CN104834198A - 成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种成像装置,该成像装置包括:显影容器、具有沿转动方向形成的多个凹槽的凹凸元件、回收部分、以及接收元件,其中每个凹槽具有包括沿凹凸元件的圆周方向、沿一个方向形成的第一侧表面和沿另一个方向形成的第二侧表面的侧表面,其中第一侧表面的倾斜角度小于第二侧表面的倾斜角度,并且当沿凹凸元件的圆周方向、沿第一侧表面向下运动的方向被设置为正时,在凹凸元件和接收元件彼此接触的位置处,凹凸元件的表面速度与接收元件的表面速度的相对速度被设置为正。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用电子照相系统的成像装置,例如复印机,打印机,传真机等。
背景技术
作为涉及混合显影方法(在后文中被称为HV显影方法)的现有技术,已知一种在日本专利公开No.H9-211970中描述的成像装置。日本专利公开No.H9-211970公开了一种成像装置,该成像装置包括面向感光鼓的、承载有调色剂的显影辊,以及面向显影辊的、承载有包括调色剂和磁性载体的双组分显影剂的传送辊。在所述成像装置中,使电场在显影辊和传送辊之间作用以在显影辊的表面上形成调色剂层,并且对感光鼓的静电图像显影。
在HV显影方法中,由于通过搅拌双组分显影剂进行对调色剂的充电,可以容易地获得足够的电荷量,并且由于通过静电力将调色剂从传送辊供给到显影辊,带相反极性电荷的调色剂不被供给到显影辊。因此,通过避免调色剂附着到感光鼓1的非图像区域,可以避免雾的发生。此外,由于仅将调色剂供给到显影辊,具有例如避免磁性载体附着到感光鼓1等优势。
图1是示出了采用HV显影方法的、具有日本专利公开No.H9-211970的结构的显影设备20(在后文中称为HV显影设备)的示意图。在显影容器21内的双组分显影剂通过供给元件30被供给到具有被固定地放置于其中的磁体的显影剂承载体31。被供给的双组分显影剂在由限制元件32控制的同时,被传送到与调色剂承载元件27相面对的面对部分。
由电压施加部分26向面对部分施加电位差ΔV。通过ΔV,在面对部分内的显影剂中的调色剂与在其上静电地附着有调色剂的磁性载体脱离,并且沿向着调色剂承载元件27的方向投射以涂覆于其上。在这种情况下,ΔV和待涂覆的调色剂的单位面积电荷量Q/S存在如等式1所示的比例关系。
[等式1]
ΔV∝Q/S=M/S×Q/M…(1)
其中,Q/S(μC/cm2)是单位面积的调色剂量M/S(g/cm2)和单位质量调色剂的电荷量Q/M(μC/g)的乘积。
涂覆在调色剂承载元件27上的调色剂被传送到与感光鼓1相面对的面对部分,以在感光鼓1上对静电图像显影。
同时,为了降低能耗,需要能够借助少量调色剂输出高质量图像的显影设备。因此,说到调色剂,通过增加调色剂中所包含的颜料量或者通过改善颜料的分散性,试图改善每一调色剂的密度。然而,在HV显影设备中,尽管使用了具有改善的密度的调色剂,可以看出抑制调色剂量的作用受到限制。
图2A是示出了调色剂11(粒子直径=7.6μm,比重=1.1g/cm3,并且M/S=0.47mg/cm2)通过HV显影设备在感光鼓1上被显影的示意图。图2B是当借助相同的调色剂量,调色剂在感光鼓1的表面以高密度被显影时的示意图。
相较于带有高密度的占据感光鼓1的表面的调色剂的调色剂图像(图2B),由于在相同的调色剂量下,调色剂没有完全地覆盖感光鼓1的表面,低密度的调色剂图像(图2A)被部分地曝光。因此,当调色剂被转印到片材时,由于不存在调色剂的白背景部分的影响,图像密度显著降低。此外,可以看到,在具有大量调色剂的部分和具有极少量调色剂的部分之间的密度不均匀性显著增加。
图2C是示出了当通过增加HV显影设备的电位差ΔV改善图像密度时的调色剂图像(粒子直径=7.6μm,比重=1.1g/cm3,并且M/S=0.65mg/cm2)。如图2C所示,可以看到,为了改善图像密度,需要对远多于所需量的调色剂显影,并且还需要涂覆感光鼓1的表面,因此抑制调色剂量的作用受到限制。
图3是示出了在由炉定影后在介质上的调色剂密度相对在相同介质上的调色剂量M/S(g/cm2)的结果的曲线图。所使用的介质是能够根据温度条件开启/关闭附着力的Intelimer片材(由Nitta Corporation制造)。
图3的曲线a是其中Intelimer片材的附着力根据温度条件被关闭,并且通过由具有HV显影设备的成像装置输出正常图像,调色剂图像被定影在介质上的结果。
同时,图3的曲线b是其中Intelimer片材的附着力根据温度条件被开启,并且通过在介质上涂洒调色剂并由空气移除多余的调色剂,实现如图2B所示的高密度调色剂图像并将其定影在介质上的结果。除非大量调色剂被显影以覆盖感光鼓1的表面,HV显影设备不会达到饱和密度,然而,如果实施高密度调色剂图像,可以借助少量调色剂覆盖感光鼓1的表面并且仍然达到饱和密度。
如上所述,很难通过使用HV显影设备借助少量调色剂获得所期望的密度并且很难改善密度不均匀性。因此,本发明人调查了HV显影方法中在感光鼓1上显影的调色剂图像的密度下降的原因。因此,可以看到,在如在HV显影设备中通过使用在两辊间的电位差涂覆覆盖在磁性载体上的调色剂的方法中,主要由于以下两个原因,调色剂的密度容易被降低。
(1)当通过如图1所示的显影剂载体31和调色剂承载元件27之间的电位差将调色剂涂覆在调色剂承载元件27的表面上时,由于力作用在存在于施加有电场的空间中的调色剂使得调色剂具有作用在其上的多个力,因此很难将调色剂均匀地放置在调色剂承载元件27的表面上。此外,调色剂在调色剂承载元件27的表面上是多层的,使得如图2A所示容易降低占据调色剂承载元件27的表面的调色剂的密度。
(2)此外,当承载在调色剂承载元件27上的调色剂被投射到感光鼓1时,在如图2A和图2C所示的调色剂形成为多层且非均匀的调色剂层的情况下,由于调色剂的附着量彼此不同,容易生成显影残余物,这会进一步降低在感光鼓1上被显影的调色剂图像的密度。
发明内容
考虑到上述情况,希望提供一种借助少量调色剂获得高密度图像的成像装置。
一种成像装置,该成像装置包括:
显影容器,该显影容器容纳具有非磁性调色剂和磁性载体的显影剂;
凹凸元件,该凹凸元件被能够转动地放置在显影容器中,具有沿其转动方向形成的多个凹槽,并且承载显影剂;
回收部件,该回收部件被放置为与凹凸元件相对并且回收承载在凹凸元件上的磁性载体;以及
接收元件,该接收元件在沿凹凸元件的转动方向相对于回收部件的下游侧与凹凸元件接触,并且接收承载在凹凸元件上的调色剂,
其中在凹凸元件中形成的每个凹槽具有被构造为与具有至少平均粒子直径的调色剂接触的内表面,以及高度小于与其接触的调色剂的顶点的高度的顶点,并且
每个凹槽具有侧表面,该侧表面包括沿凹凸元件的圆周方向、沿一个方向形成的第一侧表面和沿另一个方向形成的第二侧表面,其中第一侧表面的倾斜角度小于第二侧表面的倾斜角度,当沿凹凸元件的圆周方向、沿第一侧表面向下运动的方向被设置为正时,在凹凸元件和接收元件彼此接触的位置处,凹凸元件的表面速度与接收元件的表面速度的相对速度被设置为正。
附图说明
图1是示出了采用HV显影方法的显影设备的示意图。
图2A-2C是示出了通过HV显影设备在感光鼓上被显影的调色剂的示意图。
图3是示出了在由炉定影后在介质上的调色剂密度相对在相同介质上的调色剂量M/S(g/cm2)的结果的曲线图。
图4是使用电子照相系统的成像装置的横截面图。
图5是根据实例1的显影设备的横截面图。
图6A-6C是包括凹凸转动元件的透视图的视图。
图7是在其上形成有凸部的涂覆层的横截面图。
图8是示出了在显影设备的内部容纳双组分显影剂且双组分显影剂运动的状态的横截面图。
图9A-9C是描述了传送双组分显影剂的状态的示意图。
图10A-10B是描述了在套筒内传送双组分显影剂过程中调色剂的行为的示意图。
图11A-11B是示出了在后文所述的回收显影剂后,涂覆在套筒上的调色剂图像的示意图。
图12A-12D是包括有示出了在具有结构a,b和c的套筒中,双组分显影剂的涂覆量相对双组分显影剂的供给量的曲线的视图。
图13A-13B是示出了当束缚在凹凸结构上的调色剂与随后被传送的双组分显影剂中的磁性载体碰撞时的示意图。
图14是示出了通过使用由调色剂的变化制造条件(聚合和分级条件)获得的带正电的调色剂(rt=9.7μm,平均圆度=0.97)、以及标准载体P-01测量的涂覆在凹凸结构上的调色剂的粒子大小分布的结果的曲线图。
图15A-15C是考虑调色剂最小粒子直径的横截面图。
图16A-16B是示出了显影部分的后端的示意图。
图17A-17B是示出了当倾斜间距(pitch)L是调色剂粒子直径rt的两倍或更多时显影部分的后端的示意图。
图18A-18B是示出了当倾斜间距小于调色剂粒子直径时显影部分的后端的示意图。
图19是示出了当使用具有6μm的粒子直径的调色剂时(表2和表4),片材上的定影后的密度相对调色剂量M/S(g/cm2)的结果的曲线。
图20A-20B是示出了其中倾斜间距是调色剂粒子直径的三倍的套筒的示意图。
图21A-21B是示出了通过热纳米压印处理形成凹凸结构的方法的示意图。
图22是描述了采样的示意图。
图23是示出了在使用AFM的测量中所使用的两个类型的悬臂(探针)的尖端形状的示意图。
图24A-24B是示出了通过后文所述的凹凸结构的测量方法获得的结构形状的实例的视图。
图25A-25B是示出了通过测量在其中布置有凸部的结构的方法所测量的形状(a和b)的差(b-a)。
图26A-26B是示出了图25B中顶点P之间的平均形状的视图。
图27A-27D是根据本发明的变型实例的涂覆层的凹凸结构的横截面图。
图28是描述了“扫除”(sweep out)的示意图。
图29是示出了使用根据本发明的凹凸结构的显影设备的构造实例的视图。
图30A-30D是示出了磁刷从回收部分U到回收部分Y的传送的示意图。
图31是根据实例4的显影设备的横截面图。
图32是示出了显影设备的构造的横截面图,其中,为抑制扫除,在该构造中接收调色剂的调色剂承载元件被放置在凹凸转动元件和感光鼓之间。
图33A-33B是根据实例5的显影设备的横截面图。
图34A-34B是根据实例6的显影设备的横截面图。
图35A-35B是根据实例7的显影设备的横截面图。
图36是套筒表面的平面的视图。
具体实施方式
参考附图,将在后文中对根据本发明的实施例的显影设备进行描述。本发明描述了使用如图4所示的电子照相系统的、实施为成像装置的装置,然而,并不意图将本发明的范围限制在实施例中所描述的组件的尺寸、材料、形状、其相对位置等。此外,也存在在前实施例中的附图标记也被用于在后实施例中的情况,然而,所述附图标记基本上代表相同的结构,并且认为在后实施例中已包含对在前实施例的附图标记的描述。
图4是使用了电子照相系统的成像装置100的横截面图。该成像装置100包括在装置主体100A的内部被能够转动地安装的作为鼓形“图像支承元件”的感光鼓1,该感光鼓包括导电基板,和用于在其上保持静电图像的、施加在导电基板上的导电层。
感光鼓1由充电设备2均匀地充电,随后信息信号由例如激光曝光设备3曝光,以形成静电图像,显影设备20使所形成的静电图像可视化。然后,在感光鼓1的表面上的调色剂图像由转印充电器4转印到转印片材5,并且进一步由定影设备6定影在其上。此外,在感光鼓1上的转印残余调色剂由清洁设备7清理。
[实例1]
