KR100879144B1 - 화상 형성 장치 - Google Patents

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KR100879144B1 KR1020067020675A KR20067020675A KR100879144B1 KR 100879144 B1 KR100879144 B1 KR 100879144B1 KR 1020067020675 A KR1020067020675 A KR 1020067020675A KR 20067020675 A KR20067020675 A KR 20067020675A KR 100879144 B1 KR100879144 B1 KR 100879144B1
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신이치 카와하라
타카츠구 후지시로
토쿠야 오지미
타케시 타부치
마사토 야나기다
하루지 미즈이시
테루유키 카수가
히루미 하라다
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타카아키 타와다
히로시 오노
켄 아메미야
토시오 코이케
유지 아라이
마사노리 카와수미
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마사미 토미타
유타카 타카하시
요시오 하토리
케이이치 요시다
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Abstract

화상 형성 장치에서, "윤활제 도포 영역", 즉, 균일한 두께를 갖는 윤활제층의 영역은 윤활제 균일화 부재에 의해 윤활제를 펴서 얻는다. "윤활제 도포 영역"은 "클리닝 블레이드에 의해 클리닝 된 영역", 즉, 클리닝 블레이드와 감광체의 접촉부를 덮는다.

Description

화상 형성 장치{IMAGE FORMING APPARATUS}
본 발명은 화상 형성 장치, 그리고 화상 형성 장치의 상 담지체에 사용되는 윤활제 도포 장치, 전사 장치, 프로세스 카트리지 및 토너에 관한 것이다.
근래에는, 고화질 화상을 형성하는 것에 대한 필요성이 증가하고 있다. 그러한 화상을 얻기 위해서, 미세하고 더 구형의 토너의 사용이 필요하다. 폴리머 토너는 더욱 미세하고 더 구형인 토너로 적절하게 사용될 수 있다.
화상 형성 장치에 있어서, 화상 형성 후에 감광체의 표면 상에 잔류하는 과잉 토너는 보통 클리닝 수단에 의해 클리닝 된다. 그러나, 토너가 더욱 미세하고 더 구형이 될수록, 클리닝 하기가 어려워진다. 예를 들어, 클리닝 수단으로 통상적으로 사용되는 클리닝 블레이드는 과잉 토너를 적절하게 클리닝 할 수 없다. 하나의 방법은 클리닝 블레이드를 감광체의 표면에 대해 더욱 강하게 가압하는 것이지만, 감광체가 손상될 수 있다. 다른 방법은 감광체 표면에 윤활제를 도포하는 것이 다. 그러나, 윤활제가 균일하게 도포 되지 않으면, 토너 화상의 화질이 저하될 수 있다.
상기 두 가지 방법이 때때로 채용된다. 그러한 경우, 2가지 선택사양이 가능하다. 하나는 윤활제를 먼저 도포하고 그 다음에 과잉 토너를 클리닝하는 것이고, 다른 하나는 과잉 토너를 먼저 클리닝하고 그 다음에 윤활제를 도포하는 것이다. 일본 특허 출원 공개 공보(JP-A) 제 2001-305907호에서, 이 출원의 출원인은 과잉 토너를 먼저 클리닝하고 그 다음에 윤활제를 도포하는 방법을 제안했다. 그러나, 이러한 기술은 미세한 구형 폴리머 토너를 고려하지 않았다.
다양한 윤활제가 알려져 있다. 그들 중 하나는 스테아린산 아연이다. 스테아린산 아연으로 이루어진 고형 봉(rod)을 사용하여 그 봉으로부터 스테아린산 아연을 긁기 위해 브러시 롤러를 사용하고 그것을 감광체에 도포하는 것이 알려져 있다. 분말(powdery) 윤활제는 고형 바(bar) 대신에 사용될 수 있다. 그러나, 분말 윤활제는 몇몇 단점을 갖는다. 예를 들어, 통상적으로 분말은 제조하고 포장하기 어렵다. 또한, 분말 윤활제는 환경을 오염시킬 수 있다.
도포되는 윤활제의 양은 또한 중요한 역할을 한다. 도포되는 윤활제가 너무 적다면, 윤활제는 균일하게 도포되지 못하고, 클리닝이 부적절해지며, 클리닝 블레이드의 마모가 발생할 수 있다. 한편, 도포되는 윤활제가 너무 많다면, 과잉 윤활제는 대전 롤러의 표면을 더럽게 하거나 또는 습기를 흡수하게 되고, 정전 잠상이 유동하게 한다. JP-A 제 H10-260614호 및 JP-A 제 2003-57996호는 가장 적절한 윤활제량을 결정하는 기술을 공개한다.
JP-A 제 2002-244485호는 폴리머 토너의 클리닝 능력을 향상시키기 위해 화상 데이터 정보에 기초한 윤활제의 도포량을 조절하는 방법을 설명한다. 이 방법은 "클리닝 후 도포"이나, 윤활제의 도포량을 균일화하는 방법에 있어서 본 발명과 다르다.
JP-A 제 2000-330443호는 토너의 클리닝 능력을 향상시키기 위해 윤활제를 균일하게 도포하는 방법을 설명한다. 이 방법은 "클리닝 후 도포"이나, 윤활제의 도포량을 균일하게 하는 방법에 있어서 역시 본 발명과 다르다.
JP-A 제 2000-172138호는 감광체의 축 방향으로 윤활제가 도포된 영역이 클리닝 블레이드가 감광체에 접촉하는 영역과 거의 일치한다는 점에서 특징지어지는 발명을 제안한다. 그러나, 이 발명은 윤활제 및 클리닝 블레이드를 구성하는 방법에 관한 점 및 윤활제 균일화 블레이드가 제공되는지 여부에 관한 점에서 본 발명과 다르다.
본 발명의 특징에 따르면, 화상 형성 장치는, 잠상을 담지하기 위해 회전 가능하게 구성된 잠상 담지체, 상기 잠상 담지체의 클리닝 영역 상에 잔류하는 토너를 클리닝하는 클리닝 블레이드, 및 상기 잠상 담지체의 회전 방향에 대하여 상기 클리닝 블레이드의 하류 측에 배치되어, 상기 잠상 담지체의 윤활제 도포 영역에 윤활제를 도포하는 윤활제 도포 부재를 포함하고, 상기 클리닝 영역과 상기 윤활제 도포 영역이 겹치는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 화상 형성 장치는, 토너 화상이 전사된 후에, 상 담지체 표면상의 잔류 토너를 제거하는 클리닝 블레이드, 윤활제와, 상기 윤활제의 성분을 비접촉 방식으로 상기 상 담지체에 도포하는 비접촉 윤활제 도포 부재를 포함하는 윤활제 도포 장치, 및 박막을 형성하기 위해 상기 상 담지체에 도포된 상기 윤활제를 펴는 윤활제 균일화 블레이드를 포함하고, 상기 클리닝 블레이드에 의해서만 접촉하는 상기 상 담지체의 토크가, 상기 윤활제가 도포되고 상기 클리닝 블레이드 및 상기 윤활제 균일화 블레이드에 의해 접촉하는 상기 상 담지체의 토크보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 화상 형성 장치는 토너 화상이 형성되는 상 담지체, 상기 토너 화상이 전사재로 전사된 후에 상기 상 담지체를 클리닝하는 클리닝 블레이드, 상기 클리닝 블레이드를 지지하는 블레이드 홀더, 및 윤활제를 상기 상 담지체에 도포하는 윤활제 도포 장치를 포함한다. 상기 윤활제 도포 장치는, 고형 윤활제, 윤활제 도포 부재, 상기 고형 윤활제가 실질적으로 상기 윤활제 도포 부재에 대하여 접근 또는 분리되는 방향으로만 이동 가능하도록 상기 고형 윤활제를 안내하는 가이드, 및 상기 고형 윤활제를 상기 윤활제 도포 부재에 대하여 가압하는 가압 유닛을 포함한다. 상기 가압 유닛과 상기 클리닝 블레이드의 위치는, 상기 가압 유닛이 상기 고형 윤활제를 상기 윤활제 도포 부재에 대하여 가압하는 방향과 상기 클리닝 블레이드가 상기 상 담지체의 표면을 향해 돌출된 방향이 거의 평행이 되도록 각각 배치되고, 상기 블레이드 홀더는 상기 가이드에 직접 또는 다른 부재를 통해 고정된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 윤활제 도포 장치는, 상기 윤활제 도포 장치에 수용되는 윤활제, 상기 윤활제를 도포 되는 표면인 상 담지체에 도포하는 도포 롤러, 및 박막을 형성하도록 상기 상 담지체에 도포 된 상기 윤활제를 펴는 균일화 부재를 포함한다. 상기 윤활제는 상기 도포 되는 표면상의 부착물이 클리닝 된 후 도포 되며, 도포된 상기 윤활제는 더 균일화된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 윤활제 도포 장치는, 상기 윤활제 도포 장치에 수용되는 고형 윤활제, 상기 고형 윤활제의 성분인 윤활제를 표면에 부착되도록 상기 고형 윤활제와 접촉하고, 상기 윤활제를 상 담지체에 도포하는 도포 롤러, 상기 고형 윤활제가 상기 도포 롤러에 접촉하도록 상기 고형 윤활제를 상기 도포 롤러에 대하여 가입하는 가압 부재, 및 박막을 형성하기 위해 상기 상 담지체에 도포된 상기 윤활제를 펴는 균일화 부재를 포함한다. 상기 고형 윤활제는 중력 방향으로 상기 도포 롤러에 대하여 하방에 배치되고, 상기 가압 부재는 중력 방향으로 상기 고형 윤활제에 대하여 하방에 배치되고, 상기 윤활제는 상기 도포된 표면 상의 부착물이 클리닝된 후에 도포되고, 상기 도포된 윤활제는 더 균일화된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 윤활제 도포 장치는, 상기 윤활제 도포 장치에 수용되는 고형 윤활제, 상기 고형 윤활제의 성분인 윤활제를 표면에 부착되도록 상기 고형 윤활제와 접촉하고, 상기 윤활제를 상 담지체에 도포하는 도포 롤러, 상기 고형 윤활제가 상기 도포 롤러에 접촉하도록 상기 고형 윤활제를 상기 도포 롤러에 대하여 가압하는 가압 부재, 및 박막을 형성하기 위해 상기 상 담지체에 도포된 상기 윤활제를 펴는 균일화 부재를 포함한다. 상기 고형 윤활제는 상기 도포 롤러의 회전 방향에 수직인 방향으로 이동한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 윤활제 도포 장치는, 상기 윤활제 도포 장치에 수용되는 고형 윤활제, 상기 고형 윤활제의 성분인 윤활제를 표면에 부착되도록 상기 고형 윤활제와 접촉하고, 상기 윤활제를 상 담지체에 도포하는 도포 롤러, 상기 고형 윤활제가 상기 도포 롤러에 접촉하도록 상기 고형 윤활제를 상기 도포 롤러에 대하여 가압하는 가압 부재, 및 박막을 형성하기 위해 상기 상 담지체에 도포된 상기 윤활제를 펴는 균일화 부재를 포함한다. 상기 도포 롤러는 상기 도포 롤러의 회전 방향에 수직인 방향으로 이동한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 윤활제 도포 장치는, 상기 윤활제 도포 장치에 수용되는 윤활제, 상기 윤활제를 상 담지체에 도포하는 도포 롤러, 및 도포된 상기 윤활제를 누르고 펴기 위해, 시트형(sheet-like) 탄성체로 형성된 에지부가 후행(trailing) 자세로 상기 상 담지체의 표면에 대하여 가압되는 균일화 부재를 포함한다. 상기 상 담지체에 대하여 상기 균일화 부재의 접촉각은 10도 이상이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 윤활제 도포 장치는, 상기 윤활제 도포 장치에 수용되는 윤활제, 상기 윤활제를 상 담지체에 도포하는 도포 롤러, 도포된 상기 윤활제를 누르고 펴기 위해, 시트형 탄성체로 형성된 에지부가 후행 자세로 상기 상 담지체의 표면에 대하여 가압되는 균일화 부재, 및 표면으로부터 이물질을 제거하기 위해, 시트형 탄성체로 형성된 에지부가 대응(counter) 자세로 상기 상 담지체의 표면에 대하여 가압되는 클리닝 부재를 포함한다. 상기 클리닝 부재, 상기 도포 롤러 및 상기 균일화 부재가 상기 상 담지체의 이동 방향으로 상류 측으로부터 이러한 순서대로 배치되고, 상기 상 담지체에 대하여 상기 균일화 부재의 접촉각은 10도 이상이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 윤활제 도포 장치는, 상기 윤활제 도포 장치에 수용되는 윤활제, 상기 윤활제를 상 담지체에 도포하는 도포 롤러, 도포된 상기 윤활제를 누르고 펴기 위해, 시트형 탄성체로 형성된 에지부가 후행 자세로 상기 상 담지체의 표면에 대하여 가압되는 균일화 부재, 및 표면으로부터 이물질을 제거하기 위해, 시트형 탄성체로 형성된 에지부가 대응 자세로 상기 상 담지체의 표면에 대하여 가압되는 클리닝 부재를 포함한다. 상기 클리닝 부재, 상기 도포 롤러 및 상기 균일화 부재가 상기 상 담지체의 이동 방향으로 상류 측으로부터 이러한 순서대로 배치되고, 상기 균일화 부재의 선형 접촉압(contact linear pressure)은 0.01N/cm 이상이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전사 장치는 상 담지체인 전사 부재, 및 상기 전사 장치에서 탈착 가능하도록 제공되는 상기 특징에 따른 윤활제 도포 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 프로세스 카트리지는, 잠상이 형성되는 상 담지체, 및 상기 상 담지체 표면을 균일하게 대전하는 대전 장치, 토너를 상기 잠상으로 공급하고 상기 잠상을 가시화하는 현상 장치, 상기 상 담지체의 표면을 클리닝하는 클리닝 장치, 및 윤활제를 도포되는 표면에 도포하는 윤활제 도포 장치로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 프로세스 유닛을 포함한다. 상기 프로세스 카트리지는 상기 상 담지체와 상기 프로세스 유닛을 일체로 지지하고 화상 형성 장치로부터 탈착 가능하고, 상기 윤활제 도포 장치는 본 발명의 상기 특징에 따른 윤활제 도포 장치이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 화상 형성 장치는, 잠상이 형성되는 상 담지체, 상기 상 담지체 표면을 균일하게 대전하는 대전 장치, 화상 데이터에 근거한 잠상을 쓰기 위해 광선으로, 상기 대전된 상 담지체 표면을 노광하는 노광 장치, 토너를 상기 잠상으로 공급하고, 상기 잠상을 가시화하는 현상 장치, 상기 상 담지체 표면을 클리닝하는 클리닝 장치, 상기 상 담지체 표면상의 토너 화상으로서 가시화된 화상을 직접 기록 매체로 또는 상기 화상이 중간 전사 부재로 전사된 후에 상기 기록 매체로 전사하는 전사 장치, 상기 토너 화상을 상기 기록 매체 상에 고정하는 정착 장치, 및 본 발명의 상기 특징에 따른 윤활제 도포 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 토너에 있어서, 체적 평균 입경이 10㎛ 이하이고, 분산도인 체적 평균 입경 및 개수 평균 입경의 비율이 1.00 내지 1.40 범위이다.
본 발명의 특징에 따르면, 감광체 표면의 마찰 계수는 클리닝 유닛이 감광체와 접촉하는 영역 전체에 걸쳐서 안정적으로 감소될 수 있다. 그러므로, 고해상도의 화상 정보가 양호한 클리닝 성능을 유지하면서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상 담지체에 윤활제를 도포하여, 상 담지체의 토크가 감소되며, 기계가 소모하는 에너지를 절약할 수 있다. 또한, 구동 모터가 최소화되고, 기계가 차지하는 공간을 절약할 수 있으며, 비용도 감소할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 윤활제는 장기간에 걸쳐서 감광체의 표면에 효과적으로 도포될 수 있다. 또한, 감광체 표면의 마찰 계수를 일정하게 낮은 값으로 유지하기 위해 필요한 윤활제의 소모량이 감소될 수 있다.
또한, 윤활제는 브러시 롤러의 아래쪽에 배치되고, 고형 윤활제 또는 브러시 롤러가 동요하게 된다. 그러므로, 브러시 롤러에 대하여 고형 윤활제의 접촉압이 윤활제의 필요 도포량을 얻기 위해 증가 될지라도, 브러시와 접촉하는 고형 윤활제의 표면은 브러시와의 불규칙한 접촉에 의해 요철이 생기지 않는다. 따라서, 초기에서 시간 경과시까지 윤활제의 도포량에 있어서 변동은 억제된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 초기 단계에서 블레이드가 롤인(rolled-in) 되지 않은 전사 장치가 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 프로세스 카트리지와 화상 형성 장치는 감광체의 클리닝 불량으로 인한 이상 화상 없이 우수한 화상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 윤활제 도포 장치와 클리닝 장치의 개략도이다.
도 3은 클리닝 장치의 사이드 실(side seal)의 개략도이다.
도 4는 감광체의 마찰 계수를 측정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5A는 형상 계수 SF-1을 설명하기 위한 토너 형상(1)의 개략도이다.
도 5B는 형상 계수 SF-2를 설명하기 위한 토너 형상(2)의 개략도이다.
도 6A는 본 발명에 따른 토너 형상의 개략도이다.
도 6B는 본 발명에 따른 토너 형상의 개략도이다.
도 6C는 본 발명에 따른 토너 형상의 개략도이다.
도 7은 정면으로서 길이 방향에서 봤을 때 윤활제 도포 장치를 위한 고형 윤활제의 도면이다.
도 8A는 블레이드가 감광체에 접촉하는 방법(대응 방식)에 관한 도면이다.
도 8B는 블레이드가 감광체에 접촉하는 방법(후행 방식) 및 접촉각에 관한 다른 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 윤활제 도포 장치 및 클리닝 장치의 개략도이다.
도 10은 화상 형성 장치의 한 예의 단면도이다.
도 11은 도 10의 프로세스 카트리지 중의 하나에 대한 확대된 단면도이다.
도 12는 도 11의 브러시 롤러, 고형 윤활제 및 압축 코일 스프링 사이의 배치에 있어서 관계를 설명하는 도면이다.
도 13은 도 10의 것과 다른 또 하나의 구성을 갖는 프로세스 카트리지의 단면도이다.
도 14A는 고형 윤활제를 위한 가이드가 제공되지 않을 때, 잘못된 예(1)를 설명하는 도면이다.
도 14B는 고형 윤활제를 위한 가이드가 제공되지 않을 때, 또 다른 잘못된 예(2)를 설명하는 도면이다.
도 15는 압축 코일 스프링의 가압 방향과 클리닝 블레이드의 돌출 방향이 서로 평행하지 않을 때, 결함을 설명하는 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 윤활제 도포 장치를 사용하여 낮은 마찰 계수를 갖는 상 담지체를 제조하는 방법에 대한 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 윤활제 도포 장치와 주요부인 시트형 균일화 부재 사이의 각도와 윤활제가 눌리고 펴지는 방법에 대한 도면이다.
도 18은 윤활제 도포 장치와 클리닝 장치의 도면이다.
(도면의 주요 구성부분에 대한 부호의 설명)
1 감광체
2 대전 장치
2a 대전 롤러
2b 대전 클리닝 부재
3 윤활제 도포 장치
3a 브러시 롤러
3b 고형 윤활제
3c 가압 부재
3d 윤활제 지지 부재
3e 윤활제 균일화 블레이드
3f 하우징
4 현상 장치
8 클리닝 장치
8a 클리닝 블레이드
8c 지지 부재
9 노광 장치
11 사이드 실(side seal)
51 1차 전사 롤러
56 중간 전사 벨트
61 2차 전사 롤러
102Y, 102C, 102M, 102BK 상 담지체(image carrier)
128 클리닝 블레이드
129 블레이드 홀더
131 윤활제 도포 장치
132 균일화 블레이드
134 고형 윤활제
136 가이드
C 가압 방향
F, G 회전 중심
H, I 선
본 발명의 실시예는 첨부된 도면에 대하여 이하에서 상세하게 설명된다. 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은, 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 개략을 나타내는 도면이다.
화상 형성 장치는 거의 중앙에 중간 전사 벨트(56)를 포함한다. 중간 전사 벨트(56)는 무단상 벨트(endless belt)이며, 폴리이미드나 폴리아미드와 같은 내열성 소재이며, 중저항으로 조정된 기본 몸체를 포함한다. 중간 전사 벨트(56)는 4개의 롤러(52, 53, 54, 55)에 의해 지지 되며 이들 롤러를 둘러싸며, 화살표 A 방향으로 회전 구동된다. 중간 전사 벨트(56)의 하방에는 벨트면을 따라서 옐로(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K)의 각 색상 토너에 대응한 4개의 이미징(imaging) 유닛이 정렬된다.
도 18은 4개의 이미징 유닛과 통상적인 도포 장치 중 하나를 확대 도면이고, 구성은 기본적으로 본 발명에 따른 것과 같고, 따라서 도 18의 개략적인 구성을 이하에서 설명한다. 통상적인 이미징 유닛과 본 발명에 따른 이미징 유닛 둘다 같은 방식으로 구성되기 때문에, 이미징 유닛은 도 1에서 감광체(1Y, 1M, 1C, 1K)를 포함함에도 불구하고, 색을 구별하기 위한 Y, M, C, K의 표시는 도 18에서 생략한다.
감광체(1) 주위에는, 감광체(1) 표면을 대전하는 대전 장치(2), 토너 화상을 형성하기 위해 색상 토너로 감광체(상 담지체, 1) 표면에 형성되는 잠상(latent image)을 현상하는 현상 장치(4), 감광체(1) 표면에 윤활제를 도포하는 윤활제 도포 장치(3), 및 토너 화상이 전사된 후에 감광체(1) 표면의 클리닝을 하는 클리닝 장치(8)가 배치되어 있다.
도 1에 있어서, 4개의 이미징 유닛의 하방에는 노광 장치(9)가 있다. 노광 장치(9)는 대전한 감광체의 표면에 각 색상의 화상 데이터에 근거하여 노광하고, 잠상을 형성한다.
