CN101539743A - 图像形成装置和控制调色剂供给的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像形成装置和控制调色剂供给的方法，该图像形成装置包括：感光体，其包括感光层和含有导电颗粒的保护层；将感光体充电至第一电位的充电单元；曝光单元，其将被曝光区域设定成具有绝对值小于第一电位的第二电位；显影单元，其包括显影剂保持体和将该保持体设定成具有第三电位的电源；电位设定单元，其在第一图像形成操作中将第三电位的绝对值设定成小于第一电位的绝对值而大于第二电位的绝对值，并在第二图像形成操作中将第三电位的绝对值设定成大于第一电位的绝对值；电流设定单元，其在第二图像形成操作中将流入电流设定为固定电流值；在第二图像形成操作中检测图像浓度的检测单元；以及根据图像浓度控制调色剂供给的控制器。

Description

图像形成装置和控制调色剂供给的方法

技术领域

本发明涉及一种包括感光体的图像形成装置以及控制调色剂供给的方法。

背景技术

在诸如电子照相式复印机等的图像形成装置中，通过对具有感光层的感光体进行充电，选择性地曝光充电后的感光体以在感光体上形成静电潜像，并且利用带有预定极性电荷的调色剂对静电潜像显影，从而得到图像。在上述类型的图像形成装置所包括的在显影时使用包括调色剂和载体的双组分显影剂的图像形成装置中，双组分显影剂中调色剂的浓度影响图像的浓度。

作为日本专利申请公开No.10-232523所披露的技术，提出了这样一种技术：即，例如在使用双组分显影剂的图像形成装置中，在将感光体充电为预定电位之后，利用调色剂对充电后的区域进行显影，然后基于所显影的图像的浓度控制调色剂向双组分显影剂的供给。

本发明的目的在于：当根据形成在具有感光层的感光体上的调色剂图像的浓度来控制调色剂向显影单元的供给时，即使在感光体发生磨损的情况下，也可将待供给的调色剂的供给量调节为更加适当的量。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种图像形成装置，包括：感光体，其包括感光层和设置在所述感光层上的含有导电颗粒的保护层；充电单元，其将所述感光体充电至第一电位；曝光单元，其通过对由所述充电单元充电至第一电位的所述感光体进行曝光从而将所述感光体的被曝光区域设定成具有第二电位，所述第二电位的绝对值小于所述第一电位的绝对值；显影单元，其包括显影剂保持体和显影电源，所述显影剂保持体保持含有调色剂和载体的双组分显影剂，所述显影电源将所述显影剂保持体设定成具有与所述第一电位和第二电位不同的第三电位；电位设定单元，在所述曝光单元对由所述充电单元充电的所述感光体进行曝光然后利用所述显影单元进行显影的第一图像形成操作中，所述电位设定单元将所述第三电位的绝对值设定成小于所述第一电位的绝对值而大于所述第二电位的绝对值，并且在利用所述显影单元对由所述充电单元充电的所述感光体进行显影而不利用所述曝光单元进行曝光的第二图像形成操作中，所述电位设定单元将所述第三电位的绝对值设定成大于所述第一电位的绝对值；电流设定单元，其在所述第二图像形成操作中将从所述充电单元流入所述感光体的流入电流设定为预先设定的固定电流值；检测单元，其在所述第二图像形成操作中检测显影在所述感光体上的调色剂图像的图像浓度；以及控制器，其根据由所述检测单元检测出的所述图像浓度控制对于所述显影单元的调色剂供给。

根据本发明的第二方面，在所述图像形成装置的第一方面中，所述保护层还含有使所述导电颗粒分散的树脂，并且所述树脂具有交联结构。

根据本发明的第三方面，在所述图像形成装置的第一或第二方面中，所述保护层还含有使所述导电颗粒分散的树脂，并且在从保护层的0.1重量％至保护层的5.0重量％的范围内选择添加到所述树脂中的所述导电颗粒的量。

根据本发明的第四方面，在所述图像形成装置的第二或第三方面中，所述树脂包括苯并胍胺树脂。

根据本发明的第五方面，在所述图像形成装置的第一至第四方面中的任一方面中，所述导电颗粒由氧化锡制成。

根据本发明的第六方面，在所述图像形成装置的第一至第五方面中的任一方面中，所述保护层的导电颗粒的体积平均粒径d50为0.3μm或更小。

根据本发明的第七方面，在所述图像形成装置的第一方面中，所述充电单元包括：充电壳体，其在与所述感光体相对的位置处具有开口部分；放电导线，其设置在所述充电壳体内部；栅格电极，其中形成有大量的气孔，并且所述栅格电极布置在所述充电壳体的开口部分侧从而与所述感光体相对；充电电源，其向所述放电导线供给恒定的供给电流；以及电流计，其测量经由所述充电壳体和所述栅格电极从所述放电导线流出的流出电流，并且所述控制器基于由所述电流计测量出的所述流出电流来确定所述供给电流。

根据本发明的第八方面，提供一种控制调色剂供给的方法，包括：通过使具有预先设定的固定电流值的流入电流流入感光体，从而将所述感光体充电至预先设定的带电电位，所述感光体包括感光层和设置在所述感光层上的含有导电颗粒的保护层；通过将显影剂保持体设定成显影电位，从而将调色剂从所述显影剂保持体转移到所述感光体的被充电区域上并且对调色剂图像进行显影，其中，所述显影电位的绝对值大于所述带电电位的绝对值，所述显影剂保持体保持含有调色剂和载体的双组分显影剂；检测显影在所述感光体上的调色剂图像的图像浓度；以及根据所述图像浓度控制对于包括所述显影剂保持体的显影装置的调色剂供给。

