KR100315323B1

KR100315323B1 - 브러시형 대전기

Info

Publication number: KR100315323B1
Application number: KR1019990013601A
Authority: KR
Inventors: 가와까미도모유끼
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛본 덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2001-11-28
Also published as: KR19990083267A; JPH11295966A; US6067426A

Abstract

직류 전압에 교류 전압을 중첩시킬 때에 발생하는 잡음을 감소시킬 수 있고, 또한 모아레(moire) 화상 및 농도 불균일 등의 화상 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있는 브러시형 대전기가 제공된다.

도전성 부재로 이루어진 브러시용 샤프트(1A)와, 브러시용 샤프트(1A)의 주위에 외부를 향하여 방사상으로 구비되고, 또한 전체적으로 롤러 형상으로 형성된 도전성 부재로 이루어진 브러시 형상 대전 부재(1B)를 구비하고, 브러시 형상 대전 부재(1B)의 외주를 감광체(3)에 접촉시키고 교류 전압이 중첩된 소정의 직류 전압을 브러시 형상 대전 부재(1B)에 인가함으로써 감광체(3)를 대전시키도록 구성된 브러시형 대전기에 있어서, 브러시 형상 대전 부재(1B)가 브러시용 샤프트(1A) 주위에 나선형으로 구비된 것이 특징이다.

Description

브러시형 대전기{BRUSH TYPE CHARGER}

본 발명은 브러시형 대전기에 관한 것으로서, 특히 전자 사진 프로세스를 이용한 프린터나 팩시밀리 또는 복사기 등의 화상 형성 장치에 구비되어 사용되는 브러시형 대전기에 관한 것이다.

종래에는, 이런 종류의 전자 사진 프로세스에 이용되는 프로세스 카트리지에서는, 정전 잠상(electrostatic latent image)의 형성에 앞서서 피대전체를 대전시키는 대전기로서 코로나 방전을 이용한 비접촉식 코로나 대전기가 이용되어 왔다.

이 코로나 대전기는 피대전체를 균일하게 대전시키는 수단으로서는 유효하지만, 동시에 코로나 방전에 의해 오존의 발생을 유발하는 문제가 있다.

이 비접촉식 코로나 대전기와 대비하여 접촉식 대전기는 오존의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 근년에는 이 접촉식 대전기가 여러 장치에서 실용화되었다.

접촉식 대전기 중에서, 브러시형 대전기에 직류 전압이 인가된 경우, 화상 상에 브러시에 의한 브러시 자국 형상의 농도 불균일이 생긴다. 이 브러시 자국 형상의 농도 불균일은 인가 전압으로서 직류 전압에 교류 성분을 중첩시킴으로써 회피될 수 있고, 동시에 어떠한 환경 변동에도 영향을 받지 않는 안정된 대전이 가능하게 된다.

예를 들면, 일본 공개 특허 소60-220587호 공보 및 평7-98534호 공보에 개시된 기술 내용에 따르면, 직류 전압에 고주파의 교류 전압이 중첩된 전압을 브러시 대전 장치에 인가함으로써 균일한 대전이 수행된다는 것이 개시되어 있다.

그러나, 일본 공개 특허 소60-220587호 공보에 개시된 기술에서는, 500 Hz가 넘는 고주파의 교류 성분이 중첩되기 때문에 잡음이 발생한다.

또한, 일본 공개 특허 평7-98534호에 개시된 기술은 비회전형 브러시 대전 장치에 적용 가능한 예이며, 따라서 장기간에 걸쳐서 우수한 화상을 유지하는 것은 곤란하고, 잡음 문제도 미해결인 채로 남아 있다.

또한, 또 다른 공지의 예로서, 일본 공개 특허 평8-137187호 공보가 있다. 일본 공개 특허 평8-137187호 공보에 개시된 기술에서는, 회전형 브러시 대전 장치에 인가되는 교류 전압의 주파수가 프로세스 속도와 브러시 파일 피치간의 관계에 의해 표현된다. 회전형 브러시 대전 장치는 장기간에 걸쳐서 우수한 화상을 유지할 수 있다고 하는 장점이 있다.

