KR100394380B1 - 습식형 현상장치 및 그것을 이용한 화상 형성장치 - Google Patents

Abstract

잠상 운반체 및 스퀴즈 롤러가 서로 반대 방향으로 이동하지만 그 가장 가까운 위치에서는 서로 접하지 않는 습식형 현상장치에서, 잠상 운반체와 스퀴즈 롤러 사이의 간격보다 두께가 얇은 잠상 운반체상의 액체 토너층은 잠상 운반체와 스퀴즈 롤러 사이의 간격 내로 침투하도록 제조되고, 상기 스퀴즈 롤러와 잠상 운반체 사이의 간격으로 침투하는 상기 액체 토너는 스퀴즈 롤러와 잠상 운반체 사이에서 형성된 전계에 따른 전기적인 인력에 의해 상기 스퀴즈 롤러와 접하게 되고 그에 따라 메니스커스 면(meniscus)을 형성한다.

Description

습식형 현상장치 및 그것을 이용한 화상 형성장치{WET-TYPE DEVELOPING APPARATUS AND IMAGE FORMING APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 프린터, 팩시밀리, 복사기 등과 같은 정전 기억식 또는 전자 사진방식의 화상 형성장치에 사용하기 위한 습식 현상장치 및 그것을 사용하는 화상 형성장치에 관한 것이다.

캐리어 액체 및 상기 캐리어 액체에 분산된 토너 입자를 함유하는 액체 토너로 잠상 운반체상의 정전 잠상을 형상하는 습식형 현상 공정에서, 현상된 화상 영역상의 과잉의 용제(캐리어 액체) 및 비화상 영역상의 액체 토너를 효과적으로 배제하기 위해서 스퀴즈 롤러가 잠상 운반체와 접촉하거나 또는 소정의 틈 간격(거리)을 스퀴즈 롤러와 잠상 운반체 사이에서 유지한 상태로 이동되는 방법이 채택되어 왔다.

예컨대, 일본국 특개소 제48-79644호 공보에 개시된 장치의 경우에, 스퀴즈 롤로 및 감광 드럼은 동일한 방향으로 이동하지만 스퀴즈 롤러는 상기 감광 드럼에 압착되고, 토너와 동일한 극성이 가해져서 오프셋을 방지한다. 또한, 일본국 특허 제2915031호에 개시된 장치의 경우에, 두께가 수백 ㎛인 액체 토너층은 스퀴즈 롤러와 광 수용매체 사이에 약 50㎛의 틈내로 침투하게 제조되고, 사용되는 액체 토너의 점도의 변동이 검출되고 스퀴즈 롤러의 회전수는 회전수에 따라 제어된다. 상기 경우에 바이어스 전압은 상기 스퀴즈 롤러에 인가되지 않는다.

또한, 일본국 특개평 제8-179633호 공보에 개시된 장치의 경우에, 캐리어 액체는 현상 간격보다 협소한 스퀴즈 틈 내에서 스퀴즈 되고 상기 스퀴즈 틈보다 큰 틈이 후속 단계에서 전계 형성 롤러와 감광성 드럼사이에 제공된다. 토너층이 상기 틈을 통과한 경우에, 상기 토너 입자는 토너층과 전계 형성 롤러 사이에서 발생된 방전 전하에 의해 응집된다. 상기 경우에, 전계 형성 롤러는 토너층에 직면하여 캐리어 액체는 전계 형성 롤러와 접하는 것이 확실히 방지된다. 따라서, 전단력이 토너 화상에 인가되지 않고 그에 따라 토너가 분산되지 않는 화상이 얻어진다.

상기 경우에, 토너 화상이 전계 형성 롤러에 대한 토너 화상의 인력에 기인하여 전계 형성 롤러와 접하는 것이 방지되기 위해서는 충분한 틈이 유지되어야 하는 것이 특히 필수적이다. 또한, 전단의 스퀴즈 롤러 측에서 상기 틈은 형상된 토너층보다 두께가 협소하고 과잉의 캐리어 액체를 배제하는 전단력이 인가된다. 즉, 액체의 배제 및 토너 입자의 응집은 두개의 롤러에 의해 실행된다.

다른 경우로서, 미국 특허 제3,957,016호는 화상부 전위와 비화상부 전위의 중간 전위가 제어 롤러에 인가되어 베이스부를 클리닝하고, 화상부는 경미하게 압착된다.

또한, 일본국 특개평평4- 503265호에 따르면, 현상 이후에 비화상부상의 액체를 제거하고 상기 액체의 두께를 줄이기 위해서, 스퀴즈 롤러가 제공되고 상기 스퀴즈 롤러에 인가되는 바이어스 값은 비화상부의 전위와 화상부의 전위 사이의 중간 전위로 설정된다. 또한, 전압이 인가된 토너 경화용 롤러는 스퀴즈 롤러의 하류측에서 직면하고 액체 토너는 전사 위치와 토너 경화용 롤러 사이의 잠상 운반면상에 삽입된다. 상기 토너 경화용 롤러는 상기 액체가 토너 화상으로부터 실질적으로 제거되지 않고 상기 토너 화상이 그 후에 전계에 의해 전사 매체상으로 전사되도록 설계된다.

일본국 특개평 제7-301997호 공보에 따르면, 스퀴즈 롤러는 잠항 운반체에 대해 반대 방향으로 이동하고, 현상 후 스퀴즈 롤러가 액체 토너층과 접하기 이전에 스퀴즈 롤러의 표면상의 액체 부착량은 0.1㎛ 이하로 설정되고, 스퀴즈 이후의 토너층의 두께는 감소되어 전사단계에 적합한 토너층이 얻어진다. 스퀴즈 롤러의 속도비 및 스퀴즈부에서의 전계에 대한 언급은 되어 있지 않다. 어떠한 경우일 지라도, 액체가 스퀴즈 틈 사이에 삽입되는 조건하에서 부속들이 제조된다. 즉, 외부의 전계가 스퀴즈부에서 존재하는 않는 경우에도 틈 사이에 액체가 삽입되도록 하는 구성이 설계된다.

