专利名称：单组份调色剂显影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用着色剂作调色剂对形成在静电潜像载体上的静电潜像进行显影的显影装置，尤其涉及使用单组份调色剂显影剂的显影装置。
为使形成在作为潜像载体的光接收器表面上的静电潜像成为可见的，诸如复印机、打印机等采用电摄影技术的成像设备具有一个显影装置，该显影装置给光接收器提供例如调色剂或着色剂的显影剂，并使调色剂有选择地粘附到潜像上。
在这个显影装置中，形成在光接收器上的静电潜像被显影，然后显影的调色剂图像转印到作为打印材料的纸页上。在转印步骤中，未转印到纸页上的调色剂部分留在光接收器表面。为了进行下一个成像操作，应将这些不需要的剩余调色剂从光接收器表面除去。因此，在转印区的下游设置一个清洁装置用于将剩余调色剂从光接收器表面除去，由该清洁装置除去的废调色剂被收集到清洁装置的收集部分。
随着具有上述显影装置的成像设备的小型化发展趋势，在光接收器周围用于设置成像操作处理装置的空间需进行压缩。因此，必需使用小型的显影装置。
具体地，使用由调色剂和磁性载体组成的双组分显影剂的显影装置包括一个磁刷型显影辊，该显影辊用磁力将双组分显影剂输送到面对光接收器的显影区。在这个显影装置中，显影之后，显影剂被收集到显影料箱中。因此，为了实现稳定的显影，必需控制显影剂中所含的调色剂比例，即通过补充所消耗的调色剂而使调色剂的浓度保持恒定。
通常，在上述显影装置、即在使用磁刷显影的显影装置中，载体在显影剂中占据很大的量，需要用大显影剂料箱储存显影剂，这导致整个显影装置增大。另外，这种显影装置不但需要控制调色剂浓度，而且需具有多个搅拌装置以保持显影剂中调色剂电荷量的均匀，这也影响该显影装置的体积减小。
相反，已有的另一种显影装置用单组份显影剂进行显影，即只用不带载体的调色剂作显影剂。在这种使用单组份调色剂的显影装置中，不需要控制调色剂的浓度，由于没有载体，显影剂料箱的体积明显减小，因而可使显影装置缩小。此外，单组份显影装置的维修简便易行。具体地，由于不需因载体的老化而更换显影剂，因而显影剂的保养很简单。
由于只需再提供调色剂而不需检查和控制调色剂浓度，对调色剂的控制也变得简单。具体地，在使用单组份调色剂的显影装置中，唯一要做的事是当需要时再提供调色剂。
例如图3所示，与作为图像载体的的光接收器1相对的显影装置4用于显现形成在光接收器1上的静电潜像。在显影装置4中，可转动的显影辊41设置得与显影剂料箱40的开口相对，显影剂料箱40中存有调色剂10、即单组份显影剂。显影辊41的一部分从显影剂料箱40的开口露出，并与光接收器1接触。这个接触区是显影区。
显影辊41将单组份调色剂承载在其表面，并将调色剂输送到面对光接收器1的显影区。显影后，在显影中未使用的调色剂被输送到显影剂料箱40，并收集在其中。被收集的调色剂从显影辊41表面一次性除去。为此，供给辊42与显影辊41压力接触，以便刮除载带在显影辊41表面的调色剂。供给辊42也用于给显影辊41表面重新提供调色剂。
单组份调色剂由供给辊42提供、并附着到显影辊41表面。为了调节附着量，调节装置43设置成与显影辊41表面压力接触。调色剂通过调节装置43后，其量得到调节、并到达显影区，在显影区调色剂与上述的光接收器1相对并接触。在显影区中，调色剂选择性地粘附到形成在光接收器1表面的静电潜像上，进行显影。
通常，为了进行良好的显影，将显影偏压施加到显影辊41。这个显影偏压的大小设置成可使调色剂粘附到静电潜像而不粘附到光接收器的背景区(背景区没有图像)。
在上述结构中，单组份显影剂或调色剂粘附在显影辊并输送到显影区，使得调色剂粘附到光接收器上的静电潜像上、而不粘附到非静电潜像的背景区，从而进行正确的显影。
粘附在显影辊41的调色剂的量由上述调节装置43控制。在调色剂量的调节中，为了稳定调色剂的量并稳定调色剂上的电荷量，用供给辊42提供调色剂并对调色剂摩擦充电是重要的。因此，供给辊42恰当压靠显影辊41，以便正确地进行调色剂的供给和摩擦充电。
在这种情况下，如果抵靠显影辊41的接触压力变化，则由供给辊42引起的调色剂供给和摩擦充电的波动将使正确显影不能进行。具体地，供给辊42由轴承装置可转动地支承在其转动轴的两端，于是，供给辊42抵靠显影辊41的接触压力在中间区与顶端区之间可以是不同的。一般在中间区，接触压力变小。为此，由于沿转动轴方向的接触压力变动使得调色剂供给和调色剂电荷分布变得不均匀，从而造成整个区域内调色剂浓度不稳定。
日本已公开专利申请昭61-28978公开了一个为显影辊41提供调色剂的供给辊42，供给辊42具有王冠结构，在中间具有最大直径，在两端具有最小直径，以便在与显影辊41压力接触时在横跨供给辊42的全长上实现基本均匀的接触压力。
这种结构能沿轴向使调色剂的供给和充电变得均匀，实现稳定良好的显影。
如上所述，当供给辊42压靠显影辊41时，冠状供给辊42的结构和该辊以适当压力的抵靠实现调色剂的稳定供给和均匀充电，从而可进行均匀良好的显影。在这种情况下，如果供给辊42与显影辊41之间的接触压力较高，则可得到更稳定的充电。
另一方面，较大的接触压力会增加显影装置上的负载转矩，这意味着在转动供给辊42时需要较大的驱动转矩。因而，需要能产生大驱动转矩的驱动电机，这将使包括驱动电机的显影装置的成本和体积增大。另外，设置大接触压力将增加供给辊42的磨损、缩短显影装置的寿命。
