专利名称：非磁性单成分显影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非磁性单成分显影装置，其以正确方式通过在显影辊表面上形成调色剂薄层而将非磁性单成分调色剂供应给感光器的表面。更具体地，本发明涉及一种非磁性单成分显影装置，其在显影时通过使用刮刀来调整粘附在显影辊的周面上的调色剂的量，从而生成调色剂薄层。所述刮刀布置成其自由端指向显影辊旋转方向的上游一侧。
背景技术：
通常，电子照相成像设备通过使用光导效应将形成在感光器表面上的静电潜像显影成为可视的调色剂图像，该图像随后被转印到记录介质上，从而形成图像。所以，成像设备包括用以将调色剂(显影剂)供应给形成在感光器表面上的静电潜像的显影装置。
显影装置由显影辊和调色剂储存料斗构成。显影辊构造为能够旋转并布置成其周面和感光器表面相对。该显影辊在其周面上带有储存料斗内的调色剂，并将调色剂供应到感光器的表面上。更具体地，在将非磁性单成分调色剂供应给感光器表面的显影装置中，将刮刀布置在显影辊的周面上。该刮刀和显影辊的周面之间滑动接触或挤压接触，同时调色剂位于它们之间，因而可以调整周面上的调色剂层的厚度。
在非磁性单成分显影装置中，供应给感光器表面的调色剂的状况根据粘附在显影辊的周面上的调色剂层的厚度而变化。调色剂层的厚度由显影辊的周面和刮刀之间的抵靠状态(包括接近的状态)决定。这意味着成像主要由刮刀相对显影辊周面的抵靠状态决定。
在日本特开平5-323778中公开的一种显影装置中，刮刀的末端部分沿着远离显影辊表面的方向弯曲0°到90°。该刮刀大致沿着显影辊表面的切向延伸，从而使弯曲一定角度的末端部分相对显影辊的旋转方向位于下游一侧。在这种布局中，刮刀抵靠显影辊的周面，以便将调色剂层调整到正确的厚度。但是，在这种公开的传统刮刀中，没有考虑在弯曲部分处的R值(曲率半径)的影响。
日本已公开专利申请第2001-92248公开了一种刮刀的结构，其中，刮刀的末端部分的弯曲角度等于或大于90°，以便使弯曲部分调整调色剂。在该文献公开的内容中，弯曲部分的R值的合适范围被具体限定在0.25到0.45mm内。
在使用非磁性单成分调色剂的显影装置中，作为颗粒材料的调色剂的特性对调色剂层的形成具有很大的影响。在一种用弯曲部分调整粉末状调色剂层的结构中，不仅弯曲部分的R值而且表面性能(在弯曲过程中形成的毛边等)均会对调色剂层的形成或形成的图像产生影响。为了解决这个问题，应该进行例如抛光弯曲部分的后续处理。但是这意味着会加入额外的步骤，导致成本的提高。
为了避免弯曲部分造成的影响，可以以如下方式布置刮刀使刮刀和显影辊表面接触，且其末端部分延伸至显影辊旋转方向的上游一侧。但是，刮刀过长的延伸部分会导致过量的调色剂进入到该延伸部分和显影辊之间的空间内，并向上推起刀片，引起刀片调整力的劣化，这会导致难以使调色剂均匀地带电并难以形成薄层。
进一步地，尽管刀片的最佳延伸长度也根据显影辊直径和调色剂颗粒的尺寸而变化，但是没有现有的显影装置考虑到这一点。所以，不能以连续方式保持非磁性单成分调色剂的均匀充电薄层的问题仍待解决。
发明内容
构思本发明是为了解决上述问题，因此本发明的一个目的是提供一种非磁性单成分显影装置，其能够在显影辊的周面上的成像区域的所有范围内生成具有均匀厚度和均匀的静电电荷特征的调色剂层，从而形成具有良好质量的图像。
