KR100876341B1 - 도전 부재를 구비한 화상 형성 장치 - Google Patents

도전 부재를 구비한 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, (1) 원통형 기체(基體); 및 실질적으로 유동 상태로 원통형 기체의 내측에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재, 또는 (2) 원통형 기체; 및 그 내부 용적을 완전히 채우지 않도록 원통형 기체의 내측에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재, 또는 (3) 원통형 기체; 및 그 내부 용적의 20 내지 95% 만을 채우도록 원통형 기체의 내측에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 개시한다. 또한, 본 발명은 상기 도전 부재 중의 어느 하나를 구비한 화상 형성 장치를 개시한다.
도전 분말, 도전 부재, 화상 형성 장치, 원통형 기체

Description

도전 부재 및 이를 구비한 화상 형성 장치{ELECTRICALLY CONDUCTIVE MEMBER AND IMAGE FORMING APPARATUS EQUIPPED WITH THE SAME}
도 1은 본 발명의 예시적 실시예로서의 도전 부재의 구조를 설명하기 위한 측면 단면도.
도 2a는 도 1에 나타낸 본 발명의 예시적 실시예로서의 도전 부재의 A-A선에 따른 단면도로서, 도전 분말의 충전율이 50%인 상태를 나타낸 도면.
도 2b는 도 1에 나타낸 본 발명의 예시적 실시예로서의 도전 부재의 A-A선에 따른 단면도로서, 도전 분말의 충전율이 80%인 상태를 나타낸 도면.
도 3은 도전 분말에 기인한 원통형 기체의 변형 상태를 나타낸 단면도.
도 4는 감광성 부재와 도전 부재 간의 위치 관계의 예시적 실시예를 나타낸 개략 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 도전 부재에 바람직하게 사용되는 감광성 부재의 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 화상 형성 장치의 일례를 나타낸 개략 구성도.
도 7은 4중 탠덤 방식의 풀 컬러 화상 형성 장치(본 발명의 화상 형성 장치)를 나타낸 개략 구성도.
도 8은 도 7에 나타낸 4중 탠덤 방식의 풀 컬러 화상 형성 장치의 2차 전사 부의 확대 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 도전 부재
110 : 금속 샤프트
120 : 원통형 기체
130 : 도전 분말
140 : 플랜지부
150 : 외부 전원
160 : 감광성 부재
170a, 170b, 170c : 자력 발생 부재
본 발명은 복사기, 프린터, 팩시밀리 등의 전자 사진 프로세스를 이용한 전자 사진 장치에서 사용될 수 있는 도전 부재, 및 도전 부재를 구비한 화상 형성 장치에 관한 것이다.
전자 사진 프로세스로서, 일본 특허공개 제42-23910호에 기재된 바와 같이 다수가 알려져 있다. 일반적으로, 전자 사진 프로세스는, 각종의 수단에 의해 광 도전성 물질로 이루어진 감광성 부재(잠상 보유 부재)의 표면 상에 잠상을 전기적으로 형성하는 단계; 형성된 잠상을 토너로 현상하여 토너 화상을 형성하는 단계; 그 후 중간 전사 부재에 의해 또는 직접, 용지 등의 전사 기판의 표면 상에 감광성 부재의 표면 상의 토너 화상을 전사하는 단계; 및 가열, 가압, 가열 가압 처리, 또는 용제 증기 등을 이용하여 전사된 화상을 정착시켜 정착 화상을 얻는 단계를 포함한다. 감광성 부재 표면에 남은 토너는 필요에 따라 다양한 방법으로 크리닝되어 다시 상기 복수의 공정 단계에 제공된다.
전자 사진 프로세스를 이용하여 화상을 형성하는 화상 형성 장치에서는, 전형적으로 오존의 발생이 매우 적은 접촉 대전 방식 또는 접촉 전사 방식이 채용된다. 이러한 방식에서는, 내마모성 및 전사부에서의 전사 기판의 반송성이 우수한 롤러 형상의 부재가 바람직하게 사용되고 있다.
롤러 형상의 부재로서, 일반적으로 스테인리스 스틸(SUS), 철 등으로 이루어진 코어 금속 상에, 카본, 이온 도전제 등의 첨가에 의해 조절된 1×105 ∼ 1×1012Ω 범위의 저항값을 갖는 반도전성 탄성층이 형성된 구성을 갖는 반도전성 롤러가 사용된다. 이러한 반도전성 롤러는 탄성층을 갖고, 탄성층은 감광성 부재인 감광성 부재 또는 중간 전사 부재에 가압되어, 확실하게 닙(nip)을 형성할 수 있다.
반도전성 롤러에서, 탄성층의 고무 내에, 베이스 폴리머의 합성시에 첨가되는 반응 개시제의 잔류물, 그 합성에 수반하는 부생성물, 베이스 폴리머의 저분자 성분, 및 고무 롤러의 성형시 첨가되는 가황제(vulcanizer), 연화제 및 가소제 등의 각종의 성분이 포함된다. 반도전성 롤러가 감광성 부재 또는 중간 전사 부재와 압착 상태로 장시간 동안 방치되면, 롤러 내의 성분들이 탄성층의 표면 상에 삼출(seep out)하는 현상, 이른바 블리딩(bleeding)이라 불리는 현상이 발생하기 쉽다. 대부분의 삼출 성분은 감광성 부재 또는 중간 전사 부재와 반응하기 쉽고, 이 성분들이 감광성 부재 또는 중간 전사 부재의 표면 상에 부착하여 화학 반응을 통하여 그 표면의 물리적 특성을 변질시키는 문제를 초래한다.
또한, 반도전성 롤러의 탄성층은 고무 재료에 카본, 금속 산화물 또는 이온 도전제를 기계적으로 혼합하고 분산시켜 표면 저항을 조정하지만, 이온 도전제가 채택되는 경우에, 탄성층은 고온 고습 환경에서 그의 물리적 특성이 변화될 뿐만 아니라, 이온 도전제를 표면으로 석출시켜, 탄성층 표면의 전기 저항값이 국소적으로 변화하는 문제를 초래한다. 또한, 반도전성 롤러가 감광성 부재 또는 중간 전사 부재와 압착 상태로 방치되면, 석출된 이온 도전제가 감광성 부재 및 중간 전사 부재를 오염시키는 문제가 생기는 경우도 있다.
상기한 문제들을 해결하기 위해서, 반도전성 롤러의 탄성층의 표면에, 탄성층 내에 함유된 성분이 그 표면 상에 삼출 또는 석출되는 것을 방지하기 위한 배리어층으로서 기능하는 물질로 코팅하는 것이 고려되지만, 코팅에 의해 반도전성 롤러는 복수층 구조로 되고, 재료비의 증가 및 제조 공정의 복잡성에 기인하여 제조 비용이 높게 되는 문제가 재차 생긴다.
한편, 최근 전자 사진 프로세스를 행하는 화상 형성 장치에서는 정숙성이 요구되고 있다. 반도천성 롤러의 일종인 대전 롤러는 고주파 AC 바이어스를 DC 바이어스에 중첩시킬 때, 불쾌한 음인 이른바 대전음을 발생시키고, 이러한 대전음의 감소가 큰 기술적 문제로 남아 있다.
대전음을 감소시키는 하나의 방법으로서, 대전 롤러와 접촉하는 감광성 부재의 내부에 웨이트를 삽입하여, 대전 롤러에 기인한 고주파 진동의 전파를 방지하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법에서는, 웨이트로서 기능하는 부재를 감광성 부재의 내부에 고정시키는 새로운 공정, 예를 들면 부착 공정이 필요하게 되어, 필연적으로 제조 비용을 상승시키게 된다. 또한, 대전음을 감소시키는 대안으로서, 대전 롤러 상에 발포층을 설치하여 진동을 흡수하는 방법이 채택되고 있다. 그러나, 이 방법에서는, 발포층의 재료가 고무이기 때문에, 필연적으로 그와 접촉하는 감광성 부재를 쓸모없게 만든다. 즉, 상술한 바와 같은 악영향을 피할 수 없다.
또한, 전자 사진 공정을 행하는 화상 형성 장치에서는, 인쇄 및 복사 단가의 저감(즉, 러닝 코스트의 저감)을 위해 감광성 부재의 장수명이 요구된다. 그러나, 감광성 부재와 접촉하는 대전 롤러의 표면은 DC 바이어스에 고주파 AC 바이어스를 중첩하는 경우에 감광성 부재와 대전 롤러 간의 미소 갭에서 생기는 방전에 의해, 또는 이른바 에칭 현상에 의해 감광성 부재가 쉽게 깍여지고, 이에 따라 감광성 부재의 장수명이 실현되지 않는 문제를 갖는다.
대전음 및 에칭 현상을 저감하는 방법으로서, DC 바이어스만을 대전 롤러에 인가하는 방법, 이른바 DC 대전이 제안되어 있다. 이러한 DC 대전으로 균일하게 대전 롤러를 대전하기 위해서는, 지금까지의 요구에 비해 대전 롤러의 저항 균일성 및 고 레벨 표면 평활성이 요구된다. 그러나, 대전 롤러는, 상술한 바와 같이 블리딩되기 쉽고, 또한 그 도전성에 의해 표면에 토너, 용지 분말 등이 부착되기 쉬운 탄성층에 함유된 성분을 갖기 때문에, 대전 롤러는 저항 균일성 및 표면 평활성을 유지할 가능성이 사실상 없다는 문제를 갖고 있고, 근본적인 문제의 해결을 이룰 수 없다.
대전음 및 감광성 부재의 에칭 현상을 저감하는 다른 방법으로서, 주입 대전이라 불리는 감광성 부재 표면의 새로운 대전 기술이 제안되어 있고, 장치의 일부에 채용되고 있다. 이러한 기술은 인가된 DC 바이어스를 감광성 부재의 표면 전위로 할 수 있기 때문에, AC 바이어스의 인가는 이론적으로 필요없다.
그러나, 주입 대전 기술은 금속 슬리브 내부의 자석의 작용에 의해 금속 슬리브의 외주면 상에 자성체 분말을 보유하는 부재, 즉 자기 브러쉬 대전 부재와 전하 주입층을 갖는 감광성 부재의 조합을 필요로 하는 기술이고, 자기 브러쉬와 전하 주입층을 갖는 감광성 부재의 조합은 어떤 부품도 고가라는 단점을 갖는다.
또한, 주입 대전 기술에서는, 자기 브러쉬를 전하 주입층을 갖는 감광성 부재보다도 고속으로 회전시켜, 전하 주입의 기회를 증가시킬 필요가 있다. 이 때문에, 자기 브러쉬와 감광성 부재 사이에 존재하는 기아 및 벨트를 구동하기 위한 전력 전달 기구가 새롭게 필요하게 된다. 또한, 감광성 부재의 표면이 자성 재료로서의 금속 분말에 의해 계속해서 러빙되기 때문에, 자연스럽게 감광성 부재의 표면이 연마 작용에 의해 기계적으로 깎여지고, 때로는 전하 주입층을 관통하는 정도로 상처가 깊어지는 감지할 수 없는 가능성이 존재한다.
또한, 토너, 용지 분말 등의 오염물이 금속 슬리브의 외주면 상에 존재하는 자성체 분말 상에 부착되어, 전기 저항값을 변화시킴에 따라서, 전하 주입 능력을 저하시키는 문제, 금속 슬리브의 외주면 상의 자성체 분말이 탈락하여 전하 주입 밀도를 저하시키는 문제, 및 탈락한 자성 재료가 화상(용지)에 도달하여 화상 결함을 일으키는 문제가 발생하는 경우가 있다.
한편, 반도전성 롤러가 전사 수단 또는 중간 전사 방식에서의 2차 전사 수단으로서 사용되는 경우에는, 얇은 용지, 두꺼운 용지, 또한 OHP 시트 등의 다양한 전사 기판에 적합한 반도전성 롤러 뿐만 아니라, 감광성 부재 및 중간 전사 부재의 어느 것에 확실히 닙을 형성하여, 전자 기판의 전송 불량에 기인한 화상 결함 및 용지 주름의 발생을 방지하는 것이 요구된다. 이러한 요구는 반도전성 롤러의 경도를 가능한 한 낮은 레벨로 억제하고, 또한 감광성 부재 또는 중간 전사 부재 내로 롤러를 깊게 누름으로써 대응되지만, 탄성층에는 상술한 연화제, 가소제 등의 첨가량을 강제로 증가시켜, 이에 따라 블리딩이 보다 쉽게 발생하게 되어 감광성 부재 또는 중간 전사 부재를 오염시키고, 변질시키기 쉬운 상태를 만든다는 문제가 남는다.
또한, 전사 기판과 조합되는 반도전성 롤러에서는, 전사 기판의 특성은 습도 및 온도에 따라 다르고, 전기 저항값이 크게 변화하며, 반도전성 롤러는 상술한 바와 같이 낮은 경도를 얻기 위하여 고무를 사용하는 경우, 반도전성 롤러의 특성도 습도 및 온도에 따라 다르고, 전기 저항값이 크게 변화하는 결함을 갖고 있다. 따라서, 물리적 특성의 변화가 큰 전사 기판과 반도전성 롤러의 조합의 경우, 다양한 환경에서 일정한 화상 품질을 유지하기 위해서 전사 기판 및 반도전성 롤러의 각각의 적절한 저항값에 따른 전사 조건을 선택할 필요가 있고, 종래의 전자 사진 방식 의 화상 형성 장치에서는, 온도 센서 및 습도 센서가 설치되고, 검출된 분위기 데이터 및 저항 데이터를 피드백하여 전사 바이어스를 결정하는 복잡한 제어가 요구되었다.
