雙組分顯影劑、顯影裝置和圖像形成設備的製作方法

2023-05-31 20:56:56

雙組分顯影劑、顯影裝置和圖像形成設備的製作方法
【專利摘要】本發明涉及雙組分顯影劑、顯影裝置和圖像形成設備。雙組分顯影劑包括色調劑和磁性載體。在包括圓筒狀顯影劑輸送構件的顯影裝置中使用該雙組分顯影劑，該顯影劑輸送構件被布置成與旋轉的潛像載體分離開125μm至250μm。該顯影劑輸送構件旋轉，使得其接近所述潛像載體的那一部分的運動方向與所述潛像載體的運動方向相反。該雙組分顯影劑由所述顯影裝置的顯影劑輸送構件在形成磁刷的狀態下承載和輸送。該雙組分顯影劑在滿足以下條件的情況下被使用：所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域的區域寬度在從1.0mm到2.25mm的範圍內；以及所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域處的顯影劑密度在從0.75×10－6到1.50×10－6g/m3的範圍內。
【專利說明】雙組分顯影劑、顯影裝置和圖像形成設備
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種雙組分顯影劑、顯影裝置和圖像形成設備。
【背景技術】
[0002]採用諸如靜電記錄系統或電子照相系統之類的圖像記錄系統的圖像形成設備(諸如印表機、複印機和傳真機)包括顯影裝置，該顯影裝置利用顯影劑使形成在旋轉的潛像載體(諸如感光體)上的靜電潛像顯影。
[0003]在這種顯影裝置當中，存在一種使用所謂的接觸式對置顯影系統的顯影裝置。這種顯影裝置使用包括色調劑和磁性載體的雙組分顯影劑並按如下方式進行顯影。雙組分顯影劑在形成磁刷的狀態下由圓筒狀顯影劑輸送構件保持，被一直輸送至面對潛像載體的顯影區域，並在與該顯影區域接觸的狀態下經過該顯影區域。顯影劑輸送構件旋轉，使其接近潛像載體的那一部分的運動方向與所述潛像載體的運動方向相反。作為包括這種使用對置顯影系統的顯影裝置的圖像形成設備，例如已知如下圖像形成設備。
[0004]為了防止由於端部密度降低使圖像發生不均勻和在對置顯影系統中往往會出現的模糊，主要將注意力集中在色調劑相對於感光體的附著力，一種這樣的圖像形成設備具有在有機感光體的表面處包括表面層(該表面層包括特定的有機顆粒)的結構或向有機感光體的表面供應表面能量降低劑的結構(參見日本特開2006-178410號公報(專利文獻I))。為了防止傾向於在對置顯影系統中發生的色調劑飛散或模糊，並且為了防止由於端部密度降低而使圖像發生不均勻，另一種這樣的圖像形成設備具有在有機感光體的表面處包括表面層的結構，該表面層包括特定的金屬氧化物顆粒(參見日本特開2006-178412號公報(專利文獻2))。
[0005]專利文獻I和專利文獻2例如討論了在顯影裝置中的顯影套筒和有機感光體之間的顯影間隙在從0.2mm到0.6mm的範圍內以及顯影套筒的周向速度和感光體的周向速度之比在從1.2到3.0的範圍內。

【發明內容】

[0006]因而，本發明的目的是提供一種雙組分顯影劑、顯影裝置和圖像形成設備，從而使得無需使用新的特定材料就可以抑制在使用雙組分顯影劑的接觸式對置顯影系統中發生的圖像後端部密度增加。
[0007]根據本發明的第一方面，提供了一種雙組分顯影劑，該雙組分顯影劑包括色調劑和磁性載體。在包括圓筒狀顯影劑輸送構件的顯影裝置中使用所述雙組分顯影劑，該顯影劑輸送構件被布置成與旋轉的潛像載體分離開125 μ m至250 μ m。所述顯影劑輸送構件旋轉，使得其接近所述潛像載體的那一部分的運動方向與所述潛像載體的運動方向相反。所述雙組分顯影劑由所述顯影裝置的顯影劑輸送構件在形成磁刷的狀態下承載和輸送。所述雙組分顯影劑在滿足以下條件的情況下被使用:所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域的區域寬度在從1.0mm到2.25_的範圍內；以及所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域處的顯影劑密度在從0.75X 10 — 6到1.50X10 - 6g/m3的範圍內。
[0008]根據本發明的第二方面，提供了一種顯影裝置，該顯影裝置包括:圓筒狀顯影劑輸送構件，該顯影劑輸送構件旋轉，使得其接近旋轉的潛像載體的那一部分的運動方向與所述潛像載體的運動方向相反。所述顯影劑輸送構件以形成磁刷的狀態承載並輸送雙組分顯影劑，所述雙組分顯影劑包括色調劑和磁性載體。所述顯影裝置在如下狀態下使用:所述顯影劑輸送構件和所述潛像載體之間的距離在從125 μ m至250 μ m的範圍內，所述顯影劑輸送構件處形成的所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域的區域寬度在從1.0mm到
2.25mm的範圍內，並且所述顯影劑輸送構件處形成的所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域處的顯影劑密度在從0.75 X 10 — 6g/m3到1.50 X 10 一 6g/m3的範圍內。