한편, 상술한 종래의 접촉식 브러시형 대전기에서는, 모아레 형상의 화상(moire-shaped image)이 생기는 것을 방지하기 위하여 매우 높은 고주파의 교류 성분을 중첩시킬 필요가 있었다. 이 때문에, 고주파의 교류 성분이 중첩된 경우 브러시형 대전기의 브러시 부분과 감광체 사이에서 발생되는 진동에 의해 잡음이 유발되는 불편이 있었다.

따라서, 그런 잡음이 외부로 퍼지는 것을 방지하기 위하여, 감광체 내부나 장치 내부 또는 프로세스 카트리지 내부에 흡음재(sound-absorbent material)를 넣어야 하는 번거로움이 있었다.

모아레 형상의 화상의 발생에 대해서는, 상술한 공지의 예의 어디에서도 중첩 전압의 주파수 f와 피크-피크치간의 관계에 관하여 전혀 개시되어 있지 않다.

본 발명의 목적은 직류 전압에 교류 전압이 중첩된 경우의 잡음의 발생을 저감함과 동시에 모아레 화상 및 브러시 자국 형상의 농도 불균일 등의 화상 결함의 발생을 억제함으로써 장기간에 걸쳐서 우수한 화상을 유지할 수 있는 브러시형 대전기를 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 도전성 부재로 이루어진 브러시용 샤프트와, 상기 브러시용 샤프트의 주위에 외부를 향하여 방사상으로 구비되고, 또한 전체적으로 롤러 형상으로 형성된 도전성 부재로 이루어진 브러시 형상 대전 부재를 구비하고, 상기 브러시 형상 대전 부재의 외주를 감광체에 접촉시키고 교류 전압이 중첩된 소정의 직류 전압을 상기 브러시 형상 대전 부재에 인가함으로써 상기 감광체를 대전시키도록 구성된 브러시형 대전기에 있어서, 상기 브러시 형상 대전 부재가 상기 브러시용 샤프트 주위에 나선형으로 구비된 구성이 기본 구성으로 채용되고 있다.

이 때문에, 본 발명에 따르면, 교류 전압이 중첩된 소정의 직류 전압이 인가되고, 또한 나선형으로 감긴 브러시 형성 대전 부재의 작용에 의하여 브러시 형상 대전 부재의 선단부가 감광체의 전면에 대하여 거의 균일하게 접촉할 수 있다. 그러므로, 모아레 화상 및 농도 불균일 등의 화상 결함을 효과적으로 억제하고, 동시에 잡음의 발생을 효과적으로 저감하는 것이 가능하다.

이 경우, 상술한 브러시 형상 대전 부재에 인가되는 전압의 교류 성분의 주파수 f는 100 Hz ≤ f ＜ 300 Hz을 만족하도록 설정될 수 있다.

그러면, 모아레 화상 및 농도 불균일 등의 화상 결함이 확실히 억제될 수 있고, 잡음의 발생도 확실히 그리고 상당히 저감될 수 있다.

또한, 상술한 교류 성분의 피크-피크치 Vpp와 브러시 형상 대전 부재에 인가되는 전압의 교류 성분의 주파수 f 간의 관계가 'Vpp ≥ 1200 - 2f'를 만족하도록 설정되면, 모아레 화상 및 농도 불균일 등의 화상 결함이 거의 100% 확실히 억제될 수 있고, 잡음의 발생도 흡음재가 없이 실용상 문제가 없을 정도로 확실히 그리고 상당히 저감될 수 있고, 장시간에 걸쳐서 이러한 상태가 유지될 수 있어서, 전체 장치에 대한 신뢰성을 상당히 향상시킬 수 있다.

