DE60131594T2

DE60131594T2 - Entwicklungsvorrichtung mit einer Rolle mit rauher Oberfläche und einem Entwickler mit Zusatzteilchen mit einer der Oberflächenstruktur entsprechenden Größe

Info

Publication number: DE60131594T2
Application number: DE60131594T
Authority: DE
Inventors: Takehiko Suwa-shi Okamura; Hidenori Suwa-shi Kin
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: EP1154334A2; EP1154334A3; US6507722B2; EP1154334B1; US20020009313A1; DE60131594D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein technisches Gebiet einer Entwicklungsvorrichtung, die in Bilderzeugungsvorrichtungen, wie zum Beispiel elektrofotografischen Kopierern und Druckern, verwendet wird, und genauer ein technisches Gebiet einer Entwicklungsvorrichtung, die eine Bildentwicklungsrolle zum Tragen von Entwickler und Übertragen desselben auf einen Latentbildträger umfasst.
In konventionellen Bilderzeugungsvorrichtungen, wie zum Beispiel elektrofotografischen Kopierern und Druckern, wird ein Bild durch Entwickeln eines elektrostatischen Latentbilds auf einem Latentbildträger, wie zum Beispiel Fotorezeptoren, durch einen Entwickler einer Entwicklungsvorrichtung erhalten, die das entwickelte Bild von dem Latentbildträger auf ein Aufzeichnungsmedium, wie zum Beispiel Papier, überträgt und schließlich das übertragene Bild auf dem Aufzeichnungsmedium fixiert.
Unter den konventionellen Entwicklungsvorrichtungen, die in solchen Bilderzeugungsvorrichtungen verwendet werden, gibt es eine Art von Entwicklungsvorrichtung, die ein Kontaktentwicklungssystem verwendet, bei dem eine Bildentwicklungsrolle, die einen Entwickler trägt und diesen auf einen Latentbildträger überträgt, mit dem letzteren in Kontakt ist. Bei einer Entwicklungsvorrichtung, die das Kontaktentwicklungssystem verwendet, überträgt die Bildentwicklungsrolle, die mit dem Latentbildträger in Kontakt ist, geladenen einkomponentigen Entwickler auf den Latentbildträger, um das elektrostatische Latentbild auf dem Latentbildträger mit dem einkomponentigen Entwickler zu entwickeln. Es gibt andere Arten von konventionellen Entwicklungsvorrichtungen, die zumindest eine Bildentwicklungsrolle zum Tragen von Entwickler und Übertragen desselben auf einen Latentbildträger und ein Anordnungselement enthalten, das mit der Bildentwicklungsrolle in Kontakt ist und den Entwickler, der auf den Latentbildträger übertragen wird, auf eine solche Weise anordnet, dass eine dünne Schicht von Entwickler auf der Bildentwicklungsrollenoberfläche gebildet wird. Bei solch einer Entwicklungsvorrichtung wird elektrisch geladener, einkomponentiger Entwickler, der durch das Anordnungselement so angeordnet wird, dass er eine dünne Schicht des Entwicklers auf der Bildentwicklungsrollenoberfläche bildet, durch die Bildentwicklungsrolle auf den Latentbildträger übertragen, wodurch mit dem dünnschichtigen einkomponentigen Entwickler ein elektrostatisches Latentbild auf dem Latentbildträger entwickelt wird.
In dieser Beziehung wird eine aus Aluminium oder Eisen bestehende metallene Rolle als Bildentwicklungsrolle verwendet. Insbesondere wird üblicherweise eine Aluminiumrolle verwendet, wegen ihrer hervorragenden Bearbeitbarkeit und ihrer niedrigen Kosten.
Die für eine Bildentwicklungsrolle einer Entwicklungsvorrichtung benötigten Funktionen sind: (1) Eigenschaft zum Übertragen von Entwickler, (2) Eigenschaft zum Laden von Entwickler, und (3) Eigenschaft zum Verhindern der Entladung der Entwicklungsspannung.
Um die Eigenschaften zum Übertragen und Laden des Entwicklers zu verbessern, wird in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. H6-46331 eine Trägerrolle (d. h. eine Bildentwicklungsrolle) vorgeschlagen, bei der eine metallene Rolle einer Sandstrahlbehandlung unterzogen wird, so dass der Rollenoberfläche eine raue Oberflächenstruktur verliehen wird, wobei die Rollenoberfläche dann mit Metall, wie zum Beispiel Nickel, beschichtet wird. Gemäß der in der Veröffentlichung offenbarten Trägerrolle, vergrößert die auf der Trägerrolle ausgebildete raue Oberflächenstruktur mechanisch die Entwicklerübertragungseigenschaft der Rolle, während auch die Entwicklerladungseigenschaft der Rolle wegen der vergrößerten Kontaktfläche für den Entwickler verbessert wird. Durch das Metallbeschichten der rauen Oberfläche der metallenen Rolle wird der Abnutzungswiderstand der Rolle verbessert.
Um die Entladung der Entwicklungsspannung zu verhindern, wurde eine Rolle vorgeschlagen, die einen spezifischen Widerstand aufweist, der auf einen vorgegebenen Wert festgelegt ist. Zum Beispiel wird in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. H2-26226 ein Träger für einen nichtmagnetischen einkomponentigen Toner (das heißt eine Bildentwicklungsrolle) vorgeschlagen, der einen zylindrischen steifen Körper umfasst, der aus einem Harz besteht, in dem leitendes Puder mit einem spezifischen Widerstandswert in einen Bereich von 10⁴ bis 10¹² W cm verteilt ist, wobei der zylindrische steife Körper eine auf einer inneren Oberfläche davon ausgebildete leitende Schicht oder eine auf der inneren Oberfläche davon ausgebildete leitende Farbbeschichtung mit einem spezifischen Widerstandswert, der 10⁷ W cm nicht übersteigt, aufweist. Ferner wird in dem japanischen Patent Nr. 2705090 ein Träger für einen nichtmagnetischen einkomponentigen Toner (das heißt eine Bildentwicklungsrolle) vorgeschlagen, der eine auf seiner Oberfläche ausgebildete halbleitende Schicht umfasst, wobei die Schicht aus Keramik, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, ausgebildet ist und einen spezifischen Widerstandswert in einem Bereich von 10⁴ bis 10¹² W cm und eine Dicke von 100 bis 1000 mm aufweist. Durch Verwenden der in den oben erwähnten Veröffentlichungen offenbarten Träger für nichtmagnetischen einkomponentigen Toner kann das Entladen der Entwicklungsspannung effektiv verhindert werden, um das Auftreten von Bilddefekten zu verhindern, infolge der Tatsache, dass zumindest die Rollenoberfläche einen vorgegebenen spezifischen Widerstandswert aufweist.
Indessen ist es, wie in der oben beschriebenen japanischen Patentveröffentlichung Nr. H2-26226 und dem oben beschriebenen japanischen Patent Nr. 2705090 offenbart, übliche Praxis, eine mit einer Wechselstromspannung überlagerte Gleichstromspannung als eine Entwicklungsspannung in einer Entwicklungsvorrichtung zu verwenden, um eine Hintergrundtönung zu verhindern, einen hinreichenden Randeffekt zu erhalten und die Gradation zu verbessern.
Jedoch ist bei der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. H6-46331 offenbarten Trägerrolle eine Metallbeschichtung auf der Rollenoberfläche, die durch Sandstrahlbehandlung aufgeraut wurde, angebracht. Die Metallbeschichtung bewirkt ein Verwischen der klaren Morphologie (Struktur) der durch Sandstrahlbehandlung ausgebildeten Rollenoberfläche auf solch eine Weise, dass scharfe Kanten, welche die angrenzenden Aussparungen abgrenzen, durch überlagertes Beschichtungsmaterial abgerundet werden. Deshalb besteht ein Problem darin, dass der Effekt der durch Sandstrahlbehandlung gebildeten rauen Oberflächenstruktur, die Übertragungseigenschaft und die Ladungseigenschaft der Rolle zu verbessern, wegen des Verwischens der klaren Oberflächenstruktur durch die anschließende Metallbeschichtung nicht voll und zuverlässig erreicht werden kann, obwohl die Metallbeschichtung den Abnutzungswiderstand der Rollenoberfläche vergrößert.
