KR100290603B1 - 화상형성장치의현상롤러 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야.

본 발명은 레이저 빔 프린터, LED 프린터, 팩시밀리, 디지털 복사기 등 전자사진 프로세스를 이용한 화상 형성장치의 현상롤러에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제.

본 발명은 현상롤러의 원주 실 및 측벽 실과의 마찰 부위 비화상 영역에 내마모성의 우수한 재질을 제공함으로써 현상롤러의 회전에 따른 실재와의 마찰에 의한 마모가 일어나지 않는 현상롤러를 제공함에 있다.

다. 발명의 해결방법의 요지.

본 발명은 화상형성장치의 현상롤러는 토너 화상영역에 해당하는 본체부와, 비화상 영역에 해당하는 양단부와, 구동력의 전달 및 강도를 유지하는 샤프트부와, 상기 본체부와 양단부를 접합하는 접합부로 구성되며, 상기 공급롤러의 양측에는 토너가 비화상영역으로 유출되는 것을 방지 하기 위한 원주 실과, 상기 원주 실이 설치된 공급롤러와 현상롤러의 측벽에는 토너가 외측으로 유출되는 것을 방지하는 측벽 실이 설치된 것을 특징으로 한다.

라. 발명의 중요한 용도.

본 발명은 화상형성장치의 현상롤러.

Description

화상형성장치의 현상롤러{DEVELOPING ROLLER FOR IMAGE FORMING APPARATUS}

본 발명은 레이저 빔 프린터, LED 프린터, 팩시밀리, 디지털 복사기 등 전자사진 프로세스를 이용한 화상형성장치에 관한 것으로, 특히, 화상형성장치중에서 토너에 -극성을 띠게 하고 이를 감광드럼의 상대적 +영역에 부착시켜 토너 이미지를 형성하는 현상법 및 비자성 일성분 토너를 현상제로 이용하는 비자성 일성분 현상법을 이용한 화상형성장치의 현상롤러에 관한 것이다.

도 1은 전자사진 프로세스의 화상형성장치의 구성을 나타낸 개략도로서, 전자사진 프로세서를 이용한 화상형성장치가 화상인쇄장치에서 어떠한 역할을 하는가를 개략적으로 나타내고 있다. 레이저 빔 프린터, LED 프린터, 디지털 복사기, 팩시밀리등과 같은 화상인쇄장치라 함은 컴퓨터 혹은 스캐너로부터 입력된 디지털 신호에 따른 화상신호를 인쇄 매개체인 용지에 가시 화상의 형태로 옮기는 장치를 말한다.

이 과정에서 화상형성장치의 현상기는 디지털 화상신호를 받아 잠상(latent image)을 만들고 잠상에 현상제(Toner)를 붙여 토너상을 만드는 역할을 한다. 이 토너상을 인쇄 매개체인 용지에 옮겨 고착시키면 최초의 디지털 화상신호는 인쇄 매개체인 용지에 고착된 화상의 형태로 출력되어 인쇄를 완료하게 된다.

도 1을 참조하여 일반적인 인쇄공정을 상세히 설명하면, 화상형성장치는 대전롤러(7)의 코로나 방전에 의해 감광드럼(1)의 표면을 전기적으로 균일하게 대전한다. 이후 컴퓨터 혹은 스캐너로부터 인쇄장치에 입력된 디지털 신호는 레이저 스캐닝 유니트 혹은 LED 어레이(9)를 통해 광신호로 변환된다. 여기에서 발생한 광신호는 감광드럼(1)상에 정전 잠상(electrostatic latent image)을 만든다. 이때 토너적재부(8)의 토너(6)는 에지테이터(4)의 회전에 의해 공급롤러(3)까지 보내지고 공급롤러(3)에 의해 -전하를 띤후 현상롤러(2)에 실려 현상롤러(2)가 회전함에 따라 감광드럼(1)과 현상롤러(2)에 의해 형성된 현상닙부로 반송된다. 이때 현상롤러(2)의 상측에 설치된 토너 규제 블레이드(5)에 의해 현상롤러(2)에 일정한 두께의 토너층을 형성한다. 이후 감광드럼(1)이 회전함에 따라 현상롤러(2)와의 접촉부를 지나면서 -대전된 토너입자(6a)를 끌어당겨 잠상에 붙임으로써 감광드럼(1) 상에 가시형태의 토너상을 만든다.

한편, 급지카세트(13)에 장착된 기록용지(12)는 급지롤러(11)에 의해 한장씩 픽업되어 선단 정열부의 레지스트레션 롤러(Registration Roller)(14,14')에 보내어진다. 이후 기록용지(12)는 상기 레지스트레션 롤러(14,14')에 의해 레이져 스캐닝 유니트(9)와 동기(syncronized)되어져서 감광드럼(1)과 전사롤러(10)의 회전 접촉부인 전사 닙(Nip)으로 보내어진다. 상기 전사 닙(nip)에 용지가 진입하면 전사롤러(혹은 corona device)(10)에 인가된 토너와 반대되는 고압에 의한 공기 방전(Air breakdown)에 의해 감광드럼(1)에 형성된 토너상은 정전기력에 의해 기록용지로 이동하게 된다. 이때 기록용지로 이동한 토너상은 반송가이드(15a)에 의해 정착기로 보내어지고 정착부의 히트롤러(heat roller)(16) 및 압착롤러(pressune Roller)(17)에 의해 형성된 압력 및 열에 의해 토너가 기록용지에 정착이 된다.