따라서, 본 발명은 종래의 문제를 해결하여 다음의 목적을 달성하는 것을 과제로 한다. 즉, 본 발명의 목적은 간단하고 저비용으로 확실하게 원하는 닙을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 감광성 부재 또는 중간 전사 부재의 오염이나 변질을 방지할 수 있는 도전 부재 및 이 도전 부재를 갖는 화상 형성 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 대전음 및 감광성 부재 상의 에칭 현상을 저감할 수 있는 도전 부재 및 도전 부재를 갖는 화상 형성 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 저항 균일성 및 표면 평활성이 우수한 도전 부재 및 이 도전 부재를 갖는 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자는 도전 부재가 안고 있는 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 도전 부재의 구조를 찾아내어 본 발명에 이르렀다.
상기 목적은 본 발명의 다음과 같은 특징에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 제1 형태에 따르면, 원통형 기체; 및 실질적으로 유동 가능한 상태로 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제2 형태에 따르면, 원통형 기체; 및 내부 용적을 완전히 채우지 않도록 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제3 형태에 따르면, 원통형 기체; 및 내부 용적의 20 내지 95% 범위의 충전율로 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제4 형태에 따르면, 상기 도전 분말의 충전율은 상기 원통형 기체의 내부 용적의 20 내지 95%만을 충전하는 제1 및 제2 형태에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제5 형태에 따르면, 상기 도전 분말의 충전율은 상기 원통형 기체의 내부 용적의 50 내지 95%의 범위인 제1 내지 제3 형태 중의 어느 하나에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제6 형태에 따르면, 상기 도전 분말의 충전율은 상기 원통형 기체의 내부 용적의 70 내지 90%의 범위인 제1 내지 제3 형태 중의 어느 하나에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제7 형태에 따르면, 상기 도전 분말 전체의 저항값은 10-8 내지 108Ω인 제1 내지 제6 형태 중의 어느 하나에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제8 형태에 따르면, 상기 도전 분말은 다른 종류의 분말 성분의 혼합물이고, 상기 분말 성분 각각의 저항값은 10-8 내지 1017Ω의 범위인 제1 내지 제7 형태 중의 어느 하나에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제9 형태에 따르면, 상기 도전 분말의 수평균(number average) 입 자 직경은 10-5㎛ 내지 1㎜의 범위인 제1 내지 제8 형태 중의 어느 하나에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제10 형태에 따르면, 상기 원통형 기체는 자성 물질을 포함하는 제1 내지 제9 형태 중의 어느 하나에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제11 형태에 따르면, 상기 원통형 기체는 적층 구조인 제1 내지 제10 형태 중의 어느 하나에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제12 형태에 따르면, 상기 원통형 기체의 외주면은 상기 도전 분말의 중량 및/또는 이동에 기인하여 변형하는 변형 가능한 물질을 포함하는 제1 내지 제11 형태 중의 어느 하나에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제13 형태에 따르면, 상기 원통형 기체는 롤러로서 사용하기에 적합한 제1 내지 제12 형태 중의 어느 하나에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제14 형태에 따르면, 상기 원통형 기체를 축 방향으로 관통하여, 상기 원통형 기체를 회전시키는 축으로서 기능하는 샤프트를 더 포함하는 제1 내지 제13 형태 중의 어느 하나에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제15 형태에 따르면, 상기 샤프트는 상기 원통형 기체의 양단에 설치된 플랜지 부재에 의해 고정되는 제14 형태에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제16 형태에 따르면, 상기 플랜지 부재가 탄성체로 이루어지는 제15 형태에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제17 형태에 따르면, 상기 도전 분말은 자성 분말을 함유하는 제16 형태에 따른 도전 부재가 제공된다.
본 발명의 제18 형태에 따르면, 제1 내지 제17 형태 중의 어느 하나에 따른 도전 부재를 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제19 형태에 따르면, 감광성 부재; 및 상기 감광성 부재와 접촉하여 상기 감광성 부재의 표면을 대전시키는 대전 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 대전 수단은, 원통형 기체; 및 실질적으로 유동 가능한 상태로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제20 형태에 따르면, 감광성 부재; 및 상기 감광성 부재와 접촉하여 상기 감광성 부재의 표면을 대전시키는 대전 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 대전 수단은, 원통형 기체; 및 내부 용적을 완전히 채우지 않도록 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제21 형태에 따르면, 감광성 부재; 및 상기 감광성 부재와 접촉하여 상기 감광성 부재의 표면을 대전시키는 대전 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 대전 수단은, 원통형 기체; 및 내부 용적의 20 내지 95%의 범위의 충전율로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본발명의 제22 형태에 따르면, 상기 대전 수단은 DC 바이어스 전압 또는 AC 전압이 중첩된 DC 전압을 인가하는 수단인 제19 내지 제21 형태 중의 어느 하나에 따른 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제23 형태에 따르면, 상기 감광성 부재 및 상기 도전 부재는 이들 사이에 상이한 주변 속도를 제공함으로써 각 축에 대하여 상대적으로 회전되는 제19 내지 제22 형태 중의 어느 하나에 따른 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제24 형태에 따르면, 감광성 부재; 및 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판 상에 전사시키는 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 전사 수단은, 원통형 기체; 및 실질적으로 유동 가능한 상태로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제25 형태에 따르면, 감광성 부재; 및 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판 상에 전사시키는 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 전사 수단은, 원통형 기체; 및 내부 용적을 완전히 채우지 않도록 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제26 형태에 따르면, 감광성 부재; 및 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판 상에 전사시키는 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 전사 수단은, 원통형 기체; 및 내부 용적의 20 내지 95%의 범위의 충전율로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제27 형태에 따르면, 상기 감광성 부재 및 도전 부재는 이들 사이에 상이한 주변 속도를 제공함으로써 각 축에 대하여 상대적으로 회전되는 제24 내지 제26 형태 중의 어느 하나에 따른 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제28 형태에 따르면, 감광성 부재; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면을 대전시키는 대전 수단; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 대전 수단, 상기 1차 전사 수단 및 상기 2차 전사 수단 중의 적어도 하나는, 원통형 기체; 및 실질적으로 유동 가능한 상태로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제29 형태에 따르면, 감광성 부재; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면을 대전시키는 대전 수단; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 대전 수단, 상기 1차 전사 수단 및 상기 2차 전사 수단 중의 적어도 하나는, 원통형 기체; 및 내부 용적을 완전히 채우지 않도록 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제30 형태에 따르면, 감광성 부재; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면을 대전시키는 대전 수단; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 대전 수단, 상기 1차 전사 수단 및 상기 2차 전사 수단 중의 적어도 하나는, 원통형 기체; 및 내부 용적의 20 내지 95%의 범위의 충전율로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제31 형태에 따르면, 감광성 부재; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면을 대전시키는 대전 수단; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 대전 수단, 상기 1차 전사 수단 및 상기 2차 전사 수단 중의 적어도 하나는, 원통형 기체; 및 실질적으로 유동 가능한 상태로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고, 상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며, 상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 감광성 부재 또는 상기 중간 전사 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제32 형태에 따르면, 감광성 부재; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면을 대전시키는 대전 수단; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 대전 수단, 상기 1차 전사 수단 및 상기 2차 전사 수단 중의 적어도 하나는, 원통형 기체; 및 내부 용적을 완전히 채우지 않도록 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고, 상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며, 상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 감광성 부재 또는 상기 중간 전사 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제33 형태에 따르면, 감광성 부재; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면을 대전시키는 대전 수단; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 대전 수단, 상기 1차 전사 수단 및 상기 2차 전사 수단 중의 적어도 하나는, 원통형 기체; 및 내부 용적의 20 내지 95%의 범위의 충전율로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고, 상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며, 상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 감광성 부재 또는 상기 중간 전사 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제34 형태에 따르면, 상기 자계 형성 수단은 상기 감광성 부재 또는 상기 중간 전사 부재의 내주면 상에 설치된 자성을 갖는 막인 제31 내지 제33 형태 중의 어느 하나에 따른 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제35 형태에 따르면, 상기 자계 형성 수단은 상기 감광성 부재 또는 상기 중간 전사 부재의 내주부 상의 도전 부재와 대향하는 위치에 설치된 자력 발생 부재인 제31 내지 제33 형태 중의 어느 하나에 따른 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제36 형태에 따르면, 상기 감광성 부재 또는 상기 중간 전사 부재는 자성 물질로 이루어진 기체를 포함하고, 상기 자계 형성 수단이 상기 기체인 제31 내지 제33 형태 중의 어느 하나에 따른 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제37 형태에 따르면, 감광성 부재; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 엔드리스(endless) 벨트 형상의 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 2차 전사 수단은, 원통형 기체; 및 실질적으로 유동 가능한 상태로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고, 상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며, 상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 중간 전사 부재의 내주부 상의 상기 2차 전사 수단과 대향하는 위치에 설치된 지지 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제38 형태에 따르면, 감광성 부재; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 엔드리스 벨트 형상의 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 2차 전사 수단은, 원통형 기체; 및 내부 용적을 완전히 채우지 않도록 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고, 상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며, 상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 중간 전사 부재의 내주부 상의 상기 2차 전사 수단과 대향하는 위치에 설치된 지지 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 제39 형태에 따르면, 감광성 부재; 상기 감광성 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 엔드리스 벨트 형상의 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 2차 전사 수단은, 원통형 기체; 및 내부 용적의 20 내지 95%의 범위의 충전율로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고, 상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며, 상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 중간 전사 부재의 내주부 상의 상기 2차 전사 수단과 대향하는 위치에 설치된 지지 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 화상 형성 장치가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 도전 부재 및 이 도전 부재를 구비한 화상 형성 장치에 대하여 설명한다.
여기서, 본 발명에서의 도전 부재란, 예를 들면 대전 수단, 전사 수단, 중간 전사 방식에서의 1차 전사 수단 및 2차 전사 수단, 제전(除電) 수단 등으로서 사용되는 도전성 또는 반도전성 부재(이후, 도전 부재라 총칭함)를 의미하고, 그 형상은 롤러 또는 벨트 형상일 수 있다. 이러한 도전 부재는 감광성 부재로서의 감광성 부재, 중간 전사 부재 또는 대향 배치되는 지지 부재와 접촉하여, 원하는 닙을 형성할 수 있다. 여기서, 감광성 부재, 중간 전사 부재 또는 지지 부재는 드럼 또는 벨트 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 제1 형태로서의 도전 부재는, 원통형 기체; 및 실질적으로 유동 가능한 상태로 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함한다.
본 발명의 제2 형태로서의 도전 부재는, 원통형 기체; 및 내부 용적을 완전히 채우지 않도록 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함한다.
본 발명의 제3 형태로서의 도전 부재는, 원통형 기체; 및 내부 용적의 20 내지 95% 범위의 충전율로 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함한다.
이와 같이, 본 발명의 도전 부재는 필수적으로 원통형 기체 및 도전 분말을 포함한다.
이하, 본 발명의 도전 부재에 대하여 예시적 실시예를 나타내고, 상세하게 설명한다.
<도전 부재>
도 1 내지 도 3을 참조하여, 이하 본 발명의 예시적 실시예로서의 도전 부재에 대하여 상세하게 설명한다. 여기서, 도 1은 본 발명의 예시적 실시예의 구조를 설명하기 위한 측면 단면도이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1에 나타낸 본 발명의 예시적 실시예로서의 도전 부재의 A-A선에 따른 2개의 단면도로서, 도 2a는 도전 부재의 충전율이 50%인 상태를 나타내고, 도 2b는 도전 부재의 충전율이 80%인 상태를 나타낸다. 또한, 도 3은 도전 분말에 의해 야기된 원통형 기체의 변형 상태를 나 타낸 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 예시적 실시예로서의 도전 부재(100)가 금속 샤프트(110); 원통형 기체(120); 도전 분말(130); 및 플랜지 부재(140)를 포함하지만, 본 발명의 도전 부재는 이러한 구성에 한정되지 않는다. 또한, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 도전 부재(100)는 금속 샤프트(110)를 거쳐서 외부 전원(150)에 접속된다.
금속 샤프트(110)는 예를 들면 SUS, SUM 등으로 이루어지고, 축 방향으로 원통형 기체(120)를 관통하여, 도전 부재(100)의 회전축으로서 기능한다. 또한, 외부 전원(150)은 도 2a에 나타낸 바와 같이 금속 샤프트(110)에 접속되어 원하는 바이어스를 인가하고, 따라서 금속 샤프트(110)는 외부 전원(150)과 함께 도전 부재(100)로의 전압 인가 수단으로도 기능한다.
원통형 기체(120)는 롤러나 벨트일 수 있고, 구체적으로는 예를 들면 심리스(seamless) 튜브, 엔드리스(endless) 벨트 등이다. 또한, 원통형 기체(120) 내에 밀봉 상태로 수용된 도전 분말(130)의 중량 또는 이동에 따라 원통형 기체(102)가 자유롭게 변형될 수 있는 것이 바람직하다.