더욱이, 중첩 전압의 교류 성분의 주파수 f를 가변되게 할 수도 있다. 상술한 브러시 형상 대전 부재에 대해서는, 섬유 사이즈가 6 데니어인 도전성 레이온 실(rayon yarn)로 형성될 수 있으며, 그 브러시 밀도는 120,000 F/inch²으로 설정될 수 있다. 여기서, 'F'는 섬유의 첨자이다. 또한, 브러시 형상 대전 부재는 그 선단부가 감광체에 대하여 1㎜ 정도 접촉하는 상태로 구비될 수 있다.

그러면, 장기간에 걸쳐서 우수한 화상이 유지될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예를 보여주는 종단면도.

도 2는 도 1에 개시된 브러시형 대전기와 감광체간의 관계를 보여주는 설명도.

도 3은 도 1에 개시된 브러시형 대전기의 브러시 형상 대전 부재에 인가되는 교류 성분의 파형 및 그 값의 예를 보여주는 설명도.

도 4의 (a) 내지 (h)는 각각 브러시형 대전기의 브러시 형상 대전 부재에 인가되는 교류 성분의 파형 예를 보여주는 설명도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 중첩 전압의 주파수 f와 피크-피크치 Vpp의 모아레 화상에 관한 상관표.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 중첩 전압의 주파수 f와 피크-피크치 Vpp의 잡음에 관한 상관표.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 f와 피크-피크치 Vpp에 따른 중첩 전압의 유효 범위를 보여주는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 브러시형 대전기

1A : 브러시용 샤프트

1B : 브러시 형상 대전 부재

3 : 감광체

K : 노광

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예를 설명하겠다.

도 1은 본 발명에 따른 전자 사진 카트리지를 보여주는 개략적인 종단면도이다. 도 1에 도시된 이 전자 사진 카트리지는 주위에 반도전성 섬유로 이루어진 브러시 형상 대전 부재가 구비된 기둥 모양의 브러시 형상 대전기(1)를 구비하고 있다.

이 브러시 형상 대전기(1)는, 직류 전압과 교류 전압의 중첩 전압을 인가하여, 정전 잠상 캐리어로서 종래 이용되고 있는 OPC 또는 Se계 등으로 이루어진 감광체(3)의 외주면을 균일하게 대전시켜서 감광체(3)의 표면상에 균일하게 초기 전위를 부여한다.

그 후, 상기 감광체(3) 상에, 레이저, LED 또는 액정 등의 광원(도시되지 않음)으로부터 화상 데이터에 인가되는 노광(K)이 그 외부면 상의 소정 점들에 수행되고, 그에 따라 정전 잠상이 형성된다.

한편, 토너(T)는 교반 부재(5)에 의하여 토너 호퍼(4)로부터 스폰지와 알루미늄 등의 도전성 또는 절연성 재료로 이루어지고 토너 호퍼(4)의 외부에 배치된 토너 공급 롤러(6)로 인도되고, 토너 공급 롤러(6)를 통하여 현상 영역의 최종 단계에 구비된 토너 캐리어(현상 롤러)(7)로 인도된다. 참조 부호 4A는 토너 호퍼(4)의 현상 측에 형성된 토너 송출용 개구부를 나타낸다.

토너 캐리어(7)는 실리콘 고무, 우레탄 고무, 니트릴 부틸렌 고무, 천연 고무 또는 스폰지로 표면 처리된 부재 등의 가요성 재료에 의하여 구성된다.

토너 캐리어(7)에 인도된 토너(T)는 스테인리스강, 인청동(phosphor bronze)또는 양은(nickel silver) 등의 금속으로 제조된 스프링 재료로 이루어진 복수 개의 박막 형성 부재(8A, 8B, 8C)에 의하여 균일한 박막으로 형성되고, 마찰에 의하여 대전된다. 토너 캐리어(7) 상에 대전된 박층의 토너(T)는 감광체(3)에 대향한 때에 전계에 의하여 감광체(3) 상의 정전 잠상에 부착하고, 그에 따라 현상이 수행된다.

