CN1144100C - 显影装置和成像设备 - Google Patents

Abstract

一个显影装置，包括一个承载显影剂层的显影剂承载部件，该显影剂承载部件形成了一个显影剂层与所述显影剂承载部件及承载着潜影的影象承载部件相接触的显影区；和一个通过放电为所述显影剂承载部件承载的显影剂提供电荷的电荷供应部件，所述电荷供应部件就所述显影剂承载部件运动方向而言被设置在所述显影区的上游端。

Description

显影装置和成像设备

技术领域

本发明涉及一种显影装置，该显影装置可以用显影剂(调色剂)，将在例如静电复制感光部件或静电记录绝缘部件的影象承载部件上形成的静电潜影转换成可见影象。本发明还涉及一种成像设备。

背景技术

静电复制术是一种复制方法。根据这个方法，为得到一个复印件，首先可通过各种成像方法在感光元件上形成一个电潜影(静电潜影)；使用调色剂将静电潜影显影成为可见影象；该可见影象，或调色剂影象，被转印到一份转印介质上；该转印影象可以通过加热定影或加压定影的方法在转印介质上固定下来。

目前，对具有高分辨率，高清晰度及类似性能的显影装置有很大的需求，因此必须研制一种更好的方法，以在显影装置的显影剂承载部件(显影剂传送部件)上形成一个薄的调色剂层，并且研制出能够实现该方法的装置。针对这个问题，已经提出了一些解决方法。

其中近来研究的一个方法是“无磁性单组分DC显影法”，根据这个方法，使用一种半导体的显影辊或一种具有绝缘表面层的显影辊作为显影剂承载部件对潜影进行显影。更具体的说，涂有显影剂的半导体的显影辊或表面具有绝缘层的显影辊设置成与感光元件相接触，显影剂位于显影辊的外表面和感光元件之间。

图10是一例无磁性单组分DC显影装置的示意剖面图，显示了其一般的结构。

附图标记1代表作为影象承载部件的感光鼓。感光鼓1按照箭头A所示的顺时针方向以一定的圆周速率旋转驱动，并且通过使用图中未显示的可进行成像工艺的装置在感光鼓1的外表面上形成静电潜影。

附图标记4代表无磁性单组分DC显影装置。附图标记4a代表显影装置的壳体，附图标记4b，4c，和4d分别代表作为显影剂承载部件的显影辊，作为显影剂提供部件为显影辊提供显影剂的弹性辊，作为显影剂层调整部件的弹性刮片，它们都位于显影装置的壳体4a内。附图标记t代表位于显影装置的壳体4a内的作为单组分显影剂的无磁性调色剂。

显影辊4b设置成与感光鼓1相接触，其两部件间有显影剂，并按照箭头B所示的逆时针方向旋转驱动。附图标记b代表显影位置，也就是显影辊4b与感光鼓1相接触，并且其二者之间有显影剂的位置。

弹性辊4c设置成与显影辊4b相接触，带有一定的接触压力，并按照箭头D所示的逆时针方向旋转驱动。

弹性刮片4d与显影辊4b相接触，其接触位置就显影辊4b旋转方向而言位于弹性辊4c与显影辊4b相接触位置的下游端。

  附图标记S2代表为显影辊4b提供DC电压(偏压)的偏压供应电源。

  弹性辊4c是一个为显影辊4b提供调色剂t的辊。当调色剂被提供给显影辊4b的表面之后，由于显影辊4b的旋转，调色剂被继续传送，在弹性刮片4d与显影辊4b相接触的位置形成一个薄层的过程中，被摩擦充电。随着显影辊4b继续旋转，显影辊4b上的调色剂薄层被传送到显影位置b处，在这里薄层调色剂被用来使感光鼓1上的静电潜影显影。显影辊4b上的在感光鼓1上的静电潜影显影过程中没有使用的调色剂，在显影位置b处通过显影辊4b的旋转被送回至显影装置的壳体4a内，在显影辊4b与弹性辊4c相接触的位置处从显影辊4b的外表面上剥离下来。然后，显影辊4b上残余调色剂被剥离的部分又被弹性辊4c提供了新的调色剂。这种功能循环或操作循环被不断重复。

但是，上述无磁性单组分DC显影法也存在着如下问题。成像过程的重复加速了调色剂的变劣，导致调色剂用量的增加，该调色剂的极性与普通调色剂的极性相反。具有错误极性的调色剂被传送到感光鼓上相当于影象背景部分的区域(在下文中，这种调色剂产生的影响被称作“反转灰雾”)。反转灰雾不容易转印到转印介质上，因此它对影象品质的影响很小。但是，它会增加调色剂的无谓消耗，减少了预置在显影装置中的一定量的调色剂所能复印的份数，并且为提高显影装置的服务年限带来负面影响。

根据附图11所示，在使用基于DC电压的接触型显影工艺的情况下，只要调色剂所带电荷在一个合适的范围之内(-35-80μc/g)，就可以通过使形成线状影象的调色剂层高度和形成实心影象的调色剂层高度相同的方式实现控制。导致线状影象的调色剂层高度增加的因素被认为是因为显影可以在显影辊和感光鼓接触位置的下游端(这里有一条显影辊和感光鼓之间的辊隙)进行，调色剂微粒仿佛被扫帚聚集在显影辊4b上，导致线状影象的调色剂层高度增加。然而，因为显影辊4b上调色剂携带的电荷的增加，由于反作用力的存在，使显影剂吸附在显影辊上的力也增加了。因此可以复制出清晰的点和线，也就是这些点和线不受分散的调色剂微粒的影响。但是由于调色剂的变劣，显影辊4b上调色剂携带的电荷减少，会引起线状影象的调色剂层高度增加，导致调色剂微粒分散，结果使点和线模糊，影象品质降低，并不可避免的增加了调色剂消耗量。

发明内容

本发明的主要目的是为了防止与普通调色剂极性相反的调色剂的用量的增加。

本发明的另一目的是减少反转灰雾以使调色剂的消耗量降低；提高显影装置的服务年限；降低显影装置的操作成本；将调色剂携带的电荷保持在适当的水平以复制出清晰的点和线，也就是这些点和线不会受分散的调色剂微粒的影响而变得模糊。

