균일한 토너입자 분포를 위한 현상기의 가압롤러 최적설계

Abstract

레이져 프린터의 현상기는 대전, 노광, 현상, 전사등의 과정을 거치게 되며 특히 좋은 화상품질을 구현하기 위해서는 현상기의 현상롤러 표면에 균일하게 대전된 토너층을 형성하는 것이 중요하다. 이렇게 균일하게 대전된 토너층을 형성하기 위해서는 현상롤러와 가압부재는 일정한 가압력으로 접촉하여 현상롤러의 전 길이방향에 대하여 균일한 접촉압력이 형성되도록 구성되어야 한다. 가압부재는 현상롤러와 마찬가지로 롤러의 형상을 가지게 되며 이러한 가압부재를 가압롤러 혹은 미터링 롤러라고 한다. 현상롤러와 가압롤러는 양단이 지지되어 서로 접촉하게 된다. 하지만 양단지지에 의한 접촉시 가압력에 의하여 현상롤러와 가압롤러는 서로 휨이 발생하게 되므로 이러한 휨을 보상하기 위하여 가압롤러의 중앙부 지름이 양단보다 더 큰 크라운형상을 가지게 되는 가압롤러를 제작하고 있다. 현상롤러와 크라운형상의 가압롤러가 가압시 현상롤러의 전 길이방향에 대하여 균일한 가압력이 형성되어 균일하게 대전된 토너층을 형성하도록 현상롤러와 가압롤러의 형상최적설계를 수행한다. 균일하게 대전된 토너층에 대한 확인은 실제 현상기의 현상롤러상의 대전량과 토너층을 측정하여 좌, 중, 우의 단위면적당 토너량과 단위토너당 대전량의 차이를 비교하여 좌,중,우의 균일함을 확인할 수 있었고 최적화를 위하여 유한요소해석모델을 구성하고 유한요소모델의 해석값중 접촉압력의 평균과 접촉압력의 표준편차를 구하여 실제측정값과 비교한 결과 실제측정값과 해석모델의 결과에 상호연관성이 확인되었으며 이를 근거로 현상기의 균일한 압력분포에 대한 평가를 유한요소모델의 해석결과인 접촉압력의 평균과 접촉압력의 표준편차로 대신하여 최적화를 수행하는 방법을 제시하였다. 내,외부적인 환경에 의하여 상용최적화프로그램과 유한요소해석프로그램을 직접 연결하여 최적화를 수행할 수 없는 경우에 대해 직교배열표를 통한 최소한의 실험으로 근사모델을 구성하였고 구성된 근사모델을 이용하여 상용최적화프로그램을 구동하였으며 그 결과로 나온 최적점의 수렴여부를 확인한 후 수렴되지 않은 경우 최적점을 추가하여 다시 근사모델을 재구성하여 최적화를 재수행하는 구조의 최적점을 추가하는 순차적 실험계획 및 최적화를 제시하였다. 최적화에 사용된 근사모델로는 RMS, RBF, Kriging 총 3종이 사용되었으며 최적화기법으로 국부최적화기법인 SQP와 전역최적화기법인 GA를 사용하여 각 근사모델과 최적화기법의 조합에 따라 근사모델의 정확성과 효용성을 확인하고 이 결과를 통하여 효과적인 근사모델과 최적화 기법을 제안하였다.; To make high quality image on the paper it is very important to make uniformly charged toner layer on the development roller in development unit. To make uniformly charged toner layer, development roller and pressure element should contact with uniform contact pressure to each length. Pressure element has roller type figure as development roller and it is called as pressure roller or metering roller. Development roller and pressure roller are supported and pressured at each ends. In this pressure structure they occur deformations and they make unequal contact pressure, so to prevent this unequal pressure this paper will optimize development roller and pressure roller with crown type which consists of bigger center diameter than ends diameters. To evaluate uniformity of charged toner layer, we measured charge quantity and toner layer on development roller in three divided section. And we made finite element model and calculated average contact pressure and standard deviation. We compared real values and F.E.M result then concluded that it has good connection. So we suggest optimization process with average contact pressure and standard deviation to evaluate uniformity of contact pressure. We made meta model from the minimum orthogonal array. From this meta model, we optimized and got optimization solution. then check convergence of solution. If not converge, we added solution to remake meta model and optimize again. so in this paper we suggested sequential optimization process with additional optimization solution. In optimization process, we used RSM, RBF, Kriging as meta model and SQP, GA as optimization algorithm. And we evaluated accuracy and usefulness then suggest the most effective meta model and optimization algorithm.