KR100632826B1 - 화상 형성 장치 - Google Patents

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후지제롯쿠스 가부시끼가이샤
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Abstract

화상 형성 장치는 잠상이 형성되는 복수의 감광 드럼을 가지며, 상기 복수의 감광 드럼중 하나는 다른 감광 드럼들과는 직경이 다르다. 벨트는 상기 복수의 감광 드럼과 접하고 복수의 전사 롤러는 그 벨트의 한 측면으로부터 상기 감광 드럼을 압압하며, 상기 벨트의 상기 측면은 상기 감광 드럼과 접하는 측면과는 반대측이고, 상기 감광 드럼이 상기 벨트와 접촉하는 접촉 기준 위치로부터 대직경 감광 드럼의 상기 전사 롤러의 압압 위치까지의 거리는 소직경 감광 드럼의 그것보다 더 크다.
화상 형성 장치, 감광 드럼, 전사 롤러, 접촉 기준 위치, 거리

Description

화상 형성 장치{IMAGE FORMING DEVICE}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 화상 형성 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 도 1에 나타낸 화상 형성 장치의 감광 드럼 및 전사 롤러가 서로 압압되어 있는 부분을 나타내는 확대도.
도 3은 도 1에 나타낸 화상 형성 장치의 감광 드럼 및 전사 롤러가 서로 압압되어 있는 부분에서의 중간 전사 벨트의 상태를 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상 형성 장치의 감광 드럼 및 전사 롤러가 서로 압압되어 있는 부분을 나타내는 확대도.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 화상 형성 장치를 나타내는 개략 구성도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
1, 1a, 1b, 1c, 1d: 화상 형성 유닛
2: 중간 전사 벨트
3: 이차 전사 롤러
4: 전사 대향 롤러
5: 용지 트레이
6: 이송 경로
7: 정착 장치
8: 배출 트레이
9, 9a, 9b, 9c, 9d: 전사 롤러
11, 11a, 11b, 11c, 11d: 감광 드럼
12: 대전 장치
13: 광학 주사 장치
14: 현상 장치
21: 구동 롤러
22, 23: 지지 롤러
본 발명은 복수 컬러의 토너 화상을 중첩함으로써 컬러 화상을 형성하는 화상 형성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전 잠상(electrostatic latent image)이 그 위에 형성된 감광 드럼 및 상기 정전 잠상을 시각화하는 현상 장치가 모든 컬러마다 설치되고 상기 형성된 토너 화상 각각이 중간 전사 벨트(intermediate transfer belt)나 이송 벨트로 이송된 기록 매체 상에 놓여져서 그 위에 전사되는 화상 형성 장치에 관한 것이다.
토너를 사용하여 컬러 화상을 형성하는 몇 가지 타입의 화상 형성 장치들이 제안되어 있다. 이들 화상 형성 장치는 다음의 타입들을 포함한다:
(a) 단일 감광 드럼을 갖는 타입으로서, 그 위에 다른 컬러의 토너 화상이 연속적으로 형성되어 중첩되고 이 형성된 화상들이 기록 매체 상으로 모두 함께 전사되는 타입;
(b) 단일 감광 드럼을 갖는 타입으로서, 그 위에 다른 컬러의 토너 화상이 연속적으로 형성되고 이 형성된 각 컬러의 토너 화상이 중간 전사 매체나 기록 매체 상에 전사된 후에 상기 토너 화상들이 상기 중간 전사 매체나 기록 매체 상에서 중첩되는 타입; 및
(c) 각각의 컬러마다 감광 드럼 및 현상 장치를 갖는 소위 탠덤 타입으로서, 토너 화상들이 중첩되어 중간 전사 벨트나 이송 벨트에 의해 이송된 기록 매체 상으로 전사되는 타입.
이들 타입 중에서, 상기 탠덤 타입의 화상 형성 장치는 화상 형성 속도가 빨라서 컬러 화상 형성 장치의 주류가 되어 있다. 이러한 탠덤 타입의 화상 형성 장치는 옐로우(yellow), 마젠타(magenta), 시안(cyan) 및 블랙(black)의 모든 컬러마다, 감광 드럼, 현상 장치, 대전 장치, 세정 장치 및 전사 장치를 갖는다. 사용되는 이들 화상 형성 유닛 각각은 일반적으로 전체적으로 서로 동일한 사양을 갖는다. 동일한 화상 형성 유닛을 사용함으로써, 부품들의 제조 및 공급의 관리가 용이해지며, 이에 의해 장치를 저비용으로 제조할 수 있다. 또한, 각 컬러마다 균일한 화상이 형성될 수 있고, 유지 관리, 세팅 및 조정이 용이해질 수 있다.
그러나, 상술한 화상 형성 장치를 사용하여 형성된 화상은 컬러 화상 및 문자 등의 단색 화상을 포함하여, 상기 화상 형성 장치는 보통 이들 모드를 전환하도 록 사용된다. 상술한 화상 형성 장치에 의해 단색 화상이 형성되는 경우, 블랙 토너 화상을 형성하는 유닛만이 화상을 형성하도록 구동된다. 따라서, 감광 드럼이 화상 담지 부재로서 이용되는 경우에는, 블랙용 감광 드럼의 사용량은 다른 컬러의 토너 화상을 형성하는 감광 드럼의 사용량보다 상당히 증가하기 때문에 조기 단계에 블랙용 감광 드럼만이 교체될 필요가 있다. 상술한 상황에 비추어, 블랙용 감광 드럼에만 대직경 드럼이 사용되는 화상 형성 장치가 제안되어 있다(특허 문헌 1). 이 장치에서는, 대직경 감광 드럼의 회전수가 감소되어 둘레면 상에 화상을 형성하는 횟수가 줄어들기 때문에, 블랙용 감광 드럼의 유효 기간이 연장된다. 따라서, 블랙용 감광 드럼의 유효 기간은 다른 컬러용 감광 드럼의 유효 기간에 근접하게 되어, 장치의 관리가 용이해진다.