원통형 기체(120)를 구성하는 바인더 재료로서는, SBR(styrene butadiene rubber), BR(polybutadiene rubber), 하이 스티렌 고무(Hi Styrene resin masterbatch), IR(isoprene rubber), IIR(butyl rubber), 할로겐화 부틸 고무, NBR(nitrile butadiene rubber), 수소 첨가 NBR(H-NBR), EPDM, EPM(ethylene propylene rubber), NBR/EPDM 블랜드, CR(chloroprene rubber), ACM(acrylic rubber), CO(hydrin rubber), ECO(epichlorohydrin), 염소화 폴리에틸렌(chlorinated-PE), VAMAC(ethylene-acrylic rubber), VMQ(silicone rubber), U(urethane rubber), FKM(fluoro rubber), NR(natural rubber), CSM(chlorosulfonated polyethylene ruuber) 등의 고무 재료; 폴리 염화 비닐(PVC), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리이미드, 나일론, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 스티렌 부타디엔, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 테프론(R), 실리콘, 폴리메타크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 부티랄, 폴리아크릴산 수지, 로진, 변질 로진, 테르펜 수지, 페놀 수지 등의 수지 재료; 스티렌-프로필렌 공중합체, 스티렌-비닐톨루엔 공중합체, 스티렌-비닐나프탈렌 공중합체, 스티렌-메틸아크릴레이트 공중합체, 스티렌-에틸아크릴레이트 공중합체, 스티렌-부틸아크릴레이트 공중합체, 스티렌-옥틸아크릴레이트 공중합체, 스티렌-디메틸아미노에틸 아크릴레이트 공중합체, 스티렌- 메틸메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-에틸메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-부틸메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-비닐 메틸 에테르 공중합체, 스티렌-비닐 에틸 에테르 공중합체, 스티렌-비닐 메틸 케톤 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-이소프렌 공중합체, 스티렌-말레인산 공중합체, 스티렌-말레인산 에스테르 공중합체 등의 스티렌계 공중합체; 및 지방족 또는 지환족(alicyclic) 탄화수소 수지, 방향족 석유 수지, 파라핀 왁스, 카르나우바 왁스 등, 이들의 혼합물 및 공중합체 및 변질 수지를 예로 들 수 있지 만, 바인더 재료가 특히 한정되는 것은 아니다.
상술한 바인더 재료는 단일 또는 2 종류 이상의 혼합으로 사용될 수 있고, 또한 공중합체 또는 변질 유도체 형태로 사용될 수 있다.
바인더 재료로서는, 감광성 부재 및 중간 전사 부재에 대하여 오염 등의 악영향을 미치지 않도록, 저분자량 성분 또는 가소제 등이 도전 부재의 표면 상으로 석출되는, 이른바 블리드되는 성분을 포함하지 않는 바인더 재료, 또는 블리드 방지 처리를 실시한 바인더 재료로부터 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 원통형 기체(120)는 상기한 각종의 바인더 재료들 중의 바인더 재료에 도전 재료를 혼합하여 그 저항(전기 저항)값을 예를 들면 104 내지 1010Ω의 미리 정해진 범위로 조정한다. 본 발명에서는, 원통형 기체(120)의 저항값이 다음과 같이 얻어진다:
원통형 기체(120)의 내부 직경과 동일한 외부 직경을 갖는 금속 샤프트를 원통형 기체(120)의 내부에 삽입한다. 그 후, 금속 평판을 원통형 기체(120)의 외주면과 접촉시킨다. 그 후, 미리 정해진 DC 전압을 금속 샤프트에 인가하여 금속 샤프트와 금속판 간에 흐르는 전류를 측정한다. 이러한 측정에서, 인가한 전압, 흐르는 전류로부터 원통형 기체(120)의 저항값을 계산할 수 있다.
도전 재료로서는, 카본 블랙, 그래파이트 등의 카본 분말; 자성 분말, 주석, 철, 구리 등의 금속 분말과 수지의 혼합물; 금속 섬유; 산화 아연, 산화 주석, 산화 티타늄 등의 금속 산화물; 황화 구리, 황화 아연 등의 금속 황화물; 스트론튬, 바륨, 희토류 금속 등의 이른바 하드 페라이트(hard ferrite); 마그네타이트, 구리, 아연, 니켈, 망간 등의 페라이트, 및 표면을 도전 처리한 상기 재료; 구리, 철, 망간, 니켈, 아연, 코발트, 바륨, 알루미늄, 주석, 리튬, 마그네슘, 실리콘 등으로 구성된 그룹으로부터 선택된 다른 금속 원소를 포함하는 산화물, 수산화물, 탄산염 또는 금속간 화합물; 고온에서 소성하여 얻어지는 금속 산화물의 고용체, 이른바 복합 금속 산화물을 예로 들 수 있지만, 특히 이들에 한정되지 않는다. 이 외에, 4급 암모늄염 및 4급 암모늄염의 금속 치환 유도체 등의 이온 도전제가 첨가될 수 있다. 상기 도전 재료는 단일 또는 2종류 이상의 혼합으로 사용될 수 있다.
원통형 기체(120)는 적층 구조일 수 있고, 그 층들은 서로 동일한 재료이거나 서로 다른 재료일 수 있다. 원통형 기체(120)가 각 층이 서로 다른 재료로 구성된 적층 구조인 경우, 각 층의 저항값은 상기한 미리 정해진 범위로 조정되는 것이 바람직하다.
원통형 기체(120)의 표면 평활성은 10점 평균 거칠기(Rz)에서 15㎛ 이하가 바람직하고, 10㎛ 이하가 보다 바람직하며, 8㎛ 이하가 특히 바람직하다. 10점 평균 거칠기(Rz)가 15㎛보다 큰 경우, 표면 상에 존재하는 돌기에 방전이 집중되어, 스팟 형상의 화상 결함을 일으키는 경우도 있다.
여기서, 10점 평균 거칠기(Rz)란, 거칠기 곡선으로부터 그 평균선의 방향으로 기준 길이를 추출하고, 추출된 영역을 횡단하여 평균선으로부터 수직 배율의 방향으로 표고를 측정하며, 가장 높은 곳으로부터 5번째 높은 곳까지의 5개의 표고(Yp)의 절대값으로부터 구해진 평균값과, 가장 낮은 곳으로부터 5번째 낮은 곳까지의 5개의 깊이(Yv)의 절대값으로부터 구해진 평균값의 합을 구하고, 이 값을 10점 평균 거칠기(Rz)로서 마이크로미터 단위(㎛)로 변환하는 절차로 구해진 값이다.
원통형 기체(120)의 경도는 밀봉된 상태로 원통형 기체(120)의 내부에 수용되는 도전 분말(130)의 질량 및 도전 분말(130)의 충전율에 의해 영향을 받을 뿐만 아니라, 설치 방법 및 용도에 따라 적절하게 조정되기 때문에, 특히 한정되지 않지만, 그 경도는 Asker-C 경도에서 10 내지 90°의 범위인 것이 바람직하고, 20 내지 70°의 범위인 것이 보다 바람직하다.
경도 및 강성이 높은 원통형 기체(120)를 사용하는 경우에는, 화상 형성 장치에서 원통형 기체(120)(도전 부재(100)) 및 감광성 부재 또는 중간 전사 부재가 미리 정해진 공극을 갖고서 비접촉 상태로 배치된다.
원통형 기체(120)의 두께는 상술한 바인더 재료와 도전 재료의 선택 조합에 의해 미리 정해진 저항값으로 조정된 층의 경도 뿐만 아니라 내압성(핀홀 누설에 대하여 견딜 수 있는 두께)에 기초하여 임의로 설정된다.
또한, 원통형 기체(120)는 상술한 각종의 바인더 재료 중의 하나에 자성 재료를 혼합하여 자성을 갖도록 형성될 수 있다.
사용하는 자성 재료로서는, 스트론튬, 바륨, 희토류 금속 등의 이른바 하드 페라이트; 마그네타이트; 구리, 아연, 니켈, 망간 등의 페라이트, 또는 이들 표면이 도전 처리된 재료 등이 바람직하고, 상기 자성 재료들은 단일 및 2 종류 이상의 혼합으로 사용된다.
원통형 기체(120)는 필요에 따라 외주면 상에 이형성(離型性) 및 내블리드성이 우수한 표면층을 설치할 수 있다. 그 때의 표면층으로서는, 원통형 기체(120)의 변형에 추종할 수 있도록 유연성을 갖고 어느 정도 이형성이 우수한 재료를 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 스프레이 코팅법 또는 디핑법 등의 막 두께 균일성이 우수한 코팅법을 사용하는 것이 요망된다.
원통형 기체(120)는 압출 성형법, 공압출(coextrusion) 성형법, 사출 성형법, 프레스 성형법, 인젝션 블로우(injection blow) 성형법, 진공 성형법 등에 의해 상술한 바인더 재료를 이용하여 성형된다. 또한, 시판 중인 심리스 튜브를 사용할 수 있다.
도전 분말(130)은 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, (1) 내부 용적을 완전히 채우지 않도록 원통형 기체(120)의 내부에 밀봉되거나, (2) 실질적으로 유동 가능한 상태로 원통형 기체(120)의 내부에 밀봉되거나, 또는 (3) 20 내지 95%의 범위의 충전율로 원통형 기체(120)의 내부에 밀봉된다.
즉, 본 발명의 도전 부재(100)는 원통형 기체(120)의 내부가 공극 또는 자유 공간 및 도전 분말(130)에 의해 점유되는 상태로 사용된다.
본 발명의 도전 부재(100)가 이러한 상태로 사용되기 때문에, 도전 분말(130)이 원통형 기체(120)와 동시에 회전 이동하여 원통형 기체(120)의 내벽과 충돌하고 원통형 기체(120)를 진동시키고, 이에 따라 원통형 기체(120)의 표면 상에 부착된 토너, 용지 분말 등이 진동에 의해 떨어뜨리게 함으로써, 양호한 저항 균일성 및 양호한 표면 평활성을 유지할 수 있다. 또한, 원통형 기체(120) 내에 밀봉된 도전 분말(130)의 이동에 의해, 원통형 기체(120)는 일정한 하중 하에서 감광성 부재(또는 중간 전사 부재)와의 접촉을 항상 유지하고, 장시간 동안 균일한 닙을 유지할 수 있다. 도전 분말(130)의 충전율 및 도전 부재(130)의 프레스 레벨을 포함하는 조건을 변화시킴으로써, 닙 폭 및 닙 압력을 적절한 값으로 조정할 수 있다.
또한, 본 발명의 도전 부재(100)를 이러한 환경에서 사용하기 때문에, 원통형 기체(120)의 재질에 상관없이 균일한 닙이 형성될 수 있다. 따라서, 종래 기술에서와 같이, 환경 변화에 따라 물리적인 특성이 쉽게 변화하는 고무 재료의 사용이 감소될 수 있기 때문에, 원통형 기체(120)의 내부에 함유된 성분이 그 표면 상으로의 삼출 또는 석출에 기인한 감광성 부재(또는 중간 전사 부재)의 오염 또는 변질을 저감할 수 있다.
본 발명의 도전 부재(100)를 화상 형성 상치의 대전 수단(대전 롤러)으로서 사용한 경우에는, DC 바이어스에 고주파 AC 바이어스를 중첩함으로써 얻어진 바이어스가 인가되어도, 그 내부에 밀봉된 도전 분말(130)이 분말로서의 특성에 의해 진동의 전달을 방지하기 때문에 대전음이 작게 감소될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 도전 부재(100)가 높은 표면 평활성을 갖고, 또한 저항 균일성이 우수하기 때문에, 대전 수단(대전 롤러)으로서 화상 형성 장치에 이용하면 DC 바이어스의 인가만으로 DC 대전을 가능하게 하여, 감광성 부재(중간 전사 부재 등)의 표면 상에 생성되는 에칭 현상을 큰 폭으로 저감할 수 있다.
도전 분말(130)의 충전율로서는, 20 내지 95% 범위의 값이 바람직하고, 50 내지 95% 범위의 값이 보다 바람직하며, 70 내지 90% 범위의 값이 특히 바람직하다.
충전율이 20%보다 적은 경우에는, 도전 분말(130)의 총량이 적기 때문에 도전 분말(130)이 도전 부재(100)의 회전에 의해 원통형 기체(120)의 내부로 이동할 때에 원통형 기체(120)의 외주면 상에 부착된 오염물을 떨어뜨리는 효과가 얻어지기 어렵다. 또한, 이 경우, 환경 변화에 수반하여 공기가 수축 또는 팽창되는 공극(공기층)이 많이 존재하기 때문에, 원통형 기체(120)의 형상에 영향을 미칠 수 있다. 한편, 충전율이 95%보다 많은 경우, 도전 분말(130)의 유동성의 감소에 기인하여 닙 형성의 자유도가 저하하는 경향이 있다.
또한, 본 발명의 예시적 실시예로서의 도전 부재(100)는 원통형 기체(120)의 중심축으로서 전압을 인가하는 기능을 갖는 금속 샤프트(110)를 구비하고 있어, 충전율이 50%보다 적으면 도전 분말(130)이 금속 샤프트(110)와 접촉하지 않게 되기 때문에 도전 분말 내에 바이어스 전류가 흐르지 않는 경우가 발생한다. 이러한 경우, 예를 들면 금속 샤프트(110)의 설치 위치를 회전축으로부터 변위시키거나, 또는 금속 샤프트(110)의 외주면 상에 전기적인 도통을 촉진하는 도전성 날개(교반 날개)를 설치함으로써, 금속 샤프트(110)와 도전 분말(130) 간을 전기적으로 도통시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 충전율이란, 미리 원통형 기체(120)의 총 내부 용적으로 부터 미리 사용하는 원통형 기체(120)의 내부에 포함된 금속 샤프트의 용적을 제외한 후에 남아있는 용적을 충전하는 100%의 충전율로 도전 분말(130)의 질량을 측정하고, 그 질량에 기초하여 계산된다. 충전율 100%의 경우의 도전 분말(130)의 질량은, 원통형 기체(120)의 내부에서 실제로 사용되는 금속 샤프트(110)의 용적을 제외한 원통형 기체(120)의 용적과 동일한 용적을 갖는 용기를 준비하는 단계; 예를 들면 1분 동안 약한 진동에 의해 도전 분말을 갖는 용기를 세밀한 충전 레벨로 충전하는 단계; 및 그 후, 질량의 증가를 측정하여 도전 분말(130)의 질량을 결정하는 단계를 포함하는 절차에 의해 구해진다. 따라서, 예를 들면 100% 충전율의 경우의 도전 분말(130)의 질량은 10g인 경우, 밀봉 상태의 원통형 기체(120) 내의 함유된 도전 분말이 8g이면 충전율은 80%로 된다.
