KR101764963B1 - 현상제 담지체, 현상 조립체, 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치 - Google Patents

현상제 담지체, 현상 조립체, 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

토너를 표면에 담지할 수 있으며, 전압이 인가되면 상기 표면에 담지된 상기 토너를 감광체 드럼의 표면에 공급하는 현상 롤러는, 탄성층과, 상기 탄성층을 덮고, 산화 알루미늄을 포함하는 표면층을 포함하고, 상기 표면층의 상기 산화 알루미늄은, 4 배위의 알루미늄 원자와, 상기 4 배위의 알루미늄 원자보다 존재 비율이 높은 6 배위의 알루미늄 원자를 포함한다.

Description

현상제 담지체, 현상 조립체, 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치{DEVELOPER CARRYING MEMBER, DEVELOPING ASSEMBLY, PROCESS CARTRIDGE, AND IMAGE FORMING APPARATUS}
본 발명은 현상제 담지체, 현상 조립체, 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치에 관한 것이다.
종래의 전자 사진 방식을 이용한 화상 형성 장치는 상 담지체로서 제공되는 감광체 드럼과, 현상제 담지체로서 제공되는 현상 롤러를 포함한다. 이러한 화상 형성 장치에서는, 감광체 드럼 위에 형성된 잠상을 가시화하기 위한 현상 공정이, 현상 롤러에 담지되는 현상제로서 제공되는 토너를 잠상에 전이시킴으로써 행해진다.
종래의 1성분 토너를 이용한 현상 방식으로서, 탄성층을 갖는 현상 롤러를 이용한 접촉 현상 방식이 제안되었다. 감광체 드럼과 현상 롤러가 접촉하는 접촉 영역(이하, 현상 닙부라고 한다) 내의, 토너가 전이되기를 의도하지 않은 감광체 드럼의 영역(이하, 비화상부라고 한다)에서는, 감광체 드럼으로부터 현상 롤러를 향하는 힘을 토너가 받도록 전압이 인가된다.
여기서, 본래 토너가 전이되기를 의도하지 않은 감광체 드럼의 비화상부에 토너가 전이되는 비화상부 오염(이하, 흐림(fog)이라고 한다)이 발생하는 경우가 있다. 흐림은 감광체 드럼과 현상 롤러가 접촉하는 현상 닙부에서 토너의 전하가 감쇠하거나, 토너의 극성이 반전하는 경우에 발생한다. 특히, 고습 환경 하에서, 토너에 대한 대전 부여성(charge-providing performance)이 저하하는 것이 알려져 있다. 토너에 대한 대전 부여성이 저하하면, 토너의 전하가 감쇠하여, 흐림량이 증가한다.
일본 특허 공개 평7-31454호 공보에서는, 감광체 드럼의 비화상부에 토너가 전이하는 흐림의 발생을 억제하기 위해서, 현상 롤러의 체적 저항을 소정 값 이상으로 설정하는 것을 제안한다.
그러나, 단순히 현상 롤러의 체적 저항을 증가시키는 경우에는, 농도의 감소 등에 의해 현상성이 악화한다.
따라서, 상기 과제를 고려하여, 본 발명은 양호한 현상성을 유지하면서, 흐림의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 현상제를 표면에 담지할 수 있으며, 전압이 인가되면 상기 표면에 담지된 상기 현상제를 상 담지체의 표면에 공급하는, 본 발명에 따른 현상제 담지체는,
탄성층과,
상기 탄성층을 덮고, 산화 알루미늄을 포함하는 표면층을 포함하고,
상기 표면층의 상기 산화 알루미늄은, 4 배위의 알루미늄 원자와, 상기 4 배위의 알루미늄 원자보다 존재 비율이 높은 6 배위의 알루미늄 원자를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 현상 조립체는,
현상제를 수용하는 현상제 용기와,
현상제 담지체를 포함한다.
또한, 화상 형성 프로세스를 행하기 위해 화상 형성 장치의 본체에 착탈가능하게 장착될 수 있는, 본 발명에 따른 프로세스 카트리지는,
현상제 상을 담지할 수 있는 상 담지체와,
상기 상 담지체 상의 정전 잠상을 현상함으로써 상기 현상제 상을 형성하는 현상제 담지체를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 화상 형성 장치는,
현상제 상을 담지할 수 있는 상 담지체와,
상기 상 담지체 상의 정전 잠상을 현상함으로써 상기 현상제 상을 형성하는 현상제 담지체와,
상기 현상제 담지체에 전압을 인가하는 인가 수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 양호한 현상성을 유지하면서, 흐림의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참조하여 아래의 예시적인 실시 형태의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 화상 형성 장치의 구성을 나타내는 개략 단면도.
도 2는 실시 형태 1에 따른 카트리지의 구성을 나타내는 개략 단면도.
도 3은 실시 형태 2에 따른 카트리지의 구성을 나타내는 개략 단면도.
도 4는 실시예 1에 따른 현상 롤러를 도시하는 사시도.
도 5는 현상 롤러의 체적 저항의 측정에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 6은 현상 롤러의 각 층의 체적 저항율의 측정에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 7은 현상 닙부 통과 전후의 토너 코팅층의 전하량을 나타내는 그래프.
도 8은 NMR 측정 결과의 일례를 나타내는 그래프.
도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 실시예를 이용하여 설명한다. 실시 형태에 따른 구성 부품의 치수, 재질, 형상과, 그 상대적인 배치는 본 발명이 적용되는 장치의 구성 및 각종 조건에 따라 적절히 변경되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 범위를 이하의 실시 형태에 한정하는 취지의 것이 아니다.
(실시 형태 1)
도 1 및 도 2를 참조하여 실시 형태 1에 대해서 설명한다. 도 1은 실시 형태 1, 2에 따른 화상 형성 장치의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 도 2는 실시 형태 1에 따른 카트리지의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 화상 형성 장치는 노광 디바이스로서 제공되는 레이저 광학 장치(3), 1차 전사 장치(5), 중간 전사체(6), 2차 전사 장치(7) 및 정착 장치(10)를 포함한다. 또한, 화상 형성 장치는 화상 형성 프로세스를 행하고, 장치 본체에 착탈가능한 프로세스 카트리지(이하, 간단히 카트리지라고 한다)(11)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 카트리지(11)는 잠상을 담지할 수 있는 상 담지체로서 제공되는 감광체 드럼(1), 대전 디바이스로서 제공되는 대전 롤러(2), 현상 조립체(4) 및 클리닝 블레이드(9)를 포함한다.
감광체 드럼(1)은 도 2의 화살표 r 방향으로 회전가능하게 설치되어 있고, 감광체 드럼(1) 표면은 대전 롤러(2)에 의해 균일한 표면 전위 Vd로 대전된다(대전 공정). 레이저 광학 장치(3)로부터 레이저 광이 조사됨으로써, 감광체 드럼(1)의 표면에 정전 잠상이 형성된다(노광 공정). 또한, 현상 조립체(4)로부터 현상제로서의 토너가 공급됨으로써, 정전 잠상은 현상제 상으로서 제공되는 토너 상으로서 가시화된다(현상 공정).
가시화된 감광체 드럼(1) 상의(상 담지체 상의) 토너 상은 1차 전사 장치(5)에 의해 중간 전사체(6) 위로 전사된 후, 2차 전사 장치(7)에 의해 기록 매체로서 제공되는 용지(8)에 전사된다(전사 공정). 여기서, 전사 공정에서 전사되지 않고 감광체 드럼(1) 위에 잔존한 전사 잔여 토너는, 클리닝 블레이드(9)에 의해 긁어 제거한다(클리닝 공정). 감광체 드럼(1)의 표면의 클리닝이 행해진 후, 상술한 대전 공정, 노광 공정, 현상 공정 및 전사 공정이 되풀이해서 행하여진다. 한편, 용지(8) 상에 전사된 토너 상은 정착 장치(10)에 의해 정착된 후, 그 용지(8)가 화상 형성 장치 외부로 배출된다.
실시 형태 1에서, 장치 본체에는 카트리지(11)가 장착되는 장착부가 4개 마련되어져 있다. 중간 전사체(6)의 이동 방향 상류 측으로부터 순서대로 각각 옐로우, 마젠타, 시안, 블랙의 토너가 충전된 카트리지(11)가 장착되고, 그 각각의 색의 토너가 중간 전사체(6)에 순차적으로 전사되어서 컬러 화상이 형성된다.