为避免这一不足，须减小负载转矩，就是要减小供给辊42抵靠显影辊41的压力。但是，在不损害摩擦充电性和调色剂供给稳定性时不能减小该压力。就是说，摩擦充电性的降低和调色剂供给的不稳定会引起图像不均匀和白点。为解决这个问题，可使用冠状供给辊42，但是该结构的制造很困难，因此成本较高。另外，冠状供给辊结构增加了驱动转矩。
针对上述问题，本发明的目的是提供一种使用单组份调色剂的显影装置，该显影装置能够进行稳定的调色剂供给和稳定的调色剂充电、而不增加显影辊与供给辊之间的接触压力，因此减小了负载转矩。
为实现上述目的而提出本发明，本发明的构成如下根据本发明的第一方面，单组份调色剂的显影装置包括一个显影辊，用于载带单组分调色剂、并向与静电潜像载体相对的显影区输送单组份调色剂；和一个供给辊，它设置在显影区对侧、并与显影辊相对，用于向显影辊提供调色剂，其特征在于，所述供给辊在其转动轴两端设有一对从动元件，可被转动驱动，一对驱动元件与相应的从动元件啮合，向其传递转动力，其啮合位置为驱动元件沿与显影辊和供给辊之间相对点相反的方向推动从动元件的位置。
根据本发明的第二方面，具有上述第一特征的单组份调色剂显影装置中，所述供给辊沿这样的方向转动，即所述供给辊的圆周运动与所述显影辊的圆周运动在它们的相对点处是相反的，各驱动元件和从动元件以这样的方式耦合、即当耦合角θ是一个在所述供给辊的轴芯处由所述供给辊的轴芯与所述显影辊的轴芯之间的连线和所述驱动元件与所述从动元件轴芯之间的耦合点所限定的角时，所述驱动元件的耦合角被限定为180°≤θ≤360°，其中当所述耦合点位于所述连线上和所述显影辊相对侧时，所述耦合角为0°。
根据本发明的第三方面，具有上述第一特征的单组份调色剂显影装置中，所述驱动元件与所述从动元件在一点耦合，该点位于穿过所述供给辊的轴芯并垂直于所述显影辊与供给辊的轴芯之间连线的线上。
根据本发明的第四方面，具有上述第一特征的单组份调色剂显影装置中，所述供给辊由具有许多微孔的弹性泡沫材料构成，其中微孔的泡密度在80-100微泡/英寸范围内。
根据本发明的第五方面，具有上述第四特征的单组份调色剂显影装置中，供给辊的硬度小于显影辊的硬度，其硬度值处在Asker F 60度-Asker C30度的范围内。
下面说明本发明各结构的操作。
首先，在该第一结构中，供给辊被转动以便将调色剂提供到显影辊。在这种情况下，在驱动元件与从动元件在转动轴两端耦合的同时、供给辊由轴承等保持并向外超过该轴承，以便供给辊在与显影辊相反的方向被驱动元件的转动力推动。结果，供给辊相对作为固定支承的轴承向显影辊偏移。偏移在供给辊中部附近变得最大，于是供给辊推压显影辊仿佛它真是冠状的。
在这一方式中，供给辊不需预先形成冠状结构，其制造可大大简化并减少成本。另外，由于不需提供冠状结构时不必再增大供给辊抵靠显影辊的压力，故驱动转矩、即用于转动供给辊的负载转矩变得较小，因此可以用具有小驱动转矩且小体积的电动机驱动供给辊。
在第二结构中，如图1A和1B所示，如果在两个辊之间的接触点相对供给辊转动方向的下游位置处，驱动元件(47)与被驱动元件(46)耦合，在穿过显影辊(41)轴中心(A)和供给辊(42)轴中心(B)的线(AB)的下面，一个具有F0量值并指向驱动元件转动方向的力作用在供给辊(42)上。所以，如图2A所示，供给辊(42)相对作为其固定支承的轴承(45)向显影辊(41)一侧偏移，使供给辊(42)以与冠状结构相同的方式抵靠显影辊(41)。这种结构提供稳定的调色剂供给和稳定的调色剂充电。
在第三结构中，图1B示出了驱动元件(47)在耦合点(B7)与从动元件(46)耦合的状态。在这一状态中，耦合角θ设置为270°。在驱动元件(47)转动的同时，作用在从动元件(46)的力F0的指向与线(AB)平行。因而供给辊(42)中部的偏移最大。于是，抵靠显影辊(41)的压状态最适宜，因此既使两辊之间的压力较小也可在轴全长实现均匀的压状态。从而可进一步减小驱动转矩。
在第四结构中，可进一步稳定地向显影辊供给调色剂。当供给辊具有大的泡密度时，调色剂颗粒不易进入微孔，于是导致调色剂供给失败。另一方面，如果辊子泡密度小，调色剂颗粒进入微孔且不能被除去，则弹性泡沫材料变硬，进而增加驱动转矩。因此，上文对泡密度的限定可稳定调色剂供给并防止驱动转矩增加。另外，可解决调色剂堵塞泡沫材料以及显影后连续地保持去除粘附到显影辊上的调色剂的效果的问题。
在第五结构中，对辊硬度的限定保证辊之间的充分接触状态，因此可维持调色剂的稳定供给和显影后的调色剂去除，以及防止驱动转矩的增大。
这里，由于供给辊的转动使其圆周运动与在相对区中的显影辊的圆周运动相反，所以在显影后对剩余在显影辊上的调色剂的去除作用增强。尽管由于相反方向的驱动会增加供给辊的驱动转矩，但通过设置供给辊的转动速度、即使其圆周速度低于显影辊的圆周速度也可防止驱动转矩增加。然而会存在向显影辊供给调色剂不足的倾向。这可通过向供给辊施加偏压、以促使调色剂趋向显影辊来解决，以便调色剂能容易地转移到显影辊。
图1A和1B表示本发明第一实施例中供给辊的驱动状态，该状态中调色剂提供到作为本发明单组份显形剂显影装置一部分的显影辊；图2A和2B分别表示供给辊以图1A和1B所示的供给辊的驱动关系与显影辊压力接触的状态；图3是表示本发明使用单组份调色剂的显影装置结构实例的截面图；图4是表示具有图3所示显影装置的成像设备整体结构的简图；和图5是表示图3所示显影装置的改型的截面图。