도전 분말(130)은 원통형 기체(120)가 변형되는 경우(즉, 경도가 낮은 경우) 도 3에 나타낸 바와 같이 적어도 그 중량에 의해 원통형 기체(120)의 형상을 변형시킬 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 도전 분말(130)이 그 중량에 의해 원통형 기체(120)의 저부에 모아지기 때문에, 원통형 기체(120)가 변형된다. 따라서, 도전 부재(100)가 이러한 변형을 이용하여 예를 들어 감광성 부재와 접촉하게 되면, 원통형 기체(120)는 감광성 부재의 형상의 프로파일에 따라 변형되어 닙을 형성할 수 있다. 이 때, 종래 기술에서 행해지는 바와 같이 감광성 부재에 대하여 도전 부재(100)를 과도하게 누를 필요가 없어, 원통형 기체(120)의 벌크 내에 함유된 성분이 그 표면 상으로 삼출 또는 석출되는 것이 용이하게 저감된다. 따라서, 감광성 부재의 변질 또는 오염의 발생을 방지할 수 있게 된다.
도전 분말 전체의 저항값(전기 저항값)은 10-8 내지 108Ω의 범위가 바람직하고, 10-5 내지 106의 범위가 보다 바람직하며, 10-3 내지 104 Ω의 범위가 특히 바람직하다. 저항값이 하한보다 낮은 경우, 도전 부재(100)로서 요구되는 저항값이 얻어지지 않는 경우가 발생한다. 한편, 저항값이 상한보다 높은 경우, 금속 샤프트(110)와 원통형 기체(120) 사이에서 충분한 컨던턴스가 얻어지기 어려운 경우가 발생한다.
도전 분말(130)은 1 종류의 분말 또는 2 종류 이상의 분말로 구성될 수 있다. 도전 분말이 혼합물인 경우, 사용하는 성분 각각의 저항값은 1×10-8 내지 1×1017Ω의 범위에서 선택될 수 있다. 이 경우, 도전 분말(130) 전체의 저항값은 상술한 바와같이 상기 범위로 조정되는 것이 바람직하다.
도전 분말(130)로서는, 자성 분말, 주석, 철, 구리 및 알루미늄 등의 금속 분말과 수지와의 혼합물; 금속 섬유; 산화 아연, 산화 주석, 산화 티타늄 등의 금속 산화물; 황화 구리, 황화 아연 등의 금속 황화물; 카본 블랙 및 그래파이트 등의 카본 분말; 스트론튬, 바륨, 희토류 금속 등의 이른바 하드 페라이트; 마그네타이트; 구리, 아연, 니켈, 망간 등의 페라이트, 및 표면을 도전 처리한 상기 재료; 구리, 철, 망간, 니켈, 아연, 코발트, 바륨, 알루미늄, 주석, 리튬, 마그네슘, 실리콘 등으로 구성된 그룹으로부터 선택된 다른 금속 원소를 포함하는 산화물, 수산화물, 탄산염 또는 금속간 화합물; 고온에서 소성하여 얻어지는 금속 산화물의 고용체, 이른바 복합 금속 산화물을 예로 들 수 있다. 또한, 세라믹 분말, 글래스 비즈, 라텍스 입자, 자연석, 분쇄석(pulverized stone), 모래 등이 첨가된다. 상기 분말은 도전 분말(130) 전체의 저항값이 저항값 조건을 충족시키도록 단일 또는 2 종류 이상의 혼합으로 사용될 수 있다.
본 발명에서는, 도전 분말(130)을 구성하는 분말 성분 각각의 저항값이 다음과 같이 구해진다:
원통형 홀더는 금속의 상면과 하면, 및 절연 재료의 본체부로 구성되고(상면 및 하면의 사이즈는 모두 직경이 10㎜φ이고 높이가 10㎜임), 측정 시료로서의 분말을 충전하여, 98kPa(10kg/㎠)의 압력 하에서 압축된 상태로 100V의 전압을 인가한다. 분말을 흐르는 전류값을 측정하면, 저항값이 계산된다.
또한, 도전 분말(130)이 1 종류의 분말로 이루어진 경우, 1 종류의 분말의 저항값은 아무런 변화없이 도전 분말(130) 전체로서의 저항값이다. 한편, 도전 분말(130)이 복수 종류의 분말로 이루어진 경우, 복수 종류의 분말이 충분히 교반되어 혼합된 분말이 상기 설명과 마찬가지의 측정 방법에 따라 구해진 저항값은 도전 분말(130) 전체로서의 저항값이다.
도전 분말(130)의 수 평균(number average) 입자 직경은 10-5㎛ 내지 1㎜의 범위인 것이 바람직하고, 5 내지 700㎛의 범위인 것이 보다 바람직하며, 40 내지 300㎛의 범위인 것이 특히 바람직하다. 수 평균 입자 직경이 하한보다 작은 경우에는 분말의 유동성이 감소되는 경우가 생기고, 한편 수 평균 입자 직경이 상한보 다 큰 경우에는 입자들 간의 접점이 감소되어, 도통 회로가 불충분하게 되고, 도전 부재(100)의 표면 상의 도전성에 얼룩 불균일이 생기는 경우를 초래한다.
자성 분말이 도전 분말(130)에 포함될 수 있다. 자성 분말이 포함되는 경우에는, 분말의 자성을 이용하여 도전 부재(100)의 위치가 다양한 방식으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 도전 부재(100)는 하부측에서 감광성 부재(160)와 접촉하여 닙을 형성할 수 있다. 여기서, 도 4는 감광성 부재(160)와 도전 부재(100) 간의 위치 관계의 예시적 실시예를 나타낸 개략 단면도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 구형의 마그넷 등의 자력 발생 부재(자계 형성 수단)(170a)가 감광성 부재(160)의 내주부 상에 배치되어 도전 분말(130)을 끄는 자계를 형성하는 경우와, 자성 분말이 도전 분말(130)에 포함되는 경우, 도전 분말(130)이 자계 발생 부재(170a)에 끌려 중력 방향과 반대의 방향으로 이동하고 원통형 기체(120)를 변형시켜, 원통형 기체(120)와 감광성 부재(160) 간에 닙을 형성할 수 있게 된다. 이 때, 상술한 바와 같이 원통형 기체(120) 자체가 자성을 갖는 경우, 그 표면 상의 자성이 일정하게 유지되고, 도전 부재(100)의 회전에 따라 도전 부재(130)의 이동이 더욱 균일하게 되고, 그 결과 본 발명의 도전 부재(100)와 감광성 부재(160) 간에 형성된 닙이 장기간 동안 일정하게 유지된다.
자계 형성 수단은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 감광성 부재(160)의 내주부의 도전 부재(100)와 대향하는 위치에 배치된 구형 마그넷 등의 자력 발생 부재(170a)로 구성될 수 있고, 또는 선택적으로 도 5a에 나타낸 바와 같이 감광성 부재(160)의 내주면 전체에 라이닝된 자성을 갖는 필름(170b)으로 구성될 수 있다. 또한, 도 5b에 나타낸 바와 같이 감광성 부재(160)의 기체(170c) 자체가 철 또는 철을 함유하는 합금 등의 자성을 갖는 재료로 형성되어, 자계 형성 수단으로서 기능할 수도 좋다. 여기서, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 도전 부재(100)에 바람직하게 사용되는 감광성 부재(160)의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4에 나타낸 감광성 부재(160)는 중간 전사 방식에서의 드럼 형상의 중간 전사 부재일 수 있다. 이 경우, 마찬가지로 중간 전사 부재의 내부에 자계 형성 수단을 설치함으로써, 본 발명의 도전 부재(100)로 구성된 2차 전사 롤러와의 사이에 닙을 형성할 수 있다.
플랜지 부재(140)는 원통형 기체(120)의 양단에 설치되어, 밀봉된 상태로 함유된 도전 분말(130)이 누설되지 않도록 하는 부재이다. 플랜지 부재(140)를 형성하는 재료로서는, 특히 한정은 되지 않지만, 원통형 기체(120)의 변형에 따라서 변형될 수 있는 탄성체인 것이 바람직하다. 탄성체로서는, 스폰지, 고무, 열가소성 탄성체 등을 들 수 있고, 그 중에서 스킨층을 갖는 스폰지를 사용하는 것이 매우 바람직하다.
플랜지 부재(140)로서 스킨층을 갖는 스폰지를 사용할 경우에는, 스킨층이 원통형 기체(120)의 내부를 향하고, 스킨층이 도전 분말(130)과 접촉하도록 스킨층을 갖는 플랜지 부재(140)를 설치함으로써, 도전 분말(130)의 누설을 완전히 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 예시적 실시예로서의 도전 부재(100)를 설명했지만, 이 구조에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 도전 부재(100)를 회전시키는 기능을, 원통형 기체(120)의 양단을 회전가능하게 보유하는 부재를 사용하여 부여한다. 도전 부재(100)의 내부에 복수의 텐션 롤을 포함시켜 도전 부재(100)의 형상을 조정하는 기능을 갖게 하고, 또한 텐션 롤의 일부가 전압을 인가하는 기능을 갖는 다른 구조가 가능하다. 상술한 바와 같이, 금속 샤프트(110)의 외주면에 날개(교반 날개)을 설치하는 또 다른 구조도 가능하다.
본 발명의 도전 부재(100)는 도전 분말(130)이 도전 부재(100)의 표면에 대한 전류량을 제어하고, 환경 변화를 일으키지 않기 때문에, 정전류 제어 및 환경 제어를 필요로 하지 않아, 화상 형성 장치의 제조 비용의 저감에 크게 공헌할 수 있다.
또한, 본 발명의 도전 부재(100)에서는, 닙을 형성하기 위해서 감광성 부재에 인가되는 압력을 저감할 수 있기 때문에, 형상의 안정성을 달성하고 휨을 방지하기 위해서 종래 기술의 도전 부재에 필요한 강성이 더 이상 요구되지 않는다. 따라서, 샤프트의 소형화 및 그에 따른 도전 부재(100) 자체의 소형화를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 도전 부재(100)는 도전 분말의 이동에 의해 원통형 기체를 진동시켜, 원통형 기체의 표면에 부착된 토너, 용지 분말 등의 오염을 표면으로부터 떨어뜨릴 수 있기 때문에, 블레이드, 브러시 등의 설치를 생략할 수 있다.
본 발명의 도전 부재는 요구되는 전기 특성, 표면 특성 등의 조건을 적절하 게 조정함으로써, 대전 수단, 전사 수단(후술하는 1차 및 2차 전사 수단도 포함함), 및 그 외에 제전 수단 등에서 바람직하게 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 도전 부재는 구조가 복잡하지 않기 때문에, 종래 기술의 도전 부재(예를 들면, 반도전성 롤러)에 비해, 보다 간편하게 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 도전 부재는 비용의 큰 저감을 가능하게 하여, 도전 부재를 갖는 화상 형성 장치의 비용 저감을 실현할 수 있다.
<화상 형성 장치>
이하, 본 발명의 도전 부재를 갖는 화상 형성 장치(본 발명의 화상 형성 장치)의 일례를 나타내지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 도면에 나타낸 주요부만을 설명하고, 그 외의 부분의 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 화상 형성 장치의 일례를 나타낸 개략 구성도이다. 도 6에 나타낸 화상 형성 장치는 화살표 B방향으로 회전하는 감광성 부재(51); 감광성 부재와 인접하게 배치되어, 감광성 부재(51)의 표면을 미리 정해진 전위로 대전시키는 대전 롤러(대전 수단)(52); 대전된 감광성 부재(51)의 표면을 화상 신호에 따라 레이저 광(53)으로 노광하여 정전 잠상을 형성하는 노광 장치(노광 수단)(56); 대전된 토너(현상제)를 공급하여 정전 잠상을 현상하는 현상 장치(현상 수단)(54); 현상된 토너 화상을 기록지(전사 기판) P 상에 전사하는 전사 롤러(전사 수단)(55); 및 전사 후의 감광성 부재(51)의 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 크리닝 유닛(57)을 포함하고, 이들 장치가 이 순서대로 구성되어 있다. 여기서, 도 6에 나타낸 화상 형성 장치에는, 대전 롤러(52)로서 상술한 본 발명의 도전 부재가 사용되고, 도전 부재의 각 구성 요소에는 도 2a에서 사용된 것과 동일한 부호를 붙인다.