상기와 같은 과정으로 기록용지에 고착된 화상은 배지부 가이드수단(15b, 15c)의 안내를 받아 하부 배지롤러(19,19a) 및 상부 배지롤러(18,18a)를 거쳐 세트 외부로 배출된다.

도 2는 화상인쇄장치에 사용하는 화상형성장치의 일례를 평면도와 우측면도로 나타내었다. 도 2와 같이 구성된 종래의 화상형성장치에서 우선적으로 해결하여야 하는 기술적 요소는 A, B 경로를 통해 누출된 토너가 감광드럼(1)의 양측 C부분에 흡착되어 감광드럼(1)을 띠모양으로 오염시키고 현상롤러(2)의 측벽 혹은 공급롤러(3)에 의해 마찰대전을 받지 못한 구간(D)에서 블레이드(Blade)(5)를 통과한 토너는 충분한 -전하를 띠지 못하여 감광드럼(1)에 부착된다. 이때 비화상부는 -전위가 유지되고 있다. 이띠가 기록용지의 양단 및 기내 오염을 유발한다.

여기서 기록용지 양단면 혹은 기내 오염의 최초의 시발점인 경로 A, B에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 즉, 도 3에 나타낸 바와 같이 현상롤러(2)와 공급롤러(3)가 형성시킨 닙(E)사이에서 마찰대전된 토너(6)는 현상롤러(2)에 부착되어 현상롤러(2)가 회전함에 따라 규제 블레이드(Blade)(5) 하부로 진입한다. 상기 규제 블레이드(5)는 하부에서 대부분의 현상롤러(2)상에 부착된 토너는 규제 블레이드를 통과하지 못하고 제한된 양만 규제 블레이드(5)를 통과하여 현상부로 반송된다. 이때 규제 블레이드(5)가 최초의 마찰대전되어 현상롤러(2)에 부착된 토너의 층을 가로막아 반송을 차단함으로써 현상롤러(2)상의 공급롤러(3)와 규제 블레이드(5) 사이의 공간에는 상당한 압력이 작용하게 된다. 이 압력에 의한 토너의 외부유출로 기록용지의 오염과 기내오염을 방지하기 위해 도 2와 같이 종래 화상형성장치의 대부분은 원주 실(고무 혹은 Rubber foam)(20a)로써 현상롤러(2)와 블레이드(5)와 토너 적재부(8)사이의 토너 누출을 막는다. 상기 원주 실(Seal)(20a)을 통과한 토너의 외부 누출을 방지하기 위해 측벽 실(20b)로써 현상롤러(2)의 측벽, 블레이드(5)의 측벽을 통한 토너의 누출을 차단하거나 원주 실(20a) 혹은 측벽 실(20b) 중 하나만을 사용하는 것으로써 토너 누출을 차단하고 있다.

도 4에 도시한 바와 같이 Tanaka의 일본특허 No. 07-253715호 에서는 현상롤러(22)의 상측에 토너를 규제하는 규제블레이드(23)의 현상롤러 접촉부에 저마찰재로 코팅을 하고 코팅된 접촉부의 양측에는 실편(24c)를 설치하며, 상기 현상롤러(22)의 양측에는 측벽 실(24a,24b)를 양면테이프(24d)로 부착한 것이다. 상기와 같이 규제블레이드(23)의 양측 접촉부에 설치된 실편(24c)과 현상롤러(22)의 양 측벽에만 측벽 실(24)를 설치한 것으로 도 2의 B방향의 토너누출을 차단하고 있다. 공급롤러에는 원주 실(20a)이 없는 것이다.

상기한 일본특허는 규제 블레이드(23)의 현상롤러 접촉부를 저마찰재로 코팅(couting)함으로써 현상롤러(22)에 토너가 없을 때 (최초 토너공급전 상태)나 사용개시후 토너가 있을 때에 토너층 규제역할이 안정되게 수행하고자한 것이었으며, 현상롤러(22)의 측벽을 측벽 실(24)로써 토너누출을 방지하고자 하였다. 그러나 실링(Sealing)관점에서 공급롤러에 원주 실(20a)이 없는 상태는 현상실 내의 토너가 측벽을 통과할 수 있는 기회가 많아 측벽 실(24b)과 현상롤러(22) 사이에 침투하는 양이 많게 된다. 일단 측벽 실(24b)과 현상롤러 사이의 토너가 침투하면 현상롤러의 회전에 따라 감광드럼으로 이동하게 되며 이러한 현상이 지속되면 감광드럼에는 띠 모양의 토너오염이 발생하고 이는 다시 인쇄 용지의 양단을 오염시키는 결과를 낳게된다.

또한 상기한 현상을 줄이고자 측벽에서 과다한 실 압력을 가하면 이는 현상롤러(22)의 측벽 마모를 초래하고 마모된 현상롤러(22)는 더 이상 토너 실링기능을 유지할 수 없게된다. 따라서 도 5에 나타낸 바와 같은 토너누출 틈새(25)가 발생된다.

