KR100677561B1 - 칼라화상형성장치 - Google Patents

Abstract

개시된 칼라화상형성장치는 감광체와 현상갭을 유지하며 위치되는 현상롤러를 구비하며 그 내부에 수용된 토너를 현상롤러의 표면에 도포하여 현상갭으로 공급하는 복수의 현상유닛과, 복수의 현상유닛의 현상롤러에 순방향 바이어스전압과 역방향 바이어스전압이 교대로 바뀌는 사각형 교류바이어스 형태의 현상바이어스를 인가하는 현상전원를 포함하며, 토너는 전하량의 절대치가 오염한계 입경-전하량 보다 큰 토너가 5 개수퍼센트 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

칼라화상형성장치{Color image forming apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 칼라화상형성장치의 일 실시예의 구성도.

도 2는 현상바이어스를 도시한 도면.

도 3은 감광체 표면 전위를 도시한 도면.

도 4는 수학식 3에 의하여 계산되는 토너의 이동을 도시한 그래프.

도 5는 토너의 이동거리가 동일한 경우의 순방향 바이어스전압과 그 지속시간과의 관계를 도시한 그래프.

도 6은 비현상영역과 현상영역에서의 토너의 이동거리의 차이가 동일한 경우의 순방향 바이어스전압과 그 지속시간과의 관계를 도시한 그래프.

도 7은 토너의 전하량, 입경 분포와 현상한계곡선 및 오염한계곡선을 도시한 그래프.

도 8은 전하량과 입경이 균일한 토너의 이동 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.

도 9는 넓은 전하량과 입경 분포를 가지도록 시뮬레이션된 토너를 보여주는 그래프.

도 10은 도 9와 같이 시뮬레이션된 토너의 이동 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.

도 11은 좁은 전하량과 입경 분포를 가지도록 시뮬레이션된 토너를 보여주는 그래프.

도 12는 도 11과 같이 시뮬레이션된 토너의 이동 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.

도 13은 본 발명에 따른 칼라화상형성장치에 적용되는 현상유닛의 일 실시예를 도시한 구성도.

도 14는 본 발명에 따른 칼라화상형성장치에 적용되는 현상유닛의 다른 실시예를 도시한 구성도.

도 15는 본 발명에 따른 칼라화상형성장치에 적용되는 현상유닛의 또 다른 실시예를 도시한 구성도.

도 16은 현상순서에 따라 색오염이 눈에 띄는 정도를 설명하는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1......감광체 2......대전유닛

22......그리드 전극 3......노광유닛

40......현상유닛 401......현상롤러

402......규제부재 403......반송롤러

404, 405. 407......전원 406......교반기

408......마그넷롤러 5......전사유닛

6......클리닝유닛 7......정착유닛

8......현상전원 85......현상한계곡선

86......오염한계곡선 Vd......현상바이어스

Vf......순방향 바이어스전압 Vb......역방향 바이어스전압

G......현상갭

본 발명은, 복사기, 팩시밀리, 프린터 등의 화상형성장치에 관한 것으로서, 특히, 감광체 상에 서로 다른 색상의 복수의 토너화상을 형성한 후 그 복수의 토너화상을 용지 등의 전사재 상에 일괄 전사하는 칼라화상형성장치에 관한 것이다.

감광체 상에 서로 다른 색상의 복수의 토너화상을 차례차례 현상하여 칼라화상을 형성하는 장치의 경우에는 두 번째 이후의 색상의 토너화상을 감광체 상에 현상할 때에 이미 감광체 상에 현상되어 있는 토너화상을 교란시키거나 다른 색으로 오염시키지 않아야 한다.

색채화가 용이하고 장치의 소형화 및 저비용화의 면에서 유리한 비자성 일성분 토너를 이용한 비접촉 현상방법이 알려져 있다. 특허문헌1(일본 특공평6-70727호(공개번호 1989-134475))와 특허문헌2(일본 특공평7-82267호(공개번호 1988-139379))에는, 직류 현상바이어스를 이용하는 비접촉식 현상장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 대전량이 3 마이크로쿨롱(micro coulomb)/그램(gram)으로 지극히 낮은 토너를 사용하고 있다. 상기 장치는 이러한 낮은 대전량의 토너를 사용하여 화상농도를 확보하기 위해 필요한 양의 토너를 감광체로 현상하며, 이미 감광체 상에 현 상된 토너화상을 교란시키거나 색오염시키지 않도록 하고 있다. 그러나, 상기 장치는 세선이 양호하게 재현되지 않는 등의 문제가 있었다.

한편, 특허문헌3(일본특허공보 제3357418호(공개번호 1994-242657))에는 현상 바이어스로서 사각형 파형의 교류바이어스를 이용하는 현상장치가 개시되어 있다. 상기 문헌에는, 이미 감광체 상에 현상된 토너화상이 감광체로부터 이탈되거나 다른 색상의 토너로 오염되지 않도록, 교류바이어스의 전압이나 인가시간을 설정하는 방법이 개시되어 있다. 그리고, 그러한 방법을 토너의 운동을 이론적으로 해석한 결과에 근거해 설명하고 있다. 하지만, 상기 문헌의 해석결과에 근거하여 일성분 현상제를 이용하여 비접촉방식에 의하여 칼라화상을 형성하는 실험을 실시한 결과, 이미 감광체 상에 현상되어 있는 토너화상의 색오염을 방지하는 것과, 충분한 화상농도를 얻는 것은 실제로는 양립할 수 없다는 것을 알았다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 감광체 상에 서로 다른 색상의 복수의 토너화상을 현상한 후에 복수의 토너화상을 전사재에 일괄 전사하는 방식의 칼라화상형성장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 감광체 상의 이미 현상된 토너화상을 교란시키지 않고 또, 혼색에 의한 오염을 줄일 수 있으며, 충분한 화상농도를 구현할 수 있는 칼라화상형성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 칼라화상형성장치는, 감광체 상에 서로 다른 색상의 복수의 토너화상을 현상하고 상기 복수의 토너화상을 전사재에 일괄 전사하여 칼라화상을 인쇄하는 칼라화상형성장치로서, 상기 감광체와 현상갭을 유지하며 위치되는 현상롤러를 구비하며 그 내부에 수용된 토너를 상기 현상롤러의 표면에 도포하여 상기 현상갭으로 공급하는 복수의 현상유닛; 상기 복수의 현상유닛의 현상롤러에 순방향 바이어스전압과 역방향 바이어스전압이 교대로 바뀌는 사각형 교류바이어스 형태의 현상바이어스를 인가하는 현상전원;를 포함하며, 상기 현상갭으로 공급되는 토너는, 상기 순방향 바이어스전압과 그 지속시간, 역방향 바이어스전압, 현상갭, 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위를 포함하는 변수에 의하여 계산되는, 두 번째 이후의 현상과정에서 상기 토너가 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 부착되기 시작하는 입경-전하량인 오염한계 입경-전하량보다 그 입경-전하량의 절대치가 큰 토너의 비율이 5 개수퍼센트 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 현상갭으로 공급되는 토너는 그 입경-전하량의 절대치가, 상기 오염한계 입경-전하량과, 상기 순방향 바이어스전압과 그 지속시간, 역방향 바이어스전압, 현상갭, 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위, 상기 감광체 상의 두 번째 이후의 토너화상이 현상될 영역의 전위를 포함하는 변수에 의하여 계산되는 상기 토너가 상기 현상롤러로부터 상기 감광체로 현상이 개시되기 시작하는 입경-전하량인 현상한계 입경-전하량 사이인 토너의 비율이 45 개수퍼센트 이상인 것이 바람직하다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 칼라화상형성장치는, 감광체 상에 서로 다른 색상의 복수의 토너화상을 중첩 현상하고 상기 복수의 토너화상을 전사재에 일괄 전사하여 칼라화상을 인쇄하는 칼라화상형성장치로서, 상기 감광체와 현상갭을 유지하며 위치되는 현상롤러를 구비하며 그 내부에 수용된 토너를 상기 현상롤러의 표면에 도포하여 상기 현상갭으로 공급하는 복수의 현상유닛; 상기 복수의 현상유닛의 현상롤러에 순방향 바이어스전압과 역방향 바이어스전압이 교대로 바뀌는 사각형 교류바이어스 형태의 현상바이어스를 인가하는 현상전원;를 포함하며, 상기 현상바이어스는 주어진 사양의 토너에 대하여 상기 현상갭으로 공급되는 토너의 입경-전하량의 절대치가, 상기 순방향 바이어스전압과 그 지속시간, 역방향 바이어스전압, 현상갭, 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위를 포함하는 변수에 의하여 계산되는 두 번째 이후의 현상과정에서 상기 토너가 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 부착되기 시작하는 입경-전하량인 오염한계 입경-전하량보다 큰 토너의 비율이 5 개수퍼센트 이하가 되도록 결정되는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 칼라화상형성장치는, 감광체 상에 서로 다른 색상의 복수의 토너화상을 현상하고 상기 복수의 토너화상을 전사재에 일괄 전사하여 칼라화상을 인쇄하는 칼라화상형성장치로서, 상기 감광체와 현상갭을 유지하며 위치되는 현상롤러를 구비하며 그 내부에 수용된 토너를 상기 현상롤러의 표면에 도포하여 상기 현상갭으로 공급하는 복수의 현상유닛; 상기 복수의 현상유닛의 현상롤러에 순방향 바이어스전압과 역방향 바이어스전압이 교대로 바뀌는 사각형 교류바이어스 형태의 현상바이어스를 인가하는 현상전원;를 포함하며, 상기 현상갭으로 공급되는 토너 중에서, 두 번째 이후의 현상과정에서 상기 현상바이어스에 의하여 상기 토너가 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 부착되기 시작하는 입경-전하량인 오염한계 입경-전하량보다 그 입경-전하량의 절대치가 큰 토너의 비율이 5 개수퍼센트 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 현상갭으로 공급되는 토너 중에서 그 입경-전하량의 절대치가, 상기 현상바이어스에 의하여 상기 토너가 상기 현상롤러로부터 상기 감광체에 형성된 정전잠상에 부착되기 시작하는 입경-전하량인 현상한계 입경-전하량과 상기 오염한계 입경-전하량 사이인 토너의 비율이 45 개수퍼센트 이상인 것이 바람직하다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 칼라화상형성장치는, 감광체 상에 서로 다른 색상의 복수의 토너화상을 중첩 현상하고 상기 복수의 토너화상을 전사재에 일괄 전사하여 칼라화상을 인쇄하는 칼라화상형성장치로서, 상기 감광체와 현상갭을 유지하며 위치되는 현상롤러를 구비하며 그 내부에 수용된 토너를 상기 현상롤러의 표면에 도포하여 상기 현상갭으로 공급하는 복수의 현상유닛; 상기 복수의 현상유닛의 현상롤러에 순방향 바이어스전압과 역방향 바이어스전압이 교대로 바뀌는 사각형 교류바이어스 형태의 현상바이어스를 인가하는 현상전원;를 포함하며, 상기 현상바이어스는, 상기 현상갭으로 공급되는 토너 중에서 그 입경-전하량의 절대치가 두 번째 이후의 현상과정에서 상기 현상바이어스에 의하여 상기 토너가 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 부착되기 시작하는 입경-전하량인 오염한계 입경-전하량보다 큰 토너의 비율이 5 개수퍼센트 이하가 되도록 결정되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 칼라화상형성장치의 일 실시예를 도시한 구성도이다. 도 1을 보면, 감광체(1)의 주위에 시계방향으로 스코로트론(scorotron) 방전기(2), 노광유닛(3), 복수의 현상유닛(40), 전사롤러(5), 클리닝유닛(6)이 배치된다. 본 실시예에서는 감광체(1)로서 금속성 파이프의 표면에 감광체층이 형성된 감광드럼을 사용하며, 도면으로 도시되지는 않았지만, 순환주행되는 벨트 형태의 감광벨트를 사용하는 것도 가능하다. 스코로트론 방전기(2)는 감광체(1)의 표면을 균일한 전위로 대전시키는 대전유닛의 일 예이다. 스코로트론 방전기(2)는 그리드 전극(22)을 구비한다. 그리드 전극(22)에 인가되는 그리드 전압을 조절함으로써 대전전위를 조절할 수 있다. 노광유닛(3)은 인쇄하고자 하는 화상정보에 대응되어 변조된 광을 감광체(1)에 주사하여 정전잠상을 형성시킨다. 노광유닛(3)으로서는 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 LSU(laser scanning unit)가 일반적으로 채용된다.