[0009]根據本發明的第三方面，提供了一種圖像形成設備，該圖像形成設備包括旋轉的潛像載體和顯影裝置。該顯影裝置包括圓筒狀顯影劑輸送構件，該顯影劑輸送構件旋轉，使得其接近所述潛像載體的那一部分的運動方向與所述潛像載體的運動方向相反，所述顯影劑輸送構件以形成磁刷的狀態承載並輸送雙組分顯影劑，所述雙組分顯影劑包括色調劑和磁性載體。所述顯影劑輸送構件和所述潛像載體之間的距離在從125 μ m至250 μ m的範圍內。所述顯影劑輸送構件處形成的所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域的區域寬度在從1.0mm到2.25mm的範圍內。所述顯影劑輸送構件處形成的所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域處的顯影劑密度在從0.75X 10 — 6g/m3到1.50X 10 —6g/m3的範圍內。
[0010]根據第一方面的雙組分顯影劑、第二方面的顯影裝置和第三方面的圖像形成設備，可以不使用新的特殊材料而抑制在使用接觸式雙組分顯影劑的接觸式對置顯影系統中發生的圖像後端部的密度增加。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]將基於附圖詳細描述本發明的示例性實施方式，其中:
[0012]圖1示出了使用根據示例性實施方式的顯影裝置的圖像形成設備的主要部分；
[0013]圖2是在圖1所示的圖像形成設備中使用的顯影裝置的示意性剖視圖；
[0014]圖3示出了在圖2所示的顯影裝置中的顯影輥的磁輥的磁極和磁通密度分布；
[0015]圖4以放大形式示出了圖2所示的顯影裝置的特徵要素(例如接觸區域的間隙和寬度)；
[0016]圖5是檢查圖像後端增強發生狀態的測試結果的表；
[0017]圖6A和圖6B均示出了感光鼓和顯影輥之間的間隔(DRS)的大小與邊緣電場的狀態之間的關係；
[0018]圖7是示出了當間隔(DRS)改變時邊緣電場的測量結果的曲線圖；
[0019]圖8是示出了接觸區域處的顯影劑密度和顯影色調劑的量之間的關係的曲線圖；
[0020]圖9是示出了感光鼓和顯影輥之間的相對速度與後端增強發生狀態之間的關係的曲線圖；
[0021]圖10是示出了感光鼓的水滴接觸角與後端增強發生狀態之間的關係的曲線圖；以及
[0022]圖11以放大形式示出了在接觸式對置顯影系統中發生的圖像後端密度增大的狀態。【具體實施方式】
[0023]下面將參照附圖描述本發明的示例性實施方式。
[0024]「示例性實施方式I
[0025]圖1和圖2均示出了採用根據示例性實施方式的顯影裝置5的圖像形成設備I。圖1示意性地示出了圖像形成設備I。圖2示意性地示出了顯影裝置5。
[0026]如圖1所示，圖像形成設備I包括布置在殼體2 (例如由支撐構件和外部構件形成)的內部空間中的圖像形成裝置10、片材供送裝置30和定影裝置40。圖像形成裝置10使用顯影劑形成色調劑圖像，並將色調劑圖像轉印到片材9。片材供送裝置30容納待供應到圖像形成裝置10的片材9，並將片材9送出。定影裝置40將在圖像形成裝置10處轉印到片材9的色調劑圖像定影。圖1中的點劃線表示主片材輸送路徑，片材9在殼體2中沿著該主片材輸送路徑輸送。
[0027]圖像形成裝置10通過使用例如公知的電子照相系統形成。圖像形成裝置10主要包括感光鼓11、充電裝置12、曝光裝置13、顯影裝置5、轉印裝置15和清潔裝置16。感光鼓11在箭頭A的方向(B卩，圖1中的順時針方向)上被驅動旋轉。充電裝置12將感光鼓11的周面充電至所需電勢。曝光裝置13利用基於圖像信息(信號)的光照射感光鼓11的帶電周面，並形成具有電勢差的靜電潛像。顯影裝置5通過利用雙組分顯影劑8使靜電潛像顯影而將靜電潛像形成為色調劑圖像。轉印裝置15將色調劑圖像轉印到片材9上。清潔裝置16將例如轉印之後感光鼓11的周面上的殘餘色調劑清除，從而清潔感光鼓11的周面。
[0028]感光鼓11例如是這樣一種感光鼓，其包括感光層(例如由有機感光材料形成)，該感光層沿著連接至地的圓筒狀導電基體的外周面設置。充電裝置12是接觸式或非接觸式充電裝置。作為曝光裝置13，使用其中半導體層和各種光學元件相組合的雷射束掃描裝置或其中發光二極體(LED)和各種光學元件相組合的發光二極體(LED)陣列。使用圖像處理裝置(未示出)對圖像信息執行所需的處理操作而獲得圖像信號，曝光裝置13利用基於該圖像信號的光照射感光鼓11。從連接至圖像形成設備I或設置在該圖像形成設備I處的圖像生成源(諸如原稿讀取裝置、外部連接裝置或存儲介質讀取裝置)輸入該圖像信息。
[0029]顯影裝置5是使用含有非磁性色調劑和磁性載體(顆粒)的雙組分顯影劑8的顯影裝置。如例如在圖2中所示，顯影裝置5包括使用所謂的接觸式對置顯影系統的顯影輥51。在接觸式對置顯影系統中，顯影輥51通過運載呈磁刷形式的雙組分顯影劑8並使其與感光鼓11的周面(即感光鼓11的形成有靜電潛像的部分)接觸來進行顯影。顯影輥51旋轉，使得顯影輥51的接近感光鼓11的那一部分的運動方向與感光鼓11的運動方向相反(即箭頭B的方向)。下面詳細描述顯影裝置5。
