KR101225079B1 - 프로세스 카트리지 및 이를 구비하는 화상 형성 장치 - Google Patents

Abstract

프로세스 카트리지 및 이를 구비하는 화상 형성 장치가 개시된다. 본 발명의 화상 형성 장치는, 현상제 교반 수단; 현상제 담지체; 토너 담지체; 상담지체; 상기 상담지체와 상기 토너 담지체가 일체로 수용되는 프로세스 카트리지; 화상 형성 장치 본체 내에 마련되며 상기 현상제 담지체와 상기 현상제 교반 수단이 마련되는 수용부; 를 구비하고, 상기 프로세스 카트리지는 상기 화상 형성 장치 본체에 착탈 가능하며 상기 화상 형성 장치 본체에 장착시 상기 수용부에 연결된다.

Description

프로세스 카트리지 및 이를 구비하는 화상 형성 장치{Process cartridge and image forming apparatus including the same}

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 화상 형성 장치를 도시한 측단면도.

도 2는 도 1의 화상 형성 장치에 구비되는 현상 수단을 도시한 측단면도.

도 3은 도 2의 현상 수단의 프로세스 카트리지와 수용부를 분리한 상태를 도시한 측단면도.

도 4는 도 2에 나타낸 현상 수단의 제어계의 블럭도.

도 5는 도 2에 나타낸 현상 수단의 동작을 나타내는 타이밍 차트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 .... 현상 수단 1a .... 감광체 드럼(상담지체)

1b .... 대전기 1c .... 클리닝 장치

1d .... 토너 담지체 1e .... 현상제 담지체

1g .... 현상제 교반 수단 1h .... 현상제 교반 수단

1k .... 계합부 1p .... 제1 하우징

1q .... 수용부(제2 하우징) 2 .... 중간 전사체

2a .... 전사 벨트 3 .... 인쇄 매체 반송 수단

4 .... 정착 장치 5 .... 광주사 장치

6 .... 프로세스 카트리지 10 .... 바이어스 전압 인가 수단

11 .... 제어 수단 A .... 화상 형성 장치

B .... 화상 형성 장치 본체

본 발명은 피기록 화상에 대응하여 상담지체에 형성된 정전잠상에 현상제를 공급하여 이것을 현상화하는 화상 형성 장치 및 이에 구비되는 프로세스 카트리지에 관한 것이다.

지금까지 예를 들어, 복사기나 프린터, 팩시밀리 장치 등의 전자 사진 방식의 화상 형성 장치에는 토너와 자성체의 캐리어(2성분 현상제)를 혼합한 현상제를 교반하면서 반송하는 현상제 교반 수단과, 외주면에 현상제 교반 수단으로부터 공급된 현상제를 복수의 자석의 자력에 의해 담지하여 반송하는 현상제 담지체와, 현상제 담지체와 소정 간격으로 대향되며 현상제 중 토너만(1성분 현상제)을 담지하여 반송하는 토너 담지체와, 토너 담지체와 소정 간격으로 대향되고 정전잠상이 형성된 외주면에 토너 담지체로부터 토너가 공급되어 정전잠상을 현상하는 상담지체를 구비한 것이 있다(예를 들면, 특개 2002-174951호 참조).

이런 종류의 화상 형성 장치에 있어서는, 현상제 담지체에 캐리어 및 이에 대전부착된 토너를 포함하는 2성분 현상제로부터 상담지체에 형성된 정전잠상에 토너를 직접 공급하지 않고, 토너만 일단 토너 담지체에 담지시키고 나서 상담지체의 정전잠상으로 공급하므로, 소위 2성분 현상 방식과 1성분 현상 방식을 병용하는 화상 형성 장치가 된다.

이러한 화상 형성 장치에 있어서는, 1성분 현상 방식의 결점, 즉 토너 담지체에 토너를 공급할 때, 토너 공급 롤러를 문지르거나 할 필요가 없으므로 토너의 열화나 토너 담지체의 마모를 없앨 수 있다. 또한 2성분 현상 방식의 결점, 즉 상담지체에 토너를 공급할 때, 현상제 담지체 외주면의 현상제가 상담지체와 접촉됨으로써 토너 화상이 훼손되거나, 토너와 함께 캐리어가 상담지체에 공급되는 등의 부작용을 해소할 수 있다.

이 때문에, 상기한 화상 형성 장치에서는, 정전잠상에 확실히 토너만을 공급하여 고화질의 형성 화상을 취득할 수 있다는 1성분 현상 방식의 이점과, 캐리어와의 마찰에 의해 토너를 정확히 대전시키고 캐리어 및 대전된 토너를 함께 반송할 수 있기 때문에 고속 현상이 가능하며 내구성이 뛰어나다는 2성분 현상 방식의 이점을 함께 달성하는 것이 가능하다.

그렇지만, 상기한 장점에 불구하고, 부재 수가 많아지기 때문에 고비용화를 초래한다는 문제가 있었다. 특히, 정전잠상이 형성되는 상담지체는 예를 들어, 1만 프린트 정도의 화상 형성을 수행한 단계에서 교환을 요하게 되며, 상담지체와 현상 수단을 일체로 한 경우에는 한계 수명에 도달되지 않은 다른 부재를 일괄하여 교환해야 하므로 비용의 낭비를 초래하는 문제가 생긴다.

이에 대해, 상담지체를 다른 부재와 별개로 구성하고 상담지체만을 카트리지화하여 내구 수명에 도달한 상담지체만 교환하는 화상 형성 장치가 존재한다. 그렇 지만, 이와 같은 구성으로 한 경우에 있어서도, 일반적으로 상담지체와 토너 담지체 사이에 토너가 퇴적되는 일이 많으므로 상담지체의 교체시 상기 퇴적된 토너가 주위로 튀어서 화상 형성 장치의 다른 부분을 오염시키며, 토너의 찌꺼기 등에 의하여 화상 품질이 저하되고 교환을 수행하는 조작자의 손이나 의복을 오염시키는 문제가 있었다.

