專利名稱：顯影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯影裝置，其采用顯影劑來顯影形成在載像件(如光敏元件或者介電元件)上的靜電圖像。特別地，其涉及一種顯影裝置，該顯影裝置使用一種干的顯影劑，并適用于諸如復(fù)印機(jī)、打印機(jī)等一類使用電子照相或者靜電記錄方法的成像裝置。
背景技術(shù)：
為了顯現(xiàn)形成在成像裝置(如復(fù)印機(jī)或打印機(jī))的載像件(如電子照相光敏元件或靜電記錄介電元件)上的靜電潛像，通常的做法是使用粉末形式的顯影劑(色粉)。
首先，參照附

圖1，敘述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的成像裝置的示例，該成像裝置使用無磁性單組分色粉即一種干顯影劑來顯影形成在載像件上的靜電潛像。
成像裝置包括圓柱形載像件(在下文中將稱其為“感光鼓”)101，其沿圖中箭頭p所指示的方向旋轉(zhuǎn)，從而承載靜電圖像；充電裝置102；曝光裝置103，其根據(jù)一組圖像成型數(shù)據(jù)，在感光鼓101上形成靜電潛像；顯影設(shè)備(顯影裝置)104；電荷轉(zhuǎn)移裝置105；定影裝置106；清潔器107；等等。
顯影裝置104具有直徑為16mm的顯影劑承載件(在下文中將其稱為“顯影輥”)110，其沿箭頭q所指示的方向以140mm/sec的圓周速度旋轉(zhuǎn)，從而將顯影劑(在下文中將其稱為“色粉”)輸送給感光鼓101的圓周表面。
顯影輥110是所謂的彈性顯影輥，包括直徑為8mm的導(dǎo)電金屬芯，和環(huán)繞該金屬芯的圓周表面由橡膠或類似物制成的彈性元件。該顯影輥被設(shè)置成與感光鼓101相接觸。
顯影輥110還具有色粉剝離-涂布輥111、色粉調(diào)節(jié)刮刀、和攪拌元件113。色粉剝離-涂布輥111起到給顯影輥110的圓周表面供應(yīng)無磁性單組分色粉的作用，又起到從顯影輥110的圓周表面上剝離色粉的作用。該色粉剝離-涂布輥111沿箭頭r所指示的方向以100mm/sec的圓周速度旋轉(zhuǎn)。攪拌元件113包括多個(gè)攪拌葉片，并向色粉剝離-涂布輥111提供色粉。
顯影劑剝離-涂布輥111包括直徑為5mm的金屬支撐軸，和形成在金屬支撐軸圓周表面的泡沫物質(zhì)層。顯影劑剝離-涂布輥111的硬度低于顯影輥110的硬度。這樣設(shè)置該顯影劑剝離-涂布輥111，使得在顯影劑剝離-涂布輥111的徑向方向上該顯影劑剝離-涂布輥111被顯影輥110壓縮1mm；顯影劑剝離-涂布輥111(其硬度小于顯影輥110的硬度)產(chǎn)生變形。
參照?qǐng)D1，隨著感光鼓101沿箭頭p方向旋轉(zhuǎn)，感光鼓101的圓周表面被充電裝置2均勻地充電呈負(fù)極性，偏壓電源給充電裝置2提供電壓。
在被均勻充電后，感光鼓101的圓周表面被暴露在曝光裝置3發(fā)射出的激光束下。結(jié)果，靜電潛像形成在感光鼓101的圓周表面上。通過從顯影劑容器104將色粉輸送到感光鼓101的圓周表面上，以及通過使感光鼓101接觸顯影輥110，這個(gè)靜電潛像被顯影成可見圖像，即由色粉形成的圖像(在下文中將其稱為“色粉圖像”)。
此后，當(dāng)轉(zhuǎn)印媒體108被輸送時(shí)，感光鼓101的圓周表面上的色粉圖像經(jīng)由電荷轉(zhuǎn)移裝置轉(zhuǎn)印到轉(zhuǎn)印媒體108(例如，一張紙，OHP片等)上。然后，轉(zhuǎn)印媒體108上的色粉圖像通過定影設(shè)備106被“焊接”(定影)到轉(zhuǎn)印媒體108上。
通過清潔器107從感光鼓101的圓周表面上移除轉(zhuǎn)印殘留色粉顆粒即，轉(zhuǎn)印后殘留在該感光鼓101的圓周表面上的色粉顆粒。
至于殘留在顯影輥110上的色粉顆粒，即沒有用于顯現(xiàn)潛像的色粉顆粒，它們通過顯影輥110隨后的旋轉(zhuǎn)返回到顯影裝置104的內(nèi)部，所述潛像形成在感光鼓101與顯影輥110之間接觸區(qū)域內(nèi)的該感光鼓101上。
更詳細(xì)地說，在顯影輥110和顯影劑剝離-涂布輥111間的接觸區(qū)域上，顯影輥110的圓周表面上的色粉顆粒被顯影劑剝離-涂布輥111從顯影輥110上剝除，落入顯影裝置104中，而顯影裝置104內(nèi)的色粉顆粒由顯影劑剝離-涂布輥111補(bǔ)給到顯影輥110的圓周表面上。提供給顯影輥110的圓周表面上的色粉顆粒被輸送到顯影刮刀112和顯影輥110間的接觸區(qū)域上。
重復(fù)上述過程，從而形成圖像。
例如，已知的成像裝置示例是在日本已公開的專利申請(qǐng)JP2002-108089中所披露的一種裝置，在該裝置中，不僅顯影輥的直徑大于顯影劑剝離-涂布輥的直徑，而且顯影輥的硬度也大于顯影劑剝離-涂布輥的硬度。
如圖1所示，對(duì)采用現(xiàn)有顯影裝置的成像裝置進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，其中，用重量平均顆粒直徑為6μm的色粉制造出10000份復(fù)印件，該色粉通過粉碎和分類制得。
色粉含有外部添加劑；將重量平均顆粒直徑大約為50nm的1份重量硅外加到100份重量的色粉內(nèi)。
在試驗(yàn)過程中，在大約第5000份復(fù)印件中，開始產(chǎn)生所謂的灰霧，即色粉粘到感光鼓圓周表面的非圖像點(diǎn)上的現(xiàn)象，并且，在大約第8000份復(fù)印件中，開始產(chǎn)生色粉落下，即色粉顆粒離開顯影輥的圓周表面的現(xiàn)象。
本發(fā)明致力于尋找引起這些現(xiàn)象發(fā)生的原因，取得了以下發(fā)現(xiàn)。即，在耐久性試驗(yàn)過程中，外加給色粉的外部添加劑顆粒嵌入色粉顆粒的表面內(nèi)，因此造成色粉性能完全不同于耐久性試驗(yàn)前的色粉性能(如，色粉的電荷量減少以及流動(dòng)性降低)；換句話說，產(chǎn)生了所謂的色粉劣化。
上面敘述的色粉劣化的原因如下。
在顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥間的接觸區(qū)域上，色粉顆粒受到由于顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥間之間接觸引起的壓力，并且由于在兩輥間存在不同的圓周速度，色粉顆粒也受到兩輥的摩擦。
由于色粉顆粒在受到這種接觸壓力的同時(shí)，色粉顆粒被顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥的圓周表面摩擦，因此在接觸區(qū)域上，色粉顆粒和兩輥的圓周表面之間產(chǎn)生了摩擦力，并且一部分這種摩擦力轉(zhuǎn)化成摩擦熱。
產(chǎn)生的摩擦熱軟化了色粉顆粒。結(jié)果，外部添加劑顆粒嵌入到色粉顆粒的表面內(nèi)，因此劣化了色粉顆粒。
特別地，在顯影輥與感光鼓接觸的接觸式顯影方法的情況下，色粉顆粒在接觸區(qū)域(顯影位置)上也受到摩擦力，加劇了色粉劣化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種顯影裝置，其通過降低產(chǎn)生在成像裝置的顯影劑承載件和顯影劑剝離件之間接觸區(qū)域上的摩擦力值，從而降低顯影劑劣化，能夠長(zhǎng)時(shí)間維持高水平的顯影性能。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種顯影裝置，尤其對(duì)于使用彈性顯影劑承載件的顯影裝置來說，該顯影裝置不會(huì)遭遇顯影劑劣化的問題。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種顯影裝置，其適于使用彈性顯影劑承載件來顯影圖像。
通過下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的這些和其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)要說明圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的成像裝置的截面示意圖；圖2是為了敘述本發(fā)明，顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥的示意圖。
圖3是為了敘述本發(fā)明，示出了應(yīng)力分布曲線的圖表。
圖4是為了敘述本發(fā)明，示出應(yīng)力總值和顯影劑剝離-涂布輥的半徑之間關(guān)系的圖表。
