KR20060056385A - 프로세스 카트리지 및 화상 형성장치 - Google Patents

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Abstract

서로에 대해 이동가능하여 일정 공간을 형성하는 적어도 제1 및 제2 프레임 보디들을 포함하는 프레임 보디, 상기 제1 및 제2 프레임 보디들을 위치 조정하기 위한 프레임 보디 위치 조정 부재, 상기 프레임 보디에 의해서 지지되고, 상기 제1 및 제2 프레임 보디들에 의해서 형성된 공간을 통하여 교체가능한 잠상 담지 부재,상기 잠상 담지 부재에 현상제를 공급하기 위한 현상 유닛 및 현상 위치 결정 부재를 포함하는 프로세스 카트리지가 제공된다. 상기 현상 위치 결정 부재는 상기 프레임 보디 위치조정 부재에 대해 겹치지 않는 위치에 배치되고, 상기 프레임 보디에 대해 현상 유닛을 위치 조정한다.
프레임 보디, 잠상 담지 부재, 현상 유닛, 프로세스 카트리지, 화상 형성장치

Description

프로세스 카트리지 및 화상 형성장치{Process Cartridge and Image Forming Apparatus}
본 발명은 프로세스 카트리지 및 화상 형성장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 복사 장치, 팩시밀리 장치, 프린터 또는 정전 화상 전사 공정에 의한 것과 같은 것에서 화상을 형성하기 위한 프로세스 카트리지 및 그러한 프로세스 카트리지를 사용하는 화상 형성장치에 관한 것이다.
화상 형성장치에서는, 현상 유닛 내의 토너가 화상 형성에 의해서 소모되고, 보급이 필요하다. 2-성분 현상제의 경우에, 자성 담체는 교체가 필요하다. 화상형성장치내의 다른 부재들은, 예를 들면 장시간 사용 후에 마모되고 열화되는 감광 보디, 화상형성장치 내에서 날리고 분산되는 토너 때문에 더러워지는 대전 유닛 및 상기 감광 보디와의 접촉에 의해서 마모되는 소제 블레이드들도 교체가 필요하며, 그 이유는 문자 분진(character dust)의 화상, 표면 흐려짐 및 그와 유사한 현상들이 일어나기 때문이다. 다르게 설명하면, 상기 설명된 부재들과 유닛들은 문자 분진(character dust)의 화상, 표면 흐려짐 및 그와 유사한 현상들이 일어나지 않도 록 하기 위하여 교체되어야 한다. 따라서, 문자 분진 또는 그와 유사한 것이 일어나면, 써비스 맨 또는 보수 기술자(이하에서는 간단히 써비스 맨 이라 한다.)가 사용자의 화상 형성장치 설치 장소로 가서 그 부재들 및/또는 그와 유사한 것들을 교체하는 것이다. 그러나, 화상 형성장치 내의 각각의 부재들과 유닛들의 내구성이 개선되었고, 화상 형성장치에서 사용되는 현상 제 또는 그와 같은 것들의 사용 수명도 연장되었다. 결과적으로, 화상 형성장치의 보수 유지를 위한 써비스 맨의 필요성은 감소 되었다. 한편, 써비스 맨이 화상 형성장치의 보수 유지를 하는 경우, 화상 형성장치 내의 각각의 부재 또는 유닛들을 제거하고 새로운 부재 또는 유닛들을 장착하는 데에는 매우 긴 시간을 필요로 한다.
따라서 화상 형성장치의 본체에 대해 탈착가능한 프로세스 카트리지가 제안되었다. 이러한 프로세스 카트리지는 공정 수단, 예를 들면 대전 수단, 현상 수단 및 소제 수단 등을 일체적으로 지지한다. 사용자의 화상 형성장치를 보수 유지하는 써비스 맨의 작업 시간은 이러한 프로세스 카트리지를 교체함으로써 단축될 수 있다. 몇 가지 경우에서, 사용자는 써비스 맨이 화상 형성장치의 설치 장소로 가서 보수 유지를 하지 않은 상태로 그 스스로 상기 프로세스 카트리지를 쉽게 교체할 수 있다. 사용 수명은 각각의 부재 또는 유닛들에 대해 다른 것이다. 예를 들면, 상기 감광 보디의 사용 수명은 10,000 내지 80,000 인쇄물에 해당하고, 현상 유닛내의 자성 담체의 사용 수명은 50,000 내지 100,000 인쇄물이며, 그리고 대전 유닛의 사용 수명은 30,000 내지 80,000 인쇄물이다. 종래에는, 사용자 또는 써비스 맨이 상기 프로세스 카트리지 내의 이러한 부재 및 유닛들의 서로 다른 사용 수명에 무관하게 전체 프로세스 카트리지를 교체하는 것이다. 그 결과, 전체 프로세스 카트리지를 단순히 교체하면 되므로 편리하지만, 자원을 효과적으로 활용한다는 측면에서는, 상기 프로세스 카트리지의 어느 한 부재 또는 유닛의 사용 수명이 종료한 때에, 상기 프로세스 카트리지 내의 사용 가능한 부재 또는 유닛들이 교체되는 불편함이 있는 것이다. 사용자의 관점에서 보면, 각각의 부재 또는 유닛들을 그 수명이 다할 때까지 사용할 필요성이 있는 것이다.
일본 공개 특허 공보 제2003-177651호는 감광 보디상에 잔류한 토너를 제거하는 소제 부재와 상기 제거된 토너를 담는 제거 토너 수용 부를 구비한 프로세스 카트리지를 제안하고 있다. 상기 제거 토너 수용부는 용기형의 소제 프레임 보디가 구비되어 상기 감광 보디에 마주하는 제1 개구부와, 상기 제1 개구부와는 별도의 위치에 있는 제2 개구부, 상기 제1 개구부를 거의 덮는 소제 부재 및 제2 개구부의 주위에 제공된 덮개 프레임 보디들을 포함한다. 탄성 밀봉부재가 상기 덮개 프레임 부재와 상기 소제 부재의 지지부 사이에 제공된다. 이와 같이 제안된 프로세스 카트리지에 따르면, 상기 제거 토너 용기와 프로세스 카트리지들 모두의 크기는 축소될 수 있고, 동시에 많은 량의 토너를 수용할 수 있으며, 수용될 수 있는 제거 토너 량을 늘릴 수 있는 것이다.
일본 공개 특허 공보 제2003-186305호는 그 내부에 조립된 잠상 담지 부재와 적어도 하나의 프로세스 유닛을 갖는 프로세스 카트리지를 제안하고 있다. 현상제 공급 박스와 제거된 현상제 회복 박스들은 현상제를 수용하는 현상 하우징에 연통한다. 상기 현상제 공급 박스는 잠상담지 부재상의 잠상 기입 위치의 상류측에 배 치되고, 상기 제거 현상제 회복 박스는 상기 잠상 기입 위치의 하류측 위치에 배치된다.
일본 공개 특허 공보 제2001-331082호는 적어도 현상 유닛, 대전 유닛 및 전자사진 감광 보디 및 상기 전자사진 감광 보디의 소제 유닛 중의 하나를 일체형으로 구비한 프로세스 카트리지를 제안한다. 이러한 프로세스 카트리지는 화상 형성장치의 본체에 대해 탈착 가능하게 장착되고, 상기 프로세스 카트리지를 손에 쥐고 쉽게 흔들리도록 할 수 있는 구조를 갖는다.
일본 특허 공보 제7-78667호는 제1 및 제2 프레임 보디들이 제공된 화상 형성장치를 제안하며, 여기서는 감광 보디가 상기 프레임 보디를 회전시킴으로써 제거된다.
일본 특허 제3039693호는 대전 유닛이 제거가능한 프로세스 카트리지를 제안한다.
일본 공개 특허 공보 제2003-76249호는 현상 유닛과 감광 유닛을 일체로 한 프로세스 카트리지를 제안하고, 여기서 상기 현상 유닛은 현상 수단과 토너 용기를 포함하며, 상기 감광 유닛은 감광 드럼, 대전 수단 및 소제 유닛을 포함한다.
일본 공개 특허 공보 제8-101624호는 소제 블레이드를 교체하는 경우, 대전 수단을 제거한 후에 제거되는 프로세스 카트리지를 제안한다.
일본 공개 특허 공보 제7-302033호는 사용 횟수를 알려주고, 공정 수단의 재사용 가능한 그리고 교체가능한 부분에 제공된 통보 수단을 갖는 프로세스 카트리지를 제안한다.
상기에서 설명된 8 문서들에서 제안된 프로세스 카트리지들에 따르면, 그 구성 요소들의 축소된 크기와 연장된 사용 수명을 고려함으로써 각각의 구성 요소들을 일체로 교체할 수 있는 것이다. 그러나, 거기에는 화상 담지 부재와 프로세스 카트리지를 형성하는 각각의 공정 수단들이 쉽게 교체될 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명의 주된 목적은 상기와 같은 문제점들을 해소할 수 있는 프로세스 카트리지와 화상 형성장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 잠상 담지 부재와 각각의 공정 수단 또는 유닛들을 일체형으로 포함하는 프로세스 카트리지 자체의 교체가 가능하고, 그리고 사용자 또는 써비스 맨이 화상 담지 부재와 각각의 공정 수단 또는 유닛들을 독립적으로 쉽게 교체할 수 있도록 된 프로세스 카트리지와 화상 형성장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 화상 담지 부재 및 각각의 공정 수단 또는 유닛들이 독립적으로 교체되는 때에도, 화상 형성조건들의 정확한 위치 조절이 가능하도록 된 프로세스 카트리지와 화상 형성장치를 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 또 다른 목적은 소비되거나 마모된 각각의 공정 수단의 부재 또는 유닛들의 독립적인 교체가 가능하도록 된 프로세스 카트리지와 화상 형성장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 토너가 대략 구형으로서 작은 입자 직경을 가진 경우에도 소제가 가능하도록 된 프로세스 카트리지와 화상 형성장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 서로에 대해 이동가능하여 일정 공간을 형성하는 적어도 제1 및 제2 프레임 보디들을 포함하는 프레임 보디; 상기 제1 및 제2 프레임 보디들을 위치 조정하기 위한 프레임 보디 위치 조정 부재; 상기 프레임 보디에 의해서 지지되고, 상기 제1 및 제2 프레임 보디들에 의해서 형성된 공간을 통하여 교체가능한 잠상 담지 부재; 상기 잠상 담지 부재에 현상제를 공급하기 위한 현상 유닛; 및 상기 프레임 보디 위치조정 부재에 대해 겹치지 않는 위치에 배치되고, 상기 프레임 보디에 대해 현상 유닛을 위치 조정하는 현상 위치 결정 부재;를 포함하는 프로세스 카트리지를 제공하는 것이다.
상기 현상 유닛은 현상제를 이송하는 현상제 담지 부재와, 상기 현상제 담지 부재의 내측에 제공되고, 사전에 결정된 주극(main pole) 방향을 갖는 자석 군을 포함하고; 상기 현상 위치 결정 부재는 상기 잠상 담지 부재와 상기 현상제 담지 부재를 위치 조정하는 위치 조정 부재 및, 상기 잠상 담지 부재에 대해 상기 자석 군의 주극 방향을 결정하는 각도 위치조정 부재를 포함할 수 있다.
상기 프로세스 카트리지는 상기 잠상 담지 부재 상의 잔류 토너를 소제하는 소제 유닛; 과 상기 프레임 보디 위치 결정 부재와 상기 현상 위치 결정 부재에 대해여 겹치지 않는 위치에 배치되고, 상기 프레임 보디에 대해 소제 유닛을 위치 조정하는 소제 위치 결정 부재를 추가 포함할 수 있다.
상기 프로세스 카트리지는 상기 잠상 담지 부재 상의 잔류 토너를 소제하는 소제 유닛; 과 상기 프레임 보디에 대해 상기 소제 유닛을 위치 조정하는 소제 위치 결정 부재를 추가 포함하고, 상기 소제 유닛은 상기 제1 및 제2 프레임 보디들에 의해서 형성된 공간을 통하여 교환 가능한 것일 수 있다.
상기 소제 유닛은 적어도 상기 잠상 담지 부재 상의 잔류 토너를 제거하는 소제 블레이드, 상기 잔류 토너의 대전 량을 제어하는 바이어스 롤러(bias roller) 및 상기 바이어스 롤러와 소제 블레이드에 부착된 토너를 회복시키는 회복 롤러를 포함하고; 상기 소제 위치 판별 부재는 상기 프레임 보디, 상기 바이어스 롤러 및 상기 회복 롤러들에 대하여 소제 블레이드를 위치 조정하는 블레이드 위치 조정 부재를 포함할 수 있고; 그리고 상기 소제 블레이드, 상기 바이어스 롤러 및 상기 회복 롤러들은 독립적으로 교체가능할 수 있다.
상기 프로세스 카트리지는 상기 잠상 담지 부재를 균일하게 대전시키기 위한 대전 유닛을 추가 포함할 수 있고, 상기 대전 유닛은 상기 프레임 보디 위치결정 부재, 상기 현상 위치 결정 부재 및 상기 소제 위치 결정 부재에 대하여 겹치지 않는 위치에서 상기 프레임 보디에 대하여 위치되는 것이다.
상기 프로세스 카트리지에서, 상기 잠상 담지 부재, 소제 유닛, 대전 유닛 및 현상 유닛들 중의 적어도 하나는 화상 형성 장치의 본체(main body)로부터 상기 프로세스 카트리지를 제거한 후, 교체될 수 있다.
상기 잠상 담지 부재는 화상 형성 장치의 본체에 제공된 구동 축에 삽입될 수 있다.
상기 프레임 보디는 구동 축을 수용하기 위한 구멍 부를 구비할 수 있다.
상기 프레임 보디는 제전 유닛 및 검출유닛을 포함할 수 있다.
상기 제전 유닛은 전기장 발광 램프(electroluminescence lamp)를 포함할 수 있다.
상기 검출 유닛은 상기 잠상 담지 부재의 전위(potential)를 검출할 수 있는 전위 센서, 상기 잠상 담지 부재상의 토너 량을 검출하기 위한 토너 농도 센서 및, 상기 프로세스 카트리지 내의 온도 및 습도를 검출하기 위한 온도 및 습도 센서들을 포함할 수 있다.
외부와의 연결을 위한 전기적 배선(wiring)들이 상기 프로세스 카트리지의 어느 한 위치를 통하여 연결가능하다.
현상 유닛은 0.93 내지 1.00 범위의 평균 원형도(circularity)을 갖는 토너를 사용할 수 있다.
상기 토너는 1.05 내지 1.40 범위의 체적 평균 입자 크기와 수 평균 입자 크기(a number average particle size)의 비율을 가질 수 있다.
상기 토너는 소축(minor axis) r2 과 대축(major axis) r1의 비율 r2/r1가 0.5 내지 1.0의 범위, 두께 r3 와 소축 r2의 비율 r3/r2 이 0.7 내지 1.0의 범위를 갖는 대략 구형의 입자로 이루어지고, r1≥r2≥r3의 관계를 만족할 수 있다.
상기 토너는 수용성 매체 내에서 토너 재료 용액을 교차 결합(cross linking) 반응 및/또는 연장(extension) 반응을 받도록 함으로써 제작될 수 있고, 여기서 상기 토너 재료 용액은 유기 용매, 적어도 질소 원자, 폴리에스터, 착색제 및 몰드 방출제를 포함하는 기능 군(functional group)을 갖는 폴리에스터 프리폴리머(prepolymer) 내에서 용해 또는 분산에 의해서 얻어진다.
상기 프로세스 카트리지는 토너 또는 새롭게 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함할 수 있다.
상기 프로세스 카트리지는 토너 공급을 받음으로써 재사용 가능하다.
상기 프로세스 카트리지는 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 잠상 담지 부재 상에 형성된 잠상을 토너 상으로 가시화하기 위한 화상 형성장치를 제공하는 것이며, 이는 상기에서 설명된 적어도하나의 탈착 가능한 프로세스 카트리지를 포함하고, 상기 잠상 담지 부재 및 현상 유닛 중의 적어도 하나는 상기 프로세스 카트리지에 관하여 교체 가능한 것이다.
상기 화상 형성 장치는 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 프레임 보디; 상기 프레임 보디에 의해서 지지되는 잠상 담지 부재; 상기 잠상 담지 부재에 토너를 공급하기 위한 현상 유닛; 상기 프레임 보디에 대하여 상기 현상 유닛을 위치 조정하는 현상 위치 결정 부재; 상기 잠상 담지 부재 상의 토너를 소제하는 소제 유닛; 및 상기 현상 위치 결정 부재에 대하여 겹치지 않는 위치에 배치되고, 상기 프레임 보디에 대하여 소제 유닛을 위치 조정하는 소제 위치 결정 부재;를 포함하는 프로세스 카트리지를 제공하는 것이다.
상기 현상 유닛은 현상제를 이송하는 현상제 담지 부재와, 상기 현상제 담지 부재의 내측에 제공되고, 사전에 결정된 주극(main pole) 방향을 갖는 자석 군을 포함하고; 상기 현상 위치 결정 부재는 상기 잠상 담지 부재와 상기 현상제 담지 부재를 위치 조정하는 위치 조정 부재 및, 상기 잠상 담지 부재에 대해 상기 자석 군의 주극 방향을 결정하는 각도 위치조정 부재를 포함할 수 있다.
상기 프레임 보디는 서로에 대해 이동가능한 적어도 제1 및 제2 프레임 보디들로 이루어져서 일정 공간을 형성하고, 상기 잠상 담지 부재는 상기 프레임 보디에 의해서 지지되고, 상기 제1 및 제2 프레임 보디들에 의해서 형성된 공간을 통하여 교체가능하며, 상기 프로세스 카트리지는 상기 현상 위치 결정 부재에 대해 겹치지 않는 위치에 배치되고, 상기 제1 및 제2 프레임 보디들을 위치 조정하는 프레임 보디 위치조정 부재를 추가 포함하는 것이다.
상기 소제 유닛은 상기 제1 및 제2 프레임 보디들이 서로에 대하여 이동되어 상기 공간을 형성한 후, 상기 소제 위치 결정 부재를 이동시킴으로써 교체 가능한 것이다.
상기 소제 유닛은 적어도 상기 잠상 담지 부재상의 잔류 토너를 제거하는 소제 블레이드, 상기 잔류 토너의 대전 량을 제어하는 바이어스 롤러 및 상기 바이어스 롤러와 소제 블레이드에 부착된 토너를 회복시키는 회복 롤러를 포함할 수 있고; 상기 소제 위치 결정 부재는 상기 프레임 보디, 바이어스 롤러 및 회복 롤러에 관하여 상기 소제 블레이드를 위치 조정하기 위한 블레이드 위치 조정 부재를 포함할 수 있고; 그리고 상기 소제 블레이드, 상기 바이어스 롤러 및 회복 롤러들은 독립적으로 교체 가능한 것이다.
상기 프로세스 카트리지는 상기 잠상 담지 부재를 균일하게 대전시키기 위한 대전 유닛을 추가적으로 포함할 수 있고, 상기 대전 유닛은 상기 프레임 보디 위치 결정 부재, 상기 현상 위치 결정 부재 및 상기 소제 위치 결정 부재들에 관하여 겹치지 않는 위치에서 상기 프레임 보디에 관련하여 위치된다.
또한 본 발명의 다른 목적은 잠상 담지 부재 상에 형성된 잠상을 토너 상으로 가시화하기 위한 화상 형성장치를 제공하는 것이며, 이는 상기에서 설명된 적어도 하나의 탈착 가능한 프로세스 카트리지를 포함하고, 상기 잠상 담지 부재, 상기 현상 유닛 및 소제 유닛 중의 적어도 하나는 상기 프로세스 카트리지에 관련하여 교체 가능한 것이다.
