KR100414384B1

KR100414384B1 - 액체전자사진영상시스템들의 현상장치

Info

Publication number: KR100414384B1
Application number: KR10-2001-0016965A
Authority: KR
Inventors: 요시이도모유키; 후나야마야스히로; 우에조노쓰토무
Original assignee: 닛본 덴끼 가부시끼가이샤
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2004-01-07
Also published as: US6487385B2; KR20010100860A; US20010031157A1; JP2001282001A

Abstract

이미지표류를 방지하고 스퀴징공정에서의 부하를 감소시킬 수 있는 액체전자사진현상장치가 개시된다. 현상롤러는 소정의 간격을 두고 상기 잠상기판에 직면하고 그 위의 현상영역에서 광수용체벨트와 반대방향으로 주변속도로 회전하면서 상기 광수용체벨트에 액체현상제를 공급한다. 상기 광수용체벨트의 이동속도에 대한 주변속도의 주변속도비는 상기 광수용체벨트상의 현상된 토너층의 고체성분비를 최대화하도록 결정된다.

Description

액체전자사진영상시스템들의 현상장치{Developing apparatus in liquid electrophotographic imaging systems}

본 발명은 액체전자사진영상시스템들에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잠상기판에 액체현상제를 공급하기 위한 현상롤러를 갖는 현상장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 유

유전유체(dielectric fluid)내에 분산된 대전된 토너입자(toner particles)로 구성된 액체현상제를 사용하는 액체전자현상장치가 널리 알려져 있다. 전기이동(electrophoresis)에 의해 잠상기판의 표면에 토너입자들을 부착시킴으로써 잠상(latent image)기판상에 형성된 정전잠상이 현상된다. 액체현상공급시스템으로서는, 원통형롤러 또는 벨트상에 액체현상제의 박층이 형성되어 잠상기판의 현상영역에 액체현상제를 지속적으로 공급하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 현상롤러의 경우에 있어서, 현상롤러가 회전하여 잠상기판의 표면에 소정의 액체현상제를 계속적으로 공급한다. 이 경우에, 현상롤러는 반대전극으로서도 제공된다.

현상롤러로부터 잠상기판로 공급되는 액체현상제는 잠상기판의 현상영역상에 메니스커스(meniscus)를 형성한다. 이 경우에, 잠상상에 현상된 토너의 양은 공급된 액체현상제의 양에 의존한다. 따라서, 현상속도를 증가시키기 위해서는, 공급된 액체현상제의 고체성분의 농도를 증가시키거나, 현상롤러를 더욱 빨리 회전시켜 공급된 액체현상제의 양을 증가시켜야 한다.

현상공정이 종료된 후에, 잠상기판의 표면상의 이미지부분은 통상적으로 토너입자들과 유전유체로 구성된다. 이는 토너의 농도에 따라서 이미지의 형상을 유실(liquidly lost)되게 하거나 왜곡시킨다. 이러한 바람직하지 않은 현상을 방지하고 전사공정을 무난하게 수행하기 위해서, 스퀴징공정(squeezing)을 채택하여 이미지부분에서 유전유체만을 스퀴즈한다.

이 스퀴징공정에 있어서, 고온하에서 잠상기판상에 회전롤러를 접촉시킴으로써 유전유체가 스퀴즈되는 방법이 알려져 있다. 또한, 갭이 있는 롤러와 잠상기판사이에 전계를 인가하여 토너입자들을 잠상기판쪽으로 표류시켜 상부 유전유체를 제거하는 방법이 알려져 있다.

일본 특개평 6-186859 호에는, 현상롤러와 스퀴징롤러 둘 다로서 사용되는 단일 롤러를 갖는 액체이미지형성장치가 개시되어 있다. 이 종래기술에 있어서, 롤러가 광수용체드럼과 동일한 방향으로 회전되어 광수용체드럼의 표면으로부터 여분의 액체현상제가 제거되게 한다. 또한, 액체보유판(liquid reserving plate)이 롤러와 접촉되게 롤러위에 마련되어 액체현상제가 롤러주위로 흘러가는 것을 방지한다.

그러나, 상술한 종래기술에 있어서, 현상에 필요한 최소량 이상의 액체현상제를 공급하고, 높은 농도의 액체현상제를 사용하며, 광수용체드럼에 대하여 롤러의 회전속도를 과도하게 증가시키거나 복수개의 롤러를 사용하여 현상시간을 상대적으로 길어지게 함으로써 현상이 수행된다. 결국, 액체현상제 양의 증가는 그 안에 함유된 유전유체 양의 증가를 야기한다.

유전유체의 양이 증가되는 경우, 농도가 낮은 액체현상제가 비교적 긴 시간동안 현상부분과 접촉되게 된다. 따라서, 현상공정 후의 토너이미지내의 고체성분비가 감소되며, 여기서 고체성분비는 토너와 용매로 구성된 현상부내의 토너의 비율로서 정의되는 것이다. 그 결과, 현상이미지가 왜곡되고 현상제가 배경용 이미지기판의 영역에 증착될 가능성이 높아져 선명한 이미지를 얻을 수 없다.

또한, 현상롤러의 회전속도에 따라서도, 이미지자체가 왜곡되는 경우가 있다. 또한, 토너층의 고체성분비가 저하됨에 따라서, 스퀴징공정에서 압력 또는 전계인가 등의 높은 부하가 요구된다.

