KR100708153B1

KR100708153B1 - 전자사진방식 화상형성장치 및 현상방법

Info

Publication number: KR100708153B1
Application number: KR1020050059717A
Authority: KR
Inventors: 나오노리 쿠로가와; 마사히코 이타야; 신규철; 쯔토무 테라오카; 쯔토무 사사키; 안명국
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2007-04-17
Also published as: CN1892488A; US20070003328A1; KR20070004257A

Abstract

개시된 전자사진방식 화상형성장치는, 정전잠상이 형성되는 화상수용체와, 자기력에 의하여 비자성 토너와 자성 캐리어의 자기 브러쉬를 형성하는 자기롤러와, 화상수용체와 대면되며 자기롤러로부터 토너를 공급받아 그 외주에 토너층이 형성되는 도너롤러와, 토너층으로부터 토너를 상기 정전잠상으로 현상시키기 위한 현상바이어스를 도너롤러에 인가하는 바이어스인가수단과, 도너롤러와 화상수용체의 최근접위치의 상류측이자 도너롤러와 자기롤러의 최근접위치의 하류측에 위치되며 토너층의 도너롤러에의 부착력과 토너 상호간의 응집력을 약화시키는 바이어스가 인가되는 전극을 포함한다.

Description

전자사진방식 화상형성장치 및 현상방법{Electrophotographic image forming apparatus and development method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 실시예의 구성도.

도 2는 자기 브러쉬를 설명하는 도면.

도 3은 토너제거수단의 설치위치를 설명하는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 다른 실시예의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1......도너롤러 2......전극

3......자기롤러 4......교반기

5......트리머 6......하우징

10......화상수용체 21......대전기

22......노광기 23......전사기

24......클리닝 블레이드 25......정착기

30......바이어스 인가수단 V1......현상바이어스

V2......공급바이어스

본 발명은 화상형성장치 및 현상방법에 관한 것으로서, 특히 자성캐리어와 비자성토너를 사용하는 전자사진방식 화상형성장치 및 현상방법에 관한 것이다.

전자사진방식을 이용한 복사기, 프린터, 팩시밀리, 복합기 등의 화상형성장치의 현상방식으로는, 토너와 자성 캐리어를 사용하는 이성분 현상방식, 절연토너나 도전성토너를 사용하는 일성분 현상방식, 자성캐리어를 사용하여 비자성토너를 대전시키는 이성분 현상제를 사용하며 현상롤러 상에 대전된 토너 만을 부착시켜 정전잠상으로 비상시켜 정전잠상을 현상하는 하이브리드 현상방식 등이 있다.

이성분 현상방식은, 토너의 대전성이 우수하고 장수명화가 가능하며 동시에 균일한 베타화상을 구현할 수 있는 등의 이점이 있다. 반면에, 현상장치가 크고 복잡하게 되며, 토너의 비산, 캐리어의 잠상에의 부착, 캐리어의 내구성 열화에 의한 화질의 열화 등의 결점이 있다.

일성분 현상방식은 현상장치가 콤팩트하고 도트 재현성에 뛰어나지만, 현상롤러와 대전롤러의 성능열화로 인하여 내구성이 낮고, 토너가 다 소모된 경우에는 현상장치 자체를 교환하여야 하기 때문에 소모품 가격이 비싸고, 선택현상이 발생하는 등의 결점을 가지고 있다. 선택현상이란 소정의 무게와 전하량을 가진 토너만이 현상롤러로부터 정전잠상으로 부착되는 것을 말하며, 선택현상이 지속되면 소정의 무게와 전하량 이하의 토너는 현상에 사용되지 못하므로 토너사용율이 저하된다.

하이브리드 현상방식은, 일성분 현상방식과 이성분 현상방식의 장점을 채용 한 방식으로서, 도트 재현성이 뛰어나고 장수명화가 가능하며 고속의 화상형성이 가능한 방식이다.

