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Dokumentenidentifikation DE69334117T2 31.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000594140
Titel Elektrofotografisches Aufladeverfahren
Anmelder Sharp K.K., Osaka, JP
Erfinder Hayakawa, Takashi, Soraku-gun, Kyoto, JP;
Tani, Kenji, Yamatokoriyama-shi, Nara, JP;
Adachi, Katsumi, Ikoma-gun, Nara, JP
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Aktenzeichen 69334117
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.10.1993
EP-Aktenzeichen 931168975
EP-Offenlegungsdatum 27.04.1994
EP date of grant 28.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2007
IPC-Hauptklasse G03G 15/02(2006.01)A, F, I, 20070131, B, H, EP

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG (1) Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Aufladeverfahren, und bezieht sich insbesondere auf ein Aufladeverfahren für eine Aufladeeinrichtung, die ein elektrophotografisches aufgeladenes Element auflädt, das in Photokopierern, Druckern und anderen bilderzeugenden Vorrichtungen, die den elektrophotografischen Prozess verwenden, eingebaut ist.

(2) Beschreibung des Verwandten Standes der Technik

In Bilderzeugungsvorrichtungen, die einen so genannten elektrophotografischen Prozess (Carlson-Prozess) verwenden, wurden Korona-Aufladeeinrichtungen, die das Korona-Entladephänomen nutzen, als eine typische Einrichtung zum Aufladen eines elektrophotografischen Photoleiters auf ein gewünschtes Potenzial verwendet. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine hohe Spannung zum Bewirken einer Entladung, welche wiederum in verschiedenen peripheren Vorrichtungen zu elektrischem Rauschen führen würde. Alternativ würde eine große Menge von Ozongas, das bei der Entladung erzeugt wird, Menschen in der Umgebung des Geräts ein ungutes Gefühl vermitteln. Um mit diesen Problemen zurecht zu kommen, wurde als Alternative zu Korona-Entladeeinrichtungen ein Verfahren vorgeschlagen, in welchem ein Photoleiter durch Anlegen einer Spannung zwischen den Photoleiter und eine aus leitendem Harz oder einem leitenden Gewebe hergestellten Walze aufgeladen wird. Nichtsdestotrotz leidet dieses Verfahren an einem anderen Problem. Das heißt, es würde bei der Verwendung einer Walze aus leitendem Harz dann, falls ein Mikrobereich einer photoempfindlichen Schicht auf dem aufzuladenden Photoleiter abgeschält würde, um ein leitendes Substrat, wie beispielsweise Aluminium usw., teilweise freizulegen, elektrischer Strom von der Walze in den freigelegten Abschnitt konvergieren, um dadurch eine streifige Aufladungsungleichmäßigkeit zu verursachen, die sich über den Photoleiter in seiner axialen Richtung erstreckt.

Speziell wurde als die Alternative zu den Korona-Aufladeeinrichtungen ein elektrophotografisches Kontaktaufladeverfahren vorgeschlagen, in welchem, wie in 1 gezeigt ist, eine Spannung zwischen ein bildtragendes Medium, d.h. einen Photoleiter 1, und eine Harzwalze 65 als kontaktierendes Element, hergestellt aus einem leitenden elastischen Material, angelegt wird, um den Photoleiter 1 dadurch aufzuladen, dass die Harzwalze 65 in Kontakt mit dem Photoleiter 1 gebracht wird.

Ein anderes Verfahren wurde in zum Beispiel der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 55 Nr. 29,837, usw. offenbart.

2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Aufladeeinrichtung zeigt. Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein aufgeladenes Element oder einen Photoleiter. Die Aufladeeinrichtung weist ein Aufladeelement auf, auf welches leitendes Gewebe 75a als Kontaktelement auf ein aus Aluminium usw. hergestelltes leitendes Substrat 75b eingepflanzt ist, und an welches eine Spannung durch eine nicht dargestellte Leistungsversorgung angelegt wird. Das Aufladen des Photoleiters 1 erfolgt dadurch, dass das leitende Gewebe 75a mit der angelegten Spannung in Kontakt mit dem Photoleiter 1 gebracht wird, während der aufzuladende Photoleiter in Rotation versetzt ist.

Dieser Aufladevorgang muss in der ersten Stufe des Bilderzeugungsprozesses durchgeführt werden. Nachdem er aufgeladen wurde, wird der Photoleiter 1 in Übereinstimmung mit Bildinformationen Licht ausgesetzt, trägt Toner, und überträgt dann das tonerentwickelte Bild auf ein Übertragungsmaterial. Das auf dem Photoleiter 1 zurückgebliebene Tonerpulver, das nicht übertragen wurde, wird in einem Reinigungsabschnitt nach dem Übertragungsschritt von dem Photoleiter 1 entfernt, wodurch eine Serie der Bilderzeugungsprozeduren abgeschlossen ist.

Trotz des Reinigungsvorgangs des Photoleiters 1 durch die Reinigungseinheit können manche Tonerpartikel nicht entfernt werden und auf dem Photoleiter 1 zurückbleiben, da Tonerpartikel nach langem Gebrauch im Inneren der Bilderzeugungsvorrichtung verstreut sind. In solchen Fällen werden die nicht entfernten Tonerpartikel während des Aufladevorgangs zwischen das Kontaktelement und das Bildträgermedium eingeklemmt. Die Belegung durch die nicht entfernten Tonerpartikel würde einen Kontakt zwischen dem Kontaktelement und dem Bildträgermedium verhindern, und so Ursache für ein Problem dahingehend sein, dass das Bildträgermedium nicht gleichförmig aufgeladen werden kann.

Die Arten von Aufladeeinrichtungen, die leitendes Gewebe verwenden, können allgemein in zwei Klassen unterteilt werden. Das heißt, dass in einer Klasse Gewebe ähnlich einem Band eingepflanzt wird, wohingegen in der anderen (Klasse) Gewebe in einer Walzenform eingepflanzt wird. In jedem Fall kann die streifenförmige Aufladungsungleichmäßigkeit beseitigt werden, welche auftreten würde, falls die Walze aus leitendem Harz verwendet werden würde. Nichtsdestotrotz kann dann, wenn eine Gleichspannung an das Ladeelement angelegt wird, in anderen Worten, wenn ein elektrisches Gleichspannungsfeld zwischen dem Aufladeelement und dem Photoleiter erzeugt wird, keine stabile Aufladungsleistung erhalten werden, weil der Photoleiter dazu neigt, auf ein höheres Potenzial aufgeladen zu werden, wenn das System in eine Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit versetzt wird, im Vergleich zu dann, wenn es sich in einer Umgebung mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit befindet. Ferner neigt das Aufladepotenzial in dem Lader dazu, ausgehend von dem Beginn der Verwendung allmählich abzunehmen, und ist die Schwankung mit dem Verstreichen von Zeit zu groß, um die Einrichtung in praktische Verwendung zu bringen.

Um das Problem zu beseitigen, das in dem Fall verursacht wird, in dem nur Gleichspannung angelegt wird, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, in welchem eine Wechselspannung der Gleichspannung überlagert oder mit dieser kombiniert wird.

In Offenbarungen "A Brush Charging and Transferring Device" und "A Brush Charging Device", jeweils veröffentlicht in den japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschriften Sho 60 Nr. 216,361 und Sho 60 Nr. 220,587 ist ein Aufladeverfahren beschrieben, in welchem an ein Aufladeelement, das einen Kontaktbereich teilend gegen ein aufgeladenes Element anschlug, eine kombinierte Spannung aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung angelegt wird.

In der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 60 Nr. 216,361 wird ein aus leitendem Gewebe hergestelltes Element als sowohl das Aufladeelement als auch als das Übertragungselement verwendet, und werden die zu kombinierenden Spannungen durch die Erfordernisse der Übertragungseffizienz und der Aufladungsgleichförmigkeit definiert. Im Einzelnen begrenzt die Übertragungseffizienz eine kombinierte Spannung so, dass diese in einen Bereich von 200 bis 2 kV fällt. Daher sollte dann, wenn eine hohe Gleichspannung, zum Beispiel 1500 V, angelegt wird, die Wechselspannung durch das Erfordernis der Übertragungseffizienz und der Aufladungsgleichförmigkeit auf höchstens 200 bis 500 V begrenzt werden.

In der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 60 Nr. 220,587 ist die Wechselspannung mit höchstens 300 VRMS spezifiziert, und sollte die Amplitude der Wechselspannung 20% oder mehr der Höhe der Gleichspannung sein. Daher hat die Gleichspannung Einfluss bis hin zu 2000 V, welches weit höher ist als das gewünschte Oberflächenpotenzial. Nebenbei bemerkt ist die Frequenz der zu überlagernden Wechselspannung auf 500 Hz oder mehr begrenzt, und soll die Überlagerung der Wechselspannung den Aufladungsfehler (die streifige Aufladungsungleichmäßigkeit), verursacht durch Regionen, an welchen kein Gewebe in dem Lader des leitenden Gewebes existiert, beseitigen.

Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 58 Nr. 40,566 offenbart einen Vorschlag, in welchem ein leitendes Gewebe zu einem rollenförmigen Element ausgebildet ist, das als ein Aufladeelement in Rotation zu versetzen ist, und die Rotationsrichtung und die Geschwindigkeit der Walze ausgewählt werden.

Diese Offenbarung beschreibt, dass sich dann, wenn ein zylindrisches, aus Zinkoxid bestehendes aufgeladenes Element, das als ein aufgeladener Körper verwendet wird, in parallelen Kontakt (in axialer Richtung) mit einem bandförmigen Lader gebracht wird, das Oberflächenpotenzial des aus Zinkoxid bestehenden aufgeladenen Elements unter einer Umgebung mit niedriger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit verringert. Diese Verringerung des Potenzials wird von einem linienförmigen Bildfehler begleitet. Die vorstehende Offenbarung soll die Verringerung des Oberflächenpotenzials und den linienförmigen Bildfehler beseitigen. Das Problem wurde einem Aufladephänomen des leitenden Gewebes zugeschrieben (beschrieben in der rechten, unteren Spalte auf der dritten Seite in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 58 Nr. 40,566).

Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 60 Nr. 220,587 ebenso wie die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 60 Nr. 216,361 offenbaren ein Aufladeverfahren, in welchem ein aus einem leitenden Gewebe hergestelltes Aufladeelement dazu verwendet wird, ein aufgeladenes Element aufzuladen, indem das Aufladeelement in Kontakt mit dem aufgeladenen Element gebracht wird. Keine der Offenbarungen bezieht sich jedoch in irgendeiner Weise auf einen Auflademechanismus des Aufladeverfahrens desselben, von der Ursache und dem Ausmaß der Spannungsschwankung aufgrund des Auflademechanismus ganz zu schweigen. In beiden Offenbarungen wird eine relativ niedrige Wechselspannung einer sehr hohen Gleichspannung, beispielsweise 2000 V, überlagert, und insbesondere in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 60 Nr. 220,587 ist die Frequenz der Wechselspannung auf 500 Hz oder mehr begrenzt.

Die Arten von Aufladeeinrichtungen, die leitendes Gewebe verwenden, können allgemein in zwei Klassen unterteilt werden. Das heißt, dass in einer Klasse Gewebe ähnlich einem Band eingepflanzt wird, wohingegen in der anderen (Klasse) Gewebe in einer Walzenform eingepflanzt wird. In jedem Fall kann die streifenförmige Aufladungsungleichmäßigkeit beseitigt werden, welche auftreten würde, wenn die Walze aus leitendem Harz verwendet wird. Nichtsdestotrotz kann dann, wenn das Aufladeelement mit einem Gleichstrom beaufschlagt wird, in anderen Worten, wenn ein elektrisches Gleichsignalfeld zwischen dem Aufladeelement und dem aufgeladenen Element erzeugt wird, eine stabile Aufladekennlinie nicht erhalten werden, weil das aufgeladene Element dazu neigt, auf ein höheres Potenzial aufgeladen zu werden, wenn sich das aufgeladene Element in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit befindet, verglichen mit dann, wenn es sich in einer Umgebung mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit befindet. Ferner neigt das Aufladepotenzial in dem Aufladeelement dazu, ab dem Beginn der Verwendung langsam abzunehmen, und ist die Schwankung mit dem Verstreichen von Zeit zu groß, um die Einrichtung in praktische Verwendung zu bringen.

Folglich wurden verschiedene Vorschläge gemacht, jedoch konnten alle derselben die unzureichende Stabilität des Oberflächenpotenzials nicht ausschließen. Ferner können dann, wenn die Frequenz einer angelegten Wechselspannung nicht berücksichtigt wird, Welligkeiten aufgrund der angelegten Wechselspannung der Aufladespannung überlagert werden, so dass dies gelegentlich einen neuen Fehler, d.h., Ungleichmäßigkeiten in dem Bild, verursachen würde.

Es sei nun ein Fall betrachtet, in welchem ein aufgeladenes Element (in diesem Fall ein elektrophotografischer Photoleiter) unter Verwendung eines beliebigen von aus leitendem Gewebe oder einer Aggregation von leitenden Fasern bestehenden Aufladeelementen aufgeladen wird. In diesem Fall sind das Aufladeelement und das aufgeladene Element einander gegenüberliegend angeordnet und teilen einen Kontaktpunkt und einen Mikroraum zwischen sich, während das Aufladeelement mit einer Kombination von Gleich- und Wechselspannungen beaufschlagt wird.

Die 3A und 3B sind vereinfachte darstellende Ansichten, die einen Auflademechanismus zeigen, wenn ein Photoleiter unter Verwendung eines aus leitendem Gewebe hergestellten Aufladeelements durch eine Kombination von Gleich- und Wechselspannungen beaufschlagt wird. Von diesen zeigt 3A eine Gesamtkonfiguration, und ist 3B eine vergrößerte Ansicht, die teilweise die Umgebung eines Kontaktbereichs zeigt. In den 3A und 3B bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Photoleiter als ein aufgeladenes Element, und ist ein Lader mit 5 bezeichnet, auf welchem leitende Fasern 5A eingepflanzt oder daran befestigt sind.

Bezug nehmend auf die 3A und 3B wird in einem Fall, in dem sich eine Spitze einer Faser 5A, an welche eine Spannung angelegt ist, einem wahlfreien Punkt A auf dem Photoleiter 1 unter Einhaltung eines bestimmten Abstandes gegenüber liegend befindet, dann, wenn die angelegte Spannung größer ist als eine Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth), welche in Abhängigkeit von Eigenschaften des Photoleiters 1 und des Spalts bestimmt ist, eine Entladung aktiviert, um das Aufladen des Photoleiters 1 zu beginnen. Das Oberflächenpotenzial (Vsp) wird fortlaufend ansteigen, bis ein Unterschied zwischen der angelegten Spannung (Vap) und dem Oberflächenpotenzial (Vsp) gleich der Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth) wird. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, endet die Entladung. Das heißt, dass, falls die Dunkelabschwächung des auf den Photoleiter geladenen Potenzials vernachlässigt werden könnte, die Beziehung (Vsp) = (Vap) – (Vth) erfüllt ist. Dann verlässt der Punkt A, der auf einem bestimmten Potenzial aufgeladen gehalten wird, den Bereich, in welchem eine Entladung erlaubt ist, und bewegt sich an eine Position B, an der der Punkt A in Kontakt mit der leitenden Faser 5A gerät. Die Potenzialdifferenz zwischen der leitenden Faser 5A und dem Punkt A auf dem Photoleiter 1 an der Position B muss natürlich (Vth) sein, wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist. Diese Potenzialdifferenz bewirkt, dass sich Ladungen aus der leitenden Faser 5A in den Punkt A auf dem Photoleiter 1 injizieren (bewegen), um das Potenzial an dem Punkt A weiter zu erhöhen. In einem Wort gesagt, wird das Oberflächenpotenzial durch die Kombination eines Entladungseffekts und eines Ladungsinjektionseffekts geliefert.

Die durch den Kontakt injizierte Menge von Ladungen wird in Abhängigkeit von dem Kontaktwiderstand an der Position B bestimmt, welcher wiederum von dem Zustand der Kontaktoberfläche abhängt. Falls sich zum Beispiel die Kontaktoberfläche in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit befindet und auf dieser Feuchtigkeit gehalten wird, verringert sich der Kontaktwiderstand stark, so dass die Menge von injizierten Ladungen groß wird. Infolgedessen wird das Oberflächenpotenzial ansteigen. Es wird davon ausgegangen, dass dieser Mechanismus ein Hauptgrund dafür ist, weshalb die Kennlinie des Oberflächenpotenzials in diesem Aufladeverfahren in Abhängigkeit von der Umgebung instabil ist.

Als ein Mittel zum Lösen des Problems wurde ein Vorschlag in zum Beispiel der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 56 Nr. 132,356 gemacht, in welcher eine Konstantstrom-Leistungsversorgung als eine Leistungsquelle zur Beaufschlagung eines Aufladeelements verwendet wird. Dieses Verfahren leidet jedoch an dem Ladungsanstiegsproblem, da Strom kontinuierlich durch das Aufladeelement fließt.

