KR100444984B1 - 습식 화상현상시스템 - Google Patents

Abstract

개시된 습식 화상현상시스템은, 현상제가 저장된 카트리지와, 소정 공급라인을 통해 카트리지로부터 현상제를 공급받아 수용하는 현상용기와, 현상용기 내의 현상제에 일부가 잠긴 상태로 감광체와 대면하여 회전하도록 설치된 현상롤러와, 상기 현상롤러의 표면에 현상제가 잘 부착될 수 있도록 전위를 인가하는 디포지트수단 및, 현상롤러의 외주면에 묻은 현상제를 소정 범위 내의 두께가 되도록 긁어내는 메터링블레이드를 포함하여 구성된다. 이와 같은 시스템은, 고농도의 현상제도 중간의 희석과정 없이 직접 현상에 사용할 수 있기 때문에 현상제 공급 구조를 상당히 간소화할 수 있으며, 또한, 현상 시 현상롤러 상의 현상제를 메터링블레이드로 균일하게 만들어줄 수 있어서 화상도 깨끗하게 현상할 수 있다.

Description

습식 화상현상시스템{Liquid developer imaging system}

본 발명은 습식 화상현상시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고농도의 현상제를 사용하여 구조를 간소화할 수 있도록 구성된 습식 화상현상시스템에 관한 것이다.

일반적으로 습식 화상현상시스템은, 감광체에 광을 주사하여 원하는 이미지에 해당하는 정전잠상(electrostatic latent image)을 형성하고, 이를 분말상의 토너와 액상의 용매가 혼합된 현상제로 현상한 후 용지에 인쇄하는 시스템이다.

도 1은 이러한 습식 화상현상시스템의 일 예로서, 미국특허 5,255,058호에 개시된 종래 구조를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이 종래의 습식 화상현상시스템은, 대전기(14)에 의해 소정 전압으로 대전되는 감광체(10)와, 상기 대전된 감광체(10)에 광을 주사하여 상대적인 전압차를 형성함으로써 원하는 이미지의 정전잠상을 형성하는 광주사장치(16)와, 상기 감광체(10)에 현상제를 공급하여 상기 정전잠상을 현상하기 위한 현상제공급유닛과, 상기 감광체(10)에 현상된 이미지를 전사받아서 용지(72)에 인쇄하는 전사체(30)를 포함한다.

상기 현상제공급유닛은 통상 토너 농도 3%solid 이하인 현상제를 준비하여 감광체(10)와 현상롤러(38) 사이에 공급한다. 이를 위해 현상제공급유닛에는, 토너 농도 약 25%solid 정도의 농축현상제가 담긴 농축카트리지(82)(84)와, 순수 용매가 수용된 용매카트리지(86)와, 이들을 혼합하여 2∼3%solid 정도의 균일한 농도의 현상제를 준비하는 혼합탱크(55,57,59,61)와, 이 혼합탱크(55,57,59,61)에 준비된 현상제를 펌프(90,92,94,96)로 펌핑하여 현상롤러(38)에 공급하는 공급부(20)와, 정전잠상을 현상하고 남은 잉여의 현상제를 회수하기 위한 회수부가 구비된다. 또한, 이 회수부는 상기 현상롤러(38)와 감광체(10)로 공급된 후 흘러내리는 현상제를 수집하여 각 색상별 혼합탱크(55,57,59,61)로 돌려보내는 수집콘테이너(50)와, 이미지가 현상된 감광체(10)를 압착하여 그 현상 이미지 중에 함유된 용매를 짜내는 스퀴즈롤러(26)와, 스퀴징된 현상제를 상기 수집콘테이너(50)를 통해 회수하여 토너는 분리해내고 용매는 용매탱크(65)로 보내는 세퍼레이터(66) 등을 포함한다.

