專利名稱：靜電復(fù)制組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于比如激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)和傳真機(jī)的靜電復(fù)制記錄系統(tǒng)中的靜電復(fù)制組件，具體地說，是涉及一種將具有兩層或更少層著色劑的靜電潛影顯影成象的靜電復(fù)制組件和方法。
一般來說，常規(guī)靜電復(fù)制的原理是通過實(shí)施硬復(fù)制而實(shí)現(xiàn)的，也就是借助于光敏滾筒重復(fù)執(zhí)行充電，曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、消除和定影這樣的循環(huán)過程。
下面結(jié)合

圖1更具體地描述靜電復(fù)制過程。
參見圖1，第一步，通過電暈放電來進(jìn)行充電操作以電離空氣分子和在光敏滾筒上均勻分布電荷層。第二步，進(jìn)行曝光操作以有選擇地曝光均勻電荷層并且在光敏滾筒上形成一個(gè)靜電潛影。第三步，進(jìn)行顯影操作以有選擇地把著色劑附著在光敏滾筒上，從而把靜電潛影變?yōu)榭梢姷膱D象。第四步，進(jìn)行轉(zhuǎn)即操作以把光敏滾筒上的靜電潛影轉(zhuǎn)印到紙上。第五步，進(jìn)行清洗和擦除操作以去除保留在光敏滾筒上的著色劑和靜電潛影。最后在第六步，進(jìn)行定影操作以借助于熱和壓力來定影附著在紙上的著色劑。
如上所述，當(dāng)依次重復(fù)執(zhí)行了充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)即、清洗及擦除、定影操作時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了硬復(fù)制。這樣的復(fù)制操作稱為“卡爾松方式”。在卡爾松于1942年9月6日申請(qǐng)的美國(guó)專利No2,297,691中公開了這種復(fù)制方法。
同時(shí)，如圖1所示，復(fù)制組件是指各種不同的功能裝置(充電裝置，顯影裝置和清除裝置等等)，通過光敏滾筒而組成一個(gè)裝置。在美國(guó)專利No3,985,436,No.4,538,896,No4,462,677和No4,470,689中有代表性地公開了這種靜電復(fù)制組件有關(guān)的技術(shù)。
在上述的靜電復(fù)制組件中，最顯著的問題是一般的產(chǎn)品(例如激光打印機(jī))會(huì)發(fā)生浪費(fèi)著色劑的問題。
借助于采用一個(gè)電暈轉(zhuǎn)移部件，轉(zhuǎn)移效率大約是80％。因此在這種情況下，如果提供200克著色劑，則轉(zhuǎn)移到記錄紙上的著色劑的量是160克，而有40克剩余的著色劑成為廢著色劑。而且，由于這40克廢著色劑，使得復(fù)制組件的設(shè)計(jì)出現(xiàn)困難。
例如，當(dāng)復(fù)制組件光敏滾筒和顯影滾可以繼續(xù)使用直到印刷了15,000張紙為止時(shí)，設(shè)計(jì)這種復(fù)制組件才是經(jīng)濟(jì)的和有用的，以使得用廢了的組件可以換成新組件。而在此時(shí)，由于廢著色劑的緣故，設(shè)計(jì)復(fù)制組件受到限制。
通常用200克著色劑有可能復(fù)印3,000張紙。因此，要復(fù)印15,000張紙需要1000克著色劑。
例如，如果轉(zhuǎn)移效率是80％，1000克著色劑會(huì)產(chǎn)生200克廢著色劑(1000克×0.2＝200克)。
當(dāng)著色劑的總密度是0.69/cc，廢著色劑容器是333cm3(2009÷0.69/cm3＝3339/cm3)。另外，考慮到廢著色劑的安全性，廢著色劑容器變大了，這樣也就失去了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)力。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種靜電復(fù)制組件，通過避免廢著色劑的產(chǎn)生來降低對(duì)復(fù)制組件設(shè)計(jì)的限制。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種不需要浪費(fèi)著色劑容器的靜電復(fù)制組件。