圖5是為了敘述本發(fā)明，示出應(yīng)力總值、顯影輥半徑和顯影劑剝離-涂布輥半徑之間關(guān)系的圖表。
圖6是為了敘述本發(fā)明，示出應(yīng)力分布曲線的圖表。
圖7是為了敘述本發(fā)明，示出應(yīng)力分布曲線的另一個(gè)圖表。
圖8是為了敘述本發(fā)明，顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥之間的接觸區(qū)域和其毗鄰的截面示意圖。
圖9是為了敘述本發(fā)明，顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥之間的接觸區(qū)域和其毗鄰的截面示意圖。
圖10是為了敘述本發(fā)明，顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥之間的接觸區(qū)域和其毗鄰的截面示意圖。
圖11是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的成像裝置的截面示意圖。
圖12是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的成像裝置的截面示意圖。
圖13是在本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例中，用以敘述色物形狀因數(shù)的示意圖。
圖14是在本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例中，成像裝置的截面示意圖。
對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明為了使顯影劑劣化(色粉劣化)減小到最小，有效的途徑是降低顯影劑(色粉)在顯影劑承載件(顯影輥)和顯影劑剝離-涂布輥之間的接觸區(qū)域上受到的摩擦力。在下文中，將詳細(xì)敘述如何通過顯影輥半徑和顯影劑剝離-涂布輥半徑間的關(guān)系來改變接觸區(qū)域內(nèi)摩擦力作用于顯影劑的效果。
圖2是顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的截面示意圖，示出了兩輥間接觸區(qū)域的狀態(tài)。如從圖2所明顯看出的，顯影劑剝離-涂布輥11的表面硬度低于顯影輥10的硬度。
在圖2所示出的顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的情況下，以不同的圓周速度相互獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該兩輥10和11。因此，接觸區(qū)域L(圖中的粗線)內(nèi)的摩擦可以被視為滑動(dòng)摩擦。因此，每個(gè)色粉顆粒在接觸區(qū)域L內(nèi)的單位空間上受到的摩擦力的總值是摩擦系數(shù)(μ)和色粉顆粒在在接觸區(qū)域L內(nèi)的單位空間上受到的力(N)的乘積，其被表示為μN(yùn)，其中，該摩擦系數(shù)取決于顯影輥10的材料和顯影劑剝離-涂布輥11的材料，色粉受到的力(N)即是由于顯影劑剝離-涂布輥11(顯影輥10)表面上的應(yīng)力P所產(chǎn)生的反作用力。
在圖3中示出接觸區(qū)域上應(yīng)力P的分布。因此，每個(gè)色粉顆粒在接觸區(qū)域L上受到的摩擦力的總值能夠用圖3所示的陰影面積值和摩擦系數(shù)μ的乘積來獲得。陰影面積值可通過在L(其與接觸區(qū)域L一致)范圍內(nèi)，對(duì)圖3所示應(yīng)力P分布曲線的數(shù)值表達(dá)式求積分獲得。
換句話說，摩擦力＝μ∫N＝μ∫P。
因此，降低應(yīng)力P自身的值，和/或接觸區(qū)域L的大小即積分區(qū)間能夠有效的降低每個(gè)色粉顆粒在接觸區(qū)域L上所受到的摩擦力的值。
本發(fā)明的特征在于，通過巧妙地選擇顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的半徑，降低應(yīng)力P的值和接觸區(qū)域L的尺寸(寬度)的大小，從而降低上面敘述的摩擦力。
圖4和5分別示出∫P的值隨著顯影輥10半徑的變化而發(fā)生變化，和∫P的值隨著顯影劑剝離-涂布輥11半徑的變化而發(fā)生變化的圖表。
圖4(a)示出在顯影輥10半徑R1保持不變的情況下，∫P的值隨著顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2改變而發(fā)生變化的圖表(橫坐標(biāo)代表顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2，縱坐標(biāo)代表∫P的值)。圖表中的點(diǎn)Q是顯影輥10的半徑R1與顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2相等時(shí)的點(diǎn)(R1＝R2)。
相反地，圖4(b)示出在顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2保持不變的情況下，∫P的值隨著顯影輥10的半徑R1改變而發(fā)生變化的圖表。圖表中的點(diǎn)Q是顯影輥10的半徑R1與顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2相等時(shí)的點(diǎn)(R1＝R2)，如圖4(a)中的Q點(diǎn)。
圖5是三維圖表，其中，X軸代表顯影輥10的半徑R1，Y軸代表顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2，Z軸代表的是∫P。在圖表中，平面XY (該平面包括X和Y軸)上的雙點(diǎn)劃線是代表顯影輥10的半徑和顯影劑剝離-涂布輥11的半徑相等處的線(R1＝R2)。
順便說一下，可通過增大或者減小輥彈性層的厚度，而保持它們支撐軸的半徑恒定來調(diào)節(jié)顯影輥10的半徑和顯影劑剝離-涂布輥11的半徑。而且，顯影劑剝離-涂布輥11明顯進(jìn)入顯影輥10內(nèi)的深度被保持恒定，反之亦然。
在這個(gè)專利申請(qǐng)中，顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的曲率半徑指的是兩輥間不接觸的情況下，顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的曲率半徑值。換句話說，它們是指當(dāng)顯影輥10的圓周表面部分和顯影劑剝離-涂布輥11的圓周表面部分不處于臨時(shí)變形狀態(tài)時(shí)，顯影輥10和涂布輥11的曲率半徑，所述顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的圓周表面部分對(duì)應(yīng)于使該顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11相互接觸的該顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的圓周表面區(qū)域。
在下面對(duì)兩輥間相互作用的敘述中，在兩輥間的接觸區(qū)域上，當(dāng)兩輥不相互接觸時(shí)，兩輥的曲率半徑分別與兩輥的半徑相同。
按照?qǐng)D4和5，顯影劑剝離-涂布輥11的半徑越大，在接觸區(qū)域上應(yīng)力P的積分∫P越小。而且，顯影輥10的半徑越小，在接觸區(qū)域上應(yīng)力P的積分∫P越小。在顯影輥10的半徑R1小于顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2的情況下(R1＜R2)，這些傾向特別顯著，即積分∫P本質(zhì)上較小。
這些傾向可歸因于下面的機(jī)理。
(1)在顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2增加而顯影輥10的半徑R1不變時(shí)，如圖6所示(圖6示出了應(yīng)力P的分布)，應(yīng)力P的最大值Pmax下降，因此降低了應(yīng)力P的積分∫P。在這種情況下，可以合理地推測(cè)，因?yàn)轱@影劑剝離-涂布輥11半徑R2的增大而增加了接觸區(qū)域的寬度，即從顯影輥10的圓周方向來說的接觸區(qū)域的大小，在圖表中積分區(qū)間L變寬，所述積分區(qū)間L與接觸區(qū)域L一致，應(yīng)力P在該區(qū)間內(nèi)積分。然而，實(shí)際上，接觸區(qū)域在寬度上的增加并不很大；相反，接觸區(qū)域有時(shí)還會(huì)降低寬度。因此，下一步將參考圖8-10敘述原因。