根据本发明的第一方面，通过减小感光体的带电特性的波动，可以进行更好的控制以将调色剂的浓度保持在适当的范围内。

根据本发明的第二方面，可以增强感光体在感光性方面的耐磨性。因此，可以在较长的时间内进行良好的控制以将调色剂的浓度调节至适当的数值。

根据本发明的第三方面，在可以减小感光体的带电特性的波动的同时，可以改善构成感光体的保护层的透明度和导电颗粒在保护层中的分散性。

根据本发明的第四方面，可以增强构成感光体的保护层的耐磨性。

根据本发明的第五方面，可以改善导电颗粒在保护层中的分散性；因此，感光体的带电特性可以一致。

根据本发明的第六方面，可以改善构成感光体的保护层的透明度。

根据本发明的第七方面，通过减小感光体的带电特性的波动，可以进行更好的控制以将调色剂的浓度保持在适当的范围内。

根据本发明的第八方面，通过减小感光体的带电特性的波动，可以进行更好的控制以将调色剂的浓度保持在适当的范围内。

附图说明

基于下面各图对本发明的示例性实施例进行详细说明，其中：

图1为示出作为应用本示例性实施例的图像形成装置的打印机的整体构造的示意图；

图2为示出每个图像形成部分的构造的示意图；

图3为示出感光鼓截面的视图；

图4示出了在图像形成操作(第一图像形成操作)中感光鼓上的电位水平的实例；

图5示出了在检测调色剂浓度的操作(第二图像形成操作)中感光鼓上的电位水平的实例；

图6为示出评估结果的曲线图；

图7为示出保护层的膜厚与感光层和保护层的介电薄膜厚度之间关系的曲线图；以及

图8为示出评估结果的表。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细地说明本发明的示例性实施例。

图1为示出作为应用本示例性实施例的图像形成装置的打印机1的整体构造的示意图。该打印机1设置有：图像形成单元10，其根据各颜色的灰度数据在纸张上形成图像；纸张传送单元40，其对纸张进行传送；以及控制器50，其控制包括图像形成单元10和纸张传送单元40在内的打印机1的操作。

图像形成单元10设置有：黄色(Y)、品红色(M)、蓝绿色(青色)(C)以及黑色(K)的四个图像形成部分11(具体为11Y、11M、11C以及11K)，其沿着水平方向以一定间隔平行布置；转印单元20，其将形成在图像形成部分11的感光鼓12上的各颜色调色剂图像叠加地转印到中间转印带21上；以及曝光单元30，其利用激光照射各图像形成部分11。另外，打印机1设置有定影单元29，该定影单元29对由转印单元20二次转印到纸张上的调色剂图像进行定影。

在中间转印带21的上侧设置有收容Y、M、C和K各颜色调色剂的四个调色剂盒19(19Y、19M、19C以及19K)。每个调色剂盒19向设置在对应颜色的图像形成部分11中的显影装置14(参考图2)供给对应颜色的调色剂。

转印单元20设置有：驱动辊22，其驱动中间转印带21；张紧辊23，其对中间转印带21施加预定的张力；支承辊24，其用于在叠加的彩色调色剂图像被二次转印到纸张上的二次转印部分支撑中间转印带21；以及带清洁器25，其用于去除中间转印带21上的残留调色剂等。中间转印带21在驱动辊22、张紧辊23以及支承辊24之间张紧，并且由驱动辊22驱动以循环移动。

作为曝光单元实例的曝光单元30设置有图中未示出的激光二极管、调制器、多面镜、各种透镜和反射镜等。曝光单元30构造成利用激光扫描并曝光图像形成部分11的各感光鼓12。

纸张传送单元40设置有：纸张堆叠部分41，其用于堆叠纸张；以及二次转印辊46，其设置在二次转印位置上，并且通过纸张挤压支承辊24以将图像二次转印到纸张上。

图2为示出每个图像形成部分11的构造的示意图。应当注意的是，除了所用调色剂的颜色不同以外，各图像形成部分11具有相同的构造。每个图像形成部分11设置有沿着箭头A的方向旋转的感光鼓12。此外，在感光鼓12的周围，沿着箭头A的方向依次布置有充电装置13、显影装置14、浓度传感器15、一次转印装置16以及感光体清洁器17。

在这些装置之中，作为充电单元实例的充电装置13沿着感光鼓12的轴向设置，并且该充电装置13设置有：充电壳体131，其具有大致为直角U形(コ字形)的截面形状，并且在与感光鼓12相对的位置处具有开口部分；放电导线132，其在充电壳体131内部延伸同时由分别设置在充电壳体131的纵向两端的支撑部分(图中未示出)支撑；以及栅格电极133，其设置在靠近充电壳体131的开口部分的一侧从而与感光鼓12相对。这里，放电导线132与用于施加带负极性的直流充电偏压的充电电源134连接。应当注意的是，在本示例性实施例中，将供给恒定电流的电流源用作充电电源134。同时，充电壳体131和栅格电极133经由电流计135和恒压元件136接地。该恒压元件136具有使充电壳体131和栅格电极133保持为恒定电位的功能，并且例如由变阻器(非线性电阻元件)等构成。同时，栅格电极133由其上形成有许多气孔的栅网状金属材料形成。这里，作为栅格电极133，除了这种栅网状材料以外，还可以使用例如其上形成有许多狭缝的板材。另外，尽管在本示例性实施例中充电壳体131和栅格电极133经由恒压元件136接地，但例如也可以使电源与充电壳体131和栅格电极133直接连接，而取代经由恒压元件136来连接充电壳体131和栅格电极133。