为达到上述目的，本发明提供一种成像设备，包括：一个图象承载部件；充电装置，用于对所述图象承载部件进行充电；静电成象装置，用于在由所述充电装置充电的所述图象承载部件上形成静电图象；一个显影和清洁部件，用于在所述图象承载部件上显影所述静电图象，并用于从所述图象承载部件上清除残留的调色剂；一个调整部件，用于调整在所述显影和清洁部件上的调色剂的量，并用于给调色剂摩擦充电；电荷供应装置，用于对在所述显影和清洁部件上的调色剂施加极性有规律的电荷，所述电荷供应装置相对于所述显影和清洁部件的运动方向而言，被设置在所述显影和清洁部件的显影部分和清洁部分的上游以及在所述调整部件的调整部分的下游。

附图说明

在结合附图考虑本发明优选实施例的下述说明之后，将更清楚本发明这些及其他目的、特色和优点。

图1是根据本发明的第一个实施例中的成像设备的剖面示意图，显示了其一般的结构。

图2是图1所示的成像设备的显影装置的放大剖面图。

图3是电阻为10⁸Ω的调色剂充电辊的放电特性曲线图。

图4是电荷注入过程中调色剂的表面电势与施加给调色剂充电辊的电压的关系曲线。

图5是提供给调色剂充电辊的偏压与调色剂获得的电荷量的关系曲线。

图6是反差与灰雾的关系曲线。

图7是本发明第二个实施例的成像设备的剖面示意图，显示了其一般的结构。

图8是辊电阻测量方法的示意图。

图9是例如转印残余调色剂的粘附物质的量与复制份数的关系曲线，其中复制份数在0到6,000之间变动。

图10是一例无磁性单组分基于DC电压的接触型显影装置的示意剖面图。

图11是显影辊上调色剂的电荷量与形成线性影象或实心影象的调色剂层高度的关系曲线。

具体实施方式

实施例1(附图1-6)

图1是根据本发明的成像设备的一个实施例的剖面示意图，显示了其一般的结构。在这个实施例中成像设备是一个激光打印机，该激光打印机采用静电复制工艺，转印工艺，反转显影工艺和一个处理盒系统。

附图标记1代表一个直径为30mm可旋转的鼓形静电复制感光部件(感光鼓)，它按照箭头A所示顺时针方向以1rps的处理速度(圆周速度是94.2mm/sec)旋转驱动。

附图标记2代表作为充电部件的充电辊。充电辊2是一个导电的弹性辊，设置成与感光鼓相接触，有一定的接触压，在它与感光鼓之间形成一个充电位置a。在这个实施例中，充电辊2随感光鼓1旋转而旋转。

附图标记S1代表为充电辊2提供充电偏压的电源。在这个实施例中，从电源S1穿过辊隙，为充电辊2提供的DC电压电平高于在充电辊2与感光鼓1间辊隙中开始放电的电压。更具体的说，-1,300V的DC电压被用来作为充电偏压，以使感光鼓1被均匀的充电至-700V(暗区电压)。

附图标记3代表作为在感光鼓1上形成静电潜影的潜影形成部件的曝光单元。在这个实施例中，曝光单元3是一个激光扫描器，它输出一个与影象形成数据一致的连续数字电信号调制的激光束L，扫描感光鼓1的均匀充电表面。激光扫描器的能量可以调整，以使感光鼓1的整个均匀充电表面被激光束曝光后，感光鼓1的整个表面电势是-150V。

这样，当感光鼓1的均匀充电表面被扫描激光束L曝光后，感光鼓1上相应于影象形成数据的曝光区域电势发生衰减。结果，一个静电潜影，也就是一个由暗区电势和亮区电势之间的静电反差形成的影象，就在感光鼓1的表面形成。

附图标记4代表反转型显影装置，它采用单组分无磁性接触型显影系统。感光鼓1表面形成的静电潜影在显影位置b处被作为反转显影剂的带有负电荷的调色剂t(负电荷调色剂)反转显影。也就是，负电荷调色剂粘附在静电潜影的影象部分(曝光部分)。该显影装置4将会在以下部分例如第2部分详细描述。

附图标记5代表转印辊，它是一个导电弹性辊，设置成与感光鼓1相接触，有一定的接触压，在转印辊与感光鼓1之间形成转印位置C。转印辊5以与感光鼓1近似相同的圆周速度，跟随感光鼓1旋转。这样，在转印位置c处转印辊5的旋转方向与感光鼓1相同。

附图标记S3代表为转印辊5提供转印偏压的电源。在这个实施例中，正性转印偏压，也就是极性与负性调色剂t电势极性相反的偏压，从转印电源S3提供给转印辊5。

在转印位置C，旋转的感光鼓1表面的调色剂影象被从起始端连续转印到转印介质P，也就是从供给部分9以适当的供给周期提供给转印位置C的记录介质上。然后，记录介质P夹在感光鼓1和转印辊5之间被继续传送。在转印介质P经过转印位置c的过程中，供给转印辊5的转印偏压是连续的。

转印介质P从转印位置c出来后，从其起始端开始，被从感光鼓1的表面分离下来，并送至定影装置6，在那里调色剂影象被固定在记录介质P上。然后记录介质P被排出形成一份复印件。

转印剩余的调色剂，也就是在转印位置c处，感光鼓1表面上剩余的没有被转印到转印介质P的调色剂，被从感光鼓1表面刮下来，送至清洁装置7处，更具体的说，是被清洁装置7的清洁刮片7a刮下来，收集在废显影剂容器7b中。感光鼓1被清洁之后，可以继续重复成像使用。

这个实施例中的打印机采用了处理盒10，它可移动的安装在打印机的主机部分，其中包括感光鼓1、作为接触型充电部件的充电辊2、显影装置4和清洁装置7的4个处理装置被整体设置。

处理盒意味着可移动的安装在成像设备的主机部分的盒，其中一个影象承载部件和在一个充电设备、显影设备以及类似部件中的至少一个处理装置被整体排布。处理盒系统可以给成像设备的使用者提供一个友好的，也就是容易控制的结构。

