DE60032069T2

DE60032069T2 - Gerät zur Bilderzeugung mit der Möglichkeit zur effektiven Darstellung von einem gleichmässigen Ladungspotential

Info

Publication number: DE60032069T2
Application number: DE60032069T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Ohta-ku Ishibashi; Masumi Ohta-ku Sato; Megumi Ohta-ku Ohtoshi
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: US6360065B1; CN1204463C; CN1282891A; KR20010021183A; EP1074893B1; EP1074893A1; DE60032069D1; KR100370945B1

Description

HINTERGRUND
1. Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bilderzeugung und genauer auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bilderzeugung, die effizient ein gleichmäßiges Ladepotential erzeugen können.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Das Laden der Oberfläche eines photoleitenden Elements ist eines der grundlegenden und wichtigen Verfahren, die in einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einem elektrophotographischen Verfahren wie etwa einer Kopiermaschine, einem Faxgerät, einem Drucker und dergleichen durchgeführt werden. Es wurden verschiedene Techniken zum gleichmäßigen Laden der Oberfläche des photoleitenden Elements entwickelt, die in zwei Typen eingeteilt werden. Bei einem ersten Typ, der als eine Ladetechnik des Kontakttyps bezeichnet wird, wird ein Ladeelement so konfiguriert, dass seine Oberfläche mit dem photoleitenden Element in Kontakt ist, um so gleichmäßig Ladungen für die Oberfläche des photoleitenden Elements bereitzustellen, wie es von EP-A-0 272 072 bekannt ist. Bei einem zweiten Typ, der als eine Ladetechnik des Nichtkontakttyps bezeichnet wird, wird ein Ladeelement so konfiguriert, dass es sich nahe bei dem photoleitenden Element befindet, um so einen schmalen Spalt zwischen dem Ladeelement und dem photoleitenden Element vorzusehen, wie es von EP-A-0 496 399 bekannt ist.
Ein Vorteil des Ladens des Nichtkontakttyps besteht in der Leistungsfähigkeit eines Ladevorgangs, insbesondere beim gleichmäßigen Laden der Oberfläche des photoleitenden Elements. Das Laden des Nichtkontakttyps weist jedoch den Nachteil auf, dass Ozon erzeugt wird. Folglich wird der Kontakttyp nun der überwiegende Typ.
Das Laden des Kontakttyps weist jedoch auch einige Nachteile aufgrund seiner Mechanismen auf, die bewirken, dass das Ladeelement wie etwa eine Ladewalze mit der Oberfläche des photoleitenden Elements direkt in Kontakt kommt. Beispielsweise wird das photoleitende Element wegen des Kontakts mit der Ladewalze verunreinigt, so dass ein unregelmäßiges Bild erzeugt wird. Das photoleitende Element kann ei nen Sprung bei einer Stelle in der Oberfläche haben, die mit der Ladewalze in Kontakt gelangt, falls ein übermäßiger Kontaktdruck auf die Oberfläche des photoleitenden Elements aufgebracht wird.
Ferner kann die Ladewalze selbst durch den Toner, der auf dem photoleitenden Element abgelagert ist, verunreinigt werden. Falls die Verunreinigungsgrenze überschritten wird, verringert die Ladewalze die Ladeleistung, insbesondere die Gleichmäßigkeit der Ladung.
Ferner kann die Oberfläche des photoleitenden Elements durch den Kontakt der Ladewalze abgetragen werden und das Ladepotential wird verringert.
Falls das photoleitende Element ein kleines Loch hat, weist es zudem keinen ausreichenden Abstand gegenüber einem Abfließen der Ladung durch das kleine Loch auf.
Um diese Probleme zu vermeiden, ist die Ladewalze so beschaffen, dass sie lediglich einen außerordentlich schmalen Spalt in Bezug auf das photoleitende Element aufweist und dass sie das photoleitende Element aus dieser Entfernung lädt. Falls die Ladewalze aus elastischem Material hergestellt ist, ist es jedoch schwierig, einen derartigen Spalt exakt herzustellen, ohne dass ein Kostenproblem entsteht.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert, bestimmte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Anmeldung und vieler der begleitenden Vorteile wird leicht erzielt, wenn diese anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung besser verständlich wird, in der:
1 eine Veranschaulichung ist, die einen beispielhaften Bilderzeugungsmechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A eine Veranschaulichung ist, die eine Ladewalze und eine photoleitende Trommel zeigt, die in dem Bilderzeugungsmechanismus von 1 verwendet werden;
2B eine Veranschaulichung ist, die eine Beziehung zwischen der in 2A gezeigten Ladewalze und der photoleitenden Trommel zeigt;
3 eine Darstellung ist, um eine Beziehung zwischen einem Ladepotential und einer Spannung zu erklären, die an das Ladeelement für verschiedene Spaltbreiten angelegt wird;
4 eine Darstellung ist, um eine Beziehung zwischen einer Ladestartspannung und den verschiedenen Spaltbreiten zu erklären;
5 eine Darstellung ist, um Beziehungen zwischen dem Ladepotential und den verschiedenen Spaltbreiten auf der Grundlage einer Simulation und eines Experiments zu erklären;
6 eine Darstellung ist, um eine Beziehung zwischen dem Ladepotential und der Spannung zu erklären, die an die Ladewalze in den Fällen mit verschiedenen Spaltbreiten angelegt wird;
7 eine Darstellung ist, um eine Beziehung zwischen dem Ladepotential und einem Gesamtstrom zu erklären, der durch eine AC-Vorspannung läuft, wenn die AC-Vorspannung bei einem Konstantstrom gesteuert wird; und
8A–8D Tabellen sind, die Ergebnisse von Experimenten in Bezug auf den Ladevorgang zeigen, der durch den Bilderzeugungsmechanismus von 1 durchgeführt wird.