作为显影单元实例的显影装置14沿着感光鼓12的轴向设置，并且该显影装置14设置有：作为显影剂保持体的显影套筒141，其布置成与感光鼓12相对；磁辊142，其由显影套筒141包覆；以及一对供给部件143，其向由显影套筒141和磁辊142构成的显影辊供给包括调色剂和载体的双组分显影剂。在本示例性实施例中，在固定磁辊142的同时，旋转显影套筒141。同时，在该双组分显影剂中，调色剂具有负的带电极性。显影装置14还设置有向显影套筒141供给显影偏压的显影电源144。这里，显影电源144向显影套筒141供给带有负极性的直流显影偏压。应当注意的是，显影电源144可以构造成向显影套筒141施加在直流电流上叠加交流电流的显影偏压。此外，显影装置14设置有调色剂供给部分145，该调色剂供给部分145从调色剂盒19向显影装置14供给调色剂。

作为检测单元实例的浓度传感器15布置在显影装置14与一次转印装置16之间并且布置成与感光鼓12相对，而且，浓度传感器15检测由显影装置14在感光鼓12上显影的调色剂图像的浓度。应当注意的是，浓度传感器15由利用光照射感光鼓12的发光元件和接收从感光鼓12或感光鼓12上的调色剂图像反射的光的受光元件构成。

一次转印装置16设置有一次转印辊161，该一次转印辊161布置成通过中间转印带21与感光鼓12相对。一次转印辊161在其与感光鼓12相对的位置处受到沿着与感光鼓12的旋转方向A相同的箭头B方向旋转的中间转印带21的驱动力而旋转。此外，一次转印电源162与一次转印辊161连接。这里，一次转印电源162向一次转印辊161施加带有正极性的一次转印偏压。

感光体清洁器17设置有刮板部件171，该刮板部件171布置成与感光鼓12接触。

应当注意的是，图1中所示的控制器50用作电位设定单元、电流设定单元以及控制器，并且控制上述充电电源134、显影电源144、调色剂供给部分145以及一次转印电源162的操作。另外，控制器50还控制感光鼓12和显影套筒141的驱动、通过图1所示的驱动辊22对中间转印带21的驱动、纸张传送单元40中的纸张传送、施加到二次转印部分的二次转印偏压以及定影单元29中的定影操作。此外，将电流计135测量出的电流测量结果和浓度传感器15检测出的浓度测量结果输入到控制器50中。

接下来，将详细说明感光鼓12的构造。

图3为示出感光鼓12的截面的视图。感光鼓12设置有导电基材121、形成在导电基材121上的底层(胶层)122、形成在底层122上的电荷生成层123、形成在电荷生成层123上的电荷输送层124以及形成在电荷输送层124上的保护层125。应当注意的是，在本实例中，由电荷生成层123和电荷输送层124形成感光层126。

其中，导电基材121没有特别的限制，只要其为具有导电性的材料即可，例如可使用诸如铝合金等的金属材料。应当注意的是，当将感光鼓12安装到打印机1上时，导电基材121接地。另外，导电基材121不限于鼓状，例如也可以为带状或片状。

底层122用作粘结层，其用于防止当对具有分层结构的感光层126充电时电荷从导电基材121注入感光层126，并且将感光层126一体地保持在导电基材121上。该底层122例如由含有金属氧化物颗粒和粘结树脂的材料制成。

电荷生成层123根据光照生成载体对，即电子和空穴。电荷生成层123通过包含电荷生成材料和粘结树脂而形成。

电荷输送层124对电荷生成层123根据光照所生成的载体进行输送。例如通过涂布并干燥涂层剂从而形成电荷输送层124，其中在该涂层剂中，电荷输送材料和粘结树脂溶解和/或分散在预定的溶剂中。应当注意的是，在本示例性实施例中，电荷输送层124具有输送作为载体的空穴的功能。

设置保护层125以便提高感光鼓12的外周表面(在下文中简称为表面)的耐磨性并且抑制电荷生成层123和电荷输送层124在感光鼓12充电时发生化学变化。这里，保护层125由导电颗粒和包含至少一种电荷输送化合物的树脂形成。对于这种形成保护层125的树脂，优选使用具有交联结构的树脂以便提高耐磨性并确保足够的硬度。如果不使用这种树脂，那么表面硬度将降低，并且将难于获得足够的耐磨性。这样，趋于出现划痕和磨损的加剧。因此，在应当增加图像形成速度或进行非常长时间的图像形成的情况下，如果没有使用具有交联结构的树脂，那么将难于获得高质量的图像。应当注意的是，作为形成保护层125的树脂，除了具有交联结构的树脂以外，如果必要也可以包括由粘合树脂、碳氟树脂、丙烯酸树脂等制成的不具有交联结构的润滑颗粒。这里，如果必要可以使用诸如有机硅或丙烯酸等硬质涂层剂用于保护层125的形成。下面，将详细说明形成保护层125的方法。使用用于形成最外表面层的至少包含有形成具有交联结构树脂的前体的溶液来用于保护层125的形成。这里，作为具有交联结构的树脂，就确保保护层125的硬度而言可以使用多种材料。作为这种树脂，可以列举酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、苯并胍胺树脂、硅氧烷树脂、氨基甲酸乙酯树脂、环氧树脂等。其中，就耐久性而言，优选的是酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂以及苯并胍胺树脂，而其中最优选的是苯并胍胺树脂。此外，从电气特性和图像维持特性的角度来看，具有交联结构的树脂优选地具有电荷输送特性(包括具有电荷输送能力的构造单位)。在这种情况下，保护层125可用作电荷输送层124的一部分。对于具有电荷输送能力的构造单位，优选的是包括有从羟基、羧基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、硫醇基以及氨基中选择的至少一种基团的电荷输送材料。

