图像形成装置的制作方法

专利名称：图像形成装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种图像形成装置，其利用包含有调色剂和载体的双成分显影剂来显影静电图像。具体地，本发明涉及使用暗色的调色剂和亮色的调色剂来形成图像的图像形成装置。
背景技术：
利用不同颜色的调色剂形成多颜色图像(比如全色图像)的彩色图像形成装置已经被广泛使用为电子照相图像形成装置。
随着技术的进步，对图像形成装置的需要也变得更加紧迫。已经提出了使用比传统的四颜色更多的颜色的图像形成装置。例如，广泛应用在喷墨打印中的一种技术除了使用普通的青色、品红色、黄色和黑色调色剂外还使用亮色的调色剂，比如亮青色调色剂和亮品红色调色剂(参见日本专利特开号5-35038)。此外，还有一种技术除了四色调色剂外还使用透明调色剂(参见日本专利公开申请号8-220821)。
添加亮色的调色剂的主要目的是通过减少点状的纹理(texture)来形成更高质量的图像。下面通过采用青色调色剂作为例子来描述使用暗色的调色剂和亮色的调色剂来形成图像的原理。
图6是显示用虚线表示的亮青色调色剂(以下将叫做“LC调色剂”)的覆盖能力和用实线表示的暗青色调色剂(以下将叫做“DC调色剂”)的覆盖能力的图。例如，当装载到转印材料上的调色剂量是0.5mg/cm2时，LC调色剂的光学浓度是0.7，而当装载到转印材料上的调色剂量是0.5mg/cm2时，DC调色剂的光学浓度是1.4。基于用于图7A中显示的LC调色剂的查找表(LUT)和用于图7B中显示的DC调色剂的查找表(LUT)，图像通过使用LC调色剂和DC调色剂被形成(基于LUT的静电图像(潜像)被显影)。应注意到图7A和7B中每一个的横坐标都表示图像被分割为用于DC调色剂(暗色调色剂)和用于LC调色剂(亮色调色剂)的版(plate)(版分割)之前该图像的色调级别(级别0至255)。每个图中的纵坐标都显示了在版分割后的色调级别(级别0至255)。
短语“图像被分割为版(版分割)”的意思是将一组特定颜色的图像数据(也叫作版或通道(channel))分别分割为用于暗色调色剂和亮色调色剂的两组图像数据。
如图8所示，与图像信号一致的青色色调可以通过叠加LC调色剂图像和DC调色剂图像而被再生。
虽然上面已经描述使用暗青色调色剂和亮青色调色剂的图像形成的原理，但是在使用除了青色外的色相的暗色调色剂和亮色调色剂来形成图像时所使用的是基本上相同的技术。
不像利用单一暗色调色剂的图像形成，每单位点的浓度可以被降低并且点状纹理可以通过尤其对于图像信号的低到中浓度部分使用亮色的调色剂而被减少。
通常，其中双成分显影剂主要包括非磁性调色剂粒子(调色剂)和磁性载体粒子(载体)的双成分显影方法和其中不使用载体的单成分显影方法已知为使用在电子摄影术中的显影方法。使用亮色调色剂的图像形成装置强调图像质量并因此从高分辨率和稳定所装载的调色剂量的角度出发频繁使用双成分显影方法。
在双成分显影方法中，从载体开始与图像承载部件接触后，有时会发生一种现象，被叫作“载体附着”，即应该呆在显影剂内部的载体附着到图像承载部件上面。有两种类型的载体附着图像区域外面的载体附着和图像区域内部的载体附着。特别是，图像区域内部的载体附着会引起图像出错(failure)，比如由于在转印单元中转印载体周围的调色剂时存在困难所导致的空白(void)和由于在定影单元中定影载体周围的调色剂时存在困难所导致的微定影缺陷(光泽度上的微小不均匀)。因此，图像区域内部的载体附着比图像区域外部的载体附着更成问题。
例如，日本专利特开号61-160764和1-92759每一个都公开了一种通过提高载体和固定在显影器中显影剂承载部件内部的磁体的显影磁极之间的磁性结合力来实现克服载体附着的问题的技术。
然而，当显影磁极和载体之间的磁性结合力提高时，显影剂承载部件上的承载粒子之间的磁性结合力也提高了，这又提高了载体链的力量。结果，当载体链接触图像时，图像承载部件上的图像很容易地被扰乱，并且存在图像出错的风险，比如在低浓度部分变粗糙(点状纹理)。
由于这种原因，现有的主要使用黄色、品红色、青色和黑色的彩色图像形成装置使用这样的程度内的磁性结合力其在最小化载体附着的同时不会引起比如变粗糙的图像出错。
应注意到日本专利特开号2003-280460教导了一种每个静电潜像承载部件包括具有着色剂的双成分显影单元和不具有着色剂的另一个双成分显影单元的结构。对于一个静电图像，图像区域外部的区域由不具有着色剂的显影单元来显影，而图像区域由具有着色剂的显影单元来显影。通过使得不具有着色剂的显影剂的载体的粒子直径大于具有着色剂的显影剂的载体的粒子直径，避免了图像区域外部的载体附着。
然而，使用亮色调色剂和暗色调色剂的图像形成装置具有如下问题。当相同类型的载体被使用在所有颜色的显影剂中时，在使用亮色调色剂的显影剂中图像区域中的载体附着有时候比在使用暗色调色剂的显影剂中大得多。其原因如下。
现在将参考图9和10来描述载体附着到图像区域的机理。图9是显影剂的显影单元(显影区域)的示意图。图10显示了通过反转打印形成坚实的图像(具有最大浓度级别的图像)的过程中潜像的电位。
图9示意性地显示了作为图像承载部件的光敏鼓1，作为显影剂承载部件的显影套筒41，作为用于产生磁场的单元的磁体42，调色剂粒子和载体粒子。磁体42在彼此相对的光敏鼓1和显影套筒41之间的显影区域D中具有显影磁极S1。在此，形成在带负电的光敏鼓1上的静电图像通过带负电的调色剂被逆向显影的情况作为例子被描述。
