显影剂承载体及显影装置 【技术领域】
本发明涉及显影图像承载体上的静电潜像的显影剂承载体及具有此显影剂承载体的显影装置。此类显影剂承载体及显影装置优选用于利用电摄影方式或静电记录方式的复印机、打印机等图像形成装置及相对于此装置能够拆装的成像处理盒。
背景技术
图9为图像形成装置的一个典型例的简要构成模型图。本例的图像形成装置为利用转印方式电摄影处理的复印机或打印机。
图像承载体具有鼓型的电摄影感光体1(以下简称“感光鼓”)，向箭头R1方向，以规定的圆周速度(处理速度)被旋转驱动，此感光鼓1适用于带电、图像曝光、显影、转印、清洁的成像过程。
即，被旋转驱动的感光鼓1的表面，由一次带电器(带电辊)2，带电处理为规定的极性·电位。本例就使用负带电感光鼓1的情况进行说明。
然后，此带电处理面上由作为写入图像信息的装置的图像曝光装置3进行图像曝光，所述图像曝光装置由图中未示出地原稿图像投影曝光装置或图像调制的激光束扫描曝光装置构成，通过图像曝光，削减曝光亮部的带电电位，在感光鼓1表面形成对应于曝光图像信息的静电潜像。
在显影部位N4，此静电潜像由显影装置4依次可视图像化为可转印的显影剂像(调色剂像，显影化像)。
然后，在转印部位5，形成在感光鼓1上的调色剂像由转印装置5转印至转印材料(转印纸)P。
本例的转印装置为使用辊状接触转印带电器5(以下简称为“转印辊”)的接触转印方式的转印装置。
转印辊5例如由金属芯和形成在该金属芯周围的中电阻弹性层构成，所述转印辊5克服弹性层的弹性，以规定的压力压接在感光鼓1上，形成转印部位N5(转印辊隙部)，向与感光鼓1的旋转同方向的R5方向，以与感光鼓1的旋转圆周速度大致相同的速度旋转。
转印材料P从给送装置部16被送纸，由配置在靠近转印部位N5一侧、图中未示出的矫正辊，适时地给送至转印部位N5。
即，矫正辊将转印材料P给送至转印部位N5，以使在形成在旋转感光鼓1表面上的调色剂像区域的前端部到达转印部位N5时，转印材料P的前端部也恰好到达转印部位N5。
被运送至转印部位N5的转印材料P，其表面密合在感光鼓1上，被夹持运送至转印部位N5。另外，从转印材料P的前端部到达转印部位N5至后端部离开转印部位N5的期间内，由图中未示出的转印偏压电源，对转印辊5的金属芯施加规定的正极性转印偏压。
然后，在转印材料P被夹持运送至转印部位N5的过程中，感光鼓1侧的调色剂像，在由作为接触转印带电器的转印辊5形成的转印电场的作用及转印部位5处的压力下，被依次转印至转印材料P侧。
转印材料P离开转印部位N5后，被从感光鼓1的表面分离，运送至定影器9，转印后的调色剂像作为永久固定图像被定影处理在转印材料P的表面，再作为图像形成物(复印件、打印件)被排出。
转印材料P分离后的感光鼓1表面，由作为清洁装置的清洁器10清扫，除去残留调色剂或纸粉等附着污染物，以重复用于图像形成。
作为此类图像形成装置中使用的显影装置4之一，提出了各种干式单组分显影装置，并已开始实际应用。例如，使用加压(接触)显影法(Impression Development)的显影装置。由于此加压显影法不需要磁性材料，因此具有能够实现装置的简单化及小型化，同时通过使用非磁性调色剂能够形成彩色图像等多种优点。
图10示出使用加压显影法的显影装置。
在加压显影法中，由于使显影剂承载体表面压接或接触在静电潜像上以进行显影，因此，作为显影剂承载体，必须使用具有弹性及导电性的显影辊101。
目前，为了形成具有规定浓度的图像，在此显影辊101上承载了较多量的显影剂，因此显影辊必须具有规定的表面粗糙度。为了使之具有规定的表面粗糙度，而在最外层101b上设置含有由聚氨酯树脂或丙烯酸树脂形成的绝缘粒子的层，为了调整表面粗糙度，在绝缘粒子上设置树脂层，绝缘粒子不突出在显影辊101表面。