(1)显影装置4

图2是显影装置4(成像设备的中显影装置部分)的放大剖面图。在该图中关于与图10所示的无磁性单组分接触型显影装置中相同的结构部件和部分，采用与图10中对这些结构和部分所给的附图标记相同的标记表示。

a)显影辊4b

作为显影剂承载部件(显影剂传送部件)的显影辊4b被设置在显影装置壳体4a内，与在处理盒纵向方向延伸的开口部分平行，通过开口部分与感光鼓1相接触，其二者之间有显影剂。它按照箭头B所示的逆时针方向旋转。将显影辊4b适当的安排，以使显影辊4b的大约下半个圆周位于显影装置壳体4a中，其上半个圆周通过开口部分位于显影装置壳体4a之上。显影辊4b设置成与感光鼓1平行，其从显影装置壳体4a露出的上半部分与感光鼓1相接触。

显影辊4b的表面上应有适度的不平整性，以提高显影辊4b的表面与调色剂t之间的摩擦，并且也可以更有效的传送调色剂t。

在这个实施例中，显影辊4b的直径是16mm，长度是240mm，包括一个4mm厚的硅橡胶层，该层上面还有一个丙烯酸或尿烷涂层。它的电阻是10⁴-10⁶Ω，表面粗糙度Rz是0.5-0.9μm，硬度在Asker标度C中是45°(施加9.8N(1kg)的负载)。它与感光鼓1相接触，有一定的接触压力，以使显影辊4b压入感光鼓1有70μm，以170mm/sec的圆周速度旋转，而感光鼓1的圆周速度是94.2mm/sec。

电阻值是采用如下方法测量的。首先，一个直径是30mm的铝辊(光滑的铝圆柱体)设置成与显影辊4b相接触，在它们整个长度上施加4.9N(500gF)的负载，并且铝辊以0.5rps的速度旋转。然后向显影辊4b施加400V的DC电压。一个阻值是10KΩ的电阻连接着接地端，测量电阻两端的电压以计算通过电阻的电流，根据这个电流可以计算出显影辊4b的电阻值。

由一个显影偏压供电电源S2向显影辊4b提供一定的显影DC偏压。

b)弹性辊4c

至于为前述显影辊4b提供调色剂t的弹性辊4c的结构，考虑到弹性辊4c不仅要为显影辊4b提供调色剂t，还要剥离残余的也就是没有在显影位置b处参加显影的调色剂的实际情况，希望弹性辊4c具有泡沫状的，类似海绵的骨架结构，或者是通过在金属芯上植入例如人造纤维、尼龙纤维等纤维而形成的软毛刷状的结构。在这个实施例中，采用了直径16mm的弹性辊，它包括金属芯和一层设在金属芯表面上的聚氨酯泡沫。

至于就弹性辊4c的旋转方向来说在弹性辊4c和显影辊4b之间的界面宽度，1-6mm的宽度是有效的。另外，在弹性辊4c和显影辊4b之间的界面中，其二者之间的表面速率最好不同。在此实施例中，这两个辊之间的界面宽度设定为4mm，并且弹性辊4c由一个未画出的驱动装置以一定的定时沿箭头C所示方向旋转驱动，使得弹性辊4c的圆周速率在显影操作过程中成为80mm/s。

c)弹性刮片4d

作为显影剂层厚度调整部件的弹性刮片4d，由刮片支撑金属板加以支撑，设置成与显影辊4b的外表面相接触，使得与弹性刮片4d的自由端相邻部分的表面与显影辊4b的外表面相接触，其接触位置就显影辊4b的旋转方向而言位于显影位置b的上游端，和显影辊4b与弹性辊4c之间界面的下游端。

至于弹性刮片4d的结构，弹性刮片4d是由硅橡胶、聚氨酯橡胶或类似物质制成的简单刮片，或者是一种包括弹性衬底部件，例如一片由SUS或磷青铜制成的薄金属板，和一片在与显影辊4b接触端的位置附着在该弹性衬底部件上的橡胶构成的部件。

至于弹性刮片4d延伸至与显影辊4b相接触所沿的方向，是所谓的逆时针方向，即，弹性片4d的自由端就弹性辊4c的旋转方向来说设置在弹性刮片4d基端之上所沿的方向。

在此实施例中，弹性刮片4d包括一片1.0mm厚的聚氨酯橡胶，和一个其上附着有该聚氨酯橡胶的刮片支撑金属板。弹性刮片4d压在显影辊4b上所用压力大小在2.45×10^-2-3.34×10^-2N/cm(25-35g/cm)之间。至于测量线性负载的方法，首先三片已知其摩擦系数的薄金属板被插入到弹性刮片4d和显影辊4b之间，用弹簧秤测量将中间的金属板拉出所必须的力。然后将由弹簧秤得到的该数值转换成线性负载。

d)调色剂t

至于调色剂t，使用有光滑表面球形的无磁性单组分显影剂的颗粒。这是因为这种调色剂转印性能好，润滑性高，优点表现在当用例如刮片或软毛刷等清洁装置7去除没有被转印的调色剂，即，去除残余在感光鼓1上的调色剂的时候，对感光鼓1产生的磨损比较小。

更具体的说，使用体电阻率不超过10¹⁴Ω，形状因子SF-1为100-180，形状因子SF-2为100-140的调色剂t。

调色剂的体电阻率采用如下方法测量。测量电极端是0.238cm²(直径是6mm)，使用1,500g的重量施加980/cm²(96.1kpa)的压力。调色剂层的厚度在0.5-1.0mm之间。施加400V的DC电压，使用微电流计(YHP4140pAMETER/DC电压源)测量电流。该体电阻率(特殊电阻率)可从电阻值计算得到。

形状因子SF-1和SF-2的值由下述公式确定。具体的说，使用Hitachi FE-SEM(S-800)随机抽取100份调色剂影象，影象数据通过接口被输入影象分析仪(Luzex3：Nikore公司生产)进行分析。

SF-1＝(MXLNG)²/AREA×π/4×100

SF-2＝(PER1)²/AREA×π/4×100

AREA：调色剂颗粒的投影面积

MXLNG：绝对最大长度

ER1：周长

表面因子SF-1代表球形度，一个物体的SF-1相对于100越大，物体的形状越不圆或越不确定，

表面因子SF-2代表表面不平整度，一个物体的SF-2相对于100越大，物体的表面越不平整。

至于制造调色剂t的方法，只要调色剂能使其形状因子保持在上述范围内，就可采用所谓的研磨方法。除了研磨方法之外，还有其它方法：例如在日本公开专利申请Nos.10,231/1961和53,856/1984中披露的悬浮聚合方法直接制造调色剂，使用可溶解单体的含氢有机溶剂采用分散聚合方法得到不溶聚合产物直接制造调色剂，和乳液聚合方法，比如在有极性的水溶聚合引发剂存在的情况下，采用无皂聚合直接制造调色剂。

在这个实施例当中，在常压或升压的情况下，苯乙烯和n-丙烯酸丁酯共同作为单体，水杨酸金属盐作为电荷控制剂，饱和聚酯作为极性树脂，再加上彩色物质，采用悬浮聚合方法，制备彩色颗粒悬浮物。这种方法可以使调色剂的形状因子SF-1和SF-2分别保持在100-180和100-140之内，并且使微细调色剂相对容易制造，微粒尺寸在4-8μm之间，微粒尺寸的分散程度相对明显。

然后，将疏水二氧化硅按照1.5％重量比加入到彩色颗粒悬浮液中，就可以得到上述调色剂t，它具有负极性，转印性能好，当清洁感光鼓1的时候，对感光鼓1产生的磨损更小。

e)显影剂充电部件4e(电荷供应部件)和其影响

附图标记4e代表作为显影剂充电部件的调色剂充电辊。该调色剂充电辊4e设置成与显影辊4b相接触，调色剂充电辊4e与显影辊4b之间有显影剂，其接触点就显影辊4b的旋转方向而言，位于显影位置b的上游端和显影辊4b与弹性刮片4d之间接触面的下游端，二者之间有一定的由图中未显示的压力装置施加的压力。

调色剂充电辊4e随着显影辊4b旋转而旋转，或以与显影辊4b同样的旋转方向和圆周速率独立的旋转。

在这个实施例当中，调色剂充电辊4e是一个直径为7mm的橡胶辊(弹性辊)，在显影辊4b表面测得的接触压在0.98×10^-2-1.98×10^-2N(100-200gF)之间。

偏压电源S4向调色剂充电辊4e施加一定的DC偏压，电压值高于显影辊4b上的调色剂开始被放电装置充电时的电压，极性与调色剂t的电荷极性相同。

当显影装置进行显影操作时，搅拌元件4f按照箭头D所示顺时针方向旋转，显影装置壳体4a内的调色剂t就被向弹性辊4c传送。当弹性辊4c按照箭头C所示逆时针方向旋转时，一部分与弹性辊4c相邻的调色剂t被送到显影辊4b的临近位置，并由于受到显影辊4b和弹性辊4c之间摩擦而被充电，因此粘附在显影辊4b的表面。随后，由于显影辊4b按照箭头B所示逆时针方向继续旋转，显影辊4b上的调色剂t被传送到能受到弹性刮片4d压力的区域。结果，一个调色剂t薄层就在显影辊4b的表面形成。

在这个实施例当中，设置弹性刮片4d以使调色剂t获得的电荷降至-60--20μC/g的适宜范围；调色剂的量降至0.4-1mg/cm²的适宜范围；调色剂层厚度降至10-20μm。

施加了前述偏压的调色剂充电辊4e，有助于将调色剂t携带的电荷保持在一个较高水平上。此外，由于调色剂充电辊4e与显影辊4b上的调色剂层相接触，调色剂层被堆积得更精确和均匀。

经过调色剂充电辊4e与显影辊4b的接触位置以后，由于显影辊4b的继续旋转，显影辊4b上的调色剂层被送至显影位置b处。然后，由于显影辊4b的继续旋转，在显影位置b处，没有参加感光鼓1上的静电潜影显影过程而依然保留在显影辊4b上的调色剂，被送回至显影装置壳体4a内，在这里，在显影辊4b与弹性辊4c相接触的位置上，残余的调色剂被从显影辊4b上剥离下来。显影辊4b上残余的调色剂被剥离的部分又被弹性辊4c补充了新的调色剂。上述操作循环被不断重复。

调色剂充电辊4e上的就垂直于显影辊4b的旋转方向的方向而言的充电范围，等于或大于就垂直于感光鼓1旋转方向的方向而言的感光鼓1上的成像范围。

换一句话说，为了使调色剂t携带的电荷保持在一个较高的水平，调色剂充电辊4e希望设置成与显影辊4b相接触，跨越就显影辊4b的纵向方向而言与感光鼓上成像范围一致或比它更大的范围，因此跨越上述范围的调色剂t能被放电装置有效的充电。弹性刮片4d和调色剂充电辊4e之间就它们的纵向方向而言的位置关系，被希望适当的设置，以能够确保调色剂充电辊4e可以覆盖整个弹性刮片4d和显影辊4b相接触的范围。换一句话说，最好是就显影辊4b的纵向方向而言，跨越调色剂充电辊4e与显影辊4b接触的范围的长度比跨越弹性刮片4d与显影辊4b接触的范围的长度要长，其中调色剂充电辊4e与显影辊4b之间和弹性刮片4d与显影辊4b之间都有调色剂(更具体的说，调色剂充电辊4e与显影辊4b上载有的(与之相接触的)调色剂层相接触)。

下面将描述调色剂充电方法。

当调色剂充电辊4e的电阻是10⁸Ω时，施加在调色剂充电辊4e的电势与调色剂表面电势的关系如附图3所示。

换一句话说，即使施加在调色剂充电辊4e的电势是0V时，调色剂t的表面电势也是-20V。因为调色剂t被弹性刮片4d摩擦充电。

不考虑由摩擦产生的表面电势，调色剂充电辊4e和调色剂t之间开始放电的电势是-600V，并且调色剂t的表面电势如图3中1的倾斜角上升。换句话说，施加在调色剂充电辊4e的电势与调色剂表面电势之间的关系类似于感光鼓1的表面电势与Dc电源施加在充电辊的表面电势之间的关系。调色剂充电辊4e和调色剂t之间开始放电的电势由下述公式(1)和公式(2)之间的交集得出：

Vb＝312+6.2g                     …(1)

Vg＝g(Va-Vc)/{(Lt/Kt)+g}           …(2)

Vb：帕邢定律的近似(g大于8μm)

Vg：调色剂充电辊4e表面和调色剂层表面之间的间隙电势

Va：施加在调色剂充电辊4e的电压

Vc：调色剂层的表面电势

Lt：调色剂层厚度

Kt：相对绝缘常数

在这个实施例当中使用的调色剂t的颗粒尺寸分散性很好，并且颗粒是球形的。因此在调色剂层中，调色剂量与空气量的比例是一个常数；换句话说。公式(2)中的Kt是不变的，因此调色剂t被放电装置可靠的充电。

电荷注入方法是另一种使调色剂t充电的方法。当采用电荷注入方法时，施加在调色剂充电辊4e的电势与调色剂表面电势的关系如附图4所示。

根据附图4所示结果判断，可以相信调色剂通过放电装置被充电。

以上结论是根据调色剂充电辊4e跨越就充电辊4e的纵向方向而言的整个范围与调色剂涂层部分接触的这样一种情况作出的。

此外，研究了调色剂t可以通过放电装置被充电的阻值范围。在这个实施例的结构排布下，施加给调色剂充电辊4e的偏压可以从显影偏压得到，当调色剂充电辊4e的阻值不大于10⁷Ω时，检测不到调色剂充电辊4e和可通过放电进行充电的调色剂涂层部分之间的电压，而当调色剂充电辊4e的阻值不小于10¹²Ω时，开始放电的电位过高；换句话说，阻值为10¹²Ω或更高是不合适的。

因此，适合的调色剂充电辊4e的阻值范围是10⁸Ω-10¹¹Ω。

采用如下方法测量调色剂充电辊4e的阻值。直径为30mm的铝辊设置成跨越调色剂充电辊4e的整个范围与后者相接触，以得到一个1.67N(170gF)的接触负载。然后，将一个100kΩ的电阻与调色剂充电辊4e的接地端相连。当铝辊以0.5rps的速度旋转时，给调色剂充电辊4e施加-400V的电压，测量电阻电源端和接地端之间的电势。根据这个测量结果计算出电流，然后计算得到调色剂充电辊4e的电阻值。该长度是220mm。

附图5显示了调色剂充电辊4e和显影辊4b之间的电压关系，以及显影辊4b上的调色剂t得到的电荷量。

当调色剂t经过弹性刮片4d后携带的电荷量是-30μc/g时，施加给调色剂充电辊4e不小于1,200V的电压，导致调色剂t携带的电荷量达到饱和值-60μc/g。然而，当调色剂t经过弹性刮片4d后携带的电荷量是-60μc/g时，调色剂t携带的电荷量保持在-60μc/g的稳定值，而与施加给调色剂充电辊4e的电压无关。

这意味着，即使在例如高温—高湿或低温—低湿这样调色剂t携带的电荷量容易变化的条件下，由于使用了调色剂充电辊4e，调色剂t携带的电荷量将会保持在一个较高的水平。

附图6显示了调色剂充电辊4e对反转灰雾的影响。从图中可以明显的看到，在使用调色剂充电辊4e的情况下，即使是背景反差(相对于显影偏差的暗区电势)上升，也不会产生反转灰雾。

采用如下的测量方法测量灰雾。首先，用一个有透明底基的粘性胶带收集转印至感光鼓1上并在该处形成灰雾的调色剂颗粒。将这个带有由调色剂颗粒形成的灰雾的粘性胶带粘在白纸上，以一个没有用过的粘性胶带作为参照物，测量这两个胶带的反射率。然后，作为参照物胶带的反射率值减去样品带的反射率值，二者的差值作为“灰雾密度”。用TC-6DS(Tokyo Denshoku)测量反射率。

当显影辊4b与调色剂充电辊4e之间的电势差是1,200V时，从电源S2向显影辊4b施加-300V的电压，从电源S4向调色剂充电辊4e施加-1,500V的电压，以确保显影反差。在这种情况下，每一个调色剂颗粒所携带的电荷都被调色剂充电辊4e统一为-60μc/g，然后，调色剂颗粒被传送到显影位置b处，在这里它们遇到感光鼓1。在显影位置b处，通过电源S2向显影辊4b施加的-300V电压，使得在显影辊4b上显影剂薄层中的显影剂颗粒，根据感光鼓1上的静电潜影，有选择性的转印到感光鼓1上。结果，静电潜影显影成为调色剂影象，或者说是由调色剂颗粒形成的影象。

残余的调色剂，也就是在显影位置b处没有被消耗的调色剂颗粒，随着显影辊4b的旋转被从显影辊4b的底部回收。更具体的说，在弹性辊4c和显影辊4b之间的残余调色剂被从显影辊4b的表面剥离下来。随着弹性辊4c的旋转，大部分被剥离的调色剂颗粒被送至显影装置壳体4a中，并且随着它们的运动，与显影装置壳体4a中的调色剂t混合。结果每一个被剥离下来的调色剂颗粒上所携带的电荷被分散了。在残余的调色剂颗粒被剥离的同时，通过弹性辊4c的旋转，新的调色剂被提供给显影辊4b的表面。然后，上述过程被不断重复。

如上所述，由于调色剂充电辊4e的存在和施加给调色剂充电辊4e的比调色剂开始被放电装置充电时电压高的电压，确保了在生成点和线都很清晰的影象时，调色剂t所携带的电荷可以保持在一个较高的水平，并减少了由此产生的灰雾，极大的提高了调色剂的使用效率。

在第一个实施例当中，显影装置4被置于可移动的安装在成像设备的主机上的处理盒14内。然而显影装置4也可以是固定在成像设备主机上的显影装置，只是在必要时才补充调色剂，或者是可移动的安装在成像设备的主机上的显影盒(显影单元)，其中只有显影装置4。

实施例2(附图7-9)

1)成像设备

附图7是本发明第二个实施例中成像设备剖面图的示意图，其中显示了一般的结构。这个成像设备是一个无清洁装置的激光打印机，其中有静电复制工艺，转印系统，反转显影系统和一个处理盒系统。

该实施例当中的激光打印机与第一个实施例当中的不同，它没有清洁装置(7)。换句话说，它采用一种无清洁工艺。另外，该打印机与上述第一个实施例当中描述的打印机结构基本相同。

感光鼓1以94.2mm/sec的处理速度(圆周速率)按箭头所示逆时针方向旋转驱动。

该感光鼓1被充电辊2以一定的极性和电压充电。在这个实施例当中，从充电偏压供应电源S1给充电辊2施加一个等于或略大于充电辊和感光鼓1之间辊隙开始放电时之电压的DC电压。更具体的说，使用-300V的DC电压作为充电偏压使感光鼓1的表面均匀充电至-800V(暗区电势)

表面被均匀充电的旋转的感光鼓1被从激光扫描器3发出的扫描激光束曝光。结果，被激光束L曝光的区域电势衰减至-50V。随后，由于曝光区域-50V的电势和未曝光区域(暗区)-800V的电势之间的反差，与成像数据相一致的静电潜影在感光鼓1的表面形成。

感光鼓1表面形成的静电潜影，在显影装置4的显影位置b处，被作为反转显影剂的带负电调色剂t(负调色剂)反转显影。换句话说，负调色剂粘附在静电潜影的影象部分(曝光部分)。该显影装置4将在以下的第2部分详细描述。

旋转的感光鼓1表面的调色剂影象，通过被电源S3施加了一定的转印偏压的转印辊5，从起始端被连续转印，至由图中未显示的传送机构以一定的周期传送给转印位置c的转印介质P上，该转印位置c就是感光鼓1和转印辊5之间的接触辊隙。

转印介质P从转印位置c出来后，从其起始端开始，被从感光鼓1的表面分离下来，并送至定影装置6，在那里调色剂影象被固定在记录介质P上。然后记录介质P被排出形成一份复印件。

当调色剂影象被转印到转印介质P上后，感光鼓1的表面又用来进行下一个成像循环。这个实施例当中的打印机是无清洁装置打印机，因此，残余调色剂，也就是影象转印后残留在感光鼓1表面的残余调色剂，通过感光鼓1的不断旋转，穿过充电位置c被送至显影位置b处，并在感光鼓1上的静电潜影由显影装置4加以显影的同时，被显影装置4回收。该过程将在后面的部分3中详细描述。

在这个实施例当中，处理盒10是一种可移动的安装在成像设备的主机上的盒，主要由三个工艺装置组成：感光鼓1，作为接触型充电部件的充电辊2和显影装置4。它也可以是一种可移动的安装在成像设备的主机上的盒，主要包括一个影象承载部件和充电装置、显影装置及类似装置之中的至少一个装置。处理盒系统使成像设备具有一种友好的，也就是容易控制的结构。

2)显影装置4

附图标记4a代表显影辊的壳体，其中排布着作为显影剂承载部件的显影辊4b，为显影辊4b提供调色剂的调色剂供应辊4c(弹性辊)，调整调色剂层厚度的刮片4d和作为显影剂充电部件的调色剂充电辊4e，以及类似装置。附图标记4g代表连接在显影辊的壳体4a上的调色剂箱。附图标记4f代表安排在该调色剂箱4g上的调色剂搅拌部件，附图标记t代表位于调色剂箱4g中作为显影剂的充负电的调色剂。

调色剂箱4g中的负调色剂t通过调色剂搅拌部件4f的旋转运动被搅拌，在搅拌过程中，其中的一部分通过通道4h被送至显影辊的壳体4a内。

作为显影剂承载部件的显影辊4b包括一个由NBR形成的基层，和一个由氨基甲酸乙酯形成的表面层。它的表面粗糙度Rz在5-10μm之间，电阻在10⁴-10⁶Ω之间。该显影辊4b设置成与感光鼓1相接触，在该两部件之间，在使显影辊4b的表面与感光鼓1以同一方向运动的方向上，以170mm/sec的圆周速率被旋转驱动，该速率大于感光鼓1的94.2mm/sec的处理速率。显影辊4b与感光鼓1之间界面构成显影位置b。

附图标记S2代表为显影辊4b提供显影偏压的显影电源。在这个实施例当中，从显影电源S2向显影辊4b提供了-300V的显影偏压。

调色剂供应辊4c由泡沫状尿烷形成，设置成与显影辊4b相接触，位于跨越整个显影辊4b与显影位置b几乎相对的位置。该调色剂供应辊4c按与显影辊4b旋转方向相反的方向，以80mm/sec的圆周速率旋转驱区动。显影辊4b的圆周表面被调色剂供应辊4c涂布了显影辊的壳体4a中的调色剂t。

调色剂层厚度调整刮片4d是一个由聚胺酯橡胶或类似材料形成的刮片(弹性刮片)，通过它的底部与显影辊的壳体4a相连。它被设置成与显影辊4b面对面相接触，其接触位置就显影辊4b的旋转方向而言，在调色剂供应辊4e的下游端以及显影位置的上游端，向与显影辊4b旋转方向相反的方向延伸。

供给显影辊4b并被调色剂供应辊4c涂布在显影辊4b上的调色剂层，其厚度被刮片4d调整，以使该厚度实际上统一在0.4-0.6mg/cm²范围之内。

作为显影剂充电装置的调色剂充电辊4e只有一个NBR层。它的表面粗糙度Rz在5-10μm之间，电阻在10⁸-10¹¹Ω之间。该调色剂充电辊4e设置成与显影辊4b相接触，其接触位置就显影辊4b的旋转方向而言，在调色剂层厚度调整刮片4d与显影辊4b之间界面的下游端以及显影位置b的上游端，通过显影辊4b的旋转而旋转。

附图标记S4代表向作为显影剂充电装置的调色剂充电辊4e提供调色剂充电偏压的调色剂充电电源。

施加给调色剂充电辊4e的偏压，比调色剂充电辊4e和显影辊4b上的调色剂之间开始放电的电压高，其极性与调色剂被充电的极性相同。更具体的说，在这个实施例当中，从调色剂充电电源S4给调色剂充电辊4e提供了一个1,500V的DC电压。

显影辊4b与调色剂充电辊4e的电阻值的测量方法如下所示。参见附图8，一个直径为30mm的铝辊设置成与辊4b或4e相接触，以得到一个1.67N(170gE)的接触负载，然后，将一个100kΩ的电阻与辊4b或4e的接地端相连。当铝辊13以0.5rps的速度旋转时，从电源S1给辊4b或4e施加-400V的DC电压，测量电阻两端之间的电势V2以计算出电流，根据这个结果计算得到辊4b或4e的电阻值。在该实施例中测得的是关于纵向方向长度是220mm辊4b或4e的电阻值。

如上所述，在调色剂箱4g中的负调色剂t通过搅拌部件4f的旋转运动被搅拌，在它被搅拌的过程中，一部分负调色剂t通过通道4h被送至显影辊的壳体4a内。然后显影辊的壳体4a内的这部分负调色剂t，通过调色剂供应辊4c，被送至并被涂布在旋转的显影辊4b的表面，该涂层被调色剂层厚度调整刮片4d调整以形成一个有一定厚度的调色剂层。负调色剂t主要通过摩擦被充以负极性的电，该摩擦是指，在调色剂箱4g中的调色剂t被搅拌产生的摩擦，在调色剂t通过调色剂供应辊4c被送至并被涂布在显影辊4b上时产生的摩擦，以及调色剂层厚度调整刮片4d调整调色剂层时产生的摩擦。

但是在这个实施例中，给调色剂充电辊4e提供一个1,500V的DC电压，以通过放电，在调色剂层厚度调整刮片4d调整完调色剂层厚度以后，给显影辊上的调色剂t施加一定量的附加电荷。当调色剂t被施加完附加电荷以后，调色剂携带的电荷量在-60-40μC/g之间。

显影辊4b上的已被完全充有负极性电荷的调色剂通过显影辊4b的继续转动，被送至显影位置b处。然后，在显影位置b处，已完全充电的调色剂转移至感光鼓1的跨越整个曝光区域的表面，也就是，转移至静电潜影的影象部分，并粘附于其上。换句话说，静电潜影被反转显影。

作为显影剂的调色剂t可以有磁性，也可以没有磁性，可通过聚合或研磨制备。在这个实施例当中，使用了转印性优异的，其形状因子SF-1和SF-2分别在100-180和100-140之间的球形聚合物调色剂。

在这个实施例当中，形状因子SF-1和SF-2的确定，调色剂t的制备方法，以及类似问题都与第一个实施例相同。

(3)同步显影一清洁工艺

(无清洁装置工艺)

在转印位置c处，旋转的感光鼓1表面上的调色剂影象被连续的从起始端静电转印到一份转印介质P上。调色剂影象转印至转印介质P上以后，感光鼓1的表面被用来再进行下一个成像循环。本实施例中的打印机是无清洁装置打印机，因此，残余的调色剂，也就是影象转印后残余在感光鼓1表面上的调色剂，通过感光鼓1的继续旋转，穿过充电位置c被传送至显影位置b处，并且在感光鼓1上的潜影被显影装置4显影的同时，被显影装置4回收。

更具体的说，影象转印后，当感光鼓1继续旋转通过充电位置a时，感光鼓1的表面被充电辊2重新充电，其上仍然粘附着例如残余调色剂等物质。

在这种同步显影和清洁的工艺中，在残余的调色剂颗粒中，那些在转印位置c处极性被转印偏压转变为正性的调色剂，以及那些没有被充分的充电、粘附在静电潜影的无影象区(未曝光区)由此极性转变为正性的调色剂，其极性被充电辊2转变为负性。

然后，感光鼓1表面被用成像数据调制的扫描激光束L曝光。结果感光鼓1表面形成一个静电潜影。

接下来，在显影位置b处，例如粘附在感光鼓1表面静电潜影的无影象区的残余调色剂之类的粘附物，由于施加给显影辊4b的偏压与黑暗区、即感光鼓1表面静电潜影的无影象区的电压不同，而被从感光鼓1表面回收至显影装置1中，同时，静电潜影的影象区(曝光区)被显影装置的显影辊4b用负调色剂显影(同步显影—清洁工艺)。

从感光鼓1表面静电潜影的无影象区回收至显影装置1中的转印残余调色剂被重复使用，因此没有产生浪费的调色剂。

然而，这种与显影过程同时进行的无清洁装置的清洁工艺其自身也存在着问题，因为为了使该无清洁装置的工艺能够有效的进行，必须控制使得例如粘附在感光鼓1表面的转印残余调色剂之类的粘附物不大于0.03mg/cm²。

在这个实施例当中，该问题采用如下方法解决，当显影辊2承载的调色剂输送至显影位置a时，利用其上施加有电压的调色剂充电辊4e，将调色剂强制并且充分的充电至足以使静电潜影显影所需要的极性，也就是该实施例中的负极性。在这种情况下，那些没有被充分的充电，和在显影过程中粘附在静电潜影的无影象区(未曝光区)的调色剂，也就是那些极性转变为正性的调色剂，被显著的减少；换句话说，那些例如粘附在感光鼓1表面的转印残余调色剂之类的粘附物的总量被减少至不大于0.03mg/cm²。

并且，使用如上所述的具有优良的转印性能的球形调色剂，如调色剂t，在静电潜影影象区域(曝光区)显影过程中形成的调色剂影象转印至转印介质P后，使得感光鼓1表面残余的调色剂的减少成为可能。这种调色剂的使用，以及前述的通过调色剂充电辊4e给调色剂施加的强制性的、充足的充电，对于减少影象转印后残留在感光鼓1表面的转印残余调色剂及其它残余的总量有协同效果，使之不大于0.03mg/cm²。并且，可以使调色剂颗粒有效的稳定堆积在调色剂层上，以确保调色剂通过放电被充足的充电，来减少反转充电的调色剂的量。

附图9显示了使用或不使用调色剂充电辊4e，复制6,000份之后，粘附在感光鼓1表面上粘附物例如转印残余调色剂的不同的量。

图中可以明显的看出当不使用调色剂充电辊4e时，例如转印残余调色剂之类的残余物的量超过0.03mg/cm²。

当使用调色剂充电辊4e时，例如转印残余调色剂之类的粘附在感光鼓1表面的残余物的量减少了。结果，感光鼓1被正确充电的时间延长了；例如转印残余调色剂之类的残余物被显影装置4有效的回收和重复使用，极大的提高了调色剂的使用效率；由此形成了品质优良的影象。

在这个实施例当中，显影装置4的调色剂充电辊4e比为感光鼓1充电的充电辊2长，以减少在感光鼓1的纵向上，跨越整个区域。位于感光鼓充电辊2上的反转调色剂的量。

其它

1)作为接触型充电元件的充电辊2，可以按照与作为影象承载部件的感光鼓1相同或相反的方向旋转驱动。该接触型充电元件的形状是可以选择的：它可以是软毛刷状、磁刷辊状、刮片状或类似形状。

该充电元件不一定要设置成与图像承载元件之间相接触，并且二者之间有一定的接触压。也就是，该充电元件可以设置得足够近，以能够激发感光鼓1表面和充电辊2之间放电，因此感光鼓1可以通过放电被充电。放电能否在感光鼓1和充电辊2间的辊隙进行，取决于穿过辊隙的电压和帕森曲线。本发明适合于这些条件。

影象承载部件不一定要通过电荷注入充电。当电荷注入影象承载部件时，影象承载部件最好有一个表面层，其表面层电阻在10⁹-10¹⁴Ω·cm。至于影象承载部件，可以使用一个可通过电荷注入充电的感光元件；例如，一个OCL型具有表面涂层(电荷注入层)的感光元件，其表面涂层中分散着例如SnO₂颗粒的导电颗粒，或者是一个具有由α-Si(无定形硅或非结晶硅)形成的表面的感光元件。

2)当向施加给接触型充电元件2或显影剂承载部件4b的偏压叠加AC电压(交变电压)时，该AC电压的波形是可以选择的：它可以是正弦波、矩形波、三角形波或类似波形；它可以是通过DC电源周期性开和关形成的矩形波。换句话说，只要电压能周期性变化，任何交变电压都可以使用。

3)使感光鼓1曝光以形成静电潜影的装置不必局限于例如此实施例中的数字式的形成潜影的基于扫描激光束的曝光装置；它可以是例如LED的发光单元，或者例如荧光的发光单元和一个液晶快门的组合。换句话说，只要能形成与成像数据一致的静电潜影，任何曝光装置都可以使用。

4)图像承载装置可以是一个可记录静电的绝缘部件。在这个例子当中，绝缘部件的表面被均匀充电(初始电荷)使之具有一定的极性和电势，然后电荷被一个例如电荷转移针头或一个电子枪的电荷移动装置有选择性的从均匀充电的绝缘部件表面移走，在感光鼓1的外表面形成一个预期的静电潜影。

5)为显影剂承载部件承载的并送至显影位置的显影剂充电的显影剂充电部件，是一个电晕型充电装置，在就显影剂承载部件传送显影剂的方向而言的显影位置的上游端，该充电装置给显影剂充以适合与静电潜影显影的极性的电荷。

6)适用于本发明的转印装置5不仅局限于辊型装置；它是可选择的。例如，本发明也可适用于基于带状的转印装置或电晕放电型转印装置。本发明不仅适用于单色成像设备，也适用于一个通过使用多转印工艺或类似工艺可形成多色或金色影象的成像设备。

7)以下是测量调色剂颗粒尺寸方法的一个例子。至于测量装置，使用Coulter测量器TA-2(Coulter公司制造)，该测量器与一个端口(Nikkali公司制造)相连以输出数均分散度和体均分散度，并与一台个人微机CX-1(Canon公司制造)相连。电解液是1％的一级氯化钠的水溶液。

至于实际测量方法，0.1-5ml表面活性剂，特别是烷基苯磺酸盐，作为分散剂加入到前述电解液中，然后向其中加入0.5-50mg的样品。

接下来，使用超声波分散仪对其中悬浮着样品的电解液进行大约1-3分钟分散。然后，使用适合于100μm孔径的前述的Coulter测量器TA-2，就可以得到颗粒尺寸在2-40μm之间的颗粒的分散度，其体均分散度也可以得到。然后，从体均分散度可以得到样品的体均直径。

如上所述，根据本发明，反转灰雾，也就是使用了单组分无磁性显影剂和DC电压的接触型显影工艺中的问题，被减小了。结果，调色剂的消耗量下降；显影装置的使用寿命延长；成像设备运行的费用降低；并且，调色剂承载的电荷被控制在一个合适的水平上，以产生清晰的点和线，也就是，点和线不会有由于分散的调色剂颗粒而造成的模糊现象。

根据这个实施例，在使用了无清洁装置工艺的成像设备中，影象转印后粘附在影象承载部件表面的转印残余调色剂和其它粘附物的总量，通过降低反转调色剂(反转灰雾)的量，基本上被减少了，该反转调色剂是指那些没有被充分充电的并在显影过程中粘附在静电潜影的无影象区的调色剂，以及那些粘附在影象承载部件表面的转印残余调色剂的大部分和其它粘附物的总量。因此充电部件可以避免被例如转印残余调色剂等粘附物污染。于是，可以延长能够确保使影象承载部件、转印残余调色剂和其它粘附物被充分充电的周期的长度。

并且，根据本发明，跨越充电部件的整个充电范围，该充电部件没有被例如转印残余调色剂等粘附物污染。因此，可以延长能够确保使影象承载部件和转印残余调色剂等粘附物被充分充电的周期的长度。

并且，根据本发明，显影装置的显影剂承载部件上显影剂层中的调色剂颗粒聚集的状态是稳定的，可以确保调色剂颗粒通过放电被充分的充电，也可以改善成像设备的结构以便于用户使用。

虽然本发明是参照此处公开的结构描述的，但是并不局限于所述细节，本申请意在覆盖那些可以落在本发明改进目的或所附权利要求范围内的改动或变化。

Claims (6)

1、一种成像设备，包括：

一个图象承载部件(1)；

充电装置(2)，用于对所述图象承载部件(1)进行充电；

静电成象装置(3)，用于在由所述充电装置(2)充电的所述图象承载部件(1)上形成静电图象；

一个显影和清洁部件(4)，用于在所述图象承载部件(1)上显影所述静电图象，并用于从所述图象承载部件(1)上清除残留的调色剂；

一个调整部件(4d)，用于调整在所述显影和清洁部件(4)上的调色剂的量，并用于给调色剂摩擦充电；

电荷供应装置(4e)，用于对在所述显影和清洁部件(4)上的调色剂施加极性有规律的电荷，所述电荷供应装置(4e)相对于所述显影和清洁部件(4)的运动方向而言，被设置在所述显影和清洁部件(4)的显影部分和清洁部分的上游以及在所述调整部件(4d)的调整部分的下游。

2、如权利要求1所述的成像设备，其中所述电荷供应装置(4e)对调色剂供应放电电荷。

3、如权利要求1所述的成像设备，其中所述显影和清洁部件(4)被压向所述图象承载部件(1)以便与之接触。

4、如权利要求1所述的成像设备，其中所述电荷供应装置(4e)与所述显影和清洁部件(4)接触并由该显影和清洁部件(4)驱动。

5、如权利要求1所述的成像设备，其中调色剂的形状因子SF-1在100-180范围内，形状因子SF-2在100-140范围内。

6、如权利要求1所述的成像设备，其中，在所述显影和清洁部件(4)从所述图象承载部件(1)上清除掉调色剂后，保留在该图象承载部件(1)上的调色剂的量不大于0.03mg/cm²。

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