KR100754174B1

KR100754174B1 - 전자사진방식 화상형성장치 및 현상방법

Info

Publication number: KR100754174B1
Application number: KR1020050040562A
Authority: KR
Inventors: 고이치 쯔네미; 김준호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2007-09-03
Anticipated expiration: 2025-05-16
Also published as: CN100451863C; US20060257174A1; KR20060118096A; CN1866134A; US7542705B2

Abstract

개시된 전자사진방식 화상형성장치는, 화상수용체와 대면되는 현상롤러와, 트레일 방식으로 설치되어 상기 현상롤러에 균일한 토너층을 형성시키는 규제블레이드를 구비하며, 토너는 그 입경이 체적입경분포의 미디안값의 1/2 이하인 토너가 개수입경분포로 15% 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

전자사진방식 화상형성장치 및 현상방법{Electrophotographic image forming apparatus and developing method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 실시예의 구성도.

도 2는 현상기를 상세히 도시한 도면,

도 3은 토너의 체적입경분포의 일 예를 도시한 그래프.

도 4는 토너의 개수입경분포의 일 예를 도시한 그래프.

도 5는 텐덤방식 칼라화상형성장치의 일 예를 도시한 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1......화상수용체 2......대전기

3......노광기 4......전사기

5......정착기 10......현상카트리지

11......현상롤러 12......규제블레이드

13......공급롤러 14, 15......교반기

16......토너공급오거 17......하우징

20......토너카트리지 30......현상기

본 발명은 전자사진방식의 화상형성장치에 관한 것으로서, 특히 일성분 비자성 토너를 사용하는 전자사진방식의 화상형성장치, 현상방법, 및 현상롤러에 관한 것이다.

일성분 비자성 토너를 사용하는 전자사진방식 화상형성장치는 현상롤러 상의 토너층을 두께를 규제하는 규제블레이드를 구비한다. 규제블레이드의 선단부가 현상롤러의 회전방향의 반대방향을 향하게 설치되는 방식을 카운터(counter)방식 또는 리딩(leading)방식이라 한다. 이 방식에 의하여 현상롤러 상에 균일한 토너층을 형성할 수 있다. 하지만, 이 방식에 의하면, 현상기의 소형화가 곤란하다. 다른 방식으로서, 규제블레이드의 선단부가 현상롤러의 회전방향과 동일한 방향을 향하게 설치되는 트레일(trail) 방식이 있다. 이 방식은 현상기의 소형화에는 유리하지만 규제블레이드가 토너에 밀릴 수 있기 때문에 현상롤러에의 접촉력을 크게 할 필요가 있다. 따라서, 높은 접촉력으로 인한 토너 필르밍(filming)이 발생될 수 있으며, 현상기의 장수명화에 불리하다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 트레일 방식의 규제블레이드를 채용한 전자사진방식 화상형성장치에서 현상기의 소형화와 장수명화가 가능하게 하는데 그 목적이 있다. 또, 본 발명은 고화질의 화상을 신뢰성 있게 인 쇄할 수 있는 현상방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 또, 본 발명은 고화질의 화상을 신뢰성 있게 인쇄할 수 있는 현상롤러를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자사진방식 화상형성장치는, 정전잠상이 형성되는 화상수용체; 상기 정전잠상에 비자성 일성분 토너를 공급하여 현상시키는 것으로서, 상기 화상수용체와 대면되는 현상롤러와, 트레일 방식으로 설치되어 상기 현상롤러에 균일한 토너층을 형성시키는 규제블레이드를 구비하는 현상기;를 포함하며, 상기 토너는 그 입경이 체적입경분포의 미디안값의 1/2 이하인 토너가 개수입경분포로 15% 이하인 것을 특징으로 한다.

일 실시예로서, 상기 현상기는, 상기 현상롤러와 규제블레이드를 구비하는 현상카트리지; 상기 현상카트리지로 공급될 토너가 수용된 토너 카트리지;를 포함한다.

일 실시예로서, 상기 현상카트리지의 토너잔량이 최대충전량의 1중량퍼센트 이하가 되기 전에 상기 토너카트리지로부터 상기 현상카트리지로 토너가 공급된다.

일 실시예로서, 상기 현상롤러의 표면에는 두께가 0.5mm 이상 현상롤러 반경의 60% 이하이고, 저항이 10⁵Ω/㎝ ∼ 10¹¹Ω/㎝인 탄성고무층이 마련된다.