图5是根据实例1的显影设备20的横截面图。显影设备20被放置为与感光鼓1相对。显影设备20具有显影容器21。显影容器21在其中容纳有具有调色剂(非磁性调色剂)和载体(磁性载体)的双组分显影剂10(见图8)。此外,显影设备20包括凹凸转动元件22,供给元件24和回收辊23。
作为凹凸元件的凹凸转动元件22被能够转动地放置在显影容器21的开口21A中(显影容器的内部),在从该凹凸转动元件的转动轴方向看的横截面图中,在该凹凸转动元件的表面上形成有具有预定高度的多个凸部22A和具有预定深度的多个凹部22B。凹凸转动元件22具有凹凸结构,在该结构中作为多个“凹槽”的凹部22B沿转动方向h周期性地形成。凹凸转动元件22能够通过凹部22B承载调色剂11。凹凸转动元件22具有被能够转动地支撑在显影容器中的套筒221,以及被不能转动地支撑在套筒221的内部的、且具有多个磁极的永磁体222。
作为供给部分的供给元件24将双组分显影剂10供给到凹凸转动元件22。供给元件24是用于在搅拌显影容器21的内部的双组分显影剂10的同时将其供给的螺杆。
作为回收部分的回收辊23被放置为与凹凸转动元件22相对,并且从凹凸转动元件22回收没有被承载在凹部22B中的双组分显影剂10(尤其是,承载在凹凸转动元件22上的磁性载体12)。回收辊23具有被能够转动地支撑在显影容器21中的套筒231,以及被不能转动地支撑在套筒231的内部的、且具有多个磁极的永磁体232。
作为“接收元件”的感光鼓1是用于承载静电图像的元件。此外,感光鼓1在沿凹凸转动元件22的转动方向、相对回收辊23的下游侧与凹凸转动元件22接触,并且接收承载在凹凸转动元件22的表面的凹部22B中的调色剂11(调色剂被转移到感光鼓1上)。此外,在面对凹凸转动元件22的表面的位置,从凹凸转动元件22的转动方向的上游侧,相继放置供给元件24、回收元件23、和感光鼓1。
此处,分别地,感光鼓1沿转动方向m转动,凹凸转动元件22沿转动方向h转动,回收辊23沿箭头i的方向转动。来自电压施加部分26的电压被施加到凹凸转动元件22和回收辊23。
图6A是凹凸转动元件22的透视图。如图6A所示,凹凸转动元件22绕轴线j沿转动方向h转动。
图6B是凹凸转动元件22的套筒221的局部放大透视图。如图6B所示,套筒221的表面的凸部22A具有沿轴线j的方向的表面(表面与轴j的方向平行),并且以沿转动方向h规律地布置成凸部和凹部的方式形成。凹部22B在凸部22A之间形成。
图6C是从图6B中箭头X的方向所看到的横截面图。套筒221由包括基层221a(该基层是由金属材料制成的筒形元件)和覆盖在其上的弹性层221b。套筒221还包括形成在弹性层221b上的涂覆层221c。
基层221a可以是任何具有导电性和刚性的材料,并且可以由SUS、铁、铝等形成。
弹性层221b可以包括作为基底材料的、具有合适弹性的例如硅橡胶、丙烯酸类橡胶、腈橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶、异丙烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶等橡胶材料。弹性层221b是通过对其添加例如碳、钛氧化物、金属微粒子等导电粒子而被提供有导电性的层。除了金属微粒子,为了控制表面粗糙度,在弹性层221b中可以分散有球面树脂。在本实例中,套筒221包括由不锈钢制成的基层221a,和形成在该基层上的、由硅橡胶和聚氨酯橡胶制成的、且在其中分散有碳的弹性层221b。
涂覆层221c由树脂材料形成。凸部22A在涂覆层221c中形成。多个凸部22A沿套筒的转动方向h规律地布置。凸部22A中的每一个以倾斜间距L(该倾斜间距是在回转方向h上的尺寸)和高度d形成。
此外,为了增加涂覆层221c与弹性层221b的附着性,在上述两层之间可以提供有底漆层。在本实例中,凸部22A在弹性层221b上的涂覆层中形成,但凸部22A可以直接在弹性层221b上形成。就此而言,在弹性层上可以提供、也可以不提供涂覆层。
在本实例中,感光鼓1具有在辊状基层221a上的感光层,但也可以使用带状感光带。就此而言,在套筒221中可以包括、也可以不包括弹性层221b。具体地,可以在基层221a上提供由树脂或金属制成的涂覆层221c并且可以在涂覆层221c中形成凸部22A,或者可以在基层221a上直接形成凸部22A。
此外,为了避免被切削或为了绝缘处理,可以在具有凸部22A的涂覆层、弹性层或基层上涂覆高硬度材料和绝缘材料。在这种情况中,需要形成足以在其上保持凸部22A的薄涂覆层。
图7是在其中形成有凹部22B的涂覆层221c的横截面图。如图7所示,凹部22B的每一个具有沿凹凸转动元件22(凹凸元件)的圆周方向、从顶点P到左底点YL以缓倾斜角和缓地形成的缓倾斜表面SL(在第一方向上形成的第一侧表面),以及从顶点P到右底点YR以陡倾斜角陡峭地形成的陡倾斜表面SR(在另一方向上形成的第二侧表面)。由于缓倾斜角|κL|<陡倾斜角|κR|,多个凸部22A具有角度彼此不同的倾斜度。因此,缓倾斜表面SL的倾斜角度小于陡倾斜表面SR的倾斜角度。
沿在多个凸部22A之间(凸部之间)形成的、带有陡倾斜角度的陡倾斜表面SR向上运动、然后沿带有缓倾斜角度的缓倾斜表面SR向下运动的方向(沿凹凸元件的圆周方向、沿第一侧表面向下运动的方向)被设置为在沿套筒221的平面的方向上的正方向。凸部22A沿转动方向h以从陡倾斜角|κR|到缓倾斜角|κL|的倾斜间距L形成在所布置的凹凸结构中。就此而言,在凹凸结构中形成的凹槽以在其内表面与调色剂接触的方式以凹槽的间隔L布置。换句话说,在此处不包括调色剂不能与凹槽内表面接触的情况。即,在此处不包括凹槽的间距L小于调色剂的粒子直径的凹凸结构。
在本实施例中,倾斜间距L为8μm,缓倾斜表面SL的宽度xL为7.3μm,缓倾斜表面SL的深度d为1.9μm,陡倾斜表面SR的最大倾斜度κR为2.7,缓倾斜表面SL的最大倾斜度κL为0.26。此外,涂覆层221c的厚度D为7μm。此处,缓倾斜表面SL和陡倾斜表面SR以平行于轴线j延伸的方式形成(见图6A),所述这些表面可以以倾斜于轴线j的方式形成。
本发明并不局限于上述结构,还可以包括与下文所述的凹凸结构的确定方法对应的任何结构。此外,下文将对凹凸结构的形成及确定方法进行描述。
图8是示出了在显影设备20的内部容纳双组分显影剂10且双组分显影剂10运动的状态的横截面图。凹凸转动元件22以与感光鼓1接触的方式放置,并且在显影部分T中沿转动方向h被能够转动地提供,在该显影部分T中,调色剂沿感光鼓1的转动方向m运动到感光鼓1。供给元件24和回收辊23被放置为与凹凸转动元件22相对。此处,凹凸转动元件22中在感光鼓1侧的区域被称为显影部分T,凹凸转动元件22中在供给元件24侧的区域被称为供给部分W。
供给元件24用于搅拌由后文所述的回收辊23回收的双组分显影剂10,并将其传送到在其中凹凸转动元件22和供给元件24彼此面对的供给部分W,并且由永磁体222所施加的磁力将其供给到供给部分。
同时,回收辊23的套筒231以在面对凹凸转动元件22的回收部分U中沿相反方向运动的方式被能够转动地提供。由供给元件24供给到感光鼓1的双组分显影剂10的一部分在被传送到显影部分T之前,通过由永磁体222和永磁体232配合形成的磁场所施加的磁力回收。为此,回收辊23可以放置于沿凹凸转动元件22的转动方向h的、显影部分T的上游且供给部分W的下游处。
接下来,将对在显影设备20中,在凹凸转动元件22上涂覆调色剂及对感光鼓1上的静电图像显影进行描述。将在下文进行更加详细的描述。在供给部分W中,双组分显影剂10由供给元件24供给到具有规律地布置在其表面的凹凸结构的凹凸转动元件22。
在将双组分显影剂10供给到凹凸转动元件22并由回收辊23回收的传送处理中,与凹凸转动元件22的套筒221接触的双组分显影剂10中的调色剂与凹凸结构接触,以从磁体载体脱离,并且以薄层稳定且均匀地涂覆在凹凸结构上。除被涂覆的调色剂以外的双组分显影剂10在回收部分U内通过磁力由回收辊回收,并且由供给元件24搅拌并再次供给到箭头k的路线,然后重复上述过程。
另一方面,未被回收反而薄且均匀地涂覆在凹凸转动元件22上的调色剂在显影部分T与感光鼓1接触,并且通过凹凸转动元件22和感光鼓1之间的电位差被显影在感光鼓1上。在这种情况下,由于对凹凸转动元件22的涂覆是以规律的方式均匀的,通过恰当地设置由套筒221的运动速度vh和感光鼓1的运动速度vm决定的速度比vh/vm,均匀且高密度的调色剂图像可以在感光鼓1上被显影。
作为相较现有技术的HV显影方法的优势,除了获得均匀且高密度的调色剂图像之外,还可以提到显影量的稳定性。对于HV显影方法,如果确定了电位差ΔV,涂覆量取决于Q/M(下文等式1)
[等式1]
ΔV∝Q/S=M/S×Q/M… (1)
换句话说,当显影剂的Q/M由于环境变化或持续时间而变化时,涂覆量变化,并且显影量由此具有很大变化。因此,在HV显影方法中,需要通过感测Q/M进行复杂的电位控制。相反,在本发明中,由于调色剂与在凹凸转动元件22上形成的凹凸结构的倾斜表面多点接触,相较与平面点接触的情况,可以借助较小的静电附着力进行涂覆。换句话说,即使当静电附着力由于调色剂电荷量变化而变化时,涂覆在凹凸结构上的调色剂量很少变化,因此可以达到稳定的涂覆量且达到稳定的显影量而不依赖于复杂的控制。
在后文中,将对在凹凸转动元件22上涂覆调色剂并且在感光鼓1上对静电图像显影进行详细描述。在显影容器21内的双组分显影剂10由供给元件24搅拌并传送到供给部分W。在本实例中,使用通过聚合方法制造的、数量平均粒子直径(D50)rt为7.6μm且平均圆度为0.97的带正电的调色剂。由于调色剂在套筒221上转动地运动,平均圆度优选地为0.95或更大。
作为磁性载体,使用数量平均粒子直径rc为90μm的标准载体P-01(由Imaging Society of Japan制造)。由于需要能够充分地与待涂覆的调色剂接触并充电的表面面积,磁性载体的粒子直径rc优选地是调色剂的粒子直径rc的两倍或更多。将对调色剂和磁体载体的数量平均粒子直径,以及测量调色剂的平均圆度的方法进行描述。
调色剂和磁性载体以调色剂质量为总质量的7%的调色剂质量比(TD比x)来混合,以制备并使用双组分显影剂10。为了将充足的调色剂量供应到套筒221,TD比x被控制,使得从下文等式2、作为磁性载体表面被调色剂涂覆的比例计算的覆盖率S为50%或更多。
[等式2]
其中ρc代表真实载体密度(4.8g/cm3),ρt代表真实调色剂密度(1.05g/cm3)。调色剂和磁性载体不被限制,可以使用任何在现有技术中普遍使用且公知的调色剂和磁性载体。被传送到供给部分W的双组分显影剂10通过由被固定地放置在凹凸转动元件22的内部的多个永磁体222产生的磁场供给到套筒221。被供给的双组分显影剂10在套筒221的转动及由永磁体222产生的磁场的影响下被磁性地刷过,并沿套筒221的转动方向h被传送。
图9是描述了传送双组分显影剂10的状态的示意图。为了绘图方便,没有示出在套筒221的表面形成的凹凸结构。双组分显影剂10被永磁体222的磁场磁性地刷过(见图9A)。随着套筒221的运动(vh),磁刷开始受到相邻磁极的影响(见图9B)。如果套筒221进一步运动,显影剂被束缚到相邻磁极(见图9C)。此后,该过程重复。因此,双组分显影剂10的平均运动速度v10相对套筒221的运动速度vh具有速度差(v10>vh)。
