KR100642882B1 - 대전 장치, 이 대전 장치를 이용하는 프로세스 카트리지및 화상 형성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대전 간격의 측정 수단이나 조정 수단을 마련하지 않고도 대전 간격을 고정밀도로 유지하고 대전 간격의 환경에 따른 변동이나 편차를 감소시켜 대전 롤러의 오점을 감소시키며, 이상 화상의 발생을 방지하는 저비용이면서 고내구성의 대전 장치, 이 대전 장치를 이용한 프로세스 카트리지, 및 화상 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

대전 롤러(14)는 전도성 지지체인 둥근 막대형의 심봉(101)과 전도성 수지 재료로 구성되는 대전층(102)과 대전 롤러(14)의 양단부(엄밀하게는 대전층(102)의 양단부)에 설치된 시이트형의 간격 유지 부재(103)를 구비하고 있다. 간격 유지 부재(103)는 감광체(5)의 화상 영역(5a) 외의 감광체 표면(감광층)(5b)에 접촉하고 있다. 대전 롤러(14)는 분위기 온도가 10℃, 20℃, 30℃ 일 때의 대전 간격의 평균치를 각각 G₁₀, G₂₀, G₃₀으로 했을 때,

｜G₃₀－G₁₀｜x 5＜G₂₀

의 조건을 만족시키도록 경도가 설정되어 있다.

간격 유지 부재, 대전 부재, 감광체, 프로세스 카트리지, 화상 형성 장치

Description

대전 장치, 이 대전 장치를 이용하는 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치{CHARGING APPARATUS, AND PROCESS CARTRIDGE AND IMAGE FORMING APPARATUS USING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 화상 형성 장치로서의 풀 컬러 프린터의 개요 정면도.

도 2는 감광체 유닛(프로세스 카트리지)의 확대 상세도.

도 3은 본 발명에 따른 감광체의 적층 구조를 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 감광체의 단면 위치를 나타내는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 감광체의 적층 구조의 변형예를 나타내는 단면도.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 대전 롤러와 감광체의 접촉 상태를 나타내는 개요 측면도.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 대전 롤러와 감광체의 접촉 상태를 나타내는 개요 측면도.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 대전 롤러와 간격 유지 부재의 조립 관계를 나타내는 주요부 사시도.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 대전 롤러와 감광체의 접촉 상태를 나 타내는 개요 측면도.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 대전 롤러와 간격 유지 부재의 조립 관계를 나타내는 주요부 사시도.

도 11은 본 발명의 실험에서 이용한 대전 간격 측정 장치의 개요도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2M, 2C, 2Y, 2Bk..... 프로세스 카트리지(감광체 유닛)

5..... 상 담지체(감광체) 14..... 대전 부재(대전 롤러)

105a..... 단차부 102, 105, 107..... 대전층

103, 106, 108..... 간격 유지 부재

201..... 전도성 지지체 202..... 감광층

203..... 전하 발생층 204..... 전하 수송층

205..... 보호층 G..... 대전 간격

본 발명은 복사기, 프린터, 팩시밀리, 플로터 등의 화상 형성 장치, 이 화상 형성 장치에 이용되는 대전 장치, 및 프로세스 카트리지에 관한 것이다.

종래, 화상 형성 장치의 대전 장치로서는 스코로트론(Scorotron) 등의 대전 방식의 것이 주류이었지만, 오존 등 방전 생성물이 대량으로 발생한다는 문제가 있어 근래에는 롤러나 브러시 등을 대전 부재로 하는 접촉 방식의 대전 장치가 널리 사용되게 되었다.

접촉 방식의 대전 장치에서는 상 담지체(감광체) 상의 토너 등 쓰레기가 대전 부재(롤러)에 정전적으로 흡인되기 때문에, 시간이 경과함에 따라 대전 롤러에 부착하는 토너 등 오점으로 인하여 발생하는 대전 불균일이 대전 장치의 수명을 결정하는 큰 요인이 되고 있었다.

종래에는 이와 같은 대전 롤러의 오점을 감소시키기 위하여 대전 롤러의 단부에 필름을 설치하여 감광체와 대전 롤러의 사이에 미소한 간격을 형성하는 방법이 알려져 있다(일본 특허 공개 공보 2001－194868호 참조). 또, 필름 이외를 이용한 간격 유지 방법으로서는 대전 롤러의 단부에 단차 또는 홈을 마련하여 간격 유지 부재를 설치하는 방법도 알려져 있다. 또, 대전 롤러와 감광체 간에 간격을 마련하는 경우의 간격 범위에 대해서는 30~240 ㎛ 등으로 기재하고 있다(일본 특허 공개 공보 2002－55508호, 특허 공개 공보 평 7－301973호, 특허 공개 공보 평 8－202125호 참조)

또, 대전 롤러의 재질로서는 고무나 스폰지 등의 탄성 부재를 이용하는 것이 일반적이지만, 수지 재료를 이용하는 방법(일본 특허 공개 공보 2001－337515호, 특허 공개 공보 2003－66693호 참조), 대전 부재의 단부에 간격 유지 부재(롤러)를 마련하되 감광체의 화상 영역 외의 비도포부(비감광층)에 접촉하도록 배치하여 대전 부재와 상 담지체 간에 간격을 형성하는 방식(일본 특허 공개 공보 2001－ 312121호, 특허 공개 공보 2000－206805호 참조)이 알려져 있다.

또한, 유기 감광체의 내마모성이나 기계적 강도를 향상시키기 위하여 무기물의 미립자를 분산시키는 방법(일본 특허 공개 공보 평 8－339092호), 또는 윤활성을 향상시키기 위하여 불소 수지의 미립자를 분산시키는 방법(일본 특허 공개 공보 평 11－218945호) 등 표면에 보호층을 형성하는 방법도 알려져 있다.

또한, 비접촉 탄성 부재로서의 대전 롤러이고, 간격이 원주 방향/축 방향으로 10~40 ㎛ 변동하고, 대전 롤러에는 DC 바이어스, AC 바이어스를 중첩하며, AC 바이어스를 저전압으로 제어하는 것도 알려져 있다(일본 특허 공개 공보 2002－229307호 참조).

또, 대전 롤러의 양단 비화상 영역에 간격 유지 부재를 이용하여 상 담지체를 비접촉 대전하고, 대전 부재가 불소 수지 주성분의 저항층인 것, 상 담지체 보호층에 금속 산화물 입자를 분산하고 상 담지체 보호층에 불소계 수지 입자를 함유하는 것, 각 색을 개별적으로 대전 제어 가능한 것도 종래 기술에 개시되어 있다(일본 특허 공개 공보 2002－251055호, 특허 공개 공보 평 8－184980호, 특허 공개 공보 2003－076101호 참조).

감광체에 대하여 대전 롤러를 비접촉 상태로 마련하는 방식은 접촉 방식에 비하여 대전 롤러의 오점을 감소시킬 수 있다. 그러나, 감광체와 대전 롤러 사이의 대전 간격에는 대전 롤러 재질에 기인하는 상한이 존재하여 대전 간격이 허용치보다 크게 되면 이상 방전이 발생하여 화상 상에 농도 불균일이 발생하게 되기 때문에, 대전 간격을 정밀도 높게 유지할 필요가 있다.

대전 부재가 고무로 구성되어 있는 경우에는, 경도의 온도 변동이 크기 때문에 환경으로 인하여 대전 간격이 변동하기 쉽다는 문제가 있었다.

이 문제에 대처하기 위하여, 일본 특허 공개 공보 2002－108059호나, 특허 공개 공보 2002－139893호에는 대전 간격 측정 수단이나 조정 수단을 마련하여 환경에 따른 변동에 대응하여 대전 간격을 조정하는 방법이 제안되어 있다.

그런데, 대전 간격의 크기에 따라 적정한 대전 바이어스의 값이 상이하기 때문에, 대전 간격이 허용 범위 내에 있어도 대전 간격에 편차가 크면 대전 간격이 넓은 장소에서는 대전 바이어스가 부족하게 되어 대전 전위가 저하하고, 대전 간격이 좁은 장소에서는 방전 에너지가 과잉으로 됨으로써 감광체에 토너나 토너 외첨제의 필름이 발생하거나 감광체의 마모가 증대하는 경우가 있었다.

이 때문에, 감광체와 대전 롤러 간의 대전 간격의 평균치를 적정화하는 동시에, 대전 간격의 편차나 변동 폭도 적정한 범위 내로 제한할 필요가 있다. 이에 대하여, 종래예에서는 대전 간격의 허용 범위(균일 대전이 가능한 대전 간격의 범위)나 대전 간격의 평균치에 대해서만 기재하고 있고, 대전 롤러나 감광체가 회전할 때의 대전 간격의 변동 폭이나 길이 방향의 대전 간격 편차 등에 대해서는 언급한 것이 없다.

대전 부재가 고무인 경우, 절삭 가공으로 고정밀도로 가공하는 것이 어렵고, 또 경도의 온도 변동이 크기 때문에 환경에 따라 간격이 변동하기 쉽다는 과제가 있었다.

한편, 수지제의 대전 부재는 고경도로서 절삭 가공이 용이하여 고정밀도로 가공하기 쉽지만, 고경도이기 때문에 간격 유지 부재로서 필름형의 얇은 부재를 사용한 경우에는 시간이 경과함에 따라 필름형 부재가 쉽게 마모하거나 필름의 접착제가　단부로부터 누출하여 거기에 토너가 고착하게 되는 등의 문제가 있었다.

또 감광체로서 유기 감광체를 사용했을 경우에는 필름형 부재의 접촉부에 의하여 감광체가 손상되는 경우도 있었다.

이에, 상기 특허 공개 공보 2002-55508호와 같이 대전 롤러의 단부에 단차를 마련하고 간격 유지 부재를 두꺼운 탄성체로 구성함으로써 간격 유지 부재나 감광체의 간격 유지 부재가 접촉하는 부분이 열화되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 대전 롤러의 단부에 단차를 마련하고 간격 유지 부재를 설치함으로써 간격 유지 부재나 감광체의 간격 유지 부재가 접촉하는 부분이 열화되는 것을 방지할 수 있고, 또 오목부에 설치함으로써 간격 유지 부재가 빠지는 것도 방지할 수 있다.

다만, 두꺼운 간격 유지 부재를 사용함으로써 내구성은 향상하지만, 간격 유지 부재의 두께 편차가 대전 간격의 변동에 영향을 주어 대전 간격의 변동이 커진다는 문제가 있었다.

또, 상기 특허 공개 공보 2001-312121호 및 2000-206805호에서는 간격 유지 부재를 화상 영역 외의 비도포부에 접촉시키고 있다. 이와 같이 감광체의 비도포부에 접촉시키는 구성으로 하게 되면 감광층은 열화되지 않는다.

그러나, 대전 부재 단부로부터 감광체의 비도포부로 대전 바이어스가 누전되는 것을 방지하기 위하여 대전 부재와 간격 유지 부재 사이에 리크가 발생하지 않을 정도의 충분한 거리를 확보할 필요가 있다. 그 때문에, 감광체 소관을 길게 할 필요가 있어 장치 전체가 대형화된다.

또한, 상기 특허 공개 공보 2002－108059호나 특허 공개 공보 2002－139893호에 기재한 대전 간격의 조정 수단을 마련하는 방식에서는 환경에 따른 변동에 추종하는 조정이 가능하지만, 목표로 하는 대전 간격은 수십 ㎛ 레벨의 영역이기 때문에, 화상 형성 장치 내에서 대전 간격을 측정하거나 조정하는 것은 실제로 곤란하고, 측정 기구, 조정 기구에 고정밀도가 요구되어 구성이 복잡하게 되고 고비용화를 피할 수 없다는 문제가 있었다.

이에, 본 발명은 상술한 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 대전 간격의 측정 수단이나 조정 수단을 마련하지 않고도 대전 간격을 고정밀도로 유지하면서 대전 간격의 환경에 따른 변동이나 편차를 감소시켜 대전 롤러의 오점을 감소시키며, 또 이상 화상의 발생을 방지하는 저비용이면서 고내구적인 대전 장치, 이 대전 장치를 이용한 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 따른 발명은 상 담지체를 비접촉 상태로 대전하는 대전 부재를 구비하는 대전 장치에 있어서, 상기 대전 부재의 재 질적 조건을 미리 소정의 범위로 설정함으로써 환경 조건이 변화하는 경우의 상기 상 담지체와 상기 대전 부재 사이의 대전 간격 변동 폭을 상기 대전 부재 자체의 상기 환경 조건에 대한 변동 특성에 의해 억제하도록 한 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 2에 따른 발명은 상기 환경 조건은 분위기 온도이며, 이 분위기 온도를 그 중간 측을 기준으로 상한 측과 하한 측으로 단계적으로 설정하고, 각 분위기 온도에서의 상기 대전 간격의 평균치를 구하며, 상한 측과 하한 측의 분위기 온도에서의 평균치 차이의 절대치의 배수(倍數)치가 중간 측의 분위기 온도에서의 평균치 이하로 되도록 상기 대전 부재의 재질적 조건을 설정한 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 3에 따른 발명은 상기 대전 부재는 롤러 형상을 구비하고, 상기 분위기 온도가 각각 10℃, 20℃, 30℃ 일 때의 상기 대전 간격의 평균치를 각각 G₁₀, G₂₀, G₃₀으로 했을 때,　　｜G₃₀－G₁₀｜x 5＜G₂₀의 조건을 만족시키는 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 4에 따른 발명은 상기 대전 간격은 15~90㎛의 범위 내에 있는 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 5에 따른 발명은 상기 대전 부재의 경도는 JIS　D로 50도 이상인 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 6에 따른 발명은 상기 대전 부재는 전도성 수지에 의해 구성되어 있 는 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 7에 따른 발명은 상기 대전 부재의 양단부에 시이트형의 간격 유지 부재를 마련하여 상기 대전 간격을 형성하는 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 8에 따른 발명은 상기 대전 부재의 양단부에 이 대전 부재의 지름 방향으로 깊이를 구비하는 단차부를 형성하고, 이 단차부에 간격 유지 부재를 마련함으로써 상기 대전 간격을 형성하는 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 9에 따른 발명은 상기 단차부는 환형(環形) 홈 형상을 구비하고 있는 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 10에 따른 발명은 상기 간격 유지 부재는 열 수축성의 튜브인 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 11에 따른 발명은 상기 간격 유지 부재의 두께는 100~300㎛인 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 12에 따른 발명은 상기 대전 부재의 양단부에 절연성 수지로 이루어지는 간격 유지 부재를 마련하여 상기 대전 간격을 형성하는 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 13에 따른 발명은 상기 대전 부재의 양단부에 상기 대전 간격을 형성하는 간격 유지 부재를 마련하고, 상기 대전 부재와 상기 간격 유지 부재를 일체화한 후 표면을 절삭하는 가공에 의해 상기 대전 부재와 상기 간격 유지 부재의 외경을 조정하는 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 14, 15, 16에 따른 발명은 상기 간격 유지 부재의 경도는 JIS　D로 45도 이상인 대전 장치를 특징으로 한다.