下面将结合
本发明的实施例。本发明显影装置的一个实施例将结合图1A和1B至图4进行说明。图1A和1B是表示显影辊与供给辊之间在驱动时的关系的图，显影辊与供给辊是本发明显影装置的两部分，它们均与作为成像设备潜像载体的光接收器相对设置。图2A和2B是表示在操作中，在图1A和1B中的驱动关系下，作用在显影辊上的供给辊的状态。图3是表示本发明显影装置结构的图。图4是表示具有图3所示的本发明显影装置的成像设备的整体结构的简图。
首先结合图4说明成像设备基本结构。1代表鼓形光接收器，它基本上设置在成像设备的中心部分，作为图像载体用于在成像期间承载静电潜像、并沿箭头方向以恒定速度被转动。各种成像处理装置相对并围绕光接收器1设置。
进行成像处理的装置包括充电器2，用于对光接收器1表面均匀充电；未示出的光学系统，根据所要形成的图像辐射光图像3；本发明的显影装置4，用于将由该光学系统曝光而在光接收器1表面形成的静电潜像显现；转印装置5，用于将显影的图像(调色剂图像10)转印到适时输送的纸P；清洁装置6，用于除去未被转印并在转印处理后留在光接收器1表面的剩余显影剂(调色剂)；以及去除装置7，用于消除剩余在光接收器1表面的静电荷。所有的处理装置按所述顺序相对光接收器1的转动方向设置。
大量纸页P叠放在纸盘或纸盒中，纸页被供纸装置从纸盒一张接一张地送到转印区，在此上述转印装置5与光接受器1相对设置，并使纸页的前边缘与形成在光接收器1表面的调色剂图像的前边缘同步。转印后，纸P从光接收器1分离并被送入定影装置8。
定影装置8将转印到纸上的未定影的调色剂图像定影为永久的图像，定影装置8包括一个面对调色剂图像表面并被加温以便熔化和固定该调色剂的加热辊、和一个压靠加热辊以使纸P紧密接触加热辊的压力辊。通过定影装置8的纸P由排放辊排放到未示出的位于成像设备外的出纸盒。
如果成像设备是复印机，上述未示出的光学系统用光照射复印原件，使来自原件的反射光以光图像3聚焦到光接收器1。另一方面，当成像设备是打印机或数字复印机时，光学系统通过根据图像数据控制半导体激光器的通和断而辐射光图像。具体地，在数字复印机中，来自复印原件的反射光被摄像传感器(CCD元件等)摄取，以使摄取的图像数据输入包含半导体激光器的光学系统，而后输出与图像数据相对应的光图像。在打印机中，光学系统将来自例如文字处理器、个人计算机等的图像数据转换成光图像，并用该光图像照射光接收器。也可用LED装置、液晶快门等代替半导体激光器进行光图像转换。
在这个结构中，成像设备中的成像操作一旦开始，光接收器1就沿箭头方向转动，且光接收器1表面被充电器2均匀充电到特定极性的预定电位。充电后，上述未示出的光学系统形成并输出光图像3，以使与光图像3相应的静电潜像形成在光接收器1的表面。这个静电潜像在下一步中由显影装置4显现或显影。在本发明中，显影用单组份调色剂进行，调色剂被静电力选择性地吸引而到达光接收器1表面的静电潜像，从而完成显影。
位于转印区的转印装置5将形成在光接收器1表面的显影调色剂图像转印到与光接收器1的转动同步输送的纸P。转印装置5通过给纸P背面提供与调色剂极性相反的电荷而将调色剂图像转印到纸P。
转印后，一部分调色剂图像未被转印并留在光接收器1表面。清洁装置6将这些剩余调色剂从光接收器1表面除去。而后，去除装置7将光接收器1表面的剩余电荷清除到一均匀的电平、例如0伏，以便下一次使用光接收器1。
转印后，纸P从光接收器1分离并输送到定影装置8。在定影装置8，纸P上的调色剂图像在辊间的压力作用下被熔化、挤压并固定到纸P上。通过定影装置8的纸作为已成像的纸被排出到位于成像设备外部的出纸盒。
(本发明显影装置的结构)下面结合图3说明本发明显影装置的结构。即具体说明本发明的单组份调色剂显影装置的结构实例。
首先，结合图3说明用单组份调色剂进行显影的显影装置的结构。显影装置4包括显影辊41，它可转动地设置在存放单组份调色剂、例如非磁性单组份调色剂10的显影剂料箱40中；供给辊42，用于向显影辊41侧提供单组份调色剂10。另外，一对螺旋辊9和9设置在显影剂料箱40的右侧，用于在需要时向显影剂料箱中再提供单组份调色剂10。
设置在显影剂料箱40内的显影辊41部分地露出并转动，以便将调色剂送到与光接收器1相对的显影区，在这种结构中，显影辊的表面以与图示的光接收器1表面的运动方向相同的方向运动。上述供给辊42与显影辊41在与显影区相对的区域中压力接触。
显影辊41例如由一个金属辊(包括转动辊)和附在金属辊表面的诸如海绵的多孔弹性材料构成。当以其中有分散的碳的高聚物聚氨基甲酸酯泡沫或离子导电固体橡胶用作诸如海绵的弹性材料时，辊表面电阻可保持在一规定范围内，如下文所述，当施加显影偏压时该电阻范围具有防止调色剂熔化的优点。下面将说明本发明中使用的显影辊41的具体实例。
显影辊41与未示出的驱动电机耦合，并沿图中箭头所指方向转动。单组份非磁性调色剂10被吸引到转动着的显影辊41表面，并被输送到与光接收器1相对的显影区。由于显影辊41与光接收器1压力接触，在压力接触区构成的显影区内，光接收器1表面的静电潜像吸引单组份调色剂10而进行显影。
单组份调色剂10是具有平均粒径约10μm的单组份非磁性调色剂，它可以是聚酯调色剂或苯乙烯丙烯酸调色剂。
