KR20110135936A

KR20110135936A - 에어 덕트 및 이들 이용한 토너 카트리지

Info

Publication number: KR20110135936A
Application number: KR1020117021060A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 앤드류 브라운; 자레트 클락 게인; 니콜라스 펜리 깁슨; 아스문드 베고
Original assignee: 렉스마크 인터내셔널, 인코포레이티드
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-12-20
Also published as: CN102334075A; WO2010118085A1; IL214064A; IL214064A0; EP2417495A4; MX2011007919A; CA2749381C; ZA201105913B; US20090202270A1; KR101212589B1; EP2417495A1; SG174119A1; CA2749381A1; CN102334075B; EP2417495B1; AU2010234547B2; CO6420378A2; US20120070181A1; US8538286B2; BRPI1007496A2

Abstract

본 발명은 이미지 형상 장치에 사용된 토너 재료를 포함하는 카트리지에 관한 것이다. 상기 카트리지는 현상기 롤과, 한 단부에서 현상기 롤과의 경계면을 제공하는 두 개의 J-시일, 및 현상기 롤과 시일을 냉각하도록 상기 경계면에 걸쳐 기류를 안내하는 에어 덕트를 포함한다. 상기 에어 덕트는 세장형 중공형 몸체, 및 상기 중공형 몸체와 유체 연통되는 한 쌍의 노즐을 포함한다. 상기 노즐들 중의 하나는 하나의 상기 J-시일 근처에 있는 현상기 롤의 상기 말단부에 배열되며, 상기 노즐들 중의 다른 하나는 제 2 J-시일 근처에 있는 현상기 롤의 상기 기단부에 배열된다.

Description

에어 덕트 및 이들 이용한 토너 카트리지 {AIR DUCT AND TONER CARTRIDGE USING SAME}

본 발명은 일반적으로 이미지 형성 장치에 관한 것이며, 더 구체적으로는 이미지 형성 장치 내의 토너 카트리지의 냉각에 관한 것이다.

레이저 프린터와 같은 이미지 형성 장치는 광수용(photoreceptive) 또는 이미지 전달 드럼의 별도의 부분에 프린팅 토너를 유인하기 위해 이들 별도의 부분들에 노출되도록 촛점이 맞춰진 광 빔을 이용한다. 레이저 프린터의 하나의 구성요소는 광수용 드럼 조립체이다. 광수용 드럼 조립체는 통상적으로 레이저에 의해 방출되는 광자(light photon)에 의해 방전되는 광전도 재료로 제조된다. 상기 드럼에는 전하 롤러에 의해 전하가 최초로 주어진다. 광수용 드럼이 회전하면, 프린터는 일정 지점에서 방전되도록 레이저 빔을 표면을 가로지도록 지향시킨다. 이런 방식으로, 레이저는 전하 패턴으로서 프린트될 이미지[정전 잠상(electrostatic latent image)]와 문자들을 그리게 된다. 상기 시스템은 또한, 더욱 음으로 하전된 배경(background) 상에서 더욱 양으로 하전된 정전 잠상과 작동하거나, 더욱 양으로 하전된 배경 상에서 더욱 음으로 하전된 정전 잠상과 작동할 수 있다.

프린터의 레이저 또는 레이저 스캐닝 조립체는 프린트될 이미지를 광수용 드럼 상에 그린다. 공지된 레이저 스캐닝 조립체는 레이저, 이동가능한 미러, 및 렌즈를 포함할 수 있다. 레이저는 하나의 수평 라인 상에 텍스트와 이미지를 한번에 형성하는 픽셀에 의해 형성되는 이미지 데이터를 수용한다. 빔이 드럼을 가로질러 이동할 때 레이저는 프린트될 모든 픽셀에 대해 광 펄스를 방출한다. 통상적으로, 레이저는 빔을 실제로 이동시키지 않는다. 대신에, 레이저는 광 빔을 이동가능한 미러에서 반사시킨다. 미러가 이동하면서 광 빔은 일련의 렌즈를 통과한다. 이러한 시스템은 드럼을 따르는 지점들과 미러 사이의 가변 거리로 인한 이미지 왜곡을 보상한다. 레이저 조립체는 광수용 드럼이 연속적으로 회전할 때 한 평면에서 수평으로 이동함으로써, 레이저 조립체는 다음 라인을 그릴 수 있게 된다. 프린트 제어기는 이러한 작동을 동기화시킨다. 광수용 드럼 상에 잠상을 형성하는 공정에서, 레이저는 잠상이 형성되는 이들 영역들을 방전시킨다.

토너가 정전기적으로 하전될 때, 토너는 이미지 전달 드럼의 노출 부분들에 끌어 당겨진다. 데이터 이미지 패턴이 설정된 이후에, 하전된 토너는 광전도체 드럼으로 공급된다. 전하차(charge differential)로 인해, 토너는 드럼의 방전 영역으로 이끌려 달라붙으나, 유사하게 하전된 "배경(background)" 부분에는 달라붙지 않는다. 토너는 두 개의 주 주 성분, 안료 및 플라스틱을 갖는 정전기적으로 하전된 분말이다. 안료는 단색 프린터에서 흑색과 같은 컬러, 또는 컬러 프린터에서 청록색, 노랑, 자홍색 및 흑색과 같은 컬러를 제공하며, 텍스트와 이미지를 형성한다. 안료는 플라스틱 입자와 혼합되어서 퓨저(fuser) 조립체의 열을 통과할 때 토너가 용융되게 한다. 토너는 토너 카트리지 하우징 내에 저장되며, 소형 컨테이너가 제거가능한 케이싱 내측에 설치된다. 프린터는 하우징 내의 통(sump)으로부터 토너를 모으며 이들 패들과 전달 롤러를 사용하여 현상기 유닛으로 공급한다. 현상기 롤은 통상적으로, 전도체 금속 샤프트와 폴리머 전도체 코팅을 가지는 하전 회전 롤러이며 현상기 롤에 인접 위치된 토너 추가 롤로부터 토너를 수용한다. 전하와 스크러빙(scrubbing)으로 인해, 현상기 롤은 토너 추가 롤로부터 토너 입자들을 수집한다. 닥터 블레이드 조립체는 현상기 롤로부터 과잉 토너를 스크러빙 또는 "닥터링(doctoring)"함으로써 현상기 롤의 표면 및 길이를 따라 토너의 일정한 코팅을 제공하도록 현상기 롤과 결합한다. 닥터 블레이드는 또한, 토너 상에 전하를 유도할 수 있다. 이는 차례로, 광전도체 드럼에 토너를 일정하게 공급한다. 현상기 롤 상의 토너 코팅이 너무 두껍거나 너무 얇거나 아주 없는 것과 같이 일정하지 않으면, 광전도체 드럼의 코팅은 일정하지 않으며 프린트된 이미지의 암부(darkness) 레벨이 이러한 일정하지 않음으로 인해 변할 수 있다. 이러한 상태는 프린트 결함으로 간주된다.