在形成坚实的过程中，图10中显示的潜像电位被形成在光敏鼓1上。由于显影套筒41的电位(Vdc)和曝光区域的电位(VL)之间的电位差Vcont，带负电的调色剂被提供到光敏鼓1上。
同时，在暴露于该电位差的载体链内部，负电荷被该电位差Vcont注入到载体链的端部。如果负电位在载体中积累到预定的量或更多，那么由于电场力，带负电的载体粒子将以与使用调色剂的典型显影处理中相同的方式被附着到光敏鼓1上。
这样，载体附着到图像区域上在以大电位差Vcont显影高浓度调色剂图像显影的过程中趋向于频繁发生。结果，在使用亮色调色剂显影过程中载体附着到图像区域上的频率变得比在使用暗色调色剂显影过程中要高，如下面描述的那样。
也就是，如前面描述的，使用亮色调色剂和暗色调色剂的图像形成基于图7A和7B中显示的查找表(LUT)进行。对于一般的平均可操作浓度(例如，在图像信号级别0至255中的平均浓度100至140)，用于亮色调色剂的图像输出信号的级别是200至255，其等同于用于形成坚实图像的高浓度显影。换句话说，在这种情况下的电位差Vcont相对较高。
相反，用于上述一般平均操作浓度的暗色调色剂的图像输出信号的级别等同于用于低浓度显影的级别。换句话说，这种情况下的电位差Vcont相对较小。
因此，在形成具有平均浓度的图像时，在使用亮色调色剂显影过程中载体附着到图像区域上的可能性有时是在使用暗色调色剂显影过程中的该可能性的几倍。
应注意到，为形成具有平均浓度的亮色调色剂图像而装载的调色剂量可以通过减小用于亮色调色剂的查找表中图像信号的中间部分的输出级别而被减少。通过这种方式，有可能减少在使用亮色调色剂显影的过程中调色剂附着到图像区域上的频率。然而，在这种情况下，使用亮色调色剂的原始优势，即减少低浓度部分的点状纹理，被削弱。

发明内容
本发明提供了一种图像形成装置，其在使用亮色调色剂和具有同样色相的暗色调色剂来形成图像时能够阻止载体附着而不削弱图像质量。
特别地，该图像形成装置包括容纳有第一显影剂的第一显影容器，该第一显影剂包含有第一调色剂和第一载体；与第一显影剂关联并运载和传送该第一显影剂到第一显影区域以显影静电图像的第一显影剂承载部件；在第一显影区域产生磁场的第一磁场产生单元，该第一磁场产生单元被安置在第一显影剂承载部件中；容纳有第二显影剂的第二显影容器，该第二显影剂包含有第二调色剂和第二载体，该第二调色剂具有与第一调色剂相同的色相但其浓度低于第一调色剂的浓度；与第二显影容器相关联并运载和传送第二显影剂到第二显影区域以显影静电图像的第二显影剂承载部件；以及在第二显影区域产生磁场的第二磁场产生单元，该第二磁场产生单元被安置在第二显影剂承载部件中。从第二磁场产生单元施加到第二显影区域中的第二载体的磁性结合力大于从第一磁场产生单元施加到第一显影区域中的第一载体的磁性结合力。
本发明进一步的特征将从下面对示意性实施例(参照附图)的描述中变得明显。


图1是本发明图像形成装置的实施例的示意性截面图。
图2是图1中的图像形成装置中的显影单元的示意性截面图。
图3是用于描述暗色调色剂和亮色调色剂在浓度大约为0.4时的潜像分布的示意图。
图4是用于解释根据本发明的显影磁极的磁通量密度分布的图。
图5A和5B是用于解释根据本发明的显影磁极的磁通量密度分布的图。
图6是显示亮青色调色剂(LC调色剂)和暗青色调色剂(DC调色剂)的覆盖能力的图。
图7A是显示用于LC调色剂的查找表的图表，图8B是显示用于DC调色剂的查找表的图表。
图8是显示青色的浓度和图像输入信号的图。
图9是显影区域的示意图。
图10是用于解释通过反转显影的图像形成过程中的潜像电位的图。
具体实施例方式
现在将参照附图来更详细描述本发明的图像形成装置的实施例。
第一实施例[图像形成装置的整体结构和操作]图1是本发明的图像形成装置的第一实施例的示意性截面图。该第一实施例的图像形成装置100能电子摄影地在转印材料S上形成对应于图像数据信号的全色图像，该转印材料例如记录纸张或高架投影仪(OHP)片材。该实施例的图像形成装置100使用本领域技术人员熟知的级联方法、反转显影方法、中间转印方法、热压定影方法等。
图像形成装置100包括打印机单元A和读取器单元B。在读取器单元B中，放置在文档台上的文档上的图像被光学读取并转换成分色的电信号，该信号被发送给打印机单元A。打印机单元A例如根据这些图像数据信号形成全色图像。
打印机单元A包括第一到第六图像形成站Pa，Pb，Pc，Pd，Pe和Pf。站Pa到Pf分别具有图像承载部件1a到1f。图像承载部件1a到1f分别提供有包含包括不同光谱特性的调色剂的显影剂的显影器4a到4f。分别包含有图像承载部件1a到1f和显影器4a到4f的站Pa到Pf被顺序排列在作为中间转印材料的中间转印带7的表面运动的方向上。
在该实施例中，第一站Pa使用低浓度青色(LC)调色剂而第二站Pb使用低浓度品红色(LM)调色剂来形成图像。第三到第六站Pc到Pf分别使用高浓度的青色(DC)、品红色(DM)、黄色(Y)和黑色(Bk)调色剂来形成图像。
在下面描述中，除非必要，否则所有颜色共用的组件用不使用区分相应于颜色的各个单元的下标字母a，b，c，d，e和f的附图标记表示。