본 발명은 높은 현상율과 장기간 안정된 화상품질을 얻을 수 있는 간단한 구성을 가진 화상형성장치 및 현상방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자사진방식 화상형성장치는, 정전잠상이 형성되는 화상수용체; 자기력에 의하여 비자성 토너와 자성 캐리어의 자기 브러쉬를 형성하는 자기롤러; 상기 화상수용체와 대면되며 상기 자기롤러로부터 토너를 공급받아 그 외주에 토너층이 형성되는 도너롤러; 상기 토너층으로부터 토너를 상기 정전잠상으로 현상시키기 위한 현상바이어스를 상기 도너롤러에 인가하는 바이어스인가수단; 상기 도너롤러와 상기 화상수용체의 최근접위치의 상류측이자 상기 도너롤러와 상기 자기롤러의 최근접위치의 하류측에 위치되며, 상기 토너층의 상기 도너롤러에의 부착력과 토너 상호간의 응집력을 약화시키는 바이어스가 인가되는 전극;을 포함한다.

일 실시예로서, 상기 전극은 복수개 배치될 수 있다.

일 실시예로서, 상기 전극과 상기 도너롤러와의 간격은 상기 도너롤러 상의 토너층의 두께보다 크다.

일 실시예로서, 상기 현상바이어스와 상기 전극에 인가되는 바이어스 중 적어도 어느 하나는 직류와 교류가 중첩된 형태이다.

일 실시예로서, 상기 현상바이어스와 상기 전극에 인가되는 바이어스의 평균전압은 동일하다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 현상방법은, 자기력에 의하여 비자성 토너와 자성 캐리어의 자기 브러쉬를 형성하는 자기롤러로부터 도너롤러로 토너를 공급하여 상기 도너롤러의 외주에 토너층을 형성하고, 상기 도너롤러와 정전잠상이 형성된 화상수용체 사이에 현상바이어스를 인가하여 상기 정전잠상을 현상시키는 현상방법에 있어서, 상기 도너롤러와 상기 화상수용체의 최근접위치의 상류측이자 상기 도너롤러와 상기 자기롤러의 최근접위치의 하류측에 배치된 전극에 바이어스를 인가하여 상기 토너층의 상기 도너롤러에의 부착력과 토너 상호간의 응집력을 약화시키는 것을 특징으로 한다.

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

도 1은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 실시예를 간략히 도시한 구성도이다. 도 1을 보면, 화상수용체(10), 도너롤러(1), 자기롤러(3), 교반기(4)가 개시되어 있다. 본 실시예에서는 화상수용체(10)로서 유기감광체를 채용한다. 화상수용체(10)로서 아모포스 실리콘 감광체를 채용하는 것도 가능하다. 화상수용체(10)에 정전잠상을 형성하기 위하여, 대전기(21)와 노광기(22)가 구비된다. 대전기(21)로서는 코로나 방전기 또는 대전롤러가 채용될 수 있다. 노광기(22)로서는 레이저광을 조사하는 LSU(laser scanning unit)이 채용될 수 있다. 또 화상수용체(10)로서 정전드럼(미도시)을 채용할 수도 있다. 이 경우에 정전잠상을 형성하기 위하여 노광기(22) 대신에 정전기록헤드(미도시)가 채용된다.

현상기(6)에는 비자성 토너와 자성 캐리어가 수용된다. 캐리어는 자성 분말형태의 것을 사용하는 것 이외는 특히 한정되지 않는다. 교반기(4)는 캐리어와 토너를 교반시켜 토너를 마찰 대전시킨다. 토너는 특히 한정되는 것은 아니며 부대전 및 정대전 어느 쪽이라도 무방하다. 자기롤러(3)의 자기력에 의하여 캐리어는 자기롤러(3)의 외주에 부착되고 토너는 정전기력에 의하여 캐리어에 부착된다. 그러면, 도 2에 도시된 바와 같이 자기롤러(3)의 외주에는 캐리어와 토너로 된 자기 브러쉬가 형성된다. 트리머(5)는 자기 브러쉬를 일정한 두께로 규제한다. 트리머(5)와 자기롤러(3) 사이의 간격은 0.3 ~ 1.5mm 정도가 바람직하다.

도너롤러(1)는 화상수용체(10)와 자기롤러(3) 사이에는 위치된다. 도너롤러(1)와 화상수용체(10)의 최근접위치에서의 간격(현상갭(G))은 150 ~ 400㎛ 정도, 바람직하게는 200 ~ 300㎛ 정도이다. 현상갭(G)이 150㎛ 보다 좁으면 화상바램의 원인이 되며, 400㎛ 보다 넓으면 토너를 화상수용체(10)로 이동시키기가 곤란하여 충분한 화상농도를 얻을 수 없으며 선택현상을 발생시키는 원인이 된다. 자기롤러(3)와 도너롤러(1)의 최근접위치에서의 간격은 0.2 ~ 1.0 mm 정도이며, 바람직하게는 0.3∼0.4mm 정도이다. 도너롤러(1)는 체적고유저항이 10⁶Ω·cm³이하인 도전성 알루미늄이나 스테인레스강으로 된 슬리브형태, 또는 외주면에 상기의 체적고유저항을 갖는 도전성 수지가 피복된 슬리브형태이다.