특히, 현상롤러가 스퀴징롤러와 공유되고 액체보유판이 제공되는 경우에, 액체보유판에 의해 차단된 낮은 농도의 액체현상제에 현상영역이 노출될 수 있다. 따라서, 고체성분비는 개선될 수 없다. 증가된 고체성분비는 토너이미지가 표류되는 것을 방지하여 전사공정이 무난하게 수행되게 하고, 또한, 최종이미지의 질이 개선되게 한다.

따라서, 상술한 종래기술에서도, 여분의 액체현상제가 광수용체드럼의 표면상의 현상된 토너이미지로부터 제거될 수 있다. 그러나, 이미지표류와 스퀴징에 필요한 고부하등의 문제점이 해결되지 않았다. 또한, 선명한 이미지를 얻기 위한 액체현상제의 적절한 양이 정의되지 않았다.

발명자는 현상제공급조건이 현상된 토너층의 고체성분비를 최소화하도록 최적화될 수 있고, 이에 의해 상술한 종래기술의 문제점이 해결될 수 있다는 것을 알았다.

본 발명의 목적은, 이미지표류를 방지하고 스퀴징공정에서 부하를 감소시킬 수 있는 액체전자사진현상장치를 제공하는 것이다.

도 1은 스퀴징(squeezing)전 및 스퀴징후의 현상토너(toner)층의 고체성분비간의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 액체전자사진현상장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 3은, 현상 롤러가 잠상기판 이동방향의 역방향으로 회전하는 경우, 주변속도비, 현상후의 토너량 그리고 고체성분비간의 관계를 나타내는 도면이다.

도 4는, 현상롤러가 정방향으로 회전하는 경우, 주변속도비, 현상후의 토너량 그리고 고체성분비간의 관계를 나타내는 도면이다.

도 5는, 현상롤러가 역방향으로 회전하는 경우, 현상제의 농도를 파라미터로 사용하여, 주변속도비, 현상후의 토너량 그리고 고체성분비간의 관계를 나타내는 도면이다.

도 6은 현상갭(developing gap)내의 액체 현상제의 유동속도의 분포를 나타내는 도면이다.

도 7은 현상갭을 통과하는 액체 현상제의 양을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 고체성분비를 극대화할 수 있는 현상토너층이 얻어질 수 있는 주변속도비를 현상제의 농도에 대하여 나타낸 도면이다.

도 9는, 본 발명의 제2실시예에 따른 제어방법에 있어서, 고체성분비를 극대화할 수 있는 현상토너층이 얻어질 수 있는 주변속도비를 현상제의 농도에 대하여 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명에 따른 액체전자사진현상장치를 사용한 이미지형성장치의 일예를 나타낸 도면이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광수용체벨트 2 : 기판

3 : 잠상기판 4 : 현상롤러

5 : 액체현상제 6 : 스크래퍼

7 : 전원 8 : 현상후의 토너층

11 : 대전기 12 : 레이저광원

13 : 현상장치 14 : 스퀴징롤러

본 발명에 따르면, 현상장치는 토너입자들이 유전유체내에 분산된 액체현상제를 사용하여, 제1방향으로 소정의 속도로 이동하는 잠상기판상에 정전잠상을 현상한다. 이 현상장치는, 소정의 간격을 두고 상기 잠상기판에 직면하고, 상기 잠상기판상의 현상영역에서 상기 제1방향과 반대인 제2방향으로 주변속도로 회전하면서 상기 잠상기판에 상기 액체현상제를 공급하는 현상롤러를 구비하고, 여기에서, 상기 잠상기판의 소정의 속도에 대한 상기 현상롤러의 주변속도의 주변속도비는 상기 잠상기판상의 현상된 토너층의 고체성분비를 최대화하도록 결정된다.

현상된 토너층의 최대 고체성분비를 제공하는 피크주변속도비(k_t)는

로 나타내고, 여기에서 m_t는 현상된 토너의 포화량이고, L은 상기 소정 간격의 길이이며, p는 상기 액체현상제의 밀도이고, c는 상기 액체현상제의 농도이다.

상기 주변속도비(k)는 0.8k_t∼1.2k_t의 범위의 값으로 설정된다.

로 나타내고, 여기에서 m_t는 현상된 토너의 포화량이고, L은 상기 소정 간격의 길이이며, p는 상기 액체현상제의 밀도이고, c는 상기 액체현상제의 농도이다. 상기 주변속도비(k)는 0.8k_t∼1.2k_t의 범위의 값으로 설정된다.

상기 유전유체에 분산된 토너입자들의 글래스전이온도는 -1℃이하인 것이 바람직하다. 상기 현상된 토너층의 고체성분비는 20wt%이상인 것이 좋다.

이미지형성장치는, 제1방향으로 소정의 속도로 이동하는 잠상기판, 소정의 간격을 두고 상기 잠상기판에 직면하고, 상기 잠상기판상의 현상영역에서 상기 제1방향과 반대인 제2방향으로 주변속도로 회전하면서 상기 잠상기판에 토너입자들을 포함하는 액체현상제를 공급하는 현상롤러, 현상된 토너층을 스퀴징하여 상기 잠상기판상에 토너이미지를 생성하는 스퀴징롤러, 그리고 상기 토너이미지를 다른 매체로 전사하는 전사부를 구비하고, 상기 잠상기판의 소정의 속도에 대한 상기 현상롤러의 주변속도의 주변속도비는 상기 잠상기판상의 현상된 토너층의 고체성분비를 최대화하도록 결정된다.