상기 구성에 있어서 현상작업을 수행하려면, 먼저 엘로우(Y), 마젠터(M), 시안(C), 블랙(K)의 4가지 색상에 해당되는 현상제를 각각의 혼합탱크(55,57,59,61)에 2∼3%solid 농도에 맞춰서 준비해둔다. 물론, 흑백과 같이 단일 색상만으로 현상을 하는 시스템이라면 한 가지 현상제만 준비하면 되겠지만, 여기서는, 칼라 화상을 구현할 수 있도록 4가지 색상의 현상제를 모두 준비한 시스템을 개시하고 있다. 이러한 각 색상별 현상제를 준비하려면, 상기 현상액공급유닛에서는 농축카트리지(82)(84)와 용매카트리지(86)로부터 농축현상제와 순수 용매를 혼합탱크(55,57,59,61)로 각각 공급하여 해당 농도의 현상제를 제조한다. 이를 위해 각 혼합탱크(55,57,59,61)에는 통상적으로 농도센서(미도시)가 구비되어서 혼합되는 현상제의 농도를 측정하게 된다. 이와 같이 현상제가 준비되면 현상작업이 개시되는데, 우선, 상기 대전기(14)가 감광체(10)를 소정 전위로 대전시킨다. 이상태에서 광주사장치(16)가 대전된 감광체(10)에 광을 주사하여 상대적으로 전위를 떨어뜨림으로써 원하는 이미지에 해당하는 정전잠상을 형성한다. 이어서, 펌프(90,92,94,96)를 가동하여 상기 혼합탱크(55,57,59,61)에 준비된 현상제를 공급부(20)를 통해 현상롤러(38)와 감광체(10) 사이로 공급하면서 상기 정전잠상을 현상한다. 이와 같이 현상된 이미지는 일단 전사롤러(30)에 전사되며, 만약 그 색상만으로 이루어지는 이미지라면 이 상태로 용지(72)에 바로 찍히게 된다. 그러나, 복수 색상의 현상제를 중첩해서 칼라 이미지를 구현하는 경우라면, 상기와 같은 대전, 노광, 현상의 단계를 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K)의 4가지 색상에 대해 반복해서 실시하여, 각 색상별로 현상된 이미지를 상기 전사롤러(30) 위에 중첩시킨다. 그리고, 이렇게 중첩되어 형성된 칼라 화상을 압착롤러(71)와의 사이로 통과되는 용지(72)에 인쇄하게 되는 것이다.

그런데, 이와 같은 습식 화상현상시스템은 상기한 바와 같이 현상제의 준비부터 공급과 회수에 이르기까지 시스템이 요구하는 구조가 상당히 복잡하다. 이는 현상작업에 농축된 상태의 고농도 현상액을 직접 사용하지 못하고 3%solid 이하의 저농도 현상제로 만들어서 사용하기 때문에 발생되는 문제인데, 물론, 현상제를 이와 같이 저농도로 만들어 사용하게 되면, 유동성이 좋아져서 현상된 이미지 중 부위별로 토너의 밀도 편차가 작아지는 이점은 있다. 그러나, 상기와 같이 농축 현상제와 용매를 각각의 카트리지(82,84)(86)에 담아서 준비했다가 혼합탱크(55,57,59,61)로 보내어 현상을 위한 3%solid 이하의 저농도 현상제로 혼합하고, 이것으로 정전잠상을 현상한 다음에, 다시 인쇄에 적합한 고농도 상태가되도록 그 현상된 이미지 안에 함유되어 있는 용매를 스퀴징하여 회수하는 등 상당히 복잡한 구조를 구성해야 하므로, 이를 실용화하기에는 전체 장치의 크기나 비용 등의 측면에서 많은 부담이 따르게 된다.