일본국 특개평 제10-73997호 공보는 이하의 시스템을 개시하고 있다. 화상부 전위를 V1, 비화상부의 전위를 V2, 현상 바이어스를 Vdr, 스튀즈 롤러 바이어스를 Vrr로 했을 때, V1 〉V2인 경우에는 Vrr 〉V2 》Vdr의 부등식이 설정되고 V1〈 V2인 경우에는 Vdr 》V2 〉Vrr의 부등식이 설정된다, 상기 시스템에 따르면, 토너는 현상에 의해 비화상부에 부착되지만 스퀴즈 롤러에 의해 비화상부로부터 회수된다.

전술한 종래기술에서, 액체 토너 화상은 보통 전기 영동법에 의해 종이 등과 같은 전사 매체 상으로 전사된다. 전술한 종래기술은 잠상 운반체상에 형성되며 현상 이후의 액체 캐리어를 함유하는 토너층의 두께는 스퀴즈 롤러와 잠상 운반체 사이의 틈보다 큰 경우에 대해서만 언급하고 있거나 토너 층의 두께에 관한 언급은 되어 있지 않다. 즉, 전술한 종래기술은 대량의 과잉의 액체 토너가 잠상 운반체상의 화상부 영역과 비화상부 영역의 양쪽 모두에 부착하여 대부분의 잉여 액체 토너층이 스퀴즈 롤러 및 잠상 운반체의 닙(nip) 입구에서 먼저 배제되는 설계를 채택한다. 상기 설계는 액체의 두께가 감소되는 설계와 동일하다. 따라서, 종래의 방법에서, 화상부에 원래 부착되어야 할 토너 입자는 잠상 운반체의 표면으로부터 흘러 나가고 그에 따라 최종적으로 형성된 화상은 보통 화상 밀도가 부족하게 된다. 또한, 과도한 전단력이 심지어 틈 사이에도 인가되므로 토너의 분산은 토너 화상의 선단 및 후단에서 종종 발생한다. 또한, 강한 전단력을 인가하지 않는 경우에도 화상부에 부착하는 액체 토너층 내의 캐리어 액체의 압착은 불충분하고 그에 따라 토너층의 고형분율이 증가될 수 없다. 상기와 이유로 인해 토너 화상은 압착되어 다음의 전사 단계로 흘러 나간다. 또한, 상기와 같은 이유로 인해 고정 단계에서 건조 시간이 많이 소요된다는 단점이 발생한다. 또한, 정전기적인 전계를 이용하지 않는 전사 및 부착력에 기초한 전사는 전사 방법으로서 실행될수 없다는 단점이 있다.

컬러 화상을 형성하는 방법에는 잠상 운반체상에서 충분한 고형분율을 얻도록 제1의 컬러 토너 화상을 스퀴즈하고 이어서 상기 제1의 컬러층이 상부에 운반된 잠상 운반체상의 전면을 대전하고, 제2의 컬러 토너에 대한 노광, 현상 및 스퀴즈의 일련의 단계처리를 실행하여 잠상 운반체상에 2색의 토너 화상을 중첩하는 것이 고려될 수 있다. 전술한 바와 같은 스퀴즈 단계까지의 동일한 단계가 잠상 운반체상의 다수의 다른 컬러 토너 화상에 대해 실행된다면, 총 천연색 화상은 잠상 운반체상에 형성될수 있다. 따라서, 2 이상의 컬러 토너 화상을 종이와 같은 기록 매체 또는 전사 매체상에 일괄적으로 전사하는 것이 달성될 수 있다.

그러나, 전술한 종래기술에서, 충분한 고형분율이 스퀴즈 이후에 얻어질 수 없다. 따라서, 종래기술이 컬러 화상을 형성하기 위해 사용되는 경우에 잠상을 형성하는 것이 불가능하고 혼색(color mixing)이 발생하고, 그에 따라 2 이상의 토너 화상은 전사 단계 이전에 잠상 운반체상에 중첩될 수 없다.

또한, 잠상 운반체상에서 현상된 토너층은 전기적으로 충전되므로, 토너층 자체의 전하에 기초한 미러상 전하가 스퀴즈 롤러 측에 형성되고 토너는 토너층 자체의 전하와 미러상 전하 사이의 전기력에 기인하여 스퀴즈 롤러에 오프셋된다는 현상이 관찰된다. 상기와 같은 현상은 스퀴즈부에서 외부 전계, 즉, 오프셋 방지 전위차가 잠상 운반체와 스퀴즈 롤러 실행부 사이에 제공되지 않는다는 사실, 또는 오프셋 방지 전위차가 제공되는 경우에도 오프셋 방지 전위차의 값이 적합지 못하다는 사실에 주로 기인하고 있다. 특히, 일본국 특개평 제10-73997호에 개시된 바와 같은 전위가 설정된 경우에 대량의 토너는 스퀴즈 롤러측에 부착하고, 상기 토너에 대한 클리닝 작업은 더욱 성가시게 된다. 또한, 토너는 화상부로부터 스퀴즈 롤러에 회수되므로 상기와 같이 형성된 화상은 화상 밀도가 부족하게 된다. 또한, 스퀴즈 오프셋 현상이 발생하기가 쉽게 된다.

본 발명의 목적은 잠상 운반체상의 화상부영역에 현상된 토너 입자의 고착과 응집, 잉여 캐리어 액체의 제거, 및 비화상부 영역에 부착된 액체 토너층의 제거를 동시에 실행하고 또한, 토너의 분산 및 토너의 유출이 발생하지 않는 충분한 화상 밀도를 갖는 화상을 얻을 수 있는 습식 현상장치 및 이것을 사용한 화상 형성장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 잠상 운반체상에 다색 화상을 형성하여 일괄적으로 상기 다색 화상을 전사할 수 있는 화상 형성장치를 제공함에 있고, 또 다른 목적은 스퀴즈 롤러로의 오프셋 현상이 발생하지 않는 습식 현상장치 및 화상 형성장치를 제공함에 있다.

