CN1235288A

CN1235288A - 显影装置

Info

Publication number: CN1235288A
Application number: CN99103360.4A
Authority: CN
Inventors: 高谷敏彦; 东伸之; 山田雅则; 井上淳志; 安田敬治; 山中隆幸; 岩松正; 松山和弘; 巽洋; 足立克己; 西尾幸人
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 1999-11-17
Anticipated expiration: 2019-02-04
Also published as: US6035171A; CN1122194C; JPH11288170A; JP3502554B2

Abstract

一种显影装置,能在显影后可靠地除去和稳定地回收留在显影辊上的已充电的调色剂。经调色剂供给辊转移到显影辊上的单组分调色剂被充电板调节成预定厚度的薄层并经摩擦充入给定的电荷量。显影辊与感光鼓在显影区接触,调色剂根据静电潜像粘附到感光鼓上而使图像显影。然后,用电荷去除板除去显影辊上调色剂层的电荷,经调色剂供给辊回收入调色剂箱。在显影辊的转动方向上,调色剂层宽度Wt与电荷去除板宽度Wc的关系是Wc≥Wt。

Description

显影装置

本发明涉及一种在电致成像设备中使用的显影装置。具体地说，在本发明所涉及的显影装置中，载有单组份调色剂的显影辊与载有静电潜像的感光鼓接触，以便用调色剂显影该静电潜像。

在使用单组份而无任何载体的调色剂的显影装置中，由于它们的结构较简单，因此易于小型化、且维修成本低。具体地说，在使用非磁性调色剂的情况下，由于不必使用磁性辊，故可应用能显影清晰图像的便宜的小型装置。使用非磁性单组份调色剂的显影装置大致可分成两类。在非接触型显影装置中，载有静电潜像的感光鼓处在与其不接触的载有调色剂的显影辊的对侧，在感光鼓与显影辊之间施加一可使调色剂快速往复运动的交流电场，以便显影一个图像。在另外的接触型显影装置中，感光鼓与含导电弹性材料的显影辊接触并位于其对侧，显影辊加有电压以便显影一个图像。在非接触型显影装置中，所用的显影偏压由大部分叠加在一个DC电压上的AC电压构成，在触型显影装置中，所用的显影偏压是一个DC电压。

例如，在未审查的已公开日本专利申请JP-A 3-87759(1991)中公开了一种已有技术中的接触型显影方法，其中公开了高精度显影所需的感光鼓与显影辊之间的相对速度差、以及调色剂的电阻值与显影辊的电阻值之间差别的必要性。在已审查的日本公开专利申请JP-B2 63-26386(1998)中公开了一种已有技术中的接触型显影方法，在该专利申请中公开了在完成显影之后通过使导电件与显影辊接触而除去显影辊上剩余调色剂电荷的方法。在已审查的日本公开专利申请JP-B2 6-52448(1994)中公开了一种已有技术中的接触型显影方法，该专利申请限定了带有用于调整显影辊上调色剂厚度的刮板的显影装置中的内磨擦系数和调色剂与显影辊的磨擦系数以及调色剂与该刮板的磨擦系数之间的关系。另外，在已审查的日本公开专利申请JP-B2 63-26391(1988)中公开了一种显影装置，该显影装置中包括沿感光鼓的转动方向围绕感光鼓顺序设置的显影辊、导电件、和转印部件，该显影装置通过给该导电件施加一个极性与调色剂相同的电压而将粘附在非图像部分的调色剂静电地或机械地除去。

因为在显影完成后，在显影辊上残留的调色剂电荷的去除没有被考虑到，所以对高精密度的显影来说，在JP-A3-87759(1991)和JP-B2 6-52448(1994)中所公开的条件是不充分的。此外，在JP-B2 63-26386(1988)中显影完成后，显影辊上残留的调色剂电荷被一个导电件除去，但该导电件与显影辊的接触与调色剂的下落、积累和散落同时进行，会弄脏显影装置内部，进而很可能弄脏复印纸。另外，该专利申请没有对显影条件的详细说明，所以，高精度显影是被希望的。JP-B2 63-26391(1988)涉及将过多地粘附到感光鼓的调色剂的去除，但不涉及粘附到显影辊上的调色剂。

本发明的目的是提供一个显影装置，该显影装置在完成显影后能可靠地除去显影辊上剩余调色剂的电荷、并可方便地回收调色剂。

本发明提出的显影装置包括：

一个用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

显影装置，该显影装置包含一个用于携带单组份调色剂的可转动的且处于与感光鼓接触位置的导电显影辊、和一个给该显影辊施加电压的装置；

充电装置，该充电装置包含一个给调色剂充电且调整显影辊上调色剂层厚度的充电件、和一个给充电件施加电压的装置，该充电件位于显影辊旋转方向上该显影辊与感光鼓相接触的显影位置的上游侧；和

除去电荷的装置，该装置包含一个位于显影辊转动方向上显影位置下游侧的用于除去电荷的电荷去除件、和一个给该电荷去除件施加电压的装置，

其中，显影辊上调色剂层沿显影辊转动轴方向的宽度Wt与电荷去除件的有效电荷去除宽度Wc满足关系式Wc≥Wt，一个弹性件位于与显影辊侧相对的电荷去除件的一侧。

根据本发明，显影辊上携带的单组份调色剂首先由显影辊输送给充电件。充电件使调色剂形成具有预定厚度的较薄的层。而后，经与施加了预定电压的充电件磨擦，使调色剂被充入预定量的电荷。此后，调色剂被送到显影位置。在显影位置，显影辊与感光鼓接触。感光鼓携带一个静电潜像，由电压施加装置施加电压的显影辊所携带的调色剂，沿该静电潜像粘附到感光鼓以使潜像显影。之后，留在已通过显影位置的显影辊上的调色剂被送到电荷去除件。已由电压施加装置施加电压的电荷去除件除去该调色剂的电荷。另外，形成在感光鼓上的调色剂图像被转印到复印纸，该调色剂图像经定影步骤在该复印纸上形成一个画面。

在这种显影装置中，当Wc与Wt相等或Wc大于Wt时，显影后电荷去除件可能覆盖显影辊上的整个调色剂层而将留在显影辊上调色剂的电荷全部除去。

具体地说，电荷去除件最好是被制成弹性材料的板形件，该弹性材料包含诸如PC(聚碳酸酯)和PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)的混合物、尼龙、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、例如PTFE(聚四氟乙烯)的含氟的树脂材料、含硅的树脂材料、聚氨基甲酸酯和PVDF(聚偏二氟乙烯)中的一种树脂材料、以及一种或一种以上的导电细颗粒材料、碳和TiO₂(二氧化钛)。由于调色剂能充分地滑动，于是可避免调色剂滞留在沿显影辊转动方向的电荷去除件的上游侧，因此，调色剂能被有效可靠地回收到调色剂箱中。

该弹性件位于电荷去除件的侧面，该侧面与显影辊侧面相对，电荷去除件与显影辊充分接触以便在完成显影后可靠地除去留在显影辊上的调色剂的电荷。

尤其是，弹性件较好用由发泡剂发泡的电介质材料形成的泡沫材料制成。这样，弹性件与显影辊之间的接触区能够可靠地保持，从而增加电荷去除效果并减少接触负载。

优选的电介质材料是EPDM(乙丙橡胶)、尿烷、尼龙、硅、PET、PTFE、PVDF、天然橡胶、丁二烯腈橡胶、氯丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、异戊间二烯橡胶、和聚降冰片烯橡胶中的任一种材料。这些电介质材料可稳定地发泡，因此易于形成泡沫材料。

优选的发泡剂是氮发泡剂。该发泡剂在电介质材料中生成均匀粒度的微泡。

上述的电介质材料优选氧化丙烯、氧化乙烯、聚醚多元醇、甲代亚苯基二异氰酸酯、5-丁二醇、硅类表面活化剂、和二月桂酸二丁锡中的任一种，或由选自上述材料中的两种或多种材料的化学反应制成。发泡过程中的温度或材料的多少不影响这些材料的发泡特性的稳定性。因此可得到晶泡密度为80-100晶泡/英寸的泡沫材料。

优选的弹性件含有电阻控制材料，电阻控制材料较好是导电微粒材料、碳和TiO₂中的一种或多种材料。该控制材料通过控制电阻减少电特性的波动，并提供电荷去除件去除调节剂电荷所需的稳定电压。

本发明提供的显影装置包括：

一个用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

显影装置，该显影装置包含一个用于携带单组份调色剂的可转动的且处于与感光鼓接触位置的导电显影辊、和一个给显影辊施加电压的装置；

其中，显影辊上调色剂层沿显影辊转动轴方向的宽度Wt与电荷去除件的有效电荷去除宽度Wc满足关系式Wc≥Wt，而沿显影辊的转动方向显影辊与电荷去除件的接触长度L、显影辊的转动速度V_t、电荷去除件的介电常数ε、真空介电常数ε_O、和体积电阻率ρ满足关系式L≥10V_tεε_Oρ。