作为图像承载部件的鼓形感光部件(感光鼓)1被支撑，同时其可沿着在图中箭头指示的方向旋转。作为充电单元的充电器(充电辊)2、作为曝光单元的激光曝光光学系统(曝光装置)3、作为显影单元的显影器4、作为初级转印单元的初级转印辊5、作为清洁单元的清洁器6和其他相关组件被安置在感光鼓1周围。
作为中间转印部件的中间转印带7朝向第一到第六站Pa到Pf的所有感光鼓1a到1f。中间转印带7延伸经过驱动辊71、次级转印相对(counter)辊72和从动辊73。中间转印带7随着旋转驱动力被传送到驱动辊71而在图中箭头指示的方向上经历无止境的运动(旋转运动)。分别朝向站Pa到Pf的感光鼓1a到1f的初级转印辊5a到5f被提供在中间转印带7的内部周边。初级转印辊5a到5f与中间转印带7接触，该中间转印带被压到感光鼓1a到1f上。通过这种方式，中间转印带7与感光鼓1a到1f接触处的初级转印部分(初级转印压合部)N1a到N1f被形成。压在次级转印相对辊72上并在其间夹有中间转印带7的次级转印辊8也被提供。第二转印部分(第二转印压合部)N2由此被形成在第二转印辊8与中间转印带7相接触的位置。
在形成图像过程中，感光鼓1沿图中箭头的方向旋转以利用充电器2在旋转的感光鼓1的表面上均匀地充电。根据对应于每个站P的分离的颜色的图像数据的光学图像从曝光装置3被投射到感光鼓1上以在其上形成静电图像(潜像)。接着，感光鼓1上的静电图像利用显影器4被反转显影以在感光鼓1上形成由树脂和颜料组成的调色剂图像。在该过程中，显影偏压被施加到显影器4上。形成在感光鼓1上的调色剂图像通过初级转印辊5被转印(初级转印)到中间转印带7上。在该过程中，初级转印偏压被施加到初级转印辊5上。
如上所述，使用LC调色剂和DC调色剂形成图像在图7A和7B中显示的用于LC和DC调色剂的查找表的基础上进行。然后LC调色剂图像和DC调色剂图像被叠加以再生忠于图像信号的青色灰度级，如图8所示。同样的操作也适用于使用LM调色剂和DM调色剂的图像形成。
仅使用比如Y或Bk调色剂的暗色调色剂形成图像根据用于对应颜色的图8所示的将输出图像浓度与输入信号相关联的查找表进行。
例如，为了形成全色图像，上述操作在第一到第六站Pa到Pf的全部中进行。通过这种方式，调色剂图像被顺序地在第一转印部分N1a到N1f堆叠在中间转印带7上以此来形成初级转印的全色调色剂图像。
然后在中间转印带7上的该全色图像被转印(次级转印)到纸张上，即转印材料S上。在该过程中，次级转印偏压被施加到次级转印辊8上。
转印材料S在期望的定时上从存储器单元每次一张地馈送到次级转印位置N2。
在次级转印位置N2在其上转印了调色剂图像的转印材料S经过传送单元并馈送到加热辊定影单元9。调色剂图像在加热辊定影单元9中被定影到转印材料S上，并且该转印材料S被排出到排出托盘中或后处理设备(未示出)中。
在初级转印步骤之后残留在感光鼓1上的调色剂被清洁器6收集起来。在次级转印步骤之后残留在中间转印带7上的调色剂被作为用于清洁中间转印材料的清洁单元的带清洁器75收集起来。
在延伸中间转印带7以形成调色剂图像从感光鼓1a到1f被转印到其上的转印表面的辊中，位于中间转印带7的移动方向下游的从动辊73与传感器74相对。传感器74检测从感光鼓1a到1f转印到中间转印带7上的图像的位移和浓度。用于控制图像形成装置的集成控制单元的控制器(未示出)基于传感器74所检测的结果校正站Pa到Pf中的每一个的图像浓度、调色剂供应量、用于写入图像的定时、开始写入图像的位置等等。
现在参考图2，用于显影形成在感光鼓1上的点状分布的静电图像的显影器4被进一步详细解释。应注意到在该实施例中，如将在下面详细描述的，所有的显影器4a到4f几乎都一样，除了所使用的显影剂中的载体。
显影器4具有显影容器(该显影器的主单元)43。显影容器43的内部被壁44分割成显影室(第一室)R1和混合室(第二室)R2。调色剂池R3被安置在混合室R2上面，并且包括补给调色剂(非磁性调色剂粒子)49。调色剂池R3具有供给口48。量等于显影所消耗的调色剂的补给调色剂经过供给口48落到混合室R2中。显影室R1和混合室R2每一个都包含双成分显影剂，该剂主要包括非磁性调色剂粒子(调色剂)和磁性载体粒子(载体)。
作为用于混合和传送显影剂的单元的第一传送螺杆45被设置在显影室R1内部。随着第一传送螺杆45被旋转，显影室R1内部的显影剂被沿着作为下面描述的显影剂承载部件的显影套筒41的纵向被传送。
作为用于混合和传送显影剂的单元的第二传送螺杆46被设置在混合室R2内部。随着第二传送螺杆46被旋转，显影剂沿着显影套筒41的纵向被传送。第二传送螺杆46传送显影剂的方向与第一传送螺杆45相反。
壁44在纵向上(与每个螺杆的轴向平行的方向)的每一端都有一个洞。第一传送螺杆45传送的显影剂经过这些洞之一被递送到第二传送螺杆46，而第二传送螺杆46传送的显影剂经由另一个洞被递送到第一传送螺杆45。通过这种方式，显影剂在显影容器43内部被循环和传送。
为了将显影器4中的调色剂浓度(调色剂含量，即调色剂占显影剂总重量的比重)保持为恒定级别，补给调色剂49在图像形成过程中的期望定时从调色剂池R3被供给到混合室R2。补给调色剂49根据需要从每种颜色的补给调色剂容器(未示出)中被提供到调色剂池R3。
开口在显影容器43中靠近感光鼓1的位置形成。由诸如铝、非磁性不锈钢等非磁性材料构成的圆柱形部件置于该开口中。该圆柱形部件是作为显影剂承载部件的显影套筒41。