전술한 목적들을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면 잠상 운반체와 스퀴즈체(스퀴즈 롤러 및 스퀴즈 벨트와 같은 것)가 서로 접함이 없이 서로 반대 방향으로 이동하고, 잠상 운반체 상의 액체 토너층은 상기 잠상 운반체와 스퀴즈체 사이에서 스퀴즈되는 습식형 현상장치가 액체 토너층이 잠상 운반체와 스퀴즈체 사이의 틈보다 작은 두께를 갖도록 잠상 운반체상의 액체 토너층을 형성하는 수단과, 잠상 운반체와 함께 상기 틈속으로 액체 토너층이 침투하게 하는 수단과, 상기 스퀴즈체와 상기 잠상 운반체 사이에 전계를 형성하는 수단를 포함하고, 스퀴즈체와 잠상 운반체 사이의 틈으로 침투하는 상기 액체 토너층은 소요의 메니스커스 면을 형성하기 위해 전계에 기초한 전기적인 인력에 의해 상기 스퀴즈체와 접하게 된다.

상기와 같이 구성된 습식형 현상장치에서, 현상 영역의 잠상 운반체의 표면에 부착하는 액체 토너층의 잉여의 캐리어 액체를 스퀴즈하는 스퀴즈 수단은 잠상운반체의 방향과는 반대 방향으로 이동한다. 잠상 운반체상으로 부착하는 액체 토너층의 두께는 스퀴즈 수단과 잠상 운반체 사이의 가장 가까운 위치에서의 틈 간격보다는 작고, 잠상 운반체 기판과 스퀴즈 수단의 도전층 사이의 전위차에 기초한 전계가 인가되지 않는 경우에는 액체 토너층이 상기 스퀴즈 수단과 접하지 않을 정도로 설정된다. 이 경우에, 스퀴즈 수단과 잠상 운반체 사이에 전계를 인가함으로써, 잠상 운반체상의 액체 토너층은 상기 스퀴즈 수단의 표면과 접하게 된다. 잉여의 캐리어 액체는 잠상 운반체와 수퀴즈 수단 사이의 속도차에 기인한 액체 토너층에서 발생하는 전단력에 의해 스퀴즈 되고, 스퀴즈 수단을 통과하는 잠상 운반체상의 토너층의 고형분율이 증가되어 선명한 화상이 상기 토너를 전사함으로써 얻어질 수 있다. 또한, 컬러 화상 형성 공저에서, 토너의 전사는 제2 및 후속의 컬러 토너 화상에 대한 현상 공정에서 컬러를 혼합함이 없이 양호하게 실행될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 습식형 현상장치의 현상 및 스퀴즈부를 도시하는 개략 확대도이다.

도 2는 본 발명의 제1의 실시예에 따른 습식형 현상장치의 스퀴즈 롤러에 인가된 전압의 영향를 나타내는 실험적인 결과를 도시하는 그래프.

도 3은 본 발명의 제1의 실시예에 따른 습식형 현상장치의 스퀴즈 롤러 속도비의 영향를 나타내는 실험적인 결과를 도시하는 그래프.

도 4는 본 발명의 제1의 실시예에 따른 습식형 현상장치의 스퀴즈 롤러 속도비의 영향을 나타내는 실험적인 결과를 도시하는 그래프.

도 5의 a 및 b는 본 발명의 제1의 실시예에 따른 습식형 현상장치의 스퀴즈 롤러에서 토너층의 농도 구배를 도시하는 도면.

도 6은 본 발명에 따른 습식형 현상장치가 다색상 형성장치에 적용되는 제2의 실시예를 도시하는 도면.

도 7은 본 발명의 제3의 실시예에 따른 습식형 현상장치의 스퀴즈 롤러 속도비의 영향을 나타내는 실험적인 결과를 도시하는 그래프.

도 8은 본 발명의 제4의 실시예에 따른 습식형 현상장치의 스퀴즈 롤러 속도비의 영향을 나타내는 실험적인 결과를 도시하는 그래프.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 양호한 실시예가 기술될 것이다.

본 발명의 기본적인 구성은 액체 토너층이 스퀴즈 롤러에 접촉하는 조건하에 강한 전단력이 상기 액체 토너층 내부에서 발생되는 경우에도 토너의 유출이나 토너의 분산이 발생하지 않는 상황을 검증함으로써 달성된다.

즉, 본 발명은 이하의 문제점에 주목하여 실현되었다. 즉, 종래기술의 경우에서 처럼 스퀴즈 틈이 현상 이후의 액체 토너층의 두께 보다 좁게 설정된다면, 전단력은 과도히 크고 그에 따라 토너 입자의 유출이 촉진된다. 따라서, 상기와 같은설정은 바람직하지 못하고 현상에 의해 스퀴즈 틈보다 작은 액체 토너층을 형성하여 상기 토너층이 스퀴즈 틈속으로 침투시키는 것이 필요하다.

그러나, 전술한 기하적인 조건만이 만족되는 경우에도, 스퀴즈 틈 속으로 침투하는 액체 토너층은 스퀴즈 롤러상에 부착하여 잔존하는 소량의 액체 토너 또는 캐리어 액체가 트리거로서 기능하기 때문에 때때로 스퀴즈 롤러와 접하게 된다. 따라서, 액체 토너층의 스퀴즈 롤러와의 접촉 및 메니스커스 면의 형성은 안정적이지 못하여 캐리어 액체의 제거 효율은 떨어지게 된다.