상기 화상 형성장치는 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함할 수 있는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 화상 형성장치에 관련하여 탈착 가능하도록 된 프로세스 카트리지를 제공하는 것이며, 잠상 담지부재; 및 상기 잠상 담지 부재에 일체로 제공된 적어도 3개의 프로세스 유닛들을 포함하고, 상기 잠상 담지 부재와 프로세스 유닛 각각은 독립적으로 탈착 가능한 것이다.
상기 프로세스 카트리지에서, 3개의 프로세스 유닛들은 소제 유닛, 현상 유닛 및 대전 유닛들을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 화상 형성장치에 관련하여 탈착 가능하도록 된 프로세스 카트리지를 제공하는 것이며, 이는 프레임 보디; 상기 프레임 보디에 의해서 지지되는 잠상 담지 부재; 및 상기 잠상 담지 부재에 일체로 제공되고 그리고 상기 프레임 보디에 의해서 지지되는 적어도 하나의 프로세스 유닛을 포함하고, 상기 잠상 담지 부재와 적어도 하나의 프로세스 유닛들은 독립적으로 탈착 가능한 것이다.
상기 잠상 담지 부재와 적어도 하나의 프로세스 유닛은 다른 프로세스 유닛들의 제거를 필요로 하지 않고 교체 가능한 것이다.
상기 잠상 담지 부재와 적어도 하나의 프로세스 유닛은 화상 형성장치로부터 상기 프로세스 카트리지를 제거한 후 교체될 수 있다.
상기 잠상 담지 부재는 상기 적어도 하나의 프로세스 유닛을 상기 프레임 보디로부터 제거시키지 않고서도 상기 프레임 보디로부터 탈착 가능한 것이다.
상기 프로세스 카트리지에서, 소제 유닛이 하나의 처리 유닛을 형성할 수 있고, 상기 잠상 담지 부재는 상기 소제 유닛의 회전 후에 상기 프레임 보디로부터 제거가능한 것이다.
상기 프로세스 카트리지는 또한 상기 프레임 보디에 관련하여 상기 소제 유닛을 위치 조정하는 소제 위치 결정 부재를 추가 포함할 수 있다.
상기 소제 유닛은 코팅 롤러와 윤활제 보디를 포함하는 코팅 메카니즘을 포함할 수 있고, 상기 코팅 메카니즘은 상기 잠상 담지 부재 상에 윤활제를 코팅한다.
상기 소제 유닛은 소제 블레이드를 포함하고 상기 윤활제 보디는 교체 가능한 것이다.
상기 프로세스 카트리지는 하나의 프로세스 유닛을 형성하는 대전 유닛을 추가로 포함할 수 있고, 상기 프레임 보디는 대전 유닛을 수용하는 홈(recess)을 포함한다.
상기 프로세스 카트리지는 현상 유닛; 과 상기 프레임 보디에 관련하여 상기 현상 유닛을 위치 조정하는 현상 위치조정 부재를 추가 포함한다.
상기 현상 위치 결정 부재는 상기 현상 유닛의 현상 기준 축을 베어링을 형성하는 상기 프레임 보디 내의 구멍에 관련하여 위치시킬 수 있다.
상기 잠상 담지 부재는 상기 프로세스 카트리지가 화상 형성장치 내에 장착되는 때에, 상기 화상 형성장치의 구동 축을 수용할 수 있다.
상기 프레임 보디는 베어링을 형성하고 화상 형성장치의 구동 축을 수용하는 구멍을 포함할 수 있다.
또한 상기 프로세스 카트리지는 상기 프레임 보디 상에 제공된 제전 유닛(discharge unit); 과 상기 프레임 보디 상에 제공된 검출 유닛을 추가 포함할 수 있다.
상기 검출 유닛은 상기 잠상 담지 부재의 전위를 검출하기 위한 전위 센서, 상기 잠상 담지 부재상의 토너 량을 검출하기 위한 토너 농도 센서 및 상기 프로세스 카트리지 내의 온도와 습도를 검출하기 위한 온도 및 습도 센서들을 포함할 수 있다.
상기 프로세스 카트리지는 상기 토너 또는 새롭게 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함할 수 있다.
상기 프로세스 카트리지는 토너 공급을 받음으로써 재사용될 수 있다.
상기 프로세스 카트리지는 또한 보급된 토너를 수용하는 수용 부를 추가 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 잠상 담지 부재상에 형성된 잠상을 토너 화상으로 가시화하기 위한 화상 형성장치를 제공하는 것으로서, 상기에서 설명된 적어도 하나의 탈착 가능한 프로세스 카트리지를 포함하고, 상기 잠상 담지 부재, 상기 현상 유닛 및 소제 유닛들 중의 적어도 하나는 상기 프로세스 카트리지에 관련하여 교체 가능한 것이다.
상기 화상 형성장치는 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 프로세스 카트리지와 본 발명의 화상 형성장치에 따르면, 상기 프로세스 카트리지 자체를 교체하는 것이 가능하고, 상기 잠상 담지 부재와 각각의 프로세스 유닛을 쉽게 교체할 수 있다. 그리고, 상기 화상 형성장치에 관련하여 상기 프로세스 카트리지의 조립 기준과 위치 결정 부재를 제공하는 가이드를 사용하여 상기 프로세스 카트리지를 위치시키는 것이 가능하다. 또한 소모되거나 마모되고 각각 다른 사용 수명을 갖는 부품 및 유닛들을 독립적으로 교체하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 목적들 및 추가적인 특징들은 첨부된 도면에 관련하여 이하에서 설명되는 상세한 설명으로부터 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 프로세스 카트리지의 실시 예 구조를 도시한 외관 사시도;
도 2는 상기 프로세스 카트리지의 실시예 구조를 도시한 단면도;
도 3A 및 3B는 화상 형성장치의 전방 측 및 후방 측으로부터 각각 도시한 사시도로서, 프로세스 카트리지 프레임 보디의 일반적인 구조를 도시한 도면;
도 4는 광 전도성 보디의 일반적인 구조를 도시한 사시도;
도 5는 화상 형성장치에 조립되는 프로세스 카트리지의 후방 측에서의 단계를 도시한 다이아그램;
도 6은 화상 형성장치에 조립되는 프로세스 카트리지의 전방 측에서의 상태를 도시한 다이아그램;
도 7은 광 전도성 보디의 광 전도성 층 구조를 도시한 단면도;
도 8A 및 도 8B는 대전 모듈을 각각 도시한 사시도 및 측면도;
도 9는 대전 모듈의 구조를 도시한 사시도;
도 10은 대전 모듈의 대전 부재에 접촉하는 전극 부의 구조를 확대하여 도시한 사시도;
도 11은 대전 모듈의 구조를 도시한 사시도;
도 12는 상기 대전 모듈이 프로세스 카트리지 내에 장착되는 상태를 도시한 사시도;
도 13은 상기 대전 부재의 일반적인 구조를 도시한 다이어그램;
도 14A 및 14B들은 각각 현상 모듈의 일반적인 구조를 도시한 사시도 및 측면도;
도 15는 현상 모듈의 다른 구조를 도시한 단면도;
도 16은 현상 슬리브의 구조를 도시한 단면도;
도 17은 현상 모듈이 적재되는 상태를 도시한 사시도;
도 18은 현상 모듈이 적재된 상태를 도시한 사시도;
도 19는 각도 위치 결정 부재의 구조를 도시한 사시도;
도 20은 소제 모듈의 구조를 도시한 단면도;
도 21은 소제 모듈이 장착되는 상태를 도시한 사시도;
도 22는 다른 소제 모듈이 제2 프레임 보디에 장착되는 상태를 도시한 사시도;
도 23은 소제 모듈 내의 소재 보조모듈(submodule) 구조를 도시한 사시도;
도 24는 제2 프레임 보디가 회전되어 개방 공간을 형성하고, 상기 소제 보조모듈들이 상기 개방 공간으로부터 제거된 상태를 도시한 사시도;
도 25는 상기 광 전도성 보디가 상기 프로세스 카트리지로부터 제거되고 분리되는 상태를 도시한 사시도;
도 26은 상기 광 전도성 보디가 상기 프로세스 카트리지로부터 제거되고 분리된 상태를 도시한 사시도;
도 27은 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 실시 예 구조를 도시한 다이어그 램.
도 28A 및 28B는 각각 형상 팩터 SF-1 과 형상 팩터 SF-2를 설명하기 위한 토너 형상을 나타내는 다이어그램; 및
도 29A는 토너의 일반적인 형상을 나타낸 사시 도이고, 도 29B 및 29C는 각각 x-z 평면 및 y-z 평면을 따라서 절단된 토너를 각각 도시한 단면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 프로세스 카트리지(process cartridge)의 일 실시예의 구조를 사시도로 도시하고 있고, 도 2는 상기 프로세스 카트리지의 실시예를 단면도로 도시하고 있다.
도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 프로세스 카트리지 1은 프로세스 카트리지 프레임 보디 2로 구성된다, 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2는 잠상 담지 부재, 각각의 프로세스 수단 또는 유닛으로 제공되는 대전 수단 또는 유닛, 현상 수단 또는 유닛 및, 소제 수단 및 유닛을 구비한다. 예를 들어 잠상 담지 부재는 광전도성 보디 3에 의하여 형성되고, 상기 대전 수단 또는 유닛은 대전 모듈 4로 구성되고, 상기 대전 수단 또는 유닛은 대전 모듈 5로 구현되고, 상기 소제 수단 또는 유닛은 소제 모듈 6로 구성될 수 있다. 상기 프로세스 카트리지 1은 교체 가능하다. 추가로 나중에 설명하듯이 상기 프로세스 카트리지 1이 화상 형성 장치 100의 메인 보디에서 분리될 때, 상기 각각의 광전도성 보디 3, 대전 모듈 4, 현상 모듈 5 및, 소제 모듈 6은 새로운 보디 또는 모듈(이하에서는 간단하게 '모듈'이라 한다)로 교체될 수 있다. 더하여 각각의 모듈은 그 자체가 작업자(service man)나 사용자에 의하여 독립적으로 취급될 수 있다.
도 3A 및 3B는 상기 화상 형성 장치 100의 정면과 후면에서 보는 프로세스 카트리지 프레임 보디 2의 일반적인 구조를 각각 사시도로 도시하고 있다.
상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2는, 열림 위치(open position)와 닫힘 위치(closed position)사이에서 회전축을 구현하는 단속부(engaging part) 2c에 대하여 피봇 가능한 부재로 단속되는 제 1 프레임 보디2a와 제 2 프레임 보디 2b로 구성된다. 닫힘 위치에서, 상기 제 1 및 제 2 프레임 2a,2b들은 광전도성 보디 3을 둘러싸고 따라서, 상기 광전도성 보디 3은 분리될 수 없다. 돌출부(projecting portion)와 구멍부(hole portion)(모두 미도시)들이 각각의 제 1 및 제 2 프레임 보디 2a,2b에 제공되고, 각각의 돌출부는 상기 구멍 부를 통하여 삽입되도록 구멍부에 대응하여 형성된다. 상기 단속부 2c는 구멍부에서 부터 돌출부가 미끄러지는 것을 방지하도록 링 형상으로 돌출부를 단속한다. 더하여, 닫힘 위치에서 상기 제 1 및 제 2 프레임 보디 2a,2b들이 오버랩(overlap)하는 부분에 제공된 개구(open)에 대응하는 2개의 핀이 프레임 보디 위치결정부재(positioning member) 74를 관통하고, 이에 따라 상기 제 1,2 프레임 보디 2a,2b들은 동시에 위치 결정되고 고정된다. 따라서 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2를 일체로 형성하지 않고도 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2는 제 1 및 제 2 프레임 보디 2a,2b들로 부터 조립될 수 있고, 상기 제 1,2 프로세스 프레임 보디들은 쉽게 분리될 수 있다. 이와 같은 이유로 다음에 설명하듯이, 상기 광전도성 보디 3과 각각의 프로세스 수단 또 는 유닛 4들은 독립적으로 교체될 수 있다. 특히, 제 1 및 제 2 프레임 보디 2a,2b들은 상기 회전축을 구현하는 단속부 2c에 대하여 피봇 가능하지만, 반드시 상기 제 1 및 제 프레임 보디 2a,2b들의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 프레임 보디2a,2b들은 제 1 및 제 2 프레임 보디들이 열림 위치와 닫힘 위치 사이에서 슬라이딩 가능한 구조일 수 있다.
상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2는 도 2에서 도시한 하나 또는 그 이상의 감지수단(detecting means) 또는 유닛을 구비할 수 있다. 상기 감지수단 또는 유닛은 상기 프로세스 카트리지 1의 내부 온도와 습도를 감지하는 온도와 습도 센서 21, 상기 광전도성 보디 3의 전위(potential)을 감지하는 전위 센서 22 및 현상후 상기 광전도성 보디 3상에서 현상된 토너의 양을 감지하는 토너 밀도 센서 23을 포함할 수 있다.
상기 온도와 습도 센서 21은 상기 제 2 프레임 보디 2b상에 배치된다, 상기 온도와 습도 센서 21은 양극 및 음극 온도 특성을 갖는 마이트로 온도 감지 요소(sensing element)와 같은 감지 요소로 온도와 습도를 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로 감지 요소는 양극 온도 특성을 갖는 마이크로 스트립, 플라티늄으로 된 얇은 필름 또는 서미스터, 텅스턴, 니크롬 또는 칸탈(kanthal) 및, 음극 온도 특성을 갖는 카본 규소 화합물(SiC) 또는 탄탈 질화물(nitride)로 만들어 질 수 있다. 도 2에서 도시된 실시예에서, 상기 온도와 습도 센서 21은 제 2 프레임 보디 2b의 상부에 배치되지만, 상기 온도와 습도 센서 21의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전위 센서 22는 상기 제 2 프레임 보디 2b상에 배치되고, 상기 화상 형성 장치 100의 메인 보디내에 콘트롤러(controller)에 의하여 제어될 수 있는 전위 감지부로 구성된다. 상기 전위 센서 22는 상기 광전도성 보디 3의 표면에서 부터 1mm 내지 3 mm 정도의 갭을 두고 떨어져 있어 상기 광전도성 보디의 표면 전위를 감지할 수 있다. 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 전위 센서 22는 그 방출 레이져 빔의 하류측 상에 있는 상기 제 1 프레임 보디 2a의 상부에 대전 모듈 4와 현상 모듈 5사이에 배치된다. 이와 같은 위치에서, 상기 전위 센서 22의 전위 감지부는 파편-형태(patch-shaped)의 굵은 검정 부분인 잠상으로 형성되는 광전도성 보디 3의 전위를 감지하고, 감지된 전위의 감지 신호(signal)는 신호 라인(signal line)(또는 전송 기구(wire harness))을 통하여 상기 화상 형성 장치 100의 콘트롤러로 전송된다. 상기 화상 형성 장치 100의 콘트롤러는 상기 감지 신호에 근거하여 상기 현상 모듈 5에 인가되는 현상 바이어스 전압의 양을 결정하고, 상기 현상 모듈 5에 적당한 현상 바이어스 전압이 인가된다. 물론 상기 전위 센서 22의 위치는 위에서 설명한 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전위 센서 22는 백색 바탕 부분(white background part)인 잠상으로 형성되는 상기 광전도성 보디 3의 전위 및, 상기 감지 신호를 근거로 제어되는 굵은 검정 부분(solid black part)을 형성하는 빛의 양(또는 밀도) 및/또는 레이져 빔의 방출 시간을 감지할 수 있다.
상기 토너 밀도 센서 23은 상기 제 1 프레임 보디 2a상에 배치된다. 상기 광전도성 보디 3상의 화상 형성 영역을 벗어나서 형성된 상기 굵은 검정 부분인 잠상은 토너에 의하여 발생되고, 상기 굵은 검정 부분에 부착된 토너의 양은 화상 톤 (tone)으로서 토너 밀도 센서 23에 의하여 광학적으로 감지된다. 감지된 부착 토너의 양에 대한 신호는 화상 형성 장치 100의 콘트롤러에 전송된다. 상기 토너 밀도 센서 23은 LED와 같은 발광 요소(light emitting element)와 수광 요소(light receiving element)(미도시)로 구성되고, 상기 굵은 점정 부분의 발광 요소로 부터 광을 조사하고, 상기 수광 요소에 의하여 굵은 검정 부분으로 부터 반사된 광의 양을 감지함으로서, 상기 광전도성 보디 3에 부착된 토너의 양을 감지한다. 상기 현상 모듈 5내에서 조절되는 현상제(developing agent)(또는 현상기)의 토너 밀도는 상기 토너 밀도 센서 23으로 부터의 감지 신호를 근거로 한 화상 형성 장치 100의 콘트롤러에 저장된 값들(table)로 부터 결정된다. 상기 토너 밀도 센서 23은 상기 현상 모듈 5의 하류측에 배치되어 있다.
상기 제 1 프레임 보디 2a 또는 제 2 프레임 보디 2b상에 여러 형태의 센서들을 배치함으로서, 상기 프로세스 카트리지 1의 각 프로세스 수단 또는 유닛을 쉽게 교체하는 것을 가능하게 된다. 추가로, 교체 가능하고 저비용의 프로세스 수단 또는 유닛들의 구현을 가능하게 한다.
도시되지 않은 신호 라인(signal line)(또는 전송 기구)은 상기 프로세스 카트리지 1의 후방측에 집중 배치되고, 상기 프로세스 카트리지 1의 후방측에 배치된 콘넥터 부 2d와 집합적으로 연결되어 있다. 상기 콘넥터 부 2d는 화상 형성 장치 100의 메인 보디의 콘넥터 부에 연결된다. 앞에서 언급한 요소 센서들과 연결된 상기 신호 라인(또는 전송 기구)들은 회전축을 형성하는 단속부 2c를 따라 형성된 통로(route)로서 상기 콘넥터 부 2d에 연결된다. 따라서, 상기 프로세스 카트리지 프 레임 보디 2의 제 1,2 프레임 보디 2a,2b들은 자유롭게 피봇(또는 회전)될 수 있고, 이에 따라 각각의 프로세스 수단 또는 유닛의 교체가 용이하게 된다.
예를 들어, 사전전사(pretransfer) 방전 유닛 25와 사전소제(precleaning) 방전 유닛 26을 제공하는 것을 가능하게 한다. 전사 영역(transfer region)의 상류측에 사전전사 방전 유닛 25을 배치하고, 전사 영역의 하류측과 상기 소제 모듈 6의 상류측에 사전소제 방전 유닛 26을 배치하고, 상기 광전도성 보디 3상에 전하를 감쇠시킴으로서, 전사와 소제가 용이하게 이루어진다. 특히 상기 사전소제 방전 유닛 26은 상기 광전도성 보디 3에 전사되지 않은 잔류 토너의 소제를 용이하게 한다. 레이져 다이오드(LD), LED, 전자 발광구(EL), 및 형광 램프와 같은 발광 수단들이 상기 사전전사 방전 유닛 25와 사전소제 방전 유닛 26을 위하여 사용되는데, 상기 수단으로 부터 방출된 광에 광전도성 보디 3를 노출시키고, 상기 광전도성 보디 3상의 전하를 감쇠시키기 위하여 사용된다. 바람직하게는 LD 또는 EL을 발광 수단으로 사용하는 것이지만, 가장 바람직하게는 구조가 간단한 El을 발광 수단으로 사용하는 것이다. 물론, 사전대전(precharging) 방전 유닛이 대전 모듈 4의 상류측에 상기 광전도성 보디 3상의 잔류 전위를 제거하고 상기 광전도성 보디 3의 전하를 일정하게 하기 위하여 대전전에 방전을 수행하도록 제공될 수 있다.
도 4는 상기 광전도성 보디의 일반적인 구조를 도시한 시사시이고, 도 5는 화상 형성 장치내에 조립되는 프로세스 카트리지의 후방측의 조립상태를 도시한 배치도이다. 도 6은 화상 형성 장치내에 조립되는 프로세스 카트리지의 후방측의 조립상태를 도시한 배치도이다.
도 4에서 도시된 바와 같이, 상기 광전도성 보디 3은 원통형 알루미늄 기판 35의 광전도 층36으로 제공된다. 어떤 경우 상기 광전도성 보디 3은 원통형 형상이고 원통체의 내부 양단부에 제공된 플렌지 31과 32을 구비한다.