显影套筒41沿图中箭头β的方向旋转并将包含有调色剂和载体的显影剂运载和传送到感光鼓1与该显影套筒41相对的显影区域D。感光鼓1沿图中箭头α的方向旋转。换句话说，显影套筒41和感光鼓1这样旋转，使得它们的表面在显影区域D中沿相同的方向移动。
承载在显影套筒41上的显影剂的直立链(standing chain)(磁刷)在显影区域D接触感光鼓1以在显影区域D在感光鼓1上显影静电图像。
这里应注意到，其中AC电压和DC电压被叠加的振动偏压从作为用于输出显影偏压的单元的显影偏压产生器G提供给显影套筒41。静电图像的暗电位(未曝光部分的电位)VD和亮电位(曝光部分的电位)VL存在于振动偏压电压的最大值和最小值之间。通过这种方式，其中取向以交变方式改变的交变电场形成在显影区域D中。调色剂和载体在交变电场中被猛烈振动，当振动的调色剂挣脱了来自显影套筒41和载体的静电结合力时，调色剂沿着感光图像附着到感光鼓1上。
振动偏压电压的最大值和最小值之间的差优选地在范围0.5kV到2kV，并且频率优选地在范围1kHz到12kHz。振动偏压的波形可以是矩形、正弦、三角形等等。振动偏压的DC电压分量的值在静电图像的暗电位VD和亮电位VL之间。为了防止调色剂附着到暗电位区域上而引起模糊，与亮电位VL相比，DC电压成分优选地更接近于暗电位VD，亮电位VL具有最小绝对值。在该实施例中，在所有显影器4中，峰间电压被设定为1.5kV，而频率被设定为12kHz。
显影套筒41和感光鼓1之间的最小空间(该最小空间位于显影区域D中)优选地在范围0.2mm到1mm中。在该实施例中，所有显影器4中的该最小空间都被设定为0.4mm，以使得传送到显影区域D中的双成分显影剂在显影期间接触到感光鼓1。
作为用于调节显影剂厚度的部件的显影片刃(developing blade)47被安置在显影区域D的沿显影套筒41的旋转方向上游，以使得显影片刃47相对于显影套筒41。显影片刃47调节由显影套筒41运载和传送到显影区域D的双成分显影剂的厚度。在被显影套筒41调节的同时被传送到显影区域D的显影剂的量(显影剂的涂敷量)被设定为在所有显影器4中大约相同。在该实施例中，显影套筒41的每单元面积的显影涂敷量被调节为30mg/cm2。
作为磁场产生单元的辊磁体42被固定在显影套筒41中。辊磁体42具有与显影区域D相对的显影磁极S1。显影区域D中的由显影磁极S1形成的显影磁场在显影前形成了磁刷，而该磁刷接触感光鼓1以显影点状分布的静电图像。在显影期间，附着在磁性载体链上的调色剂和附着在显影套筒41表面上的调色剂被转印到感光鼓1上的静电图像的曝光区域以显影图像。在该实施例中，显影套筒41表面上由显影磁极S1形成的显影磁场的强度(在垂直于显影套筒41表面方向(法线)上的磁通量密度)被设定为100mT。在该实施例中，除了显影磁极S1外，辊磁体42还具有极N1、N2、N3和S2。极N1、N2和N3是磁体的N极，而极S1和S2是磁体的S极。
随着显影套筒41的旋转，显影剂在极N2被提升到显影套筒41上，在被显影片刃47调节的同时被传送到极N1，并形成薄层。接着，来自于显影磁极S1的磁场中直立的链中的显影剂显影感光鼓1上的静电图像。由于极N3和极N2互相磁性排斥，所以显影套筒41上的显影剂落到显影室R1中。落到显影室R1中的显影剂被混合并被第一传送螺杆45和第二传送螺杆46传送。
现在将更详细地描述使用在该实施例中的双成分显影剂。
调色剂作为调色剂，可以使用已知的包括结合剂树脂和比如着色剂、电荷控制剂等等的添加剂的调色剂。该调色剂优选地具有容量平均粒子直径5μm到15μm。在该实施例中，容量平均粒子直径为6μm的调色剂被用于所有颜色，即LC、LM、C、M、Y和Bk。
亮色调色剂被准备，以使得当装载到转印材料S上的调色剂量为0.5mg/cm2时，在定影之后的光学浓度小于0.8。在该实施例中，通过调整颜料，以使得当装载到转印材料S上的调色剂量是0.5mg/cm2时，定影后的光学浓度是0.7，来准备LC调色剂和LM调色剂的每一个。暗色调色剂的每个都被调整以使得当转印材料S上的调色剂量是0.5mg/cm2时，定影后的光学浓度至少为1.2。在该实施例中，DC、DM、Y和Bk调色剂中的颜料被调整，以使得当转印材料S上的调色剂量是0.5mg/cm2时，定影后的光学浓度为1.4。
如果必要的话，合适的外部添加剂可以被添加到调色剂中。从外部添加剂的耐久性考虑，该外部添加剂的粒子直径优选为最多是调色剂粒子平均重量粒子直径的十分之一。外部添加剂的粒子直径被确定为通过调色剂粒子的微观表面观察测量的平均粒子直径。外部添加剂的用量为调色剂每100重量份中的0.01至15重量份，并且优选地为0.05至12重量份。
外部添加剂的例子包括金属氧化物，比如氧化铝、氧化钛、氧化锶、氧化铈、氧化镁、氧化铬、氧化锡和氧化锌；氮化物，比如氮化硅；碳化物，比如碳化硅；金属盐，比如硫酸钙、硫酸钡和碳酸钙；脂肪酸金属盐，比如硬脂酸锌、硬脂酸钙；碳黑；和硅石。外部添加剂可以单独使用也可以组合使用。外部添加剂优选为疏水的(hydrophobized)。
包括这些成分的调色剂可被充负电或正电。在该实施例中，可充负电的调色剂被用于所有颜色。特别地，由于与载体的摩擦而具有平均电荷量(每单位重量的电荷，此后也叫做“Q/M”)-0.3×10-2C/kg的调色剂用于所有颜色。调色剂与载体的混合比(重量比)对于所有的颜色被设定为8wt％。