따라서, 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 방식의 화상현상시스템이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 스퀴징이 필요 없는 수준의 고농도 현상액도 현상작업에 원활하게 사용할 수 있도록 개선된 습식 화상현상시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 습식 화상현상시스템을 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 습식 화상현상시스템을 도시한 도면,

도 3은 도 2에 도시된 화상현상시스템이 채용된 인쇄기 내부 구조를 개략적으로 보인 도면,

도 4는 도 2에 도시된 화상현상시스템에 의해 얻어지는 화상 농도를 측정한 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110...현상롤러 120...디포지트롤러

130...클리닝롤러 131...클리닝블레이드

140...현상용기 141...레벨센서

150...카트리지 151...케이스

152...튜브 160...메터링블레이드

170...감광체 180...대전롤러

190...광주사장치 200...전사벨트

300...정착유닛 S...용지

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 습식 화상현상시스템은, 현상제가 저장된 카트리지; 소정 공급라인을 통해 상기 카트리지로부터 현상제를 공급받아 수용하는 현상용기; 상기 현상용기 내의 현상제에 일부가 잠긴 상태로 감광체와 대면하여 회전하도록 설치된 현상롤러; 상기 현상롤러의 표면에 현상제가 잘 부착될 수 있도록 전위를 인가하는 디포지트수단; 상기 현상롤러의 외주면에 묻은 현상제를 소정 범위 내의 두께가 되도록 긁어내는 메터링블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 습식 화상현상시스템(100)을 나타낸다.

도시된 바와 같이 본 시스템에는 먼저, 현상제가 저장된 카트리지(150)와,상기 카트리지(150)로부터 현상제를 공급받아 수용하는 현상용기(140)가 구비된다. 상기 카트리지(150)에서 현상용기(140)로 공급되는 현상제로는 3∼40%solid 농도의 고농도 현상제가 사용되며, 상기 카트리지(150)는 케이스(151)와, 상기 케이스(151)에 내장되며 그 안에 현상제를 수용하는 튜브(152)와, 일측(153a)이 상기 튜브(152)와 결합되며 상기 케이스(151)에 왕복운동가능하게 설치되어 상기 튜브(152)를 선택적으로 압축 및 팽창시키는 피스톤기구(153)를 포함한다. 따라서, 상기 피스톤기구(153)가 튜브(152)를 압축시키면 그 튜브(152) 내의 현상제가 소정 공급경로(154)를 통해 현상용기(140)로 공급되며, 반대로 튜브(152)를 팽창시키면 현상용기(140)에 수용된 현상제가 튜브(152) 속으로 빨려들어온다.

그리고, 상기 현상용기(140) 내에는 현상제에 일부가 잠긴 상태로 감광체(170)와 대면하여 회전하는 현상롤러(110)와, 상기 현상롤러(110)의 외주면에 묻은 현상제를 소정 범위 내의 두께가 되도록 긁어내는 메터링블레이드(160)와, 상기 현상롤러(110)의 표면에 현상제가 잘 부착될 수 있도록 전위를 인가하는 디포지트(deposit)수단과, 상기 현상롤러(110)의 표면을 클리닝하기 위한 클리닝수단이 구비되어 있다.

상기 디포지트수단은 상기 현상롤러(110)와 접촉되는 디포지트롤러(120)와, 상기 디포지트롤러(120)에 전압을 인가하는 전원부(121)를 포함하며, 상기 클리닝수단은 상기 현상롤러(110)와 접촉되어 그와 같은 방향으로 회전하는 클리닝롤러(130)와, 일단이 상기 현상롤러(110) 표면에 접촉되도록 고정 설치된 클리닝블레이드(130)를 포함한다. 상기 디포지트롤러(120)는 스테인레스 재질로 구성되는 것이 바람직하며 현상제에 잠겨진 상태에서 상기 전원부(121)에서 인가된 전압의 전기적인 힘으로 현상롤러(110)에 현상제를 부착시킨다. 이때 디포지트롤러(120)는 상기 현상롤러(110)와 접촉된 상태로 있을 수도 있고, 50∼200㎛ 정도의 갭(바람직하게는 50∼100㎛)이 떨어진 상태로 있을 수도 있다. 그리고, 고정된 롤러 형태나 회전하는 롤러 형태 모두 무방하며, 또는 현상롤러(110)의 원주와 유사한 곡률을 갖는 플레이트 형태로 구성해도 된다. 상기 클리닝롤러(130)는 스폰지 타입으로 현상롤러(110)와 접촉하여 같은 방향으로 회전하면서 미 현상된 상태로 달라붙어 있는 현상제의 토너입자를 클리닝해준다. 그리고, 상기 현상롤러(110)는 도전성 엘라스토머(elastomer)로서 폴리우레탄 러버(rubber) 나 NBR로 구성될 수 있고, 저항 10⁵∼10⁸ohm, 경도 shore A로 25∼65도, 표면거칠기 Ra 1∼4㎛ 정도의 특성을 지니는 것이 바람직하다.