다음으로, 감광체(3) 상의 토너 화상은 전사 수단(도시되지 않음)에 의하여 용지, OHP용 필름 또는 엽서 등의 기록 매체에 전사된다. 기록 매체에 전사된 토너 화상은 고착 수단(도시되지 않음)에 의하여 기록 매체 상에 고착되고, 그에 따라 기록 매체 상에 소정의 화상이 인쇄 출력된다. 참조 부호 10은 감광체(3)용 클리너를 나타낸다.

도 2는 도 1에 개시된 브러시 형상 대전기(1) 부분을 보여주는 확대 설명도이다.

이 브러시 형상 대전기(1)는, 상술한 바와 같이, 도전성 부재로 이루어진 브러시용 샤프트(1A), 및 이 브러시용 샤프트(1A)의 주위에 외부를 향하여 방사상으로 구비되고, 전체적으로 롤러 형상으로 형성된 도전성 부재로 이루어진 브러시 형상 대전 부재(1B)를 구비하고 있다. 이 브러시 형사 대전 부재(1B)는 브러시용 샤프트(1A)의 주위에 나선형으로 고정 구비되어 있다.

브러시 형상 대전 부재(1B)의 외주를 감광체(3)에 접촉시키고, 동시에 교류 전압이 중첩된 소정의 직류 전압을 상기 브러시 형상 대전 부재(1B)에 인가함으로써, 상기 감광체(3)를 대전시키도록 구성되어 있다.

브러시 형상 대전 부재(1B)는 섬유 사이즈가 6 데이너이고 브러시 밀도가 12,000 F/inch²인 도전성 레이온 실로 이루어지고, 브러시용 샤프트(1A)의 둘레에 나선형으로 빈틈없이 감겨서 유지되어 있다.

브러시용 샤프트(1A)는 도전성 스테인리스강으로 이루어지고, 외경이 6 ㎜이다. 본 실시예에서는, 브러시용 샤프트는 브러시 형상 대전 부재(1B)가 감광체(3)에 대하여 1 ㎜ 접촉하는 상태로 유지되고, 화살표의 방향으로 회전하도록 구성된다. 도 3은 본 실시예에서 인가되는 중첩 전압을 보여준다.

또한, 도 4에 도시된 것과 같은 교류 전압의 파형이 이용되는 경우에도, 유사한 작용 효과가 얻어질 수 있다. 이 경우에, 중첩 전압의 교류 성분의 주파수 f는 가변될 수 있다.

도 4의 (a)는 구형파(square wave) 형상의 교류 전압을 보여주고, 도 4의 (b)는 상승과 하강이 동일한 기울기인 삼각파 형상의 교류 전압을 보여주고, 도 4의 (c)는 상승측이 완만한 기울기를 가진 삼각파 형상의 교류 전압을 보여주고, 도 4의 (d)는 하강측이 완만한 기울기를 가진 삼각파 형상의 교류 전압을 보여준다.

또한, 도 4의 (e)는 정현파 형상의 교류 전압을 보여주고, 도 4의 (f)는 동일 레벨에서 주기가 상이한 복수 개의 정현파 형상들이 혼합된 교류 전압을 보여주고, 도 4의 (g)는 변화의 최후가 둔한 상태의 구형파 형상의 교류 전압을 보여주고, 도 4의 (f)는 변화의 최초가 둔한 상태의 구형파 형상의 교류 전압을 보여준다.

상술한 실시예에서는, 유용성을 확인하기 위하여, 각종의 실험들이 시행되었다. 이하, 이들에 대해 설명하겠다.

주파수 f = 0 ∼ 400 Hz의 주파수를 가진 교류 성분을 오프셋 값 Vdc = '-700' ∼ '-900' V의 직류 전압에 중첩한 후의 전압을 브러시용 샤프트(1A)에 인가하고, 교류 성분의 피크-피크치 Vpp를 변화시키고, 해상도 600 dpi, 프로세스 속도 90 ㎜/s의 프린터로서 도트 화상을 인쇄하여, 주관적으로 인쇄 품질을 평가하였다. 그 결과가 도 5에 도시되어 있다.