도 5에서 도시된 바와 같이, 상기 프로세스 카트리지 1의 후방측 플렌지 32의 중심부는 화상 형성 장치 100의 메인 보디에 구비된 구동 샤프트(driving shaft) 101을 수용하는 베어링 33으로 구성된다. 기어 34들은 상기 베어링 33의 내표면에 배치되고, 상기 기어 34들은 상기 구동 샤프트 101에 구비된 기어 102들과 맞물린다.
도 6에서 도시된 바와 같이, 상기 프로세스 카트리지 1의 전방측 플렌지 31의 중심부는 단속부 37f로 구성된다. 상기 프로세스 카트리지 1의 내부에 상기 광전도성 보디 3을 인가할 때, 상기 단속부 37f는 제 1 프레임 보디 2a에 설치된 위치결정부(positioning part) 2e를 단속한다. 상기 위치결정부 2e는 임의 방향에서 스프링(미도시)에 의하여 접촉되고, 따라서 상기 광전도성 보디 3을 뒤로 밀게된다. 상기 광전도성 보디 3은 상기 위치결정부 2e에 대하여 플렌지 32의 단속부 37f를 미는 동안, 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2의 내부로 상기 광전성 보디 3을 탑재하도록 하여 프로세스 카트리지 내로 탑재될 수 있게 되고, 상기 광전도성 보디 3은 역으로 상기 프로세스 카트리지 1로 부터 분리될 수 있다. 상기 광전도성 보디 3이 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2의 측면 플레이트 11상에 구비된 지지부 12에 의하여 간단하게 지지되는 경우, 상기 광전도성 보디 3의 위치결정은 그리 정밀하지 않아도 화상 형성 장치의 작동은 가능하게 된다. 상기 화상 형성 장 치 100은 장치의 메인 보디의 후방측 플레이트 111r에 있는 베어링 103을 구비하고, 이에 대응하는 구멍부 13이 상기 프로세스 카트리지 1의 프레임 보디 2의 후방측 플레이트 11r에 제공된다. 상기 구동 샤프트 101은 상기 프로세스 카트리지 1의 구멍부 13에 고정되고 이에 따라 상기 화상 형성 장치 100과 프로세스 카트리지 1은 위치결정된다.
상기 구동 샤프트 101은 광전도성 보디 3의 플렌지 31의 베어링 33에 삽입되고, 상기 구동샤프트 101의 기어 102들은 상기 플렌지 31의 기어들 34과 맞물린다. 상기 화상 형성 장치 100의 메인 보디에 제공되는 상기 구동샤프트 101이 회전되면, 상기 구동샤프트 101의 기어 102들은 광전도성 보디에 있는 기어 34들을 통하여 상기 광전도성 보디 3을 회전시킨다. 추가로 상기 광전도성 보디 3은 상기 프로세스 카트리지 1의 지지부 11상에 고정되어 있지 않고 단지 그 것에 의해 지지되어 있다. 상기 광전도성 보디 3은 광전도성 보디 3의 내부로 화상 형성 장치 100의 구동 샤프트 101을 고정함으로서 위치 결정된다. 또한 상기 화상 형성 장치 100의 구동 샤프트 101은 동시에 상기 프로세스 카트리지 1과 광전도성 보디 3을 위치 결정 시킨다. 상기 광전도성 보디 3을 고정밀도로 구동시키기 위하여, 싱기 광전도성 보디 3의 회전 샤프트를 지지하는 것이 바람직하지만, 본 실시에에서는 상기 구동샤프트 101은 상기 화상 형성 장치 100의 메인 보디에 제공되고, 상기 구동 샤프트 101은 상기 프로세스 카트리지 1을 통과하면서 위치 결정시킨다. 결과적으로, 저비용의 광전도성 보디 3과 프로세스 카트리지 1을 제작하는 것이 가능하고, 또한 상기 광전도성 보디 3과 프로세스 카트리지 1의 고정밀 회전 구동을 가능하게 한다.
도 7은 상기 광전도성 보디의 광전도성 층의 구조를 도시한 단면도이다.
도 7에서 도시된 광전도성 보디 3의 기판 35는 알류미늄, 구리 및 스틸 또는 금속 합금과 같은 금속재질로 만들어져 있다. 상기 기판 35는 압출 성형과 인발 공정을 통하여 금속이나 금속합금을 처리한 원통 파이프 형태이고, 그 표면은 절단, 마무리, 연마 등의 표면 처리 공정을 거쳐 최종적으로 원통형 드럼으로 제공된다.
광 전도성 층 36은 주성분으로서 전하 생성 재료를 갖는 전하 생성 층 36a과, 상기 광 전도성 보디 3 또는 기질 35의 표면에 생성된 전하를 이동시키는 전하 이동 층 36b으로 형성된다. 상기 전하 생성층 36a은 적절한 용매 내에 전하 생성 재료를 만일 필요하다면 바인더 수지와 함께, 볼 밀, 어트리터(attriter), 샌드 밀, 초음파 또는 그와 유사한 것들을 사용하여 분산시키고, 상기 전하 생성 재료를 전도성 지지대상에 피복하여 그 위에서 건조시킴으로서 형성될 수 있다. 공지된 전하 생성 재료들이 전하 생성 층 36a을 형성하도록 사용 가능하다. 전하 생성 층 36a 으로서 사용가능한 전형적인 전하 생성 재료들은 모노 아조 색소(mono azo pigment), 디 아조(di azo) 색소, 트리스 아조(tris azo) 색소, 페릴렌 기초 색소, 페리논 기초 색소, 퀴나크리돈 기초 색소, 퀴논 기초 응축 폴리싸이클릭 화합물, 스퀘알릭 산 기초 염료, 프타놀시안 기초 색조, 나프탈로시안 기초 색조 및 아줄네늄 염 기초 염료등을 포함한다.상기 아조 색조 및/또는 프탈로시안 기초 색조는 특히 전하 생성 재료로서의 사용에 적합하다.
상기 전하 이동 층 36b은 전하 생성(이송) 재료 및 바인더 수지를 적절한 용 매에 용해 또는 분산시키고, 상기 전하 생성 재료를 전하 생성 층 36a 상에 피복시켜 건조시킴으로써 형성가능한 것이다. 가소제, 평활제(leveling agent), 산화 방지제 또는 그와 유사한 것들이 만일 필요하다면, 전하 생성 재료에 부가될 수 있다. 상기 전하 생성 재료는 구멍 생성(또는 이송) 재료와 전자 생성(또는 이송) 재료들로 분류될 수 있다. 예를 들면, 상기 전하 생성 재료는 크로라닐, 브로마닐, 및 테트라시아노에틸렌을 포함하고, 상기 구멍 생성 재료는 폴리-N-비닐카바졸 및 그 유도체(derivative), 폴리-γ-카바졸에틸그루타메이트 및 그 유도체, 파이렌-포름알데히드 응축 재료 및 그 유도체, 폴리비닐파이렌 및 폴리비닐페난틸렌(polyvinylphenanthrene) 등을 포함한다.
광 전도성 층 36을 보호하기 위하여, 보호 층 36c이 상기 광 전도성 층 36상에 제공될 수 있다. 필터가 상기 보호 층 36c상에 제공되어 마모(마멸) 저항을 개선할 수 있다. 필터 경도의 관점에서, 무기 필터 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 실리카, 티타늄 산화물 및 알루미나 등이 상기 무기 필터 재료로서 사용되는 경우에 특별히 효과적이다.
도 8A 및 8B들은 각각 대전 모듈을 나타낸 사시도 및 측면도이다. 도 9는 대전 모듈의 일반적인 구조를 도시한 사시도이다.
도 8A, 8B 및 9에 도시된 바와 같이, 상기 대전 모듈 4은 상기 광 전도성 보디 3에 마주하도록 배치된 대전 부재 42, 상기 대전 부재 42가 진동하는 것을 방지하고, 스프링 부재 43와 대전 부재 42 상의 오염물을 소제하는 대전 소제 롤러 44, 스페이서 부재 45, 지지 부재 46 및 이러한 부재들 42 내지 46들을 수용하는 하우 징 41 들을 포함한다. 상기 대전 부재 42와 대전 소제 롤러 44들은 지지 부재 46에 의해서 회전가능하도록 지지된다. 상기 지지 부재 46들은 상기 하우징 42으로부터 분리되는 방향으로, 즉 상기 광 전도성 보디 3의 회전 축으로 향하는 방향으로 스프링 부재 43에 의해서 밀려지며, 그것의 이동은 하우징 41상에 형성된 제한 부재 41a에 의해서 제한된다. 따라서 상기 설명된 구조를 채택함으로써, 대전 모듈 4이 프로세스 카트리지 1에 적재되면, 상기 대전 부재 42는 스페이서 부재 45의 제공에 의해서 광 전도성 보디 3로부터 적절한 거리를 유지하고, 대전 부재 42는 진동이 방지된다. 상기 대전 모듈 4은 도표화(charting) 수단 또는 유닛을 형성하는 것으로서, 광 전도성 보디 3의 적재 또는 비적재 상태와는 무관하게 독립적으로 교체 가능한 것이다.
도 10은 대전 모듈의 대전 부재에 접촉하는 전극 부의 일반적인 구조를 도시한 확대 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 전극 부 47는 대전 모듈 4의 하우징 41 상에 제공된다. 상기 전극 부 47는 상기 롤러 형 대전 부재 42를 회전가능하게 지지하는 베어링 47a과, 상기 프로세스 카트리지 1의 외부에 제공된 고전압 공급원(미 도시)에 연결된 접촉식 전원 공급 부를 포함하는 전원 공급 단자 48를 포함한다.
상기 전원 공급 단자 48는 상기 접촉식 전원 공급 부 48c로부터 대전 부재 42 측으로 향하는 방향으로 상기 대전 모듈 4의 하우징 41을 따라서 연장한다. 슬라이더 방식의 전원 공급 부 48a가 상기 전원 공급 단자 48의 일단에 제공되며, 상 기 대전 부재 42의 축으로 전원을 공급하도록 구성되며, 동시에 상기 전원 공급 단자 48를 형성하는 재료의 탄성에 의해서 이러한 축에 밀려지는 상태로 상기 축의 외주면과 슬라이딩 접촉한다. 한편, 슬라이더 방식의 전원 공급 부 48b는 상기 전원 공급 단자 48의 타단부에 제공되며, 상기 대전 부재 42의 축에 전원을 공급하도록 구성되며, 동시에 상기 전원 공급 단자 48를 형성하는 재료의 탄성에 의해서 이러한 축의 단부 표면에 대해 밀려지는 상태로 상기 축의 단부 표면과 슬라이딩 접촉한다. 슬라이더 타입의 전원 공급 부 48a, 49b 모두를 제공하는 것이 필수적은 아니며, 단지 슬라이더 타입의 전원 공급 부 48a, 49b 중의 하나 만이 제공될 수 있다. 그러나, 상기 두 개의 슬라이더 타입의 전원 공급 부 48a, 49b 들이 제공되는 때에는, 다수의 부품들을 통하여 전원을 공급함으로써 보다 적극적으로 전원을 공급하는 것이 가능하다.
기어 42e가 대전 부재 42의 축 부에 고정된다. 이하에서 설명 예정인 대전 모듈 4이 프로세스 카트리지 1에 적재되는 상태로, 상기 기어 42e는 그것을 통하여 대전 부재 42를 회전시키는 구동 메카니즘(미 도시)에 결합한다. 상기 지지 부재 46는 대전 부재 42의 축을 지지하는 지지 부 46b를 갖는다. 상기 지지 부재 46는 하우징 41 상에 제공되는 안내 부 41b를 따라서 도 8B에서 수직으로 이동가능한 것이다. 상기 스프링 부재 43는 상기 지지 부재 46와 하우징 4 사이의 밀음 부(an urging part)로서 제공된다. 상기 지지 부재 46는 스프링 부재 43에 의해서 하우징 41으로부터 분리되는 방향으로 밀려지고, 즉 광 전도성 보디 3의 회전 축을 향하는 방향으로 밀려지며, 그리고 상기 지지 부재 46의 이동은 하우징 41상에 형성된 제 한 부 41a에 의해서 제한된다. 상기 설명된 구조를 채택함으로써, 대전 부재 42는 상기 스페이퍼 부재 45에 의해서 제공되는 것만큼 광 전도성 보디 3로부터 적정 간격을 유지하며, 상기 대전 부재 42는 대전 모듈 4이 프로세스 카트리지 1 내에 적재되는 경우, 진동이 방지되는 것이다. 그리고, 상기 대전 모듈 4을 제거하는 경우, 대전 모듈 4을 그 자체로서 취급하는 것이 가능하다.
상기 대전 부재 42의 표면에 접촉하고 소제하는 소제 메카니즘이 대전 모듈 4의 하우징 41 내에 제공된다. 이러한 실시 예에서는, 대전 소제 롤러 44들이 소제 메카니즘으로서 제공된다. 도 9에 도시된 대전 소제 롤러 44들은 도8B에 도시된 바와 같은 대전 모듈 4의 하우징 41의 측판 들에 제공된 지지 부 46a들 내로 삽입되며, 상기 지지 부 46a에 의해서 회전가능하도록 지지된다. 대전 소제 롤러 44 들은 대전 롤러 42에 접촉하고 상기 대전 롤러 42의 외주 표면을 소제한다. 토너, 종이 먼지 및 여러 부재들의 조각난 가루들과 같은 이물질들이 대전 롤러 42의 표면상에 부착하면, 비정상적인 제전이 일어날 수 있다.
그러나, 그와 같은 비정상적인 제전은 상기 대전 소제 롤러 42들에 의해서 대전 롤러 44의 표면을 소제함으로써 방지될 수 있다. 바람직하게는, 상기 대전 소제 롤러 44 들은 도 9에 도시된 바와 같은 롤러 형상을 갖고, 회전하는 동안에 상기 대전 롤러 42의 표면을 소제한다. 각각의 대전 소제 롤러 44는 그 자중에 의해서 상기 대전 부재 42에 접촉한다. 그러나, 각각의 소제 롤러 44는 스프링에 의해서 밀려지거나 또는 무게가 인가됨으로써 상기 대전 부재 42에 접촉할 수 있다. 물론, 상기 대전 소제 롤러 44 들은 브러쉬 부재 또는 연속적인 다공성 부재로서 형 성가능하다.
상기 대전 부재 42와 광 전도성 보디 3 사이의 간격은 100㎛ 이하 또는 바람직하게는 20㎛ 내지 50㎛의 범위에서 상기 스페이서 부재 45에 의해서 설정된다. 이와 같은 간격을 유지함으로써, 대전 모듈 4이 작동하는 때에, 비정상적인 화상의 형성을 억제하는 것이 가능하다. 이와 같은 간격은 상기 프로세스 카트리지 1와 대전 모듈 4을 고정하는 고정 부 15에 의해서 조절가능한 것이다. 상기 대전 롤러 42는 낮은 마찰 계수를 갖는 수지로서 이루어진 베어링 상에 제공되는 스프링 부재 43에 의해서 상기 광 전도성 보디 3의 표면으로 향하는 방향으로 밀려진다. 결과적으로, 상기와 같은 간격은 기계적인 진동이 일어나거나 또는 코어 금속이 이탈한다 하여도 일정하게 유지될 수 있다.
도 11은 대전 모듈의 일반적인 구조를 도시한 사시도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 핸들 부 41a는 대전 모듈 4의 대략 하우징 41 중앙 부에 제공된다. 상기 핸들 부 41는 기하학적 구조의 변경, 예를 들면 하우징 41의 일 부분에 제공된 볼록부 및/또는 오목 부들에 의해서 형성되어 대전 모듈 4의 취급을 그 자체만으로 용이하게 한다.
도 12는 대전 모듈이 프로세스 카트리지에 적재된 상태를 도시한 사시도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 대전 모듈 4은 상기 프로세스 카트리지 1의 측판 11f 및 11r상에 제공된 고정부 15f 및 15r 사이로 삽입된다. 상기 대전 모듈 4은 상기 고정부 15f 와 15r 사이에 장착됨으로써 위치되고, 제2 프레임 보디 2b상에 고정된다.
상기 참조 부호 "11" 및 "15"에 부여된 참조 문자 "f" 는 상기 프로세스 카트리지 1의 전방 측을 나타내고, 상기 참조 부호 "11" 및 "15"에 부여된 참조 문자 "r"은 프로세스 카트리지 1의 후방 측을 나타낸다.
도 13은 대전 부재의 일반적인 구조를 도시한 다이어그램이다. 상기 대전 모듈 4의 대전 부재 42는 임의의 적절한 구조를 가질 수 있지만, 롤러의 형상이 바람직하다. 도 13에 도시된 바와 같은 대전 부재 42는 코어 금속(a core metal)으로 이루어진 그리고 중앙에 제공된 축 부 42a 와 본체 부 42b를 포함한다. 상기 본체 부 42b는 상기 축 부 42a의 주위에 제공된 중간 레지스터 층 42c 과 상기 중간 레지스터 층 42c 주위에 제공되고 가장 외층을 형성하는 표면 층 42d으로 이루어진다. 예를 들면, 상기 축 부 42a는 스테인레스 강 및 알루미늄 등과 같이 고 강도와 고 전도성을 갖고, 8mm 내지 20mm 의 직경을 갖는 금속으로 이루어진다. 다르게는, 상기 축 부 42a는 고 강도와 1 x 103Ω·㎝ 이하, 바람직하게는 1 x 102Ω·㎝ 이하의 체적 저항율을 갖는 전도성 수지 또는 그와 유사한 것들로 이루어진다. 바람직하게는, 상기 중간 레지스터 층 42c은 대략 1mm 내지 2mm 범위의 두께와 1 x 105Ω·㎝ 내지 1 x 109Ω·㎝ 범위의 체적 저항 율을 갖는다. 바람직하게는 상기 표면 층 42d은 대략 1㎛의 두께와 1 x 106Ω·㎝ 내지 1 x 1012Ω·㎝ 범위의 체적 저항 율을 갖는다. 상기 표면층 42d의 체적 저항율은 중간 레지스터 층 42c의 전기적 저항율보다 높은 것이 바람직하다. 비록 본 실시예의 본체 부 42b가 중간 레지스터 층 42c과 표면 층 42d 으로 이루어진 2층 구조를 갖지만, 상기 본체 부 42b는 물론 이와 같은 구조에 한정되는 것은 아니고, 그리고 상기 본체 부 42b는 단일 층의 구조 또는 3층 구조와 같은 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 14A 및 14B들은 각각 상기 현상 모듈의 구조를 도시한 사시도와 측면도를 나타낸다.
상기 현상 모듈 5은 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 프레임 보디 2a 내에 장착된다. 상기 현상 모듈 5은 광 전도성 보디 3에 근접하여 배치된 그리고 현상제 담지 부재를 형성하는 현상 슬리브 51와, 도 16에 도시된 바와 같이, 그리고 이후에 설명되는 바와 같이 상기 현상 슬리브 51를 회전시키는 자석 군 512, 상기 자석 군 512의 회전 축 단부에 제공되고, D-형의 단면을 가지며, 이후에 설명되는 바와 같이 주극 방향의 각도를 결정하기 위한 구동 축 511, 돌출 가이드 59, 상기 현상 모듈 5로부터 떨어져서 제공되고, 그것을 관통하여 토너가 토너 용기(미 도시)로부터 공급되는 공급 개구 58, 상기 공급된 토너를 혼합시키고 교반시키는 혼합 스크류 55 및 상기 혼합된 현상제를 현상 슬리브 51 측으로 공급하는 공급 롤러 56 들을 포함한다.
상기 설명된 현상 모듈 5의 구조는 광 전도성 보디 3로 현상제를 공급하도록 할 수 있다. 상기 자석 군 512은 자속 밀도 분포의 최대 값을 나타내는 사전에 결정된 주극 방향을 갖고, 상기 자석 군 512은 개별적인 화상 형성장치 100의 프로세스 상태에 따라서 결정된 주극 방향의 각도를 갖고서 광 전도성 보디 3에 관련하여 위치된다.
