图像形成设备的制作方法

专利名称：图像形成设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用电子照相系统的图像形成设备，更具 体地，涉及 一 种使用显影装置用的混合了调色剂和载体(carrier)的两组分显影剂的图像形成设备，该显影装置使形 成在图像承载构件上的静电图像显影。
背景技术：
在传统的电子照相系统的图像形成i殳备中，已知如下技术 借助于显影装置使用显影剂使形成在图像承载构件中的静电图 像显影，从而使图像可视化为调色剂图像。对于使用混合了调 色剂和载体的两组分显影剂作为显影剂的显影装置，为了获得 稳定的显影特性，使显影剂的调色剂(T)和载体(C)的混合 比T/D比(D=T+C )(表示显影剂的调色剂浓度，下文中是T/D 比)保持恒定是很重要的。显影时消耗显影剂中的调色剂，并且改变显影剂的T/D比。 因此，为了保持图像的品质，需要适当地检测显影装置中的显 影剂的T/D比，根据变化供给调色剂，总是将显影剂的T7D比控 制为恒定的。从而，已经^是出如光反射4全测系统、电感(inductance)系 统和斑点(patch)检测系统等几种系统作为显影剂浓度检测/ 控制设备(ATR)。在这些系统中，红外发射LED (发光二极管)发出红外光， 并且由例如PD (光电二极管)的光接收元件接收反射光。使用 利用光反射检测系统的许多图像形成设备，该光反射检测系统 通过测量反射光的量来检测显影剂的T/D比(日本特开2002-091156号乂>才艮)。这基于以下原理调色剂反射红外光并且载体吸收红外光， 如果调色剂的量增加，则反射光量增加，而如果调色剂的量减 少，则反射光量也减少。因此，如果调节调色剂的供给量使得 反射光量变为恒定值，则可以将显影剂的T/D比保持恒定水平。在全色图像形成设备中，使用具有利用不同颜色的显影剂 的多个显影装置的显影装置。在这些显影装置中，用于形成全 色图像的彩色图像形成设备需要黄色、品红色和青色这三种颜 色的显影装置，或者需要包括黑色的四种颜色的显影装置。如果多个显影装置分别设置有显影剂浓度检测单元，则需 要与显影装置的数量相同数量的显影剂浓度检测单元。此外， 需要与显影剂浓度检测单元的数量相同数量的用来处理来自显 影剂浓度检测单元的检测信号并且输出显影剂(调色剂)供给 信号的信号处理电路。从而，使设备的结构复杂化，并且极大 地增加了成本。为了解决该问题，设备具有能在显影操作时移动特定的显 影装置以进行显影的移动式显影装置，并且光反射检测单元检 测承载在显影装置的显影剂承载构件上的显影剂。提出了能够 使用单一显影剂浓度控制设备来控制每种显影剂的T/D比的图 像形成设备(参见日本特开平05-313495号公报)。然而，在传统的光反射检测系统的显影剂浓度控制(ATR) 中，承载在显影套筒上的显影剂涂覆量的变化极大地改变光反 射检测单元的输出，该显影套筒是显影装置的显影剂承载构件。 从而，存在错误地检测数值的不利的可能性。由大量的图像形成操作引起的显影剂的流动性的变化、显 影套筒的表面性能(表面粗糙度、摩擦系数)的变化以及输出 图像的图像比率来改变承载在显影套筒上的显影剂涂覆量。在传统的图像形成设备中，作为显影套筒的材料，经常使 用在表面设置有突起和凹部以增强显影剂的承载和传送能力的铝或不锈钢(sus )。在该显影套筒中，如果承载在其表面上的显影剂的涂覆量 减少，则露出该表面。另外，构成显影套筒的如铝和不锈钢等 材料具有高反射率，当用光反射检测单元检测显影剂浓度时， 来自显影套筒表面的反射光增加。从而，如果显影剂浓度高， 则引起错误的检测，并且通过显影剂浓度控制不利地进行用于 减少调色剂的供给量的控制以减少显影剂浓度。结果，显影套筒上的显影剂涂覆量减少，使显影性能劣化， 并且通过显影剂浓度控制减少显影剂浓度。因此，使显影性能 急剧地劣化，使图像浓度减少，并且使载体附着。发明内容因此，本发明的目的是提供一种能够被控制成精确检测显 影剂的显影剂浓度且将显影剂浓度保持在适当状态、并且能够 以稳定的图像浓度输出图像的图像形成设备。为了实现上述目的， 一种图像形成设备，其包括 图像承载构件；显影装置，其使形成在图像承载构件上的静电图像显影；显影剂承载构件，其设置在显影装置中，使其与图像承载 构件相对，并且承载显影剂；浓度传感器，其向显影剂承载构件的承载显影剂的表面发 出光，并且能够由显影剂的反射输出值检测出显影剂承载构件 上的显影剂浓度；以及供给装置，其根据浓度传感器的检测结果向显影装置供给 供给用显影剂，其中，如果在显影剂承载构件上承载显影剂的状态下由浓度传感 器检测到的反射输出值被定义为A，并且在显影剂承载构件上 未承载显影剂的状态下由浓度传感器检测到的反射输出值被定义为B，则B/A的值在0.3〈B/A〈2的范围中。 一种图像形成设备，其包括 多个图像承载构件；多个显影装置，其分别使形成在图像承载构件上的静电图 像显影；多个显影剂承载构件，其分别设置在显影装置中、分别与 图像承载构件相对、并且承载显影剂；浓度传感器，其向多个显影剂承载构件中的每一个的承载 显影剂的表面发出光，并且能够由显影剂的反射输出值检测出 显影剂承载构件上的显影剂浓度；以及多个供给装置，该多个供给装置中的每一个根据浓度传感 器的检测结果向显影装置供给供给用显影剂，其中，如果在显影剂承载构件上承载显影剂的状态下由浓度传感 器检测到的反射输出值被定义为A,并且在显影剂承载构件上 未承载显影剂的状态下由浓度传感器检测到的反射输出值被定 义为B,则对于各显影剂承载构件，B/A的值在0.3〈B/A〈2的范 围中。通过下面(参照附图)对典型实施例的说明，本发明的其 它特征将变得明显。