Ferner weist die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. H2-26226 offenbarte Trägerrolle, die aus einem Harz mit darin verteiltem leitendem Puder ausgebildet ist, ein Problem dahingehend auf, dass sie eine Fleckung in dem entwickelten Bild wegen einer möglichen ungleichmäßigen Verteilung des in dem Harz verteilten leitenden Puders, die zu einem ungleichmäßigen spezifischen Widerstandswert über die Rollenoberfläche führt, hervorbringen kann.
Außerdem weist die Tonerträgerrolle mit einer keramischen halbleitenden Schicht mit einer Dicke von 100 bis 1000 mm ein Problem hinsichtlich Schwierigkeit der Herstellung und Kosten auf, da die halbleitende Schicht durch Sprühen von durch Bogenentladung geschmolzenem keramischem Material auf das Tonerträgersubstrat gebildet wird.
Es ist denkbar, die in den vorangehenden Veröffentlichungen beschriebenen technischen Elemente zu kombinieren, so dass die Rolle zuverlässig mit den vorangehenden drei Funktionen versehen werden kann. Jedoch können solche Kombinationen der in den Veröffentlichungen beschriebenen technischen Elemente, um der Rolle die vorangehenden drei Funktionen zu verleihen, folgende Probleme zur Folge haben.
Eine Kombination der Methoden der japanischen Patentveröffentlichungen Nr. H6-46331 und Nr. H2-26226 bedeutet nämlich, dass die Trägerrolle nicht metallen ist, sondern aus Harz mit darin verteiltem leitendem Puder ausgebildet ist. Es besteht das Problem, dass solch eine Trägerrolle schwer mit Sandstrahlen abzublasen ist, um, wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. H6-46331 beschrieben, eine raue Oberfläche auszubilden, und es ist auch schwierig, ihren Abnutzungswiderstand durch irgendeine Behandlung zu verbessern. Daher ist die Kombination der Methoden der japanischen Patentveröffentlichungen Nr. H6-46331 und Nr. H2-26226 auf solch eine Weise, dass die Bildentwicklungsrolle die vorangehenden drei Funktionen zuverlässig ausführen kann, extrem schwierig.
Eine Kombination der japanischen Patentveröffentlichung Nr. H6-46331 und des japanischen Patents Nr. 2705090 bedeutet, dass eine Schicht aus durch Bogenentladung geschmolzenem, keramischem halbleitendem Material gemäß dem japanischen Patent Nr. 2705090 auf einer gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Nr. H6-46331 ausgebildeten rauen Oberfläche gebildet wird. Dies wird auf eine solche Weise zu einer verwischten Oberflächenstruktur führen, dass scharfe Kanten, die angrenzende Aussparungen abgrenzen, durch überlagertes Material abgerundet werden, wie es bei der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. H6-46331 beschriebenen Metallbeschichtung der rauen Oberfläche der Fall ist. Daher ist die Kombination der Methoden der japanischen Patentveröffentlichungen Nr. H6-46331 und Nr. 2705090 auf solch eine Weise, dass die Bildentwicklungsrolle die vorangehenden drei Funktionen zuverlässig ausführen kann, extrem schwierig.
Ferner verwenden die in den oben beschriebenen Veröffentlichungen beschriebenen Entwicklungsvorrichtungen ein kontaktfreies Entwicklungssystem, das, so wie es ist, nicht auf das Kontaktentwicklungssystem angewendet werden kann, bei dem eine Bildentwicklungsrolle in direktem Kontakt mit einem Latentbildträger ist.
Außerdem ist bei allen in den oben beschriebenen drei Veröffentlichungen beschriebenen Entwicklungsvorrichtungen ein Anordnungselement zum Ausbilden einer dünnen Tonerschicht mit einer Bildentwicklungsrolle in Kontakt. Diese Art von Entwicklungsvorrichtung weist ein Problem dahingehend auf, dass ein Teil des Toners, der wegen der Anordnung durch das Anordnungselement nicht auf den Latentbildträger übertragen wird, an der Bildentwicklungsrollenoberfläche haftet, was zu dem Auftreten einer Filmbildung führt.
Die US-A-5 387 963 zeigt eine Entwicklungsvorrichtung, die eine Bildentwicklungsrolle zum Tragen eines Entwicklers umfasst, wobei die Bildentwicklungsrolle aus einer metallenen Rolle besteht, die eine durch Sandstrahlbehandlung ausgebildete raue Oberflächenstruktur aufweist. Ein Anodisierungsprozess kann auf die Oberfläche angewandt werden. Siliziumdioxid wird als ein Zusatz in dem Entwickler verwendet. Ähnliche Entwicklungsvorrichtungen sind aus der US-A-5 473 416 und der US-A-5 887 233 bekannt. Entwickler, die Zusätze mit sehr kleinen Partikelgrößen verwenden, sind aus der US-A-5 659 858 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Probleme erreicht und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Entwicklungsvorrichtung zu bieten, die eine Bildentwicklungsrolle aufweist, die geeignet ist, zuverlässiger die oben beschriebenen drei Funktionen des Übertragens des Entwicklers, des Ladens des Entwicklers und der Verhinderung des Entladens der Entwicklungsspannung auszuführen, und außerdem eine Entwicklungsvorrichtung zu bieten, deren Bildentwicklungsrolle leicht bei geringen Kosten hergestellt werden kann.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Entwicklungsvorrichtung zu bieten, die eine Bildentwicklungsrolle aufweist, welche die Filmbildung verhindern kann und die leicht bei geringen Kosten hergestellt werden kann.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Entwicklungsvorrichtung zu bieten, bei der die vorangehenden Probleme durch Anodisieren einer Bildentwicklungsrolle gelöst werden können, während eine spezielle Behandlung zum Abdichten von winzigen, beim Anodisieren der Bildentwicklungsrolle ausgebildeten Löcher weggelassen oder ermöglicht wird.
Um diese Ziele zu erreichen, bietet die vorliegende Erfindung eine Entwicklungsvorrichtung gemäß Anspruch 1. Weitere bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen geboten.
Bei der Entwicklungsvorrichtung, die den zuvor erwähnten Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, weist zumindest ein Entwickler tragender Bereich der Oberfläche der metallenen Rolle, welche die Bildentwicklungsrolle bildet, eine durch die Sandstrahlbehandlung gebildete klare Oberflächenstruktur auf, bei der scharfe Kanten angrenzende Aussparungen abgrenzen. Dieser aufgeraute Bereich der Oberfläche der metallenen Rolle wird anschließend dem Anodisieren unterzogen, wobei eine Oxidationsschicht auf der aufgerauten Oberfläche ausgebildet wird. In dieser Hinsicht erfolgt der größte Teil der Elektrolysereaktion in das Material der metallenen Rolle eindringend, so dass die Dicke der an der Oberfläche ausgebildeten Oxidationsschicht sehr gering ist. Deshalb beeinflusst die Bildung der Oxidationsschicht an der Oberfläche der metallenen Rolle kaum die Oberflächenstruktur, so dass die in der Sandstrahlbehandlung ausgebildete raue Oberflächenstruktur größtenteils nach dem Anodisieren erhalten bleibt. Deshalb können die die angrenzenden Aussparungen abgrenzenden Kanten klar ausgebildet werden und die Rolle kann wegen des Randeffekts der aufgerauten Oberfläche zuverlässig die Entwicklerübertragungseigenschaft bieten.
Das Erhalten der scharfen Kanten in der durch die Sandstrahlbehandlung gebildeten Oberflächenstruktur vergrößert außerdem den Kontaktbereich zwischen der Bildentwicklungsrolle und Entwicklerpartikeln. Dadurch wird die Reibung zwischen der Bildentwicklungsrollenoberfläche und Entwicklerpartikeln ausreichend gefördert, so dass die Entwicklerpartikel effektiv reibungsgeladen werden. Daher kann die Entwicklerladungseigenschaft der Bildentwicklungsrolle verbessert werden. Insbesondere hat bei einer Entwicklungsvorrichtung, die ein kontaktfreies Entwicklungssystem verwendet, bei dem die Bildentwicklungsrolle nicht mit dem Latentbildträger in Kontakt ist, die Verbesserung der Entwicklerübertragungseigenschaft und der Entwicklerladungseigenschaft eine Reduzierung der Tonerstreuung zur Folge.
Zusätzlich verhärtet die durch Anodisieren gebildete Oxidationsschicht die Oberfläche der Bildentwicklungsrolle, wodurch sowohl Abnutzungswiderstand als auch mechanische Festigkeit der Bildentwicklungsrolle verbessert werden. In dieser Hinsicht kann die Härte der Bildentwicklungsrollenoberfläche weiter vergrößert werden, indem die Behandlung langsam in einer Elektrolyselösung durchgeführt wird, die bei einer relativ niedrigen Temperatur gehalten wird.