광전도체 드럼 상의 정전 상은 토너 입자들이 현상기 롤로부터 광전도체 드럼 상의 잠상으로 이동되어 광전도체 드럼 상에 엷은 색조의 이미지(toned image)를 형성하도록 하전된다. 엷은 색조의 이미지는 광전도체 드럼으로부터 종이와 같은 프린트 가능한 매체로, 또는 엷은 색조의 이미지를 프린트 가능한 매체로 전달하는 중간 전달 벨트로 전달된다. 종이나 전달 벨트는 토너에 반대로 하전되어, 토너가 종이 또는 전달 벨트로 전달되게 한다. 이러한 전하는 정전 상의 전하보다 강해서, 종이 또는 벨트는 광전도체 드럼의 표면으로부터 떨어지게 토너 입자들을 끌어당긴다. 종이 또는 벨트가 드럼과 동일한 속도로 이동되므로, 종이 또는 전달 벨트는 이미지 패턴을 정확히 픽업(pick up)한다.

레이저 프린터 또는 다른 이미지 형성 장치에서 종종 발생하는 하나의 문제점은 토너 누출이다. 통으로부터의 토너는 토너 카트리지 내측으로 누출될 수 있으며 유닛의 적절한 작동을 방해할 수 있다. 토너 누출에 대한 하나의 중요한 영역은 현상기 롤의 양 단부 근처에 위치되는 J-시일이 현상기 롤과 미끄럼 결합되는, 특히 현상기 롤, 닥터 블레이드, 및 J-시일이 모두 만나게 되는 현상기 롤의 부분들을 따른 경로이다. 이들 위치들은 전술한 부품들의 허용 오차, 강도, 및 편향으로 인해 밀봉하는 것이 어렵다. 작동 토너 압력뿐만 아니라 진동 및 드롭(drop) 테스트 결과들에 의해 현상기 롤의 표면 및 J-시일의 주변 영역들이 특히, 보다 높은 체적의 하우징에 있어서 빈번한 토너 누출 경로임이 입증되었다.

"클린 밴드(clean band)"로서 현상기 롤에서 확인된 현상기 롤과 J-시일 사이의 경계면은 현상기 롤이 회전할 때 토너 카트리지 내측에 열을 생성한다. J-시일이 항상 원주변에서 현상기 롤과 접촉되어야 하기 때문에 마찰은 현재 디자인에서는 바람직하지 않다. J-시일 경계면은 J-시일이 카트리지 내에 토너를 확실히 포함하기 위해서 유연한 재료로 형성되어야 하기 때문에 마찰의 근원이다. J-시일 경계면은 높은 마찰 계수를 갖는 폴리머 또는 고무 도포된 재료에 의해 빈번히 덮이는 현상기 롤과 접촉한다. 길이에 따른 현상기 롤의 온도는 J-시일과의 마찰로 인해 중간 위치에서보다 클린 밴드에서 상당히 높다.

J-시일 경계면으로부터 과도한 열에 대한 하나의 해결책은 마찰 계수를 감소시키기 위한 시도로 클린 밴드에 윤활유를 공급하는 것이다. 그러나, 그와 같은 해결책은 상당한 단점들을 가진다. J-시일 또는 현상기 롤의 단부들에 가해진 임의의 윤활유는 토너를 잠재적으로 오염시킬 수 있으며 임의의 프린트된 이미지를 파괴할 수 있다. 또한, 윤활유는 카트리지 또는 프린터의 다른 영역으로 스며들어 원하지 않는 손상의 원인이 되고 유닛의 적절한 작동을 방해한다.

J-시일 경계면으로부터 과도한 열에 대한 다른 해결책은 현상기 롤의 전체 길이에 걸쳐 공기를 불어 넣도록 팬으로부터와 같은 방향성 기류를 사용하는 것이다. 그러나, 이는 현상기 롤의 온도를 상당한 양만큼 낮춘다는 점에서 비효율적인 것으로 입증되었다.

또한, J-시일 경계면에서 마찰에 의해 생성된 열은 프린트 속도가 증가할 때 레이저 프린터 또는 다른 이미지 형성 장치의 적절한 작동과 관련한 다른 문제점들을 유발한다. J-시일과 현상기 롤 사이의 압력을 유지하는 것이 필수적이므로, 프린트 속도가 증가할 때 많은 열이 생성된다. 공지된 프린터에서, 분당 35 페이지의 프린트 속도는 연속적인 프린팅이라 하더라도, J-시일에서 생성된 열이 열 관련 고장을 방지하도록 주변 카트리지 부품들로 그리고 대기로 분산될 수 있기에 충분히 늦은 속도이다. 그와 같은 경우에, 토너 카트리지는 열 평형 상태에 도달할 수 있으며 냉각 방법으로서 방향성을 갖지 않는 기류에 의해서도 여전히 적절히 작동할 수 있다. 그러나, 분당 50 페이지 이상과 같은 고속 프린팅에서는 J-시일 경계면 주위에 있는 현상기 롤의 단부들 위치에서 극도의 과열의 원인이 된다. 현상기 롤의 낮은 열 전도율은 가열 상태를 더 악화시키며 커다란 온도 구배가 현상기 롤의 축 방향으로 클린 밴드 주위에 형성될 수 있다.