图l是示出根据本发明的实施例的图像形成设备的结构的 示意图；图2是示出图1中示出的图像形成部的结构的示意图；图3是图2中示出的显影装置的剖视图；图4是图2中示出的调色剂浓度传感器的结构的示意图；图5是示出图4中示出的调色剂浓度传感器的布置位置的图；图6是示出当调色剂浓度传感器与磁极相对布置时承载在 显影套筒上的显影剂量与调色剂浓度传感器的输出之间的关系 的图；图7是示出图1中示出的图像形成设备的评价结果的图； 图8是示出当调色剂浓度传感器被布置成与磁极之间相对时承载在显影套筒上的显影剂量与调色剂浓度传感器的输出之间的关系的图；图9是示出根据本发明的另 一 实施例的显影剂浓度控制的 斑点图 <象(patch image )的图；图IO是示出根据本发明的另 一 实施例的图像形成设备的结 构的示意图；并且图ll是图IO中示出的显影装置的剖视图。
具体实施方式
下面，将基于附图详细说明本发明的实施例。 第 一实施例图1是示出根据本发明的实施例的电子照相图像形成设备 的结构的示意图。图2是示出图像形成部的结构的示意图。在根据本实施例的电子照相图像形成设备中，如图l所示，以能沿图1中的箭头A的方向以预定的圆周速度转动的方式安 装作为图像承载构件的感光鼓l，该感光鼓l形成有感光层，该 感光层由形成在筒状基体上的有机感光构件制成。在本实施例 中，感光层由形成为外径是50mm的铝筒状的有机感光材料形成，并且设置表面保护层以增强调色剂的模型分离性能并防止 感光层被切削。由作为充电单元的充电辊2将感光鼓1的周面均匀地充电到预定极性和电位。用从曝光单元3输出的激光4扫描充电表面，并且使该充电表面暴露于光，从而形成图像信息的静电图像。 与通过打印接口从图像读取设备(未示出)或者如个人电脑等 图像信号产生设备输入的图像信息的像素信号相对应地调制(ON/OFF转换)激光4。激光反射镜5使从曝光单元3输出的激光4向感光鼓1偏转。 显影单元6包括黄色调色剂显影装置6 Y 、品红色调色剂显影装 置6M和青色调色剂显影装置6C的切换式转动显影单元6a以及 具有用于黑色的黑色调色剂显影装置6B的固定显影单元6b。由转动支撑设备6c支撑转动显影单元6a,使得转动显影单 元6a能沿箭头B的方向转动，彩色调色剂显影装置6Y、 6M、 6C 顺次与感光鼓l相对，并且由各色调色剂进行显影。由彩色调色剂盒7Y、 7M和7C将调色剂(供给用显影剂) 供给到彩色调色剂显影装置。彩色调色剂盒7Y、 7M和7C可以 被安装到设备主体100,并且可从设备主体100拆卸。当作为输 送构件的l俞送螺斥干(conveying screw ) 7Y1、 7M1和7C1净皮驱动 时，彩色调色剂盒中的供给用显影剂被供给到显影装置。由控 制单元51控制用于驱动供给螺杆的驱动单元(例如电动机)的 驱动操作。在本实施例中，供给设备由供给螺杆、驱动单元等 构成。当彩色调色剂盒7Y、 7M和7C中无调色剂时，用新的彩 色调色剂盒更换这些彩色调色剂盒并且可以再次形成图像。固定显影单元6b具有容纳黑色调色剂的显影装置。黑色调 色剂的消耗量高。与转动显影单元6a类似，固定显影单元6b包 括黑色调色剂盒7B。调色剂被供给到黑色调色剂盒7B和黑色调色剂显影装置6B,黑色调色剂盒7B可以被安装到设备主体，并 且可从设备主体拆卸。在固定显影单元6b被安装在设备主体上的状态下，如图2 所示，作为可转动的调色剂承载构件的显影套筒61与感光鼓1 之间具有微小间隙(在本实施例中是100fim 500(im)。形成用 于朝向感光鼓1供给承载在显影套筒61上的调色剂的显影区域。在黑色显影容器62中设置用于朝向显影套筒61传送调色剂 的传送单元63。朝向显影套筒61输送由传送单元63从黑色调色 剂盒7B供给的调色剂，并且由将调色剂供给到显影套筒61的供 给螺杆64将调色剂供给到显影套筒。在显影套筒61的上方设置作为限制承载在显影套筒61上的 调色剂的层厚的限制构件的显影刮板65。在显影单元的结构中，由充电辊2对感光鼓1的表面均匀地 充电(在本实施例中是大约-600V)。接着，由根据第 一颜色(例 如黄色)的图像数据进行ON/OFF控制的曝光单元3进行曝光和 扫描，并且在感光鼓1上形成第 一 颜色的静电潜像(在本实施例 中是大约-100V)。由具有第一颜色的黄色调色剂(负极性)的黄色调色剂显 影装置6 Y使第 一 颜色的静电潜像显影和可视化。使已可视化的 第一调色剂图像在预定压力下与感光鼓1接触。在相对于中间转 印带8的辊隙部中，在中间转印带8上进行一次转印，其中，以 与感光鼓l的圆周速度基本上相同的速度(200mm/S)沿箭头E 的方向转动驱动该中间转印带8。在本实施例中，聚酰亚胺带被用作中间转印带8，将环状 (endless shape)的厚度为100nm的表面电阻调节到lxl012Q/ 平方，并且将体积电阻调节到lxl一次转印构件9由如混合了芯棒和如高氯酸钠等离子导电性材料的橡胶以及聚氨脂等高分子弹性体材料或者如高分子泡沫材料等弹性材料制成。辊的体积电阻率值是lxl06Q.cm (23。C/50。/oRH环境以下)。将具有相同结构的材料用作二次转印构件10,辊的体积电 阻率值是lxlOSQ.cm ( 23。C/50。/。RH环境以下)。在一次转印到中间转印带8时，具有与调色剂的带电极性 (-)相反的极性的预设电压(在本实施例中是+ 100V)被施加 到中间转印带8。由与感光鼓l压力接触的作为清洁单元11的清 洁刮板刮去 一次转印时未转印到中间转印带8并且残留在感光 鼓l上的调色剂，并且在废调色剂容器(未示出)中回收该调色 剂。