[0030]轉印裝置15是接觸或非接觸式轉印裝置。清潔裝置16例如是使得用於接觸感光鼓11的周面的清潔刮刀和旋轉刷與感光鼓11的周面接觸的裝置。當要形成圖像(要執行圖像形成操作)時，分別向充電裝置12、顯影裝置5 (其顯影輥51)以及轉印裝置15施加充電電壓、顯影電壓和轉印電壓。
[0031]片材供送裝置30包括片材容器31和送出單元32。片材容器31容納例如具有所需尺寸和類型且用於形成圖像的堆疊片材9。送出單元32每次一張地將容納在片材容器31中的片材9向片材輸送路徑送出。片材容器31被安裝成使得其能夠在被補充片材9時從殼體2拉出。根據使用模式設置不止一個容器31。片材供送路徑35設置在片材供送裝置30與圖像形成裝置10的轉印位置之間(即感光鼓11與轉印裝置15之間)。片材供送路徑35例如由多對輸送輥36和37以及輸送引導構件限定。當要執行圖像形成操作時，片材供送裝置30每次一張地將所需片材9送出到片材供送路徑35。
[0032]定影裝置40包括位於殼體41中的被驅動旋轉的加熱旋轉構件42和加壓旋轉構件43。加熱旋轉構件42採取例如輥或帶的形式。加熱旋轉構件42的表面溫度通過加熱單元升高至所需溫度並保持在該所需溫度。加壓旋轉構件43採取例如從動旋轉輥或帶的形式。加壓旋轉構件43基本沿著其軸向方向以所需壓力接觸所述加熱旋轉構件43而被驅動旋轉。定影裝置40通過使已經轉印有未定影圖像的片材9經過加熱旋轉構件42和加壓旋轉構件43之間的接觸部(即定影處理部)並通過使未定影的色調劑圖像熔化而在壓力作用下將未定影的色調劑圖像定影至片材9。
[0033]圖像形成設備I按如下形成圖像。這裡，以在片材9的一個表面上形成圖像時執行的基本圖像形成操作為例來描述圖像形成方法。
[0034]當圖像形成設備I接收到開始圖像形成的指令時，在圖像形成設備I的圖像形成裝置10中，開始沿箭頭A的方向旋轉的感光鼓11的外周面被充電裝置12充電至預定極性和電勢。然後，曝光裝置13在感光鼓11的帶電周面上執行曝光，以形成具有所需電勢差的靜電潛像。曝光基於圖像信息進行。接下來，當形成在感光鼓11上的靜電潛像經過顯影裝置5時，使用從顯影輥51供應的雙組分顯影劑8的色調劑使靜電潛像顯影，使其顯現為色調劑圖像。
[0035]接下來，當形成在感光鼓11上的色調劑圖像通過感光鼓11的旋轉而被輸送到與轉印裝置15相對的轉印位置時，根據色調劑圖像被輸送至轉印位置的時刻經由片材供送路徑35從片材供送裝置30供應片材9，轉印裝置15將色調劑圖像轉印到該片材9。由清潔裝置16清潔轉印之後的感光鼓11的周面。
[0036]接下來，已經轉印有色調劑圖像的片材9與感光鼓11分離，被輸送到定影裝置40的定影處理部，受到定影操作(加熱加壓操作)，從而將色調劑圖像定影。定影操作完成之後的片材9被從定影裝置40排出，並由例如設置在例如殼體2的外部的排出保持部(未示出)保持。
[0037]通過上述操作，在一張片材9的一個表面上形成由一種顏色的色調劑形成的單色圖像，基本圖像形成操作結束。在請求在多張片材上形成圖像時，針對所需數量的片材類似地重複上述操作。
[0038]接下來，將詳細描述顯影裝置5。
[0039]例如如圖2所示，顯影裝置5包括本體50，本體50包括腔室50a和矩形開口 50b。腔室50a容納上述雙組分顯影劑8。開口 50b形成在面對感光鼓11的位置處。本體50是軸向方向上的長度比感光鼓11的長度長的細長容器。兩個顯影劑循環輸送路徑(凹槽部分)50d和50e彼此平行地布置在腔室50a的底部處。顯影劑循環輸送路徑50d和50e在其細長容器形狀的縱向兩端部彼此連接，並且沿著該縱向由中央分隔壁彼此分開。雙組分顯影劑8容納在容器50a中。
[0040]顯影裝置5包括布置在本體50中的例如顯影輥51、兩個螺旋推運器55和56以及限制板57。顯影輥51利用磁力將雙組分顯影劑8承載並輸送到與感光鼓11相對的顯影區域。螺旋推運器55和56用作攪拌和輸送容納在腔室50a中的雙組分顯影劑8的攪拌輸送構件。限制板57限制從螺旋推運器56供應到顯影輥51的雙組分顯影劑8通過，調節雙組分顯影劑8的層厚度(輸送量)。圖2中的附圖標記58表示防止顯影劑8從感光鼓11和本體的開口 50b之間的間隙洩露的防洩露膜。
[0041]顯影輥51包括圓筒形套筒5IA和磁體輥5IB。套筒5IA被布置成在其一部分暴露於本體50的開口 50b的狀態下在箭頭B的方向上旋轉。磁輥51B被設置成以固定至套筒5IA內側的狀態存在。
[0042]使用非磁性材料(諸如不鏽鋼或鋁)將套筒51A形成為包括圓筒部，該圓筒部的寬度(長度)基本上等於感光鼓11在旋轉軸線方向上的有效圖像形成區域。套筒51A被布置成與感光鼓11相對，其旋轉軸線方向與感光鼓11的旋轉軸線方向基本平行。另外，套筒5IA被布置成使其和感光鼓11之間的間隙(感光鼓和顯影棍之間的間隙(DRS ))在所需範圍內。套筒51A的端部(用作軸部)實際上在被支撐旋轉的狀態下安裝至本體的對應側部。套筒51A通過該軸部從旋轉驅動裝置(未示出)接收動力，從而使得套筒51A在軸部處在箭頭B的方向上旋轉。用於在套筒51A和感光鼓11之間形成顯影電場的顯影電壓從電源供應裝置(未示出)供應至套筒51A。作為顯影電壓，例如供應疊加有交流電流分量的直流電壓。