根据本发明，Wc和Wt被确定为相同的或Wc大于Wt,L和10V_tεε_Oρ被确定为相同或L大于10V_tεε_Oρ。因此，显影辊与电荷去除件能可靠地接触，即使电荷去除件由金属材料、树脂材料等构成，电荷去除件也能充分除去留在显影辊上调色剂的电荷。

本发明提供的显影装置包括：

一个用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

其中，显影辊经过电荷去除件的通过时间t、电荷去除件的介电常数ε、真空介电常数ε_O、和体积电阻率ρ满足关系式εε_Oρ＜t。

根据本发明，在不含弹性件的显影装置中，通过时间t设置得大于εε_Oρ可完全除去留在显影辊上的调色剂的电荷。

在含有弹性件的显影装置中，较好设置显影辊经过电荷去除件的通过时间t、电荷去除件与弹性件的组合介电常数ε_S、真空介电常数ε_O、和组合体积电阻率ρ_S，并使它们满足关系式ε_Sε_Oρ_S＜t。于是可完全除去留在显影辊上的调色剂的电荷。例如，在低湿度的情况下，电荷的去除能稳定地达到不受使用条件的影响。

本发明提供的显影装置包括：

一个用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

其中，电荷去除件的电阻值Rd和调色剂的电阻值Rt满足关系式Rd≈Rt。

根据本发明，当Rd与Rt被设置得基本相同时，可能避免电荷去除件与显影辊之间的电流泄漏、以及避免因电压施加装置的结构或显影电压降对显影处理的不利影响。

本发明提供的显影装置包括：

一个用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

显影装置，该显影装置包含一个用于携带单组份调色剂的可转动的且位于与感光鼓接触位置的导电显影辊、和一个给显影辊施加电压的装置；

其中，电荷去除电流I、调色剂通过充电件后显影辊上调色剂层的单位面积的调色剂的质量m/a(其中m是显影辊上调色剂层的质量)、调色剂的电荷量q/m(其中q是显影辊上调色剂层的调色剂的电荷量)、调色剂通过显影位置后显影辊上调色剂层的电荷变化量Δq/m、显影辊的转动速度V_t、以及电荷去除件去除电荷的有效宽度Wc满足关系式I≥-(m/a)·(q/m+Δq/m)V_t·Wc。

根据本发明，在上述的显影装置中，电荷去除电流I被设置得等于或大于-(m/a)·(q/m+Δq/m)·V_t·Wc。在这种设置中，已考虑了显影处理中产生的电荷变化量，以便能稳定地除去留在显影辊上的调色剂的电荷。

具体地说，优选设置是0.5≤-I/(m/a)·(q/m+Δq/m)·V_t·Wc≤10。于是，可避免因电荷去除电流不足所引起的调色剂施加量的变化以及因电荷去除电流过大所引起的对显影辊的电流泄漏，并可稳定地进行电荷去除和显影。

电荷去除件更好是应用导电微粒而制成的弹性树脂的板形件。这样可达到弹性与导电特性的相容性。

在电荷去除装置中电压施加装置上较好是设置电流限制器。这样可避免电压施加装置的故障并获得稳定的电荷去除效果。

本发明提供的显影装置包括：

一个用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

其中，调色剂通过充电件后显影辊上调色剂层的单位面积的调色剂的质量m/a、充电调色剂的电荷量q/m、调色剂通过显影位置后显影辊上调色剂层的电荷变化量Δq/m、显影辊的转动速度V_t、电荷去除件去除电荷的有效宽度Wc、从电荷去除装置的电压施加装置施加到电荷去除件的直流电压Vd、从显影装置的电压施加装置施加到显影辊的直流电压Vr、电荷去除件的电阻值Rd、调色剂的电阻值Rt、以及显影辊的电阻值Rr满足关系式(Vd-Vr)≥-(((m/a)·(q/m+Δq/m)·V_t·Wc)·(Rd+Rt+Rr))。

根据本发明，在上述的显影装置中，(Vd-Vr)被设置得等于或大于-(((m/a)·(q/m+Δq/m)·V_t·Wc)·(Rd+Rt+Rr))。例如即使在用高分子材料和导电微粒制成显影辊以及用树脂材料制成电荷去除件的情况下，由于用于电荷去除所加的电压是在考虑了显影辊和电荷去除件的较精确电阻值而确定的，所以能够完全除去留在显影辊上的调色剂的电荷。

具体地说，在调色剂通过显影位置后当施加给显影辊上调色剂层的电压用Vt表示、调色剂层的厚度用dt表示、显影辊的厚度用dr表示、以及电荷去除件的厚度用dd表示时，更可取地是以上参数应满足关系式：

\frac{(Vd - Vr) + Vt}{dt + dr + dd} < 36 \times 10^{6} [V / m]

这样，电位被设置在小于击穿电场强度的范围内，因此可获得稳定的电荷去除。

更可取地是上述参数也可满足关系式：

\frac{(Vd - Vr) + Vt}{dt + dr + dd} < 3 \times 10^{6} [V / m]

此式适用于粉状调色剂。该调色剂的粒度小于粒状调色剂的粒度，于是施加电压的确定需要考虑含空气调色剂层的厚度。这样就可得到稳定的电荷去除。

该调色剂更好应含有作为外部添加剂的硅、TiO₂、及磁铁矿中的一种或多种。这样可减小调色剂颗粒间的接触面积，从而提高电荷去除效率。

本发明提供的显影装置包括：

一个用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

其中，调色剂的内摩擦系数μt、调色剂与显影辊间的摩擦系数μrt、和调色剂与电荷去除件间的摩擦系数μdt满足关系式μdt＜μt＜μrt。

根据本发明，在上述的显影装置中将摩擦系数设置为μdt＜μt＜μrt，则调色剂可被回收而不在电荷去除件的显影辊转动方向的上游一侧积累调色剂，并可达到稳定地除去电荷的效果。

本发明提供的显影装置包括：

一个用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

其中，树脂材料被施加到电荷去除件的显影辊侧面，以使调色剂的内摩擦系数μt与调色剂和电荷去除件之间的摩擦系数μdt满足关系式μdt＜μt。

根据本发明，在上述的显影装置中将摩擦系数设置为μdt＜μt，通过应用树脂材料则调色剂可被回收而不在电荷去除件的显影辊转动方向的上游一侧积累调色剂，并可稳定地除去电荷。

在本发明中，与显影辊接触的电荷去除件材料的表面粗糙度更可取地应在调色剂粒度的1/50～1/2的范围内选择。

根据本发明，在摩擦系数设置为μdt＜μt＜μrt或应用树脂材料使摩擦系数满足μdt＜μt的显影装置中，与显影辊接触的电荷去除件材料的表面粗糙度应在调色剂粒度的1/50～1/2的范围内选择，因此调色剂因可自由移动而易于回收且不会积累在电荷去除件上。

在本发明中，电荷去除件的电阻值Rd更可取地应在1×10^-5Ω～1×10⁶Ω范围内选择。

根据本发明，在上述显影装置中当电荷去除件的电阻值Rd在1×10^-5Ω～1×10⁶Ω范围内选择时，电荷去除件的电阻值Rd小于调色剂层的电阻值，因此调色剂的电荷能被迅速除去。

具体地说，电荷去除件较好用金属材料制成。这样，调色剂表面的电荷能被快速稳定地衰减。

在本发明中，更可取地是电荷去除件用于去除电荷的有效宽度Wc区域的这一部分在转动轴方向上应超出显影辊上调色剂层的宽度Wt，以使该部分不与显影辊接触。

根据本发明，通过在上述显影装置中在显影辊的转动轴方向上，设置超出显影辊上调色剂层的宽度Wt的电荷去除件的去除电荷的有效宽度Wc的区域且不与显影辊接触的该部分，可避免显影辊与电荷去除件之间的泄漏。

在本发明中，在转动轴方向上设置的超出显影辊上调色剂层的宽度Wt的电荷去除件的去除电荷的有效宽度Wc的区域部分的表面最好设置一个电绝缘件。

根据本发明，在上述显影装置中，通过在转动轴方向上设置的超出显影辊上调色剂层的宽度Wt的电荷去除件的去除电荷的有效宽度Wc的区域部分的表面设置一个电绝缘件，可避免显影辊与电荷去除件之间的泄漏。

尤其是，可适当给该部分应用氟树脂。这样可减小摩擦阻力并可避免电荷去除件的翻边和产生噪声。

在本发明中，更可取地是显影装置应具有一个存放调色剂的容器，电荷去除件被固定地夹置在该容器和一个金属件之间。

根据本发明，通过将电荷去除件牢固地设置在该调色剂储存容器与金属件之间可达到稳定地进行电荷去除的效果。

尤其是，该金属件更可取地应是一个给电荷去除件加电压的接线端。这样，电压能被施加，而不会受到干扰或调色剂污染的影响，从而可达到稳定地去除电荷的效果。

在本发明中，更可取地是电荷去除装置的电压施加装置给电荷去除件施加一个交流电压VAC。

根据本发明，给电荷去除件施加一个交流电压VAC可将在显影中未被使用且留在显影辊上的调色剂颗粒内部或表面上保持的残余电位去除。

即，在显影辊上的调色剂显影处理完成后，当未去除或删除电荷的未显影的调色剂在下一个显影处理中再被使用时，调色剂的电荷会因前次显影处理的背景而在辊影辊的轴向变得不均匀、并产生调色剂层的电荷差或电位差。在这种不均匀状态下进行的显影使显影调色剂的量产生差异，并显出前次显影处理的背景、即重影。因此，在去除电荷时，电荷去除件必须如上所述地与覆盖显影辊上调色剂层宽度的整个区域充分接触。例如，当显影有效宽度(潜像宽度：在感光器表面形成的电位宽度)窄于调色剂层宽度时，前次显影处理的背景的影响基于每步显影有效宽度的电荷去除操作、供给的调色剂以及调色剂层厚度的调节而消失。但是当重复显影时，调色剂逐渐积累在显影辊上形成薄膜，该薄膜调色剂的电荷不足而产生溅射且该薄膜阻碍显影辊与感光鼓均匀接触而将充电件与电荷去除件隔开。