도 6의 KASAI의 US PATENT No. 4,641,502호는 실(Seal)재를 사용하여 압력을 가하여 토너의 누출을 방지하는 것이 아닌 전기적으로 토너의 극성과 반대되는 극성을 토너가 공급되지 않아야 할 부분인 현상롤러(25)의 비화상영역인 (b)부분에 가하여 레귤레이팅 롤러(Regulating Roller)(26)가 불필요한 토너를 흡인(attract)하여 감광드럼으로 이동을 방지하고자 하였다. 그러나 상기한 미국특허의 KASAI특허는 아래의 세가지 사유로 실용화에는 무리가 있다하겠다.

첫째, 상기한 미국특허 번호 4,641,502는 -대전 혹은 +대전된 토너만을 가정하였으나 현존하는 토너는 이분법적으로 +혹은 -만으로 대전되지 않는다. 즉 토너의 마찰대전은 도 7과 같은 분포를 가지며 각 토너 메이커(Maker)에서는 대전량의 분포폭을 줄이는 것과 -대전이 필요한 경우에는 중성, +극성 및 -라도 불충분한 전하량(A)을 가진 원치않는 극성의(wrong signed toner) 토너입자의 발생을 방지하는 것에 전력하고 있는 실정이나 상용화된 토너는 현상롤러상에서 도 7과 같은 대전량의 분포를 가지고 있다. 따라서 토너가 -만으로 대전되었다고 가정한다면 도 7의 A부 토너는 전기적으로 조절할 때 목적한 바와 같이 조절될 수 없다.

즉, -토너를 이용한 현상법에서는 비화상 영역에 -토너를 보내지 않기위해 현상롤러(25)의 비화상부 슬리브(25c)에 -를 인가하고 레귤레이팅 롤러(Regulating Roller)(26)의 슬리브(26C)에는 +를 인가하여 토너의 누출을 방지하고자 하나 이는 도 7의 A부 이외의 토너에는 유효하나 A부 토너에 대해서는 오히려 유출을 촉진하게 된다.

즉, 불충분한 전하량, 중성, 역극성 토너가 과다히 감광드럼으로 이동하여 감광드럼과 오염이 발생하게 된다.

둘째, 도 6의 C구간 및 현상롤러(25)의 측벽을 통해 감광드럼으로 누출되는 토너를 방지할 수 없다. 이는 현상롤러(25)와 감광드럼과 일정한 닙을 가지고 압접되어 있는 경우에 더욱 두드러지게 된다.

셋째, 현상롤러(25) 및 레큘레이팅 롤러(26)의 화상영역(a) 및 비화상영역(b) 경계면의 절연층(25b,26b)은 토너의 거동을 조절할 수 없다.

토너가 3∼15μ정도의 크기임을 감안하면 이 경계면에서 지속적으로 발생되는 조절 불가한 토너는 결국 감광드럼를 오염시키게 된다.

도 8은 Fukumoto의 일본특허 No. 04-085571호로서, 도 8에서는 현상롤러(30)의 실링을 위해 클로로프렌 러버(Chloroprene Rubber) 혹은 실리콘 러버(Silicon Rubber)(29a)에 핫 멜트(hot melt) 혹은 양면 테이프(29C,29d)로 PTFE(Polytetra fluoroethylene resin) 층(29b)을 접착하여 클롤로프렌 혹은 실리콘 러버의 탄성과 PTFE의 저마찰 특성을 이용하여 안정적인 실링(Sealing)구조를 얻고자하였다.

그러나 상기한 Fukumoto의 특허는 현상롤러(30)상에 토너보다는 훨씬 큰 사이즈의 캐리어가 있고 토너는 캐리어에 의해서 마찰대전되고 캐리어에 붙어 이송되는 이성분(two cenponert) 혹은 1.5성분 현상법에서만 유효하다.

일성분 비자성 토너의 경우는 캐리어(통상 지름 3μ이상)는 사용치 않으며 토너의 경우 크기가 지금 3∼15μ으로 PTFE와 같은 저마찰 재질과 현상롤러 사이의 접촉으로는 실재(이 경우 PTFE)와 현상롤러 사이에 토너의 침투를 방지할 수 없다는 것은 실험적으로 확신할 수 있는 자명한 사실이다. 실제 상용화된 제품에도 찾아볼 수 없다. 더구나 형상이 구형인 중합 토너의 경우 상기한 PTFE 실재로 누출을 방지한다는 것은 더더욱 어렵다 하겠다.

또한 Fukumoto의 특허는 일단 PTFE(29b)와 현상롤러(30) 사이로 침투한 토너는 +대전되기 쉽다. 즉 상기 토너는 스티렌(Styrene)이 주성분이며, 대전서열상(Triboelectric charge service) PTFE는 나이론(NYLON), 폴리우레탄(Polyurethane), EPDM(Ethylene Propylene Diene-Methylene), NBR(Nitril Budadiene Rubber) 등에 비해 토너를 쉽게 +대전 시킨다. -토너를 이용하는 통상의 현상법 (상용화된 LBP, LED 프린터)을 사용하는 경우는 원치않는 역대전(이 경우는 통상의 제로 혹은 +전하(charge)를 띤) 토너의 지속적인 발생 구역이 현상롤러(30) 상에 존재하게 된다. 이는 감광드럼(31)의 비화상 영역부 극성(-)과 상반되기 때문에 쉽게 감광드럼(31)으로 이동하고 지속될 경우 띠 형태로 감광드럼을 오염시키게 된다. 또한 토너의 침투를 방지하기 위해 실의 압력을 과다하게 가하는 경우에는 PTFE(29b)와 마찰되는 현상롤러(30)의 양단부인 탄성제를 깎아내게 되고 이는 실링 불가로 나타난다.