从显影偏压电源电路11向显影辊41施加显影偏压Va。显影偏压Va设置成适当极性的电压，以使调色剂粘附到光接收器1的静电潜像上、而不粘附到非图像区的区域。
供给辊42以这样的方式转动，即在与显影辊41相对的区域(压力接触区)、供给辊42的表面以与显影辊41运动方向相反的方向运动。供给辊42用与显影辊41类似的材料构成，并可用与显影辊41类似的电阻调整材料调整供给辊42的电阻。为了进一步增加供给辊42的弹性，构成供给辊42的泡沫材料所使用的发泡剂比显影辊多。
从偏压电源电路12给供给辊42施加供给偏压Vc。这个偏压一般设置成使调色剂被推向显影辊41侧，即供给辊42侧面上的调色剂被排斥到显影辊41。例如，当使用充负电的调色剂时，进一步向负端偏置的供给偏压Vc施加到供给辊42。
显影辊41和供给辊42耦合到未示出的驱动电机，以使它们沿图中箭头方向转动。于是，供给辊42向显影辊41提供调色剂、并在显影步骤后从显影辊41表面分离或去除显影中未使用的剩余调色剂。上述由供给辊42提供并粘附到显影辊41表面的调色剂10被输送到与光接收器1表面相对的显影区，调色剂被显影辊41适当地挤压、而后由作为调节调色剂粘附量的装置的刮刀43调节调色剂的粘附量，以使调色剂层具有不变的厚度。
刮刀43以适当的压力压靠显影辊41。刮刀43由板状金属材料构成，靠近顶端的平面(侧)部分与显影辊41压力接触。因此，提供给显影辊41的调色剂10被送到调色剂与光接收器1相对的显影区，同时，根据预定的压力和刮刀43的设定位置控制该调色剂、以使调色剂具有所需的静电荷量和所需的厚度。
作为调节装置的刮刀43固定在显影剂料箱40侧面的一端，而其自由端的平面部分压靠显影辊41表面。调节装置43由诸如磷青铜、不锈钢(SUS)等金属板构成并具有约0.1-0.2mm的厚度，调节装置43邻近其自由端的平面部分沿轴向(横跨显影辊的转动轴)以预定压力与显影辊41接触。于是借助调节装置43，从供给辊42提供并载带在显影辊41表面上的单组份调色剂10的数量可调节成恒定量，从而使被调节的调色剂输送到与光接收器1接触的显影区。
刮刀43还具有从偏压电源电路13施加的刮刀偏压Vb。刮刀偏压Vb也设置得使调色剂10趋向显影辊41侧。例如，当使用充负电的调色剂时，进一步向负端偏置的电压施加到刮刀43。施加到刮刀43的刮刀偏压Vb可以等于施加到显影辊41的显影偏压Va、或可大于显影偏压Va的绝对值。
输送到与光接收器1相对的显影区的调色剂10选择性地粘附到光接收器1表面的静电潜像上，因而以调色剂的颜色显影该静电潜像。显影辊41的转动使显影中未使用的调色剂10的部分返回显影剂料箱40。调色剂电荷去除装置44在未使用的调色剂被收集的位置与显影辊41压力接触。去除装置44相对显影辊41的转动方向位于供给辊42的上游、其一端固定到显影剂料箱40，于是去除装置44以适当压力抵靠显影辊41、且其自由端的平面部分弹性地抵靠显影辊41。
显影之后当调色剂收集到显影剂料箱40中时，显影中未使用的剩余调色剂被显影辊41的转运和去除装置44的综合作用去除电荷，以便调色剂可再使用。去除装置偏压Vd从电源电路14施加到去除装置44以去除调色剂的电荷。
在上述过程中，显影装置4将调色剂10输送到与光接收器1相对的区域、并显影光接收器1表面的潜像。当纸P在转印区相应地输送时，上述转印装置5将光接收器1表面的调色剂图像转印到纸P，然后，纸P穿过定影装置8排出到成像设备的外部。
这里所用的光接收器1可以是OPC光接收器，它包括一个由金属或树脂构成的导电基底、一个涂敷在基底表面的下层、一个涂敷在下层上作为中间层的载体发生层(CGL)、和一个涂敷在载体发生层(CGL)上作为最顶层的主要由聚碳酸酯构成的载体转移层(CTL)。但是，本发明的光接收器不限于此，任何可以载带静电潜像的载带件均可用作光接收器。
下面说明构成本发明显影装置4的显影辊41、供给辊42、刮刀43等的具体结构。
(显影辊的结构)显影辊41的构成上文已说明。下面进一步说明它的结构。显影辊41包括一个金属轴、例如涂敷有导电尿烷橡胶的不锈钢轴41a，该尿烷橡胶中加有诸如碳黑的导电剂、尿烷橡胶的体积电阻约为106(Ωcm)、其JIS-A硬度为60-70度。显影辊41与光接收器1接触，接触深度为0.1-0.3mm，辊41与辊间有调色剂，显影辊41由未示出的驱动电机沿箭头方向转动。
来自显影偏压电源11的显影偏压Va施加到显影辊41的轴41a。例如，当单组份调色剂充负电时，施加的显影偏压Va是-450(V)。
(供给辊的结构)供给辊42搅拌显影剂料箱40中储存的调色剂、并在显影辊41显影之后除去显影辊41表面的剩余调色剂。供给辊42由转动轴42a和附在该轴上的导电多孔泡沫材料构成。
该多孔泡沫材料是导电尿烷泡沫，它的体积电阻约为105Ωcm、微孔的泡密度是80-140微泡/英寸、硬度范围从Asker F 60度-Asker C 30度。该尿烷泡沫与碳黑以5-15重量份的碳黑比100重量份泡沫的比例混合。在某些实施例中可混合70重量份的碳黑。聚氨基甲酸酯和碳黑与用于显影辊41中的相同。
为了得到具有上述泡密度的泡沫材料，例如可混合聚氨基甲酸酯泡沫和碳黑、并用搅拌器搅拌该混合物以形成泡沫，而后用热喷模制将泡沫涂敷到金属转动轴42a(与显形辊41组成相同)周围，从而构成供给辊42。
