KR100695276B1 - 화상 캐리어와 장치, 및 화상 캐리어를 이용한 화상 기록방법 - Google Patents

화상 캐리어와 장치, 및 화상 캐리어를 이용한 화상 기록방법 Download PDF

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Abstract

화상 기록 장치에 있어서, 화상 캐리어의 표면은 입경이 토너보다 작으며 표면이 소수화처리되는 미립자에 대해 친화성이 높은 재료로 형성되어, 소수화 처리된 미립자 층이 화상 캐리어의 표면이 유지된다.
미립자, 화상 캐리어, 친화성, 토너, 전사 드럼

Description

화상 캐리어와 장치, 및 화상 캐리어를 이용한 화상 기록 방법{IMAGE CARRIER AND APPARATUS AND METHOD FOR RECORDING IMAGE USING IMAGE CARRIER}
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 화상 기록 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 화상 기록 장치의 현상 장치를 나타낸 개략도.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 실시예 2에 따른 화상 기록 장치의 화상 기록 공정을 나타낸 설명도.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 화상 기록 장치의 미립자 공급 장치를 나나낸 개략도.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 화상 기록 장치를 나타낸 개략도.
도 6은 미립자 층의 두께와 전사 잔류 토너 농도간의 관계를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 화상 형성 장치를 나타낸 개략도.
도 8은 중간 전사 드럼을 나타낸 개략도.
도 9는 최종 전사 롤을 나타낸 개략도.
도 10은 화상 캐리어 표면의 접촉각과 전사 잔류 토너 농도간의 관계를 나타낸 그래프.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명※
101 감광체 드럼(화상 캐리어)
102 대전기
103 미립자 공급 장치
104 화상 기입 장치
105 현상 장치
106 전사 대전기
107 박리용 대전기
108 제전용 노광 장치
111 미립자
113 토너
본 발명은 화상 캐리어 상에 형성된 토너 화상이 화상을 기록하도록 기록 매체 또는 중간 전사체에 전사되는 간접 전사형의 화상 기록 장치 및 간접 전사형 화상 기록 방법과, 상기 화상 기록 장치 및 상기 화상 기록 방법에서 사용하기 위한 화상 캐리어에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전자 사진 기록 기술, 정전기 기록 기술, 이노그래피, 마그네토그래피 등을 사용한 화상 기록 장치 및 화상 기록 방법, 및 이러한 화상 기록 장치 및 이러한 화상 기록 방법에서 사용하기 위한 화상 캐리어에 관한 것이다.
종래, 상기 간접 전사형의 화상 기록 기술은, 화상이 기록 용지 등의 기록 매체 상에 직접 기록되는 잉크젯 프린터와는 달리, 토너 화상이 우선 화상 캐리어 상에 형성된다. 이 화상 캐리어 상에 형성된 토너 화상은 기록 용지 등에 전사된다. 이 전사된 토너 화상은 기록된 화상을 얻기 위해 정착된다. 이 후, 토너 화상이 기록 용지 등의 기록 매체에 전사된 후, 화상 캐리어 상에 잔류하는 토너가 일반적으로 클리닝 수단에 의해 회수되어 폐기된다. 예를 들면, 전자 사진 화상 기록 장치에서, 화상은 대전 공정, 노광 공정, 현상 공정, 전사 공정, 정착 공정 및 클리닝 공정에 의해서 기록된다. 대전 공정에서는, 표면에 감광체층을 갖는 화상 캐리어의 표면이 균일하게 대전된다. 노광 공정에서는, 화상 캐리어의 대전된 표면에 화상 광이 조사되어 정전 잠상이 형성된다. 현상 공정에서는, 정전 잠상에 토너가 부착되어, 토너 화상을 형성한다. 전사 공정에서는, 이 토너 화상이 기록 매체에 전사된다. 정착 공정에서는, 기록 매체상의 토너 화상이 정착된다. 클리닝 공정에서는, 전사 공정에서의 화상 캐리어 상의 잔류 토너가 제거된다. 이 공정들 중 클리닝 공정에서는, 유연성을 갖는 고무 블레이드 또는 브러시가 화상 캐리어의 표면을 향하여 가압되어 화상 캐리어의 표면상의 잔류 토너를 회수하고, 이 회수된 토너는 회수 용기에 축적되어 정기적으로 폐기된다.
이러한 화상 기록 장치에서는, 회수 용기에 축적된 회수된 토너의 양을 항상 검지 또는 측정해서 회수 용기가 토너로 충만되기 전에 토너의 폐기 또는 회수 용기의 교체를 행할 필요가 있다. 또한, 화상 기록 장치가 소형화되어 회수 용기를 설치하기 위해 넓은 공간을 확보할 수 없는 경우, 드럼 형상의 화상 캐리어의 내부를 토너를 회수하기 위한 공간으로서 사용할 수 있다. 이 경우, 화상 캐리어를 교환하기 위한 시간은 회수된 토너의 양에 따라 설정된다. 또한, 회수된 토너의 재사용이 환경 보호의 관점에서 진행되었지만, 회수된 토너의 재사용은 분별의 문제, 운반 및 재생을 위한 에너지의 문제, 회수 방법 및 집적 장소 등의 문제를 포함한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 다음과 같은 수단들이 고려된다. (1) 제 1 수단은 토너 화상을 기록 매체에 전사할 때의 전사 효율을 개선하는 것이다. 기록 매체로의 전사 효율이 향상되면, 이에 따라 화상 캐리어 상의 잔류 토너가 감소된다. 따라서, 회수되어 처리되는 토너의 양이 또한 감소된다. (2) 제 2 수단은 화상 캐리어로부터 잔류 토너를 회수하여, 이 전류 토너를 현상 수단으로 되돌려서 현상에 재사용하는 것이다. 모든 회수된 토너가 재사용되면, 토너를 폐기할 필요가 없게 된다. (3) 제 3 수단은 화상 캐리어를 클리닝하지 않고 잔류 토너에 의해서 발생된 단점을 해소하는 것이다. 따라서, 클리닝에 의해서 잔류 토너를 회수할 필요가 없어서, 폐기 토너가 발생하지 않을 것이 기대된다.
전사 효율을 개선하기 위한 상기 제 1 수단 (1)으로서 다음의 기술들이 제안되었다.
(a) JP-A-58-88770 또는 JP-A-56-126872에 개시된 기술에서는, 전사를 행하기 위한 전계가 형성되는 영역이 전사 효율을 개선하도록 증가된다.
(b) JP-A-58-88770 또는 JP-A-58-140769에 개시된 기술에서는, 전사 위치에 교번 전계를 형성한다. 이 교번 전계로 화상 캐리어 상의 토너에 힘을 가하여 토너를 요동시킨다. 따라서, 화상 캐리어로부터 토너의 분리가 가속화된다.
(C) JP-A-52-126230에 개시된 기술에서는, 전사 위치에서 화상 캐리어에 대하여 초음파를 방사하여 요동을 발생시킨다. 따라서, 토너 입자의 부착력을 감소시킬 수 있다.
(d) JP-A-2-1870, JP-A-2-81053, JP-A-2-118671, JP-A-2-118672 또는 JP-A-2-157766에 개시된 기술에서는, 현상제에 실리카 등의 박리성 미립자가 함유되어 있다. 이 미립자는 토너와 감광체 사이에 개재되어, 토너와 감광체간의 접착력이 감소되어, 토너의 전사 효율이 향상될 수 있다.
(e) JP-A-1-134485에 개시된 기술에서는, 화상 캐리어 상에 형성된 잠상에 무색의 투명한 토너를 부착시키고, 그 위로부터 착색 토너를 겹쳐서 부착시켜서, 현상을 행한다. 이와 같이 형성된 토너 화상에서는 착색 토너가 거의 100% 전사된다.
(a), (b) 및 (c)에 개시된 기술은 각각 전사 효율을 개선하는 효과가 나타나지만, 전사 후의 화상 캐리어에 어느 정도의 토너가 잔류하게 된다. 따라서, 이 기술들은 폐기 토너를 감소시키기 위한 목적에는 충분하지 않다.
한편, (d)에 개시된 기술에서는, 충분한 양의 박리성 미립자를 현상제에 부가하여, 토너를 박리성 미립자로 균일하게 피복할 필요가 있다. 그러나, 실제로 모든 토너를 박리성 미립자로 균일하게 피복하는데는 어려움이 있다. 또한, 모든 토너가 박리형 미립자로 균일하게 피복되더라도, 이 박리형 미립자는 현상기 내에 서의 교반, 층 두께 규제 등의 여러 가지 스트레스로 인해 토너로부터 유리된다. 따라서, 토너를 박리형 미립자로 균일하게 피복한 상태를 유지하기 위하여, 토너에 스트레스가 없는 현상기를 실현할 필요가 있다. 또한, 다량의 박리성 입자를 첨가할 필요가 있기 때문에, 박리형 미립자가 장기간 사용으로 인해 토너 표면 또는 캐리어 표면에 부착되어, 현상제의 대전성이 저하되고, 유리된 박리성 입자가 응집된다. 따라서, 현상제의 유동성이 저하되어 불균일한 현상이 발생된다. 또한, 박리성 입자가 다량으로 첨가된 토너는 유동성이 풍부하기 때문에, 전사시에 토너 화상이 기록 매체에 접촉할 때 토너 화상이 흐트러지기 쉽다. 따라서, 전사로 인해 화상이 흐트러지는 현상도 생기기 쉽다.
또한, (e)에 개시된 기술에서는, 토너 화상이 전사된 후에 무색의 투명한 토너가 다량으로 잔류하게 된다. 이 무색의 투명한 토너가 다음 화상이 형성되기 전에 클리닝되어 제거되지 않으면, 화상 캐리어의 표면은 균일하게 될 수 없다. 이 때문에, 클리닝 장치를 사용하여 무색의 투명한 토너를 회수하여 폐기할 필요가 있다. 따라서, 폐기 토너를 저감시킨다는 문제점이 해결될 수 없다.
회수한 토너를 재사용하기 위한 기술 (2)로서는 다음의 기술들이 제안되어 있다. JP-A-54-121133에 개시된 기술에서는, 클리닝 장치에 의해서 회수된 토너가 반송로를 통해 현상기로 되돌아가서 재사용된다. JP-A-53-125027에 개시된 기술에서는, 클리닝 장치와 현상 기기가 일체화된 장치로 되고, 클리닝 장치에 의해 회수된 토너는 현상에 사용되는 토너가 수용되어 있는 저장실로 낙하 또는 반송된다. 또한, 클리닝 장치를 구비하지 않고 화상 캐리어 상의 잔류 토너를 현상 기기에 의해 회수하는 기술이, 예를 들면 JP-A-54-109842, JP-A-59-133573, JP-A-59-157661 등에 개시되어 있다. 이들 장치는, 토너 화상을 이미 전사한 후, 다음 화상을 현상할 때, 배경부에 남아있는 토너를 현상 영역의 전계 내에서 현상롤에 전사하여 회수된다.
JP-A-54-121133, JP-A-53-125027, JP-A-54-109842, JP-A-59-133573 및 JP-A-59-157661에 개시된 상술한 장치에서는, 회수된 토너가 축적되지는 않지만, 전사시 등에 혼입된 용지 먼지 등도 현상 기기에 회수된다. 따라서, 용지 먼지는 화상 결함을 유발한다. 또한, 토너 사용의 반복으로 인해 대전성이 변동하여, 화질의 안정성이 손상된다. 따라서, 현상 기기에 수용되어 있는 현상제를 새로운 것으로 교환할 필요가 있어서, 오래된 토너를 폐기하여야 한다. 또한, 토너를 현상 기기에 반송하기 위해 특별한 장치를 사용하는 경우, 그 구조가 복잡해진다.
상술한 (3)의 클리닝 공정을 행하지 않는 기술은, 예를 들면 JP-A-3-172880에 개시되어 있다. 일반적으로, 전사 후의 화상 캐리어를 클리닝하지 않으면, 잔류 토너가 다음의 화상 형성 공정에서 프린트되는 포지티브 고스트나, 잔류 토너의 차광 효과에 의해 유발되는 네거티브 고스트가 발생되는 문제가 있다. JP-A-3-172880에 개시된 상술된 기술에서는, 토너의 전사 효율을 80% 이상으로 높여서, 고스트의 발생을 방지한다. 한편, JP-A-3-114063에는, 잔류 토너량을 0.35mg/cm2 이하로 하여, 고스트의 발생을 회피할 수 있음이 개시되어 있다. 또한, 다른 공보에는, 전사 후의 잔류 토너를 브러시 등으로 교란하여 잔류 토너가 고스트로 되는 것을 방지하기 위한 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 장치에서 고스트의 발생이나 포그의 발생을 충분히 방지하기 위해서는, 마찬가지로 전사 효율을 향상시킬 필요가 있다.
따라서, 기술 (1)~(3)이 갖고 있는 문제점을 일거에 해결하기 위한 기술로서, 다음과 같이 화상 캐리어의 표면에 미립자 또는 박리성이 좋은 피복층을 형성하는 방법이 제안되어 있다. JP-A-57-23975에는 화상 캐리어의 표면에 박리성이 좋은 실리콘을 피복하는 처리를 하는 기술이 개시되어 있다. 또한, JP-A-57-8569에는 화상 캐리어의 표면에 플루오르폴리머 처리를 실시하는 기술이 개시되어 있다.
또한, JP-A-7-234592에는, 중간 전사 수단의 표면에 탄성층을 형성함과 동시에, 상기 중간 전사 수단의 표면에 토너 입경의 절반 이하인 미소 입자를 고착시키는 기술이 개시되어 있다.
또한, USP 5,666,193 또는 JP-A-9-230717에는, 중간 전사 부재 표면의 탄성층에 약 3 마이크론보다 작은 체적-중량 직경을 갖는 미립자의 일부를 매립하는 기술이 개시되어 있다.
또한, JP-A-9-212010에는, 화상 캐리어의 표면에 토너보다 작은 입경의 미립자를 거의 균일하게 부착시켜, 토너를 미립자의 위에 전사하는 기술이 개시되어 있다.
또한, JP-A-2000-206801에는 중간 전사체가 무기 피복층을 갖는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상술한 종래 기술들은 다음과 같은 문제점을 갖고 있다. 즉, JP-A- 57-23975 또는 JP-A-57-8569에 개시된 기술에서는, 화상 캐리어의 표면에 박리성이 좋은 실리콘의 피복 처리를 실시하거나, 또는 화상 캐리어의 표면 상에 플루오르폴리머 처리를 실시한다. 이 기술에서는, 초기의 전사률이 약 95% 정도를 넘어서 향상될 수 없어서, 전사율의 향상이 제한받는다. 또한, 실리콘 피복이나 플루오르폴리머 처리를 받은 표면이 시간이 경과함에 따라 오염되어, 전사율이 서서히 저하하는 문제점이 있다.