Diese Oxidationsschicht weist eine zelluläre Struktur auf, die aus einer dicken porösen Schicht mit vielen winzigen Löchern und einer dichten und sehr dünnen aktiven Schicht besteht. In dieser Hinsicht weist die aktive Schicht einen gewissen elektrischen Widerstand auf, so dass eine metallene Rolle, die einen relativ niedrigen elektrischen Widerstand aufweist, wegen der durch Anodisieren an der Rollenoberfläche ausgebildeten Widerstandsschicht einen vorgegebenen elektrischen Widerstand aufweist. Ein gleichmäßiger elektrischer Widerstand kann über den anodisierten Teil der Oberfläche der metallenen Rolle erreicht werden, da das Anodisieren gleichmäßig über die behandelte Oberfläche der metallenen Rolle auftritt. Daher kann eine Bildentwicklungsrolle aus einer metallenen Rolle, die einen gleichmäßigen elektrischen Widerstand eines vorgegebenen Werts aufweist, leicht bei geringen Kosten gebildet werden, wobei kein spezielles elektrisches Widerstandsmaterial für die Herstellung der Bildentwicklungsrolle benötigt wird.
Die Bildentwicklungsrolle, die einen gleichmäßigen elektrischen Widerstand eines vorgegebenen Werts aufweist, kann die Injektion von überschüssiger Ladung von der Entwicklungsspannung zu dem Entwickler verhindern. Dieser Effekt ist bei einer Entwicklungsvorrichtung, die ein Kontaktentwicklungssystem verwendet, besonders wichtig, bei dem ein großer Druck, der durch zwischen einem Latentbildträger und einer Bildentwicklungsrolle eingeklemmte Entwicklerpartikel ausgeübt wird, die Injektion von überschüssiger Ladung zu dem Entwickler fördert.
Ferner wird durch Wahl der Härte der Oberfläche der metallenen Rolle, so dass diese geringer als die Härte von äußerlichen Zusätzen des Toners gemäß der vorliegenden Erfindung ist, ein Effekt erreicht, dass die raue Oberfläche der Bildentwicklungsrolle nach und nach durch die Abnutzung durch die äußerlichen Zusätze des Toners zerkratzt oder gebrochen wird, wobei der Effekt das Haften von Toner auf der Bildentwicklungsrollenoberfläche unterdrückt, wodurch das Auftreten einer Filmbildung effektiv verhindert wird. Dieser Effekt ist bei einer Entwicklungsvorrichtung, die ein Kontaktentwicklungssystem verwendet, besonders wichtig, bei dem ein Anordnungselement in Kontakt mit einer Bildentwicklungsrolle ist und der Toner dazu neigt, an der Stelle zu haften, wo das Anordnungselement die Bildentwicklungsrollenoberfläche berührt. Dieses allmähliche Brechen oder Verkratzen der rauen Oberfläche der Bildentwicklungsrolle durch äußerliche Zusätze des Toners erfolgt jedoch so allmählich, dass der Abnutzungswiderstand der Bildentwicklungsrolle erhalten wird, wodurch eine gleichmäßige Tonerübertragung und eine angemessene Tonerladung garantiert wird.
Zusätzlich führt ein allmähliches Brechen der Kanten in der rauen Oberflächenstruktur der Bildentwicklungsrolle zur Bildung von neuen Kanten in der Oberflächenstruktur.
Die Oxidationsschicht auf einer mit Anodisieren behandelten Rollenoberfläche weist viele winzige Löcher auf, die nicht nur Fremdmaterialien anziehen, sondern auch die Rollenoberfläche anfällig für Korrosion machen, woraus sich ein verschlechterter Entwicklungseffekt ergibt. Deshalb wird eine Abdichtungsbehandlung benötigt, um die Löcher zu deaktivieren, um die Stabilität der Rollenoberfläche gegenüber der Umgebung zu verbessern. Andererseits besteht ein in der vorliegenden Erfindung verwendeter nichtmagnetischer einkomponentiger Toner aus Tonermutterpartikeln und äußerlichen Zusätzen, die an ersteren haften. In dieser Hinsicht sind nicht die gesamten äußerlichen Zusätze an den Mutterpartikeln angebracht, sondern ein Teil davon existiert von den Mutterpartikeln freigesetzt. Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Partikeldurchmesser von äußerlichen Zusätzen so reguliert sind, dass sie kleiner als die Durchmesser der winzigen Löcher sind, können die äußerlichen Zusätze in den winzigen Löchern eingebettet werden, während Toner getragen und auf die Bildentwicklungsrollenoberfläche übertragen wird, wodurch die vielen winzigen Löcher mit äußerlichen Zusätzen abgedichtet werden. Auf diese Weise kann das Abdichten der winzigen Löcher automatisch durch die freigesetzten äußerlichen Zusätze des Toners während der Tonerübertragung erreicht werden.
Deshalb wird eine spezielle Behandlung zum Abdichten der vielen winzigen Löcher nicht benötigt, oder sogar wenn die spezielle Abdichtungsbehandlung benötigt wird, kann die Behandlung wegen der Hilfe des Abdichtungseffekts der freigesetzten äußerlichen Zusätze 3b vereinfacht werden. Insbesondere werden durch Setzen der Freisetzungsrate der äußerlichen Zusätze auf 2% oder mehr viele winzige Löcher effektiv mit freigesetzten äußerlichen Zusätzen abgedichtet, während gleichzeitig das Auftreten einer Filmbildung wegen des Dazwischentretens von freigesetzten äußerlichen Zusätzen zwischen die Tonerpartikel und die Bildentwicklungsrollenoberfläche oder die Latentbildträgeroberfläche unterdrückt wird.
Ferner können sich durch Setzen der Sphärizität der Entwicklerpartikel auf einen Bereich von 0,9–1 in Wadell's praktischer Sphärizität ausgedrückt gemäß der vorliegenden Erfindung die Entwicklerpartikel freier drehen und freier gleiten, wodurch ein effektives Wiederaufladen der Entwicklerpartikel garantiert wird. Demzufolge können Entwicklerpartikel, die in dem Nicht-Bild-Abschnitt des Latentbildträgers vorhanden sind, zuverlässiger eingeholt werden, während eine Streuung des Bilds in dem Bildabschnitt des Latentbildträgers verhindert wird, wodurch eine Sichtbarmachung eines hoch auflösenden Bilds auf dem Latentbildträger mit hoher Wiedergabetreue garantiert wird.
Ferner können durch Regulieren der Umfangsgeschwindigkeit der Bildentwicklungsrolle, so dass diese höher als die Umfangsgeschwindigkeit des Latentbildträgers gemäß der vorliegenden Erfindung ist, Entwicklerpartikel effektiv durch die drehenden und gleitenden Bewegungen der Entwicklerpartikel, die durch die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Bildentwicklungsrolle und dem Latentbildträger in dem Kontaktbereich der zwei Rollen bewirkt werden, wieder aufgeladen werden. Auf diese Weise kann der Ladungsgrad von fehlerhaft geladenen Entwicklerpartikeln vergrößert werden. Demzufolge können Entwicklerpartikel, die in dem Nicht-Bild-Abschnitt des Latentbildträgers vorhanden sind, zuverlässiger eingeholt werden und die Entwicklerpartikel in dem Bildabschnitt des Latentbildträgers können an den richtigen Stellen haften, wodurch eine so genannte Streuung des Bilds verhindert wird, die durch eine Abweichung der Haftstellen von Tonerpartikeln bewirkt wird.
Daher kann bei einer Entwicklungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bildentwicklungsrolle die vorangehenden drei Funktionen zuverlässiger ausführen. Demzufolge kann eine Entwicklungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hochqualitative Bilder ohne Bilddefekte, wie zum Beispiel Fleckung, über eine lange Dauer bieten.
Noch weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung teils ersichtlich und teils offenkundig sein.