감광체 드럼(1)은, 도전성 기체로서 제공되는 알루미늄(Al) 실린더 위에 양 전하 주입 방지층, 전하 발생층, 전하 수송층을 순서대로 코팅한 유기 감광체가 적층되어서 형성된다. 감광체 드럼(1)의 전하 수송층으로서 아릴레이트를 이용하고, 전하 수송층의 막 두께 dP는 23㎛로 조정했다. 전하 수송층은 전하 수송 재료를 결착제와 함께 용제에 용해시켜서 형성된다. 유기 전하 수송 재료의 예는 아크릴 수지, 스티렌 수지, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트 수지, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리페닐렌 산화물, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 알키드 수지 및 불포화수지를 포함한다. 이들 전하 수송 재료는 1종류를 이용해도 되고, 2종류 이상 조합하여 이용해도 된다.
대전 롤러(2)는 도전성 지지체로서 제공되는 코어 금속 상에 반도체 고무층이 마련되어져서 형성된다. 이 대전 롤러(2)는 도전성의 감광체 드럼(1)에 대하여 200V의 전압을 인가했을 때에 약 105Ω의 저항을 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 현상 조립체(4)는 현상제 용기(13)와, 토너를 담지할 수 있는 현상제 담지체로서 제공되는 현상 롤러(14)와, 공급 롤러(15)와, 규제 부재로서 제공되는 규제 블레이드(16)를 포함한다. 현상제 용기(13)에는 현상제로서 제공되는 토너(12)가 수용된다. 현상 롤러(14)는 도 2의 화살표 R 방향으로 회전가능하게 마련되어져 있다. 공급 롤러(15)는 현상 롤러(14)에 토너(12)를 공급한다. 규제 블레이드(16)는 현상 롤러(14) 상의(현상제 담지체 상의) 토너를 규제한다. 또한, 공급 롤러(15)는 현상 롤러(14)에 접촉하여 회전가능하게 설치되어 있고, 규제 블레이드(16)는 그 일단이 현상 롤러(14)에 접촉하고 있다.
공급 롤러(15)는 도전성 지지체인 외경 φ 5.5㎜의 코어 금속 전극(15a)의 주위에 발포 우레탄층(15b)이 마련되어져서 구성된다. 발포 우레탄층(15b)을 포함하는 공급 롤러(15) 전체의 외경은 φ 13㎜이다. 공급 롤러(15)의 현상 롤러(14)에 대한 침입량은 1.2㎜이다. 공급 롤러(15)와 현상 롤러(14)는 공급 롤러(15)와 현상 롤러(14)의 접촉 영역에서 서로가 역방향의 속도를 갖는 방향으로 회전한다. 발포 우레탄층(15b)의 주위에 존재하는 토너(12)의 분체압(powder pressure)이 발포 우레탄층(15b)에 작용하고, 공급 롤러(15)가 회전하면, 토너(12)가 발포 우레탄층(15b) 내에 받아들여진다. 토너(12)를 포함하는 공급 롤러(15)는 현상 롤러(14)와의 접촉 영역에서 현상 롤러(14)에 토너(12)를 공급하고, 토너(12)와 마찰함으로서, 토너(12)에 예비적인 마찰 대전 전하를 부여한다. 한편, 공급 롤러(15)는, 감광체 드럼(1)과 현상 롤러(14)의 접촉 영역(이하, 현상 닙부라고 한다) N에서, 감광체 드럼(1)에 공급되지 않고 현상 롤러(14) 위에 잔류한 토너를 박리하는 역할도 한다.
공급 롤러(15)로부터 현상 롤러(14)에 공급된 토너(12)는, 현상 롤러(14)의 회전에 의해 규제 블레이드(16)에 도달하고, 토너(12)가 원하는 대전량 및 원하는 층 두께로 조정된다. 규제 블레이드(16)는 두께 80㎛의 스테인레스 강철(SUS) 블레이드이며, 현상 롤러(14)의 회전에 역행하는 방향(반대 방향)에 배치된다. 또한, 규제 블레이드(16)에는, 현상 롤러(14)에 대하여 전위차 200V가 발생하도록 전압이 인가된다. 이 전위차는 토너(12)의 코팅을 안정화시키기 위해 필요한 것이다. 규제 블레이드(16)에 의해 현상 롤러(14) 위에 형성된 토너층(현상제층)은 현상 닙부 N에 반송되고, 현상 닙부 N에서 반전 현상이 행하여진다.
현상 롤러(14) 단부에 마련되어지는, 도면에 도시되지 않은 롤러에 의해 현상 롤러(14)의 감광체 드럼(1)에 대한 침입량은 40㎛로 설정된다. 현상 롤러(14) 표면은 감광체 드럼(1)에 대하여 가압되면 변형되어서 현상 닙부 N을 형성하고, 이에 의해 안정적인 접촉 상태로 현상을 행할 수 있다. 또한, 현상 롤러(14)가 감광체 드럼(1)과 접촉하는 현상 닙부 N에서, 현상 롤러(14)는 감광체 드럼(1)에 대하여 117%의 주속비로 감광체 드럼(1)의 회전 방향(r 방향)과 동일한 방향(R 방향)으로 회전한다. 즉, 감광체 드럼(1)은, 현상 롤러(14)가 감광체 드럼(1)보다 빠른 회전의 속도로 회전하는 동안, 현상 닙부 N에서의 표면 이동 방향이 현상 롤러(14)와 동일하도록 회전가능하게 마련되어진다. 이러한 주속 차이는, 토너에 전단력을 가하여, 실질적인 부착력을 저감시켜서, 전계에 의한 제어성을 향상시키기 위해서 마련된다.
실시 형태 1을 구성하는 구체적인 전압에 대해서 설명한다. 대전 롤러(2)에 -1050V를 인가함으로써, 감광체 드럼(1) 표면을 -500V로 균일하게 대전하고, 그 결과, 암전위 Vd를 형성한다. 화상이 형성되는 화상부의 전위(명전위 Vl)는 레이저 광학 장치(3)에 의해 -100V로 조정한다. 이때, 현상 롤러(14)에 -300V의 전압을 인가함으로써, 음의 극성의 토너를 화상부(명전위 Vl의 영역)에 전이시킴으로써 반전 현상을 행한다. 또한, |Vd-Vdc|를 Vback이라고 부르고, Vback을 200V로 설정한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 화상 형성 장치는 현상 롤러(14)에 전압을 인가하기 위한 인가 수단으로서 제공되는 전원을 갖는다.
실시 형태 1에서는, 현상제로서 제공되는 토너(12)로서 1성분 비자성 토너를 이용했다. 토너(12)는 결착 수지 및 전하 제어제를 포함하도록 조정되고, 유동화제 등을 외첨제로서 첨가함으로써 음의 극성을 갖도록 제작했다. 또한, 토너(12)는 중합법을 이용하여 제작되고, 평균 입경은 약 5㎛로 조정했다.
또한, 현상 조립체(4)의 현상제 용기(13) 내에 충전되는 토너량은 화상 비율 5%의 환산 화상을 3000매 인쇄가능한 양으로 설정했다. 화상 비율 5%의 횡선의 구체예로는, 1 도트 라인의 인쇄 및 19 도트 라인 비인쇄를 되풀이하여 형성되는 화상을 들 수 있다.
화상 형성 프로세스 동안에, 감광체 드럼(1)은 화상 형성 장치에 의해 120㎜/sec의 회전 속도로 도면의 화살표 r 방향으로 회전 구동된다. 또한, 본 실시 형태에 따른 화상 형성 장치는, 두꺼운 기록지(두꺼운 용지)의 통과 시에 정착을 행하는 데에 필요한 열량을 확보하기 위해서, 통상의 속도보다 느린 60㎜/sec로 프로세스 속도가 설정된 저속 모드를 포함한다. 본 실시 형태에서는, 2종류의 프로세스 모드에서만 동작이 행해지지만, 기록지의 두께 등에 따라서, 복수의 프로세스 모드가 마련되어 각 프로세스 모드에 대응하는 제어를 실행할 수 있다는 점에 유의한다.