圖8-10是顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11間的接觸區(qū)域和其毗鄰處的截面示意圖。顯影劑剝離-涂布輥11的硬度低于顯影輥10的硬度。因此，產(chǎn)生變形的是顯影劑剝離-涂布輥；顯影劑剝離-涂布輥11的表面層與顯影輥10的輪廓一致。在圖中，S1代表顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11間的接觸區(qū)域的圓周長(zhǎng)度，S2代表顯影劑剝離-涂布輥11被顯影輥10變形的圓周面的圓周長(zhǎng)度(W代表在圓周方向上，接觸區(qū)域的一端到另一端之間的直線距離)。
圖8示出顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11相同半徑的情況(R1＝R2)。在這種情況下，S1＝S2。
比較起來，當(dāng)顯影輥10的半徑R1大于顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2時(shí)(R1＞R2)，如在圖9的下部所示，S1要小于S2，即顯影劑剝離-涂布輥11被顯影輥10變形的圓周表面部分。換句話說，S2大于S1。另外，顯影劑剝離-涂布輥11的硬度小于顯影輥10的硬度，因此其變形量要大于顯影輥10的變形量。因此，顯影劑剝離-涂布輥11與接觸區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分被從兩端部分以與前面敘述的超出量(S2-S1)一致的量推出接觸區(qū)域，因此擴(kuò)大了接觸區(qū)域，即增大了圓周方向上接觸區(qū)域L的寬度。由此，在顯影輥10的半徑大于顯影劑剝離-涂布輥的半徑的情況下(R1＞R2)，R2越小，差值(S2-S1)越大，因此，這種現(xiàn)象越顯著。因此，降低顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2實(shí)質(zhì)上不能降低接觸區(qū)域L的寬度。
另一方面，在顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2大于顯影輥10的半徑R1的條件下(R1＜R2)，如在圖9的上部所示，S1大于S2。由于顯影劑剝離-涂布輥11的硬度小于顯影輥10的硬度，所以顯影劑剝離-涂布輥11的變形量大于顯影輥10的變形量，因?yàn)镾2＜S1，所以顯影劑剝離-涂布輥11對(duì)應(yīng)于接觸區(qū)域L的圓周表面部分在兩端被拉向接觸區(qū)域L的中心。因此，增加顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2實(shí)際上不能增大接觸區(qū)域L的寬度。
從上面敘述中可明顯看出，理論上，如果顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2增大而顯影輥10的半徑R1不變，那么接觸區(qū)域L的圓周長(zhǎng)度S1增大。然而，實(shí)際上，接觸區(qū)域L的長(zhǎng)度S1實(shí)際上并不增大，實(shí)質(zhì)上仍保持相同。
在另一方面，在接觸區(qū)域上的應(yīng)力P的值可能受到顯影劑剝離-涂布輥11的金屬芯的影響，這是因?yàn)轱@影劑剝離-涂布輥11的彈性層的硬度小于顯影輥10的硬度。所以，如果顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2增大(通過增大顯影劑剝離-涂布輥11的彈性層的厚度)而深度不變，顯影劑剝離-涂布輥11在其徑向方向上被顯影輥10壓縮，顯影劑剝離-涂布輥11的金屬芯對(duì)應(yīng)力P的影響就變小。換句話說，如果顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2增大而顯影輥10的半徑R1不變，應(yīng)力P的積分∫P降低，如圖6所示。
(2)這是顯影輥10的半徑R1增大而顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2不變的情況。在顯影輥10的半徑R1大于顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2的條件下(R1＞R2)，如在圖10的右上部所示，R1越大，差值(S2-S1)越大。因此，顯影劑剝離-涂布輥11的圓周表面部分(其與接觸區(qū)域L(S2)的位置一致，并比顯影輥10的相應(yīng)部分更軟且更容易變形)被以差值(S2-S1)的量從接觸區(qū)域的兩端拉出接觸區(qū)域，因此擴(kuò)大了接觸區(qū)域L(增大了長(zhǎng)度S2)，如圖10的右下部所示。換句話說，圓周長(zhǎng)度S1增大(該增大通過增大顯影輥10半徑R1來實(shí)現(xiàn))的方向與顯影劑剝離-涂布輥11圓周部分(其和接觸區(qū)域位置相一致)被擠出理論接觸區(qū)域的方向一致。所以，實(shí)際接觸區(qū)域L的寬度增加。
相反，在顯影輥10的半徑R1小于顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2的條件下(R1＜R2)，如圖10的左上部所示，半徑R1越小，力的值越大，通過所述力，顯影劑剝離-涂布輥11的圓周部分(其與接觸區(qū)域在位置上一致，并比顯影輥10的相應(yīng)部分更軟且更容易變形)被拉向接觸區(qū)域的中心。因此，接觸區(qū)域L可能在長(zhǎng)度上降低，且比理論長(zhǎng)度短(參見圖10的左下部)。
從上面解釋中明顯看出，如果顯影輥10的半徑R1增大而顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2不變，接觸區(qū)域L的寬度可能從理論長(zhǎng)度增大到實(shí)際長(zhǎng)度L′，如圖7所示。
而且，顯影輥10的硬度大于顯影劑剝離-涂布輥11的硬度。因此，即使為了改變顯影輥10的半徑而改變顯影輥10的彈性層厚度，在接觸區(qū)域上應(yīng)力P的最大值Pmax幾乎不變。因此，在顯影輥10的半徑R1增大而顯影劑剝離-涂布輥11的半徑不變時(shí)，積分∫P可能增大，如圖7所示。
圖5示出考慮(1)和(2)中的結(jié)果時(shí)，積分∫P隨著顯影輥10的半徑R1和顯影劑剝離-涂布輥11的半徑R2的獨(dú)立變化而發(fā)生的變化。從這個(gè)圖表中可明顯看出，顯影劑剝離-涂布輥11的半徑越大，以及顯影輥10的半徑R1越小，應(yīng)力P的積分∫P越小。
換句話說，把顯影劑剝離-涂布輥和半徑(R1)小于顯影劑剝離-涂布輥的顯影輥結(jié)合，能有效地降低應(yīng)力P的積分∫P。如從上述解釋明顯看出的，通過降低接觸區(qū)域上色粉顆粒受到的摩擦力總值即∫P∞，可降低顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥間的接觸區(qū)域L上發(fā)生的色粉劣化，在應(yīng)力，可通過控制接觸區(qū)域L的寬度和應(yīng)力P的值(最大值Pmax)來降低摩擦力總值，所述應(yīng)力P可以通過控制顯影輥的半徑R1和顯影劑剝離-涂布輥的半徑R2間的關(guān)系來控制。換句話說，通過優(yōu)化顯影輥的半徑R1和顯影劑剝離-涂布輥的半徑R2間的關(guān)系能夠降低色粉劣化。
而且，即使顯影劑承載件和/或顯影劑剝離件實(shí)際上不是圓柱形，例如，即使它們中的一個(gè)或者它們兩個(gè)為帶形，該帶形橫過圓周的曲率不一致，只要對(duì)應(yīng)于顯影劑承載件和顯影劑剝離-涂布輥之間接觸區(qū)域位置的該顯影劑承載件和顯影劑剝離-涂布輥部分的曲率半徑之間的關(guān)系滿足不等式顯影劑剝離-涂布輥的曲率半徑＞顯影劑承載件的曲率半徑，就能夠獲得那些上面敘述的同一效果；換句話說，色粉顆粒受到的摩擦力可以被降低，從而降低色粉劣化。
如上所述，能夠通過降低接觸區(qū)域上的應(yīng)力總值來降低歸因于摩擦力的色粉劣化，所述色粉顆粒在顯影劑承載件和顯影劑剝離件之間的接觸區(qū)域上受到所述摩擦力，所述應(yīng)力總值等于產(chǎn)生在接觸區(qū)域上的應(yīng)力分布曲線的積分(＝∫(μN(yùn))ds)的值。