따라서, 상기 스퀴즈 틈 사이에 어떤 전계가 형성되면, 유도분극에 의해 야기 되었다고 평가되는 전기적인 인력이 발생하여 액체 토너를 스퀴즈 롤러와 접촉하게 하여 메니스커스 면이 안정적으로 형성될 수 있고 스퀴즈 효율이 향상될 수 있음이 발견되었고, 또한, 토너 입자의 유출이 감소하여 토너 고형분률이 향상될 수 있음이 발견되었다. 또한, 상기 고형분률 및 고형분량을 최대로 할 수 있는 전단력의 범위, 즉, 스퀴즈 롤러와 잠상 운반체의 최적 속도비 범위가 존재한다는 것이 발견되었다.

따라서, 본 발명에서 도 1에 도시된 잠상 운반체 기판(2)상에 제공된 감광체와 같은 잠상 운반체(1)와 스퀴즈 롤러(4)는 그들의 최 근접부에서도 서로 접촉함이 없이 서로 반대 방향으로 이동하여 그들 사이에서 잠상 운반체(1)의 표면상의 액체 토너층(5)이 스퀴즈 된다.

상기 습식형 현상장치는 액체 토너층(5)의 두께가 잠상 운반체(1)와 스퀴즈 롤러(4) 사이의 틈의 크기보다 작게 미리 잠상 운반체(1)상에 액체 토너층(5)을 형성하는 수단(본 실시예에서, 액체 토너(11)는 현상 롤러(3)의 표면을 통해 공급되게 되므로, 상기 수단은 현상 롤러(3)이다)과, 액체 토너층(5)과 잠상 운반체(1)를 상기 틈에 침투시키는 수단(본 실시예에서, 상기의 침투는 화살표(A)에 의해 지시된 방향으로 현상 롤러(3)의 회전, 전원(8)에 의해 발생된 전계 및 화살표(C) 방향으로의 잠상 운반체(1)의 이동에 의해 이루어진다. 즉, 상기 수단은 현상 롤러(3), 전원(8), 및 상기 잠상 운반체를 이동하는 장치이다)과, 스퀴즈 롤러(4)와 잠상 운반체(1) 사이에 전계를 형성하는 수단(본 실시예에서, 상기 수단은 전원(7)이다)을 포함한다.

스퀴즈 롤러(4)와 잠상 운반체(1) 사이의 틈 속으로 침투하는 액체 토너층(5)은 전원(7)에 의해 생성된 전계에 기초한 전기적 인력에 의해 스퀴즈 롤러(4)와 접촉하여 소요의 메니스커스 면을 형성한다.

상기 경우에, 본 발명의 실시예에서 스퀴즈 롤러(4)와 잠상 운반체(1)의 이동 속도비는 -0.5 내지 -2.0로 설정된다. 또한, 스퀴즈 롤러(4)와 잠상 운반체(1) 사이에 형성된 상기 전계는 화상 영역과 비화상 영역의 쌍방에서 액체 토너(5)가 잠상 운반체(1)에 부착되어 현상을 실행하는 방향을 갖는 전계이다. 스퀴즈 롤러(4)의 전위의 극성은 잠상 운반체(1)의 비화상 영역(부)의 극성과 동일하고 스퀴즈 롤러의 전위의 절대값은 잠상 운반체(1)의 비화상 영역(부)의 전위의 절대값보다 크다. 상기 액체 토너(5)는 캐리어 액체내에서 분산된 토너 입자의 유리 전이점이 -1℃ 이하가 되도록 형성된다. 도 1에서, 스크레이퍼 블레이드(9, 10)는 각각 고분자 재료로 형성되고 현상 롤러(3) 및 스퀴즈 롤러(4)에 대한 계수기로서 제공된다.

본 발명의 습식형 현상장치에서, 스퀴즈 된 이후에 토너층(6)은 잠상 운반체(1)로부터 기록 매체 또는 중간 전사 매체(도시되지 않음)에 대하여 기계적 압력 또는 상기 압력과 전계 양쪽 모두에 의해 전사되고 그에 따라 화상 형성장치로서 뛰어난 품질을 유지한다.

상기의 경우에, 스퀴즈 이후의 잠상 운반체(1)상의 비세그먼트부(non-segmented portion : 토너층으로 전면적으로 채워진다고 평가되는 영역 : 이하 "비세그먼트부"라고 한다)에서 토너층(6)의 고형분율은 55 wt% 이상인 것이 바람직하고, 스퀴즈 이후의 토너층(6)이 상부에 운반되는 잠상 운반체(1)의 전면상으로의 대전과, 화상 노광, 현상, 스퀴즈를 실행하는 공정이 반복적으로 실행되어 잠상 운반체(1)상에서 2색 이상의 토너 화상을 형성하고 그 후, 기록 매체 또는 중간 전사 매체 등과 같은 전사 매체(도시하지 않음)상으로 상기 2색 이상의 토너 화상이 일괄적으로 전사되는 것도 바람직하다.

상기와 같은 구성에 따라, 현상영역에서 잠상 운반체(1)의 표면에 부착된 액체 토너층의 잉여 캐리어 액체를 스퀴즈하기 위한 스퀴즈 수단(스퀴즈 롤러(4))는 잠상 운반체(1)의 이동 방향과 역방향으로 이동한다. 잠상 운반체(1)상으로 부착된 액체 토너층(5)의 두께는 스퀴즈 수단과 잠상 운반체 사이의 최 근접부에서의 거리보다 작고, 잠상 운반체 기판(2)과 스퀴즈 수단의 도전층의 사이의 전위차에 기인한 전계가 인가되지 않는 경우에는 액체 토너층(5)이 스퀴즈 수단에 접촉하지 않도록 하는 값으로 그 두께가 설정된다.

그 때, 상기 전계를 상기 스퀴즈 수단과 잠상 운반체(1) 사이에 인가함으로써, 상기 잠상 운반체(1)상의 액체 토너층(5)은 상기 스퀴즈 수단의 표면과 접하게 된다. 상기 잉여 캐리어 액체는 잠상 운반체(1)와 스퀴즈 수단 사이의 속도차에 기인한 액체 토너층에서 발생하는 전단력에 의해 스퀴즈되고, 상기 스퀴즈 수단을 통과하는 상기 잠상 운반체(1)상의 토너층(6)의 고형분율은 증가될수 있어, 상기 토너를 전사함으로써 선명한 화상이 얻어질 수 있다. 또한, 컬러 화상 형성 공정에서, 토너의 전사는 제2 및 그 후속의 컬러 화상에 대한 현상 공정에서 컬러 화상을 혼색함이 없이 뛰어나게 실행된다.