In der Zeichnung, in der ähnliche Bezugszeichen völlig gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, insbesondere in 1, ist nun ein Bilderzeugungsmechanismus 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Bilderzeugungsmechanismus 100 von 1 wird in einer Bilderzeugungsvorrichtung, d. h. in einer Kopiermaschine, in einem Faxgerät oder in einem Drucker verwendet.
Der Bilderzeugungsmechanismus 100 umfasst eine photoleitende Trommel 1, die in die Richtung drehend gehalten wird, die durch einen Pfeil A angegeben ist, und deren Oberfläche einem gleichmäßigen Laden unterzogen wird. Der Bilderzeugungsmechanismus 100 enthält ferner eine Hauptladeeinheit 2, eine Licht emittierende Einheit 3, eine Entwicklungseinheit 4, einen Übertragungsriemen 5, eine Reinigungseinheit 6 und eine Löschlampe 7, die um den Umfang der photoleitenden Trommel 1 angeordnet sind.
Die Hauptladeeinheit 2 lädt die Oberfläche der photoleitenden Trommel 1 und umfasst eine Ladewalze 8 und ein Walzenreinigungselement 9. Die Ladewalze 8 ist nahe bei der photoleitenden Trommel 1 angeordnet, um so einen vorbestimmten Spalt innerhalb eines Ladebereichs in Bezug auf die photoleitende Trommel 1 zu bilden. Das Walzenreinigungselement 9 ist beispielsweise aus Schaumstoff hergestellt und wird mit der Ladewalze 8 in Kontakt gehalten, um so die Oberfläche der Ladewalze 8 zu reinigen. Die Ladewalze 8 enthält einen Metallkern 11, an den eine Stromversorgungseinheit 12 eine DC-Vorspannung (Gleichstrom) und eine AC-Vorspannung (Wechselstrom) liefert, die beide konstantspannungsgesteuert sind. Diese DC- und AC-Vorspannungen können konstantstromgesteuert sein. Folglich lädt die Hauptladeeinheit 2 die Oberfläche der photoleitenden Trommel 1 gleichmäßig.
Die photoleitende Trommel 1 enthält ein aus Aluminium hergestelltes Basisrohr mit mehreren Beschichtungsschichten wie etwa einer UL (under layer, untere Schicht), einer CGL (carrier generation layer, Ladungsträgererzeugungsschicht) und einer CTL (carrier transport layer, Ladungsträgertransportschicht). Diese photoleitende Trommel 1 wird durch einen (nicht gezeigten) Hauptmotor mit einer konstanten Geschwindigkeit in die Richtung des Pfeils A angetrieben.
Die Ladewalze 8 wird zur Drehung an beiden Enden des Metallkerns 11 gehalten. Die Ladewalze 8 enthält eine elastische Walzenschicht 8a über dem Metallkern 11. An beiden Seiten der elastischen Walzenschicht 8a ist ein mit Teflon beschichtetes Rohr 14 straft befestigt, wie es in 2A gezeigt ist. Wie es in 2B veranschaulicht ist, wird mit der Dicke eines derartigen mit Teflon beschichteten Rohrs 14 ein Spalt 15 in einem Entwicklungsbereich 16 zwischen den Oberflächen der elastischen Walzenschicht 8a und der photoleitenden Trommel 1 in Längsrichtung gebildet. Da die Ladewalze 8 und die photoleitende Trommel 1 im Allgemeinen Verzerrungen in der Oberflächenebenheit in ihren Längsrichtungen und in ihren Umfangsrichtungen, die jeweils durch Pfeile B und C in 2A angegeben sind, schwankt der zuvor erwähnte Spalt 15 (2B) in Abhängigkeit von seiner Positionen in der Längsrichtung B bzw. in der Umfangsrichtung C. Von den Werten eines derartigen Spalts 15 wird der größte Wert als ein maximaler Spalt bezeichnet. Mit anderen Worten bestimmt die Dicke des Teflonrohrs 14 den maximalen Spalt.
