KR100270689B1 - 전자사진 프로세스를 채용한 화상형성장치에서 접촉롤러방식 현상시스템의 현상 전압 제어장치 - Google Patents

전자사진 프로세스를 채용한 화상형성장치에서 접촉롤러방식 현상시스템의 현상 전압 제어장치 Download PDF

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Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
전자사진 프로세스를 채용한 화상형성장치에서 온도 변화에 따라 저항특성이 변하는 도전성 현상롤러를 사용하여 현상 프로세스를 수행하는 접촉롤러방식 현상 시스템에 관한 것이다.
나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
주위 환경이 변화되어도 항상 균일한 화상 밀도를 유지하도록 할 수 있는 현상전압 제어장치를 제공한다.
다. 발명의 해결방법의 요지
현상롤러 주위의 온도 변화를 검출하여, 현상롤러 주위 온도 변화에 반비례하게 현상전압을 가변시켜 현상롤러에 인가한다.
라. 발명의 중요한 용도
접촉롤러방식 현상시스템을 이용한 전자사진 프로세스를 채용한 화상형성장치에 이용한다.

Description

전자사진 프로세스를 채용한 화상형성장치에서 접촉롤러방식 현상시스템의 현상 전압 제어장치
본 발명은 전자사진 프로세스(process)를 채용한 화상형성장치에 관한 것으로, 특히 온도 변화에 따라 저항특성이 변하는 도전성 현상롤러를 사용하여 현상 프로세스를 수행하는 접촉롤러방식 현상시스템에 관한 것이다.
통상적으로 전자사진 프로세스는 복사기, 레이저 빔 프린터(laser beam printer), LED(Light Emitting Diode) 프린터, 일반용지(plain paper) 팩시밀리등과 같은 화상형성장치에 널리 채용되고 있다. 전자사진 프로세스는 연속적으로 진행되는“대전” →“노광” →“현상” →“전사” →“정착” 프로세스로 이루어진다.
제1도는 이러한 전자사진 프로세스에서 접촉롤러방식 현상시스템을 가지는 화상형성장치의 개략적인 엔진 메카니즘(engine mechanism) 구성과 각 부분의 바이어스(bias)상태를 보인 것이다. 제1도에서 현상기(104)는 현상롤러(106)와 공급롤러(108)와 토너(toner) 규제 블레이드(blade)(110)와 교반기(agitator)(112)를 구비한다. 그리고 감광드럼(100), 대전롤러(102), 현상롤러(106), 공급롤러(108), 전사 롤러(116)등은 전자사진 프로세스 진행에 대응되게 엔진 구동모터를 포함한 구동계(도시하지 않았음)에 의해 제1도에 보인 화살표방향으로 회전한다. 이때 용지는 용지 카셋트(도시하지 않았음)로부터 급지되어 용지 이송경로(118)를 따라 이송되며, 최종적으로 화상형성장치의 외부로 배출된다.
이제 제1도를 참조하여 통상적인 전자사진 프로세스를 설명하면, 먼저 대전과정에서 감광드럼(100)은 대전롤러(102)에 의해 부(negative) 바이어스의 대전전압 Vch, 예를들어 약 -1.4[KV]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 노광이 않된 비화상영역은 원래의 전위가 그대로 유지되나, 노광된 화상영역의 전위는 -수십[V]정도로 작아진다. 그리고 노광장치는 예를들어 레이저 빔 프린터에 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. 상기 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 토너에 의해 가시상으로 현상된다. 이때 현상기(104)내에 있는 토너(114)가 공급롤러(106)에 의해 현상롤러(106)에 공급되어 현상롤러(106)상에 도포된다. 현상기(104)내에 설치된 교반기(112)는 회전에 의해 현상기(104)내의 토너(114)를 교반시킴으로써 사용된 토너와 새로운 토너가 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 토너가 부로 마찰대전되어 경상력에 의해 현상롤러(106)상에 부착되어진다. 현상롤러(106)에 부착된 토너는 토너 규제 블레이드(110)에 의해 일정하게 도포된다. 현상롤러(106)에 도포된 토너는 감광드럼(100)의 노광 전위와 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 이송 된다. 그리고 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 토너가 용지에 옮겨짐으로써 전사가 이루어진다. 용지에 전사된 토너는 정착기(도시하지 않았음)의 압력 및 열에 의해 용지상에 정착되고, 정착이 완료된 용지는 외부로 배출됨으로써 용지 1매 인쇄에 대한 프로세스가 종료된다.