Die japanische Patentveröffentlichung Hei 3 Nr. 52,058 beschreibt einen Vorschlag zum Zwecke des Vergleichmäßigens des Oberflächenpotenzials in einem ähnlichen Kontaktaufladeverfahren unter Verwendung eines Aufladeelements und eines aufgeladenen Elements. Das hier verwendete Aufladeelement ist jedoch auf walzenförmige oder plattenförmige Elemente, hergestellt aus Gummi, beschränkt, und es wird kein Bezug auf Elemente mit darauf eingepflanzten leitenden Fasern genommen. In Übereinstimmung mit der Offenbarung wird beschrieben, dass dann, wenn das Aufladeelement mit einer Gleichspannung beaufschlagt wird, der Aufladeprozess oberhalb einer Entladebeginn-Schwellenspannung beginnt, die durch die Theorie von Paschen bestimmt wird. Das heißt, es kann ersichtlich angenommen und aus der Beschreibung des Vorschlags verstanden werden, dass die gesamte Aufladung nur durch die Entladung bewirkt wird, und dass keine Bewegung von Ladungen an dem und durch den Kontaktpunkt zwischen dem Aufladeelement und dem aufgeladenen Element auftritt. Daher wird eine relativ hohe Wechselspannung, die gleich einer Aufladebeginnspannung ist, und die zwei Mal so hoch wie die Entladebeginn-Schwellenspannung ist, zwischen die beiden Elemente angelegt, so dass das Oberflächenpotenzial durch Nutzen des Entladeeffekts vergleichmäßigt werden kann (insbesondere können punktförmige Ladungsungleichmäßigkeiten verhindert werden).

Ferner gibt es mehrere Vorschläge in Verbindung mit dem Kontaktaufladeverfahren unter Verwendung eines Aufladeelements und eines aufgeladenen Elements. Diese Vorschläge beinhalten die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Hei 3 Nr. 100,674, die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Hei 3 Nr. 100,675, die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Hei 3 Nr. 101,764 und die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Hei 3 Nr. 101,765. Alle diese Anmeldungen verwenden ähnliche Aufladeverfahren wie in der japanischen Patentveröffentlichung Hei 3 Nr. 52,058 beschrieben, und sind vorgeschlagen, um die Frequenz des Wechselsignal-Aufladens zu begrenzen, um eine bei der Entwicklung auftretende Ungleichmäßigkeit zu beseitigen.

Die Begrenzungen der Frequenz, die in den japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschriften Hei 3 Nrn. 100,674 und 100,675 beschrieben sind, dienen zum Verringern von Schwingungsrauschen, das durch das Anlegen einer Wechselspannung verursacht wird, und zum Erhöhen der Anzahl von Entladungen in der hinteren Entladeregion, um eine Ausgefranstheit bzw. Zacken in dem Oberflächenpotenzial zu glätten und die Gleichförmigkeit des Oberflächenpotenzials zu verbessern. In diesen Technologien ist in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Hei 3 Nr. 100,674 die Frequenz auf 1000 Hz oder weniger spezifiziert. Die spezifische Frequenz in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Hei 3 Nr. 100,675 beträgt 1000 Hz oder weniger und 2500 Hz oder mehr, und stärker bevorzugt 10 Hz oder weniger und 10000 Hz oder mehr. Diese Bereiche unterscheiden sich deutlich von dem Frequenzbereich, der später in der vorliegenden Erfindung spezifiziert werden wird.

Nochmals wiederholend verwendet die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Hei 3 Nr. 100,674 dasselbe Aufladeverfahren, das in der japanischen Patentveröffentlichung Hei 3 Nr. 52,058 beschrieben ist, und dient dazu, durch Begrenzen der Frequenz des Wechselsignalaufladens Ungleichmäßigkeiten in Bildern zu verringern, die durch die Aufladungs-ungleichmäßigkeit aufgrund des Einflusses von Schwankungen der Leistungsversorgung usw. verursacht werden.

Grundlegend dienen die vorstehend beschriebenen Techniken dazu, die Anzahl von Ladungsaustauschvorgängen, die dank des Entladeeffekts bewirkt werden, ausreichend zu erhöhen, um die Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials zu glätten, um dadurch die Ungleichmäßigkeiten zu beseitigen. Andererseits tragen in dem Aufladen durch das Aufladeelement von leitendem Gewebe wie vorstehend beispielhaft dargestellt, sowohl die Ladungsinjektion als auch der Entladeeffekt zu dem Auflademechanismus bei. Dieser Auflademechanismus kann auch auf das Aufladeelement aus Harzmaterial, wie es im Stand der Technik aufgefunden wird, angewandt werden, falls Bedingungen angepasst werden.

In dem auf dem Mechanismus basierendem Aufladesystem kann dann, wenn eine Wechselspannung an ein solches Aufladesystem angelegt wird, leicht daran gedacht werden, dass die Wechselsignalkomponente dem Oberflächenpotenzial durch die Ladungsinjektion überlagert werden kann. Natürlich kann die Möglichkeit nicht vollständig verneint werden, dass eine angelegte Wechselsignalkomponente dem Oberflächenpotenzial durch den Entladeeffekt überlagert werden könnte. Auf jeden Fall muss der Fehler offensichtlich der angelegten Wechselspannung zugeschrieben werden. Tatsächlich erscheinen auf dem durch das Verfahren erzeugten endgültigen Bild wiederholte Fehler in Übereinstimmung mit dem Intervall, das aus der Prozessgeschwindigkeit und der Wechselsignalfrequenz berechnet wurde.

Um zusammenzufassen, gibt es zwei Fälle zum Erzeugen eines Oberflächenpotenzials wie folgt:

Ein erster Fall besteht darin, dass ein Oberflächenpotenzial nur durch den Entladeeffekt erzeugt wird; und

ein zweiter Fall besteht darin, dass ein Oberflächenpotenzial durch eine Kombination des Entladeeffekts und des Ladungsinjektionseffekts erzeugt wird. In diesem Fall zum Beispiel wird die Aufladung bewirkt, während ein aus leitendem Gewebe hergestelltes Aufladeelement und ein Photoleiter einen Kontaktpunkt und einen Mikroraum zwischen sich teilen. In jedem Fall müssen dann, wenn die Aufladung durch ein einzelnes Aufladeelement bewirkt wird, das mit zumindest einer Wechselspannung beaufschlagt wird, periodische Bildfehler, die in einem endgültigen Bild erscheinen, der angelegten Wechselspannung zugeschrieben werden.

Um Bildfehler aufgrund einer Wechselspannung zu beseitigen, wurde ein anderes Verfahren vorgeschlagen, das sich von den vorstehend beschriebenen Verfahren unterscheidet. Im Einzelnen sind ein oder mehrere (zumindest ein) separate(s) Aufladeelement(e) (welche als sekundäre Aufladeelemente bezeichnet werden werden) zwischen dem vorangehend angewandten Aufladeelement (welches als ein erstes Aufladeelement bezeichnet werden wird) und einer Entwicklungseinheit angeordnet, so dass Welligkeiten in dem Oberflächenpotenzial, die durch die durch das erste Aufladeelement angelegte Wechselspannung verursacht werden, durch das sekundäre Aufladeelement oder solche Elemente beseitigt werden.

Es wurden bereits einige Offenbarungen vorgeschlagen, welche sich auf das Aufladeverfahren beziehen, in welchem eine Vielzahl von Aufladeelementen in Kontakt mit einem aufzuladenden Photoleiter gebracht werden. Im Einzelnen sind dies die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 56 Nr. 91,253, die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 62 Nr. 143,072, und die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Hei 4 Nr. 16,867.

Unter diesem besteht ein in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 56 Nr. 91,253 benanntes Problem in dem Auftreten von Schäden an dem Photoleiter, welches in der Offenbarung der Tatsache zugeschrieben wird, dass der Photoleiter durch das Aufladeelement abrupt als Ganzes aufgeladen wird. Demgemäß besteht eine Hauptmaßnahme gegen das Problem, die durch die Erfindung ergriffen wird, darin, dass eine an ein erstes Aufladeelement angelegte Gleichspannung auf niedrige 200 V eingestellt wird, und Gleichspannungen ausgehend von dem ersten über ein zweites zu einem dritten Aufladeelement aufgestuft werden. Ein Spitze-zu-Spitze-Wert der einer Gleichspannung überlagerten Wechselspannung ist auf 20% oder weniger der Gleichspannung begrenzt. Im Einzelnen beträgt der Spitze-zu-Spitze-Wert der an das erste Aufladeelement angelegten Wechselspannung höchstens 200 × 0,2 = 40 (V) oder weniger. Diese Veröffentlichung schlägt vor, dass dem letzten, dritten Aufladeelement ebenfalls eine Wechselspannung überlagert werden sollte.

Ein in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 62 Nr. 143,072 benanntes Problem ist dasselbe wie das in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 56 Nr. 91,253 beschriebene. Eine durch die Erfindung ergriffene Hauptmaßnahme gegen das Problem besteht darin, dass der größte elektrische Widerstand einem ersten Aufladeelement zugewiesen wird, und die Widerstandswerte schrittweise über ein zweites zu einem dritten Aufladeelement verringert werden. Durch diese Anordnung würde das auf einen Photoleiter von dem ersten Aufladeelement geladene Potenzial wie bei der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Sho 56 Nr. 91,253 auf ein niedriges Niveau geregelt, um die Schäden an dem Photoleiter zu verhindern.

Die Ungleichmäßigkeitskorrektur des Oberflächenpotenzials aufgrund von angelegten Wechselspannungen ist ein Zielproblem, das durch die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Hei 4 Nr. 16,867 zu lösen ist. Das Hauptmerkmal der in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Hei 4 Nr. 16,867 offenbarten Erfindung besteht darin, dass Wechselspannungen, die sich in der Phase voneinander unterscheiden, an ein erstes Aufladeelement bzw. ein sekundäres Element oder sekundäre Elemente angelegt werden, um die Ungleichmäßigkeit des Oberflächenpotenzials zu korrigieren. Auch in diesem Vorschlag muss das letzte, zweite Aufladeelement mit einer Wechselspannung überlagert werden.

Die Erfinder sind weiter dazu übergegangen, intensiv Versuche unter Verwendung der soeben erwähnten bekannten Mittel durchzuführen, in welchen das zweite Aufladeelement zusätzlich zu dem ersten Aufladeelement bereitgestellt ist, um einen möglichen Korrektureffekt zu produzieren. Als Ergebnis der Versuche wurde die nachfolgende Tatsache bestätigt. Das heißt, dass in einem System mit einem typischen organischen Photoleiter und aus einem leitenden Harz hergestellten Aufladeelementen dann, wenn ein Spitze-zu-Spitze-Wert einer an das erste Aufladeelement angelegten Wechselspannung auf bis das Zweifache der Entladebeginn-Schwellenspannung ansteigt, die in den Photoleiter injizierte Wechselspannungskomponente größer wird. Dies erfordert natürlich, dass die an ein zweites Aufladeelement für die Korrektur angelegte Spannung gesteigert werden muss. Schlimmer noch kann das resultierende Oberflächenpotenzial nicht durch die an das erste Aufladeelement angelegte Gleichspannung geregelt werden, sondern wird in Übereinstimmung mit dem Anstieg des Spitze-zu-Spitze-Werts der Wechselspannung groß.

Außerdem offenbart die Druckschrift EP-A-0 280 542 eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einem Lader des Kontakttyps zum Aufladen eines bildtragenden Elements durch Anlegen einer überlagerten Gleich- und Wechselspannung, worin ein Spitze-zu-Spitze-Wert der Wechselspannung größer sein muss als das Zweifache eines Entladebeginn-Schwellenwerts der Gleichspannung, um eine gleichförmige Aufladung erwarten zu lassen.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bilderzeugungseinrichtung bereitzustellen, in welcher eine Ungleichmäßigkeit in einem Bild beseitigt wird, ein stabiles Oberflächenpotenzial eines aufzuladenden Elements aufrecht erhalten wird, und die Erzeugung von Ozongas verringert wird, und ein Aufladeverfahren bereitzustellen, das ein Aufladesystem beinhaltet, welches zumindest einen Kontaktbereich mit dem aufzuladenden Element teilt, um eine Ungleichförmigkeit einer Oberflächenpotenzialverteilung zu beseitigen, die entsteht, wenn eine Wechselspannung an das aufzuladende Element angelegt wird.

Erfindungsgemäß wird die vorgenannte Aufgabe durch ein Verfahren wie in Anspruch 1 definiert, gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten abhängigen Ansprüche.

Das Aufladesystem der vorliegenden Erfindung wird durch einen Entladeeffekt und einen Ladungsinjektionseffekt erreicht. Unter diesen wird eine Schwankung des Oberflächenpotenzials in dem System aufgrund der Änderung der Umgebung hauptsächlich durch den Einfluss des Ladungsinjektionseffekts verursacht. In anderen Worten soll das erfindungsgemäße Aufladesystem nicht bewirken, dass sich Ladungen in beiden Richtungen über den Entladeeffekt bewegen, sondern soll bewirken, dass Ladungen über einen Kontaktübergang aus dem Aufladeelement in das aufgeladene Element, oder das aufzuladende Element, injiziert werden, und umgekehrt. Daher ist es nicht länger notwendig, dass ein Spitze-zu-Spitze-Wert der angelegten Wechselspannung auf das Zweifache der Entladebeginn-Schwellenspannung eingestellt werden sollte, anders als in der japanischen Patentveröffentlichung Hei 3 Nr. 52,058. Demgemäß ist es möglich, die Kosten der Leistungsquelle für den Lader zu verringern, und ist es darüber hinaus möglich, eine beliebige Wechselspannung zu verwenden. Hier wird angemerkt, dass "die angelegte Wechselspannung" "die Wechselspannung, die zwischen die Spitzen von leitenden Fasern des Aufladeelements und des aufgeladenen Elements angelegt ist" bedeutet.

Nachstehend auf die 4 und 5 Bezug nehmend wird beschrieben, wie sich der Oberflächenpotenzial-Erzeugungsprozess, der durch das Aufladesystem der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, von dem unterscheidet, der durch das in der japanischen Patentveröffentlichung Hei 3 Nr. 52,058 offenbarte System durchgeführt wird.

Anfänglich wird in jedem Fall dann, wenn der Abstand zwischen dem Aufladeelement (zum Beispiel einer Walze oder Bürste) und dem aufgeladenen Element (Photoleiter) klein wird, eine Entladung zwischen dem Aufladeelement und dem aufgeladenen Element in Übereinstimmung mit dem Gesetz von Paschen auftreten. (Diese Region, in welcher eine Entladung vor der Kontaktregion auftritt, wird hierin als eine Vorentladungsregion bezeichnet.) Dann tritt der Teil, der durch die Vorentladungsregion hindurch getreten ist, in die Kontaktregion zwischen dem Aufladeelement und dem aufgeladenen Element ein. Durch diese zwei Regionen wird eine Oberflächenpotenzialverteilung mit einer Ausgefranstheit wie in 4 oder 5 gezeigt, auf dem aufgeladenen Element erzeugt. In dieser Zeitspanne erfolgt in dem Fall der japanischen Patentveröffentlichung Hei 3 Nr. 52,058 ein Austausch von Ladungen zwischen dem Aufladeelement und dem aufgeladenen Element durch den Entladeeffekt in der Vorentladungsregion, so dass sich in der Kontaktregion keine Ladungen austauschen werden. Demgegenüber verursacht in dem Aufladesystem der vorliegenden Erfindung der Ladungsinjektionseffekt, dass sich Ladungen zwischen dem Aufladeelement und dem aufgeladenen Element in der Kontaktregion austauschen.

Danach tritt in einer Region, in der der Abstand zwischen dem Aufladeelement und dem aufgeladenen Element groß wird, eine weitere Entladung zwischen dem Aufladeelement und dem aufgeladenen Element in Übereinstimmung mit dem Gesetz von Paschen auf. (Diese Region wird als eine Nachentladungsregion bezeichnet.) In dem Fall der japanischen Patentveröffentlichung Hei 3 Nr. 52,058 verringert sich die Menge von Ladungen, die durch Entladung zwischen dem Aufladeelement und dem aufgeladenen Element ausgetauscht werden, so dass die Ausgefranstheit der Oberflächenpotenzialverteilung versetzt wird, um eine gleichförmige Oberflächenpotenzialverteilung zu erzeugen. Demgegenüber reicht in dem Aufladesystem der vorliegenden Erfindung die Nachentladung nicht aus, um die Ausgefranstheit der Oberflächenpotenzialverteilung, die durch die Ladungsinjektion in die Kontaktregion erzeugt wurde, zu beseitigen. Daher wird die Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials aufgrund des Ladungsinjektionseffekts übrig bleiben. Falls das Oberflächenpotenzial des aufgeladenen Elements mikroskopisch beobachtet wird, wird eine Ausgefranstheit oder Ungleichmäßigkeit wie in 5 gezeigt, beobachtet. Das Intervall der in der Bilderzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung erzeugten Ausgefranstheit wurde als Vp/f(mm) entsprechend beobachtet, worin Vp eine Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vorrichtung ist, und f eine Frequenz einer angelegten Wechselspannung ist.