另外，为了在显影时获得周知的显影电极效果或偏压效果，在显影辊最外层101b或最外层101b近旁设置导电层，根据需要，可以施加偏压电压。
对显影剂(调色剂)105的电荷赋予受显影辊101和其表面上调色剂量的控制，利用与用于形成调色剂层的显影刮板102的摩擦带电进行显影。
但是，使用上述显影辊101的加压显影法中，随着图像形成张数增加，发生调色剂劣化时，对调色剂的摩擦带电性降低，在实心白地(solid white background)上进行调色剂显影时，发生灰雾等问题。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种能够使显影剂的摩擦带电量适当化的显影剂承载体及显影装置。
本发明的其他目的是提供一种适用于接触显影方式的显影剂承载体及显影装置。
本发明的其他目的是提供一种能够防止灰雾发生的显影剂承载体及显影装置。
本发明的其他目的是提供一种显影剂承载体及显影装置，所述显影剂承载体，即使在伴随图像形成张数增加发生显影剂劣化时，对显影剂的摩擦带电性也不降低。
本发明的目的及特征可以通过边参照附图边阅读下述说明而加以明确。
【附图说明】
图1是表示本发明图像形成装置的一例的简要构成图。
图2是表示本发明显影剂承载体的一例的部分剖面图。
图3是表示本发明显影剂承载体周面表面的一例的SEM照片图。
图4是表示本发明绝缘粒子突出量比例与相对于表层树脂覆盖量的粒子重量份数的关系的曲线图。
图5A、图5B及图5C是表示试验例1中使用的显影剂承载体周面的SEM照片图。
图6A、图6B及图6C是表示试验例1的试验结果的曲线图。
图7是表示本发明图像形成装置的其他例的简要构成图。
图8是表示本发明图像形成装置的其他例的简要构成图。
图9是表示现有图像形成装置的一例的简要构成图。
图10是表示现有显影装置的一例的剖面图。
【具体实施方式】
下面，参照本发明显影装置及显影剂承载体的附图，详细说明本发明。
(实施例1)
图1表示能够使用本发明显影剂承载体及显影装置的图像形成装置的一个实施例的简要剖面图。本实施例的图像形成装置100a是对应于图像信息，采用电摄影方式，在转印材料P例如记录用纸、OPH纸等上形成图像的激光打印机。另外，对于本实施例的图像形成装置100a而言，如下所述，成像处理盒200能够拆装。
图像形成装置100a连接在个人电脑等主机14上使用。在控制器部33，处理主机14发出的打印请求信号及图像数据，通过控制作为曝光装置的扫描器3，在向R1方向旋转的、作为图像承载体的感光鼓1上形成静电潜像。
感光鼓1由作为带电装置的、加压接触在感光鼓1上的辊状带电部件，即DC接触带电辊(带电辊)2均匀带电。在带电辊2上施加固定为规定值的直流电压作为带电偏压，使感光鼓1的表面均匀带电为负极性。带电辊2由感光鼓1的旋转向图中箭头R2所示的方向从动旋转。带电辊2在感光鼓1纵向(与转印材料P的运送方向垂直相交的方向)的大致全领域内接触。
均匀带电的感光鼓1由作为曝光装置的扫描器3发出的激光光L曝光，在其表面上形成静电潜像。扫描器3具有图中未示出的激光光源、光学多面体、透镜组等，由控制部33的控制，能够对感光鼓1进行扫描曝光。
然后，由显影装置4供给显影剂，将此静电潜像可视化为调色剂像。显影装置4具有收纳作为单组分显影剂的、负带电性的非磁性调色剂(调色剂)22的显影容器21。本实施例中，为了实现调色剂22的小粒径化及低熔点化，且提高转印效率，而使用重均粒径约7μm的略球形调色剂。
与感光鼓1对向的显影容器21的一部分开口在感光鼓1纵向的大致全区域内，在此开口部设置辊状的、作为显影剂承载体(显影装置)的显影辊23。显影辊23以规定的侵入量压接、接触位于显影装置4的图中左上方的感光鼓1，向图中箭头R23方向被旋转驱动。