도 5에서 분명히 알 수 있듯이, f ≥ 100 Hz이고 오프셋 전압 Vdc = '-700' ∼ '-900' V가 만족되었을 때 전체 영역에 걸쳐서, 모아레 화상 및 농도 불균일 피치가 절반으로 감소된 것을 확인할 수 있었다. 동시에, 교류 전압의 주파수가 높을수록, 또한 교류 성분의 피크-피크치 Vpp가 클수록, 모아레 화상 및 농도 불균일 피치가 무한히 0에 근접하는 것(완전히 소거되는 것)을 확인할 수 있었다.

또한, 이 때에 확인된 교류 전압 중첩에 의한 잡음의 발생에 대하여 주관적으로 평가하였다. 그 결과가 도 6에 도시되어 있다.

도 6에서 분명히 알 수 있듯이, f = 300 Hz의 영역에서는, 교류 성분의 피크-피크치가 1000 V를 초과하였을 때 잡음이 커지는 결과를 얻을 수 있었다. 이 경우에, Vpp가 900 V 이하였을 때는 잡음의 정도가 안전하게 사용할 수 있는 정도라는 것도 동시에 확인할 수 있었다.

도 7은 도 5 및 도 6의 상기 결과들을 요약하고 있다.

이들 결과에 기초하여, 인가되는 중첩 전압의 주파수 f 및 피크-피크치 Vpp에 대하여, 잡음 발생의 점에서는 'f ＜ 300 Hz'의 영역에서, 모아레 화상 발생의 점에서는 'f ≥ 100 Hz' 및 'Vpp ≥ 1200 - 2f'의 영역에서 각각 우수한 결과를 얻을 수 있었다.

그 후, 오프셋 전압 Vdc = 930 V, 피크-피크치 Vpp = 900 V의 조건에서, 중첩 전압의 주파수를 280 Hz로 설정하고, 인쇄 사이클을 1매 인쇄 후에 정지하고, 재차 1매 인쇄 후의 정지를 반복하고, 인쇄 출력을 계속하였다.

그 결과, 적어도 12,000매가 인쇄되는 장기간에 걸쳐서 모아레 형상 대전 불균일이 없는 우수한 화상을 얻을 수 있었고, 잡음도 생기지 않았다.

본 발명에 따른 브러시형 대전기는 상술한 바와 같이 구성되어 기능하기 때문에, 그에 따르면, 브러시 형상 대전 부재가 브러시용 샤프트의 주위에 나선형으로 감겨 있으므로, 교류 전압이 중첩된 소정의 직류 전압이 인가되고, 또한 나선형으로 감긴 브러시 형성 대전 부재의 작용에 의하여 브러시 형상 대전 부재의 선단부가 감광체의 전면에 대하여 거의 균일하게 접촉할 수 있다. 그러므로, 모아레 화상 및 농도 불균일 등의 화상 결함을 효과적으로 억제하고, 동시에 잡음의 발생을 효과적으로 저감하는 것이 가능하다.

또한, 브러시 형상 대전 부재에 인가되는 전압의 교류 성분의 주파수 f는 100 Hz ≤ f ＜ 300 Hz을 만족하도록 설정되고, 그에 따라 모아레 화상 및 농도 불균일 등의 화상 결함이 확실히 억제될 수 있고, 잡음의 발생도 확실히 그리고 상당히 저감될 수 있다.

또한, 상술한 교류 성분의 피크-피크치 Vpp와 브러시 형상 대전 부재에 인가되는 전압의 교류 성분의 주파수 f 간의 관계가 「Vpp ≥ 1200 - 2f」를 만족하도록 설정되면, 모아레 화상 및 농도 불균일 등의 화상 결함이 거의 100% 확실히 억제될 수 있고, 잡음의 발생도 흡음재가 없이 실용상 문제가 없을 정도로 확실히 그리고 상당히 저감될 수 있고, 장시간에 걸쳐서 이러한 상태가 유지될 수 있어서, 전체 장치에 대한 신뢰성을 상당히 향상시킬 수 있다.