[0043]磁輥5IB包括磁極(S極和N極)，所述磁極例如產生磁力線，該磁力線致使雙組分顯影劑8在其磁性載體附著於色調劑並在套筒51A的外周面處形成鏈式立起的磁刷的狀態下被承載。例如，磁輥51B的兩端部經由套筒51A的軸部的內部空間固定至本體50的側部，磁輥51B以此狀態被安裝。多個磁極沿著套筒51A的軸線方向延伸，並且在套筒51A的周向(旋轉方向)上彼此間隔開地布置在所需位置處。
[0044]如圖3所示，在磁輥5IB中布置有五個磁極，即S2、N2、S1、NI和N3。在這些磁極當中，磁極S2是被布置成與限制板57基本對置的拾取極，該拾取極利用磁力將從螺旋推運器56 (其位於顯影輥51附近)供應的雙組分顯影劑8拉向套筒51A的外周面並由該外周面承載。磁極N2是主要顯影極，其被布置成與感光鼓11的顯影區域基本對置並使雙組分顯影劑8有助於顯影過程。磁極SI是輸送極。磁極NI和N3是使雙組分顯影劑8從套筒51A的外周面分離的剝離極。
[0045]在圖3中，粗實線表示豎直分量的磁通密度分布，而點劃線表示水平分量的磁通密度分布。圖3中的同心圓是從中心向外側逐漸增加20mT的磁通密度範圍。圖3中的符號α表示設定角(MAS)，從連接顯影輥51的中心和感光鼓11的中心的參考線J以該設定角設定主顯影極N2。當設定角α是在箭頭B的旋轉方向上相對於參考線J位於套筒51Α的上遊側的角時，為α加上「 + 」。相反，當該設定角是在箭頭B的方向上相對於參考線J位於套筒51Α的下遊側的角時，為α加上「一」。
[0046]如圖2所示，螺旋推運器55和56均為輸送葉片圍繞旋轉軸的周面旋繞的類型。螺旋推運器55和56分別可旋轉地布置在本體50a的腔室中的顯影劑循環輸送路徑50d和50e中。螺旋推運器55和56在雙組分顯影劑8的位於輸送路徑50d和50e中的部分待向所需方向輸送的方向上被旋轉驅動。螺旋推運器55和56形成為當旋轉顯影輥51的套筒51A的旋轉驅動裝置的動力的一部分被分開並傳輸至螺旋推運器55和56時旋轉。布置在顯影輥51附近的螺旋推運器56使得顯影劑8的由螺旋推運器56輸送的部分被輸送並供應至顯影棍51。[0047]如圖2所示，限制板57是矩形板構件，其主部具有基本恆定的厚度且長度(長邊)至少與顯影輥51的套筒51A的軸向長度相等。限制板57由非磁性材料(例如不鏽鋼)形成。而且，限制板57處於如下狀態:其縱向端部(套筒51A下方的長邊部)面對套筒51A的外周面，二者間隔開所需的間隔(限制間隔)。另外，限制板57被安裝至本體50，從而沿著套筒51A的軸向方向延伸並面對套筒51A。
[0048]如上所述，顯影裝置5中使用的雙組分顯影劑8包括非磁性色調劑和磁性載體。
[0049]非磁性色調劑包括色調劑顆粒和外部添加劑。色調劑顆粒包括公知的粘合樹脂、公知的著色劑和其他添加劑，例如防粘劑(按照需要)。外部添加劑被致使附著於色調劑顆粒的表面以提供附加所需的功能。作為粘合樹脂，例如可以使用聚酯樹脂或丙烯酸樹脂。其他添加劑例如包括防粘劑、磁性材料、電荷控制劑和非有機粉末。作為外部添加劑，使用能夠減少相對於感光鼓11的附著力以提聞色調劑轉印能力的材料(例如，諸如娃石材料的無機顆粒)。儘管製造色調劑顆粒的方法不受具體限制，但可以使用例如公知的乳液聚合和凝聚方法。非磁性色調劑通過例如使用亨舍爾混合機或V混合器將色調劑顆粒和外部添加劑混合而製成。非磁性色調劑的體積平均粒徑最好不小於2.0 μ m且不大於8.0 μ m。
[0050]作為磁性載體，可以例如使用由磁性材料、覆蓋載體、分散有磁性粉末的載體或樹脂浸潰載體形成的載體。在覆蓋載體中，由磁性粉末形成的芯部的表面覆蓋有覆蓋樹脂。在分散有磁性粉末的載體中，在基質樹脂中分散/混合磁性粉末。在浸潰樹脂的載體中，多孔磁性粉末浸潰有樹脂。磁性粉末的示例包括磁性金屬粉末(例如氧化鐵、鎳和鈷粉末)和磁性氧化粉末(例如鐵素體和磁鐵礦粉末)。覆蓋樹脂和基質樹脂的示例包括聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯。載體的體積粒徑最好例如不小於15 μ m且不大於50 μ m。
[0051]通過以所需含量比例將非磁性色調劑與磁性載體混合來使用雙組分顯影劑8。另夕卜，成使顯影裝置5滿足所需條件(稍後描述)而使用雙組分顯影劑8。
[0052]下面描述顯影裝置5的操作。
[0053]首先，在圖像形成設備I執行圖像形成操作的時刻，顯影輥51的套筒51A開始旋轉，並且顯影電壓被施加至套筒51A。
[0054]結果，容納在本體50的腔室50a中的雙組分顯影劑8 一邊由旋轉的螺旋推運器55和56攪拌一邊在腔室50a的循環輸送路徑50d和50e中向各方向輸送。這裡，雙組分顯影劑8中的非磁性色調劑81與磁性載體82充分攪拌，被摩擦充電至所需電荷量，並被設定在其中非磁性色調劑81靜電吸附在載體82的表面上的狀態下。