在显影辊23的图中右下方接触弹性辊24，所述弹性辊24为对显影辊23供给显影剂(调色剂)22，同时从显影辊23上刮取未显影调色剂的装置。弹性辊24被显影容器21可旋转地支撑。另外，从对显影辊23的调色剂供给及未显影调色剂的刮取性方面考虑，弹性辊24使用橡胶海绵辊，向与显影辊23同方向的图中箭头24方向旋转驱动。
另外，显影装置4具有显影刮板25，所述显影刮板25是控制显影辊23上承载的调色剂量的显影剂层厚控制部件。显影刮板25由具有弹性的磷青铜制金属薄板构成，将自由端侧的前端近旁设计为与显影辊23的外周面以面接触方式接触。通过与弹性辊24的滑擦而承载在显影辊23上的调色剂，在经过与显影刮板25的接触部时，由摩擦带电被赋予电荷，并将其控制为薄层。显影辊23上承载的调色剂层由显影刮板25控制为6μm～20μm的厚度。
在如此构成的显影装置4中，对显影辊23施加固定为规定值的直流电压作为显影偏压。由此，在本实施例中，将调色剂供给至均匀带电的感光鼓1的表面，负电荷衰减的曝光部由反转显影而显影，形成显影剂像(调色剂像)。
另一方面，转印材料P由供给辊12a等从转印材料收容部16被分离运送，由矫正辊12b暂时停止。矫正辊12b与在转印材料P的记录位置和感光鼓1上形成调色剂像的时间点同步地将转印材料P运送至作为转印装置的转印辊5和与感光鼓1对向的对向部(转印部)N5。
感光鼓1上的可视化的调色剂像，在转印辊5的作用下，转印至转印材料P上。转印了调色剂像的转印材料P被运送至定影器9。在定影器9，转印材料P上的未定影调色剂像，在热、压力的作用下，被永久定影。然后，由排出辊12c等，将转印材料P排出机器外部。
另外，未被转印而残留在感光鼓1上的转印残留调色剂由清洁装置(清洁器)10清扫。清洁器10由作为清洁部件的清洁刮板7从感光鼓1上刮取转印残留调色剂，并将其收纳在废调色剂容器8内。被清洁的感光鼓1再次用于图像形成。
本实施例中，图像形成装置100a构成成像处理盒方式，其中，将含有作为感光鼓1的电摄影感光体的图像承载体、和作用在此图像承载体1上的处理装置一体地形成盒，此盒200相对于装置本体100a能够拆装。
此处理装置包括作为将电摄影感光体带电的带电辊2的带电装置、作为将显影剂供给至电摄影感光体的显影装置4的显影装置、作为清洁电摄影感光体的清洁器10的清洁装置。
此成像处理盒将带电装置、显影装置及清洁装置与表面形成了静电潜像的图像承载体一体地形成盒，此盒相对于图像形成装置本体能够拆装，或将带电装置、显影装置、清洁装置中至少一个与图像承载体一体地形成盒，构成相对于图像形成装置本体能够拆装的结构，或至少将显影装置和图像承载体一体地形成盒，此盒相对于图像形成装置本体能够拆装。
本实施例中，将感光鼓1、带电辊2、显影装置4、清洁器10一体地形成成像处理盒200，此盒相对于装置本体100a能够拆装。成像处理盒200经由装置本体100a具有的、图中未示出的装配装置，可拆装地装配在装置本体100a上。
如此设置的成像处理盒200，特别是在电摄影方式的图像形成装置中，能够容易地替换处理装置或电摄影感光体等构成部件。从而进一步提高了图像形成装置的保养性。另外，通过替换盒200，将电摄影的重要构成部件替换为新品，因此能够长久保持高品质的图像。
下面，详细说明本发明特征部的内容。
如现有例所述，虽然现有显影辊的最外层设置为含有由聚氨酯树脂或丙烯酸树脂形成的绝缘粒子的层，但是由于为了调整表面粗糙度而在绝缘粒子上设置了树脂层，因此绝缘粒子不突出在显影辊表面。所以，在伴随图像形成张数增加发生调色剂劣化时，对调色剂的摩擦带电性降低，在实心白地上显影调色剂时，发生灰雾之类的问题。