중간 전사 벨트(56)를 가로질러서 각 감광체(1)에 대향하는 위치에는 1차 전사 롤러(51)가 배치되며, 이는 감광체(1)상에 형성된 각각의 토너 화상을 중간 전사 벨트(56) 상에 1차 전사한다. 1차 전사 롤러(51)는 전원(도시되지 않음)에 접속되며, 소정의 전압이 인가된다.
2차 전사 롤러(61)는 롤러(52)로 지지 되며 롤러(52)에 의해 눌리는 중간 전사 벨트(56)의 외측에 제공된다. 2차 전사 롤러(61)는 전원(도시되지 않음)에 접속되며, 소정의 전압이 인가된다. 2차 전사 롤러(61)와 중간 전사 벨트(56)와의 접촉부는 2차 전사부이고, 중간 전사 벨트(56) 상의 토너 화상이 전사지에 전사된다.
롤러(55)로 지지 되는 중간 전사 벨트(56)의 부분의 외측에는 중간 전사 벨트 클리닝 장치(57)가 제공된다. 중간 전사 벨트 클리닝 장치(57)는 2차 전사 후의 중간 전사 벨트(56)의 표면을 클리닝한다.
2차 전사부의 상방에는 정착 장치(70)가 제공되며, 이는 전사지 상의 토너 화상을 전사지에 반영구적으로 정착시킨다. 정착 장치(70)는 가열 롤러(72), 정착 롤러(73) 및 가압 롤러(74) 사이 둘레를 감는 무단상의 정착 벨트(71)를 포함하며, 가압 롤러(74)는 정착 벨트(71)를 통해 정착 롤러(73)에 대향하고 정착 롤러(73)에 대해 눌러지도록 배치된다. 가열 롤러(72)는 할로겐 히터(Halogen heater)를 포함한다.
화상 형성 장치의 하부에는, 전사지를 저장하고, 2차 전사부로 급지하는 급지 장치(20)가 제공된다.
도 18에 대해서, 화상 형성 장치의 특징이 이하에서 상세히 설명된다.
감광체(1)는 유기 감광체이고, 폴리카보네이트계의 수지로 표면 보호층이 형성되어 있다.
대전 장치(2)는 대전 부재로서 전도성 코어 메탈의 외측에 제공되며 중저항의 탄성층이 덮힌 대전 롤러(2a)를 포함한다. 대전 롤러(2a)는 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 소정의 전압이 인가된다. 대전 롤러(2a)는 감광체(1) 사이의 좁은 공간 내에 설치된다. 좁은 공간은, 예를 들어 대전 롤러(2a)의 양단부의 비화상 형성 영역에 소정의 두께를 갖는 스페이서(spacer) 부재를 휘감고 스페이서 부재의 표면을 감광체(1) 표면에 접촉하도록 설정될 수 있다. 대전 롤러(2a)에는 대전 클리닝 부재(2b)가 제공되며, 이는 대전 롤러(2a) 표면에 접촉하여 표면을 클리닝한다.
현상 장치(4)는 감광체(1)에 대향하는 위치에, 내부에 자기장 발생 수단을 갖는 현상 슬리브(4a)를 포함한다. 현상 슬리브(4a)의 하방에는, 토너 보 틀(bottle, 도시되지 않음)로부터 공급되는 토너를 현상제와 혼합하면서 현상 슬리브(4a)로 퍼올리기 위한 2개의 스크루(4b)가 제공된다. 현상 슬리브(4a)에 의해 퍼 올려지는 토너와 자성 캐리어로 구성되는 현상제는 현상제층을 형성하고, 닥터 블레이드(doctor blade, 4c)에 의해 소정의 두께로 규제되며, 현상 슬리브(4a) 상에 담지된다. 현상 슬리브(4a)는 감광체(1)와 대향 위치에서 같은 방향으로 회전하면서, 현상제를 담지 및 이송하고, 토너를 감광체(1)의 잠상 면에 공급한다.
도 1에는 2성분 현상 방식의 현상 장치(4)의 구성을 나타내지만, 구성은 여기에 한정되지 않는다. 그러므로, 본 발명은 1성분 현상 방식에 기초한 현상 장치라도 적용가능하다.
윤활제 도포 장치(3)는 고정되는 케이스에 수용되는 고형 윤활제(3b)와 고형 윤활제(3b)에 접촉하며 윤활제를 깎아내고 감광체(1)에 도포하는 브러시 롤러(3a)를 포함한다. 고형 윤활제(3b)는 직방체 상에 형성되며, 가압 부재(3c)에 의해 브러시 롤러(3a) 측에 가세 된다. 가압 부재(3c)는 판 스프링, 압축 스프링 등 중의 하나가 될 수 있고, 특히, 도 18에 도시된 바와 같이 압축 스프링이 바람직하게 사용될 수 있다. 고형 윤활제(3b)는 브러시 롤러(3a)로 긁히고 소모되며, 시간의 경과에 따라 두께가 감소하지만, 가압 부재(3c)로 가압 되기 때문에, 항상 브러시 롤러(3a)와 접촉한다. 브러시 롤러(3a)는 회전하면서 윤활제를 긁어서 감광체(1) 표면에 도포한다.
본 발명에 있어서, 윤활제 도포 장치(3)는 도 2에 대하여 이하에서 설명한 바와 같이 클리닝 장치(8)의 하류측 외부에 제공된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 클리닝 장치(8)의 구성은 도 2에 대하여 이하에서 설명된다.
클리닝 장치(8)는 클리닝 블레이드(8a) 및 지지 부재(8c)를 포함한다. 클리닝 블레이드(8a)는 우레탄 고무, 실리콘 고무와 같은 판형상의 고무로 형성되며, 에지가 감광체(1) 표면에 접촉하도록 제공되어 토너 화상이 전사된 후에 잔류하는 감광체(1) 상의 토너를 제거한다. 클리닝 블레이드(8a) 및 윤활제 균일화 블레이드(3e)는 지지 부재(8c, 3g)와 결합 되고 그에 의해 지지 되며, 금속, 플라스틱, 세라믹 등으로 이루어진다. 클리닝 블레이드(8a) 및 윤활제 균일화 블레이드(3e)는 감광체(1) 표면에 대해 도 2에 도시된 바와 같은 각각의 각도로 대략 배치되며, 이는 차후에 상세하게 설명된다.
윤활제 도포 장치(3)는 클리닝 장치(8)의 하류측 외부에 배치되고, 감광체(1) 이동 방향 상류측에 클리닝 블레이드(8a), 같은 방향의 하류측에 윤활제 균일화 블레이드(3e)가 각각 배치된다.
클리닝 블레이드(8a)에 의하여 감광체(1) 표면 상의 잔류 토너가 제거되고, 표면은 클리닝 된다. 클리닝된 감광체(1) 표면상에 윤활제 도포 장치(3)가 윤활제를 도포하며, 윤활제 균일화 블레이드(3e)는 윤활제를 펴기 위해 표면을 따라 미끌어지며, 그에 의해 감광체(1) 표면에 윤활제의 박층이 형성된다.
또한, 윤활제 도포 장치(3)는 감광체(1) 표면에 윤활제를 도포할 뿐만 아니라, 도 1의 중간 전사 벨트(56) 표면에 윤활제를 도포하는 장치로서도 사용할 수 있다. 이 경우, 중간 전사 벨트 클리닝 장치(57)에 인접하도록 윤활제 도포 장 치(3)가 배치되거나 또는 중간 전사 벨트 클리닝 장치(57)에 포함되도록 할 수 있다. 중간 전사 벨트(56) 이동 방향에 있어서 중간 전사 벨트 클리닝 장치(57)의 상류측에 윤활제 도포 장치(3)가 제공되며, 중간 전사 벨트(56) 표면에 윤활제를 도포한다. 중간 전사 벨트 클리닝 장치(57)에 포함된 클리닝 블레이드는 도포된 윤활제를 펴서 윤활제의 박층을 형성한다. 그러므로, 토너와 같은 부착물은 양호하게 클리닝될 수 있다. 더 구체적으로, 클리닝 되는 토너는 2차 전사 롤러(61)와 중간 전사 벨트(56) 사이의 닙(nip)부에서 2차 전사되지 않고 중간 전사 벨트(56) 표면에 잔류하는 토너이다.
또한, 프로세스 카트리지는 윤활제 도포 장치(3), 감광체(1)와 함께 대전 장치(2), 현상 장치(4) 및 클리닝 장치(8) 중에서 선택되는 유닛을 일체로 지지한다. 프로세스 카트리지는 화상 형성 장치 본체에 탈착 가능하도록 탑재된다. 만약 프로세스 카트리지 내부에 윤활제 도포 장치(3)가 클리닝 장치(8)와 일체로 통합된다면, 위에서 이미 설명한 바와 같이, 감광체(1) 이동 방향에 있어서 클리닝 블레이드(8a) 하류측에 설치된다. 프로세스 카트리지는 감광체(1) 표면의 클리닝 성능을 장기간에 걸쳐 유지하고, 화질의 열화를 방지하도록 한다.
윤활제 도포 장치(3)는 이하에서 더욱 상세히 설명된다. 도 2는 제 1 실시예에 따른 윤활제 도포 장치(3) 부근의 부분 확대도다. 윤활제 도포 장치(3)는 감광체를 위해 클리닝 장치(8)의 하류측 외부에 제공되고, 고형 윤활제(3b)와 이 고형 윤활제(3b)를 감광체(1)에 도포하기 위한 브러시와 같은 부재인 브러시 롤러(3a)를 포함한다. 고형 윤활제(3b)는 스테아린산 아연을 주성분으로 하는 윤활유 첨가제를 용해한 뒤 냉각시킨 것이고 바(bar) 형상으로 성형되도록 응고시킨다. 고형 윤활제(3b)는 윤활제 지지 부재(3d)에 의해 지지 되고, 윤활제 도포 장치(3)의 하우징(3f)에 설치한 가압 스프링에 의해 윤활제 지지 부재(3d)를 통해서 브러시 롤러(3a)측으로 눌러진다. 브러시 롤러(3a)는 감광체(1)에 접촉하도록 제공되며, 브러시 롤러(3a)의 회전에 따라서 브러시 롤러(3a)에 부착되는 고형 윤활제(3b)를 긁어낸다. 브러시 롤러(3a)에 부착된 윤활제는 감광체(1)와 브러시 롤러(3a)의 접촉부에서 감광체(1) 표면에 도포 된다. 그 후, 윤활제는 윤활제 균일화 블레이드(3e)에 의해 펴지게 된다.
고형 윤활제(3b)로서, 건조한 고체 소수성 윤활제를 이용하는 것이 가능하고, 스테아린산 아연 및 그 밖에도 스테아린산 바륨, 스테아린산연, 스테아린산철, 스테아린산 니켈, 스테아린산 코발트, 스테아린산동, 스테아린산 스트론튬, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 카드뮴, 스테아린산 마그네슘 등의 스테아린산기를 가지는 것을 이용할 수 있다. 또한, 동일 지방산기인 올레인산 아연, 올레인산 망간, 올레인산철, 올레인산 코발트, 올레인산연, 올레인산 마그네슘, 올레인산동, 및 팔미틴산 아연, 팔미틴산 코발트, 팔미틴산동, 팔미틴산 마그네슘, 팔미틴산 알루미늄, 팔미틴산 칼슘을 이용해도 좋다. 그 밖에도, 카푸릴산연, 카프로산연, 리노렌산 아연, 리노렌산 코발트, 리노렌산 칼슘 및 리코 리노렌산 카드늄 등의 지방산, 지방산의 금속염 등도 사용할 수 있다. 또한, 캔데릴라 왁스, 칼나우바 왁스, 라이스 왁스, 목랍(Japan tallow), 조조바(jojoba) 기름, 밀랍(bees wax), 라놀린 등의 왁스 등도 사용할 수 있다.
제 1 실시예의 특징이 이하에서 설명된다. 이 실시예에 있어서, 클리닝 유닛으로서 클리닝 블레이드(8a)는 브러시 롤러(3a)에 의한 윤활제 도포 위치에 대하여 감광체(1) 이동방향 상류측의 감광체(1) 표면에 접촉된다. 그리고, 윤활제 균일화 유닛인 윤활제 균일화 블레이드(3e)는 윤활제 도포 위치에 대하여 이동 방향의 하류측의 감광체(1) 표면 접촉된다. 또한, 제 1 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 클리닝 블레이드(8a)는 대응 방향으로 감광체(1) 표면에 접촉하며, 윤활제 균일화 블레이드(3e)는 후행 방향으로 감광체(1) 표면에 접촉한다. 이러한 클리닝 블레이드(8a) 및 윤활제 균일화 블레이드(3e)는 탄성체인 고무로 이루어진다.
감광체(1) 표면에 담지되는 토너 화상은 전사재에 전사되며, 그 후 표면에 잔류한 잔류 토너는 우선 클리닝 블레이드(8a)에 의해 제거된다. 이에 의해 감광체(1) 표면은 클리닝 되며, 표면에 윤활제가 도포 되도록 브러시 롤러(3a)에 의해 접촉된다. 감광체(1)의 표면 이동 방향 하류측에 제공되는 윤활제 균일화 블레이드(3e)와 윤활제의 접촉 위치를 통과하는 때, 도포 되는 윤활제의 표면은 균일하게 펴지고, 균일한 두께를 갖는 윤활제 층을 형성한다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에서, "윤활제 도포 영역"은 윤활제 균일화 블레이드(3e)에 의해 윤활제가 펴지고, 균일한 두께로 형성된 윤활제 층이 되는 영역을 의미한다. 윤활제가 도포 된 영역은 "클리닝 블레이드의 클리닝 영역" 또는 클리닝 블레이드(8a)와 감광체(1)의 접촉부를 "덮고" 있다. 따라서, 클리닝 블레이드(8a)가 감광체(1)와 접촉하는 영역 전체에 걸쳐서 감광체(1)의 마찰 계수가 안정적으로 감소 된다. 중합 토너와 같이 원형도가 높은(0.95 이상) 토너 및 블레이드 클리닝이 어려운 토너라도 클리닝 성능을 양호하게 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에서, "윤활제 도포 영역" 즉 윤활제 균일화 블레이드(3e)에 의해 윤활제가 펴지고, 균일한 두께로 형성된 윤활제 층이 되는 영역은 "클리닝 블레이드의 클리닝 영역" 또는 클리닝 블레이드(8a)와 감광체(1)의 접촉부와 실질적으로 같다. 따라서, 클리닝 블레이드(8a)가 감광체(1)와 접촉하는 영역 전체에 걸쳐서 감광체(1)의 마찰 계수가 안정적으로 감소 되며, 클리닝 성능을 양호하게 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에서, 클리닝 블레이드(8a)는 감광체(1)의 회전 방향에 있어서 윤활제 도포 장치(3)의 상류측에 제공되며, 윤활제 균일화 블레이드(3e)는 상기의 같은 방향의 하류측에 제공된다. 감광체(1)와 접촉하는 이러한 블레이드의 길이 방향 폭은 "도포 브러시 롤러 폭" ≤ "윤활제 균일화 블레이드 폭"이라는 관계를 갖는다. 더욱 구체적으로는, 윤활제 균일화 플레이트(3e)의 폭이 도 2의 브러시 롤러(3a)의 폭과 같거나 클 때, 감광체(1)의 길이 방향을 따라서 브러시 롤러(3a)에 의해 도포 되는 윤활제의 전부는 균일한 두께를 갖는 윤활제 층을 형성하도록 윤활제 균일화 블레이드(3e)에 의해 펴진다. 따라서, 대전 장치(2)는 윤활제에 의한 더러움을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에서, 감광체(1)와 접촉하는 이하와 같은 길이 방향의 폭이 "윤활제 폭" ≤ "도포 브러시 롤러 폭"이라는 관계를 갖는다. 더욱 구체적으로, 브러시 롤러(3a)의 폭이 도 2의 고형 윤활제(3b)의 폭보다 같거나 클 때 이하의 효과가 얻어진다.
만약 브러시가 윤활제보다 짧다면, 윤활제는 U형상으로 긁히고, 윤활제의 양 에지는 브러시 샤프트에 닿는다. 따라서, 윤활제는 끝 부분까지 사용되지 못하며, 낭비하는 양이 증가하거나 브러시의 털 길이가 제한된다. 이러한 경우, 브러시의 털 길이가 짧아지면, 윤활제는 더 소모된다.
따라서 본 발명은 "윤활제 폭" ≤ "도포 브러시 롤러 폭"과 같은 구성을 갖고, 윤활제를 낭비 없이 사용할 수 있고, 브러시의 털 길이도 제한할 필요가 없다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치는 감광체(1)의 길이 방향으로 "대전 영역 폭" ≤ "윤활제 도포 폭"이라는 관계를 가진다. 더 구체적으로는, 윤활제 균일화 블레이드(3e)(도 2)의 폭은 대전 롤러(2a)(도 18)의 폭과 같거나 클 때, 대전 롤러(2a)와 감광체(1)의 접촉 영역 전 범위는 윤활제가 균일하게 도포 되며, 감광체의 마찰 계수는 접촉 영역 전체에 걸쳐서 안정적으로 감소 될 수 있으며, 이하의 효과를 얻게 된다.
감광체에 도포 되는 윤활제 중의 극소량은 대전 롤러가 감광체에 접촉할 때 대전 롤러의 표면으로 이동한다. 대전 롤러가 감광체에 접촉하지 않더라도, 전기장의 작용에 의해 이동할 수도 있다. 만약 이동에 의한 대전 롤러 표면에의 윤활제 부착량이 대전 롤러 표면 균일하지 않다면, 감광체 상의 대전량(전위)도 불균일하게 된다. 본 발명에 따른 구성을 채용하여, 감광체(1)와 대전 롤러(2a)의 접촉 영역의 전 범위 걸쳐서 윤활제가 균일하게 도포 되고, 대전 롤러 표면에의 윤활제 이행량이 대전 롤러의 축방향으로 불균일하지 않고, 안정적인 대전을 얻을 수 있다.
제 1 실시예에 있어서, 클리닝 블레이드(8a)는 감광체(1) 표면을 클리닝하가 위해 사용되나, 클리닝 블레이드(8a)를 대신하여 클리닝 브러시도 사용될 수 있다. 클리닝 브러시는 중저항과 저저항 사이의 전도성 브러시에 바이어스 인가하여 얻을 수 있다.
그러나, 본 발명은 제 1 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술 사상을 이용하는 모든 장치에 적용 가능하다. 감광체 또는 중간 전사체는 벨트 형상 또는 롤러 형상 둘 다 가능하다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에서, 상 담지체(1)의 마찰 계수 μ은 0.4 이하로 설정된다. 만약 μ가 0.4보다 큰 경우, 필르밍(filming)의 발생 방지가 불충분하게 된다.
감광체(1)의 마찰 계수는 아래와 같이 오일러 벨트 방식으로 측정했다. 도 4는 감광체(1)의 마찰 계수의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이 경우, 벨트로서 중간 두께의 상질지가 사용된다. 이 종이는 감광체(1)의 드럼 원주 1/4 둘레에 걸어서 길이 방향이 되게 하며, 벨트의 일단에 예를 들어 0.98N(100g)의 하중을 걸고, 타단에 포스 게이지(force gauge, 디지털 푸쉬-풀 게이지)를 설치한다. 포스 게이지를 당기고, 벨트가 이동할 때 다음과 같은 방정식에 읽힌 하중을 대입하여 하중을 마찰 계수로 산출한다.
마찰 계수 μ=2/π×In(F/0.98) (μ: 정지 마찰 계수, F:측정치)
감광체(1)의 마찰 계수는 감광체(1)가 화상 형성 후 정상 상태가 됐을 때의 값이다. 이것은 감광체(1)의 마찰 계수가 화상 형성 장치에 설치되는 다른 장치의 영향을 받기 때문이며, 화상 형성 직후 다른 값으로부터 마찰 계수의 값이 먼저 변 화한다. 그러나, A4 판 기록지로 1,000장 정도의 화상 형성 후에는, 마찰 계수의 값은 거의 일정한 값이 된다. 따라서 여기에서 말하는 마찰 계수는 이러한 정상 상태에서 마찰 계수가 일정한 값이 됐을 때의 마찰 계수이다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에서, 클리닝 블레이드는 토너 비산 방지용 사이드 실(side seal)을 가지며, 사이드 실에 의하여 윤활제의 도포 영역을 조정할 수 있다. 도 3에 있어서, 사이드 실(11)은 감광체(1)와 접촉하는 폭방향으로 클리닝 블레이드(8a)의 양단부에 설치되고, 감광체(1)의 길이 방향으로 사이드 실(11)의 접촉 위치가 조절되고, 그에 따라 윤활제의 도포 영역의 조정을 행할 수 있다. 따라서, 클리닝 영역을 넘어서 윤활제가 도포 되는 경우, 사이드 실(11)의 위치 조정만으로 윤활제의 도포 영역의 조정이 가능하다. 이에 의해 클리닝 블레이드(8a)가 접촉하는 감광체의 전체 영역에 걸쳐서 감광체의 마찰 계수가 안정적으로 감소 된다는 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
이하와 같은 토너가 사용되는 경우라도, 양호한 클리닝 성능이 얻어질 수 있다. 상기 토너는 토너 입자의 체적 평균 입경이 3μm 내지 8μm이고, 체적 평균 입경(Dv)과 개수 평균 입경(Dn)과의 비율(Dv/Dn)이 1.00 내지 1.40의 범위에 있는 소립경으로 좁은 입경 분포도를 가진 토너이다. 토너 입자의 입경 분포를 좁게 하여, 대전량 분포가 균일하게 되고, 배경 연무(background fogging)가 적은 고화질 화상을 얻게 되고, 전사율을 높게 할 수 있다. 이와 같은 소립경 토너는 종래의 블레이드 방식의 클리닝에서는, 클리닝 포스(force)가 토너의 감광체(1)로의 부착력을 능가하지 못하기 때문에 클리닝 하는 것이 곤란하다. 또한, 토너 입자가 소립경인 경 우, 토너의 외첨제 미립자 함유률이 상대적으로 높아지는 경향에 있기 때문에, 외첨제 미립자는 쉽게 토너 입자로부터 이탈하고, 감광체(1)상에 필르밍을 발생시키기 쉽다. 그러나, 본 발명의 클리닝 장치(8)에 사용하여, 브러시 롤러(3a)가 감광체(1) 표면에 윤활제를 도포하여 감광체(1) 표면의 마찰 계수를 감소시키고, 클리닝 블레이드(8a)가 토너 입자를 막아 클리닝 블레이드(8a)를 통해 비집고 빠져나가는 것을 방지하고, 클리닝 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 구형 토너의 클리닝에 적합하다. 구형 토너 입자는 이하의 형상 계수 SF-1, SF-2의 값으로 규정할 수 있다. 본 발명의 화상 형성 장치로 사용되는 토너 입자는 형상 계수 SF-1이 100 내지 180, 형상 계수 SF-2가 100 내지 180이다.