상기한 바와 같은 화상형성장치에서 현상롤러(116)는 도전성 고무와 같은 탄성체를 사용한 도전성 탄성 롤러를 사용하며, 현상롤러(116)의 표면과 감광드럼(100)의 표면이 서로 접촉되면서 현상이 이루어진다. 이러한 현상시스템을 접촉롤러방식 현상시스템이라 한다.
한편 현상롤러(106)로 사용되는 도전성 탄성 롤러는 전기적으로 완전한 도체가 아니고 어느 정도의 저항값을 가지는 저항으로 해석되어진다. 이러한 현상롤러(106)의 저항값은 환경 변화에 따라 변한다. 상기 환경이라함은 온도 및 습도를 말한다. 통상적으로 현상롤러(106)의 저항값은 상온/상습인 때를 기준으로 고온/고습으로 갈수록 낮아지고 저온/저습으로 갈수록 높아진다.
제2도는 환경 변화에 따른 현상롤러(107)의 저항특성을 예시한 것이다. 제2도의 그래프(graph)에서 세로축의 참조부호 Rdev가 현상롤러(106)의 저항값을 나타내는데, 제2도는 온도/습도가 상온/상습일 때는 3×107[Ω·cm], 30℃/80%의 고온/고습 일때는 3×106[Ω·cm], 5℃/20%의 저온/저습일때는 3×108[Ω·cm]으로 저항값 Rdev이 변하는 예를 보인 것이다. 물론 저항값 Rdev이 변하는 범위가 이보다 좁은 현상롤러도 있다. 그러나 현재 사용되고 있는 현상롤러중 가장 최소 변화범위를 가지는 롤러도 고온/고습부터 저온/저습까지의 변화폭이 10배정도가 된다. 이에따라 현상전압 Vb이 일정하다해도 실제 현상롤러(106)상의 현상전위는 환경, 즉 온도 및 습도의 변화에 따라 달라진다.
이를 보다 상세히 설명하기 위해 상기 제1도에 따른 현상시스템의 등가회로를 제3도으로서 도시하였다. 제3도는 감광드럼(100)의 등가회로(120)와, 감광드럼(100)과 현상롤러(106)간에 토너가 개재하는 갭(gap)의 등가회로(122)와 현상롤러(106)의 등가회로(124)와, 현상전압원 Vb이 직렬로 접속된 구성을 보인다. 등가회로(120)는 감광드럼(100)의 등가 저항(Ropc)과 등가 캐패시터(Copc)가 병렬로 접속된 상태이고, 등가회로(122)는 토너를 통한 등가 저항(Rgap)과 등가 캐패시터(Cgap)가 병렬로 접속된 상태이며, 등가회로(124)는 등가 저항(Rdev)과 등가 캐패시터(Cdev)가 병렬로 접속된 상태이다. 그리고 등가회로들(120,122)간 접속점의 전위 Vs는 감광드럼(100)상의 표면전위로서 노광전위를 나타낸 것이고, 등가회로들(122,124)간 접속ㅈㅁ의 전위 Vd는 실제 현상에 작용하는 실효 현상전위가 된다.
여기서 실효 현상전위 Vd는 하기 수학식 1과 같이 된다.
[수학식 1]
Figure kpo00001
그리고 현상롤러(106)의 표면과 대향되는 감광드럼(100)의 표면간의 갭을 d라 할 때, 감광드럼(100)상의 노광영역으로부터 현상롤러(106)로의 현상 전계
Figure kpo00002
는
Figure kpo00003
이고, ΔV는 실효 현상전위 Vd와 노광전위 Vs간의 전위차이므로 현상 전계
Figure kpo00004
는 하기 수학식 2와 같이 된다.
[수학식 2]
Figure kpo00005
또한 토너의 전하량을 q라 할때, 현상롤러(106)로부터 감광드럼(100)으로 작용하는 힘
Figure kpo00006
는 하기 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
Figure kpo00007
상기 수학식 1 내지 3에서 보는 바와 같이 현상롤러(106)의 저항값 Rdev이 커지면 실효 현상전위 Vd가 작아지고 그에따라 현상 전계
Figure kpo00008
도 작아짐으로써 힘
Figure kpo00009
이 작아진다. 이에따라 저온/저습에서는 현상롤러(106)로부터 감광드럼(100)로 이동되는 토너 양이 적어진다. 이와달리 현상롤러(106)의 저항값 Rdev이 작아지면 실효 현상전위 Vd가 커지고 그에따라 현상 전계
Figure kpo00010
도 커짐으로써 힘
Figure kpo00011
이 커진다. 이에따라 고온/고습에서는 현상롤러(106)로부터 감광드럼(100)로 이동되는 토너 양이 많아진다.