根据本发明，即使显影辊与电荷去除件不均匀接触，给电荷去除件施加交流电压VAC也可除去留在调色剂颗粒表面的电位。因此当重复显影时，显影辊上调色剂的逐渐积累不会形成薄膜、调色剂电荷不足不产生溅射，也不会因显影辊与感光鼓的均匀接触受阻止而将充电件与电荷去除件隔开。应在上述结构中设置弹性件，这样因电荷去除件能与显影辊稳定地接触，显影后留在显影辊上的调色剂的电荷能可靠地去除。此外，给电荷去除件施加交流电压VAC也可在显影后除去留在显影辊上的调色剂的电荷。

在本发明中更可取地是应满足关系式2×|Vd-Vr|＜VAC，其中VAC是施加到电荷去除件的交流电压，Vd是电荷去除装置的电压施加装置施加的交流电压，Vr是显影辊的电压施加装置施加的交流电压。

在本发明中，用电荷去除装置的电压施加装置将交流电压VAC施加给电荷去除件以使用于显影辊上调色剂层的有效电场约为3×10⁶V/m。

根据本发明，将交流电压VAC施加给电荷去除件可得到更充分的电荷去除效果，使得，用于调色剂层的有效电场约为3×10⁶V/m。换言之，施加一个直流电压能除去调色剂颗粒的表面电荷，但是，调色剂颗粒表面内侧或不规则调色剂颗粒凹陷中的电荷有时不能除去。当将交流电压叠加在直流电压上时可得到好的电荷去除效果，另外，施加交流电压VAC能完全除去调色剂颗粒的电荷使调色剂层的有效电场约为3×10⁶V/m，该电场值接近调色剂颗粒的放电极限电场值。

本发明的其它的和进一步的目的、特征、和优点将在下面结合附图的具体说明中变得更加清楚了。

图1是本发明一个实施例的显影装置1a的截面图；

图2表示显影辊3上沿其转动方向的调色剂层15的宽度Wt与电荷去除板12的电荷去除有效宽度Wc之间关系的视图；

图3是本发明另一实施例的带有弹性件16的显影装置1b的截面图；

图4A是表示显影辊3与电荷去除板12接触部分的视图，

图4B是图4A中接触部分的放大视图；

图5A-5C是在显影辊3转动时其接触部分的详图；

图6A是表示设在电荷去除板12两端的弯曲部分12a的视图，

图6B是表示设在电荷去除板12两端的电绝缘部分12b的视图；

图7A是表示设有被连接件17和螺钉18固定的电荷去除板12的显影装置的截面图；

图7B是表示被连接件17和螺钉18固定在调色剂箱6下部6b的电荷去除板12的放大透视图；

图8是表示确定调色剂层15的静态电阻值的方法的视图；

图9是表示确定调色剂层15的动态电阻值的方法的视图；

图10A是表示确定显影辊3静态电阻值的方法的前视图；

图10B是表示确定显影辊3静态电阻值的方法的侧视图；

图11A是表示确定显影辊3动态电阻值的方法的前视图；

图11B是表示确定显影辊3动态电阻值的方法的侧视图；

图12是表示确定调色剂内摩擦系数μt方法的截面图；

图13是表示确定调色剂与显影辊3间的摩擦系数μrt以及调色剂与电荷去除板12间的摩擦系数μdt的方法的截面图。

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

图1表示本发明一个实施例显影装置1a的截面图。按照电致成像式样来使用显影装置1a，可用一种已有技术来实现整个显影装置的结构，该电致成像技术包括充电、曝光、显影、转印、清洁、定影、和电荷去除步骤。

感光鼓2沿箭头S1的方向转动。用诸如电晕充电器或接触辊充电器(未示出)的充电装置对感光鼓2的表面均匀充电，以使感光鼓2的表面具有预定量的电荷。感光鼓2的表面携带由曝光装置(未示出)用潜像预定电位形成的静电潜像。感光鼓2含有金属或弹性导电体、形成在该表面上的基层、和形成在基层上的感光层。感光层包含一个形成在基层上的较薄的载体产生层(CGL)，和一个形成在最外层上以聚碳酸酯为主的较薄的载体转移层(CTL)。曝光使载体产生层产生载体，载体将感光鼓2上形成的电荷消除，从而形成静电潜像的电位。

随着感光鼓2的转动，感光鼓2上所携带的静电潜像被送到与显影辊3接触的显影区5。沿箭头S1的反方向即箭头S3的方向转动的显影辊3在压力下与感光鼓2紧密地接触。于是，显影辊3上携带的调色剂被转移并按着感光鼓2上的潜像粘附，从而使该潜像显影为一个图像。从与显影辊3相连的电源4给显影辊3施加一个预定偏电压E1。

显影完成之后，粘附在感光鼓2上的调色剂被转移到预定的转印区。在转印区(未示出)中，设有给该转印区提供诸如纸的复印材料的供纸装置且复印材料与感光鼓2上的调色剂图像同步接触。设置在转印区中的转印装置(未示出)是具有高压电源的充电式或接触辊式的转印装置，转印装置将带有要被转印图像表面极性的电压施加给感光鼓2。于是，调色剂7转印到复印材料上形成调色剂图像。该复印材料从感光鼓2上分离，而后复印材料上的调色剂被定影装置(未示出)定影。实施例中使用热熔化定影装置。该复印纸被排出复印设备。转印之后，用清洁装置(未示出)来清洁感光鼓2的表面，电荷去除装置(未示出)去除感光鼓2表面的剩余电荷以使该表面电初始化。电荷去除装置包括光学电荷去除灯或接触电荷去除装置。

显影装置1a中的单组份调色剂7被储存在调色剂箱6中，在显影区5一侧调色剂箱6被打开。用例如搅拌器或螺旋的搅拌供给件14搅拌调色剂并将调色剂提供到调色剂供给辊8附近。沿与显影辊3的方向(S3)相同的S2方向转动的调色剂供给辊8在压力下与显影辊3接触。另外，经与调色剂供给辊8连接的电源9给调色剂供给辊8施加预定偏压E2。电压E2使调色剂7电位移到显影辊3，例如，使用充负电的调色剂时，较高电位的电压E2被施加到负电极。调色剂7被显影辊3与调色剂供给辊8之间电位差的电荷注入以及被辊3和8之间接触面摩擦的充电充入电荷，且调色剂7被有效地提供给显影辊3。显影辊3和调色剂供给辊8用几乎相同的方法制成，用相同的控制材料可控制它们的电阻值。考虑到弹性，该辊优选应由泡沫材料制成。这种情况下，调色剂供给辊8可能优选使用的泡沫材料量应多于显影辊3所使用的泡沫材料量。

粘附在显影辊3上的调色剂7被转运到设置在显影区5中显影辊转动方向上游侧的充电板10附近。由板金属材料制成的充电板10的一端被固定在调色剂箱6上部6a，使得该板的另一端在压力下以其边缘或其邻近区与显影辊3的表面接触。从电源11给充电板10施加预定偏压E3。由于这些操作，显影辊3上的调色剂层被充入预定量的电荷并形成预定的厚度。粘附在显影辊3上的调色剂7被运转到上述的显影区5，在显影区5中的感光鼓2的表面上形成有静电潜像。

已通过显影区5并留在显影辊3上的调色剂7被送到电荷去除板12附近，板12位于显影区5中显影辊转动方向的下游侧。电荷去除板12被固定在调色剂箱6的下部6b，以便在压力下与显影辊3接触。从电源13给电荷去除板施加预定偏压E4。如下所述，偏压E4是直流或交流电压。用这种电荷去除板12来除去调色剂7的电荷。调色剂供给辊8在压力下与反向转动的显影辊3接触，因此，调色剂7从显影辊3上被分离并回收到调色剂箱6中再使用。在这个过程中重复形成了一个图像。

下面是对进行接触反转显影的显影装置1a中构成元件和设定条件的详细说明。如上所述，感光鼓2有一个接地的导电基底。感光鼓2的表面电位是-550V，直径是55mm，转动速度是185mm/s。

显影辊3由设置在一导电轴上硬度为60～70度(JIS-A)的弹性件构成，电阻调节剂被加入到显影辊3中使其体积电阻率为10⁶Ωcm。显影辊3的直径是34mm，其转动速度是280mm/s。该导电轴直径是10mm，其上加有-250V的电压E1。感光鼓2与显影辊3在转动方向的接触宽度，即辊隙是2mm。