Bei dem Bilderzeugungsmechanismus 100 besitzt der Spalt 15 einen Mittelwert von 10 μm oder mehr und schwankt um 10 μm oder mehr in Bezug auf den Mittelwert. Wird dieser Spalt 15 verwendet, wird eine Spannung, die für den Ladevorgang angelegt werden soll, auf der Grundlage des experimentellen Ergebnisses definiert, das später erklärt wird. Das heißt, bei dem Bilderzeugungsmechanismus 100 wird eine Spannung, die ein Wechselstromelement enthält, an den Entwicklungsbereich 16 angelegt, der zwischen der Ladewalze 8 und der photoleitenden Trommel 1 gebildet ist. Diese Spannung besitzt einen Spitze-Spitze-Wert, der wenigstens doppelt so hoch ist wie eine Spannung, bei der der Bereich des maximalen Spalts zu laden begonnen wird. Das zuvor erwähnte Wechselstromelement wird auf einen vorgegebenen Konstantstromwert gesteuert, so dass die Spannung einen AC-Spitze-Spitze-Wert (Wechselstrom-Spitze-Spitze-Wert) aufweist, der wenigstens doppelt so hoch ist wie eine DC-Spannung (Gleichspannung), bei der der Bereich des maximalen Spalts zu laden begonnen wird, wie es zuvor erwähnt wurde. Diese DC-Spannung wird als eine Ladungsstartspannung bezeichnet.
Weiterhin wird in 1 eine Übersicht über einen Bilderzeugungsvorgang erklärt, der durch den Bilderzeugungsmechanismus 100 durchgeführt wird. Wenn der Vorgang gestartet wird, dreht sich die photoleitende Trommel 1 in die Richtung A und die Oberfläche der photoleitenden Trommel 1 wird durch die Löschlampe 7 gleichmäßig auf ein Bezugspotential entladen.
Hierauf wird die Oberfläche der photoleitenden Trommel 1 durch die Ladewalze 8 gleichmäßig geladen. Die geladene Oberfläche wird Licht La ausgesetzt, das Bildinformationen entspricht, die von der Licht emittierenden Einheit 3 gesendet werden. Dadurch wird ein verborgenes elektrostatisches Bild auf der Oberfläche der photoleitenden Trommel 1 ausgebildet.
Wenn die photoleitende Trommel 1 in die Richtung A gedreht wird, wird das verborgene elektrostatische Bild zu einer Position nahe bei der Entwicklungseinheit 4 bewegt und wird durch eine Entwicklungshülse 10, die in der Entwicklungseinheit 4 enthalten ist, mit Toner versorgt. Dadurch wird das verborgene Bild sichtbar gemacht und als ein Tonerbild auf der photoleitenden Trommel 1 ausgebildet.
Parallel dazu wird ein Ausdruckbogen P von einer (nicht gezeigten) Bogenversorgungseinheit transportiert und bei einer Registrierungswalze 13 angehalten, die in dem Bilderzeugungsmechanismus 100 enthalten ist. Die Registrierungswalze 13 gibt den Ausdruckbogen P frei, wenn die vordere Kante des Ausdruckbogens P exakt mit der vorderen Kante des Tonerbildes auf der photoleitenden Trommel 1 synchronisiert ist. Folglich wird der Ausdruckbogen P zu dem Übertragungsriemen 5 transportiert, der hierauf das Tonerbild der photoleitenden Trommel 1 auf den Ausdruckbogen P überträgt.
Wenn der Ausdruckbogen P durch den Übertragungsriemen 5 weiter zu einer Antriebswalze 5a des Übertragungsriemens 5 transportiert wird, bewegt sich der Ausdruckbogen P geradeaus weiter, die Oberfläche der Antriebswalze 5a dreht sich jedoch, d. h. sie bewegt sich weg von dem Ausdruckbogen P. Dadurch wird der Ausdruckbogen P von dem Übertragungsriemen 5 getrennt. Daraufhin wird der Ausdruckbogen P zu einer (nicht gezeigten) Fixiereinheit transportiert, die den Toner auf dem Ausdruckbogen P mit Wärme und Druck fixiert. Der Ausdruckbogen P mit dem fixierten Tonerbild wird hierauf auf ein Auswurftablett oder dergleichen ausgeworfen.
Wenn sich die photoleitende Trommel 1 fortgesetzt dreht, wird der Toner, der auf der Oberfläche der photoleitenden Trommel 1 verbleibt, durch eine Reinigungsschiene 6a der Reinigungseinheit 6 gesammelt und zu der Entwicklungseinheit 4 zur Wiederverwendung zurückgeführt.