따라서 환경 변화에 따라 현상롤러(106)의 저항값 Rdev이 변하고 그에따라 토너의 이동량이 달라짐으로써 결과적으로 화상 밀도 차가 발생함으로써 화상 밀도가 불균일하게 된다.
상술한 바와 같이 도전성 현상롤러를 사용하는 접촉롤러방식 현상시스템은 환경 변화에 따라 토너의 이동량이 달라짐으로써 화상 밀도가 불균일하게 되어 화질이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 주위 환경이 변화되어도 항상 균일한 화상 밀도를 유지하도록 할 수 있는 현상전압 제어장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 현상롤러 주위의 온도 변화를 검출하여, 현상롤러 주위 온도 변화에 반비례하게 현상전압을 가변시켜 현상롤러에 인가함을 특징으로 한다.
제1도는 통상적인 접촉롤러방식 현상시스템을 구비하는 전자사진 프로세스를 채용한 화상형성장치의 개략적인 엔진 메카니즘 구성도.
제2도는 제1도에 보인 현상롤러의 환경 변화에 따른 저항특성 예시도.
제3도는 제1도에 보인 현상시스템의 등가회로도.
제4도는 본 발명의 실시예에 따라 제1도의 현상롤러에 써미스터를 설치한 상태를 보인 예시도.
제5도는 본 발명의 실시예에 따른 현상전압 제어장치의 회로도.
제6도는 본 발명의 실시예에 따른 처리흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
THR : 써미스터 126 : 온도 검출부
128 : 마이크로 콘트롤러 130 : 현상전압 발생부
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 구체적인 회로 구성, 소자나 부품의 종류나 개수등과 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.
우선 본 발명은 환경 변화에 따른 현상롤러 주위의 온도 변화를 검출하기 위해 온도에 대해 부성 저항특성을 가지는 써미스터(thermistor)를 현상롤러 주위에 설치한다.
제4도는 전술한 제1도에서 본 발명의 실시예에 따라 써미스터(THR)를 설치한 상태를 보인 예시도이다. 그러므로 제4도의 구성요소들중에 제1도와 동일한 구성요소들은 서로 동일한 참조부호를 부여하였다. 이때 써미스터(THR)는 현상롤러(106)에 접촉되게 설치하든지 아니면 비 접촉으로 설치하든지 무방하다. 왜냐하면 현상롤러(106)가 열원이 아니기 때문에 현상롤러(106) 주위의 온도 변화에 대응되게 써미스터(THR)의 저항값이 변하면 되기 때문이다.
제5도는 이와 같이 설치된 써미스터(THR)를 이용하는 본 발명의 실시예에 따른 현상전압 제어장치의 회로도를 보인 것으로, 온도 검출부(126)와 마이크로 콘트롤러(microcontroller)(128)와 현상전압 발생부(130)로 구성한다.
상기 온도 검출부(126)는 온도 검출전압 발생부(132)와 변환부(134)로 구성하며, 현상롤러(106) 주위의 온도 변화를 검출하여 마이크로 콘트롤러(128)에 알린다. 상기 온도 검출전압 발생부(132)는 2개의 저항(R1,R2)이 전원전압 Vcc과 접지 사이에 직렬 접속되고, 저항들(R1,R2)의 접속점과 접지 사이에 상기 제4도와 같이 현상롤러(106) 주위에 설치되는 써미스터(THR)가 접속된다. 이에따라 저항들(R1,R2)의 접속점으로부터는 현상롤러(106) 주위의 온도에 따른 써미스터(THR)의 저항값 변화에 대응되게 변하는 은도 검출전압 Vi이 발생된다.