对于其它调色剂(品红色、青色和黑色)，重复上述转印步 骤，并且将由包含在显影装置中的不同颜色的调色剂产生的调 色剂图像顺次一次转印到中间转印带8，层叠调色剂图像，并且 合成形成彩色图像。由薄片辊21和输送辊2 2将作为被记录材料的转印材料P — 张一张地从薄片盒20供给到中间转印带8。通过从转印材料P的 背面向二次转印构件IO施加具有与调色剂的极性相反的极性的 电压(在本实施例中是+ 1000V)，将中间转印带8上的全色调色 剂图像二次转印到转印材料P,并且在转印材料P上形成全色调 色剂图像。使其上转印有全色调色剂图像的转印材料P与中间转印带 8分离，并且被导入定影单元13中，加热调色剂图像，将该调色 剂图像定影到转印材料P ，将转印材料P排出到排出托盘14中。由中间转印带清洁器12从中间转印带8上除去未从中间转 印带8二次转印到转印材料P的二次转印残留调色剂。接着，将基于以放大比例示出黄色调色剂显影装置6 Y的图3说明彩色调色剂显影装置。由于品红色调色剂显影装置6M和 青色调色剂显影装置6C也具有相同的结构，因此，将省略其说 明。图3示出显影套筒41、固定布置在显影套筒中的磁性辊 (magnet roller) 42、搅拌螺杆44和45、用于在显影套筒的表面 上形成显影剂薄层的限制刮板43以及显影容器40。将利用显影装置6Yil明由两组分f兹刷(magnetic brush)方 法使静电潜像可视化的显影步骤以及显影剂的循环。随着显影套筒41转动，由磁性辊42的》兹才及N3向上抽吸的搅 拌螺杆44附近的显影剂向磁极S1输送。在该过程中，布置在相 对于显影套筒41的S-B间隙处的限制刮板43限制显影剂的输 送。在显影套筒41上形成薄层。当该薄层形成的显影剂被输送到布置在最靠近感光鼓1的 位置附近的显影主极N1时，由；兹力形成f兹刷(-磁穗)，并且由 形成为磁穗的磁刷使形成在感光鼓l上的静电潜像显影。由显影 套筒的转动方向的下游的磁极N2和N3的相斥磁场将完成显影 操作的显影套筒41上的显影剂回收到显影容器40中。在本实施例中，显影套筒41和限制刮才反43之间的S-B间隙 被设定成使得薄层形成在显影套筒41上的显影剂的量变成大约 是作为初始设定值的3 0mg/cm2 。这是因为在本实施例的图像形成设备中，如果显影剂的量 变得大于40mg/cm2,则显影套筒和感光鼓之间的显影剂的滞留 以及载体到感光鼓的附着劣化。作为容纳在彩色调色剂显影装置6Y、 6M和6C中的显影剂， 使用以预定混合比混合磁性载体和非磁性调色剂的两组分显影 剂。作为磁性载体，使用具有相对于240kA/m的外加磁场的 24Am2/kg的饱和磁化、3000V/cm的电场强度中的lx107—8acm的电阻率、以及50iim的重量平均粒径的《失氧体^兹性载体。作 为非磁性调色剂，使用将疏水性硅胶添加到着色树脂粒子的具 有7.2!im的重量平均粒径的负带电的聚酯基树脂调色剂。作为磁性载体，在使用粘合剂树脂、磁性金属氧化物和非 磁性金属氧化物作为开始原料的情况下，可以使用由聚合法生 产的树脂磁性载体。这些磁性载体的制造方法不受特别限制。此夕卜，可以Y吏用苯乙烯丙烯酸类(styrene acryl画based )树 脂调色剂作为非磁性调色剂。使用以93: 7的重量比(调色剂浓 度7%)混合磁性载体和非磁性调色剂的混合物作为显影剂。容纳在黑色调色剂显影装置6B中的显影剂是磁性单一组 分显影剂，并且使用包括传统上广泛使用的炭黑、磁铁矿等的 磁性单一组分粉碎调色剂作为磁性调色剂。粉碎调色剂的粒径 是大约8pm。接着，将说明与本实施例中进行的显影装置控制(ATR) 相关的调色剂浓度传感器和操作。如图1所示，本实施例的图像形成设备1 OO具有控制图像形 成设备的CPU51。用作工作存储器的RAM52、储存由CPU执行 的程序和各种数据设定的ROM53、以及调色剂浓度传感器控制 单元54被连接到CPU 51。光反射型调色剂浓度传感器(显影剂 浓度检测单元)30被布置成从感光鼓1和转动显影单元6a彼此相 对的位置在转动显影单元6a的转动方向B的下游与转动显影单 元6a相对。光反射型调色剂浓度传感器(显影剂浓度检测单元) 3 0检测承载在显影套筒上的显影剂的反射光的量。通过该检测， 可以得知显影剂中的调色剂和载体的比值，即调色剂浓度。根 据光反射型调色剂浓度传感器3 0的检测结果驱动供给设备并且 控制调色剂的供给，从而控制显影装置中的调色剂浓度。图4示出调色剂浓度传感器30的示意性结构的例子。调色剂浓度传感器30包括第 一光接收元件303和第二光接收元件305。 调色剂浓度传感器3 0是检测来自被检对象的扩散光的扩散光型 浓度检测单元。第一光接收元件303是布置在作为红外光发射元件的双方 向发光型LED 301和红外光透过滤光器302的后方的光电二极 管。第二光接收元件305是在透明板304和LED 301的后方的直 接接收从LED 301朝后发出的红外光的光电二极管。这里使用 的术语"透明的"意味着红外光透过。301,并且发出红外光(波长X二960nm)作为照射光。作为 光接收元件303和305,使用在红外部分具有高敏感度的硅基光 电转换元件(如光电二极管和光电晶体管等)。红外光透过滤光 器3 0 2不总是必须的，透明板3 0 4也可以起到过滤器3 0 2的功能。 作为可选方案，光接收元件303和305可形成为一体作为一件。接着，将简要说明调色剂浓度传感器3 0的调色剂浓度检测 操作。从发光元件3 01发出的红外光被发射以在薄层形成在显影 套筒41的外周面上的状态承载的两组分显影剂层D上。