KR19980064600A

KR19980064600A - 이미지 형성 장치

Info

Publication number: KR19980064600A
Application number: KR1019970073315A
Authority: KR
Inventors: 이노우에마사히로; 고바야시요시아끼; 와끼겐이찌로; 히비노마사루
Original assignee: 미따라이후지오; 캐논가부시끼가이샤
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1998-10-07
Also published as: KR100270230B1; US6295432B1; EP0851314B1; EP0851314A3; CN1189635A; EP0851314A2; CN1145848C; DE69725419T2; JPH10186841A; DE69725419D1

Abstract

이미지 형성 장치(image forming apparatus)는 정전 이미지(electrostatic image)를 전달하기 위한 이미지 운반 부재(image bearing member), 약 10⁹Ω.cm 내지 10¹³Ω.cm의 부피 저항도를 가지는 표피층, 토너(toner)를 포함하는 현상제(developer) 및 10⁶Ω.cm 내지 10¹⁰Ω.cm의 부피 저항값을 가지는 캐리어를 사용하여 상기 이미지 운반 부재 상에 정전 이미지를 현상하기 위한 현상 수단(developing means), 및 상기 이미지 운반 부재 및 상기 현상제 전달 부재 사이에 교류 전계(alternating electric field)를 형성하기 위한 전계 형성 수단을 포함하며, 상기 캐리어의 체인(chains of carrier)은 상기 이미지 운반 부재에 접촉하는 반면, 현상제 전달 부재(developer carrying member)를 포함하는 상기 현상 수단은 상기 현상제를 전달하기 위해 상기 이미지 운반 부재에 마주보게 되어있으며, 여기에서 아래의 조건

5×10^-5T₁1×10^-4(sec)

5×10^-5T₂1×10^-4(sec)

이 만족되며, 여기에서 T₁은 상기 토너가 상기 이미지 운반 부재로부터 상기 현상제 전달 부재를 향해 떨어져 나오는 힘을 받는 시간이며, T₂는 상기 토너가 상기 현상제 전달 부재로부터 상기 이미지 운반 부재를 향해 떨어져 나오는 힘을 받는 시간이다.

Description

이미지 형성 장치

본 발명은 복사기 또는 프린터와 같은 이미지 형성 장치에 관한 것이며, 특히 두 성분 접촉 현상 방법을 통한 이미지 운반 부재에서의 정전 이미지를 현상하기 위한 현상 장치에 관련되어 있다.

우선 도 6과 관련하여, 종래의 이미지 형성 장치가 기술될 것이다.

이 도면에서, 원문 G가 원문 캐리지(original carrage)(10)에 대해 복사되는 면이 아래로 향하게 놓여진다. 복사 키를 누름으로써, 복사 동작이 시작된다. 유닛(9)은 구성 요소로서 원문 투영용 램프(lamp for original projection), 짧은 초점 렌즈 배열 및 CCD 센서를 가지며, 원문을 비추는 동안 스캐닝 동작을 실행하여, 원문 표면에 의해 반사된 빛이 짧은 초점 렌즈 배열을 통하여 CCD 상에 이미지가 형성된다.

상기 센서는 광 수신부, 전송부, 및 출력부로 구성되며, 여기에서 광 수신부는 상기 광 신호를 전하 신호(charge signal)로 전환하며, 상기 전송부는 상기 전하 신호를 클록 펄스와 동조하여 출력부로 전송하며, 상기 출력부는 전하 신호를 전압 신호로 변화시키며, 전압 신호는 그 후 증폭되고 임피던스 감소 처리(impedance reduction treatment)의 대상이된다. 이와 같이, 제공된 아날로그 신호는 디지털 신호로 전환되는 기지의 이미지 처리 동작의 대상이된다.

프린터부는 아래의 방식으로 이미지 신호를 수신하고 정전 잠상(electrostatic latent image)을 형성한다. 광전 드럼(1)은 여기에서의 축에 대해 미리 결정된 주변 속도(predetermined peripheral speed)에서 화살표로 나타내어진 방향으로 회전되며, 여기에서의 표면은 회전 공정 동안 충전기(3)에 의해 약 -650V로 균일하게 충전된다. 그 후, 여기에서 균일하게 충전된 표면은 고속으로 회전하는 회전할 수 있는 다각형 거울에 의해 편향된 빔에 의해 스캐닝되며, 여기에서 상기 빔은 고체 레이저 소자에 의해 방출되며 이미지 신호에 따라 온-오프가 일어나게 한다.

정전 잠상은 현상 장치(developing device)(4)를 통하여 토너(toner)에 의하여 토너 이미지로 현상되며, 이는 다음에 전송 충전기(transfer charger)(7)에 의해 전송 물질 P로 정전기적으로 전송된다. 그 후, 전송 물질 P는 분리 충전기(separation charger)(9)에 의해 드럼으로부터 정전기적으로 분리되며, 이미지가 고정되는 고정 장치(fixing device)(6)로 공급되며, 그 후 출력된다.

이에 반하여, 이미지 토너 이미지 전송 후 광전 드럼(1)의 표면은 클리너(5)에 의해 청소되어(cleaned), 잔재 토너와 같은 증착된 오염물은 제거되고, 광전 드럼(1)은 다음 이미지 형성 동작을 위해 대기한다.