Wenn in der vorliegenden Erfindung ein tatsächliches Bild unter Verwendung des so aufgebauten Aufladesystems gedruckt wurde, wurde in dem gedruckten Bild eine streifige Bildungleichmäßigkeit senkrecht zu der Blattvorschubrichtung beobachtet. Das Intervall bzw. der Abstand der Ungleichmäßigkeit wurde als einer räumlichen Wellenlänge Vp/f entsprechend erkannt, worin Vp eine Bewegungsgeschwindigkeit eines Photoleiters ist, und f eine Frequenz einer angelegten Wechselspannung ist. Ferner erschien dann, wenn der Spitze-zu-Spitze-Wert der Wechselspannung größer gemacht wurde, die streifige Ungleichmäßigkeit klarer. Diese Tatsache zeigt an, dass in dem vorangehend beschriebenen Aufladesystem der vorliegenden Erfindung die Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials, welche der räumlichen Wellenlänge (Vp/f) auf dem aufgeladenen Element entspricht (worin Vp eine Verarbeitungsgeschwindigkeit ist und f eine Frequenz der Wechselspannung ist), durch die Nachentladung nicht ausgelöscht werden konnte, und der Abschnitt mit niedrigem Oberflächenpotenzial so entwickelt wurde, dass sich eine streifige Ungleichmäßigkeit ausbildete.

Um das Problem zu lösen, führten die Erfinder Versuche durch und stellten zum Beispiel fest, dass die Ungleichmäßigkeit in dem Bild durch Herstellen einer Beziehung wie folgt eliminiert werden konnte: f > Vp/2R worin f eine Frequenz der Wechselspannung ist; Vp (mm/s) eine Bewegungsgeschwindigkeit des aufgeladenen Elements als eine Verarbeitungsgeschwindigkeit der Bilderzeugungsvorrichtung ist; und R (mm) eine Teilchen- bzw. Partikelgröße eines in der Bilderzeugungsvorrichtung verwendeten Entwicklers ist.

Dieser Mechanismus kann wie folgt abgeschätzt werden. Das heißt, dass wie in der vorstehenden Beschreibung des Aufladesystems der Erfindung erklärt wurde, das Intervall (Vp/f) der Ausgefranstheit des auf dem aufgeladenen Element erzeugten Oberflächenpotenzials groß ist, wenn die Frequenz f der Wechselspannung niedrig ist, so dass daher die Auflösung der Vorrichtung, die durch die Partikelgröße des in der Bilderzeugungsvorrichtung verwendeten Entwicklers bestimmt wird, ausreichend folgen kann, um eine streifige Bildungleichmäßigkeit in dem Bild zu erzeugen. Andererseits wird dann, wenn die Frequenz f der Wechselspannung groß wird, das Intervall der Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials klein. Daher ist eine Breite 1/2 × (Vp/f) der Niedrigspannungsregion der Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials auf dem aufgeladenen Element kleiner als die Partikelgröße R (mm) des Entwicklers der Bilderzeugungsvorrichtung. Infolgedessen wird der Entwickler nicht auf der Niedrigspannungsregion anhaften, welches zu einem Verschwinden der Bildungleichmäßigkeit in dem Bild führt.

Ferner soll in der vorliegenden Erfindung eine Ungleichförmigkeit des Oberflächenpotenzials, die durch das Anlegen einer Wechselspannung an der Position des ersten Aufladeelements verursacht wird, durch die Injektionsspannung dank der an das zweite Aufladeelement angelegten Gleichspannung korrigiert werden. Falls dort eine größere differentielle Spannung zwischen dem Photoleiter und dem zweiten Aufladeelement als eine Entladungs-zulässige Spannung existiert, ist es natürlich möglich, die durch das erste Aufladeelement erzeugte Spannung zu korrigieren.

Aufgrund der vorstehenden Beschreibung ist es notwendig, eine kombinierte Spannung aus Gleichspannung und Wechselspannung an das erste Aufladeelement als einen Hauptlader anzulegen, und ist es notwendig, einen Mikroraum zwischen dem aufgeladenen Element und dem ersten Aufladeelement bereitzustellen, um die Entladung zu aktivieren. Ferner dient der zweite Lader dazu, die durch die Spannung von dem ersten Lader erzeugte Ungleichförmigkeit mit direktem Strom über zumindest dem Ladungsinjektionseffekt zu korrigieren. Daher ist leicht ersichtlich, dass die an den zweiten Lader angelegte Gleichspannung gleich der oder größer als die an das erste Aufladeelement angelegte Gleichspannung sein sollte.

In Übereinstimmung mit dem von den Erfindern durchgeführten Versuch ist dieser Ladungsinjektionseffekt ein Phänomen, das eine bestimmte Zeitkonstante aufweist, und erhöht sich natürlich die Injektionsspannung Vinj nach einer Zeit Ti (s), die seit dem Anlegen der Spannung verstrichen ist, wenn die Zeit Ti (s) groß wird. Hierbei ist die Zeit, die die Injektion erlaubt, gleich der Zeit, während welcher sich das Aufladeelement und das aufgeladene Element gegenseitig berühren. Daher wird es bevorzugt, dass das System so eingerichtet wird, dass der Photoleiter das zweite Aufladeelement während einer größeren Dauer als das erste Aufladeelement kontaktieren kann.

Aus lediglich der vorstehenden Beschreibung urteilend, ist es natürlich, daran zu denken, dass der Fall, in dem eine Wechselspannung mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert des Zweifachen oder mehr der Entladebeginn-Schwellenspannung an das erste Aufladeelement angelegt wird, dadurch, dass das zweite Element äquivalent angeordnet und mit derselben Gleichspannung beaufschlagt wird, zu dem Fall modifiziert werden könnte, in dem die Wechselspannung mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert von nicht mehr als dem Zweifachen der Entladebeginn-Schwellenspannung angelegt wird.

Aus dem Versuch wurden jedoch die folgenden Fakten bekannt. Das heißt, dass dann, wenn eine Wechselspannung mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert größer als das Zweifache der Entladebeginn-Schwellenspannung zwischen das Aufladeelement aus leitendem Gewebe und einen typischen organischen Photoleiter wie vorstehend beschrieben angelegt wird, die korrigierende Gleichspannung, die an das zweite Aufladeelement anzulegen ist, zunehmen muss, wenn der Gleichsignal-Spitze-zu-Spitze-Wert groß wird. Ferner kann das Oberflächenpotenzial nicht durch die Gleichspannung geregelt werden, sondern wird groß, wenn der Spitze-zu-Spitze-Wert zunimmt, so dass in diesem Fall die Gleichspannung das Oberflächenpotenzial nicht steuern kann. Infolgedessen wird es bevorzugt, dass der Spitze-zu-Spitze-Wert der an das erste Aufladeelement angelegten Wechselspannung auf nicht mehr als das Zweifache der Entladebeginn-Schwellenspannung festgelegt werden sollte.

Als Nächstes wird ein Fall betrachtet, in dem der Toner aufgrund einer verlängerten Verwendung des Aufladeelements an der Oberfläche des Photoleiters angehaftet hat. Bezug nehmend auf die 6A und 6B wird der Aufladezustand des Photoleiters als ein aufgeladenes Element hinsichtlich Fällen beschrieben werden, indem ein Durchmesser der Faser 5d kleiner als die Tonergröße ist, und umgekehrt.

Wo der Durchmesser der Faser 5d kleiner ist als die Partikelgröße des Toners 38 belegt dann, wenn Toner 38 an dem Photoleiter 1 anhaftet, der Toner 38 einen Raum zwischen der Spitze der Faser 5d und der Oberfläche des Photoleiters 1, wie in 6A gezeigt ist, um dadurch einen Abschnitt zu erzeugen, an dem die beiden Elemente sich überhaupt nicht berühren können. In diesem Abschnitt wird nicht nur der Ladungsinjektionseffekt verhindert, sondern wird auch der Entladeeffekt in der Umgebung des Kontaktpunkts gestört. Infolgedessen können der Abschnitt, an dem der Toner 38 anhaftet, und die Umgebung desselben, die durch die Faser aufzuladen sind, nicht aufgeladen werden, so dass dadurch eine Ladungsungleichmäßigkeit auftritt.

Andererseits existiert dort, wo der Durchmesser der Faser 5d größer als die Partikelgröße des Toners 38 ist, dann, wenn Toner 38 an dem Photoleiter 1 anhaftet, Toner 38 wie in 6B gezeigt, stört jedoch nicht insgesamt den Entladeeffekt in der Umgebung des Kontaktpunkts. Darüber hinaus ist es, da das Element 5d aus einer Faser wie vorstehend angegeben hergestellt ist, kaum denkbar, dass sich die Faser 5d vollständig von dem Photoleiter löst. Demgemäß wird der Teil des Photoleiters in der Umgebung des Toners durch sowohl den Ladungsinjektionseffekt als auch den Entladeeffekt aufgeladen, so dass die Ladungsungleichmäßigkeit verhindert werden kann.

Indessen wird, da sich wie vorstehend angegeben in dem Kontaktaufladeprozess der Widerstand zwischen dem Aufladeelement und dem aufgeladenen Element verringert, wenn die Feuchtigkeit zunimmt, die Menge von in das aufgeladene Element injizierten Ladungen zunehmen, wodurch das Oberflächenpotenzial angehoben wird.

In der vorliegenden Erfindung wird ein sich mit der Feuchtigkeit ändernder Widerstand des Aufladeelements erfasst, und wird auf der Grundlage der Erfassung der an das Aufladeelement anzulegende Spannungswert gesteuert. Daher wird das Problem des Ladungsanstiegs nicht auftreten, wodurch es möglich gemacht wird, das Oberflächenpotenzial des aufgeladenen Elements zu stabilisieren.

Im Einzelnen wird der an das Aufladeelement anzulegende Spannungswert durch eine Spannungssteuereinrichtung gesteuert, die eine Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln eines erfassten Widerstandswerts in ein Spannungswert-Informationssignal und eine Spannungswert-Auswahleinrichtung zum Auswählen einer an das Aufladeelement angelegten Spannung aus einer Vielzahl von voreingestellten Spannungen auf der Grundlage des vorstehenden Spannungswert-Informationssignals umfasst.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines bekannten Aufladesystems;

2 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels eines bekannten Aufladesystems;

3A ist ein schematisches Gesamtdiagramm, das ein Prinzip der Aufladung zeigt, in dem eine kombinierte Gleich-/Wechselspannung an ein leitendes Gewebe angelegt wird;

3B ist eine vergrößerte Ansicht von 3A, die teilweise die Umgebung eines Kontaktbereichs zeigt;

4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Erzeugungsprozesses eines Oberflächenpotenzials zeigt, der im Stand der Technik beschrieben ist;

5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Prinzip eines Oberflächenpotenzial-Erzeugungsprozesses in der vorliegenden Erfindung zeigt;

6A ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Prinzips der Aufladung zeigt, wenn die Tonergröße größer ist als ein Durchmesser einer Faser;

6B ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Prinzips der Aufladung zeigt, in dem ein Durchmesser einer Faser größer als die Tonergröße ist;

7A ist eine schematische darstellende Gesamtansicht, die ein Beispiel einer Bilderzeugungsvorrichtung zeigt, auf welche ein elektrophotografisches Aufladeverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt ist;

7B ist eine teilweise darstellende Ansicht, die einen Fall zeigt, in dem ein zweites Aufladeelement verwendet wird;

8A ist eine Darstellung, die schematisch ein leitendes Gewebe zum Vorbereiten eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten Aufladeelements zeigt;

8B ist eine Darstellung, die schematisch ein Aufladeelement zeigt, das durch Wickeln eines in 8A gezeigten leitenden Gewebes vorbereitet wird;

9 ist eine Darstellung, die ein Beispiel einer dimensionalen Beziehung zwischen einem Aufladeelement und einem aufgeladenen Element zeigt, die in einem Ausführungsbeispiel verwendet werden;

10 ist eine schematische darstellende Ansicht, die einen Verwendungszustand eines Aufladeelements mit leitenden Fasern zeigt, die auf einer flachen Basis desselben eingepflanzt sind;

11 ist eine versuchsweise Aufzeichnung, die typisch eine Beziehung zwischen angelegten Gleichspannungen und Oberflächenpotenzialen in einer Umgebung mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit zeigen, welche erhalten wird, wenn ein aus leitendem Gewebe hergestelltes aufgeladenes Element und ein typisches organisches aufgeladenes Element verwendet werden;

12A ist eine schematische Darstellung, die einen Fall zeigt, in dem ein Aufladeelement und ein aufgeladenes Element mit derselben Umfangsgeschwindigkeit in entgegengesetzten Drehrichtungen rotieren;

12B ist eine schematische Darstellung, die einen Fall zeigt, in dem ein Aufladeelement und ein aufgeladenes Element in derselben Drehrichtung rotieren;

12C ist eine schematische Darstellung, die einen Fall zeigt, in dem ein Aufladeelement und ein aufgeladenes Element mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten in entgegengesetzten Drehrichtungen rotieren;

13 ist eine schematische Ansicht zum Darstellen einer Bildungleichmäßigkeit, die durch einen Wickelspalt verursacht wird, der bei dem Wickeln eines Stoffs aus leitendem Gewebe um ein Aufladeelement erzeugt wird;

14 ist eine schematische Ansicht zum Darstellen eines Zustands des Auftretens einer Bildungleichmäßigkeit, wenn eine Entladebeginn-Schwellenspannung und ein Spitze-zu-Spitze-Wert eine konventionelle Beziehung haben;

15 ist eine sinusförmige Kurve, die ein Beispiel einer Stromwellenform zeigt, die erhalten wird, wenn ein Oberflächenpotenzial eines aufgeladenen Elements gemessen wird;

16 ist ein Diagramm, das eine äquivalente Schaltung einer Serie von Aufladeelementen (Walze oder Bürste), eines Kontaktübergangs und eines aufgeladenen Elements (Photoleiter) zeigt;

17 ist eine schematische darstellende Ansicht, die eine Konfiguration eines in einer in 7A gezeigten Bilderzeugungsvorrichtung verwendeten Aufladesystems zeigt;

18 ist ein Graph zum Erklären des feuchtigkeitsabhängigen Verhaltens des Oberflächenpotenzials eines aufgeladenen Elements (Photoleiter) gegenüber der Gleichspannung, die an ein Aufladeelement eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung angelegt wird; und

19 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären einer Steuereinrichtung einer in 17 gezeigten Aufladeeinrichtung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Die 7A und 7B sind schematische Darstellungen, die eine Gesamtkonfiguration der gegenständlichen Bilderzeugungsvorrichtung zeigen, auf welche ein Aufladeverfahren gemäß der Erfindung angewandt wird. Unter diesen ist 7A eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels, in welchem ein einzelnes Aufladeelement, hergestellt aus leitendem Gewebe, verwendet wird, wohingegen 7B eine teilweise gezeigte Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels ist, das ein erstes und ein zweites Aufladeelement verwendet. Die Beschreibung hierin wird hinsichtlich eines Falls erfolgen, in dem ein für das Aufladeelement verwendetes leitendes Gewebe in einer Walzenform eingepflanzt ist.

Bezug nehmend auf 7A bezeichnet das Bezugszeichen 16 eine Steuereinrichtung zum Verarbeiten von Bilderzeugungsdaten, die von einem nicht dargestellten Host-Computer übertragen wurden, und bezeichnet das Bezugszeichen 17 eine Maschinensteuereinrichtung zum Steuern einer Aktivierung der Bilderzeugungsvorrichtung in Antwort auf ein Signal, das den Beginn der Bilderzeugung befiehlt und von der Steuereinrichtung 16 gesendet wurde.

Das Bezugszeichen 7 gibt eine Kassette an zum Aufnehmen von Übertragungsmaterial, wie beispielsweise Kopierblättern. Eine Anordnung ist derart getroffen, dass ein Blatt durch eine Papierzufuhrwalze 8 aus der Kassette 7 herausgezogen und durch eine Serie von Transportwalzen 9, 10 an eine Resistwalze 11 transportiert wird.

Eine Photoleitertrommel 1 hat eine photoleitende Schicht auf einer Oberfläche derselben, und wird mit einer konstanten Geschwindigkeit mittels einer (nicht gezeigten) Antriebseinrichtung in einer Richtung im Uhrzeigersinn in den 7A und 7B in Rotation versetzt. Ein Lader 5 in 7A oder Lader 5 und 5B in 7B, hauptsächlich hergestellt aus leitendem Gewebe 5A, sind an einer Umfangsposition der Photoleitertrommel 1 angeordnet. Um die Photoleitertrommel 1 sind weiter, in Richtung des Uhrzeigersinns ausgehend von der Ladeeinrichtung, ein Belichtungsschreibkopf oder eine Belichtungseinheit 6, eine Entwicklungseinheit 2, eine Übertragungseinheit 3 einschließlich einer Übertragungswalze, und ein Reiniger 4 angeordnet.