显影辊3的导电轴可能由较低电阻的树脂或例如不锈钢的金属制成。设置在该轴上的弹性件可采用包括EPDM、尿烷、硅、丁腈橡胶、氯丁二烯橡胶、丁苯橡胶、丁二烯橡胶以及诸如此类的介电常数为10的树脂材料。可能使用一种或多种包括如聚二烷基硅氧烷、聚硅氧烷-聚亚烷基环氧嵌段共聚物的表面活化剂，导电微粒，碳黑，TiO₂，离子导电材料作为电阻调节剂的成份。在制造弹性件使用泡沫剂时，硅类的表面活化剂最佳。

导电轴上的弹性件可能通过用混合注射器搅拌预定量的弹性件树脂和预定量电阻调节剂的混合物，并将该混合物注入金属模、而后加热到80～120℃持续5～100分钟，并进行模压的热喷发泡成形而制成。该弹性件也可能用注模法在导电轴上制成，该方法是将导电轴置于预定金属模的中心，把弹性件树脂材料注入金属模并加热硫化100～160分钟。

至于用作电阻调节剂的碳黑较好应使用具有对氮吸收的特定表面积为20m²/g～130m²/g和对DBP的油吸收为60ml/100g～120ml/100g的碳黑。例如，优选的一种应包括ISAF、HAF、GPF和SRF品牌中的那些碳黑。特别应优选使用炉法碳黑和槽法碳黑。

用作弹性件树脂材料的聚氨基甲酸酯更可取地应包括光聚氨基甲酸酯泡沫和聚氨基甲酸酯弹性体。例如，更可取地0.5重量份～15重量份、有时为70重量份的碳黑应与100重量份的聚氨基甲酸酯混合。

作为弹性件树脂材料的EPDM包含乙烯、丙烯、和诸如二氯戊二烯、亚乙基降冰片烯、5-己二烯等的第三成分，按碘值来考虑这三种成份更可取地应分别为5～95重量份、5～95重量份、和0～50重量份。例如，1～30重量份的诸如炉法碳或槽法碳的碳黑更可取地应与100重量份的EPDM混合。除了碳黑以外，更可取地还应加入0.1～10重量份的、诸如高氯酸钠或氯化四乙铵的离子导电材料，诸如二甲基聚硅氧烷或聚氧乙烯月桂醚的表面活化剂作为电阻调节剂的成份，以增加可分散的均匀度。

可能使用的一种或多种用作电阻调节剂的离子导电材料包括诸如高氯酸钠、高氯酸钙、和氯化钠的无机离子导电材料，以及诸如变性脂肪族二甲基乙基乙酯硫酸铵、乙酸硬脂酰铵、乙酸月桂铵、和高氯酸十八烷基三甲基铵的有机离子导电材料。

显影辊3的电阻更可取地应在1×10⁵Ω～1×10⁶Ω范围内，体积电阻率在3.75×10⁵Ωcm～7.5×10⁶Ωcm范围内，硬度是68度(JISK-6031；硬度计Asker C；1kgf负载)，表面粗糙度Rz在1μm～6μm范围内(JISB0601)。改变硬化剂或填料的添加量可选择弹性件的硬度，增加该添加量可减小硬度，但是，由于低分子硬化剂或填料淀积到弹性件表面，该表面电阻率下降。下面说明电阻和体积电阻率的测量方法，在该方法中根据JISK-6911将200V电压和100g负载加在导电轴两端进行测量。

调色剂供给辊8通过在不锈钢或导电树脂的轴上形成体积电阻率为10⁵Ωcm、晶泡密度为3～4晶泡/mm的导电聚氨基甲酸酯泡沫材料而制成。调色剂供给辊8的直径是20mm，转动速度是160mm/s。-350V的电压E2被施加给该导电轴。调色剂供给辊8以0.5mm～1mm的深度与显影辊3接触。调色剂7被调色剂供给辊8预充电，例如预充负电。

更具体地说，将5～15重量份的碳黑，有时是将70重量份的碳黑混入100重量份的用于调色剂供给辊8的聚氨基甲基酸酯泡沫材料中。可能使用像用于显影辊3的相同比例的聚氨基甲基酸酯泡沫塑料与碳黑。将聚氨基甲酸酯泡沫材料和碳黑的混合物与发泡剂一起搅拌，而后在导电轴周围经加热和发泡形成泡沫材料从而制成调色剂供给辊8。

绕导电轴形成的泡沫材料的体积电阻率更可取是10⁵Ωcm或更小。该泡沫材料的晶泡密度更可取地是在6mm厚度内80晶泡/英寸～100晶泡/英寸，密度是0.1g/cm³,Asker F硬度是68度，硬度是24.2Kgf(JISK-6401)。体积电阻率的测量方法与显影辊3相同。上述的泡沫材料可使用由Bridgestone制造的体积电阻率为10⁴Ωcm的EPT尿烷导电泡沫材料。

弹性件和泡沫材料形成在导电轴上并被抛光，因此制成的显影辊3和调色剂供给辊8具有预定的(外)直径和表面粗糙度。

充电板10由厚0.1mm的不锈钢或导电树脂或诸如此类制成，并做成悬臂板簧结构。-350V的电压E3被施加给充电板10。显影辊3上调色剂的淀积量和电荷量分别被调整为0.6mg/cm²～0.8mg/cm²和-10μC/g～-15μC/g。

电荷去除板12由一种板弹性件制成。该弹性件是由材料制成的，此处从PC和PBT的混合树脂，尼龙，PET，诸如PTFE的含氟树脂、含硅树脂、聚氨基甲酸酯和PVDF中选出的该材料被用作基底材料，同时依据需要诸如碳黑这样的电阻调节剂与此混合。对每100重量份的弹性件树脂材料加入10或10以上重量份的碳黑进行混合。可能使用像用于显影辊3中的相同量的碳黑。

电荷去除板12可使用由Bayer制造的PC和PBT挤压膜、Bayer AS-A膜(产品名称)。关于该膜，由于调色剂能充分滑动，因此调色剂7不会留在显影辊转动方向的电荷去除板12的上游侧，故显影操作不会受到不良的影响，调色剂7能充分回收到调色剂箱6。该膜的厚度是0.3mm±0.1mm，电阻是10³Ω～10⁶Ω。用Nitto制造的No.500粘结带将这种膜粘结到调色剂箱6的下部6b。当用选自PC和PBT的混合树脂、尼龙、PET、诸如PTFE的含氟树脂、含硅树脂、聚氨基甲酸酯和PVDF中的一种弹性材料以及选自导电颗粒材料、碳和TiO₂中的一种或多种材料制成电荷去除板12时可得到上述的效果。

电荷去除板12的材料不限于上述的材料。当施加来自电源13的交流电压时，所选的材料应对施加的交流电压的介电损耗因数和电阻率具有小的频率相关性，与调色剂接触良好、并能满足对电荷去除的要求。

通常可使用所谓的高电阻调色剂作为调色剂7。颗粒型调色剂的体积电阻率更可取地应为10¹⁰Ωcm。优选的调色剂制备方式如下，揉捏4～10重量份碳黑与80～90重量份基底树脂的混合物，同时适当地混合0～5重量份的电荷控制剂和少量的硬化控制剂，在磨碎后加入0.2～2重量份例如硅的后添加剂。测量体积电阻率的方法与在显影辊3的情况下的测量方法相同，如下所述，在该方法中，两块固化成颗粒形的调色剂被夹在施加了电压的电极之间，以测量电流值。要施加的电压与该调色剂块的厚度有关，对于每1mm厚的调色剂块，更可取地是施加1000V或小于1000V的电压，调色剂7可使用由Sharp制造的AR-ST12-B，该调色剂适用于Sharp制造的AR5130电致成像机。

一种密封件(未示出)设置在显影装置1a的下部用于防止调色剂7泄漏。该密封件可使用0.1mm厚的Mylar膜。如果需要，可在密封表面蒸镀铝以使其具有导电性，密封的导电表面被制成与显影辊3接触，其设定的电压与显影辊电压相同或比它高+50V时，可产生去除调色剂剩余电荷的作用。

显影辊3的有效辊电阻和显影时流过的电流会在显影辊3内产生电压降。选取有效辊电阻的最佳值可降低有效作用在显影辊3表面的显影偏压，以得到陡的和双向显影特性，从而获得良好反差的图像。

图2示出了这种显影装置1a的第一个特征，即在显影辊3的转动方向上，显影辊3携带的调色剂7的调色剂层15的宽度Wt和电荷去除板12的电荷去除有效宽度Wc被设定得满足关系式Wc≥Wt。因此，显影辊3上的调色剂层15可被电荷去除板12完全覆盖，使显影后显影辊3上的调色剂层15的电荷能可靠地被除去。于是，避免了留在显影辊上的调色剂电荷变得不均匀，使调色剂供给辊8均匀地除去调色剂，并且用调色剂供给辊8均匀供给调色剂。例如，宽度Wt和Wc可分别设为306mm和308mm。