图10A是描述了在套筒221中传送双组分显影剂10的过程中调色剂的行为的示意图。在图10A中,只有磁性载体12存在于套筒221的涂覆层221c的表面上形成的凸部22A的附近,但在实际中可以存在多个被磁性地刷过的磁性载体。如图10A所示,套筒221具有沿转动方向h规律地布置的、且沿竖直方向不均匀的凹凸结构。
在双组分显影剂10在套筒221上被传送的同时,在涂覆到磁性载体12的调色剂中,与凹凸结构接触的调色剂11与缓倾斜表面SL和陡倾斜表面SR多点接触。由此,调色剂被束缚在凹凸结构上并从磁体载体12脱离以涂覆在凹凸结构上。在这种情况下,由于仅对与凹凸结构接触的调色剂11施加结合力,可以将调色剂11以薄层均匀地涂覆在规则结构上。
图10B是描述了根据对比实施例的在没有凹凸结构的套筒221中传送双组分显影剂10的过程中调色剂的行为的示意图。在传送处理中,相较存在凹凸结构的情况,与套筒221接触的调色剂11具有较小的结合力,因此难以涂覆在套筒221上。
此外,在传送处理中,调色剂11一旦附着在套筒221上,便也不断地与随后被传送的磁性载体12接触。当没有凹凸结构时,由于在套筒221上附着的调色剂相对存在凹凸结构时具有较小的结合力,调色剂容易被回收到与其接触的磁体载体12中。因此,由与双组分显影剂10的传送方向、此处为套筒221的转动方向h基本平行的磁刷造成的刮痕变得明显,并且不能够均匀地涂覆调色剂。
图11是示出了在后文所述的显影剂的回收后,涂覆在套筒221上的调色剂图像的示意图。当套筒221具有凹凸结构时(见图11A),由于调色剂11被凹凸结构束缚,难以被磁刷刮落,这样调色剂11可以以薄层均匀地涂覆在凹凸结构上。也就是,如图11A所示,随着沿轴线j的方向布置的调色剂11的密度的增加,沿转动方向h放置的调色剂11的密度也增加。
另一方面,当套筒221不具有凹凸结构时(见图11B),由于调色剂11的结合力较弱,难以被附着在套筒221上,并且调色剂11容易被磁刷刮落,不能将调色剂以薄层均匀地涂覆在表面上。
图12A是示出了在具有结构a,b和c的套筒中双组分显影剂10的涂覆量相对供给量的曲线图。图12B是对应于图12A中曲线a的涂覆层221c的横截面图。图12C是对应于图12A中曲线b的涂覆层221c的横截面图。图12D是对应于图12A中曲线c的涂覆层的横截面图
图12B的结构a是通过增加涂覆层221c的凸部22A的高度而具有较深的凹部22B的构造,图12C的结构b是通过降低涂覆层221c的凸部22A的高度而具有较浅的凹部22B的构造,图12D的结构c是在涂覆层没有凹部或凸部的构造。
由于结构a是通过增加凸部22A的高度而具有较深的凹部22B的构造,结合力增加,因此与套筒221的表面接触的调色剂从磁体载体脱离并附着到结构的表面的附着概率Q1较高。此外,调色剂被随后传送的磁刷刮落的刮落概率Q2较低。因此,可以借助较少供给量完成在凹凸结构上的涂覆。所述效果可以从图12A的曲线a看到。
由于结构b是通过降低凸部22A的高度而具有相较结构a而言较浅的凹部22B的构造,附着概率Q1较低,并且刮落概率Q2较高。因此,用以完成涂覆所需的供给量增加。所述效果可以从图12A的曲线b看到。
另一方面,由于相较结构a和结构b而言,结构c具有较小的调色剂结合力,附着概率Q1非常低,且刮落概率Q2非常高。因此,即使当增加供给量时,也不可以在套筒221的表面上充分地涂覆调色剂。所述效果可以从图12A的曲线c看到。
图13A是示出了当束缚在凹凸结构上的调色剂11与随后被传送的双组分显影剂中的磁性载体12碰撞时的示意图。调色剂11受到从磁性载体12的中心Oc(重心)向调色剂11的中心Ot(重心)施加的力F。在这种情况下,可以认为关于调色剂11和凹凸结构的陡倾斜表面SR上的顶点P,由力F的竖直分量F⊥对调色剂11施加扭矩,使得调色剂沿图13A中箭头mt的方向转动,并且越过陡倾斜表面SR以被磁性载体刮落。
通过在凹凸转动元件22上形成凹凸结构,调色剂11被布置在轴线j上,以通过横截面图(图6)中、沿转动方向h的、凹部22B中的两个点接触周期地被承载。然而,如上所述,通过设置凹凸机构、磁体载体12的直径和调色剂11的直径,可以降低磁体载体12刮落调色剂11的概率。
此外,将未被磁体载体12刮落的调色剂11高效地转移到感光鼓1与沿陡倾斜表面SR向上运动然后沿缓倾斜表面SL向下运动的方向、以及凹凸转动元件22相对感光鼓1的相对速度有关。将参考图10对此进行描述。
例如,在图10中,沿陡倾斜表面SR向上运动然后沿缓倾斜表面SL向下运动的左方向被设置为正,套筒221相对感光鼓1的运动速度v10的相对运动速度vh也被设置为正。也就是,凹凸结构的倾斜表面的陡缓顺序为左方向,并且当套筒221沿左方向转动时,其速度大于感光鼓1的速度。在这种情况中,调色剂11容易沿缓倾斜表面SL运动到感光鼓1。因此,增加了显影效率。
另一方面,例如,在图10中,沿陡倾斜表面SR向上运动然后沿缓倾斜表面SL向下运动的左方向被设置为正,套筒221相对感光鼓1的运动速度v10的相对运动速度vh被设置为负。也就是,凹凸结构的倾斜表面的陡缓顺序为左方向,并且当套筒221沿右方向转动时,其速度大于感光鼓1的速度。在这种情况中,调色剂11在陡倾斜表面SR的顶点P上被截住使得难以运动到感光鼓1。因此,显影效率显著下降,可以说这种设置是不好的。
可以认为,对调色剂11施加扭矩与当涂覆凹凸结构时一样,通过抑制调色剂11沿箭头mt的方向转动,可以提高附着概率Q1,并降低刮落概率Q2。
图13B是描述了相对凹凸结构的横截面图,在下文条件下对应于调色剂11和磁性载体12的圆的示意图。现在,通过使用图13B计算调色剂的最大值Rx。此外,通过使用图15A计算调色剂的最小值Rn。
在图13B的状态中,第二虚拟直线L2穿过倾斜表面的顶点PL,但此时显影剂的粒子直径为最大值,并且该最大值被设置为最大值Rx。此处,第二虚拟直线L2是连接调色剂11(圆t)的调色剂中心(Ot)和载体12(圆c)的载体中心(Oc)的直线。调色剂(圆t)与在相邻凸部22A之间形成的凹部22B的两个倾斜表面中的一个陡倾斜表面SR的顶点PL、以及另一个缓倾斜表面SL多点接触。
具有预定的粒子直径rc的载体(圆c)与连接在凹凸转动元件22的表面上形成的凸部22A的顶点PL和PR(将顶点彼此连接)的第一虚拟直线L1、以及调色剂11接触。在这种情况下,生成用于沿箭头mt的方向关于顶点PL转动调色剂的扭矩的力不作用在圆t上。
另一方面,如果圆t的粒子直径超过Rx,第二虚拟直线L2从倾斜表面的顶点PL移位,竖直分量F⊥如图13A所示起作用,并且生成沿箭头mt转动的扭矩。换句话说,当凹凸结构和磁体载体12的粒子直径rc是确定的时,可以涂覆在套筒221上的调色剂11的粒子直径的上限按几何学被确定为Rx。此外,在凹凸转动元件22(凹凸元件)中形成的凹部22B中的每一个以这种方式被设置:具有至少平均粒子直径的调色剂11可以与凹部22B的内表面接触,并且凹部22B的顶点低于调色剂11的顶点。
由本实例中使用的凹凸结构(L=8μm,xL=7.3μm,d=1.9μm,κR=2.7,以及κL=0.26)、以及磁性载体12的粒子直径(rc=90μm)按几何学计算的调色剂11的最大粒子直径Rx为12μm。此外,由于磁性载体12的粒子直径r明显大于倾斜间距L和深度d,磁性载体12的接触点靠近第一虚拟直线L1。
图14是示出了通过使用由调色剂的变化制造条件(聚合和分级条件)获得的带正电的调色剂(rt=9.7μm,平均圆度=0.97)、以及标准载体P-01测量的涂覆在凹凸结构上的调色剂的粒子大小分布结果的曲线图。凹凸结构的条件被设置为L=8μm,xL=7.3μm,d=1.9μm,κR=2.7,以及κL=0.26。
点划曲线(a)是被放入显影容器21中的调色剂11的粒子大小分布,实曲线(b)是在显影剂在套筒221上被传送、并且双组分显影剂10由后文所述的显影剂的回收部分回收后涂覆在套筒221上的调色剂11的粒子大小分布。如图14所示,可以确认具有比调色剂的按几何学确定的最大粒子直径12μm更大的Rx的调色剂没有涂覆在套筒221上。
另一方面,为了以薄层均匀地涂覆在套筒221上,不需要在凹凸结构的陡倾斜表面上附着多个调色剂11。为了避免两个以上的调色剂11被附着,需要每个调色剂11相对凹凸结构具有特定的或更大的粒子直径。这会参考图15A来考虑。
图15A是描述了在下文条件下、相对凹凸结构的横截面的对应于调色剂11的圆的示意图。在图15A的状态中,与连接顶点PL和PR的第一虚拟直线L1接触、并且与形成于相邻凸部22A之间的两个倾斜表面(即陡倾斜表面SR和缓倾斜表面SL)在多点(两点)接触的调色剂11(圆t)的粒子直径被设置为Rn。
如图15A所示,如果调色剂的粒子直径是Rn或更大,可以避免多个调色剂被附着在陡倾斜表面SR和缓倾斜表面SL之间。换句话说,如果凹凸结构被确定,可以薄且均匀地覆盖在套筒221上的调色剂11的粒子直径的下限(最小值)按几何学被确定为Rn。
由本实施例中使用的凹凸结构(L=8μm,xL=7.3μm,d=1.9μm,κR=2.7,以及κL=0.26)按几何学计算的显影剂11的最小粒子直径为1.7μm。
从上述描述,如果凹凸结构和磁性载体12的粒子直径被确定,可以薄且均匀地覆盖在套筒221上的调色剂11的粒子直径rt相对于按照图13B和图15A按几何学计算得到Rn和Rx具有关系:Rn≤调色剂的粒子直径rt≤Rx。
此处,参考图8再次对本实例进行描述。此后,在凹凸转动元件22上的双组分显影剂10被传送到面对回收辊23的回收部分。回收辊23具有固定在其内部的永磁体232,以及由筒形非磁性金属材料形成的能够转动的套筒231。
套筒231以在面对凹凸转动元件22的回收部分U中沿相反方向运动的方式被能够转动地提供。凹凸转动元件22和回收辊23彼此之间不接触,并且以2mm或更少的间隔被放置。在本实施例中,由电压供给部分26以与凹凸转动元件22等电压的方式对回收辊23施加电压,但也可以代替使用浮体。
在凹凸转动元件22中的永磁体222具有两两交替布置的N极和S极。同时,在回收辊23中的永磁体232分别具有两个N极和一个S极。此处,如图8所示,在凹凸转动元件22中的磁极N22和在回收辊23中的磁极S23以彼此面对的方式放置,使得所述两个磁极在面对凹凸转动元件22和回收辊23的回收部分U中成为彼此相异的磁极。此外,磁极N布置在沿回收辊23的转动方向i的下游侧。
磁极N22和磁极S23的大小以磁极S23的宽度窄于磁极N22的宽度的方式设置,因此在磁极S23和N22之间形成的磁场的磁通密度以从凹凸转动元件22朝回收辊23侧增大的方式变化。因此,磁力在回收部分U中从凹凸转动元件22到回收辊23地作用在磁性载体12上,并且沿磁场从磁极N22到磁极S23形成磁刷。
此外,回收辊23的套筒231沿在回收部分U中与具有凹凸结构的套筒221的转动方向h相反方向的箭头i方向转动。因此,对于通过磁力保持在回收辊23的表面上的显影剂,通过作用在其上的磁力和回收辊23表面之间摩擦力,对其施加从回收辊23指向显影容器21的内部的传送力。
承载在回收辊23的表面上的显影剂被刮刀25刮落以返回到显影容器21,该刮刀的一个端部由显影容器21保持在布置有永磁体232的N极的位置的附近。返回到显影容器21的显影剂与新补充的显影剂一起由供给元件24搅拌,并再次在供给部分W中被供给到凹凸转动元件22。也就是,对于包含磁性载体12的双组份显影剂10,在显影容器21中的循环路线通过图8中的箭头k表示。同时,没有被回收反而薄且均匀地涂覆在套筒221上的调色剂被传送到面对感光鼓1的显影部分T。