나아가, 상담지체와 토너 담지체의 틈은 형성 화상의 안정성을 확보하기 위해, 예를 들어 100∼200㎛정도의 범위 내로 고정밀도를 요구하며, 일반 사용자가 상담지체만을 교환할 경우 상담지체의 교환에 따라 화상의 품질이 저하되는 문제도 있었다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여, 내구 수명에 도달한 상담지체의 교환시, 토너가 튀는 것을 방지하며 고품질의 화상 형성을 가능하게 하는 화상 형성 장치 및 프로세스 카트리지를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 화상 형성 장치는,

토너 및 상기 토너가 대전 부착되는 캐리어로 이루어진 현상제를 교반하면서 반송하는 현상제 교반 수단;

상기 현상제 교반 수단으로부터 공급된 상기 현상제를 자력으로 담지하면서 반송하는 현상제 담지체;

상기 현상제 담지체로부터 공급된 상기 토너를 담지하면서 반송하는 토너 담 지체;

피기록 화상의 정전잠상이 형성되는 것으로, 상기 토너 담지체로부터 공급되는 상기 토너에 의하여 상기 정전잠상이 현상되는 상담지체;

상기 상담지체와 상기 토너 담지체가 일체로 수용되는 프로세스 카트리지;

화상 형성 장치 본체 내에 마련되며 상기 현상제 담지체와 상기 현상제 교반 수단이 마련되는 수용부; 를 구비하고,

상기 프로세스 카트리지는 상기 화상 형성 장치 본체에 착탈 가능하며 상기 화상 형성 장치 본체에 장착시 상기 수용부에 연결되는 것을 특징으로 한다.

이에 따르면, 상담지체와 토너 담지체를 일체화한 프로세스 카트리지가 화상 형성 장치 본체에 착탈 가능하게 마련되며, 화상 형성 장치 본체에 프로세스 카트리지를 장착했을 때 현상제 담지체 및 현상제 교반 수단을 수용하는 수용부에 프로세스 카트리지가 연결됨으로써, 상담지체가 내구 수명에 도달했을 때 상담지체와 토너 담지체를 분리시키지 않고 일괄적으로 교환하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 프로세스 카트리지는,

토너 및 상기 토너가 대전 부착되는 캐리어로 이루어진 현상제를 담지하는 현상제 담지체로부터 상기 토너를 받아들이는 토너 담지체;

피기록 화상의 정전잠상이 형성되며, 상기 토너 담지체로부터 공급되는 상기 토너에 의하여 상기 정전잠상이 현상되는 상담지체; 를 구비하며,

화상 형성 장치 본체에 착탈 가능한 것으로 상기 화상 형성 장치 본체에 장착시, 상기 현상제를 교반하면서 반송하는 현상제 교반 수단 및 상기 현상제 교반 수단으로부터 공급된 상기 현상제를 자력으로 담지하면서 반송하는 현상제 담지체를 구비하는 수용부에 연결되는 것을 특징으로 한다.

이에 따르면, 프로세스 카트리지가 상담지체와 토너 담지체를 구비하여 카트리지화되어 있기 때문에, 상담지체와 토너 담지체의 틈이 일정하게 유지되는 상태로 화상 형성 장치 본체에 장착하는 것이 가능해진다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일실시 형태에 관한 화상 형성 장치 및 이에 구비되는 프로세스 카트리지에 대해 설명한다. 본 실시 형태는 전자 사진 방식의, 예를 들어 복사기나 프린터, 팩시밀리 장치 등의 화상 형성 장치 및 프로세스 카트리지에 관한 것이며, 특히, 비자성의 토너와 자성체의 캐리어를 혼합한 현상제를 사용하여 화상 형성을 수행하는 화상 형성 장치 및 프로세스 카트리지에 관한 것이다.

본 실시 형태의 화상 형성 장치(A)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 탠덤(tandem) 방식의 화상 형성 장치(A)이고, 피기록 화상의 화상 신호에 따라 마젠타(magenta), 옐로우(yellow), 시안(cyan), 블랙(black)의 각 색상마다 마련되며 각 색상별 정전 잠상을 토너 화상으로 현상하는 복수의 현상 수단(1)과, 각 현상 수단(1)으로 현상된 토너 화상이 순차적으로 전사되는 전사 벨트(2a)를 구비한 중간 전사체(2)와, 예를 들어 종이 등의 인쇄 매체(S)를 저장한 카세트(3a)로부터 인쇄 매체(S)를 빼내어 반송하는 인쇄 매체 반송 수단(3)과, 중간 전사체(2)로부터 인쇄 매체(S)로 전사된 토너 화상을 인쇄 매체(S)에 고정하는 정착 수단(4)이 주요 구성 요소로 되어 있다. 상기한 각 구성 요소는 화상 형성 장치 본체(B)에 장착된 다.

색상별로 마련된 복수의 현상 수단(1)은 도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이, 원통 형상을 갖고 축선(O1) 방향으로 회전 가능하게 마련된 상담지체(또는 감광체 드럼으로 칭하기로 약속한다.)(1a)와, 감광체 드럼(1a)의 외주면을 균일한 대전 전압으로 대전시키는 대전기(1b)와, 대전기(1b)를 기준으로 감광체 드럼(1a)의 회전 방향(T1) 상류 쪽에 마련되어 감광체 드럼(1a)의 외주면에 부착된 토너를 제거하는 클리닝 장치(1c)와, 대전된 상태의 토너를 담지하는 토너 담지체(1d)와, 고정 자석체를 구비함으로써 토너와 자성체 캐리어가 혼합된 현상제를 자력으로 담지하면서 토너 담지체(1d)에는 토너만을 공급하는 현상제 담지체(1e)와, 현상제 담지체(1e) 외주면의 현상제의 두께를 규제하여 박리화시키는 규제 막대(1f)와, 현상제를 교반하면서 반송하여 현상제 담지체(1e)로 공급하는 한 쌍의 현상제 교반 수단(1g, 1h)으로 구성되어 있다.