第二特征是弹性件设置在电荷去除板12的侧面，该侧面与显影辊3的侧面相对。图3是表示含有弹性件16的显影装置1b的截面图。除包含弹性件外，显影装置1b的结构与显影装置1a的结构相同。弹性件16被插在电荷除去板12与调色剂箱6下部6b之间，以便同时与两者接触。借助弹性件16，电荷除去板12可与显影辊3充分接触，所以在显影后显影辊3上调色剂层15的电荷能可靠地除去。

例如，电荷去除板12被安装得使其以约0.5mm的深度与显影辊3啮合，显影辊3与电荷去除板12间的辊隙是0.5～1mm。高于显影辊电压+200V的偏压E4被施加给电荷去除板12，例如，预定的偏压E1是-250V时，偏压E4是-50V。

当选择了弹性件16的最佳弹性时，可避免调色剂7下落或飞溅、并能无损耗地将调色剂7回收到调色剂箱6中。即，弹性件16应由带发泡剂的发泡电介质材料形成的泡沫材料构成。于是，弹性件16和显影辊3的接触区得到保障，电荷去除效率提高，接触负荷降低。

上述的电介质材料可能是EPDM、尿烷、尼龙、硅、PET、PTFE、PVDF、天然橡胶、丁二烯腈橡胶、氯丁二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、异戊间二烯橡胶、和聚降冰片烯橡胶中的一种。这些电介质材料能稳定地发泡，快速产生泡沫材料。

上述的发泡剂较好是氮类发泡剂，使用它可在电介质材料中形成微小的单晶粒泡沫。

上述电介质材料较好是氧化丙烯、氧化乙烯、聚醚多元醇、甲代亚苯基二异氰酸酯、5-丁二醇、硅类表面活化剂、和二月桂酸二丁锡中的任一种、或由其中的两种或多种材料化学反应生成。采用这些材料，可使泡沫具有不受发泡温度或材料量影响的稳定特性。并可使泡沫具有80～100晶泡/英寸的晶泡密度。

上述弹性件更可取地应含有调节电阻值的材料，该调节电阻值的材料包括导电微粒、碳、TiO₂等材料，可单独或混合使用。用这种调节材料调节电阻值可减小电特性的波动范围。于是，电荷去除所需的电压可稳定地施加给电荷去除板12。

该第二特征可能与第一特征一起被实现。

下面说明第三特征，其中，在显影之后显影辊3上的调色剂层15的电荷被可靠地除去。为了通过电荷去除板12快速可靠地除去显影辊3上调色剂层15的电荷，施加给板12的电压E4必需充分传送到调色剂层15。为此，给电荷去除板12充电的时间必需充分小于显影辊3的某一点通过板12的时间。假设调色剂层15是一个其表面具有电荷的电容器，显影装置1a被说明如下。

时间常数τ可从τ=CR得到，关系式C=εε_OS/d,R=ρd/S得出τ=CR=(εε_OS/d)·(ρd/S)=εε_Oρ,ε是电荷去除板12的介电常数，ε_O是真空介电常数，S是板12的单位面积，d是板12的厚度，ρ是板12的体积电阻率。在显影辊3与电荷去除板12间的接触长度为L、显影辊3的转动速度为V_t、τ与通过时间t=L/V_t相同这样的条件，以致由于因显影辊3转动速度引起的辊隙变化、因环境温度导致弹性改变引起的接触宽度的变化、和电阻的变化，使充分的电荷去除效果不能被达到。因此，更可取地应满足关系式εε_Oρ＜t，即L＞V_tεε_Oρ。

检定了由剩余在显影辊3或调色剂7上的背景电产生的双曝光、即重影集中或消失的变化和调色剂层15的电位与所通过时间t之间的依赖关系。结果示于表1。刚通过显影区且εε_Oρ=t、2t、和5t时重影不消除，但在εε_Oρ=10t时重影消失。

表1

	刚显影后	εε_Oρ=t	εε_Oρ=2t	εε_Oρ=5t	εε_Oρ=10t
	刚显影后	εε_Oρ=t	εε_Oρ=2t	εε_Oρ=5t	εε_Oρ=10t	调色剂层的电位	-100V	-94V	-80V	-40V	-5V
重影消失	×	×	×	△	○	调色剂层的电位	-100V	-94V	-80V	-40V	-5V

×：不消失； △：部分消失； ○：消失。

因此，更可取地应满足L≥10V_tεε_Oρ。例如，条件L=2×10^-3m,V_t=280×10^-3m/s,ε=15,ε_O=8.854×10^-12F/m，和ρ=2×10⁶Ωcm可使10V_tεε_Oρ=7.43736×10^-4。于是上述关系式被满足。

在显影装置1b中，电荷去除板12与弹性件16的组合介电常数ε_S可代替ε，组合体积电阻率ρ_S可代替ρ。在这种情况下更可取地应满足关系式ε_Sε_Oρ_S＜t，特别是L≥10V_tε_Sε_Oρ_S。

当电荷去除板12和弹性件16由树脂材料制成时，电特性、尤其是有时电阻值会随着所施加的电压或环境湿度低而显著地变化。当满足关系式L≥10V_tεε_Oρ或L≥10V_tε_Sε_Oρ_S时，显影辊3与电荷去除板12的可靠接触能稳定除去显影辊3上调色剂层15的电荷。

第三特征可与第一和第二特征的任一个或更多特征一起被实现。

下面说明第四特征。当显影辊3上的调色剂7全用尽时，辊3与电荷去除板12直接接触而引起电流泄漏。当调色剂7保留在显影辊3上时，电压由调色剂层的电阻Rt与板12的电阻Rd的组合电阻维持。板12的电阻Rd大时，不存在因电位上升产生的电位差。因此，为迅速除去调色剂层15的电荷，电荷去除板12的电阻Rd更可取地应确定得与调色剂层15的电阻Rt基本相同。

例如，当调色剂层15的电阻Rt为10⁶Ω而电荷去除板12的电阻Rd为10⁶Ω时，即使显影辊3与板12直接接触也不产生漏电流，并能保持足够电压。在这种情况下，调色剂的粘附量是0.8mg/cm²,Rt与50V时应用的值对应，板12的厚度是0.3mm，显影辊3与板12之间的辊隙是2mm。

第四特征也可与第一～第三特征中的任一个或更多特征一起实现。

下面说明第五特征。第五特征包括基于显影过程中产生的电荷量的变化，确定去除电荷的电流I。即，去除电荷所需的电流I更可取地应表示为关系式：I≥-(m/a)·(q/m+Δq/m)·V_t·Wc，其中m/a是通过充电板后显影辊3上调色剂层15单位面积的调色剂质量，q/m是调色剂电荷量，Δq/m是通过显影区5后，显影辊3上调色剂层15电荷变化量、即在压力下与感光鼓2接触引起的调色剂电荷的变化量，V_t是显影辊3的转动速度，Wc是电荷去除板12去除电荷的有效宽度。这样，显影辊3上调色剂层15的电荷能被可靠除去。

具体地说，显影辊3上调色剂层具有的电荷是(m/a)×(q/m)=q/a。显影辊3在单位时间内传送的调色剂层15可假设为一个电流；该调色剂层电流It可表示成等式It=(q/a)×V_t×Wc=qV_tWc/a。当相反极性的电流施加给调色剂层15时，从理论上讲，调色剂的电荷能被除去。应注意，在压力下调色剂层15与感光鼓2的接触可能会改变调色剂层15的电荷。鉴于这种电荷变化，需将Δq/a加入以得出表示最小电流量的等式：It=(q+Δq)V_tWc/a。

下述条件可满足第五特征的上述关系。I=100μA；在通过充电板10后粘附到显影辊3的调色剂质量，m=212.42mg；显影辊3的表面积，a=326.8cm²；m/a=0.65mg/cm²；调色剂颗粒保持的电荷量，q=10^-15C/颗粒；q/m=-12μC/g；Δq/m=-3μC/g；V_t=260mm/s；Wc=306mm。这样，当调色剂电流It=10～20μA时可充分地除去电荷。

显影辊的转速是260mm/s；调色剂供给辊8以1mm深度与显影辊3保持接触。电荷去除板12采用上述的Bayer AS-A薄膜。板12以约0.5mm挤在显影辊3上使辊3与板12之间保持0.5mm-1mm的辊隙。其它与显影装置1a的相同。

实验表明最小电荷去除电流I与调色剂层电荷的一半相对应，因此尤其推荐满足以下关系式：0.5≤-I/((m/a)·(q/m+Δq/m)·V_t·Wc)≤10。即，相对于初始固定值1mg/cm²，粘附的调色剂的量在0.6mg/cm²～1.3mg/cm²范围内变化。相对于初始值-10μC/g，调色剂电荷q/m在-7μC/g～-20μC/g范围内变化。表面电阻值也基于温度或湿度而改变。根据这些变化可能确定上述的范围。于是可避免过低的电荷去除电流引起的调色剂供给量的不良变化、以及过多电荷去除电流引起的向显影辊的电荷泄漏。从而得到稳定的电荷去除和显影。