这里，短语“具有相同色相但具有不同浓度的调色剂”指由树脂和颜料构成的调色剂包含具有相同的光谱特性、但用量不同的颜色显影成分(颜料)。术语“亮色调色剂”指的是从具有相同色相但具有不同浓度的调色剂中选取的具有相对低的浓度的调色剂。如上所述，通过控制颜料以使得对于转印材料上0.5mg/cm2的调色剂量，光学浓度对于小于0.8而准备的调色剂优选地被用作亮色调色剂。通过控制颜料以使得对于转印材料0.5mg/cm2的上调色剂量光学浓度为1.2或更大而准备的调色剂优选地被使用作暗色调色剂。在此，短语“相同色相”意味着颜色显影成分(颜料)的光谱特性是相同的。然而，光谱特性不必严格相同，并且只要调色剂的光谱特性落在相同的颜色的一般分类中，比如品红、青色、黄色和黑色，它们就可以被认为具有“相同的色相”。
载体现在将提供对载体的描述。下面的公式(1)是指示从显影磁极施加到显影剂承载部件表面上的磁性载体的磁性力(即显影磁极和载体间的磁性结合力)的近似。术语“磁性结合力”是沿着磁极所形成的磁场方向而产生的力。公式(1)显示了磁性结合力是根据载体的容量、载体的磁化和施加到载体的磁场而确定的。注意，当显影磁极与显影区域相对时，在与显影套筒的表面垂直的方向上的磁性组合力分量变成最大。这对于防止载体附着是最优的。
F＝(M·)HM=V·Jm=4πr33Jm...(1)]]>F磁性结合力[N]M磁矩[Am2]H施加到载体的磁场[A/m]V载体容量[m3]Jm磁化[A/m]在利用较大电位差Vcont显影高浓度调色剂显影期间，载体附着到图像区域趋于更猛烈地发生。与利用暗色调色剂显影相比，利用亮色调色剂显影更频繁地遭受载体附着到图像区域上。本发明在利用亮色调色剂显影期间防止载体附着到图像区域上，同时在至少使用具有相同色相的亮色调色剂和暗色调色剂形成图像的过程中抑制暗色调色剂图像和亮色调色剂图像的粗糙度。
在该实施例中，从提高载体磁化强度的角度出发，使用在使用亮色调色剂的显影器中的载体(用于亮色调色剂的载体)的磁化强度被控制为高于使用在使用暗色调色剂的显影器中的载体(用于暗色调色剂的载体)的磁化强度。通过这种方式，显影磁极和载体之间的磁性结合力可以被提高，并且在使用亮色调色剂的显影区域到图像区域的载体附着可以被降低。换句话说，在该实施例中，在用于亮色调色剂的显影器的显影区域中辊磁体42对显影套筒41的表面上的磁性载体的磁性结合力大于用于暗色调色剂的显影器的磁性结合力。
表格1显示了在载体的数目平均粒子直径是40μm时用于LC调色剂的显影器4a和用于DC调色剂的显影器4c的载体磁化、载体附着以及粗糙度之间的关系。在用于LM调色剂的显影剂4b和用于DM调色剂的显影器4D中也观察到了同样的结果。
在表格1中，粗糙度被使用浓度大约为0.4并且200线/英寸的线图像来评估。之前的感观检查已经揭露了在浓度大约为0.3到0.5时，粗糙度在肉眼下是很明显的。载体附着通过在定影后观察到在图像中的空隙和定影缺陷(光泽度上微小的不统一)而被确认。
表格1

A无粗糙度，高平滑图像B无粗糙度，平滑图像C轻微粗糙度，但仍然平滑图像D明显粗糙度E非常明显粗糙度X附着粒子的数量大于1/cm2Y附着粒子的数量为0.2/cm2至1/cm2Z附着粒子的数量小于0.2/cm2表格1中的结果显示出，例如，当载体的数量平均粒子直径为40μm时，亮色调色剂的载体的磁化强度在79.8kA/m的外部磁场中应该被调整到210kA/m或更大。当载体的数量平均粒子直径为40μm时，暗色调色剂的载体的磁化浓度在79.8kA/m的外部磁场中应当被调整为150kA/m或更大。通过这种方式，可在使用暗色调色剂显影期间和使用亮色调色剂显影期间基本上阻止载体附着到图像区域上。
如前所述，当载体的磁化被加强时，形成在显影区域中的载体链将具有增强的力并扰乱感光鼓1上的图像区域，因此提高了粗糙度。该现象发生在利用暗色调色剂显影期间，也发生在利用亮色调色剂显影期间。在这点上，用于暗色调色剂的载体的磁化的上限被认为与用于亮色调色剂的载体的磁化的上限相同。
然而，如表格1中所示的，当使用亮色调色剂时，利用比使用暗色调色剂的情况下更高磁化的载体可以获得满意的平滑图像。这可推定是由于以下两个因素。
第一个因素是调色剂本身的浓度在亮色调色剂中要低于在暗色调色剂中。尽管对调色剂图像的扰乱在相同浓度区域中在亮色调色剂图像和暗色调色剂图像中发生的程度相同，但是亮色调色剂图像中的粗糙度没有那么明显。这是因为在包含低浓度调色剂的亮色调色剂和转印材料S之间的浓度差别较小。因此，在使用亮色调色剂显影期间，由于载体链增强的力所导致的调色剂图像中适度的扰乱不会很大程度上提高图像的粗糙度。
第二个因素是在获取相同浓度的图像时，用于亮色调色剂的图像信号级别，即潜像级别高于用于暗色调色剂的级别。为了调整亮色调色剂以呈现0.4的浓度(在该浓度粗糙度特别明显)，图像输出级别被调整到110至120h，即中高浓度级别。如图3的部分(b)所示，潜像分布基本上与数字潜像分布一样锐利，并且潜像的对比度高。这样，感光鼓1上的调色剂图像被潜像电位强烈地电限制。因此，载体链的压力扰乱图像是很困难的。相反，为了调整暗色调色剂以呈现0.4的浓度(在该浓度粗糙度特别明显)，图像输出级别被调整到30到40h，即低浓度级别或高亮图像输出级别。这种情况下的潜像分布象图3中部分(a)所示的模拟图像一样明显。这样，潜像电位对感光鼓1上的调色剂图像的电结合力较小，并且调色剂图像很容易被与载体链的摩擦所扰乱。换句话说，在粗糙度特别明显的浓度区域中，感光鼓1上的亮色调色剂图像比暗色调色剂图像更不容易扰乱。这样，即使在具有较大磁化的载体被与亮色调色剂一同使用并且相对于图像表面的摩擦力因此通过具有增强的力的载体链被适度提高的情况下，亮色调色剂也呈现出等于或高于暗色调色剂图像的粗糙度。