복수의 현상유닛(40)에는 예를 들면, 블랙(B), 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y) 색상의 토너가 수용된다. 복수의 현상유닛(40)은 각각 현상롤러(401)를 구비한다. 복수의 현상유닛(40)은 현상롤러(401)가 감광체(1)와 현상갭(G)만큼 이격되도록 위치된다. 복수의 현상유닛(40)에 수용된 토너의 대전극성은 감광체(1)의 대전극성과 동일하다. 현상롤러(401)의 표면에 붙은 토너를 감광체(1)의 정전잠상에 부착시키기 위하여 현상롤러(401)에는 현상전원(8)으로부터 공급되는 현상바이어스(Vd)가 인가된다.

감광체(1)와 전사유닛(5) 사이로는 용지(P)(전사재)가 이송된다. 전사롤러(5)는 감광체(1)에 부착된 토너를 용지(P)로 전사시키는 전사유닛의 일 예이다. 전사롤러(5)에는 전사바이어스가 인가된다. 전사롤러(5) 대신에 코로나 방전기가 채용될 수도 있다. 클리닝유닛(6)은 전사과정을 거친 후에 감광체(1)의 표면에 잔류되는 토너를 제거한다.

상술한 구성에 의한 칼라화상인쇄과정을 설명한다. 먼저, 스코로트론 방전기(2)에 의하여 감광체(1)의 표면이 균일한 전위로 대전된다. 노광유닛(3)에 의하여 제1색상(예를 들면, 블랙)의 화상정보에 대응되게 변조된 광이 감광체(1)에 조사되어, 감광체(1) 상에 제1색상의 정전잠상이 형성된다. 현상유닛(40)에 의하여 제1색상의 토너가 제1색상의 정전잠상으로 부착되어 감광체(1) 상에는 제1색상의 토너화상이 형성된다. 감광체(1)의 회전에 의하여 이 제1색상의 토너화상의 선단이 전사유닛(5)에 도달되기 전에 전사롤러(5)는 감광체(1)와 접촉되지 않는 위치로 후퇴된다. 또, 클리닝유닛(6)도 감광체(1) 상에 형성된 제1색상의 토너화상을 교란시키지 않는 위치로 후퇴된다.

다음으로, 스코로트론 방전기(2)는 감광체(1)를 재대전시킨다. 노광유닛(3)은 제2색상의 화상정보에 대응되어 변조된 광을 감광체(1)에 조사하여 감광체(1) 상에 제2색상의 정전잠상을 형성시킨다. 현상유닛(40)에 의하여 제2색상의 토너가 제2색상의 정전잠상으로 부착된다. 그러면, 감광체(1) 상에는 제1, 제2색상의 토너화상이 형성된다.

상술한 과정을 제3, 제4색상에 대하여도 수행하면, 감광체(1) 상에는 제1, 제2, 제3, 제4색상의 토너화상(칼라토너화상)이 형성된다. 칼라토너화상의 선단이 감광체(1)와 전사롤러(5)가 대면된 전사닙에 도달되는 시점에 맞추어 용지(P)의 선단이 전사닙에 도달되며, 용지의 배면에는 전사바이어스에 의한 전계가 작용된다. 이 때, 전사롤러(5)는 감광체(1)로 접근하여 용지(P)를 감광체(1)에 접촉시킨다. 칼라토너화상은 용지(P)에 전사된다. 정착유닛(7)은 칼라토너화상에 열과 압력을 가하여 용지(P)에 정착시킨다. 클리닝유닛(6)은 감광체(1)에 접촉된다. 전사과정이 수행된 후에 감광체(1) 상에 잔류되는 토너는 클리닝유닛(6)에 의하여 제거된다.

감광체(1) 상에 순차적으로 현상된 토너화상을 용지(P)에 일괄 전사하는 칼라화상형성장치의 경우에는 두 번째 이후의 토너화상을 감광체(1)에 현상할 때에 이미 감광체(1) 상에 현상된 토너화상을 교란시키지 않아야 한다. 또, 이미 감광체(1) 상에 현상된 토너화상이 두 번째 이후에 현상되는 토너에 의하여 색오염되지 않아야 한다. 칼라화상을 인쇄하기 위하여는 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y), 블랙(B) 색상의 토너를 중첩적으로 현상한다. 따라서, 색오염은 4가지 색상의 토너가 서로 각각 분리된 영역에 현상되고 중첩되지 않는 것을 의미하는 것은 아니다. 색오염은 두 번째 이후에 현상되는 토너가 현상되어야 할 영역에 현상되지 않고 다른 영역에 현상되는 것을 말한다. 감광체(1) 상에 현상된 토너화상이 기계적인 접촉에 의하여 교란되는 문제는 감광체(1)와 현상롤러(401)가 현상갭(G) 만큼 이격되게 배치되는 비접촉 현상방식을 채용함으로써 해결될 수 있다.

이제, 두 번째 이후의 토너화상을 감광체(1)에 현상할 때에, 이미 감광체(1) 상에 현상된 토너화상이 두 번째 이후에 현상되는 다른 색상의 토너에 의하여 색오 염되는 문제를 해결하기 위하여 적절한 현상바이어스(Vd)의 설정이 필요하다. 현상바이어스(Vd)는 도 2에 도시된 바와 같은 사각형 파형의 교류바이어스이다. 순방향 바이어스전압(Vf)는 토너를 현상롤러(401)로부터 감광체(1) 쪽으로 이동시키는 바이어스이며, 역방향 바이어스전압(Vb)는 토너를 감광체(1)로부터 현상롤러(401) 쪽으로 이동시키는 바이어스이다. 색오염 문제를 해결하기 위하여 순방향 바이어스전압(Vf)의 전압과 그 지속시간(Tf)을 조정한다.

다음의 수학식 1, 2, 3, 4는 색오염문제를 해결하고 충분한 화상농도를 얻기 위한 조건을 산출하기 위하여 본 실시예에서 사용한 공식들이다. 동일한 물리량은 동일한 기호로 표시한다.

{Q_CL : 토너입자의 오염한계 입경-전하량 D : 토너입자의 직경

m : 토너입자의 질량 η: 공기의 점도

G : 현상갭 Vf : 순방향 바이어스전압

Vb : 역방향 바이어스전압 Tf : Vf의 지속시간

Vp : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위

E_P1 = (Vf-Vp)/G) : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 작용되는 순방향 전계

E_P2 = (Vb-Vp)/G) : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 작용되는 역방향 전계}

{Q_DL : 토너입자의 현상한계 입경-전하량

Vi : 감광체 상의 두 번째 이후의 토너화상이 현상될 영역의 전위

E_i1 = (Vf-Vi)/G) : 감광체 상의 두 번째 이후의 토너화상이 현상될 영역에 작용되는 순방향 전계

E_i2 = (Vb-Vi)/G) : 감광체 상의 두 번째 이후의 토너화상이 현상될 영역에 작용되는 역방향 전계}

{H : 토너입자의 위치 Q : 토너입자의 전하량

E : 전기장(=(Vpc-Vd)/G) Vpc : 감광체의 표면전위

Vd : 현상바이어스 ε: 유전률}

여기서,

{H_i : 토너입자의 위치 m_i : 토너입자 i의 질량

Q_i : 토너입자 i의 전하량 Q_j : 토너입자 j의 전하량

D_i : 토너입자 i의 직경 R_ij : 토너입자 i와 j의 거리}

순방향 바이어스전압(Vf)의 설정 조건, 토너의 입경이나 전하량 등의 파라미터를 이용하여 현상갭(G)을 가로질러 현상롤러(401)로부터 감광체(1)로 이동되는 토너의 운동에 대해 설명한다. 이 토너의 운동은, 수학식 3으로 표현되는 운동방정식을 풀어서 계산될 수 있다.