도 15는 현상 모듈의 다른 일반적인 구조를 도시한 단면도이다. 도 15에 도시된 현상 모듈 5은 공급되어야 할 토너가 수용된 토너 호퍼 52, 상기 토너 호퍼 52로부터 현상제 수용 부 53로 토너를 공급하기 위한 공급 롤러 54, 상기 공급된 토너와 자성 담체들을 혼합 및 교반하는 혼합 스크류 55, 상기 혼합된 현상제를 현상 슬리브 51로 공급하는 공급 롤러 56 및 상기 현상 슬리브 51로 공급된 현상제 량을 제한하기 위한 제한 부재 57를 포함한다.
상기 현상 슬리브 51가 회전하면, 상기 현상제의 이송 방향에서 현상 영역의 상류측에 배치된 제한 부재 57가 상기 현상제 체인의 귀(ear)의 귀 높이, 즉 현상 슬리브 51 상의 현상제 량을 제한한다. 상기 제한 부재 57와 현상 슬리브 51는 정확하게 위치되어 상기 현상 영역에서 제한 부재 57와 현상 슬리브 51 사이의 간격을 정확하게 결정하고, 고 품질의 화상을 형성할 수 있도록 한다.
도 16은 현상 슬리브의 구조를 도시한 단면도이다. 도 16에 도시된 현상 슬리브 51는 실린더 형상을 갖고, 알루미늄, 황동, 스테인레스 스틸 및 전도성 수지와 같은 비자성 재료로 이루어진다. 상기 현상 슬리브 51는 회전 구동 메카니즘(미 도시)을 형성하는 구동 축 511에 의해서 구동된다. 자석 군 512은 상기 현상 슬리브 51의 표면상에 자성 담체들을 견인하기에 충분한 자기력을 발휘한다. 상기 구동 축 511은 자석 군 512의 중앙에 제공되며, 상기 자석 군 512을 회전시킨다. 상기 구동 축 511은 상기 현상 슬리브 51의 단부 상에 배치된 베어링 514 및 515 들에 의해서 지지되고, 현상 슬리브 51 와는 독립적으로 회전가능하여 주극(main pole) 방향의 조정을 가능하게 한다.
도 17은 상기 현상 모듈이 적재되는 상태를 도시한 사시도이고, 도 18은 상기 현상 모듈이 적재된 상태를 도시한 사시도이다.
상기 현상 모듈 5은 제1 프레임 보디 2a에 장착되고, 각각 현상 위치 결정 부재를 형성하는 위치조정 부재 71와 각도 위치조정 부재 72들에 의해서 조정된다. 도17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 제1 프레임 보디 2a로 상기 현상 모듈 5을 적재하는 때에, 상기 현상 모듈 5의 돌출 가이드 59 들은 제1 프레임 보디 2a에 제공된 안내 홈 2g 내로 장착되고, 상기 돌출 가이드 59 들은 위치 조정 부재 71의 구멍 부 71a로 삽입되며, 상기 제1 프레임 보디 2a상에 형성된 돌출 가이드 28들은 위치 조정 부재 71의 구멍 부 71c로 삽입되며, 그리고 구동 축 511은 위치 조정 부재 71의 구멍 부 71a로 삽입되어 상기 현상 슬리브 51의 외측 원주면이 광 전도성 보디 3의 표면에 관하여 위치되는 회전 상태로 상기 현상 슬리브 51를 지지한다.
도 19는 각도 위치 결정 부재의 구조를 도시한 사시도이다. 상기 구동 축 511의 각 단부는 위치 조정 부재 71의 구멍 부 71b를 관통하고, 도 19에 도시된 바와 같은 각도 위치 조정부재 72 내의 D-형 구멍(또는 베어링) 721 내에 장착한다. 상기 구동 축 511의 단부가 D-형상의 단면을 갖기 때문에, 상기 구동 축 511은 사전에 결정된 각도 위치( 또는 회전 위치)에 배치되고 그리고 D-형 구멍 721에 결합함으로써 그 회전이 방지된다. 물론, 상기 구동 축 511의 단부는 그것이 상기 구동 축 511의 회전을 방지하고, 구동 축 511을 사전에 결정된 각도 위치에 배치할 수 있는 한, 상기 D-형 단면으로 제한되는 것은 아니고, 상기 구멍 71이 D-형으로 제 한되는 것이 아니다. 상기 광 전도성 보디 3에 관련하여 자석 군 512의 주극 방향은 각도 위치 조정 부재 72에 의해서 조절 가능하다. 그리고,상기 각도 위치조정 부재 72 내의 고정 구멍 722을 관통하는 스크류에 의해서 상기 위치 조정 부재 71상에 각도 위치조정 부재 72를 고정시킴으로써, 상기 주극 방향을 조절된 위치에 고정하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 화상 형성 장치 100의 광 전도성 보디 3의 구동 축 101은 상기 위치 조정 부재 71 내의 구멍 71d 들을 관통한다. 그 결과, 상기 광 전도성 보디 3와 현상 모듈 5을 서로에 대하여 위치 조정하는 것이 가능한 것이다. 따라서, 상기 위치 조정 부재 71는 상기 광 전도성 보디 3와 현상 슬리브 51의 위치 조정을 위한 주 기준으로서 사용 가능하고, 그리고 상기 현상 슬리브 51와 광 전도성 보디 3 사이의 간격(또는 현상 간격)은 이와 같은 주 기준에 기초하여 조절 가능한 것이다.
따라서, 상기 현상 모듈 5은 상기 광 전도성 보디 3에 관련하여 상기 자석 군 512의 각도 위치를 결정하고, 광 전도성 보디 3에 관련하여 상기 현상 슬리브 51의 위치를 결정함으로써 프로세스 카트리지에 관련하여 고정밀도로 쉽게 위치될 수 있는 것이다. 특히, 교체 가능한 현상 모듈 5의 케이스에서, 상기 광 전도성 보디 3와 현상 슬리브 51 사이의 간격은 형성되는 화상의 품질에 큰 영향을 주고, 상기 현상 모듈 5이 다른 현상 모듈 5에 의해서 교체된 후에라도 이러한 간격을 정확하게 유지하는 것은 중요하다. 상기 주극 방향은 위치 조정 부재 71에 의해서 상기 현상 슬리브 51와 광 전도성 보디 3를 위치 조정함으로써 상기 현상 간격을 결정한 후에 상기 각도 조정 부재 72에 의해서 결정되기 때문에, 상기 현상 모듈 5은 광 전도성 보디 3에 관련하여 고정밀도로 위치될 수 있다. 본 실시 예에서, 이와 같은 정확한 위치 조정은 각도 위치조정 부재 72 내의 D-형상 구멍(또는 베어링)의 제공에 의해서 유지될 수 있다.
상기 현상 모듈 5의 돌출 가이드 59는 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2의 각각의 측면 상에서 제1 프레임 보디 2a의 가이드 부 2g 내에 장착하고 그리고 상기 구동 축 511은 제1 프레임 보디 2a의 가이드 부 2f에 장착한다. 동시에, 상기 현상 모듈 5의돌출 가이드 59와 상기 제1 프레임 보디 2a의 돌출 가이드 28들은 상기 위치 조정 부재 71의 각각의 구멍 부 71a 및 71c에 장착하며, 상기 구동 축 511은 상기 위치 조정 부재 71의 구멍 부 71b 내에 장착한다. 따라서, 상기 현상 모듈 5의 돌출 가이드 59는 상기 위치 기준에 관련하여 위치되는 일부분을 형성하며, 상기 제1 프레임 보디 2a의 돌출 가이드 28는 상기 위치 기준에 관련하여 위치되는 일부분을 형성하며, 그에 따라서 상기 자석 군 512과 그와 유사한 것들의 안정적인 회전이 상기 현상 모듈 5 내에서 구현될 수 있다. 상기 돌출가이드 59 및 28들은 D-형상의 단면을 가질 수있고, 상기 위치 조정 부재 71의 해당 구멍 부 71a 및 71c들은 D-형 단면을 가질 수 있음으로써 상기 현상 모듈 5과 프로세스 카트리지 프레임 보디 2들은 서로에 대해 고정밀도로 배치될 수 있다.
상기 현상 모듈 5은 상기에서 설명된 것과는 역순으로 상기 각도 위치조정 부재 72와 위치 조정 부재 71를 제거함으로써 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2로부터 쉽게 분리될 수 있다.
본 실시 예에서, 상기 현상 모듈 5은 건식 2 성분 현상제를 채용한다. 그러나, 상기 현상 모듈 5은 그러한 것에 한정되는 것은 아니고, 재사용 토너(recycled toner)가 건식 현상제로서 사용가능한 것이다. 그리고, 상기 현상 모듈 5은 단일 성분의 자성 현상제 또는 단일 성분의 비자성 현상제를 사용할 수 있다.
상기 현상 모듈 5은 본 실시예의 경우에, 토너를 공급하기 위한 공급 구 58가 제공된다. 상기 프로세스 카트리지 1는 상기 공급 구 58가 밀봉재, 덮개 또는 그와 유사한 것들에 의해서 밀봉된 상태로 선적되고, 상기 공급 구 58는 그 프로세스 카트리지 1를 사용하는 때에 처음으로 개방된다. 상기 공급 구 58가 개방되고, 프로세스 카트리지 1 내의 토너가 사용되며, 상기 프로세스 카트리지 1 내의 토너 량이 적어지게 되면, 토너가 상기 공급 구 58를 통하여 프로세스 카트리지 1로 보급되어 프로세스 카트리지 1를 다시 사용할 수 있도록 한다. 상기 프로세스 카트리지 1는 현상제 수용 부 53 내에 새롭게 보급된 토너를 수용할 수 있다. 보급된 토너는 새롭게 공급된 것이거나 재사용을 위하여 회복된 것일 수 있다. 공급된 토너를 수용하기 위한 수용 부(미 도시)는 화상 형성장치 100의 본체 내에 제공될 수 있다. 그리고, 그와 같은 수용 부는 상기 프로세스 카트리지 1 내에 제공될 수 있다. 그와 같은 경우, 상기 현상 모듈 5은 그것을 교체하지 않고, 필요한 경우에 토너를 공급함으로써 반복적으로 사용가능한 것이다.
도 20은 소제 모듈의 일반적인 구조를 도시한 단면도이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 소제 모듈 6은 소제 메카니즘 6a과 코팅 메카니즘 6b으로 이루어진다. 상기 소제 메카니즘 6a은 광 전도성 보디 3를 소제한다. 상기 소제 메카니즘 6a은 광 전도성 보디 3 표면의 잔류 토너를 제거하기 위한 소제 블레이드 61, 상기 광 전도성 보디 3에 대해 소제 블레이드 61를 밀어 주기 위한 지지 부재 62, 상기 잔류 토너의 대전 량을 제어하기 위한 바이어스 롤러 64, 상기 소제 블레이드 61 상에 부착된 토너를 회복하기 위한 회복 롤러 66, 상기 바이어스 롤러 64 상에 부착된 잔류 토너를 제거하기 위한 프리커(flicker) 63a, 및 상기 회복 롤러 66 상에 부착된 잔류 토너를 제거하기 위한 프리커 63b를 포함한다. 상기 소제 블레이드 61에 의해서 제거된 잔류 토너와 상기 프리커 63a,63b들에 의해서 제거된 잔류 토너들은 그 자중에 의해서 아래로 떨어지고, 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2의 회전 축 또는 결합부 2c에 동축으로 형성된 반송 오거(auger) 65에 의해서 상기 프로세스 카트리지 1 외측으로 이송되며, 폐 토너 수용부(미 도시) 내에서 회복된다.
상기 코팅 메카니즘 6b은 윤활제 보디 67, 및 상기 윤활제 보디 67에 접촉하고 상기 윤활제 보디 67로부터 윤활제를 부착하여 상기 광 전도성 보디 3의 표면으로 공급하는 코팅 롤러 66를 포함한다. 본 실시 예에서, 상기 회복 롤러 66는 코팅 롤러 66 로서도 기능하며, 따라서, 상기 롤러 66는 이하에서 회복 및 코팅 롤러 66 라 한다. 가압 스프링(미 도시)이 상기 회복 및 코팅 롤러 66에 대해 사전에 결정된 밀음 력 또는 압력으로서 상기 윤활제 보디 67를 밀도록 제공될 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 윤활제 보디 67는 사각 평행 육면체 형상(rectangular parallelepiped shape)을 가질 수 있고, 상기 윤활제 보디 67가 상기 가압 스프링 으로부터 인가된 사전에 결정된 압력으로서 상기 회복 및 코팅 롤러 66에 접촉하는 상태로 상기 소제 모듈 6 내에 고정된다. 따라서, 상기 회복 및 코팅 롤러 66는 상기 소제 블레이드 61에 부착된 잔류 토너를 회복시키고 동시에 상기 광 전도성 보디 3의 표면상의 윤활제를 코팅하는 것이다.
상기 코팅 메카니즘 6b은 도 20에 도시된 바와 같이 소제 모듈 6 내에 제공되지만, 그것은 상기 소제 메카니즘 6a과는 별도의 교체가능한 모듈로 이루어질 수 있는 것이다. 이와 같은 경우, 상기 코팅 메카니즘 6b의 모듈은 소제 메카니즘 6a 과는 독립적으로 교체될 수 있다.
상기 회복 및 코팅 롤러 66는 광 전도성 보디 3의 축 방향을 따라서 연장하는 형상을 갖는다. 상기 가압 스프링은 상기 윤활제 보디 67를 상기 회복 및 피복 롤러 66 측으로 항상 밀어서 거의 모든 윤활제 보디 67가 윤활제의 코팅에 사용되도록 할 수 있다. 상기 윤활제 보디 67는 소모가능한 품목이고, 시간이 지남에 따라서, 즉 사용에 따라서 윤활제 보디 67의 두께는 감소한다. 그러나, 상기 윤활제는 상기 광 전도성 보디 3상에 안정적으로 공급되어 코팅되며, 이는 상기 윤활제 보디 67를 가압 스프링의 작용력으로 상기 회복 및 코팅 롤러 66 측으로 항상 밀어줌으로써 이루어지는 것이다.
상기 윤활제 보디 67를 형성하는 윤활제는 납 올레인산(lead oleic acid), 아연 올레인산, 구리 올레인산, 아연 스테아린산염, 코발트 스테아린산염, 촐 스테아린산염, 구리 스테아린산염, 아연 팔미트 산, 구리 팔미트 산 및 아연 리놀 산들과 같은 지방 금속 산화물 염(fatty metal oxide salts)으로 이루어질 수 있다. 상 기 윤활제는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리플루오라이드비닐리덴, 폴리트리플루오로크롤에틸렌, 디클로로디플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 혼성 중합체 및 테트라플루오로에틸렌-옥사플루오로폴리필렌 혼성 중합체와 같은 불소 기초 수지(fluorine-based resins)로 이루어질 수도 있다. 상기 광 전도성 보디 3의 마찰을 감소시키는 큰 효과의 관점에서 보면, 상기 윤활제는 바람직하게는 금속 산화물 염 스테아린산염 및 보다 바람직하게는 아연 스테아린산염이 바람직하다.
도 21은 상기 소제 모듈이 적재된 상태를 도시한 사시도이다. 도 21에 도시된 소제 모듈 6은 프로세스 카트리지 1의 수평방향(또는 측방향)에서 다른 프로세스 수단 또는 유닛과는 독립적으로 상기 프로세스 카트리지 1에 관련하여 탈착(또는 분리)가능한 것이다. 상기 소제 모듈 6을 프로세스 카트리지 1에 연결하는 때, 상기 소제 모듈 6의 제1 및 제2 돌출 가이드 68a,68b들은 제2 프레임 보디 20 내의 해당 제1 및 제2 구멍 부 25a 및 25b에 장착되고, 상기 제1 및 제2 돌출 가이드 68a,68b들은 이들을 수용하기 위하여 실린더형 가이드 73a를 갖는 소제 위치 결정부재 73에 의해서 고정된다. 상기 광 전도성 보디 3에 관련한 소제 블레이드 61와 그와 유사한 것들의 접촉 조건은 상기 소제 위치 결정 부재 73에 의해서 상기 소제 모듈 6을 제2 프레임 보디 2b에 고정하는 때에 조절된다. 또한 상기 소제 모듈 6을 프로세스 카트리지 1에 고정하는 때에 상기 반송 오거 65를 제2 프레임 보디 2b의 결합 부 2c로 삽입하는 것도 가능하다.
도 22는 또 다른 소제 모듈이 제2 프레임 보디 내에 장착되는 상태를 도시한 사시도이다. 도 22에서, 상기 소제 모듈 6은 코팅 롤러 66와 그와 유사한 것을 포함하는 소제 보조 모듈 6c과 상기 소제 블레이드 61 및 그와 유사한 것들을 포함하는 소제 보조모듈 6d 들로 이루어진다. 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 소제 보조 모듈 6c,6d들은 상기 제2 프레임 보디 2b가 제1 프레임 보디 2a에 대하여 피봇되는 때에 형성되는 개방 공간을 통하여 교체 가능하다. 상기와 같은 소제 보조 모듈 6c 및 6d 들로부터 소제 모듈 6을 형성함으로써, 각각의 보조 모듈을 이와 유사한 사용 수명을 갖는 부품들로서 구성되도록 설계하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상대적으로 사용 수명이 긴 상기 소제 블레이드 61, 지지 부재 62 및 그와 유사한 것들이 소제 보조 모듈 6d 내에 제공될 수 있으며, 보다 짧은 사용 수명을 갖는 코팅 롤러 66 및 그와 유사한 것들이 소제 보조 모듈 6c에 장착될 수 있음으로써, 비슷한 사용 수명을 갖는 부품들로 각각 이루어진 보조 모듈의 유닛으로 상기 소제 모듈 6의 부품들을 교체하는 것이 가능하다. 결과적으로, 상기 소제 모듈 6의 각 부분을 그것의 대략적인 사용 수명 마감까지 사용하는 것이 가능하여, 전체 소제 모듈 6이 교체되는 때에는 불가능한 사용 부품들의 낭비를 사전에 방지할 수 있다.
도 23은 소제 모듈 내의 소제 보조 모듈의 일반적인 구조를 도시한 사시도이다. 상기 소제 보조모듈 6c은 바이어스 롤러 64, 회복 및 코팅 롤러 66 및 그와 유사한 것들로서 회전하고 쉽게 마모되는 것을 포함한다. 따라서, 상기 바이어스 롤러 64, 회복 및 코팅 롤러 66 및 그와 유사한 것들은 이러한 보조 모듈 6c의 유닛 내에서 동시에 교체 가능한 것이다. 상대적으로 짧은 교체 주기를 갖는 부품들은, 예를 들면 상기 바이어스 롤러 64에 부착된 잔류 토너를 제거하기 위한 프리커 63a 및 상기 회복( 및 코팅) 롤러 66 상에 부착된 잔류 토너를 제거하기 위한 프리커 63b 들은 상기 잔류 토너의 대전량을 조절하기 위한 바이어스 롤러 64와 상기 윤활제를 코팅하고 회복시키기 위한 회복 및 코팅 롤러 66 들과 함께 상기 소제 보조 모듈 6c 내에 포함될 수 있는 것이다.
한편, 상기 소제 블레이드 64, 지지 부재 62 및 그와 유사한 것들은 소제 보조 모듈 6d의 유닛 내에서 동시에 교체 가능한 것이다. 상기 소제보조 모듈 6d 내에 포함된 부품들은 상기 소제 보조 모듈 6c 내에 포함된 부품들보다 긴 교체 주기를 가지며, 상기 소제 보조 모듈 6c내에 포함된 부품들에 비교하여 상대적으로 비싼 것일 수 있다.