Die Erfindung wird in der nachfolgend dargelegten Ausführung beispielhaft erläutert werden, wobei der Umfang der Erfindung durch die angefügten Ansprüche gegeben ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine mikroskopische vergrößerte Ansicht der durch Sandstrahlbehandlung gebildeten Oberflächenstruktur einer Bildentwicklungsrolle;
3 ist eine mikroskopische vergrößerte Ansicht der Oberflächenstruktur einer Bildentwicklungsrolle nach Aluminiumanodisierung;
4 ist ein Diagramm einer an eine Bildentwicklungsrolle anzulegenden Entwicklungsspannung, die mit Wechselstromspannung überlagert ist;
5 ist eine Veranschaulichung einer Struktur einer durch Aluminiumanodisieren gebildeten Oxidationsschicht;
6 ist eine Veranschaulichung eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten nichtmagnetischen einkomponentigen Tonerpartikels;
7 ist eine Veranschaulichung eines Tonermutterpartikels und äußerlicher Zusätze, wie in 6 gezeigt;
8(a) und 8(b) sind Veranschaulichungen zur Erklärung eines Beispiels eines konventionellen Toneranalyseverfahrens, das bei der Analyse des Haftzustands zwischen Mutterpartikeln und äußerlichen Zusätzen des Toners verwendet wird;
9 ist eine Veranschaulichung von äquivalenten Partikeln und äquivalenten Partikelgrößen, die in dem in 8 gezeigten Analyseverfahren verwendet werden; und
10 ist ein Graph, der ein mit dem in 8 gezeigten Toneranalyseverfahren erhaltenes Analyseergebnis zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Entwicklungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform einen Fotorezeptor 2, der ein Latentbildträger ist, auf dem ein elektrostatisches Latentbild gebildet wird, eine Bildentwicklungsrolle 4, die Toner 3 als einen Entwickler trägt und denselben auf den Fotorezeptor 2 überträgt, eine Tonerzuführrolle 5, die Toner 3 zu der Bildentwicklungsrolle 4 zuführt, und ein Anordnungselement 6, das den von der Tonerzuführrolle 5 zugeführten und durch die Bildentwicklungsrolle 4 übertragenen Toner 3 anordnet. Diese Entwicklungsvorrichtung 1 stellt ein Kontaktentwicklungssystem dar, bei dem die Bildentwicklungsrolle 4 mit dem Fotorezeptor 2 in Kontakt ist, wobei eine Umfangsgeschwindigkeit der Bildentwicklungsrolle 4 so reguliert ist, dass sie höher als eine Umfangsgeschwindigkeit des Fotorezeptors 2 ist (Umfangsgeschwindigkeitsverhältnis = Umfangsgeschwindigkeit der Bildentwicklungsrolle/Umfangsgeschwindigkeit des Fotorezeptors > 1). Die Tonerzuführrolle 5, die eine leitende oder nichtleitende elastische Oberfläche aufweist, ist mit der Bildentwicklungsrolle 4 in Kontakt, die bei einem vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeitsverhältnis drehend angetrieben wird, während das Anordnungselement 6 ständig gegen die Bildentwicklungsrolle 4 gedrückt wird.
Die Bildentwicklungsrolle 4 besteht aus einer metallenen Rolle aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Zumindest ein Toner 3 tragender Bereich (Tonerübertragungsbereich) der Oberfläche der metallenen Rolle wird mit einer Sandstrahlbehandlung behandelt, wodurch eine raue Oberflächenstruktur ausgebildet wird. Diese raue Oberflächenstruktur besteht aus klaren Kanten (Rändern) 4b, die angrenzende Aussparungen 4a abgrenzen, wie in 2 gezeigt.
Ferner wird zumindest der mit Sandstrahlen abgeblasene Bereich der Oberfläche der metallenen Rolle durch Aluminiumanodisierung behandelt. Während dieser Aluminiumanodisierung dringt die Elektrolysereaktion in das Material der metallenen Rolle ein, wodurch eine relativ dünne Oxidationssicht auf der Oberfläche der metallenen Rolle gebildet wird.
Eine Beschreibung hinsichtlich der Bildung der Oxidationsschicht auf der Oberfläche der metallenen Rolle wird nun durch konkrete Beispiele gegeben.
Als das Material der metallenen Rolle für die Bildentwicklungsrolle 4 wird Aluminium oder eine Aluminiumlegierung bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Al-Mg-basierende Aluminiumlegierungen, deren am meisten bevorzugte Beispiele Legierungen Nr. 5005 und Nr. 5052 sind. Die Al-Mg-basierenden Aluminiumlegierungen weisen einen höheren Abnutzungswiderstand verglichen mit den anderen Legierungen auf und können die Oberflächenstruktur der Bildentwicklungsrolle 4 für eine längere Dauer aufrecht erhalten, während die Ladungseigenschaft für Toner 3 wegen des Einflusses von Mg verbessert wird.
Andere bevorzugte Aluminiumlegierungen zur Verwendung für die metallene Rolle sind Al-Mn-Si-basierende Legierungen, deren am meisten bevorzugte Legierungen Nr. 6061 und Nr. 6063 sind. Diese Al-Mn-Si-basierenden Legierungen weisen auch einen höheren Abnutzungswiderstand als andere Legierungen auf und können die Oberflächenstruktur der Bildentwicklungsrolle 4 für eine längere Dauer aufrecht erhalten.
Bei der Sandstrahlbehandlung werden die Oberflächenrauheit und die Oberflächenstruktur nach der Sandstrahlbehandlung auf eine solche Weise bestimmt, dass eine gleichmäßige Tonerschicht und eine gewünschte Tonerladung erhalten werden. Kontrollfaktoren für die Oberflächenrauheit und die Oberflächenstruktur nach der Sandstrahlbehandlung sind Art, Größenzahl und Form der Abtragungskörner. Als Abtragungskörner können keramische Körner verwendet werden. Unter keramischen Körnern sind besonders bevorzugt:
Art: Aluminiumoxid, Größenzahl: #10–#10000, Form: unregelmäßig;
Art: Siliziumkarbid, Größenzahl: #10–#8000, Form: unregelmäßig; und
Art: Zirkonoxid, Größenzahl: #8–#300, Form: sphärisch mit hoher Sphärizität.
Andere in der Sandstrahlbehandlung verwendete bevorzugte Abtragungskörner sind Glaskörner. Unter Glaskörnern ist besonders bevorzugt:
Art: Natronkalkglas, Größenzahl: #10–#1200, Form: sphärisch.
Weitere in der Sandstrahlbehandlung verwendete bevorzugte Abtragungskörner sind metallene Körner. Unter metallenen Körnern ist besonders bevorzugt:
Art: reduziertes Eisen, Größenzahl: #16–#150, Form: unregelmäßig.
Die Bestrahlungsbedingungen der Abtragungskörner, wie zum Beispiel der Düsendurchmesser, die Entfernung zwischen der Düse und dem Werkstück, der Luftdruck, die Drehung des Werkstücks und die Bestrahlungszeit werden abhängig von der Art der Abtragungskörner auf eine solche Weise bestimmt, dass die Ausbildung einer gleichmäßigen Tonerschicht (das heißt eine gleichmäßige Tonerübertragung) und eine gewünschte Tonerladung erhalten werden.
Beispiele für geeignete Bedingungen sind:
Kornart (Größenzahl): Glaskügelchen (#300–#800);
Düsendurchmesser: f6–f10;
Luftdruck: 150–250 pKa;
Drehung des Werkstücks: 10–30 rpm; und
Bestrahlungszeit: 20–60 Sekunden.
Als Anodisierungsbedingungen sind die folgenden Bedingungen geeignet, wenn die oben beschriebenen Legierungen verwendet werden:
Elektrolyselösung:
Oxalsäure (COOH)₂-2H₂O;
Schwefelsäure H₂SO₄; und
Elektrolysetemperatur: 20°C oder weniger, vorzugsweise 5°C oder weniger.
Unter solchen Anodisierungsbedingungen können eine erhöhte Vickers-Härte und ein verbesserter Abnutzungswiderstand erreicht werden.
Zusätzlich wird die metallene Rolle einer anschließenden Behandlung unterzogen, die nicht als Abdichtungsbehandlung betrachtet wird, bei der die Oxidationsschicht durch Behandlung in einer Elektrolyselösung, die Metallsalz enthält, metallisiert wird. Beispiele einer geeigneten anschließenden Behandlung sind:
Eine Wechselstromelektrolyse in einer Elektrolyselösung, die ein Metallsalz von Nickel (oder Kupfer, Kobalt, Selen, Zinn oder dergleichen) enthält, bei der zum Beispiel eine durch Anodisierung in Schwefelsäure gebildete Oxidationsschicht einer Elektrolyse in einer Elektrolyselösung, die Nickelsulfat + Ammoniumsulfat + Borsäure enthält, mit einem Wechselstrom von 10 A–30 A/m² unterzogen wird; oder
eine Gleichstromelektrolyse in einer Elektrolyselösung, die ein Metallsalz von Nickel oder dergleichen enthält, bei der zum Beispiel eine durch Anodisierung in Schwefelsäure gebildete Oxidationsschicht einer Elektrolyse in einer Elektrolyselösung, die Nickelsulfat + Borsäure enthält oder in einer anderen Elektrolyselösung mit einem Gleichstrom unterzogen wird.