블랙 토너 화상을 형성하는 화상 형성 유닛은 탠덤 타입의 화상 형성 장치에서의 중간 전사 벨트나 이송 벨트의 이동 방향의 최하류측에 종종 배치된다. 이것은, 이러한 구성이 토너 화상의 형성 개시로부터 형성된 화상의 중간 전사 벨트 상으로의 전사를 통한 기록 매체 상으로의 이차 전사까지의 기간을 줄여서, 화상 형성 속도를 향상시키기 때문이다.
[특허 문헌 1] 일본국 특개평 2000-242057호 공보
상술한 바와 같이, 토너의 모든 컬러마다 감광 드럼, 현상 장치, 및 전사 장치를 갖고 각 감광 드럼의 직경이 토너의 컬러마다 다른 화상 형성 장치에는 해결해야 할 다음과 같은 과제가 있다.
감광 드럼 상에 형성된 토너 화상이 중간 전사 벨트나 이송 벨트 상으로 반송된 기록지에 전사될 때, 그 조건은 감광 드럼의 직경의 차이에 따라 다르다. 상기 전사 조건의 차이는, 도전성 롤러가 중간 전사 벨트나 이송 벨트의 이면으로부터 감광 드럼에 접촉하여 상기 감광 드럼을 누르고 전사용 바이어스 전압이 상기 도전성 롤러와 상기 감광 드럼 사이에 인가되는 전사 장치에서 현저하다. 구체적으로는, 토너 화상이 전사되는 중간 전사 벨트가 상기 감광 드럼의 둘레면에 근접하여 접촉한 후에 상기 둘레면으로부터 이격된다. 상기 중간 전사 벨트가 상기 감광 드럼의 둘레면에 근접하고 이격되는 영역들을 통과하는 속도는 다르다. 상기 전사용 바이어스 전압이 인가되면, 상기 접촉의 직전 및 상기 이격의 직후에 미세 공간에서 방전이 발생한다. 감광 드럼의 직경이 다른 경우에 이 방전 상태가 변화되어, 전사도가 달라진다. 또한, 전사 롤러가 동일한 힘으로 상기 감광 드럼으로 압압될 때 접촉 압력이 변하기 때문에, 상기 감광 드럼의 직경의 변화는 상기 감광 드럼과 상기 중간 전사 벨트 등과의 사이의 접촉 영역에 차이를 초래한다.
상술한 바와 같이, 상기 전사 조건은 동일한 장치에 이용되는 복수의 감광 드럼의 직경의 차이에 기인한 전기적 요인들 및 압력 요인들이 달라져서, 각 토너의 모든 컬러마다 전사도가 변화한다. 상술한 바와 같은 각 토너의 모든 컬러마다의 전사도의 차이는, 토너 화상들이 중첩될 때의 색조를 변화시켜서 화질을 열화시킨다.
본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 잠상이 형성되는 복수의 감광 드럼 및 상기 복수의 감광 드럼과 복수의 전사 롤러에 접하는 벨트를 갖는 화상 형성 장치가 제공되며, 여기서 상기 복수의 감광 드럼중 하나는 다른 감광 드럼들과는 직경이 다르고, 상기 복수의 전사 롤러는 상기 벨트의 측면으로부터 상기 감광 드럼을 압압하고 상기 측면은 상기 감광 드럼과 접하는 측면의 반대측이며, 상기 감광 드럼이 상기 벨트와 접하는 접촉 기준 위치로부터 대직경 감광 드럼의 상기 전사 롤러의 압압 위치까지의 거리는 소직경 감광 드럼의 거리보다 더 크다.
본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 각각의 감광 드럼 상에 형성된 토너 화상을 중첩하여 전사하는 다른 직경을 갖는 복수의 감광 드럼을 구비한 화상 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 여기서 모든 컬러의 토너 화상의 전사도(transferability)는, 상기 감광 드럼의 직경이 다르더라도 모든 토너 화상들이 충분하게 전사되도록, 조절된다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 화상 형성 장치는, 정전위의 차이에 의해 원통형 둘레면 상에 잠상이 형성되고 다른 컬러의 토너 화상들이 토너의 부착에 의해 각각 형성되는 복수의 감광 드럼; 상기 복수의 감광 드럼중 어느 하나와 접촉하도록 두개의 지지 롤러 사이에서 폐경로를 구성하는 순환 벨트로서, 상기 감광 드럼 상의 상기 토너 화상들이 외주면이나 상기 외주면 상으로 반송된 기록지 상에 중첩되어 전사되는 순환 벨트; 및 상기 순환 벨트의 내측으로부터 상기 각 감광 드럼에 압압되는 전사 롤러들을 구비하며, 여기서 상기 복수의 감광 드럼은 다른 감광 드럼들과 다른 직경을 갖는 하나의 감광 드럼을 포함한다. 상기 전사 롤러들은 동일한 재료로 이루어지고 동일한 직경을 갖는다. 상기 전사 롤러들 각각은, 상기 감광 드럼의 반경이 상기 순환 벨트가 폐경로를 구성하는 방향과 대략 수직인 상기 감광 드럼의 둘레면의 위치, 즉 접촉 기준 위치로부터 상기 순환 벨트의 이동 방향에 대하여 하류측에서 상기 감광 드럼들 각각에 압압된다. 상기 각 감광 드럼에 대하여는, 상기 접촉 기준 위치로부터 대직경 감광 드럼의 상기 전사 롤러의 압압 위치까지의 거리가 소직경 감광 드럼의 그것보다 더 크도록 설정된다.