(실시 형태 2)
다음으로, 도 3을 참조하여 실시 형태 2에 대해서 설명한다. 도 3은 실시 형태 2에 따른 카트리지의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 실시 형태 2에 따른 화상 형성 장치는, 전사식 전자 사진 프로세스를 이용하고, 토너 리사이클 프로세스(클리너리스 시스템)를 포함하는 레이저 프린터이다. 전술한 실시 형태 1의 화상 형성 장치와 동일한 점에 대한 중복 설명은 생략하고, 차이점에 대해서만 이하에서 설명한다. 실시 형태 1과 주된 차이점은, 감광체 드럼(1)을 클리닝하는 클리닝 블레이드(9)를 생략하고, 전사 잔여 토너를 리사이클하는 것에 있다. 전사 잔여 토너는, 대전 등의 다른 프로세스에 악영향을 미치지 않도록 순환되어서 현상 조립체(4)에 회수된다. 보다 구체적으로는, 실시 형태 1에 대하여 이하와 같이 구성을 변경했다.
대전에 대해서, 실시 형태 1의 대전 롤러(2)와 마찬가지의 대전 롤러가 이용되고 있지만, 대전 롤러(2)가 토너에 의해 오염되는 것을 방지하기 위해 대전 롤러 접촉 부재(20)를 구비한다. 대전 롤러 접촉 부재(20)로서 100㎛의 폴리이미드 막을 사용하고, 이 폴리이미드 막은 10(N/m) 이하의 선압으로 대전 롤러(2)에 접촉한다. 폴리이미드를 이용한 것은, 토너에 대하여 음의 전하를 부여하는 마찰 대전 특성을 갖기 때문이다. 대전 롤러(2)가 그 대전 극성과 반대 극성(양의 극성)의 토너에 의해 오염된 경우에도, 대전 롤러 접촉 부재(20)는 토너의 전하를 양에서 음으로 전환하여, 대전 롤러(2)가 신속하게 토너를 토출해서, 토출된 토너를 현상 조립체(4)에 회수하는 것이 가능해진다.
또한, 현상 조립체(4)의 토너 회수성을 향상시키기 위해서, 암전위 Vd의 절대값 및 Vback의 값을 크게 설정했다. 보다 구체적으로는, 대전 롤러(2)에의 인가 전압을 -1350V로 설정함으로써, 감광체 드럼(1) 표면을 -800V의 균일한 표면 전위 Vd로 설정했다. 또한, 현상 바이어스를 -300V로 설정함으로써, Vback을 500V로 설정했다.
<실시예 1>
다음으로, 도 4를 이용하여, 실시예 1에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 도 4는 실시예 1에 따른 현상 롤러를 도시하는 사시도이다. 도 4에 나타내는 본 실시예에서 이용되는 현상 롤러는 아래와 같이 제작했다.
도전성 지지체로서 제공되는 외경 φ 6㎜의 코어 금속 전극(14a)의 주위에 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하여, 외경 φ 11.5㎜를 취득하였다. 여기서, 고무층의 재질로서는, 실리콘 고무, 우레탄 고무, 에틸렌 프로필렌 공중합체(EPDM), 히드린 고무, 또는 이것들이 혼합된 고무 등의 임의의 전형적인 형태의 고무가 사용될 수 있다.
실시예 1에서는 실리콘 고무 2.5㎜, 우레탄층 10㎛로부터 고무층(14b1)을 형성하였다. 도전제로서, 카본 입자, 금속 입자, 이온 도전 입자 등을 고무층(14b1)에 분산시킴으로써 원하는 저항값을 얻을 수 있으며, 실시예 1에서는 카본 입자를 이용했다. 또한, 고무층(14b1)은 현상 롤러(14) 전체의 경도를 조정하기 위해서 실리콘 고무량과 충전제로서 제공되는 실리카량을 조정하여, 원하는 경도를 갖도록 제작했다.
또한, 제작된 고무층(14b1) 상에 진공 증착을 행하여, 표면층으로서 약 300㎚의 산화 알루미늄 막(14b2)을 형성했다. 보다 구체적으로는, 진공에서 Al2O3 과립을 전자선 가열에 의해 기화시켜서 고무층(14b1) 표면에 상기 기화된 Al2O3 과립을 적층시킴으로써 산화 알루미늄 막(14b2)을 형성했다.
여기서, 표면층의 재료 분석 시에, X선 광전자 분광(XPS)에 의해 알루미늄 및 산소의 존재를 확인하고, 고체 상태 핵 자기 공명(고체 상태 NMR)을 이용해서 알루미늄 원자의 주변에 4개, 5개, 6개의 산소 원자가 배위된 상태의 각각의 비율을 산출하였다.
도 8은 NMR 측정 결과의 일례를 나타낸다. 각 화학적 이동량은 도 8에 나타내는 각 배위수에 귀속되는 알루미늄 주변에 존재하는 원자의 배위수를 나타낸다. 실시예 1에서는 배위 원소는 산소이다.
다음으로, 각 피크를 분리함으로써 각 피크에 의한 점유 면적을 산출하여, 각 배위수에 대응하는 배위 상태의 비율을 구했다. 실시예 1에서는, 4 배위가 15%, 5 배위가 30%, 6 배위가 55%이었다. 즉, 4 배위보다 6 배위의 존재 비율이 높은 것을 확인했다.
4 배위, 5 배위, 6 배위의 각 존재 비율을 σ4, σ5, σ6으로 하고, J=σ6/ (σ4+σ6)×100으로 하면, 이것은, J가 50%보다 크면 4 배위의 비율보다 6 배위의 비율이 높은 것을 의미하고, J가 50%보다 작으면 4 배위의 비율보다 6 배위의 비율이 낮은 것을 의미한다. 실시예 1에서는 J=78%이다.
또한, 현상 롤러(14)의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였고, 표면층으로서 제공되는 산화 알루미늄 막(14b2)의 평균 막 두께는 10점 평균으로부터 산출했다. 실시예 1에서는, 산화 알루미늄 막(14b2)의 평균 막 두께는 0.30㎛이었다.
또한, 본 발명에서는, 현상 롤러(14)의 전체 저항(체적 저항)은 2×104Ω보다 크고 5×106Ω보다 작은 것이 바람직하다. 2×104Ω이하에서는, 탄성층으로서 제공되는 고무층(14b1)에 흐르는 전류가 많아져서, 필요한 전류량이 증가한다. 또한, 5×106Ω이상이 되면, 현상 시에 흐르는 전류를 방해하기 쉬워진다. 실시예 1에 따른 현상 롤러(14)에서는, 전체 저항이 5×105Ω으로 설정되었다.
<<현상 롤러의 체적 저항의 측정법>>
다음으로, 도 5를 이용하여, 현상 롤러(14) 전체 체적 저항의 측정법에 대해서 설명한다. 도 5는 현상 롤러(14) 전체의 체적 저항의 측정에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 측정 대상인 롤러(14)는 스테인레스 강철 등으로 이루어지는 도전성 코어 금속(14a)과, 그 외주에 형성된 탄성층으로서의 고무층(14b1) 및 표면층으로서 제공되는 산화 알루미늄 막(14b2)에 의해 구성되는 복층 구조를 갖는다. 또한, 현상 롤러(14)의 길이 방향의 폭은 약 230㎜이다.
이러한 전체 저항의 측정 방법으로는, φ 30㎜의 스테인레스 강철로 이루어지고, 약 48㎜/sec의 속도로 회전하는 원통 부재 G1을 이용한다. 저항을 측정할 때에는, 현상 롤러(14)는 원통 부재 G1의 회전에 따라 회전한다. 현상 롤러(14)의 단부에는 원통 부재 G1에의 침입량을 규제하는(롤러(14)와 원통 부재 G1의 접촉 영역을 일정하게 유지하는) 단부 롤러(도시되지 않음)가 끼워 맞춤된다. 단부 롤러는 현상 롤러(14)의 외경보다 작은 80㎛의 외경을 갖는 원통 형상으로 형성된다. 도 5의 F는 현상 롤러(14)의 각 단부(도전성 코어 금속(14a)의 각 단부)에 부가되는 하중을 나타내며, 측정 시에, 전체 1kg중의 하중, 즉 각 측에 500g중씩의 하중에 의해 현상 롤러(14)가 원통 부재 G1 측으로 가압된다.