根據(jù)本發(fā)明的原理采用具有基本上為球形形狀的聚合著色劑、一個(gè)具有高轉(zhuǎn)移效率的轉(zhuǎn)移滾、用于對(duì)在一個(gè)光敏滾筒上具有兩層或更少的著色劑靜電潛影進(jìn)行顯影的一個(gè)顯影滾和一個(gè)控制滾可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些和其它目的。
通過結(jié)合附圖參照下面的詳細(xì)描述可以更好地理解本發(fā)明及其許多優(yōu)點(diǎn)等等，在此相同的參照標(biāo)記表示相同或類似部件，其中圖1為表示已有技術(shù)靜電復(fù)制組件結(jié)構(gòu)的視圖；圖2為表示聚合和粉狀著色劑顆粒尺寸分布的視圖；圖3為表示根據(jù)本發(fā)明的靜電復(fù)制組件結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖4為表示圖3中的主要部分的透視圖；圖5表示在圖3的第一顯影滾和控制滾之間傳送的著色劑；圖6表示施加到圖3的每個(gè)滾子上的偏置電壓；圖7表示在圖6中產(chǎn)生的庫侖力；圖8A和8B是表示轉(zhuǎn)印到記錄紙上的著色劑的構(gòu)形的視圖，其中圖8A表示了利用本發(fā)明的靜電復(fù)制組件的情況，圖8B表示了利用已有技術(shù)的磁性刷顯影方法時(shí)的情況；圖9表示按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例構(gòu)成的靜電復(fù)制組件的結(jié)構(gòu)；圖10表示在圖9的尿烷橡膠和第一顯影滾之間傳送的著色劑。
現(xiàn)在參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意到在這些附圖中用相同的參考序號(hào)或字母來代表具有同樣功能的相同或等同部件。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的靜電復(fù)制組件包括基本上呈珠形形狀的聚合著色劑26以便在一個(gè)光敏滾筒12上用少于兩層的著色劑來顯影一個(gè)靜電潛影；一個(gè)控制滾1 8，用于把少于兩層的聚合著色劑26涂覆在一個(gè)第一顯影滾14上；和一個(gè)用于充電光敏滾筒12的充電滾13。
以下會(huì)說明聚合著色劑26不同于用于常規(guī)復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)的粉狀著色劑。
下面解釋制造粉狀著色劑的過程。首先，在具有大約200～250℃溫度的加熱爐中溶解石墨之后，分離出溶解的石墨，這時(shí)的石墨呈細(xì)長(zhǎng)形狀，粉化石墨，并使石墨具有基本上呈珠形的形狀，通常其直徑為2～3mm。然后，在上面步驟中粉化的著色劑在高速通過一個(gè)空氣噴嘴并沖擊到一個(gè)金屬板上的同時(shí)進(jìn)一步粉化。最后，用一個(gè)過濾裝置把粉化的著色劑過濾成10μm～12μm的著色劑。
盡管對(duì)上述粉狀著色劑來產(chǎn)生10μm的著色劑進(jìn)行控制，也可能在其中加入了具有大于或小于10μm尺寸的著色劑。
另外，當(dāng)觀察粉狀著色劑的顆粒形狀時(shí)，觀察到粉狀著色劑具有隨機(jī)的形狀。
從而，在具有積累著兩層或更少具有隨機(jī)形狀的粉狀著色劑的光敏滾筒12上顯影一個(gè)靜電潛影是困難的。
因此，使用根據(jù)本發(fā)明的積累有兩層或更少的具有基本上為珠形的聚合著色劑26把在光敏滾筒12上的靜電潛影顯影成少于兩層。
應(yīng)以這樣的方式通過聚合反應(yīng)來制造聚合著色劑26，從而使得石墨與添加劑一起溶于水中。
如上所述制造的聚合著色劑26具有如下特征由于通過把石墨與添加劑一起溶解于水中來制造聚合著色劑26，添加劑分布均勻；聚合著色劑26基本上呈珠形形狀；傳輸效率高；和通過調(diào)整添加劑特性而易于控制充電量。
根據(jù)本發(fā)明，通過調(diào)整聚合反應(yīng)所需要的溫度和時(shí)間有可能制造具有8μm直徑的聚合著色劑26。
如圖2所示，在表示聚合著色劑26和粉狀著色劑的顆粒尺寸的分布狀態(tài)圖中，聚合著色劑26表現(xiàn)出顆粒尺寸分布均勻，粉狀著色劑表現(xiàn)出顆粒尺寸相對(duì)較寬的分布范圍。