电荷去除板12优选地可能是通过向包含弹性树脂的板件施加导电微粒而制备的那些板。例如，它们包括铝汽相沉积聚酯薄膜、碳分散氟类涂敷材料等。在这个操作中该表面变得具有导电性，不良分散或硬度变化不会产生，并且弹性与电特性相适应。这种操作在显影装置较短寿命的情况下是有效的。

用于电荷去除板的电源13优选地可配一个电流限制器。这个部件用于防止在发生事故或放电短路时因电流泄漏引起的电源13的各种故障。从而得到稳定的电荷去除。

第五特征也可能与第一～第四特征的任一个或多个特征一起被实现。

下面说明第六特征。在基于显影辊3、电荷去除板12和调色剂层15的电阻值确定要被施加的电压时，基于关系式V=IR以便用恒压电源13提供电荷去除电流，所提供的电位差(Vd-Vr)应满足下式：(Vd-Vr)≥-(((m/a)·(q/m+Δq/m)·V_t·Wc)·(Rd+Rt+Rr))；其中Vd是从电荷去除板12的电源13给板12施加的直流电压，Vr是从显影辊3的电源4给辊3施加的直流电压，Rd是电荷去除板的电阻值，Rt是调色剂层15的电阻值，Rr是显影辊3的电阻值。这一关系式用于忽略调色剂电阻的情况。电源13施加用作偏压E4的电压Vd，电源4施加用作偏压El的电压Vr。

例如，上述关系式被下述条件满足：Vd=-200V；Vr=-250V；m/a=0.65mg/cm²；q/m=-12μC/g；Δq/m=-3μC/g；V_t=280mm/s；Wc=306mm；Rd=10⁴Ω；Rt=10⁶Ω；Rr=10⁵Ω。显影辊3可能用高分子材料和导电微粒制成，电荷去除板12可能用树脂材料制成。在这种情况下确定电压时要考虑辊3和板12更精确的电阻值，因此能可靠地除去辊3上调色剂层15的电荷。

尤其在确定所施加的最大电压时，施加的电位差(Vd-Vr)应满足关系式：

\frac{(Vd - Vr) + Vt}{dt + dr + dd} < 36 \times 10^{6} [V / m]

其中，理想的绝缘材料的电介质击穿强度是36×10⁶(V/m),Vt是通过显影区后显影辊3上调色剂层15的电压，dt是调色剂层15的厚度，dr是显影辊3的厚度，dd是电荷去除板12的厚度。这样，所建立的电位在低于调色剂的击穿电场强度范围内，因此可得到稳定的电荷去除效果。

另外，施加的电位差(Vd-Vr)应满足关系式：

\frac{(Vd - Vr) + Vt}{dt + dr + dd} < 3 \times 10^{6} [V / m]

此式适用于粉状调色剂。由于粉状调色剂小于粒状调色剂，施加的电压可根据含空气调色剂层的厚度而确定，因此得到稳定的电荷去除效果。例如，当确定Vd=-200V,Vr=-250V,V_t=-10～100V,dt=20×10^-3mm,dr=8mm,dd=0.3mm时，可满足上述两关系式。

此外，调色剂优选地应含有作为外部添加剂的硅、TiO₂和磁铁矿中的一种或多种。这些添加剂可使电荷去除板12的表面适当地被抛光，使调色剂颗粒易于相互滑动，使调色剂颗粒间的接触面积减小从而提高电荷去除效率。例如，可将0.5～1.8重量份的外部添加剂加入到100重量份的调色剂中。

下面说明本发明的第七特征。第七特征涉及在显影之后建立稳定回收显影辊3上调色剂层15的调色剂的条件。图4A是显影辊3与电荷去除板12接触部分的视图，图4B是该接触部分的放大视图。图5A-5C是带有显影辊3转动的该接触部分的详图。调色剂层15如图4A和4B所示地保持在显影辊3上，调色剂层15的表面上保持有摩擦电荷。当如图5A所示在电荷去除板12与显影辊3间汇集了多层调色剂7时，为了增加电荷去除板与调色剂7的接触以使全部调色剂7与电荷去除板12接触，应如图5B所示地在该薄层中形成间隙，并如图5C所示地从电荷去除板12离开。为此，调色剂的内摩擦系数必须小于调色剂7与显影辊3间的以及调色剂7与电荷去除板12间的摩擦系数。为了避免调色剂7从显影辊3向电荷去除板12移动的阻塞，电荷去除后，优选地调色剂7与显影辊3间的摩擦系数应大于调色剂7与电荷去除板12间的摩擦系数。

即，在内摩擦系数μt、调色剂7相对显影辊3的摩擦系数μrt、和调色剂7相对电荷去除板12的摩擦系数μdt之间应建立关系式：μdt＜μt＜μrt。在这一关系下，调色剂7可不滞留在电荷去除板的显影辊转动方向的上游侧而被回收，因此可得到稳定的电荷去除效果。

根据各摩擦系数μt、μrt和μdt的测量结果，调色剂的内摩擦系数μt可在0.45～0.60的范围内被调整。也可能在0.48～0.63的范围调整调色剂相对由磷青铜、铝、氧化铝等构成的充电板10或电荷去除板12的摩擦系数(μrt,μdt)。以0.2～2.0重量份疏水硅对1重量份调色剂的添加量可进行摩擦系数调整。为了降低调色剂摩擦系数，可以0.01～1.0重量份的如硬脂酸锌或硬脂酸钙的脂肪酸类材料相对1重量份调色剂的添加量进行调整。例如，优选μt=0.45,μrt=0.57,μdt=0.63。

当电荷去除板12由0.7～1.2重量份硅和AS-A薄膜构成、显影辊3是通过向聚氨基甲酸酯树脂分散碳而构成、以及辊3的表面粗糙度研磨为3μm～5μm时，调色剂回收效率最高。在这种状态下，显影辊3有很强的输送能力，调色剂7在电荷去除板12上充分滑动。

此外，如果将有较多的调色剂7留在显影辊3上，则电荷去除板12必须用橡胶制成以减小接触压力。关于电荷去除板12的粘附性，由于如树脂材料的高湿润材料不能牢固地固定到调色剂箱6上，所以用橡胶材料构成电荷去除板12。但是尽管表面粗糙度可减小，这种橡胶材料仍具有大的摩擦系数。因此，应在电荷去除板12靠显影辊一侧的表面应用树脂材料使μdt＜μt，以便在显影后完全回收留在显影辊3上的调色剂7。在这一状态下，调色剂7可不滞留在电荷去除板12的显影辊转动方向的上游侧而被回收，因此可得到稳定的电荷去除效果。施加在电荷去除板12上靠显影辊一侧的表面上的树脂材料优选地应包括氟类或含氟树脂，这些材料具有高的绝缘性、低的摩擦阻力、和高的热阻。应用这种树脂几乎不产生因磨损或摩擦热引起的剥离。

在使用硅橡胶或尿烷橡胶时，摩擦系数用分散碳黑来调整，这使表面粗糙度约等于调色剂粒度大小，由于障碍物阻碍调色剂的清除，所以显影操作不能平滑地进行。此外，图像质量因调色剂的飞溅或下落而下降、而设备寿命因内部污染而缩短。因此，尤其优先的是使电荷去除板12与显影辊3之间接触部分的粗糙度小于调色剂粒度大小。例如，该粗糙度被制成小于调色剂粒度大小或等于调色剂粒度大小的1/2，实际上在该粒度大小1/50～1/2的范围内选择。在这一操作中，电荷去除板12的障碍物被除去，使调色剂7易于滑动，因此可方便地回收调色剂7。

当电荷去除板12的电阻低时，在显影后，在对显影辊3上调色剂层15进行电荷去除时，电流泄漏会从显影辊3的端部发生。原因是显影辊3与电荷去除板12直接接触；因此当调色剂层15在显影辊3上形成时不产生电流泄漏，并可实现未被显影调色剂层15上的电荷去除。对于电荷去除的电特性，电荷去除板12应保持一定电阻，借助该电阻，在显影辊3通过电荷去除板12时即使显影辊3与电荷去除板12接触，电荷去除板12也能维持电荷去除电位。电荷去除板12的电阻应小于显影辊3上调色剂层15的电阻。实际上，电荷去除板12的电阻较好在1×10^-5Ω～1×10⁶Ω范围内选择。在这一操作中，电荷去除与电压维持相配合，调色剂层15的电荷被电阻小于调色剂层15的电荷去除板12迅速除去。

实际上可使电荷去除与电压维持相配合的条件是在50V的电压下将m/a=0.8mg/cm²调色剂层15的电阻设定为约10⁶Ω，将厚度为0.3mm的电荷去除板12与显影辊3之间的辊隙设定为2mm，将电荷去除板12的体积电阻率设定在10⁶Ωcm～10⁸Ωcm范围内。在这种情况下，满足εε_Oρ＜t，通过电荷去除板12可向调色剂层15提供充足的电荷去除电流。例如，当所用的电荷去除板12的厚度是0.3mm、电阻是10³Ω、介电常数ε是15、与显影辊3的辊隙是2mm、显影辊3转速是260mm/s时，在通过时间t约是7.7×10^-3s、εε_Oρ是10^-4s的条件下可得到充分的电荷去除效果。

尤其是电荷去除板12较好用金属材料制成。这样，调色剂表面的电荷能迅速无疑地减少。该金属材料优选电阻约为10^-5Ω、厚度约为0.1mm的磷青铜和诸如SUS304及SUS420的轧钢片。

为避免电荷去除板12与显影辊3直接接触，优选地，应满足Wc≤Wt；但是当设备的设计要求Wc＞Wt时，电荷去除板12的边缘必定与显影辊3直接接触。如图6A所示，在这种情况下，优选地应在电荷去除板12的两端形成弯曲部分12a。例如，长度0.03mm～0.1mm边缘沿离开转动轴的方向略微弯曲。另外，如图6B所示，可能在电荷去除板12两端设置电阻部分12b来代替弯曲部分12a。例如，事实上，可能给该两端应用诸如氟类树脂的绝缘材料。另外，事实上，可能粘附诸如聚四氟乙烯的绝缘带。关于绝缘带可优选聚四氟乙烯透明胶带(3M)和903UL号Nitoflon带(Nitto电气工业公司)。在这种情况下，可避免显影辊3与电荷去除板12之间的泄漏并得到稳定地显影。尤其是，应用氟类树脂使摩擦阻力减小从而防止电荷去除板12的剥离和噪音。

如图7A和7B所示，优选地，可用连接件17和螺钉18将电荷去除板12固定在调色剂箱6的下部6b处。连接件由金属制成，借助它使电荷去除板12被保持在调色剂箱6的下部6b并用螺钉18固定。在这一操作中，当板12压入显影辊3,0.5mm～1mm时，显影辊3与电荷去除板12之间的接触比因诸如温度或湿度或施加一个弱粘度双面胶带等环境变化导致调色剂箱6伸展和收缩条件下的接触变得更稳定。因此可得到稳定地电荷去除。尤其是，连接件17优选地应用作将电压加到电荷去除板12的接线柱。这样，施加电压时不会受到滑动或调色剂7污染的影响；因此能得到稳定的电荷去除。

第七特征也可能与第一～第六特征中的任一个或多个特征一起被实现。

下面说明本发明的第八特征。该第八特征是显影装置具有类似图1所示显影装置1a结构以及类似图3所示含有弹性件16的显影装置1b结构的结构，其中电源13给电荷去除板12施加一个用作偏压E4的交流电压VAC，更具体地说，电源13给电荷去除板12施加一个交流电压VAC，此处，一个交流电压被叠加在一个直流电压上。例如，该直流电压是+200V，该交流电压是450V指的是峰-峰之间的电压Vpp。

为了在显影后单用该直流的偏压E4经电荷去除板12可靠地除去显影辊3上调色剂层15的电荷，施加到电荷去除板12的偏压E4必须达到调色剂层以除去调色剂的电荷。因此优选地应如第三特征那样满足关系式εε_Oρ＜t和L≥10V_tεε_Oρ。

但是，调色剂的电荷不仅分布在表面而且还分布在内部或非晶调色剂的凹陷处。这样，直流成份的调色剂电荷不能被相反极性的偏电压和电流完全除去。特别是在导电高分子材料、即可分散导电材料中，其非导电部分具有电荷陷阱，即使施加高直流电压也不能有效地除去电荷。

因此，如上所说，为了可靠地除去调色剂电荷，优选地，应给电荷去除板12施加交流偏压VAC。表2表示施加到电荷去除板12的交流偏压VAC、调色剂层15的电位和重影程度之间的关系。施加到电荷去除板12的交流偏压VAC用频率1kHz的峰-峰之间的电压Vpp表示。粘附的调色剂量是m/a=1mg/cm²，调色剂中的电荷量是q/m=-20μC/g，实验环境条件是10℃和相对湿度为15％RH。

表2

	显影后立即测量	Vpp 60V	Vpp 120V	Vpp 250V	Vpp 450V
	显影后立即测量	Vpp 60V	Vpp 120V	Vpp 250V	Vpp 450V	调色剂层的电位	-100V	-80V	-60V	-30V	-2V
重影程度	×	×	×	△	○	调色剂层的电位	-100V	-80V	-60V	-30V	-2V

×：不能接受，△：不清楚，○：良好

从表2可知，施加450V或更高的交流电压Vpp可改善重影程度。即优选地，应满足下式：

2×|Vd-Vr|＜Vpp(VAC)

2×200＜450

根据第四特征，为了快速除去调色剂层15的电荷应使电荷去除板12的电阻Rd与调色剂层15的电阻Rt基本相同。但是为显影辊3设置的电荷去除板12的这种状态只有当片形材料的板12较软、显影辊3的直径较大时才有可能出现。在目前的电致成像技术中，激光束打印机的处理盒或数字PPC的处理装置或部件被小型化，因此显影辊的直径变小。当显影辊3的直径是φ20mm或更小时，与电荷去除板12的接触区变小。因此难以优化该接触区。

因此，给电荷去除板12施加交流偏压VAC以增强电荷去除作用。这样，有效电阻值下降，从表面至内部分布的电荷可被除去。表3表示所施加的满足上述关系式2×|Vd-Vr|＜Vpp(VAC)的450V交流电压Vpp的频率与调色剂层15的电位及重影程度之间的关系。调色剂的粘附量是m/a=1mg/cm²，调色剂中的电荷量是q/m=-20μC/g，实验环境是10℃和15％RH。

表3

	显影后立即测量(不施加)	100Hz	200Hz	500Hz	1kHz
	显影后立即测量(不施加)	100Hz	200Hz	500Hz	1kHz	调色剂层的电位	-100V	-90V	-85V	-50V	-7V
重影程度	×	×	×	△	○	调色剂层的电位	-100V	-90V	-85V	-50V	-7V

×：不能接受，△：不清楚，○：良好。

从表3可知，在施加450V交流电压Vpp时，将频率固定在1kHz或更高频率，可改善重影程度。

如第六特征中所说，优选地，调色剂可能含有预定量的外部添加剂。偏压VAC如上所述地施加给电荷去除板12，但极限电场依据外部添加剂的形状和在显影辊上的转动作用而小一个数量级或更小。因此，优选地，应确定交流偏压VAC，使调色剂层15的有效电场约为3×10⁶V/m。事实上，偏压VAC可能根据这一基本情况通过实验测量调色剂层15的电阻值而确定。

表4表示交流电压Vpp、调色剂层15有效电场上限、调色剂层15的电位、和重影程度之间的关系。在实验中，调色剂层15有效电场上限是通过给该调色剂层施加一电压以产生一个被初始化放电电场而得到的。实际上，调色剂层15有效电场上限通过用调色剂层15的厚度使施加给调色剂层15的电压分压而得到。频率被固定在1kHz。

表4

施加的交流电压(峰-峰电压)[V]	显影后立即测量	60	120	250	450
施加的交流电压(峰-峰电压)[V]	显影后立即测量	60	120	250	450	调色剂有效电场上限(10⁶V/m)	1.18	1.35	1.53	1.91	2.50
调色剂层电位[V]	-100	-80	-60	-30	-2	调色剂有效电场上限(10⁶V/m)	1.18	1.35	1.53	1.91	2.50
调色剂层电位[V]	-100	-80	-60	-30	-2	重影程度	×	×	×	△	○

×：不能接受，△：不清楚，○：良好。

从表4可知，将调色剂层15的有效电场的上限固定为约3×10⁶V/m可改善重影程度。

最后如下所述，说明确定调色剂层15的电阻值、显影辊3的电阻值、辊3上调色剂的电荷量、调色剂的粘附量、和摩擦系数的方法。该电阻值基本上根据JISK-6911确定。该摩擦系数参照美国专利4,656,965确定。

图8是说明确定调色剂层15静电阻值方法的视图。圆柱体22处在一对黄铜制板形电极21和24中的电极21上面。圆柱体22具有由聚碳酸酯、聚乙烯、PETF等塑料制成的深度d为0.5mm、直径φ为20mm的圆筒部分。调色剂23放在圆筒部分中，其表面适当压平防止间隙大过颗粒尺寸，其密度与实际的调色剂层相同，并用另一电极24盖住该表面。用电压源例如TREK610C(TREK公司)在电极21与24间施加电压。电阻值为1～10kΩ的电阻器27串接在低电压侧。用例如FLUKE87(FLUKE公司)的电压计测量加在电阻器27上的电压以得到电流I。

通过施加电压V得到的电流I具有以下关系：V=IR,R=(ρ·d)/S,S=2πr,则ρ=(R·S)/d。在这一关系中，ρ是体积电阻率，S是电板21和24的调色剂接触区。在S=6.29cm²和d=0.05cm时，则ρ=1.26×10²×(V/I)Ω·cm。实际上，有效电阻值从显影区中的辊隙、电荷去除区中的辊隙和沿显影辊转动轴方向的接触宽度处得到。

根据图8所示方法确定的本发明一个实施例的显影装置1a中调色剂层15的电阻值是1MΩ～1000MΩ。根据厚度，反过来计算的实际显影辊上调色剂层15的电阻值约是1～10MΩ。这个电阻值与完成填充显影后插入电荷去除板12以防止在无调色剂层15状态下的泄漏的保护电阻(一个插入在偏压与电荷去除板之间的陶瓷电阻)中的电阻值一致。表5表示在施加电压下电流I与调色剂层电阻值R的结果。