다음에, 본 발명의 몇몇 실시예가 도시될 것이다.

(제1의 실시예)

전술한 바와 같이, 도 1은 본 발명의 제1의 실시예에 따른 습식형 현상장치의 스퀴즈부 및 현상부를 도시하는 개략 확대도이다.

본 실시예에서, 액체 토너(11)로서 정(positive)대전의 토너가 사용되고 액체 캐리어로서 NORPAR12(EXXON사의 제품)이 사용되었다. 토너의 농도는 3wt%이고 액체 토너의 점도는 1.5 cps(centipoise)이다. 현상 롤러(3)는 잠상 운반체(1)인 감광성 벨트와 300㎛의 틈 간격을 유지하도록 지지되어 도 1에 도시된 화살표(A)의 방향으로 회전된다. 감광성 벨트의 이동 속도는 화살표(C) 방향으로 70m/sec로 설정되었고 잠상 운반체(감광성 벨트 : (1))와 현상 롤러(3)의 이동 속도비는 -3으로 설정되었다.

잠상 운반체(1)의 전면이 먼저 대전기(charger)에 의해 전기적으로 대전된이후에, 레이저 광에 의해 화상 노광된다. 이 때, 비화상부 전위는 약 700V이고 화상부 전위는 약 150V이고, 현상 롤러의 바이어스 전위는 450V이다. 현상 롤러(3)로서는 외경이 20mm인 SUS(스테인레스 스틸) 롤러가 사용되었다.

현상 이후의 비세그먼트 화상 영역상의 액체 토너층(5)은 습식형 두께 게이지(Kumagaya Riki Kogyo Kabushiki Kaisha에서 생산)를 사용하여 측정한 결과 약 20㎛의 두께였다. 또한, 그 때의 토너 고형분률은 약 25% 이다. 고형분률은 약 4cm×4cm의 짙은 음영(흑색)부를 프린팅함으로서 계산되어 80℃에서 1시간 동안 건조하고 건조 단계 이전과 이후의 현상된 토너층의 무게를 전자 저울을 사용하여 측정했다.

이어서, 상기와 같이 형성된 약 20㎛ 두께의 액체 토너층(5)은 100㎛의 간격을 두고 스퀴즈 롤러(4)의 부위로 침투한다. 스퀴즈 롤러(4)의 도전측에는 소정의 바이어스 전압이 인가되었고 잠상 운반체(1)의 접지된 베이스부(2)와 스퀴즈 롤러(4) 사이의 전위차에 의해 전계가 형성되었다. 스퀴즈 롤러(4)로는 외경이 20㎛이고 두께가 1mm인 우레탄 고무층으로 피복된 SUS 롤러가 사용되었고, 스퀴즈 롤러(4)는 화살표(B)의 방향(음의 방향)으로 회전되었다. 현상 롤러(3)와 스퀴즈 롤러(4)상의 잔류 액체층은 스크레이퍼 블레이드(9, 10)에 의해 스크레이핑되어 떨어져 나간다. 스퀴즈 롤러(4)가 화살표(B)의 방향과 반대인 방향으로 회전되었던 경우에, 스크레이퍼 블레이드(10)는 반대측에 고정되었다.

그 결과, 미소한 양의 잔류 액체가 스퀴즈 롤러(4)상에 남았다. 그 두께는 KEYENCE사에서 생산한 레이저식 막 두께 측정기인 LT-8010/8000을 사용한 측정에서수㎛ 정도이었다.

전술한 구성에 따라 얻어진 실험적인 결과가 기술될 것이다.

우선, 스퀴즈 롤러(4)에 인가되는 바이어스 값과 스퀴즈 이후의 비세크먼트 화상부에서의 토너층(6)의 고형분률의 사이에는 도 2에 도시된 바와 같은 경향이 있다. 스퀴즈 롤러(4)는 속도비를 -1로 회전되었고, 스퀴즈 틈은 100㎛로 설정되었다. 바이어스 값이 1KV(킬로볼트) 이상인 경우에는 스퀴즈 이후의 토너층 고형분률은 60 내지 70%이었고 상기 값은 안정적이며 높은 값을 의미한다. 그러나, 상기 바이어스 값이 1KV 미만인 경우에는 고형분률이 작아 불안정했다. 또한, 스퀴즈 롤러(4)가 잠상 운반체의 베이스부(기판(2))의 전위의 경우에서 처럼 접지 전위에설정되는 경우에는 액체 토너층(5)은 스퀴즈 롤러(4)에 접촉되지 않는 것이 확인되었다. 상기 결과로부터, 0V 이상이고 1KV 미만의 스퀴즈 바이어스 값의 경우에 액체 토너층(5)의 유전 분극량이 적고 그에 따라 전기적 인력은 부족하다. 그러나, 1KV 이상의 스퀴즈 바이어스 값의 경우에는 액체 토너층(5)의 유전분극에 기인한 정전기적인 인력에 의해 액체 토너층(5)은 스퀴즈 롤러(4)에 접촉되어 메니스커스면을 형성한다. 따라서, 상기와 같이 형성된 메니스커스 면 및 스퀴즈 롤러(4)의 이동 속도와 잠상 운반체(1)의 이동 속도의 차이에 기인하여 전단력은 액체 토너층(5) 내부에서 발생되어 화상 영역부의 토너 화상의 표면상에 존재하는 듯한 낮은 토너 농도를 갖는 잉여 캐리어 액체는 제거될 수 있다고 추정된다. 또한, 비화상부에서 불필요한 토너 액체는 상기 전단력에 의해 제거된다고 또한 추정된다.