또한, 이 측정 방법에는 도 5에 나타내는 측정 회로 G3을 이용한다. 측정 회로 G3은 전원 Ein, 저항 Ro, 전압계 Eout에 의해 구성된다. 본 측정 방법에서는, Ein:300V(DC)로 측정을 행하였다. 또한, 저항 Ro로서는 저항값 100Ω 내지 10MΩ의 저항이 사용될 수 있다. 저항 Ro는 미약 전류를 측정하는 데에 이용되기 때문에, 측정 대상인 현상 롤러(14)의 저항의 10-2배 내지 10-4배의 저항값을 갖는 것이 바람직하다는 점에 유의한다. 즉, 현상 롤러(14)의 저항값이 약 1×106Ω이면, 저항 Ro의 저항값은 약 1kΩ인 것이 바람직하다. 이러한 측정 회로 G3을 이용하면, 현상 롤러(14)의 저항값 Rb는 Rb=Ro×(Ein/Eout-1)Ω으로부터 산출된다. 또한, 전압을 인가하고 나서 10초 후에 얻어진 값을 Eout으로서 측정했다는 점에 유의한다.
<<표면층의 체적 저항율의 측정>>
다음으로, 도 6을 이용하여, 현상 롤러의 각 층의 체적 저항율에 대해서 서술한다. 도 6은 현상 롤러의 각 층의 체적 저항율의 측정에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 실시예 1에서, 표면층의 체적 저항율은 5×1013Ω㎝이다. 체적 저항율의 측정은 아래와 같이 행하였다.
도 6에 도시된 바와 같이, 현상 롤러(14)의 표면 주위에 폭 5㎜의 도전성 테이프의 3개의 띠를 1㎜ 간격으로 감고, 3개의 도전성 테이프의 띠 중 중앙에 위치하는 도전성 테이프 D2와 현상 롤러(14)의 코어 금속 전극(14a) 간에 직류 전류에 교류 전류를 중첩하여 얻어지는 후술하는 전압이 전원 S0로부터 인가된다.
상기 중앙의 도전성 테이프 D2 이외의 2개의 도전성 테이프 띠 D1과 D3은 어스에 접지하고, 중앙의 도전성 테이프 D2와 코어 금속 전극(14a) 사이에 흐르는 전류를 전류계 S1을 이용하여 검지함으로써 현상 롤러(14)의 동경 방향의 체적 저항율을 측정한다. 여기에는 직류 전압 20V, 교류 전압의 Vpp 1V가 인가되고, 주파수는 1Hz로부터 1MeHz까지 변화하고, Col-Col 플롯에 의해 각 층의 체적 저항이 산출된다. 또한, 현상 롤러(14)의 단면을 자르고, SEM 관찰을 이용하여 각 층의 막 두께를 10 점에서 측정하고, 각 층의 평균 막 두께를 산출하고, 전술한 체적 저항으로부터 각층의 체적 저항율을 산출한다. 여기서, 임피던스 측정은 30℃, 80% RH 환경 하에서 실시했다.
<<경도의 측정>>
현상 롤러(14)의 경도(평균 경도)는 Asker-C 경도계(Kobunshi Keiki Co., Ltd. 제조)를 이용해서 측정했다. 본 발명에서 사용된 현상 롤러(14)는 평균 Asker-C 경도가 30°보다 크고 80°보다 작은 것이 바람직하다(Asker-C). 평균 경도가 80°(Asker-C) 이상이 되면, 현상 롤러(14)와의 마찰에 의해 토너가 용융하고, 블레이드 융착 및 롤러 융착을 발생시키므로 바람직하지 못하다. 또한, 현상 롤러(14)와 감광체 드럼(1)의 접촉 상태가 불안정하게 되기 쉽다. 한편, 평균 경도가 30°(Asker-C) 이하가 되면, 압축 영구 왜곡에 의한 영구 변형이 발생하여, 현상 롤러(14)로서의 사용이 곤란해진다. 또한, 본 실시예에서는 평균 경도가 55°(Asker-C)로 설정된 현상 롤러(14)를 이용했다는 점에 유의한다.
(각각의 실시예 및 비교예에 따른 현상 롤러)
이하, 비교예 1 내지 4, 및 실시예 2 내지 5에서 이용된 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다.
<비교예 1>
종래 기술에 대응하는 비교예 1에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 아래 설명은 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 1에서 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체로서 제공되는 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에 도전제를 포함하는 도전성의 실리콘 고무층을 마련했다. 실리콘 고무층에는 러프닝 입자(roughening particle)와 도전제를 분산시킨 우레탄 수지 10㎛가 코팅되고, 현상 롤러(14) 전체의 외경은 φ11.5(㎜)로 설정했다. 현상 롤러(14)의 저항은 약 5×105Ω이며, 평균 경도(Asker-C)는 55°이었다.
<비교예 2>
이제, 비교예 2에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 2에서 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체로서 제공되는 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 실리콘 고무층을 마련했다. 실리콘 고무층에는 우레탄 수지를 10㎛ 코팅하고, 현상 롤러(14) 전체의 외경은 φ 11.5(㎜)로 설정했다. 현상 롤러(14)의 저항은 약 5×106Ω이며, 평균 경도(Asker-C)는 55°이었다. 또한, 표면층 저항율은 1×109Ω㎝이었다.
<비교예 3>
이제, 비교예 3에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 3에서 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체로서 제공되는 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층을 마련하고, 현상 롤러(14)의 외경은 φ 11.5(㎜)로 설정했다. 또한, 제작된 현상 롤러(14)를 진공 증착을 행하여 도전성의 표면층으로서의 알루미늄 금속막을 약 300㎚ 형성했다. 보다 구체적으로는, Al 금속을 저항 가열에 의해 기화시킴으로써 현상 롤러(14) 표면에 알루미늄 금속막을 형성했다. 현상 롤러(14)의 저항은 약 5×105Ω이며, 평균 경도(Asker-C)는 55°이었다.
<실시예 2>
이제, 실시예 2에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 실시예 2에서 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체로서 제공되는 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 탄성층으로서 제공되는 고무층(14b1)을 마련하고, 현상 롤러(14)의 외경은 φ 11.5(㎜)로 설정했다. 실시예 2에서는 우레탄 고무를 이용했다. 다음으로, 스퍼터링법에 의해 표면층으로서 제공되는 산화 알루미늄 막(14b2)을 형성했다. 여기서, 원료로는 알루미늄 금속을 이용하고, 아르곤 가스와 산소 가스를 농도비가 90:10이 되도록 혼합하여 얻어지는 혼합 가스를 유입함으로써, 산화 알루미늄 막(14b2)을 형성했다.
표면층의 재료 분석 시에, X선 광전자 분광(XPS)에 의해 알루미늄 및 산소의 존재를 확인하고, 고체 상태 핵 자기 공명(고체 상태 NMR)을 이용해서 알루미늄 원자의 주변에 4개, 5개, 6개의 산소 원자가 배위된 상태의 각각의 비율을 산출하였다. 여기서, J=65%이었다. 현상 롤러(14) 전체의 체적 저항은 약 5×105Ω이며, 평균 경도(Asker-C)는 55°이었다. 또한, 표면층 저항율은 1×1013Ω㎝이었다. 산화 알루미늄 막(14b2)의 평균 막 두께는 0.30㎛이었다.
<실시예 3>
이제, 실시예 3에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 실시예 3에서 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체로서 제공되는 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 탄성층으로서 제공되는 고무층(14b1)을 마련하고, 현상 롤러(14)의 외경은 φ 11.5(㎜)로 설정했다. 실시예 3에서는 우레탄 고무를 이용했다. 다음으로, 스퍼터링법에 의해 표면층으로서 제공되는 산화 알루미늄 막(14b2)을 형성했다. 여기서, 원료로서는 알루미늄 금속을 이용하고, 아르곤 가스와 산소 가스를 농도비가 97:3이 되도록 혼합하여 얻어진 혼합 가스를 유입함으로써, 산화 알루미늄 막(14b2)을 형성했다.
표면층의 재료 분석 시에, X선 광전자 분광(XPS)에 의해 알루미늄 및 산소의 존재를 확인하고, 고체 상태 핵 자기 공명(고체 상태 NMR)을 이용해서 알루미늄 원자의 주변에 4개, 5개, 6개의 산소 원자가 배위된 상태의 각각의 비율을 산출하였다. 여기서, J=51%이었다. 현상 롤러(14) 전체의 체적 저항은 약 5×105Ω이며, 평균 경도(Asker-C)는 55°이었다. 또한, 표면층 저항율은 2×1011Ω㎝이었다. 산화 알루미늄 막(14b2)의 평균 막 두께는 0.30㎛이었다.