이미지형성장치는, 제1방향으로 소정의 속도로 회전하는 광수용체벨트, 상이한 칼라들에 대응하고 상기 제1방향에 따라 배열된 복수개의 현상디바이스들을 구비하고, 상기 각각의 현상디바이스들은, 소정의 간격을 두고 상기 광수용체벨트에 직면하고, 상기 광수용체벨트상의 현상영역에서 상기 제1방향과 반대인 제2방향으로 주변속도로 회전하면서 상기 광수용체벨트에 칼라토너입자들을 포함하는 액체현상제을 공급하는 현상롤러, 현상된 토너층을 스퀴징하여 상기 광수용체벨트상에 칼라토너이미지를 생성하는 스퀴징롤러, 그리고 일련의 상기 현상디바이스들에 의해 얻어진 다색 토너이미지를 다른 매체로 전사하는 전사부를 구비하고, 상기 광수용체벨트의 소정의 속도에 대한 상기 현상롤러의 주변속도의 주변속도비는 상기 광수용체벨트상의 현상된 토너층의 고체성분비를 최대화하도록 결정된다.

도 1을 참조하면, 스퀴징 전후의 고체성분비를 측정하기 위한 조건은 다음과 같다. 먼저, 그의 일면상에 제공된 알루미늄전극을 갖는 PET(polyethylene terephthalate)막이 브라스(brass)평판전극상에 알루미늄전극이 브라스평판전극에 접촉하도록 배치된다. PET막은 잘 알려진 코로나대전기에 의해 -1000V로 대전되고 또 다른 브라스평판전극과 0.3㎜의 갭을 형성하면서 평행하게 접한다. 액체현상제가 이 갭으로 주입되어 현상을 수행한다.

다음에, 현상된 토너층은 토너의 대전된 극성과 동일한 극성을 갖는 코로나대전기의 아래로 소정의 속도로 직접 이동하여, 소정의 고체성분비를 갖는 현상된 토너층이 형성된다. 현상된 토너층은 일정한 선압력조건하에서 우레탄러버롤러를 사용하여 스퀴즈된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 스퀴징전의 고체성분비가 높을수록, 스퀴징전의 고체성분비가 높아진다. 이는 스퀴징을 위한 부하가 현상후(즉 스퀴징전)의 고체성분비를 증가시킴으로써 감소될 수 있다는 것을 의미한다.

제1실시예

도 2를 참조하면, 광수용체벨트(1)는 그 위에 형성된 잠상기판막(3)을 갖는 잠상기판기판(2)으로 구성된다. 광수용체벨트(1)는 복수개의 롤러(미도시)위를 둘러싸고 있고 모터(미도시)를 포함하는 구동기구에 의해 화살표 A로 표시된 방향으로 진행한다. 여기에서, 광수용체벨트(1)의 이동속도는 70㎜/sec로 설정된다.

현상롤러(4)가 광수용체벨트(1)의 아래에 잠상기판막(3)과 직면하면서 광수용체벨트(1)와 현상롤러(4)사이에 소정의 갭이 형성되도록 설치된다. 여기에서, 현상롤러(4)는 20㎜의 외부직경을 갖는 SUS로 제조된다. 광수용체벨트(1)와 현상롤러(4)간의 갭은 120㎛로 설정된다.

현상롤러(4)는 화살표 B로 표시된 방향으로 회전한다. 이 회전영역에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 현상롤러(4)의 주변이동방향 B는 광수용체벨트(1)의 이동방향 A와 반대이다.

토너입자와 유전유체를 함유하는 액체현상제(5)는 현상롤러(4)의 주위표면으로부터 광수용체벨트(1)로 공급된다. 정대전된 토너입자들은 액체현상제(5)의 고체성분으로서 사용되고, NORPAR12(EXXON사 제품)는 유전유체로서 사용된다. 토너의 고체성분비는 2 ~ 5wt%이다.

또한, 참조번호 6은 상부에지가 현상롤러(4)에 대하여 압착된 스크래퍼이고 액체현상제(5)를 현상롤러(4)의 표면으로부터 긁어내기 위하여 사용된다. 참조번호 7은 현상롤러(4)에 바이어스 전압을 인가하기 위한 전원이다. 바이어스 전압은 450V로 설정된다.

광수용체벨트(1)는 대전기(미도시)에 의해 잠상기판막(3)의 표면위에서 정대전된다. 이어서, 잠상기판막(3)의 정대전된 표면은 노광기(미도시)로부터 발산된 레이저광에 노출되고, 이에 의해, 그 위에 정전잠상이 형성된다. 여기에서, 정전잠상의 노출부의 전위는 100V이고, 노출되지 않은 부분은 800V이다.

이러한 방법으로, 정전잠상이 광수용체벨트(1)상에 형성되고, 광수용체벨트(1)는 현상롤러(4)위를 지나쳐 이동한다. 현상롤러(4)는 광수용체벨트(1)와 반대 방향 B로 회전하고 현상롤러(4)상의 액체현상제(5)는 현상롤러(4)의 회전동작에 따라서 광수용체벨트(1)의 잠상부로 공급된다. 그 결과, 액체현상제(5)내에 함유된 토너입자들은 노출부로 표류되어 광수용체벨트(1)상에서 현상된다. 참조번호 8은 현상공정 후의 토너층을 나타낸다.