최근, 증가하는 환경에 대한 의식 때문에 코로나 방전(corona discharge)을 사용하지 않는 충전 방법을 실행하는 수단으로써 직접 충전 소자가 사용되게 되었다. 특히, 광전 소자가 충전되었을 때 방전량이 아주 작기 때문에, 분사 충전 형(injection charging type)이 아주 바람직하다. 분사 충전 시스템은 전기적으로 충전하기 위해 접촉 충전 소자에 의해 전기 전하가 광전 소자 표면 물질의 트랩 전위(trap potential)로 분사되는 시스템, 및 전기 전도성 입자가 광전 소자 표면에 분산된 전하 분사 층의 전기 전도성 입자로 주어지는 시스템을 포함한다. 이러한 경우, 광전 드럼의 표면 층의 부피 저항도가 약 10⁹Ω.cm 내지 10¹³Ω.cm인 때 충전 효율이 좋다는 것이 알려져있다.

약 10⁹Ω.cm 내지 10¹³Ω.cm의 표피 층의 조정된 부피 저항도를 가지는 광전 드럼으로 분사 충전 시스템이 사용되는 경우, 충전 효율은 좋으나, 배경 포그(background fog)가 생성되며, 출력의 이미지 밀도는 낮다. 교류 전계를 인가하고 두 성분 현상제(two component developer)를 사용하여, 약 10⁹Ω.cm 내지 10¹³Ω.cm의 조정된 부피 저항을 가지는 광전 소자로 이루어진 표피층에 대해 현상 동작이 수행될 때 포그 및 이미지 밀도 감소가 일어난다는 것이 발견되었다.

포그 생성 및 이미지 밀도 감소 현상에 대한 여러 가지 실험 및 조사가 행해졌으며, 현상 동작 중, 자기 캐리어로부터 약 10⁹Ω.cm 내지 10¹³Ω.cm의 표피 층에서의 부피 저항도를 가지는 광전 드럼으로 전하가 분사되는 것이 발견되었다.

약 10⁹Ω.cm 내지 10¹³Ω.cm의 표피층 부피 저항도를 가지는 광전 드럼은 약 100μm 이하의 입자 크기를 가지는 페라이트 입자(ferrite particles)와 같은 자기 입자를 가지는 표면을 문지름으로써(by rubbing) 충전될 수 있다. 바람직하게는, 바이어스 전압이 인가되는 동안, 자석을 포함하는 충전 슬리브(charging sleeve) 상에서 15μm 내지 50μm의 크기를 가지는 입자를 사용한다.

그 후 전극 효과(electrode effect)가 제공되기 때문에, 현상제 캐리어는 10⁶Ω.cm 내지 10¹⁰Ω.cm의 부피 저항을 가지는 것이 바람직하다. 약 10⁹Ω.cm 내지 10¹⁰Ω.cm의 부피 저항을 가지는 자기 캐리어를 사용하는 현상 동작 동안, 특히 자기 캐리어가 광전 드럼에 접촉된 상태로 두 성분 현상 동작이 수행되는 때에 우연히 일어나는 분사 충전에 유사한 현상이라는 것이 발견되었다.

100Hz 내지 6000Hz, 바람직하게는 500Hz 내지 2000Hz의 주파수를 가지는 교류 전계가 DC 상에 중첩될(superimposed) 때, 분사 충전시 충전 효율이 좋다는 것이 또한 알려져있다. 현상 효율 개선 및 이미지 품질의 개선의 목적으로 두 성분 현상이 2000Hz의 교류 전계 성분을 포함하는 현상 바이어스(developing bias) 및 자기 캐리어를 사용하여 수행되는 경우로 알려진 현상 방법을 가지고서 상기 사용이 이루어지는 경우 동일한 현상이 일어나는 것이 고찰되었다.

약 10⁶Ω.cm 내지 10¹⁰Ω.cm의 부피 저항도를 가지는 자기 캐리어를 포함하는 두 성분 현상제 및 약 100 내지 3000Hz의 주파수를 가지는 교류 전계를 사용하여 약 10⁹Ω.cm 내지 10¹³Ω.cm의 조정된 표피층 부피 저항도를 가지는 광전 드럼에 대해 역 현상 동작(reverse development operation)이 수행되는 경우, 흰 부분 (균일한 충전후 광에 노출되지 않은 부분) 및 검은 부분 (균일한 충전후 광에 노출된 부분)의 전위가 상기 현상 슬리브에 인가된 전압의 DC 부분의 전위로 집중되는 결과에 기인하여, 현상 영역에서 현상용 자기 캐리어로부터 광전 드럼으로 충전 분사가 일어난다. 따라서, 검은 부분과 현상 슬리브 사이의 전위차의 감소 때문에 포그 생성 및 이미지 밀도의 감소의 결과에 기인하여 상기 흰 배경 부분 및 현상 슬리브 사이의 전위차는 감소한다.

상기의 분석에 있어서, 역 현상 시스템이 선택되었으나, 상기 문제점은 역 현상 시스템만의 문제점은 아니며, 일반적인 현상 시스템에서도 또한 발생되는 문제점이다.