In 3 wird nun eine Beschreibung einer beispielhaften Ladeleistung der Hauptladeeinheit 2 oder einer bevorzugten Ladeeinheit des Nichtkontakttyps gegeben, die den Ladevorgang in Bezug auf den Spalt durchführt, der zwischen der Ladewalze 8 und der photoleitenden Trommel 1 gebildet ist. 3 zeigt Beziehungen in zwei experimentellen Fällen zwischen einer angelegten Spannung, die bei der Ladewalze 8 angelegt wird, und einem Ladepotential, das auf der Oberfläche der photoleitenden Trommel 1 durch die angelegte Spannung erzeugt wird. In beiden Fällen wird die photoleitende Trommel 1 mit einer Liniengeschwindigkeit von 230 mm/s gedreht und die Ladewalze 8 wird mit einer DC-Vorspannung (Gleichstrom) mit einer konstanten DC-Spannung versorgt. In einem ersten experimentellen Fall wird jedoch bewirkt, dass die Ladewalze 8 mit der Oberfläche der photoleitenden Trommel 1 in Kontakt kommt, um so den Ladevorgang des Kontakttyps durchzuführen. Bei einem zweiten experimentellen Fall wird bewirkt, dass die Ladewalze 8 einen Spalt in Bezug auf die Oberfläche der photoleitenden Trommel 1 bildet, um so den Ladevorgang des Nichtkontakttyps durchzuführen.
Die nachfolgend beschriebenen Experimente wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt, soweit es nicht anders angegeben ist:
das Bilderzeugungsverfahren wurde bei einer Liniengeschwindigkeit von 230 mm/s betrieben,
die photoleitende Trommel 1 hatte einen Durchmesser von 60 mm,
die Ladewalze 8 hatte einen Durchmesser von 16 mm,
die Ladewalze 8 hatte einen Volumenwiderstand von 1 × 10⁵ Ωcm oder 1 × 10⁷ Ωcm,
die Ladestartspannung im ersten experimentellen Fall betrug –651 Volt,
die Ladestartspannung im zweiten experimentellen Fall mit einem Spalt von 53 μm betrug –745 Volt,
die Ladestartspannung im zweiten experimentellen Fall mit einem Spalt von 87 μm betrug –875 Volt, und
die Ladestartspannung im zweiten experimentellen Fall mit einem Spalt von 106 μm betrug –916 Volt.
Aus den in 3 gezeigten Ladeleistungen wird deutlich, dass die photoleitende Trommel 1 geladen wird, wenn sie mit einer Spannung versorgt wird, die wenigstens so groß ist wie ein Schwellenwert oder die jeweilige Ladestartspannung (d. h. –651 Volt, –745 Volt, –875 Volt oder –916 Volt), dass sie jedoch nicht geladen wird, wenn sie mit einer Spannung versorgt wird, die kleiner ist als der jeweilige Absolutwert der Ladestartspannung. Wenn die photoleitende Trommel 1 durch das Anlegen einer Spannung geladen wird, die größer ist als die Ladestartspannung, weist das Potential der Oberfläche der photoleitenden Trommel 1 eine lineare Beziehung mit einer Steigung von näherungsweise 1 in Bezug auf die angelegte Spannung auf, unabhängig von den Bedingungen, ob die Ladewalze 8 mit der photoleitenden Trommel 1 in Kontakt kommt oder nicht, wie es in 3 gezeigt ist.
4 zeigt Änderungen der zuvor erwähnten Ladeleistung, wenn die Ladewalze 8 schrittweise von der photoleitenden Trommel 1 entfernt wird. Bei diesem Experiment verwendet die Ladewalze 8 die Teflonrohre 14, wie es in 2A veranschaulicht ist, um so, wie es in 2B veranschaulicht ist, einen Spalt 15 in Bezug auf die photoleitende Trommel 1 aufzuweisen. Das heißt, die Dicke des Teflonrohrs 14 wird als der maximale Spalt angesehen.
Drei Arten von Teflonrohren 14, die sich in ihrer Dicke voneinander unterscheiden (d. h. 53 μm, 87 μm und 106 μm), wurden in dem Experiment verwendet. In allen Fällen, in denen eines dieser Teflonrohre 14 verwendet wurde, wurde die Ladeleistung gemessen, die durchgeführt wurde, wenn die DC-Konstantspannungs-Vorspannung an die Ladewalze 8 angelegt wurde. Das Messergebnis ist in der Darstellung von 4 abgebildet, in der das Messergebnis von dem zuvor beschriebenen Fall, wenn die Spaltbreite 15 gleich 0 beträgt, wie es in 3 gezeigt ist, ebenfalls abgebildet ist.
Aus dieser Darstellung geht hervor, dass der Absolutwert der Ladestartspannung mit einer näherungsweise konstanten Steigung umso größer ist, je größer der Spalt 15 ist. Wenn der Spalt 15 kleiner ist als 53 μm, ist die Änderung der Ladestartspannung in Bezug auf eine Änderung des Spalts 15 relativ klein. Wenn jedoch der Spalt 15 größer ist als 53 μm, haben der Spalt 15 und die Ladestartspannung eine lineare Beziehung mit einer bestimmten Steigung.
