KR100750118B1 - 전자사진방식 화상형성장치 - Google Patents

전자사진방식 화상형성장치 Download PDF

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Abstract

개시된 전자사진방식 화상형성장치는, 복수의 노광유닛과, 복수의 감광드럼 및 이에 대면되는 전사벨트와 제1전사바이어스가 인가되는 복수의 전사기를 포함하는 이미징유닛과, 복수의 노광유닛에 의하여 복수의 감광드럼에 형성되는 정전잠상에 서로 다른 색상의 토너를 공급하여 현상시키는 복수의 현상카트리지를 포함하여, 복수의 감광드럼은 전사벨트와 함께 교체가능하도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

전자사진방식 화상형성장치{Electrophotographic image forming apparatus}
도 1은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 실시예를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1......감광드럼 2......대전롤러
3......노광유닛 4......현상카트리지
6......전사벨트 7......전사기
8, 40......클리닝부재 9......전사롤러
10......정착기 11......현상롤러
20......전원공급유닛 21, 22, 23, 24......지지롤러
30......급지카세트 31......픽업롤러
50......이미징유닛 51......프레임
60......폐토너 수용부
본 발명은 화상형성장치에 관한 것으로서, 특히 싱글패스방식으로 칼라화상을 형성하는 전자사진방식 화상형성장치에 관한 것이다.
일반적으로 전자사진방식을 이용하는 칼라화상형성장치는, 일정한 전위로 대전된 감광매체에 광을 주사하여 정전잠상을 형성하고, 이 정전잠상을 소정 색상의 토너(toner)로 현상한 후에 현상된 화상을 용지에 전사 및 정착시켜 칼라화상을 형성하는 장치를 말한다. 컬러화상형성장치에 사용되는 토너의 색상은 통상적으로 옐로우(Y;yellow), 마젠타(M;magenta), 시안(C;cyan) 및 블랙(K;black) 이다. 칼라화상을 형성하는 방식에는 각각 4개의 노광유닛과 감광매체을 구비하는 싱글패스(single pass)방식과 하나의 노광유닛과 감광매체를 구비하는 멀티패스(multi-pass)방식이 있다. 싱글패스방식의 칼라화상형성장치는 칼라인쇄시와 흑백인쇄시에 소요되는 시간이 동일하다. 따라서 고속 칼라화상형성장치에 주로 사용된다. 싱글패스방식 화상형성장치의 경우에, 상기 4가지 색상의 토너가 각각 수용되며, 감광드럼(감광매체)과 현상롤러를 구비하는 4개의 현상카트리지를 구비한다. 각 현상카트리지의 감광드럼에 부착된 토너화상은 전사벨트로 전사되어 용지로 최종전사된다.
근래에 들어 칼라화상형성장치가 개인 사용자에게까지 보급되는 추세이다. 이를 위하여는 칼라화상형성장치가 소형화될 필요가 있다. 일 예로서, 현상카트리지에 수용되는 토너의 양을 줄여서 현상카트리지를 소형화한다. 현상카트리지에 수용되는 토너의 양에 따라 현상카트리지의 수명이 결정되므로, 현상카트리지의 교체 주기가 빨라진다. 이경우에, 다음과 같은 문제가 있다. 현상카트리지에 수용되는 토나의 양은 통상적을 약 5000매 이하를 인쇄할 수 있는 양이지만, 감광드럼은 그 수명이 1만 내지 5만매 정도의 인쇄가 가능하다. 이러한 감광드럼과 현상카트리지의 수명차로 인하여 사용자는 수명이 남아있는 감광드럼을 교체할 수 밖에 없어서 높은 소모품 교체비용을 부담하게 되며, 장당 인쇄비용(CPP: cost per page)이 상승된다. 이와 같은 높은 소모품비용은 화상형성장치의 시장경쟁력을 떨어뜨릴 뿐 아니라 자원의 효율적인 활용의 측면에서도 바랍직하지 못하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 소모품의 수명차이를 극복하여 소모품 교체비용을 줄이고 자원을 효율적으로 활용할 수 있도록 개선된 전자사진방식 화상형성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자사진방식 화상형성장치는, 복수의 노광유닛; 복수의 감광드럼과, 상기 복수의 감광드럼과 대면되는 전사벨트와, 상기 전사벨트를 사이에 두고 상기 복수의 감광드럼과 대면되며 제1전사바이어스가 인가되는 복수의 전사기를 포함하는 이미징유닛; 상기 복수의 노광유닛에 의하여 상기 복수의 감광드럼에 형성되는 정전잠상에 서로 다른 색상의 토너를 공급하여 현상시키는 복수의 현상카트리지;를 포함하여, 상기 복수의 감광드럼은 상기 전사벨트와 함께 교체가능하도록 된 것을 특징으로 한다.