由光接 收元件303接收被显影剂层D中的显影剂组分反射的扩散反射 光，由CPU 501处理检测输出，并且测量显影剂的调色剂浓度。如黄色、品红色和青色等广泛使用的彩色非磁性调色剂反射红外光，由于磁性载体(如铁氧体载体、磁性材料扩散型树 脂载体等)具有更接近黑色的色相，因此，磁性载体具有吸收红外光的特性。因此，当反射光的量较大时，两组分显影剂中 的调色剂的量较大，并且显影剂的调色剂浓度较高。当检测显影剂的调色剂浓度时，来自第二光接收元件305 的检测信号被用作基准信号，并且该检测信号用于使被发光元 件的发射到显影剂的光量为恒量的光量控制和计算处理。作为发光源的发光元件301具有温度特性，即随着温度变高，发射光量减少。如果LED 301以及光接收元件303和305的 输出值由于环境中的温度变化而变化，则来自LED 301的第一 和第二红外光的光量以相同的方式变化，并且第一和第二光接 收元件303和305的特性也以相同的方式变化。因此，使用第二光接收元件305的检测输出作为基准的两个 光接收元件的检测输出之间的比较结果根本不会受到温度变化 的影响，即使LED的发光量由于环境中的温度变化而变化，也 总是可以稳定地、精确地测量出调色剂浓度。优选将从LED 301发出的第一红外光和第二红外光设定成 相同的值，第一和第二光接收元件303和305是相同的类型，并 且具有基本上相同的特性。图5示出调色剂浓度传感器30相对于本实施例的图像形成 设备100中的彩色调色剂显影装置6Y、 6M和6C的布置位置。如图5所示，在本实施例中，来自LED 301的照射光被发射 到显影主极N1或者靠近显影主极N1的部分。调色剂浓度传感器 的照射位置可位于邻近的磁极之间，在显影套筒41上的显影剂 的磁刷中，磁穗直立或倒下。然而，如果关于调色剂浓度的输 出值被设定在各自的状态，则能基本上以相同的方式进行检测。接着，将说明本实施例中的显影剂浓度控制(ATR)。在初始布置时对起初的显影剂进行充电的彩色调色剂显影 装置6Y、 6M和6C被安装在图像形成设备100上，并且进行显影 剂浓度控制的初始化操作。在起初的显影剂中，磁性载体和非 磁性调色剂被混合成使得调色剂浓度(T/D比)为7%。显影套筒41和限制刮板4 3的S - B间隙被调节成使得承载在 彩色调色剂显影装置6Y、 6M和6C的显影套筒上的显影主极N1 附近的显影剂量为30±5mg/cm2。在初始化才喿作中，由调色剂浓度传感器30中的LED 301向 承载在彩色调色剂显影装置6Y、 6M和6C的显影套筒41上的起 初的显影剂发出照射光。光接收元件303才全测反射光，该反射光 被顺次记载在RAM 52中作为与7%的调色剂浓度对应的黄色、 品红色和青色的调色剂浓度传感器的输出值。由调色剂浓度传感器30中的光接收元件305检测初始化操 作时调色剂浓度传感器的照射光强度，并且以相同的方式将该 照射光强度储存在RAM52中。在RAM52中设置电池(未示出)， 并且使电池备用(back up)。在设置图像形成设备之后进行初 始化操作。作为可选方案，可以在用一个新的显影装置更换该 显影装置之后进行初始化操作。完成显影剂浓度控制的初始化操作，开始图像形成操作， 并且输出彩色图像。只要在转动显影单元6a转动时将彩色调色 剂显影装置6 Y 、 6 M和6 C输送到调色剂浓度传感器3 0的检测位 置，就可以检测承载在显影套筒上的显影剂的调色剂浓度。当由调色剂浓度传感器30检测到的输出相对于由初始化操 作设定的基准值(相对于调色剂浓度为7%的输出)较低时，判 断为显影剂中的调色剂浓度低，并且供给调色剂使得调色剂浓 度变高。相反地，当由调色剂浓度传感器检测到的输出相对于基准 值较高时，判断为显影剂中的调色剂浓度高，并且供给调色剂 使得调色剂浓度变低。根据彩色调色剂盒7Y、 7M和7C中有多 少调色剂被供给到彩色调色剂显影装置6Y、 6M和6C中来控制 调色剂的供给。进行控制使得显影剂的调色剂浓度落在预定范 围内。在本实施例的图像形成设备中，进行控制使得显影剂的调 色剂浓度落在3%~ 12%的范围内。这是因为，如果调色剂浓度超过12%,则产生如调色剂的飞散或者白底部雾等问题。如果 调色剂浓度低于3%，则产生如薄图像浓度或者载体的附着等问题。接着，将说明用于本实施例的显影套筒41。在本实施例中， 显影套筒41的基材是铝管，其表面的承载和输送显影剂的区域 形成有导电性树脂膜层。作为树脂膜层，将石墨、炭黑和季铵 盐分散到作为膜层的主要成分的酚醛树脂中。在本实施例中， 在套筒表面上用以100: 36: 4的重量比混合酚醛树脂、结晶石 墨和碳的涂布液涂布形成厚度为10pm的膜，在温度为150。C的 环境下石更4b该月莫。用四端4十法(four end needle mensuration ) 测量树脂层的体积电阻率，体积电阻率是0.8xl(FQ.cm,并且 表面电阻率是1.2xl03Q/平方。平均粒径是12!im的球状碳粒子用作分散用的炭黑，并且该 平均粒径是12pm的球状碳粒子形成为使得树脂膜层的根据 JISB0601的十点平均粗糙度Rz为大约10iim。接触型表面粗糙 度仪(由Kosaka Laboratory Ltd.制造Surf coder SE-3300 ) 用于测量树脂膜层的表面粗糙度。测量条件是切割取样(cut off)值是0.8mm,测量长度是2.5mm,传送速度是O. lmm/秒， 放大倍率是5000倍。这里，定性地，Rz表示显影套筒的表面上的突起的山和凹 部的谷之间的高度差。