도 24는 상기 제2 프레임 보디가 회전되어 개방 공간을 형성하고 상기 개방 공간을 통하여 상기 소제 보조 모듈들이 제거되는 상태를 도시한 사시도이다. 도 24에 도시된 상태에서, 제2 프레임 보디 2b는 제1 프레임 보디 2a에 대하여 회전되어 개방 공간을 형성하고, 그리고 소제 보조 모듈 6c 및 6d들이 이 개방 공간을 통하여 제거된다. 이와 같은 소제 보조 모듈 6c은 각각 2개의 핀들을 갖는 소제 위치 결정 부재 75에 의해서 제2 프레임 보디 2b 상에 고정되고, 상기 바이어스 롤러 64 와 상기 회복 및 코팅 롤러 66 들은 광 전도성 보디 3 상에서 적절한 접촉 상태로 위치된다. 상기 소제 보조모듈 6d은 블레이드 위치 조정 부재 76에 의해서 제2 프레임 보디 2b 상에 고정되어 상기 소제 블레이드 61가 광 전도성 보디 3 상에 안정된 접촉 상태로 위치된다. 이와 같은 경우에, 상기 윤활제 보디 67는 제2 프레임 보디 2b 내에 형성된 구멍 부 내로 삽입되고, 그리고 상기 윤활제 보디 67는 상기 소제보조 모듈 6c을 제거한 후에 교체된다.
상기 소제 보조 모듈 6c 및/또는 소제 보조 모듈 6d는 제2 프레임 보디 2b가 제1 프레임 보디 2s에 관하여 대략 90도로 회전되고 개방된 상태에서 교체된다. 상기 제2 프레임 보디 2b를 회전시킴으로써, 소제 보조 모듈 6c 및 6d 들은 광 전도성 보디 3으로부터 제거된 잔류 토너가 제2 프레임 보디 2b 내에 유지되고, 잔류 토너의 분산이 효과적으로 억제된 상태에 교체될 수 있다.
상기 프로세스 카트리지 1에 따르면, 광 전도성 보디 3, 대전 모듈 4, 현상 모듈 5 및 소제 모듈 6(또는 소제 보조모듈 6c 및 6d) 들 각각은 독립적으로 제거되고 교체될 수 있다. 또한, 상기 교체된 광 전도성 보디 3, 대전 모듈 4, 현상 모듈 5 및 소제 모듈 6(또는 소제 보조모듈 6c 및 6d) 들 각각은 상기 프로세스 카트리지 1에 관련하여 정확하게 위치될 수 있다.
그리고, 상기 현상 모듈 5을 위치시키기 위한 위치조정 부재 71와 각도 위치조정 부재 72 및, 상기 광 전도성 보디 3를 위치 조정하기 위한 프레임 보디 위치 조정 부재 74 들은 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2 상에서 겹치지 않는다. 이와 같은 이유에서, 상기 위치 조정 부재 71 및 72 들은 위치 조정 부재 74와는 독립적으로 위치 조정될 수 있음으로써, 상기 현상 모듈 5 과 광 전도성 보디 3들을 서로에 대해 독립적으로 교체시키는 것이 가능한 것이다.
그리고, 상기 현상 모듈 5을 위치 조정하기 위한 위치 조정 부재 71와 각도 조정 부재 72 및, 상기 소제 모듈 6을 위치 조정하기 위한 소제 위치 결정 부재 73 들은 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2 상에서 겹치지 않는다. 이와 같은 이유에서, 상기 위치 조정 부재 71 및 72 들은 상기 소제 위치 결정 부재 73 와는 독립적으로 교체될 수 있고, 그에 따라서 상기 현상 모듈 5 과 소제 모듈 6들을 서로에 대해 독립적으로 교체시키는 것이 가능한 것이다.
또한, 상기 프레임 보디 위치 조정 부재 74가 제거되고, 상기 제2 프레임 보디 2b가 제1 프레임 보디 2a에 대해 대략 90도로 회전되는 상태에서, 상기 현상 모듈 5을 위치 조정하기 위한 위치 조정 부재 71와 각도 위치조정 부재 72 및, 상기 소제 보조 모듈 6c 와 6d를 위치 조정하기 위한 상기 소제 위치 결정 부재 75와 블레이드 위치 조정 부재 76 들은 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2상에서 중첩하지 않는다. 이와 같은 이유에서, 상기 위치 조정 부재 71와 72 들은 위치 결정 부재 75 및 76 들과는 독립적으로 교체될 수 있으며, 그에 따라서 상기 현상 모듈 5과 소제 보조 모듈 6c 및 6d들을 서로에 대해 독립적으로 교체할 수 있는 것이다.
상기 현상 모듈 5을 위치 조정하기 위한 위치 조정 부재 71와 각도 위치 조정 부재 72들 각각과, 상기 프로세스 카트리지 프레임 보디 2상의 대전 모듈 4을 위치시키기 위한 고정 부(fitting parts) 15f 및 15r 및, 상기 소제 모듈 6을 위치시키기 위한 소제 위치 결정 부재 75 (또는 상기 소제 보조 모듈 6c 및 6d 들을 위치시키기 위한 소제 위치 결정 부재 75 와 블레이드 위치 조정 부재 76)들은 다른 모듈들에 관련된 다른 위치 조정 또는 위치 결정 부재들과 중첩되지 않는다. 이와 같은 이유에서, 상기 위치 조정 또는 위치 결정 부재 및 이와 연관된 모듈들은 다른 위치 조정 또는 위치 조정 부재 및 그것에 관련된 모듈들과는 독립적으로 탈착( 즉 교체) 될 수 있다.
다른 식으로 설명하면, 대전 모듈 4은 프로세스 카트리지 1의 고정 부 15로부터 상부측으로 잡아 당김으로써 제거될 수 있다. 현상 모듈 5은 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 각도 위치 조정 부재 72를 제거하고 위치 조정 부재 71를 제거함으로써 프로세스 모듈 프레임 보디 2로부터 제거될 수 있다. 상기 소제 모듈 6은 소제 위치 결정 부재 73를 제거시킴으로써 수평방향으로 제거될 수 있다. 상기 소제 모듈 6이 소제 보조 모듈 6c 및 6d로 이루어지는 경우, 그리고 상기 프레임 보디 위치 조정 부재 74가 제거되고 제2 프레임 보디 2b가 회전되며 개방된 상태에서, 상기 소제 보조 모듈 6c은 소제 위치 결정 부재 75를 제거시킴으로써 제거될 수 있으며, 그리고 소제 보조 모듈 6d 은 상기 블레이드 위치 조정 부재 76를 제거시킴으로써 제거될 수 있다.
도 25는 광 전도성 보디가 프로세스 카트리지로부터 제거되고 분리된 상태를 도시한 사시도이고, 도 26은 상기 광 전도성 보디가 프로세스 카트리지로부터 제거되고 분리된 상태를 도시한 사시도이다. 상기 광 전도성 보디 3은 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이 제거될 수 있다. 즉, 제2 프레임 보디 2b를 고정한 위치 조정 부재 74가 제거되고, 제2 프레임 보디 2b는 결합 부 2c를 중심으로 회전되어 도 25에 도시된 바와 같이, 프로세스 카트리지 1 위에 개방 공간을 형성한다. 이와 같은 상태에서, 상기 광 전도성 보디 3은 프로세스 카트리지 보디 2의 지지부 13에 의해서 단순히 지지되고, 프로세스 카트리지 1에 고정되지 않는다. 따라서, 상기 광 전도성 보디 3은 그것을 프레임 보디 위치 조정 부재 4에 대하여 미는 동안, 도 26에 도시된 바와 같이, 상기 광 전도성 보디 3를 상부 측으로 당김으로써 제거된다.
도 27은 본 발명에 따른 화상 형성장치의 일 실시예 구조를 도시한 다이어그램이다. 본 실시 예에서, 본 발명은 완전(full) 컬러 화상을 형성하는 전자 사진 기술을 채용하는 화상 형성장치 100에 적용된다. 상기 화상 형성장치 100는 종이 등과 같은 기록 매체의 이송 방향으로 배열된 4개의 프로세스 카트리지 1들을 갖는 탠덤 타입이다. 전사 유닛 106의 무한궤도형 중간 전사 벨트 106a가 3개의 지지 롤러 106c,106d 및 106f들 주위에 제공된다. 노랑, 시안(cyan), 마젠타(magenta) 및 검정색의 토너 화상들은 4개의 프로세스 카트리지 1들에 의해서 형성되고, 중첩 방식으로 상기 중간 전사 벨트 106a으로 전사되며, 그것은 중간 전사 벨트 106a를 통하여 4개의 프로세스 카트리지 1의 광 전도성 보디 3를 마주하는 전사 롤러 106b에 의하여 제공되는 정전 전사 방식으로 이루어진다. 전사 영역은 각각의 광 전도성 보디 3와 상기 전사 롤러 106b에 의해서 가압된 중간 전사 벨트 106a의 해당 부분에 의해서 형성된다. 기록 매체는 이송 벨트 106g에 의해서 이송되고, 그리고 양극의 바이어스가 전사 롤러 106e로 인가되며, 그때 상기 중간 전사 벨트 106a상의 토너 화상들이 이송 벨트 106g 상에서 이동되는 기록 매체로 전사된다. 그 결과, 각각의 프로세스 카트리지 1의 광 전도성 보디 3에 의해서 형성된 토너 화상은 상기 중간 전사 벨트 106a로부터 기록 매체로 연속적으로 그리고 정전 방식으로 전사되며, 정착 유닛 108에 의해서 정착된다. 물론, 벨트 소제 유닛이 중간 전사 벨트 106a의 원주 부에 제공되어 상기 중간 전사 벨트 106a의 표면에 있는 잔류 토너를 제거할 수 있다. 노출 유닛 104은 광 전도성 보디 3 상에 잠상을 형성하며, 이는 이후에 상세히 설명한다.
매체 공급 카세트 109는 기록 매체를 수용하고, 각각의 기록 매체는 저항(resist) 롤러 쌍 109a에 의해서 공급되며, 이송벨트 106g에 의해서 이송된다.
이와 같은 실시 예에서, 상기 기록 매체 상에 형성된 중첩 토너 화상들은 정착 유닛 108에 의해서 인가되는 열 및 압력에 의해서 정착되고, 화상 형성장치 100의 외부로 배출 롤러 120를 통하여 배출 트레이 125상에 배출된다.
화상 형성장치 100에서, 평균 원형도(circularity) 0.93 이상을 갖는 토너를 사용하는 것이 바람직하다. 건식 연마에 의해서 제조된 토너의 경우, 상기 원형도는 상기 토너 입자들(또는 알갱이들)을 대략적으로 구형으로 형상화하는 열 또는 기계적 공정에 의해서 조절된다.
토너 입자들을 형상화하기 위하여 열처리 공정을 실행할 때에, 토너 입자들은 고온의 공기와 함께 분무기 또는 그와 유사한 것들로 분무될 수 있다. 한편, 토너 입자들을 형상화하기 위하여 기계적인 공정을 실행할 때에는, 토너 입자들은 볼 밀과 같은 혼합기로 유리와 같은 저 비중을 갖는 혼합 매체와 함께 보급되어 교반될 수 있다.
분류공정이 실행될 수 있으며, 그 이유는 보다 큰 토너 입자들이 열처리 공정을 통하여 얻어질 수 있고, 보다 미세한 입자들이 기계적인 공정을 통하여 얻어질 수 있기 때문이다. 수용액 내에서 제조되는 토너의 경우, 토너 입자들의 형상은 상기 용액을 제거시키는 공정 도중에 토너 입자들을 강하게 교반 시킴으로써 제어될 수 있다.
원형도 SR은 아래의 수식으로 정의될 수 있고, SR = [(입자 투영 영역과 동일한 영역을 갖는 원주)/(입자 투영화상의 주변) X 100]%, 그리고 원형도 SR이 100%에 근접할수록 상기 토너 입자들은 진원에 보다 근접하는 것이며, 여기서 상기 주변은 주위 길이를 나타낸다. 높은 원형도 SR를 갖는 토너 입자들은 담체 또는 현상 슬리브 51 상의 작용력 전기선(electric line of force)에 의해서 쉽게 영향을 받고, 그리고 정전 잠상의 작용력 전기선을 따라서 충실히 현상된다. 미세한 잠상 도트들을 재생하는 경우, 정밀하고 균일한 토너 배열을 얻는 것이 보다 쉽고, 그에 따라서 가는 선들의 높은 재생 성능을 얻을 수 있는 것이다. 그리고, 높은 원형도 SR를 갖는 토너 입자들이 완만한 표면과 적절한 유동성(또는 유동 능력)을 갖기 때문에, 이러한 토너 입자들은 작용력 전기선에 의해 쉽게 영향을 받고 그리고 작용력 전기선을 따라서 충실하게 이동하며, 그리고 전사 효율(또는 전사 율)은 높게 되어 고 품질의 화상이 형성되도록 한다. 중간 전사 벨트 106a가 광 전도성 보디 3를 미는 경우, 높은 원형 도 SR을 갖는 토너 입자들은 균일하게 중간 전사 벨트 106a에 접촉하고, 균일한 접촉 영역은 전사 효율의 향상에 기여한다. 그러나, 토너 입자들의 평균 원형도가 0.93 보다 작으면, 충실한 현상과 고 전사 효율의 전사는 이루어질 수 없다. 이는 토너 표면상의 대전은 불규칙한 형상을 갖는 토너 입자들의 경우에 불균일하기 때문이며, 이는 토너 입자들이 전기장에 대하여 충실하게 이동하기 어렵도록 하며, 그 이유는 무게 중심과 대전 중심이 서로 일치하지 않기 때문이다.
다음으로는 하나의 프로세스 카트리지 1에 대한 화상 처리장치 100의 화상 형성 작동에 관하여 설명하기로 한다. 화상 형성작동이 개시되면, 대전 모듈 4는 먼저 광 전도성 보디 3를 음극(negative polarity)으로 균일하게 대전시킨다. 그 다음, 노출 유닛 104이 형성되어야 하는 화상에 관계된 화상 데이터에 근거하여 레이저 빔에 의해서 광 전도성 보디 3의 표면을 스캔(scan) 하며, 광 전도성 보디 3상에 잠상을 형성한다. 현상 모듈 5은 잠상을 토너 화상으로 가시화한다. 이 상태에서, 토너 화상을 담지한 광 전도성 보디 3는 회전하고 전사 영역으로 들어가며, 상기 광 전도성 보디 3의 회전에 동기하여 동작하는 중간 전사 벨트 106에 관련하여 상기 전사 롤러 106b로부터 인가된 바이어스가 전사 영역에서 중간 전사 벨트 106로 토너 화상이 전사되도록 한다. 상기 전사 영역에서, 광 전도성 보디 3상의 현상된 토너 화상은 전사 전기 장과 집음 압력(nip pressure)에 의해서 영향을 받는다.
상호 다른 색상의 토너들을 수용한 4개의 프로세스 카트리지 1를 사용하는 탠덤 타입의 화상 형성장치 100의 경우에, 다른 색상의 토너 화상들은 상기 4개의 프로세스 카트리지 1의 광 전도성 보디 3 상에 형성되고, 연속적으로 중첩되는 방식으로 중간 전사 벨트 106a로 전사되며, 완전-컬러 토너화상을 형성한다.
매체 공급 카세트 109로부터의 기록 매체가 저항 롤러 쌍 109a에 의해서 공급 롤러 106f 측으로 공급되는 때에, 상기 기록매체는 중간 전사 벨트 106a의 동작과 동기하여 제2 전사 영역에 도달한다. 제2 전사 영역에서, 상기 전사 롤러 106e로부터 인가된 바이어스는 완전-컬러 토너 화상이 중간 전사 벨트 106a로부터 기록 매체상으로 전사되도록 한다. 상기 기록 매체 상의 완전-컬러 토너 화상은 용융되 고 정착 유닛 108에서 정착되며, 배출 롤러 120에 의해서 배출 트레이 125로 배출된다.
화상이 광 전도성 보디 3상에 형성된 후에, 상기 코팅 메카니즘 6b의 회복 및 코팅 롤러 66는 윤활제 보디 67로부터 아연 스테아린산염 윤활제를 부착하여 광 전도성 보디 3과 활주 접촉을 이룸으로써 상기 광 전도성 보디 3상에 윤활제를 코팅 한다. 그 다음, 광 전도성 보디 3에 접촉하는 소제 블레이드 61는 윤활제를 가압하여 광 전도성 보디 3의 표면에 얇은 윤활제 층을 형성한다. 이와 같은 얇은 윤활제 층을 형성함으로써 광 전도체 보디 3상의 잔류 토너는 보다 쉽게 소제(또는 제거) 가능하고, 그리고 잔류 토너는 토너 입자들이 높은 원형도를 갖는 때에도 제거될 수 있다.
소제 모듈 6의 소제 블레이드 61에 의하여 광 전도성 보디 3의 표면상에 형성된 얇은 윤활제 층은 광 전도성 보디 6의 표면 마찰계수를 낮추게 된다. 광 전도성 보디 3의 표면 마찰 계수 μ는 바람직하게는 0.4 이하로 설정된다. 상기 광 전도성 보디 3의 표면 마찰 계수 μ는 코팅 메카니즘 6b의 설정 조건들, 즉 가압 스프링에 의하여 윤활제 보디 67로 인가된 압력, 브러쉬 밀도, 브러쉬 직경, 상기 회복 및 코팅 롤러 66의 회전 속도 및 회전 방향들을 조정할 수 있는 것이다.
상기 광 전도성 보디 3의 표면 마찰 계수 μ를 0.4 이하로 설정함으로써,상기 소제 블레이드 61와 광 전도성 보디 3 사이의 마찰이 커지는 것을 억제할 수 있고, 소제 블레이드 61의 변형 또는 회전을 억제하며, 토너가 소제 블레이드 61를 지나쳐 미끄러지는 것을 방지하며, 그리고 불량한 소제 작동을 억제할 수 있다. 그 리고, 상기 마찰 계수 μ는 보다 바람직하게는 0.3 이하이다. 상기 광 전도성 보디 3의 표면 마찰 계수 μ는 다른 부품, 모듈 또는 화상 형성장치 100 내에 제공된 유닛들에 의해서 영향을 받으며, 상기 마찰 계수 μ 값은 화상 형성 직후의 값으로부터 변화한다. 그러나, 대략 1,000 기록매체, 즉 A-4 크기의 기록지에 관련한 화상 형성 동안, 상기 마찰 계수 μ 값은 거의 일정한 것이다. 따라서, 본 실시 예에서 상기 마찰 계수 μ는 안정된 상태에서 거의 일정한 마찰 계수인 것이다.
가는 선 재생 능력은 토너의 체적 평균 입자 크기(직경) Dv 가 작을 때에 개선되기 때문에, 본 실시 예에서 사용된 토너의 체적 평균 입자 크기 Dv 는 8㎛ 이하이다. 그러나 한편으로는, 현상 특성과 소제 특성은 체적 평균 입자 크기 Dv가 작은 때에 열화되며, 상기 체적 평균 입자 크기 Dv 는 3㎛ 이상으로 되어 현상 및 소제 특성의 열화를 방지하는 것이 바람직하다. 상기 체적 평균 입자 크기 Dv가 3㎛ 이하인 때에는, 쉽지 않게 현상된 미세 토너 입자량이 담체 또는 현상 슬리브 51의 표면상에서 증가하는 경향이 있고, 그에 따라서 다른 토너 입자들이 담체 또는 현상 슬리브 51 와의 접촉 또는 마찰을 불충분하게 하여 역 대전된 토너 입자들이 증가하고, 흐려짐(fogging)과 같은 비정상적인 화상을 생성한다.