<비교예 4>
이제, 비교예 4에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 4에 이용하는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체로서 제공되는 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층을 마련하고, 현상 롤러(14)의 외경은 φ 11.5(㎜)로 했다. 비교예 4에서는 우레탄 고무를 이용했다. 다음으로, 스퍼터링법에 의해 표면층으로서 제공되는 산화 알루미늄 막을 형성했다. 여기서, 원료로서 알루미늄 금속을 이용하고, 아르곤 가스와 산소 가스의 농도비가 99:1이 되도록 혼합하여 얻어진 혼합 가스를 유입함으로써, 산화 알루미늄 막을 형성했다.
표면층의 재료 분석 시에, X선 광전자 분광(XPS)에 의해 알루미늄 및 산소의 존재를 확인하고, 고체 상태 핵 자기 공명(고체 상태 NMR)을 이용해서 알루미늄 원자의 주변에 4개, 5개, 6개의 산소 원자가 배위된 상태의 각각의 비율을 산출하였다. 여기서, J=40%이었다. 현상 롤러(14) 전체의 체적 저항은 약 5×105Ω이며, 평균 경도(Asker-C)는 55°이었다. 또한, 표면층 저항율은 5×1010Ω㎝이었다. 산화 알루미늄의 평균 막 두께는 0.30㎛이었다.
<실시예 4>
이제, 실시예 4에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 실시예 4에 이용하는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 실시예 1에서는 표면층으로서 제공되는 산화 알루미늄 막(14b2)의 평균 막 두께가 0.3㎚인 것에 대해, 실시예 4에서는 평균 막 두께 0.05㎚의 산화 알루미늄 막(14b2)을 형성하였다. 다른 구성에 대해서는 실시예 1과 마찬가지이다.
<실시예 5>
이제, 실시예 5에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 실시예 5에 이용하는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 실시예 1에서는 표면층으로서 제공되는 산화 알루미늄 막(14b2)의 평균 막 두께가 0.3㎛인 것에 대해, 실시예 5에서는 평균 막 두께 1.0㎛의 산화 알루미늄 막(14b2)을 형성하였다. 다른 구성에 대해서는 실시예 1과 마찬가지이다.
<<평가 방법>>
이하, 실시 형태 1에 따른 화상 형성 장치에 각 실시예 및 각 비교예의 현상 롤러가 적용된 경우에 행해진 화상 농도 평가, 흐림 평가 및 베타 농도(solid density) 차이 평가에 대해서 설명한다. 또한, 실시 형태 2에 따른 화상 형성 장치에 각 실시예 및 각 비교예의 현상 롤러가 적용된 경우에 행해진 초기 흐림 평가 및 하프톤 농도 평가에 대해서 이하에 설명한다. 이하, 100매의 용지 통과 후에 행해진 평가를 "초기", 3000매 용지의 통과 후에 행해진 평가를 "내구"라고 한다.
<실시 형태 1에서의 평가 방법>
이하, 실시 형태 1에서 이용된 평가 방법에 대해서 서술한다.
[화상 농도 평가]
화상 농도 평가는 화상 형성 장치를 평가 환경 30℃, 80% RH에서 1일 방치해서 해당 환경에 친숙해지게 한 후, 100매 인쇄 후 및 3000매 인쇄 후에 행하였다. 100매 및 3000매의 인쇄 테스트는 화상 비율 5%의 횡선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로써 행하였다. 100매 통과 후에 얻어진 평가를 초기 화상 농도, 3000매 통과 후에 얻어진 평가를 내구 화상 농도로 설정했다.
또한, 화상 농도 평가에서는, 베타 흑색 화상을 연속으로 3매 출력하고, 3매째의 베타 흑색 화상 지면 내의 10점을 추출해서 그 평균값을 베타 흑색 화상 농도로 설정했다. 여기서, 베타 화상 농도는 Spectrodensitometer 500(X-Rite Inc. 제조)을 이용해서 평가했다. 인쇄 테스트 및 평가 화상은 통상지 속도(120㎜/sec)에서 단색으로 출력되었다. 이하의 ○, △, ×의 기호를 이용하여 화상 농도 평가를 행하였다.
○: 베타 흑색 화상에서 10점 평균이 1.3 이상
△: 베타 흑색 화상에서 10점 평균이 1.1 이상, 1.3 미만
×: 베타 흑색 화상에서 10점 평균이 1.1 미만
[흐림 평가]
흐림은 인쇄가 의도되지 않은 백색부(white portion)(미노광부)에 작은 양의 토너가 현상되는 경우에 오물과 같이 나타나는 화상 불량이다. 흐림은 감광체 드럼(1)과 현상 롤러(14)가 접촉하는 현상 닙부 N에서 토너의 전하가 감쇠하거나, 토너의 극성이 반전하는 경우에 발생한다. 특히, 고습 환경 하에서 토너에 대한 대전 부여성이 저하하는 것이 알려져 있다. 토너에 대한 대전 부여성이 저하하면, 토너의 전하가 감쇠하여 흐림량이 증가한다.
흐림량의 평가 방법은 아래와 같이 행하였다. 베타 백색 화상의 인쇄 시에, 화상 형성 장치의 동작을 정지한다. 전사 공정 전후에 감광체 드럼(1) 상에 존재하는 토너를 투명성의 테이프에 전사하고, 토너를 담지하는 테이프를 기록지 등에 부착한다. 동일한 기록지에 토너를 담지하지 않은 테이프도 동시에 부착한다. 그 기록지에 부착된 테이프 위로부터 광학 반사율 측정기(도쿄 덴쇼쿠(Tokyo Denshoku) 제조의 TC-6DS)를 이용하여 그린 필터에 의한 광학 반사율을 측정하고, 토너를 담지하지 않은 테이프의 반사율로부터 상기 측정된 광학 반사율을 감산하여 흐림에 대응하는 반사율량을 구하였다. 그 결과를 흐림량으로서 평가했다. 흐림량은 테이프 상의 3점 이상에서 측정하고, 그 평균값을 구했다. 이하의 ○, △, ×, ××의 기호를 이용하여 흐림 평가를 행하였다.
○: 흐림량이 1.0% 미만이다.
△: 흐림량이 1.0% 이상 3.0% 미만이다.
×: 흐림량이 3.0% 이상 5.0% 미만이다.
××: 흐림량이 5.0% 이상이다.
흐림 평가는 시험 환경 30℃, 80% RH에서, 100매 및 3000매 인쇄 종료 후, 화상 형성 장치를 24시간 방치 후에 행하였다. 인쇄 테스트는 화상 비율 5%의 횡선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로써 행하였다. 보다 구체적으로, 여기에서는 화상 비율 5%의 횡선의 화상으로서는, 1 도트 라인 인쇄 후에 19 도트 라인 비인쇄를 되풀이하여 형성된 화상을 이용했다. 또한, 용지의 연속 통과는 통상 속도(120㎜/sec)에서 행하고, 흐림 평가는 저속 모드(60㎜/sec)에서 실시했다. 100매 통과 후에 얻어진 평가를 초기 흐림, 3000매 통과 후에 얻어진 평가를 내구 흐림으로 설정했다.
[베타 농도 차이 평가]
베타 농도 차이 평가는 화상 형성 장치를 평가 환경 30.0℃, 80% RH에서 24시간 방치하여 해당 환경에 친숙해지게 한 후, 100매 인쇄 후에 행하였다. 100매의 인쇄 테스트는 화상 비율 5%의 횡선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로써 행하였다. 베타 농도 차이 평가는 베타 흑색 화상을 1매 출력하고, 출력된 베타 화상의 선단과 후단의 농도 차이를 Spectrodensitometer 500(X-Rite Inc. 제조)을 이용해서 행하였다. 인쇄 테스트 및 평가 화상은 통상 속도(120㎜/sec)에서 단색으로 출력했다. 이하의 ○, ×의 기호를 이용하여 평가를 행하였다.