이러한 화상 형성 장치에서는, 다른 직경을 갖는 각 감광 드럼에 대한 각 전사 롤러의 대향 위치가 다르다. 특히, 상기 전사 롤러의 위치를 조절함으로써 상기 감광 드럼의 직경의 차이에 의해 야기된 전사도의 차이를 보상할 수 있고, 이에 의해 상기 감광 드럼중 하나에 대하여 만족스런 전사를 수행하도록 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 전사 롤러의 위치에 따라 전사도를 조절하기 위한 전기적 요인으로서 두 가지 동작을 고려한다. 하나는 토너 화상이 전사되는 중간 전사 벨트나 기록지에 상기 감광 드럼이 접촉하기 직전의 위치 및 그 조건이 조절되는 접촉 상태로부터 상기 감광 드럼이 이격된 직후의 위치에서 미세 방전이 발생한다는 것이다. 구체적으로는, 이격 직후에 중간 전사 벨트 등에 전사된 토너 화상이 미세 방전에 의해 영향을 받아서 화상 손실을 초래한다. 대직경 감광 드럼에 대한 전사 롤러의 위치가 하류측에 설정되어 있으면, 상기 중간 전사 벨트 등이 상기 감광 드럼으로부터 이격될 때의 각 감광 드럼의 상태가 대략 서로 동일해지고, 이에 의해 어느 감광 드럼에 대해서도 만족스런 전사가 가능해진다고 생각된다.
다른 동작은 상기 전사 롤러와 상기 감광 드럼 사이의 전하의 경로를 조절하는 것이다. 전사 롤러로부터 중간 전사 벨트를 경유하여 감광 드럼으로 전하가 이동한다. 그 사이의 경로에서의 저항값이 조절되어 전사 조건이 서로 유사해진다.
전사 롤러의 위치를 조절함으로써 상술한 복수의 동작들이 행해지며, 이에 의해 다른 직경을 갖는 각각의 감광 드럼에 대하여 동일한 전사 롤러가 이용되는 경우에도 모든 감광 드럼으로부터 중간 전사 벨트 등으로 만족스런 전사가 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 화상 형성 장치의 개략 구성도이다.
화상 형성 장치는 옐로우(yellow), 마젠타(magenta), 시안(cyan), 및 블랙(black)의 토너 화상들을 형성하는 4개의 화상 형성 유닛(1a, 1b, 1c, 및 1d)을 가지며, 순환(endless) 중간 전사 벨트(2)가 각각의 화상 형성 유닛(1)에 대향하도록 지지되어 있다. 중간 전사 벨트(2)는 그 둘레면이 회전식으로 움직이도록 구동된다. 화상 형성 유닛(1)에서 형성된 토너 화상들은 중간 전사 벨트(2) 상으로 중첩되어 전사된다. 중간 전사 벨트(2)가 화상 형성 유닛(1)에 대향하는 위치의 하류측에 중간 전사 벨트(2)를 물어서 압압하도록 이차 전사 롤러(3)와 전사 대향 롤러(4)가 배치되어 있다. 기록지는 용지 트레이(5)로부터 이송 경로(6)를 통하여 이차 전사부에 이송된다. 토너 화상을 가열 및 가압하여 토너 화상을 기록지 상에 정착시키는 정착 장치(7)는 기록지의 이송 경로내의 이차 전사부의 하류측에 배치 되어 있다. 토너 화상이 그 위에 정착된 기록지를 수용하는 배출 트레이(8)가 더 하류측에 배치되어 있다.
각 화상 형성 유닛(1a, 1b, 1c, 및 1d)은 정전 잠상(electrostatic latent image)이 위에 형성되는 감광 드럼(11)을 갖는다. 각각의 감광 드럼(11)의 둘레면 주위에는, 감광 드럼의 표면을 대략 균일하게 대전하는 대전 장치(12), 감광 드럼의 표면상에 레이저빔을 주사하여 그 위에 정전 잠상을 기록하는 광학 주사 장치(13), 및 감광 드럼 상에 형성된 잠상 위에 토너를 선택적으로 전사하여 토너 화상을 형성하는 현상 장치(14)가 설치되어 있다. 또한, 중간 전사 벨트(2)의 내측에는, 중간 전사 벨트(2)에 대하여 토너 화상을 감광 드럼(11)으로 일차 전사하는 전사 롤러(9)가 배치되어 있다. 이 전사 롤러(9)는 중간 전사 벨트(2)를 통하여 감광 드럼 쪽으로 압압된다. 전사 롤러(9)와 감광 드럼(11) 사이에 전계를 형성하도록 전원 장치(도시되지 않음)로부터 전사 롤러(9)에 전사용 바이어스 전압이 인가된다.
이들 화상 형성 유닛(1a, 1b, 1c, 및 1d)은 옐로우, 마젠타, 시안, 및 블랙의 토너 화상을 상류측으로부터 이 순서대로 형성한다. 이들 화상 형성 유닛(1)에 사용되는 감광 드럼(11a, 11b, 11c, 및 11d)에서는, 옐로우, 마젠타, 및 시안 토너 화상을 형성하는 각 드럼은 40㎜의 직경을 갖는 한편, 블랙 토너 화상을 형성하는 드럼은 60㎜의 직경을 갖는다. 이들 감광 드럼은 구동 롤러(21)와 지지 롤러(22) 사이에서 폐경로를 구성하는 부분에서 중간 전사 벨트(2)와 접촉하게 되며, 블랙용 감광 드럼(11d)은 최하류측에 배치되어 있다. 또한, 전사 롤러(9)에 있어서는 모 든 화상 형성 유닛(1a, 1b, 1c, 및 1d)에 동일한 롤러가 이용된다. 구체적으로는, 전사 롤러(9)는 금속으로 이루어진 코어 부재 상에 형성된 주로 에피클로로히드린(epichlorohydrin) 고무로 이루어진 코팅층을 가지며, 18.7㎜의 직경을 갖는다. 코팅층의 두께는 5.35㎜이고, 그 경도는 35도(JIS K 6301, JIS A 또는 JIS K 6253, 경도계 타입 A 스프링 방법)이다. 이 코팅층은 감광 드럼의 둘레의 폭방향으로 1cm 당 0.098N(10g/cmf)의 힘으로 감광 드럼의 중심 방향으로 압압된다.