다음에, 스퀴즈 롤러(4)의 이동 속도의 고형분률에 대한 영향은 도 3에 도시되어 있다.

실험적인 조건은 전술한 바와 거의 유사하다. 차이점이 있다면 그 것은 스퀴즈 롤러(4)의 바이어스 값은 1KV로 고정되어 있고 스퀴즈 롤러(4)의 속도비는 변한다는 점이다. 고형분률은 약 -1의 속도비에서 최대치(60%)이었고 그에 따라 최적 속도비가 존재하는 것이 밝혀졌다. 상기 잠상 운반체(1)상에 잔존하는 비세그먼트부의 토너 고형분량은 약 0.29 mg/cm²정도로서 거의 일정 하였다. 전술한 결과로부터 다음과 같은 고찰이 가능하다.

소정의 스퀴즈 틈에 현상 이후의 액체 토너층(5)이 침투하여 전계에 기인한 액체 캐리어의 유전 분극이 발생하여 메니스커스 면이 형성되어 스퀴즈가 개시된다. 이 때, 현상부에서의 전계와 스퀴즈부에서의 전계에 의해 액체 토너층(5)에서 수직방향(두께 방향)으로 토너의 농도 구배(gradient)가 형성된다고 추정된다.

잠상 운반체(1)와 스퀴즈 롤러(4)의 속도 차이에 기인하여 액체 토너층(5) 내부에 전단면이 형성된다. 상기 전단면의 수직방향의 위치는 속도차, 농도 구배(gradient : 이하, "구배"라고 한다)에 기인한 점도 구배, 액체 토너층(5)과 잠상 운반체(1)의 표면 사이의 습성(wattability)에 의존한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 회전 속도비에 무관하게 토너의 고형분량은 거의 일정했다는 것을 고려하면, 현상 이후의 액체 토너층(5)에서의 농도 구배는 도 5의 a에서 도시된 바와 같은 직선적인 것이 아니라 도 5의 b에서 도시된 바와 같은 어떤 위치로부터 급격히 농도가 상승하는 농도 구배라고 추정된다.

높은 고형분률과 높은 고형분량의 토너층을 얻기 위해서 농도 구배가 급격히 변화되는 위치에 전단면이 위치하도록 회전 속도비 및 전계가 최적화되어야 한다는 것이 요구된다. 도 3의 조건하에서 상기 회전 속도비에 대한 최적 범위는 속도비는 -0.5 내지 -1.5의 범위, 바람직하기는 약 -1이었다고 추정된다.

현상 이후의 액체 토너층(5)은 잠상 운반체(1)의 화상 영역의 표면상에 토너의 농도가 높은 층이 존재한다. 그러나, 토너 입자는 서로 아직 완전히 응집되거나고착되지 않고 현상 이전의 초기에 엷은 토너 농도를 갖는 액체층은 농도가 높은 층의 상부에 잉여 토너층으로서 존재하여 상기 상태하에 있는 액체층은 현상시의 틈으로부터 밀려 나온다고 추정된다. 전술한 바와 같이, 2개의 층(고농도의 층과 저농도의 층)으로 사실상 구성된 현상 이후의 화상 영역에 위치하는 액체 토너층(5)은 전술한 바와 같이 25wt%의 평균적인 토너 농도를 갖는다. 상기 액체 토너층(5)은 후속 단계에서의 스퀴즈 틈에 침투하기 때문에 전술한 바와 같이 완전히 고화되지 않은 액체 토너층(5)에 과도한 전단력이 가해지면 토너의 유출이 발생할 것이다.

스퀴즈의 기능은 고농도의 토너층상의 잉여 토너층을 배제하며 또한 고농도 토너층에서 잉여 캐리어 액체를 스퀴즈하는 일이다. 토너의 유출을 방지하는 관점으로부터 보면, 스퀴즈 이전에 고농도 토너층을 응집하거나 고착시키는 것이 필수불가결하다. 스퀴즈의 틈에서의 전계의 힘과 압력(스퀴즈하는 힘)은 토너 입자의 응집을 촉진하는 힘으로서 기능한다고 추정된다.

종래기술에서는 스퀴즈 틈 속으로 침투하는 토너층의 두께가 스퀴즈 틈보다크기 때문에 과도하게 스퀴즈하는 힘이 토너층에 인가되고 그에 따라 토너는 토너 입자가 전계에 의해 응집되기 이전에 유출된다. 상기 의미는 종래기술에서 토너 입자를 응집시키는 힘으로서 압력(압착력)에 대해 보다 많은 신경을 기울였다는 것을 의미한다.

반면에, 본 발명에 따르면, 토너의 응집과 고착은 단지 전계에 의해서만 거의 실행된다. 상기 틈으로 침투하는 액체 토너층(5)의 두께가 틈 사이 보다 작고 액체를 배제하는 힘은 대단히 작기 때문에, 토너 입자의 유출이 발생하기 어렵고, 토너 입자는 잠상에 대해 압착되어 전계에 기인한 극성에 의해 응집 및 고착된다. 상기 토너에 대해 많은 반대 전하량을 포함하는 잉여 캐리어 액체는 상기 전단면으로부터 스퀴즈 롤러측에 끌려지고 전단력에 의해 스퀴즈 닙(nip)의 외측으로 효율적으로 배제된다. 따라서, 토너 고형분률은 향상되고 토너의 고착 및 응집도는 촉진된다.

스퀴즈 이후에 전술한 바와 같이 형성된 토너층(6)의 고형분률은 안정적이고 55wt%를 초과하는 높은 수치를 보여주어 토너 입자의 상호 고착력은 강하고 점착력도 또한 높다. 따라서, 일반적으로 토너 화상은 후속의 전사 단계에서 전계의 힘에 의해 종이 또는 중간 전사 매체로에 전사되는 경우에 화상의 빠짐이 없고 화상 흐름도 없이 양호한 전사가 가능해 진다. 또한, 토너 입자 사이의 고착력, 점착력이 충분히 높기 때문에 토너의 전사는 압력에 의해 실행될 수 있다. 따라서, 종래의 전계에 기초한 상기 영동 전사(electrophoresis transfer)에 비해 토너 입자의 전사 속도는 보다 고속이고 그에 따라 고속 프린팅이 보다 고속으로 실행될 수 있다.