由于上述第一和第二因素，当与暗色调色剂所形成的调色剂图像的粗糙度相比较时，亮色调色剂所形成的调色剂图像的粗糙度没有通过在用于亮色调色剂的显影剂中使用具有较大磁化的载体而被明显提高。
该原理同样应用到任何两个具有相同色相但具有不同浓度的调色剂之间的关系，比如DC调色剂和LC调色剂之间的关系和DM调色剂和LM调色剂之间的关系。
为了在利用亮色调色剂显影的过程中减少在图像区域中的载体附着，用于亮色调色剂的载体的磁化优选地大于用于暗色调色剂的载体的磁化。
表格1中的结果显示出，当载体的数量平均粒子直径为40μm时，用于亮色调色剂的载体在79.58kA/m的外部磁场中的磁化优选地为210kA/m至270kA/m。该结果还显示出当载体的数量平均粒子直径为40μm时，用于暗色调色剂的载体在79.58kA/m的外部磁场中的磁化优选地为150kA/m至180kA/m。
任何已知载体都可被使用作载体。其一个例子为树脂载体，其包含树脂、分散在树脂中的磁矿铁(magnetite)(磁性材料)、和分散在树脂中以给予导电属性和调整阻抗的导电材料(例如碳黑)。其他例子包括经受表面氧化和还原以调整阻抗的诸如铁酸盐的磁矿铁、涂敷有树脂以调整阻抗的例如铁酸盐的磁矿铁。这些载体可以通过已知处理被准备。本发明并不特别限定准备载体的处理。为了改变载体(例如上面描述的树脂载体)的磁化，在载体总量中的磁矿铁的量被调整，或者例如使用具有不同磁化的磁矿铁。
载体的电阻率优选地在场强为5×104V/m时为108Ωcm至1013Ωcm。当载体的电阻率非常低时，负电荷在显影期间经过载体链被注入到感光鼓1上的静电图像中，静电图像因此被扰乱。当电阻率非常高时，感光鼓1上的潜像可能不能被调色剂满意地显影，由此导致浓度的下降。
如上所述，在这个实施例中，用于亮色调色剂的载体的磁化被调整为大于用于暗色调色剂的载体的磁化。通过这种方式，载体和用于亮色调色剂的显影区域中的显影套筒41之间的磁性结合力可以被提高。因此，在使用亮色调色剂显影期间频繁观察到的载体附着到图像区域上能够被抑制。此外，由于仅增强了不引起粗糙度明显提高的用于亮色调色剂的载体的磁化，所以可在暗色调色剂图像和亮色调色剂图像中防止比如高粗糙度的图像出错。
因此，在根据本实施例的使用具有相同色相的两种调色剂(即亮色调色剂和暗色调色剂)来形成图像的过程中，在暗色调色剂图像和亮色调色剂图像中，粗糙度的提升可以被抑制，并且在使用亮色调色剂显影过程中载体附着到图像区域上能够被阻止。
注意，尽管在本实施例中，显影磁极和载体之间的磁性结合力通过调整载体的磁化而被调整，但是也可以通过改变载体容量，即载体的粒子直径来改变磁性结合力，这可以很容易地从上面的公式(1)中看出来。例如，如表格2所示，当用于亮色调色剂的载体和用于暗色调色剂的载体在79.58kA/m的外部磁场都具有180kA/m的磁化时，载体粒子的直径优选地为如下。
表格2

A无粗糙度，高平滑图像B无粗糙度，平滑图像C轻微粗糙度，但仍然平滑图像D明显粗糙度E非常明显粗糙度X附着粒子的数量大于1/cm2Y附着粒子的数量为0.2/cm2至1/cm2Z附着粒子的数量小于0.2/cm2用于亮色调色剂的载体的数量平均粒子直径优选地为大约42至47μm，而用于暗色调色剂的载体的数量平均粒子直径优选地为36到40μm。
第二实施例现在将描述本发明的第二实施例。该第二实施例的图像形成装置的基本特征和操作与第一实施例中的那些相同。这样，具有相同或类似功能和特征的组件被以与第一实施例中的那样相同的附图标记表示，并且其详细的描述被省略以突出该第二实施例特有的特征。
在第一实施例中，显影磁极和载体之间的磁性结合力通过改变载体的磁化而被增强。类似的效果可以通过其他方式增强磁性结合力而获得。
例如，在本实施例中，显影磁极和载体之间的磁性结合力通过改变显影磁极的磁通量密度，即在垂直于显影套筒41表面的方向(法线)上的磁通量密度而被改变。
图4显示了根据该实施例的固定在显影套筒41中的辊磁体42在用于暗色调色剂的显影器和用于亮色调色剂的显影器中的磁通量密度分布。在该图中，虚线显示了在用于亮色调色剂的显影器中的分布，实线显示了在用于暗色调色剂的显影器中的分布。
显影磁极S1在用于亮色调色剂的显影器中的磁通量密度是140mT，而在用于暗色调色剂的显影器中的磁通量密度是100mT。
在显影套筒41中辊磁体42的五个磁极当中，除了显影磁极之外的四个磁极在用于暗色调色剂的显影器和用于亮色调色剂的显影器中都是相同的。
在该实施例中，显影磁极的磁通量强度的半值宽度(下面将给出详细描述)在用于暗色调色剂的显影器和用于亮色调色剂的显影器中都是40度。为了提高磁通量强度，用于亮色调色剂的显影器的显影磁极优选地由稀土磁体组成。在该实施例中，钕磁体被用作用于亮色调色剂的显影器的显影磁极。
以这种方式，由于显影磁极和载体之间的磁性结合力在使用亮色调色剂的显影区域中被增强，所以在用于亮色调色剂的显影器中，载体附着可以被抑制，如第一实施例所述的，在用于亮色调色剂的显影器中，载体附着到图像区域的是很频繁的。
当显影磁极的磁通量密度被提高时，载体链呈现出更大的强度。感光鼓1上的图像的光滑度有可能通过与载体链的摩擦力而提高。