중첩 전압의 교류 성분의 주파수 f를 가변되게 하면, 그 범용성을 더욱 증진시킬 수 있다. 브러시 형상 대전 부재에 대해서는, 섬유 사이즈가 6 데니어인 도전성 레이온 실로 형성하고, 그 브러시 밀도를 120,000 F/inch²으로 설정할 경우, 모아레 화상 및 농도 불균일 등의 화상 결함을 거의 100% 확실하게 억제할 수 있고, 이 상태를 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있다. 또한, 브러시 형상 대전 부재를 그 선단부가 감광체에 대하여 1 ㎜ 정도 접촉하는 상태로 구비하면, 보다 장기간에 걸쳐서 우수한 화상을 유지할 수 있고, 교류 성분을 중첩시키는 때에 발생하는 잡음도 아무런 문제가 없을 정도로 감소시킬 수 있으므로, 감광체 내부나 장치 내부 또는 프로세스 카트리지 내부에 흡음재를 부가할 필요가 없는 종래에는 얻을 수 없었던 우수한 브러시형 대전기를 제공할 수 있다.

본 발명은 그 사상 또는 필수적인 특징을 벗어나지 않고서 다른 양태로 실시될 수 있다. 그러므로, 본 실시예들은 모든 점에서 한정적인 것이 아닌 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술한 설명보다는 첨부된 특허청구범위에 의하여 규정되며, 따라서 해석상 특허청구범위의 의미 및 동등 범위 내에 드는 모든 변형들은 본 발명의 범위에 포함된다.

일본 특허 출원 평10-102975호(1998년 4월 14일 출원)의 명세서, 청구범위, 도면 및 요약서를 포함한 모든 개시 내용이 본 출원에 반영되어 있다.

Claims

도전성 부재로 이루어진 브러시용 샤프트(shaft for brush)와, 상기 브러시용 샤프트의 주위에 외부를 향하여 방사상으로 구비되고, 또한 전체적으로 롤러 형상으로 형성된 도전성 부재로 이루어진 브러시 형상 대전 부재(brush-shaped charging member)를 구비하고, 상기 브러시 형상 대전 부재의 외주(outer circumference)를 감광체(photoreceptor)에 접촉시키고 교류 전압이 중첩된 소정의 직류 전압을 상기 브러시 형상 대전 부재에 인가함으로써 상기 감광체를 대전시키도록 구성된 브러시형 대전기(brush type charger)에 있어서, 상기 브러시 형상 대전 부재가 상기 브러시용 샤프트 주위에 나선형으로 구비되고, 상기 브러시 형상 대전 부재에 인가되는 전압의 교류 성분의 주파수 f는 100 Hz ≤ f ＜ 300 Hz의 관계를 만족시키도록 설정되며, 상기 교류 성분의 피크-피크치 Vpp와 상기 브러시 형상 대전 부재에 인가되는 전압의 교류 성분의 주파수 f 간의 관계는 'Vpp ≥ 1200 - 2f'의 관계를 만족하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 브러시형 대전기.
제1항에 있어서, 상기 중첩 전압의 교류 성분의 주파수 f는 가변되는 것을 특징으로 하는 브러시형 대전기.
제1항에 있어서, 상기 브러시 형상 대전 부재는 섬유 사이즈가 6 데니어인 도전성 레이온 실(rayon yarn)로 형성되고, 그 브러시 밀도는 120,000 F/inch²으로 설정된 것을 특징으로 하는 브러시형 대전기.
제4항에 있어서, 상기 브러시 형상 대전 부재는 섬유 사이즈가 6 데니어인도전성 레이온 실로 형성되고, 그 브러시 밀도는 120,000 F/inch²으로 설정된 것을 특징으로 하는 브러시형 대전기.
제6항에 있어서, 상기 브러시 형상 대전 부재는 그 선단부가 감광체에 대하여 1㎜ 정도 접촉하는 상태로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시형 대전기.
제9항에 있어서, 상기 브러시 형상 대전 부재는 그 선단부가 감광체에 대하여 1㎜ 정도 접촉하는 상태로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시형 대전기.