또한 균일하게 대전된 감광체 드럼(1a)의 외주면에 레이저광을 주사하여 노광시킴으로써, 감광체 드럼(1a)에 피기록 화상의 화상 신호에 대응되는 정전잠상을 형성하는 광주사 장치(5)가 현상 수단(1)과 별도로 화상 형성 장치(A)에 마련되어 있다.

현상 수단(1)에 따르면, 대전기(1b)와 클리닝 장치(1c)와 토너 담지체(1d)가 감광체 드럼(1a)의 외주면을 따라 마련되어 있고, 대전기(1b)를 기준으로 감광체 드럼(1a)의 회전 방향(T1)의 상류 쪽에 클리닝 장치(1c)가 마련되고 하류 쪽에 토너 담지체(1d)가 배치되어 있다.

감광체 드럼(1a)과 토너 담지체(1d)는 서로의 외주면이, 예를 들어 100∼200㎛ 범위의 틈을 두고 서로 대면된다. 일 실시예로서, 감광체 드럼(1a), 대전기(1b), 클리닝 장치(1c), 및 토너 담지체(1d)는, 제1 하우징(1p)에 일체로 마련됨으로써 프로세스 카트리지(6)를 구성한다.

프로세스 카트리지(6)의 제1 하우징(1p)에는 제1 개구부(1i) 및 제2 개구부(1j)가 마련되어 있다. 감광체 드럼(1a)의 외주면 중에서 클리닝 장치(1c)와 토너 담지체(1d) 사이에 해당하는 부분이 프로세스 카트리지(6)의 상측 바깥쪽으로 노출되는 위치에 제1 개구부(1i)가 마련된다. 토너 담지체(1d)의 하측 외주면이 프로세스 카트리지(6)의 하측 바깥쪽으로 노출되는 위치에 제2 개구부(1j)가 마련된다.

제1 하우징(1p)의 제2 개구부(1j)가 형성되는 부분에는, 프로세스 카트리지(6)의 하측 바깥쪽으로 돌출되는 계합부(1k)가 마련되어 있고, 이 계합부(1k)는 후술하는 제2 하우징(또는 수용부라고 칭하기로 약속한다.)(1q)의 개구부(1l)와 대면된다. 제1 하우징(1p)에는 광주사 장치(5)로부터 출사된 레이저광을 감광체 드럼(1a)에 조사시키기 위한 개구부(도시하지 않음)도 마련되어 있다.

한편, 현상제 담지체(1e), 규제 막대(1f), 현상제 담지체(1e)의 하측에 배치된 한 쌍의 현상제 교반 수단(1g, 1h)은 제2 하우징(1q)에 일체로 마련된다. 그리고, 축선(O2) 방향으로 회전하는 현상제 담지체(1e)의 외주면을 수용부(1q) 상측 바깥쪽으로 노출시키는 개구부(11)가 수용부(1q)에 마련된다. 또한, 수용부(1q) 내에는 한 쌍의 현상제 교반 수단(1g, 1h)이 배치된 부분에 토너와 캐리어가 혼합된 현상제가 수용된다. 현상 수단(1)과는 별도로 화상 형성 장치(A) 내에 마련되는 토너 저장조(8m, 8y, 8c, 8b)가 각 색상의 토너를 저장하며, 토너 저장조(8m, 8y, 8c, 8b)가 수용부(1q)에 각 색상별로 접속됨으로써 토너를 공급한다.

프로세스 카트리지(6)의 계합부(1k)가 수용부(1q)의 개구부(1l)에 결합됨으로써 프로세스 카트리지(6)와 수용부(1q)는 분리 가능하게 일체로 조립된다. 즉, 토너 담지체(1d)의 하방에 현상제 담지체(1e)가 대면되도록 프로세스 카트리지(6)와 수용부(1q)가 연결된다. 이와 같이 프로세스 카트리지(6)와 수용부(1q)가 연결된 상태에서, 토너 담지체(1d)와 현상제 담지체(1e)는 서로의 외주면이 소정의 틈을 유지하고 있다.

예를 들어 프로세스 카트리지(6)와 후술되는 중간 전사체(2)를 승강시키기 위한 레버(미도시) 등의 조작부가 화상 형성 장치(A)에 마련되고, 이 조작부를 조작함으로써 프로세스 카트리지(6)와 수용부(1q)를 도 3에 나타내는 바와 같이 분리하는 것이 가능하다. 분리된 프로세스 카트리지(6)는 예를 들어 화상 형성 장치(A)에 감광체 드럼(1a)의 축선(O1)을 따라 연장되는 레일(미도시) 위로 이동됨으로써 화상 형성 장치 본체(B)에서 꺼낼 수 있다.

한편, 도 2에 나타내는 바와 같이, 현상 수단(1)에는 토너 담지체(1d)와 현상제 담지체(1e)에 바이어스 전압을 인가하기 위한 바이어스 전압 인가 수단(10)이 마련되어 있다. 바이어스 전압 인가 수단(1O)은 토너 담지체(1d)에 접속된 제1 전압 인가 수단(1Oa)과, 현상제 담지체(1e)에 접속된 제2 전압 인가 수단(10b)으로 이루어지고, 각각 변압 전원(1Oc)을 구비한다.