우선, 감광성 부재(51)는 그 표면을 대전 롤러(52)에 의해 -600V ∼ -1800V 범위 정도의 전위로 대전된다. 감광성 부재(51)는 도전성 기체 상에 감광층을 적층하여 형성된 구조이다. 이 감광층은 통상 고저항값의 것이지만, 노광 장치(56)로부터 방출된 레이저 광이 감광층을 조사할 때에 레이저 광(53)으로 조사된 부분의 비저항을 변화시키는 특성을 갖는다. 따라서, 대전된 감광성 부재(51)의 표면 상에, 도시하지 않은 제어 유닛으로부터 노광 장치(56)를 거쳐서 전송된 화상 데이터에 따라서, 레이저 광(53)이 출력된다. 레이저 광(53)은 감광성 부재(51)의 표면의 감광층에 조사되어, 감광성 부재(51)의 표면 상에 인쇄 패턴의 정전 잠상을 형성한다.
이렇게 하여 감광성 부재(51)의 표면에 형성된 정전 잠상은 화살표 B 방향으로의 감광성 부재(51)의 회전에 의해 미리 정해진 현상 위치까지 회전된다. 그리고, 이 현상 위치에서, 감광성 부재(51) 상의 정전 잠상이 현상 장치(54)에 의해 가시 화상(토너 화상)으로 변환된다.
감광성 부재(51)의 표면이 현상 장치(54)를 통과함으로써, 감광성 부재(51)의 표면의 제전된 잠상부에만 토너가 정전적으로 부착되어, 잠상을 토너로 현상한다. 계속해서, 감광성 부재(51)는 화살표 B 방향으로 회전하여, 감광성 부재(51)의 표면에 현상된 토너 화상을 미리 정해진 전사 위치로 반송한다.
감광성 부재(51)의 표면의 토너 화상이 전사 위치로 반송되면, 전사 롤러(55)에 미리 정해진 전사 바이어스가 인가되어, 감광성 부재(51)로부터 전사 롤러(55)에 향하는 정전기력이 토너 화상에 작용하여, 감광성 부재(51)의 표면의 토너 화상을 기록지 P 상에 전사한다. 또한, 감광성 부재(51)의 표면의 잔류 토너는 크리닝 유닛(57)에 의해 제거된다.
도 6에 나타낸 화상 형성 장치에 따르면, 대전 롤러(52)로서 본 발명의 도전 부재를 사용하여, DC 바이어스에 고주파 AC 바이어스를 중첩하여 얻어진 바이어스가 인가되어도, 내부가 밀봉된 상태로 있는 도전 분말(130)이 분말로서의 자체의 특성에 의해 진동의 전달을 방지하기 때문에, 대전음을 작게 할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 도전 부재는 원통형 기체(120)의 표면에 부착된 토너, 용지 분말 등의 오염을 흔들어 떨어뜨릴 수 있고, 따라서 표면 평활성이 높고, 표면의 저항 균일성이 우수하다. 이 때문에, 대전 롤러(52)로서 본 발명의 도전 부재를 사용함으로써, DC 바이어스만을 인가하는 DC 대전을 가능하게 하고, 감광성 부재의 표면에 발생하는 에칭 현상을 대폭 저감할 수 있다. 그 결과, 러닝 코스트를 저감할 수도 있다.
도 6에 나타낸 화상 형성 장치에서는, 대전 롤러(52)로서 본 발명의 도전 부재를 사용하지만, 전사 롤러(55)로서도 본 발명의 도전 부재를 바람직하게 사용할 수도 있다.
본 발명의 도전 부재를 대전 롤러(52) 및/또는 전사 롤러(55)로서 사용하는 경우, 롤러(52 또는 55)를 회전시킬 때, 롤러(52 또는 55)는 감광성 부재(51)의 주변 속도와 동일하거나 또는 다를 수 있다. 그러나, 감광성 부재(51)보다도 고속으 로 롤러(52 또는 55)를 회전시킴으로써, 롤러(52 또는 55)의 외주면의 저항값의 변동이 있다고 해도, 그 변동은 분산되어, 실용상의 큰 문제가 되는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 본 발명의 화상 형성 장치의 다른 예를 나타낸다.
도 7은 4중 탠덤 방식의 풀 컬러 화상 형성 장치(본 발명의 화상 형성 장치)를 나타낸 개략 구성도이다. 도 7에 나타낸 화상 형성 장치는, 색 분리된 화상 데이터에 기초하여 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K)을 포함하는 컬러의 화상을 출력하는 전자 사진 방식의 제1 ∼ 제4 화상 형성 스테이션(10Y, 10M, 10C, 10K)(화상 형성 수단)을 포함한다. 이들 화상 형성 스테이션(이하, 스테이션이라고 약칭함)(10Y, 10M, 10C, 10K)은 거의 수평 방향으로 서로 평행하게 미리정해진 값의 간격으로 설치된다.
스테이션(10Y, 10M, 10C, 10K)을 통하여 그 위쪽에 연장된 방식으로 중간 전사 부재으로서의 중간 전사 벨트(20)가 설치된다. 사용하는 중간 전사 벨트(20)는, 표면 저항율을 1010 ∼ 1012Ω/sq. 정도(100V의 측정 전압)로 조정하도록 폴리이미드, 폴리카보네이트 또는 불소계 수지 등의 수지 재료에, 카본, 이온 도전 물질 등의 도전성을 부여하기 위한 물질을 분산시켜 얻어진 재료로 이루어진다. 중간 전사 벨트(20)는 가로 방향으로 서로 이격되어 설치된 구동 롤러(22) 및 지지 롤러(지지 부재)(24) 사이에 걸쳐서 감겨 있어, 제1 스테이션(10Y)으로부터 제4 스테이션(10K)으로의 방향으로 무단(無端)으로 주행한다. 지지 롤러(24)는 도시하지 않은 스프링 등에 의해 구동 롤러(22)로부터 이탈하는 방향으로 어지(urge)되어, 양쪽 롤러 간에 걸쳐진 중간 전사 벨트(20)에 미리 정해진 텐션을 부여한다. 또한, 중간 전사 벨트(20)의 화상 보유 측면에는 구동 롤러(22)와 대향하는 위치에 중간 전사 부재 크리닝 장치(30)가 설치된다.
상술한 제1 ∼ 제4 스테이션(10Y, 10M, 10C, 10K)은 서로 거의 동일한 구성을 갖고, 따라서 중간 전사 벨트(20)의 주행 방향 상류측에 배치된 옐로우 화상을 형성하는 제1 스테이션(10Y)에 대해서 대표로 설명한다. 제1 스테이션(10Y)과 동일한 기능을 갖는 각각의 대응 요소에 대하여 옐로우(Y) 대신에, 각 단에 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K)의 문자를 갖는 동일한 참조 부호를 부기함으로써, 제2 ∼ 제4스테이션(10M, 10C, 10K)의 설명은 생략한다.
제1 스테이션(10Y)은 감광성 부재로서 작용하는 감광성 부재(1Y)를 갖는다. 감광성 부재(lY)의 주위에는, 감광성 부재(1Y)의 표면을 미리 정해진 전위로 대전시키는 대전 롤러(대전 수단)(2Y), 감광성 부재(1Y)의 대전된 표면을 색 분리된 화상 신호에 따라 레이저 광(3Y)으로 노광하여 정전 잠상을 형성하는 노광 장치(3), 대전된 토너(현상제)를 공급하여 정전 잠상을 현상하는 현상 장치(4Y), 현상된 토너 화상을 중간 전사 벨트(20) 상에 전사하는 1차 전사 롤러(1차 전사수단)(5Y), 및 1차 전사 후에 감광성 부재(1Y)의 표면에 잔존하는 토너를 제거하는 감광성 부재 크리닝 장치(6Y)가 감광성 부재(1Y)의 회전 방향으로 순차 배치되어 있다. 1차 전사 롤러(5Y)는 감광성 부재(1Y)와 대향하여 중간 전사 벨트(20)의 내측에 배치된다. 또한, 1차 전사 바이어스를 인가하는 바이어스 전원(도시하지 않음)이 각 1차 전사 롤러(5Y, 5M, 5C, 5K)에 접속되어 있다. 바이어스 전원은 도시하지 않은 제어 유닛(제어 수단)의 제어에 의해, 각 1차 전사 롤러에 인가된 전사 바이어스를 가변시킨다.
이하, 제1 스테이션(10Y)에서 옐로우 화상을 형성하는 동작에 대해서 설명한다. 우선, 동작에 앞서, 대전 롤러(2Y)에 의해 감광성 부재(1Y)의 표면이 -600V ∼ -800V 정도의 전위에 대전된다.
감광성 부재(1Y)는 도전성 기체 상에 감광층을 적층하여 형성된다. 이 감광층은 통상 고저항이지만, 레이저 광(3Y)이 조사되면, 레이저 광이 조사된 부분의 비저항값이 가변한다. 따라서, 대전된 감광성 부재(1Y)의 표면에 도시하지 않은 제어 유닛으로부터 전송된 옐로우용 화상 데이터에 따라 노광 장치(3)에 의해 레이저 광(3Y)이 출력된다. 레이저 광(3Y)은 감광성 부재(1Y)의 표면의 감광층을 조사하게 되어 감광성 부재(1Y)의 표면 상에 옐로우 인쇄 패턴을 갖는 정전 잠상을 형성한다.
정전 잠상은, 대전에 의해 감광성 부재(1Y)의 표면에 형성되는 화상으로서, 레이저 광(3Y)에 의해 감광층의 피조사 부분의 비저항이 저하하고, 감광성 부재(1Y)의 표면 상에 축적된 전하가 흐르고, 한편 레이저 광(3Y)이 조사되지 않은 부분의 전하가 잔류함으로써 형성된다(생성된 화상은 네가티브 잠상이다).
이와 같이 감광성 부재(1Y)의 표면 상에 형성된 정전 잠상은 감광성 부재(1Y)의 회전에 의해 미리 정해진 현상 위치까지 회전된다. 그리고, 감광성 부재(1Y) 상의 정전 잠상이 현상 장치(4Y)에 의해 현상 위치에서 가시화(토너 화상) 된다.
현상 장치(4Y)에서는, 예를 들면 적어도 옐로우 착색제, 왁스, 바인더 수지, 및 지방족 탄화수소 및 9 이상의 탄소 원자의 방향족 탄화수소의 공중합체 석유 수지로 형성된 7㎛의 체적 평균 입자 직경을 갖는 옐로우 토너가 수용되어 있다. 옐로우 토너는 현상 장치(4Y)의 내부에서 교반하여 마찰 대전되고, 감광성 부재(1Y)의 표면 상의 전하와 동극성(-)의 전하를 갖는다. 감광성 부재(1Y)의 표면이 현상 장치(4Y)를 통과함으로써, 감광성 부재(1Y)의 표면 상에 대전된 잠상부에만 옐로우 토너가 정전적으로 부착되고, 잠상이 옐로우 토너로 현상된다. 이에 계속해서, 감광성 부재(1Y)가 회전하여, 감광성 부재(1Y) 상의 현상된 토너 화상을 미리 정해진 1차 전사 위치로 반송한다.
감광성 부재(1Y)의 표면 상의 옐로우 토너 화상이 1차 전사 위치로 반송되면, 1차 전사 롤러(5Y)에 미리 정해진 1차 전사 바이어스가 인가되고, 감광성 부재(1Y)로부터 1차 전사 롤러(5Y)로 향하는 정전기력이 토너 화상에 작용하여, 감광성 부재(1Y)의 표면 상의 토너 화상을 중간 전사 벨트(20)의 표면 상에 전사한다. 이 때에 인가되는 전사 바이어스는 토너 극성(-)과 반대 극성(+)이며, 예를 들면 제1 스테이션(10Y)에서는 정전류가 제어부(도시하지 않음)에 의해 +10㎂ 정도의 값으로 제어된다.
또한, 제2 스테이션 이후를 포함하는 스테이션에서는 1차 전사 롤러(5M, 5C, 5K)에 인가되는 1차 전사 바이어스에도 마찬가지의 제어가 수행된다.
이와 같이, 제1 스테이션(10Y)에서 옐로우 토너 화상이 전사되는 중간 전사 벨트(20)는 제2 ∼ 제4 스테이션(10M, 10C, 10K)을 통해서 순차 진행하여, 각 컬러의 토너 화상이 동일한 방법으로 중첩되어 다중 전사를 달성한다.
제1 ∼ 제4 스테이션을 통해서 모든 컬러의 토너 화상이 다중 전사되는 중간 전사 벨트(20)는 화살표 C 방향으로 구동 롤러(22) 주위에서 중간 전사 벨트(20) 내면과 접하는 지지 롤러(24)와 중간 전사 벨트(20)의 화상 보유면 측에 배치된 2차 전사 롤러(2차 전사 수단)(26)로 구성된 2차 전사부로 이동한다.
한편, 기록지(전사 기판) P가 공급 기구를 통하여 2차 전사 롤러(26)와 중간 전사 벨트(20) 사이에 미리 정해진 타이밍으로 공급되고, 미리 정해진 2차 전사 바이어스가 지지 롤러(24)에 인가된다. 이 때에 인가되는 전사 바이어스는 토너의 극성(-)과 동극성(-)이며, 중간 전사 벨트(20)로부터 기록지 P를 향하는 정전기력이 토너 화상에 작용하여, 중간 전사 벨트(20)의 표면의 토너 화상을 기록지 P의 표면에 전사한다. 이 때의 2차 전사 바이어스는 2차 전사부의 저항값을 검출하는 저항 검출 수단(도시하지 않음)에 의해 검출된 저항값에 따라 결정되며, 그 바이어스는 정전압으로 제어된다.
그 후, 기록지 P는 정착 장치(28)에 반송되고, 토너 화상이 가열 및 가압되며, 색 중첩된 토너 화상이 용융되어 기록지 P의 표면에 영구적으로 정착된다. 컬러 화상이 정착된 기록지 P는 배출부를 향하여 화살표 D 방향으로 반송되어, 일련의 컬러 화상 형성 동작을 종료한다.