높은 온도는 카트리지 내측의 토너를 밀봉하기 위한 J-시일의 성능에 부정적인 영향을 끼친다는 것을 이해할 것이다. 클린 밴드 영역으로부터의 열이 증가하면, 현상기 롤의 표면 온도가 증가하며, 중간 영역에 있는 토너의 온도도 증가한다. J-시일 경계면 주위에서의 70 ℃까지의 온도는 프린터가 분당 50 페이지의 속도일 때 측정되었다. 몇몇 토너에 대해서는 약 46 ℃에서 용융이 발생될 수 있다. 따라서, 토너의 용융은 이미지 형성 장치가 분당 50 페이지 이상의 속도로 작동할 때 J-시일과 현상기 롤 사이의 접촉 영역에서 발생할 수 있다고 이해될 것이다. 그와 같은 경우에, J-시일은 현상기 롤 상의 용융된 토너의 불규칙한 층과 접촉하는데, 이러한 불규칙한 층은 일정하고 신뢰성 있는 시일을 달성하기 위해 가장 바람직한 극히 평활한 표면이 아니다. 이러한 상태는 토너가 J-시일을 통과하여 토너 카트리지로 빠져나갈 수 있게 한다.

일단 J-시일에서 토너 누출이 시작되면, 토너는 빠른 속도로 거의 연속적으로 손실되어 분당 수 그램의 토너가 프린터로 빠져나가게 된다. 그와 같이 큰 양의 토너 손실은 카트리지 생산성에 심각한 영향을 주기에 충분하며, 예상보다 수천 페이지 더 적은 생산성을 초래할 것이다. 또한, 토너 카트리지로부터 빠져나온 토너가 제 1 이송기의 위치 근처에 있는 전달 벨트로 또는 프린트 매체로 직접 떨어질 때 대부분 프린트 결함이 발생한다.

본 발명에 따라, 이미지 형상 장치에 사용된 토너 재료를 포함하는 카트리지는 현상기 롤과, 상기 현상기 롤과 토너와의 경계면을 제공하는 시일, 및 상기 현상기 롤을 냉각하도록 상기 경계면에 걸쳐 기류를 안내하는 에어 덕트를 포함한다.

또한 본 발명에 따라, 토너 재료, 현상기 롤, 및 상기 현상기 롤에 경계면을 제공하는 한 쌍의 시일을 포함하는 카트리지 내의 에어 덕트는 상기 현상기 롤은 말단부 및 기단부를 가지며, 각각의 상기 말단부 및 기단부에는 한 쌍의 시일 내의 하나의 시일이 각각 위치되며, 세장형 중공형 몸체, 및 상기 중공형 몸체와 유체 연통되는 한 쌍의 노즐을 포함하며, 상기 노즐들 중의 하나는 상기 현상기 롤의 상기 말단부에 배열되며 상기 노즐들 중의 다른 하나는 상기 현상기 롤의 상기 기단부에 배열된다.

본 발명의 전술한 그리고 기타의 특징들과 장점들, 및 이들을 달성하기 위한 방법들은 첨부 도면과 관련한 본 발명의 실시예들에 대한 다음의 설명을 참조하면 더 명확해지고 더 잘 이해될 것이다.

도 1은 예시적인 전자사진 방식(electrophotographic) 프린터의 사시도이며,
도 2는 도 1의 전자사진 방식 프린터에 사용되는 토너 카트리지의 사시도이며,
도 3은 현상기 조립체의 부분 분해 사시도이며,
도 4는 현상기 시일 조립체의 분해 사시도이며,
도 5는 본 발명의 토너 카트리지 내의 예시적인 에어 덕트 및 현상기 롤의 사시도이며,
도 6은 도 5의 에어 덕트의 사시도이며,
도 7은 도 6의 에어 덕트의 배면도이며,
도 8은 도 5의 에어 덕트의 8-8 선에 따른 횡단면도이며,
도 9는 도 5의 에어 덕트의 9-9 선에 따른 횡단면도이며,
도 10은 도 6의 에어 덕트를 나타내기 위해 절단된 예시적인 토너 카트리지의 사시도이며,
도 11은 본 발명의 토너 카트리지에 사용되는 시일의 온도를 나타내는 그래프이며,
도 12는 본 발명의 토너 카트리지에서 측정한 공기 속도 대 온도를 나타내는 그래프이며,
도 13은 본 발명의 토너 카트리지의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다.

본 발명은 다음의 상세한 설명에 설명되거나 도면에 도시된 구성 요소들의 구성 및 배열에 대한 세부 사항에만 그 적용이 한정되는 것이 아니라고 이해해야 한다. 본 발명은 다양한 방식으로 실행되거나 실시될 수 있는 다른 실시예들이 있다. 또한, 본 발명의 명세서에 사용된 표현 및 용어들은 설명의 목적을 위한 것이며 제한적인 의미로 간주되어서는 안 된다고 이해해야 한다. "포함하는(including)", "포함하는(comprising)", 또는 "가지는" 및 이들의 파생어의 사용은 후에 열거된 세부항목 및 균등물뿐만 아니라 추가 세부사항들을 포함하는 의미이다. 달리 한정하지 않는 한, 용어 "연결되고", "커플링되고", 및 "장착되고", 그리고 이들의 파생어는 폭넓게 사용되었으며 직간접적인 연결, 커플링, 및 장착을 내포한다. 또한, 용어 "연결되고" 및 "커플링되고", 그리고 이들의 파생어들은 물리적 또는 기계적 연결 또는 커플링에 제한되지 않는다.