제1 전압 인가 수단(1Oa)의 변압 전원(1Oc)은 직류(DC)와 교류(AC)의 중첩 전원으로서, 예를 들어, 토너 담지체(1d)에 직류(DC) (-)300V 에 교류(AC) 1000V(피크간 전압이며 주파수는 3kHz)를 중첩시킨 전원을 인가한다. 제2 전압 인가 수단(1Ob)의 변압 전원(1Oc)은 직류 전원으로서, 예를 들어, 토너를 현상제 담지체(1e)로부터 토너 담지체(1d)를 향해 비산시킬 때에는 현상제 담지체(1e)의 전위를 DC (-)600V로 만들고, 반대로 토너를 토너 담지체(1d)로부터 현상제 담지체(1e)를 향해 비산시킬 때에는 현상제 담지체(1e)의 전위를 DC 0V로 만든다.

토너 담지체(1d) 및 현상제 담지체(1e)에는 도 4에 나타내는 바와 같이, 각각을 축선(O2, O3) 방향으로 회전시키기 위한, 예를 들어 모터 등의 토너 담지체 구동 수단(1m)과 현상제 담지체 구동 수단(1n)이 연결된다. 그리고, 현상 수단(1)에는 이들 토너 담지체 구동 수단(1m)이나 현상제 담지체 구동 수단(1n)과 제1, 제2 전압 인가 수단(10a, 1Ob)을 제어하거나, 토너 담지체(1d)와 현상제 담지체(1e) 각각의 전위의 상대적인 대소를 조절하는 제어 수단(11)이 마련되는 것이 바람직하다. 그 밖에, 현상 수단(1)에는 감광체 드럼(1a)이나 한 쌍의 현상제 교반 수단(1g, 1h)을 각각 축선 방향으로 회전시키는 다른 구동 수단(미도시) 등이 마련될 수 있다.

현상 수단(1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 전사 벨트(2a)의 외주 및 제1 개구부(1i)를 통하여 노출된 감광체 드럼(1a)의 외주면이 서로 접촉되는 상태를 유지하며 전사 벨트(2a)를 따라 각 색상별로 배치되어 있다. 즉, 마젠타(magenta), 옐로우(yellow), 시안(cyan), 블랙(black) 색상의 토너 화상을 형성하는 각각의 현 상 수단(1)이 전사 벨트(2a)의 이송 방향(화살표 방향)을 기준으로 상류쪽에서부터 순차적으로 배치되어 있다.

중간 전사체(2)는 구동 롤러(2b) 및 텐션(tension) 롤러(2c)와, 지지 롤러(2d, 2e)에 의해 순환 이동되는 전사 벨트(2a)와, 전사 벨트(2a)의 내주쪽에 마련되며 감광체 드럼(1a)의 외주면에 전사 벨트(2a)를 밀착시키는 복수의 1차 전사 롤러(2f)와, 전사 벨트(2a)의 이송 방향(화살표 방향)의 최하류쪽에서 검정색의 토너 화상을 형성하는 현상 수단(1)에 인접하여 마련되는 지지 롤러(2e)에 대향되고 지지 롤러(2e)에 전사 벨트(2a)를 밀착시키는 2차 전사 롤러(2g)와, 상기 이송 방향의 최상류쪽에 마련된 마젠타의 토너 화상을 형성하는 현상 수단(1)에 인접하여 마련되며 전사 벨트(2a)에 부착한 토너를 제거하는 벨트 클리닝 장치(2h)로 구성되어 있다.

인쇄 매체 반송 수단(3)은 동기하여 회전하는 복수의 반송 롤러(3b)를 구비한다. 인쇄 매체 반송 수단(3)은 인쇄 매체(S)를 카세트(3a)에서 빼내면서 인쇄 매체(S)를 반송하여 2차 전사 롤러(2g)와 전사 벨트(2a) 사이에 공급하기 위한 것이다. 또한, 2차 전사 롤러(2g)에 의해 토너 화상이 전사된 인쇄 매체(S)를 인쇄 매체(S) 반송 방향의 하류쪽에 마련된 정착 장치(4)에 반송하여 토너 화상을 정착시키고, 토너 화상이 용융 정착된 인쇄 매체(S)를 더 반송하여 화상 형성 장치 본체(B)의 외부로 배출하기 위한 것이다.

정착 장치(4)는 서로의 외주면이 압접되는 가열 롤러(4a)와 가압 롤러(4b)를 구비한다. 가열 롤러(4a)는 회전되는 원통 형상으로서, 예를 들어 금속성 코 어(core)와, 금속성 코어 외주에 적층되는 실리콘 고무 등의 내열 탄성층과, 가열 롤러(4a)의 내주에 할로겐 램프 등의 열원을 구비한다. 가압 롤러(4b)는 회전되는 원통 형상으로서, 금속성 코어(core)와, 금속성 코어 외주에 적층되는 실리콘 고무 등의 내열 탄성층을 구비한다. 정착 장치(4)는 가열 롤러(4a)와 가압 롤러(4b)의 접촉면으로 이송되는 인쇄 매체(S)에 전사된 토너 화상을 가열 및 가압함으로써, 인쇄 매체(S)에 토너 화상을 용융 및 정착시킨다.

이어, 상기한 구성으로 이루어지는 화상 형성 장치(A)의 동작에 대해 설명한다. 여기서는, 현상 수단(1)을 제어하는 제어 수단(11)이 현상 수단(1) 이외의 제어도 수행하는 것으로 설명을 한다.