일 실시예로서, 상기 화상형성장치는 상기 감광드럼으로부터 제거되는 폐토 너가 수용되는 폐토너수용부;를 더 구비하며, 상기 폐토너수용부는 상기 이미징유닛에 마련된다.
일 실시예로서, 상기 복수의 현상카트리지와 상기 복수의 노광유닛은 서로 교번으로 적층된 형태이다.
일 실시예로서, 상기 전사벨트는 정전기적인 힘에 의하여 용지를 부착시켜 이송시키며, 상기 감광드럼에 현상된 토너화상은 상기 용지로 직접 전사된다.
일 실시예로서, 상기 화상형성장치는, 상기 전사벨트와 대면되며 제2전사바이어스가 인가되는 전사롤러;를 더 구비하여, 상기 감광드럼에 현상된 토너화상은 상기 전사벨트에 중간전사된 후에 상기 전사벨트와 상기 전사롤러 사이로 이송되는 용지로 최종 전사된다.
이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 실시예를 도시한 구성도이다. 도 1을 보면, 화상형성장치는 칼라인쇄를 위하여 4개의 감광드럼(1)을 구비한다. 감광드럼(1)은 예를 들면, 유기 감광체 혹은 장수명의 특성을 가지는 아모퍼스실리콘 감광체를 사용할 수 있다. 4개의 대전롤러(2)는 감광드럼(1)에 접촉된다. 대전롤러(2)에는 대전바이어스가 인가되어 감광드럼(1)의 표면을 균일한 전위로 대전시킨다. 4개의 노광유닛(3Y, 3M, 3C, 3K)은 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K) 색상의 화상정보에 따라 변조된 광을 감광드럼(1)으로 주사하여 정전잠상을 형성시킨다. 노광유닛(3Y, 3M, 3C, 3K)으로서는 레이저 다이오드를 광원으 로 사용하는 LSU(laser scanning unit)이 주로 사용된다. 전원공급기(20)는 대전, 현상, 전사를 위한 바이어스를 제공한다.
정전잠상을 현상시키기 위하여 각각 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K) 색상의 토너가 수용된 4개의 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)가 설치된다. 현상카트리지(4)은 현상롤러(11)를 구비한다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)는 현상롤러(11)에 토너를 부착시키는 공급롤러, 현상롤러(11)에 부착된 토너의 양을 규제하는 규제수단을 구비한다. 규제 수단은 현상롤러(11)의 외주에 부착된 토너를 마찰대전시키는 역할을 한다. 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)는 그 내부에 수용된 토너를 공급롤러로 이송시키는 교반기를 더 구비할 수 있다. 본 실시예의 화상형성장치는 비접촉방식에 의하여 감광드럼(1)의 정전잠상을 현상시킨다. 현상롤러(11)는 감광드럼(1)과 현상갭을 유지하게 위치된다. 현상롤러(11)에는 그 내부에 수용된 토너를 감광드럼(1)의 정전잠상으로 으로 공급하기 위한 현상바이어스가 인가된다. 현상바이어스는 현상롤러(11)와 정전잠상과의 사이에 전위차를 형성함으로써 토너가 현상갭을 가로질러 정전잠상에 부착되어 현상되도록 한다. 일 예로서, 현상갭은 50∼500㎛ 사이에서 결정되며, 현상바이어스로서 교류와 직류가 혼합된 형태의 바이어스가 사용된다.