在下文中，將參考附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。順便說一下，在本發(fā)明下面的實(shí)施例中，除非特別指出，成像裝置構(gòu)件的大小、材料和形狀，以及它們的位置關(guān)系并不限于本發(fā)明的范圍。
(實(shí)施例1)首先，參考圖11，敘述本發(fā)明的第一實(shí)施例。
圖11所示的這個(gè)實(shí)施例中的顯影裝置是一種反轉(zhuǎn)顯影式顯影裝置，其通過把顯影劑粘附在成像區(qū)域上，在感光鼓1的成像區(qū)域上把潛像顯影成可視圖像。該顯影裝置包括用于顯影的顯影輥10，其為顯影劑承載件，顯影輥10上承載有負(fù)極性的顯影劑并與感光鼓1接觸。換句話說，顯影裝置是一種接觸式的顯影裝置，其使用單組分顯影劑。
使用上述顯影裝置的成像裝置配備有圓柱形感光鼓1，其直徑為24mm，沿圖中箭頭A所指示的方向以90mm/sec的圓周速度旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該感光鼓1。被置于感光鼓1的圓周表面周圍的是充電裝置2、曝光裝置3、顯影設(shè)備(顯影裝置)4、電荷轉(zhuǎn)移裝置5和清潔器7，上述裝置是自上游起沿感光鼓1的旋轉(zhuǎn)方向列出的，即根據(jù)成像的使用順序列出的。
下一步，將概括地描述這種成像裝置的成像操作。
首先，利用與偏壓電源連接的充電裝置2給沿箭頭A方向旋轉(zhuǎn)的感光鼓1的圓周表面均勻充電至負(fù)極性。然后，通過使用曝光裝置3對(duì)感光鼓1的帶電荷的圓周表面曝光，一組成像數(shù)據(jù)作為靜電潛像被寫到感光鼓1的圓周表面上，所述曝光裝置發(fā)射光束，例如激光束。
顯影裝置4被提供有彈性顯影輥10，其可沿箭頭B所指示的方向以140mm/sec的圓周速度旋轉(zhuǎn)。涂布在顯影輥10圓周表面上的色粉通過顯影輥10的旋轉(zhuǎn)，被輸送到感光鼓1和顯影輥10之間的接觸區(qū)域上，因?yàn)樵陲@影輥10和感光鼓1上的潛像之間存在有電勢(shì)能級(jí)的關(guān)系，在這一過程中，色粉在感光鼓1的圓周表面上形成反映潛像的圖像，從偏壓電源把直流電壓應(yīng)用到所述顯影輥10上。
這樣設(shè)置用于圖像轉(zhuǎn)印的充電裝置5，使得轉(zhuǎn)印媒體8將被夾在感光鼓1的圓周表面和電荷轉(zhuǎn)移裝置5之間。所述電荷轉(zhuǎn)移裝置5被連接到偏壓電源。當(dāng)該偏壓電源將與色粉極性相反的電壓供應(yīng)給電荷轉(zhuǎn)移裝置5時(shí)，感光鼓1上的色粉圖像被轉(zhuǎn)印到輸送至感光鼓1和電荷轉(zhuǎn)移裝置5之間轉(zhuǎn)印媒體8上。
在色粉圖像被轉(zhuǎn)印到轉(zhuǎn)印媒體8上之后，轉(zhuǎn)印媒體8被輸送到定影裝置6，在定影裝置6，色粉圖像被結(jié)合(定影)到轉(zhuǎn)印媒體上。
轉(zhuǎn)印殘留色粉，即在轉(zhuǎn)印之后剩余在感光鼓1的圓周表面上的色粉被清潔器7回收。
通過重復(fù)上述過程，圖像完成。
接下來，將敘述顯影裝置4的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和操作。
顯影裝置4具有一細(xì)長(zhǎng)的開口，該開口延伸在顯影裝置4的縱向方向上。這樣設(shè)置顯影裝置4的彈性顯影輥10(其沿箭頭B的方向以140mm/sec的圓周速度旋轉(zhuǎn))，使得其通過開口與感光鼓1接觸。
顯影裝置4還具有顯影劑剝離-涂布輥11(沿箭頭C所指示的方向以100mm/sec的圓周速度旋轉(zhuǎn))，在顯影輥10和感光鼓1之間的嚙合側(cè)上，其作為從顯影輥10上剝離顯影劑的元件，而在另一側(cè)，作為向顯影輥10涂布顯影劑的元件；調(diào)節(jié)刮刀12，其為色粉量調(diào)節(jié)元件，并在施加預(yù)定壓力值的情況下，與顯影輥10接觸；和攪拌元件13，其形式上為刮刀(沿箭頭E所指示的方向旋轉(zhuǎn))，用以在輸送色粉的同時(shí)，攪拌該色粉。而且，無磁性單組分色粉被存儲(chǔ)在顯影裝置4內(nèi)。
在這個(gè)實(shí)施例中，使用粉碎過程和分類過程生產(chǎn)的無磁性單組分色粉被用作顯影劑。其顆粒是非球形的，平均直徑為6μm。作為顯影劑，采用100份重量的這種色粉和1份重量的硅的混合物(這種顯影劑與依照現(xiàn)有技術(shù)的成像裝置所采用的色粉相同)，所述硅的重量平均直徑大約為50nm。
這個(gè)實(shí)施例中的顯影輥10是柔性的。更詳細(xì)地說，它是圓柱形彈性元件，包括金屬支撐軸；在金屬支撐軸的圓周表面上，由固體橡膠、海綿或者類似物形成的大約4mm厚的彈性層(在這個(gè)實(shí)施例中是聚丁橡膠)；和表面層(其在這個(gè)實(shí)施例中，為30μm厚的聚氨酯薄膜)，其被涂布在彈性層的圓周表面上，從而給色粉提供電荷。所述彈性元件的直徑為16mm，Asker C級(jí)硬度大約為45°。換句話說，顯影輥10的材料與現(xiàn)有技術(shù)的顯影輥的材料相同。
顯影劑剝離-涂布輥11也是柔性的。更詳細(xì)地說，它包括直徑為5mm的金屬支撐軸；和在金屬芯的圓周表面上且由發(fā)泡聚氨酯形成的圓柱形彈性元件，該發(fā)泡聚氨酯內(nèi)的細(xì)孔是互聯(lián)的。該剝離-涂布輥的直徑為18mm。使用發(fā)泡物質(zhì)作為顯影劑剝離-涂布輥11的彈性層材料的原因是為了給輥11的圓周表面上提供若干開孔，以便向顯影輥10提供足夠量的色粉。由于顯影劑剝離-涂布輥11的彈性層由泡沫物質(zhì)形成，與顯影輥10的硬度相比較，顯影劑剝離-涂布輥11的硬度基本較低。在這個(gè)實(shí)施例中，用作顯影劑剝離-涂布輥11材料的物質(zhì)與現(xiàn)有技術(shù)中顯影劑剝離-涂布輥的相同。
順便說一下，由于泡沫物質(zhì)形成的顯影劑剝離-涂布輥11的硬度太低，而不能以Asker C級(jí)硬度測(cè)量，顯影輥10的硬度用該Asker C級(jí)硬度測(cè)量。因此，它以Asker F級(jí)硬度測(cè)量，大約為70°，該Asker F級(jí)硬度用作基本比顯影輥10軟的物質(zhì)的硬度標(biāo)準(zhǔn)。盡管顯影輥10的表面硬度和顯影劑剝離-涂布輥11的表面硬度用不同的硬率表示，明顯看出，顯影劑剝離-涂布輥11的表面硬度低于顯影輥10的表面硬度。
顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11都是圓柱形的。因此，當(dāng)兩輥不相互接觸時(shí)，顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的曲率半徑(位置對(duì)應(yīng)于接觸區(qū)域)分別與兩輥10和11的半徑相同，其分別為8mm和9mm。
顯影輥10在顯影輥10的徑向方向上壓縮顯影劑剝離-涂布輥11的壓縮深度為1.0mm。這樣設(shè)置顯影輥10在其徑向方向上壓縮顯影劑剝離-涂布輥11的壓縮深度，使其不大于顯影劑剝離-涂布輥11的彈性層厚度，以防止兩輥的金屬芯相互接觸。
在顯影裝置4中，攪拌元件13輸送色粉到顯影劑剝離-涂布輥11的毗鄰處。在顯影劑剝離-涂布輥11的毗鄰處的色粉通過顯影劑剝離-涂布輥11的旋轉(zhuǎn)被輸送到顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11之間的接觸區(qū)域，在這一過程中，色粉被輸送至顯影輥10的圓周表面上。
然后，剛被輸送至顯影輥10的圓周表面上的色粉通過顯影輥10的隨后旋轉(zhuǎn)被輸送到顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11之間的接觸區(qū)域。當(dāng)顯影劑被輸送通過接觸區(qū)域時(shí)，不僅顯影輥10的圓周表面上的色粉體通過色粉和調(diào)節(jié)刮刀12間的摩擦以及色粉和顯影輥10間的摩擦被充有負(fù)電荷，而且形成厚度一致的色粉層。
在被均勻一致的涂布在顯影輥10的圓周表面上之后，色粉被輸送到感光鼓1和顯影輥10之間的接觸區(qū)域(顯影位置)，其中當(dāng)在感光鼓1上有潛像時(shí)，色粉被粘附到感光鼓1上，即顯現(xiàn)潛像，而當(dāng)感光鼓1上沒有潛像時(shí)，剩余在顯影輥10上的色粉被返回到顯影裝置4內(nèi)。