Durch Anwenden dieser anschließenden Behandlung wird die Tonerladungsleistung wegen des Einflusses des Nickels verbessert, was zu einer Verminderung der Hintergrundtönung und der Tonerstreuung führt.
Als Abdichtungsbehandlung wird eine Nickelazetatbehandlung bevorzugt. Ein geeignetes Beispiel der Nickelazetat-Abdichtungsbehandlung ist wie folgt:
Eine metallene Rolle wird in einer Lösung, die 5–5,8 g/l Nickelazetat, 1 g/l Kobaltazetat und 8–84 g/l Borsäure mit einem pH-Wert von 5–6 enthält, bei einer Temperatur von 70–90°C für eine Dauer von 15 bis 20 Minuten behandelt. Durch Anwenden dieser Nickelazetat-Abdichtungsbehandlung wird die Tonerladungsleistung wegen des Einflusses des Nickels verbessert, was zu einer Verminderung der Hintergrundtönung und der Tonerstreuung führt.
Beispiele
Beispiele von praktisch ausgeführten Behandlungen sind wie folgt:

(1) Eine Sandstrahlbehandlung wurde unter Verwendung von Aluminiumoxid #400 als Abtragungskörner und mit solchen Bestrahlungsbedingungen wie Rz = 4 um durchgeführt, gefolgt von Aluminiumanodisierung. Die erhaltene Rollenoberfläche zeigte eine gleichmäßige Tonerübertragungseigenschaft und eine gute Tonerladungseigenschaft, wobei die Tonerübertragungsfunktion während einer Lebensdauer der Rolle aufrecht erhalten wurde. Zusätzlich wurde eine leichte Färbung der Bildentwicklungsrolle beobachtet, aber deren Grad war so, dass sie kein Problem für die Bildqualität darstellte.
(2) Eine Sandstrahlbehandlung wurde unter Verwendung von Natronkalkglas #800 als Abtragungskörner und mit solchen Bestrahlungsbedingungen wie Rz = 3 um durchgeführt, gefolgt von Aluminiumanodisierung. Die erhaltene Rollenoberfläche zeigte eine gleichmäßige Tonerübertragungseigenschaft und eine gute Tonerladungseigenschaft, wobei die Tonerübertragungsfunktion während einer Lebensdauer der Rolle aufrecht erhalten wurde. Zusätzlich wurde keine Färbung der Bildentwicklungsrolle beobachtet.
(3) Eine Sandstrahlbehandlung wurde unter Verwendung von Zirkonoxid #300 als Abtragungskörner und mit solchen Bestrahlungsbedingungen wie Rz = 6 um durchgeführt, gefolgt von Aluminiumanodisierung. Als Ergebnis wurde eine regelmäßige bestrahlte Oberfläche mit einer sphärischen Morphologie (Struktur) erhalten, die eine extrem regelmäßige Tonerübertragungseigenschaft und eine gute Toneraufladungseigenschaft zeigte, wobei die Tonerübertragungsfunktion während einer Lebensdauer der Rolle aufrecht erhalten wurde. Zusätzlich wurde keine Färbung der Bildentwicklungsrolle beobachtet.

Nun weist die Oxidationsschicht 9 eine als Keller's Modell bekannte Zellstruktur auf, die aus einer dicken porösen Schicht 9, die viele winzige Löcher 9a₁ aufweist, und einer dichten und sehr dünnen aktiven Schicht 9b besteht, wie in 5 gezeigt. Die winzigen Löcher 9a₁ weisen eine annähernd zylindrische Form mit einem Durchmesser von ungefähr 30 nm auf. Die Oxidationsschicht 9 als Ganzes weist einen vorgegebenen elektrischen Widerstand wegen der aktiven Schicht 9b mit elektrischem Widerstand auf. Daher bildet Aluminiumanodisierung eine elektrische Widerstandsschicht in dem Oberflächenbereich einer metallenen Rolle aus, die einen relativ niedrigen elektrischen Widerstand aufweist.
Zusätzlich weist die Oxidationsschicht 9 eine vorgegebene Härte auf, die der Oberfläche der metallenen Rolle eine vorgegebene Härte verleiht. In dieser Hinsicht kann die Härte der Oberfläche der Bildentwicklungsrolle 4 weiter durch langsames Durchführen der Behandlung in einer Elektrolyselösung, die bei einer relativ niedrigen Temperatur gehalten wird, vergrößert werden.
Ferner ist, wie zuvor beschrieben, die durch Aluminiumanodisierung auf der Rollenoberfläche gebildete Oxidationsschicht 9 so dünn, dass die Oxidationsschicht 9 kaum die vorher durch die Sandstrahlbehandlung gebildete Oberflächenstruktur beeinflusst. Daher wird, wie in 3 gezeigt, die durch die Sandstrahlbehandlung gebildete raue Oberflächenstruktur größtenteils in der Oberflächenstruktur der metallenen Rolle nach der Aluminiumanodisierung bewahrt.
Zusätzlich wird, wie in 1 gezeigt, eine Entwicklungsspannung an die Bildentwicklungsrolle 4 der Entwicklungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform angelegt, genau wie in konventionellen Entwicklungsvorrichtungen. In dieser Hinsicht wird eine Entwicklungsspannung, die aus einer Gleichstromspannung von einer Gleichstromquelle 7, die mit einer Wechselstromspannung von einer Wechselstromquelle 8 überlagert wird, besteht, an die Entwicklungsrolle 4 der Bildentwicklungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform angelegt. Wie in 4 gezeigt, ist, wenn das Potential an dem Bildabschnitt des Fotorezeptors 2 auf V_on (in dem gezeigten Beispiel, auf Erdlevel, ist das 0 V) gesetzt wird und das Potential an dem Nicht-Bild-Abschnitt des Fotorezeptors 2 auf V_o (in dem gezeigten Beispiel eine negative Spannung) gesetzt wird, das Entwicklungsspannungspotential V_d der Entwicklungsrolle 4 so festgelegt, dass sein maximaler Wert V_dmax gleich groß wie das Bildabschnittspotential V_on ist, während sein minimaler Wert V_dmin so festgelegt ist, dass er höher als das Nicht-Bild-Abschnittspotential V_o ist. Daher ist die Entwicklungsspannung V_d auf einen vorgegebenen Wert festgelegt, der näher an dem Bildabschnittspotential V_on mit Bezug auf das Nicht-Bild-Abschnittspotential V_o ist und nicht auf der entgegengesetzten Seite des Bildabschnittspotentials V_on mit Bezug auf das Nicht-Bild-Abschnittspotential V_o ist. Auf diese Weise werden Partikel von Toner 3 auf der Bildentwicklungsrolle 4 effektiver daran gehindert, an dem Nicht-Bild-Abschnitt des Fotorezeptors 2 zu haften.
Wie in 6 gezeigt, ist der in der Entwicklungsvorrichtung dieser Ausführungsform verwendete Toner 3 als ein nichtmagnetischer einkomponentiger Toner ausgebildet, der Tonerpartikel 3c umfasst, die aus einem aus relativ weichem Polyesterharz bestehenden Mutterpartikel 3a und aus relativ hartem Siliziumdioxid bestehenden äußerlichen Zusätzen 3b, die an dem Mutterpartikel haften, bestehen. Wie in 7 gezeigt, beinhalten die äußerlichen Zusätze zwei Arten von Partikeln, große und kleine, wobei die größeren Partikel 3b₁ Durchmesser in einem Bereich von 30 bis 50 nm aufweisen, und die kleineren Partikel 3b₂ Durchmesser von einigen nm aufweisen. Daher sind die Durchmesser von kleineren Partikeln 3b₂ weit kleiner als die Durchmesser der vorangehenden winzigen Löcher 9a₁ in der Oxidationsschicht 9. Dementsprechend können die kleineren Partikel 3b₂ in den äußerlichen Zusätzen 3b leicht in die winzigen Löcher 9a₁ in der Oxidationsschicht 9 eindringen.