下面将说明感光鼓12的构造实例。

(构造实例)

向其中溶解有4重量份聚乙烯醇缩丁醛树脂(S-LEC BM-S，由Sekisui Chemical有限公司制造)的170重量份正丁醇中添加30重量份有机锆化合物(乙酰丙酮四丁氧基锆)和3重量份有机硅烷化合物(γ-氨丙基三甲氧基硅烷)并搅拌以制备用于形成底层的涂层液。通过浸涂法将该涂层液涂布到铝支持体上。这里，铝支持体为导电基材121，并且具有84mm的外径和经过珩磨处理而粗糙化的表面。随后，在以室温风干5分钟之后，导电基材121的温度在10分钟内上升到50℃、将其放置在保持为50℃和85％RH(露点47℃)的恒温恒湿器中并且进行20分钟的促进硬化的加湿处理。其后，将导电基材121放置在热风干燥机中并且在160℃干燥15分钟以在导电基材121上形成底层122。

利用砂磨机将用作电荷生成材料的15重量份的氯镓酞菁(chlorogallium phthalocyanine)、10重量份的氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂(VMCH，由Nippon Unicar有限公司制造)以及300重量份的正丁醇的混合物分散4小时。通过浸涂法将所得到的分散液涂布在底层122上并进行干燥以形成具有0.25μm膜厚的电荷生成层123。

接下来，将用作电荷输送材料的40重量份的N，N′-双(3-甲基苯)-N，N′-二苯基联苯胺和60重量份的双酚聚碳酸酯树脂(分子量为40,000)充分地溶解并混合到230重量份的四氢呋喃和100重量份的一氯苯中以得到涂层液。通过浸涂法将该涂层液涂布到电荷生成层123上，并且在115℃下干燥40分钟以形成具有22μm膜厚的电荷输送层124。

将6重量份的由下面结构式表达的化合物1和7重量份的苯并胍胺树脂(NIKALAC BL-60：Sanwa Chemical有限公司)溶解到10重量份的异丙醇中，在将预定量的导电颗粒添加到其中之后，通过涂料搅拌器利用10重量份的玻璃珠(Φ1.0mm)分散5小时。其后，通过过滤分离玻璃珠，然后得到用于形成保护层的涂层液。通过浸涂法将该用于形成保护层的涂层液涂布到电荷输送层124上，在室温下风干20分钟并在150℃下干燥35分钟从而形成具有4μm膜厚的保护层125。通过上述处理，得到感光鼓12。

化合物1

应当注意的是，对于形成保护层125的导电颗粒即可，可以从多种材料中适当地选择任意材料只要其具有预定的导电性。然而，优选使用金属或金属氧化物的颗粒。这里，作为金属，例如列举出铝、锌、铜、铬、镍、银、不锈钢以及由表面上沉积有这些金属的塑料颗粒制成的材料。同时，作为金属氧化物，例如列举出氧化锌、氧化钛、氧化锡、氧化锑、氧化铟、氧化铋、掺杂锡的氧化铟、掺杂锑或钽的氧化锡以及掺杂锑的氧化锆。这些金属或金属氧化物可以单独使用或者也可以将两种或更多种结合使用。在将两种或更多种结合使用的情况下，可以简单地将其混合、转化成固溶体或对其进行熔融粘结。应当注意的是，在本示例性实施例中，在上述各种材料之中，尤其是在各种金属氧化物之中，从透明度和分散性的角度来看，优选使用氧化锡。同时，就确保保护层125的透明度而言，导电颗粒的平均粒径优选为0.3μm或更小，特别为0.1μm或更小。这里，本示例性实施例中的导电颗粒的平均粒径是当导电颗粒的累积体积分布达到50％时的粒径(称为体积平均粒径d50)。然后，例如可利用由Malvern Instruments有限公司制造的激光衍射漫射粒度分布测定装置“Mastersizer 2000”(产品名称)来测量导电颗粒的体积平均粒径d50。同时，可以相应地选择添加到由形成保护层125的电荷输送化合物、树脂等制成的固态成分中的导电颗粒的量。然而，从后面将要说明的降低由于保护层125的磨损导致的感光鼓12表面带电特性的波动的角度来看，优选的是，导电颗粒的添加量为保护层125的0.1重量％或更多。从确保保护层125的透明度和确保导电颗粒在保护层125中的分散性的角度来看，优选的是，导电颗粒的添加量为保护层125的5.0重量％或更少。