또 다른 일본 특허인 Umezawa의 일본특허 번호 03-102369에서는 도 9와 같이 감광드럼(31)과 양단이 테이프 가공된 현상롤러(32)사이에 띠 형태의 실재(33)를 끼워 사용하고 있다. 그러나 이는 감광드럼(31)와 현상롤러(32) 사이의 실링 방안의 하나일뿐 현상롤러(32), 공급롤러(34), 규제 블레이드(35)로 이루어진 현상실로 부터의 원치않는 토너의 누출을 방지하기 위해서는 별도의 실링 방안이 필요하다. 이를 종래의 기술로 해결하고자 할 경우에는 앞에서 설명한 Tanaka, Kasai, Fukumoto의 특허의 문제점으로 환원하게 된다.

일성분 비자성 토너에 의한 현상법을 이용한 화상 형성장치에 있어서 현상실내의 토너의 누출을 방지하기 위한 상기한 종래 기술을 문제점을 해소하고자 하는 본 발명은 목적은 현상롤러에 측벽 및 원주 실을 구비함으로써 현상실로부터 유출되려는 토너에 대한 이중의 차단벽을 설치하고자 할 때 이에 사용될 수 있는 현상롤러를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 마이크로 파인 토너(지름 3∼15μ)는 실의 압력만으로는 실과 현상롤러 사이로 침투하는 것을 방지할 수 없다는 사실로부터 실이 현상롤러에 압력을 가하여 토너의 침투를 최대한 방지하지만 이를 이기고 실과 현상롤러 사이에 침투한 토너를 원하는 극성으로 (-토너를 이용하는 경우에는 -, +토너를 이용하는 경우에는 +) 대전시킬 수 있는 현상롤러를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 현상롤러의 원주 및 측벽 실과의 마찰 부위 비화상 영역에 내마모성이 우수한 재질을 제공함으로써 현상롤러의 회전에 따른 실재와의 마찰에 의한 마모가 일어나지 않는 현상롤러를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 화상영역과 비화상 영역으로 대별되는 상이한 재질의 경계면을 통전가능케함으로써 현상롤러의 전영역에 걸쳐 전기적으로 조절 불가능 영역이 존재치 않도록함으로써 전기적 통제 불가능 영역에서 발생되는 원치 않는 토너의 감광드럼으로 유출에 따른 화상 오염을 예방할 수 있는 현상롤러를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 현상롤러의 상업적 대량 생산이 가능케하는 제조할 수 있는 현상롤러를 제공함에 있다.

도 1은 전자사진 프로세스의 화상형성장치의 구성을 나타낸 개략도.

도 2는 종래의 현상롤러가 설치된 평면 및 측면도,

도 3은 종래의 현상롤러와 공급롤러가 설치된 구성도,

도 4는 종래 다른 실시예의 현상롤러에 규제블레이드가 설치된 상태도,

도 5는 종래의 현상롤러에 토너누출 가능 틈새가 형성된 구성도,

도 6는 종래 또다른 실시예의 현상롤러와 공급롤러가 설치된 구성도,

도 7는 종래의 일반적인 토너의 갯수와 전하량의 분포도,

도 8은 종래 또다른 실시예의 감광드럼과 현상롤러의 구성도,

도 9는 종래 또다른 실시예의 현상롤러와 공급롤러가 설치된 구성도,

도 10은 본 발명의 화상형성장치에서 현상롤러의 구성도,

도 11은 본 발명의 현상롤러가 설치된 측면도,

도 12는 본 발명의 현상롤러를 제작하기 위한 금형 개략도,

도 13은 본 발명의 다른 실시예의 현상롤러 구성도,

이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명되어 질 것이다. 도 10은 는 본 발명의 화상형성장치에서 감광드럼과 현상롤러가 설치된 단면구성도이며, 도 11은 본 발명은 화상형성장치에서 감광드럼과 현상롤러가 설치된 측면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명하면 하기와 같다.

-대전된 토너를 이용하는 현상법을 기준으로 본 발명을 설명하면 토너는 -대전되며 감광드럼의 잠상은 상대적으로 +이며, 상기 감광드럼의 비화상부는 -전위를 가진다.

도 10과 도 11에 도시한 바와 같이 본 발명은 주위에 전사롤러와, 클리닝 혹은 클리닝 보조 수단을 갖춘 감광드럼(1)과, 상기 감광드럼(1) 주변의 전사와 노광 수단사이에 위치하면서 공급롤러(3)와 접촉하는 부분에서의 상대운동으로 토너를 마찰대전시키고 마찰대전된 토너는 현상영역으로 이송시켜 감광드럼(1)에 형성된 잠상에 부착시킴으로써 토너의 화상을 만드는 현상롤러(2)와, 상기 현상영역과 공급롤러(3) 사이에 위치하고 현상롤러(2)와 접촉하면서 현상롤러(3)상의 토너층을 얇은 층으로 일정하게 규제하는 규제 블레이드(5)와, 상기 현상롤러(2)와 접촉하면서 현상롤러와 상대운동함으로써 접촉 닙속에 들어온 토너를 마찰대전시키는 공급롤러(3)와, 토너 저장부의 토너를 공급롤러(3)까지 반송시키는 반송수단을 구비한 전자사진 프로세스를 이용한 화상 형성장치이다.