○: 베타 화상에서 용지 선단과 용지 후단의 농도 차이가 0.2 미만
×: 베타 화상에서 용지 선단과 용지 후단의 농도차이가 0.2 이상
[반복적인 사용 후의 하프톤 화상의 균일성 평가]
반복적인 사용 후의 하프톤 화상의 균일성 평가는 화상 형성 장치를 30.0℃, 80% RH에서 24시간 방치하여 해당 환경에 친숙해지게 한 후, 3000매 인쇄 후에 행하였다. 3000매의 인쇄 테스트는 화상 비율 5%의 수직선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로써 행하였다. 인쇄 테스트 및 평가 화상은 통상 속도(120㎜/sec)에서 단색으로 출력했다. 이하에 설명하는 ○, ×의 기호를 이용하여 평가를 행하였다. 본 평가에서, 하프톤 화상은 주주사 방향으로 1 라인을 기록하고, 그 후 4 라인을 비기록으로 함으로써 얻어진 줄무늬 패턴이다. 하프톤 화상은 전체로서 하프톤의 농도를 표현하고 있다.
○: 하프톤 화상에 수직선 형상의 그레이스케일(grayscale) 불균일이 시각적으로 인식될 수 없다.
×: 하프톤 화상에 수직선 형상의 그레이스케일 불균일이 시각적으로 인식될 수 있다.
<실시 형태 2의 평가 방법>
이하에, 실시 형태 2에서 이용된 평가 방법에 대해서 서술한다.
(클리너리스 시스템에서의 초기 흐림 평가)
실시 형태 2에 따른 클리너리스 시스템에서의 초기 흐림 평가는 실시 형태 1의 초기 흐림 평가에 준하기 때문에 그 설명은 생략한다.
[클리너리스 시스템에서의 초기의 하프톤 농도 평가]
실시 형태 2에 따른 클리너리스 시스템에서의 초기의 하프톤 농도는 화상 형성 장치를 평가 환경 30.0℃, 80% RH에서 24시간 방치하여 해당 환경에 친숙해지게 한 후, 100매 인쇄 후에 평가하였다. 100매의 인쇄 테스트는 화상 비율 5%의 횡선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로써 행하였다. 화상 평가에서는 하프톤 화상을 1매 인쇄하였다. 다음으로, 폭 2㎝의 세로줄 화상을 용지를 연속적으로 20매 통과시키면서 인쇄하고, 21매째 용지도 연속적으로 통과시키면서 하프톤 화상을 다시 인쇄하였다. 인쇄 테스트 및 평가 화상은 통상 속도(120㎜/sec)에서 단색으로 출력했다. 이하의 ○, ×의 기호를 이용하여 하프톤 농도를 평가하였다. 본 평가에서, 하프톤 화상은 주주사 방향으로 1 라인을 기록하고, 그 후 4 라인을 비기록으로 남겨둠으로써 얻어지는 줄무늬 패턴이다. 하프톤 화상은 전체로서 하프톤의 농도를 표현하고 있다.
○: 1매째와 21매째의 하프톤 화상 간의 농도 차이를 시각적으로 인식할 수 없다.
×: 1매째와 21매째의 하프톤 화상 간의 농도 차이를 시각적으로 인식할 수 있다.
(평가 결과)
표 1에 상술의 각 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112014108827432-pat00001
우선, 실시 형태 1의 평가 결과에 기초하여, 실시예 1과 비교예 1을 비교한다.
우선, 흐림 평가의 결과에 대해서 설명한다. 표 1에 도시된 바와 같이, 실시 형태 1에서의 평가 결과에서, 표면층을 갖지 않는 현상 롤러(14)를 이용한 비교예 1에서는 흐림량의 증가가 관찰된다. 그 이유는, 현상 닙부 N에서의 토너 전하의 감쇠가 많기 때문인 것으로 생각된다.
여기서, 도 7을 이용하여, 현상 닙부 N의 통과 전후의 현상 롤러(14) 상의 토너 코팅층의 전하량에 대해서 설명한다. 도 7은 실시예 1 및 비교예 1의 현상 닙부 통과 전후의 토너 코팅층의 전하량을 나타내는 그래프이다.
도 7의 횡축은 Q/d[fC/㎛]를 나타내고 있다. Q는 토너 1개의 샘플의 전하량, d는 토너 입경이며, 호소카와 미크론 그룹(Hosokawa Micron Group)에 의해 제조된 E-spart analyzer를 이용하여 측정했다. 흐림 평가 시에, 연속 통과된 용지 100매의 샘플링 후에 토너 전하량을 측정했다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1에서는, 현상 닙부 N 통과 전의 토너 전하량에 비하여, 현상 닙부 N 통과 후의 토너 전하량이 훨씬 더 작다. 그 이유는, 현상 닙부 N을 토너 코팅층이 통과할 때, 현상 롤러(14) 측에 토너 전하가 확산하기 때문인 것으로 생각된다.
한편, 실시예 1에서는 현상 닙부 N의 통과 후의 토너 전하량의 감소량이 대단히 작다. 또한, 현상 닙부 N 이전의 토너 전하량은 비교예 1에서보다 실시예 1에서 더 크다. 이것은 표면층으로서 이용된 산화 알루미늄이 우수한 대전 부여성을 나타내기 때문이다.
비교예 1에서, 반복적인 사용 후에 토너의 열화가 진행하면 토너에 대한 대전 부여성이 저하한다. 그 결과, 흐림량이 현저하게 증가한다. 한편, 본 발명의 실시예 1에서는, 반복적인 사용 후에도 흐림량이 억제되고 있다. 실시예 1에서는, 고저항 표면층을 형성함으로써 효과적으로 토너 전하의 감쇠를 억제하고 있다. 특히, 반복적인 사용 후의 토너에 대한 대전 부여성 저하 시에도, 현상 닙부 N에서의 토너 전하의 감쇠를 억제하기 때문에, 흐림량을 억제할 수 있다. 또한, 표면층으로서 사용된 산화 알루미늄은 토너에의 음의 전하 부여성이 높기 때문에, 흐림량의 증가를 현저하게 억제할 수 있다.
다음으로, 화상 농도 평가의 결과에 대해서 설명한다. 표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 1의 초기의 화상 농도는 모두 양호하다. 실시예 1에서는, 고저항 표면층을 박층으로 형성하기 때문에, 종래의 화상 형성 장치와 마찬가지의 화상 농도를 얻을 수 있다. 그러나, 비교예 1에서는, 반복적인 사용 후에 화상 농도의 저하가 발생한다. 그 이유는, 반복적인 사용 후에, 토너의 전하 부여성이 저하하기 때문에, 전사 효율이 저하하여, 용지에 도달하는 토너량이 감소함으로써 화상 농도가 저하하기 때문인 것으로 생각된다.
또한, 실시 형태 1에서는 현상 롤러(14) 상의 토너 코팅층을 안정화하기 위해서, 현상 롤러(14)와 규제 블레이드(16) 사이에 전위차를 마련하고 있다. 그 전위차는 음 전하를 현상 롤러(14) 측으로 미는 방향으로 마련되므로, 음으로 대전된 토너 및 토너 표면 상의 전하를 현상 롤러(14) 측으로 향하게 하는 힘이 작용한다. 그 때문에, 규제 블레이드(16)와 현상 롤러(14)가 접촉하는 블레이드 닙부에서도 마찬가지로 토너 전하의 감쇠가 발생하여, 토너 전하량의 현저한 저하를 초래한다. 그 결과, 전하량이 보다 적은 토너가 드럼에 공급되기 때문에, 전사 닙부(감광체 드럼(1)과 1차 전사 장치(5)의 대향 위치)에서 토너가 이동하기 어려워진다.
실시예 1에서는, 산화 알루미늄의 전하 부여성에 추가하여, 반복적인 사용 후에 토너가 열화하여 토너의 전하 부여성이 저하하는 경우에도, 현상 닙부 N과, 토너가 규제 블레이드(16)와 접촉하는 블레이드 닙부에서의 토너의 전하 감쇠도 안정적으로 억제할 수 있다. 그 때문에, 높은 전사성을 유지할 수가 있고, 그 결과, 반복적인 사용 후의 농도 저하를 억제할 수 있다.
다음으로, 실시 형태 2의 평가 결과에 대해서 서술한다.