프로세스 카트리지(6)와 수용부(1q)는 계합부(1k)와 개구부(1l)가 결합되며 서로 일체로 조립되어 있다. 피기록 화상의 화상 신호가 제어 수단(1l)으로 보내지는 동시에, 제어 수단(1l)으로부터 현상 수단(1)으로 동작 지령이 보내진다. 지령을 받은 현상 수단(1)은 대전기(1b)에 의해 감광체 드럼(1a)의 외주면을 균일한 음(-)전압으로 대전시키고, 광주사 장치(5)는 레이저광을 조사하여 피기록 화상의 화상 신호에 따른 정전잠상을 감광체 드럼(1a)의 외주면에 형성한다. 제어 수단(1l)의 지령을 받은 현상제 교반 수단(1g, 1h)과, 현상제 담지체(1e) 및 토너 담지체(1d)의 구동 수단(1m, 1n)이 구동되고, 수용부(1q) 내의 현상제가 교반되며, 현상제가 현상제 담지체(1e)의 외주면을 향해 공급된다. 현상제 담지체(1e)가 회전하면서 자력으로 현상제를 담지하여 토너 담지체(1d)와 대향되는 수용부(1q)의 개구부(1l) 쪽에 반송한다. 이 때, 현상제 담지체(1e)에 담지된 현상제는 규제 막 대(1f)와 현상제 담지체(1e)의 접촉면을 통과함으로써 그 양이 규제되며 박층화된다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 토너 담지체(1d)와 현상제 담지체(1e)에 마련된 제1, 제2 전압 인가 수단(10a, 10b)이 제어 수단(1l)에 의하여 제어되면서, 현상제 담지체(1e)의 외주면의 전위(Vp)가 예를 들어 DC (-)600V로 되며, 토너 담지체(1d)의 외주면의 전위(Vt)가 현상제 담지체(1e)의 외주면의 전위(Vp)보다 큰, 예를 들어 DC (-)300V 에 AC 1000V(피크간 전압, 주파수는 3kHz)가 중첩된 상태로 된다.

이 때, 현상제 담지체(1e)에 담지되며 개구부(1l)쪽으로 반송되는 현상제를 살펴보면, 양(+) 전하를 갖는 캐리어는 현상제 담지체(1e)에 담지된 상태를 유지하고 캐리어에 부착되며 음(-) 전하를 갖는 토너만이 토너 담지체(1d)의 외주면으로 비산되면서 이동된다. 토너 담지체(1d)에 담지된 토너는 감광체 드럼(1a)쪽으로 이동되고, 이 토너가 감광체 드럼(1a) 외주면의 정전잠상에 공급되어 토너 화상이 형성된다. 이 때, 감광체 드럼(1a)의 정전잠상이 형성된 부분의 외주면의 전위가, 예를 들어 0∼(―)50V로 되고, 정전잠상 이외의 부분은 그 전위가 대전 전압으로서, 예를 들어 (―)500V로 되어 있다.

이와 같이 토너 화상이 각 색상별 감광체 드럼(1a)에 형성되는 동시에, 제어 수단(1l)으로부터 지령을 받은 구동 롤러(2b)에 의하여 중간 전사체(2)의 전사 벨트(2a)가 상기 이송 방향으로 이송된다. 이 때, 전사 벨트(2a)는 상기 이송 방향의 최상류쪽에 마련된 마젠타 색상에 대응되는 감광체 드럼(1a)에 1차 전사 롤러(2f)에 의해 압접되므로, 마젠타의 토너 화상이 전사 벨트(2a)의 외주면에 전사된다.

전사 벨트(2a)가 순차적으로 반송되면서, 마젠타, 옐로우, 시안, 블랙 색상의 토너 화상이 차례로 중첩됨으로써, 전사 벨트(2a)의 외주면에 완전하게 중첩된 하나의 컬러 토너 화상이 형성된다.

제어 수단(1l)으로부터 동작 지령을 받은 인쇄 매체 반송 수단(3)에 의해 인쇄 매체(S)가 2차 전사 롤러(2g)와 전사 벨트(2a) 사이로 반송되고, 상기 인쇄 매체(S)에는 전사 벨트(2a)로 1차 전사된 컬러 토너 화상이 2차 전사된다. 이러한 2차 전사가 완료된 인쇄 매체(S)는, 정착 장치(4)를 향해 반송되고, 가열 롤러(4a)와 가압 롤러(4b) 사이를 통과하며 열과 압력이 가해지며, 컬러 토너 화상이 용융 정착된다. 정착이 완료된 인쇄 매체(S)는 화상 형성 장치 본체(B)의 외부로 배출된다.

한편, 상기와 같이 토너 화상의 형성을 종료한 단계에서, 화상 형성의 종료를 검지한 제어 수단(1l)의 지령을 기초로 현상제 담지체(1e)에 접속된 제2 전압 인가 수단(10b)의 공급 전압이 바뀌며, 현상제 담지체(1e)의 외주면의 전위(Vp)가 예를 들어 DC 0V로 되면서 토너 담지체(1d)의 전위(Vt)보다도 큰 전위로 된다. 이로써, 화상 형성 종료시 토너 담지체(1d)에 담지된 상태로 남아 있는 토너가, 토너 담지체(1d)로부터 현상제 담지체(1e)를 향해(프로세스 카트리지(6)로부터 수용부(1q)를 향해) 반송된다. 덧붙여 말하면, 이 단계에서 감광체 드럼(1a)의 외주면의 전위는 현상 동작 중의 단계에서와 같이, 예를 들어 (―)500V로 되어 있다.

도 5는 상기한 바와 같이 동작하는 현상 수단(1)의 동작 상태를 시간의 흐름에 따라 정리하여 나타낸 타이밍 차트이다. 도 5에서, 가로축은 경과 시간을 나타 내고 있고, 3개의 토너 화상을 연속적으로 형성할 때 현상 수단(1)이 어떻게 동작되는 지를 설명하고 있다.