청구항 17에 따른 발명은 적어도 상 담지체와, 제1항에 기재의 대전 장치를 일체로 구비하여 화상 형성 장치 본체에 착탈 가능하게 장착되어 있는 프로세스 카트리지를 특징으로 한다.

청구항 18에 따른 발명은 상 담지체를 대전 장치에 의해 대전하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 대전 장치는 제1항에 기재의 대전 장치인 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 19에 따른 발명은 장치 본체에 대하여 착탈 가능한 프로세스 카트리지를 구비하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 프로세스 카트리지는 제17항에 기재의 프로세스 카트리지인 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 20에 따른 발명은 상기 간격 유지 부재가 상기 상 담지체의 화상 영역 외의 감광층에 접촉하도록 상기 대전 장치를 설치하고, 상기 간격 유지 부재의 경도는 JIS　D로 70도 이하인 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 21에 따른 발명은 상기 상 담지체는 적어도 최외층에 금속 산화물 입자를 포함한 유기 감광체인 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 22에 따른 발명은 상기 상 담지체는 적어도 최외층에 윤활제 입자를 포함한 유기 감광체인 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 23에 따른 발명은 상기 대전 장치에 DC 바이어스를 인가함과 동시에 AC 바이어스를 중첩 인가하고, AC 바이어스의 주파수 f[Hz]와 상기 상 담지체의 선속도 V［mm/s］는 　7 x V＜f＜12 x V의 관계를 만족시키며, 적어도 화상 형성 동 작 중은 AC 바이어스를 정전압 제어하는 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 24에 따른 발명은 대전 장치를 상 담지체에 대하여 비접촉으로 배치하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 대전 장치는 심봉과 심봉의 외주에 일체화된 전도성 수지로 이루어지는 롤러형의 대전 부재와 이 대전 부재의 양단에 장착된 절연성 수지로 이루어지는 간격 유지 부재로 구성되고, 상기 대전 부재는 그 단부에 마련된 기어가 상기 상 담지체 단부의 기어와 서로 맞물리고, 상기 상 담지체와 동기하여 종동 방향으로 일체로 등속 구동됨과 동시에, 상기 대전 부재의 기어 잇수를 Nc, 상기 대전 부재를 구동하는 상기 상 담지체의 기어 잇수를 Np로 했을 때, Nc와 Np의 최소 공배수가 Nc x Np인 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 25에 따른 발명은 화상 형성 영역 내의 임의의 위치에서의 대전 부재와 상기 상 담지체 사이의 간격을 G, 화상 형성 영역 내의 축방향의 특정 위치에서 상기 상 담지체의 회전에 따르는 상기 대전 부재와 상기 상 담지체 사이의 간격 G의 최대치를 Gmax, 최소치를 Gmin로 했을 때, 20［㎛］≤ G ≤80［㎛］, 동시에 Gmax－Gmin ≤ 40［㎛］의 관계가 상 담지체 축방향의 임의의 위치에서 성립되는 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 26에 따른 발명은 화상 형성 영역 내의 임의의 위치에서 상기 대전 부재와 상기 상 담지체 사이의 간격을 G, 화상 형성 영역 내의 주방향(周方向)의 특정 위치에서 상기 상 담지체 축방향의 상기 대전 부재와 상기 상 담지체 사이의 간격의 최대치를 Gmax, 최소치를 Gmin로 했을 때, 20［㎛］≤ G ≤80［㎛］, 동시에 Gmax－Gmin ≤ 40［㎛］의 관계가 상 담지체 주방향의 임의의 위치에서 성립되 는 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 27에 따른 발명은 대전 부재를 구비하는 대전 장치를 상 담지체에 대하여 비접촉으로 배치하는 화상 형성 장치에 있어서, 상 담지체 축방향에서 화상 형성 영역의 중앙 위치를 C, 양단을 각각 E1, E2로 하고, 각 위치에서 상 담지체의 회전에 따르는 대전 부재와 상 담지체 사이의 간격의 최대치를 각각 Gmax(C), Gmax(E1), Gmax(E2)로 하고, 최소치를 각각 Gmin(C), Gmin(E1), Gmin(E2)로 하며, Gmax(C), Gmax(E1), Gmax(E2) 중의 최대치를 Gmax로 하고, Gmin(C), Gmin(E1), Gmin(E2) 중의 최소치를 Gmin으로 했을 때, 20［㎛］≤ Gmin(C, E1, E2), 동시에 Gmax(C, E1, E2) ≤ 80［㎛］, 동시에 Gmax－Gmin ≤ 40［㎛］인 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 28에 따른 발명은 상기 대전 부재의 양단에 위치하는 절연성 수지로 이루어지는 간격 유지 부재를 상기 상 담지체인 감광체의 화상 영역 외의 감광층에 접촉시킴으로써 상기 상 담지체와 상기 대전 부재 사이의 간격을 유지하는 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 29에 따른 발명은 상기 대전 부재의 양단부에 단차를 마련하고, 그 단차부에 열수축성을 구비한 절연성 수지 재료로 이루어지는 상기 간격 유지 부재를 설치하며, 이 간격 유지 부재를 상기 상 담지체의 화상 영역 외의 감광층에 접촉시킴으로써 상기 상 담지체와 상기 대전 부재 사이의 간격을 유지하는 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 30에 따른 발명은 상기 상 담지체는 적어도 최외층에 금속 산화물 입 자를 포함한 유기 감광체인 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 31에 따른 발명은 상기 상 담지체는 적어도 최외층에 윤활제 입자를 포함한 유기 감광체인 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 32에 따른 발명은 상기 대전 부재에는 DC 바이어스에 AC 바이어스를 중첩한 대전 바이어스를 인가하고, 적어도 화상 형성 중은 AC 바이어스를 정전압 제어하는 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 33에 따른 발명은 복수개의 상 담지체를 구비한 탠덤(tandem) 방식의 풀 컬러 화상 형성 장치에서는 화상 형성 중에 각 대전 부재에 인가하는 AC 바이어스 전압을 각 상 담지체마다 개별적으로 설정 가능한 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 34에 따른 발명은 상기 대전 부재에 인가하는 AC 바이어스의 주파수 f［Hz］와 상 담지체 선속 V［mm/s］는 7 x V＜f＜12 x V의 관계를 만족시키는 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 35에 따른 발명은 상기 대전 롤러의 양단에 위치하는 절연성 수지로 이루어지는 간격 유지 부재를 상기 상 담지체인 감광체의 화상 영역 외의 감광층에 접촉시킴으로써 상기 상 담지체와 상기 대전 롤러 사이의 간격을 유지하는 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 36에 따른 발명은 상기 대전 롤러의 양단부에 단차를 마련하고, 그 단차부에 열수축성을 구비한 절연성 수지 재료로 이루어지는 상기 간격 유지 부재를 설치하며, 이 간격 유지 부재를 상기 상 담지체의 화상 영역 외의 감광층에 접 촉시킴으로써 상기 상 담지체와 상기 대전 롤러 사이의 간격을 유지하는 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 37에 따른 발명은 상기 상 담지체는 적어도 최외층에 금속 산화물 입자를 포함한 유기 감광체인 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 38에 따른 발명은 상기 상 담지체는 적어도 최외층에 윤활제 입자를 포함한 유기 감광체인 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 39에 따른 발명은 상기 대전 부재에는 DC 바이어스에 AC 바이어스를 중첩한 대전 바이어스를 인가하고, 적어도 화상 형성 중은 AC 바이어스를 정전압 제어하는 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 40에 따른 발명은 복수개의 상 담지체를 구비한 탠덤(tandem) 방식의 풀 컬러 화상 형성 장치에서는 화상 형성 중에 각 대전 부재에 인가하는 AC 바이어스 전압을 각 상 담지체마다 개별적으로 설정 가능한 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 41에 따른 발명은 상기 대전 부재에 인가하는 AC 바이어스의 주파수 f［Hz］와 상 담지체 선속 V［mm/s］는 7 x V＜f＜12 x V의 관계를 만족시키는 화상 형성 장치를 특징으로 한다.

청구항 42, 43에 따른 발명은 청구항 24, 27항에 기재의 화상 형성 장치에서 사용되는 상 담지체와 대전 장치를 적어도 구비하여 상기 화상 형성 장치 본체로부터 일체로 착탈 가능하게 구성하는 프로세스 카트리지를 특징으로 한다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다.

우선, 도 1에 근거하여 본 발명에 따른 화상 형성 장치로서의 탠덤형 직접 전사 방식의 풀 컬러 프린터의 전체 구성의 개요를 설명한다.

장치 본체(1) 내에는 상 담지체로서의 감광체(5)를 포함한 4개의 감광체 유닛(2M, 2C, 2Y, 2Bk)이 장치 본체(1)에 대하여 각각 착탈 가능하게 장착되어 있다. 감광체 유닛(2M~2Bk)은 동일한 구성을 한 유닛이며, 감광체 유닛(2M)은 마젠타색에 대응하는 화상을 형성하고, 감광체 유닛(2C)은 시안색에 대응하는 화상을 형성하며, 감광체 유닛(2Y)은 옐로우색에 대응하는 화상을 형성하고, 감광체 유닛(2Bk)은 블랙색에 대응하는 화상을 형성한다.

장치 본체(1)의 대략 중앙에는 전사 벨트(3)를 도면 중의 화살표 A 방향으로 회전 가능토록 복수개의 롤러에 씌워서 구성한 전사 유닛이 배치되어 있다. 이 전사 벨트(3)의 내측에는 4개의 전사 브러시(57)가 4개의 감광체(5)에 대응하여 각각 마련되어 있다. 또 전사 벨트(3)의 위쪽 면에 각 감광체 유닛(2M~2Bk)의 감광체(5)가 접촉하도록 배치되어 있다.

감광체 유닛(2M~2Bk)에 대응하여 각각 사용하는 토너 색이 상이한 현상 장치(10M~10Bk)가 배치되어 있다. 현상 장치(10M~10Bk)는 구성이 모두 동일한 것이며, 이들은 사용하는 토너의 색만이 상이한 2 성분 현상 방식의 현상 장치이다.

현상 장치(10M)는 마젠타색의 토너를 사용하고, 현상 장치(10C)는 시안색의 토너를 사용하며, 현상 장치(10Y)는 옐로우색의 토너를 사용하고, 현상 장치(10Bk)는 블랙색의 토너를 각각 사용한다. 그리고, 그 각 색의 현상 장치(10M~10Bk) 내에 는 토너와 캐리어로 이루어지는 현상제가 수용되어 있다.

현상 장치(10M~10Bk)는 감광체(5)에 대향한 현상 롤러와, 현상제를 이송, 교반하는 스크루와, 토너 농도 센서 등을 구비하는 구성으로 되어 있다. 현상 롤러는 외측에 마련된 회전 자유로운 슬리브와 내측에 고정된 자석으로 구성되어 있다. 또 토너 농도 센서의 출력에 따라 토너 보급 장치로부터 토너가 보급되도록 되어 있다.

토너는 결착 수지, 착색제, 전하 제어제를 주성분으로 하되, 필요에 따라 가타 첨가제를 첨가하여 구성할 수 있다. 결착 수지는 예컨대 폴리스티렌, 스티렌-아크릴산 에스테르 공중합체, 폴리에스테르 등을 이용할 수 있다. 토너에 사용하는 착색제(예컨대, 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙)는 토너용으로서 공지의 것을 사용할 수 있다. 착색제의 양은 결착 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 15 중량부가 적당하다.

전하 제어제는 예컨대 니그로신 염료, 크롬 착체, 제4차 암모늄염 등을 이용하고, 이들을 토너 입자의 극성에 따라 구분하여 사용한다. 전하 제어제의 양은 결착 수지 100 중량부에 대하여 0.1~10 중량부로 한다.

토너 입자에는 유동성 부여제를 첨가하여 두는 것이 유리하다. 유동성 부여제로서는 실리카, 이산화티타늄, 알루미나 등 금속 산화물 미립자 및 이들 미립자를 실란 커플링제, 티타네이트 커플링제 등에 의해 표면 처리한 것이나, 폴리스티렌, 폴리 메타크릴산 메틸, 폴리 불화 비닐리덴 등의 폴리머 미립자 등을 사용할 수 있다. 이들 유동성 부여제의 입경은 0.01~3 ㎛ 범위의 것을 사용하면 좋다. 또, 이들 유동성 부여제의 첨가량은 토너 입자 100 중량부에 대하여 0.1~7.0 중량부의 범위가 바람직하다.

본 발명에 따른 2 성분 현상제용 토너를 제조하는 방법으로서는 각종 공지의 방법, 또는 그들을 조합한 방법에 의해 제조하면 된다. 예컨대, 혼련(混練) 분쇄법에서는 결착 수지와 카본 블랙 등의 착색제 및 필요에 따라 첨가제를 건식 혼합하고, 압출기 또는 2개 롤러, 3개 롤러 등으로 가열 용융 혼련하여 냉각 고체화 후, 제트 밀 등의 분쇄기로 분쇄하고, 기류 분급기에 의해 분급하여 토너를 얻는다. 또, 현탁 중합법이나 비수(非水) 분산 중합법에 의해 모노머와 착색제, 첨가제로부터 직접 토너를 제조하는 것도 가능하다.

캐리어는 심재(芯材) 그 자체로 이루어지거나, 심재 상에 피복층을 마련한 것을 일반적으로 사용한다. 본 발명에서 이용할 수 있는 수지 피복 캐리어의 심재로서는 페라이트, 마그네타이트 등의 자성체이다. 이 심재 물질의 입경은 20~60 ㎛ 정도가 적당하다.

캐리어 피복층 형성에 사용되는 재료로서는 비닐리덴 플루오라이드, 테트라플루오로 에틸렌, 헥사플루오로 프로필렌, 퍼플루오로 알킬 비닐 에테르, 불소 원자를 치환하여 이루어지는 비닐 에테르, 불소 원자를 치환하여 이루어지는 비닐 케톤 등이 있다.

피복층 형성법으로서는 종래와 마찬가지로 캐리어 심재 입자의 표면에 분무법, 침지법 등 수단으로 수지를 도포하면 된다.

또, 감광체 유닛(2M~2Bk)의 위쪽에는 기록 유닛(6)이 배치되어 있고, 전사 벨트의 아래쪽에는 양면 유닛(7)이 배치되어 있다. 이 풀 컬러 프린터는 장치 본체(1)의 좌측에 화상 형성 후의 전사지(P)를 반전시켜 배출하거나 양면 유닛(7)으로 이송하는 반전 유닛(8)이 장착되어 있다.

기록 유닛(6)은 각 색마다 마련한 레이저 다이오드(LD) 방식의 4개의 광원과, 6면의 폴리건 미러와 폴리건 모터로 구성하는 1조의 폴리건 스캐너와, 각 광원의 광로에 배치한 fθ 렌즈, 장방형의 WTL 등 렌즈나 미러로 구성되어 있다. 레이저 다이오드로부터 사출된 레이저광은 폴리건 스캐너에 의해 편향 주사되어 감광체 상에 조사된다.

양면 유닛(7)은 쌍을 이루는 이송 안내판(45a, 45b)과, 쌍을 이루는 복수개(본 예에서는 4조)의 이송 롤러(46)로 이루어지고, 전사지(P)의 양면에 화상을 형성하는 양면 화상 형성 모드시에는 일면에 화상이 형성된 후 반전 유닛(8)의 반전 이송로(54)로 이송되며, 스위치 백 이송된 전사지(P)를 접수하여 후술하는 용지 공급부로 이송한다.

반전 유닛(8)은 각각 쌍을 이루는 복수개의 이송 롤러와 쌍을 이루는 복수개의 이송 안내판으로 이루어지고, 상술한 바와 같이 양면 화상 형성시의 전사지(P)를 안팎 반전시켜 양면 유닛(7)으로 보내거나 화상 형성 후의 전사지(P)를 그대로 기외로 배출하거나 안팎을 반전시켜 기외로 배출하는 기능을 한다.

전사 벨트(3)와 반전 유닛(8)의 사이에는 화상이 전사된 전사지(P)의 화상을 정착하는 정착 장치(9)가 마련되어 있다. 이 정착 장치(9)의 전사지 이송 방향 하류측에는 용지 반전 배출로(20)가 분기 형성되어 있는데, 그 곳으로 이송된 전사지 (P)는 용지 배출 롤러쌍(25)에 의해 용지 받이(26) 상으로 배출 가능토록 구성되어 있다.

장치 본체(1)의 하부에는 상하 2단으로 사이즈가 다른 전사지(P)를 수납 가능한 용지 공급 카세트(11, 12)가 각각 배치되어 있다.

용지 공급 카세트(11, 12)가 구비되어 있는 용지 공급부에는 전사지(P)를 1매씩 분리하여 공급하는 용지 분리 공급부(55, 56)가 각각 마련되어 있다.

장치 본체(1)의 우측면에는 수동 트레이(13)를 화살표 B방향으로 개폐 가능토록 마련하고, 그 수동 트레이(13)를 개방함으로써 수동으로 용지를 공급할 수 있도록 되어 있다.

다음에, 본 발명에 따른 풀 컬러 프린터의 풀 컬러 화상 형성시의 동작을 설명한다. 풀 컬러 프린터가 풀 컬러 화상 데이터를 접수하면, 각 감광체(5)가 도 1에서 시계 방향으로 각각 회전한다. 그리고, 각 감광체(5)의 표면이 대전 부재로서의 대전 롤러(14)에 의해 균일하게 대전된다.

감광체 유닛(2M)의 감광체(5)에는 기록 유닛(6)에 의해 마젠타 화상에 대응하는 레이저 광이 조사되고, 감광체 유닛(2C)의 감광체(5)에는 시안 화상에 대응하는 레이저 광이 조사되며, 감광체 유닛(2Y)의 감광체(5)에는 옐로우 화상에 대응하는 레이저 광이 조사되고, 감광체 유닛(2Bk)의 감광체(5)에는 블랙 화상에 대응하는 레이저 광이 조사되어 각 색의 화상 데이터에 대응한 잠상이 각각 형성된다.

각 감광체(5) 상의 잠상은 감광체(5)가 회전하여 현상 장치(10M, 10C, 10Y, 10Bk)의 위치에 이르게 되면, 이 때 마젠타, 시안, 옐로우 및 블랙색 토너에 의해 4색의 토너상으로 현상된다.

한편, 용지 공급 카세트(11, 12)로부터 전사지(P)를 용지 분리 공급부(55, 56)에 의해 공급하고, 전사 벨트(3) 직전에 마련되어 있는 레지스트레이션 롤러쌍(59)에 의해 각 감광체(5) 상에 형성된 토너상과 일치되는 타이밍으로 이송한다.

전사지(P)는 전사 벨트(3)의 입구 부근에 설치되어 있는 용지 흡착 롤러(58)에 의해 양극성으로 대전되어 전사 벨트(3)의 표면에 정전적으로 흡착된다. 전사지(P)는 전사 벨트(3)에 흡착된 상태로 이송되면서 마젠타, 시안, 옐로우 및 블랙색의 각 토너상이 순차로 전사되어 4색 중첩된 풀 컬러 토너 화상이 형성된다.

다음에 전사지(P)는 정착 장치(9)에 의해 열과 압력이 가해짐으로써 토너상이 용융 정착되고, 그 후 지정된 모드에 따른 용지 배출계를 거쳐 장치 본체(1) 상부의 용지 받이(26)로 반전 배출되거나 정착 장치(9)로부터 직진하여 반전 유닛(8)내를 통하여 바로 배출되거나, 또는 양면 화상 형성 모드가 선택되어 있을 때에는, 전술한 반전 유닛(8)내의 반전 이송로로 이송된 후 스위치 백하여 양면 유닛(7)으로 이송되고, 이로부터 재차 공급되어 감광체 유닛(2M~2Bk)이 마련되어 있는 화상 형성부에서 뒷면에 화상이 형성된 후 배출된다. 이후, 2매 이상의 화상 형성이 지시되어 있을 때에는, 상술한 화상 형성 프로세스가 반복된다.

다음에, 이 풀 컬러 프린터의 흑백 화상 형성시의 동작을 설명한다. 풀 컬러 프린터가 흑백의 화상 데이터를 접수하면, 용지 흡착 롤러(58)에 대향하여 전사 벨트(3)를 지지하고 있는 종동 롤러가 아래쪽으로 이동하여 전사 벨트(3)가 마젠타, 시안, 옐로우 감광체(5)로부터 이탈된다.

블랙의 감광체(5)가 도 1 중 시계 방향으로 회전하고, 블랙 감광체(5)의 표면이 대전 롤러(14)에 의해 균일하게 대전된다. 그리고, 감광체 유닛(2BK)의 감광체(5)에는 블랙 화상에 대응하는 레이저광이 조사되어 잠상이 형성된다. 잠상이 현상 장치(10Bk) 위치에 이르게 되면, 블랙 토너에 의해 블랙 토너상으로 현상된다.

이 때, 블랙 외의 3색의 감광체 유닛(2M~2Y), 현상 장치(10M~10Y)는 정지되어 있으므로 불필요한 소모가 방지된다.

한편, 용지 공급 카세트(11, 12)로부터 전사지(P)가 용지 분리 공급부(55, 56)에 의해 공급된다. 공급된 전사지(P)는 전사 벨트(3) 직전에 마련되어 있는 레지스트레이션 롤러쌍(59)에 의해 블랙 감광체(5) 상에 형성되어 있는 토너상과 일치되는 타이밍으로 이송된다.

전사지(P)는 전사 벨트(3)의 입구 부근에 설치되어 있는 용지 흡착 롤러(58)에 의해 양극성으로 대전되어 전사 벨트(3) 표면에 정전적으로 흡착된다. 전사지(P)는 전사 벨트(3)에 흡착된 상태로 이송되므로 전사 벨트(3)가 마젠타, 시안, 옐로우 감광체(5)로부터 이탈되어 있어도 블랙 감광체(5)까지 이송되어 블랙의 토너상이 전사된다. 전사지(P)를 안정하게 정전 흡착 이송하기 위하여, 전사 벨트(3)는 적어도 표층이 고저항의 재료로 구성될 필요가 있다.

전사지(P)는 풀 컬러 화상의 경우와 마찬가지로 정착 장치(9)에 의해 화상이 정착되고, 지정된 모드에 대응한 용지 배출계를 통하여 처리된다. 이후, 2매 이상의 화상 형성이 지시되어 있을 때에는 상술한 화상 형성 프로세스가 반복된다.

또한, 전사 벨트(3)의 재질로서는 폴리불화 비닐리덴, 폴리이미드, 폴리카보 네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 수지 재료를 엔드리스 벨트형으로 성형하여 사용할 수 있다. 이와 같은 재료는 그대로 이용하거나 카본 블랙 등 전도제에 의해 저항을 조정할 수도 있다.

또, 이와 같은 수지를 기반으로 하여 분무나 침지 등 방법에 의해 표층을 형성하여 적층 구조로 하여도 좋다.

도 2에 감광체 유닛(2M~2Bk)의 구성을 상세하게 나타낸다. 각 감광체 유닛(2M~2Bk)은 정전 잠상이 형성되는 감광체(5)와 감광체(5)를 균일하게 대전하는 대전 롤러(14)와 감광체(5)의 표면을 클리닝하는 브러시 롤러(15)와 클리닝 블레이드(47) 등으로 구성되어 있다.

대전 롤러(14)는 양단부에 마련된 후술하는 간격 유지 부재가 화상 영역 외의 감광체 표면(감광층)에 접촉되어 있고, 화상 형성 영역에서는 간격 유지 부재에 의해 감광체(5)와 대전 롤러(14) 사이에 미소한 간격이 형성되어 있다.

대전 롤러(14)에는 롤러 표면을 클리닝하기 위한 클리닝 롤러(49)가 접촉되어 있다. 클리닝 롤러(49)는 금속제의 심봉 상에 전도성 섬유를 정전 식모한 브러시 롤러로서, 자중으로 대전 롤러(14)에 접촉하고 있으며, 대전 롤러(14)의 회전을 따라 종동 방향으로 회전하면서 대전 롤러(14)의 표면에 부착한 토너 등을 제거한다.

본 발명에 따른 대전 장치는 대전 롤러(14)와 이 대전 롤러(14)에 대전 바이어스를 인가하는 도시하지 않는 대전 바이어스 인가 수단과 클리닝 롤러(49) 등에 의해 구성된다.

폴리우레탄 고무로 이루어지는 클리닝 블레이드(47)에 의해 감광체(5)로부터 제거된 토너는 브러시 롤러(15)에 의해 토너 이송 오거(48) 측으로 이동된다. 또, 토너 이송 오거(48)를 회전시켜 회수한 폐토너를 도 1에 나타낸 폐토너 수납부(18)로 이송하도록 구성되어 있다.

본 발명에서는 감광체(5)의 외경이 30 mm이고, 각 감광체(5)는 각각 도 2 중의 화살표 C방향으로 125 mm/초로 회전한다. 브러시 롤러(15)는 감광체(5)의 회전에 동기하여 반시계 방향으로 회전한다.

감광체 유닛(2M~2Bk)에는 그 감광체 유닛(2M~2Bk)을 장치 본체(1)에 대하여 착탈할 때의 기준으로서 위치 결정 메인 기준부(51)를 마련함과 동시에, 앞쪽 위치 결정 서브 기준부(52)와 안쪽 위치 결정 서브 기준부(53)를 브래킷(50)에 각각 일체로 마련하여 감광체 유닛(2M~2Bk)을 장치 본체(1)에 장착할 때에 이들 기준부에 의해 감광체 유닛(2M~2Bk)을 소정의 장착 위치에 확실하게 위치 결정할 수 있도록 한다.

여기서, 감광체 유닛(2M~2Bk)을 유저라도 용이하게 교환할 수 있는 프로세스 카트리지 형태로 할 수 있다. 프로세스 카트리지 내에서 감광체(5)와 대전 롤러(14)의 위치가 항상 정해진 구성으로 함으로써, 후술하는 본 발명과 같이 감광체(5)와 대전 롤러(14) 간에 미소한 대전 간격을 정밀도 높게 형성할 필요가 있는 경우에도, 감광체(5)와 대전 롤러(14)가 동시에 교환됨으로써 대전 간격의 조정을 실시할 필요가 없기 때문에 유저라도 용이하게 교환할 수 있게 된다.

도 2에서는 감광체(5)와 대전 롤러(14) 및 클리닝 수단을 일체로 구성한 프 로세스 카트리지 예를 설명하였지만, 나아가서는 현상 장치도 일체적인 프로세스 카트리지로 할 수 있고, 또 클리닝 수단은 별체인 프로세스 카트리지로 할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 감광체(5)의 구성을 나타낸 도면으로서, 전도성 지지체(201) 상에 전하 발생층(203), 전하 수송층(204)의 순서로 구성된 감광층(202) 및 최외층에 마련된 보호층(205)으로 이루어지는 적층 구조의 감광체(5)를 나타낸다. 도 3은 감광체(5)의 절반 단면을 화살표 L측(도 4 참조)에서 바라본 일부를 나타내고 있다. 또한, 감광체(5)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 전도성 지지체(201) 상에 전하 수송층(204), 전하 발생층(203)의 순서로 구성된 감광층(202) 및 최외층에 마련된 보호층(205)으로 이루어지는 적층 구조를 구비하여도 좋다. 또, 전도성 지지체(201)와 감광층(202) 사이에 바닥층을 형성할 수도 있다.

전도성 지지체는 체적 저항 10⁴ Ωcm 이하의 전도성을 나타내는 것, 예컨대, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속관, 또는 니켈 등의 금속을 엔드리스 벨트형으로 가공한 것 등이 이용된다.

바닥층은 일반적으로 수지를 주성분으로 하는데, 이와 같은 수지는 그 위에 감광층(202)을 용제를 이용하여 도포하는 것을 고려하면, 일반 유기 용제에 대하여 내용해성이 높은 수지인 것이 바람직하다. 이와 같은 수지로서는 폴리비닐 알코올 등의 수용성 수지, 공중합 나일론 등의 알코올 가용성 수지, 폴리우레탄, 알키드-멜라민, 에폭시 등의 삼차원 그물눈 구조를 형성하는 경화형 수지 등을 들 수 있 다. 또 바닥층에는 무아레 방지, 잔류 전위의 감소 등을 위하여 산화 티탄, 실리카, 알루미나 등의 금속 산화물 미분말을 첨가하여도 좋다. 이 바닥층은 적당한 용매, 도포법을 이용하여 형성할 수 있다. 또 바닥층의 막 두께는 0~5 ㎛가 적당하다.

전하 발생층(203)은 전하 발생 재료를 주성분으로 하는 층이고, 대표적인 것으로서는 모노아조 안료, 디스아조 안료, 트리스아조 안료, 프탈로시아닌계 안료 등이 있다. 이와 같은 전하 발생 재료를 폴리카보네이트 등의 바인더 수지와 함께 테트라 히드로 퓨란, 시클로헥사논 등의 용매를 이용하여 분산하고, 분산액을 도포함으로써 형성할 수 있다. 도포는 침지 도포법이나 분무 도포법 등에 의해 실시하면 된다. 전하 발생층의 막 두께는 통상 0.01~5 ㎛이다.

전하 수송층(204)은 전하 수송 재료 및 바인더 수지를 테트라 히드로 퓨란, 톨루엔, 디클로로에탄 등의 적당한 용제에 용해 내지 분산하고, 이것을 도포, 건조함으로써 형성할 수 있다. 전하 수송 재료 중, 저분자 전하 수송 재료에는 전자 수송 재료와 정공 수송 재료가 있다. 전자 수송 재료로서는 예컨대, 클로라닐, 브롬아닐, 테트라시아노에틸렌, 테트라시아노퀴노디메탄, 2,4,7－트리니트로-9－플루오레논, 2,4,5,7－테트라니트로-9－플루오레논, 1,3,7－트리니트로디벤조티오펜 5,5－디옥사이드 등의 전자 수용성 물질을 들 수 있다. 정공 수송 재료로서는 예컨대, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 트리페닐 아민 유도체, 페닐히드라존류, α－페닐스틸벤 유도체, 티아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 페나진 유도체, 아크리딘 유도체, 티오펜 유도체 등의 전자 공여성 물질을 들 수 있다. 전하 수송 재료와 함께 전하 수송층에 사용되는 바인더 수지로서는 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트, 아크릴, 에폭시, 멜라민, 페놀 등의 열가소성 또는 열경화성 수지를 들 수 있다.

전하 수송층(204)의 두께는 15~30 ㎛의 범위에서 소망의 감광체 특성에 따라 적당히 선택하면 된다.

본 실시예의 감광체(5)에는 표층으로서 감광층(202)의 보호 및 내구성의 향상을 목적으로 금속 산화 미립자를 함유하는 보호층(205)을 감광층(202) 위에 형성할 수 있다.

보호층(205)에 사용되는 재료로서는 바인더 수지로서 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 올레핀-비닐 모노머 공중합체, 염소화 폴리 에테르, 아릴, 페놀, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리아릴술폰, 폴리부틸렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 폴리에틴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드, 아크릴, 폴리메틸펜텐, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌 옥시드, 폴리술폰, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리염화 비닐리덴, 에폭시 등의 수지, 용매로서는 테트라 히드로 퓨란, 톨루엔, 디클로로에탄 등을 들 수 있다.

이러한 수지에 내마모성을 향상시키는 목적으로 알루미나, 실리카, 산화 티탄, 산화 주석, 산화 지르코늄, 산화 인듐 등의 금속 산화물 입자가 첨가된다.

보호층(205)에 첨가되는 금속 산화물 입자의 양은 중량 기준으로 통상은 5~40%, 바람직하게는 10~30%이다. 금속 산화물 입자의 양이 5% 미만에서는 마모가 크고 내구성이 뒤떨어지며, 40%를 초과하면, 노광시의 명부 전위의 상승이 현저하여 감도 저하가 무시할 수 없게 되므로 바람직하지 않다.

보호층(205)의 형성법으로서는 분무법 등의 도포법을 사용할 수 있다. 보호층(205)의 두께는 1~10 ㎛, 바람직하게는 3~8 ㎛ 정도가 적당하다. 보호층(205)의 막 두께가 너무 얇으면 내구성이 뒤떨어지고, 보호층(205)의 막 두께를 너무 두껍게 하면 감광체 제조시의 생산성이 저하할 뿐만 아니라, 시간이 경과함에 따라 잔류 전위의 상승이 커지게 된다.

보호층(205)에 첨가하는 금속 산화물 미립자의 입경으로서는 0.1~0.8 ㎛가 적당하다. 금속 산화물 입자의 입경이 너무 크면, 보호층(205) 표면의 요철이 커져 클리닝성이 저하하는 외에, 노광된 광이 보호층(205)에서 산란되기 쉽고 해상력이 저하하여 화상 품질이 뒤떨어진다. 금속 산화물 입자의 입경이 너무 작으면 내마모성이 뒤떨어진다.

또, 본 발명에서는 감광체(5) 표면의 윤활성을 향상시키기 위하여, 보호층(205)에 불소 수지 입자와 같은 윤활제 입자를 분산시킬 수도 있다. 표면층에 첨가되는 불소 수지의 양은 표면층의 전체 고형분에 대하여 함유율이 40~75 중량%가 바람직하다.

불소 수지의 양이 40 중량% 미만에서는 윤활성의 개선 효과가 작고, 75 중량%를 초과하면 막의 강도가 저하하여 바람직하지 않다. 보호층(205)에 첨가하는 불소 수지로서는 폴리테트라 플루오로 에틸렌, 폴리헥사 플루오로 프로필렌, 폴리트 리플루오로 에틸렌, 폴리불화 비닐리덴, 폴리불화 비닐 등을 이용할 수 있다.

또, 불소 수지의 입경으로서는 0.1~5 ㎛가 적당하다. 보호층(205)은 윤활제 입자를 분산시키는 경우에도 금속 산화물 입자의 경우와 같은 바인더 수지나 용매를 이용하여 분산시키고, 분산액을 분무법 등에 의해 도포함으로써 형성할 수 있다. 표면층의 막 두께로서는 3~8 ㎛가 바람직하다.

또, 보호층(205)에는 금속 산화물 입자나 불소 수지 입자를 단독적으로 분산시키거나, 양쪽 모두를 분산시킬 수도 있다. 나아가 보호층(205)에는 금속 산화물 입자나 불소 수지 입자의 분산성을 향상시키기 위하여 분산 조제를 첨가할 수 있다. 첨가되는 분산 조제는 도료 등에 사용되는 것을 적당하게 이용할 수 있다. 또, 보호층(205)에는 전하 수송 재료를 첨가하는 것도 유효하고, 나아가 산화 방지제를 필요에 따라 첨가할 수도 있다.

도 6에 본 발명의 제1 실시예에 따른 대전 롤러와 감광체의 접촉 상태를 나타내는 개요 측면도를 나타낸다. 대전 롤러(14)는 전도성 지지체인 둥근 막대형의 심봉(101)과 전도성 수지 재료로 구성되는 대전층(102)과 대전 롤러(14)의 양단부(엄밀하게는 대전층(102)의 양단부)에 설치된 시이트형의 간격 유지 부재(103)를 구비하고 있다.

간격 유지 부재(103)는 감광체(5)의 화상 영역(5a) 외의 감광체 표면(감광층)(5b)에 접촉되어 있고, 화상 영역(5a)에서는 간격 유지 부재(103)에 의해 감광체(5)와 대전 롤러(14) 사이에 미소한 대전 간격(G)이 형성되어 있다. 도 6에서 부호 5c는 감광체(5)의 비도포부(비감광층부)를 나타내고 있다.

본 실시예에서는 간격 유지 부재(103)를 감광층에 접촉시킴으로써 종래와 같이 대전층(102)과 간격 유지 부재(103) 사이에 리크 방지를 위한 간격을 마련할 필요가 없으므로, 장치가 대형화되는 것을 방지할 수 있다.

심봉(101)에는 스테인리스 등의 금속을 이용한다. 심봉(101)이 너무 가늘면 대전 부재로서의 수지(대전)층(102)의 절삭 가공시나, 감광체(5)에 가압되었을 때의 휨의 영향을 무시할 수 없게 되어 필요한 간격 정밀도를 얻기 어렵다.

또, 심봉(101)이 너무 굵은 경우에는 대전 롤러(14)로서 대형화되거나 질량이 무거워지는 문제가 있기 때문에, 심봉(101)의 직경으로서는 예컨대 6~10 mm 정도가 바람직하다.

대전층(102)은 10⁴~10⁹ Ωcm의 체적 저항을 구비하는 재료가 바람직하다. 저항이 너무 낮으면 대전층(102)의 미소한 저항 불균일에 기인하여 방전 상태가 불균일하게 되어 대전 불균일이 발생하기 쉽고, 저항이 너무 높으면 방전이 충분히 발생하지 않아 균일한 대전 전위를 얻을 수 없다.

대전층(102)은 기재(基材)로 되는 수지에 전도성 재료를 배합함으로써 소망의 체적 저항을 얻을 수 있다. 기재 수지로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메타크릴산 메틸, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리카보네이트 등의 수지를 이용할 수 있다. 이와 같은 기재 수지는 성형성이 좋기 때문에 용이하게 성형 가공할 수 있다.

전도성 재료로서는 4차 암모늄 염기를 구비하는 고분자 화합물과 같은 이온 전도성 재료가 바람직하다. 4차 암모늄 염기를 구비하는 고분자 화합물은 바람직하게는 4차 암모늄 염기를 구비하는 폴리올레핀이다. 이와 같은 4차 암모늄 염기를 구비하는 고분자 화합물은 잘 알려져 있고 이미 시판되고 있는 것도 있다.

본 실시예에서는 4차 암모늄 염기를 구비하는 폴리올레핀에 대하여 예시하였지만, 4차 암모늄 염기를 구비하는 폴리올레핀 이외의 고분자 화합물이어도 좋다.

이온 전도성 재료는 2축 혼련(混練)기, 니더(kneader) 등의 수단을 이용함으로써 기재 수지에 균일하게 배합할 수 있다. 배합시킨 재료를 심봉(101) 상에 사출 성형 또는 압출 성형함으로써 용이하게 롤러 형상으로 성형할 수 있다. 이온 전도성 재료와 기재 수지의 배합량은 기재 수지 100 중량부에 대하여 이온 전도성 재료 30~80 중량부가 바람직하다. 대전 롤러(14)의 수지층(대전층) 두께로서는 예컨대 0.5~3 mm가 바람직하다.

대전층(102)이 너무 얇으면 성형이 곤란한 외에 강도 면에도 문제가 있다. 대전층(102)이 너무 두꺼우면 대전 롤러(14)로서 대형화되는 외에 대전층(102)의 실제 저항이 커지기 때문에 대전 효율이 저하된다.

또, 대전층(102)에는 코팅 등에 의해 토너 등이 부착하기 어려운 표층을 수십 ㎛ 정도의 두께로 형성할 수도 있다.

간격 유지 부재(103)는 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드 등의 수지 시이트의 일면에 접착제가 도포된 구성이며, 접착제에 의해 대전층(102)의 단부에 고정된다. 따라서, 간격(G)은 실질적으로 수지 시이트의 두께에 대응한다.

여기서 간격 유지 부재(103)인 수지 시이트의 양단부를 각각 경사지게 절삭함으로써, 수지 시이트가 서로 중첩되거나 롤러의 축방향으로 수지 시이트가 존재하지 않는 부분이 발생하는 등의 문제가 초래되지 않도록 할 수 있다.

대전층(102)과 감광체(5)가 접촉하지 않기 때문에, 대전층(102)으로서 딱딱한 수지 재료를 사용하고, 동시에 감광체(5)로서 유기 감광체를 사용한 경우에도 화상 영역의 감광층을 손상시키지 않는다.

또한, 대전 간격(G)이 너무 넓으면 이상 방전이 발생하여 균일하게 대전할 수 없게 되므로, 실험 결과, 최대 간격은 100 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 90 ㎛ 이하로 억제할 필요가 있다는 것이 판명되었다.

그 때문에 감광체(5), 대전 롤러(14) 모두 고정밀도가 필요하여 진직도를 20 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 화상 형성 영역 내의 임의의 위치에서의 대전 롤러(14)와 감광체(5) 사이의 간격을 G, 화상 형성 영역 내의 축방향의 특정 위치에서의 감광체(5) 회전에 따르는 대전 롤러(14)와 감광체(5) 사이의 간격 G 최대치를 Gmax, 최소치를 Gmin로 했을 때,

20［㎛］≤ G ≤ 80［㎛］

동시에, Gmax－Gmin ≤ 40［㎛］

의 관계가 상 담지체 축방향의 임의의 위치에서 성립되도록 한다.

또, 화상 형성 영역 내의 임의의 위치에서의 대전 롤러(14)와 감광체(5) 사이의 간격을 G, 화상 형성 영역 내의 주방향(周方向)의 특정 위치에서 감광체(5) 축방향에서의 대전 롤러(14)와 감광체(5) 사이의 간격 최대치를 Gmax, 최소치를 Gmin로 했을 때,

20［㎛］≤ G ≤ 80［㎛］

동시에, Gmax－Gmin ≤ 40［㎛］

의 관계가 상 담지체 주방향의 임의의 위치에서 성립되도록 한다.

대전 롤러(14)는 그 단부에 일체로 마련한 기어(도시하지 않음)가 감광체(5) 단부의 기어와 서로 맞물리어 감광체(5)와 동기하여 종동 방향으로 거의 등속으로 구동된다. 대전 롤러(14)의 기어(도시하지 않음) 잇수를 Nc, 이 대전 롤러(14)를 구동하는 감광체(5)의 기어 잇수를 Np로 했을 때, Nc와 Np의 최소 공배수가 Nc x Np로 되도록 구성한다. Nc와 Np의 최소 공배수가 Nc x Np로 되도록 설정함으로써 감광체와 대전 롤러의 특정 위치가 대향하는 주기를 길게 할 수 있어 국소적인 감광체 필름이나 마모가 발생되기 어렵게 할 수 있다.

이러한 구성에서는 분위기 온도가 변화하는 경우에 대전 간격(G)이 변동하는 요인으로서는 주로 대전층(102)의 경도 변화이다. 간격 유지 부재(103)의 두께는 수십 ㎛이기 때문에, 분위기 환경이 변화하여도 간격 유지 부재(103)의 두께나 경도 변화의 영향은 거의 없다.

따라서, 대전 간격(G)의 환경에 따른 변동을 감소시키려면 대전층(102)을 고경도로 하는 것이 유효하고, 실험 결과, 대전층(102)의 경도를 JIS　D로 50도 이상으로 함으로써 대전 간격(G)의 환경에 따른 변동을 대폭적으로 감소시킬 수 있다는 것이 판명되었다.

여기서, 대전층(102)의 경도는 재료 그 자체의 경도도 중요하지만, 대전 간격(G)의 변동은 대전층(102) 두께의 영향도 크기 때문에, 본 실시예에서의 경도는 대전층(102) 재료의 경도가 아니라, 대전 롤러(14)로 가공한 후의 대전층(102)을 JIS　K　7215에 준거한 경도계로 측정했을 때의 경도로 규정된 것이다.

도 7 및 도 8에 근거하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 대전 롤러와 감광체의 접촉 상태를 나타내는 개요 측면도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 대전 롤러와 간격 유지 부재의 조립 관계를 나타내는 주요부 사시도이다. 상기 실시예와 동일한 부분은 동일 부호로 나타내고, 특히 필요가 없는 한 전술한 구성상 및 기능상의 설명은 생략하고 주요부만 설명한다.

본 실시예에서는 대전 롤러(14)의 양단부에 이 대전 롤러(14)의 지름 방향으로 깊이를 구비하는 단차부를 형성하고, 이 단차부에 간격 유지 부재를 설치함으로써 대전 간격을 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.

대전 롤러(14)는 양단부에 소경(小徑)의 축부를 구비하는 롤러 형상의 심봉(104)과 대전층(105)과 대전 롤러(14)의 양단부(엄밀하게는 대전층(105)의 양단부)에 설치된 간격 유지 부재(106)를 구비하고 있다.

심봉(104) 상에 성형한 대전층(105)을 절삭 처리(절삭, 연삭 등의 개념을 포함)하여 외경을 조정할 때에 대전층(105)의 단차부에 간격 유지 부재(106)를 설치하기 위한 환형(環形) 홈 형상의 단차부(105a)를 형성하여 두고, 이 단차부(105a)에 간격 유지 부재로서 PFA(테트라 플루오로 에틸렌-퍼플루오로 알킬 비닐 에테르 공중합체)나 FEP(테트라 플루오로 에틸렌-헥사 플루오로 프로필렌 공중합체) 등의 불소계 수지 재료의 열수축 튜브(106)를 설치한다. 설치한 후 가열하여 단차부(105a)에 고정시킨다(도 8 참조).

이와 같은 수지는 이형성이 뛰어나므로 토너 고착이 발생하기 어렵다. 또한 절연성의 불소계 수지를 사용함으로써 간격 유지 부재(106) 위치에서 방전이 발생하지 않기 때문에 토너가 정전적으로 부착하는 것도 방지할 수 있다.

나아가, 도 8에 나타낸 바와 같이 단차부(환형 홈 형상)에 열수축성의 간격 유지 부재(106)를 설치하면, 축방향 양쪽의 단차부가 스톱 기능을 하게 되므로, 접착제 등을 이용하지 않아도 간격 유지 부재(106)가 빠지지 않는다.

대전층(105)에 형성하는 단차부(105a)의 깊이(d)는 사용하는 열수축 튜브(106)의 두께(t)와 목적하는 대전 간격(G)의 크기로부터 결정하면 된다. 대전층(105)에 단차부(105a)를 형성함으로써 간격 유지 부재(106)의 지름 방향의 두께를 두껍게 할 수 있으므로, 시이트형의 간격 유지 부재(103)를 이용하는 방법에 비하여 간격 유지 부재(106)의 내구성이 향상된다.

단, 열수축 튜브(106)의 두께가 너무나 두꺼우면 열수축 튜브(106)의 두께 편차에 기인하는 대전 간격(G)의 변동을 무시할 수 없게 된다.

실험 결과, 열수축 튜브(106)의 두께(t)는 100~300 ㎛의 범위가 바람직하다는 것이 판명되었다. 이 범위의 두께를 구비하는 열수축 튜브(106)를 설치함으로써 충분한 내구성과 간격 정밀도를 양립시킬 수 있다.

대전 롤러(14)는 심봉(104)의 단부에 장착된 기어(도시하지 않음)가 감광체 플랜지에 형성된 기어와 서로 맞물리고 있고 감광체 구동 모터에 의해 감광체(5)가 회전하면 대전 롤러(14)도 감광체(5)와 거의 같은 선속으로 종동 회전 방향으로 회전한다.

대전 부재(105)와 감광체(5)가 접촉하지 않기 때문에 대전부로서 딱딱한 수지 재료와 유기 감광체를 사용한 경우에도 화상 영역의 감광층이 손상되지 않는다. 또, 간격이 너무 커지면 이상 방전이 발생하여 균일하게 대전할 수 없게 되므로, 최대 간격은 90 ㎛ 이하로 억제할 필요가 있다.

다만, 이 최대 간격은 대전 부재(105)의 재료에 의존하고 있다. 그 때문에, 감광체(5), 대전 롤러(14) 모두 고정밀도가 필요하여 진직도를 20 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

종래 예와 같이 간격 유지 부재를 감광체 소관에 접촉시키는 경우에는, 대전 부재의 단부로부터 감광체 소관으로 대전 바이어스가 누전하는 것을 방지하기 위하여 대전 부재의 외측까지 감광층을 도포할 필요가 있고, 간격 유지 부재를 감광체 소관부에 접촉시키기 위해서는 감광층의 한층 더 외측의 소관 노출부에 접촉시키지 않으면 아니 된다.

그 때문에, 감광체 소관을 길게 할 필요가 있어 장치의 대형화를 초래하게 된다. 이에 비하여 본 발명에서는 감광층을 손상시키기 어려운 간격 유지 부재(106)를 사용하거나 감광층 표면에 보호층을 마련하여 기계적 강도나 윤활성이 뛰어난 감광체를 사용함으로써 간격 유지 부재(106)를 감광층에 접촉시킬 수 있도록 하였다.

따라서, 도 7과 같이 대전 롤러(14)와 간격 유지 부재(106)를 인접 배치할 수 있으므로, 감광체 소관을 길게 할 필요가 없어 장치가 대형화되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에서는 간격 유지 부재(106)를 감광체 소관이 아니라 감광층에 접촉시키고 있으므로, 간격 유지 부재(106)가 전도성의 재질이어도 사용은 가능하지만, 불필요한 방전을 방지하거나 간격 유지 부재(106)의 표면에 토너 등이 정전적으로 부착하는 것을 방지하기 위하여, 간격 유지 부재(106)는 고저항의 재질로 하는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 대전 롤러(14)를 감광체(5)와 비접촉으로 배치하는 화상 형성 장치에서 상 담지체 축방향의 화상 형성 영역 중앙 위치를 C, 양단을 각각 E1, E2로 하고, 각 위치에서의 감광체(5)의 회전에 따르는 대전 롤러(14)와 감광체(5) 사이의 간격의 최대치를 각각 Gmax(C), Gmax(E1), Gmax(E2), 최소치를 각각 Gmin(C), Gmin(E1), Gmin(E2), 및 Gmax(C), Gmax(E1), Gmax(E2) 중의 최대치를 Gmax, 및 Gmin(C), Gmin(E1), Gmin(E2) 중의 최소치를 Gmin로 했을 때,

20［㎛］≤ Gmin(C, E1, E2)

동시에 Gmax(C, E1, E2) ≤80［㎛］

동시에 Gmax－Gmin ≤40［㎛］

를 만족시키도록 한다.

본 실시예에 있어서도 분위기 온도가 변화하는 경우에 대전 간격(G)이 변동하는 요인으로서는 주로 대전층(105)의 경도 변화이다. 간격 유지 부재(106)의 두 께가 도 6에 나타낸 시이트형의 간격 유지 부재(103)보다 두껍지만, 대전층(105)의 두께에 비하여 얇기 때문에, 간격 유지 부재(106)의 두께나 경도 변화의 영향은 크지 않다.

따라서, 대전 간격(G)의 환경에 따른 변동을 감소시키려면 대전층(105)을 고경도로 하는 것이 유효하고, 실험 결과, 대전층(105)의 경도를 JIS　D로 50도 이상으로 함으로써 대전 간격(G)의 환경에 따른 변동을 감소시킬 수 있다는 것이 판명되었다.

도 9 및 도 10에 근거하여 본 발명의 제3 실시예를 설명한다. 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 대전 롤러와 감광체의 접촉 상태를 나타내는 개요 측면도이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 대전 롤러와 간격 유지 부재의 조립 관계를 나타내는 주요부 사시도이다. 상기 실시예와 동일한 부분은 동일 부호로 나타내고, 특히 필요가 없는 한 전술한 구성상 및 기능상의 설명은 생략하고 주요부만 설명한다.

본 실시예의 대전 롤러(14)는 심봉(104)과 대전층(107)과 대전 롤러(14)의 양단부(엄밀하게는 심봉(104)의 양단부)에 설치된 환형의 간격 유지 부재(108)를 구비하고 있다.

대전층(107)을 성형한 후, 도 10에 나타낸 바와 같이 심봉(104)의 양단부에 미리 성형하여 둔 간격 유지 부재(108)를 압입이나 접착, 또는 그 양쪽 모두를 병용하여 심봉(104)에 고정한다. 이와 같이 하여 상기 대전 롤러(14)(엄밀하게는 심봉(104)) 및 간격 유지 부재(108)를 일체화한 후, 절삭이나 연삭 등 가공을 수행하 여 대전 롤러(14)의 외경을 동시에 조정한다.

이것에 의해 심봉(104)과 간격 유지 부재(108)의 편차 위상을 일치시킬 수 있어 대전 간격(G)의 변동을 감소시킬 수 있다.

간격 유지 부재(108)로서는 대전층(107)과 마찬가지로 전도성 수지를 이용할 수도 있지만, 간격 유지 부재(108)는 화상 영역 외에 접촉시키기 때문에 방전을 수행할 필요가 없다. 그 때문에, 방전으로 인한 감광층의 열화나 토너 등의 부착을 방지하기 위하여 간격 유지 부재(108)는 절연성 재료로 하는 것이 바람직하다.

심봉(101)과 간격 유지 부재(108)를 일체화시키는 방법으로서는 압입이나 접착에 한정하지 않고, 2색 성형에 의해 심봉(104)에 대전층(107)과 간격 유지 부재(108)의 2 종류 수지를 성형할 수도 있다.

간격 유지 부재(108)의 재질로서는 프로필렌, 폴리부텐, 폴리이소프렌, 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 등의 수지나, 대전 부재의 기재와 마찬가지로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리 메타크릴산 메틸, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리카보네이트 등의 수지를 이용할 수 있다.

단, 감광층(202)에 간격 유지 부재(108)를 접촉시키므로 감광층(202)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 대전층(107)보다 경도가 낮은 등급을 이용하는 것이 바람직하다. 또, 미끄럼 이동성이 뛰어나고 감광층(202)을 손상시키기 어려운 수지 재료로서 폴리불화 비닐리덴, 테트라 플루오로 에틸렌-퍼플루오로 알킬 비닐 에테 르 공중합체, 테트라 플루오로 에틸렌-헥사 플루오로 프로필렌 공중합체 등의 수지를 이용할 수도 있다.

본 실시예에서는 심봉(104) 상에 간격 유지 부재(108)를 설치하고 있으므로, 대전층(107)이 고경도의 재료로 구성되어 있으면, 분위기 온도가 변화한 경우에 대전 간격(G)이 변동하는 요인으로서는 주로 간격 유지 부재(108)의 경도 변화이다.

따라서, 대전 간격(G)의 환경에 따른 변동을 감소시키려면 간격 유지 부재(108)를 고경도로 하는 것이 유효하고, 실험 결과, 간격 유지 부재(108)의 경도를 JIS　D로 45도 이상으로 함으로써 대전 간격(G)의 환경에 따른 변동을 감소시킬 수 있다는 것이 판명되었다.

여기서, 간격 유지 부재(108)의 경도가 너무 높으면, 감광층(5a)에 간격 유지 부재(108)를 접촉시켰을 때에 감광층(5a)이 열화하기 쉽고 감광체(5)의 내구성에 문제가 초래된다. 실험 결과, 간격 유지 부재(108)의 경도를 JIS　D로 70도 이하로 함으로써 간격 유지 부재(108)에 의한 감광층(25a)의 열화가 초래되기 어렵다는 것이 판명되었다.

대전 간격(G)을 형성한 경우, 감광체(5)와 대전 롤러(14)의 회전에 따라 대전 간격(G)은 일정 범위 내에서 항상 변동한다. 이러한 상황하에 감광체(5)를 균일하게 대전하려면, 대전 롤러(14)에 인가하는 대전 바이어스를 DC 전압에 더하여 대전 롤러(14)와 감광체(5) 사이의 방전 개시 전압의 2배 이상의 정점간 전압을 구비하는 AC 바이어스를 중첩한 것이 유효하다.

실험 결과, 인가하는 AC 바이어스의 주파수가 낮으면 줄무늬형의 대전 불균 일이 눈에 띄기 때문에, 적어도 감광체 선속 V[mm/s]의 7배 이상의 주파수 f[Hz]로 설정하는 것이 바람직하다는 것이 판명되었다.

또, 인가하는 AC 바이어스의 주파수가 너무 높은 경우에는 과잉 방전이 발생하여 감광체(5)의 마모량을 증대시키거나 감광체(5)에 토너나 토너 외첨제의 필름이 발생하기 쉬워지기 때문에, 감광체 선속 V[mm/s]의 12배 이하의 주파수 f[Hz]로 설정하는 것이 바람직하다는 것이 판명되었다.

따라서, 대전 롤러(14)에 인가하는 AC 바이어스의 주파수 f［Hz］와 감광체(5) 선속 V［mm/s］이 7 x V＜f＜12 x V의 관계를 만족시키도록 한다.

또한, AC 바이어스를 중첩하는 경우, AC 바이어스를 정전류 제어로 하면, 환경에 따른 롤러 저항 변동의 영향을 쉽게 받지 않도록 할 수 있다. 단, 대전 롤러(14)와 감광체(5)를 비접촉으로 배치한 경우에는, 감광체(5)와 대전 롤러(14)의 회전에 따라 대전 간격(G)이 변동하기 때문에, 정전류 제어로는 고압 전원이 대전 간격(G)의 변동에 전부 추종할 수 없어 이상 화상이 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, AC 바이어스는 정전압 제어로 하는 것이 바람직하다. 이 때, 필요한 AC 전압은 롤러 저항의 환경에 따른 변동이나 대전 간격의 크기에 따라 다른데, 롤러 저항이 높고 대전 간격이 클 수록 높은 전압이 필요하다. 이 때문에, AC 전류를 검지 가능토록 하고 비화상 형성시에 AC 전류를 감시하면서 AC 전압을 조정함으로써 적정한 AC 전압으로 설정할 수 있다.

다음에, 대전 간격(G)의 측정 방법을 설명한다.

도 11에 대전 간격 측정 장치(60)의 구성 개략도를 나타낸다. 감광체(5)와 대전 롤러(14)를 마련한 감광체 유닛을 대전 간격 측정 장치에 세트한다. 발광부(61)로부터 출사된 레이저 광이 대전 간격을 통과하여 수광부(62)에 입사하고, 이것에 의해 대전 간격을 측정할 수 있다. 대전 간격의 측정 장치로서 Mitutoyo제 레이저 스캔 마이크로 미터　LSM－600을 사용하였다. 이 장치는 도시하지 않는 구동원에 의해 감광체(5)를 구동할 수 있고, 감광체(5)와 대전 롤러(14)를 회전시킨 상태에서 대전 간격을 측정할 수 있다.

또, 발광부(61)와 수광부(62)는 일체로 구성되고, 감광체(5)의 길이 방향으로 이동 가능토록 구성되어 있으며, 감광체의 길이 방향의 임의의 위치에서 대전 간격을 측정할 수 있다. 이와 같은 대전 간격 측정 장치(60)를 이용함으로써, 실제 기기 내와 동등한 대전 간격을 고정밀도로 측정할 수 있다.

본 발명에 의하면, 대전 간격의 조정 수단을 마련하지 않고도 대전 간격의 온도 변동을 대폭적으로 감소시킬 수 있다.

실험 결과, 대전 간격(G)의 최소치를 15 ㎛ 이상으로 설정함으로써 대전 롤러(14) 표면의 토너 등에 의한 오점을 감소시킬 수 있다는 것이 확인되었다. 또, 대전 간격(G)의 최대치를 90 ㎛ 이하로 설정함으로써 이상 방전에 의한 농도 불균일의 발생을 방지할 수 있다는 것이 확인되었다.

또, 분위기 온도가 10℃ 일 때의 대전 간격(G)의 평균치와 30℃ 일 때의 대전 간격(G)의 평균치의 변동 폭을 20℃ 일 때의 대전 간격(G)의 평균치의 1/5 이하가 되도록 함으로써, 사용 환경에 관계없이 안정하게 대전 간격을 유지할 수 있다는 것이 판명되었다. 그 이유를 아래의 실시예에 근거하여 설명한다.

실시예 1

(대전 롤러 A)

스테인리스로 이루어지는 직경 8 mm의 심봉 상에 대전층으로서 ABS 수지 100 중량부에 4차 암모늄 염기를 구비하는 폴리올레핀계 고분자 화합물로 이루어지는 이온 도전제 60 중량부를 배합하여 얻은 수지 조성물(체적 저항율 10⁶Ωcm)로 이루어지는 대전층을 사출 성형에 의해 성형하였다. 대전층의 양단부에 폭 8 mm, 두께 45 ㎛의 폴리에틸렌 테레프탈레이트제의 시이트에 15 ㎛의 접착층으로 이루어지는 간격 유지 부재를 접착시켜 대전층의 외경이 11 mm인 대전 롤러(도 6과 같은 구성)를 제작하였다. 이 대전 롤러의 대전층의 경도를 측정하였는데 JIS　D로 63도이었다.

(대전 롤러 B)

대전 롤러 A와 동일한 심봉과 전도성 수지를 사용하여 사출 성형에 의해 롤러형으로 제작하였다. 이 롤러를 절삭하여 외경을 조정할 때에 대전층의 양단부에 폭 8 mm, 깊이 100 ㎛의 환형 홈 형상의 단차부를 형성하고, 열수축 후의 두께가 150 ㎛인 PFA 튜브를 120℃의 분위기 중에서 20분간 가열하고 열수축에 의해 상기 단차부에 고정하여 대전층의 외경이 11 mm인 대전 롤러(도 7과 같은 구성)를 제작하였다. 이 대전 롤러의 대전층의 경도를 측정하였는데 JIS　D로 63도이었다.

(대전 롤러 C)

대전 롤러 A와 동일한 심봉과 전도성 수지를 사용하여 사출 성형에 의해 롤 러형으로 제작하였다. 이 롤러의 양단부에 8 mm의 고밀도 폴리에틸렌제의 간격 유지 부재를 압입하여 고정한 후, 대전층과 간격 유지 부재를 동시에 절삭 가공하여 대전층의 외경이 11 mm인 대전 롤러(도 9와 같은 구성)를 제작하였다. 이 대전 롤러의 대전층과 간격 유지 부재의 경도를 측정하였는데 JIS　D로 대전층은 63도, 간격 유지 부재는 58도이었다.

(대전 롤러 D)

대전 롤러 C의 간격 유지 부재의 재질을 폴리아세탈로 변경한 이외는 대전 롤러 C와 같은 대전 롤러를 작성하였다. 이 대전 롤러의 대전층과 간격 유지 부재의 경도를 측정하였는데 JIS　D로 대전층은 63도, 간격 유지 부재는 75도이었다.

(대전 롤러 E)

스테인리스로 이루어지는 직경 8 mm의 심봉 상에 에피클로로히드린 고무로 이루어지는 대전층을 형성하고, 대전층의 양단부에 대전 롤러 A와 동일한 양태로 폭 8 mm, 두께 45 ㎛의 폴리에틸렌 테레프탈레이트제의 시이트에 15 ㎛의 접착층으로 이루어지는 간격 유지 부재를 접착시켜 대전층의 외경이 11 mm인 대전 롤러를 제작하였다. 이 대전 롤러의 대전층의 경도를 측정하였는데 JIS　D로 29도이었다.

(대전 롤러 F)

스테인리스로 이루어지는 직경 9 mm의 심봉 상에 에피클로로히드린 고무로 이루어지는 대전층을 형성하고, 대전층의 양단부에 대전 롤러 A와 동일한 양태로 폭 8 mm, 두께 45 ㎛의 폴리에틸렌 테레프탈레이트제의 시이트에 15 ㎛의 접착층으로 이루어지는 간격 유지 부재를 접착시켜 대전층의 외경이 11 mm인 대전 롤러를 제작하였다.　이 대전 롤러의 대전층의 경도를 측정하였는데 JIS　D로 33도이었다.

이들 대전 롤러를 이용하여 리코제 입시오(IPSiO) 컬러 8100 개조기를 사용하여 평가를 실시하였다. 사용한 감광체는 직경 30 mm의 알루미늄 기체 상에 3.5 ㎛의 바닥층, 0.15 ㎛의 전하 발생층, 22 ㎛의 전하 수송층, 5 ㎛의 표면층을 적층한 구성을 구비하고 있다.

이때, 보호층의 도포는 분무법에 의해 수행하고, 그 이외는 침지 도포법에 의해 수행하였다. 전하 수송층, 표면층 모두 바인더 수지로서는 폴리카보네이트를 이용하고, 표면층에는 평균 입경 0.3 ㎛인 알루미나 입자를 표면층의 전체 고형분에 대하여 25 중량% 첨가하였다.

상술한 대전 롤러와 감광체를 감광체 유닛에 세트하고, 상술한 대전 간격 측정 장치를 이용하여 각 환경에서 측정한 대전 간격의 평균치를 표 1에 나타낸다. 이 때, 감광체의 외형 정밀도에 기인하는 대전 간격 변동의 영향을 가능한 한 작게 하기 위하여 각 대전 롤러의 측정은 모두 동일한 감광체를 사용하였다.

표 1로부터 분명하듯이, 고무 롤러인 대전 롤러 E에서는 환경에 따른 대전 간격의 변동이 크고, 또 대전 롤러 A와 같은 간격 유지 부재를 사용하고 있음에도 불구하고 대전 롤러 A에 비하여 대전 간격 자체도 작았다. 이것은 롤러 경도의 영향이라고 생각된다.

표 1로부터 분위기 온도가 10℃ 일 때의 대전 간격(G)의 평균치와 30℃ 일 때의 대전 간격(G)의 평균치의 변동 폭을 20℃ 일 때의 대전 간격(G)의 평균치의 1/5 이하로 되도록 함으로써, 사용 환경에 관계없이 안정하게 대전 간격을 유지할 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 실시예에 있어서의 분위기 온도 20℃는 장치 동작 보증 범위의 중간 온도이며, 분위기 온도 10℃는 하한 측, 분위기 온도 30℃는 상한 측이다. 분위기 온도의 단계적 설정은 이것에 한정되는 것은 아니다.

다음에 상술한 세 환경에서 각각 20000매의 용지 통과 시험을 실시하였다. 프로세스 속도는 125 mm/s, 대전 바이어스는 AC(주파수 f=900 Hz)＋DC(－700 V)를 인가하였다. 그 때, 실험 환경은 (온도 20℃, 습도 60%), (온도 30℃, 습도 54%), (온도 10℃, 습도 15%)의 순서로 전환하였다.

(용지 통과 시험 결과)

대전 롤러 A는 간격 유지 부재 접촉 위치의 감광층에 약간 흠집이 발생하였지만, 화상 상에 이상은 나타나지 않았다.

대전 롤러 B는 온도 30℃, 습도 54%에서 용지를 통과시켰을 때에 대전 롤러 오점이 약간 악화되었지만, 온도 10℃, 습도 15%에서는 화상 상에 이상이 나타나지 않았다.

대전 롤러 C는 간격 유지 부재의 접촉 위치의 감광층에 약간 흠집이 발생하였지만, 화상 상에 이상은 나타나지 않았다.

대전 롤러 D에서는 합계 대략 35000매를 통과시킨 시점에서 간격 유지 부재 접촉 위치에서 감광층이 파손되어 대전 바이어스의 리크가 발생함으로써 그 이상의 용지 통과 시험을 수행할 수 없었다. 대전 롤러의 오점은 거의 발생하지 않았다.

대전 롤러 E는 온도 30℃, 습도 54%에서 용지 통과시켰을 때에 대전 롤러가 토너에 의해 현저하게 오염되고, 온도 10℃, 습도 15%에서는 대전 롤러의 오점에 기인하여 대전 불량으로 인한 농도 불균일이 발생하였다.

대전 롤러 F는 온도 30℃, 습도 54%에서 용지 통과시켰을 때에 대전 롤러 E 정도는 아니지만, 대전 롤러가 토너로 오염되고, 온도 10℃, 습도 15%에서는 대전 롤러의 오염에 기인하여 대전 불량으로 인한 농도 불균일이 발생하였다.

이들 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2로부터 대전 간격의 온도 변동이 작고 G₂₀/(G₃₀－G₁₀)의 값이 커질 수록 대전 롤러의 오점이 발생하기 어렵다는 것을 알 수 있다.

따라서, G₂₀/(G₃₀－G₁₀)의 값이 5보다 큰 구성으로 하면, 대전 롤러의 오점이 쉽게 초래되지 않도록 할 수 있다. 즉, 분위기 온도가 10℃, 20℃, 30℃ 일 때의 대전 간격의 평균치를 각각 G₁₀, G₂₀, G₃₀으로 했을 때, ｜G₃₀－G ₁₀｜×5 ＜G₂₀의 조건을 만족하도록 한다.

또, 간격 유지 부재의 경도가 너무 높은 경우에는 감광체의 열화가 발생하기 쉽다는 것이 판명되었기 때문에, 대전 롤러 C, D와 동등의 구성으로 간격 유지 부재의 재질과 등급을 변경하여 경도를 변화시킨 후 간격 유지 부재의 경도와 감광체 의 열화를 평가하는 실험을 실시하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

평가 방법은 각 간격 유지 부재를 설치한 대전 롤러를 이용하여 리코제 입시오(IPSiO) 컬러 8100 개조기를 사용하여 10000매의 용지 통과 시험을 실시하고 시험 후의 간격 유지 부재 접촉 위치의 감광체 외관을 평가하였다.

표 3에 있어서, ◎ 표는 초기와 동등함을 나타내고, ○ 표는 표면에 약간 흠집이 있음을 나타내고, x 표는 표면이 거칠어지고 흐려 있음을 나타낸다.

간격 유지 부재의 재질 표시에서 EEA는 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체를 나타내고, LDPE는 저밀도 폴리에틸렌을 나타내며, HDPE는 고밀도 폴리에틸렌을 나타내고, POM는 폴리아세탈을 나타내며, PP는 폴리프로필렌을 나타내고, ABS는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체를 나타낸다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 재질에 관계없이 간격 유지 부재의 경도가 높을 수록 감광체 표면을 손상시키기 쉽고, 경도가 JIS　D로 70도 이하의 재료를 간격 유지 부재로 사용하면, 감광체 표면의 손상을 내구적으로 문제 없는 레벨까지 감소시킬 수 있다는 것이 판명되었다.

실시예 2

(대전 롤러 G)

대전 롤러 G는 스테인리스로 이루어지는 직경 8 mm의 심봉(104) 상에 대전층(107)로서 ABS 수지 100 중량부에 4차 암모늄 염기를 구비하는 폴리올레핀계 고분자 화합물로 이루어지는 이온 전도제 60 중량부를 배합하여 얻은 수지 조성물(체적 저항율 10⁶ Ωcm)을 사출 성형에 의해 성형하였다.

대전층(107)의 양단에 폴리에틸렌제의 간격 유지 부재(108)를 설치한 후, 대전층(107)과 간격 유지 부재(108)의 외경 차이가 50 ㎛로 되도록 연삭하여 직경 12 mm의 대전 롤러(도 9와 같은 구성)를 제작하였다.

(대전 롤러 H)

대전 롤러 H는 대전 롤러 G와 같은 재료를 사용하여 제작하였다. 다만, 연삭시의 조건을 롤러의 편향이 커지도록 변경하여 대전 롤러를 제작하였다.

(대전 롤러 I)

대전 롤러 I는 대전 롤러 G와 같은 심봉(104)과 전도성 수지를 사용하고, 사출 성형에 의해 롤러를 제작하였다. 이 롤러를 연삭할 때에 대전층(105)의 양단에 오목 형상의 단차를 형성하고, 간격 유지 부재(106)로서의 두께 150 ㎛의 PFA 튜브 를 120℃의 분위기 중에서 20분간 가열하고 열수축에 의해 오목 형상의 단차에 고정하였다.

열수축 후의 대전층(105)과 간격 유지 부재(106)의 외경 차이가 50 ㎛가 되도록 상기 단차를 형성하여 직경 12 mm의 대전 롤러 I(도 7과 같은 구성)를 제작하였다.

(대전 롤러 J)

대전 롤러 J는 대전 롤러 I와 같은 재료를 사용하여 제작하였다. 다만, 대전층(105)의 양단에 오목 형상의 단차를 형성할 때 대전 간격에 편차가 생기도록 양단 단차의 깊이를 변화시켰다.

(대전 롤러 K)

대전 롤러 K는 대전 롤러 I와 같은 재료를 사용하여 제작하였다. 다만, 대전층(105)의 양단에 오목 형상의 단차를 형성할 때 대전 간격의 편차가 대전 롤러보다 더욱 커지도록 양단의 단차의 깊이를 변화시켰다.

이들 대전 롤러(G~K)를 이용하여 리코제 입시오(IPSiO) 컬러 8100을 사용하여 평가하였다. 사용한 감광체는 직경 30 mm의 알루미늄 기체 상에 3.5 ㎛의 바닥층, 0.15 ㎛의 전하 발생층, 22 ㎛의 전하 수송층, 5 ㎛의 보호층으로 구성되었다.

이때, 보호층의 도포는 분무법에 의해 수행하고, 그 이외는 침지 도포법에 의해 수행하였다. 전하 수송층, 표면층 모두 바인더 수지로서는 폴리카보네이트를 이용하고, 표면층에는 평균 입경 0.3 ㎛인 알루미나 입자를 표면층의 전체 고형분에 대하여 25 중량% 첨가하였다. 각 실험에서 사용한 감광체의 외경, 진직도 등의 정밀도 차이는 각 대전 롤러의 정밀도 차이와 비교하여 충분히 작은 것이었다.

이들 대전 롤러(G~K)와 감광체(5)를 감광체 유닛(2)에 세트하고, 대전 간격 측정 장치(60)를 이용하여 측정한 각 위치에서의 대전 간격의 변동 폭을 표 4에 나타냈다. 대전 간격의 측정은 감광체 길이 방향의 화상 영역 중앙과 양단부의 3개 곳에서 실시하였는데, E1가 장치 앞쪽, C가 중앙부, E2가 장치 안쪽의 화상 영역 단부이다. 이 때, 대전 롤러의 기어 잇수를 13, 감광체의 기어 잇수를 35로 하였다.

측정 결과는 다음과 같다.

다음에 각 대전 롤러(G~K)를 기기 본체에 세트하고, 적정한 대전 바이어스에 설정하였다. 대전 AC 바이어스가 부족한 경우에는 특히 하프톤 화상에서 흰 점, 검은 점 모양의 이상 화상이 발생하므로, 대전 AC 전압의 Vp－p를 서서히 크게 하면서 이상 화상이 발생하지 않는 Vp－p를 찾고, 그 설정 하에 20000매의 용지 통과 시험을 실행하여 출력 화상과 용지 통과 시험 후의 감광체(5)와 대전 롤러의 외관을 평가하였다.

이 20000매의 용지 통과 시험 및 평가 시험에 있어서, 프로세스 속도는 125 mm/s이고, 대전 바이어스는 AC(주파수 f = 900 Hz)＋DC(－700 V)를 인가하였다.

대전 롤러 G를 이용한 용지 통과 시험에서는 대전 AC 전압이 낮을 때에는 양단부에 흰 점, 검은 점 모양의 이상 화상이 발생하였지만, 대전 AC 전압 Vp－p를 2.1 kV로 설정하였을 때 문제 없는 초기 화상을 얻을 수 있었으므로, 이 설정 하에 용지 통과 시험을 실시하였다.

20000매 출력 후에도 화상이나 감광체 외관에 이상이 없었다. 대전 롤러 클리닝 브러시에는 토너가 약간 부착하였지만, 대전 롤러 G 자체에는 눈에 띈 오점이 없었다.

대전 롤러 H를 이용한 용지 통과 시험에서는 대전 AC 전압이 낮을 때에는 양단부에 흰 점, 검은 점 모양의 이상 화상이 발생하였지만, 대전 AC 전압 Vp－p를 2.2 kV로 설정하였을 때 문제 없는 초기 화상을 얻을 수 있었으므로, 이 설정 하에 용지 통과 시험을 실시하였다.

20000매 출력 후에도 화상이나 감광체 외관에 이상이 없었다. 대전 롤러 클리닝 브러시에는 토너가 약간 부착하였지만, 대전 롤러 H 자체에는 눈에 띈 오점은 없었다.

대전 롤러 I를 이용한 용지 통과 시험에서는 대전 AC 전압이 낮을 때에는 양단부에 흰 점, 검은 점 모양의 이상 화상이 발생하였지만, 대전 AC 전압 Vp－p를 2.2 kV로 설정하였을 때 문제 없는 초기 화상을 얻을 수 있었으므로, 이 설정 하에 용지 통과 시험을 실시하였다.

20000매 출력 후의 하프톤 화상에서는 중앙부에 세로 줄무늬형의 농도 불균일이 발생하였다. 감광체(5) 외관에 이상이 없기는 하였지만, 대전 롤러의 중앙부가 토너로 오염되어 있었다.

이 대전 롤러 I의 오점은 웨이스트(waste)의 마른 걸레로는 제거하지 못하고, 에탄올로 닦아낸 결과 제거할 수 있었다. 에탄올로 닦아낸 후의 대전 롤러 I에서는 이상 화상이 발생하지 않은 점으로부터 대전 롤러 I에 부착한 토너 등의 오점으로 인하여 세로 줄무늬형의 농도 불균일이 발생한 것이라고 생각된다.

대전 롤러 J를 이용한 용지 통과 시험에서는 대전 AC 전압이 낮을 때에는 본체 안쪽에 흰 점, 검은 점 모양의 이상 화상이 발생하였지만, 대전 AC 전압 Vp－p를 2.4 kV로 설정하였을 때 문제 없는 초기 화상을 얻을 수 있었으므로, 이 설정 하에 용지 통과 시험을 실시하였다.

20000매 출력 후의 하프톤 화상에서는 본체 앞쪽에 강한 세로 줄무늬형의 농도 불균일이 발생하였다. 감광체(5)의 앞쪽에는 토너 필름이 발생하였고, 대전 롤러 J도 앞쪽이 토너에 의해 오염되어 있었다.

대전 롤러 K를 이용한 용지 통과 시험에서는 본체 안쪽에 대전 롤러 주기에 따라 비늘형의 이상 화상이 발생하였고, 대전 AC 전압 Vp－p를 2.7 kV까지 크게 하여도 본체 안쪽은 균일하게 대전시킬 수 없었다. 균일한 초기 화상은 얻을 수 없었지만, 이 설정 하에 용지 통과 시험을 실시하였다.

10000매 출력 후의 하프톤 화상에서는 본체 앞쪽에 강한 세로 줄무늬형의 농도 불균일이 발생하고, 본체 안쪽에는 초기와 같이 비늘형의 이상 화상이 발생하였다. 감광체(5)의 앞쪽에는 토너 필름이 발생하였고, 대전 롤러 K도 앞쪽으로 갈 수록 토너에 의해 심하게 오염되어 있었다.

상기와 같이, 대전 롤러(14)를 감광체(5)와 비접촉으로 배치하는 화상 형성 장치에서는 이상 화상이 발생하지 않는 대전 간격에 상한이 존재하고, 대전 간격이 상한을 넘게 되면 아무리 대전 AC 바이어스를 크게 설정하여도 감광체(5)를 균일하게 대전시킬 수 없다.

또, 상한 이하의 대전 간격에서도 대전 간격이 커질 수록 대전 AC 전압 Vp－p를 크게 설정할 필요가 있기 때문에, 균일하게 대전시키기 위해서는 대전 간격이 제일 큰 부분에서도 균일 대전이 가능한 크기의 대전 AC 전압 Vp－p로 설정할 필요가 있다.

이 때, 대전 간격의 편차가 크면 대전 간격이 좁은 부분에서는 방전의 에너지가 과잉으로 되어 감광체(5)의 토너 필름이 발생되기 쉬워지는 것이라고 생각된다. 또, 대전 간격이 좁고 대전 AC 전압 Vp－p가 큰 것이 대전 롤러 오점이 발생하기 쉽다는 것도 판명되었다.

이러한 점으로부터 비접촉 대전 롤러를 이용한 화상 형성 장치에서 장기에 걸쳐 안정된 화상을 얻기 위해서는 대전 간격을 균일 대전이 가능한 상한 이하로 억제하는 것은 물론, 대전 간격의 변동 폭이나 편차도 가능한 한 작게 할 필요가 있다.

청구항 1에 따른 발명에 의하면, 상 담지체를 비접촉 상태로 대전하는 대전 부재를 구비하는 대전 장치에 있어서, 상기 대전 부재의 재질적 조건을 미리 소정의 범위로 설정함으로써 환경 조건이 변화하는 경우의 상기 상 담지체와 상기 대전 부재 사이의 대전 간격 변동 폭을 상기 대전 부재 자체의 상기 환경 조건에 대한 변동 특성에 의해 억제하도록 하므로, 대전 간격의 측정 수단이나 조정 수단을 마련하지 않고도 대전 간격의 환경에 따른 변동을 작게 할 수 있어 저비용으로 고내구성을 실현할 수 있다.

청구항 2에 따른 발명에 의하면, 상기 환경 조건은 분위기 온도이며, 이 분위기 온도를 그 중간 측을 기준으로 상한 측과 하한 측으로 단계적으로 설정하고, 각 분위기 온도에서의 상기 대전 간격의 평균치를 구하며, 상한 측과 하한 측의 분위기 온도에서의 평균치 차이의 절대치의 배수(倍數)치가 중간 측의 분위기 온도에서의 평균치 이하로 되도록 상기 대전 부재의 재질적 조건을 설정하므로, 대전 간격의 측정 수단이나 조정 수단을 마련하지 않고도 대전 간격의 환경에 따른 변동을 작게 할 수 있어 저비용으로 고내구성을 실현할 수 있다.

청구항 3에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 부재는 롤러 형상을 구비하고, 상기 분위기 온도가 각각 10℃, 20℃, 30℃ 일 때의 상기 대전 간격의 평균치를 각각 G₁₀, G₂₀, G₃₀으로 했을 때,　　｜G₃₀－G₁₀｜x 5＜G₂₀의 조건을 만족시키도록 하므 로, 대전 간격의 측정 수단이나 조정 수단을 마련하지 않고도 대전 간격의 환경에 따른 변동을 작게 할 수 있어 사용 환경이 변화하여도 대전 롤러의 오점이 발생하기 어렵고, 이상 방전의 발생도 방지할 수 있다.

청구항 4에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 간격이 15~90 ㎛의 범위 내에 있으므로, 대전 간격의 측정 수단이나 조정 수단을 마련하지 않고도 대전 간격의 환경에 따른 변동을 확실히 작게 할 수 있어 사용 환경이 변화하여도 대전 롤러의 오점이 발생하기 어렵고, 이상 방전의 발생도 방지할 수 있다.

청구항 5에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 부재의 경도가 JIS　D로 50도 이상인 것으로 하므로, 대전 간격의 측정 수단이나 조정 수단을 마련하지 않고도 대전 간격의 환경에 따른 변동을 감소시킬 수 있다.

청구항 6에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 부재가 전도성 수지에 의해 구성되어 있는 것으로 하므로, 고무에 비해 고경도로서 가공이 용이하고 대전 부재의 제조 정밀도를 향상시킬 수 있다.

청구항 7에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 부재의 양단부에 시이트형의 간격 유지 부재를 마련하여 상기 대전 간격을 형성하도록 하므로, 저비용으로 고정밀도의 대전 간격을 얻을 수 있다.

청구항 8에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 부재의 양단부에 이 대전 부재의 지름 방향으로 깊이를 구비하는 단차부를 형성하고, 이 단차부에 간격 유지 부재를 마련함으로써 상기 대전 간격을 형성하도록 하므로, 간격 유지 부재의 내구성을 향상시킬 수 있다.

청구항 9에 따른 발명에 의하면, 상기 단차부는 환형 홈 형상을 구비하고 있는 것으로 하므로, 접착제 등을 이용하지 않고도 간격 유지 부재가 빠지지 않도록 설치할 수 있다.

청구항 10에 따른 발명에 의하면, 상기 간격 유지 부재는 열 수축성의 튜브인 것으로 하므로, 간격 유지 부재의 설치 작업 용이화를 도모할 수 있다.

청구항 11에 따른 발명에 의하면, 상기 간격 유지 부재의 두께는 100~300㎛인 것으로 하므로, 간격 유지 부재의 내구성과 간격 정밀도를 양립시킬 수 있다.

청구항 12에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 부재의 양단부에 절연성 수지로 이루어지는 간격 유지 부재를 마련하여 상기 대전 간격을 형성하도록 하므로, 방전에 의한 감광층의 열화나 토너 등의 부착을 방지할 수 있다.

청구항 13에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 부재의 양단부에 상기 대전 간격을 형성하는 간격 유지 부재를 마련하고, 상기 대전 부재와 상기 간격 유지 부재를 일체화한 후 표면을 절삭하는 가공에 의해 상기 대전 부재와 상기 간격 유지 부재의 외경을 조정하도록 하므로, 간격 유지 부재와 대전 부재를 일체로 가공함으로써 높은 간격 정밀도를 얻을 수 있다.

청구항 14, 15, 16에 따른 발명에 의하면, 상기 간격 유지 부재의 경도는 JIS　D로 45도 이상인 것으로 하므로, 대전 부재와 간격 유지 부재 모두를 고경도로 함으로써 대전 간격의 온도 변동을 고정밀도로 감소시킬 수 있다.

청구항 17에 따른 발명에 의하면, 적어도 상 담지체와, 제1항에 기재의 대전 장치를 일체로 구비하여 화상 형성 장치 본체에 착탈 가능하게 장착되어 있는 프로 세스 카트리지인 것으로 하므로, 높은 대전 간격 정밀도가 요구되는 경우에도 대전 간격의 조정이 불필요하고, 유저라도 간단하게 감광체나 대전 부재를 교환할 수 있다.

청구항 18에 따른 발명에 의하면, 상 담지체를 대전 장치에 의해 대전하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 대전 장치는 청구항1에 기재의 대전 장치이므로, 상기 청구항 1의 효과를 얻을 수 있다.

청구항 19에 따른 발명에 의하면, 장치 본체에 대하여 착탈 가능한 프로세스 카트리지를 구비하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 프로세스 카트리지는 청구항17에 기재의 프로세스 카트리지인 것으로 하므로, 상기 청구항 17의 효과를 얻을 수 있다.