剩余在顯影輥10并返回到顯影裝置4的色粉被顯影劑剝離-涂布輥11從顯影輥10上剝離，該顯影劑剝離-涂布輥11被以預(yù)定的圓周速度旋轉(zhuǎn)，該圓周速度不同于顯影輥10旋轉(zhuǎn)的圓周速度。剛被顯影劑剝離-涂布輥11剝離的色粉在被輸送通過顯影劑剝離-涂布輥11和顯影輥10之間的接觸區(qū)域之后，與顯影劑容器中的顯影劑匯合。
為了從顯影輥10上剝離其上未參加顯影的色粉顆粒，需要使顯影劑剝離-涂布輥11和顯影輥10之間在兩輥間接觸區(qū)域上的圓周速度不同。如果顯影劑剝離-涂布輥11的圓周速度增大，從而使顯影劑剝離-涂布輥11和顯影輥10之間在接觸區(qū)域內(nèi)具有不同圓周速度，單位時(shí)間經(jīng)由接觸區(qū)域輸送的色粉量增大，因此增大了在將色粉輸送過接觸區(qū)域時(shí)該色粉受到的摩擦力大小。因此，在能夠給顯影輥10提供足量色粉、以及顯影輥10的圓周速度大于顯影劑剝離-涂布輥11的圓周速度的范圍內(nèi)，希望顯影劑剝離-涂布輥11的圓周速度盡可能得低。在這個(gè)實(shí)施例中，在接觸區(qū)域，顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的圓周速度被分別設(shè)置為140mm/sec和100mm/sec，這樣設(shè)置兩輥的旋轉(zhuǎn)方向，使得它們的圓周表面向相反方向移動(dòng)。
在本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行的耐久性試驗(yàn)中，與現(xiàn)有技術(shù)類似，其中，色粉使用非球形、重量平均直徑為6μm的顆粒，并印刷了10,000份復(fù)本，沒有發(fā)生與現(xiàn)有技術(shù)顯影裝置有關(guān)的問題，如灰霧、色粉溢出等；連續(xù)形成較好的圖像，直至產(chǎn)生最后一個(gè)復(fù)本。
本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了另一個(gè)耐久性試驗(yàn)，其中，色粉使用非球形、重量平均直徑為6μm的顆粒；印刷了10,000份復(fù)本；如下面的表中示出的，改變本實(shí)施例中的各種因素，即從上述結(jié)構(gòu)的裝置開始，顯影劑剝離-涂布輥11的半徑等等。結(jié)果在下表中給出(表1)。
可以通過改變由泡沫物質(zhì)形成的彈性層的厚度而不改變金屬芯的直徑(5mm)，來改變顯影劑剝離-涂布輥11的半徑。這樣設(shè)置顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11之間的位置關(guān)系，使得在顯影劑剝離-涂布輥11的徑向方向上，顯影劑剝離-涂布輥11被顯影輥10壓縮的深度成為1.0mm。
而且，這樣設(shè)置，使得盡管顯影劑剝離-涂布輥11的半徑改變了，但在接觸區(qū)域，顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的相對(duì)圓周速度(在這個(gè)實(shí)施例中為240mm/sec)保持相同。
表1輥半徑(mm)45678910顯影輥半徑NNNFGGG8(mm)G無圖像缺陷F產(chǎn)生灰霧N色粉掉落在表1中，G是指，在整個(gè)耐久性試驗(yàn)中沒有出現(xiàn)問題(從試驗(yàn)開始到結(jié)束都形成較好的圖像)；F是指，在耐久性試險(xiǎn)中，產(chǎn)生了灰霧(色粉粘附到感光鼓圓周表面的非圖像點(diǎn)上)；和N是指，不僅產(chǎn)生了灰霧，而且發(fā)生了“色粉溢出”，即沒有攜帶足夠電荷量的色粉顆粒從顯影輥10上撒落的現(xiàn)象。
從表1中可明顯看出，顯影劑剝離-涂布輥11的半徑越小，開始發(fā)生色粉溢出的印刷計(jì)數(shù)(print count)越小。
在顯影劑剝離-涂布輥的半徑不小于顯影輥的半徑，即滿足“顯影輥半徑≤顯影劑剝離-涂布輥”要求的情況下，輸出高質(zhì)量的圖像，即從印刷10,000復(fù)本的耐久性試驗(yàn)開始到結(jié)束，沒有出現(xiàn)不規(guī)則圖像。
本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了其他耐久性試驗(yàn)，其中，色粉使用非球形、重量平均直徑為6μm的顆粒；印刷了10,000份復(fù)本；顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥的半徑在4-10mm的范圍內(nèi)改變。如下面的表中示出的(表2)。
為了改變顯影輥10的曲率半徑，通過調(diào)節(jié)形成在直徑為6mm的金屬芯圓周表面上的彈性層厚度來改變顯影輥10的半徑(彈性層的材料與上述的相同；使用固體丁二烯橡膠)。而且，顯影輥10的彈性層圓周表面被涂布一層薄膜(在這個(gè)實(shí)施例中，是如前所述的30μm厚的聚氨酯薄膜)，從而給色粉提供電荷。
通過改變由泡沫物質(zhì)(在這個(gè)實(shí)施例中，其為聚氨酯橡膠，如現(xiàn)有技術(shù)中顯影劑剝離-涂布輥所用的材料)形成的彈性層的厚度，而不改變金屬芯的厚度(5mm)來改變顯影劑剝離-涂布輥11的圓周表面的曲率半徑。
另外，一種安排方法使得在顯影劑剝離-涂布輥11的徑向方向上，不管顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11之間就半徑方面的結(jié)合，顯影劑剝離-涂布輥11被顯影輥10壓縮的壓縮深度變成1.0mm。
另外，另一種安排方法使得在接觸區(qū)域，盡管顯影劑剝離-涂布輥11的半徑改變，顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的相對(duì)圓周速度(在這個(gè)實(shí)施例中為240mm/sec)保持相同。
在下表中，G是指，在整個(gè)耐久性試驗(yàn)中，沒有問題出現(xiàn)(從試驗(yàn)開始到結(jié)束都有較好的圖像形成)；F是指，在耐久性試驗(yàn)中，出現(xiàn)了灰霧(色粉粘附到感光鼓的圓周表面的非圖像點(diǎn)上)；N是指，不僅產(chǎn)生灰霧，而且發(fā)生了“色粉溢出”，即沒有攜帶足夠電荷量的色粉顆粒從顯影輥10上撒落的現(xiàn)象。
表2輥半徑(mm)456789104FGGGGGG5FGGGGGG6NFGGGGG顯影輥半徑7NNFGGGG(mm)8NNFFGGG9NNNFGGG10 NNNFFGGG無圖像缺陷F產(chǎn)生灰霧
N色粉掉落從表2中可明顯看出，在顯影輥的半徑大于顯影劑剝離-涂布輥的半徑的情況下，顯影劑剝離-涂布輥的半徑越小，越有可能產(chǎn)生灰霧和色粉溢出的問題，而在顯影輥的半徑小于顯影劑剝離-涂布輥的半徑的情況下，顯影劑剝離-涂布輥的半徑越大，產(chǎn)生圖像缺陷的可能性越小。
而且，在顯影輥的半徑大于顯影劑剝離-涂布輥的半徑的情況下，顯影劑剝離-涂布輥的半徑越小，開始產(chǎn)生灰霧和色粉溢出的印刷計(jì)數(shù)越小。
在顯影劑剝離-涂布輥的半徑不小于顯影輥的半徑，即滿足“顯影輥半徑＜顯影劑剝離-涂布輥半徑”要求的情況下，輸出高質(zhì)量的圖像，即從試驗(yàn)開始到結(jié)束，沒有不規(guī)則圖像發(fā)生，在該試驗(yàn)中印刷10,000份復(fù)本并且顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥的半徑在4-10mm范圍內(nèi)被改變。
把輥的最小值設(shè)置為4mm的原因如下。即，考慮到輥的金屬芯在垂直于輥縱向的方向上的彎曲，輥半徑需要不小于大約2.5mm。而且，為了確保顯影劑剝離-涂布輥能夠被顯影輥壓縮最小1mm的深度，顯影劑剝離-涂布輥的彈性層的厚度需要不小于1.5mm。這就是顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥的最小值被設(shè)置為4mm的原因。
把輥的最大值設(shè)置到10mm的原因如下。即，考慮到小型成像裝置的市場(chǎng)需求，降低顯影裝置的大小是必要的。另外，半徑不大于10mm的顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥的需求量最大。順便說一下，即使當(dāng)顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥的半徑都不小于10mm時(shí)，只要滿足“顯影輥半徑＜顯影劑剝離-涂布輥半徑”的要求，就能夠獲得如上所述的同樣的效果。