供给辊42以0.5-1mm的接触深度与显影辊41.压力接触、并由未示出的驱动电机沿箭头方向转动。来自调色剂供给偏压源12的供给偏压Vc(例如，-550V)经不锈钢轴42a施加到供给辊42。
(调色剂层厚调节装置中的刮刀结构)如图3所示，刮刀43的一端固定在显影剂料箱40上形成具有预定长度的悬臂，悬臂的自由端以适当压力抵靠显影辊41。在这个结构中，调色剂被摩擦充电以便具有适于显影的电荷，同时粘附到显影辊41上的调色剂量被调节为恒量。
例如，刮刀43的一端固定在显影剂料箱40上，以便利用刮刀的弹性将其另一端抵靠显影辊41。刮刀43是厚度约0.05-0.5mm的金属板，它借助该材料的弹性作用、即弹性变形产生的预定压力抵靠显影辊41，以形成具有预定厚度和预定静电荷量的调色剂层。
抵靠显影辊41的刮刀43的远端沿离开显影辊41表面的方向弯曲、形成一个微小的斜面，使显影辊与弯曲刮刀43之间形成的角变得较大。位于显影辊41上的刮刀43的抵靠区可用涂层或其它方式进行处理，以便控制调色剂的静电荷量、并防止调色剂熔化。
刮刀43可用具有弹性的任何常用材料制成。该材料实例包括诸如SUS的弹簧钢，诸如SUS301、SUS304、SUS420J2、SUS631的不锈钢，和诸如C1700、C1720、C5210、C7701的铜合金。
刮刀43自由端的微小斜面可通过切割、研磨、弯曲制成，或用导电粘接剂粘接一个预先模制的片形端部而制成，或在刮刀顶端形成一个台阶、用导电粘接剂将金属箔粘到台阶上而制成。
从调色剂层厚度调节偏压电源13给刮刀施加刮刀偏压Vb(例如，-500V)。
上述刮刀不限于板形，也可制成图5所示的辊。图5中所示的刮刀辊43a的结构更能防止调色剂熔化并延长调节装置的寿命。
辊刮刀43a由金属材料或硬的树脂材料制成。辊刮刀43a沿与显影辊41相同的方向转动，即沿图5中的逆时针方向转动，以便调节供给辊42施加到显影辊41上的调色剂的量。相似地，从调色剂层厚度调节偏压电源13经其辊轴给辊刮刀43a施加刮刀偏压Vb(例如，-500V)。
(去除装置的结构)
如图3和5所示，在显影后直接与调色剂接触的去除装置44压靠显影辊41，以防调色剂泄漏并去除调色剂的静电荷，从而从显影辊41分离调色剂以便下次使用。去除装置44由板形弹性元件构成、并以与刮刀43相同的方式以适当压力压靠显影辊41。从电源电路14给去除装置施加去除装置偏压Vd，以便在显影后去除所收集调色剂的电荷。
去除装置44由厚度0.3mm±0.1mm、电阻值103-106Ω的导电膜构成，去除装置44具有与施加到显影辊41的电位相同的电位、或具有从调色剂电荷去除偏压电源14施加的高于显影辊41电位50V或更大的去除装置偏压(Vd)。
去除装置44可由诸如镀铝金属膜等导电材料构成。另外，如不需要从调色剂除去电荷，则诸如Mylar膜的绝缘膜可只用于底部的密封。在这种情况下，不必设置去除电源14。
与此相关，由于显影辊41的有效辊电阻(r)和显影时流动的显影电流，在显影辊内产生V＝I×r的电压降。因此，通过适当调节有效辊电阻可降低施加到显影辊41表面的有效显影偏压，从而将欠佳的两种调色剂的显影特性改善成所需等级的调色剂。
(非磁性单组份调色剂)作为非磁性单组份显影剂的调色剂可用下述方法制成把80-90重量份的苯乙烯丙烯酸共聚物、5-10重量份的碳黑、和0-5重量份的电荷控制剂混合，揉捏，磨碎并分级，从而制成平均粒径约5-10μm的充负电的调色剂。为了改善调色剂的流动性，从内部或外部添加0.5-1.5重量份的硅(SiO2)，从而制成所需的非磁性单组份调色剂。
调色剂不限于充负电的类型，也可制成充正电的调色剂。通过适当地选择主粘接剂树脂和电荷控制剂可方便地进行这种变更。调色剂不只限于单色复印机和打印机用的黑调色剂，也可以是彩色复印机和打印机用的彩色调色剂。
非磁性单组份调色剂不限于上述的组份，下述组份也可以用于本发明的显影装置。
作为热塑性树脂的主组份粘接剂树脂，可用聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯、低分子量聚丙烯、环氧、聚酰亚胺、聚乙烯醇缩丁醛、或类似材料代替苯乙烯丙烯酸共聚物。
作为着色剂，可用炉黑、苯胺黑染料、含金属的染料、或类似物代替黑调色剂中的碳黑。对于彩色调色剂，例如，黄调色剂包括联苯胺黄颜料、苯黄、乙酰基乙酰替苯胺不溶偶氮颜料、单偶氮颜料、偶氮甲碱；品红调色剂包括吨品红染料、亚磷钨酸钼酸盐湖颜料、蒽醌染料、含吨染料和有机羧酸的着色材料、硫靛、Naphtol不溶偶氮颜料；青调色剂包括铜酞菁颜料。
作为外部添加剂的非硅的调色剂流化剂的实例包括胶态硅石、氧化钛、矾土、硬酯酸锌、聚氟亚乙烯和它们的混合物。
另外，用于充负电调色剂的电荷控制剂的实例包括含偶氮金属的染料、有机酸金属络合物、和氯化烷。用于充负电调色剂的实例包括苯胺黑染料、脂肪酸金属盐、胺和季铵盐。
在使用上述单组份调色剂的显影装置4中，与显影辊41压力接触的刮刀43调节调色剂10的粘附量，使调色剂层具有均匀的厚度。之后，调色剂10被送到显影区并显影光接收器1表面的静电潜像。在这个处理过程中，显影辊41、供给辊42和刮刀43分别施加偏压，即显影偏压Va、刮刀偏压Vb、和供给偏压Vc。