일 실시예로서, 상기 현상롤러는 상기 화상수용체와 현상갭만큼 이격되게 위치된다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비자성 일성분 현상방법은, 상기 현 상롤러에 입경이 체적입경분포의 미디안값의 1/2 이하인 토너가 개수입경분포로 15% 이하인 비자성 일성분 토너를 공급하고, 트레일 방식으로 설치된 규제블레이드를 이용하여 상기 현상롤러에 균일한 토너층을 형성하고, 상기 현상롤러에 현상바이어스를 인가하여 상기 토너층으로부터 토너를 화상수용체에 형성된 정전잠상으로 현상시키는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로서, 상기 현상롤러가 설치된 현상카트리지의 토너잔량이 최대충전량의 1중량퍼센트 이하가 되기 전에 토너카트리지로부터 상기 현상카트리지로 토너를 공급한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 현상롤러는, 비자성 일성분 현상기용 현상롤러로서, 표면에 두께가 0.5mm 이상 현상롤러 반경의 60% 이하이고, 저항이 10⁵Ω/㎝ ∼ 10¹¹Ω/㎝인 탄성고무층이 구비된 것을 특징으로 한다.

일 실시예로서, 상기 탄성고무층의 표면조도(Rz)는 체적입경분포의 미디안값의 1/10 내지 5배이다.

이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 예를 도시한 구성도이다. 도 1을 보면, 화상수용체(1), 대전기(2), 노광기(3), 현상기(30), 전사기(4), 정착기(5)가 도시되어 있다. 화상수용체(1)로서는 감광드럼이나 감광벨트 등의 감광체나, 정전드럼(또는 정전벨트)가 사용된다. 본 실시예에서는 화상수용체 (1)로서 감광드럼이 사용된다. 대전기(2)는 화상수용체(1)의 표면을 균일한 전위로 대전시키는 것으로서, 본 실시예에서는 대전바이어스전압이 인가되는 대전롤러가 사용되나, 코로나 방전기가 사용될 수도 있다. 노광기(3)는 화상수용체(1)의 표면에 화상정보에 대응되는 광을 주사하여 정전잠상을 형성하기 위한 것으로서, 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 LSU(laser scanning unit)이 주로 사용된다. 화상수용체(1)로서 정전드럼(또는 벨트)가 사용되는 경우에는 노광기(3) 대신에 정전기록헤드가 채용된다. 현상기(30)는 정전잠상에 토너를 공급하여 정전잠상을 가시적인 토너화상으로 현상시킨다. 토너화상은 전사기(4)에 인가되는 전사바이어스에 의하여 기록매체(P)로 전사되며, 정착기(5)에 의하여 용지에 정착된다.

현상기(30)는 현상롤러(11)와 규제블레이드(12)를 구비한다. 현상기(30)는 또한, 토너를 현상롤러(11)에 부착시키는 공급롤러(13)와, 토너를 공급롤러(13) 쪽으로 이송시키는 교반기(14)(15)를 더 구비할 수 있다. 비접촉현상방식을 채용하는 본 실시예의 화상형성장치에 따르면, 현상롤러(11)는 그 표면이 화상수용체(1)의 표면으로부터 현상갭만큼 이격되게 위치된다. 현상갭(Dg)은 수십 내지 수백 미크론 정도인 것이 바람직하다. 규제블레이드(12)는 현상롤러(11)의 표면에 접촉되어 현상롤러(11)의 표면에 부착된 토너층의 두께를 균일하게 규제하는 것이다. 현상롤러(11)에는 토너를 화상수용체(1)의 정전잠상으로 비상시키기 위한 현상바이어스가 인가된다. 또, 공급롤러(13)에는 토너를 현상롤러(11)로 부착시키기 위한 바이어스가 인가된다.