本发明的发明人仔细地调查和检验了刮刀的弯曲位置、显影辊的直径和调色剂的平均颗粒尺寸之间的关系，并发现了这三项因素之间合适的关系，其能够使显影辊的周面上的调色剂层的厚度和非磁性单成分调色剂的电荷-质量比以正确的值设定，并且其能够使具有适当的静电电荷特征的正确量的调色剂被供应到感光器表面，并最终完成本发明。
具体地，根据本发明的非磁性单成分显影装置的特征在于以下的结构或以下的装置，并且其给出了上述问题的解决方案。
(1)一种非磁性单成分显影装置，包括显影辊，用以将其周面上的非磁性单成分调色剂层在其旋转过程中供应给感光器的表面，以及刮刀，其近端悬臂支承，其末端为自由端并延伸至显影辊旋转方向的上游一侧，该刮刀能够通过将末端部分的侧部平坦表面的一部分抵靠显影辊的周面来调整调色剂层的厚度，其中，刮刀在其末端具有从抵靠部分S沿着切线方向突出的延伸部分，以及以一定角度弯曲以便远离周面的弯曲部分(弯曲角度为θ)，并且满足以下关系0＜Z≤[(Rr+4×φt)2-Rr2]，式中，Z指代从抵靠点S延伸至弯曲部分的长度，Rr指代显影辊的半径，φt指代调色剂的平均颗粒尺寸。
此处，“抵靠”不应被限定于刮刀和显影辊挤压接触且调色剂被夹于其间的情况，而应该包括刮刀沿显影辊布置并通过调色剂和显影辊不直接接触的情况。即，只要刮刀能够调整显影辊的周面上的调色剂，该情况就被认为是“抵靠”。在本发明中，刮刀一侧能够和显影辊表面挤压接触且其间保持有调色剂的抵靠状态是优选的，如下面所描述的那样。
(2)如(1)所限定的非磁性单成分显影装置，其中，弯曲部分处的曲率半径(R值)被设定在0.1到0.3mm的范围内，且从弯曲部分到末端的长度L等于或大于0.5mm。
(3)如(1)所限定的非磁性单成分显影装置，其中，以下关系成立θ≥-2.5×2Rr+113。
图1是根据本发明的非磁性单成分显影装置的概要结构的剖视图；图2是在根据本发明的非磁性单成分显影装置中，显影辊和刮刀之间的抵靠状态和位置关系的示意图；图3是在根据本发明的非磁性单成分显影装置中，调色剂粘附量和刮刀的延伸长度Z之间的关系(角度θ＝90°)的图表；图4是在根据本发明的非磁性单成分显影装置中，显影辊的直径(2×Rr)和延伸长度Z之间的关系的图表；
图5是在根据本发明的非磁性单成分显影装置中，刮刀的弯曲部分的R值和粘附在显影辊表面上的调色剂量之间的关系(角度θ＝90°)的图表；图6是在根据本发明的非磁性单成分显影装置中，从弯曲部分到刮刀末端的长度L和粘附在显影辊表面上的调色剂量之间的关系的图表；图7是在根据本发明的非磁性单成分显影装置中，刮刀弯曲角度θ和调色剂粘附量之间的关系的图表；以及图8是在根据本发明的非磁性单成分显影装置中，显影辊的直径和刮刀弯曲角度的最低要求之间的关系的图表。
具体实施例方式
下文将参照附图详细描述根据发明的非磁性单成分显影装置的优选实施例。但是，本发明的非磁性单成分显影装置不应限于下文中的实施例和示例。
在如图1和图2所示的根据本发明的非磁性单成分显影装置的实施例中，显影装置1包括显影辊2，其将非磁性单成分调色剂供应至感光器21的表面；以及，刮刀6，其近端6c悬臂支承，其末端6a作为自由端延伸至显影辊2旋转方向(图中箭头A所示方向)的上游一侧。该刮刀能够通过将末端部分6a的侧部平坦表面的一部分以预定的压力抵靠显影辊2的周面来调整调色剂层的厚度。