图15B是显影部分T的示意图。套筒221和感光鼓1被布置为彼此接触,针对套筒221表面的凹凸结构的顶点P、沿陡倾斜表面SR向上运动然后沿缓倾斜表面SL向下运动的箭头z的方向被设置为正。在这种情况下,套筒221的运动速度vh(表面速度)相对于感光鼓1的运动速度vm(表面速度)的相对速度被设置为正。
此外,在凹凸转动元件22和感光鼓1之间通过电压供给部分26生成电位差,并且给调色剂11提供有沿向感光鼓1的方向的力。在本实例中,套筒221和感光鼓1彼此接触使得彼此之间的进入深度约为50μm,并且控制套筒221的运动速度vh,使得套筒的运动速度vh与感光鼓1的运动速度vm的圆周速度比为1.05倍。
此外,相对感光鼓1的潜像电位(VL=100V),通过电压供给部分26向凹凸转动元件22施加+400V的直流电压。通过所述圆周速度比,扭矩作用在被束缚在凹凸结构上的调色剂11使其沿箭头nt的方向转动,由于套筒221和调色剂11之间的接触点减少,结合力降低。因此,可以可靠地将束缚在套筒上221的调色剂11运动到感光鼓1上的图像部分Im(见图8)。在本实例中,套筒221的转动方向h是与沿陡倾斜表面SR向上运动然后沿缓倾斜表面SL向下运动的箭头z的方向一致的方向,但是其反方向与上文所述的方向一致。
图15C是当转动方向h和箭头z的方向彼此相反时显影部分T的示意图。当沿陡倾斜表面SR向上运动然后沿缓倾斜表面SL向下运动的方向(图15C中箭头z的方向)被设置为正时,假设套筒221的运动速度vh相对于感光鼓1的运动速度vm的相对速度为正的情况。在这种情况下,套筒221的运动速度vh会慢于感光鼓1的运动速度vm。只有在这种情况下,用于沿图15C中的箭头nt的方向转动调色剂的扭矩作用在束缚在凹凸结构上的调色剂上,因此束缚在套筒221上的调色剂可以被运动到在感光鼓1上的图像部分Im。
如图15C所示,当感光鼓1的速度大于套筒221的速度时,感光鼓1在显影位置处超过套筒221,使得转移到感光鼓1的调色剂密度低于套筒221上的调色剂密度。然而,如果感光鼓1的速度足够接近于套筒221的速度,可以在保持高密度调色剂覆盖在套筒221上的同时转移调色剂。因此,可以通过上述构造获得本发明的效果。
图16是示出了显影部分T的后端的示意图。具体地,图16示出了在先调色剂11a经过显影部分T的后端的状态(见图16A),以及相邻调色剂11b在t秒后经过显影部分T的后端的状态(见图16B)。通过所施加的电位差,调色剂受到来自套筒221的、沿向感光鼓1的方向的力,并且在显影部分T中套筒221的运动速度vh相对于感光鼓1的运动速度vm的相对速度被设置为正。由此,对调色剂施加扭矩,调色剂容易被转动。
因此,调色剂与套筒221的附着力被降低,以在感光鼓1上显影。在这种情况下,在感光鼓1上以高密度对调色剂显影的条件是,t秒后将在感光鼓1上被显影的调色剂11a和11b的中心之间的距离R是rt或更小。
通过使用下述等式3计算调色剂11a运动距离R所需的时间t。
[等式3]
由于在时间t内调色剂11b需要移动倾斜间距L的距离,得到在等式4中所示的关系。
[等式4]
vnt=L…(4)
从等式3和等式4可知,套筒221的运动速度vh相对于感光鼓1的运动速度vm的速度比vh/vm具有下述等式5所示的关系。
[等式5]
换句话说,在本实施例中(rt=7.6μm,L=8μm),在感光鼓1上以高密度对调色剂进行显影所需的速度比vh/vm为1.05或更多。
表1示出了在显影设备20中,当变化速度比vh/vm时,显影量、在感光鼓1上的调色剂覆盖率、以及在定影后的密度评估的结果。此外,在后文会对每个评估方法进行描述。
[表1]
L=8μm,xL=7.3μm,d=1.9μm,κR=2.7,κL=0.26,rc=90μm,rt=7.6μm;根据等式4,vh/vm≥1.05。
vh/vm(倍) | 0.95 | 1.0 | 1.05 | 1.2 | 1.4 |
显影量(mg/cm2) | 0 | 0.42 | 0.47 | 0.54 | 0.63 |
调色剂覆盖率(%) | 0 | 79 | 88 | 92 | 94 |
密度评估 | × | × | O | O | O |
当套筒221的运动速度vh相对于感光鼓1的运动速度vm的相对速度为负时(vh/vm=0.95,vm=300mm/s,vh=286mm/s),不能将调色剂从套筒221显影到感光鼓1。
与此同时,套筒221的运动速度vh相对于感光鼓1的运动速度vm的相对速度为正,并且满足等式5的速度比vh/vm被设置为1.05。在这种情况下,可以借助较少的调色剂量在感光鼓1上以高密度显影调色剂11。此外,当显影多层的调色剂11时,圆周速度比可以通过将圆周速度比(1.05)乘以所希望的调色剂层的层数进行设置。
此外,将进一步对感光鼓1的运动速度vm相对于套筒221的运动速度vh的相对速度进行描述。在图16中,当感光鼓1的运动速度大于套筒221的运动速度时,由于调色剂从套筒221运动到感光鼓1,可能容易在感光鼓1的表面上生成间隔。
然而,在图16中,当套筒221的运动速度大于感光鼓1的运动速度时,由于调色剂从套筒221快速连续地被传送,从套筒221运动到感光鼓1的调色剂在感光鼓1的表面上被密实地显影。
表2示出了通过使用具有彼此不同的粒子直径rt的调色剂,当改变速度比vh/vm时,显影量、在感光鼓1上的调色剂覆盖率、以及在定影后的密度评估的结果。
[表2]
L=8μm,xL=7.3μm,d=1.9μm,κR=2.7,κL=0.26,rc=90μm,rt=7.6μm;根据等式4,vh/vm≥1.33。
vh/vm(倍) | 1.10 | 1.20 | 1.33 | 1.40 | 1.50 |
显影量(mg/cm2) | 0.31 | 0.34 | 0.38 | 0.40 | 0.43 |
调色剂覆盖率(%) | 73 | 79 | 89 | 92 | 94 |
密度评估 | × | × | O | O | O |
如果满足等式5的速度比vh/vm被设置为1.33,可以借助较少的调色剂量在感光鼓1上以高密度显影调色剂11。此外,当显影多层的调色剂11时,圆周速度比可以通过将圆周速度比(1.33)乘以所希望的调色剂层的层数而被设置。
此外,高密度地显影调色剂所需的速度比vh/vm的关系等式被分为下文所述的情况,并且取决于倾斜间距L和调色剂的粒子直径rt。此外,当设置调色剂的粒子直径rt、倾斜间距L(该倾斜间距L是在凸部22A之间的间隔)、承载在感光鼓1的表面上的调色剂11的中心之间的距离R、自然数n和m,并且上述参数的关系被设置为n+1<(L/rt)≤n+2和m-1<(rt/L)≤m时,凹凸转动元件22的表面的运动速度vh与感光鼓1的表面的运动速度vm的速度比vh/vm从下述条件导出。
(A)rt≤L<2rt
[等式6]
(B)2rt≤L
[等式7]
(C)rt>L
[等式8]
图17是示出了当倾斜间距L是调色剂粒子直径rt的两倍或更多时显影部分T的后端的示意图(即在上文所述(B)的情况下)。为了更好地理解附图所描述的内容,存在没有与感光鼓1接触的调色剂,然而在实际中,由于调色剂以足够的进入深度(50μm)相接触,几乎所有调色剂都彼此接触。
图17示出了调色剂11a经过接触部分的后端的状态(见图17A),以及相邻调色剂11b在t秒后经过接触部分的后端的状态(见图17B)。在感光鼓1上以高密度显影调色剂的条件是:在调色剂11a在t秒后运动距离R的过程中调色剂11b运动距离(L-nrt),该条件由等式7得到。
此处,自然数n由等式9确定。
[等式9]
n+1<(L/rt)n+2…(9)
图18是示出了当倾斜间距L小于调色剂粒子直径rt时显影部分的后端的示意图(即在上文所述(C)的情况下)。图18示出了调色剂11a经过接触部分的后端的状态(见图18A),以及相邻调色剂11b在t秒后经过接触部分的后端的状态(见图18B)。在感光鼓1上以高密度显影调色剂的条件是:在调色剂11a在t秒后运动距离R的过程中调色剂11b运动距离mL,该条件由等式8得到。
此处,自然数m由等式10确定。
[等式10]
m-1<(rt/L)m…(10)
表3和表4示出了通过本实例的显影设备20和对比实例的HV显影设备所获得的,当在感光鼓1上显影调色剂1时的显影量、在感光鼓1上的调色剂覆盖率、在定影后的密度评估、图像均匀性评估的结果。
[表3]
L=8μm,xL=7.3μm,d=1.9μm,κR=2.7,κL=0.26,rc=90μm,rt=7.6μm,vh/vm=1.05
在根据本实例的显影设备20中,可以借助较少调色剂量在感光鼓1上显影高密度调色剂图像,然而在HV显影设备中,尽管调色剂量以与显影设备20中的调色剂量一致的方式被控制,但是调色剂密度较低,并且存在多个双层调色剂。
[表4]
L=8μm,xL=7.3μm,d=1.9μm,κR=2.7,κL=0.26,rc=90μm,rt=6.0μm,vh/vm=1.33
图19是示出了当使用具有6μm的粒子直径(表2和表4)的调色剂时,片材上的定影后的密度相对调色剂量M/S(g/cm2)的结果的曲线图。在HV显影设备中(见图19中的曲线(a)),由于在其上不存在调色剂的白背景部分的影响,图像密度显著下降,不可以借助较少的调色剂量达到所期望的密度。
另一方面,由于显影设备(见图19中的曲线(b))可以显影高密度显影剂图像,可以借助较少的调色剂量达到所期望的密度。此外,由于显影装置在调色剂图像的高度方向上具有较小的密度不均匀性,图像的均匀性在可接受的水平内,然而HV显影装置在调色剂图像的高度方向上具有较大的密度不均匀性,图像的均匀性没有到达可接受的水平。
表5示出了在根据本实例的显影设备中,当使用由调色剂的变化制造条件(聚合和分级条件)获得的带正电的调色剂、以及标准载体P-01时的显影量、在感光鼓1上的调色剂覆盖率、以及在定影后的密度评估的结果。
[表5]
L=8μm,xL=7.3μm,d=1.9μm,κR=2.7,κL=0.26,rc=90μm
期望的图像通过调色剂A、B和D获得,而非通过调色剂C和E获得。由于调色剂C的按几何学计算的调色剂最大粒子直径Rx超过12μm,不能在套筒221上均匀地涂覆调色剂。因此,调色剂没有完全地覆盖感光鼓1的表面,使得在很大区域仅部分曝光。当调色剂被转印到片材上时,由于在其上不存在调色剂的白背景部分的影响,图像密度显著降低。此外,图像的均匀性因密度的不均匀性恶化。
由于调色剂E的按几何学计算的调色剂最小粒子直径Rn小于1.7μm,调色剂以多层被涂覆在套筒221上。此外,在显影过程中调色剂与感光鼓1的接触被降低,并且发生调色剂不能被显影的现象。因此,在感光鼓1上出现调色剂的高度不均匀性,图像的均匀性恶化。
根据实例1的构造,可以达到本发明的目的。此外,调色剂的粒子直径rt可以在由凹凸结构和磁性载体的粒子直径rc按几何学确定的范围内(Rn≤rt≤Rx)。此外,对于非磁性调色剂,优选地,在累积粒子大小分布中10%所对应的粒子直径为Rn或更大,在累积粒子大小分布中90%所对应的粒子直径为Rx或更小。
也就是,调色剂的粒子直径优选地是Rn≤rt10≤rt90≤Rx。因此,可以减少没有在感光鼓1上被显影的微粉或粗粉在显影容器21中累积、电荷稳定性降低等负面影响。此处,rt10是在累积分布中10%所对应的粒子直径,rt90是在累积分布中90%所对应的粒子直径。