중간 전사 벨트(2)를 펼치는 방향이 감광 드럼(11)의 반경과 직각을 이루는 감광 드럼의 둘레면 상의 위치(이하 접촉 기준 위치라 불리는 도 2에 나타낸 지점 a)로부터 하류측으로 시프트(오프셋)하도록 전사 롤러(9)가 배치되어 있다. 오프셋 량(d)은 감광 드럼의 직경에 따라 다르다. 전사 롤러(9)는 40㎜의 직경을 갖는 감광 드럼(11a, 11b, 및 11c)에 대하여는 하류측으로 d1=3㎜ 만큼 오프셋되도록 배치되는 한편, 60㎜의 직경을 갖는 블랙용 감광 드럼(11d)에 대하여는 하류측으로 d2=5㎜ 만큼 오프셋되도록 배치되어 있다.
한편, 중간 전사 벨트(2)는 약 10 내지 300㎛의 두께를 갖는 폴리이미드(polyimide) 수지로 이루어진 필름(film)이며, 구동 롤러(21), 지지 롤러(22 및 23), 및 전사 대향 롤러(4) 간에 폐경로를 이룬다. 상술한 4개의 감광 드럼들(11a, 11b, 11c, 및 11d)은, 구동 롤러(21), 상기 구동 롤러(21)의 하류측에 배치된 지지 롤러(22) 사이에서 중간 전사 벨트(2)가 폐경로를 구성하는 부분에서 상기 중간 전사 벨트(2)와 대향하며, 전사 롤러(9a, 9b, 9c, 및 9d)에 의해 중간 전사 벨트(2)를 향하여 압압된다. 구동 롤러(21)는 회전 가능하게 구동되어 중간 전사 벨트(2)를 도 1에 화살표로 나타낸 방향으로 회전식으로 이동시키며, 전사 롤러(9)는 중간 전사 벨트(2)의 회전식 이동에 의해 회전한다.
상술한 화상 형성 장치는 다음과 같이 동작한다.
옐로우, 마젠타, 시안, 및 블랙의 토너 화상들은 각각 상기 중간 전사 벨트(2)와 대향하도록 배치된 4개의 화상 형성 유닛들(1a, 1b, 1c, 및 1d)에서 형성된다. 토너 화상의 형성은 다음의 공정에 의해 수행된다.
각각의 감광 드럼(11)이 대전 장치(12)에 의해 대략 균일하게 대전되고, 다음에 화상 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 레이저빔이 광학 주사 장치(13)에 의해 각각의 감광 드럼(11)의 둘레면 상에 주사되어, 정전 잠상을 형성한다. 주사된 레이저빔은 옐로우, 마젠타, 시안, 및 블랙으로 컬러 분해된 화상 데이터에 기초하여 턴온되거나 턴오프되며, 이에 의해 각 컬러의 토너 화상에 대응하는 정전 잠상이 각각의 감광 드럼 상에 형성된다. 각 감광 드럼(11) 상의 정전 잠상은 옐로우, 마젠타, 시안, 및 블랙 토너를 각각 포함하는 현상 장치들(14)에 의해 현상되어, 각 감광 드럼(11) 상에 각 컬러의 토너 화상을 형성한다.
상술한 바와 같이 형성된 각 컬러의 토너 화상은 서로에 대하여 연속적으로 중첩되어 전사 롤러(9)에 의해 중간 전사 벨트(2) 상으로 전사되고, 이에 의해 중간 전사 벨트(2) 상에 4개의 컬러의 토너 화상이 중첩되어 있는 컬러 화상을 형성한다. 중간 전사 벨트(2) 상으로 전사된 4개 컬러의 토너 화상들은 중간 전사 벨트(2)가 이차 전사 롤러(3)와 대향하는 위치에서 용지 트레이(5)로부터 이송된 기록지 상으로 전사되고, 다음에 정착 장치(7)로 이송된다. 정착 장치(7)에서는, 토너 화상을 담지하고 있는 기록지가 가압 및 가열되어 토너 화상을 용해하여 기록지 상에 정착시키고, 이에 의해 정착된 화상이 얻어진다. 다음에, 기록지는 배출 트레이(8)로 배출된다.
각 컬러의 토너 화상을 중첩하여 감광 드럼(11)으로부터 중간 전사 벨트(2)로 전사하는 공정에서, 감광 드럼(11)의 위치에 대한 전사 롤러(9)의 위치는 전사도(transferability)를 크게 변화시킨다. 따라서, 전사 롤러(9)는 접촉 기준 위치(a)로부터 하류측으로 적당한 거리(d)(오프셋 량)를 갖도록 배치되며, 그 결과 전사 효율 및 만족스런 전사도 모두가 얻어지고, 이에 의해 적합한 전사를 수행할 수 있다. 구체적으로, 전사 롤러(9)가 접촉 기준 위치(a)에 가까운 위치에서 상류측으로 너무 가까이 위치되면, 감광 드럼(11) 및 중간 전사 벨트(2)가 서로 접촉하기 전의 영역에서 강한 전계가 발생하고, 그 결과 사방으로 비산하는 토너가 생겨서 화질에 결함을 초래한다. 이 결함은 화상의 저농도 부분에서 현저해진다. 한편, 전사 롤러(9)가 접촉 기준 위치(a)로부터 너무 멀리 위치되면, 감광 드럼(11)과 전사 롤러(9)간의 전사 전류가 중간 전사 벨트(2)의 넓은 영역을 통하여 흘러서 높은 임피던스를 야기하며, 이에 의해 인가 전압은 원하는 전사 전류를 얻도록 높게 설정될 필요가 있다. 따라서, 전원 장치에 필요한 비용이 증가한다.