接下来，将说明由打印机1进行的图像形成操作。将从外部输入的并在图像处理器中受到图像处理的图像数据转换成黄色(Y)、品红色(M)、蓝绿色(C)以及黑色(K)四种颜色的色材灰度数据，并且将所得到的数据输出到曝光单元30中。

在曝光单元30中，根据所输入的色材灰度数据，利用从激光二极管输出的每种颜色的激光经由光学系统(图中未示出)照射图像形成部分11的各感光鼓12。在每个旋转的感光鼓12中，对由充电装置13充电的表面进行扫描并曝光，进而形成预定的静电潜像。在每个图像形成部分11的显影装置14中将形成在感光鼓12上的静电潜像显影为黄色(Y)、品红色(M)、蓝绿色(C)以及黑色(K)各颜色的调色剂图像。

利用与图像形成部分11对应设置的一次转印装置16将形成在图像形成部分11的感光鼓12上的调色剂图像依次转印到中间转印带21上。另外，由感光体清洁器17去除一次转印之后的感光鼓12上的残留调色剂等以为下一次充电做好准备。

另一方面，在纸张传送单元40中，在预定定时将从纸张堆叠部分41中取出的纸张供给到二次转印位置。然后，沿着副扫描方向顺次将已经叠加地转印在中间转印带21上的调色剂图像二次转印到纸张上。其后，通过定影单元29对其上已经二次转印有调色剂图像的纸张进行定影处理，然后将纸张排出。应当注意的是，在二次转印之后，通过带清洁器25去除中间转印带21上的残留调色剂以为一次转印做好准备。

图4示出了在图像形成操作(第一图像形成操作)中感光鼓12上的电位水平的实例。

在由充电装置13对其供给负电流(即负电荷)的感光鼓12中，负电荷保持在保护层125的表面上。结果，感光鼓12被充电成具有-650V的带电电位VH(第一电位)。此时，控制器50控制充电电源134使其向放电导线132供给电流以使感光鼓12表面上的带电电位VH为-650V。在本示例性实施例中，将所谓的scorotron(栅极网放电型)充电器用作充电装置13。从而，从充电电源134供给到放电导线132的部分电流通过栅格电极133并流入感光鼓12，而剩余的电流通过充电壳体131和栅格电极133流入电流计135。应当注意的是，在下面的说明中，将从充电电源134供给到放电导线132的电流称为供给电流，将从放电导线132流入感光鼓12的电流称为流入电流，并且将从放电导线132流入充电壳体131和栅格电极133的电流称为流出电流。这里，已预先研究供给电流、流入电流以及流出电流之间的关系。根据电流计135对流出电流的测量结果，控制器50控制从充电电源134向放电导线132的供给电流从而允许使感光鼓12的带电电位VH达到-650V的流入电流流过。

然后，利用来自曝光单元30的激光束选择性地照射被充电为-650V的感光鼓12。在感光鼓12上由激光束照射的部分(即被曝光区域)中，在电荷生成层123中生成分别包括正电荷和负电荷的电荷对。然后，由于电场的作用使得所生成的正电荷从电荷生成层123经由电荷输送层124迁移到保护层125，进而分别与保护层125上的负电荷结合并消失。另一方面，由于电场的作用使得所生成的负电荷从电荷生成层123经由底层122而迁移到导电基材121。结果，感光鼓12上由激光束照射的图像区域的电位，即曝光电位VL(第二电位)降低到大约-200V，而没有被激光束照射的背景区域的电位保持在大约-650V的带电电位VH。如上所述，在感光鼓12的表面上形成由图像区域和背景区域组成的静电潜像。

在显影装置14中，显影电源144向显影套筒141供给预定的显影偏压，并且将显影电位VB(第三电位)设定为-500V。此时，就绝对值而言，作为第三电位的显影电位VB小于作为第一电位的带电电位VH，而大于作为第二电位的曝光电位VL。从而，感光鼓12表面上的图像区域(曝光电位VL：-200V)相对于显影套筒141为正(+300V)。另一方面，感光鼓12表面上的背景区域(带电电位VH：-650V)相对于显影套筒141为负(-150V)。因此，保持在显影套筒141上的带有负极性电荷的调色剂转移到图像区域上，而不太可能转移到背景区域上。出于此原因，对应于图像区域(被曝光区域)的调色剂图像显影在感光鼓12上。如上所述，在本示例性实施例中利用所谓的反转显影法进行图像形成。

应当注意的是，由于一次转印电源162向一次转印辊161施加具有正极性的一次转印偏压，因此感光鼓12上的调色剂将被一次转印到中间转印带21上。

顺便提及，本示例性实施例的打印机1在显影装置14中使用含有调色剂和载体的双组分显影剂。由于随着图像形成操作的进行调色剂逐渐消耗，因此双组分显影剂中的调色剂浓度下降。从而，在打印机1中，控制器50指示在预定定时进行操作来检测双组分显影剂中的调色剂浓度，并且进行操作以在必要时从调色剂盒19向显影装置14供给调色剂。

现在，将说明检测调色剂浓度的操作和确定待供给的调色剂量的操作。应当注意的是，在没有进行图像形成操作的非图像形成时期，例如，当启动打印机1时或者当利用打印机1完成预定数量图像的图像形成操作时进行上述操作。这里，图5示出了在检测调色剂浓度的操作(第二图像形成操作)中感光鼓12上的电位水平的实例。

