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最新訊息 : 高品質量平刮刀的設計與實例探討(一) KUROKI
作者 admin 於 2012年11月22日 15:40:00 (4741 次閱讀)

一、簡介
Doctor Blade(簡稱DB)在業界被稱為量平刮刀或出粉刀,其與供粉輥(Supply Roller,簡稱SR)及顯像輥(Developer Roller,簡稱DR)並列為碳粉匣的三大重要部件,其對於列印品質的重要性可見一般。DB的設計主要是在DR上提供一個適當的壓力,藉以抹平碳粉並使 碳粉均勻的摩擦帶電,進而讓碳粉能精確的顯像在感光元件(OPC drum or belt)的潛像(Latent Image)上,以得到良好的列印品質。
本篇報告除對市場上常見的各種DB設計做分類介紹外,特別針對DB與DR在卡匣中相關位置的重要參數(Bite)放大研討其所影響的結果,並透過KUROKI對HP1215的實例研究,來進一步探討如何改變DB的設計,以提供最佳打印的效果。





二、常見的OEM DB設計與探討
常見的碳粉匣顯像系統可區分為跳躍式(Jumping)與接觸式(Contact)兩種系統,其中跳躍式系統在磁性碳粉匣中是以金屬類材質的DR與彈性材料DB做搭配,而接觸式系統的碳粉匣中則多以橡膠類材質的DR與金屬類材質的DB做搭配。如圖一為OEM DB常見的五種設計類型:






Type 1:DR材質為橡膠,DB為2~4mm 金屬板,經由彈簧施壓於金屬板與DR摩擦帶電。
可能之缺點:成本高且需要複雜設備生產。
Type 2:DR材質為橡膠,DB為金屬板,刀口為”L”字型的折彎處,增加刀口的平整度及強度。
可能之缺點::在折彎處容易產生小裂痕造成碳粉容易惡化破壞。
Type 3:DR材質為金屬套管,DB為彈性材料(如PU等),以彈性材料的表面作為接觸面。
可能之缺點::壓力不易控制容易導致帶電量過低,並易出現碳粉結塊等缺陷。
Type 4:DR材質為橡膠,DB為金屬板,刀口為”U”字型的部分。
可能之缺點::Toner 容易黏滯在DB上導致平整度不佳甚至出現白色條紋缺陷。
Type 5:DR材質為橡膠,DB為金屬板,類似於Type 1,但沒有彈簧的結構。
可能之缺點::DB刀口平整度要求高,容易有出粉不均的情形。


三、DB功能及重要參數介紹

DB的主要功能為均勻的抹平DR上附著的碳粉,因此刮刀的長度、角度、直線度及平面度等尺寸均會影響到DR上的碳粉層厚;而碳粉的帶電量及均勻性與DB施予DR的壓力息息相關,其將直接的影響列印出來的品質及影像的光學密度。
Bite是DB設計時的一個重要的關鍵參數,而Bite指的就是位於Nip至刮刀刀口的區域(刮刀與DR接觸的區域稱為Nip),如圖二中的S所代表的位置。常見的Bite又可分為兩種:一種與Nip呈一角度的關係,如圖二所示。另一種則與Nip為同一平面(θ=0o),如圖三所示。許多文獻的研究顯示:在Bite與Nip成一直線的狀況下, Bite越長使得碳粉進入Nip的角度增加,所帶出的碳粉層厚將越厚,反之,當只有Nip沒有Bite時,DB原有的功能則會消失,導致碳粉被出粉刀刮除下來,而無法順利帶出碳粉。而在市場常見的打印機中也有很多的刮刀設計,以改變角度與長度的方式,來達到更好的列印品質,其相關探討如下:

資料來源:引用Samsung專利文獻


圖四說明當Bite與Nip的角度越小時,DR的帶碳粉量就越多,而當角度大於30度時,帶碳量則與90度相當。如圖五所示,Bite的長度與DR帶碳粉量關係圖,當Bite的角度不變時,長度越長DR的帶碳粉量就越多,但在角度超過50°後,其DR的帶碳量變化就沒有很大的差異。
除了上述所介紹折彎的方式外,改變DB中Bite以倒角方式與DR接觸,也是另一種微調碳粉量的設計,如圖六所示,以下用接觸面倒角的型式比較折彎及不折彎的型式差異。