바이어스인가수단(30)은 도너롤러(1), 자기롤러(3)에 현상바이어스(V1), 공 급바이어스(V2)를 각각 인가한다. 공급바이어스(V2)는 토너를 자기롤러(3)로부터 도너롤러(1)로 이동시키는 전계를 자기롤러(3)와 도너롤러(1) 사이에 제공하기 위한 것으로서, 직류 또는 직류와 교류가 중첩된 바이어스가 채용될 수 있다. 공급바이어스(V2)에 의하여 도너롤러(1)의 외주에는 토너층이 형성된다. 현상바이어스(V1)는 도너롤러(1)의 외주에 형성된 토너층으로부터 토너를 분리하여 현상갭(G)을 가로질러 화상수용체(10)의 정전잠상으로 날아가게 하여야 한다. 이를 위하여 현상바이어스(V1)로서는 직류 또는 직류와 교류가 중첩된 형태의 바이어스가 채용된다.

상기와 같은 구성에 의하여, 대전기(21)는 감광체인 화상수용체(10)의 표면을 균일한 전위로 대전시킨다. 노광기(22)는 화상정보에 대응되는 광을 화상수용체(10) 광을 조사한다. 이에 의하여 화상수용체(10)의 표면에는 전위가 서로 다른 화상부와 비화상부로 된 정전잠상이 형성된다. 자기롤러(3)에 인가되는 공급바이어스(V2)에 의하여 토너는 자기 브러쉬로부터 분리되어 도너롤러(1)로 공급된다. 도너롤러(1)의 외주에는 균일한 토너층이 형성된다. 도너롤러(1)에 형성된 토너층이 현상갭(G)을 통과할 때에 정전잠상의 화상부와 대면되면, 현상바이어스(V1)에 의하여 토너가 도너롤러(1) 상의 토너층으로부터 분리되어 화상부에 부착되어 정전잠상을 가시적인 토너화상으로 현상시킨다. 토너화상은 전사기(23)에 의하여 제공되는 전사전계에 의하여 기록매체(P)로 전사된다. 정착기(25)는 열과 압력에 의하여 토너화상을 기록매체에 정착시킨다. 클리닝 블레이드(25)는 화상수용체(10)의 표면에 잔류되는 토너를 제거한다.

토너층은 도너롤러(1)와의 사이에 작용되는 정전기적인 부착력과 토너입자 상호간의 응집력에 의하여 도너롤러(1)의 표면에 유지된다. 토너와 도너롤러(1) 사이의 경상력과 반데르바알스힘이 부착력으로 작용된다. 토너입자 상호간의 반데라바알스힘은 응집력으로 작용된다. 이러한 부착력과 응집력은 도너롤러(1)로부터 화상수용체(10)로의 현상율을 저하시켜 화상농도를 흐리게 하는 원인이 된다.

본 발명의 현상방법은 현상이 수행되기 전에 다시말하면, 도너롤러(1) 상의 토너층이 현상갭(G)에 도달되기 전에 도너롤러(1)와 토너층 사이의 부착력과 토너입자 상호간의 응집력을 약화시키는 것을 특징으로 한다. 이를 위하여 본 발명의 화상형성장치는 도 1에 도시된 바와 같이 전극(2)을 구비한다. 전극(2)에는 부착력과 응집력을 약화시키기 위한 바이어스(V3)가 인가된다. 바이어스(V3)는 바이어스인가수단(30)에 의하여 제공될 수 있다. 전극(2)은 도너롤러(1)와 화상수용체(10)의 최근접위치의 상류측이자 도너롤러(1)와 자기롤러(3)의 최근접위치의 하류측에 위치된다. 자기롤러(3)와 도너롤러(1)의 최근접위치의 하류측과 도너롤러(1)와 화상수용체(10)의 최근접위치의 상류측은 도 3에 정의되어 있다. 자기롤러(3)와 도너롤러(1)의 최근접위치에서는 자기롤러(3)에 인가되는 공급바이어스(V2)에 의하여 토너가 자기롤러(3)로부터 도너롤러(1)로 공급된다. 자기롤러(3)에 인가되는 공급바이어스(V2)가 강할수록 토너층의 도너롤러(1)에의 부착력과 토너입자 상호간의 응집력은 강해진다. 도너롤러(1)와 화상수용체(10)의 최근접위치에서는 도너롤러(1)에 인가되는 현상바이어스(V1)에 의하여 토너가 화상수용체(10)의 정전잠상으로 현상된다.