따라서, 본 발명의 목적은 고 이미지 품질을 가지는 토너 이미지가 약 10⁹Ω.cm 내지 10¹³Ω.cm의 표피층 표피 저항도를 가지는 이미지 운반 부재 상에 형성될 수 있는 이미지 형성 장치(image forming apparatus)를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 바이어스 전압(bias voltage)이 캐리어를 통하여 이미지 운반 부재로 리크(leak)하지 않는 이미지 형성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 분사 충전 시스템 및 두 성분 접촉 현상이 함께 사용될 수 있는 이미지 형성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 이들 및 기타 목적, 특징 및 장점은 첨부되는 도면과 연관되어 설명되어지는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고하면 보다 더 명백해 질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에서 사용되는 현상 바이어스 전압의 파형을 도시하는 파형 그래프.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 형성 장치의 개략도.

도 3은 도 2의 이미지 형성 장치에 사용되는 충전기의 도해.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 현상 바이어스 전압의 파형을 도시하는 파형 그래프.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 현상 바이어스 전압의 파형을 도시하는 파형 그래프.

도 6은 종래의 이미지 형성 장치의 예의 도해.

도 7은 도 2의 이미지 형성 장치에 사용되는 노출 장치의 도해.

도 8은 도 2의 이미지 형성 장치에 사용되는 현상 장치의 도해.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 현상 슬리브

12 : 영구 자석

16 : 현상제 용기

18 : 보충 토너

20 : 공급 개구

100 : 이미지 스캐너

101 : 방출 신호 생성기

102 : 고체 레이저 소자

첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 예시하고자한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 형성 장치의 단면도이다. 도 6에서의 번호와 동일한 참조 번호가 대응하는 기능을 가지는 구성 요소들에 할당되었으며, 상세한 설명은 설명의 편의상 생략되었다.

도 7은 레이저 빔을 스캐닝하기위한 레이저 스캐너(laser scanner)(100)의 개략도를 도시한다. 광전 요소(photosensitive element)가 레이저 스캐너(100)에 의해 레이저 빔으로 스캐닝되는 경우, 고체 레이저 요소(solid laser element)(102)는 공급되는 이미지 신호에 따라 분사 신호 생성기(101)에 의해서 미리 결정된 타이밍에서 온오프(on and off)를 나타낸다. 고체 레이저 요소(102)로부터 분사된 레이저 빔은 시준기 렌즈(103)에 의해 실질적으로 동일한 초점의 빔(afocal beam)으로 조준되고, 화살표 B의 방향으로 회전하는 회전형 다각형 거울(rotatable polygonal mirror)(104)에 의해 화살표 C의 방향으로 편향되어, f-세타(f-theta) 그룹 렌즈, (105a), (105b), (105c)를 통하여 광전 드럼(photosensitive drum)(1)과 같은 스캐닝된 표면(106)에 상을 만든다. 이미지 신호를 스캐닝함으로써, 하나의 주사선(sacn line)의 조사선량의 분포(exposure distribution)는 스캐닝되는 표면(106)에 제공되고, 그 다음 스캐닝되는 표면(106)은 각각의 스캐닝 후 스캐닝 방향에 수직인 방향에서 미리 결정된 각도로 스크롤되며(scrolled), 이미지 신호에 대응하는 조사선량 분포는 스캐닝되는 표면(106)에 제공된다.

다음으로, 현상 방법(developing method)이 기술될 것이다. 일반적으로, 현상 방법들은 네 개의 그룹으로 분류된다. 첫 번째 두 그룹에서, 비-자기 토너(non-magnetic toner)가 날 옆의 슬리브(sleeve by a blade) 등에 인가되며, 또한 자기 토너는 자기력(magnetic force)에 의해 그 위에 인가되며, 현상 영역으로 운반되며, 이 경우에 광전 요소(일 성분 비-접촉 현상)에 접촉되지 않더라도 광전 드럼상에 이미지를 현상한다. 세 번째 및 네 번째 그룹에서는, 현상제(developer)는 토너와 혼합된 자기 운반기를 포함하며, 유사한 방식으로 슬리브에 인가되며, 그 후 자기력을 사용하여, 현상제가 광전 드럼에 접촉하거나 (두 성분 접촉 현상) 또는 현상제가 광전 드럼에 접촉하지 않는 경우 (두 성분 접촉 현상) 광전 드럼상에 이미지를 현상할 수 있는 현상 영역으로 운반된다.

이들 중에서, 두 성분 접촉 현상은 고 해상도(high resolution) 및 하프-톤 이미지(half-tone image)의 재생성 능력(reproducibility)에서 장점을 가지고 있으므로, 본 실시예에서 현상 장치는 주 성분 접촉 현상을 사용한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 현상 장치(4)는 현상제 용기(developer container)를 구비하고 있고, 현상제 용기(16)의 내부는 칸막이(17)에 의해 현상제 실(developer chamber) (제1실) R1 및 혼합 실 (제2실) R2으로 분할되어 있고, 보충 토너(비-자기 토너)(18)는 토너 저장실 R3에 수용된다. 상기 토너 저장실 R3의 하부는 공급구(supply opening)(20)를 구비하고 있으며, 토너의 소모에 따라, 공급구(20)를 통하여 보충 토너(18)가 혼합실 R2로 떨어진다.

현상실 R1 및 혼합실 R2는 현상제(19)를 포함하고 있다. 현상제(19)는 비-자기 토너 및 자기 입자 (캐리어)를 포함하는 두 성분 현상제이다. 비-자기 토너의 무게 함유량에 따른 혼합비는 4% 내지 10%이다. 비-자기 토너는 약 5 내지 15μm의 부피 평균 입자 크기를 가진다. 자기 입자는 수지 물질(resin material)로 코팅된 페라이트(ferrite) 입자 (최대 자화는 60emu/g)를 포함하며, 무게 평균 입자 크기는 25 내지 60μm이고, 저항은 10⁶내지 10¹⁰Ωcm이다. 자기 입자의 자기 투자율은 약 5.0이다.