한편, JP-A-7-234592에 개시된 기술에서는, 초기 전사율이 충분히 취해지지만, 상기 중간 전사 수단의 표면에 고착된 미소 입자가 시간이 경과함에 따라 떨어져서, 전사율을 장기간에 걸쳐 유지할 수 없는 문제점이 있다.
또한, USP 5,666,193 또는 JP-A-9-230717에 개시된 기술에서는, 중간 전사 부재의 표면 상의 탄성층에 미립자를 확실하게 매립할 필요가 있다. 그러나, 현실적으로는 중간 전사 부재의 표면에 미립자를 확실하게 매립시키는데는 어려움이 있다. 또한, JP-A-7-234592에 개시된 기술에서와 마찬가지로, 시간이 경과함에 따라 매립된 미립자가 떨어져서, 초기적인 전사율 및 이 전사율의 유지성이 모두 불충분해지게 된다.
또한, JP-A-9-212010에 개시된 기술에서는, 화상 캐리어의 표면에 토너보다 작은 입경을 갖는 미립자를 거의 균일하게 부착하고, 토너를 미립자 상에 전사한다. 초기 전사율은 충분히 취해지지만, 화상 캐리어의 표면에 부착된 미립자가 기계적인 응력에 의해서 떨어지거나, 또는 토너와의 부착력으로 인해 제거되어, 전사율의 유지성이 불충분해지는 문제점이 있다.
또한, JP-A-2000-206801에 개시된 기술에서는, 중간 전사체가 무기 피복층을 갖는 것이 개시되어 있다. JP-A-57-23975 또는 JP-A-57-8569에서와 마찬가지로, 초기 전사율은 약 95% 이상 향상될 수 없기 때문에, 전사율의 향상이 제한받는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이, 회수/폐기된 토너를 극도로 저감시키거나, 또는 토너의 폐기/처리를 생략하기 위해서는, 전사율의 향상 및 그 유지성을 종래의 기술 이상으로 개선할 필요가 있다. 또한, 폐기될 토너를 없애기 위해서는, 전사 후의 잔류 토너를 클리닝하지 않고도 고스트나 포그 등의 화상 결함이 발생하지 않을 정도까지 전사 효율을 비약적으로 개선할 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것이다. 본 발명의 목적은 토너 화상을 기록 시트 또는 중간 전사체로 전사할 때의 전사 효율을 대폭적으로 향상시켜서, 회수 및 폐기되는 토너를 저감시키는 것, 또는 클리닝 장치를 필요치 않거나 장치의 간략화를 필요에 따라서 가능하게 하는 것, 폐기되는 토너의 발생을 최대한 방지하는 것, 및 장시간에 걸쳐서 더 안정적으로 높은 전사 효율을 유지하는 것이 가능한 화상 캐리어, 이것을 사용한 화상 기록 장치 및 화상 기록 방법을 제공하는데 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 화상 캐리어, 이것을 사용한 화상 기록 장치 및 화상 기록 방법에서는, 토너 화상을 담지하는(carrying) 화상 캐리어의 표면이 토너보다 입경이 작으며 표면이 소수화 처리된 재료로 형성 되고, 소수화 처리된 미립자 층이 화상 캐리어의 표면에 제공되는 것을 특징으로 한다.
잠상을 가시화하는 토너는 미립자 층 상에 전사된다. 따라서, 토너 화상은 토너가 상기 미립자 층에 적층된 상태에서 형성된다. 일반적으로, 토너는 정전기력에 의해서 화상 캐리어에 부착되지만(때로는 자기에 의해서 흡착됨), 반데르발스력 등의 비정전 부착력이 또한 토너에 작용한다. 그러나, 토너 화상이 상술한 바와 같이 미립자 상에 형성되면, 토너 입자와 화상 캐리어간의 공간을 형성하거나, 또는 토너 입자와 화상 캐리어간의 접촉 영역을 감소할 수 있다. 따라서, 반데르발스력 같은 비정전 부착력이 감소된다. 따라서, 전사시에 토너 입자에 전계가 작용하면, 토너 입자는 정전기력에 의해서 용이하게 전사되어, 이 전사가 100%에 가까운 높은 효율로 수행될 수 있다.
장시간에 걸친 메카니즘을 가능하게 하기 위해서, 토너 입자와 화상 캐리어 사이에 미립자 층이 존재하는 것이 전제된다. 따라서, 화상 캐리어의 표면 상에 미립자 층을 안전하게 담지할 필요가 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 화상 캐리어의 표면은 입경이 토너의 입경보다 작으며 표면이 소수화 처리된 미립자에 대해 친화성이 높은 재료로 형성되며, 소수화 처리된 미립자 층은 화상 캐리어의 표면에 담지된다.
소수화 처리된 미립자에 대해 친화성이 높은 재료로서는, 예를 들면 소수화 처리제가 있다. 화상 캐리어의 표면 상의 -C=O, -OH, -COOH 등의 활성기는 일반적으로 상기 활성기와의 커플링 기능을 갖고 있는 소수화 처리제와 쉽게 반응하여, 화상 캐리어의 표면 상에 소수화기를 형성한다. 한편, 미립자의 표면은 또한 소수화 처리되어, 미립자의 표면 상에도 또한 소수화기가 존재한다. 그 결과, 친화성이 높은 소수화기가 반데르발스력 등으로 인해 서로 끌린다. 따라서, 미립자가 화상 캐리어의 표면 상에 담지될 수 있는 것으로 생각된다.
이러한 친화성을 나타내는 다른 형태로는, SP(Solubility Parameter)값이 있다. 서로 가까운 SP값을 갖는 재료들이 서로간의 친화성이 높음이 판명되었다. 또한, 미립자의 소수화제의 SP값과 화상 캐리어의 재료의 SP값간의 차가 1.1 이하이면, 미립자의 소수화제와 화상 캐리어 상에 제공된 재료가 서로 밀착되어, 전사율과 그 유지성이 양호하게 됨이 판명되었다.
미립자에 대해 친화성이 높은 상기한 재료의 다른 형태로는, 150℃의 온도에서 비등하고, 150℃ 이하의 온도에서 가수 분해되는 재료가 있다. 이러한 재료를 사용함으로써, 상온을 포함한 100°의 비교적 저온에서 화상 캐리어의 표면 처리를 행한다. 따라서, 표면 처리 공정에서의 가열로 인해 다층 구조를 갖는 부재의 계면 박리나 고무 재료의 열변형을 방지할 수 있다. 이러한 계면 박리는 다층 부재의 조성 재료사이의 열팽창 계수의 차에 의해서 유발된다. 그 결과, 화상 캐리어나 또는 중간 전사체를 구성하는 소정의 재료에 처리를 할 수 있다. 이러한 속성을 만족하는 재료의 예로는, 헥사메틸디실라진(SP값 6.5, 비등점 126℃), 트리메틸메톡시실란(SP값 6.7, 비등점 57℃), 메틸트리메톡시실란(SP값 7.3, 비등점 102℃), 트리에틸클로로실란(SP값 7.8, 비등점 145℃), 트리메틸브롬실란(SP값 7.8, 비등점 80℃) 등이 포함될 수 있다.
다음에, 예를 통해서 헥사메틸디실라진으로 표면을 처리하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
구형(spherical) 실리카 분말(미립자)은 미리 헥사메틸디실라진으로 표면 처리를 받아서 그 표면 상에 (CH3)3Si-기를 갖고 150nm의 평균 입경을 갖게 된다. 실리카 분말의 1중량부를 헥사메틸디실라진 용매의 100중량부에 혼합하여 섞는다. 실리카 분말 및 헥사메틸디실라진 용매는 (CH3)3Si-기를 공통으로 갖는다. 따라서, 실리카 분말 및 헥사메틸디실라진 용매는 서로간에 높은 양립성(compatibility)을 갖아서, 이들이 용이하게 분산된다. 따라서, 어떠한 침전물도 생기지 않아서, 용액 제조 및 도포 작업이 용이화된다.
이 용액은 롤러 코터(coater)에 의해서 중간 전사 드럼 상에 중간 전사체로서 도포되고, 온도 22℃, 습도 55%로 5시간 동안 공기 건조시키고, 건조로에서 100℃로 1시간 동안 열처리를 행한다. 이 공기 건조 및 열처리 동안, 용매로서의 헥사메틸디실라진이 공기중의 수분과 반응하여 가수 분해되고, 중간 전사체 드럼 상의 표면층 재료에 포함된 활성기와 반응하여 상기 표면층 내에 (CH3)3Si-기를 형성한다. 따라서, 실리콘 분말과 중간 전사체의 표면은 용액 상태에서와 함께 고체층 상태에서도 공통의 화학종을 갖는다. 그 결과, 접착성이 높은 박층을 형성할 수 있게 된다.
헥사메틸디실라진이 실리콘 분말에 대한 용매로서 사용되는 경우에 대하여 상술하였지만, 실리콘 분말에 대한 처리제 및 그 용매는 동일한 종류일 필요는 없 다. 예를 들면, 상술한 실리콘 분말이 트리에틸클로로실란의 용매에 분산된 용액이 도포 재료로서 사용되더라도, 유사한 효과를 얻을 수 있다. 다양한 조합이 이루어질 수 있다.
또한, 다른 형태로서, 상술한 높은 친화성의 재료가 화상 캐리어 표면 다음에 형성되지 않아도 된다. 즉, 화상 캐리어의 표면을 형성한 재료가 상기 친화성이 높은 재료에 대하여 친화성이 낮은 재료를 갖고, 친화성이 높은 재료가 화상 캐리어의 표면 재료에 분산되도록 이루어져도 좋다. 이러한 구성으로, 소위 블리드 현상이 생겨서, 친화성이 높은 재료가 화상 캐리어의 표면으로 서서히 빠져나오게 된다. 따라서, 친화성이 높은 재료가 화상 캐리어의 표면에 도포되는 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 예에 대한 설명이 더 이루어진다. 예를 들면, 아크릴계 수지와 실리콘계 수지의 혼합물을 표면층 재료로서 사용한 중간 전사 드럼에서는, 신에츠 화학공업사(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd) 제의 KPN3504 또는 KBM3103 및 KBM7103이 표면층 재료에 미리 첨가된다. 이러한 용액은 롤 피복 방법 등에 의해서 도포되어 표면층을 형성한다. 상술한 첨가제는 저분자 중량 성분 때문에 피복막 형성 공정(열처리 공정)에서 표면층의 표면으로 이동된다. 헥사메틸디실라진으로 표면 처리된 실리콘 분말이 헥사메틸디실라진에 분산된 상술한 용액을 첨가제가 표면으로 이동한 중간 전사 드럼에 도포하면, 미리 첨가된 첨가제가 헥사메틸디실라진과 반응하여 보다 강고한 표면 처리층을 형성할 수 있다. 또한, 신에츠 화학공업사 제의 KPN3504는 아미노실란 혼합물이고, KBM3103은 마찬가지로 디실트리메톡시실란이고, KNM7103은 마찬가지로 γ-메르캡토프로필트리메톡시실란이다.
또한, 미립자가 거의 균일하게 부착된 화상 캐리어 상에 전사될 모든 토너 입자들이 항상 화상 캐리어에 부착된 미립자 상으로 전사되지는 않는다. 토너 입자의 대부분이 미립자 상에 전사되면, 토너 입자의 일부가 화상 캐이어 상에 직접 전사되더라도, 모든 토너 입자가 미립자 상에 전사되는 경우와 거의 같이 높은 전사 효과를 얻을 수 있다.
또한, 화상 기록 장치가 감광체 층을 갖는 화상 캐리어에 화상 광을 조사하여 잠상을 형성하는 장치일 때, 또는 화상 기록 방법이 감광체층을 갖는 화상 캐리어에 화상 광을 조사하여 잠상을 형성하는 것일 때에는, 미립자들이 광투과성 재료로 구성될 수 있다. 이 경우, 균일한 미립자 층이 화상 캐리어의 표면 상에 형성된 후, 화상 캐리어의 표면이 균일하게 대전되고, 미립자 층 위로부터 화상 광을 조사하면, 정확한 잠상이 형성될 수 있다. 따라서, 토너의 부착에 의해서 가시화된 화상은 선명하게 된다. 이 경우, 광투과성은 화상 노광을 행할 때의 파장의 광에 대한 실효적인 투과성에 포함된다. 즉, 미립자의 입경이 화상을 노광하기 위한 광 파장의 1/2 이하이면, 미립자가 그 재료 구조의 관점에서 불투명해도, 미립자는 노광 장해를 일으키지 않는다. 이러한 미립자는 본 발명에서 언급되는 광투과성 미립자에 포함된다.
화상 캐리어 상의 미립자는 화상 기록 장치가 공용되기 전에 미리 균일하게 전사되거나, 또는 화상 기록 장치가 공용 초기에 미립자 공급 수단에 의해서 화상 캐리어 상에 미립자가 공급되도록 하면 좋다. 어떤 경우이든, 적어도 화상 캐리어 의 표면이 소수화 처리된 미립자에 대해 친화성이 높은 재료로 미리 도포되어야 한다.
또한, 미립자 공급 수단은 화상 캐리어로부터 전사된 미립자를 기록 매체 등에 토너와 함께 적절히 공급하여, 화상이 형성될 때는 언제나 거의 균일하게 화상 캐리어 상에 미립자를 부착시키는 것이 바람직하다. 화상 캐리어에 미립자를 전사하기 위한 수단으로는 다양한 형태가 채용될 수 있다. 예를 들면, 현상 기기와 같은 구성을 갖고 유색 토너 대신에 분말 미립자를 수용하는 수단이나, 또는 토너와 분말 모두를 포함한 현상제를 수용하며 상기 미립자 공급 수단과 현상 기기 모두로서 기능하는 수단이 채용될 수 있다. 상기 미립자 공급 수단 및 현상 기기 모두로서 기능하는 수단은 잠상 형성 및 토너 전사 전에, 어떠한 잠상도 형성되지 않은 상태에서 균일하게 분말을 전사할 수 있다. 또한, 이 수단은 현상제에 포함된 미립자를 토너와 함께 잠상 캐리어에 동시에 전사하여, 미립자의 균일층을 형성 및 유지할 수 있다. 한편, 현상 기기와 같은 구성을 갖는 상술한 수단 이외에, 미립자를 화상 캐리어의 표면에 전기적으로 부착시키는 방법으로서, 미립자를 클라우드 형상으로 분산시켜서 전계력에 의해서 화상 캐리어의 표면에 부착시키는 방법이 있다. 미립자를 클라우드 형상으로 분산시켜서 이 미립자를 화상 캐리어의 표면에 부착시키는 수단으로서, 예를 들면 기계적인 진동, 공기, 초음파 또는 교번 전계를 사용하는 방법이나, 롤, 브러시, 웹 또는 페인트브러시 같은 것에 미립자를 부착해서 이것을 회전, 진동 또는 이동시키는 방법이 사용된다. 또한, 회전식 브러시, 입자 형상이 자기에 의해서 이삭 모양으로 연결되는 자기 브러시, 유연한 탄성체로 이루어진 롤, 펠트(felt), 페인트브러시 등에 의해서 기계적으로 분말을 마찰시킬 수 있다. 이러한 기계적인 방법은 상술된 전기적 방법과 함께 사용된다.