图20A是示出了其中倾斜间距L是调色剂11的粒子直径的三倍的套筒221的示意图。如图20A所示,可以与陡倾斜表面SR和缓倾斜表面SL多点接触的调色剂11c被束缚在套筒221上。一方面,位于调色剂11c上方的调色剂11d和11e单点接触,并且在向上运动的过程中容易从磁性载体被刮落。因此,涂覆量的稳定性降低,从而显影量的稳定性降低。为了避免所述问题,限制待束缚在一个间距的调色剂的数量。
凹凸结构的倾斜间距L对应于沿转动方向h的彼此相邻的多个凸部22A之间的间隔,并且可以小于调色剂粒子直径rt的三倍,更优选地小于调色剂粒子直径rt的两倍。具体地,通过将倾斜间距L限制为两倍或更少,更优选地限制为一倍,可以抑制在间距之间的涂覆量的变化,并且涂覆量、和显影量的稳定性可以得到改善。
图20B是示出了凹凸结构的尺寸的横截面图。在凹凸结构中,通过改变其深度d和宽度xL,控制倾斜度κR和κL。
表6示出了当变化根据本实例的显影设备中的套筒221上的结构形状时的评估结果。此外,优选地,凹凸结构的凸部22A的缓倾斜表面SL的最大倾斜角度|κL|为0.5或更小,凸部22A的陡倾斜表面SR的最大倾斜角度|κR|为1.0或更大。
[表6]
调色剂A(rt=7.6μm),标准载体P-01(rc=90μm)
结构A | 结构B | 结构C | 结构D | 结构E | |
L(μm) | 8.0 | 8.0 | 8.0 | 8.0 | 8.0 |
xL(μm) | 7.3 | 7.3 | 7.3 | 6.0 | 6.0 |
d(μm) | 1.9 | 3.7 | 5.0 | 2.0 | 2.0 |
κR | 2.7 | 5.3 | 7.1 | 1.0 | 0.67 |
κL | 0.26 | 0.50 | 0.68 | 0.33 | 0.40 |
密度评估 | O | O | × | O | × |
在结构A、B和C中,只有结构C未达到所期望的密度。这是由于尽管足够的调色剂量被涂覆在结构C的套筒221上,但是套筒221上的调色剂难以显影在感光鼓1上造成的。可以认为,在结构C中,由于缓倾斜表面SL的最大倾斜度|κL|大于0.5,尽管套筒221上的调色剂被提供有规定的圆周速度,也不能在缓倾斜表面SL上转动地运动,难以在感光鼓1上显影。从上述描述,凹凸结构的缓倾斜表面SL的最大倾斜度|κL|优选地为0.5或更小。
与此同时,在结构D和E中,只有结构E未达到所期望的密度。这是由于结构D和E的|κL|分别为0.5或更小,几乎套筒221上的所有调色剂都可以在感光鼓1上显影,但在结构E的套筒221上没有涂覆足够的调色剂量造成的。可以认为,陡倾斜表面SR的最大倾斜度|κR|小于1.0,因此,调色剂难以被束缚在套筒221上。
从上述描述中,陡倾斜表面SR的最大倾斜度|κR|优选地为1.0或更大。如果在调色剂11和套筒221之间的接触点处的静电附着力较大,调色剂容易被束缚在套筒221上,涂覆量的稳定性被提高。此外,在显影剂的传送处理中,不需要过度地增加调色剂与套筒221的接触频率和摩擦,并且可以抑制显影剂的恶化。
为此,凹凸转动元件22的套筒221的表面、磁性载体12、以及非磁性调色剂11的带电系列(带电列)可以被限定为使得磁性载体12被布置在调色剂11和凹凸转动元件22的套筒221的表面(涂覆层221c)之间。在这种条件下,调色剂11的表面材料和套筒221之间的带电系列的差大于调色剂11和磁性载体12之间的带电系列的差。
因此,当调色剂11和套筒221接触并且摩擦带电时,相较调色剂11和磁性载体12的静电附着力,生成有较强的静电附着力,调色剂11容易从磁性载体12脱离并且随后附着到套筒221。此外,将在下文对用于确定带电系列的方法进行描述。
<形成凹凸结构的方法>
套筒221上的凹凸结构可以通过使用可光致固化的树脂的光纳米压印处理、使用热塑性树脂的热纳米压印处理、通过使用激光等扫描进行磨边的激光磨边处理实现。可替代地,套筒221上的凹凸结构可以通过由金刚石刀片机械地磨削的金刚石磨边处理、并且进一步从模具通过电铸技术复制等生成。
图21A是示出了通过热纳米压印处理形成凹凸结构的方法。在热纳米压印处理中,具有与所期望的凹凸结构相反的形状的结构的膜状模具42被固定在其中包含有卤素加热器41的转印辊40上,然后与套筒221接触并对其加压。当以恒定速度转动转印辊40和套筒221的同时,膜状模具42由卤素加热器加热到从玻璃转变温度到熔点的范围内,以在套筒221上形成凹凸结构。
如上所述,在本情况下,凹凸结构可以直接在套筒221的弹性层221b中形成,或者可以通过预先将由热塑性树脂制造的涂覆层221c应用在弹性层221b上而在涂覆层221c中形成。在光纳米压印处理中,可光致固化的树脂被施加到套筒221的表面,通过代替卤素加热器安装的UV光源辐射UV,以形成凹凸结构。
在本实例中使用的套筒221由光纳米压印处理形成,在具有2mm厚度的弹性层221b上提供有几纳米的底漆层以增加附着性,并且在其上施加有几微米的可光致固化的含氟树脂,以形成凹凸结构。
图21B是示出了使用金刚石磨边处理形成的凹凸结构的方法的示意图。该过程包括沿箭头f的方向朝着套筒221扫描具有尖端形成为锯形形状的金刚石刀片的针43,并且机械地切削套筒221的表面,以形成凹凸结构。该处理还包括沿箭头g的方向轻微地转动套筒221,再次沿箭头f的方向扫描针43,并且重复该过程,以形成凹凸结构。<确定凹凸结构的方法>
在套筒221上的凹凸结构的确定通过使用原子力显微镜(AFM)(由Pacific Nanotechnology Inc.制造的Nano-I)进行,根据测量设备的操作手册进行测量。将在下文对确定凹凸结构的方法进行描述。
图22是描述了采样的示意图。对于采样,在套筒221的中心部分处的表面被刀具或激光等切割,以加工为平滑的片材形状。使用AFM的测量通过沿图22中箭头s的方向(该方向是与套筒221的轴线j的水平方向j”垂直的方向)扫描套筒221的表面进行。此外,可以直接测量套筒221的表面,然后进行柱形校正。
图23是示出了在使用AFM的测量中所使用的两个类型的悬臂(探针)的尖端形状的示意图。探针A是具有对应于调色剂的粒子直径rt的尖端的半球形探针(见图23A),探针B是具有对应于磁性载体的粒子直径rc的尖端的半球形探针(见图23B)。
图24A是示出了通过后文所述的凹凸结构的测量方法获得的结构形状的实例的视图。图24B是由探针A和B测量的形状的曲线图。在图24B中,曲线J1示出了使用AFM由探针A测量的凹凸结构的图形J1(带有多个黑点标记的实线)。在图24B中,曲线J2示出了使用AFM由探针B测量的凹凸结构的图形J2(对应于水平线的虚线)。此处,沿扫描方向测量探针A和B的尖端位置。在图24B中,曲线J3示出了图24A中的凹凸转动元件22的凹凸结构。
在这种情况下,对于探针的尖端直径rt,测量通过充分地确保沿扫描方向的分辨率进行。具体地,分辨率优选地为尖端直径rt的1/10或更小。测量方法包括计算所获得的形状的差(曲线J2的位置-曲线J1的位置),进一步计算其微分,确定顶点P”,并且确定分别位于顶点P”的左、右的底点YL”和TR”。当在YL”和TR”之间的凸部22A形成为单位结构时,计算分别位于凸部22A的顶点P”的左、右的缓倾斜表面SL”(P”YL”)和陡倾斜表面SR”(P”YR”)的最大倾斜度κL”和κR”。
图25A是示出了通过测量在其中布置有凸部的结构的方法所测量的形状(J1和J2)的差(J2-J1)。由下文的确定标准确定该结构是否为凹凸结构。
条件1…由顶点P”n及左底点和右底点形成的凸部n结构的相邻十个凸部n结构(凸部1到凸部10)的缓倾斜表面SLn”的最大倾斜度κLn”和陡倾斜表面SRn”的最大倾斜度κRn”满足|κLn”|<|κRn”|。此外,可以是这样的条件:沿转动方向h彼此相邻的预定数目(例如,10)的凸部n结构的缓倾斜表面SLn”的最大倾斜度κLn”和陡倾斜表面SRn”的最大倾斜度κRn”的平均值满足∑(|κLn”|/n)<∑(|κRn”|/n)。
条件2…相邻顶点之间的距离L”n(L”1到L”10)满足等式11,缓倾斜表面SL”的宽度xL”n与相邻顶点之间的距离L”n的比(xL”1/L”1到xL”10/L”10)满足等式12。
[等式11]
[等式12]
此处,将对等式11进行描述。例如,将对通过五个点测量顶点之间的距离进行描述。其中,当设置L”n1=7.8μm,L”n2=8.2μm,L”n3=7.5μm,L”n4=8.5μm,L”n5=8.0μm时,由于右侧是L”1到L”5的平均值的10%,右侧为0.8μm。在左侧,例如,如果从L”1减去L”1到L”5的平均值,绝对值为0.2μm。由于上述原因,顶点之间的距离的特定间距宽度的误差在顶点之间的距离的平均间距宽度的误差范围内。
此外,当通过五个点测量顶点之间的距离时,当设置L”n1=9.0μm,L”n2=7.0μm,L”n3=10.0μm,L”n4=6.0μm,L”n5=8.0μm时,由于右侧是L”1到L”5的平均值的10%,右侧为0.8μm。在左侧,例如,如果从L”1减去L”1到L”5的平均值,绝对值为1.0μm。由于上述原因,顶点之间的距离的特定间距宽度的误差不在顶点之间的距离的平均间距宽度的误差范围内。
由于这些原因,上述等式11或12意味着顶点之间的距离的误差,以及缓倾斜表面的宽度相对于顶点之间的距离的误差在10%之内。因此,凹凸结构具有沿转动方向h的、分别具有预定的规律性的凹部22B和凸部22A。
符合上述条件1和2的结构是其中具有不同倾斜角度的凸部22A被规律地布置的凹凸结构,并且该结构被确定为是根据本发明的凹凸结构。此外,对于探针A不能跟随的微结构、带有短间距的结构、带有探针B可以进入的长间距的结构,尽管也包括这样的结构,如果具有根据本发明的结构,可以获得本发明的效果。因此,套筒221可以在其表面包括上述结构。
<测量凹凸结构的方法和限定调色剂的粒子直径的方法>
当凹凸结构由确定凹凸结构的方法确定,将对测量凹凸结构的方法和限定调色剂的粒子直径的方法进行描述。对于测量,根据使用非接触表面和层横截面形状的测量系统R5200(由Ryoka Systems Inc.制造)的测量设备的操作手册,测量在确定方法中所使用的试样。
图25B是示出了由测量所获得的形状的视图。在这种情况下,与AFM测量相似,测量的方向是与套筒221的轴线j的水平轴线j”垂直的方向,测量的范围被设置为是通过AFM测量所获得的顶点之间的平均距离(1/n∑L”n)的十倍或以上。对此,测量范围中的最低点被设置为原点O,从原点O到顶点之间的平均距离的最高点为P1,从P1到顶点之间的平均距离的最低点为Y1,从Y1到顶点之间的平均距离的最高点为P2,然后,该重复过程,以确定P1到P11。接下来,计算相邻顶点P(P1到P2,P2到P3,…,P10到P11)之间的平均形状。
图26A是示出了图25B中顶点P之间的平均形状的视图。在本情况下,在顶点(PL和PR)之间连接的虚拟直线L1、以及与陡倾斜平面SR及缓倾斜平面SL接触的圆的直径被设定为Rn,其中Rn是调色剂的最小粒子直径。
在图26B中,对于平均形状,对应于具有粒子直径rc的磁性载体12的圆c与对应于具有粒子直径Rx的调色剂11、与第一虚拟直线L1接触、与陡倾斜表面SR上的顶点PL以及缓倾斜表面SL多点接触的圆t接触。在这种情况下,连接圆c的中心Oc和圆t的中心Ot的第二虚拟直线L2在穿过顶点PL时在示意图中被示出。在这种情况下获得的圆t的直径为Rx,是调色剂的最大粒子直径。
<测量粒子直径的方法>
根据测量设备的操作手册使用库尔特粒度仪-Ⅲ(BeckmanCoulter,Inc)测量调色剂的粒子直径。