여기에서, 현상공정 후에 토너층(8)에서 유전유체를 제거하여 얻어진 고체성분의 양과 고체성분비가 중량분석을 이용하여 측정된다. 도 2에 도시된 현상장치에서의 현상조건에 따르면, 페이퍼상에 완전히 현상된 이미지에 요구되는 토너의 양은 0.28㎎/㎠이다. 본 발명의 이미지형성조건에 따르면, 광수용체벨트상에 현상된 토너의 양은 페이퍼에 전사된 이미지부의 토너의 양과 거의 동일하다.

먼저, 3wt%농도의 액체현상제를 사용한 현상롤러(4)의 주변속도비와 현상공정후의 전체 현상된 이미지부의 단위면적당 토너의 양과 고체성분비를 측정한다. 주변속도는 광수용체벨트(1)의 이동속도에 대한 현상롤러(4)의 회전속도의 비로 정의된다. 다시 말하면, 회전속도비는 주변속도로서 사용될 수 있다. 측정결과는 도 3에 도시되어 있다.

도 3의 수평축은 현상롤러(4)의 주변속도비(또는 회전속도비)를 나타낸다. 이 경우에, 현상롤러(4)는 광수용체벨트(1)와 반대방향으로 이동하기 때문에, 주변속도비는 음수로서 표시된다. 도 3의 세로축은 고체성분비 및 고체성분의 양을 나타낸다. 도 3에 분명하게 도시된 바와 같이, 현상롤러(4)의 주변속도비가 거의 2.5가 될 때, 고체성분의 양은 주변속도비에 따라 변화한다. 주변속도비가 2.5.이상이 되면, 주변속도비에 대한 의존성은 주변속도비가 2.5.이하인 경우와 비교하여 작아진다.

또한, 2.5의 주변속도비에서 고체성분이 피크에 달하면 고체성분의 양의 경사가 변화하고 고체성분의 양은 2.5의 동일한 주변속도비에서 25wt%의 매우 높은 값에 도달한다. 따라서, 현상롤러(4)의 주변속도비가 최대점부근에서 형성되어 고체성분비가 피크에 도달하면, 최대고체성분비가 얻어질 수 있다.

이 최대점을 나타내는 주변속도비가 상세하게 조사되었다. 여기에서, 현상롤러(4)가 광수용체벨트(1)의 이동방향과 동일한 방향 A(정방향)로 회전하는 경우에, 현상된 토너층의 고체성분비와 주변속도비도 조사되었다. 이 측정결과를 도 4에 도시하였다.

도 4를 참조하면, 고체성분의 양은 현상롤러(4)가 역방향 B로 회전하는 경우와는 다르게, 현상롤러(4)가 정방향 A로 회전하는 경우에는 대략 3에서 포화된다. 이 경우에 현상된 토너의 포화량은 0.28㎎/㎠이고 이는 전체 현상된 이미지의 프린트에 필요한 토너의 양이다. 이 값은 광수용체벨트(1)의 표면이 동일한 전위조건하에서 긴 시간동안 액체현상제에 노출된 경우에 현상된 토너의 양과 거의 동일한 값이다. 즉, 현상된 토너의 양은 현상공정중의 광수용체벨트(1)와 현상롤러(4)사이에 인가된 전계를 완전히 제거하는 데 충분한 것으로 간주된다.

그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 현상롤러(4)가 역방향 B로 주변속도비로 회전하여 최대 고체성분비를 제공할 때, 고체성분의 양은 현상된 토너의 포화량(0.28㎎/㎠)과 거의 동일하다. 또한, 도 3 및 도 4에서 분명하게 도시된 바와 같이, 현상된 토너의 양이 포화에 도달하는 주변속도비는 정방향 A와 역방향 B로 회전하는 데에서도 동일하다.

상술한 바와 같이, 현상롤러(4)가 반전된 방향으로 회전하는 경우에, 현상량과 일치하는 주변속도비에 있어서 현상후에 토너층(8)의 고체성분비의 피크가 얻어질 수 있다.

도 5는 파라미터로서 농도를 사용하여 수행된 유사한 실험결과는 나타낸다. 도 5의 가로축은 현상롤러(4)의 주변속도비(회전속도비)를 나타내고, 세로축은 현상후의 고체성분의 양과 고체성분비를 나타낸다.

이 실험들은 2wt%, 3wt%, 5wt%의 현상제의 세가지 농도하에서 수행되었다. 도 5에서 명백하게 도시된 바와 같이, 각각, 2wt%의 현상제의 농도의 경우에는 주변속도비 2에서, 5wt%의 현상제의 농도의 경우에는 주변속도비 3에서 고체성분비가 피크값에 도달하였고, 동시에, 고체성분량은 거의 이 전위조건하에서 현상된 토너의 포화량인 0.28㎎/㎠을 나타내고 있다. 따라서, 상술한 결과에서 나타낸 바와 같이, 액체현상제의 공급조건을 현상제의 농도와 관계없이 일정한 소정의 현상된 토너의 양을 만족시키도록 설정함으로써 고체성분비가 최대화될 수 있다.