Diese Beobachtung kann auch aus der Tatsache abgeleitet werden, dass das Entladegesetz von Paschen in dem Fall, wenn der Spalt 15 mehr als 8 μm betrug (d. h. die Ladestartspannung = 312 Volt + 6,2 × der Spalt), linear angenähert werden kann. Dies kann auch von einem Phänomen abgeleitet werden, bei dem sogar im Fall des Kontakttyp-Verfahrens mit der Spaltbreite Null die Entladung sogar um einen Bereich bewirkt wurde, der etwas entfernt von dem Spaltbereich der photoleitenden Trommel 1 lag (d. h. ein Bereich, in dem der Spalt größer als 8 μm war).
Zudem kann die in 3 gezeigte Ladeleistung zu einer Beobachtung führen, bei der das Ladepotential der photoleitenden Trommel 1 von dem Spalt 15 abhängt, der zwischen der Ladewalze 8 und der photoleitenden Trommel 1 unter den Bedingungen gebildet wird, dass eine vorgegebene DC-Spannung an die Ladewalze 8 angelegt wird. Diese Beobachtung geht aus dem Entladegesetz von Paschen hervor.
5 zeigt Simulationsergebnisse und experimentelle Ergebnisse in Bezug auf die Beziehung zwischen dem Spalt 15 und der Ladeleistung. In 5 wird das Simulationsergebnis mit dem Buchstaben A und das experimentelle Ergebnis mit dem Buch staben B bezeichnet. Die Darstellung von 5 gilt für den Fall, dass die angelegte DC-Spannung oder die DC-Vorspannung auf –1600 Volt festgelegt wurde. Die in 5 gezeigten Ergebnisse der Simulation und des Experiments sind einander ähnlich.
In der Darstellung von 5 stehen der Spalt 15 und die Ladeleistung in der Beziehung mit einem Änderungsverhältnis von etwa 6 Volt/μm, wobei der Spalt 15 größer ist als 20 μm, wenn die Ladewalze 8 mit der Spannung unter der DC-Konstantspannungssteuerung versorgt wird.
Bei einem Bilderzeugungsmechanismus (d. h. dem Bilderzeugungsmechanismus 100), der eine Ladewalze (d. h. die Ladewalze 8) verwendet, die so konfiguriert ist, dass sie einen schmalen Spalt in Bezug auf eine photoleitende Trommel (d. h. die photoleitende Trommel 1) aufweist, betragen zulässige Schwankungen des Ladepotentials ± 30 Volt für den Fall einer Einfarben-Bilderzeugungsmaschine und ± 10 Volt für den Fall einer Mehrfarben-Bilderzeugungsmaschine. Diese zulässigen Schwankungen des Ladepotentials können in Schwankungen des Spalts 15 umgesetzt werden. Beispielsweise betragen die zulässigen Schwankungen des Spalts 15 im Fall der Einfarben-Bilderzeugungsmaschine 10 μm und 3,3 μm im Fall der Mehrfarben-Bilderzeugungsmaschine.
Sowohl die Ladewalze 8 als auch die photoleitende Trommel 1 haben im Allgemeinen Verzerrungen in der Oberflächenebenheit, insbesondere in ihrer Längsrichtung, sowie in ihrer Rauhigkeit, Wellen usw. Hinsichtlich Kombinationen von zulässigen Toleranzen für die zuvor erwähnten Verzerrungen, kann es sehr schwierig sein, die zuvor erwähnten außerordentlich kleinen Schwankungen des Spalts 15 zu erzielen.
Auf der Grundlage dieser Überlegung wird die angelegte Spannung untersucht, die die DC-Vorspannung mit einem überlagerten AC (Wechselstrom) enthält.
6 zeigt eine Darstellung der Ladeleistung von einem Experiment, das durchgeführt wurde, indem die angelegte Spannung verwendet wurde, die eine DC-Konstantspannung mit einer AC-Konstantspannung verwendet, die der DC-Konstantspannung bei dem Bilderzeugungsmechanismus 100, der die Ladewalze des Nichtkontakt-Typs mit einem kleinen Spalt in Bezug auf die photoleitende Trommel nutzt, überlagert wurde. Aus dieser Darstellung von 6 geht hervor, dass die photoleitende Trommel 1 mit dem Ladepotential geladen werden kann, das etwa gleich der angelegten DC-Spannung (d. h. –700 Volt) entspricht, indem die AC-Spitze-Spitze-Spannung etwa doppelt so groß wie die Ladestartspannung ist, die während des Anliegens der DC-Konstantspannung (siehe 3) an der Ladewalze 8 in dem jeweiligen Fall verwendet wird, wenn der Spalt 15 0 μm, 53 μm, 87 μm und 106 μm beträgt.