전사벨트(6)는 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)의 반대쪽에 위치되며, 감광드럼(1)과 대면되어 지지롤러(21)(22)(23)(24)에 의하여 지지되어 순환주행된다. 전사벨트(6)는 도전성을 가지며 폴리카보네이트 (PC), 폴리에스테르(PE) 혹은 폴리이미드(PI) 수지를 모제로 사용한다. 전기적 특성으로 표면저항 109-1011 Ω㎝, 체적저항 10 7-1012Ω㎝이 유효하다. 두께는 주로 50~200㎛ 정도이며, 내구성을 목적으로 파괴강도 50MPa 이상의 특성을 가질 필요가 있다. 전사기(7)는 전사벨트(6)를 감광드럼(1)에 접촉시켜 제1전사닙을 형성한다. 전사기(7)에는 감광드럼(1)에 현상된 토너화상을 전사벨트(6)로 부착시키기 위한 제1전사바이어스가 인가된다. 전사기(7)로서는 일 예로서 도전성 금속롤러 혹은 탄성을 가지는 반도전성의 고무를 금속축에 씌운 고무롤러가 채용될 수 있다. 금속성 롤러는 스테인레스 혹은 표면을 도금처리한 탄소강을 사용할 수 있다. 고무롤러의 재료로는 우레탄 고무, 천연 고무, 실리콘 고무등이 사용되고, 블랜딩시 도전성 입자를 혼입하여 제작한다. 롤라의 저항은 105 내지 5×107Ω, 고무 경도는 Asker A 기준 60 내지 80 정도이다.
참조부호 8은 감광드럼(1)의 표면에 잔류되는 토너를 제거하는 클리닝 블레이드를 표시한다. 전사롤러(9)는 전사벨트(6)와 대면되게 위치된다. 본 실시예에서는 전사롤러(9)는 지지롤러(21)(22)(23)(24)와 대면되어, 전사벨트(6)에 접촉/이격될 수 있게 설치된다. 전사롤러(9)에는 전사벨트(6)에 급지카세트(30)에 적재된 용지는 픽업롤러(30)에 의하여 픽업되어 전사롤러(9)와 전사벨트(6) 사이로 이송된다. 전사롤러(9)에는 전사벨트(6)에 부착된 토너화상을 용지로 전사시키기 위한 제2전사바이어스가 인가된다. 정착기(10)는 용지에 열과 압력을 가하여 토너화상을 용지에 정착시킨다.
현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)와 노광유닛(3Y, 3M, 3C, 3K)은 서로 교번으로 상하방향으로 적층 설치된다. 전사벨트(6)의 주행방향으로 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K) 색상의 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)와 노광유닛(3Y, 3M, 3C, 3K)이 설치된다. 다른 예로서, 전사벨트(6)의 주행방향으로 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M), 블랙(K) 색상의 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)와 노광유닛(3Y, 3M, 3C, 3K)이 설치된다. 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)와 노광유닛(3Y, 3M, 3C, 3K)의 설치순서에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
화상형성장치를 소형화하기 위하여 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)에는 예를 들면 3천~ 5천매 정도를 인쇄할 수 있는 양의 토너가 수용된다. 따라서, 3천~ 5천매 정도를 인쇄한 후에는 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)를 교체하여야 한다. 반면에, 감광드럼(1)은 수명이 1만매 내지는 5만매 정도이다. 따라서, 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)와 감광드럼(1)의 교체시기는 서로 다르다. 이와 같은 수명의 차이를 감안하여 본 실시예의 화상형성장치는, 감광드럼(1)이 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)로부터 분리되어 설치된다는데 그 특징이 있다. 전사벨트(6)는 수명이 보통 5만매 정도이다. 교체의 편의성을 감안하여, 본 실시예의 화상형성장치는 감광드럼(1)이 전사벨트(6)와 함께 이미징유닛(50)을 형성한다는데 그 특징이 있다. 도 1을 보면, 감광드럼(1)과 전사롤러(9)를 지지하는 지지롤러(21)(22)(23)(24) 및 전사기(7)는 이미징유닛(50)의 골격을 형성하는 프레임(51)에 설치된다. 이와 같은 구성에 의하면, 예를 들면, 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)의 두께를 약 33mm 노광유닛(3Y, 3M, 3C, 3K)의 두께를 26mm 정도로 구현하면 급지카세트(30) 및 도시되지 않은 제어보드가 차지하는 공간을 포함하여 화상형성장치의 전체의 높이를 약 435mm 정도로 할 수 있다. 이는 칼라화상형성장치로서는 매우 컴팩트한 크기이다.