또한, 전사 롤러(9)가 에피클로로히드린 고무와 같은 이온 도전성 타입의 탄성층을 갖는 경우에는, 저항값이 환경에 따라 변동하며, 또 반복된 전압 인가에 의해 저항값이 증가하는 특성을 갖는다. 따라서, 전사 롤러(9)가 접촉 기준 위치(a) 에 가까운 상류측에 위치되면, 고온 다습 조건하에서 전사부의 저항값이 너무 많이 감소하여, 전원으로부터 인가된 전압이 과도하게 낮아져서 어떤 경우에는 불안정한 출력을 초래한다. 더욱이, 전사 롤러(9)가 접촉 기준 위치(a)로부터 너무 멀리 위치하면, 저항값은 장시간의 사용에 의해 증가한다. 또한, 저온 저습한 조건하에서 저항값이 증가하면, 고전압이 인가되어야 한다.
또한, 접촉 기준 위치(a)로부터 하류측으로 적당한 거리만큼 시프트하도록 전사 롤러(9)를 배치함으로써, 즉, 전사 롤러(9)를 대직경 감광 드럼(11d)에 대하여 하류측으로 많이 시프트함으로써, 중간 전사 벨트(2)가 감광 드럼(11)으로부터 신속하게 이격된다. 이것은 중간 전사 벨트(2)가 감광 드럼(11)으로부터 이격되는 부분(b)에서 발생되는 소위 해제 방전을 억제하여, 전사된 토너 화상의 감광 드럼(11) 상으로의 재전사 또는 화상 교란(image disturbance)을 감소시킨다.
상술한 화상 형성 장치에서, 전사 롤러들(9a, 9b, 및 9c)은 40mm의 직경을 갖는 감광 드럼들(11a, 11b, 및 11c)에 대하여 접촉 기준 위치(a)로부터 하류측으로 3mm(d1) 만큼 떨어져서 배치되어 있는 한편, 전사 롤러(9d)는 60mm의 직경을 갖는 감광 드럼(11d)에 대하여 접촉 기준 위치(a)로부터 하류측으로 5mm(d2) 만큼 떨어져서 배치되어 있다. 이들 위치는 대략 최적의 위치이며, 따라서 적합한 전사를 가능하게 한다.
상술한 실시예에 따른 화상 형성 장치에서 전사 롤러의 최적 위치를 찾아내기 위한 실험이 이어서 설명된다.
각 컬러의 토너 화상을 형성하는 각각의 감광 드럼을 사용하여 화상을 독립적으로 형성하고, 형성된 화상을 중간 전사 벨트 상으로 전사하여 전사도를 측정하였다. 자신과 감광 드럼간에 6.4 LogΩ의 저항값을 갖는 전사 롤러를 사용하였다. 전사 롤러의 위치를 접촉 기준 위치로부터 하류측으로 0.2mm 단계식으로 이동하여 각 위치에서의 전사도를 조사하였다. 전압값 0.1kV 내지 5.6kV의 범위와 전류값 5㎂ 내지 45㎂의 범위 내에서 전사도가 최적화되도록 전원 출력을 제어하였음에 유의한다.
그 결과, 만족스런 전사가 가능한 전사 롤러의 위치는 접촉 기준 위치로부터 하류측으로의 오프셋 량(d)이 다음의 값에 놓이게 되는 위치였다.
옐로우(Y) 화상용 전사 롤러: d=2.4 내지 3.6mm
마젠타(M) 화상용 전사 롤러: d=2.8 내지 3.8mm
시안(C) 화상용 전사 롤러: d=2.6 내지 3.4mm
블랙(K) 화상용 전사 롤러: d=4.6 내지 5.2mm
상기 결과에서, 옐로우, 마젠타, 및 시안의 토너 화상용 전사 롤러들의 배치 가능한 범위에는 다소 차이가 있다. 이 차이는 토너에 포함된 컬러 재료 등과 같은 첨가제의 차이로 인한 대전 상태의 차이로부터 발생한다고 생각된다.
이어서, 하류측의 전사 롤러의 적합한 배치 가능한 범위에 대한 상류측에 배치된 전사 롤러의 위치에 의해 주어지는 영향에 대한 조사 결과를 설명한다.
이 실험에서는, 상류측의 전사 롤러가 접촉 기준 위치로부터 d1=3mm 또는 d1=3.5mm의 오프셋 량만큼 시프트되도록 설정되었을 때 하류측에서 만족스런 전사가 가능한 전사 롤러의 위치를 조사하였다.
실험 결과, 만족스런 전사가 가능한 전사 롤러의 범위는 다음과 같다. 구체적으로는, 상류측의 전사 롤러의 오프셋 량(d1)이 증가함에 따라, 만족스런 전사가 가능한 하류측의 전사 롤러의 범위는 넓어진다. 오프셋 량(d2)이 감소하는 경우에도, 만족스런 전사가 가능하다.