[0055]接下來，被螺旋推運器56 (布置在顯影輥51附近)輸送的雙組分顯影劑8的一部分通過磁力而被顯影輥51的套筒51A的外周面吸引和承載。也就是說，當從磁輥51B的磁極S2產生的磁力作用在旋轉的套筒51A的外周面上時，雙組分顯影劑8的所述部分在形成磁刷80 (其中附著有非磁性色調劑的磁性載體鏈式立起)的狀態下由套筒51A的外周面承載。在被承載的狀態下，供應雙組分顯影劑8的該部分。之後，由顯影輥51的套筒51A承載的雙組分顯影劑8的該部分被輸送到套筒51A的與限制板57面對的部分，並且當雙組分顯影劑8的該部分經過限制板57和套筒51A之間的間隙時被限制成基本恆定的層厚(輸送量)。
[0056]接下來，已被限制板57限制的雙組分顯影劑8在該雙組分顯影劑8由沿著箭頭B的方向旋轉的套筒51A輸送並且接觸且經過與感光鼓11相對的顯影區域時，受到顯影磁極N2的磁力和由顯影電壓產生的顯影電場的作用。這使得雙組分顯影劑8的磁刷的色調劑移動到感光鼓11的周面，並且附著於經過該顯影區域的潛像部分，從而使潛像部分顯影。
[0057]接下來，已經過顯影區域的雙組分顯影劑8在輸送極SI的磁力作用下由套筒51A輸送，之後當雙組分顯影劑8經過磁極(分離極)NI和N3之間時，該雙組分顯影劑8與套筒51A的外周面分離，並最終返回到腔室50a。
[0058]顯影裝置5利用使用雙組分顯影劑8的接觸式對置顯影系統。因此，如圖11的示例所示，容易發生圖像質量缺陷(下面簡稱為「後端增強」)。在這樣的圖像質量缺陷中，圖像(即通過使用色調劑將潛像部分顯影而形成的色調劑圖像)的後端部(在感光鼓11的旋轉方向A上的上遊端部)的密度由於色調劑量的相對增加而增加。
[0059]本發明人等通過例如觀察和模擬發生這種後端增強的原因(機理)而進行了研究。發現主要原因是磁刷掃掠色調劑和邊緣電場引起(衍射電場)的過度顯影。
[0060]也就是說，如圖11中的示例所示，在接觸式對置顯影系統中，感光鼓11和套筒51A之間的相對速度較高。因此，套筒51A上的雙組分顯影劑8的磁刷80多次摩擦感光鼓11上的靜電潛像。因此，通過附著於感光鼓11上的潛像部分而使該潛像部分顯影的色調劑81被隨後的磁刷80摩擦，結果將色調劑81掃向潛像部分的後端。產生圍繞圖像(潛像)的後端部衍射的邊緣電場。因此，附著於圖像的後端部的色調劑的量相對增加，結果執行過度顯影。順便說明，當發生磁刷掃掠色調劑的情形時，邊緣電場的影響傾向於相當大。在圖11中，在感光鼓11和套筒51A之間示出的箭頭表示電場(電磁力線)的一部分的狀態。
[0061]因而，在顯影裝置5中，並延及到在圖像形成設備1，為了在不使用新的特殊材料的情況下抑制在接觸式對置顯影系統中傾向於發生的後端增強，從減輕或消除被認為是後端增強成因(即由磁刷引起的對色調劑的掃掠和由邊緣電場引起的過度顯影)很重要的角度來說使用如下結構。
[0062]也就是說，在顯影裝置5中，並延及到在圖像形成設備1，例如如圖4所示，顯影輥51 (即套筒51A)和感光鼓11的周面之間的距離(DRS)在從125μπι到250 μ m的範圍內。另外，當顯影輥51上的雙組分顯影劑8的磁刷接觸感光鼓11的周面時形成的區域的區域寬度(K)在從1.0mm到2.25mm的範圍內。另外，在顯影輥51上的雙組分顯影劑8的磁刷接觸感光鼓11的周面時形成的區域處的顯影劑密度(D)在從0.75X10 —6g/m3到1.50X10 一6g/m3的範圍內。
[0063]距離(DRS)、區域寬度(K)和顯影劑密度(D)的數值範圍基本上從通過下面詳細描述的用於確定後端增強發生狀態的試驗獲得的結果推導出來。在這些數值範圍當中，區域寬度(K)的數值範圍例如通過靜電附著方法測量。更具體地說，設置由透明玻璃形成的圓筒狀構件來取代感光鼓11，該圓筒狀構件的直徑與感光鼓11的直徑相同。使顯影輥51上的雙組分顯影劑8的磁刷80從圓筒狀構件的內部接觸該圓筒狀構件的周面，由實際測得的接觸部分的寬度(感光鼓11沿著箭頭A的旋轉方向的長度)的數值平均來確定區域寬度(K)。顯影劑密度(D) (g/m3)是通過將套筒51A的每單位面積承載和輸送的雙組分顯影劑8的量(輸送量)M (g/m3)除以套筒51A和感光鼓11之間的距離(DRS)得到的值(即，D = M/DRS)。在套筒51A停止的狀態下從套筒51A的周面分離預定單位面積中存在的顯影劑，測量該顯影劑的質量，利用由此獲得的值來計算輸送量M。
[0064][0065]在該測試中，作為顯影裝置5，使用了包括如下顯影輥51的顯影裝置。使用具有圖5所示的距離(DRS)、區域寬度(K)和顯影劑密度(D)的值的不同組合的顯影裝置。顯影輥51包括:非磁性套筒51A，其圓筒部具有20mm的外徑；和磁輥51B，其中布置有上述五個磁極(S2、N2、S1、N1和N3)。通過以400 μ m的間距沿著旋轉軸線方向形成線性延伸的細槽(具有100 μ m的深度)來對套筒51A的表面進行處理。磁輥51B的顯影極N2的MSA為+5度。
[0066]各顯影裝置5中使用的雙組分顯影劑8是包括非磁性色調劑(其體積平均粒徑為
5.8 μ m，比重為1.1)和諸如鐵素體載體的磁性載體(其體積平均粒徑為35 μ m,比重為4.8，磁化強度為58emu/s)。該非磁性色調劑包括色調劑顆粒和諸如矽石化合物、鋅化合物或有機化合物之類的外部添加劑。色調劑顆粒使用聚酯樹脂作為粘合樹脂通過乳液聚合和凝聚方法製造。色調劑含量比為9.0%，電荷量(Q/m)為^yC/g。顯影輥51 (套筒51A)上的雙組分顯影劑8的輸送量M為225g/m2。