도 5의 (a)에 있어서, 세로축 방향에 도시된 구동 수단이란 토너 담지체 구동 수단(1m)과 현상제 담지체 구동 수단(1n)을 나타내며, 하이(high)로 표시된 부분은 담지체 구동 수단(1m) 및 현상제 담지체 구동 수단(1n)이 모두 동작 상태에 있음을 나타내고 로우(low)로 표시된 부분은 그 동작이 오프(off)된 상태임을 나타낸다.

세로축에 화상 형성으로 표기한 도 5의 (b)는, 감광체 드럼(1a)에 토너 화상을 형성하는 현상 수단(1)의 동작 상태를 나타낸 것이다. 하이(high)로 표시된 부분은 현상 수단(1)이 동작 중으로써 화상 형성 중에 있음을 나타내고 로우(low)로 표시된 부분은 현상 수단(1)의 동작이 오프(off)된 상태임을 나타낸다.

도 5의 (c)는 제1 전압 인가 수단(10a) 및 제2 전압 인가 수단(10b)에 의한 토너 담지체(1d)의 전위(Vt)(직류 성분)와 현상제 담지체(1e)의 전위(Vp)의 차분(인가전압(Vt-Vp))을 나타낸 것이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 제어 수단(1l)에 의해 현상 수단(1)에 동작 지령이 보내진 시각(t1)에서부터 담지체 구동 수단(1m) 및 현상제 담지체 구동 수단(1n) 등 현상 수단(1) 전체가 동작을 개시하여 시각(t1)에서 시각(t2) 사이에 첫 번째 토너 화상의 형성이 수행된다. 이때, 토너 담지체(1d)와 현상제 담지체(1e)의 전압은 Vt-Vp>O로 되고, 음(-) 전하로 대전된 토너가 현상제 담지체(1e)로부터 토너 담지체(1d)로 비산되면서 토너 담지체(1d)에 공급되고 있다.

또한, 시각(t3)에서 두 번째 토너 화상의 형성이 개시되고, 시각(t4)에 토너 화상의 형성이 완료된다. Vt-Vp>O인 상태에서는 수용부(1q)로부터 프로세스 카트리지(6)를 향해 공급되는 토너가 토너 담지체(1d)에 담지된다.

그리고, 세 번째 토너 화상의 화상 형성을 시각(t6)에서 종료한 후에, 토너 담지체(1d)와 현상제 담지체(1e)의 전압이, Vt-Vp<O가 되도록 반전된다. 시각(t6) 이전에 수용부(1q)로부터 프로세스 카트리지(6)를 향해 공급되어 토너 담지체(1d)에 담지되었던 토너가, Vt-Vp<O가 되면서 프로세스 카트리지(6)로부터 수용부(1q)를 향해 반송되어 현상제 담지체(1e)로 회수되는 상태로 된다. 이 상태에서 토너 담지체(1d)를 1회전 이상 회전한 후, 구동 수단(1m, 1n)의 구동이 정지되고, 바이어스 전압 인가 수단(10)에 의한 전압 공급이 정지된다.

한편, 현상 수단(1)을 구성하는 감광체 드럼(1a)이나 현상 담지체(1e) 등의 각 부재는, 각각 수명에 도달하는 내구 매수가 다르다. 예를 들어, 직경 30mm 이하의 감광체 드럼(1a)의 경우는, 인쇄 매체를 1만 프린트 정도 수행한 단계에서 교환을 요하는 것으로 되어 있다. 종래의 화상 형성 장치에는, 감광체 드럼(1a)을 현상 수단(1)의 기타 구성 부재(예를 들면 토너 담지체(1d))에 대해 분리 가능하고, 화상 형성 장치 본체에 대해 착탈 가능한 프로세스 카트리지 형태로 구성한 것이 있다. 이러한 방식의 종래의 화상 형성 장치에서는, 화상 형성에 수반하여 감광체 드럼(1a)과 토너 담지체(1d) 사이에 퇴적된 토너가, 감광체 드럼(1a)을 화상 형성 장치 본체에서 떼어낼 때 주위로 튀어, 조작자의 손이나 의복에 부착하거나, 현상 수단(1) 주변을 오염시킨다는 문제가 있었다.

또한 감광체 드럼(1a)과 토너 담지체(1d)는 서로의 외주면의 틈을, 예를 들어 1OO∼200㎛의 범위 내에서 높은 정밀도로 유지할 필요가 있는 바, 이와 같은 정밀한 틈이 유지되도록 감광체 드럼(1a)을 교환하는 작업은 일반 사용자에게 매우 어려운 것이며, 감광체 드럼(1a)을 교환할 때마다 인쇄 매체(S)에 형성되는 화상 품질이 바뀐다는 문제가 발생했다.

본 실시 형태에서는, 감광체 드럼(1a)과 토너 담지체(1d)가 프로세스 카트리지(6)에 일체로 수용되고, 프로세스 카트리지(6)에 의하여 감광체 드럼(1a) 및 토너 담지체(1d)를 일체로 분리할 수 있게 되어 있다. 도시되지는 않았지만, 화상 형성 장치에 마련된 레버(조작부)는 화상 형성 장치가 화상 형성(토너 화상 형성) 중에 있을 때에는, 프로세스 카트리지(6) 및 수용부(1q)를 조립된 상태로 로크(lock)시킨다.