如图2所示，在刮刀6的末端6a处的部分具有沿切线方向从和周面抵靠的点S突出的延伸部分，以及以预定R值(图2中的曲率半径为0.2mm)弯曲以便相对切线方向远离显影辊2的周面的弯曲部分(弯曲角度θ)。
在Z指代从抵靠点S到弯曲部分的长度，Rr指代显影辊的半径，φt指代调色剂的平均颗粒尺寸的情况下，对Z进行具体限定以使下式成立0＜Z≤[(Rr+4×φt)2-Rr2]。
下面以更为详细的方式描述本发明实施例的显影装置1，显影装置1包括显影辊2、传送辊3、搅拌辊4和5、刮刀6以及密封件7，并储存一种非磁性单成分调色剂(以下简称为调色剂)10。显影装置1放置在成像设备内部的用于成像处理的布局配置的曝光站和转印站之间，且显影辊2的周边的一部分和感光鼓21表面相对。显影辊2和传送辊3，刮刀以及密封件7分别具有从供电电路11至14供应的偏置电压E1至E4。
在显影设备内部，调色剂10被搅拌辊4和5搅拌，并通过传送辊3被供给至显影辊2的周面。传送辊3以图1所示的箭头C的方向旋转。周面由弹性材料构成的显影辊2在图1中箭头所示的方向上以固定的速度旋转，并和感光鼓21的表面挤压接触，在显影区域DP内形成预定的挤压宽度NW(nip width)。由显影装置1主体的内壁悬臂支承的刮刀6以如下方式布置其末端部分挤压显影辊2的周面，并将调色剂10保持在其间。通过这样的布置，预定厚度的调色剂层形成在显影辊2的周面上。此处，使密封件7和显影辊2的周面挤压接触，从而防止保持在显影装置1内的调色剂20从显影辊2的下部泄漏。
显影装置1通过显影辊2的周面将调色剂10供应给感光鼓21的表面，从而将其变成可视的调色剂图像。静电潜像是在曝光步骤中随着图像光照射感光鼓表面通过光导效应而在上面形成的。随着鼓在图1中箭头B所示的方向上旋转，被支承在感光鼓21表面上的、已穿过显影区域DP的调色剂图像通过未示出的转印站被转印到记录介质上。
感光鼓21表面上的静电潜像的可视状况，即调色剂图像，受到显影区域DP内调色剂的供应量和电特性的影响。显影区域DP内调色剂的供应量和电特性由调色剂粘附在显影辊2的周面上的状况或调色剂层的形成状况所决定。在显影辊2的周面上的调色剂层的形成状况主要由刮刀6抵靠显影辊2的周面的状态决定。因而，感光鼓21表面上的调色剂图像受到刮刀6抵靠显影辊2的周面的状态的影响。
如图2所示，悬臂状伸出的刮刀6的末端部分在弯曲部分6b处沿远离显影辊2的周面的方向上相对于切向弯曲一预定角度θ。该弯曲部分6b形成有最佳的曲率半径R(图2示出了R＝0.2mm的一种情况)。刮刀6构造成与显影辊2的周面进行积压，而生成具有预定接触宽度的挤压区域，并从垂直于刮刀的法线与显影辊2的周面之间的交点S(抵靠点)延伸出一延伸长度Z。其中，假设相对于显影辊2的旋转方向任何指向上游的延伸长度为正(+)，任何指向下游的延伸长度为负(-)。
至于延伸长度Z、显影辊2的半径Rr和调色剂入口处的开口距离G之间的关系，尤其，取决于开口距离G的调色剂特性，是基于粉末工程的知识来评估的。例如，认为当传统的料斗内储存有大量的颗粒时，传统料斗内的开口距离需要等于或大于颗粒尺寸的六倍，才能使颗粒以固定的速度流动穿过位于下部的调色剂入口。即，如果开口距离等于或大于调色剂颗粒的尺寸，颗粒将形成弓形结构并阻塞调色剂入口，除非以上条件被满足。
