 회전시키는 데 필요한 시간.
따라서, 중간 전사 보이드가 발생되지 않는 매우 바람직한 전색 화상이 얻어질 수 있다.
다량의 토너로 구성된 화상의 경우에도 부 전사에 대한 바람직한 효율이 실현될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 중간 전사 벨트의 저 저항 기부층이 역전극으로 이용되므로, 단순한 접촉식 방전 롤러를 이용하여 중간 전사 부재가 용이하게 방전될 수 있다 : 그 구조가 간단화될 수 있다.
또한, 중간 전사 부재에 대면하도록 배치된 대전 수단으로서의 포스트 방전기에 대한 기준 전위, 부 전사용 롤러에 대한 기준 전위 및 방전기 롤러에 대한 기준 전위 등으로서 주 전사에 대한 전압이 이용된다. 따라서, 주 전사에 대한 전압이 변동되는 경우에도 화상이 영향을 받지 않는다. 또한, 그러한 구성은 화상 형성 시간을 감소시키는 데 효과적이다.
본 발명이 본문에 개시된 구성을 참조하여 설명되었지만, 전술된 세부 사항들로 한정되는 것은 아니며, 이러한 적용이 다음의 청구 범위의 범주 및 개선을 목적 내에 있는 수정예들 또는 변경예들을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (14)

  1. 화상 형성 장치에 있어서,
    상이한 색상의 토너 화상을 운반하기 위한 화상 지지 부재와,
    토너 화상이 제1 전사 위치에서 상기 화상 지지 부재로부터 상기 중간 전사 부재 상으로 중첩되게 전사된 다음에, 제2 전사 위치에서 상기 중간 전사 부재로부터 전사 재료 상으로 모두 함께 전사되는 회전 가능 중간 전사 부재를 포함하며,
    상기 중간 전사 부재는 0.5 내지 2 (㎜)의 두께를 가진 탄성층과, 상기 탄성층의 부피 저항보다 큰 부피 저항을 가지고 상기 탄성층 상에 있는 코팅층을 포함하고, 상기 중간 전사 부재는 다음 관계를 만족시키고, 즉
    T≤τ≤500 (초)
    상기에서 τ(초)는 소정의 전위차로 대전된 상기 중간 전사 부재의 표면이 V/e (e는 자연 대수의 밑, e=2.71828...)가 되도록 10 (㎝/s)의 회전 속도로 회전한 후에 상기 중간 전사 부재의 전위차(V)가 1/2로 되기 위해 필요한 시간이고, T (초)는 상기 화상 지지 부재 상의 토너 화상이 제1 전사 위치에서 상기 중간 전사 부재 상으로 순차적으로 그리고 중첩되게 전사될 때에 상기 중간 전사 부재의 회전 시간인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄성층의 부피 저항이 102내지 107(Ω·㎝)인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 코팅층의 두께가 2 내지 80 (㎛)인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 토너가 운반되는 상기 중간 전사 부재의 측면쪽으로 그리고 상기 중간 전사 부재로부터 이격되어 이동 가능하고, 토너 화상이 제2 전사 위치에서 상기 중간 전사 부재로부터 전사 재료 상으로 모두 함께 전사된 후에 상기 중간 전사 부재를 방전시키도록 상기 중간 전사 부재와 접촉하게 하고, 상기 중간 전사 부재를 전기적으로 방전시키기 위한 방전 수단도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 화상 지지 부재 상의 정전기 화상을 토너 화상으로 현상하는 수단도 더 포함하고, 상기 방전 수단은 토너 화상이 제2 전사 위치에서 상기 중간 전사 부재로부터 전사 재료 상으로 전사된 후에 상기 중간 전사 부재 상에 남아있는 잔류 토너를 대전시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 인접 토너 화상이 상기 제1 전사 위치에서 상기 화상 지지 부재로부터 상기 중간 전사 부재 상으로 잔류 토너를 역전사하는 것과 실질적으로 동시에 상기 화상 지지 부재로부터 중간 전사 부재 상으로 전사되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중간 전사 부재가 벨트 형상인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 화상 형성 장치에 있어서,
    상이한 색상의 토너 화상을 운반하기 위한 화상 지지 부재와,
    토너 화상이 제1 전사 위치에서 상기 화상 지지 부재로부터 상기 중간 전사 부재 상으로 중첩되게 전사된 다음에, 제2 전사 위치에서 상기 중간 전사 부재로부터 전사 재료 상으로 모두 함께 전사되는 회전 가능 중간 전사 부재를 포함하며,
    상기 중간 전사 부재는 0.5 내지 2 (㎜)의 두께를 가진 탄성층과, 상기 탄성층의 부피 저항보다 큰 부피 저항을 가지고 상기 탄성층 상에 있는 코팅층을 포함하고, 상기 중간 전사 부재는 다음 관계를 만족시키고, 즉
    T≤τ (초)
    상기에서 τ(초)는 소정의 전위차로 대전된 상기 중간 전사 부재의 표면이 V/e (e는 자연 대수의 밑, e=2.71828...)가 되도록 10 (㎝/s)의 회전 속도로 회전한 후에 상기 중간 전사 부재의 전위차(V)가 1/2로 되기 위해 필요한 시간이고, T (초)는 상기 화상 지지 부재 상의 토너 화상이 제1 전사 위치에서 상기 중간 전사 부재 상으로 순차적으로 그리고 중첩되게 전사될 때에 상기 중간 전사 부재의 회전 시간이고, 다음 관계를 만족시키고, 즉
    1.005≤V2/V1≤1.02
    0.985≤V2/V1≤0.995
    상기에서 V1은 제2 전사 위치에서 중간 전사 부재의 표면 속도이고, V2는 제2 전사 위치에서 통과할 때에 전사 재료의 표면 속도인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 탄성층의 부피 저항이 102내지 107(Ω·㎝)인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 코팅층의 두께가 2 내지 80 (㎛)인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제8항에 있어서, 토너가 운반되는 상기 중간 전사 부재의 측면쪽으로 그리고 상기 중간 전사 부재로부터 이격되어 이동 가능하고, 토너 화상이 제2 전사 위치에서 상기 중간 전사 부재로부터 전사 재료 상으로 모두 함께 전사된 후에 상기 중간 전사 부재를 방전시키도록 상기 중간 전사 부재와 접촉하게 하고, 상기 중간 전사 부재를 전기적으로 방전시키기 위한 방전 수단도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 화상 지지 부재 상의 정전기 화상을 토너 화상으로 현상하는 수단도 더 포함하고, 상기 방전 수단은 토너 화상이 상기 현상 수단의 토너의 규칙적인 대전 극성과 반대인 극성으로 제2 전사 위치에서 상기 중간 전사 부재로부터 전사 재료 상으로 전사된 후에 상기 중간 전사 부재 상에 남아있는 잔류 토너를 대전시키고, 상기 중간 전사 부재 상의 잔류 토너는 제1 전사 위치에서 상기 화상 지지 부재 상으로 역전사되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 인접 토너 화상이 상기 제1 전사 위치에서 상기 화상 지지 부재로부터 상기 중간 전사 부재 상으로 잔류 토너를 역전사하는 것과 실질적으로 동시에 상기 화상 지지 부재로부터 중간 전사 부재 상으로 전사되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 중간 전사 부재가 벨트 형상인 것을 특징으로 하는 장치.
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