하나의 개구(opening)가 광전 드럼(1)에 인접한 위치의 현상제 용기(16)에 형성되어있고, 현상 슬리브(11)의 절반이 개구를 통하여 밖으로 돌출되어있다. 현상 슬리브(11)는 현상제 용기(16)에서 회전 가능하다. 현상 슬리버(11)의 외경은 32mm이고, 주변 속도(peripheral speed)는 280mm/sec이며, 현상 슬리브(11)는, 본 실시예에서 도면에 나타나는 방향으로 회전한다. 현상 슬리브(11)는 광전 드럼(1)과 500μm 만큼 간격을 두고 있다. 현상 슬리브(11)는 비-자기 물질이며, 영구 자석(stationary magnet)(12) (자기장 생성 수단)이 공급된다. 자석(12)은, 현상제 공급을 위해, 현상 자기 극 S1, 거기에서 아래쪽에 위치하는 자기 극 N3 및 자기 극 N2, S2 및 N1을 가진다. 자석(12)은 현상 자기 극 S1이 광전 드럼(1)을 마주보는 위치를 취한다. 현상 자기 극 S1은 현상 슬리브(11) 및 광전 드럼(1) 사이에 형성되는 현상 영역에 인접한 자계를 형성하고, 자기 브러시(magnetic brush)는 자계에 의해 형성된다.

현상 슬리브(11)의 상부에서, 블레이드(blade)(15)는 현상 용기(16)에 고정되어 있으며, 블레이드(15)는 현상 슬리브(11)에서의 현상제(19)의 층 두께를 조절하기 위해 현상 슬리브(11)과 800μm 만큼의 간격을 가지고 있다. 블레이드(15)는 알루미늄 또는 SUS316(스테인레스 철)과 같은 비-자기 물질이다.

공급 나사(feeding screw)(13)가 현상제 실 R1에 설치되어 있다. 공급 나사(13)는 도면에서 화살표의 방향으로 회전하며, 현상 실 R1에서 현상제(19)는 공급 나사(13)의 회전에 의해 현상 슬리브(11)의 길이 방향으로 공급된다.

공급 나사(14)는 저장실 R2에 설치된다. 공급 나사(14)는 회전에 의해 현상 슬리브(11)의 길이 방향으로 토너를 공급하며, 상기 토너는 공급 개구(20)를 통하여 혼합실로 떨어진다.

현상 슬리브(11)는 자기 극 N2에 인접한 위치에서 현상제를 잡아서(catches), 현상 슬리브(11)의 회전에의해 현상제(19)가 현상 영역으로 공급된다. 현상제(19)가 현상 영역의 이웃에 도달할 때, 현상제(19)의 자기 입자의 체인은 자기 극 S1의 자기력에 의해 현상 슬리브(11)로부터 직립하여(erecting) 형성되며, 자기 브러시의 자기 브러시가 형성된다.

이하에서, 본 발명의 특징이 기술될 것이다. 상기에서 기술된 바와 같이, 약 10⁶내지 10¹⁰Ωcm의 부피 저항을 가지는 자기 캐리어를 포함하는 두 성분 현상제를 사용하여 약 10⁹내지 10¹³Ωcm의 조정된 표면 층 부피 저항도를 가지는 광전 드럼에 대해 현상 동작이 수행되는 경우, 흰 부분(white portion)과 현상 슬리브 사이의 전위 차(potential difference)는 포그(fog) 생산의 결과로 감소하며, 검은 부분(black portion)과 현상 슬리브 사이의 전위차는 이미지 밀도 감소의 결과로 또한 감소한다. 본 발명의 발명자는 이러한 문제를 피할 수 있는 현상 바이어스가 있다는 것을 발견하게 되었다.

보다 구체적으로는, 현상 슬리브로 인가되는 현상 바이어스에 포개어지는(superimposed) 교류 전계의 주파수가 적어도 5kHz인 경우 이 문제는 해결될 수 있다.

그 이유는 아래와 같다. 이러한 교류 전계용 고 주파수를 사용함으로써, 현상 갭(development gap)동안 캐리어 입자는 광전 드럼과 현상 슬리브 사이에서 완전한 왕복 운동을 하지않고, 현상 바이어스의 DC 부분에 의해 제공되는 힘에 기인하여 현상 슬리브에 인접하여 진동 운동을 하여, 현상 캐리어로부터 광전 드럼으로의 충전 분사가 거의 일어나지 않는다.

그러나, 현상 바이어스의 주파수가 간단히 증가하는 경우, 거친(rough) 이미지 생성의 결과로 0.3보다 크지않은 낮은 이미지 밀도를 가지는 소위 고 광원부(high light portion)가 생성된다.

더 나아가서, 발명자들의 계속된 연구 결과 현상 슬리브(11)과 광전 드럼(1) 사이에 도 1에서 도시된 파형을 가지는 현상 바이어스를 이용함으로써 이미지의 거칠기(roughness) 및 이미지 밀도의 감소 또는 포그를 가지지 않는 이미지 정보를 생성하도록 허용한다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 사용되는 현상 바이어스가 기술될 것이다.