미립자 평활화 수단은 미립자 공급 수단과는 별도로 마련된다. 미립자 공급 수단으로부터 화상 캐리어로 공급된 미립자가 항상 균일하지는 않다. 또한, 미립자는 시간에 경과함에 따라 축적되는 경향을 갖는다. 이 경우, 미립자 평활화 수단은 유효한 것이다. 미립자 평활화 수단으로는 다양한 형태가 채용될 수 있다. 회전식 브러시, 회전식 롤, 순환식 벨트 등이 바람직하다. 특히, 회전식 브러시, 회전식 롤 또는 순환식 벨트가 도전성이며, 체적 저항률이 106Ωcm 내지 1013Ωcm의 범위이고, -1000V 내지 +1000V 범위의 바이어스 전압이 회전식 브러시, 회전식 롤 또는 순환식 벨트에 인가되고, 동시에 이 회전식 브러시, 회전식 롤 또는 순환식 벨트는 화상 캐리어와 속도차를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 화상 캐리어 상에 공급된 입자 중 응집된 것을 풀어서 평활화시킬 수 있다. 메키니즘을 잘 이해하지는 못했지만, 화상 캐리어 상의 미립자가 떨어지는 부분이 있으면, 미립자가 그 부분에 공급되고, 화상 캐리어 상의 미립자에 대해 친화력이 높은 재료가 우선적으로 미립자를 당긴다. 따라서, 미립자 층이 쉽게 회복되는 효과가 있다.
또한, 그 외의 수단이 어떤 별도의 미립자 평활화 수단을 제공하지 않고도 미립자 평활화 수단으로서 사용될 수도 있다. 미립자 평활화 수단으로서 사용될 수 있는 장치나 공정으로서는, 클리닝, 일시적 클리닝, 접촉-대전, 접촉-전사 등을 위한 장치가 있다. 이 경우, 장치는 그 원 공정과 같은 시간에 또는 다른 시간에 미립자 평활화기로서 사용될 수 있다. 이 경우, 상술한 바로부터 화상 캐리어와의 속도차가 각 경우에 효과적임이 분명하다. 또한, 화상 캐리어들 사이, 예를 들면 감광체와 중간 전사체의 사이 등에서 속도차가 있으면, 화상 캐리어는 미립자 평활화기와 같은 방식으로 기능한다. 미립자 평활화 수단으로서 다른 부재를 사용하여 장치 구성의 간략화 면에서 큰 장점을 갖게 된다.
미립자 평활화 수단의 다른 형태로서는, 연마성 미립자가 상술한 미립자와 별개로 공급되는 방법이 있다. 연마성 미립자로서는, 상술한 미립자와 마찬가지로 토너보다 입경이 작은 것이 사용될 수 있지만, 연마성 미립자의 형상이 부정형이거나, 또는 그 표면이 평활하지 않은 것이 바람직하다. 상술한 미립자 평활화 수단은 또한 연마성 미립자를 공급하는 수단으로서 사용될 수 있다. 그러나, 그 평활화 능력이 높아서 연마성 미립자의 과도한 공급은 화상 형성 수단의 표면을 손상시키기 때문에, 통상 토너에 대하여 0.01~1.0%의 중량비로 공급하는 것이 바람직하다. 연마성 미립자를 공급하기 위한 방법에서는 상술한 미립자에서와 마찬가지로 독립적인 공급 수단이 제공되거나, 또는 연마성 미립자가 현상제에 포함되어도 좋다.
상술한 미립자의 속성에 있어서는, 체적 저항율이 1×108Ωcm 내지 1×1014Ωcm 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 이러한 조건을 만족하는 입자를 사용하여, 화상 캐리어와 미립자간의 부착력이 저하하더라도, 화상 캐리어로부터 기록 매체에 정전기적으로 전사된 미립자의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서, 미립자 층의 유지성이 향상되어, 양호한 전사성을 안정적으로 얻을 수 있다. 이러한 양호한 결과가 얻어질 수 있는 이유를 이하에 설명한다. 상술한 미립자는 토너와 화상 캐리어 사이에 배치되어, 이들간의 접착력을 감소시킬 수 있다. 따라서, 미립자는 전사 효율을 향상시키는 효과가 있다. 토너 화상이 전사된 후, 미립자의 대부분은 화상 캐리어 상에 남게 된다. 그러나, 미립자의 일부는 토너 화상이 전사될 때에 토너와 함께 전사된다. 이 경향은 화상 캐리어에 부착되는 미립자의 체적 저항률과의 상관관계이다. 즉, 체적 저항률이 높은 미립자는, 토너 화상이 전사될 때 토너와 함께 전사되기 쉽다. 반대로, 제적 저항률이 낮은 입자는 화상 캐리어에 남기 쉽다. 이것은 미립자의 대전성으로 인한 것이다. 화상 캐리어의 표면에 부착된 미립자의 체적 저항률이 높으면, 미립자는 화상 캐리어가 대전되는 공정에서 용이하게 대전된다. 예를 들면, 화상 캐리어의 대전 극성이 마이너스이면, 미립자는 마이너스로 대전된다. 이때, 미립자의 전하에 의한 전위는 화상 캐리어의 전위보다 낮다. 그러나, 어느 정도의 체적 저항률 때문에 화상 캐리어의 전위의 수 퍼센티지 내지 수십 퍼센티지로 된다. 이와 같이 화상 캐리어의 대전 극성과 같은 극성으로 대전한 미립자는 전사 공정에서 역 극성의 전사 전계를 받으면, 미립자의 일부가 정전기력(쿨롬력)에 의해 토너와 함께 전사된다. 따라서, 미립자의 체적 저항률이 낮으면, 즉 체적 저항률이 약 1×1014Ωcm 이하이면, 불필요한 대전이 방지되어, 미립자가 전사시에 쿨롬력에 의해서 화상 캐리어의 표면으로부터 전사되는 것이 방지된다. 따라서, 화상 캐리어 상의 미립자 층이 유지될 수 있다. 반면, 미립자의 체적 저항률이 1×108Ωcm 이하이면, 화상 캐리어상의 미립자를 통하여 전하가 이동한다. 따라서, 화상 캐리어가 감광체이면, 정전 잠상이 불선명(화상이 흐릿해짐)해지는 결함이 생긴다.
화상 캐리어 상의 미립자의 두께는 3㎛ 이하이고, 미립자 층은 약 1 내지 5개의 층으로 구성되면 바람직하다. 이 두께가 증가하면, 미립자 층은 전사 농도의 불균일로 인해 불균일화되기 쉽다. 평탄한 층이 형성되더라도, 전사 전계가 미립자 층에 의해서 약화되어, 전사율 저하의 원인이 된다.
연마성 미립자와는 반대로, 구형 또는 표면이 평활한 볼록 형상부가 미립자의 형상으로서 채용될 수 있다. 이로써 상기 형상이 쉽게 균일한 미립자 층을 만들 수 있기 때문에, 즉 화상 캐리어와 미립자간의 접촉이 쉽게 균일화되고, 이렇게 형성된 미립자 층과 토너간의 접촉이 쉽게 균일화되기 때문에, 전사율이 균일화된다.
전사율을 향상시키기 위하여 미립자 층에 대하여, 임의의 토너 형상 및 임의의 토너 입경이 사용될 수 있지만, 구형(spherical) 토너가 더 바람직하다. 구형 토너는 토너의 부착력이 매우 낮아서, 균일하기 때문에, 전사율이 매우 높다. 따라서, 클리너가 생략될 수 있다.
본 발명을 보다 효과적으로 작업하기 위한 다른 형태로서는, 소수화 처리를 실시한 미립자에 대해 친화성이 높은 재료로 구성되며, 그 위에 상기 소수화 처리가 실시된 미립자를 갖는 화상 캐리어 표면의 순수 물에 대한 접촉각을 100°이하, 바람직하게는 90°이하로 한 것이 있다. 종래의 시스템, 예를 들면 JP-A-8-152786에서는, 클리닝 장치를 생략할 수 있기 위해서는, 감광체 표면의 접촉각을 90°이상으로 하는 것이 필요하다. 접촉각이 크면 표면 에너지가 감소하게 된다. 따라서, 토너를 부착하는데 어려움이 있다. 그 결과, 전사율이 향상되어서 이치에 맞게 된다. 한편, 본 발명자가 예의 검토한 결과, 접촉각이 100°이상이면, 초기 전사율이 사실상 양호하지만, 그 유지성이 양호하지 않음이 판명되었으며, 그 이유는 잘 알려진 것이 아니다. 반대로, 접촉각이 100°이하이면, 초기 전사율과 그 유지성이 매우 양호한데, 특히 접촉각이 90°이하이면, 이들은 특히 양호하다. 화상 캐리어가 100°이상의 접촉각을 갖으면, 화상 캐리어와 미립자와의 부착력은 약화되어 쉽게 떨어진다. 본 발명에 따른 화상 캐리어로서는, 화상 캐리어가 소수화 처리를 실시한 미립자를 표면에 갖고, 상기 미립자를 표면에 갖는 화상 캐리어의 접촉각이 100°이하, 바람직하게는 90°이하인 것을 사용할 수 있다.
본 발명을 작업하기 위한 다른 형태로서는, 미립자와의 친화성이 있는 재료로 피복되기 전의 화상 캐리어의 표면이 수지층을 갖고, 또한 이 화상 캐리어의 기판이 탄성을 갖는 것이 있다. 미립자와의 친화성을 갖는 재료는 더 강고하고 더 안정적으로 고착되기 때문에, 그 전사율의 유지성이 보다 양호하게 된다. 이 경우, 화상 캐리어의 기판은 JISA 경도에서 30°이하로 설정되면 좋다. 토너와 화상 캐리어간의 부착력은 향상되어, 토너가 화상 캐리어에 전사될 때뿐만 아니라 토너가 화상 캐리어로부터 전사될 때(예를 들면, 토너가 중간 전사체로서 감광체로부터 전사될 때), 전사 효율이 향상된다. 또한, 화상 캐리어의 기판의 미소 경도가 20°내지 60°의 범위에 있어도 유사한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 미소 경도를 측정하기 위한 미소 경도계는 종래의 ASKER-C 고무 경도계 등에 의해서 측정될 수 없는 소형, 박형, 연질의 고무 부품의 경도를 측정하기 위해 작성된다. 이 미소 경도계의 측정된 값은 종래의 경도 측정값에 비해서 미소 측정 부위 표면 근방의 경도 정도를 갖는다. 이러한 종류의 측정기로서는 고분자 계기 주식회사 제의 "마이크로 경도계(MD-1형)"가 있다. 이 MD-1 경도계는 본 발명에서 미소 경도계로서 사용된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 관해서 설명하기로 한다.
(실시예 1)
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 화상 기록 장치를 나타낸다.
이 화상 기록 장치는 감광체 드럼(101), 대전기(102), 미립자 공급 장치(103), 화상 기입 장치(104), 현상 장치(105), 전사 대전기(106), 박리용 대전기(107), 반송 벨트(110) 및 제전용(destaticizing) 노광 장치(108)를 갖는다. 감광체 드럼(101)은 균일하게 대전한 후에 화상 광을 조사함으로써 표면에 정전 잠상을 형성하는 화상 캐리어이다. 대전기(102)는 감광체 드럼(101)의 외주에 배치된다. 이 대전기(102)는 감광체 드럼(101)의 표면을 소정의 전위로 대전하는 대전 수단이다. 미립자 공급 장치(103)는 감광체 드럼(101)의 표면에 광투과성의 미립자를 균일하게 공급한다. 화상 기입 장치(104)는 화상 데이터에 기초하여 감광체 드럼(101)의 표면에 화상 광을 조사하여 정전 잠상을 형성한다. 현상 장치(105)는 정전 잠상에 토너를 선택적으로 전이시켜 이 정전 잠상을 가시화한다. 전사 대전기(106)는 용지 가이드(109)로부터 공급된 기록 매체로서의 용지에 감광체 드럼(101)의 표면의 토너 화상을 전사한다. 박리용 대전기(107)는 토너 화상이 전사된 용지를 감광체 드럼(101)의 표면으로부터 박리한다. 반송 벨트(110)는 박리된 용지를 도시하지 않은 정착 장치로 반송한다. 제전용 노광 장치(108)는 용지가 박리된 후의 감광체 드럼(101)의 표면을 제전한다.
감광체 드럼(101)은 도시하지 않은 구동수단에 의해 화살표 방향으로 소정의 속도로 회전 구동하도록 배치되어 있다. 이 감광체 드럼(101)으로는 각종의 감광체층을 갖는 드럼이 사용된다. 예를 들면, 유기 광 도전체(OPC)로 형성된 감광체층을 갖는 드럼이 이용된다.
상기 감광체 드럼(101)의 표면은 토너보다 작은 입경인 미립자와의 친화성이 높은 재료로 구성되어 있고, 그 표면은 소수화(hydrophobic) 처리된다. 도 3a 내지 3d에 나타낸 바와 같이, 상기 감광체 드럼(101)의 표면에는 소수화 처리된 미립자로 된 층이 균일하게 형성된다.
소수화 처리를 실시한 미립자와의 친화성이 높은 재료로서는, 예를 들면 소수화 처리제가 사용된다. 이 소수화 처리제로서는, 150℃ 이하의 온도에서 비등하거나 또는 150℃ 이하의 온도에서 가수 분해되는 재료가 바람직하다. 이와 같은 재료를 이용함으로써, 상온을 포함한 100℃ 이하의 비교적 저온에서 화상 캐리어의 표면에 처리를 행하는 것이 가능하게 되어서, 표면 처리 공정에서의 가열에 의해서 고무 재료의 열 변형이나 계면 박리 등을 방지할 수 있다. 이러한 계면 박리는 다층 구성의 감광체층의 열팽창 계수의 차이에 기인한다. 그 결과, 화상 캐리어나 중간 전사체를 구성하는 소정의 재료에 대한 처리를 실시할 수 있다.
이러한 속성을 충족하는 재료의 예로는, 헥사메틸디실라진(SP값 6.5, 비등점 126℃), 트리메틸메톡시실란(SP값 6.7, 비등점 57℃), 메틸트리메톡시실란(SP값 7.3, 비등점 102℃), 트리에틸클로로실란(SP값 7.8, 비등점 145℃), 트리메틸브롬실란(SP값 7.8, 비등점 80℃) 등이 포함될 수 있다.