실시 형태 2는 클리닝 블레이드(9)를 갖고 있지 않기 때문에, 전사되지 않고 감광체 드럼(1) 위에 잔류한 토너가 대전 롤러(2) 통과 시에 음으로 대전되어, 현상 닙부 N에서 현상 조립체(4)에 의해 회수되는 예이다. 또한, 이 예에서는, 현상 닙부 N에서 되돌아감 토너가 회수되는 회수성을 향상시키기 위해, Vback을 500V로 크게 설정한다. 종래 기술에 대응하는 비교예 1에서는, Vback이 크기 때문에, 현상 닙부 N 통과 시에 대량의 토너 전하의 감쇠가 발생하여, 그 결과, 흐림량의 증가가 관찰된다. 또한, 비교예 1에서는, 대량의 흐림 이외에도, 전사될 수 없는 잔류 토너량이 많기 때문에, 대전 롤러(2)와 감광체 드럼(1)의 접촉부에 도달하는 토너량이 현저하게 많다. 그 때문에, 대전 롤러(2) 표면에 축적되는 토너량이 많아서, 원하는 대전 성능을 얻을 수 없다. 그 결과, 하프톤 화상 농도에 변동이 생긴다.
한편, 본 발명의 실시예 1에서는, 실시 형태 2에서 Vback이 크기 때문에, 현상 닙부 N 통과 시에 토너 전하가 감쇠하기 쉬움에도 불구하고, 양호한 화상을 얻을 수 있다. 그 이유는, 본 발명의 실시예 1에서는, 효과적으로 토너 전하의 감쇠를 억제할 수 있고, 토너에 대한 대전 부여성이 양호하기 때문에, 흐림량의 증가를 현저하게 억제할 수 있기 때문이다. 이에 따라, 우수한 전사성도 유지할 수 있기 때문에, 전사되지 않고 잔류하는 토너량을 현저하게 적게 할 수 있다. 그 결과, 대전 롤러 오염에 의한 하프톤 화상 농도 변동을 억제할 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 실시예 1의 현상 롤러(14)에서는, 양 실시 형태 모두에서 안정적으로 양호한 화상을 얻을 수 있다. 실시 형태 2의 클리너리스 시스템에서는, 감광체 드럼(1) 위에 잔류한 미전사 토너량을 현저하게 억제할 수 있기 때문에, 대전 롤러(2)의 오염을 억제할 수 있다. 회수성을 향상시키기 위해 Vback이 크게 설정된 경우에도 흐림량을 억제할 수 있기 때문에, 미전사의 잔류 토너를 효과적으로 현상 조립체(4)에 회수할 수 있다.
(본 발명의 실시예 1, 2의 우위성)
비교예 1 내지 4에 대한 본 발명의 실시예 1, 2의 우위성에 대해서 서술한다.
실시 형태 1에서, 비교예 1보다 적기는 하지만, 비교예 2에서 발생하는 흐림량은 여전히 많다. 비교예 2에서는, 현상 닙부 N 통과 시의 토너의 감쇠량을 억제하기 위해서 표면층으로서 카본을 포함하지 않는 우레탄층을 마련하고 있다. 그 때문에, 통과 후의 전하 감쇠량은 약간 감소되어, 흐림량의 증가를 억제하고 있다.
그러나, 토너에 대한 대전 부여성이 낮기 때문에, 실시 형태 2와 같은 클리너리스 시스템에서는, 비교예 1과 마찬가지의 방식으로 흐림량이 증가한다. 전사성 또한 나쁘기 때문에, 대전 롤러의 오염에 의한 하프톤 화상 농도의 변동이 발생한다. 또한, 비교예 2에서는, 현상 닙부 N 통과 시의 토너 전하량의 감쇠를 억제하기에 충분할 정도로 현상 롤러(14)의 전체 체적 저항을 크게 하지만, 현상에 필요한 원하는 전하 강도를 얻을 수 없어, 초기의 화상 농도에도 경미한 저하가 발생한다. 또한, 반복적인 사용 후에, 토너 열화에 기인하여 토너 전하량이 저하하여, 전사성이 저하하고, 화상 농도도 더욱 저하한다.
비교예 3에서는, 대전 부여성을 향상시키기 위해, 표면층으로서 제공되는 알루미늄 금속막이 표면을 피복한다. 층의 평균 막 두께가 단지 0.30㎛이므로, 초기의 화상 농도 변동은 관찰되지 않는다. 또한, 실시 형태 1에서는, 대전 부여성이 양호하기 때문에 흐림량의 증가도 억제된다. 단, 저저항의 표면층이 형성되고 있기 때문에, 현상 닙부 N 및 블레이드 닙부 통과 시에 토너 전하가 감쇠한다. 그 결과, 반복적인 사용에 의해 토너의 열화가 진행하여 토너의 대전성이 저하하면, 흐림량이 증가하고, 전사성 악화에 의해 화상 농도가 저하한다.
또한, 실시 형태 2의 클리너리스 시스템에서는 Vback이 크기 때문에, 현상 닙부 N 통과 시의 토너 전하 감쇠가 커져서, 흐림량이 증가한다. 그 결과, 흐림 토너는 전사되지 않고 대전 롤러(2)에 도달하여 축적되고, 그 결과, 대전성의 저하에 의한 하프톤 화상 농도의 변동이 발생한다. 또한, 현상되지 않고 현상 조립체(4)에 되돌려진 토너는, 통상 공급 롤러(15)에 의해 박리되어 현상 롤러(14) 상의 토너가 리프레시되고, 그 결과, 현상 이력이 억제된다.
비교예 3에서는, 토너에 대한 대전 부여성이 대단히 높기 때문에 공급 롤러(15)에 의한 토너가 양호하게 박리되지 않는다. 그 결과, 베타 농도의 선단과 후단 간에 농도 차이가 발생한다. 현상 롤러의 1 회전 시에 발생하는 베타 화상의 선단부와, 그 후에 박리성이 저하하는 때에 발생하는 부분 사이에 베타 화상의 농도 차이가 발생하는 이유는 아래와 같이 간단하게 설명될 수 있다.
토너의 박리성이 낮을 경우, 현상 롤러 1 회전에 대응하는 부분은, 화상 형성 전에 이전의 회전 등에 의해 인쇄되지 않는 상태로, 수 회전 동안 현상 롤러(14) 위에 유지된다. 그 결과, 과도하게 대전된 토너 및 박리하기 어려운 작은 입경의 토너가 축적되기 쉽다. 한편, 현상 롤러의 계속된 제2 회전에 의해 발생된 베타 화상에 관해서는, 공급 롤러(15)로부터 현상 롤러(14)에 토너를 공급해서 현상 롤러(14)에 즉시 토너가 공급된다. 이에 따라, 토너 코팅층의 토너의 대전량, 입경 등이 이전의 값과는 상이하다. 그 때문에, 베타 화상을 인쇄할 때에, 현상 롤러의 1 회전에 의한 부분과, 그 이후의 부분 사이에 농도의 차이가 발생한다.
한편, 본 발명의 실시예 1에서는, 표면층으로서 산화 알루미늄 막이 형성됨으로써, 적당한 대전 부여성에 의해 토너가 대전된다. 이에 따라, 현상 닙부 N 통과 시의 토너 전하의 감쇠를 억제하기 때문에, 안정적으로 흐림량을 억제할 수 있다. 또한, 과도한 전하량을 인가하지 않고서 흐림량을 억제할 수 있기 때문에, 공급 롤러(15)의 박리성을 유지할 수 있다. 따라서, 현상 이력에 의한 베타 화상 농도 차이를 억제할 수 있고, 그 결과, 안정된 화상을 얻을 수 있다.
(알루미늄 주변의 배위수, 산화 알루미늄 표면층의 저항율 및 표면층 막 두께의 관계)
이제, 알루미늄 주변의 배위수, 산화 알루미늄 표면층의 저항율 및 표면층 막 두께의 관계에 대해서 실시예 1 내지 3, 비교예 4를 비교해서 설명한다.
6 배위와 4 배위의 존재 비율을 나타내는 지표 J는, J=100%인 경우 6 배위만 존재하고, J=0%인 경우 4 배위만 존재하고, J=50%인 경우 6 배위와 4 배위의 비율이 1:1인 것을 나타낸다. 즉, 실시예 1, 2, 3, 비교예 4의 순서대로 J의 값, 따라서, 6 배위의 존재 비율이 점차 작아지고 있다. 또한, 그것에 수반하여, 표면층을 형성하는 산화 알루미늄의 체적 저항율이 저하한다.