Solch ein nichtmagnetischer einkomponentiger Toner beinhaltet normalerweise freigesetzte äußerliche Zusätze 3b, die von den Mutterpartikeln getrennt sind. Gemäß der folgenden Erfindung wird eine Freisetzungsrate der äußerlichen Zusätze auf 2% oder mehr gesetzt. Hier wird die Freisetzungsrate der äußerlichen Zusätze (EA) durch die folgende Gleichung erhalten: EA Freisetzungsrate = (Menge der freigesetzten EA/Gesamtmenge der EA) × 100.
Um die Freisetzungsrate der äußerlichen Zusätze zu erhalten, ist es notwendig, durch eine Analyse des Haftzustands zwischen Tonermutterpartikeln 3a und äußerlichen Zusätzen 3b die Menge der freigesetzten Zusätze, die von den Mutterpartikeln 3a getrennt sind, zu wissen. Zu diesem Zweck sind einige Toneranalyseverfahren bekannt. In der Bilderzeugungsvorrichtung 1 in dieser Ausführungsform wird ein folgendes Verfahren unter Verwendung zum Beispiel eines Partikelanalysators verwendet.
Das Verfahren wird in einem Artikel "Eine neue Analysemethode für äußerliche Zusätze – Toneranalyse durch Partikelanalysator" der Autoren Toshiyuki Suzuki und Hisao Takahara, veröffentlicht in "Japan Hardcopy '97", gesponsert von der Electrophotography Society am 9.–11. Juli 1997, offenbart.
Bei diesem Toneranalyseverfahren werden Tonerpartikel, die aus Harz (C) bestehende Tonermutterpartikel und aus Siliziumdioxid (SiO₂) bestehende äußerliche Zusätze, die an der Oberfläche der Mutterpartikel haften, enthalten, in ein Plasma eingeführt, in dem Tonerpartikel angeregt werden, um ein Emissionsspektrum, wie in den 8(a) und 8(b) gezeigt, zu erzeugen, wodurch eine Elementaranalyse durchgeführt wird.
In 8 zeigt die horizontale Achse des Emissionsspektrums die Zeitachse an. Wenn ein Tonerpartikel, das aus einem harzigen Mutterpartikel (C) und äußerlichen Zusätzen (SiO₂), die an dem ersteren haften, besteht, in ein Plasma, wie in 8(a) gezeigt, eingeführt wird, emittieren sowohl das Mutterpartikel als auch die äußerlichen Zusätze Licht. In diesem Fall emittieren das Mutterpartikel (C) und die äußerlichen Zusätze zur selben Zeit Licht, da sie zur selben Zeit in das Plasma eingeführt werden. Wenn ein Mutterpartikel (C) und äußerliche Zusätze (SiO₂) zur selben Zeit Licht emittieren, werden sie als in einem synchronen Zustand befindlich bezeichnet. In anderen Worten bedeutet ein synchroner Zustand eines Mutterpartikels (C) und äußerlicher Zusätze (SiO₂) einen Zustand, in dem äußerliche Zusätze (SiO₂) an einem Mutterpartikel (C) haften.
Andererseits emittieren, wenn ein Mutterpartikel (C) ohne äußerliche Zusätze (SiO₂) und von einem Mutterpartikel (C) freigesetzte äußerliche Zusätze (SiO₂) in ein Plasma, wie in 8(b) gezeigt, eingeführt werden, sowohl das Mutterpartikel (C) als auch die äußerlichen Zusätze (SiO₂) Licht, genau so wie oben beschrieben. In diesem Fall emittieren das Mutterpartikel (C) und die äußerlichen Zusätze (SiO₂) jedoch Licht zu unterschiedlichen Zeiten, da das Mutterpartikel (C) und die äußerlichen Zusätze (SiO₂) zu unterschiedlichen Zeiten in das Plasma eingeführt werden (zum Beispiel emittiert das Mutterpartikel früher Licht und die äußerlichen Zusätze emittieren später Licht, wenn das Mutterpartikel vor den äußerlichen Zusätzen in das Plasma eingeführt wird).
Wenn ein Mutterpartikel (C) und äußerliche Zusätze (SiO₂) Licht zu gegenseitig unterschiedlichen Zeiten emittieren, werden sie als nicht in einem synchronen Zustand (oder in einem asynchronen Zustand) befindlich bezeichnet. In anderen Worten bedeutet ein asynchroner Zustand eines Mutterpartikels (C) und äußerlicher Zusätze (SiO₂) einen Zustand, in dem äußere Zusätze (SiO₂) nicht an einem Mutterpartikel (C) haften.
Die Höhe der Emissionssignale in 8(a) und 8(b) zeigt die Lichtintensitäten an, die nicht zu den Größen und den Formen der Partikel, sondern zu der Zahl der Atome der jeweiligen Elemente (C, SiO₂) proportional sind. Um die Partikelgrößen mit den Emissionsintensitäten auszudrücken, werden sphärische Partikel angenommen, die jeweils nur aus Mutterpartikeln (C) und äußerlichen Zusätzen (SiO₂) bestehen, deren Durchmesser jeweils die Durchmesser von Mutterpartikeln (C) und äußerlichen Zusätze (SiO₂) darstellen. Diese angenommenen sphärischen Partikel werden äquivalente Partikel genannt und ihre Partikelgrößen werden äquivalente Partikelgrößen genannt. Da die äußerlichen Zusätze zu klein sind, um einer nach dem anderen erfasst zu werden, wird eine aufsummierte Emissionsintensität in ein für die Analyse zu benutzendes äquivalentes Partikel umgewandelt.
Durch Auftragen der von den Emissionsspektren der Mutterpartikel und äußerlichen Zusätze erhaltenen äquivalenten Partikelgrößen der äquivalenten Partikel wird eine Äquivalentpartikelgrößenverteilung eines Toners, wie in 10 gezeigt, erhalten.
In 10 zeigt die horizontale Achse die äquivalenten Partikelgrößen von Mutterpartikeln (C) an und die vertikale Achse zeigt die äquivalenten Partikelgrößen von äußerlichen Zusätzen (SiO₂) an. Die auf der horizontalen Achse liegenden äquivalenten Partikel zeigen asynchrone Mutterpartikel (C) ohne an den ersteren haftende äußerliche Zusätze (SiO₂) an. In diesem Zusammenhang werden jene Mutterpartikel (C), die äußerliche Zusätze mit einem niedrigeren Konzentrationslevel als vorgegebenen aufweisen, als asynchrone Mutterpartikel (C) betrachtet und liegen auch auf der horizontalen Achse. Die auf der vertikalen Achse liegenden äquivalenten Partikel zeigen von Mutterpartikeln (C) freigesetzte asynchrone äußerliche Zusätze (SiO₂) an. Ferner zeigen die äquivalenten Partikel, die weder auf der horizontalen noch auf der vertikalen Achse liegen, Mutterpartikel (C) mit an den ersteren haftenden äußerlichen Zusätzen (SiO₂) an.
Auf diese Weise wird der Haftzustand von äußerlichen Zusätzen (SiO₂) an den Mutterpartikeln (C) analysiert. Es sollte erwähnt werden, dass jedwedes andere Analyseverfahren als das oben beschriebene Partikelanalysatorsystem für die Toneranalyse verwendet werden kann.
Ferner wird die Oberflächenhärte der Oberfläche der Bildentwicklungsrolle 4 so reguliert, dass sie niedriger als die Härte der äußerlichen Zusätze des Toners 3 ist. Spezieller wird die Oberflächenhärte der Bildentwicklungsrolle 4 relativ zu der Härte der äußerlichen Zusätze so reguliert, dass die raue Oberflächenstruktur der Bildentwicklungsrolle 4 zu einem gewissen Maß verkratzt wird, aber nicht übermäßig verkratzt wird.
Zusätzlich wird die Sphärizität der Tonerpartikel des Toners 3 in Wadell's praktischer Sphärizität ausgedrückt auf 0,9–1 gesetzt, was günstig für eine Sichtbarmachung eines hoch auflösenden Latentbilds auf dem Latentbildträger mit hoher Wiedergabetreue ist. Diese Wadell's praktische Sphärizität für Toner 3 ist ein Wert, der durch ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser eines Kreises, der eine Fläche aufweist, die äquivalent zu einer projizierten Bildfläche eines Tonerpartikels ist, und dem Durchmesser eines minimalen Kreises, der das projizierte Bild eines Tonerpartikels umschreibt, ausgedrückt wird.