상기 화상형성장치에서 현상롤러(2)는 화상영역에 해당하는 본체부(2a)와 비화상영역에 해당하는 양단부(2b)와 구동력의 전달 및 강도를 유지하는 샤프트부(2d) 및 본체부와 양단부를 접합하는 접합부(2c)로 구성되어 있다.

상기 현상롤러(2)의 본체부(2a)와 양단부(2b)를 접합하는 접합부(2c)는 외측으로 경사진 테이퍼(Taper)형상으로 형성된 것이다. 상기 테이퍼 형상인 접합부(2c)에 끼워져 고정되는 양단부(2b)는 내부가 테이퍼 형상으로 이루어진 것이다.

화상형성장치의 현상실 내의 토너 실링은 압력이 과다하면 현상롤러(2)가 마모가 된다. 토너 실링의 압력이 적으면 지름 3∼15μ크기의 일성분 비자성 토너는 쉽게 침투하기 때문에 현상롤러(2)의 실링에 대응하는 면이 허용하는 한 실 압력은 높게 유지하고 압력이 높음에도 불구하고 현상롤러(2)와 실재 사이에 도 10의 A 및 B와 같이 침투하는 양을 줄이기 위해 공급롤러(3)의 양측에 원주 실(20a)을 설치하여 일차 침투하는 토너의 양을 줄인다. 상기 현상롤러(2)와 공급롤러(3)의 측벽에 측벽 실(20b)을 설치하여 일차 원주 실(20a)을 통과한 토너를 2차로 실링한다. 그러나 원주 실(20a)에 실의 압력을 이기고 침투한 도 11의 A 토너는 B'경로를 통해 감광드럼(1)으로 전달될 수 있기 때문에 이를 -대전시켜 현상롤러(2)의 폭과 동일한 폭을 가진 규제 블레이드(5)를 거쳐 B'경로로 이동되게 함으로써 비화상역에서 -전위를 가진 감광드럼(1)이 전기적으로 이를 흡인치 못하게 한다.

상기 실부재의 현상롤러(2) 사이에 침투한 토너를 -대전시키고 비교적 높은 실링 압력을 유지하기 위해서는 실부재에 대응되는 현상롤러(2)의 비화상 영역부(2b)가 마찰 대전 서열상 스티렌이 주성분인 토너보다 +서열이 높거나 (토너와 마찰시 자신은 +, 토너는 -로 대전시킴) 최소한 극단적으로 낮지 않으며 비교적 높은 내마모성이 요구되는 바 토너를 -대전시켜 사용하는 현상법에서는 도전성 EPDM(Ethylene Propylene Diene-Methylene), 도전성 폴리아미드(Polyamide. NYLON), 도전성 폴리우레탄(polyurethane), 도전성 NBR(Nitril Budadiene Rubber)를 사용한다. 또한 상기한 EPDM, 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethane)이라도 내마모성은 경도에 따라 상당한 차이를 보이기 때문에 내마모성을 높은 수준에서 유지하기 위해서는 ASKEA A 경도 45도 이상을 사용한다.

따라서 현상롤러(2)의 측벽 실(20b)에 침투한 토너도 상기 재질로써 최대한 -대전시킴으로써 소량 침투한 토너가 B경로를 거쳐 -대전된 감광드럼의 비화상 영역으로 흡인되지 않도록 한다.

상기 현상롤러(2)의 본체부(2a)는 토너의 외첨조건, 사용 환경등에 따라 도전성이 부여된 NBR, 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리아미드(Polyamide), 실리콘(silicon)등으로 구성한다. 상기 현상롤러(2)의 도전성 본체부(2a)와 도전성 양단부(2b)를 견고히 접착키 위해 프리머(Primer: A4040 Tradewark)를 도전성 양단부(2b)의 본체부(2a)와의 접합부(2c)에 도포한후 본체부(2a)를 성형함으로써 샤프트부(2d)에 공급된 현상롤러의 바이어스(도시하지 않음)가 양단부까지 원활히 공급되어 표면에 발생하는 전기장에 의해 -대전된 토너를 컨트롤할 수 있도록 한다.

상기와 같은 현상롤러(2)는 상용 제작함에 있어 프레스 몰딩(Press molding) 금형을 나타낸 것이 도 12이다. 즉 원통 형태의 내부가 테이퍼진 양단부(2b)를 별도의 금형에서 성형 혹은 압출후 컷팅하는 방식으로 제작한 후 이를 도 12와 같은 형태의 현상롤러 성형 금형의 칼라(collar)(34)의 내측에 끼운후 샤프트(2d)와 칼라(34)를 하부코어(core)(36)에 설치한 후 프레스 몰딩(press molding)의 경우 본체부(2a) 재료를 넣은 후 상부코어(35)를 닫은 후 압력과 열을 가하여 성형하거나, 재료를 넣지 않고 상부코어(35)를 닫은 후 빈공간에 본체부(2a) 재료를 주입하는 인젝션 몰딩(injection molding) 방법 등 전통적인 롤러 제작방법을 사용할 수 있다.