규제블레이드(12)는 스테인레스철판재나 인청동판재 등 박판의 탄성재료로 제조된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 규제블레이드(12)는 하우징(17)에 고정되는 고정부(12a)와 현상롤러(11)의 외주에 탄력적으로 접촉되는 탄성부(12b)를 구비한다. 규제블레이드(12)의 설치방법은 트레일(trail) 방식과 카운터(counter) 방식이 있다. 본 실시예의 규제블레이드(12)는 현상롤러(11)에 트레일 방식으로 접촉된다. 트레일 방식은 규제블레이드(12)를 고정부(12a)에서 탄성부(12b)에 이르는 방향이 현상롤러(11)의 회전방향(즉, 외주면의 진행방향)과 동일한 방향이 되도록 설치하는 방식이다. 카운터 방식은 도 2에 점선으로 도시된 바와 같이 규제블레이드(12)를 고정부(12a)에서 탄성부(12b)에 이르는 방향이 현상롤러(11)의 외주면의 진행방향과 반대 방향이 되도록 설치하는 방식이다. 규제블레이드(12)가 토너의 양을 규제하는 토너를 마찰대전시키는 역할을 수행하기 위해서는 고정부(12a)에서 탄성부(12b)까지의 길이(자유장)가 어느 정도 확보되어야 한다. 따라서, 규제블레이드(12)를 카운터 방식으로 설치하는 경우에는 자유장을 확보하기 위해서 현상기(30)가 커지게 된다. 따라서, 본 실시예에서와 같이 트레일 방식을 채용하면 현상기(30)를 소형화하는데 유리하다. 하지만, 트레일 방식의 경우에는 현상롤러(11)가 회전됨에 따라 현상롤러(11)에 부착된 토너가 규제블레이드(12)를 밀기 때문에 규제블레이드(12)가 위쪽으로 밀릴 가능성이 있다. 따라서, 트레일 방식의 경우에는 규제블레이드(12)가 밀리지 않도록 규제블레이드(12)의 현상롤러(11)에의 접촉력을 카운터 방식의 경우보다 크게 할 필요가 있다.

본 발명의 전자사진방식 화상형성장치에 사용되는 토너는 일성분 비자성 토너(이하, "토너"라 한다)이다. 토너는 레진(resin), 안료(pigment), 왁스(wax), 대 전 제어제(CCA:charge control agent)를 원재료로 하여 제조된다. 이러한 원재료는 분체(분말)상태로 혼합되며, 혼련기(Kneader)에 의하여 가열, 용해, 혼련된다. 혼련기로서는 2축밀어내기(twin screw extruder), 오픈식 연속혼련니더(open roller type kneader), 배치식 니더(batch type kneader)등을 들 수 있다. 용해, 혼련된 토너는 냉각벨트, 냉각롤러 등에 의하여 급속히 냉각되어 고체화된다. 이 고체화된 토너를 먼저 조분쇄된다. 조분쇄기는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 통상 평균입경 300㎛ 정도까지 분쇄한다. 또, 고성능의 조분쇄기를 이용하면, 30㎛ 정도까지 분쇄할 수가 있다. 이 조분쇄기에서의 분쇄입경은, 과쇄분이 많이 발생하지 않는 범위에서 작으면 작을수록 좋으며, 최소 15㎛ 정도까지 가능하다. 다음으로 조분쇄된 가루를 미분쇄 및 분급하여 소정의 입경이 되도록 한다.

일성분 비자성 토너를 사용하는 전자사진방식 화상형성장치에서는 현상과정에서 현상되기 쉬운 입경의 토너가 선택적으로 현상되는 경향이 있으므로 토너의 입경분포를 적절히 제어하는 것이 매우 중요하다. 또, 입경이 작은 토너, 특히 입경이 체적입경분포의 미디안(median)값(Dv50)의 절반(½Dv50) 이하인 토너에는 왁스의 함유량이 제조시의 왁스 투입량보다 많아지는 경향이 있다. ½Dv50 이하의 입경의 토너에는 제조시의 왁스 투입량보다 10%이상 많은 왁스가 함유된다는 것이 DSC(differential scanning calorimeter)를 이용한 흡열 peak의 측정으로부터 확인되었다. 즉, 예를 들면 원료 투입시에는 왁스 함유율이 2.0% 이었던 것이 입경이 ½Dv50 이하인 토너입자에는 왁스 함유율이 2.2%이상이 되는 경우가 많다. 이 왁스 함유율이 많은 소입경 토너는, 트레일 방식을 채용하는 본 실시예의 화상형성장치 에는 적합하지 않다. 왜냐하면, 트레일 방식을 채용하는 화상형성장치의 경우에, 전술한 바와 같이 현상롤러(11)가 회전됨에 따라 현상롤러(11) 표면의 토너층이 규제블레이드(12)를 들어올리기 때문에 규제블레이드(12)의 현상롤러(11)에 대한 접촉력이 충분히 커야 한다. 이러한 큰 접촉력으로 인하여 토너가 규제블레이드(12)에 눌부착되게 되는데, 왁스의 함유율이 높으면 토너가 연해져서 더 쉽게 규제블레이드(12)에 부착되어 필르밍(filming)이 발생된다. 이와 같이, 필르밍이 발생되면, 현상롤러(11) 상의 토너층에 선 형태의 줄이 생기게 되고, 이 선은 현상된 화상에 그대로 나타나게 된다. 규제블레이드(12)에의 필르밍이 계속 진행되면, 현상롤러(11)의 표면에도 필르밍이 발생된다. 또, 입경이 작은 토너는 대전량이 낮기 때문에 현상이 잘 되지 않는다. 또, 입경이 작은 토너는 비산되어 화상형성장치를 오염시키는 주범이기도 하다. 따라서, 토너의 입경분포를 적절히 조절하는 것이 매우 중요하다. 본 발명자는 토너 필르밍과 토너비산에 영향을 미치는 토너는 대체로 입경이 체적입경분포의 미디안(median)값(Dv50)의 절반(½Dv50) 이하라는 것을 알았다.