역-전송 전압(back-transfer voltage) V₁이 시간 T₁동안 인가된 후, 전송 전압 V₂가 시간 T₂동안 인가되며, 비-이미지 부분에서 포그 제거를 고려하여 결정된 DC 바이어스에 대응하는 전압, 즉 공백 전압 V₃= (1/2)(V₁+ V₂)가 시간 T₃동안 인가된다.

현상 캐리어에 의한 광전 드럼으로의 분사 현상을 방지하고 거칠기없는 이미지를 형성하기 위하여, 상기 바이어스 전압의 이용 주기가 아래와 같이 설정된다.

5×10^-5T₁1×10^-4(sec)

5×10^-5T₂1×10^-4(sec)

(T₁+T₂)T₃5(T₁+T₂)(sec)

바이어스 응용 시기의 설정 때문에, 교류 전계부는 적어도 10kHz의 고주파수를 가져서, 자기 캐리어를 통한 광전 드럼으로의 충전 분사는 현상 영역에서 거의 일어나지 않아 흰 부분 및 현상 슬리브 사이의 전위차의 감소로 일어나는 이미지 밀도의 감소의 문제점이 해결될 수 있다.

단지 DC 부분만을 포함하는 바이어스가 교류 전계의 총 적용 주기의 1배 내지 5배인 시간 동안 인가되기 때문에, 교류 전계의 응용 후, 토너가 현상 슬리브로부터 광전 드럼으로 옮겨가 증착하기 위한 충분한 시간이 있으며, 고광부의 이미지 거칠기가 제거될 수 있다.

단지 DC 부분만을 포함하는 바이어스가 교류 전계의 총 적용 주기의 1배 내지 5배인 시간 동안 인가되는데, 이는 이 시간이 총 적용 주기의 1배 보다 작은 경우, 토너를 광전 드럼 상에 증착하기 위한 충분한 시간이 제공되지 않으며, 또한 이 시간이 총 적용 주기의 5배 보다 길면, 현상 슬리브 상의 토너에 대해서 교류 전계에 의해 토너를 느슨하게하는 효과가 불충분할 수 있다.

본 발명은 도 1에 도시된 현상 바이어스에 제한되어 있지 않다. 예를 들어, 도 4에 도시된 두 세트의 바이어스 전압, 도 5에 도시된 세 세트의 바이어스 전압, 바꿔 말하면, 복수개의 세트의 바이어스 전압들이 동일한 유리한 효과에 대해 사용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 충전기(charger)(3)에 관해서 상세한 설명이 이루어질 수 있다. 충전기(3)는 용기(34), 영구 자석(34)을 포함하는 슬리브(31), 분사 충전(injection charging)을 위한 자기 입자(35), 및 슬리브(31) 상에 자기 입자(35)를 인가하기 위한 조절 부재(regulating member)(33)로 구성되어 있으며, 여기에서 자기 입자(35)가 광전 소자(1)과 맞닿아 접촉하는(in rubbing contact) 부분에서 광전 소자(1)의 이동 방향과 반대 방향으로 슬리브(31)의 표면이 이동하게 하는 방향으로 슬리브(31)는 회전한다.

충전 자기 입자(35)는 수지 물질(resin material) 및 자철광(magnetite)과 같은 자기 분말 성분을 혼합하고, 저항 값 제어(resistance value control)를 위해 혼합되는 전기 도전성 카본(electroconductive carbon)등을 가지고서 또는 없이 이를 분말로 만드는 단계, 저항 값 제어를 위한 환원 또는 산호 처리를 한 또는 하지않고 자철광 또는 페라이트(ferrite)가 소결되는(sintered) 단계, 및 조정된 저항을 가지는 코팅 물질 (예를 들어, 카본 분산 페놀 수지(carbon dispersed phenolic resin))로 상기 임의의 자기 입자를 코팅하거나, 또는 적절한 저항 값을 제공하기 위하여 N1과 같은 금속으로 상기 임의의 자기 입자를 피복하는(plating) 단계에 의해 만들어진다.

충전 자기 입자(35)의 저항 값에 있어서, 이 저항 값이 너무 높은 경우, 상기 광전 소자로의 충전 분사는 충전의 미세한 결함에 기인하는 포그 이미지의 결과로 비-균일하다. 이와 반대로, 이 저항 값이 너무 작은 경우, 충전 전압의 강하 및 이로 인한 상기 광전 소자 표면 충전 불능 및 충전 닙(nip)의 방향으로 확장되는 부적절한 충전의 발생의 결과로, 광전 소자 표면에 핀 홀(pin hole)이 존재하면, 이 핀 홀에 전류가 모일 수 있다. 이러한 관점에서, 자기 입자의 저항 값은 바람직하게는 1×10²내지 1×10¹⁰Ω이며, 보다 바람직하게는 광전 드럼 상에 핀 홀이 존재할 경우를 대비해서 1×10⁶Ω 보다 적지 않아야한다. 충전 자기 입자의 저항값은 아래 방식으로 측정된다. 228mm²의 하부 면적을 가지고, 전압이 인가되며, 또한 압력이 가해지는 금속 셀(cell)에 충전 자기 입자의 2g이 놓여진 후, 100V 전압의 인가에 의해 저항이 측정된다.

충전 자기 입자의 자기 특성에 있어서, 상기 드럼으로의 자기 입자의 증착을 방지하기 위하여 자기 구속력이 높은 것이 바람직하며, 특히, 여기에서의 포화 자화는 적어도 100(emu/cm³)인 것이 바람직하다.