顯影劑剝離-涂布輥的半徑越大，從顯影輥上撒落的色粉量越少的原因如下。即，即使增大顯影劑剝離-涂布輥11的半徑，顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11之間接觸區(qū)域L的寬度也幾乎不發(fā)生改變，如上所述，而且，由于彈性層的厚度增加，因而作用于顯影劑剝離-涂布輥11的金屬芯的應(yīng)力值降低，由此降低了顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11之間接觸區(qū)域上的最大應(yīng)力值Pmax，其反過來又降低了積分∫P的值。結(jié)果，色粉在接觸區(qū)域受到的摩擦力降低，也降低了色粉劣化量。
顯影輥半徑越小，色粉從顯影輥上撒落的量越小的原因如下。即，隨著顯影輥10的半徑降低，顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11間接觸區(qū)域L的寬度降低，降低了接觸區(qū)域的應(yīng)力總值(∫P)，其反過來降低了色粉在接觸區(qū)域受到的摩擦力值。結(jié)果，色粉的劣化較少。
本發(fā)明的發(fā)明人還進(jìn)行了下述的耐久性試驗(yàn)，在該試驗(yàn)中，在不同操作條件下印刷10,000份復(fù)本。順便說一下，一種安排方法使得在顯影劑剝離-涂布輥的徑向方向上，不管顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥的半徑的改變，顯影劑剝離-涂布輥11被顯影輥10壓縮的深度保持1.0mm。
(各種因素的變化范圍)重量平均顆粒直徑3-10μm；顯影輥10的硬度(Asker C級(jí)硬度)30-70°；顯影劑剝離-涂布輥11的硬度(Asker F級(jí)硬度)30-90°；和顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的相對(duì)圓周速度50-600mm/see。
而且在上述條件下，觀察上述的傾向；在顯影輥半徑大于顯影劑剝離-涂布輥半徑的條件下，顯影劑剝離-涂布輥的半徑越小，越有可能發(fā)生形成灰霧和色粉溢出的問題，而在顯影輥半徑小于顯影劑剝離-涂布輥半徑的條件下，顯影劑剝離-涂布輥半徑越大，發(fā)生圖像缺陷的可能越小。而且，當(dāng)顯影劑剝離-涂布輥的半徑大于顯影輥的半徑時(shí)，沒有出現(xiàn)形成灰霧和色粉溢出的問題。
下面是從這個(gè)實(shí)施例的以上敘述中明顯看出的。即，可以通過滿足顯影輥硬度大于顯影劑剝離-涂布輥的硬度、和在接觸區(qū)域處顯影輥的曲率半徑小于顯影劑剝離-涂布輥的曲率半徑的要求，來阻止圖像缺陷的發(fā)生，即灰霧、色粉溢出等等這類問題，這類問題歸因于色粉在接觸區(qū)域即顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11間的嚙合處受到摩擦力而出現(xiàn)色粉劣化。
參考表1和2，盡管顯影輥半徑等于顯影劑剝離-涂布輥半徑，也可獲得“無圖像缺陷”的結(jié)果。然而，如關(guān)于這個(gè)實(shí)施例的機(jī)構(gòu)的敘述(圖9和10)明顯看出，滿足顯影劑剝離-涂布輥半徑大于顯影輥半徑的要求比滿足顯影劑剝離-涂布輥半徑等于顯影輥半徑的要求能更有效的降低色粉劣化。因此，優(yōu)選滿足顯影劑剝離-涂布輥半徑大于顯影輥半徑的要求。
通過采用庫耳特顆粒計(jì)數(shù)器方法可以獲得上面提及的色粉重量平均顆粒直徑。更詳細(xì)地說，庫耳特顆粒計(jì)數(shù)器TA-II或庫耳特多尺寸計(jì)數(shù)器(Coultermultisizer)(庫耳特有限公司Coulter Co.，Ltd.)被作為測(cè)量平均顆粒直徑的設(shè)備來使用。測(cè)量方法如下所述。使用第一類氯化鈉，準(zhǔn)備大約1％的氯化鈉水溶液作為電解液；可以代替使用例如Isoton-II(Coulter Co.，Ltd)。將作為分散劑的0.1-5ml表面活化劑優(yōu)選烷基苯磺酸鹽加入100-150ml的上述電解液中，然后，加入2-20mg的試驗(yàn)樣品。試驗(yàn)樣品懸浮在其中的電解液被置于超聲分散裝置中，并受到大約1-3分鐘的分散過程。然后，用設(shè)置有100μm小孔的上述測(cè)量裝置來測(cè)量色粉的重量平均顆粒直徑。
(實(shí)施例2)第二實(shí)施例涉及到作為顯影劑的球形色粉比作為顯影劑的非球形色粉更可能因?yàn)槟Σ亮Χl(fā)生劣化的情況。由于這個(gè)實(shí)施例中的顯影裝置和成像裝置與第一實(shí)施例的所述裝置相同，這兒將不再詳細(xì)敘述。
這個(gè)實(shí)施例中的色粉實(shí)際上呈球形，其由聚合作用制得。球形色粉的顆粒形狀一致，因此在顯影和轉(zhuǎn)印特征上一致。因此，球形色粉非常適于形成高質(zhì)量的圖像，并且因?yàn)槭袌?chǎng)對(duì)高質(zhì)量圖像需求的增大，球形色粉最近已經(jīng)吸引了大量的注意力。
然而，球形色粉有它自己的問題。即，從劣化的觀點(diǎn)看，球形色粉比非球形色粉更易劣化。
球形色粉的這種問題特點(diǎn)的原因如下。
圖12是顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11間的接觸區(qū)域和其毗鄰處的截面示意圖。圖12的上部代表球形色粉作為顯影劑使用的情況，圖12的下部代表非球形色粉作為顯影劑使用的情況。
在顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11間的接觸區(qū)域上，兩輥的圓周表面朝相反的方向移動(dòng)。因此，在接觸區(qū)域的色粉顆粒受到兩個(gè)不同方向(圖12中順時(shí)針方向)的力。球形色粉顆粒在接觸區(qū)域易于繞它們的軸線旋轉(zhuǎn)，而非球形色粉由于它們不規(guī)則的形狀，在接觸區(qū)域內(nèi)不大可能繞它們的軸線旋轉(zhuǎn)。
因此，對(duì)于色粉通過接觸區(qū)域時(shí)，該色粉顆粒受到摩擦力的表面區(qū)域總面積而言，球形色粉顆粒大于非球形色粉顆粒。因此，在外加顆粒被嵌入到色粉顆粒表面的數(shù)量上，球形色粉顆粒大于非球形色粉顆粒，因此球形色粉更易于受到灰霧和色粉溢出的問題。
順便說一下，在這個(gè)實(shí)施例中，球形色粉是指形狀因數(shù)SF-1和SF-2在下面給出范圍內(nèi)的色粉。
即，SF-1在100-150范圍內(nèi)，SF-2在100-140范圍內(nèi)。
形狀因數(shù)SF-1是球形度的參數(shù)，形狀因數(shù)SF-2是表面粗糙度的參數(shù)。球形色粉顆粒的形狀因數(shù)優(yōu)選是100。非球形度越高，值越大。
色粉顆粒的形狀因數(shù)SF-1和SF-2使用下述的方法計(jì)算。使用FE-SEM(Hitachi，Ltd.)，對(duì)任意拾取的100個(gè)色粉顆粒以50x的放大率拍照。然后，圖像數(shù)據(jù)被送入圖象分析裝置LUZEX3(Nicore Co.，Ltd.)并對(duì)其進(jìn)行分析。然后，使用下面的數(shù)學(xué)公式計(jì)算兩個(gè)形狀因數(shù)(圖13)。
SF-1＝{(MXLNG)2/AREA}×(π/4)×100SF-2＝{(PERI)2/AREA}×(1/4π)×100MXLNG絕對(duì)最大長(zhǎng)度AREA色粉顆粒的突出區(qū)域PERI周長(zhǎng)本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了耐久性試驗(yàn)，在試驗(yàn)中，使用球形色粉(SF-1＝120；SF-2＝110)來制造10,000份復(fù)本，所述色粉通過聚合作用制得并且重量平均顆粒直徑為6μm，并如在第一實(shí)施例中進(jìn)行的試驗(yàn)一樣，改變顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥的半徑。結(jié)果在下面的表中給出(表3)。
通過調(diào)節(jié)形成在直徑為6μm的金屬芯圓周表面的彈性元件(該彈性元件的材料與上面所述的相同；丁二烯橡膠)厚度，來改變顯影輥的曲率半徑。顯影輥具有薄的表面層(30μm厚的聚氨酯薄膜，其與第一實(shí)施例的相同)，該表面層被涂布在彈性層的圓周表面上，從而給色粉顆粒充電。