도 7에 나타낸 화상 형성 장치에서, 도 6에 나타낸 화상 형성 장치와 마찬가지로, 대전 롤러(2Y, 2M, 2C, 2K)로서 상술한 본 발명의 도전 부재를 바람직하게 사용할 수 있다. 그러나, 1차 전사 롤러(5Y, 5M, 5C, 5K) 및/또는 2차 전사 롤러(26)로서 본 발명의 도전 부재를 사용할 수도 있다.
본 발명의 도전 부재를 전사 롤러(26)로서 사용할 경우에는, 그 구조상 도전 분말(130)의 중량에 의한 닙의 형성이 곤란하기 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이 자성을 이용하여, 2차 전사 롤러(26)를 지지롤러(지지 부재)(24)에 대하여 경사지게 아래쪽에 접촉시켜 닙을 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 도 8은 도 7에 나타낸 4중 탠덤 방식의 풀 컬러 화상 형성 장치의 2차 전사부의 확대 구성도이다. 또한, 자성을 이용해서 닙을 형성하는 메커니즘은 도 4의 설명과 동일하기 때문에, 여기서 그 설명은 생략한다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 2차 전사부에서는 내부에 밀봉되어 있는 도전 분말(130)에 자성 분말을 혼합한 2차 전사 롤러(26)와, 장착된 자계 형성 수단에 의해 부여된 자성을 갖는 지지 롤러(24)에 따라서 자성의 특성을 이용하여 확실히 닙을 형성시킬 수 있다. 이렇게 형성된 닙은, 본 발명의 도전 부재의 구조에 기인하는 유연성(원통형 기체(110)의 변형에 의한)과, 장기간, 균일하게 유지되는 기능을 갖고, 따라서 얇은 용지, 두꺼운 용지 및, 그 외에 OHP의 투명 용지 등의 다양한 전사 기판에 대하여 유연하게 대응할 수 있고, 또한 전사 기판의 반송 불량이 없는 우수한 특성을 갖는다.
상기 2차 전사부에서 사용되는 지지 롤러(24)는 2차 전사 롤러(26)의 경우와 마찬가지로 도전성과 자성을 갖는 재료로 이루어지지만, 그 경도는 2차 전사 롤러(26)와 크게 다르다. 즉, 지지 롤러(24)는 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 중간 전사 부재가 벨트 형상인 경우, 벨트를 걸쳐 놓는 텐션 롤의 역할도 하기 때문에, 어느정도의 경도가 요구된다. 실용적인 경도로서는, 예를 들면 Asker C 경도의 70° 이상인 것이 바람직하다. 또한, 지지 롤러(24)는 중간 전사 벨트(20)를 걸쳐 놓을 경우, 벨트의 워킹(walking)을 방지하기 위해서 예를 들면, 외경, 편향, 직선도 등의 항목에서는 수십㎛ 이내의 고정밀도가 요구된다.
이들의 각 조건을 만족하는 지지 롤러(24)를 얻기 위해서는, 금속 표면에 피막을 형성하고 나서 자화시키는 방법, 또는 페라이트 또는 마그네타이트 등의 자성체(자계 형성 수단)를 수지에 블렌딩(blend)하여 고압 하에서 혼합물을 금형 성형하고 자화시키는 방법을 채택하는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명에서는, 지지 롤러(24)로서, 수지에 페라이트나 마그네타이트 등의 자성체(자계 형성 수단)를 블렌딩하여, 고압 하에서 혼합물을 금형 성형하고 다극 자성 부재로 자화시키는 것이 비용 및 장수명의 측면에서 유리하다고 생각된다. 여기서, 다극 자성 부재는, 나일론 수지나 폴리에스테르 수지에, 페라이트 마그넷, 고무 마그넷 등의 자성 재료를 블렌딩하여, 고압 하에서 혼합물을 원통형의 이른바 마그넷 롤러로 금형하는 절차로 얻어진 성형물을 의미한다.
이렇게 얻어진 지지 롤러(24)의 자력선 밀도는 사용하는 프로세스 속도, 인가 전압과 2차 전사 롤러(26) 간의 전위차에 기인한 전계, 2차 전사 롤러(26)의 유전율, 표면 조건 등의 많은 요인에 따라서 다르고, 이 요인과 연관된 조건에 따라 적절하게 선택된다. 다극 자성 부재의 표면 위에 1mm만큼 이격된 자극 위치에서 측정된 자력선 밀도는 50mT(500가우스) 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게 는 100mT(1000 가우스) 이상이다.
또한, 지지 롤러(24)의 체적 저항율은 103 ∼ 1012Ω·㎝인 것이 바람직하고, 105 ∼ 1010Ω·㎝인 것이 보다 바람직하다.
또한, 지지 롤러(24)가 전자석으로 이루어진 경우, 지지 롤러(24)와 2차 전사 롤러(26) 사이를 통과하는 전사 기판의 두께, 수분 함유율, 전기 저항, 표면 평활성 등의 물리적 특성에 따라서 자력을 조정하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명했지만, 본 발명은 그 요지의 범위내에서 여러가지 변형이나 변경이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 도전 부재는 정전 기록 프로세스나 자기 기록 프로세스 등을 갖는 화상 형성 장치에 사용될 수도 있다.
이하, 본 발명의 예를 설명하지만, 본 발명이 이들 예에 한정되지는 않는다.
[예 1]
(대전 롤러로서의 도전 부재 R-1의 제작)
원통형 기체로서, 에피클로로히드린 고무 100 질량부와 이온 도전제 2 질량부의 혼합물을 충분히 혼련(kneading)하여 얻어진 고무 재료를 압출기로 압출하여, 외경 10㎜φ, 두께 500㎛, 길이 320㎜의 심리스 튜브가 얻어졌다.
얻어진 심리스 튜브에 외경 9㎜φ의 스테인레스 샤프트를 삽입하고, 이러한 샤프트에 500V의 전압을 인가하여, 샤프트와 금속 평판 사이의 저항을 측정했다. 그 결과, 이러한 심리스 튜브의 저항은 6×105Ω이었다.
또한, 얻어진 심리스 튜브의 일부를 절단하여, 두께 방향의 경도를 고분자계기사 제조의 마이크로 고무 경도계(MD-1)를 사용하여 측정한 결과, 마이크로 고무 경도는 55°였다.
또한, 얻어진 심리스 튜브의 표면 20개소에 대해서 표면 평활도를 측정한 결과, 10점 평균 거칠기 Rz에 있어서 평균치는 3㎛였다.
이어서, 얻어진 심리스 튜브의 한쪽 단부에 중심에 직경 5㎜φ의 구멍이 개구된 플랜지 부재를 접착제를 사용하여 고정시키고, 플랜지 부재의 중심 구멍에 외경 5㎜φ, 길이 340㎜의 금속 샤프트를 통과시켜 고정시켰다.
그리고, 플랜지 부재가 고정되어 있지 않은 다른 단부 방향에서, 도전성 입자로서 스테인레스 구(저항: 10-8Ω, 수 평균 입자 직경: 150㎛)와, 자성 분말과 수지로 이루어지는 구형 복합체 입자(MRC, 도다공업사 제조)를 용적비 7:3의 비율로 혼합한 후, 심리스 튜브를 내부 용적의 4/5에 상당하는 양(충전율 80%)만큼 혼합물로 충전하고, 심리스 튜브의 개구되어 있는 다른쪽 단부에 상기와 마찬가지로 그 중심에 구멍이 개구된 플랜지 부재를 접착제를 사용하여 고정시켜, 대전 롤러 R-1을 제작했다.
또한, 상기 MRC는 Magnetic Particle & Resin Composite Carrier의 약칭이며, 여기서는 그 저항이 1×105Ω이고, 수 평균 입자 직경이 60㎛인 MRC를 이용하고 있다. 또한, 본 예에서 이용한 도전성 입자 전체의 저항은 2×104Ω이었다.
(평가)
(1) 대전음의 평가
얻어진 대전 롤러 R-1을 컬러 레이저 프린터(후지제록스사 제조 Docu Print C620)의 대전 부재로서 부착시키고, 원통형의 감광성 부재 표면에 세트하여 무향실(35㏈ 이하)에서 대전음의 측정을 행하였다. 여기서의 인가 바이어스는 직류 전압 -700V에 교류 전압 2000vpp를 중첩 인가하고, 교류 전압의 주파수를 500∼2000㎐까지 변화시켰다. 또한, 이러한 실험에서는, 컬러 레이저 프린터의 대전 부재만을 가동시켜 행하였다.
그 결과, 대전음은 모든 주파수의 경우에 음 강도가 50㏈ 이하로 측정되었다. 통상, 화상 형성 장치의 가동음은 52∼55㏈이기 때문에, 본 발명의 도전 부재로부터 발생하는 대전음은 실용상 문제로 되지는 않았다.
(2) 표면 오염성 및 감광성 부재의 에칭 현상 평가
얻어진 대전 롤러 R-1을 컬러 레이저 프린터(후지제록스사 제조 Docu Print C620)의 대전 부재로서 부착시키고, 하기에 나타낸 각 환경 하에서 50000매의 인쇄시의 화상 테스트를 행하였다. 또한, 여기서의 인가 바이어스는 직류 전압 -700V를 이용했다.
그 결과, 고온/고습 환경(온도 28℃, 습도 85% RH), 저온/저습 환경(온도 10℃, 습도 15% RH), 표준 환경(온도 22℃, 습도 55% RH)의 어느 환경 하에 있어서도, 초기 화상과 50000매째의 화상에는 전혀 문제가 없고, 대전 부재의 표면에 손상이나 핀홀 등의 이상은 전혀 관찰되지 않았다. 또한, 도전 부재 R-1의 외주면에 대한 오염(토너, 용지 분말 등)의 부착도 거의 확인되지 않았다. 또한, 초기 단계 와 50000매 후의 대전 롤러 R-1의 외주면의 저항값에 차이는 나타나지 않았다.
본 테스트에 있어서, 감광성 부재 표면에 토너의 필밍(filming) 등의 이상도 관찰되지 않고, 감광성 부재의 전하 수송층의 손실량은 저온/저습 환경(온도 10℃, 습도 15% RH) 하에서 최대 3㎛였다.
[예 2]
(대전 롤러로서의 도전 부재 R-2의 제작)
스티렌-에틸렌-부틸렌-올레핀 결정 블록 공중합체(SEBC: DYNARON 4600P, 니혼합성고무사 제조) 50 질량부 및 수소 첨가 스티렌-부틸렌-공중합체(HSBR: DYNARON 2324P, 니혼합성고무사 제조) 50 질량부에, 도전성 카본(케첸 블랙 EC, 케첸 블랙사 제조) 10 질량부와, 도전성 산화 티타늄(ET-500W, 이시하라산업사 제조) 15 질량부와, 이온 도전제(니혼카릿사 제조) 3 질량부와, 충전제 2 질량부와, 분산 조제 1 질량부와, 표면 개질제 O.5 질량부를 첨가하여 얻어진 혼합물을 드라이 블렌딩(혼합)한 후, 가압 니더를 사용하여 200℃에서 10분간 충분히 혼련했다.
가압 니더로부터 꺼낸 혼련물을 분쇄한 후, 2축 압출기를 사용하여 펠릿화했다. 얻어진 펠릿을 크로스헤드를 구비한 단축 압출기를 사용하여 외경 10㎜φ, 두께 500㎛, 길이 320㎜의 심리스 튜브를 제작했다.
얻어진 심리스 튜브에 외경 9㎜φ의 스테인레스 샤프트를 삽입하고, 이러한 샤프트에 500V의 전압을 인가하여, 샤프트와 금속 평판 사이의 저항을 측정했다. 그 결과, 이러한 심리스 튜브의 저항은 8×105Ω이었다.
또한, 얻어진 심리스 튜브의 일부를 절단하여, 두께 방향의 경도를 고분자계기사 제조의 마이크로 고무 경도계(MD-1)를 사용하여 측정한 결과, 마이크로 고무 경도는 60°였다.
또한, 얻어진 심리스 튜브의 표면 20개소에 대해서 표면 평활도를 측정한 결과, 10점 평균 거칠기 Rz에서 평균치는 2㎛였다.
예 1과 마찬가지로, 도전성 입자로서, 유리 비즈(저항: 1017Ω, 수 평균 입자 직경: 900㎛)와, 카본 마이크로비즈(저항: 10-2Ω, 수 평균 입자 직경: 50㎛)를 용적비 2:8의 비율로 혼합한 후, 심리스 튜브를 내부 용적의 3/5에 상당하는 양(충전율 60%)만큼 혼합물로 충전하여, 대전 롤러 R-2를 제작했다. 또한, 본 예에서 이용한 도전성 입자 전체의 저항은 5×105Ω이었다.
(평가)
(1) 대전음의 평가
얻어진 대전 롤러 R-2에 대해서 예 1과 동일한 방법 및 조건으로 대전음의 측정을 행하였다.
그 결과, 대전음은 모든 주파수의 경우에 음 강도가 50㏈ 이하이며, 대전음으로서는 실용상 문제로 되지 않을 정도였다.
(2) 표면 오염성 및 감광성 부재의 에칭 현상 평가
얻어진 대전 롤러 R-2에 대해서 예 1과 동일한 방법 및 조건으로 화상 테스트를 행하였다.