전극(2)은 예를 들면 고무롤러, 알루미늄 롤러, 판상의 전극, 와이어 등 도 너롤러(1) 상의 토너층에 전계를 작용시킬 수 있는 것이라면 어떤 것이라도 상관없다. 전극(2)은 도너롤러(1) 상의 토너층에 접촉되어도 좋고 비접촉이라도 좋다. 전극(2)으로서 고무롤러를 사용하는 경우에는 접촉상태로 할 수 있지만, 알루미늄롤러, 판상의 전극, 와이어를 사용하는 경우에는 비접촉상태로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 비접촉이라 함은 전극(2)과 도너롤러(1)와의 간격이 도너롤러(1) 상의 토너층의 두께보다 커서 토너층에도 접촉되지 않는 상태를 말한다. 본 실시예에서는 전극(2)으로서 가장 단순하고 가격이 저렴한 와이어를 채용한다.

일 예로서, 토너는 (-)대전된다. 화상수용체(10)의 비화상부와 화상부의 전위가 각각 -600V, -50V이고, 자기롤러(3)에 인가되는 공급바이어스(V2)의 전위는 -600V이다. 도너롤러(1)에는 피크-투-피크 전압 1.5KV, 주파수 3KHz, 듀티 50%, 평균전압 -200V의 구형파 형태의 현상바이어스(V1)이 인가된다. 여기서 평균전압이라 함은 구형파의 시간평균전압을 의미한다. 화상부와 비화상부는 화상수용체(10)에 형성된 정전잠상 중에서 토너가 부착될 영역과 토너가 부착되지 않는 배경영역을 각각 의미한다.

자기롤러(3)와 도너롤러(1)와의 전위차에 의하여 (-)대전된 토너는 자기롤러(3)와 도너롤러(1)의 최근접위치에서 도너롤러(1)로 공급된다. 도너롤러(1) 상의 토너층은 부착력과 응집력에 의하여 도너롤러(1) 상에 유지되어 화상수용체(10)와 도너롤러(1)의 최근접위치를 향하여 이동된다. 전극(2)에는 -100V의 바이어스(V3)가 인가된다. 바이어스(V3)의 절대치는 도너롤러(1)에 인가되는 현상바이어스(V3)의 평균전압의 절대치보다 작기 때문에 토너층의 토너는 전극(2) 쪽으로 부착되려 는 경향을 가진다. 따라서, 토너층의 도너롤러(1)에의 부착력이 약화된다. 또, 도너롤러(1)에 인가되는 구형파 형태의 현상바이어스(V1)와 전극(2)에 인가되는 바이어스(V3)에 의하여 형성되는 전계에 의하여 토너층의 토너입자는 토너층으로부터 이탈되려는 힘과 토너층을 유지하려는 힘을 반복적으로 받게 되어 진동된다. 이러한 진동은 토너입자 상호간의 응집력과 토너층의 도너롤러(1)에의 부착력이 더욱 약화된다. 상술한 실험에 의하면, 도너롤러(1)에 인가되는 바이어스(V1)와 전극(2)에 인가되는 바이어스(V3) 중 어느 하나는 직류와 교류가 중첩된 구형파 형태인 것이 바람직함을 알 수 있다.

또, 바이어스(V3)의 전압의 절대치가 도너롤러(1)에 인가되는 현상바이어스(V3)의 평균전압의 절대치보다 작으면 도너롤러(1) 상의 토너층의 토너의 일부는 전극(2)으로 부착될 수 있다. 전극(2)에 부착되는 토너의 양을 줄이기 위하여 전극(2)에 인가되는 바이어스(V3)의 전압의 절대치를 도너롤러(1)에 인가되는 바이어스(V1)의 평균전압의 절대치와 같게 설정한다. 즉, 상술한 실시예에서 바이어스(V3)를 -200V로 선정한다. 그러면, 전극(2)에 부착되는 토너의 양을 줄일 수 있다.