本实施例中，在成为显影部的、显影辊与感光鼓的对向面即周面的表面上，使绝缘粒子以适当的面积突出，由此能够避免伴随图像形成张数增加发生调色剂劣化时，对调色剂的摩擦带电性降低的问题。
首先，说明绝缘粒子在显影辊表面的突出量的限定方法。
本实施例中，如图2所示，使用以由弹性体的有机硅橡胶构成的弹性体层为基层23a、具有最外层23b的显影辊23，所述最外层23b的表面覆盖了作为含有聚氨酯树脂粒子23c的树脂部件的聚氨酯树脂23b’。
本实施例中，通过将显影辊23的表面粗糙度设定为十点平均粗糙度(JIS)Rz＝6～9(μm)，可以使显影辊23上调色剂覆盖量为适当值，为了保持Rz＝6～9(μm)，最外层23b的膜厚为5～30μm，聚氨酯树脂粒子23c的粒径为10～30μm。
本实施例中使用的显影辊23，如图2所示，绝缘粒子23c突出在最外层23b的表面上，计算图3SEM照片图所示的突出在表面上的粒子23c相对于作为显影辊23与感光鼓1的对向面的周面部表面积的面积比例。计算方法为相对于0.25mm×0.25mm的显影辊23周面部表面积，利用SEM将突出的粒子23c部分的面积放大1000倍，测定每个粒子23c突出在表面上的部分23c的椭圆面积后，全部合计，计算其相对于显影辊23周面部表面积0.25mm×0.25mm的面积比例，再进行纵向3点的平均处理，算出突出在此显影辊23表面的粒子23c的粒子突出量比例。
上述计算结果的粒子突出量比例(％)，如图4所示，由与构成最外层23b的聚氨酯树脂粒子23c相对于聚氨酯树脂表层树脂23b’的粒子重量份数的对比可知，通过改变各材料的量，能够调整为所希望的比例。
因此，利用图4能够由相对于表层树脂23b’覆盖量的粒子23c重量份数，预测突出在表面上的粒子23c的比例。本实施例中，以相对于表层树脂23b’覆盖量的粒子重量份数为1份，制成突出在表面上的粒子23c的面积比例15％或15％以上的显影辊23，即使在伴随图像形成张数增加发生调色剂劣化时，对调色剂的摩擦带电性也不降低，能够获得不发生灰雾的高画质图像。需要说明的是，为了使粒子相对于显影辊表面的面积适度地露出，可以使粒子粒径大于显影辊的表面树脂层的厚度。
在本实施例的显影辊23中，突出在表面的粒子23c的面积比例为70％，可使粒子23c的分散性恶化，表面电阻变得过高，由此引发显影重影等图像不良，所以突出在表面上的粒子23c的面积比例以60％为限。
在下面的试验例1中，通过与现有显影辊的比较试验，阐明本发明显影辊的效果。
(试验例1)
准备以有机硅橡胶为基层23a，具有为了使作为绝缘粒子23c的聚氨酯树脂粒子不突出在表面而涂覆了聚氨酯树脂23b’的最外层23b的现有显影辊A、和聚氨酯树脂粒子23c突出在表面上的5种显影辊B、C、D、E。图5A、图5B、及图5C分别示出显影辊A、显影辊B、显影辊C表面的SEM照片图。由于显影辊D、E的SEM照片图与显影辊C相类似，因此被省略。
按上述计算方法求出的显影辊A、B、C、D、E的表面粒子突出量(％)、表面粗糙度Rz(μm)如下表1所示。
表1 显影辊 粒子突出量(％) 表面粗糙度Rz A 0 7.5(μm) B 10 7.9(μm) C 15 8.1(μm) D 30 8.3(μm) E 60 8.5(μm)
另外，为了研究这些显影辊A、B、C、D、E的摩擦带电性，使之与金属鼓摩擦带电，与金属鼓的电位差、电流值、电功率如下所示。
表2 显影辊 电位差(-V)电流(-10-6A) 电功率(-10-7W) A 0.15 0.66 1.01 B 0.35 3.23 11.42 C 0.69 4.47 17.01 D 0.73 4.2 18.1 E 0.78 4.32 17.7