7 zeigt ein Ergebnis eines Experiments, in dem die AC-Vorspannung, die der DC-Konstantspannung (d. h. der DC-Vorspannung) überlagert wird, gesteuert wird, um einen Konstantstrom zuzuführen. Aus dieser Darstellung von 7 geht hervor, dass die Beziehung zwischen dem Gesamtstrom, der durch die AC-Vorspannung fließt, und dem Ladepotential, das auf die Oberfläche der photoleitenden Trommel 1 geladen wurde, unabhängig von dem Spalt 15 näherungsweise konstant gehalten werden kann, indem die AC-Vorspannung gesteuert wird, die der DC-Konstantspannung überlagert wird, um einen Konstantstrom hindurch zu lassen.
Nun werden Ergebnisse von Experimenten zur Ausgabe eines Graustufenbildes anhand 8A–8C erklärt, um eine Ungleichmäßigkeit der Bilddichte zu beobachten, die durch ein ungleichmäßiges Laden verursacht wurde. 8A zeigt die Tabelle 1, die Bewertungsergebnisse in Bezug auf ein ausgegebenes Graustufenbild in den Fällen darstellt, in denen die Spaltbreite 15 0 μm, 53 μm, 87 μm und 106 μm ohne Spaltabweichung beträgt. In Tabelle 1 ist ein bevorzugtes Bewertungsergebnis durch ein Kreiszeichen dargestellt und ein fehlerhaftes Ergebnis ist durch ein Kreuzzeichen dargestellt. Ferner stellen in Tabelle 1 die angelegten Spannungen A, B und C jeweils das Anlegen der DC-Konstantspannung, der DC-Konstantspannung mit der überlagerten AC-Konstantspannung und die DC-Konstantspannung mit dem überlagerten AC-Konstantstrom dar. Bei der angelegten Spannung B ist die AC-Spitze-Spitze-Spannung wenigstens doppelt so groß wie die Ladestartspannung, die bei dem maximalen Spalt zugeführt wird. Bei der angelegten Spannung C lässt die AC-Vorspannung einen Strom durch, der eine Spannung erzeugt, die wenigstens doppelt so groß ist wie die Ladestartspannung, die bei dem maximalen Spalt angelegt wird.
In Übereinstimmung mit dem in Tabelle 1 gezeigten Experiment wurde das ausgegeben Graustufenbild mit fehlerhaften weißen Flecken in den Fällen, in denen der Spalt 15 bei der angelegten Spannung A größer war als 53 μm und in den Fällen, in denen der Spalt 15 bei der angelegten Spannung B und C 106 μm betrug, als ein fehlerhaftes Bild bewertet. Daraus geht hervor, dass eine Überlagerung der AC-Vorspannung beim Anlegen der DC-Konstantspannung im Fall des Ladeverfahrens des Nichtkontakt-Typs eine wünschenswerte Wirkung hat.
8B zeigt die Tabelle 2, die Bewertungsergebnisse in Bezug auf ein ausgegebenes Graustufenbild für die verschiedenen DC-Vorspannungen (d. h. –400 Volt, –600 Volt und –800 Volt) darstellt, wobei die AC-Vorspannung unterschiedlich war. In diesem Experiment wurde der Spalt 15 mit einer Abweichung versehen. Die Spaltabweichung des Spalts 15 im Fall I ist derart, dass der maximale Spalt bei der linken Seite 53 μm und 0 bei der rechten Seite betrug. Im Fall II betrug der maximale Spalt 53 μm bei der linken Seite und 0 bei der rechten Seite. Im Fall III betrug der maximale Spalt 106 μm bei der linken Seite und 0 bei der rechten Seite. In Tabelle 2 wird ein bevorzugtes Bewertungsergebnis durch ein Kreiszeichen dargestellt, ein fehlerhaftes Ergebnis wird durch ein Kreuzzeichen dargestellt. Zudem stellt ein Strichzeichen einen Fall dar, in dem keine Beurteilung erfolgte, und ein Dreieckszeichen stellt einen Fall dar, bei dem eine ungleichmäßige Bilddichte beobachtet wurde, die jedoch zulässig war.
In diesem in Tabelle 2 gezeigten Experiment war das ausgegebene Graustufenbild besser, wenn zu der DC-Vorspannung eine AC-Vorspannung hinzugefügt wurde, die eine Spannung hatte, die wenigstens doppelt so groß war wie die Ladestartspannung, die bei dem maximalen Spalt angelegt wurde.