상기 감광체 드럼(101)의 표면에, 예를 들면 소수화 처리제의 용액을 도포함으로써, 감광체 드럼(101)의 표면이 소수화 처리를 실시한 미립자와의 친화성이 높은 재료로 형성된다. 감광체 드럼(101)의 표면에는, 일반적으로 -C=O, -OH, -COOH 등의 활성기가 존재한다. 이 활성기는 상기 활성기와의 커플링 기능을 갖는 소수화 처리제와 용이하게 반응하여, 감광체 드럼(101)의 표면에 소수기가 형성된다.
한편, 소수화 처리를 받은 미립자의 예로는 SiO2, TiO2 등이 있다. 소수 실리카 미립자의 예로는, 실리콘 테트라클로라이드 등의 휘발성 실리콘 화합물을 원료로서 사용함으로써 기체 상태에서 연소 가수 분해에 의해 얻어진 퓸(fumed) 실리카를 메틸디클로로실란 같은 오거노클로로실란 또는 폴리디메틸실록산 같은 오거노실록산으로 처리하여 표면상의 실라노기가 봉쇄되도록 하는 방식으로 생성된 높은 소수화 실리카 미립자나, 아크로(arc furnace)로부터 증발하는 연소 실리콘 모노사이드에 의해서 얻어진 아크 실리카 미립자, 상기 표면 상의 실라놀기가 헥사메틸디실라진 등에 의해서 봉쇄되도록 하는 방식으로 생성된 소수화 실리카 미립자가 있다.
실란, 티타네이트, 알루미늄, 지르코늄 알루미네이트 등의 각종의 커플링제, 또는 실리콘 오일 등의 산화티타늄 미립자의 표면을 소수화하기 위한 처리제의 종류를 변경하거나, 또는 처리제의 첨가량을 적당히 조정하면 좋다.
또한, 소수화 처리된 미립자로서는, 상술한 미립자 외에도 알루미나, 탄화 칼슘, 탄화 마그네슘, 인산 칼슘, 산화 세륨 등이 사용될 수도 있다.
감광체 드럼(101)의 표면 형성 재료가 소수화 처리를 받은 미립자와의 친화성이 높은 가의 여부는, 예를 들면 SP값에 의해서 판단된다. 서로간에 가까운 SP값을 갖는 재료가 서로간에 높은 친화성을 갖음이 판명되었다. 미립자용의 소수화 처리제와 감광체 드럼(101)의 표면 상에 제공된 재료간의 SP값의 차가 1.1 이내이면, 감광체 드럼(101)의 표면과 미립자는 서로 양호하게 밀착 접촉된다. 따라서, 전사율 및 그 유지성이 후술하는 바와 같이 양호하게 된다.
소수화 처리받은 미립자로 된 층은, 예를 들면 감광체 드럼(101)이 제조될 때 감광체 드럼(101)의 표면 상에 균일하게 형성된다. 그러나, 상술한 제한이 없다면, 소수화 처리받은 미립자로 된 층은, 화상 형성 공정 전에 감광체 드럼(101)의 표면 상에 균일하게 형성될 수 있다.
다음에, 감광체 드럼(101)이 제조시에, 소수화 처리받은 미립자로 된 층이 소수화 처리제로서 헥사메틸디실라진을 이용함으로써 균일하게 형성되는 예에 대하여 설명하기로 한다.
미리 헥사메틸디실라진으로 표면 처리를 받아서 그 표면 상에 (CH3)3Si-기를 갖고 150nm의 평균 입경을 갖는 구형 실리카 분말(미립자)의 1중량부를 헥사메틸디 실라진 용매의 100중량부에 혼합하여 섞는다. 실리카 분말 및 헥사메틸디실라진 용매는 (CH3)3Si-기를 공통으로 갖는다. 따라서, 실리카 분말 및 헥사메틸디실라진 용매는 높은 양립성을 갖아서, 이들이 용이하게 분산된다. 따라서, 어떠한 침전물도 생기지 않아서, 용액 제조 및 도포 작업이 용이화된다.
이 용액은 롤러 코터(coater)에 의해서 감광체 드럼(101) 상에 도포되고, 온도 22℃, 습도 55%로 5시간 동안 공기 건조시키고, 건조로에서 100℃로 1시간 동안 열처리를 행한다. 이 공기 건조 및 열처리 동안, 용매로서의 헥사메틸디실라진이 공기중의 수분과 반응하여 가수 분해되고, 감광체 드럼(101) 상의 표면층의 재료에 포함된 활성기와 반응하여 상기 표면층 내에 (CH3)3Si-기를 형성한다. 따라서, 실리콘 분말과 감광체 드럼(101)의 표면은 용액 상태에서와 함께 고체층 상태에서 공통의 화학종을 갖는다. 그 결과, 접착성이 높은 박층을 형성할 수 있게 된다.
이와 같이 구성된 감광체 드럼(101)의 표면을 균일하게 대전시키는 대전기(102)는 전극 와이어에 높은 전압을 인가하여, 상기 전극 와이어와 감광체 드럼(101)간에 코로나 방전을 발생함으로써, 감광체 드럼(101)의 표면이 균일하게 대전된다. 단, 대전 롤, 대전 블레이드, 대전 막 같은 접촉식 대전기가 대전기(102)로서 사용될 수 있다.
화상 기입 장치(104)는 형성되는 이미지의 폭 방향으로 배치된 다수의 발광 장치(LED)를 갖는다. 상기 발광 장치는 화상 신호에 기초하여 점멸하여 회전 구동되는 감광체 드럼(101) 상에 화상 노출을 수행한다. 화상 기입 장치(104)로서, 레 이저빔이 감광체 드럼(101)을 주사하는 동안 화상 신호에 기초하여 점멸해서, 그 위에 화상 노광을 수행할 수 있음은 물론이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 현상 장치(105)는 현상 장치 하우징(138) 내에 원통형의 현상 롤(131) 및 현상제 규제 부재(132)를 갖는다. 이 현상 롤(131)은 감광체 드럼(101)과 근접하여 대향하도록 배치된다. 현상제 규제 부재(132)는 현상 롤(131)상의 현상제량을 규제한다. 현상 롤(131)은 자석 롤(140) 및 비자기성의 중공 원통 형상의 현상 슬리브(139)로 구성된다. 자석 롤(140)은 그 주위 방향으로 복수의 자극을 갖는다. 현상 슬리브(139)는 자석 롤(140) 주위에 회전가능하게 지지된다. 캐리어와 토너로 구성된 현상제는 현상제 슬리브(139)의 외주로 자기적으로 흡수하여 반송한다.
또한, 현상제를 현상 롤(131)에 공급하기 위한 패들(133)은 현상 롤(131)의 배면측에 형성되고, 제 1 교반실(136) 및 제 2 교반실(137)이 또한 상기 패들(133)의 배면측에 형성된다. 제 1 및 제 2 교반실(136, 137)에는 각각 현상제를 교반하면서 현상 롤(131)의 축 방향으로 현상제를 반송하는 제 1 오거(auger: 134) 및 제 2 오거(135)가 설치된다. 상기 현상 장치(105)에서 사용되는 현상제로서, 자기 캐리어 및 토너의 혼합물이 사용된다. 또한, 외부 첨가제가 상기 토너에 첨가될 수 있다. 단, 거의 구형 형상의 토너가 상기 토너로서 사용되는 것이 바람직하다.
미립자 공급 장치(103)는 현상 장치와 동일한 구성을 갖는다. 그러나, 미립자 공급 장치(103)의 내부에는 상기 현상제 대신에 자기 케리어와 광투과성 미립자를 혼합한 미립자 공급제가 수용되어 있다. 감광체 드럼(101)의 표면에 초기적으 로 미립자로 된 층을 형성했을 때, 상기 미립자 공급 장치(103)는 화상 형성 동작의 초기 단계에 상기 감광체 드럼(101)의 표면에 미립자를 균일하게 공급하여, 미립자로 된 층을 형성하기 위해 사용된다. 반면, 감광체 드럼(101)의 표면 상에 초기적으로 미립자로 된 층을 형성했을 때, 상기 미립자 공급 장치(103)는 화상 형성 공정에서 감광체 드럼(101)의 표면으로부터 떨어진 미립자를 공급하기 위해 사용된다.
미립자 공급 장치(103)에 의해 공급된 미립자로서는, 상술한 바와 같이 감광체 드럼(101)의 표면 상에 미립자로 된 층이 형성될 때와 같은 것이 사용된다. 즉, 미립자로서는, 예를 들면 미리 헥사메틸디실라진으로 표면 처리하여, 그 표면 상에 (CH3)3Si-기를 갖고 평균 입경이 150nm인 구형의 실리카 분말이 사용된다.
감광체 드럼(101)이 화상 캐리어로서 사용되면, 상술된 미립자는 감광체 드럼(101)의 표면 상에 균일하게 층으로 형성된다. 이 미립자는 화상 노광에 의해서 정전 잠상을 형성하기에 충분히 양호한 광투과성을 갖을 필요가 있다. 미립자가 광투과성 재료로 형성되면, 다음의 방법으로도 정밀한 잠상이 형성될 수 있다. 즉, 감광체 드럼(101)의 표면 상에 미립자로 된 균일한 층을 형성한 후, 감광체 드럼(101)의 표면을 균일하게 대전하고, 미립자로 된 층 위로부터 화상 광을 조사한다. 따라서, 토너의 부착에 의해서 가시화된 화상은 선명하게 된다. 이 경우, 광투과성은 화상 노광을 행할 때의 파장의 광에 대한 실효적인 투과성이 포함된다. 즉, 미립자의 입경이 화상을 노광하기 위한 광 파장의 1/2 이하이면, 미립자가 그 재료 구조의 관점에서 불투명해도, 미립자는 노광 장해를 일으키지 않는다. 이러한 미립자는 본 발명에서 언급되는 광투과성 미립자에 포함된다.
상술한 구조에서, 본 실시예에 따른 화상 기록 장치에서는, 다음의 방식을 통해 토너 화상을 기록 시트 또는 중간 전사체에 전사할 때의 전사 효율을 대폭적으로 향상시켜서, 회수/폐기되는 토너를 저감시키는 것, 또는 이와 더불어 클리닝 장치를 필요로 하지 않거나 간단화 시킬 수 있는 것, 폐기되는 토너의 발생을 최상으로 방지하는 것 및, 장시간 동안 안정하게 높은 전사 효율을 유지하는 것이 가능하게 된다.
즉, 본 실시예에 따른 화상 기록 장치에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 감광체 드럼(101)이 화살표 방향을 따라 소정의 속도(예를 들면, 160mm/s의 주변 속도)로 회전 구동된다. 감광체 드럼(101)의 표면은 대전기(102)에 의해서 소정의 극성 및 소정의 전위(예를 들면, -550V)를 갖도록 균일하게 대전된다. 대전 전 또는 후에, 미립자는 미립자 공급 장치(103)에 의해서 감광체 드럼(101)의 표면에 균일하게 공급된다. 미립자 공급 장치(103)에 있는 미립자 공급제 보유 롤의 표면 상에는, 자석 롤의 자기력에 의해서 캐리어의 자기 브러시가 형성된다. 캐리어에는 구형 실리카 분말 등으로 형성된 미립자가 부착된다. 이 후, 자기 브러시가 감광체 드럼(101)의 표면에 접촉하여, 그 표면에 미립자를 마찰시킨다. 따라서, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 감광체 드럼(101)의 표면 상에는 거의 균일한 미립자 층이 형성된다. 이 때, 미립자의 입경은 매우 작아서, 미립자가 대전되는 대전 전하량도 작게 된다. 따라서, 정전기력이 지배적으로 작용하지 않는다.
그러나, 감광체 드럼(101)의 표면은 소수화 처리를 받은 미립자와의 친화성이 높은 재료로 형성되며, 반면 이 미립자는 소수화 처리를 받아서, 소수화 기가 미립자의 표면 상에 존재하게 된다. 따라서, 서로간에 높은 친화성을 갖는 상기 소수화기가 반데르발스력(van der Waals force) 등으로 인해 서로 끌린다. 따라서, 감광체 드럼(101)의 표면 상에는 미립자가 안전하게 유지된다.
다음에, 화상 기입 장치(104)의 대향 위치에서는, 도 3b에 나타낸 바와 같이 미립자 층의 위로부터 화상 광이 조사된다. 사용되는 미립자는 광을 투과시켜서, 감광체 드럼(101)의 감광층의 전하가 노광에 의해서 감소된다. 따라서, 잠상이 정전기 전위차에 따라 형성된다. 이 잠상은 현상 장치(105)에 대향하는 위치로 이동된다. 현상 롤(131)로부터 전사된 토너(113)는 도 3c에 나타낸 바와 같이 미립자 층상에 겹쳐서 부착된다. 따라서, 잠상이 가시화된다. 이에 따라 형성된 토너 화상은 도 3d에 나타낸 바와 같이 전사 장치(106)에 의해서 기록 용지(114)에 전사된다. 토너(113)는 미립자 층(111)을 통해 감광체 드럼(101) 상에 부착되기 때문에, 토너와 감광체 드럼(101) 사이의 반데르발스력 같은 비-정전성 부착력이 약화된다. 따라서, 토너(113)가 전사 장치(106)에 의해 발생된 전계에 의해 용이하게 이탈하여, 기록 용지(114)에 전사된다.
상기한 방식으로 기록 용지에 토너 화상을 전사한 후, 미립자 층(111)은 감광체 드럼(101) 상에 남게 된다. 이 화상 기록 장치에서는, 클리닝 장치가 제공되지 않는다. 미립자 층(111)이 감광체 드럼(101) 상에 유지됨에 따라 다음의 화상 형성 단계가 개시된다. 이 후, 미립자는 미립자 공급 장치(103)로부터 전사되어, 토너 화상이 전사될 때 기록 용지로 전사된 입자를 공급한다. 한편, 잔류 토너는 토너 전사율이 100%이면 생기지만, 실제로는 감광체 드럼(101) 상에 적은 양의 토너가 남게 된다. 다음의 화상 형성 공정에서는, 상기 잔류 토너가 일부는 미립자 공급 장치(103)에 의해서 회수되며, 일부는 현상 장치(105)에 의해서 회수된다. 또한, 잔류 토너가 일부는 감광체 드럼(101) 상에 유지되면서 전사 위치에 도달하여, 다음 화상과 함께 기록 용지에 전사된다.
