KR100346705B1 - 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치용 잉크 - Google Patents

Abstract

워시 오프(wash off)에 의한 화상농도 저하를 감소시키고, 안정된 오버톤드(over-toned) 칼라를 얻을 수 있음과 아울러 넓은 색 재현 영역을 가질 수 있도록 최적화 된 단일 패스 방식의 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치용 잉크가 개시되어 있다.

이 개시된 잉크는 복수의 현상기 각각에 마련되며, 소정 칼라의 화상을 형성하는 안료(p), 안료를 인쇄용지에 접착시키는 바인더(b), 전기적 성질을 갖도록 하는 전하제어제 및, 안정제를 포함하여 된 복수의 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C)용 토너와; 현상시 토너를 현상기로부터 감광매체로 전달하는 캐리어;를 포함하며, 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C)용 토너 각각의 바인더(b) 대 안료(p)의 혼합 관계식(b/p)이 하기의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

<수학식>

Description

습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치용 잉크{Ink for liquid electrophotographic color printing system}

본 발명은 단일 패스 방식으로 칼라화상을 인쇄할 수 있도록 된 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치용 잉크에 관한 것으로서, 상세하게는 워시 오프에 의한 화상농도 저하를 감소하고, 안정된 오버톤드(over-toned) 칼라를 얻을 수 있음과 아울러 넓은 색 재현 영역을 가질 수 있도록 최적화 된 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치용 잉크에 관한 것이다.

일반적으로, 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치는 감광매체에 레이저 빔을 주사하여 정전잠상을 형성하고, 현상기를 이용하여 현상한 뒤 현상된 화상을 전사유니트를 통해 인쇄용지에 전사하여 인쇄하는 장치이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치는 소정 궤도를 주행하는 감광벨트(11)와, 이 감광벨트(11) 상에 빔을 주사하여 각 칼라 즉, 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M), 블랙(K) 칼라에 대응되는 정전잠상을 형성하는 복수의레이저 스캐닝 유니트(LSU)와, 각 칼라의 정전잠상에 대응되는 화상을 상기 감광벨트(11)에 현상하는 복수의 현상기(20)와, 상기 감광벨트(11)에 묻은 캐리어를 건조시키는 건조유니트(30)와, 이 건조유니트(30)에 의해 건조되고 상기 감광매체(11)를 통해 이송된 화상(I)을 인쇄용지(P)에 전사하는 전사유니트(40)를 포함하여 구성된다.

상기 감광벨트(11)는 구동롤러(13), 전사백업롤러(15) 및 스티어링롤러(17)에 감겨 일정 궤도를 선회한다. 이 감광벨트(11)를 매개로 형성된 칼라 화상은 상기 감광벨트(11)의 일 회전시 모든 칼라에 대한 현상 및 전사 프로세스를 거쳐 인쇄용지(P)에 전사된다. 이 감광벨트(11) 주변에는 광을 조사하여 상기 감광벨트(11)에 잔류하는 전하를 제거하는 제전램프(51)와, 제전 후 감광벨트(11)를 소정 전위로 대전시키는 메인 대전기(53)와, 각 칼라에 대한 현상 후의 감광벨트(11) 표면 전위를 올려주는 복수의 토핑(topping) 대전기(55)가 설치된다.

상기 복수의 현상기(20) 각각은 Y, C, M, K 칼라 순서 또는 Y, M, C, K 칼라 순서로 현상할 수 있도록 배치된다. 각 현상기(20)는 소정 현상 전압을 가지며 현상시 현상갭(G)을 유지한 채로 감광벨트에 마주하게 배치되는 현상롤러(21)와, 상기 현상갭(G) 내에 잉크를 공급하는 분사기(23)와, 감광벨트(11)에 가압되도록 배치되어 감광벨트(11)에 현상된 화상을 필름화하는 스퀴지롤러(25)를 포함한다. 상기 잉크(I)는 인쇄용지(P)에 전사되어 칼라 화상을 형성하는 토너와, 현상시 토너를 감광벨트(11)의 정전잠상이 형성된 영역으로 전달하는 액상의 캐리어를 포함하여 구성된다.