수학식 3에서 η=0.0000182 kg/m/s이다. 수학식 3을 풀면, 이미 감광체(1) 상에 현상되어 있는 토너화상을 색오염시키지 않고, 다음 색상의 토너화상을 현상하기 위한 순방향 바이어스전압(Vf)과 그 지속시간(Tf)을 도출할 수 있다.

도 3은, 수학식 3을 풀기 위하여 가정한 감광체(1)의 표면전위 설정의 일례이다. 도 1에 도시된 화상형성장치로 제1색상의 토너화상을 현상하기 위하여, 스코로트론 방전기(2)는 감광체(1)의 표면을 -600 V로 대전시킨다. 노광유닛(3)으로부터 조사된 광이 도달된 부분(제1현상영역)의 전위는 -50 V가 된다. 노광 후의 감광체(1)의 표면전위는 도 3의 (a)와 같이 된다. 현상유닛(40)에 수용된 제1색상의 토너가 제1현상영역에 부착됨으로써 감광체(1) 상에는 제1색상의 토너화상이 현상된다.

다음으로, 제2색상의 토너화상을 현상할 때에, 감광체(1) 상에 이미 현상된 제1색상의 토너화상에 제2색상의 토너가 부착되지 않도록 하는 한편, 제1색상의 토너화상이 제2색상의 토너화상을 현상할 때에 인가되는 역방향 바이어스전압(Vb)에 의하여 감광체(1)로부터 이탈되지 않아야 한다. 그리드 전압을 적절히 설정함으로써, 스코로트론 방전기(2)는 제1현상영역의 전위가 노광부의 전위(－50 V)와 비노광부의 전위(－600 V)의 사이가 되도록 감광체(1)를 재대전시킨다. 도 3에서는, 제1현상영역의 전위(Vp)를 －400 V로 설정한 경우를 나타낸다. 노광유닛(3)은 제2색상의 화상정보에 따라 변조된 광을 감광체(1)에 조사하여 제2색상의 토너화상이 현 상될 영역(제2현상영역)의 전위(Vi)가 -50 V가 되도록 감광체(1)를 노광시킨다. 노광 후의 전위는 그림 3(b)와 같이 된다.

전하량(Q) -2 fC(femto coulomb) 직경(D) 8 ㎛(micro meter)의 토너, 현상갭(G)이 200 ㎛, 순방향 바이어스전압(Vf)이 -1000 V, 역방향 바이어스전압(Vb)이 400 V, 순방향 바이어스전압(Vf)의 지속시간이 90㎲(micro second), 현상바이어스(Vd)의 주기가 500 ㎲로 설정한다. 이와 같은 설정에 의하여 토너의 운동을 계산한 결과를 도 4에 표시한다.

그림 4에서, 80은 현상바이어스(Vd)를 표시한다. 81은 제2현상영역의 노광전위(Vi) 및 현상바이어스(Vd)에 의한 현상롤러(401)의 표면으로부터 감광체(1) 쪽으로의 토너의 이동거리를 플롯(plot)한 곡선을 표시한다. 82는 제2현상영역의 전위(Vp) 및 현상바이어스(Vd)에 의한 현상롤러(401)의 표면으로부터 감광체(1) 쪽으로의 토너의 이동거리를 플롯한 곡선을 표시한다.

그림 4에 도시된 바와 같이, 제1현상영역에서의 토너의 이동거리와 제2현상영역에서의 토너의 이동거리가 다르다. 곡선 81을 보면, 제2현상영역에서는 토너가 약 230 ㎛ 이동되므로 제2색상의 토너는 현상갭(G)을 가로질러 제2현상영역에 도달된다. 한편, 곡선 82를 보면, 제1현상영역에서는 토너는 100 ㎛밖에 이동되지 않았으므로 제2색상의 토너가 제1현상영역에 도달되지 않는다. 이 토너이동거리의 차이로 인하여 제1현상영역에는 제2색상의 토너가 부착되지 않고 제2현상영역에만 제2색상의 토너가 부착되도록 할 수 있다.

이제, 상술한 바와 같은 현상결과를 달성하기 위한 현상바이어스(Vd)의 조건 에 대하여 검토한다. 도 5는, 토너가 현상갭(G)과 같은 200 ㎛ 이동되는 순방향 바이어스전압(Vf)과 그 지속시간(Tf)의 조건을 계산한 결과이다.

도 5에서, 83은 제1현상영역에 토너가 도달되는 경우(즉 도 4에서 Hb가 200 ㎛인 경우)의 순방향 바이어스전압(Vf)과 그 지속시간(Tf)의 관계를 표시한 곡선이다. 84는 제2현상영역에 토너가 도달하는 경우(즉 도 4에서 Hf가 200 ㎛인 경우)의 순방향 바이어스전압(Vf)와 그 지속시간(Tf)의 관계를 표시한 곡선이다. 순방향 바이어스전압(Vf)와 그 지속시간(Tf)의 조합이 곡선(84)의 아래쪽 영역에 속하는 경우에는 제2색상의 토너의 이동거리가 200 ㎛보다 작기 때문에 제2현상영역에 부착될 수 없다. 또, 순방향 바이어스전압(Vf)과 그 지속시간(Tf)의 조합이 곡선(83)의 위쪽 영역에 속하는 경우에는 제1현상영역에 제2색상의 토너가 부착되어 제1색상의 토너화상을 색오염시킨다. 이 결과로부터, 순방향바이어스전압(Vf)과 그 지속시간(Tf)의 조합이 곡선 83과 84 사이에 위치되도록 현상바이어스(Vd)조건을 설정하면, 제2색상의 토너가 제1현상영역에는 부착되지 않고 제2현상영역에만 부착되도록 할 수 있다. 도 5의 파선(800)은 순방향 바이어스전압(Vf)와 그 지속시간(Tf)의 반비례 관계를 나타내는 곡선이다. 도 5를 보면, 곡선(800)과 곡선(84)가 거의 겹쳐진다는 것을 알 수 있다. 따라서, 제2색상의 토너가 제2현상영역에 현상되는 조건은 "순방향 바이어스전압(Vf)×지속시간(Tf)=일정" 이라는 조건을 만족하면 된다고 볼 수 있다. 그러나, Vf×Tf가 일정하면 어떠한 조합이라도 가능한 것인지가 명확하지 않기 때문에 이하에서 좀더 상세하게 검토한다.

도 6은 도 4에 도시된 제2현상영역에서의 토너이동거리(Hf)와 제1현상영역에 서의 토너이동거리(Hb)와의 차이(dH)와 순방향 바이어스전압(Vf)과 그 지속시간(Tf)의 관계를 계산한 결과이다. 도 6의 파선(801)은 순방향 바이어스전압(Vf)와 지속시간(Tf)의 반비례 관계를 나타내는 곡선이다. 곡선(801)상의 순방향 바이어스전압(Vf)과 지속시간(Tf)의 조합에 의한 현상바이어스(Vd)가 인가될 경우에 제2색상의 토너의 이동거리는 일정하다. 도 6에서 곡선(801)과 dH(=Hf-Hb)가 일정한 곡선들과의 관계를 검토한다. 순방향 바이어스전압(Vf)과 지속시간(Tf)의 조합을 곡선(801) 상의 A위치로 선정한 경우에, dH는 약 200 ㎛정도가 된다. 순방향 바이어스전압(Vf)과 지속시간(Tf)의 조합을 곡선(801) 상의 B위치로 선정한 경우에, dH는 250 ㎛과 300 ㎛ 사이가 된다. 순방향 바이어스전압(Vf)과 지속시간(Tf)의 조합이 곡선(801) 상의 A 위치로부터 B 위치로 이동됨에 따라 dH는 점점 커진다는 것을 알 수 있다. 즉, 순방향 바이어스전압(Vf)의 절대치가 작고 그 지속시간(Tf)가 긴 조합일수록 dH가 커진다는 것을 알 수 있다. 따라서, "Vf×Tf=일정"이라는 조건을 만족하면서 절대치가 작은 순방향 바이어스전압(Vf)과 긴 지속시간(Tf)의 조합이 되도록 현상바이어스(Vd)를 설정하면 이미 감광체(1) 상에 현상되어 있는 제1색상의 토너화상이 제2색상의 토너에 의하여 색오염될 위험이 줄어들게 된다.

한편, 도 6에서, 순방향 바이어스전압(Vf)의 절대치가 400 V 이하인 영역에서는 "dH=일정"인 관계를 나타내는 곡선들이 중단되어 있다. 이것은 순방향 바이어스전압(Vf)의 절대치가 400 V 이하인 경우에는 토너에 작용하는 현상전계에 의한 힘이 토너가 현상롤러(401)에 부착되는 힘(판데르바알스힘, 경상력)보다 작기 때문에, 토너가 현상롤러(401)로부터 떨어지지 않기 때문이다. 다수의 비접촉 현상실험 결과를 조사한 결과에 따르면, 대체로 현상전계의 강도 1~2 V/㎛ 이상인 때부터 토너가 현상롤러(401)보다 떨어져 감광체(1)로 향한다. 이 현상전계강도에 해당되는 현상바이어스(Vd)전압을 현상개시전압이라 한다. 현상바이어스(Vd)로서 직류바이어스를 사용하는 경우에는, 현상개시전압보다 약 200 ~ 500 V정도 절대치가 큰 직류바이어스를 인가하면 충분한 현상량을 얻을 수 있다. 현상바이어스(Vd)로서 교류바이어스를 사용하는 경우에는 교류바이어스의 평균전압이 현상개시전압보다 절대치로 200 ~ 500 V 정도 크게 되도록 순방향 바이어스전압(Vf)와 지속시간(Tf)을 결정하는 것이 바람직하다. 이상으로, 감광체(1) 상에 이미 현상되어 있는 제1색상의 토너화상이 제2색상의 토너로 색오염되지 않고 또 충분한 화상농도를 얻을 수 있도록 제2색상의 토너화상을 현상하는 조건에 관하여 설명하였다. 상술한 조건에 따르면, 토너의 입경과 전하량이 거의 균일한 경우에 좋은 현상결과를 얻을 수 있다.