또, 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 전극(2)을 구비하는 것도 가능하다. 이에 의하여 도너롤러(1)와 토너층과의 부착력과 토너입자 상호간의 응집력을 더 효과적으로 약화시킬 수 있다.

부착력과 응집력이 약화된 토너층이 화상수용체(10)와 도너롤러(1)의 최근접위치에 도달되면 화상수용체(10)의 화상부와 도너롤러(1)와의 전위차에 의하여 토너는 화상수용체(10)의 화상부로 현상된다. 도너롤러(1) 상의 토너층의 부착력과 응집력이 약화되었기 때문에 더 많은 양의 토너가 더 쉽게 화상수용체(10)의 화상부로 현상도니다. 따라서, 도너롤러(1)로부터 화상수용체(10)로의 현상율을 높여 고농도의 화상을 얻을 수 있다. 또한, 장기간 안정적인 화상품질을 얻을 수 있다.

상술한 실시예에서는 단색의 화상형성장치 및 이를 위한 현상방법에 설명하지만 본 발명의 화상형성장치 및 현상방법은 탠덤구성을 가지는 싱글패스방식 칼라화상형성장치, 하나의 화상수용체를 여러 번 현상하고 중간전사체에 순차적으로 전사하는 멀티패스방식 칼라화상형성장치에도 적용된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형상장치 및 현상방법에 따르면 전극을 설치하고 이 전극에 바이어스를 인가함으로써 현상율을 높여 고농도의 화상을 얻을 수 있고 또 장기간 안정적인 화상품질을 얻을 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

정전잠상이 형성되는 화상수용체;

자기력에 의하여 비자성 토너와 자성 캐리어의 자기 브러쉬를 형성하는 자기롤러;

상기 화상수용체와 대면되며 상기 자기롤러로부터 토너를 공급받아 그 외주에 토너층이 형성되는 도너롤러;

상기 토너층으로부터 토너를 상기 정전잠상으로 현상시키기 위한 현상바이어스를 상기 도너롤러에 인가하는 바이어스인가수단;

상기 도너롤러와 상기 화상수용체의 최근접위치인 현상갭의 상류측이자 상기 도너롤러와 상기 자기롤러의 최근접위치의 하류측에 위치되며, 상기 현상갭에 도달되기 전에 상기 토너층의 상기 도너롤러에의 부착력과 토너 상호간의 응집력을 약화시키는 바이어스가 인가되는 전극;을 포함하는 전자사진방식 화상형성장치.
제1항에 있어서,

상기 전극은 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전극과 상기 도너롤러와의 간격은 상기 도너롤러 상의 토너층의 두께보 다 큰 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제3항에 있어서,

상기 현상바이어스와 상기 전극에 인가되는 바이어스 중 적어도 어느 하나는 직류와 교류가 중첩된 형태인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제4항에 있어서,

상기 현상바이어스와 상기 전극에 인가되는 바이어스의 평균전압은 동일한 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제3항에 있어서,

상기 전극은 와이어 전극인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
자기력에 의하여 비자성 토너와 자성 캐리어의 자기 브러쉬를 형성하는 자기롤러로부터 도너롤러로 토너를 공급하여 상기 도너롤러의 외주에 토너층을 형성하고, 상기 도너롤러와 정전잠상이 형성된 화상수용체 사이에 현상바이어스를 인가하여 상기 정전잠상을 현상시키는 현상방법에 있어서,

상기 도너롤러와 상기 화상수용체의 최근접위치인 현상갭의 상류측이자 상기 도너롤러와 상기 자기롤러의 최근접위치의 하류측에 배치된 전극에 바이어스를 인가하여 상기 현상갭에 도달되기 전에 상기 토너층의 상기 도너롤러에의 부착력과 토너 상호간의 응집력을 약화시키는 것을 특징으로 하는 현상방법.
제7항에 있어서,

상기 전극은 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 현상방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 전극과 상기 도너롤러와의 간격은 상기 도너롤러 상의 토너층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 현상방법.
제9항에 있어서,

상기 현상바이어스와 상기 전극에 인가되는 바이어스 중 적어도 어느 하나는 직류와 교류가 중첩된 형태인 것을 특징으로 하는 현상방법.
제10항에 있어서,

상기 현상바이어스와 상기 전극에 인가되는 바이어스의 평균전압은 동일한 것을 특징으로 하는 현상방법.