도 5A 및 도 7B는 형상 계수 SF-1 및 형상 계수 SF-2를 설명하기 위한 토너형상의 개략적인 도면이다.
형상 계수 SF-1은 토너 형상의 둥근 비율을 나타내며, 이하의 식(1)에 따라서 결정된다. 형상 계수 SF-1은 토너 입자를 2차원 평면상에 투영시킨 형상의 최대 길이인 MXLNG의 제곱을 도형 면적인 AREA로 나누고, (100π/4)를 곱하여 얻는 값이다.
SF-1 = { (MXLNG)2/AREA } × (100π/4) ... (식 1)
SF-1의 값이 100일 때, 토너의 형상은 완전한 구형이다. SF-1의 값이 증가할수록, 형상은 부정형이 된다.
형상 계수 SF-2는 토너 형상의 요철(irregularity) 비율을 나타내는 값이며, 이하의 식(2)에 따라서 결정된다. 형상 계수 SF-2는 토너 입자를 2차원 평면상에 투영시킨 형상의 주위 길이인 PERI의 제곱을 도형 면적인 AREA로 나누고, (100π/4)를 곱하여 얻는 값이다.
SF-2 = { (PERI)2/AREA } × (100π/4) ... (식 2)
SF-2의 값이 100일 때, 토너 표면에서 요철은 존재하지 않고, SF-2의 값이 증가할수록, 표면의 요철이 현저해진다.
형상 계수는 구체적으로는 히타치 사(Hitachi Ltd,)에서 제작한 S-800 주사형 전자 현미경(scanning electron microscope)으로 토너 입자의 사진을 찍어서 측정하며, 측정 데이터는 니레코 사(Nireko Corp.)에서 제작한 LUZEX3 화상 해석 장치에 입력하여 해석 및 계산을 한다.
만약 토너의 형상이 구형에 가깝게 된다면, 토너 입자와 토너 입자 또는 토너 입자와 감광체(1)의 접촉이 점접촉에 가까워지기 때문에, 토너 입자 사이의 흡착력이 약해진다. 따라서 흡착력이 약해질수록 유동성이 높아진다.
토너 입자와 감광체(1) 사이의 흡착력도 약해지며, 결과적으로 전사율은 높아진다.
위에서 설명한 바와 같이, 구형 토너는 블레이드 방식을 사용할 때 클리닝에 있어서 클리닝 불량이 발생하기 쉬우나, 본 발명에 따른 클리닝 장치(8)를 사용하여 양호한 클리닝을 수행할 수 있다. 만약 SF-1 및 SF-2가 매우 커진다면, 토너가 화상 상에서 비산 되고 화질이 떨어지므로, SF-1 및 SF-2는 180을 초과하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 토너 형상은 실질적으로 구형이며, 이하의 형상 규정에 의해 나타낼 수 있다.
도 6A 내지 6C는 본 발명에 따른 토너 형상을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6A 내지 6C에서 도시된 바와 같이, 실질적으로 구형의 토너는 장축 r1, 단축 r2, 두께 r3 (단, r1 ≥ r2 ≥ r3)로 규정된다. 본 발명에 따른 토너 입자는 장축과 단축의 비 r2/r1 (도 6B 참조)가 0.5 내지 1.0 범위이고, 두께와 단축의 비 r3/r2 (도 6C 참조)가 0.7 내지 1.0 범위인 것이 바람직하다.
장축과 단축의 비 r2/r1 가 0.5 미만에서는 토너 형상이 진구형으로부터 멀어지기 때문에 도트 재현성 및 전사 효율이 뒤떨어져 고품위 화질을 얻을 없다. 두께와 단축의 비 r3/r2가 0.7 미만에서는 토너 형상이 편평한 형상에 가깝게 되어 구형 토너와 같은 높은 전사율을 얻을 없다.
특히, 두께와 단축의 비 r3/r2 가 1.0에서는 토너가 장축을 회전축으로 하는 회전체가 되어 토너의 유동성을 향상시킬 수 있다.
r1, r2, r3는 주사형 전자현미경(SEM)으로 시야의 각도를 변화시키면서 사진을 찍고 관찰하여 측정했다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에 적합하게 사용되는 토너는 토너 재료액을 수계 용매 중에서 가교 및 신장 반응 중 적어도 하나의 반응을 통해 얻는다. 더욱 구체적으로는, 토너 재료액은 적어도 질소 원자를 포함하는 작용기를 가지는 폴리 에스테르 프리폴리머, 폴리에스테르, 착색제, 이형제를 유기 용매 중에 용해 또는 분산시켜 얻는다. 이하에서 토너 제조의 재료 및 방법에 관해 설명한다.
(변형 폴리에스테르)
본 발명의 토너는 바인더 수지로서 변성 폴리에스테르(i)를 함유한다. 변성 폴리에스테르(i)란 폴리에스테르 수지 중에 에스테르 결합 이외의 결합기가 존재하거나 또한 폴리에스테르 수지 중에 구성이 다른 수지 성분이 공유 결합, 이온 결합 등으로 결합한 상태를 가리킨다. 구체적으로는, 폴리에스테르 말단에 카르복실산기, 수산기와 반응하는 이소시아네이트기 등의 작용기를 도입하고, 또한, 활성수소함유 화합물과 반응시켜 폴리에스테르 말단을 변성시킨 것을 가리킨다.
변성 폴리에스테르(i)로서는 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르프리폴리머(A)와 아민류(B)의 반응에 의해 얻어지는 우레아 변성 폴리에스테르 등을 들 수 있다. 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르프리폴리머(A)로서는 다가 알콜(PO)과 다가카르복실산(PC)의 중축합물이며, 또한 활성 수소기를 갖는 폴리에스테르를 다가이소시아네이트 화합물(PIC)과 더 반응시킨 것 등을 들 수 있다. 상기 폴리에스테르가 갖는 활성 수소기로서는 수산기(알콜성 수산기 및 페놀성 수산기), 아미노기, 카르복실기, 머캅토기 등을 들 수 있고, 이들 중 바람직한 것은 알콜성 수산기이다.
우레아 변성 폴리에스테르는 이하와 같이하여 생성된다.
다가 알콜 화합물(PO)로서는 2가 알콜(DIO) 및 3가 이상의 다가 알콜(TO)을 들 수 있고, 2가 알콜(DIO) 단독, 또는 2가 알콜(DIO)과 소량의 3가 이상의 다가 알콜(TO)의 혼합물이 바람직하다. 2가 알콜(DIO)로서는 알킬렌글리콜(에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올 등); 알킬렌에테르글리콜(디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 등); 지환식 디올(1,4-시클로헥산디메탄올, 수소 첨가 비스페놀 A 등); 비스페놀류(비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 S 등); 상기 지환식 디올의 알킬렌옥사이드(에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드, 부틸렌옥사이드 등) 부가물; 상기 비스페놀류의 알킬렌옥사이드(에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드, 부틸렌옥사이드 등) 부가물 등을 들 수 있다. 이들 중 바람직한 것은 탄소수 2~12의 알킬렌글리콜 및 비스페놀류의 알킬렌옥사이드 부가물이며, 특히 바람직한 것은 비스페놀류의 알킬렌옥사이드 부가물 및 이것과 탄소수 2 내지 12의 알킬렌글리콜과의 병용이다. 3가 이상의 다가 알콜(TO)로서는 3 내지 8가 또는 그 이상의 다가 지방족 알콜(글리세린, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리스리톨, 솔비톨 등 ); 3가 이상의 페놀류(트리스페놀 PA, 페놀노볼락, 크레졸노볼락 등); 상기 3가 이상의 폴리페놀류의 알킬렌옥사이드 부가물 등을 들 수 있다.
다가 카르복실산(PC)으로서는, 2가 카르복실산(DIC) 및 3가 이상의 다가 카르복실산(TC)을 들 수 있고, 2가 알콜(DIC) 단독 및 2가 알콜(DIC)과 소량의 3가 이상의 다가 알콜(TC)와의 혼합물이 바람직하다. 2가 카르복실산(DIC)으로서는 알킬렌디카르복실산(호박산, 아디핀산, 세바신산 등); 알케닐렌디카르복실산(말레산, 푸마르산 등); 방향족 디카르복실산(프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 나프탈렌디카르복실산 등) 등을 들 수 있다. 이들 중 바람직한 것은 탄소수 4 내지 20의 알케닐렌디카르복실산 및 탄소수 8 내지 20의 방향족 디카르복실산이다. 3가 이상의 다가 카르복실산(TC)으로서는 탄소수 9 내지 20의 방향족 다가 카르복실산(트리멜리트산, 피로멜리트산 등) 등을 들 수 있다. 또한, 다가 카르복실산(PC)으로서는 전술한 것인 산무수물 또는 저급 알킬에스테르(메틸에스테르, 에틸에스테르, 이소프로필에스테르 등)를 이용하여 다가 알콜(PO)과 반응시켜도 좋다.
다가 알콜(PO)과 다가 카르복실산(PC)의 비율은 수산기[OH]와 카르복실기[COOH]의 당량비[OH]/[COOH]로서, 통상 2/1 내지 1/1, 바람직하게는 1.5/1 내지 1/1, 더욱 바람직하게는 1.3/1 내지 1.02/1이다.
다가 이소시아네이트 화합물(PIC)로서는 지방족 다가 이소시아네이트(테트라메틸렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,6-디이소시아네이트메틸카프로에이트 등); 지환식 폴리이소시아네이트(이소포론디이소시아네이트, 시클로헥실메탄디이소시아네이트 등); 방향족 디이소시아네이트(톨릴렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트 등); 방향 지방족 디이소시아네이트(α, α, α',α'-테트라메틸크실릴렌디이소시아네이트 등); 이소시아네이트류; 상기 폴리이소시아네이트를 페놀 유도체, 옥심, 카프로락탐 등으로 블록한 것; 및 이들 2종 이상의 병용을 들 수 있다.
다가 이소시아네이트 화합물(PIC)의 비율은 이소시아네이트기[NCO]와, 수산기를 갖는 폴리에스테르 수산기[OH]의 당량비[NCO]/[OH]로서, 통상 5/1 내지 1/1, 바람직하게는 4/1 내지 1.2/1, 더욱 바람직하게는 2.5/1 내지 1.5/1이다. [NCO]/[OH]가 5를 넘으면 저온 정착성이 악화 된다. [NCO]의 몰비가 1 미만에서는 우레아 변성 폴리에스테르를 이용하는 경우, 그 에스테르 중 우레아 함량이 낮아지며, 내열 오프셋성이 악화된다.
이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 프리폴리머(A) 중 다가 이소시아네이트 화합물(PIC) 구성 성분의 함유량은 통상 0.5wt% 내지 40 wt%, 바람직하게는 1wt% 내지 30 wt%, 더욱 바람직하게는 2wt% 내지 20 wt%이다. 0.5 wt% 미만에서는 내열 오프셋성이 악화되는 동시에, 내열 보존성과 저온 정착성의 양립면에서 불리해진다. 또한, 40 wt%을 넘으면 저온 정착성이 악화 된다. 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르프리폴리머(A) 중 1 분자당 함유되는 이소시아네이트기는 통상 1개 이상, 바람직하게는 평균 1.5개 내지 3개, 더욱 바람직하게는 평균 1.8개 내지 2.5개이다. 1 분자당 1개 미만에서는 우레아 변성 폴리에스테르의 분자량이 낮아지며, 내열 오프셋성이 악화된다.
다음에, 폴리에스테르 프리폴리머(A)와 반응시키는 아민류(B)로서는, 2가 아민 화합물(B1), 3가 이상의 다가 아민 화합물(B2), 아미노알콜(B3), 아미노메르캅탄(B4), 아미노산(B5) 및 B1~B5의 아미노기를 블록한 것(B6) 등을 들 수 있다.
2가 아민 화합물(B1)로서는 방향족 디아민(페닐렌디아민, 디에틸톨루엔디아민, 4,4'-디아미노디페닐메탄 등); 지환식 디아민(4,4'-디아미노-3,3'-디메틸디시클로헥실메탄, 디아민시클로헥산, 이소포론디아민 등); 및 지방족 디아민(에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민 등) 등을 들 수 있다. 3가 이상의 다 가 아민 화합물(B2)로서는 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민 등을 들 수 있다. 아미노알콜(B3)로서는 에탄올아민, 히드록시에틸아닐린 등을 들 수 있다. 아미노메르캅탄(B4)으로서는 아미노에틸메르캅탄, 아미노프로필메르캅탄 등을 들 수 있다. 아미노산(B5)로서는 아미노프로피온산, 아미노카프론산 등을 들 수 있다. B 1~B5의 아미노기를 블록한 것으로서는, 상기 B1~B5의 아민류와 케톤류(아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등)로부터 얻어지는 케치민 화합물, 옥사졸리딘 화합물 등을 들 수 있다. 이들 아민류(B) 중 바람직한 것은 B1 및 B1과 소량의 B2의 혼합물이다.
아민류(B)의 비율은 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르프리폴리머(A) 중 의 이소시아네이트기[NCO]와, 아민류(B) 중의 아미노기[NHx]의 당량비[NCO]/[NHx]로서, 통상 1/2 내지 2/1, 바람직하게는 1.5/1 내지 1/1.5, 더욱 바람직하게는 1.2/1 내지 1/1.2이다. [NCO]/[NHx]가 2를 넘거나 1/2 미만에서는 우레아 변성 폴리에스테르의 분자량이 낮아지며, 내열 오프셋성이 악화된다.
또한, 우레아 변성 폴리에스테르 중에는 우레아 결합와 함께 우레탄 결합을 함유하고 있어도 좋다. 우레아 결합 함유량과 우레탄 결합 함유량의 몰비는, 통상100/0 내지 10/90이며, 바람직하게는 80/20 내지 20/80, 더욱 바람직하게는, 60/40 내지 30/70이다. 우레아 결합의 몰비가 10% 미만에서는 내열 오프셋성이 악화된다.
본 발명에서 이용되는 변성 폴리에스테르(i)는 원샷(one-shot)법, 프리폴리머법에 의해 제조된다. 변성 폴리에스테르(i)의 중량 평균 분자량은 통상 1만 이상, 바람직하게는 2만 내지 1000만, 더욱 바람직하게는 3만 내지 100만이다. 이 때 의 피크 분자량은 1000~10000이 바람직하고, 1000 미만에서는 신장 반응하기 어렵고 토너의 탄성이 적어 그 결과 내열 오프셋성이 악화된다. 또한 10000을 넘으면 정착성의 저하나 입자화나 분쇄에 있어서 제조상의 과제가 높아진다. 변성 폴리에스테르(i)의 수 평균 분자량은 후술한 변성되어 있지 않은 폴리에스테르(ii)를 이용하는 경우는 특별히 한정되는 것이 아니고, 상기 중량 평균 분자량으로 하는 데 얻기 쉬운 수 평균 분자량이 좋다. (i)단독의 경우는, 수 평균 분자량은 통상 20000 이하, 바람직하게는 1000 내지 10000, 더욱 바람직하게는 2000 내지 8000이다. 20000을 넘으면 저온 정착성 및 풀컬러 장치에 이용한 경우의 광택성이 악화된다.
변성 폴리에스테르(i)를 얻기 위한 폴리에스테르 프리폴리머(A)와 아민류(B)와의 가교 및/또는 신장 반응에는, 필요에 따라 반응 정지제를 이용하여, 얻어지는 우레아 변성 폴리에스테르의 분자량을 조정할 수 있다. 반응 정지제로서는, 모노아민(디에틸아민, 디부틸아민, 부틸아민, 라우릴아민 등) 및 이들을 블록한 것(케치민 화합물) 등을 들 수 있다.
(미변성 폴리에스테르)
본 발명에 있어서는, 상기 변성된 폴리에스테르(i) 단독 사용뿐만 아니라, 이(i)과 함께, 미변성 폴리에스테르(ii)를 바인더 수지 성분으로서 함유시킬 수도 있다. (ii)를 병용함으로써, 저온 정착성 및 풀컬러 장치에 이용한 경우의 광택성이 향상하며 단독 사용보다 바람직하다. (ii)로서는 상기 (i)의 폴리에스테르 성분 과 동일한 다가 알콜(PO)과 다가카르복실산(PC)과의 중축합물 등을 들 수 있고, 바람직한 것도 (i)와 같다. 또한, (ii)는 무변성 폴리에스테르뿐만 아니라, 우레아 결합 이외의 화학 결합으로 변성되어 있는 것이어도 좋고, 예컨대 우레탄 결합으로 변성되어 있어도 좋다. (i)과 (ii)는 적어도 일부가 상용되고 있는 것이 저온 정착성, 내열 오프셋성의 면에서 바람직하다. 따라서, (i)의 폴리에스테르성분과 (ii)는 유사한 조성이 바람직하다. (ii)를 함유시키는 경우의 (i)과 (ii)의 중량비는 통상 5/95 내지 80/20, 바람직하게는 5/95 내지 30/70, 더욱 바람직하게는 5/95 내지 25/75, 특히 바람직하게는 7/93 내지 20/80이다. (i)의 중량비가 5% 미만에서는 내열 오프셋성이 악화되는 동시에, 내열 보존성과 저온 정착성의 양립면에서 불리하게 된다.
(ii)의 피크 분자량은, 통상 1000 내지 10000, 바람직하게는 2000 내지 8000, 더욱 바람직하게는 2000 내지 5000이다. 1000 미만에서는 내열 보존성이 악화되며, 10000을 넘으면 저온 정착성이 악화된다. (ii)의 수산기가는 5 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10 내지 120, 특히 바람직하게는 20 내지 80이다. 5 미만에서는 내열 보존성과 저온 정착성의 양립면에서 불리하게 된다. (ii)의 산가는 1 내지 5가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 내지 4이다. 왁스로 고산가 왁스를 사용하기 때문에, 바인더는 저산가 바인더가 대전이나 고체적 저항으로 이어지므로 이성분계 현상제에 이용하는 토너에는 매치하기 쉽다.
바인더 수지의 유리 전이점(Tg)은 통상 35 내지 70℃, 바람직하게는 55 내지 65℃이다. 35℃ 미만에서는 토너의 내열 보존성이 악화되며, 70℃를 넘으면 저온 정착성이 불충분해진다. 우레아 변성 폴리에스테르는 얻어지는 토너 모체 입자의 표면에 존재하기 쉽기 때문에, 본 발명의 토너에 있어서는 공지한 폴리에스테르계 토너와 비교하여 유리 전이점이 낮아도 내열 보존성이 양호한 경향을 나타낸다.
(착색제)
착색제로서는, 공지한 염료 및 안료를 모두 사용할 수 있으며, 예컨대, 카본 블랙, 니그로신 염료, 철흑, 나프톨옐로우 S, 한자옐로우(10G, 5G, G), 카드뮴옐로우, 황색산화철, 황토, 황연, 티탄황, 폴리아조옐로우, 오일옐로우, 한자옐로우(GR, A, RN, R), 피그먼트옐로우 L, 벤지딘옐로우(G, GR), 퍼머넌트옐로우(NCG), 발칸퍼스트옐로우(5G, R), 타트라진레이크, 퀴놀린옐로우레이크, 안스라잔옐로우 BGL, 이소인돌리논옐로우, 적산화철(colcothar), 연단, 연주, 카드뮴레드, 카드뮴수은레드, 안티몬주, 퍼머넌트레드 4R, 파라레드, 파이세레드, 파라크롤올니트로아닐린레드, 리솔퍼스트스칼릿, 브릴리언트퍼스트스칼릿, 브릴리언트카민 BS, 퍼머넌트레드(F2R, F4R, FRL, FRLL, F4RH), 퍼스트스칼릿, 벨칸퍼스톨빈 B, 브릴리언트스칼릿 G, 리솔루빈 GX, 퍼머넌트레드 F5R, 브릴리언트카민 6B, 피그먼트스칼릿 3B, 보르도 5B, 톨루이딘마룬, 퍼머넌트보르도 F2K, 헬리오보르도 BL, 보르도 10B, 본마룬라이트, 본마룬메디엄, 에오신레이크, 로다민레이크 B, 로다민레이크 Y, 알리자린레이크, 티오인디고레드 B, 티오인디고마룬, 오일레드, 퀴나크리돈레드, 피라졸론레드, 폴리아조레드, 크롬버밀리언, 벤지딘오렌지, 페리논오렌지, 오일오렌지, 코발트블루, 세루리언블루, 알칼리블루레이크, 피콕블루레이크, 빅토리아블루레이 크, 무금속프탈로시아닌블루, 프탈로시아닌블루, 퍼스트스카이블루, 인단트렌블루(RS, BC), 인디고, 군청, 감청, 안트라퀴논블루, 퍼스트바이올렛 B, 메틸바이올렛레이크, 코발트퍼플, 망간퍼플, 디옥산바이올렛, 안트라퀴논바이올렛, 크롬그린, 직그린, 산화크롬, 비리디언, 에메랄드그린, 피그먼트그린 B, 나프톨그린 B, 그린골드, 에시드그린레이크, 말라카이드그린레이크, 프탈로시아닌그린, 안트라퀴논그린, 산화티탄, 아연화, 리트본 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 착색제의 함유량은 토너에 대하여 통상 1 내지 15 중량%, 바람직하게는 3 내지 10 중량%이다.