Der Grund, weshalb die hohe Sphärizität der Tonerpartikel günstig für die Sichtbarmachung eines hoch auflösenden Latentbilds mit hoher Wiedergabetreue ist, ist in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. H9-311544 von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung offenbart und wird bezugnehmend auf die Veröffentlichung leicht verstanden werden. Zusammenfassend können die Tonerpartikel, indem man ihnen eine beinahe sphärische Form mit Wadell's praktischer Sphärizität von 0,9–1 gibt, leicht eine dicht gepackte Ablagerungsschicht bilden, wenn sie an einem Fotorezeptor 2 haften, abhängig von dem Potential, wodurch die Details der Latentbildkontur klar und mit hoher Wiedergabetreue reproduziert werden.
Wadell's praktische Sphärizität kann durch eine Bildverarbeitungsvorrichtung (von Apionix hergestellt) gemessen werden, die ein optisches Mikroskop bietet, und deren Messablauf wird in der oben erwähnten ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. H9-311544 beschrieben. Da der Messablauf von Fachleuten durch Bezug auf die Veröffentlichung leicht verstanden werden sollte, wird dessen Beschreibung hier weggelassen.
In der Entwicklungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform mit einer vordem beschriebenen Anordnung wird von der Tonerzuführrolle 5 auf die Bildentwicklungsrolle 4 zugeführter Toner 3 durch die Bildentwicklungsrolle 4 übertragen, die sich in 1 gegen den Uhrzeigersinn in Richtung auf das Anordnungselement 6 dreht. Toner 3, der das Anordnungselement 6 erreicht hat, wird durch das Anordnungselement 6 für die zu dem Fotorezeptor 2 übertragene Menge angeordnet, und überschüssiger Toner wird in Richtung auf die Zuführrolle 5 zurückgeführt. Toner 3, der durch das Anordnungselement 6 getreten ist, bildet eine dünne Schicht 3d von Toner mit einer vorgegebenen Dicke auf der Bildentwicklungsrolle 4. Der dünnschichtige Toner 3 wird durch die Bildentwicklungsrolle 3 in Richtung auf den Fotorezeptor 2 übertragen, um ein Latentbild auf dem Fotorezeptor 2 durch Bilden eines Tonerbilds auf dem Fotorezeptor 2 zu entwickeln.
Bei der Entwicklungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform kann die durch Sandstrahlbehandlung ausgebildete raue Morphologie (Struktur) der Oberfläche der Bildentwicklungsrolle 4 größtenteils nach der Aluminiumanodisierung bewahrt werden. Das heißt, die Kanten in der rauen Morphologie sind ausreichend klar, sogar nach dem Anodisieren. Der Effekt klarer Kanten in der Oberflächenstruktur der Bildentwicklungsrolle 4 garantiert ein zuverlässiges Übertragen von Toner 3, wodurch die Übertragungseigenschaft der Rolle für Toner 3 verbessert wird.
Ferner kann das Erhalten der in der Sandstrahlbehandlung ausgebildeten Kanten die Kontaktfläche zwischen der Bildentwicklungsrolle 4 und den Tonerpartikeln 3 vergrößern.
Dies garantiert wiederum eine ausreichende Reibung zwischen der Bildentwicklungsrolle 4 und Tonerpartikeln 3, wodurch Toner 3 effektiv reibungsgeladen wird. Daher kann die Ladungseigenschaft der Rolle für Toner 3 verbessert werden.
Ferner härtet die durch Aluminiumanodisierung gebildete Oxidationsschicht die Oberfläche der Bildentwicklungsrolle 4, wodurch sowohl der Abnutzungswiderstand als auch die mechanische Festigkeit der Bildentwicklungsrolle 4 verbessert wird. In dieser Hinsicht kann die Oberflächenhärte der Bildentwicklungsrolle 4 weiter durch langsames Durchführen der Anodisierung in einer Elektrolyselösung, die bei einer relativ niedrigen Temperatur gehalten wird, vergrößert werden.
Ferner kann die metallene Rolle 4, die aus Aluminium besteht und einen relativ niedrigen elektrischen Widerstand aufweist, mit einem vorgegebenen elektrischen Widerstand wegen der elektrischen Widerstandsschicht versehen werden, die aus einer auf der Rollenoberfläche durch Anodisieren gebildeten Oxidationsschicht besteht. Der elektrische Widerstand kann gleichmäßig über den anodisierungsbehandelten Teil der metallenen Rolle 4 erhalten werden, da die Anodisierung gleichmäßig über die Oberfläche der metallenen Rolle erfolgt. Daher kann die Bildentwicklungsrolle 4 leicht und bei geringen Kosten aus einer metallenen Rolle, die einen gleichmäßigen und vorgegebenen Wert eines elektrischen Widerstands aufweist, gebildet werden, ohne dass ein spezielles Material, das ursprünglich einen vorgegebenen elektrischen Widerstand aufweist, für die Herstellung der Bildentwicklungsrolle 4 benötigt wird.
Zusätzlich kann die Bildentwicklungsrolle 4, die einen gleichmäßigen und vorgegebenen Wert eines elektrischen Widerstands aufweist, die Injektion von überschüssiger Ladung von der Entwicklungsspannung zu dem Toner 3 verhindern. Dieser Effekt ist bei einer Entwicklungsvorrichtung 1, die ein Kontaktentwicklungssystem verwendet, besonders wichtig, bei dem ein großer Druck, der von Tonerpartikeln 3, die zwischen dem Latentbildträger 2 und der Bildentwicklungsrolle 4 eingeklemmt sind, ausgeübt wird, die Injektion von überschüssiger Ladung zu den Tonerpartikeln 3 fördert.
Ferner wird die Härte der Oberfläche der metallenen Rolle 4 so reguliert, dass sie niedriger als die Härte der äußerlichen Zusätze des Toners 3 ist. Solch eine Regulierung der Härte bewirkt einen Effekt, dass die raue Oberfläche der Bildentwicklungsrolle 4 nach und nach durch die Abnutzung durch die äußerlichen Zusätze des Toners 3 verkratzt oder gebrochen wird, wobei der Effekt das Haften von Tonerpartikeln 3 auf der Bildentwicklungsrollenoberfläche unterdrückt, wodurch das Auftreten einer Filmbildung auf der Bildentwicklungsrolle 4 verhindert wird. Dieser Effekt ist bei einer Entwicklungsvorrichtung, die ein Kontaktentwicklungssystem verwendet, besonders wichtig, bei dem das Anordnungselement 6 in Kontakt mit der Bildentwicklungsrolle 4 ist und Toner dazu neigt, an der Rollenoberfläche an der Stelle, wo das Anordnungselement 6 die Bildentwicklungsrolle 4 berührt, zu haften.
Des Weiteren kann das allmähliche Verkratzen der Kanten in der rauen Oberflächenstruktur der Bildentwicklungsrollenoberfläche neue Kanten in der rauen Oberflächenstruktur der Bildentwicklungsrollenoberfläche erzeugen.
Ferner sind die Partikeldurchmesser der kleineren Partikel 3b₂ der äußerlichen Zusätze 3b so reguliert, dass sie kleiner als die Durchmesser der winzigen Löcher 9a₁ in der Oxidationsschicht sind, so dass die kleineren Partikel 3b₂ der äußerlichen Zusätze 3b in die winzigen Löcher 9a₁ eindringen können, um darin eingebettet zu werden, während der Toner 3 getragen und auf die Bildentwicklungsrollenoberfläche übertragen wird. Daher können die winzigen Löcher 9a₁ durch die freigesetzten äußerlichen Zusätze 3b abgedichtet werden. Auf diese Weise kann das Abdichten der winzigen Löcher 9a₁ automatisch durch die freigesetzten äußerlichen Zusätze 3b des Toners 3 während der Übertragung des Toners erreicht werden. Dementsprechend ist keine spezielle Behandlung zum Abdichten der vielen winzigen Löcher 9a₁ erforderlich, oder sogar wenn die spezielle Abdichtungsbehandlung erforderlich ist, kann die Behandlung wegen der Hilfe des Abdichtungseffekts der freigesetzten äußerlichen Zusätze 3b vereinfacht werden.
In dieser Hinsicht können durch Setzen der Freisetzungsrate der äußerlichen Zusätze auf 2% oder mehr viele winzige Löcher 9a₁ effektiv mit den freigesetzten äußerlichen Zusätzen 3b abgedichtet werden. Zusätzlich wird, da das Dazwischentreten der freigesetzten äußerlichen Zusätze 3b zwischen die Tonerpartikel 3 und die Bildentwicklungsrolle 4 oder den Fotorezeptor 2 ermöglicht wird, dadurch das Auftreten einer Filmbildung auf der Bildentwicklungsrolle 4 oder dem Fotorezeptor 2 unterdrückt.