프로세스 카트리지(6)를 화상 형성 장치 본체(B)에서 떼어내어 교환할 때에는, 레버를 조작하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 프로세스 카트리지(6)에 대해 수용부(1q)가 상대적으로, 예를 들어 1mm 정도 하강하여, 제1 하우징(1p)의 계합부(1k)와 수용부(1q)의 개구부(11)의 결합이 해제된다. 이와 동시에, 중간 전사체(2)가 상대적으로 상승하고, 감광체 드럼(1a)과 전사 벨트(2a)의 밀착 상태가 해제된다. 이로써, 프로세스 카트리지(6)가 토너 담지체(1d) 및 현상제 담지체(1e)의 틈 으로부터 멀어지면서, 프로세스 카트리지(6)가 분리되어 프리(free) 상태로 된다. 프리 상태의 프로세스 카트리지(6)는, 예를 들어 레버를 화상 형성 장치 본체(B)의 바깥쪽으로 끌어당김으로써 화상 형성 장치 본체(B)에 마련된 레일(도시하 지 않음)을 따라 외부로 끌어내어 진다. 따라서, 교환을 요하는 감광체 드럼(1a)을 구비한 프로세스 카트리지(6)는 새로운 감광체 드럼(1a)을 구비한 프로세스 카트리지(6)로 교체될 수 있다. 상기한 조작을 역순으로 함으로써 새로운 프로세스 카트리지(6)를 화상 형성 장치 본체(B)에 장착하며 수용부(1q)와 연결시킨다.

본 실시 형태의 프로세스 카트리지(6)는 감광체 드럼(1a)과 토너 담지체(1d)를 일체로 하여 카트리지 형태로 만든 것이고, 감광체 드럼(1a) 및 토너 담지체(1d)의 틈을 고정밀도로 형성하고 있다. 따라서, 종래의 실시예에서 감광체 드럼(1a)의 교환시에 발생했던 화상의 품질 변화는 필연적으로 발생되지 않게 되고, 프로세스 카트리지(6)를 교환한 다음에도 안정된 화상 형성이 가능해진다.

도 5를 참조하면, 바이어스 전압 인가 수단(10)이 제어 수단(1l)으로 제어되고, 수용부(1q)로부터 프로세스 카트리지(6)를 향해 공급되면서 토너 담지체(1d)에 담지되는 토너가 화상 형성 동작의 종료와 함께, 프로세스 카트리지(6)로부터 수용부(1q)를 향해 반송되면서 현상제 담지체(1e)에 회수된다. 이 때문에, 프로세스 카트리지(6)를 수용부(1q) 및 화상 형성 장치 본체(B)로부터 떼어 낼 때, 프로세스 카트리지(6) 내의 대부분의 토너가 수용부(1q)에 회수된 상태이다. 따라서, 프로세스 카트리지(6)의 아래쪽으로 개구되는 제2 개구부(1j)로부터 토너가 튀는 일은 없다. 나아가, 프로세스 카트리지(6)가 수용부(1q)의 윗쪽에 배치되어 있으므로, 프로세스 카트리지(6)와 수용부(1q)의 분리에 따른 충격이 발생할 때, 프로세스 카트리지(6) 내에 잔류되는 미량의 토너가 제2 개구부(1j)를 매개로 아래쪽으로 떨어지는 경우에도 제2 개구부(1j)의 바로 아래에 위치하는 수용부(1q)의 개구부(1l)를 통하여 수용부(1q) 내에 떨어지게 된다. 따라서, 토너가 튀는 일 없이 프로세스 카트리지(6)의 교환이 수행된다.

즉, 수용부(1q)가 프로세스 카트리지(6)의 아래쪽에 조립되고, 제어 수단(1l)에 의해 토너 담지체(1d)와 현상제 담지체(1e) 각각의 전위의 대소를 조절하는 바이어스 전압 인가 수단(10)이 마련됨으로써, 프로세스 카트리지(6)의 교환시 토너의 튐이나, 화상 얼룩, 조작자의 손이나 의복의 오염이 방지된다.

나아가, 감광체 드럼(1a) 및 토너 담지체(1d)를 일체로 수용한 프로세스 카트리지(6)에 있어서, 토너 담지체(1d)가 비교적 단순한 구성 부재로서 싼 가격이기 때문에, 그 교체 비용을 감광체 드럼(1a)만으로 구성된 프로세스 카트리지의 교체 비용 이하로 하는 것이 가능해진다.

본 실시 형태의 프로세스 카트리지(6)를 사용함으로써, 교환에 따른 화상 변화나 토너의 비산이 방지되고, 인쇄 매체(S)의 낭비 및 토너의 비산에 따른 청소 작업을 없앨 수 있으며, 감광체 드럼(1a)의 교환이나 비산된 토너를 제거하기 위한 메인터넌스(maintenance) 작업을 전문적인 서비스 맨에게 의뢰할 필요가 없고 일반 사용자가 충분히 대응할 수 있기 때문에 비용의 절감을 도모할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 뜻을 벗어나지 않는 범위내에서 얼마든지 변경 가능하다. 예를 들어, 상기한 실시 형태에서는, 수용부(1q)가 프로세스 카트리지(6)의 아래쪽에 배치된다고 설명했는데, 그 설치 위치는 프로세스 카트리지(6)의 아래쪽에 한정되지 않아도 된다.

또한 현상 수단(1)의 화상 형성 종료시, 토너 담지체(1d)로부터 현상제 담지 체(1e)를 향해 토너를 이동시키기 위한 전압을 인가한다고 설명했는데, 이러한 전압의 인가는 화상 형성 종료시에 한정할 필요는 없고, 예를 들어 프로세스 카트리지(6)를 수용부(1q)로부터 분리하기 직전에 수행할 수 있다.

프로세스 카트리지(6)에는 감광체 드럼(1a)과 토너 담지체(1d)와 대전기(1b)와 클리닝 장치(1c)가 마련된다고 설명했는데, 감광체 드럼(1a)과 토너 담지체(1d)만이 카트리지화되고, 대전기(1b)나 클리닝 장치(1c)는 프로세스 카트리지(6)와 별도로 마련될 수 있다.