상기 체적 평균 입자 크기 Dv 와 수 평균 입자 크기 Dn의 비(Dv/Dn)로 기재되는 입자 크기 분포(distribution)는 바람직하게는 1.05 내지 1.40의 범위이다. 상기 입자 크기 분포를 줄임으로써, 토너의 대전 분포가 균일하게 된다. 상기 비율(Dv/Dn)이 1.4를 초과하면, 상기 토너의 대전 분포는 넓어지게 되고, 역 대전 토너 입자들이 증가하며, 그에 따라서 고 품질의 화상을 얻기 힘든 것이다. 1.05 미만의 비율(Dv/Dn)을 갖는 토너는 실제적이지 않으며, 그러한 토너는 제조하기 어렵기 때문이다. 토너 크기는 Koltar 계수기 멀티사이저(Koltar 사 제품)를 사용하여 측정될 수 있으며, 이는 측정하고자 하는 토너 크기에 해당하는 측정 구멍들에 대하여 선택적으로 50㎛의 구멍을 사용하고, 평균 50,000의 토너 입자들을 취함으로써 이루어진다.
원형도에서, 토너는 100 이상 180 이하 범위의 형상 팩터 SF-1 와 100 이상 180 이하 범위의 형상 팩터 SF-2를 갖는 것이 바람직하다. 도 28A 및 28B들은 각각 상기 형상 팩터 SF-1 와 형상 팩터 SF-2 들을 설명하기 위한 토너 형상을 도시한 다이어그램들이다. 상기 형상 팩터 SF-1는 토너 입자의 원형도의 비율을 나타내며 아래의 수식(1)로 표시된다. 상기 토너 입자를 2 차원 평면으로 투영함으로써 얻어진 형상의 최대 길이 MXLNG의 제곱은 그래프 영역 "영역(AREA)"으로 나뉘고, 그 다음 100П/4 로 곱해져서 상기 형상 팩터 SF-1 값을 얻는다.
SF-1 = {(MXLNG)2 / 영역(AREA)} X (100П/4) ---- (1)
상기 SF-1의 값이 100에 일치하면, 상기 토너 입자의 형상은 완전한 원형이고, 상기 SF-1의 값이 증가하면, 그 형상은 보다 부정형(indefinite)으로 된다.
상기 형상 팩터 SF-2는 토너 입자의 표면 불균일 비율을 나타내며, 아래의 수식(2)로 표시된다. 상기 토너 입자를 2 차원 평면으로 투영함으로써 얻어진 형상의 주변부 "PERI"의 제곱은 그래프 영역 "영역(AREA)"으로 나뉘고, 그 다음 100П/4 로 곱해져서 상기 형상 팩터 SF-2 값을 얻는다.
SF-2 = {(PERI)2 / 영역(AREA)} X (100П/4) ---- (2)
상기 SF-2의 값이 100에 일치하면, 상기 토너 입자의 표면에는 불 균일이 없고, 상기 SF-2의 값이 감소하면, 상기 토너 입자의 표면 불 균일은 보다 뚜렷하게 된다.
상기 형상 팩터는 주사 전자 현미경(HITACHI SEISAKUSHO 제품의 S-800) 으로서 토너 입자 사진을 취함으로써 측정되었고, 그것을 화상 분석기(NIRECO CO., LTD 제품의 LUSEX3)로서 분석하고 형상 팩터를 계산하는 것이다.
상기 토너 입자들은 바람직하게는 100 내지 180 범위의 형상 팩터 SF-1 와 100 내지 180 범위의 형상 팩터 SF-2 를 갖는다. 상기 토너 입자들의 형상이 원형 형상에 근접하는 때에, 다른 토너 입자들과의 접촉 또는 광 전도성 보디 3과의 토너 입자의 접촉은 점 접촉인 것이고, 토너의 유동성을 개선한다. 따라서, 토너 입자들의 상호 부착은 약화되고, 유동성은 개선되며, 그에 따라서 전사 효율을 개선하고 광 전도성 보디 3 상의 잔류 토너의 소제를 용이하게 한다.
따라서, 상기 형상 팩터 SF-1 와 SF-2들은 바람직하게는 100 이상이다. 또한 상기 형상 팩터 SF-1 와 SF-2들이 커지는 경우, 상기 토너입자 형상은 부정형으로 되고, 토너의 대전 분포는 확대되며, 현상은 잠상에 관련하여 더 이상 충실하게 이루어지지 못하며, 그리고 전사는 전사 전기장에 관련하여 더 이상 충실하게 이루어지지 못하고, 그에 따라서 화상 품질을 열화시키는 것이다. 그리고, 전사 효율은 열화하고, 전사 후 잔류 토너는 감소하며, 그에 따라서 큰 소제 모듈 6을 필요로 하며, 이는 화상 형성장치 100를 설계하는 관점에서 바람직하지 않은 것이다. 이와 같은 이유에서, 상기 형상 팩터 SF-1 와 SF-2들은 바람직하게는 180을 초과하지 않는다.
상기 토너 입자들은 구형의 형상으로 이루어질 수 있고, 아래의 형상 규정으로 표현될 수 있다. 도 29A 내지 29C 들은 토너 입자들의 형상을 설명하기 위한 다이어그램들이다. 도 29A는 토너의 일반적인 형상을 도시한 사시도이고, 도 29B 및 29C들은 각각 x-z 평면 및 y-z 평면들을 따라서 절단된 토너의 단면들을 도시한다.
도 29A 내지 29C에서, 대략적인 구형의 토너 입자들은 대축(major axis) r1, 소축(minor axis) r2, 및 두께 r3 로 규정되고(단 r1≥r2≥r3), 대축 r1 과 소축 r2의 비율 r2/r1(도 29B 참조)은 바람직하게는 0.5 내지 1.0 범위이며, 두께 r3 와 소축 r2의 비율(도 29C 참조)은 바람직하게는 0.7 내지 1.0의 범위이다. 만일 상기 비율 r2/r1 이 0.5 미만이면, 대전 분포는 확대되며 그 이유는 토너 입자 형상이 보다 부정형으로 되기 때문이다. 그리고, 상기 비율 r3/r2 이 0.7 보다 작으면, 상기 토너 입자들의 대전 분포는 확대되며 그 이유는 토너 입자 형상이 보다 부정형으로 되기 때문이다. 특히 상기 비율 r3/r2 이 1.0 이면, 상기 토너 입자들의 대전 분포는 좁게 되며 그 이유는 토너 입자 형상이 대략적으로 구형으로 되기 때문이다.
상기 토너 입자 크기는 주사 전자 현미경(SEM)에 의해서 측정되었으며, 시계(field of vision) 각도를 변경시키면서 관찰하면서 사진을 찍어서 이루어졌다. 상 기 토너 입자 형상은 제조 방법에 의해서 조절가능하다. 예를 들면, 건식 연마에 의하여 제조되는 토너의 경우, 상기 토너 입자의 표면은 불균일하게 되고, 토너 입자 형상은 부정형이다. 상기 건식 연마에 의해서 제조된 그와 같은 토너가 형성될 수 있다 하여도 열 또는 기계적 공정에 의해서 상기 토너 입자들은 진원 형상에 근접한 대략 구형의 형상으로 조절될 수 있다. 현탁 중합 방법 또는 에멀젼(emulsion) 중합 방법에 의하여 작은 방울을 형성함으로써 제조된 토너 입자들은 완만한 표면을 갖고, 진원 형상에 근접한 대략 구형의 형상을 갖는다. 그리고, 토너 입자들은 용매 내의 반응 공정 도중에 토너 입자들을 강하게 교반함으로써 전단력을 가하여 럭비 볼 형상으로 형성될 수 있다.
상기 대략적(또는 개략적)의 구형 토너 입자들은 바람직하게는 수용성 매체 내에서 토너 재료 용액을 교차 결합(cross linking) 반응 및/또는 연장(extension) 반응을 받도록 함으로써 바람직하게 제작될 수 있고, 여기서 상기 토너 재료 용액은 유기 용매, 적어도 질소 원자, 폴리에스터, 착색제 및 몰드 방출제를 포함하는 기능 군(functional group)을 갖는 폴리에스터 프리폴리머(prepolymer) 내에서 용해 또는 분산에 의해서 얻어진다.
상기 토너의 구성 요소와 그 바람직한 제조방법에 관하여 이하에서 상세히 설명한다.
본 실시 예에서의 토너는 바인더 수지(a binder resin)로서 개질 폴리에스터(i)를 포함한다. 개질 폴리에스터는 폴리에스터 수지 내의 에스터 본드(esterbond)와는 다르게 존재하는 결합 군(bonding group)이 있고, 폴리에스터 수지 내에 다른 구조를 갖는 수지성 요소(resinous principles)들이 공유결합(covalent bond) 및 이온 결합과 같은 결합구조로 결합되는 폴리에스터를 의미한다.
특히, 이는 폴리에스테르 말단에 카르복시기, 히드록시기와 반응하는 이소시아네이트기 같은 작용기를 도입하여 개질되고, 그 후, 활성 수소를 갖는 화합물과 반응한 폴리에스테르 말단을 의미한다.
개질된 폴리에스테르(ⅰ)의 예는 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 예비중합체(A)를 아민(B)과 반응시켜 얻어진 우레아 개질된 폴리에스테르이다. 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 예비중합체(A)의 예는 폴리하이드릭 알코올
(PO)와 폴리하이드릭 카르복시산(PC)의 축합물 및 더욱이 활성 수소기를 갖는 폴리에스테르를 이소시아네이트 화합물(PIC)와 반응시켜 얻어진 폴리에스테르 예비중합체이다. 활성수소기의 예는 히드록시기(알코올성 히드록시기 및 페놀성 히드록시기), 아미노기, 카르복시기, 메르캅토기이며, 이들중 알코올성 히드록시기가 바람직한 것이다.
우레아 개질된 중합체는 후술하는 바와같이 제조된다. 폴리하이드릭(polyhydric) 알코올 화합물(PO)의 예는 디하이드릭 알코올(DIO) 및 트리하이드릭 알코올(TO) 미만이 아닌 폴리하이드릭 알코올이다. 디하이드릭 알코올(DIO)이 단독으로 혹은 소량의 트리하이드릭 알코올(TO)과 디하이드릭 알코올(DI)의 혼합물이 바람직하다. 디하이드릭 알코올(DIO) 의 예는 알킬렌 글리콜(예를들어, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 및 1,6-헥산디올), 알킬렌 에테르 글리콜(예를들어, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 및 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜), 아릴시클릭 디올(alicyclic diols)(예를들어, 1,4-시클로헥산 디메탄올 및 수소 첨가 비스페놀 A), 비스페놀(예를들어, 비스페놀 A, 비스페놀 F 및 비스페놀 S), 이들 아릴시클릭 디올의 알킬렌 옥사이드 부가물(예를들어, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 및 부틸렌 옥사이드) 및 페놀의 알킬렌 옥사이드의 부가물(예를들어, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 및 부틸렌 옥사이드)이다. 탄소수 2-20을 갖는 비스페놀 및 알킬렌 글리콜의 알킬렌 옥사이드 부가물(adducts)이 바람직한 것이다. 비스페놀의 알킬렌 옥사이드 부가물(adducts) 및 탄소수 2-12의 알킬렌 글리콜을 갖는 비스페놀의 알킬렌 옥사이드 부가물이 특히 바람직한 것이다. 3가 알코올이상의 폴리하이드릭 알코올(TO)의 예는 3가∼8가 알코올의 폴리하이드릭 지방족 알코올 및 상기(예를들어, 글리세린, 트리메틸올 에탄, 트리메틸올 프로판, 펜타에리트리톨 및 소르비톨), 3가 페놀 미만이 아닌 페놀(예를들어, 트리스페놀 PA, 페놀 노볼락 및 크레졸 노볼락) 및 3가 폴리페놀 이상의 폴리페놀의 알킬렌 옥사이드의 부가물이다.
폴리하이드릭 카르복시산(PC)의 예는 디하이드릭 카르복시산(DIC) 및 3가 카르복시산(TC) 미만이 아닌 폴리 하이드릭 카르복기산이다. 디하이드릭 카르복시산 (DIC)이 단독으로 혹은 소량의 트리하이드릭 카르복시산(TC)과 디하이드릭 카르복시산(DIC)의 혼합물이 바람직하다. 디하이드릭 카르복시산의 예는 알킬렌 디카르복시산(예를들어, 숙신산, 아디프산, 및 세바스산), 알킬렌 디카르복시산(예를들어, 말레산 및 푸마르산) 및 방향족 디카르복시산(예를들어, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산 및 나프탈린 디카르복시산)이다. 이들중, 4-20의 탄소수를 갖는 알킬렌 디카르복시산 및 8-20의 탄소수를 갖는 방향족 디카르복시산이 바람직한 것이다. 3가 카르복시산이상의 폴리하이드릭 카르복시산의 예는 9-20개의 탄소수를 갖는 방향족 폴리하이드릭 카르복시산(예를들어, 트리멜리트산 및 피로멜리트산)이다. 상기 산무수물 및 이들의 저급 알킬 에스테르가 폴리하이드릭 카르복시산으로 사용될 수 있으며 폴리하이드릭 알코올(PO)와 반응될 수 있다.
폴리하이드릭 알코올(PO)과 폴리하이드릭 카르복시산(PC)의 비율은 히드록시기[OH]와 카르복시기[COOH]의 [OH]/[COOH] 당량비이며 일반적으로 2/1-1/1범위이다. 바람직한 비는 1.5/1-1/1이며 1.3/1-1.02/1의 범위가 특히 바람직하다.
폴리하이드릭 알코올(PO)과 폴리하이드릭 카르복시산(PC)의 폴리축합반응(polycondensation)은 히드록시기를 갖는 폴리에스테르를 얻기위해 테트라부톡시티타네이트 및 디부틸 주석 산화물과 같은 알려져 있는 에스테르화 촉매 존재하에서 150-280℃로 가열하여 행하여지며, 필요한 경우 물을 진공증류할 수 있다. 상기 폴리에스테르의 히드록시 값(hydroxyl value)는 바람직하게는 5이상이며, 상기 폴리에스테르의 산값(acid value)은 일반적으로 1-30, 바람직하게는 5-20이다. 이러한 산값을 갖는 폴리에스테르를 제조함에 있어서, 상기 폴리에스테르는 쉽게 네거티브 로 대전될 수 있다. 더욱이, 기록 매체(medium)에 토너 화상을 정착하는 경우, 토너와 기록 매체의 친화성이 증대되며 따라서, 저온에서의 정착성(fixing)이 개선된다. 그러나, 산값이 30을 초과하는 경우, 대전안정성이 저하되며, 특히 환경변화의 경우에 대전안정성이 저하된다.
상기 폴리에스테르의 중량평균분자량은 10,000-400,000범위, 바람직하게는 20,000-200,000범위이다. 중량평균분자량이 10,000 미만이면 오프세트(offset) 저항성이 바람직하지 않다. 더욱이, 중량평균분자량이 400,000을 초과하면 저온 정착성이 저하되므로 바람직하지 않다.
상기한 폴리축합 반응으로 얻어진 비-개질된 폴리에스테르 뿐만 아니라, 바람직한 폴리 에스테르로는 우레아-개질된 폴리 에스테르를 포함한다. 상기 우레아-개질된 폴리 에스테르는 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 예비중합체(A)를 얻도록 상기한 폴리축합 반응으로 얻어진 폴리 에스테르의 말단 작용기인 카르복시기, 히드록시기등을 폴리히드릭 이소시아네이트 화합물(PIC)과 반응시키고 그 후, 아민과 반응시켜, 교차결합 반응 및/또는 분자사슬의 신장반응(extension reaction)으로 얻어진다.
상기 폴리하이드릭 이소시아네이트 화합물(PIC)의 예는 지방족 폴리히드릭 이소시아네이트(예를들어, 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아 네이트, 및 2,6-디이소시아네이트 메틸 카프로에이트), 지방족고리(alicyclic) 폴리이소시아네이트(예를들어, 이소포론 디이소시아네이트 및 시클로헥실메탄 디이소시아네이트), 방향족 디이소시아네이트(예를들어, 톨릴렌 디이소시아네이트 및 디페닐 메탄 디이소시아네이트), 방향족 지방족 디이소시아네이트(예를들어, α,α,α',α'-테트라메틸 자일렌 디이소시아네이트), 이소시아네이트, 이들 폴리이소시아네이트를 페놀 유도체, 옥심 및 카프로락텀(caprolacutm) 및 이들중 하나 이상의 배합으로 블로킹하여 형성된 화합물이다.
폴리하이드릭 이소시아네이트 화합물(PIC)의 비율은 이소시아네이트기[NCO]와 히드록시기[OH]의 [NCO]/[OH] 당량비이며 일반적으로 5/1-1/1범위이다. 바람직한 비는 4/1-1.2/1이며 2.5/1-1.5/1의 범위가 특히 바람직하다. [NCO]/[OH]비가 5를 초과하면, 저온에서의 화상정착이 악화된다. [NCO]의 몰비율이 1미만이면, 우레아 비-개질된 폴리에스테르가 사용되는경우, 에스테르에서의 우레아 함량이 저하되며, 따라서, 오프세트 저항성이 악화된다.
이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 예비중합체(A)에서 폴리하이드릭 이소시아네이트 화합물(PIC)의 함량은 일반적으로 0.5-40중량%이다. 상기 폴리하이드릭 이소시아네이트 화합물 함량의 바람직한 범위는 1-30중량%이며, 2-20중량%가 보다 바람직하다. 폴리하이드릭 이소시아네이트 화합물의 함량이 0.5중량%미만이면, 핫 오프세트 저항성이 악화되며, 내열보존성 및 저온 정착성의 양립성 측면에 서 바람직하지 않다. 반면에, 폴리하이드릭 이소시아네이트 화합물의 함량이 40중량%를 초과하면, 저온 정착성(fixing)이 저하된다.
이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 예비중합체(A)에서 1분자당 이소시아네이트기의 함량은 일반적으로 1이다. 이소시아네이트기의 함량의 바람직한 범위는 평균 1.5-3이고, 1.8-2.5가 더욱 바람직하다. 1분자당 이소시아네이트기의 함량이 1미만이면, 우레아-개질된 폴리에스테르의 분자량이 낮아지며, 내 핫오프세트성이 저하된다.
더욱이, 폴리에스테르 예비중합체(A)와 반응되는 아민(B)의 예는 하이드릭 아민 화합물(B1), 3가 아민 이상의 폴리하이드릭 아민 화합물(B2), 아미노 알코올(B3), 아미노 메르캅탄(B4), 아미노산(B5), 및 B1-B5의 아미노기가 블록화된 화합물(B6)이다.
디하이드릭 아민 화합물(B1)의 예는 방향족 디아민(예를들어, 페닐렌 디아민, 디에틸렌 디아민 및 4,4'-디아미노 디페닐 메탄), 아크릴 디아민(예를들어, 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸 디시클로헥실 메탄, 디아민 시클로헥산 및 이소포론 디아민) 및 지방족 디아민(예를들어, 에틸렌 디아민, 테트라메틸렌 디아민 및 헥사메틸렌 디아민)이다. 3가 아민 이상의 폴리하이드릭 아민 화합물(B2)의 예는 디에틸렌 트리아민 및 트리에틸렌 테트라아민이다. 아미노 알코올(B3)의 예는 에탄올 아 민 및 히드록시 에틸 아닐린이다. 아미노 메르캅탄(B4)의 예는 아미노 에틸 메르캅탄 및 아미노 프로필 메르캅탄이다. 아미노산(B5)의 예는 아미노 프로피온산 및 아미노 카프로산이다. B1-B5의 아미노기가 블록화된 화합물(B6)의 예는 상기 B1-B5에서 케톤 및 아민으로 부터 얻어진 케티민(ketimine) 화합물 및 옥사졸리딘 화합물(예를들어, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 및 메틸 이소부틸 케톤)이다. 상기 아민 (B)중 바람직한 아민은 B1 및 B1과 소량의 B2의 혼합물이다.
아민의 비율은 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 예비중합체(A)에서 이소시아네이트기[NCO]와 아민(B)에서 아민기[NHx]의 [NCO]/[NHx] 당량비이며 일반적으로 1/2-2/1범위이다. 바람직한 비는 1.5/1-1/1/1.5이며 1.2/1-1/1.2의 범위가 특히 바람직하다. [NCO]/[NHx]비가 2를 초과하거나, 1/2 미만이면, 우레탄-개질된 폴리에스테르의 분자량이 감소하며 내핫 오프 세트성이 저하된다.