在本实施例中，酚醛树脂用作膜层的主 要成分，还可以使用环氧树脂、苯乙烯丙烯酸树脂、聚碳酸酯 树脂、PMMA以及丙烯酸类三聚氰胺树脂。接着，将基于图6至图8说明本实施例的效果。图6是示出当改变承载在显影套筒41上的显影主极N1附近 的显影剂量时调色剂浓度传感器30的输出特性的图。这里，图中的正方形表示当显影套筒表面上形成有树脂膜层的树脂涂层套筒被用作显影套筒41时的输出，三角形表示当 使用传统上广泛使用的铝套筒时的输出。作为铝套筒，使用不定形的氧化铝粒子(ARD)作为晶粒，并且对该氧化铝粒子进行喷丸处理(blast processing ),对表面 进行表面粗糙化处理，十点平均粗糙度Rz是大约10nm。图中 的实线表示当承载在显影套筒上的显影剂的调色剂浓度是7% 时的输出，虚线表示当调色剂浓度是4%时的输出。在图6中，当树脂涂层套筒用作显影套筒41时，即使在10~ 40mg/cr^的范围内改变显影套筒上的显影剂量，显影套筒的相 对于调色剂浓度是7%的显影剂的输出稳定地是大约1 .OV。显影 套筒的相对于调色剂浓度是4%的显影剂的输出稳定地是大约 0.6V。也就是说，相对于Al。/。的调色剂浓度的变化，在调色剂浓 度传感器的输出中发现A0.13V的变化，可以通过该输出差检测 出调色剂浓度，并且不受显影套筒上的显影剂量影响。另一方面，如果使用铝套筒，则可以在显影套筒上的显影 剂量是25 ~ 40mg/cn^的范围中发现与树脂涂层套筒的特性相 同的特性。然而，如果显影剂量变成小于25mg/cm2,则当套筒 上的显影剂量是10mg/cn^时，浓度传感器的相对于调色剂浓度 是7%的显影剂的输出是2.0V。这与显影套筒上的显影剂量是25 ~ 40mg/cn^的范围中的 调色剂浓度是14.5%的输出对应。对于这两种显影套筒，调色剂浓度传感器的检测条件被设 定成与该考虑相同，并且当显影套筒上未承载显影剂时测量调 色剂浓度传感器的输出。结果，在树脂涂层套筒的情况下，输 出是1.15V,而在铝套筒的情况下，输出是5.56V。也就是说，这种错误检测的原因在于，当显影套筒上的显影剂量是25mg/cm2以上时，用显影剂覆盖显影套筒的整个表 面。因此，虽然可以检测到由纯粹的显影剂反射的反射光，但 是随着显影剂量减少，反射光出现在套筒表面上，从而，检测 到显影剂和显影套筒二者的反射光。在铝套筒的情况下，由于套筒本身的反射输出等于当调色 剂浓度高时的输出，因此，如果少量的反射输出出现在套筒表 面上，则产生错误检测。另一方面，在树脂涂层套筒的情况下， 由于套筒本身的反射输出几乎等于由显影剂浓度控制进行控制的调色剂浓度范围内的输出。因此，即使显影套筒上的显影剂 量减少，也几乎不会产生调色剂浓度的错误检测。该铝套筒用作显影套筒，在由图像形成设备控制显影剂浓 度的状态下重复彩色图像的输出，产生以下问题。也就是说， 承载在显影套筒上的显影剂量由于大量图像形成操作引起的显 影剂的流动性、显影套筒的表面性能(表面粗糙度、摩擦系数) 以及输出图像的图像比率的变化而不利地变化。由于这些条件，涂覆在显影套筒上的显影剂量减小到 15mg/cm2。此时，必须由显影剂浓度控制在使用7%的初始调色 剂浓度作为基准值的条件下进行控制，由于上述原因错误地检 测到显影剂浓度高，进行控制以减少调色剂供给量。调色剂浓 度被减少到低于3%,产生如图像的薄浓度和载体的附着等图像 不良。另一方面，使用树脂涂层套筒的图像形成设备不具有上述 问题。考虑到这一点，使用玻璃珠粒子(FGB)对铝套筒表面 进行喷丸处理的表面粗糙化处理，十点平均粗糙度Rz被设定成 大约10pm,并且使用不锈钢(SUS)作为显影套筒的材料。使用不定形的氧化铝粒子(ARD)作为晶粒，并且对该氧 化铝粒子进行喷丸处理，对表面进行表面粗糙化处理，十点平均粗糙度Rz是大约10pm ，重复图像形成设备的彩色图像的输出，并且进行相同的评价。这里，改变导电性树脂膜层的厚度，制备具有不同的反射率的树脂涂层套筒，并且进行相同的评价。图7示出结果。在图 7中，套筒a具有18iim的厚度，套筒b具有15!im的厚度，套筒c 具有10pm的厚度，套筒d具有5nm的厚度，套筒e具有3pm的厚度。相对于调色剂浓度传感器的照射光，显影剂浓度控制的初 始化操作时的显影套筒上的显影剂的反射输出值被定义为A (在本实施例中是1.0V)。显影套筒上未承载显影剂的套筒表面 的反射输出值被定义为B。此时，在本发明中，发现比值B/A的 值位于0.3〈B/A〈2的最佳范围中。如图7所示，如果比值B/A的 值在0.31 ~ 1.98的范围中，则即使重复大量的图像形成操作， 调色剂浓度的错误检测的可能性低，并且可以输出优异的图像。然而，当套筒本身的反射输出太低并且比值B/A是0.1时， 由调色剂浓度传感器错误地检测到调色剂浓度低，不利地进行 控制来增加调色剂浓度，调色剂的带电量减少，并且产生如白 底部雾等图像不良。当套筒本身的反射太高并且比值B/A是2.4以上时，由于调 色剂浓度传感器的错误检测而进行控制来减少调色剂浓度，并 且产生固体浓度减小以及图像浓度薄的问题。当比值B/A是3.62 以上时，调色剂浓度传感器错误地检测，进行控制来减小调色 剂浓度，并且产生图像浓度薄的问题以及载体附着的问题。如上所述，由光反射型调色剂浓度传感器检测承载在显影 套筒上的显影剂的调色剂浓度，并且基于检测结果控制显影剂 浓度。使用具有一定的反射输出的低电阻薄层的树脂涂层套筒。 该一定的反射输出被配置成使得显影套筒对调色剂浓度传感器的照射光的反射输出与显影剂的反射输出基本上相同。这样， 可以防止相对于显影套筒上的显影剂量的变化，调色剂浓度的 错误检测，可以控制调色剂浓度以将调色剂浓度保持在适当的 状态，并且可以输出稳定的图像浓度。