입경 분포는 통상 Coulter사의 coulter　multisizer　2형 또는 3형(type Ⅱ 또는 type Ⅲ)으로 측정된다. 토너의 입경분포 측정에는, 체적입경분포와 개수입경분포의 두 종류가 있다. 통상 토너의 평균입경은 체적입경분포의 미디안값(Dv50)을 가리키는 것이 많다. 그러나, 평균입경보다 작은 토너입자는, 체적분율은 작지만 개수는 많다. 현상에 악영향을 주는 것은 평균입경보다 작은 토너이므로, 평균입경보다 작은 토너의 분율은 체적분율보다는 개수분율을 이용하여 규제하는 것이 타당 하다.

도 3과 도 4에는 토너의 체적입경분포와 개수입경분포를 도시한 그래프가 각각 도시되어 있다. 도 3과 도 4로부터 체적입경분포의 미디안값(Dv50)과 개수입경분포의 미디안값(Dp50)을 구해보면 각각 8.520과 6.702로서, Dv50이 Dp50보다 작다. 입경분포의 sharpness에 따라서 다르겠지만 일반적으로는 Dv50는 Dp50보다 10 내지 40% 크다. 따라서, 개수입경분포의 미디안값(Dp50)의 절반(½Dp50)은 체적입경분포의 미디안값(Dv50)의 절반(½Dv50)보다 작아져서 현상에 악영향을 미치는 토너의 입경을 정확하게 표현하지 못한다. 이는 도 4에서 입경이 ½Dv50인 4.26㎛보다 작은 입자의 개수를 살펴보면 잘 알 수 있다. 즉, 입경이 4㎛이하인 토너의 체적비율은 약 0.49%에 지나지 않지만 개수비율은 약 6.81% 정도나 된다. 또, 입경이 5㎛이하인 토너의 체적비율은 약 2.58%에 지나지 않지만 개수비율은 약 15.8% 정도나 된다. 본 발명자는 현상에 악영향을 미치는 토너의 입경의 대표값으로서 ½Dv50을 사용하고 입경이 ½Dv50 이하인 토너입자의 개수입경분포에서의 비율이 15%이하가 되도록 하면 양호한 현상성능을 얻을 수 있다는 것을 알았다. 이러한 기준에 따르면, 예를 들어, Dv50=8.0㎛일 때, ½Dv50는 4.0㎛이기 때문에 개수입경분포 상 입경이 4.0㎛이하인 토너의 비율이 15% 이하가 되도록 하면 된다.

상술한 바와 같은 토너입경분포를 달성하려면 , 분쇄토너의 경우는 분쇄 후에 분급할 필요가 있으며, 중합토너의 경우에는 통상 분급은 불필요하지만 필요에 따라서 중합, 건조 후에 분급한다. 이용하는 분급기(classifier)는, 풍력식 분급기, Koander효과를 이용한 분급기, 로터(rotor)를 고속으로 회전시켜 분급하는 기 계식 분급기 등, 본 발명의 입경 분포를 얻을 수 있는 분급기라면 특히 한정되는 것은 아니다.

Dv50이 7㎛이하인 토너를 제조할 때는, 다음과 같은 분쇄법(pulverising method)을 이용하는 것이 좋다. 원재료를 용해 혼련한 후 냉각시킨 재료는 핀 밀(pin mill)등으로 조분쇄한다. 이것을 우선 기계식 분쇄기(고속 회전하는 로터(rotor)와 그 주위에 고정된 스태이터(stator)와의 사이로 피분쇄물을 통과시켜 분쇄하는 분쇄방법)에 의해 Dv50가 10 ~ 400㎛, 바람직하지는 15 ~ 50㎛으로 중분쇄한다. 이 때 Dv50가 너무 작으면, 다음의 미분쇄공정에서 최적의 입경분포로 조정하기가 어렵다. 또, 너무 크면, 중분쇄 공정의 의미가 없어진다.