(本发明的第一实施例)在本发明的显影装置4中，为显影辊41提供调色剂并通过摩擦充电给调色剂提供预定静电荷的供给辊42以预定压力压靠位于显影区对面的显影辊41。如前所述，在这种情况下，供给辊42以0.5-1mm的接触深度压靠显影辊41。
这种设置允许供给辊42以有利的方式推压显影辊41，使得可在显影辊全长上以稳定的方式均匀地提供调色剂、并给调色剂均匀地充电。
如图3所示，供给辊42沿逆时针方向以这样的方式转动、即在接触区供给辊表面沿着与显影辊41运动方向相反的方向运动。如图1A和1B、图2A和2B所示，供给辊42的转动轴42a被与转动轴42a两端上的一对从动齿轮46耦合的驱动齿轮47驱动。驱动齿轮47与未示出的驱动电机耦合并被驱动，以便在沿图示的方向转动供给辊42。
在上述的结构的显影装置4中，供给辊42与显影辊41压力接触时，供给辊42被与显影辊41分别被驱动。因此，如图2A和2B所示，供给辊42的转动轴42a的两端被显影剂料箱40所支承的轴承45可转动地支承。一对从动齿轮46安装在该轴伸出显影剂料箱40的位置。通常在转动轴42a一端设置单从动齿轮46以便驱动供给辊42。但在本发明中，一对从动齿轮46设置在两侧。
如图1A和1B所示，每个从动齿轮46与驱动齿轮47啮合并被转动，驱动齿轮47被未示出的驱动电机沿图示方向转动。显影辊41相对供给辊42独立地被未示出的驱动电机的转动沿箭头方向转动。
参看图1A，本发明驱动齿轮47和从动齿轮46彼此啮合的位置处于相对供给辊42转动方向上显影辊41与供给辊42之间接触点的下游侧、或处于穿过显影辊41的轴心A和供给轴42的轴心B的直线的下侧。图1A中，穿过显影辊41的轴心A和供给轴42的轴心B的直线AB的上下侧相对供给辊42的转动方向分别被称为上游侧和下游侧。
如图1A所示，当用于转动供给辊42的从动齿轮46在下游侧位置与驱动齿轮47耦合时，力FO沿切线(沿转动方向)向右作用。即，力FO沿着将供给辊42从显影辊41拉开的方向作用。更具体地，作用力FO可分解成两个分量F1和F2，F1平行于穿过显影辊41的轴心A和供给轴42的轴心B的直线AB，F2垂直F1。基于作用力FO的大小和方向，供给辊42相对其固定支承轴承45偏移。
以图2A所示的进行说明，当驱动齿轮47和从动齿轮46如图1A所示的彼此啮合时，作用力FO指向与显影辊41的位置相对的方向、或指向离开显影辊41的方向。因此，供给辊42相对其固定支承轴承45偏移、并在驱动齿轮47和从动齿轮46之间的耦合位置向与力FO相对的方向变形。即，供给辊42向着显影辊41侧偏移。具体地，如图2A所示，由于作用力FO作用在设在供给辊42轴42a两端的每个从动齿轮46上，使供给辊42被推向与显影辊41侧相对的方向，如虚线所示，供给辊42相对固定的轴承点偏向显影辊41侧。
因此，无冠状表面的供给辊42抵靠显影辊41，好象其为冠状一样。。于是，供给辊42能在沿着轴42a基本上均匀压靠显影辊41的同时被转动。因此不再需要向显影辊推压供给辊42，从而可减小负载转矩。
另一方面，如图1B所示，当供给辊42的从动齿轮46与驱动齿轮47在上游位置耦合时，由驱动齿轮47的转动产生的力FO作用在显影辊41侧。
结果，如图2B所示，由驱动齿轮47的转动产生的力FO使位于供给辊42两端的从动齿轮46被推向显影辊41侧。因此，供给辊42的中部相对作为其固定支承的轴承45沿离开显影辊41的方向偏移。这不但降低了供给辊42与显影辊41压力接触的均匀性，而且不能向显影辊41提供调色剂、且在显影之后不能除去显影辊41上的剩余调色剂。
为了检验本发明的上述作用，实际复印操作使用下述实施例中的显影装置。
(实施例)通过图1B所示的设在驱动齿轮47和供给辊42侧的从动齿轮46之间的八个不同点、即B1-B8，经驱动齿轮47转动供给辊42进行实际的复印操作。在这个实际操作中，检验纸上的调色剂图像和图像空白等的均匀度。其结果具体显示纸中间部分显著的图像空白和密度变化。
为此，下述结构被使用。
显影辊41是由导电尿烷橡胶制成的直径34mm的导电弹性辊，该导电尿烷橡胶的体积电阻约106Ωcm、并具有符合JISB-0601的表面粗糙度Rz3-6μm、JIS-A硬度60-70。显影辊41以0.1-0.3mm的接触深度与光接收器1接触、并沿图3中箭头方向以285mm/s的圆周速度转动。显影辊41的转动轴41a是18mm直径的不锈钢轴、并施加来自显影偏压电源电路11的-450V的显影偏压Va。
供给辊42是一个导电弹性泡沫辊，它是在直径8mm不锈钢转动轴42a上涂敷体积电阻约105Ωcm、泡密度80-100微泡/英寸、直径20mm的导电尿脘泡沫而制成。供给辊42以0.5-1mm的接触深度与显影辊41接触、并沿图3中箭头方向以170mm/s的圆周速度转动。供给辊42的转动轴42a是不锈钢轴、并施加来自电源电路12的-550V的供给偏压Vc。
刮刀43或调节装置由0.1mm厚的不锈钢板构成且与显影辊41压接触。刮刀43具有片悬臂结构，以便其自由端借助其弹性变形的预定压力以按压显影辊41表面的调色剂层的方式抵靠显影辊41。来自电源电路13的-500V刮刀偏压Vb施加给刮刀43。
另外，去除装置44由其中分散有碳颗粒、厚度0.3mm±0.1mm树脂基底、并具有103-106Ω电阻的导电膜构成、且以其固有弹性产生的预定压力与显影辊41表面接触。来自电源电路14的-500V去除装置偏压Vd施加给去除装置44。