1. 상류측의 전사 롤러의 오프셋 량(d1)이 3mm인 경우
마젠타(M) 화상용 전사 롤러: d=2.0 내지 3.8mm
시안(C) 화상용 전사 롤러: d=2.4 내지 3.4mm
블랙(K) 화상용 전사 롤러: d=4.6 내지 5.2mm
2. 상류측의 전사 롤러의 오프셋 량(d1)이 3.5mm인 경우
마젠타(M) 화상용 전사 롤러: d=1.6 내지 3.8mm
시안(C) 화상용 전사 롤러: d=2.0 내지 3.4mm
블랙(K) 화상용 전사 롤러: d=4.4 내지 5.2mm
따라서, 접촉 기준 위치(a)로부터 상류측에 배치된 소직경의 감광 드럼을 향하여 압압된 전사 롤러의 오프셋 량(d1)을 크게 설정함으로써, 대직경 감광 드럼의 오프셋 량(d2)과 상류측의 전사 롤러에 대한 오프셋 량(d1) 간의 차이를 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 동일한 압압 기구를 이용할 수 있기 때문에 설정을 용이하게 할 수 있다. 이러한 동작은 해제 방전의 상태가 상류측의 전사 롤러의 위치에 따라서 변하는 요인 및 도 3에 나타낸 바와 같이 중간 전사 벨트(2)와 하류측의 감광 드럼간의 접촉 각도가 변하는 요인 때문이라고 생각된다.
다음에, 청구항 5에 따른 본 발명의 일실시예인 화상 형성 장치를 설명한다.
이 화상 형성 장치는 화상 형성 유닛들(1a, 1b, 1c, 및 1d), 중간 전사 벨트(2), 이차 전사 롤러(3), 및 정착 장치(7)를 가지며, 이들 모두는 도 1에 나타낸 화상 형성 장치와 동일하다. 마찬가지로, 블랙 토너 화상을 형성하는 감광 드럼(11d)의 직경은 각 감광 드럼들(11a, 11b, 및 11c)의 직경보다 크다. 토너 화상을 감광 드럼으로부터 중간 전사 벨트로 전사하는 전사 롤러들(31)은 서로 동일한 직경을 갖지만, 대직경 감광 드럼(11d)을 향하여 압압된 블랙용 전사 롤러의 금속성 코어 부재(32) 주위에 형성된 탄성층(33)의 체적 저항률이 나머지 전사 롤러들과 다르다(도 4 참조). 감광 드럼(11)의 직경의 차이로 인하여 접촉면의 면적이 서로 다르지만, 전사 롤러들(31)의 압압력을 조절함으로써 전사 롤러들(31)이 대략 동일한 압력으로 감광 드럼들과 접촉하도록 조절된다. 또한, 접촉면의 단위 면적당 흐르는 전류의 양이 대략 서로 동일해지도록, 각각의 전사 롤러(31)에 인가되는 전압이 전사 롤러(31)마다 제어된다.
토너 화상의 전사도는 단위 면적당 전류량에 의해 크게 영향을 받는다. 상술한 바와 같이 전류량을 조절함으로써, 다른 직경을 갖는 감광 드럼들(11a, 11b, 11c, 및 11d)의 어느 것으로도 만족스런 전사를 수행할 수 있다.
도 5는 청구항 6의 본 발명에 따른 일실시예인 화상 형성 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
이 화상 형성 장치에서는, 동일한 사양을 갖는 전사 롤러들(9a, 9b, 9c, 및 9d)이 모든 화상 형성 유닛들(1a, 1b, 1c, 및 1d)에 사용되는 도 1에 나타낸 화상 형성 장치와 비교하여, 전사 롤러(41a, 41b, 41c, 및 41d) 각각의 직경이 감광 드럼들(11a, 11b, 11c, 및 11d)의 직경에 따라서 변한다. 구체적으로는, 도 1에 나타낸 화상 형성 장치에 이용된 것과 같은 18.7mm의 직경을 갖는 전사 롤러들은 40mm의 직경을 갖는 옐로우, 마젠타, 및 시안용 감광 드럼들(11a, 11b, 및 11c)을 향하여 압압되는 반면에, 28.1mm의 직경을 갖는 전사 롤러는 60mm의 직경을 갖는 블랙용 감광 드럼(11d)을 향하여 압압되며, 여기서 감광 드럼 쪽으로 압압되는 전사 롤러(41)의 직경에 대한 감광 드럼(11)의 직경의 비는 대략 동일하다. 본 화상 형성 장치의 다른 구성은 도 1에 나타낸 화상 형성 장치의 구성과 마찬가지이다.
본 화상 형성 장치에서는, 감광 드럼(11)과 전사 롤러(41)가 기하학적으로 유사한 관계를 구성하므로, 유사한 조건하에서 전사가 수행되고, 이에 의해 각 컬러의 토너 화상을 충분하게 전사하는 설정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 감광 드럼(11d)의 직경과 전사 롤러(41d)의 직경은 모두 자주 사용되는 블랙용 화상 형성 유닛(1d)에서 크게 설정되며, 이에 의해 양자의 유효 기간이 연장된다. 이로 인하여, 감광 드럼(11d) 및 전사 롤러(41d)의 유효 기간을 감광 드럼들(11a, 11b, 및 11c) 및 전사 롤러들(41a, 41b, 및 41c)의 유효 기간에 가깝게 할 수 있어, 유지 관리를 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에서는, 대직경 감광 드럼에 대한 전사 롤러 의 압압력이 상술한 화상 형성 장치에서의 소직경 감광 드럼에 대한 전사 롤러의 압압력보다 크게 설정되는 것이 바람직하다.