수학식 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전하량이 큰 토너나 입경이 작은 토너는 현상전계에 응답하기 쉬워서 현상롤러(401)로부터 감광체(1) 쪽으로 이동되는 거리가 크기 때문에, 감광체(1) 상에 미리 현상된 제1색상의 토너화상을 오염시킬 가능성이 높다. 반면에, 전하량이 작은 토너나 입경이 큰 토너는 이동거리가 작기 때문에 감광체(1) 상에 미리 현상된 제1색상의 토너화상을 오염시킬 가능성이 상대적으로 낮다. 따라서, 이하에서는 토너의 전하량과 입경의 분포를 고려하여 감광체(1) 상에 이미 현상되어 있는 제1색상의 토너화상이 제2색상의 토너로 오염되지 않고 제2색상의 토너화상을 현상하는 조건에 관하여 검토한다.

도 7은 토너의 전하량분포와 입경분포를 측정하는 장치인 E－Spart analyzer(호소가와 미틀론사의 제품명)로 측정한 토너의 전하량과 입경분포, 및 제1색상의 토너화상을 오염시키지 않고 제2색상의 토너화상을 현상할 수 있는 조건을 나타낸 그래프이다. 도 7에서, 점들은 약 3000개의 토너의 전하량과 입경을 측정한 데이터를 플롯(plot)한 것이다.

곡선(85)는 현상한계 입경-전하량(Q_DL)을 표시한 곡선이며, 곡선(86)은 토너의 오염한계 입경-전하량(Q_CL)을 표시한 곡선이다. 현상한계 입경-전하량(Q_DL)은 현상바이어스(Vd)에 의하여 토너가 현상롤러(401)로부터 감광체(1)에 형성된 정전잠상에 부착되기 시작하는 입경-전하량을 말한다. 현상한계 입경-전하량(Q_DL)은 예를 들면 수학식 2를 풀어서 구해질 수 있다. 수학식 2는 순방향 바이어스전압(Vf)와 그 지속시간(Tf), 역방향 바이어스전압(Vb), 현상갭(G), 감광체(1) 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위(Vp), 감광체(1) 상의 두 번째 이후의 토너화상이 현상될 영역의 전위(Vi)를 포함하는 변수에 의하여 표현된다. 오염한계 입경-전하량(Q_CL)은 두 번째 이후의 현상과정에서 현상바이어스(Vd)에 의하여 토너가 감광체(1) 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 부착되기 시작하는(색오염이 시작되는) 입경-전하량을 말한다. 오염한계 입경-전하량(Q_CL)은 예를 들면 수학식 1을 풀어서 구해질 수 있다. 수학식 1은 순방향 바이어스전압(Vf)와 그 지속시간(Tf), 역방향 바이어스(Vb), 현상갭(G), 감광체(1) 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위(Vp)를 포함하는 변수에 의하여 표현된다.

현상한계 입경-전하량곡선(85)의 위쪽 영역이 제2색상의 토너화상을 현상할 수 있는 토너의 전하량 및 입경 범위이다. 즉, 현상롤러(401)의 표면에 부착되어 현상갭(G)으로 공급되는 토너의 입경-전하량의 절대치가 현상한계 입경-전하량(Q_DL) 이상의 영역에 속하면, 충분한 화상농도를 얻을 수 있다. 또, 오염한계 입경-전하량곡선(86)의 아래쪽영역은 제1색상의 토너화상을 오염시키지 않는 토너의 입경-전하량의 범위이다. 즉, 현상롤러(401)의 표면에 부착되어 현상갭(G)으로 공급되는 토너의 입경-전하량의 절대치가 오염한계 입경-전하량(Q_CL) 이상의 영역에 속하면 제1색상의 토너화상을 오염시키지 않고 제2색상의 토너화상을 현상할 수 있다. 따라서, 현상한계 입경-전하량(Q_DL)과 오염한계 입경-전하량(Q_CL) 사이의 영역이 제1색상의 토너화상을 오염시키지 않고 제2색상의 토너화상을 현상할 수 있고 또 충분한 화상농도를 얻을 수 있는 토너의 전하량 및 입경 범위가 된다.

도 7의 측정 데이터는, 개수평균입경(토너의 직경의 총합/토너의 개수)이 5.4 ㎛, 개수평균전하량(토너의 전하량의 총합/토너의 개수)이 0.7 fC이다. 이 평균의 전하량과 입경은 현상한계 입경-전하량곡선(85)과 오염한계 입경-전하량곡선(86) 사이의 영역에 속한다. 그러나, 5 개수퍼센트((오염한계 입경-전하량곡선(86)의 위쪽 영역에 속하는 토너의 개수/토너의 총수)×100)의 토너가 오염한계 입경-전하량곡선(86)의 위쪽 영역에 속하고, 또, 49 개수퍼센트((현상한계 입경-전하량곡선(85)의 아래쪽 영역에 속하는 토너의 개수/토너의 총수)×100) 토너가 현상한계 입경-전하량곡선(85)의 아래쪽 영역에 속한다. 그렇기 때문에 이런 조건의 전하 량과 입경분포를 가진 토너를 이용하면 제1색상의 토너화상이 제2색상의 토너에 의하여 오염된다. 또. 제2색상의 토너가 현상되는 양도 부족해서 충분한 화상농도를 얻을 수 없다.

이와 같이, 토너의 전하량과 입경이 불균일하여 어떤 분포를 가지는 경우의 토너의 이동을 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 검토한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 위한 기본식은 수학식 4로 표시된다.

수학식 4는 수학식 3에 토너입자간의 쿨롱력(coulomb force)를 고려한 식이다. 이 식을 컴퓨터를 이용하여 해석하는 과정을 간단히 설명한다. 우선, 계산에 필요한 데이터(현상갭(G), 감광체 표면전위(Vpc)분포, 토너의 전하량 및 입경분포, 토너의 초기배치(예를 들면, 서로 인접되는 토너입자들 사이의 거리를 얼마로 하였는가, 제1현상영역에 초기에 몇 개의 토너를 배치하였는가 등), 현상바이어스(Vd) 및 파형 등)를 입력한다. 감광체(1)와 현상롤러(401)가 회전되므로 감광체(1)와 현상롤러(401)의 표면에 부착된 토너와 감광체(1) 표면의 전위분포가 이동되므로 수학식 4의 계산에 이를 감안한다. 그런 다음, 현상갭(G)에서의 전계(수학식 4의 우변 1항)와 토너입자 간의 쿨롱력(수학식 4의 우변 2항)을 계산한다. 룬게쿳타(RungeKutta)공식을 이용하여 토너의 이동궤적을 계산하고, 계산된 이동궤적을 기록한다. 이 과정에서 현상갭(G)을 통하여 현상롤러(401)에서 감광체(1) 방향(순방향)으로 또는 그 반대방향(역방향)으로 이동되는 토너의 이동궤적은 수학식 4를 이용하여 계산한다. 이 계산결과에 따른 토너의 위치가 토너가 감광체(1) 표면을 넘어서는 경우(토너가 순방향으로 이동되는 경우) 또는 현상롤러(401)를 넘어서는 경 우(토너가 역방향으로 이동되는 경우)에는 토너는 실제로 감광체(1) 표면 또는 현상롤러(401) 표면에 위치되는 것으로 수정한다. 이와 같은 계산은 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션을 담당하는 기술자에게는 매우 상식적인 것이므로 더 구체적인 설명은 생략한다. 소정 시간동안 상기 계산과정을 반복한다. 시간의 경과에 따라 현상갭(G) 내의 계산된 토너의 위치를 도 8과 같이 표시한다.

도 8에 도시된 결과는, 토너는 전하량 -2 fC, 직경 8 ㎛로 균일한 경우이다. 도 8에서, 91은 감광체(1) 표면, 92는 현상롤러(401) 표면을 나타낸다. 현상갭(91과 92의 간격)(G)은 200 ㎛이다. 94는 감광체(1) 표면(91)의 전위 분포를 나타내는 선이다. 95로 표시된 부분은 화상의 배경영역으로서 그 전위는 -600 V이다. 96으로 표시된 부분은 이미 토너화상이 현상된 제1현상영역으로서, 그 전위는 -350 V이다. 제1현상영역(96)에는 토너(90)을 10개를 배치했다. 97로 표시된 부분은 노광유닛(3)에 의하여 노광되어 토너화상이 현상될 제2현상영역으로서 그 전위는 -50 V이다. 93은 현상될 토너이다. 현상바이어스(Vd)는, 순방향 바이어스전압(Vf)이 －900 V, 지속시간은 90㎲, 역방향 바이어스전압(Vb)는 0 V, 반복주기는 500 ㎲로 설정되었다. 현상롤러(401) 표면(92)에는 10 ㎛ 간격으로 200개의 토너(93)을 배치했다. 계산 시간 간격은 1 ㎲이다. 도 8에는 아래쪽으로부터 순서대로 50, 130, 200, 300 ㎲경과된 때의 토너(93)의 위치를 도시하였다. 나타냈다. 50 ㎲경과된 때를 보면, 현상바이어스(Vd)는 순방향 바이어스전압(Vf)와 동일한 -900 V로서, 토너(93)를 감광체(1)로 이동시키는 전계가 된다. 따라서, 토너(93)는 현상롤러(401) 표면(92)으로부터 이탈되어 감광체(1) 표면(91)로 향한다. 감광체(1) 표면(91) 중에서 제2현 상영역(97)에는 다른 영역(95, 96로 표시된 영역)에 비하여 전계가 강하기 때문에, 제2현상영역(97)으로 향하는 토너(93)는 큰 속도를 얻고, 빨리 제2현상영역(97)에 도달된다. 50, 130, 200, 300 ㎲경과된 때에는 현상바이어스(Vd)는 역방향 바이어스전압(Vb)와 동일한 0 V 로서, 토너(93)를 현상롤러(401)의 표면(92)쪽으로 되돌리는 전계로 변하지만, 제2현상영역(97)으로 향하는 토너(93)는 큰 속도를 얻은 상태이므로 그 관성에 의해서 그대로 제2현상영역(97)에 도달된다. 한편, 제1현상영역(96)이나 배경영역(95)으로 향하고 있던 토너(93)는 순방향 바이어스전압(Vf)이 인가되는 동안에 얻은 속도는 작기 때문에 현상바이어스전압(Vd)이 역방향 바이어스전압(Vb)로 변하면, 감속되어 현상롤러(401) 표면(92)로 다시 돌아온다. 상술한 바와 같은 작용에 의하여, 제1현상영역(96)에는 토너(93)가 부착되지 않고 제2현상영역(97)에만 토너(93)를 현상시킬 수 있다.