所用的调色剂是直径10μm的单组份非磁性苯乙烯丙烯酸调色剂的充负电的黑调色剂。光接收器1是具有直径65mm、并以190mm/秒的圆周速度沿图3中箭头方向转动的有机光导层。光接收器1由充电装置2以-550V表面电位充电。
在这种结构中进行实际的复印操作，其结果示于以下表1中。具体地，该结果显示驱动齿轮47与从动齿轮46相啮合的不同耦合位置B1-B8。在表1中，耦合角θ以点B1为0°而确定。耦合角θ由显影辊41的轴41a中心A与供给辊42的轴心42a中心B之间的连线AB和驱动齿轮47的轴心C与从动齿轮46的轴心B之间的连线BC构成。耦合位置B1是与显影辊41和供给辊42之间的相对位置(接触位置)面对的位置，这一位置设为0°。上述耦合位置B1-B8沿供给辊42的转动方向以45度依次分开。
表1
当驱动齿轮47在位置B1和B5啮合时，由驱动齿轮47转动产生的力F0基本垂直于线AB。在这些情况下，供给辊42会偏移，但不影响显影辊41，因此该抵靠状态是几乎不显著影响图像质量的一般状态。当驱动齿轮47与从动齿轮46之间的耦合位置处在点B5-B8时，可得到较好的结果。
耦合位置处在点B7时可得到最好的结果，在点B7，线AB(显影辊41的轴心A与供给辊42轴心B之间的连线)垂直于线BC(供给辊42的轴心B与驱动齿轮47的轴心C之间的连线)且与从动齿轮46啮合的驱动齿轮47沿箭头所指方向转动。在这一点，供给辊42抵靠显影辊41的状态变得稳定，能够均匀地充电、均匀地提供调色剂、并能在显影后有效地除去剩余调色剂，这些是得到良好结果的原因。在这一状态下，分力F1与力F0重合或作用力F0变得与线AB平行，因此，力F1最大。
在这个状态中，图2A所示的分力F1变成最大，供给辊42中部附近的不足的压力得到补偿，从而得到最好的结果。采用这种结构还减小了供给辊42对显影辊41的压力，因此能沿轴向均匀地提供调色剂和给调色剂均匀地充电，并产生好的显影图像。最终，还能减小供给辊42的驱动力矩。
从上文可知，当与从动齿轮46耦合并转动齿轮46的驱动齿轮47的耦合位置处在相对供给辊42的转动方向的显影辊41与供给辊42之间接触点的下游侧或处在线AB的下面时、即当耦合角θ设置成在点B1为0°的情况下的耦合角为180°≤θ≤360°时，可实现最好的调色剂供给和调色剂充电。在225°≤θ≤315°范围内可实现良好的状态，当耦合角θ等于270°时、即当驱动齿轮47与从动齿轮46的耦合使驱动齿轮47的中心与供给辊42的中心之间的连线垂直于显影辊41中心与供给辊42中心之间的连线时，可得到最佳结果。
由于在接触区中供给辊42的转动使其圆周的运动与显影辊41的圆周运动相反，因此调色剂的摩擦充电被改善、并且进一步改善了显影后对剩余调色剂的去除。
在实际的复印操作中，供给辊42的转速、即圆周速度设置为170mm/秒，它明显低于显影辊41的285mm/秒的圆周转速。这种设置下，使用于转动供给辊42的驱动转矩(负载转矩)减小，从而可用低驱动转矩的电机驱动供给辊42。另外，尽管供给辊42与显影辊41在压力接触区之间存在摩擦问题，但供给辊42的磨损可明显地减小。
在这种状态下，调色剂的供给量因供给辊42圆周速度降低而减小。为了补偿这一减小，将低于施加给显影辊41的偏压的电压提供给供给辊42，以便充负电的调色剂能转移到显影辊41。这一特征防止因低转速造成的调色剂供给失效，以便充分地提供调色剂。
如果供给辊42的转速增加，调色剂供给量也随之增加。于是，施加给供给辊42的偏压可设置成等于施加给显影辊41的显影偏压。在这种情况下，图3中为供给辊42设置的电源电路12可省略，来自电源电路11的输出电压可提供给供给辊42。因此，电源电路可简化。
(本发明的其它实施例)如上所述，在本发明的第一实施例中，对供给辊42的转动驱动装置进行控制以便稳定对显影辊41的调色剂供给和调色剂充电。
在以上结构中，为了保证供给辊42向显影辊41提供足够的调色剂数量，应考虑增加供给辊42的转速。但是，由于供给辊42压靠显影辊41，因此驱动转矩随着供给辊42转速的增加而增加。
在这个实施例中，不增加供给辊42的转速也能保证给显影辊41提供足够的调色剂数量。这个结构将在下文中说明。
供给辊42对储存在显影剂料箱40中的调色剂进行搅拌、并在显影之后从显影辊41上去除调色剂。因此，供给辊42由导电尿脘泡沫组成的弹性泡沫辊构成。具体地，以5-15重量份的碳黑比100重量份的尿脘泡沫的比例将尿脘泡沫与碳黑混合。在某些实施例中，可混合70重量份的碳黑。聚氨基甲酸乙酯泡沫和碳黑与用于显影辊41中的相同。
作为一个实例，聚氨基甲酸乙酯泡沫和碳黑混合，用搅拌器搅拌该混合物以便起泡沫，然后用热喷模制将该泡沫附在金属转动辊42a(与显影辊41具有相同的组份)周围，于是制成供给辊42。
在这样制成的供给辊42中，如果泡沫材料具有低的泡密度，则调色剂颗粒进入泡沫的微孔、并使该弹性泡沫材料硬化。于是，在调色剂的输送量因泡沫材料的微孔堵塞而下降的同时，用于供给辊42的驱动力矩增加，因此导致给显影辊41提供的调色剂不充足。
相反，当构成供给辊42的泡沫材料具有大的泡密度时，调色剂颗粒难以进入泡沫的微孔、但输送调色剂的能力也相应下降。结果，因调色剂提供不充足而使图像密度降低，且弹性泡沫材料的硬度增加。因此，供给辊42对显影辊41的接触压力变大，驱动转矩增加。另外，调色剂易于接收机械应力、且质量会下降。