Die Entwicklungseinheit 2 umfasst einen Tonerbehälter 2e mit einer Rührwalze 2a darin und einem Entwicklertrichter 2f mit einer Magnetwalze 2b zum Elektrifizieren des Toners sowie einer Mischwalze 2czum Mischen des durch eine Zufuhrwalze 2d aus dem Tonerbehälter 2e zugeführten Toners.

Der Reiniger 4 ist in Form einer Reinigungseinheit aufgebaut, die hauptsächlich eine Reinigungsklinge 4a zum Abschaben des Toners von der Oberfläche der Photoleitertrommel 1 und eine Tonertransportschnecke 2b zum Transportieren des abgeschabten Toners zu einem (nicht gezeigten) Behälter zum Sammeln des gebrauchten Toners umfasst.

Insoweit wird ein Kopierblatt, das durch einen Raum zwischen der Übertragungseinheit 3 und der Photoleitertrommel 1 hindurchgelangt ist, einem Fixierprozess in einer Fixiereinheit 12 unterzogen, welche eine Heizwalze 12a mit einem darin eingebautem Heizer 12c und eine Druckwalze 12b umfasst. Derart fixiertes Kopiermaterial wird durch eine Transportwalze 13 und eine Papierauswurfwalze 14 zu einer Stapelführung 15 transportiert.

Als Nächstes wird ein Betriebsablauf der ausgeführten Vorrichtung gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die 7A und 7B beschrieben.

Zunächst werden eine Bilderzeugung betreffende Daten von einem nicht dargestellten Host-Computer an die Steuereinrichtung 16 gesendet, um in dieser verarbeitet zu werden. Dann wird ein Signal, das einen Beginn der Bild-erzeugung befiehlt, an die Maschinensteuereinrichtung 17 ausgesendet. Ab dann schreitet der Betriebsablauf vorbestimmten Schritten folgend fort. Ein Übertragungsmaterial, wie beispielsweise ein Kopierblatt, das in der Übertragungsmaterial-Aufnahmekassette 7 untergebracht ist, wird mittels der Papierzufuhrwalze 8 einzeln herausgezogen, um über die Transportwalzen 9, 10 bis hin zu der nahen Seite der Resistwalze 11 transportiert zu werden. Die Photoleitertrommel 1 wird mittels dem nicht dargestellten Rotationsmechanismus mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer Richtung im Uhrzeigersinn in den 7A und 7B angetrieben. Zu dieser Zeit rotiert in 7A die Aufladewalze 5 zum Beispiel mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer zu der des Photoleiters 1 entgegengesetzten Richtung. In 7B rotiert die erste Aufladewalze 5 ebenso wie die zweite Aufladewalze 5B mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Photoleiters 1.

Die Aufladewalze 5, die in 7A verwendet wird, und die Aufladewalzen 5 und 5B, die in 7B verwendet werden, werden in der folgenden Art und Weise erzeugt, wie schematisch in den 8A und 8B gezeigt ist. Ein Stoff aus leitendem Gewebe 5a ist mit einer Gewebe- oder Faseraggregation erzeugt, die aus zum Beispiel Rayon, das darauf eingepflanzt ist, und mit einer eingestellten Menge von darauf verteilten Karbonpartikeln hergestellt ist, um einen gewünschten Widerstand zu erhalten. Der so ausgebildete Stoff aus leitendem Gewebe 5a wird auf eine leitende Walzenwelle 5c von etwa 6 mm Durchmesser gewickelt, um dadurch eine Aufladewalze zu vervollständigen. Die so ausgebildete Aufladewalze 5, oder die Walzen 5 und 5B sind mit einem Walzenantriebsmotor 5b gekoppelt, um in Rotation versetzt zu werden. Hierbei ist der verwendete Photoleiter 1 ein konventionell verwendeter organischer Photoleiter (OPC; Organic Photoconductor).

In der Entwicklungseinheit 2 wird, um zu gewährleisten, dass die Magnetwalze 2d Toner mit einer vorbestimmten Tonerdichte bereitstellen kann, Tonerpulver wie erforderlich aus dem Tonerbehälter 2e durch die Zufuhrwalze 2b an den Entwicklertrichter 2f geliefert, und das so gelieferte Tonerpulver wird durch die Mischwalze 2c aufgerührt. Während des Aufrührens wird der Toner elektrifiziert, um Ladungen derselben Polarität wie die der auf den Photoleiter aufzuladenden Spannung zu tragen. In diesem Zustand haftet dann, wenn eine Spannung nahe an dem Oberflächenpotenzial des Photoleiters 1 an die Magnetwalze 2d angelegt wird, das Tonerpulver an dem Abschnitt an, den der Belichtungsschreibkopf 6 beleuchtet hat, und wird somit das latente Bild visualisiert.

Als Nächstes sendet die Resistwalze 11 ein Übertragungsmaterial oder ein Kopierblatt usw. durch Messen eines Zeitpunkts so, dass das Blatt entsprechend einem Bild auf der Photoleitertrommel 1 positioniert werden kann. Das Übertragungsmaterial wird zwischen die Photoleitertrommel 1 und die Übertragungswalze 3 geklemmt und durch diese transportiert. Während diesem Vorgang wird der Übertragungswalze 3 eine Spannung einer zu der des Toners entgegengesetzten Polarität eingeprägt. Dies ist der Grund, weshalb die Tonerpartikel auf der Photoleitertrommel 1 auf das Übertragungsmaterial übergehen. Die Tonerpartikel auf dem Übertragungsmaterial kommen zwischen die Heizwalze 12a mit dem darin integrierten Heizer 12c und der Druckwalze 12b zu liegen und werden durch diese transportiert. Während dieser Dauer werden die Tonerpartikel geschmolzen und auf das Übertragungsmaterial fixiert. Dann wird das Übertragungsmaterial durch die Transportwalze 13 und die Auswurfwalze 14 zu der Stapelführung 15 transportiert. Zwischenzeitlich wird Toner, der nicht übertragen wurde und auf der Photoleitertrommel 1 verbleibt, durch die Reinigungsklinge 4a des Reinigers 4 von der Photoleitertrommel 1 abgeschabt. Derart abgeschabter Toner wird durch die Tonertransportschnecke 4b zu einem (nicht gezeigten) Behälter zum Sammeln von gebrauchtem Toner gesendet. Dies ist ein vollständiger Ablauf des Bilderzeugungsprozesses.

Wenn ein Oberflächenpotenzial auf dem Photoleiter ohne Bilderzeugung gemessen wird, wird eine Sonde für die Potenzialmessung an der Position platziert, an welcher sich der Entwicklungstrichter befindet.

Nun werden die schematischen Darstellungen in den 8A und 8B erneut detailliert. 8A zeigt eine Bandage mit daraus aufgepflanzten leitenden Fasern. 8B zeigt ein walzenförmiges Aufladeelement, das mit der Bandage aus leitendem Gewebe, gezeigt in 8A, ausgebildet ist. Das in 8B gezeigte Aufladeelement 5 wird durch die Schritte des Verteilens einer eingestellten Menge von Karbonpartikeln in Gewebe oder einer Faseraggregation 5A, hergestellt aus zum Beispiel Rayon, um einen gewünschten Widerstand zu erhalten, Einpflanzen des so vorbereiteten Gewebes oder der Faseraggregation 5A auf einen Stoff, um ein leitendes Gewebe 5a (8A) zu erzeugen, und Wickeln des Stoffs aus leitendem Gewebe 5a um eine leitende Walzenwelle 5C von etwa 6 mm Durchmesser, um dadurch eine Aufladewalze zu vervollständigen, aufgebaut. Die so erzeugte Aufladewalze 5 wird mit einem Walzenantriebsmotor 5b (nicht gezeigt) gekoppelt und in Rotation versetzt. Der Widerstand beträgt bis zu 100 k&OHgr;, und dieser Wert wird durch Pflanzen von leitendem Gewebe mit einem Einzelfaserdurchmesser von 20 &mgr;m in einer Pflanzdichte von 12.400 pc·cm–2 (80.000 pc./sq.in.) erreicht.

Um zu verhindern, dass Fasern auf beiden Seiten des leitenden Gewebes 5A ausfallen, wenn das Aufladeelement verwendet wird, ist eine Bandage aus Stoff aus leitendem Gewebe 5a mit einigen zehn Millimetern, zum Beispiel 20 mm, mit Rändern 5D von etwa 1 mm Breite versehen. Die so ausgebildete Bandage wird spiralförmig auf die leitende Welle 5c, hergestellt aus einem Metallstab, gewickelt, um ein Aufladeelement 5 zu vervollständigen. Wenn die Bandage aufgewickelt worden ist, treffen die Ränder 5D Seite an Seite so aufeinander, dass sie einen Spalt von 2 mm Breite auf der zylindrischen Seite des Aufladeelements ergeben.

Es ist möglich, die Bandage mit abgeschnittenen Rändern aufzuwickeln. Das kann so sein, aber die Fasern könnten in einigen Fällen ausfallen, wenn das Aufladeelement verwendet wird, oder es wird in den anderen Fällen unvermeidlich ein Wickelspalt 5E zwischen den Nachbarn auftreten, wenn die Bandage aufgewickelt wird. Daher wird das resultierende Element mit Abschnitten versehen sein, die keine eingepflanzten leitenden Fasern aufweisen, ähnlich dem Fall, in dem eine Bandage mit Rändern aufgewickelt ist.

Nun werden die Drehgeschwindigkeiten der Walze 5 und des Photoleiters 1 betrachtet. Falls eine Aufladewalze 5 und ein Photoleiter 1 mit einer identischen Umfangsgeschwindigkeit (und daher mit einer relativen Geschwindigkeit von Null in einem Kontaktbereich) rotieren, stehen sich dieselben Oberflächenabschnitte der Walze 5 und des Photoleiters 1 gegenüber, während sich die beiden konfrontieren. Infolgedessen kann ein Abschnitt auf dem Photoleiter, der dem vorstehend erwähnten Wickelspalt 5E gegenüberliegt, keine Ladungen empfangen, welches eine Ladungsungleichmäßigkeit verursacht. Daher wird es dann, wenn das Aufladeelement aus leitendem Gewebe 5A walzenförmig ausgebildet ist, bevorzugt, dass die Aufladewalze 5 und der Photoleiter 1 mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten rotieren (oder die relative Geschwindigkeit nicht Null ist). Als ein in 9 gezeigtes Beispiel sind, um die Umfangsgeschwindigkeiten der beiden, d.h. des Photoleiters 1 und der Aufladewalze 5, so weit als möglich zu differenzieren, Bewegungsumfangs-Bewegungsrichtungen der beiden entgegengesetzt ausgeführt. Hierbei ist 9 eine Darstellung, die ein Beispiel einer dimensionalen Beziehung des Photoleiters 1 und der Aufladewalze 5 zeigt.

In der Figur sind ein aufgeladenes Element 1 von 30 mm Durchmesser, das mit einer linearen Geschwindigkeit von 50 mm/s rotiert, und ein Aufladeelement 5 in der Form einer Walze mit einem Durchmesser von 12 mm und darauf eingepflanztem leitendem Gewebe 5a beabstandet mit einer Mittendifferenz von 20 mm bereitgestellt. In diesem Fall beträgt die Kontaktzeit, in welcher jeder Teil des aufgeladenen Elements 1 mit leitendem Gewebe 5a während einer Umdrehung des aufgeladenen Elements 1 in Kontakt kommt, 0,13 s. Daher ist offenkundig, dass eine an das System anzulegende Wechselspannung eine Frequenz von 7 bis 8 Hz oder mehr haben sollte.

10 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem ein Aufladeelement 5 einer flachen Struktur mit darauf eingepflanzten leitenden Fasern 5A verwendet wird, während es in Kontakt mit einem Photoleiter 1 gebracht wird. Wie in 10 gezeigt ist, vibriert das Aufladeelement 5 entlang der Oberfläche des Photoleiters 1 in Richtungen (wie durch den Pfeil S gezeigt) senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Photoleiters 1.

In dem Fall, in dem leitende Fasern 5A auf eine flache Oberfläche eingepflanzt sind, wie in 10 gezeigt ist, ist die Struktur im Vergleich zu der in Drehung versetzten Walze einfach, jedoch kontaktieren die Fasern 5A den Photoleiter an demselben Abschnitt, so dass die Fasern 5A abgenutzt werden können, oder der Entwickler an den Spitzen der Fasern 5A anhaften kann, welches dazu führt, dass der entsprechende Teil des Photoleiters nicht geladen wird. Daher wird, wie in 10 gezeigt ist, das Aufladeelement bevorzugt in Richtungen senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Photoleiters 1 in Schwingung versetzt.

In 7B sollte, obwohl die Beschreibung für den Fall erfolgte, indem sowohl das erste als auch das zweite Aufladeelement Lader des Walzentyps verwenden, die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt werden, und kann die Wirkung der vorliegenden Erfindung natürlich auch unter Verwendung einer Vielzahl von Ladern des Bürstentyps oder einer Kombination von Ladern des Walzentyps und des Bürstentyps realisiert werden.

Als Nächstes stellt die vorliegende Erfindung eine Technik zum Lösen der Probleme bereit, die sich auf die Spannungsstabilität des Aufladeelements 5 unter Verwendung eines leitenden Gewebes oder einer Aggregation von leitenden Fasern beziehen. Wie ebenfalls aus der vorangehenden Beschreibung bezüglich der 3A und 3B ersichtlich ist, zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Stabilität des Oberflächenpotenzials durch Anlegen einer kombinierten Spannung aus einer Wechselspannung und einer Gleichspannung zwischen ein Aufladeelement 5 und ein aufgeladenes Element 1 so, dass die Wechselspannung aktiv fördern kann, dass sich Ladungen zwischen den beiden Elementen über den Kontaktbereich bewegen (das heißt, sich nicht nur von dem Aufladeelement 5 zu dem aufgeladenen Element 1 bewegen, sondern auch von dem Letztgenannten zu dem Erstgenannten bewegen), während die Gleichspannung die Menge von Ladungen auf dem aufgeladenen Element 1 regelt, zu erreichen.

Bei diesem Aufladeverfahren, in welchem das Aufladeelement 5 und das aufgeladene Element 1 einen Kontaktpunkt B und einen Mikrofreiraum c dazwischen teilend einander gegenüberliegen, wird die Aufladung durch zumindest den Entladeeffekt und den Ladungsinjektionseffekt durch Anlegen einer kombinierten Spannung aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung zwischen das Aufladeelement und das aufgeladene Element 1 bewirkt. In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der Absolutwert einer Differenz zwischen einem Oberflächenpotenzial und einer kombinierten Spannung dann, wenn der Absolutwert der kombinierten Spannung aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung, die zwischen dem Aufladeelement 5 und dem geladenen Element 1 angelegt ist, einen kleinsten Wert annimmt, so eingestellt, dass er kleiner ist als der Absolutwert einer Entladebeginn-Schwellenspannung, die durch die umgebende Atmosphäre bestimmt wird.

Diese Beschränkung entspricht im Wesentlichen einem Anlegen der kombinierten Spannung zwischen das Aufladeelement 5 und das aufgeladene Element 1, bestehend aus einer Gleichspannung und einer oszillierenden Spannung mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert von weniger als dem Zweifachen der Entladebeginn-Schwellenspannung.

Nebenbei bemerkt wird in der vorliegenden Erfindung die Bewegungsgeschwindigkeit der Oberfläche des Aufladeelements 5 relativ zu der des aufgeladenen Elements 1 so eingestellt, dass sie nicht Null ist. Mit den somit spezifizierten Beschränkungen verhindert die vorliegende Erfindung das Auftreten der Schwankung des Oberflächenpotenzials und den Aufladefehler (die Aufladeungleichmäßigkeit).

Wie beschrieben wurde, wird das Aufladeverfahren der vorliegenden Erfindung durch den Entladeeffekt und den Ladungsinjektionseffekt ausgeführt. Unter diesen wird angenommen, dass der Ladungsinjektionseffekt die Schwankung des Oberflächenpotenzials dominiert, die mit der Änderung der Umgebung auftritt. In anderen Worten zielt in der vorliegenden Erfindung die Beschränkung "der Absolutwert einer Differenz zwischen einem Oberflächenpotenzial des aufgeladenen Elements und einer angelegten Spannung dann, wenn der Absolutwert der angelegten kombinierten Spannung einen kleinsten Wert annimmt, wird so eingestellt, dass er kleiner ist als der Absolutwert einer Entladebeginn-Schwellenspannung" nicht darauf ab, zu verursachen, dass sich Ladungen in beiden Richtungen durch den Entladeeffekt bewegen, sondern soll bewirken, dass Ladungen über einen Kontaktpunkt B von dem Aufladeelement 5 in das aufgeladene Element 1 injiziert werden, und umgekehrt. In nahezu allen Fällen stimmt die Beschränkung, wie vorstehend beschrieben wurde, mit einer Beschränkung "eine Wechselspannung mit einer relativ kleinen Amplitude, speziell einem Spitze-zu-Spitze-Wert von nicht mehr als dem Zweifachen der Entladebeginn-Schwellenspannung wird überlagert" überein. Hierbei wird angemerkt, dass "die angelegte Wechselspannung" "die zwischen der Spitze der leitenden Faser 5a des Aufladeelements und dem aufgeladenen Element 1 angelegte Spannung" bedeutet.