감광 드럼의 직경이 다른 경우에는, 압압된 중간 전사 벨트 등의 압압 영역, 즉 진행 방향의 폭이 그 곡률의 차이로 인하여 달라진다. 구체적으로는, 동일한 전사 롤러가 사용되는 경우, 대직경 감광 드럼에서 곡률이 작아져서, 압압된 폭이 커지는 반면에, 소직경 감광 드럼에서는 압압된 폭이 작아진다. 전사 롤러를 압압하는 힘이 일정하다면, 대직경 감광 드럼에서 단위 면적당 압력이 작아지는 반면에, 소직경 감광 드럼에서는 압압 면적이 작아지지만 그 압력은 증가한다. 압력이 과도한 경우에, 화상 누락(image-missing)이라 불리는 전사 결함이 라인 화상(line image)에서 발생한다. 또한, 압력이 너무 작으면, 상기 장치는 그 장치의 진동 등에 민감하여, 전사된 토너 화상 상에 있어서 교란이 나타난다.
한편, 전사 롤러의 압압력에 의한 접촉 압력이 다른 직경을 갖는 각각의 감광 드럼들에 대하여 적절히 조절되어, 감광 드럼들중 어느 하나로부터 만족스런 전사를 가능하게 한다.
상술한 화상 형성 장치에서는, 최대 직경을 갖는 감광 드럼은 순환 벨트의 진행 방향의 최하류측에 배치되는 것이 바람직하고, 전사 롤러는 만족스런 전사가 가능한 범위 내의 하류 부분에서, 최대 직경을 갖는 감광 드럼의 상류측에 배치된 소직경 감광 드럼을 향하여 압압되는 것이 바람직하다.
상류측의 전사 롤러는 만족스런 전사가 가능한 범위 내에서 가능한 한 하류측으로 배치되고, 이에 의해 그 하류측에 배치된 감광 드럼을 향하여 압압된 전사 롤러가 배치될 수 있는 범위를 넓힐 수 있다. 구체적으로는, 넓은 범위에 만족스런 전사가 가능해진다. 대직경 감광 드럼에 대하여 접촉 기준 위치 가까이에 전사 롤러가 배치되는 경우에도, 만족스런 전사가 가능하다. 이 때문에, 배치의 자유도를 증가시킬 수 있고, 이에 의해 위치 조절 등을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 전사 롤러와 감광 드럼간에 전사 전압을 인가하는 전원 장치는 모든 전사 롤러마다 출력 전압을 제어하여, 전사 조건이 감광 드럼의 직경의 차이에 따라서 서로 다르도록 정정할 수 있다.
본 발명이 다른 직경을 각각 갖는 복수의 감광 드럼에 대하여 동일한 사양의 전사 롤러를 이용하고 있지만, 이 전사 롤러는 그 둘레면을 따라 도전성 고무층을 구비할 수 있으며, 이 고무층의 체적 저항률은 감광 드럼의 직경에 따라 변한다. 이러한 구성에 의해, 전사 롤러의 압압력이 모든 전사 롤러마다 달라지도록 설정될 수 있다. 이 경우에, 전사 롤러와 감광 드럼간에 인가된 전압은 양측의 압압된 면의 단위 면적당 흐르는 전류의 값들이 대략 서로 동일해지도록 제어된다. 단위 면적당 전류값을 상술한 바와 같이 서로 동일하도록 설정함으로써, 다른 직경을 갖는 감광 드럼들에 대하여 대략 동일한 전사 효율이 얻어질 수 있다.
또한, 압압되는 감광 드럼의 직경에 대응하여 다른 직경의 전사 롤러가 사용될 수 있다. 구체적으로는, 감광 드럼의 직경에 대한 전사 롤러의 직경의 비가 다른 직경을 갖는 각 감광 드럼들에 대하여 대략 동일하게 설정되어, 기하학적인 관계를 통일시킬 수 있고, 따라서 각각의 감광 드럼에 대한 조건에 대략 근사한 조건으로 전사가 수행된다. 또한, 전사 롤러가 그 둘레면을 따라 도전성 고무층을 갖 는 경우에, 복수의 전사 롤러들 간에 그 유효 기간이 대략 동일해질 수 있다. 구체적으로는, 도전성 고무층은 반복되는 전압 인가에 따라 점진적으로 증가하는 저항값을 가지며, 이에 의해 전사 조건이 변화되어 전사 결함을 야기할 수 있다. 그러나, 전사 롤러의 직경을 증가시키는 것은 둘레면상의 각 부분이 전압이 인가되는 감광 드럼에 압압되어 있는 기간을 감소시킨다. 이것은 자주 사용되는 대직경 감광 드럼과 이 감광 드럼에 압압되는 전사 롤러의 유효 기간을 연장시킨다. 따라서, 이들의 유효 기간은 나머지 감광 드럼들 및 전사 롤러들의 유효 기간과 대략 동일해진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 화상 형성 장치에서는, 블랙 토너 화상을 형성하는 감광 드럼의 직경이 증가되어, 이 감광 드럼과 전사 롤러가 자주 사용되더라도 상기 감광 드럼의 유효 기간이 나머지 감광 드럼들의 유효 기간과 크게 달라지지 않는다. 다른 직경을 갖는 감광 드럼의 어느 것으로부터도 토너 화상이 적합하게 전사될 수 있으며, 따라서 이들 토너 화상이 중첩되어 만족스러운 컬러 화상을 형성한다.
2003년 9월 18일에 출원된 일본국 특허출원 2003-325786의 상세한 설명, 특허청구범위, 도면, 및 요약서를 포함하는 전체 개시 내용이 전체적으로 인용에 의해 여기에 삽입되어 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 각각의 감광 드럼 상에 형성된 토너 화상을 중첩하여 전사하는 다른 직경을 갖는 복수의 감광 드럼을 구비한 화상 형성 장치를 제 공할 수 있으며, 여기서 상기 감광 드럼의 직경이 다르더라도 모든 토너 화상들이 충분하게 전사되도록, 모든 컬러의 토너 화상의 전사도(transferability)를 조절할 수 있다.