더욱이, 우레탄 결합은 상기 우레아-개질된 폴리에스테르에 우레아 결합과 함께 포함될 수 있다. 상기 우레아 결합 함량과 상기 우레탄 결합 함량의 몰비는 일반적으로 100/0-10/90 범위이다. 바람직한 범위는 80/20-20/80이며, 60/40-30/70범위가 보다 바람직하다. 우레아 결합의 몰비가 10%미만이면, 내핫오프세트성이 저하된다.
우레아-개질된 폴리에스테르(ⅰ)는 원-샷(one-shot)법 및 예비중합체법과 같 은 방법으로 제조될 수 있다. 상기 폴리하이드릭 알코올(PO) 및 상기 폴리하이드릭 카르복시산(PC)는 히드록시기를 갖는 폴리에스테르를 얻도록, 테트라부톡시티타네이트 및 디부틸 주석 산화물과 같은 알려져 있는 에스테르화 촉매 존재하에서 150-280℃로 가열되고, 필요한 경우 물을 진공증류하여 행할 수 있다. 그 후, 상기 폴리하이드릭 이소시아네이트 화합물(PIC)는 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 예비중합체(A)를 얻기위해 40-140℃의 온도로 반응된다. 더욱이 아민(B)은 우레아-개질된 폴리에스테르를 얻기위해 0-140℃의 온도에서 폴리에스테르 예비중합체(A)와 반응된다.
폴리하이드릭 이소시아네이트 화합물(PIC)을 히드록시기를 갖는 폴리에스테르와 반응시키는 경우 및 폴리에스테르 예비중합체(A)가 아민(B)과 반응되는 경우, 필요한 경우에 용매를 사용할 수 있다. 사용가능한 용매로는 방향족 용매(톨루엔, 자일렌(xylene)등), 케톤(아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤등), 에스테르(아세트산 에스테르등), 아미드(디메틸 포름아미드, 디메틸 아세토아미드등), 및 에테르(테트라하이드로퓨란등)이며, 이들은 폴리히드릭 이소시아네이트 화합물(PIC)에 대하여 불활성(inert)이다.
얻어지는 우레아-개질된 폴리에스테르의 분자량을 조절하기 위해 폴리에스테르 예비중합체(A)와 아민(B) 사이의 교차결합 반응 및/또는 신장반응(extension reaction)에서, 필요한 경우 반응 억제제가 사용될 수 있다. 반응 억제제의 예는 모노아민(예를들어, 디에틸 아민, 디부틸 아민, 부틸 아민, 라우릴 아민등) 및 이들이 블록화된 화합물(예를들어, 케티민(ketimine) 화합물)이다.
개질된 폴리에스테르(ⅰ)의 중량 평균 분자량은 일반적으로 10,000이상이다. 바람직한 중량 평균 분자량은 20,000-10,000,000범위이며, 30,000-1,000,000범위의 중량 평균 분자량이 더욱 바람직하다. 바람직한 피크 분자량의 범위는 1,000-10,000이다. 1,000미만이면, 토너의 탄성이 낮아져 신장반응(extention reaction)을 행하는 것이 어려워지므로, 내핫오프세트성이 악화된다. 피크 분자량이 10,000을 초과하면, 상의 정착이 악화되며, 작은 입자크기의 제조 및 분말화(pulverization)가 문제시된다. 개질된 폴리에스테르(i)의 수평균분자량은 상세히 후술되는 비-개질된 폴리에스테르(ⅱ)가 사용되는 경우로 제한되지 않으며, 수평균분자량이 상기 중량 평균 분자량을 얻는데 적합하면 된다. 상기 개질된 폴리에스테르(i)가 단독으로 사용되면, 상기 수평균분자량은 일반적으로 20,000이하이며, 바람직하게는 1,000-10,000 범위이다. 2,000-8,000 범위가 더욱 바람직하다. 수평균분자량이 20,000을 초과하면, 저온에서의 정착 및 풀-컬러 유니트가 사용되는 경우 광택(gloss)가 악화된다.
얻어지는 우레탄-개질된 폴리에스테르의 분자량을 조절하기 위해, 상기 폴리에스테르 예비중합체(A)와 아민(B)사이의 교차결합 반응 및/또는 신장 반응에서 필요한 경우에 반응 억제제를 사용하여 개질된 폴리에스테르(i)를 얻는다. 반응 억제제의 예는 모노아민(예를들어, 디에틸 아민, 디부틸 아민, 부틸 아민, 라우릴 아민 등) 및 이들이 블록화된 화합물(예를 들어, 케티민(ketimine) 화합물)이다.
상기 개질된 폴리에스테르(i)는 단독으로 혹은 바인더 수지 주성분으로 포함되어 있는 비-개질된 폴리에스테르(ii)와 함께 혼합하여 사용될 수 있다. (ii)를 (i)과 함께 사용하므로써, 저온에서의 정착 및 풀-컬러 유니트가 사용되는 경우 광택이 개선된다. 따라서, (i)를 (ii)와 함께 사용하는 것이 (i)을 단독으로 사용하는 것에 비하여 바람직하다. (ii)의 예는 (i)의 폴리에스테르 성분과 유사한 폴리하이드릭 알코올(PC) 및 폴리하이드릭 카르복시산(PC)의 폴리축합물(polycondensates)이다. 더욱이, (ii)는 비-개질된 폴리에스테르로 제한되지 않으며, 우레탄 결합에 의해 개질된 성분과 같은 우레아 결합이 아닌 다른 화학 결합으로 개질된 화합물일 수 있다. 저온에서의 정차 및 내핫오프세트성 측면에서, (i) 과 (ii)이 적어도 부분적으로는 혼화성(compatible) 있는 것이 바람직하다. 따라서, (ii)와 (i)의 폴리에스테르 성분이 유사한 조성인 것이 바람직하다. (ii)가 (i)에 포함되는 경우, (i)와 (ii)의 중량비는 일반적으로 5/95-80/20이다. 5/95-30/70 중량비 범위가 바람직하고 5/95-25/75 범위가 보다 바람직하다. 7/93-20/80 중량비 범위가 보다 더 바람직하다. (i)의 중량비가 5% 미만이면, 내핫오프세트성(hot offset resistance)이 저조하며 내열보전성과 저온정착성의 양립성 면에서 바람직하지 않다.
(ii)의 피크 분자량은 일반적으로 1,000-10,000이다. 바람직한 범위는 2,000-8,000이며, 2,000-5,000 범위가 보다 바람직하다. 피크 분자량이 1,000 미만이며, 내열 보전성이 저하되며 10,000을 초과하면, 저온에서의 정착이 저하된다. (ii)의 히드록시값이 5 이상이 것이 바람직하다. (ii)의 히드록시값이 10-120 범위인 것이 보다 바람직하며, 20-80범위인 것이 특히 더 바람직하다. 히드록시값이 5미만이면, 내열보전성과 저온 정착성의 양립성 면에서 바람직하지 않다. (ii)의 산값(acid value)은 1-5범위이며, 2-4 범위가 보다 바람직하다. 높은 산값을 갖는 왁스가 사용되므로, 상기 바인더는 낮은 산 값을 갖는 바인더이며, 대전(charging) 및 고체적 저항성을 나타낸다. 따라서,이-성분 현상제에서 사용되는 토너와 매치되는 상기 바인더를 매치(match)하기 편리하다.
바인더 수지의 유리전이온도(Tg)는 일반적으로 45-65℃이며, 바람직한 범위는 45-60℃이다. 유리전이온도(Tg)가 45℃ 미만이면, 토너의 내열보전성이 악화되며 65℃를 초과하면, 저온에서의 정착성이 불충분하다.
우레아-개질된 폴리에스테르는 얻어진 토너 호스트 입자 표면에 존재하는 경향이 있으므로, 유리전이온도(Tg)가 알려져 있는 폴리에스테르-기초 토너의 유리전이온도에 비하여 낮더라도, 우수한 내열보전성을 갖는 경향이 있다.
알려져 있는 물질이 착색제, 대전 조절제(charge controlling agent) 및 이형제(mold release agent)등에 대하여 적합하게 선택될 수 있다.
이하, 토너 제조방법에 대하여 설명한다. 후술하는 방법은 바람직한 방법으로서, 토너 제조방법을 이로써 한정하는 것은 아니다.
토너를 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함한다.
1) 토너 재료 용액을 착색제, 비-개질된 폴리에스테르, 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 예비중합체 및 이형제를 유기 용매에 분산시켜 제조한다. 비점이 100℃ 미만인 휘발성 유기용매가 토너의 호스트 입자 형성 후에 제거하기 용이하므로 바람직하다. 특히, 톨루엔, 자일렌, 벤젠, 카본 테트라클로라이드, 메틸렌 클로라이드, 1,2-디클로로메탄, 1,2,2-트리클로로메탄, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 모노클로로벤젠, 디클로로에틸리딘, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤등이 단독으로 혹은 이들의 둘 또는 그 이상의 배합으로 사용될 수 있다. 톨루엔, 자일렌등의 방향족 용매 및 메틸렌 클로라이드, 1,2-디클로로에탄, 클로로포름, 카본 테트라클로라이드등의 할로겐 하이드로카본이 특히 바람직한 것이다. 사용되는 유기 용매의 양은 폴리에스테르 예비중합체 100중량부당 0-30중량부의 범위가 일반적이다. 바람직한 양은 0-100중량부이며, 25-70중량부가 더욱 바람직한 범위이다.
2) 상기 토너 재료용액은 계면활성제 및 미세한 입자의 수지 존재하에 수성 매질에서 에멀션화 된다. 수성 매질은 물 혹은 알코올(메탄올, 이소프로필 알코올, 에틸렌 글리콜등), 디메틸 포름아미드, 테트라하이드로퓨란, 셀로솔브(메틸 셀로솔 브등) 및 저급 케톤(lower ketone)(아세톤, 메틸 에틸 케톤등)과 같은 유기용매를 포함하는 수성 매질이 단독으로 사용될 수 있다.
상기 토너 재료 용액 100중량부당 수성 매질의 사용양은 일반적으로 50-2,000중량부범위이며, 바람직하게는 100-1,000중량부 범위의 양이다. 양이 50중량부 미만이면, 토너 재료 용액의 분산에 영향을 주며, 예정된 입자 크기의 토너 입자가 얻어질 수 없다. 20,000 중량부 보다 많은 양은 비경제적이다.
더욱이, 수성 매질에서 분산을 개선하기 위해, 계면활성제 및 수지미립자등과 같은 적합한 분산제가 첨가된다.
계면활성제의 예는 알킬 벤젠 술포네이트, α-올레핀 술포네이트, 에스테르 포스페이트등의 음이온성 계면활성제, 알킬 아민염, 아미노 알코올 지방산 유도체, 폴리아민 지방산 유도체, 이미다졸린과 같은 아민염, 알킬 트리메틸 암모늄 염, 디알킬 디메틸 암모늄염, 알킬 디메틸 벤질 암모늄염, 피리디늄 염, 알킬 이소퀴놀린염, 염화 벤제토늄(benzethonium chloride)과 같은 4차 암모늄염의 양이온성 계면활성제, 알라닌, 도데실 디(아미노 에틸)글리신, 디(옥틸 아미노 에틸)글리신 과 같은 지방산 아미드 유도체 및 폴리하이드릭 알코올 유도체와 같은 비이온성 계면활성제 및 N-알킬 -N,N-디메틸 암모늄 베타인등과 같은 양쪽성 계면활성제이다.
더욱이, 플루오로알킬기를 갖는 계면활성제를 사용하므로써, 매우 적은 양으 로 원하는 효과를 얻을 수 있다. 플루오로 알킬기를 갖는 바람직한 음이온성 계면활성제의 예는 탄소수 2-10인 플루오로 알킬 카르복시산 및 이들의 금속염, 디소디움 퍼플루오로옥탄 술포닐 글루타메이트, 소디움-3[ω-플루오로알킬(C6-C11) 옥시]-1-알킬(C3-C4) 술포네이트, 소디움-3[ω-플루오로알카노일(C6-C8)-N-에틸아미노]-1-프로판 술포네이트, 플루오로알킬 (C11-C20) 카르복시산 및 이의 금속염, 퍼플루오로알킬 카르복시산 (C7-C13) 및 이의 금속염, 퍼플루오로알킬 (C4-C12) 술폰산 및 이의 금속염, 퍼플루오로옥탄 술폰산 디에탄올 아미드, N-프로필-N-(2-히드록시에틸)퍼플루오로옥탄 술폰아미드, 퍼플루오로알킬(C6-C10) 술폰아미드 프로필 트리메틸 암모늄염, 퍼플루오로알킬 (C6-C10)-N-에틸 술포닐 글리신염, 에스테르 모노-퍼플루오로알킬 (C6-C10) 에틸 포스페이트이다.
상업적으로 이용가능한 제품의 예는 SURFLON S-111, S-112, S-113 (ASAHI GLASS CO., LTD.로 부터 제조됨), FLUORAD FC-93, FC-95, FC-98, FC-129(SUMITOMO 3M Co., LTD로 부터 제조됨), UNIDINE DA-101, DS-102(DAIKIN INDUSTRIES, LTD.에서 제조됨), MEGAFACE F-110, F-120, F-113, F-191, F-812, F-833(DAI NIPPON INK & CHEMICALS, INC.에서 제조됨), EKTOP EF-102, 103, 104, 10 파라클로로 오르소니트로 아닐린 레드, 리톨 패스트 스칼렛 G(litho fast sarlet G), 브릴리언트 패스트 스칼렛(brilliant fast scarlet), 브릴리언트 카민 BS(brilliant carmine BS), 퍼머넌트(permanent) 5, 112, 123A, 123B, 306A, 501, 201, 및 204(TOCHEM PRODUCTS, CO., LTD.에서 제조됨) 및 FTERGENT F-100 및 F-150(NEOS CO., LTD.에서 제조됨)이다.
양 이온성 계면활성제의 예는 1급 지방족 산(primary aliphatic acid), 2급 지방족 산(secondary aliphatic acid) 혹은 플루오로알킬기를 갖는 2급 아미노산, 퍼플루오로알킬(C6-C10) 술폰아미드 프로필 트리메틸 암모늄염등과 같은 지방족 4급 암모늄염, 벤즈알코늄염(benzalkonium salts), 벤제토늄(benzethonium) 클로라이드, 피리디늄염, 및 이미다졸리늄염이다. 상업적 제품의 예는 SURFLON 2-121(ASAHI GLASS CO., LTD.로 부터 제조됨), FLUORAD FC-135 (SUMITOMO 3M Co., LTD로 부터 제조됨), UNIDINE DS-202(DAIKIN INDUSTRIES, LTD.에서 제조됨.), MEGAFACE F-150, F-824(DAI NIPPON INK & CHEMICALS, INC.에서 제조됨), KETOP EF-132(TOCHEM PRODUCTS CO., LTD.에서 제조됨.) 및 FTERGENT F-300(NEOS CO., LTD.에서 제조됨)이다.
상기 수지미립자는 수성 분산물(disperser)을 형성할 수 있는 어떠한 종류의 수지로 된 것일 수 있으며, 따라서, 열가소성 수지 혹은 열경화성 수지가 사용될 수 있다. 이와 같은 수지의 예로는 비닐-베이스 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴라이미드 수지, 폴라아미드 수지, 실리콘-베이스 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 아닐린 수지, 이오노머(ionomer) 수지, 폴라카보네이트 수지 등을 포함한다. 물론, 둘 또는 그 이상의 이러한 수지의 배합이 사용될 수 있다. 미세한 구형 수지 입자를 갖는 수성 분산물을 쉽게 얻을 수 있다는 측면에서, 비닐-베이스 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수 지 및 이러한 수지의 둘 또는 그 이상의 배합이 수지로 바람직하게 사용될 수 있다. 비닐-베이스 수지의 예로는 스티렌-(메타) 에스테르 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, (메타) 아크릴레이트-에스테르 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-말레산 무수물 공중합체, 스티렌-(메타) 아크릴레이트 공중합체 등과 같은 비닐-베이스 단량체의 중합 혹은 공중합으로 얻어진 중합체를 포함한다. 상기 수지미립자의 평균 입자크기는 5-200㎚, 바람직하게는 20-30㎚ 범위이다.
상기 수지미립자는 수성 매질에 형성되는 토너 호스트 입자를 안정화시키기 위해 첨가된다. 따라서, 수지미립자는 상기 토너 호스트 입자의 표면을 10-90% 커버할 수 있도록 첨가되는 것이 바람직하다. 예로는 입자크기가 0.5-2㎛인 메틸 폴리메타크릴레이트 미립자, 입자크기가 1㎛인 폴리(스티렌-아크릴 니트릴) 미립자이다. 상업적 제품의 예는 PB-200H(KAO CORPORATION에서 제조됨), SGP(SOKEN CO., LTD.에서 제조됨), TECHPOLYMER-SB(SEKISUI CHEMICAL CO., LTD.에서 제조됨), SGP-3G(SOKEN CO., LTD.에서 제조됨), 및 MICROPEARL (SEKISUI CHEMICAL CO., LTD.에서 제조됨)이다. 더욱이, 칼슘 포스페이트-트리베이직(tribasic),칼슘 카보네이트, 티타늄 옥사이드, 콜로이달 실리카 및 히드록시아파타이트(hydroxyapatite)가 또한 사용될 수 있다.
분산된 액적(droplet)은 수지미립자 및 무기 분산제 모두로 사용될 수 있는 분산제로서 고 중합체 보호 콜로이드로 안정화될 수 있다. 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, α-시아노아크릴산, α-시아노메타크릴산, 이타노산, 크로톤산, 퓨마르산, 말레산 혹은 무수 말레산과 같은 산 혹은 β-히드록시에틸 아크릴레이트, β-히드록시에틸 메타크릴레이트, β-히드록시프로필 아크릴레이트, β-히드록시프로필 메타크릴레이트, γ-히드록시프로필 아크릴레이트, γ-히드록시프로필 메타크릴레이트, 3-클로로-2-히드록시프로필 아크릴레이트, 3-클로로-2-히드록시프로필 메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 모노아크릴산 에스테르, 디에틸렌 글리콜 모노메타크릴산 에스테르, 글리세린 모노아크릴산 에스테르, 글리세린 모노메타크릴산 에스테르, N-메틸올 아크릴 아미드, N-메틸올 메타크릴 아미드, 비닐 알코올 혹은 비닐 메틸 에테르, 비닐 에틸 에테르, 비닐 프로필 에테르와 같은 비닐 알코올 혹은 비닐 알코올의 에테르, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐 부티레이트 같은 비닐 알코올과 카르복시기를 포함하는 화합물의 에스테르, 아크릴 아미드, 메타크릴 아미드, 디아세톤 아크릴 아미드 혹은 이들의 메틸올 화합물, 아크릴산 클로라이드, 메타크릴산 클로라이드와 같은 산클로라이드, 비닐 피리딘, 비닐 피롤리딘, 비닐 이미다졸, 에틸렌 이민 같은 질소성 물질 및 이들 물질의 헤테로고리를 갖는 화합물의 단일중합체 혹은 공중합체, 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시프로필렌, 폴리옥시에틸렌 알킬 아민, 폴리옥시프로필렌 알킬 아민, 폴리옥시에틸렌 알킬 아미드, 폴리옥시프로필렌 알킬 아미드, 폴리옥시에틸렌 노닐 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 스테아릴 페닐 에스테르, 폴리옥시에틸렌 노닐 페닐 에스테르, 메틸 셀룰로스, 히드록시에틸 셀룰로스, 히드록시프로필 셀룰로스와 같은 셀룰로스등이 사용된다.