Nun wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung quantitativ unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel detailliert.

Hierbei kann unter der Annahme, dass ein verwendetes aufgeladenes Element eine Dielektrizitätskonstante &egr;p und eine Filmdicke Dp aufweist, und dass der Spalt mit Luft gefüllt ist, die Entladebeginn-Schwellenspannung wie folgt auf der Grundlage der Beziehung von Paschen zwischen Entladekennlinien und der an den Spalt angelegten Spannung berechnet werden: Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth) = (7737,6 Dp/&egr;p)1/2 + (312 + 6,2 Dp)/&egr;p.

In einem typischen organischen aufgeladenen Element ist &egr;p = 3, Dp = 20 &mgr;m (Mikrometer). Demgemäß wird die Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth) aus der vorstehenden Formel zu 580 V bestimmt. Ein wünschenswertes Oberflächenpotenzial für das organische aufgeladene Element fällt allgemein in einen Bereich von etwa –550 V bis –650 V.

Zunächst wird ein Fall beschrieben, in dem eine Gleichspannung von –950 V an das leitende Gewebe 5a des Aufladeelements 5 angelegt wird. In diesem Fall wird, wie unter Bezugnahme auf die 3A und 3B beschrieben wurde, das Potenzial eines beliebigen Punkts A auf dem aufgeladenen Element 1 durch den Entladeeffekt auf –370 (= |–950 V – 580 V|) angehoben. Dann hat an einem Kontaktpunkt B die leitende Faser 5a ein differentielles Potenzial von –580 V relativ zu dem aufgeladenen Element 1, und diese Spannungsdifferenz verursacht eine Einweginjektion von Ladungen aus dem Aufladeelement 5 in das aufgeladene Element 1. Demgemäß steigt der Absolutwert des Oberflächenpotenzials des aufgeladenen Elements 1 an, um die Potenzialdifferenz zwischen den beiden zu verringern. 11 ist ein versuchsweises Diagramm, das eine Beziehung zwischen angelegten Gleichspannungen und Oberflächenpotenzialen in einer Umgebung mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit zeigt, und erhalten wurde, wenn ein aus einem leitenden Gewebe 5a hergestelltes aufgeladenes Element und ein typisches organisches aufgeladenes Element verwendet werden. Aus diesem Diagramm werden die folgenden Tatsachen 1), 2) und 3) aufgefunden.

  • 1) Ein Anstieg des Oberflächenpotenzials (Vsp) wird in einem Bereich von weniger als der vorangehenden berechneten Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth) beobachtet.
  • 2) Das Oberflächenpotenzial (Vsp) nimmt über der Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth) linear zu, und die lineare Beziehung kann durch Vsp = Vap – Vth + 160 (V) ausgedrückt werden.
  • 3) Der Wert 160 (V) entspricht einem Oberflächenpotenzial (Vsp) dann, wenn die angelegte Spannung (Vap) gleich der Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth) ist.

Aus diesen Fakten wird, was einen Aufladeprozess unter Verwendung eines aus einem leitenden Gewebe 5a hergestellten Aufladeelements 5 anbelangt, klar, dass ein Oberflächenpotenzial (Vsp) durch eine Ladungsinjektion (Ladungsbewegung) über den Kontaktpunkt B erzeugt wird, während die angelegte Spannung (Vap) unterhalb von Vth liegt, wohingegen das Oberflächenpotenzial (Vsp), nachdem die Entladung beginnt, aus einer Summe aus einer durch Entladung erzeugten Spannung und der durch den Ladungsinjektionseffekt erzeugten Spannung (160 V) zusammengesetzt wird.

Die durch den Ladungsinjektionseffekt erzeugte Spannung (160 V) schwankt in Übereinstimmung mit der Änderung der Umgebung, dem Verstreichen von Zeit, usw., und führt dadurch zu einer Schwankung des Oberflächenpotenzials. Klarer absorbiert dann, wenn das Aufladesystem in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit platziert wird, der Kontaktbereich Feuchtigkeit, und verringert sich daher der Kontaktwiderstand beträchtlich. Die Verringerung des Kontaktwiderstands fördert, dass sich Ladungen in das aufgeladene Element 1 bewegen und dadurch das Oberflächenpotenzial (Vsp) anheben. Alternativ ändert sich der Zustand an dem Kontaktpunkt B mit dem Verstreichen von Zeit, und dies ändert die Höhe der durch den Ladungsinjektionseffekt zu erzeugenden Spannung, wodurch eine Schwankung des Oberflächenpotenzials (Vsp) herbeigeführt wird.

Als Nächstes wird ein Fall betrachtet, in dem eine kombinierte Spannung (Wechselspannung und Gleichspannung) an das Aufladeelement 5 angelegt wird. Es sein angenommen, dass die Gleichsignalkomponente der angelegten kombinierten Spannung –550 V beträgt, und die Wechselsignalkomponente einen Spitze-zu-Spitze-Wert von 800 V (± 400 V) hat. Aufgrund dieser Einstellung beträgt die niedrigste Spannung der kombinierten Spannung –950 V, und wird ein beliebiger Punkt A auf dem entladenen Element, wie in den 3A und 3B gezeigt ist, über den Entladeeffekt auf bis zu –370 V (–|950 – 580| = –370 V) aufgeladen. Dann gerät der Teil des aufgeladenen Elements 1 aus der Region, in welcher eine Entladung zulässig ist, heraus (mit einem Oberflächenpotenzial von –370 V, wenn er die Region verlässt), und erreicht den Kontaktpunkt B. An dem Punkt B wird das leitende Gewebe 5a sicher mit einer variierenden Spannung ausgehend von –150 bis –950 V beaufschlagt. Demgemäß ist die Potenzialdifferenz zwischen dem Punkt A und dem leitenden Gewebe 5a ersichtlich so niedrig wie weniger als die Entladebeginn-Schwellenspannung. Daher wird in dem Freiraum c in der Umgebung des Mikroraums um den Kontaktpunkt keine Entladung auftreten. Deutlicher ausgedrückt ist dann, wenn die kombinierte Spannung einen minimalen Absolutwert annimmt, d.h. die kombinierte Spannung –150 V beträgt, die Potenzialdifferenz relativ zu dem Oberflächenpotenzial 220 V, welche nicht bewirken kann, dass sich Ladungen von dem geladenen Element 1 über den Entladeeffekt zu dem Aufladeelement 5 bewegen.

Die Abweichung des Potenzials des Aufladeelements von dem Potenzial des aufgeladenen Elements (d.h. 370 V) schwankt asymmetrisch von –580 V bis + 220 V. Demgemäß wird an dem Kontaktpunkt B ein Austausch von Ladungen (eine Zweiwege-Bewegung) induziert, so dass die Abweichung des Potenzials des Aufladeelements symmetrisch, d.h. ± 400 V, werden kann. Darüber hinaus bewirkt die Wechselspannungskomponente, dass sich die Impedanz an dem Kontaktpunkt B verringert, wodurch die Bewegung von Ladungen gefördert wird. Durch einen solchen Mechanismus kommt das Oberflächenpotenzial (Vsp) nahe an die angelegte Gleichspannung (hier etwa –550 V) und konvergiert zu dieser.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist offensichtlich, dass ein endgültiges Oberflächenpotenzial (Vsp) nicht schwanken wird, und auch dann eine stabile Eigenschaft annimmt, wenn sich die Umgebung ändert, solange der Austausch von Ladungen (die Zweiwege-Bewegung von Ladungen) zulässig ist.

Insoweit nur die vorstehende Beschreibung berücksichtigt wird, ist es natürlich, daran zu denken, dass die japanische Patentveröffentlichung Hei 3 Nr. 52,058, in welcher eine spezifische Wechselspannung mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert des Zweifachen oder mehr der Entladebeginn-Schwellenspannung angelegt wird, denselben Effekt produzieren sollte und könnte. Nachdem die Erfinder jedoch intensive Versuche durchgeführt haben, wurden die folgenden Fakten aufgefunden.

Das heißt, dass dann, wenn eine Wechselspannung größer als das Zweifache der Entladebeginn-Schwellenspannung an ein System angelegt wird, das aus einem aus einem leitenden Gewebe hergestellten Aufladeelement und einem typischen organischen aufgeladenen Element besteht, im Stand der Technik

  • 1) das Oberflächenpotenzial nicht durch die Gleichspannung geregelt werden kann, sondern dem Spitze-zu-Spitze-Wert folgend groß wird.

Demgegenüber kann erfindungsgemäß

  • 2) das Oberflächenpotenzial in Übereinstimmung mit der angelegten Gleichspannung durch Einstellen eines Spitze-zu-Spitze-Werts so, dass er ein bestimmter Wert kleiner als das Zweifache der Entladebeginn-Schwellenspannung ist, eingestellt werden.

Nebenbei bemerkt, wenn ein Bildauswertungstest in einem vermarkteten Drucker mit dem integrierten Aufladesystem durchgeführt wurde, im Stand der Technik,

  • 3) erschienen dort Streifen, die sich senkrecht zu einer Blattfortschrittsrichtung erstreckten. Das heißt, die Gleichförmigkeit des Oberflächenpotenzials konnte nicht erreicht werden.

Demgegenüber konnte erfindungsgemäß

  • 4) das Auftreten der Streifen durch Einstellen eines Spitze-zu-Spitze-Werts auf weniger als das Zweifache der Entladebeginn-Schwellenspannung zum Verschwinden gebracht werden.

Folglich können, wie aus der vorstehenden Beschreibung klar hervorgeht, die Wirkungen der vorliegenden Erfindung, in der ein aus einem leitenden Gewebe hergestelltes Aufladeelement verwendet wird, nur dadurch aufgezeigt werden, dass eine angelegte Wechselspannung auf einen bestimmten Wert kleiner als das Zweifache der Entladebeginn-Schwellenspannung eingestellt wird. Das heißt, der Inhalt der vorliegenden Erfindung ist klar unterschiedlich zu dem technischen Inhalt, der in der japanischen Patentveröffentlichung Hei 3 Nr. 52,058 offenbart ist, in der eine Walze oder ein Feld, hergestellt aus einem Harz, als das Aufladeelement verwendet wird.

In Bezug auf die Frequenz des oszillierenden elektrischen Felds muss jeder Punkt A auf dem aufgeladenen Element eine Periode des oszillierenden Felds über dem Kontaktbereich empfangen, in welcher Ladungen ausgetauscht werden. Andernfalls könnte der Punkt A keine symmetrische Potenzialschwankung in sowohl der positiven als auch der negativen Richtung empfangen. Infolgedessen würde das Oberflächenpotenzial mit der periodisch schwankenden oszillierenden Spannung überlagert werden, und könnte nicht auf die Gleichspannung konvergieren, wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist.

Nun auf die 3A und 3B Bezug nehmend wird ein Aufladeprozess betrachtet, in dem ein walzenförmiges Aufladeelement 5, hergestellt mit leitendem Gewebe 5a, und ein aufgeladenes Element 1 beide in einer Richtung eines Pfeils R rotieren. Wie vorstehend beschrieben wurde, nähert sich eine Spitze einer leitenden Faser 5a der Oberfläche des aufgeladenen Elements 1, wenn sich das Aufladeelement 5 und das aufgeladene Element drehen. Wenn eine Spannung größer als eine Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth), berechnet durch das Entladegesetz von Paschen über einen Freiraum c zwischen der Spitze der leitenden Faser 5 und der Oberfläche des aufgeladenen Elements 1 angelegt wird, wird die Entladung aktiviert, und empfängt ein beliebiger Punkt A auf dem aufgeladenen Element Ladungen und hält diese, so dass folglich das aufgeladene Element 1 elektrifiziert wird. Das Oberflächenpotenzial (Vsp) des aufgeladenen Elements 1 wird weiter ansteigen, bis die Spannung über dem Freiraum gleich der Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth) wird. Dann endet die Entladung. Das heißt, dass falls die Dunkelabschwächung des auf das aufgeladene Element aufgeladene Potenzial vernachlässigt werden könnte, die Beziehung Vsp = Vap (an die leitende Faser angelegte Spannung) – (Vth) erfüllt ist.

Dann gerät der Punkt A, der das angelegte Oberflächenpotenzial (Vsp) aufrechterhält, aus der Region, in der die Entladung erlaubt ist, heraus, und bewegt sich zu einem Kontaktbereich B, in welchem das geladene Element sich in Kontakt mit dem leitenden Gewebe 5a befindet. Wenn der Punkt A den Kontaktbereich B erreicht, ist die Potenzialdifferenz zwischen der Spitze der leitenden Faser 5a und dem Berührungspunkt A auf dem aufgeladenen Element 1 natürlich gleich Vth. Diese Potenzialdifferenz fördert, dass sich Ladungen von der leitenden Faser 5a auf das aufgeladene Element bewegen oder in dieses injiziert werden, wodurch das Oberflächenpotenzial (Vsp) erhöht wird. In der Summe sollte klar sein, dass das Oberflächenpotenzial (Vsp) durch den Entladeeffekt und den Ladungsbewegungs-(Injektions)-Effekt erzeugt wird.

In diesem Entladeeffekt kann eine über den Freiraum c anzulegende Spannung (Vg) wie folgt ausgedrückt werden: Vg = Vap × Dair (Dp/&egr;p + Dair), worin Dair: Abstand des Freiraums, Dp: Filmdicke des aufgeladenen Elements, &egr;p: Dielektrizitätskonstante.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird dann, wenn die Spannung (Vg) höher ist als die Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth), die Entladung zugelassen. Daher ist leicht verständlich, dass eine Region, in welcher die Entladung für eine bestimmte angelegte Spannung (Vap) zulässig ist, auf eine Region begrenzt ist, die durch einen bestimmten Abstand des Freiraums (Dair) bestimmt wird. Andererseits tritt natürlich der Ladungsinjektionseffekt in einer Region auf, in welcher das Aufladeelement 5 und das aufgeladene Element 1 einander kontaktieren können. Infolgedessen ist es ersichtlich, dass ein Punkt A auf dem aufgeladenen Element innerhalb eines sehr begrenzten Bereichs aufgeladen wird.

Zu dem Problem der Aufladungsungleichförmigkeit zurückkehrend, das durch die vorliegende Erfindung zu lösen ist, wird ein idealer Fall betrachtet. Es sei angenommen, dass eine ausreichende Spannung im Vergleich zu der Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth) an ein walzenförmiges Aufladeelement angelegt wird, das ein leitendes Gewebe kompakt oder dicht darauf eingepflanzt und ohne jeglichen Raum lassend aufweist. In einem solchen Fall würde ein Punkt A auf der Oberfläche des aufgeladenen Elements 1 notwendiger Weise dem leitenden Gewebe 5a in einem Freiraum c gegenüberliegen, in welchem zugelassen ist, dass die angelegte Spannung über der Entladebeginn-Schwellenspannung (Vth) liegt, und könnte danach mit der Spitze von leitenden Fasern 5a an dem Kontaktpunkt B in Kontakt kommen. Infolgedessen würde der gesamte Bereich auf dem aufgeladenen Element 1 gleichförmig geladen werden.

Die 12A, 12B und 12C sind Diagramme zum Darstellen von Rotationszuständen des Aufladeelements und des aufgeladenen Elements. In den Figuren geben R und L Rotationen im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn an.

Ein reales, walzenförmiges Aufladeelement 5 weist unvermeidlich Abschnitte auf, in welchen kein leitendes Gewebe 5a eingepflanzt ist, wie vorstehend angegeben wurde.

Wenn, wie in 12A gezeigt ist, das Aufladeelement 5 und das aufgeladene Element 1 mit derselben Umfangsgeschwindigkeit (ϖ1 = ϖ5) rotieren, wobei die Oberflächen der beiden an dem Kontakt sich in derselben Richtung bewegen, liegt ein Punkt Y auf dem aufgeladenen Element 1 während des Durchlaufens der Region, indem die Entladung zugelassen ist, konstant bleibend demselben Punkt gegenüber. Daher verlieren die Punkte auf dem aufgeladenen Element 1, die einem Bereich X ohne eingepflanztes Gewebe auf dem Aufladeelement 5 gegenüber zu legen sind, eine Möglichkeit, Ladungen zu empfangen.