如上表所示，随着作为正绝缘粒子23c的聚氨酯树脂粒子的表面突出量逐渐增加，显影辊A、B、C、D、E相对于金属鼓的摩擦带电性趋于提高。
使用实际显影辊A、B、C、D、E，进行10000张输出试验，此时显影辊23上调色剂的Q/M(μC/g)(图6A)、显影辊上的调色剂覆盖量M/S(mg/cm2)(图6B)、以相对于金属鼓表面积的灰雾面积的比例表示的鼓上灰雾(％)(图6C)的耐久推移分别如图6A、图6B及图6C所示。
如图6B及图6C所示，因显影辊23的种类不同，显影辊23上调色剂覆盖量M/S的耐久推移几乎无差别，所以认为由图像形成张数增加导致的灰雾恶化的原因，如图6A所示，是对劣化调色剂的摩擦带电性降低导致的显影辊上Q/M降低。
而且，摩擦带电性越低，灰雾变得越多，摩擦带电性低的显影辊A或B的灰雾为10％～25％，与此相反，摩擦带电性Q/M在50μC/g左右、具有高带电性的显影辊C、D、E的灰雾被抑制在5％或5％以下。
由此结果可知，聚氨酯树脂粒子23c以面积比例15％或15％以上突出在显影辊表面上的显影辊C、D、E，与突出在表面的聚氨酯树脂粒子的比例为10％的显影辊B、或为了使聚氨酯树脂粒子23c不突出在表面而在表层涂覆聚氨酯树脂的现有显影辊A相比，对劣化调色剂的摩擦带电性不降低，抑制耐久导致的显影辊上Q/M的降低，几乎不可见灰雾的恶化。
这是作为正绝缘粒子的聚氨酯树脂粒子对劣化调色剂的摩擦带电性的良化效果，在表面粗糙度Rz＝6～9μm的情况下，突出在表面上的聚氨酯树脂粒子的比例越多，对劣化调色剂的摩擦带电性越好，由本实施例的结果可知，所述比例优选为至少15％或15％以上。
突出在表面上的粒子的面积比例为70％的情况下，如上所述，由于粒子23c的分散性变差，表面电阻变得过高，因此发生显影重影等图像不良，突出在表面上的粒子23c的面积比例以60％为限。本实施例中，使用表面电阻104Ω～107Ω的显影辊，显影重影为OK，但是，突出在表面上的粒子的面积比例为70％的情况下，表面电阻变为5×107Ω，显影重影为NG。
如上所述，根据本实施例，通过使用表面上聚氨酯树脂粒子等绝缘粒子突出(突出部分合计面积相对于上述最外层表面积的面积比例为15％或15％以上、60％或60％以下)的显影辊，能够提供一种图像形成装置，所述图像形成装置即使在伴随图像形成张数增加发生调色剂劣化时，对调色剂的摩擦带电性也不降低，不发生灰雾问题。
另外，根据本发明，使用接触显影方式，承载在显影辊上的显影剂层由显影刮板控制为6μm～20μm的薄层。由于此薄层，对应于图像承载体的静电潜像，在显影辊隙部被大致成像，因此在薄层的显影剂表面侧和内侧都必须有适当的显影剂电荷量。因此，对于本实施例这样的薄层显影剂层而言，如上所述，相对于显影辊的表面面积，粒子在表面露出的面积比例优选为15％或15％以上，60％或60％以下。
另外，本实施例中，使用聚氨酯树脂粒子作为突出在显影辊表层的绝缘粒子，但是对粒子的种类无任何限定，即使使用聚酰胺树脂粒子、丙烯酸树脂粒子等也能够获得相同的效果。
另外，作为构成最外层的树脂部件，除了聚氨酯树脂以外，可以使用聚酰胺树脂、丙烯酸改性有机硅树脂等；作为构成基层即弹性体层的弹性体，除了有机硅橡胶以外，也可以使用丁二烯橡胶等。
另外，本发明也适用于图像形成装置不采用成像处理盒方式的情况，能够获得与本实施例同样的效果。
对于上述显影辊而言，使用的显影剂为负带电极性的情况下，如果绝缘粒子使用带电系列中正向侧的物质，显影剂为正带电极性，如果绝缘粒子相对于显影剂处于带电系列的负向侧，则能够维持较高的相对于感光鼓的摩擦带电性，是优选的。
另外，对于最外层及弹性层而言，最外层能够使用聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸改性有机硅树脂等，弹性层能够使用有机硅橡胶、丁二烯橡胶等。