착색제는 수지와 복합화된 마스터배치로서 이용할 수도 있다. 마스터배치의 제조, 또는 마스터배치와 함께 반죽되는 바인더 수지로서는, 폴리스티렌, 폴리-p-클로로스티렌, 폴리비닐톨루엔 등의 스티렌 및 그 치환체의 중합체 혹은 이들과 비닐 화합물과의 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리초산비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 에폭시 수지, 에폭시폴리올 수지, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐부티랄, 폴리아크릴산 수지, 로진, 변성로진, 테르펜 수지, 지방족 또는 지환족 탄화수소 수지, 방향족계 석유 수지, 염소화 파라핀, 파라핀왁스 등을 들 수 있고, 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있다.
(하전 제어제)
하전 제어제로서는 공지한 것을 사용할 수 있고, 예컨대 니그로신계 염료, 트리페닐메탄계 염료, 크롬 함유 금속착체 염료, 몰리브덴산킬레이트 안료, 로다민 계 염료, 알콕시계 아민, 4급 암모늄염(불소변성 4급 암모늄염을 함유함), 알킬아미드, 인의 단체 또는 화합물, 텅스텐의 단체 또는 화합물, 불소계 활성제, 살리실산 금속염 및 살리실산 유도체의 금속염 등이다. 구체적으로는 니그로신계 염료의 본트론 03, 4급 암모늄염의 본트론 P-51, 금속 함유 아조 염료 본트론 S-34, 옥시나프토산계 금속착체의 E-82, 살리실산계 금속착체의 E-84, 페놀계 축합물의 E-89(이상, 오리엔트카가쿠고교샤 제조), 4급 암모늄염 몰리브덴 착체의 TP-302, TP-415(이상, 호도가야카가쿠고교샤 제조), 4급 암모늄염 카피차지 PSY VP2038, 트리페닐메탄 유도체의 카피블루 PR, 4급 암모늄염의 카피차지 NEGVP2036, 카피차지 NX VP434(이상, 훽스트사 제조), LRA-901, 붕소 착체인 LR-147(니혼카릿트사 제조),동프탈로시아닌, 페릴렌, 퀴나크리돈, 아조계 안료, 기타 설폰산기, 카르복실기, 4급 암모늄염 등의 작용기를 갖는 고분자계 화합물을 들 수 있다. 이 중, 특히 토너를 부극성으로 제어하는 물질이 바람직하게 사용된다.
하전 제어제의 사용량은 바인더 수지의 종류, 필요에 따라 사용되는 첨가제의 유무, 분산 방법을 포함한 토너 제조 방법에 의해 결정되는 것으로, 일률적으로 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부의 범위에서 이용된다. 바람직하게는 0.2 내지 5 중량부의 범위가 좋다. 10 중량부를 넘는 경우에는 토너의 대전성이 너무 커서 하전 제어제의 효과를 감퇴시키고, 현상 롤러와의 정전적 흡인력이 증대하여 현상제의 유동성 저하나 화상 농도의 저하를 초래한다.
(이형제)
이형제로서는, 융점이 50 내지 120℃인 저융점 왁스가, 바인더 수지와의 분산 중에서 보다 이형제로서 효과적으로 정착 롤러와 토너 계면 사이에서 활동하고, 이것에 의해 정착 롤러에 오일과 같은 이형제를 도포하지 않고 고온 오프셋에 대하여 효과를 나타낸다. 이러한 왁스 성분으로서는, 이하의 것을 들 수 있다. 납류 및 왁스류로서는 카르나바 왁스, 면납, 옻납, 라이스 왁스 등의 식물계 왁스, 밀랍 왁스, 라놀린 등의 동물계 왁스, 오조케라이트, 세레진 등의 광물계 왁스 및 파라핀, 마이크로크리스탈린, 바셀린 등의 석유 왁스 등을 들 수 있다. 또한, 이들 천연 왁스 외에, 피셔-트로프슈 왁스, 폴리에틸렌 왁스 등의 합성 탄화수소 왁스, 에스테르, 케톤, 에테르 등의 합성 왁스 등을 들 수 있다. 또한, 12-히드록시스테아르산아미드, 스테아린산아미드, 무수프탈산아미드, 염소화탄화수소 등의 지방산 아미드 및 저분자량의 결정성 고분자 수지인, 폴리-n-스테아릴메타크릴레이트, 폴리-n-라우릴메타크릴레이트 등의 폴리아크릴레이트의 호모 중합체 혹은 공중합체(예컨대, n-스테아릴아크릴레이트-에틸메타크릴레이트의 공중합체 등) 등 측쇄에 긴 알킬기를 갖는 결정성 고분자 등도 이용할 수 있다.
하전 제어제, 이형제는 마스터배치, 바인더 수지와 함께 용융 반죽할 수도 있고, 물론 유기 용제에 용해, 분산할 때에 첨가하여도 좋다.
(외첨제)
토너 입자의 유동성이나 현상성, 대전성을 보조하기 위한 외첨제로서 무기 미립자가 바람직하게 이용된다. 이 무기 미립자의 일차 입자 경은 5×10－3 내지 2 ㎛인 것이 바람직하고, 특히 5×10－3 내지 0.5 ㎛인 것이 바람직하다. 또, BET법에 따르는 비표면적은 20 내지 500 m2/g인 것이 바람직하다. 이 무기 미립자의 사용 비율은 토너의 0.01 내지 5 wt%인 것이 바람직하고, 특히 0.01 내지 2.0wt%인 것이 바람직하다.
무기 미립자의 구체적인 예로서는, 예컨대 실리카, 알루미나, 산화 티탄, 티탄산바륨, 티탄산마그네슘, 티탄산칼슘, 티탄산스트론튬, 산화 아연, 산화 주석, 백사(silver sand), 진흙, 운모, 샌드 석회석(sand-lime), 규조토, 산화 크롬, 산화 세륨, 철단, 삼산화 안티몬, 산화 마그네슘, 산화 지르코늄, 황산바륨, 탄산발륨, 탄산칼슘, 탄화 규소, 질화 규소 등을 들 수 있다. 그 중에서 유동성 부여제로서는 소수성 실리카 미립자와 소수성 산화 티탄 미립자를 병용하는 것이 바람직하다. 특히 양 미립자의 평균 입경이 5×10－2 ㎛ 이하의 것을 사용하여 교반 혼합을 실시한 경우, 토너와의 정전력, 반데르발스력(van der Waals force)은 현저히 향상됨으로써, 소망의 대전 레벨을 얻기 위하여 수행되는 현상 장치 내부의 교반 혼합에 의해서도 토너로부터 유동성 부여제가 이탈되지 않아 토너 응집체 등이 발생하지 않는 양호한 화상 품질을 얻을 수 있으므로 더 한층 전사 잔류 토너의 절감을 도모할 수 있다.
산화 티탄 미립자는 환경 안정성, 화상 농도 안정성이 뛰어난 반면, 대전 상 승 특성이 악화 되는 경향이 있으므로, 산화 티탄 미립자 첨가량이 실리카 미립자 첨가량보다 많아지면, 이 부작용의 영향이 커진다고 생각된다. 그러나, 소수성 실리카 미립자 및 소수성 산화 티탄 미립자의 첨가량이 0.3 내지 1.5wt%의 범위에서는 대전 개시 특성이 크게 손상되지 않아 소망의 대전 상승 특성을 얻을 수 있어 복사를 반복하여 실시하여도 안정된 화상 품질을 얻을 수 있다.
다음에, 토너의 제조 방법에 대하여 설명한다. 여기에서는 바람직한 제조 방법에 대하여 예시하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
(토너의 제조 방법)
1) 착색제, 미변성 폴리에스테르, 이소시아네이트기를 구비하는 폴리에스테르프리폴리머, 이형제를 유기 용매 중에 분산시켜 토너 재료액을 만든다.
　유기 용매는 비등점이 100℃ 미만의 휘발성인 것이 토너 모체 입자 형성 후의 제거가 용이하여 바람직하다. 구체적으로는, 톨루엔, 크실렌, 벤젠, 사염화탄소, 염화 메틸렌, 1,2－디클로로에탄, 1,1,2－트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 모노클로로벤젠, 디클로로에틸리덴, 초산메틸, 초산에틸, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 부틸 케톤 등을 단독 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다. 특히, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족계 용매 및 염화 메틸렌, 1,2－디클로로에탄, 클로로포름, 사염화탄소 등의 할로겐화 탄화수소가 바람직하다. 유기 용매의 사용량은 폴리에스테르프리폴리머 100 중량부에 대하여 통상 0 내지 300 중량부, 바람직하게는 0 내지 100 중량부, 더욱 바람직하게는 25 내지 70 중량부이다.
　2) 토너 재료액을 계면 활성제, 수지 미립자의 존재하에 수계 매체 중에서 유화시킨다.
수계 매체는 물 단독으로도 좋고, 알코올(메탄올, 이소프로필 알코올, 에틸렌글리콜 등), 디메틸 포름아미드, 테트라히드로푸란, 셀솔브류(메틸 셀솔브 등), 저급 케톤류(아세톤, 메틸 에틸 케톤 등) 등의 유기 용매를 포함하는 것이어도 좋다.
토너 재료액 100 중량부에 대한 수계 매체의 사용량은 통상 50 내지 2000 중량부이고, 바람직하게는 100 내지 1000 중량부이다. 50 중량부 미만에서는 토너 재료액의 분산 상태가 나빠 소정 입경의 토너 입자를 얻을 수 없다. 2000 중량부를 초과하면 비경제적이다.
또, 수계 매체 중의 분산을 양호하게 하기 위하여 계면 활성제, 수지 미립자 등의 분산제를 적당히 첨가한다.
계면 활성제로서는 알킬 벤젠 술폰산염, α－올레핀 술폰산염, 인산 에스테르 등의 음이온성 계면 활성제, 알킬 아민염, 아미노 알콜 지방산 유도체, 폴리아민 지방산 유도체, 이미다졸린 등의 아민염형이나, 알킬 트리메틸암모늄염, 디알킬 디메틸암모늄염, 알킬 디메틸 벤질 암모늄염, 피리디늄염, 알킬이소퀴놀리늄염, 염화 벤제트니움 등의 4급 암모늄염형의 양이온성 계면 활성제, 지방산 아미드 유도체, 다가 알코올 유도체 등의 비이온 계면 활성제, 예컨대 알라닌, 도데실디(아미노 에틸) 글리신, 디(옥틸 아미노 에틸) 글리신이나 N－알킬-N,N－디메틸 암모늄 베타인 등의 양성 계면 활성제를 들 수 있다.
또, 플루오르 알킬기를 구비하는 계면 활성제를 이용함으로써 매우 소량으로 그 효과를 높일 수 있다. 바람직하게 이용되는 플루오르 알킬기를 구비하는 음이온성 계면 활성제로서는 탄소수 2 내지 10의 플루오르 알킬카르본산 및 그 금속염, 퍼플루오르 옥탄술포닐 그루타민산 디나트륨, 3－［ω－플루오르 알킬(C6-C11)옥시］－1－알킬(C3-C4)술폰산 나트륨, 3－［ω－풀루오르 알카노일(C6-C8)－N－에틸아미노］－1－프로판 술폰산 나트륨, 플루오르 알킬(C11-C20)카르본산 및 금속염, 퍼플루오르 알킬카르본산(C7-C13) 및 그 금속염, 퍼플루오르 알킬(C4-C12) 술폰산 및 그 금속염, 퍼플루오르 옥탄 술폰산 디에탄올 아미드, N－프로필-N－(2－히드록시 에틸)퍼플루오르옥탄술폰아미드, 퍼플루오르 알킬(C6-C10)술폰아미드프로필트리메틸 암모늄염, 퍼플루오르 알킬(C6-C10)－N－에틸술포닐글리신염, 모노 퍼플루오르 알킬(C6-C16)에틸 인산 에스테르 등을 예로 들 수 있다.
상품명으로서는 서풀론(SURFLON) S－111, S－112, S－113(아사히가라스 회사제), 프로라드(FRORARD) FC－93, FC－95, FC－98, FC－129(스미토모 3M 회사제), 유니다인(UNIDYNE) DS－101, DS－102(다이킨공업 회사제), 메가팩(MEGAFAC) F－110, F－120, F－113, F－191, F－812, F－833(다이니폰잉크 회사제), 에크톱(ECTOP) EF－102, 103, 104, 105, 112, 123A, 123B, 306A, 501, 201, 204, (토오켐 프로덕츠 회사제), 프타젠트(FUTARGENT) F－100, F150(네오스 회사제) 등을 들 수 있다.
또, 양이온성 계면 활성제로서는 플루오르 알킬기를 구비하는 지방족 1급, 2급 또는 3급 아민산, 퍼플루오르 알킬(C6-C10) 술폰 아미드 프로필 트리 메틸 암모 늄염 등의 지방족 4급 암모늄염, 벤잘코늄염(benzalkonium salts), 염화 벤제토늄(benzetonium chloride), 피리디늄염, 이미다졸리늄염, 상품명으로서는 서풀론(SURFLON S－121(아사히가라스 회사제), 프로라드(FRORARD) FC－135(스미토모3M 회사제), 유니다인(UNIDYNE) DS－202(다이킨공업 회사제), 메가팩(MEGAFAC) F－150, F－824(다이니폰잉크 회사제), 에크톱(ECTOP) EF－132(토오켐 프로덕츠 회사제), 프타젠트(FUTARGENT) F－300(네오스 회사제) 등을 예로 들 수 있다.
수지 미립자는 수성 분산체를 형성할 수 있는 수지이면 어떠한 수지도 사용할 수 있고, 열가소성 수지이어도 열강화성 수지이어도 좋다. 예컨대 비닐계 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 규소계 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 아닐린 수지, 이오노머 수지, 폴리카보네이트 수지 등을 예로 들 수 있다. 수지로서는 상기 수지를 2종 이상 병용하여도 된다.
이 중 바람직한 것은 미세 구형 수지 입자의 수성 분산체를 용이하게 얻을 수 있는 점으로부터 비닐계 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지 및 이들을 병용한 것이 바람직하다. 예컨대 비닐계 수지로서는 비닐계 모노머를 단독 중합 또는 공중합한 폴리머로서, 예컨대, 스티렌-(메타) 아크릴산 에스테르 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, (메타) 아크릴산-아크릴산 에스테르 중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-무수 말레산 공중합체, 스티렌-(메타) 아크릴산 공중합체 등의 수지를 예로 들 수 있다. 수지 미립자의 평균 입경은 5 내지 200 nm, 바람직하게는 20 내지 300 nm이다.
또, 인산칼슘, 탄산칼슘, 산화 티탄, 콜로이달 실리카, 히드록시 아파타이트 등의 무기 화합물 분산제도 이용할 수 있다.
상기 수지 미립자, 무기 화합물 분산제와 병용하여 사용 가능한 분산제로서 고분자계 보호 콜로이드에 의해 분산 액적(液滴)을 안정화시켜도 좋다. 예컨대 아크릴산, 메타크릴산, α－시아노아크릴산, α－시아노메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 푸마르산, 말레산 또는 무수 말레산 등의 산류, 또는 수산기를 함유하는 (메타) 아크릴계 단량체, 예컨대 아크릴산-β－히드록시 에틸, 메타크릴산-β－히드록시 에틸, 아크릴산-γ－히드록시 프로필, 메타크릴산-β－히드록시 프로필, 아크릴산-γ－히드록시 프로필, 메타크릴산-γ－히드록시 프로필, 아크릴산-3－클로로-2－히드록시 프로필, 메타크릴산-3－클로로-2－히드록시 프로필, 디에틸렌글리콜 모노 아크릴산 에스테르, 디에틸렌글리콜 모노 메타크릴산 에스테르, 글리세린 모노 아크릴산 에스테르, 글리세린 모노 메타크릴산 에스테르, N－메틸올 아크릴 아미드, N－메틸올 메타크릴 아미드 등, 비닐 알코올 또는 비닐 알코올과의 에테르류, 예컨대 비닐 메틸 에테르, 비닐 에틸 에테르, 비닐 프로필 에테르 등, 또는 비닐 알코올과 카르복실기를 함유하는 화합물의 에스테르류, 예컨대 초산비닐, 프로피온산 비닐, 부티르산 비닐 등, 아크릴 아미드, 메타크릴 아미드, 디아세톤아크릴아미드 또는 이들 메틸올 화합물, 아크릴산 클로라이드, 메타크릴산 클로라이드 등의 산 클로라이드류, 비닐 피리딘, 비닐 피롤리돈, 비닐 이미다졸, 에틸렌이민 등 함질소 화합물, 또는 그 복소환을 구비하는 것 등의 호모폴리머 또는 공중합체, 폴리옥시 에틸렌, 폴리옥시 프로필렌, 폴리옥시 에틸렌 알킬 아민, 폴리옥시 프로필렌 알킬 아민, 폴리옥시 에틸렌 알킬 아미드, 폴리옥시 프로필렌 알킬 아미드, 폴리옥시 에틸렌 노닐 페닐 에테르, 폴리옥시 에틸렌 라우릴 페닐 에테르, 폴리옥시 에틸렌 스테아릴 페닐 에스테르, 폴리옥시 에틸렌 노닐 페닐 에스테르 등의 폴리옥시 에틸렌계, 메틸 셀룰로오스, 히드록시 에틸 셀룰로오스, 히드록시 프로필 셀룰로오스 등의 셀룰로오스류 등을 사용할 수 있다.
분산 방법으로서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 저속 전단(剪斷)식, 고속 전단식, 마찰식, 고압 분사식, 초음파 등 공지의 설비를 적용할 수 있다. 이 중에서도 분산체의 입경을 2 내지 20 ㎛로 하기 위하여 고속 전단식이 바람직하다. 고속 전단식 분산기를 사용한 경우, 회전수는 특히 한정되는 것은 아니지만, 통상 1000 내지 30000 rpm, 바람직하게는 5000 내지 20000 rpm이다. 분산 시간은 특히 한정되는 것은 아니지만, 배치(batch) 방식의 경우에는 통상 0.1 내지 5분이다. 분산시의 온도로서는 통상 0 내지 150℃(가압하), 바람직하게는 40 내지 98℃이다.
　3) 유화액을 제작함과 동시에, 아민류(B)를 첨가하여 이소시아네이트기를 구비하는 폴리에스테르프리폴리머(A)와 반응하도록 한다.
이 반응은 분자쇄의 가교 및/또는 신장을 수반한다. 반응 시간은 폴리에스테르프리폴리머(A)가 구비하는 이소시아네이트기 구조와 아민류(B)와의 반응성에 의해 선택되지만, 통상 10분 내지 40시간, 바람직하게는 2 내지 24시간이다. 반응 온도는 통상 0 내지 150℃, 바람직하게는 40 내지 98℃이다. 또, 필요에 따라 공지의 촉매를 사용할 수 있다. 구체적으로는 디부틸 주석 라우레이트(dibutyltin laurate), 디옥틸 주석 라우레이트(dioctyltin laurate) 등을 들 수 있다.
　4) 반응 종료후, 유화 분산체(반응물)로부터 유기 용매를 제거하고 세정, 건조하여 토너 모체 입자를 얻는다.
유기 용매를 제거하기 위해서는 계 전체를 서서히 층류의 교반 상태에서 온도 상승시키고, 일정한 온도역에서 강한 교반을 부여한 후, 탈용매를 수행함으로써 방추형(紡錘形)의 토너 모체 입자를 제작할 수 있다. 또, 분산 안정제로서 인산 칼슘염 등의 산, 알칼리에 용해 가능한 것을 이용한 경우에는 염산 등 산에 의해 인산 칼슘염을 용해한 후, 세면하는 등 방법으로 토너 모체 입자로부터 인산 칼슘염을 제거한다. 그 외 효소에 의한 분해 등 조작에 의해서도 제거할 수 있다.
　5) 상기와 같이 얻어진 토너 모체 입자에 전하 제어제를 때려박고, 그 다음에 실리카 미립자, 산화 티탄 미립자 등 무기 미립자를 외첨가시켜 토너를 얻는다.
전하 제어제의 때려박음, 및 무기 미립자의 외첨가 등은 믹서 등을 이용한 공지의 방법에 따라 실행된다.
이것에 의해 소입경이고 입경 분포가 샤프한 토너를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 유기 용매를 제거하는 공정에서 강한 교반을 부여함으로써 진구(眞球)형으로부터 방추형 사이의 형상을 제어할 수 있고, 또한 표면 형상도 매끄러운 것으로부터 거친 것 사이의 형상으로 제어할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 화상 형성 장치, 이미징 장치, 클리닝 장치의 구성은 도 1, 도 2 및 도 18의 것과 같고, 따라서 그에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 있어서, 윤활제 도포 장치(3)는 도 2에서 설명한 것과 같이 클리 닝 장치(8) 내부에 설치된다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 고형 윤활제(3b)가 브러시 롤러(3a)의 상향으로(브러시의 하향으로부터) 가압 및 접촉하는 경우, 브러시 롤러(3a)의 측향으로(브러시의 측향으로부터) 가압 및 접촉하는 경우, 또는 브러시 롤러(3a)의 하향으로(브러시의 상향으로부터) 가압 및 접촉하는 경우에 가압력이 발생한다. 가압력 각각과 초기 및 경과시(수명) 사이의 가압력 편차(초기 가압력 - 경과시 가압력)를 구해본다.
모델 G (A4 기계) 모델 J (A3 기계)
초기(initial time) 스프링의 가압력(mN) 1480 1800
윤활제의 자중(mN) 167 363
경과시(elapse time) 스프링의 가압력(mN) 1140 900
윤활제의 자중(mN) 108 274
↓
고형 윤활제의 가압 방향 브러시 하향으로부터 브러시 측향으로부터 브러시 상향으로부터
윤활제 가압력 편차 (초기-경과시) 모델 G (A4 기계) (mN) 281 340 399
(%) 100 121 142
모델 J (A3 기계) (mN) 812 900 988
(%) 100 111 122
표 1로부터, 고형 윤활제(3b)의 가압 방향에 따라서, 브러시 롤러(3a)에 가해지는 가압력 및 가압력의 편차가 다르다는 것이 밝혀진다.