根據(jù)采用上述聚合著色劑26的本發(fā)明，在第一顯影滾14上形成兩層或更少聚合著色劑26，以便在光敏滾筒12上顯影聚合著色劑26。為此目的，第一顯影滾14裝配有一個(gè)控制滾18和第一壓緊件20來以預(yù)定的壓力壓緊控制滾18。
如前面所述，根據(jù)本發(fā)明的用于在光敏滾筒12上顯影具有兩層或更少的聚合著色劑26的靜電復(fù)制組件10包括一個(gè)充電滾13，用來在光敏滾筒12上形成表面電勢(shì)；和一個(gè)曝光部件，用來通過有選擇地對(duì)在光敏滾筒12上的均勻電荷層進(jìn)行曝光而在光敏滾筒12上形成一個(gè)靜電潛影。通過由第二壓緊件22(比如是一個(gè)擠壓螺旋彈簧)壓緊來可旋轉(zhuǎn)地安裝充電部件13，并且充電部件13與光敏滾筒12的一側(cè)接觸。
通過第一顯影滾14來執(zhí)行顯影操作，即有選擇地把著色劑附著在光敏滾筒12上以使靜電潛影顯像。通過與光敏滾筒12的一側(cè)相接觸，所安裝的第一顯影滾14可以旋轉(zhuǎn)。另外，為了具有兩層或更少的聚合著色劑26，在第一顯影滾14的上表面安裝用于控制聚合著色劑26的控制滾18。通過第一壓緊件20向著第一顯影滾14方向以預(yù)定的壓力擠壓控制滾18。第一壓緊件20可以由一個(gè)擠壓螺旋彈簧代替。另外，可以使用能夠以給定的壓力擠壓控制滾18的彈性材料。在這里，在第一壓緊件20上的給定壓力是0.5～2千克。
在第一顯影滾14的一側(cè)可旋轉(zhuǎn)地安裝第二顯影滾16以便向第一顯影滾14傳輸聚合著色劑26。
在光敏滾筒12的一側(cè)，安裝一個(gè)轉(zhuǎn)印滾24以把光敏滾筒12上的可見圖象轉(zhuǎn)即到一張紙上。轉(zhuǎn)印滾24具有一個(gè)金屬芯和一個(gè)導(dǎo)電橡膠，最好是NBR(丁腈橡膠)。
如圖3所示，一旦根據(jù)本發(fā)明如上所述構(gòu)造的靜電復(fù)制組件10在第一顯影滾14上安裝控制滾18并且通過第一壓緊件20以給定的壓力向著第一顯影滾14的方向擠壓控制滾18時(shí)，則如圖5所示在控制滾18和第一顯影滾14的導(dǎo)電橡膠之間形成滾隙。
此時(shí)，如果第一顯影滾14旋轉(zhuǎn)，則聚合著色劑26穿過滾隙并且通過控制滾18。控制聚合著色劑26以使其具有預(yù)定的層，即通過控制滾18使其具有兩層或更少。
在本發(fā)明中，如果采用具有5μm～8μm直徑的聚合著色劑26并且安裝具有8mm直徑由不銹鋼制成的能夠以0.5～2千克壓力壓向第一顯影滾14方向的控制滾18，其結(jié)果是通過顯微鏡觀察通過控制滾18的聚合著色劑26基本上分布有一層。
通常，磁刷顯影法是一種人們熟知的顯影方法。在該技術(shù)中，磁刷顯影方法通常由具有一種或兩種組成成分的聚合著色劑26形成一個(gè)0.3mm～1mm的磁性刷。
也就是說，當(dāng)在采用具有一種組分的聚合著色劑26的磁刷顯影技術(shù)中傳輸通過控制刮板傳送的聚合著色劑26的層時(shí)，其傳輸?shù)木酆现珓┡c光敏滾筒相對(duì)，聚合著色劑26的層的高度通常大于0.3mm。此時(shí)，假定聚合著色劑26的尺寸是10μm，則聚合著色劑26的層數(shù)是30。
另一方面，由于在采用具有兩種組成成分的聚合著色劑26的磁刷顯影方法中光敏滾筒12和顯影滾之間的間隙接近1mm，該磁刷顯影方法比采用具有一種組成成分的聚合著色劑26的磁刷顯影方法具有更多層的聚合著色劑26。
如圖5和圖6所示，由控制滾18以給定的壓力控制，在第一顯影滾14和控制滾18之間通過的聚合著色劑26具有兩層或更少。因此，當(dāng)?shù)谝伙@影滾14旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過與光敏滾筒12接觸，借助于第一顯影滾14的-3000V偏置電壓，第一顯影滾14的聚合著色劑26被轉(zhuǎn)移到光敏滾筒12的靜電潛影上。
圖7表示在圖4的虛線(a)-(b)上的表面電勢(shì)。按照庫侖定律由電場(chǎng)加到聚合著色劑26上的力表示為 。然而，由于把聚合著色劑26的電流量充電成負(fù)電荷，因此其上作用的力的方向與電場(chǎng)方向相反。