Ferner wird die Sphärizität der Tonerpartikel 3 auf einen beinahe sphärischen Bereich von in Wadell's praktischer Sphärizität ausgedrückt 0,9–1 gesetzt, so dass Tonerpartikel 3 sich freier drehen und gleiten können, wodurch ein effektives Wiederaufladen des Toners 3 garantiert wird. Demzufolge können Tonerpartikel, die in dem Nicht-Bild-Abschnitt des Fotorezeptors 2 vorhanden sind, zuverlässiger eingeholt werden, während eine Streuung des Bilds in dem Bildabschnitt des Fotorezeptors 2 verhindert wird, wodurch eine Sichtbarmachung eines hoch auflösenden Bilds auf dem Fotorezeptor 2 mit hoher Wiedergabetreue garantiert wird.
Ferner bedeutet die Tatsache, dass die Sphärizität des Toners 3 hoch ist, dass die Formen der freigesetzten äußerlichen Zusätze 3b im Wesentlichen Sphären sind, wodurch ein problemloses Einbetten der freigesetzten äußerlichen Zusätze 3b in die winzigen Löcher 9a₁ in der Oxidationsschicht 9 garantiert wird. Daher kann die Abdichtungsbehandlung der winzigen Löcher 9a₁ zuverlässiger erreicht werden.
Ferner wird die Härte der Oberfläche der metallenen Rolle 4 so reguliert, dass sie geringer als die Härte der äußerlichen Zusätze des Toners 3 ist. Eine solche Regulierung der Härte hat einen Effekt zur Folge, dass die raue Oberfläche der Bildentwicklungsrolle 4 nach und nach durch die Reibung mit den äußerlichen Zusätzen des Toners 3 verkratzt oder gebrochen wird, wodurch zuverlässig Toner 3, der an der Bildentwicklungsrolle 4 haftet, abgekratzt wird. Auf diese Weise kann das Haften des Toners 3 auf der Bildentwicklungsrolle 4 unterdrückt werden, um das Auftreten einer Filmbildung auf der Bildentwicklungsrolle 4 zu verhindern, während die raue Oberfläche mit durch Abkratzen von alten Kanten gebildeten neuen Kanten versehen wird.
Ferner ist die Umfangsgeschwindigkeit der Bildentwicklungsrolle 4 so reguliert, dass sie höher als die Umfangsgeschwindigkeit des Fotorezeptors 2 ist, so dass Tonerpartikel 3 effektiv durch die Dreh- und Gleitbewegungen der Tonerpartikel 3, die durch die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Rollen in dem Entwicklungsbereich bewirkt werden, wo die Bildentwicklungsrolle 4 mit dem Fotorezeptor 2 in Kontakt ist, wieder aufgeladen werden. Auf diese Weise kann die Ladung der fehlerhaft geladenen Tonerpartikel vergrößert werden. Demzufolge können an dem Nicht-Bild-Abschnitt des Fotorezeptors 2 haftende Tonerpartikel 3 zuverlässiger zu der Bildentwicklungsrolle 4 eingeholt werden, während in dem Bildabschnitt Tonerpartikel 3 zuverlässig an den richtigen Stellen haften können, wodurch so genannte Bildstreuung, die durch eine Abweichung der Haftstellen der Tonerpartikel 3 bewirkt wird, verhindert wird.
Ferner kann, da eine Entwicklungsspannung, die aus einer mit einer Wechselstromspannung überlagerten Gleichstromspannung besteht, an die Bildentwicklungsrolle 4 angelegt wird, die Entladung der Entwicklungsspannung von der Entwicklungsrolle 4 durch geeignete Steuerung der Entwicklungsspannung verhindert werden. Insbesondere wird durch ein solches Festlegen des maximalen Potentials der Entwicklungsspannung, dass dieses niedriger als das an dem Nicht-Bild-Abschnitt des Fotorezeptors 2 festgelegte Potential ist, die Entladung der Entwicklungsspannung effektiv verhindert, während außerdem die Hintergrundtönung verhindert wird, die durch die Tonerpartikel 3 verursacht wird, die an dem Nicht-Bild-Bereich des Fotorezeptors 2 haften.
Zusätzlich kann durch Überlagern der Gleichstromspannung mit der Wechselstromspannung ein geeigneter Randeffekt auf das Bild ausgeübt werden und eine gleichmäßige Graustufe kann reproduziert werden, wodurch die Gradation verbessert wird.
Daher kann die Bildentwicklungsrolle 4 der Entwicklungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform die vorangehenden drei Funktionen zuverlässiger durchführen. Dementsprechend kann die Entwicklungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform hochqualitative Bilder ohne Bilddefekte, wie zum Beispiel Fleckung, für eine lange Dauer liefern.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf eine Ausführungsform der Entwicklungsvorrichtung 1 beschrieben, bei der die vorliegende Erfindung auf ein Kontaktentwicklungssystem angewandt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann auf jede Entwicklungsvorrichtung angewandt werden, solange diese die Bildentwicklungsrolle 4 beinhaltet, einschließlich einer Entwicklungsvorrichtung mit kontaktfreiem System, bei dem die Bildentwicklungsrolle 4 nicht mit dem Fotorezeptor 2 in Kontakt ist, und einer Entwicklungsvorrichtung, bei der das Anordnungselement 6 nicht mit der Bildentwicklungsrolle 4 in Kontakt ist. Insbesondere können, wenn die vorliegende Erfindung auf eine Entwicklungsvorrichtung mit kontaktfreiem System angewandt wird, die Tonerübertragungseigenschaft und die Tonerladungseigenschaft verbessert werden, wodurch die Tonerstreuung vermindert wird.

Claims

Entwicklungsvorrichtung (1), die zumindest einen Entwickler (3) und eine Bildentwicklungsrolle (4) zum Tragen des Entwicklers (3) auf ihrer Oberfläche und zum Übertragen des Entwicklers auf einen Latentbildträger (2) umfasst, wobei die Bildentwicklungsrolle (4) aus einer metallenen Rolle, die, zumindest in einem Entwickler tragenden Bereich ihrer Oberfläche, eine durch Sandstrahlbehandlung gebildete raue Oberflächenstruktur (4a, 4b) aufweist, besteht, und zumindest auf dem Teil der Oberfläche, wo die raue Oberflächenstruktur (4a, 4b) gebildet ist, eine durch Anodisieren gebildete Oxidationsschicht (9) vorgesehen ist; der Entwickler (3) Tonerpartikel (3a) umfasst, an denen äußerliche Zusätze (3b) mit einer vorgegebenen Härte angebracht sind, und die metallene Rolle eine Oberflächenhärte aufweist, die so reguliert ist, dass sie geringer als die Härte der äußerlichen Zusätze ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Partikeldurchmesser eines Teils (3b₂ ) der äußerlichen Zusätze (3b) so reguliert ist, dass er kleiner als der Durchmesser winziger Löcher (9a₁ ) ist, die in der Oxidationsschicht (9) bestehen.
Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Anordnungselement (6) umfasst, das den auf den Latentbildträger (2) zu übertragenden Entwickler (3) so anordnet, dass er eine dünne Schicht des Entwicklers auf der Bildentwicklungsrolle (4) bildet.
Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Entwicklungsvorrichtung (1) ein Kontaktentwicklungssystem verwendet.
Entwicklungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der Entwickler (3) nichtmagnetischer einkomponentiger Toner ist.
Entwicklungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Freisetzungsrate der äußerlichen Zusätze auf 2% oder mehr gesetzt ist, wobei die Freisetzungsrate der äußerlichen Zusätze als ((Menge der freigesetzten äußerlichen Zusätze)/(Gesamtmenge der äußerlichen Zusätze))·100 definiert ist, und wobei die freigesetzten äußerlichen Zusätze äußerliche Zusätze (3b) sind, die von Tonerpartikeln (3a) getrennt sind.
Entwicklungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Sphärizität der Entwicklerpartikel (3) in Wadell's praktischer Sphärizität ausgedrückt auf 0,9–1 gesetzt ist.
Entwicklungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Umfangsgeschwindigkeit der Bildentwicklungsrolle (4) bei Benutzung so reguliert ist, dass sie höher als die Umfangsgeschwindigkeit des Latentbildträgers (2) ist.