[0067]作為感光鼓11，使用具有如下結構的感光鼓(該感光鼓的外徑為30mm),該結構例如包括在圓筒狀導電基體的周面上形成的由有機感光材料形成的感光層。感光鼓11的轉速(周向速度)為350mm/s。相比而言,顯影棍51 (即套筒51A)被旋轉成使周向速度比為1.75。顯影輥51和感光鼓11之間的相對速度此時為963mm/s。
[0068]在該測試中，在包括對應顯影裝置5 (包括雙組分顯影劑8)和上述感光鼓11的各圖像形成設備I上類似地執行測試圖像的形成，並且檢查在此時獲得的各測試圖像中的後端增強發生狀態。測試圖像如下形成。在將感光鼓11充電至一 800V時，形成用作測試圖像的塊圖像的靜電潛像。這些塊圖像是尺寸為15mm (寬)X 15mm (長)、具有10%、30%、50%、80%和100%的對應圖像面積比的五種類型的矩形圖像。靜電潛像為這樣，即:使其屏幕點潛像電勢為一 400V。然後，在上述相應條件下形成的顯影裝置5中使用施加有一 650V的顯影電壓的顯影輥51供應雙組分顯影劑8，這樣執行接觸式對置顯影。之後觀察通過將顯影的測試塊圖像轉印並定影而在片材9上獲得最終圖像，以檢查相應的塊圖像的後端增強發生狀態。基於如下準則評價此時的結果。在具有上述五種類型的圖像面積比的塊圖像的評價結果當中，採用感官評價(即視覺觀察後端增強)最差的塊圖像的評價結果作為評價結果O
[0069]後端增強發生狀態的評價準則
[0070]良好:當後端增強等級小於G3時(即十一個評價者中至少半數的人認為從實踐上來說就圖像質量水平而言在後端增強方面沒有問題)
[0071]不好:當後端增強等級為G3或G4時(即十一個評價者中少於半數的人認為從實踐上來說就圖像質量水平而言在後端增強方面沒有問題)
[0072]差:當後端增強等級大於或等於G5 (直到G6)(即沒有一個評價者認為從實踐上來說就圖像質量水平而言在後端增強方面沒有問題)
[0073]後端增強等級
[0074]Gl:沒有後端增強
[0075]G2:當人們仔細觀看後端部時第一次看到後端增強
[0076]G3:略微看到後端增強，但是不怎麼會使人厭煩
[0077]G4:看到後端增強，並且略微使人厭煩[0078]G5:後端增強顯著，並且發生後端增強的部分突出
[0079]G6:由於後端增強，看起來具有後端增強的圖像不是正確的圖像。
[0080]此時的評價結果在圖5中示出。在圖5中，沒有示出「良好」、「不好」或「差」的部分是由於發生其他問題顯影操作而沒有正確地執行後端增強發生狀態的評價的部分。在圖5中概略示出了其他問題顯影操作。
[0081]這裡，與顯影不均勻有關的問題顯影操作是出現了由於測試中獲得的塊圖像的顯影不均勻而導致的密度不均勻的顯影。在這種情況下，由於顯影不均勻的存在可能難以確定後端增強發生狀態。顯影不均勻通過附加測試來評價，在該附加測試中，在與上述測試相同的條件下顯影50mmX50mm的半色調圖像(圖像面積比=50%)。由於評價者中的至少半數的人認為圖像水平在實踐上是不允許的，因此該附加測試的結果是「差」。在確定顯影不均勻的測試中，該結果從來都不是其中評價者中少於半數的人認為圖像水平實際是不允許的「不好」。
[0082]與顯影能力有關的問題顯影操作是其中因為在該測試中獲得的整個塊圖像的密度沒有達到目標密度而形成薄圖像的顯影。在這種情況下，因為圖像密度低，難以確定後端增強發生狀態。顯影能力通過附加測試來評價，該附加測試在與上述測試相同的條件下僅改變顯影電壓。此時，當即使利用建立大於等於600V的顯影電場的潛像電壓進行顯影時圖像密度也沒有到達目標密度時，這種情況被認為是不允許的水平，評價結果為「差」。當利用建立在500V到600V的範圍內的顯影電場的潛像電壓進行顯影時圖像密度達到目標密度時，這種情況被認為是略微許可的水平，評價結果為「不好」。
[0083]另外，與顯影劑堵塞有關的問題顯影操作是其中雙組分顯影劑8積累並堵塞在顯影輥51和感光鼓11之間的間隙(以各DRS設定的間隙)中的顯影。在這種情況下，由於顯影劑堵塞而不再正確地進行顯影，難以確定後端增強發生狀態。對於顯影劑堵塞，其中雙組分顯影劑8堵塞在間隙中並且一部分顯影劑從該間隙流出的水平對應於評價結果「差」，而顯影劑堵塞在該間隙中但沒有流出的水平對應於評價結果「不好」。
[0084]從圖5中所示的結果，當顯影輥51和感光鼓11之間的距離(DRS)在從125μπι到250 μ m的範圍內，磁刷與感光鼓11接觸的區域的區域寬度(K)在從1.0mm到2.25mm的範圍內，並且磁刷接觸感光鼓11的區域處的顯影劑密度在0.75X10 —6g/m3到1.50X 10— 6g/m3的範圍內時，可以抑制後端增強的發生(從而獲得評價結果「良好」)。
[0085]詳細描述圖5中的結果。
[0086]首先，當顯影輥51和感光鼓11之間的距離(DRS)小於等於250 μ m時，往往可抑制後端增強發生。