通過改變由泡沫物質(zhì)(如現(xiàn)有技術(shù)中的泡沫物質(zhì)，聚氨酯橡膠)形成的彈性層厚度，而不改變金屬芯的直徑，顯影劑剝離-涂布輥可被制成具有不同的曲率半徑。
另外，這樣設(shè)置，使得在顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的任何組合中，在顯影劑剝離-涂布輥11的徑向方向上，顯影劑剝離-涂布輥11被顯影輥10壓縮的深度變成1.0mm。
另外，還這樣設(shè)置，使得顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的相對(duì)圓周速度被維持相同(在這個(gè)實(shí)施例中，為240mm/sec)。
在下面的表中，G是指，在整個(gè)耐久性試驗(yàn)中，沒有問題出現(xiàn)(從試驗(yàn)開始到結(jié)束，形成較好的圖像)；F是指，在耐久性試驗(yàn)過程中，產(chǎn)生了灰霧(色粉粘附到感光鼓圓周表面上的非圖像點(diǎn)上)；N是指，不僅產(chǎn)生了“灰霧”，而且發(fā)生了“色粉溢出”，即沒有攜帶足夠電荷量的色粉從顯影輥10上撒落。
表3輥半徑(mm)456789104FGGGGGG5NGGGGGG顯影輥半徑6NFGGGGG(mm)7NNFGGGG8NNFFGGG9NNNFFGG10 NNNNFFGG無圖像缺陷F產(chǎn)生灰霧N色粉掉落從表3中可明顯看出，在顯影輥的半徑大于顯影劑剝離-涂布輥的半徑的條件下，顯影劑剝離-涂布輥的半徑越小，灰霧量和色粉從顯影輥上掉落的量越大，而在顯影輥的半徑小于顯影劑剝離-涂布輥的半徑的條件下，顯影劑剝離-涂布輥的半徑越大，產(chǎn)生圖像缺陷的可能性越小。
而且，在顯影輥的半徑大于顯影劑剝離-涂布輥的半徑的條件下，顯影劑剝離-涂布輥的半徑越小，開始產(chǎn)生灰霧和色粉開始從顯影輥上掉落的印刷計(jì)數(shù)越小。
就開始產(chǎn)生灰霧和/或色粉開始從顯影輥上掉落的印刷計(jì)數(shù)而言，因?yàn)榍蛐紊郾确乔蛐紊鄹菀琢踊?，這個(gè)實(shí)施例中使用的球形色粉小于第一實(shí)施例使用的非球形色粉。
在顯影劑剝離-涂布輥的半徑不小于顯影輥的半徑，即滿足“顯影輥半徑＜顯影劑剝離-涂布輥半徑”要求的條件下，輸出高質(zhì)量的圖像，即從試驗(yàn)開始到結(jié)束，沒有不規(guī)則圖像發(fā)生，在該試驗(yàn)中印刷10,000份復(fù)本并且顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥的半徑在4-10mm范圍內(nèi)被改變。
本發(fā)明的發(fā)明人還進(jìn)行了下面的耐久性試驗(yàn)，在試驗(yàn)中，印刷10,000份復(fù)本，并且如下所示改變顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的規(guī)格及顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥11的圓周速度。順便說一下，這樣設(shè)置，使得在顯影劑剝離-涂布輥11的徑向方向上，顯影劑剝離-涂布輥11被顯影輥10壓縮的深度保持1.0mm，不管顯影輥和顯影劑剝離-涂布輥的半徑的改變。
(變量范圍)重量平均顆粒直徑3-10μm；顯影輥10的硬度(Asker C級(jí)硬度)30-70°；顯影劑剝離-涂布輥11的硬度(Asker F級(jí)硬度)30-90°；和顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11的相對(duì)圓周速度50-600mm/sec。
而且，在上面敘述的條件下，能夠觀察上述的傾向；在顯影輥半徑大于顯影劑剝離-涂布輥的條件下，顯影劑剝離-涂布輥的半徑越小，發(fā)生灰霧的可能越大，并且色粉越有可能從顯影輥10上撒落；在顯影輥半徑小于顯影劑剝離-涂布輥半徑的條件下，顯影劑剝離-涂布輥的直徑越大，發(fā)生圖像缺陷的可能越小；在顯影劑剝離-涂布輥半徑大于顯影輥半徑的條件下，沒有發(fā)生灰霧和色粉溢出的問題。
如上所述，可以通過滿足顯影輥硬度大于顯影劑剝離-涂布輥的硬度、和在接觸區(qū)域處顯影輥的曲率半徑小于顯影劑剝離-涂布輥的曲率半徑的要求，以便降低色粉在顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11間的接觸區(qū)域受到的摩擦力值，來阻止圖像缺陷的發(fā)生，即灰霧、色粉溢出等等這類問題，這類問題歸因于色粉在接觸區(qū)域即顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11間的嚙合處受到摩擦力而導(dǎo)致的色粉劣化。
參考表3，盡管顯影輥半徑等于顯影劑剝離-涂布輥半徑，也可獲得“無圖像缺陷”的結(jié)果。
然而，如關(guān)于這個(gè)實(shí)施例的機(jī)構(gòu)的敘述(圖9和10)，明顯看出，滿足顯影劑剝離-涂布輥半徑大于顯影輥半徑的要求比滿足顯影劑剝離-涂布輥半徑等于顯影輥半徑的要求能更有效地降低色粉劣化。因此，優(yōu)選滿足顯影劑剝離-涂布輥半徑大于顯影輥半徑的要求。
(實(shí)施例3)在第一和第二實(shí)施例中，顯影劑承載件和顯影劑剝離件都為圓柱形的輥。然而，在這個(gè)實(shí)施例中，顯影劑剝離-涂布輥的曲率半徑是不均勻的；更詳細(xì)地說，它是如圖14所示的環(huán)帶。
除顯影裝置4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)外，在這個(gè)實(shí)施例中所用的裝置與第一和第二實(shí)施例中的裝置相同。因此，將不再詳細(xì)敘述這個(gè)實(shí)施例的裝置本身。
這個(gè)實(shí)施例所用的色粉與第二實(shí)施例所用的相同，該色粉為重量平均顆粒直徑為6μm的球形色粉。
這個(gè)實(shí)施例的顯影輥10與第一實(shí)施例的相同；它是直徑為14mm的圓柱形彈性元件，包括半徑為3mm的金屬支撐元件、由固體橡膠、海綿或類似物(在這個(gè)實(shí)施例中為丁二烯橡膠)形成在金屬支撐元件圓周表面上的大約4mm厚的彈性層、和表面層(在這個(gè)實(shí)施例中，為30μm厚的聚氨酯薄膜)，該表面層被涂布在彈性層的圓周表面上，從而給色粉顆粒充電。
在這個(gè)實(shí)施例中，剝離-涂布輥11′是環(huán)形帶，包括作為基體的0.5mm厚的橡膠帶，和在橡膠帶的圓周表面上由泡沫物質(zhì)(與第一和第二實(shí)施例相同，其為泡沫聚氨酯)形成的6mm厚的彈性層。通過轉(zhuǎn)動(dòng)支撐軸21和22來驅(qū)動(dòng)該剝離-涂布輥，該支撐軸為半徑為2.5mm的金屬輥。
在顯影裝置4中，這樣設(shè)置該顯影輥10，使得在顯影劑剝離件的曲率半徑的中心，顯影劑剝離件11′被顯影輥10壓縮的深度成為1mm。
參考圖14，在顯影劑剝離件11′與支撐軸21的圓周表面相接觸的區(qū)域內(nèi)，顯影輥10和顯影劑剝離件11′相互接觸。因此，當(dāng)顯影劑剝離件11′不與顯影輥10接觸時(shí)，對(duì)應(yīng)于接觸區(qū)域位置的顯影劑剝離件11′部分的曲率半徑為9mm。顯影輥10形式上為圓柱形，其橫截面為真正的圓形。因此，當(dāng)顯影輥10不與顯影劑剝離件11′接觸時(shí)，對(duì)應(yīng)于接觸區(qū)域位置的顯影輥10圓周表面部分的曲率半徑為7mm，這與顯影輥10的半徑值相同。
顯影輥10的圓周速度為140mm/sec，其與第一實(shí)施例相同。顯影劑剝離件11′的圓周速度為100mm/sec，其也與第一實(shí)施例相同。由于兩個(gè)元件10和11′按照使它們的圓周表面在相反方向上相對(duì)移動(dòng)的方式旋轉(zhuǎn)，因此它們的相對(duì)圓周速度為240mm/sec。
在耐久性試驗(yàn)中，與第一和第二實(shí)施例中進(jìn)行的類似，在上述的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)中，印刷10,000份復(fù)本來試驗(yàn)顯影輥和顯影劑剝離件之間的每種組合，象灰霧、色粉溢出等等的問題沒有發(fā)生；從開始到結(jié)束都能夠輸出高質(zhì)量的圖像。
在4-10mm范圍內(nèi)改變顯影輥和顯影劑剝離件的曲率半徑。
通過調(diào)節(jié)形成在直徑為6μm的金屬芯周圍的彈性元件(其材料為丁二烯橡膠，與前面實(shí)施例的相同)厚度，來制造不同半徑的顯影輥10。而且，顯影輥10具有薄的表面層(在這個(gè)實(shí)施例中，其為30μm厚的聚氨酯薄膜，其與前面實(shí)施例的相同)，該表面層被涂布在彈性層的圓周表面上，從而給色粉顆粒充電。
通過調(diào)節(jié)由泡沫物質(zhì)形成的彈性層厚度，而不改變它的支撐軸21的直徑，來制造不同曲率半徑的顯影劑剝離件11′。而且，這樣設(shè)置，使得在支撐軸21的徑向方向上，顯影劑剝離件11′被顯影輥10壓縮的厚度保持為1.0mm，不管顯影輥10曲率半徑和顯影劑剝離件11′曲率半徑之間關(guān)系的改變。
而且，還有另外的結(jié)構(gòu)，使得盡管顯影劑剝離件11′的曲率半徑改變，顯影輥10和顯影劑剝離件11′的相對(duì)圓周速度(在這個(gè)實(shí)施例中為240mm/sec)不變。
為了檢查就曲率半徑對(duì)色粉劣化的作用而言，顯影輥和顯影劑剝離件11′的各種組合的效果，對(duì)每種組合都進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，在試驗(yàn)中印刷了10,000份復(fù)本。從試驗(yàn)開始到結(jié)束都能輸出高質(zhì)量圖像的是顯影劑剝離件11′的曲率半徑大于顯影輥10的曲率半徑的組合，換句話說，所述組合滿足“顯影承載件半徑＜剝離件曲率半徑”。
此外，還在下述條件下進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。因此，只要顯影劑剝離件11′的曲率半徑大于顯影輥10的曲率半徑，換句話說，滿足“顯影輥半徑＜顯影劑剝離件的曲率半徑”的要求，就不發(fā)生灰霧、色粉溢出等問題。
(變量范圍)重量平均顆粒直徑3-10μm；顯影輥10的硬度(Asker C級(jí)硬度)30-70°；顯影劑剝離件11′的硬度(Asker F級(jí)硬度)30-90°；和顯影輥10和顯影劑剝離-涂布輥11間的相對(duì)圓周50-600mm/sec。
在這個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是參考圓柱形顯影輥10和非圓柱形顯影劑剝離件11′來進(jìn)行敘述的。然而，即使在顯影裝置中一個(gè)或多個(gè)顯影劑承載件不是圓柱形的，和一個(gè)或多個(gè)顯影劑剝離件11′是圓柱形的情況下；或者在顯影劑承載件和顯影劑剝離件都是非圓柱形的情況下，通過使得當(dāng)顯影劑承載件和顯影劑剝離件不相互接觸時(shí)，對(duì)應(yīng)于接觸區(qū)域位置的顯影劑剝離件圓周表面部分的曲率半徑大于顯影劑承載件的曲率半徑，來降低色粉在顯影劑承載件和顯影劑剝離件間的接觸區(qū)域上受到的摩擦力，從而防止了象灰霧、色粉溢出等問題的發(fā)生。
而且，本發(fā)明的前述實(shí)施例是參考無磁性單組分色粉來敘述的，該色粉內(nèi)部呈負(fù)極性。但是，本發(fā)明的應(yīng)用并不僅限于無磁性單組分色粉。例如，采用磁性單組分色粉或者固有地帶有正極性的色粉也將帶來與上面敘述的那些效果相同的效果。
而且，在前述實(shí)施例中，硅被用作色粉的外部添加劑。然而，外部添加劑的選擇不必僅僅限于硅。采用一般外部添加劑來控制色粉電荷也將給出與上述效果相同的效果。
而且，前述實(shí)施例是參考反轉(zhuǎn)顯影方法中的一種來進(jìn)行敘述的。但是，不論采用哪一種方法，反轉(zhuǎn)顯影方法或者正常顯影方法，都能獲得上述的效果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在成像裝置采用的顯影劑承載件和顯影劑剝離件中，為了降低產(chǎn)生在顯影劑承載件和顯影劑剝離件間的接觸區(qū)域上的摩擦力的值，使顯影劑剝離件(其比顯影劑承載件軟)的半徑大于顯影劑承載件(其比顯影劑剝離件硬)的半徑。結(jié)果，能夠形成極好的圖像，即圖像沒有產(chǎn)生灰霧或者歸因于色粉從顯影劑承載件上散落的缺陷。
盡管已參照這里所公開的構(gòu)造對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但它并不局限于所列出的細(xì)節(jié)，并且本申請(qǐng)?jiān)噲D覆蓋出于改善目的或者附屬權(quán)利要求范圍內(nèi)的優(yōu)化或改變。
權(quán)利要求
1.一種顯影裝置，其包括顯影劑承載件，其承載顯影劑，以對(duì)形成在載像件上的靜電潛像進(jìn)行顯影，所述顯影劑承載件具有彈性；刮擦/補(bǔ)給元件，其與顯影劑承載件接觸，以給顯影劑承載件補(bǔ)給顯影劑和刮去顯影劑承載件上的顯影劑，所述刮擦/補(bǔ)給元件具有彈性；其特征在于，所述顯影劑承載件的硬度高于所述刮擦/補(bǔ)給元件的硬度；所述顯影劑承載件和所述刮擦/補(bǔ)給元件滿足，在刮擦/補(bǔ)給元件與所述顯影劑承載件脫離接觸的狀態(tài)下，在所述刮擦/補(bǔ)給元件和所述顯影劑承載件之間的一個(gè)接觸位置上，所述刮擦/補(bǔ)給元件的曲率半徑大于所述顯影劑承載件的曲率半徑。
2.如權(quán)利要求1所述的顯影裝置，其特征在于，在所述刮擦/補(bǔ)給元件不與所述顯影劑承載件接觸的狀態(tài)下，所述顯影劑承載件在接觸位置處的曲率半徑是4-10mm。
3.如權(quán)利要求1所述的顯影裝置，其特征在于，在所述刮擦/補(bǔ)給元件不與所述顯影劑承載件接觸的狀態(tài)下，所述刮擦/補(bǔ)給元件的在接觸位置處曲率半徑是4-10mm。
4.如權(quán)利要求2所述的顯影裝置，其特征在于，在所述刮擦/補(bǔ)給元件不與所述顯影劑承載件接觸的狀態(tài)下，所述刮擦/補(bǔ)給元件在接觸位置處的曲率半徑是4-10mm。
5.如權(quán)利要求1所述的顯影裝置，其特征在于，所述顯影劑承載件的Asker C級(jí)硬度為30-70度。
6.如權(quán)利要求1所述的顯影裝置，其特征在于，所述刮擦/補(bǔ)給元件的Asker C級(jí)硬度為30-90度。
7.如權(quán)利要求5所述的顯影裝置，其特征在于，所述刮擦/補(bǔ)給元件的Asker C級(jí)硬度為30-90度。
8.如權(quán)利要求1所述的顯影裝置，其特征在于，所述刮擦/補(bǔ)給元件設(shè)有支撐軸和在支撐軸上的彈性泡沫元件。
9.如權(quán)利要求1所述的顯影裝置，其特征在于，所述顯影劑承載件的圓周速度低于所述刮擦/補(bǔ)給元件的圓周速度。
10.如權(quán)利要求1所述的顯影裝置，其特征在于，所述顯影劑承載件和所述刮擦/補(bǔ)給元件的相對(duì)圓周速度是50-600mm/sec。
11.如權(quán)利要求10所述的顯影裝置，其特征在于，在接觸位置，所述刮擦/補(bǔ)給元件的圓周運(yùn)動(dòng)方向與所述顯影劑承載件的圓周運(yùn)動(dòng)方向相反。
12.如權(quán)利要求1所述的顯影裝置，其特征在于，所述顯影劑是無磁性單組分顯影劑。
13.如權(quán)利要求1所述的顯影裝置，其特征在于，所述顯影劑的重量平均顆粒大小為3-10微米。
14.如權(quán)利要求1所述的顯影裝置，其特征在于，所述顯影劑具有100-150的形狀因數(shù)SF-1，和100-140的形狀因數(shù)SF-2。
15.如權(quán)利要求1所述的顯影裝置，其特征在于，所述顯影劑承載件可與載像件接觸。
全文摘要
一種顯影裝置，包括顯影劑承載件，其用于承載顯影劑，以對(duì)形成在載像件上的靜電潛像進(jìn)行顯影，所述顯影劑承載件具有彈性；刮擦/補(bǔ)給元件，其與顯影劑承載件接觸，用以給顯影劑承載件補(bǔ)給顯影劑和用以刮去顯影劑承載件上的顯影劑，所述刮擦/補(bǔ)給元件具有彈性；其特征在于，所述顯影劑承載件的硬度高于所述刮擦/補(bǔ)給元件的硬度，所述顯影劑承載件和所述刮擦/補(bǔ)給元件滿足，在刮擦/補(bǔ)給元件不與所述顯影劑承載件接觸的狀態(tài)下，在所述刮擦/補(bǔ)給元件和所述顯影劑承載件間的接觸位置上，所述刮擦/補(bǔ)給元件的曲率半徑大于所述顯影劑承載件的曲率半徑。
文檔編號(hào)G03G15/08GK1525261SQ20031012497
公開日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者原口真奈實(shí), 山本毅, 深津慎 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社