또한, 상기와 같은 높은 고형분률 및 토너 입자 사이의 강한 상호간의 고착력 및 응집력을 갖는 토너층(6)은 이하의 부수적인 효과를 갖는다. 즉, 다른 액체 토너층의 캐리어 액체가 관계된 토너층의 표면과 접하는 경우에도, 관련된 토너층의 토너 입자의 응집은 다른 토너층의 토너 입자에 의해 방해받지 않는다. 따라서, 제2 및 그 후속 컬러의 화상은 스퀴즈 이후에 높은 고형분률의 토너층(6)상에 형성될 수 있다.

(제2의 실시예)

도 6은 본 발명에 따른 습식형 현상장치를 구비한 다색 화상 형성장치의 실시예를 도시하고 있다.

상기 실시예에서 화살표(A) 방향으로 회전 이동하는 잠상 운반체(1)상에 대전기(20), 레이저 광원(22), 현상 롤러(3), 스퀴즈 롤러(4)에 의해, 제1의 컬러 토너 화상이 형성되었다. 스퀴즈 단계까지 화상 형성 공정이 완료된 이후에 제2 컬러용의 대전기(25)에 의해 토너층의 표면을 포함하는 전면상에 대전이 실행되고 제2 컬러면에 대한 화상 노광이 레이저(26)에 의해 실행고고, 제2 컬러용의 현상 롤러(23)를 사용하여 현상이 실행되었다. 제2 컬러용의 스퀴즈 롤러(24)를 사용하여 스퀴즈가 실행되어 화상의 토너의 흐름의 발생이 없고 혼색이 없이 양호한 컬러의 겹침이 실행될 수 있엇다.

즉, 잠상 운반체(1)상에서 2색이상의 화상이 형성될 수 있었다. 이어서, 다른 컬러의 화상이 형성되어 단지 압력에 의해서 4색 토너의 화상이 일괄적으로 중간 전사 매체(전사 롤러(30))에 전사되었다. 이어서, 화살표(B) 방향으로 삽입된기록 매체에 대해 정착 롤러(31)와 전사 롤러(30)로 압력을 가해서 화상은 전사되고 정착될 수 있었다.

종래기술에 있어서, 중간 전사 매체에 하나의 컬러씩 각각의 컬러 화상이 전사되어 잠상 운반체의 4회전에 의해 4색 화상이 중간 전사 매체에 완전히 전사되어 겹쳐 합쳐짐 특성(registration)이 악화되었다. 따라서, 본 발명에 따르면, 전술한 공정에 의해 상기 겹쳐 함쳐짐 특성이 또한 더욱 개선되었다. 중간 전사 매체(30)에 전사가 실행되는 경우에 압력을 가하는 것 이외에 전계를 보조적으로 인가함으로써 전사 효율은 더욱 향상될 수 있다.

(제3의 실시예)

본 발명의 제3의 실시예에서, 스퀴즈 롤러 및 잠상 운반체는 스퀴즈 틈이 75㎛로 설정되었다는 점을 제외하고는 제1의 실시예와 동일한 조건하에서 변경되었다. 상기 실시예의 실험 결과는 도 7을 참조하여 기술될 것이다. 그러나, 스퀴즈 롤러에 인가된 전압은 1KV로 설정되었다. 상기의 경우에, 100㎛의 틈을 사용한 제1의 실시예의 실험적인 결과처럼, 고형분율이 속도비의 어떤 범위내에서 최대이었던 경향이 나타났다. 그러나, 속도비의 상기 범위는 -1 내지 -2의 부근이었고 고형분율의 값은 높은 값(약 70%)이었다.

(제4의 실시예)

본 실시예에서, 제 3의 실시예의 경우와 같이 스퀴즈 갭은 75㎛로 설정되었고, 스퀴즈 롤러에 대한 클리닝용 스크레이퍼 블레이드의 압력은 제3의 실시예 보다 적어지게 설정되었다. 따라서, 스퀴즈 롤러상에 잔류하는 액체층의 두께는 제3의 실시예의 경우에서의 두께 보다 크게 설정되었고 그 두께는 약 20㎛ 정도였다. 상기 두께는 KEYENCE사에서 제조한 레이저식 막 두께 측정기 LT-8000/8010을 사용하여 측정되었다.

도 8은 전술한 상태하에서 스퀴즈 롤러와 잠상 운반체 사이의 속도비가 변경된 경우의 실험적인 결과를 도시하고 있다. 그러나, 스퀴즈 롤러에 인가된 전압은 1KV로 설정되었다. 제1 및 제3의 실시예의 경우에서와 같이, 고형분율은 어떤 범위의 속도비에서 최대가 되는 경향이 나타난다. 상기 범위는 -2의 부근이며 최대 고형분률 값은 약 65% 정도이었다.

최종적으로, 본 발명에서 사용된 액체 현상제가 기술될 것이다.

미국특허 제5,650,253호 명세서 또는 미국특허 제5,698,616호 명세서에서 개시된 바와 같이 용매를 감소 및 제거함으로써 필름상으로 되는 잉크재가 본 실시예에서 사용된 액체 현상제로서 사용되었다. 필름상으로된 잉크재라는 의미는 실온 보다 낮은 유리 전이점(온도)을 갖는 미소 물질 및 컬러재 등으로 구성되는 미립자가 캐리어 액체중에서 분산되는 액체 현상제를 의미한다. 보통, 상기 잉크재는 서로 접촉 및 응집되지 않는다. 그러나, 캐리어 액체가 제거되면 단지 상기 물질만이 남고 상기 재료가 막 형상으로 부착되면 서로 실온에서 결합되어 필름화된다. 상기 미소 물질은 에틸 알콜과 메틸메타아크릴레이트(methylmethacrylate)를 배합함으로써 얻어지고 그 유리 전이점은 배합 비율을 조정함으로써 설정될 수 있다.