图8是示出当调色剂浓度传感器30在磁极之间、即在显影装置的显影主极N1与显影套筒41的驱动方向的上游的输送极S2 之间相对时进行与图6中示出的考虑相同的考虑的输出特性的 图。在该情况下，在显影套筒上的显影剂量是10~ 40mg/cm、々 范围中，树脂涂层套筒的浓度传感器的输出不变化。然而，在铝套筒的情况下，如果显影套筒上的显影剂量变 为20mg/cr^以下，则输出值增大，当套筒上的显影剂量是 1 Omg/cm"时，调色剂浓度为4%的显影剂的输出值变成与调色剂 浓度为大约8%的显影剂的输出值相等的输出值。当利用磁极检 测时，磁刷存在于磁穗支持显影套筒上的显影剂的状态，但是 当在磁极之间检测时，磁刷存在于磁穗倒下的状态，从而，与 磁极上的检测相比，容易产生错误检测的显影剂量较少。然而，改变显影剂量，错误地检测到减少到10mg/cm2的调 色剂浓度为高，由显影剂浓度控制不利地进行控制来减少调色 剂供给量从而减少显影剂浓度。结果，产生图像浓度薄以及载体附着的问题。另一方面， 树脂涂层套筒不具有任何问题。对于显影剂浓度控制来说，不 管承载在显影套筒上的显影剂量的变化而能够精确地检测出调 色剂浓度是重要的。调色剂浓度传感器不仅在磁极上而且在磁 极之间相对时也可以精确地检测调色剂浓度，并且可以由本发 明的结构确认效果。在本实施例中，在显影套筒上的承载显影剂的整个区域上 形成树脂膜层，但是，即使仅在与调色剂浓度传感器相对的检测区域中形成树脂膜层，当然也可以获得相同的效果。在本实施例中，使用磁性单一组分显影剂作为容纳在黑色 调色剂显影装置6B中的显影剂，但是也可以使用非磁性单一组 分显影剂或两组分显影剂。 第二实施例接着，将说明第二实施例。在第一实施例中，基于光反射 型调色剂浓度传感器30控制显影剂浓度。在第二实施例中，用 斑点检测传感器代替光反射型调色剂浓度传感器来检测形成在 感光鼓或中间转印带上的斑点图像的浓度，并且基于输出控制 显影剂浓度。使用光反射型调色剂浓度传感器作为调色剂浓度 限制器。由于主体的结构与第一实施例的主体的结构相同，因 此，用相同的附图标记表示相同的组成构件，并且将省略其说 明。在本实施例中，在中间转印带8上形成基准斑点图像，由被 设置成与转印带相对的斑点检测传感器3 1检测该斑点图像，并 且进行用于控制显影剂浓度的斑点检测ATR。首先，由安装在视频控制器(未示出)中的测试图案产生 单元在感光鼓l上形成变成预定对比度电压的基准斑点潜像，使 静电潜像显影，并且形成如图9所示的斑点图像T。在本实施例 中，使用黄色、品红色和青色的对比度电压为120V的基准斑点。这是相对于显影剂的调色剂浓度的变化量，斑点图像的浓 度差最显著地出现的对比度电压。斑点图像T被一次转印到中 间转印带8上。通过与中间转印带8相对并且位于一次转印构件9 的中间转印带8的前进方向E的下游的斑点检测传感器31利用 LED (未示出)照射黄色、品红色和青色的斑点图像T,并且顺 次获得反射光。估计斑点图像的厚薄显影剂的调色剂浓度。通过向二次转印构件10施加极性与斑点图像T的调色剂带电极性相同的转印偏压使已经完成读取操作的斑点图像T通过二次转印部，然后，由中间转印清洁器12清洁斑点图像T。如果斑点图像的浓度比初始设定时的浓度薄，则判断为显 影剂中的调色剂浓度薄，并且供给调色剂以增加调色剂浓度。 相反地，如果斑点图像的浓度厚，则判断为显影剂中的调色剂 浓度厚，并且供给调色剂以减小调色剂浓度。根据彩色调色剂盒7Y、 7M和7C中有多少调色剂应该被供 给到彩色调色剂显影装置6Y、 6M和6C中来控制调色剂的供给。通过控制调色剂浓度使得相对于预定的显影对比度电压显 影的调色剂量变为恒定的来控制由斑点检测传感器31检测的显 影剂浓度的控制，并且改变显影剂的调色剂浓度。当重复进行具有低平均图像比率的图像的形成操作时，调 色剂的消耗和供给少，显影装置中的调色剂的滞留时间变长， 从而，通过摩擦充电来增加调色剂的带电量。然后，由于斑点图像的浓度变薄，因此，供给调色剂并且 增大调色剂浓度。然而，如果重复多次图像形成操作、增大调 色剂浓度并且过度增大调色剂相对于载体的覆盖率，则不能对 调色剂和载体进行摩擦充电，并且增加了具有低带电量的调色 剂。如果调色剂浓度超过12%，则产生调色剂飞散和白底部雾。当重复进行具有高平均图像比率的图像的形成操作时或者 当由于过度的图像形成或载体消耗导致载体的涂层的磨损而使 载体劣化时，调色剂的带电量减少。在该情况下，由于斑点图像的浓度变厚，因此，不供给调色剂，并且调色剂浓度减小。如果调色剂浓度变得低于3%,则产生如薄图像浓度、粗糙 图像和载体的附着等图像不良。因此，由光反射型调色剂浓度 传感器30检测调色剂浓度，使用光反射型调色剂浓度传感器30 作为调色剂浓度限制器，并且控制调色剂的供给，使得调色剂浓度不低于3%且不超过12%。然而，由于承载在显影套筒41上的显影剂量的变化产生调 色剂浓度传感器30的错误检测。在该情况下，即使通过由斑点 检测传感器31控制显影剂浓度来适当控制显影剂的调色剂浓 度，由于光反射型调色剂浓度传感器30超出调色剂浓度限制器 的范围，因此产生错误。在以上述方式控制的图像形成设备中，使用与第 一 实施例 相同的用树脂涂覆的显影套筒。这样，可以防止相对于显影剂 量的变化调色剂浓度的错误检测，并且可以将调色剂浓度控制 在适当的范围内而不会超出调色剂浓度的上下限。可以防止如由过高的调色剂浓度引起的调色剂的飞散和白 底部雾以及由过低的调色剂浓度引起的薄图像浓度、粗糙图像和载体的附着等图像不良。