또한, 이러한 장치에서 전사 대전기(106)의 하류측에는 일시적인 클리닝 장치나 클리닝 장치가 설치된다. 그러나, 이 경우 감광체 드럼(101) 상의 모든 미립자가 회수되면, 다량의 회수된 미립자가 생긴다. 따라서, 새로운 미립자를 공급할 필요가 있다. 따라서, 클리닝 장치로는 미립자 층을 유지하면서 토너만을 회수할 수 있는 장치, 예를 들면 전기적인 힘에 의해서 토너만을 회수하는 장치나 브러시 등의 약한 힘으로 토너만을 회수하는 장치를 채용할 필요가 있다.
일시적인 클리닝 장치 또는 클리닝 장치로서는, 예를 들면 회전가능한 롤 또는 순환식 벨트가 사용된다. 이 회선가능한 홀 또는 순환식 벨트는 106Ωcm 내지 1013Ωcm 범위의 체적 저항률로 도전성을 갖는다. 회전가능한 브러시 또는 순환식 벨트에는 -1000V 내지 +1000V 범위의 바이어스 전압이 인가된다. 회전가능한 브러시나 순환식 벨트는 감광체 드럼(101)과 속도차를 갖도록 구성된다.
예 1
다음에, 본 발명자는 도 1에 나타낸 바와 같은 화상 기록 장치를 제조하여, 초기적인 토너 화상 전사율로서의 초기 전사 잔류 농도와, 1만번 전사 후의 전사 잔류 농도를 조사하여 실험을 행하였다. OPC 감광체 상에 헥사메틸디실라진 용액 중에 0.15㎛의 실리카 미립자를 분산시켜 도포한 화상 캐리어를 사용한다. 미립자 층의 두께는 0.5㎛이고, 구형 미립자가 사용된다. 부정형의 실리카 미립자를 사용하여 마찬가지의 실험을 행하였다.
그 결과, 구형의 미립자를 사용한 경우에는, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사 후의 전사 잔류 농도는, 각각 0.01 및 0.04로서 매우 낮아서 만족된다. 한편, 부정형의 입자가 사용되면, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 후의 전사 잔류 농도는 각각 0.03 및 0.05로서 만족된다. 그러나, 구형의 미립자는 초기 성능이 특히 더 바람직함이 판명되었다.
(실시예 2)
도 4는 본 발명의 실시예 2를 나타낸다. 실시예 2에서는, 미립자 공급 수단은 실시예 1의 것과는 다르게 구성되어 있다.
삭제
실시예 2에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 화상 기록 장치에 제공된 미립자 공급 장치(103) 대신에 화상 캐리어(101)와 접촉하여 회전될 수 있는 브러시를 갖는 미립자 공급 장치(203)가 사용된다. 이 미립자 공급 장치(203)에서는, 미립자를 수용하기 위한 하우징(234)의 개구부에 회전 브러시(231)가 설치되고, 이 회전 브러시(231)의 배면에는 회전 브러시(231)에 미립자를 공급하기 위한 패들(232)이 설치되어 있다. 이 회전 브러시(231)가 화상 캐리어(101)와 접촉하는 부분에서 화상 캐리어(101)의 표면과 같은 방향으로 털끝이 이동하도록 회전 브러시(231)가 회전 구동된다. 회전 브러시(231)의 속도는 화상 캐리어(101)의 주변 속도보다 약간 높은 속도로 털끝이 이동하도록 이루어진다. 도 1에 나타낸 장치에서 사용되는 것과 같은 미립자, 즉 소수화 표면 처리받는 미립자는 미립자 공급 장치(203)에 수용된다. 혼합되는 캐리어는 없음에 유념한다. 상기 화상 기록 장치의 다른 구성, 즉 상기 화상 기록 장치에서 사용되는 화상 캐리어(101), 대전기(102), 화상 기입 장치(104), 현상 장치(105), 전사 대전기(106), 박리용 대전기(107), 용지 가이드(109) 및 반송 벨트(110)는 도 1에 나타낸 화상 기록 장치에 사용되는 것과 같다.
상기 화상 기록 장치에서는, 미립자 공급 장치(203)의 하우징(234)에 수용된 미립자가 패들(232)에 의해 회전 브러시(231)의 털끝 상에 뿌려져서 부착된다. 이 후, 미립자는 회전 브러시(231)와 평행하게 지지되는 봉(rod) 형상의 부재(233)와 접촉하여, 과잉 미립자가 털려서 떨어진다. 이 후, 미립자는 화상 캐리어(101)와의 접촉부로 반송된다. 이 접촉부에서, 회전 브러시(231)의 털끝은 화상 캐리어(101)의 표면에 마찰시켜서, 입자가 부착된다. 이 때, 미립자와 화상 캐리어(101) 사이에는 큰 전기력이 작용하지는 않지만, 입경이 매우 작아서, 비전기적인 접착력이 미립자 상에 강하에 작용한다. 따라서, 화상 캐리어(101)의 표면 상에 미립자가 부착되어 미립자 층을 형성한다. 이 후, 화상 캐리어(101)의 표면에는 상기 미립자 층 위로부터 화상 광이 조사되어, 도 1에 나타낸 화상 기록 장치와 마찬가지 방법으로 토너 화상이 형성되어 조사된다. 따라서, 높은 전사율을 얻을 수 있게 된다.
예 2
본 발명자는 도 4에 나타낸 바와 같이 미립자 공급 장치를 사용하여 도 1에서의 화상 기록 장치를 제조하여, 초기적인 토너 화상의 전사율로서의 초기 전사 잔류 농도와, 1만번 전사 후의 전사 잔류 농도를 조사하는 실험을 행하였다. OPC 감광체 상에 헥사메틸디실란진 용액중에 0.15㎛의 실리카 미립자를 분산시켜 도포한 화상 캐리어를 사용하였다. 또한, 미립자 공급 장치로서는, 표면이 오일 처리된 실리카 미립자(직경 50nm)를 감광체 드럼(101)의 표면에 공급하는 것을 사용하였다.
그 결과, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사 후의 전사 잔류 농도가 각각 0.03 및 0.05로서 매우 낮아서 만족된다.
예 3
또한, 본 발명자는 별도의 미립자 공급 장치를 구비하지 않고 미립자 공급 장치로서 작용하는 도 1의 현상 장치를 사용하는 화상 기록 장치를 제작하여, 초기적인 토너 화상 전사율로서의 초기 전사 잔류 농도와, 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도를 조사하는 실험을 행하였다. OPC 감광체 상에 헥사메틸디실라진 용액중에 0.15㎛의 실리카 미립자를 분산시켜 도포한 화상 캐리어를 사용하였다. 또한, 현상 장치의 현상제 중에 티타니아 미립자와 표면이 오일 처리된 실리카 미립자(직경 50nm)를 혼합한 것을 사용하였다. 또한, 표면이 오일 처리된 실리카 미립자는 입경이 50nm이고, 토너 중량비가 0.5wt%이고, 티타니아 미립자는 직경이 40nm이고, 토너 중량비가 0.35wt% 혼합된다.
그 결과, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도는 0.05이고, 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도는 0.04로 더 낮아진다. 따라서, 현상 장치의 현상제 중에 분산된 티나니아 미립자와 표면이 오일 처리된 실리카 미립자가 서서히 공급되어, 시간이 경과함에 따라 양호한 전사성이 얻어질 수 있다.
예 4
또한, 본 발명자는 도 4에 나타낸 미립자 공급 수단 이외에 도 4에 나타낸 미립자 공급 수단으로서 미립자를 수용하지 않는 것, 즉 미립자 평활화(smoothing) 수단으로서 기능하는 것을 구비한 도 1에 나타낸 화상 기록 장치를 제작하여, 초기적인 토너 화상 전사율로서의 초기 전사 잔류 농도와, 1만번 전사 후의 전사 잔류 농도를 조사하는 실험을 행하였다. OPC 감광체 상의 헥사메틸디실라진 용액중에 0.15㎛의 실리카 미립자를 분산시켜 도포한 화상 캐리어를 사용하였다. 또한, 도 4에 나타낸 미립자 공급 장치 내에 미립자를 수용하지 않는 것, 즉 미립자 평활화 수단으로서 기능하는 것을 사용하였다. 또한, OPC 감광체 상의 미립자로서는 표면이 오일 처리된 실리카 미립자(입경 50nm)를 공급한다. 미립자 평활화 수단의 브러시는 저항이 1010Ωcm이다. 이 브러시는 OPC 감광체보다 1.5배의 속도(주변 속도)로 회전된다. 또한, 미립자 평활화 수단의 브러시로서는, 저항이 106Ωcm, 1013Ωcm, 105Ωcm 및 1014Ωcm인 브러시를 사용하여 실험을 행하였다.
그 결과, 저항이 1010Ωcm인 브러시가 미립자 평활화 수단의 브러시로서 사용되면, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도는 각각 0.01 및 0.03으로 낮았다. 따라서, 시간이 경과함에 따라 양호한 전사성을 얻을 수 있음이 판명되었다. 또한, 저항이 106Ωcm 및 1013Ωcm인 브러시가 미립자 평활화 수단의 브러시로서 사용되면, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사 후의 전사 잔류 농도는 각각 0.01 및 0.03으로 낮았다. 따라서, 시간이 경과함에 따라 양호한 전사성을 얻을 수 있음이 판명되었다. 그러나, 저항이 105Ωcm 및 1014Ωcm인 브러시가 미립자 평활화 수단의 브러시로서 사용되면, 초기에 화상 결함이 생긴다. 따라서, 이 브러시는 적합하지 않음이 판명되었다.
예 5
본 발명자는 도 4에 나타낸 바와 같은 미립자 공급 장치 중 브러시 대신에 탄성 롤을 사용한 것을 이용한 도 1의 화상 기록 장치를 제작하여, 초기적인 토너 화상 전사율로서의 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사 후의 전사 잔류 농도를 조사하는 실험을 행하였다. OPC 감광체 상에 헥사메틸디실라진 용액중에 0.15㎛의 실리카 미립자를 분산시켜 도포한 화상 캐리어를 사용하였다. 또한, 미립자 공급 장치로서는 표면이 오일 처리된 실리카 미립자(직경 50nm)를 감광체 드럼(101)의 표면에 공급한 것을 사용하였다. 또한, 탄성 롤의 표면 재료로는 카본 분산에 기 초한 PVDF가 있고, 표면 재료의 저항은 1010Ωcm이다. 탄성 롤은 OPC 감광체보다 1.1배 높은 속도(주변 속도)로 회전된다. 또한, 미립자 평활화 수단의 롤로서는 저항이 106Ωcm, 1013Ωcm, 105Ωcm 및 1014Ωcm인 롤을 사용하여 실험을 행하였다.
그 결과, 저항이 1010Ωcm인 롤을 미립자 공급 장치의 롤로서 사용하면, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사 후의 전사 잔류 농도는 각각 0.02 및 0.05로 낮았다. 따라서, 시간이 경과함에 따라 양호한 전사성을 얻을 수 있음이 판명되었다. 또한, 저항이 106Ωcm 및 1013Ωcm인 롤이 미립자 공급 장치로서 사용되면, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사 후의 전사 잔류 농도는 각각 0.02 및 0.04으로 낮았다. 따라서, 시간이 경과함에 따라 양호한 전사성을 얻을 수 있음이 판명되었다. 그러나, 저항이 105Ωcm 및 1014Ωcm인 롤이 미립자 공급 장치의 롤로서 사용되면, 초기에 화상 결함이 생긴다. 따라서, 이 롤은 적합하지 않음이 판명되었다.
예 6
또한, 본 발명자는 도 4에 나타낸 미립자 공급 수단을 사용하지 않고 도 1에 나타낸 현상 장치의 현상제 중에 연마성 미립자를 넣은 것을 사용한 화상 기록 장치를 제작하여, 초기적인 토너 화상 전사율로서의 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도를 조사하여 실험을 행하였다. OPC 감광체 상에 헥사메틸디실라진 용액중에 0.15㎛의 실리카 미입자를 분산시켜 도포한 화상 캐리어를 사용하였다. 연마성 미립자로서 입경이 0.65㎛인 산화 세륨을(토너 중량비 0.5wt%) 현상제에 넣은 것을 사용하였다. 또한, OPC 감광체 상의 미립자로서는 표면이 오일 처리된 실리카 미립자(입경 50nm)를 공급한다. 또한, 토너 중에는 표면이 오일 처리된 실리카 미립자(입경 50nm)를 마찬가지로 토너 중량비 0.5wt%로 혼합하고, 티타니아 미립자(입경 40nm)를 토너 중량비 0.35wt%로 혼합한 것을 사용하였다.
그 결과, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도는 각각 0.01 및 0.02로 매우 낮았다. 따라서, 시간이 경과함에 따라 양호한 전사성이 얻어질 수 있음이 판명되었다.
(실시예 3)
도 5는 본 발명의 실시예 3을 나타낸다. 실시예 3에서, 화상 캐리어 상에 형성된 토너 화상은 기록 매체에 직접 전사되지 않는다. 상기 화상 캐리어 상에 순차 형성된 색이 다른 토너 화상을 중간 전사체 상에 서로 겹쳐놓은 상태에서 일차 전사가 수행된다. 이 후, 상기 중간 전사체 상에 전사된 토너 화상을 기록 매체 상에 일괄적으로 전사되도록 이차 전사가 수행된다.
이 화상 기록 장치는 풀-컬러 화상을 형성한다. 이 화상 형성 장치는 감광체 드럼(401), 대전기(402), 화상 기입 장치(404), 4개의 현상 장치(405Y, 405M, 405C 및 405K), 중간 전사 벨트(411) 등의 순환식 벨트, 전사 롤(406), 제 2 전사 롤(415) 및 반송 벨트(410)를 갖는다. 감광체 드럼(401)은 그 표면에 감광체 층을 갖는다. 대전기(402)는 감광체 드럼(401)을 균일하게 대전한다. 화상 기입 장치(404)는 상기 균일하게 대전된 감광체 드럼(401)에 화상 광을 조사하여, 감광체 드럼(401)의 표면 상에 정전 잠상을 형성한다. 현상 장치(405Y, 405M, 405C 및 405K)는 황색, 마젠타색(magenta), 시얀색(cyan) 및 흑색 현상제를 각각 수용한다. 중간 전사 벨트(411)는 감광성 드럼(401)과 접촉하면서 복수의 롤러(412, 413, 414 및 415)에 의해서 주회가능하게 놓인다. 전사 롤(406)은 감광체 드럼(401)의 표면 상에 형성된 토너 화상을 중간 전사 벨트(411)에 전사한다. 제 2 전사 롤(415)은 중간 전사 벨트(411) 상의 토너 화상을 용지 가이드(409)를 따라 반송된 기록 용지에 전사한다. 반송 벨트(410)는 토너 화상이 전사되는 기록 용지에 반송한다.