미분쇄공정에서는, 충격식 분쇄기(jet tyoe mill) 혹은 기계식 분쇄기(mechanical type mill)를 사용할 수 있다. 동시에 2-3㎛ 이하의 미분을 분급해 없애는 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 이 공정에서는 Dv50를 7.5~10㎛으로 한다. 미분 분급은 뒤이어 수행되는 초미분쇄공정의 효율을 올리는 동시에 에너지 부하를 저감시키는 효과가 있다. 즉, 중분쇄 후의 미분쇄 분급 공정에서 초미분쇄공정 후에 최종 목적으로 하는 Dv50보다 30-70% 큰 분급 가루를 제작한다. 미분쇄공정으로 30-70% 큰 미분을 제작하는 동시에 초미분쇄공저에서는 분급하기 어려운 2~3㎛ 이하의 미분을 미리 분급하여 제거한다. 이에 의해, 마지막 초미분쇄공정에서는 통상의 7㎛ 이상의 토너를 제조하는 것과 큰 차이가 없는 에너지로 6㎛ 이하의 토너를 제조할 수가 있다. 또, Dv50가 아직 큰 상태(즉, 최종 목표보다 30-70% 큰 상태)에서 2~3㎛의 미분을 분급하여 제거하기 때문에 초미분쇄공정의 수율을 높일 수 있으 며 입경이 ½Dv50보다 작은 토너의 비율이 개수입경분포 상 15% 이하가 되는 토너를 충분히 제조할 수 있다.

현상롤러(11)의 표면에는 탄성고무층(11a)이 마련된다. 탄성고무층(11a)의 두께는 0.5mm 이상 현상롤러(11) 반경의 60% 이하인 것이 바람직하다. 토너를 충분히 대전시키기 위하여는 현상롤러(11)에 바이어스 전압을 인가할 필요가 있다. 이 바이어스 전압이 유효하게 토너를 대전시키는데 작용하기 위하여 탄성고무층(11a)의 저항은 10⁵Ω/㎝ ∼ 10¹¹Ω/㎝ 사이가 되는 것이 최적이다. 저항이 너무 낮으면 전류의 누설(leakage)가 발생되어 토너에 충분한 전계가 부여되지 않는 등의 문제가 생기며, 저항이 너무 높으면 토너에 충분한 전하가 주입되지 않아 현상에 장해가 된다.

저항의 측정 방법은 다음과 같다, 현상롤러(11) 표면에 길이가 일정(예를 들면 100-200mm)한 금속전극을 접촉시키고 일정한 직류(DC)전압을 인가한다(인가 전압은 예를 들면 500-1000V 정도). 이 때의 전류값을 측정하여 저항으로 나누고 이 값을 다시 금속전극의 길이로 나눈 값이 현상롤러(11)의 저항이다. 직류전압을 인가하면 통상적으로 전류값은 시간과 함께 감소하므로, 전압이 인가된 후 일정시간(예를 들면, 10초, 30초, 60초)이 경과된 후의 전류값을 이용한다.

탄성고무층(11a)의 표면조도(Rz)도 토너 대전량이나 토너 반송성능에 크게 영향을 준다. 표면조도(Rz)가 너무 크면 균일한 토너층을 형성할 수 없고 화상의 균일성이 손상된다. 또, 너무 작으면 토너 대전량을 충분히 얻을 수 없다. 이를 감 안하면, 표면조도(Rz)는 Dv50의 1/10 내지 5배의 범위가 매우 적합하다.