即使调色剂浓度在适当的范围内， 也不会产生调色剂浓度超出调色剂浓度限制器的范围从而产生 错误并且使图像形成设备紧急停止的问题。在本实施例中，使用光反射型调色剂浓度传感器和斑点检 测浓度传感器，并且根据检测输出控制显影剂浓度，但是也可 使用电感传感器和视频计数器(video count)中的一方或者二 者。第三实施例接着，将说明第三实施例。在第一实施例中，在显影套筒的表面上形成树脂膜薄层。 在第三实施例中，对显影套筒的表面进行电镀。由于主体的结 构与第一实施例的主体的结构相同，因此，用相同的附图标记表示相同的组成构件，并且将省略其说明。在本实施例中，使用如下显影套筒41。首先，使用铝作为 显影套筒的材料，利用作为晶粒的不定形氧化铝粒子(ARD)对显影套筒的表面进行喷丸处理，十点平均粗糙度RZ是大约12pm。然后，在经过表面粗糙化处理的铝套筒的表面的承载和输 送显影剂的区域上形成电解黑镍镀层(Ni-Zn)的膜层。获得当 显影套筒上不存在显影剂时十点平均粗糙度Rz是大约lOiim并 且调色剂浓度传感器的输出是1.40V的显影套筒。利用该显影套筒进行与第一实施例的评价相同的评价。结 果，相对于承载在显影套筒上的显影剂量的变化，调色剂浓度 传感器的输出稳定，并且未产生错误检测。在图像形成设备中控制显影剂浓度，可以进行将调色剂浓 度保持在适当状态的控制，并且能以稳定的图像浓度输出图像。 在图像形成设备中重复大量的图像形成操作，由于与树脂涂层 相比，通过镀层使表面硬度变高，因此，显影套筒41的表面磨 损小，从而可以延长显影套筒41的寿命。在本实施例中，在显影套筒的表面上形成电解黑镍的膜层。 即使由无电镀黑Ni-P镀层、电解黑铬镀层和电解黑Ni-Sn镀层形 成膜层以及即使对显影套筒进行染黑(氧化铁黑膜)处理以减 小反射率，也可以获得相同的效果。在本实施例中，虽然显影套筒的承载和输送显影剂的区域 的整个表面形成有镀膜层，但是，即使仅显影套筒的与调色剂 浓度传感器相对的区域形成有镀膜层，当然也可以获得相同的 效果。第四实施例接着，将基于图IO和图ll说明第四实施例。在第一实施例 中，由布置在显影装置外部的调色剂浓度传感器检测承载在显 影套筒上的显影主极N1附近的显影剂的调色剂浓度。在第四实 施例中，由布置在显影装置中的调色剂浓度传感器检测调色剂浓度。图IO是示出示出了本发明的第四实施例的串联型(tandem type)直接转印型彩色图像形成设备的例子的剖视图。在该设 备中，转印材料承载构件(下文中称为转印带15)缠绕张紧辊 (tension roller )。转印带15沿箭头的方向转动，并且输送承载在转印带15上 的转印材料P。沿转印带15设置第一图像形成部Py、第二图像 形成部Pm、第三图像形成部Pc和第四图像形成部Pb，并且通过 潜像处理、显影处理和转印处理形成黄色调色剂图像、品红色 调色剂图像、青色调色剂图像和黑色调色剂图像。图像形成部Py、 Pm、 Pc和Pb分别具有图像承载构件(感光 鼓)ly、 lm、 lc 和lb，在感光鼓ly、 1 m、 lc和lb上形成这些颜 色的调色剂图^^。邻近感光鼓ly、 lm、 lc和lb地布置转印带15, 形成在感光鼓ly、 lm、 lc和lb上的这些颜色的调色剂图像被转 印到承载在转印带15上并且被输送的转印材料上。由分离充电 器17使转印有调色剂图像的转印材料P与转印带15分离，由定 影设备13对调色剂图像加热加压来定影调色剂图像，然后，图 像被排出到设备外部作为记录图像。在感光鼓ly、 lm、 lc和lb的外周上设置充电器2y、 2m、 2c 和2b以及曝光设备4y、 4m、 4c和4b。此外，设置显影装置6y、 6m、 6c和6b、转印充电器9y、 9m、 9c和9b以及感光鼓清洁器1 ly、 llm、 llc和llb。在设备的上方布置光源设备和多面镜(未示出)。通过转动 多面镜来使从光源设备发出的激光进行扫描，并且由反光镜使 扫描光的光束偏转。由fe透镜在感光鼓ly、 lm、 lc和lb的母线 上收集光并且曝光该光，在感光鼓ly、 lm、 lc和lb中的每一方 上形成根据图像信号的潜像。将预定量的以预定混合比混合了黄色、品红色、青色和黑 色的非磁性调色剂和磁性载体的显影材料分别填充到显影装置6y、 6m、 6c和6b中。显影装置6y、 6m、 6c和6b使感光鼓ly、 lm、 lc和lb上的潜 像显影，并且使这些潜像可视化为黄色调色剂图像、品红色调 色剂图像、青色调色剂图像和黑色调色剂图像。转印材料P容纳在转印材料盒20中，并且通过多个输送辊 和定位辊从转印材料盒20被供给到转印带15上，由转印带15将 转印材料P顺次传送到与感光鼓ly、 lm、 lc和lb相对的转印部。辊使转印带15转动，转印材料P被从定位辊传送到转印带15 , 并且朝向第 一 图像形成部P y的转印部输送转印材料P 。与此同 时，接通(ON)图像写信号，此时，在第一图像形成部Py的感 光鼓ly上形成图像。在感光鼓ly下面的转印部处，转印充电器 9y提供电场或电荷，形成在感光鼓ly上的第一颜色的调色剂图 像被转印到转印材料P上。对于该转印，由静电吸附力将转印 材料P强有力地保持在转印带15上，并且将该转印材料P输送到 第二图像形成部Pm和随后的图像形成部。以与第 一 图^f象形成部Py的方式相同的方式由第二至第四 图像形成部Pm至Pb形成和转印图像。接着，由转印带15的输送 方向的下游的分离充电器17除去转印有四种颜色的调色剂图像 的转印材料P的电力，并且使静电吸附力衰减，使该转印材料P 与转印带15的末端分离。转印带清洁刮板16总是抵靠转印带。