4개의 현상 장치(405Y, 405M, 405C 및 405K)는 회전 구동되는 하나의 기부(405a)에 의해서 지지된다. 현상 장치(405Y, 405M, 405C 및 405K)는 감광체 드럼(401)과 순차 적으로 근접하여 대향하도록 배치되어, 각 색에 대응하는 잠상에 토너를 전사하여 가시적 화상(토너 화상)을 형성한다. 다음의 현상제가 현상 장치에서 사용된다. 캐리어는 도 1에 나타낸 화상 기록 장치에서 사용되는 것과 같다. 토너는 동일한 바인더 및 동일한 평균 입경을 갖지만, 토너 각각에 대하여 안료가 다른 것이 사용된다. 또한, 외부 첨가제로서 50nm의 입경을 갖는 실리카 미분말이 사용되어, 토너에 대하여 피복률이 50%로 되도록 혼합된다.
중간 전사 벨트(411)는 폴리카르보네이트 수지 중에 카본 블랙을 분산한 것을 두께 135㎛의 순환식 벨트로 한 것이다. 중간 전사 벨트(411)의 전기 저항값은 108Ω 내지 109Ω의 범위에 있다. 중간 전사 벨트(411) 및 감광체 드럼(401)은 각 각 도면 중에 화살표로 나타낸 방향으로 160mm/s의 주변 속도로 구동된다. 이 부재들에는 어떠한 클리닝 장치로 제공되지 않는다.
이 화상 기록 장치는 감광체 드럼(401)의 초기 사이클을 황색 현상 장치용의 더미 모드로서 사용하고, 이 후 감광성 드럼(401) 상에 각 컬러의 토너 화상을 순차로 형성한다. 이 후, 토너 화상을 중간 전사 벨트(411) 상에 서로의 위에 겹쳐서 전사한다. 화상 기록 장치는 다음과 같이 동작한다. 감광체 드럼(401)은 회전 구동되어, 대전기(402)에 의해서 균일하게 대전된다. 이 후, 감광체 드럼(401)은 화상 노광을 행하지 않고 황색 현상 장치(405Y)에 대향하는 위치로 이동한다. 여기서, 실리카 미분말은 거의 균일하게 전사된다. 실리카 미분말로 된 표면은 실시예 1에서와 같은 방법으로 소수화 처리된다. 이 후, 상기 미립자 층 위로부터 화상 광을 감광체 드럼(401)에 조사하여, 잠상이 형성된다. 이 잠상은 황색 현상 장치(405Y)에 의해서 가시화되고, 토너 화상은 전사 롤(406)에 의해서 중간 전사 벨트(411) 상에 전사된다. 이 때, 토너 화상은 미립자 층 상에 형성되기 때문에, 토너 화상은 100%에 가까운 효율로 전사된다.
감광체 드럼(401)은 또한 시얀색, 마젠타색 및 흑색의 각 색에 대하여 대전기(402)에 의한 대전, 화상 광의 조사, 토너 화상의 형성, 중간 전사 벨트(411)로의 토너 화상의 전사 공정을 받는다. 따라서, 4색의 토너 화상이 서로의 위에 겹쳐진 풀-컬러의 화상이 중간 전사 벨트(411) 상에 형성된다. 이 풀-컬러의 토너 화상은 제 2 전사 롤(415)에 의해 일괄적으로 기록 용지에 전사된다. 따라서, 풀-컬러로 기록된 화상을 얻을 수 있다. 이러한 화상 기록 장치에서는, 어떠한 클리닝 장치를 구비하지 않으며 감광체 드럼(401) 상의 잔류 토너를 회수하지 않고도 양호한 풀-컬러의 화상을 형성할 수 있다.
또한, 이 장치에서는, 현상 장치(405Y, 405M, 405C 및 405K)로부터 감광체 드럼(401)으로 전사된 미립자의 일부가 중간 전사 벨트(411) 상에 전사되어, 이 중간 전사 벨트(411) 상에 미립자 층을 형성한다. 따라서, 중간 전사 벨트(411)로부터 기록 용지로의 전사 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나, 이 향상된 전송 효율이 만족스럽지 않다면, 중간 전사 벨트(411)의 표면 상에 미립자를 공급하는 미립자 공급 유닛이 제공될 수 있다. 또한, 이 경우 중간 전사 벨트(411)의 표면은 표면이 소수화 처리된 미립자와의 높은 친화성을 갖는 재료로 형성되어야 한다.
예 7
다음에, 도 5에 나타낸 바와 같은 화상 기록 장치를 제조하여, 초기적인 토너 화상 전사율로서의 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도를 조사하여 실험을 행하였다. 화상 형성 장치는 다음과 같은 속성을 갖는다.
감광체: OPC(φ84mm)
화상 기입 장치: 레이저 ROS(600dpi)
프로세스 속도: 160mm/s
잠상 전위: 배경부 -550V
화상부 -150V
현상 롤: 자석 고정 및 슬리브 회전 시스템
자석 자속 밀도: 500G(슬리브 상)
슬리브 직경: φ25mm
슬리브 회전 속도: 300mm/s
감광체와 현상 롤간의 간격(DRS): 0.5mm
현상제 규제 부재와 현상 롤간의 거리: 0.5mm
현상 바이어스: DC 성분 -500V
AC 성분 1.5kVp-p(8kHz)
토너: 폴리에스테르에 카본 블랙 분산 5wt%
토너 입경 7.5㎛
마찰 25μC/g
중간 전사 벨트: 폴리이미드에 카본 블랙 분산 135㎛
일차 전사 전압: 400V
이차 전사 전압: 2000V
중간 전사 벨트(411) 상에 헥사메틸디실라진 용액중에 0.15㎛의 실리카 미립자를 분산시켜 도포한 것을 사용하였다. 또한, 0.15㎛ 실리카 미립자는 SP값이 다른 또 다른 소수화 처리 용액 내에 분산되고, 이 용액은 각각 중간 전사 벨트(411) 상에 도포된다.
그 결과, 벨트 표면의 재료가 대전되면, 이 재료와 미립자 사이의 SP값의 차가 대전되었다. 이 후, SP값의 차가 0이 되면, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도는 각각 0.01 및 0.04로서 매우 낮아서 만족됨이 판명되었다. 또한, SP값의 차가 0.9 또는 1.1이 면, 초기 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도는 모두 0.01이었으며, 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도는 0.04 또는 0.05로서 매우 낮아서 만족됨이 판명되었다. 그러나, SP값의 차가 1.1을 넘어서 1.3에 이르면, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도는 0.01로 만족스럽지만, 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도는 0.10까지 증가된다. 따라서, 전사 효율이 저하되었음이 판명되었다.
그 이유는 다음과 같다. 벨트 표면의 재료와 미립자간의 SP값의 차가 커지면, 벨트 표면 상의 미립자의 유지성이 서서히 낮아져서, 벨트 표면 상의 미립자 층이 감소되었다. 따라서, 전사 효율이 저하되었다.
따라서, 화상 캐리어 또는 중간 전사체의 표면과 미립자간의 SP값의 차는 1.1 이하로 하는 것이, 높은 초기적인 토너 화상 전사율은 물론이고 높은 전사율을 장시간에 걸쳐서 유지하기 위해 필요함이 판명되었다.
예 8
다음에, 본 발명자는 도 5에 나타낸 바와 같이 화상 기록 장치를 제작하여, 미립자 층의 두께와 토너 화상 전사성간의 관계를 조사하여 실험을 행하였다.
입경이 0.15㎛인 실리카 미립자는 헥사메틸디실라진 용액에 분산되고, 이 용액은 중간 전사 벨트(411) 상에 도포되었다. 피복된 중간 전사 벨트(411)는 건조된다. 이 후, 최대 10㎛의 두께로 되도록 미립자 층의 두께가 다른 각종의 테스트 피스(piece)를 준비한다.
전사성을 평가하기 위한 조건은, 솔리드 화상을 용지 상에 약 6mg/cm2으로 되도록 현상하고, 이 때의 전사율과 30% 하프톤 화상의 전사 화질을 시각적으로 평가하였다. 간편화를 위하여, 중간 전사 벨트(411) 상에 남아 있는 토너를 테이프 상에 전사하고, 토너 농도를 전사율로서 측정하였다(테이프 농도는 제외함).
도 6은 상술한 실험의 결과를 나타낸다.
도 6으로부터 명백한 바와 같이, 전사 잔류 토너 농도를 설계 목표치인 0.06 이하로 억제하기 위해서는, 미립자 층의 두께가 3㎛ 이하인 것이 바람직하다.
(실시예 4)
도 7은 본 발명의 실시예 4를 나타낸다. 실시예 4에서는 색이 다른 토너 화상이 형성되는 복수의 화상 캐리어를 구비한다. 이 화상 캐리어 상에 형성되는 복수의 색의 토너 화상은 직접 기록 매체 상에 전사되지 않는다. 화상 캐리어 상에 순차 형성된 색이 다른 토너 화상 중, 2개의 화상 캐리어 상에 형성된 색이 다른 토너 화상이 제 1 일차 중간 전사체 상에 서로의 위에 겹친 상태에서 일차 전사를 행한다. 이와 동시에, 다른 2개의 화상 캐리어 상에 형성된 색이 다른 토너 화상이 제 2 일차 중간 전사체 상에 서로의 위에 겹친 상태에서 일차 전사를 행한다. 이 후, 제 1 및 제 2 일차 전사체 상에 서로 위에 겹쳐진 일차 전사 토너 화상이 이차 중간 전사체 상에 서로의 위에 겹쳐진 상태에서, 이차 전사를 행한다. 또한, 이차 중간 전사체 상에 서로의 위가 겹쳐진 이차 전사된 토너 화상이 기록 용지 상에 일괄적으로 삼차 전사된다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 화상 기록 장치의 주요 부분은, 황색(Y), 마젠타색(M), 시얀색(C) 및 흑색(K)용의 각 감광체 드럼(화상 캐리어)(11, 12, 13, 14)을 구비한 화상 형성 장치(1, 2, 3, 4), 이 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)과 각각 접촉하여 일차 대전시키는 대전 롤(접촉식 대전 유닛)(21, 22, 23, 24), 황색(Y), 마젠타색(M), 시얀색(C) 및 흑색(K)의 각 색용의 레이저 빔(31, 32, 33, 34)을 조사하기 위한 미도시된 ROS(노광 장치), 황색(Y), 마젠타색(M), 시얀색(C) 및 흑색(K)의 각 색의 토너로 감광체 드럼(11, 12, 13, 14) 상에 형성된 정전기 잠상을 현상하기 위한 현상 장치(41, 42, 43, 44), 4개의 감광체 드럼(11, 12, 13, 14) 중 2개의 감광체 드럼(11, 12)과 접촉하는 제 1 일차 중간 전사 드럼(중간 전사체)(51), 다른 2개의 감광체 드럼(13, 14)과 접촉하는 제 2 이차 중간 전사 드럼(중간 전사체)(52), 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)과 접촉하는 이차 중간 전사 드럼(중간 전사체)(53), 및 상기 이차 중간 전사 드럼(53)과 접촉하는 최종 전사 롤(전사 부재)(60)로 구성된다.
감광체 드럼(11, 12, 13, 14)은 공통 접평면 M을 갖도록 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)은 그 회전축이 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 축과 평행하며, 소정의 대칭면과 관련해서 면대칭의 관계를 갖을 수 있도록 배치되어 있다. 또한, 이차 중간 전사 드럼(53)은 그 회전축이 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 회전축과 평행하도록 배치되어 있다.
각 색마다 화상 정보에 응답하는 신호는 도시하지 않은 화상 처리 장치에 의해서 래스터라이즈되어, 도시하지 않는 레이저 광학 장치에 공급된다. 이 레이저 광학 장치에서는, 황색(Y), 마젠타색(M), 시얀색(C) 및 흑색(K)의 각 색의 레이저 빔(31, 32, 33, 34)이 각 색마다의 화상 정보에 기초하여 변조되어, 대응하는 레이저빔(31, 32, 33, 34)이 컬러 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)에 조사된다.
이 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 주위에서는, 공지된 전자 시진 시스템에 기초한 화상 형성 프로세스가 각 색마다 행하여진다. 우선, 예를 들면, 직경이 20mm인 OPC 감광체를 사용하는 감광체 드럼이 각 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)으로서 사용된다. 이 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)은, 예를 들면 후술되는 회전체의 구동 장치에 의해 95mm/sec의 표면 속도의 회전 속도로 회전 구동된다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 약 -840V의 DC 전압이 접촉식 대전 유닛으로서 대전 롤(12, 22, 32, 42)에 인가되어서, 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 표면이 예를 들면 -300V로 대전된다. 또한, 접촉식 대전 장치로서는, 회전식의 것, 필름식의 것, 브러시식의 것 등이 사용될 수 있지만, 임의의 타입의 대전 장치가 사용될 수도 있다. 본 실시예에서는, 근년, 전자 사진 장치에서 일반적으로 사용되는 대전 롤을 채용하였다. 또한, 본 실시예에서는 DC만을 인가하는 대전 시스템이 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 표면을 대전하기 위해 사용되지만, AC 및 DC를 인가하기 위한 대전 시스템이 사용될 수도 있다.
이 후, 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 표면에는 노광 장치로서 도시되지 않은 레이저 광학 장치에 의해서 황색(Y), 마젠타색(M), 시얀색(C) 및 흑색(K)의 각 색에 대응하는 레이저빔(31, 32, 33, 34)을 조사한다. 따라서, 각 색의 입력 화상 정보에 응답하는 정전 잠상이 형성된다. 이 정전 잠상이 레이저 광학 장치에 의해서 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)에 기입되면, 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 화상 노광부의 표면 전위가, 예를 들면 약 -60V 이하로 제전된다.
또한, 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 표면에 형성된 황색(Y), 마젠타색(M), 시얀색(C) 및 흑색(K)의 각 색들에 대응하는 정전 잠상은 대응하는 각 컬러 현상 장치(41, 42, 43, 44)에 의해서 현상된다. 따라서, 정전 잠상은 각 감광체 드럼(11, 12, 13, 14) 상에 황색(Y), 마젠타색(M), 시얀색(C) 및 흑색(K)의 각 색들의 잠상으로서 가시화된다.
본 실시예에서는 현상 장치(41, 42, 43, 44)에 자기 브러시 접촉식의 2개 성분의 현상 시스템이 적용되지만, 본 발명의 응용 범주는 상기 현상 시스템에 제한되지 않는다. 즉, 비접촉식 현상 시스템 등의 다른 현상 시스템에서도 본 발명을 충분히 적용할 수 있다.