실제 윤활제 도포 장치에서의 가압력 및 가압력 편차는 이하에서 설명한다. 이하의 2 기종으로 비교한다면, 고형 윤활제(3b)가 하향으로 가압 될 때, 고형 윤활제(3b)가 상향으로 가압 되는 경우와 비교하면 가압력 편차는 모델 G에서 42%, 모델 J에서 22% 증가한다.
초기 스프링의 가압력 A
윤활제의 자중 B
경과시 스프링의 가압력 C
윤활제의 자중 D
↓
고형 윤활제의 가압 방향 브러시 하향으로부터 브러시 측향으로부터 브러시 상향으로부터
윤활제의 가압 방향 초기 A-B A A+B
경과시 C-D C C+D
윤활제 가압력 편차(초기-경과시) A-B-C+D A-C A+B-C-D
표 2로부터, 비록 편차량이 단순한 방식으로 모델 사이에 비교될 수 없지만, 모델에 따른 윤활제의 필요 도포량이 다르고, 사용하는 가압 스프링의 승수(multiplier)가 레이아웃의 제약에 의해 다르기 때문에, 가압력 편차가 클 때, 윤활제의 도포량은 크게 변동한다는 것이 밝혀진다. 그러므로, 큰 변동은 초기 단계에서 과도한 도포를 또는 시간이 경과했을 때 도포의 부족을 일으킬 수 있다. 결과적으로, 가압력 편차가 작을수록 안정 도포를 실현할 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 고형 윤활제(3b)가 브러시 롤러(3a)의 하향으로부터 가압 된 배치는 브러시 롤러(3a)의 측향 또는 상향으로부터 가압 된 배치보다 윤활제의 안정 도포에 기여한다.
도 7은 윤활제 도포 장치(3)의 고형 윤활제(3b)를 나타내는 도면이고, 길이 방향을 정면에서 본 도면이다.
직방체상에 성형한 고형 윤활제(3b)는 윤활제 지지 부재(3d)에 고정되어 있다. 윤활제 지지 부재(3d)에는 복수의 가압 부재(3c-1, 3c-2)가 길이 방향으로 나란히 되도록 마련되어 있다. 가압 부재(3c-1, 3c-2)는 고형 윤활제(3b)를 브러시 롤러(3a)측으로 가세한다. 가압 부재(3c)의 가압력은, 길이 방향 단부 영역에 위치하는 가압 부재(3c-1)보다도 중앙 영역에 위치하는 가압 부재(3c-2)의 가압력을 작게 하게 한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 가압 부재(3c)로서 압축 스프링을 이용하는 경우, 가압 부재(3c-1)와 가압 부재(3c-2) 사이에서 스프링압을 바꾼다.
상기와 같은 방식에서 가압 부재(3c)를 복수로 설치하고, 가압 부재(3c-1)와 가압 부재(3c-2)와의 가압력을 다르게 하는 것은 아래와 같은 이유 때문이다. 우선 가압 부재(3c)가 1개 뿐이라면, 윤활제를 길이 방향으로 균일하게 도포할 수 없다. 만약 가압 부재(3c)의 가압력이 모두 동일하다면, 길이 방향 단부 영역에 위치하는 가압 부재(3c-1)의 가압력이 외측으로 벗어나게 쉽다. 따라서, 고형 윤활제(3b)는 길이 방향 중앙 영역에서 큰 압력을 받게 되고, 윤활제의 불균일한 도포를 야기한다. 따라서 고형 윤활제(3b)의 길이 방향으로 압력 발란스를 맞추기 위해, 가압 부재(3c-1)보다도 가압 부재(3c-2)의 가압력을 작게 조절하고, 고형 윤활제(3b)는 균일한 압력으로 브러시 롤러(3a)이라고 접하고, 감광체(1) 표면에의 윤활제의 균일한 도포를 실현시키는 것이다.
도 7에서는 가압 부재(3c)를 4개 설치한 예를 나타냈지만, 본 발명에 있어서는, 2개 이상, 보다 바람직하게는 3개 이상의 가압 부재(3c)를 설치하는 것이 좋다. 가압 부재(3c)가 2개의 경우, 길이 방향 양단부에 가압 부재(3c)를 각각 배치한다면, 중앙 영역에 위치하는 가압 부재(3c)가 없기 때문에, 길이 방향의 압력 밸런스를 유지할 수 없고, 감광체(1) 길이 방향 중앙 영역에 불균일 도포를 야기하게 된다. 따라서, 3개 이상의 가압 부재(3c)를 길이 방향에 나란히 설치하는 것으로, 길이 방향 전역에서 압력 발란스를 맞추고, 보다 균일한 윤활제 도포가 가능하게 된다.
브러시 롤러(3a)에 대한 고형 윤활제(3b)의 가압력은, 가압 부재(3c)(도 7의 3c-1 및 3c-2)의 가압력의 총 압력이 200mN 내지 1000mN 범위가 되도록 조절된다. 총 압력이 200mN 미만인 경우, 브러시 롤러(3a)로 충분히 고형 윤활제(3b)를 긁어낼 수 없고, 감광체(1) 표면의 윤활제 도포량이 부족해진다. 이것에 의해, 클리닝 블레이드(8a)와 감광체(1) 표면의 마모가 촉진되고, 토너 화상이 전사된 후에 잔류 토너와 같은 클리닝 불량(failure)이 쉽게 발생한다. 총 압력이 1000mN를 넘는 경우, 감광체(1) 표면의 윤활제 도포량이 과다하게 된다. 이것은, 고형 윤활제(3b)의 소모가 빨라질 뿐만 아니라, 감광체(1) 표면에 흡습성의 지방산 금속염을 포함하는 윤활제가 과잉에 도포 되며, 습도의 영향을 받게 된다. 그에 따라 정전 잠상이 흐르고, 화상 얼룩 발생과 같은 화상 불량이 발생하게 된다. 따라서, 고형 윤활제(3b)는 브러시 롤러(3a)에 대하고 총 압력 200mN 내지 1000mN으로 가압 되는 것이 바람직하다.
브러시 롤러(3a)의 브러시 섬유 각각의 두께는, 3 데니르(denier) 내지 8 데니르가 바람직하고, 브러시 섬유의 밀도는 20,000개/inch2 내지 100,000개/inch2가 바람직하다. 브러시 섬유의 두께가 너무 가늘면, 브러시 롤러(3a)가 감광체(1) 표면에 접촉할 때 털(bristle)의 쓰러짐이 쉽게 발생한다. 반대로, 브러시 섬유가 너무 두껍다면, 섬유의 밀도를 증가시킬 수 없다. 브러시 섬유의 밀도가 낮은 경우, 감광체(1) 표면에 접촉하는 브러시 섬유의 개수가 적기 때문에, 윤활제를 감광체(1) 표면에 균일하게 도포할 수 없다. 반대로 브러시 섬유의 밀도가 너무 높다면, 섬유와 섬유의 틈새가 좁아지고, 긁어내는 윤활제 분말(power)의 부착량이 감소하기 때문에, 도포량이 부족하게 된다.
털 쓰러짐을 일으키기 어렵게 하기 위한 브러시 섬유의 두께와, 윤활제의 균일한 도포를 효율적으로 행할 수 있는 브러시 섬유의 밀도를 갖는 설정 범위의 브러시 롤러(3a)가 제시된다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 브러시 롤러(3a)의 회전 방향은 감광체(1) 이동 방향에 대해 순방향인 것이 바람직하다. 브러시 롤러(3a)의 회전 방향이 감광체(1) 이동 방향에 대해 역방향이라면, 브러시 롤러(3a)의 브러시 섬유에 부착된 윤활제의 분말은, 브러시 롤러(3a)가 감광체(1) 표면에 접촉할 때의 충격에 의해 흩어지게 되고, 균일하고 효율적인 도포를 수행할 수 없다. 따라서 브러시 롤러(3a)의 회전 방향은 감광체(1) 이동 방향에 대해 순방향인 것이 바람직하다.
고형 윤활제(3b)는 제 1 실시예에서 설명된 것과 같은 방식으로 사용된다.
제 2 실시예의 특징을 이하에서 설명한다. 브러시 롤러(3a)에 의한 윤활제 도포 위치에 대하여 이동 방향의 상류측의 감광체(1) 표면에 클리닝 유닛인 클리닝 블레이드(8a)를 접촉시킨다. 따라서, 윤활제 도포 위치에 대하여 이동 방향의 하류측의 감광체(1) 표면에 윤활제 균일화 유닛(lubricant smoothing unit)인 윤활제 균일화 블레이드(8b)를 접촉시킨다. 도 8a 및 도 8b에서 도시된 바와 같이, 제 2 실시예에서, 클리닝 블레이드(8a)를 감광체(1) 표면에 대하여 대응(counter) 방향으로부터, 윤활제 균일화 블레이드(8b)를 감광체(1) 표면에 대하여 후행(trailing) 방향으로부터 접촉시키고 있다. 클리닝 블레이드(8a) 및 윤활제 균일화 블레이드(8b)는 탄성체인 고무로 구성된다.
상기 구성에 기초하여, 감광체(1) 표면에 담지되는 토너 화상은 전사재(transfer material)로 전사되며, 토너 화상이 전사된 후에 표면에 잔류한 토너는, 우선 클리닝 블레이드(8a)에 의해 제거된다. 토너를 제거하여 감광체(1) 표면이 클린한 상태가 되고, 브러시 롤러(3a)가 클리닝된 표면에 접촉하여 윤활제를 도포한다. 감광체(1) 이동 방향 하류측에서 윤활제 균일화 블레이드(8b)의 접촉 위치를 통과하는 때, 균일한 두께의 윤활제 층을 형성하기 위해, 도포되는 윤활제의 표면은 균일하게 펴진다.
상기와 같이 구성되는 윤활제 도포 장치(3) 및 클리닝 장치(8)가 화상 형성 장치에서 제공되며, 감광체(1) 표면에 적절한 양의 윤활제가 도포 되고, 불균일한 도포 없이 윤활제의 균일한 얇은 막을 형성할 수 있다.
상기 방식에 따라서 잔류 토너를 클리닝한 뒤, 윤활제를 도포하고, 또한 도포된 윤활제가 균일한 층을 형성하기 위해 균일화되며, "도포 후 클리닝" 및 "클리닝 후 도포"의 경우 둘 다 발생하는 불량을 방지할 수 있다. 더 구체적으로는, "도포 후 클리닝"을 행한 것에 의한 윤활제의 도포량의 편차와 표면의 정지 마찰계수의 편차가 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, "클리닝 후 도포"에 의한 불균일한 윤활제층에 기인하는 이상 화상의 발생을 방지할 수 있다. 이상 화상은 벌레먹음(worm hole), 화상 얼룩(image blur), 거친 화상을 포함한다. 동시에, 브러시 롤러(3a)의 도포 기능도 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있다. 윤활제 균일화 블레이드(8b)에 고무를 이용하고 있기 때문에, 윤활제 균일화 블레이드(8b)가 접촉 상태로 감광체를 구동해도, 감광체(1) 표면이 가능한 한 손상되지 않는다.
본 발명에 있어서, 클리닝 블레이드(8a) 및 감광체(1) 표면의 마모를 막을 수 있고, 구형화, 소립경화 된 토너를 이용한 경우라도, 토너 화상이 전사된 후에 감광체(1) 표면의 잔류 토너가 양호하게 클리닝 될 수 있다. 또한, 화상 얼룩이 방지될 수 있다. 윤활제의 과도한 도포에 의하여, 감광체(1) 표면이 습도의 영향을 받는 경우 화상 얼룩이 발생할 수 있다.
제 2 실시예에 있어서, 클리닝 블레이드(8a)에 의해 감광체(1) 표면을 클리닝 하지만, 클리닝 블레이드(8a)를 대신하여 클리닝 브러시를 사용할 수 있다. 중저항과 저저항 사이의 저항을 갖는 전도성 브러시에 바이어스(bias)를 인가하여 클리닝 브러시를 획득할 수 있다.
또, 본 발명은 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술 사상을 이용하는 모든 장치에 적용 가능하다. 감광체 또는 중간 전사체는 벨트 형상, 롤러 형상 중의 어느 하나가 될 수 있다.
표 3은 본 발명에 따른 토크와 클리닝 성능의 관계를 나타낸다.
클리닝 블레이드만 감광체의 표면에 접촉하게 될 때의 토크를 10이라고 한다면, 윤활제를 도포한 때는 윤활제 균일화 블레이드(8b)를 접촉시켜도 토크는 8로 감소된다. 클리닝 성능은 윤활제 없이 클리닝을 수행하기에는 충분하지 않지만, 윤활제가 있음으로 해서 효율적인 클리닝이 가능해진다.
토크 레벨 토크 클리닝 성능
클리닝 블레이드만 접촉시 10 나쁨 나쁨
클리닝 블레이드, 윤활제, 균일화 블레이드, 윤활제 도포 부재 접촉시 8 좋음 나쁨
토크가 감소하면 에너지가 절약되고, 모터를 작게 할 수 있으므로 저비용 및 공간 절약이 가능해진다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예를 설명하는 개략도이다. 제 3 실시예에 따른 윤활제 도포 장치는 도 2의 것과 다르다. 더 구체적으로는, 도 2의 윤활제 도포 장치에서, 접촉 타입의 도포 브러시를 도포 부재로 이용하고 있다. 그러나, 제 3 실시예에서, 감광체(1)의 표면에 비접촉의 도포 브러시(3a)를 사용하고 있다. 이 장치에서는, 고형의 윤활제가 아니라, 분말 윤활제(3b)를 이용한다. 도포 브러시(3a)의 회전으로 윤활제의 성분이 부유하고, 그것이 감광체(1)의 표면에 부착한다.
상기 구성의 윤활제 도포 장치가 비접촉으로 윤활제를 도포하기 때문에, 제 2 실시예와 같은 클리닝 성능을 유지하면서, 제 2 실시예 보다 토크가 감소할 수 있다. 그러므로, 추가적인 에너지 절약이 되고, 모터를 작게 할 수 있으므로 저비용 및 공간 절약이 가능해진다.
제 3 실시예에서, 종래 방식과 본 발명에 따른 방식을 비교하는 시험을 행했다. 본 발명에 따른 방식은 윤활제 균일화 블레이드(8b)를 감광체(1)의 표면에 후행(trailing) 방식으로 접촉시키고, 도포된 윤활제를 균일화하였다. 시험의 결과로서, 본 발명의 효과가 확인될 수 있다.
(본 발명의 효과 확인 시험)
본 발명:
제 1 블레이드(클리닝 블레이드) (상류측: 대응 방식, 블레이드 종류: T7240, 두께: 1.3mm)
도포 장치 (브러시 종류: 절연 PET, 윤활제 가압 1250mN×4)
제 2 블레이드 (윤활제 균일화 블레이드) (하류측: 후행 방식, 블레이드 종류: T7240, 두께: 1.3mm)
종래 방식:
제 1 블레이드 (상류측: 없음)
도포 장치 (브러시 종류: 절연 PET, 윤활제 가압 1250mN×4)
제 2 블레이드(클리닝 블레이드) (하류측: 대응 방식, 블레이드 종류: T7240, 두께: 1.3mm)
상기 조건으로 윤활제를 도포하고, 중합 토너를 사용한 화상 면적률 50%의 화상 형성 조건에, 감광체 표면 마찰 계수 μ=0.2를 유지하기 위해 필요한 윤활제의 도포량을 비교했다. 그 결과는 다음과 같다.
본 발명 0.04g/km
종래 방식 0.35g/km
"도포 후 클리닝"의 종래 방식과 비교할 때, '"클리닝 후 도포" + 균일화 블레이드' 방식을 채용한 본 발명이 감광체 표면의 마찰 계수 저하에 매우 효과적이라는 것이 결과로부터 확인된다.
본 발명에 따른 균일화 블레이드인 제 2 블레이드의 감광체 표면에 대한 접촉각 및 접촉압의 최적치를 구하도록 이하의 시험을 행했다. 시험의 결과로서, 본 발명의 실시에 적당한 이하의 조건이 얻어진다.
시험 조건:
제 2 블레이드(윤활제 균일화 블레이드) (블레이드 종류: T7050, 두께: 1.3mm)
퍼(fur) 브러시 (브러시 종류: SA7, 브러시 플리커(flicker): 없음)
대전 롤러 (롤러 없음, 클리너 없음)
윤활제 가압 (자중: 36g)
제 2 블레이드 접촉각 및 접촉압
접촉각: 9°(접촉압 1400mN, 2800mN)
접촉각 19.7°(접촉압 2200mN)
접촉각 22.7°(접촉압 1400mN, 2800mN)
상기 조건에 감광체 유닛의 공회전을 행하고, 소정 시간 간격마다 감광체 표면의 μ을 측정했다.
이 결과, 접촉각 22.7°, 접촉압 2800mN 일 때, 마찰 계수가 가장 낮고(최저치 0.12, 최고치 0.21), 유닛의 진동도 다른 조건보다 작기 때문에 최선 조건이 된다. 이러한 결과로부터, 감광체 표면의 마찰 계수를 효과적으로 감소시키기 위해 시험의 범위에 따라서 블레이드 각도는 큰 쪽이 좋고, 접촉압은 높은 쪽이 좋다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에 있어서, 현상 장치(4)로 사용하는 토너는 체적 평균 입경 3μm 내지 8 μm이고, 체적 평균 입경(Dv)과 개수 평균 입경(Dn)과의 비율(Dv/Dn)이 1.00 내지 1.40의 범위인 것이 바람직하다.
소립경의 토너를 이용하여 잠상에 대하여 토너 입자를 치밀하게 부착시킬 수 있다. 그런, 본 발명의 범위보다 체적 평균 입경이 작고, 2성분 현상제가 사용되는 경우, 현상 장치에 있어서 장기간에 걸친 현상제 교반시 자성 캐리어의 표면에 토너가 융착하고, 자성 캐리어의 대전 능력 저하된다. 1성분 현상제를 이용한 경우, 현상 롤러에의 토너 입자의 필르밍(filming)이 발생하기 쉽고, 토너를 박층화하는 블레이드와 같은 부재에 토너 입자가 융착 되기 쉽다. 반대로, 토너의 체적 평균 입경이 본 발명의 범위보다 큰 경우, 고해상 및 고화질 화상을 얻는 것이 어려워진다. 현상제 중의 토너가 소모된 경우, 토너의 입경의 변동이 커지는 경우가 많다.
입경 분포를 좁게 할 때 토너의 대전량 분포가 균일해지고, 배경 연무(background fogging)가 적은 고화질 화상을 얻을 수 있고, 전사율을 높일 수 있다. 그러나, Dv/Dn이 1.40을 넘으면, 대전량 분포가 넓어지고, 해상도가 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
토너 입자의 평균 입경 및 입경 분포는 콜터 사(Coulter Electronics Limited)가 제작한 콜터 대응(Coulter Counter) TA-II, 콜터 멀티사이저(Coulter Multisizer) II를 이용하여 측정할 수 있다. 본 발명에 있어서, 콜터 대응 TA-II는, 입자의 개수 분포 및 체적 분포를 산출하는 인터페이스(Nikkaki Bios Co.제작) 및 퍼스널 컴퓨터(PC9801: NEC사 제작)에 접속되어, 평균 입경과 입경 분포를 측정하는데 이용된다.
상기와 같은 토너에 있어서, 토너 입자 중에서 차지하는 왁스 및 무기미립자 비율은 종래 토너 입자와 비교할 때 토너 입경의 감소에 의해 증가한다. 왁스는 내부 또는 외부에서 이형성(release property)을 향상시키기 위해 첨가되며, 무기 미립자는 유동성을 향상시키기 위해 사용한다. 이러한 첨가제는 감광체(1) 상에 발생하는 부착물 성질(부착제)의 요인이 된다. 그곳에 본 발명에 따른 윤활제 도포 장치(3)를 설치하여 감광체(1) 표면 전역에 걸쳐 균일한 윤활제의 얇은 막을 형성시키고, 이러한 부착물 성질의 감광체(1) 표면에의 부착력을 감소시킬 수 있다. 또한, 감광체(1) 표면과 클리닝 장치(8)의 클리닝 블레이드(8a) 또는 윤활제 균일화 블레이드(8b) 사이의 마찰력을 감소시키고 클리닝을 양호하게 할 수 있다.
현상 수단(4)으로 사용하는 토너 입자의 평균 원형도(circularity)가 0.93 이상과 같이 높을 때, 화상 형성 장치에 있어서 본 발명의 클리닝 장치(8)를 제공하는 효과가 커진다. 높은 원형도의 토너 입자는 블레이드 방식의 클리닝시 감광체(1)와 클리닝 블레이드 사이의 공간으로 들어가고, 비집고 빠져나가기 쉽다. 클리닝 블레이드의 감광체(1)에 대한 접촉압을 증가시킨다면, 감광체(1)의 손상이 커진다. 또한, 브러시 롤러에 토너의 대전 극성과 역극성의 바이어스를 인가하고, 정전적 토너(electrostatically collecting toner)를 회수하는 방법을 사용하더라도, 브러시 롤러로부터 토너를 제거하기 곤란하다. 그러므로, 정전적인 토너 제거 능력이 점진적으로 저하되는 경향을 띤다.
그러나, 본 발명의 클리닝 장치(8)에 의하여, 높은 평균 원형도의 토너 입자라도 이하의 방식으로 감광체(1) 표면을 효율적으로 클리닝한다. 더 구체적으로는, 감광체(1) 상의 잔류 토너는, 정전적 클리닝 부재에 의해 정전기적으로 회수되고, 그 후, 최종적으로 클리닝 블레이드(8a)에 의해 잔류 토너가 긁어내어 제거된다. 따라서, 감광체(1) 표면에 손상을 주지 않고 효율적으로 클리닝을 할 수 있다.