상기와 같이 발생되는 온도 검출전압 Vi는 변환부(134)에 인가된다. 변환부(134)를 살펴보면, 저항들(R1,R2)의 접속점에 3개의 비교기(136∼140) 각각의 반전 입력단자(-)가 공통으로 접속된다. 그리고 비교기들(136∼140) 각각의 비반전입력 단자(+)에는 제1∼제3기준전압 Vrefl∼Vref3이 각각 하나씩 대응되게 입력된다. 이에따라 온도 검출전압 Vi의 레벨에 따라 비교기들(136∼140)의 출력신호들 S1∼S3은“로우” 또는“하이”가 된다. 이때 제1∼제3기준전압 Vref1∼Vref3은 Vref1〉Vref2〉Yref3와 같이 서로 다른 크기로 설정하되, 전술한 제2도에 보인 바와 같은 환경 조건들을 감안하여 정하게 되는 저온, 상온, 고온 각각의 범위에 따라 온도 검출전압 Vi의 변화를 실험하여 설정한다. 예를들어 비교기들(137∼140)의 출력들 S1∼S3이 저온에서는 S1=“하이”, S2=“하이”, S3=“로우”로 발생되도록 하고, 상온에서는 S1=“하이”, S2=“로우”, S3=“로우”로 발생되도록 하며, 고온에서는 S1=“로우”, S2=“로우”, S3=“로우”로 발생되도록 제1∼제3기준전압 Vref1∼Vref3을 설정한다.
이에따라 변환부(126)에서는 온도 검출전압 Vi의 레벨에 대응하는 비교기들(136∼140)의 출력신호들 S1∼S3이 온도 검출값으로 마이크로 콘트롤러(128)에 인가된다. 마이크로 콘트롤러(128)는 화상형성장치의 제어부로 사용되는 마이크로 콘트롤러를 사용하면 되는데, 마이크로 콘트롤러(128)는 온도 검출값 S2∼S3에 의해 현상롤러(106) 주위 온도 변화를 감지하고, 그에 반비례하게 현상전압 Vb을 가변시킨다. 이를 위해 마이크로 콘트롤러(128)는 PWM(Pulse Width Modulation)형태의 전압 제어신호 Sc를 발생하여 현상전압 발생부(130)에 인가하는데, 전압 제어신호 Sc의 듀티(duty)를 가변시켜 출력함으로써 현상전압 Vb을 가변시킨다.
이와같은 전압 제어신호 Sc를 입력하는 현상전압 발생부(130)를 살펴보면, 전압 제어신호 Sc는 버퍼(142)를 거쳐 저항(R3,R4)과 캐패시터(C1)로 이루어지는 평활회로에 의해 DC(Direct Current) 전압으로 변환되어 연산증폭기(144)의 반전입력단자(-)에 입력된다. 연산증폭기(144)의 출력단자는 저항(R6)을 거쳐 트랜지스터(Q1)의 베이스단자에 접속되는데, 연산증폭기(144)의 비반전입력단자(+)에는 기준 전압 Vref이 인가되며 연산증폭기(144)의 반전입력단자(-)와 출력단자간에는 저항(R5)이 접속된다. 그리고 트랜지스터(Q1)의 에미터단자는 접지되며 콜렉터단자는 트랜스포머(T1)의 1차측권선을 통해 전원전압 B+에 연결된다. 트랜스포머(T1)의 2차측권선에는 다이오드(D1)와 캐패시터(C2) 및 저항(R7)으로 이루어지는 정류 및 평활회로가 접속되고 정류 및 평활회로의 출력단은 저항(R8)을 통해 연산증폭기(144)의 반전입력단자(-)에 접속된다. 그러므로 연산증폭기(144)에 입력되는 전압 제어신호 Sc의 DC 전압과 기준전압 Vref의 차가 연산증폭기(144)에서 증폭 출력된다. 이때 연산증폭기(144)에 입력되는 DC 전압이 가변되므로 트랜지스터(11)의 베이스 구동전류가 변하게 되어 정류 및 평활회로의 출력전압이 가변된다. 이러한 정류 및 평활회로의 출력전압이 현상전압 Vb으로서 현상롤러(106)에 인가된다. 이에 따라 현상전압 Vb이 전압 제어신호 Sc의 듀티에 따라 가변된다.
제6도는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 콘트롤러(128)의 처리흐름도를 보인 것이다. 제6도를 참조하면, 마이크로 콘트롤러(128)는 (200)단계에서 온도 검출부(126)의 변환부(134)로부터 온도 검출값 S1∼S3을 입력하여 (202)단계에서 현상 롤러(106) 주위 온도를 확인한다. 그리고 마이크로 콘트롤러(128)는 (204)∼(206)단계에서 주위 온도가 고온, 상온, 저온중 어떠한 상태인가를 검사한다.