清洁刮板16在转印材 料P与转印带15分离的分离位置的转印带行进方向的下游清洁 附着到转印带15的表面的雾状调色剂和飞散调色剂。将被分离的转印材料P输送到定影设备13,通过定影混合了调色剂图像的颜色，并且将这些颜色定影到转印材料P,在 复印图像上形成全色图像，并且将该全色图像排出到排出托盘 14。用如毛皮刷和刮板等感光鼓清洁器lly、 llm、 llc和llb清 洁残留在感光鼓ly、 lm、 lc和lb上的调色剂。接着，基于图1B兌明显影装置6y、 6m、 6c和6b。图ll示出 显影套筒41、固定到显影套筒中的磁性辊42、搅拌螺杆44和45 以及限制刮板43 ，该限制刮板43被布置成用于在显影套筒的表 面上形成薄层显影剂。这里，将说明显影剂的循环系统。首先，随着显影套筒41 转动，磁极N2抽吸显影剂，将显影剂输送到磁极S2和N1。在该 过程中，由布置在相对于显影套筒41的间隙S-B处的限制刮板 43限制显影套筒41,并且在显影套筒41上形成薄层。如果形成为薄层的显影剂被输送到显影主极Sl,则由磁力 形成磁刷(磁穗)。由磁极N3和N2的相斥；兹场将显影套筒41上 的显影剂回收到显影容器中，其中，在该显影套筒上，由耳状 磁刷使感光鼓l上的静电潜像显影。在显影装置6 y 、 6 m和6 c中设置与第 一 实施例的调色剂浓度 传感器相同的调色剂浓度传感器30,使调色剂浓度传感器30在 显影套筒41的转动方向上在限制刮板4 3之前与显影套筒41相 对。正好在由限制刮板43形成薄层之前，由调色剂浓度传感器 30检测出相对于显影剂的调色剂浓度，由输出控制显影剂浓度。通过由显影套筒的抽吸极N2从搅拌螺杆44向上抽吸的显 影剂量以及承载在显影套筒上并且通过间隙S - B的显影剂量改 变调色剂浓度传感器30的检测位置处的显影剂量。当改变搅拌 螺杆4 4附近的显影剂表面的高度并且改变距抽吸极N 2的距离 时，以及当改变显影剂的流动性时，产生该变化。在具有上述结构的图像形成设备中，使用涂覆有与第一实 施例的树脂涂层相同的树脂涂层的显影套筒。结果，与第一实 施例相同，可以防止相对于显影剂量的变化的调色剂浓度的错 误检测，并且控制调色剂浓度以保持调色剂浓度的适当状态， 并且可以以稳定的图像浓度输出图像。虽然已经参照典型实施例说明了本发明，但是应该理解， 本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围将 符合最宽的解释，以包含所有的变型、等同结构及功能。本申请要求2007年10月4日提交的日本专利申请 No.2007-260660的优先斥又，该日本专利申i貪的全部内容通过引 用包含于此。
权利要求
1.一种图像形成设备，其包括图像承载构件；显影装置，其使形成在所述图像承载构件上的静电图像显影；显影剂承载构件，其设置在所述显影装置中，使其与所述图像承载构件相对，并且所述显影剂承载构件承载显影剂；浓度传感器，其向所述显影剂承载构件的承载所述显影剂的表面发出光，并且能够由所述显影剂的反射输出值检测出所述显影剂承载构件上的显影剂浓度；以及供给装置，其根据所述浓度传感器的检测结果向所述显影装置供给供给用显影剂，其中，如果在所述显影剂承载构件上承载所述显影剂的状态下由所述浓度传感器检测到的反射输出值被定义为A，并且在所述显影剂承载构件上未承载所述显影剂的状态下由所述浓度传感器检测到的反射输出值被定义为B，则B/A的值在0.3＜B/A＜2的范围中。
2. 根据权利要求l所述的图像形成设备，其特征在于，所 述浓度传感器是检测来自所述显影剂的扩散光的扩散光型浓度 传感器。
3. 根据权利要求l所述的图像形成设备，其特征在于，所 述显影剂承载构件在其表面处设置有至少包括树脂的层。
4. 根据权利要求l所述的图像形成设备，其特征在于，所 述显影剂承载构件在其表面处设置有由镀层形成的膜层。
5. 根据权利要求l所迷的图像形成设备，其特征在于，所 述反射输出值A是当初始布置所述图像形成设备时或者在所述 显影装置的更换初期阶段时，在所述显影剂承载构件上承载所 述显影剂的状态下检测到的检测结果。
6. —种图像形成设备，其包括 ' 多个图像承载构件；多个显影装置，其分别使形成在图像承载构件上的静电图 像显影；多个显影剂承载构件，其分别设置在显影装置中、分别与 图像承载构件相对、并且承载显影剂；浓度传感器，其向所述多个显影剂承载构件中的每 一 个的 承载所述显影剂的表面发出光，并且能够由所述显影剂的反射 输出值检测出显影剂承载构件上的显影剂浓度；以及多个供给装置，所述多个供给装置中的每一个根据所述浓 度传感器的检测结果向显影装置供给供给用显影剂，其中，如果在显影剂承载构件上承载显影剂的状态下由所述浓度 传感器检测到的反射输出值被定义为A,并且在显影剂承载构 件上未承载显影剂的状态下由所述浓度传感器检测到的反射输 出值被定义为B ,则对于各显影剂承载构件，B/A的值在 0.3〈B/A〈2的范围中。
全文摘要
一种图像形成设备，其具有调色剂浓度传感器，该调色剂浓度传感器向承载在显影套筒上的显影剂发出光，并且由来自显影剂的反射输出值检测出显影剂浓度，当相对于调色剂浓度传感器的照射光初始设定显影剂时的反射输出值被定义为A，并且当在显影套筒上未承载显影剂时，至少显影套筒的与调色剂浓度传感器相对的区域的反射输出值被定义为B时，B/A的值在0.3＜B/A＜2的范围中。
文档编号G03G15/08GK101403879SQ200810148868
公开日2009年4月8日 申请日期2008年9月27日 优先权日2007年10月4日
发明者铃木慎也 申请人:佳能株式会社