토너의 평균 원형도는, 광학적으로 입자를 탐지하고, 면적을 구하기 위해 평면에 입자를 투영하고, 투영 면적을 투영 면적과 같은 면적을 가진 원의 원주 길이로 나눈다. 평균 원형도는 실제로는 시스멕스 사(Sysmex Corp.)가 제작한 유동 입자 화상 분석 장치(FPIA-2000)를 사용하여 측정한다. 소정의 용기에 미리 불순 고형물을 제거한 물 100mL 내지 150mL를 넣고, 분산제로서 계면 활성제 0.1mL 내지 0.5mL를 첨가하고, 또한 측정 시료 0.1g 내지 9.5g 정도를 첨가한다. 분산되는 시료가 섞인 현탁액을 초음파 분산기로 약 1분 내지 3분간 분산 처리하고, 분산액 농도를 3,000개/μL 내지 10,000개/μL로 하고, 토너 입자의 형상 및 분포를 측정한다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에 사용하는 토너는 형상 계수 SF-1이 100 내지 180의 범위에 있고, 형상 계수 SF-2 역시 100 내지 180의 범위에 있는 것이 바람직하다. 형상 계수 SF-1 및 형상 계수 SF-2는 도 5에 대해서 설명한 바와 같다.
또한, 토너의 구성재 및 제조 방법은 제 1 실시예에서 설명한 바와 같으며, 설명은 생략한다.
변형 폴리에스테르로 생성되는 폴리머의 분자량은, 테트라하이드로퓨란(THF:tetrahydrofuran)을 용매로 하고 겔 침투 크로마토그래피(GPC:Gel permeation chromatography)를 이용하여 측정할 수 있다. 미변형 폴리에스테르의 유리 전이점(Tg)은 시차 주사 열량계(DSC:Differential Scanning Calorimeter)에 의해 측정할 수 있다.
토너 제조 방법에 있어서, 수지 미립자는 수성 매질에서 형성되는 토너 호스트 입자(toner base particle)를 안정화시키기 위해 첨가된다. 따라서, 수지 미립자는 토너 호스트 입자의 표면을 10% 내지 90% 덮도록 첨가되는 것이 바람직하다. 수지 미립자의 예로는 입경이 1㎛ 내지 3㎛인 폴리메틸 메타크릴레이트 미립자, 입경이 0.5㎛ 내지 2㎛인 폴리스티렌 미립자 및 입경이 1㎛인 폴리(스티렌-아크릴로니트릴) 미립자이다. 상업적 제품의 예는 PB-200H(Kao Corp. 제조), SGP(Soken Co., Ltd. 제조), TECHPOLYMER-SB(Sekisui Plastics Co., Ltd. 제조), SGP-3G(Soken Co., Ltd. 제조), 및 MICROPEARL(Sekisui Fine Chemical Co. Ltd. 제조)이다.
제 3 실시예에 따른 토너의 형상은 제 1 실시예의 것과 같이 대략 구형이다. 제조되는 토너는 자성 캐리어를 사용하지 않는 1성분 현상제를 위한 자성 토너 또는 비자성 토너로서 사용할 수 있다.
토너는 2성분 현상제에 이용하는 경우, 자성 캐리어와 혼합하여 사용할 수 있다. 자성 캐리어는 철, 마그네타이트, Mn, Zn, Cu와 같은 2가의 금속을 포함하는 페라이트이고, 체적 평균 입경 20μm 내지 100μm가 바람직하다. 평균 입경이 20μm 미만에서는, 현상시에 캐리어가 감광체(1)에 부착되기 쉽다. 100μm을 넘는다면, 캐리어는 토너와 쉽게 혼합되지 않으며, 토너의 대전량은 충분하지 않다. 그러므로, 연속 사용시 대전 불량이 생기기 쉽다. Zn을 포함하는 Cu 페라이트는 포화 자화가 높기 때문에 바람직하지만, 화상 형성 장치의 프로세스에 맞추어 적절하게 선택할 수 있다. 자성 캐리어를 덮는 수지로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 실리콘 수지, 스텔렌-아크릴 수지, 함불소 수지, 올레핀 수지 등이 있다. 수지의 제조 방법은 코팅 수지를 용매 중에 용해하고, 유동층 중에 스프레이하고 캐리어 코어 상에 코팅해도 좋고, 또는 수지 입자를 정전기적으로 코어 입자에 부착시킨 뒤에 열융해시켜서 코어 입자를 덮는 것이어도 좋다. 수지로 덮히는 코어 입자의 두께는 0.05μm 내지 10μm, 바람직하게는 0.3μm 내지 4μm가 좋다.
도 10은 풀 컬러 화상을 형성할 수 있는 화상 형성 장치의 일례를 나타내는 수직 단면도이다. 화상 형성 장치는, 복수의 지지 롤러(104, 105, 106)에 감기고, 화살표 A 방향으로 회전 구동되는 무단상의 중간 전사 벨트(103)와, 중간 전사 벨트(103)에 대향 배치되는 제 1 내지 제 4의 프로세스 카트리지(107Y, 107C, 107M, 107BK)를 포함한다. 프로세스 카트리지(107Y, 107C, 107M, 107BK)는 각각 다른 색상의 토너 화상이 형성되는 드럼 형상의 감광체로서 구성되는 상 담지체(102Y, 102C, 102M, 102BK)를 포함한다. 그 각 상 담지체 상에 다른 색상의 토너 화상이 형성되고, 토너 화상이 중간 전사 벨트(103)로 겹쳐서 전사된다. 중간 전사 벨트(103)는 각각의 상 담지체 상에 형성되는 토너 화상이 전사되는 전사재의 일례이다. 도 10에 있어서, 참조 번호 100은 화상 형성 장치 본체이다.
제 1 내지 제 4의 프로세스 카트리지(107Y, 107C, 107M, 107BK)의 상 담지체(102Y, 102C, 102M, 102BK) 상에 토너 화상을 형성하고, 그 토너 화상을 중간 전사 벨트(103)에 전사하는 방법은 토너 화상의 색상이 다르지만 각각의 구성에 있어서 실질적으로 동일하다. 따라서, 제 1 프로세스 카트리지(107Y)의 상 담지체(102Y)에 토너 화상을 형성하고, 이 토너 화상을 중간 전사 벨트(103)에 전사하는 구성만을 이하에서 설명한다.
도 11은 제 1 프로세스 카트리지(107Y)의 확대 단면도다. 프로세스 카트리지(107Y)의 상 담지체(102Y)는 유닛 케이스(108)에 의해 회전 가능하게 지지 되며, 구동 유닛(도시되지 않음)에 의해 시계 방향으로 회전 구동된다. 회전할 때, 유닛 케이스(108)에 회전 가능하게 지지 되는 대전 롤러(109)로 대전 전압이 인가되고, 상 담지체(102Y)의 표면이 소정의 극성으로 대전 된다. 도 10에 도시된 광기록 장치(110)로부터 출사 되고 광변조 되는 레이저광(L)이 대전 후의 상 담지체(102Y)로 조사되고, 상 담지체(102Y) 상에 정전 잠상을 형성한다. 정전 잠상은 현상 장치(111)에 의해 옐로 토너 화상으로서 가시상화 된다.
현상 장치(111)는 유닛 케이스(108)의 일부와 함께 형성되는 현상 케이스(112)를 포함하고, 현상 케이스(112)는 토너와 캐리어를 포함하는 2성분의 건식 현상제(D)를 수용한다. 현상 케이스(112)에는 현상제(D)를 교반하는 2개의 스크루(113, 114)와 도 11에 있어서 시계 반대방향으로 회전 구동되는 현상 롤러(123)가 배치된다. 현상 롤러(123)의 외주면으로 퍼 올려진 현상제(D)는 외주면에 담지 되고, 현상 롤러(123)의 회전 방향으로 반송된다. 닥터 블레이드(124)를 통과한 현상제(D)가 현상 롤러(123)와 상 담지체(102Y) 사이의 현상 영역으로 반송된다. 이때, 현상제 중의 토너가 상 담지체(102Y) 상에 형성되는 정전 잠상으로 정전기적으로 이동하고, 잠상이 토너 화상으로서 가시상화 된다. 현상 영역을 통과한 현상제(D)는 현상 롤러(123)로부터 분리되고, 스크루(113, 114)에 의해 교반 된다. 상기의 방법에 따라서, 상 담지체(102Y) 상에 토너 화상이 형성된다. 캐리어를 갖지 않는 1성분 현상제를 사용하는 현상 장치도 채용할 있다.
한편, 중간 전사 벨트(103)를 가로질러서 프로세스 카트리지(107Y)와 반대측에 1차 전사 롤러(125)가 배치된다. 전사 전압이 1차 전사 롤러(125)로 인가되며, 상 담지체(102Y) 상의 토너 화상이 화살표 A방향으로 회전 구동되는 중간 전사 벨트(103) 상에 1차 전사된다. 토너 화상이 전사된 후에, 상 담지체(102Y) 상에 부착된 잔류 토너는 클리닝 장치(126)에 의해 제거된다. 제 3 실시예에 따른 클리닝 장치(126)는 유닛 케이스(108)의 일부와 함께 구성되는 클리닝 케이스(127), 선단 에지부가 상 담지체(102Y)의 표면에 눌리는 클리닝 블레이드(128), 클리닝 블레이드(128)를 지지하는 블레이드 홀더(129), 및 클리닝 케이스(127) 내에 배치되는 토너 반송 스크루(130)를 포함한다. 클리닝 블레이드(128)는 상 담지체(102Y)의 표면의 이동 방향에 대하여 대응 방향으로 배치된다. 이러한 클리닝 블레이드(128)는 고무와 같은 탄성체로 구성되고, 클리닝 블레이드(128)의 본체측은 예를 들어 접착제에 의해 블레이드 홀더(129)에 고정된다. 클리닝 블레이드(128)의 선단 에지부를 상 담지체(102Y)의 표면에 눌러서, 상 담지체(102Y) 상의 잔류 토너가 긁어내고 제거된다. 제거되는 토너는 회전 구동되는 토너 반송 스크루(130)에 의해 클리닝 케이스(127) 밖으로 반송된다. 클리닝 블레이드(128)는 토너 화상이 전사재(도 10의 중간 전사 벨트(103)에 대응한다.)로 전사된 후에 상 담지체를 클리닝한다.
프로세스 카트리지(107Y)는 또한 상 담지체(102Y)에 윤활제를 도포하는 윤활제 도포 장치(131)와, 상 담지체(102Y)에 도포 되는 윤활제를 균일화하는 윤활제 균일화 유닛의 일례인 균일화 블레이드(132)를 포함한다. 이러한 장치는 차후에 상세하게 설명된다.
상술한 것과 같은 방식으로, 도 10에 나타내는 제 2 내지 제 4의 상 담지체(102C, 102M, 102BK) 상에 시안 토너 화상, 마젠타 토너 화상 및 블랙 토너 화상이 각각 형성된다. 이러한 토너 화상이 옐로 토너 화상이 전사된 중간 전사 벨트(103) 상에 순차적으로 겹쳐서 1차 전사되고, 중간 전사 벨트(103) 상에 합성 토너 화상이 형성된다. 또한, 각각의 토너 화상 전사 후의 상 담지체(102C, 102M, 102BK) 상의 잔류 토너가 제거되는 방법은 제 1 상 담지체(102Y)의 경우와 같다.
도 10에 도시된 바와 같이, 화상 형성 장치 본체(100)의 하부에는 급지 장치(116)가 제공된다. 급지 장치(16)는 전사지와 같은 기록 매체(P)를 수용한 급지 카세트(114)와 급지 롤러(115)를 포함한다. 급지 롤러(115)의 회전에 따라서 최상위의 기록 매체(P)가 화살표 B방향으로 송출된다. 송출되는 기록 매체는 레지스트레이션 롤러쌍(117)에 의해 소정의 타이밍으로 지지 롤러(104)에 감긴 중간 전사 벨트(103)의 부분과 지지 롤러(104)와 대향하는 2차 전사 롤러(118) 사이의 공간으로 급송된다. 이 때, 2차 전사 롤러(118)에는 소정의 전사 전압이 인가되고, 중간 전사 벨트(103) 상의 합성 토너 상이 기록 매체(P)로 2차 전사된다.
합성 토너 화상으로 2차 전사되는 기록 매체(P)는 나아가 상방으로 반송되어 정착 장치(119)를 통과하고, 기록 매체(P) 상의 토너 화상이 열과 압력의 작용에 의해 정착된다. 정착 장치(119)를 통과한 기록 매체(P)는 화상 형성 장치 본체(100) 상부의 배지부(122)로 배출된다. 토너 화상이 전사된 후에 중간 전사 벨트(103) 상에 부착된 잔류 토너는 클리닝 장치(120)에 의해 제거된다.
제 3 실시예에 따른 화상 형성 장치는 도 11의 클리닝 블레이드(128)와 상 담지체(102Y)의 마모를 억제하고, 소립경의 구형 토너를 이용한 때에도 클리닝 블레이드(128)에 의한 높은 클리닝 성능이 유지되도록 하는 윤활제 도포 장치(131)를 포함한다. 윤활제 도포 장치(131)는 제 2 내지 제 4 프로세스 카트리지(107C, 107M, 107BK)에도 각각 제공되지만, 구성과 성능은 프로세스 카트리지(107Y)의 것과 전부 동일하다. 따라서, 도 11에서 도시된 프로세스 카트리지(107Y)의 윤활제 도포 장치(131)만 이하에서 설명된다.
도 11의 윤활제 도포 장치(131)는 상 담지체(102Y)의 표면에 접촉하는 브러시 롤러(133), 브러시 롤러(133)에 대치되는 고형 윤활제(134), 고형 윤활제(134)를 고정 지지하는 윤활제 홀더(135), 윤활제 홀더(135)를 통해 고형 윤활제(134)를 안내하는 가이드(136), 및 가압 유닛의 일례인 압축 코일 스프링(137)을 포함한다.
브러시 롤러(133)는 심축(core shaft, 138)과 심축(138)에 기단부가 고정되는 다수의 브러시 섬유(139)를 포함한다. 따라서 브러시 롤러(133)는 상 담지체(102Y)에 대하여 거의 평행에, 게다가 그 상 담지체(102Y)에 따라 신장하는 구성이고, 길이 방향으로 심축(138)의 양단부가 유닛 케이스(108)에 대하여 회전가능하도록 베어링(도시되지 않음)으로 지지 된다. 화상이 형성되는 동안에, 브러시 롤러(133)는 도 11에서 시계 반대방향으로 회전 구동된다.
고형 윤활제(134)는 브러시 롤러(133)에 대하여 평행하게 길이방향으로 신장하는 직방체 형상으로 형성된다. 브러시 롤러(133)에 대향측의 고형 윤활제(134)의 최상면이 브러시 롤러(133)의 브러시 섬유(139)에 접촉하고, 최상면에 대향한 고형 윤활제(134)의 기단측이 윤활제 홀더(135)에 고정된다. 제 3 실시예에 따른 가이드(136)는 간격을 두고 대향 배치되는 한 쌍의 가이드판(140, 141)을 포함하고, 한 쌍의 가이드판(140, 141)은 연결판(142)에 의해 하나의 유닛으로 일체화된다. 한 쌍의 가이드판(140, 141)과 연결판(142)은 유닛 케이스(108)의 일부와 함께 구성된다.
윤활제 홀더(135)는 한 쌍의 가이드판(140, 141) 사이에 배치되고, 가이드판(140, 141)의 서로 대향한 면에 미끌어지도록 상호 접촉한다.
압축 코일 스프링(137)은 도 12에 도시된 바와 같이 연결판(142)과 윤활제 홀더(135) 사이에 복수개 배치된다. 압축 코일 스프링(137)은 윤활제 홀더(135)를 통해 고형 윤활제(134)를 브러시 롤러(133)에 대하여 가압한다. 도 11에는 가압 방향이 화살표 C로 나타내고 있다. 압축 코일 스프링에 대신하여, 비틀림 코일 스프링 및 판 스프링과 같은 가압 유닛이 사용될 수도 있다.
상기 방식으로, 고형 윤활제(134)가 브러시 롤러(133)의 브러시 섬유(139)에 눌리며, 브러시 섬유(139)가 상 담지체(102Y)의 표면에 눌린다. 이때 브러시 롤러(133)가 회전하며, 고형 윤활제(134)의 윤활제가 브러시 섬유(139)에 의해 긁히며, 긁힌 분말 윤활제가 상 담지체(102Y)의 표면에 도포 된다. 상기와 같이, 브러시 롤러(133)는 고형 윤활제(134)로부터 긁힌 분말 윤활제를 상 담지체 표면에 도포하는 윤활제 도포 부재의 일례이다.
고형 윤활제(134)는 브러시 롤러(133)에 의해 긁히고 소모되며, 시간의 경과에 따라 두께가 감소하지만, 고형 윤활제(134)는 압축 코일 스프링(137)에 의해 가압 되기 때문에, 고형 윤활제(134)는 항상 브러시 롤러(133)의 브러시 섬유(139)에 접촉할 수 있다.
상기 방식으로, 상 담지체(102Y)의 표면에는 윤활제가 도포 되기 때문에, 표면의 마찰 계수를 낮게 억제할 수 있다. 상 담지체(102Y)와 클리닝 블레이드(128)의 마모를 최소화하고, 수명이 연장될 수 있다. 또한, 소립경의 구형 토너를 이용한 때도, 클리닝 블레이드(128)에 의해 상 담지체(102Y)의 클리닝 성능이 크게 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제 3 실시예의 따라서, 윤활제 도포 장치(131)에는 가이드(136)가 설치된다. 가이드(136)는 윤활제 홀더(135)와 고형 윤활제(134)를 안내하여, 실질적으로 브러시 롤러(133)에 대하여 접근 또는 이간하는 방향, 즉 압축 코일 스프링(137)에 의한 가압 방향 C와, 그 반대의 방향으로만 이동하도록 한다. 따라서, 고형 윤활제(134)가 가압 방향 C와 직교하는 방향 E로 크게 흔들리지 않는다. 이것에 따라, 고형 윤활제(134)는 항상 거의 동일 면적으로 브러시 롤러(133)에 접촉할 수 있고, 항상 거의 일정량의 윤활제가 브러시 롤러(133)를 통해 상 담지체 표면으로 공급되고, 상 담지체 표면에의 윤활제의 불균일 도포를 방지할 수 있다.
가이드(136)이 제공되지 않는다면, 도 14의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 고형 윤활제(134)가 압축 코일 스프링에 의한 가압 방향 C에 대하여 직교하는 방향 E로 크게 흔들린다. 그러므로, 브러시 롤러(133)를 향한 측의 고형 윤활제(134) 표면의 일부(143 또는 144)가 브러시 롤러(133)에 접촉하거나 또는 표면 전체가 브러시 롤러(133)에 접촉한다. 따라서, 윤활제가 상 담지체(102Y)에 균일하게 도포되지 않고, 중간 전사 벨트(103)로 전사되는 토너 화상과 기록 매체(P) 상에 형성되는 최종 화상의 화질이 저하될 수 있다. 제 3 실시예에 따른 화상 형성 장치에 있어서, 그러한 이상을 방지할 수 있다.
도 10에 나타내는 화상 형성 장치에 있어서, 윤활제 홀더(135)가 한 쌍의 가이드판(140, 141)에 접촉하고, 윤활제 홀더(135)를 통해 고형 윤활제(134)가 가이드(136)를 따라서 안내된다. 그러나, 고형 윤활제(134)는 가이드(136)에 의해 직접 안내되도록 구성될 수도 있다. 고형 윤활제(134)가 브러시 롤러(133)에 대하여 접근 또는 이간하는 방향 C으로만 실질적으로 이동하도록 고형 윤활제(134)가 가이드(136)에 의해 안내된다. 그러나, 고형 윤활제(134)가 방향 C에 대하여 직교하는 방향 E로 다소의 여유을 두고 유동할 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 제 3 실시예에 따른 윤활제 도포 장치(131)는 회전하면서 상 담지체(102Y)에 접촉하는 브러시 롤러(133)인 윤활제 공급 부재, 윤활제 공급 부재에 대치되는 고형 윤활제(134), 고형 윤활제(134)가 실질적으로 브러시 롤러(133)에 대하여 접근 또는 이간하는 방향으로만 이동할 수 있도록 고형 윤활제(134)를 안내하는 가이드(136), 및 고형 윤활제(134)를 윤활제 공급 부재에 대하여 가압하는 압축 코일 스프링(137)을 포함하는 가압 유닛을 포함한다.
또한, 도 11에 나타나듯이, 압축 코일 스프링(137)과 클리닝 블레이드(128)의 위치는, 압축 코일 스프링(137)이 고형 윤활제(134)를 브러시 롤러(133)에 대하여 가압하는 방향 C와 클리닝 블레이드(128)가 상 담지체(102Y) 표면을 향해 돌출하는 방향이 거의 평행하게 되도록, 각각 설정되어 있다. 그러므로, 클리닝 블레이드(128), 블레이드 홀더(129), 및 윤활제 도포 장치(131)가 화상 형성 장치 본체 내에서 차지하는 공간을 줄일 수 있고, 화상 형성 장치를 소형화할 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 가압 방향 C와 클리닝 블레이드(128)가 상 담지체(102Y) 표면을 향해 돌출하는 방향이 평행하지 않다면, 클리닝 블레이드(128), 블레이드 홀더(129) 및 윤활제 도포 장치(131) 전체가 상 담지체(102Y)의 주변에 큰 공간을 차지하며, 이러한 큰 공간으로 인해 화상 형성 장치가 대형화된다. 제 3 실시예에 따른 화상 형성 장치는 간단한 구성에 의해 이러한 결점을 회피할 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 제 3 실시예에 따른 화상 형성 장치에 있어서, 블레이드 홀더(129)는 예를 들어 스크류(도시되지 않음)로 가이드(136)의 가이드판(140)에 직접 고정된다. 달리 말하면, 블레이드 홀더(129)는 고형 윤활제(134)를 안내하는 가이드(136)에 고정된다. 이것에 의해, 클리닝 블레이드(128)가 상 담지체(102Y) 표면을 향해 돌출하는 방향과 가압하는 방향 C 사이의 평행을 용이하고 확실하게 높일 수 있다. 블레이드 홀더(129)는 다른 중간 부재를 통해 가이드(136)에 고정할 수 있다.
이러한 방식으로, 가압 수단이 고형 윤활제를 윤활제 공급 부재에 대하여 가압하는 방향과 클리닝 블레이드가 상 담지체 표면을 향해 돌출하는 방향이 거의 평행하게 되도록, 가압 유닛과 클리닝 블레이드의 위치가 각각 설정된다. 그리고, 블레이드 홀더가 고형 윤활제를 안내하는 가이드에 직접 또는 다른 부재를 통해 고정되어, 화상 형성 장치를 소형화할 수 있다.
