CN104635455B

CN104635455B - 图像形成装置

Info

Publication number: CN104635455B
Application number: CN201410639905.3A
Authority: CN
Inventors: 折原辰昌; 常盤修平; 萩原一成; 原口真奈实; 深津慎; 中本淳嗣
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: EP2874011A1; US9298128B2; JP2015094894A; US20150132030A1; JP6265695B2; CN104635455A; EP2874011B1

Abstract

本发明公开了一种图像形成装置。在具有携载调色剂图像的感光鼓、被设置为能够在携载调色剂的同时旋转并且向感光鼓供给调色剂以便使潜像显影的显影辊、以及用于向显影辊施加电压的电压施加设备的图像形成装置中，显影辊包含导电的基层和覆盖基层的表面层，并且显影辊的表面电荷密度等于或小于调色剂的表面电荷密度。

Description

图像形成装置

技术领域

本发明涉及图像形成装置。

背景技术

使用电子照相系统的传统的图像形成装置包括用作图像承载部件的感光鼓和用作显影剂携载部件的显影辊。在该图像形成装置中，通过将用作显影辊上携载的显影剂的调色剂转移到在感光鼓上形成的潜像，来执行用于将该潜像可视化的显影处理。在感光鼓接触显影辊的接触区域(以下，称为显影压合部分)内调色剂不被转移的感光鼓的区域(以下，称为非图像部分)中，施加电压，使得调色剂接收从感光鼓向显影辊行进的力。

这里，当调色剂被转移到感光鼓的不意图转移调色剂的非图像部分时，会发生非图像部分污染(以下，称为雾)。当在感光鼓接触显影辊的显影压合部分中调色剂的电荷衰减或者调色剂的极性反转时，雾被产生。已知关于调色剂的电荷提供性能特别在高湿度环境中劣化。当关于调色剂的电荷提供性能劣化时，调色剂的电荷衰减，从而引起雾量的增加。

日本专利公开No.H7-31454提出将显影辊的体积电阻设定在预定值或预定值以上，以便抑制调色剂被转移到感光鼓的非图像部分上的雾的发生。

发明内容

然而，雾的发生也取决于显影辊的圆周速度、向显影辊接触感光鼓的显影压合部分施加的电压等。并且，当打印片材的数量增加时，调色剂劣化加快，从而引起调色剂电荷的显著减少并且雾量的可能增加。这些要素具有极大的影响，并且已发现不可能通过使用在日本专利公开No.H7-31454中提出的方法随时间稳定地抑制雾。并且，当简单地增加显影辊的体积电阻时，显影性能由于浓度的降低等而劣化。

由此，考虑上述的问题，本发明的目的在于在维持有利的显影性能的同时抑制雾的发生。

为了实现该目的，根据本发明的图像形成装置包括：

图像承载部件，该图像承载部件能够承载通过向其表面上形成的潜像供给显影剂而形成的显影剂图像；

显影剂携载部件，该显影剂携载部件被设置为能够在携载显影剂的同时旋转，并且该显影剂携载部件通过接触图像承载部件来向图像承载部件供给显影剂；

调节部件，该调节部件调节在显影剂携载部件上携载的显影剂的层厚度；以及

电压施加设备，该电压施加设备用于向显影剂携载部件施加电压，

其中，显影剂携载部件包含导电的基层和覆盖基层的表面层，并且

当表面层的体积电阻为ρc、膜厚度为dc且相对介电常数为εc，

已通过调节部件调节其膜厚度的显影剂携载部件上的显影剂的表面电荷密度为q/s、相对介电常数为εt且层厚度为dt，

与显影剂携载部件的接触区域中图像承载部件的表面的电势为V，以及

显影剂随着显影剂携载部件旋转进入接触区域之后通过该接触区域所需要的时间为T时，

满足下式：

并且，根据本发明的图像形成装置包括：

带电设备，该带电设备用于使图像承载部件的表面带电；

曝光设备，该曝光设备用于通过使图像承载部件的带电表面曝光来形成潜像；

通过带电设备带电的图像承载部件的表面的未曝光区域的表面电势与显影剂携载部件的表面电势之间的电势差为Vback，以及

满足下式：

根据本发明，可在维持有利的显影性能的同时抑制雾的发生。

本发明的其它特征将从以下参照附图的示例性实施例的描述变得清楚。

附图说明

图1是示出根据实施例的图像形成装置的配置的示意性截面图；

图2A和图2B是示出根据第一实施例的盒的配置的示意性截面图；

图3是示出雾与Vback之间的关系的示图；

图4是示出根据第二实施例的盒的配置的示意性截面图；

图5是比较在通过显影压合部分之前和之后的调色剂的表面电荷密度的示图；

图6A和图6B是示出调色剂电荷的衰减的模式图；

图7A和图7B是示出q/s衰减的示图；

图8A和图8B是示出q/s衰减的示图；

图9是示出q/s衰减的示图；

图10A和图10B是示出相对于膜厚度的实浓度和平均电荷量的迁移的示图；

图11是比较在通过显影压合部分之前和之后的调色剂的表面电荷密度的示图；

图12A和12B是示出向调色剂层施加的有效电压的模式图；

图13A和图13B是示出显影辊内部和显影辊表面的等效电路的模式图。

具体实施方式

将参照附图通过使用示例来描述本发明的实施例。根据实施例的构件的尺寸、材料和形状及其相对配置应根据应用本发明的装置的配置和各种条件适当地改变。换句话说，以下的实施例不意图限制本发明的范围。

《第一实施例》

参照图1和图2，将描述本发明的实施例。图1是示出根据实施例的图像形成装置的配置的示意性截面图。图2A和图2B是示出根据第一实施例的盒的配置的示意性截面图。图2A示出显影辊与感光鼓彼此接触的状态，图2B示出显影辊与感光鼓彼此分离的状态。

如图1所示，图像形成装置包含用作曝光设备的激光光学装置3、一次转印装置5、中间转印部件6、二次转印装置7和定影装置10。图像形成装置还包含执行图像形成处理并且可附接到装置主体和从装置主体拆卸的处理盒(以下，简称为盒)11。如图2A和图2B所示，盒11包含用作能够承载潜像的图像承载部件的感光鼓1、用作带电设备的带电辊2、显影组件4和清洁刀片9。

感光鼓1被设置为能够沿图2A和图2B中的箭头r的方向旋转，并且感光鼓1的表面通过带电辊2带电到均匀的表面电势Vd(带电处理)。通过从激光光学装置3发射激光束，在感光鼓1的表面上形成静电潜像(曝光处理)。并且，通过从显影组件4供给作为显影剂的调色剂，静电潜像被可视化为用作显影剂图像的调色剂图像(显影处理)。

感光鼓1上(图像承载部件上)的可视化的调色剂图像通过一次转印装置5被转印到中间转印部件6上，并然后通过二次转印装置7被转印到用作记录介质的片材8上(转印处理)。这里，在转印处理中没有被转印的、残留在感光鼓1上的未转印调色剂通过清洁刀片9被刮掉(清洁处理)。在感光鼓1的表面被清洁之后，重复上述的带电处理、曝光处理、显影处理和转印处理。同时，转印到片材8上的调色剂图像通过定影装置10被定影，于是片材8被排出到图像形成装置的外部。

在第一实施例中，装置主体具有四个附接部分，盒11附接到这四个附接部分。分别填充黄色、品红色、青色和黑色调色剂的盒11从中间转印部件6的移动方向的上游侧被顺次附接，并且通过将各颜色的调色剂依次转印到中间转印部件6上，形成彩色图像。

通过将依次涂有正电荷注入防止层、电荷产生层和电荷传输层的有机感光体层叠到用作导电基底的铝(Al)圆筒上形成感光鼓1。芳基化物被用作感光鼓1的电荷传送层，并且电荷传输层的膜厚度dP被调节到23μm。电荷传输层是通过将电荷传输材料与粘接剂一起溶解到溶剂中形成的。有机电荷传输材料的示例包含丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、聚酯、聚碳酸酯树脂、聚芳酯、聚砜、聚苯醚、环氧树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂和不饱和树脂。这些电荷传输材料可被单个使用或者使用两个或更多个的组合。

通过在用作导电支撑部件的芯部金属上设置半导体橡胶层形成带电辊2。当向导电感光鼓1施加200V的电压时，带电辊2呈现约10⁵Ω的电阻。

如图2A和图2B所示，显影组件4包含用作显影剂容纳部分的显影剂容器13、用作能够携载调色剂的显影剂携载部件的显影辊14、供给辊15和用作调节部件的调节刀片16。用作显影剂的调色剂12容纳在显影剂容器13中。显影辊14被设置为能够沿图2中的箭头R的方向旋转。供给辊15向显影辊14供给调色剂12。调节刀片16调节显影辊14上(显影剂携载部件上)的调色剂。并且，供给辊15被设置为能够在接触显影辊14的同时旋转，而且调节刀片16的一端接触显影辊14。

通过在具有φ5.5(mm)的外径并且用作导电支撑部件的芯部金属电极15a周围设置聚氨酯泡沫层15b来配置供给辊15。包含聚氨酯泡沫层15b的供给辊15的总外径是φ13(mm)。供给辊15相对于显影辊14的侵入水平(penetration level)是1.2mm。在供给辊15与显影辊14之间的接触区域中，供给辊15和显影辊14沿具有相互相反的方向速度的方向旋转。存在于聚氨酯泡沫层15b的周边的调色剂12的粉压(powder pressure)作用在聚氨酯泡沫层15b上，并且当供给辊15旋转时，调色剂12被带入到聚氨酯泡沫层15b中。含有调色剂12的供给辊15在与显影辊14的接触区域中向显影辊14供给调色剂12，并且通过与调色剂12相摩擦，向调色剂12施加初步的摩擦带电电荷。同时，在感光鼓1与显影辊14之间的接触区域(以下，称为显影压合部分)N中，供给辊15还用于剥离没有供给到感光鼓1的、残留在显影辊14上的调色剂。

随着显影辊14旋转，从供给辊15供给到显影辊14的调色剂12到达调节刀片16，在这里，调色剂12被调节到希望的带电量和希望的层厚度。调节刀片16是具有80μm的厚度的不锈钢(SUS)刀片，并且沿与显影辊14的旋转相反的指向(沿反方向)被设置。并且，向调节刀片16施加电压，使得相对于显影辊14产生200V的电势差。需要该电势差以使调色剂12的涂层稳定。通过调节刀片16在显影辊14上形成的调色剂层(显影剂层)被传送到显影压合部分N，并且在显影压合部分N中经受反转显影。

这里，如图2A和图2B所示，显影组件4能够相对于感光鼓1执行接触/分离操作。更具体地，显影组件4被设置为能够在接触感光鼓1的接触位置A(由图2A和图2B中的虚线表示的位置)和与感光鼓1分离的分离位置B(由图2B中的实线表示的位置)之间移动(即，能够与感光鼓1接触和分离)。当不进行图像形成时，显影组件4被适当调整以便与感光鼓1分离，以防止调色剂12与感光鼓1相摩擦使得调色剂12劣化且感光鼓1磨损。

在接触位置A中，显影辊14相对于感光鼓1的侵入水平通过设置在显影辊14的端部上的、图中未示出的辊被设定在40μm。并且，在显影辊14接触感光鼓1的显影压合部分N中，显影辊14以相对于感光鼓1的117％的圆周速度比沿与感光鼓1的旋转方向(r方向)相同的方向(R方向)旋转。换句话说，感光鼓1被设置为能够旋转，使得其在显影压合部分N中的表面移动方向与显影辊14相同，而显影辊14以比感光鼓1高的旋转速度旋转。为了向调色剂施加剪力，提供该圆周速度差，由此减小其实质的附着力，使得提高通过电场的可控性。此时显影压合部分N的宽度(显影辊14的旋转方向的长度)是1.1mm。

并且，如图2B所示，图像形成装置包含电压施加设备17、18，而且从电压施加设备17、18向显影辊14、供给辊15和调节刀片16施加电压。

现在将描述构成第一实施例的具体电压。通过向带电辊2施加-1050V，感光鼓1的表面均匀地带电到-500V，并且作为结果，形成暗电势Vd。形成图像的图像部分的电势(明电势Vl)通过激光光学装置3被调整到-100V。此时通过向显影辊14施加-300V的电压，负极性调色剂被转移到图像部分(明电势Vl的区域)，由此执行反转显影。并且，|Vd-Vdc|将被称为Vback，而且Vback被设定为200V。

在第一实施例中，使用单一成分的非磁性调色剂作为用作显影剂的调色剂12。调色剂12被调整以便含有粘接剂树脂和电荷控制剂，并且通过向其添加流化剂等作为外部添加剂被制造为具有负极性。并且，调色剂12通过使用聚合方法制造，而且被调节到约5μm的平均粒径。

并且，装载到显影组件4的显影剂容器13中的调色剂的量被设定为使得能够打印3000张具有5％的图像比率的转换图像的量。作为具有5％的图像比率的水平线的具体示例，可以举出通过重复打印一个点线并且留下十九个点线不打印而形成的图像。

在图像形成处理期间，感光鼓1在第一模式中执行操作，在该第一模式中，感光鼓1被图像形成装置驱动以沿图中的箭头r的方向、以240mm/sec的旋转速度(第一旋转速度)旋转。并且，为了确保在通过厚的记录片材(厚片材)期间执行定影所需要的热量，根据本实施例的图像形成装置包含低速模式(第二模式)，在该低速模式中，处理速度被设定在比第一速度低的60mm/sec(第二速度)。注意，在本实施例中，仅在两个处理模式(大的模式和第二模式)中执行操作，但是，取决于记录片材的厚度等，可以提供多个处理模式，使得可以执行与各处理模式对应的控制。

《第二实施例》

下面，参照图4，将描述第二实施例。图4是示出根据第二实施例的盒的配置的示意性截面图。根据第二实施例的图像形成装置是使用转印型电子照相处理并且包含调色剂再循环处理(无清洁器系统)的激光打印机。与上述的第一实施例的图像形成装置相同的点的重复描述被省略，以下将仅描述不同之处。与本发明的第一实施例的主要不同在于，清洁感光鼓的清洁刀片9被省略，并且未转印的调色剂被再循环。未转印的调色剂被循环以便不会不利地影响诸如带电的其它处理，并且在显影组件4中被收集。更具体地，第一实施例的配置被如下修改。

关于带电，使用与第一实施例的带电辊2类似的带电辊，但是带电辊接触部件20具有防止带电辊2被调色剂弄脏的目的。100μm的聚酰亚胺膜被用作带电辊接触部件20，并且聚酰亚胺膜以不大于10(N/m)的线压接触带电辊2。使用聚酰亚胺是由于它具有用于向调色剂施加负电荷的摩擦带电特性。即使当带电辊2被具有与其带电极性相反的极性(正极性)的调色剂弄脏时，带电辊接触部件20也将调色剂的电荷从正转变到负，使得带电辊2可迅速地驱除调色剂，并且驱除的调色剂可在显影组件4中被收集。

并且，为了提高显影组件4的调色剂收集性能，暗电势Vd的绝对值和Vback的值被设定为大。更具体地，通过将施加到带电辊2的电压设定在-1350V，感光鼓1的表面被设定在-800V的均匀表面电势Vd。并且，通过将显影偏压设定在-300V，Vback被设定在500V。

<显影辊的制造>

以下将通过使用示例和比较示例描述显影辊14(显影辊A～E)的制造方法等。通过将显影辊A、显影辊B、显影辊C和显影辊E应用到根据第一实施例的图像形成装置的配置所获得的配置将分别被称为第一示例、第一比较示例、第二比较示例和第二示例。并且，通过将显影辊A、显影辊B、显影辊C和显影辊E应用到根据第二实施例的图像形成装置的配置所获得的配置将分别被称为第三示例、第三比较示例、第四比较示例和第四示例。

(显影辊A的制造)

在第一和第三示例中使用的显影辊A被如下制造。含有导电剂的、用作导电基层的硅橡胶层14b被设置在具有φ6(mm)的外径且用作导电支撑部件的芯部金属电极14a的周边。硅橡胶层14b的表面层涂有10μm的聚氨酯树脂，通过该聚氨酯树脂，粗化粒子和导电剂被分散，由此显影辊A的总外径被设定在φ11.5(mm)。并且，通过电子束沉积，设置100nm的Al2O3(氧化铝)层作为表面层。当硅橡胶层、聚氨酯树脂和Al2O3层被一体切出并且沿厚度方向向其施加200V时，显影辊A的电阻为约10⁹Ωcm²。并且，Al2O3层(表面层)的体积电阻ρc为约10¹⁴Ωcm。

(显影辊B的制造)

在第一和第三比较示例中使用的显影辊B被如下制造。含有导电剂的导电硅橡胶层14b被设置在具有φ6(mm)的外径且用作导电支撑部件的芯部金属电极14a的周边。硅橡胶层14b的表面层涂有10μm的聚氨酯树脂，通过该聚氨酯树脂，粗化粒子和导电剂被分散以形成表面层，由此显影辊B的总外径被设定在φ11.5(mm)。当硅橡胶层和聚氨酯树脂被一体切出并且沿厚度方向向其施加200V时，显影辊B的电阻为约10⁶Ωcm²。并且，聚氨酯层的体积电阻ρc为约10⁸Ωcm。

(显影辊C的制造)

带着增加相对于显影辊B的平均体积电阻的目的，在第二和第四比较示例中使用的显影辊C被如下制造。在显影辊C中，含有导电剂的导电硅橡胶层14b被设置在具有φ6(mm)的外径且用作导电支撑部件的芯部金属电极14a的周边。硅橡胶层14b的表面层涂有10μm的聚氨酯树脂，通过该聚氨酯树脂，粗化粒子和导电剂被分散以形成表面层，由此显影辊C的总外径被设定在φ11.5(mm)。当硅橡胶层和聚氨酯树脂被一体切出并且沿厚度方向向其施加200V时，显影辊C的电阻为约10⁷Ωcm²。并且，聚氨酯的体积电阻ρc为约10¹⁰Ωcm。

(显影辊D的制造)

显影辊D被如下制造。含有导电剂的导电硅橡胶层14b被设置在具有φ6(mm)的外径且用作导电支撑部件的芯部金属电极14a的周边。硅橡胶层14b的表面层涂有10μm的聚氨酯树脂，通过该聚氨酯树脂，粗化粒子和导电剂被分散，由此显影辊D的总外径被设定在φ11.5(mm)。并且，通过电子束沉积，设置1μm的Al2O3膜作为表面层。当硅橡胶层、聚氨酯树脂和Al2O3膜被一体切出并且沿厚度方向向其施加200V时，显影辊D的电阻为约10¹⁰Ωcm²。并且，Al2O3膜的体积电阻ρc为约10¹⁴Ωcm。显影辊D是设置在在第一和第三示例中使用的显影辊A上的Al2O3层的膜厚度增加到1μm的示例。

(显影辊E的制造)

在第二和第四示例中使用的显影辊E被如下制造。含有导电剂的导电硅橡胶层14b被设置在具有φ6(mm)的外径且用作导电支撑部件的芯部金属电极14a的周边。硅橡胶层14b的表面层涂有10μm的聚氨酯树脂，通过该聚氨酯树脂，粗化粒子和导电剂被分散，由此显影辊E的总外径被设定在φ11.5(mm)。并且，通过电子束沉积，设置200nm的Al2O3膜作为表面层。并且，显影辊E在150℃下被加热30分钟。当硅橡胶层、聚氨酯树脂和Al2O3膜被一体切出并且沿厚度方向向其施加200V时，显影辊E的电阻为约10¹⁰Ωcm²。并且，Al2O3膜的体积电阻ρc为约3.0×10¹⁴Ωcm。

注意，表面层是在显影辊14的表面上形成的最外层，即，接触调色剂的层。根据本发明，只要最外层以外的内部结构由至少一个层构成，就可获得类似的效果。在这些示例中，氧化铝被用作表面层，但是可通过使用氧化铝以外的铝氧化物(alumina)类型来形成表面层。铝氧化物是诸如α铝氧化物或γ铝氧化物的氧化铝、诸如勃姆石或假勃姆石的氧化铝水合物，氢氧化铝或通过使铝醇盐经受水解和缩合反应获得的铝化合物。

<第一示例>

现在将详细描述利用如在第一实施例中描述的那样配置的盒中的显影辊A的第一示例。发明人通过专注的研究发现，当建立以下在(式1)中示出的关系时，雾量被显著地抑制。注意，雾是当在感光鼓1接触显影辊A的显影压合部分N中调色剂电荷衰减或者调色剂的极性反转使得少量的调色剂在不意图打印的非图像部分(未曝光部分)中被显影时作为污物出现的图像缺陷。雾量是由于雾的发生而转移到感光鼓1上的调色剂的量。

[数学1]

…(式1)

这里，ρc是显影辊的表面层的体积电阻，dc是表面层的膜厚度。并且，T是进入显影压合部分N(即显影辊A与感光鼓1之间的接触区域)的调色剂随着显影辊A旋转而通过显影压合部分N所需要的时间。根据第一实施例的图像形成装置包含具有各自的240mm/sec(第一速度)和60mm/sec(第二速度)的处理速度的两个模式(第一模式和第二模式)。考虑上述的圆周速度比和显影压合部分N的宽度(1.1mm)，调色剂通过时间T在各模式中是3.91msec和15.7msec。并且，V是感光鼓1和携载调色剂的显影辊彼此接触时显影压合部分N中的感光鼓1的表面电势。换句话说，V是当感光鼓1和显影辊A经由调色剂层12彼此相邻时实质施加到调色剂层的有效电压。以下将详细描述有效电压V。

并且，q/s是在紧挨着显影辊上的调色剂层接触感光鼓1之前形成调色剂层的调色剂的平均表面电荷密度。使用由Hosokawa Micron Group制造的E-spart分析仪、通过测量3000个单个的调色剂样本12的表面电荷密度并计算其平均值来测量平均表面电荷密度。在第一示例中，调色剂的平均表面电荷密度是-32μC/m²。调色剂的平均表面电荷密度是在图像形成装置跟随在30℃和80％RH的试验环境中打印100张片材的打印操作放置24小时之后测量的。注意，通过连续地使印有具有5％的图像比率的水平线的记录图像的片材通过来执行该打印试验。这里，作为具有5％的图像比率的水平线图像，使用通过重复打印一个点线并且留下十九个点线不打印而形成的图像。

下面，参照图13，将描述(式1)的物理意义。图13是示出显影辊内部和显影辊表面(显影辊的表面层和显影辊表面上的调色剂层)的等效电路的模式图。图13A示出显影辊内部和显影辊表面的等效电路，图13B示出近似图13A所示的等效电路的等效电路。注意，这里，显影辊表面表示显影辊的表面层和表面层上的调色剂层，而显影辊内部表示显影辊的不包含表面层的部分。

现在将考虑显影辊内部、显影辊的表面层和显影辊表面上的调色剂层的示意性等效电路和当向其施加电压时获得的反应。显影辊内部可由电阻和电容器的并联电路代表，并且当显影辊内部由多个层形成时，显影辊内部还可由多个层的串联电路代表。图13A示出显影辊内部由两个层形成的情况。

显影辊的表面层类似地由与显影辊内部串联连接的电阻和电容器的并联电路代表。调色剂层包含电容器，但是与其并联的电阻对应的成分呈现复杂的行为并且不能由简单的等效电路代表。其原因在于，调色剂具有空间电荷，并且空间电荷是与显影辊表面电交互使得导致电流流动的成分。该交互被视为由调色剂的每单位表面积的显影辊表面上形成与空间电荷再组合的空准位(empty level)的密度确定。换句话说，调色剂电荷衰减的现象被认为由通过上述的等效电路流入由图13A中的虚线包围的显影辊表面中的电荷的量确定。

为了使该问题简单，上述的等效电路由图13B所示的近似等效电路替代。首先，显影辊内部是导电的，并因此容易用简单的电阻替代。然后，调色剂层施加根据显影辊表面上的电荷量的电流，因此，与调色剂层的电阻对应的成分被去除并用简单的电容器替代。调色剂层的电流，或者，换句话说，调色剂电荷量的衰减可然后通过比较调色剂电荷量与流过夹在调色剂层的电容器和表面层的电容器之间的显影辊表面的电荷量来表达。显影辊表面的电荷量和调色剂的电荷量优选被视为每单位面积的表面电荷密度。其原因在于，调色剂具有在不旋转时不施加电流但在旋转时施加电流等的性质，换句话说，通过直接接触与表面上的空间电荷连接的端子交换电荷的性质。

下面，参照图13B，将考虑电荷沿其通过表面层的电阻侧的路径A和电荷沿其通过电容器侧的路径B。沿路径B流动的电荷由表面层和调色剂层分担，使得其电荷量改变。然而，显影辊表面上的电荷的总量不改变。由此，沿路径B通过的电荷不导致调色剂电荷衰减。

显影辊表面上的电荷量被沿路径A流动的电荷改变。沿路径A流动的电荷量受调色剂层和表面层的电容器影响，并且在表面层的电容器被排除使得调色剂层的电容器被短路时达到最大。此时，由于显影辊内部的电阻小，因此表面层的电阻控制所有的电导。

当表面层的体积电阻被设定为ρc且膜厚度被设定为dc时，每单位面积的电阻为ρcdc。考虑上述的沿路径A流动的电荷量达到最大的条件，整个有效电压V被原样施加到表面层。此时的电流密度是V/ρcdc。并且，由于不考虑在电容器的充电期间发生的电流的减小，因此沿路径A流入显影辊表面中的电荷量被设定为VT/ρcdc，这里，T是电场的施加时间。

由此，(式1)的左侧表示流入到显影辊表面中的电荷密度，右侧表示调色剂的表面电荷密度。换句话说，(式1)通过比较显影辊表面的电荷密度与调色剂的表面电荷密度来表达将显影辊表面的电荷密度设定在调色剂的表面电荷密度或调色剂的表面电荷密度以下的条件。

当表面电荷密度的值大时，这意味着在调色剂表面上存在大量的电荷并且电荷被致密地形成。另一方面，当该值小时，这意味着电荷量小并且电荷在表面上被稀疏地形成且彼此分离。

参照图6，将描述当满足(式1)的关系时可抑制调色剂电荷衰减的机制。图6是示出调色剂电荷衰减的模式图。图6A示出显影辊表面上诱发的电荷的密度大于调色剂的表面电荷密度的状态，图6B示出显影辊表面上诱发的电荷的密度小于调色剂的表面电荷密度的状态。

如图6A所示，当显影辊表面上诱发的电荷的密度大于调色剂的表面电荷密度时，在显影压合部分N中，调色剂表面上的电荷(负极性)接触显影辊上诱发的相反极性(正极性)电荷，使得再组合的概率高。换句话说，存在于调色剂表面上的电荷为零，因此，调色剂电荷有可能衰减。

另一方面，如图6B所示，当显影辊表面上诱发的电荷的密度小于调色剂的表面电荷密度时，在显影压合部分N中，调色剂表面上的电荷与显影辊表面上诱发的相反极性电荷之间的接触概率低，因此，不大可能发生再组合。换句话说，调色剂电荷衰减可被显著地抑制。

因此，明显的是，当显影辊14的表面电荷密度被设定在调色剂12的表面电荷密度或调色剂12的表面电荷密度以下时，调色剂电荷的衰减被抑制。

下面，通过使用图12，将描述有效地施加到调色剂层的有效电压V。图12是示出施加到调色剂层的有效电压的模式图。图12A是示出显影压合部分的附近的示意图，图12B是示出显影辊和保持在感光鼓表面上的电荷量Q0的模式图。通过使用感光鼓1的电容Cp和感光鼓1的暗电势Vd由以下示出的(式2)表达当不与显影辊接触时保持在感光鼓1的表面上的电荷量Q0。

[数学2]

Q₀＝C_p·V_d ...(式2)

同时，通过使用有效地施加到调色剂层的有效电压V和显影电压Vdc由以下示出的(式3)表达当显影辊接触感光鼓1时感光鼓1上的电势Vp。如从该式明显地看到的，有效电压V是感光鼓1上的电势Vp与显影辊14的表面电势Vdc之间的电势差。

[数学3]

V_p＝V+V_dc ...(式3)

并且，由于在感光鼓1和显影辊A接触之前和之后的电荷量被保持，因此，通过使用感光鼓1的电容Cp和调色剂层的电容Ct由以下示出的(式4)表达电荷量Q0。

[数学4]

Q₀＝C_p·V_p+C_t·V ...(式4)

由于Vback＝Vd-Vdc的关系如以上描述的那样被建立，因此，通过使用(式2)～(式4)建立以下示出的(式5)的关系。

[数学5]

…(式5)

这里，可以考虑夹着空间电荷的电介质的分压(partial pressure)。当任意的表面积被设定为S、真空的介电常数是ε0、电荷传输层的相对介电常数是εP、膜厚度是dP、调色剂层的相对介电常数是εt且层厚度是dt时，Cp由以下示出的(式6)表达，Ct由以下示出的(式7)表达。严格地说，还应考虑表面层的电容，但是由于表面层具有比调色剂和感光鼓足够低的电阻，因此其电容可被忽略。

[数学6]

…(式6)

…(式7)

各相对介电常数从通过使用由Solartron制造的1260型阻抗分析仪和1296型阻抗分析仪获得的阻抗测量确定。在本示例中，εP是2，εt是3，感光鼓1的膜厚度dP是23μm，调色剂层厚度dt是10μm。这里，通过以10个纵向点测量涂有调色剂的部分和未涂有调色剂的部分之间的差并且计算其平均值，来获得调色剂层厚度dt。因此，Cp/(Ct+Cp)＝(εP/dP)/(εt/dt+εP/dt)＝0.40，由此，有效电压V取Vback的约40％的值。

(式5)表示，由于Cp/(Ct+Cp)不取比1大的值，因此有效电压V取比Vback小的值。随着打印片材的数量增加，感光鼓1磨损，并且随着其膜厚度作为结果减小，感光鼓1的电容Cp增加，从而引起调色剂层的影响减小。换句话说，有效电压V取更接近Vback的值。为了减小有效电压V，优选增加感光鼓1的膜厚度。同时，响应于调色剂层厚度的改变，有效电压V也改变。换句话说，即使当感光鼓1和调色剂层电压改变时，有效电压V也不超过Vback，因此，当通过使用Vback代替(式1)的有效电压V满足以下示出的(式8)时，认为可随时间稳定地抑制调色剂电荷衰减。

[数学7]

…(式8)

这里，在第一示例中利用的各值在表1上示出。

[表1]

并且，为了验证调色剂电荷衰减的可能性与(式1)之间的关系，通过使用具有比显影辊B大的平均电阻的显影辊C执行试验。首先，测量雾量。利用以下评价雾量的方法。

图像形成装置的图像形成操作在纯白图像的打印期间停止。在显影处理之后、转印处理之前存在于感光鼓1上的调色剂被转印到透明带上，于是携载调色剂的带被粘附到记录片材等。并且，不携载调色剂的带同时被粘附到同一记录片材。通过使用光学反射率计(TC-6DS，由Tokyo Denshoku制造)，从粘附到记录片材的带之上测量通过绿色滤光器的光学反射率，并且通过从没有调色剂的带的反射率减去测量的光学反射率来确定与雾对应的反射率的量。该结果被评价为雾量。在带上的三个或更多个点处测量雾量，并确定其平均值。

雾评价是在图像形成装置跟随在30℃和80％RH的试验环境中打印100张片材的打印操作放置24小时之后执行的。通过连续地使印有具有5％的图像比率的水平线的记录图像的片材通过来执行打印试验。这里，作为具有5％的图像比率的水平线图像，使用通过重复打印一个点线并且留下十九个点线不打印而形成的图像。

现在将通过使用图3描述雾(％)与Vback之间的关系。图3是示出Vback与利用显影辊A、B和C获得的雾量之间的关系的示图。这里，通过修改施加到显影辊的电压Vdc来调整Vback(＝Vd–Vdc)的值。从图3可以看出，随着Vback的值增加，利用显影辊B和C获得的雾量稳定地增加。

图5是比较当Vback＝500V时在通过显影辊C的显影压合部分之前和之后的调色剂的表面电荷密度q/s的示图。图5的纵坐标示出调色剂样本的数量，该调色剂样本的数量取横坐标上所示的电荷密度的对应值。在本示例中，测量3000个调色剂样本。如从图5明显地看到的，确认的是，随着调色剂12通过显影压合部分N，显影辊14上的调色剂12的表面电荷密度q/s衰减。作为结果，促进了雾。

下面，为了验证(式1)与调色剂电荷衰减量之间的关系，调查显影辊的表面电荷密度与调色剂的表面电荷密度的比和调色剂的表面电荷密度的衰减率(q/s衰减率)之间的关系。通过将通过显影压合部分N之前的q/s与通过显影压合部分N之后的q/s之间的差除以通过显影压合部分N之前的q/s来获得q/s衰减率。

[数学8]

…(式9)

(式9)在获得等于或小于1的值时满足(式1)，并且在获得大于1的值时处于(式1)的范围外。关于在以下的验证中利用的不变参数，有效电压V被固定在200V，通过显影压合部分N的通过时间T被固定在19.6msec(相对于图8B所示的q/s的值的水平波动(q/s波动)为4.6msec)，并且表面层的膜厚度dc固定在10μm。

图7～9是示出q/s衰减的示图。在图7～9中，纵坐标示出q/s衰减率(范围：-0.1～+0.6)，横坐标示出(式9)的值(范围：1×10^-1～1×10³)。

首先，验证源自有效电压V的改变的q/s衰减。更具体地，在使有效电压V变为60V、80V、120V、160V和200V时，确定相对于(式9)的q/s衰减率。结果在图7A中示出。从结果可以看出，当有效电压V的值增加时，q/s衰减率随着(式9)的值增加而增加。

并且，通过改变处理速度使得通过显影压合部分N的通过时间T变为4.6ms、9.2ms、13.9ms和19.6ms，确定相对于通过显影压合部分N的通过时间T的改变的q/s衰减率。结果在图7B中示出。从结果可以看出，当通过显影压合部分N的通过时间T的值增加时，q/s衰减率随着(式9)的值增加而增加。

并且，图8A示出当表面层的膜厚度dc变为10μm和60μm时获得的结果。从图8A可以看出，当表面层的膜厚度dc增加时，q/s衰减率随着(式9)的值增加而增加。并且，图8B示出当调色剂电荷q/s变为1.64×10^-5C/m²、2.56×10^-5C/m²和3.28×10^-5C/m²时获得的结果。从这些结果可以看出，当q/s的值减小时，q/s衰减率随着(式9)的值增加而增加。注意，通过改变添加到调色剂的外部添加剂的量来实现q/s波动。

图9示出总结在示图上的图7A、图7B、图8A和图8B的结果。如图9所示，明显的是，在(式9)即显影辊的表面电荷密度与调色剂的表面电荷密度的比的值与调色剂的表面电荷密度的衰减率之间存在强的相关关系。

图9还示出利用显影辊A的第一示例中的(式9)的值。可以看出，在第一示例的条件下(式9)的比等于或小于1，或者，换句话说，满足(式1)，因此，可以显著地抑制电荷量的衰减。

图11是使用显影辊A来比较通过显影压合部分之前和之后的调色剂q/s的表面电荷密度的示图。图11的纵坐标示出调色剂样本的数量，该调色剂样本的数量取横坐标上所示的电荷密度的对应值。在本示例中，测量3000个调色剂样本。从图11明显地看到，通过显影压合部分之后q/s衰减被抑制。换句话说，通过满足(式1)抑制调色剂电荷量的衰减，并且作为结果，可以显著地抑制雾量。

还发现，当感光鼓1与显影辊14之间的圆周速度差增加时，调色剂电荷的衰减量增加。其原因被认为是由于调色剂12在旋转的同时接触显影辊，因此调色剂表面上的电荷与显影辊14的表面上诱发的电荷之间的接触概率增加。也出于这个原因，上述的电荷衰减机制被认为是正确的。

下面，将描述由以下示出的(式10)表达的本发明的条件。

[数学9]

…(式10)

这里，在显影处理期间，被介电成分分割(divide)的电压分别作用在调色剂层和显影辊表面层上。此时的诱发电荷量Q由以下示出的(式11)表达。

[数学10]

Q＝C_tV_t＝C_cV_c ...(式11)

Cc是表面层的电容，Vc是表面层的分担电压。Ct是调色剂层的电容，Vt是调色剂层的分担电压。当表面层的分担电压Vc增加超过调色剂层的分担电压Vt时，可不再获得显影所需要的电压，因此，可显影的调色剂的量显著减小，从而引起显影性能的劣化。换句话说，为了抑制显影性能的降低，必须满足Vt/Vc>1。换言之，可从(式11)获得Cc/Ct>1。并且，可通过建立Cc＝εcε0S/dc、Ct＝εtε0S/dt的关系获得(式10)。这里，εc是显影辊的表面层的相对介电常数。

d/ε的形式呈现电气等效厚度。换句话说，当表面层的电气等效厚度大于调色剂层的电气等效厚度时，显影特性接近显影辊的显影特性，因此，显影需要高电压。作为结果，在显影部分与未显影部分之间不能确保足够的电势差，因此，在灰度图像的边缘部分上失去鲜明性的趋势变得更突出。

并且，参照图10，将描述表面层的膜厚度。图10示出相对于膜厚度的实浓度和平均电荷量Q/M[μC/g]的迁移。M是调色剂电荷的质量[g]。图10A是示出相对于膜厚度的浓度和平均电荷量的迁移的示图，图10B是示出当膜厚度(nm)是10、100、500和1000时的浓度和平均电荷量的表。发现人通过专注的研究发现，如果表面层的厚度等于或超过1μm(1000nm)，那么即使当满足(式10)时也会发生浓度的降低。

从图10明显地看出，在1μm(1000nm)处，电荷量显著增加并且浓度降低。该现象被认为是由于在显影辊上形成的调色剂层的电荷量比补偿显影衬度(|Vdc-Vl|)所需要的电荷量大而发生的。换句话说，当以1μm或1μm以上形成表面层时，调色剂的电荷量显著增加，因此，施加到显影衬度的调色剂的量减少，从而引起显影效率的降低。

现在将简要考虑上述的显影机制。通过使用电子束加热的真空沉积，在包含弹性层的显影辊的表面上形成显影辊A的Al2O3表面层。同时，显影辊A接触调节刀片16和感光鼓1，并因此在得到的接触区域中发生少量的变形。可以认为，表面层跟随该移动，从而导致形成细粒块(particle aggregate)。因此，利用小于1μm的表面层，可通过粒块之间的间隙局部发生向显影辊侧的调色剂电荷泄漏。并且，可以认为，隧穿电流在此时发生的电荷移动中占优势。

另一方面，当表面层大于1μm时，显影辊表面层由此几乎被完全覆盖，作为结果，认为向显影辊侧的电荷泄漏不发生。并且，当表面层的膜厚度增加时，在比接触区域宽的范围上发生表面层的移位，但是表面层自身的变形量小，因此，不太可能形成细粒块。作为结果，不太可能发生泄漏，从而引起调色剂层上的电荷量的显著增加和浓度的降低。

换句话说，根据本发明，通过满足(式10)，满足显影所需要的电压条件，使得维持显影性能，并且通过将表面层的膜厚度设定在1μm以下，产生局部泄漏，使得调色剂电荷的过度增加被抑制。作为结果，可在维持显影性能的同时显著地抑制雾量。

表2示出在第一实施例(第一和第二示例以及第一和第二比较示例)中获得的雾评价结果，表3示出在第二实施例(第三和第四示例以及第三和第四比较示例)中获得的雾评价结果。注意，利用与第一示例的雾评价方法类似的雾评价方法。评价结果被分成五个等级并且被评级。

××：5.0％或更大的雾量

×：不小于3.0％且小于5.0％的雾量

Δ：不小于1.0％且小于3.0％的雾量

○：不小于0.5％且小于1.0％的雾量

◎：小于0.5％的雾量

注意，在打印100张片材之后获得的雾评价在表上被标记为“初始雾”，在打印3000张片材之后获得的雾评价在表上被标记为“持久雾”。

如表2和表3所示，在使用显影辊B的第一和第三比较示例中，调色剂的平均表面电荷密度是-24μC/m²。并且，在使用具有比显影辊B大的平均电阻的显影辊C的第二和第四比较示例中，调色剂的表面电荷是-38μC/m²。

在使用表面层的膜厚度被设定在0.2μm(200nm)且体积电阻被设定在3.0×10¹⁴Ωcm的显影辊E的第二和第四示例中，调色剂的表面电荷是-32μC/m²。

[表2]

[表3]

<第一实施例的雾评价结果>

在第一比较示例中，雾在正常速度模式中初始是有利的。其原因在于，Vback小，并且通过显影压合部分N的通过时间T短，因此认为调色剂电荷不大可能逃逸到显影辊侧。并且，调色剂劣化还没有进行，因此调色剂电荷量的绝对量大。由此，即使当调色剂电荷衰减时，也可显著地抑制雾量的增加。然而，在当通过厚纸等时执行的低速模式中，通过显影压合部分N的通过时间T增加，使得调色剂电荷更有可能逃逸到显影辊侧，并且作为结果，观察到雾量的增加。

在第二比较示例中，显影辊的电阻增加以抑制向显影辊侧的逃逸，因此雾量在低速模式中增加，尽管增加比在第一比较示例中少的量。

另一方面，在本发明的第一示例中，雾在正常速度模式和低速模式中均可被抑制，因此可获得有利的图像。其原因在于，显影辊表面上诱发的电荷比调色剂的表面电荷密度小，使得调色剂电荷与显影辊上诱发的电荷之间的接触概率降低，并且作为结果，调色剂电荷的衰减被抑制。

并且，如表2上的持久雾列所示，当通过的片材的数量增加时，雾量在第一和第二比较示例中均显著地增加。其原因被认为如下。

首先，当打印片材的数量增加时，调色剂劣化加快，从而引起调色剂电荷量的减少。作为结果，促进了雾量的增加。并且，施加到调色剂层的有效电压V由V＝Cp/(Cp+Ct)Vback表达。Cp与感光鼓1上的电荷传输层的膜厚度成反比，因此，当电荷传输层被清洁刀片9刮擦时，Cp增加。因此，Ct的影响减小，使得有效电压V接近Vback。作为结果，施加到调色剂层的有效电压V在显影压合部分N中增加，从而引起调色剂电荷的衰减和雾量的显著增加。

然而，在本发明的第一示例中，显影辊表面上诱发的电荷的密度小于调色剂表面上的电荷的密度，因此可显著地抑制雾量。并且，在本发明的第二示例中，有效电压V没有达到或超过Vback，因此，显影辊表面上诱发的电荷被设定为小于当有效电压处于Vback的值时调色剂表面上的电荷的密度。作为结果，即使当通过的片材的数量增加时，也可显著地抑制雾量。

如上所述，通过满足(式1)，可抑制调色剂电荷衰减，从而使得能够减少雾量。并且，通过满足(式10)，可供给显影辊14显影所需要的电压，并因此可维持显影性能。并且，通过将显影辊14的表面层的膜厚度dc设定在小于1μm，产生局部泄漏，使得过度的电荷增加被抑制。在第一和第二示例中，满足这些条件，并因此在雾量容易增加的低速模式中以及当打印片材的数量增加时均可稳定地抑制雾量。作为结果，可随时间有利地执行图像形成。

<第二实施例的评价结果>

根据第二实施例的图像形成装置不包含清洁刀片9，并且在转印处理中没有被转印的、残留在感光鼓1上的未转印调色剂在通过带电辊2时成为负的，并然后在显影压合部分N中在显影组件4中被收集。并且，在第二实施例中，为了提高在显影压合部分N中收集返回调色剂的收集性能，Vback增加到500V(以下，此时的Vback将被称为高Vback)。

因此，在使用传统的显影辊B、C的第三和第四比较示例中，雾量显著地增加。并且，雾量的显著增加随时间发生。另一方面，在本发明的第三和第四示例中，显影辊表面上诱发的电荷的密度被设定为等于或小于调色剂表面上的电荷的密度，因此，调色剂电荷衰减和雾量均可被显著地抑制。特别是在第四示例中，有效电压V等于或小于Vback，因此，显影辊表面上诱发的电荷被设定为小于当有效电压V处于Vback的值时调色剂表面上的电荷的密度。作为结果，即使当通过的片材的数量增加时，也可显著地抑制雾量。

特别是当使用高Vback时，雾量可被显著地抑制，因此，可在维持在显影组件4中收集未转印调色剂的有利的调色剂收集性能的同时使用高Vback。作为结果，可获得更稳定的图像。

在本发明的第三和第四示例中，如上所述，不仅在雾量容易增加的低速模式中以及当打印片材的数量增加时，而且在使用高Vback时，可在维持有利的调色剂收集性能的同时稳定地抑制雾量，作为结果，可随时间有利地执行图像形成。

尽管已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。随附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims

1.一种图像形成装置，包括：

电压施加元件，该电压施加元件用于向显影剂携载部件施加电压，

当表面层的体积电阻为ρ_c、膜厚度为d_c且相对介电常数为ε_c，

已通过调节部件调节其膜厚度的显影剂携载部件上的显影剂的表面电荷密度为q/s、相对介电常数为ε_t且层厚度为d_t，

满足下式：

2.根据权利要求1的图像形成装置，其中，膜厚度d_c小于1μm。

3.根据权利要求1的图像形成装置，还包括：

带电装置，该带电装置用于使图像承载部件的表面带电；和

曝光装置，该曝光装置用于通过使图像承载部件的带电表面曝光来形成潜像，

其中，当图像承载部件的电容为C_p，

已通过调节部件调节其膜厚度的显影剂携载部件上的显影剂的电容为C_t，以及

通过带电装置带电的图像承载部件的表面的未曝光区域的表面电势与显影剂携载部件的表面电势之间的电势差为V_back时，

满足下式：

4.一种图像形成装置，包括：

带电装置，该带电装置用于使图像承载部件的表面带电；

曝光装置，该曝光装置用于通过使图像承载部件的带电表面曝光来形成潜像；

通过带电装置带电的图像承载部件的表面的未曝光区域的表面电势与显影剂携载部件的表面电势之间的电势差为V_back，以及

满足下式：

5.根据权利要求4的图像形成装置，其中，膜厚度d_c小于1μm。

6.根据权利要求1、2、4或5的图像形成装置，其中，图像承载部件被设置为能够旋转，使得接触区域中的表面移动方向与显影剂携载部件的方向相同，并且

显影剂携载部件以比图像承载部件高的旋转速度旋转。

7.根据权利要求1、2、4或5的图像形成装置，其中，显影剂携载部件被设置为能够与图像承载部件接触和分离。

8.根据权利要求1、2、4或5的图像形成装置，其中，图像承载部件包含以第一速度旋转的第一模式和以比第一速度高的第二速度旋转的第二模式。

9.根据权利要求1、2、4或5的图像形成装置，其中，显影剂是单成分非磁性调色剂。

10.根据权利要求1、2、4或5的图像形成装置，其中，表面层由铝氧化物形成。