상기 건조유니트(30)는 상기 감광벨트(11)의 화상이 형성되는 면에 접촉되어 캐리어를 흡수하는 건조롤러(31)와, 이 건조롤러(31)의 표면을 가열하여 흡수된 캐리어를 증발시키는 리제너레이션롤러(33)로 구성된다. 여기서, 상기 건조롤러(31)는 상기 감광벨트(11)에 현상된 화상을 일부분이라도 뜯어내는 경우 화상 품질이 저하된다.

상기 전사유니트(40)는 상기 감광벨트(11)를 사이에 두고 전사백업롤러(15)에 대향되게 배치되어 감광벨트(11)에 현상된 화상(I)을 전사받는 전사롤러(41)와, 인쇄용지(P)를 사이에 두고 전사롤러(41)에 마주하게 배치되며 인쇄용지(P)를 정착하는 정착롤러(43)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 전사롤러(41)로 전사된 화상은 전사롤러(41)와 정착롤러(43) 사이에 급지된 인쇄용지(P)로 전사된다.

상기한 바와 같이 구성된, 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치는 감광벨트가 일 회전시 모든 프린팅 프로세스를 거치게 되므로, 인쇄속도가 빠르다는 장점이 있다. 또한, 건식 전자사진방식 칼라 인쇄장치에 사용되는 토너에 비하여 작은 알갱이 사이즈를 가짐으로 고해상도의 화상을 얻을 수 있다는 이점이 있다.

반면, 각 칼라현상기에서 현상된 화상이 다음에 배치된 칼라 현상기를 경유한 후 인쇄용지에 전사되므로, 감광매체에 현상된 토너의 워시 오프(wash off)와 현상 벡터(vector)가 감소되는 문제점이 있다.

여기서, 워시 오프는 일 현상기에 의해 감광벨트에 현상된 토너가 다른 현상기에 의해 현상시 현상된 위치에서의 현상롤러에 인가된 현상전압과 감광벨트 사이의 전압차로 인하여 토너가 씻겨 내려가는 현상을 말한다.

그리고, 현상 벡터는 현상전압과 노광된 감광벨트에 인가된 전압 사이의 전압차를 의미하며, 현상 벡터 감소 문제는 감광매체에 현상된 소정 토너 위에 다음 칼라가 중첩되어 프린팅 시, 먼저 감광벨트에 현상된 토너의 전기적 성질에 의하여 해당부분의 감광벨트 노광 전위가 충분히 낮아지지 않음으로써 발생되는 문제로 이에 따라 현상량이 작아지는 문제를 초래한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 단일 패스를 갖는 습식 전자사진방식 인쇄장치에 있어서 워시 오프와 현상 벡터에 의한 화상변화가 허용 오차범위 내에 놓이도록 선택된 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치용 잉크를 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 일반적인 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치를 보인 개략적인 도면.

도 2는 바인더/안료의 비가 증가함에 따른 화상농도 대 현상량의 관계를 보인 그래프.

도 3은 현상량 변동범위 대 목표 화상농도의 관계를 보인 그래프.

도 4는 옐로우(Y) 토너의 b/p 비의 변화에 따른 현상량과 화상농도 사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 5는 마젠타(M) 토너의 b/p 비의 변화에 따른 현상량과 화상농도 사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 6은 시안(C) 토너의 b/p 비의 변화에 따른 현상량과 화상농도 사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 7은 표 1의 조건을 갖는 잉크를 도 1의 칼라 인쇄장치에 채용시, 2차원 칼라 개멋(gamut)을 나타낸 그래프.

도 8은 Y 잉크에서 PY138과 PY83 안료의 비가 10:0, 9:1, 8:2 인 경우 각각에 대한 L*a*b 좌표에서의 6가지 칼라에 대한 2차원 칼라 개멋을 나타낸 그래프.