상기 (204)∼(206)단계에서 온도 검출값 S1∼S3이 고온을 나타내는 경우 마이크로 콘트롤러(128)는 (208)단계에서 현상전압 Vb을 저전압으로 가변시킨다. 이에따라 전술한 바와 같이 고온/고습일 때 현상롤러(106)의 저항값 Rdey이 작아짐으로써 실효 현상전위 Vd가 커져 현상롤러(106)로부터 감광드럼(100)로 이동되는 토너 양이 많아졌으나, 그에 대응되게 현상전압 Vb을 저전압으로 가변시킴으로써 보상하게 된다. 그러므로 고온/고습일 경우에 화상 밀도가 높아지는 것을 방지한다.
이와달리 상기 (204)∼(206)단계에서 온도 검출값 S1∼S3이 저온을 나타내는 경우 마이크로 콘트롤러(128)는 (210)단계에서 현상전압 Vb을 고전압으로 가변시킨다. 이에따라 전술한 바와 같이 저온/저습일 때 현상롤러(106)의 저항값 Rdev이 커짐으로써 실효 현상전위 Vd가 작아져 현상롤러(106)로부터 감광드럼(100)로 이동되는 토너 양이 적어졌으나, 그에 대응되게 현상전압 Vb을 고전압으로 가변시킴으로써 보상하게 된다. 그러므로 저온/저습일 경우에 화상 밀도가 낮아지는 것을 방지한다.
그리고 상기 (204)∼(206)단계에서 온도 검출값 S1∼S3이 상온을 나타내는 경우 마이크로 콘트롤러(128)는 (212)단계에서 현상전압 Vb을 표준전압으로 가변시킨다.
그러므로 마이크로 콘트롤러(128)는 온도 검출부(126)에 의해 검출되는 주위온도 변화에 따라 전압 제어신호 Sc의 듀티를 가변시켜 주위 온도 변화에 반비례하게 현상전압 Vb을 가변시키게 된다.
따라서 환경 변화에 따른 현상롤러의 저항값 변화로 인해 실효 현상전위가 달라지는 것에 대해 반비례하게 현상전압을 가변시켜 보상함으로써 항상 균일한 화상 밀도를 유지할 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 온도 변화를 검출하기 위해 써미스터를 사용하는 예를 보였으나, 온도 변화에 따른 현상롤러(106)의 저항값 변화를 정량적으로 검출할 수 있는 다른 부품이나 회로를 얼마든지 사용할 수 있다. 그리고 현상전압을 가변시키기 위해 PWM형태의 전압 제어신호를 이용하는 것을 예시하였으나, DAC(Digital-to-Analog Converter)를 이용하는 등과 같이 얼마든지 달리 구성할 수도 있다. 또한 온도범위도 저온, 상온, 고온의 3가지 단계로 구분하여 현상전압 Vb을 가변시키는 예를 보였으나, 필요에 따라 보다 많은 단계로 가변시킬 수도 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 환경 변화에 따른 현상롤러의 저항값 변화로 인해 화상 밀도 차가 발생하는 것을 보상함으로써 항상 균일한 화상 밀도를 유지할 수 있어 화질을 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

Claims (1)

  1. 전자사진 프로세스를 채용한 화상형성장치에서 온도 변화에 따라 저항특성이 변하는 도전성 현상롤러를 사용하여 현상 프로세스를 수행하는 접촉롤러방식 현상 시스템에 있어서, 상기 현상롤러 주위에 설치되는 써미스터를 구비하며, 상기 현상롤러 주위의 온도에 따른 상기 써미스터의 저항값 변화에 대응되게 변하는 온도 검출전압을 발생하는 온도 검출전압 발생부와, 상기 온도 검출전압을 그의 레벨에 대응하는 온도 검출값으로 변환하는 변환부와 PWM형태의 전압 제어신호에 의해 가변되는 현상전압을 발생하여 상기 현상롤러에 인가하는 현상전압 발생부와, 상기 온도 검출부에 의해 검출되는 주위 온도 변화에 따라 상기 전압 제어신호의 듀티를 가변시켜 상기 주위 온도 변화에 반비례하게 상기 현상전압을 가변시키는 제어부를 구비함을 특징으로 하는 현상전압 제어장치.
KR1019970042724A 1997-08-29 1997-08-29 전자사진 프로세스를 채용한 화상형성장치에서 접촉롤러방식 현상시스템의 현상 전압 제어장치 KR100270689B1 (ko)

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