可见，构成供给辊42的弹性泡沫材料的泡密度是一个重要参数，它能改善调色剂的供给、并减小驱动转矩。因此，如上所述，将供给辊42的弹性泡沫材料的泡密度限制在预定范围内，可实现稳定的调色剂供给和降低驱动转矩。
为此，将本发明供给辊42的泡密度限制在表2所示的80-100微泡/英寸范围内，可保证产生充分显影密度的调色剂的稳定输送和供给。
表2
>好未发现图像密度降低。坏在打印纸上，发现图像密度降低。
在本发明的结构中，弹性泡沫材料构成的供给辊42与显影辊41接触。在这种结构中，所用显影辊41的硬度大于供给辊42的硬度。例如，显影辊41一般用上述的弹性固体橡胶或金属筒制成。因此，在显影辊41与供给辊42之间的接触区中，供给辊42的弹性材料的硬度低于显影辊41、故供给辊42被主要地变形，所以该接触区的特性主要取决于供给辊42的硬度。
因此，如果供给辊42与显影辊41之间的接触深度处在一预定值，接触区中对显影辊41的压力应随供给辊42硬度的增加而增加。相反，供给辊42的硬度降低时，接触区中的压力降低。
根据本发明，供给辊42的弹性泡沫材料的硬度限定在Asker F 60度-Asker C 30度。这种限定使得与显影辊41相比、供给辊42的硬度足够低，以便在保证预定接触区或接触深度的同时降低接触压力，从而减小驱动力矩。这种限定和预定接触深度也可保持从显影辊41上除去剩余调色剂的作用。此外，对硬度的这种限定可有效地给显影辊提供调色剂和去除调色剂。
在以上的实施例中，对于充负电的调色剂，施加给显影辊41、供给辊42、和调节装置或刮刀43的电压分别是-450V、-550V、和-500V。具体地，显影辊41与供给辊42之间的电位差不大于100V，它低于放电起始电压，以便在向显影辊41转移调色剂时避免显影辊41与供给辊42之间产生放电，从而消除正电方式中调色剂供给失效。采用这种设置，不依赖前述的放电就能稳定地给调色剂充电、并稳定地提供调色剂，从而给调色剂提供合适的静电荷量。
另外，由于调色剂10是非磁性的、并因此含极少量妨碍着色剂着色的物质，具有所需颜色的调色剂易于制备，因而可制成构成彩色图像的调色剂。与磁性调色剂相比，本发明的调色剂不含任何磁性物质，所以调色剂的充电稳定性极好、承载静电荷的容量提高，因此可进行完美的显影。
根据本发明单组份调色剂的显影装置，考虑了供给辊的转动，该转动给调色剂充电并将调色剂提供到显影辊，显影辊承载调色剂、并将调色剂输送到带有潜像的图像载体的显影位置。因此，供给辊向显影辊的推压可处于良好状态，从而使调色剂稳定地提供和正确地充电，因此可用单组份调色剂进行良好的显影。
此外，不使用冠状结构可减小供给辊的驱动转矩，进而改善供给辊向显影辊的推压状态。因此，可用简单结构的供给辊稳定地提供调色剂，从而减小含驱动电机等的该设备的成本和尺寸。
另外，对于供给辊用的弹性泡沫材料的组成，该泡沫材料的起泡泡密度被限定，使得不增加压力而进一步改善了对显影辊的压靠状态，因此实现了良好的调色剂供给、提高了调色剂的充电特性、并在显影之后有效地除去剩余调色剂。
权利要求
1.一种单组份调色剂显影装置，包括一个显影辊，用于载带调色剂、并向与静电潜像载体相对的显影区输送单组份调色剂；和一个供给辊，它设置在显影区对侧、并与显影辊相对，用于向显影辊提供调色剂，其特征在于，所述供给辊在其转动轴两端设有一对从动元件，可被转动驱动，一对驱动元件与相应的从动元件啮合，向其传递转力，其啮合位置为驱动元件沿与显影辊和供给辊之间相对点相反的方向推动从动元件的位置。
2.一种如权利要求1的单组份调色剂显影装置，其特征在于，所述供给辊沿这样的方向转动，即所述供给辊的圆周运动与所述显影辊的圆周运动在它们的相对点处是相反的，各驱动元件和从动元件以这样的方式耦合，即当耦合角θ是一个在所述供给辊的轴芯处由所述供给辊的轴芯与所述显影辊的轴芯之间的连线和所述驱动元件与所述从动元件轴芯之间的耦合点所限定的角时，所述驱动元件的耦合角θ被限定为180°≤θ≤360°，其中当所述耦合点位于所述连线上和所述显影辊相对侧时，所述耦合角为0°。
3.一种如权利要求1的单组份调色剂显影装置，其特征在于，所述驱动元件与所述从动元件在一点耦合，该点位于穿过所述供给辊的轴芯并垂直于所述显影辊与供给辊的轴芯之间连线的线上。
4.一种如权利要求1的单组份调色剂显影装置，其特征在于，所述供给辊由具有许多微孔的弹性泡沫材料构成，其中微孔的泡密度在80-100微泡/英寸范围内。
5.一种如权利要求1的单组份调色剂显影装置，其特征在于，所述供给辊的硬度小于显影辊的硬度，其硬度值处在Asker F 60度-Asker C 30度的范围内。
全文摘要
在单组份调色剂显影装置中,承载和输送单组份调色剂的显影辊与带有静电潜像的光接收器接触。供给辊以预定接触深度与显影辊相对设置。供给辊具有一对安装在其转动轴两端以便被转动的从动齿轮,从动齿轮与一对被驱动电机转动的驱动齿轮啮合。作用在耦合位置的驱动齿轮的转动力使供给辊向显影辊侧面偏移,因此,供给轴在整个轴向长度上基本均匀地与显影辊压接触。
文档编号F16C13/00GK1252542SQ99121310
公开日2000年5月10日 申请日期1999年10月10日 优先权日1998年10月13日
发明者酒井孝司, 井上淳志, 巽洋, 山中隆幸 申请人:夏普公司