그러나 현상롤러(2)의 성형시 불량이 다발하는 바 (본체부의 성형 압력이 양단부와 칼라사이에 본체부 재료를 침투시킴) 이를 해결하고자 발명한 형태가 도 12와 같이 양단부(2b)의 내경이 ø1〉ø2의 형태를 이루게 한다.

상기한 바와 같이 성형된 현상롤러는 가류, 연마, 컷팅공정을 거쳐 현상롤러로 완성되며 도 12의 B는 연마, A는 컷팅 라인을 가리킨다.

도 13은 본 발명에 따른 현상롤러의 또다른 실시예의 구성을 나타낸 것이다.도 13와 같이 현상롤러(2)는 구동력의 전달 및 강도를 유지하는 샤프트부(2d)와, 상기 샤프트부(2d)에 화상영역에 해당하는 본체부(2a)를 이루며, 상기 본체부(2a)의 양측에 비화상 영역에 해당하는 양단부(2b)를 본체부(2a)와 접합하는 접합부(2c)로 구성되어 있다. 상기 양단부(2b)의 전체를 본체부(2a)와는 다른 재질로 구성한 것이 특징이며 기타 재질적인 특성은 상기 설명한 바와 동일하다.

상기 현상롤러(2)는 구동력의 전당 및 강도를 유지하는 샤프트부(2d)에 토너 화상영역에 해당하는 롤러의 본체부(2a) 측벽과 샤프트부(2d)에 비화상 영역에 해당하는 원통형태의 양단부(2b)를 서로 접합하는 접합부(2c)로 이루어지며, 상기 공급롤러의 양측에는 토너가 비화상영역으로 유출되는 것을 방지 하기 위한 원주 실과, 상기 원주 실이 설치된 공급롤러와 현상롤러의 측벽에는 토너가 외측으로 유출되는 것을 방지하는 측벽 실을 설치하는 것이다.

상기한 현상롤러(2)의 구성을 +대전시킨 토너를 사용하는 현상법에 대해 적용하면 구성은 동일하며 다만 이 경우 양단부(2b)는 PTFE에 카본등의 도전성 재료를 주입한 도전성 PTFE를 사용함으로써 실에 침투한 토너가 현상롤러와 마찰될 때 토너가 +대전되게 하며 PTFE는 우수한 내마모성을 가지고 있음에 따라 충분한 실 압력을 가할 수 있다.

상기한 구성에 따른 본 발명에서 현상실내의 토너는 현상롤러(2)와 공급롤러(3)가 이루는 닙에서 마찰대전되고 전하를 띤 토너는 현상롤러에 부착되어 두꺼운 토너층을 이룬 상태로 현상롤러(2)가 회전함에 따라 규제 블레이드(5)가 위치한 곳으로 이동한다.

그러나 도 3에 나타낸 바와 같이 규제 블레이드(5)를 통과하면서 현상롤러(2)상의 두꺼운 토너층을 얇은 토너층으로 깎이고 이렇게 규제된 토너층이 현상롤러의 회전에 따라 현상롤러와 감광드럼이 압접하면서 이루는 현상 닙(NIP)으로 이동하여 감광드럼상의 토너 상을 만든다.

여기서 규제 블레이드(5)는 압력, 형성, 조도등의 복잡한 매계변수(Parameter)의 조합으로 토너의 층을 얇게 규제하며 이때 블레이드에 규제되어 현상실로 되돌아온 토너는 격렬한 운동을 하게 되며 현상실의 압력을 상승시키게 된다.

상기한 압력에 의해 현상실내의 토너는 현상실 바깥으로 빠져나가려는 힘을 얻게 된다. 이때 현상실내의 토너가 빠져나가려는 가장 주된 경로는 도 10의 A경로이다. 본 발명은 상기한 A경로를 차단하기 위해 1차 실링 벽으로서 폴리우레탄 폼(polyurethan foam)으로 만든 원주 실(20a)를 설치한다. 상기 폴리우레탄 폼(Polyurethan foam)의 취부시의 압축량을 조절함으로써 현상롤러(2)의 비화상부가 마모되지 않는 한도내에서 최대한의 압력을 가하였다. 그러나 토너는 유동성이 극히 우수한 분체로서 탄성체인 현상롤러의 양단부(2b)가 마모되지 않을 정도의 실링 압력으로 지름 3∼15μ 크기의 토너를 완전히 실링할 수도 없다.

본 발명자가 현상롤러(2)의 양단부(2b)를 ASKER A 경도 45도의 EPDM으로 만들고 실재로 밀폐 셀(Close cell)형 폴리우레탄 폼(Polyurethan foam)을 사용하여 EPDM이 마모되지 않는 한 최대의 압력을 가하여 도 10과 같은 방법으로 실링하였을 때 지름 8μ의 일성분 비자성 구형 중합 토너는 양단부에서(B'영역) 0.01∼0.05 g/㎠의 토너층을 가지고 현상부로 이동함을 알 수 있었다. 도전성 폴리우레탄(polyurethane), 도전성 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 도전성 폴리아미드(polyamide)등도 유사한 실링 성능을 보였다.

따라서 미량이지만 원주 실과 현상롤러 사이를 침투한 토너의 유출을 방지하는 2차 실이 필요하며 본 발명에서 이 역할을 하는 것이 측벽 실(20b)이다. 또한 현상실에서 원주 실(20a)과 현상롤러(2) 사이 A구간에 침투한 토너는 상기와 같이 측벽 실(20b)로 유출을 방지함과 동시에 화상영역부와 동일한 극성의 전하를 띠게 함으로써 B' 및 B 경로를 통해 감광드럼(1)으로 이동하는 것을 전기적으로 방지하는 것이 필요하다.