Dies wird als die Ursache eines Aufladefehlers und einer Aufladungsungleichmäßigkeit betrachtet, die auftreten würden, wenn Gebrauch von einem Aufladeelement 5 gemacht wird, das durch Wickeln eines leitenden Gewebes 5a in einer Walzenform vorbereitet wurde.

Um dies zu vermeiden, werden die Umfangsgeschwindigkeiten (ϖ1 und ϖ5) für das Aufladeelement 5 und das aufgeladene Element 1 so gewählt, dass sie sich voneinander unterscheiden, so dass die relative Umfangsgeschwindigkeit zwischen den beiden nicht Null sein wird. Diese Einstellung ermöglicht es allen Punkten auf dem aufgeladenen Element 1, in notwendiger Weise leitenden Fasern 5a auf dem Aufladeelement gegenüber zu liegen, so dass folglich das aufgeladene Element gleichförmig aufgeladen werden kann.

Hierbei beinhalten die Situationen, in welchen die relative Umfangsgeschwindigkeit zwischen den beiden nicht Null sein wird, die folgenden beiden Fälle.

  • (a) Die beiden Elemente rotieren in derselben Drehrichtung (wobei sich die Oberflächen der beiden an dem Kontakt in entgegengesetzte Richtungen bewegen), wie in 12B gezeigt ist. In diesem Fall spielt die Umfangsgeschwindigkeit für jedes Element keine Rolle.
  • (b) Die beiden Elemente rotieren in entgegengesetzten Drehrichtungen (wobei sich die Oberflächen der beiden an dem Kontakt in derselben Richtung bewegen) mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten (ϖ1 ≠ ϖ5).

Als Nächstes wird das Testergebnis des Aufladeverfahrens der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu dem des bekannten Aufladeverfahrens beschrieben.

(Abhängigkeit von der Änderung der Umgebung) (Ergebnis 1 (bekanntes Beispiel))

Ein Stoff, auf welchen leitende Fasern ("REC", ein Erzeugnis von UNITIKA Ltd., Japan, hergestellt durch Verteilen von leitenden Karbonpartikeln in Rayon-Fasern) eingepflanzt wurden, wurde auf eine Metallwelle mit einem leitenden Klebstoff gewickelt, um ein walzenförmiges Aufladeelement 5 zu erzeugen. Das so erzeugte walzenförmige Aufladeelement wurde wie in 3A oder 9 gezeigt derart platziert, dass Spitzen von Fasern in Kontakt mit einem aufgeladenen Element 1 sein konnten. In diesem System wurde das aufgeladene Element durch Anlegen einer Spannung über das Aufladeelement aufgeladen. Der Aufladeversuch wurde in einer Umgebung mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit (25°C, 55%) und in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit (35°C, 85%) durchgeführt. Das Ergebnis ist nachstehend gezeigt.

Hierbei betrug die an das Aufladeelement 5 angelegte Spannung –1,05 kV Gleichspannung.

Tabelle 1

Wie aus dem vorstehenden Ergebnis ersichtlich ist, stieg dann, wenn die Aufladung unter Verwendung einer Gleichspannung in Übereinstimmung mit dem konventionellen Verfahren bewirkt wurde, das Oberflächenpotenzial mit der Änderung der Umgebung um ganze 81 (V) an, so dass dieses Verfahren in dieser Stufe als nicht durchführbar aufgefunden wurde. Tatsächlich wurde die Bildprüfung in einem vermarkteten Drucker mit diesem konventionellen Aufladeverfahren durchgeführt. Anhand dieser Bildprüfung wurde eine Änderung der Bilddichte mit der Änderung der Umgebung beobachtet, wie erwartet wurde.

(Abhängigkeit von der Zeit) (Ergebnis 2 (bekanntes Beispiel))

Unter derselben Bedingung wie in dem vorstehenden konventionellen Verfahren beschrieben (nur Gleichspannung angelegt) wurde die zeitabhängige Schwankung des Oberflächenpotenzials unter Verwendung eines jungfräulichen Aufladeelements 5 untersucht. Das Ergebnis ist nachstehend gezeigt.

Tabelle 2

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, verringerte sich das Oberflächenpotenzial allmählich mit dem Verstreichen von Zeit, und es wurde festgestellt, dass das Potenzial nach 10 Minuten nicht stabil war.

(Ergebnis 1 (Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung))

Dasselbe Aufladeelement 5 wie in dem vorstehenden Stand der Technik beschrieben, wurde unter derselben mechanischen Bedingung verwendet, mit der Ausnahme, dass die verwendete angelegte Spannung eine kombinierte Spannung aus einer Gleichspannung von –650 V und einer Wechselspannung (100 Hz) mit einer (Spitze-zu-Spitze-)Potenzialdifferenz von 950 V war (welches nicht mehr als das Zweifache der Entladebeginn-Schwellenspannung war). Dieselbe Auswertung wurde durchgeführt. Das Ergebnis ist in der Tabelle 3 nachstehend gezeigt.

Tabelle 3

In diesem Fall konnte dann, wenn eine Wechselspannung mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert von nicht mehr als dem Zweifachen der Entladebeginn-Schwellenspannung überlagert wurde, die Spannungsschwankung aufgrund der Änderung der Umgebung innerhalb eines im Wesentlichen praktikablen Bereichs geregelt werden. Eine tatsächliche Bildprüfung wurde in einem verkauften Drucker mit diesem Verfahren durchgeführt, und es wurde keine signifikante Änderung in der Bilddichte mit der Änderung der Umgebung beobachtet.

(Ergebnis 2 (Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung))

Derselbe Versuch wie in Beispiel 1 wurde unter derselben Bedingung durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die verwendete angelegte Spannung eine kombinierte Spannung aus einer Gleichspannung von –650 V und einer Wechselspannung (10 Hz) mit einem (Spitze-zu-Spitze-)Potenzialunterschied von 950 V war. Die Spannungsschwankung in Abhängigkeit von der Änderung der Umgebung wurde wie in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung untersucht. Das Ergebnis ist in der nachstehenden Tabelle 4 gezeigt.

Tabelle 4

Wie in Tabelle 4 gezeigt ist, wurde ein zu dem Ergebnis des Beispiels 1 äquivalentes Ergebnis erhalten, jedoch wurden Welligkeiten in dem Oberflächenpotenzial entlang der Bewegungsrichtung des aufgeladenen Elements beobachtet.

Daher wurde ein tatsächliches Bild in einem vermarkteten Drucker gedruckt. Es wurde festgestellt, dass das gedruckte Bild eine streifenförmige Ungleichmäßigkeit aufwies, die in Intervallen entsprechend zu einem Abstand, der aus der Umfangsgeschwindigkeit des aufgeladenen Elements 1 und der Wechselsignalfrequenz berechnet wurde, erschien. Aus diesem Ergebnis wurde deutlich sichtbar bestätigt, dass zumindest eine Periode der Oszillation der überlagerten Wechselspannung während eines Teils angelegt werden sollte, während dem das aufgeladene Element in Kontakt mit dem aufgeladenen Element ist.

(Ergebnis der vorliegenden Erfindung)

Die Schwankung in dem Oberflächenpotenzial mit der Zeit wurde unter Verwendung eines jungfräulichen Aufladeelements unter der in dem vorstehenden Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung angegebenen Bedingung ausgewertet. Das Ergebnis ist in der nachstehenden Tabelle 5 gezeigt.

Tabelle 5

Wie in der vorstehenden Tabelle beobachtet wird, war das Oberflächenpotenzial stabil, und es ist offensichtlich, dass sich die durch die vorliegende Erfindung offenbarte Wirkung zeigt.

Um die Beziehung zwischen den Rotationsgeschwindigkeiten des aufgeladenen Elements 1 und des walzenförmigen Aufladeelements 5 mit darauf aufgepflanzten leitfähigen Fasern 5a zu studieren, wurde der folgende Versuch durchgeführt.

(Bekanntes Beispiel)

Ein Stoff der Breite von etwa zehn Millimetern, auf welchen leitfähige Fasern ("REC", ein Erzeugnis von UNITIKA Ltd., Japan, hergestellt durch Verteilen von leitenden Karbonpartikeln in Rayon-Fasern) eingepflanzt wurden, wurde spiralförmig auf eine Metallwelle 5c gewickelt, um ein Aufladeelement 5 zu erzeugen. 7A zeigt eine mechanische Beziehung des so erzeugten Aufladeelements 5 und eines aufgeladenen Elements. Die beiden Elemente wurden in Rotation versetzt, wobei sich die Oberflächen der beiden an dem Kontakt in derselben Richtung mit derselben Umfangsgeschwindigkeit von 52 mm/s bewegten. Als das Aufladeelement mit einer Gleichspannung von –1,05 kV beaufschlagt wurde, wurden die Bildleistung und die Eigenschaften des Oberflächenpotenzials unter Verwendung eines vermarkteten Laserdruckers ausgewertet.

(Bildleistung)

Beobachtet wurde eine Bildungleichmäßigkeit, wie in 13 gezeigt, von Streifen, die sich in Bezug auf die Blattvorschubrichtung in dem Drucker schräg erstreckten. Ein Abstand zwischen den Streifen wurde gemessen. Als Ergebnis stimmte der Abstand mit dem Intervall zwischen den Wicklungsspalten überein, an denen keine leitenden Fasern auf dem walzenförmigen Aufladeelement eingepflanzt waren. Daher wurde die Kausalität zwischen den beiden bestätigt.

(Eigenschaften des Oberflächenpotenzials)

Ein Vergleich des Oberflächenpotenzials wurde durchgeführt zwischen einer Umgebung mit einer normalen Temperatur und einer normalen Feuchtigkeit (25°C, 50 bis 60% relative Feuchtigkeit) und einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit (35°C, 80% relative Feuchtigkeit). Als Ergebnis wurde beobachtet, dass das Oberflächenpotenzial in der letztgenannten Umgebung um 80 bis 90 V höher als das in dem Erstgenannten war. Demgemäß wurde festgestellt, dass das Oberflächenpotenzial in diesem System gegenüber der Änderung der Umgebung instabil ist.

(Beispiel der vorliegenden Erfindung) (Bildleistung)

In einer Umgebung mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit (25°C, 50 bis 60% relative Feuchtigkeit) wurden Bildleistungen auf dieselbe Art und Weise untersucht, mit der Ausnahme, dass die Rotationsrichtung des walzenförmigen Aufladeelements oder die Umfangsgeschwindigkeit der Rotation geändert wurde. Das Ergebnis ist in den nachstehenden Tabellen gezeigt.

Tabelle 6a: In einem Fall, in dem sich die Oberflächen der beiden Element an dem Kontakt in derselben Richtung bewegen.
Tabelle 6b: In einem Fall, in dem sich die Oberflächen der beiden Elemente an dem Kontakt in entgegengesetzte Richtungen bewegen

Hierbei gibt "Hervorragend" an, dass 'keine Bildungleichmäßigkeit festgestellt wird'; "Mittel" gibt "Bildungleichmäßigkeit erscheint, falls sich das Oberflächenpotenzial verringert' an; und "Schlecht" gibt 'Bildungleichmäßigkeit erscheint immer' an.

Wie aus dem Testergebnis ersichtlich ist, zeigte sich der Effekt der Beseitigung der Bildungleichmäßigkeit, mit Ausnahme von dann, wenn das walzenförmige Aufladeelement 5 und das aufgeladene Element 1 in Rotation versetzt wurden, wobei sich die Oberflächen der beiden an dem Kontakt in derselben Richtung mit derselben Umfangsgeschwindigkeit der Rotation bewegten. Insbesondere war der Effekt hervorragend, wenn sich die Oberflächen der beiden Elemente an dem Kontakt in entgegengesetzte Richtungen bewegen.

In Verbindung mit diesem Versuch wurde festgestellt, dass die Auswahl der Drehrichtungen und der Umfangsgeschwindigkeiten der Drehung keinen Effekt auf die Regulierung der Schwankung des Oberflächenpotenzials haben konnten, die mit der Änderung der Umgebung auftritt.

(Eigenschaften des Oberflächenpotenzials)

Das walzenförmige Aufladeelement und das aufgeladene Element wurden so in Drehung versetzt, dass sich die Oberflächen der beiden Elemente an dem Kontakt in entgegen gesetzten Richtungen mit derselben Umfangs-geschwindigkeit von 52 mm/s bewegten. Das Aufladeelement wurde mit einer kombinierten Spannung aus einer Gleichspannung von –500 V und einer Wechselspannung (100 Hz) mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert von 1000 V beaufschlagt (das hier verwendete geladene Element hat eine Filmdicke von 20 &mgr;m und eine Dielektrizitätskonstante von 3,13, so dass die Entladebeginn-Schwellenspannung zu 574 V berechnet wird. Daher ist klar, dass der Spitze-zu-Spitze-Wert nicht größer als das Zweifache der Entladebeginn-Schwellenspannung ist). Die Eigenschaften des Oberflächenpotenzials wurden auf dieselbe Art und Weise wie in dem bekannten Beispiel beschrieben untersucht. Infolgedessen konnte die Spannungsschwankung von einer Umgebung mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit (25°C, 50 bis 60% relative Feuchtigkeit) zu einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit (35°C, 85% relative Feuchtigkeit) auf innerhalb 5 V begrenzt werden.

Aus diesem Ergebnis konnte rückbestätigt werden, dass das Oberflächenpotenzial stabilisiert werden wird, wenn eine kombinierte Spannung, bestehend aus einer Gleichspannung in Entsprechung zu einem gewünschten Oberflächenpotenzial und einer Wechselspannung mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert von nicht mehr als dem Zweifachen der Entladebeginn-Schwellenspannung, als eine an das Aufladeelement angelegte Spannung ausgewählt wird.

(Auswahl der Frequenz)

Unter denselben Bedingungen wie in dem vorstehenden Abschnitt (Eigenschaften des Oberflächenpotenzials) beschrieben, mit der Ausnahme, dass die Frequenz der Wechselspannung auf 10 Hz geändert ist, wurde die Abhängigkeit des Oberflächenpotenzials (Vsp) von der Umgebung untersucht. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass die Wechselspannung mit 10 Hz dieselbe Wirkung zeigte, wie sie die Wechselspannung mit 100 Hz hatte. Nichtsdestotrotz erschien, als die Bildleistung unter dieser Bedingung geprüft wurde, eine Bildungleichmäßigkeit, wie in 14 gezeigt, aus schwarzen Linien (gezeigt durch BL), die sich in einer Richtung senkrecht zu der Blattvorschubrichtung erstreckten. Aus dem Abstand der Linien wurde eine Frequenz berechnet, welche mit der Frequenz der angelegten Wechselspannung (10 Hz) übereinstimmte. Dieses Ergebnis bewies, dass die Wechselspannung dem Oberflächenpotenzial überlagert war. Der Abstand (Vp/f) zwischen den Linien ist ein Intervall der Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials, welches nachstehend beschrieben werden wird.

Dieses experimentelle Ergebnis dient zur Unterstützung der Berechtigung der Theorie, welche beschreibt, dass die Kontaktzeit, in welcher jeder Teil des aufgeladenen Elements in Kontakt mit dem Aufladeelement gerät, während sich das aufgeladene Element in einer Umdrehung rotiert, zumindest eine Periode der angelegten Wechselspannung betragen sollte.

Als Nächstes wurden eine Bildauswertung und eine Messung des Oberflächenpotenzials in einer in 7 gezeigten Bilderzeugungsvorrichtung durchgeführt, wobei eine Bewegungsgeschwindigkeit Vp eines Photoleiters 1 als ein geladenes Element auf 52,4 mm/s festgelegt war, und ein Entwickler mit einer Partikelgröße R von 15 &mgr;m in der Entwicklungseinheit 2 bereitgestellt war. Der Versuch wurde für jede der folgenden Bedingungen durchgeführt, d. h. durch Ändern des Zustands der Spannung, die an die Aufladewalze 5 als ein Aufladeelement angelegt wurde.

  • 1) Gleichspannung VDc = –650 V; Wechselspannung Vp – p = 900 V; Frequenz = 100 Hz; und Bedingung für die Frequenz: f < Vp/2R.
  • 2) Gleichspannung VDc = –550 V; Wechselspannung Vp – p = 1500 V; Frequenz = 100 Hz; und Bedingung für die Frequenz: f < Vp/2R.
  • 3) Gleichspannung VDc = –650 V; Wechselspannung Vp – p = 900 V; Frequenz = 2000 Hz; und Bedingung für die Frequenz: f > Vp/2R.
  • 4) Gleichspannung VDc = –550 V; Wechselspannung Vp – p = 1500 V; Frequenz = 2000 Hz; und Bedingung für die Frequenz: f > Vp/2R.
  • 5) Nur eine Gleichspannung angelegt, VDc = –1050 V.