Da die ungefähren Bedingungen, die für die bevorzugte Vorspannung erforderlich sind, aus diesen in Tabelle 1 und 2 gezeigten experimentellen Ergebnissen hervorgehen, wurden die unter den angelegten Spannungsbedingungen A, B und C ausgegebenen Graustufenbilder untersucht, wie es in Tabelle 3 in 8C gezeigt ist. Bei dieser Untersuchung wurde das Bild in drei Bereiche, bzw. in eine linke (L), eine mittlere (C) und eine rechte (R) Seite entsprechend der linken, der mittleren und der rechten Seite der Ladewalze in Längsrichtung unterteilt, um die Wirkung der Spaltabweichung auf das Bild zu bewerten. In Tabelle 3 wird ein bevorzugtes Bewertungsergebnis durch ein Kreiszeichen dargestellt, ein fehlerhaftes Ergebnis ist durch ein Kreuzzeichen dargestellt. Zudem stellt ein Dreieckszeichen einen Fall dar, in dem eine ungleichmäßige Bilddichte beobachtet wurde, die jedoch zulässig war.
Wenn die Ladewalze 8 mit der Spannung A versorgt wurde (nur die DC-Vorspannung), war das Graustufenbild außerordentlich empfindlich gegenüber einer Spaltabweichung, und die Fälle II–V waren fehlerhaft. Wenn jedoch die Ladewalze 8 mit der Spannung B (die DC-Konstantspannung + die AC-Konstantspannung) oder mit der Spannung C (die DC-Konstantspannung + der AC-Konstantstrom) versorgt wurde, wurden in allen Fällen I–V keine fehlerhaften Bilder beobachtet.
Aus den Ergebnis der Simulation, die vor der Durchführung des Experiments durchgeführt wurden, wurde erkannt, dass die zulässige Spaltabweichung kleiner als 10 μm ist. Folglich wurde die Größe des Spalts in allen Fällen in die Richtung des Spaltgradienten genau gemessen und die Beziehung zwischen der Spaltabweichung und der Ungleichmäßigkeit der Bilddichte wurde auf der Grundlage der Messergebnisse untersucht, die in Tabelle 4 in 8D gezeigt sind.
Aus Tabelle 4 geht hervor, dass die Grenze der zulässigen Spaltabweichung mit der angelegten Spannung A etwa 10 μm beträgt, was etwa das Simulationsergebnis bestätigt, und der Spalt mit einer Abweichung größer als 10 μm bewirkt ein fehlerhaftes Bild. Es geht außerdem hervor, dass die Graustufenbilder mit den angelegten Spannungen B und C als bessere Bildqualität bewertet wurden, außer für den Fall der Spaltabweichung von 106 μm. Wenn die Spaltabweichung für beide angelegte Spannungen B und C etwa 106 μm betrug, wurde das Phänomen der weißen Flecken beobachtet. Der Auftrittsgrad dieses Phänomens war jedoch beinahe gleich zu jenem, wie er in dem Fall ohne Spaltabweichung sein würde.
Auf diese Weise kann die Hauptladeeinheit 2 das Problem einer Ungleichmäßigkeit der Bilddichte vermeiden, das aufgrund der ungleichmäßigen Hauptbeladung bewirkt wird, indem die DC-Konstantspannung angelegt wird, die mit der AC-Spannung überlagert wird, wobei das AC-Element eine Spitze-Spitze-Spannung aufweist, die wenigstens doppelt so groß ist wie die Ladestartspannung, die bei dem maximalen Spalt an der Ladewalze 8 anliegt. Außerdem kann die Hauptladeeinheit 2 das Problem einer Ungleichmäßigkeit der Bilddichte vermeiden, das wegen der ungleichmäßigen Hauptbeladung verursacht wird, indem die DC-Konstantspannung angelegt wird, die mit der AC-Spannung überlagert ist, wobei das AC-Element so gesteuert wird, dass es einen Strom zur Erzeugung einer Spitze-Spitze-Spannung aufweist, die wenigstens doppelt so groß ist wie die Ladestartspannung, die bei dem maximalen Spalt an der Ladewalze 8 anliegt.
Mit der zuvor beschriebenen Konfiguration der Hauptladeeinheit 2 würden die nachfolgend erwähnten Probleme vermieden werden, die bei der Hauptladeeinheit auftreten, die ein Hauptladen des Kontakttyps verwendet. Das heißt, durch die Konfiguration, bei der die Ladewalze 8 mit der photoleitenden Trommel 1 in Kontakt gelangt, kann verhindert werden, dass die photoleitende Trommel 1 durch Toner der Ladewalze 8 verunreinigt wird.
Der Kontakt der Ladewalze 8 mit der photoleitenden Trommel 1 führt ferner zur Vermeidung von Verschleiß der Beschichtung durch Kontakt und dergleichen.
Zudem kann aufgrund des in Tabelle 3 gezeigten Ergebnisses die zuvor beschriebene Hauptladeeinheit 2, die die DC-Konstantspannung anlegt, die mit der AC-Spannung überlagert ist, hinreichend bei einem Hauptladesystem mit einer Mischung aus der Kontakt- und der Nichtkontakttechnik verwendet werden.
Bei den zuvor beschriebenen Experimenten, bei denen lediglich die DC-Vorspannung angelegt wurde, wurde die DC-Vorspannung auf –1300 Volt eingestellt und die Entwicklungsvorspannung wurde auf –650 Volt eingestellt.