Claims (7)

  1. 정전위(靜電位)의 차이에 의해 원통형 둘레면 상에 잠상이 형성되고 다른 컬러의 토너 화상들이 토너의 부착에 의해 각각 형성되는 복수의 감광 드럼;
    상기 복수의 감광 드럼중 어느 하나와 접촉하도록 두개의 지지 롤러 사이에서 폐경로를 구성하는 순환 벨트로서, 상기 감광 드럼 상의 상기 토너 화상들이 외주면이나 상기 외주면 상으로 반송된 기록지 상에 중첩되어 전사되는 순환 벨트; 및
    상기 순환 벨트의 내측으로부터 상기 각 감광 드럼에 압압되는 전사 롤러들을 구비하고,
    상기 복수의 감광 드럼은 다른 감광 드럼들과 다른 직경을 갖는 하나의 감광 드럼을 포함하고,
    상기 전사 롤러들은 동일한 재료로 이루어지고 동일한 직경을 가지며,
    상기 전사 롤러들 각각은, 상기 감광 드럼의 반경이 상기 순환 벨트가 폐경로를 구성하는 방향과 대략 수직인 상기 감광 드럼의 둘레면의 위치(이하 접촉 기준 위치라 함)로부터 상기 순환 벨트의 이동 방향에 대하여 하류측에서 상기 감광 드럼들 각각에 압압되고,
    상기 접촉 기준 위치로부터 대직경 감광 드럼의 상기 전사 롤러의 압압 위치까지의 거리가 소직경 감광 드럼의 거리보다 더 크게 설정된 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전사 롤러의 상기 대직경 감광 드럼에 대한 압압력은 상기 전사 롤러의 상기 소직경 감광 드럼에 대한 것보다 더 크게 설정된 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    최대 직경을 갖는 감광 드럼이 상기 순환 벨트의 진행 방향의 최하류측에 배치되고,
    상기 전사 롤러는 만족스런 전사가 가능한 범위 내의 하류 부분에서 상기 최대 직경을 갖는 감광 드럼의 상류측에 배치된 상기 소직경 감광 드럼을 향하여 압압되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전사 롤러와 상기 감광 드럼 사이에 전사 전압을 인가하는 전원 장치는 상기 전사 롤러들마다 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  5. 정전위의 차이에 의해 원통형 둘레면 상에 잠상이 형성되고 다른 컬러의 토너 화상들이 토너의 부착에 의해 각각 형성되는 복수의 감광 드럼;
    상기 복수의 감광 드럼중 어느 하나와 접촉하도록 두개의 지지 롤러 사이에서 폐경로를 구성하는 순환 벨트로서, 상기 감광 드럼 상의 상기 토너 화상들이 외주면이나 상기 외주면 상으로 반송된 기록지 상에 중첩되어 전사되는 순환 벨트; 및
    상기 순환 벨트의 내측으로부터 상기 각 감광 드럼에 압압되는 전사 롤러들을 구비하고,
    상기 복수의 감광 드럼은 다른 감광 드럼들과 다른 직경을 갖는 하나의 감광 드럼을 포함하고,
    상기 각각의 전사 롤러들은 그 둘레면을 따라 도전성 고무층을 가지며,
    상기 전사 롤러들 각각의 상기 고무층의 체적 저항률과 상기 전사 롤러들 각각의 압압력은, 상기 순환 벨트를 통하여 상기 감광 드럼을 향하여 압압된 압압면의 단위 면적당 전류 흐름이 상기 전사 롤러들 각각에 있어서 대략 동일하고 상기 전사 롤러와 상기 감광 드럼간에 인가된 전압이 상기 전사 롤러들 각각에 대하여 제어되도록, 다른 직경을 갖는 감광 드럼마다 설정되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  6. 정전위의 차이에 의해 원통형 둘레면 상에 잠상이 형성되고 다른 컬러의 토너 화상이 토너의 부착에 의해 각각 형성되는 복수의 감광 드럼;
    상기 복수의 감광 드럼중 어느 하나와 접촉하도록 두개의 지지 롤러 사이에서 폐경로를 구성하는 순환 벨트로서, 상기 감광 드럼 상의 상기 토너 화상들이 외주면이나 상기 외주면 상으로 반송된 기록지 상에 중첩되어 전사되는 순환 벨트; 및
    상기 순환 벨트의 내측으로부터 상기 각 감광 드럼에 압압되는 전사 롤러들을 구비하고,
    상기 복수의 감광 드럼은 다른 감광 드럼들과 다른 직경을 갖는 하나의 감광 드럼을 포함하고,
    상기 감광 드럼의 직경에 대한 상기 전사 롤러의 직경의 비는 다른 직경을 갖는 감광 드럼에 대하여도 동일한 위치에 놓이는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  7. 잠상이 형성되는 복수의 감광 드럼으로서, 하나의 감광 드럼이 나머지 감광 드럼들과는 다른 직경을 갖는 복수의 감광 드럼;
    상기 복수의 감광 드럼과 접촉하는 벨트; 및
    상기 감광 드럼과 접촉하는 측면과는 반대측인 상기 벨트의 측면으로부터 상기 감광 드럼을 압압하는 복수의 전사 롤러를 구비하고,
    상기 감광 드럼이 상기 벨트와 접촉하는 접촉 기준 위치로부터 대직경 감광 드럼의 상기 전사 롤러의 압압 위치까지의 거리가 소직경 감광 드럼의 그것보다 더 큰 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
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