그렇지만, 실제의 토너는 도 7에 도시된 바와 같이 전하량과 입경이 균일하지 않고 소정의 분포를 가지므로 현상과정이 도 8에 도시된 바와 같은 이상적인 과정이 되지는 않는다. 이제, 토너의 전하량과 입경이 소정의 분포를 가지는 경우에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 설명한다.

먼저, 토너의 전하량과 입경의 분포가 넓은 경우의 결과를 검토한다. 도 9는 시뮬레이션에 의하여 가정한 토너의 전하량과 입경의 분포이다. 200개의 토너에 대해서, 전하량과 입경의 데이터를 난수로 생성했다. 생성한 데이터는, 현상한계 입경-전하량곡선(85)의 아래쪽 영역에 속하는 토너와 오염한계 입경-전하량곡선(86)의 위쪽 영역에 속하는 토너를 포함하고 있으므로 감광체(1) 상에 이미 현상된 제1 색상의 토너화상이 제2색상의 토너로 오염될 것이 예상된다.

도 10은 도 9에서 가정한 전하량과 입경의 분포를 가지는 토너의 현상과정을 시뮬레이션한 결과를 도시한 것이다. 아래로부터 순서에, 50, 130, 750 ㎲가 경과된 후의 토너의 위치를 표시하였다. 도 8의 결과와 비교해 볼 때에 토너(93)은 매우 불규칙하게 이동된다는 것을 알 수 있다. 130 ㎲가 경과된 경우를 보면, 감광체(1) 표면(91)의 배경영역(95)에 도달되는 토너(93)가 보인다. 750 ㎲가 경과된 경우에 제1현상영역(96)의 확대도를 보면, 검게 칠한 동그라미로 나타낸 제1색상의 토너(90)중에 탈색된 동그라미로 나타낸 제2색상의 토너(93)가 혼입되어 색오염이 발생되었다는 것을 알 수 있다.

다음으로, 먼저, 토너의 전하량과 입경의 분포가 좁은 경우의 결과를 검토한다. 도 11은 시뮬레이션에 의하여 가정한 토너의 전하량과 입경의 분포이다. 200개의 토너에 대해서, 도 9의 데이터와 동일한 방법으로 전하량과 입경의 데이터를 난수로 생성했다. 생성한 데이터에 의하면, 현상한계 입경-전하량곡선(85)의 아래쪽 영역에 속하는 토너와 오염한계 입경-전하량곡선(86)의 위쪽 영역에 속하는 토너가 없기 때문에 이미 현상된 제1색상의 토너화상의 제2색상의 토너에 의한 오염은 발생되지 않을 것으로 예상된다.

도 12는 도 11에서 가정한 전하량과 입경의 분포를 가지는 토너의 현상과정을 시뮬레이션한 결과를 도시한 것이다. 아래로부터 순서에, 50, 130, 750 ㎲가 경과된 후의 토너의 위치를 표시하였다. 도 12에 도시된 결과를 도 10과 비교하면, 도 8만큼은 아니지만 토너가 비교적 가지런하게 정렬된 상태로 이동되고 있다는 것 을 알 수 있다. 130 ㎲가 경과된 경우를 보면, 도 8과 같이 제2현상영역(97)를 향하여 이동되고 있는 토너(93)를 많이 볼 수 있고, 제1현상영역(96)이나 배경영역(95)으로 향하는 토너(93)는 현상갭(G)을 넘어서지 못한다는 것을 알 수 있다. 또, 750 ㎲가 경과된 경우에 제1현상영역(96)의 확대도를 보면, 검게 칠한 동그라미로 나타낸 제1색상의 토너(90)만이 존재하여 제2색상의 토너(93)에 의한 색오염이 발생하지 않는다는 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 이미 감광체(1) 상에 현상된 토너화상을 색오염시키지 않고 제2색상의 토너화상을 충분한 화상농도로 현상시키기 위하여는 오염한계 입경-전하량곡선(86)과 현상한계 입경-전하량곡선(85) 사이의 영역에 속하는 범위의 전하량과 입경의 분포를 가지는 토너를 이용하면 된다는 것을 알았다. 우리는, 삼성의 칼라 프린터 CLP－500을 개조한 칼라화상형성장치를 이용하여, 오염한계 입경-전하량곡선(86)과 현상한계 입경-전하량곡선(85) 사이의 영역에 속하는 전하량과 입경의 분포를 갖는 일성분 토너를 채용한 비접촉 현상실험을 실시하였다. 그렇지만, 결론적으로 토너를 개량(예를 들면, 전하제어제(CCA:charge control agent)의 함량조정)하거나 화상형성장치를 개량(예를 들면, 도 7, 도 9에 도시된 현상한계 입경-전하량곡선(85) 또는 오염한계 입경-전하량곡선(86)을 이동시킨다)하더라도, 토너의 전하량과 입경의 분포가 완벽하게 오염한계 입경-전하량곡선(86)과 현상한계 입경-전하량곡선(85) 사이의 영역에 속하도록 하는 것은 불가능했다.

이에, 우리는 오염한계 입경-전하량곡선(86)과 현상한계 입경-전하량곡선(85) 사이의 영역으로부터 벗어나는 토너의 비율과 색오염의 관계에 대해 열심히 검토하였다. 구체적으로는, 현상조건을 고정했을 경우(오염한계 입경-전하량곡선(86)과 현상한계 입경-전하량곡선(85)을 결정했을 경우)에는 토너의 사양을 변경함으로써 상기 영역으로부터 벗어나는 토너의 비율을 변경하였다. 또, 토너의 사양을 고정하였을 경우(토너의 전하량과 입경 분포가 정해졌을 경우)에는 현상조건(오염한계 입경-전하량(Q_CL)과 현상한계 입경-전하량(Q_DL))을 변경하여 두 곡선(85)(86) 사이의 영역으로부터 벗어나는 토너의 비율을 변경하였다. 또한, 색오염의 정도를 정량화하기 위해서, 색오염된 화상 중에 있는 오염의 원인이 된 토너의 면적비율을 구했다. 이 면적비율은, 화상해석장치나 화상해석소프트에 의해서 얻을 수 있다. 오염된 화상을 CCD 카메라로 촬영한다. 촬영한 화상으로부터 오염 원인이 된 토너의 색상을 추출하고, 그 색상의 화소수를 카운트했다. 카운트 된 화수수를 그 화상의 총화소수로 나눔으로써 오염의 비율을 알 수 있다. 이 경우, 오염되는 토너의 색은 옐로우로, 오염의 원인이 되는 토너의 색은 블랙으로 하여 오염의 원인이 되는 토너만을 적확하게 추출할 수 있도록 했다. 면적비율을 해석하는 화상해석소프트로서는 Optimas(MediaCybernetics사의 제품명)를 이용했다. 이 밖에, 화상해석장치로서는 LUZEX(주식회사 NIRECO의 제품명)를 이용해도 괜찮다.

상기한 방법에 의하여, 색오염의 정도 및 오염한계 입경-전하량의 위쪽 영역에 속하는 토너의 비율과 목시에 의한 판단으로 허용할 수 있는 색오염의 정도를 조사한 결과, 허용할 수 있는 색오염의 정도는 면적비율 6%라고 판단했다. 그리고, 이 때, 오염한계 입경-전하량곡선(86)의 위쪽 영역에 속하는 토너는 거의 5 개수페 센트인 것이 알았으며, 이 결과는 토너의 사양을 변경했을 경우와 현상조건을 변경했을 경우에 동일하였다. 즉, 색오염을 일으키는 토너는 오염한계 입경-전하량곡선(86)의 위쪽 영역에 속하는 절대치의 입경-전하량을 가지는 토너이기 때문에 필연적으로 그 비율로 색오염의 정도가 정해지는 것이라고 생각할 수 있다. 오염한계 입경-전하량곡선(86)의 위쪽 영역에 속하는 토너가 5 개수퍼센트일 때에 색오염의 정도가 면적비율 6%보다 약간 커지는 이유는, 시뮬레이션 과정에서 다수의 토너가 이동되는 경우에 토너 간의 쿨롱력이 반발력으로 작용하여 제1현상영역로 부착되는 토너가 있을 수 있기 때문이라는 것을 알 수 있었다.

이상의 검토 결과로부터, 일성분 토너를 사용하여 비접촉방식에 의하여 감광체(1) 상에 차례차례 서로 다른 색상의 토너를 현상하여 칼라토너화상을 형성하고 이것을 용지(P) 등의 전사재로 일괄 전사하여 칼라화상을 인쇄하는 칼라화상형성장치는 오염한계 입경-전하량(Q_CL)보다 입경-전하량의 절대치가 큰 토너가 5 개수퍼센트 이하인 토너를 이용함으로써 색오염을 허용 레벨 이하로 억제할 수 있다는 것이 알았다. 또, 칼라토너의 물성(예를 들면, 대전특성)의 차이를 감안하여 현상갭(G)으로 공급되는 토너 중에서 입경-전하량의 절대치가 큰 토너가 5 개수퍼센트 이하가 되도록 현상조건을 조절할 수도 있다. 이 경우에, 두 번째 이후의 현상과정에서 현상바이어스(Vd)는 칼라토너의 물성에 따라 다르게 조절될 수 있다.