화상형성장치는, 감광드럼(1)으로부터 제거된 폐토너를 수용하기 위한 폐토너수용부(60)를 더 구비할 수 있다. 폐토너 수용부(60)는 프레임(51)에 일체로 형성됨으로써 이미징유닛(50)과 함께 교체될 수 있다. 또한, 폐토너 수용부(60)는 프레임(51)에 결합되어, 하우징(70)의 전면을 개방함으로써 폐토너 수용부(60) 만을 교체하는 것도 가능하다. 클리닝부재(8)에 의하여 감광드럼(1)으로부터 제거된 폐토너는 오거(auger)등의 이송수단에 의하여 폐토너 수용부(60)로 이송된다. 또한, 클리닝부재(40)에 의하여 전사벨트(6)로부터 제거된 폐토너도 도시되지 않은 이송수단에 의하여 폐토너 수용부(60)로 이송될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여, 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)와 감광드럼(1)을 서로 분리하여 장착함으로써 서로 다른 교체주기를 갖는 소모품을 각각 교체할 수 있다. 따라서, 사용자의 소모품 교체비용 부담을 경감하고 자원의 효율적 활용에 이바지할 수 있다. 또, 장당 인쇄비용을 줄임으로써 제품의 시장 경쟁력을 향상시킬 수 있다. 더 나아가, 감광드럼(1)을 수명이 비슷한 전사벨트(6)와 유닛화함으로써 소모품 교체를 용이하게 할 수 있을 뿐 아니라, 소모품 수명관리를 일원화함으로써 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다. 또, 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)를 다른 부품의 수명에 제약되지 않고 소형화할 수 있으므로 화상형성장치의 소형화에 기여할 수 있다.
이제, 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K) 색상의 순서로 현상카트리지 (4)와 노광유닛(3)이 배치된 경우의 칼라화상형성과정을 설명한다.
옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K) 색상의 화상정보에 따라 노광유닛(3Y, 3M, 3C, 3K)은 대전롤러(2)에 의하여 균일한 전위로 대전된 감광드럼(1)에 광을 조사하여 정전잠상을 형성시킨다. 현상롤러(11)에 현상바이어스가 인가되면, 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)에 수용된 토너가 정전잠상으로 부착되어 현상된다. 전사기(7)에는 토너의 대전극성과 반대극성의 제1전사바이어스가 인가된다. 그러면, 감광드럼(1)에 현상된 토너화상은 전사벨트(6)로 부착된다.
상술한 동작은 4가지 색상에 대하여 순차적으로 수행된다. 즉, 칼라레지스트레이션을 맞추기 위하여 (감광드럼(1)간의 거리)÷(전사벨트(6)의 이송속도) 만큼의 시간 차이를 두고 제일 위에 배치된 옐로우(Y) 색상에 대응되는 노광유닛(3Y, 3M, 3C, 3K), 감광드럼(1), 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)로부터 아래쪽으로 블랙(K) 색상에 대응되는 노광유닛(3Y, 3M, 3C, 3K), 감광드럼(1), 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K)까지 차례로 수행된다. 전사기(7)에 인가되는 제1전사바이어스는 마지막인 블랙(K) 색상의 경우를 제외하고는 순차적으로 증가한다. 즉 제1전사바이어스는 옐로우(Y)<마젠타(M)<시안(C) 순으로 높다. 블랙(K) 색상의 경우에는 옐로우(Y)와 거의 비슷한 전압을 인기한다. 그러면, 전사벨트(6)에는 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K) 색상의 토너화상이 중첩되어 칼라토너화상이 형성된다.
전사롤러(9)는 도시되지 않은 액추에이터의 작용에 의하여 전사벨트(6)에 접촉되어 제2전사닙을 형성한다. 칼라토너화상이 전사롤러(9)와 전사벨트(6)가 대면된 제2전사닙에 도달되는 시점에 맞추어 급지카세트(30)로부터 픽업된 용지는 제2 전사닙으로 공급된다. 전사롤러(9)에는 토너의 대전극성과 반대극성의 제2전사바이어스가 인가된다. 그러면, 칼라토너화상은 용지로 전사된다. 용지가 정착기(10)를 통과하면, 열과 압력에 의하여 칼라토너화상이 용지에 정착되고, 인쇄과정이 종료된다.