이후 도 1을 참조하면, 레이저 프린팅 기구를 갖는 주변 장치(10)가 사시도로 도시되어 있다. 주변 장치(10)가 레이저 프린터로서 도시되었지만, 본 기술 분야의 당업자들은 본 발명의 디자인이 이와는 달리, 전자사진(레이저) 프린트 엔진을 갖는 올인원(all-in-one) 장치, 복사기, 팩스, 독립 장치(stand-alone device) 등과 함께 사용될 수 있다는 것도 이해할 것이다. 예시적인 주변 장치는 하우징(12)의 정면 상에 위치되는 제 1 접근 도어(14)를 포함하는 하우징(12)을 포함하는 레이저 프린터(10)에 의해 구현된다. 하우징(12)은 일반적으로, 레이저 프린터 작동 기구를 에워싸는 정면, 제 1 및 제 2 측면, 후방면(도시 않음) 및 바닥면을 포함한다. 하우징(12)의 정면에는 제 1 접근 도어(14)가 피봇가능하게 장착되어서 현상기 조립체(40)(도 3)의 설치와 제거를 위해 개방 및 접근을 허용한다. 제 1 접근 도어(14)의 정면 패널은 디스플레이(18), 알파벳 숫자 문자 판(20), 복수의 선택 버튼(22)뿐만 아니라 플래쉬 메모리 슬롯(24)을 포함하는 작동 패널(16)을 포함한다. 작동 패널(16)은 레이저 프린터(10)를 작동시키기 위해 하나 또는 그보다 많은 마이크로프로세서에 의해 구현될 수 있는 제어기(도시 않음)와 전자 통신한다. 제 1 접근 도어(14)의 아래에는 현상기 또는 토너 카트리지(112)(도 2 참조)로의 접근을 허용하는 제 2 접근 도어(26)가 있다. 프린터(10)는 단색 및 컬러로 작동할 수 있다. 컬러의 경우에, 다른 컬러가 사용될 수 있지만 청록색, 노랑 또는 자홍색을 포함하는 토너 컬러를 포함하는 컬러 프린팅을 제공하는데 예를 들어 3 개의 추가의 토너 컬러가 사용될 수 있다.

이후 도 3을 참조하면, 현상기 조립체(40)가 사시도로 도시되어 있다. 현상기 조립체(40)는 제 1 하우징 부분(44) 및 제 2 하우징 부분(46)으로 형성되는 하우징(42)을 포함한다. 하우징(42)의 적어도 하나의 측면을 따라 리드(43)가 제공된다. 제 1 하우징 부분(44) 내에는 토너가 저장되고 적어도 하나의 패들이 회전 샤프트 상에 위치됨으로써 제 1 하우징 부분(44)으로부터 제 2 하우징 부분(46)으로 토너가 이동한다. 토너 추가 롤(56)이 제 2 하우징 부분(46) 내에 또는 그에 인접해 위치되어 그로부터 토너를 수용한다. 토너 추가 롤(56)은 토너에 의해 현상기 롤(D)을 덮는데, 이는 현상기 롤(D) 위에 균일한 토너 층을 형성하고 차례로, 토너를 이미징 또는 광수용 드럼에 공급하도록 닥터 블레이드(54)에 의해 긁히거나 손질된다. 시일 조립체(70)는 하강시 그리고 현상기 조립체(40)가 진동하거나 내부 압력을 형성할 때의 작동 중에 닥터 블레이드 브라켓(52)과 닥터 블레이드(54)에 의해 형성되는 코너(59)와 현상기 하우징(46) 사이의 누출을 방지한다.

현상기 조립체(40)는 현상기 롤(D)의 단부들에 J-시일(70)을 포함한다. 현상기 롤(D)은 도 3에서 명료함을 위해 분해되었으며, 그에 따라 J-시일(70)이 보일 수 있다. J-시일(70)은 다른 곡선 형상도 이용될 수 있지만, 현상기 롤(D)을 수용할 수 있는 실질적으로 J-형상이다. J-시일(70)은 각각, 2007년 12월 18일자로 출원된 닥터 블레이드 토너 누출을 방지하기 위한 상부 시일이란 발명의 명칭을 갖는 미국 특허 출원 11/959,016호, 및 현상기 롤 립 시일이란 발명의 명칭을 갖는 미국 특허 출원 11/959,058호에 설명된 바와 같으며, 이들 출원은 본 발명의 출원인에게 양도되었다. J-시일(70)의 상부 부분은 블레이드(54)의 편향된 형상과 실질적으로 일치되도록 조금 구부러져 있다. J-시일(70)의 하부 부분은 형상기 롤(D)을 수용하도록 구부러져 있다. J-시일(70) 위에 배열된 것은 현상기 롤(D)의 축 방향 치수에 평행한 길이로 연장하는 닥터 블레이드 시일(60)이다. 또한, J-시일(70)의 위에 배열된 것은 적어도 하나의 제 1 브라켓(52)과 닥터 블레이드(54)를 포함하는 닥터 블레이드 브라켓 조립체(50)이다. 닥터 블레이드 시일(60)과 유사하게, 닥터 블레이드 브라켓 조립체(50)도 토너 추가 롤(56)과 현상기 롤(D) 모두의 축 방향 치수에 실질적으로 평행한 방향으로 연장한다. 닥터 브레이드 시일(60)은 닥터 블레이드 브라켓 조립체(50)과 J-시일(70) 또는 리드(43) 사이에 포획된다. 닥터 블레이드(54)는 현상기 롤(D)의 표면으로부터 과잉의 토너를 닦아내도록 현상기 롤(D)과 결합하며, 이는 프린터(10)의 이미징 또는 광수용 드럼에 일정한 레벨의 토너를 제공한다. 닥터 블레이드 시일(60)은 J-시일(70) 상에 안착됨으로써 현상기 롤(D)의 단부들 근처 및 리드(43)와 현상기 하우징(42) 사이의 토너의 누출을 방지한다. 닥터 블레이드 브라켓 조립체(50)는 이러한 영역에서의 시일을 개선하도록 닥터 블레이드 시일(60)을 포함한다.