참조부호 111은 상기 현상롤러(110)에 현상전압을 인가하는 현상전원부를 나타내며, 참조부호 200은 상기 감광체(170)에 현상된 화상을 전사받아서 용지(S)에 인쇄하는 전사벨트를 나타낸다. 그리고, 참조부호 180은 상기 감광체(170)를 대전시키는 대전롤러를 나타내며, 참조부호 190은 감광체(170)에 광을 주사하여 정전잠상을 형성하는 광주사장치를, 참조부호 181은 제전기를, 참조부호 141은 레벨센서를 각각 나타낸다.

이러한 화상현상시스템(100)은 단일 색상을 사용하는 인쇄기에서는 하나만 구비되겠지만, 만일 복수의 색상을 중첩해서 인쇄하는 칼라 인쇄기의 경우라면 도3과 같이 각 색상별로 상기한 시스템이 하나씩 구비된다.

상기 구성에 있어서, 현상작업을 수행하려면, 먼저 각 색상별 현상제를 해당 카트리지(150)에서 현상용기(140)로 공급하여 소정 레벨까지 충전한다. 이와 같이 충전된 현상제는 상기한 바와 같이 3∼40%solid(더 바람직하게는 3∼12%solid)의 고농도 현상제이다. 이와 같이 현상제가 준비되면 현상작업이 개시되는데, 일단 상기 현상롤러(110)와 디포지트롤러(120)에 각각 300∼550V와 500∼1550V의 바이어스 전압을 걸어준다. 상기 현상롤러(110)의 바이어스 전압은, 상기 대전롤러(180)에 의해 대전체(170)에 인가되는 전압 약 900V와, 그 중 광주사장치(190)에 의해 정전잠상이 형성된 부위의 전압 약 100V의 중간에 해당되는 전압이 된다. 이와 같이 바이어스 전압이 인가되면, 현상제 중의 토너 입자는 + 전하를 띠고 있기 때문에, 두 롤러(110)(120) 간의 전압차에 의해 현상롤러(110) 표면 측으로 토너 입자가 달라붙게 된다. 이때에는 전기적으로 강하게 붙어있는 토너입자도 있고 약하게 붙어있는 토너입자도 있다. 실험에 의하면, 3∼12%solid 농도의 현상제를 사용했을 때 메터링블레이드(160)를 지나기 전에 상기와 같은 전기적 힘으로 현상롤러(110) 상에 붙은 현상제는, 농도 6∼14%solid, M/A(mass/area) 400∼1100㎍/㎠ 정도가 되는 것으로 나타났다. 상대적으로 저농도인 3%solid를 사용했을 때에는 현상롤러(110) 상의 농도가 6%solid로 2배 정도의 농도 증가를 보였으며, 12%solid 농도를 사용했을 때에는 약간 증가한 12∼14%solid 농도를 나타냈다. 그런데, 이 상태는 상기와 같이 아직 현상제의 농도 편차가 크기 때문에, 이대로 감광체(170)에 형성된 정전잠상을 현상하게 되면, 균일한 농도의 화상을 현상하기가어렵다.