도 13에 나타내는 화상 형성 장치에 있어서, 선 H와 가압 방향 C가 동일 선 I 상에 있드록 상 담지체(102Y), 윤활제 도포 부재 및 가압 유닛의 위치가 각각 설정된다. 더욱 구체적으로는, 선 H는 상 담지체(102Y)의 회전 중심 F와 브러시 롤러(133)와 같은 윤활제 공급 부재의 회전 중심 G를 연결하고, 가압 방향 C는 압축 코일 스프링(137)이 고형 윤활제(134)를 가압하는 방향이다. 도 11의 화상 형성 장치에 도시된 바와 같이, 선 H와 가압 방향 C가 동일 선상에 없다면, 압축 코일 스프링(137)에 의해 길이 방향으로 가압 되는 브러시 롤러(133)의 중앙부가 변형이 약간 과장되도록 나타낸 도 12에서 1점 쇄선으로 나타내진 것과 같이 변형될 수 있다. 브러시 롤러(133)가 이처럼 변형된다면, 상 담지체(102Y)에 도포 되는 윤활제의 양이 불균일하게 되고, 중간 전사 벨트(103)로 전사되는 토너 화상과 기록 매체상의 화상의 화질이 떨어지는 우려가 있다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이, 프로세스 카트리지(107Y)에 있어서, 선 H와 가압 방향 C가 거의 동일 선 I 상에 있기 때문에, 상 담지체에 접촉하는 길이 방향에서의 브러시 롤러(133) 중앙부는 상 담지체(102Y) 표면에서 확실하게 걸려든다. 그러므로, 브러시 롤러(133)는 도 12의 1점 쇄선에 의해 나타내는 변형과는 달리 변형될 가능성이 없다. 따라서 상 담지체(102Y) 상으로 균일하게 윤활제를 도포할 수 있고, 기록 매체(P) 상에 형성되는 토너 화상의 화질을 높일 수 있다. 도 13의 화상 형성 장치의 다른 구성은 도 10 내지 도 12의 것과 같고, 도 11의 같은 참조 부호는 도 11과 같은 또는 대응하는 부분을 나타낸다.
도 11의 화상 형성 장치는 균일화 블레이드(132)로 활용되는 윤활제 균일화 유닛을 포함한다. 균일화 블레이드(132)는 고무와 같은 탄성체로 이루어진다. 균일화 블레이드(132)의 선단 에지부는 상 담지체(102Y) 표면에 접촉하고, 기단측이 홀더(145)에 고정된다. 균일화 블레이드(132)는 상 담지체 표면의 이동 방향에 대하여 후행 방향으로 배치된다. 도 11로부터 명확한 것과 같이, 브러시 롤러(133)를 포함하는 윤활제 공급 부재는 상 담지체 표면 이동 방향에 있어서 클리닝 블레이드(128)의 하류측에 배치된다.
상술한 구성에 있어서, 토너 화상 전사된 후에 상 담지체 표면에 부착되는 잔류 토너는 클리닝 블레이드(128)에 의해 제거되고, 따라서 클리닝된 상 담지체(102Y) 표면에는 윤활제가 도포 된다. 도포 된 윤활제는 상 담지체(102Y) 표면에 접촉하는 균일화 블레이드(132)를 통과하면서 상 담지체(102Y)의 표면에 걸쳐서 균일하게 펴지고 균일화된다. 이러한 방식으로, 상 담지체(102Y)가 클리닝 된 직후에 윤활제가 도포 되고, 도포된 윤활제는 균일화되며, 상 담지체(102Y) 표면에의 윤활제 도포량의 편차와 표면의 마찰 계수의 편차를 방지할 수 있고, 기록 매체 상에 형성되는 화상의 화질을 높일 수 있다. 또한, 균일화 블레이드(132)는 상 담지체(102Y) 표면의 이동 방향에 대하여 후행 방향으로 배치되기 때문에, 상 담지체(102Y)의 구동 토크가 과도하게 커지는 것을 저지할 수 있다.
윤활제 도포 장치(131)에서, 브러시 롤러(133)의 브러시 섬유 두께는 3 데니르(denier) 내지 8 데니르가 바람직하고, 브러시 섬유(139)의 밀도는 20,000개/inch2 내지 100,000개/inch2가 바람직하다. 브러시 섬유의 두께가 너무 가늘면, 브러시 롤러(3a)가 상 담지체(102Y) 표면에 접촉할 때 털의 쓰러짐이 쉽게 발생한다. 반대로, 브러시 섬유가 너무 두껍다면, 섬유의 밀도를 증가시킬 수 없다. 브러시 섬유의 밀도가 낮은 경우, 표면에 접촉하는 브러시 섬유의 개수가 적기 때문에, 윤활제를 상 담지체(102Y) 표면에 균일하게 도포할 수 없다. 반대로 브러시 섬유의 밀도가 너무 높다면, 섬유와 섬유의 틈새가 좁아지고, 긁어내는 윤활제 분말(power)의 부착량이 감소하기 때문에, 도포량이 부족하게 된다.
제1 실시예의 고형 윤활제(134)와 같은 고형 윤활제가 제 3 실시예에서 사용된다.
현상 장치(111)에 사용하는 토너는 체적 평균 입경이 10μm이하이고, 체적 평균 입경(Dv)와 개수 평균 입경(Dn)의 비율(Dv/Dn)이 1.00 내지 1.40 범위이고, 특히 체적 평균 입경은 3μm 내지 8μm 범위인 것이 바람직하다.
소립경의 토너 입자를 사용해서, 토너 입자는 정전 잠상에 빽빽하게 부착될 수 있다. 그러나, 토너의 체적 평균 입경이 너무 작다면, 자성 캐리어의 대전 성능을 감소시키기 위해, 현상 장치에서 장기간에 걸쳐서 현상제를 교반하는 동안 2성분 현상제의 토너 입자가 자성 캐리어의 표면에 융착 된다. 현상제로서 1성분 현상제가 현상제로 사용된다면, 현상 롤러에의 토너 입자의 필르밍이 쉽게 발생하고, 토너 입자는 토너를 얇게 만드는 블레이드와 같은 부재에 쉽게 융착 된다. 반대로, 체적 평균 입경이 너무 크다면, 고해상도 및 고화질 화상을 얻기가 어렵다. 현상제의 토너 입자가 소모될 때, 토너 입경의 균형은 때때로 크게 변동할 수 있다.
또한, 입경 분포도를 좁혀서, 토너의 대전량 분포가 균일해지고, 배경 연무가 적은 고화질 화상을 얻을 수 있으며, 전사율을 높일 수 있다. 그러나, Dv/Dn이 1.40을 초과하면, 대전량 분포도가 넓어지고 해상도가 감소하며, 이는 바람직하지 않다.
토너의 평균 입경 및 입경 분포도는 콜터 사(Coulter Electronics Limited)가 제작한 콜터 대응(Coulter Counter) TA-II, 콜터 멀티사이저(Coulter Multisizer) II를 이용하여 측정할 수 있다. 본 발명에 있어서, 콜터 대응 TA-II는, 입자의 개수 분포 및 체적 분포를 산출하는 인터페이스(Nikkaki Bios Co.제작) 및 퍼스널 컴퓨터(PC9801: NEC사 제작)에 접속되어, 평균 입경과 입경 분포를 측정하는데 이용된다.
그러한 토너에서, 토너 입자 중에서 차지하는 왁스 및 무기미립자 비율은 토너 입경의 감소에 의해 증가한다. 왁스는 내부 또는 외부에서 이형성을 향상시키기 위해 첨가되며, 무기 미립자는 유동성을 향상시키기 위해 사용한다. 이러한 첨가제는 상 담지체 상에 발생하는 부착물 성질의 요인이 된다. 그러나, 윤활제 도포 장치(131)를 설치하여 상 담지체 표면 전역에 걸쳐 균일한 윤활제의 얇은 막을 형성시키고, 이러한 부착물 성질의 상 담지체(102Y) 표면에의 부착력을 감소시킬 수 있다. 또한, 윤활제 도포 장치(131)를 설치하여, 상 담지체 표면과 클리닝 장치(126)의 클리닝 블레이드(128) 또는 윤활제 균일화 블레이드(132) 사이의 마찰력을 감소시키고 클리닝 성능을 양호하게 할 수 있다.
현상 장치(111)로 사용하는 토너 평균 원형도가 0.93 내지 1.00일 때, 윤활제를 상 담지체에 도포하여 중요한 효과가 얻어진다. 윤활제를 상 담지체에 도포하여, 높은 원형도를 갖는 토너를 사용하더라도, 클리닝 블레이드(128) 하에서 토너가 긁는 것과 같은 결점은 효과적으로 억제될 수 있다.
토너의 평균 원형도는, 광학적으로 입자를 탐지하고, 면적을 구하기 위해 평면에 입자를 투영하고, 투영 면적을 투영 면적과 같은 면적을 가진 원의 원주 길이로 나눈다. 평균 원형도는 실제로는 시스멕스 사(Sysmex Corp.)가 제작한 유동 입자 화상 분석 장치(FPIA-2000)를 사용하여 측정한다. 소정의 용기에 미리 불순 고형물을 제거한 물 100mL 내지 150mL를 넣고, 분산제로서 계면 활성제 0.1mL 내지 0.5mL를 첨가하고, 또한 측정 시료 0.1g 내지 9.5g 정도를 첨가한다. 분산되는 시료가 섞인 현탁액을 초음파 분산기로 약 1분 내지 3분간 분산 처리하고, 분산액 농도를 3,000개/μL 내지 10,000개/μL로 하고, 토너 입자의 형상 및 분포를 측정한다.
화상 형성 장치(111)에 사용하는 토너는 형상 계수 SF-1이 100 내지 180의 범위에 있고, 형상 계수 SF-2 역시 100 내지 180의 범위에 있는 것이 바람직하다. 형상 계수 SF-1은 토너 형상의 둥근 비율을 나타낸다. SF-1의 값이 100일 때, 토너의 형상은 완전한 구형이다. SF-1의 값이 증가할수록, 형상은 부정형이 된다. 형상 계수 SF-2는 토너 형상의 요철 비율을 나타내는 값이다. SF-2의 값이 100일 때, 토너 표면에서 요철은 존재하지 않고, SF-2의 값이 증가할수록, 표면의 요철이 현저해진다. 이에 관해 상세한 설명은 JP-A 제 2002-244485호를 참조한다.
만약 토너의 형상이 구형에 가깝게 된다면, 토너 입자와 토너 입자 또는 토너 입자와 상 담지체의 접촉이 점 접촉에 가까워진다. 그러므로, 토너 입자 사이의 흡착력이 약해질수록 유동성이 높아진다. 토너 입자와 상 담지체 사이의 흡착력도 약해지며, 결과적으로 전사율은 높아진다. 구형 토너는 클리닝 블레이드(128)와 상 담지체(102Y) 사이의 틈새에 쉽게 들어가기 때문에, 형상 계수 SF-1 또는 형상 계수 SF-2는 어느 정도 커야한다. 그러나, SF-1 및 SF-2가 매우 커진다면, 토너가 화상 상에서 비산 되고 화질이 떨어진다. 그러므로, SF-1 및 SF-2는 180을 초과하지 않는 것이 바람직하다. 형상 계수는 구체적으로는 히타치 사(Hitachi Ltd,)에서 제작한 S-800 주사형 전자 현미경(scanning electron microscope)으로 토너 입자의 사진을 찍어서 측정하며, 측정 데이터는 니레코 사(Nireko Corp.)에서 제작한 LUZEX3 화상 해석 장치에 입력하여 해석 및 계산을 한다.
제 3 실시예에 따른 화상 형성 장치에 적합하게 사용되는 토너는 토너 재료액을 수지 미립자가 존재하는 수계 용매 중에서 가교 및 신장 반응 중 적어도 하나의 반응을 통해 얻는다. 토너 재료액은 적어도 질소 원자를 포함하는 작용기를 가지는 폴리에스테르 프리폴리머, 폴리에스테르, 착색제, 이형제를 유기 용매 중에 분산시켜 얻어지는 토너 혼합물이다. 토너의 구성 소재 및 토너의 제조 방법은 제 1 실시예의 것과 동일하고, 따라서 그에 대한 설명은 생략한다.
미변성 폴리에스테르의 유리 전이점(Tg)은 시차 주사 열량계(DSC:Differential Scanning Calorimeter)에 의해 측정할 수 있다. 토너 제조 방법을 사용하여, 소립경 및 가파른 입경 분포도를 가진 토너는 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 제거 과정에서 유기 용매를 강하게 교반하여, 완전한 구형 형상으로부터 "럭비공" 형상의 범위에서 토너의 형상을 조절할 수 있고, 또한 표면의 구조는 매끄러운 형상으로부터 거친 형상까지의 범위에서 조절할 수도 있다.
토너의 외형은 거의 구형이 바람직하며, 이는 실시예의 것과 같다.
상기의 화상 형성 장치에 있어서, 상 담지체는 드럼 형상으로 형성되고, 중간 전사 부재는 중간 전사 벨트로 형성되나, 본 발명에 따른 구성은 상 담지체가 무단상 벨트로 형성되고 중간 전사 부재가 드럼 형상으로 형성되는 것조차도 채용할 수 있다. 본 발명에 따른 구성은 토너 화상을 담지하는 상 담지체가 중간 전사 부재와 함께 형성되고, 상 담지체 상의 토너 화상이 전사되는 전사재가 기록 매체인 것조차도 사용할 수 있다. 이러한 경우, 화상 형성 장치에는 토너 화상이 전사된 후에 중간 전사 부재에 부착되는 잔류 토너를 제거하는 클리닝 블레이드와 중간 전사 부재로 윤활제를 도포하는 윤활제 도포 장치가 제공되며, 구성은 이러한 부재로 채용될 수 있다. 또한, 본 발명은 감광체인 상 담지체 상에 형성되는 토너 화상이 기록 매체인 전사재에 직접 전사되는 화상 형성 장치에 대해서도 아무런 문제 없이 적용 가능하다.
본 발명의 제 4 실시예에 따라서, 화상 형성 장치, 이미징 유닛 및 클리닝 장치의 구성은 도 1, 도 2 및 도 18의 것과 같으며, 그에 관한 설명은 생략한다.
도 2에 도시된 바와 같이 고형 윤활제(3b)가 상향으로 브러시 롤러(3a)에 가압 되어 접촉할 때, 도 18에 도시된 바와 같이 측향으로 브러시 롤러(3a)에 가압 되어 접촉할 때, 또는 하향으로(도시되지 않음) 브러시 롤러(3a)에 가압 되어 접촉할 때, 가압력이 발생한다. 가압력과 초기 및 시간 경과 후(수명) 사이의 가압력의 편차(초기 가압력 - 시간 경과시 가압력)를 얻은 결과가 표 4에 나타낸다.
초기 스프링의 가압력 A
윤활제의 자중 B
경과시 스프링의 가압력 C
윤활제의 자중 D
↓
고형 윤활제의 가압 방향 브러시 하향으로부터 브러시 측향으로부터 브러시 상향으로부터
윤활제의 가압 방향 초기 A-B A A+B
경과시 C-D C C+D
윤활제 가압력 편차(초기-경과시) A-B-C+D A-C A+B-C-D
표 4로부터, 브러시 롤러(3a)로 인가되는 가압력과 가압력의 편차는 고형 윤활제(3b)를 향한 가압력의 방향에 따라 다르다.
실제 윤활제 도포 장치에서의 가압력과 가압력의 편차가 이하에서 설명된다. 2개의 모델, 모델 G와 모델 J는 이하의 비교에 사용되며, 그 결과가 표 5에 나타낸다. 고형 윤활제(3b)가 상향으로 가압 된 경우와 비교할 때, 고형 윤활제(3b)가 하향으로 가압된 때 가압력의 편차는 모델 G에서 42%, 모델 J에서 22% 증가하는 것이 밝혀진다.
모델 G (A4 기계) 모델 J (A3 기계)
초기(initial time) 스프링의 가압력(mN) 1480 1800
윤활제의 자중(mN) 167 363
경과시(elapse time) 스프링의 가압력(mN) 1140 900
윤활제의 자중(mN) 108 274
↓
고형 윤활제의 가압 방향 브러시 하향으로부터 브러시 측향으로부터 브러시 상향으로부터
윤활제 가압력 편차 (초기-경과시) 모델 G (A4 기계) (mN) 281 340 399
(%) 100 121 142
모델 J (A3 기계) (mN) 812 900 988
(%) 100 111 122
비록 편차량이 단순한 방식으로 모델 사이에 비교될 수 없지만, 윤활제의 필요 도포량은 모델에 따라 다르고, 사용하는 가압 스프링의 승수가 레이아웃의 제약에 의해 다르기 때문에, 가압력 편차가 클 때, 윤활제의 도포량은 크게 변동한다는 것이 밝혀진다. 큰 변동은 초기 단계에서 과도한 도포를 또는 시간이 경과했을 때 도포의 부족을 일으킬 수 있다. 결과적으로, 가압력 편차가 작을수록 안정 도포를 실현할 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 고형 윤활제(3b)가 상향으로, 즉 브러시 롤러(3a)의 하향으로부터, 가압 되는 배치는 측향 도포 및 하향 도포와 비교할 때 윤활제를 안정적으로 도포하도록 한다.
윤활제 도포 장치(3)의 고형 윤활제(3b)의 구성은 도 7의 것과 같다.
화상 형성 장치에서 상기의 방식으로 구성된 고형 윤활제(3b) 및 클리닝 장치(8)를 제공하여, 윤활제의 적절한 양이 감광체(1) 표면으로 도포 될 수 있으며, 불균일 도포 없이 균일화된 윤활제의 박막을 형성할 수 있다.
고형 윤활제(3b) 또는 브러시 롤러(3a)는 브러시 롤러(3a)의 회전 방향과 직교하는 길이 방향으로 이동하며, 브러시 롤러(3a)가 고리지않게 고형 윤활제(3b)에 접촉할 때에도 불균일 도포를 방지한다.
상기 방식으로 잔류 토너가 클리닝 된 후, 윤활제가 도포 되며, 또한, 도포 된 윤활제는 박막을 형성하도록 균일화되고, 윤활제가 도포 된 후에만 감광체가 클리닝 되는 "클리닝 후 도포"시 및 감광체가 클리닝 된 후 윤활제가 도포 되는 "클리닝 후 도포"시 결함이 발생하는 것을 방지한다. 더욱 구체적으로는, 윤활제의 도포량의 편차와 "클리닝 후 도포"에 따른 표면의 정지 마찰 계수의 편차가 방지될 수 있고, 균일화 없이 "클리닝 후 도포"에 의해 야기된 불균일 윤활제막으로 인한 벌레 먹은 구멍, 화상 얼룩 및 거친 화상과 같은 이상 화상 역시 방지될 수 있다. 동시에, 브러시 롤러(3a)의 도포 기능은 장기간에 걸쳐서 유지될 수 있다. 감광체(1)가 윤활제 균일화 블레이드(8b)와 접촉한 경우라도 윤활제 균일화 블레이드(8b)로 고무가 사용되기 때문에, 감광체(1)의 표면은 손상될 가능성이 없다.
본 발명에서, 클리닝 블레이드(8a) 및 감광체(1) 표면의 마모가 방지될 수 있고, 소립경의 토너가 사용되는 경우라도 토너 화상이 전사된 후에 표면상의 잔류 토너가 양호하게 클리닝 될 수 있다. 또한, 화상 얼룩이 방지될 수 있다. 감강체(1) 표면이 윤활제의 과도한 도포에 기인한 습기에 영향을 받을 때, 화상 얼룩이 발생할 수 있다.
제 4 실시예에 있어서, 클리닝 블레이드(8a)는 감광체(1) 표면을 클리닝 하는데 사용되나, 클리닝 브러시도 클리닝 블레이드(8a) 대신에 사용될 수 있다. 클리닝 브러시는 중저항 및 저저항 사이의 저항을 갖는 전도성 브러시에 바이어스를 인가하여 얻는다.
본 발명은 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술 사상을 사용하는 어떠한 장치도 적용 가능하다. 감광체 또는 중간 전사 부재는 벨트 형상 및 롤러 형상 중 어느 하나도 가능하다.
제 4 실시예에서, 본 발명에 따른 방식과 종래 방식을 비교하는 시험을 시행했다. 본 발명에 따른 방식은 윤활제 균일화 블레이드(8b)가 도포 된 윤활제를 균일화하기 위해 후행 방식으로 감광체(1) 표면에 접촉하는 것이다. 시험의 결과에 따른 본 발명의 효과는 제 2 실시예의 것과 같은 방식으로 확인된다.
본 발명의 실시예는 이하에서 설명된다.
도 16은 본 발명에 따른 윤활제 도포 장치를 사용하는 낮은 마찰 계수를 갖는 상 담지체를 제조하는 방법에 관한 도면이다. 도 17은 본 발명에 따른 윤활제 도포 장치와 그 주요부인 시트형 균일화 부재 사이의 "각 θ"에 관한 그림 및 윤활제가 눌리고 펴지는 방법에 대한 그림의 도면이다.
(제 1 실시예)
윤활제 도포 장치는 이하의 방식으로 준비된다. 시트형 균일화 부재로서 반도 케미컬 공업 사(Bando Chemical Industries, Ltd.,)가 제조한 두께 2mm의 우레탄 고무 시트가 사용되며, 후행 자세로 배치되어 접촉압은 25±10 (g/cm)의 범위에서 변화할 수 있고 접촉각은 감광체 상에서 0 내지 90도의 범위에서 변화할 수 있도록 한다. 그리고, 도포 브러시로서, 토에이상교 사(Toeisangyo Co., Ltd.,)가 제조한 털 길이 3mm의 전도성 나일론 브러시가 사용되며, 도포 브러시는 감광체로 1mm 정도 눌리도록 설정된다. 따라서, 준비된 윤활제 도포 장치는 감광체로 윤활제가 충분히 도포 될 때까지 공회전(약 5 내지 10분)시키고, 충분히 윤활제가 도포된 감광체는 프로세스 카트리지를 준비하기 위해 사용된다.