随着操作的开始，控制器50调节来自充电装置13的充电电源134的供给电流以使流入感光鼓12的流入电流具有预定的固定电流值。控制器50还以与图像形成操作中相同的圆周速度旋转感光鼓12。结果，将感光鼓12充电成具有与图像形成操作中相同的带电电位VH(-650V：第一电位)。

在如上所述将流入感光鼓12的流入电流调节为设定值之后，控制器50达到不允许来自曝光单元30的激光束进行照射(曝光)的状态。通过此操作，即使在感光鼓12已经通过曝光位置之后，也可维持感光鼓12的带电电位VH(-650V)。

另外，控制器50使显影电源144向显影套筒141供给不同于图像形成操作中的显影偏压，并且将显影电位VB(第三电位)设定为-750V。此时，就绝对值而言，作为第三电位的显影电位VB大于作为第一电位的带电电位VH。从而，感光鼓12(带电电位VH：-650V)相对于显影套筒141为(+100V)。换言之，带电电位VH与显影电位VB具有与图像形成操作中的关系相反的关系。因此，保持在显影套筒141上的调色剂均匀地转移到感光鼓12上。这里，此时感光鼓12处于正被充电而不是曝光的状态，并且感光鼓12的整个区域都为被充电区域。应当注意的是，仅在预定的时间段将显影电位VB设定为-750V。从而，将沿着主扫描方向延伸的带状调色剂图像(用于调色剂浓度检测的补片)显影在感光鼓12上。更加具体而言，不像在调色剂图像形成操作中那样，在检测调色剂浓度的操作中调色剂转移并附着到背景区域(被充电区域)上。

形成在感光鼓12上的用于调色剂浓度检测的带状补片随着感光鼓12的旋转而穿过与浓度传感器15相对的部分。在浓度传感器15中，检测来自形成在感光鼓12上的用于调色剂浓度检测的补片的反射光量Vpatch和来自没有放置调色剂部分的反射光量Vclean，并且分别放大所检测出的信号并将这些信号输出到控制器50。

接下来，在控制器50中计算反射率R＝Vpatch/Vclean。这里，反射率R反映出双组分显影剂中的调色剂浓度。从而，当调色剂浓度高时，反射率R小，而当调色剂浓度低时，反射率R大。然后，控制器50在所得到的反射率R与预定的目标值之间进行比较操作，并且基于反射率R与目标值之间的差值来判断是否向显影装置14供给调色剂，并且，在向显影装置14供给调色剂的情况下确定应当供给的调色剂量。这里，根据反射率R来确定待供给的调色剂量，当反射率R非常大时，待供给的调色剂量大。然后，在已经确定供给调色剂的情况下，调色剂供给部分145从调色剂盒19向显影装置14供给所确定的待供给的调色剂量。在各图像形成部分11中进行上述检测调色剂浓度的操作和确定待供给的调色剂量的操作。

应当注意的是，在检测调色剂浓度的操作中，尽管在本实例中将感光鼓12的带电电位VH设定为与图像形成操作时(-650V)相同并且将显影电位VB设定为不同于图像形成操作时(-500V)的-750V，但本发明并不局限于此。例如，在检测调色剂浓度的操作中，在将感光鼓12的带电电位VH设定为不同于图像形成操作时(-650V)的-300V并且将显影电位VB设定为与图像形成操作时(-500V)相同的情况下，调色剂也将转移并附着到具有带电电位VH的背景区域，进而将形成调色剂图像。

作为另一种选择，通过设定两种或更多种带电电位VH(例如，上述的-650V和-300V)并通过将调色剂分别转移到具有不同带电电位VH的各个区域上，可以基于各图像浓度的测量结果来进行调色剂供给的控制。

此外，尽管在本实例中基于调色剂浓度的检测结果来确定待供给到显影装置14的调色剂量，但本发明并不局限于此。例如，对于短期的浓度调节，也可基于调色剂浓度的检测结果来调节从充电装置13流入感光鼓12的流入电流和来自曝光单元30的激光束的强度。

如上所述，在本示例性实施例中，通过将显影电位VB的绝对值设定成高于带电电位VH的绝对值，在常规的图像形成操作中在用作背景区域的部分上形成调色剂图像，并且通过测量调色剂图像的图像浓度来估计双组分显影剂中的调色剂浓度。这是因为下述缘故：带电电位VH比易受到由于环境变化等导致的感光性波动影响的曝光电位VL更稳定。

应当注意的是，由于受到中间转印带21和刮板部件171的刮擦，感光鼓12的表面在长期使用之后将逐渐磨损。另外，感光鼓12表面的磨损程度不一定是均匀的，可能局部地出现磨损较多的部分和磨损较少的部分。然后，由于感光鼓12表面的磨损导致感光鼓12的带电特性发生变化；这样，存在带电电位VH波动的风险。

为了应对这些问题，在本示例性实施例中，预先将导电颗粒添加到作为感光鼓12最上层的保护层125中从而降低这种带电特性的波动。

然后，将说明本发明人所做的实验。

本发明人准备好将作为一种导电颗粒的具有保护层125的1重量％的氧化锡(SnO₂)添加到位于感光鼓12表面的保护层125中的感光鼓12，以及没有添加氧化锡的感光鼓12；并且评估提供给每个感光鼓12的电荷量与在每个感光鼓12表面上产生的电位量之间的关系。这里，在本实验中，为了研究与保护层125的磨损之间的关系，分别针对添加有氧化锡的感光鼓和没有添加氧化锡的感光鼓准备保护层125厚度分别为6μm、7μm以及8μm的感光鼓12。应当注意的是，提供给感光鼓12的电荷量与流入感光鼓12的流入电流成比例。这是因为下述缘故：电流表示每单位时间流过一定截面的电荷量(i＝dQ/dt)。