본 발명자가 상기한 도전성 EPDM, 도전성 폴리우레탄(polyurethane), 도전성 폴리아미드(polyemide), 도전성 NBR으로써 양단부(2b)를 만들고 폴리우레탄 폼(Polyurethane foam)으로 만들어진 원주 실(20a)를 사용하여 마모되지 않을 최대 압력을 가한 결과 지름 8μ의 일성분 비자성 구형 중합 토너에 -전하를 띠게하는 현상법의 경우 상기한 0.01∼0.05g/㎠의 토너층이 B' 패스를 통해 현상영역으로 이동되나 감광드럼(비화상 영역으로써 -전위를 가짐)과는 전기적으로 반발되어 이동치 않음에 따라 감광드럼는 깨끗한 상태로 유지할 수 있었다.

그러나 PTFE로써 동일한 실험을 반복 했을때도 B'경로에 유출되는 양은 유사하였지만 감광드럼의 비화상 영역이 백그라운드로 오염되고 그 정도가 인쇄를 지속함에 따라 점차 증가함을 알 수 있었다.

즉 PTFE로 현상롤러의 양단부를 형성시켰을 때는 감광드럼과의 전기적 반발력이 충분치 못하여 토너의 감광드럼로의 이동은 충분히 방지하지 못했음을 알 수 있으며 이는 스티렌(Styrene)이 주성분인 토너가 마찰대전 서열상 상기한 여타 재질(EPDM, plyamide, polyurethan, NBR)보다 자신이 -가 되는 성질이 극히 강한 PTFE와 마찰되었을 때 토너는 +로 대전되고 현상롤러의 양단부가 -대전 (샤프트를 통해 기계의 그라운드로 빠져나감)되기 쉽기 때문인 것으로 해석할 수 있다.

따라서 PTFE는 토너를 +대전시켜 사용하는 현상법에서의 현상롤러 양단 실로써 사용될 수 있다.

본 발명에 따라 구성한 현상롤러는 상기한 바와 같이 B' 방향의 토너를 전기적으로 제어가능케하고 측벽 실은 원주 실을 통과한 미량의 토너의 유출을 현상롤러 측벽에 압력을 가함으로써 추가로 방지하고 여기에 침투하는 토너를 전기적으로 화상부와 동일한 전하를 띠게함으로써 감광드럼에 부착되지 못하도록 하며, 원주 실 및 측벽 실로써 감광드럼의 오염을 완벽히 방지할 수 있다.

상기와 같이 토너크기가 지금 3∼15μ인 일성분 비자성 토너를 현상실로부터 원치 않는 곳(비화상 영역, 용지 영역 밖의 기내)으로 유출을 방지하고자 함에 있다. 실부재가 기계적으로 토너의 누출을 완전히 차단하고자 하는 대신 탄성체로 이루어진 현상롤러(2)의 내마모 및 실부재의 영구 압축 변형이 일어나지 않는한 최대의 압력을 가한다. 이때 대부분의 토너는 기계적으로 차단하지만 이를 이기고 침투하는 미량의 토너를 화상영역과 동일한 극성의 전하로 마찰 대전시킴으로써 전기적으로 감광드럼으로 이동하지 못하게 한다, 따라서 궁극적으로 인쇄된 기록용지의 양단 오염 및 화상형성장치 기내의 토너오염을 완벽히 방지한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면 화상형성장치에서 원주 실이 일차적으로 토너의 누출을 차단할 수 있도록하기 위해서는 원주 실의 압력을 가하는 현상롤러의 양단부는 상당한 내마모성 및 토너와의 마찰시 토너의 극성을 화상부의 토너와 동일한 상태로 대전시킬 수 있어야 한다. 따라서 토너를 -대전시켜 토너 상을 만드는 현상법에서는 EPDM, NBR, 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리아미드(Polyamide) 등이 양단부의 재질로 적합하며 동시에 실부재와의 마찰시 마모되지 않아야 하므로 상기한 재질이 ASKER 경도 45도 이상이 필요하게 된다. 또한 동일한 사유로 토너를 +대전시켜 토너상을 얻는 현상법에서도 마찰시 토너를 +대전시키는 성능이 우수한 PTFE를 양단부의 재질로 할 때 PTFE의 우수한 내마모성이 발휘되어 기계적 전기적으로 토너를 완벽히 실링할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (14)

1. 주위에 전사롤러 클리닝 보조 수단을 갖춘 감광드럼과, 상기 감광드럼 주변의 전사 수단과 노광 수단사이에 위치하면서 공급롤러와 접촉하는 부분에서의 상대운동으로 토너를 마찰대전시키고 마찰대전된 토너를 현상 영역으로 이송시켜 감광드럼의 형성된 잠상에 부착시킴으로써 토너 상을 만드는 현상롤러와, 현상영역과 공급롤러 사이에 위치하고 현상롤러와 접촉하면서 현상롤러상의 토너층을 얇은 층으로 일정하게 규제하는 규제 블레이드와, 상기 현상롤러와 접촉하여 상대운동함으로써 접촉 닙속에 들어온 토너를 마찰대전시키는 공급롤러와, 토너 저장부의 토너를 공급롤러까지 반송시키는 에지데이터를 구비한 전자사진 프로세스를 이용한 화상형성장치에 있어서,