이상에서 설명한 것처럼, 본 발명은 현상바이어스(Vd)나 현상갭(G), 감광체(1)의 표면전위 등의 파라메타를 이용하여 현상한계 입경-전하량곡선(86)과 오염한 계 입경-전하량곡선(85) 사이의 영역에 속하는 전하량과 입경 분포를 갖는 토너의 개수퍼센트가 소정의 조건을 만족하는 토너를 사용하거나, 또는 상기 조건을 만족하도록 현상조건을 조정(현상한계 입경-전하량곡선(85)과 오염한계 입경-전하량곡선(86)을 조정)함으로써, 감광체(1) 상에 칼라토너화상을 현상할 때에 색오염을 허용가능한 레벨 이하로 억제하고 필요한 화상농도를 얻기에 충분한 현상양을 확보한다. 그 근거에 대하여는 해석 및 시뮬레이션을 이용해 명확하게 설명하였다. 해석 및 시뮬레이션을 위한 토너의 전하량과 입경 분포는 E－Spart analyzer로 측정하였다. E－Spart analyzer는 공기 중에서 공기의 진동과 전기장에 의한 입자의 운동을 레이저 도플러법(laser dopler method)에 의하여 계측함으로써 입자의 전하량과 입경을 동시에 측정할 수 있는 장치이다. 공기 중에서 움직이는 토너입자로부터 측정된 전하량과 입경이므로, 비접촉 현상방식에 있어서의 현상갭(G) 에서의 계산에 그대로 이용하면 현상갭(G) 에서의 토너의 운동을 거의 정확하게 예측할 수 있다고 생각할 수 있다. 본 발명은, 일성분 토너를 이용하여 비접촉방식으로 현상하는 전자사진방식 화상형성장치에서, 다수의 토너 시료를 E－Spart analyzer를 이용하여 전하량과 입경을 측정하고 시험인쇄장치로 인쇄 실험을 실시하여 그러한 결과를 조사함으로써 각각의 입경마다 적합한 전하량이 있으리라는 것을 알아내고, 상술한 해석작업에 몰두하여, 비접촉 현상방식에 적합한 토너의 입경에 따른 전하량의 사양을 밝힌 것이다.

<실시예 1>

도 1에 도시된 실시예에서, 감광체(1)와 각 현상유닛(40)의 현상롤러(401)와 의 간격(현상갭(G))은 200 ㎛이다. 감광체(1)의 선속도는 150 mm/s, 각 현상유닛(40)의 현상롤러(401)의 선속도는 150 ~ 300 mm/s로 조정했다. 또, 현상롤러(401)의 표면에는 1 ㎠당 0.8 ~ 2.0 ㎎의 토너가 도포되도록 현상유닛(40)을 조정했다. 감광체(1)의 대전전위는 -600 V로 했다. 노광된 영역(현상영역)의 전위(Vi)는 -50 V로 했다. 이미 감광체(1)에 현상된 토너화상이 있는 영역의 전위(Vp)는 -350 V가 되도록 2색째 이후의 재대전의 조건을 설정했다. 이러한 재대전 조건의 설정은 스크로트론 스코로트론 방전기(2)의 그리드 전극(22)에 인가되는 그리드 전압을 조절함으로써 가능함은 이미 설명하였다. 현상바이어스(Vd)는 순방향 바이어스전압(Vf)이 -900 V이고 그 지속시간(Tf)은 90 ㎲, 역방향 바이어스전압(Vb)은 0 V이고, 반복 주기는 500 ㎲인 사각형 교류바이어스로 히였다.

이 현상조건에서, 제2색째 이후의 토너는 현상갭(G)에서의 전하량과 입경의 분포가 오염한계 입경-전하량곡선(86)의 위쪽 영역에 속하는 토너가 5 개수페센트 이하인 토너를 이용함으로써 색오염을 허용가능한 레벨 이하로 억제할 수 있었다. 토너의 전하량과 입경분포는 E－spart analyzer로 측정하였다.

<실시예 2>

실시예 1의 조건에 더하여, 현상갭(G)에서의 전하량과 입경의 분포가 오염한계 입경-전하량곡선(86)과 현상한계 입경-전하량곡선(85) 사이의 영역에 속하는 토너(현상에 적합한 토너)가 45 개수페센트 이상인 토너를 선정했다. 이에 더하여, 현상롤러(401)의 선속도를 조정함으로써 목표로 하는 화상농도를 얻기에 충분한 양의 토너를 감광체(1)로 현상시킬 수 있었다. 구체적으로는, 현상에 적절한 토너가 45 개수퍼센트일 경우에는 현상롤러(401)의 선속도를 감광체(1)의 선속도의 2배로 했다. 또, 현상에 적절한 토너가 45 개수페센트보다 많을 경우에는 개수퍼센트에 반비례하도록 현상롤러(401)의 선속도를 조절하였다. 예를 들면, 현상에 적절한 토너가 60 개수페센트일 경우에는 현상롤러(401)의 선속도는 감광체(1)의 선속도의 1.5배로 했다. 이와 같은 조건에 의하여. 색오염을 허용가능한 레벨 이하로 억제하면서, 감광체(1)로 현상되는 토너의 양을 충분히 확보할 수 있었다.

<실시예 3>

실시예 1의 현상조건에서, 토너의 전하량과 입경의 분포가 오염한계 입경-전하량곡선(86)이 위쪽 영역에 속하는 토너가 6 개수페센트인 토너를 사용하는 경우에는, 순방향 바이어스전압(Vf)가 -800 V이고 그 지속시간(Tf)는 90 ㎲이며, 역방향 바이어스전압(Vb)는 -200 V로 변경한 현상바이어스(Vd)를 인가하였다. 이와 같이 변경된 현상바이어스(Vd)를 적용하여 오염한계 입경-전하량(Q_CL)을 새롭게 설정하였다. 이에 의하여, 주어진 사양의 토너를 사용하는 경우에 현상갭(G)에서의 전하량과 입경의 분포가 오염한계 입경-전하량곡선(86) 위쪽영역에 속하는 토너가 4 개수퍼센트가 되도록 조정하여, 색오염을 허용가능한 레벨 이하로 억제할 수 있었다.

토너의 색상에 따라 전하량과 입경의 분포가 다른 경우가 실제로는 많다고 생각된다. 이러한 경우에는 현상조건을 조정하여 오염한계 입경-전하량곡선(86)의 위쪽 영역에 속하는 토너가 5 개수퍼센트 이하가 되도록 하면, 토너의 색상에 따른 토너 사양의 차이를 보상할 수 있다.

<실시예 4>

본 발명에 이르는 과정에서, 과잉에 대전된 토너(입경-전하량이 오염한계 입경-전하량곡선(86)의 위쪽 영역에 속하는 토너)가 색오염의 원인이 되는 것이 알았다. 따라서, 토너의 과대전을 억제할 필요가 있다. 예를 들면, 전하제어제의 함량을 조절함으로써 토너의 과대전을 억제할 수 있다. 하지만, 토너의 과대전을 억제하면 반대로 약대전된 토너(입경-전하량이 현상한계 입경-전하량곡선(85)의 아래쪽 영역에 속하는 토너)가 발생될 가능성이 높아진다. 더 나아가서는 역대전된 토너(예를 들어 토너를 마이너스(-)로 대전시키는 경우에 플러스(+)로 대전된 토너)도 발생될 수 있다. 약대전 토너나 역대전된 토너가 많아지면 충분한 화상농도를 얻을 수 없게 되어 버린다. 적절히 대전된 토너가 현상롤러(401)에 도포되도록 하기 위한 현상유닛의 일 예가 도 13에 도시되어 있다.

도 13을 보면, 현상유닛(40)은 현상롤러(401), 규제부재(402), 반송롤러(403), 교반기(406)를 구비한다. 현상롤러(401)에는 교류바이어스 형태의 현상바이어스(Vd)를 공급하는 전원(404)이 규제부재(402)는 현상롤러(401)에 소정의 접촉압력으로 접촉되어 현상롤러(401)에 도포된 토너층의 두께를 규제한다. 교반기(406)는 토너는 서로 마찰되어 대전될 수 있도록 토너를 교반시킨다. 전원(405)은 토너를 반송롤러(403)로부터 현상롤러(401)로 이동시키는 전계를 발생시키는 전압을 반송롤러(403)와 현상롤러(401)의 사이에 인가한다. 본 실시예에서는 토너를 마이너스로 대전시키므로 전원(405)은 마이너스로 대전된 토너를 현상롤러(401)로 이동시 키는 전계를 발생시기 위하여 마이너스 전압을 반송롤러(403)와 현상롤러(401)의 사이에 인가한다. 전원(405)에 의하여 제공되는 전계에 의하여, 예를 들어 마이너스로 대전된 토너는 현상롤러(401)로 이동되지만, 역대전된 토너(플러스로 대전된 토너)는 오히려 반송롤러(403) 쪽으로 이동된다. 또, 적절히 대전된 토너는 약대전된 토너보다 더 잘 현상롤러(401)로 이동된다. 따라서, 적절히 대전된 토너가 선택적으로 현상롤러(401)에 도포되게 되므로 현상효율이 올라가고, 색오염을 방지할 수 있으며, 충분한 화상농도를 얻을 수 있게 된다.

<실시예 5>

도 14에 도시된 바와 같이, 현상유닛(40)은 규제부재(402)에 토너를 현상롤러(401)에 부착시키는 전계를 발생시키는 전압을 규제부재(402)와 현상롤러(401) 사이에 인가하는 전원(407)을 구비한다. 본 실시예에서는 토너를 마이너스로 대전시키므로 전원(407)은 마이너스로 대전된 토너를 현상롤러(401)에 부착시키는 전계를 발생시기 위하여 마이너스 전압을 규제부재(402)와 현상롤러(401)의 사이에 인가한다. 전원(407)에 의하여 제공되는 전계에 의하여, 예를 들어 마이너스로 대전된 토너는 현상롤러(401)에 잘 부착되지만 역대전된 토너(플러스로 대전된 토너)는 오히려 현상롤러(401)로부터 이탈된다. 또한, 약대전된 토너는 규제부재(402)와의 마찰과 전원(407)에 의하여 제공되는 마이너스 전압에 의하여 적절히 대전된다. 따라서, 적절히 대전된 토너가 현상롤러(401)에 도포되게 되므로 현상효율이 올라가고, 색오염을 방지할 수 있으며, 충분한 화상농도를 얻을 수 있게 된다.

<실시예 6>

약대전 토너와 역대전 토너를 줄이기 위하여 토너와 캐리어를 혼합하는 방안을 고려할 수 있다. 캐리어의 심재(core material)로서는, 마그네타이트, 페라이트, 철분 등을 이용할 수 있다. 또, 심재의 표면에 수지를 코팅한 캐리어를 이용할 수도 있다. 코팅수지에 카본 블랙 등의 도전성 재료를 첨가하면 과대전을 억제할 수 있어 보다 바람직한 토너의 대전량을 얻을 수 있다. 도 15를 보면, 마그넷롤러(408)가 개시되어 있다. 현상유닛(40) 내부에는 토너와 캐리어가 혼합되어 있다. 교반기(406)에 의하여 토너와 캐리어가 교반됨으로써 토너는 캐리어와의 마찰에 의하여 대전된다. 캐리어는 토너를 대전시켜 현상롤러(401)로 공급하는 역할을 할 뿐이며 감광체(1)로 현상되는 것은 아니다. 토너는 캐리어의 표면에 부착된다. 캐리어는 자성을 가지므로 마그넷롤러(408)에 부착된다. 전원(405)은 토너를 마그넷롤러(408)로부터 현상롤러(401)로 이동시키는 전계를 발생시키는 전압을 마그넷롤러(408)와 현상롤러(401) 사이에 인가한다. 본 실시예에서는 토너를 마이너스로 대전시키므로 전원(405)은 마이너스로 대전된 토너를 현상롤러(401)에 부착시키는 전계를 발생시기 위하여 마이너스 전압을 마그넷롤러(408)와 현상롤러(401)의 사이에 인가한다. 이와 같은 구성에 의하여, 적절히 대전된 토너가 현상롤러(401)에 도포되어 색오염을 줄일 수 있으며, 충분한 화상 농도를 얻을 수 있게 된다.

<실시예 7>

시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y), 블랙(B) 색상의 토너를 중첩 현상하여 칼라화상을 인쇄함에 있어서, 현상순서는 빛의 반사율이 가장 작은 블랙(B) 색상의 토너를 가장 먼저, 그리고 빛의 반사율이 가장 큰 옐로우(Y) 색상의 토너를 가장 나 중에 감광체(1) 상에 현상하는 것이 바람직하다. 즉 블랙(B)-시안(C)-마젠타(M)-옐로우(Y)의 순서 또는 블랙(B)-마젠타(M)-시안(C)-옐로우(Y)의 순서로 현상하는 것이 바람직하다. 이러한 순서로 현상하는 것이 색오염이 발생되었을 때에 그 색오염이 눈에 띄는 정도가 덜해진다. 도 16을 보면서 감광체(1) 상에 블랙(B)-시안(C)-마젠타(M)-옐로우(Y)의 순서로 현상하여 칼라토너화상을 형성하는 경우를 예를 들어 색오염이 눈에 띄는 정도가 덜해지는 이유를 설명한다. 영역 11, 12, 13, 14는 각각 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(B) 색상의 토너화상이 현상되는 영역이다. 옐로우(Y) 색상의 토너화상은 가장 마지막에 현상되기 때문에 영역 11은 다른 색상의 토너에 의하여 거의 오염되지 않는다. 영역 12는 옐로우(Y) 색상의 토너에 의하여, 영역 13은 옐로우(Y), 마젠타(M) 색상의 토너에 의하여, 영역 14는 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C) 색상의 토너에 의하여 오염될 수 있다.(도 16 (a) 참조) 이 칼라토너화상이 용지(P)로 전사되면, 용지(P)의 표면에서의 칼라토너의 적층순서는 감광체(1) 상에서의 칼라토너의 적층 순서와 반대가 된다.(도 16 (b) 참조) 즉, 오염된 토너 위에 빛의 반사율이 작은 토너가 쌓이게 된다. 따라서, 오염된 토너가 눈에 잘 띄지 않게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 칼라화상형성장치에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 입경-전하량의 절대치가 오염한계 입경-전하량곡선의 위쪽영역에 속하는 토너가 5 개수퍼센트 이하인 토너를 사용함으로써 색오염을 허용가능한 레벨 이 하로 억제할 수 있다.

둘째, 입경-전하량의 절대체가 오염한계 입경-전하량곡선과 현상한계 입경-전하량곡선 사이의 영역에 속하는 토너의 개수가 45 개수퍼센트 이상인 토너를 사용함으로써 충분한 화상농도를 구현할 수 있다.

셋째, 입경-전하량의 절대치가 오염한계 입경-전하량곡선의 위쪽영역에 속하는 토너가 5 개수퍼센트 이하가 되도록 현상조건을 조정함으로써 색오염을 허용가능한 레벨 이하로 억제할 수 있다.

넷째, 반송롤러와 현상롤러 사이에 토너를 현상롤러로 이동시키는 전계를 제공함으로써 정상적인 극성으로 적절히 대전된 토너가 현상롤러로 이동되도록 할 수있다. 따라서, 색오염을 방지할 수 있으며 충분한 화상농도를 얻을 수 있다.

다섯째, 규제부재와 현상롤러 사이에 토너를 현상롤러에 부착시키는 전계를 제공함으로써 정상적인 극성으로 적절히 대전된 토너가 현상롤러에 부착되도록 할 수 있다. 따라서, 색오염을 방지할 수 있으며 충분한 화상농도를 얻을 수 있다.

여섯째, 토너와 캐리어를 혼합하여 교반시키므로 대부분의 토너가 정상적인 극성으로 적절히 대전된다. 따라서, 마그넷롤러를 이용하여 토너만을 현상롤러에 부착시켜 비접촉 현상을 실시할 경우에, 색오염을 방지할 수 있으며 충분한 화상농도를 얻을 수 있다.

일곱째, 반사율이 작은 색상부터 큰 색상 순으로 현상을 수행함으로써 색오염이 눈에 덜 띄도록 할 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 (29)

1. 감광체 상에 서로 다른 색상의 복수의 토너화상을 현상하고 상기 복수의 토너화상을 전사재에 일괄 전사하여 칼라화상을 인쇄하는 칼라화상형성장치로서,

   상기 감광체와 현상갭을 유지하며 위치되는 현상롤러를 구비하며 그 내부에 수용된 토너를 상기 현상롤러의 표면에 도포하여 상기 현상갭으로 공급하는 복수의 현상유닛;

   상기 복수의 현상유닛의 현상롤러에 순방향 바이어스전압과 역방향 바이어스전압이 교대로 바뀌는 사각형 교류바이어스 형태의 현상바이어스를 인가하는 현상전원;를 포함하며,

   상기 현상갭으로 공급되는 토너는,

   상기 순방향 바이어스전압과 그 지속시간, 역방향 바이어스전압, 현상갭, 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위를 포함하는 변수에 의하여 계산되는, 두 번째 이후의 현상과정에서 상기 토너가 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 부착되기 시작하는 입경-전하량인 오염한계 입경-전하량보다 그 입경-전하량의 절대치가 큰 토너의 비율이 5 개수퍼센트 이하인 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 오염한계 입경-전하량은 아래의 수학식에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.

   

   

   {Q_CL : 토너입자의 오염한계 입경-전하량 D : 토너입자의 직경

   m : 토너입자의 질량 η: 공기의 점도

   G : 현상갭 Vf : 순방향 바이어스전압

   Vb : 역방향 바이어스전압 Tf : Vf의 지속시간

   Vp : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위

   E_P1 = (Vf-Vp)/G) : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 작용되는 순방향 전계

   E_P2 = (Vb-Vp)/G) : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 작용되는 역방향 전계}
3. 제1항에 있어서,

   상기 현상갭으로 공급되는 토너는 그 입경-전하량의 절대치가,

   상기 오염한계 입경-전하량과, 상기 순방향 바이어스전압과 그 지속시간, 역방향 바이어스전압, 현상갭, 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위, 상기 감광체 상의 두 번째 이후의 토너화상이 현상될 영역의 전위를 포함하는 변수에 의하여 계산되는 상기 토너가 상기 현상롤러로부터 상기 감광체로 현상이 개시되기 시작하는 입경-전하량인 현상한계 입경-전하량 사이인 토너의 비율이 45 개수퍼센트 이상인 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 오염한계 입경-전하량과 상기 현상한계 입경-전하량은 아래의 수학식들에 의하여 각각 계산되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.

   

   

   

   

   {Q_CL : 토너입자의 오염한계 입경-전하량 D : 토너입자의 직경

   m : 토너입자의 질량 η: 공기의 점도

   G : 현상갭 Vf : 순방향 바이어스전압

   Vb : 역방향 바이어스전압 Tf : Vf의 지속시간

   Vp : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위

   E_P1 = (Vf-Vp)/G) : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 작용되는 순방향 전계

   E_P2 = (Vb-Vp)/G) : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 작용되는 역방향 전계

   Q_DL : 토너입자의 현상한계 입경-전하량

   Vi : 감광체 상의 두 번째 이후의 토너화상이 현상될 영역의 전위

   E_i1 = (Vf-Vi)/G) : 감광체 상의 두 번째 이후의 토너화상이 현상될 영역에 작용되는 순방향 전계

   E_i2 = (Vb-Vi)/G) : 감광체 상의 두 번째 이후의 토너화상이 현상될 영역에 작용되는 역방향 전계}
5. 제3항에 있어서,

   입경-전하량의 절대치가 상기 현상한계 입경-전하량과 상기 오염한계 입경-전하량 사이인 토너가 45 개수퍼센트일 때에, 상기 현상롤러의 선속도는 상기 감광체의 선속도의 2배인 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 현상롤러의 선속도는 입경-전하량이 상기 현상한계 입경-전하량과 상기 오염한계 입경-전하량 사이인 토너의 개수퍼센트가 증가됨에 따라 반비례하여 줄어드는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
7. 감광체 상에 서로 다른 색상의 복수의 토너화상을 중첩 현상하고 상기 복수의 토너화상을 전사재에 일괄 전사하여 칼라화상을 인쇄하는 칼라화상형성장치로서,

   상기 감광체와 현상갭을 유지하며 위치되는 현상롤러를 구비하며 그 내부에 수용된 토너를 상기 현상롤러의 표면에 도포하여 상기 현상갭으로 공급하는 복수의 현상유닛;

   상기 복수의 현상유닛의 현상롤러에 순방향 바이어스전압과 역방향 바이어스전압이 교대로 바뀌는 사각형 교류바이어스 형태의 현상바이어스를 인가하는 현상전원;를 포함하며,

   상기 현상바이어스는 주어진 사양의 토너에 대하여 상기 현상갭으로 공급되는 토너의 입경-전하량의 절대치가, 상기 순방향 바이어스전압과 그 지속시간, 역방향 바이어스전압, 현상갭, 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위를 포함하는 변수에 의하여 계산되는 두 번째 이후의 현상과정에서 상기 토너가 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 부착되기 시작하는 입경-전하량인 오염한계 입경-전하량보다 큰 토너의 비율이 5 개수퍼센트 이하가 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 오염한계 입경-전하량은 아래의 수학식에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.

   

   

   {Q_CL : 토너입자의 오염한계 입경-전하량 D : 토너입자의 직경

   m : 토너입자의 질량 η: 공기의 점도

   G : 현상갭 Vf : 순방향 바이어스전압

   Vb : 역방향 바이어스전압 Tf : Vf의 지속시간

   Vp : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위

   E_P1 = (Vf-Vp)/G) : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 작용되는 순방향 전계

   E_P2 = (Vb-Vp)/G) : 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 작용되는 역방향 전계}
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 순방향 바이어스전압(Vf)은 현상바이어스(Vd)의 평균전압이 현상개시전압보다 200 ~ 500V 크게 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현상유닛은,

    상기 현상롤러와 대면되어 회전되는 반송롤러;를 더 구비하며,

    상기 반송롤러와 상기 현상롤러 사이에는 상기 토너를 상기 반송롤러로부터 상기 현상롤러로 이동시키는 전계를 발생시키는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현상유닛은,

    상기 현상롤러에 접촉되어 상기 현상롤러에 부착된 토너층의 두께를 규제부재;를 더 구비하며,

    상기 규제부재와 상기 현상롤러 사이에는 상기 토너를 상기 현상롤러에 부착시키는 전계를 발생시키는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현상유닛은,

    상기 토너를 마찰대전시키는 캐리어를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 현상유닛은,

    상기 현상롤러와 대면되어 회전되며, 상기 캐리어가 부착되는 마그넷롤러;를 더 구비하여, 상기 캐리어는 회수되고 상기 토너만이 상기 현상롤러에 부착되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 마그넷롤러에는 상기 토너를 상기 현상롤러로 이동시키는 전계를 발생시키는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
15. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 복수의 현상유닛은 각각 블랙, 시안, 마젠타, 옐로우 색상의 토너를 수용하는 4개의 현상유닛을 포함하며,

    빛의 반사율이 가장 낮은 블랙 색상의 토너화상을 가장 먼저 현상시키고 빛의 반사율이 가장 높은 반사율이 가장 높은 옐로우 색상의 토너화상을 가장 나중에 현상시키는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
16. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 감광체를 균일한 전위로 대전시키는 대전유닛;을 더 구비하며,

    상기 대전유닛은 두 번째 이후의 토너화상을 현상하기 위하여 상기 감광체를 재대전하는 경우에 상기 감광체의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위가 두 번째 이후의 토너화상이 현상될 영역의 전위와 배경영역의 전위 사이가 되도록 상기 감광체를 대전시키는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 대전유닛은,

    그리드 전극을 가지는 스코로트론 방전기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
18. 감광체 상에 서로 다른 색상의 복수의 토너화상을 현상하고 상기 복수의 토너화상을 전사재에 일괄 전사하여 칼라화상을 인쇄하는 칼라화상형성장치로서,

    상기 감광체와 현상갭을 유지하며 위치되는 현상롤러를 구비하며 그 내부에 수용된 토너를 상기 현상롤러의 표면에 도포하여 상기 현상갭으로 공급하는 복수의 현상유닛;

    상기 복수의 현상유닛의 현상롤러에 순방향 바이어스전압과 역방향 바이어스전압이 교대로 바뀌는 사각형 교류바이어스 형태의 현상바이어스를 인가하는 현상전원;를 포함하며,

    상기 현상갭으로 공급되는 토너 중에서,

    두 번째 이후의 현상과정에서 상기 현상바이어스에 의하여 상기 토너가 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 부착되기 시작하는 입경-전하량인 오염한계 입경-전하량보다 그 입경-전하량의 절대치가 큰 토너의 비율이 5 개수퍼센트 이하인 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
19. 제18항에 있어서,

    상기 현상갭으로 공급되는 토너 중에서 그 입경-전하량의 절대치가,

    상기 현상바이어스에 의하여 상기 토너가 상기 현상롤러로부터 상기 감광체에 형성된 정전잠상에 부착되기 시작하는 입경-전하량인 현상한계 입경-전하량과 상기 오염한계 입경-전하량 사이인 토너의 비율이 45 개수퍼센트 이상인 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
20. 제19항에 있어서,

    입경-전하량의 절대치가 상기 현상한계 입경-전하량과 상기 오염한계 입경-전하량 사이인 토너가 45 개수퍼센트일 때에, 상기 현상롤러의 선속도는 상기 감광체의 선속도의 2배인 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
21. 제20항에 있어서,

    상기 현상롤러의 선속도는 입경-전하량이 상기 현상한계 입경-전하량과 상기 오염한계 입경-전하량 사이인 토너의 개수퍼센트가 증가됨에 따라 반비례하여 줄어드는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
22. 감광체 상에 서로 다른 색상의 복수의 토너화상을 중첩 현상하고 상기 복수의 토너화상을 전사재에 일괄 전사하여 칼라화상을 인쇄하는 칼라화상형성장치로서,

    상기 감광체와 현상갭을 유지하며 위치되는 현상롤러를 구비하며 그 내부에 수용된 토너를 상기 현상롤러의 표면에 도포하여 상기 현상갭으로 공급하는 복수의 현상유닛;

    상기 복수의 현상유닛의 현상롤러에 순방향 바이어스전압과 역방향 바이어스 전압이 교대로 바뀌는 사각형 교류바이어스 형태의 현상바이어스를 인가하는 현상전원;를 포함하며,

    상기 현상바이어스는, 상기 현상갭으로 공급되는 토너 중에서 그 입경-전하량의 절대치가 두 번째 이후의 현상과정에서 상기 현상바이어스에 의하여 상기 토너가 상기 감광체 상의 이미 토너화상이 현상된 영역에 부착되기 시작하는 입경-전하량인 오염한계 입경-전하량보다 큰 토너의 비율이 5 개수퍼센트 이하가 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 순방향 바이어스전압(Vf)은 현상바이어스(Vd)의 평균전압이 현상개시전압보다 200 ~ 500V 크게 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
24. 제23항에 있어서,

    상기 감광체를 균일한 전위로 대전시키는 대전유닛;을 더 구비하며,

    상기 대전유닛은 두 번째 이후의 토너화상을 현상하기 위하여 상기 감광체를 재대전하는 경우에 상기 감광체의 이미 토너화상이 현상된 영역의 전위가 두 번째 이후의 토너화상이 현상될 영역의 전위와 배경영역의 전위 사이가 되도록 상기 감광체를 대전시키는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 현상유닛은,

    상기 현상롤러와 대면되어 회전되는 반송롤러;

    상기 현상롤러에 접촉되어 상기 현상롤러에 부착된 토너층의 두께를 규제부재;를 더 구비하며,

    상기 반송롤러와 상기 현상롤러 사이에는 상기 토너를 상기 반송롤러로부터 상기 현상롤러로 이동시키는 전계를 발생시키는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
26. 제25항에 있어서,

    상기 규제부재와 상기 현상롤러 사이에는 상기 토너를 상기 현상롤러에 부착시키는 전계를 발생시키는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
27. 제24항에 있어서, 상기 현상유닛은,

    상기 토너를 마찰대전시키는 캐리어;

    상기 현상롤러와 대면되어 회전되며, 상기 캐리어가 부착되는 마그넷롤러;를 더 구비하여, 상기 캐리어는 회수되고 상기 토너만이 상기 현상롤러에 부착되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
28. 제27항에 있어서,

    상기 마그넷롤러에는 상기 토너를 상기 현상롤러로 이동시키는 전계를 발생시키는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.
29. 제24항에 있어서,

    상기 복수의 현상유닛은 각각 블랙, 시안, 마젠타, 옐로우 색상의 토너를 수용하는 4개의 현상유닛을 포함하며,

    빛의 반사율이 가장 낮은 블랙 색상의 토너화상을 가장 먼저 현상시키고 빛의 반사율이 가장 높은 반사율이 가장 높은 옐로우 색상의 토너화상을 가장 나중에 현상시키는 것을 특징으로 하는 칼라화상형성장치.

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