따라서, 상기 메터링블레이드(160)로 현상롤러(110)에 묻은 현상제를 소정 범위의 균일한 두께가 되도록 긁어내는 것이다. 본 실시예에서는 0.05∼2mm 두께의 금속 플레이트를 L자로 성형하여 그 절곡된 부위가 현상제 수면 위에서 현상롤러(110)에 접촉되도록 메터링블레이드(160)를 구성하였다. 그러나, 현상롤러(110)에 밀착되어 그 표면에 묻은 현상제를 긁어낼 수 있다면 이외에도 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 메터링블레이드(160)에 전압을 인가할 수도 있으며, 현상롤러(110)에 대한 가압력과 접촉위치 및 접촉되는 부위의 형상 등을 다양하게 변형할 수 있다. 물론, 이러한 조건들에 의해 현상 직전 현상롤러(110) 표면에 남게 되는 현상제의 농도와 M/A가 조금씩 변하게 된다. 3∼40%solid의 현상제를 사용하며 이러한 조건들을 조금씩 바꿔가며 실험해본 결과, 현상 직전에 현상롤러(110) 상의 현상제 농도는 18∼35%solid, M/A는 150∼500㎍/㎠ 정도로 비교적 균일한 농도 분포를 얻을 수 있었다. 특히, 3∼12%solid 농도의 현상제를 사용한 경우에는, 디포지트롤러(120)를 통과한 후 현상롤러(110)에 묻은 현상제가 농도 5.7∼14%solid, M/A 413∼1126㎍/㎠를 나타냈고, 메터링블레이드(160)를 통과한 후 현상 직전에는 농도 19.6∼31%solid, M/A 220∼270㎍/㎠의 상당히 균일한 분포 상태를 나타냈다. 이때 디포지트롤러(120)와 현상롤러(110) 간의 갭은 70∼100㎛ 였고, 두 롤러(110)(120) 간의 전압차는 500V 였다. 이것은 본 발명의 시스템을 사용할 경우 종래처럼 단일 농도의 현상제가 아니라, 예컨대 3∼12%solid의 넓은 농도 범위의 현상제를 자유롭게 사용하더라도 현상 직전의 농도를 거의 균일한 상태로 만들어서 현상에 사용할 수 있음을 의미하는 것이다.

이어서, 이와 같은 농도의 현상제가 묻혀진 현상롤러(110)를 가지고 상기 감광체(170)에 접촉 현상을 실시하였다. 이때 대전된 감광체(170)의 전위는 상기한 바와 같이 900V이고, 그 중 정전잠상이 형성된 부위는 100V이며, 전사벨트(200)의 이동속도는 3.2inch/sec 였다. 그 결과 도 4와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 결과치는 테이프를 사용하여 측정한 광학농도(optical density: OD)로서, 현상 직전 현상롤러(110) 상의 광학농도는 1.2(= M/A 220㎍/㎠), 농도는 18%solid 이상이었다. 이 조건에서 현상바이어스를 변화시켜 본 결과, 550V 인가했을 때 감광체(170) 상의 정전잠상이 형성된 화상영역에서의 화상농도가 1.11(= M/A 200㎍/㎠) 정도로 좋은 현상효율을 얻을 수 있었다. 그리고, 이때 감광체(170) 상의 비화상영역에서는 0.06 이하의 광학농도가 측정되어 비화상영역에 대한 오염은 매우 적음을 알 수 있었다. 또한, 감광체(170)에 현상된 화상의 현상제 농도는 과잉 용매의 흐름이 거의 없는 25%solid 이상의 고농도 상태가 된다. 따라서, 스퀴징 작업을 따로 수행하지 않더라도 이미 전사에 적합한 상태가 되어 있기 때문에, 별도의 스퀴징 공정을 설치하지 않아도 된다. 그리고, 현상이 된 후 남아있는 토너 입자는 현상용기(140) 내에 잠겨 있는 클리닝롤러(130)와 클리닝블레이드(131)에 의해 제거된다.