이러한 공급조건을 설명한다. 도 2에 도시된 현상영역의 메니스커스부에서, 도 6에 도시된 바와 같은 속도분포(유속분포)가 광수용체벨트(1)의 이동속도와 현상롤러(4)의 이동속도에 따라 현상갭내에서 발생된다고 간주된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 광수용체벨트(1)의 이동속도가 Va이고 현상롤러(4)의 이동속도가 Vb인 경우에, 현상갭내의 속도분포는 유속이 광수용체벨트(1)측의 Va에서 현상롤러(4)측의 Vb로 계속해서 변화되도록 형성된다. 이 속도분포에 있어서, 현상롤러(4)에 의해 운반된 액체현상제는 실질적으로 현상갭을 통과할 수 없는 부분을 포함한다. 이 여분의 액체현상제는 이 부분에서 현상제저장소(developer reservoir)를 형성하여 현상제를 주입하거나 현상롤러(4)의 단부로부터 오버플로우된다. 따라서, 현상롤러(4)의 회전속도가 증가되거나 액체현상제의 농도가 증가되더라도, 공급되는 액체현상제의 양은 실질적으로 제한된다.

여기에서, 현상갭을 실질적으로 통과하는 액체현상제의 양이 정량적으로 산출된다.

도 6에 도시된 바와 같은 속도분포를 갖는 경우를 가정하면, 도 7의 파선으로 표시된 현상갭의 단면을 통과하는 단위시간당 액체현상제의 양은 영역 A와 영역 B간의 차이로 표시될 수 있다. 여기에서, 파선단면을 통과하는 단위시간당 유량은 도 7에 도시된 바와 같이 속도분포를 나타내는 직선과 파선에 의해 도시된 현상갭의 단면으로 형성되는 형상에 의해 결정된다. 또한, 이 단면을 통과하는 양은 현상영역에서 유효한 양으로 간주된다. 이 양에 대응하는 것은 B-A부의 면적이다. 현상갭의 길이는 L로 정의된다. 현상갭은 점 P에서 Va:Vb로 분할되고, 여기에서 속도분포선이 단면을 가로지르기 때문에, A와 B는 아래의 수학식 1 및 2로 대표될 수 있다.

따라서, B-A는

상술한 결과로부터, 최적의 주변속도비는 이 액체현상제내에 함유된 토너의 양이 단위시간당 현상된 토너의 포화량과 동일해질 때 만들어진다. 따라서, 액체현상제의 밀도를 ρ라 하고, 농도를 c, 그리고 소정의 현상전위차에서 현상된 토너의 포화량을 m_t라 하면, 아래의 수학식이 만족될 수 있다.

따라서, 양변을 Va로 나누면,

이 얻어질 수 있고, 여기에서, 주변속도비 : Vb/Va = k_t.

따라서, 이 주변속도비 k_t는

으로 나타낼 수 있다. 이는 현상후의 토너의 고체성분비를 최대화한 주변속도비이다.

또한, 수학식 3을 이용하여 이 조건에서의 액체현상제의 공급량을 산출하면, 현상된 토너의 포화량과 일치한다. 따라서, 수학식 3이 지지되어 액체현상제의 최적공급량을 정확하게 나타낸다.

또한, 액체현상제의 농도에 대하여 고체성분비의 피크를 도출하는 주변속도비 k_t는 수학식 6에 의해 산출될 수 있고, 그 결과가 도 8에 도시되어 있다.

도 8에서, 고체성분비를 최대화하는 실제주변속도비가 검은 점(실험치)에 의해 도시되어 있다. 도 8에서 사선으로 빗금친 영역은 농도에 대하여 0.8k_t<k<1.2k_t를 만족하는 주변속도비의 영역을 나타낸다. 수학식 6에 의해 산출된 고체성분비의 실험값이 최적이라는 것이 도 8에 분명하게 도시되어 있다. 또한, 0.8k_t<k<1.2k_t의 범위 내에서 주변속도비 k를 설정함으로써 고체성분비가 20wt%이상으로 증가될 수 있다는 것도 증명된다.

제2실시예

본 발명의 제2실시예에서는, 주변속도비의 산출값이 제1실시예와 다르다. 그것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다.

제1실시예와 마찬가지로, 현상갭을 통과하는 액체현상제의 실질적인 양이 산출된다. 이 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같은 속도분포가 고려된다. 여기에서, 이 실시예에서 가정된 속도분포는 제1실시예와 동일하다. 도 7의 파선으로 표시된 현상갭의 단면을 통과하여 현상영역으로 공급되는 단위시간당 현상액의 양은 도 7의 현상롤러와 동일한 방향으로 이동하는 유량으로서 대표된다.

상술한 바와 같이, 잠상기판(1)의 속도는 Va로 정의되고, 현상롤러(4)의 속도는 Vb로 정의된다. 파선의 단면을 통과하는 단위시간당 유량은 도 7에 도시된 바와 같은 직선과 속도분포를 나타내는 단면으로 형성된 형상, 즉 영역 B만의 폭으로서 대표된다. 이 실시예에서, 이 단면에 공급되는 토너의 양은 현상영역에 대하여 유효한 것으로 간주된다. 현상갭의 길이는 L로 정의된다. 현상갭 A는 속도분포선이 단면을 가로지르는 점 P에서 Va:Vb로 분할된다. 따라서,

의 관계가 수학식 2와 동일한 방식으로 만들어질 수 있다. 이 액체현상제내에 함유된 토너의 양이 단위시간당 현상된 토너의 포화량과 동일해질 때, 이 시점에서 최적의 주변속도비가 만들어진다. 따라서, 액체현상제의 밀도를 ρ라 하고, 농도를 c, 그리고 소정의 현상전위차에서 현상된 토너의 포화량을 m_t라 하면,

의 관계가 성립될 수 있다. 따라서, 주변속도비가 Vb/Va = k_t라 가정하면, 수학식 8은 k_t에 대하여 재배치되어 아래의 수학식을 만들 수 있다.