圖六中(A)在DB與DR的接觸面位置設計倒角(角度分別為3°、5°、7°、14°及20°),並與(B)、(C)兩種型式的DB比較帶碳粉量的碳粉層厚差異性,由圖七數據中所見,(A)型式的DB在相同的θ角,不同的Bite長度時,在DR的碳粉層厚表現上差異較小,而B圖為一90°的折彎型式,在不同的Bite長度時,Bite越長則在DR上的層厚可以看見帶碳粉量明顯的增加,C圖則為不折彎的型式,Bite長度越長時,帶碳粉量幾乎是以線性的形式增加。
因此以上文獻的研究顯示: 不管是在折彎上和在接觸面上做角度的調整,或者在Bite長度上的變更,都可改變DR所帶出的碳粉層厚,且在角度越小長度越長的條件下,其微調DR的帶碳粉量層厚增加的情形越明顯。





五、KUROKI DB在HP1215的探討
在HP CP1215的卡匣結構中,DB是可以針對不同碳粉作微調改變Bite的長短,如圖八所示,達到最好的列印品質,其探討如下:



     由於HP1215原廠卡匣DB定位孔為橢圓形,此目的為安裝時可調整DB的高低位置的設計。因此在安裝DB時,Nip的位置就變的相當重要,如圖九所示,在安裝KUROKI DB時於卡匣與DB間要加一墊片將DB提高,改變Nip位置及Bite長度,如DB定位太低,Nip越遠離刀口則Bite越長,此時影像密度(Image density, 簡稱ID)的濃度就會升高,影像濃度可以增加但碳粉相對就會消耗的快;反之Nip越接近刀口則Bite越短,I.D.值相對降低,且有可能因為刀口沒有處理好容易會出現垂直濃淡條紋影像等缺陷。
上述所提到如果DB的Nip越接近刀口,越容易出現垂直濃淡條紋影像情形,觀察HP CP1215所用的卡匣,其DB Nip位置剛好非常接近刀口,也就是Bite非常短,所以必須小心處理刀口處,以下為原廠的不鏽鋼片及一般的不鏽鋼片刀口斷面影像照片:


如圖十、十一兩張影像照片所見,一般不鏽鋼片在沖型時會有撕裂的毛邊痕跡,在端面會有不平整的情形,因此如果使用圖十中的不鏽鋼片當DB,使用在HP CP1215的卡匣中,卡匣在運轉時DR所帶出的碳粉層厚就可能不均勻,而容易會出現垂直濃淡條紋影像情形。而OEM的不鏽鋼片刀口較一般的不鏽鋼片刀口端面平整許多,且沒有缺料等問題,因此可獲得良好打印品質。
在DB的刀口上做二次加工,以改善刀口端面的問題。KUROKI實測在HP CP1215機型上,將DB刀口做二次加工,來避過刀口不平整的問題測試如下:



經實際列印後,未改善端面在沖型時所產生的問題,列印出的效果有許多垂直濃淡條紋情形,如圖十二所示。接著測試將KUROKI DB做二次加工的列印狀況,如圖十三,將刀口端面以二次加工方式處理後,測試能夠完全將垂直濃淡條紋的問題解決,再藉由微調DB的高度來改變Bite位置,改善DR所帶出的碳粉層厚問題,是可得到良好的列印品質。

六、結論
總括以上的文獻資料及KUROKI的實測結果,調整DB的重要參數Bite,可以改善及提升列印品質,因此,在搭配不同碳粉與回收卡匣的情況下,選用KUROKI DB是可在條件上做調整來改善列印品質,也可依不同客戶所使用的不同卡匣及碳粉,製作不同的條件供客戶使用來達到最佳的列印品質。
透過DB的參數改變,來調整不同性質的卡匣組件與碳粉的搭配,使列印品質提升,以滿足不同客戶的需求,因此KUROKI不斷追求高品質的DB技術研究,與客戶在技術上緊密的配合,來協助客戶解決問題,希望可以在Recycle的行業中貢獻一份心力。