[0087]當距離(DRS)變得更小時，圖像(潛像)的後端處的邊緣電場也變得更小，如圖6B和圖7所示。因此，通過將距離(DRS)設置得儘可能小，可以抑制由於邊緣電場而在圖像後端引起過度顯影(增強)，結果可以抑制後端增強的發生。圖7示出了在與確認測試相同的圖像形成條件下形成100%半色調圖像(潛像)的情況下對電場計算進行模擬時獲得的結果。
[0088]另一方面，當距離(DRS)變成小於125 μ m時，除去磁刷的接觸區域(K)處的顯影劑密度變得極小(即小於1.0g/m3)的情況外，還產生了別的麻煩，其中雙組分顯影劑8被堵塞在套筒51和感光鼓11之間的間隙(顯影間隙)中。
[0089]因此，當距離(DRS)大於等於ΙΟΟμπι時，可以抑制圖像發生後端增強，且不會發生顯影劑堵塞在顯影間隙中的情況。[0090]接下來，當磁刷接觸感光鼓11的區域K處的顯影劑密度小於或等於1.50 X 10-?/Hl3時，傾向於可以抑制後端增強的發生。
[0091]當顯影劑密度變得更小時，因為磁刷80不稠密，磁刷80掃掠色調劑的作用降低。因此，通過儘可能小地設定顯影劑密度，可以抑制由磁刷對色調劑的掃掠作用引起的色調劑朝向顯影圖像的後部移動，結果也可以抑制後端增強的發生。
[0092]當顯影劑密度變得太小時，在色調劑通過磁刷而在顯影輥51 (套筒51A)上輸送時的色調劑的絕對量變小。因此，如圖8所示，用於使潛像顯影的顯影色調劑的量相對減少，結果顯影能力下降。通過使用電子天平測量裝置(Mettler的產品:AT201)吸引在執行顯影后感光鼓所附著的色調劑並測量所吸引的色調劑的質量，獲得圖8中的顯影色調劑量對各色調劑密度。大於等於3g/m2的顯影色調劑量是許可水平，從而可執行適當顯影。當顯影劑密度變得太高時，發生了別的麻煩，即雙組分顯影劑堵塞在顯影間隙中。
[0093]因此，當顯影劑密度在從0.75X10 —6g/m3到1.50X10 —6g/m3的範圍內時，可以保持良好的顯影能力並抑制圖像發生後端增強，並且不會發生顯影劑堵塞在顯影間隙中的情況。
[0094]當磁刷接觸感光鼓11的區域的區域寬度(K)小於等於2.25mm時，往往可抑制後端增強的發生。
[0095]當該區域寬度(K)變得更小時，磁刷80接觸顯影區域處的靜電潛像的次數減少。因此，磁刷對色調劑的掃掠作用降低。因此，通過儘可能小地設置區域寬度(K)，抑制了由磁刷對色調劑的掃掠作用引起的色調劑向顯影圖像的後部運動，結果也可以抑制後端增強的發生。
[0096]相比之下，當使區域寬度(K)過小時，由於磁刷摩擦各潛像的次數之差造成的影響變大，結果所顯影的圖像的密度傾向於發生不均勻(即顯影不均勻)。當區域寬度(K)變得太大時，磁刷摩擦潛像的次數增加，結果雙組分顯影劑傾向於受到磁刷對色調劑的掃掠作用的影響。
[0097]因而，當區域寬度(K)在從1.0mm到2.25mm的範圍內時，可以抑制圖像發生後端增強，且不會發生顯影不均勻。
[0098]根據本發明人等的研究，可以確定，當雙組分調色劑8中的色調劑的比重在從
1.02到1.50的範圍內時並且當其載體的比重在從4.2到5.0的範圍內時，可以可靠地抑制顯影裝置5 (圖像形成設備I)中的圖像的後端增強。
[0099]當色調劑的比重小於1.02時，則難以使用例如丙烯酸樹脂和聚酯樹脂作為色調劑的粘合樹脂。相比之下，當色調劑的比重超過1.50時，難以使用例如丙烯酸樹脂和聚酯樹脂作為色調劑的粘合樹脂，結果由於在附著於粘合樹脂的色調劑顆粒的外部添加劑方面發生二次障礙，難以將色調劑形成為合適的色調劑。當載體的比重小於4.2時，例如，磁性材料(諸如鐵素體材料)含量減少，結果磁導率變得過低。因此，磁性載體無法執行其功能。相比而言，當載體的比重超過5.0時，則難以製造主要成分例如是鐵素體材料的磁性載體。
[0100]順便說明，當色調劑的比重和載體的比重小於各自數值範圍的下限時，雙組分顯影劑8的磁刷的強度變弱，結果潛像顯影能力降低。相比而言，當各比重超過各自數值範圍的上限時，雙組分顯影劑8在顯影輥51處的輸送能力降低，並且磁刷的強度變得太高，結果已經通過磁刷顯影的色調劑圖像傾向於破碎。
[0101]根據測試來檢查當顯影輥51和感光鼓11之間的相對速度發生變化時圖像的後端增強發生狀態。
[0102]結果，如圖9所示，在不使用用來解決上述問題的上述結構的比較例中，當相對速度增加時，圖像的後端增強傾向於進一步加劇。相比而言，如圖9所示，在其中使用用來解決上述問題的上述結構的示例性實施方式中，即使相對速度增加，圖像後端增強的發生也會被抑制而可以維持低水平(G1)。通過這樣，根據本發明的示例性實施方式，例如，即使圖像形成設備I (即顯影裝置5)具有相對高的處理速度(高速設備的處理速度為250mm/s以上)，儘管色調劑在相對速度增加時傾向於受到磁刷的掃掠作用的影響，也可以抑制圖像的後端增強的發生。
[0103]這裡，在比較例中，DRS=300ym，接觸區域寬度K=3.5mm，而接觸區域處的顯影劑密度為1.25X10 —6g/m3。相比之下，在示例性實施方式中，DRS=ISOym,接觸區域寬度K=L 25mm，而接觸區域處的顯影劑密度為1.25X10 —6g/m3。這裡，在感光鼓11的轉速維持在350mm/s的情況下，通過將顯影輥51 (套筒51A)的轉速逐步增加而改變相對速度。