실제로, 본 실시예에서 사용된 충전 자기 입자는 30μm의 평균 입자 크기, 1×10⁶Ω의 저항 값, 및 200(emu/cm³)의 포화 자화를 가진다.

충전 슬리브(31)로 -650V의 바이어스 전압을 인가함으로써, 광전 소자(1)는 -650V로 균일하게 충전된다. 이 다음에, 선행 기술과 연관하여 여기에서 기술된 단계들을 통하여 이미지가 형성된다.

충전기(3)는 코로나(corona) 충전기일 수 있지만, 광전 소자에 대한 방출 동작 동안의 방출량은 아주 작기 때문에 분사 충전 시스템이 바람직한 시스템이므로, 방출 생성물등에 의한 광전 소자 표면의 오염은 최소화될 수 있다.

본 실시예에 있어서 사용되는 광전 드럼이 아래에서 기술된다.

광전 드럼 A는 30mm의 직경을 가지는 알루미늄으로 이루어진 드럼 베이스(drum base), 노출광의 반사에 기인하는 물결 무늬의 생성을 방지하기 위해 20μm의 두께를 가지는 전기 전도성 층으로 형성된 줄모양의 층(lining layer)인 제1층으로 구성되어 있다. 상기 드럼 베이스로부터 분사된 양 전하에 의해 상기 광전 소자 표면상에서의 음 전하의 소거(cancellation)를 방지하기 위한 양전하 분사 방지 층 및 기능부인 제2층이 제공된다. 상기 제2층은 AMILAN (일본, 토레이 카부시키 카사이 회사로부터 구할 수 있는 폴리아미즈 수지 물질의 상표)에의해 조정되는 약 0.1μm의 두께 및 약 10⁶Ω.cm의 부피 저항을 가지는 중간 저항 층이다. 노출에 의한 전기 전하 커플(couples)을 생성하기 위한 전하 생성층 및 기능부인 제3층이 더 제공된다. 상기 제3층은 약 0.3μm의 두께로 디사조 색소(disazo pigment)의 수지물질을 분산시킴으로써 생성된다. 전하 전송 층인 제4층이 제공된다. 제4층은 폴리카보나이트(polycarbonate) 수지 물질에 하이드라존(hydrazone)을 소산시킴으로써(dispersing) 생성되고, 이는 p형 반도체이다. 표면층인 제5층이 제공된다. 제5층은 표면 저항을 감소시키기 위하여 폴리카보나이트 수지 물질(무게로 3/4)에 Sno₂(무게로 4/6)와 같은 저 저항 입자를 소산시킴으로써 생성된다. 제5층의 두께는 2μm 이며, 표면 저항도는 10¹³Ω.cm이다. 이러한 방식으로 표면 저항도를 제어함으로써, 직접 충전 특성이 증가되어, 고품질의 이미지가 생성될 수 있다. 광전 소자는 OPC 광전 소자에 제한되지 않고, 높은 내구성을 가지는 a-Si 드럼이 또한 사용될 수 있다.

표피층의 부피 저항도는 아래와 같은 방법으로 측정된다. 금속 전극들은 200μm의 간격을 가지고 배치된다. 표피층 액체는 상기 간격으로 공급되어, 이 간격에서 필름이 형성된다. 100V의 전압은 전극을 가로질러 인가된다. 측정은 23℃의 온도에서, 50%RH의 습도하에서 수행된다.

아래 현상 조건하에서 도 2에 도시된 장치를 형성하는 이미지에서 상기 기술된 광전 소자 A를 사용하여 이미지 형성 동작이 수행되며, 전송 시트(transfer sheet) 상에서의 포그 및 이미지 밀도가 검사된다.

현상 조건:

현상 슬리브(11)는 도 1에 도시된 파형을 가지는 DC 및 AC 전압으로 공급된다. 상기 토너의 전하 극성은 음극이다. 도 1에 도시된 파형에서,

비-이미지부 표면 전위 V_D= -650V,

고 밀도 이미지부 표면 전위 V_L= -100V,

역-전송 전압 V₁= 0V,

전송 (현상) 전압 V₂= -1000V,

중심 전압(blank voltage) V₃= -500V,

T₁, T₂, 및 T₃에 있어서는,

T₁= 1.0×10^-4초,

T₂= 1.0×10^-4초,

T₃= 2.0×10^-4초

이다.

포그 밀도에 대한 기준에 있어서는 아래 표에 도시된 바와 같다.

포그 밀도 D	포그	레 벨
D 0.5	포그가 실제적으로 없다	A
0.5 ≤ D 1	포그가 거의 없다	B
1 ≤ D 2	포그가 약간 있다	C
2 ≤ D 3	포그가 있다	D
D ≤ 3	포그가 상당히 있다	E

포그 밀도는 아래 방식으로 결정된다. 전송 시트 및 이미지 정보 전에 전송 시트 그 자체에서의 포그부의 반사 밀도는, 일본, 도쿄 덴쇼쿠 회사에서 구할 수 있는 밀도 측정기 TC-6DS를 사용하여 측정되고, 포그 밀도는 아래 방정식에 의해 결정된다.

포그 밀도(%) = (전송 시트 상에서의 포그의 반사 밀도) - (전송 시트의 반사 밀도)

이미지 밀도는 X 광물(X-lite)로부터 이용될 수 있는 밀도 측정기 941형을 사용하여 전송 시트 상에서의 이미지의 반사 밀도가 측정되듯이 이미지 밀도가 결정된다.