然而，如在第一实施例中所描述的，由于亮色调色剂本身的浓度低于暗色调色剂的浓度，所以粗糙度不是很容易注意到。此外，在粗糙度很容易被注意到的浓度区域上的感光鼓1上的亮色调色剂图像被潜像电位强烈地电结合并且不会轻易地被扰乱。由于这些原因，即使用于亮色调色剂的显影器的显影磁极的磁通量密度大于用于暗色调色剂的显影器的显影磁极的磁通量强度，也可以阻止比如提高的粗糙度的图像缺陷，并可有效地降低使用亮色调色剂显影过程中到图像区域的载体附着。
表格3显示了在用于LC调色剂的显影器4a以及用于DC调色剂的显影器4c中的显影磁极的磁通量密度、载体附着和粗糙度发生之间的关系。在显影器4a和4c中使用相同的载体。该载体的数量平均粒子直径为40μm，并且在79.85kA/m的外部磁场中的磁化为180kA/m。在用于LM调色剂的显影器4b和用于DM调色剂的显影器4d中观察到相同的关系。
表格3

A无粗糙度，高平滑图像B无粗糙度，平滑图像C轻微粗糙度，但仍然平滑图像D明显粗糙度E非常明显粗糙度X附着粒子的数量大于1/cm2Y附着粒子的数量为0.2/cm2至1/cm2Z附着粒子的数量小于0.2/cm2表格3中的结果显示出，例如当载体的数量平均粒子直径是40μm，并且在79.85kA/m的外部磁场中载体的磁化为180kA/m时，在用于亮色调色剂的显影器中的显影磁极的磁通量密度优选地为120mT到140mT。例如当载体的数量平均粒子直径为40μm并且在79.85kA/m的外部磁场中载体的磁化为180kA/m时，用于暗色调色剂的显影器中显影磁极的磁通量密度优选地为80mT到100mT。
如上所述，在该实施例中，用于亮色调色剂的显影器的显影磁极的磁通量密度被调整为高于用于暗色调色剂的显影器的显影磁极的磁通量强度。通过这种方式，在载体和使用亮色调色剂的显影区域中的显影套筒41之间的磁性结合力可以被提高。这样，在使用亮色调色剂显影期间频繁发生的到图像区域上的载体附着可以被抑制。此外，可以防止比如高粗糙度等的图像缺陷。
第三实施例现在将描述本发明的第三实施例。该第三实施例的图像形成装置的基本特征和操作与第一实施例的那些相同。这样，具有相同或类似功能和特征的组件被以与第一实施例相同的附图标记表示，并且其详细描述被省略以突出该第三实施例特有的特征。
在该实施例中，为了将显影磁极和使用亮色调色剂的显影区域中的载体之间的磁性结合力调整为大于使用暗色调色剂的显影区域中的磁性结合力，用于亮色调色剂的显影器的显影磁极的磁通量密度的半值宽度与用于暗色调色剂的显影器的显影磁极的磁通量密度的半值宽度不同。
半值宽度是由指示在最大磁通量密度(B0)两侧的半值(B0/2)的两个位置所定义的角θ(度)，如图5A所示。
下面的公式(2)是利用磁通量强度对上述公式(1)的扩展。如在第一实施例中所描述的，显影磁极和载体之间的磁性结合力由公式(2)近似表示。公式(2)指示了磁性结合力F随着显影磁极的磁通量密度B0的改变量而增加。
F=1μ03(μ-1)μ+24πr33(B0·▿)B0......(2)]]>F磁性结合力[N]B0磁通量密度[T]r载体粒子直径[m]μ相对磁导率在该实施例中，磁通量密度(在垂直于显影套筒41表面的方向(法线)上的磁通量密度)的半值宽度被调整为在使用亮色调色剂显影图像的区域中比在使用暗色调色剂显影图像的区域中更小。通过这种方式，显影磁极和载体之间的磁性结合力在用于亮色调色剂的显影器中会被提高。
例如，来自用于亮色调色剂的显影器的显影磁极的磁场的磁通量密度分布被如图5A中虚线(b)所指示的来控制。图5A中(b)所指示的磁通量强度分布具有30度的半值宽度。相反，来自用于暗色调色剂的显影器的显影磁极的磁场的磁通量密度分布被如图5A中实线(a)所指示的那样来控制。这里，半值宽度为40度。来自显影磁极的磁场的磁通量密度在两个显影器中都是100mT。
通过这种方式，在图像被使用亮色调色剂显影的区域中的磁性结合力变得大于图像被使用暗色调色剂显影的区域中的磁性结合力。这样，在第一和第二实施例中描述的相同效果可以被实现。
测量方法磁性载体的电阻率被如下测量。首先，磁性载体或芯粒子被填充到电解槽(cell)中。两个电极被安置在相对端以使得电极接触到磁性载体或芯粒子。电压被施加到电极之间，并且流经它们之间的电流被测量以确定电阻率。电阻率在以下条件下被测量磁性载体或芯粒子与电极之间的接触面积S为大约2.3cm2；厚度d大约为2mm；上电极的负载为180g；并且测量电场强度为5×104V/m。
载体的平均粒子直径被如下测量。水平方向上的最大弦(chord)长被假设为载体粒子直径。通过使用扫描电子显微镜(放大倍数100x到5000x)，300个或更多的具有0.1μm或更大的粒子直径的载体粒子被随机选择，并且这些粒子的直径被测量。粒子直径的算术平均值被定义为本发明的载体粒子直径。
磁性载体的磁性属性被使用Riken Denshi有限公司制造的振动磁场类型的磁性属性记录器BHV-30来测量。粉末状磁性载体的磁性特征值在795.7kA/m到79.58kA/m的外部磁场中被测量以确定磁性载体的磁化强度。磁性载体的测量样本通过使用磁性载体来充分塞满圆柱形塑料容器来准备。这种状态下的磁距被测量，并且样本的质量被测重以确定磁化强度(A/m)。磁性载体粒子的真比重例如使用干型自动比重计Accupyc 1330(由Shimadzu公司制造)被测量。每单位容量的磁化强度被确定为上面测得的磁化强度和真比重的乘积。