프로세스 카트리지는 리코 사(Ricoh Co., Ltd.,)가 제작한 imagio NeoC325에 배치되며, 35℃, 80% 환경하에서, 수평 방향으로 통과하는 A4 크기의 백지 상에 형성된 화상의 조건으로 1,000장의 종이가 연속적으로 카트리지를 통과한다. 결과는 다음과 같다. 접촉각이 10도 미만일 때, 클리닝 시트는 롤인(rolled in) 되나(표 6에서 "십자표시:X"로 나타낸다.), 다른 경우에는 롤인 된 시트가 발생하지 않는다(표 6에서 "원:O"으로 나타낸다.).
각(도) 5 8 10 20 30 40 50 60 70 80
롤인 시트 X X O O O O O O O O
(제 2 실시예)
윤활제 도포 장치는 이하의 방식으로 준비된다. 시트형 균일화 부재로서 호쿠신 사(Hokushin Corp.,)가 제조한 두께 1.6mm의 우레탄 고무 시트가 사용되며, 후행 자세로 배치되어 접촉압은 55±10 (g/cm)의 범위에서 변화할 수 있고 접촉각은 감광체 상에서 0 내지 90도의 범위에서 변화할 수 있도록 한다. 그리고, 도포 브러시로서, 쓰시야 사(Tsuchiya Co., Ltd.,)가 제조한 털 길이 2.5mm의 전도성 나일론 브러시가 사용되며, 도포 브러시는 감광체로 0.5mm 정도 눌리도록 설정된다. 따라서, 준비된 윤활제 도포 장치는 감광체로 윤활제가 충분히 도포 될 때까지 공회전(약 5 내지 10분)시키고, 충분히 윤활제가 도포 된 감광체는 프로세스 카트리지를 준비하기 위해 사용된다.
프로세스 카트리지는 리코 사(Ricoh Co., Ltd.,)가 제작한 imagio NeoC325에 배치되며, 35℃, 80% 환경하에서, 수평 방향으로 통과하는 A4 크기의 백지 상에 형성된 화상의 조건으로 1,000장의 종이가 연속적으로 카트리지를 통과한다. 결과는 다음과 같다. 접촉각이 10도 미만일 때, 클리닝 시트는 롤인(rolled in) 되나(표 7에서 "십자표시:X"로 나타낸다.), 다른 경우에는 롤인 된 시트가 발생하지 않는다(표 7에서 "원:O"으로 나타낸다.).
각(도) 5 8 10 20 30 40 50 60 70 80
롤인 시트 X X O O O O O O O O
(제 3 실시예)
윤활제 도포 장치는 이하의 방식으로 준비된다. 시트형 균일화 부재로서 토요 타이어 앤드 러버 사(Toyo Tire and Rubber Co., Ltd.,)가 제조한 두께 1.5mm의 우레탄 고무 시트가 사용되며, 후행 자세로 배치되어 접촉압은 20±10 (g/cm)의 범위에서 변화할 수 있고 접촉각은 감광체 상에서 0 내지 90도의 범위에서 변화할 수 있도록 한다. 그리고, 도포 브러시로서, 쓰시야 사(Tsuchiya Co., Ltd.,)가 제조한 털 길이 3mm의 전도성 나일론 브러시가 사용되며, 도포 브러시는 감광체로 1mm 정도 눌리도록 설정된다. 따라서, 준비된 윤활제 도포 장치는 감광체로 윤활제가 충분히 도포 될 때까지 공회전(약 5 내지 10분)시키고, 충분히 윤활제가 도포된 감광체는 프로세스 카트리지를 준비하기 위해 사용된다.
프로세스 카트리지는 리코 사(Ricoh Co., Ltd.,)가 제작한 imagio NeoC325에 배치되며, 35℃, 80% 환경하에서, 수평 방향으로 통과하는 A4 크기의 백지 상에 형성된 화상의 조건으로 1,000장의 종이가 연속적으로 카트리지를 통과한다. 결과는 다음과 같다. 접촉각이 10도 미만일 때, 클리닝 시트는 롤인(rolled in) 되나(표 8에서 "십자표시:X"로 나타낸다.), 다른 경우에는 롤인 된 시트가 발생하지 않는다(표 8에서 "원:O"으로 나타낸다.).
각(도) 5 8 10 20 30 40 50 60 70 80
롤인 시트 X X O O O O O O O O
(제 4 실시예)
윤활제 도포 장치는 이하의 방식으로 준비된다. 클리닝 시트로서 반도 케미컬 공업 사(Bando Chemical Industries, Ltd.,)가 제조한 두께 2mm의 우레탄 고무 시트가 사용되며, 접촉압은 20±10 (g/cm)의 범위에서 변화할 수 있고 접촉각은 감광체에 대해서 75±10도의 범위에서 변화할 수 있도록 한다. 그리고, 도포 브러시로서, 토에이상교 사(Toeisangyo Co., Ltd.,)가 제조한 털 길이 3mm의 전도성 나일론 브러시가 사용되며, 도포 브러시는 감광체로 1mm 정도 눌리도록 설정된다. 시트형 균일화 부재로서 토요 타이어 앤드 러버 사(Toyo Tire and Rubber Co., Ltd.,)가 제조한 두께 1.5mm의 우레탄 고무 시트가 사용되며, 접촉각은 15±5도의 범위이고, 선형 접촉압(contact linear pressure)은 다양하게 변화한다.
프로세스 카트리지는 리코 사(Ricoh Co., Ltd.,)가 제작한 imagio NeoC325에 배치되며, 실험실 환경하에서, 수평 방향으로 통과하는 A4 크기의 백지 상에 형성된 화상의 조건으로 기계 내부가 오염되었는지 여부를 점검하기 위해 1,000장의 종이가 연속적으로 카트리지를 통과한다. 결과는 다음과 같다. 선형 접촉압이 0.01 (N/cm) 미만일 때, 기계 내부의 오염이 확인되나(표 9에서 "십자표시:X"로 나타낸다.), 다른 경우에는, 그러한 문제점이 발생하지 않는다(표 9에서 "원:O"으로 나타낸다.).
압력(N/cm) 0.001 0.005 0.01 0.05 0.1 0.5 1.0 5.0
오염 X X O O O O O O
(제 5 실시예)
윤활제 도포 장치는 이하의 방식으로 준비된다. 클리닝 시트로서 호쿠신 사(Hokushin Corp.,)가 제조한 두께 2mm의 우레탄 고무 시트가 사용되며, 접촉압은 25±10 (g/cm)의 범위에서 변화할 수 있고 접촉각은 감광체에 대해서 70±10도의 범위에서 변화할 수 있도록 한다. 그리고, 도포 브러시로서, 쓰시야 사(Tsuchiya Co., Ltd.,)가 제조한 털 길이 3mm의 절연 폴리에스테르 브러시가 사용되며, 도포 브러시는 감광체로 1mm 정도 눌리도록 설정된다. 시트형 균일화 부재로서 토요 타이어 앤드 러버 사(Toyo Tire and Rubber Co., Ltd.,)가 제조한 두께 1mm의 우레탄 고무 시트가 사용되며, 접촉각은 25±5도의 범위이고, 선형 접촉압은 다양하게 변화한다.
프로세스 카트리지는 리코 사(Ricoh Co., Ltd.,)가 제작한 imagio NeoC325에 배치되며, 실험실 환경하에서, 수평 방향으로 통과하는 A4 크기의 백지 상에 형성된 화상의 조건으로 기계 내부가 오염되었는지 여부를 점검하기 위해 1,000장의 종이가 연속적으로 카트리지를 통과한다. 결과는 다음과 같다. 선형 접촉압이 0.01 (N/cm) 미만일 때, 기계 내부의 오염이 확인되나(표 9에서 "십자표시:X"로 나타낸다.), 다른 경우에는, 그러한 문제점이 발생하지 않는다(표 9에서 "원:O"으로 나타낸다.).
압력(N/cm) 0.001 0.005 0.01 0.05 0.1 0.5 1.0 5.0
오염 X X O O O O O O
(제 6 실시예)
윤활제 도포 장치는 이하의 방식으로 준비된다. 클리닝 시트로서 토요 타이어 앤드 러버 사(Toyo Tire and Rubber Co., Ltd.,)가 제조한 두께 1.6mm의 우레탄 고무 시트가 사용되며, 접촉압은 55±10 (g/cm)의 범위에서 변화할 수 있고 접촉각은 감광체에 대해서 70±10도의 범위에서 변화할 수 있도록 한다. 그리고, 도포 브러시로서, 쓰시야 사(Tsuchiya Co., Ltd.,)가 제조한 털 길이 2.5mm의 절연 폴리에스테르 브러시가 사용되며, 도포 브러시는 감광체로 0.5mm 정도 눌리도록 설정된다. 시트형 균일화 부재로서 반도 케미컬 공업 사(Bando Chemical Industries, Ltd.,)가 제조한 두께 1.3mm의 우레탄 고무 시트가 사용되며, 접촉각은 22±5도의 범위이고, 선형 접촉압은 다양하게 변화한다.
프로세스 카트리지는 리코 사(Ricoh Co., Ltd.,)가 제작한 imagio NeoC325에 배치되며, 실험실 환경하에서, 수평 방향으로 통과하는 A4 크기의 백지 상에 형성된 화상의 조건으로 기계 내부가 오염되었는지 여부를 점검하기 위해 1,000장의 종이가 연속적으로 카트리지를 통과한다. 결과는 다음과 같다. 선형 접촉압이 0.01 (N/cm) 미만일 때, 기계 내부의 오염이 확인되나(표 9에서 "십자표시:X"로 나타낸다.), 다른 경우에는, 그러한 문제점이 발생하지 않는다(표 9에서 "원:O"으로 나타낸다.).
압력(N/cm) 0.001 0.005 0.01 0.05 0.1 0.5 1.0 5.0
오염 X X O O O O O O
본 발명에 따른 화상 형성 장치에 있어서, 현상 장치(4)에서 사용하는 토너는 체적 평균 입경이 3μm 내지 8μm 범위이고, 체적 평균 입경(Dv)과 개수 평균 입경(Dn)의 비율은 1.00 내지 1.40 범위인 것이 바람직하다.
소립경의 토너 입자를 사용하여, 토너 입자는 잠상에 빽빽하게 부착될 수 있다. 그러나, 체적 평균 입경이 본 발명의 범위보다 작다면, 자성 캐리어의 대전 성능을 감소시키기 위해 대전 장치에서 장기간에 걸쳐서 교반될 때, 2성분 현상제에 있어서 토너 입자는 자성 캐리어의 표면상에 융착 된다. 현상제로서 1성분 현상제가 사용된다면, 현상 롤러에의 토너 입자의 필르밍이 쉽게 발생하고, 토너 입자는 토너를 얇게 만드는 블레이드와 같은 부재로 쉽게 융착 된다. 역으로, 체적 평균 입경이 본 발명의 범위보다 크다면, 고해상도 및 고화질의 화상을 얻기 힘들다. 현상제에 있어서 토너 입자가 소모된 때, 토너 입경의 균형이 때로는 크게 변동할 수 있다.
또한, 입경 분포가 좁아짐에 의해, 토너의 대전량 분포는 균일해지며, 배경 연무가 줄어드는 고화질 화상을 얻게 되고, 전사율이 증가한다. 그런, Dv/Dn이 1.40을 초과하면, 대전량 분포가 넓어지고, 해상도가 떨어지고, 이러한 현상은 바람직하지 않다.
토너 입자의 평균 입경 및 입경 분포도는 콜터 사(Coulter Electronics Limited)가 제작한 콜터 대응(Coulter Counter) TA-II, 콜터 멀티사이저(Coulter Multisizer) II를 이용하여 측정할 수 있다. 본 발명에 있어서, 콜터 대응 TA-II는, 입자의 개수 분포 및 체적 분포를 산출하는 인터페이스(Nikkaki Bios Co.제작) 및 퍼스널 컴퓨터(PC9801: NEC사 제작)에 접속되어, 평균 입경과 입경 분포를 측정하는데 이용된다.
그러한 토너에서, 토너 입자 중에서 차지하는 왁스 및 무기미립자 비율은 통상적인 토너 입자의 것과 비교할 때 토너 입경의 감소에 의해 증가한다. 왁스는 내부 또는 외부에서 이형성을 향상시키기 위해 첨가되며, 무기 미립자는 유동성을 향상시키기 위해 사용한다. 이러한 첨가제는 감광체(1) 상에 발생하는 부착물 성질의 요인이 된다. 그러므로 본 발명에 따른 윤활제 도포 장치(3)를 설치하여 감광체(1) 표면 전역에 걸쳐 균일한 윤활제의 얇은 막을 형성시키고, 이러한 부착물 성질의 감광체(1) 표면에의 부착력을 감소시킬 수 있다. 또한, 감광체(1) 표면과 클리닝 장치(8)의 클리닝 블레이드(8a) 또는 윤활제 균일화 블레이드(8b) 사이의 마찰력을 감소시키고 클리닝 성능을 양호하게 할 수 있다.
현상 수단(4)으로 사용하는 토너 입자의 평균 원형도가 0.93 이상과 같이 높을 때, 화상 형성 장치에 있어서 본 발명의 클리닝 장치(8)를 제공하는 효과가 커진다. 높은 원형도의 토너 입자는 블레이드 방식의 클리닝시 감광체(1)와 클리닝 블레이드 사이의 공간으로 들어가고, 비집고 빠져나가기 쉽다. 클리닝 블레이드의 감광체(1)에 대한 접촉압을 증가시킨다면, 감광체(1)의 손상이 커진다. 또한, 브러시 롤러에 토너의 대전 극성과 역극성의 바이어스를 인가하고, 정전적 토너를 회수하는 방법을 사용하더라도, 브러시 롤러로부터 토너를 제거하기 곤란하다. 그러므로, 정전 토너 제거 능력이 점진적으로 저하되는 경향을 띤다.
그러나, 본 발명의 클리닝 장치(8)에 의하여, 높은 평균 원형도의 토너 입자라도 이하의 방식으로 감광체(1) 표면을 효율적으로 클리닝한다. 더 구체적으로는, 초기에 감광체(1) 상의 잔류 토너는, 정전 클리닝 부재에 의해 정전기적으로 회수되고, 그 후, 최종적으로 클리닝 블레이드(8a)에 의해 잔류 토너가 긁어내어 제거된다. 따라서, 감광체(1) 표면에 손상을 주지 않고 효율적으로 클리닝을 할 수 있다.
토너의 평균 원형도는, 광학적으로 입자를 탐지하고, 면적을 구하기 위해 평면에 입자를 투영하고, 투영 면적을 투영 면적과 같은 면적을 가진 원의 원주 길이로 나눈다. 평균 원형도는 실제로는 시스멕스 사(Sysmex Corp.)가 제작한 유동 입자 화상 분석 장치(FPIA-2000)를 사용하여 측정한다. 소정의 용기에 미리 불순 고형물을 제거한 물 100mL 내지 150mL를 넣고, 분산제로서 계면 활성제 0.1mL 내지 0.5mL를 첨가하고, 또한 측정 시료 0.1g 내지 9.5g 정도를 첨가한다. 분산되는 시료가 섞인 현탁액을 초음파 분산기로 약 1분 내지 3분간 분산 처리하고, 분산액 농도를 3,000개/μL 내지 10,000개/μL로 하고, 토너 입자의 형상 및 분포를 측정한다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에 사용하는 토너는 형상 계수 SF-1이 100 내지 180의 범위에 있고, 형상 계수 SF-2 역시 100 내지 180의 범위에 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에 적합하게 사용되는 토너는 토너 재료액을 수계 용매 중에서 가교 및 신장 반응 중 적어도 하나의 반응을 통해 얻는다. 토너 재료액은 적어도 질소 원자를 포함하는 작용기를 가지는 폴리에스테르 프리폴리머, 폴리에스테르, 착색제, 이형제를 유기 용매 중에 분산시켜 얻는다.
토너의 구성 소재 및 토너의 제조 방법은 제 1 실시예의 것과 동일하고, 그에 대한 설명은 생략한다.
변형 폴리에스테르로 생성되는 폴리머의 분자량은, THF를 용매로 하고 겔 침투 크로마토그래피(GPC:Gel permeation chromatography)를 이용하여 측정할 수 있다.
제 4 실시예에 따른 토너의 형상은 대략 구형이며, 이상에서 설명한 바와 같다.
더욱 구체적으로는, 제조된 토너는 자성 캐리어를 사용하지 않는 1성분 자성 토너로서 또는 비자성 토너로서 사용될 수 있다.
토너가 2성분 현상제에 이용되는 경우, 자성 캐리어와 혼합하여 사용할 수 있다. 자성 캐리어는 철, 마그네타이트, Mn, Zn, Cu와 같은 2가의 금속을 포함하는 페라이트이고, 체적 평균 입경 20μm 내지 100μm가 바람직하다. 평균 입경이 20μm 미만에서는, 현상시에 캐리어가 감광체(1)에 부착되기 쉽다. 100μm을 넘는다면, 캐리어는 토너와 쉽게 혼합되지 않으며, 토너의 대전량은 충분하지 않다. 그러므로, 연속 사용시 대전 불량이 생기기 쉽다. Zn을 포함하는 Cu 페라이트는 포화 자화가 높기 때문에 바람직하지만, 화상 형성 장치(100)의 프로세스에 맞추어 적절하게 선택할 수 있다. 자성 캐리어를 덮는 수지로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 실리콘 수지, 스텔렌-아크릴 수지, 함불소 수지, 올레핀 수지 등이 있다. 수지의 제조 방법은 코팅 수지를 용매 중에 용해하고, 유동층 중에 스프레이하고 캐리어 코어 상에 코팅해도 좋고, 또는 수지 입자를 정전기적으로 코어 입자에 부착시킨 뒤에 열융해시켜서 코어 입자를 덮는 것이어도 좋다. 수지로 덮히는 코어 입자의 두께는 0.05μm 내지 10μm, 바람직하게는 0.3μm 내지 4μm가 좋다.
이상에서 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 상 담지체에 사용하는 화상 형성 장치, 윤활제 도포 장치, 전사 장치, 프로세스 카트리지 및 토너는 전자 사진 공정을 사용하는 복사기, 출력기, 팩시밀리 등과 같은 화상 형성 장치에 유용하다. 특히 감광체와 전사 장치 표면의 적절한 마찰 계수를 유지하고, 안정적인 화질을 얻는데 유용하다.

Claims (71)

  1. 잠상을 담지하기 위해 회전 가능하게 구성된 잠상 담지체(latent image carrier);
    상기 잠상 담지체의 클리닝 영역 상에 잔류하는 토너를 클리닝하는 클리닝 블레이드;
    상기 잠상 담지체의 회전 방향에 대하여 상기 클리닝 블레이드의 하류 측에 배치되어, 상기 잠상 담지체의 윤활제 도포 영역에 윤활제를 도포하는 윤활제 도포 부재; 및
    균일화(smoothing) 블레이드;를 포함하며,
    상기 클리닝 영역과 상기 윤활제 도포 영역이 겹치고,
    상기 클리닝 블레이드는 상기 잠상 담지체의 상기 회전 방향으로 상류 측에 제공되고,
    상기 균일화 블레이드는 상기 하류 측에 제공되며,
    상기 브러시 롤러 및 상기 균일화 블레이드의 폭은 상기 잠상 담지체의 길이 방향으로 "브러시 롤러의 폭 ≤ 균일화 블레이드의 폭"의 관계인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝 영역과 상기 윤활제 도포 영역은 상기 잠상 담지체 표면에서 동일 영역인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 윤활제 도포 부재는 브러시 롤러이고,
    상기 윤활제는 바(bar) 형상의 윤활제이고,
    상기 화상 형성 장치는 상기 브러시 롤러가 상기 바 형상의 윤활제를 긁어내어 상기 잠상 담지체에 도포하도록 상기 브러시 롤러를 회전시키는 기구(mechanism)를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 바 형상의 윤활제 및 상기 브러시 롤러의 폭은 상기 잠상 담지체의 길이 방향으로 "윤활제의 폭 ≤ 브러시 롤러의 폭"의 관계인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 잠상 담지체 표면에 적용된 대전부 및 도포된 윤활제의 폭은 상기 잠상 담지체의 길이 방향으로 "대전 폭 ≤ 도포된 윤활제의 폭"의 관계인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 잠상 담지체는 0.4 이하의 마찰 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝 블레이드는 토너 비산 방지용 사이드 실(side seal)을 포함하고,
    상기 윤활제 도포 영역은 상기 사이드 실의 위치에 근거해서 조정 가능한 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 토너는, 토너 형상의 진구도(degree of sphericity)를 나타내는 형상 계수(SF-1)가 100 내지 180 범위이고, 상기 토너 형상의 요철도(degree of irregularities)를 나타내는 형상 계수(SF-2)가 100 내지 180 범위인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 토너는, 체적 평균 입경(Dv)이 3㎛ 내지 8㎛ 범위이고, 상기 체적 평균 입경(Dv)과 개수 평균 입경(Dn) 사이의 비율로 정의되는 분산도(degree of dispersion)는 1.00 내지 1.40 범위인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 토너는, 상기 토너의 단축 및 장축의 비율(r2/r1)이 0.5 내지 1.0 범위이고, 두께 및 상기 단축의 비율(r3/r2)이 0.7 내지 1.0 범위이고, "장축(r1) ≥ 단축(r2) ≥ 두께(r3)"의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 토너는 토너 재료액을 수계 매체 중에서 가교 반응 및 신장 반응 중의 적어도 하나로 반응시켜서 얻고,
    상기 토너 재료액은 적어도 활성 수소기를 포함하는 화합물과 반응 가능한 부분을 포함하는 중합체(polymer) 및 이형제를 유기 용매 중에 용해 또는 분산하여 얻는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 잠상 담지체와, 상기 윤활제를 상기 잠상 담지체에 도포하는 윤활제 도포 장치, 대전 장치, 현상 장치 및 클리닝 장치 중에서 선택된 적어도 하나를 일체로 지지하고, 탈착 가능하게 장착되는 프로세스 카트리지를 더 포함하는 화상 형성 장치.
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