因此，如圖7所示，加到在曝光區(qū)域B中具有負(fù)極性的聚合著色劑26上的電壓是從300V(電壓)至-50V(電壓)。
也就是說力的方向是從第一顯影滾14到光敏滾筒12。
同時(shí)，如圖7所示，加到在未曝光區(qū)域A中具有負(fù)極性的聚合著色劑26上的電壓是從-700V(電壓)到-300V(電壓)。
也就是說力的方向是從光敏滾筒12指向第一顯影滾14。
現(xiàn)在，在下面將解釋一種新穎的不需要浪費(fèi)著色劑容器的靜電復(fù)制組件。如圖4和圖6所示，充電滾13充電光敏滾筒12，在第一顯影滾14上形成具有兩層或更少的聚合著色劑26。在此之后，如圖7所示，當(dāng)與第一顯影滾14接觸的光敏滾筒12旋轉(zhuǎn)時(shí)，按照庫侖定律而充電成負(fù)極性的聚合著色劑26被顯影到光敏滾筒12的曝露部分上。
在此之后，如圖6所示，如果借助于轉(zhuǎn)即滾24而使光敏滾筒12與記錄紙28接觸并且在記錄紙28上施加正電壓，則大多數(shù)聚合著色劑26轉(zhuǎn)移到記錄紙28上并且只有很少著色劑保留在光敏滾筒12上。
在此時(shí)，因?yàn)椴捎昧司酆现珓?6，則能夠均勻地控制顆粒尺寸的分布。另外，由于不存在具有相反極性的聚合著色劑26，通過實(shí)施本發(fā)明可以獲得達(dá)到95-98％的良好的轉(zhuǎn)印效率。
這樣保留在光敏滾筒12上的聚合著色劑26的量是在光敏滾筒12上顯影的聚合著色劑26的總量的2-5％。另外，由于形成的聚合著色劑26不是多層，而只是兩層或更少，當(dāng)聚合著色劑26在通過充電滾之后返回到第一顯影滾14的一個(gè)位置時(shí)，在庫侖力作用下在光敏滾筒12上的聚合著色劑26又被收回到第一顯影滾14上。
在廢著色劑容器已經(jīng)暴露的情況下，改變其上的聚合著色劑不影響圖象。
另外，如圖7所示，庫侖力在常規(guī)磁刷顯影方法中發(fā)揮作用。然而，在常規(guī)磁刷顯影方法中在第一顯影滾14上形成幾十層聚合著色劑26。其結(jié)果是，由于幾十層聚合著色劑26顯影到光敏滾筒12上，在將聚合著色劑26轉(zhuǎn)移到記錄紙28上之后很難把保留在光敏滾筒12上的全部聚合著色劑收回。
也就是說，本發(fā)明通過使用基本上為珠形形狀的聚合著色劑26而具有以下特征優(yōu)良的充電特性，且控制顆粒尺寸及充電量方便；通過以給定壓力擠壓安裝的控制滾18在第一顯影滾14上形成具有兩層或更少的聚合著色劑26；回收幾乎全部保留在光敏滾筒12上的聚合著色劑26。
如圖7所示，在-300V處可以上下調(diào)整偏置電壓。
如果偏置電壓是從-300V調(diào)整到-50V，當(dāng)聚合著色劑26是從第一顯影滾14顯影到光敏滾筒12上，顯影能力會(huì)變差。然而，由于在-700V時(shí)電勢(shì)差變大了，因而可以改善保留在光敏滾筒12上聚合著色劑26的回收能力。
相反地，如果偏置電壓是從-300V調(diào)整到-700V，可以改善顯影能力。然而，保留在光敏滾筒12上的聚合著色劑26的回收能力變差。
因而，施加到第一顯影滾14上的偏置電壓足以顯影在第一顯影滾14上的兩層或更少聚合著色劑26。
根據(jù)本發(fā)明，在表面電勢(shì)為-700V并且在曝光后光敏滾筒12具有-50V電勢(shì)的情況下，已經(jīng)觀察到偏置電壓非常接近-300±50V。
下面與常規(guī)技術(shù)比較描述本發(fā)明的效果。根據(jù)印在記錄紙28上的聚合著色劑26的形態(tài)，如圖8A所示，在記錄紙28上分布有兩層或更少的根據(jù)本發(fā)明的聚合著色劑26，而常規(guī)技術(shù)的聚合著色劑26在記錄紙28上分布有幾十層，如圖8B所示。
即當(dāng)觸摸即刷的部分時(shí)，可以感覺到聚合著色劑26層的高度超過50μm，如圖6B所示。
評(píng)價(jià)印刷的圖象的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不是在紙上形成多少聚合著色劑26，而是看形成的聚合著色劑26的均勻程度。
如圖8B所示，在常規(guī)技術(shù)中，在記錄紙28上形成大量聚合著色劑26。然而，當(dāng)用光密度計(jì)測(cè)量時(shí)，印刷的部分的表面結(jié)構(gòu)不均勻，結(jié)果其測(cè)量值低于本發(fā)明。