Bei den Experimenten, bei denen die konstante DC-Spannung mit der konstanten AC-Spannung angelegt wurde, wurde die DC-Vorspannung auf –600 Volt eingestellt und die AC-Vorspannung wurde auf 2000 Volt eingestellt, was wenigstens doppelt so groß ist wie die Ladestartspannung, die bei dem maximalen Spalt von 106 μm an der Ladewalze 8 anliegt.
Ferner wurde bei den Experimenten, bei denen die DC-Konstantspannung unter der AC-Konstantstromsteuerung angelegt wurde, die DC-Vorspannung auf –600 Volt eingestellt und die AC-Vorspannung wurde entsprechend einer Frequenz von 2 kHz auf einen Strom von 2,5 mA eingestellt, um eine AC-Spitze-Spitze-Spannung zu erzeugen, die wenigstens doppelt so groß ist wie die Ladestartspannung, die bei dem maximalen Spalt an der Ladewalze 8 anliegt.
Zudem wurden die zuvor beschriebenen Experimente erfolgreich durchgeführt, indem zwei Ladewalzen verwendet wurden, von denen eine den Volumenwiderstand von 1 × 10⁵ Ωm hatte und die andere den Volumenwiderstand von 1 × 10⁷ Ωm hatte, wie es zuvor beschrieben wurde. Es kann jedoch aufgrund dieser Ergebnisse angenommen werden, dass in dem Fall, in dem eine Mischung des Kontakt- und des Nichtkontakt-Ladeverfahrens angewendet wird und die Ladewalze einen Volumenwiderstand kleiner als 1 × 10⁵ Ωm hat, die Ladungen durch den Kontakt der Ladewalze mit der photoleitenden Trommel abfließen würden und der Hauptladevorgang fehlerhaft durchgeführt werden würde.
Folglich muss die Ladewalze in dem Fall, in dem eine Mischung aus dem Kontakt- und dem Nichtkontakt-Ladeverfahren angewendet wird, einen Volumenwiderstand aufweisen, der größer ist als 1 × 10⁵ Ωm.
Zahlreiche zusätzliche Abwandlungen und Änderungen der vorliegenden Anmeldung sind angesichts der vorhergehenden Lehre möglich. Es ist folglich selbstverständlich, dass im Umfang der beigefügten Ansprüche die vorliegende Anmeldung anders ausgeführt werden kann, als sie hier speziell beschrieben wurde.

Claims

Ladevorrichtung (2), die umfasst: ein Ladeelement (8), das so angeordnet ist, dass es sich in der Nähe eines photoleitenden Elements (1) befindet, wobei in einem Ladebereich in Bezug auf das photoleitende Element (1) ein Spalt vorhanden ist und wobei an das Ladeelement eine eine Gleichspannung enthaltende Spannung unter einer Konstantspannungssteuerung, die eine Wechselstromkomponente enthält, angelegt wird, um auf das photoleitende Element (1) eine Ladung aufzubringen, wobei die Wechselstromkomponente eine Spitze/Spitze-Spannung besitzt, die wenigstens doppelt so groß ist wie eine an das Ladeelement anzulegende Ladestartspannung, dadurch gekennzeichnet, dass: das Ladeelement (8) und das photoleitende Element (1) Verzerrungen in der Oberflächenebenheit in ihren Längsrichtungen haben; und das Ladeelement (8) so angeordnet ist, dass es zu dem photoleitenden Element (1) benachbart und mit diesem teilweise in Kontakt ist, so dass durch die Verzerrungen in den Längsrichtungen Kontaktbereiche und kontaktfreie Bereiche gebildet werden, wodurch teilweise der Spalt (15) gebildet wird, wobei der Spalt einen Mittelwert von 10 μm oder mehr und ein Maximum von 53 μm mit einer Toleranz, die um denselben Wert in Bezug auf den Mittelwert schwankt, besitzt.
Ladevorrichtung (2) nach Anspruch 1, bei der die Wechselstromkomponente einer Konstantstromsteuerung unterliegt.
Ladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der das Ladeelement (8) eine drehbare elastische Walze ist.
Ladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das photoleitende Element (1) eine drehbare photoleitende Trommel oder ein Riemen ist.
Ladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Ladeelement (8) einen Volumenwiderstand von 10⁵ Ωm oder mehr besitzt.
Ladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Spalt (15) mit Zwischenmitteln (14) ausgebildet ist, die zwischen dem Ladeelement (8) und dem photoleitenden Element (1) angeordnet sind, wobei die Dicke der Zwischenmittel (14) den maximalen Spalt (15) bestimmt.
Ladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Ladeelement (8) einen Volumenwiderstand von mehr als 10⁵ Ωm besitzt.
Bilderzeugungsvorrichtung (100), die umfasst: ein photoleitendes Element (1); und eine Ladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Laden des photoleitenden Elements (1).