   상기 현상롤러는, 토너 화상영역에 해당하는 본체부와;

   상기 본체부의 양단에 형성하여 구동력의 전달 및 강도를 유지하는 샤프트부;

   비화상 영역에 해당하며 상기 본체부의 양단에 위치하며 원통 형태로 내부가 테이퍼진 형상으로 이루어진 양단부; 및

   상기 본체부와 양단부를 접합하며 외측으로 경사진 테이퍼 형상으로 형성된 접합부로 구성된 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
2. 제1항에 있어서, 상기 토너는 지름이 3∼15㎛인 분쇄형 혹은 중합형의 일성분 비자성 현상용 토너를 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
3. 제1항에 있어서, 상기 현상롤러는 화상영역부인 본체부와 비화상 영역부인 양단부가 서로 다른 재질로 구성되며 두 재질 사이는 프리머(primer)를 이용하여 견고히 결합함을 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
4. 제3항에 있어서, 상기 현상롤러의 비화상부인 양단부의 재질은 도전성 EPDM으로 ASKER A경도가 45도이상으로 내마모성을 높인 상태로 -대전된 토너로써 토너 상을 형성하는 현상법에 사용함을 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
5. 제3항에 있어서, 상기 현상롤러의 비화상부인 양단부의 재질은 도전성 NBR로 ASKER A경도가 45도이상으로 내마모성을 높인 상태로 -대전된 토너로써 토너 상을 형성하는 현상법에 사용함을 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
6. 제3항에 있어서, 상기 현상롤러의 비화상부인 양단부의 재질은 도전성 폴리아미드 또는 도전성 나이론으로 ASKER A경도가 45도이상으로 내마모성을 높인 상태로 -대전된 토너로써 토너 상을 형성하는 현상법에 사용함을 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
7. 제3항에 있어서, 상기 현상롤러의 비화상부인 양단부의 재질은 도전성 폴리우레탄 ASKER A경도가 45도이상으로 내마모성을 높인 상태로 -대전된 토너로써 토너 상을 형성하는 현상법에 사용함을 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
8. 제3항에 있어서, 상기 현상롤러의 비화상부 재질은 도전성 PTFE로 +대전된 토너로써 토너 상을 형성하는 현상법에 사용함을 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
9. 주위에 전사롤러 클리닝 보조 수단을 갖춘 감광드럼과, 상기 감광드럼 주변의 전사와 노광 수단사이에 위치하면서 공급롤러와 접촉하는 부분에서의 상대운동으로 토너를 마찰대전시키고 마찰대전된 토너는 현상 영역으로 이송시켜 감광드럼의 형성된 잠상에 부착시킴으로써 토너 상을 만드는 현상롤러와, 현상영역과 공급롤러 사이에 위치하고 현상롤러와 접촉하면서 현상롤러상의 토너층을 얇은 층으로 일정하게 규제하는 규제 블레이드와, 상기 현상롤러와 접촉하면서 현상롤러와 상대운동함으로써 접촉 닙속에 들어온 토너를 마찰대전시키는 공급롤러와, 토너 저장부의 토너를 공급롤러까지 반송시키는 에지데이터을 구비한 전자사진 프로세스를 이용한 화상형성장치에 있어서,

   상기 현상롤러는, 토너 화상영역에 해당하는 본체부와;

   상기 본체부의 양단에 형성하여 구동력의 전달 및 강도를 유지하는 샤프트부;

   비화상 영역에 해당하며 상기 본체부의 양단에 위치하며 원통 형태로 내부가 테이퍼진 형상으로 이루어진 양단부;

   상기 본체부와 양단부를 접합하며 외측으로 경사진 테이퍼 형상으로 형성된 접합부;

   상기 공급롤러의 양측에는 토너가 비화상영역으로 유출되는 것을 방지하기 위한 원주 실; 및

   상기 원주 실이 설치된 공급롤러와 현상롤러의 측벽에는 토너가 외측으로 유출되는 것을 방지하는 측벽 실을 포함함을 특징으로 하는 하는 화상형성장치의 현상롤러.
10. 제9항에 있어서, 상기 토너는 지름이 3∼15㎛인 분쇄형 혹은 중합형의 일성분 비자성 현상용 토너를 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
11. 제9항에 있어서, 상기 현상롤러는 화상영역부인 본체부와 비화상 영역부인 양단부가 서로 다른 재질로 구성되며 두 재질 사이는 프리머(primer)를 이용하여 견고히 결합함을 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
12. 제11항에 있어서, 상기 현상롤러의 비화상부인 양단부의 재질은 내마모성이 높은 도전성 EPDM 또는 도전성 NBR을 사용함을 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
13. 제11항에 있어서, 상기 현상롤러의 비화상부인 양단부의 재질은 내마모성이 높은 도전성 폴리아미드 또는 도전성 폴리우레탄을 사용함을 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.
14. 제12항에 있어서, 상기 양단부의 재질은 -대전의 토너로써 토너 상을 형성하는 비화상영역으로 ASKER A경도가 45도이상으로 제작하여 내마모성을 높인 상태로 설치됨을 특징으로 하는 화상형성장치의 현상롤러.

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