이 현상 장치(41, 42, 43, 44)는 황색(Y), 마젠타색(M), 시얀색(C) 및 흑색(K) 각각의 색이 다른 토너와 캐리어로 이루어진 현상제가 충전되어 있다. 도시되지 않는 토너 보급 장치로부터 현상 장치(41, 42, 43 또는 44)로 토너가 보급되면, 이 보급된 토너는 오거(40d)에 의해서 충분히 캐리어와 교반되어 마찰 대전된다. 현상 롤(40a) 내에는, 복수의 자극이 소정의 각도로 배치되어 있는 자석 롤(미도시)이 고정된 상태로 배치된다. 현상제를 현상 롤(40a)에 반송하는 패들(40b)에 의해서 현상 롤(40a)의 표면 근방으로 반송된 현상제는 현상제량 규제 부재(40b)에 의해서 현상부에 반송되는 양을 규제한다. 본 실시예에서, 현상제의 양은 30g/m2 내지 50g/m2의 범위에 있다. 또한, 이 때 현상 롤(40a) 상에 있는 토너의 대전량은 대략 -20μC/g 내지 35μC/g의 범위에 있다.
현상 롤(40a) 상에 보급된 토너는 자석 롤의 자력에 의해서 캐리어와 토너로 구성된 자기 브러시 형상으로 되어 있다. 이 자기 브러시는 감광체 드럼(11, 12, 13 또는 14)과 접촉하고 있다. AC 및 DC 현상 바이어스 전압을 현상 롤(40a)에 인가하여, 현상 롤(40a) 상의 토너를 감광체 드럼(11, 12, 13 또는 14) 상에 형성된 정전 잠상에 현상한다. 따라서, 토너 화상이 형성된다. 본 실시예에서, 현상 바이어스 전압은 AC가 4kHz 및 1.5kVpp이고, 그 DC는 약 -230V이다.
또한, 본 실시예는 토너에서보다 입경이 작은 미립자를 화상 캐리어의 표면에 공급하기 위한 미립자 공급 수단을 갖도록 구성되어 있다. 그러나, 이 미립자 공급 수단은 현상과 동시에 미립자를 공급하는 현상 수단으로 이루어지도록 구성되어 있다.
즉, 본 실시예에서는, 초기적으로 표면이 소수화 처리된 미립자 층이, 실시예 1에서와 마찬가지로 감광체 드럼(11, 12, 13 14), 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52) 및 이차 중간 전사 드럼(53)의 표면 상에 균일하게 형성된다. 그러나, 토너 화상을 전사하는 공정에서는, 감광체 드럼(11, 12, 13, 14), 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52) 및 이차 중간 전사 드럼(53) 상에 유지되는 미립자의 일부가 토너 화상과 함께 다른 중간 전사 드럼 또는 기록 용지 상에 전사되어서 탈락되는 경우가 있다.
따라서, 미립자의 일부가 탈락한 감광체 드럼(11, 12, 13, 14) 등의 표면에 현상 장치(41, 42, 43, 44)에 의해서 미립자를 보조적으로 보급하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 현상 장치(41, 42, 43, 44)의 내부에는 토너와 함께 소정 농도의 미립자가 수용되어 있다. 이 현상 공정 전에 미립자를 공급하는 공정에서는, 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 표면, 특히 미립자의 일부가 탈락한 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 표면에 현상 장치(41, 42, 43, 44)로부터의 미립자를 전사시켜서, 균일한 미립자 층을 장시간에 걸쳐서 유지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 화상 캐리어의 표면에 공급된, 토너보다 입경이 작은 미립자를 균일하게 평활화하기 위한 미립자 평활화 수단을 갖도록 구성되어 있다.
미립자 평활화 수단은, 예를 들면 회전식 브러시로 구성된다. 이 회전가능한 브러시는, 예를 들면 도전성 브러시이며 체적 저항률이 106Ωcm 내지 1013Ωcm의 범위이고, -1000V 내지 +1000V 범위의 바이어스 전압이 인가되고, 화상 캐리어와 속도차를 갖도록 구성되어 있다.
또한, 입자 평활화 수단은 회전가능한 브러시 대신에 회전가능한 롤 또는 순환식 벨트로 구성될 수도 있다. 이 회전가능한 롤 또는 순환식 벨트는 도전성 롤 또는 도전성 순환식 벨트 브러시이고, 체적 저항률이 106Ωcm 내지 1013Ωcm의 범위이고, -1000V 내지 +1000V 범위의 바이어스 전압이 인가되고, 화상 캐리어와 속도차를 갖도록 구성되어 있다.
본 실시예에서는, 미립자 평활화 수단으로서, 감광체 드럼(11, 12, 13, 14), 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52) 및 이차 중간 전사 드럼(53)의 표면을 일시적으로 클리닝하는 리프레셔(refresher)로 불리우는 일시적 클리닝 장치가 사용된다. 이 일시적 클리닝 장치는 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 표면 등에 잔류하는 미량의 토너를 털어서 상기 잔류 토너를 제거하는 회전식 브러시로 구성되어 있다. 이 회전식 브러시는, 예를 들면 도전성 브러시이고, 체적 저항률이 106Ωcm 내지 1013Ωcm의 범위, 바람직하게는 107Ωcm 내지 109Ωcm의 범위이고, -1000V 내지 +1000V 범위의 바이어스 전압, 바람직하게는 +100V 내지 +400V 범위의 바이어스 전압이 인가되고, 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)의 표면 등과 속도차를 갖고 회전 구동되도록 구성되어 있다.
또한, 미립자 평활화 수단은 접촉식 대전기이며, 화상 캐리어와 속도차를 갖는 대전 롤로 구성될 수 있다. 또한, 미립자 평활화 수단은 화상 캐리어의 표면에 접촉하여 이 화상 캐리어의 표면을 대전시키는 동시에 화상 캐리어의 표면을 클리닝하고 미립자를 평활화하는 대전/클리닝 수단으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 대전/클리닝 수단은 화상 캐리어와 속도차를 갖는다. 또한, 미립자 평활화 수단은 화상 캐리어의 표면과 접촉하여 화상 캐리어의 표면을 대전시키는 동시에 일시적으로 화상 캐리어의 표면을 클리닝하고 미립자를 평활화하는 대전/일시적 클리닝 수단으로 구성되어 있다. 이 경우, 대전/클리닝 수단은 화상 캐리어와 속도차를 갖는다.
또한, 미립자 평활화 수단은 서로간에 접촉하는 화상 캐리어 또는 중간 전사 체로 구성되며, 화상 캐리어와 중간 전사체간에 속도차가 있는 것을 사용해도 좋다. 이 경우, 예를 들면 서로 접촉하는 화상 캐리어와 중간 전사체간에 약 1%의 속도차가 설정된다.
또한, 미립자 평활화 수단은 화상 캐리어 또는 중간 전사체의 표면과 접촉하여 화상 캐리어 또는 중간 전사체의 표면 상에 형성된 토너 화상을 기록 매체에 전사하는 전사 수단으로서의 최종 전사 롤(60)로 구성될 수 있다. 이 경우, 최종 전사 롤(60)은 화상 캐리어나 중간 전사체와 속도차를 갖는다.
또한, 본 실시예에서는, 연마성 미립자가 현상 장치(41, 421, 43, 44) 내의 현상제 중에 함유되어 있다. 이 연마성 미립자로는, 무기질 금속 산화물이 주로 사용된다. 이러한 무기질 금속 산화물의 예로는, 탄화 실리콘, 산화티타늄, 알루미나, 탄화 칼슘, 탄화 마그네슘, 인산 마그네슘, 산화세륨 등이 있다.
다음에, 감광체 드럼(11, 12, 13, 14) 상에 형성된 황색(Y), 마젠타색(M), 시얀색(C) 및 흑색(K)의 각 색의 토너 화상이 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52) 상에 정전기적으로 일차 전송된다. 감광체 드럼(11, 12) 상헤 형성된 시얀색(C) 및 마젠타색(M)의 토너 화상은 제 1 일차 중간 전사 드럼(51) 상에 전사된다. 감광체 드럼(13, 14) 상에 형성된 황색(Y) 및 흑색(K)의 토너 화상은 제 2 일차 중간 전사 드럼(52) 상에 전사된다. 따라서, 제 1 일차 중간 전사 드럼(51) 상에는, 감광체 드럼(11 또는 12)으로부터 전사된 단색 화상과 감광체 드럼(11, 12) 모두에서 전사된 2색의 토너 화상이 서로의 위에 겹쳐진 2색의 화상이 형성된다. 한편, 감광체 드럼(13, 14)으로부터의 단색 화상 및 2색의 화상은 제 2 일차 중간 전사 드럼(52)에서와 마찬가지로 형성된다.
감광체 드럼(11, 12, 13, 14)으로부터 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)으로 토너 화상을 정전기적으로 전사하기 위해 필요한 표면 전위는 대략 +250V 내지 +500V의 범위에 있다. 이 표면 전위는 토너의 대전 상태, 분위기 온도 또는 습도에 따라서 최적치가 설정된다. 분위기 온도나 습도는 이 분위기 온도나 습도에 따라서 저항값이 변화하는 속성을 갖는 부재의 저항값을 검출함으로써 용이하게 알 수 있다. 상술한 바와 같이, 토너의 대전량이 -20μC/g 내지 35μC/g의 범위에 있고, 상온 상습 환경하에 있는 경우에는, 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)의 표면 전위는 약 +380V인 것이 바람직하다.
예를 들면, 본 실시예에서 사용되는 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)은 각각 42mm의 외경을 갖도록 형성되며, 저항값은 약 108Ω으로 설정되어 있다. 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)은 각각 단층 또는 복수의 층으로 이루어지며 표면이 유연성 및 탄성을 갖는 원통 형상의 회전체이다. 일반적으로, 도 8에 나타낸 바와 같이, Fe, Al 등으로 구성된 금속 코어로서의 금속 파이프(51a, 52a) 상에, 도전성 실리콘 고무 등으로 대표되는 저저항 탄성 고무층(51b, 52b)(R=102 내지 103Ω)이 두께 약 0.1 내지 10mm로 설치되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)의 최외주 표면에는 일반적으로 플루오르-수지 미립자를 분산시킨 플루오르 고무를 두께 3 내지 100㎛ 정도의 높은 분리성의 층(51c 및 52c)(R=105 내지 109Ω)으로 형성하고, 실란 커플링제의 접착제(51d, 52d)(프라이머)로 접착되어 있다. 여기서, 저항값 및 표면 분리성은 중요하다. 고 분리성 층은 저항값이 약 R=105 내지 109Ω이고 높은 분리성을 갖는 재료이면, 특별히 재료에 제한이 없다.
이러한 방식으로, 제 1 및 제 2 일차 중간 정사 드럼(51, 52) 상에 형성된 단색 또는 2색 토너 화상이 이차 중간 전사 드럼(53) 상에 정전기적으로 이차 전사된다. 따라서, 이차 중간 전사 드럼(53) 상에는 단색 화상으로부터 황색(Y), 마젠타색(M), 시얀색(C) 및 흑색(K)의 4색 화상까지의 최종 토너 화상이 형성된다.
제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)으로부터 이차 중간 전사 드럼(53)으로 토너 화상을 정전기적으로 전사하기 위해 필요한 표면 전위는 대략 +600V 내지 +1200V의 범위에 있다. 이 표면 전위는 감광체 드럼(11, 12, 13, 14)으로부터 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)으로 토너 화상이 전사된 때와 마찬가지의 방식으로, 토너의 대전 상태, 분위기 온도 또는 습도에 따라서 최적의 값으로 설정된다. 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)과 이차 중간 전사 드럼(53)간의 전위차가 전사를 위해 필요하면, 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)의 표면 전위에 따라 값을 취할 수 있도록 이차 중간 전사 드럼(53)의 표면 전위를 설정할 필요가 있다. 상술한 바와 같이, 토너의 대전량이 -20μC/g 내지 35μC/g의 범위에 있고, 상온 및 상습 분위기 하에 있고, 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)의 표면 전위가 약 +380V이면, 이차 중간 전사 드럼(53)의 표면 전위는 약 +880V로 설정되는데, 즉 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)과 이차 중간 전사 드럼(53)간의 전위차는 약 +500V로 설정된다.
예를 들면, 본 실시예에서 사용되는 이차 중간 전사 드럼(53)은, 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)과 같이 42mm 정도의 외경을 갖도록 형성되고, 저항값은 약 1011Ω로 설정된다. 또한, 이차 중간 전사 드럼(53)도 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)과 마찬가지로 단층 또는 복수의 층으로 구성되어 있으며 표면이 유연성 또는 탄성을 갖는 원통 형상의 회전체이다. 일반적으로, Fe, Al 등으로 구성된 금속 코어로서의 금속 파이프 상에, 도전성 실리콘 고무 등으로 대표되는 저저항 탄성 고무층(R=102 내지 103Ω)이 두께 약 0.1 내지 10mm로 설치되어 있다. 또한, 이차 중간 전사 드럼(53)의 최외주 표면에는 일반적으로 플루오르-수지 미립자를 분산시킨 플루오르 고무를 두께 3 내지 100㎛ 정도의 높은 분리성의 층으로 형성하고, 실란 커플링제의 접착제(프라임)로 접착되어 있다. 여기서, 이차 중간 전사 드럼(53)의 저항값은 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52) 각각의 것보다 높게 설정되어 있다. 그렇지 않으면, 이차 중간 전사 드럼(53)은 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)을 대전하여, 제 1 및 제 2 일차 중간 전사 드럼(51, 52)의 표면 전위를 제어하기가 어렵게 된다. 이러한 조건을 만족하는 재료라면 재료에 특별한 제한은 없다.
다음에, 이차 중간 전사 드럼(53) 상에 형성된 단색 화상에서 4색 화상까지의 최종 토너 화상은 최종 전사 롤(60)에 의해서 용지 반송 경로 P를 통과하는 용지에 3차 전사된다. 이 용지는 도시하지 않는 급지 공정을 통해서 용지 반송 롤(90)을 통과해서, 이차 중간 전사 드럼(53)과 최종 전사 롤(60)간의 닙부로 반입된다. 이 최종 전사 공정 후에, 용지 상에 형성된 최종 토너 화상은 정착기(70)에 의해서 정착된다. 따라서, 일련의 화상 형성 공정이 완료된다.
예를 들면, 최종 전사 롤(60)은 20mm의 외경을 갖도록 형성되고, 저항값은 약 108Ω으로 설정된다. 이 최종 전사 롤(60)은 도 9에 나타낸 바와 같이 우레탄 고무 등으로 구성된 피복층(62)이 금속 샤프트(61) 상에 설치되고, 그 위에 필요에 따라서 피복을 하여 형성된다. 최종 전사 롤(60)에 인가된 전압의 최적치는 분위기 온도, 습도, 용지의 종류(저항값 등) 등에 따라서 변화한다. 이 최적치는 일반적으로 대략 +1200V 내지 +5000V의 범위에 있다. 본 실시예에서는, 정전류 시스템이 채용되고, 상온 및 상습 환경 하에서 약 +6㎂의 전류가 공급되어서, 거의 적정한 전사 전압(+1600 내지 +2000V)을 얻을 수 있다.