이후 도 4를 참조하면, 시일 조립체(38)의 분해 사시도가 도시되어 있다. 닥터 블레이드 브라켓 조립체(50) 및 닥터 블레이드 시일(60)은 명료함을 위해 단면으로 절단되어 있다. 전술한 바와 같이, 닥터 블레이드 브라켓 조립체(50)는 J-시일(70) 위에 위치된 닥터 블레이드 시일(60) 위에 배열된다. 닥터 블레이드 브라켓 조립체(50)는 브라켓(52) 및 브라켓(52)에 연결된 블레이드(54)를 포함한다. 블레이드(54)는 브라켓(52)에 용접된다. 그러나, 브라켓(52)은 에폭시, 시멘트 접착제 등과 같은 고정제에 의해 블레이드에 연결될 수 있다. 블레이드(54)는 또한 패스너에 의해 브라켓(52)에 연결될 수 있거나, 블레이드(54)는 제 1 및 제 2 브라켓 부재 사이에 포획 또는 끼일 수 있다. 브라켓(52)은 하우징(42)에 닥터 블레이드 브라켓 조립체(50)를 연결하기 위한 구멍(58)을 포함한다. 구멍(58)은 현상기 롤(D) 쪽으로 또는 그로부터 멀리 블레이드(54)를 조절할 수 있는 타원 형상이다. 브라켓(52)은 일반적으로 하우징(42)의 한 측면으로부터 하우징(42)의 대향 측면으로 연장하는 직사변형 형상의 스틸과 같은 강성 재료이다. 브라켓(52)의 바닥면은 일반적으로, 닥터 블레이드 시일(60)의 상부면과 결합하도록 평활하다.

블레이드(54)는 현상기 롤(D)의 외측면으로부터 과잉 토너를 닦아내기 위해 현상기 롤(D)의 주변 표면 쪽으로 브라켓(52)으로부터 연장한다. 블레이드(54)는 일반적으로, 현상기 롤(D)의 축방향 치수 방향에 실질적으로 평행한 길이 또는 폭 방향 치수를 갖는 직사변형 형상이다. 블레이드(54)는 정면(55) 및 후면(57)을 포함한다. 블레이드(54)는 자연 상태에서 직선이나, 현상기 롤(D)에 닥터링 포스(doctoring force)를 제공하기 위해 설치시 현상기 롤(D)과의 간섭으로 인해 작은 곡률을 가진다. 또한, 블레이드(54)는 프린팅이 발생하지 않는 현상기 롤(D)의 단부로부터 모든 토너를 제거하기 위해 블레이드 단부들 근처에 노치(N)를 가진다. 블레이드(54)는 또한, 작동 중 소정의 극성으로 현상기 롤(D)을 충전하도록 전기 전위를 수용할 수 있다. 브라켓(52)의 하면은 닥터 블레이드 조립체(50)와 J-시일(70) 사이에 시일(60)을 포획하도록 닥터 블레이드 시일(60)의 상부면(62)과 결합한다. 블레이드(54)는 소정의 탄성 및 전기 전도도를 제공하기 위해 인청동(phosphor bronze)으로 형성되거나, 이와는 달리 현상기 롤(D)을 손상할 수 있는 부식에 견딜 수 있고 소정의 탄성을 제공하기 위해 경화 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다. 다른 재료도 이용될 수 있다.

닥터 블레이드 시일(60)의 단부(61)는 J-시일(70) 중의 하나 위에 도시되어 있다. 닥터 블레이드 시일(60)은 제 1 및 제 2 단부(61)를 가진다(도 3). 전술한 바와 같이, 닥터 블레이드 시일(60)은 현상기 롤(D) 및 토너 추가 롤(56)의 축방향 치수에 일반적으로 평행한 방향으로 단부(61)들 사이로 연장한다. 닥터 블레이드 시일(60)은 브라켓 조립체(50)와 J-시일(70) 또는 리드(43) 사이뿐만 아니라, J-시일(70)에 인접한 하우징(42) 주위 및 브라켓(52)과 블레이드(54) 사이에 변형가능한 시일로서의 역할을 하는 폼(foam) 재료로 형성된다. 단부(61)들은 J-시일(70)의 상부 시트 표면(73) 상에 위치된다. 단부(61)들 사이의 닥터 블레이드 시일(60)의 일부분은 하우징(42)의 리드(43)에 의해 지지된다(도 3).

닥터 블레이드 시일(60)은 상부면(62), 하부면(63) 및 상기 상부면(62)과 하부면(63) 사이로 연장하는 복수의 측면들을 가진다. 닥터 블레이드 시일(60)의 정면을 따라 닥터 블레이드(54) 쪽으로, 설부(64; tongue)가 닥터 블레이드 시일 단부(61)과 일체로 형성되며 그로부터 연장한다. 설부(64)의 외측 단부 상에는 닥터 블레이드 시일(60)의 설부 단부면(65)이 있다. 블레이드(54) 근처에 있는 설부(64)의 설부 단부면(65)에 수직한 것은 설부 연장면(66)이다. 설부 연장면(66)으로부터 각져 있는 것은 각진 또는 테이퍼진 표면(68)이다. 닥터 블레이드 시일(60)에서 닥터 블레이드 시일(60)의 대향 단부(61)(도시 않음)로 연장하는 각진 표면(68)은 설부 연장면(66)과 정면 시일 표면(69)을 결합한다. 그러므로, 설부(64)는 일반적으로, 정면 시일 표면(69)에 실질적으로 수직한 방향으로 각진 표면(68)으로부터 연장한다. 조합해서, 표면(69,68,66)은 J-시일(70)의 상부 내측 시일 벽(78)이 수용되는 오목부를 형성한다. 단부 벽(67)은 들쭉날쭉하며 상부 시일 외측 시일 벽(82)에 대해 수용된다. 전술한 바와 같이, 닥터 블레이드 시일(60)은 프린트 매체 시트의 폭에 대응하고 시일(60)의 대향 단부에 대한 프린트 매체 공급 통로 방향에 수직한 폭 방향으로 연장한다.