显影套筒中固定磁体的显影磁极S1和其他磁极N1、N2、N3和S2的磁通量分布通过F.W.Bell生产的高斯计640被测量。显影套筒被水平固定，并且轴向探针在被保持与该显影套筒的表面距离很小(在测量期间设定为大约100μm)的同时被水平固定以使得显影套筒的中心和探针的中心基本上在同一水平面上。该探针被连接到高斯计，并且显影套筒表面上的磁通量密度被测量。显影套筒和该磁体基本上是同心的，并且显影套筒和该磁体之间的空间因此被认为在任何位置都是相同的。因此，在显影套筒表面的法线方向上的磁通量密度Br可以对于圆周方向上的所有位置测量。
调色剂的容量平均粒子直径例如可以通过以下测量方法被测量。测量仪器Coulter Counter TA-II(Beckman Coulter公司生产)被连接到接口(Nikkaki-Bios生产)和CX-i个人计算机(Canon公司生产)以输出数量平均分布和容量平均分布。从额外纯氯化钠准备的1％NaCl水溶液被使用为电解液。向100到150ml的这种水电解液中添加0.1到5ml作为分散剂的表面活性剂(优选地为烷基苯磺酸盐)和0.5到50mg的测量样本。所得到的其中悬浮有样本的电解液在超声波分散器(disperser)中经过大约1到3分钟的分散处理，并且2到40μm粒子的粒子尺寸分布被使用100μm孔径(aperture)和Coulter CounterTA-II来测量以确定容量分布。容量平均粒子直径从所得的容量分布中计算出。
尽管本发明通过特定实施例如上面那样被描述，但是本发明并不局限于这些实施例。例如，在第一到第三实施例中，图像形成装置使用中间转印方法。然而，本发明的应用并不局限于该方法，本发明可同样应用于本领域技术人员公知的直接转印类型的图像形成装置。直接转印类型的图像形成装置包括，例如，作为用于运载和转印该转印材料的部件的传送带。在传送带的表面的移动方向上安置的图形承载部件上分别形成的调色剂图像顺序被叠加到传送带上的转印材料上以形成由不同颜色的调色剂组成的图像。
本领域技术人员所熟知的另一种图像形成装置包括用于一个图像承载部件的多个显影剂，其中调色剂图像被形成在图像承载部件上并被转印到转印材料上，无论是直接地还是间接地一个接一个地经由中间转印材料。本发明同样可应用于这种图像形成装置。
权利要求
1.一种图像形成装置，包括第一显影容器，容纳有包含第一调色剂和第一载体的第一显影剂；第一显影剂承载部件，与第一显影容器关联并运载和传送第一显影剂到第一显影区域以显影静电图像；第一磁场产生单元，用于在第一显影区域产生磁场，该第一磁场产生单元被安置在第一显影剂承载部件中；第二显影容器，容纳有包含第二调色剂和第二载体的第二显影剂，该第二调色剂具有与第一调色剂相同的色相但具有比第一调色剂更低的浓度；第二显影剂承载部件，与第二显影容器关联并运载和传送第二显影剂到第二显影区域以显影静电图像；以及第二磁场产生单元，用于在第二显影区域中产生磁场，该第二磁场产生单元被安置在第二显影剂承载部件中，其中从第二磁场产生单元施加到第二显影区域中的第二载体的磁性结合力大于从第一磁场产生单元施加到第一显影区域中的第一载体的磁性结合力。
2.如权利要求1所述的图像形成装置，其中当装载到转印材料上的调色剂量为0.5mg/cm2时，第二调色剂具有小于0.8的光学浓度，并且当装载到转印材料上的调色剂量为0.5mg/cm2时，第一调色剂具有1.2或更高的光学浓度。
3.如权利要求1所述的图像形成装置，所述第一磁场产生单元在与第一显影区域相对的位置具有第一磁极，并且所述第二磁场产生单元在与第二显影区域相对的位置具有第二磁极，其中，第二磁极在第二显影区域中法线方向上的磁通量密度大于第一磁极在第一显影区域中法线方向上的磁通量密度。
4.如权利要求3所述的图像形成装置，其中第二磁场产生单元的第二磁极具有稀土磁体。
5.如权利要求1所述的图像形成装置，所述第一磁场产生单元在与第一显影区域相对的位置具有第一磁极，所述第二磁场产生单元在与第二显影区域相对的位置具有第二磁极，其中，第二磁极在第二显影区域中的磁通量密度的半值宽度小于第一磁极在第一显影区域中的磁通量密度的半值宽度。
6.如权利要求1所述的图像形成装置，其中第二载体的磁化强度大于第一载体的磁化强度。
7.如权利要求1所述的图像形成装置，其中第二载体的粒子直径大于第一载体的粒子直径。
全文摘要
一种图像形成装置，包括容纳有第一显影剂的第一显影容器，该第一显影剂包括暗色调色剂和第一载体；在第一显影容器处的第一显影剂承载部件，其传送第一显影剂到第一显影区域；第一单元，用于在第一显影区域中产生磁场，其安置在第一显影剂承载部件中；容纳有第二显影剂的第二显影容器，该第二显影剂包括亮色调色剂和第二载体；在第二显影容器处的第二显影剂承载部件，其传送第二显影剂到第二显影区域；以及第二单元，用于在第二显影区域中产生磁场，并被安置在第二显影剂承载部件中。从第二单元施加到第二显影区域中的第二载体上的磁性结合力大于从第一单元施加到第一载体上的磁性结合力。
文档编号G03G9/107GK101025593SQ200710078960
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月16日 优先权日2006年2月23日
发明者秋田昌则 申请人:佳能株式会社