具体地,0.1g作为分散剂的表面活性剂被添加到100ml的电解溶液(ISOTON)中,进一步,5mg的测量试样(调色剂)被添加到其中。借助超声波分散剂使其中悬浮有试样的电解溶液受到大约2分钟的分散处理,以作为测量试样使用。使用100μm的孔径,对于每个通道测量试样的数目,计算中间直径d50、累计分布中10%所对应的直径d10和90%所对应的直径d90,然后试样的数量平均粒子直径rt被设置为rt10和rt90。
根据测量设备的操作手册使用激光衍射粒子大小分布分析仪SALD-3000(由Shimadzu Corporation制造)测量磁性载体的粒子直径。具体地,0.1g的磁性载体被引入分析仪以进行测量,对于每个通道测量试样的数目,并且计算中间直径d50以确定试样的数量平均粒子直径rc。
<测量圆度的方法>
使用FPIA-2100类型(由Sysmex Corporation制造)测量、并且使用等式13和14计算相应于圆的调色剂的直径、圆度和频率分布。[等式13]
对应于圆的直径=(粒子投影面积/π)1/2×2…(13)
[等式14]
圆度=(面积与粒子投影图像的面积相同的圆的周长)/(粒子投影图像的周长)…(14)
此处,“粒子投影面积”是被二值化的调色剂粒子图像的面积,“粒子投影图像的周长”被定义为通过连接调色剂粒子图像的边缘点所获得的轮廓线的长度。
本发明的圆度是示出了调色剂粒子的凹凸度的指数,当调色剂粒子完全是球形时以1.00表示。随着表面形状更加复杂,圆度变得更小。此外,当在粒子大小分布的分割点i处圆度(中心值)被设置为ci并且频率被设置为fci时,从等式15计算意味着圆度频率分布的平均值的平均圆度C。
[等式15]
作为具体的测定方法,在容器中准备10ml从其中预先移除固体杂质的离子交换水,向其中添加作为分散剂的、优选地是烷基苯磺酸盐的表面活性物,然后进一步添加并均匀地分布0.02g的测量试样。作为用于分散的元件,使用超声波分散剂Tetora 150类型(由NikkakiBios Co.,Ltd.制造),并进行2分钟的分散处理,以作为用于测量的分散液使用。此时,分散液被适当地冷却使得其温度不会增加到40℃或更高。
对于测量调色剂粒子的形状,使用FPIA-2100类型,并且控制分散液的浓度,使得在测量时调色剂的粒子密度为3000到10000粒子/μL,使得多于1000个粒子被测量。在测量后,通过使用所测量的数据计算调色剂的平均圆度。
<评估方法>
为了确定显影量,在感光鼓1上被显影的调色剂被吸收,并且测量其质量(mg)和吸收部分的面积(cm2),然后,计算将上述参数相除所得到的单位面积的质量(mg/cm2)。
对于调色剂覆盖率,调色剂被显影在其上的感光鼓1的表面由显微镜VHX-5000(由Keyence Corporation制造)拍摄,并且使用图像处理软件Photoshop(Adobe Systems Incorporated制造)从图像获得所需数据。然后,仅提取调色剂单元(px)的面积,并且计算其对总面积的比。
对于定影后的密度评估,顺序进行显影、转印和定影以将调色剂图像定影在被涂覆的片材上,并在其上评估密度。对于密度评估,通过反射密度计500系列(由X-Rite Inc.制造)测量被涂覆的片材的反射密度Dr,对于所期望的反射密度(CMY:Dr≥1.3,K:Dr≥),未达到所期望的反射密度的情况为×,达到所期望的反射密度的情况为O。
对于评估定影度的图像均匀性,根据下述评估标准对其中能够简单地注意到密度不均匀的半色调图像进行评估。
水平良好(O):难以注意到斑点状的密度不均匀(0-3个点/cm2)。
水平较差(×):明显观察到斑点状的密度不均匀(4个点或更多/cm2)。
<确定带电系列的方法>
只有磁性载体被放入显影设备20的显影容器21中,并且进行大约1分钟的常规显影中的转动操作。在这种情况下,电场施加部分脱离,凹凸转动元件22和回收辊23处于电浮置状态。
表面电位计MODEL 347(由Trek Inc.制造)的探针以面对凹凸转动元件22的方式被安装在显影部分T的位置,并且测量凹凸转动元件22的表面电位。测量转动操作之前和之后的电位差(操作后电位-操作前电位),如果电位差是正或负,可以分别确定凹凸转动元件22的套筒221相较磁性载体就带电系列而言是正侧还是负侧。
与此同时,通过磁性载体和调色剂之间的摩擦带电,可以确定调色剂相较磁性载体就带电系列而言是正侧还是负侧,因此可以确定三个部分的相对带电系列。
<变型实例>
表7和表8示出了在下述条件1和2下根据实例1由显影设备20进行图像评估的结果。本实例中使用的套筒221由热纳米压印处理形成。几纳米的底漆层被沉积在具有2mm厚度的弹性层221b上以增加套筒上的附着性,并且在其上施加几微米的酰胺热塑性树脂,以通过热纳米压印处理形成凹凸结构。磁性载体通过改变铁氧体的烧结条件控制磁芯的粒子直径、并用硅树脂涂覆铁氧体来制造。此外,使用在条件1和2下所使用的显影剂的HV显影设备用在对比实例中。
<条件1>
调色剂(带负电):rt=1.7μm,平均圆度=0.96
磁性载体:rc=35μm
TD比:4%
凹凸结构(图20B):L=2μm,xL=1.8μm,d=0.45μm,κR=2.3,κL=0.25
速度比vh/vm=1.2
<条件2>
调色剂(带负电):rt=45μm,平均圆度=0.95
磁性载体:rc=500μm
TD比:7%
凹凸结构(图20B):L=50μm,xL=45μm,d=12μm,κR=2.4,κL=0.27
速度比vh/vm=1.1
[表7]
[表8]
无论调色剂的粒子直径和电荷极性如何,都能够验证本显影设备的效果。换句话说,无论调色剂的粒子直径和电荷极性如何,由于可以借助少量调色剂显影高密度调色剂图像,可以获得所期望的密度,并且改善密度的不均匀性。
<实例2>
图27是根据本发明的实例2的涂覆层221c的凹凸结构的横截面图。图27A是其中平坦部分M2在凹凸结构的谷部上形成的横截面图。如图27A所示,凹凸结构的缓倾斜表面SL由数个倾斜表面形成。特别地,平坦部分M2在缓倾斜表面SL的底部形成。根据该构造,细调色剂保留在结构内,可以改善由于连续地接收显影剂和感光鼓1的摩擦而造成的调色剂熔化。
在这种情况下,平坦部分M2的宽度LFa小于调色剂的粒子直径rt的三倍,并且优选地小于调色剂的粒子直径的两倍。因此,可以在凹凸结构上涂覆稳定的调色剂量。当然,同样在所述结构中,分别位于顶点P的左、右的缓倾斜表面SL(PYL)和陡倾斜表面SR(PYR)的最大倾斜度κL和最大倾斜度κR之间的关系为|κL|<|κR|,并且优选地,|κL|为0.5或更小,|κR|为1.0或更大。尽管未示出,凹凸结构可以是U形倾斜,其中缓倾斜表面SL和陡倾斜表面SR连续地改变。
图27B是其中平坦部分M1在凹凸结构的峰部上形成的横截面图。如图27B所示,凹凸结构的陡倾斜表面SR由数个倾斜表面形成。特别地,平坦部分M1在陡倾斜表面SR的顶部形成。根据该构造,可以抑制凹凸结构被显影剂和感光鼓1之间的摩擦磨损及变形。
在这种情况下,平坦部分M1的宽度LFb可以小于调色剂的粒子直径rt,因此,待涂覆在平坦部分M1上的调色剂被限制,可以在凹凸结构上涂覆稳定的调色剂量。当然,同样在所述结构中,分别位于顶点P的左、右的缓倾斜表面SL(PYL)和陡倾斜表面SR(PYR)的最大倾斜度κL和最大倾斜度κR之间的关系为|κL|<|κR|,并且优选地,|κL|为0.5或更小,|κR|为1.0或更大。
优选地,将孔径宽度Z设置为1μm以上、100μm以下。
优选地,将套筒221上的平坦部分M1(在凸部部分处)的比例设置为45%或更少。图36示出了套筒221上的区域S(虚线)、区域S上孔径宽度为L-LFb的孔径部分St以及区域S上宽度为LFb的平坦部分M1。调色剂被涂覆在孔径部分St。如上文所述,等于或大于套筒221上的调色剂量的调色剂量被用于在感光元件1的显影。
另一方面,在感光元件1上的所需的调色剂量大约是这样的量:借助该调色剂量,在定影后调色剂粒子可以彼此附着而没有任何间隔并且片材可以被覆盖有调色剂图像。具体地,涂覆在孔径部分St中的调色剂的总体积大于由定影后的调色剂层厚度dt与区域S的面积Sa的乘积所确定的立方体的体积。
[等式16]
(Sta:孔径部分St的面积(cm2),Sa:区域S的面积(cm2),ρ:调色剂的实际比重(g/cm3),dt:定影后的调色剂层厚度(cm),κ:孔径部分St处的调色剂量(g/cm2))
由于调色剂粒子基本以紧密填充的方式被填满,孔径部分St处的调色剂量κ可以通过下述等式近似。
[等式17]
由于在平均条件的情况下,可以使调色剂粒子碎裂到调色剂粒子直径rt的1/3左右,定影后的调色剂层厚度dt可以通过从上述两个等式得出的下述等式近似。
[等式18]
换句话说,当套筒221上的平坦部分M1的比例为45%或更少时,可以对调色剂定影而没有任何间隔。
图27C是其中平坦部分M1和M2分别在凹凸结构的峰部和谷部上形成的横截面图。如图27C所示,该凹凸结构是结合了图27A和图27B的特征的结构,因此可以抑制调色剂熔化或结构磨损。平坦部分M1的宽度LFc1和平坦部分M2的宽度LFc2可以被设置(与下文所述的图27D一致)。
图27D是其中图27C的缓倾斜表面SL的一部分的表面粗糙度相较陡倾斜表面SR被增大的横截面图。因此,在保持对凹凸结构的涂覆性质的同时,可以降低缓倾斜表面SL和调色剂之间的附着力,可以改善感光鼓1上的可显影性。也可以获得除图27C外的凹凸结构的相同效果。
<实例3>
在实例1和2的显影设备结构的情况下,当在感光鼓1以多层方式显影调色剂图像时,可以通过将在等式6到8的条件下计算的值乘以所期望的调色剂层的层数来设置圆周速度比。然而,通过增加圆周速度比,可能生成被称为“扫除”的图像缺陷。
图28是示出了扫除的示意图。扫除指的是这样的图像,其中当例如纯黑色部分VL的高密度部分与例如纯白部分VD的低密度部分彼此相邻的图像沿感光鼓1的行进方向m输出时,纯黑部分VL的后端密度被较浓地输出。扫除发生的原因是,通过增加圆周速度比,当调色剂超过感光鼓1的末端时,在上游部分(纯白部分)中没有被显影并保留涂覆在调色剂承载元件上的调色剂被显影。
图29A示出了使用凹凸结构的显影设备20的构造的实例,并且描述了改善图像缺陷的方法。显影设备20被放置为与感光鼓1相对,调色剂承载元件27(该调色剂承载元件在本构造中是用于接收调色剂的“接收元件”)被放置于显影容器21的开口中。调色剂承载元件27由包括作为基层的具有金属材料的筒形元件的元件、和覆盖于其上的弹性层形成。调色剂承载元件27承载调色剂。
基层可以是任何具有导电性和刚性属性的材料,可以由SUS、铁、铝等形成。弹性层包括,作为基底材料的、例如硅橡胶、丙烯酸类橡胶、腈橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶、异丙烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶等具有合适的弹性的橡胶材料。弹性层是提供有导电性的层,其中例如碳、氧化钛、或金属微粒子的微粒子被添加到基底材料。
为了控制表面粗糙度,除了导电微粒子,在弹性层中可以分散有球面树脂。在本实施例中,使用包括由不锈钢制成的基层,并且在该基层上形成有由硅橡胶和聚氨酯橡胶制成的、且在其中分散有碳的弹性层的调色剂承载元件27。调色剂承载元件27以与感光鼓1接触的方式放置,并且沿在显影部分T”与感光鼓1的转动方向相同的方向运动的方式被能够转动地提供,并且以保证两个速度彼此基本相等的方式设置。此处,两速度的周向速度比优选地是1倍以上,但1.1倍以下。