닥터 블레이드 시일(60)의 아래에 있는 J-시일(70)은 상부 시일 부분(72), 및 상부 시일 부분(72)으로부터 현수되어 있고 실질적으로 j형상인 현상기 롤 레그(74)를 포함한다. J-시일(70)은 사출 성형, 압축 성형과 같은 몰딩 공정, 또는 SANTOPRENE 상표명을 갖는 열가소성 고무와 같은 플라스틱을 형성하기 위한 다른 공지의 공정으로 형성될 수 있다. 레그(74)는 여러 기능을 제공하는 복수의 홈(76)을 포함하는 정면(75)을 가진다. 홈(76)은 현상기 롤(D) 상의 토너를 스노우플로우(snowplow)하며 누출을 방지하도록 홈들 사이에 토너를 포획한다. 홈(76)은 또한 현상기 롤(D)(도 3)의 회전을 통해 저장 영역 쪽으로 토너를 지향시킨다. 홈(76)은 레그(74)의 측벽으로부터 약 0 내지 약 45도 범위일 수 있는 각도로 배열된다.

상부 시일 부분(72)은 안착면(73), 상부 시트 내부 시일 또는 시일 벽(78), 그리고 상부 시일 외부 시일 또는 시일 벽(80)을 포함한다. 갭(86)은 상부 시트 외부 시일(80)과 상부 시일 내부 시일(78) 사이에 배열되며, 설부(64)는 J-시일(70)과 닥터 블레이드 시일(60)을 상호로크하기 위해 상부 시일 부분(72) 내에 밀착 수용될 수 있다. 시일 표면(73)은 또한, J-시일(70)을 하우징(42)에 적절히 위치시키기 위해 정렬 핀을 수용하도록 형성된 구멍(73a)을 포함한다.

상부 시트 내부 시일 벽(78)은 상부 시일 표면(73)으로부터 상방향으로 연장한다. 상부 시트 내부 시일(78)은 각진 표면(68)의 각도에 대응하는 외부 시일(80)에 대한 예각으로 배열됨으로써, 상부 시트 내부 시일(78)과 각진 표면(68)은 시일링 형태로 서로 결합한다. 게다가, 상부 시트 내부 시일(78)은 표면(66,68,69)에 의해 한정된 오목부 내에 수용된다.

공지된 바와 같이, 열 전달 법칙들은 한 위치로부터 다른 위치로 열을 이동시키기 위한 3가지 기본 방식, 즉 대류, 전도, 및 복사를 제공한다. 도 1에 도시된 것과 같은 레이저 프린터(10)의 경우에, 대류가 열을 제거하기 위한 가장 효율적인 방식이다. 레이저 프린터(10) 내측의 제한된 공간은 현상기 롤(D)로부터 멀리 열을 전도시키기 위한 많은 가능성을 제거한다. 현상기 롤러(D)는 상당히 두껍고 열전도성이 상당히 미약하기 때문에, 현상기 롤(D)은 열 전달을 거의 지원하지 못한다. 현상기 롤(D)의 정합 부품들도 바람직한 실시예에서, 플라스틱 몰딩 부품으로 형성되며, 이들 부품 또한 상당히 미약한 열 전도체이다. 레이저 프린터(10) 내측에 할당된 공간들이 소형화 노력으로 감소되기 때문에, 추가 부품을 위한 작은 공간만이 토너 카트리지 내측에 존재한다. 카트리지(112) 내측의 대류에 의한 냉각은 토너 카트리지(112) 내측의 가장 높은 작동 온도가 일반적으로 적정 이득을 달성하기에 충분히 높지 않기 때문에 실현 불가능하다.

이후 도 5를 참조하면, 에어 덕트(128)는 현상기 롤(D)에 인접한 토너 카트리지(112) 내에 배열되며 기단부 및 말단부 노즐(140,142)을 통해 현상기 롤(D)의 기단부 및 말단부 클린 밴드(130,132)로 공기를 지향시킨다. 대류에 의해 전달되는 열을 제공하는 식은 다음과 같다.

q = hA△T (식 1)

여기서, q = 열 전달률

h = 열 전달 계수

A = 표면적

△T = 표면과 주위 공기 사이의 온도 차

식 1로부터 분명하듯이, 온도차가 증가하면 보다 큰 열전달이 발생한다. 현상기 롤(D)의 경우에, 주위 공기와 현상기 롤(D)의 표면 사이의 온도차는 현상기 롤(D)의 다른 부분들에서 보다 클린 밴드(130,132)에서 훨씬 더 크다. 또한, 열 전달 계수(h)는 공기 속도에 따라 증가한다. 따라서 현상기 롤(D)의 가장 효과적인 냉각은 클린 밴드(130,132) 상으로 불어온 공기가 가능한 가장 빠른 속도에서 발생할 때 발생한다고 이해해야 한다.

에어 덕트(128)는 토너 카트리지(112)를 통해 주위 공기를 운반하며 클린 밴드(130,132)에서 공기 속도를 최대화하기 위해 프린터(10)를 통한 레이저 경로를 방해함이 없이 운반된 공기를 기단부 및 말단부(146,144)로 지향시킨다. 에어 덕트(128)를 통한 흐름을 결정하는 상기 식은 베르누이 방정식으로 공지되어 있으며, 흐름이 안정되고 마찰이 무시된 경우에 직선 덕트의 임의의 지점에서 작동 상태를 설명한다.

(식 2)

여기서, p = 덕트 내의 임의 지점에서의 압력

ρ = 덕트 내의 재료(이 경우에 공기)의 밀도

v = 덕트 내의 해당 지점에서의 속도

g = 해당 지점에서의 중력

h = 해당 지점의 높이

베르누이 방정식(식 2)이 에어 덕트(128) 내의 임의 지점을 설명하므로, 에어 덕트(128) 내의 공기 밀도는 대략 일정하며 에어 덕트(128) 내의 모든 지점에서의 높이는 대략 0이다. 따라서 베르누이 방정식(식 2)은 주어진 압력차에 대한 에어 덕트(128)의 입구 및 출구에서 공기 속도를 적용하도록 단순화될 수 있으며, 그 결과의 식은 다음과 같다.

(식 3)

여기서, v₁ = 덕트 입구에서의 속도

v₂ = 덕트 출구에서의 속도

ρ = 공기의 밀도

△p = 입구 및 출구 사이의 압력차(팬에 의해 제공된 작동 압력차)

식 3으로부터 본 기술 분야의 당업자들은 에어 덕트(128)에 걸친 압력차를 증가시키면 출구 속도를 증가시킨다는 것을 인식할 것이다. 그러나, 에어 덕트(128)에 걸친 압력차를 증가시키는 것은 낮은 유동률을 제공한다.

이후 도 5 내지 도 9를 참조하면, 세장형 몸체 부분(138) 그리고 말단부 노즐(142) 및 기단부 노즐(140)을 포함하는 토너 카트리지(112) 내의 에어 덕트(128)의 개략도가 도시되어 있다. 말단부 노즐(142)이 현상기 롤(D)의 기단부(146)에 인접 위치되는 반면에, 기단부 노즐(140)이 현상기 롤(D)의 기단부(146)에 인접 위치된다는 것을 도 5로부터 알 수 있을 것이다. 에어 덕트(128)의 세장형 몸체 부분(138)은 목(neck) 부분(148)을 통해 플레넘/매니폴드(152)와 유체 연통한다. 플레넘/매니폴드(152)는 레이저 프린터(10) 내에 위치된 팬 또는 다른 에어 블로어로부터 공기와 유체 연통된다. 팬(150)은 세장형 몸체 부분(138) 그리고 기단부 노즐(140) 및 말단부 노즐(142)로 예정된 속로 공기를 제공한다. 기단부 노즐 및 말단부 노즐(140,142)로부터의 공기는 기단부 및 말단부(144,146)에 인접한 현상기 롤(D)의 기단부 및 말단부 클린 밴드(130,132)를 가로질러 흐른다. 도시된 실시예에서 플레넘/매니폴드(152)는 단색 레이저 프린터(10)에서 볼 수 있는 바와 같이, 목 부분(148)을 통해 연결된 단일 에어 덕트(128) 및 단일 현상기 롤(D)을 가진다. 이후에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 도 13의 대체 실시예에서, 플레넘/매니폴드(152)는 목 부분(148)을 통해 다중 현상기 롤(D)을 연결하며 팬 또는 에어 블로어(150)와 유체 연통을 제공한다.

도 5 및 도 8을 참조하면, 기단부 및 말단부(140,142)는 일반적으로 세장형 몸체 부분(138)으로부터 멀어지는 방향인 축 방향으로 테이퍼져 있다. 말단부 노즐(142)의 횡단면은 불규칙 사변형 형상을 가진다. 기단부 노즐(140)의 횡단면은 말단부 노즐(142)의 횡단면과 경면 대칭이다. 도 5 및 도 9를 참조하면, 세장형 몸체 부분(138)은 일반적으로 축방향 길이를 따라 실질적으로 규칙적인 사변형 횡단면을 가진다. 현상기 롤(D)을 냉각시키기 위해 말단부 및 기단부 클린 밴드(130,132)를 가로지르는 팬(150)으로부터의 공기 흐름을 제공한다고 이해할 수 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 기단부 및 말단부(140,142)는 팬(150)으로부터 클린 밴드(130,132)를 걸쳐 빠져나오는 공기를 위한 개구(156,154)를 가진다. 개구(156,154)가 위치되어 있는 기단부 및 말단부(140,142)의 선단부는 현상기 롤(D)의 클린 밴드(130,132)와 접촉하지 않으나, 클린 밴드에 밀접해 있어서 그로부터의 공기가 현상기 롤(D)을 가로질러 흐를 수 있다.

이후 도 11 내지 도 13을 참조하면, 분당 50 페이지의 속도에 대응하는 비율로 전환된, 렉스마크 인터내셔날(Lexmark International), 인코포레이티드로부터 이용가능한 모델 C782 컬러 프린터로부터 현상기 유닛으로 구성된 것과 같은 현상기 롤(D)로 기단부 및 말단부 밴드(130,132)와 대략 동일한 폭의 좁은 공기 스트림을 유동시킴으로써 실험이 진행되었다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같은 이러한 실험으로 현상기 롤(D)의 표면 온도가 공기 속도의 증가에 따라 하락하였음이 입증되었다. 현상기 롤(D)은 주위 온도가 현상기 롤(D) 위로 통과하지 못하도록 에워싸였다. 달성된 모든 온도차는 에어 덕트(128)로부터 나온 기류의 직접적인 결과였다. 실험 결과는 공기 속도를 증가시키기 위해 현상기 롤(D)의 온도가 공기 속도의 증가에 따라 냉각되는 것을 설명하는 도 12의 그래프에 도시되었다.

도 13은 도 5 내지 도 9에 도시된 것과 동일한 형상과 간격을 갖는 4 개의 에어 덕트(200,202,204,206)가 포함되고 실험에 사용된 컬러 레이저 프린터 내에서의 본 발명의 실시예를 도시한다. 에어 덕트(200,202,204,206)는 팬(150)과 유체 연통되어 있다. 도 11에서, 곡선(208)은 750 fpm(feet per minute)에서 J-시일(70)의 온도를 나타내며, 곡선(210)은 1000 fpm에서의 온도를 나타내며, 곡선(212)은 1500 fpm에서의 온도를 나타내며, 곡선(214)은 2000 fpm에서의 온도를 나타낸다. 도 12는 보다 높은 공기 속도에서 단지 약간의 온도 감소하는 1500 fpm 이상으로 공기 속도가 증가할 때 블레이드(54)의 후면 단부로부터 2 mm 지점에서 측정한 경우에 에어 덕트(200,202,204,206)로부터의 공기 흐름에 의해 현상기 롤(D)의 작동 온도를 68 ℃ 내지 46 ℃로 점진적으로 감소시키는 것을 도시한다.