도 9는 Y 잉크 안료의 블랜딩 비에 따른 화상농도 대 현상량의 관계를 보인그래프.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11...감광벨트 20...현상기 21...현상롤러

23...분사기 25...스퀴지롤러 30...건조유니트

40...전사유니트 51...제전램프 53,55...대전기

I...잉크 P...인쇄용지

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 복수의 현상기 각각에 마련되며, 소정 칼라의 화상을 형성하는 안료(p), 상기 안료를 인쇄용지에 접착시키는 바인더(b), 전기적 성질을 갖도록 하는 전하제어제 및, 안정제를 포함하여 된 복수의 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C)용 토너와; 현상시 상기 토너를 현상기로부터 감광매체로 전달하는 캐리어;를 포함하는 습식 전자사진방식 인쇄장치용 잉크에 있어서,

상기 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C)용 토너 각각의 바인더(b) 대 안료(p)의 혼합 관계식(b/p)이 하기의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

<수학식>

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치용 잉크에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 앞서 설명된 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치에 적합하도록 선정된 잉크에 관한 것으로, 이 잉크를 선정하기까지의 과정 및, 선정된 잉크 및 안료를 기술하면 다음과 같다.

잉크의 일반적인 성질, 워시 오프의 측정방법, 현상 벡터 감소량 측정방법 및, 최적 바인더 대 안료의 비를 갖는 잉크 및 안료의 선정 순서로 살펴본다.

습식 전자사진방식 인쇄장치용 잉크는 전기적으로 절연체이며 액체인 캐리어에 대전된 토너 입자가 분산되어 있는 형태로 구성된다. 여기서, 캐리어는 노파(Norpar), 아이소파(Isopar) 등의 유성 액체로 이루어지며, 현상할 때 상기 토너를 감광벨트(도 1의 11)로 운반하는 역할을 한다. 상기 토너는 인쇄 후 인쇄용지(도 1의 P)에 전사되어 화상을 형성하는 물질로 안료와, 이 안료를 용지에 접착시키는 역할을 하는 폴리머 바인더와, 전기적 성질을 갖도록 하는 전하제어제 및, 안정제로 구성된다.

상기 전하제어제의 투입량에 따라 토너의 대전량이 결정된다. 보통 전하제어제를 많이 넣을수록 토너 입자의 대전량이 증가하여 잉크의 전기전도도가 증가한다. 여기서, 각 칼라의 현상를 통해 공급되는 잉크는 토너와 캐리어가 대략 2 내지 4 %solid의 농도로 혼합된 액체이다.

상기 잉크에서 칼라에 관련한 성분은 토너입자를 이루는 안료이다. 그러므로, 잉크의 현상량에 따른 화상농도의 특성은 안료와 바인더의 비율에 따라 결정된다.

도 2는 바인더/안료의 비(이하, b/p비 라 함)가 증가함에 따른 화상농도 대 현상량의 관계를 보인 그래프이다. 도면을 살펴보면, b/p비가 클수록 토너의 단위 질량당 안료의 비가 작으므로, 소정 화상농도를 얻는데 많은 토너의 양이 필요하게 된다. 반면, b/p비가 작아질수록 소정 화상을 얻기 위한 토너의 양은 적게 필요하게 됨을 알 수 있다.

이웃한 현상기에 의하여 현상된 토너의 워시오프는 다음과 같은 현상조건 1 및 2 각각에서 테이핑 오프(taping off)법으로 측정된 감광매체의 단위면적당 현상량 차로 측정된다.

여기서, 현상조건 1은 다른 현상기들을 감광벨트에서 이격시킨 상태에서 측정하고자 하는 현상기만을 현상 상태로 유지시키고, 다른 현상기는 이격시킨 상태에서 단색 프린트를 하는 조건을 말한다. 그리고, 현상조건 2는 모든 현상기들을 현상상태로 유지시키고, 해당 현상기에서 단색 프린트를 하는 조건을 말한다. 한편, 상기 감광벨트에 대한 현상기의 이격은 상기 현상롤러와 감광벨트 사이의 간격을 현상갭 이상으로 벌림과 아울러, 스퀴지롤러가 감광벨트에 이격된 상태를 의미한다.