[0104]另外，根據該測試檢查當感光鼓11的周面的最外面部分處的表面能量(水滴接觸角)發生改變時圖像的後端增強發生狀態。
[0105]如圖10所示，結果是，在不使用用來解決上述問題的上述結構的比較例中，當感光鼓處的表面能量降低時，圖像的後端增強傾向於進一步加劇，而在使用用來解決上述問題的上述結構的示例性實施方式中，即使感光鼓處的表面能量降低，也可以抑制圖像處的後端增強的發生而可以維持低水平(G1)。藉此，根據該示例性實施方式，即使圖像形成設備I包括例如在其最外部表面處包括由酚醛樹脂形成的最外表面層(保護層)的感光鼓11，儘管由於表面能量的降低而使得相對於色調劑的摩擦係數降低從而色調劑傾向於受到磁刷掃掠作用的影響，也可以抑制圖像的後端增強的發生。這裡，比較例和示例性實施例的條件對應於之前的比較例和示例性實施例。通過例如使硬脂酸鋅附著於感光鼓11的周面來改變表面能量的降低。通過將0.02ml純水滴放置在感光鼓11的周面上，並測量該純水滴的邊緣表面的切線相對於感光鼓11的周面的角度(純水滴接觸角)來獲得所述水滴接觸角。
[0106][其他示例性實施方式]
[0107]根據本發明的該示例性實施方式的顯影裝置5包括一個顯影輥51。然而，在另一個示例性實施方式中，也可以使用包括不止一個顯影輥的顯影裝置，其中至少一個顯影裝置使用接觸式對置顯影系統。
[0108]只要使用顯影裝置5的圖像形成設備I能夠使用(包括雙組分顯影劑8的)顯影裝置5即可，其類型不受具體限制。例如，該圖像形成設備可以是形成彩色圖像的類型或使用中間轉印系統的類型。
[0109]為說明和描述之目的提供了對於本發明的示例性實施方式的以上描述。並不旨在窮舉本發明或者將本發明限制於確切的公開內容。顯然，多個變型和變更對本領域技術人員來說是顯而易見的。所選擇和描述的實施方式是為了更好地解釋本發明的原理和其實際應用，因此使得本領域的其他技術人員能夠理解本發明的各種實施方式及各種適用於所構想的具體用途的修改。本發明的保護範圍理應由所附權利要求及其等同物來限定。
【權利要求】
1.一種雙組分顯影劑，該雙組分顯影劑包括: 色調劑；和 磁性載體， 其中，在包括圓筒狀顯影劑輸送構件的顯影裝置中使用所述雙組分顯影劑，該顯影劑輸送構件被布置成與旋轉的潛像載體分離開125 μ m至250 μ m,所述顯影劑輸送構件旋轉，使得其接近所述潛像載體的那一部分的運動方向與所述潛像載體的運動方向相反； 所述雙組分顯影劑由所述顯影裝置的顯影劑輸送構件在形成磁刷的狀態下承載和輸送；並且 所述雙組分顯影劑在滿足以下條件的情況下被使用:所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域的區域寬度在從1.0mm到2.25mm的範圍內；並且所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域處的顯影劑密度在從0.75 X 10 — 6g/m3到1.50 X 10 — 6g/m3的範圍內。
2.一種顯影裝置，該顯影裝置包括: 圓筒狀顯影劑輸送構件，該顯影劑輸送構件旋轉，使得其接近旋轉的潛像載體的那一部分的運動方向與所述潛像載體的運動方向相反，所述顯影劑輸送構件以形成磁刷的狀態承載並輸送雙組分顯影劑，所述雙組分顯影劑包括色調劑和磁性載體， 其中所述顯影裝置在如下狀態下使用: 所述顯影劑輸送構件和所述潛像載體之間的距離在從125 μ m至250 μ m的範圍內；所述顯影劑輸送構件處形成的所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域的區域寬度在從1.0mm到2.25mm的範圍內；以及 所述顯影劑輸送構件處形成的所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域處的顯影劑密度在從0.75 X 10 — 6g/m3到1.50 X 10 — 6g/m3的範圍內。
3.一種圖像形成設備，該圖像形成設備包括: 旋轉的潛像載體；和 顯影裝置，該顯影裝置包括圓筒狀顯影劑輸送構件，該顯影劑輸送構件旋轉，使得其接近所述潛像載體的那一部分的運動方向與所述潛像載體的運動方向相反，所述顯影劑輸送構件以形成磁刷的狀態承載並輸送雙組分顯影劑，所述雙組分顯影劑包括色調劑和磁性載體； 其中，所述顯影劑輸送構件和所述潛像載體之間的距離在從125 μ m至250 μ m的範圍內； 所述顯影劑輸送構件處形成的所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域的區域寬度在從1.0mm到2.25mm的範圍內；以及 所述顯影劑輸送構件處形成的所述磁刷接觸所述潛像載體的表面的區域處的顯影劑密度在從0.75 X 10 — 6g/m3到1.50 X 10 — 6g/m3的範圍內。
【文檔編號】G03G9/107GK103676519SQ201310278576
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月4日 優先權日:2012年9月25日
【發明者】越智隆, 渡邊靖晃, 吉井朋幸, 安部純, 山下孝幸, 得津統司 申請人:富士施樂株式會社