在本实施例中,调色剂承载元件27和感光鼓1彼此接触,对于所谓的接触显影,调色剂承载元件27由具有弹性或挠性属性的元件制成,但对于非接触显影,调色剂承载元件由具有导电性和刚性属性的材料制成,例如可以由SUS、铁、铝等形成。凹凸转动元件22被放置在显影容器21内以与调色剂承载元件27接触的方式面对该调色剂承载元件。
因此,调色剂承载元件27和凹凸转动元件22之中的至少一个需要由具有弹性和挠性的元件制成。凹凸转动元件22包括将调色剂传送到面对调色剂承载元件27的显影部分T”的套筒221、以及多个固定地放置在其中的永磁体222。此外,根据本发明的凹凸结构在套筒221的表面形成。
在本实例中,对于套筒221表面的Ni-P层,凹凸结构通过金刚石磨边处理形成。套筒221以在显影部分T”中沿与调色剂承载元件27相同方向运动的方式被能够转动地提供,两速度均以具有由等式6到8、调色剂的粒子直径rt和凹凸结构确定的圆周速度比的方式设置。
在本实例中,调色剂的粒子直径为7.6μm,磁性载体的粒子直径rc为90μm。此外,凹凸结构的条件(图20B)被设置为L=8μm,xL=7.3μm,d=1.9μm,κR=2.7,以及κL=0.26。圆周速度比被设置为2.1倍,通过将从等式6计算的值(1.05)乘以2倍的调色剂总数目得到。
在本实例中,调色剂承载元件27和凹凸转动元件22以沿相同方向运动的方式转动,但它们可以沿相反方向运动。回收辊23在沿套筒221的转动方向相对显影部分T的上游、且在相对通过供给元件24将显影剂供给到凹凸结构的供给部分W的下游位置处,与凹凸转动元件22和调色剂承载元件27相对且带有间隔地放置。
回收辊23包括:在面对凹凸转动元件22的回收部分U中、通过磁力回收显影剂并将被回收的显影剂传送到和刮刀25相面对的面对部分的套筒231,以及多个在其内部固定地放置的永磁体232。接下来,将参考29B对作为本发明的特征的、在显影设备20中在调色剂承载元件27上涂覆调色剂并在感光鼓1上对静电图像显影进行描述。
双组分显影剂10通过供给元件24被供给到在其表面具有凹凸结构的凹凸转动元件22。在从将双组分显影剂10供给到套筒221到后文所述的由回收辊23回收的传送处理中,与套筒221接触的双组分显影剂10的带负电的调色剂以薄层被稳定且均匀地涂覆在套筒221上。
被涂覆的调色剂以外的双组分显影剂10在回收部分U中通过磁力由回收辊23回收。另一方面,没有被回收而是薄且均匀地涂覆在凹凸转动元件22上的调色剂在显影部分T中与调色剂承载元件27接触,并通过由电压供给部分26生成的电位差被涂覆在调色剂承载元件27上。
在本实例中,通过电压供给部分26B和电压供给部分26S分别向凹凸转动元件22和调色剂承载元件27供给-400V和-700V的直流电压。在这种情况下,沿陡倾斜表面向上运动然后沿缓倾斜表面向下运动的方向被设置为正,凹凸转动元件22的运动速度vh相对于调色剂承载元件27的表面速度vm的相对速度为正。通过适当地设置凹凸转动元件22和调色剂承载元件27的速度比vh/vm,可以实现在调色剂承载元件27上涂覆多层且高密度的调色剂。
此后,承载在调色剂承载元件27上的调色剂11被传送到面对感光鼓1的显影部分T”,并且在感光鼓1和调色剂承载元件27的圆周速度是基本一致的速度的条件下被显影。因此,可以在感光鼓1上显影高密度调色剂图像,且减少“扫除”。
接下来,将对回收残留在调色剂承载元件27上的未被显影的残余调色剂11”进行描述。残余调色剂11”通过调色剂承载元件27传送到面对回收辊23的回收部分Y。在这种情况下,残余调色剂11”与承载在回收辊23上的双组分显影剂10接触。由于凹凸转动元件22预先涂覆有调色剂,双组分显影剂10具有被降低的TD比。
因此,由于显影剂具有回收调色剂的能力,并且通过与未被显影的调色剂接触,残余调色剂11”从调色剂承载元件27脱离,并被回收在承载在回收辊23的双组分显影剂10中。在本实施例中,回收辊23处于电浮置状态中而未对其施加电压,但也可以对其施加电压。
在这种情况下,为了在回收部分Y中回收残余调色剂11”,施加到回收辊23的电压优选地是施加到调色剂承载元件27的直流电压VB或更大(当使用带正电的调色剂时,是直流电压VB或更小)。与此同时,当电压被施加到回收辊23时,电场也在回收部分U作用。即使在这样的条件下,在通过凹凸结构涂覆在套筒221上的调色剂中,生成与电场的方向垂直的分量结合力。
与此同时,由于其他显影剂被回收在回收辊23上,可以实现在凹凸转动元件22上更稳定且均匀的薄层涂覆。更优选地,被放置为与回收部分Y相对的永磁体232的磁极(S23y极)和被放置为与回收部分U相对的永磁体232的磁极(S23u极)是相同的极性。参考图30对其原因进行描述。
图30A、图30B和图30C是示出了从回收部分U到回收部分Y的磁刷传送的示意图。在回收部分U中,由于电场E23,除被涂覆在套筒221外的调色剂沿向着回收辊23的方向被投射,因此在回收辊23附近的调色剂量增加(见图30A)。通过套筒231的转动和由永磁体232产生的磁场,磁刷被传送(见图30B),并且在被传送到回收部分Y的磁刷中,在调色剂承载元件27附近的调色剂量下降(见图30C)。
因此,由于残余调色剂11”容易由磁性载体回收,可以借助较低的电场E73回收残余调色剂11”。此处,不局限于所述磁极构造,并且被放置为与回收部分Y相对的永磁体232的磁极和被放置为与回收部分U相对的永磁体232的磁极可以彼此具有彼此相同的极性。在回收部分U和Y中,被回收的显影剂和残余调色剂11”通过磁场和刮刀25返回到显影容器21,再次由供给元件24搅拌并传送,并且在供给部分W中被供给到凹凸转动元件22。
图30D示出了用于由刮刀25回收残余调色剂的构造。如图30D所示,可以使用由独立的回收元件回收残余调色剂的构造。在本实例中,使用刮刀作为回收元件,但也可以使用例如承载有海绵辊或磁性载体的套筒的转动元件。
[实例4]
图31是根据实例4的显影设备的横截面图。凹凸转动元件22具有在显影容器21中被能够转动地支撑的、且沿转动方向h能够转动的套筒221,以及被不能转动地支撑在套筒221的内部且具有多个磁极的的永磁体222。套筒221具有通过沿其运动方向布置形成的凹凸结构,并且被放置为使得凹凸结构和感光鼓1(在该构造中,该感光鼓是用于接收调色剂的“接收元件”)彼此接触。
作为“调色剂承载元件”的感光鼓1承载调色剂。此外,当沿陡倾斜表面向上运动然后沿缓倾斜表面向下运动的方向被设置为正时,凹凸转动元件22的表面速度相对于感光鼓1的表面速度的相对速度可以是正的。
在本例中,套筒221包括由不锈钢制成的基层221a,和在基层上以大约3mm厚度形成的、由在其中分散有碳的硅橡胶制成的的弹性层221b,以及在弹性层上以大约7μm厚度形成的涂覆层221c。在涂覆层221c中的凹凸结构通过光纳米压印处理固化可光致固化的树脂形成。
显影容器21具有用于将显影剂供给到凹凸转动元件22的供给元件24和用于回收凹凸转动元件22上的显影剂的回收元件23J,所述供给元件和回收元件面对凹凸转动元件22、以一定间隔固定地放置于显影容器的内部。
供给元件24在搅拌显影容器21中的双组分显影剂10的同时,将由后文所述的回收元件23J回收的双组分显影剂传送到在其中凹凸转动元件22和供给元件24彼此面对的供给部分W,并且显影剂由永磁体222所施加的磁力被供给到凹凸转动元件22。
与此同时,作为“回收部分”的回收元件23J由磁性材料或具有高于预定量的磁导率的金属材料形成。回收元件23J通过与永磁体222协同形成的磁场所施加的磁力回收显影剂。回收元件23J可以被放置在沿套筒221的转动方向h、相对于将凹凸结构上的调色剂运动到感光鼓1的显影部分T的上游且相对于供给部分W的下游位置处。用于避免调色剂11被散播到显影容器21外的防散播片材28提供在显影容器21的开口中。
此处,将对在显影设备20中,在凹凸转动结构22上涂覆调色剂并且在感光鼓1上对静电图像显影进行描述。在供给部分W,由供给元件24供给到凹凸转动元件22的显影剂通过套筒221的转动(沿图31中的h方向)和由永磁体222产生的磁场所施加的磁力,沿图31中箭头h的方向被传送。被传送的显影剂10被回收元件23J和永磁体222协同形成的磁场所施加的磁力束缚在其中回收元件23J和凹凸转动元件22彼此面对的回收部分U中,并且最终因重力掉落到显影容器21中。
与此同时,在传送处理期间,由于与套筒221接触且待涂敷于套筒上的调色剂没有被磁力束缚,调色剂穿过回收部分U并且被传送到面对感光鼓1的显影部分T。由电压施加部分26对凹凸转动元件22施加电压,并且在凹凸转动元件22和感光鼓1之间生成电位差。此外,凹凸转动元件22的运动速度vh与感光鼓1的运动速度vm的速度比vh/vm以具有由等式6到8确定的圆周速度比的方式被设置。
图32是示出了其中在该构造中作为用于接收调色剂的“接收元件”的调色剂承载元件27被放置在凹凸转动元件22和感光鼓1之间以抑制“扫除”的显影设备的横截面图。在显影部分T”中,由于感光鼓1和显影剂承载元件27以基本一致的速度转动,可以在感光鼓1上显影高密度调色剂图像且减少“扫除”。
如上所述,在根据本实例的显影设备中,也可以借助少量调色剂在感光鼓1上稳定地显影高密度图像,获得所期望的密度,并且改善图像的均匀性。此外,由于根据本实例的显影设备包括具有简化构造的回收部分,可以适应显影设备大小的降低。
<实例5>
图33A是根据实例5的显影设备20的横截面图。图33B是根据变型实例的显影设备20的横截面图。凹凸转动元件22具有能够转动地支撑在显影容器21中、并具有形成在其表面上的凹凸结构的带件223,在带件223的内侧被不能转动地支撑、且具有多个磁极的永磁体222,用于悬撑带件223的作为“多个辊”的驱动辊224,以及弹性辊225。在图33A中,回收辊23被放置在面对带件223的位置,在图33B中,回收元件23J被放置在面对带件223的位置。
在本实例中,通过使用带件223,根据本发明的凹凸结构通过热纳米压印处理直接形成在由聚酰亚胺制造的基材上。附加地,作为另一种带件,可以在基材上提供由热固性树脂或可光致固化的树脂形成的涂覆层,然后可以通过纳米压印处理在涂覆层上形成凹凸结构。此外,通过电铸可以在SUS基材上提供具有低磁导率的例如Ni-P的金属层,然后可以通过金刚石磨边处理在金属层上形成凹凸结构。
此外,为了避免被切削或为了绝缘处理,可以在凹凸结构上涂覆高硬度材料和绝缘材料。在这种情况中,需要形成足以在其上保持凹凸结构的薄涂覆层。在本实例中,向放置在带件223的内侧的弹性辊225进给功率,但该功率可以直接被进给到带件的基材。代替弹性辊225,带件223可以设置有弹性层。在根据本实例的显影设备中,通过使用带件223,可以根据需要改变从供给部分W到回收部分U的传送距离,因此可以避免安装空间的限制,并且可以容易地保证传送距离。
[实例6]
图34A是根据实例6的显影设备20的横截面图。凹凸转动元件22具有被能够转动地支撑在显影容器21中、并具有形成在其表面上的凹凸结构的带件223,在带件223的内侧被不能转动地支撑且具有多个磁极的永磁体222。此外,凹凸转动元件22具有用于悬撑带件223的作为“多个辊”的驱动辊224,以及弹性辊225。
在本实例中,通过使用带件223,凹凸结构通过热纳米压印处理直接形成在由聚酰亚胺制造的基材上。被固定地放置在面对永磁体222的位置的回收元件23J优选地由例如铁的具有较高磁导率的金属材料形成。在本实例中,回收元件23J被固定地放置,但它可以被能够转动地放置,例如为金属辊。