이성분 토너를 사용하는 화상형성장치의 경우에는 현상기(30)에 수용된 토너가 소모되면 토너만을 보급하여 다시 사용하는 것이 일반적이다. 일성분 토너를 사용하는 화상형성장치의 경우에는 현상기에 토너가 수용되는 챔버까지 구비되어 있다. 이 경우, 현상기의 수명은 그 내부에 수용된 토너의 양에 의존되며, 토너를 완전히 소모한 때에는 현상기 자체가 교체된다. 현상기에 수용되는 토너의 양은 보통 수천매를 인쇄할 수 있을 정도이다. 이와 같이, 특히 트레일 방식을 채용하는 화상형성장치에서 현상기(30)에 보통 수천매 정도를 인쇄할 수 있는 토너만을 수용하고 토너가 다 소모되면 현상기(30) 자체를 교체하는 이유는 필르밍 등에 의하여 현상롤러(11)와 규제블레이드(12)가 오염되기 때문에 토너 만을 추가로 보충하는 방식으로는 장기간 안정적으로 고화질을 얻을 수 없기 때문이다. 하지만, 입경이 ½Dp50 이하인 토너의 함량이 개수입경분포 상 15%이하인 토너를 사용하는 본 실시예의 화상형성장치에 따르면, 종래 5000-10000매(A4용지에 인쇄하는 경우)인 현상롤러(11)와 규제블레이드(12)의 수명을 30000매 이상으로 할 수 있다. 따라서, 현상기(30)에 30000매 이상을 인쇄할 수 있는 양의 토너를 수용할 수 있어 소모품 비용을 절감할 수 있다.

인자율(coverage) 5%로 인쇄할 경우에 소모되는 토너량은 약 15-30 mg/print이기 때문에, 30000매 인쇄하기 위한 토너량은 450-900g가 된다. 이 양의 토너를 수용하기 위하여는 현상기(30)의 크기가 매우 커져야 하기 때문에 화상형성장치의 소형화에 불리하다. 특히, 일반적으로 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 토너를 수용한 4개의 현상기(30)가 필요한 칼라화상형성장치는 대형화되는 문제점이 있다. 근래에 칼라화상형성장치를 소호(SOHO)를 포함하여 일반 가정에까지 보급하기 위하여 소형화하는 것이 과제이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 현상기(30)는 현상카트리지(10)와 토너카트리지(20)로 분리되어 있다. 토너카트리지(20)는 현상카트리지(10)에 착탈가능하다. 토너카트리지(20)에는 예를 들면 수천매 정도를 인쇄할 수 있는 양의 토너가 수용된다. 이와 같은 구성에 의하면, 현상기(30) 및 화상형성장치를 소형화할 수 있다. 토너카트리지(20)에 수용된 토너는 자중에 의하여 또는 도시되지 않은 이송수단에 의하여 현상카트리지(10)로 공급된다. 토너카트리지(20)의 토너가 다 소모되면 토너카트리지(20)만 교체하면 된다. 토너카트리지(20)는 토너만을 수용하면 되기 때문에 매우 저렴하게 제조될 수 있다. 따라서, 사용자의 입장에서 느끼는 체감 소모품 비용이 획기적으로 줄어들게 된다.

현상카트리지(10)에 토너가 남아있지 않은 상태에서 현상롤러(11)가 회전되면, 토너가 현상롤러(11)와 규제블레이드(12)와의 사이에서 윤활제로서의 역할을 수행할 수 없기 때문에 현상롤러(11)와 규제블레이드(12)가 과도하게 마찰된다. 그러면, 비교적 짧은 시간(1~2시간)내에 규제블레이드(12)와 현상롤러(11)에 토너 필르밍이 발생되거나 현상롤러(11)에 상처가 생긴다. 본 발명자는 현상카트리지(10)의 토너잔량이 현상카트리지(10)의 최대충전량의 1 중량페센트(weight%) 이하가 되기 전에, 예를 들면 토너공급오거(16)를 작동시켜, 현상카트리지(10)로 토너를 공급함으로써 상술한 바와 같은 문제를 해결할 수 있었다. 화상형성장치는 현상카트 리지(10)의 하우징(17)의 내벽면에 광을 조사하여 그 반사율을 측정함으로써 토너잔량을 검출할 수 있다. 또한, 하우징(17)에 투과판(미도시)을 설치하고 하우징(17)의 외부로부터 투과판으로 광을 조사하여 투과판을 투과하는 광량을 검출하여 토너잔량을 검출하는 것도 가능하다. 또한, 인쇄 화소수를 카운트하여 토너잔량을 검출하는 것도 가능하다. 현상카트리지(10)내의 토너최대충전량은, 현상카트리지(10)의 유효 내용적(공급롤러(13), 현상롤러(11), 교반기(14)(15) 등을 제외한 토너를 충전할 수 있는 용적)과 토너의 AD(apparent　density)의 곱에 의해 구할 수가 있다. AD의 측정은 Hosokawa　Micron제 Powder　Tester로 용이하게 측정할 수가 있으며, 본 발명에 이용하는 토너의 AD는, 0.3-0. 45 g/cm3가 매우 적합하다.