청구항 20에 따른 발명에 의하면, 상기 간격 유지 부재가 상기 상 담지체의 화상 영역 외의 감광층에 접촉하도록 상기 대전 장치를 설치하고, 상기 간격 유지 부재의 경도는 JIS　D로 70도 이하인 것으로 하므로, 장치의 대형화를 초래하는 일 없이 대전 간격을 형성할 수 있고, 간격 유지 부재에 의해 감광층이 열화되는 것을 방지할 수 있다.

청구항 21에 따른 발명에 의하면, 상기 상 담지체는 적어도 최외층에 금속 산화물 입자를 포함한 유기 감광체인 것으로 하므로, 감광체 표층에 금속 산화물을 분산시킴으로써 기계적 강도가 향상되어 간격 유지 부재를 감광층에 접촉시켜도 감광층의 열화를 더 한층 감소시킬 수 있다.

청구항 22에 따른 발명에 의하면, 상기 상 담지체는 적어도 최외층에 윤활제 입자를 포함한 유기 감광체인 것으로 하므로, 감광체 표층에 윤활제를 분산시킴으로써 미끄럼 이동성이 향상되어 간격 유지 부재를 감광층에 접촉시켜도 감광층의 열화를 감소시킬 수 있다.

청구항 23에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 장치에 DC 바이어스를 인가함과 동시에 AC 바이어스를 중첩 인가하고, AC 바이어스의 주파수 f[Hz]와 상기 상 담지체의 선속도 V［mm/s］는 　7 x V＜f＜12 x V의 관계를 만족시키며, 적어도 화상 형성 동작 중은 AC 바이어스를 정전압 제어하도록 하므로, AC 바이어스를 중첩함으로써 상 담지체와 대전 부재간에 간격이 있는 경우에도 상 담지체를 균일하게 대전시킬 수 있다. AC 바이어스와 상 담지체의 선속도 관계를 상기 범위로 설정함으로써 농도 불균일의 발생을 방지할 수 있어 토너나 토너 외첨제로 인한 감광체 필름의 발생을 방지할 수 있다.

청구항 24에 따른 발명은 대전 장치를 상 담지체에 대하여 비접촉으로 배치하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 대전 장치는 심봉과 심봉의 외주에 일체화된 전도성 수지로 이루어지는 롤러형의 대전 부재와 이 대전 부재의 양단에 장착된 절연성 수지로 이루어지는 간격 유지 부재로 구성되고, 상기 대전 부재는 그 단부에 마련된 기어가 상기 상 담지체 단부의 기어와 서로 맞물리고, 상기 상 담지체와 동기하여 종동 방향으로 일체로 등속 구동됨과 동시에, 상기 대전 부재의 기어 잇수를 Nc, 상기 대전 부재를 구동하는 상기 상 담지체의 기어 잇수를 Np로 했을 때, Nc와 Np의 최소 공배수가 Nc x Np인 것으로 하므로, 국소적으로 감광체 필름이나 마모가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

청구항 25에 따른 발명에 의하면, 화상 형성 영역 내의 임의의 위치에서의 대전 부재와 상기 상 담지체 사이의 간격을 G, 화상 형성 영역 내의 축방향의 특정 위치에서 상기 상 담지체의 회전에 따르는 상기 대전 부재와 상기 상 담지체 사이의 간격 G의 최대치를 Gmax, 최소치를 Gmin로 했을 때, 20［㎛］≤ G ≤80［㎛］, 동시에 Gmax－Gmin ≤ 40［㎛］의 관계가 상 담지체 축방향의 임의의 위치에서 성립되도록 하므로, 대전 간격의 변동을 소정의 범위 내로 함으로써 대전 롤러의 오점이 감소되어 감광체 필름이나 감광체의 마모 증대가 보다 발생되기 어렵게 할 수 있다.

청구항 26에 따른 발명에 의하면, 화상 형성 영역 내의 임의의 위치에서 상기 대전 부재와 상기 상 담지체 사이의 간격을 G, 화상 형성 영역 내의 주방향(周方向)의 특정 위치에서 상기 상 담지체 축방향의 상기 대전 부재와 상기 상 담지체 사이의 간격의 최대치를 Gmax, 최소치를 Gmin로 했을 때, 20［㎛］≤ G ≤80［㎛］, 동시에 Gmax－Gmin ≤ 40［㎛］의 관계가 상 담지체 주방향의 임의의 위치에서 성립되도록 하므로, 대전 간격의 변동을 소정의 범위 내로 함으로써 대전 롤러의 오점이 감소되어 감광체 필름이나 감광체의 마모 증대가 보다 발생되기 어렵게 할 수 있다.

청구항 27에 따른 발명에 의하면, 대전 부재를 구비하는 대전 장치를 상 담지체에 대하여 비접촉으로 배치하는 화상 형성 장치에 있어서, 상 담지체 축방향에서 화상 형성 영역의 중앙 위치를 C, 양단을 각각 E1, E2로 하고, 각 위치에서 상 담지체의 회전에 따르는 대전 부재와 상 담지체 사이의 간격의 최대치를 각각 Gmax(C), Gmax(E1), Gmax(E2)로 하고, 최소치를 각각 Gmin(C), Gmin(E1), Gmin(E2)로 하며, Gmax(C), Gmax(E1), Gmax(E2) 중의 최대치를 Gmax로 하고, Gmin(C), Gmin(E1), Gmin(E2) 중의 최소치를 Gmin으로 했을 때, 20［㎛］≤ Gmin(C, E1, E2), 동시에 Gmax(C, E1, E2) ≤ 80［㎛］, 동시에 Gmax－Gmin ≤ 40［㎛］를 만족시키도록 하므로, 대전 간격의 변동을 소정의 범위 내로 함으로써 대전 롤러의 오점이 감소되어 감광체 필름이나 감광체의 마모 증대가 보다 발생되기 어렵게 할 수 있다.

청구항 28, 35에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 부재의 양단에 위치하는 절연성 수지로 이루어지는 간격 유지 부재를 상기 상 담지체인 감광체의 화상 영역 외의 감광층에 접촉시킴으로써 상기 상 담지체와 상기 대전 부재 사이의 간격을 유지하도록 하므로, 장치의 대형화를 초래하는 일 없이 대전 간격을 형성할 수 있고, 간격 유지 부재에 의해 감광층이 열화되는 것을 방지할 수 있다.

청구항 29, 36에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 부재의 양단부에 단차를 마련하고, 그 단차부에 열수축성을 구비한 절연성 수지 재료로 이루어지는 상기 간격 유지 부재를 설치하며, 이 간격 유지 부재를 상기 상 담지체의 화상 영역 외의 감광층에 접촉시킴으로써 상기 상 담지체와 상기 대전 부재 사이의 간격을 유지하도로고 하므로, 장치의 대형화를 초래하는 일 없이 대전 간격을 형성할 수 있고, 간격 유지 부재에 의해 감광층이 열화되는 것을 방지할 수 있다.

청구항 30, 37에 따른 발명에 의하면, 상기 상 담지체는 적어도 최외층에 금속 산화물 입자를 포함한 유기 감광체인 것으로 하므로, 유기 감광체의 최외층에 금속 산화물 입자를 분산시킴으로써 감광체의 기계적 강도가 향상되어 간격 유지 부재를 화상 영역 외의 감광층에 접촉시켜도 감광체의 마모나 손상이 초래되기 어렵고, 또, 화상 영역 내의 감광체의 내마모성도 향상하므로, 감광체의 수명도 연장할 수 있다.

청구항 31, 38에 따른 발명은 상기 상 담지체는 적어도 최외층에 윤활제 입자를 포함한 유기 감광체인 것으로 하므로, 감광체 표층에 윤활제를 분산시킴으로써 미끄럼 이동성이 향상되어 간격 유지 부재를 감광층에 접촉시켜도 감광층의 열화를 감소시킬 수 있다.

청구항 32, 39에 따른 발명은 상기 대전 부재에는 DC 바이어스에 AC 바이어스를 중첩한 대전 바이어스를 인가하고, 적어도 화상 형성 중은 AC 바이어스를 정전압 제어하도록 하므로, AC 바이어스를 중첩함으로써 감광체나 대전 롤러의 회전에 따라 대전 간격이 변동하는 경우에도 감광체를 균일하게 대전시킬 수 있어 감광체마다 대전 간격이 달라도 과부족 없이 적정한 대전 바이어스로 설정할 수 있다.

청구항 33, 40에 따른 발명은 복수개의 상 담지체를 구비한 탠덤(tandem) 방식의 풀 컬러 화상 형성 장치에서는 화상 형성 중에 각 대전 부재에 인가하는 AC 바이어스 전압을 각 상 담지체마다 개별적으로 설정 가능토록 하므로, 감광체나 대전 롤러의 회전에 따라 대전 간격이 변동하는 경우에도 감광체를 균일하게 대전시킬 수 있어 감광체마다 대전 간격이 달라도 과부족 없이 적정한 대전 바이어스로 설정할 수 있다.

청구항 34, 41에 따른 발명에 의하면, 상기 대전 부재에 인가하는 AC 바이어 스의 주파수 f［Hz］와 상 담지체 선속 V［mm/s］는 7 x V＜f＜12 x V의 관계를 만족시키도록 하므로, AC 바이어스와 상 담지체의 선속도 관계를 상기 범위로 설정함으로써 농도 불균일의 발생을 방지할 수 있어 토너나 토너 외첨제로 인한 감광체 필름의 발생을 방지할 수 있다.

청구항 42, 43에 따른 발명에 의하면, 제24, 27항에 기재의 화상 형성 장치에서 사용되는 상 담지체와 대전 장치를 적어도 구비하여 상기 화상 형성 장치 본체로부터 일체로 착탈 가능하게 구성하는 프로세스 카트리지로 하므로, 높은 대전 간격 정밀도가 요구되는 경우에도 대전 간격의 조정이 불필요하고, 유저라도 간단하게 교환할 수 있게 된다.

Claims (43)

1. 상 담지체를 비접촉 상태로 대전하는 대전 부재를 구비하는 대전 장치에 있어서,

   상기 대전 부재를 JIS D로 50도 이상의 전도성 수지로 구성함으로써 환경 조건이 변화하는 경우의 상기 상 담지체와 상기 대전 부재 사이의 대전 간격 변동 폭을 상기 환경 조건에 대한 상기 대전 부재 자체의 변동 특성에 의해 억제하도록 한 것을 특징으로 하는 대전 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 환경 조건은 분위기 온도이며, 이 분위기 온도를 그 중간을 기준으로 상한 측과 하한 측으로 단계적으로 설정하고, 각 분위기 온도에서의 상기 대전 간격의 평균치를 구하며, 상한 측과 하한 측의 분위기 온도에서의 평균치 차이의 절대치의 배수(倍數)치가 중간 분위기 온도에서의 평균치 이하로 되도록 상기 대전 부재의 재질적 조건을 설정한 것을 특징으로 하는 대전 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 대전 부재는 롤러 형상을 구비하고, 상기 분위기 온도가 각각 10℃, 20℃, 30℃ 일 때의 상기 대전 간격의 평균치를 각각 G₁₀, G₂₀, G₃₀으로 했을 때,

   ｜G₃₀－G₁₀｜x 5＜G₂₀

   의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대전 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 대전 간격은 15~90㎛의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 대전 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,

   상기 대전 부재의 양단부에 시이트형의 간격 유지 부재를 마련하여 상기 대전 간격을 형성하는 것을 특징으로 하는 대전 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 대전 부재의 양단부에 이 대전 부재의 지름 방향으로 깊이를 구비하는 단차부를 형성하고, 이 단차부에 간격 유지 부재를 마련함으로써 상기 대전 간격을 형성하는 것을 특징으로 하는 대전 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 단차부는 환형 홈 형상을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 대전 장치.
10. 제8항에 있어서,

    상기 간격 유지 부재는 열 수축성의 튜브인 것을 특징으로 하는 대전 장치.
11. 제8항에 있어서,

    상기 간격 유지 부재의 두께는 100~300㎛인 것을 특징으로 하는 대전 장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 대전 부재의 양단부에 절연성 수지로 이루어지는 간격 유지 부재를 마련하여 상기 대전 간격을 형성하는 것을 특징으로 하는 대전 장치.
13. 제1항에 있어서,

    상기 대전 부재의 양단부에 상기 대전 간격을 형성하는 간격 유지 부재를 마 련하고, 상기 대전 부재와 상기 간격 유지 부재를 일체화한 후 표면을 절삭하는 가공에 의해 상기 대전 부재와 상기 간격 유지 부재의 외경을 조정하는 것을 특징으로 하는 대전 장치.
14. 제7항에 있어서,

    상기 간격 유지 부재의 경도는 JIS　D로 45도 이상인 것을 특징으로 하는 대전 장치.
15. 제8항에 있어서,

    상기 간격 유지 부재의 경도는 JIS　D로 45도 이상인 것을 특징으로 하는 대전 장치.
16. 제13항에 있어서,

    상기 간격 유지 부재의 경도는 JIS　D로 45도 이상인 것을 특징으로 하는 대전 장치.
17. 적어도 상 담지체와 제1항에 기재의 대전 장치를 일체로 구비하여 화상 형성 장치 본체에 착탈 가능하게 장착될 수 있는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
18. 상 담지체를 대전 장치에 의해 대전하는 화상 형성 장치에 있어서,

    상기 대전 장치는 제1항에 기재의 대전 장치인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
19. 장치 본체에 대하여 착탈 가능한 프로세스 카트리지를 구비하는 화상 형성 장치에 있어서,

    상기 프로세스 카트리지는 제17항에 기재의 프로세스 카트리지인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
20. 제18항에 있어서,

    상기 간격 유지 부재가 상기 상 담지체의 화상 영역 외의 감광층에 접촉하도록 상기 대전 장치를 설치하고, 상기 간격 유지 부재의 경도는 JIS　D로 70도 이하인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
21. 제18항에 있어서,

    상기 상 담지체는 적어도 최외층에 금속 산화물 입자를 포함한 유기 감광체인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
22. 제18항에 있어서,

    상기 상 담지체는 적어도 최외층에 윤활제 입자를 포함한 유기 감광체인 것 을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
23. 제18항에 있어서,

    상기 대전 장치에 DC 바이어스를 인가함과 동시에 AC 바이어스를 중첩 인가하고, AC 바이어스의 주파수 f[Hz]와 상기 상 담지체의 선속도 V［mm/s］는

    7 x V＜f＜12 x V

    의 관계를 만족시키며, 적어도 화상 형성 동작 중은 AC 바이어스를 정전압 제어하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제
33. 삭제
34. 삭제
35. 삭제
36. 삭제
37. 삭제
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39. 삭제
40. 삭제
41. 삭제
42. 삭제
43. 삭제

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