그 결과, 고온/고습 환경(온도 28℃, 습도 85% RH), 저온/저습 환경(온도 10℃, 습도 15% RH), 표준 환경(온도 22℃, 습도 55% RH)의 어느쪽 환경 하에 있어서도 초기 화상과 최후의 50000매째의 화상에는 전혀 문제가 없고, 대전 부재의 표면에 손상이나 핀홀 등의 이상은 전혀 관찰되지 않았다. 또한, 도전 부재 R-2의 외주면에 대한 오염(토너, 용지 분말 등)의 부착도 거의 확인되지 않았다. 또한, 초기 단계와 50000매 후의 대전 롤러 R-2의 외주면의 저항값에 차이는 나타나지 않았다.
본 테스트에 있어서, 감광성 부재 표면에 토너의 필밍 등의 이상도 관찰되지 않고, 감광성 부재의 감광층의 삭감량은 저온/저습 환경(온도 10℃, 습도 15% RH) 하에서 최대 3㎛였다.
[예 3]
(대전 롤러로서의 도전 부재 R-3의 제작)
예 2에 있어서, 도전성 입자의 충전율을 60%로부터 40%로 변경하였다. 즉, 유리 비즈(저항: 1017Ω, 수 평균 입자 직경: 900㎛)와, 카본 마이크로비즈(저항: 10-2Ω, 수 평균 입자 직경: 50㎛)를 용적비 2:8의 비율로 혼합한 후, 심리스 튜브를 내부 용적의 2/5에 상당하는 양(충전율 40%)만큼 혼합물로 충전하도록 한 것 이외는, 예 2와 동일한 조건 및 방법을 적용하여 예 3의 대전 롤러 R-3을 제작했다.
그 후, 예 2와 동일하게 하여 평가를 행한 결과, 대전음은 모든 주파수의 경우에 음 강도가 50㏈ 이하이며, 대전음으로서는 실용상 문제로 되지 않을 정도였 다. 그러나, 저온/저습 환경(온도 10℃, 습도 15% RH)의 화상 테스트에 있어서, 화상에 약간의 주기적인 흐트러짐(요란)이 발생했다.
이러한 흐트러짐은 심리스 튜브내에 봉입된 도전성 분체가 비교적 소량이었기 때문에, 심리스 튜브와 감광성 부재 사이에 형성된 닙에 주기적으로 미소한 틈이 생기게 되었기 때문이라고 생각할 수 있다.
[비교예 1]
(대전 롤러로서의 도전 부재 R-4의 제작)
비교예 1에 있어서, 도전성 입자를 심리스 튜브의 내부에 세밀한 충전 레벨로 충전하여, 예 1과 동일하게 하여 도전 부재 R-4를 제작했다.
그 후, 예 1과 동일하게 하여 평가를 행한 결과, 대전음은 음 강도가 60㏈을 초과하였다. 또, 고온/고습 환경(온도 28℃, 습도 85% RH)의 화상 테스트에서는, 감광성 부재 표면에 토너의 필밍이 관찰되었다.
이것은 심리스 튜브의 내부에 도전성 분체를 세밀한 충전 레벨로 충전했을 때, 롤러의 경도가 지나치게 높아져, 원하는 닙을 형성할 수 없었기 때문이라고 생각된다.
[예 4]
(2차 전사 롤러로서의 도전 부재 R-5의 제작)
HSBR(수소 첨가 스티렌-부타디엔 공중합체: DYNARON 2324P, 니혼합성고무사 제조) 30 질량부 및 SEBC(스티렌-에틸렌-부틸렌-올레핀 결정 블록 공중합체: DYNARON 4600P, 니혼합성고무사 제조) 70 질량부(합계 100 질량부)에, 도전성 카본(케첸 블랙 EC, 케첸 블랙사 제조) 14 질량부와, 도전성 산화 티타늄(ET-500W, 이시하라산업사 제조) 20 질량부와, 충전제 2 질량부와, 분산 조제 1 질량부와, 표면 개질제 O.5 질량부를 첨가하여 얻어진 혼합물을 드라이 블렌딩한 후, 혼합물을 또 가압 니더를 사용하여 200℃에서 10분간 충분히 혼련했다.
가압 니더로부터 꺼낸 혼련물을 분쇄한 후, 2축 압출기를 사용하여 펠릿화했다. 얻어진 펠릿을 크로스헤드를 구비한 단축 압출기를 사용하여 외경 28㎜φ, 두께 1.5㎛, 길이 330㎜의 심리스 튜브를 제작했다.
얻어진 심리스 튜브에 외경 25㎜φ의 스테인레스 샤프트를 삽입하고, 이러한 샤프트에 500V의 전압을 인가하여, 샤프트와 금속 평판 사이의 저항을 측정했다. 그 결과, 이러한 심리스 튜브의 저항은 2×109Ω이었다.
또한, 얻어진 심리스 튜브의 일부를 절단하여, 두께 방향의 경도를 고분자계기사 제조의 마이크로 고무 경도계(MD-1)를 사용하여 측정한 결과, 마이크로 고무 경도는 50°였다.
또한, 얻어진 심리스 튜브의 표면 20개소에 대해서 표면 평활도를 측정한 결과, 10점 평균 거칠기 Rz에 있어서 평균치는 1.5㎛였다.
이어서, 얻어진 심리스 튜브의 한쪽 단부에 중심에 직경 8㎜φ의 구멍이 개구된 플랜지 부재를 접착제를 사용하여 고정시키고, 플랜지 부재의 중심 구멍에 외경 8㎜φ, 길이 370㎜의 금속 샤프트를 통과시켜 접착제를 사용하여 고정시켰다.
그리고, 플랜지 부재가 고정되어 있지 않은 다른 단부 방향에서, 도전성 입 자로서 자성 분말과 수지로 이루어지는 구형 복합체 입자(MRC, 도다공업사 제조)를 자화시킨 후, 심리스 튜브를 내부 용적의 2/3에 상당하는 양(충전율 67%)만큼 구형 복합체 입자로 충전하고, 심리스 튜브의 개구되어 있는 다른쪽 단부에 상기와 마찬가지로 그 중심에 구멍이 개구된 플랜지 부재를 접착제를 사용하여 고정시켜, 2차 전사 롤러 R-5를 제작했다.
또한, 상기 MRC는 Magnetic Particle & Resin Composite Carrier의 약칭이며, 여기서는 그 저항이 1×105Ω이고, 수 평균 입자 직경이 60㎛인 MRC를 이용하고 있다.
(지지 롤러의 제작)
지지 롤러로서, 외경 16㎜φ의 금속 샤프트 외주면상에, 나일론 6 수지 15 질량부에 페라이트 85 질량부를 첨가하여 얻어진 혼합물을 사출 성형기를 사용해서 성형하여, 두께 6㎜의 수지층을 구비한 외경 28㎜φ의 플라스틱 마그넷 롤러를 제작했다. 이러한 플라스틱 마그넷 롤러에 자화 장치 내에서 자장을 가하여, 120mT(1200 가우스)의 자력을 구비한 플라스틱 마그넷 롤러를 완성시켰다.
(평가)
(1) 2차 전사 평가
얻어진 2차 전사 롤러 R-5와 얻어진 지지 롤러를 컬러 레이저 프린터(후지제록스사 제조 Docu Print C2220)에 2차 전사 수단으로서 부착시키고, 표 1에 나타낸 각 환경 하에서, 각종 전사 기판을 이용하여, 화상 테스트를 행하였다. 여기서, 인가 바이어스(2차 전사 바이어스)는, 직류 전압을 0.5∼4.O㎸까지 변화시켜, 양질의 화상이 얻어지는 2차 전사 바이어스의 범위를 구했다. 결과는 표 1에 나타낸다.
환경 전사 기판 (용지) 양품의 화상을 위한 2차 전사 바이어스의 범위
예 4 예5 비교예 2
표준 (25℃, 55%RH) 얇은 용지 (55gsm) 0.9∼1.8kv 0.9∼1.8kv 0.9∼1.2kv
보통 용지 (75gsm) 1.0∼2.0kv 1.0∼2.0kv 1.0∼1.4kv
두꺼운 용지 (160gsm) 1.2∼2.4kv 1.2∼2.4kv 1.2∼1.8kv
OHP 1.5∼3.0kv 1.5∼3.0kv 1.5∼2.5kv
고온 고습 (28℃, 85%RH) 얇은 용지 (55gsm) 0.6∼1.6kv 0.6∼1.6kv 0.6∼0.7kv
보통 용지 (75gsm) 0.6∼1.5kv 0.6∼1.5kv 0.6∼0.8kv
두꺼운 용지 (160gsm) 0.8∼2.0kv 0.8∼2.0kv 0.8∼1.0kv
OHP 1.0∼2.5kv 1.0∼2.5kv 1.0∼2.0kv
저온 저습 (10℃, 15%RH) 얇은 용지 (55gsm) 1.1∼2.0kv 1.1∼2.0kv 1.3∼1.5kv
보통 용지 (75gsm) 1.2∼2.2kv 1.2∼2.2kv 1.4∼1.7kv
두꺼운 용지 (160gsm) 1.4∼2.6kv 1.4∼2.6kv 1.6∼2.0kv
OHP 1.7∼3.5kv 1.7∼3.5kv 2.2∼3.0kv
고온 고습 (28℃, 85%RH) 24시간 방치후 얇은 용지 (55gsm) 0.6∼1.4kv 0.6∼1.4kv 0.6kv
보통 용지 (75gsm) 0.6∼1.4kv 0.6∼1.4kv 0.7kv
두꺼운 용지 (160gsm) 0.8∼1.8kv 0.8∼1.8kv 0.8kv
저온 저습 (10℃, 15%RH) 24시간 방치후 얇은 용지 (55gsm) 1.2∼1.8kv 1.2∼1.8kv 1.5kv

표 1에 명확히 나타난 바와 같이, 어떠한 환경 하에서도, 각 전사 기판에 대 하여, 매우 넓은 범위의 2차 전사 바이어스에서 양질의 화상이 얻어졌다.
또한, 고온/고습 환경(온도 28℃, 습도 85% RH)에 있어서 24시간 방치하여, 충분히 흡습한 상태로 된 전사 기판을 사용한 것 이외는, 상기와 동일하게 하여 양질의 화상이 얻어지는 2차 전사 바이어스의 범위를 구했다. 결과는 표 1에 나타낸다.
표 1에 명확히 나타난 바와 같이, 충분히 흡습한 상태의 전사 기판에 대해서도, 매우 넓은 범위의 2차 전사 바이어스에서 양질의 화상이 얻어졌다.
(2) 박리성의 평가
얻어진 2차 전사 롤러 R-5와 지지 롤러를 컬러 레이저 프린터(후지제록스사 제조 Docu Print C2220)에 2차 전사 수단으로서 부착시키고, 저온/저습 환경(온도 10℃, 습도 15% RH)에 있어서 24시간 방치하여, 함수율 3% 이하로 조정된 전사 기판을 이용하여, 화상 테스트를 행하였다. 여기서, 인가 바이어스(2차 전사 바이어스)는, 직류 전압을 0.5∼3.O㎸까지 변화시켜, 양질의 화상이 얻어지는 2차 전사 바이어스의 범위를 구했다. 또한, 전사 기판의 박리성을 눈으로 관찰했다. 결과는 표 1에 나타낸다.
표 1에 명확히 나타난 바와 같이, 매우 넓은 범위의 2차 전사 바이어스에서 양질의 화상이 얻어졌으며, 전사 기판이 중간 벨트로부터 떨어지지 않고 접착되는 것과 같은 박리 불량은 전혀 육안으로 관찰되지 않았다.
[예 5]
(2차 전사 롤러로서의 도전 부재 R-6의 제작)
에피클로로히드린 고무 100 질량부에, 도전성 카본(케첸 블랙 EC, 케첸 블랙사 제조) 5 질량부와, 충전제 2 질량부와, 분산 조제 0.5 질량부를 첨가하여 얻어진 혼합물을 가압 니더를 사용하여 80℃에서 10분간 충분히 혼련했다.
가압 니더로부터 꺼낸 혼련물에, 가황제 3 질량부와 촉진제 1 질량부를 더 첨가하고, 혼합물을 2축의 압출기를 사용하여 충분히 혼련했다. 얻어진 고무 혼합물을 단축 압출기를 사용하여 압출해서 심리스 튜브를 제작하고, 이 심리스 튜브에 대해 가황 캔을 이용하여 1차 가황을 행하고, 더 나아가서는 2차 가황을 행하였다.
가황 캔으로부터 꺼낸 심리스 튜브를 연마기를 사용하여 외경 28㎜φ, 두께 1.5㎛, 길이 330㎜의 사이즈로 완성시켰다.
얻어진 심리스 튜브에 외경 25㎜φ의 스테인레스 샤프트를 삽입하고, 이러한 샤프트에 500V의 전압을 인가하여, 샤프트와 금속 평판 사이의 저항을 측정했다. 그 결과, 이러한 심리스 튜브의 저항은 5×109Ω이었다.
또한, 얻어진 심리스 튜브의 일부를 절단하여, 두께 방향의 경도를 고분자계기사 제조의 마이크로 고무 경도계(MD-1)를 사용하여 측정한 결과, 마이크로 고무 경도는 48°였다.
또한, 얻어진 심리스 튜브의 표면 20개소에 대해서 표면 평활도를 측정한 결과, 10점 평균 거칠기 Rz에서 평균치는 2.5㎛였다.