표 1은 비교예에 따른 잉크 안료를 나타낸 것이다.

표 1에 나타낸 바와 같이 잉크 안료를 선택한 경우에 있어서, 2회에 걸쳐 감광벨트에 현상된 토너를 테이핑 오프법으로 측정한 워시 오프량을 표 2에 나타내었다.

측정 결과를 살펴볼 때, 각 칼라별로 약간의 차이는 있으나, 워시 오프 량은 대략 20 내지 40 ㎍/㎠ 정도로 나타남을 알 수 있다. 적정 현상량이 대략 200 ㎍/㎠ 이라 할 때, 표 2의 결과 워시 오프 량은 현상량의 대략 20%에 상당하는 양으로 무시할 수 없음을 알 수 있다.

현상 벡터는 대전된 잉크를 감광벨트 쪽으로 이동시키는 전기적 힘의 구동원으로, 현상벡터가 클수록 현상량이 증가하게 된다.

이 현상 벡터의 감소량은 각 칼라의 잉크를 감광벨트에 현상시키고, 현상된 부분의 감광벨트를 노광시켜 현상된 토너에 의한 노광 전위의 변화를 측정함으로써 알 수 있다.

표 3는 2회에 걸쳐 현상 벡터의 감소량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.

이와 같은 현상 벡터 감소의 주 원인은 현상된 토너의 전기적 성질 즉, 유전특성에 기인한다. 상기 표 3를 살펴볼 때, 현상된 토너에 의한 현상벡트의 감소량은 대략 80 Volts 정도로 이는 현상량에 있어서 대략 40 ㎍/㎠의 현상감소량에 해당되는 것으로, 상기한 워시오프와 더불어 무시할 수 없는 값임을 알 수 있다.

상기한 워시오프 문제는 스퀴지롤러의 구조를 개선함으로써 부분적으로는 해결할 수는 있으나 완전한 해결은 불가능하다. 또한, 현상벡터 감소문제에 있어서 잉크 특성에 의하여 그 완전한 해소가 불가능하여, 최대 80 ㎍/㎠ 정도의 현상량 감소는 불가피하다는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 워시오프 및 현상벡터 감소 문제에 의한 현상량 감소 상황에서 인쇄장치를 통하여 표현하고자 하는 칼라의 변화를 최소화하고자 도 3에 도시된 바와 같이, 현상량의 변동범위가 크더라도 허용 목표 화상농도 범위를 벗어나지 않는 범위(A) 내에서 화상농도를 갖도록 잉크를 최적화 할 필요가 있다.

최적 b/p 비를 갖는 잉크 선정의 포인트는 현상량의 변화에 따른 화상농도 변화가 작은 특성을 갖는데 있다. 이를 위하여 각 칼라의 잉크별로 b/p 비를 변화시켜가면서 화상농도 대 현상량 곡선의 변화를 관찰하고, 변화된 곡선 중 도 3에도시된 바와 유사한 추이를 갖는 곡선에 해당하는 b/p 비를 찾아내는데 있다.

적정 현상량의 범위를 살펴보면 다음과 같다. 현상량이 적정 범위보다 작으면, 목표 화상농도를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 전사롤러로 화상이 완전 전사되지 않고 감광벨트 상에 잔류하게 되어 다음 화상에 영향을 주어 화상품질 저하를 야기한다. 또한, 전사롤러에 전이된 화상이 인쇄용지로 완전 전사되지 않아 화상품질 저하를 야기한다. 반면, 현상량이 적정 범위보다 많으면 오버톤드(over-toned) 화상을 얻고자 할 때, 이전에 현상된 토너에 의한 현상벡터 감소가 많아 다음에 현상하고자 하는 칼라를 충분히 현상할 수가 없어서 적색, 녹색, 청색과 같은 옐로우, 시안, 마젠타의 오버톤드에 의해 얻어지는 오버톤드 칼라를 얻지 못한다. 여기서, 적정 현상량 범위는 앞서 설명된 바와 같은 점들과 인쇄장치의 셋트 편차를 감안하여 설정되는 것으로, 그 적정 현상량 범위는 150 내지 250 ㎍/㎠인 것이 바람직하다.