상기 분산방법은 특정한 방법에 제한되지 않으며, 저-속 전단 분산기, 고-속 전단 분산기, 마찰 분산기(friction disperser), 고압 제트 분산기, 및 초음파 분산기같은 알려져 있는 장치가 사용될 수 있다. 이들 중, 고-속 전단 분산기가 분산체의 입경을 2-20㎛로 제조하는데 바람직하다. 고-속 전단이 사용되면, 분당회전수가 특정한 값으로 제한되지 않으나, 일반적으로 1,000-30,000rpm범위이다. 분당회전수의 바람직한 범위는 5,000-20,000rpm이다. 상기 분산 시간은 특정한 값으로 제한되지 않는다. 그러나, 배치 분산의 경우, 분산시간은 일반적으로 0.1-5분 범위이다. 분산도중 온도는 일반적으로 0-150℃(압력하에)이며, 바람직한 온도 범위는 40-98℃이다.
3) 에멀션화된 액체를 제조하는 동안, 아민(B)이 첨가되며, 반응은 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 예비중합체(A)와 함께 일어난다. 상기 반응은 교차결합 반응 및/또는 분자사슬 증량반응(extension reaction)을 포함한다. 상기 반응시간은 아민(B)과 폴리에스테르 예비중합체(A)의 이소시아네이트기의 구조와의 반응성에 따라 선택되며, 일반적으로 10분-40시간의 범위이다. 바람직한 반응시간은 2시간-24시간이다. 상기 반응온도는 일반적으로 0-150℃이며, 바람직한 온도는 40-98℃이다. 더욱이, 알려져 있는 촉매는 필요에 따라 사용될 수 있다. 촉매의 특정한 예는 디부틸 틴(tin) 라우레이트 및 디옥틸 틴 라우레이트이다.
4) 반응완료시, 유기 용매를 에멀션화된 분산체(반응 화합물)로 부터 제거하고, 세척하고, 건조하여 토너 호스트 입자가 얻어진다. 상기 유기용매를 제거하기 위해, 전체 시스템을 층류 교반(laminar flow stirring)하면서 가열한다. 특정한 온도 근처에서, 상기 혼합물을 격렬하게 교반하고 그 후, 탈 용매를 행하여 토너의 방추형(fusiform) 호스트 입자가 제조된다. 더욱이, 산 혹은 알칼리에 용해되어 있는 칼슘 포스페이트 염같은 화합물이 분산 안정화제로 사용되면, 상기 칼슘 포스페이트 염이 염산과 같은 산에 용해된 후에, 수세하는 방법으로 호스트 입자로 부터 상기 칼슘 포스페이트염을 제거한다. 또한, 이는 효소 분해로 제거될 수 있다.
5) 대전 조절제(charge controlling agent)가 이와 같이 얻어진 토너의 호스트 입자에 침투되며, 실리카, 티타늄 옥사이드등과 같은 미세한 무기입자가 외부로 부터 첨가되어 토너가 얻어진다. 대전 조절제의 침투 및 미세 무기입자의 첨가는 혼합기등을 사용한 알려져 있는 방법으로 행하여진다. 따라서, 뽀족한(sharp) 입자크기 분포를 가지며, 작은 입자크기를 갖는 토너가 용이하게 얻어질 수 있다. 더욱이, 유기용매를 제거하기 위해 격렬하게 교반하므로써, 완전한 구형으로 부터 럭비공 형태로 입자 형태가 제어될 수 있다. 더욱이, 입자 표면의 조직은 또한, 부드러운 상태로부터 거친 상태 사이에서 조절된다.
무기 미세입자가 유동성, 현상 및 토너 입자의 대전을 돕기위해 외부 첨가제로서 사용될 수 있다. 소수성 실리카 및/또는 수소성 티타늄 옥사이드 미세 입자가 무기 미세입자로서 사용하기에 특히 바람직한 것이다. 무기 미세입자의 1차 입자크 기는 5x10-3㎛ - 2㎛범위이며, 보다 바람직하게는 5x10-3㎛ - 0.5㎛범위이다. 더욱이, BET 에 따른 비표면적이 20-500㎡/g범위인 것이 바람직하다. 사용된 무기 미세입자의 배합은 토너의 0.01-5중량%범위이며, 0.01-2.0중량% 범위가 특히 바람직하다.
무기 미세입자의 다른 예로는 실리카, 알루미나, 티타늄 옥사이드, 바륨 티타네이트, 마그네슘 티타네이트, 칼슘 티타네이트, 스트론튬 티타네이트, 징크 옥사이드, 틴 옥사이드(tin oxide), 실리카 샌드, 점토, 마이카, 규회석, 규조토, 크롬옥사이드, 세륨 옥사이드, 레드 옥사이드(red oxide), 안티모니 트리옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 지르코늄 옥사이드, 바륨 술페이트, 바륨 카보네이트, 칼륨 카보네이트, 실리콘 카바이드 및 실리콘 니트라이드를 포함한다. 무기 미세입자의 다른 예로는 소우프-프리(soap-free) 에멀션 중합체, 및 서스펜션 중합체, 분산중합으로 얻어진 폴리스티렌, 에스테르 메타크릴레이트 및 에스테르 아크릴레이트 공중합체, 실리콘, 벤조구안아민 및 나일론과 같은 폴리축합물 및 열경화수지를 포함한다.
계면활성제로 표면 처리하여 소수성 특성을 개선하고 유동성 및 높은 습도에서의 대전특성의 저하가 방지된다. 적합한 계면활성제의 예로는 실란커플링제, 실릴화제, 플르오르화 알킬기를 갖는 실란 커플링제, 유기 티타네이트-베이스 커플링제, 알루미늄-베이스 커플링제, 실리콘 오일 및 변성 실리콘 오일(denaturated silicon oil)을 포함한다.
상기한 토너는 마그네틱 캐리어와 혼합되어, 2-성분 현상제로 사용될 수 있다. 이경우에, 현상제내에서 마그네틱 캐리어에 대한 토너의 농도는 바람직하게는 마그네틱 캐리어 100중량부당 1-10중량부의 범위이다. 더욱이, 상기한 토너는 일-성분 마그네틱 토너 혹은 캐리어를 사용하지 않는 비-마그네틱 토너로 사용될 수 있다.
더욱이, 본 발명은 이들 구현으로 한정되지 않으며, 다양한 변형 및 개질이 본 발명의 범위 내에서 행하여질 수 있다.

Claims (52)

  1. 서로에 대해 이동가능하여 일정 공간을 형성하는 적어도 제1 및 제2 프레임 보디들을 포함하는 프레임 보디;
    상기 제1 및 제2 프레임 보디들을 위치 조정하기 위한 프레임 보디 위치 조정 부재;
    상기 프레임 보디에 의해서 지지되고, 상기 제1 및 제2 프레임 보디들에 의해서 형성된 공간을 통하여 교체가능한 잠상 담지 부재;
    상기 잠상 담지 부재에 현상제를 공급하기 위한 현상 유닛; 및
    상기 프레임 보디 위치조정 부재에 대해 겹치지 않는 위치에 배치되고, 상기 프레임 보디에 대해 현상 유닛을 위치 조정하는 현상 위치 결정 부재;를 포함하는 프로세스 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 현상 유닛은 현상제를 이송하는 현상제 담지 부재와, 상기 현상제 담지 부재의 내측에 제공되고, 사전에 결정된 주극(main pole) 방향을 갖는 자석 군을 포함하고; 상기 현상 위치 결정 부재는 상기 잠상 담지 부재와 상기 현상제 담지 부재를 위치 조정하는 위치 조정 부재 및, 상기 잠상 담지 부재에 대해 상기 자석 군의 주극 방향을 결정하는 각도 위치조정 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 잠상 담지 부재 상의 잔류 토너를 소제하는 소제 유닛; 과 상기 프레임 보디 위치 결정 부재와 상기 현상 위치 결정 부재에 대해여 겹치지 않는 위치에 배치되고, 상기 프레임 보디에 대해 소제 유닛을 위치 조정하는 소제 위치 결정 부재;를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 잠상 담지 부재 상의 잔류 토너를 소제하는 소제 유닛; 과 상기 프레임 보디에 대해 상기 소제 유닛을 위치 조정하는 소제 위치 결정 부재;를 추가 포함하고, 상기 소제 유닛은 상기 제1 및 제2 프레임 보디들에 의해서 형성된 공간을 통하여 교환 가능한 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 소제 유닛은 적어도 상기 잠상 담지 부재 상의 잔류 토너를 제거하는 소제 블레이드, 상기 잔류 토너의 대전 량을 제어하는 바이어스 롤러(bias roller) 및 상기 바이어스 롤러와 소제 블레이드에 부착된 토너를 회복시키는 회복 롤러를 포함하고;
    상기 소제 위치 판별 부재는 상기 프레임 보디, 상기 바이어스 롤러 및 상기 회복 롤러들에 대하여 소제 블레이드를 위치 조정하는 블레이드 위치 조정 부재를 포함하며; 그리고
    상기 소제 블레이드, 상기 바이어스 롤러 및 상기 회복 롤러들은 독립적으로 교체가능한 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잠상 담지 부재를 균일하게 대전시키기 위한 대전 유닛을 추가 포함하고,
    상기 대전 유닛은 상기 프레임 보디 위치결정 부재, 상기 현상 위치 결정 부재 및 상기 소제 위치 결정 부재에 대하여 겹치지 않는 위치에서 상기 프레임 보디에 대하여 위치되는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잠상 담지 부재, 소제 유닛, 대전 유닛 및 현상 유닛들 중의 적어도 하나는 화상 형성 장치의 본체(main body)로부터 상기 프로세스 카트리지를 제거한 후, 교체되는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잠상 담지 부재는 화상 형성 장치의 본체에 제공된 구동 축에 삽입되는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프레임 보디는 구동 축을 수용하기 위한 구멍 부를 구비하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임 보디는 제전 유닛 및 검출유닛을 포함하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제전 유닛은 전기장 발광 램프(electroluminescence lamp)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 검출 유닛은 상기 잠상 담지 부재의 전위(potential)를 검출할 수 있는 전위 센서, 상기 잠상 담지 부재상의 토너 량을 검출하기 위한 토너 농도 센서 및, 상기 프로세스 카트리지 내의 온도 및 습도를 검출하기 위한 온도 및 습도 센서들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 외부와의 연결을 위한 전기적 배선(wiring)들이 상기 프로세스 카트리지의 어느 한 위치를 통하여 연결가능한 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현상 유닛은 0.93 내지 1.00 범위의 평균 원형도(circularity)를 갖는 토너를 사용하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  15. 제14항에 있어서, 상기 토너는 1.05 내지 1.40 범위의 체적 평균 입자 크기와 수 평균 입자 크기(a number average particle size)의 비율을 갖는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 토너는 소축(minor axis) r2 과 대축 (major axis) r1의 비율 r2/r1가 0.5 내지 1.0의 범위, 두께 r3 와 소축 r2의 비율 r3/r2 이 0.7 내지 1.0의 범위를 갖는 대략 구형의 입자로 이루어지고, r1≥r2≥r3의 관계를 만족하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토너는 수용성 매체 내에서 토너 재료 용액을 교차 결합(cross linking) 반응 및/또는 연장(extension) 반응을 받도록 함으로써 제작될 수 있고, 여기서 상기 토너 재료 용액은 유기 용매, 적어도 질소 원자, 폴리에스터, 착색제 및 몰드 방출제를 포함하는 기능 군(functional group)을 갖는 폴리에스터 프리폴리머(prepolymer) 내에서 용해 또는 분산에 의해서 얻어지는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토너 또는 새롭게 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 토너 공급을 받음으로써 재사용 가능한 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  20. 제19항에 있어서, 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  21. 잠상 담지 부재 상에 형성된 잠상을 토너 상으로 가시화하기 위하여,
    제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 탈착 가능한 프로세스 카트리지를 포함하고,
    상기 잠상 담지 부재 및 현상 유닛 중의 적어도 하나는 상기 프로세스 카트리지에 관하여 교체 가능한 화상 형성 장치.
  22. 제21항에 있어서, 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성장치.
  23. 프레임 보디;
    상기 프레임 보디에 의해서 지지되는 잠상 담지 부재;
    상기 잠상 담지 부재에 토너를 공급하기 위한 현상 유닛;
    상기 프레임 보디에 대하여 상기 현상 유닛을 위치 조정하는 현상 위치 결정 부재;
    상기 잠상 담지 부재 상의 토너를 소제하는 소제 유닛; 및
    상기 현상 위치 결정 부재에 대하여 겹치지 않는 위치에 배치되고, 상기 프레임 보디에 대하여 소제 유닛을 위치 조정하는 소제 위치 결정 부재;를 포함하는 프로세스 카트리지.
  24. 제23항에 있어서, 상기 현상 유닛은 현상제를 이송하는 현상제 담지 부재와, 상기 현상제 담지 부재의 내측에 제공되고, 사전에 결정된 주극(main pole) 방향을 갖는 자석 군을 포함하고; 그리고
    상기 현상 위치 결정 부재는 상기 잠상 담지 부재와 상기 현상제 담지 부재를 위치 조정하는 위치 조정 부재 및, 상기 잠상 담지 부재에 대해 상기 자석 군의 주극 방향을 결정하는 각도 위치조정 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  25. 제23항 또는 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임 보디는 서로에 대해 이동가능한 적어도 제1 및 제2 프레임 보디들로 이루어져서 일정 공간을 형성하고, 상기 잠상 담지 부재는 상기 프레임 보디에 의해서 지지되며, 상기 제1 및 제2 프레임 보디들에 의해서 형성된 공간을 통하여 교체가능하며, 그리고
    상기 현상 위치 결정 부재에 대해 겹치지 않는 위치에 배치되고, 상기 제1 및 제2 프레임 보디들을 위치 조정하는 프레임 보디 위치조정 부재를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  26. 제23항에 있어서, 상기 소제 유닛은 상기 제1 및 제2 프레임 보디들이 서로에 대하여 이동되어 상기 공간을 형성한 후, 상기 소제 위치 결정 부재를 이동시킴으로써 교체 가능한 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  27. 제26항에 있어서, 상기 소제 유닛은 적어도 상기 잠상 담지 부재상의 잔류 토너를 제거하는 소제 블레이드, 상기 잔류 토너의 대전 량을 제어하는 바이어스 롤러 및 상기 바이어스 롤러와 소제 블레이드에 부착된 토너를 회복시키는 회복 롤러를 포함하고;
    상기 소제 위치 결정 부재는 상기 프레임 보디, 바이어스 롤러 및 회복 롤러에 관하여 상기 소제 블레이드를 위치 조정하기 위한 블레이드 위치 조정 부재를 포함하며; 그리고
    상기 소제 블레이드, 상기 바이어스 롤러 및 회복 롤러들은 독립적으로 교체 가능한 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잠상 담지 부재를 균일하게 대전시키기 위한 대전 유닛을 추가적으로 포함하고,
    상기 대전 유닛은 상기 프레임 보디 위치 결정 부재, 상기 현상 위치 결정 부재 및 상기 소제 위치 결정 부재들에 관하여 겹치지 않는 위치에서 상기 프레임 보디에 관련하여 위치된 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  29. 잠상 담지 부재 상에 형성된 잠상을 토너 상으로 가시화하기 위하여,
    제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 탈착 가능한 프로세스 카트리지를 포함하고,
    상기 잠상 담지 부재, 상기 현상 유닛 및 소제 유닛 중의 적어도 하나는 상기 프로세스 카트리지에 관련하여 교체 가능한 화상 형성장치.
  30. 제29항에 있어서, 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성장치.
  31. 화상 형성장치에 관련하여 탈착 가능하도록 구성되고,
    잠상 담지 부재; 및
    상기 잠상 담지 부재에 일체로 제공된 적어도 3개의 프로세스 유닛들을 포함하고,
    상기 잠상 담지 부재와 프로세스 유닛 각각은 독립적으로 탈착 가능한 프로세스 카트리지.
  32. 제31항에 있어서, 상기 3개의 프로세스 유닛들은 소제 유닛, 현상 유닛 및 대전 유닛들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  33. 화상 형성장치에 관련하여 탈착 가능하도록 구성되고,
    프레임 보디;
    상기 프레임 보디에 의해서 지지되는 잠상 담지 부재; 및
    상기 잠상 담지 부재에 일체로 제공되고 그리고 상기 프레임 보디에 의해서 지지되는 적어도 하나의 프로세스 유닛을 포함하고,
    상기 잠상 담지 부재와 적어도 하나의 프로세스 유닛들은 독립적으로 탈착 가능한 화상 형성장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 잠상 담지 부재와 적어도 하나의 프로세스 유닛은 다른 프로세스 유닛들의 제거를 필요로 하지 않고 교체 가능한 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 상기 잠상 담지 부재와 적어도 하나의 프로세스 유닛은 화상 형성장치로부터 상기 프로세스 카트리지를 제거한 후 교체되는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  36. 제33항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잠상 담지 부재는 상기 적어도 하나의 프로세스 유닛을 상기 프레임 보디로부터 제거시키지 않고서도 상기 프레임 보디로부터 탈착 가능한 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  37. 제33항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 처리 유닛을 형성하는 소제 유닛을 포함하고,
    상기 잠상 담지 부재는 상기 소제 유닛의 회전 후에 상기 프레임 보디로부터 제거가능한 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  38. 제37항에 있어서, 상기 프레임 보디에 관련하여 상기 소제 유닛을 위치 조정하는 소제 위치 결정 부재를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  39. 제37항 또는 제38항에 있어서, 상기 소제 유닛은 코팅 롤러와 윤활제 보디를 포함하는 코팅 메카니즘을 포함하고, 상기 코팅 메카니즘은 상기 잠상 담지 부재 상에 윤활제를 코팅하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  40. 제39항에 있어서, 상기 소제 유닛은 소제 블레이드를 포함하고 상기 윤활제 보디는 교체 가능한 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  41. 제33항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 프로세스 유닛을 형성하는 대전 유닛을 추가로 포함하고,
    상기 프레임 보디는 대전 유닛을 수용하는 홈(recess)을 포함하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  42. 제33항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    현상 유닛; 과
    상기 프레임 보디에 관련하여 상기 현상 유닛을 위치 조정하는 현상 위치조정 부재를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  43. 제42항에 있어서, 상기 현상 위치 결정 부재는 상기 현상 유닛의 현상 기준 축을 베어링을 형성하는 상기 프레임 보디 내의 구멍에 관련하여 위치시키는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  44. 제33항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잠상 담지 부재는 상기 프로세스 카트리지가 화상 형성장치 내에 장착되는 때에, 상기 화상 형성장치의 구동 축을 수용하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  45. 제44항에 있어서, 상기 프레임 보디는 베어링을 형성하고 화상 형성장치의 구동 축을 수용하는 구멍을 포함하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  46. 제33항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임 보디 상에 제공된 제전 유닛(discharge unit); 과
    상기 프레임 보디 상에 제공된 검출 유닛;을 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  47. 제46항에 있어서, 상기 검출 유닛은 상기 잠상 담지 부재의 전위를 검출하기 위한 전위 센서, 상기 잠상 담지 부재상의 토너 량을 검출하기 위한 토너 농도 센서 및 상기 프로세스 카트리지 내의 온도와 습도를 검출하기 위한 온도 및 습도 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  48. 제33항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토너 또는 새롭게 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함하는 것임을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  49. 제33항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 토너 공급을 받음으로써 재사 용가능한 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  50. 제49항에 있어서, 보급된 토너를 수용하는 수용 부를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
  51. 잠상 담지 부재 상에 형성된 잠상을 토너 화상으로 가시화하기 위하여,
    제33항 내지 제50항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 탈착 가능한 프로세스 카트리지를 포함하고,
    상기 잠상 담지 부재, 상기 현상 유닛 및 소제 유닛들 중의 적어도 하나는 상기 프로세스 카트리지에 관련하여 교체 가능한 화상 형성장치.
  52. 제51항에 있어서, 보급된 토너를 수용하기 위한 수용 부를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성장치.
KR1020067004082A 2003-08-29 2004-08-24 프로세스 카트리지 및 화상 형성장치 KR100815629B1 (ko)

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