이미지 형성이 상기 현상 조건하에서 수행되는 경우, 포그 밀도 레벨은 A이고 (표 1), 상기 이미지 밀도는 고광부(high light portion)에서의 거칠기없이 적어도 1.4이어서, 좋은 이미지의 생성이 보장된다.

실시예 2

도 2에 도시된 장치를 형성하는 이미지 및 광전 소자 A가 사용되었다. 그러나, 현상 조건들은 아래와같다..

현상 조건:

현상 슬리브(11)는 도시되지 않은 전압 소오스로부터 도 1에 도시된 파형을 가지는 DC 및 AC 전압으로 공급된다. 상기 토너의 전하 극성은 음극이다. 도 1에 서,

비-이미지부 표면 전위 V_D= -650V,

고 밀도 이미지부 표면 전위 V_L= -100V,

역-전송 전압 V₁= +500V,

전송 (현상) 전압 V₂= -1500V,

중심 전압 V₃= -500V,

T₁, T₂, 및 T₃에 있어서는,

T₁= 8.0×10^-5초,

T₂= 8.0×10^-5초,

T₃= 8.0×10^-4초

이다.

이미지 형성이 상기 현상 조건하에서 수행되는 경우, 포그 밀도 레벨은 B이고 (표 1), 상기 이미지 밀도는 고광부(high light portion)에서의 거칠기없이 적어도 1.5이어서, 좋은 이미지의 생성이 보장된다.

실시예 3

실시예 3에서, 광전 드럼 B는 아래와 같다. 상기 기술된 광전 소자 A의 제5층 대신에, 본 실시예의 제5층은 표면 저항을 감소시키기 위하여 폴리카보나이트 수지 물질(무게로 3/4)에 Sno₂(무게로 4/6)와 같은 저 저항 입자를 소산시킴으로써 생성된다. 제5층의 두께는 2μm이며, 표면 저항도는 10⁹Ω.cm이다.

아래 현상 조건하에서 이미지 형성 동작이 수행되며, 전송 시트(transfer sheet) 상에서의 포그 및 이미지 밀도가 검사된다.

현상 조건:

현상 슬리브(11)는 도 1에 도시된 파형을 가지는 DC 및 AC 전압으로 공급된다. 상기 토너의 전하 극성은 음극이다. 도 1에서,

비-이미지부 표면 전위 V_D= -650V,

고 밀도 이미지부 표면 전위 V_L= -100V,

역-전송 전압 V₁= 0V,

전송 (현상) 전압 V₂= -1000V,

중심 전압 V₃= -500V,

T₁, T₂, 및 T₃에 있어서는,

T₁= 1.0×10^-4초,

T₂= 1.0×10^-4초,

T₃= 2.0×10^-4초

이다.

이미지 형성이 상기 현상 조건하에서 수행되는 경우, 포그 밀도 레벨은 C 이고 (표 1), 상기 이미지 밀도는 고광부(high light portion)에서의 거칠기없이 적어도 1.4이어서, 좋은 이미지의 생성이 보장된다.

실시예 4

본 실시예에서, 실시예 3의 광전 소자 B가 사용되고 아래의 현상 조건들이 사용된다.

현상 조건:

비-이미지부 표면 전위 V_D= -650V,

고 밀도 이미지부 표면 전위 V_L= -100V,

역-전송 전압 V₁= 0V,

전송 (현상) 전압 V₂= -1000V,

중심 전압 V₃= -500V,

T₁, T₂, 및 T₃에 있어서는,

T₁= 8.0×10^-5초,

T₂= 8.0×10^-5초,

T₃= 8.0×10^-4초

이다.

이미지 형성이 상기 현상 조건하에서 수행되는 경우, 포그 밀도 레벨은 C이고 (표 1), 상기 이미지 밀도는 고광부(high light portion)에서의 거칠기 없이 적어도 1.5이어서, 좋은 이미지의 생성이 보장된다.

비교 예1

비교를 위한 예1에서, 도 2에 도시된 이미지 형성 장치 및 광전 소자 A는 아래 현상 조건을 가지고 사용된다.

현상 조건:

비-이미지부 표면 전위 V_D= -650V,

고 밀도 이미지부 표면 전위 V_L= -100V,

역-전송 전압 V₁= 0V,

전송 (현상) 전압 V₂= -1000V,

중심 전압 V₃= -500V,

T₁, T₂, 및 T₃에 있어서는,

T₁= 1.25×10^-4초,

T₂= 1.25×10^-4초,

T₃= 2.0×10^-4초

이다.

이미지 형성이 상기 현상 조건하에서 수행되는 경우, 포그 밀도 레벨은 하이(high), D이고 (표 1), 상기 이미지 밀도는 고광부(high light portion)에서 단지 1.3의 거칠기를 가지며, 생성된 이미지들의 질은 좋지않다.

비교 예2

비교를 위한 예2에서, 도 2에 도시된 이미지 형성 장치 및 광전 소자 A는 아래 현상 조건을 가지고 사용된다.

현상 조건:

비-이미지부 표면 전위 V_D= -650V,

고 밀도 이미지부 표면 전위 V_L= -100V,

역-전송 전압 V₁= 0V,

전송 (현상) 전압 V₂= -1000V,

중심 전압 V₃= -500V,

T₁, T₂, 및 T₃에 있어서는,

T₁= 5.0×10^-4초,

T₂= 5.0×10^-4초,

T₃= 0 초

이다.