따라서, 주변속도비 k_t는

으로 대표된다.

이는 동일한 방식으로 현상후의 토너층의 고체성분비를 최대화하는 주변속도비이다.

여기에서, 수학식 7에 의해 산출된 액체현상제의 공급량은 현상된 토너의 포화량과 일치한다.

도 9에서, 액체현상제의 농도에 대한 고체성분비의 피크를 제공하는 주변속도비 k_t가 수학식 10에 의해 산출되어 그 결과를 도시하였다. 고체성분비를 최대화하는 실제주변속도비가 도 9에 검은 점으로 도시되어 있다. 사선으로 빗금친 영역은 현상기의 각 농도에서 0.8k_t<k<1.2k_t를 만족하는 주변속도비의 영역을 나타낸다.

도 9에서, 수학식 10에 의해 산출된 주변속도비가 고체성분비의 최대화된 실험값이라는 것을 분명하게 알 수 있다. 현상기의 농도를 변화시키는 경우에도, 수학식 10에 의해 산출된 주변속도비가 최적이라는 것도 분명해진다. 이 경우에서도, 도 3등에 도시된 바와 같이, 이상적인 고체성분비는 20wt%이상이 될 수 있다. 이와 반대로, 0.8k_t<k<1.2k_t의 범위 내에서 주변속도비 k를 설정함으로써 고체성분비가 20wt%이상으로 증가될 수 있다는 것도 증명된다.

도 8 및 도 9에서 얻어진 결과를 설명한다.

먼저, 현상롤러(4)에 의해 액체현상제가 소정의 현상갭으로 주입되고, 메니스커스가 현상영역내에 형성된다. 메니스커스가 형성되면, 현상갭영역에 전계가 효과적으로 인가되고, 이에 의해 전기이동에 의해 현상이 수행된다.

이때, 현상영역에서, 잠상기판(1)의 표면과 현상롤러(4)의 주변표면이 서로 반대방향으로 이동하기 때문에 유속차가 발생한다. 이 유속차는 현상롤러(4)상의 액체현상제만을 현상영역에 소정비율로 효과적으로 공급하게 한다. 공급되는 액체현상제내에 함유된 토너입자들은 잠상기판(1)상의 잠상을 현상한다.

이러한 견해에 근거하여, 공급되어야 하는 액체현상제의 알맞은 양을 산출하면, 그 안에 포함된 토너의 양은 상술한 바와 같은 각 농도에서의 현상된 토너의 포화량과 일치한다. 또한, 최적의 주변속도비는 현상기의 토너농도와 현상된 토너의 포화량에 의해 특정된다. 주변속도비가 이 특정치보다 큰 경우에는 액체현상제의 증가된 양이 공급되고 이에 의해 액저장소가 생성되어, 이 액저장소로부터 현상된 토너층이 배출되면 현상된 토너층이 저농도 액체현상제에 노출되고, 그 결과, 고체성분비가 급격하게 감소된다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 토너층의 최대 고체성분비는 25wt%의 높은 값을 제공한다. 이 경우에 사용된 액체현상제에 있어서, 토너층의 고체성분비가 20wt%이상이 되면, 액드리핑(solution dripping)과 현상된 이미지의 오배치등의 낮은 고체성분비를 갖는 현상된 토너층의 경우에서 발생되었던 문제점들이 현저하게 해결된다. 공급되는 액체현상제의 양이 포화량으로 설정되는 경우에, 현상롤러(4)측의 현상후의 액체현상제는 거의 토너입자들을 함유하지 않는 NORPAR 12만으로 증명되는 것을 예측할 수 있다.

이러한 조건하에서, 잠상기판(1)와 현상롤러(4)사이의 주변속도차에 이해 일종의 단차가 생성되기 때문에 여분의 유전유체가 효과적으로 제거되는 것으로 간주된다. 토너층 자체의 두께도 최소의 값으로 설정되기 때문에, 토너층의 밀도도 최대가 되고, 그 결과, 그 토너들간에 강한 부착력이 생성된다. 따라서, 이미지의 오배치를 감소시키는 현상조건이 얻어질 수 있다.

또한, 이어지는 스퀴징공정에서도, 압력 또는 전계조건등의 현상된 토너층상에 필요한 부하도 감소될 수 있다. 후속하는 전사공정에 있어서, 이미지의 흠결이나 표류하는 이미지가 없이 만족할 만한 전사공정이 수행되어 전계력으로 페이퍼 또는 중간 전사매체에 전사된다. 토너의 부착력과 고착력이 충분히 높기 때문에, 전사공정이 저압에서도 수행될 수 있다. 전계를 갖는 전기이동전사의 경우에서보다 높은 속도로 토너입자들이 이동하기 때문에, 프린팅이 고속으로 수행될 수 있다. 0.8k_t<k<1.2k_t의 범위 내에서 주변속도비 k를 설정함으로써 현상후의 토너층을 안정화하거나 스퀴징공정과 전사공정에서의 부하를 제거하는 현저한 효과가 얻어질 수 있다.

벨트형 대신에 드럼형 광수용체가 잠상기판로서 사용될 수 있다는 것은 잘 알려져 있다.