在下文中，将说明评估方法。

各感光鼓12以105mm/sec的速度旋转，通过scorotron充电器对各感光鼓12的表面进行充电并通过除电器除电从而反复进行充电和除电。然后，将从scorotron充电器到放电导线的供给电流设定为恒定(-150μA)，施加到栅格电极上的栅极电压增加到0～1400V，进而通过测量和计算获得下面各值。对于在保护层125中产生的电位量，为了消除残留在保护层125中的残余电位的任何影响，将两个电位探针(电位传感器)分别布置在scorotron充电器的前侧和后侧的位置处，进而基于scorotron充电器前侧部分的电位与scorotron充电器后侧部分的电位之间的差值来测量电位量。此外，对于由scorotron充电器提供给感光鼓12的每单位面积的电荷量，通过用与感光鼓12连接的电流计所测量出的流入电流(μA)除以沿感光鼓12轴向的scorotron放电宽度(mm)和感光鼓12的移动速度，然后将所得到的数值乘以1000，从而得到该电荷量。

图6为示出评估结果的曲线图。这里，横轴表示提供给感光鼓12的每单位面积的电荷量，纵轴表示在感光鼓12表面上产生的电位量。如图6所示，可以观察到：在将作为导电颗粒的氧化锡添加到保护层125中的情况下，即使保护层125的膜厚在6μm至8μm之间变化，但电荷量(横轴)与电位量(纵轴)之间的关系几乎不变。另一方面，可以观察到：在没有添加导电颗粒(氧化锡)的传统构造实例中，当保护层125的膜厚在6μm与8μm之间变化时，电位量相对于电荷量最终发生变化，更具体而言，电位量随着保护层125膜厚的减小而降低。

这表明：在具有含有导电颗粒的保护层125的感光鼓12中，即使感光鼓12的表面(即保护层125)发生磨损或局部磨损，但只要使恒定的电荷量(即恒定的流入电流)流入感光鼓12，带电电位VH就可保持恒定。因此，在本示例性实施例中，在上述检测调色剂浓度的操作和确定待供给的调色剂量的操作中，构造成这样：即，通过调节从充电电源134向放电导线132供给的供给电流以使流入感光鼓12的流入电流为预定的恒定设定值，从而在被充电成具有恒定的带电电位VH的背景区域上形成用于调色剂浓度检测的补片。

这里，图7为示出在上述每个样品中保护层125的膜厚与感光层126和保护层125的介电薄膜厚度之间关系的曲线图。这里，比较了将具有保护层125的1重量％的氧化锡添加到保护层125中的情况和没有将氧化锡添加到保护层125中的情况。应当注意的是，介电薄膜厚度表示用感光层126和保护层125的整体膜厚除以感光层126和保护层125的整体介电系数所得到的数值，并且例如利用由Hewlett-Packard Development Company L.P.制造的阻抗分析仪4194A测量该数值。

根据图7，可以观察到：在将氧化锡添加到保护层125中的情况下，无论保护层125的膜厚是多少，介电薄膜厚度都为恒定的。另一方面，在没有将氧化锡添加到保护层125中的情况下，可以观察到：介电薄膜厚度随着保护层125膜厚的增加而增加，换言之，随着保护层125的膜厚减小(磨损)，介电薄膜厚度降低。这表明，在没有将导电颗粒添加到保护层125中的情况下，保护层125的带电电位VH随着保护层125膜厚的减小而降低。根据此结果，可以理解通过向保护层125添加导电颗粒，无论保护层125的膜厚是否变化，带电电位VH都将稳定。

这表明：在具有含有导电颗粒的保护层125的感光鼓12中，即使感光鼓12的表面(即保护层125)发生磨损或局部磨损，但只要保护层125存在，静电容量就几乎不会变化，结果，带电电位VH保持恒定。

接下来，将说明形成保护层125的树脂与导电颗粒之间的关系。

本发明人准备好酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂以及苯并胍胺树脂作为树脂材料，并且准备氧化锡、氧化锌以及氧化钛作为导电颗粒。然后，通过向各种树脂中添加每种导电颗粒从而形成保护层125。这里，形成保护层125的方法与上述构造实例中的方法相同。然后，通过扫描电子显微镜(SEM)观察每个所形成的保护层125的截面，进而从视觉上评估导电颗粒对于树脂的分散程度。这里，添加到各保护层125中的导电颗粒的量为保护层125的1重量％。

图8为示出评估结果的表。这里，等级A表示非常好的分散性，等级B表示良好的分散性，等级C表示差的分散性，而等级D表示非常差的分散性。根据图8，可以观察到：在苯并胍胺树脂与氧化锡组合的情况下可获得非常好的分散性，而在三聚氰胺甲醛树脂与氧化锡组合的情况下可获得良好的分散性。良好的分散性表示导电颗粒均匀地存在于保护层125中。出于此原因，在本示例性实施例中，将苯并胍胺树脂用作用于形成保护层125的具有交联结构的树脂，而将氧化锡用作导电颗粒。应当注意的是，在如图8所示的划分为等级B至等级D的组合中，在利用包括含有导电颗粒的树脂的保护层125形成感光鼓12的情况下，同样可减小由于感光鼓12表面的磨损而引起的带电电位VH的波动。