본 발명에 따라 상기에서 기술된 바와 같이, 토너가 이미지 운반 부재(image bearing member)로부터 현상제 전달 부재(developer carrying member)를 향하는 방향으로 힘을 수신하는 기간 T₁, 토너가 반대 방향으로 힘을 수신하는 기간 T₂는 5.0×10^-5내지 1.0×10^-4초이어서, 이미지 운반 부재 표피 층으로의 캐리어를 통한 현상 바이어스의 누출에 기인하는 이미지 밀도 감소가 방지될 수 있다.

고광부(high light portion)에서의 이미지의 거칠기는 그 후 토너가 이동력(moving force)으로부터 자유롭기 때문에, (T₁+ T₂) T₃5× (T₁+T₂)를 만족시킴으로써 방지될 수 있다.

본 발명이 여기에서 개시된 구조와 관련하여 개시되었지만, 본 발명은 상기 상세한 설명에 한정되지 아니하며, 이 실시예는 뒤따르는 특허 청구 범위의 범위 또는 개량의 목적 내에 오는 그러한 수정 또는 변화를 포함하도록 의도되었다.

Claims

이미지 형성 장치(image forming apparatus)에 있어서,

정전 이미지(electrostatic image)를 전달하기 위한 이미지 운반 부재(image bearing member),

약 10⁹Ω.cm 내지 10¹³Ω.cm의 부피 저항도를 가지는 표피층,

토너(toner)를 포함하는 현상제(developer) 및 10⁶Ω.cm 내지 10¹⁰Ω.cm의 부피 저항값을 가지는 캐리어를 사용하여 상기 이미지 운반 부재 상에 정전 이미지를 현상하기 위한 현상 수단(developing means) -상기 캐리어의 체인(chains of carrier)은 상기 이미지 운반 부재에 접촉하는 반면, 현상제 전달 부재(developer carrying member)를 포함하는 상기 현상 수단은 상기 현상제를 전달하기 위해 상기 이미지 운반 부재에 마주봄-, 및

상기 이미지 운반 부재 및 상기 현상제 전달 부재 사이에 교류 전계(alternating electric field)를 형성하기 위한 전계 형성 수단

을 포함하며, 아래의 조건

5×10^-5T₁1×10^-4(sec)

5×10^-5T₂1×10^-4(sec)

이 만족되며, 여기에서 T₁은 상기 토너가 상기 이미지 운반 부재로부터 상기 현상제 전달 부재를 향해 떨어져 나오는 힘을 받는 시간이며, T₂는 상기 토너가 상기 현상제 전달 부재로부터 상기 이미지 운반 부재를 향해 떨어져 나오는 힘을 받는 시간인 이미지 형성 장치.
제1항에 있어서, 상기 전계 형성 수단은 상기 토너를 상기 이미지 운반 부재로부터 상기 현상제 전달 부재를 향해 떨어져 나오게 하기 위한 힘이 생성하도록 시간 T₁동안 전압 V₁을 상기 현상제 전달 부재로 인가하고, 상기 현상제 전달 부재로부터 상기 이미지 운반 부재를 향해 떨어져 나오게 하기 위해 시간 T₂동안 전압 V₂를 상기 현상제 전달 부재로 인가하는 이미지 형성 장치.
제2항에 있어서, 상기 전계 형성 수단은 시간 T₂(초) 동안 전압 V₂를 인가한 후에 시간 T₃(초) 동안 전압 V₁내지 V₂사이의 전압 V₃를 인가하는 이미지 형성 장치.
제3항에 있어서, 아래 조건

(T₁+ T₂) T₃5× (T₁+T₂)

를 만족하는 이미지 형성 장치.
제3항에 있어서, 아래 조건

V₃= (1/2) × (V₁+ V₂)

를 만족하는 이미지 형성 장치.
제3항에 있어서, 상기 전계 형성 수단은 전압 V₁및 V₂의 인가가 복수번(plurality of times) 반복된 후 상기 전압 V₃를 인가하는 이미지 형성 장치.
제3항에 있어서, 아래조건

|V_D| |V₃| |V_L|

을 만족하며, 여기에서 전위 V_L은 상기 이미지 운반 부재의 이미지 부분에서의 전위이며, 전위 V_D는 상기 이미지 운반 부재의 비-이미지 부분(non-image portion)에서의 전위인 이미지 형성 장치.
제1항에 있어서, 상기 이미지 운반 부재의 표면에 접촉하는 동안 상기 이미지 운반 부재를 전기적으로 충전하기 위해 접촉 충전 수단(contact charging means)을 더 포함하는 이미지 형성 장치.
제8항에 있어서, 상기 접촉 충전 수단(contact charging means)은 상기 이미지 운반 부재를 충전하는 이미지 형성 장치.
제9항에 있어서, 상기 접촉 충전 수단은 상기 이미지 운반 부재에 접촉할 수 있는 전기전도성 브러시(electroconductive brush)를 포함하는 이미지 형성 장치.
제9항에 있어서, 상기 접촉 충전 수단은 상기 이미지 운반 부재에 접촉할 수 있는 자기 입자로 이루어진 체인(chains of magnetic particles)을 가지는 이미지 형성 장치.