图34B是根据变型实例的显影设备20的横截面图。如图34B所示,为了抑制“扫除”,在本构造中作为用于接收调色剂的“接收元件”的调色剂承载元件27被放置在凹凸转动元件22和感光鼓1之间。调色剂承载元件27承载调色剂。在显影部分T”中,由于感光鼓1和显影剂承载元件27以基本一致的速度转动,可以在感光鼓1上显影高密度调色剂图像且降低“扫除”。
在根据本实例的显影设备中,通过转动被放置在带件223的内侧的永磁体222,磁刷在带件223上转动的同时被传送。因此,可以通过较短的传送距离及传送时间,增加带件223和调色剂之间的接触频率。此外,通过控制永磁体222的转动速度,可以抑制涂覆量的变化而不影响其他构造。
[实例7]
图35是根据实例7的显影设备20的横截面图。凹凸转动元件22是在显影容器21中沿其转动方向h被能够转动地支撑的套筒221。在本实例中,套筒221具有由不锈钢制成的基层221a,和在基层上以大约3mm厚度形成的、由在其中分散有碳的硅橡胶制成的弹性层221b,以及在弹性层上以大约7μm厚度形成的涂覆层221c。
涂覆层221c中的凹凸结构通过光纳米压印处理固化可光致固化的树脂形成。在本实例中,供给回收元件29起供给元件和回收元件的作用。供给回收元件29包括被能够转动地支撑在显影容器21中的套筒291,以及被不能转动地支撑在套筒291的内部且具有多个磁极的永磁体292。供给回收元件29可以被放置为使得被承载的显影剂与凹凸转动元件22接触。
将对在凹凸转动元件22上涂覆调色剂的处理进行描述。由供给元件30供给到供给回收元件29的显影剂通过套筒291的转动和由永磁体292产生的磁场所施加的磁力,沿图35A中箭头q的方向被传送。被传送的显影剂在供给部分W中与凹凸转动元件22接触,并且在回收部分U中通过由永磁体292形成的磁场所施加的磁力被供给回收元件29回收。
与此同时,由于与套筒221接触且待涂敷于套筒上的调色剂没有被磁力束缚,调色剂穿过回收部分U并且被传送到面对感光鼓1的显影部分T。在这种情况下,由电压施加部分26在凹凸转动元件22和感光鼓1之间生成电位差。此外,凹凸转动元件22的运动速度vh与感光鼓1的运动速度vm的速度比vh/vm以具有由等式6到8确定的圆周速度比的方式设置。
图35B是根据变实施例的显影设备20的横截面图。如图35B所示,为了抑制“扫除”,变型实例包括其中在本构造中作为用于接收调色剂的“接收元件”的调色剂承载元件27放置在凹凸转动元件22和感光鼓1之间的显影设备。调色剂承载元件27承载调色剂。
在显影部分T”中,由于感光鼓1和调色剂承载元件27以基本一致的速度转动,可以在感光鼓1上显影高密度调色剂图像且降低“扫除”。此处,将对回收调色剂承载元件27上残留的残余调色剂进行描述。由于在回收部分U中,凹凸转动元件22预先涂覆有由供给回收元件29回收的显影剂,TD比被降低。
因此,由于显影剂具有回收调色剂的能力,并且通过与未被显影的调色剂接触,可以回收残余调色剂。在本实例中,供给回收元件29处于电浮置状态中而未对其施加电压,但也可以对其施加电压。在这种情况下,为了在回收部分Y中回收残余调色剂,对供给回收元件29施加的电压优选地小于对调色剂承载元件27施加的直流电压VB(当使用带负电的调色剂时,大于直流电压VB)。
此外,被放置为与回收部分Y相对的永磁体292的磁极和被放置为与供给部分W相对的永磁体292的磁极优选地具有彼此相同的磁性。此外,如实例3所述,可以使用由独立的回收元件回收残余调色剂的构造。在根据本实例的显影设备中,供给回收元件起供给元件和回收元件的作用。因此,不需要在不同元件彼此之间传送显影剂,因此难以产生在传送过程中可以造成固定层的传送故障等。相应地,难以共享显影剂,因此可以提高耐久性。
根据实例1到7的构造,在凹凸转动元件22的表面的多个凸部22A上供给并传送双组分显影剂10的过程中,显影剂被均匀地涂覆于其上。换句话说,承载非磁性调色剂的元件可以均匀地承载显影剂中的非磁性调色剂。此外,在回收除了被均匀地涂覆的调色剂外的双组分显影剂10后,在多个凸部22A之间的调色剂运动到接收元件。
具体地,当沿在多个凸部22A之间形成的带有陡倾斜角度的陡倾斜表面SR向上运动然后沿带有缓倾斜角度的缓倾斜表面SL向下运动的方向被设置为正时,凹凸转动元件22的表面速度与接收元件的表面速度的相对速度被设置为正。因此,被承载在多个凸部22A之间的调色剂可靠地运动到接收元件。此外,借助少量调色剂,在感光鼓1的表面上,从单层到多层地显影高密度图像。
尽管参考实例性实施例对本发明进行了描述,应该理解的是,本发明不局限于所公开的示例性实施例。应该给予后文权利要求的范围最广泛的理解以包含所有变型和等同结构及功能。
本申请要求了2014年2月12日提交的日本专利申请No.2014-024651的权益,该专利申请通过引用全部被并入本发明的说明书。
Claims (14)
1.一种成像装置,该成像装置包括:
显影容器,该显影容器容纳具有非磁性调色剂和磁性载体的显影剂;
凹凸元件,该凹凸元件被能够转动地放置在显影容器中,具有沿其转动方向形成的多个凹槽,并且承载显影剂;
回收部件,该回收部件被放置为与凹凸元件相对并且回收承载在凹凸元件上的磁性载体;以及
接收元件,该接收元件在沿凹凸元件的转动方向相对于回收部件的下游侧与凹凸元件接触,并且接收承载在凹凸元件上的调色剂,
其中在凹凸元件中形成的每个凹槽具有被构造为与具有至少平均粒子直径的调色剂接触的内表面,并且凹槽的顶点高度小于与其接触的调色剂的顶点的高度,并且
每个凹槽具有侧表面,该侧表面包括沿凹凸元件的圆周方向、沿一个方向形成的第一侧表面和沿另一个方向形成的第二侧表面,其中第一侧表面的倾斜角度小于第二侧表面的倾斜角度,当沿凹凸元件的圆周方向、沿第一侧表面向下运动的方向被设置为正时,在凹凸元件和接收元件彼此接触的位置处,凹凸元件的表面速度与接收元件的表面速度的相对速度被设置为正。
2.根据权利要求1所述的成像装置,
其中,当与连接凹凸元件的表面的多个凸部的顶点的第一虚拟直线接触并与在相邻凸部之间形成的两个倾斜表面接触的非磁性调色剂的粒子直径被设置为Rn时,并且,
当连接与两个倾斜表面中的一个倾斜表面的顶点及另一个倾斜表面接触的非磁性调色剂的调色剂中心和与第一虚拟直线及非磁性调色剂接触并具有预定粒子直径的磁性载体的载体中心的第二虚拟直线穿过所述一个倾斜表面的顶点时,非磁性调色剂的粒子直径被设置为Rx,
满足关系:Rn≤非磁性调色剂的粒子直径≤Rx。
3.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,其中,对于非磁性调色剂,在累积粒子大小分布中10%所对应的粒子直径为Rn或更大,在累积粒子大小分布中90%所对应的粒子直径为Rx或更小。
4.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,其中沿转动方向的凹凸元件的表面的相邻凸部之间的间隔小于调色剂的粒子直径的三倍。
5.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,其中凸部的第一侧表面的最大倾斜角度|κL|为0.5或更小,凸部的第二侧表面的最大倾斜角度|κR|为1.0或更大。
6.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,其中,当设置调色剂的粒子直径rt、作为凸部之间的间隔的倾斜间距L、承载在接收元件的表面上的调色剂的中心之间的距离R、自然数n和m,并且上述参数的关系被设置为n+1<(L/rt)≤n+2和m-1<(rt/L)≤m时,凹凸元件的表面的运动速度vh与接收元件的表面的运动速度vm的速度比vh/vm满足下列条件:
[等式16]
(A)
[等式17]
(B)
[等式18]
(C)
7.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,其中凹凸元件的表面、非磁性调色剂、以及磁性载体的带电系列被限定为使得磁性载体被布置在非磁性调色剂和凹凸元件的表面之间。
8.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,
其中凹凸元件具有:
套筒,该套筒被能够转动地支撑在显影容器中,以及
永磁体,该永磁体被不能转动地支撑在套筒的内部并且具有多个磁极,
其中显影剂通过供给部件被供给到凹凸元件,该供给部件在搅拌显影容器内部的显影剂的同时将所述显影剂供给到凹凸元件,
回收部件具有:
套筒,回收部件的该套筒被能够转动地支撑在显影容器中,以及
永磁体,该永磁体被不能转动地支撑在回收部件的套筒的内部并且具有多个磁极,
其中在凹凸元件内部的永磁体和在回收部件内部的永磁体配合以形成磁场,并且回收部件通过由所述磁场所施加的磁力回收显影剂。
9.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,
其中凹凸元件具有:
套筒,该套筒被能够转动地支撑在显影容器中,以及
永磁体,该永磁体被不能转动地支撑在套筒的内部并且具有多个磁极,
其中显影剂通过供给部件被供给到凹凸元件,该供给部件在搅拌显影容器内部的显影剂的同时将所述显影剂供给到凹凸元件,
回收部件由磁性材料或具有相较预定量更高的磁导率的金属材料形成,并且
在凹凸元件内部的永磁体和在回收部件内部的永磁体配合以形成磁场,并且回收部件通过由所述磁场所施加的磁力回收显影剂。
10.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,
其中凹凸元件具有:
带件,该带件被能够转动地支撑在显影容器中,
永磁体,该永磁体被不能转动地支撑在带件的内侧并且具有多个磁极,以及
悬撑所述带件的多个辊。
11.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,
其中凹凸元件具有:
带件,该带件被能够转动地支撑在显影容器中,
永磁体,该永磁体被能够转动地支撑在带件的内侧并且具有多个磁极,以及
悬撑所述带件的多个辊。
12.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,
其中凹凸元件是被能够转动地支撑在显影容器中的套筒,
显影剂通过起供给部件和回收部件的作用的供给回收元件供给到凹凸元件,其中供给回收元件具有:
套筒,供给回收元件的该套筒被能够转动地支撑在显影容器中,以及
永磁体,该永磁体被不能转动地支撑在供给回收元件的套筒的内部并且具有多个磁极,
其中供给回收元件被放置在待承载的显影剂与凹凸元件接触的位置,并且通过由永磁体形成的磁场所施加的磁力供给并回收显影剂。
13.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,其中接收元件是承载静电图像的图像承载元件。
14.根据权利要求1到2中的任意一项所述的成像装置,其中接收元件是承载非磁性调色剂的调色剂承载元件。
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PB01 | Publication | ||
EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150812 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |