显影剂承载构件、显影设备、处理盒以及图像形成设备
技术领域
本发明涉及在记录材料上形成图像的电子照相图像形成设备。
背景技术
在图像形成设备中，形成在图像承载构件的表面上的静电潜像由显影剂显影在显影剂承载构件上，从而形成图像。其中图像在显影剂承载构件与图像承载构件接触的状态下显影的接触显影系统的构型是已知的。作为这种构型的显影剂承载构件，通常使用在旋转的芯构件的外周表面上形成有弹性层的显影辊。
此外，由于诸如显影剂输送性质和电荷提供性能的原因，显影辊有时具有适当的表面不平度(粗糙度)，并且添加具有适当尺寸的颗粒作为其手段中的一种。例如，如日本专利No.3112489中公开的，已知一种显影辊，在该显影辊中，具有弹性的有机聚合物化合物颗粒包含在其表面上的弹性层中使得非常小的不平度形成在该表面上。
此外，在图像形成设备中，由于在图像承载构件由充电装置进行充电时发生放电，因此诸如臭氧或NOx的放电产物附着到图像承载构件的表面上。由于图像承载构件的表面具有低的表面摩擦系数μ并且坚硬，因此难以刮擦表面，并且难以去除附着到表面上的放电产物。当附着到图像承载构件的表面上的放电产物吸收水分时，由于图像承载构件的表面的电阻降低，并且不保持形成静电潜像的电荷，因此可能会发生作为图像模糊不清现象的图像模糊。
另一方面，为了实现图像形成设备的尺寸减小和节省部件的成本降低，已经提出了所谓的无图像承载构件清洁器的图像形成设备，其中不设置用于去除和收集残留在图像承载构件上的调色剂的清洁构件。在这种无图像承载构件清洁器的系统中，由于图像承载构件的表面未被清洁构件刮擦，因此特别可能发生图像模糊。为了解决该问题，日本专利申请公开No.2003-162132公开一种构型，其中通过改变与图像承载构件接触的充电装置的旋转速度以在图像承载构件与充电装置之间形成周速差并且在非打印期间使用周速刮擦图像承载构件的表面来抑制图像模糊。
发明内容
然而，常规示例具有以下问题。在下面的描述中，当显影辊的表面压向图像承载构件以使得它们彼此接触时的接触压力将被称为鼓接触压力。作为其中鼓接触压力降低的构型，例如，已知其中管控显影辊与图像承载构件之间的轴间距离的轴间管控构件设置在显影辊的两端处以管控显影辊到图像承载构件中的侵入水平的构型。然而，在这种构型中，显影辊刮擦图像承载构件上的放电产物的力减弱并且可能发生图像模糊。具体地，在无图像承载构件清洁器的系统中，当设备放置在高湿环境下时，该问题变得明显。因此，需要如常规示例中那样的用于去除放电产物的构件，设备尺寸和成本增加，并且当去除放电产物时，需要频繁地执行去除操作，这降低用户的便利性。
鉴于这些问题而做出本发明。即，本发明的目的在于抑制图像模糊的发生而不降低用户的便利性以便以简单的构型稳定地获得令人满意的图像质量。
为了达到上述目的，本发明的显影剂承载构件具有：
旋转轴；以及
形成在所述旋转轴的外周表面上的弹性层，显影剂承载在所述弹性层的表面上，
其中所述弹性层被配置成使得，在平玻璃板的一个表面与所述旋转轴的轴线方向平行并且与所述平玻璃板的所述一个表面以预先确定的侵入水平与所述弹性层的表面接触的状态下，在所述平玻璃板的所述一个表面与所述弹性层的所述表面之间的接触部分的每单位面积的载荷为5.8N/mm2或更大，并且
其中所述弹性层的表面上的十点平均粗糙度Rzjis大于所述显影剂的颗粒的体积平均颗粒直径。
为了达到上述目的，本发明的显影设备具有：
上述显影剂承载构件，用于将显影剂供应到用于承载图像的图像承载构件；以及
管控构件，用于管控由所述显影剂承载构件承载的显影剂的厚度，所述显影剂承载构件包括：
旋转轴；以及
形成在所述旋转轴的外周表面上的弹性层，显影剂承载在所述弹性层的表面上，
其中所述弹性层被配置成使得，在平玻璃板的一个表面与所述旋转轴的轴线方向平行并且与所述平玻璃板的所述一个表面以预先确定的侵入水平与所述弹性层的表面接触的状态下，在所述平玻璃板的所述一个表面与所述弹性层的所述表面之间的接触部分的每单位面积的载荷为5.8N/mm2或更大，并且
其中所述弹性层的表面上的十点平均粗糙度Rzjis大于所述显影剂的颗粒的体积平均颗粒直径。
为了达到上述目的，本发明的处理盒具有：
上述显影剂承载构件或上述显影设备；以及
用于承载图像的图像承载构件，
其中所述处理盒可拆卸地附接到图像形成设备的主体。
为了达到上述目的，本发明的图像形成设备具有：
上述显影剂承载构件或上述显影设备或上述处理盒；以及
转印构件，
其中所述显影剂承载构件被设置成以所述预先确定的侵入水平与图像承载构件接触。
根据本发明，可以抑制图像模糊的发生而不降低用户的便利性以便以简单的构型稳定地获得令人满意的图像质量。
参考附图，根据示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出根据实施例1的图像形成设备的示例的示意图；
图2A和图2B是根据实施例1的显影辊的示意性剖视图和放大剖视图；
图3是示出显影辊与感光鼓之间的侵入水平的剖视图；
图4A和图4B是示出显影辊与平玻璃板之间的接触部分的测量方法的图；
图5A和图5B是用于描述显影辊的磨损的图；
图6是用于描述白点的产生过程的图；
图7A和图7B是示出在实施例3中如何抑制白点的图；
图8A和图8B是用于描述实施例4的效果的图；
图9是用于描述显影辊的粗颗粒的磨损的图；
图10是显影辊与平玻璃板之间的接触部分的放大图；
图11是用于描述根据实施例6的计算显影辊表面上的刮擦部分的数量的方法的图；
图12A和图12B是用于描述显影辊表面上的刮擦部分对感光鼓表面的刮擦效果的图；
图13A和图13B是示出根据实施例7的显影辊与管控刮刀之间的接触状态的示意图；
图14是示出表面轮廓的元件长度RSm的定义的图；并且
图15是示出表面高度的芯部高度差Sk的定义的图。
具体实施方式
以下，将参考附图给出对本发明的实施例(示例)的描述。然而，可以根据应用本发明的设备的配置、各种条件等适当地改变实施例中描述的组件的尺寸、材料、形状、它们的相对布置等。因此，实施例中描述的组件的尺寸、材料、形状、它们的相对布置等不旨在将本发明的范围限制为以下实施例。
实施例1
图像形成设备的概述
参考图1，将描述根据本发明的实施例1的电子照相图像形成设备(以下称为图像形成设备)的整体构型和图像形成操作。图1是示出根据本发明的实施例的图像形成设备100的示意性构型的示意性剖视图。
在本实施例中，黄色、品红色、青色和黑色四种颜色的成像站在图中从左到右按照该顺序布置。成像站是具有相似构型的电子照相图像形成机构，除了储存在相应的显影设备中的显影剂(以下称为调色剂)90的颜色不同。在下面的描述中，当不需要特别区分时，将省略添加到附图标记以指示对应部件的颜色的下标Y(黄色)、M(品红色)、C(青色)和K(黑色)，并且将共同描述成像站。
每个成像站包括作为其主要构型的作为图像承载构件的感光鼓1、作为充电装置的充电辊2、曝光设备3、显影设备4以及一次转印单元51。在本实施例中，感光鼓1、充电辊2和显影设备4被集成为处理盒8，所述处理盒8可拆卸地附接到图像形成设备的主体(图像形成设备100的除处理盒8之外的部分)。然而，在本发明中，处理盒可以是至少包括感光鼓1和显影设备4并且可拆卸地附接到所述主体的盒。此外，仅显影设备4可以可拆卸地附接到所述主体或处理盒8。此外，感光鼓1和显影设备4可以附接到图像形成设备的主体，使得不需要由用户更换。
感光鼓1是圆筒形感光构件，并且绕其轴在由箭头所指示的逆时针方向上旋转。在本实施例中，感光鼓1的外周表面以100mm/sec的速度旋转。感光鼓1的表面由充电辊2均匀充电。在本实施例中，充电辊2是其中在芯上形成有导电橡胶层并且以规定的接触压力与感光鼓1平行布置以便跟随感光鼓1的旋转而旋转的导电辊。在本实施例中，通过向充电辊2施加-1,100V的DC电压来对感光鼓1进行充电，以使得感光鼓1的表面电势约为-550V。对应于图像信号的静电潜像通过曝光单元3形成在带电的感光鼓1上。
显影设备4将调色剂90供应到感光鼓1上的静电潜像，使得静电潜像可视化为调色剂图像。在本示例中，显影设备4是接触显影型反转显影设备，其包含调色剂90作为具有负的正常充电极性(用于显影静电潜像的充电极性)的单组分显影剂。
显影设备4包括作为显影剂承载构件的显影辊42、调色剂供应辊43以及作为显影剂管控构件的管控刮刀44。调色剂供应辊43是在导电芯的外周上具有泡沫层的弹性海绵辊。调色剂供应辊43被布置成以规定的侵入水平与显影辊42接触。由调色剂供应辊43供应并保持在显影辊42上的调色剂90由管控刮刀44管控，以形成被提供用于显影的调色剂薄层。在此，管控刮刀44具有管控显影辊42上的调色剂90的层厚的功能以及作为向显影辊42上的调色剂90施加规定电荷的显影剂充电装置的功能。
显影辊42在由图1中的箭头所指示的方向上旋转，使得其表面的移动方向与感光鼓1的移动方向相同。在本示例中，为了获得适当的图像浓度，显影辊42旋转，使得表面的移动速度为感光鼓1的表面的移动速度的140％。显影设备4由推压构件(未示出)压向感光鼓1，并且因此显影辊42压靠在感光鼓1上。以这种方式，显影辊42的表面变形以形成显影夹持部，从而可以在稳定的接触状态下执行稳定的显影。
形成在感光鼓1上的调色剂图像由作为转印构件中的一个转印构件的一次转印单元51静电转印到中间转印带53。将相应颜色的调色剂图像依次叠加并转印到中间转印带53上，从而形成全色调色剂图像。全色调色剂图像由作为与一次转印单元51不同的转印构件的二次转印单元52转印到记录材料。之后，记录材料上的调色剂图像由定影设备6加压和加热，并且定影到记录材料，并且记录材料作为打印材料被排出。
此外，在中间转印带53的移动方向上，在二次转印单元52的下游侧上设置有带清洁设备7，使得去除并收集残留在中间转印带53上的调色剂90。
本示例采用无图像承载构件清洁器的系统，其中在感光鼓1中未设置专用清洁器设备。已经经过一次转印单元51的相对位置(一次转印位置)的感光鼓1的表面在到达与充电辊2接触的接触位置(充电位置)之前，没有构件与感光鼓1的表面接触。以这种方式，当显影设备4的显影辊42与感光鼓1接触时，可以在执行打印之后将残留在感光鼓1上的调色剂90收集到显影设备4中。然而，用于获得本发明的效果的构型不限于上述构型。
显影辊与感光鼓之间的接触构型
接下来，将描述根据本发明的显影辊42及其表面层423。图2A是示出根据本示例的显影辊42的示意性构型的示意性剖视图，并且是当从显影辊42的旋转轴线方向观察时的剖视图。图2B是以放大比例示出根据本示例的显影辊42的表面层423的示意性剖视图。
如图2A所示，显影辊42是橡胶辊，其中包括基底层422和表面层423的具有弹性的弹性层形成在使用诸如金属的导电构件形成的轴芯421的外周上并且表面层423的表面与感光鼓1接触。如图2B所示，表面层423包含表面层粘合剂树脂423a和作为分布在表面层粘合剂树脂423a中的粗构件的粗颗粒423b。以这种方式，多个突起部形成在表面层423的表面上。在本发明中，选择表面层粘合剂树脂423a和粗颗粒423b以便满足压缩弹性模量的范围。
此外，在本实施例中，显影辊42的表面层423在平行于其旋转轴线的纵向方向上的长度为235mm，并且被设定为短于感光鼓1的平行于旋转轴线的纵向方向上的长度。
显影辊42经由轴芯421通过其暴露的部分由显影设备4可旋转地支撑。轴间管控构件45(未示出)设置在显影辊42的两端的轴芯421通过其暴露的部分中。轴间管控构件45是具有使得轴芯421与感光鼓1之间的距离受到管控的厚度的构件。
在此，将参考图3描述显影辊42进入到感光鼓1中的侵入水平d。图3是示出当从显影辊42的旋转轴线方向观察时在打印时段期间感光鼓1和显影辊42彼此接触的状态的示意性剖视图。感光鼓1的外周形状是半径为r1的圆，并且显影辊42的外周形状是半径为r2的圆。轴间距离d0是在显影辊42和感光鼓1彼此接触以便进行打印的状态下感光鼓1的旋转中心10与显影辊42的旋转中心420之间的距离。此外，接触点D1和D2分别是半径为r1和r2的圆之间的接触点，当假设感光鼓1和显影辊42不会因接触而变形时，它们是连接旋转中心10和420的线上的外周表面。接触点D1和D2之间的距离被定义为侵入水平d。在这种情况下，侵入水平d可以使用感光鼓1的半径r1、显影辊42的半径r2和轴间距离d0由下面的方程式1表示并且可以被计算出来。
d＝r1+r2-d0(方程式1)
半径r1和r2使用全自动辊测量系统RVS-860-3C/S4(Tokyo Opto-ElectronicsCo.,Ltd.的产品)进行测量。在本实施例中，r1为10.00mm，并且r2为5.00mm。
可以通过从轴芯421侧朝向感光鼓1侧调节轴间管控构件45的厚度来调节侵入水平d。例如，当将侵入水平d设置为0.04mm时，由于旋转中心420与接触点D1之间的距离(其是从轴间距离d0减去半径r1)基于方程式1可以是4.96mm，因此将轴间管控构件45的厚度设置为通过从4.96mm减去轴芯421的半径而得到的值。
在此，由于显影辊42在与感光鼓1接触的过程中变形，因此由于排斥力而产生按压力。在下面的描述中，作用在显影辊42与感光鼓1之间的纵向方向上的每单位长度的载荷将被称为鼓接触压力P。鼓接触压力P是由包括显影辊42的各部件的压缩弹性模量的配置和侵入水平d确定的值。如果显影辊42具有相同的构型，则侵入水平d越大，排斥力越大，并且鼓接触压力P越大。因此，为了将显影辊42的鼓接触压力P调节到规定的值，通过上述方法调节侵入水平d。
在本示例中，由于侵入水平d通过轴间管控构件45来管控，因此鼓接触压力P不会超过必要地增加。
在本示例中，侵入水平d被设置成使得鼓接触压力P为7.7N/m或更大。以这种方式，形成具有适当宽度的显影夹持部，并且执行稳定的打印。此外，形成接触压力U(所述接触压力作为用于利用显影辊42的表面刮擦感光鼓1上的放电产物的力)，并且获得抑制图像模糊的效果。
显影辊的表面形状
尽管一层调色剂90形成在显影辊42的表面上，但是当穿过接触管控刮刀44或感光鼓1的接触区域时，表面的较高厚度部分(朝向感光鼓1突出的部分)中的调色剂可能被刮擦并掉落。由于这种突起部超过调色剂90的高度，因此突起部可以与感光鼓1接触而无需在其间设置调色剂90。因此，感光鼓1上的放电产物可能被显影辊42刮擦。
因此，在本发明中，显影辊42的表面的十点平均粗糙度Rzjis大于调色剂90的体积平均颗粒直径，使得容易刮擦放电产物并且可以抑制图像模糊。
在本发明中，例如，显影辊42的十点平均粗糙度Rzjis可以使用接触表面粗糙度测量仪器Surfcorder SE3500(Kosaka Laboratory Ltd.的产品)进行测量。作为测量条件，截止值为0.8mm，测量长度为2.5mm，并且进给速度为0.1mm/sec。针对一个显影辊测量在纵向方向上不同的任意三个位置，并且将获得的测量值的平均值用作显影辊42的Rzjis。
调色剂90的体积平均颗粒直径可以使用通过以下测量方法测量的测量值来计算。将库尔特多粒度分析仪IV(Beckman Coulter,Inc.的产品)用作测量装置。作为电解质溶液，可以使用将特级氯化钠溶解在离子交换水中至约1质量％的浓度的溶液(例如，ISOTONII(Beckman Coulter,Inc.的产品))。作为测量方法，将0.5ml的烷基苯磺酸盐作为分散剂添加至100ml的含水电解质溶液，并进一步添加10mg的测量样本。测量样本悬浮在其中的电解质溶液通过超声波分散器经受1分钟的分散处理，并且体积粒度分布通过使用30-μm孔径的测量装置来测量，并且将测量的中值直径(D50)用作体积平均颗粒直径。在本示例中，调色剂90的体积平均颗粒直径为7μm，而显影辊42的表面的十点平均粗糙度Rzjis为10μm。
在本示例中，粗颗粒423b的体积平均颗粒直径大于调色剂90的体积平均颗粒直径。例如，调色剂90的体积平均颗粒直径为7μm，而显影辊42的表面的十点平均粗糙度Rzjis为10μm。通过这样做，可以容易地使表面层423的表面的Rzjis大于调色剂90的Rzjis。然而，为了获得本发明的效果，显影辊42的表面的十点平均粗糙度Rzjis可以大于调色剂90的体积平均颗粒直径并且粗颗粒423b的体积平均颗粒直径可以小于调色剂90的体积平均颗粒直径。例如，无论粗颗粒423b的粒度如何，通过增加粗颗粒423b相对于表面层粘合剂树脂423a的插入量，可以使表面层423的表面的Rzjis大于调色剂90的体积平均颗粒直径。
接触面积S和接触压力U
接下来，将参考图4A和图4B描述作为本发明的特征的测量显影辊42与平玻璃板I之间的接触面积S和接触压力U的方法。在此，接触面积S和接触压力U是显影辊42的与感光鼓1接触的非常小部分的面积和压力，使用作为透明刚性平板的平玻璃板I代替感光鼓1进行测量。由于接触面积S(mm2)的值是与具有1mm2单位面积的显影夹持部的区域接触的微小部分的面积，因此接触面积S具有接触微小部分的面积比的含义。
图4A是示出用于测量接触面积S和接触压力U的配置的图。
首先，将描述测量接触面积S的方法。显影辊42的轴芯421放置在显微镜E的载物台上的高度均等的固定部分J上，使得显影辊42在表面层423的下表面不与显微镜E的载物台接触的状态下被支撑。此外，显影辊42被支撑成使得显影辊42的旋转轴线垂直于重力方向。平行于显影辊42的旋转轴线的透明刚性平玻璃板I被压向显影辊42的表面层423。平玻璃板I的厚度可以例如在在按压期间不产生裂纹或类似物并且平玻璃板I不干扰显微镜E的透镜的范围内设定为1mm至5mm。在本示例中，平玻璃板I具有1mm的厚度。此外，平玻璃板I具有光滑的表面并且被充分清洁，使得适当地获取稍后描述的观察图像。
在本示例中，在将显影辊42与平玻璃板I接触的区域限制到在其纵向方向上的一部分的同时执行测量。更具体地，显影辊42的基底层422和表面层423从轴芯421去除，同时留下与平玻璃板I接触并且其中接触面积S被测量的纵向方向上的部分。可以通过使平玻璃板I与显影辊42的整个区域接触而不去除基底层422和表面层423来执行测量。在此，存在显影辊42的基底层422和表面层423并且与平玻璃板I接触的部分的纵向方向上的长度为长度l。在本示例中，通过将长度l设置为50mm来测量接触面积S、稍后描述的鼓接触压力P和接触压力U。
在这种情况下，轴间管控构件45设置在轴芯421的两端处，所述两端暴露于存在显影辊42的基底层422和表面层423的部分的两端。平玻璃板I具有这样的尺寸，所述尺寸使得平玻璃板I可以与显影辊42的存在基底层422和表面层423的部分(该部分在纵向方向上具有长度l)和两端处的轴间管控构件45接触。利用该构型，显影辊42可以以与相对于感光鼓1的侵入水平d相同的侵入水平d与平玻璃板I接触。此外，相同的载荷F在朝向显影辊42的旋转轴线的竖直方向上施加到两端处的轴间管控构件45附近的部分，使得平玻璃板I均等地压靠在显影辊42上。在这种情况下，对应于平玻璃板I的重量的载荷F0以及从平玻璃板I上方按压的载荷2F也施加到整个显影辊42和两端处的整个轴间管控构件45。
测量接触面积S时的载荷F需要具有用于以侵入水平d接触的大小。在本示例中，当测量接触面积S时，在两侧上将载荷F设定为比稍后描述的最小载荷F1大5N，使得轴间管控构件45以侵入水平d与平玻璃板I接触。当测量接触面积S时，显影辊42与平玻璃板I之间的侵入水平可以与显影辊42与感光鼓1接触时的侵入水平d相同。因此，本文所提及的载荷F不必与作用在显影辊42、轴间管控构件45和感光鼓1之间的按压力的载荷相同。
使用显微镜E观察显影辊42与平玻璃板I之间的接触状态，所述显微镜E能够从垂直于平玻璃板I的方向观察所述状态。可以将激光显微镜VK-X200(Keyence Corporation的产品)或类似物用作显微镜E。在观察期间，聚焦在平玻璃板I与显影辊42接触的表面上。在本示例中，在200倍的放大率条件下执行观察。此外，观察期间的亮度条件被设置为128，其是在对应于全黑图像的0与对应于全白图像的255之间的中值。
图4B是示出当通过上述方法观察接触部分时的部分接触状态的图。图中的X方向是平行于显影辊42的旋转轴线的方向，并且Y方向是垂直于X方向的方向。在由显微镜E可观察到的观察区域L1中看到部分接触的接触部分Q。观察区域L1中的接触部分Q之外的部分是显影辊42不与平玻璃板I接触的部分。接触部分Q在观察区域L1中包括多个隔离的部分区域，光的反射率在接触部分Q中降低，接触部分Q在观察图像上显得较暗。观察区域L1被观察，使得平玻璃板I和显影辊42彼此接触的所有接触部分Q包括在Y方向上。然而，没有必要在X方向上包括所有接触部分Q。在此，观察区域L1可以通过组合多个观察图像并且移动显影辊42与显微镜E的透镜之间的位置关系来观察。
为了确定接触面积S被测量的区域，以如下方式限定作为形成显影夹持部的区域的接触区域L2。接触区域L2是面积为1mm2或更大的矩形区域，在所述矩形区域中，接触部分Q包括在其四个侧边中并且被确定为使得接触区域L2的在Y方向上的宽度最大化。即，接触区域L2被定义为矩形区域，其具有观察区域L1中的所有接触部分Q的在Y方向上的最上端被包括在其中的上侧和在Y方向上的最下端被包括在其中的下侧。接触区域L2的在Y方向上的宽度是夹持部宽度n。
测量接触面积S，所述接触面积是在从接触区域L2中选择的面积为1mm2的测量区域L3中的所有接触部分Q的面积之和。在此，测量区域L3是位于面向显影辊42的旋转轴线的位置处的、具有关于在Y方向上的中心位置在Y方向上对称的形状的区域。优选地选择可以稳定地检测光强度的尽可能靠近观察图像的中心定位的区域作为测量区域L3。测量区域L3例如是位于接触区域L2的在Y方向上的中心位置处的、围绕Y方向上的中心位置具有0.5mm的Y方向宽度和2.0mm的X方向宽度的矩形区域，所述中心位置可以被认为等于面向显影辊42的旋转轴线的位置，使得测量区域L3被包括在接触区域L2中。测量区域L3的形状可以是面积为1mm2的区域，并且对这种选择方法没有限制。作为根据观察图像计算接触面积S的方法的示例，可以使用二值化分析。
在二值化分析中，执行图像处理(二值化)，使得接触部分Q对应于黑色部分并且除接触部分Q之外的非接触部分对应于白色部分。以下，将描述在本示例中使用的使用图像处理软件ImageJ(由Wayne Rasband(NIH)开发，版本1.52d)的二值化分析方法。接触面积S还可以使用可以执行二值化分析的其他图像分析软件来计算。首先，切出观察图像，使得图像中包括测量区域L3，并且不包括非接触区域L2的区域，并且将切出的图像转换为32位灰度图像。选择Yen算法作为自动阈值设置方法，并且自动设置二值化阈值等级，使得接触部分Q匹配二值化后黑色部分的范围。以像素数计算在测量区域L3中的转换为黑色部分的所有接触部分Q的面积，并且通过将计算出的面积(像素数)除以测量区域L3的像素总数而获得的值被计算作为每单位面积的接触面积S(mm2)。
接下来，将描述测量计算接触压力U所需的鼓接触压力P的方法。鼓接触压力P是当显影辊42与感光鼓1接触时在纵向方向上的每单位长度的载荷，并且可以使用平玻璃板I代替感光鼓1来测量鼓接触压力P。鼓接触压力P可以使用与用于接触面积S的测量相同的图4A的测量配置通过以下方式测量。首先，载荷F从平玻璃板I不与轴间管控构件45接触的状态在零载荷F的状态下逐渐增加。将平玻璃板I与两侧处的两个轴间管控构件45接触时的载荷测量作为F1。以这种方式，可以知道用于以侵入水平d接触的最小载荷F1。在此，通过将施加到两端的载荷2F1和平玻璃板I的自重F0相加而获得的总载荷(2F1+F0)等于仅当平玻璃板I与两端处的轴间管控构件45接触时施加到显影辊42的载荷。因此，使用最小载荷F1(N)、平玻璃板I的自重F0(N)和纵向方向上的长度l(mm)由下面的方程式2表示鼓接触压力P(N/m)并且可以测量出所述鼓接触压力P。
P＝(2F1+F0)/(l×10-3)(方程式2)
鼓接触压力P与侵入水平d之间的相关性由诸如显影辊42的硬度或形状的配置确定，并且相关性使得侵入水平d越大，鼓接触压力P变得越大。此外，当与接触面积S的测量同样地施加等于或大于最小载荷F1的载荷F时，侵入水平d由轴间管控构件45确定，并且平玻璃板I以对应于侵入水平d的鼓接触压力P与显影辊42接触。
接触压力U(N/mm2)是仅施加到接触部分Q的每单位面积的载荷(压力)，并且使用鼓接触压力P(N/m)、接触面积S(mm2)和夹持部宽度n(mm)表示为下面的方程式3。
U＝P/(103×S×n)(方程式3)
基于方程式3，接触压力U可以从接触面积S、夹持部宽度n和鼓接触压力P的测量值中计算出。在本示例中，将接触压力U设置为5.8N/mm2或更大，使得可以抑制图像模糊的发生。
在此，将描述通过增加接触压力U可以抑制图像模糊的原因。因为没有适当地去除由于来自充电辊2的放电等而附着到并积聚在感光鼓1上的放电产物，所以发生图像模糊。因此，通过减小作为显影辊42的突出超出调色剂90的部分(其与感光鼓1接触)的面积的接触面积S，作为接触部分的压力的接触压力U进一步增加(即，显影辊42与感光鼓1更牢固地部分接触)。以这种方式，由于感光鼓1上的放电产物被刮擦并减少，因此可以抑制图像模糊。
显影辊的表面层的压缩弹性模量R
接下来，将描述用于获得本发明的接触压力U的显影辊42的表面层423的压缩弹性模量R。压缩弹性模量由在破碎期间施加的压力除以在破碎期间压缩的高度的压缩比来定义。在以下的描述中，弹性模量是指在这种压缩方向上的弹性模量。
可以通过以下方式测量作为与感光鼓1接触的表面层423的微小部分的接触部分Q中的弹性模量R(以下简称为表面层423的弹性模量R)。首先，将描述测量表面层423的表面层粘合剂树脂423a的压缩弹性模量A和表面层423的粗颗粒423b的压缩弹性模量B以计算表面层423的弹性模量R的方法。作为在本示例的描述中使用的值，切出显影辊42的橡胶片，并且使用SPM(商品名：MFP-3D-Origin，Oxford Instruments Corporation的产品)测量粗颗粒423b和表面层粘合剂树脂423a的弹性模量。稍后将描述测量方法的细节。
首先，使用冷冻切片机(UC-6(产品名)，Leica Microsystems Corporation的产品)在150℃的温度下切出厚度为200nm并且尺寸为100μm×100μm的薄橡胶片，包括显影辊42的表面层423的横截面。将薄橡胶片装载在光滑的硅晶片上，并在室温为25℃并且湿度为50％的环境下留置24小时。随后，将其上装载有薄橡胶片的硅晶片放在SPM载物台上，并且使用SPM观察表面层423的横截面。此外，探针(产品名：AC160，Olympus Corporation的产品)的弹簧常数和脉冲常数等于或小于使用SPM装置的热噪声法中的规定常数(弹簧常数：28.23nN/nm和脉冲常数：82.59nm/V)。此外，预先调谐探头，并且获得探头的共振频率(282KHz(一阶)和1.59MHz(高阶))。SPM测量模式为AM-FM模式，探头的自由幅度为3V，并且设定点幅度为2V(一阶)和25mV(高阶)。在扫描速度为1Hz(探针的往复速度)并且扫描点数为256(垂直)乘256(水平)点的条件下，以5μm×5μm的视场尺寸执行扫描，同时获取高度图像和相位图像。
随后，指定所获得的图像的其中弹性模量将通过力曲线测量来测量的部分。即，指定表面层粘合剂树脂423a的一部分的20点和粗颗粒423b的一部分的20点。之后，对所有点以接触模式执行力曲线测量。在以下条件下获取力曲线。在力曲线测量中，通过执行控制使得Z压电位置接近样本表面并且探针在探针的偏转达到规定值时折回来执行测量。在这种情况下，折回点被称为触发值并且指示当探针折回时，电压V在力曲线的开始时从偏转电压增加多少。在该测量中，在0.2V至0.5V的触发值的范围内执行测量。由于通过使弹簧偏转一点点而确保足够的推动深度，因此0.2V的触发值用于低硬度样本。0.5V的触发值用于高硬度样本，这是因为必须使弹簧偏转较大以便确保推动深度。作为其他的力曲线测量条件，触发值下的折回后的测量距离为500nm，并且扫描速度为1Hz(探针的往复速度)。
随后，对获得的力曲线中的每一个执行基于赫兹理论的拟合，并且计算弹性模量。在此，将从在表面层粘合剂树脂423a的所述部分中测量的二十个力曲线计算出的弹性模量的平均值用作表面层粘合剂树脂423a的压缩弹性模量A。此外，将从在粗颗粒423b的所述部分中测量的二十个力曲线计算出的弹性模量的平均值用作粗颗粒423b的压缩弹性模量B。
在此，在本发明中，用于计算表面层423的弹性模量R的厚度比e定义如下。在作为显影辊42与感光鼓1接触的微小部分的接触部分Q中，在与显影辊42的轴向方向正交的方向上粗颗粒423b的层厚度h(μm)与表面层粘合剂树脂423a的层厚度g(μm)之比为厚度比e。厚度比e由下面的方程式4表示。
e＝h/g(方程式4)
可以通过切割表面层423并观察其横截面来计算厚度比e。例如，将描述观察结果为如图2B中的这种横截面形状的情况。由于显影辊42与感光鼓1接触的体积平均颗粒直径是表面轮廓高度的顶点部分，因此测量顶点部分的厚度g1、g2和h1。表面层粘合剂树脂423a的层厚度g是粗颗粒的上部部分的厚度g1和粗颗粒的下部部分的厚度g2之和，并且粗颗粒423b的层厚度h仅是粗颗粒的厚度(颗粒直径)h1。当多个粗颗粒423b存在于顶点部分中时，层厚度h是各个粗颗粒423b的厚度(颗粒直径)之和。在本示例中，厚度比e约为7。尽管本发明的效果通过调整稍后描述的表面层423的弹性模量R的值而得到，但是对厚度比e没有限制。
下面将描述如何导出用于计算表面层423的弹性模量R的方程式。在该示例中，将考虑表面层423与感光鼓1接触的微小部分的量，所述微小部分由于接触而破碎。
由于表面层423与感光鼓1接触的微小部分是包括粗颗粒423b的突起部，因此微小部分被认为是其中表面层粘合剂树脂423a的一部分和粗颗粒423b的一部分彼此重叠的层结构。接触压力U施加到微小部分。当压力施加到多个重叠层时，相等的压力施加到所有层。即，接触压力U施加到表面层粘合剂树脂423a的重叠部分和粗颗粒423b的重叠部分中的每一个。因此，根据弹性模量的定义，当表面层粘合剂树脂423a和粗颗粒423b的压缩比为Δg和Δh时，压缩比分别由下面的方程式5和6表示。
Δg＝U/A(方程式5)
Δh＝U/B(方程式6)
使用压缩比Δh和Δg，表面层粘合剂树脂423a的压缩高度为g×Δg，并且粗颗粒423b的压缩高度为h×Δh。当表面层423的压缩比为Δk时，通过考虑表面层423是表面层粘合剂树脂423a和粗颗粒423b的层结构，压缩比Δk由下面的方程式7表示。
Δk＝(g×Δg+h×Δh)/(g+h)(方程式7)
此外，根据弹性模量的定义，表面层423的弹性模量R由下面的方程式8表示。
R＝U/Δk(方程式8)
当将方程式4至7应用于方程式8时，表面层423的弹性模量R使用表面层粘合剂树脂423a的弹性模量A、粗颗粒423b的弹性模量B和厚度比e由下面的方程式9表示。
R＝(1+e)/(1/A+e/B)(方程式9)
表面层423的弹性模量R可以通过将由上述测量方法获得的将表面层粘合剂树脂423a的弹性模量A、粗颗粒423b的弹性模量B和厚度比e的测量值代入方程式9中而计算出。
根据方程式9，表面层粘合剂树脂423a的弹性模量A和粗颗粒423b的弹性模量B增加的方向是表面层423的弹性模量R增加的方向。此外，表面层423的弹性模量R大于表面层粘合剂树脂423a的弹性模量A和粗颗粒423b的弹性模量B中的较小者。此外，表面层423的弹性模量R小于表面层粘合剂树脂423a的弹性模量A和粗颗粒423b的弹性模量B中的较大者。
在此，表面层423的大的弹性模量R指示其在规定压力施加到表面层423时不容易破碎。当表面层423的弹性模量R大时，由于粗颗粒423b，作为突起部的颗粒部分423e不容易被压下或变形为平坦形状，因此接触面积S可能减小。因此，当表面层423的弹性模量R大时，接触压力U可能根据方程式3的关系增加。
在本示例中，为了抑制图像模糊的发生，将表面层423的弹性模量R设定为50MPa或更大，使得接触压力U为5.8N/mm2或更大。此外，如果表面层423的弹性模量R大并且接触压力U太大，则由于感光鼓1的表面被局部深刮以形成竖直条纹并且感光鼓1可能被刮擦，因此厚度不能适当地维持，并且难以延长感光鼓的寿命。因此，优选的是将接触压力U设定为873N/mm2或更小。此外，表面层423的弹性模量R优选为6000MPa或更小。
实施例1和比较例1的细节
在表1中示出作为本实施例的实施例1(实施例1-1至1-5)和比较例1(比较例1-1至1-4)中的鼓接触压力P、接触面积S、接触部分压力U、表面层粘合剂树脂423a的弹性模量A、粗颗粒423b的弹性模量B和表面层423的弹性模量R的值。表1还示出使用实施例1和比较例1的处理盒8在实际图像形成中获得的评估结果。
表1
实施例1-1、1-2、1-3、1-4和1-5
在所有实施例1-1至1-5中，使显影辊42的表面的十点平均粗糙度Rzjis大于调色剂90的体积平均颗粒直径。这使得显影辊42的表面上的突起部更容易刮掉感光鼓1上的放电产物而不穿过调色剂层。此外，在实施例1-1至1-5中的每一个实施例中，预先确定的侵入水平d根据每个实施例的显影辊42来调节，使得鼓接触压力P变为7.7N/m。更具体地，对于每个侵入水平d的鼓接触压力P通过用于测量鼓接触压力P的上述方法通过使用确保多个不同的侵入水平d的多个轴间管控构件45来测量。因此，当鼓接触压力P达到目标值时的侵入水平d从鼓接触压力P与侵入水平d之间的相关性获得。例如，在实施例1-3中，将预先确定的侵入水平d设定为0.03mm作为鼓接触压力P为7.7N/m的侵入水平d。在实施例1-5中，夹持部宽度n的值为0.51mm。
此外，如表1所示，在本实施例的构型中，通过增加表面层423的弹性模量R，减小了接触面积S并且增大了接触部分压力U。在实施例1-1至1-5中，将表面层423的弹性模量R设定为大于50MPa。此外，在实施例1-1至1-3中，将表面层423的弹性模量R设定为大于94MPa。为了获得表面层423的这种弹性模量R，如表1所示，调整表面层粘合剂树脂423a和粗颗粒423b的材料等，以便增加表面层粘合剂树脂423a的弹性模量A或增加粗颗粒423b的弹性模量B。
比较例1-1、1-2、1-3和1-4
下文将描述比较例1-1至1-4的显影辊42的表面层423。由于显影辊42的表面层423之外的构型与实施例1的构型基本上相同，因此本文中省略其描述。
如表1所示，在比较例1-1至1-4中，使用具有比实施例1-1至1-5中低的低弹性模量的表面层粘合剂树脂423a或具有比实施例1-1至1-5中低的低弹性模量的粗颗粒423b。因此，表面层423的弹性模量R小于50MPa。因此，接触部分压力U小于5.8N/mm2。
评估方法
本文所述的是为了确认本实施例的效果而执行的图像模糊评估方法。关于图像模糊，基于以下标准在视觉上确定并评估在打印字符图像时输出图像中的字符模糊不清。因此，符号×对应于字符模糊不清明显并且在实际使用中存在问题的情况，符号Δ对应于已经出现轻微字符模糊不清但是在实际使用中不存在问题的情况，并且符号○对应于尚未出现字符模糊不清的情况。
在图像模糊的评估中，在实施例和比较例中的每一个中，在温度为30℃并且相对湿度为80％的环境中执行4000张打印的纸张通过测试，然后让设备静置而不使纸张通过12h或更长时间之后进行验证。
实施例1和比较例1的比较
在表1中，将其中鼓接触压力P被设定为基本上相同的值的实施例1-1至1-5和比较例1-1至1-4的评估结果进行比较，随着接触部分压力U增加，图像模糊不太可能发生。这是因为显影辊42的表面层423在较强的压力下部分地与感光鼓1接触，并且附着到感光鼓1的放电产物容易刮掉。
因此，如表1所示，为了提高抑制图像模糊的效果，如在实施例1-1至1-5中那样，接触部分压力U优选为5.8N/mm2或更大。
此外，将显影辊42的表面层423的弹性模量R优选地如在实施例1-1至1-5中那样设定为50MPa或更大，以便获得这种接触部分压力U。可以如下考虑其原因。在显影辊42的表面层423的弹性模量R大的情况下，如图4B所示，由于包括显影辊42的粗颗粒423b而突出的颗粒部分423e不太可能破碎。因此，每个接触部分Q的尺寸减小并且其数量也减少，使得接触面积S可能减小。认为这使得能够增加接触部分压力U。
在实施例1(实施例1-1至1-5)中，由于放电产物被显影辊42刮掉，因此抑制图像模糊的发生。因此，可以防止由于提供除显影辊42之外的用于去除放电产物的装置而增加设备尺寸和成本。同样，可以防止由于在非图像形成期间频繁执行放电产物去除操作而导致的对用户的便利性的降低。
具体地，在其中在感光鼓1上未设置清洁单元的无图像承载构件清洁器类型的常规图像形成设备中，由于感光鼓1的表面未由清洁单元刮擦，因此图像模糊容易发生。然而，根据本实施例的构型，可能以简单的构型抑制图像模糊的发生，而不会降低用户的便利性。
实施例2
在下文中，将描述实施例2。图像形成设备100的基本构型和操作与实施例1的基本构型和操作相同。因此，具有与实施例1的图像形成设备100的功能或构型相同或对应的功能或构型的元件由与实施例1的元件相同的附图标记表示，并且省略其详细描述。
在上述实施例1中，轴间管控构件45设置在显影辊42与感光鼓1之间，并且管控显影辊42侵入到感光鼓1中的侵入水平d。该构型确保压力P不会超过必要地增加。
然而，当侵入水平d由于其中未设置轴间管控构件45的构型而增加时，排斥力随着侵入水平d增加而增加，并且鼓接触压力P增加。已经发现，在其中鼓接触压力P大的这种构型中，由于长期使用等而可能发生由于显影设备4的劣化而引起的图像缺陷，并且可能难以延长显影设备4的寿命。因此，下面将描述原因。即，当鼓接触压力P大时，作用在调色剂90上的压力和摩擦力增加。因此，可能发生调色剂90的破碎、外部添加到调色剂90的外部添加剂的效果降低、以及显影剂42、管控刮刀44等被外部添加剂污染。在发生显影设备4的这种劣化的情况下，具有稳定的层厚的一层调色剂90不能形成在显影辊42上，或者调色剂90的带电变得不足。此外，调色剂90到感光鼓1的附着力可以增加，并且调色剂90可以附着到非打印部分。因此，发生诸如打印部分中的图像浓度降低和非打印部分中的起雾的图像缺陷。
因此，在本实施例中，类似于实施例1，设置轴间管控构件45，并且显影辊42抵靠在感光鼓1上以便具有预先确定的侵入水平d。将此时的鼓接触压力P设定为20N/m或更小。因此，由于鼓接触压力P减小而不是过度增加，因此可以抑制显影设备4的劣化。因此，抑制诸如图像浓度降低的图像缺陷的发生，并且可以延长显影设备4的寿命。
实施例2和比较例2的细节
在表2中示出作为本实施例的实施例2(实施例2-1和2-2)和比较例2(比较例2-1和2-2)中的鼓接触压力P、接触面积S、接触部分压力U、表面层粘合剂树脂423a的弹性模量A、粗颗粒423b的弹性模量B和表面层423的弹性模量R的值。表2还示出使用实施例2和比较例2的处理盒8在实际图像形成中获得的评估结果。
表2
实施例2-1和2-2
实施例2-1和2-2中的显影辊42的表面层423分别与以上描述的实施例1-3和实施例1-5中的相同。然而，在实施例2-1和2-2中，轴间管控构件45的厚度从轴芯421侧到感光鼓1侧减小，并且侵入水平d增加。因此，如表2所示，在该构型中，鼓接触压力P高于实施例1-3和1-5的鼓接触压力。由于轴间管控构件45之外的构型与实施例1的构型基本上相同，因此本文中省略其描述。在实施例2-1中，为了将鼓接触压力P设定为20.0N/m，将预先确定的侵入水平d设定为0.06mm。此外，在比较例2-1中，为了将鼓接触压力P设定为42.6N/m，将预先确定的侵入水平d设定为0.10mm。在实施例2-1和比较例2-1中，夹持部宽度n分别为0.71mm和0.86mm。
如表2所示，在实施例2-1和2-2中，当测量与玻璃板I的接触面积S时的鼓接触压力P分别与实施例1-3和1-5相比更大，并且因此，因为表面层423进一步塌陷，所以接触面积S稍微增加。然而，由于鼓接触压力P大，因此接触部分压力U已经增加。
比较例2-1和2-2
比较例2-1和2-2的显影辊42的表面层423分别与实施例1-3和1-5的表面层相同。然而，在比较例2-1和2-2的构型中，省略轴间管控构件45。因此，如表2所示，鼓接触压力P高于实施例1-3和1-5中的鼓接触压力P。此外，该构型使得鼓接触压力P高于其中鼓接触压力P高于实施例1-3和1-5中的鼓接触压力的实施例2-1和2-2中的鼓接触压力。因此，侵入到感光鼓1中的侵入水平d可能不会被轴间管控构件45管控，并且侵入水平d也增加。由于轴间管控构件45的存在或不存在之外的特征与实施例1中的特征基本上相同，因此本文中省略其描述。
如表2所示，在比较例2-1和2-2中，当测量与玻璃平板I的接触面积S时的鼓接触压力P分别大于实施例2-1和2-2中的鼓接触压力，并且因此，因为表面层423进一步塌陷，所以接触面积S稍微增加。然而，由于鼓接触压力P大，因此接触部分压力U已经增加。
评估方法
本文所述的是为了确认本实施例的效果而执行的图像浓度评估方法。关于图像浓度，包括用于打印实心黑色10-mm正方形的多个补片的图像被打印在白色记录纸上，并且通过使用彩色反射浓度计X-Rite504(由X-Rite制造)在一张纸中的五个点上测量实心黑色打印部分的浓度，并且将其平均值定义为图像浓度。符号×对应于图像浓度降低至小于1.2的情况，并且符号○对应于图像浓度为1.2或更大的情况。
在图像浓度的评估中，在实施例和比较例中的每一个中，以与实施例1中相同的方式，在温度为30℃并且相对湿度为80％的环境中执行4000张打印的纸张通过测试，然后让设备静置而不使纸张通过12h或更长时间之后进行验证。
此外，在本实施例中，显影辊42的表面层423具有与实施例1-3和1-5的显影辊的表面层相同的构型，并且还执行图像模糊的评估。图像模糊评估结果与图像浓度评估结果一起在表2中示出。
实施例2和比较例2的比较
在此，将描述实施例2和比较例2的结果的比较。由于显影辊42的表面层423具有与实施例1-3和1-5的显影辊42的表面层相同的构型，因此还将描述与实施例1的比较。
在比较例2-1和2-2中，由于接触部分压力U为5.8N/mm2或更大，因此就图像模糊而言获得良好的结果。然而，与其中表面层423的弹性模量R相同的实施例1-3和1-5相比，观察到图像浓度降低。这是因为显影设备4的劣化由于大于20N/m的鼓接触压力P而加剧。如上所述，当发生显影设备4的劣化时，变得不能在显影辊42上形成具有稳定层厚的一层调色剂90，或者调色剂90的带电变得不足。因此，发生诸如打印部分中的浓度降低的图像缺陷。
在实施例2-1和2-2中，由于将鼓接触压力P设定为20N/m或更小，因此抑制显影设备4的劣化，并且图像浓度不会降低。如表2所示，在其中表面层423的弹性模量R与比较例2-1中相同的实施例2-1中，鼓接触压力P为20N/m或更小，使得不会发生图像浓度降低。此外，在其中表面层423的弹性模量R与比较例2-2中相同的实施例2-2中，因为鼓接触压力P为20N/m或更小，所以也不会发生图像浓度降低。因此，可以延长显影设备4的寿命。另外，即使鼓接触压力P低，也满足实施例1中的接触部分压力U为5.8N/mm2或更大的条件，显影辊42的表面部分地与感光鼓1紧密接触，放电产物易于去除，使得可以抑制图像模糊。
因此，在比较例2(比较例2-1和2-2)的构型中，不能实现显影设备4的更长寿命和图像模糊发生的抑制两者，而在实施例2(实施例2-1和2-2)的构型中，可以实现显影设备4的更长寿命和图像模糊发生的抑制两者。在实施例1中的实施例1-1至1-5中，由于接触部分压力U为5.8N/mm2或更大并且鼓接触压力P为20N/m或更小，因此实现使得可以实现显影设备4的更长寿命和图像模糊发生的抑制两者的构型。
如上所述，根据本实施例的构型，能够以简单的构型在增加显影设备4的寿命的同时抑制图像模糊的发生，而不会降低用户的便利性。
实施例3
下面示出本实施例3和比较例3(比较例3-1和3-2)的构型。图像形成设备100的基本构型和操作与实施例1的基本构型和操作相同。因此，在本实施例3和比较例3的图像形成设备100中，具有与实施例1的图像形成设备100的功能或构型相同或对应的功能或构型的元件由相同的附图标记表示，并且本文中省略其详细描述。
在采用如本实施例中的接触显影方法并且使用在表面上形成有微小不平度的显影辊42的图像形成设备中，在长时间形成图像的情况下，调色剂90可能被捕获在显影辊42的表面上的突起部和感光鼓1的表面上之间。此时，在被捕获在显影辊42的表面上的突起部和感光鼓1的表面之间的调色剂90破碎的情况下，发生点状调色剂熔融粘附到感光鼓1。据发现，在这种情况下，在调色剂90熔融的部分处，由曝光单元3进行的潜像形成变得不足，调色剂90不显影，并且输出图像具有作为图像缺陷的白点。
本实施例旨在抑制这种调色剂熔融粘附。该实施例的特征在于，导电材料用于管控刮刀44，所述管控刮刀作为用于将显影辊42上的调色剂90管控至期望量的显影剂管控构件，并且导电材料被配置成实现电压施加。另一个特征是偏压从图像形成设备100的电压施加装置110施加到管控刮刀44。又一个特征是绝缘体用于显影辊42的表面层423中所包含的粗颗粒423b，并且施加到管控刮刀44的偏压具有与调色剂90的充电极性相同的极性。
显影设备的构型
如下所述设置本实施例的显影辊42、管控刮刀44、施加的偏压和调色剂90。
实施例3
粗颗粒423b：绝缘体(聚氨酯颗粒，平均粒度50μm)
管控刮刀44：SUS
鼓接触压力P(N/m)：20.0
接触部分压力U(N/mm2)：37.7
施加到管控刮刀44的电压：DC-500V
施加到显影辊42的电压：DC-300V
施加到显影辊42的电压与施加到管控刮刀44的电压之间的电势差(通过从管控刮刀的电势中减去显影辊的电势获得的电势差)：-200V
调色剂90的充电极性：负
在本实施例中，为了即使在长期耐久性测试中也满足图像浓度，将鼓接触压力P设定为20N/m或更小，充分增加接触部分压力U以抑制图像模糊，并且即使在长期耐久性测试中，也令人满意地刮掉放电产物。
此外，作为作用于调色剂90的显影上的显影偏压，DC-300V的电压从电压施加装置(未示出)施加到显影辊42，并且DC-500V的电压从电压施加装置110施加到管控刮刀44。将施加到显影辊42的电压与施加到管控刮刀44的电压之间的电势差设置到作为与调色剂90的充电极性相同的极性的负极性侧(在本实施例中为-200V)。通过这样做，改善对具有负带电性能的调色剂90的电荷提供性能，并且减少电荷量低的调色剂90的量。
在比较例中，如下设置显影辊42、管控刮刀44、施加的偏压和调色剂90。
比较例3-1
粗颗粒423b：导体(球形碳颗粒，平均颗粒直径50μm)
管控刮刀44：SUS
鼓接触压力P(N/m)：20.0
接触部分压力U(N/mm2)：37.7
施加到管控刮刀44的电压：DC-500V
施加到显影辊42的电压：DC-300V
施加到显影辊42的电压与施加到管控刮刀44的电压之间的电势差：-200V
调色剂90的充电极性：负
与本实施例3的不同之处在于导体用于粗颗粒423b。即，后述的粗颗粒423b的暴露部分423c不带电。
比较例3-2
粗颗粒423b：绝缘体(聚氨酯颗粒，平均颗粒直径50μm)
管控刮刀44：SUS
鼓接触压力P(N/m)：20.0
接触部分压力U(N/mm2)：37.7
施加到管控刮刀44的电压：DC-300V
施加到显影辊42的电压：DC-300V
施加到显影辊42的电压与施加到管控刮刀44的电压之间的电势差：0V
调色剂90的充电极性：负
与本实施例3的不同之处在于施加到管控刮刀44的电压为DC-300V，并且施加到显影辊42的电压与施加到管控刮刀44的电压之间的电势差为0V。即，后述的粗颗粒423b的暴露部分423c被充电至作为与调色剂90的极性相同的极性的负极性，但是调色剂90的电荷量不稳定。
耐久性测试
在高温高湿环境中执行8000张打印的打印耐久性测试。为了验证本实施例的有益效果，评估了实施例3、比较例3-1和比较例3-2的构型。具体条件和图像评估标准如下所示。
打印耐久性测试条件
环境：温度30℃，湿度80％
打印模式：一张打印间歇
评估图像输出间隔：每1000张打印
图像模糊的评估标准
基于以下标准，通过输出字符图像在视觉上确定图像模糊。
○：无字符模糊
△：字符模糊，但实际使用中不存在问题
×：字符模糊，并且实际使用中存在问题
图像浓度的评估标准
关于图像浓度，包括用于打印实心黑色10-mm正方形的多个补片的图像打印在白色记录纸上，并且通过使用彩色反射浓度计X-Rite504(由X-Rite制造)在一张纸上的五个点上测量实心黑色打印部分的浓度，并且将其平均值定义为图像浓度。
○：1.2或更大
×：小于1.2
白点评估标准
基于以下标准，通过输出实心黑色图像在视觉上确定白点(鼓熔融)。
○：输出图像中不存在细小白点
△：输出图像中存在细小白点，但实际使用中不存在问题
×：输出图像中存在很多大白点
结果
表3示出本实施例3和比较例3-1和3-2的评估结果。
表3
抑制白点
在比较例3-1和3-2中，产生白点。
在此，将描述白点的产生。在其中在耐久性测试中产生白点的比较例3中，观察到调色剂90熔融到感光鼓1。
下文将对此进行详细描述。当图像形成由图像形成设备100在长时间内重复执行时，如图5A所示覆盖显影辊42的表面层423的粗颗粒423b的表面层粘合剂树脂423a由于显影辊42和管控刮刀44的摩擦而磨损。因此，如图5B所示，粗颗粒423b被暴露。如图6所示，在粗颗粒423b被暴露的地方，调色剂90可能被捕获在粗颗粒423b的暴露部分423c与感光鼓1的表面之间。可设想，此时，调色剂90在显影辊42的粗颗粒423b与感光鼓1之间的接触部分处破碎，使得发生到感光鼓1的点状熔融。
在调色剂90熔融在感光鼓1上的部分中，通过曝光单元3进行的潜像形成变得不足，并且调色剂90未在熔融部分中显影，使得在输出图像上形成白点。具体地，认为当粗颗粒423b与感光鼓1之间的接触压力U高时，调色剂90可能破碎，并且发生熔融，如表3所示。
在比较例3-1中，由于粗颗粒423b是导体，因此粗颗粒423b的暴露部分423c不会由施加到管控刮刀44的电压充电。因此，后述的排斥力H在粗颗粒423b的暴露部分423c与调色剂90之间不起作用。在比较例3-2中，粗颗粒423b的暴露部分423c被充电至与调色剂90相同的极性，但是调色剂90的电荷量不稳定。因此，后述的排斥力H在粗颗粒423b的暴露部分423c与电荷量低的调色剂90之间无法充分起作用。
因此，在比较例3-1和3-2中，调色剂90附着到粗颗粒423b的暴露部分423c，并且调色剂90在暴露部分423c与感光鼓1之间破碎，从而引起导致输出图像具有白点的熔融。
同时，在本实施例3的构型中，获得在耐久性测试中在图像浓度、图像模糊的出现和白点的出现方面没有问题的令人满意的输出图像。
在本实施例中，当长时间使用图像形成设备100时，抑制调色剂90附着到显影辊42的表面层423的露出粗颗粒423b的部分。因此，调色剂90不会被捕获在粗颗粒423b与感光鼓1之间，并且防止调色剂90熔融到感光鼓1，从而使得可以抑制在输出图像上产生白点。
将参考图7对此进行详细描述。在本实施例中，提供导电管控刮刀44和由绝缘体制成的粗颗粒423b，具有与调色剂90的充电极性相同的极性的电压通过电压施加装置110从显影辊42施加到管控刮刀44，并且粗颗粒423b的暴露部分423c带电。更具体地，如图7A所示，由于调色剂90具有负的充电极性，因此负电压从显影辊42施加到管控刮刀44。
因此，当管控刮刀44摩擦显影辊42的表面以管控显影辊42上的调色剂90的层厚时，暴露的粗颗粒423b的表面呈现作为与调色剂90相同的极性的负的充电极性。此时，如图7B所示，排斥力H作用在粗颗粒423b的暴露部分423c与调色剂90之间，并且因此，调色剂90不太可能附着到粗颗粒423b的暴露部分423c。因此，调色剂90不太可能被捕获在粗颗粒423b与感光鼓1之间，从而使得可以防止调色剂90塌陷并熔融到感光鼓1的表面。
下文将更详细地描述要施加到管控刮刀44的电压。在本实施例中，作为作用于调色剂90的显影上的显影偏压，DC-300V的电压从电压施加装置(未示出)施加到显影辊42，并且DC-500V的电压从电压施加装置110施加到管控刮刀44。将施加到显影辊42的电压与施加到管控刮刀44的电压之间的电势差设置到作为与调色剂90的充电极性相同的极性的负极性侧(在该实施例中为-200V)。通过这样做，改善对具有负带电性能的调色剂90的电荷提供性能，并且减少电荷量低的调色剂90的量。这使作用在粗颗粒423b的暴露部分423c与调色剂90之间的排斥力H稳定。因此，调色剂90不太可能被捕获在粗颗粒423b与感光鼓1的表面之间，并且防止调色剂90破碎并熔融到感光鼓1的表面。因此，获得没有白点的令人满意的输出图像。
如上所述，绝缘体用于显影辊42的表面层423中所包含的粗颗粒423b。形成施加到导电管控刮刀44的电压以及施加到显影辊42的电压与施加到管控刮刀44的电压之间的电势差，使得管控刮刀44侧上的极性变得与调色剂90的充电极性相同。通过这样做，显影辊42的表面层423中所包含的粗颗粒423b的暴露部分423c被充电至与调色剂90的充电极性相同的极性。因此，排斥力H在通过管控刮刀44而带有电荷的调色剂90与显影辊42的表面层423中所包含的粗颗粒423b的暴露部分423c之间产生，并且调色剂90不太可能附着到粗颗粒423b的暴露部分423c。由于调色剂90不太可能被捕获在粗颗粒423b与感光鼓1的表面之间，因此可以抑制调色剂90熔融到感光鼓1的表面。因此，可以在满足图像浓度的同时长期获得没有图像模糊和白点的令人满意的输出图像。
在本实施例中，示出这样的实施例，其中，通过在图像形成设备100中的重复成像，显影辊42的表面层423磨损并且粗颗粒423b暴露。然而，即使从一开始就设置具有包括暴露部分423c的粗颗粒423b的显影辊42时，也可以获得相同的运行效果，并且可以获得令人满意的输出图像。
实施例4
与实施例3类似，该实施例旨在抑制调色剂熔融到感光鼓1。
本实施例的特征在于，当显影辊42的表面层423中所包含的粗颗粒423b由管控刮刀44摩擦时，通过摩擦而充电的粗颗粒423b的被摩擦部分具有与调色剂90相同的充电极性。与实施例3的不同之处在于，不仅当粗颗粒423b的表面被暴露时，而且还当摩擦进一步推进并且粗颗粒423b被磨损时，执行充电到与调色剂90的充电极性相同的极性。下文示出本实施例4(实施例4-1和4-2)和比较例4-1的构型。调色剂90和管控刮刀44与实施例3的调色剂和管控刮刀相同，并且包括带负电荷的调色剂90和SUS管控刮刀44。此外，显影辊42的弹性层422和表面层粘合剂树脂423a与实施例3中相同。在本实施例中，改变表面层423中所包含的粗颗粒423b。除此之外，鼓接触压力P＝20.0(N/m)和接触部分压力U＝37.7(N/mm2)与实施例3中的条件相同。至于施加的偏压，与比较例3-2中一样，施加到管控刮刀44的电压是DC-300V，并且施加到显影辊42的电压是DC-300V。因此，施加到显影辊42的电压与施加到管控刮刀44的电压之间的电势差是0V。然而，本实施例中在获得抑制调色剂熔融到感光鼓1的效果方面不限于该值。
显影设备的构型
在此，下面将描述用于本实施例的显影辊42的粗颗粒423b。
实施例4-1
粗颗粒423b：聚氨酯颗粒，平均颗粒直径50μm。
将可带负电荷的球形二氧化硅颗粒423d以2.0重量％涂覆在粗颗粒423b上。当本实施例中所提供的管控刮刀44的SUS和暴露的粗颗粒423b彼此摩擦时，由于涂覆在粗颗粒423b的表面上的二氧化硅的作用，粗颗粒423b的表面的充电极性变为负。
实施例4-2
粗颗粒423b：聚苯乙烯颗粒，平均颗粒直径50μm。
当本实施例中所提供的管控刮刀44的SUS和作为粗颗粒423b的聚苯乙烯彼此摩擦时，由于材料的充电顺序的关系，聚苯乙烯呈现负极性。因此，不仅当粗颗粒423b的表面暴露时，而且当粗颗粒423b磨损时，粗颗粒423b带负电。
作为比较例，以下颗粒用作用于显影辊42的粗颗粒423b。
比较例4-1
粗颗粒423b：丙烯酸颗粒，平均颗粒直径50μm。
当本实施例中所提供的管控刮刀44的SUS和粗颗粒423b的丙烯酸彼此摩擦时，由于材料的充电顺序的关系，丙烯酸呈现正极性。
耐久性测试
为了验证，使用与实施例3中的评估相同的条件和评估标准，在高温高湿环境中执行8000张打印的打印耐久性测试，并且评估图像模糊、图像浓度和白点(鼓熔融)。为了比较，在比较例4-1中执行相同的操作。
结果
表4示出实施例4-1和4-2以及比较例4-1的评估结果。
表4
操作效果
当显影辊42在图像形成期间旋转并且保持在显影辊42上的调色剂90被管控至期望量并且由管控刮刀44充电时，显影辊42的表面层423中所包含的粗颗粒423b与管控刮刀44摩擦。此时，调色剂90被充电至负极性。
比较例4-1的丙烯酸颗粒通过与管控刮刀44的SUS摩擦而被充电至正极性。因此，力起作用将调色剂90吸引到粗颗粒423b的暴露部分423c，调色剂90从耐久性测试的中间阶段到后半段附着到粗颗粒423b的暴露部分423c，并且开始在感光鼓1的表面上发生明显的熔融。因此，从耐久性测试的中间阶段到后半段获得具有明显大的白点的输出图像。因此，表4中的白点评估结果表示为××。
同时，在如图8A所示的实施例4-1中，由于与管控刮刀44的SUS的摩擦，覆盖显影辊42的表面层423的粗颗粒423b的二氧化硅423d被充电至负极性。此外，在实施例4-2中，如图8B所示，通过显影辊42的表面层423的粗颗粒423b与管控刮刀44的SUS的摩擦，粗颗粒423b的聚苯乙烯被充电至负极性。
因此，由于粗颗粒423b和调色剂90被充电至相同的极性，因此上述排斥力H起作用，并且抑制调色剂90到粗颗粒423b的附着。认为，因此，类似于实施例3，调色剂90未被捕获在感光鼓1与粗颗粒423b之间，使得调色剂不会熔融到感光鼓1并且获得令人满意的没有白点的输出图像。
如上所述，使用粗颗粒423b使得当显影辊42的表面层423中所包含的粗颗粒423b的材料和管控刮刀44的材料通过摩擦而充电时的粗颗粒423b的充电极性与调色剂90的极性相同。通过这样做，排斥力H在粗颗粒423b与调色剂90之间产生，并且调色剂90不太可能附着到粗颗粒423b。由于调色剂90不太可能被捕获在粗颗粒423b与感光鼓1的表面之间，因此可以抑制调色剂90熔融到感光鼓1的表面，如在实施例3中那样。因此，可以在满足图像浓度的同时长期获得没有图像模糊和白点的令人满意的输出图像。
实施例5
下面将描述本实施例。以与实施例3和4类似的方式，本实施例涉及调色剂熔融附着到感光鼓1。然而，本实施例与着重于如何抑制调色剂熔融附着到感光鼓1的实施例3和4的不同之处在于本实施例着重于如何即使在调色剂90熔融到感光鼓1时也获得优选的图像。
下面将描述本实施例的构型。与上述实施例3和4的条件类似，采用鼓接触压力P＝20.0(N/m)和接触部分压力U＝37.7(N/mm2)。为了进行比较，使用与比较例4-1相同的构型，其中表面层423的弹性模量R为296MPa。调色剂90和管控刮刀44与实施例3和4中的那些相似，其中调色剂90是带负电荷的调色剂并且管控刮刀44由SUS制成。关于施加的偏压，以与比较例4-1类似的方式，将施加到管控刮刀44的电压设定为DC-300V并且将施加到显影辊42的电压设定为DC-300V。因此，施加到管控刮刀44的电压相对于施加到显影辊42的电压的电势差为0V。然而，根据本实施例，为了获得抑制白点的效果的目的并不限于该值。
实施例5-1
本实施例与比较例4-1的不同之处在于，构成显影辊42的表面层423的粗颗粒423b的粒度。具体地，丙烯酸颗粒(平均颗粒直径30μm)用作粗颗粒423b。表面层423的弹性模量R为296MPa。
实施例5-2
本实施例与比较例4-1的不同之处在于，构成显影辊42的表面层423的粗颗粒423b的粒度。具体地，丙烯酸颗粒(平均颗粒直径40μm)用作粗颗粒423b。表面层423的弹性模量R为296MPa。
耐久性测试
相对于实施例5-1、实施例5-2和比较例4-1，使用与根据上述实施例3的评估相同的条件和评估标准，在高温高湿环境中执行8000张纸的打印耐久性测试，以评估图像模糊、图像浓度和白点(调色剂熔融到感光鼓)。
结果
实施例5-1、实施例5-2和比较例4-1的评估结果如表5所示。
表5
操作效果
首先，将从熔融物质尺寸的角度描述在比较例4-1中产生的实心黑色图像上的白点的产生机制。
在其中大的、视觉上可确认的白点已经在耐久性测试中产生的比较例4-1中，在感光鼓1上观察到调色剂90的大的熔融物质。另外，在其中难以视觉上确认的细小白点已经在耐久性测试中以在实际使用中白点不会造成问题的程度产生的实施例5-2中，在感光鼓1上观察到调色剂90的细小的熔融物质。此外，在其中白点在耐久性测试中不会在输出图像上产生的实施例5-1中，在感光鼓1上观察到比实施例5-2的调色剂的熔融物质更细小的调色剂90的熔融物质。
现在将给出详细描述。在根据本实施例的显影辊42中，由于如图2B所示，粗颗粒423b包括在表面层423中，因此突出颗粒部分423e形成在表面上。在显影辊42的表面层423和感光鼓1彼此接触的显影夹持部中，颗粒部分423e根据显影辊42的表面层粘合剂树脂423a和粗颗粒423b的弹性模量而破碎并且与显影夹持部接触。当在这种接触状态下长期执行成像时，夹持在显影辊42的颗粒部分423e与感光鼓1之间的调色剂90在接触部分处破碎并开始熔融到感光鼓1上。可以设想的是，熔融物质的尺寸最大是与显影辊42的颗粒部分423e与感光鼓1之间的接触部分差不多相同的尺寸。因此，当颗粒部分423e与调色剂之间的各个接触部分的尺寸增加时，熔融物质也增加。
关于各个接触部分的尺寸，在实施例5-1、实施例5-2和比较例4-1中，显影辊42的颗粒部分423e与感光鼓1之间的接触部分的尺寸在整个长期耐久性测试中变化。具体地，如在实施例3中所述，在耐久性测试的早期阶段，如图5A所示，显影辊42的表面层粘合剂树脂423a覆盖粗颗粒423b，并且在接触部分较小的状态下接触。但是，当通过长期耐久性测试执行成像时，如图5B所示，表面层粘合剂树脂423a磨损并且粗颗粒423b变得暴露。此外，随后，如图9所示，粗颗粒423b的暴露部分423c由于与管控刮刀44的摩擦而磨损并且颗粒部分423e获得平坦表面。因此，与表面层423的颗粒部分423e的磨蚀之前相比，接触部分的尺寸增加。因此，在整个耐久性测试中，显影辊42的颗粒部分423e与感光鼓1之间的接触部分增加。
在调色剂90熔融到感光鼓1的部分中，通过曝光单元3进行的潜像形成不足，并且由于调色剂90在熔融部分中未显影，因此熔融部分最终在实心黑色图像上形成白点。由于可以设想的是，由熔融物质引起的白点的尺寸根据熔融物质的尺寸而变化，因此在输出图像上白点的尺寸必须保持到人眼可以视觉上确认的尺寸或更小。例如，当感光鼓1上的熔融物质的最大宽度大于图像形成时的最小像素(1点)的宽度时，可以设想的是，在输出图像上可以在视觉上确认白点。在本实施例中，1点使用具有600dpi的分辨率的图像形成设备形成，并且对应于约42μm的直径。
通过实施例5-1和5-2的构型，在上述耐久性测试中获得在图像模糊的产生、图像浓度的下降和白点的产生方面没有问题的优选的输出图像。可以将此解释如下。在实施例5-1和5-2两者中，即使当显影辊42的颗粒部分423e暴露并获得平坦表面时，暴露部分423c的与感光鼓1接触的表面的直径也小于作为粗颗粒423b的相应的平均颗粒直径的30μm和40μm。因此，由于颗粒部分423e和感光鼓1通过其宽度小于1点的表面彼此接触，因此当调色剂90被挤压在颗粒部分423e与感光鼓1之间时，调色剂90不会扩散宽过1点的宽度。
因此，即使当在整个耐久性测试中颗粒部分423e与感光鼓1之间的接触部分的宽度变化时，接触部分的宽度也不会扩散宽过1点的宽度。因此，即使当调色剂90夹在颗粒部分423e与感光鼓1的表面之间并且调色剂90被挤压并且熔融到感光鼓1的表面时，也能获得没有由于白点而产生的图像缺陷的优选的输出图像。
本发明人进行的深入研究表明，通过满足如在本实施例中下面所述的条件，可以通过耐久性测试抑制由熔融物质引起的白点。
白点抑制条件
在本发明中，使用与前述的接触面积S的测量方法相似的方法，调节在玻璃板I以侵入水平d与显影辊42接触时的玻璃板I与显影辊42的颗粒部分423e之间的接触部分Q的宽度，以便满足以下条件。具体地，如图10所示，显影辊42的颗粒部分423e与玻璃板I接触并形成由多个隔离的局部区域组成的多个接触部分Qj。在多个接触部分Qj中，将在作为每个接触部分Qj的轮廓线的外周Lj上(轮廓线上)的彼此相对的任意两点连接的直线中，最长距离Wj为40μm或更小。在这种情况下，j表示视场中的每个接触部分中的从1到接触部分总数的个体数。通过满足该条件，可以抑制由熔融物质引起的白点。
实施例6
在下文中，将描述实施例6。根据本实施例的图像形成设备100的基本构型和操作与第一实施例的基本构型和操作相似。因此，具有与根据第一实施例的图像形成设备100相同或相当的功能或构型的元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。
在本实施例中，如上所述，通过使显影辊42的表面上的具有大高度差的部分(朝向感光鼓1突出并且从调色剂90层突出的部分：以下称为刮擦部分)以规定的接触压力或更大的接触压力与感光鼓1接触而调色剂90未介于其间，增强感光鼓1上的放电产物得刮擦效果。
本实施例通过使在显影辊42与感光鼓1之间的接触区域(夹持部部分)中的刮擦效率处于优选状态来实现放电产物的更稳定的去除。具体地，将显影辊42的刮擦指数(刮擦系数)设定为规定值或更大，所述刮擦指数(刮擦系数)是根据显影辊42的表面上的刮擦部分的数量和在感光鼓1的表面区域的圆周方向上的宽度来计算，所述表面区域在显影辊42与感光鼓1之间的接触部分处通过显影辊42的表面上的刮擦部分经受刮擦作用。
刮擦部分的数量的平均值T
下文将描述根据本发明的实施例6中的显影辊42的表面上的刮擦部分的数量的计算方法。图11是示出根据本实施例的显影辊42的表面上的刮擦部分的数量的计算方法的概念图。
首先，图像形成设备100在图像形成操作期间被强制停止，以在图像形成操作期间形成调色剂90层的状态下制备显影辊42。
接下来，将50倍放大率的物镜安装在激光显微镜VK-X200(KEYENCE CORPORATION)中，并且在285μm×210μm的规定区域S中的显影辊42的表面通过激光共焦光学系统进行二维扫描，以获得显影辊42的表面的高对比度图像。采用获得的图像区域作为评估对象。另外，在图像区域(第二评估区域)中，测量显影辊42的表面上的具有大高度差的部分M1(朝向感光鼓1突出并且从调色剂90层突出的部分)的数量或换言之刮擦部分的数量。在本实施例中，通过对评估图像进行视觉计数来测量显影辊42的表面上的刮擦部分的数量。然而，该方法不是限制性的，可以执行通过其他测量设备利用图像获取或图像处理进行的计数，只要将被采用作为评估对象的显影辊42的表面上的区域相同即可。
作为显影辊42的表面上的规定的第二评估区域，优选地在显影辊42的纵向方向上的不同位置处设置多个执行上述处理的位置。在本实施例中，相对于显影辊42的纵向方向上的10个点(通过在旋转轴线方向上均等地划分显影辊42而获得的10个区域中各有一个位置)执行上述处理，并且采用其算数平均值作为显影辊42的表面上的刮擦部分的数量的平均值(平均数)T。显影辊42的表面上的刮擦部分的数量越多，刮掉感光鼓1上的放电产物的频率越高，并且因此刮擦效率越高。
接触区域中的表面移动距离差N
下文将参考附图描述通过显影辊42的表面上的刮擦部分对感光鼓1的表面的刮擦动作。图12是示出通过显影辊42的表面上的刮擦部分对感光鼓1的表面的刮擦动作的概念图。
如图12A所示，将在进入显影辊42与感光鼓1之间的接触区域时显影辊42的表面上的单个刮擦部分Ki与其相对(接触)的感光鼓1的表面假定为被刮擦部分Kpi。在本发明中，显影辊42和感光鼓1通过提供规定的表面运动速度比(以下称为显影周速比)而被旋转驱动。具体地，在本实施例中，显影辊42和感光鼓1被旋转驱动，使得显影辊42的表面运动速度(周速)V2高于感光鼓1的表面运动速度V1。因此，如图12B所示，在刮擦部分Ki离开显影辊42与感光鼓1之间的接触区域的时刻，由于相应的表面运动速度的差异而在刮擦部分Ki与被刮擦部分Kpi之间的接触区域中产生表面移动距离差N。
在感光鼓1的表面上，与接触区域中的表面移动距离差N相对应的区域成为通过显影辊42的表面上的刮擦部分而经受刮擦作用的区域。接触区域中的表面移动距离差N由下面的表达式10表示。
N＝(Vr-100)/100×Dn…表达式10
在表达式10中，Vr表示显影周速比％(Vr＝V2/V1×100)，并且Dn表示在显影辊42与感光鼓1之间的接触区域中的感光鼓1的表面的在圆周方向(旋转方向)上的宽度。接触区域中的表面移动距离差N越大，一个刮擦部分在感光鼓1的表面上的刮擦范围越宽，并且因此刮擦效率越高。
刮擦指数Kh
在本实施例中，刮擦指数Kh(第一系数Kh)根据上述的显影辊42的表面上的刮擦部分的数量的平均值T和显影辊42与感光鼓1之间的接触区域中的表面移动距离差N来计算。刮擦指数Kh由下面的表达式11表示。
Kh＝T×N＝T×(Vr-100)/100×Dn表达式11
刮擦指数Kh是由刮擦部分的数量和每一个刮擦部分的刮擦范围表示的指数。刮擦指数Kh越大，在显影辊42与感光鼓1之间的接触区域中感光鼓1的表面经受刮擦作用的区域越宽，并且因此刮擦效率越高。
本发明人进行的研究表明，显影辊42的刮擦指数Kh优选为0.12或更大。这是因为，如上所述，在显影辊42与感光鼓1之间的接触区域中感光鼓1的表面经受刮擦作用的区域越宽，放电产物的刮擦效率越高。因此，在本实施例中，将显影辊42的刮擦指数Kh设定为0.12或更大。
此外，本发明人进行的研究表明，显影辊42的表面上的刮擦部分的数量的平均值T更优选为1.8/(其中表示评估图像尺寸)或更大。可以设想这是因为显影辊42的表面上的刮擦部分的数量越多，刮掉感光鼓1上的放电产物的频率越高，并且因此刮擦效率越高。
另外，显影周速比更优选为135％或更大。这是因为，当显影周速比低时，在显影辊42上形成的调色剂90层的量必须增加以便获得适当的图像浓度，这使得显影辊42的表面上的刮擦部分难以从调色剂90层突出。
实施例6和比较例6的细节
表6示出作为本实施例的实施例6(6-1至6-7)和比较例6(6-1至6-4)的刮擦部分的数量的平均值T、显影周速比Vr、接触区域中的表面运动速度差N、刮擦指数Kh、鼓接触压力P、接触面积S、接触部分压力U、表面层粘合剂树脂423a的弹性模量A、粗颗粒423b的弹性模量B和表面层423的弹性模量R。另外，表6还示出使用根据每个实施例6和每个比较例6的处理盒8实际执行的图像形成的评估结果。
(表6)
实施例6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7
实施例6-1至6-7中的每一个都使用其表面层423的弹性模量R为94MPa的显影辊42。另外，每个实施例中的鼓接触压力P被调节，以便达到8.9N/mm2的接触部分压力U。具体地，改变并调节根据每个实施例的轴间管控构件45的厚度，以便达到规定的侵入水平d。另外，在实施例6-1至6-7中的每一个中，提供诸如刮擦部分的数量的平均值T和显影周速比Vr的各种条件，使得显影辊42的刮擦指数Kh为0.12或更大。
具体地，在实施例6-1至6-3中，提供诸如刮擦部分的数量的平均值T和显影周速比Vr的各种条件，以便达到0.12或更大的显影辊42的刮擦指数Kh。实施例6-4至6-7使用显影辊42，其中显影辊42的表面上的刮擦部分的数量的平均值T为1.8/或更大。此外，在实施例6-4至6-7中，将显影周速比Vr设定为135％或更高。通过调节相对于表面层粘合剂树脂423a的粗颗粒423b的使用量来制造本实施例中使用的每个显影辊42。作为粗颗粒423b，可以使用诸如在实施例3至5中例示的聚氨酯颗粒、聚苯乙烯颗粒、丙烯酸颗粒的颗粒。
比较例6-1、6-2、6-3、6-4
比较例6-1至6-3中的每一个以与实施例6(6-1至6-7)类似的方式使用其表面层423的弹性模量R为94MPa的显影辊42。另外，调节鼓接触压力P，以便达到8.9N/mm2的接触部分压力U。具体地，改变并调节根据每个比较例的轴间管控构件45的厚度，以便达到规定的侵入水平d。
另外，在比较例6-1至6-3中的每一个中，提供诸如刮擦部分的数量的平均值T和显影周速比Vr的各种条件，以便达到小于0.12的显影辊42的刮擦指数Kh。
另一方面，比较例6-4使用其表面层423的弹性模量R小于50MPa的显影辊42。另外，将接触部分压力U调整为低于5.8N/mm2。然而，在比较例6-4中，提供诸如刮擦部分的数量的平均值T和显影周速比Vr的各种条件，以便达到0.12或更大的显影辊42的刮擦指数Kh。
评估方法
为了确认本实施例的效果，执行与实施例1的图像模糊的评估相似的图像模糊的评估。然而，在根据本实施例的评估中，在字符图像打印期间输出图像中的模糊不清的字符和在打印2点、3空格图像(具体地，其中重复执行打印两个点线然后不打印三个点线的图像)期间输出图像中的线碎裂根据以下标准确定并在视觉上评估。当产生大量模糊不清的字符并在实际使用中造成问题时，确定为×，当产生少量模糊不清的字符但在实际使用中不造成问题时，确定为△，当存在行碎裂但没有产生模糊不清的字符并且在实际使用中不造成问题时，确定为○，当既不产生线碎裂也不产生模糊不清的字符时确定为○Δ。应注意，在没有纸张通过已经12个小时或更长时间的未接触状态下在30℃的温度和80％的相对湿度的环境中对于实施例和比较例两者执行4000张纸的纸张通过测试之后，对图像模糊的评估进行了验证。
实施例6与比较例6之间的比较
在表6中所示的实施例6-1至6-7和比较例6-1至6-3的评估结果中，当接触部分压力U为5.8N/mm2或更高时，将接触部分压力U设定为或多或少相同的状态之间的比较表明趋势：显影辊42的刮擦指数Kh越大，将越不容易产生图像模糊。这是因为，在显影辊42与感光鼓1之间的接触区域中感光鼓1的表面经受刮擦作用的区域越宽，放电产物的刮擦效率越高。
因此，如表6所示，为了进一步增强抑制图像模糊的效果，显影辊42的刮擦指数Kh如在实施例6-1至6-7中那样优选为0.12或更高。另外，在实施例6-1和6-4的评估结果中，显影周速比Vr或多或少相同的条件之间的比较表明，显影辊42的表面上的刮擦部分的数量的平均值T越大，对产生图像模糊的抑制越大。可以设想这是因为显影辊42的表面上的刮擦部分的数量越多，感光鼓1上的放电产物被刮掉的频率越高，并且因此刮擦效率越高。因此，如表6所示，为了进一步增强抑制图像模糊的效果，优选地，显影辊42的表面上的刮擦部分的数量的平均值T为1.8/或更大(第二评估区域中的平均数T为1.8或更大。
另外，在实施例6-2和6-4的评估结果中，显影辊42的表面上的刮擦部分的数量的平均值T或多或少相同的条件之间的比较表明，显影周速比Vr越大，对产生图像模糊的抑制越大。这是因为显影周速比Vr越大，接触区域中的表面移动距离差N越大，一个刮擦部分在感光鼓1的表面上的刮擦范围越宽，并且因此刮擦效果越高。因此，如表6所示，为了进一步增强抑制图像模糊的效果，显影周速比Vr优选为135％或更高。
另一方面，在比较例6-4中，大量的模糊不清的字符由于图像模糊而产生，并且在实际使用中造成问题。可以设想这是因为接触部分压力U低于5.8N/mm2。具体地，当接触部分压力U低并且通过刮擦部分对感光鼓1的表面的刮擦效果小时，加宽刮擦范围不会产生较大的差异。如上所述，根据本实施例的构型使得能够以简单的构型进一步抑制图像模糊的产生。
实施例7
在下文中，将描述实施例7。图像形成设备100的基本构型和操作与第一实施例的基本构型和操作相似。因此，具有与根据第一实施例的图像形成设备100相同或相当的功能或构型的元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。
较早描述的实施例1被配置成使得显影辊42的颗粒部分423e刮擦感光鼓1的表面上的放电产物并抑制图像模糊的产生。然而，当为了增强颗粒部分423e中的放电产物的刮擦性能而加宽显影辊表面层的颗粒部分423e的间隔时，由管控刮刀44产生的管控力作用在形成在多个颗粒部分423e之间的区域中的调色剂90的层上并且更容易产生调色剂的浓度变化(在上述区域之间产生调色剂承载量的差异)。另外，取决于管控刮刀44的布置，如图13A所示，管控刮刀44可以侵入到显影辊42的表面层颗粒部分423e之间的空间中以管控调色剂90，并且调色剂的浓度变化可能在显影辊42上局部产生。当显影辊上的调色剂的浓度存在变化时，实心图像中可能出现粗糙度。当从截面方向上观察显影辊42时，当管控刮刀44的末端超过连接相邻的颗粒部分423e的顶点的虚拟线46侵入显影辊42的基底层侧时，更容易明显地产生调色剂的这种浓度变化。
考虑到这一点，在本实施例中，如图13B所示，通过在显影辊表面层的多个颗粒部分423e之间(在下文中称为海部分423o)设置不规则部分并且将该部分的粗糙度设定为足以保留调色剂的尺寸，即使当管控刮刀44侵入颗粒部分423e之间时，也抑制由显影辊42上的调色剂的浓度变化引起的粗糙度的产生。为了使海部分423o的粗糙度的最大高度小于显影辊表面层颗粒部分423e并且通过颗粒部分423e维持放电产物的刮擦特性，将在颗粒部分423e中使用的粗颗粒423b的体积平均颗粒直径设定为大于在海部分423o中使用的小直径粗化颗粒423f的体积平均颗粒直径。在本实施例中，将体积平均颗粒直径为20μm的颗粒用作粗颗粒423b，并且将体积平均颗粒直径为7μm的颗粒用作小粗化颗粒423f。作为粗颗粒423b和小粗化颗粒423f的材料，可以使用诸如在实施例3至5中例示的聚氨酯颗粒、聚苯乙烯颗粒、丙烯酸颗粒的颗粒。
尽管可能存在具有不同的体积平均颗粒直径的三种或更多种类型的粗化颗粒或具有宽的体积平均颗粒直径的一种类型的粗化颗粒，但是优选地使用两种类型的粗化颗粒以满足图像模糊性能和抑制粗糙度下降的特性两者。
此外，期望其中作为管控构件的管控刮刀44的末端(边缘)被布置成可侵入到两个相邻的粗颗粒423b之间的区域中的构型。具体地，更期望其中管控刮刀44的末端被布置成超过连接两个粗颗粒423b的顶点的切线侵入到显影辊42的一侧的构型(参考图13)。因为通过使颗粒部分423e的顶点与感光鼓1接触，可以提高放电产物的刮擦特性。
显影辊的表面轮廓
在本实施例中，满足图像模糊抑制性能和粗糙度抑制性能两者的显影辊42由表示显影辊表面层的颗粒部分423e的间隔的元件平均长度参数RSm和表示显影辊表面层的海部分423o的粗糙度的芯部粗糙度Sk限定。现在将给出详细描述。
为了抑制图像模糊，必须增加显影辊42的表面层的接触部分压力U。增加接触部分压力U的一种方法是减少颗粒部分423e的数量。因此，当颗粒部分423e的间隔RSm较大时，增强图像模糊抑制性能。另一方面，当管控刮刀44侵入颗粒部分423e之间时，产生调色剂层的管控力。此时，当海部分423o的调色剂保持力不足时，产生调色剂的浓度变化。由于管控力在图13中充当水平方向上的力，因此增加调色剂保持力的一种方法是为海部分423o设置不规则部分。因此，即使当图中的水平方向上的管控力起作用时，调色剂也可以由海部分423o中的不规则部分保留，并且可以抑制调色剂的浓度变化的产生。
当颗粒部分423e的间隔RSm较大时，管控刮刀44更容易接近多个颗粒部分423e之间的显影辊的基底层的侧面，并且由于产生更强的管控力，因此当表面层的颗粒部分423e的间隔RSm增大时，可以将表示海部分423o的粗糙度的芯部粗糙度Sk设定得更大。然而，尽管当小直径粗化颗粒423f的数量增加时，表示海部分423o的粗糙度的芯部粗糙度Sk增加，但是当Sk变得太大时，使用调色剂供应辊43不容易替换调色剂。在本实施例中，当Sk等于或大于调色剂的体积平均颗粒直径7μm时，出现问题。以类似的方式，当小直径粗化颗粒423f的数量增加时，由于海部分423o的高度增加并且海部分423o最终以与负责去除放电产物的颗粒部分423e相似的方式与感光鼓1接触，接触部分压力U下降并且图像模糊抑制性能下降。
表面轮廓的测量方法
将描述测量显影辊42的表面轮廓和颗粒部分423e的间隔RSm的方法。为了测量显影辊的表面轮廓，将20倍放大率的物镜安装到由KEYENCE CORPORATION制造的显微镜VK-X200，以设置707×530(μm2)的视角。可以用该视角观察的显影辊42的表面的规定区域对应于根据本发明的第一评估区域。显影辊42被布置成将长边707μm与显影辊42的纵向方向对准并且将短边530μm与显影辊42的圆周方向对准。将显影辊42的表面设定为50的亮度，并且以轮廓测量模式执行测量。
使用也是由KEYENCE CORPORATION制造的多文件分析应用程序，根据以下程序处理获取的数据。
首先，执行显影辊42的平面化处理。这样做是为了将具有大致圆柱形的显影辊42转换成扁平形状并进行分析。接下来，通过以下操作获得显影辊42的颗粒部分423e的间隔RSm。内置在上述应用程序中的功能用于测量RSm。在将截断距离设定为0.8mm以去除长波长的波纹成分之后，使用多个表面粗糙度函数，在20条线上测量RSm，同时使测量线在显影辊的纵向方向上对准。采用20条线的测定值的平均值作为本实施例和比较例的颗粒部分423e的间隔RSm。
现在将描述测量值RSm的重要性。RSm的测量方法在“表面粗糙度JIS B 0601”中规定。将在下面提供概述。如图14所示，元件的平均长度(RSm)表示粗糙度曲线的粗糙度周期的平均值。元件的平均长度(RSm)指示相对于粗糙度曲线的基准线构成粗糙度的峰和谷的一个周期的平均值。然而，将高度等于或小于最大高度的10％或长度等于或小于计算部分的1％的那些认为是前面或后面的峰和谷的一部分。在本实施例中使用的显影辊42的表面层423中，由于颗粒部分423e的高度高于海部分423o的高度，因此海部分423o的不规则部分通常等于或小于最大高度的10％。因此，在颗粒部分423e的高度测量值附近计算RSm。因此，可以设想RSm的测量值表示颗粒部分423e的间隔。
接下来，将描述测量显影辊42的表面轮廓、海部分423o的粗糙度和芯部的高度差Sk的方法。由于使用显微镜的测量方法与颗粒部分423e的间隔RSm的测量方法相同，因此将省略描述。
使用也是由KEYENCE CORPORATION制造的多文件分析应用程序，根据以下程序处理获取的数据。
首先，执行显影辊42的平面化处理。这样做是为了将具有大致圆柱形的显影辊42转换成扁平形状。接下来，通过以下操作获得表示显影辊42的海部分423o的粗糙度的芯部高度差Sk。内置在上述应用程序中的功能用于测量Sk。为了从显影辊42的表面轮廓提取海部分423o的高度，应用截断距离为25μm的高通滤波器(以下，在必要时称为HPF)。接下来，使用表面粗糙度测量功能，以测量视场的整个区域作为对象区域(第一评估区域)来测量芯部高度差Sk。由于基于通过使用高通滤波器的数据计算处理所提取的海部分423o的高度来测量芯部高度差Sk，因此采用测量值Sk作为海部分423o的粗糙度。
现在将描述测量值Sk的重要性。表面的芯部高度差Sk的测量方法在“ISO 25178:几何产品规格”中规定。将在下面提供概述。如图15所示，从最高(最上表面)到最低(表面形状的底部)的每个所测量的表面高度的顺序累积测量值被称为支承面积曲线(BAC)。支承面积曲线的横坐标表示0％至100％，并且纵坐标表示高度，其中0％位置是最大高度并且100％位置是最小高度。芯部的高度差Sk的测量方法涉及将横坐标的高度差相对于支承面积曲线设定为40％(确保包括了表面的高度可能性的40％)并获得40％高度差下相对于支承面积曲线的最小二乘直线。外推出最小化梯度的最小二乘直线，并且0％和100％的支承系数之间的直线的值的差被称为芯部的高度差Sk。
应当注意，在支承面积曲线中，最大高度附近的部分被称为突出部分，并且最小高度附近的部分被称为凹谷部分。突出部分与凹谷部分之间的空间是具有粗糙度的芯部。由于芯部的高度差Sk受表面的划痕和附着对象的影响较小，因此芯部的高度差Sk作为表示调色剂保留属性的指标是优选的。
实施例7和比较例7的细节
表7示出作为本实施例的实施例7(7-1至7-10)和比较例7(7-1至7-3)的接触面积S、接触部分压力U、颗粒部分423e的间隔RSm和作为海部分423o的粗糙度的粗糙度高通滤波器之后的表面粗糙度的芯部高度差Sk。另外，表7还示出使用根据每个实施例和每个比较例的处理盒8实际执行的成像的评估结果。应当注意，每个实施例7和每个比较例7通常采用7.7N/m的鼓接触压力P、50MPa的表面层粘合剂树脂423a的弹性模量A、200MPa的粗颗粒423b的弹性模量和167MPa的表面层423的弹性模量。
(表7)
实施例7-1、7-2、7-3、…、7-10
在实施例7-1至7-10的每一个中，将接触部分压力设定为5.8N/mm2或更高，使得可以容易刮掉感光鼓1上的放电产物。为了设定167MPa或更高的表面层的高弹性模量，使用的表面层粘合剂树脂423a和粗颗粒423b的弹性模量是实施例1-2的那些。另外，为了添加海部分423o中的调色剂保留属性，在表面层423中使用粗颗粒423b和小直径粗化颗粒423f的组合。将颗粒部分423e的间隔设定在约40μm至RSm 100μm的范围内，并且表示海部分粗糙度的HPF后的Sk是0.95μm至2.42μm。为了获得表面层423的此类特性，调节粗颗粒423b和小直径粗化颗粒423f的混合量。
比较例7-1、7-2、7-3
现在将描述根据比较例7-1至7-3的显影辊42的表面层423。由于显影辊42的除了表面层423以外的构型与实施例7的构型或多或少相同，因此下面将省略其描述。如表7所示，在比较例7-1至7-3中，尽管颗粒部分423e的间隔以与实施例7-1至7-10类似的方式在40μm至100μm的范围内，但是通过不使用小直径粗化颗粒423f或相对于实施例7-1至7-10减少小直径粗化颗粒423f的混合量而减少HPF后的Sk。为了获得表面层423的此类特性，调节粗颗粒423b和小直径粗化颗粒423f的混合量。
评估方法
现在将描述作为本实施例的效果的图像粗糙度的评估方法。管控刮刀44相对于显影辊42的位置被调节，使得在管控刮刀44通过之后显影辊42上的调色剂量在0.3mg/cm2至0.33mg/cm2的范围内，并且在每个实施例和每个比较例中执行4000张纸的纸张通过测试之后，在没有纸张通过达12个小时或更长时间的未接触状态下输出实心黑色图像。在视觉上评估所输出的实心黑色图像的粗糙度，并且当不存在问题时确定为○，当存在很小的粗糙度时确定为Δ，并且当存在显著的粗糙度时确定为×。
实施例7与比较例7之间的比较
在表7中，相对于其约100μm的RSm的值或多或少相同的实施例7-1、实施例7-7和比较例7-1，在其HPF后的Sk为1.82μm的实施例7-1中未观察到粗糙度，在其HPF后的Sk为1.39μm的实施例7-7中观察到在实际使用中不造成问题的粗糙度，但是在其HPF后的Sk为0.62μm的比较例7-1中观察到粗糙度。
另外，在约50μm的RSm的情况下，在其HPF后的Sk为1.01μm的实施例7-6中未观察到粗糙度，但是在其HPF后的Sk为0.62μm的比较例7-2中观察到粗糙度。此外，如在RSm在约60μm至80μm的范围内的情况下的实施例7-2至7-5和实施例7-8至7-10中共同所示，颗粒部分423e的间隔RSm越大，表示较小颗粒部分粗糙度的HPF后的Sk的值越大，这意味着更小的粗糙度可见。
为了满足图像模糊和粗糙度两者，颗粒部分423e的间隔RSm和海部分423o的粗糙度HPF后的Sk两者优选较大，并且当颗粒部分423e的间隔RSm为50μm或更大并且海部分423o的粗糙度HPF后的Sk为0.95μm或更大时，图像模糊和粗糙度两者被满足而在实际使用中不会造成问题。具体地，为了在良好的水平下满足图像模糊和粗糙度两者，RSm优选为60μm或更大，并且HPF后的Sk优选为1.4μm或更大。应当注意，当RSm如比较例7-3所示为40μm或更小时，由于接触部分的间隔更窄并且接触面积S的尺寸增加而产生图像模糊。
操作效果
显影辊表面层的颗粒部分423e的间隔RSm加宽的方向是通过增加接触部分压力U进一步抑制图像模糊的方向。可以设想这是因为，当颗粒部分423e的间隔RSm增大时，管控力经由靠近管控刮刀44的调色剂更容易作用在显影辊表面层的侧面上的调色剂上。此外，颗粒部分423e的间隔RSm越宽，管控刮刀44越容易侵入颗粒部分423e之间，从而增加从显影辊表面刮掉调色剂层的力并且导致更容易产生调色剂的浓度变化。
当在显影辊表面层的海部分423o中存在能够保留调色剂的不规则部分时，即使在管控力起作用时，调色剂也可以更容易由不规则部分保留，并且由调色剂的浓度变化引起的粗糙度不太容易产生。相对于体积平均颗粒直径为7μm的调色剂，在海部分423o的粗糙度HPF后的Sk在0.95μm以上的范围内表现出海部分423o的调色剂保留力。当RSm大时，通过进一步增加HPF后的Sk并增加调色剂保留力，可以保留调色剂并且可以抑制粗糙度的产生。
当使用配备有抑制图像模糊的产生的功能的显影辊时，有时产生粗糙度。利用根据本实施例的构型，以简单的构型在不妨碍用户的便利性的情况下可以抑制粗糙度的产生，同时还抑制图像模糊的产生。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有此类变型和等同的结构和功能。