在本示例性实施例中，根据流经充电壳体131和栅格电极133的流出电流来控制从充电装置13的放电导线132供给到感光鼓12的供给电流；然而，本发明并不局限于此。更具体而言，直接测量流入感光鼓12的流入电流，进而可基于测量结果调节来自充电电源134的供给电流。

此外，在本示例性实施例中将非接触型的scorotron充电器用作充电装置13；然而，例如也可以使用布置成与感光鼓12相接触的诸如充电辊等接触型充电部件。在这种情况下，易于直接测量从接触型充电部件流入感光鼓12的电流。

此外，在本示例性实施例中，构造成利用浓度传感器15检测形成在感光鼓12上的调色剂图像的浓度；然而，本发明并不局限于此。例如可以这样构造：即，通过一次转印装置16将形成在感光鼓12上的调色剂图像转印到中间转印带21上，然后利用另一浓度传感器检测被转印到中间转印带21上的调色剂图像的浓度。

此外，在本示例性实施例中，已经说明了利用采用反转显影法的显影装置14的实例；然而，本发明并不局限于此，本发明也可以应用于利用采用正显影法的显影装置的图像形成装置。

出于解释和说明的目的提供了本发明的示例性实施例的上述说明。其本意并不是穷举或将本发明限制在所公开的确切形式。显然，对于本技术领域的普通技术人员可以进行许多修改和变型。选择和说明上述示例性实施例是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，因此使得本技术领域的其他技术人员能够理解本发明所适用的各种实施例并预见到适合于特定应用的各种修改。目的在于通过所附权利要求书及其等同内容限定本发明的范围。

Claims (8)

1.一种图像形成装置，包括：

感光体，其包括感光层和设置在所述感光层上的含有导电颗粒的保护层；

充电单元，其将所述感光体充电至第一电位；

曝光单元，其通过对由所述充电单元充电至第一电位的所述感光体进行曝光从而将所述感光体的被曝光区域设定成具有第二电位，所述第二电位的绝对值小于所述第一电位的绝对值；

显影单元，其包括显影剂保持体和显影电源，所述显影剂保持体保持含有调色剂和载体的双组分显影剂，所述显影电源将所述显影剂保持体设定成具有与所述第一电位和第二电位不同的第三电位；

电位设定单元，在所述曝光单元对由所述充电单元充电的所述感光体进行曝光然后利用所述显影单元进行显影的第一图像形成操作中，所述电位设定单元将所述第三电位的绝对值设定成小于所述第一电位的绝对值而大于所述第二电位的绝对值，并且在利用所述显影单元对由所述充电单元充电的所述感光体进行显影而不利用所述曝光单元进行曝光的第二图像形成操作中，所述电位设定单元将所述第三电位的绝对值设定成大于所述第一电位的绝对值；

电流设定单元，其在所述第二图像形成操作中将从所述充电单元流入所述感光体的流入电流设定为预先设定的固定电流值；

检测单元，其在所述第二图像形成操作中检测显影在所述感光体上的调色剂图像的图像浓度；以及

控制器，其根据由所述检测单元检测出的所述图像浓度控制对于所述显影单元的调色剂供给。

2.根据权利要求1所述的图像形成装置，其中，

所述保护层还含有使所述导电颗粒分散的树脂，并且

所述树脂具有交联结构。

3.根据权利要求1或2所述的图像形成装置，其中，

所述保护层还含有使所述导电颗粒分散的树脂，并且

在从保护层的0.1重量％到保护层的5.0重量％的范围内选择添加到所述树脂中的所述导电颗粒的量。

4.根据权利要求2或3所述的图像形成装置，其中，

所述树脂包括苯并胍胺树脂。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的图像形成装置，其中，

所述导电颗粒由氧化锡制成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像形成装置，其中，

所述保护层的导电颗粒的体积平均粒径d50为0.3μm或更小。

7.根据权利要求1所述的图像形成装置，其中，

所述充电单元包括：

充电壳体，其在与所述感光体相对的位置处具有开口部分；

放电导线，其设置在所述充电壳体内部；

栅格电极，其中形成有大量的气孔，并且所述栅格电极布置在所述充电壳体的开口部分侧从而与所述感光体相对；

充电电源，其向所述放电导线供给恒定的供给电流；以及

电流计，其测量经由所述充电壳体和所述栅格电极从所述放电导线流出的流出电流，并且

所述控制器基于由所述电流计测量出的所述流出电流来确定所述供给电流。

8.一种控制调色剂供给的方法，包括：

通过使具有预先设定的固定电流值的流入电流流入感光体，从而将所述感光体充电至预先设定的带电电位，所述感光体包括感光层和设置在所述感光层上的含有导电颗粒的保护层；

通过将显影剂保持体设定成显影电位，从而将调色剂从所述显影剂保持体转移到所述感光体的被充电区域上并且对调色剂图像进行显影，其中，所述显影电位的绝对值大于所述带电电位的绝对值，所述显影剂保持体保持含有调色剂和载体的双组分显影剂；

检测显影在所述感光体上的调色剂图像的图像浓度；以及

根据所述图像浓度控制对于包括所述显影剂保持体的显影装置的调色剂供给。

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