여기에서, 상술한 실험들은 미국특허번호 제5650253 호 및 제5698616 호에 기재된 용매를 감소시킴으로써 막형성 할 수 있는 액체현상제를 사용하였다. 막형성 액체현상제는 실온보다 낮은 글래스전이점(온도)을 갖는 미세물질과 색재(color material)로 구성된 작은 입자들이 유전유체로 분산된 액체현상제이다.

정상적인 상태에서, 이들 작은 입자들은 서로 접촉하여 뭉치지 않는다. 그러나, 유전유체를 제거하면 물질만이 남게 되어 실온에서 부착되어 결합되어 막형성한다. 이들 미세물질들은 에틸알콜과 메틸메타크릴레이트를 혼합함으로써 얻어질 수 있다. 글래스전이온도는 그들의 혼합비에 따라서 결정될 수 있다. 이 경우에, -1℃의 글래스전이온도가 사용된다. 또한, NORPAR 12(EXXON사 제품)가 액체캐리어로서 사용된다. 또한, 폴리에스터와 폴리스티렌등의 가열융착형 수지를 주성분으로 하여 구성된 입자들이 유전유체내에 분산되지 않도록 다른 액체현상제도 사용될 수 있다.

칼라이미지 형성장치

도 10을 참조하면, 도 2에 도시된 것과 동일한 광수용체벨트(1)가 복수개의 롤러를 둘러싸고 있고, 이는 모터등(미도시)을 포함하는 구동기구에 의해 광수용체벨트(1)를 진행하도록 구동된다. 광수용체벨트(1)는 화살표로 표시된 방향으로 회전한다.

광수용체벨트(1)의 아래에는, 네 개의 디바이스가 배열되어 있고, 각 디바이스는 대전기(1), 레이저광원(12), 그 안에 설치된 현상롤러(4)와 스퀴징롤러(14)를 갖는 현상디바이스(13)로 구성된다. 이 실시예에서는, 각각 네 개의 디바이스들에 의해 제공되는 네 개의 색으로 이미지가 형성된다. 제1 및 제2실시예에서 설명된 액체전자사진현상장치가 현상디바이스(13)로서 사용된다.

광수용체벨트(1)의 상부에는, 중간전사매체(전사롤러)(19)와 정착(fixing)롤러(20)가 전사롤러(19)가 광수용체벨트(1)와 접촉하고 기록매체(21)가 전사롤러(19)와 정착롤러(20)에 의해 샌드위치되어 이송되도록 설치된다.

이미지가 형성되면, 광수용체벨트(1)는 제1대전기(11)에 의해 대전되고 이어서 레이저광에 노출되어 광수용체벨트(1)상에 제1칼라잠상을 생성한다. 이 제1칼라는 현상롤러(4)에 의해 현상되고, 다음에 스퀴징롤러(14)에 의해 스퀴징공정이 수행된다. 이러한 방식으로, 제1칼라토너이미지가 광수용체벨트(1)상에 현상된다. 다음에, 동일한 방식으로, 제2칼라토너이미지, 제3칼라토너이미지등이 광수용체벨트(1)의 이동방향에 따라 배열된 대응하는 디바이스에 의해 순차적으로 현상된다.

제4칼라토너이미지를 형성한 후에, 광수용체벨트(1)상의 토너이미지는 중간전사매체(19)로 전사된다. 토너이미지 전사동작은 구동롤러(1a)와 중간전사매체(19)에 의해 발생되는 압력만에 의해서 수행될 수 있다. 한편, 기록매체(21)는 이 전사동작에 동기하여 페이퍼공급부(미도시)로부터 중간전사매체(19)와 정착롤러(20)사이로 공급된다. 기록매체(21)가 이들 두 롤러(19,20)사이를 통과할 때, 중간전사매체(19)상의 토너이미지는 중간전사매체(19)와 정착롤러(20)의 압력에 의해 기록페이퍼로 전사되어 정착된다. 다음에, 기록매체(21)가 이 장치의 외측의 배출구(미도시)를 통해 배출된다.

이 실시예에서, 도 2에 도시된 액체전자사진현상장치가 현상디바이스(13)로서 사용된다. 이 구성에 의하면, 여분의 액체현상제의 양이 현저하게 감소될 수 있다. 각 칼라의 현상후에 스퀴징롤러(14)에 의해 스퀴징이 수행되더라도, 각 칼라이미지는 토너의 드리핑이나 혼색이 없이 다른 칼라이미지상으로 우수하게 겹쳐질 수 있다.

반면, 종래기술에 따르면, 현상후의 토너층의 고체성분비가 다른 칼라를 중첩하기 위해 증가될 수 없다. 따라서, 스퀴징공정에서의 부하가 매우 높아진다. 본 발명에 따르면, 스퀴징부하가 상당히 감소될 수 있다.

또한, 종래기술에서, 칼라이미지들이 중간전사매체로 하나씩 전사되고, 따라서, 4색의 이미지를 형성하기 위하여는 광수용체벨트(1)를 네 번 회전시켜야만 하고, 그 결과 칼라중첩에서의 레지스트레이션(registration)이 악화된다.

그러나, 본 장치에 따르면, 토너층의 고체성분비가 상술한 바와 같이 최소화될 수 있기 때문에, 양호한 레지스트레이션이 용이하게 얻어질 수 있다. 그 결과, 광수용체벨트(1)의 1회전으로써 양호란 다색 토너이미지가 형성될 수 있고, 이미지를 형성하는 데 요구되는 시간도 단축될 수 있다.