또한 제어 수단(1l)은, 도 4에 나타내는 바와 같이 개개의 현상 수단(1)만을 제어하는 것에 한정할 필요는 없고, 복수의 현상 수단(1)을 함께 제어하거나, 화상 형성 장치(A) 전체를 제어하는 것으로 될 수 있다.

프로세스 카트리지(6)의 제1 하우징(1p)에 계합부(1k)가 마련되고, 이 계합부(1k)가 수용부(1q)의 개구부(1l)에 결합되면서, 프로세스 카트리지(6)(제1 하우징(1p))와 수용부(제2 하우징)(1q)가 연결된다고 했는데, 예를 들어 제2 하우징(1q)에 계합부를 형성하여 서로가 연결될 수도 있고, 특히 서로의 연결 방법이나 그 수단은 한정을 필요로 하지 않는다.

본 실시 형태에서는 중간 전사체(2)의 전사 벨트(2a)에 각 색상의 토너 화상을 중첩하여 완전한 컬러 토너 화상이 1차 전사되고, 이를 인쇄 매체(S)에 2차 전사시키는 화상 형성 장치(A)를 설명했지만, 각 색상별 감광체 드럼(1a)과 전사 벨트(2a) 사이에 인쇄 매체(S)가 급송되면서 화상이 직접 전사되는 화상 형성 장치에 적용될 수도 있다.

본 실시 형태에서는, 완전한 칼라 화상을 형성하기 위해, 마젠타, 옐로우, 시안, 블랙의 4색을 사용하는 화상 형성 장치(A)로 설명하고 있는데, 마젠타, 옐로우, 시안의 3색을 사용하여 완전한 칼라 화상을 형성하는 화상 형성 장치나 검정색만을 이용하여 흑백 화상을 형성하는 화상 형성 장치에 적용될 수도 있다.

본 발명에 관한 화상 형성 장치 및 이를 구비하는 프로세스 카트리지에 의하면, 프로세스 카트리지에 일체로 조립된 상담지체와 토너 담지체를 일괄하여 교환할 수 있고, 그 교환시 화상의 품질에 영향을 주는 상담지체 및 토너 담지체 사이의 틈을 고정밀도로 일정하게 유지할 수 있으며, 화상의 품질에 미치는 영향이 적은 토너 담지체 및 현상제 담지체의 틈을 기준으로 프로세스 카트리지가 분리되기 때문에 프로세스 카트리지의 교환시 화상 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한 상담지체 및 토너 담지체 사이에 퇴적된 토너가 프로세스 카트리지의 교환시 주위로 비산되는 것을 방지할 수 있고, 토너 찌꺼기에 의한 화상 얼룩을 방지할 수 있으며, 항상 고품질의 화상 형성이 가능하다.

또한 상담지체와 토너 담지체를 카트리지화하고, 상담지체의 교환과 함께 토너 담지체도 교환되는 구성으로 하더라도, 토너 담지체는 비교적 단순한 구조로서 저렴한 부재이기 때문에 종래의 상담지체만을 프로세스 카트리지로 했을 경우와 비교하여 비용이 상승되지 않으며, 화상의 품질 열화에 따라 인쇄 매체나 토너 등을 낭비하거나 토너 비산을 제거하는데 걸리는 노력을 고려하면 오히려 전체 비용의 절감을 꾀할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 토너 및 상기 토너가 대전 부착되는 캐리어로 이루어진 현상제를 교반하면서 반송하는 현상제 교반 수단;

   상기 현상제 교반 수단으로부터 공급된 상기 현상제를 자력으로 담지하면서 반송하는 현상제 담지체;

   상기 현상제 담지체로부터 공급된 상기 토너를 담지하면서 반송하는 토너 담지체;

   피기록 화상의 정전잠상이 형성되는 것으로, 상기 토너 담지체로부터 공급되는 상기 토너에 의하여 상기 정전잠상이 현상되는 상담지체;

   상기 상담지체와 상기 토너 담지체가 일체로 수용되는 프로세스 카트리지;

   화상 형성 장치 본체 내에 마련되며 상기 현상제 담지체와 상기 현상제 교반 수단이 마련되는 수용부;

   상기 토너 담지체와 상기 현상제 담지체 사이에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전압 인가 수단;

   상기 현상제 담지체와 상기 토너 담지체 각각의 전위의 상대적인 대소를 조절하는 제어 수단; 을 구비하고,

   상기 프로세스 카트리지는 상기 화상 형성 장치 본체에 착탈 가능하며 상기 화상 형성 장치 본체에 장착시 상기 수용부에 연결되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 프로세스 카트리지가 상기 화상 형성 장치 본체에 장착되었을 때,

   상기 현상제 담지체는 상기 토너 담지체의 아래쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 프로세스 카트리지의 장착시 상기 프로세스 카트리지 및 상기 수용부를 연결시키는 것으로, 상기 토너 담지체의 아래쪽에 상기 현상제 담지체가 위치되게 하는 계합부; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
6. 제1항 또는 제2항 또는 제5항에 있어서,

   상기 토너 담지체와 상기 현상제 담지체를 구동하는 구동수단;을 더 구비하며,

   상기 제어수단은, 화상형성동작 중에는 상기 현상제 담지체로부터 상기 토너 담지체로 토너가 이동되는 바이어스 전압을 상기 토너 담지체와 상기 현상제 담지체 사이에 인가하도록 상기 바이어스 전압 인가수단을 제어하며,

   상기 제어수단은, 화상형성이 완료된 때에는 상기 토너 담지체로부터 상기 현상제 담지체로 토너가 회수되는 바이어스 전압을 상기 토너 담지체와 상기 현상제 담지체 사이에 인가하도록 상기 바이어스 전압 인가수단을 제어하며, 이 상태에서 상기 토너 담지체가 1회전 이상 회전한 후에 정지되도록 상기 구동수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.

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