상술한 화상형성장치는 전사벨트(6)로 토너화상을 전사한 후에 이를 용지로 재차 전사하지만, 감광드럼(1)에 형성된 토너화상을 용지로 직접 전사하는 방식도 가능하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 아래쪽으로부터 차례대로 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K) 색상에 대응되는 노광유닛(3Y, 3M, 3C, 3K), 현상카트리지(4Y, 4M, 4C, 4K), 감광드럼(1)이 설치된다. 전사벨트(6)는 아래 쪽에서 위쪽으로 주행된다. 옐로우(Y)색상의 화상정보에 따라 노광유닛(3Y)은 대전롤러(2)에 의하여 균일한 전위로 대전된 감광드럼(1)에 광을 조사하여 정전잠상을 형성시킨다. 현상롤러(11)에 현상바이어스가 인가되면, 현상카트리지(4Y)에 수용된 옐로우(Y) 토너가 정전잠상으로 부착되어 현상된다. 급지카세트(30)로부터 픽업된 용지는 전사벨트(6)로 공급된다. 용지는 정전기적 인력에 의하여 전사벨트(6)에 부착되어 이송된다. 용지는 감광드럼(1)에 부착된 옐로우(Y) 토너화상의 선단이 제1전사닙에 도달되는 시점에 맞추어 제1전사닙에 도달된다. 전사기(7)에는 토너의 대전극성과 반대극성의 제1전사바이어스가 인가된다. 그러면, 감광드럼(1)에 현상된 옐로우(Y)화상은 용지로 부착된다. 다음으로 칼라레지스트레이션을 맞추기 위하여 (감광드럼(1)간의 거리)÷(전사벨트(6)의 이송속도) 만큼의 시간 차이를 두고 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K) 색상에 대하여 노광, 현상, 전사 과정이 순차적으로 수행된다. 그러 면, 용지에는 칼라토너화상이 형성된다. 용지가 정착기(10)를 통과하면, 열과 압력에 의하여 칼라토너화상이 용지에 정착되고, 인쇄과정이 종료된다. 이와 같은 구성에 의하면, 토너화상이 용지로 직접 전사되기 때문에 전사롤러(9)가 구비될 필요가 없다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 감광드럼과 현상카트리지를 서로 분리하여 서로 다른 교체주기를 갖는 소모품을 각각 교체할 수 있게 함으로써 사용자의 소모품 교체비용 부담을 경감하고 자원의 효율적 활용에 이바지할 수 있다. 또, 장당 인쇄비용을 줄임으로써 제품의 시장 경쟁력을 향상시킬 수 있다. 또, 현상카트리지의 소형화에 대한 제약이 없어지기 때문에 소형화된 화상형성장치의 구현이 가능하다.
둘째, 감광드럼을 수명이 비슷한 전사벨트와 유닛화함으로써 소모품 교체를 용이하게 할 수 있을 뿐 아니라, 소모품 수명관리를 일원화함으로써 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 이미징유닛 내부에 폐토너 수용부를 마련함으로써 화상형성장치를 소형화할 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 (5)

  1. 복수의 노광유닛;
    복수의 감광드럼과, 상기 복수의 감광드럼과 대면되는 전사벨트와, 상기 전사벨트를 사이에 두고 상기 복수의 감광드럼과 대면되며 제1전사바이어스가 인가되는 복수의 전사기, 및 상기 복수의 감광드럼과 상기 전사벨트 및 상기 복수의 전사기가 지지되며 골격을 이루는 프레임을 포함하는 이미징유닛;
    상기 복수의 노광유닛에 의하여 상기 복수의 감광드럼에 형성되는 정전잠상에 서로 다른 색상의 토너를 공급하여 현상시키는 복수의 현상카트리지;를 포함하며,
    상기 복수의 감광드럼은 상기 복수의 현상카트리지와 분리되어 상기 전사벨트와 함께 교체가능하도록 된 것을 특징으로 하는 싱글패스방식 전자사진방식 화상형성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감광드럼으로부터 제거되는 폐토너가 수용되는 폐토너수용부;를 더 구비하며, 상기 폐토너수용부는 상기 이미징유닛에 마련된 것을 특징으로 하는 싱글패스방식 전자사진방식 화상형성장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 현상카트리지와 상기 복수의 노광유닛은 서로 교번으로 적층된 형태인 것을 특징으로 하는 싱글패스방식 전자사진방식 화상형성장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전사벨트는 정전기적인 힘에 의하여 용지를 부착시켜 이송시키며, 상기 감광드럼에 현상된 토너화상은 상기 용지로 직접 전사되는 것을 특징으로 하는 싱글패스방식 전자사진방식 화상형성장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전사벨트와 대면되며 제2전사바이어스가 인가되는 전사롤러;를 더 구비하여, 상기 감광드럼에 현상된 토너화상은 상기 전사벨트에 중간전사된 후에 상기 전사벨트와 상기 전사롤러 사이로 이송되는 용지로 최종 전사되는 것을 특징으로 하는 싱글패스방식 전자사진방식 화상형성장치.
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