(a) Ergebnis der Messung für das Oberflächenpotenzial

Die Messung des Oberflächenpotenzials wurde für die vorstehenden Bedingungen 1) bis 4) durchgeführt. Das Ergebnis zeigte, dass die Schwankung des Oberflächenpotenzials mit dem Verstreichen von Zeit verglichen mit der Messung für die Bedingung 5), in welcher nur eine Gleichspannung angelegt wurde, praktisch beseitigt werden konnte. Speziell wurde für alle Oberflächenpotenziale in den Bedingungen 1) bis 4) beobachtet, dass sie bei etwa –550 V gleichförmig erzeugt wurden. Ferner wurde die Schwankung des Oberflächenpotenzials aufgrund der Änderung der Umgebung verglichen mit der Messung, in welcher nur eine Gleichspannung angelegt wurde, signifikant reduziert.

Hierbei muss dies, obwohl die vorstehende Beschreibung zum Ausdruck bringt, dass "das Oberflächenpotenzial als gleichförmig erzeugt beobachtet wurde", der niedrigen Auflösung der Messvorrichtung zugeschrieben werden. Genauer ausgedrückt hat die zum Messen des Oberflächenpotenzials verwendete Sonde eine räumliche Auflösung von 3 mm, wohingegen die Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials auf dem Photoleiter eine räumliche Wellenlänge von 52,4/100 = 0,52 mm hat. Daher war die Auflösung der Sonde zu groß, um die Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials aufzunehmen, so dass die gemessene Ausgabe in einer Form des Mittelwerts der Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials gegeben wurde. Dies ist deshalb so, weil das Oberflächenpotenzial als dem Anschein nach gleichförmig beobachtet wurde.

Um damit umzugehen, wurde ein in die photoleitende Trommel fließender Strom gemessen, während das Oberflächenpotenzial gemessen wurde. Der zu dieser Zeit beobachtete Strom zeigte eine sinusförmige Wellenform symmetrisch in Bezug auf den Nullpegel, wie in 15 gezeigt ist. Hierbei kann, wie in 16 gezeigt ist, das aus einer Bürste 5, einem Kontaktübergang B und einem Photoleiter 1 zusammengesetzte System durch eine aus Kapzitäten C1, C2 und C3 und Widerständen R1, R2 und R3 zusammengesetzte äquivalente Schaltung ersetzt werden. Der Strom kann als ein Injektionswechselstrom betrachtet werden, der durch die Kapazitätselemente der vorstehenden äquivalenten Schaltung fließt. Daher kann die Ausgefranstheit des auf dem Photoleiter 1 durch den Injektionswechselstrom erzeugten Oberflächenpotenzials durch Messen der Kapazität C3 für den Photoleiter 1 ermittelt werden.

In diesem Beispiel ist ein Kontaktbereich S zwischen dem Photoleiter und der Bürste 220 × 5,8 mm2, und hat der Photoleiter eine Dielektrizitäts-konstante &egr;r von 3,13 und eine Filmdicke d von 20 &mgr;m. Und wenn die Amplitude des Stroms mit I0 bezeichnet wird und die Frequenz der angelegten Spannung durch f angegeben wird, kann die Schwankungsbreite &Dgr;V es Oberflächenpotenzials wie folgt ausgedrückt werden:

worin &egr;0 die Dielektrizitätskonstante in Vakuum ist. Ein tatsächliches Oberflächenpotenzial kann als –550 V ± &Dgr;V/2 seiend betrachtet werden.

Auf die vorstehend beschriebene Art und Weise wurde jedes &Dgr;V/2 für die Bedingungen 1) bis 4) berechnet, und die Vsp für jede Bedingung wurde wie folgt ermittelt.

  • Bedingung 1): Vsp ≈ –550 V ± 70 V
  • Bedingung 2): Vsp ≈ –550 V ± 320 V
  • Bedingung 3): Vsp ≈ –550 V ± 60 V
  • Bedingung 4): Vsp ≈ –550 V ± 250 V

(b) Ergebnis der Bildauswertung

Die Bildauswertung wurde für jede der vorstehend erwähnten Bedingungen durchgeführt. Als ein zu druckendes Muster wurde im Hinblick auf eine Prüfung der Stabilität des Oberflächenpotenzials vor dem Aussetzen an Licht ein vollkommen leeres Bildmuster verwendet. Bei der in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Bilderzeugungsvorrichtung wird das Oberflächenpotenzial zum Erzeugen eines weißen Ausgabebilds bevorzugt auf –550 V festgelegt. Falls das Oberflächenpotenzial höher ist als dieser Wert, wird die Trägerseparation des Entwicklers induziert werden. Falls andererseits das Oberflächenpotenzial niedriger als dieser Wert ist, zum Beispiel –500 V, wird festgestellt, dass das leere Bild in einer Dichte entwickelt wird, die durch die visuelle Beobachtung erkannt werden kann.

Durch die derart eingestellte Bilderzeugungsvorrichtung gedruckte Bilder wurden ausgewertet. Das Auswertungsergebnis wird nachstehend beschrieben. Zum Zwecke des Vergleichs wurde ebenfalls eine Auswertung eines Bilds durchgeführt, das durch Anlegen einer Gleichspannung erzeugt wurde, die keinerlei Ausgefranstheit auf dem Oberflächenpotenzial erzeugen wird, wie dies eine Wechselspannung tun würde.

Bedingung 5): In einem Fall, in dem nur eine Gleichspannung angelegt wurde, wurde kaum Ungleichmäßigkeit in dem Bild erkannt.

Bedingung 1): Eine Bildungleichmäßigkeit erschien, wie in 14 gezeigt ist, aus schwarzen Linien (gezeigt durch BL), die sich in einer Richtung senkrecht zu der Blattvorschubrichtung erstrecken. In Anbetracht des in dem vorstehenden Abschnitt (a) berechneten Oberflächenpotenzials kann das kleinste Oberflächenpotenzial als –480 V (= –(550 V – 70 V)) angegeben werden. Die Breite auf dem Photoleiter, welcher die Minimalspannungsregion entspricht, beträgt 262 &mgr;m (= 52,4 (mm/s)/(100 Hz) × 2)). Dieser Wert ist so viel größer als die kleinste Linienbreite (15 &mgr;m), welche durch den in dem Ausführungsbeispiel verwendeten Entwickler (Partikelgröße: 15 &mgr;m) entwickelt werden kann, dass die Region der Breite (262 &mgr;m) leicht entwickelt werden kann. Dies kann als die Ursache des Erscheinens der schwarzen Linien betrachtet werden. Der Abstand zwischen den schwarzen Linien BL war in Übereinstimmung mit dem Intervall (Vp/f) der Ausgefranstheit des auf dem Photoleiter erzeugten Oberflächenpotenzials.

Bedingung 2):

Unter dieser Bedingung wurde eine zu der unter der Bedingung 1) ähnliche Bildungleichmäßigkeit erzeugt, aber die Dichte der schwarzen Linien BL, die vorangehend in 14 gezeigt wurde, war größer. Dies ist deshalb so, weil, wie aus dem Ergebnis von (a) klar wurde, die Spannung in der Region des Bildfehlers nur –230 V (= –(550 V – 320 V)) beträgt, welches viel niedriger ist als die Spannung unter der Bedingung 1). Um zusammenzufassen, ist mit der Frequenz dieser Wechselspannung (100 Hz) die Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials umso bemerkbarer, je größer der Spitze-zu-Spitze-Wert der Wechselspannung ist.

Bedingung 3): Unter dieser Bedingung erschien die Bildungleichmäßigkeit so klein wie die unter Bedingung 5), in der nur eine Gleichspannung angelegt wurde, erschienene Bildungleichmäßigkeit. In Anbetracht des Ergebnisses von (a) kann das kleinste Oberflächenpotenzial mit –490 V (= –(550 V – 60 V)) angegeben werden. Das Oberflächenpotenzial verringert sich auf ein Niveau, auf dem das Tonerbild erschien. Jedoch beträgt die Breite auf dem Photoleiter, in welcher das Oberflächenpotenzial auf die kleinste Spannung abfällt, 13,1 &mgr;m (= 52, 4 (mm/s)/(2000 Hz) × 2), wenn die angelegte Wechselspannung von 2 kHz ist. Dieser Wert ist kleiner als die kleinste Linienbreite (15 &mgr;m), welche durch den in dem Ausführungsbeispiel verwendeten Entwickler (Partikelgröße: 15 &mgr;m) entwickelt werden kann. Dieses Ergebnis zeigt an, dass unter dieser Bedingung die durch die Wechselspannung verursachte Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials keinen Einfluß auf das Bild hat.

Bedingung 4): Unter dieser Bedingung hatte die angelegte Wechselspannung einen größeren Spitze-zu-Spitze-Wert als diejenige unter der Bedingung 3). In Anbetracht des Ergebnisses von (a) kann das kleinste Oberflächenpotenzial mit –300 V (= –(550 V – 250 V)) angegeben werden. Das Oberflächenpoten-zial verringert sich ausreichend auf ein Niveau, auf dem das Tonerbild erschien. Nichtsdestotrotz wurde auch unter dieser Bedingung ein Bild erhalten, das so gut war wie das, das unter der Bedingung erhalten wurde, unter der nur eine Gleichspannung angelegt wurde. Daher ist klar, dass die durch die Wechselspannung, die das Erfordernis der vorliegenden Erfindung erfüllt, verursachte Ausgefranstheit des Oberflächenpotenzials keinen Einfluss auf die Bildqualität haben wird.

Als Nächstes wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, in welchem eine Vielzahl von Aufladeelementen in der vorstehend erwähnten, in 7 gezeigten Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird.

Zwei walzenförmige Aufladeelemente mit einem darauf aufgepflanzten leitenden Gewebe wurden verwendet. Das erste Aufladeelement wurde mit einer kombinierten Spannung aus einer Gleichspannung von –550 V und einer Wechselspannung mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert von 1050 V beaufschlagt. Das zweite Aufladeelement wurde mit nur einer Gleichspannung beaufschlagt, welche gleich der an das erste Aufladeelement angelegten Gleichspannung ist, d. h. 550 V beträgt. Hier kann die Entladebeginn-Schwellenspannung auf der Grundlage der Entladeregel von Paschen berechnet werden, und der so ermittelte Wert, –574 V, wurde als eine Entladebeginn-Schwellenspannung verwendet. Das Oberflächen-potenzial in dem derart angeordneten System kann durch Nachverfolgen der Schritte des Aufladeprozesses wie folgt ermittelt werden.

Oberflächenpotenzial V 1, erzeugt durch den Entladeeffekt durch das erste Aufladeelement: V1 = –(550 + 1050/2) – Vth = (1075 – 574) = –501 (V)

Oberflächenpotenzial V2, nachdem das aufgeladene Element der Ladungsinjektion durch den Kontaktabschnitt mit dem ersten Aufladeelement unterzogen wurde: V2 = V1 ± &Dgr;V = –501 V ± &Dgr;V.

Hierin repräsentiert &Dgr;V die Welligkeitskomponente des Oberflächenpotenzials aufgrund der Wechselspannung.

Andererseits untersuchte der Erfinder einen Fall, in dem ein bürstenförmiges Aufladeelement 5, auf welches leitende Fasern ("REC", ein Erzeugnis von UNITIKA Ltd., Japan, hergestellt durch Verteilen von leitenden Karbonpartikeln in Rayon-Fasern) aufgepflanzt sind, in Kontakt mit dem Photoleiter 1 mit einem Druckspielraum (oder einer Anschlagtiefe) von 1 mm in Kontakt gebracht wird, um einen Aufladevorgang durchzuführen. In diesem Fall wurde dann, wenn eine Wechselspannung mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert von 1050 V an das bürstenförmige Element unter derselben Bedingung wie der für das walzenförmige Aufladeelement angelegt wurde, das Maximum der Injektionsspannung (&Dgr;V) über den Kontaktabschnitt experimentell mit 65 V bestätigt. Daher gilt in der vorstehenden Bedingung V2 = –501 ± 65 (V). Hierbei wurden dann, wenn die Entwicklung des Bilds unter Verwendung des derart aufgeladenen Photoleiters mit einem Oberflächenpotenzial von V2 bewirkt wird, die Abschnitte, an denen V2 einen kleinsten Wert annimmt, Tonerentwickelt, falls die Entwicklungsvorspannung auf einen bestimmten Wert festgelegt wird. In einem solchen Fall werden schwarze Streifen wie in 14 gezeigt an den kleinsten Werten von V2 entsprechenden Positionen erscheinen. Tatsächlich erschienen dann, wenn die Entwicklungsvorspannung auf einen typischen Vorspannungswert, d. h. –350 V, festgelegt wurde, die Abschnitte, die dem Minimum von V2 oder –436 V entsprachen, als schwarze Linien BL, die durch visuelle Beobachtung erkannt werden konnten.

Demgegenüber erreicht in dem Fall der vorliegenden Erfindung, in dem das zweite Aufladeelement bereitgestellt ist, der durch das erste Aufladeelement auf V2 aufgeladene Abschnitt, die Spannung haltend, eine Aufladeregion des zweiten Elements. Da das zweite Aufladeelement mit der Gleichspannung von –550 V beaufschlagt wird, hat der Abschnitt auf dem Photoleiter, in welchem V2 den kleinsten Wert annimmt, d. h. –436 V, ein differentielles Potenzial von 114 V (= 550 V – 436 V) relativ zu dem zweiten Aufladeelement. Dieser Potenzialunterschied bewirkt, dass Ladungen aus dem Aufladeelement über den Kontaktbereich zwischen dem zweiten Aufladeelement und dem Photoleiter in den Photoleiter injiziert werden, wodurch das kleinste Oberflächenpotenzial des Photoleiters erhöht wird. Infolgedessen ist es möglich, die schwarzen Linien BL in dem endgültigen Bild zu beseitigen, welche aufgrund des Einflusses der Wechselspannung bei Verwendung eines ersten Aufladeelements allein erscheinen würden.

Als ein Vergleichsbeispiel wurde ein Auswertungsbild unter Verwendung des ersten Aufladeelements allein als ein Aufladeelement gedruckt. Bei diesem Druckvorgang wurde eine kombinierte Spannung aus einer Gleichspannung von –625 V und einer Wechselspannung (Frequenz 800 Hz) mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert von 900 V angelegt. Das folglich erhaltene endgültige Bild beinhaltete periodisch erscheinende schwarze Linien BL, wie in 14 gezeigt, die durch den Einfluss der Wechselspannung verursacht wurden.

Demgegenüber wurde ein anderes Auswertungsbild unter Verwendung eines zwischen dem ersten Aufladeelement und der Entwicklungseinheit angeordneten zweiten Aufladeelements gedruckt. In diesem Fall stieß das zweite Aufladeelement gegen den Photoleiter mit einem größeren Druck an als der, der auf das erste Aufladeelement einwirkte, und wurde mit derselben Gleichspannung (–625 V) beaufschlagt, die an das erste Aufladeelement angelegt wurde. Als Ergebnis wurden keine schwarzen Linien BL wie in 14 gezeigt in dem folglich erhaltenen endgültigen Bild festgestellt, soweit es mit bloßem Auge betrachtet wurde.

Als Nächstes wird ein weiteres Beispiel, welches in der vorangehend in 7A gezeigten Bilderzeugungsvorrichtung ausgeführt wurde, beschrieben. In diesem Beispiel wird die Beziehung des Auftretens einer Bildungleichmäßigkeit zu dem Aufladeelement, das über eine lange Zeitspanne verwendet wurde, in Zuordnung zu der Größe von leitenden Fasern, die für das Aufladeelement verwendet wurden, und der Partikelgröße von verwendetem Toner betrachtet. Hier wurde, was Maße, Konfiguration und Material usw. anbelangt, von dem zu dem vorangehend in den 8A und 8B beschriebenen, äquivalenten Aufladeelement Gebrauch gemacht.

Mit der so angeordneten Bilderzeugungsvorrichtung wurden aufeinander folgende zwanzigtausend Bilddruckvorgänge ausgeführt, unter Verwendung von jeweils Toner mit einer Partikelgröße von 12 &mgr;m bzw. 28 &mgr;m. Nach dem Vorgang wurde beobachtet, dass der Toner für jeden Toner an dem Photoleiter anhaftete.

In dem Fall, in dem von dem Toner mit einer größeren Größe (28 &mgr;m) als der Durchmesser der leitenden Faser Gebrauch gemacht wurde, wurde eine Bildungleichmäßigkeit aufgrund einer Aufladungsungleichförmigkeit nach etwa 8.000 Blättern beobachtet, und wurde die Schwankung der Dichte in der Bildungleichmäßigkeit groß, wenn die Druckvorgänge wiederholt wurden. Andererseits wurde keine Bildungleichmäßigkeit beobachtet, wenn der Toner mit einer kleineren Größe (12 &mgr;m) als der Durchmesser der leitenden Faser verwendet wurde.