발명자들이 예의 검토를 걸친 결과, 4 배위에 비교해서 6 배위의 존재 비율이 높을수록, 표면층을 형성하는 산화 알루미늄의 체적 저항율이 커지는 것을 알았다. 그 이유는 간단히 아래와 같이 생각된다.
산화 알루미늄 중 α 알루미나는 코런덤 구조를 취하고, 우수한 절연성을 나타내는 것이 알려져 있다. 그리고, 알루미늄 주변의 산소 원자의 배위수는 6 배위 만으로 이루어진다. 한편, α 알루미나보다 저저항인 γ 알루미나는 스피넬 구조를 취하고, 알루미늄 주변의 산소 원자의 배위수로는 4 배위와 6 배위가 혼재한다.
본 실시예의 표면층으로서 이용된 산화 알루미늄은 진공 증착이나 스퍼터링에 의해 층을 형성하고 있기 때문에, 비정질 상태에 있어, α 알루미나 및 γ 알루미나의 구조가 혼재하고 있는 것으로 상정된다. 그 때문에, 절연성이 우수한 6 배위가 증가하면 α 알루미나로부터 생성되는 고저항막을 형성할 수 있다고 생각된다.
또한, α 알루미나는 1000℃ 이상의 고온에서 생성되는 것이 알려져 있다. 본 실시예에 따른 현상 롤러(14)에서는, 탄성층으로서 우레탄 고무, 실리콘 고무 등을 사용하고 있기 때문에 필요한 양의 열만 가할 수 있다. 본 실시예에 따른 성막 방법으로는, 탄성층의 고무에 영향을 주지 않고 고저항 표면층으로서 제공되는 산화 알루미늄을 용이하게 형성할 수 있다.
고저항 표면층을 갖는 실시예 1 및 실시예 2에서는, 양 실시 형태 모두에서 양호한 화상을 안정적으로 얻을 수 있다. 실시예 3에서는, 6 배위의 존재 비율이 적기 때문에 저저항막이 형성되어 반복적인 사용 후에 흐림량이 약간 증가한다는 점에 유의한다. 또한, 6 배위의 존재 비율이 4 배위의 존재 비율보다 작은 비교예 4에서는, 충분한 절연성을 얻을 수 없기 때문에, 흐림량이 증가한다. 따라서, 안정된 고저항막을 형성하기 위해서, 4 배위의 존재 비율보다 6 배위의 존재 비율이 높은 것이 바람직하고, 4 배위와 6 배위의 존재 비율을 나타내는 지표 J는 65% 이상인 것이 바람직하다. 그리고, 표면층의 체적 저항율은 1011Ω㎝ 이상 1014Ω㎝ 이하인 것이 바람직하다.
J=78%인 고저항층을 갖는 실시예 4 및 5에서는 반복적인 사용 후에 흐림량이 약간 증가한다. 실시예 4에서는, 산화 알루미늄의 막 두께가 50㎚로 대단히 얇다. 초기에는 표면층이 형성되어 있기 때문에 흐림량의 증가는 관찰되지 않는다. 그러나, 반복적인 사용 후에, 마모 등에 의해 막 두께가 감소하므로, 현상 닙부 N에서의 토너 전하량 감쇠 억제 효과가 저하하여, 흐림량이 약간 증가한다. 실시 형태 2와 같이 Vback을 높게 설정하는 경우에도, 토너 전하량 감쇠 억제 효과가 작기 때문 흐림량이 약간 증가한다.
실시예 5에서 평균 막 두께가 1.0㎛인 두꺼운 산화 알루미늄이 표면층으로서 형성되어 있기 때문에, 큰 토너 전하량 감쇠 억제 효과가 얻어져서, 양 실시 형태 모두에서 초기 흐림이 양호하다. 그러나, 내구 흐림의 약간의 증가가 관찰된다. 그 이유는, 현상 롤러(14)의 평균 경도가 30 내지 80°로 설정되어 현상 롤러(14)에서 탄성 변형이 대단히 용이하게 발생하기 때문인 것으로 생각된다. 현상 롤러(14)는 감광체 드럼(1) 및 규제 블레이드(16)와의 접촉 시에 변형함으로써 접촉 및 현상 공정에서의 안정화가 달성된다.
실시예 5에서의 산화 알루미늄 막(14b2)은 고무층(14b1)과 같이 유연하게 변형하지는 않는다. 실시예 5에서는, 표면층으로서 제공되는 산화 알루미늄이 고무층의 변형을 따를 수 없어, 반복적인 사용 후에 균열이 증가하여 형성된다. 균열이 형성되면, 균열부에 수분이 흡수되어, 흡수된 수분을 통해 현상 롤러 측으로 토너의 전하가 누출된다. 그 결과, 반복적인 사용 후에, 현상 닙부 N에서의 토너 전하 감쇠 억제 효과가 감소하여, 흐림량이 약간 증가하게 된다.
따라서, 현상 롤러(14)의 변형을 따르고, 현상 닙부 N에서의 토너 전하량 감쇠를 억제하는 고저항층을 얻기 위해서는, 평균 막 두께가 0.05㎛ 이상 1.0㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 보다 안정된 막 형성을 가능하게 하기 위해, 평균 막 두께가 0.1㎛ 이상 0.5㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5에서는, 현상 롤러(14)는 산화 알루미늄을 포함하는 표면층을 포함한다. 그 산화 알루미늄은, 4 배위의 알루미늄 원자와, 4 배위의 알루미늄 원자보다 존재 비율이 높은 6 배위의 알루미늄 원자를 포함하고 있다. 이에 의해, 표면층의 체적 저항율이 높다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는, 현상 롤러(14)에 고저항 표면층을 마련함으로써, 흐림을 억제하면서 현상성을 유지할 수 있다.
본 발명이 예시적인 실시 형태를 참조하여 설명되었지만, 본 발명이 개시된 예시적인 실시 형태에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 아래의 특허청구범위의 범주는 모든 변경과, 등가 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석과 일치하여야 한다.

Claims (11)

  1. 현상제를 표면에 담지할 수 있으며, 전압이 인가되면 상기 표면에 담지된 상기 현상제를 상 담지체의 표면에 공급하는 현상제 담지체이며,
    탄성층과,
    상기 탄성층을 덮고, 산화 알루미늄을 함유하는 표면층을 포함하고,
    상기 표면층의 체적 저항율이 1011Ω㎝ 이상 1014Ω㎝ 이하이고,
    상기 표면층의 두께가 0.05㎛ 이상 1.0㎛ 이하이며,
    상기 표면층의 상기 산화 알루미늄은, 4 배위의 알루미늄 원자와, 상기 4 배위의 알루미늄 원자보다 존재 비율이 높은 6 배위의 알루미늄 원자를 함유하는, 현상제 담지체.
  2. 제1항에 있어서,
    체적 저항이 2×104Ω보다 크고 5×106Ω보다 작은, 현상제 담지체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 표면층의 두께가 0.1㎛ 이상 0.5㎛ 이하인, 현상제 담지체.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    Asker-C 경도가 30°보다 크고 80°보다 작은, 현상제 담지체.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 현상제는 1성분 비자성 토너인, 현상제 담지체.
  8. 현상제를 수용하는 현상제 용기와,
    제1항 또는 제2항에 따른 현상제 담지체를 포함하는, 현상 조립체.
  9. 화상 형성 프로세스를 행하기 위해 화상 형성 장치의 본체에 착탈가능하게 장착될 수 있는 프로세스 카트리지이며,
    현상제 상(developer image)을 담지할 수 있는 상 담지체와,
    상기 상 담지체 상의 정전 잠상을 현상함으로써 상기 현상제 상을 형성하는 제1항 또는 제2항에 따른 현상제 담지체를 포함하는, 프로세스 카트리지.
  10. 현상제 상을 담지할 수 있는 상 담지체와,
    상기 상 담지체 상의 정전 잠상을 현상함으로써 상기 현상제 상을 형성하는 제1항 또는 제2항에 따른 현상제 담지체와,
    상기 현상제 담지체에 전압을 인가하는 인가 수단을 포함하는, 화상 형성 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 표면층의 상기 산화 알루미늄 내에 존재하는 전체 알루미늄 원자 중 6 배위의 알루미늄 원자의 비율이 65% 이상인, 현상제 담지체.
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