또한, 전위 경사를 설정함으로써, 이차 중간 전사 드럼(53) 상에 잔류하는 토너는 클리닝 공정에서 최종 전사 롤(60)에 수집된다. 이 후, 수집된 잔류 토너는 최종 전사 롤(60)의 표면과 압접되는 클리닝 장치(80)의 클리닝 블레이드(801)에 의해서 제거된다.
예 9
다음에, 본 발명자는 도 7에 나타낸 바와 같은 화상 기록 장치를 제작하여, 초기적인 토너 화상 전사율로서의 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도를 조사하여 실험을 행하였다. OPC 감광체 상에 헥사메틸디실라진 용액중에 0.15㎛의 실리카 미립자를 분산시켜 도포한 화상 캐리어를 사용하였다. 미립자 층의 두께는 0.5㎛이고, 구상 미립자가 사용된다. 또한, 도 8에 나타낸 바와 같이 기판이 3mm 두께의 실리콘 고무(JISA 경도 30°)로 형성된 중간 전사 드럼이 사용되었다. 중간 전사 드럼에서, 플로오르-수지층(20㎛ 두께)은 표면층으로서 구비된다. 중간 전사 드럼의 미소 경도는 45°이다. 또한, 미소 경도는 고분자 계기 주식회사 제의 "마이크로 경도계(MD-1형)"을 사용하여 측정되었다.
그 결과, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도가 각각 0.01 및 0.02로 매우 낮아서 매우 만족됨이 판명되었다.
예 10
또한, 본 발명자는 도 7에 나타낸 바와 같이 화상 기록 장치를 제조하여, 초기적인 토너 화상 전사율로서의 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도를 조사하여 실험을 행하였다. OPC 감광체 상에 헥사메틸디실라진 용액중에 40nm의 티타니아 미입자를 분산시켜 도포한 화상 캐리어를 사용하였다. 티타니아 미립자로는, 저항값들이 다양하게 변화되는 것을 사용한다. 티타니아 미립자 층의 두께는 0.5㎛로 하였다. 1010Ωcm, 108Ωcm, 1014Ωcm 및 107Ωcm 각각의 저항값을 갖는 티타니아 미립자가 사용되었다.
그 결과, 티타니아 미립자 층의 두께가 0.5㎛이고, 저항값이 1010Ωcm이면, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도가 각각 0.02 및 0.05로 매우 낮아서 만족됨이 판명되었다. 또한, 티타니아 미립자 층의 두께가 0.5㎛이고, 저항값이 108Ωcm 또는 1014Ωcm이면, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사 후의 전사 잔류 농도가 각각 0.02 및 0.06으로 낮아져서 만족됨이 판명되었다.
그러나, 티타니아 미립자 층의 두께가 0.5㎛이고, 저항값이 107Ωcm로 낮은 경우에, 화질에 결함이 생겼다. 따라서, 이러한 설정은 인정되지 않는다. 이것은 다음과 같이 믿어진다. 즉, 미립자 층의 저항값이 107Ωcm으로 저하하면, 정전 잠상이 미립자 층 상에 형성될 때 화상 영역 밖으로 전하가 이동하게 된다. 따라서, 화질에 결함이 생긴다.
예 11
또한, 본 발명자는 도 7에 나타낸 바와 같은 화상 기록 장치를 제작하여, 중간 전사 드럼의 특성을 변화시키면서 초기적인 토너 화상 전사율로서의 초기 전사 잔류 농도 및 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도를 조사하여 실험을 행하였다. 이 때, 중간 전사 드럼으로서는, 탄성층을 JISA 경도가 40°인 재료로 구성한 것, 중간 전사 드럼의 표면의 미소 경도가 70°인 것, 및 표면 수지층의 두께가 25㎛인 것을 각각 사용하였다.
그 결과, 중간 전사 드럼으로서 탄성층을 JISA 경도가 40°인 재료로 구성한 것을 사용한 경우에는, 초기 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도는 0.02의 허용 범위이지만, 탄성층을 JISA 경도가 30°이하인 재료 상에 형성한 것을 중간 전사 드럼으로 이용한 것에 비해서 약간 열화된다. 또한, 앞서서는 1만번 전 사한 후의 전사 잔류 농도는 0.04이면 만족되었지만, JISA 경도가 30°보다 크지 않으면 바람직함이 판명되었다. 또한, 표면의 미소 경도가 70°인 것이 중간 전사 드럼으로 사용되면, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도는 사실상 0.04의 허용 범위이지만, 표면의 미소 경도가 60°이하인 것이 중간 전사 드럼으로 사용되는 경우에 비해서 약간 열화된다. 또한, 앞서서는 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도가 0.06이면 만족되었지만, 표면의 미소 경도가 60°보다 크지 않은 것이 바람직함이 판명되었다. 또한, 표면 수지층의 두께가 25㎛인 것이 중간 전사 드럼으로 사용되면, 초기적인 토너 화상 전사율을 나타내는 초기 전사 잔류 농도는 사실상 0.03의 허용 범위이지만, 표면 수지층의 두께가 20㎛ 이하인 것이 중간 전사 드럼으로 사용되는 경우에 비해서 약간 열화된다. 또한, 앞서서는 1만번 전사한 후의 전사 잔류 농도가 0.06이면 만족되었지만, 표면 수지층의 두께가 20㎛보다 크기 않으면 바람직함이 판명되었다.
(실시예 5)
도 10은 본 발명의 실시예 5를 나타낸다. 실시예 5에서는, 화상 캐리어의 표면에 토너 화상을 형성함으로써 화상을 기록하는 화상 기록 장치에 있어서, 화상 캐리어가 표면 상의 소수화 처리를 실시한 미립자를 갖고, 이 미립자를 표면에 갖는 화상 캐리어의 접촉각은 100°이하, 바람직하게는 90°이하이도록 구성된다.
즉, 실시예 5에서는, 화상 캐리어의 표면이 토너보다 작은 입경이며 표면이 소수화 처리된 미립자와의 친화성이 높은 재료로 구성된다. 상기 화상 캐리어의 표면에 상기 소수화 처리된 미립자의 층을 제공한다. 더불어, 상기 미립자를 표면에 갖는 화상 캐리어의 접촉각은 100°이하, 바람직하게는 90°이하로 구성된다.
화상 캐리어의 접촉각과 전사성간의 관계에 대하여 본 발명자는 예의 검토한 바, 접촉각이 100°이상이면, 초기 전사율은 사실상 양호하지만, 그 유지성은 좋지 않음이 판명되었으며, 그 이유는 잘 알려져 있는 것이 아니다. 반대로, 접촉각이 100°이하이면, 초기 전사율 및 그 유지성이 모두 매우 양호하고, 특히 접촉각이 90°이하이면, 이들이 특히 바람직함이 판명되었다. 화상 캐리어가 100°이상인 접촉각을 갖으면, 화상 캐리어와 미립자간의 접착력은 쉽게 떨어질 정도로 충분히 약하다.
예 12
따라서, 본 발명자는 화상 캐리어 표면의 순수 물과의 접촉각이 다양하게 변화되는 화상 기록 장치를 제작하여, 화상 캐리어 표면의 접촉각과 전사 잔류 토너 농도간의 관계를 조사하여 실험을 행하였다.
그 결과, 도 10에 나타낸 바와 같이, 화상 캐리어 표면의 접촉각이 100°이하이면, 전사 잔류 토너 농도가 0.06이하로 낮으면서 양호하고, 또한 화상 캐리어 표면의 접촉각이 90°이하이면, 전사 잔류 토너 농도가 0.05 이하로 매우 낮으면서 매우 만족됨이 판명되었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 미립자 층이 화상 캐리어의 표면 상에 형성되지만, 중간 전사체를 이용하는 화상 기록 장치에서는, 미립자 층이 중간 전 사체 상에 형성된다. 따라서, 중간 전사체로부터 기록 용지나 또는 다른 중간 전사체로 토너 화상이 전사될 때의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 전사 효율을 향상시키기 위한 수단이 제공된다. 따라서, 어떠한 클리닝 장치 없이 또는 필요에 따라서 매우 간단한 클리닝 장치로 양호한 기록 화상을 얻을 수 있는 화상 기록 장치 및 화상 기록 방법을 제공할 수 있다. 어떠한 클리닝 장치도 갖지 않는 화상 기록 장치나 방법에 있어서, 다음의 수단들이 전사 후의 화상 캐리어 상에 잔류 토너를 처리하기 위해서 선택될 수 있다. 제 1 수단은 현상 장치에 의해서 잔류 토너를 회수한다. 잔류 토너가 상기 수단에 따른 현상 장치에 의해서 제거되기 때문에, 고스트 등의 화상 결함이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 회수된 토너의 양이 감소되고, 현상 장치 내의 토너의 양이 대전량에 미치는 영향이 감소되어 전사 효율이 향상된다. 제 2 수단은 미립자 공급 수단 또는 현상 장치와 별개의 미립자 평활화 수단을 제공하여, 잔류 토너가 미립자 공급 수단 또는 미립자 평활화 수단에 의해서 회수된다. 따라서, 미립자 공급 수단 또는 미립자 평활화 수단으로서는, 화상 캐리어와 미립자 공급 수단 또는 미립자 평활화 수단 사이에 전계를 형성하여 토너를 회수하는 것, 화상 캐리어에 마찰되는 브러시 등이 잔류하는 토너를 회수는 것이 채용된다. 이러한 수단에 따르면, 고스트 등의 화상 결함을 방지할 수 있을 뿐만아니라, 현상 장치에 들어가는 용지의 이물질이 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 제 3 수단은 잔류 토너를 회수하지 않고 잔류 토너 상에 다음 화상을 겹쳐서 형성하고, 이 새로운 화상과 함께 기록 용지 또는 중간 전사체에 잔류 토너를 전사하는 것이다. 이 장치 또는 방법에서, 전사 효율을 향상시키기 위한 수단에 의해서, 고스트 등의 화상 결함이 생기지 않을 정도로 충분히 높은 효율로 전사가 수행된다. 이러한 수단에 따르면, 용지 먼지 같은 이물질이 현상 장치에 들어갈 우려가 없으며, 회수되어 폐기되는 토너의 발생을 제거할 수 있다.

Claims (20)

  1. 토너 화상을 담지하는(carrying) 화상 캐리어에 있어서,
    상기 화상 캐리어의 표면은 토너보다도 입경이 작은 미립자에 대해 친화성을 갖는 제 1 소수화 재료로 형성되며,
    상기 미립자는 제 2 소수화 재료로 소수화 처리된 표면을 갖는 화상 캐리어.
  2. 화상 기록 장치에 있어서,
    토너 화상을 담지하는 표면을 구비하고, 상기 표면이 제 1 소수화 재료로 형성되는 화상 캐리어와,
    상기 화상 캐리어 상에 층으로서 제공되는 미립자를 포함하며,
    상기 미립자는 토너보다도 입경이 작고, 상기 미립자의 표면은 제 2 소수화 재료로 처리되고,
    상기 화상 캐리어의 표면 상의 상기 제 1 소수화 재료는 상기 미립자에 대해서 친화성이 높으며,
    상기 화상 캐리어의 상기 표면 상에 토너 화상을 형성함으로써 화상이 기록되는 화상 기록 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 소수화 재료는 비등점이 적어도 150 ℃ 이하이거나, 또는 150 ℃ 이하의 온도에서 가수 분해되는 소수화 처리제로 형성되는 화상 기록 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    소수화 처리된 상기 미립자에 대해 친화성이 높은 상기 제 1 소수화 재료는 상기 미립자가 소수화 표면 처리되는 소수화 처리제와 동일한 재료, 또는 상기 소수화 처리제와의 SP(Solubility Parameter)값의 차가 1.1 이하인 재료로 형성되는 화상 기록 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 소수화 재료는 상기 화상 캐리어의 상기 표면층에 대해서 친화성이 낮으며, 상기 화상 캐리어의 상기 표면층에 분산되는 재료로 형성되는 화상 기록 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 화상 캐리어는 감광체로 이루어지고, 상기 미립자는 광투과성을 갖는 화상 기록 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 화상 캐리어의 상기 표면에 토너보다도 입경이 작은 상기 미립자를 공급하도록 미립자 공급 수단이 제공되는 화상 기록 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 미립자 공급 수단은 현상과 동시에 상기 미립자를 공급하는 현상 수단으로 이루어지는 화상 기록 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    토너보다도 입경이 작고, 상기 화상 캐리어의 상기 표면에 공급된 상기 미립자를 평활화하는 미립자 평활화 수단을 포함하는 화상 기록 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 미립자 평활화 수단은 회전식 브러시로 이루어지는 화상 기록 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 미립자 평활화 수단은 회전식 롤 또는 순환식 벨트로 이루어지는 화상 기록 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 미립자와는 다른 연마성 미립자가 함유되는 화상 기록 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 연마성 미립자는 현상제에 함유되는 화상 기록 장치.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 미립자 층의 두께는 3 ㎛ 이하인 화상 기록 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 미립자 층의 체적 저항률은 108 Ωcm 내지 1014 Ωcm의 범위에 있는 화상 기록 장치.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 미립자와 같은 종류의 미립자가 상기 토너의 표면에 부착되는 화상 기록 장치.
  17. 제 2 항에 있어서,
    표면에 미립자를 갖는 상기 화상 캐리어의 상기 표면의 접촉각은 90°이하인 화상 기록 장치.
  18. 제 2 항에 있어서,
    상기 토너는 구형(spherical) 토너로 이루어진 화상 기록 장치.
  19. 화상 캐리어의 표면 상에 토너 화상을 형성함으로써 화상을 기록하는 화상 기록 방법에 있어서,
    상기 화상 캐리어 상에 잠상을 형성하는 단계 - 상기 화상 캐리어가 상기 화상 캐리어에 부착되는 토너보다도 입경이 작은 미립자에 대해 친화성이 높은 제 1 소수화 재료로 형성되며, 상기 미립자의 표면이 제 2 소수화 재료로 처리됨 -,
    상기 화상 캐리어에 거의 균일하게 부착된 상기 미립자의 층 위에 상기 토너를 선택적으로 전사하여 토너 화상을 형성하는 단계, 및
    상기 토너 화상을 기록 매체 또는 중간 전사체에 전사하는 단계
    를 포함하는 화상 기록 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 중간 전사체의 표면은 소수화 처리된 미립자에 대해 친화성이 높은 재료로 형성되고, 토너보다도 입경이 작은 상기 미립자는 상기 중간 전사체의 상기 표면에 부착되는 화상 기록 방법.
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