<실시예 1>

규제블레이드(12)는 트레일 방식으로 설치하였다. 현상롤러(11)의 직경은 15mm이며, 탄성고무층(11a)의 두께는 1.0mm로 하였다. 현상롤러(11)의 저항은 10⁹Ω/cm이며, 표면조도(Rz)는 8㎛dmn로 하였다. Dv50이 8.0㎛, ½Dv50인 4㎛이하의 입경을 가지는 토너의 개수입경분포 상의 비율이 12% 인 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M), 블랙(K) 토너를 제조했다. 상술한 조건을 도 5에 도시된 바와 같이. 4개의 노광기(3)와 현상기(30)를 구비하는 텐덤방식(싱글패스방식)칼라화상형성장치에 적용하였다. 각 현상기(30)의 유효 내용적은 120㎤이며, 각 토너의 AD는 Y토너　0.34 g/㎤, M토너　0.37 g/㎤, C토너　0.33 g/cm3, K토너　0.39 g/㎤였다. 인자율 (coverage) 5%로 인쇄하여 신뢰성 테스트를 실시하였다. 현상카트리지(10)의 토너잔량은 노광기(3)의 노광 도트 수(화소수와 같다)를 소프트웨어적인 방법으로 카운트하였다. 현상카트리지(10)의 토너잔량이 8%에 이르면 토너를 보급하였다.

상술한 테스트에 의하면, 40000매 이상 고화질 화상을 연속하여 출력할 수 있었다.

<비교예 1>

규제블레이드(12)는 트레일 방식으로 설치하였다. 현상롤러(11)의 직경은 15mm이며, 탄성고무층(11a)의 두께는 1.0mm로 하였다. 현상롤러(11)의 저항은 10⁹Ω/cm이며, 표면조도(Rz)는 8㎛로 하였다. Dv50이 8.0㎛, ½Dv50인 4㎛이하의 입경을 가지는 토너의 개수입경분포 상의 비율이 23% 인 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M), 블랙(K) 토너를 제조했다. 상술한 조건을 도 4에 도시된 바와 같이. 4개의 노광기(3)와 현상기(30)를 구비하는 텐덤방식(싱글패스방식)칼라화상형성장치에 적용하였다. 각 현상기(30)의 유효 내용적은 120㎤이며, 각 토너의 AD는 Y토너　0.34 g/㎤, M토너　0.37 g/㎤, C토너　0.33 g/cm3, K토너　0.39 g/㎤였다. 인자율(coverage) 5%로 인쇄하여 신뢰성 테스트를 실시하였다. 현상카트리지(10)의 토너잔량은 노광기(3)의 노광 도트 수(화소수와 같다)를 소프트웨어적인 방법으로 카운트하였다. 현상카트리지(10)의 토너잔량이 8%에 이르면 토너를 보급하였다.

상술한 테스트에 의하면, 초기에는 고화질의 화상을 얻을 수 있었지만, 3000 매 이내에 규제블레이드(12)에 토너 필르밍이 발생되어 화상농도가 저하되고 인쇄된 화상에 세로 줄무늬가 발생되었다.

<비교예 2>

규제블레이드(12)는 트레일 방식으로 설치하였다. 현상롤러(11)의 직경은 15mm이며, 탄성고무층(11a)의 두께는 1.0mm로 하였다. 현상롤러(11)의 저항은 10⁹Ω/cm이며, 표면조도(Rz)는 8㎛로 하였다. Dv50이 8.0㎛, ½Dv50인 4㎛이하의 입경을 가지는 토너의 개수입경분포 상의 비율이 24.5% 인 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M), 블랙(K) 토너를 제조했다. 상술한 조건을 도 4에 도시된 바와 같이. 4개의 노광기(3)와 현상기(30)를 구비하는 텐덤방식(싱글패스방식)칼라화상형성장치에 적용하였다. 각 현상기(30)의 유효 내용적은 120㎤이며, 각 토너의 AD는 Y토너　0.34 g/㎤, M토너　0.37 g/㎤, C토너　0.33 g/cm3, K토너　0.39 g/㎤였다. 인자율(coverage) 5%로 인쇄하여 신뢰성 테스트를 실시하였다. 현상카트리지(10)의 토너잔량은 노광기(3)의 노광 도트 수(화소수와 같다)를 소프트웨어적인 방법으로 카운트하였다. 현상카트리지(10)의 토너잔량이 8%에 이르면 토너를 보급하였다.