表5

施加的电压[V]	1	10	50	100	500
施加的电压[V]	1	10	50	100	500	测量的电流[A]	10^-9	2×10^-8	5×10^-7	5×10^-6	2.5×10^-4
调色剂层的电阻[Ω]	1×10⁹	5×10⁸	1×10⁸	2×10⁷	2×10⁶	测量的电流[A]	10^-9	2×10^-8	5×10^-7	5×10^-6	2.5×10^-4

施加10V或1V交流电压可得到调色剂层15的电容，这个操作是在图8所示的两端连接到一个LCR仪的电极装置上进行的。

图9是说明确定调色剂层15动态电阻值方法的视图。在实际设备中形成在显影辊3上调色剂层15的电阻值用具有与所用感光鼓2相同曲率的黄铜制电极60确定。从实际设备中取出显影装置1a，调色剂层15在压力下与鼓形电极60接触。使用鼓形电极60和芯棒作为显影辊3的电极，可通过与静态电阻值测量的相同方法用电压电源25、电压计26和电阻器27测量转变成电压的电流。当调色剂粘附量约是0.6mg/cm²时，所测调色剂层15的电阻值约是235MΩ。在这一测量中，尽管显影辊3与电阻器27串连，但显影辊3单独测量的电阻值约是50kΩ～100kΩ，由于该电阻小于调色剂层15的电阻若干数量级故可忽略。

图10A是说明确定显影辊3静态电阻值方法的前视图，图10B是其侧视图。显影辊3的静态电阻值用安培计34以电流进行测量，其中，显影辊3的表面与基底32上的电极33连接、100g的重物36放置在转动轴31两端、与转动轴31连接的电源35施加200V电压、安培计34连接到电极33。

图11A是说明确定显影辊3动态电阻值方法的顶视图，图11B是其侧视图。在确定显影辊3动态电阻值中，一个具有与感光鼓2相同曲率半径的鼓电极41可转动地设置在基底40上，鼓电极41借助加压件42在与实际显影处理相同的压力下与显影辊3接触。与显影辊3的转动轴31连接的电源43施加的电压强度可以变化。鼓电极41与测量用电阻器44连接，电阻器44两端的电位被隔离放大器45测量，从隔离放大器45输出的模拟信号被模数转换器46转换成数字信号。为了显示实际运动，电动机49的驱动力经耦合件48和辊47传递给鼓电极41以转动鼓电极41。

所用的显影辊3是用在聚氨基甲酸酯中分散的碳混合物在加热状态下经注射模压制成。在10V电压且鼓电极41不转动的状态下测得的静态电阻为1.83×10⁸Ω。在鼓电极41转动时，测得的动态电阻在20V电压下为8.02×10⁸Ω，在40V电压下为1.05×10⁷Ω。结果表明，动态电阻值大于静态电阻值。

显影辊3上调色剂的电荷量可按如下方式得到。用一个喷嘴吸入形成在显影辊3上的调色剂层15，并根据吸入前后该喷嘴的重量差测量所吸入调色剂的重量。然后，用设置在显影辊3转动轴上的静电计测量与所吸入调色剂电荷量相等的电荷。再用吸入的调色剂重量除以电荷总量而得到调色剂的电荷量。

测量吸入调色剂的粘附区并用调色剂的吸入量除以该粘附区可得到粘附的调色剂的量。使用一个带导槽的部件可确定粘附区，操作时将该带导槽的部件压靠显影辊3以吸入导槽区中的调色剂。

图12是说明确定调色剂内摩擦系数μt方法的剖视图。一个圆柱体51固定在基底50上，调色剂52放置在圆筒部分内，在该圆柱体51上放置另一个其圆筒部分内装有调色剂52的圆柱体51。一个重物53放置在圆柱体51上。横向地测量提拉上圆柱体51所需的力。另外，测量当上圆柱体51不含调色剂52时的提拉力。从上述两力之差可得到内摩擦系数μt。

图13是说明确定调色剂相对显影辊3的摩擦系数μrt和调色剂相对电荷去除板12的摩擦系数μdt方法的剖视图。一个连接件54固定在基底50上，在其圆柱部分中含有调色剂52的圆柱体51放置在连接件54上。一个重物53放置在圆柱体51上。连接件54所用的材料与显影辊3或电荷去除板12所用的材料相同。因此可用与图12相同的方法确定摩擦系数μrt和μdt。

在不脱离本发明的构思或基本特征的情况下可用其它具体形式实施本发明。因此，无论从哪方面说，上述实施例均是说明性和非限制性的，应由所附的权利要求书而不是由前述的说明书限定本发明的范围，所以处在权利要求书等同物含意和范围内的全部变化均包含在本发明之内。

Claims

1．一种显影装置，包括：

用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

显影装置，该显影装置包含用于携带单组份调色剂的可转动的且处于与感光鼓接触位置的导电显影辊、和给显影辊施加电压的装置；

充电装置，该充电装置包含给调色剂充电且调整显影辊上调色剂层厚度的充电件、和给充电件施加电压的装置，该充电件位于显影辊旋转方向上该显影辊与感光鼓相接触的显影位置的上游侧；和

除去电荷的装置，该装置包含位于显影辊转动方向上显影位置下游侧的用于除去电荷的电荷去除件、和给该电荷去除件施加电压的装置，

其中，显影辊上调色剂层沿显影辊转动轴方向的宽度Wt与电荷去除件的有效电荷去除宽度Wc满足关系式Wc≥Wt，一弹性件位于与显影辊侧相对的电荷去除件的一侧。

2．一种显影装置，包括：

用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

其中，显影辊上调色剂层沿显影辊转动轴方向的宽度Wt与电荷去除件的有效电荷去除宽度Wc满足关系式Wc≥Wt，而沿显影辊的转动方向显影辊与电荷去除件的接触长度L、显影辊的转动速度V_t、电荷去除件的介电常数ε、真空介电常数ε_O、体积电阻率ρ满足关系式L≥10V_tεε_Oρ。

3．一种显影装置，包括：

用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

4．一种显影装置，包括：

用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

5．一种显影装置，包括：

用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

其中，电荷去除电流I、调色剂通过充电件后显影辊上调色剂层的单位面积的调色剂的质量m/a，其中m是显影辊上调色剂层的质量、调色剂的电荷量q/m，其中q是显影辊上调色剂层的调色剂的电荷量、调色剂通过显影位置后显影辊上调色剂层的电荷变化量Δq/m、显影辊的转动速度V_t、以及电荷去除件去除电荷的有效宽度Wc满足关系式I≥-(m/a)·(q/m+Δq/m)·V_t·W_c。

6．一种显影装置，包括：

用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

其中，调色剂通过充电件后显影辊上调色剂层的单位面积的调色剂的质量m/a、充电调色剂的电荷量q/m、调色剂通过显影位置后显影辊上调色剂层的电荷变化量Δq/m、显影辊的转动速度V_t、电荷去除件去除电荷的有效宽度Wc、从电荷去除装置的电压施加装置施加到电荷去除件的直流电压Vd、从显影装置的电压施加装置施加到显影辊的直流电压Vr、电荷去除件的电阻值Rd、调色剂的电阻值Rt、以及显影辊的电阻值Rr满足关系式(Vd-Vr)≥-(((m/a)·(q/m+Δq/m)·V_t·Wc)(Rd+Rt+Rr)。

7．一种显影装置，包括：

用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

8．一种显影装置，包括：

用于携带静电潜像的转动的感光鼓；

9．如权利要求7或8的显影装置，其中与显影辊接触的电荷去除材料的表面粗糙度在调色剂粒度大小的1/50～1/2范围内选择。

10．如权利要求7或8的显影装置，其中电荷去除部件的电阻值Rd在1×10^-5Ω～1×10⁶Ω范围内选择。

11．如权利要求7或8的显影装置，其中电荷去除部件的电荷去除有效宽度Wc在转动轴方向上超出显影辊上调色剂层宽度Wt的部分不与显影辊接触。

12．如权利要求7或8的显影装置，其中在电荷去除部件的电荷去除有效宽度Wc区域上沿转动轴方向上超出显影辊上调色剂层宽度Wt的部分表面上形成电绝缘部件。

13．如权利要求7或8的显影装置，其中显影装置有一个存放调色剂的容器，电荷去除部件固定在该容器和一个金属件之间。

14．如权利要求1～4中的任一个显影装置，其中电荷去除装置的电压施加装置给电荷去除部件施加一个交流电压VAC。

15．如权利要求14的显影装置，该显影装置满足关系式2×|Vd-Vr|＜VAC，其中VAC是施加给电荷去除部件的交流电压，Vd是电荷去除装置的电压施加装置施加的交流电压，Vr是显影装置的电压施加装置施加的交流电压。

16．如权利要求14的显影装置，其中电荷去除装置的电压施加装置给电荷去除部件施加交流电压VAC以使显影辊上调色剂层的有效电场约为3×10⁶V/m。