이와 같은 적정 현상량 범위에서 화상농도 변화가 제일 적도록 소정의 b/p 비를 갖는 잉크를 최적의 잉크라 할 수 있으며, 이와 같은 잉크를 선택하는 것을 잉크 최적화라 한다.

잉크의 b/p 비를 선정하는데 있어서, b/p 비가 과도하게 낮아지면 바인더에 비하여 안료의 양이 많아져서, 용지로의 토너 정착 특성이 나빠지는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 점과, 도 4 내지 도 6 각각에 나타낸 바와 같은 잉크의 b/p 비의 변화에 따른 현상량과 화상농도 사이의 관계를 나타낸 그래프를 참고하여잉크의 b/p 비를 선정하였다.

도 4 내지 도 6을 살펴보면, 각 칼라의 잉크에서 현상량이 일정한 값 이상이 되면 화상농도의 변화가 작아지는 것을 알 수 있다. 또한, b/p 비가 증가할수록 같은 현상량의 화상농도는 작아짐을 알 수 있다. 여기서, 블랙 잉크는 칼라를 나타내는데 기여하지 않으므로 제외하였다.

도 4를 참조하면, 옐로우(Y) 잉크의 경우, b/p 비가 5인 경우에 적정현상량 범위에서 화상농도가 대략 0.9 내지 1.15를 유지하는 등 화상농도의 편차가 가장 적게 나타남을 알 수 있다.

도 5를 참조하면, 마젠타(M) 잉크의 경우 b/p 비가 7인 경우에 적정현상량 범위에서 화상농도가 대략 1.2 내지 1.4로 화상농도 편차가 가장 적게 나타남을 알 수 있다.

그리고, 도 6을 참조하면, 시안(C) 잉크의 경우 b/p 비가 8인 경우에 적정현상량 범위에서 화상농도가 대략 1.2 내지 1.4로 그 편차가 가장 적게 나타남을 알 수 있다.

이와 같은 결과와 셋트 편차를 감안하여 볼 때, 옐로우, 마젠타, 시안 각각에 대한 b/p 비는 수학식 1과 같이 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 표 1에 나타낸 비교예와 같이 안료를 선정한 경우의 최적의 화상농도를 살펴보고, 이를 근거로 옐로우, 마젠타, 시안 원색과 오버 톤드에 의해 형성된 적, 녹, 청의 중첩 혼합색의 색재현 특성을 살펴보면 다음과 같다.

최적의 화상농도는 색재현 영역이 최대로 되는 화상 농도로 정의된다. 여기서, 색재현 영역은 L*a*b 좌표계에서 Y, M, C, R, G, B로 구성된 여섯 칼라가 이루는 육각형의 면적[2차원 칼라 개멋(gamut)]을 말한다.

최적 화상농도는 표 1에 개시된 잉크를 사용하고, 각 현상기의 현상전압을 다르게 인가하여, 각 칼라의 화상농도를 바꾸어 가면서 최대의 2차원 칼라 개멋이 얻어지는 화상농도를 주어진 잉크의 조합에서 최적 화상농도로 결정하였다. 도 7은 상기한 잉크 화상농도에서의 2차원 칼라 개멋을 나타낸 것이다.

표 4는 도 7에 보인 칼라 프린터의 2차원 칼라 개멋의 면적 및 화상 농도값을 정리하여 나타낸 것이다.