상기 실시예에서, 유리 전이점이 -1℃인 재료가 사용되었고 캐리어 액체로는 NORPAR12(EXXON사의 제품)를 사용했다. 또한, 본 발명은 폴리에스테르 및 폴리스티렌과 같은 가열 용융 정착형 수지를 주성분으로 하는 입자가 분산된 다른 액체 현상제를 사용할 수 있다. 또한, 전술한 실시예에서 스퀴즈 롤러는 스퀴즈체로서 사용되지만 스퀴즈 벨트도 스퀴즈체로서 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 스퀴즈부에 안정적으로 메니스커스 면이 형성할 수 있고 캐리어 액체가 스퀴즈 롤러에 접촉하는 조건하에서 강한 전단력이 액체 토너층 내부에 도입되는 경우에도 토너 유출이나 토너의 분산이 발생하는 것이 방지될 수 있다. 토너 유출이 발생하지 않기 때문에 잠상 운반체상의 화상 영역에 잔류하는 토너의 고형분량이 감소되는 것이 방지된다.

토너가 스퀴즈부에서의 잠상 운반체의 측면에 전기적인 인력을 받으므로 스퀴즈 오프셋이 발생하지 않고 화상 농도가 떨어지지 않는다. 또한, 잉여 캐리어 액체가 효율적으로 배제될수 있고 높은 토너 고형분률이 얻어질 수 있다.

특히, 본 발명의 액체 토너와 스퀴즈를 사용함으로써 다른 컬러의 액체 토너가 스퀴즈 이후의 토너층과 접촉하는 경우에도 토너층은 다른 컬러 액체의 용제에 기인하여 유출되지 않고 토너 화상의 표면상에서의 대전도 양호하게 실행되어 2 이상의 컬러 화상이 잠상 운반체상으로 혼색이나 화상 흐름이 없이 겹쳐질 수 있다. 따라서, 다색 프린트가 실행된 이후에 상기 겹쳐진 컬러 토너 화상은 압력 또는 압력과 전계의 조합에 의해 중간 전사 매체 또는 종이에 일괄적으로 전사될 수 있어 겹쳐 합쳐짐 특성(registration)이 개선된 다색 화상 형성 공정이 제공될 수 있다.

상기 공정은 잠상 운반체의 1패스에 의해 4색의 현상된 화상을 형성할 수 있고 그에 따라 속도가 빠른 컬러 화상 형성장치가 제공될 수 있다. 또한, 스퀴즈 이후의 토너층의 고형분율이 향상되어 화상의 품질이 전사에 기인한 화상의 나빠짐이 방지될 수 있고 토너층의 건조 속도가 또한 향상될 수 있다.

Claims (7)

1. 잠상 운반체와 스퀴즈체가 서로 접하지 않은 채 서로 반대 방향으로 이동하고, 상기 잠상 운반체상의 액체 토너층이 상기 잠상 운반체와 상기 스퀴즈체 사이에서 스퀴즈되는 습식형 현상장치에서,

   액체 토너층이 상기 잠상 운반 매체와 상기 스퀴즈체 사이의 틈보다 두께가 얇도록 상기 잠상 운반체상에 액체 토너층을 형성하는 수단과,

   상기 액체 토너층이 상기 잠상 운반체와 함께 상기 틈으로 침투하도록 하는 수단과,

   상기 스퀴즈부와 상기 잠상 운반체 사이에 전계를 형성하는 수단을 포함하며,

   상기 스퀴즈체와 상기 잠상 운반체 사이의 틈으로 침투하는 상기 토너층은 전계에 기초한 전기적인 인력에 의해 상기 스퀴즈체와 접하여 소요의 메니스커스 면(meniscus)을 형성하는 것을 특징으로 하는 습식형 현상장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 스퀴즈체와 상기 잠상 운반체의 이동 속도비는 -0.5 내지 -2.0의 범위내로 설정되는 것을 특징으로 하는 습식형 현상장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 스퀴즈체의 전위의 극성은 상기 잠상 운반체의 비화상부의 극성과 동일하고, 상기 스퀴즈체의 전위의 절대값은 상기 잠상 운반체의 비화상부의 전위의 절대값보다 큰 것을 특징으로 하는 습식형 현상장치.
4. 제 1항에 있어서,

   액체 토너의 캐리어 액체에 분산된 토너 입자의 유리 전이점은 -1℃와 동등하거나 그 이하인 것을 특징으로 하는 습식형 현상장치.
5. 제 1항에 있어서,

   스퀴즈 한 이후의 상기 잠상 운반체상의 비 세그먼트부에서 상기 액체 토너층은 55wt% 이상의 고형분율을 갖는 것을 특징으로 하는 습식형 현상장치.
6. 제 1항에 청구된 습식형 현상장치가 제공된 화상 형성장치에서,

   스퀴즈 한 이후의 상기 액체 토너층은 기계적인 압력 또는 기계적인 압력과 전계 양쪽 모두에 의해 상기 잠상 운반체로부터 기록 매체 또는 중간 전사 매체에 전사되는 것을 특징으로 하는 화상 형성장치.
7. 제 6항에 있어서,

   운반된 액체 토너를 갖는 상기 잠상 운반체의 전면상으로의 전하의 대전, 화상의 노광, 현상 및 스퀴즈를 실행하는 공정은 반복되어 2 이상의 컬러 토너 화상을 상기 잠상 운반체상에 형성하고, 그 후, 상기 2 이상의 컬러 토너 화상은 기록 매체와 같은 전사 매체 또는 중간 전사 매체상으로 일괄적으로 전사되는 것을 특징으로 하는 화상 형성장치.