但是，在显影装置1中，传送到显影辊2表面上的调色剂颗粒层由于受到由来自显影辊2的传送力和来自刮刀6的调整力所产生的剪切应力，而穿过显影辊2和刮刀6之间的区域。如果前述距离G，即调色剂入口空间过大，过量的调色剂将会流入，导致难以形成稳定的调色剂薄层。另一方面，当前述开口距离G为零时，其意味着延伸长度Z等于或小于0，刮刀6由于R值或弯曲部分6b的曲率半径所限定的空间而被向上推，这样调色剂能够从中穿过并产生适当厚度的调色剂层。但是，在这种情况下形成调色剂层受到R值和弯曲部分6b的表面特性的影响，因而也会产生问题。结果，优选地，延伸部分Z的长度大于0。
根据本发明的显影装置1的特征在于，以下关系成立0＜Z≤[Rr+4×φt)2-Rr2]。
式中，Z指代延伸部分从抵靠点S到弯曲部分的长度，Rr指代显影辊的半径，φt指代调色剂的平均颗粒尺寸。
如图2所示，延伸长度Z和开口距离G的关系可以通过式Z2＝(Rf+G)2-Rr2来确定。此处，只要开口距离G等于或小于颗粒尺寸φt的四倍，便可将开口距离G设定得和显影辊2的直径相适应。实际上，从后述的图3和图4所示示例的结果可以看出，当开口距离G设定得和调色剂的平均颗粒尺寸的六倍一样大或设定得和传统料斗中的开口距离一样大时，过量的调色剂将会流入，并将刮刀提升，增加了调色剂的厚度。另一方面，当开口距离G被具体设定得等于或小于平均调色剂颗粒尺寸φt的四倍时，可以获得稳定的调色剂层厚度。如上所述，下限是Z大于0的情况。
优选地，在本发明的非磁性单成分显影装置1中，将刮刀6的弯曲部分6b的曲率半径R设定在0.1至0.3mm的范围内，从弯曲部分6b到末端的长度L等于或大于0.5mm。
如下参照图5和图6所述的，当刮刀6的弯曲部分6b的R值小于0.1mm时，刮刀的末端部分作用在调色剂上的应力变大。另一方面，当R值大于0.3mm时，调色剂进入的范围变大，从而减小了刮刀6的约束力。
此外，如将要参照图6所述的，当从弯曲部分6b到末端的长度L被设定为等于或大于0.5mm时，在刮刀的末端处可以确保得到满意的调色剂流动性，且该设定也有助于弯曲处理。
在根据本发明的非磁性单成分显影装置1中，优选地，以下关系成立θ≥-2.5×2Rr+113，式中，θ指代刮刀6的末端6a部分的弯曲角度，2Rr指代显影辊2的直径。
可根据显影辊2的直径适当地具体设定末端6a部分的弯曲部分6b的弯曲角度θ。具体地，在使用大直径显影装置2的非磁性单成分显影装置中，优选地，刮刀6的弯曲角度θ小于90°，这将参照图7和图8进行说明。在这种情况下，弯曲部分6b的曲率R的范围变小，因而可使影响最小化。即，当弯曲部分的角度θ落在前述范围内时，可以使当弯曲部分的曲率半径(R)太大时而发生的刮刀6的调整力的降低最小化，或者使当曲率半径(R)太小时而发生的作用在调色剂上的过量应力的影响最小化。结果，优选地，角度θ小于90°。
示例下面将引用示例进一步详细说明根据本发明的非磁性单成分显影装置。
在此处的示例中，和在上述实施例中参照图1和图2所描述的结构类似的显影装置被用来在下文中进行成像。
具体地说，基于该显影装置，通过以下的测量来检验延伸长度Z或最佳的开口距离G(空间)以及该空间对显影辊上的调色剂层的影响。如表1所示，可以采用三种具有不同辊直径的显影装置来完成上述测量工作。
表1
作为使用在显影装置中的非磁性单成分调色剂，可以使用负电荷调色剂。这种负电荷调色剂主要由诸如聚酯树脂、苯乙烯丙烯酸类共聚物等的热塑性树脂构成，平均颗粒尺寸为7.7至8.8μm。