Als Nächstes wurden unter Verwendung von leitenden Fasern von 20 &mgr;m bzw. 8 &mgr;m Aufladeelemente 5 vorbereitet. Mit diesen Aufladeelementen wurde dieselbe Bilderzeugungsvorrichtung wie oben verwendet vorbereitet. Mit dieser Vorrichtung wurde unter Verwendung des 12 &mgr;m-Toners der Bilddruckvorgang auf dieselbe Art und Weise bewirkt. Nach dem Vorgang wurde ein Anhaften des Toners für jeden Fall beobachtet.

In dem Fall, in dem von den leitenden Fasern mit einem kleineren Durchmesser (8 &mgr;m) als der Größe des Toners Gebrauch gemacht wurde, wurde eine Bildungleichmäßigkeit aufgrund einer Aufladungsungleichförmigkeit nach etwa 5.000 Blättern beobachtet, und wurde die Schwankung der Dichte in der Bildungleichmäßigkeit groß, wenn die Druckvorgänge wiederholt wurden. Andererseits wurde keine Bildungleichmäßigkeit beobachtet, wenn die leitenden Fasern mit einem größeren Durchmesser (20 &mgr;m) als der Größe des Toners verwendet wurden.

Als Nächstes wurden unter Verwendung von leitenden Fasern von 20 &mgr;m bzw. 32 &mgr;m Aufladeelemente 5 vorbereitet. Mit diesen Aufladeelementen wurde dieselbe Bilderzeugungsvorrichtung wie oben verwendet vorbereitet. Mit dieser Vorrichtung wurde unter Verwendung des 28 &mgr;m-Toners der Bilddruckvorgang auf dieselbe Art und Weise bewirkt. Nach dem Vorgang wurde ein Anhaften des Toners für jeden Fall beobachtet.

In dem Fall, in dem von den leitenden Fasern mit einem kleineren Durchmesser (20 &mgr;m) als der Größe des Toners Gebrauch gemacht wurde, wurde eine Bildungleichmäßigkeit aufgrund einer Aufladungsungleich-förmigkeit nach etwa 11.000 Blättern beobachtet, und wurde die Schwankung der Dichte in der Bildungleichmäßigkeit groß, wenn die Druckvorgänge wiederholt wurden. Andererseits wurde keine Bildungleichmäßigkeit beobachtet, wenn die leitenden Fasern mit einem größeren Durchmesser (32 &mgr;m) als der Größe des Toners verwendet wurden.

Es wird angemerkt, dass, was die Form des Aufladeelements anbelangt, das walzenförmige Aufladeelement der vorliegenden Erfindung dem im Stand der Technik gezeigten bürstenförmigen Aufladeelement vorzuziehen ist. Ein bürstenförmiger Lader hat eine einfache Struktur, ist jedoch dafür anfällig, im Inneren der Vorrichtung verstreute Tonerpartikel zwischen Fasern und an Spitzen von Fasern einzufangen. Dies führt dazu, dass der Photoleiter ungleichförmig geladen wird, und erzeugt eine mögliche Aufladungsungleichmäßigkeit. Ferner kann, da dieser Lader des Bürstentyps derart verwendet wird, dass leitende Fasern 5b gegen den Photoleiter 1 anstoßen, ein effektiver Bereich, der zum Aufladen der Oberfläche des bildtragenden Mediums in der Lage ist, nicht groß gemacht werden, und wird dieselbe Seite des Aufladeelements fortlaufend gerieben, so dass die Faser teilweise abgenutzt werden. Diese Abnutzung kann eine Aufladungsungleichmäßigkeit verursachen und die Lebensdauer der Fasern verkürzen.

Demgegenüber kann bei dem Lader des Walzentyps ein großer effektiver Bereich, der in der Lage ist, die Oberfläche des Photoleiters aufzuladen, herangezogen werden; ebenso wenig bildet, da der Lader rotiert, keinerlei Toner eine Masse auf dem Lader, oder tritt irgendeine lokale Abnutzung von Fasern auf. Demgemäß ist es möglich, die Aufladungsungleichmäßigkeit zu verhindern und die Lebensdauer der Fasern zu verlängern.

Darüber hinaus wird das Aufladeelement 5 bevorzugt mit einer variierenden Spannung mit einem kleinsten Wert größer als der Entladebeginn-Schwellenspannungspegel beaufschlagt. Das Anlegen der variierenden Spannung kann einen lokalisierten Anstieg des Oberflächenpotenzials verhindern, wodurch es möglich wird, das aufgeladene Element 1 gleichförmiger aufzuladen.

Als Nächstes wird als ein nochmals weiteres Beispiel eine Steuereinrichtung eines in der vorangehend in 7A gezeigten Bilderzeugungsvorrichtung verwendeten Laders beschrieben.

17 ist ein schematisches darstellendes Diagramm einer Anordnung, die einen in der Bilderzeugungsvorrichtung verwendeten Lader beinhaltet. Ein Aufladeelement 5, beaufschlagt mit einer Spannung aus einer Leistungsquelle 34, wird in Kontakt mit einem Photoleiter 1 gebracht, um ihn auf eine vorbestimmte Spannung aufzuladen. Hierbei wurde eine kombinierte Spannung aus Gleich- und Wechselspannungen an das Aufladeelement angelegt. Dies ist deshalb so, weil das aufgeladene Element 1 durch die überlagerte Wechselspannung gleichförmiger aufgeladen werden kann, als wenn allein eine Gleichspannung angelegt wird.

Der Stoff aus leitendem Gewebe 5a eines Aufladeelements 5 ist mit einer Erfassungsschaltung 30 zum Erfassen eines Widerstands verbunden. Auf der Grundlage des durch die Erfassungsschaltung 30 erfassten Widerstands steuert eine Spannungssteuerschaltung die angelegte, von der Leistungsquelle 34 gelieferte Spannung. Die Spannungssteuerschaltung besteht aus einer Umwandlungsschaltung 31 und einer Spannungswert-Auswahlschaltung 32. Die Umwandlungsschaltung 31 wandelt den durch die Erfassungsschaltung 30 erfassten Widerstandswert in ein Spannungswert-Informationssignal um, auf der Basis von welchem die Spannungswert-Auswahlschaltung 32 einen an das Aufladeelement angelegten Spannungswert aus mehreren voreingestellten Spannungen auswählt. Die Leistungsquelle 34 legt die so ausgewählte Spannung an das Aufladeelement an.

Hierbei erfolgt die Auswahl der an den Lader angelegten Spannung so, dass das aufgeladene Element 1 mit –600 V geladen werden kann, unter Bezugnahme auf die in 18 gezeigten Daten.

18 ist ein Graph zum Erklären des feuchtigkeitsabhängigen Verhaltens des Oberflächenpotenzials des aufgeladenen Elements 1 gegenüber einer Gleichspannung, die in Kombination mit einer Wechselspannung (200 Hz) mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert von 900 V an das Aufladeelement 5 angelegt wird. Wie aus dem Graphen ersichtlich ist, ist es, um das aufgeladene Element 1 mit –600 V aufzuladen, notwendig, Gleichspannungen von –600 V, –700 V, –500 V bei normaler Feuchtigkeit, bei geringer Feuchtigkeit bzw. bei hoher Feuchtigkeit anzulegen.

Unter Bezugnahme auf 19 wird die vorstehend erwähnte Steuerung der Aufladeeinrichtung weiter im Einzelnen beschrieben.

Wenn kein Bild erzeugt wird, wird eine Gleichspannung von –1000 V allein an das Aufladeelement 5 angelegt, so dass die Erfassungsschaltung 30 einen variierenden Widerstandswert &Dgr;R des Stoffes aus leitendem Gewebe 5a in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit erfasst (S1). Dieses Ergebnis ist geeignet als eine Referenz, weil das aufgeladene Element 1 mit –600 V geladen werden wird, wenn die vorstehend erwähnte Spannung angelegt wird.

Der so erfasste Widerstandswert &Dgr;R wird in der Umwandlungsschaltung 31 in Übereinstimmung mit seiner Größe in ein Spannungswert-Informationssignal &Dgr;V umgewandelt, das zwischen 0 V und 5 V liegt (S2).

In der Spannungswert-Auswahlschaltung 32 sind eine Vielzahl von voreingestellten Werten einer Gleichspannung bereitgestellt, die in Kombination mit einer Wechselspannung bei der Bilderzeugung an das Aufladeelement 5 anzulegen ist. Eine Anlegespannung wird aus den voreingestellten Spannungen in Übereinstimmung mit dem von der Umwandlungsschaltung 31 gesendeten Spannungswert-Informationssignal &Dgr;V ausgewählt (S3). Zum Beispiel wird –500 V ausgewählt, wenn &Dgr;V 2 V beträgt oder kleiner ist, wird –600 V ausgewählt, wenn &Dgr;V in einen Bereich von 2 V bis 4 V fällt, und wird –700 V ausgewählt, wenn &Dgr;V 4 V beträgt oder größer ist.

Die so in der Spannungswert-Auswahlschaltung 32 ausgewählte Anlegespannung wird von der Leistungsquelle 34 ausgegeben (S4).

Auf diese Art und Weise wird für jeden Bilderzeugungsvorgang eine an das Aufladeelement 5 anzulegende Spannung durch Erfassen des Widerstands des Aufladeelements 5 ermittelt, bevor der Bilderzeugungsvorgang beginnt. Infolgedessen ist es möglich, zu verhindern, dass die Menge der in das aufzuladende Element 1 injizierten Ladungen mit der Feuchtigkeit schwankt, und daher möglich, das Oberflächenpotenzial zu stabilisieren.

Wie aus der Beschreibung ersichtlich ist, können in Übereinstimmung mit der Erfindung die folgenden Wirkungen erhalten werden.

  • (1) Da das Aufladeelement und das aufgeladene Element (der Photoleiter) einen Kontaktbereich teilen und das Aufladeelement aus einem leitenden Gewebe hergestellt ist, wird die Übertragung von Ladungen über den Kontaktbereich bewirkt. Ferner bewirkt, da eine kombinierte Spannung aus Gleich- und Wechselspannungen an das Aufladeelement angelegt wird, die Wechselspannungskomponente, dass sich die Impedanz an dem Kontaktbereich verringert, wodurch die Bewegung von Ladungen gefördert wird und sich das Oberflächenpotenzial des aufgeladenen Elements nahe an die angelegte Gleichspannung annähert. Infolgedessen kann das Oberflächenpotenzial unter bzw. in einer in der Temperatur und der Feuchtigkeit usw. schwankenden Umgebung stabilisiert werden, und kann ein stabiles Oberflächenpotenzial in einer verlängerten Zeitspanne aufrecht erhalten werden.
  • (2) Da der Spitze-zu-Spitze-Wert der überlagerten Wechselspannung auf weniger als das Zweifache einer Entladebeginn-Schwellenspannung, die durch die Eigenschaften des aufgeladenen Elements und die umgebende Umgebung bestimmt wird, festgelegt werden kann, können die Kosten der Leistungsquelle und ihrer peripheren Abschnitte verringert werden.
  • (3) Da die Bewegungsgeschwindigkeit der Oberfläche des Aufladeelements relativ zu der des aufgeladenen Elements so festgelegt wird, dass sie nicht Null ist, während die vorstehend erwähnte kombinierte Spannung an das Aufladeelement angelegt wird, ist es möglich, Bilder hoher Qualität frei von linienförmigen Fehlern oder anderen Ungleichmäßigkeiten bereitzustellen.
  • (4) In dem Fall, in dem das Aufladeverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es dann, wenn die Frequenz f der angelegten Wechselspannung so festgelegt wird, dass die der folgenden Beziehung genügt: f > Vp/2R worin f eine Frequenz der angelegten Wechselspannung ist; Vp (mm/s) eine Bewegungsgeschwindigkeit des aufgeladenen Elements als eine Verarbeitungsgeschwindigkeit der Bilderzeugungsvorrichtung ist; und R (mm) eine Partikelgröße eines in der Bilderzeugungsvorrichtung verwendeten Entwicklers ist, möglich, Ungleichmäßigkeiten in dem Bild zu beseitigen.
  • (5) Das Anlegen einer kombinierten Gleich-/Wechselspannung kann die Änderung des Oberflächenpotenzials mit dem Verstreichen von Zeit oder aufgrund der Schwankung der Umgebung hemmen. Ferner ist es möglich, die Erzeugung von Ozongas durch das Direktkontakt-Aufladeverfahren zu hemmen.
  • (6) Durch die Bereitstellung des zweiten Aufladeelements oder von zweiten Aufladeelementen, welche mit einer Gleichspannung beaufschlagt werden, auf der nachgeschalteten Seite des ersten Aufladeelements ist es möglich, die Bildungleichmäßigkeit zu beseitigen, die in dem endgültigen Bild durch die Wechselspannungskomponente verursacht wird.
  • (7) Ein Aufladeverfahren kann bereitgestellt werden, welches es ermöglicht, das aufgeladene Element zu jeder beliebigen Zeit gleichförmig aufzuladen, und zwar auch dann, wenn an dem aufgeladenen Element nach einer langen Verwendung Toner anhaftet.
  • (8) Ein Aufladeverfahren, das eine Schwankung des Oberflächenpotenzials auf dem aufgeladenen Element mit einer Änderung der Feuchtigkeit hemmen kann, kann mittels einer Aufladeeinrichtung erreicht werden, die den Kontaktaufladeprozess nutzt.


Anspruch[de]
Aufladeverfahren, das für ein elektrophotographisches Bilderzeugungsgerät mit einem aufzuladenden Element (1) und einem Aufladesystem verwendet wird, wobei das Aufladesystem umfasst:

ein Aufladeelement (5), das mit einem leitenden Gewebe (5a) oder einer darauf eingepflanzten Anhäufung von leitenden Fasern (5A) versehen ist und dem aufzuladenden Element (1) gegenüberliegt und an diesem anliegt, um einen Kontaktbereich und einen Mikroraum zwischen den beiden Elementen (1, 5) zu erzeugen; und

eine Leistungsquelle zum Anlegen einer Spannung an das Aufladeelement (5), so dass das Aufladen des Aufladeelements (5) zumindest durch einen Entladungseffekt über den Mikroraum und einen Ladungsinjektionseffekt über den Kontaktbereich bewirkt wird,

wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Erzeugen einer kombinierten Spannung von Gleich- und Wechselspannungen in der Leistungsquelle; und

Anlegen der kombinierten Spannung an das Aufladeelement (5),

dadurch gekennzeichnet, dass

der Absolutwert der Differenz zwischen dem Oberflächenpotenzial des aufzuladenden Elements (1) und dem Wert der kombinierten Spannung dann, wenn der Absolutwert der kombinierten Spannung seinen minimalen Wert annimmt, kleiner ist als die Entladebeginn-Schwellenspannung, die durch die Eigenschaften des aufzuladenden Elements (1) und die das System umgebende Atmosphäre bestimmt wird, und

der Spitze-zu-Spitze-Wert der von der Leistungsquelle gelieferten Spannung kleiner ist als das Zweifache der Entladebeginn-Schwellenspannung.
Aufladeverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gleichspannung gleich einem gewünschten Oberflächenpotenzial des aufzuladenden Elements (1) ist, oder in einem Fall, in dem ein erstes Aufladeelement (5) und ein sekundäres Aufladeelement (5B) oder Elemente bereitgestellt sind, die Gleichspannung gleich einem gewünschten Oberflächenpotenzial des aufzuladenden Elements (1) ist und die an das sekundäre Aufladeelement (5B) oder die Elemente angelegte Gleichspannung gleich oder größer als die an das erste Aufladeelement (5) angelegte Gleichspannung ist. Aufladeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Frequenz der Wechselspannung so eingestellt wird, dass die kombinierte Spannung an das aufzuladende Element (1) durch Oszillieren zumindest in einer Periode der Wechselspannung innerhalb einer Zeitspanne, in welcher jeder Teil des aufzuladenden Elements (1) Kontakt mit dem Aufladeelement (5) hält, angelegt wird. Aufladeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Zeit Tc, während welcher jeder Teil des aufzuladenden Elements (1) in einer Umdrehung des aufzuladenden Elements (1) in Kontakt mit dem Aufladeelement (5) kommt, einer Beziehung: 1/f ≤ Tc genügt, worin f eine Frequenz der an das Aufladeelement (5) angelegten Wechselspannung ist. Aufladeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Aufladeelement (5) in einer Form eines Bands oder einer Walze aufgebaut ist, worauf ein leitendes Gewebe (5a) oder eine Anhäufung von Fasern (5A) eingepflanzt ist. Aufladeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Aufladeelement (5) in einer Form einer Walze aufgebaut ist, auf welcher ein leitendes Gewebe (5a) oder eine Anhäufung von Fasern (5A) eingepflanzt ist und mit einer Umfangsgeschwindigkeit ungleich der Bewegungs-geschwindigkeit des aufzuladenden Elements (1) rotiert. Aufladeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Aufladeelement (5) in einer Form eines Bands aufgebaut ist, auf welchem ein leitendes Gewebe (5a) oder eine Anhäufung von Fasern (5A) eingepflanzt ist und in einer Richtung nicht parallel zu einer Bewegungsrichtung des aufzuladenden Elements (1) vibriert.






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