상술한 테스트에 의하면, 초기부터 고화질의 화상을 얻을 수 없었다. 따라서, 신뢰성 테스트는 실시하지 않았다.

<비교예 3>

규제블레이드(12)는 트레일 방식으로 설치하였다. 현상롤러(11)의 직경은 15mm이며, 탄성고무층(11a)의 두께는 1.0mm로 하였다. 현상롤러(11)의 저항은 10⁹Ω/cm이며, 표면조도(Rz)는 8㎛로 하였다. Dv50이 8.0㎛, ½Dv50인 4㎛이하의 입경을 가지는 토너의 개수입경분포 상의 비율이 23% 인 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M), 블랙(K) 토너를 제조했다. 상술한 조건을 도 4에 도시된 바와 같이. 4개의 노광기(3)와 현상기(30)를 구비하는 텐덤방식(싱글패스방식)칼라화상형성장치에 적용하였다. 각 현상기(30)의 유효 내용적은 120㎤이며, 각 토너의 AD는 Y토너　0.34 g/㎤, M토너　0.37 g/㎤, C토너　0.33 g/cm3, K토너　0.39 g/㎤였다. 인자율(coverage) 5%로 인쇄하여 신뢰성 테스트를 실시하였다. 현상카트리지(10)의 토너잔량은 노광기(3)의 노광 도트 수(화소수와 같다)를 소프트웨어적인 방법으로 카운트하였다. 현상카트리지(10)의 토너잔량이 0.7%에 이르면 토너를 보급하였다.

상술한 테스트에 의하면, 현상롤러(11)에 세로줄이 발생되어 1000매 이내에 화질의 저하가 일어났다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치, 현상방법, 및 현상롤러에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 토너의 입경분포를 규제함으로써 트레일 방식의 규제블레이드를 채용하여 현상기 및 화상형성장치의 소형화, 장수명화가 가능하다.

둘째, 현상기를 현상카트리지와 토너카트리지로 분리함으로써 화상형성장치 의 소형화와 소모품 비용의 절감이 가능하다.

셋째, 현상카트리지의 토너잔량에 대응하여 토너를 현상카트리지로 적시에 공급함으로써 현상롤러와 규제블레이드에의 토너의 필르밍을 방지할 수 있다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims

정전잠상이 형성되는 화상수용체;

상기 정전잠상에 비자성 일성분 토너를 공급하여 현상시키는 것으로서, 상기 화상수용체와 대면되는 현상롤러와, 트레일 방식으로 설치되어 상기 현상롤러에 균일한 토너층을 형성시키는 규제블레이드를 구비하는 현상기;를 포함하며,

상기 토너는 그 입경이 체적입경분포의 미디안값의 1/2 이하인 토너가 개수입경분포로 15% 이하인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제1항에 있어서, 상기 현상기는,

상기 현상롤러와 규제블레이드를 구비하는 현상카트리지;

상기 현상카트리지로 공급될 토너가 수용된 토너 카트리지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제2항에 있어서,

상기 현상카트리지의 토너잔량이 최대충전량의 1중량퍼센트 이하가 되기 전에 상기 토너카트리지로부터 상기 현상카트리지로 토너가 공급되는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 현상롤러의 표면에는 두께가 0.5mm 이상 현상롤러 반경의 60% 이하이고, 저항이 10⁵Ω/㎝ ∼ 10¹¹Ω/㎝인 탄성고무층이 마련된 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제4항에 있어서,

상기 현상롤러의 표면조도(Rz)는 체적입경분포의 미디안값의 1/10 내지 5배 인 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제5항에 있어서,

상기 현상롤러는 상기 화상수용체와 현상갭만큼 이격되게 위치되는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
현상롤러에 입경이 체적입경분포의 미디안값의 1/2 이하인 토너가 개수입경분포로 15% 이하인 비자성 일성분 토너를 공급하고, 트레일 방식으로 설치된 규제블레이드를 이용하여 상기 현상롤러에 균일한 토너층을 형성하고, 상기 현상롤러에 현상바이어스를 인가하여 상기 토너층으로부터 토너를 화상수용체에 형성된 정전잠상으로 현상시키는 것을 특징으로 하는 비자성 일성분 현상방법.
제7항에 있어서,

상기 현상롤러가 설치된 현상카트리지의 토너잔량이 최대충전량의 1중량퍼센트 이하가 되기 전에 토너카트리지로부터 상기 현상카트리지로 토너를 공급하는 것을 특징으로 하는 비자성 일성분 현상방법.
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