刮刀6由0.1mm厚的SUS304形成，并布置成以18至25gf/cm范围内的压力抵靠着显影辊2。显影辊2和刮刀6之间的偏置电势差设定为在-100至-110V的范围内。
(示例1)图3是示出在表1条件下显影装置1a中的调色剂粘附量和延伸长度Z之间的关系的图表，其中刮刀6的角度θ设定为90°。尽管当延伸部分的长度落在-1.0mm至+0.5mm的范围内时，调色剂的粘附量是稳定的，但当把延伸部分的长度设定为+1.0mm时，调色剂的粘附量大幅增加。将延伸部分的长度设定为+1.0mm，对应于开口距离G大约等于调色剂的平均颗粒尺寸的六倍的结构。即，认为如果产生了和传统料斗中的类似的空间，过量的调色剂会流入并向上推动刮刀，并因而增加了调色剂层的厚度。
图4是示出当在显影装置1a、1b和1c中的每一个中进行上述实验时，每个显影辊的直径(2×Rr)和延伸长度之间的关系的图表。随着延伸长度Z在0.0mm、0.5mm和1.0mm之间变动，对调色剂粘附量和调色剂电荷-质量比进行测量。至于调色剂的粘附量，在显影辊表面上形成就调色剂平均颗粒尺寸来说，1至1.5个颗粒厚的稳定层的状态被判定为良好的状况，并用o指代，调色剂层的厚度比这个厚度大的情况用x指代。o和x之间的边界线可以用以下关系(1)所表述的关系式来表达0＜Z≤[(Rr+4×φt)2-Rr2]...(1)即，发现当开口距离G被设定为等于或小于平均调色剂颗粒尺寸φt的四倍时，可以获得稳定的调色剂层厚度。
当延伸长度Z被设定为等于或小于0时，刮刀因为由弯曲部分的R值或曲率半径所限定的空间而被向上推动，因此调色剂能够从中穿过并产生合适厚度的调色剂层。但是，在这种情况下形成调色剂层很容易受到R值和弯曲部分的表面特性的影响。
图5示出在显影装置1a的条件下，刮刀的弯曲部分的R值和粘附在显影辊表面上的调色剂量之间的关系的模拟结果。该模拟结果是基于离散的颗粒模型而进行的，该模型使得可以对调色剂性能进行精确的计算。该离散颗粒模型是用于测量的传统方案，在日本特开成10-260159中被使用和描述。(这种颗粒性能模拟方案所描述的方法是基于容器形状、混合和搅拌状况、颗粒的物理性质和容器壁表面的物理性质，来确定并表示保持在容器中的颗粒基于时间的位置。由此，可以根据颗粒之间以及颗粒和容器壁表面之间的接触面积预测通过混合和搅拌而在颗粒表面或容器壁表面上生成的静电。这种预测是根据相关颗粒的基于时间的位置所决定的。)该模拟假设调色剂颗粒具有圆柱形形状和均匀的颗粒尺寸(8.8μm平均颗粒尺寸)且表观密度为1200kg/m3。
从图5可以看出，当刮刀的延伸长度Z为0.0mm(Z＝0.0)时，发现调色剂粘附量对弯曲部分内的曲率半径(R)有很强的相关性，而当刮刀的延伸部分Z的长度为0.5mm(Z＝0.5)时，相关性较弱。模拟所得的粘附量对刮刀的延伸部分Z的长度和弯曲部分的R值的相关性也被真实的实验所验证。所以，延伸部分越长，就可以更多地减少刮刀曲率半径(R)的影响，并且可以使调色剂粘附量和调色剂电荷-质量比更加稳定。相应地，有必要将延伸长度Z设定得大于0。总而言之，延伸部分Z的长度应该满足以下关系(2)0＜Z≤[(Rr+4×φt)2-Rr2]...(2)(示例2)图6是示出当刮刀的弯曲角度被设定为90°时，从弯曲部分到末端的长度L和粘附在显影辊表面上的调色剂量之间的关系的模拟结果。应该理解当弯曲部分前部分的长度等于或大于0.5mm、且延伸部分Z的长度设定为0.0mm(Z＝0.0)或0.5mm(Z＝0.5)时，调色剂粘附量是稳定的。