본 발명의 실시예들에 대한 이전의 설명들은 설명의 목적으로 제시된 것이다. 설명된 정확한 단계 및/또는 형태로 본 발명을 완전히 제한하려는 것이 아니며, 전술한 사상에 비추어 다수의 변경 및 변형 예들이 가능하다고 이해해야 한다. 본 발명의 범주는 이후의 특허청구범위에 의해 정의된다고 이해해야 한다.

Claims

이미지 형상 장치에 사용된 토너 재료를 포함하는 카트리지로서,
현상기 롤과,
상기 현상기 롤과 토너와의 경계면을 제공하는 시일, 및
상기 현상기 롤과 시일을 냉각하도록 상기 경계면에 걸쳐 기류를 안내하는 에어 덕트를 포함하는,
이미지 형상 장치에 사용된 토너 재료를 포함하는 카트리지.
제 1 항에 있어서,
상기 현상기 롤을 냉각시키기 위해 상기 에어 덕트를 통과하도록 공기를 강요하기 위한, 상기 에어 덕트와 유체 연통된 공기 블로어를 더 포함하는,
이미지 형상 장치에 사용된 토너 재료를 포함하는 카트리지.
제 1 항에 있어서,
상기 에어 덕트는 세장형 몸체 및 상기 세장형 몸체와 유체 연통된 한 쌍의 노즐을 포함하는,
이미지 형상 장치에 사용된 토너 재료를 포함하는 카트리지.
제 3 항에 있어서,
상기 현상기 롤은 말단부 및 기단부를 가지며, 상기 말단부 및 기단부 각각에 시일이 위치되며, 상기 노즐들 중의 하나가 상기 현상기 롤의 말단부에 위치되며 상기 노즐들 중의 다른 하나가 상기 현상기 롤의 기단부에 위치되는,
이미지 형상 장치에 사용된 토너 재료를 포함하는 카트리지.
제 3 항에 있어서,
상기 한 쌍의 노즐 내의 각각의 노즐은 축 방향으로 테이퍼져 있으며 불규칙 사변형 횡단면을 가지는,
이미지 형상 장치에 사용된 토너 재료를 포함하는 카트리지.
제 5 항에 있어서,
상기 에어 덕트의 세장형 몸체는 실질적으로 규칙적인 직사각형 횡단면을 가지는,
이미지 형상 장치에 사용된 토너 재료를 포함하는 카트리지.
제 6 항에 있어서,
상기 에어 덕트의 세장형 몸체는 에어 블로어와 유체 연통을 위한 목 부분을 가지는,
이미지 형상 장치에 사용된 토너 재료를 포함하는 카트리지.
제 1 항에 있어서,
상기 카트리지는 복수의 현상기 롤 및 복수의 J-시일을 갖는 복수의 카트리지를 포함하며 상기 J-시일은 상기 현상기와의 사이에 J-시일 경계면을 제공하며, 복수의 에어 덕트를 더 포함하며, 상기 에어 덕트 각각은 상기 J-시일 경계면 각각을 가로지르도록 기류를 안내하는,
이미지 형상 장치에 사용된 토너 재료를 포함하는 카트리지.
토너 재료, 현상기 롤, 및 상기 현상기 롤에 경계면을 제공하는 한 쌍의 시일을 포함하는 카트리지 내의 에어 덕트로서,
상기 현상기 롤은 말단부 및 기단부를 가지며, 각각의 상기 말단부 및 기단부에는 한 쌍의 시일 내의 하나의 시일이 각각 위치되며,
상기 카트리지 내에 위치되는 세장형 중공형 몸체, 및
상기 중공형 몸체와 유체 연통되는 한 쌍의 노즐을 포함하며,
상기 노즐들 중의 하나는 상기 현상기 롤의 상기 말단부에 배열되며 상기 노즐들 중의 다른 하나는 상기 현상기 롤의 상기 기단부에 배열되는,
토너 재료, 현상기 롤, 및 상기 현상기 롤에 경계면을 제공하는 한 쌍의 시일을 포함하는 카트리지 내의 에어 덕트.
제 9 항에 있어서,
상기 세장형 중공형 몸체는 에어 블로어와 유체 연통하기 위한 목 부분을 포함하는,
토너 재료, 현상기 롤, 및 상기 현상기 롤에 경계면을 제공하는 한 쌍의 시일을 포함하는 카트리지 내의 에어 덕트.
제 9 항에 있어서,
복수의 상기 세장형 중공형 몸체와,
복수 쌍의 노즐, 및
복수의 상기 세장형 중공형 몸체와 유체 연통되는 매니폴드를 더 포함하며,
상기 노즐의 각각의 쌍은 복수의 상기 세장형 중공형 몸체 각각에 연결되는,
토너 재료, 현상기 롤, 및 상기 현상기 롤에 경계면을 제공하는 한 쌍의 시일을 포함하는 카트리지 내의 에어 덕트.
제 11 항에 있어서,
상기 카트리지는 복수의 현상기 롤 및 복수의 J-시일을 갖는 복수의 카트리지를 포함하며 상기 J-시일은 상기 현상기와의 사이에 J-시일 경계면을 제공하며, 복수의 에어 덕트를 더 포함하며, 상기 에어 덕트 각각은 상기 J-시일 경계면 각각을 가로지르도록 기류를 안내하는,
토너 재료, 현상기 롤, 및 상기 현상기 롤에 경계면을 제공하는 한 쌍의 시일을 포함하는 카트리지 내의 에어 덕트.