이어서, 얻어진 심리스 튜브의 한쪽 단부에 중심에 직경 8㎜φ의 구멍이 개구된 플랜지 부재를 접착제를 사용하여 고정시키고, 플랜지 부재의 중심 구멍에 외 경 8㎜φ, 길이 370㎜의 금속 샤프트를 통과시켜 접착제를 사용하여 고정시켰다.
그리고, 플랜지 부재가 고정되어 있지 않은 다른 단부 방향에서, 도전성 입자로서 자성 분말과 수지로 이루어지는 구형 복합체 입자(MRC, 도다공업사 제조)를 자화시킨 후, 심리스 튜브를 내부 용적의 2/3에 상당하는 양(충전율 67%)만큼 구형 복합체 입자로 충전하고, 심리스 튜브의 개구되어 있는 다른 단부에 상기와 마찬가지로 그 중심에 구멍이 개구된 플랜지 부재를 접착제를 사용하여 고정시켜, 2차 전사 롤러 R-6을 제작했다.
또한, 상기 MRC는 Magnetic Particle & Resin Composite Carrier의 약칭이며, 여기서는 그 저항이 1×105Ω이고, 수 평균 입자 직경이 60㎛인 MRC를 이용하고 있다.
(지지 롤러의 제작)
지지 롤러로서, 외경 20㎜φ, 길이 350㎜의 금속 샤프트 외주면상에 외경 0.5㎜φ의 도선을 나선 형상으로 감고, 도선이 감긴 그의 외주면을 표면 저항률 4×109Ω/□로 조정한 나일론 12로 피복하여, 외경 28㎜φ의 전자석을 제작했다. 얻어진 롤러의 자력은 800mT(8000 가우스)였다.
(평가)
(1) 2차 전사 평가
얻어진 2차 전사 롤러 R-6과 얻어진 지지 롤러를 컬러 레이저 프린터(후지제록스사 제조 Docu Print C2220)에 2차 전사 수단으로서 부착시키고, 표 1에 나타낸 각 환경 하에서, 각종 전사 기판을 이용하여, 화상 테스트를 행하였다. 여기서, 인가 바이어스(2차 전사 바이어스)는, 직류 전압을 0.5∼4.O㎸까지 변화시켜, 양질의 화상이 얻어지는 2차 전사 바이어스의 범위를 구했다. 결과는 표 1에 나타낸다.
표 1에 명확히 나타난 바와 같이, 어떠한 환경 하에서도, 각 전사 기판에 대하여, 매우 넓은 범위의 2차 전사 바이어스에서 양질의 화상이 얻어졌다.
또한, 고온/고습 환경(온도 28℃, 습도 85% RH)에 있어서 24시간 방치하여, 충분히 흡습한 상태로 된 전사 기판을 사용한 것 이외는, 상기와 동일하게 하여 양질의 화상이 얻어지는 2차 전사 바이어스의 범위를 구했다. 결과는 표 1에 나타낸다.
표 1에 명확히 나타난 바와 같이, 충분히 흡습한 상태의 전사 기판에 대해서도, 매우 넓은 범위의 2차 전사 바이어스에서 양질의 화상이 얻어졌다.
(2) 박리성의 평가
얻어진 2차 전사 롤러 R-6과 지지 롤러를 컬러 레이저 프린터(후지제록스사 제조 Docu Print C2220)에 2차 전사 수단으로서 부착시키고, 저온/저습 환경(온도 10℃, 습도 15% RH)에 있어서 24시간 방치하여, 함수율 3% 이하로 조정된 전사 기판을 이용하여, 화상 테스트를 행하였다. 여기서, 인가 바이어스(2차 전사 바이어스)는 직류 전압을 0.5∼4㎸까지 변화시켜, 양질의 화상이 얻어지는 2차 전사 바이어스의 범위를 구했다. 또한, 전사 기판의 박리성을 눈으로 관찰했다. 결과는 표 1에 나타낸다.
표 1에 명확히 나타난 바와 같이, 매우 넓은 범위의 2차 전사 바이어스에서 양질의 화상이 얻어졌으며, 전사 기판이 중간 벨트로부터 떨어지지 않고 접착되는 것과 같은 박리 불량은 전혀 관찰되지 않았다.
[비교예 2]
(2차 전사 롤러로서의 도전 부재 R-7의 제작)
외경 12㎜φ, 길이 370㎜의 코어 금속의 외주면상에, 한쪽 단부로부터 폭 20㎜의 양단부를 제외한 범위에 도전성 우레탄 발포체를 형성하고, 그의 외주면상에 두께 1㎜의 반도전성 우레탄으로 이루어진 솔리드층을 피복하고, 그의 외주면상에 두께 0.02㎜의 우레탄 변질 불소 수지로 이루어진 코팅층을 더 적층한 3층 구성의 2차 전사 롤러 R-7을 제작했다.
얻어진 2차 전사 롤러 R-7의 외경은 28㎜φ이며, 저항은 2×109Ω이었다. 또한, Asker-C의 경도는 35°였다.
또한, 얻어진 심리스 튜브의 표면 20개소에 대해서 표면 평활도를 측정한 결과, 10점 평균 거칠기 Rz에서 평균치는 5㎛였다.
(지지 롤러의 제작)
외경 16㎜φ, 길이 350㎜의 금속 샤프트 외주면상에, 한쪽 단부로부터 폭 10㎜의 양단부를 제외한 범위에 두께 6㎜의 도전성 카본을 분산시킨 EPDM으로 이루어진 고무층을 형성하여 단층 롤러 R-7을 제작했다. 얻어진 2차 전사 롤러 R-7의 외경은 28㎜φ이며, 저항은 3×109Ω이었다. 또한, Asker-CDML 경도는 72°였다.
(평가)
(1) 2차 전사 평가
얻어진 2차 전사 롤러 R-7과 얻어진 지지 롤러를 컬러 레이저 프린터(후지제록스사 제조 Docu Print C2220)에 2차 전사 수단으로서 부착시키고, 표 1에 나타낸 환경 하에서, 각종 전사 기판을 이용하여, 화상 테스트를 행하였다. 여기서, 인가 바이어스(2차 전사 바이어스)는 직류 전압을 0.5∼4.0㎸까지 변화시켜, 양질의 화상이 얻어지는 2차 전사 바이어스의 범위를 구했다. 결과는 표 1에 나타낸다.
표 1에 명확히 나타난 바와 같이, 어떠한 환경 하에서도, 각 전사 기판에 대하여, 예 4 및 예 5와 동등한 넓은 범위의 2차 전사 바이어스에서 양질의 화상이 얻어지지는 않았다.
또한, 고온/고습 환경(온도 28℃, 습도 85% RH)에 있어서, 24시간 방치하고, 충분히 흡습한 상태로 된 전사 기판을 사용한 것 이외는, 상기와 동일하게 하여, 양질의 화상이 얻어지는 2차 전사 바이어스의 범위를 구했다. 결과는 표 1에 나타낸다.
표 1에 명확히 나타난 바와 같이, 충분히 흡습한 상태의 전사 기판에 대해서는, 넓은 범위의 2차 전사 바이어스에서는 양질의 화상이 얻어지지 않고, 매우 좁은 범위의 2차 전사 바이어스에서만 양질의 화상이 얻어졌다.
(2) 박리성의 평가
얻어진 2차 전사 롤러 R-7과 얻어진 지지 롤러를 컬러 레이저 프린터(후지제록스사 제조 Docu Print C2220)에 2차 전사 수단으로서 부착시키고, 저온/저습 환 경(온도 10℃, 습도 15% RH)에 있어서 24시간 방치하여, 함수율 3% 이하로 조정된 전사 기판을 이용하여, 화상 테스트를 행하였다. 여기서, 인가 바이어스(2차 전사 바이어스)는 직류 전압을 0.5∼4.O㎸까지 변화시켜, 양질의 화상이 얻어지는 2차 전사 바이어스의 범위를 구했다. 또한, 전사 기판의 박리성을 눈으로 관찰했다. 결과는 표 1에 나타낸다.
표 1에 명확히 나타난 바와 같이, 매우 넓은 범위의 2차 전사 바이어스에서는 양질의 화상이 얻어지지 않고, 매우 좁은 범위의 2차 전사 바이어스에서만 양질의 화상이 얻어졌다. 또한, 전사 기판이 벨트로부터 떨어지지 않고 접착되는 것과 같은 박리 불량이 관찰되었다.
이것은, 비교예 2에서 이용한 2차 전사 롤러의 도전성 우레탄 발포체의 외주면상에, 반도전성 우레탄으로 이루어지는 솔리드층을 피복할 때에, 우레탄 발포체의 셀내에 솔리드층이 국부적으로 들어가서, 솔리드층의 두께가 국부적으로 크게 되고, 그 결과 2차 전사 롤러의 경도에 변동이 생겨, 균일한 닙을 형성할 수 없고, 경도가 높은 부분에 대응한 위치에서 전사 기판이 중간 전사 벨트와 밀착 불량을 일으키기 쉬워지기 때문에, 박리 불량이 발생된다고 생각된다.
이에 반해, 예 4 및 5의 2차 전사 롤러 R-5 및 R-6은 원통형 기체의 내부가 공극과, 자성 분말을 함유하는 도전 분말에 의해 점유되는 형태를 갖고, 지지 롤러와 2차 전사 롤러 R-5 및 R-6 사이에 항상 균일한 닙이 형성되기 때문에, 전사 기판의 물리적 특성 변화에 큰 영향을 받지 않아, 양질의 화상이 얻어지는 2차 전사 바이어스의 범위도 넓고, 전사 재료의 박리성도 양호하다는 우수한 효과가 발휘된 다.
본 발명에 따르면, 간단하고 용이하게 저비용으로 확실하게 원하는 닙을 형성함과 동시에, 감광성 부재 또는 중간 부재의 오염 또는 변질을 방지할 수 있는 도전 부재를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서는 상기 도전 부재를 구비한 화상 형성 장치를 제공할 수 있다. 또한, 대전음 및 감광성 부재의 에칭 현상을 저감할 수 있는 도전 부재 및 이 도전 부재를 구비한 화상 형성 장치를 제공할 수도 있다. 또한, 저항 균일성 및 표면 평활성이 우수한 도전 부재 및 이 도전 부재를 구비한 화상 형성 장치를 제공할 수도 있다.

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  30. 화상 보유 부재; 상기 화상 보유 부재와 접촉하여 표면을 대전시키는 대전 수단; 상기 화상 보유 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서,
    상기 대전 수단, 상기 1차 전사 수단 및 상기 2차 전사 수단 중의 적어도 하나는, 원통형 기체; 및 유동 가능한 상태로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고,
    상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며,
    상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 화상 보유 부재 또는 상기 중간 전사 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  31. 화상 보유 부재; 상기 화상 보유 부재와 접촉하여 표면을 대전시키는 대전 수단; 상기 화상 보유 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서,
    상기 대전 수단, 상기 1차 전사 수단 및 상기 2차 전사 수단 중의 적어도 하나는, 원통형 기체; 및 내부 용적을 완전히 채우지 않도록 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고,
    상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며,
    상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 화상 보유 부재 또는 상기 중간 전사 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  32. 화상 보유 부재; 상기 화상 보유 부재와 접촉하여 표면을 대전시키는 대전 수단; 상기 화상 보유 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서,
    상기 대전 수단, 상기 1차 전사 수단 및 상기 2차 전사 수단 중의 적어도 하나는, 원통형 기체; 및 내부 용적의 20 내지 95%의 범위의 충전율로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고,
    상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며,
    상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 화상 보유 부재 또는 상기 중간 전사 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 자계 형성 수단은 상기 화상 보유 부재 또는 상기 중간 전사 부재의 내주면 상에 설치된 자성을 갖는 막인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  34. 제30항에 있어서,
    상기 자계 형성 수단은 상기 화상 보유 부재 또는 상기 중간 전사 부재의 내주부 상의 도전 부재와 대향하는 위치에 설치된 자력 발생 부재인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 화상 보유 부재 또는 상기 중간 전사 부재는 자성 물질로 이루어진 기체를 포함하고, 상기 자계 형성 수단이 상기 기체인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  36. 화상 보유 부재; 상기 화상 보유 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 엔드리스(endless) 벨트 형상의 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서,
    상기 2차 전사 수단은, 원통형 기체; 및 유동 가능한 상태로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고,
    상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며,
    상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 중간 전사 부재의 내주부 상의 상기 2차 전사 수단과 대향하는 위치에 설치된 지지 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  37. 화상 보유 부재; 상기 화상 보유 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 엔드리스 벨트 형상의 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서,
    상기 2차 전사 수단은, 원통형 기체; 및 내부 용적을 완전히 채우지 않도록 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고,
    상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며,
    상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 중간 전사 부재의 내주부 상의 상기 2차 전사 수단과 대향하는 위치에 설치된 지지 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  38. 화상 보유 부재; 상기 화상 보유 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 엔드리스 벨트 형상의 중간 전사 부재에 전사시키는 1차 전사 수단; 및 상기 중간 전사 부재와 접촉하여 표면 상의 토너 화상을 전사 기판에 전사시키는 2차 전사 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서,
    상기 2차 전사 수단은, 원통형 기체; 및 내부 용적의 20 내지 95%의 범위의 충전율로 상기 원통형 기체 내부에 밀봉된 도전 분말을 포함하는 도전 부재를 포함하고,
    상기 도전 분말은 자성 분말을 포함하며,
    상기 화상 형성 장치는 상기 도전 분말이 상기 중간 전사 부재의 내주부 상의 상기 2차 전사 수단과 대향하는 위치에 설치된 지지 부재에 끌리는 자계를 형성하는 자계 형성 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
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