图7是示出在显影装置1a、1b和1c内，刮刀6的弯曲角度θ和调色剂粘附量之间的关系的图表。公知的调色剂粘附量随着弯曲角度θ增加而减小，并且在一定阈值角度以上趋于稳定。所有的显影装置极大地显示了同一趋势，且每一个装置在调色剂粘附量为对应于单个颗粒层的1.0至1.5倍时，变得稳定。
接下来，需要考虑显影辊的直径2Rr和刮刀弯曲角度θ的最低要求，来稳定调色剂粘附量。图8是示出显影辊2的直径2Rr和弯曲角度θ的最低要求之间的关系的图表。在这种情况下，弯曲角度θ的最低要求视显影辊的直径而不同。从图8中可以明显看出随着显影辊的直径变大，弯曲角度θ变小。
结果，θ和2Rr应该满足以下关系θ≥-2.5×2Rr+113...(3)
式中，θ指代刮刀末端部分的弯曲角度，2Rr指代显影辊的直径。相应地，在关系(3)成立的前提下，将刮刀的末端部分的弯曲角度设定得小于90°，使得可以在弯曲部分处减小曲线(R)形成范围，从而减少成形精度的影响(诸如毛边等的表面特性)并将弯曲部分内的曲线(R)形成区域的变化减小到最小。
如目前所述的，根据本发明的非磁性单成分显影装置，刮刀在其末端具有从抵靠点S沿切线方向突出的延伸部分，以及以一定角度弯曲以便远离周面的弯曲部分，并且满足以下关系0＜Z≤[(Rr+4×φt)2-Rr2]，式中，Z指代从抵靠点S到弯曲部分的延伸部分的长度，Rr指代显影辊的直径，φt指代调色剂的平均颗粒尺寸。结果，可以在显影辊周面上的图像形成区域的全部范围内生成均匀厚度的、具有均匀静电电荷特征的调色剂层，从而形成质量良好的图像。
权利要求
1.一种非磁性单成分显影装置，包括显影辊，用以将层积在其周面上的非磁性单成分调色剂在其旋转过程中供应给感光器的表面；以及刮刀，其近端悬臂支承，其末端为自由端并延伸至显影辊旋转方向的上游一侧，该刮刀能够通过将末端部分的侧部平坦表面的一部分抵靠显影辊的周面来调整调色剂层的厚度，其特征在于，刮刀在其末端处具有从抵靠点沿切线方向突出的延伸部分，以及以一定角度弯曲以便远离周面的弯曲部分，弯曲角度为θ，并且满足以下关系0＜Z≤[(Rr+4×φt)2-Rr2]，式中，Z指代从抵靠点延伸至弯曲部分的长度，Rr指代显影辊的半径，φt指代调色剂的平均颗粒尺寸。
2.根据权利要求1所述的非磁性单成分显影装置，其中，弯曲部分的曲率半径被设定在0.1到0.3mm的范围内，从弯曲部分到末端的长度L等于或大于0.5mm。
3.根据权利要求1所述的非磁性单成分显影装置，其中，以下关系成立θ≥-2.5×2Rr+113。
全文摘要
本发明的非磁性单成分显影装置能够在显影辊周面上的成像区域的全部范围内生成厚度均匀、具有均匀静电电荷特征的调色剂层，从而形成质量良好的图像。该装置包括刮刀，其末端为自由端，并延伸至显影辊旋转方向的上游一侧。该刮刀能够通过将末端部分的侧部平坦表面的一部分抵靠显影辊的周面来调整调色剂层的厚度。本发明的刮刀，其末端处具有从抵靠点沿切线方向突出的延伸部分以及以一定角度弯曲以便远离周面的弯曲部分，并且满足以下关系o<z≤[(Rr+4+φt)
文档编号G03G15/08GK1453659SQ0312225
公开日2003年11月5日 申请日期2003年4月23日 优先权日2002年4月23日
发明者巽洋 申请人:夏普公司