한편, 이렇게 현상된 화상은 상기 전사벨트(200)에 전사되며, 그 색상만으로 이루어지는 화상이라면 이 상태로 용지(S)에 바로 찍히게 된다. 그러나, 칼라 화상을 구현하는 경우라면, 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M), 블랙(K)의 4가지 색상별로 각각의 화상현상시스템을 통해 현상된 화상을 전사벨트(200)에 중첩시킨 후 이를 용지(S)에 인쇄하게 된다. 그리고, 화상이 인쇄된 용지는 정착유닛(300)을 거치며 가열 압착된 후 배출된다.

이와 같은 화상현상시스템은, 고농도의 현상제도 중간의 희석과정 없이 직접 현상에 사용할 수 있기 때문에 현상제 공급 구조를 상당히 간소화할 수 있으며, 과잉 용매를 짜내기 위한 스퀴징 과정도 생략할 수 있다. 그러면서도, 현상 시 현상롤러 상에 묻혀지는 현상제는 메터링블레이드를 이용하여 균일한 농도로 유지시킬 수 있는 매우 효율적인 시스템이 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 습식 화상현상시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 고농도의 현상제를 카트리지에 담아서 별도의 희석과정을 거치지 않고 현상용기에 직접 공급하며 현상작업을 수행하기 때문에, 현상제 공급 구조를 간소화할 수 있으며, 따라서 인쇄기를 소형화하는데 매우 유리한 이점을 갖는다.

둘째, 메터링블레이드를 이용하여 현상롤러 상의 현상제 농도를 균일하게 유지할 수 있으므로, 종래처럼 혼합탱크 내에서 현상제를 희석하며 농도를 맞추기 위한 제어장치가 필요없게 된다.

셋째, 현상제의 농도가 높아짐에 따라 화상 번짐이 적어지게 되며, 따라서 비화상부의 오염이 억제된 고화질의 화상을 얻을 수 있다.

넷째, 고농도 현상제에 의한 현상에 따라 스퀴징 공정이 생략될 수 있다.

다섯째, 고농도 접촉현상으로 현상 소요 시간(dwell time)을 줄일 수 있어서, 인쇄작업을 더욱 고속화할 수 있다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims (7)

1. 현상제가 저장된 카트리지;

   소정 공급라인을 통해 상기 카트리지로부터 현상제를 공급받아 수용하는 현상용기;

   상기 현상용기 내의 현상제에 일부가 잠긴 상태로 감광체와 대면하여 회전하도록 설치된 현상롤러;

   상기 현상롤러의 표면에 현상제가 잘 부착될 수 있도록 전위를 인가하는 디포지트수단과;

   상기 현상롤러의 외주면에 묻은 현상제를 소정 범위 내의 두께가 되도록 긁어내는 메터링블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 화상현상시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 카트리지는,

   케이스와, 상기 케이스에 내장되며 그 안에 현상제를 수용하는 튜브와, 일측이 상기 튜브와 결합되며 상기 케이스에 왕복운동가능하게 설치되어 상기 튜브를 선택적으로 압축 및 팽창시키는 피스톤기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식화상현상시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 디포지트수단은, 상기 현상롤러와 접촉되는 디포지트롤러와, 상기 디포지트롤러에 전압을 인가하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 화상현상시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 현상롤러의 표면을 클리닝하기 위한 클리닝수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 습식 화상현상시스템.
6. 제5항에 있어서,

   상기 클리닝수단은,

   상기 현상롤러와 접촉되어 그와 같은 방향으로 회전하는 클리닝롤러와,

   일단이 상기 현상롤러 표면에 접촉되도록 고정 설치된 클리닝블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 화상현상시스템.
7. 제1항에 있어서,

   상기 현상제의 농도는 3∼40%solid 인 것을 특징으로 하는 습식 화상현상시스템.