作为显影辊，优选含有碳等导电剂，电阻值为104Ω或104Ω以上，108Ω或108Ω以下的物质。
其原因是，在通常的环境下，如果电阻值为109Ω或109Ω以上，为了具有导电性，分散在主成分中的导电粒子的密度低，因温度或湿度的变化，导电性容易发生改变。因此，电阻值容易受温度或湿度的影响，由环境的变化，电阻值也在10倍～100倍左右变化，例如，在通常环境下电阻为109Ω左右的物质，在高湿环境中电阻值有可能变为108Ω左右，在低湿环境中电阻值有可能变为1010Ω左右。
因此，显影辊23电阻值的上限值为108Ω左右。另外，显影辊23电阻值的下限值决定为能够防止感光鼓1表面电流对显影辊23产生的不良影响的值，可以为104Ω或104Ω以上的电阻值。
因此，对于显影辊23c而言，最外层及弹性层的电阻值优选为104～108Ω左右。
另外，作为此时的导电剂也可以使用其他离子类导电剂、导电性树脂及导电性粒子分散树脂等。
(实施例2)
下面，就本发明图像形成装置的其他实施例进行说明。
对于实施例1中说明的图像形成装置100a，显影装置采用显影辊23以规定的侵入量压接、接触在感光鼓1上，进行显影的方法，而本实施例中，如图7所示，为采用边保持显影辊23与感光鼓1不接触的状态，边在感光鼓1上进行潜像显影的跳动显影方法的图像形成装置100b。
在本实施例中，也具有将显影装置4、感光鼓1、带电辊2、及清洁装置10一体化获得的成像处理盒200。
因此，实施例1中说明的全部显影装置构成部也同样适用于本实施例的成像处理盒200。因此，关于这些构成及作用的说明也可以采用实施例1中进行的上述说明。
(实施例3)
相对于实施例1中说明的图像形成装置100a，如图8所示，图像形成装置100c是线型全色LBP，其中，在显影装置4中，垂直地配置4台收容不同颜色的调色剂的成像处理盒200。在本实施例中，通过进行实施例1、2的操作，能够提供一种图像形成装置，所述图像形成装置即使在伴随图像形成张数增加发生调色剂劣化时，对调色剂的摩擦带电性也不降低，形成不发生灰雾问题的全色图像。通过采用这样的方法，4色的成像处理盒200能够分别获得与实施例1、2同等的效果。
本实施例中使用线型全色LBP，但是，即使是采用旋转方式的全色LBP，也能够获得同等的效果。
另外，即使对本实施例的线型全色LBP进行实施例1所示的试验，也能够获得同样的结果。
由实施例1～3说明的构成，能够提供一种显影剂承载体，所述显影剂承载体即使在伴随图像形成张数增加发生调色剂劣化时，对调色剂的摩擦带电性也不降低，不发生灰雾问题；及提供一种具有此显影剂承载体的显影装置、成像处理盒、及图像形成装置。
如上所述的图像形成装置的构成部件的尺寸、材质、形状、及其相对位置等无特别限定，本发明的范围并不仅限于此。
如上所述，由于本例为显影装置、具有此显影装置的成像处理盒、图像形成装置、及其中所具有的显影剂承载体，因此即使在伴随图像形成张数增加发生调色剂劣化时，对调色剂的摩擦带电性也不降低，避免了灰雾问题，能够形成良好的图像。所述显影装置的特征在于，在具有承载显影剂的、可自由旋转的显影剂承载体，显影形成在图像承载体上的静电潜像的显影装置中，所述显影剂承载体具有至少在树脂部件中使粒子分散的最外层，所述粒子，在所述显影剂为负带电极性的情况下，相对于所述显影剂，处于带电系列的正向侧，所述显影剂为正带电极性的情况下，相对于所述显影剂，处于带电系列的负向侧，所述粒子突出在所述显影剂承载体的与所述图像承载体的对向面上，所述粒子的突出部分合计面积相对于所述对向面表面积的面积比例为15％或15％以上，60％或60％以下。