	비교예
화상농도	Y : 1.14M : 1.25C : 1.38
2차원 개멋 영역[a*b]	13748

상기한 바에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예에 다른 잉크는 점선으로 나타낸 소망하는 화상 농도의 2차원 칼라 개멋과 비교하여 볼 때, 녹색에서 색 재현에 문제가 있음을 알 수 있다. 즉, 녹색은 옐로우 잉크 상에 시안 잉크가 오버 토닝되어 이루어지며, 비교예에 따른 시안 잉크는 다른 칼라의 잉크에 비하여 녹색 쪽으로 치우져 있다. 이로부터, 녹색 영역에서의 색재현이 떨어지는 원인이 옐로우 잉크에 적색 성분이 많이 포함되어 있기 때문임을 알 수 있다.

이와 같은 녹색의 색 재현이 저하되는 점을 개선하기 위하여, 옐로우 잉크의 안료를 하기와 같이 선택하였다. 즉, 적색 쪽으로 치우쳐진 옐로우 잉크를 녹색 쪽으로 치우치게 하여 녹색영역을 개선할 수 있도록 Y 잉크에서 PY138과 PY83 안료의 비가 10:0, 9:1, 8:2 인 경우 각각에 대한 L*a*b 좌표에서의 6가지 칼라에 대한 2차원 칼라 개멋을 살펴보면 도 8과 같다.

도 8을 참조하면, Y 잉크의 안료가 녹색으로 이동할수록 녹색의 영역에서 색 재현의 개선이 뚜렷하게 나타남을 알 수 있다. 또한, 칼라 개멋의 면적도 15500 이상의 값을 가짐을 알 수 있다. 이러한 결과를 근거로 Y 잉크의 안료를 PY138 100%로 선정하였다. 이 때의 Y, M, C 각각의 화상농도범위는 0.70∼0.75, 1.32∼1.37, 1.32∼1.37 이다.

도 9는 Y 잉크 안료의 블랜딩 비에 따른 화상농도 대 현상량의 관계를 보인 그래프이다. 도면을 살펴보면, 칼라 인덱스 명 PY138 100%인 안료가 목표 화상농도에서 변화가 가장 작음을 알 수 있다. 이와 같은 결과로부터, 상기한 Y잉크는 b/p비가 대략 5이고, 칼라 인덱스 명이 PY138인 안료를 선택하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명에 따른 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치용 잉크는 건식 인쇄장치에 비하여 토너 알갱이의 크기를 작게하여 해상도를 높일 수 있음은 물론, 워시 오프에 따른 현상량 변화에도 화상농도의 변화범위가 최소화되도록 각 칼라 잉크별로 바인더 대 안료의 혼합비를 특정하여 워시 오프에 따른화상농도 저하를 방지할 수 있다.

아울러, 옐로우(Y) 잉크에 대한 칼라 인덱스명을 특정함으로써, 혼합에 의해 표현되는 녹색에 대해 안정된 오버톤드(over-toned) 칼라를 얻을 수 있고, 넓은 색 재현 영역을 가질 수 있다는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 복수의 현상기 각각에 마련되며, 소정 칼라의 화상을 형성하는 안료(p), 상기 안료를 인쇄용지에 접착시키는 바인더(b), 전기적 성질을 갖도록 하는 전하제어제 및, 안정제를 포함하여 된 복수의 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C)용 토너와;

   현상시 상기 토너를 현상기로부터 감광매체로 전달하는 캐리어;를 포함하는 습식 전자사진방식 인쇄장치용 잉크에 있어서,

   상기 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C)용 토너 각각의 바인더(b) 대 안료(p)의 혼합 관계식(b/p)이 하기의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 습식 전자사진방식 칼라 인쇄장치용 잉크.

   <수학식>
2. 제1항에 있어서, 상기 옐로우(Y) 토너의 안료는 칼라 인덱스 명이 PY138인재질로 된 것을 특징으로 하는 습식 전자사진방식 인쇄장치용 잉크.