또한, 광수용체벨트(1)의 토너이미지가 중간전사매체(19)로 전사되는 경우에도 압력에 부가한 전계의 추가인가에 의해 전사효율이 효과적으로 개선될 수 있다. 광수용체벨트(1)대신, 드럼형 광수용체도 사용될 수 있다. 또한, 정착공정에 있어서, 가열이 부가될 수 있다. 또한, 중간전사매체를 사용하지 않고 광수용체벨트(1)가 직접 기록매체로 전사될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 현상갭을 통과하는 액체현상제의 양은 전체 현상이미지에 필요한 토너의 양(현상된 토너의 포화량)과 동일하다. 현상영역에서의 액체현상제의 여분의 양이 감소될 수 있고, 현상후의 토너층의 고체성분비가 최대화될 수 있다. 따라서, 여분의 액체현상제는 잠상기판에 노출되지 않을 수 있고, 이에 의해 현상제가 백색민판면상에 퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 현상공정 후에, 압력 또는 전계인가등의 스퀴징부하가 감소될 수 있다. 또한, 전사시에 표류이미지나 이미지의 오배치등의 이미지결함이 발생되지 않기 때문에, 양질의 이미지가 얻어질 수 있다. 다색이미지가 형성되는 경우에는, 토너드리핑과 혼색이 없이 레지스트레이션이 수행될 수 있다. 또한, 광수용체벨트(1)의 1회전에 의해 복수개의 색을 갖는 이미지가 형성될 수 있기 때문에, 단시간에 다색이미지가 형성될 수 있다.

Claims

토너입자들이 유전유체내에 분산된 액체현상제를 사용하여, 제1방향으로 소정의 속도로 이동하는 잠상기판상에 정전잠상을 현상하는 장치에 있어서,

소정의 간격을 두고 상기 잠상기판에 직면하고, 상기 잠상기판상의 현상영역에서 상기 제1방향과 반대인 제2방향으로 주변속도로 회전하면서 상기 잠상기판에 상기 액체현상제를 공급하는 현상롤러를 구비하고,

상기 잠상기판의 소정의 속도에 대한 상기 현상롤러의 주변속도의 주변속도비는 상기 잠상기판상의 현상된 토너층의 고체성분비를 최대화하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 현상장치.
제1항에 있어서, 현상된 토너층의 최대 고체성분비를 제공하는 피크주변속도비(k_t)는

로 나타내고, 여기에서 m_t는 현상된 토너의 포화량이고, L은 상기 소정 간격의 길이이며, ρ는 상기 액체현상제의 밀도이고, c는 상기 액체현상제의 농도인 것을 특징으로 하는 현상장치.
제2항에 있어서, 상기 주변속도비(k)는 0.8k_t∼1.2k_t의 범위의 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 현상장치.
제1항에 있어서, 현상된 토너층의 최대 고체성분비를 제공하는 피크주변속도비(k_t)는

로 나타내고, 여기에서 m_t는 현상된 토너의 포화량이고, L은 상기 소정 간격의 길이이며, ρ는 상기 액체현상제의 밀도이고, c는 상기 액체현상제의 농도인 것을 특징으로 하는 현상장치.
제4항에 있어서, 상기 주변속도비(k)는 0.8k_t∼1.2k_t의 범위의 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 현상장치.
제1항에 있어서, 상기 유전유체에 분산된 토너입자들의 글래스전이온도는 -1℃이하인 것을 특징으로 하는 현상장치.
제1항에 있어서, 상기 현상된 토너층의 고체성분비는 20wt%이상인 것을 특징으로 하는 현상장치.
이미지형성장치에 있어서,

제1방향으로 소정의 속도로 이동하는 잠상기판;

소정의 간격을 두고 상기 잠상기판에 직면하고, 상기 잠상기판상의 현상영역에서 상기 제1방향과 반대인 제2방향으로 주변속도로 회전하면서 상기 잠상기판에 토너입자들을 포함하는 액체현상제를 공급하는 현상롤러;

현상된 토너층을 스퀴징하여 상기 잠상기판상에 토너이미지를 생성하는 스퀴징롤러; 그리고

상기 토너이미지를 다른 매체로 전사하는 전사부를 구비하고,

상기 잠상기판의 소정의 속도에 대한 상기 현상롤러의 주변속도의 주변속도비는 상기 잠상기판상의 현상된 토너층의 고체성분비를 최대화하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 이미지형성장치.
이미지형성장치에 있어서,

제1방향으로 소정의 속도로 회전하는 광수용체벨트;

상이한 칼라들에 대응하고 상기 제1방향에 따라 배열된 복수개의 현상디바이스들을 구비하고, 상기 각각의 현상디바이스들은,

소정의 간격을 두고 상기 광수용체벨트에 직면하고, 상기 광수용체벨트상의 현상영역에서 상기 제1방향과 반대인 제2방향으로 주변속도로 회전하면서 상기 광수용체벨트에 칼라토너입자들을 포함하는 액체현상제를 공급하는 현상롤러;

현상된 토너층을 스퀴징하여 상기 광수용체벨트상에 칼라토너이미지를 생성하는 스퀴징롤러; 그리고

일련의 상기 현상디바이스들에 의해 얻어진 다색 토너이미지를 다른 매체로전사하는 전사부를 구비하고,

상기 광수용체벨트의 소정의 속도에 대한 상기 현상롤러의 주변속도의 주변속도비는 상기 광수용체벨트상의 현상된 토너층의 고체성분비를 최대화하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 이미지형성장치.