也就是說，由于著色劑26均勻地形成在記錄紙28的表面上，本發(fā)明具有高密度等級(jí)，而使用的著色劑的量少于用于常規(guī)技術(shù)中使用的聚合著色劑26的量。
當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的靜電復(fù)制組件10中印刷4％的文字圖案時(shí)，用于印刷的聚合著色劑26的量是每一頁22毫克。另一方面，當(dāng)在常規(guī)磁刷顯影技術(shù)中印刷4％的文字圖案時(shí)，用于印刷的聚合著色劑26的量是每一頁55毫克。從此差別中可以看出，在本發(fā)明中著色劑的消耗比在常規(guī)技術(shù)中要少得多。
另外，由于不產(chǎn)生廢著色劑(即殘留的剩余著色劑)，本發(fā)明避免了材料的浪費(fèi)，同時(shí)避免了污染環(huán)境。由于不需要廢著色劑容器，因而可以自由地設(shè)計(jì)靜電復(fù)制組件。
如圖9和10所示，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，配備尿烷橡膠30以便在第一顯影滾14上形成具有兩層或更少的聚合著色劑26。當(dāng)?shù)谝伙@影滾14旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果聚合著色劑26基本上呈珠形形狀，則聚合著色劑26在尿烷橡膠30和第一顯影滾14之間通過。聚合著色劑26的尺寸，第一顯影滾14的表面粗糙度和加載到第一顯影滾14上的壓力都與在第一顯影滾14上形成具有兩層或更少的聚合著色劑26密切相關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種靜電復(fù)制組件包括充電裝置，用于在光敏滾筒上均勻地分布電荷層；顯影滾，用于在所說的光敏滾筒上顯影基本上為珠形形狀的聚合著色劑；和控制滾，用于在所說的顯影滾上控制具有兩層或更少的所說聚合著色劑的分布，借助于其上施加有偏置電壓的所說顯影滾，在所說光敏滾筒的曝光區(qū)域中顯影所說的聚合著色劑，并且在所說的光敏滾筒的未曝光區(qū)域剩余的著色劑被收回到所說顯影滾上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的靜電復(fù)制組件，其特征在于所說的顯影滾是由導(dǎo)電的NBR(丁腈橡膠)制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的靜電復(fù)制組件，其特征在于所說的顯影滾具有大約20～50的表面硬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的靜電復(fù)制組件，其特征在于所說的控制滾是一個(gè)直徑大約是4mm～10mm的圓棒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的靜電復(fù)制組件，其特征在于所說的控制滾具有一個(gè)與所說的顯影滾接觸的半球形部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的靜電復(fù)制組件，其特征在于它還包括用于壓緊所說控制滾的壓緊部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的靜電復(fù)制組件，其特征在于壓緊部件以大約0.5～2千克的壓力壓緊所說的控制滾。
全文摘要
一種使用兩層或更少著色劑來顯影靜電潛影的靜電復(fù)制組件和方法。該靜電復(fù)制組件包括充電部件，用于在光敏滾筒上均勻地分布電荷層；顯影輥，用于在光敏滾筒上顯影基本上為珠形形狀的聚合著色劑；和控制輥，用于控制在顯影輥上具有兩層或更少的聚合著色劑的分布，借助于其上施加了偏置電壓的顯影輥，在光敏滾筒的曝光區(qū)域中顯影聚合著色劑，并且在光敏滾筒的未曝光區(qū)域剩余的著色劑被收回到顯影輥上。
文檔編號(hào)G03G21/10GK1139223SQ9511627
公開日1997年1月1日 申請(qǐng)日期1995年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月8日
發(fā)明者樸東壎, 李東浩 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社